CN108194677A - 一种真空压力控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种在真空设备中使用的具有隔离功能的提升式压力控制阀门，包括：阀体形成有阀腔，阀体上具有至少两个使阀腔与外界联通的接口，阀腔内，与其中至少一个接口对应的位置处设有阀座；阀芯包括固定连接的阀板和阀杆，耦合器包括支架、固定在支架上的线圈和衔铁，开度执行器，用于驱动耦合器的支架上下运动，耦合器设置在阀体的上方，阀芯设置在阀腔内，阀板与阀座相配合，阀杆穿过阀体，与设置在阀体上方的衔铁固定连接。本发明的一种真空压力控制阀，实现纯电连接系统下，在宽流导范围内精确调节流量，从而实现精确压力控制，并且可以实现隔离及紧急失电保护，适合于从大气压到中低真空的排气控制和工艺压力控制。

Description

一种真空压力控制阀

技术领域

本发明涉及到一种在真空设备中使用的具有隔离功能的提升式压力控制阀门。

背景技术

在半导体制造工序中，有时要求高速的真空压力控制，有时需要进行宽流导范围的快速精确压力控制，有时需要在阀关闭时确保高密封性，并且需要在系统突发断电的情况安全地隔离上下游管道。

在半导体制造工序中提出了下述方案：在作为真空容器的真空腔和真空泵之间，设置带隔离功能的压力控制阀（以下称作控制阀），对真空腔进行排气或停止排气，从而控制真空腔内部压力接近需要的真空压力。

在半导体制造装置如CVD装置中，为使构成材料的元素沉积到衬底上，提高所沉积材料的质量，如结晶度和均匀度，需要使真空腔内的真空压力保持一定，但该一定值因各种因素而变化。

在利用控制阀进行压力控制的情况下，如果在从大气压起进行的真空排气中阀开度急剧变大，则真空腔内的压力会急剧变化，从而产生紊流，由此有样品吹动和颗粒飞散的可能。

为避免这种问题，以往是采用与主阀并列设置的小口径的旁通阀来进行软排气，操作复杂且使用成本高。并且常用的蝶阀形式，因其圆盘式回旋结构，流导调节范围小，开启30%时，流导就达95%以上，很难进行微小精确的控制。

提升式阀门工作时阀芯沿阀座中心线移动，通口变化与阀芯的行程成正比关系，并且有非常可靠的切断功能，非常适合用于调节流量。

现有提升式阀门无法对压力进行自动化及精确控制，而控制压力常用的蝶式压力控制阀无法进行小流导下的精确控制，并且无法实现隔离和紧急保护。且常用的提升式压力控制阀虽可以实现上述功能，但对气-电同时要求，对使用环境要求较高，无法满足纯电连接系统的要求。并且气-电式阀门分成压缩气体驱动系统和机电驱动系统，容易在某种原因停止向压缩气体驱动系统供给压缩气体，或者在停电的情况下等动力源异常时发生错误动作。尤其在压缩气体无法正常供给的情况下，无法判断阀芯的实际位置，从而很可能导致错误动作。在这种异常状态时，期望的是能够紧急并安全地隔离管道上下游，避免错误动作和腔体污染。

发明内容

本发明目的在于提供一种真空压力控制阀，实现纯电连接系统下，对真空设备系统压力进行自动化及精确控制，在宽流导范围内精确调节流量，从而实现精确压力控制，并且可以实现隔离及紧急失电保护，该压力控制阀在例如半导体制造工序中，能够确保高密封性，适合于从大气压到中低真空的排气控制和工艺压力控制。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种真空压力控制阀，包括：

阀体，所述阀体形成有阀腔，阀体上具有至少两个使阀腔与外界联通的接口，所述阀腔内，与其中至少一个接口对应的位置处设有阀座；

阀芯，所述阀芯包括固定连接的阀板和阀杆，

耦合器，所述耦合器包括支架、衔铁和固定在支架上的线圈，和

开度执行器，用于驱动耦合器的支架上下运动，

所述耦合器设置在阀体的上方，所述阀芯设置在阀腔内，阀板与阀座相配合，所述阀杆穿过阀体，与设置在阀体上方的衔铁固定连接。

具体地，上述阀杆上套设有便于阀板向阀座运动的压缩弹簧。在耦合器与阀芯分离后，可以利用压缩弹簧的恢复力使阀芯移动，使阀芯处于和阀座接触状态，即阀门关闭状态。所选压缩弹簧的恢复力＞阀芯运动摩擦力，并且所选压缩弹簧的恢复力+阀芯重量+阀芯运动摩擦力（三者之和）＜耦合力。

具体地，上述开度执行器包括与耦合器螺纹连接的丝杆和固定设置在耦合器上方用于驱动丝杆转动的电机。电机优选步进电机或伺服电机。

具体地，上述开度执行器还包括与耦合器支架滑动设置的导向杆。

具体地，上述阀芯还包括阀芯密封圈，设置在阀板与阀座之间。

具体地，上述阀杆与阀体之间设有阀杆密封环。

具体地，上述真空压力控制阀还包括控制系统，所述控制系统包括

位置传感器，用于检测耦合器的位置，

耦合器控制装置，用于控制耦合器与阀芯的连接或者分离动作，

信号处理装置，用于接收位置传感器的信号，和向耦合器控制装置传送指令。

所述位置传感器安装于耦合器下降方向的下限位置，可以检测耦合器是否处于下限位置，处于下限位置的耦合器和处于阀门关闭状态的阀芯在耦合连接和分离过程，无相对位移。位置传感器可以在此基础增设。

其中，控制系统还可以包括与信号处理装置电连接的电机控制装置，可以控制电机进行正反方向旋转，并可以调节电机速度。

所述真空压力控制阀工作时信号处理装置根据位置传感器信号，判断耦合器当前所处位置，若耦合器未处于下限位置，则控制器控制开度执行器，使耦合器下降至下限位置；若耦合器处于下限位置，则耦合控制装置控制耦合器与阀芯进行连接。信号处理装置对外部信号处理后，通过开度执行器和耦合器，对阀芯进行升降，对通口大小进行调节，从而调节气体流速，对真空压力控制阀所连接的真空腔体内压力进行调节和控制。当真空压力控制阀断开电源后，耦合器失去电磁力或者机械动力，与阀芯立即分离，而阀芯在压缩弹簧的恢复力下沿阀座中心线下降，带密封圈的阀板和阀座接触，靠阀板和阀座间的密封圈实现隔离。

本发明的有益效果是：

本发明的一种真空压力控制阀，真空压力控制阀的动力源为电力，无需额外类型的动力源，接入要求低。即使发生停电等情况，耦合器与阀芯分离，阀芯依靠压缩弹簧的恢复力下降，不受其它组件所处状态的影响，从而可以迅速并安全地关闭阀门，隔离上下游管道，避免错误动作或故障的产生。

本发明的一种真空压力控制阀，真空压力控制阀利用开度执行器，通过耦合器，使阀芯沿阀座中心线往复移动，配合阀芯和阀座的高密封性，实现从微小流量到大流量连续并且准确地进行控制。此外，可以通过提高传动装置的精度，来提高在流量控制的精度和实现更微小流量的控制。通过提高电机的速度，来提升真空压力控制阀的响应性。

本发明的一种真空压力控制阀，真空压力控制阀采用现有提升式阀门的阀主体，对阀门密封及阀芯运动没有任何改动，确保阀门工作的可靠性及稳定性，防止阀主体内流路内增加的额外部件造成反应生成物质的附着和污染物颗粒的产生，从而可以对高纯度气体进行流量控制。也因没有额外增加部件造成阀主体流导范围产生变化，对工艺气体流速敏感的系统不会产生影响。

本发明的一种真空压力控制阀，由于只采用电力为驱动源，没有气动等其它驱动结构，能够做成简单且小型化的构造，在成本和体积方面均有利。再因阀主体保持为标准提升式阀门一致，方便现有真空系统中替换为压力控制阀，降低改造成本。

本发明的一种真空压力控制阀，真空压力控制阀可以根据外部信号进行开度调节，即当真空压力控制阀和真空压力测量装置均连接到同一真空腔体时，真空压力控制阀对获取的外部真空压力测量装置的压力信号进行处理后，对阀芯位置进行调节，从而实现对所处真空腔体进行压力控制。可以对真空腔体从大气压到高真空高速平稳地进行压力控制。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的一种真空压力控制阀剖面示意图（闭合状态）；

图2是本发明的一种真空压力控制阀剖面示意图（开启状态）；

图中：12.阀体，13.阀座，14.阀板，16.阀杆密封环，17.密封圈，18.阀杆，19.接口，21.阀芯，22.阀体，28.压缩弹簧，31.耦合器，32.线圈，33.支架，34.导向杆，35.衔铁，36.丝杆，37.位置传感器，38.上限位置传感器，51.开度执行器，52.电机，61. 控制系统，62.电机控制装置，63.耦合控制装置，64.信号处理装置，69.线缆，P.阀座中心线。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1、图2所示，一种真空压力控制阀，包括：

阀体12，阀体12形成有阀腔，阀体12上具有至少两个使阀腔与外界联通的接口19，阀腔内，与其中至少一个接口19对应的位置处设有阀座13；

阀芯21，阀芯21包括固定连接的阀板14和阀杆18，

耦合器31，耦合器31包括支架33、衔铁35和固定在支架33上的线圈32，和

开度执行器51，用于驱动耦合器31的支架33上下运动，

耦合器31设置在阀体12的上方，阀芯21设置在阀腔内，阀板14与阀座13相配合，阀杆18穿过阀体12，与设置在阀体12上方的衔铁35固定连接。

在一种具体实施方式中，阀杆18上套设有便于阀板14向阀座13运动的压缩弹簧28。在耦合器31与阀芯21分离后，可以利用压缩弹簧28的恢复力使阀芯21移动，使阀芯21处于和阀座13接触状态，即阀门关闭状态。所选压缩弹簧28的恢复力＞阀芯21运动摩擦力，并且所选压缩弹簧28的恢复力+阀芯21重量+阀芯21运动摩擦力（三者之和）＜耦合力。

在一种具体实施方式中，开度执行器51包括与耦合器31螺纹连接的丝杆36和固定设置在耦合器31上方用于驱动丝杆36转动的电机52。

在一种具体实施方式中，为了确保耦合器31和阀芯21的运动是在阀座中心线P上，开度执行器51还包括与耦合器31支架33滑动设置的导向杆34。

在一种具体实施方式中，阀芯21还包括阀芯21密封圈17，设置在阀板14与阀座13之间。

在一种具体实施方式中，阀杆18与阀体12之间设有阀杆密封环16。

阀芯21通过阀杆密封环16实现对阀杆18的运动隔离，压缩弹簧28与阀板14连接，位于阀板14与阀座13间的密封圈17实现密封隔离。

在一种具体实施方式中，真空压力控制阀还包括控制系统，控制系统包括

位置传感器37，用于检测耦合器31的位置，

耦合器控制装置63，用于控制耦合器31与阀芯21的连接或者分离动作，

信号处理装置64，用于接收位置传感器37的信号，和向耦合器控制装置63传送指令。

传动装置主要由丝杆36和导向杆34组成，由电机52驱动。耦合器31由电磁力驱动。当给真空压力控制阀供电时，控制系统61中的信号处理装置64根据位置传感器37的信号，判断耦合器31现在是否处于下降下限位置。若耦合器31未处于下限位置，则控制系统61中的电机控制装置62控制电机52旋转，由丝杆36驱动耦合器31下降，直至耦合器31到达下限位置。随后耦合控制装置63对耦合器31中的线圈32供电，通过电磁力对固定于阀杆18端头的衔铁35进行磁力耦合连接。

随后控制系统61根据线缆69传过来的信号，计算阀芯21需要上升距离，然后控制电机52旋转，由丝杆36驱动耦合器31上升，耦合器31的支架33由导向杆34引导，确保耦合器31和阀芯21的运动是在阀座中心线P上。

因阀芯21的上升距离有极限，为保证阀主体11的稳定工作，增设了上限位置传感器38，耦合器31上升到上限位置时，上限位置传感器38反馈给控制系统61信号，使耦合器31停止上升。耦合器31处于上限位置时，阀芯21的上升距离＜上升距离极限。确保了阀主体11在稳定工作范围内。

通过电机控制装置62对电机52的运行速度进行调节，来提高控制阀的平稳性和响应速度。例如真空压力控制阀作为抽气控制阀连接到真空腔体，其所处真空腔体为大气时，开始抽气，在阀芯21从阀座13离开时，电机52以较低的速度旋转，以保证阀芯21缓慢离开阀座13，避免快速开阀导致的真空腔体内压力急剧下降而冲击样品。在需要减小抽气流速或停止抽气时，电机控制装置62提高电机52的转速，使阀芯21迅速下降至所需位置。在紧急情况或者需要急速停止抽气时，耦合控制装置63停止对线圈32的供电，耦合器31和阀芯21迅速分离。压缩弹簧28的恢复力作用在阀板14上，使阀芯21迅速下降至阀门关闭位置。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种真空压力控制阀，其特征在于包括：

阀体，所述阀体形成有阀腔，阀体上具有至少两个使阀腔与外界联通的接口，所述阀腔内，与其中至少一个接口对应的位置处设有阀座；

阀芯，所述阀芯包括固定连接的阀板和阀杆，

耦合器，所述耦合器包括支架、衔铁和固定在支架上的线圈，和

开度执行器，用于驱动耦合器的支架上下运动，

所述耦合器设置在阀体的上方，所述阀芯设置在阀腔内，阀板与阀座相配合，所述阀杆穿过阀体，与设置在阀体上方的衔铁固定连接。

2.如权利要求1所述的一种真空压力控制阀，其特征在于：所述阀杆上套设有便于阀板向阀座运动的压缩弹簧。

3.如权利要求1所述的一种真空压力控制阀，其特征在于：所述开度执行器包括与耦合器螺纹连接的丝杆和固定设置在耦合器上方用于驱动丝杆转动的电机。

4.如权利要求3所述的一种真空压力控制阀，其特征在于：所述开度执行器还包括与耦合器支架滑动设置的导向杆。

5.如权利要求1所述的一种真空压力控制阀，其特征在于：所述阀芯还包括阀芯密封圈，设置在阀板与阀座之间。

6.如权利要求1所述的一种真空压力控制阀，其特征在于：所述阀杆与阀体之间设有阀杆密封环。

7.如权利要求1所述的一种真空压力控制阀，其特征在于：所述真空压力控制阀还包括控制系统，所述控制系统包括

位置传感器，用于检测耦合器的位置，

耦合器控制装置，用于控制耦合器与阀芯的连接或者分离动作，

信号处理装置，用于接收位置传感器的信号，和向耦合器控制装置传送指令。