TW202134556A - 蝶閥 - Google Patents

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Abstract

[課題] 本發明涉及蝶閥。提供一種藉由提高密封之相對於連桿的旋轉的耐久性，來防止製程氣體的外部洩漏造成的外部空氣污染並且高壽命的蝶閥。 [解決手段] 在驅動部(2)和閥部(3)結合而成的蝶閥(1)中，其特徵在於，驅動部(2)在直接驅動馬達(11)與結合有閥部(3)側的端部之間具備被插穿連桿(10)的中空部(16a)；在中空部(16a)中以與連桿(10)同軸的方式配置覆蓋將連桿(10)的外周面的圓筒狀的磁性構件(18)，並且在磁性構件(18)的外周面與中空部(16a)的內周面之間的空隙填充磁性流體(19)，連桿(10)由非磁性的耐蝕性合金構成。

Description

蝶閥
本發明涉及一種蝶閥，其配設在將真空室與真空泵連接的配管上，進行真空室的真空壓力控制，該蝶閥由具備馬達的驅動部與在內部具備流路和蝶閥體的閥部結合而成的，連接於馬達的連桿從驅動部延伸而從閥部所具備的插通孔插入流路而與蝶閥體結合。
以往，在半導體製造工程中，在真空室與真空泵之間，配置流路的電導較大的蝶閥作為真空壓力控制裝置來控制真空室的真空壓力的情況較多。例如，使用專利文獻1所公開般的蝶閥，其由具備馬達的驅動部與在內部具備流路和蝶閥體的閥部結合而成的，連接於馬達的連桿從驅動部延伸而從閥部所具備的插通孔插入流路而與蝶閥體結合。 [現有技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特許公開2019-19851號公報
[發明要解決的問題]
可是，上述現有技術存在以下般的問題。 近年來，伴隨著藉由原子層沉積法(ALD法)等將半導體的製造周期高速化，作為蝶閥的連桿的旋轉次數，被尋求數千萬次的高耐久性。在以往的蝶閥中，為使控制流體(製程氣體)不會從流路通過插穿連桿的插通孔向蝶閥的外部流出，在連桿外周面配設O形環並且進行插通孔的密封，但是，O形環不具有經得起數千萬次旋轉般的充分的耐久性。由於O形環的耐久性不充分，所以在短期間內密封相對於連桿的旋轉不完全，製程氣體向蝶閥外部流出，存在污染外部空氣的可能性。此外，當在短期間內密封不完全時，必須在短期內將蝶閥更換為新的蝶閥，存在降低半導體製造效率的可能性。
本發明用於解決上述問題點，其目的在於提供一種藉由針對連桿的旋轉提高密封的耐久性來防止製程氣體的外部洩漏造成的外部空氣污染並且高壽命的蝶閥。 [用於解決問題的方案]
為了解決上述問題，本發明的蝶閥具有以下般的結構。 (1) 一種蝶閥，配設在將真空室與真空泵連接的配管上，進行所述真空室的真空壓力控制，所述蝶閥的特徵在於，包括：驅動部，具備馬達；閥部，與所述驅動部結合，在內部具備流路和蝶閥體；以及連桿，連接於所述馬達並且從所述驅動部延伸而從所述閥部所具備的插通孔插入所述流路，與所述蝶閥體結合，其中，所述驅動部具有：端部，與所述閥部結合；中空部，在所述馬達與所述端部之間，被插穿所述連桿；圓筒狀的磁性構件，以與所述連桿同軸的方式配置在所述中空部中，覆蓋所述連桿的外周面；以及磁性流體，填充到所述磁性構件的外周面與所述中空部的內周面之間的空隙，所述連桿由非磁性的耐蝕性合金構成。
根據(1)所記載的蝶閥，驅動部在馬達與結合有閥部側的端部之間具備被插穿連桿的中空部，在中空部中以與連桿同軸的方式配置覆蓋連桿的外周面的圓筒狀的磁性構件，並且在磁性構件的外周面與中空部的內周面之間的空隙填充磁性流體，因此，在中空部中，磁性流體由磁性構件的磁力保持，形成所謂的磁性流體密封。即使連桿進行數千萬次旋轉，磁性流體密封也難以劣化，與O形環相比，針對連桿的旋轉，密封的耐久性較高。此外，想要從流路通過插通孔向蝶閥的外部流出的製程氣體，被磁性流體密封阻止流出。因此，提高密封的耐久性並能夠防止製程氣體向蝶閥的外部流出而污染外部空氣，能夠防止蝶閥的壽命減低以及半導體製造效率降低。
藉由使用磁性流體，從而產生以下般的新的問題。為了將磁性流體保持於連桿的外周，考慮例如連桿使用磁性體的不銹鋼。可是，磁性體的不銹鋼與非磁性體的不銹鋼相比，耐蝕性惡劣。連桿是插入到流路而與製程氣體相接的接觸氣體構件，因此，在連桿由磁性體的不銹鋼構成的情況下，存在連桿由於製程氣體而腐蝕的可能性。
因此，在本發明中，連桿由非磁性的耐蝕性合金構成，防止連桿的腐蝕。而且，為了磁性流體的保持，使用覆蓋連桿的外周面的圓筒狀的磁性構件。
(2) 在(1)所記載的蝶閥1中，其中，閥部具備用於輸入淨化氣體的輸入埠、以及將輸入埠與插通孔連通的淨化氣體流路，輸入埠和流路藉由淨化氣體流路和插通孔連通。
根據(2)所記載的蝶閥，用於輸入淨化氣體的輸入埠和閥部的流路藉由淨化氣體流路和插通孔連通，因此，從輸入埠輸入的淨化氣體通過淨化氣體流路和插通孔輸出到流路中。藉由淨化氣體從插通孔朝向流路流動，從而想要從流路通過插通孔向磁性流體密封部侵入或向蝶閥的外部流出的製程氣體向流路退回。因此，能夠防止製程氣體侵入到磁性流體密封部或流出到蝶閥的外部，能夠防止外部空氣的污染或蝶閥的壽命降低以及半導體製造效率降低。
(3) 在(2)所記載的蝶閥中，其中，閥部具備對閥部進行加熱的加熱器，淨化氣體流路形成在加熱器的附近，並且具備熱交換器，藉由被加熱器加熱後的熱交換器將淨化氣體加溫到規定的溫度。
根據(3)所記載的蝶閥，能夠防止由於製程氣體的成分的固體化而造成的顆粒的產生。
用於半導體製造工程的製程氣體在常溫下是固體或液體，在被高溫加熱後的氣體狀態下使用(例如被加熱到200度左右)。因而，從輸入埠輸入的淨化氣體需要在輸出到流路之間加熱。這是因為，當溫度較低的狀態下輸出到流路後的淨化氣體與製程氣體接觸時，由於製程氣體的溫度降低，所以製程氣體固體化或液化，存在於流路或配管堆積固體化後的製程氣體等生成物的可能性。為了對此防範，也考慮將淨化氣體在蝶閥的外部加熱後向蝶閥供給，但是，由於在使用蝶閥的半導體製造裝置中另外需要用於加熱的裝置，所以較不佳。因此，如本發明般，只要閥部具備加熱器，淨化氣體流路形成在加熱器的附近，並且具備熱交換器，則能夠利用加熱器的熱來將在淨化氣體流路中通過的淨化氣體加熱到規定的溫度，因此，半導體製造裝置不需要另外加熱用的裝置，能夠防止製程氣體的固體化或液化，能夠防止在流路或配管堆積固體化後的製程氣體等生成物。
(4) 在(1)至(3)中任一項所記載的蝶閥中，其中，連桿在與插通孔的內周面相對的外周面具備沿連桿的軸向排列的多個凹部，藉由插通孔的內周面和多個凹部形成迷宮密封。
根據(4)所記載的蝶閥，能夠防止真空室中急劇的壓力變動造成的磁性流體密封的破壞。
例如，在作業者弄錯操作而真空室的壓力急劇地降低的情況下，在流路中產生急劇的負壓。驅動部內的氣體由於在流路中產生的急劇的負壓而被向流路急劇吸出，驅動部內的壓力急劇地降低。磁性流體由磁性構件的磁力保持，但是，當驅動部內的壓力急劇降低時，向磁性流體施加過大的壓力衝擊，存在磁性流體密封被破壞而不會發揮作用的可能性。當磁性流體密封被破壞時，不能防止製程氣體向驅動部侵入。因此，如本發明般，藉由連桿在與插通孔的內周面相對的外周面具備沿連桿的軸向排列的多個凹部，並且藉由插通孔的內周面和多個凹部形成迷宮密封，由此，即使在流路中產生急劇的負壓，迷宮密封將從驅動部內向流路被吸出的氣體的量節流，因此，驅動部內的壓力不會急劇地降低，向磁性流體施加的壓力衝擊被緩和。由此，能夠防止磁性流體密封的破壞。
(5) 在(4)所記載的蝶閥中，其中，在磁性流體與迷宮密封之間具有緩衝容積。
根據(5)所記載的蝶閥，在磁性流體與迷宮密封之間具有緩衝容積，因此，在流路中發生急劇的壓力降低時從驅動部吸出的氣體的量與不具有緩衝容積的情況相比增加，能夠更可靠地緩和向磁性流體施加的壓力衝擊以及防止磁性流體密封的破壞。 [發明的效果]
本發明的蝶閥藉由具有上述結構而能夠成為針對連桿的旋轉，藉由提高密封的耐久性來防止製程氣體的外部洩漏造成的外部空氣污染並且高壽命的蝶閥。
一邊參照附圖一邊對本發明的蝶閥的實施方式詳細地說明。
如第1圖所示，本實施方式的蝶閥1在半導體製造工程中被配設在將真空室32與真空泵33連接的配管34上，被用作對從氣體供給源37供給氣體的真空室32的壓力進行控制的真空壓力控制裝置。
第2圖是本實施方式所涉及的蝶閥1的、沿與旋轉軸11a的軸線RA平行且與流路30平行的方向切斷後的剖面圖。此外，第3圖是本實施方式所涉及的蝶閥1的、沿與旋轉軸11a的軸線RA平行且與流路30正交的方向切斷後的剖面圖。此外，第2圖、第3圖都表示閉閥狀態。
如第2圖和第3圖所示，蝶閥1由驅動部2和閥部3構成。驅動部2具有耐久性優越的直接驅動馬達(本發明的馬達的一例。以下為DD馬達)11，如第1圖所示，DD馬達11連接於馬達驅動器12和編碼器14。此外，馬達驅動器12連接於控制基板13。DD馬達11不需要減速機等中間機構，因此，除了驅動部2的小型化、雜訊的減少之外，還提高回應性能、速度穩定性能、定位精度。因此，利用蝶閥1的真空壓力控制的精度提高。此外，如圖2和圖3所示，DD馬達11具有旋轉軸11a，將旋轉軸11a的旋轉中心設為軸線RA。
如第1圖所示，在控制基板13連接有馬達驅動器12和對真空室32的壓力進行檢測的壓力計35。控制基板13具有儲存單元131，在儲存單元131例如儲存有蝶閥體9的全閉位置和全開位置或真空室32的任意的目標壓力等所對應的旋轉軸11a的旋轉角度(即，後述的連桿(rod)10的旋轉角度)。而且，馬達驅動器12基於從儲存單元131讀出的旋轉角度，對DD馬達11的旋轉進行控制。
如第2圖和第3圖所示，在旋轉軸11a經由金屬板彈簧式的聯軸器(coupling)17連接有連桿10的一端(在第2、3圖中為上端)。藉由聯軸器17，即使連桿10被在後述的流路30中流動的製程氣體(例如，200度左右的氣體)加熱，該熱也難以傳遞到DD馬達11。
此外，在驅動部2中，在閥部3堆疊殼體16、隔熱構件7、散熱器15和DD馬達11來結合。驅動部2在DD馬達11與閥部3之間具有散熱器15和隔熱構件7，因此，能夠防止被製程氣體或後述的加熱器27A、27B加熱後的閥部3的熱被傳遞到DD馬達11。
殼體16被形成為中空的圓筒狀。由此，驅動部2具有與閥部3結合的端部(在第2圖中為下端部)16c，在DD馬達11與端部16c之間具備中空部16a。連桿10插穿中空部16a，以與連桿10同軸的方式，配置覆蓋連桿10的外周面的圓筒狀的磁性構件18。並且，在磁性構件18的外周面18a與中空部16a的內周面16d之間的空隙16e填充有磁性流體19。磁性流體19由磁性構件18的磁力保持，因此，形成所謂的磁性流體密封。
在殼體16與閥部3之間配設有O形環31，利用O形環31保持後述的流路30和緩衝容積51的氣密。
在磁性構件18和磁性流體19的DD馬達11側，配設有沿連桿10的軸向相鄰地排列的兩個滾珠軸承(ball bearing)21A、21B，滾珠軸承21A、21B以能旋轉的方式軸支承連桿10。滾珠軸承21A、21B藉由被軸承壓板24和磁性構件18從上下方向夾持而被固定。
此外，殼體16在與閥部3連接的端部(在第2圖中為下端部)16c，具備有內徑比連桿10的外徑大的貫通孔16b，插穿中空部16a後的連桿10通過貫通孔16b向閥部3插入。
與驅動部2連結的閥部3具有閥體8和蝶閥體9。閥體8由具有耐腐蝕性或耐熱性的不銹鋼構成。
閥體8在第2圖中的左端部具備接頭5並且在第2圖中的右端部具備接頭6，在接頭5的內壁形成輸入側流路8b，在接頭6的內壁形成輸出側流路8c。而且，在輸入側流路8b與輸出側流路8c之間形成有在第3圖中由剖面圓弧狀的內壁構成的閥孔8a。如第2圖所示，輸入側流路8b、閥孔8a和輸出側流路8c被設置在同軸上並且連通，構成一連串的流路30。然後，在例如半導體製造工程中，如第1圖所示，接頭5經由配管34連接於真空室32，接頭6經由配管34連接於真空泵33，藉由流路30進行真空室32的排氣。
此外，如第3圖所示，閥體8具備作為對閥體8的溫度進行測量的溫度感測器的熱電偶28。並且，閥體8保持在流路30中流動的流體的溫度，因此，以在閥孔8a的直徑方向上夾持閥孔8a的方式具備一對加熱器27A、27B。加熱器27A、27B是筒式加熱器，與蝶閥1的外部的控制裝置(未圖示)連接。而且，加熱器27A、27B藉由控制裝置進行基於熱電偶28的測量值的接通或斷開的控制，調整閥體8的溫度。此外，閥體8具備恆溫器29。恆溫器29在加熱器27A、27B失控而過剩地加熱閥體8的情況下進行工作。當恆溫器29進行工作時，控制裝置使加熱器27A、27B停止。
並且，如第2圖和第3圖所示，閥體8具有將連接於驅動部2的端面(上端面)8e和閥孔8a貫通的插通孔8d，連桿10插穿插通孔8d。插穿插通孔8d後的連桿10沿與流路30正交的方向架設在閥孔8a中。此外，插通孔8d具備軸套(bushing)20，軸套20的內周面20a形成插通孔8d的內周面的一部分。軸套20由耐蝕性高且滑動性好的樹脂構成，因此確保了連桿10順利的旋轉。
插通孔8d的上端部(在上端面8e開口的部位)與具備軸套20的部分相比擴徑，如作為第3圖的X2部分的部分放大圖的第4圖所示，在與連桿10的外周面之間形成第一空間511。並且，在殼體16的貫通孔16b的內周面與連桿10的外周面之間形成第二空間512，藉由第一空間511和第二空間512形成緩衝容積51。
連桿10是將作為非磁性的耐腐蝕性合金的不銹鋼(例如SUS316L)削出而呈圓柱狀地形成的。如作為第2圖的X1部分的部分放大圖的第5圖所示，在連桿10插穿插通孔8d的部分的外周面設置有沿連桿10的軸向排列的多個凹部10a~10e，藉由插通孔8d的內周面(軸套20的內周面20a)和多個凹部10a~10e形成迷宮密封(labyrinth seal)50。
此外，如第2圖和第3圖所示，連桿10插穿流路30側的一端(在第2、3圖中為下端)以能旋轉的方式被軸套22軸支承。軸套22由耐蝕性高且滑動性好的樹脂構成。如上述般，連桿10也被滾珠軸承21A、21B軸支承，因此連桿10被滾珠軸承21A、21B和軸套22軸支承以兩端固定狀態軸支承。連桿10以兩端固定狀態被軸支承，所以旋轉中心軸穩定而難以搖晃。
連桿10插入流路30的部分具備閥體安裝部10f，結合有蝶閥體9。蝶閥體9是將具有耐腐蝕性或耐熱性的不銹鋼削出而呈圓板狀形成的。外徑與閥孔8a的內徑大致相同，蝶閥體9的外周與閥孔8a的內壁的縫隙極小。
如第2圖所示，蝶閥體9藉由螺釘25A、25B、25C和墊圈26A、26B、26C與連桿10結合。此外，螺釘25A、25B、25C三個都是同一種類的螺釘，墊圈26A、26B、26C三個也都是同一種類的墊圈。
由於蝶閥體9與連桿10結合，所以，當DD馬達11的旋轉軸11a以軸線RA為中心沿正方向K旋轉時，使與旋轉軸11a經由聯軸器17連接後的連桿10沿正方向K旋轉，使堵塞閥孔8a後的蝶閥體9沿相同方向旋轉。當連桿10的旋轉角度為90度時，蝶閥體9為流路30被開放的全開位置，因此能夠從真空室32大量排氣。
另一方面，在蝶閥體9為全開位置的狀態下，當DD馬達11的旋轉軸11a以軸線RA為中心沿與開閥時相反方向即負方向-K旋轉90度時，連桿10沿-K方向旋轉，蝶閥體9為堵塞閥孔8a的全閉位置。在蝶閥體9為全閉位置時，在蝶閥體9的外周面與閥孔8a的內壁之間設置有極小的縫隙，因此並不是被完全密封的狀態，蝶閥體9可以說起到節流的作用。因而，真空室32並不停止排氣，處於不斷排氣的狀態。這是因為，只要能夠在原子層沉積中控制真空室32的壓力即可，不需要完全密封流路30。
如第3圖所示，在閥體8經由淨化氣體(purge gas)管42連接有用於輸入淨化氣體的輸入埠41。在淨化氣體管42的內部設置有流路42a。
並且，用於插入後述的熱交換器43的插入孔8f從閥體8的上端面8e到加熱器27A附近以相對於軸線RA具有角度的方式貫穿設置在閥體8中。此插入孔8f藉由連通孔8g與淨化氣體管42的流路42a連通，並且也藉由連通孔8h、8i與插通孔8d連通。
在插入孔8f插入具有比插入孔8f的內徑稍微小的外徑並且在內部具有中空部43a的圓筒狀的熱交換器43。由於熱交換器43具有比插入孔8f的內徑稍微小的外徑，所以，在熱交換器43的外周面與插入孔8f之間形成空間81。而且，在熱交換器43的、閥體8的上端面8e側的端部安裝有O形環45，被插入孔8f壓縮的O形環45將空間81密閉。
藉由上述說明的流路42a、連通孔8g、熱交換器43的中空部43a和連通孔8h、8i形成淨化氣體流路44，淨化氣體流路44將輸入埠41與插通孔8d連通。也就是說，藉由淨化氣體流路44和插通孔8d將輸入埠41與流動製程氣體的流路30連通，因此，從輸入埠41輸入的淨化氣體被輸出到流路30。
當詳細地進行說明時，淨化氣體在藉由流路42a、連通孔8g後到達插入孔8f。此時，O形環45防止淨化氣體向閥體8的上端面8e側流動，因此，淨化氣體在空間81中朝向接近加熱器27A的插入孔8f的最下端流動。然後，到達插入孔8f的最下端的淨化氣體通過熱交換器43的中空部43a朝向閥體8的上端面8e側流動。熱交換器43被加熱器27A加熱到200度左右，因此，淨化氣體在通過空間81和中空部43a時被加熱。然後，通過中空部43a而到達閥體8的上端面8e的淨化氣體進一步通過連通孔8h、8i流動到插通孔8d。插通孔8d的上方形成有磁性流體密封，因此，淨化氣體不會向DD馬達11側流入，到達插通孔8d的淨化氣體向流路30被輸出。
接著，說明使用蝶閥1的真空壓力控制的概要。 蝶閥體9即使在處於全閉位置的情況下也相對於閥孔8a的內周面具有極小的縫隙，因此起到節流的作用。因而，蝶閥1總是進行真空泵33的工作引起之真空室32的排氣。然後，蝶閥體9在從全閉位置(旋轉角度0°)到全開位置(旋轉角度90°)之間以任意的旋轉角度進行旋轉，調整流路30的流路面積，以使真空室32成為目標的壓力。
例如，從全閉位置的狀態或者以任意的旋轉角度旋轉後的位置更大量地進行排氣，在使真空室32的壓力降低的情況下，蝶閥1的控制基板13從儲存單元131讀出作為目標的壓力所對應的旋轉角度。然後，馬達驅動器12基於讀出的旋轉角度，使用編碼器14來驅動DD馬達11。連桿10藉由DD馬達11沿正方向K進行旋轉直到讀出的旋轉角度。與連桿10結合後的蝶閥體9與連桿10整體地沿正方向K進行旋轉，使已被節流的流路面積擴大。
另一方面，從全開位置的狀態或者以任意的旋轉角度旋轉後的位置節流排氣的量，在使真空室32的壓力上升的情況下，蝶閥1的控制基板13從儲存單元131讀出作為目標的壓力所對應的旋轉角度。然後，馬達驅動器12基於讀出的旋轉角度，使用編碼器14來驅動DD馬達11。然後，連桿10沿與使真空室32的壓力降低的情況相反方向即-K進行旋轉。與連桿10結合後的蝶閥體9與連桿10整體地沿-K的方向進行旋轉，將擴大後的流路面積節流。
如以上般，在由蝶閥體9調整流路面積的流路30中，流動由真空泵33吸引的製程氣體。雖然在流路30中流動的製程氣體想要從插通孔8d向驅動部2侵入，但是，在構成驅動部2的殼體16的中空部16a中，由磁性構件18的磁力所保持的磁性流體19形成磁性流體密封，因此，製程氣體不能從磁性流體密封浸入到DD馬達11側。由此，淨化氣體向蝶閥1的外部流出，能夠防止外部空氣被污染或蝶閥1的壽命降低以及半導體製造效率降低。此外，磁性流體密封係即使連桿10進行數千萬次旋轉，密封性也難以劣化，相對於旋轉次數，耐久性增大非常高。
並且，從輸入埠41輸入的淨化氣體通過淨化氣體流路44和插通孔8d輸出到流路30，因此，想要從流路30通過插通孔8d而向蝶閥1的外部流出的製程氣體被退回到流路30。因此，淨化氣體更可靠地向蝶閥1的外部流出，能夠防止外部空氣被污染或蝶閥1的壽命降低以及半導體製造效率降低。
此外，淨化氣體藉由流出到流路30而與製程氣體接觸。 製程氣體在常溫下為固體或者液體，因此，被加熱到例如200度左右而使用。因此，當淨化氣體的溫度較低時，製程氣體進行固體化或液化，存在在流路30或配管34中堆積固體化後的製程氣體等生成物的可能性。可是，在本實施方式中，淨化氣體在淨化氣體流路44中流動時，藉由熱交換器43加熱到例如160度左右，因此，即使淨化氣體與製程氣體接觸，也不會存在使製程氣體固體化或液化的可能性。
在此，雖然磁性流體19由磁性構件18的磁力保持，但是當由於真空室32的急劇的壓力變動而施加過大的壓力衝擊時，磁性構件18的保持力不能忍耐壓力衝擊，而存在磁性流體密封被破壞的可能性。例如，作業者弄錯真空泵33的操作，在真空室32的壓力急劇地降低的情況下，流路30產生急劇的負壓。從輸入埠41向驅動部2輸入淨化氣體，但是，當流路30產生急劇的負壓時，淨化氣體的供給量跟不上而驅動部2內的氣體被向流路30急劇吸出，驅動部2內的壓力急劇降低。當驅動部2內的壓力急劇地降低時，向磁性流體19施加過大的壓力衝擊，存在磁性流體密封被破壞而不會發揮作用的可能性。當磁性流體密封被破壞時，存在不能防止製程氣體向驅動部2侵入的可能性。
可是，在蝶閥1中，藉由插通孔8d的內周面(軸套20的內周面20a)和在連桿10設置的多個凹部10a~10e形成迷宮密封50，因此，即使流路30產生急劇的負壓，迷宮密封50也將從驅動部2內向流路30吸出的氣體的量節流，因此，驅動部2內的壓力不會急劇地降低，向磁性流體19施加的壓力衝擊被緩和。因此，能夠防止磁性流體密封的破壞。
並且，在蝶閥1中，在磁性流體19與迷宮密封50之間具有緩衝容積51，因此，即使在流路30中發生急劇的壓力降低，從驅動部2吸出的氣體的量與不具有緩衝容積51的情況相比增加，因此，能夠更可靠地緩和向磁性流體19施加的壓力衝擊以及防止磁性流體密封的破壞。
第6圖是表示真空室32的壓力值P11與由磁性流體19負荷的壓力值P12的關係的曲線圖。縱軸是壓力值(kPa)，橫軸是時間(秒)。
真空室32的壓力值P11從0秒的時間點起急劇降低。這表示例如作業者弄錯操作等而真空室32的壓力急劇降低的狀態。真空室32的壓力急劇降低意味著在與真空室32連通的流路30中急劇地產生負壓。從第6圖的曲線圖可知，儘管產生了這樣的急劇的壓力變動，但是由磁性流體19負荷的壓力值P12從0秒的時間點起緩慢降低。壓力值P12緩慢降低意味著向磁性流體19施加的壓力衝擊被緩和。這如上述般，迷宮密封50將由於在流路30中產生的急劇的負壓而從驅動部2內向流路30吸出的氣體的量節流，並且，緩衝容積51使吸出的氣體的量增加。
如以上說明般，根據本實施方式的蝶閥1， (1) 一種蝶閥1，其配設在將真空室32與真空泵33連接的配管34上，進行真空室32的真空壓力控制，該蝶閥1的特徵在於由具備DD馬達11的驅動部2與在內部具備流路30和蝶閥體9的閥部3結合而成的，連接於DD馬達11的連桿10從驅動部2延伸而從閥部3所具備的插通孔8d插入流路30而與蝶閥體9結合，其中，驅動部2具有與閥部3結合的端部16c並且在DD馬達11與端部16c之間具備被插穿連桿10的中空部16a；在中空部16a中以與連桿10同軸的方式配置覆蓋連桿10的外周面的圓筒狀的磁性構件18，並且在磁性構件18的外周面18a與中空部16a的內周面16d之間的空隙16e填充磁性流體19；連桿10由非磁性的耐蝕性合金構成，因此，在中空部16a中，磁性流體19由磁性構件18的磁力保持，形成所謂的磁性流體密封。即使連桿10進行數千萬次旋轉，磁性流體密封也難以劣化，與O形環相比，針對連桿10的旋轉，密封的耐久性較高。此外，想要從流路30通過插通孔8d向蝶閥1的外部流出的製程氣體被磁性流體密封阻止流出。因此，提高密封的耐久性並能夠防止製程氣體向蝶閥1的外部流出而污染外部空氣，能夠防止蝶閥1的壽命減低以及半導體製造效率降低。
藉由使用磁性流體19，從而產生以下般的新的問題。為了將磁性流體19保持於連桿10的外周，考慮例如連桿10使用磁性體的不銹鋼。可是，磁性體的不銹鋼與非磁性體的不銹鋼相比，耐蝕性惡劣。連桿10是插入到流路30而與製程氣體相接的接觸氣體構件，因此，在連桿10由磁性體的不銹鋼構成的情況下，存在連桿10由於製程氣體而腐蝕的可能性。
因此，在本發明中，連桿10由非磁性的耐蝕性合金(例如SUS316L)構成，防止連桿10的腐蝕。而且，為了磁性流體19的保持，使用覆蓋連桿10的外周面的圓筒狀的磁性構件18。
(2) 在(1)所記載的蝶閥1中，其特徵在於，閥部3具備用於輸入淨化氣體的輸入埠41、以及將輸入埠41與插通孔8d連通的淨化氣體流路44，輸入埠41和流路30藉由淨化氣體流路44和插通孔8d連通，因此，從輸入埠41輸入的淨化氣體通過淨化氣體流路44和插通孔8d輸出到流路30中。藉由淨化氣體從插通孔8d朝向流路30流動，從而想要從流路30通過插通孔8d向磁性體密封部侵入或向蝶閥1的外部流出的製程氣體向流路30退回。因此，能夠防止製程氣體侵入到磁性體密封部或流出到蝶閥1的外部，能夠防止外部空氣的污染或蝶閥1的壽命降低以及半導體製造效率降低。
(3) 在(2)所記載的蝶閥1中，其特徵在於，閥部3具備對閥部3進行加熱的加熱器27A、27B，淨化氣體流路44形成在加熱器27A的附近，並且具備熱交換器43，藉由被加熱器27A加熱後的熱交換器43將淨化氣體加溫到規定的溫度，因此，能夠防止由於製程氣體的成分的固體化而造成的顆粒的產生。
用於半導體製造工程的製程氣體在常溫下是固體或液體，在被高溫加熱後的氣體狀態下使用(例如被加熱到200度左右)。因而，從輸入埠41輸入的淨化氣體需要在輸出到流路30之間加熱。這是因為，當溫度較低的狀態下輸出到流路30後的淨化氣體與製程氣體接觸時，由於製程氣體的溫度降低，所以製程氣體固體化或液化，存在在流路30或配管34堆積固體化後的製程氣體等生成物的可能性。為了對此防範，也考慮將淨化氣體在蝶閥1的外部加熱後向蝶閥1供給，但是，由於在使用蝶閥1的半導體製造裝置中另外需要用於加熱的裝置，所以較不佳。因此，如本實施方式般，只要閥部3具備加熱器27A、27B，淨化氣體流路44形成在加熱器27A的附近，並且具備熱交換器43，則能夠利用加熱器27A的熱來將在淨化氣體流路44中通過的淨化氣體加熱到規定的溫度，因此，能夠防止製程氣體的固體化或液化，能夠防止在流路30或配管34堆積固體化後的製程氣體等生成物。
(4) 在(1)至(3)中任一項所記載的蝶閥1中，其中，連桿10在與插通孔8d的內周面(軸套20的內周面20a)相對的外周面具備沿連桿10的軸向排列的多個凹部10a~10e，藉由插通孔8d的內周面(軸套20的內周面20a)和多個凹部10a~10e形成迷宮密封50，因此，能夠防止真空室32的急劇的壓力變動造成的磁性流體密封的破壞。
例如，在作業者弄錯真空泵33的操作而真空室32的壓力急劇地降低的情況下，在流路30中產生急劇的負壓。驅動部2內的氣體由於在流路30中產生的急劇的負壓而被向流路30急劇吸出，驅動部2內的壓力急劇地降低。磁性流體19由磁性構件18的磁力保持，但是，當驅動部2內的壓力急劇降低時，向磁性流體19施加過大的壓力衝擊，存在磁性流體密封被破壞而不會發揮作用的可能性。當磁性流體密封被破壞時，不能防止製程氣體向驅動部2侵入。因此，如本實施方式般，藉由連桿10在與插通孔8d的內周面(軸套20的內周面20a)相對的外周面具備沿連桿10的軸向排列的多個凹部10a~10e，並且藉由插通孔8d的內周面(軸套20的內周面20a)和多個凹部10a~10e形成迷宮密封50，由此，即使在流路30中產生急劇的負壓，迷宮密封50將從驅動部2內向流路30吸出的氣體的量節流，因此，驅動部2內的壓力不會急劇地降低，向磁性流體19施加的壓力衝擊被緩和。由此，能夠防止磁性流體密封的破壞。
(5) 在(4)所記載的蝶閥1中，其中，在磁性流體19與迷宮密封50之間具有緩衝容積51，因此，在流路30中發生急劇的壓力降低時從驅動部2吸出的氣體的量與不具有緩衝容積51的情況相比增加，因此，能夠更可靠地緩和向磁性流體19施加的壓力衝擊以及防止磁性流體密封的破壞。
此外，本實施方式只不過僅僅是例示，絲毫不會限定本發明。因而，本發明當然能夠在不偏離其主旨的範圍內進行各種改良、變形。例如，在本實施方式中，即使蝶閥體9處於全閉位置，也不會完全密封流路30，但是，藉由在閥孔8a設置閥座並且將蝶閥體9與閥座地接，從而也可以能夠完全密封。
1:蝶閥 2:驅動部 3:閥部 5:接頭 6:接頭 7:隔熱構件 8:閥體 8a:閥孔 8b:輸入側流路 8c:輸出側流路 8d:插通孔 8e:上端面 8f:插入孔 8g,8h,8i:連通孔 9:蝶閥體 10:連桿 10a,10b,10c,10d,10e:凹部 10f:閥體安裝部 11:DD馬達(馬達的一例) 11a:旋轉軸 12:馬達驅動器 13:控制基板 14:編碼器 15:散熱器 16:殼體 16a:中空部 16b:貫通孔 16c:端部 16d:內周面 16e:空隙 17:聯軸器 18:磁性構件 18a:外周面 19:磁性流體 20:軸套 20a:內周面 21A:滾珠軸承 21B:滾珠軸承 22:軸套 24:軸承壓板 25A,25B,25C:螺釘 26A,26B,26C:墊圈 27A,27B:加熱器 28:熱電偶 29:恆溫器 30:流路 31:O形環 32:真空室 33:真空泵 34:配管 35:壓力計 37:氣體供給源 41:輸入埠 42:淨化氣體管 42a:流路 43:熱交換器 44:淨化氣體流路 51:緩衝容積 81:空間 131:儲存單元 511:第一空間 512:第二空間 K:正方向 -K:負方向 P11,P12:壓力值 RA:軸線 X1:部分 X2:部分
第1圖是使用本發明的實施方式所涉及的蝶閥的真空壓力控制系統的概要圖。 第2圖是本發明的實施方式所涉及的蝶閥的、沿與旋轉軸的軸線平行且與流路平行的方向切斷後的剖面圖。 第3圖是本發明的實施方式所涉及的蝶閥的、沿與旋轉軸的軸線平行且與流路正交的方向切斷後的剖面圖。 第4圖是第3圖的X2部分的部分放大圖。 第5圖是第2圖的X1部分的部分放大圖。 第6圖是表示真空室的壓力值與由磁性流體負荷的壓力值的關係的曲線圖。
1:蝶閥
2:驅動部
3:閥部
5:接頭
6:接頭
7:隔熱構件
8:閥體
8a:閥孔
8b:輸入側流路
8c:輸出側流路
8d:插通孔
8e:上端面
9:蝶閥體
10:連桿
10f:閥體安裝部
11:直接驅動馬達(馬達的一例)
11a:旋轉軸
14:編碼器
15:散熱器
16:殼體
16a:中空部
16b:貫通孔
16c:端部
16d:內周面
16e:空隙
17:聯軸器
18:磁性構件
18a:外周面
19:磁性流體
20:軸套
21A:滾珠軸承
21B:滾珠軸承
22:軸套
24:軸承壓板
25A,25B,25C:螺釘
26A,26B,26C:墊圈
30:流路
31:O形環
K:正方向
-K:負方向
RA:軸線
X1:部分

Claims (5)

  1. 一種蝶閥（1），配設在將真空室（32）與真空泵（33）連接的配管（34）上，進行所述真空室（32）的真空壓力控制，所述蝶閥的特徵在於，包括： 驅動部（2），具備馬達（11）； 閥部（3），與所述驅動部（2）結合，在內部具備流路（30）和蝶閥體（9）；以及 連桿（10），連接於所述馬達（11）並且從所述驅動部（2）延伸而從所述閥部（3）所具備的插通孔（8d）插入所述流路（30），而與所述蝶閥體（9）結合， 其中，所述驅動部（2）包括： 端部（16c），與所述閥部（3）結合； 中空部（16a），在所述馬達（11）與所述端部（16c）之間，被插穿所述連桿（10）； 圓筒狀的磁性構件（18），以與所述連桿（10）同軸的方式配置在所述中空部（16a）中，覆蓋所述連桿的外周面；以及 磁性流體（19），填充到所述磁性構件（18）的外周面（18a）與所述中空部（16a）的內周面（16d）之間的空隙（16e）， 所述連桿（10）由非磁性的耐蝕性合金構成。
  2. 如請求項1所述的蝶閥，其中， 所述閥部（3）具備用於輸入淨化氣體的輸入埠（41）、以及將所述輸入埠（41）與所述插通孔（8d）連通的淨化氣體流路（44）， 所述輸入埠（41）和所述流路（30）藉由所述淨化氣體流路（44）和所述插通孔（8d）連通。
  3. 如請求項2所述的蝶閥，其中， 所述閥部（3）具備對所述閥部進行加熱的加熱器（27A、27B）， 所述淨化氣體流路（44）形成在所述加熱器（27A、27B）的附近，並且具備熱交換器（43）， 藉由被所述加熱器（27A、27B）加熱後的所述熱交換器（43）將所述淨化氣體加溫到規定的溫度。
  4. 如請求項1至3中任一項所述的蝶閥，其中， 所述連桿（10）在與所述插通孔（8d）的內周面相對的外周面具備沿所述連桿的軸向（RA）排列的多個凹部（10a~10e）， 藉由所述插通孔（8d）的內周面和所述多個凹部（10a~10e）形成迷宮密封（50）。
  5. 如請求項4所述的蝶閥，其中， 在所述磁性流體（19）與所述迷宮密封（50）之間具有緩衝容積（51）。
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