JP2016125618A - 真空バルブ - Google Patents

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Abstract

【課題】バルブプレートが開口を開放し始める期間において、バルブプレートの形状を変化させずに、バルブプレートの開き角に対して開放面積を緩やかに変化させることができる真空バルブの提供。【解決手段】真空バルブ1は、バルブ開口45の縁の一部は、外側に凸のくさび形状のくさび縁部D1である。くさび縁部D1は、バルブプレート8を移動させてバルブ開口45を開放させる際に、バルブプレート8がバルブ開口45を開放し始める領域に設けられている。【選択図】図12

Description

本発明は、真空バルブに関する。
真空処理装置の真空チャンバにターボ分子ポンプなどの真空ポンプを装着する場合には、一般的に真空バルブを介在させる。
真空バルブは開口部とバルブプレートとを備えるものがある。このような真空バルブでは、バルブプレートの開度を変化させ、開口部がバルブプレートと対向せずに解放されている領域(開放領域)の面積(開放面積)を変化させることで、真空バルブのコンダクタンスを変化させ、真空チャンバ内の圧力コントロールに用いられることがある。
真空バルブの中には、開口部の断面形状が円となっているものが一般的で、また、そのような真空バルブのバルブプレートの縁部の形状は、円弧になっているのが一般的である。このような形状を有する開口部とバルブプレートとの組み合わせでは、特に、バルブプレートが開き始めるところで、バルブプレートの開度に対する開放面積の変化が大きいという問題が生じる。
特許文献1には、縁端部の一部を内側にオフセットさせるか又は外側に突出させるかした輪郭を有するバルブプレートが開示され、それにより流量制御性を改善している。
特開平9−210222号公報
しかし、特許文献1に記載の発明では、当該輪郭を設けるために、他の縁端部の外周方向の厚みを大きくする必要があり、結果としてバルブプレートが大型化されてしまう。バルブプレートの大型化は、重量増加を招き、バルブプレートの高速動作の弊害となる。
本発明の好ましい態様による真空バルブは、バルブ開口と、バルブ開口を開閉するバルブプレートと、を備える真空バルブであって、バルブ開口の縁の一部は、外側に凸のくさび形状のくさび縁部であり、くさび縁部は、バルブプレートを移動させてバルブ開口を開放させる際に、バルブプレートがバルブ開口を開放し始める領域に設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、バルブプレートが開口を開放し始める期間において、バルブプレートの形状を変化させずに、バルブプレートの開度に対して開放面積を緩やかに変化させることができる。
本発明の一実施形態による真空バルブの斜視図。 封止体の動作について示した図。 バルブ本体の概略断面図であって、開放領域を示した図。 バルブ開口の形状について示した図。 バルブ開口のくさび縁部の形状の設定方法について示した図(その1)。 バルブ開口のくさび縁部の形状の設定方法について示した図(その2)。 バルブ開口のくさび縁部の形状の設定方法について示した図(その3)。 バルブ開口のくさび縁部の形状の設定方法について示した図(その4)。 バルブ開口のくさび縁部の形状の設定方法について示した図(その5)。 全閉時におけるバルブ開口及びバルブプレートの位置関係について示した図。 バルブ開口が開放され始めるときにおけるバルブ開口及びバルブプレートの位置関係を示した図。 くさび縁部とバルブプレートの縁部とが交わるときのバルブ開口及びバルブプレートの位置関係について示した図。 くさび縁部と接しているときのバルブ開口及びバルブプレートの位置関係について示した図。 本実施形態の真空バルブと比較例の真空バルブの作用効果を比較した図。 くさび縁部を着脱可能とする変形例について示した図。 くさび縁部のくさび形状の変形例について示した図。
―実施形態―
図1は、本発明の一実施形態による真空バルブ1の外観を示す斜視図である。
真空バルブ1は、バルブ本体2と駆動部10とを備えている。バルブ本体2は、フランジ3と、フランジ面6(図2参照)と圧縮空気導入口・排出口9とが形成された筐体4と、筐体4内においてスライド駆動されるバルブプレート8と、を備えている。真空処理装置の真空チャンバにフランジ3が固定され、フランジ面6に真空ポンプが固定される。図示は省略するが、駆動部10には、バルブプレート8を揺動駆動するモータと、モータを駆動制御する制御部と、が設けられている。
図1に示すαは、バルブプレート8の開度αを示している。「α=0%」は、フランジ3の開口部31を全閉する開度αを示し、「α=100%」は、フランジ3の開口部31を全開する開度αを示している。破線8aは、全開(α=100%)時のバルブプレート8を示している。バルブプレート8は、駆動部10のモータによって揺動駆動される。バルブプレート8の開度が調節されることで、真空処理装置から真空ポンプへ流れる気体の流量が調節される。
バルブ本体2は、開口部31、41を有している。なお、図1には示していないが、本実施形態では、開口部41にくさび形状のくさび縁部D1が設けられている。くさび縁部D1については、図3以降の説明箇所で説明する。
図2は、図1のI−I断面図である。ただし、図1と異なり、バルブプレート8を全閉(α=0%)とした時のものを示している。
フランジ3は、シール面3Aと、開口部31とを有している。筐体4は、圧縮空気導入口・排出口9と、通気口42、開口部41と、フランジ面6とを有している。フランジ3と筐体4とは、不図示のボルトにより締結されている。
開口部31と開口部41は互いに対向している。バルブプレート8は、開口部31と開口部41の間に挿脱される。開口部31側には、真空チャンバが締結され、開口部41側に真空ポンプが締結される。
フランジ3と筐体4との間には、封止体7が収容される筒状の収容部5が形成される。
封止体7は、ピストン部710とシールリング720とから構成されている。ピストン部710とシールリング720とは、突部71bと凹部72aで互いに係合している。
ピストン部710は、圧空導入路42から送り込まれる圧縮空気(圧空)によって、図示上向きの力を受ける。また、ピストン部710は、圧縮ばね50によって、図示下向きの力を受ける。圧縮空気が導入されると、封止体7は図示上方向に移動し、圧縮空気が排出されると封止体7は図示下方向に移動する。
バルブプレート8を全閉(α=0%)にして、さらに、封止体7をバルブプレート8に当接させることで、バルブ閉状態となる。その結果、真空チャンバから真空ポンプに流れる気体の流路Gが遮断される。反対に、バルブプレート8から封止体が離れることでバルブ閉状態が解除され、流路Gが開放される。
図2に示すように、開口部41にくさび縁部D1が設けられている。くさび縁部D1は、バルブプレート8近傍に設けられるのが好ましい。以下、開口部41の一部であってくさび縁部D1を含む開口を有するものをバルブ開口45と呼ぶことにする。くさび縁部D1は、開口部41に一体的に設けられている。
図3は、バルブ本体2の断面を簡略化して示したものである。図4は、図3のII−II断面図である。図4において、太線で示したものがバルブ開口45である。破線で示したものが、従来の円形の開口部である。くさび縁部D1は、バルブ開口45の縁部であって、従来の円形の縁部から外れた形状の縁部を指す。すなわち、図4において破線から離れた縁部がくさび縁部D1である。
本実施形態では、開口部41の内周側でバルブプレート8の近傍にくさび縁部D1が設けられることで、バルブ開口45が形成されている。バルブ開口45がバルブプレートと対向せずに開放されている領域を開放領域Sと呼ぶことにする(図3参照)。また、開放領域Sの面積を開放面積と呼ぶことにする。
図5〜図9は、図4に示すくさび縁部D1の設定方法について説明するための図である。
図5は、バルブプレート8と、開口部650と、を示している。開口部650は、開口部41にくさび縁部D1が設けられていないとした場合の開口部であって、円形の開口を有する開口部である。
バルブプレート8は、弁部8Vと、梁部8Hと、を有している。バルブプレート8は、梁部8Hに位置する回転軸8Cを中心に揺動することで、開口部31と開口部41との間を挿脱される。
開口部650に示した点Aは、開口部650をバルブプレート8が開放する時に、バルブプレート8が最初に開放する位置を示している。すなわち、全閉時のバルブプレート8が開く方向に移動する時、点Aの位置で最初にバルブプレート8の弁部8Vの縁8VEを見ることができる。
図5において、バルブプレート8は、所定の開度となる位置に位置する。所定の開度は、「開口部650と縁8VEが2点で交わること」、「開口部650の開き始めであること」、その他の設計方針等によって決定される。図5に示す点B,Cは、バルブプレート8が当該位置に位置することで、バルブプレート8の弁部8Vの縁8VEと開口部650とが交わる交点を示している。なお、図6〜図9においても、バルブプレート8は、図5に示した位置に位置する。
図6は、図5に示したバルブプレート8の弁部8Vの縁8VEに対して、点Aから接線を引いた様子を示したものである。接線APの縁8VEの接点を点Dとし、接線AQの縁8VEの接点を点Eとする。点Aとは異なる、接線APの開口部650との交点を点Fとする。点Aとは異なる、接線AQの開口部650との交点を点Gとする。
図7〜図9は、くさび縁部D1の構成、および、バルブ開口45の構成について説明したものである。
くさび縁部D1は、図7に太線で示した線分ADおよび線分AEを輪郭として有する。さらに、くさび縁部D1は、図8に示すように、円弧DBおよび円弧ECを輪郭として有する。円弧DBおよび円弧ECは、バルブプレート8の弁部8Vの縁8VEに起因するものである。以上に示したように、くさび縁部D1は、線分AD、線分AE、円弧DB、および、円弧ECを輪郭として有する。これによって、くさび縁部D1は、外側に凸のくさび形状を有する。上述のように、バルブプレート8がバルブ開口45を開放する方向に移動したときに最初に開く位置に点Aがある。本実施形態のくさび縁部D1のくさびの頂点DVEは、その点Aに位置している。そのため、バルブプレート8が移動して開放領域Sが最初に生じた時に、その開放領域Sは、くさび縁部D1とバルブプレート8の弁部8Vの縁8VEとで形成している(図12等参照)。
なお、本実施形態では、くさび縁部D1は、円弧DBおよび円弧ECを輪郭として有するとした。このようにすると、開放領域Sを1つに保つことができる。しかし、それ以外の設け方をしてもよい。例えば、円弧DBの代わりに線分DFと円弧FBとを採用し、円弧ECの代わりに線分EGと円弧GCとを採用するようにしてもよい。このようにすると、図8で理解されるように、点A,D,Eを頂点とする開放領域Sの他に、点D,F,Bを頂点とする開放領域、および、点E,G,Cを頂点とする開放領域も生じる。
図9に太線で示した領域は、バルブ開口45を示している。上述のように、くさび縁部D1は、線分AD、線分AE、円弧DB、および、円弧ECを輪郭として有する。開放領域Sは、上記のくさび縁部D1の他に、図9に太線で示された開口部650に起因する円弧BCを輪郭として有して、図9に太線で示された閉じた領域を形成する。以上のようにして、バルブ開口45が設定される。
ここで、バルブプレート8の開き角について説明する。本実施形態では、くさび縁部D1の頂点DVEを開口部650の縁の上にある点Aに一致させた(図8等参照)。しかし、バルブ開口45のくさび縁部D1の頂点DVEの設け方は点Aに必ずしも一致させる必要ない。例えば、くさび縁部D1の頂点DVEを開口部650の縁よりも内側に設けることもできる(図16(a)参照)。逆に、くさび縁部D1の頂点DVEを開口部650の縁よりも外側に設けることもできる(図16(b)参照)。このように、頂点DVEの位置によって、バルブ開口45が開放され始める開度が変化する。
そこで、「開き角」という新たなパラメータを導入して、開き角がゼロ度の時に、バルブ開口45が開放され始めるようにした。すなわち、バルブプレート8の開き角の基準角度位置(ゼロ度の位置)は、バルブ開口45が最初に開放されるときのバルブプレート8の角度位置である。バルブプレート8の開き角は、その基準角度位置からの角度を指す。なお、バルブプレート8が開く方を、バルブプレート8の開き角の正の角度とする。
図10〜図13は、バルブプレート8の開き角に対する、開放領域Sの変化について示す図である。
図10は、バルブプレート8が全閉(α=0%)位置にある時の様子を示す図である。図10に示すように、バルブ開口45の縁の一部は、外側に凸のくさび形状のくさび縁部D1(図の太線で示した領域)となっている。図10に示すように、全閉(α=0%)時では、開放領域Sの面積(開放面積)は、ゼロである。なお、図10に示した点A〜Eは、図5〜図9に示した点A〜Eに対応し、図11以降でも同様である。
図11は、バルブ開口45が開放され始める時の様子を示す図である。すなわち、本実施形態において、バルブプレート8の開き角がゼロ度となる基準角度位置を示している。
上述したが、バルブ開口45の縁の一部は、外側に凸のくさび形状のくさび縁部D1(図の太線で示した領域)となっている。
くさび縁部D1は、バルブプレート8がバルブ開口45を開放する方向に移動する際にバルブプレート8の弁部8Vの縁8VEが見え始める領域に、設けられている。換言すると、くさび縁部D1は、バルブプレート8を移動させてバルブ開口45を開放させる際に、バルブプレート8がバルブ開口45を開放し始める領域に設けられている。
さらに、くさび縁部D1の頂点DVEは、バルブプレート8がバルブ開口45を開放する方向に移動する際に縁8VEが見え始める領域のうち、縁8VEが最初に見える位置に設けられている。換言すると、くさび縁部D1のくさびの頂点DVEは、バルブプレート8の縁8VEが最初にバルブ開口45の縁と接する位置に位置する。図11においても、開放面積は、ゼロである。
図12は、バルブプレート8の弁部8Vの縁8VEがくさび縁部D1の線分AD,線分AEを通過する時の様子を示す図である。本実施形態では、図12の開き角は3度である。すなわち、図12に示すバルブプレート8は、図11の基準角度位置から3度移動した。図12では、開放領域S(図12のハッチング領域)が生じている。
図13は、バルブプレート8の弁部8Vの縁8VEがくさび縁部D1の円弧DB、円弧ECと接している時の様子を示す図である。本実施形態では、図13の開き角は5度である。バルブプレート8の開き角が増加すると、開面積は上昇する。図13での開放面積は、図12での開放面積より大きい。
図14は、本実施形態の真空バルブ1における開き角に対する開放面積の変化と、比較例の真空バルブにおける開き角に対する開放面積の変化と、を対比したものである。比較例の真空バルブは、断面が円形になっている点が、本実施形態と相違する。図14において、開き角0°であるPは、バルブプレート8が図11の位置にあるときを示している。開き角3°であるPは、バルブプレート8が図12の位置にあるときを示している。開き角5°であるPは、バルブプレート8が図13の位置にあるときを示している。
図14に示すように、本実施形態の真空バルブ1にはくさび縁部D1が設けられているため、円弧の縁部を有する比較例の真空バルブよりも開放面積の上昇が緩やかになっていることが理解される。また、本実施形態の真空バルブ1においては、Pよりも開き角が大きくなると(P参照)、開放面積の変化が大きくなることも理解される。
本実施形態の真空バルブは、以下の構成を有し、以下の作用効果を奏する。
(1)真空バルブ1は、バルブ開口45の縁の一部は、外側に凸のくさび形状のくさび縁部D1である。くさび縁部D1は、バルブプレート8を移動させてバルブ開口45を開放させる際に、バルブプレート8がバルブ開口45を開放し始める領域に設けられている。
これによって、バルブプレートが開口を開放し始める期間において、バルブプレート8の形状を変化させずに、バルブプレート8の開き角に対して開放面積を緩やかに変化させることができる。また、くさび縁部D1は、バルブプレート8には設けられていないので、バルブプレート8の重量増加を招くことがない。そのため、バルブプレート8の動作速度が悪化しない。
(2)くさび縁部D1の頂点DVEは、バルブプレート8がバルブ開口45を開放する方向に移動する際に縁8VEが見え始める領域のうち、縁8VEが最初に見える位置に設けられている。換言すると、くさび縁部D1のくさびの頂点DVEは、バルブプレート8の縁8VEが最初にバルブ開口45の縁と接する位置に位置する。
これによって、バルブプレート8の開き角に対して開放面積をより緩やかに変化させることができる。
―変形例1―
図15は、変形例1について説明した図である。変形例1では、開口部41Aとは別体であるくさび縁部D1が形成された部材を、開口部41Aに取り付けることで、バルブ開口45を形成している。
図15(a)は、くさび縁部D1が形成された部材BPを示している。この部材BPには、くさび縁部D1はもちろんのこと、ボルト締結するためのボルト孔B1が設けられている。この部材BPを、図15(b)に示すように、開口部41Aに取り付ける。図15(c)は、図15(b)のIII−III断面図である。図15(b)、図15(c)に示すように、本変形例では、ボルトBOLで締結して取り付けている。くさび縁部D1の頂点DVEを、バルブプレート8の縁8VEが最初に開口部41Aの縁と接する位置に位置させることで、以上の実施形態と同様のバルブ開口45を得ることができる。図15(d)は、開口部41Aに部材BPを取り付ける様子を示したものである。開口部41Aのバルブプレート8側の端部には、凹部DEが形成されている。凹部DEの底面にはネジ穴が設けられている。この凹部DEに部材BPを取り付けて、ボルトBOLで締結することで、くさび縁部D1を有するバルブ開口を設けることができる。また、部材BPには、様々なくさび縁部D1の形状を形成することができる。そのため、本変形例のように着脱式にすることで、くさび縁部D1の形状を簡単に変更し、バルブプレート8の開き角に対する開放面積の変化の調整を簡単に行うことができる。
以下に示す変形例2〜5は、くさび縁部のくさび形状の変形例である。説明の都合上、変形例2〜5のくさび縁部の符号をそれぞれD2〜D5と付した。また、説明のために、円形の開口部650も併せて示している。
―変形例2―
図16(a)は、変形例2を示す図である。以上の実施形態のくさび縁部D1の頂点DVEは開口部650の縁に位置していたが、変形例2のくさび縁部D2の頂点DVEは開口部650の内側に位置している。このように変形しても、バルブプレート8の開き角に対する開放面積の変化を緩やかにすることができる。ただし、変形例2のくさび縁部D2が縁の一部をなすバルブ開口が開放される開度は、以上の実施形態のくさび縁部D1が縁の一部をなすバルブ開口45が開放される開度より、大きくなる。
―変形例3―
図16(b)は、変形例3を示す図である。以上の実施形態のくさび縁部D1の頂点DVEは開口部650の縁に位置していたが、変形例3のくさび縁部D3の頂点DVEは開口部650の外側に位置している。このように変形しても、バルブプレート8の開き角に対する開放面積の変化を緩やかにすることができる。ただし、変形例3のくさび縁部D3が縁の一部をなすバルブ開口が開放される開度は、以上の実施形態のくさび縁部D1が縁の一部をなすバルブ開口45が開放される開度より、小さくなる。
―変形例4―
図16(c)は、変形例4を示す図である。比較のために、以上の実施形態のくさび縁部D1を一点鎖線で示した。また、説明のために、図5と同じ点A,B,Cを示した。
変形例4のくさび縁部D4の頂点DVEは、以上の実施形態のくさび縁部D1の頂点DVEと、同じ位置(点A)に位置している。以上の実施形態と変形例4の違いは、縁の位置である。具体的に説明する。変形例4のくさび縁部D4の縁である曲線ABは、以上の実施形態のくさび縁部D1の縁である曲線ABよりも内側に位置している。また、変形例4のくさび縁部D4の縁である曲線ACは、以上の実施形態のくさび縁部D1の縁である曲線ACよりも内側に位置している。
このように変形しても、バルブプレート8の開き角に対する開放面積の変化を緩やかにすることができる。ただし、くさび縁部D4の縁の形状によって、開放し始めの開放面積は、以上の実施形態よりも緩やかになる。
―変形例5―
図16(d)は、変形例5を示す図である。比較のために、以上の実施形態のくさび縁部D1を一点鎖線で示した。また、説明のために、図5と同じ点A,B,Cを示した。
変形例5のくさび縁部D5の頂点DVEは、以上の実施形態のくさび縁部D1の頂点DVEと、同じ位置(点A)に位置している。以上の実施形態と変形例5の違いは、縁の位置である。具体的に説明する。変形例5のくさび縁部D5の縁である曲線ABは、以上の実施形態のくさび縁部D1の縁である曲線ABよりも外側に位置している。また、変形例5のくさび縁部D5の縁である曲線ACは、以上の実施形態のくさび縁部D1の縁である曲線ACよりも外側に位置している。
このように変形しても、円形の開口部650と比較して、バルブプレート8の開き角に対する開放面積の変化を緩やかにすることができる。ただし、くさび縁部D5の縁の形状によって、開放し始めの開放面積は、以上の実施形態よりもやや急になる。しかし、円形の開口部650よりは、緩やかに変化する。
―その他の変形例―
次のような変形も本発明の範囲内である。
以上の実施形態では、開口部41の軸方向領域のうち、バルブプレート8の近傍の軸方向領域にのみ、くさび縁部D1を設けるようにしたが、開口部41の全ての軸方向領域にくさび縁部D1を設けるようにしてもよい。
本発明は、封止体7を有さずにバルブプレート8がZ方向(開口部31,41の軸方向)に移動してバルブ閉状態をなす真空バルブにおいても、適用できる。
以上の実施形態では、本発明を、スライドプレートが搖動する真空バルブ(振子式真空バルブ)に適用したが、本発明はこれに限定されない。例えば、スライドプレートが直動する真空バルブに適用することもできる。
本発明は以上の内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
1:真空バルブ
31:開口部
41:開口部
45:バルブ開口
650:開口部
8:バルブプレート
8V:弁部
8VE:縁
D1:くさび縁部
DVE:くさび縁部のくさびの頂点
S:開放領域

Claims (3)

  1. バルブ開口と、前記バルブ開口を開閉するバルブプレートと、を備える真空バルブであって、
    前記バルブ開口の縁の一部は、外側に凸のくさび形状のくさび縁部であり、
    前記くさび縁部は、前記バルブプレートを移動させて前記バルブ開口を開放させる際に、前記バルブプレートが前記バルブ開口を開放し始める領域に設けられている、真空バルブ。
  2. 請求項1に記載の真空バルブにおいて、
    前記くさび縁部のくさびの頂点は、前記バルブプレートの縁が最初に前記バルブ開口の縁と接する位置に位置する、真空バルブ。
  3. 請求項1または2に記載の真空バルブにおいて、
    前記くさび縁部が形成された部材が、前記バルブ開口に着脱可能に設けられている、真空バルブ。

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