WO2021131631A1 - ダイヤフラムバルブ、流量制御装置、流体制御装置、及び半導体製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、このOリングをガイドとしての保持力の高い金属製のスリーブに置き替えて、軸ブレを低減することも考えられる。しかし、このスリーブはボンネット10の範囲内に配置されるため軸方向長さが短く、ステムに結合された長い上記変位伝達機構(4,7,6,5,5b)に外力が掛かると、スリーブに過大な反力が掛かって損傷しやすく(カジリやすく)、その結果、バルブの開度調整に支障をきたすという問題があった。
前記ステムと前記アクチュエータは、前記バルブボディの上面からこの順に、該上面に対して垂直方向に縦列に配置され、
前記アクチュエータは、下端部が前記支持機構の部材に当接して位置決めされて、上端部の垂直方向位置が変位するように構成され、
前記アクチュエータの上端部と前記ステムとは、前記アクチュエータを迂回して伸びる変位伝達部材によって接続された、ダイヤフラムバルブにおいて、
前記ステムは、前記変位伝達部材に接続された第1のステム部材と、
前記支持機構によりスリーブを介して軸方向に変位可能に保持され、上端部が前記第1のステム部材の下端部に当接し、該第1のステム部材に駆動されて前記ダイヤフラムを押圧する第2のステム部材と、からなることを特徴とする。
この構成により、変位伝達部材に接続された第1のステム部材に外力によるモーメントが加わっても第2のステム部材には伝わらないため、第2のステム部材のガイドとしてガイド剛性の高いスリーブを用いることができ、ステムの軸ブレを低減したダイヤフラムバルブが実現できる。
この構成により、高いガイド剛性と樹脂層の自己潤滑性による低い摩擦抵抗が得られるため、第2のステム部材のスムーズな移動が可能になる。
この構成により、変位伝達部材に外力が加わって第1のステム部材が振れても、第2のステム部材の軸方向位置の変動を抑えることができる。
前記複数の流体機器は、上記構成のダイヤフラムバルブ又は流量制御装置を含むものである。
ボンネット10は、フランジ付きの略円筒状の部材から、図1の紙面垂直方向両側を切り落として幅を狭めた形状を有し、その内周側にステム8が配置できるようになっている。支持プレート3は、ボンネット10の上端部の上に架設された部材で、アクチュエータ2の下端部を受けて位置決めする役割を有する。
これにより、ステム8とアクチュエータ2は、バルブボディ16の上面からこの順に、該上面に対して垂直方向に縦列に配置されている。
ボンネット10のフランジ部と支持プレート3の両端部は、2本のボルトで、バルブボディ16に共締めされている。ボンネット10は、上記のようにダイヤフラム17をバルブボディ16に固定する役割も果たしている。
圧電アクチュエータ2は、円筒状のケース2cに図示しない積層された圧電素子を内蔵している。ケース2cは、ステンレス合金等の金属製で、半球状の先端部2a側の端面および基端部2b側の端面が閉塞している。ケース2cは、積層された圧電素子に電圧を印加して伸長させることで、ケース2cの先端部2a側の端面が弾性変形し、半球状の先端部2aが長手方向において変位する。すなわち、ケース2cは、積層された圧電素子に電圧を印可することで、先端部2aから基端部2bまでの全長が伸びる。
なお、第1のステム部材8aの上端部が、支持プレート3の下面の止り穴に緩く嵌入することで、第1のステム部材8aと変位伝達部材5を含む一連の変位伝達機構(4,7,6,5、5b)の軸方向の動きは、緩くガイドされている。
このため、第2のステム部材8bのガイドとしてガイド剛性の高いスリーブ15を用いることができる。したがって、上下方向移動の際に軸ブレを起こすことなく、軸ブレによるダイヤフラム17の応力上昇を低減できるため、ダイヤフラム17の寿命の向上を図ることができる。また、第2のステム部材8bの外周が接触するスリーブ15の内周側には、低摩擦係数の樹脂層15bが形成されているので、第2のステム部材8bはスムーズに上下方向移動できる。
図3は、本発明の一実施形態に係る流量制御装置20の部分断面図であり、上記したダイヤフラムバルブ1が組み込まれた圧力式の流量制御装置20を示す。
図3において、流量制御装置20の全体を覆うカバーやフィードバック制御用の基板が実際には存在するが、説明の便宜上図示していない。
流量制御装置20は、上記したダイヤフラムバルブ1の構成要素に加えて、下流側ブロック25、圧力検出器22、オリフィス(図示省略)、圧力検出器26、下流側流路(図示省略)を有する。
下流側ブロック25は、バルブボディ16にボルトにより連結され、バルブボディ16の下流側の流路16bに連通する下流側流路(図示省略)を有し、この流路内の圧力を検出する下流側の圧力検出器26が設けられている。
図示しない制御装置により、各圧力検出器22、26の検出値に基づいてダイヤフラムバルブ1がPID制御により開閉制御される。
図4は、本発明の一実施形態に係る流体制御装置の概略斜視図である。
図4に示す流体制御装置には、幅方向W1、W2に沿って配列され長手方向G1、G2に延びる金属製のベースプレートBSが設けられている。なお、W1は正面側、W2は背面側、G1は上流側、G2は下流側の方向を示している。ベースプレートBSには、複数の流路ブロック992を介して各種流体機器991A~991Eが設置され、複数の流路ブロック992には、上流側G1から下流側G2に向かって流体が流通する図示しない流路がそれぞれ形成されている。
図5は、本発明の一実施形態に係る半導体製造装置のブロック図である。
図5に示す半導体製造装置980は、原子層堆積法(ALD:Atomic Layer Deposition 法)による半導体製造プロセスを実行するための装置であり、981はプロセスガス供給源、982はガスボックス(流体制御装置)、983はタンク、984は開閉バルブ、985は制御部、986は処理チャンバ、987は排気ポンプを示している。
2 :圧電アクチュエータ、アクチュエータ
2a :先端部
2b :基端部
2c :ケース
3 :支持プレート(支持機構)
4 :押圧部材
5 :変位伝達部材
5a :開口部
5b :係止部
6 :上部連結部材
7 :調整ねじ
8 :ステム
8a :第1のステム部材
8a-1 :アーム部
8b :第2のステム部材
9 :コイルばね
10 :ボンネット(支持機構)
10a :ガイド孔
10b :貫通孔
12 :駆動部
14 :Oリング
15 :スリーブ
15a :スリーブ本体
15b :樹脂層
16 :バルブボディ
16a :上流側流路、流路
16b :下流側流路、流路
16d :弁室
16e :バルブシート
17 :ダイヤフラム
18 :押えアダプタ
19 :ダイヤフラム押え
20 :流量制御装置
22 :圧力検出器
25 :下流側ブロック
26 :圧力検出器
980 :半導体製造装置
981 :プロセスガス供給源
982 :ガスボックス(流体制御装置)
983 :タンク
984 :開閉バルブ
985 :制御部
986 :処理チャンバ
987 :排気ポンプ
991A~991E:流体機器
992 :流路ブロック
993 :導入管
BS :ベースプレート
G1、G2:長手方向
W1、W2:幅方向
Claims (8)
- 内部に流路を有し、上面に弁室が凹設されたバルブボディと、前記弁室に配置され、弾性変形により前記流路の開閉及び開度の調節が可能なダイヤフラムと、前記ダイヤフラムを押圧して弾性変形させるステムと、該ステムを駆動するアクチュエータと、前記バルブボディに固定されて前記ステムと前記アクチュエータとを支持する支持機構と、を有するダイヤフラムバルブであって、
前記ステムと前記アクチュエータは、前記バルブボディの上面からこの順に、該上面に対して垂直方向に縦列に配置され、
前記アクチュエータは、下端部が前記支持機構の部材に当接して位置決めされて、上端部の垂直方向位置が変位するように構成され、
前記アクチュエータの上端部と前記ステムとは、前記アクチュエータを迂回して伸びる変位伝達部材によって接続されたダイヤフラムバルブにおいて、
前記ステムは、前記変位伝達部材に接続された第1のステム部材と、
前記支持機構によりスリーブを介して軸方向に変位可能に保持され、上端部が前記第1のステム部材の下端部に当接し、該第1のステム部材に駆動されて前記ダイヤフラムを押圧する第2のステム部材と、
からなることを特徴とする、ダイヤフラムバルブ。 - 前記スリーブは、金属製で内周側に樹脂層が形成されているものである、請求項1に記載のダイヤフラムバルブ。
- 前記樹脂層は、ポリアセタール、超高分子量ポリエチレン、フッ素樹脂、フェノール樹脂のいずれかで形成されたものである、請求項2に記載のダイヤフラムバルブ。
- 前記第2のステム部材の上端部は、前記第1のステム部材の下端部に点接触している、請求項1に記載のダイヤフラムバルブ。
- 前記アクチュエータは、電圧印加により長さが伸長する圧電アクチュエータである、請求項1に記載のダイヤフラムバルブ。
- 請求項1~5のいずれかに記載のダイヤフラムバルブを用いた、流量制御装置。
- 複数の流体機器が配列された流体制御装置であって、
前記複数の流体機器は、請求項1~5のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ又は請求項6に記載の流量制御装置を含む、流体制御装置。 - 密閉されたチャンバ内においてプロセスガスによる処理工程を要する半導体の製造プロセスにおいて、前記プロセスガスの制御に請求項1~5のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ又は請求項6に記載の流量制御装置を用いる、半導体製造装置。
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