JP2018102059A - 真空バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】減速動作時に直流電源ラインの電圧上昇を防止することができる真空バルブの提供。【解決手段】真空バルブは、弁体と、バルブプレートを駆動するモータ３１と、モータ３１の巻線３１２Ａ，３１２Ｂへの直流電圧の印加をオンオフするスイッチング回路４５１Ａ，４５１Ｂと、スイッチング回路４５１Ａ，４５１Ｂに入力される直流電圧の入力ラインにスイッチング回路４５１Ａ，４５１Ｂと並列に設けられ、電流の導通および遮断が可能なスイッチング素子ＳＷ０と、を備え、スイッチング素子ＳＷ０は、モータ３１の減速駆動時に、スイッチング回路４５１Ａ，４５１Ｂのオンタイミングと同期して導通状態とされる。【選択図】図３

Description

本発明は、真空バルブに関する。

ＣＶＤ装置等の真空処理装置では、通常、処理プロセスの段階（例えば、プロセス中やプロセス前後）に応じてチャンバ内圧力が異なる。そのため、このような真空処理装置においては、真空チャンバと真空ポンプとの間にコンダクタンス可変なバルブを設けて、圧力の調整を行っている。そのようなバルブの例としては、特許文献１に記載のようなものが知られている。

特開２０１１−１３７５３７号公報

弁体を駆動するモータはＦＥＴなどのスイッチング素子を切り替えることにより印加電圧をＰＷＭ駆動し、モータに正弦波電流が流れるように制御している。ところで、弁体を高速駆動する場合、弁体停止時にモータの駆動電流が減少した際に、逆起電力によってスイッチング回路の直流電源ラインの電圧が、供給電圧よりも上昇する場合がある。この電圧上昇によって、この直流電源ラインに接続されている回路部品に、その定格電圧を超える電圧が印加されるため、部品故障の原因となる。

本発明の好ましい実施形態による真空バルブは、弁体と、弁体を駆動するモータと、前記モータの巻線への直流電圧の印加をオンオフするスイッチング回路と、前記スイッチング回路に入力される直流電圧の入力ラインに前記スイッチング回路と並列に設けられ、電流の導通および遮断が可能な開閉回路と、を備え、前記開閉回路は、前記モータの減速駆動時に、前記スイッチング回路のオンタイミングと同期して導通状態とされる。
さらに好ましい実施形態では、前記開閉回路は、スイッチング素子と抵抗とを直列接続した回路であり、前記スイッチング素子は、前記モータの減速駆動時に、前記スイッチング回路のオンタイミングと同期してオン状態とされる。
さらに好ましい実施形態では、前記入力ラインの電圧を検出する電圧検出部をさらに備え、前記開閉回路は、前記モータの減速駆動時であって電圧検出部の検出電圧が所定閾値以上の場合に、前記スイッチング回路のオンタイミングと同期して導通状態とされる。

本発明によれば、減速動作時に直流電源ラインの電圧上昇を防止することができる。

図１は、真空バルブの外観を示す図である。 図２は、バルブ駆動部およびバルブ制御部の詳細を示すブロック図である。 図３は、弁体駆動部の詳細を示すブロック図である。 図４は、モータの巻線に印加される電圧と巻線に流れる電流とを説明する図である。 図５は、過電圧の発生を説明する図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は、本実施の形態における真空バルブ１の外観を示す図である。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は側面図である。真空バルブ１は、バルブプレート６が設けられたバルブ本体２と、バルブプレート６を開閉駆動するためのバルブ駆動部３と、バルブ駆動部３を制御するバルブ制御部４とを備えている。

バルブ本体２のバルブハウジング５にはバルブ開口５０が形成されている。バルブ開口５０の吸気側、すなわち、バルブハウジング５の図示上面側には吸気口フランジ５１が設けられている。一方、バルブ開口５０の排気側、すなわち、バルブハウジング５の図示裏面側には排気口フランジ（不図示）が設けられている。

バルブプレート６はバルブ駆動部３に設けられたモータ３１によって、破線矢印のように揺動駆動される。バルブプレート６をモータ３１により揺動駆動すると、バルブプレート６が水平方向にスライド移動してバルブ開閉動作が行われる。バルブプレート６は、バルブ開口５０の全体に対向する開度０％の位置Ａ０と、バルブ開口５０が全開状態となる開度１００％の位置Ａ１との間の任意の位置にスライド移動させることができる。なお、バルブプレート６を位置Ａ０に駆動し、さらにバルブ開口５０をバルブプレート６で密閉する場合には、シール部材（不図示）をバルブプレート６に押圧して密閉する。シール部材の駆動は圧空によって行われる。

図２は、真空バルブ１のバルブ駆動部３およびバルブ制御部４のブロック図である。バルブ駆動部３には、バルブプレート６（図１参照）を開閉駆動するためのモータ３１が設けられている。バルブプレート６の駆動位置は、位置検出器３２によって検出される。位置検出器３２としては、例えば、モータ３１の回転量を検出するエンコーダが用いられる。モータ３１の回転量から、バルブプレート６の位置を求めることができる。

バルブ制御部４は、外部インターフェース４２を介して外部のＤＣ電源および上位コントローラ１００に接続されている。真空バルブ１は、外部のＤＣ電源から電力が供給される。ＤＣ電源には、例えば、ＤＣ２４Ｖの電源が用いられる。上位コントローラ１００は、真空バルブ１が装着される真空装置のコントローラである。真空バルブ１の開閉動作は、上位コントローラ１００からの指令により行われる。上位コントローラ１００からの指令は、通信部４３を介して主制御部４１に入力される。

ＤＣ電源からのＤＣ電力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４４、弁体駆動部４５、圧力センサ３３等に入力される。圧力センサ３３は、上述したシール部材を駆動する圧空の圧力を検出するセンサである。ＤＣ電源から弁体駆動部４５に入力されたＤＣ電力は、モータ３１の駆動用電力として利用される。ＤＣ−ＤＣコンバータ４４に入力されたＤＣ電力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４４でより低電圧のＤＣ電力に変換され主制御部４１を含む各部に供給される。

主制御部４１は、入力された指令に基づく駆動制御信号を弁体駆動部４５に出力する。弁体駆動部４５は、主制御部４１からの駆動制御信号に基づいてモータ３１を駆動する。表示部４７には、真空バルブ１の状態や設定等が表示される。なお、メンテナンス等においては、バルブ制御部４に設けられた操作部４６を手動操作することで、主制御部４１に各種指令を入力することもできる。

次に、図３は弁体駆動部４５の詳細を示すブロック図である。ここでは、モータ３１が２相モータの場合を例に説明する。モータ３１は、ロータ３１１とＡ相巻線３１２ＡおよびＢ相巻線３１２Ｂを備えている。弁体駆動部４５には、Ａ相巻線３１２Ａに印加される直流電圧Ｖdcのオンオフを制御するスイッチング回路４５１Ａと、Ｂ相巻線３１２Ｂに印加される直流電圧Ｖdcのオンオフを制御するスイッチング回路４５１Ｂと、スイッチング素子ＳＷ０、抵抗Ｒ、およびモータ制御部４５２を備えている。

スイッチング回路４５１Ａは、４つのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４から成るＨブリッジ回路を備えている。スイッチング回路４５１Ｂも、スイッチング回路４５１Ａと同様のＨブリッジ回路を備えている。スイッチング素子ＳＷ０と抵抗Ｒとは直列接続され、その直列接続回路が、スイッチング回路４５１Ａ，４５１Ｂの直流電圧入力ラインにそれぞれ並列接続されている。モータ制御部４５２は、スイッチング素子ＳＷ０およびスイッチング回路４５１Ａ，４５１Ｂのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４のそれぞれに対してオンオフ制御信号を出力する。スイッチング素子ＳＷ０，ＳＷ１〜ＳＷ４には、例えば、ＦＥＴ等が用いられる。

２相モータの場合、図４に示すようにＡ相およびＢ相間の電流位相を９０°ずらして回転制御される。図４は、巻線３１２Ａ，３１２Ｂに印加される電圧と巻線３１２Ａ，３１２Ｂに流れる電流とを説明する図であり、（ａ）はＡ相の場合を示し、（ｂ）はＢ相の場合を示す。図４（ａ）および図４（ｂ）において上段は電圧を示し、下段は電流を示す。図４（ａ）のＡ相においては、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４をオンにしてロータ３１１が時計回り（ＣＷ方向）に回転する電流Ｉcwを流し、ロータ３１１の磁極が反転したタイミングでスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３をオンにして電流（−Icw）を流すことでロータ３１１のＣＷ方向の回転を継続する。図４（ｂ）のＢ相の場合には、９０°だけ位相をずらした（進んだ）タイミングでスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４およびスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３を順にオンする。ＰＷＭ制御により、印加電圧のパルスのオンデューティを正弦波的に変化させることで、Ａ，Ｂの各相に正弦波電流が流れる。

減速時にはオンデューティを徐々に小さくし、さらに、図４のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４をオンする期間においてスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３をオンすることで逆方向の電流Ｉccwを流し、モータブレーキをかける。しかしながら、バルブプレート６を急速に停止させた場合、図５に示すように直流電圧Ｖdcの印加による電流Ｉ１よりも逆起電力による電流Ｉ２の方が大きくなり、正味の電流Ｉ３が電流Ｉと逆向きとなる場合が発生する。このとき、逆向きの電流Ｉ３がながれることにより直流ラインの電圧が、図５のハッチングで示すように供給される直流電圧Ｖdcよりも上昇するという現象が発生する。

そこで、本実施の形態では、図３に示すように、スイッチング回路４５１Ａ，４５１Ｂの入力側直流ラインのそれぞれに、スイッチング素子ＳＷ０と抵抗Ｒとの直列接続回路をスイッチング回路４５１Ａ，４５１Ｂに並列に設けた。そして、減速制御時には、オン制御を行っているスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ４またはスイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３のオンタイミングと同期して、スイッチング素子ＳＷ０をオンさせるようにした。

上述のように急激な減速動作をさせて、図３のＩcw_bのように逆起電力による逆向きの電流が流れた場合を考える。このとき、スイッチング素子ＳＷ０をオンとすることにより、電流Ｉcw_bはスイッチング素子ＳＷ０および抵抗Ｒを介してＧＮＤへ流れるため、直流ラインの電圧上昇を防止することができる。これにより、直流電圧Ｖdcが供給されている機器（例えば、圧力センサ３３）に過電圧が印加されるのを防止でき、過電圧による故障等を防止することができる。

（１）以上説明したように、真空バルブ１は、バルブプレート６と、バルブプレート６を駆動するモータ３１と、モータ３１の巻線３１２Ａ，３１２Ｂへの直流電圧Ｖdcの印加をオンオフするスイッチング回路４５１Ａ，４５１Ｂと、スイッチング回路４５１Ａ，４５１Ｂに入力される直流電圧Ｖdcの入力ラインにスイッチング回路４５１Ａ，４５１Ｂと並列に設けられ、電流の導通および遮断が可能な開閉回路（スイッチング素子ＳＷ０と抵抗Ｒとから成る直列接続回路）と、を備え、直列接続回路は、モータ３１の減速駆動時に、スイッチング回路４５１Ａ，４５１Ｂのオンタイミングと同期して遮断状態とされる。その結果、オンタイミングにおいて、逆起電力の発生の結果生じる回転駆動の電流Ｉ１とは逆向きの電流Ｉ３（Ｉcw_b）が開閉回路を介してＧＮＤに流れ、入力ラインの電圧がＶｃｄに維持される。

（２）なお、上述した実施の形態では、電流の導通および遮断が可能な開閉回路として、スイッチング素子ＳＷ０と抵抗Ｒとの直列接続回路を設けたが、開閉回路はこの構成に限定されない。

（３）さらに、図３の破線で示すように、入力ラインの電圧を検出する電圧センサ２００を設け、スイッチング素子ＳＷ０を、モータ３１の減速駆動時であって電圧センサ２００の検出電圧が所定閾値（Ｖｄｃ＋ΔＶ）以上の場合に、スイッチング回路４５１Ａ，４５１Ｂのオンタイミングと同期して上述した開閉回路を導通状態としても良い。ΔＶは、入力ラインの電圧が過電圧か否かを判定する判定値である。よって、入力ラインの電圧が所定閾値（Ｖｄｃ＋ΔＶ）を超えるのを防止することができる。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれら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、２…バルブ本体、３…バルブ駆動部、４…バルブ制御部、６…バルブプレート、３１…モータ、４１…主制御部、４４…ＤＣ−ＤＣコンバータ、４５…弁体駆動部、４５１Ａ，４５１Ｂ…スイッチング回路、４５２…モータ制御部、ＳＷ０〜ＳＷ２…スイッチング素子

Claims (3)

1. 弁体と、
   弁体を駆動するモータと、
   前記モータの巻線への直流電圧の印加をオンオフするスイッチング回路と、
   前記スイッチング回路に入力される直流電圧の入力ラインに前記スイッチング回路と並列に設けられ、電流の導通および遮断が可能な開閉回路と、を備え、
   前記開閉回路は、前記モータの減速駆動時に、前記スイッチング回路のオンタイミングと同期して導通状態とされる、真空バルブ。
2. 請求項１に記載の真空バルブにおいて、
   前記開閉回路は、スイッチング素子と抵抗とを直列接続した回路であり、
   前記スイッチング素子は、前記モータの減速駆動時に、前記スイッチング回路のオンタイミングと同期してオン状態とされる、真空バルブ。
3. 請求項１に記載の真空バルブにおいて、
   前記入力ラインの電圧を検出する電圧検出部をさらに備え、
   前記開閉回路は、前記モータの減速駆動時であって電圧検出部の検出電圧が所定閾値以上の場合に、前記スイッチング回路のオンタイミングと同期して導通状態とされる、真空バルブ。

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