JP2021173335A - バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】真空状態のチャンバ内で検査を行う際、チャンバ蓋から露出するアクチュエータキャップ周面のシール性を向上させるとともに、搬送アームによるバルブの搬送時に隣り合うバルブが衝突してもアチュエータキャップの表面が傷つくことのないバルブを提供すること。【解決手段】内部に、流路３０及び流路３０を連通遮断する弁体３２を配設する弁室３１が形成されたバルブボディ３と、先端が弁体３２に接するステム３３を内部に備え、周面適所に二面幅部２４を形成し、バルブボディ３に接続されるボンネット２３と、ステム３３の後端を押圧するピストン４が内蔵され、ピストン４を作動する作動手段５を備えたアクチュエータ２とから構成され、アクチュエータキャップ２０は、アクチュエータボディ２１との接合端周面に雄ねじ２０ａを形成し、その外径Ｄ１がアクチュエータボディ２１の外径Ｄ２よりを小径となるようにしている。【選択図】 図２

Description

本発明はバルブに関し、より詳しくは、集積型流体制御装置に使用されるバルブの改良に関する。

半導体製造装置に使用される流体制御装置は、種々の流体制御機器が複数列に配置されるとともに、隣り合う列の流体制御機器の流路同士が所定箇所において機器接続手段により接続されることにより構成されているが、近年、この種の流体制御装置では、マスフローコントローラや開閉弁などを、チューブを介さず、流路ブロックに載置して接続する集積化が進められている（例えば、特許文献１参照）。

この種の集積型流体供給装置では、流体制御装置の他、流体が流れる流路を開閉する開閉バルブが多数配設されている。これらのバルブは、流路ブロックに載置し、集積化する前に弁座漏洩検査、気密・耐圧検査が行われている。

この弁座漏洩検査、気密・耐圧検査（以下、単に検査ということがある。）されるバルブは、弁体であるダイヤフラムを弁座上に載置したバルブボディ、このバルブボディに取り付けるステムを移動可能に内挿したボンネット、アクチュエータボディ及びアクチュエータボディに取り付けるステムを作動させるシリンダと付勢手段を備えたアクチュエータキャップから構成される。従来のバルブは、ボンネットとアクチュエータボディが別体で、ボンネットをバルブボディに取り付けるために、ボンネットに挿通させるボンネットナットを用いている（図４（ｂ）参照）。このボンネットナットを用いるとナットの位置（二面幅部の位置）が一定とならないため、搬送アームで安定した挟持ができない。そのため、ボンネットとアクチュエータボディを一体とし、ナット部分もボンネットと一体構造とするバルブが採用されている（図４（ａ）参照）。

検査は、密閉し、真空引きしたチャンバ内に、バルブを配置し、バルブ内にヘリウムガスを所定圧力まで供給して所定時間内にチャンバ内にヘリウムガスが漏洩するか否かをヘリウム漏洩検知器によって判定するものである。

具体的には、図５に示すように、検査装置１００は、上面を開放したチャンバ１１０と、チャンバ１１０の開放した上面を閉鎖するチャンバ蓋１２０とを主要部品とする。チャンバ１１０内には、検査対象のバルブＶを取り付けた治具用ボディ１３０を載置する。治具用ボディ１３０にはバルブＶの２つの流入路・流出路の開放端であるポートと繋がる連結ポート１３１、１３２が配設されている。チャンバ１１０の側壁には密閉を保った状態で進退する配管１４１、１４２が備えられ、検査手順に応じて配管１４１、１４２の接続部１４３、１４４が連結ポート１３１、１３２と接続される。チャンバ蓋１２０は、治具用ボディ１３０に取り付けられたバルブＶのアクチュエータ部の作動用流体の導入口を外部に露出させるための貫通孔１２０ａを開口する。この貫通孔１２０ａには、チャンバ１１０の気密を確保するためのシール部材１１１が配備されている。また、チャンバ１１０の開放端と接する面にもシール部材１１２が配設されている。チャンバ蓋１２０は、その上面にシリンダ等の進退手段（図示省略）と接続されるアーム１１３が配設され、チャンバ１１０の開閉を行うようにしている。

チャンバ１１０内にバルブＶが配置され、所定の配管が接続されるとともに、チャンバ蓋１２０によってチャンバ１１０が密閉された後、ドライポンプ１５０をつかって内部を所定の真空圧となるまで吸引する。バルブ１はチャンバ蓋１２０の上部から露出することで操作用流体供給源１１４と接続され検査時のバルブの開閉操作を可能としている。

弁座漏洩検査、気密・耐圧検査とも流出ポート側からヘリウムガスをそれぞれの所定圧力になるまで供給し、所定の保持時間経過後にチャンバ１１０内にヘリウムガスが漏洩していないかヘリウム漏洩検知器１６０（ヘリウムリークディテクタ）を使った真空容器法によって検出するものである。

この検査は、従来は図４（ｂ）に示すバルブを治具ボディに取り付けチャンバ内に設置する作業を人手によって行っていた。近年、自動化・ロボット化が進められ、図４（ａ）に示すバルブに改良され搬送アームでバルブを挟持し、治具用ボディ１３０にも自動で固定を行いチャンバ１１０内に移動させ、チャンバ蓋１２０を移動しチャンバ１１０内を密閉し、ヘリウムの漏洩をヘリウム漏洩検知器１６０によって検知することで検査時間の大幅な短縮を実現した。

特開２０１５−１８３８２８号公報

しかし、バルブＶの構造上、アクチュエータのアクチュエータボディに取り付けるアクチュエータキャップは、アクチュエータの仕様を明記する印刷が必要であり、アルミ材にアルマイト処理を施している。アルマイト処理を施すことで表面粗度は比較的荒く、チャンバ蓋１２０の貫通孔１２０ａに配備したシール材１１１では十分なシールができずチャンバ内の真空を保持できない場合があった。また、アクチュエータボディの開放端に雄ねじ、アクチュエータキャップの開放端に雌ねじが形成され両者を螺合することでアクチュエータを構成することからアクチュエータ部の側面の殆どがアクチュエータキャップとなりステンレス鋼等の表面粗度が高くシール性が良好なアクチュエータボディをシール面として利用しづらい問題もあった。

また、アクチュエータ部の周面の殆どがアルマイト処理されたアクチュエータキャップ部となることで、搬送アームでの移動の際に、隣り合うバルブのアクチュエータキャップ部か衝突し、表面に傷をつけることがあり、傷が付いたバルブでは商品として出荷できない問題もあった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、真空状態のチャンバ内で検査を行う際、チャンバ蓋から露出するアクチュエータキャップ周面のシール性を向上させるとともに、搬送アームによるバルブの搬送時に隣り合うバルブが衝突してもアチュエータキャップの表面が傷つくことのないバルブを提供することである。

上記課題を解決するためになされた本発明に係るバルブは、
内部に、流路及び該流路を連通遮断する弁体を配設する弁室が形成されたバルブボディと、
先端が前記弁体に接するステムを内部に備え、周面適所に二面幅部を形成し、前記バルブボディに接続されるボンネットと、
前記ステムの後端を押圧するピストンが内蔵され、該ピストンを作動する作動手段を備えたアクチュエータとからなるバルブであって、
前記アクチュエータは、ピストンが摺動するシリンダ室を形成し、アクチュエータボディ及び該アクチュエータボディの反バルブボディ側を閉鎖するアクチュエータキャップからなり、
前記アクチュエータボディは、前記ボンネットと一体構造とし、
前記アクチュエータキャップは、前記アクチュエータボディとの接合端周面に雄ねじを形成し、その外径がアクチュエータボディの外径よりを小径となるようにしている。

このバルブは、アクチュエータキャップ側に雄ねじ、アクチュエータボディ側に雌ねじを形成し、アクチュエータの周面に、アクチュエータボディの周面を多く露出させるとともに、アクチュエータキャップ側の外径をアクチュエータボディ側の外径より小径とし、搬送アームによる平行移動時に隣り合うバルブが衝突する箇所を硬度の高いステンレス製のバルブボディ側となるようにしている。

この場合において、前記バルブボディは、流路の開放端が一面に形成され、流路ブロック上に載置される。

また、これらの場合において、前記作動手段は、前記ピストンを一方向に付勢する付勢手段と、ピストン軸に設けられた流路から付勢手段と逆方向に付勢する流体とすることができる。

本発明に係るバルブによれば、搬送アームによる平行移動時に隣り合うバルブが衝突することがあってもアルマイト処理を施したアルミ材で構成されるアクチュエータキャップより先にステンレス製のバルブボディが当たることでアクチュエータキャップに傷が生じることを防止する。また、表面粗度の高いアクチュエータボディの周面を多く露出させ、アクチュエータボディの周面をシール面とすることで、検査の際にチャンバ蓋の貫通孔に配備したシール材で効果的にシールしチャンバ内の真空を保持することができるバルブを提供することができる。

本発明に係るバルブを示す正面図である。 同バルブの組み立て前の状態を示す一部断面の正面図である。 バルブの検査システムを示す概略図である。 従来のバルブを示し、（ａ）は従来のバルブの組み立て前の状態を示す一部断面の正面図、（ｂ）は別の従来のバルブの組み立て前の状態を示す一部断面の正面図である。 従来のバルブの検査システムを示す概略図である。

以下、本発明に係るバルブの好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。この実施例に記載されている構成部品の形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。また、便宜的に図面上での方向によって部材等の方向を上下左右と指称することがあるが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。

＜実施形態１＞
本発明に係るバルブ１を、図１〜図２に示す。

［バルブ］
本発明に係るバルブ１は、内部に、流路３０及び流路３０を連通遮断する弁体３２を配設する弁室３１が形成されたバルブボディ３と、先端が弁体３２に接するステム３３を内部に備え、周面適所に二面幅部２４を形成し、バルブボディ３に接続されるボンネット２３と、ステム３３の後端を押圧するピストン４が内蔵され、ピストン４を作動する作動手段５を備えたアクチュエータ２とから構成される。

そして、アクチュエータ２は、ピストン４が摺動するシリンダ室２２ａを形成し、アクチュエータボディ２１及びアクチュエータボディ２１の反バルブボディ側を閉鎖するアクチュエータキャップ２０からなり、アクチュエータボディ２１は、ボンネット２３と一体構造とし、アクチュエータキャップ２０は、アクチュエータボディ２１との接合端周面に雄ねじ２０ａを形成し、その外径Ｄ１がアクチュエータボディ２１の外径Ｄ２よりを小径となるようにしている。シリンダ室２２ａは、常時、弁体（ダイヤフラム）３２を弁座から離間した状態を保持する、いわゆるノーマルオープンタイプではアクチュエータキャップ２０側に形成される。本実施形態ではノーマルクローズタイプで説明するためシリンダ室２２ａはアクチュエータボディ２１側に形成されている。

［アクチュエータキャップ］
アクチュエータキャップ２０は、内部にピストン４のピストン軸４１が挿通されるピストン軸挿通口２０ａが形成され、このピストン軸挿通口２０ａは天面２０ｃの中央に形成する作動流体導入口２０ｄと連通する。

アクチュエータキャップ２０は、アルミ材から例えば削り出しで成形され、その表面にアルマイト処理が施される。アルマイト処理を施すことで耐食性・耐摩耗性・電気絶縁性が向上するとともに、表面への印字性が向上する。

［アクチュエータボディ］
アクチュエータボディ２１はボディ本体２２とボンネット２３との一体構造で、その材質は、多少の衝突接触では傷の付きにくい金属製、例えばＳＵＳ３０４等のステンレス鋼を用いる。形状は、ボディ本体２２は円筒状で、ピストン４が摺接するシリンダ室２２ａとシリンダ室２２ａよりも反ボンネット側の開放端に雌ねじ２２ｂが螺刻されている。シリンダ室２２ａの底面中央部にはボンネット２３に連なるピストン軸挿通口２２ｃが形成されボンネット２３のステム挿通口２３ａと連通している。

ボンネット２３は、内部にピストン挿通口２２ｃと連なるステム挿通口２３ａを形成し、周面にはバルブボディ３に形成されている雌ねじ３ａに螺合する雄ねじ２３ｂと、ボンネット２３（アクチュエータキャップ２１）をバルブボディ３に取り付けるための工具が挟持する箇所としての二面幅部２４を形成している。二面幅部２４は、多角形状であれば特に限定するものではないが、本実施形態ではの六面のナット状で構成している。

［ピストン］
ピストン４は、シリンダ室２２ａの内周面と摺接するシール部材４０ａを外周面に備えた円盤状のピストン本体４０とピストン本体４０の中心両面から延接されるピストン軸から構成される。ピストン軸は、アクチュエータキャップ２０のピストン軸挿通口２０ａに挿通されるピストン軸４１と、アクチュエータボディ２１のピストン挿通口２２ｃに挿通されるピストン軸４２とに分かれ、ピストン軸４１には作動流体導入口２０ｄから供給される流体が通過する流路４１ａが形成され、この流路４１ａの流出口は、後述する付勢手段５が当接するピストン本体４０の面の逆側の面に流体が供給されるように開口される。

［付勢手段］
付勢手段５は、ノーマルクローズタイプの本実施形態では、ピストン４をバルブボディ３側に付勢するよう、一端がアクチュエータキャップ２０の底面、他端がピストン本体４０の環状面（図例上側面）に当接するスプリングを用いている。ピストン４を移動させる作動手段は、この付勢手段５と上述した流路４１ａを通って、付勢手段５と逆方向にピストン４を付勢するように供給される流体とから構成される。

［バルブボディ］
本実施形態のバルブボディ３は、筒状の本体３４及びフランジ部３５が一体で構成され、本体３４の内部に形成される弁室３１に流入路及び流出路としての流路３０の一端が連通し、それぞれの他端（開放端）がフランジ部３５の一面に開放されている。一の流路３０は円筒状の弁室３１の中央に開口し、この開口部の周囲に弁座部が形成される。弁座部はバルブボディ３から削り出されたメタル製であっても、樹脂製の環状シートをカシメ等の固定手段で固定するように構成しても構わない。そして、弁室３１に弁座部と当接離間する弁体（ダイヤフラム）３２が配設されている。この弁体３２は、その周縁部をアクチュエータキャップ２１と一体構造であるボンネット２３の環状端面部とバルブボディ３との間で挟持固定される。

このように、本実施形態のバルブ１は、バルブボディ３の流路３０開放端をフランジ３５の一面に形成し、集積型の流体制御装置の流路ブロック上に載置して使用される。

アクチュエータキャップ２０の外径Ｄ１は、アクチュエータボディ２１の外径Ｄ２よりも小径となるようにしている。具体的には、アクチュエータキャップ２０の外径Ｄ１をアクチュエータボディ２１の外径Ｄ２の寸法の１％〜５％程度小径とする。

そして、本実施形態のバルブ１も、集積型の流体制御装置の流路ブロック上に載置し、装置として出荷する前に、図３に示すように、従来と同様の検査装置１００によって弁座漏洩検査、気密・耐圧検査が行われる。

この際、搬送アームによる搬送時はバルブボディ３の六角の二面幅部２４を挟持することでその位置が安定し、スムーズな搬送が可能となる。また、整列したバルブ１を挟持して移動させる際や、挟持し移動させて配置する際、隣接するバルブに衝突・接触することがあってもアクチュエータキャップ２０同士ではなく、アクチュエータキャップ２０よりも強度が高く傷のつきにくいアクチュエータボディ２１が接触するから、アクチュエータキャップ２０に傷が付き商品として出荷できないという問題も発生しない。

また、検査装置１００に設置し、チャンバ蓋１２０の貫通孔１２０ａに配備されるシール材１１１がシールする面は、表面粗度の高いステンレス鋼のアクチュエータボディ２１のボディ本体２２の周面となり良好なシール性を維持することができる。

本発明のバルブは、表面粗度が高く強固なアクチュエータボディの外径を表面粗度が低く傷のつきやすいアクチュエータキャップの外径よりも大きくし、検査時のシール面とするとともに、搬送時のアクチュエータキャップを衝突接触から生じる傷から防護することができるから、ロボット等を用いた自動化した検査システムを採用するバルブとして好適に用いることができる。

１ バルブ
２ アクチュエータ
２０ アクチュエータキャップ
２１ アクチュエータボディ
２２ ボディ本体
２３ ボンネット
２４ 二面幅部
３ バルブボディ
３０ 流路
３１ 弁室
３２ 弁体（ダイヤフラム）
３３ ステム
４ ピストン
４０ ピストン本体
４１ ピストン軸
４１ａ 流路
４２ ピストン軸
５ 付勢手段（スプリング）

Claims (3)

1. 内部に、流路及び該流路を連通遮断する弁体を配設する弁室が形成されたバルブボディと、
   先端が前記弁体に接するステムを内部に備え、周面適所に二面幅部を形成し、前記バルブボディに接続されるボンネットと、
   前記ステムの後端を押圧するピストンが内蔵され、該ピストンを作動する作動手段を備えたアクチュエータとからなるバルブであって、
   前記アクチュエータは、内部に前記ピストンが摺動するシリンダ室を形成し、アクチュエータボディ及び該アクチュエータボディの反バルブボディ側を閉鎖するアクチュエータキャップからなり、
   前記アクチュエータボディは、前記ボンネットと一体構造とし、
   前記アクチュエータキャップは、前記アクチュエータボディとの接合端周面に雄ねじを形成し、その外径がアクチュエータボディの外径よりも小径となるようにしたバルブ。
2. 前記バルブボディは、流路としての流入路及び流出路の開放端が一面に形成され、流路ブロック上に載置される請求項１に記載のバルブ。
3. 前記作動手段は、前記ピストンを一方向に付勢する付勢手段と、ピストン軸に設けられた流路から付勢手段と逆方向にピストンを付勢するように供給される流体とからなる請求項１又は２に記載のバルブ。

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