JP2015178896A - 真空圧力比例制御弁、バルブボディ、及び、バルブボディの流路形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンダクタンスを確保すると共に小型化できる真空圧力比例制御弁、バルブボディ、及び、バルブボディの流路形成方法を提供すること。
【解決手段】真空圧力比例制御弁１Ａのバルブボディ２は、同軸上に形成された第１及び第２ポート２１，２５と、第１及び第２ポート２１，２５の軸線に対して直交する方向に形成された有底開口部２３と、有底開口部２３と同軸上に形成されて第１ポート２１に連通する弁孔２２と、弁孔２２が有底開口部２３の底壁２３ａに開口する開口部分の周りに沿って設けられた弁座２６と、有底開口部２３と第２ポート２５を連通させるＵ字流路２４を有し、Ｕ字流路２４が、第１ポート側に環を開いたＵ字形状をなし、弁座２６より外側に有底開口部２３の軸線に沿って形成されており、バルブボディ２の底面２ｂに開口するものであって、閉鎖部材２７が底面２ｂに取り付けらてＵ字流路２４を塞いでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、バルブボディと、バルブボディに内包される弁体と、バルブボディに取り付けられて弁体に駆動力を付与するアクチュエータを備え、バルブボディが、同軸上に形成された第１ポート及び第２ポートと、第１及び第２ポートの軸線に対して直交する方向に形成され、弁体を収納する有底開口部と、有底開口部と同軸上に形成されて第１ポートに連通する弁孔と、弁孔が有底開口部の底壁に開口する開口部分の周りに沿って設けられ、弁体が当接又は離間する弁座と、有底開口部と第２ポートを連通させる連通路を備えている真空圧力比例制御弁、バルブボディ、及び、バルブボディの流路形成方法に関する。

例えば、半導体製造装置は、反応容器に給排気する各種ガスの流量や圧力を精度良く制御して製品品質を向上させるために、反応容器に対して様々な流体制御機器を配管を介して接続することにより構成されている。流体制御機器の１つに、真空圧力比例制御弁がある。真空圧力比例制御弁は、反応容器と真空ポンプとの間に配置され、反応容器から真空ポンプへガスを排気する際の排気流量をストロークに比例して制御する。

図９は、従来の真空圧力比例制御弁１０１の要部断面図である。バルブボディ１０２は、第１ポート１０２ａが弁孔１０２ｂ、有底開口部１０２ｃ、斜め流路１０２ｄを介して第２ポート１０２ｅに連通している。弁体１０３は、有底開口部１０２ｃに内包され、アクチュエータ１０４から付与される駆動力に応じて直線往復運動する。弁体１０３は、テーパ形状の弁座面１０２ｆに対応して、テーパ弁体面１０３ａが設けられている。Ｏリング１０５は、テーパ弁体面１０３ａから一部を突出させた状態で弁体１０３に取り付けられ、弁座面１０２ｆと弁体１０３との間で弾性変形する。ベローズ１０６は、有底開口部１０２ｃに伸縮可能に配置され、ガスが有底開口部１０２ｃからアクチュエータ１０４へ漏れることを防ぐ。

このような真空圧力比例制御弁１０１は、第１ポート１０２ａが配管１１１を介して反応容器１１０に接続され、第２ポート１０２ｅが配管１２１を介して真空ポンプ１２０に接続される。真空圧力比例制御弁１０１は、反応容器１１０で膜処理が施される間、アクチュエータ１０４が弁体１０３に駆動力を付与せず、弁閉している。そのため、反応容器１１０は、真空ポンプ１２０が駆動していても、ガスが排気されない。

膜処理が終了して排気を行う場合、真空圧力比例制御弁１０１は、弁座面１０２ｆを挟んで上流側（第１ポート１０２ａ側）と下流側（第２ポート１０２ｅ側）の差圧が大きくなっている。そこで、真空圧力比例制御弁１０１は、Ｏリング１０５と弁座面１０２ｆの間からガスを漏れさせるように、弁体１０３を僅かに上昇させる。これにより、反応容器１１０のガスは、パーティクルを巻き上げないように微小流量で排気され始める。

その後、反応容器１１０の内圧が所定圧まで低下すると、真空圧力比例制御弁１０１は、弁体１０３を更に上昇させ、排気流量を増加させる。この時点では、真空圧力比例制御弁１０１の上流側と下流側の差圧が十分に小さくされている。そのため、ガスは、パーティクルを巻き上げないように排気流量が増加され、排気時間が短縮される。真空圧力比例制御弁１０１は、反応容器１１０の内圧が目標真空圧力に達すると、弁閉状態に復帰する。

このような真空圧力比例制御弁１０１によれば、パーティクルを巻き上げないように、反応容器１１０からガスを排気する排気時間を短縮できる（例えば特許文献１参照）。

特許第３８５４４３３号公報

しかしながら、近年、半導体製造装置の小型・集積化が進んでいる。それに伴って、真空圧力比例制御弁１０１にも小型化が求められている。真空圧力比例制御弁１０１のバルブボディ１０２は、直交する方向に形成された有底開口部１０２ｃと第２ポート１０２ｅを連通させるために、切削ドリルが有底開口部１０２ｃの上端開口部から有底開口部１０２ｃの第２ポート１０２ｅ側内壁に先端部を押し当てらるように挿入され、有底開口部１０２ｃの内壁から第２ポート１０２ｅへ向かって斜めに切削することにより、斜め流路１０２ｄを形成されていた。そのため、バルブボディ１０２は、第１ポート１０２ａが開口する第１側面１０２ｇと第２ポート１０２ｅが開口する第２側面１０２ｈの面間距離Ｗ１１が長く、設置面積が大きくなってしまっていた。よって、真空圧力比例制御弁１０１は、バルブサイズが十分に小型化されていなかった。

また、近年、半導体の微細加工が進んでいる。そのため、真空圧力比例制御弁１０１は、広い制御範囲が求められている。真空圧力比例制御弁１０１は、斜め流路１０２ｄが、有底開口部１０２ｃの第２ポート１０２ｅ側の内壁に円形に開口していた。それに対して、弁孔１０２ｂから有底開口部１０２ｃへ流れるガスの流路は、環状又は円形状であった。そのため、ガスは、弁座面１０２ｆの全周にわたって有底開口部１０２ｃへ流出した後、斜め流路１０２ｄへ向かって流れる必要があった。そして、ガスは、有底開口部１０２ｃと斜め流路１０２ｄとの間で流路断面積が急激に狭くなるため、有底開口部１０２ｃから斜め流路１０２ｄへ流れ込む際に、乱流部や滞留部を発生させることがあった。よって、従来の真空圧力比例制御弁１０１は、流路断面積に比べて、コンダクタンスが十分に確保されていなかった。

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、コンダクタンスを確保すると共に小型化できる真空圧力比例制御弁、バルブボディ、及び、バルブボディの流路形成方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、次のような構成を有している。
（１）バルブボディと、前記バルブボディに内包される弁体と、前記バルブボディに取り付けられて前記弁体に駆動力を付与するアクチュエータを備え、前記バルブボディが、同軸上に形成された第１ポート及び第２ポートと、前記第１及び前記第２ポートの軸線に対して直交する方向に形成され、前記弁体を収納する有底開口部と、前記有底開口部と同軸上に形成されて前記第１ポートに連通する弁孔と、前記弁孔が前記有底開口部の底壁に開口する開口部分の周りに沿って設けられ、前記弁体が当接又は離間する弁座と、前記有底開口部と前記第２ポートを連通させる連通路を備えている真空圧力比例制御弁において、前記連通路が、第１ポート側に環を開いたＵ字形状をなし、前記弁座より外側に前記有底開口部の軸線に沿って形成されており、前記バルブボディの前記アクチュエータを取り付けられるアクチュエータ取付面と対向する底面に開口するＵ字流路であって、前記底面に取り付けられて前記Ｕ字流路を塞ぐ閉鎖部材を有することを特徴とする。

（２）（１）に記載の構成において、好ましくは、前記Ｕ字流路は、軸線方向に対して直交する方向に切断した断面の流路断面積が、前記弁孔の前記開口部分の開口面積より大きい。

（３）（２）に記載の構成において、好ましくは、前記第１ポートと前記弁孔と前記第２ポートの流路径が同一であり、前記弁座が前記第２ポートの頂部分より僅かに高い位置に設けられている。

（４）（１）乃至（３）の何れか１つに記載の構成において、好ましくは、前記バルブボディが直方体形状をなし、前記バルブボディの外周面に取り付けられて前記バルブボディを加熱する加熱手段を有する。

（５）また、本発明の他の態様によれば、同軸上に形成された第１ポート及び第２ポートと、前記第１及び前記第２ポートの軸線に対して直交する方向に形成され、弁体を収納する有底開口部と、前記有底開口部と同軸上に形成されて前記第１ポートに連通する弁孔と、前記弁孔が前記有底開口部の底壁に開口する開口部分の周りに沿って設けられ、前記弁体が当接又は離間する弁座と、前記有底開口部と前記第２ポートを連通させる連通路を備えるバルブボディにおいて、前記連通路が、第１ポート側に環を開いたＵ字形状をなし、前記弁座より外側に前記有底開口部の軸線に沿って形成されており、前記バルブボディのアクチュエータを取り付けられるアクチュエータ取付面と対向する底面に開口するＵ字流路であって、前記底面に取り付けられて前記Ｕ字流路を塞ぐ閉鎖部材を有することを特徴とする。

（６）本発明の更に他の態様によれば、弁体に駆動力を付与するアクチュエータを取り付けられるバルブボディの流路形成方法において、前記アクチュエータが取り付けられるアクチュエータ取付面から、前記弁体を収納する有底開口部を円柱形状に形成する有底開口部形成工程と、前記アクチュエータ取付面から、前記有底開口部より小径の弁孔を、前記有底開口部と同軸上に形成する弁孔形成工程と、前記弁孔が前記有底開口部の底壁に開口する開口部分の周りに沿って設けられて前記弁体が当接又は離間する弁座より外側に、一方に環を開いたＵ字形状のＵ字流路を、前記アクチュエータ取付面と対向する底面から前記有底開口部の軸線に沿って形成し、前記有底開口部に連通するように形成するＵ字流路形成工程と、前記Ｕ字流路の環が開いた方向にある第１側面から前記弁孔に連通するように形成する第１ポートと、前記第１側面と対向する第２側面から前記Ｕ字流路に連通するように形成する第２ポートを、同軸上に設けるポート形成工程と、前記Ｕ字流路を塞ぐ閉鎖部材を前記底面に固定するＵ字流路閉鎖工程とを有することを特徴とする。

上記構成の真空圧力比例制御弁は、バルブボディに対して直交する方向に形成された有底開口部と第２ポートが、Ｕ字流路を介して連通している。Ｕ字流路は、弁座より外側に、第１ポート側に環を開いたＵ字形状で形成されている。そのため、Ｕ字流路は、第１ポートと弁孔を避けて弁座の外側にほぼ環状に設けられ、弁孔から有底開口部へ環状に流れ出した流体が流れ込みやすい。Ｕ字流路は、有底開口部の軸線に沿って形成されている。そのため、バルブボディは、第１ポートが開口する第１側面と第２ポートが開口する第２側面の面間距離が短い。そして、Ｕ字流路は、バルブボディの底面に開口するように設けられている。これにより、Ｕ字流路は、有底開口部の制約を受けずに形成される。バルブボディは、底面に閉鎖部材が取り付けられてＵ字流路を塞がれ、第１ポートが弁孔、有底開口部、Ｕ字流路を介して第２ポートに連通している。

このようなバルブボディを備える真空圧力比例制御弁は、アクチュエータが弁体に駆動力を付与しない場合には、弁体が弁座に当接して、第１ポートから第２ポートへ流体が流れない。

一方、真空圧力比例制御弁は、弁体がアクチュエータから駆動力を付与されて上昇すると、流体がストロークに比例した流量で弁座と弁体の間から有底開口部へ流出し、Ｕ字流路を介して第２ポートへ流れる。流体は流れやすい所を流れる性質を有する。そのため、第１ポートから弁孔まで流れた流体は、第２ポートに近い位置から有底開口部へ大量に流出してＵ字流路へ流れ込み、第２ポートへ流れる。つまり、第１ポートから弁孔まで流れた流体は、Ｕ字流路が形成されていない部分へほとんど流出せず、有底開口部内に滞留部や乱流部を発生させない。よって、Ｕ字流路が第１ポート側に環を開いたＵ字形状に形成されていても、第１ポートに供給された流体が弁孔、有底開口部、Ｕ字流路を介して第２ポートへ円滑に流れる。

よって、上記構成の真空圧力比例制御弁によれば、バルブボディが、有底開口部と第２ポートを連通させるＵ字流路を軸線方向に形成することで、第１及び第２ポートが開口する第１及び第２側面の面間距離を短縮され、設置面積を小さくされる。そのため、真空圧力比例制御弁は、バルブサイズが小型化される。また、上記構成の真空圧力比例制御弁によれば、バルブボディ２が、第１ポート側に環を開いたＵ字形状にＵ字流路を形成され、有底開口部と第２ポートを連通させるＵ字流路を弁座より外側にほぼ環状に形成されているので、流体が弁孔から有底開口部を介してＵ字流路へ流れ込みやすい。よって、真空圧力比例制御弁及びバルブボディは、流体が第１ポートから弁孔、有底開口部、Ｕ字流路を介して第２ポートへ円滑に流れるので、コンダクタンスが確保される。

ところで、真空圧力比例制御弁では、例えば、第１ポートに接続する反応容器が高真空状態になると、第１ポートに供給される流体の分子が少なくなる。この場合、分子が互いにぶつかり合うと、流体の流れを悪くする恐れがある。しかし、Ｕ字流路は、軸線方向に対して直交する方向に切断した断面の流路断面積が、弁孔が有底開口部の底壁に開口する開口部分の開口面積より大きい。そのため、分子の少ない流体は、弁孔の全周から有底開口部へ流出した後、分子同士を殆どぶつかり合わせずにＵ字流路に流れ込む。よって、上記構成の真空圧力比例制御弁によれば、分子の少ない流体でもバルブボディ内を流れやすくして、コンダクタンスを確保できる。

また、上記構成の真空圧力比例制御弁は、第１ポートと弁孔と第２ポートの流路径が同一であり、弁座が第２ポートの頂部分より僅かに高い位置に設けられているので、流体が第１ポートから弁孔、Ｕ字流路を介して第２ポートへ直線的に流れ、コンダクタンスを確保できる。

また、上記構成の真空圧力比例制御弁は、バルブボディが直方体形状をなし、バルブボディの外周面に取り付けられてバルブボディを加熱する加熱手段を有するので、バルブボディに加熱手段を脱着しやすい。

上記構成のバルブボディの流路形成方法では、有底開口部形成工程において、バルブボディのアクチュエータ取付面から、弁体を収納する有底開口部を円柱形状に形成する。その後、弁孔形成工程において、アクチュエータ取付面から有底開口部より小径の弁孔を有底開口部と同軸上に形成する。これにより、有底開口部の底壁には、弁孔の開口部分の外周に沿って弁座が設けられる。そして、Ｕ字流路形成工程において、アクチュエータ取付面に対向する底面から、弁座の外側に、一方に環を開いたＵ字形状のＵ字流路を有底開口部の軸線に沿って形成し、有底開口部に連通させる。そして、ポート形成工程において、Ｕ字流路が環を開く方向にあるバルブボディの第１側面から弁孔に連通するように形成する第１ポートと、バルブボディの第１側面に対向する第２側面からＵ字流路に連通するように形成する第２ポートを、同軸上に設ける。そして、Ｕ字流路閉鎖工程において、底面に閉鎖部材を取り付けてＵ字流路を塞ぐ。

よって、上記構成のバルブボディの流路形成方法によれば、有底開口部の制約を受けずに、Ｕ字流路を有底開口部の軸線に沿って形成できるので、コンダクタンスを確保できる小型のバルブボディを簡単に製造できる。

本発明の第１実施形態に係る真空圧力比例制御弁の要部断面図であって、弁閉状態を示す。 図１に示す真空圧力比例制御弁の弁開状態を示す。 図１に示すバルブボディの外観斜視図である。 図２のＡＡ断面図である。 図２のＢＢ断面図である。 図１の真空圧力制御弁における流体の流れを説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る真空圧力比例制御弁の外観斜視図である。 図７に示す真空圧力比例制御弁の要部断面図である。 従来の真空圧力比例制御弁の要部断面図である。

以下に、本発明に係る真空圧力比例制御弁、バルブボディ、及び、バルブボディの流路形成方法の実施形態について図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る真空圧力比例制御弁１Ａの要部断面図である。図２は、図１に示す真空圧力比例制御弁１Ａの弁開状態を示す。真空圧力比例制御弁１Ａは、バルブボディ２にアクチュエータ４を取り付けることにより、外観が構成されている。真空圧力比例制御弁１Ａは、弁体３がアクチュエータ４から付与される駆動力に応じて上昇し、ストロークに比例した流量に流体を制御するものである。真空圧力比例制御弁１Ａは、コンダクタンスを確保して小型化できるように、有底開口部２３と第２ポート２５を連通させるＵ字流路２４がバルブボディ２に形成されている。

アクチュエータ４は、弁ロッド４１が有底開口部２３に直進往復運動可能に突出し、弁体３に連結されている。弁体３は、圧縮ばね４２により弁座方向に常時付勢されている。ベローズ５は、有底開口部２３に配置されて弁体３のストロークに応じて伸縮し、流体が有底開口部２３からアクチュエータ４へ漏れることを防いでいる。ベローズ５は、上端部５ｇが嵌合凹部２ｇに嵌め合わされた状態でバルブボディ２とアクチュエータ４に狭持されている。

弁体３は、ベローズ５の下端部５ｂにＯリング３１を介して固定プレート３２を固定ねじ３３で固定することにより、構成されている。アリ溝３４は、下端部５ｂと固定プレート３２との間に環状に形成され、Ｏリング３１が弁体３から弁座２６側へ一部を突出させて弾性変形できるように、Ｏリング３１を保持している。真空圧力比例制御弁１Ａは、圧縮ばね４２の付勢力によりＯリング３１を弁座２６に密着させることで、シールを行う。

図３は、図１に示すバルブボディ２の外観斜視図である。バルブボディ２は、上面（アクチュエータ取付面）２ａと底面２ｂと第１〜第４側面２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆを備える直方体形状をなす。

図１に示すように、バルブボディ２は、耐熱性及び腐食性の高い金属（ＳＵＳ等）で形成されている。バルブボディ２は、第１ポート２１が弁孔２２、有底開口部２３、Ｕ字流路２４を介して第２ポート２５に連通するように、内部流路を形成されている。

第１ポート２１と第２ポート２５は、ストレート配管にバルブボディ２を接続しやすくするために、バルブボディ２の対向する第１及び第２側面２ｃ，２ｄに同軸上に開設されている。有底開口部２３は、その軸線Ｌ１がバルブボディ２の中心線Ｌ２に対して第１ポート２１側へずれる位置に、すなわち、アクチュエータ４と同軸となるように形成されている。有底開口部２３は、バルブボディ２の上面２ａから第１及び第２ポート２１，２５の軸線に対して直交する方向に円柱形状に開設され、弁体３とベローズ５を収納している。有底開口部２３は、底壁２３ａが第２ポート２５の頂部分２５ａより僅かに高い位置となるように、形成されている。

弁孔２２は、上面２ａから有底開口部２３と同軸上に形成され、第１ポート２１に連通している。弁孔２２は、有底開口部２３より小径に形成されている。弁座２６は、弁孔２２が有底開口部２３の底壁２３ａに開口する開口部分の周りに沿って、平坦に設けられている。

図４は、図２のＡＡ断面図である。図５は、図２のＢＢ断面図である。Ｕ字流路２４は、弁座２６より外側に、第１ポート２１側に環を開くＵ字形状に形成されている。換言すると、Ｕ字流路２４は、有底開口部２３の軸線Ｌ１（図１参照）を中心として、第１ポート２１側に環を開いた円弧形状に形成されている。これにより、Ｕ字流路２４は、第１ポート２１と弁孔２２を避けつつ弁座２６の外側に沿ってほぼ環状に形成され、弁孔２２から有底開口部２３へ流出した流体が流れ込む領域を拡げられている。

Ｕ字流路２４は、図４に示すように、Ｕ字流路内周面２４ｂと弁孔２２の内壁２２ａとの間の幅が、圧縮ばね４２の荷重に耐えてＯリング３１を弁座２６に密着させてシールするのに必要な幅となるように、形成されている。これにより、弁座２６は、径方向の幅がシールに必要な幅まで狭められ、第１及び第２側面２ｃ，２ｄの面間距離Ｗ１が短縮される。

図１に示すように、Ｕ字流路２４は、有底開口部２３の軸線Ｌ１に沿って形成され、有底開口部２３と第２ポート２５を連通させている。そのため、バルブボディ２は、有底開口部１０２ｃと第２ポート１０２ｅを斜め流路１０２ｄで連通させる場合と比べ（図９参照）、第１及び第２側面２ｃ，２ｄの面間距離Ｗ１が短くなる。Ｕ字流路２４は、底面２ｂに開口するように設けられている。これにより、Ｕ字流路２４は、有底開口部２３の制約を受けずに形成できるようになる。すなわち、図４に示すように、Ｕ字流路２４は、中心Ｐ１からＵ字流路外周面２４ａまでの半径Ｒ１を任意に広げて、流路断面積を設定することができる。

本実施形態では、Ｕ字流路２４は、有底開口部２３の軸線方向に対して直交する方向に切断した断面の流路断面積が、弁孔２２が有底開口部２３の底壁２３ａに開口する開口部分の開口面積より大きくなるように、半径Ｒ１を設定されている。

尚、図２に示すように、Ｕ字流路２４は、弁体３を最大ストロークまで上昇させた場合に弁体３が配置される位置と同程度まで形成されている。全ストロークにおいて、流体が弁孔２２から有底開口部２３を介してＵ字流路２４へ流れ込みやすくするためである。

上記のように形成されたＵ字流路２４は、図１に示すように、図示しない固定ボルトや接着材などを用いてバルブボディ２の底面２ｂに取り付けられた閉鎖部材２７により塞がれている。底面２ｂには、Ｕ字流路２４より外側に装着溝２ｈが環状に形成され、シール部材２８が装着されている。シール部材２８は、閉鎖部材２７と底面２ｂとの間で押し潰され、流体漏れを防ぐ。

ここで、図５に示すように、第１ポート２１と弁孔２２と第２ポート２５の流路径Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３は、同一径にされている。そして、図１に示すように、弁座２６は、第２ポート２５の頂部分２５ａより若干高い位置に設けられている。更に、弁座２６が有底開口部２３及び弁孔２２の軸線Ｌ１に対して直交する方向に平らな平坦面で構成されている。これにより、流体が、流速を殆ど落とさずに、第１ポート２１から弁孔２２、有底開口部２３、Ｕ字流路２４を介して第２ポート２５へ直線的に流れやすくなる。

図３に示すように、バルブボディ２の第１側面２ｃには、第１ポート２１の開口部外周に沿って、配管１１１（図１）のフランジを面接触させて固定するための複数の固定孔２９が等間隔で形成されている。尚、第２側面２ｄにも、第１側面２ｃと同様に、第２ポート２５の周りに固定孔２９が形成されている。これにより、第１及び第２側面２ｃ、２ｄに配管１１１，１２１を接続するためのフランジや継ぎ手を設ける必要がなく、バルブボディ２は、第１及び第２側面２ｃ，２ｄの面間距離Ｗ１が短縮される。

図１に示すように、バルブボディ２は、アクチュエータ４の軸線Ｌ１がバルブボディ２の中心線Ｌ２に対して第１ポート２１側へ平行にずれた状態で、アクチュエータ４を上面２ａに取り付けられている。これにより、バルブボディ２は、Ｕ字流路２４を形成するために有底開口部２３の内壁２３ｂと第２側面２ｄとの間の領域を拡げつつ、有底開口部２３の内壁２３ｂと第１側面２ｃとの間の肉厚を薄くできる（第１ポート２１を短くできる）ので、第１及び第２側面２ｃ，２ｄの間に余分な肉がなく、コンパクトになる。

続いて、バルブボディ２の流路形成方法について説明する。先ず、有底開口部形成工程において、バルブボディ２の上面２ａから有底開口部２３を切削加工等により円柱形状に形成する。

次に、弁孔形成工程において、切削加工等で、有底開口部２３より小径の弁孔２２を上面２ａから有底開口部２３と同軸上に形成する。これにより、弁座２６が形成される。

次に、Ｕ字流路形成工程において、Ｕ字流路２４を底面２ｂから有底開口部２３の軸線に沿って形成し、有底開口部２３に連通させる。

次に、ポート形成工程において、第１及び第２側面２ｃ、２ｄから第１ポート２１と第２ポート２５を弁孔２２とＵ字流路２４に連通させるように形成し、第１ポート２１と第２ポート２５を同軸上に設ける。

次に、Ｕ字流路閉鎖工程において、閉鎖部材２７を底面２ｂに取り付け、Ｕ字流路２４を塞ぐ。

このバルブボディ２の流路形成方法によれば、有底開口部２３の制約を受けることなく、Ｕ字流路２４を有底開口部２３の軸線に沿って形成できるので、弁孔２２の開口面積より流路断面積が大きいＵ字流路２４をバルブボディ２に形成することが可能である。よって、このバルブボディ２の流路形成方法によれば、コンダクタンスを確保できる小型のバルブボディ２を簡単に製造できる。

次に、真空圧力比例制御弁１Ａの動作について説明する。図１に示すように、真空圧力比例制御弁１Ａは、反応容器１１０と真空ポンプ１２０を接続するストレート配管に取り付けられる。この場合、真空圧力比例制御弁１Ａは、反応容器１１０に接続する配管１１１のフランジ（図示せず）が第１側面２ｃに当接され、図示しない固定ねじを固定孔２９にねじ込むことにより、第１ポート２１が配管１１１に接続される。これと同様にして、第２ポート２５が、真空ポンプ１２０に接続する配管１２１に接続される。

反応容器１１０は、例えば、真空状態でガスを供給されて膜処理を行った後、ガスを排気して真空状態になり、その後、別のガスを供給されて別の膜処理を施される。この場合に、真空圧力比例制御弁１Ａは、膜処理時には、弁閉して排気流量を制御せず、排気時には、排気ガスを微小流量制御して反応容器１１０内を所定圧まで減圧した後、排気ガスを大流量に制御する。以下、具体的に真空圧力比例制御弁１Ａの動作を説明する。

弁閉動作時には、真空圧力比例制御弁１Ａは、アクチュエータ４が弁体３に駆動力を付与せず、弁体３が圧縮ばね４２に押し下げられてＯリング３１を弁座２６に密着させる。これにより、反応容器１１０と真空ポンプ１２０の間が遮断され、真空ポンプ１２０が駆動しても、ガスが反応容器１１０から排気されない。

膜処理終了時の真空圧力比例制御弁１Ａは、弁座２６より上流側（反応容器側）が正圧であるのに対して、弁座２６より下流側（真空ポンプ側）が負圧となり、弁座２６を挟んで上流側と下流側の差圧が大きくなる。この状態で真空圧力比例制御弁１ＡがいきなりＯリング３１を弁座２６から離間させるように弁体３を上昇させると、ガスが反応容器１１０から一気に排気され、パーティクルが反応容器１１０内で巻き上げられる。パーティクルが製品に付着すると、製品品質が低下するという問題が生じる。

そこで、真空圧力比例制御弁１Ａは、排気開始時に、先ず排気ガスを微小流量制御し、弁座２６を挟んで上流側と下流側の差圧を小さくする。すなわち、真空圧力比例制御弁１Ａは、Ｏリング３１を弁座２６に接触させた状態でＯリング３１の弾性変形量を緩和させるように、アクチュエータ４から弁体３に駆動力を付与する。弁体３は、圧縮ばね４２に抗して僅かに上昇し、Ｏリング３１を弁座２６に押し付ける押圧力を緩和する。すると、弁孔２２まで流れていたガスが、Ｏリング３１の弾性変形量に応じてＯリング３１と弁座２６の間から有底開口部２３へ微小流量で漏れ出し、Ｕ字流路２４を介して第２ポート２５へ流れる。

ここで、弁孔２２からＵ字流路２４へ流れる流体の流れを図６を参照して説明する。図６は、真空圧力比例制御弁１Ａにおける流体の流れを説明するための図である。図６に示す矢印Ｆ１〜Ｆ７は、矢印の太さが太いほど、流量が多いことを示している。

ガスは、弁閉時に弁体３の下面まで流れている。一方、Ｏリング３１と弁座２６のシール面は、環状に形成されている。そのため、弁閉時に第１ポート２１から弁孔２２まで流れたガスは、Ｏリング３１の弾性変形量が緩和されると同時に、Ｏリング３１と弁座２６の間からほぼ放射線状に漏れ出す。Ｕ字流路２４は、弁座２６の外側に、第１ポート２１側に環を開いたＵ字形状に形成されているため、弁座２６の直ぐ外側にほぼ環状に形成されている。よって、Ｏリング３１と弁座２６の間から環状に漏れ出したガスは、Ｕ字流路２４へ流れ込みやすい。

ここで、Ｕ字流路２４は、第１ポート２１側に環を開いている。そのため、ガスが、有底開口部２３の第１ポート側内壁付近に滞留部や乱流部を発生させるとも考えられる。しかし、流体は流れやすい所を流れる性質を有する。図１に示すように、真空圧力比例制御弁１Ａは、第２ポート２５が真空ポンプ１２０に接続され、真空引きされている。Ｕ字流路２４は、弁座２６の第２ポート２５側に円弧状に設けられている。そのため、ガスは、矢印Ｆ１に示すように、弁座２６の第２ポート２５側からＵ字流路２４へ大量に流れ、そのまま第２ポート２５へ流れる。そして、弁座２６の第２ポート２５側に流れなかったガスは、矢印Ｆ２〜Ｆ７に示すように、第２ポート２５から離れるに従って少ない流量でＵ字流路２４へ流れ込み、負圧状態の第２ポート２５へ向かってＵ字流路２４内を流れる。よって、真空圧力比例制御弁１Ａは、Ｕ字流路２４が第１ポート２１側に環を開いた形状であっても、ガスが有底開口部２３の第１ポート側内壁付近に滞留部や乱流部を発生させにくい。

これに加え、真空圧力比例制御弁１Ａは、第１及び第２ポート２１，２５が同軸上に形成され、弁座２６が第２ポート２５の頂部分２５ａより僅かに高い位置に設けられている。そのため、ガスは、第１ポート２１から弁孔２２、Ｕ字流路２４を介して第２ポート２５へ直線的に流れやすい。しかも、弁座２６が平坦に設けられているので、ガスは、弁孔２２から弁座２６を乗り越えてＵ字流路２４へ流れ込む際に流速が減速しにくい。よって、真空圧力比例制御弁１Ａは、ガスが流れ方向や流速を殆ど変えずにバルブボディ２内を円滑に流れるので、コンダクタンスを更に確保できる。

微小流量制御により反応容器１１０の内圧が所定圧まで低下すると、真空圧力比例制御弁１Ａは、アクチュエータ４から弁体３に付与する駆動力を増加させ、Ｏリング３１を弁座２６から離間させるように弁体３を上昇させる。真空圧力比例制御弁１Ａは、微小流量制御時に、ガスが弁座２６の第２ポート２５側に近い場所からＵ字流路２４に流れ込んで第２ポート２５へ流れる流れが、形成されている。そのため、真空圧力比例制御弁１Ａは、微小流量制御から大流量制御に切り換えた後も、その流れが維持され、コンダクタンスが確保される。

ところで、反応容器１１０が高真空状態になると、第１ポート２１に供給されるガスの分子が少なくなる。分子が少ないガスは、分子同士が互いにぶつかり合うと、流れを悪くする恐れがある。Ｕ字流路２４は、軸線に対して直交する方向の断面の流路断面積が、弁孔２２が有底開口部２３の底壁２３ａ（弁座２６）に開口する開口部分の開口面積より大きい。そのため、分子の少ないガスは、弁孔２２の全周から有底開口部２３へ流出して拡散した後、分子同士を殆どぶつかり合わせずにＵ字流路２４へ流れ込む。よって、真空圧力比例制御弁１Ａによれば、分子の少ないガスを制御する場合でも、ガスが有底開口部２３内で乱流部や乱流部を発生させないので、コンダクタンスを確保できる。

以上説明したように、真空圧力比例制御弁１Ａ及びバルブボディ２は、図１に示すように、有底開口部２３の軸線に沿って形成したＵ字流路２４を介して、有底開口部２３と第２ポート２５を連通させたことにより、有底開口部１０２ｃと第２ポート１０２ｅを斜め流路１０２ｄで連通させる真空圧力比例制御弁１０１のバルブボディ１０２（図９参照）と比べ、バルブボディ２の面間距離Ｗ１を狭めて、バルブボディ２の設置面積を小さくできる。このようにバルブボディ２の設置面積が小さくなるので、真空圧力比例制御弁１Ａは、バルブサイズが小型化される。

また、真空圧力比例制御弁１Ａは、有底開口部２３と第２ポート２５を連通させるＵ字流路２４が第１ポート２１側に環を開いたＵ字形状をなし、弁座２６の外側にほぼ環状に設けられているので、弁孔２２から有底開口部２３へ流出したガスが、有底開口部２３に殆ど滞留部や乱流部を殆ど発生させずにＵ字流路２４に流れ込む。このような真空圧力比例制御弁１Ａ及びバルブボディ２は、第１ポート２１から弁孔２２、有底開口部２３、Ｕ字流路２４を介して第２ポート２５へガスが円滑に流れるので、有底開口部１０２ｃから斜め流路１０２ｄへ流れ込む際にガスが乱流部や滞留部を有底開口部１０２ｃ内に発生させる従来の真空圧力比例制御弁１０１（図９参照）と比べ、コンダクタンスが確保される。

（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態ついて説明する。図７は、本発明の第２実施形態に係る真空圧力比例制御弁１Ｂの外観斜視図である。図８は、図７に示す真空圧力比例制御弁１Ｂの要部断面図である。第２実施形態の真空圧力比例制御弁１Ｂは、加熱手段６１を有する点を除き、第１実施形態の真空圧力比例制御弁１Ａと同様の構成を有する。

図７及び図８に示す加熱手段６１は、電熱ヒータ６２と断熱材６３で構成されている。電熱ヒータ６２は、棒状をなし、バルブボディ２に形成された凹部６４に嵌め込まれた状態でバルブボディ２に取り付けられている。そのため、バルブボディ２は、電熱ヒータ６２が取り付けられても、表面に凹凸ができにくい。断熱材６３は、バルブボディ２の外周面を覆うように取り付けられ、バルブボディ２を保温する。

このような真空圧力比例制御弁１Ｂは、バルブボディ２が加熱手段６１に温められ、ガスが流路内で固化しない。真空圧力比例制御弁１Ｂは、バルブボディ２が直方体形状をなし、外周面に凹凸が少ないので、加熱手段６１（電熱ヒータ６２と断熱材６３）をバルブボディ２の外周面に脱着しやすい。

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。

（１）例えば、上記実施形態では、バルブボディ２の材質を金属とし、内部流路を切削等で加工したが、バルブボディ２の材質を耐腐食性・耐熱性の高い樹脂とし、内部流路を射出成形や切削等で加工するようにしても良い。

（２）例えば、上記実施形態では、板状の閉鎖部材２７でＵ字流路２４を塞いだが、Ｕ字流路２４に気密に嵌め込まれる突起を設けた閉鎖部材でＵ字流路２４を塞ぐようにしても良い。この場合、突起は、第２ポート２５に重ならない高さで設けると良い。かかる突起を設けることにより、Ｕ字流路２４から第２ポート２５へ流体が淀みなく流れやすくなる。更に流体がＵ字流路２４から第２ポート２５へ流れやすくするために、突起の先端に第１ポート２１側から第２ポート２５側へ向かって傾斜する傾斜面を設けても良い。

（３）例えば、上記第２実施形態では、棒状の電熱ヒータ６２をバルブボディ２に取り付けたが、板状やシート状のヒータをバルブボディ２に取り付けても良い。

１Ａ，１Ｂ 真空圧力比例制御弁
２ バルブボディ
２ａ 上面（アクチュエータ取付面）
２ｂ 底面
２ｃ 第１側面
２ｄ 第２側面
３ 弁体
４ アクチュエータ
２１ 第１ポート
２２ 弁孔
２３ 有底開口部
２４ Ｕ字流路
２５ 第２ポート
２６ 弁座
２７ 閉鎖部材
６１ 加熱手段

Claims (6)

1. バルブボディと、前記バルブボディに内包される弁体と、前記バルブボディに取り付けられて前記弁体に駆動力を付与するアクチュエータを備え、前記バルブボディが、同軸上に形成された第１ポート及び第２ポートと、前記第１及び前記第２ポートの軸線に対して直交する方向に形成され、前記弁体を収納する有底開口部と、前記有底開口部と同軸上に形成されて前記第１ポートに連通する弁孔と、前記弁孔が前記有底開口部の底壁に開口する開口部分の周りに沿って設けられ、前記弁体が当接又は離間する弁座と、前記有底開口部と前記第２ポートを連通させる連通路を備える真空圧力比例制御弁において、
   前記連通路が、第１ポート側に環を開いたＵ字形状をなし、前記弁座より外側に前記有底開口部の軸線に沿って形成されており、前記バルブボディの前記アクチュエータを取り付けられるアクチュエータ取付面と対向する底面に開口するＵ字流路であって、
   前記底面に取り付けられて前記Ｕ字流路を塞ぐ閉鎖部材を有すること
   を特徴とする真空圧力比例制御弁。
2. 請求項１に記載する真空圧力比例制御弁において、
   前記Ｕ字流路は、軸線方向に対して直交する方向に切断した断面の流路断面積が、前記弁孔の前記開口部分の開口面積より大きい
   ことを特徴とする真空圧力比例制御弁。
3. 請求項２に記載する真空圧力比例制御弁において、
   前記第１ポートと前記弁孔と前記第２ポートの流路径が同一であり、
   前記弁座が前記第２ポートの頂部分より僅かに高い位置に設けられている
   ことを特徴とする真空圧力比例制御弁。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載する真空圧力比例制御弁において、
   前記バルブボディが直方体形状をなし、
   前記バルブボディの外周面に取り付けられて前記バルブボディを加熱する加熱手段を有する
   ことを特徴とする真空圧力比例制御弁。
5. 同軸上に形成された第１ポート及び第２ポートと、前記第１及び前記第２ポートの軸線に対して直交する方向に形成され、弁体を収納する有底開口部と、前記有底開口部と同軸上に形成されて前記第１ポートに連通する弁孔と、前記弁孔が前記有底開口部の底壁に開口する開口部分の周りに沿って設けられ、前記弁体が当接又は離間する弁座と、前記有底開口部と前記第２ポートを連通させる連通路を備えるバルブボディにおいて、
   前記連通路が、第１ポート側に環を開いたＵ字形状をなし、前記弁座より外側に前記有底開口部の軸線に沿って形成されており、前記バルブボディのアクチュエータを取り付けられるアクチュエータ取付面と対向する底面に開口するＵ字流路であって、
   前記底面に取り付けられて前記Ｕ字流路を塞ぐ閉鎖部材を有すること
   を特徴とするバルブボディ。
6. 弁体に駆動力を付与するアクチュエータを取り付けられるバルブボディの流路形成方法において、
   前記アクチュエータが取り付けられるアクチュエータ取付面から、前記弁体を収納する有底開口部を円柱形状に形成する有底開口部形成工程と、
   前記アクチュエータ取付面から、前記有底開口部より小径の弁孔を、前記有底開口部と同軸上に形成する弁孔形成工程と、
   前記弁孔が前記有底開口部の底壁に開口する開口部分の周りに沿って設けられて前記弁体が当接又は離間する弁座より外側に、一方に環を開いたＵ字形状のＵ字流路を、前記アクチュエータ取付面と対向する底面から前記有底開口部の軸線に沿って形成し、前記有底開口部に連通させるＵ字流路形成工程と、
   前記Ｕ字流路の環が開いた方向にある第１側面から前記弁孔に連通するように形成する第１ポートと、前記第１側面と対向する第２側面から前記Ｕ字流路に連通するように形成する第２ポートを、同軸上に設けるポート形成工程と、
   前記Ｕ字流路を塞ぐ閉鎖部材を前記底面に取り付けるＵ字流路閉鎖工程とを有する
   ことを特徴とするバルブボディの流路形成方法。

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