特許7187011アクチュエータ、バルブ、流体供給システム、および半導体製造装置
(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】2022-12-02
(45)【発行日】2022-12-12
(54)【発明の名称】アクチュエータ、バルブ、流体供給システム、および半導体製造装置
(51)【国際特許分類】
F16K 31/122 20060101AFI20221205BHJP
F16K 39/02 20060101ALI20221205BHJP
F16K 7/17 20060101ALN20221205BHJP
【ＦＩ】
F16K31/122
F16K39/02
F16K7/17 A
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2018167831
(22)【出願日】2018-09-07
(65)【公開番号】P2020041565
(43)【公開日】2020-03-19
【審査請求日】2021-09-01
(73)【特許権者】
【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
(74)【代理人】
【識別番号】110000279
【氏名又は名称】弁理士法人ウィルフォート国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】中田 朋貴
(72)【発明者】
【氏名】近藤 研太
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 秀信
(72)【発明者】
【氏名】湯原 知子
(72)【発明者】
【氏名】辻野 健吾
【審査官】大内 俊彦
(56)【参考文献】
【文献】特開平１１－１５３２４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－３１４２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】実公平３－２５４８１（ＪＰ，Ｙ２）
【文献】中国特許出願公開第１０４７２８５０９（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ１６Ｋ ３１／１２２
Ｆ１６Ｋ ３９／０２
Ｆ１６Ｋ ７／１７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
駆動流体を流通させるための流体通路が形成されたケーシングと、前記ケーシング内に設けられて前記ケーシングとともに圧力室を形成し、外部から前記流体通路を介して供給される駆動流体により駆動される駆動ピストンと、
前記ケーシング内に設けられ、前記流体通路の有効断面積を変更する第１流量調整機構と、を備え、
前記第１流量調整機構は、前記流体通路の圧力の増減に応じて前記第１流量調整機構における前記有効断面積を増減させるように構成され、
前記ケーシングには、前記第１流量調整機構が設けられ前記流体通路の一部を構成する第１挿入孔が形成され、
前記第１流量調整機構は、第１スプリング押えと、第１ピストンと、第１スプリングとを有し、
前記第１スプリング押えは、前記第１挿入孔に挿入され、
前記第１ピストンは、前記第１スプリング押えよりも前記第１挿入孔の内側において移動可能に設けられ、
前記第１スプリングは、前記第１スプリング押えと前記第１ピストンとの間に設けられて、前記第１ピストンを前記第１挿入孔の内側に向かって付勢し、
前記流体通路の圧力が第１の所定の圧力以上の場合に、前記第１ピストンは、前記第１スプリングの付勢力に抗して移動し、前記第１挿入孔における前記第１ピストンよりも内側に第１流入室を形成し、前記第１流入室により前記流体通路を開放し、
前記第１流入室の圧力の減少に応じて、前記第１ピストンが、前記第１スプリングの付勢力により、前記第１挿入孔の内側へ移動し、前記流体通路の圧力が前記第１の所定の圧力よりも小さい場合に、前記第１ピストンの内面が前記ケーシングに当接し、前記有効断面積を最小にし、
前記第１ピストンの前記内面には、凹部が形成され、
前記流体通路の圧力が前記第１の所定の圧力よりも小さく、前記第１ピストンの内面が前記ケーシングに当接している状態で、前記凹部を介して、前記第１流量調整機構に対して一方の側に位置する前記流体通路と他方の側に位置する前記流体通路とは互いに連通している、アクチュエータ。
【請求項2】
第２流量調整機構と、逆止弁と、をさらに備え、前記ケーシングには、前記第２流量調整機構が設けられる第２挿入孔と、前記逆止弁が設けられる第３挿入孔とが形成され、
前記第２流量調整機構は、第２スプリング押えと、第２ピストンと、第２スプリングとを有し、
前記第２スプリング押えは、前記第２挿入孔に挿入され、
前記第２ピストンは、前記第２スプリング押えよりも前記第２挿入孔の内側において移動可能に設けられ、
前記第２スプリングは、前記第２スプリング押えと前記第２ピストンとの間に設けられて、前記第２ピストンを前記第２挿入孔の内側に向かって付勢し、
前記流体通路は、第１流体通路と、第２流体通路と、第３流体通路と、第４流体通路と、第５流体通路と、を有し、
前記第１流体通路は、前記流体通路において外部から供給される駆動流体が最初に通過する通路であり、前記第２流体通路に連通し、
前記第２流体通路は、前記第１挿入孔と前記第３挿入孔とを連通し、
前記第３流体通路は、前記第１挿入孔と前記第２挿入孔とを連通し、
前記第４流体通路は、前記第３流体通路と前記圧力室とを連通し、
前記第５流体通路は、前記第２挿入孔と前記第３挿入孔とを連通し、
前記第３流体通路の圧力が第２の所定の圧力以上の場合に、前記第２ピストンは、前記第２スプリングの付勢力に抗して移動し、前記第２挿入孔における前記第２ピストンよりも内側に第２流入室を形成し、前記第２流入室により、前記第３流体通路と前記第５流体通路とが連通し、
前記第２流入室の圧力の減少に応じて前記第２ピストンが、前記第２スプリングの付勢力により、前記第２挿入孔の内側へ移動し、前記第３流体通路の圧力が前記第２の所定の圧力よりも小さい場合に、前記第２ピストンの内面が前記ケーシングに当接し、前記第３流体通路と前記第５流体通路との連通を遮断し、
前記第２の所定の圧力は、前記第１の所定の圧力よりも小さく、
前記逆止弁は、前記第２流体通路の圧力が前記第５流体通路の圧力よりも小さい場合に開状態となり、前記第２流体通路の圧力が前記第５流体通路の圧力以上の場合に閉状態となる、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項3】
前記第１スプリングの付勢力は前記第２スプリングの付勢力よりも大きく、かつ、前記第１スプリングの内面の面積は、前記第２スプリングの内面の面積と等しく構成され、または、前記第１スプリングの内面の面積は前記第２スプリングの内面の面積よりも大きく、かつ、前記第１スプリングの付勢力は、前記第２スプリングの付勢力と等しく構成されている、請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項4】
流入路および流出路が形成されたボディと、前記流入路および前記流出路を開閉する弁体と、
前記弁体により前記流入路および前記流出路を連通または遮断させるために、前記ボディに対し近接および離間移動するステムと、
前記ボディに接続され、駆動流体を流通させるための流体通路が形成されたケーシングと、
前記ケーシング内に設けられて前記ケーシングとともに圧力室を形成し、外部から前記流体通路を介して供給される駆動流体により駆動され、前記ステムを作動させる駆動ピストンと、
前記ケーシング内に設けられ、前記流体通路の有効断面積を変更する第１流量調整機構と、を備え、
前記第１流量調整機構は、前記流体通路の圧力の増減に応じて前記第１流量調整機構における前記有効断面積を増減させるように構成され、
前記ケーシングには、前記第１流量調整機構が設けられ前記流体通路の一部を構成する第１挿入孔が形成され、
前記第１流量調整機構は、第１スプリング押えと、第１ピストンと、第１スプリングとを有し、
前記第１スプリング押えは、前記第１挿入孔に挿入され、
前記第１ピストンは、前記第１スプリング押えよりも前記第１挿入孔の内側において移動可能に設けられ、
前記第１スプリングは、前記第１スプリング押えと前記第１ピストンとの間に設けられて、前記第１ピストンを前記第１挿入孔の内側に向かって付勢し、
前記流体通路の圧力が第１の所定の圧力以上の場合に、前記第１ピストンは、前記第１スプリングの付勢力に抗して移動し、前記第１挿入孔における前記第１ピストンよりも内側に第１流入室を形成し、前記第１流入室により前記流体通路を開放し、
前記第１流入室の圧力の減少に応じて、前記第１ピストンが、前記第１スプリングの付勢力により、前記第１挿入孔の内側へ移動し、前記流体通路の圧力が前記第１の所定の圧力よりも小さい場合に、前記第１ピストンの内面が前記ケーシングに当接し、前記有効断面積を最小にし、
前記第１ピストンの前記内面には、凹部が形成され、
前記流体通路の圧力が前記第１の所定の圧力よりも小さく、前記第１ピストンの内面が前記ケーシングに当接している状態で、前記凹部を介して、前記第１流量調整機構に対して一方の側に位置する前記流体通路と他方の側に位置する前記流体通路とは互いに連通している、バルブ。
【請求項5】
駆動流体を供給する供給源と、前記供給源から供給される駆動流体により駆動するバルブと、前記供給源から前記バルブへ駆動流体を供給する流れと駆動流体を前記バルブの駆動部から外部へ排出する流れとを切り替える切替部と、を備える流体供給システムであって、前記バルブは、
流入路および流出路が形成されたボディと、
前記流入路および前記流出路を開閉する弁体と、
前記弁体により前記流入路および前記流出路を連通または遮断させるために、前記ボディに対し近接および離間移動するステムと、
前記ボディに接続され、駆動流体を流通させるための流体通路が形成されたケーシングと、
前記ケーシング内に設けられて前記ケーシングとともに圧力室を形成し、外部から前記流体通路を介して供給される駆動流体により駆動され、前記ステムを作動させる駆動ピストンと、
前記ケーシング内に設けられ、前記流体通路の有効断面積を変更する第１流量調整機構と、を備え、
前記第１流量調整機構は、前記流体通路の圧力の増減に応じて前記流量調整機構における前記有効断面積を増減させるように構成され、
前記ケーシングには、前記第１流量調整機構が設けられ前記流体通路の一部を構成する第１挿入孔が形成され、
前記第１流量調整機構は、第１スプリング押えと、第１ピストンと、第１スプリングとを有し、
前記第１スプリング押えは、前記第１挿入孔に挿入され、
前記第１ピストンは、前記第１スプリング押えよりも前記第１挿入孔の内側において移動可能に設けられ、
前記第１スプリングは、前記第１スプリング押えと前記第１ピストンとの間に設けられて、前記第１ピストンを前記第１挿入孔の内側に向かって付勢し、
前記流体通路の圧力が第１の所定の圧力以上の場合に、前記第１ピストンは、前記第１スプリングの付勢力に抗して移動し、前記第１挿入孔における前記第１ピストンよりも内側に第１流入室を形成し、前記第１流入室により前記流体通路を開放し、
前記第１流入室の圧力の減少に応じて、前記第１ピストンが、前記第１スプリングの付勢力により、前記第１挿入孔の内側へ移動し、前記流体通路の圧力が前記第１の所定の圧力よりも小さい場合に、前記第１ピストンの内面が前記ケーシングに当接し、前記有効断面積を最小にし、
前記第１ピストンの前記内面には、凹部が形成され、
前記流体通路の圧力が前記第１の所定の圧力よりも小さく、前記第１ピストンの内面が前記ケーシングに当接している状態で、前記凹部を介して、前記第１流量調整機構に対して一方の側に位置する前記流体通路と他方の側に位置する前記流体通路とは互いに連通している、流体供給システム。
【請求項6】
請求項４に記載のバルブ、または、請求項５に記載の流体供給システムを備える半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アクチュエータ、バルブ、流体供給システム、および半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【0002】
駆動流体により開閉を行うバルブにおいて、ダイヤフラムと弁座との衝突を緩和するバルブが求められている（例えば特許文献１参照。）。特許文献１に開示されたバルブでは、第１アクチュエータにより第１往復動部材を弁座に近付ける方向へ移動させ、ストッパにより移動を止めさせ、弁座とダイヤフラム弁体との間に所定隙間がある状態にしている。そして、その状態から、第２アクチュエータにより第１往復動部材に対して第２往復動部材を弁座に近付ける方向へ移動させることで、弁座とダイヤフラム弁体との衝突を緩和しつつ、弁座にダイヤフラム弁体を当接させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１８－３１４２８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、特許文献１のバルブでは、第１アクチュエータおよび第２アクチュエータが必要であり、バルブの構成が複雑になってしまう。
【0005】
そこで本発明は、簡易な構成でダイヤフラムが弁座に着座する速度を抑え、微細なパーティクルの発生を抑制可能なアクチュエータ、バルブ、流体供給システム、および半導体製造装置を提供することを目的の一つとする。
【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、本発明の一態様であるアクチュエータは、駆動流体を流通させるための流体通路が形成されたケーシングと、前記ケーシング内に設けられて前記ケーシングとともに圧力室を形成し、外部から前記流体通路を介して供給される駆動流体により駆動される駆動ピストンと、前記ケーシング内に設けられ、前記流体通路の有効断面積を変更する第１流量調整機構と、を備え、前記第１流量調整機構は、前記流体通路の圧力の増減に応じて前記第１流量調整機構における前記有効断面積を増減させるように構成されている。
【0007】
また、前記ケーシングには、前記第１流量調整機構が設けられ前記流体通路の一部を構成する第１挿入孔が形成され、前記第１流量調整機構は、第１スプリング押えと、第１ピストンと、第１スプリングとを有し、前記第１スプリング押えは、前記第１挿入孔に挿入され、前記第１ピストンは、前記第１スプリング押えよりも前記第１挿入孔の内側において移動可能に設けられ、前記第１スプリングは、前記第１スプリング押えと前記第１ピストンとの間に設けられて、前記第１ピストンを前記第１挿入孔の内側に向かって付勢し、前記流体通路の圧力が第１の所定の圧力以上の場合に、前記第１ピストンは、前記第１スプリングの付勢力に抗して移動し、前記第１挿入孔における前記第１ピストンよりも内側に第１流入室を形成し、前記第１流入室により前記流体通路を開放し、前記第１流入室の圧力の減少に応じて、前記第１ピストンが、前記第１スプリングの付勢力により、前記第１挿入孔の内側へ移動し、前記流体通路の圧力が前記第１の所定の圧力よりも小さい場合に、前記第１ピストンの内面が前記ケーシングに当接し、前記有効断面積を最小にしてもよい。
【0008】
また、前記第１ピストンの前記内面には、凹部が形成され、前記流体通路の圧力が前記第１の所定の圧力よりも小さく、前記第１ピストンの内面が前記ケーシングに当接している状態で、前記凹部を介して、前記第１流量調整機構に対して一方の側に位置する前記流体通路と他方の側に位置する前記流体通路とは互いに連通してもよい。
【0009】
また、第２流量調整機構と、逆止弁と、をさらに備え、前記ケーシングには、前記第２流量調整機構が設けられる第２挿入孔と、前記逆止弁が設けられる第３挿入孔とが形成され、前記第２流量調整機構は、第２スプリング押えと、第２ピストンと、第２スプリングとを有し、前記第２スプリング押えは、前記第２挿入孔に挿入され、前記第２ピストンは、前記第２スプリング押えよりも前記第２挿入孔の内側において移動可能に設けられ、前記第２スプリングは、前記第２スプリング押えと前記第２ピストンとの間に設けられて、前記第２ピストンを前記第２挿入孔の内側に向かって付勢し、前記流体通路は、第１流体通路と、第２流体通路と、第３流体通路と、第４流体通路と、第５流体通路と、を有し、前記第１流体通路は、前記流体通路において外部から供給される駆動流体が最初に通過する通路であり、前記第２流体通路に連通し、前記第２流体通路は、前記第１挿入孔と前記第３挿入孔とを連通し、前記第３流体通路は、前記第１挿入孔と前記第２挿入孔とを連通し、前記第４流体通路は、前記第３流体通路と前記圧力室とを連通し、前記第５流体通路は、前記第２挿入孔と前記第３挿入孔とを連通し、前記第３流体通路の圧力が第２の所定の圧力以上の場合に、前記第２ピストンは、前記第２スプリングの付勢力に抗して移動し、前記第２挿入孔における前記第２ピストンよりも内側に第２流入室を形成し、前記第２流入室により、前記第３連通路と前記第５連通路とが連通し、前記第２流入室の圧力の減少に応じて前記第２ピストンが、前記第２スプリングの付勢力により、前記第２挿入孔の内側へ移動し、前記第３連通路の圧力が前記第２の所定の圧力よりも小さい場合に、前記第２ピストンの内面が前記ケーシングに当接し、前記第３連通路と前記第５連通路との連通を遮断し、前記第２の所定の圧力は、前記第１の所定の圧力よりも小さく、前記逆止弁は、前記第２流体通路の圧力が前記第５流体通路の圧力よりも小さい場合に開状態となり、前記第２流体通路の圧力が前記第５流体通路の圧力以上の場合に閉状態となってもよい。
【0010】
また、前記第１スプリングの付勢力は前記第２スプリングの付勢力よりも大きく、かつ、前記第１スプリングの内面の面積は、前記第２スプリングの内面の面積と等しく構成され、または、前記第１スプリングの内面の面積は前記第２スプリングの内面の面積よりも大きく、かつ、前記第１スプリングの付勢力は、前記第２スプリングの付勢力と等しく構成されてもよい。
【0011】
本発明の一態様であるバルブは、流入路および流出路が形成されたボディと、前記流入路および前記流出路を開閉する弁体と、前記弁体により前記流入路および前記流出路を連通または遮断させるために、前記ボディに対し近接および離間移動するステムと、前記ボディに接続され、駆動流体を流通させるための流体通路が形成されたケーシングと、前記ケーシング内に設けられて前記ケーシングとともに圧力室を形成し、外部から前記流体通路を介して供給される駆動流体により駆動され、前記ステムを作動させる駆動ピストンと、前記ケーシング内に設けられ、前記流体通路の有効断面積を変更する第１流量調整機構と、を備え、前記第１流量調整機構は、前記流体通路の圧力の増減に応じて前記第１流量調整機構における前記有効断面積を増減させるように構成されている。
【0012】
また、本発明の一態様である流体供給システムは、駆動流体を供給する供給源と、前記供給源から供給される駆動流体により駆動するバルブと、前記供給源から前記バルブへ駆動流体を供給する流れと駆動流体を前記バルブの前記駆動部から外部へ排出する流れとを切り替える切替部と、を備える流体供給システムであって、前記バルブは、流入路および流出路が形成されたボディと、前記流入路および前記流出路を開閉する弁体と、前記弁体により前記流入路および前記流出路を連通または遮断させるために、前記ボディに対し近接および離間移動するステムと、前記ボディに接続され、駆動流体を流通させるための流体通路が形成されたケーシングと、前記ケーシング内に設けられて前記ケーシングとともに圧力室を形成し、外部から前記流体通路を介して供給される駆動流体により駆動され、前記ステムを作動させる駆動ピストンと、前記ケーシング内に設けられ、前記流体通路の有効断面積を変更する第１流量調整機構と、を備え、前記第１流量調整機構は、前記流体通路の圧力の増減に応じて前記第１流量調整機構における前記有効断面積を増減させるように構成されている。
【0013】
また、本発明の一態様である半導体製造装置は、上記のバルブ、もしくは、上記の流体供給システムを備える。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、簡易な構成でダイヤフラムが弁座に着座する速度を抑え、微細なパーティクルの発生を抑制可能なアクチュエータ、バルブ、流体供給システム、および半導体製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】第１実施形態に係るバルブの正面図である。
【図2】第１実施形態に係るバルブの上面図である。
【図4】仕切ディスク近傍を拡大した断面図である。
【図6】第１実施形態に係る流体供給システムの構成図である。
【図7】バルブの開閉時における、第１流量調整機構の動作の説明図である。
【図8】ステムのストロークと時間との関係を示すグラフである。
【図9】バルブおよび流体供給システムを備える半導体製造装置を示す。
【図10】第２実施形態に係るバルブの中ケーシングの断面図である。
【図11】第２実施形態に係る流体供給システムの構成図である。
【図12】バルブの開閉時における、第１流量調整機構、第２流量調整機構、および逆止弁の動作の説明図である。
【図13】第１実施形態のバルブの第１流量調整機構の変形例を示す図である。
【図14】第２実施形態のバルブの第１流量調整機構および第２流量調整機構の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
本発明の一実施形態に係るアクチュエータ、バルブ、流体供給システム、および半導体製造装置について、図面を参照して説明する。
【0017】
図１は、第１実施形態に係るバルブ１の正面図を示している。図２は、第１実施形態に係るバルブ１の上面図を示している。図３は、図２に示したバルブ１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図を示している。図４は、仕切ディスク２２近傍を拡大した断面図を示している。図５は、図１に示したバルブ１のＶ－Ｖ線に沿った断面図を示している。なお、本実施形態に係るバルブ１はダイヤフラムバルブである。
【0018】
図１に示すように、バルブ１は、ボディ１０と、アクチュエータ２０とを備える。なお、以下の説明において、バルブ１の、アクチュエータ２０側を上側、ボディ１０側を下側として説明する。
【0019】
［ボディ１０］
図３に示すように、ボディ１０は、ボディ本体１１と、シート１２と、ボンネット１３と、止め輪１４と、ダイヤフラム１５と、押えアダプタ１６と、ダイヤフラム押え１７とを備える。
図３に示すように、ボディ１０は、ボディ本体１１と、シート１２と、ボンネット１３と、止め輪１４と、ダイヤフラム１５と、押えアダプタ１６と、ダイヤフラム押え１７とを備える。
【0020】
ボディ本体１１には、弁室１１ａと、弁室１１ａに連通する流入路１１ｂおよび流出路１１ｃとが形成されている。シート１２は、環状をなし、弁室１１ａと流入路１１ｂとが連通する箇所の周縁に設けられている。
【0021】
ボンネット１３は、略円筒状をなし、その下端部の外周に設けられた雄ネジ部をボディ本体１１に設けられた雌ネジ部に螺合させることにより、弁室１１ａを覆うようにボディ本体１１に固定されている。止め輪１４は、アクチュエータ２０をボディ１０に固定するために、ボンネット１３の上端部の外周に装着される。
【0022】
また、ボンネット１３の上端部には、凹部１３ａが形成され、凹部１３ａに断面円形の第１Ｏリング１３Ｂが設けられている。第１Ｏリング１３Ｂは、後述のステム２６の上下方向の移動（ダイヤフラム１５に対する近接および離間移動）をガイドし、後述の第１圧力室Ｓ１から駆動流体が外部に漏れるのを防止する。
【0023】
弁体であるダイヤフラム１５は、ボンネット１３の下端に配置された押えアダプタ１６とボディ本体１１の弁室１１ａを形成する底面とにより、その外周縁部が挟圧され保持されている。ダイヤフラム１５は、球殻状をなし、上に凸の円弧状が自然状態となっている。ダイヤフラム１５がシート１２に対し離間および当接することによって、流体通路の開閉が行われる。ダイヤフラム１５は、例えば、複数枚の金属の薄板により構成され、円形に切り抜き、中央部を上方へ膨出させた球殻状に形成される。
【0024】
ダイヤフラム押え１７は、ダイヤフラム１５の上側に設けられ、ダイヤフラム１５の中央部を押圧可能に構成されている。
【0025】
［アクチュエータ２０］
アクチュエータ２０は、全体で略円柱形状をなし、下ケーシング２１と、仕切ディスク２２と、サポートディスク２３と、中ケーシング２４と、上ケーシング２５と、ステム２６と、圧縮コイルスプリング２７と、断面円形の第２～第４Ｏリング２８Ａ～２８Ｃと、４本のボルト２９（図２参照）と、駆動部３０と、第１流量調整機構４０とを有する。なお、下ケーシング２１と、仕切ディスク２２と、サポートディスク２３と、中ケーシング２４と、上ケーシング２５とにより、アクチュエータ２０のケーシングが構成される。
アクチュエータ２０は、全体で略円柱形状をなし、下ケーシング２１と、仕切ディスク２２と、サポートディスク２３と、中ケーシング２４と、上ケーシング２５と、ステム２６と、圧縮コイルスプリング２７と、断面円形の第２～第４Ｏリング２８Ａ～２８Ｃと、４本のボルト２９（図２参照）と、駆動部３０と、第１流量調整機構４０とを有する。なお、下ケーシング２１と、仕切ディスク２２と、サポートディスク２３と、中ケーシング２４と、上ケーシング２５とにより、アクチュエータ２０のケーシングが構成される。
【0026】
下ケーシング２１は、略円筒状をなし、ボンネット１３が貫通するボンネット貫通孔２１ａと、駆動部３０を収容する駆動部収容孔２１ｂとが形成されている。
【0027】
ボンネット貫通孔２１ａには、ボンネット１３の上部が貫通し、ボンネット１３の上端は止め輪１４により下ケーシング２１に固定されている。図４に示すように、駆動部収容孔２１ｂを形成する内周面２１Ｃには、第１段差部２１Ｄおよび第２段差部２１Ｅが形成されている。
【0028】
仕切ディスク２２は、下ケーシング２１内に設けられ、第１ディスク部２２Ａと、上突出部２２Ｂと、第１下突出部２２Ｃとを有する。第１ディスク部２２Ａは、中心にステム２６が貫通する第１ステム貫通孔２２ｄが形成された略円盤状をなし、その内周および外周に一周連続して環状をなす第１、２Ｏリング収容溝２２ｅ、２２ｆが形成されている。第１、２Ｏリング収容溝２２ｅ、２２ｆには、第２、３Ｏリング２８Ａ、２８Ｂが収容され、第２Ｏリング２８Ａは、ステム２６の上下方向に移動をガイドし、後述の第２圧力室Ｓ２から駆動流体が漏れるのを防止する。
【0029】
上突出部２２Ｂは、環状をなし、第１ディスク部２２Ａの上面の外周縁から上側に突出している。第１下突出部２２Ｃは、環状をなし、第１ディスク部２２Ａの下面の外周縁から下側に突出している。第１下突出部２２Ｃの下端は、下ケーシング２１の第２段差部２１Ｅに当接しており、第１下突出部２２Ｃと下ケーシング２１の第１段差部２１Ｄとにより、環状をなす第１外周部収容溝２２ｇが形成される。
【0030】
サポートディスク２３は、仕切ディスク２２の上側に位置し、外周に設けられた雄ネジ部が下ケーシング２１の上端部の内周に設けられた雌ネジ部に螺合されることにより、駆動部収容孔２１ｂを塞ぐように下ケーシング２１に固定されている。
【0031】
サポートディスク２３は、第２ディスク部２３Ａと、第２下突出部２３Ｂと、第３下突出部２３Ｃとを有する。第２ディスク部２３Ａは、中心にステム２６が貫通する第２ステム貫通孔２３ｄが形成された略円盤状をなしている。第２ディスク部２３Ａには、さらに４つのボルト螺合孔２３ｅ（図４では２つのみ図示）が形成されている。
【0032】
第２下突出部２３Ｂは、環状をなし、第２ディスク部２３Ａの下面の外周縁から下側に突出している。第３下突出部２３Ｃは、環状をなし、第２下突出部２３Ｂの下面の外周縁から下側に突出している。第３下突出部２３Ｃの径方向の厚さは、第２下突出部２３Ｂの径方向の厚さよりも薄く構成され、当該厚さの違いにより、第３段差部２３Ｆが形成されている。
【0033】
第３下突出部２３Ｃの下端は、仕切ディスク２２の上突出部２２Ｂに当接しており、第３段差部２３Ｆと上突出部２２Ｂとにより、環状をなす第２外周部収容溝２３ｇが形成される。なお、第１段差部２１Ｄと、第２段差部２１Ｅと、仕切ディスク２２の上突出部２２Ｂおよび第１下突出部２２Ｃと、サポートディスク２３の第２下突出部２３Ｂおよび第３下突出部２３Ｃとにより、ケーシングの内周部が構成される。
【0034】
図３に示すように、中ケーシング２４は、略円盤状をなし、下ケーシング２１およびサポートディスク２３の上側に設けられている。中ケーシング２４の下面の中央部には、ザグリ状の凹部２４ａが形成されている。凹部２４ａには、第４Ｏリング２８Ｃが設けられ、第４Ｏリング２８Ｃにステム２６の上端が挿入されている。第４Ｏリング２８Ｃは、ステム２６の上下方向に移動をガイドし、駆動流体が外部に漏れるのを防止する。
【0035】
図５に示すように、中ケーシング２４には、その外周面２４Ｂから内方に向かって延びる略円柱状の第１挿入孔２４ｃが形成されている。中ケーシング２４には、駆動流体が流れる、第１通路２４ｄ（図３も参照）と、第２通路２４ｅと、第３通路２４ｆと、第４通路２４ｇと、第５通路２４ｈとが形成されている。第１～第５通路２４ｄ～２４ｈは、流体通路に相当する。
【0036】
第１通路２４ｄは、中ケーシング２４の上面から下方へ延びている。第２通路２４ｅは、第１通路２４ｄの下端から第１挿入孔２４ｃへ延び、第１通路２４ｄと第１挿入孔２４ｃとを連通している。第３通路２４ｆは、外周面２４Ｂから内方に向かって、第１挿入孔２４ｃを横切って延びている。第３通路２４ｆの外周面２４Ｂ側の端部は、ボール２４Ｊにより塞がれている。第４通路２４ｇは、第３通路２４ｆの内側の端部から下方へ延びている。第５通路２４ｈは、第４通路２４ｇの下端から凹部２４ａへ延びている。また、中ケーシング２４には、４つのボルト挿入孔２４ｋが形成されている。
【0037】
図３に示すように、上ケーシング２５は、略円筒状をなし、中ケーシング２４の上側に設けられている。上ケーシング２５には、図示せぬ管継手を螺合するための被螺合孔２５ａと、被螺合孔２５ａから第１通路２４ｄへ延びる流体導入通路２５ｂが形成されている。流体導入通路２５ｂと第１通路２４ｄとの接続部には、断面円形の第５Ｏリング２５Ｃが設けられている。第５Ｏリング２５Ｃは、駆動流体が外部に漏れるのを防止する。
【0038】
ステム２６は、略円柱状をなし、上下方向に移動可能に設けられ、ダイヤフラム押え１７から、ボンネット１３および下ケーシング２１を通過して、中ケーシング２４まで延びている。ステム２６の上端は、中ケーシング２４の凹部２４ａ内に位置している。ステム２６には、その上半分部分に、上下方向に延びる流体流入路２６ａが形成され、さらに流体流入路２６ａを横切る第１～第２流体流出孔２６ｂ～２６ｃが形成されている。
【0039】
流体流入路２６ａの上端は、凹部２４ａに開口している。第１流体流出孔２６ｂは、後述の第２圧力室Ｓ２に連通している。第２流体流出孔２６ｃは、第１流体流出孔２６ｂの下側に位置し、後述の第１圧力室Ｓ１に連通している。
【0040】
圧縮コイルスプリング２７は、ボンネット１３内において、ステム２６の下半分部分の外周に設けられ、ステム２６を常に下方に向かって付勢する。
【0041】
各ボルト２９は、上ケーシング２５のボルト挿入孔２５ｄおよび中ケーシング２４のボルト挿入孔２４ｋに挿入され、サポートディスク２３のボルト螺合孔２３ｅに螺合されている。これにより、下ケーシング２１、中ケーシング２４、および上ケーシング２５が一体化されている。
【0042】
［駆動部３０］
駆動部３０は、第１駆動ピストン３１と、第６Ｏリング３２と、第１シール部材３３と、第２駆動ピストン３４と、第７Ｏリング３５と、第２シール部材３６と、止め輪３７、３８とを有する。
駆動部３０は、第１駆動ピストン３１と、第６Ｏリング３２と、第１シール部材３３と、第２駆動ピストン３４と、第７Ｏリング３５と、第２シール部材３６と、止め輪３７、３８とを有する。
【0043】
図４に示すように、第１駆動ピストン３１は、略円盤状をなし、ステム２６が貫通する第３ステム貫通孔３１ａが中心に形成されている。第１駆動ピストン３１の内周には、一周連続して環状をなす第５Ｏリング収容溝３１ｂが形成され、第１駆動ピストン３１の外周には、一周連続して環状をなす第１内周部収容溝３１ｃが形成されている。
【0044】
断面円形の第６Ｏリング３２は、第５Ｏリング収容溝３１ｂに収容され、後述の第１圧力室Ｓ１から駆動流体が漏れるのを防止する。
【0045】
第１シール部材３３は、樹脂製の円環状の部材であり、第１内周部３３Ａと、第１外周部３３Ｂと、第１中間部３３Ｃとを有する。第１内周部３３Ａは、断面が略楕円状をなし、第１内周部収容溝３１ｃに嵌め込まれている。第１外周部３３Ｂは、断面が略楕円状をなし、第１外周部収容溝２２ｇに嵌め込まれている。
【0046】
第１中間部３３Ｃは、第１内周部３３Ａと第１外周部３３Ｂとの間に位置し、第１内周部３３Ａおよび第１外周部３３Ｂの厚さより薄く構成され、第１内周部３３Ａの上下方向の中央部および第１外周部３３Ｂの上下方向の中央部を互いに接続している。そして、第１内周部３３Ａは、第１外周部３３Ｂに対する第１シール部材３３の軸方向へ沿う移動可能な最大距離が、第１シール部材３３の厚さの半分以下である所定の距離になるように制限されている。
【0047】
第１駆動ピストン３１、下ケーシング２１、およびボンネット１３により、第１圧力室Ｓ１が形成され、当該第１圧力室Ｓ１は、第１Ｏリング１３Ｂ、第６Ｏリング３２、および第１シール部材３３により密閉されている。第１圧力室Ｓ１には、ステム２６に形成された流体流入路２６ａおよび第２流体流出孔２６ｃが連通している。
【0048】
第１駆動ピストン３１の上面には止め輪３７が設けられ、止め輪３７はステム２６に装着されている。これにより、第１駆動ピストン３１が上側に移動すると、止め輪３７とともにステム２６が上側に移動する。
【0049】
第２駆動ピストン３４は、略円盤状をなし、ステム２６が貫通する第４ステム貫通孔３４ａが中心に形成されている。第２駆動ピストン３４の内周には、一周連続して環状をなす第６Ｏリング収容溝３４ｂが形成され、第２駆動ピストン３４の外周には、一周連続して環状をなす第２内周部収容溝３４ｃが形成されている。
【0050】
断面円形の第７Ｏリング３５は、第６Ｏリング収容溝３４ｂに収容され、後述の第２圧力室Ｓ２から駆動流体が漏れるのを防止する。
【0051】
第２シール部材３６は、樹脂製のＯリングであり、第２内周部３６Ａと、第２外周部３６Ｂと、第２中間部３６Ｃとを有する。第２内周部３６Ａは、断面が略楕円状をなし、第２内周部収容溝３４ｃに嵌め込まれている。第２外周部３６Ｂは、断面が略楕円状をなし、第２外周部収容溝２３ｇに嵌め込まれている。
【0052】
第２中間部３６Ｃは、第２内周部３６Ａと第２外周部３６Ｂとの間に位置し、第２内周部３６Ａおよび第２外周部３６Ｂの厚さより薄く構成され、第２内周部３６Ａの上下方向の中央部および第２外周部３６Ｂの上下方向の中央部を互いに接続している。そして、第２内周部３６Ａは、第２外周部３６Ｂに対する第２シール部材３６の軸方向へ沿う移動可能な最大距離が、第２シール部材３６の厚さの半分以下である所定の距離になるように制限されている。
【0053】
第２駆動ピストン３４および仕切ディスク２２により、第２圧力室Ｓ２が形成され、当該第２圧力室Ｓ２は、第２Ｏリング２８Ａ、第７Ｏリング３５、および第２シール部材３６により密閉されている。第２圧力室Ｓ２には、ステム２６に形成された流体流入路２６ａおよび第１流体流出孔２６ｂが連通している。
【0054】
第２駆動ピストン３４の上面には止め輪３８が設けられ、止め輪３８はステム２６に装着されている。これにより、第２駆動ピストン３４が上側に移動すると、止め輪３８とともにステム２６が上側に移動する。
【0055】
［第１流量調整機構４０］
第１流量調整機構４０は、中ケーシング２４の第１挿入孔２４ｃに設けられ、第１スプリング押え４１と、第１ピストン４２と、第１スプリング４３とを有する。
第１流量調整機構４０は、中ケーシング２４の第１挿入孔２４ｃに設けられ、第１スプリング押え４１と、第１ピストン４２と、第１スプリング４３とを有する。
【0056】
第１スプリング押え４１は、第１挿入孔２４ｃに圧入されまたはネジ込まれて中ケーシング２４に対し固定されている。第１ピストン４２は、第１スプリング押え４１よりも第１挿入孔２４ｃの内側において移動可能に設けられ、第８Ｏリング４２Ａを有する。第１ピストン４２の内面４２Ｂは、第２通路２４ｅおよび第３通路２４ｆに対向しており、その中央部には、凹部４２ｃが形成されている。凹部４２ｃ内は、第２通路２４ｅおよび第３通路２４ｆに連通している。よって、第２通路２４ｅと第３通路２４ｆとは、凹部４２ｃを介して常に連通している。第８Ｏリング４２Ａは、後述の第１流入室Ｄ１内の駆動流体が外部に漏れるのを防止する。
【0057】
圧縮コイルスプリングである第１スプリング４３は、第１スプリング押え４１と第１ピストン４２との間に設けられ、第１ピストン４２を第１挿入孔２４ｃの内側に向かって付勢している。図７（Ｂ）に示すように、第２通路２４ｅからの駆動流体の流入により、第１ピストン４２が、第１スプリング４３の付勢力に抗して、外周面２４Ｂ側に移動し、第１流入室Ｄ１が形成される。第１流入室Ｄ１は、流体通路の一部を構成する。第１スプリング４３の付勢力は、第１流入室Ｄ１内の圧力が所定の圧力（例えば約０．２ＭＰａ）以下の場合に、第１ピストン４２の内面４２Ｂが中ケーシング２４に当接し、第１流入室Ｄ１がなくなるように設定されている。すなわち、第１流入室Ｄ１内の圧力が所定の圧力（例えば約０．２ＭＰａ）以下の場合に、第１流量調整機構４０が閉止し、第１流量調整機構４０における流体通路の有効断面積が最小になるように構成されている。このように、第１流量調整機構４０は、流体通路の圧力の増減に応じて、第１流量調整機構４０における有効断面積を増減させるように構成されている。なお、第１流量調整機構４０が閉止する圧力は、第１ピストン４２の付勢力と、第１ピストン４２の内面４２Ｂの面積とに基づき設定される。
【0058】
［流体供給システム２］
次に、本実施形態に係る流体供給システム２について図６を参照して説明する。
次に、本実施形態に係る流体供給システム２について図６を参照して説明する。
【0059】
図６は、流体供給システム２の構成図を示している。
【0060】
図６に示すように、流体供給システム２は、アキュムレータ３と、電磁弁である三方弁４と、上述のバルブ１とを備える。アキュムレータ３は、例えば操作エアである駆動流体を供給する供給源である。三方弁４は、アキュムレータ３からバルブ１へ駆動流体を供給する流れと、駆動流体をバルブ１の駆動部３０（第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２）から外部へ排出する流れとを切り替える切替部である。
【0061】
［バルブ１の開閉動作］
次に、本実施形態に係る流体供給システム２におけるバルブ１の開閉動作について、図３、４、６、７を参照して説明する。なお、本実施形態の圧力条件として、アキュムレータ３からバルブ１へ供給される駆動流体の圧力を約０．４ＭＰａとする。第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２、流体流入路２６ａ、第３～５通路２４ｆ～２４ｈ等で構成される空室の圧力が、約０．２ＭＰａより小さくなると第１流量調整機構４０が閉止するものとする。当該空室の圧力が、約０．２ＭＰａより小さくなると、圧縮コイルスプリング２７の付勢力により、バルブ１が閉状態（ダイアフラム１５がシート１２に着座する）になるものとする。
次に、本実施形態に係る流体供給システム２におけるバルブ１の開閉動作について、図３、４、６、７を参照して説明する。なお、本実施形態の圧力条件として、アキュムレータ３からバルブ１へ供給される駆動流体の圧力を約０．４ＭＰａとする。第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２、流体流入路２６ａ、第３～５通路２４ｆ～２４ｈ等で構成される空室の圧力が、約０．２ＭＰａより小さくなると第１流量調整機構４０が閉止するものとする。当該空室の圧力が、約０．２ＭＰａより小さくなると、圧縮コイルスプリング２７の付勢力により、バルブ１が閉状態（ダイアフラム１５がシート１２に着座する）になるものとする。
【0062】
【0063】
図３に示すように、本実施形態のバルブ１では、第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２に駆動流体が流入していない状態では、ステム２６は圧縮コイルスプリング２７の付勢力によって下死点にあり（ボディ本体１１に近接し）、ダイヤフラム押え１７によりダイヤフラム１５が押圧されてバルブ１は閉状態となっている。つまり、バルブ１は、通常状態（駆動流体が供給されていない状態）では閉状態である。
【0064】
そして、図６に示した三方弁４を、アキュムレータ３からバルブ１へ駆動流体が流れる状態にする。これにより、アキュムレータ３からバルブ１へ駆動流体が供給される。駆動流体は、図示せぬエアチューブおよび管継手を介して、流体導入通路２５ｂおよび第１通路２４ｄを通過し、図７（Ａ）に示すように、第２通路２４ｅへ流入する。当該駆動流体の圧力は約０．４ＭＰａであるので、第１ピストン４２の内面４２Ｂが駆動流体により押されることにより、第１スプリング４３が圧縮されて、第１ピストン４２は外周面２４Ｂ側に移動し、図７（Ｂ）に示すように、第１挿入孔２４ｃ内に第１流入室Ｄ１が形成される。
【0065】
これにより、駆動流体が、第１流入室Ｄ１を介して、第３～５通路２４ｆ～２４ｈ、凹部２４ａ、流体流入路２６ａ、第１流体流出孔２６ｂ（図３）、および第２流体流出孔２６ｃ（図３）を通過し、第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２（図３）に流入する。第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２に駆動流体が流入すると、第１、２駆動ピストン３１、３４が、圧縮コイルスプリング２７の付勢力に抗して上昇する。これにより、ステム２６は上死点に移動し（ボディ本体１１から離間し）、ダイヤフラム１５の弾性力および流体（ガス）の圧力によりダイヤフラム押え１７が上側に移動し、流入路１１ｂと流出路１１ｃとが連通し、バルブ１は開状態となる。
【0066】
また、第１駆動ピストン３１の上昇により、第１シール部材３３において、第１内周部３３Ａは第１駆動ピストン３１とともに上昇し、第１外周部３３Ｂは上昇せず、第１中間部３３Ｃは第１内周部３３Ａの上昇に伴い変形する。同様に、第２駆動ピストン３４の上昇により、第２シール部材３６において、第２内周部３６Ａは第２駆動ピストン３４とともに上昇し、第２外周部３６Ｂは上昇せず、第２中間部３６Ｃは第２内周部３６Ａの上昇に伴い変形する。
【0067】
バルブ１を開状態から閉状態にするには、三方弁４を、駆動流体がバルブ１の駆動部３０（第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２）から外部へ排出する流れに切り替える。これにより、図７（Ｃ）に示すように、第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２内の駆動流体が、第１流体流出孔２６ｂ（図３）、第２流体流出孔２６ｃ（図３）、流体流入路２６ａ、凹部２４ａ、第３～５通路２４ｆ～２４ｈを介して、第１流入室Ｄ１へ流れ、第１、２通路２４ｄ、２４ｅおよび流体導入通路２５ｂを介して外部へ排出される。
【0068】
駆動流体の排出により、第１流入室Ｄ１内の圧力は徐々に減少する。これにより、第１ピストン４２が、第１スプリング４３の付勢力により、例えば、第１流入室Ｄ１内の圧力が約０．３ＭＰａより小さくなると、第１挿入孔２４ｃの内側へ移動する。このため、駆動流体の流体通路の断面積（有効断面積）が小さくなり、駆動流体の排出が抑制される。流量調整機構そして、図７（Ｄ）に示すように、空室の圧力が約０．２ＭＰａになると、第１スプリング４３の付勢力により、第１流量調整機構４０が閉止し、第１流量調整機構４０における流体通路の有効断面積が最小になる。一方、ステム２６は、圧縮コイルスプリング２７の付勢力により、空室の圧力が約０．３ＭＰａより小さくなると下降し始める。第１流量調整機構４０により駆動流体の排出が抑制されているため、ステム２６の下降速度は第１流量調整機構４０を設けない場合と比較して遅くなる。そして、空室の圧力が約０．２ＭＰａで、ステム２６は下死点に戻り、ダイヤフラム１５がシート１２に着座し、流入路１１ｂと流出路１１ｃとが遮断され、バルブ１は閉状態となる。これにより、簡易な構成でダイヤフラム１５がシート１２に着座する速度が抑えられ、微細なパーティクルの発生が抑制される。
【0069】
なお、第１流量調整機構４０が閉止した状態でも、第２通路２４ｅと第３通路２４ｆとは、凹部４２ｃを介して連通している。よって、バルブ１の閉状態を維持した場合には、駆動流体の排出が継続され、空室内の圧力は大気圧（約０．１ＭＰａ）となる。このように、凹部４２ｃにより、空室内を大気圧にすることができるので、空室内の残圧を大気圧まで下げることができ、残圧によるバルブ１の誤作動を防止することができる。
【0070】
また、第１駆動ピストン３１および第２駆動ピストン３４が下降することにより、第１シール部材３３の第１内周部３３Ａおよび第２シール部材３６の第２内周部３６Ａも下降し、第１シール部材３３および第２シール部材３６は元の状態に戻る。
【0071】
図８は、ステム２６のストロークと時間との関係を示すグラフである。
【0072】
図８において、線Ｌ１は、本実施形態の第１流量調整機構４０を有するバルブ１におけるステム２６のストロークと時間との関係を示すグラフであり、線Ｌ２は、第１流量調整機構４０を設けないバルブにおけるステムのストロークと時間との関係を示すグラフである。
【0073】
図８の線Ｌ１に示すように、開状態にあるバルブ１において、時間Ｔ０で、駆動流体の流れをバルブ１の駆動部３０から外部へ排出する流れに切り替えると、駆動流体が排出されはじめる。そして、時間Ｔ１で、空室の圧力が約０．３ＭＰａになると、ステム２６が上死点から下降を開始する。バルブ１が第１流量調整機構４０を有するので、ステム２６の下降速度は、線Ｌ２の第１流量調整機構４０を設けない場合と比較して遅くなる。これにより、ステム２６が下死点に到達する時間が、線Ｌ２の第１流量調整機構４０を設けない場合の時間Ｔ２よりも、遅い時間Ｔ３となる。よって、第１流量調整機構４０を設けない場合と比較して、ダイヤフラム１５がシート１２に着座する速度が抑えられ、微細なパーティクルの発生が抑制される。また、バルブ１の閉状態を維持すると、時間Ｔ６において空室内の圧力は大気圧となる。
【0074】
［半導体製造装置１００］
次に、上記で説明したバルブ１および流体供給システム２が使用される半導体製造装置１００について説明する。
次に、上記で説明したバルブ１および流体供給システム２が使用される半導体製造装置１００について説明する。
【0075】
図９は、本実施形態に係るバルブ１および流体供給システム２を備える半導体製造装置１００を示している。
【0076】
図９に示すように、半導体製造装置１００は、例えば、ＣＶＤ装置であり、流体供給システム２と、ガス供給手段６０と、真空チャンバ７０と、排気手段８０とを有し、ウェハ上に不動態膜（酸化膜）を形成する装置である。
【0077】
ガス供給手段６０は、ガス供給源６１と、流体制御装置６２とを備える。真空チャンバ７０は、ウェハ７２を載置するための載置台７１と、ウェハ７２上に薄膜を形成するための電極７３とを備える。真空チャンバ７０には、商用電源１０１が接続されている。排気手段８０は、排気配管８１と、開閉弁８２と、集塵機８３とを備える。
【0078】
ウェハ７２上に薄膜を形成する時には、流体供給システム２におけるバルブ１の開閉により、真空チャンバ７０へのガスの供給が制御される。また、ウェハ７２上に薄膜を形成した際に発生する副生成物たる粉粒体を除去する時には、開閉弁８２が開状態とされ、排気配管８１を介して集塵機８３により粉粒体が除去される。
【0079】
このように、アクチュエータ２０をバルブ１に適用し、当該バルブ１を、駆動流体を供給するアキュムレータ３および駆動流体の流れを切り替える三方弁４を有する流体供給システム２に適用することにより、微細なパーティクルの発生を抑制することができる。よって、当該バルブ１または流体供給システム２を備える半導体製造装置１００では、微細なパーティクルによる影響を抑制することができ、ウェハの歩留まりを向上させることができる。
【0080】
次に、第２実施形態に係るバルブ１０１について、図面を参照して説明する。第１の実施形態に係るバルブ１と異なる部分についてのみ説明する。
【0081】
図１０は、第２実施形態に係るバルブ１０１の中ケーシング２４の断面図を示している。
【0082】
図１０に示すように、中ケーシング２４には、その外周面２４Ｂから内方に向かって延びる略円柱状の第２挿入孔２４ｍおよび第３挿入孔２４ｎが形成されている。また、中ケーシング２４には、第１～６通路２４ｄ～２４ｈ、２４ｏが形成されている。第１、４、５通路２４ｄ、２４ｇ、２４ｈの形状、位置は、第１実施形態のバルブ１の通路と同じである。第１通路２４ｄは第１流体通路に、第２通路２４ｅは第２流体通路に、第３通路２４ｆは第３流体通路に、第４通路２４ｇおよび第５通路２４ｈは第４流体通路に、第６通路２４ｏは、第５流体通路に相当する。
【0083】
第２通路２４ｅは、第１挿入孔２４ｃと第３挿入孔２４ｎとを連通すると共に、第１通路２４ｄの下端に接続されている。第３通路２４ｆは、外周面２４Ｂから内方に向かって、第２挿入孔２４ｍを横切って第１挿入孔２４ｃまで延び、第１挿入孔２４ｃと第２挿入孔２４ｍとを連通している。第３通路２４ｆの外周面２４Ｂ側の端部は、ボール２４Ｊにより塞がれている。第６通路２４ｏは、第２挿入孔２４ｍと第３挿入孔２４ｎとを連通している。
【0084】
第２挿入孔２４ｍには、第２流量調整機構４４が設けられている。第２流量調整機構４４は、第２スプリング押え４５と、第２ピストン４６と、第２スプリング４７とを有する。第２スプリング押え４５、第２ピストン４６、および第２スプリング４７は、第１流量調整機構４０の第１スプリング押え４１、第１ピストン４２、および第１スプリング４３と同様の構成である。しかし、第２ピストン４６には、その内面４６Ｂに凹部が形成されていない点において、第１ピストン４２と構成が相違する。また、第２スプリング４７の付勢力は、第１スプリング４３の付勢力よりも弱く構成され、第１ピストン４２の内面４２Ｂの面積と、第２ピストン４６の内面４６Ｂの面積とはほぼ等しく構成されている。また、第９Ｏリング４６Ａは、後述の第２流入室Ｄ２内の駆動流体が外部に漏れるのを防止する。
【0085】
また、図１２（Ｃ）に示すように、第３通路２４ｆからの駆動流体の流入により、第２ピストン４６が、第２スプリング４７の付勢力に抗して、外周面２４Ｂ側に移動し、第２流入室Ｄ２が形成される。第２流入室Ｄ２により、第３通路２４ｆと第６通路２４ｏとが連通する。第２流入室Ｄ２は、流体通路の一部を構成する。第２スプリング４７の付勢力は、第２流入室Ｄ２内の圧力が所定の圧力（例えば約０．３ＭＰａ）以下の場合に、第２ピストン４６の内面４６Ｂが中ケーシング２４に当接し、第２流入室Ｄ２がなくなるように設定されている。すなわち、第２流入室Ｄ２内の圧力が所定の圧力（例えば約０．３ＭＰａ）以下の場合に、第２流量調整機構４４が閉止し、第３通路２４ｆと第６通路２４ｏとの連通を遮断するように構成されている。
【0086】
第３挿入孔２４ｎには、逆止弁４８が設けられている。逆止弁４８は、ベース部４９Ａと、第１０Ｏリング４９Ｂと、樹脂製の弁体４９Ｃとを有する。ベース部４９Ａは、第２挿入孔２４ｎに圧入され、中ケーシング２４に対し固定されている。第３挿入孔２４ｎにおける、ベース部４９Ａよりも内側の空間は、第３流入室Ｄ３を構成する。第１０Ｏリング４９Ｂは、第３流入室Ｄ３内の駆動流体が外部に漏れるのを防止する。弁体４９Ｃは、第３流入室Ｄ３の圧力に応じて変位可能であり、当該弁体４９Ｃの変位により、逆止弁４８は、閉状態または開状態となる。逆止弁４８が閉状態では、第３流入室Ｄ３（第２通路２４ｅ）と第６通路２４ｏとの連通が遮断され、逆止弁４８が開状態では、第３流入室Ｄ３と第６通路２４ｏとは連通する。
【0087】
次に、本実施形態に係る流体供給システム２について図１１を参照して説明する。
【0088】
図１１は、流体供給システム１０２の構成図を示している。
【0089】
図１１に示すように、流体供給システム１０２は、アキュムレータ３と、電磁弁である三方弁４と、上述のバルブ１０１とを備える。駆動流体は、第１流量調整機構４０を介して駆動部３０へ供給され、第１流量調整機構４０、第２流量調整機構４４、および逆止弁４８を介して外部へ排出される。
【0090】
次に、本実施形態に係る流体供給システム１０２におけるバルブ１０１の開閉動作について図１１、１２を参照して説明する。なお、本実施形態の圧力条件として、アキュムレータ３からバルブ１０１へ供給される駆動流体の圧力を約０．４ＭＰａとする。第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２、流体流入路２６ａ、第３～５通路２４ｆ～２４ｈ等で構成される空室の圧力が、約０．２５ＭＰａより小さくなると第１流量調整機構４０が閉止するものとする。当該空室の圧力が、約０．２ＭＰａより小さくなると、第２流量調整機構４４が閉止し、かつ、圧縮コイルスプリング２７の付勢力により、バルブ１０１が閉状態（ダイアフラム１５がシート１２に着座する）になるものとする。この第１流量調整機構４０および第２流量調整機構４４が閉止する圧力は、第１ピストン４２および第２スプリング４７の付勢力と、第１ピストン４２の内面４２Ｂおよび第２ピストン４６の内面４６Ｂの面積とに基づき設定される。上記のように本実施形態では、第２スプリング４７の付勢力は、第１スプリング４３の付勢力よりも弱く構成され、第１ピストン４２の内面４２Ｂの面積と、第２ピストン４６の内面４６Ｂの面積とはほぼ等しく構成されている。
【0091】
図１２は、バルブ１０１の開閉時における、第１流量調整機構４０、第２流量調整機構４４、および逆止弁４８の動作の説明図を示している。図１２では、駆動流体の流れを白抜き矢印で示している。第１実施形態のバルブ１と同様に、バルブ１０１は、通常状態（駆動流体が供給されていない状態）では閉状態である。
【0092】
図１１に示した三方弁４を、アキュムレータ３からバルブ１０１へ駆動流体が流れる状態にする。これにより、アキュムレータ３からバルブ１０１へ駆動流体が供給される。駆動流体は、図示せぬエアチューブおよび管継手を介して、流体導入通路２５ｂおよび第１通路２４ｄを通過し、図１２（Ａ）に示すように、第２通路２４ｅへ流入する。当該駆動流体の圧力は約０．４ＭＰａであるので、第１ピストン４２の内面４２Ｂが駆動流体により押されることにより、第１スプリング４３が圧縮されて、第１ピストン４２は外周面２４Ｂ側に移動し、図１２（Ｂ）に示すように、第１挿入孔２４ｃ内に第１流入室Ｄ１が形成される。
【0093】
一方、中ケーシング２４の第２通路２４ｅから第３流入室Ｄ３へ駆動流体が流入すると、逆止弁４８は閉状態となり、第６通路２４ｏへ駆動流体は流れない。
【0094】
第１流入室Ｄ１が形成されることにより、駆動流体が、第１流入室Ｄ１を介して、第３～５通路２４ｆ～２４ｈ、凹部２４ａ、流体流入路２６ａ、第１流体流出孔２６ｂ（図３）、および第２流体流出孔２６ｃ（図３）を通過し、第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２（図３）に流入する。第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２に駆動流体が流入すると、第１、２駆動ピストン３１、３４が、圧縮コイルスプリング２７の付勢力に抗して上昇する。これにより、ステム２６は上死点に移動し（ボディ本体１１から離間し）、ダイヤフラム１５の弾性力および流体（ガス）の圧力によりダイヤフラム押え１７が上側に移動し、バルブ１は開状態となる。
【0095】
また、駆動流体は、第３通路２４ｆを介して、第２流量調整機構４４へ流体が流れる。当該駆動流体の圧力は約０．４ＭＰａであるので、第２ピストン４６の内面４６Ｂが駆動流体により押されることにより、第２スプリング４７が圧縮されて、第２ピストン４６は外周面２４Ｂ側に移動し、図１２（Ｃ）に示すように、第２挿入孔２４ｍ内に第２流入室Ｄ２が形成される。その結果、駆動流体が、第２流入室Ｄ２を介して、第６通路２４ｏへ流入する。駆動流体が、第６通路２４ｏへ流入すると、逆止弁４８が開く。
【0096】
バルブ１０１を開状態から閉状態にするには、三方弁４を、駆動流体がバルブ１の駆動部３０（第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２）から外部へ排出する流れに切り替える。これにより、図１２（Ｄ）に示すように、第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２内の駆動流体が、第１流体流出孔２６ｂ（図３）、第２流体流出孔２６ｃ（図３）、流体流入路２６ａ、凹部２４ａ、第３～５通路２４ｆ～２４ｈを介して、第１流入室Ｄ１へ流れ、第１、２通路２４ｄ、２４ｅおよび流体導入通路２５ｂを介して外部へ排出される。
【0097】
また、逆止弁４８が開状態であるので、第６通路２４ｏ内の駆動流体が、第３流入室Ｄ３へ流れ、第１、２通路２４ｄ、２４ｅおよび流体導入通路２５ｂを介して外部へ排出される。
【0098】
駆動流体の排出により、第１流入室Ｄ１内の圧力は徐々に減少する。これにより、第１ピストン４２が、第１スプリング４３の付勢力により、例えば、第１流入室Ｄ１内の圧力が約０．３ＭＰａより小さくなると、第１挿入孔２４ｃの内側へ移動する。このため、駆動流体の排出路の断面積（有効断面積）が狭くなり、駆動流体の排出が抑制される。また、ステム２６は、圧縮コイルスプリング２７の付勢力により、空室の圧力が約０．３ＭＰａより小さくなると下降し始める。第１流量調整機構４０により駆動流体の排出が抑制されているため、ステム２６の下降速度が、第１流量調整機構４０を設けない場合と比較して遅くなる。図１２（Ｅ）に示すように、空室の圧力が約０．２５ＭＰａになると、第１スプリング４３の付勢力により、第１流量調整機構４０が閉止する。しかし、第１流量調整機構４０が閉止した状態でも、第２通路２４ｅと第３通路２４ｆとは、凹部４２ｃを介して連通している。これにより、第１流量調整機構４０が閉止しても、中量の駆動流体の排出が継続される。
【0099】
一方、第２流量調整機構４４は開状態を維持しているので、第１、２圧力室Ｓ１、Ｓ２内の駆動流体は、第２流入室Ｄ２を介して、第６通路２４ｏへ流れ、第３流入室Ｄ３、第１、２通路２４ｄ、２４ｅおよび流体導入通路２５ｂを介して外部へ排出される。駆動流体の排出により、第２流入室Ｄ２内の圧力は徐々に減少する。これにより、第２ピストン４６が、第２スプリング４７の付勢力により、第２挿入孔２４ｍの内側へ移動する。このため、駆動流体の排出路の断面積（有効断面積）がさらに狭くなり、駆動流体の排出がさらに抑制され、ステム２６の下降速度が、さらに遅くなる。そして、図１２（Ｆ）に示すように、空室の圧力が約０．２ＭＰａになると、第２スプリング４７の付勢力により、第２流量調整機構４４が閉止する。
【0100】
同時に、圧縮コイルスプリング２７の付勢力により、ステム２６が下死点に戻り、ダイヤフラム１５がシート１２に着座し、バルブ１は閉状態となる。これにより、ダイヤフラム１５がシート１２に着座する速度がさらに抑えられ、微細なパーティクルの発生がさらに抑制される。
【0101】
なお、第２流量調整機構４４が閉止した後も、逆止弁４８を介して、少量の駆動流体の排出が継続され、かつ、第１流量調整機構４０の凹部４２ｃを介しての少量の駆動流体の排出も継続される。よって、バルブ１０１の閉状態を維持した場合には、駆動流体の排出が継続され、空室内の圧力は大気圧となる。
【0102】
図８の線Ｌ３は、本実施形態に係るバルブ１０１におけるステム２６のストロークと時間との関係を示すグラフである。線Ｌ３に示すように、開状態にあるバルブ１において、時間Ｔ０で、駆動流体がバルブ１０１の駆動部３０から外部へ排出する流れに切り替えると、駆動流体が排出されはじめる。そして、時間Ｔ１で、空室の圧力が約０．３ＭＰａになると、ステム２６が上死点から下降する。バルブ１０１が第１流量調整機構４０および第２流量調整機構４４を有するので、駆動流体の排出路の有効断面積が徐々に狭くなり、ステム２６の下降速度は、線Ｌ２の第１流量調整機構４０を設けない場合と比較して遅くなり、第１流量調整機構４０のみを有する第１実施形態のバルブ１よりも速くなる。
【0103】
そして、時間Ｔ４において、第１流量調整機構４０が閉止すると、駆動流体の排出路の有効断面積がさらに狭くなるので、ステム２６の下降速度は、さらに低下する。これにより、ステム２６が下死点に到達する時間が、時間Ｔ５となる。よって、ダイヤフラム１５がシート１２に着座する速度がさらに抑えられ、微細なパーティクルの発生がさらに抑制される。また、バルブ１の閉状態を維持すると、時間Ｔ６において空室内の圧力は大気圧となる。
【0104】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。
【0105】
例えば、上記の実施形態において、第１流量調整機構４０の第１ピストン４２の内面４２に凹部４２ｃを形成したが、図１３に示すように、第１ピストン４２の内面４２Ｂに凹部を形成しなくてもよい。
【0106】
また、第２実施形態のバルブ１０１において、第２スプリング４７の付勢力を、第１スプリング４３の付勢力よりも弱く構成し、第１ピストン４２の内面４２Ｂの面積と、第２ピストン４６の内面４６Ｂの面積とはほぼ等しく構成した。しかし、図１４に示すように、
第２スプリング４７の付勢力を、第１スプリング４３の付勢力とほぼ等しく構成し、第２ピストン４６の内面４６Ｂの面積を、第１ピストン４２の内面４２Ｂの面積よりも大きく構成してもよい。
第２スプリング４７の付勢力を、第１スプリング４３の付勢力とほぼ等しく構成し、第２ピストン４６の内面４６Ｂの面積を、第１ピストン４２の内面４２Ｂの面積よりも大きく構成してもよい。
【0107】
また、上記の実施形態におけるバルブ１、１０１は、通常状態（駆動流体が供給されていない状態）では閉状態に構成されていたが、通常状態で開状態に構成されていてもよい。また、第１流量調整機構４０、第２流量調整機構４４ ステム２６が作動する圧力は、上記実施形態に示した圧力に限定されない。
【符号の説明】
【0108】
１、１０１：バルブ、 ２：流体供給システム、 ３：アキュムレータ、 ４：三方弁、 １０：ボディ、 １１：ボディ本体、 １１ｂ：流体流入路、 １１ｃ：流体流出路、 １５：ダイヤフラム、 ２０：アクチュエータ、 ２１：下ケーシング、 ２２：仕切ディスク、 ２３：サポートディスク、 ２４：中ケーシング、 ２４ｃ：第１挿入孔、 ２４ｄ：第１通路、 ２４ｅ：第２通路、 ２４ｆ：第３通路、 ２４ｇ：第４通路、 ４ｈ：第５通路、 ２４ｍ：第２挿入孔、 ２４ｎ：第３挿入孔、 ２４ｏ：第６通路、 ２５：上ケーシング、 ２６：ステム、 ３０：駆動部、 ３１：第１駆動ピストン、 ３４：第２駆動ピストン、 ４０：第１流量調整機構、 ４１：第１スプリング押え、 ４２：第１ピストン、 ４２Ｂ：内面、 ４２ｃ：凹部、 ４３：第１スプリング、 ４４：第２流量調整機構、 ４５：第２スプリング押え、 ４６：第１ピストン。 ４６Ｂ：内面、 ４７：第２スプリング、 ４８：逆止弁、 １００：半導体製造装置、 Ｄ１：第１流入室、 Ｄ２：第２流入室、 Ｓ１：第１圧力室、 Ｓ２：第２圧力室
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】