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JP2001004062A - 流量制御用バルブ - Google Patents

流量制御用バルブ

Info

Publication number
JP2001004062A
JP2001004062A JP17117799A JP17117799A JP2001004062A JP 2001004062 A JP2001004062 A JP 2001004062A JP 17117799 A JP17117799 A JP 17117799A JP 17117799 A JP17117799 A JP 17117799A JP 2001004062 A JP2001004062 A JP 2001004062A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
valve
valve body
flow control
valve seat
slider
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP17117799A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshiaki Iwabuchi
俊昭 岩淵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Benkan Corp
Original Assignee
Benkan Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Benkan Corp filed Critical Benkan Corp
Priority to JP17117799A priority Critical patent/JP2001004062A/ja
Priority to KR1020000027031A priority patent/KR20010007092A/ko
Priority to US09/594,030 priority patent/US6321780B1/en
Publication of JP2001004062A publication Critical patent/JP2001004062A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K21/00—Fluid-delivery valves, e.g. self-closing valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/04—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a motor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K49/00—Means in or on valves for heating or cooling
    • F16K49/002—Electric heating means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/6416—With heating or cooling of the system
    • Y10T137/6606—With electric heating element

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)
  • Details Of Valves (AREA)
  • Lift Valve (AREA)
  • Mechanically-Actuated Valves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 弁体を高速作動させることができるととも
に、ミニマム制御において分解能を高めながら弁体の制
御性を向上させることができ、また、半導体製造装置の
排気系において広範囲な圧力制御を行うことができ、更
には、停電時においても弁推力を保持することができ
る。 【解決手段】 弁座１０の穴１１を開放し、若しくは遮
断する弁体１４は開閉部１５とニードル部１６を有す
る。弁体１４をステッピングモータ６６の駆動によりス
ライダー４２、偏心カム５４等から成るクロススライダ
クランク機構により正弦曲線運動させる。弁体１４をク
ロススライダクランク機構で作動させることにより、中
間部では高速作動させ、ミニマム領域では正弦曲線の頂
点付近で作動させることができる。偏心カム５４の下死
点で弁体１４を弁座１０に押圧して弁座締め付け反力が
偏心カム５４の回転に変換されないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスの流量を制御
するために用い、特に、半導体、液晶等の製造装置にお
ける排気系および供給系に用いるのに適する流量制御用
バルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば、半導体製造装置の排気系
においては、ニードル式流量制御用バルブが用いられて
いる。この従来の一般的な流量制御用バルブにおけるア
クチュエータとしては、ポジショナによる制御のもとで
ダイヤフラム式シリンダによりニードルを直動式に作動
させ、若しくはモータの駆動で発生する回転トルクをね
じにより直線運動に変換してニードルを作動させるよう
にした構成が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体製造
装置の排気系では、プロセス圧力（数Ｔｏｒｒ）とクリ
ーニング圧力（数百Ｔｏｒｒ）の制御が要求される。一
方、ニードル式流量制御用バルブにおいては、ニードル
の制御特性やレンジアビリティにより制御範囲が決ま
る。しかしながら、上記従来のいずれの駆動方式のニー
ドル式流量制御用バルブにおいても、ニードルをリニア
（直線的な比例関係）で制御し、レンジアビリティは、
ニリア特性（直線形流量特性）では１５〜３０程度であ
り、イコールパーセンテージ特性（等比率形流量特性）
では５０〜１００程度であり、コントロールレンジが狭
く、最大コンダクタンスが同程度の場合、高い圧力領域
で制御を行うことができなかった。特に、緊急時におい
ては、２秒以下の高速で流路を遮断することが要求され
るが、上記従来例の駆動方式によりニードルを高速で制
御させると、ハンチング現像を起こしてしまい、圧力変
動が大きくなり、ミニマム側を制御することができな
い。このような問題はニードル式流量制御用バルブに限
らず、他の形式、例えば、遮断用バルブでも同様であっ
た。また、従来のニードル式流量制御用バルブは流路の
遮断には用いることができないため、遮断用バルブを併
用しているため、非経済的であった。
【０００４】本発明の第１の目的は、弁体を高速で作動
させることができるとともに、ミニマム領域において分
解能を高めながら弁体の制御性を向上させることがで
き、したがって、高速作動と高い圧力領域の制御性の両
方を同時に満足することができるようにした流量制御用
バルブを提供するにある。
【０００５】本発明の第２の目的は、１台で流量制御機
能と遮断機能を有し、半導体製造装置の排気系における
プロセス圧力とクリーニング圧力の制御のように広範囲
な圧力制御を行うことができ、経済性の向上を図ること
ができるようにした流量制御用バルブを提供するにあ
る。
【０００６】本発明の第３の目的は、停電時においても
弁推力を保持することができて弁座リークを防止するこ
とができるようにした流量制御用バルブを提供するにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の流量制御用バル
ブは、弁体の高速作動と高い圧力領域の制御性の両方を
同時に満足するために、流路、この流路の途中に弁座を
有するバルブボディと、上記弁座の穴を開放し、若しく
は遮断する弁体と、この弁体を正弦曲線運動させるクロ
ススライダクランク機構およびこのクロススライダクラ
ンク機構の駆動源を有するアクチュエータとを備えたも
のである。
【０００８】本発明の他の流量制御用バルブは、広範囲
な圧力制御を行うために、上記構成において、弁体が、
弁座の穴に挿入され、若しくは離脱されるように軸方向
の長さが短く形成されたニードル部と、上記弁座にその
穴を閉塞するようにシール状態に当接され、若しくは離
隔される開閉部とを備えたものである。
【０００９】そして、上記各構成において、弁体を弁座
側へ付製するようにばねを有する定圧機構を備えること
ができる。
【００１０】また、上記各構成において、弁体を加熱す
るための内部加熱手段を備え、また、バルブボディにお
ける弁座および弁体を囲む部分の外面を被覆するように
外部加熱手段を備えることができる。
【００１１】弁体が開閉部を備えている場合には、弁座
側に上記開閉部に圧接するためのシールリングを備える
こともできるが、組立て、交換等の作業において、上記
開閉部に弁座に圧接するためのシールリングを備えるの
が好ましい。
【００１２】上記アクチュエータのクロススライダクラ
ンク機構として、弁体を移動させるために直線状に移動
可能に設けられ、凹所を有するスライダと、このスライ
ダの凹所に回転可能に嵌合された偏心カムとを備え、ア
クチュエータの駆動源として上記偏心カムを回転させる
モータを用いることができ、停電時においても弁推力を
保持するために、上記偏心カムの下死点で弁体が弁座の
穴を遮断するように構成するのが好ましい。
【００１３】上記定圧機構として、ステムの端部に取付
けられ、スライダの軸部に軸心方向に沿って移動可能に
嵌合されたステムコネクタと、上記スライダと上記ステ
ムコネクタとの間に介在され、弁体による弁座の穴の遮
断方向へ上記ステムコネクタを付製するばねと、上記ス
ライダの軸部に取付けられ、上記ステムコネクタに係合
し得るストッパとを備えることができる。
【００１４】上記弁体の開閉部を円盤状に形成し、外周
縁部にシール部を設け、このシール部の内周に基端側に
至るに従い、次第に拡開する保持面を形成し、上記上記
弁体のニードル部を上記シール部よりも小径で短く形成
し、弁座の穴に挿入される前部側の外周に先端側に至る
に従い、次第に縮小する流量調整面を形成し、基部側の
外周に基端側に至るに従い、次第に縮小する保持面を形
成し、上記開閉部に上記シール部の内側において上記ニ
ードル部をねじにより取付け、上記シール部の保持面と
上記ニードル部の保持面とで奥側から開放側に至るに従
い、次第に幅狭となるように形成された環状溝にシール
リングをその外周頂部が突出した状態で離脱防止し得る
ように保持することができる。このような弁体にあって
は、そのニードル部における前部側の流量調整面が曲面
を有するように形成されるのが好ましい。
【００１５】上記のように弁体のアクチュエータとして
弁体を正弦曲線運動させるクロススライダクランク機構
を用いることにより、中間部では弁体を高速で作動させ
ることができ、ミニマム領域では弁体を正弦曲線の頂点
付近で作動させて分解能を高めながら弁体の制御性を向
上させることができる。
【００１６】上記のように弁体が、ニードル部と開閉部
とを備え、１台で流量制御機能と遮断機能とを有するこ
とにより、レンジアビリティが大きく、コントロールレ
ンジが広くなるので、半導体製造装置の排気系における
プロセス圧力とクリーニング圧力の制御のように広範囲
な圧力制御を行うことができる。
【００１７】上記のようにクロススライダクランク機構
が、凹所を有するスライダと、このスライダの凹所に偏
心回転可能に嵌合された偏心カムとを備え、上記偏心カ
ムの下死点で弁体が弁座の穴を遮断するように構成する
ことにより、停電時において電磁ブレーキがなくても弁
推力を保持することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。まず、本発明の第１の実
施形態について説明する。図１は本発明の第１の実施形
態に係る流量制御用バルブを示し、開弁状態の縦断面
図、図２は同流量制御用バルブを示し、開弁状態の縦断
面図、図３は同流量制御用バルブにおける弁体とステム
との取付け状態を示す拡大断面図、図４は同流量制御用
バルブの開弁時におけるアクチュエータの状態を示す一
部破断背面図、図５は同流量制御用バルブの閉弁時にお
けるアクチュエータの状態を示す一部破断背面図、図６
は同流量制御用バルブのアクチュエータに用いるスライ
ダを示す平面図、図７は同流量制御用バルブにおけるア
クチュエータのスライダとステムとの連結部を示す拡大
断面図である。
【００１９】図１、図２に示すように、バルブボディ１
の頂部開放部にボンネット２の底板３のフランジ部４が
ボルト５により取付けられ、ボンネット２の頂部開放部
にアクチュエータベース６がボルト７により取付けられ
ている。弁本体部２に一対の流路ポート８、９が形成さ
れ、第１の流路ポート８は弁座１０の穴１１と連続して
形成され、第１の流路ポート８、穴１１、弁室１２およ
び第２の流路ポート９と連通する流路１３が形成されて
いる。
【００２０】弁室１２内には弁体１４が設けられる。こ
の弁体１４は、本実施形態においては図１ないし図３に
示すように、開閉部１５とニードル部１６とを備えてい
る。開閉部１５は円盤状に形成され、前面側の外周縁部
にシール部１７が設けられている。開閉部１５の背面側
外周部には筒体１８が一体に設けられ、筒体１８の基端
部にはフランジ部１９が一体に設けられている。開閉部
１５の背面側には筒体１８の内側に凹入されたねじ穴２
０が形成されている。ニードル部１６はシール部１７よ
りも小径で短い筒状に形成され、開閉部１５の前面側に
シール部１７の内方においてボルト２１により周上複数
箇所（例えば、１２０度ごとの均等割り位置の計３箇
所）で固定され、ボルト２１の頭部はニードル部１６の
前面から突出しないように埋設されている。シール部１
７の内周は基端側に至るに従い、次第に拡開するテーパ
状の保持面２２に形成されている。ニードル部１６の外
周には基部側寄り位置に段部２３ａが形成され、段部２
３ａの前部側には先端に至るに従い、次第に縮小するテ
ーパ状の流量調整面２３ｂが形成されている。本実施形
態にあっては、流量調整面２３ｂが、その基部側寄り位
置の前方において曲面、例えば、回転楕円面（砲弾型外
面）を有するように形成されている。段部２３ａの後方
における基部側が基端側に至るに従い、次第に縮小する
テーパ状の保持面２３ｃに形成されている。保持面２
２、２３ｃにより奥側から開放側に至るに従い、次第に
幅狭となる環状溝２４が形成されている。この環状溝２
４にシールリング（Ｏリング）２５がその外周頂部を突
出させた状態で離脱防止されるように保持されている。
【００２１】ボンネット２の底板３の中央部に形成され
た穴２６とアクチュエータベース６の中央部に形成され
た穴２７にブッシュ２８と２９を介してステム３０の中
間部と上部が軸方向に移動可能に挿通されている。ステ
ム３０の先端にはヒータベースを兼用するコネクタ３１
がボルト３２により固定され、コネクタ３１の円板状部
の外周に形成されたねじ３３と弁体１４のねじ穴２０と
が螺合されて弁体１４とステム３０とが固定状態に接続
されている。そして、ステム３０と弁体１４とが一体的
に軸方向に沿って前進されることにより、弁体１４のニ
ードル部１６が弁座１０の穴１１に挿入されるととも
に、開閉部１５のシールリング２５が弁座１０に穴１１
の外周部において圧接されて穴１１、すなわち、流路１
３が遮断状態で閉塞される。これとは逆に、ステム３０
と弁体１４とが一体的に軸方向に沿って後退されること
により、弁体１４の開閉部１５のシールリング２５が弁
座１０から離隔されるとともに、ニードル部１６が弁座
１０の穴１１から離脱され、穴１１が解放されて流路１
３が連通される。
【００２２】ボンネット２の底板３の内側とバルブボデ
ィ１の頂部側開放部との間に支持部材３４が取付けら
れ、この支持部材３４と弁体１４側のフランジ部１９と
にベローズ３５の両端部が溶接され、ステム３０、弁体
１４の移動に伴って伸縮されるようになっている。ステ
ム３０の中間部上にはスイベルストッパ３６の基部が固
定され、スイベルストッパ３６の先端二股状部にはアク
チュエータベース６にステム３０の軸方向と平行に取付
けられたピラー３７が挿通され、これらスイベルストッ
パ３６とピラー３７とでステム３０、弁体１４等が回転
阻止され、軸方向にのみ移動可能となっている。
【００２３】図１、図２、図４ないし図７に示すよう
に、アクチュエータベース６上にはステム３０を挟よう
な位置で一対のコラム３８、３９の基部が固定され、コ
ラム３８、３９の先端部間には支持板４０が固定されて
いる。アクチュエータベース６と支持板４０との間には
コラム３９側寄り位置で一対のシャフト４１がステム３
０等の移動方向に沿うように取付けられている。スライ
ダ４２は頂部側と基部側の中央部に軸部４３と４４が一
体に設けられ、前側部に軸方向に離隔して対向する支持
板４５、４６が設けられて前方と側方が開放された凹所
４７が形成され、背部側中央部に軸方向に沿う長穴４８
が形成され、長穴４８の両側部に軸方向に沿って貫通穴
４９が形成されている。各貫通孔４９における頂部側は
大径孔５０に形成され、各大径孔５０にリニアベアリン
グ５１が設けられている。リニアベアリング５１上でス
ライダ４２の頂面に押さえ部材５２がねじ５３により取
付けられ、リニアベアリング５１が抜け止めされてい
る。そして、スライダ４２は貫通穴４９がシャフト４１
に遊合されるとともに、リニアベアリング５１がシャフ
ト４１に嵌合され、シャフト４１に沿って移動可能に取
付けられている。
【００２４】偏心カム５４は円板５５の外周にニードル
ベアリング５６が嵌合されている。円板５５の偏心位置
にキー溝付きの穴５７が形成されている。この偏心カム
５４はスライダ４２の凹所４７に収められ、支持板４
５、４６の内面に沿って偏心回転されるようになってい
る。そして、偏心カム５４の偏心往復回転によりスライ
ダ４２が軸方向に前進、若しくは後退するように移動さ
れるようになっている。
【００２５】上記ステム３０の基端には軸方向に沿って
凹入穴５８が形成され、凹入穴５８の内周にはねじ５９
が形成されている。このねじ５９に筒状のステムコネク
タ６０の下部外周に形成されたねじ６１が螺入されてい
る。このステムコネクタ６０はスライダ４２の軸部４４
に軸方向に沿って移動可能に嵌合されている。スライダ
４２の底面とステムコネクタ６０の頂面との間には軸部
４４の外周において弁座締切り用の皿ばね６２が複数枚
介在され、この皿ばね６２の反撥力によりステムコネク
タ６０、ステム３０、弁体１４が前進方向に付勢される
ようになっている。軸部４４の底部にはステム３０の凹
入穴５８内でステムコネクタ６０の端面に対向するよう
に、ストッパ６３がボルト６４により取付けられ、この
ストッパ６３によりステムコネクタ６０がスライダ４２
の軸部４４から離脱防止されている。そして、上記のよ
うに偏心カム５４の偏心往復回転によりスライダ４２が
軸方向に前進され、若しくは後退されることにより、皿
ばね６２を介してステムコネクタ６０、ステム３０およ
び弁体１４が前進され、若しくは後退され、上記のよう
に弁座１０の穴１１が遮断され、若しくは開放されるよ
うになっている。そして、皿ばね６２の反撥力により弁
体１４が弁座１１に対して加圧され、弁座１０の穴１１
を確実に遮断することができるようになっている。ま
た、この弁体１４による弁座１０の穴１１の遮断状態で
は偏心カム５４が下死点となるように設定されている
（図２、図５参照）。
【００２６】一方のコラム３８の穴６５および前面には
ステッピングモータ６６が取付けられ、ステッピングモ
ータ６６の出力軸６７が偏心カム５４の穴５７に挿入さ
れている。穴５７のキー溝と出力軸６７のキー溝とに跨
ってキー６８が挿入され、出力軸６７と偏心カム５４と
が一体的に回転されるようになっている。したがって、
ステッピングモータ６６の出力軸６７がいずれかの方向
に回転されることにより、上記のように偏心カム５４が
回転され、弁体１４により弁座１０の穴１１が遮断さ
れ、若しくは開放されるようになっている。出力軸６７
の先端はスライダ４２の長穴４８内に突出されている。
【００２７】一方のコラム３９の中央部に形成された穴
６９にベアリング７０が設けられ、このベアリング７０
の内側にシャフト７１の中間部が回転可能に支持されて
いる。シャフト７１の前側の穴に上記出力軸６７の突出
部が挿入され、両者がねじ７２により一体に回転し得る
ように固定されている。コラム３９には支持フレーム７
３が取付けられ、この支持フレーム７３にフォトセンサ
７４が取付けられている。シャフト７１の後側部上には
センサドッグ７５が取り付けられている。したがって、
これらフォトセンサ７４とセンサドッグ７５とにより偏
心カム５４の回転角度、すなわち、弁体１４による弁座
１０の穴１１の遮断と開放を検出するようになってい
る。コラム３９には支持フレーム７６が取付けられ、支
持フレーム７６にはポテンショメータ７７が取付けられ
ている。シャフト７１の基端部上にはタイミングベルト
プーリ７８が取付けられ、ポテンショメータ７７の回転
軸上にはタイミングベルトプーリ７９が取付けられ、こ
れらのタイミングベルトプーリ７８、７９にタイミング
ベルト８０が掛けられている。
【００２８】そして、上記のようにステッピングモータ
６６の駆動により偏心カム５４が回転される際にシャフ
ト７１、タイミングベルトプーリ７８が回転され、タイ
ミングベルト８０を介してタイミングベルトプーリ７９
およびポテンショメータ７７の回転軸が回転されること
により、偏心カム５４の回転角度、すなわち、弁体１４
による弁座１０の穴１１の遮断状態が検出され、ステッ
ピングモータ６６の駆動にフィードバックされるように
なっている。上記構成のアクチュエータはステッピング
モータ６６の一部が突出する状態でコラム３８、３９等
に取り付けられたカバー８１により覆われている。
【００２９】バルブボディ１における流路１３を囲む部
分の外面を被覆するように外部加熱手段８２が設けられ
ている。この外部加熱手段８２は発熱線を埋設した面状
ヒータ（シリコンゴムヒータ）８３とその外側を覆うシ
リコンスポンジ製の保温カバー８４とを有し、面状ヒー
タ８３がバルブボディ１の外面に接触状態に設けられて
いる。面状ヒータ８３の発熱線に接続された導線８５が
電源（図示省略）に接続されている。そして、電源から
導線８４を介して発熱線に通電することにより発熱させ
て弁本体２を外部から加熱することができる。
【００３０】ステム３０の先端側の外側、ベローズ３５
の内側でコネクタ３１上に内部加熱手段８６が設けられ
ている。この内部加熱手段８６として、シーズヒータ８
７が用いられ、このコイル状に巻かれたシーズヒータ８
７と熱電対８８がステム３０の先端側の外側で、ベロー
ズ３５の内側に設けられ、シーズヒータ８７の一方の延
長部はコネクタ３１の円板状部上にワッシャ８９により
押さえられている。熱電対８８の一方の延長部はワッシ
ャ８９上にワッシャ９０により押さえられ、ワッシャ９
０はステム３０の先端部で押さえられている。シーズヒ
ータ８７に接続された導線９１がボンネット２の底板３
に形成された穴から外部に導びかれ、電源に接続されて
いる。そして、電源から導線９１を介してシーズヒータ
８７に通電することにより発熱させて弁体１４およびベ
ローズ３５を加熱することができる。
【００３１】以上の構成において、以下、その動作につ
いて説明する。今、図１および図４に示すように、偏心
カム５４の偏心回転位置によるスライダ４２、ステムコ
ネクタ６０、ステム３０、コネクタ３１および弁体１４
が軸方向に沿って後退され、弁体１４の開閉部１５にお
けるシールリング２５が弁座１０から離隔されるととも
に、ニードル部１６が弁座１０の穴１１から離脱され、
流路１３が開放されてガスが流れているものとする。
【００３２】この状態で、上記のようにステッピングモ
ータ６６を駆動してその出力軸７６を回転させ、偏心カ
ム５４を図４において時計方向に約１４０度の角度で偏
心回転させることにより、図２および図５に示すよう
に、スライダ４２、ステムコネクタ６０、ステム３０、
コネクタ３１および弁体１４を軸方向に沿って前進させ
るとともに、シーズヒータ８７、熱電対８８およびベロ
ーズ３５を伸長させる。これに伴い、弁体１４のニード
ル部１６の先端側の流量調整面２３ｂを弁座１０の穴１
１に除々に挿入してガスの流量を順次制御することがで
きる。更に、スライダ４２、ステム３０、弁体１４等を
前進させることにより、皿ばね６２の加圧力によりニー
ドル部１６の流量調整面２３ｂの基部まで弁座１０の穴
１１にこれを閉じるように挿入するとともに、開閉部１
５のシールリング２５を弁座１０に穴１１の外周部にお
いて圧縮状態で押圧させ、穴１１、すなわち、流路１３
を遮断し、ガスの流れを遮断することができる。このと
き、上記のように本実施形態においては、弁体１４のシ
ールリング２５を弁座１０に押圧するようにしているの
で、皿ばね６２を有する定圧機構を用いなくても弁座１
０を確実に締め切ることができるが、上記定圧機構を用
いることにより、シールリング２５の圧縮量を容易に設
定することができ、しかも、仮にシールリング２５が変
形しても弁推力を保持して弁座１０を確実に締め切るこ
とができる。
【００３３】また、ステッピングモータ６６を駆動して
その出力軸６７を逆回転させ、偏心カム５４を逆方向に
約１４０度の角度で偏心回転させることにより、図１お
よび図４に示すように、スライダ４２、ステムコネクタ
６０、ステム３０、コネクタ３１および弁体１４を軸方
向に沿って後退させるとともに、シーズヒータ８７、熱
電対８８およびベローズ３５を圧縮させる。これに伴
い、弁対１４の開閉部１５におけるシールリング２５を
弁座１０から離隔させ、ニードル部１６の流量調整面２
３ｂを弁座１０の穴１１内で除々に後退させてガスの流
量を順序制御することができる。更に、スライダ４２、
ステム３０、弁体１４等を後退させることにより、ニー
ドル部１６を弁座１０の穴１１から離脱させ、穴１１、
すなわち、流路１３を開放することができる。
【００３４】上記のように弁体１４による弁座１０の穴
１１の開閉についてはステッピングモータ６６の出力軸
６７と連結されたシャフト７１の回転角度をセンサドッ
グ７５とフォトセンサ７４とで検出するとともに、タイ
ミングベルトプーリ７８、タイミングベルト８０、タイ
ミングベルトプーリ７９等を介してポテンショメータ７
７で検出してステッピングモータ６６をフィードバック
制御することができるので、弁体１４の開度設定を確実
に行うことができる。
【００３５】そして、上記のように弁体１４のアクチュ
エータとして偏心カム５４、スライダ４２等から成り、
弁体１４を正弦曲線運動させるクロススライダクランク
機構を用いているので、弁体１４の制御においてはイコ
ールパーセント特性になり、中間部では弁体１４を高速
で作動させることができ、流量のミニマム領域では弁体
１４を正弦曲線の頂点付近で作動させて分解能を高める
ことができ、バイパスバルブ機構と同じソフト排気を行
うできる。そして、弁体１４のニードル部１６における
流量調整面２３ｂを曲面、例えば、回転楕円面に形成す
ることにより、更に一層、分解能を高めることができ
る。しかも、弁体１４を弁座１０に対してソフトランデ
ィングさせることができるので、振動やパーティクルの
発生を少なく抑制することができる。また、上記のよう
に弁体１４がニードル部１６と開閉部１５とを備え、１
台で流量制御と遮断機能とを有するので、レンジアビリ
ティが大きく、コントロールレンジが広くなるので、半
導体製造装置の排気系におけるプロセス圧力とクリーニ
ング圧力の制御のように広範囲な圧力制御を行うことが
できる。更に、偏心カム５４の下死点で弁体１４を弁座
１０に押圧して弁座締め付け反力が偏心カム５４の回転
に変換され難くなるように構成している。したがって、
停電時において電磁ブレーキがなくても弁座締切り推力
を保持することができてガスのリークを防止することが
できるので、信頼性を向上させることができ、しかも、
駆動用の電気回路をバタフライバルブの駆動部と同一に
することができるので、コントロールも同様の回路機構
で共通化することができる。
【００３６】また、外部加熱手段８２によりバルブボデ
ィ１を加熱するとともに、内部加熱手段８６により弁体
１４、ベローズ３５を加熱するので、排ガス中に含まれ
る副生成物が弁本体２の内面、弁体１４およびベローズ
３５の外面等に付着するのを防止することができ、弁体
１４およびベローズ３５等を円滑に作動させることがで
き、しかも、メンテナンス費を低減することができる。
【００３７】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。図８は本発明の第２の実施形態に係る流量制御
用バルブを示し、開弁状態の縦断面図、図９は同流量制
御用バルブを示し、閉弁状態の縦断面図である。
【００３８】本実施形態においては、上記第１の実施形
態とは内部加熱手段の構成を異にし、その他の構成につ
いては同様であるので、同一部分には同一符号を付して
その説明を省略して、主として構成の相違点について説
明する。
【００３９】図８、図９に示すように、本実施形態にお
いては、ヒータベースを兼用するコネクタ３１に背方に
突出する筒状部９２が一体に設けられ、ボンネット２の
底板３にヒータスリーブ９３のフランジ部９４がねじ９
５により固定され、ヒータスリーブ９３が筒状部９２の
外周にこの筒状部９２の外周面とに隙間を有するように
嵌合されている。ヒータスリーブ９３と筒状部９２と
は、ステム３０、弁体１４等を後退させた開弁状態では
筒状部９２がヒータスリーブ９３内に収められ、ステム
３０、弁体１４等を前進させた閉弁状態でも筒状部９２
の端部側がヒータスリーブ９３内に収められた状態とな
るように設定されている。ヒータスリーブ９３の外周面
には上記第１の実施形態における外部加熱手段８２の面
状ヒータ８３と同様の面状ヒータ９６が設けられ、面状
ヒータ９６の発熱線（図示省略）に接続された導線９７
がフランジ部９４に形成された穴、底板４に形成された
穴を通って外部に導かれ、電源（図示省略）に接続され
ている。
【００４０】上記のように構成された外部加熱手段８６
によれば、面状ヒータ９６によりヒータスリーブ９３が
加熱され、更に、筒状部９２、コネクタ３１が輻射熱で
加熱され、これに伴い、弁体１４が加熱される。そし
て、上記のように開弁状態では筒状部９２の全体がヒー
タスリーブ９３内に挿入されるので、弁体１４の昇温特
性に優れる。また、面状ヒータ９６によりベローズ３５
も加熱される。したがって、排ガス中に含まれる副生成
物が弁本体２の内面、弁体１４およびベローズ３５の外
面等に付着するのを防止することができ、弁体１４およ
びビローズ３５等を円滑に作動させることができ、しか
も、メンテナンス費を低減することができる。
【００４１】なお、弁体１４の形状は上記実施形態に限
定されるものではない。また、外部加熱手段８２、内部
加熱手段８６も上記実施形態に限定されるものではな
い。また、クロススライダクランク機構の構成も上記実
施形態に限定されるものではない。また、シールリング
２５は弁座１０側に設けることができる。更に、弁体１
４側、弁座１０側のいずれにもシールリングを用いなく
てもよく、この場合には特に、ばねを有する定圧機構を
用いることにより、弁推力を保持して弁座１０を確実に
締め切ることができる。このほか、本発明は、その基本
的技術思想を逸脱しない範囲で種々設計変更することが
できる。
【００４２】
【実施例】本発明実施例として、上記各実施形態におけ
るクロススライダクランク機構を備えたアクチュエータ
および弁体１４を用いた。そして、図１に示す弁座１０
の穴１１の直径ａが７０ｍｍ、図３に示す弁体１４の流
量調整面２３ｂの長さｂが８ｍｍ、流量調整面２３ｂの
基端直径ｃが７０ｍｍ、流量調整面２３ｂの先端直径ｄ
が６７．５ｍｍ、弁体１４におけるニードル部１６のほ
ぼ後端部で中心軸からの偏心位置Ｃまでの距離ｅが５ｍ
ｍ、偏心位置Ｃから流量調整面２３ｂである回転楕円面
までの距離（半径）ｆが４０ｍｍとなるように設定し
た。一方、比較例として、クロススライダクランク機構
に代えてリニア動作のアクチュエータを用い、その他の
構成については本発明実施例と同様に構成した。そし
て、流体として、一般窒素ガス（純度９９．９％以上）
を使用し、本発明実施例と比較例における弁開度に対す
るコンダクタンスを測定してバルブの作動と流量特性を
確認し、また、コントローラで圧力制御を行い、ミニマ
ム領域のコントロールレンジを測定した。
【００４３】本発明実施例の偏心カム回転角度の開度に
対するＣｖ値の測定結果は、図１０のグラフに示すとお
りであり、また、コントロールレンジは図１１のグラフ
に示すとおりであり、およそ左上の斜線と中央部の斜線
で囲まれたコントールレンジニードル制御領域と、中央
部の斜線とその右側の折れ線とで囲まれた弁座シール制
御領域を得ることができた。一方、比較例のバルブリフ
トの開度に対するＣｖ値の測定結果は図１２のグラフに
示すとおりであった。この試験結果から本発明実施例に
よれば、クロススライダクランク機構の特性である正弦
曲線の作動特性を得ることができ、ニードル部のミニマ
ム制御範囲が広いことがわかった。また、ミニマム制御
において、設定圧力の精度が２〜３％であれば、ＰＩＤ
（比例・積分・微分）制御の設定値を変えることによ
り、高い圧力領域（４００Ｔｏｒｒ）まで制御すること
ができた。また、弁座リーク量は、１×１０-10Ｐａ・
ｍ3／ｓｅｃ以下であった。本発明実施例によれば、Ｃ
ｖ値のマキシマムとミニマムとから得られるレンジアビ
リティは１６０〜２００程度であり、イコールパーセン
ト特性は５０〜１００より少し良い程度であるが、コン
トローラのパラメータを変えることにより、弁座シール
領域でも制御が可能であり、更に広範囲なコントロール
レンジ（レンジアビリティ：２００〜３０００）を得る
ことができ、流量制御特性やミニマム制御特性に優れて
いることがわかった。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、弁
体のアクチュエータとして弁体を正弦曲線運動させるク
ロススライダクランク機構を用いているので、中間部で
は弁体を高速で作動させることができ、ミニマム領域で
は弁体を正弦曲線の頂点付近で作動させて分解能を高め
ることができる。したがって、高速作動と高い圧力領域
における弁体の制御性に優れた高分解能化の両方を同時
に満足することができる。
【００４５】また、弁体が、ニードル部と開閉部とを備
え、１台で流量制御機能と遮断機能とを有することによ
り、レンジアビリティが大きく、コントロールレンジが
広くなるので、半導体製造装置の排気系におけるプロセ
ス圧力とクリーニング圧力の制御のように広範囲な圧力
制御を行うことができる。したがって、経済性の向上を
図ることができる。
【００４６】また、クロススライダランク機構が、凹所
を有するスライダと、このスライダの凹所に偏心回転可
能に嵌合された偏心カムとを備え、上記偏心カムの下死
点で弁体が弁座の穴を遮断するように構成することによ
り、停電時において電磁ブレーキがなくても弁推力を保
持することができる。したがって、弁座リークを防止す
ることができて信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る流量制御用バル
ブを示し、開弁状態の縦断面図である。
【図２】同流量制御用バルブを示し、閉弁状態の縦断面
図である。
【図３】同流量制御用バルブにおける弁体とステムとの
取付け状態を示す拡大断面図である。
【図４】同流量制御用バルブの開弁時におけるアクチュ
エータの状態を示す一部破断背面図である。
【図５】同流量制御用バルブの閉弁時におけるアクチュ
エータの状態を示す一部破断背面図である。
【図６】同流量制御用バルブのアクチュエータに用いる
スライダを示す平面図である。
【図７】同流量制御用バルブにおけるアクチュエータの
スライダとステムとの連結部を示す拡大断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る流量制御用バル
ブを示し、開弁状態の縦断面図である。
【図９】同流量制御用バルブを示し、閉弁状態の縦断面
図である。
【図１０】本発明実施例によるバルブ開度とＣｖ値との
関係を示すグラフである。
【図１１】本発明実施例によるコントロールレンジの測
定結果を示すグラフである。
【図１２】比較例によるバルブ開度とＣｖ値との関係を
示すグラフである。
【符号の説明】
１ バルブボディ ２ ボンネット １０ 弁座 １１ 穴 １３ 流路 １４ 弁体 １５ 開閉部 １６ ニードル部 ２５ シールリング ３０ ステム ３５ ベローズ ４２ スライダ ５４ 偏心カム ６２ 皿ばね ６６ ステッピングモータ ７４ フォトセンサ ７７ ポテンショメータ ８２ 外部加熱手段 ８３ 面状ヒータ ８６ 内部加熱手段 ８７ シーズヒータ ９３ 面状ヒータ

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流路、この流路の途中に弁座を有するバ
    ルブボディと、上記弁座の穴を開放し、若しくは遮断す
    る弁体と、この弁体を正弦曲線運動させるクロススライ
    ダクランク機構およびこのクロススライダクランク機構
    の駆動源を有するアクチュエータとを備えた流量制御用
    バルブ。
  2. 【請求項２】 弁体が、弁座の穴に挿入され、若しくは
    離脱されるように軸方向の長さが短く形成されたニード
    ル部と、上記弁座にその穴を閉塞するようにシール状態
    に当接され、若しくは離隔される開閉部とを備えた請求
    項１記載の流量制御用バルブ。
  3. 【請求項３】 弁体を弁座側へ付製するようにばねを有
    する定圧機構を備えた請求項１または２記載の流量制御
    用バルブ。
  4. 【請求項４】 弁体を加熱するための内部加熱手段を備
    えた請求項１ないし３のいずれかに記載の流量制御用バ
    ルブ。
  5. 【請求項５】 バルブボディにおける弁座および弁体を
    囲む部分の外面を被覆するように外部加熱手段を備えた
    請求項１ないし４のいずれかに記載の流量制御用バル
    ブ。
  6. 【請求項６】 開閉部が弁座に圧接するためのシールリ
    ングを備えた請求項５記載の流量制御用バルブ。
  7. 【請求項７】 アクチュエータのクロススライダクラン
    ク機構が、弁体を移動させるために直線状に移動可能に
    設けられ、凹所を有するスライダと、このスライダの凹
    所に偏心回転可能に嵌合された偏心カムとを備え、アク
    チュエータの駆動源が上記偏心カムを回転させるモータ
    である請求項１ないし６のいずれかに記載の流量制御用
    バルブ。
  8. 【請求項８】 偏心カムの下死点で弁体が弁座の穴を遮
    断するように構成された請求項７記載の流量制御用バル
    ブ。
  9. 【請求項９】 定圧機構が、ステムの端部に取付けら
    れ、スライダの軸部に軸心方向に沿って移動可能に嵌合
    されたステムコネクタと、上記スライダと上記ステムコ
    ネクタとの間に介在され、弁体による弁座の穴の遮断方
    向へ上記ステムコネクタを付製するばねと、上記スライ
    ダの軸部に取付けられ、上記ステムコネクタに係合し得
    るストッパとを備えた請求項２ないし８のいずれかに記
    載の流量制御用バルブ。
  10. 【請求項１０】 弁体の開閉部が円盤状に形成され、外
    周縁部にシール部を有し、このシール部の内周に基端側
    に至るに従い、次第に拡開する保持面を有し、上記弁体
    のニードル部が上記シール部よりも小径で短く形成さ
    れ、弁座の穴に挿入される前部側の外周に先端側に至る
    に従い、次第に縮小する流量調整面を有し、基部側の外
    周に基端側に至るに従い、次第に縮小する保持面を有
    し、上記開閉部に上記シール部の内側において上記ニー
    ドル部がねじにより取付けられ、上記シール部の保持面
    と上記ニードル部の保持面とで奥側から開放側に至るに
    従い、次第に幅狭となるように形成された環状溝にシー
    ルリングがその外周頂部を突出させた状態で離脱防止さ
    れるように保持された請求項６記載の流量制御用バル
    ブ。
  11. 【請求項１１】 弁体のニードル部における前部側の流
    量調整面が曲面を有するように形成された請求項１０記
    載の流量制御用バルブ。
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