KR102592722B1 - 다이어프램 밸브 및 그것을 사용한 질량 유량 제어 장치 - Google Patents

Abstract

다이어프램(2), 통상의 밸브 시트(5), 밸브 시트의 외측에 위치하는 1차측 유로(4), 밸브 시트의 내측에 위치하는 2차측 유로(3), 및 다이어프램을 착좌면으로 압박하여 밸브 개방도를 변경하는 압박 부재(6)를 구비하는 다이어프램 밸브(1)에 있어서, 완전 개방부터 완전 폐쇄까지의 적어도 일부의 밸브 개방도의 범위에 있어서 다이어프램과 접촉하여 2차측 유로측으로의 다이어프램의 변형을 방해하는 지지 부재(7)를, 착좌면과 착좌면의 중심 사이의 영역에 배치한다. 이에 의해, 다이어프램의 양측의 압력차가 큰 경우에 있어서도 착좌면에 있어서의 갭의 축소를 방지하여 대유량으로 가스를 흐르게 할 수 있다.

Description

다이어프램 밸브 및 그것을 사용한 질량 유량 제어 장치

본 발명은, 다이어프램 밸브 및 그것을 사용한 질량 유량 제어 장치에 관한 것이다.

질량 유량 제어 장치는, 유량 센서 및 유량 제어 밸브를 구비하고, 유량 센서에 의해 측정되는 가스의 유량이 목표값과 일치하도록 유량 제어 밸브의 개방도를 조정하는 장치이다. 질량 유량 제어 장치는, 성막 재료로서의 가스를 반도체 제조 장치에 정량 공급하는 것을 목적으로 하여 널리 사용되고 있다. 반도체의 제조에 사용되는 가스 중에는 부식성을 갖는 것이 있다. 이 때문에, 질량 유량 제어 장치에 있어서는, 가스의 유로와 밸브의 구동 기구가 금속제의 격막(즉, 다이어프램)에 의해 기밀하게 분리된 다이어프램 밸브가 유량 제어 밸브로서 사용되는 것이 일반적이다.

다이어프램 밸브의 다이어프램은, 전형적으로는, 스테인리스강 등의 내부식성 금속에 의해 구성된 원 형상의 박판이다. 다이어프램 밸브의 개폐 동작은, 밸브의 1차측 유로와 2차측 유로를 이격하는 밸브 시트의 착좌면에, 다이어프램의 표면을 접촉시키거나 괴리시키거나 함으로써 행해진다. 다이어프램의 변위는, 다이어프램을 사이에 두고 가스의 유로와는 반대측에 마련된 압박 부재에 의해 행해진다.

다이어프램 밸브의 최대 유량은, 밸브의 1차측 압력 P₁과 2차측 압력 P₂의 압력차 ΔP1 및 밸브 시트의 착좌면과 다이어프램의 표면 사이에 형성되는 갭의 단면적 S에 의존한다. 전형적으로는, 밸브 시트는 원통상의 형상을 갖고, 그 다이어프램측의 환상의 단부면이 착좌면이 된다. 따라서, 압력차 ΔP1이 일정한 경우, 최대 유량을 증가시키기 위해서는, 밸브 시트의 착좌면의 둘레 길이 l을 길게 하거나, 혹은 밸브 시트의 착좌면과 다이어프램의 표면의 거리 d를 확대하거나 하는 것 중 어느 수단에 의해, 갭의 단면적 S(=l×d)를 증가시키는 것이 유효하다. 후자의 수단에 있어서의 거리 d는, 다이어프램의 압박 부재의 가동 영역의 크기에 따라 결정된다. 압박 부재를 구동하는 구동 기구가 압전 소자인 경우, 압박 부재의 가동 영역은 기껏해야 50㎛이며, 거리 d를 확대하는 것은 곤란하다.

한편, 전자의 수단을 채용하여 최대 유량을 증가시킨 유량 제어 밸브로서, 예를 들어 특허문헌 1에는, 밸브 시트의 착좌면을 다이어프램의 평탄부의 주연의 근방까지 확대한 유량 제어 밸브가 기재되어 있다. 이 구성에 의하면, 일정한 크기의 평탄부를 갖는 다이어프램에 대하여 단일의 착좌면을 갖는 밸브 시트로서는 착좌면의 둘레 길이 l이 가장 길어진다.

그런데, 근년, 반도체 제조 기술의 진보에 수반하여 성막 재료로서의 가스의 종류도 증가되고 있고, 종래 사용된 적이 없었던 특수한 가스가 사용되도록 되어 오고 있다. 예를 들어, 특허문헌 2에는, 원자층 퇴적법(ALD)에 사용되는 성막 재료로서, 예를 들어 유기 금속 화합물 및/또는 금속 할로겐화물 등의 전구체를 포함하는 가스가 기재되어 있다. 이들 전구체를 처음에 기판 상에 화학 흡착시켜 단층을 형성하고, 그 후에 다른 가스와 반응시킴으로써, 금속 또는 금속 산화물 등의 원자층이 형성된다.

일본 특허 공개 평11-65670호 공보 국제 공개 제2006/101857호 일본 특허 공개 제2014-47843 미국 특허 출원 공개 제2008/0142091호 명세서

상술한 유기 금속 화합물 및 금속 할로겐화물 등의 전구체는, 일반적으로 분자량이 크고, 상온 상압에 있어서 액체(또는 고체)이다. 또한, 가열에 의해 기화시켜도, 평형 증기압이 낮기 때문에, 냉각 또는 압력 상승에 의해 용이하게 액화(또는 고화)된다. 따라서, 이들 가스의 액화(또는 고화)를 방지하면서 유량을 제어하여 반도체 제조 장치에 공급하기 위해서는, 온도 T를 고온으로 유지함과 함께, 1차측 압력 P₁ 및 2차측 압력 P₂가 온도 T에 있어서의 평형 증기압 P(T)를 초과하지 않는 상태를 유지하면서 유량 제어를 행할 필요가 있다. 이것은, (평형 증기압 P(T)가 낮기 때문에) 1차측 압력 P₁과 2차측 압력 P₂의 압력차 ΔP1을 크게 할 수 없음을 의미한다. 따라서, 평형 증기압이 낮은 가스의 유량 제어에 있어서 소기의 유량을 달성하기 위해서는, 질량 유량 제어 장치가 구비하는 다이어프램 밸브의 갭의 단면적 S를 증가시킬 필요가 있다.

특허문헌 1에 기재된, 밸브 시트의 착좌면을 다이어프램의 평탄부의 주연의 근방까지 확대한 유량 제어 밸브에 있어서는, 일정한 크기의 평탄부를 갖는 다이어프램에 대하여 단일의 착좌면을 갖는 밸브 시트로서는 착좌면의 둘레 길이 l 및 갭의 단면적 S가 최대이다. 그러나, 2차측 유로의 형상이 복잡하기 때문에, 유체 저항이 크고, 용량 계수(C_v값)가 작아진다. 이 때문에, 갭의 단면적 S는 큼에도 불구하고 유량을 크게 할 수 없다는 과제가 있다.

그래서, 가스를 흐르게 하는 방향을 반대로 하여, 1차측 유로를 밸브 시트의 외측에 마련하고, 2차측 유로를 밸브 시트의 내측에 마련하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 그 경우에는 2차측 유로가 반도체 제조 장치와 접속되기 때문에 진공에 가까운 압력이 된다. 즉, 반도체 제조 장치에 공급되는 가스의 2차측 압력 P₂가 낮다. 한편, 다이어프램 밸브에 있어서, 다이어프램의 압박 부재가 마련되어 있는 측은 외부와 연통되어 있으므로, 그 부분의 압력 P₀은 대기압과 동등하다. 이 때문에, 압박 부재가 마련되어 있는 측의 압력 P₀과 그 반대측의 2차측 압력 P₂ 사이의 압력차 ΔP2에 의해 다이어프램의 중심부가 2차측 유로를 향하여 변형(팽창)되고, 그 영향에 의해 갭의 거리 d가 줄어들어 가스의 유량이 저하된다는 새로운 과제가 발생한다.

도 10은 종래 기술에 관한 다이어프램 밸브(이후, 「종래 밸브」라 호칭되는 경우가 있음)의 구성의 일례를 도시하는 모식적인 단면도이다. 또한, 도 11은 종래 밸브(10)에 있어서의 상술한 압력차 ΔP2의 크기에 의한 다이어프램(2)의 상태의 차이를 설명하기 위한 다이어프램(2) 근방의 모식적인 부분 확대 단면도이다. 어느 도면에 있어서도, 해칭이 실시된 부분은, 종래 밸브(10)를 구성하는 부재의 단면을 나타낸다. 단, 다이어프램(2)의 단면만은 굵은 선에 의해 표시되어 있다. 선 및 해칭이 없는 부분은, 가스의 유로 또는 부재간의 간극을 나타낸다.

다이어프램(2)의 압박 부재(6)가 마련되어 있는 측의 압력 P₀과 그 반대측의 2차측 압력 P₂ 사이의 압력차 ΔP2가 충분히 작을 때, 도 11에 도시한 굵은 실선과 같이, 다이어프램(2)의 평탄부는 본래의 평탄한 형상을 유지하고 있다. 그러나, 압력차 ΔP2가 클 때는, 도 11에 도시한 굵은 파선과 같이, 다이어프램(2)은 2차측 유로를 향하여 변형되는(2차측 유로측이 볼록해지도록 다이어프램(2)이 휘는) 경우가 있다. 다이어프램(2)은, 그 외주부가 다른 부재에 고정되어 있으므로, 다이어프램(2)의 중앙과 비교하면, 착좌면(5a)에 대응하는 위치에 있어서의 변형은 작다. 그래도, 도 11에 예시한 바와 같이, 압력차 ΔP2가 충분히 작을 때(굵은 실선)와 비교하여, 굵은 파선으로 도시된 다이어프램(2)과 밸브 시트(5)의 착좌면(5a)의 갭의 거리 d는 작아진다. 이와 같은 다이어프램(2)의 변형의 결과, 갭의 단면적 S가 작아져, 가스의 유량이 저하된다.

본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 다이어프램의 평탄부의 주연의 근방까지 확대된 착좌면을 갖는 밸브 시트를 구비하는 다이어프램 밸브 및 그것을 사용한 질량 유량 제어 장치에 있어서, 다이어프램의 양측의 압력차 ΔP2가 큰 경우에 있어서도 대유량으로 가스를 흐르게 할 수 있도록 하는 것을 하나의 목적으로 한다.

본 발명에 관한 다이어프램 밸브(이후, 「본 발명 밸브」라 호칭되는 경우가 있음)는, 원형의 다이어프램과, 밸브 시트와, 밸브 시트의 외측에 위치하는 공간인 1차측 유로와, 밸브 시트의 내측에 위치하는 공간인 2차측 유로와, 다이어프램을 착좌면에 접근시키는 방향으로 압박하도록 구성된 압박 부재를 구비한다. 밸브 시트는, 다이어프램과 동축상으로 배치된 통상 부재에 의해 구성되고 또한 다이어프램이 착좌하는 환상의 형상을 갖는 평면인 착좌면이 통상 부재의 다이어프램측의 단부면에 형성되어 있다. 다이어프램의 외주부는 착좌면을 포함하는 평면인 착좌 평면에 대하여 소정의 거리만큼 이격된 기준 위치에 고정되어 있고, 압박 부재는 다이어프램을 압박함으로써 다이어프램과 착좌면의 거리를 변경하여 밸브 개방도를 변경하도록 구성되어 있다.

본 발명 밸브는, 그 밸브 개방도의 완전 개방부터 완전 폐쇄까지의 범위인 완전 개방도 범위 중 적어도 일부의 밸브 개방도의 범위인 제1 개방도 범위에 있어서 다이어프램과 접촉하여 2차측 유로측으로의 다이어프램의 변형을 방해하도록 구성된 지지 부재를 더 구비한다. 지지 부재는, 착좌면을 포함하는 평면인 착좌 평면에 대한 수직 투영도에 있어서, 제1 개방도 범위에 있어서 다이어프램과 접촉하는 지지 부재의 면인 지지면이, 착좌면의 환상의 형상의 중심인 착좌 중심과 착좌면 사이의 영역에 위치하도록 구성되어 있다.

또한, 본 발명에 관한 질량 유량 제어 장치(이후, 「본 발명 장치」라 호칭되는 경우가 있음)는, 유량 센서 및 본 발명 밸브를 구비하는 질량 유량 제어 장치이다.

본 발명에 따르면, 2차측 유로의 직경을 확대하여 유체 저항을 적게 할 수 있다. 게다가, 다이어프램의 압박 부재가 마련되어 있는 측의 압력 P₀과 그 반대측의 2차측 압력 P₂ 사이의 압력차 ΔP2가 클 때라도 다이어프램 밸브의 갭 거리 d의 축소를 저감할 수 있다. 따라서, 본 발명 밸브를 구비하는 질량 유량 제어 장치를 사용하여, 평형 증기압이 낮은 가스를 대유량으로 반도체 제조 장치 등에 안정적으로 공급할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 다이어프램 밸브(제1 밸브)의 구성의 일례를 도시하는 모식적인 단면도이다.
도 2는 제1 밸브에 있어서의 압력차 ΔP2의 크기에 의한 다이어프램의 상태의 차이를 설명하기 위한 다이어프램 근방의 모식적인 부분 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 다이어프램 밸브(제3 밸브)의 다이어프램 근방의 구성의 일례를 도시하는 모식적인 부분 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명에 관한 지지 부재의 하나의 실시 형태를 도시하는 모식적인 사시도이다.
도 5는 본 발명에 관한 지지 부재의 다른 하나의 실시 형태를 도시하는 모식적인 사시도이다.
도 6은 본 발명에 관한 지지 부재의 또 다른 하나의 실시 형태를 도시하는 모식적인 사시도이다.
도 7은 본 발명에 관한 가압 부재를 구비하는 지지 부재의 하나의 실시 형태를 도시하는 모식적인 사시도이다.
도 8은 본 발명에 관한 가압 부재를 구비하는 지지 부재의 다른 하나의 실시 형태를 도시하는 모식적인 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 질량 유량 제어 장치(제5 장치)의 구성의 일례를 도시하는 모식적인 블록도이다.
도 10은 종래 기술에 관한 다이어프램 밸브(종래 밸브)의 구성의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 11은 종래 밸브에 있어서의 압력차 ΔP2의 크기에 의한 다이어프램의 상태의 차이를 설명하기 위한 다이어프램 근방의 모식적인 부분 확대 단면도이다.

본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해, 도면을 참조하면서 이하에 상세하게 설명한다. 또한, 여기에 기재된 실시 형태는 어디까지나 예시에 지나지 않고, 본 발명을 실시하기 위한 형태는 여기에 기재된 형태에 한정되지 않는다.

《제1 실시 형태》

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 다이어프램 밸브(이후, 「제1 밸브」라 호칭되는 경우가 있음)의 구성의 일례를 도시하는 모식적인 단면도이다. 해칭이 실시된 부분은, 제1 밸브(1)를 구성하는 부재의 단면을 나타낸다. 단, 다이어프램(2)의 단면만은 굵은 선에 의해 표시되어 있다. 선 및 해칭이 없는 부분은, 가스의 유로 또는 부재간의 간극을 나타낸다. 또한, 도 2는 제1 밸브(1)에 있어서의 압력차 ΔP2의 크기에 의한 다이어프램(2)의 상태의 차이를 설명하기 위한 다이어프램(2) 근방의 모식적인 부분 확대 단면도이다.

제1 밸브(1)는, 원형의 다이어프램(2)을 갖는다. 다이어프램(2)은, 원형의 형상을 갖는 금속제의 박판에 의해 구성된 격막이다. 다이어프램(2)의 2개의 주면 중 한쪽은 가스의 유로에 면하고 있고, 다른 쪽은 외기와 연통하는 공간에 면하고 있다. 따라서, 가스와 외기는 다이어프램(2)에 의해 격리된다. 다이어프램(2)의 외주부는 착좌면을 포함하는 평면인 착좌 평면에 대하여 소정의 거리만큼 이격된 기준 위치에 고정되어 있다. 구체적으로는, 다이어프램(2)은, 그 외주부가 다른 부재에 간극없이 고정되어 있다. 다이어프램(2)과 다른 부재의 고정 부분은, 가스킷 그 밖의 수단에 의해 가스가 누설되지 않도록 기밀하게 유지되어 있는 것이 바람직하다. 다이어프램(2)의 고정 부분보다도 조금 내측에, 다이어프램(2)의 변형에 의한 제1 밸브(1)의 개폐 동작 및 밸브 개방도의 조정(증감)을 용이하게 하기 위한 굴곡부(2a)가 마련되어 있는 것이 바람직하다.

다이어프램(2)은, 스테인리스강 등의 내부식성 금속의 박판에 의해 구성되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제1 밸브(1)를 사용하여 금속에 대한 부식성을 갖는 가스의 유량을 제어하는 것이 가능해진다. 다이어프램(2)을 구성하는 금속제의 박판의 두께는, 0.2㎜ 이상, 0.5㎜ 이하인 것이 바람직하다. 다이어프램(2)의 두께가 0.2㎜ 이상일 때는 다이어프램(2)의 강도가 충분해지고, 0.5㎜ 이하일 때는 압박 부재에 의한 다이어프램(2)의 변형(구동)이 용이해진다. 다이어프램(2)의 보다 바람직한 두께는, 0.3㎜ 이상, 0.4㎜ 이하이다.

제1 밸브(1)는, 다이어프램(2)과 동축상으로 배치된 통상 부재에 의해 구성되고 또한 다이어프램(2)이 착좌하는 환상의 형상을 갖는 평면인 착좌면(5a)이 통상 부재의 다이어프램(2)측의 단부면에 형성되어 있는 밸브 시트(5)를 구비한다. 밸브 시트(5)를 구성하는 통상 부재의 형상은, 착좌면(5a)이 환상의 형상을 갖는 평면인 한 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 통상 부재의 형상은 원통형 또는 원뿔대 통형이어도 된다. 혹은, 도 1에 도시한 바와 같이, 원통상 부재와 원뿔대 통상 부재의 조합에 의해 통상 부재가 구성되어 있어도 된다.

밸브 시트(5)의 외측에는 가스의 1차측 유로(4)가 되는 공간이 획정되어 있고, 밸브 시트(5)의 내측에는 2차측 유로(3)가 되는 공간이 획정되어 있다. 가스는, 1차측 유로(4)를 통해 제1 밸브(1)에 유입되고, 2차측 유로(3)를 통해 제1 밸브(1)로부터 외부로 유출된다. 1차측 유로(4) 및 2차측 유로(3)의 형상은, 모두 가스의 유체 저항이 적어지도록, 유로 면적을 가능한 한 넓게 하고, 굴곡부가 가능한 한 적은 형상인 것이 바람직하다. 1차측 유로(4) 및 2차측 유로(3)는, 예를 들어 제1 밸브(1)를 구성하는 부재에 기계 가공에 의해 뚫어진 구멍에 의해 구성할 수 있다.

제1 밸브(1)의 개폐 동작은, 다이어프램(2)의 표면을 밸브 시트(5)의 착좌면(5a)에 접촉시키거나 밸브 시트(5)의 착좌면(5a)으로부터 괴리시키거나 함으로써 행해진다. 다이어프램(2)의 표면이 밸브 시트(5)의 착좌면(5a)으로부터 괴리되어 있을 때는, 다이어프램(2)의 표면과 환상의 착좌면(5a) 사이에는 거의 일정한 거리 d의 갭이 형성된다. 제1 밸브(1)의 1차측 압력 P₁과 2차측 압력 P₂의 압력차 ΔP1이 일정할 때, 제1 밸브(1)를 흐르는 가스의 유량은, 갭의 거리 d와 착좌면(5a)의 둘레 길이 l의 곱, 즉 갭의 단면적 S(=l×d)에 의존한다.

전술한 바와 같이, 갭의 거리 d는, 다이어프램(2)의 압박 부재(6)의 가동 영역의 크기에 따라 결정되므로, 거리 d를 확대하는 것은 용이하지 않다. 제1 밸브(1)의 밸브 시트(5)의 착좌면(5a)은 환상의 형상을 갖는다. 착좌면(5a)의 형상을 환상으로 함으로써, 제1 밸브(1)의 확실한 개폐 동작이 가능해진다. 또한, 밸브 시트(5)의 착좌면(5a)을 다이어프램(2)의 평탄부(굴곡부(2a)보다도 중심측이 평탄한 부분)의 주연의 근방까지 확대하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 착좌면(5a)의 둘레 길이 l 및 갭의 단면적 S를 최대로 할 수 있다.

다이어프램(2)의 표면이 밸브 시트(5)의 착좌면(5a)에 접촉하고 있을 때는, 1차측 유로(4)와 2차측 유로(3)는 착좌면(5a)의 위치에 있어서 차단되어, 가스는 흐르지 않는다. 이때의 착좌면(5a)보다도 상류측의 가스의 유로를 1차측 유로(4)라 호칭하고, 착좌면(5a)보다도 하류측의 가스의 유로를 2차측 유로(3)라 호칭한다. 도 1에 예시된 바와 같이, 1차측 유로(4)는 제1 밸브(1)를 구성하는 부재에 기계 가공에 의해 뚫어진 구멍뿐만 아니라, 밸브 시트(5)를 구성하는 통상 부재의 외측 표면에 의해서도 형성될 수 있다. 또한, 2차측 유로(3)는 제1 밸브(1)를 구성하는 부재에 기계 가공에 의해 뚫어진 구멍뿐만 아니라, 밸브 시트(5)를 구성하는 통상 부재의 내측 공간(구멍)에 의해서도 형성될 수 있다.

도 1에 예시된 바와 같이, 밸브 시트(5)의 착좌면(5a)은, 밸브 시트(5)를 구성하는 통상 부재의 다이어프램(2)측의 단부면에 마련할 수 있다. 착좌면(5a)은, 다이어프램(2)과의 밀착성을 확보하기 위해, 단일 평면 상에 마련된다.

제1 밸브(1)는, 다이어프램(2)을 착좌면(5a)에 접근시키는 방향으로 압박하도록 구성된 압박 부재(6)를 구비한다. 압박 부재(6)는, 구동 기구에 의해 구동되어 다이어프램(2)을 착좌면(5a)에 접근시키는 방향으로 압박하는 작용을 갖는 것이면, 어떤 구성의 것이어도 된다. 예를 들어, 도 1에 예시된 바와 같이, 압박 부재(6)는, 밸브 시트(5)의 착좌면(5a)의 형상에 대응하는 환상의 볼록부(6a)를 갖고 있어도 된다. 이와 같은 형상을 갖는 압박 부재(6)는, 볼록부(6a)에 의해 다이어프램(2)을 밸브 시트(5)의 착좌면(5a)에 확실하게 밀어붙일 수 있으므로 바람직하다. 압박 부재(6)를 구동하는 구동 기구는, 예를 들어 전압 신호에 의해 구동되는 압전 소자 또는 전류 신호에 의해 구동되는 솔레노이드 중 어느 수단을 포함할 수 있다. 이들 수단은, 신호의 강도에 따라서 갭의 거리 d를 제어할 수 있으므로 바람직하다.

전술한 바와 같이, 다이어프램(2)의 외주부는, 착좌면(5a)을 포함하는 평면인 착좌 평면에 대하여 소정의 거리만큼 이격된 기준 위치에 고정되어 있다. 착좌 평면으로부터의 기준 위치의 거리는, 예를 들어 제1 밸브(1)의 밸브 개방도가 완전 개방일 때 요구되는 가스의 유량 등에 따라서 적절히 정할 수 있다. 압박 부재(6)는, 다이어프램(2)을 압박함으로써 다이어프램(2)과 착좌면(5a)의 거리를 변경하여, 제1 밸브(1)의 밸브 개방도를 변경하도록 구성되어 있다.

제1 밸브(1)는, 제1 밸브(1)의 밸브 개방도의 완전 개방부터 완전 폐쇄까지의 범위인 완전 개방도 범위 중 적어도 일부의 밸브 개방도의 범위인 제1 개방도 범위에 있어서 다이어프램(2)과 접촉하여 2차측 유로(3)측으로의 다이어프램(2)의 변형을 방해하도록 구성된 지지 부재(7)를 더 구비한다. 지지 부재(7)는, 착좌 평면에 대한 수직 투영도에 있어서, 제1 개방도 범위에 있어서 다이어프램(2)과 접촉하는 지지 부재(7)의 면인 지지면(7a)이, 착좌면(5a)의 환상의 형상의 중심인 착좌 중심과 착좌면(5a) 사이의 영역에 위치하도록 구성되어 있다.

전술한 바와 같이, 2차측 유로(3)는 반도체 제조 장치와 접속되기 때문에 진공에 가까운 압력이 되는 경우가 있다. 그와 같은 경우, 종래 기술에 관한 다이어프램 밸브(종래 밸브)에 있어서는, 압박 부재(6)가 마련되어 있는 측의 압력 P₀(예를 들어, 대기압)과, 2차측 유로(3)측의 가스의 압력 P₂의 압력차 ΔP2에 의해, 다이어프램(2)의 중심부가 2차측 유로(3)측으로 볼록해지도록 변형(팽창)된다. 그 영향에 의해, 도 10 및 도 11을 참조하면서 설명한 바와 같이, 갭의 거리 d가 줄어들어, 가스의 유량이 예상외로 저하된다.

한편, 제1 밸브(1)에 의하면, 상술한 다이어프램(2)의 2차측 유로측으로의 변형(팽창)이 지지 부재(7)에 의해 방해되기 때문에, 갭의 거리 d의 감소 및 가스의 유량의 저하를 저감할 수 있다. 제1 밸브(1)에 있어서의 지지 부재(7)의 작용에 대하여, 도 2에 도시한 부분 확대 단면도를 사용하여 더욱 상세하게 설명한다. 다이어프램(2)의 양측의 압력차 ΔP2가 크지 않을(충분히 작을) 때는, 도 2에 있어서 굵은 실선에 의해 나타내어지는 바와 같이 다이어프램(2)의 형상은 평탄하다. 이때의 다이어프램(2)의 표면과 밸브 시트(5)의 착좌면(5a)의 갭의 거리는 기호 d로 나타내어진 거리가 된다. 또한, 환상의 형상을 갖는 착좌면(5a)의 반경을 r로 하면, 착좌면(5a)의 둘레 길이 l은 2πr과 동등하다. 따라서, 갭의 단면적 S는 2πr×d가 된다. 도시하지 않은 구동 기구에 의해 압박 부재(6)를 구동하여 다이어프램(2)을 밸브 시트(5)의 착좌면(5a)에 접근시키도록 압박함으로써, 다이어프램(2)의 평탄한 형상을 유지한 채로, 갭의 거리 d를 변화시킬 수 있다.

한편, 예를 들어 2차측 유로(3)의 압력 P₂의 저하 등에 의해 압박 부재(6)측의 압력 P₀과 2차측 유로(3)의 압력 P₂의 차가 커지면(압력차 ΔP2가 커지면), 다이어프램(2)은, 도 2에 있어서 굵은 파선으로 나타내어지는 바와 같이 변형되어 팽창된다. 그러나, 제1 밸브(1)에 있어서는, 변형되어 팽창된 다이어프램(2)의 표면이 지지 부재(7)의 선단(지지면(7a))에 접촉하면, 다이어프램(2)은 그 이상 변형될 수 없게 된다. 그 결과, 압력차 ΔP2가 클 때의 제1 밸브(1)에 있어서의 갭의 거리 d는, 압력차 ΔP2가 클 때의 종래 밸브(10)에 있어서의 갭의 거리 d보다도 크다(도 2 및 도 11에 있어서의 굵은 파선을 참조). 즉, 제1 밸브(1)에 의하면, 갭의 거리 d의 감소 및 그것에 수반되는 가스의 유량의 저하를 저감할 수 있다.

그런데, 당해 기술분야에 있어서는, 다이어프램의 과도한 변형을 방지하는 것을 목적으로 하여, 다이어프램의 압박 부재와는 반대측의 표면의 중앙부에 접촉하도록 배치된 돌출부가 마련된 다이어프램 밸브가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 3을 참조). 또한, 완전 개방 상태로부터 완전 폐쇄 상태로 다이어프램이 변형되는 과정의 후반에 있어서 압박 부재에 의한 압박력에 저항하는 복귀력을 크게 하는 것을 목적으로 하여, 다이어프램의 압박 부재와는 반대측의 표면의 중앙부에 접촉하도록 배치된 고정구가 마련된 다이어프램 밸브가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 4를 참조).

상기와 같이 다이어프램(2)의 중앙부에 접촉하도록 지지 부재를 마련함으로써도, 다이어프램(2)의 양측의 압력차 ΔP2에 기인하는 다이어프램(2)의 변형을 어느 정도 방해하는 것은 가능하다고 생각된다. 그러나, 다이어프램의 중앙부에만 지지 부재를 접촉시켜 다이어프램을 지지해도, 압력차 ΔP2가 큰 경우, 다이어프램의 중앙부와 주연부 사이에 있어서 다이어프램이 휘어 버려, 갭의 거리 d의 감소를 저감하는 것이 곤란해질 우려가 있다. 이 문제는, 다이어프램 밸브의 최대 유량의 증대를 목적으로 하여 밸브 시트의 착좌면이 대경화되어 있는 경우에 보다 현저해진다.

그러나, 제1 밸브(1)가 구비하는 지지 부재(7)는, 착좌 평면에 대한 수직 투영도에 있어서, 제1 개방도 범위에 있어서 다이어프램(2)과 접촉하는 지지 부재(7)의 면인 지지면(7a)이, 착좌면(5a)의 환상의 형상의 중심인 착좌 중심과 착좌면(5a) 사이의 영역에 위치하도록 구성되어 있다. 이에 의해, 다이어프램(2)의 중심과 주연부 사이에 있어서 다이어프램(2)이 휘는 것을 확실하게 방지하여, 갭의 거리 d의 감소를 확실하게 저감할 수 있다.

《제2 실시 형태》

상술한 바와 같이, 제1 밸브(1)에 있어서는, 2차측 유로측으로 볼록해지도록 변형(팽창)된 다이어프램(2)의 표면을 지지 부재(7)의 지지면(7a)에 접촉시킴으로써, 다이어프램(2)의 한층 더한 변형을 방지하여, 갭의 거리 d의 감소 및 그것에 수반되는 가스의 유량의 저하를 저감한다.

그러나, 지지면(7a)이 착좌면(5a)을 포함하는 평면인 착좌 평면보다도 다이어프램(2)에 가까운 위치에 있으면, 다이어프램 밸브(1)를 폐쇄하려고 하였을 때, 지지면(7a)이 밸브 시트(5)의 착좌면(5a)보다도 다이어프램(2)에 과도하게 먼저 접촉해 버린다. 이 때문에, 예를 들어 다이어프램(2)의 착좌면(5a)에 대한 착좌가 방해되거나, 다이어프램(2)에 상정외의 굴곡이 일어나거나 하여, 가스의 유량에 의도치 않은 영향을 주어 버린다. 반대로, 지지면(7a)이 착좌면(5a)보다도 다이어프램(2)으로부터 먼 위치(즉, 2차측 유로측)에 있으면, 다이어프램(2)의 변형을 방해하는 효과를 충분히 발휘할 수 없다. 따라서, 다이어프램(2)에 접촉할 수 있는 지지 부재(7)의 지지면(7a)의 위치는, 밸브 시트(5)의 착좌면(5a)과 동일 평면 상에 위치하는 것이 바람직하다.

그래서, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 다이어프램 밸브(이후, 「제2 밸브」라 호칭되는 경우가 있음)에 있어서는, 지지면(7a)이 착좌 평면에 포함되어 있다. 바꾸어 말하면, 제2 밸브에 있어서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 다이어프램(2)에 접촉할 수 있는 지지 부재(7)의 지지면(7a)은, 밸브 시트(5)의 착좌면(5a)과 동일 평면 상에 위치한다. 또한, 도 2에 도시한 예에 있어서는, 위치(2b)가 지지 부재(7)의 지지면(7a)과 접촉할 수 있는 다이어프램(2)의 위치이다.

제2 밸브에 의하면, 지지면(7a)이 밸브 시트(5)의 착좌면(5a)보다도 과도하게 먼저 다이어프램(2)에 접촉하여 가스의 유량에 의도치 않은 영향을 주는 것을 피하면서, 다이어프램(2)의 변형을 방해하는 효과를 충분히 발휘하여, 갭의 거리 d의 감소를 확실하게 저감할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서 「동일 평면 상」이란, 반드시 기하학적으로 완전히 동일 평면 상에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니고, 본 발명의 실시에 있어서의 부재의 제조 공정에 있어서 피할 수 없는 치수 공차는 허용된다.

《제3 실시 형태》

그런데, 제2 밸브에 있어서는, 상술한 바와 같이, 다이어프램(2)에 접촉할 수 있는 지지 부재(7)의 지지면(7a)이 밸브 시트(5)의 착좌면(5a)과 동일 평면 상에 위치한다. 이에 의해, 지지면(7a)이 밸브 시트(5)의 착좌면(5a)보다도 과도하게 먼저 다이어프램(2)에 접촉하여 가스의 유량에 의도치 않은 영향을 주는 것을 피하면서, 압력차 ΔP2에 기인하는 다이어프램(2)의 변형을 방해하는 효과를 충분히 발휘하여, 갭의 거리 d의 감소를 확실하게 저감할 수 있다.

그러나, 지지면(7a)이 착좌면(5a)과 동일 평면 상에 위치하는 점에서, 제2 밸브가 완전 폐쇄 상태에 있는 경우를 제외하고, 지지면(7a)에 접촉할 때까지는 다이어프램(2)이 2차측 유로측으로 볼록해지도록 변형할 수 있다. 따라서, 다이어프램(2)의 양측의 압력차 ΔP2에 기인하는 다이어프램(2)의 변형에 수반되는 갭의 거리 d의 감소를 보다 확실하게 저감하기 위해서는, 완전 폐쇄 상태 이외의 상태에 있어서의 다이어프램(2)의 변형을 보다 확실하게 저감할 필요가 있다.

그래서, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 다이어프램 밸브(이후, 「제3 밸브」라 호칭되는 경우가 있음)에 있어서는, 적어도 지지면에 대향하는 영역의 표면인 대향면이 착좌면에 대향하는 영역의 표면과 동일 평면 상에 위치하도록 압박 부재가 구성되어 있다. 이와 같은 압박 부재의 구체적인 형상은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 압박 부재의 다이어프램측의 표면이 다이어프램의 표면에 평행하게 대향하는 평면으로 되어 있어도 된다. 혹은, 압박 부재가 상술한 바와 같은 밸브 시트의 착좌면의 형상에 대응하는 환상의 볼록부를 갖는 경우에는, 당해 볼록부의 다이어프램에 대향하는 면과 동일 평면 상에 정상면을 갖는 또 다른 볼록부가 압박 부재의 다이어프램측의 표면에 마련되어 있어도 된다.

또한, 지지 부재는, 압박 부재측으로 지지면을 가압하는 가압 부재를 구비하고, 가압 부재에 의한 가압력에 의해 지지면과 대향면 사이에 다이어프램을 두도록 구성되어 있다. 가압 부재의 구성은, 다이어프램이 지지면을 압박하는 힘(압박력)에 저항하여 압박 부재측으로 지지면을 가압하여 지지면과 대향면 사이에 다이어프램을 두는 것이 가능한 한 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 가압 부재는, 탄성 재료에 의해 구성되고, 지지 부재의 압박 부재와는 반대측의 단부면을 압박함으로써, 지지 부재의 전체를 압박 부재측으로 가압하도록 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 지지 부재는, 밸브 시트의 내부 공간에 있어서, 전술한 착좌 중심에 있어서 전술한 착좌 평면에 직교하는 축인 착좌축의 방향(즉, 압박 부재에 의한 다이어프램 밸브의 개폐 동작의 방향)으로 변위 가능하게 구성된다. 가압 부재의 구체적인 구성의 다른 예에 대해서는, 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 설명에 있어서 후술한다.

도 3은 제3 밸브의 다이어프램 근방의 구성의 일례를 도시하는 모식적인 부분 확대 단면도이다. 이 예에 나타내는 압박 부재(6)에 있어서는, 지지 부재(7)의 지지면(7a)에 대향하는 압박 부재(6)의 표면에 대향면(6b)이 마련되어 있다. 이 대향면(6b)의 정상면은, 밸브 시트(5)의 착좌면(5a)에 대향하는 압박 부재(6)의 표면에 마련된 볼록부(6a)의 정상면과 동일 평면 상에 위치하도록 구성되어 있다. 한편, 지지 부재(7)는, 밸브 시트(5)의 내부 공간인 2차측 유로의 내벽을 따라서 착좌축(8)의 방향으로 변위 가능하게 구성되어 있다. 또한, 지지 부재(7)의 압박 부재(6)와는 반대측에는 가압 부재(7b)로서의 스프링이 배치되어 있고, 이에 의해 (지지 부재(7)의) 지지면(7a)은 압박 부재(6)에 접근하도록 가압되어 있다.

상기와 같은 구성에 의해, 제3 밸브에 있어서는, 밸브 개방도의 여하에 상관없이, 가압 부재(7b)에 의한 가압력에 의해, 지지면(7a)과 대향면(6b) 사이에 다이어프램(2)이 놓여져 보유 지지된다. 따라서, 종래 기술에 관한 다이어프램 밸브(종래 밸브)뿐만 아니라, 상술한 제1 밸브 또는 제2 밸브와 비교해도, 다이어프램(2)의 양측의 압력차 ΔP2에 기인하는 다이어프램(2)의 2차측 유로측으로의 변형에 수반되는 갭의 거리 d의 감소를 보다 확실하게 저감할 수 있다.

《제4 실시 형태》

상술한 바와 같이, 제1 밸브(1)가 구비하는 지지 부재(7)는, 착좌 평면에 대한 수직 투영도에 있어서, 제1 개방도 범위에 있어서 다이어프램(2)과 접촉하는 지지 부재(7)의 면인 지지면(7a)이, 착좌면(5a)의 환상의 형상의 중심인 착좌 중심과 착좌면(5a) 사이의 영역에 위치하도록 구성되어 있다. 이에 의해, 다이어프램(2)의 중심과 주연부 사이에 있어서 다이어프램(2)이 휘는 것을 확실하게 방지하여, 갭의 거리 d의 감소를 확실하게 저감할 수 있다.

본 발명자는 한층 더한 검토를 계속한 결과, 착좌 평면에 대한 수직 투영도에 있어서의 착좌 중심과 착좌면(5a) 사이의 영역의 소정의 범위에 지지면(7a)이 위치하도록 지지 부재(7)를 구성함으로써, 다이어프램(2)의 중심과 주연부 사이에 있어서 다이어프램(2)이 휘는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있음을 발견했다.

그래서, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 다이어프램 밸브(이후, 「제4 밸브」라 호칭되는 경우가 있음)에 있어서는, 상술한 착좌 평면에 대한 수직 투영도에 있어서, 착좌면의 환상의 형상의 외반경과 내반경의 평균인 평균 반경을 r로 하는 경우, 상술한 착좌 중심으로부터의 거리가 0.5r 이상, 0.8r 이하인 영역에, 착좌면의 환상의 형상의 직경 방향에 있어서의 지지면의 중심(지지면 중심)이 위치하도록 지지 부재가 구성되어 있다.

상술한 제1 밸브(1)의 설명에 있어서 참조한 도 2에는, 상술한 평균 반경 r 그리고 착좌 중심(도 2에 있어서는 착좌축(8))으로부터의 각 거리(0.5r 및 0.8r)가 각각 양화살표에 의해 표시되어 있다. 착좌 평면에 대한 수직 투영도에 있어서의 착좌 중심으로부터 상기 「지지면 중심」까지의 거리(지지 거리)가 0.5r 이상일 때는, 상술한 압력차 ΔP2에 기인하는 다이어프램(2)의 변형을 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 반대로, 당해 거리가 0.5r 미만일 때는, 지지 부재(7)와 접촉하는 지지면(7a)의 위치가 다이어프램(2)의 중심(착좌 중심, 착좌축(8))에 가깝기 때문에, 다이어프램(2)의 중심과 주연부 사이의 부분이 휘어 변형될 우려가 있다.

또한, 지지 거리가 0.8r보다도 클 때는, 지지면(7a)의 위치가 밸브 시트(5)의 착좌면(5a)에 가깝기 때문에, 1차측 유로(4)로부터 갭을 통과하여 2차측 유로(3)로 유입되어 온 가스의 흐름이 지지 부재(7)의 존재에 의해 방해되거나 교란되거나 하여 유체 저항이 높아져 용량 계수(C_v값)가 커질 우려가 높다. 한편, 지지 거리가 0.8r 이하일 때는, 상기에 비해 지지면(7a)의 위치가 밸브 시트(5)의 착좌면(5a)으로부터 멀기 때문에, 상기 문제가 경감된다. 따라서, 상술한 지지 거리는, 0.5r 이상, 0.8r 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 당해 범위는 0.6r 이상, 0.7r 이하이다.

또한, 본 발명에 있어서 「착좌면의 평균 반경 r」이란, 상술한 바와 같이, 착좌면(5a)의 환상의 형상의 외반경과 내반경의 평균이다. 환언하면, 평균 반경 r은, 착좌면(5a)이 반경 방향으로 폭을 갖는 경우에는, 그 폭의 중앙에 있어서의 반경을 가리킨다. 「지지면 중심」에 대해서도 마찬가지로, 지지면(7a)이 반경 방향으로 폭을 갖는 경우에는, 착좌면(5a)의 환상의 형상의 직경 방향에 있어서의 지지면의 중심을 가리킨다.

《지지 부재》

여기서, 본 발명의 다양한 실시 형태에 관한 다이어프램 밸브(본 발명 밸브)가 구비하는 지지 부재(7)의 바람직한 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 이하에 상세하게 설명한다.

<지지 부재의 구성예 1>

본 발명의 하나의 바람직한 실시 형태에 있어서, 지지 부재는, 상술한 착좌 중심에 있어서 상술한 착좌 평면에 직교하는 축인 착좌축을 포함하는 1 또는 2 이상의 평판상 부재에 의해 구성되어 있다.

도 4는 상기 실시 형태에 있어서의 지지 부재(7)의 형상을 도시하는 모식적인 사시도이다. 이 사시도에 도시한 예에 있어서, 지지 부재(7)는, 인접하는 평판상 부재끼리가 90도의 각도를 이루도록 4매의 평판상 부재가 공통의 축을 중심으로 하여 방사상으로 접속된 형상을 갖는다. 즉, 지지 부재(7)를 구성하는 4개의 평판상 부재는 공통의 축을 포함하고 있고, 이 축이 상술한 착좌축(8)과 일치하도록, 지지 부재(7)가 밸브 시트(5)의 2차측 유로(3)에 있어서의 소정의 위치에 내장된다. 지지 부재(7)의 밸브 시트(5)에 대한 고정 및 위치 결정은, 예를 들어 절결부(7c)를 밸브 시트(5)의 내경에 끼워 넣는 등의 공지의 방법에 의해 행할 수 있다.

도 4에 예시한 지지 부재(7)는, 그 4개의 평면상 부재의 단부(7a)가 다이어프램(2)과 접촉할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 각각의 평판상 부재는 착좌축(8)을 포함하도록 배치되므로, 갭으로부터 2차측 유로(3)에 유입된 가스의 흐름 방향에 대하여 평판상 부재는 평행이며, 당해 가스의 흐름을 크게 방해하는 일은 없다. 즉, 이와 같은 구성을 가짐으로써, 1차측 유로(4)로부터 갭을 통과하여 2차측 유로(3)에 유입되어 온 가스의 흐름이 지지 부재(7)의 존재에 의해 방해되거나 교란되거나 하여 유체 저항이 높아져 용량 계수(C_v값)가 커질 우려를 저감할 수 있다.

또한, 도 4에 도시한 예에 있어서는 지지 부재(7)를 구성하는 4개의 평판상 부재의 다이어프램(2)측의 단부의 착좌축(8)측의 영역(다이어프램(2)의 중심측의 영역)이 절제되어 있다. 이에 의해, 착좌 평면에 대한 수직 투영도에 있어서, 제1 개방도 범위에 있어서 다이어프램(2)과 접촉하는 지지 부재(7)의 면인 지지면(7a)이, 착좌면(5a)의 환상의 형상의 중심인 착좌 중심과 착좌면(5a) 사이의 영역에 위치하도록 구성할 수 있다.

또한, 상기와 같이 4개의 평판상 부재의 다이어프램(2)측의 단부의 착좌축(8)측의 영역이 절제되어 있음으로써, 1차측 유로(4)로부터 갭을 통과하여 2차측 유로(3)로 유입된 직후의 가스와 접촉하는 지지 부재의 표면적이 감소할 수 있다. 그 결과, 지지 부재(7)에 의한 유체 저항의 증대에 수반되는 당해 다이어프램 밸브의 용량 계수(C_v값)의 감소를 저감할 수 있다.

또한, 도 4에 도시한 예에 있어서는 인접하는 평판상 부재끼리가 90도의 각도를 이루도록 4매의 평판상 부재가 공통의 축을 중심으로 하여 방사상으로 접속되어 있다. 그러나, 지지 부재(7)를 구성하는 평판상 부재의 수 및 배치는, 다이어프램(2)의 양측의 압력차 ΔP2에 기인하는 다이어프램(2)의 변형을 저감하는 것이 가능한 한 상기에 한정되지 않는다.

<지지 부재의 구성예 2>

지지 부재의 구성은, 도 4에 예시한 바와 같은 구성에 한정되는 것은 아니고, 다이어프램(2)의 양측의 압력차 ΔP2에 기인하는 다이어프램(2)의 변형을 유효하게 방해하는 것이 가능한 한, 지지 부재는 다종다양한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 지지 부재의 지지면은, 착좌 평면에 대한 수직 투영도에 있어서, 착좌면과 동축상으로 형성된 환상의 형상을 가질 수 있다.

예를 들어, 밸브 시트를 구성하는 통상 부재가 다이어프램과 동축상으로 배치된 원통상 부재 및/또는 원뿔대 통상 부재에 의해 구성되어 있는 경우, 통상 부재와 동축상으로 배치된 원통상 부재 및/또는 원뿔대 통상 부재에 의해 지지 부재가 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 갭으로부터 2차측 유로에 유입된 가스의 흐름이 크게 방해되지 않도록, 지지 부재를 구성하는 원통상 부재 또는 원뿔대 통상 부재의 측면에는 관통 구멍이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

도 5는 상기 실시 형태에 관한 지지 부재(7)의 형상을 나타내는 모식적인 사시도이다. 이 사시도에 있어서, 지지 부재(7)는, 역원뿔대 통상 부재(7d) 및 원통상 부재(7e)에 의해 구성되어 있고, 역원뿔대 통상 부재(7d)의 한쪽의 단부가 다이어프램(2)과 접촉할 수 있는 지지면(7a)으로서 기능하도록 구성되어 있다. 역원뿔대 통상 부재(7d)의 측면에는, 갭으로부터 2차측 유로(3)에 유입된 가스의 흐름이 크게 방해되지 않도록, 복수의 관통 구멍(7f)이 형성되어 있다. 또한, 원통상 부재(7e)는, 역원뿔대 통상 부재(7d)의 지지면(7a)과는 반대측의 단부에 연속적으로 마련되어 있고, 도시하지 않은 밸브 시트(5)의 2차측 유로(3)의 소정의 위치에 내장할 수 있도록 구성되어 있다.

또한, 지지 부재(7)의 주요 부분은, 도 5에 예시한 바와 같은 역원뿔대 통상 부재(7d)와 원통상 부재(7e)의 조합에 의해 구성되어 있어도 되고, 혹은 밸브 시트(5)의 2차측 유로(3)와 동일한 직경을 갖는 원통상 부재에 의해 구성되어 있어도 된다. 이와 같은 실시 형태에 관한 지지 부재(7)는, 전체가 일체로 형성되어 있기 때문에, 다이어프램(2)의 변형을 보다 강고하게 방지할 수 있다.

<지지 부재의 구성예 3>

도 5에 예시한 지지 부재(7)는, 역원뿔대 통상 부재(7d)의 측면의 관통 구멍(7f)이 형성되어 있지 않은 부분에 의해, 지지면(7a)을 갖는 역원뿔대 통상의 부분이 지지되어 있다. 그러나, 다이어프램(2)의 변형을 유효하게 방지하는 것이 가능한 한, 지지면(7a)을 갖는 부분을 지지하기 위한 구조는 상기에 한정되지 않는다.

예를 들어, 도 6은 본 발명의 또 다른 하나의 실시 형태에 관한 지지 부재의 구성의 일례를 도시하는 모식적인 사시도이다. 도 6에 예시한 지지 부재(7)에 있어서는, 다이어프램(2)에 대향하는 지지면(7a)을 갖는 원통상 부재(7g)와 다른 하나의 원통상 부재(7e)가, 이들 2개의 원통상 부재(7g 및 7e) 사이에 원뿔대 통상으로 배치된 복수의 선상 부재(7h)(굵은 실선)에 의해 연결되어 있다. 이들 선상 부재(7h)는, 원통상 부재(7g)를 지지하여 다이어프램(2)의 변형을 유효하게 방지하는 것이 가능한 재료에 의해 구성된다. 이와 같은 선상 부재(7h)의 구체예로서는, 예를 들어 조강 등의 강재를 들 수 있다.

상기 구성에 의하면, 큰 관통 구멍(7f)을 확보할 수 있으므로, 갭으로부터 2차측 유로에 유입된 가스의 흐름이 방해되거나 교란되거나 하여 유체 저항이 높아져 용량 계수(C_v값)가 커질 우려를 유효하게 저감할 수 있다. 이와 같은 구성을 갖는 지지 부재(7)도 또한, 원통상 부재 및/또는 원뿔대 통상 부재에 의해 구성된 지지 부재의 일례에 해당한다.

<지지 부재의 구성예 4>

그런데, 전술한 바와 같이, 본 발명에 관한 다이어프램 밸브(본 발명 밸브)가 구비하는 지지 부재는, 압박 부재측으로 지지면을 가압하는 가압 부재를 구비할 수 있다. 이 가압 부재는, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 다이어프램 밸브(제3 밸브)에 관하여 도 3을 참조하면서 설명한 바와 같이, 지지 부재의 압박 부재와는 반대측에 배치된 가압 부재로서의 탄성체(예를 들어, 스프링 등)에 의해 구성할 수 있다. 그러나, 가압 부재를 구비하는 지지 부재의 구성은, 압박 부재에 접근하도록 지지면을 가압하는 것이 가능한 한, 상기에 한정되지 않는다.

예를 들어, 도 4에 예시한 구성예 1에 있어서, 지지 부재(7)를 구성하는 복수의 평판상 부재를 탄성 변형 가능한 스프링강 등의 재료에 의해 형성해도 된다. 이 경우, 평판상 부재가 탄성적으로 휨으로써, 압박 부재에 접근하도록 지지면(7a)을 가압할 수 있다. 또한, 도 6에 예시한 구성예 3에 있어서는, 선상 부재(7h)를 탄성 변형 가능한 스프링강 등의 재료에 의해 형성해도 된다. 이 경우, 지지면(7a)이 압박되어 선상 부재(7h)가 탄성적으로 휨으로써, 압박 부재에 접근하도록 지지면(7a)을 가압할 수 있다.

<지지 부재의 구성예 5>

도 7은 본 발명에 관한 가압 부재를 구비하는 지지 부재의 하나의 실시 형태를 도시하는 모식적인 사시도이다. 도 7에 예시한 지지 부재(7)는, 역원뿔대 통상 부재(7d)의 측면에 형성된 복수의 관통 구멍(7f)으로부터 지지면(7a)으로 통하는 간극(7j)을 복수의 개소에 마련함으로써 환상의 지지면(7a)이 복수의 부분으로 분할되어 있는 점을 제외하고, 도 5에 예시한 지지 부재(7)와 마찬가지의 구성을 갖는다. 또한, 역원뿔대 통상 부재(7d)의 측면은, 상술한 바와 같은 탄성 변형 가능한 스프링강 등의 재료에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다. 상기 구성에 의하면, 지지면(7a)이 압박되었을 때 역원뿔대 통상 부재(7d)의 측면이 탄성적으로 휨으로써, 압박 부재에 접근하도록 지지면(7a)을 가압할 수 있다.

<지지 부재의 구성예 6>

도 8은 본 발명에 관한 가압 부재를 구비하는 지지 부재의 다른 하나의 실시 형태를 도시하는 모식적인 사시도이다. 도 8에 예시한 지지 부재(7)는, 다이어프램(2)에 대향하는 지지면(7a)을 갖는 원통상 부재(7g)와 원통상 부재(7e)를 연결하는 복수의 선상 부재(7h)(굵은 실선)의 형상 및 배치가 다른 점을 제외하고, 도 6에 예시한 지지 부재(7)와 마찬가지의 구성을 갖는다. 구체적으로는, 도 6에 예시한 지지 부재(7)에 있어서는, 원통상 부재(7g)와 원통상 부재(7e) 사이의 원뿔대 통상의 형상의 모선에 상당하는 직선상의 형상을 선상 부재(7h)가 갖고 있었다. 이에 반해, 도 8에 예시한 지지 부재(7)를 구성하는 선상 부재(7h)는, 상기 모선에 대하여 경사져 있는 곡선상의 형상을 갖는다. 또한, 선상 부재(7h)는, 상술한 바와 같은 탄성 변형 가능한 스프링강 등의 재료에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기와 같이 선상 부재(7h)를 구성함으로써, 도 6에 도시한 선상 부재(7h)의 구성에 비해, 지지면(7a)이 압박되었을 때 선상 부재(7h)를 보다 용이하게 또한 원활하게 탄성 변형시킬 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 지지면(7a)이 압박되었을 때 선상 부재(7h)가 탄성적으로 휨으로써, 압박 부재에 접근하도록 지지면(7a)을 가압할 수 있다.

《제5 실시 형태》

첫머리에 있어서 설명한 바와 같이, 본 발명은 다이어프램 밸브뿐만 아니라, 본 발명에 관한 다이어프램 밸브를 사용한 질량 유량 제어 장치에 관한 것이기도 하다. 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 질량 유량 제어 장치(이후, 「제5 장치」라 호칭되는 경우가 있음)는, 유량 센서와, 상술한 본 발명의 다양한 실시 형태 중 어느 것에 관한 다이어프램 밸브(본 발명 밸브)를 구비하는 질량 유량 제어 장치이다.

도 9는 제5 장치의 구성의 일례를 도시하는 모식적인 블록도이다. 도 9는 제5 장치(100)의 구성 요소의 논리적인 관계를 도시하는 개념도이며, 각 구성 요소의 물리적인 위치 관계를 나타내는 것은 아니다. 도 9에 도시한 바와 같이, 제5 장치(100)는, 본 발명 밸브(110)와, 유량 센서(120)를 구비한다. 도 9에 예시한 제5 장치(100)는, 상기에 추가하여, 질량 유량 제어의 대상이 되는 가스가 흐르는 유로(130)와, 본 발명 밸브(110)가 구비하는 도시하지 않은 압박 부재를 구동하도록 구성된 구동 기구(140)와, 유량 센서(120)에 의해 검출되는 가스의 유량에 기초하여 구동 기구(140)를 제어하는 제어부(150)를 더 구비한다.

유량 센서(120)는, 유로(130)를 흐르는 가스의 질량 유량을 검출하는 것이 가능한 한, 특별히 한정되지 않는다. 이와 같은 유량 센서(120)의 구체예로서는, 예를 들어 열식 유량 센서, 압력식 유량 센서 및 차압식 유량 센서 등을 들 수 있다. 이들 유량 센서의 구성 및 작동에 대해서는, 당해 기술분야에 있어서 공지이므로, 여기에서의 설명은 생략한다.

구동 기구(140)는, 압박 부재를 구동하여 본 발명 밸브(110)의 밸브 개방도를 제어하는 것이 가능한 한 특별히 한정되지 않는다. 이와 같은 구동 기구(140)의 구체예로서는, 전술한 바와 같이, 예를 들어 전압 신호에 의해 구동되는 압전 소자 및 전류 신호에 의해 구동되는 솔레노이드 등을 들 수 있다.

제어부(150)는, 유량 센서(120)로부터 출력되는 검출 신호 Sd에 기초하여 계측되는 가스의 질량 유량이 목표값으로서 설정되는 설정 유량과 일치하도록, 구동 기구(140)에 제어 신호 Sc를 출력하여 본 발명 밸브(110)의 밸브 개방도를 제어하도록 구성되어 있다. 이와 같은 제어부(150)로서의 기능은, 예를 들어 전자 제어 장치(ECU: Electric Control Unit)에 의해 실현할 수 있다. ECU는, 마이크로컴퓨터를 주요부로서 구비하고, 유량 센서(120)로부터의 검출 신호 Sd를 수신하기 위한 입력 포트 및 구동 기구(140)로의 제어 신호 Sc를 송신하기 위한 출력 포트 등을 구비한다.

전술한 바와 같이, 본 발명 밸브(110)에 의하면, 도시하지 않은 다이어프램의 2차측 유로측으로의 변형(팽창)이 지지 부재에 의해 방해되기 때문에, 다이어프램의 양측의 압력차 ΔP2가 큰 경우라도 갭의 거리 d의 감소 및 가스의 유량 저하를 저감할 수 있다.

따라서, 예를 들어 전술한 바와 같이 1차측 유로의 가스의 압력 P₁과 2차측 유로의 가스의 압력 P₂가 모두 낮고, 다이어프램의 구동 기구측의 압력 P₀이 대기압과 동등한 경우라도, 가스의 유량의 저하를 방지할 수 있다. 그 결과, 제5 장치(100)에 의하면, 2차측 유로가 반도체 제조 장치의 챔버에 직결되어 있는 상황에 있어서도, 평형 증기압이 낮은 가스를 대유량으로 반도체 제조 장치에 안정적으로 공급할 수 있다.

1: 다이어프램 밸브(본 발명)
2: 다이어프램
2a: 굴곡부
2b: 지지 부재의 지지면과 접촉할 수 있는 위치
3: 2차측 유로
4: 1차측 유로
5: 밸브 시트
5a: 착좌면
6: 압박 부재
6a: 볼록부
6b: 대향면
7: 지지 부재
7a: 지지면
7b: 가압 부재
7c: 밸브 시트와의 접합부(절결부)
7d: 역원뿔대 통상 부재
7e: 원통상 부재
7f: 관통 구멍
7g: 원통상 부재
7h: 선상 부재
7j: 간극
8: 착좌축
10: 다이어프램 밸브(종래 기술)
100: 질량 유량 제어 장치(본 발명)
110: 다이어프램 밸브(본 발명)
120: 유량 센서
130: 유로
140: 구동 기구
150: 제어부
d: 갭의 거리
r: 착좌면의 평균 반경
Sd: 검출 신호
Sc: 제어 신호

Claims (8)

1. 원형의 다이어프램과,
   상기 다이어프램과 동축상으로 배치된 통상 부재에 의해 구성되고 또한 상기 다이어프램이 착좌하는 환상의 형상을 갖는 평면인 착좌면이 상기 통상 부재의 상기 다이어프램측의 단부면에 형성되어 있는 밸브 시트와,
   상기 밸브 시트의 외측에 위치하는 공간인 1차측 유로와,
   상기 밸브 시트의 내측에 위치하는 공간인 2차측 유로와,
   상기 다이어프램을 상기 착좌면에 접근시키는 방향으로 압박하도록 구성된 압박 부재를 구비하고,
   상기 다이어프램의 외주부는 착좌면을 포함하는 평면인 착좌 평면에 대하여 소정의 거리만큼 이격된 기준 위치에 고정되어 있고,
   상기 압박 부재는, 상기 다이어프램을 압박함으로써 상기 다이어프램과 상기 착좌면의 거리를 변경하여 밸브 개방도를 변경하도록 구성되어 있는 다이어프램 밸브이며,
   상기 다이어프램 밸브의 밸브 개방도의 완전 개방부터 완전 폐쇄까지의 범위인 완전 개방도 범위 중 적어도 일부의 밸브 개방도의 범위인 제1 개방도 범위에 있어서 상기 다이어프램과 접촉하여 상기 2차측 유로측으로의 상기 다이어프램의 변형을 방해하도록 구성된 지지 부재를 더 구비하고,
   상기 지지 부재는, 상기 착좌 평면에 대한 수직 투영도에 있어서, 상기 제1 개방도 범위에 있어서 상기 다이어프램과 접촉하는 상기 지지 부재의 면인 지지면이, 상기 착좌면의 환상의 형상의 중심인 착좌 중심과 상기 착좌면 사이의 영역에 위치하도록 구성되어 있는, 다이어프램 밸브.
2. 제1항에 있어서,
   상기 지지면은, 상기 착좌 평면에 포함되어 있는, 다이어프램 밸브.
3. 제1항에 있어서,
   상기 압박 부재는, 적어도 상기 지지면에 대향하는 영역의 표면인 대향면이 상기 착좌면에 대향하는 영역의 표면과 동일 평면 상에 위치하도록 구성되어 있고,
   상기 지지 부재는,
   상기 압박 부재측으로 상기 지지면을 가압하는 가압 부재를 구비하고,
   상기 가압 부재에 의한 가압력에 의해 상기 지지면과 상기 대향면 사이에 상기 다이어프램을 두도록 구성되어 있는, 다이어프램 밸브.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 지지 부재는, 상기 착좌 평면에 대한 수직 투영도에 있어서, 상기 착좌면의 환상의 형상의 외반경과 내반경의 평균인 평균 반경을 r로 하는 경우, 상기 착좌 중심으로부터의 거리가 0.5r 이상, 0.8r 이하인 영역에, 상기 착좌면의 환상의 형상의 직경 방향에 있어서의 상기 지지면의 중심이 위치하도록 구성되어 있는, 다이어프램 밸브.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 지지 부재는, 상기 착좌 중심에 있어서 상기 착좌 평면에 직교하는 축인 착좌축을 포함하는 1 또는 2 이상의 평판상 부재에 의해 구성되어 있는, 다이어프램 밸브.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 지지면은, 상기 착좌 평면에 대한 수직 투영도에 있어서, 상기 착좌면과 동축상으로 형성된 환상의 형상을 갖는, 다이어프램 밸브.
7. 제6항에 있어서,
   상기 밸브 시트를 구성하는 상기 통상 부재는, 상기 다이어프램과 동축상으로 배치된 원통상 부재, 원뿔대 통상 부재 또는 원통상 부재와 원뿔대 통상 부재의 조합에 의해 구성되어 있고,
   상기 지지 부재는, 상기 통상 부재와 동축상으로 배치된 원통상 부재, 원뿔대 통상 부재 또는 원통상 부재와 원뿔대 통상 부재의 조합에 의해 구성되어 있고,
   상기 지지 부재를 구성하는 상기 원통상 부재 또는 상기 원뿔대 통상 부재의 측면에는 관통 구멍이 형성되어 있는, 다이어프램 밸브.
8. 유량 센서와,
   제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 다이어프램 밸브를 구비하는, 질량 유량 제어 장치.

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