(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１メインポート及び第２メインポートと、これら両メインポートを結ぶ流路と、該流路中に設けられた弁座とを有する弁ケーシング、
前記弁ケーシングに断熱部を介して連結されたシリンダー、
前記弁ケーシング内に設けられて前記弁座を開閉するポペット式の弁部材、
前記弁部材に先端部を連結され、基端部が前記断熱部を通って前記シリンダーの内部まで延びるロッド、
前記シリンダーの内部にシール部材を介して摺動自在に配設されると共に、前記ロッドの基端部に連結されたピストン、
前記弁ケーシングの隔壁と弁部材との間に設けられたベローズ内の定位置に前記ロッドに沿って配設され、第１ヒーターが内蔵されると共に先端部に前記弁部材が開弁位置で接触する伝熱面を備えた伝熱体、
前記弁ケーシングの外面に取り付けられた第２ヒーター、
を含むことを特徴とするヒーター付きポペット弁。
【請求項２】
前記伝熱体が円筒状をしていて、前記ロッドの回りに同心状に設置され、該伝熱体の内部に前記ヒーターが内蔵されていることを特徴とする請求項１に記載のポペット弁。
【請求項３】
前記断熱部が、複数の通気孔を有する円筒形の断熱板により形成され、この断熱板が、前記弁ケーシングとシリンダーとの間に前記ロッドを取り囲むように設置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のポペット弁。
【請求項４】
前記ロッドが、弁部材側の第１部分とピストン側の第２部分とに区分されていて、該第２部分が前記第１部分よりも低伝熱性の素材で形成されていることを特徴とする請求項１から３までの何れかに記載のポペット弁。
【請求項５】
前記弁ケーシングの端部の隔壁と弁部材との間にベローズが設けられ、このベローズの内部に前記伝熱体が収容されると共に、前記弁部材の背面の該ベローズに内包される部分に前記伝熱体の伝熱面に接触する受熱面が形成されていることを特徴とする請求項１から４までの何れかに記載のポペット弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、理化学機械等において反応ガスなどの作動流体の供給に直接使用したり、このような反応ガスを使用する真空チャンバの減圧等に使用するポペット弁に関するものであり、更に詳しくは、前記作動流体からの生成物が弁部材等に付着するのをヒーターで防止するように構成した、ヒーター付きのポペット弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体の製造装置においては、真空チャンバ内で行われるエッチングなどの化学処理に高温の反応ガスが使用され、その供給や真空チャンバの減圧等にポペット弁が用いられている。ところが、前記反応ガスは低温化すると生成物が析出し易く、その生成物がポペット弁の内部にある弁部材やベローズなどの各部材に付着して開閉精度を低下させるため、このようなポペット弁においては、作動流体からの生成物の析出や弁部材等への付着を防止できるように構成されていることが重要である。
【０００３】
このため従来より、ケーシングの内部や弁部材等をヒーターで加熱して生成物の付着を防止するようにした、ヒーター付きのポペット弁が提案されている。特許第３００５４４９号公報には、ケーシングの外面にバンドヒーターを巻き付けると共に、流路を開閉する弁部材に棒状のヒーターを、該弁部材から延びる中空ロッドの内部を通じて取り付けたものが開示されている。また、特許第３０１２８３１号公報には、ケーシングの外面にラバーヒーターを取り付けると共に、弁部材と一体の筒状をした保持体の外周に別のヒーターを取り付けたものが開示されている。更に、特開平８２８０７号公報には、ケーシングの外面にラバーヒーターを取り付けると共に、弁部材と一体の中空ロッドの内部にフレキシブルヒーターを内蔵したものが開示されている。
【０００４】
しかしながら、このような従来のポペット弁は、何れも、弁部材を加熱するためのヒーターを、可動部材である該弁部材又はロッドに取り付けているため、このヒーターの取り付けによって弁部材やロッドを含む可動部分全体の重量が増大し、その分開閉に必要な駆動力を大きくしなければならないばかりでなく、応答性も悪くなるといった問題があった。しかも、弁部材が開閉する度にその衝撃が直接ヒーターに伝わるため、その衝撃によって該ヒーターが断線したり破損したりし易いという欠点もあった。また、大量の作動流体が内部を流通していない状態にあってそれほど強く加熱する必要のない弁閉時にも、前記弁部材が常時ヒーターで加熱されることになるため、熱効率が悪いうえに、熱に弱いゴム性のシール部材の熱劣化が生じ易いといった問題もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の技術的課題は、弁部材を加熱するためのヒーターを、可動部材である弁部材やロッド等に取り付けることなく、弁ケーシング内の定位置に設置して、必要時に前記弁部材に多くの熱が伝わるように構成することにより、上述した従来の問題点を解消した、効率的かつ合理的な設計構造を有するヒーター付きポペット弁を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため本発明によれば、第１メインポート及び第２メインポートと、これら両メインポートを結ぶ流路と、該流路中に設けられた弁座とを有する弁ケーシング、前記弁ケーシングに断熱部を介して連結されたシリンダー、前記弁ケーシング内に設けられて前記弁座を開閉するポペット式の弁部材、前記弁部材に先端部を連結され、基端部が前記断熱部を通って前記シリンダーの内部まで延びるロッド、前記シリンダーの内部にシール部材を介して摺動自在に配設されると共に、前記ロッドの基端部に連結されたピストン、前記弁ケーシングの隔壁と弁部材との間に設けられたベローズ内の定位置に前記ロッドに沿って配設され、第１ヒーターが内蔵されると共に先端部に前記弁部材が開弁位置で接触する伝熱面を備えた伝熱体、前記弁ケーシングの外面に取り付けられた第２ヒーター、を含むことを特徴とするヒーター付きポペット弁が提供される。
【０００７】
前記構成を有する本発明のポペット弁によれば、弁ケーシング内の定位置に伝熱体を設置して、この伝熱体に弁部材加熱用の第１ヒーターを取り付け、弁部材の開放時に該弁部材が前記伝熱体に接触して加熱されるように構成したので、前記ヒーターを弁部材やロッドに直接取り付けた場合のような、該弁部材の重量の増加によって開閉時の駆動力が大きくなったり、応答性が悪くなるといった問題が生じない。しかも、前記弁部材が、作動流体が弁内部を流通する開弁時に前記伝熱体と接触して直接的に加熱される方式であるため、エネルギー効率が良く、常時直接加熱している場合のようなシール部材の劣化も生じにくい。更に、前記弁部材の開閉に伴う衝撃がヒーターに伝わらないため、該ヒーターの破損の問題もなくなる。
【０００８】
本発明の具体的な実施形態によれば、前記伝熱体が円筒状をしていて、前記ロッドの回りを取り囲むように設置され、該伝熱体の内部に前記ヒーターが内蔵されている。
【０００９】
また、前記断熱部は、複数の通気孔を有する円筒形の断熱板により形成され、この断熱板が、前記弁ケーシングとシリンダーとの間に前記ロッドと同心状に設置されている。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記ロッドが、弁部材側の第１部分とピストン側の第２部分とに区分されていて、該第２部分が前記第１部分よりも低伝熱性の素材で形成されている。
【００１１】
本発明の他の具体的な実施形態によれば、前記弁ケーシングの端部の隔壁と弁部材との間にベローズが設けられ、このベローズの内部に前記伝熱体が収容されると共に、前記弁部材の背面の該ベローズに内包される部分に前記伝熱体の伝熱面に接触する受熱面が形成されている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るヒーター付きポペット弁の一実施例を示すものである。このポペット弁は、半導体製造装置における真空チャンバの減圧に使用するのに適していて、円筒形の弁ケーシング１と、この弁ケーシング１の軸線方向の一端部に断熱部３を介して連結されたシリンダー２とを備えている。
【００１３】
前記弁ケーシング１には、前記真空チャンバ及び真空ポンプの何れか一方に接続するための第１メインポート１１と、他方に接続するための第２メインポート１２とが、互いに９０度異なる向きに設けれられると共に、これらの両メインポート１１，１２を結ぶ流路１３と、該流路１３中に設けられた弁座１４とが設けられている。
【００１４】
前記弁ケーシング１の内部には、前記弁座１４を開閉するボペット式の弁部材１７が設けられている。この弁部材１７は、円盤形をした基材１７ａの下面外周に、前記弁座１４に接離するゴム製のシール部材１７ｂを取り付けたもので、この弁部材１７の背面中央部には駆動用のロッド１８の先端部が取り付けられ、このロッド１８の基端部は、弁ケーシング１の端部の隔壁１９及び前記断熱部３を貫通して前記シリンダー２の内部まで延び、ピストン２１に連結されている。このピストン２１は、前記シリンダー２の内部にシール部材２３を介して摺動自在に配設されたもので、該ピストン２１の両側には第１圧力室２４ａ及び第２圧力室２４ｂが形成され、これらの圧力室２４ａ，２４ｂが、シリンダー２の側面に開口する第１操作ポート２５ａ及び第２操作ポート２５ｂにそれぞれ接続されている。図中２６は、シリンダー２の端部を塞ぐカバーである。
【００１５】
前記弁ケーシング１の内部には、伝熱体２８が前記ロッド１８に沿って配設されている。この伝熱体２８は、アルミニウムのような伝熱性に優れた金属素材によって円筒状に形成され、前記ロッド１８の回りに微小なギャップを保って同心状に配設されたもので、その基端部を前記隔壁１９にボルトで固定することにより、弁ケーシング１内の定位置に固定的に設置されている。この伝熱体２８の肉厚内には、棒状をした電気抵抗発熱式の第１ヒーター３１が、前記ロッド１８と平行に一本又は複数本内蔵されている。また、該伝熱体２８の先端部は環状の伝熱面２８ａとなっていて、この伝熱面２８ａは、閉弁位置まで前進している弁部材１７とは一定距離離間して相互に接触しないが、該弁部材１７が開弁により後退したときには、該弁部材１７の背面の環状の受熱面１７ｃと接触し合うようになっている。
【００１６】
前記弁ケーシング１の隔壁１９と弁部材１７との間には、伸縮自在のベローズ３３が取り付けられ、このベローズ３３の内部に前記伝熱体２８が収容されると共に、前記弁部材１７の背面の受熱面１７ｃが内包されている。
【００１７】
前記断熱部３は、複数の通気孔３４ａを有する円筒形の断熱板３４により形成されていて、この断熱板３４が、前記弁ケーシング１とシリンダー２との間に前記ロッド１８を取り囲んで同心状に設置され、この断熱板３４の内部を流通するエアによって前記ロッド１８が冷却されるようになっている。また、前記断熱板３４の一部の通気孔３４ａか又は特別に設けた導出孔からは、前記第１ヒーター３１のリード線３１ａが外部に導出している。
【００１８】
また、前記弁ケーシング１の外面には、該ケーシングの内部を外から加熱するための第２ヒーター３２が設けられている。この第２ヒーター３２は、前記第１ヒーター３１のような棒状ヒーターであっても良いが、可撓性のあるシート状ヒーターを使用することもできる。このシート状ヒーターは、例えばシリコンゴム等からなる外皮内に電気抵抗発熱体を内蔵したもので、このようなシート状ヒーターの構造自体は既に公知である。
【００１９】
前記構成を有するポペット弁において、第１操作ポート２５ａから圧力流体を第１圧力室２４ａ内に供給すると、図１の左半部に示すようにピストン２１及びロッド１８が前進するため、該ロッド１８の先端の弁部材１７が前進して弁座１４に当接し、該弁座１４が閉鎖される。このとき前記弁部材１７は、伝熱体２８から一定距離だけ離間していて、第１ヒーター３１からの熱がこの伝熱体２８を介して受熱面１７ｃに直接伝達されることはなく、第１ヒーター３１及び第２ヒーター３２によって間接的に加熱された状態にある。このように、前記弁部材１７が弁座１４を閉鎖している状態では、反応ガス等の作動流体がポペット弁内に大量に流れ込まず、従って弁部材１７も大量の作動流体と接触しないため、このポペット弁の加熱、特に弁部材１７の加熱に要する熱量は少なくて済み、上述したように、第１ヒーター３１及び第２ヒーター３２による間接的な加熱だけでも反応物の付着を確実に防止することができる。
【００２０】
次に、前記第１操作ポート２５ａを開放すると共に、第２操作ポート２５ｂから圧力流体を第２圧力室２４ｂ内に供給すると、図１の右半部に示すように、前記ピストン２１及びロッド１８が後退し、弁部材１７が弁座１４を開放すると共に、該弁部材１７の受熱面１７ｃが前記伝熱体２８の先端の伝熱面２８ａに当接する。これにより該弁部材１７は、前記第１ヒーター３１からの熱を伝熱体２８から直接伝達されて加熱される。このため、前記弁部材１７に伝わる熱量が多くなり、該弁部材１７が大量の作動流体と接触しても、該作動流体が冷やされて生成物が弁部材１７に付着するのを確実に防止することができる。
【００２１】
一方、前記伝熱体２８とロッド１８との間には、それらの相対的な変位を可能にするための微小なギャップが介在しているが、前記第１ヒーター３１からの熱をこの伝熱体２８からロッド１８を介して弁部材１７に多く伝達させたい場合には、前記ギャップをできるだけ小さくすると同時に、前記ロッド１８をアルミニウムのような伝熱性に優れた素材で形成すれば良い。逆に、前記第１ヒーター３１からの熱が伝熱体２８を通じてロッド１８に伝わりにくくするには、前記ギャップをできるだけ大きくするか、又は前記ロッド１８をセラミックスのような伝熱抵抗の大きい素材で形成するか、あるいはその両方を実施すれば良い。
【００２２】
なお、前記第１ヒーター３１から伝熱体２８を介してロッド１８に伝わった熱は、このロッド１８からピストン２１側にも流れていくが、その熱の大部分は断熱部３で放熱されることによって遮断され、ピストン２１には殆ど伝わらないため、この熱でシール部材２３が劣化するおそれはない。しかし、前記ロッド１８の熱がピストン２１に伝わるのをより確実に防止する方法として、このロッド１８を、図に鎖線で示す位置より弁部材１７側の第１部分１８ａと、ピストン２１側の第２部分１８ｂとに区分し、該第２部分１８ｂを伝熱抵抗の大きい素材で形成することもできる。なお、上記第１部分１８ａと第２部分１８ｂとの連結は、ねじ込みや圧入などの適宜方法で行うことができる。
【００２３】
かくして前記ポペット弁によれば、弁ケーシング１内の定位置に伝熱体２８を設置して、この伝熱体２８に第１ヒーター３１を取り付け、該弁部材１７の開放時に該弁部材１７が前記伝熱体２８に接触して加熱されるように構成したので、前記ヒーター３１を弁部材１７やロッド１８に直接取り付けた場合のような、該弁部材１７の重量の増加によって開閉時の駆動力が大きくなったり、応答性が悪くなるといった問題が生じない。しかも、前記弁部材１７が開放して作動流体が弁内を流通している場合にだけ該弁部材１７が前記伝熱体２８に接触し、第１ヒーター３１からの熱をこの伝熱体を介して直接伝達される状態となるため、エネルギー効率が良く、常時直接加熱している場合のようなシール部材の劣化も生じにくい。更に、前記弁部材１７の開閉に伴う衝撃がヒーターに伝わらないため、該ヒーターの破損の問題もなくなる。
【００２４】
【発明の効果】
このように本発明によれば、弁部材を加熱するためのヒーターを、可動部材である弁部材やロッド等に取り付けることなく、弁ケーシング内の定位置に伝熱体を介して設置し、必要時にこの伝熱体を介して熱が前記弁部材に直接伝達されるように構成しているため、弁部材やロッド等にヒーターを取り付けた従来品に特有の問題点を解消し、効率的かつ合理的な設計構造を持つヒーター付きポペット弁を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るポペット弁の一実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１      ケーシング
２      シリンダー
３      断熱部
１１      第１メインポート
１２      第２メインポート
１３      流路
１４      弁座
１７      弁部材
１７ｃ      受熱面
１８      ロッド
１８ａ      第１部分
１８ｂ      第２部分
２１      ピストン
２３      シール部材
２８      伝熱体
２８ａ      伝熱面
３１      第１ヒーター
３２      第２ヒーター
３３      ベローズ
３４      断熱板
３４ａ      通気孔
【図１】
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