JP2009074681A - Vacuum opening and closing valve - Google Patents

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誠 宮原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance durability in a vacuum opening and closing valve having a gap between the peripheral surface of a piston and the inside circumferential surface of a cylinder sealed tightly with a bellofram following operation of a piston motions and opened and closed by driving the piston with fluid. <P>SOLUTION: The vacuum opening and closing valve 10 is connected between a vacuum vessel 2 and a vacuum pump 5, and controls the vacuum pressure in the vacuum chamber 2 by changing the degree of opening of an O-ring 79 as a valve element relative to a valve seat 73. The specified gap between the peripheral surface of the piston 40 and the inside surface of the cylinder 30 is tightly sealed with the bellofram 50 following movement of the piston 40, and can be opened and closed by driving the piston 40 with fluid. The bellofram 50 is formed with a prescribed inclination angle θ2, the periphery of the piston 40 is formed with a prescribed inclination angle θ, and the inside diameter of the bellofram abutting to the piston when the valve element is positioned abutting to the valve seat is equal to the outside diameter of the piston. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

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 valve 100 configured in the vacuum pressure control system of Patent Document 1 proposed by the present applicant. FIG. 12 is an enlarged view of a portion R in FIG. 11 and is an explanatory diagram for explaining the form of the bellophram 150 in the valve-closed state. FIG. 13 is a cross-sectional view showing a conventional belofram 150. FIG. 14 is an explanatory view for explaining the weave of the base fabric 151B in the conventional belofram 150. FIG.
In the vacuum on-off valve 100, when the driving air is supplied into the air accommodating chamber AS and the piston 140 rises (upward in FIG. 11), the poppet valve body 176 connected to the piston 140 via the piston rod 147 is moved to the piston 140. Ascending in the stroke direction, the poppet valve element 176 is opened away from the valve seat 173. The piston 140 is driven in a non-contact manner within the single acting pneumatic cylinder 130 in order to prevent the occurrence of stick slip. A gap 145 between the piston 140 and the single-acting pneumatic cylinder 130 is sealed with a bellophram 150 that follows the operation of the piston 140 to ensure airtightness in the air accommodating chamber AS.

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 bellophram 150 has a substantially trapezoidal cross section as shown in FIG. 13 when viewed from the bore direction of the piston 140. The belofram 150 is formed by embedding a base fabric 151B such as polyester in rubber by insert molding. As shown in FIG. 14, the base fabric 151B has plain weave meshes in which one yarn is crossed in a lattice shape one by one in the longitudinal direction and the lateral direction. In the bellophram 150, the center portion 152 is fixed to the pressure receiving surface 142 of the piston 140, and the flange portion 153 is fixed by the flange holding portion 132 of the single acting pneumatic cylinder 130. Of the bellophram 150, an annular single taper surface 154 that is folded back from the flange portion 153 and extends toward the center portion 152 forms a single taper angle θp with an angle formed with the virtual line N along the axis AX. It is assumed to be an inclined surface.

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 conventional bellophram 150.
(1) In the vacuum on-off valve 100 provided with the bellophram 150, the piston outer diameter dp on the outer peripheral surface of the piston 140 is smaller than the inner diameter of the single acting pneumatic cylinder 130 by the amount of the predetermined gap 145. One tapered surface 154 extends to the position of the top dead center of the piston 150 as the piston 150 is driven.
(2) In the vacuum on-off valve 100, when the valve is closed, the central portion 152 and the flange portion 153 of the bellophram 150 are positioned at substantially the same height, and the single taper surface 154 is, as shown in FIGS. In the gap 145 between the piston 140 and the single-acting pneumatic cylinder 130, it is folded back into a mountain fold.
From these facts, the single tapered surface 154 is formed into a single inclined surface inclined at a predetermined single taper angle θp with respect to the axis AX along the stroke direction of the piston 150, that is, the imaginary line N. This is because 150 easily expands and contracts with the opening / closing operation of the vacuum opening / closing valve 100.

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 Patent Document 2 and FIGS. 2, 5, and 6 of Patent Document 3. Further, the fact that the belofram has inclined surfaces having different angles is disclosed in FIGS. 1 and 4 of Patent Document 4, FIG. 3 of Patent Document 5, and FIGS. 2 and 5 of Patent Document 6. ing.
Further, Patent Document 7 and Patent Document 8 disclose that a belofram is formed by insert molding a tricot weave base fabric.

特開平9-72458号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-72458 特開2002-132354号公報JP 2002-132354 A 特開平07-150623号公報JP 07-150623 A 特開昭56-049462号公報JP 56-049462 実開昭61-140296号公報Japanese Utility Model Publication No. 61-140296 実開昭60-055466号公報Japanese Utility Model Publication No. 60-055466 特開平10-317262号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-317262 特開平10-132077号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-132077

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 valve 100 has the following problems.
(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 central portion 152 of the bellophram 150 and the gap 145 between the piston 140 and the single acting pneumatic cylinder 130. The piston 140 is raised over the single tapered surface 154.
At this time, the single taper surface 154 has a single taper surface 154 partially separated from the outer peripheral surface of the piston 140 from the mountain-folded form shown in FIG. 12 by supplying driving air into the air accommodating chamber AS. It becomes the form which swelled toward the internal peripheral surface of the dynamic-pneumatic cylinder 130 (refer FIG. 15).
Since the shape of the bellophram 150 is substantially trapezoidal, and the single single tapered surface 154 is located on the outer side in the radial direction of the axis AX with respect to the outer peripheral surface of the piston 140, at the same position in the axis AX direction of the bellophram 150, The taper surface diameter length Dp of the surface in contact with the piston 140 of the belofram 150 in the radial direction is larger than the piston outer peripheral diameter dp as shown by a two-dot chain line in FIG. Although the bellophram 150 has a tapered surface, the piston 140 has a cylindrical shape, and therefore, the shortest diameter of the bellophram 150 must be matched to the diameter of the piston 140. Therefore, the position of πDp and πdp at the position shown in FIG. The difference will increase.
That is, the circumferential length (single taper circumferential length) πDp of the single taper surface 154 is longer than the circumferential length (piston outer circumferential surface circumference) πdp of the outer circumferential surface of the piston 140. A portion of 150 that does not contact the outer peripheral surface of the piston 140 is generated as a wrinkle generating portion 159.

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 wrinkle generating portion 159 becomes larger as the difference in the circumferential length between the single taper surface circumferential length πDp and the piston outer circumferential surface circumferential length πdp increases. In addition, the pressure applied to the outer peripheral surface of the piston 140 along the single tapered surface 154 of the belofram 150 is within the internal space between the single tapered surface 154 and the outer peripheral surface of the piston 140 in the wrinkle generating portion 159. Greater than the pressure.
For this reason, in the wrinkle generating part 159, when a pressing force is applied along the single taper surface 154, a part of the single taper surface 154 is pressed by the pressing force so as to overlap or approach each other. The piston 140 extends from the vicinity of the outer peripheral surface of the piston 140 toward the outer side in the radial direction of the piston 140, and is folded in a state of being deeply bent at the outermost bending portion 159B in the radial direction. When the single taper surface 154 extends long outward in the radial direction, the single taper surface 154 tends to be bent at an acute angle in the bent portion 159B of the generated wrinkle generating portion 159, and the bent portion 159B is excessively bent. Bending stress may be applied.

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 piston 140 shown in FIG. 15 rises in a state where the bent portion 159 </ b> B is formed, the single-action pneumatic cylinder 130 is moved from the side where the bent portion 159 </ b> B shown in FIG. It moves to the side that contacts the inner wall surface. The bent portion 159B is turned 180 degrees by this movement. Since the inner wall surface of the bending portion 159B has a sufficiently large inner diameter on the inner wall surface side of the single-acting pneumatic cylinder 130, the bending portion 159B is free from bending. However, when the bent portion 159B is turned 180 degrees, the bent portion 159B receives concentrated stress. Each time the vacuum opening / closing valve is driven, this concentrated stress is repeatedly received, and therefore, a longitudinal crack is generated in the belofram 150.
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 belofram 150, but it is difficult to investigate the cause. The cause was investigated through repeated experiments.

(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 belofram 150 is a plain weave mesh as shown in FIG. 14, and the flexibility in the mesh direction is low and the belofram 150 itself is not easily bent. Are locally present as relatively large wrinkles on the periphery of the single tapered surface 154 (see FIG. 16). Then, when the valve is closed, the base fabrics of the single tapered surface 154 that are folded in the wrinkle generating portion 159 rub against each other, and cracks from the top portion 158 grow to the wrinkle generating portion 159 over time, and 150 base fabrics are torn.

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 bellophram 150 and the opening degree of the vacuum on-off valve 100 cannot be controlled. For this reason, the bellophram 150 must be frequently replaced, and a durable vacuum on-off valve has been demanded.

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 pressure control system 1 in which the vacuum on-off valve 10 is used.
The vacuum pressure control system 1 is a vacuum pressure control system that alternately supplies and exhausts process gas and barge gas into the vacuum chamber 2 in which the wafer 8 is arranged when the wafer 8 is surface-treated in the semiconductor manufacturing process. As shown in FIG. 9, the vacuum pressure control system 1 includes a vacuum chamber 2 (vacuum container), a vacuum pump 5, an air supply source 6 for supplying driving air AR, a vacuum on-off valve 10, and a valve of the vacuum on-off valve 10. It comprises a servo valve (not shown) for controlling the opening VL, a vacuum pressure control device 7 and the like electrically connected to the vacuum on-off valve 10 and the like.
A gas supply port 2 a of the vacuum chamber 2 includes a process gas supply source used for surface treatment of the wafer 8 disposed in the vacuum chamber 2 and a nitrogen gas used for purging the process gas in the vacuum chamber 2. Are connected in parallel with the source.
On the other hand, a vacuum on-off valve 10 and a chamber pressure sensor 3 are connected in parallel to the gas exhaust port 2 b of the vacuum chamber 2 via a shut-off valve 4. The chamber pressure sensor 3 is electrically connected to the vacuum pressure control device 7 and measures the vacuum pressure of the process gas or the like in the vacuum chamber 2. The vacuum on-off valve 10 is also connected to the vacuum pump 5.

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 valve 10 will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a cross-sectional view of the belofram 50 configured in the vacuum on-off valve 10 of the present embodiment when viewed from the bore direction BR of the piston 40. FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the configuration of the rubber molding member 51 constituting the belofram 50, and is a cross-sectional view showing the inside of the one-dot chain line in FIG. FIG. 3 is an explanatory view for explaining the texture of the base fabric 51B in the rubber molded member 51 shown in FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the configuration of the vacuum on-off valve 10 and shows a closed state. FIG. 5 is a view showing a valve open state of the vacuum on-off valve 10 shown in FIG. FIG. 6 is an enlarged view of a portion P in FIG.
The vacuum on-off valve 10 of the present embodiment changes the valve opening VL by the drive air AR supplied from the air supply source 6 into the air accommodating chamber AS through a servo valve (not shown), and thereby the process gas in the vacuum chamber 2 is changed. It is used as a vacuum on-off valve for controlling the vacuum pressure of the like.
The vacuum opening / closing valve 10 is open on the axis AX direction, that is, in the valve shift direction (vertical direction in FIGS. 4 and 5) in which the poppet valve body 76 opens and closes (upward in FIGS. 4 and 5). And a bellows type poppet valve portion 70 located on the valve closing side (downward in FIGS. 4 and 5).

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 pilot cylinder portion 20 further includes a single-acting pneumatic cylinder 30, a cylinder support portion 32, an air accommodating chamber AS, a piston 40, a return spring 47, a bellowram 50, and the like.
In the vacuum on-off valve 10, when the driving air AR is supplied to the air accommodating chamber AS, the piston 40 is not in contact with the inner peripheral surface 31 of the single-acting pneumatic cylinder 30, and the stroke direction ST along the axis AX direction. To drive. The piston outer peripheral diameter dp of the outer peripheral surface 41 of the piston 40 is smaller than the diameter of the cylinder inner peripheral surface 31 of the single-acting pneumatic cylinder 30 by a predetermined size. An annular recess 44 is formed in the pressure receiving surface 43 of the piston 40 in the stroke direction ST. A predetermined gap 45 between the outer peripheral surface 41 of the piston 40 and the cylinder inner peripheral surface 31 of the single-acting pneumatic cylinder 30 is sealed by a bellophram 50 shown in FIG. Airtightness within the AS is ensured.
Since the piston 40 is driven in a non-contact manner with the cylinder inner peripheral surface 31 of the single-acting pneumatic cylinder 30, no stick slip of the piston 40 occurs, and the piston 40 is single-acting with high responsiveness and accurate positional accuracy. The inside of the pneumatic cylinder 30 can be driven.

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 piston 40 is biased toward the valve closing side in the valve shift direction by a return spring 47. When the drive air AR is not supplied to the air accommodating chamber AS, the piston 40 is located at the bottom dead center by the urging force of the return spring 47 (see FIG. 4). On the other hand, when the drive air AR is supplied to the air accommodating chamber AS, the piston 40 moves to the valve opening side in the valve shift direction against the urging force of the return spring 47 (see FIG. 5).
Further, the vacuum on-off valve 10 includes a displacement amount of the piston 40 corresponding to the displacement of the piston 40 from the bottom dead center position toward the top dead center when the piston 40 moves in the valve shift direction, that is, the vacuum on-off valve 10. A displacement sensor 81 that measures the valve opening degree VL in a non-contact manner is provided (see FIGS. 4 and 5). The displacement sensor 81 is electrically connected to the vacuum pressure control device 7.

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 bellophram 50 is a bellophram composed of a rubber molded member 51 in which a base fabric 51B having a tricot weave shown in FIG. 3 is inserted into a rubber 51A (see FIGS. 1 and 2). In addition, as shown in FIG. 3, tricot weave refers to, for example, cocoon weaving, which is a weave of yarn in a form in which mountain portions and valley portions are alternately arranged in a predetermined direction like a cocoon. It is a weave of the same form as the knit of the knitted fabric, etc., and is a weave that gives the fabric flexibility, elasticity and stretchability.
When the driving air AR is supplied into the air accommodating chamber AS, the bellophram 50 can be expanded and contracted so as to keep the effective pressure receiving area on the pressure receiving surface 43 of the piston 40 constant. The bellophram 50 is configured by the rubber molding member 51 so that the base fabric 51B has strength against the pressure applied by the driving air AR supplied to the air accommodating chamber AS, and the rubber 51A has airtightness. Yes. Examples of the rubber 51A used for the rubber molded member 51 include natural rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, styrene-butadiene rubber, butadiene rubber, isoprene rubber, propylene-butadiene rubber, acrylonitrile-isoprene rubber, chloroprene rubber, and butyl rubber. And synthetic rubbers such as ethylene-propylene rubber, acrylic rubber, fluorine rubber, ether-thioether rubber, polysulfide rubber, urethane rubber, and silicon rubber. Further, as the base fabric 51B, for example, polyamide (6 nylon, 66 nylon, etc.), aramid, polyester, cotton, or the like is used as a tricot weave, and the surface 51a of the belofram 50 (rubber molded member 51), What weaved with the weave which has flexibility in the direction along 51b is mentioned.

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 bellophram 50 has a cross-sectional shape when viewed from the bore direction BR of the piston 40 (left and right direction in FIGS. 4 and 5), and the stroke direction ST direction of the piston 40 ( In FIG. 4 and FIG. 5, two first tapered surfaces 55 </ b> A and second tapered surfaces 55 </ b> B having different angles with the axis AX along the vertical direction) are provided. Further, the bellophram 50 includes an annular flange portion 54 (fixed portion) located on the outer peripheral edge in the radial direction (bore direction BR of the piston 40), and the first and second tapered surfaces between the flange portion 54 and the flange portion 54. It has a central portion 52 (radial central portion) located at the radial center with 55A and 55B in between.
The first taper surface 55A is an inclined surface that is turned back from the inclination starting point portion 54S on the radially inner side of the flange portion 54, and an angle formed by the virtual line M parallel to the axis AX is a first inclination angle θ1 (0 <θ1 < 90 degrees). The second taper surface 55B is an annular inclined surface having a second inclination angle θ2 (0 <θ2 <θ1) as an angle formed with the virtual line M. The first taper surface 55A and the second taper surface 55B are continuously connected by an inflection portion 56. The inflection portion 56 is a central position in the axis AX direction of the bellophram 50 in the state shown in FIG. It is located on the flange 54 side. The reason why the inflection 56 is in such a position is that when the vacuum on-off valve 100 is closed, the second taper surface 55B of the bellophram 50 moves to the position of the top dead center. This is because the second taper surface 55B is folded back into a mountain fold at a position near the center of the stroke direction ST when the second tapered surface 55B extends to the position of the top dead center of the piston.
Further, the central portion 52 is continuously connected from the second tapered surface 55B in a direction along the bore direction BR of the piston 40 (the left-right direction in FIGS. 4 and 5). A through hole 57 through which a piston rod 48 (described later) is inserted is drilled in the central portion 52, and a convex portion 53 protruding in the thickness direction (vertical direction in FIG. 1) of the central portion 52 is formed in the through hole 57. A ring is provided around the periphery. The size of the through hole 57 is formed with high accuracy so as to fit the outer periphery of the rod 47.

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 bellophram 50 is positioned with the piston 40 by fitting the convex portion 53 into the concave portion 44 of the piston 40. The bellophram 50 is sandwiched between the piston 40 and the plate-shaped fixture 46 with the central portion 52 in contact with the pressure receiving surface 42 of the piston 40, and the piston 40 and the fixture 46 are sandwiched between the piston 40 and the fixture 46. It is fixed by screw connection.
Further, the flange portion 54 of the bellophram 50 is fixed by being sandwiched between the single-acting pneumatic cylinder 30 and the cylinder support portion 32 by the flange holding portion 32.

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 valve 10, when the piston 40 is at the bottom dead center position, that is, when the driving air AR is not supplied to the air accommodating chamber AS, the flange portion 54 and the central portion 52 of the bellowram 50 are in the stroke direction ST. The positions are almost the same (see FIG. 4). Then, as shown in FIGS. 4, 6, and 7, the second tapered surface 55 </ b> B is folded back into a mountain fold shape at the top 58 in the gap 45 between the piston 40 and the cylinder 30.
On the other hand, when the driving air AR is supplied to the air storage chamber AS, the second tapered surface 55B is folded in the top 58 as shown in FIG. 6 and FIG. As shown, the top dead center side in the stroke direction ST direction of the piston 40 (in FIG. 6 and FIG. 7, upward) while expanding along the cylinder inner peripheral surface 31 of the single-acting pneumatic cylinder 30 and the outer peripheral surface 41 of the piston 40. ) Toward the state shown in FIG.
In this manner, the bellophram 50 has the first and second tapered surfaces 55A and 55B connected to the piston 40 in a state where the flange portion 54 is fixed to the flange holding portion 32 and the center portion 52 is fixed to the pressure receiving surface 42 of the piston 40, respectively. The gap 45 is sealed while being folded or extended following the driving of the piston 40 by being positioned in the gap 45 with the cylinder 30.

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-ring 79 completely contacts the valve seat 73. Therefore, FIG. 7 shows the shape of the bellophram 50 in the valve closed state.
When the driving air AR is supplied in the valve closed state in which the O-ring 79 is completely in contact with the valve seat 73, the belofram 50 is positioned as shown by a two-dot chain line in FIG. The point of contact changes slightly. In the present invention, the inner peripheral diameter of the bellophram 50 at the position where the bellophram 50 contacts the piston 40 (the position indicated by the height L1, that is, the top position where the bellophram 50 indicated by the two-dot chain line in FIG. 7 contacts the piston 40). Is W2.
On the other hand, a sectional view of the piston 40 is shown in FIG. The outer shape of the piston 40 forms a tapered piston taper surface 40a having a tip portion having an angle θ. This angle θ is equal to the second taper angle θ2 of the bellophram 50. The piston taper surface 40a is formed about the lower half of the whole. The upper half does not need to be tapered because it does not come into contact with the belofram 50.

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 bellowram 50 when the driving air AR is supplied in the valve closed state where the O-ring 97 is in contact with the valve seat 73. is there.
W2 is in contact with the piston 40 of the bellowram 50 at the upper end where the bellowram 50 is in contact with the piston 40 when the driving air AR is supplied in the valve closed state where the O-ring 97 is in contact with the valve seat 73. It is the inner circumference.
As shown in FIG. 7, the outer peripheral diameter of the piston 40 at the position of the distance L1 from the piston tip is W1. The distance L1 from the tip of the piston is the upper end position where the bellophram 50 is in contact with the piston 40 in the bellophram 50 shown by a two-dot chain line in FIG.
Here, in the valve closed state shown in FIG. 4, W2 of the bellophram 50 and W1 of the piston 40 are set to be equal in length.

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 poppet valve unit 70 will be described.
The bellows poppet valve section 70 includes a valve body 71, a bellows 75, a poppet valve body 76, an O-ring holding member 77, an O-ring 79, and the like.
A piston rod 48 is connected to the central portion in the radial direction of the piston 40, and the piston rod 48 and the piston 40 are sealed with an O-ring 49. The piston rod 48 extends toward the bellows type poppet valve portion 70 and is connected to the poppet valve body 76 at the valve opening side end of the piston rod 48. The poppet valve body 76 is connected to the stroke direction ST of the piston 40. As the valve is driven, it moves together with the piston 40 in the valve shift direction. The bellows 75 is configured to fix an end portion on one end side in the axis AX direction (upward in FIGS. 4 and 5) and attach the other end side to the poppet valve body 76 to cover the radially outer side of the piston rod 48. Thus, the poppet valve body 76 is attached so as to expand and contract with the drive in the valve shift direction.

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 poppet valve body 76 and the O-ring holding member 77 are fixed on the valve closing side (downward in FIGS. 4 and 5) of the poppet valve body 76 and are formed by the poppet valve body 76 and the O-ring holding member 77. The O-ring mounting portion 78 is provided. The O-ring 79 is disposed in the O-ring attachment portion 78 and can contact the valve seat 73 of the valve main body 71. The valve body 71 has a first port 72 connected to the vacuum pump 5 and a second port 74 connected to the gas exhaust port 2 b of the vacuum chamber 2.
In the vacuum on-off valve 10, when the driving air AR is not supplied to the air accommodating chamber AS, the piston 40 is positioned at the bottom dead center due to the urging force of the return spring 47, so that the poppet valve body 76 connected to the piston 40 is O The valve seat 73 is pressed through the ring 79. Accordingly, the first port 72 is closed by the poppet valve body 76, and the vacuum on-off valve 10 is closed (valve opening VL = 0).
On the other hand, when the driving air AR is supplied to the air accommodating chamber AS, the piston 40 moves to the valve opening side in the valve shift direction against the urging force of the return spring 47. 76 also moves to the valve opening side and leaves the valve seat 73. As a result, the vacuum on-off valve 10 is opened (valve opening VL> 0), and the first port 72 and the second port communicate with each other. When the vacuum opening / closing valve 10 is opened, the vacuum pump 5 can suck the process gas or nitrogen gas in the vacuum chamber 2.

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 valve 10 of the present embodiment, the bellophram 50 includes a first taper surface 55A whose angle with the axis AX is a first inclination angle θ1 in a cross-sectional shape when viewed from the bore direction BR of the piston 40, and The second tapered surface 55B having the second inclination angle θ2 is provided.
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 bellophram 50, the bellophram of the vacuum on-off valve 10 of the present embodiment is used. 50 and the Bellofram 150 of the conventional vacuum on-off valve 100 will be compared.
In the vacuum on-off valve 10, as described above, the angle formed between the first tapered surface 55A and the axis AX (virtual line M) is the first taper angle θ1 (0 <θ1 <90 °). Further, since the angle formed between the second taper surface 55B and the axis AX (imaginary line M) is the second taper angle θ2 (0 <θ2 <θ1), the second taper surface 55B has an arbitrary direction along the axis AX. The radial length at the position is the second tapered surface diameter D2, and the circumferential length at this position is the second tapered surface circumferential length πD2.
On the other hand, in the conventional vacuum on-off valve 100, since the single tapered surface 154 of the bellophram 150 is single, the angle formed by the single taper surface 154 and the virtual line N along the axis AX of the bellophram 150 is a single taper. The angle θp (0 <θp <90 °) (see FIG. 14). Thereby, in the single taper surface 154, the length in the radial direction at an arbitrary position in the stroke direction of the piston is the single taper surface diameter length Dp, and the length in the circumferential direction at this position is the single taper surface circumferential length πDp. (See FIG. 16).

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 valve 10 of the present embodiment, the second taper angle θ2 is smaller than the single taper angle θp (θ2) by making the first taper angle θ1 larger than the single taper angle θp (θp <θ1). <Θp). That is, for the magnitudes of the first taper angle θ1, the second taper angle θ2, and the single taper angle θp, the relationship of θ2 <θp <θ1 (1) holds. Based on this equation (1), the bellophram 50 of the vacuum on-off valve 10 has a first taper surface 55A inclined at a first taper angle θ1 with respect to the axis AX on the cylinder inner peripheral surface 31 side of the single acting pneumatic cylinder 30. In addition, the second taper surface 55B inclined at the second taper angle θ2 with respect to the axis AX is formed on the outer peripheral surface 41 side of the piston 40, respectively.
On the other hand, the piston taper surface 40a of the piston 40 is formed at the same inclination angle as the second taper surface 55B of the bellophram 50. As shown in FIG. 7, when the driving air AR is supplied in the valve closed state in which the O-ring 79 is completely in contact with the valve seat 73, the position of the bellowram 50 is indicated by a two-dot chain line in FIG. Become. At that time, at the upper end where the bellophram 50 and the piston 40 contact, the inner peripheral diameter W2 of the bellophram 50 that contacts the piston 40 and the outer peripheral diameter W1 of the piston 40 that contacts the bellophram 50 are equal. As shown in FIG. 9, the belofram 50 and the piston 40 are in close contact with each other, and no bending occurs.
Thereafter, the point at which the bellophram 50 comes into contact with the piston 40 changes. However, since the piston taper surface 40a of the piston 40 is formed at the same inclination angle as the second taper surface 55B of the bellophram 50, The state where the piston 40 is in close contact is maintained.

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 wrinkle generating portion 59 does not occur at all as compared with the wrinkle generating portion 159 generated in the conventional bellophram 150, stress concentration does not occur when the piston 40 moves, and it is repeated many times. However, no crack can occur in the direction of movement of the piston 40 as in the prior art. Although the present applicant confirmed by the repeated test, it confirmed that the crack like the past did not generate | occur | produce at all even if it experimented the repetition frequency of the several dozen times of the past.

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-ring 79 which is connected between the vacuum vessel 2 and the vacuum pump 5 and is a valve body with respect to the valve seat 73. Is a vacuum on-off valve 10 that controls the vacuum pressure in the vacuum vessel 2 and follows a predetermined gap between the outer peripheral surface of the piston 40 and the inner peripheral surface 31 of the cylinder 30 along with the operation of the piston 40. 50 is a vacuum opening / closing valve 10 that is opened and closed by driving the piston 40 with fluid, and that the belofram 50 is formed at a predetermined inclination angle θ2, and the outer periphery of the piston 40 is at a predetermined inclination angle θ. The inner diameter of the bellophram that contacts 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. In the closed state When driving air is put into the cylinder and the air pressure is applied to the bellophram, the inner diameter of the bellophram is equal to the outer diameter of the piston, so that no bending occurs in the bellophram.
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 piston 40 of the bellophram 40 and the second inclination angle θ of the piston 40 are equal, even when the piston 40 moves a certain distance, Since the inner peripheral diameter of the bellophram 40 that contacts the piston 40 is equal to the outer diameter of the piston 40, the bellophram 50 is not bent.
Even if the first inclination angle θ2 is slightly larger than the second inclination angle θ, the inner peripheral diameter of the bellophram 50 that contacts the piston 40 when the O-ring 97 that is the valve body is in a position that contacts the valve seat 73; The present applicant has confirmed through experiments that the durability of the belofram 50 is significantly improved if the outer diameters of the pistons 40 are equal. The present applicant has confirmed through experiments that the durability is further improved by making the first inclination angle θ2 and the second inclination angle θ equal.

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 bellophram 50 has two of the first tapered surface 55A and the second tapered surface 55B, it can maintain the stretchability associated with the opening / closing operation of the vacuum on-off valve 10 and is caused by wrinkles. It is possible to suppress the belofram 50 from being damaged in a short time due to the generated crack.
In the vacuum on-off valve 10, the inflection portion 56 that connects the first taper surface 55 </ b> A and the second taper surface 55 </ b> B is located closer to the flange portion 54 than the center position of the axis AX in the bellowram 50. Even when the second tapered surface 55 </ b> B is folded back in a mountain fold shape, it is not folded back at the inflection portion 56.
Even when the vacuum opening / closing valve 10 is repeatedly opened and closed, the second tapered surface 55B of the first and second tapered surfaces 55A and 55B of the belofram 50 has an inflection portion 56 where stress is more concentrated than the other portions. Since the folding is not repeatedly performed, it is possible to prevent the deterioration of the belofram 50 (the material fatigue of the rubber molding member 51) due to the repeated folding at the inflection portion 56.
Therefore, it is possible to prevent the belofram 50 from being damaged early.

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 valve 10 of the present embodiment, the bellophram 50 is fitted to the outer periphery of the rod 48 that connects the poppet valve body 76 that holds the O-ring 79 that is the valve body and the piston 40, so that Since the fitting hole 57 for positioning the valve 50 with respect to the piston 40 is provided, the belofram 50 can be positioned on the piston 40 easily and accurately.
Further, in the vacuum on-off valve 10, the bellophram 50 is a rubber molded member in which a base fabric 51B having a flexible tricot weave in the direction along the surface 51a of the bellophram 50 is embedded in the rubber 51A by insert molding. 51.
Accordingly, the rubber 51A has airtightness and the strength against the pressing force of the driving air AR is held by the base fabric 51B, and the belofram is easily bent according to the operation of the piston 40 and the shape of the outer peripheral surface 41 of the piston 40. 50.
In particular, in the vacuum on-off valve 10 of the present embodiment, the weave of the base fabric 51B in the bellophram 50 is a tricot weave. Therefore, the second tapered surface 55B of the bellophram 50 is formed on the outer peripheral surface 41 of the piston 40 when the driving air AR is supplied. When swelled along, the belofram 50 is easily bent along the shape of the outer peripheral surface 41 of the piston 40.
Further, in the vacuum on-off valve 10, the belofram 50 and the piston 40 are positioned and fixed on the concentric shaft by fitting the convex portion 53 and the concave portion 44.
Thereby, since the relative position shift of the center part 52 of the bellophram 50 and the pressure receiving surface 43 of the piston 40 does not occur, the first and second taper surfaces 55A and 55B of the bellophram 50 match the operation of the piston 40. The first and second tapered surfaces 55A and 55B can be bent and extended evenly in the circumferential direction. Therefore, the piston 40 can be driven appropriately, and the gap 45 between the outer peripheral surface 41 of the piston 40 and the cylinder inner peripheral surface 31 of the single-acting pneumatic cylinder 30 can be sealed in an appropriate state by the bellofram 50. .

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 concave portion 44 of the piston 40 is provided on the pressure-receiving surface 43, and the convex portion 53 of the bellophram 50 is provided on the central portion 52 in an annular form. However, the concave portion of the piston and the convex portion of the bellophram may be in a form in which both are positioned by fitting the concave portion of the piston and the convex portion of the bellophram. The form of the recess and the protrusion can be changed as appropriate.
In the present embodiment, in the bellophram 50, the first tapered surface 55A having an annular shape with the first inclined angle θ1 as the angle formed by the imaginary line M is defined between the inclined starting point portion 54S and the inflection portion 56. However, the surface shape between the fixed portion and the tapered surface of the bellophram may be an arc shape with a cross-sectional shape when viewed from the bore direction of the piston.

本実施形態の真空開閉弁の構成されたベロフラムを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the bellophram with which the vacuum on-off valve of this embodiment was comprised. 本実施形態のベロフラムをなすゴム成形部材を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the rubber molding member which makes the bellofram of this embodiment. 本実施形態のベロフラムのうち、基布の織り目を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the weave of a base fabric among the beloframs of this embodiment. 本実施形態の真空開閉弁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。It is explanatory drawing explaining the structure of the vacuum on-off valve of this embodiment, and is a figure which shows a valve closing state. 本実施形態の真空開閉弁の構成を説明する説明図であり、開弁状態を示す図である。It is explanatory drawing explaining the structure of the vacuum on-off valve of this embodiment, and is a figure which shows a valve opening state. 図4中、P部の拡大図である。FIG. 5 is an enlarged view of a P portion in FIG. 4. 図6中、Q部を示す図であり、ピストンの外周面とシリンダの内周面との隙間の様子を拡大して示す説明図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a Q portion in FIG. 6, and is an explanatory diagram illustrating an enlarged state of a gap between an outer peripheral surface of a piston and an inner peripheral surface of a cylinder. ピストン40の形状を示す断面図である。4 is a cross-sectional view showing the shape of a piston 40. FIG. 図6のA−A矢視断面図であり、加圧時におけるベロフラムの形態を説明するための説明図である。It is AA arrow sectional drawing of FIG. 6, and is explanatory drawing for demonstrating the form of the belofram at the time of pressurization. 本実施形態の真空開閉弁を有する真空圧力制御システムの構成を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the structure of the vacuum pressure control system which has a vacuum on-off valve of this embodiment. 従来の真空開閉弁の構成を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the structure of the conventional vacuum on-off valve. 図11中、R部の拡大図である。In FIG. 11, it is an enlarged view of the R section. 従来のベロフラムを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional bellophram. 従来のベロフラムのうち、基布の織り目を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the weave of a base fabric among the conventional beloframs. 従来のベロフラムを示す断面図であり、加圧時におけるベロフラムの形態を説明するための説明図である。It is sectional drawing which shows the conventional bellophram, and is explanatory drawing for demonstrating the form of the bellophram at the time of pressurization. 図15のB−B矢視断面図である。It is BB arrow sectional drawing of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

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 SYMBOLS 5 Vacuum pump 10 Vacuum on-off valve 31 Cylinder inner peripheral surface ST Stroke direction 41 Outer peripheral surface 43 Pressure receiving surface 44 Recess 45 Clearance 46 Fixing tool 50 Bello diaphragm (diaphragm)
51 Rubber molding member 51a, 51b Surface 51A Rubber 51
51B Base fabric 51
52 Center (radial center)
53 Convex part 54 Flange part 54S Inclination starting point part 56 Inflection part AR Drive air (fluid)
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 bellophram 50 when the driving air AR is supplied in the valve closed state where the O-ring 97 contacts the valve seat 73 When the driving air AR is supplied with the W2 O-ring 97 in contact with the valve seat 73, the bellophram 50 is in contact with the piston 40 of the bellophram 50 at the upper end where it is in contact with the piston 40. Inner diameter θ1 First taper angle θ2 Second taper angle

特開平9-72458号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-72458 特開2002-132354号公報JP 2002-132354 A 特開平07-150623号公報JP 07-150623 A 特開昭56-049462号公報JP 56-049462 実開昭61-140296号公報Japanese Utility Model Publication No. 61-140296 実開昭61-172230号公報Japanese Utility Model Publication No. 61-172230 特開平10-317262号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-317262 特開平10-132077号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-132077

Claims (8)

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において、
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
請求項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.
請求項1または請求項2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
請求項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
請求項1乃至請求項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.
請求項1乃至請求項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.
請求項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.
請求項1乃至請求項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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