JP2009074681A - Vacuum opening and closing valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、真空容器と真空ポンプとの間に接続し、開度を変化させて真空容器内のガスの真空圧力を制御する真空開閉弁に関する。 The present invention relates to a vacuum on-off valve that is connected between a vacuum vessel and a vacuum pump and controls the vacuum pressure of gas in the vacuum vessel by changing the opening.
従来より、例えば、半導体製造工程において、ウエハを配置した真空チャンバ内に、プロセスガスとバージガスとを交互に給気・排気させる真空圧力制御システム等が提案されている。このような真空圧力制御システムには、真空チャンバと真空ポンプとの間に真空開閉弁が接続されている。この真空開閉弁は、開度を変化させて、真空チャンバ内に供給するプロセスガスの真空圧力を制御している(特許文献1参照)。 Conventionally, for example, in a semiconductor manufacturing process, a vacuum pressure control system for alternately supplying and exhausting process gas and barge gas in a vacuum chamber in which a wafer is arranged has been proposed. In such a vacuum pressure control system, a vacuum opening / closing valve is connected between the vacuum chamber and the vacuum pump. This vacuum on-off valve controls the vacuum pressure of the process gas supplied into the vacuum chamber by changing the opening degree (see Patent Document 1).
従来の真空開閉弁について、図11〜図15を用いて簡単に説明する。図11は、本出願人が提案した特許文献1の真空圧力制御システムに構成された真空開閉弁100を示す断面図である。図12は、図11中、R部の拡大図であり、閉弁状態におけるベロフラム150の形態を説明するための説明図である。図13は、従来のベロフラム150を示す断面図である。図14は、従来のベロフラム150のうち、基布151Bの織り目を説明する説明図である。
真空開閉弁100では、駆動エアがエア収容室AS内に供給され、ピストン140が上昇(図11中、上方)すると、ピストンロッド147を介してピストン140と連結するポペット弁体176がピストン140のストローク方向に上昇し、ポペット弁体176が弁座173から離れて開弁するようになっている。このピストン140は、そのスティックスリップの発生を防止するため、単動空気圧シリンダ130内をこれと非接触で駆動する。ピストン140と単動空気圧シリンダ130との隙間145は、ピストン140の動作と共に追従するベロフラム150で密閉され、エア収容室AS内の気密性が確保されるようになっている。
A conventional vacuum on-off valve will be briefly described with reference to FIGS. FIG. 11 is a cross-sectional view showing a vacuum on-off
In the vacuum on-off
このベロフラム150は、ピストン140のボア方向から見たときのベロフラム150の断面形状を、図13に示す略台形形状とされている。ベロフラム150は、インサート成形によりゴムにポリエステル等の基布151Bを埋設して成形されている。この基布151Bは、図14に示すように、糸を縦方向及び横方向にそれぞれ1本ずつ格子状に交差した平織りの網目を有したものである。ベロフラム150は、中央部152をピストン140の受圧面142に固着し、フランジ部153を単動空気圧シリンダ130のフランジ保持部132で固定させている。このベロフラム150のうち、フランジ部153から深く折り返されて中央部152に向けて延びる環状の単一テーパ面154は、軸線AXに沿う仮想線Nとのなす角度を単一テーパ角θpの単一の傾斜面とされている。
The
なお、従来のベロフラム150の形状に略台形を採用する理由として、次の2つの理由が挙げられる。
(1)ベロフラム150を具備した真空開閉弁100では、ピストン140の外周面におけるピストン外周径dpが、所定の隙間145を有した分だけ単動空気圧シリンダ130の内径よりも小さく、ベロフラム150の単一テーパ面154がピストン150の上死点の位置までピストン150の駆動に伴って伸びる。
(2)真空開閉弁100では、閉弁すると、ベロフラム150における中央部152とフランジ部153とがほぼ同じ高さに位置し、単一テーパ面154は、図11及び図12に示すように、ピストン140と単動空気圧シリンダ130との隙間145の中で、山折
り状に折り返される。
これらのことから、単一テーパ面154を、ピストン150のストローク方向に沿う軸線AX、すなわち仮想線Nに対し、所定の単一テーパ角θpで傾斜した単一の傾斜面にすることで、ベロフラム150が、真空開閉弁100の開閉動作に伴って伸縮し易くなるからである。
The following two reasons can be given as the reason for adopting a substantially trapezoidal shape for the
(1) In the vacuum on-off
(2) In the vacuum on-off
From these facts, the single
一方、ベロフラムで駆動される真空開閉弁については、特許文献2の第1図、及び特許文献3の図2、図5、図6に開示されている。また、ベロフラムが角度が異なる傾斜面を備えることについては、特許文献4の第1図、第4図、特許文献5の第3図、及び特許文献6の第2図、第5図に開示されている。
また、トリコット織りの基布をインサート成形するによりベロフラムを形成することは、特許文献7、及び特許文献8に開示されている。
On the other hand, the vacuum on-off valve driven by the bellophram is disclosed in FIG. 1 of
Further, Patent Document 7 and
しかしながら、真空開閉弁100では、以下に掲げる問題がある。
(1)図11及び図12は、真空開閉弁が閉じた状態の位置である。その状態で、駆動エアがエア収容室ASに供給されると、駆動エアによる加圧力が、ベロフラム150の中央部152及び、ピストン140と単動空気圧シリンダ130との隙間145の中で折り返された単一テーパ面154にかかって、ピストン140を上昇させる。
このとき、単一テーパ面154は、エア収容室AS内への駆動エアの供給により、図12に示す山折りされた形態から、単一テーパ面154の一部がピストン140の外周面と単動空気圧シリンダ130の内周面に向けて膨らんだ形態になる(図15参照)。
ベロフラム150の形状は略台形であり、単一の単一テーパ面154がピストン140の外周面よりも軸線AXの径方向外側にあるため、ベロフラム150における軸線AX方向の同じ位置では、この位置における径方向の、ベロフラム150のピストン140と接触する面におけるテーパ面径長Dpは、図16に2点鎖線で示すように、ピストン外周径dpよりも大きい。ベロフラム150は、テーパ面を備えているが、ピストン140は円筒形状であるため、ベロフラム150の最短径をピストン140の直径に合わせざる得ないため、図12に示す位置における、πDpとπdpとの差は大きくなってしまう。
すなわち、単一テーパ面154における周方向の長さ(単一テーパ面周長)πDpは、ピストン140の外周面における周方向の長さ(ピストン外周面周長)πdpよりも長くなるので、ベロフラム150の一部で、ピストン140の外周面に接触しない部分がシワ発生部159となって発生する。
However, the vacuum on-off
(1) FIG.11 and FIG.12 is a position of the state which the vacuum on-off valve closed. In this state, when driving air is supplied to the air accommodating chamber AS, the pressure applied by the driving air is folded back in the
At this time, the
Since the shape of the
That is, the circumferential length (single taper circumferential length) πDp of the
このシワ発生部159は、単一テーパ面周長πDpとピストン外周面周長πdpとの周長の差が大きくなるに従い大きなものとなる。また、ベロフラム150の単一テーパ面154に沿ってピストン140の外周面に向けてかかる加圧力は、シワ発生部159における単一テーパ面154とピストン140の外周面との間をなす内部空間内の圧力よりも大きい。
このため、シワ発生部159では、単一テーパ面154に沿って加圧力がかかると、単一テーパ面154の一部は、加圧力により自身同士が互いに重なるまたは近づくように押圧された状態で、ピストン140の外周面付近からピストン140の径方向外側に向けて延出し、径方向の最も外側にある屈曲部位159Bで深く折り曲げられた形態で折り畳まれる。径方向外側に向けて単一テーパ面154が長く延びた形態になると、生成したシワ発生部159の屈曲部位159Bでは、単一テーパ面154は鋭角状に折り曲げられる傾向となり、屈曲部位159Bに過度な曲げ応力がかかることもある。
The
For this reason, in the
図16に示すように、屈曲部位159Bが形成されている状態で、図15に示すピストン140が上昇すると、図16に示す屈曲部位159Bが、ピストン140に接触する側から、単動空気圧シリンダ130の内壁面に接触する側に移動する。屈曲部位159Bは、この移動により、180度が方向転換されることになる。屈曲部位159Bは、単動空気圧シリンダ130の内壁面側では、内壁面の内径が十分大きいため、屈曲部位159Bは屈曲が解消される。しかし、屈曲部位159Bが、180度方向転換されるときに、屈曲部位159Bが集中応力を受ける。真空開閉弁が駆動される毎に、この集中応力を繰り返し受けるため、ベロフラム150に縦方向の亀裂が発生するのである。
本出願人は、世界中で本発明に係る真空開閉弁を販売しているが、ベロフラム150の耐久性に問題があったが、その原因の究明が難しかった。実験を重ねることにより、上記原因を究明したのである。
As shown in FIG. 16, when the
Although the present applicant sells the vacuum on-off valve according to the present invention all over the world, there is a problem with the durability of the
(2)さらに、ベロフラム150の基布は、図14に示す平織りの網目であり、網目方向の可撓性が低く、ベロフラム150自身が自在に屈曲し難いため、シワ発生部159は、駆動エアの供給時に単一テーパ面154の周囲上に比較的大きなシワとなって局部的に存在する(図16参照)。すると、閉弁する際に、シワ発生部159で山折りされた単一テーパ面154の基布同士が擦れ合い、頂部158からの亀裂がシワ発生部159にまで経時的に成長して、ベロフラム150の基布が破れてしまう。
(2) Further, the base fabric of the
この(1)及び(2)の問題により、エア収容室AS内に供給された駆動エアがベロフラム150を通じて漏れてしまい、真空開閉弁100の開度が制御できなくなる問題があった。このため、ベロフラム150を頻繁に交換しなければならず、耐久性のある真空開閉弁が求められていた。
Due to the problems (1) and (2), there is a problem that the driving air supplied into the air storage chamber AS leaks through the
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、ピストンの外周面とシリンダの内周面との隙間を、ピストンの動作と共に追従するベロフラムで密閉し、流体によりピストンを駆動させて開閉する真空開閉弁において、耐久性のある真空開閉弁を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and the gap between the outer peripheral surface of the piston and the inner peripheral surface of the cylinder is sealed with a bellophram that follows the operation of the piston, and the piston is sealed by the fluid. An object of the present invention is to provide a durable vacuum on-off valve that is driven to open and close.
上記問題点を解決するために、本発明の真空開閉弁は、次の構成を有している。
(1)真空容器と真空ポンプとの間に接続し、弁座に対し弁体の開度を変化させて前記真空容器内の真空圧力を制御する真空開閉弁であって、ピストンの外周面とシリンダの内周面との所定の隙間を、ピストンの動作と共に追従するベロフラムで密閉し、流体によりピストンを駆動させて開閉する真空開閉弁であって、ベロフラムのピストンと接触する内周面が所定の第1傾斜角度で形成されていること、ピストンの外周面が、所定の第2傾斜角度で形成されていること、弁体が弁座と当接する位置にあるときに、ベロフラムのピストンと接触する内周径と、ピストンの外周径が等しいこと、を特徴とする。
(2)(1)に記載する真空開閉弁において、前記第1傾斜角度と前記第2傾斜角度が等しいことを特徴する。
In order to solve the above problems, the vacuum on-off valve of the present invention has the following configuration.
(1) A vacuum on-off valve that is connected between a vacuum vessel and a vacuum pump and controls the vacuum pressure in the vacuum vessel by changing the opening of the valve body with respect to the valve seat, A vacuum on-off valve that opens and closes a predetermined gap with the inner peripheral surface of the cylinder by a bellophram that follows the piston operation and that is driven by fluid to open and close the inner peripheral surface that contacts the piston of the bellophram When the valve body is in a position where it comes into contact with the valve seat, the outer peripheral surface of the piston is in contact with the valve seat. The inner peripheral diameter of the piston and the outer peripheral diameter of the piston are equal.
(2) In the vacuum on-off valve described in (1), the first inclination angle and the second inclination angle are equal.
(3)(1)または(1)に記載する真空開閉弁において、前記ベロフラムは、中心断面の断面形状において、前記ピストンのストローク方向に沿う軸線とのなす角度が異なる傾斜面を2つ備えていること、前記傾斜面のうち、角度の小さな傾斜面の傾斜角度が、前記第1傾斜角度であること、を特徴とする。
(4)(3)に記載の真空開閉弁において、前記ベロフラムは、径方向の周縁に前記シリンダに固定する固定部を有すること、前記テーパ面同士を繋ぐ変曲部は、前記ベロフラムにおける前記軸線方向中央の位置より、前記固定部側に位置すること、を特徴とする。
(5)(1)乃至(4)に記載する真空開閉弁のいずれか1つにおいて、前記ベロフラムが、前記弁体と前記ピストンとを接続するロッドの外周と嵌合することにより、前記ベロフラムを位置決めする嵌合孔を備えることを特徴とする。
(3) In the vacuum on-off valve described in (1) or (1), the belofram includes two inclined surfaces having different angles with respect to the axis along the stroke direction of the piston in the cross-sectional shape of the central cross section. And an inclination angle of an inclined surface having a small angle among the inclined surfaces is the first inclination angle.
(4) In the vacuum on-off valve according to (3), the belofram has a fixing portion that is fixed to the cylinder at a peripheral edge in a radial direction, and the inflection portion that connects the tapered surfaces is the axis of the belofram. It is characterized in that it is located closer to the fixed part than the center of the direction.
(5) In any one of the vacuum on-off valves described in (1) to (4), the bellophram is fitted to an outer periphery of a rod that connects the valve body and the piston, thereby A fitting hole for positioning is provided.
(6)(1)乃至(5)に記載の真空開閉弁のいずれか1つにおいて、前記ベロフラムは、ゴムに、前記ベロラムの面に沿った方向に可撓性のある織り目を有する基布をインサート成形したゴム成形部材からなる、ことを特徴とする。
(7)(6)に記載の真空開閉弁において、前記基布の前記織り目はトリコット織りである、ことを特徴とする。
(8)(1)乃至(7)のいずれか1つに記載の真空開閉弁において、前記ベロフラムは、径方向中央部にその厚さ方向に突出する凸部を有し、前記ピストンは、そのボア方向の受圧面に凹設された凹部を有し、前記ベロフラムと前記ピストンとは、前記凸部と前記凹部との嵌合で、同心軸上に位置決めして固着されている、ことを特徴とする。
(6) In any one of the vacuum on-off valves according to (1) to (5), the belofram is a rubber having a base fabric having a flexible weave in a direction along the surface of the beloram. It is characterized by comprising a rubber molded member formed by insert molding.
(7) The vacuum on-off valve according to (6), wherein the weave of the base fabric is a tricot weave.
(8) In the vacuum on-off valve according to any one of (1) to (7), the belofram has a convex portion protruding in a thickness direction at a radial center portion, and the piston is It has a recess recessed in the pressure receiving surface in the bore direction, and the belofram and the piston are positioned and fixed on a concentric shaft by fitting the protrusion and the recess. And
(1)真空容器と真空ポンプとの間に接続し、弁座に対し弁体の開度を変化させて真空容器内の真空圧力を制御する真空開閉弁であって、ピストンの外周面とシリンダの内周面との所定の隙間を、ピストンの動作と共に追従するベロフラムで密閉し、流体によりピストンを駆動させて開閉する真空開閉弁であって、ベロフラムのピストンと接触する内周面が所定の第1傾斜角度で形成されていること、ピストンの外周面が、所定の第2傾斜角度で形成されていること、弁体が弁座と当接する位置にあるときに、ピストンと接触するベロフラムの内周径と、ピストンの外周径が等しいこと、を特徴とするので、真空開閉弁が閉じた状態で、駆動エアがシリンダ内に入れられ、ベロフラムにエア圧がかかったときに、ベロフラムの内周径とピストンの外周径とが等しいため、ベロフラムに屈曲が全く発生することがない。
従来は、ピストンを円筒形状としていたため、ピストン端面に対応する位置におけるベロフラムのピストンと接触する内周径をピストンの外周径より大きくせざるを得なかった。本発明では、ピストンの外周に傾斜面を設けることにより、初めて、真空開閉弁が閉じている位置において、ベロフラム内周径とピストン外周径とを同じ長さとすることが可能となった。
(1) A vacuum on-off valve that is connected between a vacuum vessel and a vacuum pump and controls the vacuum pressure in the vacuum vessel by changing the degree of opening of the valve body with respect to the valve seat. A vacuum opening / closing valve that seals a predetermined gap with the inner peripheral surface of the inner peripheral surface with a bellophram that follows the operation of the piston, and opens and closes by driving the piston with a fluid, and the inner peripheral surface that contacts the piston of the bellophram is predetermined It is formed at the first inclination angle, the outer peripheral surface of the piston is formed at a predetermined second inclination angle, and when the valve body is in a position where it contacts the valve seat, Since the inner diameter of the piston is equal to the outer diameter of the piston, when the vacuum on-off valve is closed and driving air is put into the cylinder and air pressure is applied to the bellophram, Circumference and fixie For the outer peripheral diameter equal, never bent bellofram at all occurs.
Conventionally, since the piston has a cylindrical shape, the inner peripheral diameter that contacts the piston of the bellophram at a position corresponding to the piston end face has to be made larger than the outer peripheral diameter of the piston. In the present invention, by providing an inclined surface on the outer periphery of the piston, it becomes possible for the first time to make the inner diameter of the bellophram and the outer diameter of the piston the same length at the position where the vacuum on-off valve is closed.
(2)また、ベロフラムの第1傾斜角度とピストンの第2傾斜角度を等しくしているので、ピストンがある距離移動したときに、その状態でも、ベロフラムの内周径とピストンの外周径とが等しくなるため、ベロフラムに屈曲が発生することがない。第1傾斜角度が第2傾斜角度より少し大きくても、弁体が弁座と当接する位置にあるときに、ピストンと接触するベロフラムの内周径と、ピストンの外周径が等しいならば、ベロフラムの耐久性は、格段に向上することを、本出願人は実験により確認している。第1傾斜角度と第2傾斜角度とを等しくすれば、さらに、耐久性が向上することを、本出願人は実験により確認している。 (2) Since the first inclination angle of the bellophram and the second inclination angle of the piston are made equal, even when the piston moves a certain distance, the inner circumference diameter of the bellophram and the outer diameter of the piston are the same. Since it becomes equal, the belofram does not bend. Even if the first inclination angle is slightly larger than the second inclination angle, if the inner peripheral diameter of the bellophram in contact with the piston and the outer diameter of the piston are equal when the valve body is in a position in contact with the valve seat, The present applicant has confirmed through experiments that the durability of the battery is greatly improved. The present applicant has confirmed through experiments that the durability is further improved if the first inclination angle and the second inclination angle are made equal.
(3)に記載する本発明の真空開閉弁では、ベロフラムは、ピストンのボア方向から見たときの断面形状において、ピストンのストローク方向に沿う軸線とのなす角度が異なるテーパ面を少なくとも2つ備える形状となっているので、例えば、テーパ面を2つとする場合、上記角度について、第1テーパ角θ1を、従来のベロフラムにおける単一の単一テーパ角θpよりも大きく(θp<θ1)することで、第2テーパ角θ2を単一テーパ角θpよりも小さく(θ2<θp)できる。
この場合、上記軸線に対して第1テーパ角θ1で傾斜した第1テーパ面をシリンダの内周面側に、上記軸線に対して第2テーパ角θ2で傾斜した第2テーパ面をピストンの外周面側に、それぞれ位置する形態にベロフラムを形成することにより、特にベロフラムの第2テーパ面の傾斜角度を、ピストンの外周面のテーパ面の傾斜角度と等しくすることができる。
したがって、ベロフラムは、角度が異なるテーパ面を少なくとも2つ備えているので、真空開閉弁の開閉動作に伴う伸縮性を維持することができると共に、シワに起因して発生する亀裂によりベロフラムが短期に破損することが抑制できる。
In the vacuum on-off valve according to the present invention described in (3), the belofram has at least two tapered surfaces having different angles with respect to the axis along the stroke direction of the piston in the cross-sectional shape when viewed from the bore direction of the piston. For example, when there are two tapered surfaces, the first taper angle θ1 is set to be larger than the single taper angle θp in the conventional belofram (θp <θ1). Thus, the second taper angle θ2 can be made smaller than the single taper angle θp (θ2 <θp).
In this case, the first taper surface inclined at the first taper angle θ1 with respect to the axis is on the inner peripheral surface side of the cylinder, and the second taper surface inclined at the second taper angle θ2 with respect to the axis is the outer periphery of the piston. By forming the bellophram in a form positioned on the surface side, in particular, the inclination angle of the second tapered surface of the bellophram can be made equal to the inclination angle of the tapered surface of the outer peripheral surface of the piston.
Accordingly, since the belofram has at least two tapered surfaces with different angles, the elasticity of the vacuum on-off valve can be maintained, and the belofram can be shortened due to cracks caused by wrinkles. It is possible to suppress damage.
ところで、当該真空開閉弁が開弁または閉弁するにあたり、ベロフラムのテーパ面が山折り状に折り返されたとき、テーパ面が折り返される部分は、ピストンの駆動に伴ってテーパ面がピストンの上死点または下死点の位置まで伸びた状態のときの、ストローク方向の中央付近に位置する。
(4)に記載する本発明の真空開閉弁では、テーパ面同士を繋ぐ変曲部は、ベロフラムにおける軸線方向中央の位置より固定部側に位置するので、ベロフラムのテーパ面が山折り状に折り返されたときでも、変曲部で折り返されることはない。
当該真空開閉弁が繰り返し開閉しても、ベロフラムのテーパ面のうち、他の部分よりも応力が集中し易い変曲部に、繰り返し折り返すことが行われないので、変曲部で繰り返し折り返すことに起因したベロフラムの劣化(ベロフラムを構成する材料の疲労)の発生が防止できる。
したがって、ベロフラムが早期に損傷することを抑制することができる。
By the way, when the vacuum opening / closing valve is opened or closed, when the taper surface of the belofram is folded back into a mountain fold, the taper surface of the portion where the taper surface is folded back is the top dead center of the piston as the piston is driven. Located near the center of the stroke direction when extended to the position of the point or bottom dead center.
In the vacuum on-off valve of the present invention described in (4), the inflection part that connects the tapered surfaces is located on the fixed part side from the center position in the axial direction of the bellophram, so that the taper surface of the bellophram is folded back into a mountain fold shape. Even if it is, it will not be folded at the inflection part.
Even if the vacuum open / close valve is repeatedly opened and closed, it is not repeatedly folded at the inflection portion where stress is more concentrated than the other portions of the tapered surface of the belofram. It is possible to prevent the occurrence of degradation of the resulting belofram (fatigue of the material constituting the belofram).
Therefore, early damage to belofram can be suppressed.
また、(5)に記載する真空開閉弁では、前記ベロフラムが、前記弁体と前記ピストンとを接続するロッドの外周と嵌合することにより、前記ベロフラムを位置決めする嵌合孔を備える。
これにより、ロッドを介して、ピストンとベロフラムの位置決めを正確に行うことができる。
In the vacuum on-off valve described in (5), the bellophram includes a fitting hole for positioning the bellophram by fitting with an outer periphery of a rod connecting the valve body and the piston.
Thereby, positioning of a piston and a bellophram can be correctly performed via a rod.
また、(6)に記載する本発明の真空開閉弁では、ベロフラムは、ゴムに、ベロフラムの面に沿った方向に可撓性のある織り目を有する基布をインサート成形したゴム成形部材からなる。
これにより、ゴムで気密性を、流体の加圧力に抗する強度を基布で持ち合わせながら、ピストンの動作及びピストンの形状に対応して自在に屈曲し易いベロフラムとなる。
Further, in the vacuum on-off valve of the present invention described in (6), the belofram is made of a rubber molded member obtained by insert-molding a base fabric having a texture that is flexible in a direction along the surface of the belofram.
Accordingly, the bellowram can be easily bent according to the operation of the piston and the shape of the piston while maintaining the airtightness with rubber and the strength against the pressure of the fluid with the base cloth.
また、(7)に記載する本発明の真空開閉弁では、ベロフラムにおける基布の織り目がトリコット織りであるので、流体の加圧時に、ベロフラムは、ピストンの動作及びピストンの形状に対応して自在に屈曲し易くなる。
特に、本発明の真空開閉弁では、流体の加圧時に、ベロフラムのテーパ面がピストンの外周面側に膨らんだときには、ベロフラムは、ピストンの外周面の形状に沿うように自在に屈曲易くなる。
このため、本発明の真空開閉弁のベロフラムでは、ピストンのストローク方向の任意位置で、テーパ面の周方向の長さと、ピストンの外周面における周方向の長さとの差により、テーパ面に生じるシワは、従来の真空開閉弁のベロフラムと比して小さくできる。しかも、このシワは、従来の真空開閉弁のベロフラムのように、ベロフラムの単一テーパ面の周囲上で局所的に比較的大きなシワとなって存在せず、従来のベロフラムに生じるシワよりも小さく抑制されて、テーパ面の周囲上に散在するようになる。このため、当該真空開閉弁を開弁または閉弁する際に、シワとなった部分での、山折りされたテーパ面同士の接触を回避し易くなり、基布同士の擦れ合いの発生を抑制することができる。
したがって、たとえテーパ面のうち山折りされた部分で亀裂が発生したとしても、この亀裂の成長により、山折りされたテーパ面の基布同士の擦れ合うことに起因した、ベロフラムの損傷を抑制することができる。
なお、トリコット織りとは、例えば、畝のように、山の部分と谷の部分とが所定方向に交互に連続して配置した形態の糸の織り目である畝織りや、メリヤスの織り目等と同様な形態の織り方であり、織物に柔軟性、弾力性や伸縮性を持たせた織り方である。
Further, in the vacuum on-off valve according to the present invention described in (7), since the weave of the base fabric in the bellophram is a tricot weave, the bellophram can freely correspond to the operation of the piston and the shape of the piston when the fluid is pressurized. It becomes easy to bend.
In particular, in the vacuum on-off valve of the present invention, when the taper surface of the bellophram swells to the outer peripheral surface side of the piston when the fluid is pressurized, the bellophram is easily bent along the shape of the outer peripheral surface of the piston.
For this reason, in the bellowram of the vacuum on-off valve of the present invention, the wrinkles generated on the tapered surface are caused by the difference between the circumferential length of the tapered surface and the circumferential length of the outer circumferential surface of the piston at an arbitrary position in the piston stroke direction. Can be made smaller than that of the conventional vacuum opening / closing valve. Moreover, this wrinkle does not exist as a relatively large wrinkle locally on the periphery of the single tapered surface of the belofram, unlike the belofram of the conventional vacuum on-off valve, and is smaller than the wrinkle generated in the conventional belofram. Suppressed and scattered over the circumference of the tapered surface. For this reason, when opening or closing the vacuum on-off valve, it is easy to avoid contact between the tapered surfaces that are folded at the wrinkled portion, and the occurrence of friction between the base fabrics is suppressed. can do.
Therefore, even if a crack occurs in the mountain-folded portion of the taper surface, the growth of this crack suppresses damage to belofram caused by rubbing between the base fabrics of the mountain-folded taper surface. Can do.
The tricot weave is similar to, for example, a knot weave, which is a yarn weaving in a form in which peaks and valleys are alternately arranged in a predetermined direction like a kite, or a knit weave. This is a weaving method in which the woven fabric has flexibility, elasticity and elasticity.
また、(8)に記載する本発明の真空開閉弁では、ベロフラムは、径方向中央部にその厚さ方向に突出する凸部を有し、ピストンは、そのボア方向の受圧面に凹設された凹部を有し、ベロフラムとピストンとは、凸部と凹部との嵌合で、同心軸上に位置決めして固着されている。
これにより、ベロフラムの径方向中央部とピストンの受圧面との相対的な位置ずれが生じないので、ベロフラムのテーパ面は、ピストンと動作に合わせて、テーパ面の周方向において均等に屈曲したり伸びたりすることができる。このため、ピストンの駆動を適切に行うことができる。
Further, in the vacuum on-off valve of the present invention described in (8), the belofram has a convex portion protruding in the thickness direction at the radial center portion, and the piston is recessed in the pressure receiving surface in the bore direction. The bellophram and the piston are positioned and fixed on the concentric shaft by fitting the convex portion and the concave portion.
As a result, there is no relative displacement between the center portion of the bellowram in the radial direction and the pressure receiving surface of the piston. Therefore, the taper surface of the bellophram is bent evenly in the circumferential direction of the taper surface in accordance with the operation of the piston. It can stretch. For this reason, a piston can be driven appropriately.
以下、本発明に係る真空開閉弁を具体化した実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図9は、真空開閉弁10が用いられた構成真空圧力制御システム1の構成を示す概略図である。
真空圧力制御システム1は、半導体製造工程でウエハ8を表面処理するにあたり、ウエハ8を配置した真空チャンバ2内にプロセスガスとバージガスとを交互に給気・排気させる真空圧力制御システムである。この真空圧力制御システム1は、図9に示すように、真空チャンバ2(真空容器)、真空ポンプ5、駆動エアARを供給するエア供給源6、真空開閉弁10、この真空開閉弁10の弁開度VLを制御するサーボ弁(図示しない)、及び、真空開閉弁10等と電気的に接続する真空圧力制御装置7等から構成されている。
真空チャンバ2のガス給入口2aには、真空チャンバ2内に配置したウエハ8に表面処理をするときに用いるプロセスガスの供給源と、真空チャンバ2内のプロセスガスをパージするのに用いる窒素ガスの供給源とが並列に接続している。
一方、真空チャンバ2のガス排気口2bには、真空開閉弁10と、遮断弁4を介してチャンバ用圧力センサ3とが並列に接続している。チャンバ用圧力センサ3は、真空圧力制御装置7と電気的に接続しており、真空チャンバ2内のプロセスガス等の真空圧力を計測する。また、真空開閉弁10は真空ポンプ5とも接続している。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments embodying a vacuum on-off valve according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 9 is a schematic diagram showing a configuration of the configuration vacuum
The vacuum
A gas supply port 2 a of the
On the other hand, a vacuum on-off
真空開閉弁10について、図1〜図6を用いて説明する。
図1は、本実施形態の真空開閉弁10に構成されたベロフラム50をピストン40のボア方向BRから見たときの断面図で示す説明図である。図2は、ベロフラム50をなすゴム成形部材51の構成を説明するための説明図であり、図1中、一点鎖線内を拡大して示した断面図である。図3は、図2に示すゴム成形部材51のうち、基布51Bの織り目を説明する説明図である。図4は、真空開閉弁10の構成を説明する説明図であり、閉弁状態を示す図である。図5は、図1に示す真空開閉弁10の開弁状態を示す図である。図6が、図4におけるP部の拡大図である。
本実施形態の真空開閉弁10は、エア供給源6から図示しないサーボ弁を通じてエア収容室AS内に供給される駆動エアARにより、弁開度VLを変化させて、真空チャンバ2内のプロセスガス等の真空圧力を制御する真空開閉弁として用いられている。
この真空開閉弁10は、その軸線AX方向、すなわちポペット弁体76が開閉する弁シフト方向(図4及び図5中、上下方向)のうち、開弁側(図4及び図5中、上方)に位置するパイロットシリンダ部20、及び、閉弁側(図4及び図5中、下方)に位置するベローズ式ポペット弁部70からなる。
The vacuum on-off
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a cross-sectional view of the
The vacuum on-off
The vacuum opening / closing
パイロットシリンダ部20は、さらに単動空気圧シリンダ30、シリンダ支持部32、エア収容室AS、ピストン40、復帰バネ47及びベロフラム50等からなる。
真空開閉弁10では、駆動エアARがエア収容室ASに供給されると、ピストン40は、単動空気圧シリンダ30内をそのシリンダ内周面31と非接触で、軸線AX方向に沿うストローク方向STに駆動するようになっている。ピストン40の外周面41のピストン外周径dpは、単動空気圧シリンダ30のシリンダ内周面31の径より所定の大きさだけ小さくなっている。このピストン40の受圧面43には、ストローク方向STに環状の凹部44が凹設されている。このピストン40の外周面41と単動空気圧シリンダ30のシリンダ内周面31との間にある所定の隙間45は、後に詳述するように、図1に示すベロフラム50によって密閉され、エア収容室AS内の気密性が確保されるようになっている。
なお、ピストン40は、単動空気圧シリンダ30のシリンダ内周面31と非接触で駆動するので、ピストン40のスティックスリップが発生せず、ピストン40は、高い応答性と正確な位置精度で単動空気圧シリンダ30内を駆動することができる。
The
In the vacuum on-off
Since the
このピストン40は、復帰バネ47により弁シフト方向の閉弁側に付勢されている。駆動エアARがエア収容室ASに供給されないとき、ピストン40は、復帰バネ47による付勢力により、下死点に位置する(図4参照)。その一方、駆動エアARがエア収容室ASに供給されると、ピストン40は、復帰バネ47による付勢力に抗して、弁シフト方向の開弁側に移動する(図5参照)。
また、真空開閉弁10には、ピストン40が弁シフト方向に移動したとき、ピストン40が下死点の位置から上死点に向けて変位した分のピストン40の変位量、すなわち真空開閉弁10の開弁度VLを非接触で計測する変位センサ81が設けられている(図4及び図5参照)。この変位センサ81は、真空圧力制御装置7と電気的に接続している。
The
Further, the vacuum on-off
ベロフラム50は、ゴム51Aに、図3に示すトリコット織りの織り目を有する基布51Bをインサート成したゴム成形部材51からなるベロフラムである(図1及び図2参照)。なお、トリコット織りとは、図3に示すように、例えば、畝のように、山の部分と谷の部分とが所定方向に交互に連続して配置した形態の糸の織り目である畝織りや、メリヤスの織り目等と同様な形態の織り方であり、織物に柔軟性、弾力性や伸縮性を持たせた織り方である。
ベロフラム50は、エア収容室AS内に駆動エアARが供給されると、ピストン40の受圧面43における有効受圧面積を一定不変に保持するように伸縮できるようになっている。このベロフラム50は、ゴム成形部材51で構成することにより、エア収容室ASに供給された駆動エアARによる加圧力に抗する強度を基布51Bに、気密性をゴム51Aに、それぞれ持たせている。このゴム成形部材51に用いられるゴム51Aとしては、例えば、天然ゴムのほか、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、プロピレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−イソプレンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エチレン−プロピレンゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム、エーテル−チオエーテルゴム、多硫化系ゴム、ウレタンゴム、シリコンゴム等の合成ゴムが挙げられる。また、基布51Bとしては、例えば、ポリアミド(6ナイロン、66ナイロン等)、アラミド、ポリエステル、綿等の糸を、トリコット織りの織り目のように、ベロフラム50(ゴム成形部材51)の表面51a、51bに沿った方向に可撓性を有する織り目で織り上げたものが挙げられる。
The
When the driving air AR is supplied into the air accommodating chamber AS, the
ベロフラム50は、本実施形態では、図1に示すように、ピストン40のボア方向BR(図4及び図5中、左右方向)から見たときの断面形状において、ピストン40のストローク方向ST方向(図4及び図5中、上下方向)に沿う軸線AXとのなす角度が互いに異なる2つの第1テーパ面55A、第2テーパ面55Bを備えている。また、このベロフラム50は、径方向(ピストン40のボア方向BR)の外周縁に位置する環状のフランジ部54(固定部)、及び、このフランジ部54との間に第1,第2テーパ面55A,55Bを挟んで径方向中央に位置する中央部52(径方向中央部)を有している。
第1テーパ面55Aは、フランジ部54の径方向内側の傾斜起点部位54Sより折り返
された傾斜面で、軸線AXと平行な仮想線Mとのなす角度を第1傾斜角θ1(0<θ1<90°)とする環状の傾斜面となっている。第2テーパ面55Bは、この仮想線Mとのなす角度を第2傾斜角θ2(0<θ2<θ1)とする環状の傾斜面となっている。第1テーパ面55Aと第2テーパ面55Bとは、変曲部56で連続して繋がっており、この変曲部56は、図1に示す状態のベロフラム50において、その軸線AX方向の中央位置よりフランジ部54側に位置している。この変曲部56がこのような位置にある理由として、真空開閉弁100が閉弁するに際に、ベロフラム50の第2テーパ面55Bは、ピストン40が上死点の位置まで移動しこの移動に伴って第2テーパ面55Bがピストンの上死点の位置まで伸びた状態になったときの、ストローク方向STの中央付近の位置で、山折り状に折り返されるからである。
また、中央部52は、ピストン40のボア方向BR(図4及び図5中、左右方向)に沿う方向に第2テーパ面55Bから連続して繋がっている。この中央部52には、後述するピストンロッド48を挿通する貫通孔57が穿孔されており、中央部52の厚さ方向(図1中、上下方向)に突出する凸部53が貫通孔57の周囲に環状に凸設されている。貫通孔57の大きさは、ロッド47の外周と嵌合するように、高い精度で形成されている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the
The
Further, the
ベロフラム50は、図6に示すように、その凸部53をピストン40の凹部44内に嵌め合わせることで、ピストン40と位置決めされている。このベロフラム50は、その中央部52をピストン40の受圧面42に当接させた状態で、この中央部52をピストン40と板状の固定具46との間に挟み込み、ピストン40と固定具46とのねじ結合により固定されている。
また、このベロフラム50のフランジ部54は、フランジ保持部32で単動空気圧シリンダ30及びシリンダ支持部32に挟んで固着されている。
As shown in FIG. 6, the
Further, the
真空開閉弁10では、ピストン40が下死点の位置にあるとき、すなわち駆動エアARがエア収容室ASに供給されていないとき、ベロフラム50のフランジ部54と中央部52とがストローク方向STのほぼ同じ位置になる(図4参照)。すると、図4、図6及び図7に示すように、第2テーパ面55Bは、ピストン40とシリンダ30との隙間45で、頂部58で山折り状に折り返される。
一方、駆動エアARがエア収容室ASに供給されると、第2テーパ面55Bは、図6及び図7に示すように、頂部58で山折りされた状態で、図7に二点差線で示すように、単動空気圧シリンダ30のシリンダ内周面31とピストン40の外周面41に沿うように膨らみながら、ピストン40のストローク方向ST方向の上死点側(図6及び図7中、上方)に向けて伸び、図5に示す状態にまで伸びる。
このように、ベロフラム50は、フランジ部54をフランジ保持部32で、中央部52をピストン40の受圧面42に、それぞれ固着した状態で、第1,第2テーパ面55A,55Bをピストン40とシリンダ30との隙間45に位置させて、ピストン40の駆動に追従して折り畳まれたり伸びたりしながら、この隙間45を密閉している。
In the vacuum on-off
On the other hand, when the driving air AR is supplied to the air storage chamber AS, the second
In this manner, the
図6は、図4の部分拡大図であり、図4は、Oリング79が弁座73と完全に当接した弁閉状態を示している。従って、図7は、弁閉状態におけるベロフラム50の形状を示している。
Oリング79が弁座73に完全に当接している弁閉状態において、駆動エアARを供給すると、ベロフラム50は、図7の2点鎖線で示すような位置となり、ベロフラム50が、ピストン40と接触する点が少し変化する。本発明では、ベロフラム50が、ピストン40と接触する位置(高さL1で示す位置、すなわち、図7の2点鎖線で示すベロフラム50がピストン40と接触する上端位置)におけるベロフラム50の内周径をW2としている。
一方、ピストン40の断面図を図7に示す。ピストン40の外形は、先端部がθの角度を持つ先細りのピストンテーパ面40aを形成している。この角度θは、ベロフラム50の第2テーパ角θ2と等しくしている。ピストンテーパ面40aは、全体の下半分くらい形成されている。上半分は、ベロフラム50と接触することがないから、テーパとする必要がないのである。
FIG. 6 is a partially enlarged view of FIG. 4, and FIG. 4 shows a valve closed state in which the O-
When the driving air AR is supplied in the valve closed state in which the O-
On the other hand, a sectional view of the
すなわち、W1は、Oリング97が弁座73に当接した弁閉状態において、駆動エアARを供給した時の、ピストンの外周がベロフラム50と接触している上端での、ピストンの外周径である。
W2は、Oリング97が弁座73に当接した弁閉状態において、駆動エアARを供給した時の、ベロフラム50がピストン40と接触している上端での、ベロフラム50のピストン40と接触している内周径である。
図7に示すように、ピストン先端からL1の距離の位置における、ピストン40の外周径をW1としている。ピストン先端からL1の距離は、図7の2点鎖線で示すベロフラム50において、ベロフラム50がピストン40と接触している上端位置である。
ここで、図4に示す弁閉状態において、ベロフラム50のW2と、ピストン40のW1とを等しい長さとしている。
That is, W1 is the outer diameter of the piston at the upper end where the outer periphery of the piston is in contact with the
W2 is in contact with the
As shown in FIG. 7, the outer peripheral diameter of the
Here, in the valve closed state shown in FIG. 4, W2 of the
次に、ベローズ式ポペット弁部70について説明する。
このベローズ式ポペット弁部70は、弁本体71、ベローズ75、ポペット弁体76、Oリング保持部材77及びOリング79等からなる。
ピストン40の径方向中央部には、ピストンロッド48が連結しており、このピストンロッド48とピストン40との間はOリング49でシールされている。このピストンロッド48は、ベローズ式ポペット弁部70に向けて延伸してピストンロッド48の開弁側端部でポペット弁体76と連結しており、ポペット弁体76は、ピストン40のストローク方向STの駆動に伴って、ピストン40と共に弁シフト方向に動くようになっている。ベローズ75は、軸線AX方向の一端側(図4及び図5中、上方)にある端部を固定し、他端側をポペット弁体76に取り付けて、ピストンロッド48の径方向外側を覆う形態で、ポペット弁体76の弁シフト方向の駆動に伴って伸縮するように取付られている。
Next, the bellows type
The bellows
A
ポペット弁体76とOリング保持部材77とは、ポペット弁体76の閉弁側(図4及び図5中、下方)で固着され、ポペット弁体76及びOリング保持部材77によって形成された環状のOリング取付部78が設けられている。Oリング79は、Oリング取付部78に配設され、弁本体71の弁座73と接触可能となっている。この弁本体71は、真空ポンプ5に接続する第1ポート72、及び、真空チャンバ2のガス排気口2bに接続する第2ポート74を有している。
真空開閉弁10では、駆動エアARがエア収容室ASに供給されないときには、ピストン40は、復帰バネ47による付勢力により下死点に位置するため、ピストン40と連結するポペット弁体76は、Oリング79を介して弁座73を押圧する。これにより、ポペット弁体76で第1ポート72を塞いで真空開閉弁10は閉弁(弁開度VL=0)する。
一方、駆動エアARがエア収容室ASに供給されると、ピストン40は、復帰バネ47による付勢力に抗して、弁シフト方向の開弁側に移動するため、Oリング79と共にポペット弁体76も開弁側に移動し、弁座73から離れる。これにより、真空開閉弁10は開弁(弁開度VL>0)し、第1ポート72と第2ポートとが連通する。真空開閉弁10が開弁すると、真空ポンプ5は、真空チャンバ2内にあるプロセスガスまたは窒素ガスを吸引することができるようになる。
The
In the vacuum on-off
On the other hand, when the driving air AR is supplied to the air accommodating chamber AS, the
本実施形態の真空開閉弁10では、ベロフラム50は、ピストン40のボア方向BRから見たときの断面形状において、軸線AXとのなす角度が第1傾斜角θ1である第1テーパ面55A、及び、第2傾斜角θ2である第2テーパ面55Bを備えた形状となっている。
ここで、ベロフラム50における軸線AXに沿う仮想線Mと第1,第2テーパ面55A,55Bとの間の第1,第2テーパ角θ1,θ2について、本実施形態の真空開閉弁10のベロフラム50と従来の真空開閉弁100のベロフラム150とを比較して考察する。
真空開閉弁10では、前述したように、第1テーパ面55Aと軸線AX(仮想線M)とのなす角は第1テーパ角θ1(0<θ1<90°)である。また、第2テーパ面55Bと軸線AX(仮想線M)とのなす角は第2テーパ角θ2(0<θ2<θ1)であるので、第2テーパ面55Bにおいて、軸線AXに沿う方向の任意位置における径方向の長さを第2テーパ面径長D2、この位置における周方向の長さは第2テーパ面周長πD2となる。
一方、従来の真空開閉弁100では、ベロフラム150における単一テーパ面154は単一であるので、この単一テーパ面154とベロフラム150の軸線AXに沿う仮想線Nとのなす角は単一テーパ角θp(0<θp<90°)である(図14参照)。これにより、単一テーパ面154において、ピストンのストローク方向の任意位置における径方向の長さは単一テーパ面径長Dp、この位置における周方向の長さは単一テーパ面周長πDpとなる(図16参照)。
In the vacuum on-off
Here, for the first and second taper angles θ1 and θ2 between the imaginary line M along the axis AX and the first and second taper surfaces 55A and 55B in the
In the vacuum on-off
On the other hand, in the conventional vacuum on-off
本実施形態の真空開閉弁10では、第1テーパ角θ1を単一テーパ角θpよりも大きく(θp<θ1)することで、第2テーパ角θ2は、単一テーパ角θpよりも小さく(θ2<θp)できる。つまり、第1テーパ角θ1、第2テーパ角θ2及び単一テーパ角θpの大きさについて、θ2<θp<θ1…式(1)の関係が成り立つ。この真空開閉弁10のベロフラム50は、この式(1)に基づいて、軸線AXに対して第1テーパ角θ1で傾斜した第1テーパ面55Aを単動空気圧シリンダ30のシリンダ内周面31側に、軸線AXに対して第2テーパ角θ2で傾斜した第2テーパ面55Bをピストン40の外周面41側に、それぞれ位置する形態に成形されている。
一方、ピストン40のピストンテーパ面40aは、ベロフラム50の第2テーパ面55Bと同じ傾斜角度で形成されている。図7に示すように、Oリング79が弁座73に完全に当接している弁閉状態において、駆動エアARを供給したときに、ベロフラム50が図7の2点鎖線で示すような位置となる。そのとき、ベロフラム50とピストン40の接触する上端において、ベロフラム50のピストン40と接触する内周径W2と、ベロフラム50と接触するピストン40の外周径W1とが等しくしているので、駆動エアARを入れたときに、ベロフラム50とピストン40とは、図9に示すように、ぴったりと密着した状態となり、屈曲が全く発生しない。
その後、ベロフラム50が、ピストン40と接触する点が変化するが、ピストン40のピストンテーパ面40aは、ベロフラム50の第2テーパ面55Bと同じ傾斜角度で形成されているので、常に、ベロフラム50とピストン40とが密着した状態を保持する。
In the vacuum on-off
On the other hand, the
Thereafter, the point at which the
このようなシワ発生部59が、従来のベロフラム150に生じたシワ発生部159と比較して、全く発生しないので、ピストン40が移動した時に、応力集中が発生することがなく、何度繰り返しても、従来のようなピストン40の移動方向に亀裂が発生することができることがない。本出願人は、繰り返しテストで確認したが、従来の数十倍の繰り返し回数を実験しても、従来のような亀裂が全く発生しないことを確認した。
Since such a
以上、詳細に説明したように、本実施の形態の真空開閉弁によれば、真空容器2と真空ポンプ5との間に接続し、弁座73に対し弁体であるOリング79の開度を変化させて真空容器2内の真空圧力を制御する真空開閉弁10であって、ピストン40の外周面とシリンダ30の内周面31との所定の隙間を、ピストン40の動作と共に追従するベロフラム50で密閉し、流体によりピストン40を駆動させて開閉する真空開閉弁10であって、ベロフラム50が所定の傾斜角度θ2で形成されていること、ピストン40の外周が、ベ所定の傾斜角度θで形成されていること、弁体が弁座と当接する位置にあるときに、ピストンと接触するベロフラムの内周径と、ピストンの外周径が等しいこと、を特徴とするので、真空開閉弁が閉じた状態で、駆動エアがシリンダ内に入れられ、ベロフラムにエア圧がかかったときに、ベロフラムの内周径とピストンの外周径とが等しいため、ベロフラムに屈曲が全く発生することがない。
従来は、ピストンを円筒形状としていたため、ピストン端面に対応する位置におけるベロフラムのピストンと接触する内周径をピストンの外周径より大きくせざるを得なかった。本発明では、ピストンの外周に傾斜面を設けることにより、初めて、真空開閉弁が閉じている位置において、ベロフラム内周径とピストン外周径とを同じ長さとすることが可能となった。
As described above in detail, according to the vacuum on-off valve of the present embodiment, the opening degree of the O-
Conventionally, since the piston has a cylindrical shape, the inner peripheral diameter that contacts the piston of the bellophram at a position corresponding to the piston end face has to be made larger than the outer peripheral diameter of the piston. In the present invention, by providing an inclined surface on the outer periphery of the piston, it becomes possible for the first time to make the inner diameter of the bellophram and the outer diameter of the piston the same length at the position where the vacuum on-off valve is closed.
また、ベロフラム40のピストン40と接触する内周面の第1傾斜角度θ2と、ピストン40の第2傾斜角度θを等しくしているので、ピストン40がある距離移動したときに、その状態でも、ベロフラム40のピストン40と接触する内周径とピストン40の外周径とが等しくなるため、ベロフラム50に屈曲が発生することがない。
第1傾斜角度θ2が第2傾斜角度θより少し大きくても、弁体であるOリング97が弁座73と当接する位置にあるときに、ピストン40と接触するベロフラム50の内周径と、ピストン40の外周径が等しいならば、ベロフラム50の耐久性は、格段に向上することを、本出願人は実験により確認している。第1傾斜角度θ2と第2傾斜角度θとを等しくすれば、さらに、耐久性が向上することを、本出願人は実験により確認している。
In addition, since the first inclination angle θ2 of the inner peripheral surface that contacts the
Even if the first inclination angle θ2 is slightly larger than the second inclination angle θ, the inner peripheral diameter of the
また、ベロフラム50は、第1テーパ面55A及び第2テーパ面55Bの2つを備えているので、真空開閉弁10の開閉動作に伴う伸縮性を維持することができると共に、シワに起因して発生する亀裂によりベロフラム50が短期に破損することが抑制できる。
また、真空開閉弁10では、第1テーパ面55A及び第2テーパ面55B同士を繋ぐ変曲部56は、ベロフラム50における軸線AXの中央位置より、フランジ部54側に位置するので、ベロフラム50の第2テーパ面55Bが山折り状に折り返されたときでも、変曲部56で折り返されることはない。
当該真空開閉弁10が繰り返し開閉しても、ベロフラム50の第1,第2テーパ面55A,55Bのうち、他の部分よりも応力が集中し易い変曲部56に、第2テーパ面55Bの折り返しが繰り返し行なわれないので、変曲部56で繰り返し折り返すことに起因したベロフラム50の劣化(ゴム成形部材51の材料疲労)の発生が防止できる。
したがって、ベロフラム50が早期に損傷することを抑制することができる。
In addition, since the
In the vacuum on-off
Even when the vacuum opening / closing
Therefore, it is possible to prevent the
また、本実施例の真空開閉弁10では、ベロフラム50が、弁体であるOリング79を保持するポペット弁体76とピストン40とを接続するロッド48の外周と嵌合することにより、ベロフラム50をピストン40に対して位置決めする嵌合孔57を備えているので、ベロフラム50を容易かつ正確にピストン40に位置決めすることができる。
また、真空開閉弁10では、ベロフラム50は、インサート成形により、ゴム51Aに、ベロフラム50の表面51aに沿った方向に可撓性のあるトリコット織りの織り目を有する基布51Bを埋設したゴム成形部材51からなる。
これにより、ゴム51Aで気密性を、駆動エアARの加圧力に抗する強度を基布51Bで持ち合わせると共に、ピストン40の動作及びピストン40の外周面41の形状に合わせて自在に屈曲し易いベロフラム50となる。
特に、本実施形態の真空開閉弁10では、ベロフラム50における基布51Bの織り目はトリコット織りであるので、駆動エアARの供給時に、ベロフラム50の第2テーパ面55Bがピストン40の外周面41に沿って膨らんだときには、ベロフラム50は、ピストン40の外周面41の形状に沿うように屈曲易くなる。
また、真空開閉弁10では、ベロフラム50とピストン40とは、凸部53と凹部44との嵌合で、同心軸上に位置決めして固着されている。
これにより、ベロフラム50の中央部52とピストン40の受圧面43との相対的な位置ずれが生じないので、ベロフラム50の第1,第2テーパ面55A,55Bは、ピストン40と動作に合わせて、第1,第2テーパ面55A,55Bの周方向において均等に屈曲したり伸びたりすることができる。このため、ピストン40の駆動を適切に行うことができ、ベロフラム50でピストン40の外周面41と単動空気圧シリンダ30のシリンダ内周面31との隙間45を適切な状態で密閉することができる。
Further, in the vacuum on-off
Further, in the vacuum on-off
Accordingly, the
In particular, in the vacuum on-off
Further, in the vacuum on-off
Thereby, since the relative position shift of the
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいう
までもない。
例えば、本実施形態では、ピストン40の凹部44を受圧面43に、及びベロフラム50の凸部53を中央部52に、いずれも環状の形態で設けた。しかしながら、ピストンの凹部及びベロフラムの凸部は、ピストンの凹部とベロフラムの凸部との嵌合により両者が位置決めされる形態であれば良く、ピストンに凹部をベロフラムに凸部を配設する位置や、凹部及び凸部の形態は、適宜変更可能である。
また、本実施形態では、ベロフラム50において、傾斜起点部位54Sと変曲部56との間を、仮想線Mとのなす角度を第1傾斜角θ1とする環状の第1テーパ面55Aとした。しかしながら、ベロフラムのうち、固定部とテーパ面との間にある面形状を、ピストンのボア方向から見たときの断面形状で、円弧形状としても良い。
In the above, the present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that the present invention can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof. .
For example, in the present embodiment, the
In the present embodiment, in the
2 真空チャンバ(真空容器)
5 真空ポンプ
10 真空開閉弁
31 シリンダ内周面
ST ストローク方向
41 外周面
43 受圧面
44 凹部
45 隙間
46 固定具
50 ベロフラム(ダイアフラム)
51 ゴム成形部材
51a、51b 表面
51A ゴム51
51B 基布51
52 中央部(径方向中央部)
53 凸部
54 フランジ部
54S 傾斜起点部位
56 変曲部
AR 駆動エア(流体)
AX 軸線
BR ボア方向
W1 Oリング97が弁座73に当接した弁閉状態において、駆動エアARを供給した時の、ピストンの外周がベロフラム50と接触している上端での、ピストンの外周径
W2 Oリング97が弁座73に当接した弁閉状態において、駆動エアARを供給した時の、ベロフラム50がピストン40と接触している上端での、ベロフラム50のピストン40と接触している内周径
θ1 第1テーパ角
θ2 第2テーパ角
2 Vacuum chamber (vacuum container)
DESCRIPTION OF
51
52 Center (radial center)
53
AX Axis line BR Bore direction W1 The outer diameter of the piston at the upper end where the outer periphery of the piston is in contact with the
Claims (8)
前記ベロフラムの前記ピストンと接触する内周面が所定の第1傾斜角度で形成されていること、
前記ピストンの外周面が、所定の第2傾斜角度で形成されていること、
前記弁体が前記弁座と当接する位置にあるときに、前記ベロフラムの前記ピストンと接触する内周径と、前記ピストンの外周径が等しいこと、
を特徴とする真空開閉弁。 A vacuum on-off valve connected between a vacuum vessel and a vacuum pump and controlling the vacuum pressure in the vacuum vessel by changing the opening of the valve body with respect to the valve seat, In a vacuum on-off valve that seals a predetermined gap with the peripheral surface with a bellophram that follows the operation of the piston, and opens and closes by driving the piston with fluid,
The inner peripheral surface of the bellophram that contacts the piston is formed at a predetermined first inclination angle;
The outer peripheral surface of the piston is formed at a predetermined second inclination angle;
When the valve body is in a position where it comes into contact with the valve seat, the inner peripheral diameter of the bellophram that contacts the piston is equal to the outer peripheral diameter of the piston;
A vacuum on-off valve characterized by
前記第1傾斜角度と、前記第2傾斜角度が等しいことを特徴とする真空開閉弁。 In the vacuum on-off valve according to claim 1,
The vacuum on-off valve, wherein the first inclination angle and the second inclination angle are equal.
前記ベロフラムは、中心断面の断面形状において、前記ピストンのストローク方向に沿う軸線とのなす角度が異なる傾斜面を2つ備えていること、
前記傾斜面のうち、角度の小さな傾斜面の傾斜角度が、前記第1傾斜角度であること、
を特徴とする真空開閉弁。 In the vacuum on-off valve according to claim 1 or 2,
The belofram has two inclined surfaces having different angles with respect to an axis along the stroke direction of the piston in the cross-sectional shape of the central cross section;
Among the inclined surfaces, the inclination angle of the inclined surface with a small angle is the first inclination angle,
A vacuum on-off valve characterized by
前記ベロフラムは、径方向の周縁に前記シリンダに固定する固定部を有すること、
前記傾斜面同士を繋ぐ変曲部は、前記ベロフラムにおける前記軸線方向中央の位置より、前記固定部側に位置すること、
を特徴とする真空開閉弁。 The vacuum on-off valve according to claim 3,
The belofram has a fixing portion to be fixed to the cylinder at a peripheral edge in a radial direction;
The inflection part connecting the inclined surfaces is located on the fixed part side from the position in the axial direction center in the belofram,
A vacuum on-off valve characterized by
前記ベロフラムが、前記弁体と前記ピストンとを接続するロッドの外周と嵌合することにより、前記ベロフラムを位置決めする嵌合孔を備えることを特徴とする真空開閉弁。 In any one of the vacuum on-off valves according to claim 1 to claim 4,
A vacuum on-off valve comprising a fitting hole for positioning the bellophram by fitting the bellophram to an outer periphery of a rod connecting the valve body and the piston.
前記ベロフラムは、ゴムに、前記ベロフラムの面に沿った方向に可撓性のある織り目を有する基布をインサート成形したゴム成形部材からなる、ことを特徴とする真空開閉弁。 The vacuum on-off valve according to any one of claims 1 to 5,
2. The vacuum on-off valve according to claim 1, wherein the bellophram is made of a rubber molded member in which a base cloth having a flexible weave in the direction along the surface of the bellophram is insert-molded.
前記基布の前記織り目はトリコット織りである、ことを特徴とする真空開閉弁。 The vacuum on-off valve according to claim 6,
A vacuum on-off valve, wherein the weave of the base fabric is a tricot weave.
前記ベロフラムは、径方向中央部にその厚さ方向に突出する凸部を有し、
前記ピストンは、そのボア方向の受圧面に凹設された凹部を有し、
前記ベロフラムと前記ピストンとは、前記凸部と前記凹部との嵌合で、同心軸上に位置決めして固着されている、ことを特徴とする真空開閉弁。 The vacuum on-off valve according to any one of claims 1 to 7,
The belofram has a convex portion projecting in the thickness direction in the radial center portion,
The piston has a recess recessed in the pressure receiving surface in the bore direction,
The vacuum on-off valve characterized in that the bellophram and the piston are positioned and fixed on a concentric shaft by fitting the convex portion and the concave portion.
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