JP2005076829A

JP2005076829A - 真空調圧用バルブ

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Publication number: JP2005076829A
Application number: JP2003310607A
Authority: JP
Inventors: Masao Kajitani; 昌生梶谷
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2003-09-02
Filing date: 2003-09-02
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2023-09-02
Also published as: JP4055002B2; US20050045839A1; US7070159B2

Abstract

【課題】弁部材が弁座を開放したときの開度即ち弁開度の調節が可能な真空調圧用バルブを得る。
【解決手段】２つのメインポートを結ぶ流路１３中の弁座１４と、この弁座１４を開閉する弁部材１５と、この弁部材１５から延びる弁シャフト２０と、この弁シャフト２０の先端に取り付けられたピストン３２とを有する調圧用バルブに、上記ピストン３２の背面に先端が当接する調節軸４１と、この調節軸４１を任意の位置まで無段階に前後進駆動可能な駆動機構４２とを有する弁開度調節部３を付設し、上記駆動機構４２で上記調節軸４１を変位させてピストン３２の動作位置を規定することにより、上記弁部材１５の開度を設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、理化学機械等において化学反応用の真空チャンバの減圧などに使用する真空調圧用バルブに関するものである。

例えば半導体の製造装置においては、エッチングなどの化学処理が真空チャンバ内で行われるが、このとき真空チャンバの減圧には真空ポンプが使用され、これらの真空ポンプと真空チャンバとを結ぶ外部流路の開閉に調圧用バルブが用いられている。この調圧用バルブは、例えば特許文献１に記載されているように、真空ポンプと真空チャンバとに接続される２つのポートと、これらのポート同士を結ぶ内部流路と、この内部流路中に形成された弁座と、この弁座を開閉する弁部材と、この弁部材を開閉操作するピストンとを有していて、該ピストンのストロークがそのまま、上記弁部材が弁座を開放したときの弁開度となっている。

ところが、上記真空チャンバの容量や真空ポンプの減圧能力などはいつも一定であるとは限らず、様々に異なる場合も多く、このような場合には、条件に合わせてバルブの開度を調節したいという要求は多い。また、真空チャンバ内の真空度は反応ガスの供給などによって変化するため、その変化分を補償してチャンバ内を必要な真空度に維持する必要があるが、このとき、バルブが常に全開状態のままでその開度が調節できないと、排気流量の調節がきかないため、補償の精度が悪くなる。
特開平８−１７８１２６号公報

本発明の技術的課題は、弁部材が弁座を開放したときの開度即ち弁開度の調節が可能な真空調圧用バルブを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の真空調圧用バルブは、真空チャンバ及び真空ポンプに接続するための第１メインポート及び第２メインポートと、これら両メインポートを結ぶ流路と、該流路中に上記第１メインポートの回りを取り囲むように位置する弁座とを備えたバルブハウジング、上記バルブハウジング内において上記弁座を開閉する弁部材と、この弁部材から上記バルブハウジングの軸線方向に延びて先端がシリンダ部に達する弁シャフトと、上記弁部材を弁座の閉鎖方向に向けて付勢する復帰ばね、上記弁シャフトの先端に取り付けられたピストンと、このピストンに上記弁部材が開放する方向の流体圧を作用させる受圧室と、この受圧室にパイロット流体を供給するためのパイロットポートとを有する上記シリンダ部、上記ピストンの背面に先端が当接する調節軸と、この調節軸を任意の位置まで無段階に前後進駆動可能な駆動機構とを有し、該駆動機構で上記調節軸を変位させてピストンの動作位置を規定することにより上記弁部材の開度を設定する弁開度調節部、を有することを特徴とするものである。

上記構成を有する調圧用バルブにおいて、上記弁部材により弁座を開放するときは、シリンダ部の受圧室内にパイロット流体を供給することによりピストンを動作させ、弁シャフトを介して弁部材を開放方向に変位させる。このとき同時に、上記駆動機構で上記調節軸を必要な位置まで変位させると、ピストンがこの調節軸に当接してその位置に停止するため、弁部材もそれに応じた開放位置に停止し、上記調節軸の位置に応じた弁開度に設定される。この弁開度は、上記駆動機構で調節軸を必要な位置まで前進または後退させることにより、無段階に調整することができる。

本発明の具体的な構成態様によれば、上記駆動機構が、電動式のモーターと、このモーターの出力軸の正逆回転運動を往復直進運動に変換する変換機構とを有していて、この変換機構に上記調節軸が連結されている。

本発明の更に具体的な構成態様によれば、上記変換機構が、上記モーターの出力軸に連結されて回転する螺子棒と、この螺子棒に非回転の状態で該螺子棒の軸線方向には変位自在なるように螺着されたナット部材とからなっていて、このナット部材に上記調節軸の基端部が連結され、該調節軸の先端は自由端となって、上記ピストンに接離自在に当接している。

また、本発明によれば、上記弁開度調節部が、上記調節軸の変位量を測定可能なセンサーを有していて、このセンサーからの検出信号に基づいて上記駆動機構で調節軸が位置制御される。

本発明においては更に、上記バルブハウジングにおける第１メインポートとは反対側の端部に、上記シリンダ部と弁開度調節部とが直列に接続されていて、上記弁座と、弁部材及び弁シャフトと、ピストンと、調節軸とが、同一軸線上に位置している。

本発明によれば、ピストンの動作位置を規定する調節軸と、この調節軸を必要な変位量だけ無段階に前後進駆動可能な駆動機構とからなる弁開度調節部を設けたことにより、弁部材が弁座を開放したときの開度即ち弁開度を、必要な大きさに精度良く設定しかつ調節することができる。

図１及び図２は、本発明に係る真空調圧用バルブの好ましい代表的な一実施形態を示すものである。このバルブは、流路１３を開閉する弁部材１５を備えた弁主体部１と、上記弁部材１５を開閉操作するシリンダ部２と、上記弁部材１５の開度を設定する弁開度調節部３とからなっていて、これらの弁主体部１とシリンダ部２と弁開度調節部３とが、バルブの軸線Ｌに沿って直列に結合されている。

上記弁主体部１は、実質的に円柱状又は角柱状をした中空のバルブハウジング１０を有している。このバルブハウジング１０には、真空チャンバ５に接続するための第１メインポート１１と、真空ポンプ６に接続するための第２メインポート１２とが設けられ、上記第１メインポート１１は、バルブハウジング１０の第１端１０ａ側にバルブの軸線Ｌ方向に開口し、第２メインポート１２は、バルブハウジング１０の側面に上記軸線Ｌと直交する向きに開口している。また、上記バルブハウジング１０の内部には、上記両メインポート１１，１２を結ぶ上記流路１３が形成されると共に、上記第１メインポート１１の回りを取り囲む弁座１４が形成されている。この弁座１４は、上記第１メインポート１１が上記流路１３に開口する開口部１１ａの回りを取り囲むように形成されている。

上記バルブハウジング１０の内部には、上記弁座１４を開閉するポペット式の上記弁部材１５が、上記弁座１４と同軸状に設けられている。この弁部材１５はディスク形をしていて、前面の外周端寄りの位置に、上記弁座１４に接離する円環状をしたゴム製の弁シール部材１７が取り付けられている。また、この弁部材１５の前面の該弁シール部材１７の内側には、次第に先細り状をした流量調整用の円形のノーズ１８が設けられ、弁部材１５が弁座１４を開放する際に、このノーズ１８で弁開度を徐々に増大させることによってエアの初期流量を制限するように構成されている。しかし、このノーズ１８は必ずしも必要なものではない。

上記弁部材１５の背面中央部には、弁シャフト２０の基端部が取り付けられている。この弁シャフト２０は、バルブハウジング１０の内部を上記軸線Ｌに沿って延び、その先端部は、弁主体部１とシリンダ部２とを区画する隔壁３１を貫通して該シリンダ部２の内部に延出し、ピストン３２に連結されている。

上記弁シャフト２０の基端部寄りの周囲には、弁部材１５の最大開放位置を規定するための円筒形をしたスリーブ２１が取り付けられている。このスリーブ２１は、上記弁部材１５の背面から弁シャフト２０に沿って一定長さ延びていて、上記弁部材１５の最大開放位置でその先端が上記隔壁３１の当接部に当たるようになっている。また、上記弁部材１５の背面にはばね座２２が設けられ、このばね座２２と上記隔壁３１との間に、上記弁部材１５を閉鎖方向に弾発するコイル状の復帰ばね２３が設けられている。この復帰ばね２３は、同軸状に配置された大径の第１ばね２３ａと小径の第２ばね２３ｂとで構成されている。さらに、上記弁部材１５の背面には、上記弁シャフト２０とスリーブ２１及び復帰ばね２３の回りを取り囲むように伸縮自在のベローズ２４が設けられている。このベローズ２４は、金属等の耐食性素材で形成され、その一端が上記弁部材１５の背面に取り付けられ、他端が、バルブハウジング１０の端部と上記隔壁３１との間に設けられた支持プレート２５に取り付けられており、上記弁部材１５の開閉に伴って伸縮する。なお、上記ベローズ２４の内側空間は、図示しない孔を通じて外部に開放されている。

上記シリンダ部２は、上記バルブハウジング１０の第２端１０ｂ側に同軸状に結合されたシリンダハウジング３０を有している。このシリンダハウジング３０は、上記バルブハウジング１０と同じ円柱状又は四角柱状をしていて、軸線Ｌ方向の一端側にこのバルブハウジング１０との間を区画する上記隔壁３１を有すると共に、内部にシリンダ孔３３を有し、このシリンダ孔３３の内部に上記ピストン３２が、シール部材３４とウエアリング３５とを介して摺動自在に収容されている。そして、上述したように弁シャフト２０が上記隔壁３１を摺動自在に貫通してシリンダ孔３３内に延出し、その先端部が上記ピストン３２に連結されている。

上記ピストン３２の一面側には、該ピストン３２と上記隔壁３１との間に受圧室３７が形成され、この受圧室３７が、上記シリンダハウジング３０の側面に開口するパイロットポート３８に接続されている。上記ピストン３２の他面側は、外部に開放する呼吸室３９となっている。そして、図１の閉弁状態から、上記受圧室３７にパイロットポート３８を通じて必要な圧力に調整された圧縮エア等のパイロット流体を供給すると、上記ピストン３２が図の上向きに変位するため、上記弁シャフト２０が復帰ばね２３を圧縮しながら後退し、図２に示すように、弁部材１５が弁座１４から離れてこの弁座１４が開放する。また、図２の開弁状態から上記受圧室３７内のパイロット流体を排出すると、復帰ばね２３の弾発力によってピストン３２及び弁シャフト２０が前進するため、上記弁部材１５が前進して弁座１４を閉鎖する。

また、上記弁開度調節部３は、上記シリンダハウジング３０の端部に同軸状に結合されたカバーブロック４０内に組み込まれている。即ち、このカバーブロック４０は、上記シリンダハウジング３０と同じ円柱状又は四角柱状をしていて、その内部に、上記ピストン３２の背面に先端が当接する調節軸４１と、この調節軸４１を任意の位置まで無段階に前後進駆動可能な駆動機構４２とが組み込まれ、これらの調節軸４１と駆動機構４２とで上記弁開度調節部３が構成されている。そして、上記駆動機構４２で調節軸４１を必要な位置まで変位させてピストン３２の動作位置を規定することにより、上記弁部材１５が弁座１４を開放したときの開度即ち弁開度を調節するものである。

上記駆動機構４２は、電動式で正逆回転可能なモーター４５と、このモーター４５の出力軸４５ａの正逆回転運動を往復直進運動に変換する変換機構４６とを有していて、上記モーター４５が、上記カバーブロック４０の軸線方向の外端部に設けられたモーター室４７内に設置され、上記変換機構４６が、上記モーター室４７と上記シリンダ部２の呼吸室３９とを結ぶ中空部４８内に収容されている。

また、上記変換機構４６は、上記モーター４５の出力軸４５ａに連結されて回転する螺子棒５０と、この螺子棒５０に回転を規制された状態で該螺子棒５０の軸線方向には変位自在なるように螺着されたナット部材５１とからなるもので、このナット部材５１に、円筒状をした上記調節軸４１の基端部がねじ５２で連結されている。この調節軸４１の先端４１ａは自由端となって上記中空部４８から突出し、上記ピストン３２の背面中央部に接離自在に当接している。従って、この調節軸４１と、変換機構４６を構成する上記螺子棒５０及びナット部材５１と、上記ピストン３２と、弁シャフト２０及び弁部材１５と、上記弁座１４とは、互いに同一軸線Ｌ上に位置することになる。また、上記第１メインポート１１も同一軸線状に位置しているが、この第１メインポート１１は必ずしも上記軸線Ｌ上に開口している必要はない。

上記弁開度調節部３において、モーター４５を正逆方向に回転させると、その回転が変換機構４６で往復直進運動に変換されて調節軸４１に伝達され、この調節軸４１がモーター４５の回転量に応じた分だけ往復直進運動をする。従って、上記ピストン３２を動作させて弁部材１５を開放操作する際に、上記モーター４５を必要な回転数だけ回転させて調節軸４１を設定された位置まで後退させると、ピストン３２がこの調節軸４１に当接してその位置に停止することにより、弁開度が設定される。このときの弁開度は、モーター４５で上記調節軸４１の位置を制御することにより、任意の大きさに無段階に調節することができる。

ここで、上記調節軸４１を必要な距離だけ往復直進運動させ得るようにするため、上記弁開度調節部３には、この調節軸４１の変位量を検出可能なセンサー５４が設けられている。このセンサー５４は、モーター４５に取り付けられたロータリーエンコーダーからなっていて、このエンコーダーでモーター４５の回転量を検出することにより、上記調節軸４１の変位量を間接的に検出し、その検出信号に基づいて図示しない制御装置でモーター４５を制御することにより、上記調節軸４１を必要な位置まで無段階に変位させることができるようになっている。しかし、上記センサー５４は、上記調節軸４１の位置を直接検出する方式のものであっても良く、例えば、この調節軸４１に付した磁気目盛や光学目盛を読み取る磁気センサーや光学センサー等を用いることもできる。

上記構成を有する調圧用バルブにおいて、真空チャンバ５を減圧するために上記弁座１４を開放するときは、図２に示すように、パイロットポート３８を通じてシリンダ部２の受圧室３７内にパイロット流体を供給し、ピストン３２を動作させることにより、弁シャフト２０を介して弁部材１５を開放方向に変位させる。このとき同時に、モーター４５を駆動して調節軸４１を設定された位置まで後退させると、ピストン３２がこの調節軸４１に当接してその位置に停止するため、弁部材１５は上記調節軸４１によって決められた距離だけ弁座１４から離間し、弁開度が設定される。

真空チャンバ５内の真空度が反応ガスの供給などによって変化した場合には、その変化分を補償して該チャンバ５内を必要な真空度に維持する必要があるが、このとき、上記弁部材１５を前後進させて弁開度を調節することにより、排気流量を最適な状態に調節しながら真空度の変化分を補償することができる。即ち、真空チャンバ５内の真空度を真空センサーで測定し、この真空センサーからの信号に基づいて上記モーター４５を正逆に回転させ、調節軸４１を必要量だけ前進又は後退させることにより、弁開度を必要な大きさに調整することができる。

ここで、中間の開弁状態から弁開度を増大させる場合は、上記調節軸４１を後退させることにより、受圧室３７内に流入するパイロット流体によって上記ピストン３２が開弁方向に移動し、弁開度が増大する。また、中間の開弁状態から弁開度を減少させる場合は、上記調節軸４１を前進させることにより、上記ピストン３２がこの調節軸４１に押されて閉弁方向に移動するため、弁開度が減少する。この場合、上記受圧室３７内のパイロット流体圧力を調節することにより、調節軸４１による押圧力を軽減させたり、駆動速度早めたりすることができる。

真空チャンバ５ーを一定の真空圧のまま封止する場合や、緊急時等に上記弁座１４を閉鎖するような場合には、上記受圧室３７内のパイロット流体を排出することにより、復帰ばね２３の弾発力で上記弁部材１５をピストン３２及び弁シャフト２０と共に前進させ、上記弁座１４に当接させる。

かくして上記調圧用バルブは、ピストン３２の動作位置を規定する調節軸４１と、この調節軸４１を必要な変位量だけ無段階に前後進駆動可能な駆動機構４２とからなる弁開度調節部３を設けたことにより、弁部材１５が弁座１４を開放したときの開度を必要な大きさに簡単かつ精度良く設定することができる。

本発明に係る調圧用バルブの閉弁状態での断面図である。上記調圧用バルブの開弁状態を示す断面図である。

符号の説明

２シリンダ部
３弁開度調節部
５真空チャンバ
６真空ポンプ
１０バルブハウジング
１１第１メインポート
１２第２メインポート
１３流路
１４弁座
１５弁部材
２０弁シャフト
２３復帰ばね
３２ピストン
３７受圧室
３８パイロットポート
４１調節軸
４１ａ先端
４２駆動機構
４５モーター
４５ａ出力軸
４６変換機構
５０螺子棒
５１ナット部材
５４センサー

Claims

真空チャンバ及び真空ポンプに接続するための第１メインポート及び第２メインポートと、これら両メインポートを結ぶ流路と、該流路中に上記第１メインポートの回りを取り囲むように設けられた弁座とを有するバルブハウジング、
上記バルブハウジング内に設けられている、上記弁座を開閉する弁部材と、この弁部材から上記バルブハウジングの軸線方向に延びて先端がシリンダ部に達する弁シャフトと、上記弁部材を弁座の閉鎖方向に向けて付勢する復帰ばね、
上記弁シャフトの先端に取り付けられたピストンと、このピストンに上記弁部材が開放する方向の流体圧を作用させる受圧室と、この受圧室にパイロット流体を供給するためのパイロットポートとを有する上記シリンダ部、
上記ピストンの背面に先端が当接する調節軸と、この調節軸を任意の位置まで無段階に前後進駆動可能な駆動機構とを有し、該駆動機構で上記調節軸を変位させてピストンの動作位置を規定することにより上記弁部材の開度を設定する弁開度調節部、
を有することを特徴とする真空調圧用バルブ。
上記駆動機構が、電動式のモーターと、このモーターの出力軸の正逆回転運動を往復直進運動に変換する変換機構とを有していて、この変換機構に上記調節軸が連結されていることを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
上記変換機構が、上記モーターの出力軸に連結されて回転する螺子棒と、この螺子棒に非回転の状態で該螺子棒の軸線方向には変位自在なるように螺着されたナット部材とからなっていて、このナット部材に上記調節軸の基端部が連結され、該調節軸の先端は自由端となって、上記ピストンに接離自在に当接していることを特徴とする請求項２に記載のバルブ。
上記弁開度調節部が、上記調節軸の変位量を測定可能なセンサーを有し、このセンサーからの検出信号に基づいて上記駆動機構で調節軸を位置制御するように構成されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のバルブ。
上記バルブハウジングにおける第１メインポートとは反対側の端部に、上記シリンダ部と弁開度調節部とが直列に接続されていて、上記弁座と、弁部材及び弁シャフトと、ピストンと、調節軸とが、同一軸線上に位置していることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のバルブ。