JP2017096422A - High vacuum valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高真空弁に関し、例えば、半導体、液晶、有機ELディスプレイなどの製造工程における真空経路や、走査電子顕微鏡(SEM)の真空チャンバーの真空排気経路などの高真空領域内へ配管可能であって、特に耐高温性に優れた高真空弁に関する。 The present invention relates to a high vacuum valve, and can be piped into a high vacuum region such as a vacuum path in a manufacturing process of a semiconductor, a liquid crystal, an organic EL display, or a vacuum exhaust path of a vacuum chamber of a scanning electron microscope (SEM). In particular, the present invention relates to a high vacuum valve excellent in high temperature resistance.
高真空弁が使用される高真空環境の一例として、SEMの真空チャンバー(真空領域)がある。SEMは、例えば1.0−7Pa以下などの真空度の真空チャンバーを測定室として、測定室内の試料ステージ上に載置された試料に向けて、真空中で細く絞られた電子銃室からの電子ビームを試料表面を走査するように当て、その際に試料から反映される二次電子や反射電子などの情報(信号)を各種の検出器で検出し、所定の情報解析を経て、モニター上への試料表面の拡大像の表示などの出力を得るものである。このためSEMの測定室の内部は真空引きのため真空ポンプに連通しており、この測定室と真空ポンプの間には、高真空弁の配管が必要となる。 An example of a high vacuum environment in which a high vacuum valve is used is an SEM vacuum chamber (vacuum region). The SEM uses, for example, an electron gun chamber narrowed in vacuum toward a sample placed on a sample stage in the measurement chamber, with a vacuum chamber having a degree of vacuum of 1.0 −7 Pa or less as a measurement chamber. The electron beam is scanned so that the surface of the sample is scanned, and information (signals) such as secondary electrons and reflected electrons reflected from the sample at that time are detected by various detectors. Output such as display of an enlarged image of the sample surface on the top is obtained. For this reason, the inside of the SEM measurement chamber communicates with a vacuum pump for evacuation, and a high vacuum valve pipe is required between the measurement chamber and the vacuum pump.
SEMでは、測定室である真空チャンバー内をはじめとした真空領域内に水分や有機物が存在すると所望の真空度へ到達できなくなることから、真空チャンバー全体に対して、例えば350℃などの高温下で所定のベーキング工程(例えば、高真空弁を開に維持して真空排気しながら一回加熱処理するなど)を施すことにより、SEMを使用する前に予め水分や有機物などの付着物、つまり真空到達の妨げとなる物質を真空チャンバーから除去し、接ガス部位をクリーンにして真空度を維持可能にしておく必要がある。ベーキングでは高真空弁自体は直接加熱されないものの、加熱部分に近設しているため、真空チャンバーに配管される高真空弁も高温となる。したがって、上記のようなSEMに使用する高真空弁には、高温に耐え得るもの(具体的には高温に曝され、常温に戻った後でもバルブとしての機能が損なわれないこと)である必要もある。 In SEM, if moisture or organic substances are present in a vacuum region such as a vacuum chamber as a measurement chamber, a desired degree of vacuum cannot be reached. Therefore, the entire vacuum chamber is subjected to a high temperature such as 350 ° C. By applying a predetermined baking process (for example, heat treatment once while evacuating while keeping the high vacuum valve open), before using the SEM, deposits such as moisture and organic matter, that is, reaching the vacuum in advance. It is necessary to remove the substance that hinders this from the vacuum chamber, clean the gas contact part, and maintain the degree of vacuum. Although the high vacuum valve itself is not directly heated in baking, the high vacuum valve piped in the vacuum chamber is also hot because it is located close to the heated portion. Therefore, the high vacuum valve used in the SEM as described above must be capable of withstanding high temperatures (specifically, the function as a valve is not impaired even after being exposed to high temperature and returning to normal temperature). There is also.
耐高温性を備える高真空弁としては、シール部材などに樹脂製部材を使用しない全金属製バルブ(オールメタルバルブ)が特に有効である。このようなオールメタルの高真空弁として従来、例えば特許文献1、2が提案されている。特許文献1には、金属製の筒状弁座を曲面状に面取加工し、この面取加工した一端部に、金属製の弁体のテーパ部斜面を面接触状に着座させるようにした真空メタルシールバルブが示されている。
As a high vacuum valve having high temperature resistance, an all-metal valve (all-metal valve) that does not use a resin member as a seal member or the like is particularly effective. Conventionally, for example,
特許文献2には、金属製弁体にステムと直交に交差する方向に平面部を設け、この平面部にシール面側を鏡面研磨仕上げした薄板メタルシール材を固着すると共に、ボデー内に設けた環状のメタルシール弁座に前記弁体のメタルシール材を平行に着座させて弁閉するようにした真空バルブが示されている。
In
しかしながら、メタルタッチシール構造は、硬度の異なる金属製弁体のシール面と金属製の弁座とを圧接して流体をシールする場合が有り、この場合は、初回ないし最初の複数回の着座の後は、弁体のシール面又は弁座の何れかの圧接面内に、凹状の摩耗や食い込み溝など、塑性変形による着座の跡が残存することになる。この着座の跡は、圧接後のシール面と弁座とが互いに馴染んだように形成されているから、その後の着座でも、なるべく既に形成されている着座の跡に適合するように、弁座とシール面との位置関係が着座の毎に同一となるように着座させることで、特に高真空環境下で要求される高いシール性のメタルタッチシールを実現できる。逆に、複数回着座する場合において、弁座とシール面との着座位置が前回の着座位置からズレる場合は、シール形態やズレの程度、或は使用回数などによっては、所望のシール性が得られなくなる問題が生じる。 However, the metal touch seal structure may seal the fluid by pressing the sealing surface of the metal valve body having a different hardness and the metal valve seat, and in this case, the first or first multiple seating may be performed. After that, seating marks due to plastic deformation, such as concave wear and biting grooves, remain in either the sealing surface of the valve body or the pressure contact surface of the valve seat. Since the seating marks are formed so that the seal surface after pressure contact and the valve seat are familiar with each other, the seating and the seating can be matched with the seating marks that have already been formed as much as possible. By seating so that the positional relationship with the seal surface is the same every time the seat is seated, a metal touch seal having a high sealing property required particularly in a high vacuum environment can be realized. Conversely, when seating multiple times, if the seating position of the valve seat and the seal surface deviates from the previous seating position, the desired sealability can be obtained depending on the seal configuration, degree of misalignment, or number of uses. The problem that becomes impossible arises.
そして、弁座に垂直に弁体シール面がリフトするバルブにおいて、複数回の着座でシール面と弁座とを常に同じ位置関係で着座させようとする場合は、弁体シール面のリフトの軸心が弁座に対して高精度に調芯されていることが必要である。高精度に調芯されていることにより、着座の毎にシール面と弁座とが高い位置精度で前回の着座の跡に適合して着座するようになるためである。高精度な調芯は、線接触など、弁体シール面と弁座の接触面積が小さい場合に特に必要である。 In a valve in which the valve body seal surface lifts perpendicularly to the valve seat, if the seal surface and the valve seat are always to be seated in the same positional relationship by multiple seating, the lift shaft of the valve body seal surface It is necessary that the heart is accurately aligned with the valve seat. This is because the alignment is performed with high accuracy, so that the sealing surface and the valve seat are seated with high positional accuracy in conformity to the previous seating mark. High-precision alignment is particularly necessary when the contact area between the valve element seal surface and the valve seat is small, such as line contact.
また、弁座がボデーに弁口と別部材として設けられている場合、弁座部材とボデーの弁口との間のシールが不可欠となる問題が生じる。一般的にバルブの部材はできるだけ少ない部材で一体連続的に形成することで、流体の良好なシール性を確保できる。 Further, when the valve seat is provided on the body as a separate member from the valve opening, there arises a problem that a seal between the valve seat member and the valve opening of the body becomes indispensable. In general, by forming the valve members integrally and continuously with as few members as possible, it is possible to ensure good fluid sealing performance.
ところが、上記の問題点に関し、特許文献1、2には開示乃至示唆が認められない。すなわち、特許文献1では、ノーズがピストンロッドの下端部に押圧されて弁閉する一般的な構造が示されているに過ぎず、ノーズを高精度に調芯させてシールコアに着座させる点に関する言及などは全くないばかりか、むしろノーズの軸心と筒状のシールコアの軸心とが多少ズレてもシール性が悪くならないとの記載がある。これに対して、ノーズのテーパ部の斜面を着座させることから、所定の精度でテーパ部の斜面とシールコアの一端部との平行度をとる必要があり、同文献が示すバルブはシール性が不安定・不明瞭であって、高いシール性は到底確保することができない。さらに、弁座とボデーも一体形成されたものでなく、弁本体とシールコアが別部材となっている。
However, no disclosure or suggestion is found in
特許文献2に示す真空バルブも高シール性を実現したものではあるものの、シール面を有するメタルシール材を高精度に調芯してメタル弁座に着座させる点に関しては言及が一切なく、ステムをスプリングのバネ性に抗して押し下げて弁体を着座させる通常の構造が示されているに過ぎない。また、メタル弁座は、ボデーと一体成型されておらず、ボデーの装着凹部に嵌合させる別部材となっている。
Although the vacuum valve shown in
したがって、特許文献1、2を参照しても、上記の問題を解決することはできない。また、上記の課題を開示乃至示唆した先行技術は未だ提案されていない。
Therefore, the above problem cannot be solved even if
そこで、本発明は上記問題点を解決するために開発されたものであり、その目的とするところは、ジスクのシール面を弁座に対して高精度に調芯させて着座可能とすることで、所定の耐久回数において確実に高シール性を発揮できる高真空弁、特に耐高温性を備えたオールメタルバルブとして好適な高真空弁を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been developed to solve the above-described problems, and the object of the present invention is to enable seating by aligning the sealing surface of the disc with the valve seat with high accuracy. An object of the present invention is to provide a high vacuum valve that can reliably exhibit high sealing performance for a predetermined number of times of endurance, particularly a high vacuum valve suitable as an all-metal valve having high temperature resistance.
上記目的を達成するため、請求項1に係る発明は、流入口と流出口を有するボデー内に昇降動可能なステムの下端にジスクを取り付け、このジスクでボデー内の弁座を開閉する高真空弁であって、ステムは、ジスク側の昇降動部材に操作軸部材の回動と昇降動操作を連動させる構造から成り、ステムの外周面をベローズで被覆すると共に、操作軸部材の下端と昇降動部材に形成した筒部の有底部との間にベアリング球体が内蔵され、このベアリング球体で昇降動部材による非回転状態の昇降動とジスクの調芯を行うようにした高真空弁である。
In order to achieve the above object, the invention according to
請求項2に係る発明は、操作軸部材の上端に固着したハンドルに垂下筒を形成し、この垂下筒をボデーの上部に設けた案内筒部に案内自在に挿入して操作軸部材の調芯を行うようにした高真空弁である。 According to the second aspect of the present invention, a drooping cylinder is formed on the handle fixed to the upper end of the operation shaft member, and the drooping cylinder is inserted into a guide tube portion provided on the upper part of the body so as to be guided so as to align the operation shaft member. It is a high vacuum valve designed to perform
請求項3に係る発明は、ジスクの下面に突設した環状突部をボデーの弁口に案内自在に設けてジスクの調芯を行うと共に、ジスクの下面外周には、シール面が設けられている高真空弁である。 According to a third aspect of the present invention, an annular protrusion projecting from the lower surface of the disc is provided to be guided to the valve port of the body to align the disc, and a seal surface is provided on the outer periphery of the lower surface of the disc. It is a high vacuum valve.
請求項4に係る発明は、ジスクは、昇降動部材の下部に螺着され、ジスクよりも硬度が高い材料から成るボデーと一体に形成した断面三角形状の環状の弁座とジスクのシール面とを圧接状態で閉止させるようにした高真空弁である。 According to a fourth aspect of the present invention, the disc is screwed to the lower portion of the elevating member, and is formed integrally with a body made of a material having a hardness higher than that of the disc. Is a high vacuum valve that is closed in a pressure contact state.
請求項5に係る発明は、昇降動部材は、操作軸部材に取り付けた止め輪を介して操作軸部材の操作に伴って上昇動可能で、かつ非回転状態に連動させた高真空弁である。
The invention according to
請求項6に係る発明は、流出口に接続した短管と短管に接続した接合筒部とを裏波溶接手段で固着した高真空弁である。
The invention according to
請求項1に記載の発明によると、高温度でベーキングしても耐え得るオールメタルバルブであって、高真空圧状態の開閉に好適な高真空弁を提供することができ、ジスクと弁座とが高精度に調芯されるから繰り返し弁開閉可能であり、もって、使用価値の高い高真空弁を得ることができる。 According to the first aspect of the present invention, it is an all-metal valve that can withstand baking even at high temperatures, and can provide a high vacuum valve suitable for opening and closing in a high vacuum pressure state. Can be opened and closed repeatedly, so that a high vacuum valve with high utility value can be obtained.
請求項2に記載の発明によると、ステムの操作の際に、垂下筒と案内筒部とで確実に案内されるので、ステムの調芯機能を有効に発揮できる。 According to the second aspect of the invention, since the stem is reliably guided by the hanging cylinder and the guide cylinder when the stem is operated, the stem alignment function can be effectively exhibited.
請求項3に記載の発明によると、環状突部がボデーの弁口に確実に案内されながら、シール面と弁座との開閉が行われるので、高精度な弁開閉機能が発揮される。 According to the third aspect of the present invention, since the sealing surface and the valve seat are opened and closed while the annular protrusion is reliably guided to the valve opening of the body, a highly accurate valve opening / closing function is exhibited.
請求項4に記載の発明によると、ステムにジスクを容易に着脱できるので、ジスクの交換作業が容易に行われ、また、ジスクは硬度が大きい弁座に圧接された状態で確実にメタルシールが行われる。 According to the fourth aspect of the present invention, since the disc can be easily attached to and detached from the stem, the disc can be easily replaced, and the disc is securely pressed against the valve seat having high hardness. Done.
請求項5に記載の発明によると、昇降動部材は、操作軸部材の回動操作に影響を受けないので、ジスクの閉止が確実に行われると共に、ベローズに回動力が伝わることがなく、耐久性の向上を図ることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, since the elevating member is not affected by the turning operation of the operation shaft member, the disc is reliably closed and the rotational force is not transmitted to the bellows, so that it is durable. It is possible to improve the performance.
請求項6に記載の発明によると、流出管部の内周面が滑らかに接合されるので、流路内に流体が付着したり、滞るおそれがなく、高真空弁の使用価値を向上させることが可能となる。
According to the invention described in
以下に、本発明の高真空弁の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本発明の高真空弁は、流入口8と流出口9を有するボデー1内に昇降動可能なステムの下端にジスク10を取り付け、このジスク10でボデー1内の弁座12を開閉する高真空弁である。
Embodiments of a high vacuum valve according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The high vacuum valve of the present invention is a high vacuum in which a
図1は、本実施形態の高真空弁の外観斜視図を示している。本実施形態はオールメタルのL型アングル手動弁であり、ボデー1はステンレス鋼製であり、大径円柱形状を呈し、その下端部に小径円柱形状の流入部25が、その側面部に小径円柱形状の流出部24が、それぞれ設けられている。ボンネット22は、案内筒部2とフランジ部28から成り、ボデー1の上端部にフランジ部28がボルト21により締付け固定されており、案内筒部2には、ハンドル3の垂下筒4が挿入されている。また、流入部25及び流出部24は、回転フランジ26を有している。回転フランジ26の内径は、流入部25及び流出部24の外径より僅かに大きいため、これらの外周面に遊嵌状態で回転可能となっている。
FIG. 1 shows an external perspective view of the high vacuum valve of the present embodiment. This embodiment is an all-metal L-type angle manual valve, and the
図2〜4は、本実施形態の高真空弁の断面図であり、図2は全開状態、図3は閉止状態、図4はベローズ7が自然長の状態を、それぞれ示している。
2 to 4 are sectional views of the high vacuum valve of the present embodiment, in which FIG. 2 shows a fully opened state, FIG. 3 shows a closed state, and FIG. 4 shows a state in which the
本発明では、流出口9に接続した短管5と、短管5に接続した接合筒部6とを、それぞれ裏波溶接手段で固着している。短管5のボデー1側一端部は、大径部の側面に垂直方向へ開口した流出口9の端部に溶接で固着されており、この溶接は、短管5の内周側からなされている。また、短管5の他端部は、接合筒部6の端部に、裏波溶接手段で固着されており、この裏波溶接手段は、短管5の外周側からなされている。短管5と接合筒部6からなる流出部24を上記のように接合して構成することにより、流出部24の内周面に段差部などが形成されにくく滑らかに形成できるため、流体の滞留等が生じ難い。流入部25の下端部も、接合筒部6の端部に、溶接手段で適宜固着されている。なお、流入部25においても、流出部24同様に、短管5を用いて接合構成してもよい。
In this invention, the
本発明の案内筒部2は、ボデー1の上部に設けられている。本実施形態では、図2〜4に示すように、ボデー1の上端部に固定されたボンネット22に案内筒部2が設けられており、このボンネット2によりハンドル3がガイドされる構造となっている。ボンネット22は略筒状であり、その内周面は、上端開口部から所定ストローク長の案内部2aが形成され、案内部2aの下側にめねじ部29が形成されている。ハンドル3は、操作部3aを有し、また、垂下筒4が形成されており、さらに、内周面にめねじ部30が形成されている。垂下筒4の下端部には、内径へ向けて縮径するテーパ部31が形成され、側面には、止ねじ32用の横孔が設けられている。図3、4に示すように、案内部2aは、垂下筒4の外周面4aを昇降動案内するものであり、外周面4aの形状に適合するように形成されている。このように、ハンドル3の一部(垂下筒4)がボディ側に設けられたガイド部(ボンネット2の案内筒部2の案内部2a)に当ることにより、ハンドル3の回転動作がガイドされ、これによりハンドル3に取り付けられているステムの動作が安定するようにしている。
The
本発明のハンドル3は、操作軸部材14の上端に固着される。図2〜4に示すように、本実施形態では、略棒状の操作軸部材14の上端には雄ねじ部33が形成され、この雄ねじ部33は、めねじ部30と螺合する。雄ねじ部33の下部には、係止部34が設けられ、この係止部34は、垂下筒4の横孔にねじ込まれる止ねじ32の先端部が圧着して、ハンドル3と操作軸部材14とが互いに回動不能(供回り可能)となるように固着される。
The handle 3 of the present invention is fixed to the upper end of the
本発明のステムは、ジスク10側の昇降動部材17に操作軸部材14の回動と昇降動操作を連動させる構造から成り、本実施形態のステムは、操作軸部材14と昇降動部材17とから成る。また、本発明では、ステムの外周面をベローズ7で被覆すると共に、操作軸部材14の下端と昇降動部材17に形成した筒部18の有底部との間にベアリング球体16が内蔵される。
The stem according to the present invention has a structure in which the lifting and lowering
図2〜4に示すように、操作軸部材14の係止部34の下部には、下方に拡径するようにテーパ部35が形成されており、このテーパ部35は、垂下筒4のテーパ部31に適合する形状に形成されている。テーパ部35の下部には、雄ねじ部36が形成されており、この雄ねじ部36は、ボンネット22のめねじ部29と螺合する。雄ねじ部36の下部には、鍔部37が形成されており、この鍔部37の下部に延びる円柱部には、止め輪15を装着する装着溝が形成されている。止め輪15は、装着溝に嵌合される。また、操作軸部材14の下端には、奥側へ向けて縮径するようにテーパ部38が形成されている。
As shown in FIGS. 2 to 4, a tapered
図2〜4に示すように、本実施形態の昇降動部材17は、有底部を有する筒部18と、拡径したフランジ部39から成る。筒部18の上端部から奥側へ縮径するようにテーパ部40が形成されており、このテーパ部40の奥側には、上側の段部面と下側の段部面を側面とした係止溝部41が形成されている。係止溝部41には、止め輪15が当接することにより昇降動部材17の昇降動が係止される。係止溝部41は、適宜の深さ、幅であり、本実施形態では、止め輪15の幅より大きい幅に形成されている。係止溝部41の奥側には、筒部18の有底部であるテーパ部19が、奥側へ向けて縮径するように形成されている。筒部18の下部には、フランジ部39が形成され、フランジ部39の下端部には、めねじ部42が形成されている。
2-4, the raising / lowering
図2〜4に示すように、本実施形態では、操作軸部材14下端のテーパ部38を上側凹テーパ面、昇降動部材17有底部のテーパ部19を下側凹テーパ面として、これら上下凹テーパ面38、19の間に、ベアリング球体16が挟持されるように内蔵されている。
As shown in FIGS. 2 to 4, in this embodiment, the tapered
ベローズ7は、ステムの外周面を被覆するものであり、本実施形態では、上部の一端側がベローズフランジ43に溶接され、また、下部の他端側がフランジ部39に溶接されている。これによりベローズ7は、ジスク10のリフトに伴って伸縮可能となっている。ベローズフランジ43は、操作軸部材14が挿通する貫通孔を有し、この貫通孔には、内側に突出したストッパー部が形成されている。ベローズフランジ43の外周側は、ガスケット44と当接する当接面が設けられている。ガスケット44は、ボデー1の大径部上端部内周側に切欠き面状に形成された載置面に載置され、当接面と載置面との間に挟持された状態で、ボンネット22がボルト21で固定される。これによりガスケット44は流路内を密封状態にボディシールする。
The
本発明のジスク10は、ボデー1よりも硬度が低い材料から成り、本実施形態では銅又は銅合金材製である。また、ジスク10は昇降動部材17の下部に着脱自在に螺着され、下面には環状突部20が突設され、この環状突部20は、ボデー1の弁口に案内自在に設けられている。また、ジスク10の下面外周には、シール面11が設けられている。図5は、本実施形態のジスク10を示しており、(a)は外観斜視図、(b)は外観側面図である。
The
同図に示すように、本実施形態のジスク10は、雄ねじ部10a、ジスク部10b、環状突部20から成る。図2〜4に示すように、雄ねじ部10aは、昇降動部材17のめねじ部42と着脱自在に螺合する。図5(a)に示すように、円柱形状のジスク部10bの下面外周には、弁座12と圧接して流体をシールするシール面11を有している。図5(b)に示すように、円柱形状の環状突部20は、ジスク部10bの下面から、凹部20aを介して、下側に円盤状に突出して形成されており、その側面部20cは、ジスク部10bの側面部、ジスク10の軸心、或はステムの軸心と平行に形成されている。また、凹部20aは、環状突部20を刃物で切削加工する際にシール面11に刃物のR面が残らないように、奥側まで切削することで断面半円弧状に切り欠かれている。さらに、環状突部20には、中心部を通る径方向に直線状の溝部20bが一本形成されている。
As shown in the figure, the
図3に示すように、本実施形態の側面部20cの径は、流出口9内周面の径より僅かに小さく、このためジスク10を弁座12に着座した際は、環状突部20は、弁口内周面にスライドして遊嵌状に案内可能となる。
As shown in FIG. 3, the diameter of the
図4において、A部は弁座12を示し、図6は、図4におけるA部を拡大した拡大断面図である。本発明の弁座12は、ステンレス製のボデー1と一体に形成した断面三角形状の環状に形成されており、本実施形態においては、図6に示すように、流入口8の弁口の開口端部に、エッジ状の角部12aがジスク10のシール面11に向いて当接可能に形成している。弁座12をこのように形成することで、線接触状のエッジシールが可能となると共に、ジスク10の圧着による荷重変形が生じ難くなり、シール性が向上する。なお弁座12は、ボデー1に短管5、接合筒部6を溶接固着した後、ボデー1内に刃物切削で形成される。
In FIG. 4, A part shows the
次に、本発明の高真空弁の作用を説明する。図4は、ベローズ7が自然長の状態を示しており、ステムのストロークが、この自然長状態から図2に示す全開状態まで間は、ベローズ7は図において縦に延びる方向に弾発する。逆に、ステムのストロークが、図4に示す自然長状態から図3に示す閉止状態までの間は、ベローズ7は図において縦に縮む方向に弾発する。上記のように本発明のステムは、操作軸部材14と昇降動部材17の別部材からなることから、このベローズ7の弾発力がステムに有効に作用するものである。
Next, the operation of the high vacuum valve of the present invention will be described. FIG. 4 shows a state in which the
図2は、ジスク10が全開した状態を示している。なお、図示していないが、全開状態のステムの上死点では、ベローズフランジ43のストッパー部に、昇降動部材17の上端部が係止部となって突き当り係止されるようにしてもよい。図2に示す全開状態から図4に示す自然長までの間にステムが降下する動作を説明すると、本発明の高真空弁は手動弁なので、先ず、操作部3aによりハンドル3を回動させる。止ねじ32の先端部が係止部34へ圧着することで、操作軸部材14は垂下筒4に固着しているので、ハンドル3の回動と共に操作軸部材14も供回りする。操作軸部材14は、回動により雄ねじ部36がボンネット22のめねじ部29を螺進して降下する。
FIG. 2 shows a state where the
この間は、ベローズ7の伸び力により、自身の荷重と合わせて、昇降動部材17は常に下方へ押し下げられている。この押し下げにより、操作軸部材14の止め輪15が、筒部18の係止溝部41の上側段部面に常に引掛かっている。この間、操作軸部材14下端のテーパ部38は、ベアリング球体16との間に僅かな遊びを有するように構成されていることから、ベアリング球体16がテーパ部38に押し下げられることはない。
During this time, due to the extension force of the
またこの間、止め輪15は、係止溝部41(上側段部面)に回動係止されるように引っ掛かっているので、操作軸部材14の装着溝に対して回動しながら装着された滑り嵌め状態となっている。止め輪15は、この状態で下方へ下がろうとする昇降動部材17を係止している。このため、回動する操作軸部材14は、止め輪15で昇降動部材17を引掛けながら、非回転で昇降動部材17を自らと連動して降下させていくことができる。
During this time, the retaining
一方で、弁開動作でステムが上昇する際には、本発明の昇降動部材17は、操作軸部材14に取り付けた止め輪15を介して操作軸部材14の操作に伴って上昇動可能で、かつ非回転状態に連動されるが、本実施形態におけるこの作用は、上記のように、止め輪15が係止溝部41の上側段部面に係止されていることによるものである。
On the other hand, when the stem is raised by the valve opening operation, the elevating
続いて、図4に示す自然長状態から図3に示す閉止状態までの間にステムが降下する動作を説明すると、この間は、ベローズ7は縦方向に縮む収縮力を発揮するから、昇降動部材17のフランジ部39を上方向へ引っ張り上げ、これにより、テーパ部19(有底部)が上昇してベアリング球体16を押し上げ、ベアリング球体16が操作軸部材14下端のテーパ部38に当接し、この当接により昇降動部材17の持ち上がりが係止される。同時に、昇降動部材17の持ち上がりにより係止溝部41も上がるので、上側段部面に係止していた止め輪15はそこから離間する。本実施形態では、この状態においては、止め輪15は、上下の段部面から離間した状態(図3に示す隙間Gを生じる状態)となるように、係止溝部41の幅などが調整されている。
Next, the operation of the stem descending between the natural length state shown in FIG. 4 and the closed state shown in FIG. 3 will be described. During this time, the
このように、本発明では、ベアリング球体16で昇降動部材17による非回転状態の昇降動とジスク10の調芯を行うようにしている。
As described above, in the present invention, the bearing
この間は、上記のようにベアリング球体16が上側でテーパ部38に当接していると共に、下側でテーパ部19に載置された状態となっている。本実施形態では、このように、球体を上下からテーパで挟んだ簡易な構造により、ステムの軸心とジスク10の軸心との間に高精度な調芯作用を得ている。
During this time, as described above, the bearing
すなわち、凹テーパ表面が球面に密着しようとすると、これらは円形線接触状に当接した状態で最も安定化する。この状態では、凹テーパには、その軸心が球心を通過する方向に一致するように、軸対称の抗力を球面から受ける。また、凹テーパ表面を球面に押し当てつつ軸心方向がずれて円形線接触が乱れると、もとの安定化した状態に戻ろうとする抗力を受ける。この抗力により、テーパ軸心には球心方向からずれないように調芯される。さらに、球面を上下から凹テーパ面で挟持し、この挟持した状態を保とうとすると、上下凹テーパは、2つの円形線接触を保って安定化しようとするので、互いにテーパ軸心が一致するような調芯作用を得られる。この調芯作用は、凹テーパのテーパ形状、球面の真球度が、それぞれ高精度であるほど高い。 That is, when the concave taper surface is in close contact with the spherical surface, they are most stabilized in a state where they are in contact with a circular line. In this state, the concave taper receives axially symmetric drag from the spherical surface so that its axial center coincides with the direction passing through the spherical center. Further, when the concave taper surface is pressed against the spherical surface and the axial direction is shifted and the circular line contact is disturbed, a drag force is applied to return to the original stabilized state. By this drag, the taper shaft is centered so as not to deviate from the spherical center direction. Furthermore, if the spherical surface is clamped from above and below by a concave taper surface and it is attempted to maintain this sandwiched state, the vertical concave taper tries to stabilize while maintaining contact with two circular lines, so that the taper axes coincide with each other. Can achieve a proper alignment effect. The aligning action is higher as the tapered shape of the concave taper and the sphericity of the spherical surface are more accurate.
また、本実施形態では、上側のテーパ部38は回転することから、ベアリング球体16は、両者の圧接力や摩擦などにより、それに連動して回動し得るが、昇降動部材17はある程度高い回動固定性を持ってベローズ7に固定されているので、ベアリング球体16がテーパ部38、19に対してどのように滑るか(又は静止するか)に拘わらず、下側のテーパ部19が上側のテーパ部38に連動して回動することはない。このため、凹テーパと球との調芯作用を享受しながら、昇降動部材17は非回転で下降する。なお、この非回転の維持には、凹テーパ表面と球面との間の摩擦が小さいほど好ましいことから、グリースなどの潤滑剤の塗布や研磨処理などを適宜施してもよい。
In this embodiment, since the upper tapered
なお、ベアリング球体16を上下から挟み込むテーパ部38、19のテーパ角度に関しては、テーパ角度が小さくなるにつれて、ベアリング球体16と上下テーパ部38、19の接触する円周がそれぞれ大きくなるので、角度が小さいと球体16が上下テーパ部38、19に食い込みやすくなる。また、上下テーパ部38、19と球体16との間は必ず動摩擦が発生するから、この接触する円周が大きいほど摩擦領域が増大し、円周上において単位長さあたりに掛かるトルク抵抗が増大するので、ステムを回転するために必要なトルク負荷が増大する。したがって、テーパ部38、19のテーパ角度は、それぞれ少なくとも鈍角であることが好ましい。
Regarding the taper angles of the tapered
また、本発明は、垂下筒4を案内筒部2に案内自在に挿入して操作軸部材14の調芯を行うようにしている。図3、4に示すように、垂下筒4の外周面4aが、案内筒部2の案内部2aに嵌合して昇降動案内される構造により、ステムの軸心の昇降動が安定化され、ステム軸心とジスク10の軸心が弁座12の中心部に常時高精度に一致し、もって操作軸部材14の調芯作用が得られるためである。ここで、例えばハンドル4の昇降動が不安定化し易い場合として、操作軸部材の雄ねじ部36のネジ種をネジ強度を高めるために台形ネジとした場合が挙げられる。この場合、台形ネジは比較的大きなガタツキ(バックラッシュ)を有することから雄ねじ部36で昇降動するハンドル3(垂下筒4)の軸心も不安定化するが、上記の案内構造により垂下筒4の軸心がズレることなく案内筒部2で確実に昇降動案内されることにより、ハンドル4の軸心が高精度に調芯され、もって高精度に調芯されたステムの昇降動案内も可能となる。
Further, according to the present invention, the
続いて、着座の際は、図6に示すようにエッジ状の弁座12が、図5に示す平面状のシール面11に円形線接触状に当接する。これにより、弁座12とシール面11とを圧接状態で閉止させるようにしている。この際、ジスク10の硬度は弁座12の硬度より小さいから、この当接により弁座12のエッジがシール面11に食い込み、図示していないが、シール面11には塑性変形による円形状の着座の跡が残る。
Subsequently, at the time of seating, as shown in FIG. 6, the edge-shaped
本発明はジスク10の下面に突設した環状突部20をボデー1の弁口に案内自在に設けてジスク10の調芯を行う。これは、図3に示すように、ジスク10が弁座12に着座した閉止時には、環状突部20が弁口に挿入された状態となり、側面部20cが流入口8内周面(弁口)に案内されることによるものである。
In the present invention, the
したがって、本発明では、上記したベアリング球体16を上下のテーパ部38、19で挟み込む構造と、ハンドル3の垂下筒4をボンネット22の案内筒部2に案内可能に挿入した構造に加え、ジスク10の環状突部20を弁口に案内させる構造による多重調芯機構により、ステムの上死点からの降下時からジスク10の着座時まで、常時ジスク10の軸心が高精度に弁座12の軸心に調芯されるようになっている。これらの高精度な調芯作用の発揮により、着座の毎に、シール面11に残存した着座の跡に弁座12が高精度に一致し、もって高温、高真空の過酷な環境下で所定回数の開閉にも耐え得る高シール性を発揮するものである。
Therefore, in the present invention, in addition to the structure in which the
このような高温、高真空環境として、例えば前述したように、SEM用の真空排気弁が挙げられる。SEM用真空排気弁には、真空チャンバが超高真空度に到達するために、350℃の昇温(ベーキング)と冷却を経た後、1000回程度の着座に耐え得る高耐久性が必要となるが、上記のような高精度な調芯作用(多重調芯機構)を備えた本発明の高真空弁は、このような使用に耐える高耐久性を発揮することができる。 Examples of such a high temperature and high vacuum environment include a vacuum exhaust valve for SEM as described above. The vacuum exhaust valve for SEM needs high durability that can withstand about 1000 seating after heating (baking) and cooling at 350 ° C. in order for the vacuum chamber to reach an ultra-high vacuum. However, the high vacuum valve of the present invention having the high-precision alignment function (multi-alignment mechanism) as described above can exhibit high durability to withstand such use.
本発明における各調芯構造、特に、本発明のステム分割調芯構造、すなわち、上記実施形態においては、ステムを上下の操作軸部材14と昇降動部材17に分割すると共に、操作軸部材14下端のテーパ部38を上側凹テーパ面、昇降動部材17有底部のテーパ部19を下側凹テーパ面として、これら上下凹テーパ面でベアリング球体16を挟持してステムの調芯効果を得るようにした構造は、本発明の高真空弁に限られず、例えば真空弁以外の各種ベローズ弁、特にメタルタッチシールの弁などへも広く適用可能な構造である。
Each alignment structure according to the present invention, in particular, the stem divided alignment structure according to the present invention, that is, in the above embodiment, the stem is divided into the upper and lower
更に、本発明は、前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。 Furthermore, the present invention is not limited to the description of the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention described in the claims of the present invention.
以下、本発明の高真空弁の実施の一例を説明する。本例における各部材の材質は、ボデー1、ボンネット22、ボルト21、ハンドル3、回転フランジ26、短管5、接合筒部6は、すべてステンレス製(SUS304)である。また、ベローズ7は、ステンレス(SUS316L)である。また、本実施形態のガスケット44は、銅合金製(C1020)である。また、ベアリング球体16は、ステンレス(SUS440C)により所定の真球度や表面粗さで形成された鋼球である。ジスク10は、銅合金製(C1020)であり、軟性を出すため所定の焼きなまし加工が施されている。
Hereinafter, an example of implementation of the high vacuum valve of the present invention will be described. The material of each member in this example is the
本例におけるテーパ部の各テーパ角度は、テーパ部31が約90度、テーパ部38が約142度、テーパ部40が約30度、テーパ部19が約120度であり、弁座12の角部12aのエッジ角度は約50度である。
Each taper angle in the present example is about 90 degrees for the
また、図1に示すように、ボルト21は、六角穴部を有し、高いシール性を得るため、ボンネット22の円周上に8本等配分されている。ハンドル3の操作部3aには、隅部逃げ形状の四角穴部を有し、側面部には円周上等配分に面取部が形成されている。操作部3aは、所定のトルクレンチなどの回動部材を接合可能に形成されている。回転フランジ26は、6個の穴部が円周上に等配分に設けられており、端面にはリーク溝部が形成されている。なお、本実施形態の流入口8内周面の径、および流出口9内周面の径は、共にΦ16mmとしている。
As shown in FIG. 1, the
1 ボデー
2 案内筒部
3 ハンドル
4 垂下筒
5 短管
6 接合筒部
7 ベローズ
8 流入口
9 流出口
10 ジスク
11 シール面
12 弁座
14 操作軸部材
15 止め輪
16 ベアリング球体
17 昇降動部材
18 筒部
19 テーパ部(有底部)
20 環状突部
DESCRIPTION OF
20 Annular protrusion
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