バタフライ式圧力制御バルブ
【課題】ヒータの発熱によりバルブ内への生成物の付着を防ぎ、バルブのボデーを分解することなく弁体部分等のメンテナンスを実施できるバタフライ式圧力制御バルブを提供する。
【解決手段】流路を有するボデー８１とこの流路を弁軸８９により開閉可能な弁体８３とを有し、真空チェンバと真空ポンプとの間に接続されるバタフライ式圧力制御バルブである。弁軸８９に弁体８３を着脱自在に取付けると共にこの弁軸８９にヒータを取付け、このヒータに接続した配線９２を介して外部より電流を流すことでヒータを発熱させ、この熱を弁軸８９から８３弁体に伝導した。
【解決手段】流路を有するボデー８１とこの流路を弁軸８９により開閉可能な弁体８３とを有し、真空チェンバと真空ポンプとの間に接続されるバタフライ式圧力制御バルブである。弁軸８９に弁体８３を着脱自在に取付けると共にこの弁軸８９にヒータを取付け、このヒータに接続した配線９２を介して外部より電流を流すことでヒータを発熱させ、この熱を弁軸８９から８３弁体に伝導した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体製造工程において高シール性を確保しつつ微小流量の排気を制御するために用いられるバタフライ式圧力制御バルブであり、特に、大気圧から低真空までのソフト排気制御と真空状態からプロセスガス圧力を高速に安定制御する圧力制御に好適な高耐久性のアイソレーション機能付バタフライ式圧力制御バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、半導体製造工程において、真空容器である真空チェンバと真空ポンプとの間には、アイソレーション機能付きの圧力制御バルブを設けた構造が提案されている。真空用アイソレーションバルブ（以下、アイソレーションバルブ）は、真空チェンバからの排気や排気の停止をおこない、真空チェンバ内を所定の真空圧力に近づけるように圧力制御するものである。アイソレーションバルブを用いて圧力制御を行なう場合、ソフト排気制御と、プロセスガス制御との２つの制御を実施できることが要求される。
【０００３】
アイソレーションバルブにより圧力制御する場合、大気圧からの真空排気においては弁開度が急に大きくなると、真空チェンバ内の圧力が急激に変化し、乱流が発生することでパーティクルが飛散するおそれがある。
これを防ぐため、従来は、メインバルブと並列に設けた小口径のバイパスバルブでソフト排気を行っていたが、アイソレーション機能付きの圧力制御バルブによると、大口径の弁閉付近の開度において流路を僅かずつ変化させて流体をリークさせることが可能になり、この場合、微小開度により圧力制御することが必要になっている。
【０００４】
アイソレーションバルブとしては、例えば、振り子式ゲートバルブや直動式ゲートバルブ、およびＬ型バルブやバタフライバルブ等がある。
振り子式ゲートバルブや直動式ゲートバルブは、弁閉位置における隙間が大きくなる構造であるため、大口径の高真空排気系の圧力制御に用いられることが多くなっている。
【０００５】
また、Ｌ型バルブとして、例えば、特許文献１における真空圧力制御システムの真空比例制御弁がある。同文献１の真空圧力制御システムは、Ｌ型ポペット弁である真空比例制御弁と、真空圧力センサと、コントローラとを有している。真空比例制御弁は、弁座シール機能と、ソフト排気機能と、圧力制御機能とを有しており、これらの機能により、１台で真空圧力制御をおこなうようになっている。
【０００６】
一方、アイソレーション機能を有するバタフライバルブとして、シートリングの開閉によりアイソレーションできるバタフライバルブがある（例えば、特許文献２参照。）。同文献２のバタフライ弁は、弁本体内部の弁体回動空間内に弁体退避空間が設けられ、弁体が回動するときに弁体回動空間の内面との接触を防ぎつつ回動する構造である。そして、弁座は、圧力空間内への圧力の供給により弁体回動空間内を前進し、弁体に圧接して流路を封止する。これにより、このバタフライ弁は、弁体が回転時に弁本体及び弁座に接触することを防いで弁体の摩耗や損傷を防止し、シール性を向上させようとしている。
【０００７】
この場合、一般に、バタフライバルブは、同じ口径の他の構造のバルブと比較して面間寸法が小さく、ポペット型の流量制御弁よりも配管への取付け幅が小さくなっている。このため、バタフライバルブをアイソレーションバルブとして用いると、フットプリント性が高まり、特に、半導体製造分野に用いた場合、排気システム全体を小型化することが可能になる。更に、バタフライバルブは、軽量化を図ることもできることから、材料の削減にも繋げることが可能になる。
【０００８】
また、他のバタフライバルブとして、特許文献３のバタフライ弁の弁体開閉機構がある。このバタフライバルブの弁体開閉機構においては、弁座シール部が、弁体の外周面に密接するシール位置と弁体の外周面から離れる退避位置との間をスライド自在であり、弁座シール部と弁本体との隙間に洗浄用流体が噴射されるようになっている。これにより、このバタフライ弁は、弁座シール部と弁本体との間に侵入しようとする個体物を除去し、弁座シール部や弁本体の摩耗、損傷を防いでシール性を高めようとしている。
【０００９】
ところで、バタフライバルブは、弁軸が弁座に対して回転して流路を開閉する構造であるため、フラッパー（弁体）にシール材が無くアイソレーション機能を有していない場合には、高速に動作させて流量制御をおこなうことが可能になる。ここで、例えば、フラッパーにシール材を有しアイソレーション機能を具備するバタフライバルブは、シール材の回転摩擦が大きくなり、仮に、真空グリスを塗布したとしても、シール面が摺動摩耗して耐久性が悪くなる。例えば、このバラフタイバルブは、数万回の回転動作により使用限界に達し、更に、加熱タイプにおいてはより耐久性が劣る。しかし、アイソレーション機能が無いバタフライバルブは、回転動作する部位のシール性のみを高めればよく、シール面の耐久性を特に必要としないため、およそ１００万回程度の回転動作にも耐え得ることが可能になっている。
【００１０】
アイソレーション機能の無いバタフライバルブを用いて真空圧を制御する場合、このバタフライバルブと他のバルブとを組み合わせてバルブシステムを設け、このバルブシステムにより真空圧力を制御することがある。この種のバルブシステムとして、例えば、図２０に示すバルブシステムがある。このバルブシステム１は、アイソレーション機能が無い圧力制御用バタフライ弁２と、流路開閉用の真空弁３と、小口径の流量調整バルブ４とを有している。バタフライ弁２と真空弁３は、真空流路５に対して直列に接続され、流量調整バルブ４は、真空流路５に対して真空弁３と並列に接続されてこの真空弁３をバイパスできるようになっており、流量調整バルブ４により流量調整することでソフト排気の排気時間調整を行っている。
【００１１】
このバルブシステム１は、真空弁３により流路を開閉操作し、更に、真空弁３の弁開時においてバタフライ弁２を開閉制御して圧力制御するようになっている。また、ソフト排気する場合には、真空弁３を閉状態にした状態で、小口径の流量調整バルブ４を開けて大気圧から低真空までのソフト排気を行うようになっている。この構成により、バルブシステム１は、バタフライバルブ単体では難しいソフト排気の排気時間を調整できるようにするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−１８７６７号公報
【特許文献２】実用新案登録第２５１６３０７号公報
【特許文献３】特許第３８２６１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、振り子式や直動式のゲートバルブは、大口径の高真空排気系の圧力制御に適した構造であり、これらのゲートバルブのボデー構造は、バタフライバルブのボデー構造に比較して複雑になり、中小型の圧力制御用であって一体型によってソフト排気機能を発揮できる構造ではない。
【００１４】
また、Ｌ型のポペット弁は、弁体が流路方向に往復するように可動するため、弁体の可動域と、この弁体上昇時の流路を広く確保するためにバルブ全体が大型になる。このため、フットプリント性が悪く、排気システム全体が大型化する傾向にあった。
更に、ポペット弁は、大口径のエアーシリンダーの開閉動作を電空ポジショナで制御する方式のため高速に制御することができなかった。
【００１５】
例えば、特許文献１の真空圧力制御システムにおいては、真空比例制御弁の弁開閉ストロークが大きくなり、しかも、弁シールとしてベローズを使用しているため、動作させるためには高推力が必要になる。これにより、この真空比例制御弁を動作させるためには、空気圧シリンダの推力を大きくする必要があった。
また、同真空圧力制御システムは、真空比例制御弁が平面でシールする弁座構造のため、ソフト排気の微少制御に使用する場合に空気圧制御では制御性が悪く、また、弁座の粘着によるハンチング等の問題も起こる。このため、モータの機械的駆動による制御を採用する場合もあったが、この場合にはより大型化し、構造も複雑化していた。
【００１６】
一方、バタフライバルブを真空制御用として用いる場合において、このバタフライバルブをアイソレーションバルブとして機能させるためには、弁体にシール材を設け、かつ、弁座シール性を向上させるために弁体と弁座シール部との締付け圧力を向上させ、密着性を高めることが必要になる。しかし、この場合には弁座を締め切るときの摩擦トルクが大きくなる。
【００１７】
そのため、この高い弁座シール機能を有するバタフライバルブを用いて圧力制御をおこなう場合には、モータ出力やギアの減速比を大きく設定して出力トルクを増大させる必要がある。しかし、出力トルクを増加させると動作速度が遅くなって高速制御ができなくなり、また、モータの大型化やギア数を増加させるとバルブ全体が大型化する。更に、弁体と弁座が摩耗しやすくなり、リーク性能が悪くなっていた。よって、アイソレーション機能を有するバタフライバルブは、弁体の回転動作の限界がおよそ１０万回程度になり、更に、加熱タイプではより限界の動作回数が低下して耐久性が低くなるという問題がある。
【００１８】
このことから、特許文献２のバタフライ弁は、弁体回動空間に弁体退避空間を設けて弁体の摩耗等を防いでシール性能を向上させようとしているが、弁本体を拡径方向に大きく形成して弁体退避空間を設けていることによりボデー全体が大型化し、取付け幅も増加していた。従って、同文献２のバタフライ弁は、バタフライバルブとしてのメリットである小型化を維持することができなかった。
【００１９】
また、特許文献３のバタフライ弁の弁体開閉機構は、弁座シール部を弁体から退避させるようにしているが、弁体回転時にこの弁体と弁座シール部との干渉を防ぐためには、弁座シール部を弁体から大きく離間させる必要があり、その結果、小流量時におけるコンダクタンスが大きくなっていた。よって、このバタフライ弁は、微小流量時の圧力制御が難しく、真空圧力制御には適していない。
【００２０】
一方、弁体にシール材が無くアイソレーション機能の無いバタフライバルブは、ボデーと弁座のシール部の摩耗を防ぐことが主な目的になっている。これにより、仮に、１００Ａのメイン配管に取り付けられたＯＮ−ＯＦＦ制御のポペットバルブと並列にアイソレーション機能を有する流量調節用バルブを設けた場合に、例えば、１／４インチサイズの流量調節用バルブでソフト排気を行う場合、１／４インチサイズの面積を１００Ａサイズのバタフライ弁で制御するためは、弁体とシール部の隙間を０．１ｍｍ程度に設定する必要が有る。しかし、開閉機能のみを有するバタフライバルブは、設計上必要な隙間が大きくなり、Ｍｉｎ制御性が悪くなっている。従って、この開閉用バタフライバルブを用いて、ソフト排気の時間調整をすることはできない。
【００２１】
サイズ１００Ａなどの大口径バタフライバルブを利用してソフト排気をおこなうためには、シール面が接離する位置での開閉制御を行う必要があり、前記のように、弁体と弁座との隙間を、０．１ｍｍ以下に抑えることができない場合には微小流量時のコンダクタンスが大きくなる。この場合、制御可能な圧力の範囲が狭くなって、十分な範囲の圧力制御ができなくなる。しかし、このバルブのように、回転動作部位付近のみのシール性を高めた場合には、主に摩耗したりリークが生じる部分はこのシール部付近となり、耐久性が向上し、また、摩耗抵抗も小さくなるため高速制御できるメリットがある。
【００２２】
また、図２０におけるバルブシステム１は、ソフト排気の排気時間の調整とプロセスガスの圧力制御を行なうことはできるものの、構造が複雑になり、真空配管５に対する取付けスペースが大きくなるという問題が生じる。
【００２３】
一方、この種のバタフライバルブでは、バルブ内への生成物の付着防止や、メンテナンス性も要求されている。
【００２４】
本発明は、上記の課題点に鑑みて鋭意研究の結果開発に至ったものであり、その目的とするところは、真空領域内を圧力制御することに好適なバタフライ式圧力制御バルブであって、優れた耐久性を発揮しつつ単体でアイソレーション機能を発揮して大気圧から低真空までのソフト排気の排気時間の制御とプロセスガスの圧力制御とを行なうことができ、設置スペースが小さく、小さい操作力により高速制御して、弁閉時には弁閉状態を維持して高シール性を発揮し、流量制御時には微小流量から大流量までを正確に制御でき、ヒータの発熱によりバルブ内への生成物の付着を防ぎ、バルブのボデーを分解することなく弁体部分等のメンテナンスを実施できるバタフライ式圧力制御バルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、流路を有するボデーとこの流路を弁軸により開閉可能な弁体とを有し、真空チェンバと真空ポンプとの間に接続されるバタフライ式圧力制御バルブであって、弁軸に弁体を着脱自在に取付けると共にこの弁軸にヒータを取付け、このヒータに接続した配線を介して外部より電流を流すことでヒータを発熱させ、この熱を弁軸から弁体に伝導したバタフライ式圧力制御バルブである。
【００２６】
請求項２に係る発明において、弁体はフラッパ部と保持部材とを有し、このフラッパ部と保持部材とを固定ボルトにより弁軸に一体回転可能に固定したバタフライ式圧力制御バルブである。
【００２７】
請求項３に係る発明において、フラッパ部の外周側にシール用Ｏリングを装着したバタフライ式圧力制御バルブである。
【００２８】
請求項４に係る発明において、弁軸の内側に取付穴を形成し、この取付穴にヒータを着脱自在に取付けたバタフライ式圧力制御バルブである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によると、真空領域内を圧力制御することに好適なバタフライ式圧力制御バルブであり、配管への取付け幅を小さくして設置スペースを小さくでき、小さい操作力により高速制御して、弁閉時には弁閉状態を維持して高シール性を発揮し、弁開時には微小流量から大流量まで正確に流量制御でき、特に、微小流量時において優れたリーク性能を発揮して高精度に圧力制御できるバタフライ式圧力制御バルブである。これにより、真空領域内の圧力制御を正確におこなうことができる。
【００３０】
シートリングがシャフトの長い摺動面でガイドされることでシャフトとシートリングの傾動を防ぎ、シートリングの開閉時にはシャフトの外周側シール部位及びシートリングの裏漏れシール部位の軸方向のブレが抑えられるため、弁閉時においてシール部分の弾性変形量を小さく抑えて漏れを防止できる。また、シャフトの外周側にシール用Ｏリングを設けた場合にこのＯリングのシール径を小さくでき、しかも、多重シール構造に設けることができるため外部リーク性能を向上させて優れた漏れ防止機能を発揮できる。
【００３１】
電空レギュレータにより弁体とシートリングとの間の距離を制御して、外部から弁体を高速かつ高精度に開閉制御して圧力制御でき、全体が大型化したり複雑になったりすることを防ぎつつ、優れたリーク性能を発揮できる。
【００３２】
弁軸に取付けたヒータを発熱させることにより、この熱を弁軸から弁体に伝導させてバルブ内への生成物の付着を防ぐことができる。弁軸に弁体を着脱自在に取付け、この弁体が、Ｏリングが装着されたフラッパ部と保持部材とを有していることから、これらを弁軸から外すことによりバルブのボデーを分解することなく弁体部分等のメンテナンス等をおこなうことができる。この場合、固定ボルトによってフラッパ部に保持部材を着脱自在に設けることができる。さらに、弁軸から弁体を外した状態にし、続いて、弁軸をボデーから抜くことでこの弁軸内のヒータを取外すことができる。
【００３３】
バルブ本体のコンパクト性を維持しながら、弁体の開閉動作とシートリングの移動による微小流量の制御を別々におこなって高速かつ高精度な圧力制御を実施可能である。
【００３４】
シートリングを流路方向に移動させたときにこの移動量を極僅かなバルブ開度として変換し、微小な弁開度の制御が可能である。
【００３５】
バルブ全開状態におけるシートリングの位置を調節してシートリングと弁体との隙間を最小に設定することができ、極微小な流量であっても高精度に圧力制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のバタフライ式圧力制御バルブの第１実施形態を示した概略断面図である。
【図２】本発明のバラフライ式圧力制御バルブにエアを供給した状態を示す要部拡大断面図である。
【図３】図２のバタフライ式圧力制御バルブからエアを排出した状態を示す要部拡大断面図である。
【図４】バルブ本体の部分拡大図である。（ａ）は、バルブ本体の部分拡大断面図である。（ｂ）は、（ａ）の要部拡大断面図である。（ｃ）は、偏心カムの拡大平面図である。
【図５】図４の弁体が回転した状態を示す部分拡大図である。
【図６】図５のシートリングが移動した状態を示す部分拡大図である。
【図７】図５の偏心カムを回転させた状態を示す部分拡大図である。
【図８】本発明におけるソフト排気時間と真空チェンバ内の圧力との関係を示したグラフである。
【図９】Ｏリングとシートリングとの位置関係を示した模式図である。
【図１０】真空流路を示した概略模式図である。
【図１１】高速エア制御回路を示した模式図である。
【図１２】本発明のバタフライ式圧力制御バルブの第２実施形態を示した概略断面図である。
【図１３】本発明のバラフライ式圧力制御バルブにエアを供給した状態を示す要部拡大断面図である。
【図１４】図１３の弁体が回転した状態を示す横断面図である。
【図１５】弁体を取外した状態を示す断面図である。
【図１６】弁体の概略図である。（ａ）は、弁体の概略側面図である。（ｂ）は、弁体の概略背面図である。（ｃ）は、弁体の概略平面図である。
【図１７】弁軸の一部切欠き側面図である。
【図１８】（ａ）は、主ボデーの一部切欠き正面図である。（ｂ）は、主ボデーの縦断面図である。（ｃ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である
【図１９】本発明のバタフライ式圧力制御バルブの第３実施形態を示した概略断面図である。
【図２０】従来のバルブシステムを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明におけるバタフライ式圧力制御バルブの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１０に示すように、本発明のバタフライ式圧力制御バルブは、例えば、半導体製造工程における管路１０において真空チェンバ１１と真空ポンプ１２との間に接続され、バルブ本体１５と、このバルブ本体１５に接続された電磁弁１６と、電空レギュレータ１７と、アクチュエータ１８と、コントローラ１９とを備えている。
【００３８】
図１においては、本発明のバタフライ式圧力制御バルブの第１実施形態を示している。バルブ本体１５のボデー２０内には流路２１が形成され、この流路２１を開閉するバルブ開閉機構２２が設けられている。バルブ開閉機構２２は、弁体２３と、シートリング２４と、エア流路２５と、スプリング２６とを有している。
【００３９】
バルブ開閉機構２２において、弁体２３は、略円板状に形成され、固着ボルト２７によって回転軸である弁軸２８に取付けられ、この弁軸２８により流路２１に対して垂直方向に回転可能になっている。更に、弁体２３の外周側には装着溝２９が形成され、この装着溝２９にＯリング３０が装着されている。Ｏリング３０は、後述するシートリング２４の弁座シール部３１と当接する側に配設され、このＯリング３０により、弁座シール部３１と弁体２３との間がシールされる。
【００４０】
図５、図６に示すように、弁軸２８は、弁体２３の中心Ｏ１から偏心しており、かつ、流路の中心Ｏ２から偏心しており、これにより、バルブ本体１５が２重偏心弁の構造を呈している。この場合、流路の中心Ｏ２に対する弁軸２８の偏心量Ｄは、約１〜２ｍｍ程度になっている。また、弁軸２８は、上部側にステッピングモータ３２が接続されている。ステッピングモータ３２は、弁軸２８の回転誤差を抑えつつ所望の回転角度に高精度に回転できるようになっている。
【００４１】
また、シートリング２４は、図４（ａ）に示すように略リング状に形成され、弁座シール部３１と摺動部３６とが設けられている。弁座シール部３１は、Ｏリング３０が当接してシールする部分であり、シートリング２４の内周面側に形成され、内径側から外径側に緩やかに拡径するテーパ状に形成されている。図４（ｂ）において、弁座シール部３１のテーパ角度θは、バルブのサイズにより異なるが、弁体が旋回時に干渉しない角度に設定し、本実施形態においては、このテーパ角度θを１０〜１５°に設定している。また、弁座シール部３１は、テーパ状以外の形状であってもよく、例えば、円弧状であってもよい。
一方、摺動部３６は、シートリング２４がボデー２０内を摺動するために形成され、この摺動部３６には外径側に突出して規制部３７が設けられている。更に、この規制部３７が移動する側には、弁閉側規制面３８と弁開側規制面３９とがそれぞれ形成されている。
【００４２】
シートリング２４は、ボデー２０に形成された装着凹部４０に対して摺動部３６が装着されるようにして取付けられ、摺動部３６と装着凹部４０との間に設けられた間隙Ｇにより流路２１に対して垂直方向に往復動自在に移動し、弁座シール部３１がＯリング３０に接離できるようになっている。このとき、弁閉側規制面３８が装着凹部４０に形成された環状突部４１、また、弁開側規制面３９がストッパ４５にそれぞれ当接することで、シートリング２４の往復時の移動量がそれぞれ規制されている。また、シートリング２４と装着凹部４０にはそれぞれシールリング４２、４３、４４が設けられ、このシールリング４２、４３、４４により、ボデー２０とシートリング２４とからの流体漏れが防がれている。
【００４３】
図４（ｂ）、図４（ｃ）に示すように、ストッパ４５は、円柱状のピン４６と、このピン４６に対して偏心した偏心カム４７とを有している。更に、ピン４６の先端側には、溝部４８が形成されている。一方、ボデー２０内にはこのストッパ４５を収容する収容部５０が設けられ、この収容部５０は、ピン４６が収容される装着部５１と、偏心カム４７が収容される拡径部５２とを有している。ストッパ４５は、収容部５０に装着されたときに、この収容部５０に対して回転可能になっており、このとき、偏心カム４７のカム面４９がシートリング２４と当接する位置に配設されてこのシートリング２４との当接面となる。
【００４４】
この取付け構造により、ストッパ４５は、図７に示す状態のように回転させることができ、これにより、カム面４９の位置を調節でき、シートリング２４が移動するときの移動量を規制するようになっている。ストッパ４５を回転する場合には、溝部４８に図示しないドライバ等の工具の先端を差込み、ピン４６に刻印形成された視認部５３の位置を確認しながらこのドライバを回転することにより、任意の状態まで回転できる。この場合、ストッパ４５を０〜１８０°までの範囲で回転させてカム面４９の状態を調節できる。ストッパ４５は、本実施形態においては、バルブ本体１５の上下の２箇所に設けている。
【００４５】
図２、３に示すように、エア流路２５は、ボデー２０内の装着凹部４０から外部に続けて形成され、このエア流路２５を介して装着凹部４０にエアが供給される。このエア流路２５は、エアを供給したときにシートリング２４が弁体２３から離間する位置に形成され、更に、バルブ本体２３に搭載されるアクチュエータ１８の内部に設けられたエア流路５５に接続されている。このアクチュエータのエア流路５５は、その途中から図１に示すように、第１分岐流路５６と第２分岐流路５７とに分岐されている。
【００４６】
スプリング２６は、シートリング２４に形成された取付部６０とボデー２０に形成された凹状溝６１との間に、シートリング２４を弁体２３の方向に付勢する方向に弾発した状態で装着されている。これにより、通常時においては、シートリング２４がこのスプリング２６の弾発により弁体２３方向に移動して弁閉状態に回転したときの弁体２３にシール可能であり、一方、エアをエア流路２５から供給した時には、シートリング２４がスプリング２６の付勢力に抗して移動して流路２１を開放するようになっている。このように、バルブ本体１５は、いわゆる、ＮＣ（ノーマリークローズ）の形態を呈している。本実施形態においては、スプリング２６は、シートリング２４の円周方向に等間隔に８個装着されているが、必要に応じて増減させるようにしてもよい。
【００４７】
更に、シートリング２４のスプリング２６の取付け面側のスプリング２６と干渉しない位置に、図示しない係止部材を取付けるようにしてもよい。係止部材は、ボデー２０に形成された図示しない係止穴とシートリング２４に形成された図示しない係止穴との間に挿入され、この係止部材を設けた場合には、シートリング２４がボデー２０に対して回転することが防がれる。そのため、シートリング２４が装着凹部４０に対して往復動するときの動作が安定し、弁座シール部３１が弁体２３に対して略垂直方向から当接できるようになっている。
【００４８】
以上の構成により、シートリング２４を弁体２３のＯリング３０から離間させた状態でこの弁体２３を無摺動で回転させ、また、弁体２３を弁閉状態に回転したときにエア流路２５へのエアの供給とスプリング２６の付勢力とにより弁体２３にシートリング２４を接離させて、流路２１内の流量（圧力）を制御する開閉機構になっている。このバルブ開閉機構２２により流量制御することで、バタフライ式圧力制御バルブは、真空チェンバ１１内をソフト排気しながら高精度に圧力制御できるようになっている。
【００４９】
シートリング２４の弁体２３への接離は、電磁弁１６と電空レギュレータ１７とによるエアの供給・停止、又はエア供給量の調整によりおこなわれる。
電磁弁１６と電空レギュレータ１７は、図１の第１分岐流路５６と第２分岐流路５７に対して並列した状態で接続されている。更に、電磁弁１６と電空レギュレータ１７にはポンプ６２が接続され、このポンプ６２から操作用のエアが供給されたときに、電磁弁１６と電空レギュレータ１７とがそれぞれ操作されて流路が制御される。
【００５０】
電磁弁１６は、弁開又は弁閉の状態に操作可能であり、各状態においてポンプ６２からのエアをエア流路２５に供給又は停止できるようになっている。一方、電空レギュレータ１７は、バルブ開度を調節することで、ポンプ６２からのエアの供給圧力を調整することができるようになっている。この電空レギュレータ１７は、例えば、図示しない内部のピストンにより圧力を０〜０．５ＭＰａまでの範囲内に圧力制御するようにバルブ本体１５へのエアの供給量を制御するものであればよい。または、供給圧力のＯＮ−ＯＦＦ制御によりシートリング２４の位置制御をできるものであれば良い。
【００５１】
電磁弁１６と電空レギュレータ１７の内部構造は省略するが、電磁弁１６はオンオフ用の開閉弁、電空レギュレータ１７は流量調節可能な流量調節弁であれば、その構造に拘ることはなく適宜の形態のバルブを用いるようにしてもよい。また、これらは、第１・第２分岐流路５６、５７にそれぞれ所定量のエアを供給可能であれば、バルブ本体１５と一体又は近接して設ける必要はなく、管路１０の任意の位置に設けることが可能になっている。
【００５２】
一方、アクチュエータ１８は、前記したステッピングモータ３２を内部に搭載し、このステッピングモータ３２により弁軸２８を介して弁体２３を所定角度に回転制御できるようになっている。
図１に示すように、ステッピングモータ３２に対してコントローラ１９が接続され、また、このコントローラ１９は、電空レギュレータ１７に接続されている。このコントローラ１９は、弁体制御部６５と、エア制御部６６とを有している。弁体制御部６５とエア制御部６６は、図示しない基板等を有している。
【００５３】
弁体制御部６５は、ステッピングモータ３２の回転方向や回転速度等を制御し、弁体２３の回転量を制御する。一方、エア制御部６６は、電空レギュレータ１７内部の図示しない弁体の弁開度を制御し、この電空レギュレータ１７にポンプ６２からエアが供給されたときにエア流路２５に供給するエアの量（圧力）を制御するようになっている。これにより、エア制御部６６は、電空レギュレータによりエア流路２５に供給する出力圧力を制御してシートリング２４の開度を制御している。
【００５４】
なお、上記の実施形態において、電空レギュレータ１７の位置に、この電空レギュレータ１７と同一の機能を有するバルブを設けてもよい。このバルブとしては、例えば、図示しないが、オリフィス流路を有する流量制御弁がある。
【００５５】
次に、本発明のバタフライ式圧力制御バルブの上記実施形態における動作並びに作用を説明する。
先ず、弁開状態から弁閉状態にする場合には、図４の状態において、電磁弁１６と電空レギュレータ１７は開の状態であり、この状態でポンプ６２からエア流路２５にエアが供給されている。これにより、エア流路２５から装着凹部４０にエアが供給され、シートリング２４がスプリング２６の付勢力に抗して図に示すように左側に移動する。その際、図４（ｃ）に示したストッパ４５の回転を調節し、カム面４９を適宜の状態に設定してシートリング２４の移動量を規制しておく。図においては、カム面４９の偏心量の少ない面側をシートリング２４との当接側に配設するように調節し、これにより、シートリング２４の移動量が大きくなるようにしている。
【００５６】
続いて、この状態で弁体制御部６５を制御してステッピングモータ３２を所定量回転させ、図５に示すように、バルブ本体１５の弁体２３を閉状態の位置まで回転させる。このとき、シートリング２４を弁体２３から離間させた状態に維持されていることにより、弁体２３がこのシートリング２４に対して無摺動で回転する。また、弁体２３の中心Ｏ１から流路の方向に偏心し、かつ、流路の中心Ｏ２から偏心しているため、弁体２３における弁軸付近がシートリング２４に接触することがない。このため、弁体２３が回転することを原因とするシール性の悪化が防がれ、後述する弁閉時におけるシール性を維持できる。
【００５７】
次いで、図３、図６に示すように、電磁弁１６を閉状態にしてエア流路２５へのエアの供給を停止し、装着凹部４０からエアを排気する。これにより、スプリング２６が弾発付勢してシートリング２４を弁体２３方向に押圧し、シートリング２４の弁座シール部３１が弁体２３のＯリング３０にシールする。その際、Ｏリング３０はテーパ状の弁座シール部３１の内周面側に当接しているため、図６（ｂ）において、シートリング２４がスプリング２６の付勢力によりＯリング３０方向に移動したときに、このＯリング３０が弁座シール部３１の面に沿って縮径しながら変形することにより高シール性が発揮される。
以上のバルブ本体１５の弁閉動作により、真空チェンバ１１と真空ポンプ１２との間の管路１０が閉状態となる。
【００５８】
次に、この弁閉状態からソフト排気制御する場合と、ソフト排気制御後のプロセスガス圧力制御する場合を述べる。先ず、徐々に弁開状態に動作させて真空チェンバ１１内をソフト排気する場合、すなわち、大気圧の状態で締め切られた真空チェンバ１１内の圧力を、この大気圧から徐々に排気して減圧時の値（真空状態）に減圧する場合を説明する。
上記の状態からソフト排気する場合には、最初に、電磁弁１６の閉状態を維持した状態でエア制御部６６により電空レギュレータ１７の弁開度を制御してエア流路２５に供給する圧力を制御してシートリング２４の開度を制御する。
【００５９】
このとき、電空レギュレータ１７の弁開度は、図８のグラフに示すように、真空チェンバ１１内の圧力が大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）から所定のソフト排気時間が経過したときに０気圧になるように制御する。すなわち、真空チェンバ１１内を大気圧から０気圧まで減圧するときに、この真空チェンバ１１内にパーティクルの発生等の問題が生じることのない減圧速度によるソフト排気時間Ｔを予め設定しておき、このソフト設定時間Ｔにおいて真空チェンバ１１内の圧力を比例させるように排気して電空レギュレータ１７の開度を制御する。この開度制御により、エア流路２５へのエア供給圧力を調節して弁体２３に対するシートリング２４の移動量を細かく制御して、シートリング２４と弁体２３との間の隙間量を制御する。
【００６０】
このようにエア制御部６６によって電空レギュレータ１７を開度制御することにより、大気圧付近ではリーク量を微量に制御し低真空になるにつれて開度を大きく制御することで、真空チェンバ１１内の真空圧力は、排気時間Ｔ以内で大気圧から１Ｔｏｒｒ以下になりやすくなる。
【００６１】
このとき、設定時間内に真空圧力が１Ｔｏｒｒ以下に達するように排気された場合には、電空レギュレータ１７が閉状態になると同時に電磁弁１６が開状態に制御され、電磁弁１６を介してエア流路２５にエアが供給されてシートリング２４がストッパ４５の位置まで移動する。また、弁体制御部６５によりステッピングモータ３２の回転が制御され、バルブ本体１５の弁体２３が全開状態になり制御が終了する。
【００６２】
一方、真空圧力が時間内に１Ｔｏｒｒ以下に達するように排気できない場合には、電空レギュレータによりシートリングの全開状態の出力圧力が検出され、この検出結果によりステッピングモータによる弁体制御に切り替わり、弁体２３が徐々に開かれて設定時間以内でのソフト排気が行なわれる。このソフト排気により設定真空圧力に達した後には、弁体２３が全開状態になって制御が終了する。
これらのソフト排気後には、真空ポンプ１２の能力により、真空チェンバ１１内は高真空まで排気される。
【００６３】
上記の制御時には、弁体２３とシートリング２４とが、Ｏリング３０とテーパ状の弁座シール部３１とによりシールするシール構造であるため、特に、大気圧付近での微小流量の制御が可能になっている。
即ち、図９において、弁座シール部３１（シートリング２４）がＯリング３０から離れているときの流路方向における距離をＬとすると、この距離Ｌによってシートリング２４とＯリング３０との間に生じる径方向の隙間Ｓは、隙間Ｓ＝距離Ｌ×ｔａｎθ（θ：テーパ角度）によって表される。
仮に、θ＝１０°の場合には、隙間Ｓを０．１ｍｍ以下で制御するためのシートリング２４の移動距離Ｌが約０．６ｍｍになり、このように移動距離Ｌを大きなストロークでラフに制御しながら、隙間Ｓの量を精密に制御することが可能になる。
【００６４】
更に、移動距離Ｌをストッパ４５により調整することで、全開時の隙間Ｓを０．１〜０．２ｍｍ程度に設定でき、コンダクタンスを小さくできる。このように、Ｏリング３０とテーパ角度θを設けたシートリング２４との流量調節により、シートリング２４の弁体方向への移動距離Ｌを隙間Ｓによって小さく変換して微小制御をおこなえる。このため、ソフト排気時の制御を高精度に実施できる。
【００６５】
このようなシートリング２４の内周面側に、内径側から外形側に向けて緩やかに拡径してテーパ状（或は円弧状）に形成したシール構造により、シートリング２４の移動による漏れが開始するまでにはこのシートリング２４のある程度の移動量が必要になる。上記のテーパ接触により、Ｏリング３０と弁座シール部３１との間に粘着による貼り付きが発生しようとしても、これらが滑り動作しながら剥離してリークがおこなわれるため、粘着の影響を受け難くなる。更に、本実施形態におけるバタフライ式圧力制御バルブでは、前記シール構造によるソフト排気（スロー排気）を最も効果的に機能させるために、スロー排気制御をコントローラ１９によっておこなっている。
【００６６】
上記のコントローラ１９は、真空チェンバ１１内の圧力低下を誘導するための到達関数ｆ(ｘ)を算出する演算機能（以下、到達関数演算機能という）と、バルブ本体１５を任意の時間幅でオープンクローズする図示しないタイマーと、バルブ本体１５が開閉動作するときのオープン開度値とクローズ開度値とを真空チェンバ１１内の圧力と到達関数ｆ(ｘ)とから演算する機能（以下、弁開度演算機能という）とを有している。そして、このバルブ本体１５は、図示しないパソコン等の入力手段から圧力を低下させる所要時間と、この所要時間で到達させる圧力をコマンド入力することで圧力をステップごとにバルブ本体１５の開閉動作により制御して大気圧（又は、任意の圧力）から目標とする任意の圧力まで低下させるようにした。
【００６７】
この場合、到達関数ｆ(ｘ)を、例えば、任意の１次、２次或は３次関数として到達関数演算機能より求め、各ステップごとにこの到達関数ｆ(ｘ)と測定した真空チェンバ１１内の圧力とを比較して、弁閉状態の弁体２３に対してシートリング２４をシール方向に往復動させてオープン開度とクローズ開度とを制御する。
【００６８】
その結果、スロー排気のスタート時には緩やかな排気特性により排気でき、優れたリーク特性を発揮して微小流量時の圧力制御を高精度に行なうことが可能となる。このため、例えば、圧力制御をしながら目標圧力を変えて段階的に圧力を下げるようにした制御の場合のように、フラットなシール面の弁座を制御する際に、弁座が離れる寸前の制御が難しくなって弁座に粘着による貼り付きがあるときにこの貼り付きが剥がれた瞬間にオーバーシュートして設定した排気特性より急激に排気されることがない。
【００６９】
しかも、バルブ本体１５は、２重偏心弁の構造を呈しているので、弁体２３の幅が小さい場合であっても、弁座シール部３１とＯリング３０との隙間が最小の状態で開閉し、微小流量時におけるコンダクタンスが最小となる。このため、弁体２３の回転時には、弁体２３と弁座シール部３１との干渉が抑えられ、スムーズな弁体２３の回転が可能である。
【００７０】
ソフト排気後には、プロセスガスを流して目標圧力制御が行われる。プロセスガス圧力制御は、弁体２３が全開で高真空に排気された状態からガス導入と圧力制御がスタートし、設定圧力に調圧するＰＩＤ動作が行なわれる。その際、ガス導入のスタートは、圧力制御のスタートに対して前後する場合があるが、圧力制御がスタートするときには、高速で弁閉動作と安定制御とが行なわれる。
【００７１】
弁体２３は、ステッピングモータ３２のモータ制御により弁閉状態まで回転する。回転後には、弁座シール部３１がＯリング３０から離間しているため、弁体２３はほとんど摺動抵抗の無い状態で回転して低トルクで高速の圧力制御が可能になり、また、弁座シール部３１とＯリング３０との関係がＭｉｎコンダクタンスに設定されているため、広範囲の圧力制御が可能になっている。
【００７２】
この弁閉状態において、電空レギュレータ１７によりエア流路２５に供給する圧力をＰＩＤ制御してシートリング２４の移動によるプロセスガス圧力制御を行う。その際、プロセスガス流量が少ない状態、または、設定圧力が高く弁体開度が０％でも設定圧力まで上昇しない場合は、弁体開度を０％にした状態で電空レギュレータ１７によりエア流路２５に供給する圧力をＰＩＤ制御してシートリング２４を閉方向に制御することで、大気圧に近い高い圧力でも制御できる。
【００７３】
ここで、ＰＩＤ制御は、フィードバック制御の一種であり、入力値の制御を、出力値と目標値との偏差、積分、微分からなる要素により実施する制御である。このＰＩＤ制御は、一般的に広く実施されている制御方法であるため、その詳しい説明を省略する。
【００７４】
弁閉状態におけるプロセスガス圧力制御は、電空レギュレータ１７によるエア流路２５への圧力のＰＩＤ制御により、シートリング２４を開閉方向に移動させて行なう。この場合、設定圧力が低真空領域でシートリング２４だけの圧力制御では圧力が下がらない場合には、この圧力を下げるために、エア流路２５のシートリング２４が全開状態になる圧力を電空レギュレータ１７の出力圧力で検出し、この検出結果に応じてステッピングモータ３２のＰＩＤ制御に切り替わり、弁体２３の開閉制御により目標圧力まで排気調圧される。このように、電空レギュレータ１７によるリークゼロからの制御範囲と、モータ駆動によるＭｉｎコンダクタンスからの制御範囲とを切り替えて制御することで、広い制御範囲を確保し、プロセスガス圧力制御と、前記したソフト排気制御とが可能になっている。
【００７５】
上記において、ソフト排気制御やガス圧力制御について、弁開側への圧力制御時には、シートリング２４が全開になる圧力を電空レギュレータ１７により検出してステッピングモータ３２の制御に切り替え、弁閉側への制御時には、ステッピングモータ３２の制御の開度が０％の条件時にエア流路２５の圧力を排気制御することで、シートリング２４の弁閉状態からバルブ本体１５のＭｉｎコンダクタンスまでと、バルブ本体１５の弁体制御によるＭｉｎコンダクタンスからＭａｘコンダクタンスまでの２つの制御系統を連続して制御可能としている。その際、プロセスガスを高速で安定させるには、バルブ本体１５の弁体２３の制御のみで行うのが良く、プロセスガスの調圧範囲を広くするには、Ｍｉｎコンダクタンスを小さくするために、シートリング２４と弁体２３との隙間Ｓを弁体２３が無摺動で回動できる最少の間隙に設定するのが良い。
【００７６】
また、２つの制御系統による連続した切り替え制御を行なわない場合には、プロセスガス圧力制御を弁体２３の回動によってのみで行い、一方、クリーニング等の大気圧に近い高い圧力制御を行う場合には、シートリング２４の制御によってのみで行うのが良い。
上記において、弁体２３の回動のみによるプロセスガス圧力制御時おける圧力は、例えば、０．５〜５Ｔｏｒｒ程度であり、一方、クリーニング時の圧力は、例えば、７００Ｔｏｒｒ程度である。また、前述したソフト排気制御は、大気圧から１００Ｔｏｒｒ程度になるまでの時間が、およそ１０〜２０分程度の時間により排気する。
【００７７】
なお、モータ制御状態から再度バルブ本体１５を全閉状態にする場合には、弁体２３を全閉位置まで回転させ、電磁弁１６をＯＦＦにしてのエア流路２５のエアを排気すると、スプリング２６がシートリング２４をＯリング３０に押し付けてシールさせ、流路２１が閉状態となる。
【００７８】
また、電空レギュレータ１７の位置に、この電空レギュレータ１７と同一の機能を有するオリフィス流路を有する流量制御弁を設けた場合には、この流量制御弁を高速で開閉制御することにより、オリフィスを介して微小流量のエアが装着凹部４０に供給され、シートリング２４を減速させながら動作させることが可能になる。これにより、シートリング２４を徐々に移動させてソフト排気を実施できる。この場合、電空レギュレータ１７を用いた場合と比較して安価にソフト排気をおこなうことができる。
【００７９】
更に、図１１に示したエア制御流路７０を利用することで、バルブ本体１５を弁閉状態に高速遮断することもできる。図において、エア遮断流路７０には、電空レギュレータ７１、３方電磁弁７２、圧力スイッチ７３、２方エアバルブ７４が設けられ、このエア制御流路７０は、図１におけるボデー２０のシリンダである装着凹部４０から続くエア流路２５に接続されている。
【００８０】
エア制御流路７０は、エア供給側流路７５とエア排気側流路７６とにより並列に設けられ、このエア供給側流路７５とエア排気側流路７６との間には、第１バイパス流路７７、第２バイパス流路７８が設けられている。そして、エア供給側流路７５に、シリンダ４０側から順に、電空レギュレータ７１、３方電磁弁７２、圧力スイッチ７３が直列に配設され、一方、エア排気側流路７６に、２方エアバルブ７４が設けられている。
【００８１】
電空レギュレータ７１は、エア供給側流路７５と第１バイパス流路７７とを接続する位置に設けられ、エア供給側流路７５からシリンダ４０内に供給するエアの流量を調節可能で、かつ、シリンダ４０からの排気エアを、第１バイパス流路７７を介してエア排気側流路７６に流すことが可能になっている。３方電磁弁７２は、エア供給側流路７５と第１パイパス流路７７とを接続する位置に設けられ、供給エアをシリンダ４０側に供給するか、又は、シリンダ４０からの排気エアを、第２バイパス流路７８を介してエア排気側流路７６に流すように切り換え可能になっている。圧力スイッチ７３は、エア供給側流路７５内の圧力を感知するために設けられている。
【００８２】
２方エアバルブ７４は、エア排気側流路７６に設けられ、この２方エアバルブ７４には、エア供給側流路７５から第３バイパス流路７９が接続されている。この２方エアバルブ７４は、ノーマリーオープンタイプのバルブであり、通常時にはシリンダ４０からのエアを排気できるようになっており、一方、エア供給側流路７５からエアが供給されたときには第３バイパス流路７９を介してエアが供給されて弁閉状態となる構造になっている。
【００８３】
エア制御流路７０において、３方電磁弁７２を開状態にしてエアを供給すると、第３バイパス流路７９を介して２方エアバルブ７４内にエアが流れ、２方エアバルブ７４は、閉状態になってシリンダ４０からの排気が防がれた状態になる。この状態で電空レギュレータ７１に、例えば、０〜５Ｖの入力信号を入力すると、この入力信号に比例して供給側からの操作圧力が０〜０．５ＭＰａの大きさで出力される。この操作圧力により、シリンダ４０内の図示しないシートリングが電空レギュレータ７１の出力圧力に比例して、例えば、０〜２．５ｍｍのストロークにより往復動してバルブ本体１５を開閉する。
【００８４】
バルブ本体１５を閉止状態に遮断するときには、３方電磁弁７２を切り換えることでシリンダ４０からの排気エアが第２バイパス流路７８に流れて排気され、かつ、エア供給側流路７５へのエア供給も停止する。このとき、電空レギュレータ７１への入力信号を０Ｖにして排気した際に、通常の回路ではシリンダ４０が弁閉動作するまでに１．５秒程度掛かることになるが、このエア遮断回路７０では、エア供給側流路７５に並列に配管されたエア排気側流路７６の２方エアバルブ７４が開状態となることで、排気エアが２方エアバルブ７４と電空レギュレータ７１・３方電磁弁７２とを介してエア排気側流路７６から排気されるため、１秒以下の高速で遮断することができ、遮断時間を大幅に短縮することが可能になる。
【００８５】
上述したように、本発明のバタフライ式圧力制御バルブは、弁体２３と、シートリング２４と、エア流路２５と、スプリング２６とを有するバルブ開閉機構２２をバルブ本体１５内に設け、バルブ開閉機構２２により高シール性を確保しながら流路２１を開閉制御するようにしているので、バタフライバルブ構造によって全体のコンパクト性を維持して省フットプリント性を確保し、高速制御によるアイソレーション機能を発揮できる。このため、半導体製造工程における真空流路５に対して本発明のバタフライ式圧力制御バルブを用いた場合には、全体の省スペース化が可能となり、大流量の流路であってもその真空圧力を高精度に制御することが可能になっている。しかも、高価な部品等を使用することが無いため安価に設けることができる。
【００８６】
更に、バルブ開閉機構２２は、エア流路２５へのエアの供給により弁体２３がシートリング２４から離間した状態で回転するので、弁体２３がシートリング２４に対して摺動することなく弁座シール部３１によるシール性を確保しながら小さい出力トルクのステッピングモータ３２を利用して高速作動させることができる。これにより、小出力のアクチュエータ１８を用いた場合にも、例えば、小口径の４０Ａから口径の大きい１５０Ａまでのバルブ本体１５の弁体の高速作動が可能になる。
また、弁体２３やシートリング２４の摩耗が防がれ、真空圧力制御時のリーク性能が高められる。更に、Ｏリング３０の寿命が延びるため耐久性が高まり、弁体２３の回転動作の限界をおよそ１００万回まで向上させることも可能である。
【００８７】
また、エア流路２５に電磁弁１６と電空レギュレータ１７を並列に接続した状態でバルブ開閉機構２２により制御しているので、構造が複雑化したり全体が大型化することなく、１つのエア流路２５を介して電磁弁１６と電空レギュレータ１７とにより弁開状態から弁閉時までの圧力を容易に制御できるバタフライ式圧力制御バルブである。
【００８８】
次に、本発明のバタフライ式圧力制御バルブの第２実施形態を説明する。なお、この実施形態以降において、それ以前の実施形態と同一箇所は同一符号によってあらわし、その説明を省略する。
図１２、図１３においては、本発明のバタフライ式圧力制御バルブの第２実施形態を示している。図において、バルブ本体８０は、ボデー８１内部にバルブ開閉機構８２を有し、このバルブ開閉機構８２は、弁体８３と、シートリング８４と、エア流路８５と、スプリング８６とに加えて、ピストン８７とシャフト８８とを有している。バルブ本体８０のボデー８１は、中央の主ボデー８１ａと、一側に設けられた接続ボデー８１ｂと、他側に設けられた接続ボデー８１ｃとが一体に組み合わさって形成されている。各接続ボデー８１ｂ、８１ｃには、図示しない他の配管との接続部位が形成されている。
【００８９】
バルブ開閉機構８２のうち、弁体８３は、前記実施形態と略同一の取付構造によりボデー８１に回動自在に取付けられ、この弁体８３を回動させる弁軸８９内部には弁体加熱用のヒータ９０が取り付けられている。図１７に示すように、ヒータ９０は、カートリッジ形態に形成され、弁軸８９の内側に形成された取付穴９１に着脱自在に取付けられる。更に、このヒータ９０には配線９２が接続されており、ヒータ９０は、配線９２を介して外部より電流が流されて発熱可能になっている。ヒータ９０が発熱すると、この熱は弁軸８９を伝わって弁体８３まで伝導される。
【００９０】
弁体８３は、図１６に示すように、Ｏリング３０が装着されたフラッパ部９５と保持部材９６とを有し、保持部材９６は、固定ボルト９７により連通穴９８を介してフラッパ部９５に形成されためねじ９９に着脱自在に設けられている。一方、図１４に示すように、フラッパ部９５にはキー溝１００が形成され、このキー溝１００にキー１０１が嵌め込み可能になっている。キー１０１は、フラッパ部のキー溝１００と弁軸８９に形成されたキー溝１０２に嵌め込まれ、この状態でフラッパ部９５と保持部材９６とを固定ボルト９７で固定することにより、弁軸８９とフラッパ部９５とが一体に回転する。
【００９１】
上記の構成により、弁軸８９と弁体８３とは着脱自在に取り付けられることから、図１５に示すように、弁軸８９からフラッパ部９５と保持部材９６とを外した状態にし、続いて、弁軸８９をボデー８１から抜くことで弁軸８９内のヒータ９０を取外すことが可能になる。このため、図示しないが、弁体と弁軸とが一体構造である場合のように内部ヒータやバルブボデーを分解する必要がなく、この実施形態では、弁軸８９の内部にヒータ９０を挿入し、フラッパ部９５と弁軸８９とを分割構造にすることでボデー８１を分解することなくフラッパ部９５のメンテナンス等を実施することが可能になっている。
【００９２】
一方、シートリング８４は、略環状に設けられ、弁座シール部１０５と鍔状取付部１０６とが形成されている。弁座シール部１０５は、前記実施形態と同様に形成され、鍔状取付部１０６は、ボデー８１内に形成されたシリンダ１０７の内径と略同径に設けられ、この鍔状取付部１０６には、ボルト装着孔１０８が２ヶ所の同心円上に形成されている。
【００９３】
ピストン８７は、略環状に形成され、このピストン８７にはシートリング８４と同様にボルト装着穴１０９が２ヶ所に形成されている。ピストン８７の内外周側にはボデー８１とのシール用Ｏリング１１０、１１０が装着されている。ピストン８７とシートリング８４との間には、２本のシャフト８８が配設され、このシャフト８８は、両端面において取付ボルト１１１によりピストン８７とシートリング８４とに固着されている。シャフト８８は、ボデー８１に形成された挿通孔１１２に装着され、このシャフト８８の外周側には３つのＯリング１１３、１１３、１１３が装着されている。このため、シャフト８８は、ボデー８１との間が３重シールされた状態で挿通孔１１２を往復動する。
【００９４】
上記の構造により、ボデー８１のシリンダ１０７内には、分割されたシートリング８４とピストン８７とが複数のシャフト８８により連結され、シートリング８４とピストン８７とシャフト８８とが一体化した状態で主ボデー８１ａに対して図１２において左右に往復動作できるようになっている。エア流路８５は、ボデー８１のシリンダ１０７内のピストン８７装着側の一次側に外部と連通して形成され、このエア流路８５を介してシリンダ１０７内にエアが供給される。このように、エア流路８５は、エア供給時にピストン８７とシャフト８８とによりシートリング８４を弁体８３から離間させる方向に移動させる側に形成されている。このエア流路８５は、図示しないアクチュエータ内部のエア流路に接続されている。
【００９５】
図１４において、主ボデー８１ａの流路一方向に開口して、例えば、８ヶ所に均等に凹状溝１１４が設けられ、各凹状溝１１４にはスプリング８６がピストン８７をエア流路８５の側に弾発付勢するように装着されている。この装着構造により、通常時においては、ピストン８７がスプリング８６によりエア流路８５の入口側、すなわち、図において右方向に移動し、シャフト８８によりこのピストン８７と一体化されたシートリング８４は弁閉方向にシールするように移動する。
一方、エア流路８５からエアを供給すると、ピストン８７がスプリング８６の弾発力に抗して図において左方向に移動するときにシートリング８４も同方向に移動して弁体８３から離間して流路を開状態にできるようになっている。続いて、このソフト排気制御後に、図１４に示すように、弁体８３を回転してプロセスガス圧力制御することができる。
なお、この実施形態では、シャフト８８を２本としているが、このシャフト８８は３本以上であってもよい。この場合、ピストン８７とシャフト８８との接続強度が増加する。
【００９６】
上述した構成により、この実施形態におけるバルブ本体８０は、ボデー８１内部のピストン８７とシャフト８８との連結部位が大気に開放しているものの、仮に、ピストンシール用のＯリング１１０が破損してこの部位から漏れが生じたとしても、３重シール構造によりシートリング８４側への漏れを防いでバルブ本体８０内部への操作エアの漏れを防止している。
【００９７】
また、このシャフト８８の３重シールによりシールされた内部流路側とエア供給側との間には差圧があり、内部流路側の圧力がエア供給側の圧力よりも低くなっており、しかも、シール用Ｏリング１１３の径がシャフト径とほぼ同径であって摺動時のシリンダ１０７との接触面積が小さくなるため、流路内の内部圧力が外部へ漏れることを防ぐことができる。
【００９８】
更に、主ボデー８１ａと接続ボデー８１ｃは、主ボデー８１ａに形成された環状突起部９３が接続ボデー８１ｃの当該位置に装着されたＯリング９４に密着シールするように一体化しているため、この固定シール構造によりバルブ本体８０内にエア流路８５からのエア漏れが防がれ、バルブ本体８０内への漏れは、シャフト８８からの大気圧の浸入のみに限られる。このため、バルブ本体８０における漏れ量を極小に抑えつつ、シール性と耐久性の向上を図ることができる。
【００９９】
図１８においては、上記実施形態の一部の形状を変更した主ボデーを示したものである。この主ボデー１１５は、前記主ボデー８１ａと同様に、シャフト８８の挿通孔１１２が均等に２ヶ所に形成され、かつ、スプリング収納空間である凹状溝１１４が略均等に８ヶ所に設けられている。更に、この主ボデー１１５では、各凹状溝１１４にはリークポート１１６が形成され、このリークポート１１６は、大気に開放されている。これにより、図１２において、エア流路８５からのエア供給時にピストン８７の摺動部位（Ｏリング１１０とシリンダ１０７との隙間）からエア漏れした場合、このエアがリークポート１１６を介して大気側に放出される。
【０１００】
図１９においては、本発明のバタフライ式圧力制御バルブの第３実施形態を示したものであり、このバルブ本体１２０は、シャフトの外周側にＯリングを設ける代わりに、シートリング１２１とボデー１２２とをベローズ１２３で接続したベローズシール構造に設けたものである。この場合、小径に設けたベローズ１２３によりシートリング１２１とボデー１２２との間をシールすることができ、バルブ本体１２０のコンパクト化を図りながらエア供給側と内部流路側とをシールして外部漏れを防ぐことが可能となる。
【符号の説明】
【０１０１】
１５ バルブ本体
１６ 電磁弁
１７ 電空レギュレータ
１９ コントローラ
２０ ボデー
２１ 流路
２２ バルブ開閉機構
２３ 弁体
２４ シートリング
２５ エア流路
２６ スプリング
３０ Ｏリング
３１ 弁座シール部
３２ ステッピングモータ
３５ 弁座シール部
４５ ストッパ
４６ ピン
４７ 偏心カム
４９ カム面
６２ ポンプ
６５ 弁体制御部
６６ エア制御部
８１ ボデー
８３ 弁体
８９ 弁軸
９０ ヒータ
９１ 取付穴
９２ 配線
９５ フラッパ部
９６ 保持部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体製造工程において高シール性を確保しつつ微小流量の排気を制御するために用いられるバタフライ式圧力制御バルブであり、特に、大気圧から低真空までのソフト排気制御と真空状態からプロセスガス圧力を高速に安定制御する圧力制御に好適な高耐久性のアイソレーション機能付バタフライ式圧力制御バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、半導体製造工程において、真空容器である真空チェンバと真空ポンプとの間には、アイソレーション機能付きの圧力制御バルブを設けた構造が提案されている。真空用アイソレーションバルブ（以下、アイソレーションバルブ）は、真空チェンバからの排気や排気の停止をおこない、真空チェンバ内を所定の真空圧力に近づけるように圧力制御するものである。アイソレーションバルブを用いて圧力制御を行なう場合、ソフト排気制御と、プロセスガス制御との２つの制御を実施できることが要求される。
【０００３】
アイソレーションバルブにより圧力制御する場合、大気圧からの真空排気においては弁開度が急に大きくなると、真空チェンバ内の圧力が急激に変化し、乱流が発生することでパーティクルが飛散するおそれがある。
これを防ぐため、従来は、メインバルブと並列に設けた小口径のバイパスバルブでソフト排気を行っていたが、アイソレーション機能付きの圧力制御バルブによると、大口径の弁閉付近の開度において流路を僅かずつ変化させて流体をリークさせることが可能になり、この場合、微小開度により圧力制御することが必要になっている。
【０００４】
アイソレーションバルブとしては、例えば、振り子式ゲートバルブや直動式ゲートバルブ、およびＬ型バルブやバタフライバルブ等がある。
振り子式ゲートバルブや直動式ゲートバルブは、弁閉位置における隙間が大きくなる構造であるため、大口径の高真空排気系の圧力制御に用いられることが多くなっている。
【０００５】
また、Ｌ型バルブとして、例えば、特許文献１における真空圧力制御システムの真空比例制御弁がある。同文献１の真空圧力制御システムは、Ｌ型ポペット弁である真空比例制御弁と、真空圧力センサと、コントローラとを有している。真空比例制御弁は、弁座シール機能と、ソフト排気機能と、圧力制御機能とを有しており、これらの機能により、１台で真空圧力制御をおこなうようになっている。
【０００６】
一方、アイソレーション機能を有するバタフライバルブとして、シートリングの開閉によりアイソレーションできるバタフライバルブがある（例えば、特許文献２参照。）。同文献２のバタフライ弁は、弁本体内部の弁体回動空間内に弁体退避空間が設けられ、弁体が回動するときに弁体回動空間の内面との接触を防ぎつつ回動する構造である。そして、弁座は、圧力空間内への圧力の供給により弁体回動空間内を前進し、弁体に圧接して流路を封止する。これにより、このバタフライ弁は、弁体が回転時に弁本体及び弁座に接触することを防いで弁体の摩耗や損傷を防止し、シール性を向上させようとしている。
【０００７】
この場合、一般に、バタフライバルブは、同じ口径の他の構造のバルブと比較して面間寸法が小さく、ポペット型の流量制御弁よりも配管への取付け幅が小さくなっている。このため、バタフライバルブをアイソレーションバルブとして用いると、フットプリント性が高まり、特に、半導体製造分野に用いた場合、排気システム全体を小型化することが可能になる。更に、バタフライバルブは、軽量化を図ることもできることから、材料の削減にも繋げることが可能になる。
【０００８】
また、他のバタフライバルブとして、特許文献３のバタフライ弁の弁体開閉機構がある。このバタフライバルブの弁体開閉機構においては、弁座シール部が、弁体の外周面に密接するシール位置と弁体の外周面から離れる退避位置との間をスライド自在であり、弁座シール部と弁本体との隙間に洗浄用流体が噴射されるようになっている。これにより、このバタフライ弁は、弁座シール部と弁本体との間に侵入しようとする個体物を除去し、弁座シール部や弁本体の摩耗、損傷を防いでシール性を高めようとしている。
【０００９】
ところで、バタフライバルブは、弁軸が弁座に対して回転して流路を開閉する構造であるため、フラッパー（弁体）にシール材が無くアイソレーション機能を有していない場合には、高速に動作させて流量制御をおこなうことが可能になる。ここで、例えば、フラッパーにシール材を有しアイソレーション機能を具備するバタフライバルブは、シール材の回転摩擦が大きくなり、仮に、真空グリスを塗布したとしても、シール面が摺動摩耗して耐久性が悪くなる。例えば、このバラフタイバルブは、数万回の回転動作により使用限界に達し、更に、加熱タイプにおいてはより耐久性が劣る。しかし、アイソレーション機能が無いバタフライバルブは、回転動作する部位のシール性のみを高めればよく、シール面の耐久性を特に必要としないため、およそ１００万回程度の回転動作にも耐え得ることが可能になっている。
【００１０】
アイソレーション機能の無いバタフライバルブを用いて真空圧を制御する場合、このバタフライバルブと他のバルブとを組み合わせてバルブシステムを設け、このバルブシステムにより真空圧力を制御することがある。この種のバルブシステムとして、例えば、図２０に示すバルブシステムがある。このバルブシステム１は、アイソレーション機能が無い圧力制御用バタフライ弁２と、流路開閉用の真空弁３と、小口径の流量調整バルブ４とを有している。バタフライ弁２と真空弁３は、真空流路５に対して直列に接続され、流量調整バルブ４は、真空流路５に対して真空弁３と並列に接続されてこの真空弁３をバイパスできるようになっており、流量調整バルブ４により流量調整することでソフト排気の排気時間調整を行っている。
【００１１】
このバルブシステム１は、真空弁３により流路を開閉操作し、更に、真空弁３の弁開時においてバタフライ弁２を開閉制御して圧力制御するようになっている。また、ソフト排気する場合には、真空弁３を閉状態にした状態で、小口径の流量調整バルブ４を開けて大気圧から低真空までのソフト排気を行うようになっている。この構成により、バルブシステム１は、バタフライバルブ単体では難しいソフト排気の排気時間を調整できるようにするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−１８７６７号公報
【特許文献２】実用新案登録第２５１６３０７号公報
【特許文献３】特許第３８２６１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、振り子式や直動式のゲートバルブは、大口径の高真空排気系の圧力制御に適した構造であり、これらのゲートバルブのボデー構造は、バタフライバルブのボデー構造に比較して複雑になり、中小型の圧力制御用であって一体型によってソフト排気機能を発揮できる構造ではない。
【００１４】
また、Ｌ型のポペット弁は、弁体が流路方向に往復するように可動するため、弁体の可動域と、この弁体上昇時の流路を広く確保するためにバルブ全体が大型になる。このため、フットプリント性が悪く、排気システム全体が大型化する傾向にあった。
更に、ポペット弁は、大口径のエアーシリンダーの開閉動作を電空ポジショナで制御する方式のため高速に制御することができなかった。
【００１５】
例えば、特許文献１の真空圧力制御システムにおいては、真空比例制御弁の弁開閉ストロークが大きくなり、しかも、弁シールとしてベローズを使用しているため、動作させるためには高推力が必要になる。これにより、この真空比例制御弁を動作させるためには、空気圧シリンダの推力を大きくする必要があった。
また、同真空圧力制御システムは、真空比例制御弁が平面でシールする弁座構造のため、ソフト排気の微少制御に使用する場合に空気圧制御では制御性が悪く、また、弁座の粘着によるハンチング等の問題も起こる。このため、モータの機械的駆動による制御を採用する場合もあったが、この場合にはより大型化し、構造も複雑化していた。
【００１６】
一方、バタフライバルブを真空制御用として用いる場合において、このバタフライバルブをアイソレーションバルブとして機能させるためには、弁体にシール材を設け、かつ、弁座シール性を向上させるために弁体と弁座シール部との締付け圧力を向上させ、密着性を高めることが必要になる。しかし、この場合には弁座を締め切るときの摩擦トルクが大きくなる。
【００１７】
そのため、この高い弁座シール機能を有するバタフライバルブを用いて圧力制御をおこなう場合には、モータ出力やギアの減速比を大きく設定して出力トルクを増大させる必要がある。しかし、出力トルクを増加させると動作速度が遅くなって高速制御ができなくなり、また、モータの大型化やギア数を増加させるとバルブ全体が大型化する。更に、弁体と弁座が摩耗しやすくなり、リーク性能が悪くなっていた。よって、アイソレーション機能を有するバタフライバルブは、弁体の回転動作の限界がおよそ１０万回程度になり、更に、加熱タイプではより限界の動作回数が低下して耐久性が低くなるという問題がある。
【００１８】
このことから、特許文献２のバタフライ弁は、弁体回動空間に弁体退避空間を設けて弁体の摩耗等を防いでシール性能を向上させようとしているが、弁本体を拡径方向に大きく形成して弁体退避空間を設けていることによりボデー全体が大型化し、取付け幅も増加していた。従って、同文献２のバタフライ弁は、バタフライバルブとしてのメリットである小型化を維持することができなかった。
【００１９】
また、特許文献３のバタフライ弁の弁体開閉機構は、弁座シール部を弁体から退避させるようにしているが、弁体回転時にこの弁体と弁座シール部との干渉を防ぐためには、弁座シール部を弁体から大きく離間させる必要があり、その結果、小流量時におけるコンダクタンスが大きくなっていた。よって、このバタフライ弁は、微小流量時の圧力制御が難しく、真空圧力制御には適していない。
【００２０】
一方、弁体にシール材が無くアイソレーション機能の無いバタフライバルブは、ボデーと弁座のシール部の摩耗を防ぐことが主な目的になっている。これにより、仮に、１００Ａのメイン配管に取り付けられたＯＮ−ＯＦＦ制御のポペットバルブと並列にアイソレーション機能を有する流量調節用バルブを設けた場合に、例えば、１／４インチサイズの流量調節用バルブでソフト排気を行う場合、１／４インチサイズの面積を１００Ａサイズのバタフライ弁で制御するためは、弁体とシール部の隙間を０．１ｍｍ程度に設定する必要が有る。しかし、開閉機能のみを有するバタフライバルブは、設計上必要な隙間が大きくなり、Ｍｉｎ制御性が悪くなっている。従って、この開閉用バタフライバルブを用いて、ソフト排気の時間調整をすることはできない。
【００２１】
サイズ１００Ａなどの大口径バタフライバルブを利用してソフト排気をおこなうためには、シール面が接離する位置での開閉制御を行う必要があり、前記のように、弁体と弁座との隙間を、０．１ｍｍ以下に抑えることができない場合には微小流量時のコンダクタンスが大きくなる。この場合、制御可能な圧力の範囲が狭くなって、十分な範囲の圧力制御ができなくなる。しかし、このバルブのように、回転動作部位付近のみのシール性を高めた場合には、主に摩耗したりリークが生じる部分はこのシール部付近となり、耐久性が向上し、また、摩耗抵抗も小さくなるため高速制御できるメリットがある。
【００２２】
また、図２０におけるバルブシステム１は、ソフト排気の排気時間の調整とプロセスガスの圧力制御を行なうことはできるものの、構造が複雑になり、真空配管５に対する取付けスペースが大きくなるという問題が生じる。
【００２３】
一方、この種のバタフライバルブでは、バルブ内への生成物の付着防止や、メンテナンス性も要求されている。
【００２４】
本発明は、上記の課題点に鑑みて鋭意研究の結果開発に至ったものであり、その目的とするところは、真空領域内を圧力制御することに好適なバタフライ式圧力制御バルブであって、優れた耐久性を発揮しつつ単体でアイソレーション機能を発揮して大気圧から低真空までのソフト排気の排気時間の制御とプロセスガスの圧力制御とを行なうことができ、設置スペースが小さく、小さい操作力により高速制御して、弁閉時には弁閉状態を維持して高シール性を発揮し、流量制御時には微小流量から大流量までを正確に制御でき、ヒータの発熱によりバルブ内への生成物の付着を防ぎ、バルブのボデーを分解することなく弁体部分等のメンテナンスを実施できるバタフライ式圧力制御バルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、流路を有するボデーとこの流路を弁軸により開閉可能な弁体とを有し、真空チェンバと真空ポンプとの間に接続されるバタフライ式圧力制御バルブであって、弁軸に弁体を着脱自在に取付けると共にこの弁軸にヒータを取付け、このヒータに接続した配線を介して外部より電流を流すことでヒータを発熱させ、この熱を弁軸から弁体に伝導したバタフライ式圧力制御バルブである。
【００２６】
請求項２に係る発明において、弁体はフラッパ部と保持部材とを有し、このフラッパ部と保持部材とを固定ボルトにより弁軸に一体回転可能に固定したバタフライ式圧力制御バルブである。
【００２７】
請求項３に係る発明において、フラッパ部の外周側にシール用Ｏリングを装着したバタフライ式圧力制御バルブである。
【００２８】
請求項４に係る発明において、弁軸の内側に取付穴を形成し、この取付穴にヒータを着脱自在に取付けたバタフライ式圧力制御バルブである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によると、真空領域内を圧力制御することに好適なバタフライ式圧力制御バルブであり、配管への取付け幅を小さくして設置スペースを小さくでき、小さい操作力により高速制御して、弁閉時には弁閉状態を維持して高シール性を発揮し、弁開時には微小流量から大流量まで正確に流量制御でき、特に、微小流量時において優れたリーク性能を発揮して高精度に圧力制御できるバタフライ式圧力制御バルブである。これにより、真空領域内の圧力制御を正確におこなうことができる。
【００３０】
シートリングがシャフトの長い摺動面でガイドされることでシャフトとシートリングの傾動を防ぎ、シートリングの開閉時にはシャフトの外周側シール部位及びシートリングの裏漏れシール部位の軸方向のブレが抑えられるため、弁閉時においてシール部分の弾性変形量を小さく抑えて漏れを防止できる。また、シャフトの外周側にシール用Ｏリングを設けた場合にこのＯリングのシール径を小さくでき、しかも、多重シール構造に設けることができるため外部リーク性能を向上させて優れた漏れ防止機能を発揮できる。
【００３１】
電空レギュレータにより弁体とシートリングとの間の距離を制御して、外部から弁体を高速かつ高精度に開閉制御して圧力制御でき、全体が大型化したり複雑になったりすることを防ぎつつ、優れたリーク性能を発揮できる。
【００３２】
弁軸に取付けたヒータを発熱させることにより、この熱を弁軸から弁体に伝導させてバルブ内への生成物の付着を防ぐことができる。弁軸に弁体を着脱自在に取付け、この弁体が、Ｏリングが装着されたフラッパ部と保持部材とを有していることから、これらを弁軸から外すことによりバルブのボデーを分解することなく弁体部分等のメンテナンス等をおこなうことができる。この場合、固定ボルトによってフラッパ部に保持部材を着脱自在に設けることができる。さらに、弁軸から弁体を外した状態にし、続いて、弁軸をボデーから抜くことでこの弁軸内のヒータを取外すことができる。
【００３３】
バルブ本体のコンパクト性を維持しながら、弁体の開閉動作とシートリングの移動による微小流量の制御を別々におこなって高速かつ高精度な圧力制御を実施可能である。
【００３４】
シートリングを流路方向に移動させたときにこの移動量を極僅かなバルブ開度として変換し、微小な弁開度の制御が可能である。
【００３５】
バルブ全開状態におけるシートリングの位置を調節してシートリングと弁体との隙間を最小に設定することができ、極微小な流量であっても高精度に圧力制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のバタフライ式圧力制御バルブの第１実施形態を示した概略断面図である。
【図２】本発明のバラフライ式圧力制御バルブにエアを供給した状態を示す要部拡大断面図である。
【図３】図２のバタフライ式圧力制御バルブからエアを排出した状態を示す要部拡大断面図である。
【図４】バルブ本体の部分拡大図である。（ａ）は、バルブ本体の部分拡大断面図である。（ｂ）は、（ａ）の要部拡大断面図である。（ｃ）は、偏心カムの拡大平面図である。
【図５】図４の弁体が回転した状態を示す部分拡大図である。
【図６】図５のシートリングが移動した状態を示す部分拡大図である。
【図７】図５の偏心カムを回転させた状態を示す部分拡大図である。
【図８】本発明におけるソフト排気時間と真空チェンバ内の圧力との関係を示したグラフである。
【図９】Ｏリングとシートリングとの位置関係を示した模式図である。
【図１０】真空流路を示した概略模式図である。
【図１１】高速エア制御回路を示した模式図である。
【図１２】本発明のバタフライ式圧力制御バルブの第２実施形態を示した概略断面図である。
【図１３】本発明のバラフライ式圧力制御バルブにエアを供給した状態を示す要部拡大断面図である。
【図１４】図１３の弁体が回転した状態を示す横断面図である。
【図１５】弁体を取外した状態を示す断面図である。
【図１６】弁体の概略図である。（ａ）は、弁体の概略側面図である。（ｂ）は、弁体の概略背面図である。（ｃ）は、弁体の概略平面図である。
【図１７】弁軸の一部切欠き側面図である。
【図１８】（ａ）は、主ボデーの一部切欠き正面図である。（ｂ）は、主ボデーの縦断面図である。（ｃ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である
【図１９】本発明のバタフライ式圧力制御バルブの第３実施形態を示した概略断面図である。
【図２０】従来のバルブシステムを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明におけるバタフライ式圧力制御バルブの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１０に示すように、本発明のバタフライ式圧力制御バルブは、例えば、半導体製造工程における管路１０において真空チェンバ１１と真空ポンプ１２との間に接続され、バルブ本体１５と、このバルブ本体１５に接続された電磁弁１６と、電空レギュレータ１７と、アクチュエータ１８と、コントローラ１９とを備えている。
【００３８】
図１においては、本発明のバタフライ式圧力制御バルブの第１実施形態を示している。バルブ本体１５のボデー２０内には流路２１が形成され、この流路２１を開閉するバルブ開閉機構２２が設けられている。バルブ開閉機構２２は、弁体２３と、シートリング２４と、エア流路２５と、スプリング２６とを有している。
【００３９】
バルブ開閉機構２２において、弁体２３は、略円板状に形成され、固着ボルト２７によって回転軸である弁軸２８に取付けられ、この弁軸２８により流路２１に対して垂直方向に回転可能になっている。更に、弁体２３の外周側には装着溝２９が形成され、この装着溝２９にＯリング３０が装着されている。Ｏリング３０は、後述するシートリング２４の弁座シール部３１と当接する側に配設され、このＯリング３０により、弁座シール部３１と弁体２３との間がシールされる。
【００４０】
図５、図６に示すように、弁軸２８は、弁体２３の中心Ｏ１から偏心しており、かつ、流路の中心Ｏ２から偏心しており、これにより、バルブ本体１５が２重偏心弁の構造を呈している。この場合、流路の中心Ｏ２に対する弁軸２８の偏心量Ｄは、約１〜２ｍｍ程度になっている。また、弁軸２８は、上部側にステッピングモータ３２が接続されている。ステッピングモータ３２は、弁軸２８の回転誤差を抑えつつ所望の回転角度に高精度に回転できるようになっている。
【００４１】
また、シートリング２４は、図４（ａ）に示すように略リング状に形成され、弁座シール部３１と摺動部３６とが設けられている。弁座シール部３１は、Ｏリング３０が当接してシールする部分であり、シートリング２４の内周面側に形成され、内径側から外径側に緩やかに拡径するテーパ状に形成されている。図４（ｂ）において、弁座シール部３１のテーパ角度θは、バルブのサイズにより異なるが、弁体が旋回時に干渉しない角度に設定し、本実施形態においては、このテーパ角度θを１０〜１５°に設定している。また、弁座シール部３１は、テーパ状以外の形状であってもよく、例えば、円弧状であってもよい。
一方、摺動部３６は、シートリング２４がボデー２０内を摺動するために形成され、この摺動部３６には外径側に突出して規制部３７が設けられている。更に、この規制部３７が移動する側には、弁閉側規制面３８と弁開側規制面３９とがそれぞれ形成されている。
【００４２】
シートリング２４は、ボデー２０に形成された装着凹部４０に対して摺動部３６が装着されるようにして取付けられ、摺動部３６と装着凹部４０との間に設けられた間隙Ｇにより流路２１に対して垂直方向に往復動自在に移動し、弁座シール部３１がＯリング３０に接離できるようになっている。このとき、弁閉側規制面３８が装着凹部４０に形成された環状突部４１、また、弁開側規制面３９がストッパ４５にそれぞれ当接することで、シートリング２４の往復時の移動量がそれぞれ規制されている。また、シートリング２４と装着凹部４０にはそれぞれシールリング４２、４３、４４が設けられ、このシールリング４２、４３、４４により、ボデー２０とシートリング２４とからの流体漏れが防がれている。
【００４３】
図４（ｂ）、図４（ｃ）に示すように、ストッパ４５は、円柱状のピン４６と、このピン４６に対して偏心した偏心カム４７とを有している。更に、ピン４６の先端側には、溝部４８が形成されている。一方、ボデー２０内にはこのストッパ４５を収容する収容部５０が設けられ、この収容部５０は、ピン４６が収容される装着部５１と、偏心カム４７が収容される拡径部５２とを有している。ストッパ４５は、収容部５０に装着されたときに、この収容部５０に対して回転可能になっており、このとき、偏心カム４７のカム面４９がシートリング２４と当接する位置に配設されてこのシートリング２４との当接面となる。
【００４４】
この取付け構造により、ストッパ４５は、図７に示す状態のように回転させることができ、これにより、カム面４９の位置を調節でき、シートリング２４が移動するときの移動量を規制するようになっている。ストッパ４５を回転する場合には、溝部４８に図示しないドライバ等の工具の先端を差込み、ピン４６に刻印形成された視認部５３の位置を確認しながらこのドライバを回転することにより、任意の状態まで回転できる。この場合、ストッパ４５を０〜１８０°までの範囲で回転させてカム面４９の状態を調節できる。ストッパ４５は、本実施形態においては、バルブ本体１５の上下の２箇所に設けている。
【００４５】
図２、３に示すように、エア流路２５は、ボデー２０内の装着凹部４０から外部に続けて形成され、このエア流路２５を介して装着凹部４０にエアが供給される。このエア流路２５は、エアを供給したときにシートリング２４が弁体２３から離間する位置に形成され、更に、バルブ本体２３に搭載されるアクチュエータ１８の内部に設けられたエア流路５５に接続されている。このアクチュエータのエア流路５５は、その途中から図１に示すように、第１分岐流路５６と第２分岐流路５７とに分岐されている。
【００４６】
スプリング２６は、シートリング２４に形成された取付部６０とボデー２０に形成された凹状溝６１との間に、シートリング２４を弁体２３の方向に付勢する方向に弾発した状態で装着されている。これにより、通常時においては、シートリング２４がこのスプリング２６の弾発により弁体２３方向に移動して弁閉状態に回転したときの弁体２３にシール可能であり、一方、エアをエア流路２５から供給した時には、シートリング２４がスプリング２６の付勢力に抗して移動して流路２１を開放するようになっている。このように、バルブ本体１５は、いわゆる、ＮＣ（ノーマリークローズ）の形態を呈している。本実施形態においては、スプリング２６は、シートリング２４の円周方向に等間隔に８個装着されているが、必要に応じて増減させるようにしてもよい。
【００４７】
更に、シートリング２４のスプリング２６の取付け面側のスプリング２６と干渉しない位置に、図示しない係止部材を取付けるようにしてもよい。係止部材は、ボデー２０に形成された図示しない係止穴とシートリング２４に形成された図示しない係止穴との間に挿入され、この係止部材を設けた場合には、シートリング２４がボデー２０に対して回転することが防がれる。そのため、シートリング２４が装着凹部４０に対して往復動するときの動作が安定し、弁座シール部３１が弁体２３に対して略垂直方向から当接できるようになっている。
【００４８】
以上の構成により、シートリング２４を弁体２３のＯリング３０から離間させた状態でこの弁体２３を無摺動で回転させ、また、弁体２３を弁閉状態に回転したときにエア流路２５へのエアの供給とスプリング２６の付勢力とにより弁体２３にシートリング２４を接離させて、流路２１内の流量（圧力）を制御する開閉機構になっている。このバルブ開閉機構２２により流量制御することで、バタフライ式圧力制御バルブは、真空チェンバ１１内をソフト排気しながら高精度に圧力制御できるようになっている。
【００４９】
シートリング２４の弁体２３への接離は、電磁弁１６と電空レギュレータ１７とによるエアの供給・停止、又はエア供給量の調整によりおこなわれる。
電磁弁１６と電空レギュレータ１７は、図１の第１分岐流路５６と第２分岐流路５７に対して並列した状態で接続されている。更に、電磁弁１６と電空レギュレータ１７にはポンプ６２が接続され、このポンプ６２から操作用のエアが供給されたときに、電磁弁１６と電空レギュレータ１７とがそれぞれ操作されて流路が制御される。
【００５０】
電磁弁１６は、弁開又は弁閉の状態に操作可能であり、各状態においてポンプ６２からのエアをエア流路２５に供給又は停止できるようになっている。一方、電空レギュレータ１７は、バルブ開度を調節することで、ポンプ６２からのエアの供給圧力を調整することができるようになっている。この電空レギュレータ１７は、例えば、図示しない内部のピストンにより圧力を０〜０．５ＭＰａまでの範囲内に圧力制御するようにバルブ本体１５へのエアの供給量を制御するものであればよい。または、供給圧力のＯＮ−ＯＦＦ制御によりシートリング２４の位置制御をできるものであれば良い。
【００５１】
電磁弁１６と電空レギュレータ１７の内部構造は省略するが、電磁弁１６はオンオフ用の開閉弁、電空レギュレータ１７は流量調節可能な流量調節弁であれば、その構造に拘ることはなく適宜の形態のバルブを用いるようにしてもよい。また、これらは、第１・第２分岐流路５６、５７にそれぞれ所定量のエアを供給可能であれば、バルブ本体１５と一体又は近接して設ける必要はなく、管路１０の任意の位置に設けることが可能になっている。
【００５２】
一方、アクチュエータ１８は、前記したステッピングモータ３２を内部に搭載し、このステッピングモータ３２により弁軸２８を介して弁体２３を所定角度に回転制御できるようになっている。
図１に示すように、ステッピングモータ３２に対してコントローラ１９が接続され、また、このコントローラ１９は、電空レギュレータ１７に接続されている。このコントローラ１９は、弁体制御部６５と、エア制御部６６とを有している。弁体制御部６５とエア制御部６６は、図示しない基板等を有している。
【００５３】
弁体制御部６５は、ステッピングモータ３２の回転方向や回転速度等を制御し、弁体２３の回転量を制御する。一方、エア制御部６６は、電空レギュレータ１７内部の図示しない弁体の弁開度を制御し、この電空レギュレータ１７にポンプ６２からエアが供給されたときにエア流路２５に供給するエアの量（圧力）を制御するようになっている。これにより、エア制御部６６は、電空レギュレータによりエア流路２５に供給する出力圧力を制御してシートリング２４の開度を制御している。
【００５４】
なお、上記の実施形態において、電空レギュレータ１７の位置に、この電空レギュレータ１７と同一の機能を有するバルブを設けてもよい。このバルブとしては、例えば、図示しないが、オリフィス流路を有する流量制御弁がある。
【００５５】
次に、本発明のバタフライ式圧力制御バルブの上記実施形態における動作並びに作用を説明する。
先ず、弁開状態から弁閉状態にする場合には、図４の状態において、電磁弁１６と電空レギュレータ１７は開の状態であり、この状態でポンプ６２からエア流路２５にエアが供給されている。これにより、エア流路２５から装着凹部４０にエアが供給され、シートリング２４がスプリング２６の付勢力に抗して図に示すように左側に移動する。その際、図４（ｃ）に示したストッパ４５の回転を調節し、カム面４９を適宜の状態に設定してシートリング２４の移動量を規制しておく。図においては、カム面４９の偏心量の少ない面側をシートリング２４との当接側に配設するように調節し、これにより、シートリング２４の移動量が大きくなるようにしている。
【００５６】
続いて、この状態で弁体制御部６５を制御してステッピングモータ３２を所定量回転させ、図５に示すように、バルブ本体１５の弁体２３を閉状態の位置まで回転させる。このとき、シートリング２４を弁体２３から離間させた状態に維持されていることにより、弁体２３がこのシートリング２４に対して無摺動で回転する。また、弁体２３の中心Ｏ１から流路の方向に偏心し、かつ、流路の中心Ｏ２から偏心しているため、弁体２３における弁軸付近がシートリング２４に接触することがない。このため、弁体２３が回転することを原因とするシール性の悪化が防がれ、後述する弁閉時におけるシール性を維持できる。
【００５７】
次いで、図３、図６に示すように、電磁弁１６を閉状態にしてエア流路２５へのエアの供給を停止し、装着凹部４０からエアを排気する。これにより、スプリング２６が弾発付勢してシートリング２４を弁体２３方向に押圧し、シートリング２４の弁座シール部３１が弁体２３のＯリング３０にシールする。その際、Ｏリング３０はテーパ状の弁座シール部３１の内周面側に当接しているため、図６（ｂ）において、シートリング２４がスプリング２６の付勢力によりＯリング３０方向に移動したときに、このＯリング３０が弁座シール部３１の面に沿って縮径しながら変形することにより高シール性が発揮される。
以上のバルブ本体１５の弁閉動作により、真空チェンバ１１と真空ポンプ１２との間の管路１０が閉状態となる。
【００５８】
次に、この弁閉状態からソフト排気制御する場合と、ソフト排気制御後のプロセスガス圧力制御する場合を述べる。先ず、徐々に弁開状態に動作させて真空チェンバ１１内をソフト排気する場合、すなわち、大気圧の状態で締め切られた真空チェンバ１１内の圧力を、この大気圧から徐々に排気して減圧時の値（真空状態）に減圧する場合を説明する。
上記の状態からソフト排気する場合には、最初に、電磁弁１６の閉状態を維持した状態でエア制御部６６により電空レギュレータ１７の弁開度を制御してエア流路２５に供給する圧力を制御してシートリング２４の開度を制御する。
【００５９】
このとき、電空レギュレータ１７の弁開度は、図８のグラフに示すように、真空チェンバ１１内の圧力が大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）から所定のソフト排気時間が経過したときに０気圧になるように制御する。すなわち、真空チェンバ１１内を大気圧から０気圧まで減圧するときに、この真空チェンバ１１内にパーティクルの発生等の問題が生じることのない減圧速度によるソフト排気時間Ｔを予め設定しておき、このソフト設定時間Ｔにおいて真空チェンバ１１内の圧力を比例させるように排気して電空レギュレータ１７の開度を制御する。この開度制御により、エア流路２５へのエア供給圧力を調節して弁体２３に対するシートリング２４の移動量を細かく制御して、シートリング２４と弁体２３との間の隙間量を制御する。
【００６０】
このようにエア制御部６６によって電空レギュレータ１７を開度制御することにより、大気圧付近ではリーク量を微量に制御し低真空になるにつれて開度を大きく制御することで、真空チェンバ１１内の真空圧力は、排気時間Ｔ以内で大気圧から１Ｔｏｒｒ以下になりやすくなる。
【００６１】
このとき、設定時間内に真空圧力が１Ｔｏｒｒ以下に達するように排気された場合には、電空レギュレータ１７が閉状態になると同時に電磁弁１６が開状態に制御され、電磁弁１６を介してエア流路２５にエアが供給されてシートリング２４がストッパ４５の位置まで移動する。また、弁体制御部６５によりステッピングモータ３２の回転が制御され、バルブ本体１５の弁体２３が全開状態になり制御が終了する。
【００６２】
一方、真空圧力が時間内に１Ｔｏｒｒ以下に達するように排気できない場合には、電空レギュレータによりシートリングの全開状態の出力圧力が検出され、この検出結果によりステッピングモータによる弁体制御に切り替わり、弁体２３が徐々に開かれて設定時間以内でのソフト排気が行なわれる。このソフト排気により設定真空圧力に達した後には、弁体２３が全開状態になって制御が終了する。
これらのソフト排気後には、真空ポンプ１２の能力により、真空チェンバ１１内は高真空まで排気される。
【００６３】
上記の制御時には、弁体２３とシートリング２４とが、Ｏリング３０とテーパ状の弁座シール部３１とによりシールするシール構造であるため、特に、大気圧付近での微小流量の制御が可能になっている。
即ち、図９において、弁座シール部３１（シートリング２４）がＯリング３０から離れているときの流路方向における距離をＬとすると、この距離Ｌによってシートリング２４とＯリング３０との間に生じる径方向の隙間Ｓは、隙間Ｓ＝距離Ｌ×ｔａｎθ（θ：テーパ角度）によって表される。
仮に、θ＝１０°の場合には、隙間Ｓを０．１ｍｍ以下で制御するためのシートリング２４の移動距離Ｌが約０．６ｍｍになり、このように移動距離Ｌを大きなストロークでラフに制御しながら、隙間Ｓの量を精密に制御することが可能になる。
【００６４】
更に、移動距離Ｌをストッパ４５により調整することで、全開時の隙間Ｓを０．１〜０．２ｍｍ程度に設定でき、コンダクタンスを小さくできる。このように、Ｏリング３０とテーパ角度θを設けたシートリング２４との流量調節により、シートリング２４の弁体方向への移動距離Ｌを隙間Ｓによって小さく変換して微小制御をおこなえる。このため、ソフト排気時の制御を高精度に実施できる。
【００６５】
このようなシートリング２４の内周面側に、内径側から外形側に向けて緩やかに拡径してテーパ状（或は円弧状）に形成したシール構造により、シートリング２４の移動による漏れが開始するまでにはこのシートリング２４のある程度の移動量が必要になる。上記のテーパ接触により、Ｏリング３０と弁座シール部３１との間に粘着による貼り付きが発生しようとしても、これらが滑り動作しながら剥離してリークがおこなわれるため、粘着の影響を受け難くなる。更に、本実施形態におけるバタフライ式圧力制御バルブでは、前記シール構造によるソフト排気（スロー排気）を最も効果的に機能させるために、スロー排気制御をコントローラ１９によっておこなっている。
【００６６】
上記のコントローラ１９は、真空チェンバ１１内の圧力低下を誘導するための到達関数ｆ(ｘ)を算出する演算機能（以下、到達関数演算機能という）と、バルブ本体１５を任意の時間幅でオープンクローズする図示しないタイマーと、バルブ本体１５が開閉動作するときのオープン開度値とクローズ開度値とを真空チェンバ１１内の圧力と到達関数ｆ(ｘ)とから演算する機能（以下、弁開度演算機能という）とを有している。そして、このバルブ本体１５は、図示しないパソコン等の入力手段から圧力を低下させる所要時間と、この所要時間で到達させる圧力をコマンド入力することで圧力をステップごとにバルブ本体１５の開閉動作により制御して大気圧（又は、任意の圧力）から目標とする任意の圧力まで低下させるようにした。
【００６７】
この場合、到達関数ｆ(ｘ)を、例えば、任意の１次、２次或は３次関数として到達関数演算機能より求め、各ステップごとにこの到達関数ｆ(ｘ)と測定した真空チェンバ１１内の圧力とを比較して、弁閉状態の弁体２３に対してシートリング２４をシール方向に往復動させてオープン開度とクローズ開度とを制御する。
【００６８】
その結果、スロー排気のスタート時には緩やかな排気特性により排気でき、優れたリーク特性を発揮して微小流量時の圧力制御を高精度に行なうことが可能となる。このため、例えば、圧力制御をしながら目標圧力を変えて段階的に圧力を下げるようにした制御の場合のように、フラットなシール面の弁座を制御する際に、弁座が離れる寸前の制御が難しくなって弁座に粘着による貼り付きがあるときにこの貼り付きが剥がれた瞬間にオーバーシュートして設定した排気特性より急激に排気されることがない。
【００６９】
しかも、バルブ本体１５は、２重偏心弁の構造を呈しているので、弁体２３の幅が小さい場合であっても、弁座シール部３１とＯリング３０との隙間が最小の状態で開閉し、微小流量時におけるコンダクタンスが最小となる。このため、弁体２３の回転時には、弁体２３と弁座シール部３１との干渉が抑えられ、スムーズな弁体２３の回転が可能である。
【００７０】
ソフト排気後には、プロセスガスを流して目標圧力制御が行われる。プロセスガス圧力制御は、弁体２３が全開で高真空に排気された状態からガス導入と圧力制御がスタートし、設定圧力に調圧するＰＩＤ動作が行なわれる。その際、ガス導入のスタートは、圧力制御のスタートに対して前後する場合があるが、圧力制御がスタートするときには、高速で弁閉動作と安定制御とが行なわれる。
【００７１】
弁体２３は、ステッピングモータ３２のモータ制御により弁閉状態まで回転する。回転後には、弁座シール部３１がＯリング３０から離間しているため、弁体２３はほとんど摺動抵抗の無い状態で回転して低トルクで高速の圧力制御が可能になり、また、弁座シール部３１とＯリング３０との関係がＭｉｎコンダクタンスに設定されているため、広範囲の圧力制御が可能になっている。
【００７２】
この弁閉状態において、電空レギュレータ１７によりエア流路２５に供給する圧力をＰＩＤ制御してシートリング２４の移動によるプロセスガス圧力制御を行う。その際、プロセスガス流量が少ない状態、または、設定圧力が高く弁体開度が０％でも設定圧力まで上昇しない場合は、弁体開度を０％にした状態で電空レギュレータ１７によりエア流路２５に供給する圧力をＰＩＤ制御してシートリング２４を閉方向に制御することで、大気圧に近い高い圧力でも制御できる。
【００７３】
ここで、ＰＩＤ制御は、フィードバック制御の一種であり、入力値の制御を、出力値と目標値との偏差、積分、微分からなる要素により実施する制御である。このＰＩＤ制御は、一般的に広く実施されている制御方法であるため、その詳しい説明を省略する。
【００７４】
弁閉状態におけるプロセスガス圧力制御は、電空レギュレータ１７によるエア流路２５への圧力のＰＩＤ制御により、シートリング２４を開閉方向に移動させて行なう。この場合、設定圧力が低真空領域でシートリング２４だけの圧力制御では圧力が下がらない場合には、この圧力を下げるために、エア流路２５のシートリング２４が全開状態になる圧力を電空レギュレータ１７の出力圧力で検出し、この検出結果に応じてステッピングモータ３２のＰＩＤ制御に切り替わり、弁体２３の開閉制御により目標圧力まで排気調圧される。このように、電空レギュレータ１７によるリークゼロからの制御範囲と、モータ駆動によるＭｉｎコンダクタンスからの制御範囲とを切り替えて制御することで、広い制御範囲を確保し、プロセスガス圧力制御と、前記したソフト排気制御とが可能になっている。
【００７５】
上記において、ソフト排気制御やガス圧力制御について、弁開側への圧力制御時には、シートリング２４が全開になる圧力を電空レギュレータ１７により検出してステッピングモータ３２の制御に切り替え、弁閉側への制御時には、ステッピングモータ３２の制御の開度が０％の条件時にエア流路２５の圧力を排気制御することで、シートリング２４の弁閉状態からバルブ本体１５のＭｉｎコンダクタンスまでと、バルブ本体１５の弁体制御によるＭｉｎコンダクタンスからＭａｘコンダクタンスまでの２つの制御系統を連続して制御可能としている。その際、プロセスガスを高速で安定させるには、バルブ本体１５の弁体２３の制御のみで行うのが良く、プロセスガスの調圧範囲を広くするには、Ｍｉｎコンダクタンスを小さくするために、シートリング２４と弁体２３との隙間Ｓを弁体２３が無摺動で回動できる最少の間隙に設定するのが良い。
【００７６】
また、２つの制御系統による連続した切り替え制御を行なわない場合には、プロセスガス圧力制御を弁体２３の回動によってのみで行い、一方、クリーニング等の大気圧に近い高い圧力制御を行う場合には、シートリング２４の制御によってのみで行うのが良い。
上記において、弁体２３の回動のみによるプロセスガス圧力制御時おける圧力は、例えば、０．５〜５Ｔｏｒｒ程度であり、一方、クリーニング時の圧力は、例えば、７００Ｔｏｒｒ程度である。また、前述したソフト排気制御は、大気圧から１００Ｔｏｒｒ程度になるまでの時間が、およそ１０〜２０分程度の時間により排気する。
【００７７】
なお、モータ制御状態から再度バルブ本体１５を全閉状態にする場合には、弁体２３を全閉位置まで回転させ、電磁弁１６をＯＦＦにしてのエア流路２５のエアを排気すると、スプリング２６がシートリング２４をＯリング３０に押し付けてシールさせ、流路２１が閉状態となる。
【００７８】
また、電空レギュレータ１７の位置に、この電空レギュレータ１７と同一の機能を有するオリフィス流路を有する流量制御弁を設けた場合には、この流量制御弁を高速で開閉制御することにより、オリフィスを介して微小流量のエアが装着凹部４０に供給され、シートリング２４を減速させながら動作させることが可能になる。これにより、シートリング２４を徐々に移動させてソフト排気を実施できる。この場合、電空レギュレータ１７を用いた場合と比較して安価にソフト排気をおこなうことができる。
【００７９】
更に、図１１に示したエア制御流路７０を利用することで、バルブ本体１５を弁閉状態に高速遮断することもできる。図において、エア遮断流路７０には、電空レギュレータ７１、３方電磁弁７２、圧力スイッチ７３、２方エアバルブ７４が設けられ、このエア制御流路７０は、図１におけるボデー２０のシリンダである装着凹部４０から続くエア流路２５に接続されている。
【００８０】
エア制御流路７０は、エア供給側流路７５とエア排気側流路７６とにより並列に設けられ、このエア供給側流路７５とエア排気側流路７６との間には、第１バイパス流路７７、第２バイパス流路７８が設けられている。そして、エア供給側流路７５に、シリンダ４０側から順に、電空レギュレータ７１、３方電磁弁７２、圧力スイッチ７３が直列に配設され、一方、エア排気側流路７６に、２方エアバルブ７４が設けられている。
【００８１】
電空レギュレータ７１は、エア供給側流路７５と第１バイパス流路７７とを接続する位置に設けられ、エア供給側流路７５からシリンダ４０内に供給するエアの流量を調節可能で、かつ、シリンダ４０からの排気エアを、第１バイパス流路７７を介してエア排気側流路７６に流すことが可能になっている。３方電磁弁７２は、エア供給側流路７５と第１パイパス流路７７とを接続する位置に設けられ、供給エアをシリンダ４０側に供給するか、又は、シリンダ４０からの排気エアを、第２バイパス流路７８を介してエア排気側流路７６に流すように切り換え可能になっている。圧力スイッチ７３は、エア供給側流路７５内の圧力を感知するために設けられている。
【００８２】
２方エアバルブ７４は、エア排気側流路７６に設けられ、この２方エアバルブ７４には、エア供給側流路７５から第３バイパス流路７９が接続されている。この２方エアバルブ７４は、ノーマリーオープンタイプのバルブであり、通常時にはシリンダ４０からのエアを排気できるようになっており、一方、エア供給側流路７５からエアが供給されたときには第３バイパス流路７９を介してエアが供給されて弁閉状態となる構造になっている。
【００８３】
エア制御流路７０において、３方電磁弁７２を開状態にしてエアを供給すると、第３バイパス流路７９を介して２方エアバルブ７４内にエアが流れ、２方エアバルブ７４は、閉状態になってシリンダ４０からの排気が防がれた状態になる。この状態で電空レギュレータ７１に、例えば、０〜５Ｖの入力信号を入力すると、この入力信号に比例して供給側からの操作圧力が０〜０．５ＭＰａの大きさで出力される。この操作圧力により、シリンダ４０内の図示しないシートリングが電空レギュレータ７１の出力圧力に比例して、例えば、０〜２．５ｍｍのストロークにより往復動してバルブ本体１５を開閉する。
【００８４】
バルブ本体１５を閉止状態に遮断するときには、３方電磁弁７２を切り換えることでシリンダ４０からの排気エアが第２バイパス流路７８に流れて排気され、かつ、エア供給側流路７５へのエア供給も停止する。このとき、電空レギュレータ７１への入力信号を０Ｖにして排気した際に、通常の回路ではシリンダ４０が弁閉動作するまでに１．５秒程度掛かることになるが、このエア遮断回路７０では、エア供給側流路７５に並列に配管されたエア排気側流路７６の２方エアバルブ７４が開状態となることで、排気エアが２方エアバルブ７４と電空レギュレータ７１・３方電磁弁７２とを介してエア排気側流路７６から排気されるため、１秒以下の高速で遮断することができ、遮断時間を大幅に短縮することが可能になる。
【００８５】
上述したように、本発明のバタフライ式圧力制御バルブは、弁体２３と、シートリング２４と、エア流路２５と、スプリング２６とを有するバルブ開閉機構２２をバルブ本体１５内に設け、バルブ開閉機構２２により高シール性を確保しながら流路２１を開閉制御するようにしているので、バタフライバルブ構造によって全体のコンパクト性を維持して省フットプリント性を確保し、高速制御によるアイソレーション機能を発揮できる。このため、半導体製造工程における真空流路５に対して本発明のバタフライ式圧力制御バルブを用いた場合には、全体の省スペース化が可能となり、大流量の流路であってもその真空圧力を高精度に制御することが可能になっている。しかも、高価な部品等を使用することが無いため安価に設けることができる。
【００８６】
更に、バルブ開閉機構２２は、エア流路２５へのエアの供給により弁体２３がシートリング２４から離間した状態で回転するので、弁体２３がシートリング２４に対して摺動することなく弁座シール部３１によるシール性を確保しながら小さい出力トルクのステッピングモータ３２を利用して高速作動させることができる。これにより、小出力のアクチュエータ１８を用いた場合にも、例えば、小口径の４０Ａから口径の大きい１５０Ａまでのバルブ本体１５の弁体の高速作動が可能になる。
また、弁体２３やシートリング２４の摩耗が防がれ、真空圧力制御時のリーク性能が高められる。更に、Ｏリング３０の寿命が延びるため耐久性が高まり、弁体２３の回転動作の限界をおよそ１００万回まで向上させることも可能である。
【００８７】
また、エア流路２５に電磁弁１６と電空レギュレータ１７を並列に接続した状態でバルブ開閉機構２２により制御しているので、構造が複雑化したり全体が大型化することなく、１つのエア流路２５を介して電磁弁１６と電空レギュレータ１７とにより弁開状態から弁閉時までの圧力を容易に制御できるバタフライ式圧力制御バルブである。
【００８８】
次に、本発明のバタフライ式圧力制御バルブの第２実施形態を説明する。なお、この実施形態以降において、それ以前の実施形態と同一箇所は同一符号によってあらわし、その説明を省略する。
図１２、図１３においては、本発明のバタフライ式圧力制御バルブの第２実施形態を示している。図において、バルブ本体８０は、ボデー８１内部にバルブ開閉機構８２を有し、このバルブ開閉機構８２は、弁体８３と、シートリング８４と、エア流路８５と、スプリング８６とに加えて、ピストン８７とシャフト８８とを有している。バルブ本体８０のボデー８１は、中央の主ボデー８１ａと、一側に設けられた接続ボデー８１ｂと、他側に設けられた接続ボデー８１ｃとが一体に組み合わさって形成されている。各接続ボデー８１ｂ、８１ｃには、図示しない他の配管との接続部位が形成されている。
【００８９】
バルブ開閉機構８２のうち、弁体８３は、前記実施形態と略同一の取付構造によりボデー８１に回動自在に取付けられ、この弁体８３を回動させる弁軸８９内部には弁体加熱用のヒータ９０が取り付けられている。図１７に示すように、ヒータ９０は、カートリッジ形態に形成され、弁軸８９の内側に形成された取付穴９１に着脱自在に取付けられる。更に、このヒータ９０には配線９２が接続されており、ヒータ９０は、配線９２を介して外部より電流が流されて発熱可能になっている。ヒータ９０が発熱すると、この熱は弁軸８９を伝わって弁体８３まで伝導される。
【００９０】
弁体８３は、図１６に示すように、Ｏリング３０が装着されたフラッパ部９５と保持部材９６とを有し、保持部材９６は、固定ボルト９７により連通穴９８を介してフラッパ部９５に形成されためねじ９９に着脱自在に設けられている。一方、図１４に示すように、フラッパ部９５にはキー溝１００が形成され、このキー溝１００にキー１０１が嵌め込み可能になっている。キー１０１は、フラッパ部のキー溝１００と弁軸８９に形成されたキー溝１０２に嵌め込まれ、この状態でフラッパ部９５と保持部材９６とを固定ボルト９７で固定することにより、弁軸８９とフラッパ部９５とが一体に回転する。
【００９１】
上記の構成により、弁軸８９と弁体８３とは着脱自在に取り付けられることから、図１５に示すように、弁軸８９からフラッパ部９５と保持部材９６とを外した状態にし、続いて、弁軸８９をボデー８１から抜くことで弁軸８９内のヒータ９０を取外すことが可能になる。このため、図示しないが、弁体と弁軸とが一体構造である場合のように内部ヒータやバルブボデーを分解する必要がなく、この実施形態では、弁軸８９の内部にヒータ９０を挿入し、フラッパ部９５と弁軸８９とを分割構造にすることでボデー８１を分解することなくフラッパ部９５のメンテナンス等を実施することが可能になっている。
【００９２】
一方、シートリング８４は、略環状に設けられ、弁座シール部１０５と鍔状取付部１０６とが形成されている。弁座シール部１０５は、前記実施形態と同様に形成され、鍔状取付部１０６は、ボデー８１内に形成されたシリンダ１０７の内径と略同径に設けられ、この鍔状取付部１０６には、ボルト装着孔１０８が２ヶ所の同心円上に形成されている。
【００９３】
ピストン８７は、略環状に形成され、このピストン８７にはシートリング８４と同様にボルト装着穴１０９が２ヶ所に形成されている。ピストン８７の内外周側にはボデー８１とのシール用Ｏリング１１０、１１０が装着されている。ピストン８７とシートリング８４との間には、２本のシャフト８８が配設され、このシャフト８８は、両端面において取付ボルト１１１によりピストン８７とシートリング８４とに固着されている。シャフト８８は、ボデー８１に形成された挿通孔１１２に装着され、このシャフト８８の外周側には３つのＯリング１１３、１１３、１１３が装着されている。このため、シャフト８８は、ボデー８１との間が３重シールされた状態で挿通孔１１２を往復動する。
【００９４】
上記の構造により、ボデー８１のシリンダ１０７内には、分割されたシートリング８４とピストン８７とが複数のシャフト８８により連結され、シートリング８４とピストン８７とシャフト８８とが一体化した状態で主ボデー８１ａに対して図１２において左右に往復動作できるようになっている。エア流路８５は、ボデー８１のシリンダ１０７内のピストン８７装着側の一次側に外部と連通して形成され、このエア流路８５を介してシリンダ１０７内にエアが供給される。このように、エア流路８５は、エア供給時にピストン８７とシャフト８８とによりシートリング８４を弁体８３から離間させる方向に移動させる側に形成されている。このエア流路８５は、図示しないアクチュエータ内部のエア流路に接続されている。
【００９５】
図１４において、主ボデー８１ａの流路一方向に開口して、例えば、８ヶ所に均等に凹状溝１１４が設けられ、各凹状溝１１４にはスプリング８６がピストン８７をエア流路８５の側に弾発付勢するように装着されている。この装着構造により、通常時においては、ピストン８７がスプリング８６によりエア流路８５の入口側、すなわち、図において右方向に移動し、シャフト８８によりこのピストン８７と一体化されたシートリング８４は弁閉方向にシールするように移動する。
一方、エア流路８５からエアを供給すると、ピストン８７がスプリング８６の弾発力に抗して図において左方向に移動するときにシートリング８４も同方向に移動して弁体８３から離間して流路を開状態にできるようになっている。続いて、このソフト排気制御後に、図１４に示すように、弁体８３を回転してプロセスガス圧力制御することができる。
なお、この実施形態では、シャフト８８を２本としているが、このシャフト８８は３本以上であってもよい。この場合、ピストン８７とシャフト８８との接続強度が増加する。
【００９６】
上述した構成により、この実施形態におけるバルブ本体８０は、ボデー８１内部のピストン８７とシャフト８８との連結部位が大気に開放しているものの、仮に、ピストンシール用のＯリング１１０が破損してこの部位から漏れが生じたとしても、３重シール構造によりシートリング８４側への漏れを防いでバルブ本体８０内部への操作エアの漏れを防止している。
【００９７】
また、このシャフト８８の３重シールによりシールされた内部流路側とエア供給側との間には差圧があり、内部流路側の圧力がエア供給側の圧力よりも低くなっており、しかも、シール用Ｏリング１１３の径がシャフト径とほぼ同径であって摺動時のシリンダ１０７との接触面積が小さくなるため、流路内の内部圧力が外部へ漏れることを防ぐことができる。
【００９８】
更に、主ボデー８１ａと接続ボデー８１ｃは、主ボデー８１ａに形成された環状突起部９３が接続ボデー８１ｃの当該位置に装着されたＯリング９４に密着シールするように一体化しているため、この固定シール構造によりバルブ本体８０内にエア流路８５からのエア漏れが防がれ、バルブ本体８０内への漏れは、シャフト８８からの大気圧の浸入のみに限られる。このため、バルブ本体８０における漏れ量を極小に抑えつつ、シール性と耐久性の向上を図ることができる。
【００９９】
図１８においては、上記実施形態の一部の形状を変更した主ボデーを示したものである。この主ボデー１１５は、前記主ボデー８１ａと同様に、シャフト８８の挿通孔１１２が均等に２ヶ所に形成され、かつ、スプリング収納空間である凹状溝１１４が略均等に８ヶ所に設けられている。更に、この主ボデー１１５では、各凹状溝１１４にはリークポート１１６が形成され、このリークポート１１６は、大気に開放されている。これにより、図１２において、エア流路８５からのエア供給時にピストン８７の摺動部位（Ｏリング１１０とシリンダ１０７との隙間）からエア漏れした場合、このエアがリークポート１１６を介して大気側に放出される。
【０１００】
図１９においては、本発明のバタフライ式圧力制御バルブの第３実施形態を示したものであり、このバルブ本体１２０は、シャフトの外周側にＯリングを設ける代わりに、シートリング１２１とボデー１２２とをベローズ１２３で接続したベローズシール構造に設けたものである。この場合、小径に設けたベローズ１２３によりシートリング１２１とボデー１２２との間をシールすることができ、バルブ本体１２０のコンパクト化を図りながらエア供給側と内部流路側とをシールして外部漏れを防ぐことが可能となる。
【符号の説明】
【０１０１】
１５ バルブ本体
１６ 電磁弁
１７ 電空レギュレータ
１９ コントローラ
２０ ボデー
２１ 流路
２２ バルブ開閉機構
２３ 弁体
２４ シートリング
２５ エア流路
２６ スプリング
３０ Ｏリング
３１ 弁座シール部
３２ ステッピングモータ
３５ 弁座シール部
４５ ストッパ
４６ ピン
４７ 偏心カム
４９ カム面
６２ ポンプ
６５ 弁体制御部
６６ エア制御部
８１ ボデー
８３ 弁体
８９ 弁軸
９０ ヒータ
９１ 取付穴
９２ 配線
９５ フラッパ部
９６ 保持部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を有するボデーとこの流路を弁軸により開閉可能な弁体とを有し、真空チェンバと真空ポンプとの間に接続されるバタフライ式圧力制御バルブであって、前記弁軸に弁体を着脱自在に取付けると共にこの弁軸にヒータを取付け、このヒータに接続した配線を介して外部より電流を流すことで前記ヒータを発熱させ、この熱を前記弁軸から前記弁体に伝導したことを特徴とするバタフライ式圧力制御バルブ。
【請求項２】
前記弁体はフラッパ部と保持部材とを有し、このフラッパ部と保持部材とを固定ボルトにより前記弁軸に一体回転可能に固定した請求項１に記載のバタフライ式圧力制御バルブ。
【請求項３】
前記フラッパ部の外周側にシール用Ｏリングを装着した請求項２に記載のバタフライ式圧力制御バルブ。
【請求項４】
前記弁軸の内側に取付穴を形成し、この取付穴に前記ヒータを着脱自在に取付けた請求項１乃至３の何れか１項に記載のバタフライ式圧力制御バルブ。
【請求項１】
流路を有するボデーとこの流路を弁軸により開閉可能な弁体とを有し、真空チェンバと真空ポンプとの間に接続されるバタフライ式圧力制御バルブであって、前記弁軸に弁体を着脱自在に取付けると共にこの弁軸にヒータを取付け、このヒータに接続した配線を介して外部より電流を流すことで前記ヒータを発熱させ、この熱を前記弁軸から前記弁体に伝導したことを特徴とするバタフライ式圧力制御バルブ。
【請求項２】
前記弁体はフラッパ部と保持部材とを有し、このフラッパ部と保持部材とを固定ボルトにより前記弁軸に一体回転可能に固定した請求項１に記載のバタフライ式圧力制御バルブ。
【請求項３】
前記フラッパ部の外周側にシール用Ｏリングを装着した請求項２に記載のバタフライ式圧力制御バルブ。
【請求項４】
前記弁軸の内側に取付穴を形成し、この取付穴に前記ヒータを着脱自在に取付けた請求項１乃至３の何れか１項に記載のバタフライ式圧力制御バルブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１１−１５８０９６（Ｐ２０１１−１５８０９６Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８９３１９（Ｐ２０１１−８９３１９）
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【分割の表示】特願２００９−１８２５５６（Ｐ２００９−１８２５５６）の分割
【原出願日】平成２１年８月５日（２００９．８．５）
【出願人】（５０１４１７９２９）株式会社キッツエスシーティー (22)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【分割の表示】特願２００９−１８２５５６（Ｐ２００９−１８２５５６）の分割
【原出願日】平成２１年８月５日（２００９．８．５）
【出願人】（５０１４１７９２９）株式会社キッツエスシーティー (22)
【Ｆターム（参考）】
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