JP4042507B2 - 流量制御機構付きゲートバルブ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置などの真空チェンバーと排気ポンプとの間に配置されるゲートバルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９(a),(b) は、特許文献１に記載されたスライドバルブ（ゲートバルブ）を示す。このスライドバルブは、下部ハウジング102 と上部ハウジング103 が分割面104 で接合され固定されてハウジング101 が形成され、下部ハウジング102 には入口側ポートと出口側ポートを連通させるための真っ直ぐな流路106 が形成されている。スライドプレート109 が流路106 の中心線に垂直な方向に移動可能に配設され、この移動はサーボモータ108 により行われ、スライドプレート109 の移動により流路106 の流量が制御される。下部ハウジング102 内では、スライドプレート109 と平行で流路106 を囲む位置に環状のシールリング111が配設され、シールリング111 の内周部に環状凸部112 形成されている。Ｏリング113がシールリング111 のスライドプレート109 に近接する面に配設され、Ｏリング114 が環状凸部112 の外周面に配設されて流路106 の内接面に接している。
【０００３】
ハウジング101 の壁部には流路106 を取り巻く環状室124 が形成され、環状室124 に連通された複数個の孔部121 が設けられている。孔部121 内のボルト122 の先端はシールリング111 に固定され、環状室124 内の環状ピストン125 は複数のスプリング128 によってボルト122 の方向に付勢されている。図９(b) では、スライドプレート109 はシールリング111 と対向した位置にあり、環状室124 内の圧力流体を導管127 を通して排出すると、スプリング128 の付勢力によって環状ピストン125 ・ボルト122 ・シールリング111 が左方に移動され、流路106 を流れるガスの流量が変わる。シールリング111 のＯリング113 がスライドプレート109 を圧接し、スライドプレート109 とシールリング111 とがシール状態にされ、流路106 が遮断される。
【０００４】
シールを解除したいときは、導管127 を通して環状室124 内に圧力流体を流入すると、図９(b) に示す非シール状態になると記載されている。非シール状態でスライドバルブは僅かに開かれているが、スライドバルブを更に開くときは、スライドプレート109 を流路106 の中心軸に垂直な方向に移動させ、図９(a) の上部ハウジング103 内に位置させる。図９(c) は、半導体の薄膜形成装置のチャンバー室130 にゲートバルブ140 を連結させた状態を示す図であり、排気口131 近くのテーブル132 の上にウエハー（集積回の基盤、ワーク）133 が載せられている。なお、チャンバー室130 へは、上方のプラズマ取出し窓134 からプラズマが流入され、左側の流入口から反応ガスや窒素ガスが流入される。
【０００５】
図９(c) のゲートバルブ140 として特許文献１のスライドバルブを適用した従来例（図９(a) 〜(c) の従来例）を考える。真空チャンバー130 における１プロセスが終了すると、スライドプレート109 を開口すべく動作する。開口部107 は三日月型の開口形状から満月型の開口すなわち全開へと移動し、コンダクタンスを最大（流体の抵抗を最小）にし、工程終了後に注入した不活性ガスを真空チャンバー130 から短時間で大量に排気して圧力を下げる。
その後、真空チャンバー130 にプロセスガスが流入されウエハー133 を処理（プロセス作業）され、真空チャンバー130 の圧力を上げて行うために、スライドプレート109 を移動して開口部107 を小さく三日月型にしてコンダクタンスを小さくし、スライドバルブの排気能力を制限する。このとき、プロセスガスの流入と真空チャンバー130 内のガスの流出とをバランスさせて、真空チャンバー130 内を所定の圧力を維持する。
【０００６】
プロセスガスの流入と真空チャンバー130 内のガスの流出とをバランスさせる場合、スライドプレート109 の絞りの度合いは、開口部107 の大きさが全開のときの数％以下であるといわれている。特許文献１のスライドバルブの流路106 の直径は、通常用途で150 〜320mm という大口径であり、シールリング111 をスライドプレート109 とのシール状態から図９(b) の非シール状態へ移行させるだけで、開口部107 の大きさが全開のときの略２％になるといわれている。しかも、大口径の流路106 でスライドプレート109 を移動させることにより開口量を制御するので、微小な開口面積制御を行うためには、精密なサーボモータを用いて移動量の微細な制御を行うことが必要となる。しかも、サーボモータとハウジング101 とが直結されているので、高温化されたスライドバルブからサーボモータを保護することは困難である。
【０００７】
図10は、特許文献２に記載されたＬ字形の排気バルブを示す。図10において、第１ボディ152 の右側にはチャンバーポート150 が配設され、第１ボディ152 の下側にはポンプポート151 が配設されている。チャンバーポート150 の中心軸とポンプポート151 の中心軸とは直角に交差し、チャンバーポート150 からポンプポート151 に到る流路はＬ字形となっている。チャンバーポート150 は真空チャンバーの排気口に連通され、ポンプポート151 は真空ポンプの吸入口に連通されている。チャンバーポート150 とポンプポート151 との間には、ポンプポート151 側の主弁体153 と主弁座154 からなる主弁と、副弁体155 と副弁座156 からなる副弁が配設されている。主弁体153 と副弁体155 はポンプポート151 の中心軸に対して平行な方向に移動し、主弁体153 及び副弁体155 はそれぞれ主復帰ばね157 及び副復帰ばね158 により閉鎖方向に付勢されている。
【０００８】
真空チャンバー内の気体を排出するときは、まず作動流体を副ポート160 から副圧力室161 に流入させ、副ピストン162 、副軸163 、副弁体155 を上昇させる。真空チャンバーからの気体は、チャンバーポート150 から流路164 、副弁体155 と副弁座156 との間の間隙、ポンプポート151 を通って排出される。副弁体155 と副弁座156 の直径は相当小さいので、真空チャンバー内のガスはは緩速で流速を調節されながら排気される。真空チャンバー内の圧力が十分に低下し、塵埃を巻き上げるほどのガスの乱流が生じない程度の圧力に達すると主弁を開く。作動流体を主ポート166 から主圧力室167 に流入させ、主ピストン168 、主軸169 、主弁体153 を上昇させる。真空チャンバーからの気体は、チャンバーポート150 から主弁体153 と主弁座154 との間の隙間、ポンプポート151 を通って急速に排出される。
【特許文献１】
特開平９−１７８０００号公報
【特許文献２】
特開平９−１３７８７９号公報
【０００９】
従来例の欠点について説明する。
▲１▼ 特許文献１のスライドバルブでは、大径のスライドプレート109 のみを、流路と平行方向及び垂直方向に移動させて流路106 を開閉するので、細分化できる絞りを設けること、すなわち精密な制御が不可能であった。特許文献２の排気バルブでは大径の主弁と小径の副弁を備えているので、流量の精密な制御が可能であるが、チャンバーポート150 からポンプポート151 への流路がＬ字形に屈折しているので、流路の抵抗が大きい。そして、入口側ポートから出口側ポートへの流路が直進形で流路の抵抗が小さい特許文献１のスライドバルブに、流路がＬ字形の特許文献２の排気バルブをそのまま適用することはできない。
また、図９(b) において、スライドプレート109 とシールリング111 とは、コンダクタンス零のシール状態から非シール状態になる間の制御機構が明示されていない。口径200mm のバルブでシールを解除し、シール状態から非シールになる間１mmだけストロークするとすれば、そのコンダクタンスはバルブ全開時の略２％となる。０から略２％までのコンダクタンスは制御が不可能であり、コンダクタンス制御ができるのは略２％以上となる。
▲２▼ 前記の図９(a) 〜(c) の従来例において、真空チャンバー130 にプロセスガスを流入させかつ排気を絞ってウエハー133 を処理する場合、排気バルブの開口形状が三日月型となって、満月形に配置されたウエハー133 の形状と異なる。そのため、同一ウエハー133 の開口部の近傍の圧力は低くなるが、スライドプレート109 により閉じられている箇所の圧力が高くなる。このように圧力分布が異なっているため、ウエハー133 に付着するガス量が部分的に異なり、ウエハー133 の出来上がりが不均一になる。
▲３▼ 図９(b) のＯリング114 は、流路106 の内壁面に接触し、プロセスガスにさらされながら左右方向に摺動するので、その磨耗を防ぐためＯリング114 にグリスが塗られている。そのため、プロセスガスや副生成物によりグリスとシール材が劣化するので、頻繁にメンテナンスする必要があり、またグリスが真空チャンバーに逆拡散する危険性もある。
▲４▼ 図９(a) のサーボモータ108 は、スライドバルブのポンプの取付面側に突出しているので、スライドバルブにポンプを接続するときの作業が困難であり、多くの工数を要する。
▲５▼ 図９(a) のサーボモータ108 は下部ハウジング102 に固定されているので、メンテナンスのためスライドプレート109 を取り外す場合、上部ハウジング103 を下部ハウジング102 から外しても、サーボモータ108 の関連部品が障害になる。また、下部ハウジング102 内のシールリング111 の取外しは更に困難である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、入口側ポート（チャンバーポート）から出口側ポート（ポンプポート）への流路が直進形のゲートバルブにおいて、流路に対して平行方向及び垂直方向に移動される主弁体に副弁を配設して、主弁のシール状態のとき副弁を調節して流路を流れる流体の流量を極めて精密に制御することを第１課題とし、副弁が全開状態のとき主弁を調節して流路を流れる流体の流量を精密に制御することを第２課題とし、真空チャンバーにおける処理のために排気を絞る場合、ゲートバルブの開口形状をチャンバーポートの中心に対し対称なものとなすことを第３課題とし、ゲートバルブのバルブ本体、弁体、シール面（弁座）との間に摺動面をなくし、摺動面をシールするシール材を不要とすることを第４課題とし、ゲートバルブのポンプ取付面側に弁体の駆動源等を配置せず、ポンプ接続の作業性を良好なものとすることを第５課題とし、主弁体及び副弁を含むシートアッシーの輸送及びメンテナンスを容易にすることを第６課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を達成するために、バルブ本体にチャンバーポートからポンプポートに到る直進形流路が形成され、バルブ本体に主弁体及び主弁座からなる主弁が配設され、主弁体が流路の軸線と平行方向（略平行方向を含む）に移動可能にされ、主弁のシール位置（閉鎖位置）では主弁体（の主弁シール面）が主弁座と接触して流路が遮断され、主弁の非シール位置（開放位置）では主弁体と主弁座との間隔を調整してこの間隔を流れる流体の流量を制御することができ、主弁体と主弁座とが所定距離だけ離隔した移動待機位置で、主弁体が流路の軸線に対して垂直方向（略垂直方向）に移動して流路の開口面積を変えることができるゲートバルブにおいて、主弁体には主弁体を貫通する副弁ポートが形成され、主弁体の反主弁座側（後記副弁体の側）で副弁ポートの周縁に副弁座が形成され、流路の軸線と平行方向（略平行方向を含む）に移動可能な副弁体が配設され、主弁のシール位置で副弁体を移動させることにより副弁体と副弁座との間隙を調整して、この間隙を流れる流体の流量を制御することを特徴とするものである（第１構成）。
本発明は、第１構成において、バルブ本体に環状シリンダ室が形成され、環状シリンダ室内に環状ピストンが摺動自在に配設され、環状ピストンに固定された複数個のロッドの先端が副弁体と接触可能に配設され、環状シリンダ室のヘッド側室に複数個のピストンスプリングが配設され、主弁体と副弁体との間に主弁体と副弁体とを離隔させる方向に作用する複数個の副弁スプリングが配設され、ピストンスプリングの弾発力により副弁体と副弁座とが近づき、かつ主弁体と主弁座とが近づく方向に付勢され、環状シリンダ室のロッド側室の流体圧力による力及び副弁スプリングの弾発力により、副弁体が副弁座から離隔する方向に付勢され、環状シリンダ室のロッド側室の流体圧力を変えることにより副弁体と副弁座との間隙を調整し、この間隙を流れる流体の流量を制御することができる（第２構成）。
本発明は、第２構成において、バルブ本体の側壁に揺動軸が回動可能かつ往復動可能の状態に支持され、揺動軸の内側端部に主弁体及び副弁体を含むシートアッシーが柄を介して固定され、揺動軸の外側端部と前記側壁との間に弁スプリングが配設され、弁スプリングの弾発力により主弁体が主弁座から離隔する方向に付勢され、弁スプリングの弾発力は全副弁スプリングの弾発力よりも小さくかつ全副弁スプリングの弾発力は全ピストンスプリングの弾発力よりも小さく設定され、主弁体と副弁体との間には主弁体（副弁座）と副弁体との最大離隔距離を設定するフックが配設され、主弁体と副弁体とが最大離隔距離にある（副弁全開の）とき、環状シリンダ室のロッド側室の流体圧力を変えることにより主弁体と主弁座との間隔を調整し、主弁体と主弁座との間を流れる流体の流量を制御することができる（第３構成）。
本発明は、第２，第３構成において、環状シリンダ室のロッド側室の流体圧力を液体圧力（非圧縮性流体圧力）とすることができる（第４構成）。
本発明は、第１〜第４構成において、バルブ本体の弁ボディに流路が形成され、バルブ本体のボンネットの側壁に揺動軸が回動可能かつ往復動可能の状態に支持され、揺動軸の内側端部に主弁体及び副弁体を含むシートアッシーが柄を介して固定され、揺動軸の外側端部が伝達機構を介して往復動形流体圧アクチュエータの出力軸に連結され、主弁体と主弁座とが所定距離だけ離隔した移動待機位置で、往復動形流体圧アクチュエータの作動により揺動軸が回動され、シートアッシーが弁ボディ内からボンネット内に移動され、流路の開口が調整される（第５構成）。
本発明は、第１〜第５構成において、チャンバーポートの中心線、主弁体の中心線、副弁ポートの中心線及び副弁体の中心線が同一線上に配置され、主弁体及び副弁体が上記中心線に沿って移動されるとき、ゲートバルブの開口形状が上記中心線に関して対称なものとなり、ポンプポートに接続した真空ポンプを作動させると、チャンバーポートの同一半径上の圧力が均一になる（第６構成）。
本発明は、第１〜第６構成において、主弁体と主弁座との間（の当接部）に主パッキンが配設され、副弁体と副弁座との間（の当接部）に副パッキンが配設される（第７構成）。なお、第７構成において、主パッキンは主弁体の主弁座側に装着され、副パッキンは副弁座側又は副弁体側に装着されるようにしてもよい。
本発明は、第７構成において、主弁体と副弁体との間にプラスチック製の環状停止板を介在させ、主弁体（副弁座）と副弁体との最小距離を一定に保ち、副パッキンの圧縮量を一定にすることができる（第８構成）。
本発明は、第１〜第４構成において、バルブ本体の側壁に揺動軸が回動可能かつ往復動可能の状態に支持され、揺動軸の内側端部に主弁体及び副弁体を含むシートアッシーが柄を介して固定され、揺動軸の外側端部が伝達機構を介して往復動形流体圧アクチュエータの出力軸に連結され、往復動形流体圧アクチュエータがポンプポート側面のポンプポートから離隔した位置に配置される。
本発明は、第１〜第４構成において、バルブ本体の弁ボンネットの側壁に揺動軸が回動可能かつ往復動可能の状態に支持され、揺動軸の内側端部に主弁体及び副弁体を含むシートアッシーが柄を介して連結具（例えばボルト）により固定され、弁ボディにシートアッシーの移動空間が形成されるとともに弁ボンネットにシートアッシーの収納室が形成され、弁ボディに弁ボンネットが接合され連結具により固定され、揺動軸の外側端部が伝達機構を介して往復動形流体圧アクチュエータの出力軸に連結される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１〜図８は本発明の流量制御機構付きゲートバルブの実施の形態を示す。図１に示すとおり、バルブ本体10は弁ボディ11、弁ボンネット12及びカバー13から構成されている。バルブ本体10には、チャンバー側（図１の右側）のチャンバーポート15からポンプ側（図１の左側）のポンプポート16に到る直進形の流路17が形成され、流路17の軸線に対して垂直方向に移動するシートアッシー19（主弁体20・副弁体22を含む）の移動空間76が形成されている。弁ボディ11のチャンバー側の側壁26の下端部とポンプ側の側壁27の下端部とは下壁によって接続され、側壁26と側壁27の上端面にはそれぞれボンネットシール50を介して弁ボンネット12の側壁28と側壁29が接続され、弁ボディ11と弁ボンネット12とはボルト51（図６参照）により固定されている。弁ボンネット12の側壁28と側壁29の上端部は上壁により接続されている。弁ボディ11のポンプ側の側壁27の表面には環状のカバー13がボルトにより固定され、カバー13のポンプポート16と弁ボディ11の流路17とは同一直径で同一軸線上に配置されている。
【００１３】
バルブ本体10の弁ボディ11のチャンバーポート15の内側（図１では左側）周縁に主弁座21（図７参照）が形成され、主弁座21の対向位置に主弁体20の主弁シール面78（図７，８参照。以下、単に主弁体20と称することがある）が配設され、主弁体20が流路17と平行方向に移動可能に配置されている。主弁（主弁体20と主弁座21からなる）のシール位置（閉鎖位置）では、主弁体20（の主弁シール面78）が主弁座21と接触して流路が遮断され、主弁の非シール位置（開放位置）では主弁体20と主弁座21との間隔を調節してこの間隔を流れる流体の流量を制御することができる。主弁体20と主弁座21とが所定距離だけ離隔した移動待機位置で、主弁体20及び後記副弁体22を含むシートアッシー19が、流路17に対して垂直方向（主弁座21に対して平行方向）に移動（揺動又は往復動）して流路17の開口面積に変えることができる。主弁体20には主弁体20を貫通する副弁ポート23が形成され、主弁体20の反主弁座側80（図４では左側）で副弁ポート23の周縁に副弁座24（図４参照）が形成され、流路17と平行方向（略平行方向を含む）に移動可能な副弁体22が配設されている。主弁のシール位置で副弁体22を移動させることにより副弁体22の副弁シール面79（図４参照，以下、単に副弁体22と称することがある）と副弁座24との間隙を調整して、この間隙を流れる流体の流量を制御する。なお、副弁体22と副弁座24とによって副弁が構成される。
【００１４】
弁ボンネット12の側壁29に挿通孔32（図７参照）が形成され、挿通孔32に揺動軸31が回動可能かつ往復動可能の状態に支持され、挿通孔32と揺動軸31との間は単数個又は複数個（例えば２個）の軸シール53によって密封されている。側面視で円形の主弁体20の端部には柄52（図６参照）が結合されており、揺動軸31の内側（図１では右側）端部に柄52がボルト54により連結されている。揺動軸31の外側端部の拡径部が支え板55の支持孔81により回動自在かつ往復動可能の状態に支持され、支え板55は側壁29の表面より所定の間隔をおいて弁ボンネット12に連結されている。揺動軸31の外周にはスラスト玉軸受56が配設され、スラスト玉軸受56と側壁29との間には弁スプリング57が介装されている。弁スプリング57の弾発力によりスラスト玉軸受56は、拡径部右端の段差部及び支え板55の内側面に向かって付勢され、このとき主弁体20が主弁座21から離隔する方向に付勢されている。
【００１５】
チャンバーポート15、主弁体20、副弁ポート23、副弁体22の各中心線は同一線上にある。主弁座21と主弁体20との間は主パッキン58によりシールされ、主パッキン58は主弁座21と対向する主弁体20（の主弁シール面78）の環状溝に装着されている。副弁座24と副弁体22との間は副パッキン59によりシールされ、図面では副パッキン59は主弁20の副弁座24の環状溝に装着されている。なお、副弁体22の副弁ポート23と対向する箇所には、テーパ部60及び突出部が形成されている。主弁体20のポンプ側82の側面の有底孔と副弁体22の真空チャンバー側83の側面の有底孔との間に、主弁体20と副弁体22とを離隔させる方向に作用する副弁スプリング61が配設され、こうした副弁スプリング61は複数個の有底穴に複数個配設されている。主弁体20と副弁体22との間には、主弁体20と副弁体22との最大離隔距離を設定する複数個のフック62が配設されている。図８に示されているように、フック62には小径部と顎部63が形成され、フック62の小径部は副弁体22の挿通孔65に挿通され、小径部の基端が主弁体20に固定されている。挿通孔65のポンプ側の外周部に受け部64が形成され、顎部63が受け部64と係合して最大隔離距離が設定されている。
【００１６】
図１に示すとおり、弁ボディ11の側壁27とカバー13との間に環状シリンダ室33が形成され、環状シリンダ室33内に環状ピストン34が摺動自在に配設されている。環状ピストン34に固定された複数個（例えば４個）のロッド35が、側壁27の挿通孔66（図７参照）に挿通され、ロッド35と挿通孔66との間はロッドパッキン67及びロッドシール68により密封されている。ロッド35の先端が、側壁27の真空チャンバー側の側面から突出して、副弁体22の外周部のポンプ側82の側面と接触可能に配設されている。環状シリンダ室33のヘッド側室36に複数個（例えば４個）のピストンスプリング38が配設され、全ピストンスプリング38の弾発力は全副弁スプリング61の弾発力よりも強く、全副弁スプリング61の弾発力は弁スプリング57の弾発力よりも強い。全ピストンスプリング38の弾発力により、全副弁スプリング61の弾発力に抗して、副弁体22と副弁座24が近づく方向に付勢され、弁スプリング57の弾発力に抗して主弁体20と主弁座21が近づく方向に付勢されている。
【００１７】
環状シリンダ室33のロッド側室37の流体圧力による力が、全ピストンスプリング38の弾発力に抗して環状ピストン34・ロッド35をポンプ側に移動させる。このことにより、全副弁スプリング61・弁スプリング57の弾発力により、第１に副弁体22が副弁座24から離隔する方向に付勢され、第２に主弁体20が主弁座21から離隔する方向に付勢される。そして、前記第１の状態のとき、環状シリンダ室33のロッド側室37の流体圧力を変えることにより副弁体22と副弁座24との間隙を調整し、この間隙を流れる流体の流量を精密に制御することができる。前記第２の状態のとき、主弁体20と副弁体22とが最大離隔距離（副弁が全開放）にあり、環状シリンダ室33のロッド側室37の流体圧力を変えることにより、主弁体20と主弁座21との間隔を調整し、この間隔を流れる流体の流量を制御することができる。
【００１８】
図６，図７に示すとおり、揺動軸31の外側端部が伝達機構40を介して往復動形流体圧アクチュエータ41の出力軸（ロッド）42に連結され、揺動軸31が軸方向に移動しても、揺動軸31と出力軸42との連結が維持される。伝達機構40は、揺動軸31の外側端部に固定されたアーム43、アーム43の先端部の離隔（揺動軸31と平行に離隔）した２枚の板に形成された長穴44、２つの長穴44に係合し長穴44内を移動できる支持軸45、出力軸42の先端を支持軸45に沿って移動できる機構49から構成されている。主弁体20と主弁座21とが所定距離だけ離れ、ロッド35が側壁27の真空チャンバー側の側面から移動空間76に突出しない移動待機位置で、往復動形流体圧アクチュエータ41の伸長作動により揺動軸31が回動され、シートアッシー19（主弁体20、副弁体22、副弁スプリング61、フック62、主パッキン58、副パッキン59からなる）が弁ボディ11から弁ボンネット12の収納室46に移動され、流路17の開口が全開とされる。なお、図６において、カバー13のポンプ側面に複数個（例えば12個）のボルト孔75が示されている。
【００１９】
次に本発明の実施の形態の作動について説明する。流量制御機構付きゲートバルブを使用する場合、チャンバーポート15が真空チャンバーに連通され、ポンプポート16が排気ポンプに連通されている。図１に示すとき、シートアッシー19が弁ボディ11内の移動空間76に位置し、環状シリンダ室33のロッド側室37及びヘッド側室36がそれぞれポート39及びポート47を介して大気圧側（例えば油圧タンク側）に連通されている。なお、ヘッド側室36をポート47を介して圧力源側に連通させることも可能であるが、ここではヘッド側室36を常時大気圧に維持するとして説明する。全ピストンスプリング38の弾発力が、全副弁スプリング61・弁スプリング57の弾発力に抗し、環状ピストン34・ロッド35を介して、副弁体22・主弁体20を閉鎖方向に付勢している。主弁体20が主パッキン58を介して主弁座21に押し付けられ、副弁体22が副パッキン59を介して副弁座24に押し付けられ、主弁・副弁が閉じ、流路17が遮断されている。なお、バルブ本体10の外部と内部との間は、既に説明した軸シール53、ボンネットシール50のほか、弁ボディ11とカバー13との間をカバー外シール70・カバー内シール71でシールされている。また、環状ピストン34の外周面及び内周面の環状凹部には、それぞれピストン外パッキン72及びピストン内パッキン73が装着されている。そして、ピストン外パッキン72及びピストン内パッキン73によって環状ピストン34の外周面・内周面と環状シリンダ室33の外周面・内周面との間がシールされている。
【００２０】
図１に示すとき、主パッキン58の直径よりも副パッキン59の直径の方が小さいので、副パッキン59が過剰に圧縮される可能性がある。このことを防ぐため、主弁体20と副弁体22との間にプラスチック製の環状停止板48を介在させ（実際には主弁体20の環状溝に環状停止板48を装着させ）、主弁体20と副弁体22との最小距離を一定に保ち、副パッキン59の圧縮量を一定にする。従って、ピストンスプリング38の弾発力は、環状ピストン34からロッド35、副弁体22、副パッキン59・環状停止板48、主弁体20へと順次に伝達される。このとき、主パッキン58は、ピストンスプリング38の弾発力とそれに対する主パッキン58の反力が平衡した圧縮量だけ圧縮される。
【００２１】
副弁のみによる流量制御について説明する。真空チャンバーにプロセスガスを流入してプロセス作業を行うため、真空チャンバー内の圧力を例えば数m Torrに上昇させる。ポンプポート16側に連通させたポンプの排気速度が一定であるので、真空チャンバーとポンプとの間に絞りを設け、すなわちゲートバルブの副弁・主弁を調節して、真空チャンバーの圧力を上昇させる。
図１の状態で、環状シリンダ室33のロッド側室37の圧力を上昇させると、環状シリンダ室33のロッド側室37の流体圧力による力が、全ピストンスプリング38の弾発力に抗して環状ピストン34・ロッド35をポンプ側に移動させる。このことにより、全副弁スプリング61の弾発力により、副弁体22が副弁座24から離隔する方向に付勢され、副弁体22と副弁座24とのシールが解除され、図２に示す位置となる。環状シリンダ室33のロッド側室37の流体圧力を変えることにより副弁体22（の副弁シール面79）と副弁座24との間隙を調整し、この間隙を流れる流体（矢印Ａ参照）の流量を精密に制御することができる。このとき、主弁体20が主パッキン58を介して主シール面21に押し付けられ、主弁体20と主シール面21との間は密封され、主弁は閉鎖されている。
【００２２】
図２に示すとき、真空チャンバーからのガスは、チャンバーポート15、副弁ポート23を通り、副弁座24の内周部と副弁体22のテーパ部60との間に間隙（副弁の間隙という）で絞られ、自由に通過できる排気用の貫通路74、ポンプポート16を通って、不図示のポンプにより排気される。環状シリンダ室33のロッド側室37の圧力上昇と副弁の間隙を流れるガス流量とは略比例するようにされている。副弁ポート23の直径は、主弁座21の内径よりも相当小さいので、ロッド側室37の圧力上昇に対する副弁の間隙を流れるガス流量の増加は小さく、ガス流量の極めて精密な制御が可能である。
【００２３】
副弁の全開について説明する。図２において、ロッド側室37の圧力をさらに上昇させていくと、環状ピストン34・ロッド35が左方へ移動し、副弁スプリング61が伸長して副弁の間隙は大きくなる。しかし、副弁体22と主弁体20との最大離隔量、即ち副弁の最大間隙はフック62によって制限されている。すなわち、図３に示す位置で、主弁体20に固定されたフック62の顎部63が、副弁体22の受け部64に当接し、これ以上の主弁体20と副弁体22との離隔（副弁の間隙量の増大）は制限される。したがって、図３のとき、副弁が全開となり、副弁のみの流量が最大となる。
【００２４】
副弁全開の状態での、主弁による流量制御について説明する。図３の副弁全開の状態でロッド側室37の圧力をさらに上昇させていくと、ロッド側室37の流体圧力による力が、全ピストンスプリング38の弾発力に抗して環状ピストン34・ロッド35をポンプ側にさらに移動させる。このとき、弁スプリング57の弾発力は、スラスト玉軸受56を介して揺動軸31の段差、ボルト54、柄52、主弁体20へ伝えられている。弁スプリング57による主弁体20の左方への移動、主弁体20の主弁シール面78（図３では主パッキン58）が主弁座21から離れ（主弁のシールが解除され）、主弁体20と主弁座21との間の環状間隔（主弁の環状間隔という）を通ってガスが流れる。図３と図４との間の状態で、副弁が全開で、主弁による流量制御が行われる。そして、主弁体20と副弁体22とが最大離隔距離にあり、ロッド側室37の流体圧力を変えることにより、主弁体20と主弁座21との間隔を調整し、この間隔を流れる流体（矢印Ｂ参照）の流量を精密に制御することができる。
【００２５】
図４は、環状ピストン34が左へ進んでカバー13の右側側面に当接した状態を示し、このとき主弁の流量が最大となる。また、図４では、弁スプリング57により付勢されるスラスト玉軸受56が、支え板55の内側側面に当接して停止し、主弁座21と主弁体20との間隔が最大になる。主弁座21と主弁体20との間隔、副弁体22のポンプ側（左側）側面と弁ボディ11のポンプ側の側壁27の内側面（右側面）との間隔、及びロッド35の先端と副弁体22のポンプ側側面との間隔が、それぞれ所定間隔に維持され、ロッド35が側壁27のチャンバー側面から突出することがない。シートアッシー19を弁ボディ11内の移動空間76から弁ボンネット12の収納室46への移動のために揺動する待機位置となる。
【００２６】
シートアッシー19の移動による流路17の開口制御について説明する。まず、揺動軸31のポンプ側（左側）への移動により、アーム43がポンプ側へ移動した（図３から図４へ）が、そのとき出力軸42の先端が支持軸45に沿って移動しており、アーム43の位置ズレは補正されている。図４の移動待機位置で、流体圧アクチュエータ41を作動させて、出力軸42を伸長させると、伝達機構40を介して揺動軸31が、図６の側面視で時計方向に回動する。この回動により、シートアッシー19は、図４の弁ボディ11内の位置から、図５・図６の弁ボンネット12の収納室46へと移動され、移動の過程において流路17を流れるガスの流量が急増する。移動終了後に流路17が全開となり、チャンバーポート15とポンプポート16との間には何の障害物も存在しない。なお、図５において、主弁体20及び副弁体22は側面が示されている。
【００２７】
シートアッシー19のメンテナンスや移動は、図５・図６に示されるようにシートアッシー19が弁ボンネット12の収納室46に収納されたときに、ボルト51を外し、弁ボンネット12を弁ボディ11から分離させた後に行う。シートアッシー19を弁ボンネット12に収納したままで移動させれば、シートアッシー19が他の物体に接触することがないので、移送の安全性が確保できる。
このようにシートアッシー19を弁ボンネット12に収納した状態で弁ボンネット12を弁ボディ11から外すために、弁ボディ11の主弁座21にシートアッシー19等の接触による損傷を起こすことがない。また、ボルト54を外してシートアッシー19を弁ボンネット12・揺動軸31から取り外した状態（シートアッシー19が剥き出しの状態）で、シートアッシー19を分解洗浄したり、主パッキン58、副パッキン59、副弁スプリング61等を取り外し、洗浄済の部品や交換すべき部品の取り付けを簡単に行うことができる。メンテナンス時間が短縮され、メンテナンス費用が低減する。
【００２８】
流路17の開口が全開された状態（図５，図６参照）から、流路17が遮断された状態（図１参照）に戻すことについて説明する。まず、ロッド室37を所定圧力にして、環状ピストン34が左へ進んでカバー13の右側側面に当接した状態、すなわちロッド35が側壁27のチャンバー側の側面から突出することがない状態の移動待機位置とする。このとき、弁スプリング57の作用により、揺動軸31はポンプ側に移動しているので、主弁体20は側壁28のポンプ側の側面から所定距離だけ離れており、この位置で揺動軸31を回動させても主弁体20と主弁座21とが所定距離だけ離隔した位置となる。次に、流体圧アクチュエータ41を作動させて、出力軸42を後退させると、伝達機構40を介して揺動軸31が、図６の側面視で反時計方向に回動し、シートアッシー19が弁ボディ11の移動空間76に移動する。ロッド室37の圧力を大気圧に下降させると、弁スプリング57の弾発力及び全副弁スプリングの弾発力に抗して、全ピストンスプリング38の弾発力が環状ピストン34、ロッド35を付勢し、主弁及び副弁の閉鎖方向に移動させ、図１の状態となる。
【００２９】
主弁体20及び副弁体22の移動量と流路17を流れるガスの流量増加の関係を考えると、副弁のみの制御のときは、副弁体22の流路17に平行な移動量の変化に対するガスの流量の変化は小さく、最も精密な制御が可能である。次に、副弁が全開で主弁による制御を行うときは、主弁体20の流路17に平行な移動量の変化に対するガスの流量の変化は小さくなく、適度な制御が可能である。そして、シートアッシー19を流路17の軸線に垂直に移動させるときは、シートアッシー19の移動量の変化に対するガスの流量の変化は大きい。従って、流路17を流れるガスの流量が０から、流路17の開口部の全開の場合の数％までの流量制御は、副弁のみの制御により行われることが望ましく、止むを得ない場合は、副弁及び主弁の調節により流量制御を行う。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１、２の流量制御機構付きゲートバルブは、入口側ポート（チャンバーポート）から出口側ポート（ポンプポート）への流路が直進形のゲートバルブにおいて、流路に対して平行方向及び垂直方向に移動される主弁体に副弁を配設して、主弁のシール状態のとき副弁を調節して流路を流れる流体の流量を極めて精密に制御することができる。
請求項３，４の流量制御機構付きゲートバルブは、副弁が全開状態のとき主弁を調節して流路を流れる流体の流量を精密に制御することができる。請求項５の流量制御機構付きゲートバルブは、副弁及び主弁が全開状態のとき、シートアッシーを流路に対して垂直方向へ移動させ、流路の開口の調節により流量を急速に変化させることができる。
請求項６の流量制御機構付きゲートバルブでは、チャンバーポートの同一半径上の圧力を均一にさせるので、真空チャンバーにおける処理のために排気を絞る場合、ゲートバルブの開口形状がチャンバーポートの中心に対し対称なものとなっており、外径側どうしでの圧力差が生じなく、真空チャンバーのワークの仕上がりが均一となる。
請求項７，８の流量制御機構付きゲートバルブでは、主弁体と主弁座との間に主パッキンが配設され、副弁体と副弁座との間に副パッキンが配設され、主弁体・副弁体は流路に平行な方向に移動し、主パッキン及び副パッキンは当接面に配置されている。従って、ゲートバルブのバルブ本体、弁体、シール面（弁座）との間に摺動面が存在せず、摺動面をシールするシール材（パッキン）が不要となる。
請求項９の流量制御機構付きゲートバルブでは、往復動形流体圧アクチュエータがポンプポート側面のポンプポートから離隔した位置に配置されているので、ゲートバルブのポンプ取付面側に弁体の駆動源等を配置せず、ポンプ接続の作業性を良好なものとなる。
請求項 10のゲートバルブでは、シートアッシーが弁ボンネットの収納室にあるときに、弁ボディと弁ボンネットとを分離させ、シートアッシーを揺動軸から外すことができるので、主弁体及び副弁を含むシートアッシーの輸送及びメンテナンスが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１〜５は、本発明の流量制御機構付きゲートバルブの実施の形態の左側面図（図６）の一点鎖線の断面を矢印Ｉ−Ｉ方向に見た断面図であり、図１は主弁及び副弁が閉鎖され、流路が遮断された状態を示す図面である。
【図２】主弁が閉鎖され、副弁の間隙を調節して流量を制御している状態を示す図面である。
【図３】主弁が閉鎖され、副弁が全開となった状態を示す図面である。
【図４】副弁が全開で、主弁体が主弁シートから所定距離だけ離れ、シートアッシーが移動待機状態のときの図面である。
【図５】シートアッシーが弁ボンネットの収納室に位置している状態を示す図面である。
【図６】本発明の流量制御機構付きゲートバルブの実施の形態の左側面図である。
【図７】図４の上方部の拡大図である。
【図８】図４の下方部の拡大図である。
【図９】図９(a) は特許文献１のスライドバルブの平面図であり、図９(b) は図９(a) のIII-III 線の拡大部分断面図であり、図９(c) は、半導体の薄膜形成装置のチャンバー室にゲートバルブを連結させた状態を示す説明図である。
【図１０】特許文献２に記載されたＬ字形の排気バルブの縦断面図である。
【符号の説明】
10 バルブ本体
15 チャンバーポート
16 ポンプポート
17 流路
19 シートアッシー
20 主弁体
21 主弁座
22 副弁体
23 副弁ポート
24 副弁座
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置などの真空チェンバーと排気ポンプとの間に配置されるゲートバルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９(a),(b) は、特許文献１に記載されたスライドバルブ（ゲートバルブ）を示す。このスライドバルブは、下部ハウジング102 と上部ハウジング103 が分割面104 で接合され固定されてハウジング101 が形成され、下部ハウジング102 には入口側ポートと出口側ポートを連通させるための真っ直ぐな流路106 が形成されている。スライドプレート109 が流路106 の中心線に垂直な方向に移動可能に配設され、この移動はサーボモータ108 により行われ、スライドプレート109 の移動により流路106 の流量が制御される。下部ハウジング102 内では、スライドプレート109 と平行で流路106 を囲む位置に環状のシールリング111が配設され、シールリング111 の内周部に環状凸部112 形成されている。Ｏリング113がシールリング111 のスライドプレート109 に近接する面に配設され、Ｏリング114 が環状凸部112 の外周面に配設されて流路106 の内接面に接している。
【０００３】
ハウジング101 の壁部には流路106 を取り巻く環状室124 が形成され、環状室124 に連通された複数個の孔部121 が設けられている。孔部121 内のボルト122 の先端はシールリング111 に固定され、環状室124 内の環状ピストン125 は複数のスプリング128 によってボルト122 の方向に付勢されている。図９(b) では、スライドプレート109 はシールリング111 と対向した位置にあり、環状室124 内の圧力流体を導管127 を通して排出すると、スプリング128 の付勢力によって環状ピストン125 ・ボルト122 ・シールリング111 が左方に移動され、流路106 を流れるガスの流量が変わる。シールリング111 のＯリング113 がスライドプレート109 を圧接し、スライドプレート109 とシールリング111 とがシール状態にされ、流路106 が遮断される。
【０００４】
シールを解除したいときは、導管127 を通して環状室124 内に圧力流体を流入すると、図９(b) に示す非シール状態になると記載されている。非シール状態でスライドバルブは僅かに開かれているが、スライドバルブを更に開くときは、スライドプレート109 を流路106 の中心軸に垂直な方向に移動させ、図９(a) の上部ハウジング103 内に位置させる。図９(c) は、半導体の薄膜形成装置のチャンバー室130 にゲートバルブ140 を連結させた状態を示す図であり、排気口131 近くのテーブル132 の上にウエハー（集積回の基盤、ワーク）133 が載せられている。なお、チャンバー室130 へは、上方のプラズマ取出し窓134 からプラズマが流入され、左側の流入口から反応ガスや窒素ガスが流入される。
【０００５】
図９(c) のゲートバルブ140 として特許文献１のスライドバルブを適用した従来例（図９(a) 〜(c) の従来例）を考える。真空チャンバー130 における１プロセスが終了すると、スライドプレート109 を開口すべく動作する。開口部107 は三日月型の開口形状から満月型の開口すなわち全開へと移動し、コンダクタンスを最大（流体の抵抗を最小）にし、工程終了後に注入した不活性ガスを真空チャンバー130 から短時間で大量に排気して圧力を下げる。
その後、真空チャンバー130 にプロセスガスが流入されウエハー133 を処理（プロセス作業）され、真空チャンバー130 の圧力を上げて行うために、スライドプレート109 を移動して開口部107 を小さく三日月型にしてコンダクタンスを小さくし、スライドバルブの排気能力を制限する。このとき、プロセスガスの流入と真空チャンバー130 内のガスの流出とをバランスさせて、真空チャンバー130 内を所定の圧力を維持する。
【０００６】
プロセスガスの流入と真空チャンバー130 内のガスの流出とをバランスさせる場合、スライドプレート109 の絞りの度合いは、開口部107 の大きさが全開のときの数％以下であるといわれている。特許文献１のスライドバルブの流路106 の直径は、通常用途で150 〜320mm という大口径であり、シールリング111 をスライドプレート109 とのシール状態から図９(b) の非シール状態へ移行させるだけで、開口部107 の大きさが全開のときの略２％になるといわれている。しかも、大口径の流路106 でスライドプレート109 を移動させることにより開口量を制御するので、微小な開口面積制御を行うためには、精密なサーボモータを用いて移動量の微細な制御を行うことが必要となる。しかも、サーボモータとハウジング101 とが直結されているので、高温化されたスライドバルブからサーボモータを保護することは困難である。
【０００７】
図10は、特許文献２に記載されたＬ字形の排気バルブを示す。図10において、第１ボディ152 の右側にはチャンバーポート150 が配設され、第１ボディ152 の下側にはポンプポート151 が配設されている。チャンバーポート150 の中心軸とポンプポート151 の中心軸とは直角に交差し、チャンバーポート150 からポンプポート151 に到る流路はＬ字形となっている。チャンバーポート150 は真空チャンバーの排気口に連通され、ポンプポート151 は真空ポンプの吸入口に連通されている。チャンバーポート150 とポンプポート151 との間には、ポンプポート151 側の主弁体153 と主弁座154 からなる主弁と、副弁体155 と副弁座156 からなる副弁が配設されている。主弁体153 と副弁体155 はポンプポート151 の中心軸に対して平行な方向に移動し、主弁体153 及び副弁体155 はそれぞれ主復帰ばね157 及び副復帰ばね158 により閉鎖方向に付勢されている。
【０００８】
真空チャンバー内の気体を排出するときは、まず作動流体を副ポート160 から副圧力室161 に流入させ、副ピストン162 、副軸163 、副弁体155 を上昇させる。真空チャンバーからの気体は、チャンバーポート150 から流路164 、副弁体155 と副弁座156 との間の間隙、ポンプポート151 を通って排出される。副弁体155 と副弁座156 の直径は相当小さいので、真空チャンバー内のガスはは緩速で流速を調節されながら排気される。真空チャンバー内の圧力が十分に低下し、塵埃を巻き上げるほどのガスの乱流が生じない程度の圧力に達すると主弁を開く。作動流体を主ポート166 から主圧力室167 に流入させ、主ピストン168 、主軸169 、主弁体153 を上昇させる。真空チャンバーからの気体は、チャンバーポート150 から主弁体153 と主弁座154 との間の隙間、ポンプポート151 を通って急速に排出される。
【特許文献１】
特開平９−１７８０００号公報
【特許文献２】
特開平９−１３７８７９号公報
【０００９】
従来例の欠点について説明する。
▲１▼ 特許文献１のスライドバルブでは、大径のスライドプレート109 のみを、流路と平行方向及び垂直方向に移動させて流路106 を開閉するので、細分化できる絞りを設けること、すなわち精密な制御が不可能であった。特許文献２の排気バルブでは大径の主弁と小径の副弁を備えているので、流量の精密な制御が可能であるが、チャンバーポート150 からポンプポート151 への流路がＬ字形に屈折しているので、流路の抵抗が大きい。そして、入口側ポートから出口側ポートへの流路が直進形で流路の抵抗が小さい特許文献１のスライドバルブに、流路がＬ字形の特許文献２の排気バルブをそのまま適用することはできない。
また、図９(b) において、スライドプレート109 とシールリング111 とは、コンダクタンス零のシール状態から非シール状態になる間の制御機構が明示されていない。口径200mm のバルブでシールを解除し、シール状態から非シールになる間１mmだけストロークするとすれば、そのコンダクタンスはバルブ全開時の略２％となる。０から略２％までのコンダクタンスは制御が不可能であり、コンダクタンス制御ができるのは略２％以上となる。
▲２▼ 前記の図９(a) 〜(c) の従来例において、真空チャンバー130 にプロセスガスを流入させかつ排気を絞ってウエハー133 を処理する場合、排気バルブの開口形状が三日月型となって、満月形に配置されたウエハー133 の形状と異なる。そのため、同一ウエハー133 の開口部の近傍の圧力は低くなるが、スライドプレート109 により閉じられている箇所の圧力が高くなる。このように圧力分布が異なっているため、ウエハー133 に付着するガス量が部分的に異なり、ウエハー133 の出来上がりが不均一になる。
▲３▼ 図９(b) のＯリング114 は、流路106 の内壁面に接触し、プロセスガスにさらされながら左右方向に摺動するので、その磨耗を防ぐためＯリング114 にグリスが塗られている。そのため、プロセスガスや副生成物によりグリスとシール材が劣化するので、頻繁にメンテナンスする必要があり、またグリスが真空チャンバーに逆拡散する危険性もある。
▲４▼ 図９(a) のサーボモータ108 は、スライドバルブのポンプの取付面側に突出しているので、スライドバルブにポンプを接続するときの作業が困難であり、多くの工数を要する。
▲５▼ 図９(a) のサーボモータ108 は下部ハウジング102 に固定されているので、メンテナンスのためスライドプレート109 を取り外す場合、上部ハウジング103 を下部ハウジング102 から外しても、サーボモータ108 の関連部品が障害になる。また、下部ハウジング102 内のシールリング111 の取外しは更に困難である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、入口側ポート（チャンバーポート）から出口側ポート（ポンプポート）への流路が直進形のゲートバルブにおいて、流路に対して平行方向及び垂直方向に移動される主弁体に副弁を配設して、主弁のシール状態のとき副弁を調節して流路を流れる流体の流量を極めて精密に制御することを第１課題とし、副弁が全開状態のとき主弁を調節して流路を流れる流体の流量を精密に制御することを第２課題とし、真空チャンバーにおける処理のために排気を絞る場合、ゲートバルブの開口形状をチャンバーポートの中心に対し対称なものとなすことを第３課題とし、ゲートバルブのバルブ本体、弁体、シール面（弁座）との間に摺動面をなくし、摺動面をシールするシール材を不要とすることを第４課題とし、ゲートバルブのポンプ取付面側に弁体の駆動源等を配置せず、ポンプ接続の作業性を良好なものとすることを第５課題とし、主弁体及び副弁を含むシートアッシーの輸送及びメンテナンスを容易にすることを第６課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を達成するために、バルブ本体にチャンバーポートからポンプポートに到る直進形流路が形成され、バルブ本体に主弁体及び主弁座からなる主弁が配設され、主弁体が流路の軸線と平行方向（略平行方向を含む）に移動可能にされ、主弁のシール位置（閉鎖位置）では主弁体（の主弁シール面）が主弁座と接触して流路が遮断され、主弁の非シール位置（開放位置）では主弁体と主弁座との間隔を調整してこの間隔を流れる流体の流量を制御することができ、主弁体と主弁座とが所定距離だけ離隔した移動待機位置で、主弁体が流路の軸線に対して垂直方向（略垂直方向）に移動して流路の開口面積を変えることができるゲートバルブにおいて、主弁体には主弁体を貫通する副弁ポートが形成され、主弁体の反主弁座側（後記副弁体の側）で副弁ポートの周縁に副弁座が形成され、流路の軸線と平行方向（略平行方向を含む）に移動可能な副弁体が配設され、主弁のシール位置で副弁体を移動させることにより副弁体と副弁座との間隙を調整して、この間隙を流れる流体の流量を制御することを特徴とするものである（第１構成）。
本発明は、第１構成において、バルブ本体に環状シリンダ室が形成され、環状シリンダ室内に環状ピストンが摺動自在に配設され、環状ピストンに固定された複数個のロッドの先端が副弁体と接触可能に配設され、環状シリンダ室のヘッド側室に複数個のピストンスプリングが配設され、主弁体と副弁体との間に主弁体と副弁体とを離隔させる方向に作用する複数個の副弁スプリングが配設され、ピストンスプリングの弾発力により副弁体と副弁座とが近づき、かつ主弁体と主弁座とが近づく方向に付勢され、環状シリンダ室のロッド側室の流体圧力による力及び副弁スプリングの弾発力により、副弁体が副弁座から離隔する方向に付勢され、環状シリンダ室のロッド側室の流体圧力を変えることにより副弁体と副弁座との間隙を調整し、この間隙を流れる流体の流量を制御することができる（第２構成）。
本発明は、第２構成において、バルブ本体の側壁に揺動軸が回動可能かつ往復動可能の状態に支持され、揺動軸の内側端部に主弁体及び副弁体を含むシートアッシーが柄を介して固定され、揺動軸の外側端部と前記側壁との間に弁スプリングが配設され、弁スプリングの弾発力により主弁体が主弁座から離隔する方向に付勢され、弁スプリングの弾発力は全副弁スプリングの弾発力よりも小さくかつ全副弁スプリングの弾発力は全ピストンスプリングの弾発力よりも小さく設定され、主弁体と副弁体との間には主弁体（副弁座）と副弁体との最大離隔距離を設定するフックが配設され、主弁体と副弁体とが最大離隔距離にある（副弁全開の）とき、環状シリンダ室のロッド側室の流体圧力を変えることにより主弁体と主弁座との間隔を調整し、主弁体と主弁座との間を流れる流体の流量を制御することができる（第３構成）。
本発明は、第２，第３構成において、環状シリンダ室のロッド側室の流体圧力を液体圧力（非圧縮性流体圧力）とすることができる（第４構成）。
本発明は、第１〜第４構成において、バルブ本体の弁ボディに流路が形成され、バルブ本体のボンネットの側壁に揺動軸が回動可能かつ往復動可能の状態に支持され、揺動軸の内側端部に主弁体及び副弁体を含むシートアッシーが柄を介して固定され、揺動軸の外側端部が伝達機構を介して往復動形流体圧アクチュエータの出力軸に連結され、主弁体と主弁座とが所定距離だけ離隔した移動待機位置で、往復動形流体圧アクチュエータの作動により揺動軸が回動され、シートアッシーが弁ボディ内からボンネット内に移動され、流路の開口が調整される（第５構成）。
本発明は、第１〜第５構成において、チャンバーポートの中心線、主弁体の中心線、副弁ポートの中心線及び副弁体の中心線が同一線上に配置され、主弁体及び副弁体が上記中心線に沿って移動されるとき、ゲートバルブの開口形状が上記中心線に関して対称なものとなり、ポンプポートに接続した真空ポンプを作動させると、チャンバーポートの同一半径上の圧力が均一になる（第６構成）。
本発明は、第１〜第６構成において、主弁体と主弁座との間（の当接部）に主パッキンが配設され、副弁体と副弁座との間（の当接部）に副パッキンが配設される（第７構成）。なお、第７構成において、主パッキンは主弁体の主弁座側に装着され、副パッキンは副弁座側又は副弁体側に装着されるようにしてもよい。
本発明は、第７構成において、主弁体と副弁体との間にプラスチック製の環状停止板を介在させ、主弁体（副弁座）と副弁体との最小距離を一定に保ち、副パッキンの圧縮量を一定にすることができる（第８構成）。
本発明は、第１〜第４構成において、バルブ本体の側壁に揺動軸が回動可能かつ往復動可能の状態に支持され、揺動軸の内側端部に主弁体及び副弁体を含むシートアッシーが柄を介して固定され、揺動軸の外側端部が伝達機構を介して往復動形流体圧アクチュエータの出力軸に連結され、往復動形流体圧アクチュエータがポンプポート側面のポンプポートから離隔した位置に配置される。
本発明は、第１〜第４構成において、バルブ本体の弁ボンネットの側壁に揺動軸が回動可能かつ往復動可能の状態に支持され、揺動軸の内側端部に主弁体及び副弁体を含むシートアッシーが柄を介して連結具（例えばボルト）により固定され、弁ボディにシートアッシーの移動空間が形成されるとともに弁ボンネットにシートアッシーの収納室が形成され、弁ボディに弁ボンネットが接合され連結具により固定され、揺動軸の外側端部が伝達機構を介して往復動形流体圧アクチュエータの出力軸に連結される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１〜図８は本発明の流量制御機構付きゲートバルブの実施の形態を示す。図１に示すとおり、バルブ本体10は弁ボディ11、弁ボンネット12及びカバー13から構成されている。バルブ本体10には、チャンバー側（図１の右側）のチャンバーポート15からポンプ側（図１の左側）のポンプポート16に到る直進形の流路17が形成され、流路17の軸線に対して垂直方向に移動するシートアッシー19（主弁体20・副弁体22を含む）の移動空間76が形成されている。弁ボディ11のチャンバー側の側壁26の下端部とポンプ側の側壁27の下端部とは下壁によって接続され、側壁26と側壁27の上端面にはそれぞれボンネットシール50を介して弁ボンネット12の側壁28と側壁29が接続され、弁ボディ11と弁ボンネット12とはボルト51（図６参照）により固定されている。弁ボンネット12の側壁28と側壁29の上端部は上壁により接続されている。弁ボディ11のポンプ側の側壁27の表面には環状のカバー13がボルトにより固定され、カバー13のポンプポート16と弁ボディ11の流路17とは同一直径で同一軸線上に配置されている。
【００１３】
バルブ本体10の弁ボディ11のチャンバーポート15の内側（図１では左側）周縁に主弁座21（図７参照）が形成され、主弁座21の対向位置に主弁体20の主弁シール面78（図７，８参照。以下、単に主弁体20と称することがある）が配設され、主弁体20が流路17と平行方向に移動可能に配置されている。主弁（主弁体20と主弁座21からなる）のシール位置（閉鎖位置）では、主弁体20（の主弁シール面78）が主弁座21と接触して流路が遮断され、主弁の非シール位置（開放位置）では主弁体20と主弁座21との間隔を調節してこの間隔を流れる流体の流量を制御することができる。主弁体20と主弁座21とが所定距離だけ離隔した移動待機位置で、主弁体20及び後記副弁体22を含むシートアッシー19が、流路17に対して垂直方向（主弁座21に対して平行方向）に移動（揺動又は往復動）して流路17の開口面積に変えることができる。主弁体20には主弁体20を貫通する副弁ポート23が形成され、主弁体20の反主弁座側80（図４では左側）で副弁ポート23の周縁に副弁座24（図４参照）が形成され、流路17と平行方向（略平行方向を含む）に移動可能な副弁体22が配設されている。主弁のシール位置で副弁体22を移動させることにより副弁体22の副弁シール面79（図４参照，以下、単に副弁体22と称することがある）と副弁座24との間隙を調整して、この間隙を流れる流体の流量を制御する。なお、副弁体22と副弁座24とによって副弁が構成される。
【００１４】
弁ボンネット12の側壁29に挿通孔32（図７参照）が形成され、挿通孔32に揺動軸31が回動可能かつ往復動可能の状態に支持され、挿通孔32と揺動軸31との間は単数個又は複数個（例えば２個）の軸シール53によって密封されている。側面視で円形の主弁体20の端部には柄52（図６参照）が結合されており、揺動軸31の内側（図１では右側）端部に柄52がボルト54により連結されている。揺動軸31の外側端部の拡径部が支え板55の支持孔81により回動自在かつ往復動可能の状態に支持され、支え板55は側壁29の表面より所定の間隔をおいて弁ボンネット12に連結されている。揺動軸31の外周にはスラスト玉軸受56が配設され、スラスト玉軸受56と側壁29との間には弁スプリング57が介装されている。弁スプリング57の弾発力によりスラスト玉軸受56は、拡径部右端の段差部及び支え板55の内側面に向かって付勢され、このとき主弁体20が主弁座21から離隔する方向に付勢されている。
【００１５】
チャンバーポート15、主弁体20、副弁ポート23、副弁体22の各中心線は同一線上にある。主弁座21と主弁体20との間は主パッキン58によりシールされ、主パッキン58は主弁座21と対向する主弁体20（の主弁シール面78）の環状溝に装着されている。副弁座24と副弁体22との間は副パッキン59によりシールされ、図面では副パッキン59は主弁20の副弁座24の環状溝に装着されている。なお、副弁体22の副弁ポート23と対向する箇所には、テーパ部60及び突出部が形成されている。主弁体20のポンプ側82の側面の有底孔と副弁体22の真空チャンバー側83の側面の有底孔との間に、主弁体20と副弁体22とを離隔させる方向に作用する副弁スプリング61が配設され、こうした副弁スプリング61は複数個の有底穴に複数個配設されている。主弁体20と副弁体22との間には、主弁体20と副弁体22との最大離隔距離を設定する複数個のフック62が配設されている。図８に示されているように、フック62には小径部と顎部63が形成され、フック62の小径部は副弁体22の挿通孔65に挿通され、小径部の基端が主弁体20に固定されている。挿通孔65のポンプ側の外周部に受け部64が形成され、顎部63が受け部64と係合して最大隔離距離が設定されている。
【００１６】
図１に示すとおり、弁ボディ11の側壁27とカバー13との間に環状シリンダ室33が形成され、環状シリンダ室33内に環状ピストン34が摺動自在に配設されている。環状ピストン34に固定された複数個（例えば４個）のロッド35が、側壁27の挿通孔66（図７参照）に挿通され、ロッド35と挿通孔66との間はロッドパッキン67及びロッドシール68により密封されている。ロッド35の先端が、側壁27の真空チャンバー側の側面から突出して、副弁体22の外周部のポンプ側82の側面と接触可能に配設されている。環状シリンダ室33のヘッド側室36に複数個（例えば４個）のピストンスプリング38が配設され、全ピストンスプリング38の弾発力は全副弁スプリング61の弾発力よりも強く、全副弁スプリング61の弾発力は弁スプリング57の弾発力よりも強い。全ピストンスプリング38の弾発力により、全副弁スプリング61の弾発力に抗して、副弁体22と副弁座24が近づく方向に付勢され、弁スプリング57の弾発力に抗して主弁体20と主弁座21が近づく方向に付勢されている。
【００１７】
環状シリンダ室33のロッド側室37の流体圧力による力が、全ピストンスプリング38の弾発力に抗して環状ピストン34・ロッド35をポンプ側に移動させる。このことにより、全副弁スプリング61・弁スプリング57の弾発力により、第１に副弁体22が副弁座24から離隔する方向に付勢され、第２に主弁体20が主弁座21から離隔する方向に付勢される。そして、前記第１の状態のとき、環状シリンダ室33のロッド側室37の流体圧力を変えることにより副弁体22と副弁座24との間隙を調整し、この間隙を流れる流体の流量を精密に制御することができる。前記第２の状態のとき、主弁体20と副弁体22とが最大離隔距離（副弁が全開放）にあり、環状シリンダ室33のロッド側室37の流体圧力を変えることにより、主弁体20と主弁座21との間隔を調整し、この間隔を流れる流体の流量を制御することができる。
【００１８】
図６，図７に示すとおり、揺動軸31の外側端部が伝達機構40を介して往復動形流体圧アクチュエータ41の出力軸（ロッド）42に連結され、揺動軸31が軸方向に移動しても、揺動軸31と出力軸42との連結が維持される。伝達機構40は、揺動軸31の外側端部に固定されたアーム43、アーム43の先端部の離隔（揺動軸31と平行に離隔）した２枚の板に形成された長穴44、２つの長穴44に係合し長穴44内を移動できる支持軸45、出力軸42の先端を支持軸45に沿って移動できる機構49から構成されている。主弁体20と主弁座21とが所定距離だけ離れ、ロッド35が側壁27の真空チャンバー側の側面から移動空間76に突出しない移動待機位置で、往復動形流体圧アクチュエータ41の伸長作動により揺動軸31が回動され、シートアッシー19（主弁体20、副弁体22、副弁スプリング61、フック62、主パッキン58、副パッキン59からなる）が弁ボディ11から弁ボンネット12の収納室46に移動され、流路17の開口が全開とされる。なお、図６において、カバー13のポンプ側面に複数個（例えば12個）のボルト孔75が示されている。
【００１９】
次に本発明の実施の形態の作動について説明する。流量制御機構付きゲートバルブを使用する場合、チャンバーポート15が真空チャンバーに連通され、ポンプポート16が排気ポンプに連通されている。図１に示すとき、シートアッシー19が弁ボディ11内の移動空間76に位置し、環状シリンダ室33のロッド側室37及びヘッド側室36がそれぞれポート39及びポート47を介して大気圧側（例えば油圧タンク側）に連通されている。なお、ヘッド側室36をポート47を介して圧力源側に連通させることも可能であるが、ここではヘッド側室36を常時大気圧に維持するとして説明する。全ピストンスプリング38の弾発力が、全副弁スプリング61・弁スプリング57の弾発力に抗し、環状ピストン34・ロッド35を介して、副弁体22・主弁体20を閉鎖方向に付勢している。主弁体20が主パッキン58を介して主弁座21に押し付けられ、副弁体22が副パッキン59を介して副弁座24に押し付けられ、主弁・副弁が閉じ、流路17が遮断されている。なお、バルブ本体10の外部と内部との間は、既に説明した軸シール53、ボンネットシール50のほか、弁ボディ11とカバー13との間をカバー外シール70・カバー内シール71でシールされている。また、環状ピストン34の外周面及び内周面の環状凹部には、それぞれピストン外パッキン72及びピストン内パッキン73が装着されている。そして、ピストン外パッキン72及びピストン内パッキン73によって環状ピストン34の外周面・内周面と環状シリンダ室33の外周面・内周面との間がシールされている。
【００２０】
図１に示すとき、主パッキン58の直径よりも副パッキン59の直径の方が小さいので、副パッキン59が過剰に圧縮される可能性がある。このことを防ぐため、主弁体20と副弁体22との間にプラスチック製の環状停止板48を介在させ（実際には主弁体20の環状溝に環状停止板48を装着させ）、主弁体20と副弁体22との最小距離を一定に保ち、副パッキン59の圧縮量を一定にする。従って、ピストンスプリング38の弾発力は、環状ピストン34からロッド35、副弁体22、副パッキン59・環状停止板48、主弁体20へと順次に伝達される。このとき、主パッキン58は、ピストンスプリング38の弾発力とそれに対する主パッキン58の反力が平衡した圧縮量だけ圧縮される。
【００２１】
副弁のみによる流量制御について説明する。真空チャンバーにプロセスガスを流入してプロセス作業を行うため、真空チャンバー内の圧力を例えば数m Torrに上昇させる。ポンプポート16側に連通させたポンプの排気速度が一定であるので、真空チャンバーとポンプとの間に絞りを設け、すなわちゲートバルブの副弁・主弁を調節して、真空チャンバーの圧力を上昇させる。
図１の状態で、環状シリンダ室33のロッド側室37の圧力を上昇させると、環状シリンダ室33のロッド側室37の流体圧力による力が、全ピストンスプリング38の弾発力に抗して環状ピストン34・ロッド35をポンプ側に移動させる。このことにより、全副弁スプリング61の弾発力により、副弁体22が副弁座24から離隔する方向に付勢され、副弁体22と副弁座24とのシールが解除され、図２に示す位置となる。環状シリンダ室33のロッド側室37の流体圧力を変えることにより副弁体22（の副弁シール面79）と副弁座24との間隙を調整し、この間隙を流れる流体（矢印Ａ参照）の流量を精密に制御することができる。このとき、主弁体20が主パッキン58を介して主シール面21に押し付けられ、主弁体20と主シール面21との間は密封され、主弁は閉鎖されている。
【００２２】
図２に示すとき、真空チャンバーからのガスは、チャンバーポート15、副弁ポート23を通り、副弁座24の内周部と副弁体22のテーパ部60との間に間隙（副弁の間隙という）で絞られ、自由に通過できる排気用の貫通路74、ポンプポート16を通って、不図示のポンプにより排気される。環状シリンダ室33のロッド側室37の圧力上昇と副弁の間隙を流れるガス流量とは略比例するようにされている。副弁ポート23の直径は、主弁座21の内径よりも相当小さいので、ロッド側室37の圧力上昇に対する副弁の間隙を流れるガス流量の増加は小さく、ガス流量の極めて精密な制御が可能である。
【００２３】
副弁の全開について説明する。図２において、ロッド側室37の圧力をさらに上昇させていくと、環状ピストン34・ロッド35が左方へ移動し、副弁スプリング61が伸長して副弁の間隙は大きくなる。しかし、副弁体22と主弁体20との最大離隔量、即ち副弁の最大間隙はフック62によって制限されている。すなわち、図３に示す位置で、主弁体20に固定されたフック62の顎部63が、副弁体22の受け部64に当接し、これ以上の主弁体20と副弁体22との離隔（副弁の間隙量の増大）は制限される。したがって、図３のとき、副弁が全開となり、副弁のみの流量が最大となる。
【００２４】
副弁全開の状態での、主弁による流量制御について説明する。図３の副弁全開の状態でロッド側室37の圧力をさらに上昇させていくと、ロッド側室37の流体圧力による力が、全ピストンスプリング38の弾発力に抗して環状ピストン34・ロッド35をポンプ側にさらに移動させる。このとき、弁スプリング57の弾発力は、スラスト玉軸受56を介して揺動軸31の段差、ボルト54、柄52、主弁体20へ伝えられている。弁スプリング57による主弁体20の左方への移動、主弁体20の主弁シール面78（図３では主パッキン58）が主弁座21から離れ（主弁のシールが解除され）、主弁体20と主弁座21との間の環状間隔（主弁の環状間隔という）を通ってガスが流れる。図３と図４との間の状態で、副弁が全開で、主弁による流量制御が行われる。そして、主弁体20と副弁体22とが最大離隔距離にあり、ロッド側室37の流体圧力を変えることにより、主弁体20と主弁座21との間隔を調整し、この間隔を流れる流体（矢印Ｂ参照）の流量を精密に制御することができる。
【００２５】
図４は、環状ピストン34が左へ進んでカバー13の右側側面に当接した状態を示し、このとき主弁の流量が最大となる。また、図４では、弁スプリング57により付勢されるスラスト玉軸受56が、支え板55の内側側面に当接して停止し、主弁座21と主弁体20との間隔が最大になる。主弁座21と主弁体20との間隔、副弁体22のポンプ側（左側）側面と弁ボディ11のポンプ側の側壁27の内側面（右側面）との間隔、及びロッド35の先端と副弁体22のポンプ側側面との間隔が、それぞれ所定間隔に維持され、ロッド35が側壁27のチャンバー側面から突出することがない。シートアッシー19を弁ボディ11内の移動空間76から弁ボンネット12の収納室46への移動のために揺動する待機位置となる。
【００２６】
シートアッシー19の移動による流路17の開口制御について説明する。まず、揺動軸31のポンプ側（左側）への移動により、アーム43がポンプ側へ移動した（図３から図４へ）が、そのとき出力軸42の先端が支持軸45に沿って移動しており、アーム43の位置ズレは補正されている。図４の移動待機位置で、流体圧アクチュエータ41を作動させて、出力軸42を伸長させると、伝達機構40を介して揺動軸31が、図６の側面視で時計方向に回動する。この回動により、シートアッシー19は、図４の弁ボディ11内の位置から、図５・図６の弁ボンネット12の収納室46へと移動され、移動の過程において流路17を流れるガスの流量が急増する。移動終了後に流路17が全開となり、チャンバーポート15とポンプポート16との間には何の障害物も存在しない。なお、図５において、主弁体20及び副弁体22は側面が示されている。
【００２７】
シートアッシー19のメンテナンスや移動は、図５・図６に示されるようにシートアッシー19が弁ボンネット12の収納室46に収納されたときに、ボルト51を外し、弁ボンネット12を弁ボディ11から分離させた後に行う。シートアッシー19を弁ボンネット12に収納したままで移動させれば、シートアッシー19が他の物体に接触することがないので、移送の安全性が確保できる。
このようにシートアッシー19を弁ボンネット12に収納した状態で弁ボンネット12を弁ボディ11から外すために、弁ボディ11の主弁座21にシートアッシー19等の接触による損傷を起こすことがない。また、ボルト54を外してシートアッシー19を弁ボンネット12・揺動軸31から取り外した状態（シートアッシー19が剥き出しの状態）で、シートアッシー19を分解洗浄したり、主パッキン58、副パッキン59、副弁スプリング61等を取り外し、洗浄済の部品や交換すべき部品の取り付けを簡単に行うことができる。メンテナンス時間が短縮され、メンテナンス費用が低減する。
【００２８】
流路17の開口が全開された状態（図５，図６参照）から、流路17が遮断された状態（図１参照）に戻すことについて説明する。まず、ロッド室37を所定圧力にして、環状ピストン34が左へ進んでカバー13の右側側面に当接した状態、すなわちロッド35が側壁27のチャンバー側の側面から突出することがない状態の移動待機位置とする。このとき、弁スプリング57の作用により、揺動軸31はポンプ側に移動しているので、主弁体20は側壁28のポンプ側の側面から所定距離だけ離れており、この位置で揺動軸31を回動させても主弁体20と主弁座21とが所定距離だけ離隔した位置となる。次に、流体圧アクチュエータ41を作動させて、出力軸42を後退させると、伝達機構40を介して揺動軸31が、図６の側面視で反時計方向に回動し、シートアッシー19が弁ボディ11の移動空間76に移動する。ロッド室37の圧力を大気圧に下降させると、弁スプリング57の弾発力及び全副弁スプリングの弾発力に抗して、全ピストンスプリング38の弾発力が環状ピストン34、ロッド35を付勢し、主弁及び副弁の閉鎖方向に移動させ、図１の状態となる。
【００２９】
主弁体20及び副弁体22の移動量と流路17を流れるガスの流量増加の関係を考えると、副弁のみの制御のときは、副弁体22の流路17に平行な移動量の変化に対するガスの流量の変化は小さく、最も精密な制御が可能である。次に、副弁が全開で主弁による制御を行うときは、主弁体20の流路17に平行な移動量の変化に対するガスの流量の変化は小さくなく、適度な制御が可能である。そして、シートアッシー19を流路17の軸線に垂直に移動させるときは、シートアッシー19の移動量の変化に対するガスの流量の変化は大きい。従って、流路17を流れるガスの流量が０から、流路17の開口部の全開の場合の数％までの流量制御は、副弁のみの制御により行われることが望ましく、止むを得ない場合は、副弁及び主弁の調節により流量制御を行う。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１、２の流量制御機構付きゲートバルブは、入口側ポート（チャンバーポート）から出口側ポート（ポンプポート）への流路が直進形のゲートバルブにおいて、流路に対して平行方向及び垂直方向に移動される主弁体に副弁を配設して、主弁のシール状態のとき副弁を調節して流路を流れる流体の流量を極めて精密に制御することができる。
請求項３，４の流量制御機構付きゲートバルブは、副弁が全開状態のとき主弁を調節して流路を流れる流体の流量を精密に制御することができる。請求項５の流量制御機構付きゲートバルブは、副弁及び主弁が全開状態のとき、シートアッシーを流路に対して垂直方向へ移動させ、流路の開口の調節により流量を急速に変化させることができる。
請求項６の流量制御機構付きゲートバルブでは、チャンバーポートの同一半径上の圧力を均一にさせるので、真空チャンバーにおける処理のために排気を絞る場合、ゲートバルブの開口形状がチャンバーポートの中心に対し対称なものとなっており、外径側どうしでの圧力差が生じなく、真空チャンバーのワークの仕上がりが均一となる。
請求項７，８の流量制御機構付きゲートバルブでは、主弁体と主弁座との間に主パッキンが配設され、副弁体と副弁座との間に副パッキンが配設され、主弁体・副弁体は流路に平行な方向に移動し、主パッキン及び副パッキンは当接面に配置されている。従って、ゲートバルブのバルブ本体、弁体、シール面（弁座）との間に摺動面が存在せず、摺動面をシールするシール材（パッキン）が不要となる。
請求項９の流量制御機構付きゲートバルブでは、往復動形流体圧アクチュエータがポンプポート側面のポンプポートから離隔した位置に配置されているので、ゲートバルブのポンプ取付面側に弁体の駆動源等を配置せず、ポンプ接続の作業性を良好なものとなる。
請求項 10のゲートバルブでは、シートアッシーが弁ボンネットの収納室にあるときに、弁ボディと弁ボンネットとを分離させ、シートアッシーを揺動軸から外すことができるので、主弁体及び副弁を含むシートアッシーの輸送及びメンテナンスが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１〜５は、本発明の流量制御機構付きゲートバルブの実施の形態の左側面図（図６）の一点鎖線の断面を矢印Ｉ−Ｉ方向に見た断面図であり、図１は主弁及び副弁が閉鎖され、流路が遮断された状態を示す図面である。
【図２】主弁が閉鎖され、副弁の間隙を調節して流量を制御している状態を示す図面である。
【図３】主弁が閉鎖され、副弁が全開となった状態を示す図面である。
【図４】副弁が全開で、主弁体が主弁シートから所定距離だけ離れ、シートアッシーが移動待機状態のときの図面である。
【図５】シートアッシーが弁ボンネットの収納室に位置している状態を示す図面である。
【図６】本発明の流量制御機構付きゲートバルブの実施の形態の左側面図である。
【図７】図４の上方部の拡大図である。
【図８】図４の下方部の拡大図である。
【図９】図９(a) は特許文献１のスライドバルブの平面図であり、図９(b) は図９(a) のIII-III 線の拡大部分断面図であり、図９(c) は、半導体の薄膜形成装置のチャンバー室にゲートバルブを連結させた状態を示す説明図である。
【図１０】特許文献２に記載されたＬ字形の排気バルブの縦断面図である。
【符号の説明】
10 バルブ本体
15 チャンバーポート
16 ポンプポート
17 流路
19 シートアッシー
20 主弁体
21 主弁座
22 副弁体
23 副弁ポート
24 副弁座
Claims (10)
- バルブ本体にチャンバーポートからポンプポートに到る直進形流路が形成され、バルブ本体に主弁体及び主弁座からなる主弁が配設され、主弁体が流路の軸線と平行方向に移動可能にされ、主弁のシール位置では主弁体が主弁座と接触して流路が遮断され、主弁の非シール位置では主弁体と主弁座との間隔を調整してこの間隔を流れる流体の流量を制御することができ、主弁体と主弁座とが所定距離だけ離隔した移動待機位置で、主弁体が流路の軸線に対して垂直方向に移動して流路の開口面積を変えることができるゲートバルブにおいて、 主弁体には主弁体を貫通する副弁ポートが形成され、主弁体の反主弁座側で副弁ポートの周縁に副弁座が形成され、流路の軸線と平行方向に移動可能な副弁体が配設され、主弁のシール位置で副弁体を移動させることにより副弁体と副弁座との間隙を調整して、この間隙を流れる流体の流量を制御することを特徴とする流量制御機構付きゲートバルブ。
- バルブ本体に環状シリンダ室が形成され、環状シリンダ室内に環状ピストンが摺動自在に配設され、環状ピストンに固定された複数個のロッドの先端が副弁体と接触可能に配設され、環状シリンダ室のヘッド側室に複数個のピストンスプリングが配設され、主弁体と副弁体との間に主弁体と副弁体とを離隔させる方向に作用する複数個の副弁スプリングが配設され、ピストンスプリングの弾発力により副弁体と副弁座とが近づき、かつ主弁体と主弁座とが近づく方向に付勢され、環状シリンダ室のロッド側室の流体圧力による力及び副弁スプリングの弾発力により、副弁体が副弁座から離隔する方向に付勢され、環状シリンダ室のロッド側室の流体圧力を変えることにより副弁体と副弁座との間隙を調整し、この間隙を流れる流体の流量を制御する請求項１の流量制御機構付きゲートバルブ。
- バルブ本体の側壁に揺動軸が回動可能かつ往復動可能の状態に支持され、揺動軸の内側端部に主弁体及び副弁体を含むシートアッシーが柄を介して固定され、揺動軸の外側端部と前記側壁との間に弁スプリングが配設され、弁スプリングの弾発力により主弁体が主弁座から離隔する方向に付勢され、主弁体と副弁体との間には主弁体と副弁体との最大離隔距離を設定するフックが配設され、主弁体と副弁体とが最大離隔距離にあるとき、環状シリンダ室のロッド側室の流体圧力を変えることにより主弁体と主弁座との間隔を調整し、主弁体と主弁座との間を流れる流体の流量を制御することのできる請求項２の流量制御機構付きゲートバルブ。
- 環状シリンダ室のロッド側室の流体圧力を液体圧力とした請求項２又は３の流量制御機構付きゲートバルブ。
- バルブ本体の弁ボディに流路が形成され、バルブ本体のボンネットの側壁に揺動軸が回動可能かつ往復動可能の状態に支持され、揺動軸の内側端部に主弁体及び副弁体を含むシートアッシーが柄を介して固定され、揺動軸の外側端部が伝達機構を介して往復動形流体圧アクチュエータの出力軸に連結され、主弁体と主弁座とが所定距離だけ離隔した移動待機位置で、往復動形流体圧アクチュエータの作動により揺動軸が回動され、シートアッシーが弁ボディ内からボンネット内に移動され、流路の開口が調整される請求項１ないし４のいずれか一つの流量制御機構付きゲートバルブ。
- チャンバーポートの中心線、主弁体の中心線、副弁ポートの中心線及び副弁体の中心線が同一線上に配置され、主弁体及び副弁体が上記中心線に沿って移動されるとき、ゲートバルブの開口形状が上記中心線に関して対称なものとなり、ポンプポートに接続した真空ポンプを作動させると、チャンバーポートの同一半径上の圧力が均一になる請求項１ないし５のいずれか一つの流量制御機構付きゲートバルブ。
- 主弁体と主弁座との間に主パッキンが配設され、副弁体と副弁座との間に副パッキンが配設された請求項１ないし６のいずれか一つの流量制御機構付きゲートバルブ。
- 主弁体と副弁体との間にプラスチック製の環状停止板を介在させ、主弁体と副弁体との最小距離を一定に保ち、副パッキンの圧縮量を一定にする請求項７の流量制御機構付きゲートバルブ。
- バルブ本体の側壁に揺動軸が回動可能かつ往復動可能の状態に支持され、揺動軸の内側端部に主弁体及び副弁体を含むシートアッシーが柄を介して固定され、揺動軸の外側端部が伝達機構を介して往復動形流体圧アクチュエータの出力軸に連結され、往復動形流体圧アクチュエータがポンプポート側面のポンプポートから離隔した位置に配置された請求項１ないし４のいずれか一つの流量制御機構付きゲートバルブ。
- バルブ本体の弁ボンネットの側壁に揺動軸が回動可能かつ往復動可能の状態に支持され、揺動軸の内側端部に主弁体及び副弁体を含むシートアッシーが柄を介して連結具により固定され、弁ボディにシートアッシーの移動空間が形成されるとともに弁ボンネットにシートアッシーの収納室が形成され、弁ボディに弁ボンネットが接合され連結具により固定され、揺動軸の外側端部が伝達機構を介して往復動形流体圧アクチュエータの出力軸に連結された請求項１ないし４のいずれか一つの流量制御機構付きゲートバルブ。
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