特開 2024-22276 ゲートバルブ用の駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024022276

(43)【公開日】2024-02-16

(54)【発明の名称】ゲートバルブ用の駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H02K 41/03 20060101AFI20240208BHJP

   H02K 11/22 20160101ALN20240208BHJP

   F16K 31/02 20060101ALN20240208BHJP

【ＦＩ】

H02K41/03 A

H02K11/22

F16K31/02 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022125735

(22)【出願日】2022-08-05

(71)【出願人】

【識別番号】518174477

【氏名又は名称】イノビータ ピーティーイー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100099612

【弁理士】

【氏名又は名称】菊池 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100064469

【弁理士】

【氏名又は名称】菊池 新一

(74)【代理人】

【識別番号】100073450

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 英俊

(72)【発明者】

【氏名】バイヤーズ エマニュエル

(72)【発明者】

【氏名】木村 美絵

【テーマコード（参考）】

3H062

5H611

5H641

【Ｆターム（参考）】

3H062AA02

3H062AA15

3H062BB04

3H062BB26

3H062CC04

3H062CC15

3H062DD01

3H062EE06

3H062FF07

3H062FF13

3H062HH02

3H062HH06

5H611AA01

5H611BB01

5H611BB09

5H611QQ03

5H611RR04

5H641BB06

5H641BB16

5H641GG03

5H641GG04

5H641GG06

5H641GG26

5H641GG29

5H641HH03

5H641JA09

(57)【要約】

【課題】 バルブプレートを高速で進退させ、その推力を円滑、正確に供給し、ゲートバルブによる圧力を微調整する。
【解決手段】 駆動装置１０は、バルブプレートに連結されるシャフト１４と、シャフト１４を駆動させるリニアモータ１６と、リニアモータ１６の駆動を制御する駆動制御手段１８とを備え、リニアモータ１６は、電流により磁界を発生させる複数のコイル２０（固定子）と永久磁石２２（可動子）とを有する。駆動制御手段１８は、複数のコイル２０の各々に流れる電流を個別に制御する。リニアエンコーダ３２は、異なる波長のレーザーを照射する複数のレーザー発生源３４Ａ、３４Ｂと、永久磁石２２に反射したレーザーを受信するイメージセンサー３６とから成り、複数のレーザー発生源３４Ａ、３４Ｂは異なる指向方向を向いて設置され、イメージセンサー３６が受信したレーザーの種類及び受信位置に応じて現在の永久磁石２２の位置を検知する。
【選択図】 図１０

【特許請求の範囲】

【請求項1】

弁座の開口に対してバルブプレートを進退させて前記弁座の開口を通過する流体の流量を制御するゲートバルブ用の駆動装置であって、前記駆動装置は、前記バルブプレートに連結されるシャフトと、前記シャフトを駆動させるリニアモータと、前記リニアモータの駆動を制御する駆動制御手段とを備え、前記リニアモータは、電流により磁界を発生させる複数のコイルと前記複数のコイルが発生させた磁界に反応する永久磁石とを有し、前記複数のコイルは固定子となる一方、前記永久磁石は前記シャフトに連結されて前記シャフトとともに変位して前記バルブプレートを進退させる可動子となり、前記複数のコイルは各々独自の制御回路に接続され、前記駆動制御手段は、前記制御回路を通じて、前記複数のコイルの各々に流れる電流を個別に制御するとともに、現在の前記可動子である前記永久磁石の位置を検知するリニアエンコーダを備え、前記リニアエンコーダは、前記可動子である前記永久磁石に向けて異なる波長のレーザーを照射する複数のレーザー発生源と、前記可動子である前記永久磁石に反射した前記レーザーを受信するイメージセンサーとから成り、前記複数のレーザー発生源は異なる指向方向を向いて設置され、前記イメージセンサーが受信したレーザーの種類及び前記レーザーを受信した位置に応じて現在の前記可動子である前記永久磁石の位置を検知し、前記駆動制御手段は、前記リニアエンコーダにより検知された現在の前記可動子である前記永久磁石の位置に応じて、前記永久磁石を所望の位置に変位させるために電流を流すことが必要な前記コイル及び前記コイルに流すべき電流を判断して、前記複数のコイルに流れる電流を制御することを特徴とするゲートバルブ用の駆動装置。

【請求項2】

請求項１に記載されたゲートバルブ用の駆動装置であって、前記複数のレーザー発生源は、一方のレーザー発生源が照射して前記永久磁石に反射したレーザーを前記イメージセンサーが受信できる範囲と、他方のレーザー発生源が照射して前記永久磁石に反射したレーザーを前記イメージセンサーが受信できる範囲とが区分けされるように、各々の前記指向方向が設定されていることを特徴とするゲートバルブ用の駆動装置。

【請求項3】

請求項１又は請求項のいずれかに記載されたゲートバルブ用の駆動装置であって、前記駆動制御手段は、前記複数のコイルのうち、前記永久磁石を所望の位置に変位させるために必要なコイルにのみ電流を流すことを特徴とするゲートバルブ用の駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、半導体装置の処理チャンバに使用されて各種処理チャンバ内を真空にするためのゲートバルブ用の駆動装置の改良に関し、特に、バルブプレートの昇降（弁座の開口に対する進退）を適切に制御して処理用のガスの流動を調整するとともに、部品間の機械的接触を低減させてパーティクルの発生及び保守や点検に要する手間や時間を低減することに関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体装置の製造工程においては、エッチング装置やＣＶＤ（化学気相蒸着）による薄膜処理、ＰＶＤ等の処理を行う各種処理チャンバ内を真空状態とするために、処理チャンバと吸引ポンプとの間にゲートバルブが使用される。このゲートバルブには、バルブプレートが弁座の開口に対して進退（昇降）するポペットバルブがある。

【0003】

一般的に、このポペットバルブにおけるバルブプレートの昇降には、その駆動装置の動力源として回転式モータが用いられることが多い。しかし、回転式モータを使用する場合には、ポペットバルブへ動力を伝達するための機械要素として、ベルトやボールスクリュー、ベアリングなどの機械的接触（メタルコンタクト）を要する部材が必要となる。このため、この機械的接触により、パーティクルが発生し、このパーティクルが、処理チャンバ内で飛散すると、製造される半導体装置の性能に影響を与えたり、圧力センサー等の各種計測機器が損傷して、不具合が生じる可能性がある。また、この機械的接触により、摩耗による寿命の低下や、それを回避するためのメンテナンスにグリスを必要とするなど、手間や時間を要する問題があった。更には、これらの部品点数の多さから製造に手間やコストを要するとともに、バルブプレートの昇降スピードに限界があり、その昇降を適切に制御することが必ずしもできない問題があった。

【0004】

これらの問題を回避するためには、ゲートバルブ用の駆動装置の動力源として、コイルとマグネット（永久磁石）との間で生じる推力により機械的接触を要することなく、バルブプレートを昇降させることができるリニアモータを使用することが考えられる（例えば、特許文献１参照）。このリニアモータを使用したゲートバルブ用の駆動装置としては、多くの場合、特にリニアシャフトモータが用いられ、このリニアシャフトモータにおいては、マグネットを固定子、コイルを可動子とした上で、このコイルに通電することにより磁界を発生させて、可動子であるコイルを変位させることにより、このコイルを備えた可動子に連結されたバルブプレートを昇降させるものが一般的であった。

【0005】

しかし、通電が必要であるコイルを可動子とすると、コイルへの通電のためのケーブル（動力線）が必要となり、この動力線が可動子であるコイルに追随して引きずられるため、断線トラブルの原因となる等高寿命、高メンテナンス性を確保することができないとともに、動力線の追随した動きにより可動子の動きの高速度、高精度での制御が制限される問題があった。また、動力線の移動のためのスペースも確保する必要があり、小型化にも限界が生じていた。

【0006】

このため、リニアモータにおいて、マグネットを可動子、コイルを固定子とすることが提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。しかし、これらのリニアモータにおいても、３相のコイルが使用されることが一般的で（例えば、特許文献３の図１１参照）、この３相のリニアモータにおいては、コイルに通電して磁界を発生させるために、全てのコイル部分に通電により電流が流されていて、可動子であるマグネットの前に存在せず本来は通電が不要なコイル部分にも通電される状態が続いている（図９参照）。

【0007】

このように、不要なコイル部分にまで電流を流すと、発熱によりジュール損失、コアの鉄損、コイルの銅損が大きくなるため、変換効率が低下し（出力損失が生じ）、より大きな推力を発生させる妨げとなるおそれがある。また、コイルの全ての部分に電流を流すと、マグネットを備えた可動子の端部に位置するコイルにも電流が流れる結果、可動子の端部からの磁場の回り込みによっても、磁場の損失が生じる問題があった。

【0008】

また、３相のコイルとして、個々のコイルが大きくなると、インダクタンスも大きくなり、その分、時定数と動的応答が低下する原因となる。そのため、従来の３相のリニアモータでは、可動子であるマグネットの速度の緻密な制御や、より精度の高い位置決めをすることが難しくなり、ひいては、バルブプレートを高速で昇降させて、ガスの流動をより適切に制御することが難しくなる問題があった。また、リニアモータ一般の問題として、コギングを抑制して、推力の円滑で正確な供給を確保することも必要となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００５－３３７６１８号公報

【特許文献2】特開平１１－１２５３５６号公報

【特許文献2】特開２００２－１２９９２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明が解決しようとする課題は、上記の問題点に鑑み、より大きな推力を発生させてバルブプレートの加速度を高めて高速での進退を実現するとともに、そのための推力の円滑で正確な供給を確保することにより、ゲートバルブによる圧力をより適切に微調整することができると同時に振動を減少させることができるゲートバルブ用の駆動装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、上記の課題を解決するための第１の手段として、弁座の開口に対してバルブプレートを進退させて弁座の開口を通過する流体の流量を制御するゲートバルブ用の駆動装置であって、この駆動装置は、バルブプレートに連結されるシャフトと、このシャフトを駆動させるリニアモータと、このリニアモータの駆動を制御する駆動制御手段とを備え、このリニアモータは、電流により磁界を発生させる複数のコイルと複数のコイルが発生させた磁界に反応する永久磁石とを有し、これらの複数のコイルは固定子となる一方、永久磁石はシャフトに連結されてシャフトとともに変位してバルブプレートを進退させる可動子となり、複数のコイルは各々独自の制御回路に接続され、駆動制御手段は、制御回路を通じて、複数のコイルの各々に流れる電流を個別に制御するとともに、現在の可動子である永久磁石の位置を検知するリニアエンコーダを備え、このリニアエンコーダは、可動子である永久磁石に向けて異なる波長のレーザーを照射する複数のレーザー発生源と、可動子である永久磁石に反射したレーザーを受信するイメージセンサーとから成り、複数のレーザー発生源は異なる指向方向を向いて設置され、イメージセンサーが受信したレーザーの種類及びレーザーを受信した位置に応じて現在の永久磁石の位置を検知し、駆動制御手段は、リニアエンコーダにより検知された現在の可動子である永久磁石の位置に応じて、永久磁石を所望の位置に変位させるために電流を流すことが必要なコイル及びコイルに流すべき電流を判断して、複数のコイルに流れる電流を制御することを特徴とするゲートバルブ用の駆動装置を提供するものである。

【0012】

本発明は、上記の課題を解決するための第２の手段として、上記第１の解決手段において、複数のレーザー発生源は、一方のレーザー発生源が照射して永久磁石に反射したレーザーをイメージセンサーが受信できる範囲と、他方のレーザー発生源が照射して永久磁石に反射したレーザーをイメージセンサーが受信できる範囲とが区分けされるように、各々の指向方向が設定されていることを特徴とするゲートバルブ用の駆動装置

【0013】

本発明は、上記の課題を解決するための第３の手段として、上記第１又は第２のいずれかの解決手段において、駆動制御手段は、複数のコイルのうち、永久磁石を所望の位置に変位させるために必要なコイルにのみ電流を流すことを特徴とするゲートバルブ用の駆動装置を提供するものである。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、上記のように、固定子となる複数のコイルは各々独自の制御回路に接続され、駆動制御手段は、これらの制御回路を通じて、複数のコイルの各々に流れる電流を個別に制御するため、複数のコイルを、各コイルごとに制御することができ、複数のコイルの中から、可動子である永久磁石を現在の位置から所望の位置に変位させる上で必要なコイルを選択して、かつ、その必要なコイルに適切な大きさの電流を流すことでき、これにより永久磁石を適切に変位させて、バルブプレートの弁座の開口に対する進退、ひいては、バルブプレートを通じた流体の流量を緻密に制御することができ、また、その速度を調整することによりバルブプレートと弁座との予期しない衝突などを回避することができる実益がある。

【0015】

この場合、特に、本発明によれば、上記のように、駆動制御手段は、複数のコイルのうち、永久磁石を所望の位置に変位させるために必要なコイルにのみ電流を流すため、可動子である永久磁石を現在の位置から所望の位置に変位させる上で必要のないコイル、例えば、現在は可動子である永久磁石に相対しておらず、あるいは、あるいは変位先にも位置しないコイルには不必要に電流が流れないため、電流によりコイルに生じるジュール損失、コアの鉄損、コイルの銅損、磁気飽和、また可動子である永久磁石（スライダー）の端部からの磁場の損失等を低減して効率的に充分な推力を確保することができ、可動子である永久磁石、ひいてはバルブプレートを適切な推力により高速で移動させて、チャンバ内の圧力を的確に制御することができる実益がある。より具体的には、本発明によれば、必要なコイルにのみ電流を流すことで省電力化することができるため、コイルの発熱を抑制することができる結果、コイル全体としてより大きな電力を受け取ることができるため、電流をより高い効率で推力に変換して、永久磁石を充分な推力で変位させることができる実益がある。

【0016】

本発明によれば、上記のように、駆動制御手段は、現在の永久磁石の位置を検知するリニアエンコーダを備え、このリニアエンコーダにより検知された現在の永久磁石の位置に応じて、永久磁石を所望の位置に変位させるために電流を流すことが必要なコイル及びコイルに流すべき電流を判断して、複数のコイルに流れる電流を制御しているため、可動子である永久磁石ひいてはバルブプレートの位置をより正確に、かつ、的確に制御することができる実益がある。

【0017】

この場合、特に、本発明によれば、上記のように、リニアエンコーダは、永久磁石に向けて異なる波長（色）のレーザーを照射する複数のレーザー発生源と、永久磁石に反射したレーザーを受信するイメージセンサーとから成り、複数のレーザー発生源は異なる指向方向を向いて設置され、イメージセンサーが受信したレーザーの種類及びレーザーを受信した位置に応じて現在の永久磁石の位置を検知するため、可動子の可動ストロークの全長によっては、１つのレーザー発生源による１つの指向方向のみへのレーザー照射では、イメージセンサーの受光範囲との関係で可動子の全ての可動域における位置を検知することができない場合があるが、２以上のレーザー発生源によって検知範囲を、例えば、上方域と下方域等に棲み分けて、可動子の全可動域における位置を確実に検知することができるとともに、特に、可動子である永久磁石が下方に位置し、バルブプレートが弁座の開口に近い位置にある場合には、バルブプレートと弁座とのコンタクトを的確に制御する必要があるため、当該下方域においても永久磁石の位置を的確に検知することにより、可動子である永久磁石ひいてはバルブプレートの位置をより正確に、かつ、的確に制御することができる実益がある。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の駆動装置を備えたゲートバルブの斜視図である。

【図2】本発明の駆動装置を備えたゲートバルブの正面図である。

【図3】本発明の駆動装置のカバーを外した状態の一部分解斜視図である。

【図4】本発明の駆動装置のカバー及びコイルユニットを外した状態の一部分解斜視図である。

【図5】本発明の駆動装置において可動子である永久磁石が最下方に位置する状態の断面図である。

【図6】本発明の駆動装置において可動子である永久磁石が最上方に位置する状態の断面図である。

【図7】本発明の駆動装置に用いられるコイルユニットの斜視図である。

【図8】本発明におけるコイルと永久磁石の位置関係及び電流の位相を示す図である。

【図9】従来の駆動装置におけるコイルに流れる電流に基づく磁束と永久磁石の磁束位相関係を示すグラフ図である。

【図10】リニアエンコーダを備えた本発明の駆動装置の正面図である。

【図11】本発明に用いられるリニアエンコーダの概略斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

（１．ゲートバルブ）
本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明すると、図１及び図２は本発明の駆動装置１０を備えたゲートバルブ１を示し、このゲートバルブ１は、図１及び図２に示すように、例えば、図示しない半導体装置の製造工程で使用される処理チャンバ内を圧力を調整するための吸引ポンプ２の上方に設置され、吸引ポンプ２による流体の流れを制御するために用いられるものである。

【0020】

ゲートバルブ１は、図１及び図２に示すように、開口１ａを有する弁座１Ａと、この弁座１Ａの開口１ａに対して進退するバルブプレート１Ｂとを有する。本発明の駆動装置１０は、このバルブレート１Ｂを、弁座１Ａの開口１ａに対して進退させて弁座１Ａの開口１ａを通過する流体の流量を制御するものである。なお、弁座１Ａは、非磁性材料、例えば、アルミニウムから形成する。

【0021】

（２．駆動装置）
図示の実施の形態では、図１及び図２に示すように、複数の、具体的には、２つの駆動装置１０によりバルブプレート１Ｂを支持している。具体的には、２つの駆動装置１０は、略円盤状のバルブプレート１Ｂの両端に設けられたフランジ部分に連結されて、２点においてバルブプレート１Ｂを支持して、バルブプレート１Ｂを弁座１Ａの開口１ａに対して進退させる。このため、バルブプレートを２点において安定して支持することができる。また、この場合、これらの複数の（２つの）駆動装置１０は同期してバルブプレート１Ｂを弁座１Ａの開口１ａに対して進退させる。従って、バルブプレート１Ｂに傾きなどが生じることなく、バルブプレート１Ｂを円滑に移動させて流体の流量を適切に制御することができる。なお、図示の実施の形態では、２つの駆動装置１０により、バルブプレート１Ｂを支持したが、それ以外の３つ、あるいは、４つの駆動装置１０を等間隔に配置して設置することもできる。いずれの場合であっても、共通の制御回路により、複数の駆動装置１０は同期してバルブプレート１Ｂを弁座１Ａの開口１ａに対して進退させることが望ましい。

【0022】

これらの複数の駆動装置１０の各々は、図３乃至図６に示すように、ケーシング１２と、このケーシング１２の上方から一部が突出してバルブプレート１Ｂに連結されるシャフト１４と、このシャフト１４を駆動させるリニアモータ１６と、このリニアモータ１６の駆動を制御する駆動制御手段１８とを備えている。ケーシング１２の上面には、図３乃至図６に示すように、シャフト１４の進退を許容する開口１２ａが形成されている。

【0023】

（３．リニアモータ）
リニアモータ１６は、特に図５及び図６に示すように、シャフト１４を挟んで配置された１組の（２つの）モータユニット１６Ａ、１６Ｂから成り、これらの１組のモータユニット１６Ａ、１６Ｂは、各々複数のコイル２０及び永久磁石（永久磁石アッセンブリ）２２を備えている。これらの１組のモータユニット１６Ａ、１６Ｂは、同期して駆動する。従って、これらの１組のモータユニット１６Ａ、１６Ｂは、シャフト１４を傾けることなく円滑に変位させることができる。

【0024】

各モータユニット１６Ａ、１６Ｂの各々は、図３乃至図８に示すように、電流により磁界を発生させる複数のコイル２０と、これらの複数のコイル２０が発生させた磁界に反応する永久磁石２２とを有する。この場合、本発明においては、図３乃至図８に示すように、これらの複数のコイル２０は固定子となる一方、永久磁石２２はシャフト１４に連結されてシャフト１４ともに変位してバルブプレート１Ｂを進退させる可動子となる。

【0025】

具体的には、各モータユニット１６Ａ、１６Ｂにおいて、図３乃至図８に示すように、複数のコイル２０は、１組の（２つの）コイルユニット２０Ａ、２０Ｂに分かれて間隙を空けて相対向して固定して配置される一方、永久磁石（永久磁石アッセンブリ）２２は、複数の単体永久磁石２２ａ～２２ｇから成り、これらの複数の単体永久磁石２２ａ～２２ｇをスライダー２４のプレート部分２４ｂの両面に並べて配置して形成されて１組のコイルユニット２０Ａ、２０Ｂ間の間隙内に入り込むようにして設置される。

【0026】

このため、本発明においては、図３乃至図８に示すように、多数の単体のコイル２０及び永久磁石２２を設置することが可能となり、後述するように極数とスロット数を充分な推力及び可動子の円滑な変位を確保する上で適切に調整することができるとともに、内側に位置する永久磁石２２の両面に対向するようにコイル２０が外側に位置する状態となり、かつ、このコイル２０が固定して配置される固定子となるため、コイル２０への通電のための回路の配置において、通電のためのケーブルの設置が不要となり、耐久性やメンテナンス性を向上させることができる。

【0027】

この場合、特に図５及び図６に示すように、１組のモータユニット１６Ａ、１６Ｂは、は、スライダー２４を共有し、このスライダー２４は、スライダー２４の中央に設けられてシャフト１４の下端を支持する軸受け２４ａと、この軸受け２４ａから伸びる２つのプレート部分２４ｂとを有し、２つのプレート部分２４ｂの各々に複数の単体永久磁石２２ａ～２２ｇが取り付けられて、１組のモータユニット１６Ａ、１６Ｂに振り分けられている。

【0028】

従って、永久磁石２２が取り付けられたスライダー２４が、コイルユニット１６Ａ、１６Ｂへの通電により発生する磁界に反応して変位することにより、この軸受け２４ａに下端を支持されたシャフト１４も変位し、これによりシャフト１４に連結されたバルブプレート１Ｂが弁座１Ａの開口１ａに対して進退すること（昇降すること）ができる。このように、１組のモータユニット１６Ａ、１６Ｂで、スライダー２４を共有し、このスライダー２４の軸受け２４ａによりシャフト１４の下端を支持しているため、バルブプレート１Ｂを適切に支持しつつ、部品点数を低減して、製造やメンテナンスの手間やコストを低減することができる。

【0029】

また、このスライダ－２４には、図４乃至図６に示すように、各モータユニット１６Ａ、１６Ｂごとに、複数の、図示の実施の形態では図４に示すように２本の案内軸２６が貫通して設置され、スライダー２４は、これらの２本の案内軸２６に沿って変位することができる。従って、特に、１組のモータユニット１６Ａ、１６Ｂで通算すれば、スライダー２４は、４箇所において案内軸２６により案内されるため、特に横方向に位置ズレすることがなく、この複数の案内軸２６により、スライダー２４を傾きなどが生じることなく、安定して変位させることができ、バルブプレート１Ｂを適切に移動させることができる。

【0030】

また、本発明の駆動装置１０は、特に図５及び図６に示すように、シャフト１４と永久磁石２２との間に設置され永久磁石２２の変位に追随して伸縮するベローズ２８を有する。このベローズ２８は、ケーシング１２の開口１２ａからの駆動装置１０内への外気の流入を遮断して、シャフト１４の通過路以外の駆動装置１０内を気密に保持する。従って、このベローズ２８により、永久磁石２２の変位を妨げることなく、駆動装置１０内を真空に保持して、外界からの影響を抑制して、可動子である永久磁石２２の円滑な変位を実現することができる。

【0031】

この場合、このベローズ２８は、図５及び図６に示すように、蛇腹状の外周面を有する筒状に形成し、その内部をシャフト１４が貫通するようにして配置され、また、ベローズ２８の下端をスライダー２４の軸受け２４ａに、上端をケーシング１２の開口１２ａに取り付けることにより、可動子となる永久磁石２２を有するスライダー２４の変位に追随して伸縮させることができる。また、このベローズ２８は、ステンレス（例えば、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６）等の非磁性材料から形成することが望ましい。このように、ベローズ２８を非磁性材料から形成することにより、ベローズ２８を、永久磁石２２による磁力とは無関係に、可動子である永久磁石２２を有するスライダー２４の動きに追随して伸縮させることができ、可動子となる永久磁石２２を有するスライダー２４の案内や緩衝作用を適切に発揮することができるためである。

【0032】

（４．リニアモータの制御）
以上の機械的構成を有するリニアモータ１６において、本発明では、複数のコイル２０は、各々独自の制御回路（スイッチング回路）に接続される。具体的には、各コイルユニット１６Ａ、１６Ｂにおいて、図７に示すように、複数の制御回路（スイッチング回路）が設定されたマルチフェーズ回路であるプリント回路基板３０が設置され、複数のコイル２０は、それぞれ、このプリント回路基板３０に設定された各制御回路（スイッチング回路）に個別に接続される。また、駆動制御手段１８として、図示しない制御装置を用い、この制御装置が備えるソフトウェアにより、このプリント回路基板３０に設定された各制御回路を通じて、これらの複数のコイル２０の各々に流れる電流を個別に制御することができる。なお、このように、複数のコイル２２には、このプリント回路基板３０を通じて通電が行われるため、コイル２２への通電のためにケーブルを介する必要はなく、コンパクトな設計とすることもできる。

【0033】

本発明においては、このように、複数のコイル２０の各々に流れる電流を個別に制御するため、複数のコイル２０を、各コイル２０ごとに制御することができ、図８に示すように、複数のコイル２０の中から、可動子である永久磁石２２を備えたスライダー２４を現在の位置から所望の位置に変位させる上で必要なコイル２０を選択して、かつ、その必要なコイル２０に適切な大きさの電流を流すことでき、これにより可動子である永久磁石２２を備えたスライダー２４を適切に変位させて、バルブプレート１Ｂの弁座１Ａの開口１ａに対する進退、ひいては、バルブプレート１Ｂを通じた流体の流量を緻密に制御することができ、また、その速度を調整することによりバルブプレート１Ｂと弁座１Ａとの予期しない衝突などを回避することができる。なお、各モータユニット１６Ａ、１６Ｂにおいて、永久磁石２２を挟んで相対向する単体のコイル２０は、それぞれ向かい合う単体のコイル２０と同期して電流が制御される。また、各単体のコイル２０は、特に図７及び図８に示すように、コア（鉄芯）２０ａと、このコア（鉄芯）２０ａの周囲に配置された銅板２０ｂとから成る。

【0034】

具体的には、本発明においては、図８に示すように、駆動制御手段１８は、複数のコイル２０のうち、可動子である永久磁石２２を備えたスライダー２４を所望の位置に変位させるために必要なコイル２０にのみ電流を流すものである。換言すれば、本発明についての図８に示す電流の位相と、従来の３相のリニアモータについての図９に示す電流の位相とを比較すれば解るように、本発明においては、可動子である永久磁石２２を備えたスライダー２４を変位させる上で、必要のないコイル２０には、不必要に電流を流さないことを意味する。

【0035】

従って、本発明においては、図８に示すように、例えば、現在は可動子である永久磁石２２に相対しておらず、あるいは、あるいは変位先にも位置しないコイル２０には不必要に電流が流れないため、電流によりコイル２０に生じるジュール損失、コア２０ａの鉄損、銅板２０ｂの銅損、磁気飽和、また可動子である永久磁石２２（スライダー２４）の端部からの磁場の損失等を低減して効率的に充分な推力を確保することができ、可動子である永久磁石２２、ひいてはバルブプレート１Ｂを適切な推力により高速で移動させて、処理チャンバ内の圧力を的確に制御することができる。

【0036】

また、これにより、必要なコイル２０にのみ電流を流すことで省電力化することができるため、コイル２０の発熱を抑制することができる結果、コイル２０全体（各コイルユニット１６Ａ、１６Ｂの各々の全体）としてより大きな電力を受け取ることができるため、電流をより高い効率で推力に変換して、可動子である永久磁石２２を備えたスライダー２４を充分な推力で変位させることができる。

【0037】

この場合、本発明においては、リニアモータ１６には、即ち、各モータユニット１６Ａ、１６Ｂごとに、図３、図４、図７及び図８に示すように、７つの単体永久磁石２２ａ～２２ｇと、１８個の単体のコイル２０が設けられている。即ち、本発明においては、図８から特に解るように、永久磁石２２よりもコイル２０の数の方が多く、駆動制御手段１８は、複数のコイル２０のうち、可動子となる永久磁石２２を備えたスライダー２４を所望の位置に変位させるために必要なコイル２０にのみ電流を流すことにより磁界を発生させて、可動子となる永久磁石２２を備えたスライダー２４を変位させるものである。なお、図３乃至図８に示すように、単体永久磁石２２の幅とコイル２０の（コア２０ａの）幅を、ほぼ同様に設定することにより、適切に極数とスロット数を設定することができる。また、複数の永久磁石２２は、各単体永久磁石２２ａ～２２ｇごとに、Ｓ極とＮ極の向きが交互に互い違いになるように配置されることにより、コイル２０により発生した磁界によってスライダー２４に推力を与えることができる。

【0038】

具体的には、例えば、図５に示すように、可動子である永久磁石２２を備えたスライダー２４が最下方にある状態（バルブプレート１Ｂが弁座１Ａの開口１ａに密着している状態）から、スライダー２４を図５における上方に移動させる場合には、複数のコイル２０のうち、その移動先となる位置に存在するコイル２０、例えば、下から２番目から７番目にまでに位置する６つのコイル２０にのみ電流を流すことにより、スライダー２４が変位し、これを繰り返すことにより、図６に示すように、可動子である永久磁石２２を備えたスライダー２４が最上方にある状態（バルブプレート１Ｂが弁座１Ａの開口１ａから最も遠くに退避している状態）にまで変位させることができる。

【0039】

また、逆に、例えば、図６に示すように、可動子である永久磁石２２を備えたスライダー２４が最上方にある状態（バルブプレート１Ｂが弁座１Ａの開口１ａから最も遠くに退避している状態）から、スライダー２４を図６における下方に移動させる場合には、複数のコイル２０のうち、その移動先となる位置に存在するコイル２０、例えば、上から５番目から１０番目にまでに位置するコイル２０にのみ電流を流すことにより、スライダー２４が変位し、これを繰り返すことにより、図５に示すように、可動子である永久磁石２２を備えたスライダー２４が最下方にある状態（バルブプレート１Ｂが弁座１Ａの開口１ａに密着している状態）にまで変位させることができる。

【0040】

勿論、最下方と最上方の間のみならず、駆動制御手段１８によって、電流を流すべきコイル２０を適切に選択することにより、バルブプレート１Ｂによる流体の流量の必要な調整に中途の位置で、往復を繰り返すこともでき、また、各コイル２０に流すべき電流の大きさを制御することにより、スライダー２４の速度を微調整することもできる。

【0041】

より具体的な制御の方法として、図８に示すように、駆動制御手段１８は、複数のコイル２０に流れる電流に基づく磁束が、永久磁石２２の磁束に対して、永久磁石２２を進行させるべき方向に９０°先行するように、複数のコイル２０に流れる電流を制御することが望ましい（例えば、シャフト１４を上昇させる場合には＋の方向、下降させる場合には－の方向に設定する）。これは、一般に、コイル２０に流れる電流の位相は電圧に対して９０°遅れるため、永久磁石２２を進行させるべき方向に＋－９０°先行させることにより、アンペア当たりの最大の推力を得ることができ、より大きな推力で可動子である永久磁石２２を備えたスライダー２４を高速で変位させることができるからである。

【0042】

また、この場合、１８個の単体のコイル２０は、それぞれが１つの制御回路（スイッチング回路）に接続されているため、図示の実施の形態では、プリント回路基板３０において全部で１８フェーズのマルチフェーズ回路となっている。このように、本発明においては、多数のフェーズを設定しているため、図３乃至図８に示すように、各個別の単体のコイル２０を小さくしてインダクタンスを低減して時定数と動的応答を向上させて可動子である永久磁石２２を備えたスライダー２４の動きを高速化させることができる。また、誘導起電力（Ｖ_L）は、Ｖ_L＝Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）で表されるため（Ｌ：インダクタンス、ｄｉ：電流の変化、ｄｔ：時間）、電流の変化の大きさ及びその時間を制御することにより、コイル２０のインダクタンスをより速く上げ下げして、推力の不規則性を補正することができる。

【0043】

また、このように、これらの複数のコイル２０を個別に制御できる結果、細かく多数の極数、スロット数に設定することができ、限られたスロットポール構成となる３相の場合と異なり、大きなトルクを得て可動子である永久磁石２２を備えたスライダー２４の動きを緻密に、かつ、正確に制御することができると同時に、トルクの脈動が小さくなりコギングを低減して可動子である永久磁石２２を備えたスライダー２４の円滑な変位（騒音、振動が少ない変位）を確保することができる。

【0044】

具体的には、図示の実施の形態では、図８に示すように、７つの永久磁石２２による７極と、通電される６つのコイル２０による６スロットの６スロット７極等に設定され、一般的な３相モータが、２極３スロットである場合に比べて、極数、スロット数とも多く設定することができ、これにより、トルクの向上及びトルクの脈動の低減を実現することができる。従って、このように、多数の極数やスロット数を設定することができるように、リニアモータ１６は、７以上の単体永久磁石２２と、１８以上の複数のコイル２０とを備えていることが望ましい。

【0045】

更に、本発明においては、駆動制御手段１８は、図１０に示すように、現在の永久磁石２２（を備えたスライダー２４）の位置を検知するリニアエンコーダ３２を備えている。このリニアエンコーダにより検知された現在の永久磁石２２の位置に応じて、永久磁石２２を所望の位置に変位させるために電流を流すことが必要なコイル２０及び当該コイル２０に流すべき電流を判断して、複数のコイル２０に流れる電流を制御することができる。これにより、可動子である永久磁石２２を備えたスライダー２４、ひいてはバルブプレート１Ｂの位置をより正確に、かつ、的確に制御することができる。

【0046】

本発明においては、リニアエンコーダ３２は、具体的には、図１０及び図１１に示すように、ケーシング１２の下方に設置され、永久磁石２２を備えた可動子であるスライダー２４に向けてレーザーを照射する複数の、具体的には、第１のレーザー発生源３４Ａと、第２のレーザー発生源３４Ｂの２つのレーザー発生源３４と、永久磁石２２を備えた可動子であるスライダー２４に反射したレーザーを受信するイメージセンサー３６とから成っている。このイメージセンサー３６としては、具体的には、ＣＣＤセンサー、ＣＯＭＳセンサー、ＮＭＯＳセンサー等を使用することができる。この場合、これらの複数のレーザー発生源３４は、異なる波長のレーザー（異なる色のレーザー）を照射する。即ち、例えば、一方のレーザー発生源である第１のレーザー発生源３４Ａは赤色のレーザーを照射し、他方のレーザー発生源である第２のレーザー３４Ｂは緑色のレーザーを照射するように設定する。これは、イメージセンサー３６が受光したレーザーが、いずれのレーザー発生源３４Ａ、３４Ｂから照射されて反射したものであるかを判定するためである。

【0047】

また、これらの複数のレーザー発生源３４Ａ、３４Ｂは、図１０及び図１１に示すように、異なる指向方向を向いて設置されている。このように、複数のレーザー発生源を使用し、かつ、これらを異なる指向方向に向けて設置するのは、永久磁石２２を備えた可動子であるスライダー２４の全可動域における位置を確実に検知して、可動子である永久磁石２２ひいてはバルブプレート１Ｂの位置をより正確に、かつ、的確に制御するためである。

【0048】

具体的には、レーザーを使用したリニアエンコーダ３２とする場合、レーザーの照射方向及びイメージセンサー３６の設置箇所（受光範囲）は、図１０に示すように、永久磁石２２を備えた可動子であるスライダー２４の軸受け２４ａの幅に臨む範囲内に限定される。一方で、可動子であるスライダー２４の可動ストロークの全長によっては、１つのレーザー発生源による１つの指向方向のみへのレーザー照射では、このイメージセンサー３６の受光範囲との関係で、可動子であるスライダー２４の全ての可動域における位置を検知することができない場合がある。例えば、図１０に示す第１のレーザー発生源３４Ａでは、図１０の照射線Ａ（図１０の細線参照）に示すように、スライダー２４が、区分け線Ｌ（図１０参照）より下方に位置する場合には、スライダー２４（の軸受け２４ａ）に反射したレーザーが反射する方向がイメージセンサー３６の受光範囲から外れてしまい、検知することができない。逆に、図１０に示す第２のレーザー発生源３４Ｂでは、図１０の照射線Ｂ（図１０の太線参照）に示すように、スライダー２４が、区分け線Ｌ（図１０参照）より上方に位置する場合には、スライダー２４（の軸受け２４ａ）に反射したレーザーが反射する方向がイメージセンサー３６の受光範囲から外れてしまい、検知することができない。

【0049】

このため、本発明においては、これらの複数のレーザー発生源３４Ａ、３４Ｂを、図１０に示すように、異なる指向方向に向けて設置し、第１のレーザー発生源３４Ａが照射して永久磁石２２を備えたスライダー２４に反射したレーザーをイメージセンサー３６が受信できる範囲と、第２のレーザー発生源３４Ｂが照射して永久磁石に反射したレーザーをイメージセンサーが受信できる範囲とが区分けされるように、各々の指向方向が設定されている。具体的には、図示の実施の形態では、より中央側に配置された第１のレーザー発生源３４Ａは、区分け線Ｌ（図１０参照）よりも上方域における可動子であるスライダー２４の位置を検知し、この第１のレーザー発生源３４Ａよりも外側に配置された第２のレーザー発生源３４Ｂをより内側の指向方向に向けて（近距離が焦点となるように）設置して、第２のレーザー発生源３４Ｂは、区分け線Ｌ（図１０参照）よりも下方域における可動子であるスライダー２４の位置を検知するように、区分けしている。

【0050】

この場合、特に、図５に示す可動子である永久磁石２２を備えたスライダー２４が下方に位置し、バルブプレート１Ｂが弁座１Ａの開口１ａに近い位置にある場合には、バルブプレート１Ｂと弁座１Ａとのコンタクトをより緻密に制御する必要があるが、このように、第２のレーザー発生源３４Ｂにより、当該下方域においても可動子である永久磁石２２を備えたスライダー２４の位置を的確に検知することができるため、より繊細な位置制御が可能となる。具体的には、第２のレーザー発生源３４Ｂから照射されて反射したレーザーは、近距離及び短時間でイメージセンサー３６により受信される結果、より高い解像度で受信されるため、その解像度を細かく分析することにより（細分化）、可動子である永久磁石２２を備えたスライダー２４の位置をより精密に検知することができる。

【0051】

これらの２つのレーザー発生源３４Ａ、３４Ｂの指向方向は、勿論、検知範囲に漏れが生じないように連続的に設定することが必要である。具体的には、図１０に示すように、永久磁石２２を備えた可動子であるスライダー２４が最上方に位置する場合において、イメージセンサー３６により反射したレーザーを受光できる範囲に応じて、その検知領域の下限、すなわち、区分け線Ｌ（図１０参照）を設定する。この設定に基づいて、上方域をカバーする第１のレーザー発生源３４Ａの設置角度、ひいては、指向方向を設定する。次いで、スライダー２４の（軸受け２４ａの）下端が、この区分け線Ｌ（図１０参照）以下の範囲にある場合において、イメージセンサー３６により反射したレーザーを受光できる範囲に応じて、第２のレーザー発生源３４Ｂの設置角度、ひいては、指向方向を設定する。具体的には、図示の実施の形態では、第１のレーザー発生源３４Ａは、ケーシング１２の下面に対して８２．３°の角度をもって、第２のレーザー発生源３４は６７°の角度をもって設置されている。

【0052】

これにより、永久磁石２２を備えた可動子であるスライダーの位置に応じて、イメージセンサー３４が受信するレーザーの種類及びレーザーを受信した位置が異なることになるため、このイメージセンサー３４が受信したレーザーの種類及びレーザーを受信した位置に応じて可動子である永久磁石２２を備えたスライダー２４の位置を、可動子の全可動域にわたって正確にかつ的確に検知することができ、可動子である永久磁石２２ひいてはバルブプレート１Ｂの位置をより正確に、かつ、的確に制御することができる。

【0053】

なお、駆動制御装置１８において、イメージセンサー３６により受信したレーザーを、各レーザーの波長毎に、異なる専用のチャンネルで読み取って、それぞれのレーザー（信号）に専用の読取領域に割り当てて制御することで、より緻密な受信処理を実現することができ、特に下方域においてより緻密な位置制御をするようにプログラミングすることが可能となる。また、複数のレーザー発生源３４毎にイメージセンサー３６による受信領域を完全に区分けする必要ななく、区分け線Ｌ（図１０参照）付近において、一部重複するように設定することもできる。この場合、イメージセンサー３６において、異なる複数のレーザーを同時に受信することになるが、その場合には、可動子である永久磁石２２を備えたスライダー２４が、上方域から下方域に差し掛かり、それより下方域においては、可動子である永久磁石２２ひいてはバルブプレート１Ｂの位置をより慎重に制御が必要になると判断することもできる。また、このレーザー発生源３４及びイメージセンサー３６を備えたリニアエンコーダ３２をケーシング１２に対して着脱自在とすることにより、保守や交換を簡易に行うこともできる。

【産業上の利用可能性】

【0054】

本発明は、特に、半導体装置におけるエッチング装置やＣＶＤによる薄膜処理、ＰＶＤ、更には、フラットパネルディスプレイの製造等に使用される処理チャンバ等に広く適用することができる。

【符号の説明】

【0055】

１ ゲートバルブ
１Ａ 弁座
１ａ 弁座の開口
１Ｂ バルブプレート
２ 吸引ポンプ
１０ 駆動装置
１２ ケーシング
１２ａ ケーシングの開口
１４ シャフト
１６ リニアモータ
１６Ａ、１６Ｂ １組のモータユニット
１８ 駆動制御手段
２０ コイル
２０Ａ、２０Ｂ １組のコイルユニット
２０ａ コア
２０ｂ 銅板
２２ 永久磁石（永久磁石アッセンブリ）
２２ａ～２２ｇ 単体永久磁石
２４ スライダー
２４ａ 軸受け
２４ｂ プレート部分
２６ 案内軸
２８ ベローズ
３０ プリント回路基板
３２ リニアエンコーダ
３４ レーザー発生源
３４Ａ 第１のレーザー発生源
３４Ｂ 第２のレーザー発生源
３６ イメージセンサー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】