(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を流す流路が形成された金属製の流路本体と、
前記流路を開閉する金属製のダイヤフラムと、当該ダイヤフラムと対向する部分で前記流路本体の上部に連結される金属製のシリンダと、前記シリンダ内に摺動自在に保持された金属製のピストンと、当該ピストンの一端から延出して前記ダイヤフラムを押圧して前記流路を開閉する金属製の連結棒と、を有する弁体作動部と、
前記流路本体に埋設され、付与される熱エネルギーを受け付ける受熱部と、
前記流路本体の下部に取り付けられるセラミック製のベースと、前記流路本体と前記シリンダとの間に介在するセラミック製の第二のシリンダと、前記連結棒の先端に支持されて前記ダイヤフラムに直接接触するセラミック製のボタンと、を有し、前記流路本体からこの流路本体以外の部分への熱の伝達を遮断する断熱部と、
を具備する高温動作バルブ。
【請求項２】
前記断熱部に接触して設けられた放熱部を具備する、請求項１記載の高温動作バルブ。
【請求項３】
前記受熱部は、電力が供給されるヒータである、請求項１又は２記載の高温動作バルブ。
【請求項４】
前記流路本体には、この流路本体の温度を検出してその温度に対応する検出信号を出力する測温素子が埋設されている、請求項３記載の高温動作バルブ。
【請求項５】
放熱部は冷却フィンを具備する請求項２記載の高温動作バルブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を高温に高めて移送する場合に用いる高温動作バルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
気体もしくは液体などの流体を流す管路には、必要に応じてバルブを備えている。バルブは、管路の開閉切り替え、或いは流量を調節するために弁体を作動する弁体作動部を有しているが、この弁体を操作する方式として、手動方式と自動方式とがある。後者では、空気圧駆動方式や電磁駆動方式のバルブが知られている。
【０００３】
また、流す流体によっては、流路やバルブ内において断熱膨張による温度低下が生じるために凝縮し、この結果、流量、流速、圧力などを制御することができなくなる。例えば、半導体ウエハのＣＶＤ（Ｃhemical Ｖapor Ｄeposition：化学的気相成長）処理を行う場合に必要なガスは高温で流す必要がある。そのために、流量の制御のために用いるバルブは、流路を加熱することができる高温動作バルブを用いている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の高温動作バルブは内部にシール部材を具備しているが、熱に弱いシール部材の適用はできないので、ＳＵＳ３１６Ｌ、Ｎｉ−Ｃｏ合金、黄銅などの金属製のシール部材を具備する。したがって、加熱した流路の熱が金属製のシール部材により高温動作バルブ全体に伝導してしまう。また、装置は種類を問わず小型化の要求が強く、このことはＣＶＤ処理を行うための装置でも同様であるので、管路の集積化が強く要求されている。このため、高温動作バルブ全体に伝わった熱が、他の管路や、その管路中の接続機器に伝導してしまい、その熱の影響によるトラブルが発生するおそれがある。
【０００５】
そこで本発明の目的は、流路本体の流路に対しては効率よく高温状態に高めることができ、流路本体以外の部分には熱による影響を排除できる高温動作バルブを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、流体を流す流路が形成された金属製の流路本体と、前記流路を開閉する金属製のダイヤフラムと、当該ダイヤフラムと対向する部分で前記流路本体の上部に連結される金属製のシリンダと、前記シリンダ内に摺動自在に保持された金属製のピストンと、当該ピストンの一端から延出して前記ダイヤフラムを押圧して前記流路を開閉する金属製の連結棒と、を有する弁体作動部と、前記流路本体に埋設され、付与される熱エネルギーを受け付ける受熱部と、前記流路本体の下部に取り付けられるセラミック製のベースと、前記流路本体と前記シリンダとの間に介在するセラミック製の第二のシリンダと、前記連結棒の先端に支持されて前記ダイヤフラムに直接接触するセラミック製のボタンと、を有し、前記流路本体からこの流路本体以外の部分への熱の伝達を遮断する断熱部と、を具備する。
【０００７】
したがって、受熱部に熱エネルギーを付与すると流路本体の温度が高められる。流路本体の熱は、この流路本体以外の部分への伝導が断熱部によって断熱される。これに伴い、流路本体以外の部分への熱の伝導による影響を回避することが可能となる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記断熱部に接触して設けられた放熱部を具備する。
【０００９】
したがって、流路本体の熱が多少断熱部を介して流路本体の外部に伝導されたとしても、その熱は放熱部により放熱される。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記受熱部は、電力が供給されるヒータである。
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記流路本体には、この流路本体の温度を検出してその温度に対応する検出信号を出力する測温素子が埋設されている。
【００１１】
したがって、ヒータに熱エネルギーとしての電力を付与すると流路本体の温度が高められる。流路本体の温度は測温素子が出力する検出信号によって認識できるので、ヒータへの電力供給制御の精度を高めることが可能となる。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項２記載の発明において、放熱部は冷却フィンを具備する。
【００１５】
したがって、放熱作用を効率よく行わせることが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態における高温動作バルブを図１に基づいて説明する。図１は高温動作バルブ１の内部構造を示す断面図である。図中、２は金属製の流路本体で、この流路本体２には、流体を流す流路３と、拡開室４と、この拡開室４の底面の中央部に頂部が一致する突部５とが形成されている。流路３は、突部５によって入口６に連通された入口側流路７と、吐出口８に連通された吐出口側流路９とに分けられ、入口側流路７と吐出口側流路９との一端の開口面１０，１１は拡開室４の底面に開口されている。
【００１７】
流路本体２の拡開室４側は、流路３を開閉する弁体作動部１２に結合されている。この弁体作動部１２は、圧縮空気が吸排気可能な金属製のシリンダ１３と、このシリンダ１３内に摺動自在に嵌合された金属製のピストン１４と、このピストン１４の一端から延出されたに金属製の連結棒１５に支持されたセラミック製のボタン１６と、このボタン１６に押圧されて流路３を閉塞する弁体としての金属製のダイヤフラム１７と、ピストン１４を上方の復帰方向に付勢するスプリング１８と、流路本体２とシリンダ１３との間に設けられたセラミック製の第二のシリンダ１９とにより構成されている。この第二のシリンダ１９は、連結棒１５の周囲を囲繞するとともに、ボタン１６を摺動自在に支持している。流路本体２と第二のシリンダ１９との接合部は金属製のＯリング２０によりシールされ、第二のシリンダ１９とシリンダ１３との接合面はＯリング２１によりシールされ、ピストン１４の外周にはシリンダ１３の内周面との間をシールするＯリング２２が嵌め込まれている。Ｏリング２１，２２は、バイトン（デュポン社の登録商標）などのフッ素ゴムにより形成されている。
【００１８】
そして、流路本体２には、熱エネルギー（電力）を受け付ける受熱部としてのヒータ２３が流路３の近傍に配置されて埋設され、さらに、流路本体２の温度を検出してその温度に対応する検出信号を出力する測温素子としての熱電対２４が埋設されている。また、流路本体２の下部には、セラミック製のベース２５と金属製のベース２６とが順次連結されている。
【００１９】
ここで、セラミック製のボタン１６と第二のシリンダ１９とは、流路本体２からこの流路本体２以外の部分（この例では弁体作動部１２）への熱の伝達を遮断する断熱部及び断熱部材として機能する。セラミック製のベース２５は、流路本体２からこの流路本体２以外の部分（例えば、ＣＶＤ処理装置の管路に接続して使用する場合には、その処理装置の配管筐体）への熱の伝達を遮断する断熱部及び断熱部材として機能する。また、金属製のシリンダ１３は外周面に多数の冷却フィン１３ａを有し、放熱部として機能する。同様に、金属製のベース２６も複数の冷却フィン２６ａを有し、放熱部として機能する。ＣＶＤ処理に必要なガスなどの流体は、矢印で示すように入口６から吐出口８に向けて流れる。シリンダ１３内に圧縮空気を供給し、その供給圧がスプリング１８の圧力を超えると、ピストン１４、連結棒１５、ボタン１６が一体に下降するため、ダイヤフラム１７はボタン１６に押圧されて弾性的に屈撓する。その屈撓作用の大きさによってダイヤフラム１７と拡開室４の底面との隙間が制御される。隙間がある状態は流路３が絞られた状態、隙間のない状態は流路３が遮断された状態である。シリンダ１３内の圧縮空気を減圧すると、その圧力がスプリング１８の圧力以下になったときに、ピストン１４、連結棒１５、ボタン１６が一体にスプリング１８の圧力によって上方に復帰する。したがって、ダイヤフラム１７は自らの弾性により元の形状に復元するため、流路３におけるガスの流量が増加する。
【００２０】
ＣＶＤ処理などに使用するガスを流すときは、外部からヒータ２３に電力を付与する。これにより、流路本体２が高温となり、ガスは高温状態に維持されて所望の部位に供給される。この場合、熱電対２４からの検出信号を監視し、ヒータ２３への電力を制御することにより、流路本体２の温度制御を行うことが可能である。
【００２１】
このように、流路本体２を高温に加熱する場合、流路本体２からこの流路本体２以外の部分への熱の伝導が、セラミック製の第二のシリンダ１９と、ボタン１６と、ベース２５とによって阻止されるので、流路本体２の流路３の温度を短時間に効率よく高めることができる。その実験結果を表１及び表２に示す。
【００２２】
この実験は、本実施の形態の高温動作バルブ（図１参照）と、従来の高温動作バルブとの比較である。従来の高温動作バルブは、図１に示す構成から、断熱部としてのベース２５と放熱部としてのベース２６とを除き、第二のシリンダ１９を除いてシリンダ１３を直接流路本体２に連結し、ボタン１６を金属製とした構成である。実験方法は、本実施の形態における高温動作バルブ１については、ベース２６をＣＶＤ処理装置の配管筐体（１．５ｍｍ厚のステンレス板）の上に固定し、従来の高温動作バルブについては、流路本体２をＣＶＤ処理装置の配管筐体（ステンレス製）の上に固定し、それぞれ窒素ガスを流すためにヒータ２３に電力を供給し、その供給開始から３分毎に、熱電対２４の温度と、高温動作バルブの真下におけるステンレス板の温度と、高温動作バルブから外側に３ｃｍ離れたステンレス板の温度と、を測定した。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
表１で明らかなように、本実施の形態の高温動作バルブ１の場合、熱電対２４の温度は、短時間の内に上昇し、２４分後には安定している（表１中、左欄参照）。高温動作バルブ１の真下におけるステンレス板の温度は、最低が２２．９℃、最高が３８．２℃と変化が微小で安定している（表１中、中央欄参照）。高温動作バルブ１から外側に３ｃｍ離れたステンレス板の温度も、最低が２３．１℃、最高が２３．８℃と変化が微小で安定している（表１中、右欄参照）。これらは、流路本体２の熱が断熱部として機能するボタン１６、第二のシリンダ１９、ベース２５の存在によって流路本体２から逃げないことによるものである。したがって、少ない熱エネルギーで流路本体２を短時間に加熱することができる。また、フッ素ゴム製のＯリング２１，２２などの劣化を防止することができ、他の管路への熱の影響を皆無にすることができる。
【００２５】
さらに、金属製のシリンダ１３は外周面に多数の冷却フィン１３ａを有し、放熱部として機能する。同様に、金属製のベース２６も複数の冷却フィン２６ａを有し、放熱部として機能するので、流路本体２の熱が、ボタン１６、第二のシリンダ１３、ベース２５を介して流路本体２の外部に伝導されたとしても、その熱は冷却フィン１３ａを有する第二のシリンダ１３、冷却フィン２６ａを有するベース２６から放熱される。したがって、流路本体２以外の部分への熱の伝導による影響を、さらに確実に回避することができる。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
これに対して、従来の高温動作バルブの場合、熱電対２４の温度は、３９分経過後に最高値に達したが安定するには至らないほど上昇が遅い（表２中、左欄参照）。高温動作バルブ１の真下におけるステンレス板の温度は、時間の経過とともに上昇し、３９分経過後には２１９．３℃の高温に達している（表２中、中央欄参照）。同様に、高温動作バルブ１から外側に３ｃｍ離れたステンレス板の温度も、時間の経過とともに上昇し、３９分経過後には１６７．９℃の高温に達している（表２中、右欄参照）。これらは、流路本体２の熱が流路本体２から逃げ易いことによるものである。したがって、流路本体２を加熱するために、多くの熱エネルギーを必要とし、時間も長くかかる。また、フッ素ゴム製のＯリング２１，２２などの熱劣化の原因ともなり、さらに、他の管路への熱の影響を及ぼすおそれがある。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、受熱部が設けられた流路本体からこの流路本体以外の部分への熱の伝達を遮断する断熱部を具備するので、受熱部に熱エネルギーを付与することにより高温度に高めた流路本体の熱は、この流路本体以外の部分への伝導が断熱部によって断熱されるので、流路本体の流路の温度を短時間に効率よく高めることができる。また、断熱部により流路本体以外への熱の伝導による影響を回避することができる。
【００２９】
請求項２記載の発明によれば、断熱部に接触して設けられた放熱部を具備するので、流路本体の熱が多少断熱部を介して流路本体の外部に伝導されたとしても、その熱を放熱部により放熱することができる。
【００３０】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明において、受熱部は、電力が供給されるヒータであり、請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の発明において、流路本体には、この流路本体の温度を検出してその温度に対応する検出信号を出力する測温素子が設けられているので、ヒータに熱エネルギーとしての電力を付与すると流路本体の温度が高められるが、流路本体の温度は測温素子が出力する検出信号によって認識できるので、ヒータへの電力供給制御の精度を高めることができる。
【００３２】
請求項５記載の発明によれば、請求項２記載の発明において、放熱部は冷却フィンを具備するので、放熱作用を効率よく行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における高温動作バルブの内部構造を示す断面図である。
【符号の説明】
２  流路本体
３  流路
１２  弁体作動部
１３，２６  放熱部
１３ａ，２６ａ  冷却フィン
１６，１９，２５  断熱部、断熱材
１７  弁体
２３  受熱部、ヒータ
２４  測温素子、熱電対
【図１】
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