JP2009257357A

JP2009257357A - 真空弁

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Publication number: JP2009257357A
Application number: JP2008103892A
Authority: JP
Inventors: Yukio Ozawa; 幸生小澤
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2008-04-11
Filing date: 2008-04-11
Publication date: 2009-11-05
Anticipated expiration: 2028-04-11
Also published as: JP4445557B2; KR20090108538A; KR101050782B1

Abstract

【課題】部品の腐食を防止できる真空弁を提供すること。
【解決手段】第１開口部６と第２開口部７との間に弁座１０が設けられた弁本体４と、前記弁座１０に当接又は離間する弁体１４と、前記弁本体４内へ突き出すロッド部材２９に前記弁体１４が取り付けられて前記弁体１４に駆動力を付与する駆動部２と、前記ロッド部材２９を覆うように前記弁本体４内に配置され、弁座側端面に前記弁体１４が取り付けられたベローズ１２とを備える真空弁１において、前記弁本体４と前記駆動部２との間に設けられ、パージガスを供給するパージガス供給部３７と、前記弁本体４と前記駆動部２との間に設けられ、前記パージガスを排気するパージガス排出部３８と、を有し、前記パージガス供給部３７を前記ベローズ１２の内部空間へ連通させる連通路３９を前記ロッド部材２９に設けている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造工程で使用される真空容器内の真空圧力を微減圧する真空弁に関する。

例えば、半導体の製造工程においては、真空チャンバ内にシリコンウェハを入れて容器内を真空にし、反応ガスを導入して化学反応させるエッチングが行われる。容器内の真空度は化学反応の進行に影響する。そのため、半導体製造装置には、真空チャンバ内の真空圧力を所定の値に保つための真空弁が設けられている。

真空弁は、駆動部により弁開度をコントロールすることにより真空チャンバ内の真空圧力を制御する。具体的には、反応ガス流量に応じ、真空圧力が目標値より高くなったときは（大気圧側に向かったときは）、弁の開きを大きくして真空流量を大きくする一方、目標値より圧力が低くなったときには（絶対真空側に向かったときは）、弁の開きを小さくして真空流量を少なくする。このような真空弁は、駆動部を弁体に連結する弁ロッドがベローズで覆われ、反応ガスが駆動部側に漏れるのを防いでいる。

特許３８５４４３３号

しかしながら、近年、反応ガスが多様化し、真空弁は透過性が高い反応ガス（例えば塩酸（ＨＣＬ））を制御することがある。従来より、真空弁は、耐腐食性の観点から反応ガスに接触するベローズの材質を樹脂にしている。樹脂製のベローズは多孔質であるため、従来の真空弁は、透過性が高い反応ガスがベローズの接液面から内部へ透過すると、駆動部等の部品を腐食させることがあった。部品の腐食は、流体制御機能の低下や真空弁の故障を引き起こすため、問題である。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、部品の腐食を防止できる真空弁を提供することを目的とする。

本発明に係る真空弁は、次のような構成を有している。
（１）第１開口部と第２開口部との間に弁座が設けられた弁本体と、前記弁座に当接又は離間する弁体と、前記弁本体内へ突き出すロッド部材に前記弁体が取り付けられて前記弁体に駆動力を付与する駆動部と、前記ロッド部材を覆うように前記弁本体内に配置され、弁座側端面に前記弁体が取り付けられたベローズとを備える真空弁において、前記弁本体と前記駆動部との間に設けられ、パージガスを供給するパージガス供給部と、前記弁本体と前記駆動部との間に設けられ、前記パージガスを排気するパージガス排出部と、を有し、前記パージガス供給部を前記ベローズの内部空間へ連通させる連通路を前記ロッド部材に設けている。

（２）（１）に記載の発明において、前記連通路は、前記ロッド部材の弁座側端部外周面に開口している。

（３）（１）又は（２）に記載の発明において、前記連通路は、前記ロッド部材の前記パージガス供給部に対応する位置に前記ロッド部材の軸線方向に長く設けられた導入ポートを有する。

（４）（３）に記載の発明において、前記パージガス供給部は、吐出口の開口面積が前記導入ポートの開口面積より小さく、前記導入ポートに向かって突出する供給側ノズルを有する。

（５）（４）に記載の発明において、前記供給側ノズルは、前記ロッド部材と非接触である。

（６）（１）乃至（５）の何れか一つに記載の発明において、前記導入ポートの気圧が前記ベローズの内部気圧より高い。

（７）（４）乃至（６）の何れか一つに記載の発明において、前記駆動部と前記弁本体との間に前記ベローズの内部空間に連通するように設けたパージ室を有し、前記パージガス排出部は、前記パージ室を介して前記パージガス供給部と連通している。

上記構成の真空弁は、第１開口部と第２開口部との間に弁座が設けられた弁本体と、弁座に当接又は離間する弁体と、弁本体内へ突き出すロッド部材に弁体が取り付けられて弁体に駆動力を付与する駆動部と、ロッド部材を覆うように弁本体内に配置され、弁座側端面に弁体が取り付けられたベローズとを備える真空弁において、弁本体と駆動部との間に設けられ、パージガスを供給するパージガス供給部と、弁本体と駆動部との間に設けられ、パージガスを排気するパージガス排出部と、パージガス供給部をベローズの内部空間へ連通させる連通路を前記ロッド部材に設けている。

このような真空弁は、パージガス供給部から供給されたパージガスが、ロッド部材の連通路を介してベローズ内へ排出される。パージガスは、後続のパージガスの圧力によって駆動部と弁本体との間に向かって流れながらベローズを透過した透過ガスと混じり合い、透過ガスと共にパージガス排出部から外部へ排出される。このように本発明の真空弁は、パージガス供給部からベローズの内部、パージガス排出部へのパージガスの流れを形成し、ベローズ内をパージするので、部品の腐食を防止できる。

本発明の真空弁は、連通路がロッド部材の弁座側端部外周面に開口しているので、ベローズ内においてパージガス供給部及びパージガス排出部から離れた位置にパージガスを排出してベローズ全体の透過ガスをパージガスに置換することができる。

本発明の真空弁は、連通路が、ロッド部材のパージガス供給部に対応する位置にロッド部材の軸線方向に長く設けられた導入ポートを有するので、ロッド部材を軸線方向に移動させて弁の開きを調整する場合でも、パージガス供給部から供給されるパージガスを導入ポートに導入してベローズ内に送り続け、パージを行うことができる。

本発明の真空弁は、吐出口の開口面積が導入ポートの開口面積より小さく、導入ポートに向かって突出する供給側ノズルを有する。このような真空弁は、圧損を殆ど発生させずに、供給側ノズルから噴出されるパージガスを導入ポートへ導入するので、導入ポートから連通路を介してベローズにパージガスを供給する流れを形成しやすい。

本発明の真空弁は、供給側ノズルがロッド部材と非接触である。そのため、ロッド部材が駆動部の駆動力を弁体に連結するために直線往復運動しても、ロッド部材が供給側ノズルに接触して摩耗することがない。

本発明の真空弁は、導入ポートの気圧がベローズの内部気圧より高いので、導入ポートに流れ込んだパージガスが連通路を介してベローズの内部空間へ流れやすく、ベローズ内のガス置換性を良好にすることができる。

本発明の真空弁は、駆動部と弁本体との間にベローズの内部空間に連通するように設けたパージ室を有し、パージガス排出部が、パージ室を介してパージガス供給部と連通している。このような真空弁は、パージガス供給部から連通路に入り損ねたパージガスが、パージ室を介してパージガス排出部へ向かって流れ、ベローズ内を流れたパージガスを巻き込みながらパージガス排出部に流れ込む。よって、本発明の真空弁によれば、ベローズ内をパージしたパージガスがパージガス排出部へ流れ込む流れを形成しやすい。

次に、本発明に係る真空弁の一実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
＜真空弁の外観構成＞
図１は、第１実施形態に係る真空弁１の外観斜視図である。
真空弁１は、従来技術と同様、半導体製造装置に用いられ、チャンバ内の真空圧力を調整するために使用される。真空弁１は、大きく駆動部２と弁本体３とに分かれている。駆動部２は、弁本体３に積層されて上方から金属製ボルト２８を締結することにより、弁本体３と一体化されている。

＜真空弁の内部構成＞
図２は、図１のＡＡ断面図である。
駆動部２は、シリンダ２１とシリンダキャップ２２との間にピストン室２３が形成されている。ピストン室２３には、ピストン２４が摺動可能に装填され、ピストン室２３を一次室２３Ａと二次室２３Ｂとに気密に区画している。一次室２３Ａには、復帰ばね２７が縮設され、ピストン２４に常時下向き（弁座方向）の力を付与している。また、二次室２３Ｂには、シリンダ２１に開設された操作ポート２１ａが連通し、図示しない操作エア制御装置から操作エアを供給される。よって、ピストン２４は、復帰ばね２７の弾性力と二次室２３Ｂの内圧とのバランスに応じてピストン室２３内を摺動する。

ピストン２４には、ロッド部材２９が固設されている。ロッド部材２９は、シリンダ２１に摺動可能に貫き通され、ピストン室２３からボディ４へ突き出している。ロッド部材２９は、ピストン２４に固設されてシリンダ２１に摺動可能に保持される弁ロッド２５と、弁ロッド２５を弁体１４に連結させる連結ロッド２６とを備える。

このような駆動部２を構成する部品は、Ｏリングを除き、剛性を確保するためにステンレスなどの金属を材質とする。

一方、弁本体３は、ボディ４とベローズ押さえ１３とで構成され、弁部を内蔵している。ボディ４とベローズ押さえ１３は、耐圧性を確保するために金属を材質とする。ボディ４は、ブロック状をなし、中空部５が図中上面から円柱状に形成されている。また、ボディ４は、第１開口部６と第２開口部７が側面に開設されている。第１開口部６は、中空部５と同軸上に設けられた弁孔８を介して中空部５に連通している。第２開口部７は、中空部５の内側面に開口する接続流路９を介して中空部５に連通している。ボディ４は、弁孔８が中空部５に開口する部分に弁座１０が設けられている。弁座１０は、中空部５から弁孔８に向かって（第２開口部７から第１開口部６に向かって）小径になるようにテーパが設けられている。このようなボディ４は、耐腐食性を確保するために、反応ガスに接触する接ガス部がＰＴＦＥなどの耐腐食性がある樹脂でコーティングされている。

ボディ４は、中空部５内にベローズ１２が伸縮可能に配置されている。ベローズ１２は、ＰＴＦＥなどの耐熱性及び耐腐食性がある樹脂を材質とする。ベローズ１２は、一端が閉鎖されたコップ状をなし、上端開口部に設けたフランジ部１２ａがボディ４の位置決め段差部１１とベローズ押さえ１３との間で挟持されている。ベローズ１２は、弁座側端面に設けた貫通孔に弁体１４の凸部１４ｃが挿通され、その凸部１４ｃをロッド部材２９（連結ロッド２６）に螺合させることにより、弁体１４を一体的に取り付けられている。弁体１４は、金属を材質とし、耐腐食性を確保するためにＰＴＦＥなどの耐腐食性のある樹脂を表面にコーティングされている。ベローズ１２と弁体１４には、弁座１０に対応してテーパ面１６が形成されている。Ｏリング１５は、ベローズ１２と弁体１４との間に形成されるアリ溝に装着され、テーパ面１６から突出している。

図３は、図１のＢＢ断面図である。
駆動部２と弁本体３との間には、パージガスを供給するパージガス供給部３７と、パージガスを排出するパージガス排出部３８が設けられている。駆動部２は、シリンダ２１の下端面に凹溝２１ｂ（図２、図３参照）が横切って形成されている。凹溝２１ｂは、両端部が外部に開口し、その開口部にパージガス供給部３７とパージガス排出部３８を配置してパージ室４０を設けている。

パージガス供給部３７は、凹溝２１ｂの一端開口部を気密に遮蔽するように供給側遮蔽部材３１を固定ねじ３５でシリンダ２１に固定している。供給側遮蔽部材３１は、パージガスを供給するパージガス供給源（図示せず）が接続される給気ポート３１ａが設けられ、給気ポート３１ａと同軸上に供給側ノズル３３が突設されている。パージガス供給部３７は、供給側ノズル３３をロッド部材２９に向かって突出させ、ロッド部材２９と非接触に配置している。

パージガス排出部３８は、供給側ノズル３３とロッド部材２９を挟んで対向する位置に設けられている。パージガス排出部３８は、凹溝２１ｂの他端開口部を気密に遮蔽するように排出側遮蔽部材３２を固定ねじ３６でシリンダ２１に固定している。排出側遮蔽部材３２は、排気ポート３２ａと同軸上に排出側ノズル３４が突設されている。パージガス排出部３８は、排出側ノズル３４をロッド部材２９に向かって突出させ、排出側ノズル３４の吸込口を供給側ノズル３３の吐出口にロッド部材２９を挟んで対向させるように配置されている。排出側ノズル３４は、図中上下方向に移動するロッド部材２９に接触してロッド部材２９を摩耗させないように、ロッド部材２９と非接触で配置されている。排出側ノズル３４は、パージ室４０に配置される吸込口の面積が供給側ノズル３３の吐出口の面積より大きくされ、パージガスを流れ込みやすくしている。

ロッド部材２９は、パージガス供給部３７をベローズ１２の内部空間へ連通させるための連通路３９が設けられている。連通路３９は、弁ロッド２５の導入ポート２５ａと第１内部流路２５ｂ、連結ロッド２６の第２内部流路２６ｄ（第１開口部２６ａ、第２開口部２６ｂ）と複数の通気孔２６ｃと、弁体１４のバイパス流路１４ｄ（縦流路１４ａ、横流路１４ｂ）とで構成されている。

ロッド部材２９の弁ロッド２５には、パージガス供給部３７に対応する位置に導入ポート２５ａが開口している。図２に示すように、導入ポート２５ａは、ロッド部材２９の軸線方向に長く形成され、ロッド部材２９が図中上下方向へ移動しても供給側ノズル３３と対向するようになっている。図３に示すように、導入ポート２５ａの開口面積は供給側ノズル３３の吐出口の開口面積より大きくされ、供給側ノズル３３から排出されるパージガスを導入ポート２５ａへ導入しやすくしている。弁ロッド２５は、弁座側端面から導入ポート２５ａに連通するように第１内部流路２５ｂが弁ロッド２５の軸線に沿って穿設されている。

ロッド部材２９の連結ロッド２６は、駆動部側端面から軸線に沿って第１開口部２６ａが穿設されている。連結ロッド２６は、第１開口部２６ａに弁ロッド２５が螺設され、弁ロッド２５と同軸上に配置されてロッド部材２９を構成する。また、連結ロッド２６は、弁座側端面から軸線に沿って第２開口部２６ｂが穿設されている。連結ロッド２６は、第２開口部２６ｂに弁体１４の凸部１４ｃが螺設され、弁体１４と同軸上に配置されている。第１及び第２開口部２６ａ，２６ｂは互いに連通して、連結ロッド２６を軸線方向に貫通する第２内部流路２６ｄを構成している。第２内部流路２６ｄは、第１内部流路２５ｂと同軸上に配置され、第１内部流路２５ｂと共にロッド部材２９の「内部流路」を構成する。

連結ロッド２６は、弁座側端部外周面に複数の通気孔２６ｃが第２開口部２６ｂに連通するように形成されている。複数の通気孔２６ｃは、第２開口部２６ｂの開口部内周に設けた雌ねじ上に設けられている。

図４の断面図に示すように、本実施形態では、パージガスをベローズ１２の内部へほぼ均等に排出できるように、２個の通気孔２６ｃ，２６ｃが連結ロッド２６の軸線を挟んで対称位置に設けられている。また、通気孔２６ｃ，２６ｃは、パージガスをベローズ１２の内部へ広範囲で排出するために、連結ロッド２６の外周に沿って長く形成されている。

図３に示すように、弁体１４は、連結ロッド２６との間でベローズ１２を挟み込むように、凸部１４ｃが連結ロッド２６の第２開口部２６ｂにねじ込まれている。連結ロッド２６と弁体１４が同じ金属を材質とするため、ねじ部分が緩みにくい。凸部１４ｃには、第２内部流路２６ｄを通気孔２６ｃ，２６ｃに連通させるバイパス流路１４ｄが設けられている。バイパス流路１４ｄは、凸部１４ｃの先端面から軸線方向に形成された縦流路１４ａと、縦流路１４ａと交差するように設けられた横流路１４ｂとで構成されている。横流路１４ｂは、凸部１４ｃを連結ロッド２６に螺合させたときに通気孔２６ｃに重なるように設けられている。

図５の断面図に示すように、凸部１４ｃは、横流路１４ｂ，１４ｂが縦流路１４ａから放射線状に形成され、凸部１４ｃの外周面に開口している。横流路１４ｂは、パージガスを均等に排出するように、円周方向に等間隔で設けられている。横流路１４ｂの開口面積は、通気孔２６ｃ（図４参照）の開口面積より小さくされ、凸部１４ｃを連結ロッド２６に螺合した場合に横流路１４ｂを通気孔２６ｃに位置合わせしやすくしている。

＜真空弁の全体動作説明＞
真空弁１は、操作ポート２１ａに操作エアを供給しない間は、復帰ばね２７の弾性力によりピストン２４を押し下げる。ロッド部材２９は、ピストン２４と一体的に下降し、Ｏリング１５を押し潰すようにして弁体１４を弁座１０に当接させて弁閉する。この場合、反応ガスは、第１開口部６から第２開口部７へ流れない。

真空弁１は、操作ポート２１ａに操作エアを供給し、二次室２３Ｂの内圧が復帰ばね２７の弾性力に打ち勝つと、ピストン２４が上昇してロッド部材２９を引き上げる。これにより、真空弁１は、弁体１４が弁座１０から離間し、操作エアの供給量に応じて弁を開く。よって、真空弁１は、第１開口部６から第２開口部７へ反応ガスが流れ、弁の開きに応じた真空流量で反応ガスが流れる。

その後、操作ポート２１ａへの操作エアの供給を停止すると、復帰ばね２７の弾性力によってピストン２４が押し下げられてロッド部材２９を下降させる。これにより、弁体１４がＯリング１５を押し潰すようにして弁座１０に当接し、反応ガスを遮断する。

＜パージ動作＞
図６は、図３の要部拡大断面図である。
真空弁１は、ベローズ１２が多孔性物質である樹脂を材質とする。そのため、真空弁１は、透過性が高い反応ガス（例えばＨＣＬ）を制御すると、反応ガスがベローズ１２を透過する。ベローズ１２内に透過した透過ガスは、ボルト２８やピストン２４などを腐食させ、流体制御機能を低下させたり弁を故障させる恐れがある。そのため、真空弁１は、上記のようにして反応ガスを制御する間、パージガス供給部３７からベローズ１２内へパージガスを供給される一方、パージガス排出部３８からベローズ１２内を真空引きされ、ベローズ１２内をパージしている。

真空弁１は、パージガス供給部３７の給気ポート３１ａにパージガス供給装置（図示せず）が接続され、大気圧付近のパージガスが供給される。また、真空弁１は、パージガス排出部３８の排気ポート３２ａに真空ポンプ（図示せず）が接続され、パージガスより低圧になるように真空引きされる。そのため、パージ室４０は、パージガス供給部３７側とパージガス排出部３８側とで差圧ができる。本実施形態では、その差圧を−１０００Ｐａの微差圧とする。

パージガス供給部３７に供給されたパージガスは、供給側ノズル３３の吐出口から導入ポート２５ａに向かって噴出される。供給側ノズル３３が、導入ポート２５ａに向かって突出しているため、パージガスの大部分が導入ポート２５ａに導入される。導入ポート２５ａに導入されたパージガスは、第１内部流路２５ｂの内壁にぶつかって方向転換し、第１内部流路２５ｂ、第２内部流路２６ｄ、バイパス流路１４ｄ、通気孔２６ｃ，２６ｃを介して、ベローズ１２の内部空間へ排出される。

このとき、真空弁１は、パージガス排出部３８からの真空引きによりベローズ１２の内圧が導入ポート２５ａの気圧より低くなっている。そのため、第１内部流路２５ｂの内壁にぶつかったパージガスは第２内部流路２５ｂから第２内部流路２６ｄ、バイパス流路１４ｄ、通気孔２６ｃを介してベローズ１２内へ流れやすく、導入ポート２５ａ付近で圧損や乱流、液溜まりを生じにくい。

通気孔２６ｃ，２６ｃは、ロッド部材２９の弁座側端部外周面に設けられているため、パージガスは、ベローズ１２の内部空間のうちパージガス供給部３７から最も遠くて透過ガスが溜まりやすい部分に排出される。パージガス供給部３７がパージガスを導入ポート２５ａへ連続的に供給するため、パージガスは、通気孔２６ｃ，２６ｃからベローズ１２内へ連続的に供給される。そのため、先に排出されたパージガスは、後続のパージガスによって押し上げられて駆動部２側へ流れ、排出側ノズル３４に流れ込んで外部に排出される。このとき、パージガスは、透過ガスの混じり合いながらベローズ１２内を流れる。よって、真空弁１は、ベローズ１２を透過した透過ガスがパージガスに置換される。

ここで、パージガス供給部３７とパージガス排出部３８は、パージ室４０を介して連通している。そのため、供給側ノズル３３から排出されて導入ポート２５ａに入り損ねたパージガスは、パージ室４０内を噴出された方向に流れ、供給側ノズル３３と反対に設けた排出側ノズル３４に流入する。これにより、ベローズ１２を流れたパージガスが、導入ポート２５ａに入り損ねたパージガスと共に排出側ノズル３４に流れ込みやすい。

＜パージガス置換性のシュミレーション結果＞
発明者は、真空弁１に、パージガス供給部３７とパージガス排出部３８と連通路３９を設けた場合（以下このような真空弁を「流路有り真空弁」という。）と、パージガス供給部３７とパージガス排出部３８だけ設けて連通路３９を設けない場合（以下このような真空弁を「流路無し真空弁」という。）とについて、流体解析ソフト（ＳＣＲＹＵ：登録商標）を用いて透過ガスの置換率と時間との相関関係をシュミレーションした。

シュミレーションでは、ベローズ１２の内部と外部が反応ガスの濃度を同一とする場合を透過ガス濃度１００％（以下この状態を「飽和状態」という。）とした。そして、流路有り真空弁と流路無し真空弁を飽和状態とした後、パージガス供給部３７側をパージガス排出部３８側より１０００Ｐａ高くしてパージを行うと仮定した。この場合に、ベローズ１２内部の反応ガスの濃度が経時的にどのように変化するかをシュミレーションした。そのシュミレーション結果を図７に示す。

図７に示すように、流路無し真空弁は、パージ開始後約４分が経過するまで透過ガス濃度がリニアに低下する。しかし、パージガス開始後約４分が経過しても、透過ガス濃度は約９５％までしか低下していない。流路無し真空弁は、パージ開始後約４分が経過するとようやく透過ガスの低下率が大きくなるものの、パージ開始後約６分が経過しても、透過ガス濃度は約８３％程度であった。

これに対して、流路有り真空弁は、パージ開始後からパージガス濃度が低下し始め、パージ開始後約２０秒経過後に透過ガス濃度が９５％まで低下する。よって、流路有り真空弁は、パージ開始後僅か２０秒で、流路無し真空弁を４分間パージした場合と同程度のパージを行える。そして、流路有り真空弁は、パージ開始後２０秒経過すると急激にパージガス濃度が低下する。流路有り真空弁は、パージ開始後約３０秒で、流路無し真空弁を６分間パージした場合と同程度の透過ガス濃度（８３％）まで低下し、パージ開始後４分が経過した時点では透過ガス濃度が５％まで低下した。更に、流路有り真空弁は、パージ開始後６分が経過すると、透過ガス濃度が０％となり、透過ガスをパージガスにほぼ完全に置換できた。

よって、上記シュミレーションより、流路有り真空弁は、流路無し真空弁と比べて透過ガスをパージガスに置換する置換率が格段に優れていることが判明した。流路無し真空弁の置換率が悪いのは、パージガス供給部３７に供給したパージガスがベローズ１２の内部へ回り込みにくく、殆どのパージガスがパージガス排出部３８から透過ガスと混じり合うことなく排出されるためを考えられる。一方、流路有り真空弁の置換率が良いのは、パージガス供給部３７に供給したパージガスが連通路３９を介してベローズ１２の奥側（弁体側端面）へ噴出された後、透過ガスを巻き込みながらベローズ１２の内部空間をパージガス排出部３８へ向かって流れ、透過ガスとともにパージガス排出部３８へ排出されるためと考えられる。

＜作用効果＞
第１実施形態の真空弁１は、第１開口部６と第２開口部７との間に弁座１０が設けられたボディ４と、弁座１０に当接又は離間する弁体１４と、ボディ４内へ突き出すロッド部材２９に弁体１４が取り付けられて弁体１４に駆動力を付与する駆動部２と、ロッド部材２９を覆うようにボディ４内に配置され、弁座側端面に弁体１４が取り付けられた樹脂製のベローズ１２とを備える真空弁において、ボディ４と駆動部２との間に設けられ、パージガスを供給するパージガス供給部３７と、ボディ４と駆動部２との間に設けられ、パージガスを排気するパージガス排出部３８と、パージガス供給部３７をベローズ１２の内部空間へ連通させる連通路３９を前記ロッド部材２９に設けている。

このような真空弁１は、パージガス供給部３７から供給されたパージガスが、ロッド部材２９の連通路３９を介してベローズ１２内へ排出される。パージガスは、後続のパージガスの圧力によって駆動部２とボディ４との間に向かって流れながらベローズ１２を透過した透過ガスと混じり合い、透過ガスと共にパージガス排出部３８から外部へ排出される。このように第１実施形態の真空弁１は、パージガス供給部３７からベローズ１２の内部、パージガス排出部３８へのパージガスの流れを形成し、ベローズ１２内をパージするので、部品の腐食を防止できる。

この結果、真空弁１は、ベローズ１２の内部へ透過した反応ガスによってボルト２８や復帰ばね２７、ピストン２４などが腐食し、流体制御機能が低下したり、故障することがない。

第１実施形態の真空弁５１は、連通路３９がロッド部材２９の弁座側端部外周面に開口しているので、ベローズ１２内においてパージガス供給部３７及びパージガス排出部３８から離れた位置にパージガスを排出してベローズ１２全体の透過ガスをパージガスに置換することができる。

第１実施形態の真空弁１は、連通路３９が、ロッド部材２９のパージガス供給部３７に対応する位置にロッド部材２９の軸線方向に長く設けられた導入ポート２５ａを有するので、ロッド部材２９を軸線方向に移動させて弁の開きを調整する場合でも、パージガス供給部３７から供給されるパージガスを導入ポート２５ａに導入してベローズ１２内に送り続け、パージを行うことができる。

第１実施形態の真空弁１は、吐出口の開口面積が導入ポート２５ａの開口面積より小さく、導入ポート２５ａに向かって突出する供給側ノズル３３を有する。このような真空弁１は、圧損を殆ど発生させずに、供給側ノズル３３から噴出されるパージガスを導入ポート２５ａへ導入するので、導入ポート２５ａから連通路３９を介してベローズ１２にパージガスを供給する流れを形成しやすい。

第１実施形態の真空弁１は、供給側ノズル３３がロッド部材２９と非接触である。そのため、ロッド部材２９が駆動部２の駆動力を弁体１４に連結するために直線往復運動しても、ロッド部材２９が供給側ノズル３３に接触して摩耗することがない。

第１実施形態の真空弁１は、導入ポート２５ａの気圧がベローズ１２の内部気圧より高いので、導入ポート２５ａに流れ込んだパージガスが連通路３９を介してベローズ１２の内部空間へ流れやすく、ベローズ１２内のガス置換性を良好にすることができる。

第１実施形態の真空弁１は、駆動部２と弁本体３との間にベローズ１２の内部空間に連通するように設けたパージ室４０を有し、パージガス排出部３８が、パージ室４０を介してパージガス供給部３７と連通している。このような真空弁１は、パージガス供給部３７から連通路３９に入り損ねたパージガスが、パージ室４０を介してパージガス排出部３８へ向かって流れ、ベローズ１２内を流れたパージガスを巻き込みながらパージガス排出部３８に流れ込む。よって、第１実施形態の真空弁１によれば、ベローズ１２内をパージしたパージガスがパージガス排出部３８へ流れ込む流れを形成しやすい。

（第２実施形態）
図８は、第２実施形態に係る真空弁５１の断面図である。
第２実施形態の真空弁５１は、ロッド部材５２とベローズ５４の形状が第１実施形態と異なり、その他の点は第１実施形態と共通する。よって、ここでは、第１実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点は図面に第１実施形態と同一符号を付し、説明を適宜省略する。

＜真空弁の構成＞
真空弁５１は、ロッド部材５２が弁ロッド２５と連結ロッド５５とで構成されている。連結ロッド５５は、下端部がベローズ５４の弁体部５４ａに螺合接続されている。ベローズ５４は、ＰＴＦＥなどの耐熱性や耐腐食性に優れた樹脂を材質とする。ベローズ５４は、弁体部５４ａの下端外周面にテーパ面５４ｂが弁座１０の傾斜に対応して形成され、そのテーパ面５４ｂに設けたアリ溝にＯリング１５が設けられてる。

ロッド部材５２には、パージガス供給部３７から供給されたパージガスをベローズ５４の内部へ導入するための連通路５６が設けられている。連通路５６は、弁ロッド２５の導入ポート２５ａと第１内部流路２５ｂと、連結ロッド５５の第２内部流路５５ａと複数の通気孔５５ｂとで構成されている。

第２内部流路５５ａは、連結ロッド５５の上端面から軸線に沿って設けられている。連結ロッド５５は、第２内部流路５５ａの上端開口部の内周面に雌ねじが形成され、弁ロッド２５の先端に設けた雄ねじがねじ込まれて弁ロッド２５と接続されている。これにより、連結ロッド５５は、第２内部流路５５ａを第１内部流路２５ｂと同軸上に配置して第１内部流路２５ｂに連通させている。複数の通気孔５５ｂは、ベローズ５４の内部空間全体へパージガスを噴出するように、連結ロッド５５の円周方向に等間隔に設けられている。通気孔５５ｂは、連結ロッド５５がベローズ５４に連結する弁座側端部外周に設けられ、ベローズ５４の奥側（ベローズ側端面付近）にパージガスを噴出するようにしている。

＜パージ＞
このような真空弁５１は、パージガス供給部３７の供給側ノズル３３から噴出されたパージガスが、導入ポート２５ａ、第１内部流路２５ｂ、第２内部流路５５ａ、複数の通気孔５５ｂを介してベローズ５４の奥側へ排出される。パージガスは、後続のパージガスによって押し上げられて、パージガス排出部３８へ流れる。このとき、パージガスは、ベローズ５４を透過した透過ガスを巻き込みながら流れ、透過ガスを置換する。

＜作用効果＞
このように、第２実施形態の真空弁５１は、パージガス供給部３７をベローズ５４の内部空間へ連通させる連通路５６をロッド部材５２に設けることにより、パージガス供給部３７からベローズ５４の内部、パージガス排出部３８へのパージガスの流れを形成し、ベローズ５４内をパージする。よって、第２実施形態の真空弁５１は、第１実施形態の真空弁１と同様の作用効果を奏する。

第２実施形態の真空弁５１は、ベローズ５４に設けた弁体部５４に連結ロッド５５を螺合接続し、連結ロッド５５の第２内部流路５５ａから通気孔５５ｂへ直接パージガスを流している。そのため、真空弁５１は、連通路５６の流路構成が簡単になり、部品に流路を加工する手間を軽減してコストダウンを図ることができる。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
例えば、上記実施形態では、パージガス供給部３７とパージガス排出部３８を対向配置したが、例えば、パージガス排出部３８をパージガス供給部３７から９０度ずらすなど、パージガス供給部３７とパージガス排出部３８とを必ずしも対向配置しなくても良い。
例えば、上記第１実施形態では、連結ロッド２６に円周方向に長く通気孔２６ｃを設けたが、図９に示すように流路幅の狭い多数の通気孔２６ｃを円周方向に等間隔に設けても良い。
例えば、上記第１実施形態では、弁体１４の凸部１４ｃに２本の横流路１４ｂを設けたが、横流路１４ｂの数はこれに限定されず、図１０に示すように横流路１４ｂを４本形成しても良い。

本発明の第１実施形態に係る真空弁の外観斜視図である。図１のＡＡ断面図である。図１のＢＢ断面図である。図２に示す連結ロッドの断面形状を示す図である。図２に示す凸部の断面形状を示す図である。図３の要部拡大断面図である。透過ガスの置換率と時間とのシュミレーション結果を示す図である。縦軸は、ベローズ内外が同一濃度である場合を１００％とした場合の透過ガス濃度（％）を示す。横軸は、時間（分）を示す。本発明の第２実施形態に係る真空弁の断面図である。連結ロッドの変形例を示す断面図である。弁体の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１，５１真空弁
２駆動部
３弁本体
６第１開口部
７第２開口部
１０弁座
１２ベローズ
１４弁体
２５ａ導入ポート
２９，５２ロッド部材
３３供給側ノズル
３７パージガス供給部
３８パージガス排出部
３９，５６連通路
４０パージ室

Claims

第１開口部と第２開口部との間に弁座が設けられた弁本体と、前記弁座に当接又は離間する弁体と、前記弁本体内へ突き出すロッド部材に前記弁体が取り付けられて前記弁体に駆動力を付与する駆動部と、前記ロッド部材を覆うように前記弁本体内に配置され、弁座側端面に前記弁体が取り付けられたベローズとを備える真空弁において、
前記弁本体と前記駆動部との間に設けられ、パージガスを供給するパージガス供給部と、
前記弁本体と前記駆動部との間に設けられ、前記パージガスを排気するパージガス排出部と、を有し、
前記パージガス供給部を前記ベローズの内部空間へ連通させる連通路を前記ロッド部材に設けている
ことを特徴とする真空弁。
請求項１に記載する真空弁において、
前記連通路は、前記ロッド部材の弁座側端部外周面に開口している
ことを特徴とする真空弁。
請求項１又は請求項２に記載する真空弁において、
前記連通路は、前記ロッド部材の前記パージガス供給部に対応する位置に前記ロッド部材の軸線方向に長く設けられた導入ポートを有する
ことを特徴とする真空弁。
請求項３に記載する真空弁において、
前記パージガス供給部は、吐出口の開口面積が前記導入ポートの開口面積より小さく、前記導入ポートに向かって突出する供給側ノズルを有する
ことを特徴とする真空弁。
請求項４に記載する真空弁において、
前記供給側ノズルは、前記ロッド部材と非接触である
ことを特徴とする真空弁。
請求項１乃至請求項５の何れか一つに記載する真空弁において、
前記導入ポートの気圧が前記ベローズの内部気圧より高い
ことを特徴とする真空弁。
請求項４乃至請求項６の何れか一つに記載する真空弁において、
前記駆動部と前記弁本体との間に前記ベローズの内部空間に連通するように設けたパージ室を有し、
前記パージガス排出部は、前記パージ室を介して前記パージガス供給部と連通している
ことを特徴とする真空弁。