特許 6014476 バタフライ式圧力制御バルブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6014476

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月25日

(54)【発明の名称】バタフライ式圧力制御バルブ

(51)【国際特許分類】

   F16K 1/226 20060101AFI20161011BHJP

   F16K 51/02 20060101ALI20161011BHJP

   F16K 31/524 20060101ALI20161011BHJP

   F16K 31/54 20060101ALI20161011BHJP

【ＦＩ】

   F16K1/226 F

   F16K51/02 A

   F16K31/524 A

   F16K31/54

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-264994(P2012-264994)

(22)【出願日】2012年12月4日

(65)【公開番号】特開2014-109348(P2014-109348A)

(43)【公開日】2014年6月12日

【審査請求日】2015年6月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】501417929

【氏名又は名称】株式会社キッツエスシーティー

(74)【代理人】

【識別番号】100081293

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 哲男

(72)【発明者】

【氏名】山田 靖仁

【審査官】 北村 一

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭４９−０３３２１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６１−０６４５７１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭６４−０３１２６５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５４−１２１３４４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５４−１２２１３２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平０１−１３５２７０（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｋ １／２２６； １／２２８

Ｆ１６Ｋ ５１／０２

Ｆ１６Ｋ ３１／５２４；３１／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ボデー内の流路に対して垂直方向に回転可能な弁体と、前記流路の方向に往復動して前記弁体に弁座シール部を接離可能なシートリングと、このシートリングを前記弁体から離間させかつ前記弁体を回転させるカム機構と、前記シートリングを前記弁体方向に往復動させる往復動機構とを備えたバルブ開閉機構を有し、このバルブ開閉機構は、前記カム機構により前記シートリングを前記弁体から離間させた状態でこの弁体を無摺動で回転させ、前記弁体を弁閉状態に回転したときに前記カム機構と前記往復動機構とにより前記シートリングを前記弁体に接離させて前記流路内の圧力を制御する開閉機構であり、このバルブ開閉機構が同一駆動源で駆動可能に設けられると共に、前記駆動源はモータであり、このモータの出力軸と同軸に前記カム機構のカム部材が前記ボデーの外側に取付けられ、このカム部材に前記往復動機構を動作させて前記シートリングを往復動させるためのカム面と、前記弁体を回転させるラック・ピニオン機構を動作させるためのカム溝とを備えたことを特徴とするバタフライ式圧力制御バルブ。

【請求項2】

前記往復動機構は、前記シートリングに固着された連接棒と、前記シートリングを前記弁体方向に付勢するスプリングと、前記ボデーの外周側に設けられ、前記カム面に当接するローラにより前記流路への垂線を中心に回転する２つの四分円状のレバーとを有し、前記カム部材の回転に伴って前記各レバーが回転して前記連接棒を介して前記シートリングを往復動させる機構である請求項１に記載のバタフライ式圧力制御バルブ。

【請求項3】

前記ラック・ピニオン機構を前記カム機構の下部に設け、このラック・ピニオン機構は、前記ボデーに対してスライド自在なスライド部材を有し、このスライド部材の上面側に設けたピンが前記カム溝に係合し、かつ、中央付近に設けたラックと弁軸に設けたピニオンとが噛合し、前記カム部材の回転により前記ピンとカム溝とを介して前記スライド部材がスライドし、このスライドにより前記ラックとピニオンとを介して前記弁体を回転させる機構である請求項２に記載のバタフライ式圧力制御バルブ。

【請求項4】

前記カム面を前記カム部材の外周面、前記カム溝を前記カム部材の内側に設け、これらカム面とカム溝は、前記カム部材における前記シートリングと弁体とが連続的に動作し、かつ相互の動作が干渉しない位置に形成されている請求項１乃至３の何れか１項に記載のバタフライ式圧力制御バルブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、半導体製造工程において、高シール性を確保しつつ微小流量から大流量まで正確に制御して、大気圧から低真空までを高速に圧力制御できるアイソレーション機能付きバタフライ式圧力制御バルブに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、例えば、半導体製造工程における真空容器である真空チャンバと真空ポンプとの間には、アイソレーション機能付きの圧力制御バルブを設ける場合がある。真空用アイソレーションバルブは、真空チャンバから排気したり排気を停止して真空チャンバ内を所定の真空圧力に近づけるために用いられ、この真空用アイソレーションバルブによって圧力制御する場合、弁閉時には高シール性を確保し、流量調整時には微小流量から大流量までを正確に制御し、大気圧から低真空まで圧力変化する場合でも弁開度の急激な変化を抑えて乱流を防止してパーティクルの飛散を防ぎながら高精度かつ高速に圧力制御することが要求される。

【0003】

半導体製造工程で用いられる真空用アイソレーションバルブとしては、構造が簡略化できることやフットプリント性の優位性などの点から、バタフライ式の圧力制御バルブを用いることが有利となる。この種の真空用アイソレーションバルブとして、例えば、特許文献１のバタフライ式圧力制御バルブが提案されている。この圧力制御バルブは、流路の方向に往復動して弁体に接離可能なシートリングと、シートリングを弁体から離間する方向にエアを供給するエア流路と、シートリングを弁体方向に付勢するスプリングとを備えたバルブ開閉機構を有している。このバルブでは、エア流路からのエア供給とスプリングの付勢力とにより弁体にシートリングを接離し、弁体を回転させることで高精度に流量制御できるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−６０１３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１のバタフライ式圧力制御バルブでは、ボデー側に装着されたシートリングが電空比例弁によるエア駆動によって動作するため、このエアの圧縮性による応答性には限界がある。半導体製造の排気系では、より高速な真空圧力制御が求められることがあり、エア駆動以上の応答性を発揮して微小流量時の動作を高速に実施する必要が生じることがあった。
この圧力制御式バルブでは、エア駆動によるシートリングの動作とモータ駆動による弁体の回転との組み合わせにより制御しているため、これらのエア駆動系と機械駆動系とによる構造により内部が複雑化して全体が大型化する傾向にある。そのため、より簡単な構造でコンパクト化できるものが望まれている。
エア駆動系と機械駆動系とに分かれているため、何らかの理由でエア駆動系へのエア供給が止まったり、停電になったりする場合等の動力源の異常時に誤動作しやすくなっていた。特に、エア供給が停止した場合には、弁体が閉位置に無いときにもシートリングだけが強制的に閉位置に戻ろうとすることで、誤動作の原因となるおそれがある。このような異常時には、緊急で安全に停止できることが望まれている。

【0006】

本発明は、上記の課題点に鑑みて鋭意研究の結果開発に至ったものであり、その目的とするところは、真空領域内を圧力制御する場合に好適なバタフライ式圧力制御バルブであって、同一駆動源からの動力により高シール性を発揮しつつ微小流量から大流量まで正確に流量制御でき、アイソレーション機能を発揮して大気圧から低真空まで高速に安全を確保しながら圧力制御でき、簡単な構造で小型化したバタフライ式圧力制御バルブを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、ボデー内の流路に対して垂直方向に回転可能な弁体と、前記流路の方向に往復動して前記弁体に弁座シール部を接離可能なシートリングと、このシートリングを前記弁体から離間させかつ前記弁体を回転させるカム機構と、前記シートリングを前記弁体方向に往復動させる往復動機構とを備えたバルブ開閉機構を有し、このバルブ開閉機構は、前記カム機構により前記シートリングを前記弁体から離間させた状態でこの弁体を無摺動で回転させ、前記弁体を弁閉状態に回転したときに前記カム機構と前記往復動機構とにより前記シートリングを前記弁体に接離させて前記流路内の圧力を制御する開閉機構であり、このバルブ開閉機構が同一駆動源で駆動可能に設けられると共に、前記駆動源はモータであり、このモータの出力軸と同軸に前記カム機構のカム部材が前記ボデーの外側に取付けられ、このカム部材に前記往復動機構を動作させて前記シートリングを往復動させるためのカム面と、前記弁体を回転させるラック・ピニオン機構を動作させるためのカム溝とを備えたバタフライ式圧力制御バルブである。

【0009】

請求項２に係る発明は、往復動機構は、シートリングに固着された連接棒と、シートリングを弁体方向に付勢するスプリングと、ボデーの外周側に設けられ、カム面に当接するローラにより流路への垂線を中心に回転する２つの四分円状のレバーとを有し、カム部材の回転に伴って各レバーが回転して連接棒を介してシートリングを往復動させる機構であるバタフライ式圧力制御バルブである。

【0010】

請求項３に係る発明は、ラック・ピニオン機構をカム機構の下部に設け、このラック・ピニオン機構は、ボデーに対してスライド自在なスライド部材を有し、このスライド部材の上面側に設けたピンがカム溝に係合し、かつ、中央付近に設けたラックと弁軸に設けたピニオンとが噛合し、カム部材の回転によりピンとカム溝とを介してスライド部材がスライドし、このスライドによりラックとピニオンとを介して弁体を回転させる機構であるバタフライ式圧力制御バルブである。

【0011】

請求項４に係る発明は、カム面を前記カム部材の外周面、カム溝をカム部材の内側に設け、これらカム面とカム溝は、カム部材におけるシートリングと弁体とが連続的に動作し、かつ相互の動作が干渉しない位置に形成されているバタフライ式圧力制御バルブである。

【発明の効果】

【0012】

請求項１に係る発明によると、特に、真空領域内を圧力制御する場合に好適なバタフライ式圧力制御バルブであり、同一駆動源からの動力によりカム機構、往復動機構による機械的な動作により高シール性を発揮しつつ微小流量から大流量まで連続的に制御して正確に流量制御でき、アイソレーション機能を発揮して大気圧から低真空まで高速に圧力制御でき、特に、微小流量時でのシートリングの応答性が向上することで高精度な流量制御が可能となる。同一駆動源でバルブ開閉機構を駆動していることで簡単な構造になって小型化が可能になり、コストやフットプリントの点で有利となる。停電等が生じた場合でもシートリングと弁体とが干渉することなく安全に停止でき、誤動作や故障の発生を回避できる。しかも、カム部材をボデーの外側に設けていることでこのカム部材が流路側に露出することがなく、パーティクルの発生や反応生成物の付着を防いで高純度の流体を流量制御できる。駆動源であるモータの出力軸からの回転によりカム部材を回転し、このカム部材を介して往復動機構を動作させてシートリングを往復動させ、ラック・ピニオン機構を動作させて弁体を回転させていることで、同一のモータで１つのカム部材を介してシートリングの動作による弁閉シール及び微小流量域での圧力制御が可能になり、かつ弁体の回転による大流量域での圧力制御が可能になる。

【0014】

請求項２に係る発明によると、往復動機構が流路側に露出することがないため、パーティクルの発生や反応生成物の付着を防ぐことができる。カム部材がバルブ開方向に回転したときには、このカム部材の回転によりローラを介してレバーにより連接棒を押す方向に回転してシートリングを弁体から離間させ、カム部材がバルブ閉方向に回転したときには、スプリングの弾発付勢力によりシートリングを所定の位置まで確実に戻して高シール性を発揮しながら弁閉状態を維持することができる。

【0015】

請求項３に係る発明によると、カム部材の回転をラック・ピニオン機構により減速しながら弁体に伝達でき、弁体の中間開度を細かく制御して正確に流量制御できる。ラック・ピニオン機構を流路内に露出させることなく小型化できるため、設置スペースを小さくできる。

【0016】

請求項４に係る発明によると、シートリングと弁体とを連続的かつ干渉させることなく動作させることができ、カム部材を介して駆動源からの動力が機械的に弁体やシートリングに伝達されるため、弁閉から弁開状態まで高速かつスムーズな高精度の流量制御が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明におけるバタフライ式圧力制御バルブの一実施形態を示す一部省略断面図である。

【図2】図１の一部切欠き正面図である。

【図3】図２のＡ−Ａ拡大断面図である。

【図4】（ａ）はカム部材を示す平面図である。（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

【図5】図２のＢ−Ｂ拡大断面図である。

【図6】（ａ）は弁閉時におけるレバーの状態を示す一部拡大平面図である。（ｂ）はシートリングの開状態におけるレバーの状態を示す一部拡大平面図である。

【図7】弁閉時の状態を示す説明図である。

【図8】シートリングの開状態を示す説明図である。

【図9】弁開時の状態を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明におけるバタフライ式圧力制御バルブの好ましい実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１、図２に示した本発明のバタフライ式圧力制御バルブは、例えば、半導体製造工程の図示しない管路の真空チェンバと真空ポンプとの間の真空排気側に設けられ、バルブ本体１、アクチュエータ２を有している。

【0019】

図１〜図３において、バルブ本体１のボデー３内には流路４が形成され、この流路４を開閉するためにバルブ本体１にはバルブ開閉機構１０が設けられている。バルブ開閉機構１０は、弁体１１と、シートリング１２と、カム機構１３と、往復動機構１４とを備えている。また、カム機構１３と弁体１１との間には、ラック・ピニオン機構１５が設けられている。

【0020】

バルブ開閉機構１０において、弁体１１は、略円板状に形成され、回転軸である弁軸２１に固着ボルト２０により取付けられ、この弁軸２１により流路４に対して垂直方向に回転可能になっている。弁体１１の外周側には装着溝２２が形成され、この装着溝２２にはＯリング２３が装着されている。Ｏリング２３は、シートリング１２の後述する弁座シール部２５と当接する側に配設され、このＯリング２３により、弁座シール部２５と弁体１１との間がシールされる。

【0021】

図１に示すように、弁軸２１の上部付近にはピニオン２６が取付けられ、このピニオン２６が弁軸２１と一体に回転可能になっている。図３において、弁軸２１は、弁体１１の中心Ｑから流路方向に偏心するように設けられている。弁軸２１の上端側にはベアリング２７が設けられ、弁軸２１はこのベアリング２７により軸支されて後述のカム部材３０と相対回転可能に設けられている。このように、弁軸２１は、駆動源であるモータ３１の出力軸３２と切り離された状態になっている。

【0022】

図３において、シートリング１２は、弁座シール部２５を有する筒状部３５と、鍔状部３６とを有している。筒状部３５は、ボデー３内の流路４内を摺動可能な外径に設けられ、この筒状部３５の弁体１１側に弁座シール部２５が設けられている。弁座シール部２５はＯリング２３が当接シール可能にシートリング１２の内周面側に形成され、内径側から外径側に緩やかに拡径するテーパ状に形成されている。図示しないが、このテーパ角度は、回転する弁体１１が干渉しないように設定され、例えば、１０〜１５°程度に設定されているとよい。弁座シール部２５は、テーパ状以外であってもよく、例えば、円弧状に設けられていてもよい。鍔状部３６は、弁座シール部２５の反対側に設けられ、ボデー３内に形成された拡径状の案内部３ａを移動可能な外径に形成される。

【0023】

シートリング１２は、案内部３ａに鍔状部３６を案内しながら流路４内に取付けられ、案内部３ａと鍔状部３６との間に設けられる間隙Ｇにより流路４方向に往復動自在になり、弁座シール部２５が弁体１１のＯリング２３に接離可能となる。シートリング１２とボデー３との間にはＯリングであるシールリング３７が設けられ、このシールリング３７によりシートリング１２の摺動時にも流体漏れが防がれる。

【0024】

図１、図２におけるカム機構１３は、シートリング１２を弁体１１から離間させ、かつこの弁体１１を回転させる機能を有しており、カム部材３０、カムフォロアであるローラ４０を備えている。図４に示したカム部材３０は、ボデー３の外側においてモータ３１の出力軸３２に同軸に取付けられ、モータ３１からの回転力が入力されて回転するようになっている。カム部材３０の外周側にはカム面４１、カム部材３０の内側にはカム溝４２が設けられている。

【0025】

カム面４１は、カム部材３０の回転運動をローラ４０の流路方向への往復運動に変換し、このローラ４０を介して往復動機構１４の動作によりシートリング１２を往復動させるために設けられる。図４において、カム部材３０の回転前（バルブ全閉状態）におけるローラ４０との接点を０°とした場合、カム面４１のうち、カム部材３０が時計回りに０°から９０°まで回転するときのローラ４０との接点である円弧４５は変形正弦曲線、９０°から２７０°までの円弧４６は点Ｐを中心とする真円の一部を成す曲線により形成される。

【0026】

カム溝４２は、カム部材３０の回転運動を後述するピン４７に伝達し、ラック・ピニオン機構１５を動作させて弁体１１を回転させるために設けられる。図４において、カム溝４２のうち、カム面４１の円弧４５がローラ４０と当接するとき（カム部材３０が０°から９０°まで回転するとき）のピン４７が係合する溝部（図４（ａ）中、２７０°から０°までの範囲の溝）４８は、点Ｐを中心とする真円の一部をピッチ円とする曲線状の溝、カム面４１の円弧４６がローラ４０と当接するとき（カム部材３０が９０°以上に回転するとき）のピン４７が係合する溝部（図４（ａ）中、０°から１８０°以内までの範囲の溝）４９は、変形正弦曲線により形成される。

【0027】

上記のように、カム面４１の円弧４５、４６とカム溝４２の溝部４８、４９とがずらして配置され、カム面４１とカム溝４２とが、カム部材３０におけるシートリング１２と弁体１１とが連続的に動作し、かつ相互の動作が干渉しない位置に形成されているため、シートリング１２、弁体１１のうちの一方側で変形正弦曲線を介して回転運動が直線運動に変換されているときには、他方側では真円の一部を成す円弧によって運動の変換がおこなわれることがない。

【0028】

図３に示した往復動機構１４は、シートリング１２を弁体１１の方向に付勢する機能を有し、連接棒５０、スプリング５１、レバー５２を有している。連接棒５０の一端側は、ボルト５３によりシートリング１２に固着され、他端側は、ボルト５３により円板状のプレート部材５４に固着されており、このプレート部材５４の流路４方向への直線運動が連接棒５０を介してシートリング１２に伝達されてシートリング１２が往復動し、このシートリング１２が弁体１１に接離する。プレート部材５４の外周側には係止凹部５５が形成され、この係止凹部５５には、レバー５２に固着された係止ピン５６が係止されている。

【0029】

スプリング５１は、ボデー３に形成された凹状溝３ｂとプレート部材５４との間に弾発状態で設けられ、プレート部材５４に対してシートリング１２を弁体１１の方向に弾発付勢している。このスプリング５１により、通常時には図３においてプレート部材５４が右方向に移動することでシートリング１２が弁閉状態の弁体１１に密着シールする。本実施形態においては、スプリング５１がシートリング１２の円周方向に等間隔に８個装着されているが、このスプリング５１の数を適宜増減してもよい。

【0030】

図１、図２において、２つのレバー５２、５２はそれぞれ四分円状に設けられ、ベアリング５７を介して軸着部５８により中央付近がボデー３の外周側に取付けられることで流路４への垂線Ｌを中心に回転するようになっている。図６に示すように、一方のレバー５２にはカム部材３０のカム面４１に当接するローラ４０が設けられ、他方のレバー５２にはローラ４０に係止するＬ字形の係止片５９が取付けられている。一方側のレバー５２にカム部材３０の変位量がローラ４０から伝達されると、このレバー５２と、係止片５９がローラ４０に係止しているレバー５２とがそれぞれ軸着部５８を中心に回転し、各レバー５２、５２の先端側がストロークＳによりプレート部材５４を押圧する方向に移動するようになっている。なお、図６においては、２つのレバー５２、５２を示すために、異なる方向のハッチングを記入している。

【0031】

さらに、何れか一方のレバー５２の上部にはプレート状のスイッチ片６０が取付けられ、アクチュエータ２にはこのスイッチ片６０によりオンオフされるリミットスイッチ６１が設けられている。レバー５２の回転時には、スイッチ片６０がリミットスイッチ６１をオンすることでシートリング１２が開動作したことを確認可能になっている。

【0032】

上述したバルブ開閉機構１０は、カム機構１３によりシートリング１２を弁体１１から離間させた状態でこの弁体１１を無摺動で回転させ、弁体１１を弁閉状態に回転したときにカム機構１３と往復動機構１４とによりシートリング１２を弁体１１に接離させて流路４内の圧力を制御する。これらのカム機構１３と往復動機構１４とは、モータ３１による同一駆動源で駆動可能に設けられている。

【0033】

図１において、ラック・ピニオン機構１５は、カム機構１３の下部に設けられ、スライド部材７０と弁軸２１に設けた前述のピニオン２６とにより構成される。図５に示すように、スライド部材７０は矩形状に形成され、ボデー３上部に並設されたレール部材７１に沿ってボデー３に対してスライド自在に設けられる。スライド部材７０の上面側にはピン４７が一体に取付けられ、このピン４７がカム溝４２に係合している。スライド部材７０の中央付近には長穴７２が設けられ、この長穴７２に沿うようにラック７３が一体に取付けられ、このラック７３にピニオン２６が噛合している。この構成により、カム部材３０が回転したときにピン４７がカム溝４２に沿って移動し、これらのピン４７とカム溝４２とを介してスライド部材７０がスライドし、このスライドによりラック７３と噛合するピニオン２６を介して弁軸２１が回転して弁体１１が開閉する。

【0034】

図１、図２のアクチュエータ２は、バルブ本体１に搭載され、内部に搭載したモータ３１の出力軸３２からカム部材３０に回転を伝達可能になっている。モータ３１は、例えば、ステッピングモータが好ましく、この場合、高精度の回転制御による流量調節が可能となる。

【0035】

上述したバタフライ式圧力制御バルブは、テーパ状の弁座シール部２５を有するシートリング１２が配管流れ方向に往復動作することにより弁体１１のシール及び微小流量域での圧力制御を可能とし、配管流れ方向と垂直方向に取付けられた弁体１１が９０°回転により開閉動作することで大流量域での圧力制御を可能としている。

【0036】

次いで、本発明のバタフライ式圧力制御バルブの上記実施形態における動作を説明する。
先ず、バルブを弁閉状態から弁開状態にする場合には、図７のバルブ本体１の弁閉状態において、図７（ａ）の状態からモータ３１の出力軸３２を矢印の時計方向に回転させると、この出力軸３２の回転によりカム部材３０が一体に回転する。図７（ａ）、図８（ａ）に示すように、カム部材３０が０°から９０°まで回転するときには、カム面４１の円弧４５が変形正弦曲線となっていることで、カム部材３０と当接しているローラ４０がカム部材３０の半径の増加に伴って図７（ｂ）から図８（ｂ）の状態まで移動し、このローラ４０と一体のレバー５２及びローラ４０に係止しているレバー５２が、それぞれ軸着部５８を中心に回転運動し、図６（ｂ）に示すように、各レバー５２、５２の先端側がストロークＳで移動する。このとき、スプリング５１の付勢力によりローラ４０がカム部材３０に押し付けられているため、カム部材３０の回転によりレバー５２が確実に作動し、このレバー５２の回転に伴ってスプリング５１が圧縮する。

【0037】

レバー５２の先端側が移動すると、この先端側に取付けられた係止ピン５６が係止凹部５５を介してプレート部材５４を押圧し、このプレート部材５４から連接棒５０を介してシートリング１２が図８（ｃ）に示すように直線運動し、このシートリング１２が弁体１１からストロークＳの分だけ離間する。

【0038】

このとき、カム溝４２の溝部４８が点Ｐを中心とする真円の一部をピッチ円とする曲線状の溝となっていることで、カム部材３０の０°から９０°までの回転時には、この回転がピン４７に伝達されることがなく、これによってスライド部材７０が図８の状態からこれ以上スライドすることはない。

【0039】

この状態からカム部材３０が図９（ａ）に示すように９０°以上に回転するときには、カム面４１の円弧４６が点Ｐを中心とする真円の一部を成す曲線により形成されていることから、カム部材３０と当接しているローラ４０が図８（ｂ）の状態からさらに移動することがなく、図９（ｃ）に示すようにシートリング１２の所定の離間状態が保持される。

【0040】

一方、カム溝４２側においては、溝部４９が変形正弦曲線により設けられていることで、図９（ｂ）に示すようにこの溝部４９に沿ってピン４７が移動しながらスライド部材７０がレール部材７１に沿って直線運動によりスライドし、スライド部材７０に取付けられたラック７３によりピニオン２６が反時計方向に回転運動して弁軸２１が開方向に回転し、弁体１１が開状態となる。この場合、カム溝４２の端部側にピン４７が達したときに弁体１１が全開状態となるようにカム溝４２の長さが設定されているため、図９（ｃ）に示すように、カム部材３０が最大限回転したときに弁体１１が９０°回転して全開状態となる。

【0041】

次に、弁開状態から弁閉状態にする場合には、図９の弁開状態において、モータ３１の出力軸３２を反時計方向に回転させる。この出力軸３２の回転によりカム部材３０が図８（ａ）の状態まで反時計方向に回転すると、図８（ｃ）において、スライド部材７０が弁開動作とは逆の動作でスライドし、ラック７３とピニオン２６とを介して弁体１１が閉状態まで回転する。その際、シートリング１２は、カム面４１の円弧４６の形状により弁体１１から離間した状態に保持されている。

【0042】

さらに、カム部材３０が図７（ａ）の状態まで回転する場合、ボデー３とプレート部材５４との間に圧縮されているスプリング５１の弾発付勢力により、ローラ４０がカム部材３０の半径の減少に追従して図８（ｂ）から図７（ｂ）の状態までプレート部材５４が移動して弁開動作と逆方向にレバー５２が回転し、このレバー５２に連接棒５０を介して固着されたシートリング１２は、図７（ｃ）の状態まで直線運動して弁座シール部２５が弁体１１に当接して弁閉状態となる。この弁閉状態においては、スプリング５１により弁座シール部が弁体１１に強く押し付けられるため、高シール性が発揮される。

【0043】

上述したように、本発明のバタフライ式圧力制御バルブは、バルブ開閉機構１０のカム機構１３、往復動機構１４、ラック・ピニオン機構１５を介して、シートリング１２を位置制御し、かつ弁体１１を回転制御して流量制御していることで、バルブ開閉時の全領域において応答性が高まり、特に、シートリング１２をカム機構１３で往復動作して微小流量を制御可能としていることで高精度に圧力制御できる。
バルブ開閉機構１０を同一駆動源であるモータ３１で駆動していることで、バルブ本体１やアクチュエータ２の内部構造を簡略化して全体のコンパクト化が可能となる。
アクチュエータ本体１の動作中において、停電等によりモータ３１からの回転力が停止した場合にはカム部材３０も回転を停止し、このカム部材３０を介してシートリング１２と弁体１１とがそれぞれ途中位置で止まるため、シートリング１２と弁体１１とが互いに接触することがなく、モータ３１の回転が再開したときに動作の途中からスムーズに動作を再開できる。
さらに、カム機構１３、往復動機構１４、ラック・ピニオン機構１５を流路４内に露出させることなく設けていることで、半導体製造装置に使用した場合にも反応生成物等の付着による作動不具合が生じにくくなり、オーバーホールやメンテナンスも容易になる。

【符号の説明】

【0044】

１ バルブ本体
３ ボデー
４ 流路
１０ バルブ開閉機構
１１ 弁体
１２ シートリング
１３ カム機構
１４ 往復動機構
１５ ラック・ピニオン機構
２１ 弁軸
２５ 弁座シール部
２６ ピニオン
３０ カム部材
３１ モータ（駆動源）
４０ ローラ
４１ カム面
４２ カム溝
４７ ピン
５０ 連接棒
５１ スプリング
５２ レバー
７０ スライド部材
７３ ラック
Ｌ 垂線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】