特許 7164491 真空バルブ及び真空バルブに用いられるアクチュエータ

(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】2022-10-24

(45)【発行日】2022-11-01

(54)【発明の名称】真空バルブ及び真空バルブに用いられるアクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   F16K 51/02 20060101AFI20221025BHJP

   F16K 31/04 20060101ALI20221025BHJP

   F16K 49/00 20060101ALI20221025BHJP

【ＦＩ】

F16K51/02 A

F16K31/04 A

F16K49/00 B

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2019109400

(22)【出願日】2019-06-12

(65)【公開番号】P2020200905

(43)【公開日】2020-12-17

【審査請求日】2022-03-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100116274

【弁理士】

【氏名又は名称】富所 輝観夫

(72)【発明者】

【氏名】バイヤーズ エマニュエル

【審査官】岩田 健一

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１８－５０９５７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０６１４３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１５８０９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０４２７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２２７３２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０６－０８７７６１（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ ３１／００－３１／０５

Ｆ１６Ｋ ３１／４４－３１／６２

Ｆ１６Ｋ ５１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

真空チャンバの排出口を覆うバルブプレートと、当該バルブプレートを、前記排出口が設けられている前記真空チャンバの面に直交する軸方向に駆動させるポペット式アクチュエータとを備える真空バルブであって、
前記アクチュエータは、前記バルブプレートに連結されるシャフトと、
前記シャフトの径方向に並んで配置され、ボールねじ軸及び当該ボールねじ軸を回転させる駆動源を備える駆動ユニットと、
前記ボールねじ軸と前記シャフトを連結し、前記バルブプレートが前記排出口を覆う位置まで前記シャフトと一緒に前記軸方向に移動する連結部と、を備えていることを特徴とする真空バルブ。

【請求項2】

前記駆動源は、前記ボールねじ軸に直接接続される、請求項１に記載の真空バルブ。

【請求項3】

前記シャフトを囲み、シャフトの軸方向に伸び縮み可能なベローズを備え、
前記連結部は、前記ボールねじ軸と連結されるボールねじ連結部と、前記ボールねじ連結部から前記軸方向に沿って前記真空チャンバの排出口から離れた方向の位置で前記ベローズを支持する支持部と、を有する、請求項１又は２に記載の真空バルブ。

【請求項4】

前記連結部は、前記駆動源を収容する駆動源収容凹部を有する、請求項１乃至３の何れか１項に記載の真空バルブ。

【請求項5】

前記バルブプレートと対向するように設けられたハウジング上板と、
前記ベローズが収容される中空空間に通じ、前記ハウジング上板に設けられた開口部とを備え、
前記開口部の径は、ベローズの径よりも大きい、請求項３又は請求項３を引用する請求項４に記載の真空バルブ。

【請求項6】

前記駆動源を複数個備える、請求項１乃至５の何れか１項に記載の真空バルブ。

【請求項7】

前記シャフトは、中空構造を有する、請求項１に記載の真空バルブ。

【請求項8】

前記シャフトを加熱するシャフト加熱部を備え、当該シャフト加熱部の給電ケーブルは、前記シャフトの中空部を通る、請求項７に記載の真空バルブ。

【請求項9】

前記バルブプレートを加熱するプレート加熱部を備え、当該プレート加熱部の給電ケーブルは、前記シャフトの中空部を通る、請求項７又は８に記載の真空バルブ。

【請求項10】

真空チャンバ用のポペット式バルブアクチュエータであって、
前記真空チャンバの排出口を覆うバルブプレートを前記排出口が設けられる面に直交する軸方向に駆動させるシャフトと、
前記シャフトの径方向に並んで配置され、ボールねじ軸及び当該ボールねじ軸を回転させる駆動源を備える駆動ユニットと、
前記ボールねじ軸と前記シャフトを連結し、前記シャフトと一緒に前記軸方向に移動する連結部と、を備えていることを特徴とするアクチュエータ。

【請求項11】

前記シャフトは、中空構造を有し、
前記ベローズの下側に設けられた下側フランジと前記支持部とは密封するように固定され、
前記シャフトの中空部は、前記シャフトの外部から密封されるように前記支持部に固定され、
前記支持部は前記シャフトの端部と対向する位置に貫通孔を有する、請求項３に記載の真空バルブ。

【請求項12】

前記真空チャンバは、前記排出口を介して、前記軸方向に沿って前記真空チャンバの排出口から離れた位置に配置される真空ポンプと連結される、請求項１乃至９、及び１１の何れか１項に記載の真空バルブ。

【請求項13】

２本の前記ボールねじ軸と、
２本の前記ボールねじ軸をそれぞれ回転させる２つの前記駆動源とを備え、
２本の前記ボールねじ軸は前記シャフトの径方向にずれた位置で、前記排出口の接線方向において前記シャフトを挟むように配置される、請求項６に記載の真空バルブ。

【請求項14】

一対の前記アクチュエータを備え、一対の前記アクチュエータは、前記排出口の接線方向に垂直な径方向に沿って前記排出口を挟むように配置される、請求項１乃至９、及び１１乃至１３の何れか１項に記載の真空バルブ。

【請求項15】

前記アクチュエータは、吸気口と排気口とを有するハウジングを備え、前記吸気口は、前記軸方向において前記排気口よりも前記真空チャンバから遠い位置に設けられる、１乃至９、及び１１乃至１４の何れか１項に記載の真空バルブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空バルブ及び真空バルブに用いられるアクチュエータに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、真空チャンバと、真空チャンバ内の圧力を調整する真空ポンプとの間の流体流を制御するための真空バルブが知られている。真空バルブは、真空チャンバの排出口を覆うバルブプレートと、バルブプレートを駆動させるアクチュエータとを備えている。バルブプレートの駆動精度及び駆動速度を高めるために、真空バルブ及びそのアクチュエータに関して様々な改良が提案されている（例えば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平８－４２７３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

真空ポンプは、比較的体積が大きいので、例えば真空チャンバの排出口の近くに設置される場合には、真空バルブのアクチュエータの配置場所を制約し得る。例えば、駆動源によりシャフト等の昇降機構を昇降させてバルブプレートを駆動させるポペット式のアクチュエータでは、昇降動作のために、昇降方向におけるアクチュエータの長さが長くなりがちであり、アクチュエータが真空ポンプ及びその付属の機器類と干渉し得る。

【0005】

本発明は、このような課題を解決するものであり、配置の制約を受け難い真空バルブ、及び真空バルブに用いられるアクチュエータを提供することを目的とする。

【0006】

上記課題を解決するために、本発明は、バルブプレートと、当該バルブプレートを駆動させるアクチュエータとを備える真空バルブであって、アクチュエータは、バルブプレートに連結されるシャフトと、シャフトの径方向に並んで配置され、駆動軸及び当該駆動軸を回転させる駆動源を備える駆動ユニットと、駆動軸とシャフトを連結する連結部と、を備えていることを特徴とする。

【0007】

この構成によれば、駆動ユニットとシャフトとをシャフトの径方向に並んで配置でき、これにより、シャフトの軸方向に沿ったアクチュエータの長さを短くできる。

【発明の効果】

【0008】

以上のように本発明によれば、配置の制約を受け難くできる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本実施形態による真空バルブを含む真空排気システムの概略図である。

【図2】同真空バルブの斜視図である。

【図3】同真空バルブの側断面図である。

【図4】同真空バルブの側断面図である。

【図5】同真空バルブの要部を示す概略的な断面図である。

【図6】同真空バルブの変形例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態では、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸からなる三次元直交座標を用いて詳細な説明を行うことがある。この場合において、真空チャンバの排出口が設けられた面（例えば水平面であってもよい）に沿ってＸ軸及びＹ軸をとり、＋Ｙ方向は排出口の外周から中心に向かう径方向にあたる。－Ｙ方向はその逆方向である排出口の中心から外周に向かう径方向にあたる。Ｘ軸はこの面内でＹ軸と直交するから、Ｘ方向は排出口の接線方向にあたる。Ｚ軸は、ＸＹ平面に直交する。Ｚ方向はたとえば鉛直方向であってもよい。＋Ｚ方向は真空ポンプから排出口に向かう方向とする。－Ｚ方向はその逆方向である排出口から真空ポンプに向かう方向とする。また、実施形態では、Ｚ方向を上下方向ということがある。上方向は、＋Ｚ方向と一致する。下方向は、－Ｚ方向と一致する。

【0011】

図１は、本実施形態による真空バルブを含む真空排気システムの概略図である。

【0012】

図１に示すように、真空排気システム１は、真空チャンバ２と、真空チャンバ２を排気するための真空ポンプ４とを連結して形成される。真空チャンバ２は、半導体、フラットパネル等の製造プロセスに用いられる。真空チャンバ２は、例えば所定のプロセスガス及びプラズマを用いて内部に配置された半導体基板にエッチング処理を施す際に使用される。真空ポンプ４は、配管６、及び真空チャンバ２の排出口８を介して真空チャンバ２と連結されている。真空ポンプ４を駆動すると、排出口８を介して真空チャンバ２内のプロセスガスが排気される。なお、真空ポンプ４は、配管６を介さずに、真空チャンバ２に直接取り付けられても良い。

【0013】

排出口８は、真空チャンバ２の－Ｚ方向にある面に設けられており、排出口８は配管６に連結されている。また、真空チャンバ２内には、排出口８を覆うバルブプレート１０が設けられている。バルブプレート１０は、開度によって真空チャンバ２からの流体の排気量を調整できる、いわゆる可変コンダクタンスバルブである。バルブプレート１０は、真空チャンバ２の外に設けられたアクチュエータ１２によってＺ軸に沿って移動し、開閉量が制御される。バルブプレート１０は、排出口８を覆う大きさ及び形状を有している。バルブプレート１０を閉じると排出口８が密閉され、真空チャンバ２内の圧力を維持できる。またバルブプレート１０を所定量だけ開けて真空ポンプ４を駆動すると、真空ポンプ４によって真空チャンバ２内に負圧が発生し真空チャンバ２内からプロセスガスを排気できる。

【0014】

真空ポンプ４は、真空チャンバ２の外部、たとえば、－Ｚ方向の面側に設けられている。真空ポンプ４は、例えば半導体製造設備において汎用されているターボ分子型の高真空ポンプである。真空ポンプ４は、真空チャンバ２に対向して配置される羽収容部４ａと、配管や配線等が収容され、かつ外部機器と接続される配管や配線等が接続されているポンプ本体４ｂとを備える。

【0015】

真空チャンバ２には、バルブプレート１０を作動させるための一対のアクチュエータ１２が取り付けられており、バルブプレート１０とアクチュエータ１２が真空バルブを構成する。一対のアクチュエータ１２は、真空チャンバ２の－Ｚ方向の外面に取り付けられており、真空ポンプ４及び真空チャンバ２の排出口８をＹ軸に沿って挟むように配置されている。アクチュエータ１２は、真空ポンプ４のポンプ本体４ｂから延びる配管や配線等と干渉しないように配置されている。真空チャンバ２にアクチュエータ１２を取り付ける場合、アクチュエータ１２とポンプ本体４ｂとの干渉、及びアクチュエータ１２と真空ポンプ４の配線等との干渉を考慮する必要があり、配置上の制約が存在する場合がある。アクチュエータ１２を、Ｚ軸に沿った方向においてポンプ本体４ｂおよび／または配管や配線等には到達しないようなＺ軸寸法を有する形状とすることで、アクチュエータ１２が真空ポンプ４等と干渉するのを防止できる。

【0016】

図２は、アクチュエータの斜視図であり、図３及び図４は、真空バルブの側断面図である。なお、図３及び図４は、厳密な断面図ではなく、アクチュエータの構成をより分かり易くするために、ハウジング１４を破線で示し、さらに各部の断面のハッチングを省略してある。なお、一対のアクチュエータ１２は、同一の機械的構造を有しているため、以下では一方のアクチュエータ１２を例に挙げ、アクチュエータ１２の構造について詳細な説明を行う。また、本実施形態では２つのアクチュエータを同期させて駆動することでバルブプレート１０の開度を調整することとするが、バルブプレート１０が小さい場合には１つのアクチュエータで駆動してもよいし、バルブプレート１０が大きい場合には３つ以上のアクチュエータで駆動してもよい。

【0017】

アクチュエータ１２は、いわゆるポペット式のアクチュエータであり、ハウジング１４と、ハウジング１４内からハウジング１４外まで突出するシャフト１６と、シャフト１６が貫通するハウジング１４の開口１８ａとを備えている。ハウジング１４は、直方体形状を有している。ハウジング１４の＋Ｚ方向の端に設けられるハウジング上板１４ａには、バルブプレート１０と接続されるシャフト１６を配置するための開口１８ａが形成されている。また、ハウジング１４の－Ｚ方向の端に設けられるハウジング下板１４ｂにも、Ｚ方向から見たときに開口１８ａと略同一の位置に開口１８ｂが形成されている。ハウジング１４は、ハウジング上板１４ａ以外の部位は、導電性を有さない樹脂で形成されてもよい。ハウジング上板１４ａは、一定以上の強度を有し、かつ導電性を有する金属で形成されている。

【0018】

ハウジング上板１４ａは、ハウジング１４の＋Ｚ方向端部に設けられており、アクチュエータ１２を真空チャンバ２に取り付ける際に、真空チャンバ２の外面に接触する。ハウジング上板１４ａに設けられた開口１８ａからは、シャフト１６の＋Ｚ方向端部近傍がハウジング１４外部に突出している。また、開口１８ａは、後述するベローズを交換する際にベローズを取り出す部分でもある。また、ハウジング上板１４ａには、アクチュエータ１２を真空チャンバ２に固定するための複数のボルト１４ｃが貫通する複数の貫通孔１４ｄが設けられている。ボルト１４ｃは、真空チャンバ２の－Ｚ方向端部に設けられた底面板２ａに嵌入され、アクチュエータ１２を真空チャンバ２に固定する。全てのボルト１４ｃを底面板２ａに正確に嵌入すると、真空チャンバ２の底面板２ａに形成された排出口８と、真空ポンプ４の流入口（図示せず）が連通する。

【0019】

ハウジング１４の側面には、内部冷却用の吸気口２２ｉ、及び排気口２２ｏが設けられている。真空チャンバ２やバルブプレート１０は、プロセス時に発生する生成物が真空チャンバ２に付着するのを防止するためにヒータで加熱されることがある。このような場合、ハウジング１４を冷却するための空気を取り込むための吸気口２２ｉは、高温の真空チャンバ２から離れた位置に設けることが好ましい。これにより、真空チャンバ２によって加熱された空気が吸気口２２ｉから取り込まれるのを防止できる。図示の例では、吸気口２２ｉは、ハウジング１４の－Ｙ方向を向いた面の－Ｚ方向側の端付近に設けられており、排気口２２ｏは、－Ｘ方向を向いた面の＋Ｚ方向側の端付近に設けられている。なお、ハウジング１４の＋Ｙ方向の面にも吸気口２２ｉを設けてもよい。また、比較的熱を発し易い後述するモータの付近に吸気口２２ｉを設けることが好ましい。

【0020】

アクチュエータ１２は、バルブプレート１０を駆動させるシャフト１６と、シャフト１６の径方向にずれた位置に配置された２本のボールねじ軸２４と、ボールねじ軸２４を回転させるための２つのモータ２６と、シャフト１６とボールねじ軸２４を連結する連結部２８とを備えている。アクチュエータ１２は、２つのモータ２６と２つのボールねじ軸２４を備える駆動ユニットでシャフト１６をＺ軸に沿って移動させ、バルブプレート１０の開度を調整する。より具体的には、アクチュエータ１２は、２つのモータ２６で同時に２つのボールねじ軸２４をそれぞれ回転させる。ボールねじ軸２４の回転により連結部２８は、ボールねじ軸２４に沿ってＺ軸に沿って移動する。連結部２８に固定されたシャフト１６は、連結部２８と一緒にＺ軸に沿って移動する。また、アクチュエータ１２は、アクチュエータ１２の動作を制御するためのコントロール基板３０ａ及び冷却用のファン３２を内蔵している。

【0021】

シャフト１６は、金属で形成されており中空構造を有している。シャフト１６の＋Ｚ方向端は、バルブプレート１０に取り付けられ、－Ｚ方向端が連結部２８に固定される。シャフト１６は、ハウジング１４のＺ軸に沿った長さとほぼ同一の長さを有している。シャフト１６をＺ軸に沿って移動させることで、シャフト１６の端に取り付けられたバルブプレート１０をＺ軸に沿って移動させる。シャフト１６内に中空部を設けることで、シャフト１６内に、例えばシャフト１６を加熱するヒータ３４ａの配線を通すことができる。シャフト１６の中空部は、シャフト１６の上端から下端まで延在してもよい。シャフト１６の下端には、後述する連結部２８の貫通孔２８ｆと対向する位置に開口を有してもよい。シャフト１６の中空部は、連結部２８の貫通孔２８ｆを介してベローズ３６の外部空間と連通する。そのため、シャフト１６の中空部は、大気圧となる。シャフト１６の周囲には、Ｚ軸に沿って伸縮可能なベローズ３６が配置されている。

【0022】

ベローズ３６は、シャフト１６の移動空間を構成し、この内部空間は、真空チャンバ２の内部空間と流体的に連通し、かつベローズ３６によってベローズ３６の周辺とは流体的に分離されている。ベローズ３６は、Ｚ軸に沿って収縮可能な蛇腹状の隔壁３６ａと、隔壁３６ａの＋Ｚ方向に形成された上側フランジ３６ｂと、隔壁３６ａの－Ｚ方向に形成された下側フランジ３６ｃとを備える。ベローズ３６の隔壁３６ａは、ベローズ３６の内部空間と、ベローズ３６の周辺空間とを仕切る。真空チャンバ２の運転時には、ベローズ３６の内部空間は、真空チャンバ２と同一の圧力となり、ベローズ３６の周辺空間は大気圧となる。ベローズ３６の上側フランジ３６ｂには、底面板２ａに接触するシール構造２０が形成されている。上側フランジ３６ｂは、ハウジング上板１４ａの開口１８ａの周囲に形成された段差に引っ掛けられる。ハウジング上板１４ａが底面板２ａに固定されると、上側フランジ３６ｂは、段差と底面板２ａに挟み込まれて固定される。その状態では、シール構造２０は、ボルト１４ｃによってハウジング上板１４ａを底面板２ａに押し付けることにより、上側フランジ３６ｂと、底面板２ａとの間で押しつぶされ両者の間を密封する。

【0023】

下側フランジ３６ｃは、連結部２８に対して着脱可能に形成されている。下側フランジ３６ｃには、連結部２８に接触するシール構造３８を備えており、両者はボルト（図示せず）によって固定されている。シール構造３８は、ボルトを締め付けることにより下側フランジ３６ｃと、連結部２８の＋Ｚ方向の面との間で押しつぶされ両者の間を密封する。

【0024】

また、ベローズ３６は、Ｚ方向から見たときにハウジング上板１４ａに形成された開口１８ａよりも小さい寸法を有している。従って、下側フランジ３６ｃと連結部２８とを固定するボルトを取り外すことにより、隔壁３６ａ、上側フランジ３６ｂ、及び下側フランジ３６ｃを含むベローズ３６は、開口１８ａを通してハウジング１４から取り出せる。

【0025】

２本のボールねじ軸２４は、＋Ｚ方向から見たときにＸ軸方向においてシャフト１６を挟むように配置されＺ軸に沿って互いに平行に延びる。また２本のボールねじ軸２４は、ハウジング１４内でＺ軸回りに回転可能に、かつハウジング１４に対して±Ｘ、±Ｙ、及び±Ｚ方向のいずれの方向にも移動しないように保持されている。より具体的には２本のボールねじ軸２４の＋Ｚ方向端は、ハウジング上板１４ａによってベアリングなどを介して回転可能に保持されており、－Ｚ方向端は、モータ２６に連結されている。２本のボールねじ軸２４を、シャフト１６を挟むような位置に配置することで、ボールねじ軸２４はシャフト１６とは、シャフト１６の径方向にずれている。また、図３に示す状態は、シャフト１６を最も－Ｚ方向側に移動させた状態を示すが、この状態では２本のボールねじ軸２４とシャフト１６は、Ｘ軸に沿って並び、Ｚ軸方向においてほぼ同一の位置に配置されている。２本のボールねじ軸２４とシャフト１６とを並べて配置すると、アクチュエータ１２のＸ軸に沿った長さが長くなる場合がある。しかしながら、殆どの場合において真空ポンプ４の構成部品がアクチュエータ１２のＸ方向において干渉することがないため、このような配置は実質的に何ら不利な影響を生じさせない。

【0026】

ボールねじ軸２４の周面には螺旋状のねじ山が形成されている。ボールねじ軸２４のねじ山は、連結部２８のナットと結合する。ボールねじ軸２４の＋Ｚ方向端部は、ハウジングに対して回転可能に保持されており、－Ｚ方向端部は、モータ２６に直接、接続されている。本実施形態では、ボールねじ軸２４を、歯車やベルト等を介さずにモータ２６に直接接続する、いわゆるダイレクトドライブ方式を用いている。なお、いわゆるダイレクトドライブ方式では、ボールねじ軸２４と、モータ２６の出力軸とが直線状に並んでいる方式であり、モータ２６が出力する力とボールねじ軸２４に入力される力が等しくなる。ダイレクトドライブ方式は、ボールねじ軸２４とモータ２６の出力軸とを直接接続する構造の他に、ボールねじ軸２４とモータ２６の出力軸との間に、ボールねじ軸２４とモータ２６の出力軸とが互いに動かないように連結する連結具を介在させたもの含む。２つのボールねじ軸２４は、それぞれ連結部２８に設けられた貫通孔２８ａに挿入される。

【0027】

２つのモータ２６は、それぞれのモータ２６の駆動軸が、対応するボールねじ軸２４の軸と一直線になるように配置されている。より具体的には２つのモータ２６は、ハウジング１４の－Ｚ方向端付近に、シャフト１６を挟むように配置されている。２つのモータ２６の駆動は完全に同期しており、同一の加速度、及び同一の回転速度で対応する２つのボールねじ軸２４を回転させる。

【0028】

連結部２８は、ハウジング１４の内部を横切るようにＸ軸に沿って延びており、２つのボールねじ軸２４の回転によりシャフト１６、及びベローズ３６の下側フランジ３６ｃをＺ軸に沿って移動させる。また、アクチュエータ１２は、連結部２８がＸＹ平面と平行な姿勢を維持したまま、Ｚ軸に沿って移動するように連結部２８の移動を規制するリニアガイドＧを備えている。連結部２８は、金属材料を、Ｙ軸に沿って見たときにクランク形状にして形成されている。より具体的には、連結部２８は、それぞれのボールねじ軸２４と連結される２つのボールねじ連結部２８ｂと、ボールねじ連結部２８ｂから－Ｚ方向にずれた位置でベローズ３６を支持する支持部２８ｃと、Ｚ軸方向に延び２つのボールねじ連結部２８ｂと支持部２８ｃとを連結する２つのＺ方向連結部２８ｄとを備える。ボールねじ連結部２８ｂは、ボールねじ軸２４と結合するナットを含む。２つのボールねじ連結部２８ｂは、同一のＸＹ平面内に形成されており、ＸＹ平面内で広がる板形状を有している。ボールねじ連結部２８ｂは、ボールねじ軸２４が貫通する貫通孔２８ａと、ボールねじ軸２４と連結されるナット２８ｅとを備えている。支持部２８ｃは、２つのボールねじ連結部２８ｂよりも－Ｚ方向にあるＸＹ平面内で広がる板形状を有している。支持部２８ｃの＋Ｚ方向の面には、ベローズ３６の下側フランジ３６ｃが固定され、シール構造３８によって下側フランジ３６ｃと支持部２８ｃの＋Ｚ方向の面との間が密封される。また、シャフト１６は、その内部が密封されるように支持部２８ｃに連結される。たとえば、ベローズ３６の下側フランジ３６ｃの径方向内周とシャフト１６の外周との間に、Ｏリングなどのシール部材を配置してもよい。このようにして、シャフト１６の中空部は、シャフト１６の外部から密封される。支持部２８ｃは、シャフト１６の中空部と連通する貫通孔２８ｆを備えており、シャフト１６の中空部は、貫通孔２８ｆを介して大気圧となる。Ｚ方向連結部２８ｄは、２つのボールねじ連結部２８ｂのシャフト１６側の端と、支持部２８ｃのモータ２６側の端とを連結する。これにより、２つのボールねじ連結部２８ｂと、支持部２８ｃとは、Ｚ軸方向にずれた位置で互いに固定される。支持部２８ｃは、ボールねじ連結部２８ｂのナット２８ｅを介してボールねじ軸２４と連結され、ボールねじ軸２４が回転すると、ボールねじ軸２４に沿って±Ｚ方向に移動する。このとき、ベローズ３６の上側フランジ３６ｂは、Ｚ軸に沿って移動せず、下側フランジ３６ｃだけがＺ軸に沿って移動する。

【0029】

また、連結部２８には、両端に駆動源収容凹部としてのモータ収容凹部４０が形成され、中央にベローズ収容凹部４２が形成されている。モータ収容凹部４０は、連結部２８の－Ｚ方向側を凹ませた凹形状を有しており、Ｚ方向連結部２８ｄと、ボールねじ連結部２８ｂとがなすＬ字形状によって部分的に囲まれる領域に形成される。ベローズ収容凹部４２は、支持部２８ｃと、２つのＺ方向連結部２８ｄとによって部分的に囲まれる領域に形成される。モータ収容凹部４０により、連結部２８が最も－Ｚ方向側にあるとき（図３の状態）に連結部２８とモータ２６とが干渉しない。また、ベローズ収容凹部４２により、連結部２８が最もＺ方向側にあるとき（図４の状態）に連結部２８と、折り畳まれたベローズ３６が干渉しない。

【0030】

リニアガイドＧは、例えばＺ軸に沿って延びる板状部材であり、連結部２８に形成されたＺ軸に沿って延びる溝（図示せず）とリニアガイドＧをかみ合わせることにより、連結部２８は姿勢を維持する。

【0031】

なお、連結部２８は、少なくとも１つのボールねじ連結部２８ｂと、ボールねじ連結部２８ｂから－Ｚ方向にずれた位置に形成された支持部２８ｃと、両者を連結する少なくとも１つのＺ方向連結部２８ｄとを備えていれば、モータ収容凹部４０、及びベローズ収容凹部４２を形成できる。したがって、アクチュエータ１２がモータ２６を１つしか備えていない場合でも、上述した構造は実現可能である。

【0032】

ベローズ収容凹部４２には、Ｚ方向の面にベローズ３６の－Ｚ方向の端、及びシャフト１６の－Ｚ方向の端が取り付けられている。ベローズ収容凹部４２は、上述したように折り畳まれたベローズ３６と連結部２８との干渉を防止する。また、ベローズ収容凹部４２にはシャフト１６の－Ｚ方向の端が取り付けられており、連結部２８のＺ軸に沿った移動に伴ってシャフト１６をＺ軸に沿って移動させる。ベローズ収容凹部４２に対応する位置の－Ｚ方向の面は、ハウジング１４の－Ｚ方向の端付近に到達する。これにより、アクチュエータ１２のＺ軸に沿った長さは、シャフト１６の長さとほぼ同一となる。

【0033】

また、連結部２８を金属製とした上で連結部２８と、金属製のハウジング上板１４ａとの間に可撓性のアース線Ｅを配置することで金属製の各部を同電位にし、金属製のシャフト１６の帯電を防止してもよい。

【0034】

コントロール基板３０ａは、ハウジング１４の壁面に沿って配置されている。より具体的には、本実施形態では、コントロール基板３０ａは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算装置やＲＡＭ（Random Access Memory）等の計算領域を備えており、ハウジング１４のＸ方向側の側面に沿って配置されている。また、配線基板３０ｂが、ハウジング１４の－Ｚ方向側の底面に沿って配置されコントロール基板３０ａとモータ２６とを接続している。コントロール基板３０ａ付近には、ハウジング１４の排気口２２ｏと対応する位置設けられた冷却用のファン３２が設けられている。コントロール基板３０ａには、真空チャンバ２内の圧力の検出結果等が入力され、コントロール基板３０ａは、入力された結果に基づいてモータ２６の駆動量を算出し、開弁信号をモータ２６に出力する。

【0035】

また、シャフト１６の中空部内に、シャフト１６を加熱してプロセス処理時に発生する生成物の付着を防止するヒータ３４ａを設けてもよい。ヒータ３４ａの配線は、シャフト１６の中空部、及び連結部２８の貫通孔２８ｆを通って連結部２８よりも－Ｚ方向に延び、さらにハウジング下板１４ｂの開口１８ｂを通してハウジング１４の外部まで延びる。これにより、ヒータ３４ａの配線をアクチュエータ１２の外部の電源と接続できる。

【0036】

図５は、アクチュエータの要部を示す概略的な断面図である。なお、図５は、ハウジング１４内の空気の流れを説明することを目的とする図であるため、アクチュエータ１２内で空気の流れと関係が深い構成要素だけを示し、他の構成要素は省略している。図５に示すように、アクチュエータ１２内には、真空チャンバ２から離れた位置にある吸気口２２ｉから空気が流入する。吸気口２２ｉからアクチュエータ１２内に流入した空気は、発熱源となるモータ２６の付近、及びコントロール基板３０ａの付近を通ってファン３２の方向、即ち＋Ｚ方向に向けて流れる。ファン３２に到達した空気は、排気口２２ｏからハウジング１４外に排出される。

【0037】

次に、アクチュエータの作用について説明する。バルブプレート１０を閉じている状態では、アクチュエータ１２は、図３に示す状態となる。この場合、連結部２８は、ハウジング１４内の最も－Ｚ方向側にあり、Ｘ軸と平行な姿勢を保持している。この状態で、コントロール基板３０からモータ２６に開弁信号が入力されると、２つのモータ２６が同時に、同一の量だけ回転駆動する。２つのモータ２６が回転駆動すると、２つのモータ２６に連結されているボールねじ軸２４が同時に、同一の量だけ回転する。これにより、図４に示すように、ボールねじ軸２４に噛み合っている連結部２８が、Ｘ軸と平行な姿勢を維持しながらＺ軸に沿って延びるリニアガイドＧに沿って、ボールねじ軸２４の回転量に対応する量だけ＋Ｚ方向に移動する。連結部２８が＋Ｚ方向に移動すると、連結部２８は、ベローズ３６及びシャフト１６を＋Ｚ方向に移動させる。これによりバルブプレート１０が＋Ｚ方向に移動する。また、連結部２８の＋Ｚ方向への移動に伴い、ベローズ３６の上側フランジ３６ｂの位置を保持したまま、下側フランジ３６ｃを＋Ｚ軸方向に移動させる。これにより、ベローズ３６は、ベローズ収容凹部４２と、ハウジング上板１４ａによって折り畳まれる。折り畳まれたベローズ３６は、ベローズ収容凹部４２内で縮むため、連結部２８の移動を妨げない。連結部２８が＋Ｚ方向に移動することによりシャフト１６がバルブプレート１０をＺ方向に移動させ、真空チャンバ２の排出口８が開弁信号に応じた量だけ開く。シャフト１６を＋Ｚ方向に移動させると、シャフト１６はアクチュエータ１２のハウジングから突出し、真空チャンバ２内に延びる。このとき、例えばヒータ３４ａを駆動することでシャフト１６を加熱し、シャフト１６にプロセス時に発生する生成物が付着するのを防止してもよい。

【0038】

真空チャンバ２の排出口８を閉じる場合には、モータ２６を上記とは逆回転させる。モータ２６を逆回転させると、ボールねじ軸２４がＺ軸回りに回転する。これにより、連結部２８はＸ軸と平行な姿勢を維持したまま、リニアガイドＧに沿って－Ｚ方向に移動する。連結部２８が最下部（図３に示す位置）まで到達すると、バルブプレート１０が完全に閉じ、真空チャンバ２を密封できる。

【0039】

以上のように実施形態にかかるアクチュエータ１２によれば、アクチュエータ１２のＺ軸に沿った長さを、シャフト１６の長さとほぼ同一にできる。これにより、アクチュエータ１２のＺ軸に沿った長さを短くできる。また、シャフト１６と、ボールねじ軸２４及びモータ２６とを、同軸上に配置せず、シャフト１６の径方向にずらして配置することで、シャフト１６内に必要な配線を通せる。

【0040】

本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

【0041】

図６は、変形例による真空バルブが適用された真空排気システムを示すブロック図である。図６に示すように、シャフト１６内に配置されていたヒータ３４ａに加えて、又はヒータ３４ａに替えて、バルブプレート１０の内部にヒータ３４ｂ配置してもよい。この場合も、ヒータ３４ｂの配線Ｌは、シャフト１６内を通ってアクチュエータ１２の外部まで延びる。このような形態により、バルブプレート１０に、プロセス時に発生する生成物が付着するのを防止できる。

【符号の説明】

【0042】

１０ バルブプレート
１２ アクチュエータ
１４ ハウジング
１６ シャフト
１８ａ 開口
２４ ボールねじ
２６ モータ
２８ 連結部
３４ａ，３４ｂ ヒータ
３６ ベローズ
４０ モータ収容凹部
４２ ベローズ収容凹部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】