JP2001263507A - 流量調整弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微少な液体流量を適切に調整することが可能
な流量調整弁を提供すること。 【解決手段】 本発明の流量調整弁４は、弁体３７を上
下させるべく回転止めされた状態で上下動可能な弁体操
作部材３５と、内ネジ４２と外ネジ４１とのピッチ差分
の上下方向の送りによって弁体操作部材３５の高さを調
整させる差動ネジ３２，３３とを有し、弁体操作部材３
５を弁座１９方向に付勢部材３９で付勢して弁閉させて
おいて、差動ネジ３２，３３を下死点までねじ込んで螺
設したもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置な
どで微少流量の液体を吐出するために使用される流量調
整弁及び流量調整用開閉弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造におけるウェハへの膜付けに
は、薬液をウェハに対して微量に垂らして行われるた
め、薬液を適量に調整して吐出する流量調整弁が使用さ
れている。こうした流量調整弁は従来から様々なものが
提案されており、その一つに実用新案登録第２５４１６
１３号公報に掲載されたものを挙げることができる。当
該公報の流量調整弁は、差動ネジを使用して弁の開度を
微妙に調整することができるようにしたものである。具
体的に図５を示して説明する。

【０００３】流量調節弁５０は、ダイヤフラム弁体５１
が、ディスク５２を介してスライドステム５３に押し下
げられて弁座５４へ当接し、スライドステム５３が上昇
することにより、スプリング５５の反力によって上方へ
移動して弁座５４から離間するようにしたものである。
そして、このスライドステム５３が差動ネジのねじ送り
によって上下動するように構成されている。スライドス
テム５３の内周面には雌ねじが形成され、スピンドル５
６の雄ねじと螺合している。ここで、スライドステム５
３とスピンドル５６とのねじ部を内ネジ７１とする。ま
た、スピンドル５６は、アウタースリーブ５７と固定ナ
ット５８に締め付けられて一体になり、そのアウタース
リーブ５７の外周に形成された雄ねじと、ベース管５９
の内周に形成された雌ねじとが螺合している。ここで、
アウタースリーブ５７とベース管５９とのねじ部を外ネ
ジ７２とする。そしてまた、アウタースリーブ５７は、
ハンドル６０と固定ねじ６１によって一体になってい
る。

【０００４】こうした構成によって、ハンドル６０を所
定方向に回転させれば、アウタースリーブ５７が外ネジ
７２によって回転して下降し、一方、下降するスピンド
ル５６に螺合したスライドステム５３は、回転止めさ
れ、スピンドル５６との内ネジ７１によって相対的に上
昇する。こうして、スライドステム５３が、内ネジ７１
と外ネジ７２とのピッチ差によって下降し、或いはハン
ドル６０の逆回転によって上昇し、そのスライドステム
５３に押し付けられたダイヤフラム弁体５１の開度が微
妙に調整できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】差動ネジを利用した流
量調整弁では、ダイヤフラム弁体５１の高さ、即ち弁開
度を内ネジ７１と外ネジ７２との送りによって調整して
いる。しかしながら、手動で行うため、いきおい廻し過
ぎによってダイヤフラム弁体５１を弁座５４へ押し付け
る力が過大になり、弁座面が沈み込んで変形してしまう
ことがある。弁座面の変形量は弁体と弁座との材質によ
っても異なるが、本来微少流量を取り扱う流量調整弁に
とって、僅かな変形でも流量に与える影響は大きい。ま
た、弁座が弾性域で変形する場合には、弁閉させた後に
再び弁を開けると、弁開後に変形が徐々に戻り、液体供
給時に設定した流量が途中で変化してしまうことにな
る。従って、こうした従来の流量調整弁では、微量な液
体の供給に正確性、安定性を欠くという問題があった。

【０００６】そこで、本発明は、こうした課題を解決す
べく、微少な液体流量を適切に調整することが可能な流
量調整弁を提供すること、また、こうした流量調整弁と
同時に使用される流量調整用開閉弁を提供すること目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の流量調整弁は、
弁体を上下させるべく回転止めされた状態で上下動可能
に設けられた弁体操作部材と、内ネジと外ネジとのピッ
チ差分の上下方向の送りによって前記弁体操作部材の高
さを調整させる差動ネジとを有し、前記弁体操作部材を
弁座方向に付勢部材で付勢して弁閉させておいて、前記
差動ネジを下死点までねじ込んで螺設したものであるこ
とを特徴とする。また、本発明の流量調整弁は、弁体を
上下させるべく回転止めされた状態で上下動可能に設け
られた弁体操作部材と、内ネジと外ネジとのピッチ差分
の上下方向の送りによって前記弁体操作部材の高さを調
整させる差動ネジとを有し、前記差動ネジの下降を制限
するストッパと、前記ストッパが作用する前記差動ネジ
の下死点で、前記弁体操作部材を弁座方向に付勢して弁
閉させる付勢部材とを備えることを特徴とする。

【０００８】よって、本発明の流量調整弁によれば、ス
トッパなどで差動ネジの下降が規制された下死点で弁体
が付勢部材の付勢力によって弁座に当接した状態にある
ので、差動ネジの廻し過ぎをなくし、付勢部材の付勢力
を、シールに最低限必要な、そして弁座の沈み込みを最
小限に抑える大きさのものにすることで、沈み込みによ
る流量変化などをなくし、微量な液体を適切に調整する
ことが可能となる。

【０００９】本発明の流量調整用開閉弁は、ダイヤフラ
ム弁体を保持したピストンと、ピストンが摺動自在に装
填されたシリンダボディと、ピストンを弁座側へ付勢す
る付勢部材とを有し、弁座側からのエア圧によって上下
動するピストンの動きによって弁の開閉を行うものであ
って、微流量の調整を行う流量調整弁の一次側又は二次
側流路に設けられた開閉弁において、前記ピストンの開
弁方向へのストロークを調整する弁開度調整ロッドを備
えるものであることを特徴とする。よって、本発明の流
量調整用開閉弁によれば、弁の開閉時、ダイヤフラム弁
体によって画設された弁室内の容積変化を小さくするこ
とができるので、これによって弁開時のタイムラグや弁
閉時の吐出量の増加を抑えることができる。特に、最後
に大量の流体が吐出されることがなくなり、およそ調整
した流量での吐出及びその遮断を行うことが可能とな
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る流量調整弁及
び流量調整用開閉弁の一実施形態について図面を参照し
て説明する。図１は、その流量調整弁と流量調整用開閉
弁（以下、単に「開閉弁」とする）とを一体にしたバル
ブユニットを示した側面図である。このバルブユニット
１は、ユニットブロック２上に、開閉弁３を上流側に、
流量調整弁４を下流側にして搭載したものであり、ユニ
ットブロック２の入力ポート１１が薬液供給源に配管さ
れ、出力ポート１２にはノズル５が接続されている。そ
して、薬液供給源から送られてくる薬液の吐出量を流量
調整弁４の弁開度によって調整し、ノズル５からの薬液
の吐出を開閉弁３の開閉動作によって行うようにしたも
のである。そこで次に、バルブユニット１の断面を示し
た図２を参照し、以下に具体的に説明する。

【００１１】バルブユニット１の基礎をなすユニットブ
ロック２は、両端に突出した入力ポート１１と出力ポー
ト１２とを備え、それぞれ開閉弁３及び流量調整弁４を
固定する搭載面（上面）にまで開通した、Ｌ字形の入力
流路１３と出力流路１４とが形成されている。また、入
力流路１３と出力流路１４とが開設された搭載面の開口
部には、各弁の弁室１５，１６を構成する凹部が形成さ
れ、両弁室１５，１６をつなぐようにＶ字流路１７が形
成されている。

【００１２】こうしたユニットブロック２の上流側に
は、入力流路１３とＶ字流路１７との間で流体制御を行
うべく開閉弁３が搭載されている。開閉弁３は、いわゆ
るエアオペレートのダイヤフラム弁である。開閉弁３
は、筒状のシリンダを構成するボディ２１にカバー２２
が一体に組み合わされたものであり、ボディ２１内にピ
ストン２３が摺動自在に入れられている。ピストン２３
は、下方にも小径の摺動部２３ａが突設され、その下端
部分にダイヤフラム弁体２４が取付けられている。ダイ
ヤフラム弁体２４は、ボディ２１とユニットブロック２
とに周縁部分が挟み込まれ、ユニットブロック２の凹部
を塞いで弁室１５を形成している。一方、ユニットブロ
ック２には、このダイヤフラム弁体２４が当接・離間す
る弁座１８が形成されている。

【００１３】開閉弁３は、ピストン２３の上下動によっ
て弁の開閉を行うようにしたものであって、そのピスト
ン２３がスプリング２６によって常時弁座１８側に押し
下げられたノーマルクローズ型である。そして、弁開の
ためにピストン２３をスプリング２６の付勢力に抗して
上昇させるため、ボディ２１には、ピストン２３に対し
て下方からエア圧を加えるためのエアポート２７が形成
され、不図示のエアポンプに配管されている。また、ピ
ストン２３の上方には、カバー２２を貫いて弁開度調整
ロッド２８が螺設されている。弁開度調整ロッド２８
は、ねじの送りによって上下方向の移動が可能になって
おり、その高さ調整によってピストン２３の上昇を規制
するように設けられたものである。

【００１４】次に、流量調整弁４は、薬液の適量吐出を
行うために流量調整を行うものであり、前記従来例のも
のと同様に差動ネジを使用したダイヤフラム弁である。
流量調整弁４は、ユニットブロック２にベース管３１が
固定され、その外周には雄ねじが形成され、内周は摺動
面になっている。そして、そのベース管３１の外側に
は、雌ねじが形成されアウタースリーブ３２がはめら
れ、ベース管３１内にはインナースリーブ３３が挿入さ
れている。アウタスリーブ３２とインナースリーブ３３
とは固定ねじ３４によって一体になっており、特許請求
の範囲に記載する差動ネジを構成するものである。ここ
で、ベース管３１とアウタースリーブ３２とが螺合した
ねじ部を外ネジ４１とする。また、インナースリーブ３
３は、外周が摺動面になっており、内周には雌ねじが形
成されている。そして、このインナースリーブ３３内に
は雄ねじの形成されたスピンドル３５が挿入されてい
る。ここで、インナースリーブ３３とスピンドル３５と
が螺合したねじ部を内ネジ４２とする。なお、このスピ
ンドル３５が、特許請求の範囲に記載する弁体操作部材
に相当する。

【００１５】このスピンドル３５は、ベース管３１にも
摺接して軸ブレ防止が施されている。更に、ベース管３
１にはスリット３１ａが形成され、スピンドル３５に取
り付けられたに回転防止ピン３６が、そのスリット３１
ａに入り込んでいる。そして、スピンドル３５にはその
下端部分にダイヤフラム弁体３７が取付けられている。
ダイヤフラム弁体３７は、アダプタ３８を介してベース
管３１とユニットブロック２とに周縁部分が挟み込ま
れ、ユニットブロック２の凹部を塞いで弁室１６を形成
している。そして、ユニットブロック２には、このダイ
ヤフラム弁体３７が当接・離間する弁座１９が形成され
ている。

【００１６】また、スピンドル３５は、下端部分にフラ
ンジ３５ａが形成され、その上方に装填したスプリング
３９によって下方に付勢されている。一方、インナース
リーブ３３にも、ベース管３１の上端に当接するフラン
ジ状のストッパ３３ａが形成され、一体になって差動ネ
ジを構成するアウタースリーブ３２とインナースリーブ
３３とがそれ以上下降できないようになっている。従っ
て、本実施形態の流量調整弁４では、インナースリーブ
３３のストッパ３３ａがベース管３１の上端に突き当た
った高さで、ダイヤフラム弁体３７は、スピンドル３５
を押すスプリング３９の付勢力によって弁座１９に当接
するよう構成されている。

【００１７】そのため、本実施形態の流量調整弁４にお
ける組み立ては、次の手順で行われる。先ず、アウター
スリーブ３２とインナースリーブ３３とがない状態で、
ベース管３１をユニットブロック２へ固定する。このと
き、スピンドル３５はスプリング３９に押し下げられ、
ダイヤフラム弁体３７がその付勢力によって弁座１９へ
押さえ付けられている。次いで、スピンドル３５にイン
ナースリーブ３３をはめ込んでいく。その際、インナー
スリーブ３３は、スピンドル３５との内ネジ４２によっ
て徐々に下降していくが、ストッパ３３ａが当たったと
ころで止められる。そして最後に、アウタースリーブ３
２を、ベース管３１との外ネジ４１によってはめ込み、
所定量送り込んだところでインナースリーブ３３と固定
ネジ４３で一体に固定する。

【００１８】従って、スプリング３９の付勢力がダイヤ
フラム弁体３７に作用している状態で、インナースリー
ブ３３とアウタースリーブ３２との下死点が決定する。
そのため、インナースリーブ３３とアウタースリーブ３
２とが下死点に位置した状態で、ダイヤフラム弁体３７
は、内ネジ４２のガタ分だけ付勢されて弁座１９側へ押
し付けられていると考えられる。そのため、スプリング
３９には、ダイヤフラム弁体３７の押さえ込みによるシ
ールに最低限必要な、そして弁座１９の沈み込みを最小
限に抑える大きさの付勢力を発生させるものを選択すれ
ばよい。

【００１９】こうしたバルブユニット１は、次のように
して薬液の微量吐出が行われる。先ず、流量調整弁４に
よって、ノズルから吐出される薬液の流量が調整され
る。流量調整弁４は、通常設定したネジ位置を狂わせな
いようにカバー４０で覆われている。従って、新たに調
整を行う場合には、ベース管３１に螺合したカバー４０
を取り外して行う。そこで、アウタースリーブ３３を所
定方向に回転させると、固定ねじ３４で一体になったイ
ンナースリーブ３３にも同方向の回転が生じる。そのた
め、例えばアウタースリーブ３２が外ネジ４１の送りに
よって、所定のピッチＰ１で下降すると、その下降に対
し、内ネジ４２の送りによってスピンドル３５が所定の
ピッチＰ２で相対的に上昇する。そして、実際には外ネ
ジ４１と内ネジ４２とのピッチ差（Ｐ１−Ｐ２）によっ
てスピンドル３５が下降し、ダイヤフラム弁体３７が下
降する。例えば、ピッチ差（Ｐ１−Ｐ２）は０．０５ｍ
ｍである。

【００２０】また、逆方向にアウタースリーブ３３を回
転させれば、同じくピッチ差によってダイヤフラム弁体
３７が上昇し、弁が開けられて弁開度が大きくなってい
く。こうしてダイヤフラム弁体３７の高さを変えて弁開
度の調整、即ち薬液の流量の調整を行う。一方、流量調
整弁４を完全に弁閉させる場合には、インナースリーブ
３３のストッパ３３ａがベース管３１の上端に当たるま
で回転させる。そして、ストッパ３３ａがベース管３１
に当たったところで回転が止められると、スピンドル３
５を付勢するスプリング３９の付勢力によってダイヤフ
ラム弁体３７が弁座１９へ押さえ付けられる。従って、
アウタースリーブ３２を回転する力が弁座１９にかかる
ことはない。

【００２１】こうして流量調整弁４の調整が完了する
と、次に開閉弁３のストロークの調整が行われる。即
ち、ハンドル２９の回転により弁開度調整ロッド２８を
上下動させ、ピストン２３がその弁開度調整ロッド２８
に当たってそれ以上の上昇ができないようにする。これ
は、ダイヤフラム弁体２４のストロークを規制し、その
開閉動作によって弁室１５内に生じる急激な圧力変化を
抑えるようにしたものである。開閉弁３はノーマルクロ
ーズ型であるため、通常ピストン２３はスプリング２６
によって付勢され、ダイヤフラム弁体２４が弁座１８に
当接し、図示するように弁閉した状態にある。そのた
め、流量調整弁４が開いていても、開閉弁３によって薬
液の流れは止められている。

【００２２】そこで、薬液供給時には、エアポート２７
から圧縮エアが供給されると、ピストン２３が加圧さ
れ、スプリング２６の付勢力に抗して押し上げられる。
エア圧によって押し上げられたピストン２３は、同時に
ダイヤフラム弁体２４を引き上げ、弁開度調整ロッド２
８に当たって止まる。こうして開閉弁３が開き、薬液
は、弁室１５からＶ字流路１７を通って流量調整弁４に
よって流量調整され、更に出力ポート１２からノズル５
（図１）を通って吐出され、ウェハ上に塗布される。一
方、開閉弁３に対する圧縮エアの供給を停止すれば、ピ
ストン２３はスプリング２６によって付勢されて下降
し、同時にダイヤフラム弁体２４が押し下げられて弁座
１８へと当接する。そして、開閉弁３が閉じられて薬液
の吐出が止められる。

【００２３】ところで、本実施形態のように開閉弁３を
使用した場合には、ピストン２３が弁閉状態から上昇す
る際に弁室１５内が負圧になり、一方、弁開状態のピス
トン２３が下降して閉じらる際には弁室１５内に充填さ
れている薬液が加圧される。そのため、ピストン２３の
ストロークの調整が行われなかった従来の開閉弁の場
合、図３に示すように、一定流量の吐出が行われる弁開
状態の前後、即ち弁の開閉時の安定性が良くなかった。
図３は、こうした弁の開閉に伴う流量変化のグラフを従
来の開閉弁について示した図である。そして、図４に
は、同様に本実施形態の開閉弁３について示している。

【００２４】ピストン２３のストロークが大きかった従
来の開閉弁の場合（図３参照）、弁の開閉に伴う弁室１
５の容積変化も大きかった。そのため、弁開時Ｔ１に
は、負圧によって二次側の薬液が弁室１５内に多く吸引
されてしまい、薬液が吐出されるまでのタイムラグが大
きかった。また、弁閉時Ｔ２には、ダイヤフラム弁体２
４に押し出される薬液の量が大きく、最後に加圧されて
大量の薬液が吐出してしまっていた。従って、こうした
流量変化によってウェハ上に塗布された薬液の分布にム
ラが生じることになった。

【００２５】薬液のムラは品質低下の原因になるため好
ましいものではなく、その解決のために本実施形態では
弁開度調整ロッド２８を設けた。本実施形態の開閉弁３
では、弁開度調整ロッド２８によってピストンのストロ
ークが規制され、弁室１５内の容積変化が抑えられてい
る。そのため、従来と同様に開閉弁３の開閉動作を行っ
た場合でも、図４に示すように、弁開時Ｔ１のタイムラ
グが短くなり、弁閉時Ｔ２に加圧されて吐出する薬液の
量も、調整した設定流量との差がほとんどなくなり、ウ
ェハに塗布された薬液分布にムラが生じる程ではなくな
った。

【００２６】よって、本実施形態のバルブユニットによ
れば、次のような効果を奏する。流量調整弁４では、差
動ネジを構成するアウタースリーブ３２とインナースリ
ーブ３３との下死点で、スプリング３９の付勢力によっ
てダイアやフラム弁体３７が弁座１９へ当接するように
したため、ねじを廻し込む力がダイヤフラム弁体３７に
直接作用することがなくなり、弁座１９の沈み込みが抑
えられ、流量への影響を防止することができるようにな
った。また、開閉弁３では、弁開度調整ロッド２８を設
けてピストン２３のストローク、即ち弁開度を制限する
ようにしたので、弁室１５内の容積変化を小さくするこ
とができ、これによって弁開時のタイムラグや弁閉時の
吐出量の増加を抑えることができた。その結果、ウェハ
への均一な薬液の塗布が可能となり、製品品質を上げる
ことができるようになった。

【００２７】なお、本発明は、前記実施形態に限定され
るものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変
更が可能である。例えば、差動ネジの構造は前記実施形
態のものに限らず、図５に示した従来例のものをも当然
に含む。また、流量調整弁は、前記実施形態のように必
ずしも開閉弁と同時に使用する必要はない。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、弁体を上下させるべく回転止
めされた状態で上下動可能な弁体操作部材と、内ネジと
外ネジとのピッチ差分の上下方向の送りによって弁体操
作部材の高さを調整させる差動ネジとを有し、弁体操作
部材を弁座方向に付勢部材で付勢して弁閉させておい
て、差動ネジを下死点までねじ込んで螺設して構成した
ので、微少な液体流量を適切に調整することができる流
量調整弁を提供することが可能になった。

【００２９】また、本発明は、弁体を上下させるべく回
転止めされた状態で上下動可能な弁体操作部材と、内ネ
ジと外ネジとのピッチ差分の上下方向の送りによって弁
体操作部材の高さを調整させる差動ネジとを有し、差動
ネジの下降を制限するストッパと、ストッパが作用する
差動ネジの下死点で、弁体操作部材を弁座方向に付勢し
て弁閉させる付勢部材とを備えるので、微少な液体流量
を適切に調整することができる流量調整弁を提供するこ
とが可能となった。

【００３０】更に、本発明は、エア圧によって上下動す
るピストンの動きによって弁の開閉を行う開閉弁であっ
て、ピストンの開弁方向へのストロークを調整する弁開
度調整ロッドを備えることにより、弁開時のタイムラグ
や弁閉時の吐出量の増加を抑えることができる流量調整
用開閉弁を提供することが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】開閉弁と流量調整弁とを一体にしたバルブユニ
ットを示した側面図である。

【図２】バルブユニット１を示した断面図である。

【図３】弁の開閉に伴う流量変化のグラフを従来の開閉
弁について示した図である。

【図４】弁の開閉に伴う流量変化のグラフを実施形態の
開閉弁について示した図である。

【図５】従来の流量調整弁を示した断面図である。

【符号の説明】

１ バルブユニット ２ ユニットブロック ３ 開閉弁 ４ 流量調整弁 １５，１６ 弁室 １８，１９ 弁座 ２１ ボディ ２３ ピストン ２４ ダイヤフラム弁体 ２８ 弁開度調整ロッド ３１ ベース管 ３２ アウタースリーブ ３３ インナースリーブ ３５ スピンドル ３７ ダイヤフラム弁体 ３９ スプリング ４１ 外ネジ ４２ 内ネジ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁体を上下させるべく回転止めされた状
   態で上下動可能に設けられた弁体操作部材と、内ネジと
   外ネジとのピッチ差分の上下方向の送りによって前記弁
   体操作部材の高さを調整させる差動ネジとを有し、 前記弁体操作部材を弁座方向に付勢部材で付勢して弁閉
   させておいて、前記差動ネジを下死点までねじ込んで螺
   設したものであることを特徴とする流量調整弁。
2. 【請求項２】 弁体を上下させるべく回転止めされた状
   態で上下動可能に設けられた弁体操作部材と、内ネジと
   外ネジとのピッチ差分の上下方向の送りによって前記弁
   体操作部材の高さを調整させる差動ネジとを有し、 前記差動ネジの下降を制限するストッパと、 前記ストッパが作用する前記差動ネジの下死点で、前記
   弁体操作部材を弁座方向に付勢して弁閉させる付勢部材
   とを備えることを特徴とする流量調整弁。
3. 【請求項３】 弁体を保持したピストンと、ピストンが
   摺動自在に装填されたシリンダボディと、ピストンを弁
   座側へ付勢する付勢部材とを有し、弁座側からのエア圧
   によって上下動するピストンの動きによって弁の開閉を
   行うものであって、微流量の調整を行う流量調整弁の一
   次側又は二次側流路に設けられた流量調整用開閉弁にお
   いて、 前記ピストンの開弁方向へのストロークを調整する弁開
   度調整ロッドを備えるものであることを特徴とする流量
   調整用開閉弁。