JP4084534B2 - 樹脂製弁及びその組立構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造工程で高温のプロセスガスの減圧回路に使用される真空比例開閉弁等の樹脂製弁の組立構造に関し、更に詳細には、温度変化により樹脂製弁本体が収縮してもガス漏れが発生しないようにした樹脂製弁の組立構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体製造過程において、ウエハは減圧された真空容器内で、高温のプロセスガスを蒸着して薄膜を形成する場合が多い。
すなわち、図９の真空圧力制御システムの全体構成を示す図のように、真空容器である真空チャンバ１１の内部には、ウエハ１５が段状に配置されている。真空チャンバ１１には、入口１３と出口１４が形成され、入口１３には、プロセスガスの供給源及び真空チャンバ１１内をパージするための窒素ガスの供給源が配管１３０により接続されている。
出口１４には、弁開度比例弁である真空比例開閉弁１００の入口ポートが配管１４０により接続されている。真空比例開閉弁１００の出口ポートは、配管１９０により真空ポンプ１９に接続されている。
また、出口１４には、遮断弁１６を介して圧力センサ１７が接続されている。本実施の形態では、圧力センサ１７として、キャパシタンス・マノメータが使用されている。
【０００３】
そして、この半導体製造過程で使用されるプロセスガスは、高温の活性ガスであるため、このプロセスガスに曝される機器はこのガスに冒されない樹脂で製造される場合が多い。上記の真空比例開閉弁１００の樹脂製弁本体や弁体はポリクロロトリフルオロエチレン又はポリテトラフルオロエチレンを成型したものである。
したがって、従来の真空比例開閉弁１００は、弁本体は樹脂製であり、これらを組み立てるボルトは金属製であるものが多く使用されている。
【０００４】
すなわち、図１０に示すように、従来の弁本体２００と蓋部材３００との締付は、弁本体２００と蓋部材３００を貫通する貫通孔２４０、３６０に、金属製ボルト５０の頭部を蓋部材３００の上方に出し、スプリングワッシャ５３をかませて挿通し、弁本体２００の底部外側にねじ部を突出させ、該ねじ部にスプリングワッシャ５４をかませてナット５１により締め付ける構成が一般に採用されていた。
【０００５】
ところが、真空チャンバ１１が高温であるため、ここを通過するプロセスガスも高温になるとともに、高温の状態で真空比例開閉弁１００を通過するので、真空比例開閉弁１００も高温になる。この高温のガスが通過した後、真空比例開閉弁１００が遮断されてガスの流通が止まると、真空比例開閉弁１００は徐々に常温に戻る。このとき、真空比例開閉弁１００が収縮する。
しかし、弁本体２００の材料であるポリテトラフルオロエチレンの熱膨張率が１０×１０^-5／°Ｃであり、一方、金属製ボルト５０の材質であるステンレス鋼の熱膨張率が１１×１０^-6／°Ｃであるため、ポリテトラフルオロエチレンの熱膨張率がステンレス鋼の熱膨張率の約１０倍であり、ポリクロロトリフルオロエチレンもほぼ同様であるので、弁本体２００と金属製ボルト５０の挙動が異なる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、従来の真空比例開閉弁１００は、高温のプロセスガスに曝された場合、樹脂製の弁本体２００と金属製ボルト５０の熱膨張率が大きく異なることから、温度変化により弁本体２００が収縮すると金属製ボルト５０による締め付け力が低下し、シール力の低下、ガス漏れの発生等の問題が生ずる。
そこで、本発明は、温度変化が生じても締め付け力が低下しない樹脂製弁とその組立構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の樹脂製弁の組立構造は、一端を開口部となした弁室を有し、該弁室とは隔離した位置で、該弁室の開口部から底部までを貫通する複数の貫通孔を有する樹脂製弁本体と、前記開口部を閉鎖する蓋部材を、前記貫通孔に挿通した金属製ボルトにより気密的に締結した樹脂製弁の組立構造において、温度変化により樹脂製弁本体が収縮したときに、樹脂製弁本体と蓋部材の締結圧力をほぼ一定とする圧力調整手段を、前記樹脂製弁本体の上部外側又は底部外側に設けたことを特徴とする。
よって、樹脂製弁本体と蓋部材を、樹脂製弁本体の底部外側に設けた圧力調整手段を介して、樹脂製弁本体を貫通する金属製ボルトにより気密的に締結したので、温度変化により樹脂製弁本体の収縮に金属製ボルトの収縮が追従せずに、蓋部材の締結圧力が低下しても、圧力調整手段が金属製ボルトを介して蓋部材を樹脂製弁本体に押圧し、気密を保つことができる。
【０００８】
また、本発明の樹脂製弁の組立構造は、前記圧力調整手段が、前記樹脂製弁本体の上部外側又は底部外側に圧力調整板を介して金属製ベース板を重合し、該圧力調整板と金属製ベース板との間に複数の金属製座金板を挿入して構成したことを特徴とする。
よって、圧力調整板と金属製ベース板との間で、金属製座金板を撓ませて平板に近くなるまで締め付けておくと、温度変化により、樹脂製弁本体が収縮して圧力調整板と金属製ベース板との間が開いても、金属製座金板の押圧力により、金属製ボルトを介して蓋部材を押圧するので、緩みを生ずることがない。
また、金属製座金板の押圧力により、樹脂製弁本体に一定の締め付け力が働くので、弁本体の弁座面と弁体との当接面に変形がなく、入力ポートから出力ポートへのガス漏れが発生しない。
【０００９】
また、本発明の樹脂製弁の組立構造は、前記金属製座金板を挟持する圧力調整板と金属製ベース板のいずれか一方に、該金属製座金板を収納する複数の座ぐりを設けたことを特徴とする。
よって、座ぐりに金属製座金板を収納するので、金属製座金板の位置ずれがなく、締め付け中心に対する金属製座金板の位置が決まり、金属製座金板の押圧力がバランスよく分散できる。
したがって、弁本体の温度変化による収縮時の変形もバランスよく変形するため、この点からも弁本体の弁座面と弁体との当接面に変形がなく、入力ポートから出力ポートへのガス漏れが発生しない。
【００１０】
また、本発明の樹脂製弁の組立構造は、前記樹脂製弁本体の材質が、ポリクロロトリフルオロエチレンまたはポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする。
よって、前述のような圧力調整板と金属製座金板と金属製ベース板からなる圧力調整手段が、樹脂製弁本体の材質に金属製ボルトより熱膨張率が大きいポリクロロトリフルオロエチレンまたはポリテトラフルオロエチレンを使用しても、プロセスガスに何ら侵されることなく、かつ、ガス漏れも発生しない弁本体が得られる。
【００１１】
また、本発明の樹脂製弁の組立構造は、前記金属製ボルトが、前記蓋部材の雌ねじ部に螺合したスタッドボルトであり、前記金属製ベース板の両面を複数のナットで締め付けたことを特徴とする。
よって、蓋部材から金属製ベース板までの距離を、弁本体の樹脂を変形させない程度に、かつ気密的な締結が可能のように設定できるので、温度による変形が生じない樹脂製弁の組立構造が得られる。
【００１２】
また、本発明の樹脂製弁は、請求項１乃至請求項５に記載する樹脂製弁の組立構造のいずれか１つを有することを特徴とする。
よって、プロセスガスに侵されず、かつ温度変化にも締め付け圧力が一定でガス漏れがきわめて少ない樹脂製弁が実用化できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明に係る樹脂製弁及びその組立構造の一の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る樹脂製弁の一の実施の形態の側面断面図であり、図２は、その底面図、図３は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【００１４】
（構成）
真空比例開閉弁１は、大きく弁部２と駆動部３とに分かれている。本実施の形態においては、駆動部３は、レギュレータ６０を使用して、ピストンロッド３５を上下方向に駆動させている。
【００１５】
弁部２は、弁本体２０が蓋部材３０を介して駆動部３に連結されている。弁本体２０の材料には、ポリクロロトリフルオロエチレン又はポリテトラフルオロエチレンが使用されている。また、蓋部材３０の材料は金属あるいはガラス繊維入りＰＰＳ樹脂が使用できる。
弁本体２０は、上部に開口部２１１を有し、内部に弁座面２１２を形成した弁室２１に連通する入力ポート２２と出力ポート２３とを設けるとともに、弁室２１と隔離した位置に、図３に示すように、弁本体２０を上下に貫通する複数の貫通孔２４を設けている。
入力ポート２２は、図９に示すように、真空チャンバ１１の出口１４と配管１４０により連結され、出力ポート２３は、真空ポンプ１９に配管１９０により連結される。
【００１６】
弁室２１には、上方の周縁部材３３から連続的に蛇腹状に成型されたベローズ３２と該ベローズ３２の下端で連結された弁体３１が、周縁部材３３が弁本体２０の開口部２１１を閉鎖するように、収納される。
そして、弁体３１は、該弁体３１に螺合したベローズロッド３４を介して、該ベローズロッド３４に螺合されるピストンロッド３５に連結され、レギュレータ６０に連結されている。
【００１７】
ベローズ３２の周縁部材３３は、弁本体２０の開口部２１１に蓋部材３０により押圧されて気密的に取り付けられる。
すなわち、この締め付け構造は、図３に示すように、蓋部材３０に設け、弁本体２０の開口部２１１の周囲に穿設した複数の雌ねじ部３７に、長尺の金属製ボルト（スタッドボルト）５０を下向きに螺合し、弁本体２０に設けた貫通孔２４に挿入して弁本体２０の底部外側から該金属製ボルト５０のねじ部を突出させ、弁本体２０の底部外側に金属製の圧力調整板４１を当接させ、さらにこの圧力調整板４１を覆うように金属製ベース板４２を当接して、この金属製ベース板４２に設けた取付孔４２２に金属製ボルト５０のねじ部を突出させ、スプリングワッシャ５４を介してナット５２により締め付けている。
【００１８】
さらに、圧力調整板４１と金属製ベース板４２との間に、図２、図４に示すように、金属製座金板４３が、締結の中心線に対して対照的に複数、挟持されている。金属製座金板４３は、有穴円板の穴部に向かって円錐状に傾斜した所謂皿バネであり、この皿バネ４３を、圧力調整板４１と金属製ベース板４２との間に挟持して圧縮させている。これら圧力調整板４１と金属製ベース板４２と金属製座金板４３が請求項でいう圧力調整手段４０を構成する。
【００１９】
なお、複数の皿バネ４３の位置を規制するために、また、皿バネ４３を完全に圧縮させるために、金属製ベース板４２に、圧力調整板４１と当接する面に金属製座金板４３の板厚より浅い座ぐり４２１が、締め付け中心に対して対称の位置に設けられている。
【００２０】
（作用）
つぎに、上記構成を有する一の実施の形態の樹脂製弁の組立構造の作用について説明する。
この樹脂製弁である真空比例開閉弁１は、従来と同様に、高温のプロセスガスを蒸着して薄膜を形成する半導体製造過程において、図９に示したように、真空ポンプ１９によりプロセスガスの供給源から高温のプロセスガスを吸引して、入口１３からウエハ１５が段状に配置された真空チャンバ１１の内部に導入し、真空ポンプ１９に吸引される経路に設置される。
【００２１】
したがって、真空比例開閉弁１が開放されている間、プロセスガスがこの真空比例開閉弁１を通って真空ポンプ１９に吸引されるので、真空比例開閉弁１は高温になるが、真空比例開閉弁１が閉じられるとプロセスガスの流通は止まり、真空比例開閉弁１の温度は徐々に常温に近づいてくる。
真空比例開閉弁１の温度が下がってくると、弁本体２０や金属製ボルト５０が収縮してくるが、弁本体２０の熱膨張率が金属製ボルト５０の熱膨張率の１０倍であることから、弁本体２０は金属製ボルト５０より１０倍収縮する。
したがって、図５に示すように、弁本体２０が収縮すると、圧力調整板４１と金属製ベース板４２との間に隙間が生じるが、これらの間に嵌挿された金属製座金板４３が、その復元力により、有穴円板の穴部に向かって円錐状に傾斜して圧力調整板４１と金属製ベース板４２との間の隙間を広げる方向、すなわち、金属製ベース板４２を介して金属製ボルト５０を引っ張る方向に力を加える。
すると、弁本体２０の開口部２１１を覆う蓋部材３０は、金属製ボルト５０により弁本体２０側に押圧され、気密が確保される。
【００２２】
金属製座金板４３は、図２に示すように、金属製ボルト５０による締付線に対して対称に配置してあるので、金属製ベース板４２を均等に押圧し、金属製ボルト５０を引っ張る方向の力も均等に分散される。
【００２３】
以上説明したように、弁本体２０の開口部を覆う蓋部材３０を、弁本体２０と熱膨張率の異なる金属製ボルト５０により締め付ける樹脂製弁及びその組立構造において、弁本体２０の外側に圧力調整板４１を当接し、さらに金属製座金板４３を挟んで金属製ベース板４２を当接して圧力調整手段４０を構成し、この金属製ベース板４２を蓋部材３０から連続する金属製ボルト５０により弁本体２０に締め付ける構造としたので、弁本体２０が収縮しても金属製座金板４３の復元力により、圧力調整板４１と金属製ベース板４２との間隙を調整し、金属製ベース板４２を介して金属製ボルト５０を蓋部材３０から引っ張ることとなり、樹脂製弁の気密を確保することができる。
【００２４】
つぎに、図９に基づき、本発明の樹脂製弁及びその組立構造の他の実施の形態について説明する。図９に示す真空比例開閉弁１０は、圧力調整手段４０をアクチュエータであるシリンダ３８の上部外側に設けたものである。
すなわち、シリンダ３８と蓋部材３０、弁本体２０には、これらを上から下まで貫通する貫通孔が設けられており、シリンダ３８の上部外側に圧力調整板４１、金属製ベース板４２およびこれら圧力調整板４１と金属製ベース板４２との間に金属製座金板４３が金属製ベース板４２に設けた座ぐり４２１内に収納され、上記金属製ベース板４２、圧力調整板４１に設けた取付孔を通して、上記貫通孔に金属製ボルト５０を貫通させ、弁本体２０の下部の金属製ベース板４２の取付孔にスプリングワッシャ５４、ナット５２により締め付けて組み立てられたものである。なお、金属製ボルト５０の頭部側には緩み止めとしてスプリングワッシャ５３を介在させている。
なお、圧力調整板４１と金属製ベース板４２および金属製座金板４３の取付関係は前述の実施の形態と同様に、自由状態で断面ヘ字状の金属製座金板４３を略平板になるまで金属製ボルト５０を締め付けることにより、座ぐり４２１内で金属製ベース板４２と圧力調整板４１とで押圧する。
【００２５】
したがって、この実施の形態においても、弁本体２０が収縮したときに、蓋部材３０、シリンダ３８を介して圧力調整手段４０の金属製座金板４３の形状復元力により弁本体２０を押圧するので、樹脂製弁の気密を確保することができる。
【００２６】
以上、本発明の樹脂製弁及びその組立構造の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、さまざまな変更が可能である。
例えば、金属製座金板４３を４枚で菱形に配置した例で示したが、図６に示すように、３枚を正三角形に配置したものであっても良い。また、金属製座金板４３の作用は、例えば、板ばね・スプリング等ばね定数を有したものであればよい。
また、金属製座金板４３の位置を決める座ぐり４２１を金属製ベース板４２に設けたもので説明したが、圧力調整板４１に設けたものでもよい。
【００２７】
また、金属ボルト５０による締結構造は、単に金属製ベース板４２の外側からナットで締め付けるもので示したが、図７に示すように、蓋部材３０に螺合した金属ボルト５０（スタッドボルト）の先端側に、弁本体２０を圧縮しすぎない高さにナットを予め螺合しておき、このナットに金属製ベース板４２を当接して、その外側からナットにより締め付けるようにしても良い。
この場合は、外側のナットを締めすぎても弁本体２０を変形させるような力がはたらかない。
【００２８】
また、金属ボルト５０は蓋部材３０に螺合したスタッドボルトの例で示したが、図８に示すように、有頭ボルトを採用して、そのボルトの頭部を蓋部材３０から出して、反対側のねじ部をナットにより締め付ける構造にしても良い。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の樹脂製弁及びその組立構造によれば、一端を開口部となした弁室を有し、弁室とは隔離した位置で、弁室の開口部から底部までを貫通する複数の貫通孔を有する樹脂製弁本体と、開口部を閉鎖する蓋部材を、貫通孔に挿通した金属製ボルトにより気密的に締結した樹脂製弁の組立構造であって、温度変化により樹脂製弁本体が収縮したときに、樹脂製弁本体と蓋部材の締結圧力がほぼ一定となるように、圧力調整板と金属ベース板と、これら圧力調整板と金属製ベース板との間に嵌挿された金属製座金板から構成される圧力調整手段を、樹脂製弁本体の上部外側又は底部外側に設けて、金属製ボルトにより樹脂製弁本体と蓋部材を締結するようにしたので、樹脂製弁本体と蓋部材の熱膨張率の相違による樹脂製弁本体の収縮時に金属製座金板の復元力により、金属製ベース板を介して金属製ボルトを引っ張り、蓋部材を樹脂製弁本体に締め付け、気密が確保できる樹脂製弁が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る樹脂製弁の一の実施の形態の側面断面図である。
【図２】本発明に係る樹脂製弁の一の実施の形態の底面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図５】同じく、圧力を調整した状態の図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図６】本発明に係る樹脂製弁の、図２に相当する他の実施の形態の底面図である。
【図７】本発明に係る樹脂製弁の、図３に相当する他の実施の形態の断面図である。
【図８】本発明に係る樹脂製弁の、図３に相当する他の実施の形態の断面図である。
【図９】本発明に係る樹脂製弁の他の実施の形態の側面断面図である。
【図１０】本発明に係る樹脂製弁を使用した真空圧力制御システムの全体構成を示す図である。
【図１１】従来の樹脂製弁の断面図である。
【符号の説明】
１ 真空比例開閉弁（樹脂製弁）
１０ 真空比例開閉弁（他の実施の形態の）
２０ 弁本体
３０ 蓋部材
４０ 圧力調整手段
４１ 圧力調整板
４２ 金属製ベース板
４３ 金属製座金板
５０ 金属製ボルト

Claims (4)

1. 一端を開口部となした弁室を有し、該弁室とは隔離した位置で、該弁室の開口部から底部までを貫通する複数の貫通孔を有する樹脂製弁本体と、前記開口部を閉鎖する蓋部材を、前記貫通孔に挿通した金属製ボルトにより気密的に締結した樹脂製弁の組立構造において、
   温度変化により前記樹脂製弁本体が収縮したときに、前記樹脂製弁本体と前記蓋部材の締結圧力をほぼ一定とする圧力調整手段を備えるとともに、
   前記圧力調整手段は、前記樹脂製弁本体の上部外側又は底部外側に圧力調整板を介して金属製ベース板を重合し、
   前記圧力調整板と前記金属製ベース板との間に複数の金属製座金板を挿入して構成したことを特徴とする樹脂製弁の組立構造。
2. 請求項１に記載する樹脂製弁の組立構造において、
   前記金属製座金板を挟持する前記圧力調整板と前記金属製ベース板のいずれか一方に、前記金属製座金板を収納する複数の座ぐりを設けたことを特徴とする樹脂製弁の組立構造。
3. 請求項１に記載する樹脂製弁の組立構造において、
   前記金属製ボルトは、前記蓋部材の雌ねじ部に螺合したスタッドボルトであり、前記金属製ベース板の両面を複数のナットで締め付けたことを特徴とする樹脂製弁の組立構造。
4. 請求項１乃至請求項３に記載する樹脂製弁の組立構造のいずれか１つを有することを特徴とする樹脂製弁。

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