2026-6535 バルブ

(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】P2026006535

(43)【公開日】2026-01-16

(54)【発明の名称】バルブ

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/44 20060101AFI20260108BHJP

   F16K 7/16 20060101ALI20260108BHJP

【ＦＩ】

F16K31/44 H

F16K7/16 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024105576

(22)【出願日】2024-06-28

(71)【出願人】

【識別番号】390033857

【氏名又は名称】株式会社フジキン

(74)【代理人】

【識別番号】100183380

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 裕司

(72)【発明者】

【氏名】中田 朋貴

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 裕也

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 一誠

(72)【発明者】

【氏名】中村 伸夫

【テーマコード（参考）】

3H063

【Ｆターム（参考）】

3H063AA01

3H063BB35

3H063BB36

3H063BB37

3H063DA15

3H063DB02

3H063DB46

3H063GG02

3H063GG07

3H063GG15

(57)【要約】

【課題】高温使用においても焼き付き等が発生することなく長期間使用可能であるバルブを提供する。
【解決手段】
バルブ１は、ステム２５、２６を摺動可能に支持する第１支持部（４０、２６Ｄ）を有するアクチュエータ２０と、弁座２Ｄに対し当接および離間して流体通路２ｂ、２ｃを開閉可能なダイヤフラム１１と、ステム２５、２６に連動し、ダイヤフラム１１を押圧するディスク１５と、を備える。ボディ２内には、ディスク１５を摺動可能に支持する第２支持部（１３）が設けられ、ステム２５、２６と第１支持部（４０、２６Ｄ）とが互いに接触する部分により第１摺動部が構成され、ディスク１５と第２支持部（１３）とが互いに接触する部分により第２摺動部が構成され、第１摺動部の少なくとも一部と、第２摺動部の少なくとも一部とは、炭素材料により構成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体通路が形成され、弁座を備えたボディと、
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、前記ステムを摺動可能に支持する第１支持部と、を有するアクチュエータと、
前記弁座に対し当接および離間して前記流体通路を開閉可能な弁体と、
前記ステムに連動し、前記ダイヤフラムを押圧するディスクと、を備え、
前記ボディ内には、前記ディスクを摺動可能に支持する第２支持部が設けられ、
前記ステムと前記第１支持部とが互いに接触する部分により第１摺動部が構成され、
前記ディスクと前記第２支持部とが互いに接触する部分により第２摺動部が構成され、
前記第１摺動部の少なくとも一部と、前記第２摺動部の少なくとも一部とは、炭素材料により構成されている、バルブ。

【請求項2】

前記アクチュエータは、第１支持部とは異なる位置において、前記ステムを摺動可能に支持する第３支持部を有し、
前記ステムと前記第３支持部とが互いに接触する部分により第３摺動部が構成され、
前記第３摺動部の少なくとも一部は、炭素材料により構成されている、請求項１に記載のバルブ。

【請求項3】

前記炭素材料は、電気黒鉛質である、請求項２に記載のバルブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体製造装置等に用いるバルブに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に開示された高温対応のバルブは、駆動圧（例えば、圧縮空気）による駆動力を増幅させる倍力機構を備え、倍力機構を介して、弁棒、ディスク、および弁体を作動させ、流体通路を開閉する。弁棒およびディスクは、ボンネットにより上下方向に移動可能に支持されている。弁棒およびディスクとボンネットとの間に通常は焼き付き防止のためグリスが塗布される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平０７－１３９６４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、バルブを高温下で長期間使用した場合には、高温対応のグリスを使用したとしても、グリスが枯れてしまうことにより焼き付き等が発生し、バルブが作動不良を起こすことがあった。

【0005】

そこで本開示は、高温使用においても焼き付き等が発生することなく長期間使用可能であるバルブを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を解決するために、本開示の一態様であるバルブは、流体通路が形成され、弁座を備えたボディと、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、前記ステムを摺動可能に支持する第１支持部と、を有するアクチュエータと、前記弁座に対し当接および離間して前記流体通路を開閉可能な弁体と、前記ステムに連動し、前記ダイヤフラムを押圧するディスクと、を備え、前記ボディ内には、前記ディスクを摺動可能に支持する第２支持部が設けられ、前記ステムと前記第１支持部とが互いに接触する部分により第１摺動部が構成され、前記ディスクと前記第２支持部とが互いに接触する部分により第２摺動部が構成され、前記第１摺動部の少なくとも一部と、前記第２摺動部の少なくとも一部とは、炭素材料により構成されている。

【0007】

上記バルブにおいて、前記アクチュエータは、第１支持部とは異なる位置において、前記ステムを摺動可能に支持する第３支持部を有し、前記ステムと前記第３支持部とが互いに接触する部分により第３摺動部が構成され、前記第３摺動部の少なくとも一部は、炭素材料により構成されてもよい。

【0008】

上記バルブにおいて、前記炭素材料は、電気黒鉛質であってもよい。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、高温使用下においても焼き付き等が発生することなく長期間使用可能であるバルブを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本実施形態における閉状態にあるバルブの縦断面図を示す。

【図2】倍力機構の一部断面を示した斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本開示の一実施形態に係るバルブについて、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態における閉状態にあるバルブ１の縦断面図を示している。バルブの種類については限定されるものではないが、バルブ１は、ダイヤフラムバルブであり、例えば、半導体製造装置のチャンバ内において使用される。バルブ１は、ボディ２と、ボンネット部１０と、アクチュエータ２０とを備える。以下の説明において、バルブ１の、アクチュエータ２０を上側、ボディ２側を下側として説明する。本実施形態のバルブ１を構成する各部材は、特に言及しない限り、例えばステンレスにより構成されているものとする。

【0012】

ボディ２には、弁室２ａと、弁室２ａに連通する流入路２ｂおよび流出路２ｃとが形成されている。ボディ２の流入路２ｂと弁室２ａとが連通する箇所の周縁（流入路２ｂの開口部）には、ボンネット部１０に向かって突出する円環状の弁座２Ｄが設けられている。ボディ２は、円筒部２Ｅを有する。円筒部２Ｅは、上方に延びるように設けられ、円筒状をなし、外周部に雄ねじ部が形成されている。円筒部２Ｅには、ボンネット部１０が設けられている。

【0013】

ボンネット部１０は、ダイヤフラム１１と、ボンネット１２と、ガイドリング１３と、押さえアダプタ１４と、ディスク１５と、ダイヤフラム押さえ１６と、を有する。

【0014】

弁体であるダイヤフラム１１は、例えばニッケル－コバルト合金からなり、複数枚のダイヤフラムにより構成されている。ダイヤフラム１１は、環状の押さえアダプタ１４により、その外周縁部が狭圧され、ボディ２に対し保持されている。ダイヤフラム１１は、略球殻状をなし、上に凸の略円弧状が自然状態となっている。ダイヤフラム１１が弁座２Ｄに対し当接および離間することによって、流入路２ｂと流出路２ｃとの間の連通または遮断が行われる。バルブ１が閉状態にあるときには、ダイヤフラム１１が弁座２Ｄに当接し、流入路２ｂと流出路２ｃとが遮断される。

【0015】

ボンネット１２は、略円筒状をなし、ボディ２の円筒部２Ｅに上側から挿入され、押さえアダプタ１４に対し上側から当接している。ガイドリング１３は、円筒状をなし、ボンネット１２の内周に形成された凹部１２ａに挿入されている。ガイドリング１３は、押さえアダプタ１４に対し上側から当接している。ガイドリング１３は、電気黒鉛質により構成されている。電気黒鉛質は、例えば、不活性雰囲気中での耐熱性および熱伝導率に優れた人造黒鉛であり、ドライ条件下での摺動性に優れるという特性を有する。ガイドリング１３は、第２支持部に相当する。

【0016】

ディスク１５およびダイヤフラム押さえ１６は、一体に構成されて略円柱状をなし、ボンネット１２内に挿入され、ダイヤフラム１１の中央部を押圧可能である。ディスク１５は、ガイドリング１３によりその軸方向（上下方向）に摺動可能に支持されている

【0017】

アクチュエータ２０は、ケーシング２１と、ベローズ２２と、ピストン２３と、ピストンリング２４と、倍力機構３０と、第１ステム２５と、第２ステム２６と、皿バネ２７と、第１リング４０と、第２リング４１と、を有する。

【0018】

ケーシング２１は、下ケーシング２１Ａと、中間ケーシング２１Ｂと、上ケーシング２１Ｃとを有し、倍力機構３０等を収容する収容室２１ｇを形成する。

【0019】

下ケーシング２１Ａは、円盤部２１Ａ１と、下突出部２１Ａ２と、上突出部２１Ａ３とを有する。円盤部２１Ａ１は、円盤状をなし、その中央部に貫通孔２１ｄが形成されている。第１リング４０は、環状をなし、貫通孔２１ｄに嵌入され、円盤部２１Ａ１に対し固定されている。第１リング４０は、後述の第２ステム２６の下端部２６Ｄを上下方向に摺動可能に支持する。第１リング４０は、電気黒鉛質により構成されている。

【0020】

下突出部２１Ａ２は、円筒状をなし、円盤部２１Ａ１の下面から下方に突出している。下突出部２１Ａ２の内周面には雌ねじ部が形成され、当該雌ねじ部がボディ２の円筒部２Ｅの雄ねじ部に螺合されている。これにより、下ケーシング２１Ａがボディ２に固定される。ボンネット１２は円盤部２１Ａ１によって下方に押され、押さえアダプタ１４がダイヤフラム１１の外周縁部を押圧する。上突出部２１Ａ３は、円筒状をなし、円盤部２１Ａ１の上面から上方に突出している。上突出部２１Ａ３の外周面には雄ねじ部が形成されている。

【0021】

中間ケーシング２１Ｂは、円筒状をなし、その上端部および下端部の内周面に、それぞれ雌ねじ部が形成されている。当該下端部の雌ねじ部が下ケーシング２１Ａの上突出部２１Ａ３の雄ねじ部に螺合されることにより、中間ケーシング２１Ｂは下ケーシング２１Ａに対し固定されている。中間ケーシング２１Ｂの内周面であって上突出部２１Ａ３の上側には、内方へ突出する突出部２１Ｅが設けられている。

【0022】

上ケーシング２１Ｃは、略円盤状をなし、その外周部には雄ねじ部が形成され、その中央部に貫通孔２１ｆが形成されている。当該雄ねじ部が中間ケーシング２１Ｂの上端部の雌ねじ部に螺合されることにより、上ケーシング２１Ｃは中間ケーシング２１Ｂに対し固定されている。貫通孔２１ｆには、駆動圧導入用継手２８が取り付けられている。本実施形態では、駆動圧導入用継手２８は上ケーシング２１Ｃに対し溶接により取り付けられている。

【0023】

ベローズ２２は、全体として円筒状をなし、その上端部の外縁が上ケーシング２１Ｃの下面に密着するように固定されている。ベローズ２２は、いわゆる溶接ベローズであり、円環状の複数の金属板の内径部と外径部を交互に溶接しながら繋ぎ合わせて作成される。

【0024】

ピストン２３は、略円盤状をなし、その上面の外周には、ベローズ２２の下端部の外縁が密着するように固定されている。このように、上ケーシング２１Ｃ、ベローズ２２、およびピストン２３は、一体化され、駆動圧導入室２３ａを形成する。ピストンリング２４は、環状をなし、ピストン２３の下面の外周部に固定されている。

【0025】

次に、倍力機構３０について図１、２を参照して説明する。図２は、倍力機構３０の一部断面を示した斜視図である。

【0026】

倍力機構３０は、リテーナ３１と、６つの軸受３２と、３本のシャフト３３と、３つのアーム３４と、３つの平行ピン３５と、６つのワッシャ３６と、３つの止め輪３７と、を有する。

【0027】

リテーナ３１は、円盤状の底部３１Ａと、底部３１Ａから上方に突出するピン支持部３１Ｂとを有する。底部３１Ａおよびピン支持部３１Ｂには、上下方向に貫通するステム孔３１ｃが形成されている。底部３１Ａの内周部（ステム孔３１ｃ）は、後述の第２ステム２６の第２リング４１を上下方向に摺動可能に支持する。底部３１Ａの外周縁は、突出部２１Ｅと上突出部２１Ａ３とに挟持され、これによりリテーナ３１は、ケーシング２１に固定されている。ピン支持部３１Ｂには、径方向に延びる３つの溝部３１ｄが円周方向に等間隔（１２０°間隔）に形成されている。ピン支持部３１Ｂの外周部には、３つの溝部３１ｄの間に切り欠き３１ｅが形成されている。ピン支持部３１Ｂにおける溝部３１ｄを挟むように位置する部分には、それぞれ軸受孔３１ｆが形成されている。各軸受孔３１ｆの両端は、それぞれ溝部３１ｄおよび切り欠き３１ｅに開口する。

【0028】

各軸受３２は、電気黒鉛質により構成され、円筒状をなしている。各軸受３２は、各軸受孔３１ｆに挿入されている。各シャフト３３は、溝部３１ｄを挟むように位置する一対の軸受３２を貫通している。

【0029】

各アーム３４には、その長手方向に直行する方向に貫通するピン孔３４ａが形成されている。各アーム３４は、溝部３１ｄに配置され、ピン孔３４ａにシャフト３３が貫通され、揺動可能に支持されている。各シャフト３３は、アーム３４のピン孔３４ａに対し圧入されており、アーム３４の揺動によりシャフト３３も回転するように構成されている。各アーム３４は、シャフト３３の径方向において内端部３４Ｂと外端部３４Ｃとを有する。内端部３４Ｂは、ステム孔３１ｃ内において第１ステム２５の後述の鍔部２５Ｂの下側に位置する。外端部３４Ｃは、ピストンリング２４の下側に位置し、ピストンリング２４の下面に当接可能である。

【0030】

各平行ピン３５は、内端部３４Ｂに形成されたピン溝に嵌入されている。平行ピン３５は、第１ステム２５の鍔部２５Ｂの下面に当接可能である。各シャフト３３の中心軸は、外端部３４Ｃのピストンリング２４に対する当接部分と平行ピン３５の鍔部２５Ｂに対する当接部分との中間位置よりも、内端部３４Ｂ側に位置するように構成されている。

【0031】

このように、シャフト３３の中心軸が、外端部３４Ｃよりも内端部３４Ｂ側に位置しているので、外端部３４Ｃに作用する力は、内端部３４Ｂにおいて増幅され、増幅された力が第１ステム２５に作用する。おおよそ増幅率は、（シャフト３３の中心軸からアーム３４の外端部３４Ｃのピストンリング２４に対する当接部分までの距離）／（シャフト３３の中心軸から平行ピン３５の鍔部２５Ｂに対する当接部分までの距離）となっている。

【0032】

各ワッシャ３６は、各シャフト３３の両端に設けられている。各止め輪３７は、各シャフトの一端に設けられ、各シャフト３３がリテーナ３１から抜けるのを防止する。

【0033】

図１に示すように、第１ステム２５は、上下方向に延びる本体部２５Ａと、本体部２５Ａから外方に突出する鍔部２５Ｂとを備える。本体部２５Ａの下端部には雄ねじ部が形成されている。鍔部２５Ｂは、リテーナ３１のステム孔３１ｃに挿入されており、第１ステム２５はステム孔３１ｃ内において上下方向に移動可能である。鍔部２５Ｂは、３つのアーム３４の内端部３４Ｂ（平行ピン３５）の上側に位置している。

【0034】

第２ステム２６は、略円柱状をなし、基部２６Ａと、上端部２６Ｂと、フランジ部２６Ｃと、下端部２６Ｄと、を有する。基部２６Ａおよび上端部２６Ｂの中央部には、雌ねじ部を有する凹部が形成されている。当該雌ねじ部に第１ステム２５の雄ねじ部が螺合されることにより、第１ステム２５と第２ステム２６とが一体化される。

【0035】

第２リング４１は、円筒状のリング本体４１Ａと、リング本体４１Ａの下端から外方に突出する環状の鍔部４１Ｂとを有する。第２リング４１は、電気黒鉛質により構成されている。リング本体４１Ａは、上端部２６Ｂの外周に装着されている。リング本体４１Ａの下端部および鍔部４１Ｂは、基部２６Ａの上面に形成された環状凹部内に位置している。環状のステムプレート４２が、鍔部４１Ｂを覆うように基部２６Ａの上面に配置されている。ステムプレート４２は、複数の皿小ねじ４３により基部２６Ａの上面に固定されている。ステムプレート４２により、リング本体４１Ａが上端部２６Ｂから抜けるのが防止される。リング本体４１Ａは、ステム孔３１ｃに挿入され、底部３１Ａの内周部に上下方向に摺動可能に支持される。第２リング４１は、第２ステム２６の一部を構成する。

【0036】

フランジ部２６Ｃは、基部２６Ａと下端部２６Ｄとの間から外方に突出している。下端部２６Ｄは、下ケーシング２１Ａに設けられた第１リング４０に挿入され、ディスク１５に対し上側から当接している。第２ステム２６は、上端部２６Ｂに装着された第２リング４１がステム孔３１ｃ（底部３１Ａの内周部）に挿入され、下端部２６Ｄが第１リング４０に挿入されることにより、上下方向に移動可能に支持されている。このように、第１ステム２５および第２ステム２６は、ボディ２に対し近接および離間可能に構成される。

【0037】

皿バネ２７は、リテーナ３１の底部３１Ａと、第２ステム２６のフランジ部２６Ｃとの間に複数枚配置され、第１ステム２５および第２ステム２６を常に下向きに付勢している。

【0038】

バルブ１が閉状態にある場合には、第１ステム２５および第２ステム２６が皿バネ２７により下方に付勢され、第２ステム２６がディスク１５およびダイヤフラム押さえ１６を押圧することにより、ダイヤフラム１１が押圧されて弁座２Ｄに当接し、流入路２ｂと流出路２ｃとの連通が遮断されている。第１ステム２５の鍔部２５Ｂは、平行ピン３５を下方に押圧しており、アーム３４の外端部３４Ｃは、内端部３４Ｂよりも上側に位置している。

【0039】

駆動圧を駆動圧導入用継手２８を介して、駆動圧導入室２３ａに導入することにより、ピストン２３に下向きの力が働く。ピストン２３が下方に移動すると、ピストンリング２４によりアーム３４の外端部３４Ｃが下方に押される。アーム３４がシャフト３３の軸心を中心に揺動して、アーム３４の内端部３４Ｂが上方へ移動する。アーム３４の内端部３４Ｂ（平行ピン３５）の上向きの力と流入路２ｂを流れるガスがダイヤフラム１１を押す力とダイヤフラム１１の復元力とが、皿バネ２７の付勢力よりも大きくなると、第１ステム２５および第２ステム２６が上方に移動し、ディスク１５およびダイヤフラム押さえ１６を下向きに押す力が小さくなる。これにより、ダイヤフラム１１がその復元力および流体の圧力により押し上げられ、弁座２Ｄから離間し、弁が開かれる。

【0040】

第１ステム２５および第２ステム２６が上下動することにより、下端部２６Ｄは第１リング４０に対して、第２リング４１はリテーナ３１の底部３１Ａの内周部に対して摺動する。第１リング４０は、第１支持部または第３支持部に、下端部２６Ｄの内周部は、第１支持部または第３支持部に相当する。さらに、ディスク１５およびダイヤフラム押さえ１６が上下動することにより、ディスク１５はガイドリング１３に対して摺動する。ガイドリング１３は、第２支持部に相当する。

【0041】

以上のように、本実施形態のバルブ１によれば、第２ステム２６の下端部２６Ｄと第１リング４０とが互いに接触する部分により摺動部（第１摺動部または第３摺動部に相当）が構成され、ディスク１５とガイドリング１３とが互いに接触する部分により摺動部（第２摺動部に相当）が構成され、第２ステム２６の第２リング４１と底部３１Ａの内周部とが互いに接触する部分により摺動部（第１摺動部または第３摺動部に相当）が構成されている。各摺動部の一部である、ガイドリング１３、第１リング４０、および第２リング４１は、炭素材料により構成されている。

【0042】

かかる構成によれば、炭素材料は、高い耐熱性、耐摩耗性、摺動性を有するので、バルブ１を高温（例えば３００℃以上）で使用したとしても、摺動部において焼き付き等が発生することなく長期間使用可能となり、高耐久性を実現することができる。第２ステム２６は、第１リング４０および底部３１Ａの内周部の２箇所で摺動可能に支持されているので、第２ステム２６の軸とアクチュエータ２０の軸とを適切に揃えることができる。

【0043】

ガイドリング１３、第１リング４０、および第２リング４１は、電気黒鉛質により構成されているので、各摺動部において、グリスレスでも摺動性を優れたものにすることができる。

【0044】

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

【0045】

例えば、上記の実施形態において、ガイドリング１３、第１リング４０、および第２リング４１を構成する炭素材料に、電気黒鉛質を用いたが、例えば、炭素繊維複合材料またはグラファイトを用いてもよい。炭素材料に炭素繊維複合材料を用いることにより摺動部の摺動性をよくすることができる。炭素材料に炭素繊維複合材料を用いた場合に、ガイドリング１３、第１リング４０、および第２リング４１の繊維方向と、第２ステム２６およびディスク１５の移動方向（摺動方向）とを一致させることにより、摺動性をさらによくすることができる。第２ステム２６は、第１リング４０および底部３１Ａの内周部の２箇所で摺動可能に支持されていたが、いずれか１箇所で支持されてもよい。第２ステム２６を、第１リング４０により摺動可能に支持する場合は、第２ステム２６から第２リング４１を取り外せばよい。第２ステム２６を、底部３１Ａの内周部により摺動可能に支持する場合は、円盤部２１Ａ１から第１リング４０を取り外せばよい。

【0046】

第１リング４０は、円盤部２１Ａ１の貫通孔２１ｄに取付けたが、第２ステム２６の下端部２６Ｄの外周に炭素材料で構成されたリングを取付けて、下端部２６Ｄの当該リングが円盤部２１Ａ１に摺動可能に支持されてもよい。第２リング４１は、第２ステム２６の上端部２６Ｂに取付けたが、底部３１Ａのステム孔３１ｃに炭素材料で構成されたリングを取付けて、上端部２６Ｂが当該リングに摺動可能に支持されてもよい。ガイドリング１３は、ボンネット１２の内側に設けたが、ディスク１５の外周に炭素材料で構成されたリング取付けて、当該リングがボンネット１２に摺動可能に支持されてもよいし、ディスク１５全体を炭素材料で構成してもよい。摺動部を構成する部材全てを炭素材料により構成してもよい。

【0047】

倍力機構３０は、上記の実施形態の構成に限らず、他の構成であってもよい。アクチュエータ２０は、駆動圧により駆動力を発生する構成であったが、例えば、ソレノイドにより駆動力を発生する構成であってもよい。

【符号の説明】

【0048】

１：バルブ、 ２：ボディ、 ２ｂ：流入路、 ２ｃ：流出路、 ２Ｄ：弁座、
１１：ダイヤフラム、 １３：ガイドリング、 １５：ディスク、 ２５：第１ステム、
２６：第２ステム、 ２６Ｄ：下端部、 ３１Ａ：底部、 ４０：第１リング、
４１：第２リング

【図1】

【図2】