流量制御弁
【課題】第１及び第２ポートを通じて弁ボディを流通する流体の流量を高精度に制御する。
【解決手段】処理室３７に接続される第１ポート１２と真空ポンプ３９に接続される第２ポート１４とを有する弁ボディ１６には、前記第１ポート１２に臨む内壁面に第１弁体３０が着座する第１弁座部３２が形成され、前記第１弁座部３２より半径外方向に第２弁体３４が着座する第２弁座部３６が形成されている。そして、ガイドボディ２２の内部に設けられたピストン２０を圧力流体によって変位させることにより、第２弁体３４が第２弁座部３６より離間して第１弁体３０と第１弁座部３２との間を通じて流体が流通し、駆動部２４による駆動作用下に第１弁体３０と第１弁座部３２との間の離間距離を変化させることにより、前記第１ポート１２から第２ポート１４へと流通する流体の流量を制御している。
【解決手段】処理室３７に接続される第１ポート１２と真空ポンプ３９に接続される第２ポート１４とを有する弁ボディ１６には、前記第１ポート１２に臨む内壁面に第１弁体３０が着座する第１弁座部３２が形成され、前記第１弁座部３２より半径外方向に第２弁体３４が着座する第２弁座部３６が形成されている。そして、ガイドボディ２２の内部に設けられたピストン２０を圧力流体によって変位させることにより、第２弁体３４が第２弁座部３６より離間して第１弁体３０と第１弁座部３２との間を通じて流体が流通し、駆動部２４による駆動作用下に第１弁体３０と第１弁座部３２との間の離間距離を変化させることにより、前記第１ポート１２から第２ポート１４へと流通する流体の流量を制御している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体通路を開閉することにより前記流体通路を流通する流体の流量を制御することが可能な流量制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、半導体ウェハや液晶基盤等の処理装置においては、半導体ウェハや液晶基盤等を種々の処理を施す処理室に入れて、真空ポンプの作用下に真空状態として半導体ウェハの表面に成膜するための処理が行われている。この際、半導体ウェハの表面に形成される膜厚を一定に確保するために、前記処理室内の圧力を一定としている。
【０００３】
一方、処理工程が終了した後、大気圧状態の前記処理室を再度真空ポンプにより排気する。その際、前記処理室の内壁面には半導体ウェハに成膜する際に使用されるガスにより副生成物が付着することがある。そこで、排気時に急激な圧力変動による副生成物の内壁面からの剥離等を阻止するため、前記処理室に通じる流体通路を開閉するバルブとは別体で流量制御弁が設けられ、前記流量制御弁を介して処理室内から排気される流量を制御しながら外部へと排気している（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１６３１３６号公報
【特許文献２】特許第３３３０８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１及び２に係る従来技術においては、弁体を軸線方向に変位させて前記弁体と弁座との間を流通する流体の流量を制御する際、前記弁体を圧力流体による押圧作用下に変位させている。この構成では、前記弁体の軸線方向に沿った変位量を高精度に制御することが困難であり、それに伴って、前記弁体と弁座との間の離間距離によって制御される流体の流量制御を正確に行うことに難点がある。
【０００６】
本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、弁ボディ内を流通する流体の流量を高精度に制御することが可能な流量制御弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本発明は、流体通路の上流側通路と下流側通路との間に配設され、前記流体通路を流通する流体の流量を制御する流量制御弁において、
前記流体通路の上流側及び下流側にそれぞれ接続される第１及び第２ポートを有する弁ボディと、
前記弁ボディに設けられ、電気信号によって回転駆動する駆動部と、
前記駆動部の回転駆動力を軸線方向に沿った直線運動へと変換する変換機構と、
前記変換機構を介して軸線方向に沿って変位自在に設けられ、且つ、前記弁ボディの第１弁座部に着座・離間自在に設けられる第１弁体と、
パイロット圧によって軸線方向に沿って変位するピストンに連結され、前記弁ボディの第２弁座部に着座する着座面にシール部材を有する第２弁体と、
前記駆動部の回転駆動量を検出する検出部と、
を備え、
前記第２弁体の変位作用下に前記第１ポートと第２ポートの連通状態の切り換えを行うと共に、前記第１弁体の変位作用下に前記第１ポートと第２ポートの間を流通する流体の流量を制御することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、パイロット圧によって第２弁体を第２弁座部から離間させることにより該第２弁体に装着されたシール部材による第１ポートと第２ポート間の遮断状態が解除され、第１弁体と第１弁座部との間の微小な隙間を通じて流体が流通する。そして、例えば、第１ポートに接続された処理室の圧力を予め設定された所望の圧力とするために、駆動部の駆動作用下に第１弁体を第１弁座部より所定間隔離間させるように変位させ、前記第１ポートから第２ポートへと流通する流体の流量を制御して前記処理室内の圧力を調整している。
【０００９】
従って、第１弁体の軸線方向に沿った変位量が、検出部によって検出される駆動部の回転量に基づいて高精度に検出可能であり、且つ、処理室内の圧力と予め設定された圧力との差分に対応する電気信号を駆動部へと供給し、前記駆動部の駆動作用下に第１弁体を所定量だけ変位させることができるため、第１弁体の変位量を検出部における検出結果に基づいて制御することにより、前記第１弁体と第１弁座部との間から流通する流体の流量を高精度に制御し、前記処理室内の流体を第１ポートと第２ポートを介して排気して前記処理室内の圧力を所望の圧力とすることができる。
【００１０】
また、第１弁体を、第２弁体の内部に変位自在に設け、前記第１弁体と第２弁体とをそれぞれ独立して変位自在に設けるとよい。これにより、前記第１及び第２弁体をそれぞれ別個に独立して変位させることが可能となるため、前記第１弁体の外側に設けられた第２弁体を第２弁座部より離間させて連通状態とした後に、前記第１弁体のみを軸線方向に沿って変位させて該第１弁体と第１弁座部との離間距離を制御することによって流体の流量制御を高精度に行うことができる。
【００１１】
さらに、第１弁体を、変換機構に対して第１弁軸を介して連結し、前記第１弁軸を、前記第２弁体と前記ピストンとを連結する第２弁軸の内部に変位自在に配設するとよい。これにより、前記第１弁体が第１弁軸を介して第２弁体に対して軸線方向に沿って変位自在となるため、前記第１弁体と第２弁体とを常に同軸上に配置することができ、前記第１及び第２弁体をそれぞれ第１及び第２弁座部に対して確実に着座させることができる。
【００１２】
さらにまた、弁ボディと第２弁体との間に、前記第２弁体を前記第２弁座部に着座させる方向に付勢するスプリングを設けるとよい。これにより、駆動部に供給されている電気信号が何らかの理由で停止して第１弁体の軸線方向への変位が不能になった場合においても、スプリングの弾発力によって第２弁体を第２弁座部へと着座させて第１ポートと第２ポートとの連通状態を遮断することができる。このように、流量制御弁では、駆動部の駆動動作が停止した際にも第２弁体によって確実に流体の連通状態を遮断可能である。
【００１３】
またさらに、本発明は、流体通路の上流側通路と下流側通路との間に配設され、前記流体通路を流通する流体の流量を制御する流量制御弁において、
前記流体通路の上流側及び下流側にそれぞれ接続される第１及び第２ポートを有する弁ボディと、
前記弁ボディに設けられ、電気信号によって回転駆動する駆動部と、
前記駆動部に接続され、該駆動部の回転作用下に前記第１ポート又は第２ポートの内部で回動変位する回動弁と、
パイロット圧によって軸線方向に沿って変位するピストンに連結され、前記弁ボディの弁座部に着座する着座面にシール部材を有する弁体と、
前記駆動部の回転駆動量を検出する検出部と、
を備え、
前記弁体の変位作用下に前記第１ポートと第２ポートの連通状態の切り換えを行うと共に、前記回動弁の回動作用下に前記第１ポートと第２ポートの間を流通する流体の流量を制御することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、パイロット圧によって弁体を弁座部から離間させることにより該弁体に装着されたシール部材による第１ポートと第２ポート間の遮断状態が解除され、第１ポートと回動弁との間の微小な隙間を通じて流体が流通する。そして、例えば、第１ポートに接続された処理室の圧力を予め設定された所望の圧力とするために、駆動部の駆動作用下に回動弁を所定量だけ回動変位させ、前記第１ポートから第２ポートへと流通する流体の流量を制御して前記処理室内の圧力を調整している。
【００１５】
従って、回動弁の回動量を検出部によって検出することにより、前記第１ポートと前記回動弁との間から流通する流体の流量を高精度に制御することが可能であり、そのため、処理室内の圧力と予め設定された圧力との差分に対応する電気信号を駆動部へと供給し、前記駆動部の駆動作用下に回動弁を所定量だけ変位させることができ、前記弁体と弁座部との間から流通する流体の流量を高精度に制御して前記処理室内の圧力を所望の圧力とすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００１７】
すなわち、第２弁体によって第１ポートと第２ポートとの連通状態を切り換え、第１弁体によって前記第１ポートと第２ポートとの間を流通する流体の流量を制御することができる。その際、第１弁体の軸線方向に沿った変位量を、検出部によって検出される駆動部の回転量に基づいて高精度に検出することが可能であるため、前記第１弁体と第１弁座部との間から流通する流体の流量を高精度に制御することができる。
【００１８】
また、弁体の変位作用下に第１ポートと第２ポートとの連通状態を切り換え、前記回動弁を回動変位させることにより前記第１ポートと第２ポートとの間を流通する流体の流量を制御することができる。その際、前記回動弁の回動量を検出部によって検出することにより、前記第１ポートと前記回動弁との間から流通する流体の流量を高精度に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明に係る流量制御弁について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００２０】
図１において、参照符号１０は、本発明の第１の実施の形態に係る流量制御弁を示す。
【００２１】
この流量制御弁１０は、圧力流体が流通する第１及び第２ポート１２、１４を有する弁ボディ１６と、前記弁ボディ１６における圧力流体の連通状態を切り換える弁機構部１８と、前記弁ボディ１６に連結され、前記弁機構部１８におけるピストン２０が変位自在に設けられるガイドボディ２２と、電気信号によって回転駆動する駆動部２４と、前記駆動部２４と弁機構部１８とを接続すると共に、該駆動部２４からの回転駆動力を直線運動へと変換する変換機構２６とを備える。
【００２２】
弁ボディ１６は略円筒状に形成され、流量制御弁１０の軸線上に形成されて下方に向かって開口した第１ポート１２と、前記弁ボディ１６の側部に第１ポート１２と略直交して形成される第２ポート１４と、前記第１ポート１２と第２ポート１４とを連通する連通室２８と、前記第１ポート１２と連通室２８との間に形成され、弁機構部１８における第１弁体３０が着座する第１弁座部３２と、前記弁機構部１８の第２弁体３４が着座する第２弁座部３６とからなる。
【００２３】
この第１ポート１２は、例えば、半導体ウェハ等の処理装置における処理室３７（例えば、チャンバ）に流体通路を介して接続され、一方、第２ポート１４は、前記処理室３７内の流体を排気するための真空ポンプ３９に流体通路を介して接続されている。
【００２４】
また、第１弁座部３２の内周面は、第１ポート１２側に向かって徐々に縮径する傾斜状に形成されている。
【００２５】
ガイドボディ２２の内部には、弁機構部１８のピストン２０が軸線方向に沿って変位自在に設けられるピストン室３８が形成されている。前記ガイドボディ２２の側部には、図示しない圧力流体供給源から圧力流体が供給されるパイロットポート４０が形成され、前記パイロットポート４０に供給される圧力流体（パイロットエア）がピストン室３８の内部に導入されることにより、前記ピストン２０が軸線方向に沿って変位する。
【００２６】
また、ガイドボディ２２の略中央部には、弁ボディ１６側（矢印Ａ方向）に向かって突出した突出部４２が形成され、前記突出部４２の内部空間には弁機構部１８の第２弁体３４が保持孔４４を介して変位自在に保持されている。
【００２７】
一方、ガイドボディ２２の上部には、断面略Ｕ字状のケーシング４６が連結され、前記ケーシング４６の内部には、前記変換機構２６が設けられている。
【００２８】
弁機構部１８は、弁ボディ１６及びガイドボディ２２の内部に軸線方向に沿って変位自在に保持される弁軸（第１弁軸）４８と、前記弁軸４８の一端部に連結され、弁ボディ１６の第１弁座部３２に着座する第１弁体３０と、ガイドボディ２２のピストン室３８に設けられるピストン２０と、前記ピストン２０に連結されると共に、前記弁軸４８を囲繞するように設けられる第２弁体３４と、前記第２弁体３４とガイドボディ２２の端面との間に介装されるスプリング５０を含む。
【００２９】
弁軸４８は、ケーシング４６のガイド孔５２にブッシュ５４を介して軸線方向に沿って変位自在に保持されると共に、第２弁体３４の挿通孔５６の内部に保持されている。
【００３０】
第１弁体３０は、円盤状に形成され、弁軸４８の一端部にボルト５８を介して一体的に連結されている。そして、第１弁体３０の外周面は、第１ポート１２側に向かって徐々に縮径するように傾斜して形成されており、前記第１弁体３０が第１弁座部３２に着座した際に前記外周面が傾斜して形成された第１弁座部３２に当接する。
【００３１】
第２弁体３４は、ガイドボディ２２の保持孔４４に軸線方向に沿って変位自在に保持されるシャフト部（第２弁軸）６０と、前記シャフト部６０の弁ボディ１６側に形成され、半径外方向に拡径した筒状の拡径部６２と、前記拡径部６２よりさらに半径外方向に拡径すると共に、その端面が第２弁座部３６に着座する筒状の弁体部６４とからなる。なお、弁体部６４の内周径は、第１ポート１２の内周径より大きく形成されている。
【００３２】
シャフト部６０は軸線方向に沿って長尺な円筒状に形成され、その内部には挿通孔５６を介して弁軸４８が挿通され、軸線方向に沿って変位自在に支持されている。すなわち、このシャフト部６０と弁軸４８とは、同軸上となるように配設されているため、前記弁軸４８に連結される第１弁体３０と前記シャフト部６０を有する第２弁体３４とをそれぞれ第１弁座部３２及び第２弁座部３６に対して確実且つ正確に着座させることが可能となる。
【００３３】
このシャフト部６０が保持される保持孔４４の内壁面と、ピストン２０に形成された中心孔の内壁面には、環状溝を介してシール部材６６が装着されているため、弁ボディ１６の内部とピストン室３８の内部の気密が確実に保持される。また、シャフト部６０の端部にはピストン２０が連結ナット６８を介して連結されている。
【００３４】
拡径部６２の内部には、該拡径部６２におけるシャフト部６０側の内壁面と第１弁体３０との間に蛇腹状の第１ベローズ７０が伸縮自在に介装されると共に、弁体部６４とガイドボディ２２の端面との間にも同様に蛇腹状の第２ベローズ７２が伸縮自在に介装されている。前記第２ベローズ７２の内部にはスプリング５０が内装され、その一端部がガイドボディ２２の突出部４２を囲繞してガイドボディ２２の底部に着座している。そして、前記スプリング５０の弾発力は第２弁体３４を第２弁座部３６側（矢印Ａ方向）に向かって付勢している。
【００３５】
弁体部６４には、第２弁座部３６と対向する端面に環状溝を介してＯリング（シール部材）７４が装着され、前記弁体部６４が第２弁座部３６に着座することにより、前記Ｏリング７４が第２弁座部３６に当接して第１ポート１２と第２ポート１４との連通状態が遮断される。なお、第２弁体３４の弁体部６４は、第１弁体３０より半径外方向に拡径して形成されているため、前記第１弁体３０を覆うように配設される。すなわち、前記第１弁体３０が第１弁座部３２に着座している際に、該第１弁体３０は第２弁座部３６に着座する第２弁体３４によって囲繞される（図１参照）。
【００３６】
また、ピストン２０の外周面には、環状溝を介してピストンパッキン７６が装着されると共に、軸線方向に所定間隔離間してウェアリング７８が装着されている。これにより、前記ピストンパッキン７６等によってピストン室３８の内部の気密を好適に保持することができる。
【００３７】
駆動部２４は、例えば、ステッピングモータ等の回転駆動源８０からなり、ケーシング４６を閉塞するカバー部材８２に設けられている。そして、駆動部２４の内部には、例えば、ロータリエンコーダ等の検出部８４が設けられ、前記駆動部２４の回転角度若しくは回転数等の回転量を検出している。
【００３８】
すなわち、検出部８４によって検出された検出信号を前記駆動部２４に接続された制御部（図示せず）に出力し、前記制御部によって回転駆動源８０へと供給される電流量を制御することにより該回転駆動源８０の回転量を制御することが可能となる。
【００３９】
変換機構２６は、ケーシング４６の内部に設けられ、前記回転駆動源８０の駆動軸８６にカップリング部材８８を介して接続されるボールねじ軸９０と、前記ボールねじ軸９０に対して変位自在に螺合される変位部材９２とからなり、前記変位部材９２のフランジ部９４がボルト５８を介して弁軸４８の端部に接続されている。
【００４０】
このボールねじ軸９０は、駆動軸８６に接続される一端部側がカバー部材８２の内部に設けられた軸受９６によって回転自在に保持されると共に、他端部側がケーシング４６に設けられたブッシュ９８を介して回転自在に保持されている。
【００４１】
本発明の第１の実施の形態に係る流量制御弁１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。なお、図１に示されるように、第１及び第２弁体３０、３４が弁ボディ１６の第１及び第２弁座部３２、３６にそれぞれ着座した弁閉状態を初期状態として説明する。
【００４２】
このような初期状態では、第１弁体３０の外周面が第１弁座部３２の周面に着座すると共に、第２弁体３４の弁体部６４がスプリング５０の弾発力によって第２弁座部３６に着座し、前記弁体部６４に装着されたＯリング７４が第２弁座部３６に当接することにより、第１ポート１２と第２ポート１４との連通が遮断されている状態にある。
【００４３】
先ず、第２ポート１４に接続された真空ポンプ３９を付勢することにより、前記真空ポンプ３９の付勢作用下に第２ポート１４の圧力が低下するため、それに伴って、連通室２８及び第２ポート１４の流体が排気される。その際、処理室３７の内部の流体は、弁機構部１８の第１及び第２弁体３０、３４によって第１ポート１２と第２ポート１４の連通が遮断されているため、前記流体が第１ポート１２から第２ポート１４へと流通することがない。
【００４４】
次に、ガイドボディ２２のパイロットポート４０に対して図示しない圧力流体供給源より圧力流体（例えば、圧縮エア）が供給され、前記圧力流体がピストン室３８の内部に導入されることにより、前記ピストン２０が駆動部２４側（矢印Ｂ方向）へと変位する。それに伴って、ピストン２０に連結された第２弁体３４が駆動部２４側に向かって変位して弁体部６４が第２弁座部３６より離間する。
【００４５】
これにより、図２に示されるように、弁体部６４にＯリング７４が装着された第２弁体３４による第２弁座部３６の弁閉状態が解除され、圧力の高い処理室３７から真空ポンプ３９の付勢作用下に圧力の低くなっている連通室２８及び第２ポート１４へと流体が流通する。詳細には、前記流体は、第１弁体３０の外周面と第１弁座部３２との周面との間の隙間より微小流量だけ流通する。
【００４６】
すなわち、前記第１弁体３０と第１弁座部３２との当接面には、微小な隙間が存在しているため、処理室３７内の流体が、連通室２８及び第２ポート１４内の流体と圧力差によって前記隙間を介して第１ポート１２から第２ポート１４へと流通し、前記処理室３７内の流体が微量だけ第２ポート１４へと排気される。
【００４７】
また、その際、処理室３７内の圧力値が、該処理室３７内の圧力を検出する圧力検出部（図示せず）によって常に検出され、前記圧力値が図示しない制御部へと出力されている。そして、前記処理室３７内の圧力が予め設定された値となるように前記制御部より駆動部２４の回転駆動源８０に対して制御信号が出力される。
【００４８】
これにより、前記回転駆動源８０が前記制御信号に基づいて所定量だけ回転駆動して、回転駆動源８０の回転駆動力がカップリング部材８８を介してボールねじ軸９０へと伝達されて前記ボールねじ軸９０の回転作用下に変位部材９２が駆動部２４側（矢印Ｂ方向）に向かって軸線方向に変位する。
【００４９】
そして、変位部材９２に連結された弁軸４８が矢印Ｂ方向へと変位し、前記弁軸４８に連結された第１弁体３０が第１ベローズ７０を縮退させながら第１弁座部３２より離間して第１ポート１２と第２ポート１４とが連通室２８を介して連通した状態となる。その結果、処理室３７内の流体が、真空ポンプ３９の付勢作用下に圧力の低い第２ポート１４側へと流通し、前記処理室３７の内部の流体が連通室２８を通じて第２ポート１４へと排気される。
【００５０】
すなわち、流量制御弁１０による処理室３７の排気初期段階において、第１弁体３０を第１弁座部３２から離間させることにより、処理室３７内の流体を第１ポート１２から連通室２８及び第２ポート１４へと微小流量ずつ徐々に排気するように制御すると共に、前記処理室３７内の圧力が所望の圧力となるように第１弁体３０が第１弁座部３２より離間した際の変位量を制御している。
【００５１】
このように、第２弁体３４を第２弁座部３６より離間させた後に、第１弁体３０の変位量を駆動部２４に設けられた検出部８４によって制御することにより、第１弁体３０と第１弁座部３２の間の離間距離を制御して第１ポート１２から第２ポート１４へと流通する流体の流量を高精度に制御することができる。
【００５２】
そのため、処理室３７内の圧力を所望の値に高精度に維持することができると共に、前記第１弁体３０と第２弁体３４とを段階的に弁開状態として処理室３７の内部の流体を第１ポート１２から第２ポート１４へと緩急をつけて排気することができ、弁開時に第１ポート１２に接続された処理室３７の内部に生じる急激な圧力変動を防止することができる。
【００５３】
また、第２弁体３４が第２弁座部３６より離間した後に、制御部において予め設定された処理室３７内の設定圧力と前記処理室３７内の検出された圧力値を比較判断し、前記設定圧力と圧力値の差に基づいた制御信号を駆動部２４に出力するフィードバック制御を行っている。これにより、前記制御信号に基づいて回転駆動源８０が回転駆動し、第１弁体３０と第１弁座部３２との間の離間距離が制御されるため、前記処理室３７から第１ポート１２を通じて排気される流体の流量を高精度に制御することができる。
【００５４】
その際、回転駆動源８０の回転量を検出部８４によって検出することにより、前記回転量に基づいて第１弁体３０の軸線方向に沿った第１弁体３０の変位量を確実且つ高精度に検出することができるため、安定した第１弁体３０の変位を行うことができると共に前記第１弁体３０の変位位置の再現性が確保される。
【００５５】
反対に、第１弁体３０及び第２弁体３４によって第１ポート１２と第２ポート１４との連通状態が遮断された弁閉状態とする場合には、駆動部２４の回転駆動源８０に出力されている制御信号の極性を逆転させることにより、前記回転駆動源８０が前記とは反対方向に回転駆動する。そして、前記回転駆動源８０の回転作用下に変位部材９２が弁ボディ１６側（矢印Ａ方向）に向かって変位し、第１弁体３０が第１弁座部３２に着座する（図２参照）。
【００５６】
また、ピストン室３８に供給されている圧力流体の供給を停止し、前記ピストン室３８をパイロットポート４０を通じて大気開放状態とすることによりピストン２０がスプリング５０の弾発力によって第２弁座部３６側（矢印Ａ方向）に向かって変位する。その結果、前記ピストン２０に連結された第２弁体３４の弁体部６４が第２弁座部３６に着座して、第１ポート１２と第２ポート１４との連通が遮断される（図１参照）。
【００５７】
このように、前記流量制御弁１０では、第１ポート１２から第２ポート１４への流体の排気を、前記排気の初期段階において第１弁体３０と第１弁座部３２との間の隙間を通じて行っているため、例えば、前記第１弁体３０の当接面に弾性材料からなるシール部材を設けた場合に生じる前記シール部材と第１弁座部３２との固着を防止することができる。そのため、第１弁体３０が第１弁座部３２に固着して離間しないという不具合を生じることがない。そのため、従来の流量制御弁において、弁体の着座面に装着されたシール部材が弁座に対して固着してしまった際に、急激な圧力変動によって生じていた飛び出し現象を防止することができる。
【００５８】
また、駆動部２４に供給されている電流の供給が何らかの原因で停止した場合にも、スプリング５０の弾発力によって第２弁体３４を第２弁座部３６に着座させることにより、第１ポート１２と第２ポート１４の連通が遮断された弁閉状態とすることが可能である。これにより、駆動部２４の駆動が何らかの原因で停止した際においても、処理室３７内の流体が第１ポート１２から第２ポート１４へと排気されることを阻止できる。
【００５９】
次に、第２の実施の形態に係る流量制御弁１５０を図４〜図６に示す。なお、上述した本実施の形態に係る流量制御弁１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００６０】
この第２の実施の形態に係る流量制御弁１５０では、弁ボディ１５２における第１ポート１２の内部に駆動部１５４の駆動作用下に開閉動作を行うスロットルバルブ１５６が設けられている点、前記第１ポート１２の弁座部１５８に単一の弁体１６０が着座するように設けられている点で、第１の実施の形態に係る流量制御弁１０と相違している。
【００６１】
この流量制御弁１５０では、第１ポート１２の内部に該第１ポート１２の軸線と略直交するようにスロットルバルブ１５６の回動軸１６２が回動自在に保持され、前記回動軸１６２には円盤状のバルブプレート１６４が装着されている。回動軸１６２は、第１ポート１２の壁部に設けられた一組の軸受１６６ａ、１６６ｂによって回動自在に保持されている。
【００６２】
この場合、回動軸１６２は、第１ポート１２の側部に設けられた駆動部１５４の駆動軸８６に連結されている。なお、駆動部１５４には、該駆動部１５４の回転量を検出する検出部８４が設けられている。
【００６３】
さらに、金属製材料からなるバルブプレート１６４の直径は、第１ポート１２の内周径に対して若干だけ小さな直径に形成され、駆動部１５４による回動軸１６２の回動作用下に前記バルブプレート１６４が回動変位することにより前記第１ポート１２を開閉している。詳細には、図４に示されるように、バルブプレート１６４を略水平状態とすることにより、前記第１ポート１２と連通室２８との連通状態が遮断された弁開状態となり、反対に、前記バルブプレート１６４を略鉛直状態とすることにより、前記第１ポート１２と連通室２８とが連通した弁開状態となる（図６参照）。
【００６４】
一方、第１ポート１２に臨む弁ボディ１５２の内部には弁座部１５８が形成され、前記弁座部１５８には、ガイドボディ２２の内部に設けられたピストン２０に連結された弁軸４８を介してプレート状の弁体１６０が着座自在に設けられている。
【００６５】
このように構成される流量制御弁１５０では、先ず、図４に示されるスロットルバルブ１５６と弁体１６０によって第１ポート１２と第２ポート１４との連通が遮断された弁閉状態において、前記第２ポート１４に接続された真空ポンプ３９の付勢作用下に第２ポート１４及び連通室２８内の流体が排気される。その際、処理室３７の内部の流体は、弁体１６０によって第１ポート１２と第２ポート１４の連通が遮断されているため、前記流体が第１ポート１２から第２ポート１４へと流通することがない。
【００６６】
次に、図５に示されるように、ガイドボディ２２のパイロットポート４０に対して図示しない圧力流体供給源より圧力流体（例えば、圧縮エア）を供給することにより、前記ピストン２０が駆動部１５４側（矢印Ｂ方向）へと変位して弁体１６０が弁座部１５８より離間する。
【００６７】
これにより、Ｏリング７４が装着された弁体１６０による弁座部１５８の弁閉状態が解除されるため、処理室３７内の流体が、連通室２８内の負圧作用下にバルブプレート１６４と第１ポート１２の内壁面との間の隙間より微小流量だけ流通する。
【００６８】
次に、駆動部１５４に対して図示しない制御部より制御信号が出力されることにより、前記駆動部１５４の駆動軸８６が前記制御信号に基づいて所定量だけ回動駆動し、前記駆動軸８６に連結された回動軸１６２が一体的に回動変位する。これにより、前記回動軸１６２に装着されたバルブプレート１６４が回動変位して第１ポート１２の閉塞状態が解除され、前記回動軸１６２を支点として所定角度だけ回動したバルブプレート１６４と第１ポート１２の内壁面との間を介して第１ポート１２と第２ポート１４とが連通した状態となる（図６参照）。
【００６９】
その結果、処理室３７の内部の流体が、第１ポート１２から連通室２８を通じて第２ポート１４へと排気される。その際に、前記流体の流量がスロットルバルブ１５６の回動作用下に高精度に制御され、前記処理室３７の内部を予め設定された所定圧力とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る流量制御弁の縦断面図である。
【図２】図１の流量制御弁において第２弁体のみが第２弁座部より離間した状態を示す縦断面図である。
【図３】図２の流量制御弁において第１弁体が第１弁座部より離間して第１ポートと第２ポートとが連通した状態を示す縦断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る流量制御弁の縦断面図である。
【図５】図４の流量制御弁において弁ボディの弁座部より弁体が離間した状態を示す縦断面図である。
【図６】図５の流量制御弁においてスロットルバルブのバルブプレートが所定角度だけ回動変位して第１ポートと第２ポートとが連通した状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０、１５０…流量制御弁 １２…第１ポート
１４…第２ポート １６、１５２…弁ボディ
１８…弁機構部 ２０…ピストン
２２…ガイドボディ ２４、１５４…駆動部
２６…変換機構 ２８…連通室
３０…第１弁体 ３２…第１弁座部
３４…第２弁体 ３６…第２弁座部
３８…ピストン室 ４０…パイロットポート
４６…ケーシング ４８…弁軸
５０…スプリング ６４…弁体部
７０…第１ベローズ ７２…第２ベローズ
７４…Ｏリング ８０…回転駆動源
８２…カバー部材 ８４…検出部
９０…ボールねじ軸 ９２…変位部材
１５６…スロットルバルブ １５８…弁座部
１６０…弁体 １６２…回動軸
１６４…バルブプレート １６６ａ、１６６ｂ…軸受
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体通路を開閉することにより前記流体通路を流通する流体の流量を制御することが可能な流量制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、半導体ウェハや液晶基盤等の処理装置においては、半導体ウェハや液晶基盤等を種々の処理を施す処理室に入れて、真空ポンプの作用下に真空状態として半導体ウェハの表面に成膜するための処理が行われている。この際、半導体ウェハの表面に形成される膜厚を一定に確保するために、前記処理室内の圧力を一定としている。
【０００３】
一方、処理工程が終了した後、大気圧状態の前記処理室を再度真空ポンプにより排気する。その際、前記処理室の内壁面には半導体ウェハに成膜する際に使用されるガスにより副生成物が付着することがある。そこで、排気時に急激な圧力変動による副生成物の内壁面からの剥離等を阻止するため、前記処理室に通じる流体通路を開閉するバルブとは別体で流量制御弁が設けられ、前記流量制御弁を介して処理室内から排気される流量を制御しながら外部へと排気している（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１６３１３６号公報
【特許文献２】特許第３３３０８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１及び２に係る従来技術においては、弁体を軸線方向に変位させて前記弁体と弁座との間を流通する流体の流量を制御する際、前記弁体を圧力流体による押圧作用下に変位させている。この構成では、前記弁体の軸線方向に沿った変位量を高精度に制御することが困難であり、それに伴って、前記弁体と弁座との間の離間距離によって制御される流体の流量制御を正確に行うことに難点がある。
【０００６】
本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、弁ボディ内を流通する流体の流量を高精度に制御することが可能な流量制御弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本発明は、流体通路の上流側通路と下流側通路との間に配設され、前記流体通路を流通する流体の流量を制御する流量制御弁において、
前記流体通路の上流側及び下流側にそれぞれ接続される第１及び第２ポートを有する弁ボディと、
前記弁ボディに設けられ、電気信号によって回転駆動する駆動部と、
前記駆動部の回転駆動力を軸線方向に沿った直線運動へと変換する変換機構と、
前記変換機構を介して軸線方向に沿って変位自在に設けられ、且つ、前記弁ボディの第１弁座部に着座・離間自在に設けられる第１弁体と、
パイロット圧によって軸線方向に沿って変位するピストンに連結され、前記弁ボディの第２弁座部に着座する着座面にシール部材を有する第２弁体と、
前記駆動部の回転駆動量を検出する検出部と、
を備え、
前記第２弁体の変位作用下に前記第１ポートと第２ポートの連通状態の切り換えを行うと共に、前記第１弁体の変位作用下に前記第１ポートと第２ポートの間を流通する流体の流量を制御することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、パイロット圧によって第２弁体を第２弁座部から離間させることにより該第２弁体に装着されたシール部材による第１ポートと第２ポート間の遮断状態が解除され、第１弁体と第１弁座部との間の微小な隙間を通じて流体が流通する。そして、例えば、第１ポートに接続された処理室の圧力を予め設定された所望の圧力とするために、駆動部の駆動作用下に第１弁体を第１弁座部より所定間隔離間させるように変位させ、前記第１ポートから第２ポートへと流通する流体の流量を制御して前記処理室内の圧力を調整している。
【０００９】
従って、第１弁体の軸線方向に沿った変位量が、検出部によって検出される駆動部の回転量に基づいて高精度に検出可能であり、且つ、処理室内の圧力と予め設定された圧力との差分に対応する電気信号を駆動部へと供給し、前記駆動部の駆動作用下に第１弁体を所定量だけ変位させることができるため、第１弁体の変位量を検出部における検出結果に基づいて制御することにより、前記第１弁体と第１弁座部との間から流通する流体の流量を高精度に制御し、前記処理室内の流体を第１ポートと第２ポートを介して排気して前記処理室内の圧力を所望の圧力とすることができる。
【００１０】
また、第１弁体を、第２弁体の内部に変位自在に設け、前記第１弁体と第２弁体とをそれぞれ独立して変位自在に設けるとよい。これにより、前記第１及び第２弁体をそれぞれ別個に独立して変位させることが可能となるため、前記第１弁体の外側に設けられた第２弁体を第２弁座部より離間させて連通状態とした後に、前記第１弁体のみを軸線方向に沿って変位させて該第１弁体と第１弁座部との離間距離を制御することによって流体の流量制御を高精度に行うことができる。
【００１１】
さらに、第１弁体を、変換機構に対して第１弁軸を介して連結し、前記第１弁軸を、前記第２弁体と前記ピストンとを連結する第２弁軸の内部に変位自在に配設するとよい。これにより、前記第１弁体が第１弁軸を介して第２弁体に対して軸線方向に沿って変位自在となるため、前記第１弁体と第２弁体とを常に同軸上に配置することができ、前記第１及び第２弁体をそれぞれ第１及び第２弁座部に対して確実に着座させることができる。
【００１２】
さらにまた、弁ボディと第２弁体との間に、前記第２弁体を前記第２弁座部に着座させる方向に付勢するスプリングを設けるとよい。これにより、駆動部に供給されている電気信号が何らかの理由で停止して第１弁体の軸線方向への変位が不能になった場合においても、スプリングの弾発力によって第２弁体を第２弁座部へと着座させて第１ポートと第２ポートとの連通状態を遮断することができる。このように、流量制御弁では、駆動部の駆動動作が停止した際にも第２弁体によって確実に流体の連通状態を遮断可能である。
【００１３】
またさらに、本発明は、流体通路の上流側通路と下流側通路との間に配設され、前記流体通路を流通する流体の流量を制御する流量制御弁において、
前記流体通路の上流側及び下流側にそれぞれ接続される第１及び第２ポートを有する弁ボディと、
前記弁ボディに設けられ、電気信号によって回転駆動する駆動部と、
前記駆動部に接続され、該駆動部の回転作用下に前記第１ポート又は第２ポートの内部で回動変位する回動弁と、
パイロット圧によって軸線方向に沿って変位するピストンに連結され、前記弁ボディの弁座部に着座する着座面にシール部材を有する弁体と、
前記駆動部の回転駆動量を検出する検出部と、
を備え、
前記弁体の変位作用下に前記第１ポートと第２ポートの連通状態の切り換えを行うと共に、前記回動弁の回動作用下に前記第１ポートと第２ポートの間を流通する流体の流量を制御することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、パイロット圧によって弁体を弁座部から離間させることにより該弁体に装着されたシール部材による第１ポートと第２ポート間の遮断状態が解除され、第１ポートと回動弁との間の微小な隙間を通じて流体が流通する。そして、例えば、第１ポートに接続された処理室の圧力を予め設定された所望の圧力とするために、駆動部の駆動作用下に回動弁を所定量だけ回動変位させ、前記第１ポートから第２ポートへと流通する流体の流量を制御して前記処理室内の圧力を調整している。
【００１５】
従って、回動弁の回動量を検出部によって検出することにより、前記第１ポートと前記回動弁との間から流通する流体の流量を高精度に制御することが可能であり、そのため、処理室内の圧力と予め設定された圧力との差分に対応する電気信号を駆動部へと供給し、前記駆動部の駆動作用下に回動弁を所定量だけ変位させることができ、前記弁体と弁座部との間から流通する流体の流量を高精度に制御して前記処理室内の圧力を所望の圧力とすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００１７】
すなわち、第２弁体によって第１ポートと第２ポートとの連通状態を切り換え、第１弁体によって前記第１ポートと第２ポートとの間を流通する流体の流量を制御することができる。その際、第１弁体の軸線方向に沿った変位量を、検出部によって検出される駆動部の回転量に基づいて高精度に検出することが可能であるため、前記第１弁体と第１弁座部との間から流通する流体の流量を高精度に制御することができる。
【００１８】
また、弁体の変位作用下に第１ポートと第２ポートとの連通状態を切り換え、前記回動弁を回動変位させることにより前記第１ポートと第２ポートとの間を流通する流体の流量を制御することができる。その際、前記回動弁の回動量を検出部によって検出することにより、前記第１ポートと前記回動弁との間から流通する流体の流量を高精度に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明に係る流量制御弁について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００２０】
図１において、参照符号１０は、本発明の第１の実施の形態に係る流量制御弁を示す。
【００２１】
この流量制御弁１０は、圧力流体が流通する第１及び第２ポート１２、１４を有する弁ボディ１６と、前記弁ボディ１６における圧力流体の連通状態を切り換える弁機構部１８と、前記弁ボディ１６に連結され、前記弁機構部１８におけるピストン２０が変位自在に設けられるガイドボディ２２と、電気信号によって回転駆動する駆動部２４と、前記駆動部２４と弁機構部１８とを接続すると共に、該駆動部２４からの回転駆動力を直線運動へと変換する変換機構２６とを備える。
【００２２】
弁ボディ１６は略円筒状に形成され、流量制御弁１０の軸線上に形成されて下方に向かって開口した第１ポート１２と、前記弁ボディ１６の側部に第１ポート１２と略直交して形成される第２ポート１４と、前記第１ポート１２と第２ポート１４とを連通する連通室２８と、前記第１ポート１２と連通室２８との間に形成され、弁機構部１８における第１弁体３０が着座する第１弁座部３２と、前記弁機構部１８の第２弁体３４が着座する第２弁座部３６とからなる。
【００２３】
この第１ポート１２は、例えば、半導体ウェハ等の処理装置における処理室３７（例えば、チャンバ）に流体通路を介して接続され、一方、第２ポート１４は、前記処理室３７内の流体を排気するための真空ポンプ３９に流体通路を介して接続されている。
【００２４】
また、第１弁座部３２の内周面は、第１ポート１２側に向かって徐々に縮径する傾斜状に形成されている。
【００２５】
ガイドボディ２２の内部には、弁機構部１８のピストン２０が軸線方向に沿って変位自在に設けられるピストン室３８が形成されている。前記ガイドボディ２２の側部には、図示しない圧力流体供給源から圧力流体が供給されるパイロットポート４０が形成され、前記パイロットポート４０に供給される圧力流体（パイロットエア）がピストン室３８の内部に導入されることにより、前記ピストン２０が軸線方向に沿って変位する。
【００２６】
また、ガイドボディ２２の略中央部には、弁ボディ１６側（矢印Ａ方向）に向かって突出した突出部４２が形成され、前記突出部４２の内部空間には弁機構部１８の第２弁体３４が保持孔４４を介して変位自在に保持されている。
【００２７】
一方、ガイドボディ２２の上部には、断面略Ｕ字状のケーシング４６が連結され、前記ケーシング４６の内部には、前記変換機構２６が設けられている。
【００２８】
弁機構部１８は、弁ボディ１６及びガイドボディ２２の内部に軸線方向に沿って変位自在に保持される弁軸（第１弁軸）４８と、前記弁軸４８の一端部に連結され、弁ボディ１６の第１弁座部３２に着座する第１弁体３０と、ガイドボディ２２のピストン室３８に設けられるピストン２０と、前記ピストン２０に連結されると共に、前記弁軸４８を囲繞するように設けられる第２弁体３４と、前記第２弁体３４とガイドボディ２２の端面との間に介装されるスプリング５０を含む。
【００２９】
弁軸４８は、ケーシング４６のガイド孔５２にブッシュ５４を介して軸線方向に沿って変位自在に保持されると共に、第２弁体３４の挿通孔５６の内部に保持されている。
【００３０】
第１弁体３０は、円盤状に形成され、弁軸４８の一端部にボルト５８を介して一体的に連結されている。そして、第１弁体３０の外周面は、第１ポート１２側に向かって徐々に縮径するように傾斜して形成されており、前記第１弁体３０が第１弁座部３２に着座した際に前記外周面が傾斜して形成された第１弁座部３２に当接する。
【００３１】
第２弁体３４は、ガイドボディ２２の保持孔４４に軸線方向に沿って変位自在に保持されるシャフト部（第２弁軸）６０と、前記シャフト部６０の弁ボディ１６側に形成され、半径外方向に拡径した筒状の拡径部６２と、前記拡径部６２よりさらに半径外方向に拡径すると共に、その端面が第２弁座部３６に着座する筒状の弁体部６４とからなる。なお、弁体部６４の内周径は、第１ポート１２の内周径より大きく形成されている。
【００３２】
シャフト部６０は軸線方向に沿って長尺な円筒状に形成され、その内部には挿通孔５６を介して弁軸４８が挿通され、軸線方向に沿って変位自在に支持されている。すなわち、このシャフト部６０と弁軸４８とは、同軸上となるように配設されているため、前記弁軸４８に連結される第１弁体３０と前記シャフト部６０を有する第２弁体３４とをそれぞれ第１弁座部３２及び第２弁座部３６に対して確実且つ正確に着座させることが可能となる。
【００３３】
このシャフト部６０が保持される保持孔４４の内壁面と、ピストン２０に形成された中心孔の内壁面には、環状溝を介してシール部材６６が装着されているため、弁ボディ１６の内部とピストン室３８の内部の気密が確実に保持される。また、シャフト部６０の端部にはピストン２０が連結ナット６８を介して連結されている。
【００３４】
拡径部６２の内部には、該拡径部６２におけるシャフト部６０側の内壁面と第１弁体３０との間に蛇腹状の第１ベローズ７０が伸縮自在に介装されると共に、弁体部６４とガイドボディ２２の端面との間にも同様に蛇腹状の第２ベローズ７２が伸縮自在に介装されている。前記第２ベローズ７２の内部にはスプリング５０が内装され、その一端部がガイドボディ２２の突出部４２を囲繞してガイドボディ２２の底部に着座している。そして、前記スプリング５０の弾発力は第２弁体３４を第２弁座部３６側（矢印Ａ方向）に向かって付勢している。
【００３５】
弁体部６４には、第２弁座部３６と対向する端面に環状溝を介してＯリング（シール部材）７４が装着され、前記弁体部６４が第２弁座部３６に着座することにより、前記Ｏリング７４が第２弁座部３６に当接して第１ポート１２と第２ポート１４との連通状態が遮断される。なお、第２弁体３４の弁体部６４は、第１弁体３０より半径外方向に拡径して形成されているため、前記第１弁体３０を覆うように配設される。すなわち、前記第１弁体３０が第１弁座部３２に着座している際に、該第１弁体３０は第２弁座部３６に着座する第２弁体３４によって囲繞される（図１参照）。
【００３６】
また、ピストン２０の外周面には、環状溝を介してピストンパッキン７６が装着されると共に、軸線方向に所定間隔離間してウェアリング７８が装着されている。これにより、前記ピストンパッキン７６等によってピストン室３８の内部の気密を好適に保持することができる。
【００３７】
駆動部２４は、例えば、ステッピングモータ等の回転駆動源８０からなり、ケーシング４６を閉塞するカバー部材８２に設けられている。そして、駆動部２４の内部には、例えば、ロータリエンコーダ等の検出部８４が設けられ、前記駆動部２４の回転角度若しくは回転数等の回転量を検出している。
【００３８】
すなわち、検出部８４によって検出された検出信号を前記駆動部２４に接続された制御部（図示せず）に出力し、前記制御部によって回転駆動源８０へと供給される電流量を制御することにより該回転駆動源８０の回転量を制御することが可能となる。
【００３９】
変換機構２６は、ケーシング４６の内部に設けられ、前記回転駆動源８０の駆動軸８６にカップリング部材８８を介して接続されるボールねじ軸９０と、前記ボールねじ軸９０に対して変位自在に螺合される変位部材９２とからなり、前記変位部材９２のフランジ部９４がボルト５８を介して弁軸４８の端部に接続されている。
【００４０】
このボールねじ軸９０は、駆動軸８６に接続される一端部側がカバー部材８２の内部に設けられた軸受９６によって回転自在に保持されると共に、他端部側がケーシング４６に設けられたブッシュ９８を介して回転自在に保持されている。
【００４１】
本発明の第１の実施の形態に係る流量制御弁１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。なお、図１に示されるように、第１及び第２弁体３０、３４が弁ボディ１６の第１及び第２弁座部３２、３６にそれぞれ着座した弁閉状態を初期状態として説明する。
【００４２】
このような初期状態では、第１弁体３０の外周面が第１弁座部３２の周面に着座すると共に、第２弁体３４の弁体部６４がスプリング５０の弾発力によって第２弁座部３６に着座し、前記弁体部６４に装着されたＯリング７４が第２弁座部３６に当接することにより、第１ポート１２と第２ポート１４との連通が遮断されている状態にある。
【００４３】
先ず、第２ポート１４に接続された真空ポンプ３９を付勢することにより、前記真空ポンプ３９の付勢作用下に第２ポート１４の圧力が低下するため、それに伴って、連通室２８及び第２ポート１４の流体が排気される。その際、処理室３７の内部の流体は、弁機構部１８の第１及び第２弁体３０、３４によって第１ポート１２と第２ポート１４の連通が遮断されているため、前記流体が第１ポート１２から第２ポート１４へと流通することがない。
【００４４】
次に、ガイドボディ２２のパイロットポート４０に対して図示しない圧力流体供給源より圧力流体（例えば、圧縮エア）が供給され、前記圧力流体がピストン室３８の内部に導入されることにより、前記ピストン２０が駆動部２４側（矢印Ｂ方向）へと変位する。それに伴って、ピストン２０に連結された第２弁体３４が駆動部２４側に向かって変位して弁体部６４が第２弁座部３６より離間する。
【００４５】
これにより、図２に示されるように、弁体部６４にＯリング７４が装着された第２弁体３４による第２弁座部３６の弁閉状態が解除され、圧力の高い処理室３７から真空ポンプ３９の付勢作用下に圧力の低くなっている連通室２８及び第２ポート１４へと流体が流通する。詳細には、前記流体は、第１弁体３０の外周面と第１弁座部３２との周面との間の隙間より微小流量だけ流通する。
【００４６】
すなわち、前記第１弁体３０と第１弁座部３２との当接面には、微小な隙間が存在しているため、処理室３７内の流体が、連通室２８及び第２ポート１４内の流体と圧力差によって前記隙間を介して第１ポート１２から第２ポート１４へと流通し、前記処理室３７内の流体が微量だけ第２ポート１４へと排気される。
【００４７】
また、その際、処理室３７内の圧力値が、該処理室３７内の圧力を検出する圧力検出部（図示せず）によって常に検出され、前記圧力値が図示しない制御部へと出力されている。そして、前記処理室３７内の圧力が予め設定された値となるように前記制御部より駆動部２４の回転駆動源８０に対して制御信号が出力される。
【００４８】
これにより、前記回転駆動源８０が前記制御信号に基づいて所定量だけ回転駆動して、回転駆動源８０の回転駆動力がカップリング部材８８を介してボールねじ軸９０へと伝達されて前記ボールねじ軸９０の回転作用下に変位部材９２が駆動部２４側（矢印Ｂ方向）に向かって軸線方向に変位する。
【００４９】
そして、変位部材９２に連結された弁軸４８が矢印Ｂ方向へと変位し、前記弁軸４８に連結された第１弁体３０が第１ベローズ７０を縮退させながら第１弁座部３２より離間して第１ポート１２と第２ポート１４とが連通室２８を介して連通した状態となる。その結果、処理室３７内の流体が、真空ポンプ３９の付勢作用下に圧力の低い第２ポート１４側へと流通し、前記処理室３７の内部の流体が連通室２８を通じて第２ポート１４へと排気される。
【００５０】
すなわち、流量制御弁１０による処理室３７の排気初期段階において、第１弁体３０を第１弁座部３２から離間させることにより、処理室３７内の流体を第１ポート１２から連通室２８及び第２ポート１４へと微小流量ずつ徐々に排気するように制御すると共に、前記処理室３７内の圧力が所望の圧力となるように第１弁体３０が第１弁座部３２より離間した際の変位量を制御している。
【００５１】
このように、第２弁体３４を第２弁座部３６より離間させた後に、第１弁体３０の変位量を駆動部２４に設けられた検出部８４によって制御することにより、第１弁体３０と第１弁座部３２の間の離間距離を制御して第１ポート１２から第２ポート１４へと流通する流体の流量を高精度に制御することができる。
【００５２】
そのため、処理室３７内の圧力を所望の値に高精度に維持することができると共に、前記第１弁体３０と第２弁体３４とを段階的に弁開状態として処理室３７の内部の流体を第１ポート１２から第２ポート１４へと緩急をつけて排気することができ、弁開時に第１ポート１２に接続された処理室３７の内部に生じる急激な圧力変動を防止することができる。
【００５３】
また、第２弁体３４が第２弁座部３６より離間した後に、制御部において予め設定された処理室３７内の設定圧力と前記処理室３７内の検出された圧力値を比較判断し、前記設定圧力と圧力値の差に基づいた制御信号を駆動部２４に出力するフィードバック制御を行っている。これにより、前記制御信号に基づいて回転駆動源８０が回転駆動し、第１弁体３０と第１弁座部３２との間の離間距離が制御されるため、前記処理室３７から第１ポート１２を通じて排気される流体の流量を高精度に制御することができる。
【００５４】
その際、回転駆動源８０の回転量を検出部８４によって検出することにより、前記回転量に基づいて第１弁体３０の軸線方向に沿った第１弁体３０の変位量を確実且つ高精度に検出することができるため、安定した第１弁体３０の変位を行うことができると共に前記第１弁体３０の変位位置の再現性が確保される。
【００５５】
反対に、第１弁体３０及び第２弁体３４によって第１ポート１２と第２ポート１４との連通状態が遮断された弁閉状態とする場合には、駆動部２４の回転駆動源８０に出力されている制御信号の極性を逆転させることにより、前記回転駆動源８０が前記とは反対方向に回転駆動する。そして、前記回転駆動源８０の回転作用下に変位部材９２が弁ボディ１６側（矢印Ａ方向）に向かって変位し、第１弁体３０が第１弁座部３２に着座する（図２参照）。
【００５６】
また、ピストン室３８に供給されている圧力流体の供給を停止し、前記ピストン室３８をパイロットポート４０を通じて大気開放状態とすることによりピストン２０がスプリング５０の弾発力によって第２弁座部３６側（矢印Ａ方向）に向かって変位する。その結果、前記ピストン２０に連結された第２弁体３４の弁体部６４が第２弁座部３６に着座して、第１ポート１２と第２ポート１４との連通が遮断される（図１参照）。
【００５７】
このように、前記流量制御弁１０では、第１ポート１２から第２ポート１４への流体の排気を、前記排気の初期段階において第１弁体３０と第１弁座部３２との間の隙間を通じて行っているため、例えば、前記第１弁体３０の当接面に弾性材料からなるシール部材を設けた場合に生じる前記シール部材と第１弁座部３２との固着を防止することができる。そのため、第１弁体３０が第１弁座部３２に固着して離間しないという不具合を生じることがない。そのため、従来の流量制御弁において、弁体の着座面に装着されたシール部材が弁座に対して固着してしまった際に、急激な圧力変動によって生じていた飛び出し現象を防止することができる。
【００５８】
また、駆動部２４に供給されている電流の供給が何らかの原因で停止した場合にも、スプリング５０の弾発力によって第２弁体３４を第２弁座部３６に着座させることにより、第１ポート１２と第２ポート１４の連通が遮断された弁閉状態とすることが可能である。これにより、駆動部２４の駆動が何らかの原因で停止した際においても、処理室３７内の流体が第１ポート１２から第２ポート１４へと排気されることを阻止できる。
【００５９】
次に、第２の実施の形態に係る流量制御弁１５０を図４〜図６に示す。なお、上述した本実施の形態に係る流量制御弁１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００６０】
この第２の実施の形態に係る流量制御弁１５０では、弁ボディ１５２における第１ポート１２の内部に駆動部１５４の駆動作用下に開閉動作を行うスロットルバルブ１５６が設けられている点、前記第１ポート１２の弁座部１５８に単一の弁体１６０が着座するように設けられている点で、第１の実施の形態に係る流量制御弁１０と相違している。
【００６１】
この流量制御弁１５０では、第１ポート１２の内部に該第１ポート１２の軸線と略直交するようにスロットルバルブ１５６の回動軸１６２が回動自在に保持され、前記回動軸１６２には円盤状のバルブプレート１６４が装着されている。回動軸１６２は、第１ポート１２の壁部に設けられた一組の軸受１６６ａ、１６６ｂによって回動自在に保持されている。
【００６２】
この場合、回動軸１６２は、第１ポート１２の側部に設けられた駆動部１５４の駆動軸８６に連結されている。なお、駆動部１５４には、該駆動部１５４の回転量を検出する検出部８４が設けられている。
【００６３】
さらに、金属製材料からなるバルブプレート１６４の直径は、第１ポート１２の内周径に対して若干だけ小さな直径に形成され、駆動部１５４による回動軸１６２の回動作用下に前記バルブプレート１６４が回動変位することにより前記第１ポート１２を開閉している。詳細には、図４に示されるように、バルブプレート１６４を略水平状態とすることにより、前記第１ポート１２と連通室２８との連通状態が遮断された弁開状態となり、反対に、前記バルブプレート１６４を略鉛直状態とすることにより、前記第１ポート１２と連通室２８とが連通した弁開状態となる（図６参照）。
【００６４】
一方、第１ポート１２に臨む弁ボディ１５２の内部には弁座部１５８が形成され、前記弁座部１５８には、ガイドボディ２２の内部に設けられたピストン２０に連結された弁軸４８を介してプレート状の弁体１６０が着座自在に設けられている。
【００６５】
このように構成される流量制御弁１５０では、先ず、図４に示されるスロットルバルブ１５６と弁体１６０によって第１ポート１２と第２ポート１４との連通が遮断された弁閉状態において、前記第２ポート１４に接続された真空ポンプ３９の付勢作用下に第２ポート１４及び連通室２８内の流体が排気される。その際、処理室３７の内部の流体は、弁体１６０によって第１ポート１２と第２ポート１４の連通が遮断されているため、前記流体が第１ポート１２から第２ポート１４へと流通することがない。
【００６６】
次に、図５に示されるように、ガイドボディ２２のパイロットポート４０に対して図示しない圧力流体供給源より圧力流体（例えば、圧縮エア）を供給することにより、前記ピストン２０が駆動部１５４側（矢印Ｂ方向）へと変位して弁体１６０が弁座部１５８より離間する。
【００６７】
これにより、Ｏリング７４が装着された弁体１６０による弁座部１５８の弁閉状態が解除されるため、処理室３７内の流体が、連通室２８内の負圧作用下にバルブプレート１６４と第１ポート１２の内壁面との間の隙間より微小流量だけ流通する。
【００６８】
次に、駆動部１５４に対して図示しない制御部より制御信号が出力されることにより、前記駆動部１５４の駆動軸８６が前記制御信号に基づいて所定量だけ回動駆動し、前記駆動軸８６に連結された回動軸１６２が一体的に回動変位する。これにより、前記回動軸１６２に装着されたバルブプレート１６４が回動変位して第１ポート１２の閉塞状態が解除され、前記回動軸１６２を支点として所定角度だけ回動したバルブプレート１６４と第１ポート１２の内壁面との間を介して第１ポート１２と第２ポート１４とが連通した状態となる（図６参照）。
【００６９】
その結果、処理室３７の内部の流体が、第１ポート１２から連通室２８を通じて第２ポート１４へと排気される。その際に、前記流体の流量がスロットルバルブ１５６の回動作用下に高精度に制御され、前記処理室３７の内部を予め設定された所定圧力とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る流量制御弁の縦断面図である。
【図２】図１の流量制御弁において第２弁体のみが第２弁座部より離間した状態を示す縦断面図である。
【図３】図２の流量制御弁において第１弁体が第１弁座部より離間して第１ポートと第２ポートとが連通した状態を示す縦断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る流量制御弁の縦断面図である。
【図５】図４の流量制御弁において弁ボディの弁座部より弁体が離間した状態を示す縦断面図である。
【図６】図５の流量制御弁においてスロットルバルブのバルブプレートが所定角度だけ回動変位して第１ポートと第２ポートとが連通した状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０、１５０…流量制御弁 １２…第１ポート
１４…第２ポート １６、１５２…弁ボディ
１８…弁機構部 ２０…ピストン
２２…ガイドボディ ２４、１５４…駆動部
２６…変換機構 ２８…連通室
３０…第１弁体 ３２…第１弁座部
３４…第２弁体 ３６…第２弁座部
３８…ピストン室 ４０…パイロットポート
４６…ケーシング ４８…弁軸
５０…スプリング ６４…弁体部
７０…第１ベローズ ７２…第２ベローズ
７４…Ｏリング ８０…回転駆動源
８２…カバー部材 ８４…検出部
９０…ボールねじ軸 ９２…変位部材
１５６…スロットルバルブ １５８…弁座部
１６０…弁体 １６２…回動軸
１６４…バルブプレート １６６ａ、１６６ｂ…軸受
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体通路の上流側通路と下流側通路との間に配設され、前記流体通路を流通する流体の流量を制御する流量制御弁において、
前記流体通路の上流側及び下流側にそれぞれ接続される第１及び第２ポートを有する弁ボディと、
前記弁ボディに設けられ、電気信号によって回転駆動する駆動部と、
前記駆動部の回転駆動力を軸線方向に沿った直線運動へと変換する変換機構と、
前記変換機構を介して軸線方向に沿って変位自在に設けられ、且つ、前記弁ボディの第１弁座部に着座・離間自在に設けられる第１弁体と、
パイロット圧によって軸線方向に沿って変位するピストンに連結され、前記弁ボディの第２弁座部に着座する着座面にシール部材を有する第２弁体と、
前記駆動部の回転駆動量を検出する検出部と、
を備え、
前記第２弁体の変位作用下に前記第１ポートと第２ポートの連通状態の切り換えを行うと共に、前記第１弁体の変位作用下に前記第１ポートと第２ポートの間を流通する流体の流量を制御することを特徴とする流量制御弁。
【請求項２】
請求項１記載の流量制御弁において、
前記第１弁体は、前記第２弁体の内部に変位自在に設けられ、前記第１弁体と第２弁体とがそれぞれ独立して変位自在に設けられることを特徴とする流量制御弁。
【請求項３】
請求項１又は２記載の流量制御弁において、
前記第１弁体は、前記変換機構に対して第１弁軸を介して連結され、前記第１弁軸が、前記第２弁体と前記ピストンとを連結する第２弁軸の内部に変位自在に配設されることを特徴とする流量制御弁。
【請求項４】
請求項１記載の流量制御弁において、
前記弁ボディと第２弁体との間には、前記第２弁体を前記第２弁座部に着座させる方向に付勢するスプリングが設けられていることを特徴とする流量制御弁。
【請求項５】
流体通路の上流側通路と下流側通路との間に配設され、前記流体通路を流通する流体の流量を制御する流量制御弁において、
前記流体通路の上流側及び下流側にそれぞれ接続される第１及び第２ポートを有する弁ボディと、
前記弁ボディに設けられ、電気信号によって回転駆動する駆動部と、
前記駆動部に接続され、該駆動部の回転作用下に前記第１ポート又は第２ポートの内部で回動変位する回動弁と、
パイロット圧によって軸線方向に沿って変位するピストンに連結され、前記弁ボディの弁座部に着座する着座面にシール部材を有する弁体と、
前記駆動部の回転駆動量を検出する検出部と、
を備え、
前記弁体の変位作用下に前記第１ポートと第２ポートの連通状態の切り換えを行うと共に、前記回動弁の回動作用下に前記第１ポートと第２ポートの間を流通する流体の流量を制御することを特徴とする流量制御弁。
【請求項１】
流体通路の上流側通路と下流側通路との間に配設され、前記流体通路を流通する流体の流量を制御する流量制御弁において、
前記流体通路の上流側及び下流側にそれぞれ接続される第１及び第２ポートを有する弁ボディと、
前記弁ボディに設けられ、電気信号によって回転駆動する駆動部と、
前記駆動部の回転駆動力を軸線方向に沿った直線運動へと変換する変換機構と、
前記変換機構を介して軸線方向に沿って変位自在に設けられ、且つ、前記弁ボディの第１弁座部に着座・離間自在に設けられる第１弁体と、
パイロット圧によって軸線方向に沿って変位するピストンに連結され、前記弁ボディの第２弁座部に着座する着座面にシール部材を有する第２弁体と、
前記駆動部の回転駆動量を検出する検出部と、
を備え、
前記第２弁体の変位作用下に前記第１ポートと第２ポートの連通状態の切り換えを行うと共に、前記第１弁体の変位作用下に前記第１ポートと第２ポートの間を流通する流体の流量を制御することを特徴とする流量制御弁。
【請求項２】
請求項１記載の流量制御弁において、
前記第１弁体は、前記第２弁体の内部に変位自在に設けられ、前記第１弁体と第２弁体とがそれぞれ独立して変位自在に設けられることを特徴とする流量制御弁。
【請求項３】
請求項１又は２記載の流量制御弁において、
前記第１弁体は、前記変換機構に対して第１弁軸を介して連結され、前記第１弁軸が、前記第２弁体と前記ピストンとを連結する第２弁軸の内部に変位自在に配設されることを特徴とする流量制御弁。
【請求項４】
請求項１記載の流量制御弁において、
前記弁ボディと第２弁体との間には、前記第２弁体を前記第２弁座部に着座させる方向に付勢するスプリングが設けられていることを特徴とする流量制御弁。
【請求項５】
流体通路の上流側通路と下流側通路との間に配設され、前記流体通路を流通する流体の流量を制御する流量制御弁において、
前記流体通路の上流側及び下流側にそれぞれ接続される第１及び第２ポートを有する弁ボディと、
前記弁ボディに設けられ、電気信号によって回転駆動する駆動部と、
前記駆動部に接続され、該駆動部の回転作用下に前記第１ポート又は第２ポートの内部で回動変位する回動弁と、
パイロット圧によって軸線方向に沿って変位するピストンに連結され、前記弁ボディの弁座部に着座する着座面にシール部材を有する弁体と、
前記駆動部の回転駆動量を検出する検出部と、
を備え、
前記弁体の変位作用下に前記第１ポートと第２ポートの連通状態の切り換えを行うと共に、前記回動弁の回動作用下に前記第１ポートと第２ポートの間を流通する流体の流量を制御することを特徴とする流量制御弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−１５５１３３（Ｐ２００６−１５５１３３Ａ）
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３４３５１７（Ｐ２００４−３４３５１７）
【出願日】平成１６年１１月２９日（２００４．１１．２９）
【出願人】（０００１０２５１１）ＳＭＣ株式会社 (344)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月２９日（２００４．１１．２９）
【出願人】（０００１０２５１１）ＳＭＣ株式会社 (344)
【Ｆターム（参考）】
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