JP3994117B2

JP3994117B2 - ヒーター付きポペット弁

Info

Publication number: JP3994117B2
Application number: JP2002323808A
Authority: JP
Inventors: 育男神坂; 守福田
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2002-11-07
Filing date: 2002-11-07
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2022-11-07
Also published as: TWI228171B; US6805152B2; CN1499109A; DE10350791A1; JP2004156720A; CN1328525C; TW200422546A; DE10350791B4; KR20040041003A; KR100502786B1; US20040089344A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、理化学機械等において反応ガスなどの作動流体の供給に直接使用したり、このような反応ガスを使用する真空チャンバの減圧等に使用するポペット弁に関するものであり、更に詳しくは、前記作動流体からの生成物が弁部材等に付着するのをヒーターで防止するように構成したヒーター付きポペット弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体の製造装置においては、真空チャンバ内で行われるエッチングなどの化学処理に高温の反応ガスが使用され、その供給や真空チャンバの減圧等にポペット弁が用いられている。ところが、前記反応ガスは低温化すると生成物が析出し易く、その生成物が流路を開閉する弁部材に付着して開閉精度を低下させるため、このようなポペット弁においては、作動流体からの生成物の析出や弁部材への付着等を防止できるように構成されていることが重要である。
【０００３】
このため従来より、ケーシングの内部や弁部材等をヒーターで加熱して生成物の付着を防止するようにしたヒーター付きのポペット弁が提案されている。特許第３００５４４９号公報には、ケーシングの外面にバンドヒーターを巻き付けると共に、流路を開閉する弁部材に棒状のヒーターを、該弁部材から延びる中空ロッドの内部を通じて取り付けたものが開示されている。また、特許第３０１２８３１号公報には、ケーシングの外面にラバーヒーターを取り付けると共に、弁部材と一体の筒状をした保持体の外周に別のヒーターを取り付けたものが開示されている。
【０００４】
しかしながら、前記従来のポペット弁のように、可動部材である弁部材に、該弁部材を単独で十分加熱し得る程度に熱容量の大きい大形のヒーターを取り付けると、このヒーターによって弁部材の重量が増大するため、その分開閉に必要な駆動力を大きくしなければならず、また、応答性も低下し易いという問題も生じる。このため、前記ヒーターを弁部材に直接取り付けることなく、なるべく弁部材以外の場所に設置して、このヒーターで該弁部材を動作位置に拘らず常に加熱できるようにすることが望まれている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３００５４４９号公報
【特許文献２】
特許第３０１２８３１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の技術的課題は、弁部材を加熱するためのヒーターを備えたポペット弁において、前記ヒーターを弁部材に直接取り付けることなく、該弁部材以外の場所に設置して、このヒーターで弁部材を開閉位置に拘らず常に加熱できるように構成することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため本発明によれば、第１メインポート及び第２メインポートと、これら両メインポートを結ぶ流路と、該流路中に設けられた弁座とを有する弁ケーシング、前記弁ケーシングに連結されたシリンダー、前記弁ケーシング内に設けられて前記弁座を開閉するボペット式の弁部材、前記弁部材に先端部を連結され、反対側の基端部が前記シリンダーの内部まで延びるロッド、前記シリンダーの内部に摺動自在に配設されると共に、前記ロッドの基端部に連結されているピストン、前記弁ケーシング内の定位置に配設され、先端部に伝熱面を備えた発熱部材、前記弁部材の背面に配設され、該弁部材の開放時に前記発熱部材の伝熱面に接触する受熱面を先端に有する受熱部材、前記発熱部材と受熱部材とに両端を接触又は連結させた状態でこれら両部材間に伸縮自在なるように介設され、前記発熱部材からの熱を弁部材に常時伝達する伝熱部材、前記発熱部材に取り付けられた第１ヒーター、を有することを特徴とするヒーター付きポペット弁が提供される。
【０００８】
前記構成を有する本発明のポペット弁においては、弁ケーシング内の定位置に発熱部材を設置して、この発熱部材に第１ヒーターを取り付け、該発熱部材と弁部材とを伸縮自在の伝熱部材で相互に連結すると共に、該弁部材の開放時にこれらの発熱部材と弁部材とが相互に接触するように構成したので、前記弁部材が閉弁位置か又は開閉動作の途中にあって前記発熱部材から離れているときでも、該弁部材が前記伝熱部材を通じて常に加熱され、作動流体からの生成物の付着が確実に防止される。また、前記弁部材が開放位置にあって流路を大量の作動流体が流通するときは、該弁部材が前記発熱部材に接触して該発熱部材で更に直接加熱されため、加熱効率が上昇し、生成物の付着防止効果も向上する。
【０００９】
かくして本発明のポペット弁によれば、弁部材加熱用のヒーターを該弁部材以外の場所に設置した構成でありながら、このヒーターで該弁部材を、その開閉位置に拘らず常に加熱することができる。しかも、ヒーターを弁部材に直接取り付けた従来品のような、弁部材の重量の増加によって開閉時の駆動力が大きくなったり、応答性が悪くなったすることがない。
【００１０】
本発明において好ましくは、前記受熱部材が円筒状をしていて、前記弁部材の背面に前記前記弁部材の背面に前記ロッドを取り巻くように取り付けられ、また、前記発熱部材も円筒状をしていて、前記ロッドの回りに同心状に設置されていることである。
【００１１】
また、本発明においては、前記発熱部材の内部に前記第１ヒーターが内蔵されていることが望ましい。
【００１２】
本発明において前記伝熱部材は、ベローズ状又はコイル状をしていることが望ましい。
【００１３】
本発明の更に他の具体的な構成例によれば、前記弁ケーシングの端部の隔壁と弁部材との間に前記ロッドを取り巻くようにベローズが設けられ、このベローズの内部に前記発熱部材と受熱部材と伝熱部材とが収容されている。
【００１４】
また、本発明においては、前記弁ケーシングに第２ヒーターを設けることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は本発明に係るヒーター付きポペット弁の好ましい一つの実施例を示すものである。このポペット弁は、半導体製造装置における真空チャンバの減圧に使用するのに適したもので、弁部材１３で流体流路１４を開閉するように構成された弁開閉部１と、前記弁部材１３を駆動するためのシリンダー操作部２と、これらの弁開閉部１とシリンダー操作部２との間に介設された断熱部３とを有していて、前記弁開閉部１には、第１及び第２の２組の加熱機構４，５が設けられている。
【００１６】
前記弁開閉部１は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などの素材で形成された四角柱状の弁ケーシング１０を有している。この弁ケーシング１０は、前記真空チャンバ及び真空ポンプの何れか一方に接続するための第１メインポート１１と、他方に接続するための第２メインポート１２とを、互いに９０度異なる向きに備えると共に、これら両メインポート１１，１２を結ぶ前記流路１４と、該流路１４中に設けられた円環状の弁座１５とを備えている。
【００１７】
前記弁ケーシング１０の内部には、前記弁座１５を開閉するポペット式の前記弁部材１３が設けられている。この弁部材１３は、円盤形をした基材１３ａの下面外周に、前記弁座１５に接離するゴム製の環状シール部材１３ｂを取り付けて形成したものである。この弁部材１３の背面中央には、駆動用のロッド１６の先端部が取り付けられ、このロッド１６の基端部は、弁ケーシング１０の端部の隔壁１７及び前記断熱部３を貫通して前記シリンダー操作部２まで延び、ピストン２１に連結されている。
【００１８】
一方、前記シリンダー操作部２は、弁ケーシング１０の一端部に前記断熱部３を介して連結されたシリンダー２０を有している。このシリンダー２０の断熱部３側の端部は前記隔壁１７によって閉塞され、シリンダー２０の反対側の端部は蓋体２３によって閉じられており、該シリンダー２０内部には、前記ピストン２１がシール部材２２を介して摺動自在に収容されている。そして、前記隔壁１７の中央部を前記ロッド１６がシール部材２８及びガイド部材２９を介して摺動自在に貫通し、前記ピストン２１にまで達している。また、このピストン２１の両側には第１圧力室２４ａ及び第２圧力室２４ｂが形成され、これらの圧力室２４ａ，２４ｂが、シリンダー２０の側面に開口する第１操作ポート２５ａ及び第２操作ポート２５ｂにそれぞれ接続されている。
【００１９】
そして、図１に示すように、前記第１操作ポート２５ａにより第１圧力室２４ａを開放して、第２操作ポート２５ｂから圧縮空気等の圧力流体を第２圧力室２４ｂ内に供給すると、前記ピストン２１及びロッド１６が前進するため該ロッド１６の先端の弁部材１３も前進し、弁座１５に当接して該弁座１５を閉鎖する。また、図２に示すように、前記第２操作ポート２５ｂを開放すると共に、第１操作ポート２５ａから圧力流体を第１圧力室２４ａ内に供給すると、前記ピストン２１及びロッド１６が後退するため弁部材１３も後退し、弁座１５から離れて該弁座１５を開放する。
【００２０】
また、前記第１加熱機構４は、弁ケーシング１０の内部に前記ロッド１６に沿って配設された発熱部材３０と、この発熱部材３０の内部に設けられた第１ヒーター３１とを備えている。前記発熱部材３０は、アルミニウムのような伝熱性に勝れた金属素材によって円筒状に形成されたもので、前記ロッド１６の回りに微小なギャップを保って同心状に配設され、前記隔壁１７にボルト等で固定することにより弁ケーシング１０内の定位置に不動状態に設置されている。そして、この発熱部材３０の肉厚内には、ヒーター取付孔３０ｂが前記ロッド１６と平行に一つ又は複数形成され、各ヒーター取付孔３０ｂ内にそれぞれ、棒状をした電気抵抗発熱式の前記第１ヒーター３１が内蔵されている。また、該発熱部材３０の先端部は環状の伝熱面３０ａとなっていて、この伝熱面３０ａが、前記弁部材１３の開放時に、該弁部材１３の背面に形成された受熱面３３ａに接触し、開弁位置にある該弁部材１３に熱を直接伝えるようになっている。従ってこの発熱部材３０は、前記弁部材１３を加熱する手段と該弁部材１３の開弁位置を規定するストッパとを兼ねるものである。
【００２１】
なお、前記第１ヒーター３１は温度センサー３２を有していて、この温度センサー３２から延びるリード線３２ａが、第１ヒーター３１から延びるリード線３１ａと一緒に束ねられて外部に延出し、図示しないヒーター制御回路に接続される。
【００２２】
前記弁部材１３の受熱面３３ａは、該弁部材１３の背面に取り付けられた受熱部材３３の端面に形成されている。即ち、この弁部材１３の背面には、アルミニウム等の伝熱性に勝れた素材で円筒状に形成された前記受熱部材３３が、前記ロッド１６を取り巻くように取り付けられ、この受熱部材３３の先端面が前記受熱面３３ａとなっている。この受熱部材３３の基端部の前記弁部材１３に当接する部分は、フランジ状の大径部３３ｂとなっていて、この大径部３３ｂと前記発熱部材３０との間に伸縮自在の伝熱部材３５が介設されている。この伝熱部材３５は、アルミニウム等の伝熱性素材によってベローズ状やコイル状などの伸縮可能な形態に形成されていて、その両端を前記受熱部材３３の大径部３３ｂと発熱部材３０とに接触させるか又は連結した状態で、これら両部材３０，３３間に配設され、前記発熱部材３０からの熱を弁部材１３に常時伝達するものである。
【００２３】
従って、この第１加熱機構４において、前記弁部材１３が図１のように閉弁位置にあるか、あるいは開閉動作の途中にあるときは、前記弁部材１３の受熱面３３ａと発熱部材３０の伝熱面３０ａとは相互に離れているため、該弁部材１３は前記伝熱部材３５を介して発熱部材３０により加熱され、該弁部材１３が図２のように開弁位置にあるときは、前記受熱面３３ａと伝熱面３０ａとが相互に接触するため、該弁部材１３は前記発熱部材３０と伝熱部材３５の両方で加熱されることになる。
【００２４】
前記弁ケーシング１０の隔壁１７と弁部材１３との間には、伸縮自在のベローズ３６が取り付けられ、このベローズ３６の内部に、前記発熱部材３０と受熱部材３３と伝熱部材３５とがそれぞれ収容されている。
【００２５】
また、前記第２加熱機構５は、弁ケーシング１０の外面に取り付けられ、以下のように構成されている。即ち、この第２加熱機構５は、前記弁ケーシング１０にその外周面全体を取り囲むように被着された角柱状の伝熱カバー４０を有している。この伝熱カバー４０は、アルミニウムのような伝熱性に勝れた硬質の素材によってある程度の肉厚を有するように形成されていて、前記弁ケーシング１０の外面に密着した状態に取り付けられている。この伝熱カバー４０は、全体を一体に形成しても良いが、複数の部分、例えば弁ケーシング１０の四つの側面毎に分割されたものを組み合わせて形成しても良い。
【００２６】
前記伝熱カバー４０の肉厚内には、複数のヒーター取付孔４０ａが弁ケーシング１０の軸線と平行に穿設され、各ヒーター取付孔４０ａ内に、棒状をなす第２ヒーター４１が一つずつ挿入されている。そして、これらの第２ヒーター４１からの熱が伝熱カバー４０を通じて均等に分散され、弁ケーシング１０全体に均等に伝わるようになっている。この第２ヒーター４１も温度センサー４２を有していて、これらの第２ヒーター４１及び温度センサー４２から延びるリード線４１ａ，４２ａが一緒に束ねられて外部に延出し、図示しないヒーター制御回路に接続される。
【００２７】
前記第２ヒーター４１の設置位置は、伝熱カバー４０の四隅であっても、各側面の中央部であっても良い。また、この第２ヒーター４１の数も４つに限定されるものではなく、３つ以下であっても、５つ以上であっても良く、加熱条件によっては一つだけ設けることもできる。
【００２８】
前記伝熱カバー４０の各側面の外側には、これらの各側面から外部への熱伝達を防止するための断熱カバー４３が被設されている。この断熱カバー４３は、シリコンゴムやフッ素ゴムあるいは発泡フッ素ゴム等からなる平板状をした断熱板４３ａの内側面に、前記伝熱カバー４０からの熱を拡散させる機能を持つ薄い熱拡散板４３ｂを取り付けることにより形成したもので、前記伝熱カバー４０の各側面に、スぺーサー４４を介在させることによって該伝熱カバー４０との間に一定の空隙４５を保った状態で、ねじ４６により固定されている。この場合、一部の断熱カバー４３のねじ４６は、その先端を前記第２ヒーター４１に当接させることにより、該第２ヒーター４１の固定用として兼用することが望ましい。
【００２９】
前記熱拡散板４３ｂは、アルミニウム等の伝熱性素材で形成することができるが、それ以外の素材であっても良い。また、前記断熱カバー４３は伝熱カバー４０の各側面に対応して四つに分かれていても、全体が一体であっても良い。
【００３０】
前記第２加熱機構５はこのような構成を有しているので、第２ヒーター４１からの発熱は、前記伝熱カバー４０を伝って該カバー全体に均等に分散し、弁ケーシング１０の外周面全体に均等に伝達されることになる。この結果、前記弁ケーシング１０がＳＵＳのような伝熱性が余り良くない素材で形成されていても、その外周面全体を、安価な棒状ヒーター４１により前記伝熱カバー４０を介して効率良く加熱することができ、この弁ケーシング１０の内面への反応物の付着を確実に防止することができる。
【００３１】
更に、前記断熱部３は、複数の通気孔４８ａを有する円筒形の断熱板４８により形成されていて、この断熱板４８が、前記弁ケーシング１０とシリンダー２０との間に前記ロッド１６を取り囲んで同心状に設置され、この断熱板４８の内部を流通するエアによって前記ロッド１６が冷却されるようになっている。また、前記断熱板４８の一部の通気孔４８ａか又は特別に設けた導出孔からは、前記第１ヒーター３１のリード線３１ａが外部に導出している。
【００３２】
前記構成を有するポペット弁においては、弁ケーシング１０内の定位置に発熱部材３０を設置して、この発熱部材３０に第１ヒーター３１を取り付け、該発熱部材３０と弁部材１３とを伝熱部材３５で相互に連結すると共に、該弁部材１３の開放時にこれらの発熱部材３０と弁部材１３とが相互に接触するように構成しているので、前記弁部材１３が閉弁位置か又は開閉動作の途中にあって前記発熱部材３０から離れているときでも、該弁部材１３が前記伝熱部材３５を通じて常に加熱され、作動流体からの生成物の付着が確実に防止される。また、前記弁部材１３が開放位置にあって流路を大量の作動流体が流通するときは、該弁部材１３が前記発熱部材３０に直接接触し、前記伝熱部材３５の他にこの発熱部材３０によっても直接加熱されため、加熱効率が上昇し、生成物の付着防止効果も向上する。
【００３３】
また、前記第１ヒーター３１は、前記発熱部材３０に取り付けることによって弁部材１３以外の場所に設置しているため、このようなヒーターを弁部材に直接取り付けた従来品のような、弁部材の重量の増加によって開閉時の駆動力が大きくなったり、応答性が悪くなるいったような問題が生じない。あるいは、ヒーターから延出するリード線の振動や伸縮抵抗等が弁部材の開閉に影響を及ぼすこともない。
【００３４】
前記実施例では、弁ケーシング１０が四角柱状であるものが示されているが、弁ケーシング１０の形状はこのような四角柱状に限らず、円柱状やその他の形状をしていても良い。このような場合には、第２加熱機構５における伝熱カバー４０や断熱カバー４３が、それらの形状に適合するように形成されることはいうまでもないことである。
【００３５】
また、前記弁部材１３にはヒーターが取り付けられていないが、該弁部材１３の開閉にそれほど影響を及ぼさない程度に小形のヒーターを補助的に取り付けることは可能である。更に、前記シリンダー操作部２は、ピストン２１の駆動を往復共に流体圧で行う複動形のものが示されているが、復帰動作をスプリングで行う単動形であっても良いことは当然である。
【００３６】
【発明の効果】
このように本発明によれば、弁部材を加熱するための第１ヒーターを、該弁部材以外の場所に設置した発熱部材に取り付けて、この発熱部材と前記弁部材とを伸縮自在の伝熱部材で連結したことにより、この伝熱部材を介して弁部材を、その開閉動作位置に拘らず常時加熱することができる。また、弁部材の重量の増加によって開閉時の駆動力が大きくなったり、応答性が悪くなるいったような問題を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るポペット弁の一実施例を示す閉弁状態の断面図である。
【図２】図１のポペット弁の開弁状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０弁ケーシング
１１第１メインポート
１２第２メインポート
１３弁部材
１４流路
１５弁座
１６ロッド
１７隔壁
２０シリンダー
２１ピストン
３０発熱部材
３０ａ伝熱面
３１第１ヒーター
３３受熱部材
３３ａ受熱面
３５伝熱部材
３６ベローズ
４１第２ヒーター

Claims

第１メインポート及び第２メインポートと、これら両メインポートを結ぶ流路と、該流路中に設けられた弁座とを有する弁ケーシング、
前記弁ケーシングに連結されたシリンダー、
前記弁ケーシング内に設けられて前記弁座を開閉するボペット式の弁部材、
前記弁部材に先端部を連結され、反対側の基端部が前記シリンダーの内部まで延びるロッド、
前記シリンダーの内部に摺動自在に配設されると共に、前記ロッドの基端部に連結されているピストン、
前記弁ケーシング内の定位置に配設され、先端部に伝熱面を備えた発熱部材、
前記弁部材の背面に配設され、該弁部材の開放時に前記発熱部材の伝熱面に接触する受熱面を先端に有する受熱部材、
前記発熱部材と受熱部材とに両端を接触又は連結させた状態でこれら両部材間に伸縮自在なるように介設され、前記発熱部材からの熱を弁部材に常時伝達する伝熱部材、
前記発熱部材に取り付けられた第１ヒーター、
を有することを特徴とするヒーター付きポペット弁。
前記受熱部材が円筒状をしていて、前記弁部材の背面に前記ロッドを取り巻くように取り付けられ、また、前記発熱部材も円筒状をしていて、前記ロッドの回りに同心状に設置されていることを特徴とする請求項１に記載のヒーター付きポペット弁。
前記発熱部材の内部に前記第１ヒーターが内蔵されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒーター付きポペット弁。
前記伝熱部材がベローズ状又はコイル状をしていることを特徴とする請求項１から３までの何れかに記載のヒーター付きポペット弁。
前記弁ケーシングの端部の隔壁と弁部材との間に前記ロッドを取り巻くようにベローズが設けられ、このベローズの内部に前記発熱部材と受熱部材と伝熱部材とが収容されていることを特徴とする請求項１から４までの何れかに記載のヒーター付きポペット弁。
前記弁ケーシングが第２ヒーターを有することを特徴とする請求項１から５までの何れかに記載のヒーター付きポペット弁。