JP2010276096A - 真空用開閉弁 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1流路7と第2流路8とを連通する弁孔を有するバルブボディ4と、弁孔の外周に形成された弁座と当接又は離間する弁体と、弁体を駆動する駆動手段3と、バルブボディ4の外壁面に設けられたヒータ40と、ヒータ40をバルブボディ4の外壁面に押圧する取付板42と、ヒータ40と取付板42の間に断熱材41を有する真空用開閉弁1において、ヒータ40は、薄板状で、柔軟性のある半導体ヒータとする。
【選択図】図1
Description
そこで、バルブボディをヒータにより加熱することによって、プロセスガスと接触する部分の温度を高め生成物が付着することを防止している。
真空用開閉弁100は、バルブボディ101、加熱機構102を有する。加熱機構102は、金属で厚みのあるヒータである焼結体PTCヒータをアルミケースで覆ったものである。加熱機構102は、バルブボディ101の平面101Aに取り付けられている。
すなわち、加熱機構PTCヒータは金属で厚みがあるため柔軟性がない。そのため、図19には示さないが、バルブボディ101の表面に、例えば図5に示すように凹部4Aが必要で形成されている場合、加熱機構102と凹部4Aは接触しない。接触しない(接触面積が小さい)と、加熱機構102が直接凹部4Aを加熱することができないため温度が低くなるため問題となる。また、加熱機構102と接触しない(接触面積が小さい)と、伝熱効率が悪くなり、消費電力も増加するため問題となる。
さらに、特許文献2の図18に示す真空用開閉弁200においては、特許文献1の加熱機構102をバルブボディ204の外壁に用いたとしても、バルブボディ201の内で暖める場所である弁座209が暖まりにくいため問題となる。なぜなら、弁座209は、外気に触れる第2流路208が当接しており、弁座209は冷えやすいからである。また、弁座209は外壁部から離れた所に形成されているため、外壁部に用いられる加熱機構102の熱が直接伝わりにくいからである。さらに、弁座209は、プロセスガスが弁体210により堰き止められる場所であるため、特に生成物が付着しやすいため問題となる。
(1)第1流路と第2流路とを連通する弁孔を有するバルブボディと、弁孔の外周に形成された弁座と当接又は離間する弁体と、弁体を駆動する駆動手段と、バルブボディの外壁面に設けられたヒータと、ヒータをバルブボディの外壁面に押圧する取付板と、ヒータと取付板の間に断熱材を有する真空用開閉弁において、ヒータは、薄板状で柔軟性のある半導体ヒータであること、を特徴とすることにある。
(2)(1)に記載する真空用開閉弁において、前記半導体ヒータは、厚みが1.0mm以下であること、を特徴とすることにある。
(3)(1)に記載する真空用開閉弁において、断熱材は弾性力を有する弾性断熱材であること、弾性断熱材により半導体ヒータを前記バルブボディの外周面に密着させること、を特徴とすることにある。
(4)(3)に記載する真空用開閉弁において、取付板は端部に折り返されている折返し端部を有する折返し取付板であること、を特徴とすることにある。
(5)(4)に記載する真空用開閉弁において、折返し端部が同じ高さであること、折返し端部がバルブボディに接触することにより、弾性断熱材を均一に押圧することができ、半導体ヒータとバルブボディとの密着度合いを均一にすること、を特徴とすることにある。
(6)(4)に記載する真空用開閉弁において、折返し端部が取付板の一端に形成されていること、又は、折返し端部が取付板の両端に形成され、両端の折返し端部の高さが異なること、を特徴とすることにある。
(7)(4)又は(6)に記載する真空用開閉弁において、取付板が、弾性断熱材の押圧力を場所により変化させることにより、半導体ヒータとバルブボディとの密着度合いを変化させること、を特徴とすることにある。
(8)(3)に記載する真空用開閉弁において、取付板が、コの字形状をしているコの字取付板であること、取付前の状態においては、コの字取付板の開口部が内側に細くなっていること、コの字取付板の開口部を拡げた後に戻る反力により、弾性断熱材を押し付け、半導体ヒータとバルブボディを密着させること、を特徴とすることにある。
(9)(4)乃至(8)に記載するいずれか一つの真空用開閉弁において、遮蔽板を有すること、を特徴とすることにある。
(1)第1流路と第2流路とを連通する弁孔を有するバルブボディと、弁孔の外周に形成された弁座と当接又は離間する弁体と、弁体を駆動する駆動手段と、バルブボディの外壁面に設けられたヒータと、ヒータをバルブボディの外壁面に押圧する取付板と、ヒータと取付板の間に断熱材を有する真空用開閉弁において、ヒータは、薄板状で柔軟性のある半導体ヒータであることにより、バルブボディの外壁面に凹凸があったとしても半導体ヒータを密着させることができる。それにより、ヒータとバルブボディの接触面積が大きくなり伝熱効率が良くなり、ヒータの消費電力も少なくて済む。
(2)前記半導体ヒータは、厚みが1.0mm以下であることにより、半導体ヒータを薄板状で、かつ、柔軟性のあるものとすることができる。それにより、バルブボディの外壁面に凹凸があったとしても半導体ヒータを変形させバルブボディに密着させる形状とすることができる。
(3)断熱材は弾性力を有する弾性断熱材であること、弾性断熱材により半導体ヒータを前記バルブボディの外周面に密着させることにより、バルブボディに凹凸があったとしても、断熱材がバルブボディの凹凸形状に変形し、半導体ヒータも同様にバルブボディの凹凸形状に変形させることができる。それにより、大きな接触面積で密着させることができる。
(4)取付板は端部に折り返されている折返し端部を有する折返し取付板であることにより、取付板で弾性断熱材を押圧するとき、弾性断熱材への押圧力は折返し端部の高さで調整することができ、それにより、半導体ヒータとバルブボディとの密着度合を調節することができる。そして、密着度合いによりバルブボディの温度を調節することができる。
(5)折返し端部が同じ高さであること、折返し端部がバルブボディに接触することにより、弾性断熱材を均一に押圧することができ、半導体ヒータとバルブボディとの密着度合いを均一にすることができる。
(6)折返し端部が取付板の一端に形成されていること、又は、折返し端部が取付板の両端に形成され、両端の折返し端部の高さが異なることにより、弾性断熱材への押圧力を場所により変化させることができる。押圧力を変化させることにより、例えば、生成物が析出しやすい弁座付近の押圧力を高め、弁座付近を高温にすることができる。
(7)取付板が、弾性断熱材の押圧力を場所により変化させることにより、半導体ヒータとバルブボディとの密着度合いを変化させることができる。例えば、生成物が析出しやすい弁座付近等の密着度合いを他の部分よりも密にすることにより、弁座付近の温度を上げることができる。
(8)取付板が、コの字形状をしているコの字取付板であること、取付前の状態においては、コの字取付板の開口部が内側に細くなっていること、コの字取付板の開口部を拡げた後に戻る反力により、弾性断熱材を押し付け、半導体ヒータとバルブボディを密着させることができる。
(9)遮蔽板を有することにより、高温の取付板に作業者が触れて火傷することを防ぐことができる。また、取付板への気流が直接当たることを防ぐため、大気への放熱による温度低下を防ぐことができる。
(第1実施形態)
図1に真空用開閉弁1の正面図を示す。図2に、図1の真空用開閉弁1のAA断面図を示す。図3は、第1実施形態に係る図2に示す真空用開閉弁1(閉弁時)のLL断面図を示す。図4は、第1実施形態に係る図2に示す真空用開閉弁1(開弁時)のLL断面図を示す。図3及び図4に示す真空用開閉弁1は、従来技術と同様、半導体製造装置に設けられた反応室と真空ポンプとの間に配置される。
真空用開閉弁1は、ベローズ31を伸縮させながら弁開閉を行うON−OFF式遮断弁であって、反応室からガスを排出する配管の開放と遮断を制御する。真空用開閉弁1は、弁部2にアクチュエータ部3の駆動力を与えて弁開閉を行う。真空用開閉弁1の内部の構成は、本出願人が行った出願である上記特許文献2の発明と構成が同様であるため、ここでは説明を割愛する。
図1に示すように、真空用開閉弁1は、弁部2及びアクチュエータ部3により構成されている。弁部2の外面には弁本体4が露出している。弁本体4には、第1流路7及び第2流路8が形成されている。
バルブボディ4の側面のうち、第2流路8が形成された面以外の3面には、薄型のヒータ40、樹脂製の断熱材41、及び、取付板42が取付けられている。
ヒータ40は、本実施例においては例えば、ゲルマヒーター(日本ゲルマヒーター株式会社製、登録商標)を使用する。ゲルマヒーターは、厚み0.3mmの極薄の板状の形状で、半導体である発熱部を電気的絶縁性の有る樹脂フィルムで被覆したもので、かつ、柔軟性を有するため、バルブボディ4に凹凸がある場合には、凹凸の形状に沿うような形状に変形することができる。また、自己制御することができる。
また、ゲルマヒータの発熱は面発熱による。抵抗は高く一定であり、電流は小電流で一定であり、消費電力は少ない。伝熱効率は良く、90%以上である。温度特性として、自己制御性がある。また、構造の変化がないため寿命が長い。
取付板42は、金属である。取付板42の大きさは、断熱材41と同様か又はそれ以上の大きさである。取付板42の四隅には、4つのネジ孔42Aが形成されている。ネジ孔42Aには、ネジ43が挿入され、取付板42をバルブボディ4に固定している。
第1に、バルブボディ4にヒータ40を貼り付ける。ヒータ40は、厚み0.3mmの薄板状のものであるため、バルブボディ4の側面に密着させることができる。
第2に、断熱材41をヒータ40の上に貼り付け、ヒータ40の上から断熱材41をバルブボディ4の方向に対して押圧する。
第3に、取付板42を断熱材41の上から固定する。具体的には、取付板42のネジ孔42Aにネジ43をはめ込む。ネジ43をはめ込むことにより、取付板42はバルブボディ2の方向へ押圧される。取付板42がバルブボディ4の方向へ押圧されると、断熱材41及びヒータ40をバルブボディ4へ押圧することができる。
断熱材41には、弾性力があるため、バルブボディ4の方向へ押圧されると、弾性力によりヒータ40をバルブボディ4の方向へ押圧することができる。ヒータ40は、厚み0.3mmと薄く、かつ、柔軟性を有するため、断熱材41の弾性力によりバルブボディ4に押圧され、ヒータ40とバルブボディ4の間の空気層がなくなるほど押圧することができる。そのため、図2に示すように、ヒータ40をバルブボディ4に密着させることができる。
真空用開閉弁1を加熱するのは、真空用開閉弁1の第1流路7、第2流路8、弁室5を流通するプロセスガスの生成物が、常温で析出しないようにするためである。プロセスガスが常温で生成物が析出し付着されると、第1流路7、第2流路8、弁室5等に付着し、真空開閉弁1の機密性を阻害したり、流路が絞られてしまうためである。
そのため、半導体製造工程で使用される真空用開閉弁1は、バルブボディ4をヒータ40により加熱することによって、プロセスガスと接触する部分の温度を高め生成物が付着することを防止している。
したがって、プロセスガスの流体の温度を高め生成物の付着を防止することができる。
なお、本実施例では、厚さ0.3mmの半導体ヒータを用いているが、厚さ1.0mmの場合、厚さ0.3mmのものよりも厚みはあるが、十分に柔軟性を確保することができるため、バルブボディ4の側面の凹凸に適合した形状にできる。なお、厚さ1.0mmとすると厚さ0.3mmと比べ厚みを有するため伝熱効率・発熱効率が悪くなるが、半導体ヒータの目標温度が低い場合には十分実用に耐えることを実験により確認している。
さらに、厚さ0.7mmであれば、1.0mmよりも柔軟性を有するため、厚さ1.0mmよりも容易にバルブボディ4の側面の凹凸に適合した形状にできる。また、0.5mmであれば、0.7mmよりも伝熱効率・発熱効率が良いため省エネになり効果的であることを実験により確認している。
したがって、弾性力のある断熱材41を有することにより、ヒータ40を、バルブボディ4に適合した形状にすることができ、さらに、バルブボディ4とヒータ40の間に空気層がなくなるほどを密着させることができるため、バルブボディ4とヒータ40の接触面積が大きくなり伝熱効率が良くなる。
図3に示すように、弁部2は、「弁本体」に内蔵される。「弁本体」は、第1流路7と第2流路8との間に弁座9を設けた弁室5を形成するものであり、本実施形態では、バルブボディ4と第2閉鎖プレート20とパイプ部材28によって構成されている。第2流路8と弁室5の当接部に弁孔17が形成されている。弁孔17の外周には弁座9が形成されている。バルブボディ4は、剛性及び耐圧性を確保するためにステンレスや炭素鋼などの金属を材質とする。バルブボディ4は、第2閉鎖プレート20に塞がれて弁室5を形成するための中空部6を備える。中空部6には、バルブボディ4の側面に開口する第1流路7が連通すると共に、バルブボディ4の図中下面に開口する第2流路8が連通している。バルブボディ4は、第1流路7が中空部6に開口する開口部の周りに設けられた平坦面により弁座9が構成されている。弁座9には、弁体10が当接又は離間する。
上記構成を有する真空用開閉弁1は、例えば、第2流路8が真空ポンプに接続され、第1流路7が真空容器に接続される。そして、操作ポート25に図示しない操作流体制御装置が接続される。
操作ポート25に操作流体を供給しないときには、図3に示すように、復帰ばね30の弾性力によって弁体10が弁座9に当接し、第1流路7と第2流路8との間を遮断する。そのため、第1流路7から第2流路8へと流体が流れない。よって、真空容器は真空引きされない。
その後、二次室21bの操作流体を排気し、復帰ばね30の弾性力が二次室21bの内圧に打ち勝つと、弁体10が復帰バネ30に付勢されて下降し、図3に示すように弁座9に当接する。そのため、第1流路7と第2流路8との間が再び遮断され、流体が流れなくなる。よって、真空容器は真空引きされなくなる。
第2実施形態に係る真空用開閉弁1Bを図6及び図7に記載する。真空用開閉弁1Bは、第1実施形態と比較して取付板の形状を除いて、第1実施形態の真空用開閉弁1と相違するところがないため、取付板を除いて説明を割愛する。
図6及び図7に、取付板端部に折り返されている折返し端部を有する折返し取付板52を示す。折り返された端部を、折返し端部521とする。
図6に示すように、折返し取付板52は、折返し端部521の長さを調整することで、バルブボディ4と折返し取付板52との隙間高さXを調整することができ、折返し取付板52の押さえつけ力を調整することができる。折返し端部521の高さを両端で変えることにより、ネジ43で固定する際の押圧力が変わる。したがって、折返し取付板52の押圧力を場所により変化させることにより、ヒータ40とバルブボディ4との密着度合いを変化させることができ、生成物が析出し付着しやすい弁座9付近の密着度を他の部分よりも密にすることにより、弁座9付近の温度を上げることができる。
また、図7に示すように、折返し端部521が同じ長さであれば、折返し取付板52をネジ43で固定する際にかかる荷重が同じとなり、ヒータ40をバルブボディ4に均等な力で接触させることができる。
第3実施形態に係る真空用開閉弁1Cを図8に記載する。真空用開閉弁1Cは、第1実施形態と比較して取付板の形状を除いて、第1実施形態の真空用開閉弁1と相違するところがないため、取付板を除いて説明を割愛する。
図8に示すように、取付板をL字形状とするL字取付板62を示す。L字取付板62は、取付板の一端を折り返してL字形状としたものである。折り返された端部を、折返し端部621とする。折返しのない端部を他端部622とする。
すなわち、真空用開閉弁1Cにおいては、プロセスガスの生成物が、析出し付着し易い弁座9付近を高温にしたい。弁座9付近は第2流路8がヒータ40と当接しておらず、さらに、外気に触れている部分であるため温度が下がりやすいからである。
そこで、L字取付板62のうちヒータ40を寄り近くで押圧することができる他端部622を弁座9付近にもってくる。他端部622は、折返し端部がなくヒータ40に近いため、ネジ43で固定する際にその押圧力が伝わりやすい。したがって、ヒータ40をバルブボディ4に対して強く押圧することができるため、弁座9付近の温度を上げることができる。
したがって、L字取付板62の押圧力を場所により変化させることにより、ヒータ40とバルブボディ4との密着度合いを変化させることができ、生成物が析出し付着しやすい弁座9付近の密着度を他の部分よりも密にすることにより、弁座9付近の温度を上げることができる。
第4実施形態に係る真空用開閉弁1Dを図10乃至図13に記載する。真空用開閉弁1Dは、第1実施形態と比較して取付板の形状及び断熱材の形状を除いて、第1実施形態の真空用開閉弁1と相違するところがないため、取付板を除いて説明を割愛する。
図11に示すように、取付板をコの字形状とするコの字取付板72を示す。また、図12に示すように、コの字取付板72の開口部721は内側に細くなっている。コの字取付板72には、ネジ孔計8個形成されている。
断熱材をコの字形状とするコの字断熱材71とする。
また、第1実施例に係る取付板42では、バルブボディ4に取付ける際には、計12個のネジ43を必要とするのに対して、コの字取付板72をバルブボディ4に取付ける際には、ネジ43を計8個使用するだけでよいため、取付に際するコストの削減を図ることができる。
第5実施形態に係る真空用開閉弁1Eを図14及び図15に記載する。真空用開閉弁1Eは、第1実施形態と比較して取付板の上方に取り付けられた遮蔽板に関係するものを除いて、第1実施形態の真空用開閉弁1と相違するところがないため、遮蔽板に関係するものを除いて他の説明を割愛する。
図14に示すように、真空用開閉弁1Eは、バルブボディ4、ヒータ40、断熱材41、取付板42、取付ネジ86、遮蔽板85、ネジ83を有する。
図15に示すように、取付ネジ86は、ボルト形状であるネジ頭86A及びネジ部86Bを有する。ネジ頭86Aの中心部には、雌ネジ861Aが形成されている。
遮蔽板85は、取付板82と同程度の大きさである。
また、ネジ頭86Aの高さ空間には、空気層が存在する。空気層は断熱材の役割を果たすため、外側(遮蔽板85側)へ伝わるよりも内側(バルブボディ4側)へ熱が伝わりやすくなる。空気層には、熱がこもるため保温効果を得ることができる。
第6実施形態に係る真空用開閉弁1Fを図16及び図17に記載する。真空用開閉弁1Fは、第1実施形態と比較して取付板の上に断熱材が取付けられていること形状及び断熱材の形状を除いて、第1実施形態の真空用開閉弁1と相違するところがないため、取付板の上に断熱材が取付けられていることを除いて説明を割愛する。
図16及び図17に示すように、真空用開閉弁1Fは、バルブボディ4、ヒータ40、断熱材41、断熱材付取付板92、取付ネジ93を有する。
断熱材付取付板92は、断熱材部92A及び取付板部92Bを有する。断熱材部92A及び取付板部92Bには、取付孔92Cが形成されている。
真空用開閉弁1Fは、断熱材部92A、及び、断熱材41との2重の断熱材を有する。また、断熱材部92Aと断熱材41は、取付板部92Bを挟んでいる。したがって、ヒータ40から生じた熱は、断熱材41を有するため取付板部92Bには直接伝わらない。また、断熱材部92Aが外面に取付けられているため、取付板部92Bに伝わった熱は、外面には直接伝わらない。したがって、製品外面の表面温度を下げることができ、作業者が使用する時の安全性を向上させることができる。
例えば、本実施例においては、断熱材を使用することとしたが、断熱材を用いずヒータを取付板のみで取り付けることもできる。
2 弁部
3 アクチュエータ部
4 バルブボディ
7 第1流路
8 第2流路
9 弁座
10 弁体
40、70 ヒータ
41、71 断熱材
42 取付板
52 折返し取付板
62 L字取付板
72 コの字取付板
85 遮蔽板
92 断熱材付取付板
Claims (9)
- 第1流路と第2流路とを連通する弁孔を有するバルブボディと、前記弁孔の外周に形成された弁座と当接又は離間する弁体と、前記弁体を駆動する駆動手段と、前記バルブボディの外壁面に設けられたヒータと、前記ヒータを前記バルブボディの外壁面に押圧する取付板と、前記ヒータと前記取付板の間に断熱材を有する真空用開閉弁において、
前記ヒータは、薄板状で柔軟性のある半導体ヒータであること、
を特徴とする真空用開閉弁。 - 請求項1に記載する真空用開閉弁において、
前記半導体ヒータは、厚みが1.0mm以下であること、
を特徴とする真空用開閉弁。 - 請求項1に記載する真空用開閉弁において、
前記断熱材は弾性力を有する弾性断熱材であること、
前記弾性断熱材により前記半導体ヒータを前記バルブボディの外面に密着させること、
を特徴とする真空用開閉弁。 - 請求項3に記載する真空用開閉弁において、
前記取付板は端部に折り返されている折返し端部を有する折返し取付板であること、
を特徴とする真空用開閉弁。 - 請求項4に記載する真空用開閉弁において、
前記折返し端部が同じ高さであること、
前記折返し端部が前記バルブボディに接触することにより、前記弾性断熱材を均一に押圧することができ、前記半導体ヒータと前記バルブボディとの密着度合いを均一にすること、
を特徴とする真空用開閉弁。 - 請求項4に記載する真空用開閉弁において、
前記折返し端部が前記取付板の一端に形成されていること、又は、前記折返し端部が前記取付板の両端に形成され、前記両端の折返し端部の高さがことなること、
を特徴とする真空用開閉弁。 - 請求項4又は請求項6に記載する真空用開閉弁において、
前記取付板が、前記弾性断熱材の押圧力を場所により変化させることにより、前記半導体ヒータと前記バルブボディとの密着度合いを変化させること、
を特徴とする真空用開閉弁。 - 請求項3に記載する真空用開閉弁において、
前記取付板が、コの字形状をしているコの字取付板であること、
取付前の状態においては、前記コの字取付板の開口部が内側に細くなっていること、
前記コの字取付板の前記開口部を拡げた後に戻る反力により、前記弾性断熱材を押し付け、前記半導体ヒータと前記バルブボディを密着させること、
を特徴とする真空用開閉弁。 - 請求項4乃至請求項8に記載するいずれか一つの真空用開閉弁において、
遮蔽板を有すること、
を特徴とする真空用開閉弁。
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