特許 7541881 バタフライ式圧力制御バルブ

(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】2024-08-21

(45)【発行日】2024-08-29

(54)【発明の名称】バタフライ式圧力制御バルブ

(51)【国際特許分類】

   F16K 1/22 20060101AFI20240822BHJP

   F16K 49/00 20060101ALI20240822BHJP

【ＦＩ】

F16K1/22 D

F16K49/00 B

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020155131

(22)【出願日】2020-09-16

(65)【公開番号】P2022049095

(43)【公開日】2022-03-29

【審査請求日】2023-08-04

(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】北村 一

(56)【参考文献】

【文献】特開平０８－３２６５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１４７２１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／００４９２５９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ １／００－ １／５４

Ｆ１６Ｋ ３９／００－５１／０２

Ｆ１６Ｋ ２７／００－２７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ステムフランジ部の上部と下部にシャフト部を設けたステムと、
前記ステムを貫通させる貫通穴を上部側と下部側に設けた環状のボデーと、
前記貫通穴に流路と垂直方向に長辺を向けて形成したステム挿入長穴と、
前記ステムフランジ部に取り付けられて前記ボデーの内周側を回転する薄型のフラッパーと、を備え、
前記ステムフランジ部は、前記シャフト部の径より大きな幅の平面と前記シャフト部の径と同程度以下の厚さにより形成され、このステムフランジ部を前記ボデーの前記ステム挿入長穴より挿入可能に設けたことを特徴とするバタフライ式圧力制御バルブ。

【請求項2】

前記フラッパーは、薄型ヒーターが内蔵された状態で薄型フラッパー材とシールプレートとが溶接密閉されて形成されており、前記薄型ヒーターに垂直に溶接されたヒーター端子は、前記フラッパーと前記ステムのフラッパー接続側の前記平面よりも飛び出ており、前記ステムフランジ部の平面には電線導入穴が設けられ、前記ヒーター端子と溶接された電線が前記ステムに形成された電線引出し穴の内部に配置された請求項１に記載のバタフライ式圧力制御バルブ。

【請求項3】

前記シールプレートには前記電線導入穴に連通するヒーター端子飛び出し穴が設けられ、このヒーター端子飛び出し穴と前記電線導入穴とがガスケットでシールされた状態で前記フラッパーと前記ステムとが密封シールされた請求項２に記載のバタフライ式圧力制御バルブ。

【請求項4】

前記フラッパーは、前記薄型フラッパー材の外周部と前記シールプレートの外周部とがシール溶接されると共に、前記薄型フラッパー材に設けられたフラッパー取付けネジ穴を有する複数個の凸部の外周部と前記シールプレートとがシール溶接された請求項２又は３に記載のバタフライ式圧力制御バルブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、半導体製造工程における成膜用真空処理装置の真空チェンバーの排気側に配置され、加熱用のヒーターが設けられた圧力制御バルブに関し、特に、配管サイズが大口径である場合にも高速で動作可能なバタフライ式圧力制御バルブに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば、半導体製造工程の成膜プロセスでは、真空チェンバーとその排気側の真空ポンプとの間にアイソレーション機能を備えたバルブが設けられ、そのアイソレーションバルブの前後の配管にはスロー排気用のバイパス配管を設けており真空チャンバーは所定の真空圧力に排気される。真空チャンバーにプロセスガスを導入する際はアイソレーションバルブの二次側に配置される圧力制御バルブにより真空チャンバー内の圧力が一定になるように制御される。真空排気系の圧力制御バルブには、１台のバルブでアイソレーション機能とスロー排気機能と圧力制御機能を持った一体型のバタフライ式圧力制御バルブやゲート式圧力制御バルブで構成される場合もある。

【0003】

一方、アイソレーション用ゲートバルブとバタフライ式圧力制御バルブとによる２つの専用バルブを組み合わせた場合には、成膜プロセス中に、ゲートバルブは全開状態であり、プロセス終了後に弁閉となるだけで高速動作は不要であり、バタフライ式圧力制御バルブは、プロセスガスのＯＮ／ＯＦＦ切り替え動作に合わせて高速で圧力制御を行い、プロセス圧力を一定に保つことができる。このように、アイソレーション用ゲートバルブと圧力制御バルブとに分けたときには、バタフライ式圧力制御バルブは連続で高速動作ができるためＡＬＤ排気系に適している。この場合、バタフライ式圧力制御バルブは、慣性トルクを小さくするために軽量な薄型フラッパーが軸シール部を通してステム軸に取り付けられ、通常は弁座シール機構が設けられていないことが多く摺動部はステム軸シール部の摺動摩擦のみでトルクが小さいため、これにより、高速動作並びに高耐久性を発揮することが可能になっている。このバルブでは、一般に、生成物の付着を防止するために、加熱用のヒーターでボデーやフラッパーを加熱するようになっている。

【0004】

この種のバタフライ式圧力制御バルブとして、例えば、図１１（ａ）に示した圧力制御バルブ１が知られている。この圧力制御バルブ１は、配管サイズ２００Ａほどの大口径の排気系に、一般的な構造の図示しないアイソレーション用ゲートバルブとともに用いられ、図１１（ｂ）における流路開閉用のフラッパー部材２を約０．１秒の高速で作動させるために、その厚みｔが２ｍｍ程度の極薄肉に形成され、このフラッパー部材２と弁箱３との間の弁座シール部が省略された構造になっている。このバルブ１は、フラッパー部材２側に加熱用のヒーターが設けられておらず、加熱の必要の無い圧力制御専用のスロットルバルブとして用いられる。

【0005】

これに対し、図１２（ａ）、図１２（ｂ）においては、ヒーター内蔵型ステム１０を示し、そのステム部材１１の内部には、フラッパー部材１４付近を加熱するための円柱状の加熱用ヒーター１２が設けられている。フラッパー部材１４は、例えば、口径１００Ａ程度までの小口径に形成されてその外周にはＯリング部材１６が装着され、キー部材１５を通してステム部材１１に弁体取付け用ボルト１７により固定される。ステム部材１１の中央部には有底孔１３が設けられ、この有底孔１３にカートリッジ式の加熱用ヒーター１２が挿入されてステム部材１１に内蔵される。加熱用ヒーター１２を加熱したときには、熱伝導によりフラッパー部材１４が加熱され、このフラッパー部材１４や図示しない弁箱が２００℃程度にまで加熱される。このように、加熱用ヒーター１２でフラッパー部材１４側を高温に加熱することで、成膜プロセスの排気系における生成物の付着を防止することが可能となる。

【0006】

このような構造のバルブとして、例えば、特許文献１のスロットルバルブが開示されている。このバルブでは、弁体の回動軸に有底穴が形成され、この有底穴に弁体を加熱するヒータロッドが装着されている。さらに、スロットルバルブ本体（ボデー）のフランジ部には円環状の溝が形成され、この溝に板状ヒータが装着されていることにより、ボデー側も板状ヒータで加熱され、バルブ全体の温度を上昇させることが可能になっている。

【0007】

一方、図１３（ａ）、図１３（ｂ）においては、例えば、口径２００Ａ程度の大口径バルブ用のフラッパー部材２０を示している。フラッパー部材２０はフラッパー板２１を有し、その一面側には、内径側から外径側にかけて溝２２が形成され、この溝２２に加熱用のヒーター電線２３が内蔵される。フラッパー板２１の上下側には挿入孔２４が形成され、この挿入孔２４には上下に分割された上下部ステム２５、２６がそれぞれ挿入されて接続され、ヒーター電線２３は、下部ステム２６の中央部に形成された貫通孔２７を通して外部と接続され、ヒーター電線２３の上から蓋板２８がフラッパー板２１に取り付けられる。この構造により、ヒーター電線２３でフラッパー板２１の内径側から外径側までの全体を加熱し、フラッパー部材２０が大口径となる場合にも、加熱時の温度のばらつきを小さく抑えようとするものである。

【0008】

図１３のヒーター取付け構造と同様の構造を有するバルブとしては、例えば、特許文献２の圧力調整弁が開示されている。この圧力調整弁においては、弁体ヒータがドーナッツ状に形成され、弁体（フラッパー）の両面側に形成された小径凹部に収納されている。各小径凹部の外周側には大径凹部が形成され、この大径凹部に蓋板が嵌め込まれる。このように、弁体の両面側に弁体ヒータを設けていることで、肉厚状の弁体であっても全体を加熱することが可能になり、また、弁箱の外面側には弁箱ヒータが取り付けられ、この弁箱ヒータにより弁箱が加熱される。

【0009】

特許文献３の圧力調整弁は、特許文献２に対して加熱用ヒータが交換可能な構造に設けられ、この圧力調整弁では、円板状の弁体（フラッパー）の裏面側に２つの凹部が形成され、奥側の凹部には面状ヒータからなる弁体加熱手段が収納され、この弁体加熱手段の上から、手前側の凹部に弁体カバーが溶接される。弁体カバーの中央位置には、絶縁スペーサで絶縁された状態で平板状接続端子が装着され、この平板状接続端子が弁体取付け用の弁体ホルダ（ステム）に設けられた平板状接続端子と接続可能に設けられている。

【0010】

弁体ホルダは、上下部分が円筒形、弁体を支持する中央部分が平面状に切り欠かれた切欠き円形断面形状に設けられ、弁体は、切欠き平面部に当接された状態でボルトにより１本の弁体ホルダに固定される。弁体ホルダの弁体の裏面との対向側には凹部が形成され、この凹部に平板状接続端子と絶縁スペーサが収容される。さらに、弁体と弁体ホルダとの間の内部には、弁体側の平板状接続端子と弁体ホルダ側の平板状接続端子とを接触させる方向に弾発するスプリングが装着されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【文献】特許第３２７４８９５号公報

【文献】特許第３５２１０８６号公報

【文献】特開２０１０－１１２３８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

前述した図１１の圧力制御バルブ１は、フラッパー部材２付近を加熱するヒーターが設けられていないため、プロセスガス（材料）を流したときに、真空チェンバーからの流出分に含まれる生成物が冷却され、この生成物が固形膜などとして流路５の内壁などに付着しやすくなる。この場合、特に、フラッパー部材２の弁箱３との摺動面や弁箱３の弁座面６、ステム部材７の外周面などに生成物が堆積しやすくなり、その堆積量の増加に伴ってフラッパー部材２動作時の摺動抵抗が大きくなってフラッパー部材２駆動用の図示しないモーターに過大な負荷がかかってこのモーターが故障し、フラッパー部材２を正常に開閉操作できなくなることもある。

【0013】

また、フラッパー付近をヒーターで加熱する場合、図１２のステム１０を使用したバルブ並びに特許文献１のバルブのように、ステム１０側に設けた加熱用ヒーター１２でフラッパー部材１４を加熱する構造では、口径１００Ａ程度の小口径のバルブではステム部材１１からの熱伝導でフラッパー部材１４全体を加熱することは可能ではあるが、口径２００Ａ以上の大口径のバルブでは、加熱用ヒーター１２の熱が大径のフラッパー部材１４の外径側まで伝導されにくくなり、フラッパー部材１４全体や弁箱を高温に加熱できないおそれがある。この場合、加熱が不足した低温部分に生成物が付着しやすくなる。

【0014】

一方、図１３や特許文献２、３において、フラッパー部材２０側に加熱用のヒーター電線２３を設けた構造のバルブの場合、バルブが口径２００Ａ以上の大口径であるときにも、フラッパー部材２０全体を加熱して生成物の付着を防ぐことは可能になる。
しかしながら、このフラッパー部材２０を有するバルブでは、下部ステム２６の内部にヒーター電線２３を通すための貫通孔２７を設け、下部ステム２６とフラッパー板２１との間にはヒーター電線２３を電気的に接続するための接続用端子を配置するための幅や奥行きが必要になり、これらを確保するためにステム径を大きく形成することになる。

【0015】

例えば、図１３並びに特許文献２の場合、上下部ステム２５、２６でフラッパー部材２０を支持する構造であり、フラッパー板２１は、ヒーター電線２３用の貫通孔２７を有する下部ステム２６を挿入し、接続用端子が配置されるための幅や奥行き（厚さ）が必要になるため、フラッパー部材２０が厚くなって上下部ステム２５、２６も大径化する。さらに、ヒーター電線２３が内部に配線される下部ステム２６とフラッパー板との間には、Ｏリング等のシール部材２９も必要になるため、フラッパー部材２０が一層厚くなる。

【0016】

これらのことから、フラッパー部材２０や上下部ステム２５、２６の重量も増加するため、開閉操作時のトルクも大きくなる。このため、高速の開閉動作が難しくなり、例えば、フラッパー部材２０を０．１秒程度の高速で開閉操作するために、高出力の操作用アクチュエータ（駆動用モーター）が必要になることもある。
これに加えて、フラッパー部材の肉厚化や上下部ステム２５、２６の大径化によってバルブ全開時のコンダクタンスが小さくなり、また、組立性も悪い。

【0017】

特許文献３の圧力制御弁においては、弁体ホルダ（ステム）の上下部分が円筒形、中央部分が切欠き円形断面形状に設けられており、ヒータリード線（ヒーター電線）の端部側に設けられた平板状接続端子を弁体（フラッパー）側の平板状接続端子に接続するために幅や奥行きが必要になり、これら平板状接続端子やヒータリード線を配置するために、ステムやフラッパーの開口部の幅を大きくする必要がある。さらに、開口部の外周囲にステムとフラッパーとをシールするＯリング装着用の長穴状の溝を設けていることで、ステムの外径がより大きくなっている。これらにより、ステムやフラッパーが大きくなり、その重量も増加する。そして、上記と同様に、操作トルクが大きくなって高速作動も難しくなり、全開時のコンダクタンスも小さくなる。また、フラッパー側とステム側に設けた接続端子同士を接続しつつ一体化する構成であることから組立性も悪い。

【0018】

本発明は、従来の課題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、真空処理装置の真空チェンバーの排気側に配置してフラッパーとその周囲付近をヒーターで加熱して生成物の付着を防止し、大口径化する場合にも最薄型化と最軽量化を図りつつ高速開閉動作が可能であり、全開時にはコンダクタンスを最大に確保でき、組立性も良好なバタフライ式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】

【0019】

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、ステムフランジ部の上部と下部にシャフト部を設けたステムと、ステムを貫通させる貫通穴を上部側と下部側に設けた環状のボデーと、貫通穴に流路と垂直方向に長辺を向けて形成したステム挿入長穴と、ステムフランジ部に取り付けられてボデーの内周側を回転する薄型のフラッパーとを備え、ステムフランジ部は、シャフト部の径より大きな幅の平面とシャフト部の径と同程度以下の厚さにより形成され、このステムフランジ部をボデーのステム挿入長穴より挿入可能に設けたバタフライ式圧力制御バルブである。

【0020】

請求項２に係る発明は、フラッパーは、薄型ヒーターが内蔵された状態で薄型フラッパー材とシールプレートとが溶接密閉されて形成されており、薄型ヒーターに垂直に溶接されたヒーター端子は、フラッパーとステムのフラッパー接続側の平面よりも飛び出ており、ステムフランジ部の平面には電線導入穴が設けられ、ヒーター端子と溶接された電線がステムに形成された電線引出し穴の内部に配置されたバタフライ式圧力制御バルブである。

【0021】

請求項３に係る発明は、シールプレートには電線導入穴に連通するヒーター端子飛び出し穴が設けられ、このヒーター端子飛び出し穴と電線導入穴とがガスケットでシールされた状態でフラッパーとステムとが密封シールされたバタフライ式圧力制御バルブである。

【0022】

請求項４に係る発明は、フラッパーは、薄型フラッパー材の外周部とシールプレートの外周部とがシール溶接されると共に、薄型フラッパー材に設けられたフラッパー取付けネジ穴を有する複数個の凸部の外周部とシールプレートとがシール溶接されたバタフライ式圧力制御バルブである。

【発明の効果】

【0023】

請求項１に係る発明によると、真空処理装置の真空チャンバーの排気側に配置してフラッパーその周囲付近をヒーターで加熱して生成物の付着を防止でき、ステムフランジ部をシャフト径より大きな幅の平面とシャフト部の径と同程度以下の厚さで形成し、ステムフランジ部をボデーのステム挿入長穴より挿入可能としたことで、ボデーの幅はヒーター無し仕様と同じ厚さで、弁座シール機能有りと無しのフラッパーは互換性があり入れ替え可能にできる。また、ステムにフランジ部を設けたことで、ステムフランジ面に直接フラッパーを取り付けることができ、ステムにカートリッジヒーターを挿入する構造とフラッパーにヒーターを内蔵する構造も互換性が得られ入れ替えが可能になる。更に弁座シール機能が無いフラッパーでは薄型と最軽量化でヒーターを装着でき、操作トルクを抑えて高速の開閉動作も可能になり、全開時のコンダクタンスを最大に確保し、組立性も良好である。

【0024】

請求項２に係る発明によると、フラッパー内に薄型ヒーターを密閉状態で内蔵していることにより、真空又は大気圧の状態が繰り返された場合でも、フラッパー内部へのガスや生成物などの浸入を防ぐ。ヒーター端子を薄型ヒーターに垂直に溶接し、このヒーター端子がフラッパーとステムのフラッパー接続側の平面よりもステムフランジ部側に飛び出ており、一方、ステムフランジ部の平面には電線導入穴を設け、ヒーター端子と溶接された電線をステムの電線引出し穴付近に配置していることで、ヒーター端子の一部又は全部をステムフランジ部内に内蔵してこのヒーター端子並びに電線をフラッパーとステムフランジ部の厚さ以内の寸法に収め、ステム外径を大きくしたりフラッパーを厚くすることなく、ヒーターを電気的に接続できる。

【0025】

請求項３に係る発明によると、フラッパーとステムとを密閉シールした状態で一体化することで、これらフラッパーとステムとの間からのガスや生成物の浸入を防ぎ、ヒーター端子や電線の浸潤、ショートを阻止して故障を防止することができる。

【0026】

請求項４に係る発明によると、内部が大気圧の密閉状態でフラッパーを形成し、バルブ本体内が真空状態になった場合にも、その圧力変化によるフラッパーの変形や破損を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明のバタフライ式圧力制御バルブの実施形態を示す一部切欠き正面図である。

【図2】（ａ）は、ボデーの底面図である。（ｂ）は、（ａ）の要部拡大図である。

【図3】（ａ）は、ステムの正面図である。（ｂ）は、（ａ）の拡大底面図である。

【図4】図１のバタフライ式圧力制御バルブの一部省略分離斜視図である。

【図5】図１の一部切欠き拡大側面図である。

【図6】フラッパーと電線とを示す一部切欠き側面図である。

【図7】フラッパーの分離斜視図である。

【図8】フラッパーを示す斜視図である。

【図9】（ａ）は、フラッパーとステムを固定した状態を示す正面図である。（ｂ）は、（ａ）の左側面図である。

【図10】図９（ａ）の斜視図である。

【図11】（ａ）は、従来のヒーター無しの圧力制御バルブを示す一部切欠き側面図である。（ｂ）は、（ａ）におけるフラッパーを示す断面図である。

【図12】（ａ）は、従来のヒーター内蔵型ステムを示す一部切欠き側面図である。（ｂ）は、（ａ）のヒーター内蔵型ステムとフラッパーとの取付け状態を示す断面図である。

【図13】（ａ）は、従来のヒーター内蔵型フラッパー部材の取付け状態を示す正面図である。（ｂ）は、（ａ）のフラッパー部材に蓋板を取付けた状態を示す一部切欠き側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下に、本発明におけるバタフライ式圧力制御バルブの実施形態を図面に基づいて説明する。図１においては、本発明のバタフライ式圧力制御バルブの実施形態の一部切欠き正面図、図４は、図１のバタフライ式圧力制御バルブの一部省略分離斜視図、図５は、図１の一部切欠き拡大側面図を示している。

【0029】

図において、本発明のバタフライ式圧力制御バルブ（以下、バルブ本体３０という）は、ステム３１と、ボデー３２と、薄型のフラッパー（弁体）３３とを備え、例えば、図示しないＡＬＤによる半導体製造装置の成膜用真空処置装置の真空チェンバーと真空ポンプとの間のアイソレーション用ゲートバルブの二次側に、弁閉シール機能のない圧力制御用として配置される。このバルブ本体３０により、真空チェンバーからアイソレーション用ゲートバルブを通して排気されるときに流路が開閉され、例えば、真空チェンバー内に交互に導入される材料（プロセスガス）の切り替えがおこなわれる。

【0030】

図３（ａ）に示したステム３１は一体に形成され、ステムフランジ部４０と、円筒状の上部シャフト部４１、下部シャフト部４２の２つのシャフト部とを備え、ステムフランジ部４０の上部と下部とに上下のシャフト部４１、４２がそれぞれ設けられ、このステム３１が回転制御されることでフラッパー３３が開閉する。

【0031】

ステムフランジ部４０は、本例では、フラッパー３３の外形よりやや小さくなる長さに形成され、フラッパー３３を取り付ける平面４３は、ステムフランジ部４０からシャフト部４１、４２の一部にかけて形成されることで、フラッパー３３の外形よりもやや大きく形成される。ステムフランジ部４０に対して、フラッパー３３は、ボデー３２の中心になるよう調整して固定される。

【0032】

ステムフランジ部４０のフラッパー３３との接続側には、このフラッパー３３が当接可能な縦長状の平面４３が形成され、この平面４３の幅Ｗは、上下のシャフト部４１、４２の外径φＤ１よりも大きくなるように設けられる。ステムフランジ部４０のフラッパー３３取付け側との背面側においても、フラッパー取付け側と同様に縦長状の平面４３が形成され、これらの平面４３、４３により、ステムフランジ部４０は、図３（ｂ）に示すように、両側にアール部位を有する略矩形状の断面形状であり、平面４３、４３同士の厚さＨが、外径φＤ１と同程度以下となるように形成される。

【0033】

ステムフランジ部４０のフラッパー３３取付け側の平面４３の所定位置には、後述するヒーター５０の加熱用の電線５１を内部に導入するための電線導入穴５２が長穴状に設けられ、さらに、この電線導入穴５２に続けて、ステムフランジ部４０に装入した電線５１を外部に引き出すための電線引出し穴５３が外部と連通してステムフランジ部４０の内部に形成される。

【0034】

平面４３の上下付近の所定位置には、フラッパー３３の装着方向と直交する方向に２箇所づつ連通孔５４が形成され、各連通孔５４を通して後述のフラッパー取付けネジ５５が取り付け可能に設けられる。

【0035】

電線導入穴５２の外周側には、この電線導入穴５２の外周に沿って長穴状の段部面５７が形成され、この段部面５７には、シール用ガスケット５８がステムフランジ部４０の平面４３と同じか、平面４３よりもやや突出した高さに装着される。このガスケット５８により、フラッパー３３と電線導入穴５２の外周側とが密封シールされる。
上下のシャフト部４１、４２は、それぞれ略円筒状に形成され、これらシャフト部４１、４２の外径がステム３１の外径φＤ１となる。

【0036】

図１、図４、図５に示すボデー３２は、例えば、口径２００Ａ以上の大口径の環状に形成され、このボデー３２の上部側と下部側には、上下のシャフト部４１、４２をそれぞれ貫通可能な貫通穴６１がシャフト部４１、４２と同心上に設けられる。このうち、下部側の貫通穴６１は、ボデー３２の外径側に形成される円形状の貫通丸穴６２と、この貫通丸穴６２よりも内径側に形成されるステム挿入長穴６５とを備え、図１において、貫通丸穴６２は、ステム３１の挿入方向における高さＹ１、ステム挿入長穴６５は、高さＹ２によりそれぞれ設けられる。

【0037】

一方、上部側の貫通穴６１は、下部側の貫通丸穴６２と同じボデー外径側の貫通丸穴６２と、この貫通丸穴６２よりも小径であって上部シャフト部４１を回動可能に挿入可能な内径の貫通小径穴６２ａとを備えている。

【0038】

図２において、ステム挿入長穴６５は、ボデー３２内に形成される流路３２ａと垂直方向に長辺Ｌが向けられる方向で、前述したステムフランジ部４０の断面形状よりもやや大きい形状により、貫通丸穴６２と同軸で、長辺Ｌがボデー３２両端の接続端面６６と平行になる向きで形成される。このステム挿入長穴６５を通して、断面略矩形状のステムフランジ部４０がシャフト部４１、４２とともにボデー３２内の所定位置まで挿入可能となり、この状態でステム３１の平面４３にフラッパー３３を取り付け可能になる。

【0039】

このとき、図１に示すように、ボデー３２上下側の貫通丸穴６２には、ベアリング６７がそれぞれ装入方向に位置決めされた状態でステム３１外周側に装着され、この上から軸装用のボンネット６８が、Ｏリング６９を通してボデー３２の上部と下部にそれぞれ取付ボルト７０で固定される。上下ボンネット６８内におけるシャフト部４１、４２との間には、外部シール用グランドパッキン７１、グランド７２、ベアリング７３がそれぞれ装着される。

【0040】

ベアリング６７、７３は、例えばアンギュラベアリングからなり、フラッパー３３をボデー３２の中心位置に保持する。下部シャフト部４２側のベアリング６７よりも内径側には、このベアリング６７とボデー３２との間に挟まれるよう環状のプレート部材７４が装着され、このプレート部材７４でステム挿入長穴６５と下部シャフト部４２との隙間を塞いでいる。尚、ベアリング６７は、フラッパー３３をボデー３２中心に保持し回転可能にするものであり、２個のアンギュラベアリングを片方のシャフトに装着することもでき、Ｏリングシールの外側に配置することも可能である。

【0041】

ボデー３２の外周側には、板状ヒーター７６が固着ネジ７７により固着され、このヒーター部材７６によってボデー３２が外周面側から加熱される。

【0042】

図６～図８に示すフラッパー３３は、それぞれ環状で薄型に形成されたフラッパー材８０、ヒーター５０、シールプレート８１を備え、フラッパー材８０とシールプレート８１は、ヒーター５０よりもやや大径に形成される。

【0043】

フラッパー材８０におけるヒーター５０の取付け側には、複数個の凸部８２が設けられ、この凸部８２は、本例では上下方向に配置される２つの略矩形状凸部８３と、左右方向に配置される２つの円柱状凸部８４よりなる。略矩形状の凸部８３には、それぞれ２つずつのフラッパー取付けネジ穴８５が形成され、一方、円柱状の凸部８４には、その中央に雌ネジ８６が形成される。

【0044】

薄型ヒーター５０は、箔状のヒーター部材が絶縁材に挟まれるようにして構成され（図示せず）、箔状ヒーター部材の一端面側にヒーター端子９０が垂直に溶接される。ヒーター端子９０の外周には環状の絶縁リング９１が取り付けられ、この絶縁リング９１によって絶縁状態でヒーター端子９０に電圧供給用の電線５１が溶接される。
ヒーター５０の上述した略矩形状凸部８３、円柱状凸部８４が対向する位置には、これらをそれぞれ挿通可能な大きさの矩形穴９３、円形穴９４がそれぞれ形成される。

【0045】

シールプレート８１は、フラッパー材８０よりもやや小径に形成され、電線導入穴５２と対向する位置には、この電線導入穴５２に連通するヒーター端子飛び出し穴９５が電線導入穴５２と略同形状に設けられる。シールプレート８１の略矩形状凸部８３、円柱状凸部８４が対向する位置（矩形穴９３、円形穴９４が対向する位置）には、これらがそれぞれ嵌合する大きさの矩形穴部９６、円形穴部９７が形成されている。

【0046】

フラッパー３３は、薄型ヒーター５０が内蔵された状態で、薄型フラッパー材８０とシールプレート８１とが溶接されることによって内部が密封された状態で形成され、このとき、フラッパー３３は、ヒーター５０よりやや大きなシールプレート８１でシール溶接されると共に、複数個の各凸部８２の外周部とシールプレート８１の矩形穴部９６、円形穴部９７の内周面側とがシール溶接される。この場合、ヒーター端子９０と溶接された電線５１は、ヒーター端子９０とともにヒーター端子飛び出し穴９５からステム３１への取付け側に引き込まれ、ステム取付け側に飛び出した位置に配置される。

【0047】

図９、図１０において、フラッパー３３のステム３１（ステムフランジ部４０）への取り付け時には、ヒーター端子９０が、フラッパー３３とステム３１のフラッパー接続側の平面４３よりもステム３１側に飛び出ており、これによりヒーター端子９０の一部又は全部が電線導入穴５２からステムフランジ部４０の内部に装入され、電線５１が電線導入穴５２から電線引出し穴５３の内部に配置された状態で、フラッパー３３とステムフランジ部４０とが固定金具１００によって固定される。

【0048】

固定金具１００は、断面略Ｕ字形の装着凹部１０１と、この装着凹部１０１の両端からフラッパー取付け用に延長された取付け部１０２とを備え、取付け部１０２の雌ネジ８６に対応する２箇所には貫通穴部１０３が形成されている。

【0049】

固定金具１００によりフラッパー３３とステム３１とを一体化する場合には、ステムフランジ部４０の背面側を装着凹部１０１に嵌め込み、取付け部１０２をフラッパー３３の当該位置に配置した状態とし、貫通穴部１０３から円形穴９４、円形穴部９７に固定ボルト１０４を挿入して雌ネジ８６に螺着することにより、固定ボルト１０４でフラッパー３３とステムフランジ部４０とを固定金具１００を通して固定する。

【0050】

さらに、フラッパー取付けネジ５５を連通孔５４を通してフラッパー取付けネジ穴８５に螺合することで、フラッパー取付けネジ５５でフラッパー３３とステムフランジ部４０とを固定する。このように、フラッパー３３は、上下のフラッパー取付けネジ５５と、左右の固定ボルト１０４とにより上下左右にステムフランジ部４０に位置決めされ、流路３２ａに芯出しされた状態で取り付けられる。

【0051】

この場合、固定ボルト１０４とフラッパー取付けネジ５５の締め込みにより、ヒーター端子飛び出し穴９５と電線導入穴５２とがガスケット５８でシールされた状態で、フラッパー３３とステム３１（ステムフランジ部４０）とが密封シールされつつ、フラッパー３３がこのステムフランジ部４０に取り付けられ、ステム３１を通してフラッパー３３がボデー３２の内周側を回転可能となっている。

【0052】

なお、上記実施形態においては、一体のステム３１にステムフランジ部４０とシャフト部４１、４２とを設けているが、ステム挿入長穴６５を通してステムフランジ部４０に取り付け可能な断面形状であって、フラッパー３３を流路３２ａに芯出し状態で固定可能であれば、ステムフランジ部４０とシャフト部４１、４２とを別体に設け、これらを一体に固着してステム３１を設けるようにしてもよい。

【0053】

ステムフランジ部４０の平面４３をフラッパー３３取付け側の背面にも設けているが、この背面側の平面４３は必ずしも設ける必要はなく、フラッパー３３取付け側に設けた平面４３の幅Ｗがシャフト部４１、４２の外径φＤ１よりも大きく、ステムフランジ部４０がシャフト部４１、４２の径と同程度以下の厚さであれば、ステムフランジ部４０の背面側をアール面状などの適宜の形状に設けるようにしてもよい。

【0054】

フラッパー３３とその周囲付近の側から、このフラッパー３３に内蔵した円板状ヒーター５０のみで加熱しているが、これに加えてステム３１内部に図示しないカートリッジ型のヒーターを内蔵し、このカートリッジ型ヒーターでステム３１内部からも加熱するようにしてもよい。この場合、ヒーター５０、板状ヒーター７６に加えてカートリッジ型ヒーターで加熱することでその加熱効率がより向上する。

【0055】

一方、図１１（ｂ）のバタフライ式圧力制御バルブのように、フラッパーにヒーターを内蔵しない構造や、又は、小型バルブのヒーター内蔵のフラッパーである場合には、固定金具１００を省略でき、簡略化した構造に設けることができる。

【0056】

ボデー３２側において、ステムフランジ部４０（並びにシャフト部４１、４２）を挿入可能であれば、ステム挿入長穴６５を長穴状以外の形状に設けることもできる。

【0057】

図１２（ｂ）のフラッパー部材１４のように、Ｏリング部材１６を装着した弁体シール機構付きのフラッパーを用いることもでき、この場合、図のように弁体取付け用ボルト１７がフラッパー１４を貫通しない状態で、ステムフランジ部位とフラッパー１４とが直接取り付けられる構造とすればよい。これに加えて、ボデー内周面には弁座シール面を形成するとよく、この場合には、Ｏリングを外周に装着したフラッパーの弁閉するときに、Ｏリングと弁座シール面とによる弁座シール機能が発揮される。

【0058】

続いて、本発明のバタフライ式圧力制御バルブの上記実施形態における作用を説明する。
本発明のバタフライ式圧力制御バルブは、図５～図８に示すように、フラッパー３３内にヒーター５０を内蔵し、このヒーター５０でフラッパー３３やステム３１及びその周囲を加熱するようにしているので、例えば、口径を２００Ａ以上の大口径に設ける場合にも、ステム３１やフラッパー３３及びその周囲付近を均一な高温状態に加熱できる。これにより、流路３２ａ側に露出するこれらの部品や流路３２ａの内壁全体への生成物の付着及び堆積を確実に防止し、この生成物の付着や堆積によるフラッパー３３開閉時のステム３１の操作トルクの上昇を抑えることができる。
しかも、図示しないアクチュエータに内蔵されるモーターへの負荷を抑えつつフラッパー３３の高速動作を維持できるため、低出力で小型のアクチュエータを用いて耐久性を向上しつつフラッパー３３の正確な開閉動作を維持できる。

【0059】

図３に示すように、ステムフランジ部４０と上下のシャフト部４１、４２とを備えたステム３１を設け、ステムフランジ部４０は、シャフト部４１、４２の外径φＤ１よりも大きな幅Ｗによる平面４３と、シャフト部４１、４２の外径φＤ１と同程度以下の厚さＨにより形成されているので、ステムフランジ部４０の平面４３を幅広く形成しつつ、その厚さＨを薄くしながらステムフランジ部４０を形成できる。

【0060】

これに対して、例えば、上記と同じ幅Ｗの平面４３を、仮に、図の二点鎖線に示した丸棒（円柱状材料）１１０を切り欠いて設ける場合には、この丸棒１１０を直径φＤ２により設ける必要があり、このときのシャフト部の直径が直径φＤ２となってステム全体の外径（厚さ）も増加する。一方、本実施形態では、同じ幅Ｗの平面４３としながら、厚さＨにより直径φＤ２よりも小さくできる。このように、シャフト部４１、４２の外径φＤ１を、丸棒１１０を用いる場合の直径φＤ２に対して大幅に小径に形成することが可能になる。

【0061】

上記のステムフランジ部４０をボデー３２のステム挿入長穴６５より挿入可能に設けていることで、ステムフランジ部４０の平面４３を幅広状に大きく確保した状態で、厚さＨの薄いステムフランジ部４０と小径化したシャフト部４１、４２（ステム３１）をボデー３２内の所定位置に装着し、このステム３１に対してフラッパー３３を取付けできる。

【0062】

この場合、ステム３１は、ステム挿入長穴６５がボデー３２の接続端面６６と平行状態で装着されることで、ボデー３２の厚さを汎用的なバタフライバルブと同等の厚さに設けて、バルブ本体３０の小型化と軽量化を図ることも可能になっている。

【0063】

フラッパー３３は、ヒーター５０よりもやや大きなシールプレート８１でシール溶接され、フラッパー材８０の複数個の凸部８２の外周部とシールプレート８１とをシール溶接して設けられているので、内部が密封されて大気圧の状態となる。そのため、仮に、このフラッパー３３を装着したバルブ本体３０の内部が真空状態になったとしても、フラッパー材８０やシールプレート８１の変形を防止し、ヒーター５０の故障などを防止する。

【0064】

ヒーター５０を、例えば１ｍｍ程度の薄板により形成し、このヒーター５０に対してヒーター端子９０を垂直に溶接していることで、ヒーター５０の厚みの増加を防いでいる。そして、このヒーター５０にシールプレート８１、フラッパー材８０を一体化してフラッパー３３を設けたときには、図６において、このフラッパー３３の厚みＴを、例えば４～５ｍｍ程度の極薄に抑えて軽量化を図っている。

【0065】

ヒーター５０に垂直に溶接されたヒーター端子９０は、フラッパー３３とステム３１（ステムフランジ部４０）の平面４３よりもステム３１側に飛び出ており、一方において、ステムフランジ部４０の平面４３に電線導入穴５２を設け、ヒーター端子９０とこのヒーター端子９０に溶接された電線５１とを電線導入穴５２から電線引出し穴５３の内部に配置して外部に引き出せるようにしているので、ステム３１へのフラッパー３３装着時には、平面４３にシールプレート８１側を当接させ、ステム３１側に飛び出たヒーター端子９０の一部又は全部を電線導入穴５２からステム３１に内蔵できる。

【0066】

この場合、ステムフランジ部４０の平面４３を幅広状とし、この平面４３に幅広状の電線導入穴５２を設けていることで、この電線導入穴５２を通して平板状で横幅の大きいヒーター端子９０と、電線５１とを、ステム３１内部に確実に装入した状態で、このステム３１とフラッパー３３とを一体化できる。

【0067】

シールプレート８１に電線導入穴５２に連通するヒーター端子飛び出し穴９５を設け、このヒーター端子飛び出し穴９５と電線導入穴５２とをガスケット５８でシールした状態でフラッパー３３とステム３１とを密封シールしているので、これらフラッパー３３とステム３１との接合部から内部に流体や生成物が浸入するおそれがない。

【0068】

上述したように、ステム３１内に電線５１を内蔵した状態で、ヒーター端子９０を電線導入穴５２に位置合わせしてステム３１の所定位置にフラッパー３３を容易に装着でき、このとき、ステム３１の内部側にヒーター端子９０を配置していることで、フラッパー３３側にヒーター端子９０を内蔵するための空間を設ける必要がない。

【0069】

しかも、ステムフランジ部４０の厚さを薄くできることから、このステムフランジ部４０（ステム３１）とフラッパー３３とを一体化した後の全体の厚さ（奥行き）を薄く抑えることが可能となる。さらに、シャフト部４１、４２の外径φＤ１を小径化することが可能であるため、フラッパー３３やステム３１の厚さ方向の大型化を防いでフラッパー３３全開時のコンダクタンスを大きくでき、軽量化を図ることで操作トルクも低減し、例えば、約０．１秒の高速の開閉動作が可能になる。このように操作トルクが抑えられることで、低出力の駆動装置を用いて全体の大型化や軽量化を図りつつ、半導体製造装置の流路の一部に組み込むことができる。ボデー３２の厚さを薄くすることもでき、ヒーターを設けないタイプのバルブのボデーと同等の厚さに形成できる。

【0070】

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は、前記実施の形態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精神を逸脱しない範囲で、種々の変更ができるものである。

【符号の説明】

【0071】

３０ バルブ本体
３１ ステム
３２ ボデー
３２ａ 流路
３３ フラッパー
４０ ステムフランジ部
４１ 上部シャフト部
４２ 下部シャフト部
４３ 平面
５０ ヒーター
５１ 電線
５２ 電線導入穴
５３ 電線引出し穴
５８ ガスケット
６１ 貫通穴
６５ ステム挿入長穴
８０ フラッパー材
８１ シールプレート
８２ 凸部
８５ フラッパー取付けネジ穴
９０ ヒーター端子
９５ ヒーター端子飛び出し穴
φＤ１ 外径
Ｌ 長辺
Ｗ 幅
Ｈ 厚さ

【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】