特許 7137951 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】

(24)【登録日】2022-09-07

(45)【発行日】2022-09-15

(54)【発明の名称】圧力制御バルブ

(51)【国際特許分類】

   F16K 1/44 20060101AFI20220908BHJP

   F16K 51/02 20060101ALI20220908BHJP

   F16K 1/00 20060101ALI20220908BHJP

【ＦＩ】

F16K1/44 D

F16K51/02 A

F16K1/00 E

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018064150

(22)【出願日】2018-03-29

(65)【公開番号】P2019173906

(43)【公開日】2019-10-10

【審査請求日】2021-02-03

(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】岩渕 俊昭

【審査官】加藤 昌人

(56)【参考文献】

【文献】実開平０４－０５４３８１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０８－１５９３２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１４６９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２９４１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０７１７２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－００３８５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ １／００－１／５４

Ｆ１６Ｋ ５１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

弁体の開度を制御する構造の圧力制御バルブであって、バルブ本体に設ける大口径弁体に内蔵した小弁体と、前記大口径弁体と前記小弁体をノーマルクローズ構造用にそれぞれ全閉状態にするためのスプリングと、前記小弁体を作動させるためのアクチュエータに連結した小弁用ステムとを有し、前記小弁体が全開した状態で、この小弁体が前記大口径弁体を開方向に動作させるためのストッパを備え、
前記大口径弁体を作動させるための大口径弁用ステムに衝撃低減部材を取り付けたことを特徴とする圧力制御バルブ。

【請求項2】

前記ストッパは、前記小弁体が全開した際に、この小弁体を、前記大口径弁用ステムの端部に係合させ、前記大口径弁体を全開状態とすることが可能な構造である請求項１に記載の圧力制御バルブ。

【請求項3】

前記アクチュエータは、ダイレクトドライブモータ又は電空レギュレータで駆動させるエアーシリンダーから成り、このアクチュエータで前記小弁用ステムを作動させてバルブの開度を制御するようにした請求項１に記載の圧力制御バルブ。

【請求項4】

前記バルブ本体の配管口径は１５０Ａ以上で、前記小弁体は１００Ａ以下であり、これを真空排気弁に用いた請求項１に記載の圧力制御バルブ。

【請求項5】

弁体の開度を制御する構造の圧力制御バルブであって、バルブ本体に設ける大口径弁体に内蔵した小弁体と、前記大口径弁体と前記小弁体をノーマルクローズ構造用にそれぞれ全閉状態にするためのスプリングと、前記大口径弁体を作動させるための大口径弁用ステム及び前記小弁体を作動させるための小弁用ステムと、前記小弁用ステムの動作により、前記小弁体を前記大口径弁体に対して開方向に動作させるためのストッパと、アクチュエータと、を備え、このアクチュエータは前記大口径弁体を全開する電空レギュレータで駆動させるエアーシリンダーと、前記小弁体を全開するダイレクトドライブモータとから成ること特徴とする圧力制御バルブ。

【請求項6】

弁体の開度を制御する構造の圧力制御バルブであって、バルブ本体に設ける大口径弁体に内蔵した小弁体と、前記大口径弁体と前記小弁体をノーマルクローズ構造用にそれぞれ全閉状態にするためのスプリングと、前記大口径弁体を作動させるための大口径弁用ステム及び前記小弁体を作動させるための小弁用ステムと、前記小弁用ステムの動作により、前記小弁体を前記大口径弁体に対して開方向に動作させるためのストッパとを備え、前記ストッパを前記小弁用ステムの端部に設け、このストッパは、前記大口径弁体が全閉した際に、前記小弁体に取り付けたディスクスリーブと接合する構造であることを特徴とする圧力制御バルブ。

【請求項7】

前記バルブ本体の配管口径は１５０Ａ以上で、前記小弁体は１００Ａ以下であり、これを真空排気弁に用いた請求項６に記載の圧力制御バルブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧力制御バルブに関し、特に半導体製造装置における大口径配管（例えば２００Ａ）に用いる真空排気弁として好適な圧力制御バルブに関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に半導体製造装置では、ＣＶＤ装置のチャンバー（リアクタ）等において、真空排気の圧力制御が必要である。この圧力制御では、例えば、チャンバーを低真空から高真空まで真空排気する場合、できるだけ処理時間を短縮して全体の生産性を向上させるため、高速で排気可能な排気ポンプの採用や配管の大型化などが要される一方で、高速で大気流の粗い真空引きが行われると、配管内に堆積したパーティクルの巻き上げの問題が生じる。これを避けるため、真空引きは通常、ある程度の真空度まで緩いフローで排気した後に高速排気するスロー排気（スローリーク）が必須となる。このようなスロー排気では、好適ないくつかの排気速度（制御フロー）を経て必要な真空度に到達できるようにチャンバー内の圧力制御も要される場合が多い。この種の従来技術としては、例えば特許文献１のバルブが提案されている。

【0003】

特許文献１は、排気系統を開閉するメインバルブにスロー排気機能を備えたスロー排気機能付きＡＰＣ（オートプレッシャーコントロール）バルブの一例であり、主弁と副弁からなる典型的な構造といえる。同文献では、副弁機構の副弁座及び副弁体が主弁体に組み込まれると共に、この副弁体を圧力流体で駆動する副弁体駆動部材が、主弁体を圧力流体で駆動する主弁体駆動部材の内部に組み込まれ、この構造により主弁機構と副弁機構との独立な作動性が確保されると共に、バルブボディの軸方向長さの短縮によりバルブの小型化が図られている。

【0004】

また、同文献の副弁機構では、副弁座を開閉する副弁体が、ニードル弁体として構成されており、主弁体が閉じた状態においてスロー排気する際は、副圧力作用室内に圧力流体が供給されて副弁体駆動部材が調整ねじに当接する位置まで上動し、副軸及び副弁体が復帰バネの付勢力に抗して引き上げられて副弁座が開放されて流路が連通することにより、チャンバが緩速で排気される。この際のリーク経路となる主弁体の具体的な構造は、同文献を参照すると、全体として扁平円盤状に形成された構造一例のみ知得可能であり、扁平状であることから、副弁座から径方向に伸びるリーク用の流路の径も、バルブ流路に比べてかなり小さく形成されていると共に、副弁体もニードル状であることから、副弁座の開口面積もかなり小さく設けられている。

【0005】

一方で、前述の圧力制御では、例えばチャンバー内でのウェハ処理の真空度自体を制御するプロセス圧力制御も行われる。真空装置においては、流入ガスのフローレートに影響されることなく、流出側の排気速度の制御によってプロセスチャンバー内の全圧を独立して制御できることは、チャンバー内の様々な化学処理条件を押さえていく上で好適だからである。このプロセス圧力の制御手段として、真空排気側の配管に設けたゲート型やバタフライ型の圧力制御バルブが採用される場合が多い。この種の従来技術として、例えば特許文献２が提案されている。

【0006】

特許文献２は、特許文献１と同様にポペット弁体から成るＬ型の真空比例開閉弁が、プロセス圧力制御バルブとして用いられた真空圧力制御システムを開示しており、この開閉弁を弁開度センサーと組み合わせて所定の自動制御を行うことで、半導体製造装置のCVD装置において、真空圧力を広いレンジにおいて精度よく一定に保持することが図られた圧力制御システムを提案している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特許第３７４５４２７号公報

【文献】特許第４０９５７３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特許文献１では、先ず、弁機構を作動させるアクチュエータの構造が複雑である点に問題があった。すなわち、小型化が図られているものの、副弁を駆動する流体圧駆動部材が、主弁を駆動する流体圧駆動部材に内蔵された構造では、２つの駆動部材を収容する２つのシリンダは、同芯をとるため極めて高い寸法精度が要されると共に、独立駆動確保のため、作動する主弁駆動部材の内部に副圧力作動室を確保しなければならないから、圧力流体の供給流路やシール性など、さらに複雑で特殊な構造が必須であり、しかも、独立駆動を制御するためのシステムも複雑化することになる。

【0009】

また近年、生産性のさらなる向上のため、ＣＶＤ等の真空装置にはバッチ式が採用され、大量のウェハ等を収容するためチャンバー容積は益々大型化されると共に、その真空排気の配管口径も、従来の８０～１００Ａ程度から、２００Ａ程度まで大径化されつつある。このため、このような大径配管系統において、従来と同等以上の性能でチャンバーからのスロー排気やプロセス圧力制御が求められつつある。

【0010】

これに対し、特許文献１をはじめとした従来のＡＰＣバルブでは、このような大口径配管に直接対応することができない点にも問題があった。具体的には、同文献のバルブのスロー排気特性（流量や速度など）は、具体的に開示された主弁体の構造、すなわち副弁の構造（副弁座や流路など）によって決まるところ、同文献が開示する構造は形状或は寸法上の制約が大きく、必要特性に応じた形状・構造の自由度が極めて小さい。特に配管の大径化に応じた副弁座の大口径化はほとんど不可能である。このため、２００A程度の大口径配管において必要とされるスロー排気特性を得ることができず、例えば、副弁座を大きくとることができないので、所定の真空圧まで到達する緩速排気に時間が掛かり過ぎて実用に耐えないものとなるおそれがある。さらに、ニードル弁体は実質的にオンオフ制御専用であり、高精度な流量・圧力制御は極めて困難である。

【0011】

よって、同文献のバルブは、口径が１００A程度までを限度とした配管における専らオンオフ制御によるスロー排気用であって、高速真空排気用としては使用できず、２００Aなどの大口径配管においては、必要とされるスロー排気圧力制御特性を得ることができない。況してや、このような大径配管において高精度なプロセス圧力制御も不可能である。このため、同文献１のバルブを、２００Aの大口径排気系統に用いた場合、次に示す図８の構成となることが避けられない。

【0012】

図８は、上記のように２００Aまで大径化された主管からなる排気系配管に、従来のバルブを設けた一例を示したブロック図である。同図において、２００A口径の主管１００は、チャンバー側である一次側１００ｂから排気ポンプ側である二次側１００ａに向かって図示しないチャンバー内の真空排気が行われる構成であるが、同文献１に示されるような従来の圧力制御バルブ１０２は、主管１００に直接設けることができないため、専用のバイパス配管としての１００A口径の小径枝管１０１を分岐させた上で、その途中に配設しなければならない。また、この枝管１０１はスロー排気専用であるから、従来の構成と同様に、プロセス圧力制御機能として、主管１００には、例えばゲート型のバルブ１０３を別途設けなければならない。

【0013】

このように、真空装置などに近年要求される２００Aなどの大口径排気系統では、図８に示される配管構成が不可避となる。このような構成では、２００Aのほかに１００Aのバイパス配管も必要となると共に、両者からなる配管はスペース効率も悪く、また、別途プロセス圧力制御用バルブも必要となるから、半導体製造装置のコスト性を不必要に大きく損なう原因となる。さらに、配管をヒータ加熱仕様とした場合は、全体の配管表面積が大きいことから、さらにコストアップにつながることになる。

【0014】

一方で、特許文献２に示されるように、通常のポペット弁体を用いたL型ゲートバルブのみで真空圧力制御を行う場合は、１台のバルブで圧力制御可能となるものの、排気系統が上述のような２００A程度の大口径配管に適用した場合、１つの大口径ポペット弁体のみからなるバルブ１台で行うことができる流体の制御精度には限界があるため、必要とされる高精度なスロー排気制御特性やプロセス圧力制御特性を得ることができないおそれがある。また、同文献のバルブは、専ら特定のプロセス圧力制御用であって、スロー排気用として好適に用いることはできない。

【0015】

本発明は、上記の問題点を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、構造の複雑化を回避しつつも、排気系統が２００Aなどの大口径配管にも使用可能であり、しかも、スロー排気用とプロセス圧力制御を高精度に制御可能であると共に、高真空排気が大口径配管のみで排気可能であって、大口径配管の開度に応じた流量範囲においても圧力制御が可能となる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】

【0016】

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、弁体の開度を制御する構造の圧力制御バルブであって、バルブ本体に設ける大口径弁体に内蔵した小弁体と、大口径弁体と小弁体をノーマルクローズ構造用にそれぞれ全閉状態にするためのスプリングと、小弁体を全開させるためのアクチュエータに連結した小弁用ステムとを有し、小弁体が全開した状態で、この小弁体が大口径弁体を開方向に動作させるためのストッパとを備えた圧力制御バルブである。

【0017】

そして、請求項１に係る発明は、大口径弁体を作動させるための大口径弁用ステムに衝撃低減部材を取り付けた圧力制御バルブである。

【0018】

請求項２に係る発明は、ストッパは、小弁体が全開した際に、この小弁体を、大口径弁用ステムの端部に係合させ、大口径弁体を全開状態とすることが可能な構造である圧力制御バルブである。

【0019】

請求項３に係る発明は、アクチュエータが、ダイレクトドライブモータ又は電空レギュレータで駆動させるエアーシリンダーから成り、このアクチュエータで小弁用ステムを作動させてバルブの開度を制御するようにした圧力制御バルブである。

【0020】

請求項４に係る発明は、バルブ本体の配管口径は１５０Ａ以上で、小弁体は１００Ａ以下であり、これを真空排気弁に用いた圧力制御バルブである。

【0021】

請求項５に係る発明は、弁体の開度を制御する構造の圧力制御バルブであって、バルブ本体に設ける大口径弁体に内蔵した小弁体と、大口径弁体と小弁体をノーマルクローズ構造用にそれぞれ全閉状態にするためのスプリングと、大口径弁体を作動させるための大口径弁用ステム及び小弁体を作動させるための小弁用ステムとを有し、小弁用ステムの動作により、小弁体を大口径弁体に対して開方向に動作させるためのストッパを備えた圧力制御バルブである。

【0022】

そして、請求項５に係る発明は、アクチュエータを備え、このアクチュエータは大口径弁体を全開する電空レギュレータで駆動させるエアーシリンダーと、小弁体を全開するダイレクトドライブモータとから成る圧力制御バルブである。

【0023】

請求項７に係る発明は、バルブ本体の配管口径は１５０Ａ以上で、小弁体は１００Ａ以下であり、これを真空排気弁に用いた請圧力制御バルブである。

【0024】

請求項６に係る発明は、弁体の開度を制御する構造の圧力制御バルブであって、バルブ本体に設ける大口径弁体に内蔵した小弁体と、大口径弁体と小弁体をノーマルクローズ構造用にそれぞれ全閉状態にするためのスプリングと、大口径弁体を作動させるための大口径弁用ステム及び小弁体を作動させるための小弁用ステムと、小弁用ステムの動作により、小弁体を大口径弁体に対して開方向に動作させるためのストッパとを備え、ストッパを小弁用ステムの端部に設け、このストッパは、大口径弁体が全閉した際に、小弁体に取り付けたディスクスリーブと接合する構造である圧力制御バルブである。

【発明の効果】

【0025】

請求項１に係る発明によると、大口径弁及び小弁が何れもスプリングを介してノーマルクローズ構造であると共に、小弁用ステムを有し、小弁体が全開した状態で、この小弁体が大口径弁体を開方向に動作させるためのストッパを備えたから、小弁用ステムを上げて小弁体を開くだけで、ストッパを介して、大口径弁体も開くことができ、小弁及び大口径弁の何れによっても、独立かつ高精度な開度制御が可能となると共に、構造の簡易化も担保され、具体的には、１台のアクチュエータだけで、小弁及び大口径弁の何れも、高精度な開度制御が可能となり、もって、１５０Ａ以上の大口径配管であっても、スロー排気とプロセス圧力制御を高精度に制御可能となり、高速真空排気が可能となる。しかも、大口径弁の弁開状態においては、小弁の全開状態が確保されるから、流路容積が最大に保たれ、バルブのコンダクタンスも向上する。

【0026】

また、後述の本発明の大口径弁体の構造によれば、簡易な構造でありながら、小弁及び大口径弁の何れの機能も損なうことなく、小弁の流量を大きく確保することが可能となる。このため、大口径の配管においてもバルブの流量が確実に確保され、小弁による高精度なプロセス圧力制御機能と共に、大口径弁による高速大流量真空排気機能も可能となり、本発明のバルブ１台のみで、両者の確実な機能の兼用化が可能となり、よって排気系統コストを大幅に抑制することができ、真空装置、延いては、半導体製造装置などの装置全体のコスト・生産性の向上にも大幅に寄与できる。

【0027】

さらには、大口径弁用ステムに衝撃低減部材を取り付けたから、大口径弁体の弁閉の際、特に緊急高速遮断される際には、大口径弁体の弁閉動作が緩和されて衝撃や振動を低減することができ、バルブの損傷や動作不良などを防止できる。

【0028】

請求項２に係る発明によると、ストッパは、小弁体が全開した際に、この小弁体を大口径弁用ステムの端部に係合させて大口径弁体を全開状態にできる構造なので、ストッパを介した小弁体と大口径弁体との係合構造を極めて簡易に設けることができると共に、確実な係合性も担保される。

【0029】

請求項３に係る発明によると、アクチュエータは、ダイレクトドライブモータ又は電空レギュレータで駆動させるエアーシリンダーから成り、このアクチュエータで小弁用ステムを作動させてバルブの開度を制御するようにしたから、バルブの開度制御を、高精度かつ確実に行うことができると共に、自動制御も可能となる。

【0030】

請求項４に係る発明によると、バルブ本体の配管口径は１５０Ａ以上で、小弁体は１００Ａ以下であり、これを真空排気弁に用いたから、近年増々需要が高まっている大口径排気配管にも用いることができる。

【0031】

請求項５に係る発明によると、大口径弁体及び小弁体が何れもスプリングを介してノーマルクローズ構造であると共に、大口径弁体用ステム及び小弁用ステムを有し、小弁用ステムの動作により、小弁体を大口径弁体に対して開方向に動作させるためのストッパを備えたから、大口径弁体が確実に閉じた状態において、ストッパを介して高精度な小弁体の開度制御が可能となり、小弁体及び大口径弁体の何れによっても、独立かつ高精度な開度制御が可能となる。

【0032】

また、後述の本発明の大口径弁体の構造によれば、簡易な構造でありながら、小弁体及び大口径弁体の何れの機能も損なうことなく、小弁体の流量を大きく確保することが可能となる。このため、大口径の配管においてもバルブの流量が確実に確保され、小弁体による高精度なプロセス圧力制御機能と共に、大口径弁体による高速大流量真空排気機能も可能となり、本発明のバルブ１台のみで、両者の確実な機能の兼用化が可能となり、よって排気系統コストを大幅に抑制することができ、真空装置、延いては、半導体製造装置などの装置全体のコスト・生産性の向上にも大幅に寄与できる。

【0033】

さらに、請求項５に係る発明によると、アクチュエータを備え、このアクチュエータは大口径弁体を全開する電空レギュレータで駆動させるエアーシリンダと、小弁体を全開するダイレクトドライブモータとから成るから、バルブの開度制御を、高精度かつ確実に行うことができると共に、自動制御も可能となる。

【0034】

請求項７に係る発明によると、バルブ本体の配管口径は１５０Ａ以上で、小弁体は１００Ａ以下であり、これを真空排気弁に用いたから、近年増々需要が高まっている大口径排気配管にも用いることができる。

【0035】

請求項６に係る発明によると、小弁用ステムの端部にストッパを設け、このストッパは、大口径弁体が全閉した際に、小弁体に取り付けたディスクスリーブと接合する構造であるから、特に、ディスクスリーブを介して、小弁用ステムと小弁体との間の高い調心作用及び耐久性を確保しつつ、小弁体と大口径弁体を独立かつ高精度に開度制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】本発明の第１実施形態の圧力制御バルブにおいて、大口径弁体及び小弁体の何れも全閉した状態を示した縦断面図である。

【図2】図１において、小弁体を全開した状態を示した縦断面図である。

【図3】図２において、大口径弁体を全開した状態を示した縦断面図である。

【図4】本発明の第２実施形態の圧力制御バルブにおいて、大口径弁体及び小弁体の何れも全閉した状態を示した縦断面図である。

【図5】図４において、小弁体を全開した状態を示した縦断面図である。

【図6】図５において、大口径弁体を全開した状態を示した縦断面図である。

【図7】図１のＡ部を拡大した拡大断面図である。

【図8】大口径の主管（２００A）からなる排気系配管に、スロー排気用として従来のバルブを設けた一例を示したブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0037】

以下、本発明の各実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１～３は、本発明の第１実施形態（本例）の圧力制御バルブを示した縦断面図である。同図において、本例のバルブは、例えば半導体製造装置における大口径配管に用いる真空排気弁として好適であり、弁体の開度を制御する構造の圧力制御バルブであって、バルブ本体１に設ける大口径弁体２の中央位置に内蔵した小弁体３と、大口径弁体２と小弁体３をノーマルクローズ構造用にそれぞれ全閉状態にするためのスプリング４、５と、小弁体３を全開させるための小弁用ステム７とを有している。

【0038】

図１～３において、ボデー８は、断面Ｌ形状であり、下側にはチャンバー側となる１次側流路９、右側にはポンプ側である２次側流路１０が設けられ、１次側流路９から２次側流路１０へ向けて真空排気されるが、この１次側から２次側への流れ方向は逆向きとなるようにバルブを用いてもよい。また、本例では、１次側流路９、２次側流路１０の何れも、直径約Φ２００ｍｍの大口径配管である。流路９、１０にそれぞれ備えられたフランジ９ａ、１０ａは、それぞれ直径約Φ２８５ｍｍである。さらに、ボデー８内の弁室１１は略円筒状であり、直径約Φ３１８．５ｍｍである。

【0039】

図１～３において、大口径弁体２は、略円筒形状の筒状部材であり、昇降動により、ポペット弁状に大口径弁用の弁座１２を開閉できる。上下の端部にはそれぞれ鍔部２ａ、２ｂが設けられ、円筒状に形成された側面部２ｃには小弁用の流路として円形状の穴部２ｄが複数（本例では６個）対称位置に設けられている。上端面には、後述の大口径弁用ステム６の下端部に設けられたフランジ部６ａがボルトで固定されていると共に、フランジ部６ａと鍔部２ｂと間には大口径弁用のベローズ１３の下端部もボルトで狭着固定されている。下側の鍔部２ａの下面外周側には、大口径弁用として環状の保持部材１４（ディスクワッシャ）を介してシール材であるＯリング１４ａがボルト固定されていると共に、下面中央部には、小弁用として約Φ９６ｍｍで円形状の弁口１５が開口している。側面部２ｃの高さは、少なくとも大口径に設けられる弁口１５の流量に対応できる高さが確保され、穴部２ｄの口径や形状・数を適切に設定できる。

【0040】

ディスクワッシャ１４の外周囲となる側面部は、縮径側が弁体側となるようにテーパ面状に形成されており、一方で、大口径弁体２下面側に同心状に形成されている環状の装着溝の外周囲となる内周側段部も、外側（弁座１２側）に向かって縮径するようにテーパ面状に形成されている。このため、シール材の装着状態では、ディスクワッシャ１４の前記側面部と装着溝の前記段部とは、断面略台形状（アリ溝状）の環状装着溝を形成できる。この環状装着溝にＯリング１４ａが装着されるように、適切な太さ・材質等、予め選択されたＯリング１４ａを前記段部に仮固定させた後、ディスクワッシャ１４を装着してボルトで大口径弁体２の前記装着溝に締め付けると、断面円形状のＯリング１４ａは、断面台形状の環状装着溝内で締め付け変形され、適切なシール代だけ大口径弁体２下面側に突出させることができ、この突出分で大口径弁体２と弁座１２との間のシール材とすることができる。

【0041】

上記のように、本発明の大口径弁体２の構造によれば、少なくとも、高さ方向に大きなサイズが確保されているので、小弁の大流量を容易に確保できるばかりか、簡易な構造であって設計自由度も高いため、穴部２ｄの構造など、小弁の流路設計も容易であり、よって、大流量をはじめとした、スロー排気に要求される様々な特性にも広く対応可能となる。このため、近年の大口径排気配管においても、この大口径弁体２に構成された小弁のみで、スロー排気などに広く容易かつ適切に対応可能となる。なお、本発明の大口径弁体２には、その中央位置に同心が維持される形態で小弁体３が内蔵されているが、この内蔵位置は、例えば偏心した位置でもよく、実施に応じて任意に選択できる。

【0042】

図１～３において、大口径弁用ステム６は、大略長尺の筒状に形成されており、筒状部６ｂの上端部にはエアダンバー１６が取り付けられる一方、前述のように下端部のフランジ部６ａは大口径弁体２の上端面にボルト固定されている。この筒状部６ｂの中空内部には、後述の小弁用ステム７やボールスプラインナット１７等が軸心方向に収容されるため、大口径弁用ステム６の径は、小弁用ステム７の径に比べて相応に太く設定されると共に、この筒状部６ｂ外周面は、ボンネット１８の筒状部１８ａ内周面に嵌って昇降動自在に案内される。

【0043】

また、フランジ部６ａには、この大口径弁用ステム６用のスプリング５の一端が取り付けられ、このスプリング５の他端は、後述のボンネット１８に取り付けられ、この構造により、スプリング５はフランジ部６ａを介して大口径弁体２を上側から常時付勢し、大口径弁のノーマルクローズ構造が確保されている。さらに、大口径弁用のベローズ１３によって、大口径用ステム６やスプリング５は、弁室１１内部空間から密封シールされているので、これらが流体に曝されることはなく、また、大口径弁体２の昇降動によって流体がバルブから漏洩することもない。

【0044】

さらに、本例のバルブには、大口径弁用ステム６に衝撃低減部材が取り付けられている。本発明のバルブはノーマルクローズ構造なので、スプリング５による弁閉力により減速されることなく大口径弁用ステム６が弾発され、大口径弁体２のＯリング１４ａが弁座１２に急激に衝突してしまった場合、或はこれが繰り返された場合、バルブに不測の損傷や作動不良等が生じるおそれがある。このため、衝撃低減部材は、大口径弁用ステム６のこのような急激な動作（降下）を減速することができる手段として設けられるものであり、スプリング６による弾発動作（弁閉動作）を適切に減速できる手段であれば、緩衝部材を設ける等、実施に応じて任意に選択できるが、本例ではエアダンパー１６が取り付けられる。

【0045】

図１～３において、エアダンパー１６は、大口径弁用ステム６上端部外周に固定された断面矩形状の環状部材であり、その外周面は、後述のボンネット１８に設けられた筒状空間であるエアシリンダー１９の内周面に沿って上下摺動可能となっている。図７は、図１のＡ部を拡大したエアダンパー１６の断面図である。

【0046】

図７において、上面側から下面側のエア室２２側に向けて、細径のリークポート２１が連通している。本例では、加工を容易にするため、エアダンパー１６の厚みの半分程度まで垂直方向に大径の拡径部２１ａを穿設し、これに続いて、細径のリークポート２１を垂直方向へ穿設加工している。また、エアダンパー１６外周面の一部には装着溝が凹状に形成され、この装着溝には環状のシール部材が装着可能であり、本例では、山側２０ａを上に向けて（谷側２０ｂをエア室２２側に向けて）Ｖパッキン２０が装着されており、エアダンパー１６外周面とエアシリンダー１９内周面との間をシールしている。

【0047】

なお、上記エアダンパー１６に換えて、例えば、小弁用ステム７としてポートを備え伸縮自在なピストンシリンダ―構造を採用し、急速に伸びる速度を適切に緩和できるようにすることで、エアダンパー１６と同等の機能を備え、小弁体３及び大口径弁体２の急激な弁閉動作を緩和するようにしてもよい。

【0048】

図１～３において、小弁体３は、略円筒形状の筒状部材であり、大口径弁体２内部空間に完全に収容された状態で大口径弁体２と同心状に昇降動可能に配設され、ポペット弁状に小弁用の弁座２３（弁口１５）を開閉できる。上端部に設けられた鍔部には、小弁用のベローズ２４の下端部が固着され、このベローズ２４の上端部は、大口径弁用ステム６のフランジ部６ａ下面に固着されていることで、小弁体３の昇降動に拘わらずベローズ２４内部が密封シールされる。

【0049】

また、ベローズ２４の内側には、一端が小弁体３側、他端が大口径弁用ステム６のフランジ部６ａ側となるように小弁用のスプリング４が取り付けられ、この構造により、スプリング４は小弁体３を上側から常時付勢し、小弁のノーマルクローズ構造が確保されている。さらに、小弁体３の下面外周側には、小弁用として環状の保持部材２５（ディスクワッシャ）を介してシール材であるＯリング２５ａがボルトで固定されている。このＯリング２５ａのディスクワッシャ２５を介した固定構造や小弁体３のシール構造は、前述のＯリング１４ａや大口径弁体２のシール構造と同様である。本例では、小弁は１００Ａ以下に設けられる。

【0050】

図１～３において、小弁用ステム７は、小弁体３が全開した状態で、この小弁体３が大口径弁体２を開方向に動作させるためのストッパ機構２６ａ、２６ｂを備えており、具体的には、後述するように小弁体３が全開した際に、この小弁体３が、大口径弁用ステム６の下端部に設けられたストッパ２６ｂに係合する構造となっている。なお、小弁用ステム７の具体的構造は後述する。

【0051】

本例では、大口径弁用ステム６のフランジ部６ａの中央部には、小弁用ステム７の下部が上下動自在に挿通できる孔部が設けられており、この孔部から下方へ向けて筒状に端部２６ｂが延び出ている。一方、小弁用ステム７の下端部は、小弁体３の中央部の固着部に固着され、この固着部からも上方へ向けて筒状に端部２６ａが延び出ている。このため、後述のように小弁体３が上昇した際、端部２６ａ、２６ｂ同士が上下から当接することで、小弁体３の上昇が係止される構造となっている。

【0052】

本例の小弁用ステム７には、アクチュエータが連結されており、このアクチュエータで小弁用ステム７を全開させてバルブの開度を制御するようにしている。アクチュエータとしては、例えば電空レギュレータで駆動させるエアシリンダ等、実施に応じて任意に選択できるが、本例ではダイレクトドライブモータである電動モータ２７を用いており、エアシリンダー１９の上部にボルトで固定されている。

【0053】

図１～３において、電動モータ２７は、全体概形が略円柱形状のダイレクトドライブモータであり、ギアやベルト、ローラなどの伝達機構を介在させることなく、被回転体に回転力をダイレクトに伝達できるモータ負荷直結型の駆動方式を採用した電動機であり、特に制限されず各種のタイプを実施に応じて任意に選択できる。例えば本例ではモータの各構成要素が縦列配置され易く、フットプリントを抑える点で好適なアウターロータ型の構造を例示しているが、高さを抑えた扁平形状に好適なインナーロータ型でもよい。

【0054】

同図において、電磁石２８は、複数の図示しない歯列が形成された磁極を円周方向に等間隔で複数個有しており、素線が多重に巻き回されて電力供給を受ける図示しないステータコイルが固定された、静止側構造の一部である。これに対し回転子２９は、内径寸法が固定側の外形寸法より大寸の円筒状をなし、その内周面には電磁石２８の磁極の歯列とは異なるピッチで形成された図示しない鉄心の歯が均一に突設され、回転側構造の一部である。これら静止側構造と回転側構造との間には、外輪３０、内輪３１、転動体３２からなる軸受が設けられ、回転側構造の回転に伴うアキシアル荷重やモーメント荷重を吸収すると共に、所定の回転検出能を有するレゾルバ３３が設けられ、電動モータ２７の自動制御が可能となる。

【0055】

回転子２９は、モータロータとなり回転する外筒体３４の内周に固着され、この外筒体３４の内周側には外輪３０が設けられ、また、外筒体３４の下部には、モータカップリングフランジ３５がボルト等で固着されている。そして、このフランジ３５中央部の小弁用ステム７を挿通する孔部には、後述のボールねじナット３６が供回り可能にボルトで固着されている。

【0056】

ここで、本例の小弁用ステム７は、外表面にボールスプライン溝７ｂとボールねじ溝７ａとを有し、アクチュエータである電動モータ２７には、ボールスプライン溝７ｂと対向して転動体の転動通路を形成するボール循環路を有するボールスプラインナット１７を回動不能に固定し、ボールねじ溝７ａと対向して転動体の転動通路を形成するボール循環路を有するボールねじナット３６を回動自在に固定すると共に、転動通路に充填される多数のボールから成る転動体を備え、ボールねじナット３６を電動モータ２７で回転させて小弁用ステム７を非回転で昇降動させるようにしている。

【0057】

本例のボールねじ機構及びボールスプライン機構は、以下のように、一般的な機構を用いることができる。

【0058】

長尺筒状の支持部材３７の上端部は、電動モータ２７下面中央部に回動不能にボルト固定されており、下端部は、ボンネット１８の筒状部１８ａの内部空間に同芯状に配置されると共に、その内部空間には小弁用ステム７が同軸状に配設される。一方、支持部材３７の下部内周側には、ボールスプラインナット１７が回動不能に固定されている。このボールスプラインナット１７に設けられている図示しないボール循環路は、ボールスプラインナット１７の軸心と平行な内周溝及びこれと連通するトンネル状の案内路から成り、小弁用ステム７の昇降動位置に依らず、常に小弁用ステム７のボールスプライン溝７ｂと対向する位置に配設され、ボールスプライン溝７ｂと共に図示しない転動通路を形成できる。この転動通路は、例えば対称位置に３つ設けられ、図示しない多数のボールから成る転動体がそれぞれ充填されており、小弁用ステム７の昇降動に伴いボール循環路を循環可能となっている。

【0059】

ボールねじナット３６は、カップリングフランジ３５を介して電動モータ２７の外筒体３４にボルト固定され回転子２９と供回り可能となっている。このボールねじナット３６に設けられている図示しないボール循環路は、螺旋状の内周溝及びこれと連通するトンネル状の案内路から成り、小弁用ステム７の昇降動に依らず、常に小弁用ステム７のボールねじ溝７ａと対向する位置となるように配設され、ボールねじ溝７ａと共に図示しない転動通路を形成できる。この転動通路は、例えば対称位置に２つ設けられ、図示しない多数のボールから成る転動体がそれぞれ充填されており、小弁用ステム７の回動に伴いボール循環路を循環可能となっている。

【0060】

ただし、小弁用ステム７の駆動構造は、上述した構造に限定されず、実施に応じて任意に選択可能であり、例えば上記の他、一般的な構造のエア駆動アクチュエータで駆動する構造などでもよい。

【0061】

続いて、本発明の第２実施形態の構造を説明する。図４～６は、本発明の第２実施形態（他例）の圧力制御バルブを示した縦断面図である。同図において、他例のバルブは、例えば半導体製造装置における大口径配管に用いる真空排気弁として好適であり、弁体の開度を制御する構造の圧力制御バルブであって、バルブ本体１に設ける大口径弁体２の中央位置に内蔵した小弁体３と、大口径弁体２と小弁体３をノーマルクローズ構造用にそれぞれ全閉状態にするためのスプリング４、５と、大口径弁体２を作動させるための大口径弁用ステム６及び小弁体３を作動させるための小弁用ステム４３とを有している。なお、この他例の説明において、前述の第１実施形態と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。

【0062】

図４～６の他例のバルブにはアクチュエータが備えられており、このアクチュエータは、大口径弁体２を全開する電磁弁３８で駆動するエアシリンダー４１と、小弁体３を全開する電動モータ４４とから成る。この他例に用いる電動モータ４４は、図１～３に示した第１実施形態に用いた電動モータ２７（ダイレクトドライブモータ）と同様に構成されており、その説明を省略するが、その他実施に応じて任意に選択できる。なお、第１実施形態と異なり、この他例の電動モータ４４は大口径弁体２の駆動用ではないので、出力を抑えることができるため、より安価で小型のモータを用いることもできる。

【0063】

図４～６において、大口径弁用ステム６上端部には、ボンネット４０に固着された筒状のエアシリンダー４１内でエア圧を受圧するピストン３９が取り付けられており、ピストン３９の外周囲にはＯリング３９ａが設けられ、エアシールを維持しながらエアシリンダー４１内周面を上下に摺動可能となっている。ボンネット４０には、エア室４２に連通するポート４０ｂが設けられており、このポート４０ｂは、外部に備えられた電磁弁３８に繋がり、この電磁弁３８によって、エア給排が自動制御可能に構成されている。ボンネット４０の筒状部４０ａの下部内周には、エア室４２の密封シールのため、Ｏリング４０ｃが設けられている。また、電磁弁３８は、外部からの入力信号に応じて、パイロット部を適切に制御することで空圧制御可能な、一般的な圧力制御機器を用いることができる。

【0064】

ここで、他例の小弁用ステム４３の構造も、前述の第１実施形態の構造と同様に、外表面にボールスプライン溝４３ｂとボールねじ溝４３ａとを有し、一方、アクチュエータである電動モータ４４の構造も、前述の第１実施形態と同様である。また、この電動モータ４４に対し、支持部材３７を介して、第１実施形態に用いたものと同様のボールスプラインナット１７が回動不能に固定されると共に、第１実施形態に用いたものと同様のボールねじナット３６が回動自在に固定されている点も同様である。

【0065】

図４～６において、小弁体３には、同芯状に筒状のディスクスリーブ４５が取り付けられている。このディスクスリーブ４５の下端部は、小弁体３の中央部に固着され、上部は、大口径弁用ステム６下端部中央に開口した孔部に昇降動自在に嵌合している。その他の構成は、第１実施形態におけるものと同様である。

【0066】

図４～６において、他例のバルブは、小弁用ステム４３の動作により、小弁体３を大口径弁体２に対して開方向に動作させるためのストッパ４６を備えている。

【0067】

具体的には、小弁用ステム４３の下端部にはストッパがボルトで固定されていると共に、ディスクスリーブ４５内の小径部４５ａを挿通して大径部４５ｂに至っている。ストッパ４６の径は、大径部４５ｂの径に適合して大径部４５ｂ内周面に嵌合しつつ摺動自在となっているが、小径部４５ａの径より大きいため、大径部４５ｂ内を上昇した際、小径部４５ａと大径部４５ｂとの間の段部に接合できる。図４、５には、この段部にストッパ４６接合状態が示されている。一方で、小弁用ステム４３の長さ及び電動モータ４４によって昇降動される移動範囲を適切に設定することにより、小弁用ステム４３によって小弁体３を全開状態までリフトすることができるのは、大口径弁体２が全閉している状態においてのみ、という構成にすることができる。

【0068】

小弁用ステム４３の下端部に設けられたストッパ４６は、図４に示す大口径弁体２及び小弁体３の何れも全閉状態において、小弁用ステム４３の上昇動作によってディスクスリーブ４５の小径部４５ａと大径部４５ｂとの間の段部と接合して小弁体３を大口径弁体２内において開方向へと上昇動させていき、図５に示すように、小弁体３を全開位置まで移動させることができる。

【0069】

この他例構造では、前述した第１実施形態の構造と異なり、後述する小弁用ステム４３に設定された上限位置（小弁体３の上死点）との関係から、大口径弁体２が弁室１１内において最下位置にあっても、図５に示すように、ディスクスリーブ４５の鍔部４５ｃ（小弁体３）の上限位置は大口径弁用ステム６の筒状部６ｃの下端位置程度までであり、互いに有効に干渉できない構造となっている。このため、大口径弁用ステム６による大口径弁体２の開閉動作は、小弁用ステム４３による小弁体３の開閉動作と独立に行うことができ、ストッパ４６がディスクスリーブ４５の前記段部と接合状態となるか否かは、弁室１１内におけるこれらストッパ４６と小弁体３との相対位置で決まる構造となっている。

【0070】

例えば、小弁用ステム４３の位置を図４に示された位置に維持したままエアシリンダー４１へのエア供給により大口径弁体２を弁開させればストッパ４６は接合していたディスクスリーブ４５の段部と離間し、また、大口径弁体２が全閉と全開との間の途中開度の場合、大口径弁体２の開度（弁室１１内における位置）次第では、その開度位置での大口径弁体２内におけるストッパ４６（小弁用ステム４３）の昇降動範囲とディスクスリーブ４５の段部（小弁体３）の昇降動範囲が重複するため、この重複範囲ではストッパ４６はディスクスリーブ４５の段部と接合可能となる。

【0071】

さらに詳細には、少なくとも、ボールねじナット３６の回転駆動によって下限位置となった際の小弁用ステム４３のストッパ４６の位置が、大口径弁体２が全閉状態かつ小弁体３も全閉状態である場合（図４）におけるディスクスリーブ４５の段部の位置より下、であると共に、上限位置となった際の小弁用ステム７のストッパ４６の位置が、大口径弁体２が全閉・全開の中間開度状態かつ小弁体３が全開状態である場合（図示せず）におけるディスクスリーブ４５の段部の位置より下、となるように設定すれば、上記構成が確保できる。

【0072】

すなわち、この他例構造では、小弁用ステム４３を下限位置から上限位置まで上昇させることによって、その下端に固定されたストッパ４６を介して、小弁体３を全閉状態から全開状態まで移動させることができるのは、図４、５に示すように、大口径弁体２が全閉状態に位置している場合のみであり、大口径弁体２が弁室１１内においてこの全閉位置以外の開弁位置にリフトアップされている場合は、小弁用ステム４３（のネジ溝４３ａ）の長さなどの構造的な関係上、ストッパ４６を介してこの小弁用ステム４３により昇降動される小弁体３は、大口径弁体２が全閉状態のときの小弁体３の最大開度と同等となる開度まで上昇することができないため、大口径弁体２が全閉状態のときの最大ストローク範囲を移動することはできない構造となっている。なお、この他例構造と異なり、小弁用ステム４３（のネジ溝４３ａ）の長さなどを長くすることで、大口径弁体２が弁室１１内において任意の位置にある場合でも、小弁体３が最大ストローク範囲を移動できる構造とすることもできる。

【0073】

上記構成により、小弁用ステム４３の長さと昇降動範囲を最小限に抑えることができるため、ステムの長さやモータの大きさの抑制につながり、バルブ全体のサイズ（縦方向長さ）を必要最小限に抑えることができると共に、必要最小限の部品を選定できることから、バルブ全体の生産コストの抑制にも寄与する。

【0074】

なお、上記第１、２実施形態の何れにおいても、大口径弁体２は、大口径高真空排気用として用いる場合を想定しているが、その他、開度を調整して大口径配管内の圧力制御用としても用いる場合等は、電磁弁３８のほか、電空レギュレータを用いるようにしてもよい。

【0075】

次いで、本発明の第１実施形態（本例）の作用を説明する。図１においては、スプリング４、５からの弾発力を受け、小弁体３及び大口径弁体２は、何れも全閉状態であり、ベローズ１３、２４は伸びた状態となっている。以下の説明のように、この状態で電動モータ２７を起動して小弁用ステム７を上昇させることで、小弁体３及び大口径弁体２を開弁させる。このため、本例のバルブは、電源オフでスプリングリターンにより弁閉するノーマルクローズ型緊急遮断弁として構成されている。

【0076】

図１の状態から電動モータ２７を回転させると、これに伴い、ボールねじナット３６が回転する。ボールねじナット３６が回転すると、このボールねじに備えられた図示しない転動体を介して、小弁用ステム７に所定の回動力が付与される。一方、この回転しようとする力は、小弁用ステム７の下部において、図示しない転動体を介して、ボールスプラインナット１７により係止される。このため、ボールねじナット３６に備えられた図示しない転動体は、図示しない転動通路を循環し、これに伴い螺旋状のボールねじ溝７ａを介して小弁用ステム７に上昇力が作用する。この上昇力による小弁用ステム７の上昇に伴い、ボールスプラインナット１７では、図示しない転動体が転動通路を循環しながら小弁用ステム７の上昇動を高精度に案内する。

【0077】

図２は、上記のようにして小弁用ステム７が上昇し、これに伴い小弁体３がリフトアップされて全開した状態を示している。このように小弁体３が上がり切った全開状態となる際には、小弁体３の端部２６ａが大口径弁用ステム６の端部２６ｂと係合して上昇が係止される。このようなストッパ構造により、小弁体３の上死点が決まる。本例の小弁体３のリフト量は、例えば小弁口径１００Ａに対して３０ｍｍ程度に設定される。

【0078】

上記図２に示した端部２６ａ、２６ｂ同士の係合状態から、小弁用ステム７をさらに電動モータ２７で上昇させて小弁体３をリフトアップすると、小弁体３の端部２６ａが大口径弁用ステム６の端部２６ｂを押し上ることにより大口径弁用ステム６がスプリング５の弾発力に抗して引き上げられ、これに伴い大口径弁体２が上昇して弁開が始まる。よって、本例の構造では、小弁用ステム７の上昇に伴い、小弁体３が全閉状態から全開状態となった際に端部２６ａ、２６ｂ同士の接合によりストッパ構造が機能し、その後、このストッパ構造により（大口径弁用ステム６と共に）大口径弁体２が全開状態まで開かれる構造となっている。

【0079】

図３は、上記のように大口径弁体２が上昇して開弁した後、小弁用ステム７が上昇限界位置まで上昇し切った状態、すなわち大口径弁体２が上死点位置となって全開した状態を示している。このように、本例の構造は、小弁体３が全開すると、大口径弁体２を全開状態とすることが可能な構造となっている。本例の大口径弁体２のリフト量は、例えば大口径弁口径２００Ａに対して７０ｍｍ程度に設定される。

【0080】

なお、逆に小弁用ステム７を下降させる際は、電動モータ２７の電源を切るなどして、ボールねじナット３６に作用する回転力を所定以下或はゼロにすれば、スプリング４の弾発力により、小弁体３の下降と共に小弁用ステム７も引き下げられて弁閉できる。これと同様に、開弁状態にある大口径弁体２も、スプリング５の弾発力により、大口径弁体２の下降と共に小弁体３を介して小弁用ステム７も引き下げられて弁閉できる。

【0081】

また、本例では大口径弁用ステム６にエアダンパー１６が備えられている。大口径弁体２が閉じる際に大口径弁用ステム６が下降するに伴い、エアダンパー１６がエア室２２のエアシールを適切に維持しながら容積を圧縮するから、エア室２２内のエア圧によりエアダンパー１６の下降動作が適切に緩和されるようになっている。

【0082】

具体的には、この下降動作の際に、Ｖパッキン２０の谷側２０ｂがエア室２２側に向けられているので、エア室２２の容積減少に伴いエア室２２内が増圧しても、リークポート２１から適切にエア圧が逃がされる一方で、Ｖパッキン２０（エアダンパー１６とエアシリンダー１９との間）からは実質的にエアがリークされないので、エアダンパー１６はエア室２２内から適切なエア圧を受けながら下降していくことができ、エアダンパー１６の下降動作が緩和される。Ｖパッキン２０のエアダンパー１６とエアシリンダー１９との間のシール性は、山側２０ａから谷側２０ｂへ（外部からエア室２２内部へ）向けた流体圧に対しては実質的にシール効果を発揮しない一方で、谷側２０ｂから山側２０ａへ向けた流体圧に対しては、谷側２０ｂに圧力が作用してＶパッキン２０の外縁部が外周側へ押し広げられ、エアダンパー１６とエアシリンダー１９との間の強力なシール性を発揮するためである。

【0083】

このため、エアダンパー１６が下降する際は、エア室２２内のエアは圧縮エアとしてリークポート２１からしか抜けることができず、エアダンパー１６には適切なエア圧が作用して下降動作が緩和される。逆に、大口径弁用ステム６が上昇する際は、リークポート２１からほぼ抵抗なくエア室２２内へエアが流入可能であると共に、Ｖパッキン２０（エアダンパー１６とエアシリンダー１９との間）からもエアが適切に流入し、しかもＶパッキン２０の山側２０ａから谷側２０ｂへ向けた摺動抵抗も小さいので、抵抗のないスムーズなエアダンパー１６の上昇が可能となる。

【0084】

このため、停電などで電源がオフとなった際であっても、スプリング５の弾発力によって大口径弁体２が急激に弁閉して弁座１２に衝突し、これによりバルブに損傷などが生じる事が防止される。特に弁閉した際の衝撃が大きい大口径弁体２には、このような弁閉動作を適切に緩和できる機構が有効である。本例はこのようにして適切に緊急遮断可能に構成されており、遮断時間は、例えば１～２秒となるように設定されている。なお、本例とは別構造の別例として、図示していないが、エアダンパー１６を有さず、電動モータ２７としてさらに大型のダイレクトドライブステッピングモータを用いたバルブ構造も可能であり、この場合は、モータが大トルクであることからエアダンパー機構による減速が不要となり得る。

【0085】

逆に、小弁用ステム７の上昇に伴ってエアダンパー１６が上昇する際には、リークポート２１の拡径部２１ａがエア室２２の反対側に向けて開口していると共に、Ｖパッキン２０の谷側２０ｂもエア室２２の反対側に向けられているので、エアダンパー１６の上昇によってエア室２２の容積増加に伴いエア室２２内が減圧しても、拡径部２１ａを介して適切にエア室２２内にエア供給がなされると共にＶパッキン２０では谷側２０ｂで確実にエアシールされているため、エア室２２内の減圧化によってエアダンパー１６の上昇動作に支障が生じることがない。

【0086】

続いて、本発明の第２実施形態（他例）の作用を説明する。図４においては、スプリング４、５からの弾発力を受け、小弁体３及び大口径弁体２は、何れも全閉状態であり、ベローズ１３、２４は伸びた状態となっている。以下の説明のように、この状態で電動モータ４４を起動して小弁用ステム４３を上昇させることで、小弁体３を開弁させる。このため、他例のバルブも、電源オフでスプリングリターンにより弁閉するノーマルクローズ型緊急遮断弁として構成されている。

【0087】

図４の状態から電動モータ４４を回転させると、これに伴い、ボールねじナット３６が回転して、小弁用ステム４３が上昇する。その詳細は、上記第１実施形態における作用と同様である。同図において、小弁用ステム４３の位置は、下限位置付近であり、下端部に固定されたストッパ４６がディスクスリーブ４５の段部に当接（接合）した状態を示している。

【0088】

図５は、上記のようにして小弁用ステム４３が上昇し、これに伴いストッパ４６を介してディスクスリーブ４５が引き上げられて小弁体３がリフトアップされて全開した状態を示している。このように小弁体３が上がり切った全開状態となった際、小弁用ステム４３の位置は上限位置付近となっており、小弁体３の上死点は、ディスクスリーブ４５下端に設けられた鍔部４５ｃに固定された六角穴付きボルトの頭が、大口径弁用ステム６下端に延出している筒状部６ｃの下端部に当接する位置となる。他例の小弁体３のリフト量は、上記第１実施形態同様に、例えば小弁口径１００Ａに対して３０ｍｍ程度に設定される。

【0089】

上記図５に示した小弁体３の全開状態において、大口径弁体２駆動用として、電動モータ４４とは独立に駆動可能な、電磁弁３８で駆動するエアシリンダー４１を起動させる。電磁弁３８をエア圧制御装置として、ボンネット４０のポート４０ｂを介してエアシリンダー４１のエア室４２にエアが供給されると、大口径弁用ステム６がスプリング５の弾発力に抗して引き上げられ、これに伴いスプリング５とベローズ１３が縮みながら大口径弁体２が上昇して弁開が始まる。

【0090】

また、大口径弁用ステム６の上昇動作は、小弁用ステム４３と独立であるから、大口径弁体２が上昇しても、小弁体３の位置は全開位置に保たれているので、大口径弁体２の上昇に伴い、スプリング４とベローズ２４が伸びながら小弁体３が弁座２３に近づいて閉じていくことになる。大口径弁体２の上昇が続くと、小弁の弁座２３が小弁体３に当接する位置となって小弁体３が全閉位置となり、それ以降は、ストッパ４６のディスクスリーブ４５との接合が解除されて離間していく。

【0091】

図６は、上記のように大口径弁体２が開弁して上昇し切った状態、すなわち大口径弁体２が上死点位置となって全開した状態を示している。なお、図６に示された小弁用ステム４３の位置は、電動モータ４４によって図５の位置から図４の位置（初期位置）に戻った位置である。このように、他例の構造は、大口径弁用ステム６は、小弁用ステム４３の駆動とは独立に駆動でき、小弁体３の開度によらず、大口径弁体２を開閉できる。他例の大口径弁体２のリフト量は、上記第１実施形態と同様に、例えば大口径弁口径２００Ａに対して７０ｍｍ程度に設定される。

【0092】

また、この他例の構造においては、図６に示された大口径弁体２の全開状態で小弁体３を開くことを想定していないため、小弁用ステム４３の長さを小さく抑えることができている。図６の状態から小弁体３を開ける（リフトアップ）ようにしようとした場合、弁座１２に対するストッパ４６の相対的な高さを大きく確保するため、小弁用ステム４３の上限位置を図示された他例よりさらに高く設定する必要が生じ、このため、ボールねじ溝４３ａの長さをさらに長くしなければならない。よって、小弁用ステム４３の長さがさらに長くなり、この場合のバルブの高さは、図６に示されたバルブの高さより高くなり、バルブサイズが増大してしまう。

【0093】

なお、逆に小弁用ステム４３を下降させる際は、電動モータ４４の電源を切るなどして、ボールねじナット３６に作用する回転力を所定以下或はゼロにすれば、スプリング４の弾発力により、小弁体３の下降と共に小弁用ステム４３も引き下げられて弁閉できる。同様に、開弁状態にある大口径弁体２も、エア室４２内の圧力エアを排気してエア圧を逃がせば、スプリング５の弾発力により、大口径弁用ステム６が引き下げられて弁閉できる。

【0094】

上記のように、本発明のバルブ構造では、小弁体３の弁開に伴い大口径弁体２も弁開できると共に、スプリングリターンによるノーマルクローズ構造であるから、バルブの開閉駆動に必要な動力源としては必要最小限のもので済ませることができ、特に、第１実施形態では、バルブ１台に対し１台のアクチュエータだけで必要な動力源を確保できる。

【0095】

また、上記大口径弁体２の構造によれば、２００Ａなどの大口径配管において、小弁にも適切に流量・排気特性を容易に備えることが可能となり、よって、小弁には高精度なスロー排気特性及びプロセス圧力制御特性を持たせることが可能となる。このため、本発明のバルブ１台で、スロー排気、高速真空排気やプロセス圧力制御など、真空装置に必要となる排気機能を兼用化することが可能となり、従来必要であった図８に示したバイパス配管１０１やスロー排気船用バルブ１０２も不要となり、大幅な配管コストの削減を齎すことができ、半導体などの製造コスト向上に大きく寄与する。

【0096】

しかも、小弁用ステム７、４３は、ボールねじナット３６で回転力を与えられるから、バックラッシュなく高精度な昇降動制御が可能となると共に、ボールスプラインナット１７で昇降動案内されるから、非回転を維持しつつ小弁体３と大口径弁体２との高精度な調心状態においてバルブを開閉可能となる。

【0097】

更に、本発明は、前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。例えば、図示していないが、ヒータを備えた別例構造として、内部ヒータを弁体やベローズに備え、外部ヒータとしてマントルヒータを用いた構造なども可能である。

【符号の説明】

【0098】

１ バルブ本体
２ 大口径弁体
３ 小弁体
４ ５ スプリング
６ 大口径弁用ステム
７ ４３ 小弁用ステム
２６ａ ２６ｂ ストッパ（端部）
１６ エアダンパー（衝撃低減部材）
２７ ４４ 電動モータ
４１ エアーシリンダー
４５ ディスクスリーブ
４６ ストッパ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】