JPWO2019009107A1 - アクチュエータ、バルブ、および半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

ピストンの移動速度を定速度にすることが可能なアクチュエータ、バルブ、および半導体製造装置を提供する。第１、２外周部収容溝（２２ｇ、２３ｇ）が内周部に形成されたケーシングと、第１、２内周部収容溝（３１ｃ、３４ｃ）が外周部に形成され、ケーシング内に設けられてケーシングとともに第１、２圧力室（Ｓ１、Ｓ２）を形成し、駆動流体により駆動する第１、２ピストン（３１、３４）と、第１、２外周部収容溝（２２ｇ、２３ｇ）にはめ込まれる第１、２内周部（３３Ａ、３６Ａ）と第１、２内周部収容溝（３１ｃ、３４ｃ）にはめ込まれる第１、２外周部（３３Ｂ、３６Ｂ）とを有し、第１、２圧力室（Ｓ１、Ｓ２）を密閉する環状の第１、２シール部材（３３、３６）と、を備えるアクチュエータ（２０）と、第１、２ピストン（３１、３４）の駆動により、流体通路（１１ｂ、１１ｃ）を開閉させるためにボディ（１０）に対し近接および離間可能に設けられたステム（２６）とを備える。

Description

本発明は、アクチュエータ、バルブ、および半導体製造装置に関する。

従来、駆動流体により開閉を行うアクチュエータを備えるバルブでは、駆動流体により、ケーシングとともに圧力室を形成するピストンを上下させて、バルブの開閉を行っている。そして、ピストンの外周にＯリングが嵌め込まれて、当該Ｏリングがピストンの内周面を摺動して上下動するように構成されている。

しかし、上記のアクチュエータを備えるバルブでは、ピストンに嵌め込まれたＯリングが、ピストンの内周面を摺動するので、摩耗してしまう。このため、使用回数が増加するにつれて、Ｏリングの摩耗によりピストンの移動速度が変化し、バルブの開閉速度が変化する。

そこで本発明は、ピストンの移動速度を定速度にすることが可能なアクチュエータ、バルブ、および半導体製造装置を提供することを目的の一つとする。

上記目的を解決するために、本発明の一態様であるアクチュエータは、第１環状溝が内周部に形成されたケーシングと、第２環状溝が外周部に形成され、前記ケーシング内に設けられて前記ケーシングとともに圧力室を形成し、外部からの駆動流体により駆動するピストンと、前記第１環状溝にはめ込まれる第１嵌合部と前記第２環状溝にはめ込まれる第２嵌合部とを有し、前記圧力室を密閉する環状のシール部材とを備える。

また、前記シール部材の第２嵌合部は、前記シール部材の第１嵌合部に対する前記シール部材の軸方向へ沿う移動可能な最大距離が、前記シール部材の厚さの半分以下である所定の距離となるように制限されていてもよい。

また、前記シール部材は、前記第１嵌合部と前記第２嵌合部との間に位置し、前記第１嵌合部および前記第２嵌合部の厚さより薄く構成された中間部を有してもよい。

また、本発明の一態様であるバルブは、流体通路が形成されたボディと、前記流体通路を開閉する弁体と、第１環状溝が内周部に形成されたケーシングと、第２環状溝が外周部に形成され、前記ケーシング内に設けられて前記ケーシングとともに圧力室を形成し、外部からの駆動流体により駆動するピストンと、前記第１環状溝にはめ込まれる第１嵌合部と前記第２環状溝にはめ込まれる第２嵌合部とを有し、前記圧力室を密閉する環状のシール部材と、を備える、アクチュエータと、前記ピストンの駆動により、前記流体通路を開閉させるために前記ボディに対し近接および離間可能に設けられたステムと、を備える。

また、本発明の一態様である半導体製造装置は、上記のバルブを備える。

また、本発明の一態様であるアクチュエータは、第１環状溝が内周部に形成されたケーシングと、前記ケーシング内に設けられ、外部から供給される駆動流体の圧力を所定の圧力に減圧する減圧弁と、第２環状溝が外周部に形成され、前記ケーシング内に設けられて前記ケーシングとともに圧力室を形成し、減圧された前記所定の圧力の駆動流体により駆動されるピストンと、前記第１環状溝にはめ込まれる第１嵌合部と前記第２環状溝にはめ込まれる第２嵌合部とを有し、前記圧力室を密閉する環状のシール部材と、を備える。

本発明によれば、ピストンの移動速度を定速度にすることが可能なアクチュエータ、バルブ、および半導体製造装置を提供することができる。

本実施形態に係るバルブの正面図を示す。 本実施形態に係るバルブの上面図を示す。 図２に示したバルブのＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図を示す。 仕切ディスク近傍を拡大した断面図を示す。 図１に示したバルブのＶ−Ｖ線に沿った断面図を示す。 本実施形態に係る流体供給システムの構成図を示す。 バルブの開閉時における、減圧弁の動作の説明図を示す。 本実施形態に係るバルブおよび流体供給システムを備える半導体製造装置を示す。 中ケーシングに逆止弁を追加した形態を示す図である。 ポペット栓、スプリング押え、および逆止弁を、止めネジにより、中ケーシングに対し固定した状態を示す図である。

本発明の一実施形態によるバルブについて、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係るバルブ１の正面図を示している。図２は、本実施形態に係るバルブ１の上面図を示している。図３は、図２に示したバルブ１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図を示している。図４は、仕切ディスク２２近傍を拡大した断面図を示している。図５は、図１に示したバルブ１のＶ−Ｖ線に沿った断面図を示している。なお、本実施形態に係るバルブ１はダイヤフラムバルブである。

図１に示すように、バルブ１は、ボディ１０と、アクチュエータ２０とを備える。なお、以下の説明において、バルブ１の、アクチュエータ２０側を上側、ボディ１０側を下側として説明する。

［ボディ１０］
図３に示すように、ボディ１０は、ボディ本体１１と、シート１２と、ボンネット１３と、止め輪１４と、ダイヤフラム１５と、押えアダプタ１６と、ダイヤフラム押え１７とを備える。

ボディ本体１１には、弁室１１ａと、弁室１１ａに連通する流体流入路１１ｂおよび流体流出路１１ｃとが形成されている。シート１２は、環状をなし、弁室１１ａと流体流入路１１ｂとが連通する箇所の周縁に設けられている。

ボンネット１３は、略円筒状をなし、その下端部の外周に設けられた雄ネジ部をボディ本体１１に設けられた雌ネジ部に螺合させることにより、弁室１１ａを覆うようにボディ本体１１に固定されている。止め輪１４は、アクチュエータ２０をボディ１０に固定するために、ボンネット１３の上端部の外周に装着される。

また、ボンネット１３の上端部には、凹部１３ａが形成され、凹部１３ａに断面円形の第１Ｏリング１３Ｂが設けられている。第１Ｏリング１３Ｂは、ステム２６の上下方向の移動（ダイヤフラム１５に対する近接および離間移動）をガイドし、後述の第１圧力室Ｓ１から駆動流体が外部に漏れるのを防止する。

弁体であるダイヤフラム１５は、ボンネット１３の下端に配置された押えアダプタ１６とボディ本体１１の弁室１１ａを形成する底面とにより、その外周縁部が挟圧され保持されている。ダイヤフラム１５は、球殻状をなし、上に凸の円弧状が自然状態となっている。ダイヤフラム１５がシート１２に対し離間および当接することによって、流体通路の開閉が行われる。ダイヤフラム１５は、例えば、金属の薄板により構成され、円形に切り抜き、中央部を上方へ膨出させた球殻状に形成される。

ダイヤフラム押え１７は、ダイヤフラム１５の上側に設けられ、ダイヤフラム１５の中央部を押圧可能に構成されている。

［アクチュエータ２０］
アクチュエータ２０は、全体で略円柱形状をなし、下ケーシング２１と、仕切ディスク２２と、サポートディスク２３と、中ケーシング２４と、上ケーシング２５と、ステム２６と、圧縮コイルスプリング２７と、断面円形の第２〜第６Ｏリング２８Ａ〜２８Ｅと、４本のボルト２９（図２参照）と、駆動部３０と、減圧弁４０と、リフト量調整機構５０と、を有する。なお、下ケーシング２１と、仕切ディスク２２と、サポートディスク２３と、中ケーシング２４と、上ケーシング２５とにより、アクチュエータ２０のケーシングが構成される。

下ケーシング２１は、略円筒状をなし、ボンネット１３が貫通するボンネット貫通孔２１ａと、駆動部３０を収容する駆動部収容孔２１ｂとが形成されている。

ボンネット貫通孔２１ａには、ボンネット１３の上部が貫通し、ボンネット１３の上端は止め輪１４により下ケーシング２１に固定されている。駆動部収容孔２１ｂを形成する内周面２１Ｃには、第１段差部２１Ｄおよび第２段差部２１Ｅが形成されている。また、下ケーシング２１とボンネット１３との間に、第２Ｏリング２８Ａが介在し、後述の第１圧力室Ｓ１から駆動流体が外部に漏れるのを防止し、外部からごみ等が流入するのを防止する。

仕切ディスク２２は、下ケーシング２１内に設けられ、第１ディスク部２２Ａと、上突出部２２Ｂと、第１下突出部２２Ｃとを有する。第１ディスク部２２Ａは、中心にステム２６が貫通する第１ステム貫通孔２２ｄが形成された略円盤状をなし、その内周および外周に一周連続して環状をなす第１、２Ｏリング収容溝２２ｅ、２２ｆが形成されている。第１、２Ｏリング収容溝２２ｅ、２２ｆには、第３、４Ｏリング２８Ｂ、２８Ｃが収容され、第３Ｏリング２８Ｂは、ステム２６の上下方向に移動をガイドし、後述の第２圧力室Ｓ２から駆動流体が漏れるのを防止する。

上突出部２２Ｂは、環状をなし、第１ディスク部２２Ａの上面の外周縁から上側に突出している。第１下突出部２２Ｃは、環状をなし、第１ディスク部２２Ａの下面の外周縁から下側に突出している。第１下突出部２２Ｃの下端は、下ケーシング２１の第２段差部２１Ｅに当接しており、第１下突出部２２Ｃと下ケーシング２１の第１段差部２１Ｄとにより、環状をなす第１外周部収容溝２２ｇが形成される。第１外周部収容溝２２ｇは、ケーシングの内周に形成された第１環状溝に相当する。

サポートディスク２３は、仕切ディスク２２の上側に位置し、外周に設けられた雄ネジ部が下ケーシング２１の上端部の内周に設けられた雌ネジ部に螺合されることにより、駆動部収容孔２１ｂを塞ぐように下ケーシング２１に固定されている。

サポートディスク２３は、第２ディスク部２３Ａと、第２下突出部２３Ｂと、第３下突出部２３Ｃとを有する。第２ディスク部２３Ａは、中心にステム２６が貫通する第２ステム貫通孔２３ｄが形成された略円盤状をなしている。第２ディスク部２３Ａには、さらに４つのボルト螺合孔２３ｅ（図４では２つのみ図示）が形成されている。

第２下突出部２３Ｂは、環状をなし、第２ディスク部２３Ａの下面の外周縁から下側に突出している。第３下突出部２３Ｃは、環状をなし、第２下突出部２３Ｂの下面の外周縁から下側に突出している。第３下突出部２３Ｃの径方向の厚さは、第２下突出部２３Ｂの径方向の厚さよりも薄く構成され、当該厚さの違いにより、第３段差部２３Ｆが形成されている。

第３下突出部２３Ｃの下端は、仕切ディスク２２の上突出部２２Ｂに当接しており、第３段差部２３Ｆと上突出部２２Ｂとにより、環状をなす第２外周部収容溝２３ｇが形成される。なお、第１段差部２１Ｄと、第２段差部２１Ｅと、仕切ディスク２２の上突出部２２Ｂおよび第１下突出部２２Ｃと、サポートディスク２３の第２下突出部２３Ｂおよび第３下突出部２３Ｃとにより、ケーシングの内周部が構成される。第２外周部収容溝２３ｇは、ケーシングの内周部に形成された第１環状溝に相当する。

図３に示すように、中ケーシング２４は、略円筒状をなし、下ケーシング２１およびサポートディスク２３の上側に設けられている。中ケーシング２４には、その中心において、上下方向に沿って貫通する第３ステム貫通孔２４ａが形成され、内周に一周連続して環状をなす第３、４Ｏリング収容溝２４ｂ、２４ｃが形成されている。第３、４Ｏリング収容溝２４ｂ、２４ｃには、第５、６Ｏリング２８Ｄ、２８Ｅが収容されている。第５、６Ｏリング２８Ｄ、２８Ｅは、ステム２６の上下方向に移動をガイドし、駆動流体が外部に漏れるのを防止する。

また、図５に示すように、中ケーシング２４には、その外周面２４Ｄから内方に向かって延びる略円柱状の第１、２挿入孔２４ｅ、２４ｆが形成されている。第１、２挿入孔２４ｅ、２４ｆは、同軸上に形成され、互いに連通している。また、第１挿入孔２４ｅは、第３ステム貫通孔２４ａに連通している。さらに、中ケーシング２４には、駆動流体通過孔２４ｇ（図３も参照）が形成されている。駆動流体通過孔２４ｇは、中ケーシング２４の上面から第２挿入孔２４ｆまで延びている。また、中ケーシング２４には、４つのボルト挿入孔２４ｈが形成されている。

図３に示すように、上ケーシング２５は、略円筒状をなし、中ケーシング２４の上側に設けられている。上ケーシング２５には、突起部２５Ｆが設けられ、その中心において、上下方向に沿って貫通する調整機構装着孔２５ａが形成されている。調整機構装着孔２５ａは、ボルト螺合孔２５ｂと、横断面が六角形状のコマ挿入孔２５ｃとを有する。

また、上ケーシング２５には、駆動流体導入孔２５ｄと、４つのボルト挿入孔２５ｅ（２つのみ図示）とが形成されている。駆動流体導入孔２５ｄは、中ケーシング２４の第２挿入孔２４ｆの上側に相当する位置に形成され、上端部には図示せぬ管継手が接続され、下端部は駆動流体通過孔２４ｇに連通している。

ステム２６は、略円柱状をなし、上下方向に移動可能に設けられ、ダイヤフラム押え１７から、ボンネット１３、下ケーシング２１、および中ケーシング２４を通過して上ケーシング２５まで延びている。リフト量の調整量によっては、ステム２６の上下動により、その上端は、コマ挿入孔２５ｃに進入または退出する。ステム２６には、その上半分部分に、上下方向に延びる駆動流体流入路２６ａが形成され、さらに駆動流体流入路２６ａを横切る第１〜第３駆動流体流出孔２６ｂ〜２６ｄが形成されている。

駆動流体流入路２６ａの上端は、ボール２６Ｅにより塞がれている。第１駆動流体流出孔２６ｂは、第１挿入孔２４ｅに連通している。第２駆動流体流出孔２６ｃは、第１駆動流体流出孔２６ｂの下側に位置し、後述の第２圧力室Ｓ２に連通している。第３駆動流体流出孔２６ｄは、第２駆動流体流出孔２６ｃの下側に位置し、後述の第１圧力室Ｓ１に連通している。

圧縮コイルスプリング２７は、ボンネット１３内において、ステム２６の下半分部分の外周に設けられ、ステム２６を常に下方に向かって付勢する。

各ボルト２９が、上ケーシング２５のボルト挿入孔２５ｅおよび中ケーシング２４のボルト挿入孔２４ｈに挿入され、サポートディスク２３のボルト螺合孔２３ｅに螺合されることにより、下ケーシング２１、中ケーシング２４、および上ケーシング２５が一体化されている。

［駆動部３０］
駆動部３０は、第１ピストン３１と、第７Ｏリング３２と、第１シール部材３３と、第２ピストン３４と、第８Ｏリング３５と、第２シール部材３６と、止め輪３７、３８とを有する。

第１ピストン３１は、ステム２６が貫通する第４ステム貫通孔３１ａが中心に形成された略円盤状をなし、その内周に一周連続して環状をなす第５Ｏリング収容溝３１ｂが形成され、その外周に第１内周部収容溝３１ｃが形成されている。第１内周部収容溝３１ｃは、ピストンの外周部に形成された第２環状溝に相当する。

断面円形の第７Ｏリング３２は、第５Ｏリング収容溝３１ｂに収容され、後述の第１圧力室Ｓ１から駆動流体が漏れるのを防止する。

第１シール部材３３は、樹脂製の円環状の部材であり、第１内周部３３Ａと、第１外周部３３Ｂと、第１中間部３３Ｃとを有する。第１内周部３３Ａは、断面が略楕円状をなし、第１内周部収容溝３１ｃに嵌め込まれている。第１内周部３３Ａは、第１嵌合部に相当する。第１外周部３３Ｂは、断面が略楕円状をなし、第１外周部収容溝２２ｇに嵌め込まれている。第１外周部３３Ｂは、第２嵌合部に相当する。

第１中間部３３Ｃは、第１内周部３３Ａと第１外周部３３Ｂとの間に位置し、第１内周部３３Ａおよび第１外周部３３Ｂの厚さより薄く構成され、第１内周部３３Ａの上下方向の中央部および第１外周部３３Ｂの上下方向の中央部を互いに接続している。そして、第１内周部３３Ａは、第１外周部３３Ｂに対する第１シール部材３３の軸方向へ沿う移動可能な最大距離が、第１シール部材３３の厚さの半分以下である所定の距離になるように制限されている。

第１ピストン３１、下ケーシング２１、およびボンネット１３により、第１圧力室Ｓ１が形成され、当該第１圧力室Ｓ１は、第１Ｏリング１３Ｂ、第２Ｏリング２８Ａ、第７Ｏリング３２、および第１シール部材３３により密閉されている。第１圧力室Ｓ１には、ステム２６に形成された駆動流体流入路２６ａおよび第３駆動流体流出孔２６ｄが連通している。

第１ピストン３１の上面には止め輪３７が設けられ、止め輪３７はステム２６に装着されている。これにより、第１ピストン３１が上側に移動すると、止め輪３７とともにステム２６が上側に移動する。

第２ピストン３４は、ステム２６が貫通する第５ステム貫通孔３４ａが中心に形成された略円盤状をなし、その内周に一周連続して環状をなす第６Ｏリング収容溝３４ｂが形成され、その外周に第２内周部収容溝３４ｃが形成されている。第２内周部収容溝３４ｃは、ピストンの外周部に形成された第２環状溝に相当する。

断面円形の第８Ｏリング３５は、第６Ｏリング収容溝３４ｂに収容され、後述の第２圧力室Ｓ２から駆動流体が漏れるのを防止する。

第２シール部材３６は、樹脂製のＯリングであり、第２内周部３６Ａと、第２外周部３６Ｂと、第２中間部３６Ｃとを有する。第２内周部３６Ａは、断面が略楕円状をなし、第２内周部収容溝３４ｃに嵌め込まれている。第２内周部３６Ａは、第１嵌合部に相当する。第２外周部３６Ｂは、断面が略楕円状をなし、第２外周部収容溝２３ｇに嵌め込まれている。第２外周部３６Ｂは、第２嵌合部に相当する。

第２中間部３６Ｃは、第２内周部３６Ａと第２外周部３６Ｂとの間に位置し、第２内周部３６Ａおよび第２外周部３６Ｂの厚さより薄く構成され、第２内周部３６Ａの上下方向の中央部および第２外周部３６Ｂの上下方向の中央部を互いに接続している。そして、第２内周部３６Ａは、第２外周部３６Ｂに対する第２シール部材３６の軸方向へ沿う移動可能な最大距離が、第２シール部材３６の厚さの半分以下である所定の距離になるように制限されている。

第２ピストン３４および仕切ディスク２２により、第２圧力室Ｓ２が形成され、当該第２圧力室Ｓ２は、第３Ｏリング２８Ｂ、第８Ｏリング３５、および第２シール部材３６により密閉されている。第２圧力室Ｓ２には、ステム２６に形成された駆動流体流入路２６ａおよび第２駆動流体流出孔２６ｃが連通している。

第２ピストン３４の上面には止め輪３８が設けられ、止め輪３８はステム２６に装着されている。これにより、第２ピストン３４が上側に移動すると、止め輪３８とともにステム２６が上側に移動する。

［減圧弁４０］
減圧弁４０は、中ケーシング２４に設けられ、ポペット部４１と、減圧部４２とを備える。

ポペット部４１は、第２挿入孔２４ｆに設けられ、ポペット栓４３と、ポペット４４と、ポペットスプリング４５とを有する。ポペット栓４３は、第２挿入孔２４ｆに対し圧入されて中ケーシング２４に対し固定され、第１ポペットＯリング４３Ａを有している。第１ポペットＯリング４３Ａは、後述の流入室Ｒ１内の駆動流体が外部に漏れるのを防止する。第２挿入孔２４ｆにおけるポペット栓４３よりも内側の空間は、駆動流体が流入する流入室Ｒ１を構成する。そして、流入室Ｒ１に駆動流体通過孔２４ｇが連通している。

ポペット４４は、ポペット本体４４Ａと、ロッド４４Ｂとを有する。ポペット本体４４Ａは、流入室Ｒ１に位置し、第２ポペットＯリング４４Ｃを有する。第２ポペットＯリング４４Ｃは、中ケーシング２４における第１挿入孔２４ｅと第２挿入孔２４ｆとが連通する部分の周縁部２４Ｉに離間および当接することにより、流入室Ｒ１と後述の減圧室Ｒ２とを連通または遮断するように構成されている。

ロッド４４Ｂは、ポペット本体４４Ａの第１挿入孔２４ｅ側の端部から第１挿入孔２４ｅへ向かって延び、後述の減圧室Ｒ２内に位置している。ポペットスプリング４５は、ポペット栓４３とポペット４４との間に設けられ、ポペット４４を減圧部４２に向かって付勢している。

減圧部４２は、第１挿入孔２４ｅに設けられ、スプリング押え４６と、減圧ピストン４７と、減圧スプリング４８とを有する。

スプリング押え４６は、第１挿入孔２４ｅに圧入されまたはネジ込まれて中ケーシング２４に対し固定されている。減圧ピストン４７は、スプリング押え４６よりも第１挿入孔２４ｅの内側において移動可能に設けられ、ピストンＯリング４７Ａを有する。第１挿入孔２４ｅにおける減圧ピストン４７よりも内側の空間は、駆動流体が流入する減圧室Ｒ２を構成する。減圧室Ｒ２は、第３ステム貫通孔２４ａを介して、第１駆動流体流出孔２６ｂおよび駆動流体流入路２６ａに連通している。ピストンＯリング４７Ａは、減圧室Ｒ２内の駆動流体が外部に漏れるのを防止する。

ロッド４４Ｂの先端は、減圧ピストン４７に当接している。減圧スプリング４８は、スプリング押え４６と減圧ピストン４７との間に設けられ、減圧ピストン４７をポペット部４１に向かって付勢している。ポペットスプリング４５および減圧スプリング４８の付勢力は、流入室Ｒ１および減圧室Ｒ２に駆動流体が流入していない、または駆動流体流入による減圧室Ｒ２の昇圧が十分でない状態では、ポペット本体４４Ａの第２ポペットＯリング４４Ｃが周縁部２４Ｉから離間し、流入室Ｒ１と減圧室Ｒ２とが連通するように設定されている。

［リフト量調整機構５０］
図３に示すように、リフト量調整機構５０は、ロックナット５１と、調整ネジ５２と、調整コマ５３とを有する。

ロックナット５１は、上ケーシング２５の突起部２５Ｆの上端に装着されている。調整ネジ５２は、上側部５２Ａと下側部５２Ｂとで、異なるピッチを有し、下側部５２Ｂの方が上側部５２Ａよりもピッチが小さく構成されている。調整ネジ５２の上側部５２Ａは、ネジ螺合孔２５ｂに螺合されている。調整コマ５３は、横断面が六角形状をなし、螺合凹部５３ａが形成され、コマ挿入孔２５ｃに上下動移動可能に挿入されている。螺合凹部５３ａに、調整ネジ５２の下側部５２Ｂが螺合されている。

そして、調整ネジ５２を回転させることにより、調整コマ５３が上下動する。これにより、ステム２６の上下動の距離が調整され、ダイヤフラム１５のリフト量が調整される。なお、調整コマ５３の下端に対してステム２６の上端が接触した状態が、ステム２６が上死点に位置する状態である。

［流体供給システム２］
次に、本実施形態に係る流体供給システム２について図６を参照して説明する。

図６は、流体供給システム２の構成図を示している。

図６に示すように、流体供給システム２は、アキュムレータ３と、電磁弁である三方弁４と、上述のバルブ１とを備える。アキュムレータ３は、例えば操作エアである駆動流体を供給する供給源である。三方弁４は、アキュムレータ３からバルブ１へ駆動流体を供給する流れと、駆動流体をバルブ１の駆動部３０（第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２）から外部へ排出する流れとを切り替える切替手段である。

［バルブ１の開閉動作］
次に、本実施形態に係る流体供給システム２におけるバルブ１の開閉動作について、図３、４、６、７を参照して説明する。なお、本実施形態の圧力条件として、アキュムレータ３からバルブ１へ供給される駆動流体の圧力を０．５ＭＰａとし、減圧室Ｒ２を経て第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２に供給される駆動流体の圧力を０．３５ＭＰａとする。

図７は、バルブ１の開閉時における、減圧弁４０の動作の説明図を示している。図７では、駆動流体の流れを白抜き矢印で示している。

図３に示すように、本実施形態のバルブ１では、第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２に駆動流体が流入していない状態では、ステム２６は圧縮コイルスプリング２７の付勢力によって下死点にあり（ボディ本体１１に近接し）、ダイヤフラム押え１７によりダイヤフラム１５が押圧されてバルブ１は閉状態となっている。つまり、バルブ１は、通常状態（駆動流体が供給されていない状態）では閉状態である。

そして、図６に示した三方弁４を、アキュムレータ３からバルブ１へ駆動流体が流れる状態にする。これにより、アキュムレータ３からバルブ１へ駆動流体が供給される。駆動流体は、図示せぬエアチューブおよび管継手を介して、駆動流体導入孔２５ｄから駆動流体通過孔２４ｇを通過し、図７（Ａ）に示すように流入室Ｒ１へ流入する。駆動流体は、圧力が０．５ＭＰａで流入室Ｒ１へ流入する。

流入室Ｒ１と減圧室Ｒ２とが連通しているので、図７（Ｂ）に示すように、駆動流体は、減圧室Ｒ２に流入し、減圧室Ｒ２の圧力が上昇する。減圧室Ｒ２内の圧力が上昇すると、減圧ピストン４７が、減圧スプリング４８の付勢力に抗して、スプリング押え４６側に移動する。そして、減圧室Ｒ２の圧力が所定の圧力（駆動圧）である０．３５ＭＰａになると、図７（Ｃ）に示すように、ポペット４４の第２ポペットＯリング４４Ｃが周縁部２４Ｉに当接して、流入室Ｒ１と減圧室Ｒ２との連通が遮断される。

図７（Ａ）から図７（Ｂ）に至る動作により、所定の圧力の駆動流体が、減圧室Ｒ２から、第１駆動流体流出孔２６ｂ、駆動流体流入路２６ａ、第２駆動流体流出孔２６ｃ、および第３駆動流体流出孔２６ｄを介して、第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２に流入する。また、流入室Ｒ１にアキュムレータ３から０．５ＭＰａの駆動流体が供給されることにより、図７（Ｃ）に示す減圧弁４０の状態が維持されるように構成されている。

第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２に駆動流体が流入すると、第１、２ピストン３１、３４が、圧縮コイルスプリング２７の付勢力に抗して上昇する。これにより、ステム２６は上死点に移動し（ボディ本体１１から離間し）、ダイヤフラム１５の弾性力および流体（ガス）の圧力によりダイヤフラム押え１７が上側に移動し、バルブ１は開状態となる。

また、第１ピストン３１の上昇により、第１シール部材３３において、第１内周部３３Ａは第１ピストン３１とともに上昇し、第１外周部３３Ｂは上昇せず、第１中間部３３Ｃは第１内周部３３Ａの上昇に伴い変形する。同様に、第２ピストン３４の上昇により、第２シール部材３６において、第２内周部３６Ａは第２ピストン３４とともに上昇し、第２外周部３６Ｂは上昇せず、第２中間部３６Ｃは第２内周部３６Ａの上昇に伴い変形する。

バルブ１を開状態から閉状態にするには、三方弁４を、駆動流体がバルブ１の駆動部３０（第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２）から外部へ排出する流れに切り替える。これにより、流入室Ｒ１内の圧力が減少し、図７（Ｄ）に示すように、ポペット４４の第２ポペットＯリング４４Ｃが周縁部２４Ｉから離間して、流入室Ｒ１と減圧室Ｒ２とが連通する。その結果、第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２内の駆動流体が、第２駆動流体流出孔２６ｃ、第３駆動流体流出孔２６ｄ、駆動流体流入路２６ａ、および第１駆動流体流出孔２６ｂを介して、減圧室Ｒ２および流入室Ｒ１へ流れ、駆動流体通過孔２４ｇおよび駆動流体導入孔２５ｄを介して外部へ排出される。

第１ピストン３１および第２ピストン３４が下降することにより、第１シール部材３３の第１内周部３３Ａおよび第２シール部材３６の第２内周部３６Ａも下降し、第１シール部材３３および第２シール部材３６は元の状態に戻る。ステム２６は、圧縮コイルスプリング２７の付勢力により、下死点に戻り、ダイヤフラム押え１７によりダイヤフラム１５が押圧されてバルブ１は閉状態となる。

［半導体製造装置１００］
次に、上記で説明したバルブ１および流体供給システム２が使用される半導体製造装置１００について説明する。

図８は、本実施形態に係るバルブ１および流体供給システム２を備える半導体製造装置１００を示している。

図８に示すように、半導体製造装置１００は、例えば、ＣＶＤ装置であり、流体供給システム２と、ガス供給手段６０と、真空チャンバ７０と、排気手段８０とを有し、ウェハ上に不動態膜（酸化膜）を形成する装置である。

ガス供給手段６０は、ガス供給源６１と、流体制御装置６２とを備える。真空チャンバ７０は、ウェハ７２を載置するための載置台７１と、ウェハ７２上に薄膜を形成するための電極７３とを備える。真空チャンバ７０には、商用電源１０１が接続されている。排気手段８０は、排気配管８１と、開閉弁８２と、集塵機８３とを備える。

ウェハ７２上に薄膜を形成する時には、流体供給システム２におけるバルブ１の開閉により、真空チャンバ７０へのガスの供給が制御される。また、ウェハ７２上に薄膜を形成した際に発生する副生成物たる粉粒体を除去する時には、開閉弁８２が開状態とされ、排気配管８１を介して集塵機８３により粉粒体が除去される。

以上のように、本実施形態のアクチュエータ２０によれば、外部から供給される駆動流体の圧力を所定の圧力に減圧する減圧弁４０と、ケーシング内に設けられてケーシングとともに第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２を形成し、減圧弁４０により減圧された所定の圧力の駆動流体により駆動する第１、２ピストン３１、３４とを備える。

かかる構成によれば、アキュムレータ３からの駆動流体の圧力に変動があったとしても、第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２に対し、減圧弁４０により所定の圧力を有する駆動流体を供給することができるので、簡易な構成でアクチュエータ２０の動作速度を定速度にすることができ、第１、２ピストン３１、３４の動作のばらつきを低減することができる。

また、このアクチュエータ２０をバルブ１に適用し、当該バルブ１を、駆動流体を供給するアキュムレータ３および駆動流体の流れを切り替える三方弁４を有する流体供給システム２に適用することにより、バルブ１の開閉速度を一定にすることができる。よって、当該バルブ１または流体供給システム２を備える半導体製造装置１００では、所定量のガスを真空チャンバ７０に供給することができるので、所望の膜厚を有する膜をウェハ上に形成することができる。

また、本実施形態のアクチュエータ２０は、第１、２外周部収容溝２２ｇ、２３ｇが内周部に形成されたケーシングと、第１、２内周部収容溝３１ｃ、３４ｃが外周部に形成され、ケーシングとともに第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２を形成し、外部からの駆動流体により駆動する第１、２ピストン３１、３４と、第１、２外周部収容溝２２ｇ、２３ｇに嵌め込まれる第１、２内周部３３Ａ、３６Ａおよび第１、２内周部収容溝３１ｃ、３４ｃに嵌め込まれる第１、２外周部３３Ｂ、３６Ｂを有し、第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２を密閉する環状の第１、２シール部材３３、３６とを備える

かかる構成によれば、第１、２ピストン３１、３４の移動時に、第１、２シール部材３３、３６の第１、２内周部３３Ａ、３６Ａのみが、第１、２ピストン３１、３４とともに移動する。これにより、第１、２シール部材３３、３６が、ケーシングの内周面を摺動するのを抑制することができ、第１、２シール部材３３、３６の摩耗を防止することができる。よって、使用回数が増加しても、第１、２ピストン３１、３４が摩耗することなく、第１、２ピストン３１、３４の動作のばらつきを低減することができる。

また、このアクチュエータ２０をバルブ１に適用することにより、バルブ１の開閉速度を常に一定にすることができる。よって、当該バルブ１を備える半導体製造装置１００では、所定量のガスを真空チャンバ７０に供給することができるので、所望の膜厚の膜をウェハ上に形成することができる。

また、第１、２内周部３３Ａ、３６Ａは、第１、２外周部３３Ｂ、３６Ｂに対する第１、２シール部材３３、３６の軸方向へ沿う移動可能な最大距離が、第１、２シール部材３３、３６の厚さの半分以下の所定の距離となるように制限されている。これにより、第１、２シール部材３３、３６が、ケーシングの内周面を摺動するのを抑制することができ、第１、２シール部材３３、３６の摩耗を防止することができる。

また、第１、２シール部材３３、３６は、第１、２内周部３３Ａ、３６Ａと第１、２外周部３３Ｂ、３６Ｂとの間に位置し、第１、２外周部３３Ｂ、３６Ｂおよび第１、２外周部３３Ｂ、３６Ｂの厚さより薄く構成された第１、２中間部３３Ｃ、３６Ｃを有する。

かかる構成によれば、第１、２中間部３３Ｃ、３６Ｃの変形のみで、第１、２シール部材３３、３６を、第１、２ピストン３１、３４の移動に追従させることができるので、第１、２シール部材３３、３６が、ケーシングの内周面を摺動するのを防止することができ、第１、２シール部材３３、３６の摩耗を防止することができる。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。

例えば、上記の実施形態において、図９に示すように、中ケーシング２４に、減圧弁４０に加えて、逆止弁４９を設けてもよい。この場合、中ケーシング２４には、第３挿入孔２４ｊが形成され、第１挿入孔２４ｅと第３挿入孔２４ｊとを連通する第１連通孔２４ｋ、第２挿入孔２４ｆと第３挿入孔２４ｊとを連通する第２連通孔２４ｍが形成される。第２連通孔２４ｍの端部はボール２４Ｎにより塞がれている。また、中ケーシング２４の駆動流体通過孔２４ｇは、逆止弁４９の直上に位置し、第３挿入孔２４ｊに連通するように形成される。駆動流体導入孔２５ｄは、上ケーシング２５において、中ケーシング２４の第３挿入孔２４ｊの上側に相当する位置に形成され、下端部は駆動流体通過孔２４ｇに連通している。駆動流体通過孔２４ｇおよび駆動流体導入孔２５ｄは、駆動流体通路に相当する。

そして、逆止弁４９は、第３挿入孔２４ｊに圧入され、中ケーシング２４に対し固定され、逆止弁Ｏリング４９Ａおよび樹脂製の弁体４９Ｂを有している。第３挿入孔２４ｊにおける、逆止弁４９よりも内側の空間は、チャッキ室Ｒ３を構成する。逆止弁Ｏリング４９Ａは、チャッキ室Ｒ３内の駆動流体が外部に漏れるのを防止する。弁体４９Ｂは、チャッキ室Ｒ３の圧力に応じて変位可能であり、当該弁体４９Ｂの変位により、逆止弁４９は、閉状態または開状態となる。逆止弁４９が閉状態では、チャッキ室Ｒ３と第１連通孔２４ｋとの連通が遮断され、逆止弁４９が開状態では、チャッキ室Ｒ３と第１連通孔２４ｋとは連通する。

そして、中ケーシング２４の駆動流体通過孔２４ｇからチャッキ室Ｒ３へ駆動流体が流入すると、逆止弁４９は閉状態となり、駆動流体は、第２連通孔２４ｍを介して、流入室Ｒ１に流入する。流入室Ｒ１と減圧室Ｒ２とが連通しているので、流入室Ｒ１へ流入した駆動流体は、減圧室Ｒ２に流入し、減圧室Ｒ２の圧力が上昇する。減圧室Ｒ２内の圧力が上昇すると、減圧ピストン４７が、減圧スプリング４８の付勢力に抗して、スプリング押え４６側に移動する。そして、減圧室Ｒ２の圧力が所定の圧力になると、ポペット４４の第２ポペットＯリング４４Ｃが周縁部２４Ｉに当接して、流入室Ｒ１と減圧室Ｒ２との連通が遮断される。

これにより、所定の圧力の駆動流体が、減圧室Ｒ２から、第１駆動流体流出孔２６ｂ、駆動流体流入路２６ａ、第２駆動流体流出孔２６ｃ、および第３駆動流体流出孔２６ｄを介して、第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２に流入する。その結果、バルブ１は開状態となる。

一方、三方弁４を、駆動流体がバルブ１の駆動部３０（第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２）から外部へ排出する流れに切り替えることにより、チャッキ室Ｒ３内の圧力が減少し、逆止弁４９が開状態となる。これにより、チャッキ室Ｒ３と第１連通孔２４ｋとが連通して、第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２内の駆動流体が、駆動流体流入路２６ａ、および第１駆動流体流出孔２６ｂを介して、第１連通孔２４ｋおよびチャッキ室Ｒ３から外部へ排出される。また、流入室Ｒ１、減圧室Ｒ２、および第２連通孔２４ｍ内の駆動流体もチャッキ室Ｒ３から外部へ排出される。

このように、アクチュエータ２０は、駆動流体を第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２に導入する際には、閉状態となり、駆動流体を減圧弁４０へ流し、駆動流体を第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２から外部に排出する際には、開状態となり、第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２からの駆動流体を外部に排出する逆止弁４９を備える。

かかる構成によれば、駆動流体を第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２から外部に排出する際に、減圧弁４０を介さず駆動流体を外部へ排出する構成となるので、第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２から、逆止弁４９への流路を大きくすることができ、排出量が増えることで駆動流体の排出時間を短くすることができる。この結果、バルブ１の開状態から閉状態への時間も短くすることができる。なお、減圧弁４０のみの場合には、ポペット本体４４Ａの前後で差圧を発生させることが必要なため、ポペット本体４４Ａと周縁部２４Ｉとの隙間（オリフィス部）の面積を容易に大きくすることができない。このため、駆動流体の排出量を多くすることができない。

また、上記の実施形態において、アクチュエータ２０をバルブ１に適用したが、他の装置に適用してもよい。アキュムレータ３からバルブ１へ駆動流体を供給する流れと駆動流体をバルブ１の駆動部３０から外部へ排出する流れとを切り替える切替手段は、三方弁４であったが、他の手段であってもよい。

第１、２シール部材３３、３６の形状は、上記の実施形態に示した形状に限らず、例えば断面が円形、Ｘ状、Ｕ状であってもよい。また、第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２の内容積を変更可能に構成してもよい。

また、半導体製造装置１００がＣＶＤ装置の場合について説明したが、スパッタリング装置またはエッチング装置であってもよい。バルブ１を、アクチュエータ２０側を上側にボディ１０を下側にして設置する形態について説明したが、設置方向はこれに限らず、水平方向に設置されてもよいし、上下逆方向に設置されてもよい。

また、図１０は、ポペット栓４３、スプリング押え４６、および逆止弁４９を、止めネジ４１Ａ、４２Ａ、４９Ｃにより、中ケーシング２４に対し固定した状態を示している。

上記の実施形態では、ポペット栓４３、スプリング押え４６、および逆止弁４９は、それぞれ第２挿入孔２４ｆ、第１挿入孔２４ｅ、および第３挿入孔２４ｊに圧入され、中ケーシング２４に対し固定されていた。しかし、図１０に示すように、第２挿入孔２４ｆ、第１挿入孔２４ｅ、および第３挿入孔２４ｊの開口側に、それぞれ雌ねじ部２４Ｐ、２４Ｑ、２４Ｒを形成し、ポペット栓４３、スプリング押え４６、および逆止弁４９を、それぞれ第２挿入孔２４ｆ、第１挿入孔２４ｅ、および第３挿入孔２４ｊに対し摺動移動可能に挿入するようにしてもよい。そして、各雌ねじ部２４Ｐ、２４Ｑ、２４Ｒに対し、雄ねじ部を有する止めネジ４１Ａ、４２Ａ、４９Ｃを螺合させる。これにより、ポペット栓４３は、ポペットスプリング４５と止めネジ４１Ａとに挟まれた状態で、中ケーシング２４に対し支持される。スプリング押え４６は、減圧スプリング４８と止めネジ４２Ａとに挟まれた状態で、中ケーシング２４に対し支持される。

止めネジ４１Ａ、４２Ａ、４９Ｃは、マイナス溝付きのイモネジである。ポペット栓４３、スプリング押え４６、ポペットスプリング４５、減圧スプリング４８、止めネジ４１Ａ、および止めネジ４２Ａは、それぞれ第１スプリング押え、第２スプリング押え、第１スプリング、第２スプリング、第１止めネジ、および第２止めネジに相当する。止めネジ４１Ａは、ポペット部４１の一部を構成し、止めネジ４２Ａは、減圧部４２の一部を構成する。

かかる構成によれば、止めネジ４１Ａ、４２Ａのネジ込み量を調整しポペット栓４３およびスプリング押え４６を移動させることにより、ポペットスプリング４５および減圧スプリング４８の付勢力を調整することができる。これにより、減圧弁４０の駆動圧（所定の圧力）を調整することができ、バルブ１の開閉速度を調整することができる。その結果、バルブ１ごとの開閉速度を均一にすることができ、バルブ１の開動作および閉動作の速度を均一にすることができる。

１：バルブ、２：流体供給システム、３：アキュムレータ、４：三方弁、１０：ボディ、
１１：ボディ本体、１１ｂ：流体流入路、１１ｃ：流体流出路、１５：ダイヤフラム、２０：アクチュエータ、２１：下ケーシング、２２：仕切ディスク、２２ｇ：第１外周部収容溝、２３：サポートディスク、２３ｇ：第２外周部収容溝、２４：中ケーシング、２４ｅ：第１挿入孔、２４ｆ：第２挿入孔、２４ｇ：駆動流体通過孔、２４Ｉ：周縁部、２４Ｐ、２４Ｑ：雌ねじ部、２５：上ケーシング、２５ｄ：駆動流体導入孔、２６：ステム、３０：駆動部、３１：第１ピストン、３１ｃ：第１内周部収容溝、３３：第１シール部材、３３Ａ：第１内周部、３３Ｂ：第１外周部、３３Ｃ：第１中間部、３４：第２ピストン、３４ｃ：第２内周部収容溝、３６：第２シール部材、３６Ａ：第２内周部、３６Ｂ：第２外周部、３６Ｃ：第２中間部、４０：減圧弁、４１：ポペット部、４１Ａ、４２Ａ：止めネジ、４２：減圧部、４３：ポペット栓、４４：ポペット、４４Ａ：ポペット本体と、４４Ｂ：ロッド、４５：ポペットスプリング、４６：スプリング押え、４７：減圧ピストン、４８減圧スプリング、４９：逆止弁、１００：半導体製造装置、Ｓ１：第１圧力室、Ｓ２：第２圧力室、Ｒ１：流入室、Ｒ２：減圧室

Claims (6)

1. 第１環状溝が内周部に形成されたケーシングと、
   第２環状溝が外周部に形成され、前記ケーシング内に設けられて前記ケーシングとともに圧力室を形成し、外部からの駆動流体により駆動されるピストンと、
   前記第１環状溝にはめ込まれる第１嵌合部と前記第２環状溝にはめ込まれる第２嵌合部とを有し、前記圧力室を密閉する環状のシール部材と、を備える、アクチュエータ。
2. 前記シール部材の第２嵌合部は、前記シール部材の第１嵌合部に対する前記シール部材の軸方向へ沿う移動可能な最大距離が、前記シール部材の厚さの半分以下である所定の距離となるように制限されている、請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記シール部材は、前記第１嵌合部と前記第２嵌合部との間に位置し、前記第１嵌合部および前記第２嵌合部の厚さより薄く構成された中間部を有する、請求項１または請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 流体通路が形成されたボディと、
   前記流体通路を開閉する弁体と、
   第１環状溝が内周部に形成されたケーシングと、第２環状溝が外周部に形成され、前記ケーシング内に設けられて前記ケーシングとともに圧力室を形成し、外部からの駆動流体により駆動されるピストンと、前記第１環状溝にはめ込まれる第１嵌合部と前記第２環状溝にはめ込まれる第２嵌合部とを有し、前記圧力室を密閉する環状のシール部材と、を備える、アクチュエータと、
   前記ピストンの駆動により、前記流体通路を開閉させるために前記ボディに対し近接および離間可能に設けられたステムと、を備えるバルブ。
5. 請求項４に記載のバルブを備える半導体製造装置。
6. 第１環状溝が内周部に形成されたケーシングと、
   前記ケーシング内に設けられ、外部から供給される駆動流体の圧力を所定の圧力に減圧する減圧弁と、
   第２環状溝が外周部に形成され、前記ケーシング内に設けられて前記ケーシングとともに圧力室を形成し、減圧された前記所定の圧力の駆動流体により駆動されるピストンと、
   前記第１環状溝にはめ込まれる第１嵌合部と前記第２環状溝にはめ込まれる第２嵌合部とを有し、前記圧力室を密閉する環状のシール部材と、を備える、アクチュエータ。
   
   

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