JP4319322B2

JP4319322B2 - 流量調整弁の組立方法と、その組立方法により組み立てられた流量調整弁

Info

Publication number: JP4319322B2
Application number: JP2000080075A
Authority: JP
Inventors: 滋大杉
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2000-03-22
Filing date: 2000-03-22
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2020-03-22
Also published as: JP2001263507A

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で微少流量の液体を吐出するために使用される流量調整弁及び流量調整用開閉弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造におけるウェハへの膜付けには、薬液をウェハに対して微量に垂らして行われるため、薬液を適量に調整して吐出する流量調整弁が使用されている。こうした流量調整弁は従来から様々なものが提案されており、その一つに実用新案登録第２５４１６１３号公報に掲載されたものを挙げることができる。当該公報の流量調整弁は、差動ネジを使用して弁の開度を微妙に調整することができるようにしたものである。具体的に図５を示して説明する。
【０００３】
流量調節弁５０は、ダイヤフラム弁体５１が、ディスク５２を介してスライドステム５３に押し下げられて弁座５４へ当接し、スライドステム５３が上昇することにより、スプリング５５の反力によって上方へ移動して弁座５４から離間するようにしたものである。
そして、このスライドステム５３が差動ネジのねじ送りによって上下動するように構成されている。スライドステム５３の内周面には雌ねじが形成され、スピンドル５６の雄ねじと螺合している。ここで、スライドステム５３とスピンドル５６とのねじ部を内ネジ７１とする。また、スピンドル５６は、アウタースリーブ５７と固定ナット５８に締め付けられて一体になり、そのアウタースリーブ５７の外周に形成された雄ねじと、ベース管５９の内周に形成された雌ねじとが螺合している。ここで、アウタースリーブ５７とベース管５９とのねじ部を外ネジ７２とする。そしてまた、アウタースリーブ５７は、ハンドル６０と固定ねじ６１によって一体になっている。
【０００４】
こうした構成によって、ハンドル６０を所定方向に回転させれば、アウタースリーブ５７が外ネジ７２によって回転して下降し、一方、下降するスピンドル５６に螺合したスライドステム５３は、回転止めされ、スピンドル５６との内ネジ７１によって相対的に上昇する。こうして、スライドステム５３が、内ネジ７１と外ネジ７２とのピッチ差によって下降し、或いはハンドル６０の逆回転によって上昇し、そのスライドステム５３に押し付けられたダイヤフラム弁体５１の開度が微妙に調整できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
差動ネジを利用した流量調整弁では、ダイヤフラム弁体５１の高さ、即ち弁開度を内ネジ７１と外ネジ７２との送りによって調整している。しかしながら、手動で行うため、いきおい廻し過ぎによってダイヤフラム弁体５１を弁座５４へ押し付ける力が過大になり、弁座面が沈み込んで変形してしまうことがある。弁座面の変形量は弁体と弁座との材質によっても異なるが、本来微少流量を取り扱う流量調整弁にとって、僅かな変形でも流量に与える影響は大きい。また、弁座が弾性域で変形する場合には、弁閉させた後に再び弁を開けると、弁開後に変形が徐々に戻り、液体供給時に設定した流量が途中で変化してしまうことになる。従って、こうした従来の流量調整弁では、微量な液体の供給に正確性、安定性を欠くという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、こうした課題を解決すべく、微少な液体流量を適切に調整することが可能な流量調整弁を提供すること、また、こうした流量調整弁と同時に使用される流量調整用開閉弁を提供すること目的とする。
【０００７】
本発明の流量調整弁の組立方法は、内周が摺動面で、外周に外ネジが形成されたベース管と、前記ベース管に、弁体を上下させるべく回転止めされた状態で上下動可能に収納され、外周に内ネジが形成された弁体操作部材と、外周が摺動面で、内周に内ネジが形成されたインナスリーブと、内周に外ネジが形成されたアウタスリーブと、から構成され、内ネジと外ネジとのピッチ差分の上下方向の送りによって前記弁体操作部材の高さを調整させる差動ネジ、を有する流量調整弁の組立方法であって、前記ベース管に収納し、前記弁体操作部材を弁座方向に付勢部材で付勢して弁閉させておく第１工程と、前記インナスリーブに前記差動ネジの下降を制限するストッパを設け、前記インナスリーブの内ネジを前記弁体操作部材の内ネジに螺合させながらベース管内に、前記ストッパが作用する下死点まで螺設する第２工程と、前記アウタスリーブの外ネジを前記ベース管の外ネジに螺合させ、前記アウタスリーブを前記インナスリーブと一体に固定する第３工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
よって、本発明の流量調整弁の組立方法及びその組立方法により組み立てられた流量調整弁によれば、ストッパなどで差動ネジの下降が規制された下死点で弁体が付勢部材の付勢力によって弁座に当接した状態にあるので、差動ネジの廻し過ぎをなくし、付勢部材の付勢力を、シールに最低限必要な、そして弁座の沈み込みを最小限に抑える大きさのものにすることで、沈み込みによる流量変化などをなくし、微量な液体を適切に調整することが可能となる。
【０００９】
本発明の流量調整用開閉弁は、ダイヤフラム弁体を保持したピストンと、ピストンが摺動自在に装填されたシリンダボディと、ピストンを弁座側へ付勢する付勢部材とを有し、弁座側からのエア圧によって上下動するピストンの動きによって弁の開閉を行うものであって、微流量の調整を行う流量調整弁の一次側又は二次側流路に設けられた開閉弁において、前記ピストンの開弁方向へのストロークを調整する弁開度調整ロッドを備えるものであることを特徴とする。
よって、本発明の流量調整用開閉弁によれば、弁の開閉時、ダイヤフラム弁体によって画設された弁室内の容積変化を小さくすることができるので、これによって弁開時のタイムラグや弁閉時の吐出量の増加を抑えることができる。特に、最後に大量の流体が吐出されることがなくなり、およそ調整した流量での吐出及びその遮断を行うことが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る流量調整弁及び流量調整用開閉弁の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、その流量調整弁と流量調整用開閉弁（以下、単に「開閉弁」とする）とを一体にしたバルブユニットを示した側面図である。このバルブユニット１は、ユニットブロック２上に、開閉弁３を上流側に、流量調整弁４を下流側にして搭載したものであり、ユニットブロック２の入力ポート１１が薬液供給源に配管され、出力ポート１２にはノズル５が接続されている。そして、薬液供給源から送られてくる薬液の吐出量を流量調整弁４の弁開度によって調整し、ノズル５からの薬液の吐出を開閉弁３の開閉動作によって行うようにしたものである。そこで次に、バルブユニット１の断面を示した図２を参照し、以下に具体的に説明する。
【００１１】
バルブユニット１の基礎をなすユニットブロック２は、両端に突出した入力ポート１１と出力ポート１２とを備え、それぞれ開閉弁３及び流量調整弁４を固定する搭載面（上面）にまで開通した、Ｌ字形の入力流路１３と出力流路１４とが形成されている。また、入力流路１３と出力流路１４とが開設された搭載面の開口部には、各弁の弁室１５，１６を構成する凹部が形成され、両弁室１５，１６をつなぐようにＶ字流路１７が形成されている。
【００１２】
こうしたユニットブロック２の上流側には、入力流路１３とＶ字流路１７との間で流体制御を行うべく開閉弁３が搭載されている。開閉弁３は、いわゆるエアオペレートのダイヤフラム弁である。
開閉弁３は、筒状のシリンダを構成するボディ２１にカバー２２が一体に組み合わされたものであり、ボディ２１内にピストン２３が摺動自在に入れられている。ピストン２３は、下方にも小径の摺動部２３ａが突設され、その下端部分にダイヤフラム弁体２４が取付けられている。ダイヤフラム弁体２４は、ボディ２１とユニットブロック２とに周縁部分が挟み込まれ、ユニットブロック２の凹部を塞いで弁室１５を形成している。一方、ユニットブロック２には、このダイヤフラム弁体２４が当接・離間する弁座１８が形成されている。
【００１３】
開閉弁３は、ピストン２３の上下動によって弁の開閉を行うようにしたものであって、そのピストン２３がスプリング２６によって常時弁座１８側に押し下げられたノーマルクローズ型である。そして、弁開のためにピストン２３をスプリング２６の付勢力に抗して上昇させるため、ボディ２１には、ピストン２３に対して下方からエア圧を加えるためのエアポート２７が形成され、不図示のエアポンプに配管されている。
また、ピストン２３の上方には、カバー２２を貫いて弁開度調整ロッド２８が螺設されている。弁開度調整ロッド２８は、ねじの送りによって上下方向の移動が可能になっており、その高さ調整によってピストン２３の上昇を規制するように設けられたものである。
【００１４】
次に、流量調整弁４は、薬液の適量吐出を行うために流量調整を行うものであり、前記従来例のものと同様に差動ネジを使用したダイヤフラム弁である。流量調整弁４は、ユニットブロック２にベース管３１が固定され、その外周には雄ねじが形成され、内周は摺動面になっている。そして、そのベース管３１の外側には、雌ねじが形成されアウタースリーブ３２がはめられ、ベース管３１内にはインナースリーブ３３が挿入されている。アウタスリーブ３２とインナースリーブ３３とは固定ねじ３４によって一体になっており、特許請求の範囲に記載する差動ネジを構成するものである。ここで、ベース管３１とアウタースリーブ３２とが螺合したねじ部を外ネジ４１とする。また、インナースリーブ３３は、外周が摺動面になっており、内周には雌ねじが形成されている。そして、このインナースリーブ３３内には雄ねじの形成されたスピンドル３５が挿入されている。ここで、インナースリーブ３３とスピンドル３５とが螺合したねじ部を内ネジ４２とする。なお、このスピンドル３５が、特許請求の範囲に記載する弁体操作部材に相当する。
【００１５】
このスピンドル３５は、ベース管３１にも摺接して軸ブレ防止が施されている。更に、ベース管３１にはスリット３１ａが形成され、スピンドル３５に取り付けられたに回転防止ピン３６が、そのスリット３１ａに入り込んでいる。そして、スピンドル３５にはその下端部分にダイヤフラム弁体３７が取付けられている。
ダイヤフラム弁体３７は、アダプタ３８を介してベース管３１とユニットブロック２とに周縁部分が挟み込まれ、ユニットブロック２の凹部を塞いで弁室１６を形成している。そして、ユニットブロック２には、このダイヤフラム弁体３７が当接・離間する弁座１９が形成されている。
【００１６】
また、スピンドル３５は、下端部分にフランジ３５ａが形成され、その上方に装填したスプリング３９によって下方に付勢されている。一方、インナースリーブ３３にも、ベース管３１の上端に当接するフランジ状のストッパ３３ａが形成され、一体になって差動ネジを構成するアウタースリーブ３２とインナースリーブ３３とがそれ以上下降できないようになっている。従って、本実施形態の流量調整弁４では、インナースリーブ３３のストッパ３３ａがベース管３１の上端に突き当たった高さで、ダイヤフラム弁体３７は、スピンドル３５を押すスプリング３９の付勢力によって弁座１９に当接するよう構成されている。
【００１７】
そのため、本実施形態の流量調整弁４における組み立ては、次の手順で行われる。先ず、アウタースリーブ３２とインナースリーブ３３とがない状態で、ベース管３１をユニットブロック２へ固定する。このとき、スピンドル３５はスプリング３９に押し下げられ、ダイヤフラム弁体３７がその付勢力によって弁座１９へ押さえ付けられている。
次いで、スピンドル３５にインナースリーブ３３をはめ込んでいく。その際、インナースリーブ３３は、スピンドル３５との内ネジ４２によって徐々に下降していくが、ストッパ３３ａがベース管３１に当たったところで止められる。そして最後に、アウタースリーブ３２を、ベース管３１との外ネジ４１によってはめ込み、所定量送り込んだところでインナースリーブ３３と固定ネジ３４で一体に固定する。
【００１８】
従って、スプリング３９の付勢力がダイヤフラム弁体３７に作用している状態で、インナースリーブ３３とアウタースリーブ３２との下死点が決定する。そのため、インナースリーブ３３とアウタースリーブ３２とが下死点に位置した状態で、ダイヤフラム弁体３７は、内ネジ４２のガタ分だけ付勢されて弁座１９側へ押し付けられていると考えられる。
そのため、スプリング３９には、ダイヤフラム弁体３７の押さえ込みによるシールに最低限必要な、そして弁座１９の沈み込みを最小限に抑える大きさの付勢力を発生させるものを選択すればよい。
【００１９】
こうしたバルブユニット１は、次のようにして薬液の微量吐出が行われる。先ず、流量調整弁４によって、ノズルから吐出される薬液の流量が調整される。流量調整弁４は、通常設定したネジ位置を狂わせないようにカバー４０で覆われている。従って、新たに調整を行う場合には、ベース管３１に螺合したカバー４０を取り外して行う。
そこで、アウタースリーブ３３を所定方向に回転させると、固定ねじ３４で一体になったインナースリーブ３３にも同方向の回転が生じる。そのため、例えばアウタースリーブ３２が外ネジ４１の送りによって、所定のピッチＰ１で下降すると、その下降に対し、内ネジ４２の送りによってスピンドル３５が所定のピッチＰ２で相対的に上昇する。そして、実際には外ネジ４１と内ネジ４２とのピッチ差（Ｐ１−Ｐ２）によってスピンドル３５が下降し、ダイヤフラム弁体３７が下降する。例えば、ピッチ差（Ｐ１−Ｐ２）は０．０５ｍｍである。
【００２０】
また、逆方向にアウタースリーブ３３を回転させれば、同じくピッチ差によってダイヤフラム弁体３７が上昇し、弁が開けられて弁開度が大きくなっていく。こうしてダイヤフラム弁体３７の高さを変えて弁開度の調整、即ち薬液の流量の調整を行う。
一方、流量調整弁４を完全に弁閉させる場合には、インナースリーブ３３のストッパ３３ａがベース管３１の上端に当たるまで回転させる。そして、ストッパ３３ａがベース管３１に当たったところで回転が止められると、スピンドル３５を付勢するスプリング３９の付勢力によってダイヤフラム弁体３７が弁座１９へ押さえ付けられる。従って、アウタースリーブ３２を回転する力が弁座１９にかかることはない。
【００２１】
こうして流量調整弁４の調整が完了すると、次に開閉弁３のストロークの調整が行われる。即ち、ハンドル２９の回転により弁開度調整ロッド２８を上下動させ、ピストン２３がその弁開度調整ロッド２８に当たってそれ以上の上昇ができないようにする。これは、ダイヤフラム弁体２４のストロークを規制し、その開閉動作によって弁室１５内に生じる急激な圧力変化を抑えるようにしたものである。
開閉弁３はノーマルクローズ型であるため、通常ピストン２３はスプリング２６によって付勢され、ダイヤフラム弁体２４が弁座１８に当接し、図示するように弁閉した状態にある。そのため、流量調整弁４が開いていても、開閉弁３によって薬液の流れは止められている。
【００２２】
そこで、薬液供給時には、エアポート２７から圧縮エアが供給されると、ピストン２３が加圧され、スプリング２６の付勢力に抗して押し上げられる。エア圧によって押し上げられたピストン２３は、同時にダイヤフラム弁体２４を引き上げ、弁開度調整ロッド２８に当たって止まる。
こうして開閉弁３が開き、薬液は、弁室１５からＶ字流路１７を通って流量調整弁４によって流量調整され、更に出力ポート１２からノズル５（図１）を通って吐出され、ウェハ上に塗布される。
一方、開閉弁３に対する圧縮エアの供給を停止すれば、ピストン２３はスプリング２６によって付勢されて下降し、同時にダイヤフラム弁体２４が押し下げられて弁座１８へと当接する。そして、開閉弁３が閉じられて薬液の吐出が止められる。
【００２３】
ところで、本実施形態のように開閉弁３を使用した場合には、ピストン２３が弁閉状態から上昇する際に弁室１５内が負圧になり、一方、弁開状態のピストン２３が下降して閉じらる際には弁室１５内に充填されている薬液が加圧される。そのため、ピストン２３のストロークの調整が行われなかった従来の開閉弁の場合、図３に示すように、一定流量の吐出が行われる弁開状態の前後、即ち弁の開閉時の安定性が良くなかった。図３は、こうした弁の開閉に伴う流量変化のグラフを従来の開閉弁について示した図である。そして、図４には、同様に本実施形態の開閉弁３について示している。
【００２４】
ピストン２３のストロークが大きかった従来の開閉弁の場合（図３参照）、弁の開閉に伴う弁室１５の容積変化も大きかった。そのため、弁開時Ｔ１には、負圧によって二次側の薬液が弁室１５内に多く吸引されてしまい、薬液が吐出されるまでのタイムラグが大きかった。また、弁閉時Ｔ２には、ダイヤフラム弁体２４に押し出される薬液の量が大きく、最後に加圧されて大量の薬液が吐出してしまっていた。従って、こうした流量変化によってウェハ上に塗布された薬液の分布にムラが生じることになった。
【００２５】
薬液のムラは品質低下の原因になるため好ましいものではなく、その解決のために本実施形態では弁開度調整ロッド２８を設けた。本実施形態の開閉弁３では、弁開度調整ロッド２８によってピストンのストロークが規制され、弁室１５内の容積変化が抑えられている。そのため、従来と同様に開閉弁３の開閉動作を行った場合でも、図４に示すように、弁開時Ｔ１のタイムラグが短くなり、弁閉時Ｔ２に加圧されて吐出する薬液の量も、調整した設定流量との差がほとんどなくなり、ウェハに塗布された薬液分布にムラが生じる程ではなくなった。
【００２６】
よって、本実施形態のバルブユニットによれば、次のような効果を奏する。
流量調整弁４では、差動ネジを構成するアウタースリーブ３２とインナースリーブ３３との下死点で、スプリング３９の付勢力によってダイアやフラム弁体３７が弁座１９へ当接するようにしたため、ねじを廻し込む力がダイヤフラム弁体３７に直接作用することがなくなり、弁座１９の沈み込みが抑えられ、流量への影響を防止することができるようになった。
また、開閉弁３では、弁開度調整ロッド２８を設けてピストン２３のストローク、即ち弁開度を制限するようにしたので、弁室１５内の容積変化を小さくすることができ、これによって弁開時のタイムラグや弁閉時の吐出量の増加を抑えることができた。その結果、ウェハへの均一な薬液の塗布が可能となり、製品品質を上げることができるようになった。
【００２７】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、差動ネジの構造は前記実施形態のものに限らず、図５に示した従来例のものをも当然に含む。
また、流量調整弁は、前記実施形態のように必ずしも開閉弁と同時に使用する必要はない。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、弁体を上下させるべく回転止めされた状態で上下動可能な弁体操作部材と、内ネジと外ネジとのピッチ差分の上下方向の送りによって弁体操作部材の高さを調整させる差動ネジとを有し、弁体操作部材を弁座方向に付勢部材で付勢して弁閉させておいて、差動ネジを下死点までねじ込んで螺設して構成したので、微少な液体流量を適切に調整することができる流量調整弁を提供することが可能になった。
【００２９】
また、本発明は、弁体を上下させるべく回転止めされた状態で上下動可能な弁体操作部材と、内ネジと外ネジとのピッチ差分の上下方向の送りによって弁体操作部材の高さを調整させる差動ネジとを有し、差動ネジの下降を制限するストッパと、ストッパが作用する差動ネジの下死点で、弁体操作部材を弁座方向に付勢して弁閉させる付勢部材とを備えるので、微少な液体流量を適切に調整することができる流量調整弁を提供することが可能となった。
【００３０】
更に、本発明は、エア圧によって上下動するピストンの動きによって弁の開閉を行う開閉弁であって、ピストンの開弁方向へのストロークを調整する弁開度調整ロッドを備えることにより、弁開時のタイムラグや弁閉時の吐出量の増加を抑えることができる流量調整用開閉弁を提供することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】開閉弁と流量調整弁とを一体にしたバルブユニットを示した側面図である。
【図２】バルブユニット１を示した断面図である。
【図３】弁の開閉に伴う流量変化のグラフを従来の開閉弁について示した図である。
【図４】弁の開閉に伴う流量変化のグラフを実施形態の開閉弁について示した図である。
【図５】従来の流量調整弁を示した断面図である。
【符号の説明】
１バルブユニット
２ユニットブロック
３開閉弁
４流量調整弁
１５，１６弁室
１８，１９弁座
２１ボディ
２３ピストン
２４ダイヤフラム弁体
２８弁開度調整ロッド
３１ベース管
３２アウタースリーブ
３３インナースリーブ
３５スピンドル
３７ダイヤフラム弁体
３９スプリング
４１外ネジ
４２内ネジ

Claims

内周が摺動面で、外周に外ネジが形成されたベース管と、
前記ベース管に、弁体を上下させるべく回転止めされた状態で上下動可能に収納され、外周に内ネジが形成された弁体操作部材と、
外周が摺動面で、内周に内ネジが形成されたインナスリーブと、
内周に外ネジが形成されたアウタスリーブと、
から構成され、内ネジと外ネジとのピッチ差分の上下方向の送りによって前記弁体操作部材の高さを調整させる差動ネジ、を有する流量調整弁の組立方法であって、
前記ベース管に収納し、前記弁体操作部材を弁座方向に付勢部材で付勢して弁閉させておく第１工程と、
前記インナスリーブに前記差動ネジの下降を制限するストッパを設け、前記インナスリーブの内ネジを前記弁体操作部材の内ネジに螺合させながらベース管内に、前記ストッパが作用する下死点まで螺設する第２工程と、
前記アウタスリーブの外ネジを前記ベース管の外ネジに螺合させ、前記アウタスリーブを前記インナスリーブと一体に固定する第３工程と、
を備えたことを特徴とする流量調整弁の組立方法。
請求項１の組立方法により組み立てられたことを特徴とする流量調整弁。