特許 7036756 真空圧力比例制御弁

(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】

(24)【登録日】2022-03-07

(45)【発行日】2022-03-15

(54)【発明の名称】真空圧力比例制御弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/122 20060101AFI20220308BHJP

   F16K 1/52 20060101ALI20220308BHJP

   F16K 51/02 20060101ALI20220308BHJP

【ＦＩ】

F16K31/122

F16K1/52 E

F16K51/02 A

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019017803

(22)【出願日】2019-02-04

(65)【公開番号】P2020125795

(43)【公開日】2020-08-20

【審査請求日】2020-10-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000106760

【氏名又は名称】ＣＫＤ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】特許業務法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】山田 芳幸

(72)【発明者】

【氏名】梅澤 俊祐

【審査官】加藤 昌人

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－０７６８２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－００７７５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１０５１０９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００３－８３４６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１２６４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５１－１１９４７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ ３１／１２－３１／１６５

Ｆ１６Ｋ ３１／３６－３１／４２

Ｆ１６Ｋ ２７／００－２７／１２

Ｆ１６Ｋ ５１／０２

Ｆ１６Ｋ １／００－ １／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

反応容器と真空ポンプとを接続する配管に配置され、反応容器内の真空圧力を制御する真空圧力比例制御弁において、
ピストン室を備えるシリンダと、
前記ピストン室に往復直線運動可能に収容されるピストンと、
弁座と、
前記ピストンの動作に応じて前記弁座に当接又は離間する弁体と、
先端部が前記ピストン室の内部に配置されるように前記シリンダに設けられ、前記先端部と前記ピストンが当接した場合に前記真空圧力比例制御弁を全開状態にするストッパ部材と、
前記ストッパ部材を前記ピストンの移動方向に進退させ、前記先端部の位置を手動で調整する調整部と、を有し、
前記配管の長さに応じて、前記ストッパ部の前記先端部の位置が前記調整部を用いて手動で調整されることにより、全開時のフルストロークを調整可能であり、
前記ピストン室の圧力に応じて弁開度を調整し、前記反応容器内の真空圧力を制御する場合に、前記ストッパ部の前記先端部は、全開時のみ、前記ピストンと当接すること、
を特徴とする真空圧力比例制御弁。

【請求項2】

反応容器と真空ポンプとを接続する配管に配置され、反応容器内の真空圧力を制御する真空圧力比例制御弁において、
ピストン室を備えるシリンダと、
前記ピストン室に往復直線運動可能に収容されるピストンと、
弁座と、
前記ピストンの動作に応じて前記弁座に当接又は離間する弁体と、
先端部が前記ピストン室の内部に配置されるように前記シリンダに設けられ、前記先端部と前記ピストンが当接した場合に前記真空圧力比例制御弁を全開状態にするストッパ部材と、
前記ストッパ部材を前記ピストンの移動方向に進退させ、前記先端部の位置を調整する調整部と、を有し、
前記調整部は、
前記シリンダの前記弁座と反対側に位置する面に、前記ストッパ部材の後端部と当接可能に配置される当接部材と、
前記ストッパ部材を前記当接部材に向かって付勢する付勢部材と、
前記当接部材を前記ピストンの移動方向に移動させるネジ部と、
を有すること、
を特徴とする真空圧力比例制御弁。

【請求項3】

請求項２に記載する真空圧力比例制御弁において、
前記当接部材は、環状に設けられていること、
前記シリンダは、前記当接部材を収容する収容溝が環状に形成されていること、
前記ネジ部は、前記当接部材の外周面に形成された雄ねじ部と、前記収容溝の内周面に形成された雌ねじ部と、を有していること、
前記ストッパ部材は、前記収容溝の周方向に沿って均等に配置され、それぞれ前記付勢部材によって前記当接部材に向かって付勢されていること、
を特徴とする真空圧力比例制御弁。

【請求項4】

請求項３に記載する真空圧力比例制御弁において、
前記当接部材は、前記ストッパ部材と当接する面と反対側に位置する面に、前記当接部材を回転させるための回転用治具を引っ掛けるための引掛孔が周方向に均等に形成されていること、
を特徴とする真空圧力比例制御弁。

【請求項5】

反応容器と真空ポンプとを接続する配管に配置され、反応容器内の真空圧力を制御する真空圧力比例制御弁において、
ピストン室を備えるシリンダと、
前記ピストン室に往復直線運動可能に収容されるピストンと、
弁座と、
前記ピストンの動作に応じて前記弁座に当接又は離間する弁体と、
先端部が前記ピストン室の内部に配置されるように前記シリンダに設けられ、前記先端部と前記ピストンが当接した場合に前記真空圧力比例制御弁を全開状態にするストッパ部材と、
前記ストッパ部材を前記ピストンの移動方向に進退させ、前記先端部の位置を調整する調整部と、を有し、
前記ストッパ部材は、前記ピストンの移動方向に沿って前記シリンダに貫き通されていること、
前記調整部は、前記ストッパ部材と前記シリンダとの間に設けられたネジ部であること、
を特徴とする真空圧力比例制御弁。

【請求項6】

反応容器と真空ポンプとを接続する配管に配置され、反応容器内の真空圧力を制御する真空圧力比例制御弁において、
ピストン室を備えるシリンダと、
前記ピストン室に往復直線運動可能に収容されるピストンと、
弁座と、
前記ピストンの動作に応じて前記弁座に当接又は離間する弁体と、
先端部が前記ピストン室の内部に配置されるように前記シリンダに設けられ、前記先端部と前記ピストンが当接した場合に前記真空圧力比例制御弁を全開状態にするストッパ部材と、
前記ストッパ部材を前記ピストンの移動方向に進退させ、前記先端部の位置を調整する調整部と、
前記ストッパ部材を任意の位置で固定する固定部材と、
を有すること、
を特徴とする真空圧力比例制御弁。

【請求項7】

請求項１乃至請求項６の何れか１つに記載する真空圧力比例制御弁において、
前記ピストンは、前記ストッパ部材と当接する位置の硬度が前記ストッパ部材の硬度以上であること、
を特徴とする真空圧力比例制御弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、反応容器と真空ポンプとを接続する配管に配置され、反応容器内の真空圧力を制御する真空圧力比例制御弁に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体製造装置は、反応容器に給排気する各種ガスの流量や圧力を精度良く制御して製品品質を向上させるために、反応容器に対して様々な流体制御機器を配管を介して接続することにより構成されている。流体制御機器の１つに、真空圧力比例制御弁がある。

【0003】

真空圧力比例制御弁は、反応容器と真空ポンプを接続する配管に配置される。真空圧力比例制御弁は、排気開始時には、パーティクルを巻き上げないように排気ガスを微小流量に制御し、反応容器の内部圧力が十分に低下すると、全開し、排気ガスを大流量に制御する（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－１７８８９６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、従来技術には以下の問題があった。すなわち、真空ポンプは、反応容器の周辺に設置される機器のレイアウト等に応じて、反応容器の階下など色々な場所に設置される。そのため、真空ポンプと反応容器とを接続する配管の長さは、半導体製造装置によって異なる。例えば、配管の長さは、２ｍ～３ｍである場合もあれば、３０ｍ～５０ｍである場合もある。配管が長いほど、配管で生じる圧力損失（圧損）が大きくなり、反応容器からガスを排気する際の排気特性が悪化する。

【0006】

また、近年、排気時間を短縮して半導体の生産効率を高めるため、ポンプ能力の高い真空ポンプが使用される傾向がある。例えば、真空ポンプのポンプ能力は、５万Ｌ／ｍｉｎから１５万Ｌ／ｍｉｎに向上している。しかし、真空ポンプのポンプ能力が高くなっても、配管で生じる圧損が改善されなければ、却って、排気特性を悪化させる恐れがある。

【0007】

従来の真空圧力比例制御弁は、全開時のストローク（フルストローク）を調整する機構を備えなかった。そのため、従来の真空圧力比例制御弁は、２ｍ～３ｍの配管に設置される場合でも、３０ｍ～５０ｍの配管に設置される場合でも、フルストロークが一定であり、排気特性を変えることができなかった。

【0008】

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、排気特性を可変させることができる真空圧力比例制御弁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】

【0009】

本発明の一態様は、次のような構成を有している。（１）反応容器と真空ポンプとを接続する配管に配置され、反応容器内の真空圧力を制御する真空圧力比例制御弁において、ピストン室を備えるシリンダと、前記ピストン室に往復直線運動可能に収容されるピストンと、弁座と、前記ピストンの動作に応じて前記弁座に当接又は離間する弁体と、先端部が前記ピストン室の内部に配置されるように前記シリンダに設けられ、前記先端部と前記ピストンが当接した場合に前記真空圧力比例制御弁を全開状態にするストッパ部材と、前記ストッパ部材を前記ピストンの移動方向に進退させ、前記先端部の位置を調整する調整部と、を有すること、を特徴とする。

【0010】

上記構成の真空圧力比例制御弁によれば、調整部を用いてストッパ部材を軸線方向に進退させることによりフルストロークを調整することができるので、反応容器と真空ポンプを接続する配管の長さや真空ポンプのポンプ性能の変化に応じて、排気特性を変えることができる。

【0011】

（２）（１）に記載する真空圧力比例制御弁において、前記調整部は、前記シリンダの前記弁座と反対側に位置する面に、前記ストッパ部材の後端部と当接可能に配置される当接部材と、前記ストッパ部材を前記当接部材に向かって付勢する付勢部材と、前記当接部材を前記ピストンの移動方向に移動させるネジ部と、を有すること、が好ましい。

【0012】

上記構成の真空圧力比例制御弁によれば、当接部材の回転に応じてストッパ部材を応答性よく移動させ、フルストロークを調整することができる。

【0013】

（３）（２）に記載する真空圧力比例制御弁において、前記当接部材は、環状に設けられていること、前記シリンダは、前記当接部材を収容する収容溝が環状に形成されていること、前記ネジ部は、前記当接部材の外周面に形成された雄ねじ部と、前記収容溝の内周面に形成された雌ねじ部と、を有していること、前記ストッパ部材は、前記収容溝の周方向に沿って均等に配置され、それぞれ前記付勢部材によって前記当接部材に向かって付勢されていること、が好ましい。

【0014】

上記構成の真空圧力比例制御弁は、当接部材がシリンダの収容溝に収容され、シリンダより外側に突出しないので、バルブサイズを変えずに、シリンダに調整部を設けることができる。また、ピストンがストッパ部材に衝突する際の衝撃が当接部材全体に分散されるので、ネジ部にかかる負荷を軽減できる。

【0015】

（４）（３）に記載する真空圧力比例制御弁において、前記当接部材は、前記ストッパ部材と当接する面と反対側に位置する面に、前記当接部材を回転させるための回転用治具を引っ掛けるための引掛孔が周方向に均等に形成されていること、が好ましい。

【0016】

上記構成の真空圧力比例制御弁は、回転用治具を用いて、収容溝に収容された当接部材を回転させることによって、フルストロークを調整することができる。

【0017】

（５）（１）に記載する真空圧力比例制御弁において、前記ストッパ部材は、前記ピストンの移動方向に沿って前記シリンダに貫き通されていること、前記調整部は、前記ストッパ部材と前記シリンダとの間に設けられたネジ部であること、が好ましい。

【0018】

上記構成の真空圧力比例制御弁は、ストッパ部材をシリンダに螺設した簡単な構造で、ストッパ部材の位置を変え、フルストロークを調整することができる。

【0019】

（６）（１）乃至（５）の何れか１つに記載する真空圧力比例制御弁において、前記ピストンは、前記ストッパ部材と当接する位置の硬度が前記ストッパ部材の硬度以上であること、が好ましい。

【0020】

上記構成の真空圧力比例制御弁は、ピストンがストッパ部材に衝突した際に変形することを防止できる。

【0021】

（７）（１）乃至（６）の何れか１つに記載する真空圧力比例制御弁において、前記ストッパ部材を任意の位置で固定する固定部材を有すること、が好ましい。

【0022】

上記構成の真空圧力比例制御弁は、ピストンがストッパ部材に繰り返し衝突しても、固定部材により固定されたストッパ部材の位置がずれにくく、フルストロークを一定に維持できる。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、排気特性を可変させることができる真空圧力比例制御弁を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の第１実施形態に係る真空圧力比例制御弁の断面図であって、弁閉状態を示す。

【図2】真空圧力比例制御弁の断面図であって、全開状態を示す。

【図3】図２のＡ部拡大図であって、フルストローク拡大動作を示す。

【図4】図２のＡ部拡大図であって、フルストローク縮小動作を示す。

【図5】図３の上面図である。

【図6】回転用治具の平面図である。

【図7】回転用治具の側面図である。

【図8】試験装置の概略構成図である。

【図9】試験結果を示すグラフである。

【図10】本発明の第２実施形態に係る真空圧力比例制御弁の部分拡大断面図であって、弁閉状態を示す。

【図11】真空圧力比例制御弁の部分拡大断面図であって、全開状態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下に、本発明に係る真空圧力比例制御弁の実施形態について図面に基づいて説明する。

【0026】

（第１実施形態）
（真空圧力比例制御弁の概略構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る真空圧力比例制御弁１の断面図であって、弁閉状態を示す。図２は、真空圧力比例制御弁１の断面図であって、全開状態を示す。以下の説明では、第２ポート１２側を「下」、上部シリンダキャップ５側を「上」として説明する。

【0027】

図１に示すように、真空圧力比例制御弁１は、例えば、半導体製造装置の反応容器１０２と真空ポンプ１０１とを接続する配管１０３上に配設されている。図１及び図２に示すように、真空圧力比例制御弁１は、バルブボディ２と、下部シリンダキャップ３と、シリンダ本体４と、上部シリンダキャップ５が、ボルト８（図５参照）を用いて連結されている。

【0028】

バルブボディ２は、筒状をなす。バルブボディ２は、軸線に対して直交する方向に第１ポート１１が設けられ、バルブボディ２と同軸上に第２ポート１２が設けられている。第１ポート１１と第２ポート１２は、バルブボディ２の内部空間１３に連通している。

【0029】

図２に示すように、バルブボディ２は、第２ポート１２が内部空間１３に連通する連通部１４の外側に、弁座面１５が設けられている。弁体２１は、弁座面１５に当接又は離間するように内部空間１３に配置されている。弁体２１は、弁座面１５と対向する端面に形成されたアリ溝に、弾性シール部材２２が弾性変形可能に装着されている。

【0030】

図１及び図２に示すように、シリンダ６は、シリンダ本体４と下部シリンダキャップ３と上部シリンダキャップ５によって構成され、ピストン室３１を備えている。ピストン室３１には、ピストン３２が回り止めされた状態で収容されている。

【0031】

ピストン３２は、上方に開口するコップ形状の第１ピストン部材３２１の下面と、円板形状の第２ピストン部材３２２との間に特殊ダイヤフラム３４を配置し、第２ピストン部材３２２と特殊ダイヤフラム３４に挿通した取付ネジ３２３を第１ピストン部材３２１に締結することによって、特殊ダイヤフラム３４と一体的に組み立てられている。特殊ダイヤフラム３４は、シリンダ本体４と下部シリンダキャップ３との間で外縁部を挟持され、ピストン室３１を上室３１Ａと下室３１Ｂに区画している。

【0032】

スプリング３３は、上室３１Ａに縮設され、ピストン３２を弁座方向（図中下向き）に常時付勢している。下室３１Ｂは、空気圧制御部７に連通している。空気圧制御部７は、ピストン３２の位置を検知して下室３１Ｂに操作エアを吸排気し、下室３１Ｂの内圧を制御する。図１に示すように、スプリング３３の付勢力によって下方に移動しているピストン３２は、下室３１Ｂの内圧が上昇することにより、図２に示すように、スプリング３３に抗して上方に移動する。

【0033】

図１に示すように、ストッパ部材５１は、先端部５１１をピストン室３１の上室３１Ａに配置するように、シリンダ６の上部シリンダキャップ５に設けられている。調整部６１は、ピストン３２の移動方向に沿ってストッパ部材５１を進退させ、ストッパ部材５１の先端部５１１の位置を調整する。ストッパ部材５１と調整部６１の構成については後述する。

【0034】

例えば、ピストン３２は、真空圧力比例制御弁１を軽量かつ安価にするために、第１ピストン部材３２１と第２ピストン部材３２２がアルミで形成されている。一方、ストッパ部材５１は、剛性を高くするために、ステンレスで形成されている。よって、第１ピストン部材３２１の硬度は、ストッパ部材５１の硬度より小さい。第１ピストン部材３２１は、ストッパ部材５１と当接する上端部に、リング形状の補強部材７１がねじ７２を用いて一体的に取り付けられている。補強部材７１が、硬度がストッパ部材５１の硬度以上になるように形成されている。よって、第１ピストン部材３２１は、ストッパ部材５１に衝突する際に、変形しにくい。

【0035】

尚、本形態の補強部材７１は、ステンレスで形成されているが、硬度がストッパ部材５１の硬度以上であれば、ステンレスと別の材料で形成しても良い。補強部材７１は、溶接等、ネジ止め以外の方法でピストン３２に固定してもよい。

【0036】

図１及び図２に示すように、ピストンロッド４１は、上端部が下方からピストン３２の中心部に貫き通され、ナット部材４２を上端部に締め込むことにより、ピストン３２に一体的に取り付けられている。ピストンロッド４１は、軸受４３を介して下部シリンダキャップ３に軸線方向に移動可能に挿通されている。ピストンロッド４１の下端部は、バルブボディ２の内部空間１３に配置され、弁体２１に結合されている。よって、真空圧力比例制御弁１は、弁体２１がピストンロッド４１を介してピストン３２と一体的に上下動し、弁体２１と弁座面１５との距離が変化する。本明細書において、弁体２１と弁座面１５との間の距離を「ストロークＳｔ」と定義する。

【0037】

真空圧力比例制御弁１は、図２に示すように、ストッパ部材５１の先端部５１１がピストン室３１に配置されている状態では、ピストン３２が先端部５１１に当接することにより上方への移動を制限され、弁体２１の上昇が制限される。また、図示していないが、ストッパ部材５１の先端部５１１がピストン室３１に配置されていない状態では、ピストン３２が上部シリンダキャップ５の上端面内壁に環状に突設された環状突部５ａの下端面５ｂに当接することにより上方への移動を制限され、弁体２１の上昇が制限される。このように、ピストン３２が上方への移動を制限されたときのストロークＳｔを、本明細書では「フルストローク」と定義する。

【0038】

ベローズ２３は、ピストンロッド４１を気密に覆った状態で弁体２１の移動に応じて伸縮するように内部空間１３に配置され、内部空間１３を流れるガスがシリンダ６側に漏れることを防いでいる。ヒータ１６は、バルブボディ２とベローズ２３と弁体２１を加熱するように配置され、生成物が弁体２１やベローズ２３や流路面に生成されることを防いでいる。

【0039】

（ストッパ部材及び調整部の構成）
図３は、図２のＡ部拡大図であって、フルストローク拡大動作を示す。図４は、図２のＡ部拡大図であって、フルストローク縮小動作を示す。図５は、図３の上面図である。調整部６１は、当接部材６３と、付勢ばね６６と、ネジ部６４を備える。付勢ばね６６は「付勢部材」の一例である。

【0040】

図３及び図５に示すように、当接部材６３は、環状に形成されている。当接部材６３は、硬度がストッパ部材５１の硬度以上になるように設けられている。収容溝６２は、当接部材６３を収容できるように、上部シリンダキャップ５の上面に、シリンダ６の軸線を中心として環状に形成されている。当接部材６３は、ネジ部６４を介して、上部シリンダキャップ５に結合されている。ネジ部６４は、当接部材６３の外周面に形成された雄ねじ部６３２と、収容溝６２の径方向外側に位置する内側面に形成された雌ねじ部６２２により構成されている。

【0041】

図５に示すように、当接部材６３は、上部シリンダキャップ５に設けられた回り止め部材６８により、回転を阻止される。回り止め部材６８は、「固定部材」の一例である。回り止め部材６８は、上部シリンダキャップ５に螺合するネジであり、先端部を当接部材６３の側面に突き当てることにより当接部材６３の回転を阻止する回転阻止状態となり、先端部を当接部材６３の側面から離間させることにより当接部材６３の回転を許容する回転許容状態となる。

【0042】

図３に示すように、収容溝６２の底壁６２１には、挿通穴５２が開設されている。挿通穴５２は、収容溝６２とピストン室３１を連通させるように、ピストン３２の移動方向に沿って上部シリンダキャップ５に形成されている。ストッパ部材５１は、収容溝６２側から挿通穴５２に摺動可能に挿通され、先端部５１１をピストン室３１の内部に配置している。付勢ばね６６は、ストッパ部材５１の後端部５１２と収容溝６２の底壁６２１との間に縮設され、ストッパ部材５１を当接部材６３側に向かって常時付勢している。よって、ストッパ部材５１は、当接部材６３の上下動に追従して移動し、先端部５１１の位置を変えることができる。

【0043】

ここで、当接部材６３は、上部シリンダキャップ５より上方へ突き出さないように、収容溝６２に収容されている。そのため、当接部材６３を手で回すことは難しい。

【0044】

そこで、図５に示すように、当接部材６３は、ストッパ部材５１と当接する下面６３１と反対側に位置する上面６３３に、後述する回転用治具９を引っ掛けるための引掛孔６５が複数形成され、図６及び図７に示す回転用治具９を用いて回転される。引掛孔６５は、周方向に均等に設けられ、当接部材６３の中心を挟んで対称位置にそれぞれ設けられている。本形態の当接部材６３は、１５°の間隔で引掛孔６５が２４個設けられている。

【0045】

図６は、回転用治具９の平面図である。図７は、回転用治具９の側面図である。回転用治具９は、半円弧形状の円弧部９１と、円弧部９１から径方向外側に向かって延設された把持部９２とを備える。一対の係止ピン９３，９３は、回転用治具９と当接部材６３を一体的に回転させるため、２個の引掛孔６５，６５に同時にはめ込むことができるように円弧部９１に立設されている。回転用治具９は、例えば、プレス加工により、円弧部９１と把持部９２の厚みを薄く均一にして、コストダウンしている。そして、係止ピン９３，９３は、段付きピンを使用することにより、強度を強くされている。本形態において、一対の係止ピン９３，９３は、当接部材６３をバランス良く回転させることができるように１８０度の位相差で設けられているが、この配置に限定されないことは言うまでもない。

【0046】

（動作説明）
続いて、真空圧力比例制御弁１の動作を説明する。真空圧力比例制御弁１は、反応容器１０２の内部でプロセスを実行する場合、下室３１Ｂが加圧されない。そのため、図１に示すように、ピストン３２がスプリング３３の付勢力により弾性シール部材２２を弁座面１５に密着させるように下降し、連通部１４が遮断されている。

【0047】

プロセスが終了すると、真空圧力比例制御弁１は、空気圧制御部７から下室３１Ｂに操作エアが供給されて弁開し、反応容器１０２のガスが真空ポンプ１０１に吸引されて排気される。排気開始時、空気圧制御部７は、弾性シール部材２２から漏れを生じさせるように、シリンダ６に操作エアを供給する。これにより、反応容器１０２は、パーティクルが巻き上げられないように、ガスが微小流量ずつ排気される。反応容器１０２の内部圧力が所定の真空圧力まで低下すると、空気圧制御部７は、シリンダ６に操作エアを供給してシリンダ６の内圧を上昇させ、図２に示すように、真空圧力比例制御弁１をフルストロークで弁開させる。これにより、反応容器１０２は、ガスが大流量で排気され、排気時間が短縮される。

【0048】

反応容器１０２の内圧が目標圧力まで低下すると、空気圧制御部７は操作エアの供給を停止し、下室３１Ｂを排気流路に連通させる。すると、ピストン３２は、スプリング３３の付勢力によって下降し、図１に示す弁閉状態に戻る。

【0049】

このような真空圧力比例制御弁１のピストン３２は、ストッパ部材５１を考慮しなければ、弁体２１を弁座面１５に当接させる弁閉位置Ｐ１から、上部シリンダキャップ５の環状突部５ａの下端面５ｂに当接するメカストップ位置Ｐ２まで移動することができる。弁閉位置Ｐ１からメカストップ位置Ｐ２までの領域を、「最大移動範囲Ｌ１」と定義する。

【0050】

しかし、空気圧制御部７に内蔵される開度センサは、フルストロークの個体差を排除するため、弁閉位置Ｐ１から、メカストップ位置Ｐ２より下方の上部制限位置Ｐ３までの領域において、ピストン３２を検知するように構成されている。そのため、上部制限位置Ｐ３からメカストップ位置Ｐ２までの領域では、空気圧制御部７に内蔵される開度センサはピストン３２を検知できない。尚、弁閉位置Ｐ１から上部制限位置Ｐ３までの領域を、「検知範囲Ｌ２」と定義し、上部制限位置Ｐ３からメカストップ位置Ｐ２までの領域を、「非検知範囲Ｌ３」と定義する。

【0051】

よって、真空圧力比例制御弁１は、検知範囲Ｌ２においては、空気圧制御部７に内蔵される開度センサを用いてフルストロークを制御により固定できるが、非検知範囲Ｌ３においては、空気圧制御部７に内蔵される開度センサを用いてフルストロークを制御により固定できない。しかし、真空圧力比例制御弁１は、ストッパ部材５１の先端部５１１の位置を調整部６１を用いて調整することにより、非検知範囲Ｌ３でもフルストロークを手動で調整できるようにしている。

【0052】

（フルストロークの手動調整方法）
例えば、図３に示すように、先端部５１１の位置を上昇させる場合、真空圧力比例制御弁１は、回り止め部材６８と当接部材６３を離間させるように回り止め部材６８が回転され、当接部材６３の固定が解除される。そして、回転用治具９の一対の係止ピン９３，９３が当接部材６３の引掛孔６５，６５に差し込まれ、回転用治具９を用いて当接部材６３が、真空圧力比例制御弁１を上方から見て反時計回りＫ１に回転される。

【0053】

すると、当接部材６３は、図３の一点鎖線に示すように、ネジ部６４のねじ送りによって上方に移動する。付勢ばね６６は、当接部材６３の上昇に従って伸張し、ストッパ部材５１を上方に移動させる。これにより、ストッパ部材５１の先端部５１１の位置は、図中Ｐ１１に示す位置から図中Ｐ１２に示す位置まで上昇する。これにより、ピストン３２は、図中Ｐ１１に示す位置と図中Ｐ１２に示す位置との間の距離Ｑ１だけ上方へ移動できるようになり、真空圧力比例制御弁１のフルストロークを拡大させる。

【0054】

ストッパ部材５１の位置調整が完了すると、回り止め部材６８と当接部材６３を当接させるように回り止め部材６８が回転され、当接部材６３が固定される。これにより、ストッパ部材５１が位置決め固定され、ピストン３２がストッパ部材５１に繰り返し衝突しても、先端部５１１の位置がずれにくい。

【0055】

一方、例えば、図４に示すように、先端部５１１の位置を下降させる場合、上記と逆の手順によりストッパ部材５１を下降させる。簡単に説明すると、真空圧力比例制御弁１は、回り止め部材６８による当接部材６３の固定を解除した後、当接部材６３が、真空圧力比例制御弁１を上方から見て時計回りＫ２に回転される。当接部材６３は、ネジ部６４のねじ送りによって、付勢ばね６６に抗してストッパ部材５１を押し下げる。これにより、ストッパ部材５１の先端部５１１が図中Ｐ１３に示す位置から図中Ｐ１４に示す位置まで移動し、真空圧力比例制御弁１は、図中Ｐ１３に示す位置と図中Ｐ１４に示す位置との間の距離Ｑ２だけ、フルストロークを縮小される。

【0056】

真空圧力比例制御弁１は、空気圧制御部７に内蔵される開度センサがストロークＳｔを検知できない非検知範囲Ｌ３であっても、当接部材６３の回転量によってストッパ部材５１の先端部５１１の位置を管理できる。

【0057】

例えば、最大移動範囲Ｌ１が３２ｍｍ、検知範囲Ｌ２が２８ｍｍである場合、非検知範囲Ｌ３は、２８ｍｍより大きく３２ｍｍ以下となる範囲になる。当接部材６３を３６０°回転させると、ストッパ部材５１を２ｍｍ移動させるように、ネジ部６４を形成したとする。

【0058】

この場合、例えば、ストッパ部材５１の先端部５１１を上部制限位置Ｐ３に配置した状態から、当接部材６３を反時計回りＫ１に２回転（７２０°）回転させると、先端部５１１が挿通穴５２の内部に配置される。これにより、ピストン３２は、メカストップ位置Ｐ２まで移動できるようになり、真空圧力比例制御弁１は、弁体２１が弁座面１５から３２ｍｍ離れた位置まで上昇できるようになる。

【0059】

また例えば、ストッパ部材５１の先端部５１１を上部制限位置Ｐ３に配置した状態から、当接部材６３を反時計回りＫ１に９０°回転させると、先端部５１１が上部制限位置Ｐ３から０．５ｍｍ上方の位置に配置され、フルストロークが拡大される。その後、当接部材６３を時計回りＫ２に４５°回転させると、先端部５１１が上部制限位置Ｐ３から０．２５ｍｍ上方の位置に配置され、フルストロークが縮小される。

【0060】

よって、真空圧力比例制御弁１は、空気圧制御部７に内蔵される開度センサを用いてフルストロークを制御固定できない場合でも、ストッパ部材５１と調整部６１を用いてフルストロークを固定することができる。

【0061】

（排気特性試験について）
図８及び図９を参照して、真空圧力比例制御弁１のストロークＳｔが排気特性に与える影響を調べる排気特性試験について説明する。図８は、試験装置１０００の概略構成図である。図９は、試験結果を示すグラフである。

【0062】

図８に示すように、試験装置１０００は、チャンバ１１０１と真空ポンプ１１０２を接続する配管１１０３に真空圧力比例制御弁１が配置されている。真空圧力比例制御弁１は、ストッパ部材５１が先端部５１１を挿通穴５２の内部に配置する位置まで後退している。よって、真空圧力比例制御弁１は、ストロークＳｔが０ｍｍ以上３２ｍｍ以下の範囲で変化する。

【0063】

配管１１０３は、真空圧力比例制御弁１の第２ポート１２とチャンバ１１０１とを接続する第１接続配管１１０３Ａと、真空圧力比例制御弁１の第１ポート１１と真空ポンプ１１０２とを接続する第２接続配管１１０３Ｂとを備える。真空圧力比例制御弁１は、操作エアを供給する操作エア供給配管１５０１が空気圧制御部７に接続されている。

【0064】

第１接続配管１１０３Ａは、流路径が８０ｍｍであって、長さが１．５ｍである。第２接続配管１１０３Ｂは、流路径が８０ｍｍであって、長さが０．２ｍである。第２接続配管１１０３Ｂは、バラスト供給配管１２０１が接続し、マスフローコントローラ１２０２とバルブ１２０３によって流量制御されたバラスト流体が供給される。操作エア供給配管１５０１は、流路径が６ｍｍであって、長さが３ｍである。

【0065】

チャンバ１１０１は、２００Ｌの容積を有する。チャンバ１１０１は、エア供給配管１３０１と接続し、マスフローコントローラ１３０２とバルブ１３０３を用いて流量制御されたエアが供給される。チャンバ１１０１は、圧力センサ１４０１により内部圧力が検知される。

【0066】

試験では、空気圧制御部７に供給する操作エアの圧力を０．５ＭＰａとした。また、チャンバ１１０１に供給するエアの圧力を０．２ＭＰａとした。そして、第２接続配管１１０３Ｂに供給するバラスト流体の圧力を０．２ＭＰａとした。試験では、チャンバ１１０１の内部圧力を１００Ｐａに保持するように、チャンバ１１０１に供給するエアの供給量を制御した。この制御状態で、試験装置１０００は、マスフローコントローラ１２０２とバルブ１２０３を用いてバラスト流体の流量を、１２０秒毎に、無し（０．０ｓｌｍ）、０．５ｓｌｍ、１．０ｓｌｍ、２．０ｓｌｍ、３．０ｓｌｍ、４．０ｓｌｍ、５．０ｓｌｍ、６．０ｓｌｍ、７．０ｓｌｍ、８．０ｓｌｍ、９．０ｓｌｍ、１０ｓｌｍ、２０ｓｌｍと変化させた。そして、バラスト流体の流量毎に、真空圧力比例制御弁１のストロークＳｔを空気圧制御部７に内蔵される開度センサを用いて測定した。

【0067】

図９のＦ１に示すように、バラスト流体の流量を無し（０．０ｓｌｍ）に制御したとき、図中Ｇ１に示すように、ストロークＳｔは約５．０１ｍｍであった。図中Ｆ２に示すように、バラスト流体の流量を０．５ｓｌｍに制御したとき、図中Ｇ２に示すように、ストロークＳｔは約５．０２ｍｍであった。図中Ｆ３に示すように、バラスト流体の流量を１．０ｓｌｍに制御したとき、図中Ｇ３に示すように、ストロークＳｔは約５．０４ｍｍであった。図中Ｆ４に示すように、バラスト流体の流量を２．０ｓｌｍに制御したとき、図中Ｇ４に示すように、ストロークＳｔは約５．０７ｍｍであった。図中Ｆ５に示すように、バラスト流体の流量を３．０ｓｌｍに制御したとき、図中Ｇ５に示すように、ストロークＳｔは約５．１１ｍであった。図中Ｆ６に示すように、バラスト流体の流量を４．０ｓｌｍに制御したとき、図中Ｇ６に示すように、ストロークＳｔは約５．１６ｍｍであった。図中Ｆ７に示すように、バラスト流体の流量を５．０ｓｌｍに制御したとき、図中Ｇ７に示すように、ストロークＳｔは約５．２２ｍｍであった。図中Ｆ８に示すように、バラスト流体の流量を６．０ｓｌｍに制御したとき、図中Ｇ８に示すように、ストロークＳｔは約５．３０ｍｍであった。図中Ｆ９に示すように、バラスト流体の流量を７．０ｓｌｍに制御したとき、図中Ｇ９に示すように、ストロークＳｔは約５．４０ｍｍであった。図中Ｆ１０に示すように、バラスト流体の流量を８．０ｓｌｍに制御した場合、図中Ｇ１０に示すように、ストロークＳｔは約５．５２ｍｍであった。図中Ｆ１１に示すように、バラスト流体の流量を９．０ｓｌｍに制御したとき、図中Ｇ１１に示すように、ストロークＳｔは約５．６７ｍｍであった。図中Ｆ１２に示すように、バラスト流体の流量を１０ｓｌｍに制御したとき、図中Ｇ１２に示すように、ストロークＳｔは約５．８７ｍｍであった。図中Ｆ１３に示すように、バラスト流体の流量を２０ｓｌｍに制御すると、図中Ｇ１３に示すように、ストロークＳｔは約１７．１５ｍｍであった。

【0068】

この試験結果より、チャンバ１１０１の内部圧力を一定に保持した状態で、バラスト流体の流量を増加させ、真空圧力比例制御弁１から真空ポンプ１１０２に排気流体が流れにくくすると、真空圧力比例制御弁１はストロークＳｔを大きくする傾向が、確認できた。

【0069】

図１に示す構成において、排気ガスが配管１０３を流れ難くする事例として、配管１０３が３０ｍ～５０ｍと長い場合や、真空ポンプ１０１のポンプ能力が大きくなった場合が考えられる。このような場合、真空圧力比例制御弁１は、調整部６１を用いてストッパ部材５１を上昇させ、フルストロークを検知範囲Ｌ２を超えて、換言すると、非検知範囲Ｌ３において拡大させる。これにより、排気ガスが配管１０３を流れやすくなるので、配管１０３の長さや真空ポンプ１０１のポンプ性能による排気性能のバラツキが改善される。このように、真空圧力比例制御弁１の排気性能を変えることにより、配管１０３にて生じる圧損を小さくできるので、反応容器１０２からガスを効率良く排気して、排気時間を短縮することが可能になる。

【0070】

（まとめ）
以上説明したように、本形態の真空圧力比例制御弁１は、反応容器１０２と真空ポンプ１０１とを接続する配管１０３に配置され、反応容器１０２内の真空圧力を制御する真空圧力比例制御弁１において、ピストン室３１を備えるシリンダ６と、ピストン室３１に往復直線運動可能に収容されるピストン３２と、弁座面１５と、ピストン３２の動作に応じて弁座面１５に当接又は離間する弁体２１と、先端部５１１がピストン室３１の内部に配置されるようにシリンダ６に設けられ、先端部５１１とピストン３２が当接した場合に真空圧力比例制御弁１を全開状態にするストッパ部材５１と、ストッパ部材５１をピストン３２の移動方向に進退させ、先端部５１１の位置を調整する調整部６１と、を有すること、を特徴とする。

【0071】

このような真空圧力比例制御弁１によれば、調整部６１を用いてストッパ部材５１を軸線方向に進退させることによりフルストロークを調整することができるので、反応容器１０２と真空ポンプ１０１を接続する配管１０３の長さや真空ポンプ１０１のポンプ性能の変化に応じて、排気特性を変えることができる。

【0072】

また、本形態の真空圧力比例制御弁１において、調整部６１は、シリンダ６の弁座面１５と反対側に位置する上部シリンダキャップ５に、ストッパ部材５１の後端部５１２と当接可能に配置される当接部材６３と、ストッパ部材５１を当接部材６３に向かって付勢する付勢ばね６６と、当接部材６３をピストン３２の移動方向に移動させるネジ部６４と、を有する。このような真空圧力比例制御弁１によれば、当接部材６３の回転に応じてストッパ部材５１を応答性良く移動させ、フルストロークを調整することができる。

【0073】

（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。図１０は、本発明の第２実施形態に係る真空圧力比例制御弁２０１の部分拡大断面図であって、弁閉状態を示す。図１１は、真空圧力比例制御弁２０１の部分拡大断面図であって、全開状態を示す。

【0074】

真空圧力比例制御弁２０１は、ストッパ部材２１１とネジ部２１４とピストン２３２を除き、第１実施形態と同様に構成されている。

【0075】

ストッパ部材２１１は、ステンレスを棒状に形成したものであり、ピストンロッド４１と同軸上に配置されている。ストッパ部材２１１は、先端部２１５がピストン室３１の上室３１Ａに配置され、後端部が上部シリンダキャップ５の外側に突き出すように、上部シリンダキャップ５に貫き通されている。

【0076】

ネジ部２１４は、上部シリンダキャップ５に形成された雌ねじ部２１２と、ストッパ部材２１１に形成された雄ねじ部２１３とにより構成されている。ストッパ部材２１１は、ネジ部２１４のねじ送りによって軸線方向に移動し、上室３１Ａに配置される先端部２１５の位置を変化させる。よって、ネジ部２１４は、「調整部」の一例となる。

【0077】

固定ナット２１８は、ストッパ部材２１１の雄ねじ部２１３に螺合している。固定ナット２１８は、「固定部材」の一例である。ストッパ部材２１１は、固定ナット２１８と上部シリンダキャップ５が面接触する部分に生じる摩擦抵抗により回転を阻止され、先端部２１５の位置が固定される。

【0078】

ピストン３２は、第１ピストン部材３２１がステンレスで形成され、第２ピストン部材３２２がアルミで形成されている。よって、ピストン３２は、ストッパ部材２１１と当接する位置の硬度がストッパ部材の硬度以上にされ。ピストン２３２がストッパ部材２１１に衝突した際に変形することを防止できる。

【0079】

上記真空圧力比例制御弁２０１は、ストッパ部材２１１を直接手で反時計回りに回転させると、ネジ部２１４のねじ送りによってストッパ部材２１１が上昇し、フルストロークを拡大させる。一方、ストッパ部材２１１を直接手で時計回りに回転させると、ネジ部２１４のねじ送りによってストッパ部材２１１が下降し、フルストロークを縮小させる。よって、真空圧力比例制御弁２０１は、ストッパ部材２１１を回転させるだけで、排気特性を変えることができる。

【0080】

真空圧力比例制御弁２０１は、ストッパ部材２１１の位置調整が完了すると、固定ナット２１８を上部シリンダキャップ５に当接する位置まで移動させる。これにより、ストッパ部材２１１とピストン２３２が衝突しても、ストッパ部材２１１は、固定ナット２１８と上部シリンダキャップ５との間に生じる摩擦抵抗により回転せず、先端部２１５の位置を維持する。

【0081】

よって、本形態の真空圧力比例制御弁２０１は、先端部２１５がピストン室３１の内部に配置されるようにシリンダ６に設けられ、先端部２１５とピストン２３２が当接した場合に真空圧力比例制御弁２０１を全開状態にするストッパ部材２１１と、ストッパ部材２１１をピストン２３２の移動方向に進退させ、先端部２１５の位置を調整する調整部と、を有している。そして、ストッパ部材２１１は、ピストン２３２の移動方向に沿ってシリンダ６に貫き通されていること、調整部は、ストッパ部材２１１とシリンダ６との間に設けられたネジ部２１４である。このような真空圧力比例制御弁２０１は、ストッパ部材２１１をシリンダ６に螺設した簡単な構造で、ストッパ部材２１１の位置を変え、フルストロークを調整することができる。

【0082】

尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。

【0083】

例えば、当接部材６３が収容溝６２から突出しても良い。但し、上記第１実施形態のように、当接部材６３がシリンダ６より外側に突出しないように収容溝６２に収容されることにより、バルブサイズを変えずに、シリンダ６に調整部６１を設けることができる。

【0084】

例えば、ストッパ部材５１は、当接部材６３の周方向に均等に配置されていなくても良い。但し、上記実施形態のように、ストッパ部材５１を当接部材６３の周方向に均等に配置することにより、ピストン３２がストッパ部材５１に衝突した際の衝撃を当接部材６３に均等に分散されるので、ネジ部６４にかかる負荷を軽減できる。

【0085】

例えば、当接部材６３に引掛孔６５を形成しなくても良い。但し、上記形態のように、引掛孔６５を設けることにより、回転用治具９を用いて収容溝６２に収容された当接部材６３を簡単に回転させ、フルストロークを調整できる。また、回転用治具９の形状を簡単にして回転用治具９をコンパクトにできる。

【0086】

例えば、補強部材７１はなくても良い。但し、補強部材７１をピストン３２に設け、ピストン３２がストッパ部材５１に当接する部分の硬度をストッパ部材５１の硬度以上にすることにより、ピストン３２がストッパ部材５１に衝突した際に変形することを防止できる。

【0087】

例えば、ピストン３２をステンレスで形成しても良い。但し、上記形態のように、ピストン３２をアルミで形成し、ピストン３２がストッパ部材５１と当接する部分に補強部材７１を一体的に取り付けることにより、ピストン３２の製造にかかる材料費を抑制できる。

【0088】

例えば、回り止め部材６８や固定ナット２１８は無くても良い。但し、回り止め部材６８や固定ナット２１８を備えることにより、ピストン３２，２３２がストッパ部材５１，２１１に繰り返し衝突しても回り止め部材６８や固定ナット２１８によって固定されたストッパ部材５１，２１１の位置がずれにくく、フルストロークを一定に維持できる。

【符号の説明】

【0089】

１，２０１ 真空圧力比例制御弁
６ シリンダ
９ 回転用治具
１５ 弁座面
２１ 弁体
３１ ピストン室
３２ ピストン
５１，２１１ ストッパ部材
６１ 調整部
６２ 収容溝
６３ 当接部材
６４ ネジ部
６５ 引掛孔
６６ 付勢ばね
６８ 回り止め部材
２１４ ネジ部
２１８ 固定ナット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】