JP3890561B2 - 弁開度を調整可能な２ポート真空バルブ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空チャンバと真空ポンプとの間に接続して真空チャンバ内を減圧する場合などに使用される２ポート真空バルブに関するものであり、更に詳しくは、弁開度を調整する機能を備えた２ポート真空バルブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体の製造工程においては、真空チャンバーの内部を真空ポンプで減圧する場合に、これらの真空チャンバーと真空ポンプとを結ぶ流路中に２ポート真空バルブを接続し、この真空バルブで流路を開閉するようにしている。このような用途に使用される真空バルブは、一般に、上記流路を開閉する弁部材をピストンで駆動するように構成されていて、該ピストンのストロークがそのまま弁部材の開度となっている。
【０００３】
ところが、上記真空チャンバーの容量や真空ポンプの減圧能力といった各種の使用条件によっては、その条件に合わせて真空バルブの開度を変更したり、流路を一気に全開放するのではなく、一旦制限的に開放して初期減圧を行ったあと全開放するといったように、複数段階に分けて開放するようなことを要求されるケースも多い。
【０００４】
しかしながら、従来の真空バルブは、上述したようにピストンのストロークがそのまま弁開度となっていて、その開度を調整することができなかったため、このような要求に応えることができなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、使用条件等によって弁開度を調整することができる、機能性に勝れた２ポート式真空バルブを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明によれば、真空チャンバ及び真空ポンプに接続するための第１及び第２の２つのメインポートと、これら両メインポートを結ぶ主流路とを備えたバルブハウジング、上記バルブハウジング内に設けられて上記主流路を開閉する主弁部材、上記バルブハウジングに結合され、内部にピストン室を有するシリンダー、上記ピストン室内に個別に摺動自在かつ互いに当接可能なるように収容された第１ピストン及び第２ピストン、上記第１ピストンとシリンダーの一端の第１端壁との間に形成された第１圧力室、及び第２ピストンとシリンダーの他端の第２端壁との間に形成された第２圧力室、上記第１圧力室及び第２圧力室にそれぞれ圧力流体を供給するための第１操作ポート及び第２操作ポート、上記シリンダーの第１端壁を摺動自在なるように貫通し、上記第１ピストンと主弁部材とを連結する第１ロッド、上記シリンダーの第２端壁を摺動自在なるように貫通し、一端が上記第２ピストンに連結されると共に、他端がシリンダーの外部に延出する第２ロッド、上記第２ロッドに位置調節自在なるように取り付けられたストッパと、このストッパが当接して停止する当接部とで構成された、上記第２ピストンの前進位置を規定するための位置決め機構、上記主弁部材を閉弁方向に弾発する復帰ばね、を有することを特徴とする開度調整可能な２ポート真空バルブが提供される。
【０００７】
上記構成を有する本発明の真空バルブにおいて、第２操作ポートから第２圧力室に圧力流体を供給すると、第２ピストンが第１ピストン側に向けて前進し、ストッパが当接部に当接する中間位置で停止する。上記第２操作ポートを加圧状態に保ったまま、第１操作ポートから第１圧力室に圧力流体を供給すると、復帰ばねで前進させられていた第１ピストンが上記第２ピストン側に向けて後退するため、主弁部材が開弁し、第１ピストンが第２ピストンに当接するまでの制限されたストローク分だけ主流路を開放する。このときの弁開度は、上記ストッパの位置を第２ロッドに沿って変更することにより、自由に調整することができる。
【０００８】
上述の状態から主弁部材を更に全開させる場合は、上記第１操作ポートを加圧状態に保ったまま、第２操作ポートを排気に切り換えると、第１ピストンと第２ピストンとが一体となって後退し、上記主弁部材が全開する。
【０００９】
かくして本発明の真空バルブによれば、主弁部材を駆動する第１ピストンのストロークを第２ピストンで規定するという簡単な手段によって、上記主弁部材の弁開度の調整や２段階の開弁等を実現することができる。
【００１０】
本発明においては、上記シリンダーのピストン室が全体に均一内径を有すると共に、上記第１ピストンと第２ピストンとが互いに同径である。
また、上記第１ピストン及び第２ピストンの相互に当接する面には、当接時に互いに嵌合し合う突部と凹部とを形成しておくことが望ましい。
【００１１】
本発明においては、上記主流路を制限的に開閉する副弁機構を設けることもできる。この副弁機構は、上記主流路を短絡するように形成された副流路と、該副流路を開閉する副弁部材と、上記第１ピストンの内部に摺動自在に収容された副ピストンと、上記第１ロッドの内部を移動自在に挿通し、上記副弁部材と副ピストンとを連結する副ロッドと、上記副ピストンに開弁方向の流体圧を作用させるための副圧力室と、この副圧力室に圧力流体を供給するための副操作ポートと、上記副弁部材を閉弁方向に弾発する復帰ばねとを有している。
【００１２】
また、上記副弁機構は、上記副弁部材の開度を調整するための調整シャフトを有し、この調整シャフトは、上記第２ロッド及び第２ピストンを摺動自在に貫通すると共に、上記第１ピストンにはねじ結合されて、先端が該第１ピストンの内部の副ピストンの背面に当接し、該第１ピストンとの結合位置を調整することによって上記副ピストンのストロークを調整可能であることが望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１〜４は本発明に係る２ポート真空バルブの互いに異なる動作状態を示すものである。この真空バルブは、円筒形又は角筒形をしたバルブハウジング１と、このバルブハウジング１の軸方向の一端に結合された同様形状のシリンダー２とを有している。
【００１４】
上記バルブハウジング１は、真空チャンバに接続するための第１メインポート４と、真空ポンプに接続するための第２メインポート５と、これらの両メインポート４，５を結ぶ主流路６とを有していて、この主流路６を開閉する主弁機構７と、この主流路６を短絡するように設けられた副流路６Ａを開閉する副弁機構８と、これらの主弁機構７及び副弁機構８の弁開度をそれぞれ調整するための第１及び第２の弁開度調整機構９，１０とが、この真空バルブに組み込まれている。なお、上記２つのメインポート４，５は、それらを真空チャンバ及び真空ポンプのどちらに接続しても良い。
【００１５】
上記主弁機構７は、主流路６中に形成された円環状の主弁座１３と、この主弁座１３を開閉する主弁部材１４と、上記シリンダー２のピストン室２ａ内に摺動自在に収容され、流体圧の作用により作動して該主弁部材１４を駆動する第１ピストン１５と、これらの主弁部材１４と第１ピストン１５とを相互に連結する第１ロッド１６とを有している。
【００１６】
上記主弁部材１４は、円板形をした弁基板１９の前面外縁部に、上記主弁座１３を開閉する環状のシール部材２０を取り付けたもので、上記弁基板１９には、上記副流路６Ａと、円環状をした副弁座２２とが形成されている。この副弁座２２は、弁基板１９の前面中央部にねじで固定された円環状の弁座ホルダ２１に設けられている。
【００１７】
上記第１ロッド１６の先端部は、上記弁基板１９の中央の結合孔内にシール部材を介して気密に嵌合し、止め輪等の固定手段によって固定されている。また、この第１ロッド１６の後端部は、上記シリンダー２の軸方向一端側の、上記バルブハウジング１との間を区画する第１端壁２５を摺動自在に貫通して、該シリンダー２内部のピストン室２ａ内に突出し、該ピストン室２ａに摺動自在に配設された上記第１ピストン１５に気密に連結されている。図中２６は、上記第１ロッド１６と第１端壁２５との間の気密を保つシール部材である。
【００１８】
上記第１ピストン１５は、その外周に、上記ピストン室２ａの内壁に気密に摺接するシール部材２７及びウエアリング２８を有している。また、この第１ピストン１５と上記第１端壁２５との間には第１圧力室２９が形成され、この第１圧力室２９が、シリンダー２の側壁に形成された第１操作ポート３０に連通している。従って、この第１操作ポート３０から第１圧力室２９に圧縮空気等の圧力流体が供給されると、上記第１ピストン１５が第２ピストン３２側に後退し、第１ロッド１６を介して主弁部材１４を後退させるため、該主弁部材１４が主弁座１３から離間して主流路６を開放する。
【００１９】
上記バルブハウジング１の内部には、主弁部材１４の弁基板１９に装着されたばね受け３４とシリンダー２の第１端壁２５との間に、上記主弁部材１４を閉弁方向に弾発する２つのコイルスプリング３３ａ，３３ｂからなる第１復帰ばね３３が設けられると共に、バルブハウジング１に支持されたベローズホルダ３６ａと上記主弁部材１４との間に、上記第１ロッド１６と２つのスプリングとを内包するベローズ３６が設けられている。そして、上述したように第１圧力室２９内に圧力流体が供給されて主弁部材１４が開弁した状態から、この圧力流体が排出されると、上記第１復帰ばね３３により主弁部材１４が復帰し、主弁座１３に着座して主流路６を閉鎖する。
【００２０】
上記主弁部材１４の弁開度を調整する第１弁開度調整機構９は、上記シリンダー２のピストン室２ａ内に上記第１ピストン１５とは個別に摺動自在、かつ互いに当接可能なるように収容された上記第２ピストン３２を有している。この第２ピストン３２の外周には、上記ピストン室２ａの内壁に気密に摺接するシール部材３７とウエアリング３８とが設けられている。また、この第２ピストン３２と上記シリンダー２の第２端壁３９との間には、第２圧力室４０が形成され、この第２圧力室４０が、シリンダー２の側壁に形成された第２操作ポート４１に連通している。そして、この第２操作ポート４１から第２圧力室４０に圧縮空気等の圧力流体を供給すると、上記第２ピストン３２が第１ピストン１５側に向けて規定位置まで前進し、その位置で該第１ピストン１５を受け止めるストッパの役目を果たすことによって該第１ピストン１５のストロークを制限するようになっている。なお、上記ピストン室２ａはその全長にわたって均一内径を有しており、従って、上記第１ピストン１５と第２ピストン３２とは互いに同径である。
【００２１】
上記第２ピストン３２の前進位置を規定するため、該第２ピストン３２には、第２ロッド４２が連結されている。この第２ロッド４２は円筒状をしていて、上記シリンダー２の第２端壁３９に形成された筒状部３９ａを気密にかつ摺動自在なるように貫通し、先端が第２圧力室４０内に延びて上記第２ピストン３２の背面中央部に連結され、反対側の基端部４２ａはシリンダー２の外部に延出している。また、この第２ロッド４２の基端側４２ａの外周にはねじが切られ、シリンダー２の外部に位置するねじ部分に、ナット状をしたストッパ４３が位置調節自在なるように取り付けられている。一方、上記第２端壁３９における筒状部３９ａの外端部には、上記ストッパ４３が当接して停止する当接部３９ｂが形成されている。そして、上述したように第２ピストン３２が流体圧の作用により前進すると、第２ロッド４２も一緒に前進して上記ストッパ４３が当接部３９ｂに当接し、その位置で第２ピストン３２が停止するようになっている。従って、上記ストッパ４３と当接部３９ｂとは、上記第２ピストン３２の前進位置を規定するための位置決め機構を形成するものである。なお、図中４４は、上記ストッパ４３を固定するためのロックナットである。
【００２２】
上記第１ピストン１５及び第２ピストン３２の相互に当接する面には、当接時に互いに嵌合し合う突部と凹部とが形成されている。図示の例では、第１ピストン１５の背面に、第２ピストン３２側に向けて突出する大径の第１突部１５ａと小径の第２突部１５ｂとが２段に形成され、これに対して第２ピストン３２の前面には、これらの突部１５ａ，１５ｂが嵌合する大径の第１凹部３２ａと小径の第２凹部３２ｂとが２段に形成されている。また、上記第２ピストン３２の背面には、第２端壁３９側に向けて突出する突部３２ｃが形成され、これに対して該第２端壁３９側には、第２ピストン３２の後退ストローク端において上記突部３２ｃが嵌合する凹部３９ｃが形成されている。
【００２３】
一方、上記副弁機構８は、上記主弁部材１４に設けられた副流路６Ａ中の副弁座２２を開閉する副弁部材４７と、流体圧の作用により作動して該副弁部材４７を駆動する副ピストン４８と、これらの副弁部材４７と副ピストン４８とを相互に連結する副ロッド４９とを有している。
【００２４】
上記副弁部材４７はニードル弁で構成され、この副弁部材４７が、上記第１ロッド１６の先端部に形成された中空部５１内に気密状態で前後方向に摺動自在なるように収容され、この副弁部材４７と第１ロッド１６に設けたばね座との間にコイルばねからなる第２復帰ばね５２が設けられ、この復帰ばね５２によって閉弁方向に弾発されている。なお、上記副弁座２２の開口径は当然ながら主弁座１３の開口径より小さい。
【００２５】
上記副ロッド４９は、中空状をした上記第１ロッド１６の内部に気密に且つ摺動自在に挿入されていて、その先端は上記副弁部材４７に連結され、該第１ロッド１６の後端部は、上記第１ピストン１５の内部に形成された副ピストン室５５内に突出し、この副ピストン室５５内に摺動自在に配設された上記副ピストン４８に気密に連結されている。
【００２６】
上記副ピストン４８は、その外周に設けたシール部材で副ピストン室５５の内壁に気密に摺接するようになっており、この副ピストン４８の前面側には、第１ピストン１５との間に副圧力室６０が形成され、この副圧力室６０とシリンダー２の側面に形成された副操作ポート６１とが、流路６２ａ〜６２ｃで相互に連通されている。この流路は、シリンダー２の内部に形成された孔状の流路部分６２ａと、上記第１ロッド１６の外周と第１端壁２５との間に形成された環状の流路部分６２ｂと、上記副ロッド４９の外周と第１ロッド１６との間に形成された環状の流路部分６２ｃとで形成されている。そして、上記副操作ポート６１から副圧力室６０に圧力流体が供給されると、上記副ピストン４８が後退し、副ロッド４９を介して副弁部材４７を後退させるため、該副弁部材４７が副弁座２２から離間して副流路６Ａを開放する。また、上記副圧力室６０内の圧力流体を排出すると、上記第２復帰ばね５２の弾発力により副弁部材４７が前進し、副弁座２２に当接して副流路６Ａを閉鎖する。
【００２７】
上記副弁部材４７の弁開度を調整する第２弁開度調整機構１０は、上記副ピストン４８の背面側から副ロッド４９とは逆向きに延びる調整シャフト６５を有している。この調整シャフト６５は、先端に小径のねじ部６５ａを有していて、上記第２ロッド４２及び第２ピストン３２を摺動自在に貫通すると共に、上記ねじ部６５ａが第１ピストン１５の第２突部１５ｂに設けられたねじ孔１５ｃにねじ結合され、先端が副ピストン室５５内に延出して上記副ピストン４８の背面に当接している。そして、この調整シャフト６５を回転させて第１ピストン１５との結合位置関係を調整することにより、上記副ピストン４８のストロークを調整可能となっている。
【００２８】
上記構成を有する真空バルブにおいて、真空チャンバの減圧に先立ち、第１及び第２操作ポート３０，４１と副操作ポート６１に圧力流体が供給されていないときは、主弁部材１４及び副弁部材４７がそれぞれ第１復帰ばね３３及び第２復帰ばね５２の弾発力によって閉弁位置に移動させられ、主弁座１３及び副弁座２２に当接することによって主流路６及び副流路６Ａをそれぞれ閉鎖している。
ここで、第２操作ポート４１から第２圧力室４０内に圧力流体を供給すると、図１に示すように第２ピストン３２及び第２ロッド４２が前進し、該第２ピストン３２は、第２ロッド４２上のストッパ４３が当接部３９ｂに当接する位置までストロークしてその位置に停止する。
【００２９】
次に、上記第２操作ポート４１を加圧状態にしたまま、図２に示すように、第１操作ポート３０から第１圧力室２９に圧力流体を供給すると、第１ピストン１５が、第１復帰ばね３３の弾発力に抗して上記第２ピストン３２側に向けて後退し、距離Ｘをストロークして該第２ピストン３２に当接した位置で停止する。これに伴って主弁部材１４も後退して主弁座１３から離れ、上記第１ピストン１５の制限されたストロークＸ分だけ主流路６を制限的に開放し、真空ポンプによる真空チャンバの減圧が行われる。このとき上記第１ピストン３２は、第１圧力室２９内の流体圧力により生じる作用力から、第１復帰ばね３３により生じる逆向きの作用力を引いた分の力で第２ピストンに当接しており、この力は第２ピストンに作用する流体圧作用力より小さいため、該第２ピストン３２が第１ピストン１５に押されて後退することはない。
【００３０】
真空チャンバが所要の真空圧になって、上記第１操作ポート３０を開放し、第１圧力室２９内の圧力流体を排出すると、図１に示すように、第１復帰ばね３３により主弁部材１４が復帰し、主弁座１３に着座して主流路６を閉鎖する。
【００３１】
かくして、上記第２操作ポート４１を加圧状態にして第２ピストン３２を規定位置に停止させたまま、第１操作ポート３０から第１圧力室２９に圧力流体を供給し又は排出して主弁部材１４を開閉することにより、主流路６を制限的に開閉することができ、真空バルブのコンダクタンスを全開時よりも小さく調整することができる。上記第２ピストン３２の停止位置は、第２ロッド４２上のストッパ４３の位置を調整することによって自由に調整することができ、これによって主弁部材１４の開放量、即ち弁開度が調整される。
【００３２】
また、上記主流路６の開放状態を、制限的な開放状態と全開状態との２段階に制御する場合には、図２のように該主流路６を制限的に開放した状態から、図３に示すように、上記第２操作ポート４１を開放して第２圧力室４０内の圧力流体を排出する。これにより、第２ピストン３２が第１ピストン１５によって後退させられるため、主弁部材１４が更に距離Ｙ（図２参照）を移動して主流路６を全開にする。
【００３３】
そして、この全開状態から上記第１操作ポート３０を開放し、第１圧力室２９内の圧力流体を排出すると、図４に示すように、第１復帰ばね３３により主弁部材１４が復帰し、主弁座１３に着座して主流路６を閉鎖する。
これにより、２段階に変化するコンダクタンスを持った真空バルブを得ることができる。
【００３４】
一方、上述したように主流路６を主弁機構７で開放する前に、副流路６Ａを副弁機構８で初期開放することにより、真空チャンバをスロー排気することができる。即ち、図１の状態から、副操作ポート６１を通じて副圧力室６０内に圧力流体を供給すると、副ピストン４８が動作し、副ロッド４９を介して副弁部材４７を副弁座２２から離間させるため、上記副流路６Ａが開放する。これにより、真空チャンバ内の気体は制限的に開口する副流路６Ａを通って徐々に排出され、該真空チャンバは緩速で排気される。
上記副ピストン４８のストローク即ち副弁部材４７の開口量は、調整シャフト６５を回転ささせて第１ピストン１５に対して進退させ、副ピストン４８内への突出量を調整することによって自由に調整することができる。
【００３５】
上記副弁機構８で真空チャンバが必要な圧力になるまで初期排気されると、上述したように、主弁機構７が動作して主弁部材１４が主流路６を開放し、残りの排気が行われる。このとき、上記主弁部材１４は、ストロークＸ分だけ制限的に開放しても、制限開放状態と全開状態との２段階にわたってストロークＸ＋Ｙ分を開放しても良く、後者のように２段階に開放する場合は、この主弁機構７と副弁機構８とによって３段階に変化するコンダクタンスを持った真空バルブを得ることができる。
真空チャンバが所要の真空圧になると、上記各操作ポート３０，４１，６１が開放され、主弁部材１４及び副弁部材４７が復帰して主流路６及び副流路６Ａをそれぞれ閉鎖する。
【００３６】
なお、上記主弁機構７のみを使用して副弁機構８を使用する必要がない場合には、この副弁機構８と上記第２弁開度調整機構１０とを真空バルブに組み込むのを省略することができる。即ち、これらの副弁機構８と第２弁開度調整機構１０及びそれらに関連する構成を有しない真空バルブとすることもできる。
【００３７】
【発明の効果】
このように本発明によれば、使用条件等によって弁開度を自由に調整することができる、機能性に勝れた２ポート真空バルブを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る２ポート真空バルブの一実施例を示す断面図である。
【図２】図１の真空バルブの異なる動作状態を示す断面図である。
【図３】図１の真空バルブの更に異なる動作状態を示す断面図である。
【図４】図１の真空バルブの更に異なる動作状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１ バルブハウジング
２ シリンダー
２ａ ピストン室
４ 第１メインポート
５ 第２メインポート
６ 主流路
６Ａ 副流路
８ 副弁機構
１４ 主弁部材
１５ 第１ピストン
１５ａ，１５ｂ 突部
１６ 第１ロッド
２５ 第１端壁
２９ 第１圧力室
３０ 第１操作ポート
３２ 第２ピストン
３２ａ，３２ｂ 凹部
３３ 第１復帰ばね
３９ 第２端壁
３９ｂ 当接部
４０ 第２圧力室
４２ 第２ロッド
４３ ストッパ
４７ 副弁部材
４８ 副ピストン
４９ 副ロッド
５２ 第２復帰ばね
６０ 副圧力室
６１ 副操作ポート
６５ 調整シャフト
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空チャンバと真空ポンプとの間に接続して真空チャンバ内を減圧する場合などに使用される２ポート真空バルブに関するものであり、更に詳しくは、弁開度を調整する機能を備えた２ポート真空バルブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体の製造工程においては、真空チャンバーの内部を真空ポンプで減圧する場合に、これらの真空チャンバーと真空ポンプとを結ぶ流路中に２ポート真空バルブを接続し、この真空バルブで流路を開閉するようにしている。このような用途に使用される真空バルブは、一般に、上記流路を開閉する弁部材をピストンで駆動するように構成されていて、該ピストンのストロークがそのまま弁部材の開度となっている。
【０００３】
ところが、上記真空チャンバーの容量や真空ポンプの減圧能力といった各種の使用条件によっては、その条件に合わせて真空バルブの開度を変更したり、流路を一気に全開放するのではなく、一旦制限的に開放して初期減圧を行ったあと全開放するといったように、複数段階に分けて開放するようなことを要求されるケースも多い。
【０００４】
しかしながら、従来の真空バルブは、上述したようにピストンのストロークがそのまま弁開度となっていて、その開度を調整することができなかったため、このような要求に応えることができなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、使用条件等によって弁開度を調整することができる、機能性に勝れた２ポート式真空バルブを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明によれば、真空チャンバ及び真空ポンプに接続するための第１及び第２の２つのメインポートと、これら両メインポートを結ぶ主流路とを備えたバルブハウジング、上記バルブハウジング内に設けられて上記主流路を開閉する主弁部材、上記バルブハウジングに結合され、内部にピストン室を有するシリンダー、上記ピストン室内に個別に摺動自在かつ互いに当接可能なるように収容された第１ピストン及び第２ピストン、上記第１ピストンとシリンダーの一端の第１端壁との間に形成された第１圧力室、及び第２ピストンとシリンダーの他端の第２端壁との間に形成された第２圧力室、上記第１圧力室及び第２圧力室にそれぞれ圧力流体を供給するための第１操作ポート及び第２操作ポート、上記シリンダーの第１端壁を摺動自在なるように貫通し、上記第１ピストンと主弁部材とを連結する第１ロッド、上記シリンダーの第２端壁を摺動自在なるように貫通し、一端が上記第２ピストンに連結されると共に、他端がシリンダーの外部に延出する第２ロッド、上記第２ロッドに位置調節自在なるように取り付けられたストッパと、このストッパが当接して停止する当接部とで構成された、上記第２ピストンの前進位置を規定するための位置決め機構、上記主弁部材を閉弁方向に弾発する復帰ばね、を有することを特徴とする開度調整可能な２ポート真空バルブが提供される。
【０００７】
上記構成を有する本発明の真空バルブにおいて、第２操作ポートから第２圧力室に圧力流体を供給すると、第２ピストンが第１ピストン側に向けて前進し、ストッパが当接部に当接する中間位置で停止する。上記第２操作ポートを加圧状態に保ったまま、第１操作ポートから第１圧力室に圧力流体を供給すると、復帰ばねで前進させられていた第１ピストンが上記第２ピストン側に向けて後退するため、主弁部材が開弁し、第１ピストンが第２ピストンに当接するまでの制限されたストローク分だけ主流路を開放する。このときの弁開度は、上記ストッパの位置を第２ロッドに沿って変更することにより、自由に調整することができる。
【０００８】
上述の状態から主弁部材を更に全開させる場合は、上記第１操作ポートを加圧状態に保ったまま、第２操作ポートを排気に切り換えると、第１ピストンと第２ピストンとが一体となって後退し、上記主弁部材が全開する。
【０００９】
かくして本発明の真空バルブによれば、主弁部材を駆動する第１ピストンのストロークを第２ピストンで規定するという簡単な手段によって、上記主弁部材の弁開度の調整や２段階の開弁等を実現することができる。
【００１０】
本発明においては、上記シリンダーのピストン室が全体に均一内径を有すると共に、上記第１ピストンと第２ピストンとが互いに同径である。
また、上記第１ピストン及び第２ピストンの相互に当接する面には、当接時に互いに嵌合し合う突部と凹部とを形成しておくことが望ましい。
【００１１】
本発明においては、上記主流路を制限的に開閉する副弁機構を設けることもできる。この副弁機構は、上記主流路を短絡するように形成された副流路と、該副流路を開閉する副弁部材と、上記第１ピストンの内部に摺動自在に収容された副ピストンと、上記第１ロッドの内部を移動自在に挿通し、上記副弁部材と副ピストンとを連結する副ロッドと、上記副ピストンに開弁方向の流体圧を作用させるための副圧力室と、この副圧力室に圧力流体を供給するための副操作ポートと、上記副弁部材を閉弁方向に弾発する復帰ばねとを有している。
【００１２】
また、上記副弁機構は、上記副弁部材の開度を調整するための調整シャフトを有し、この調整シャフトは、上記第２ロッド及び第２ピストンを摺動自在に貫通すると共に、上記第１ピストンにはねじ結合されて、先端が該第１ピストンの内部の副ピストンの背面に当接し、該第１ピストンとの結合位置を調整することによって上記副ピストンのストロークを調整可能であることが望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１〜４は本発明に係る２ポート真空バルブの互いに異なる動作状態を示すものである。この真空バルブは、円筒形又は角筒形をしたバルブハウジング１と、このバルブハウジング１の軸方向の一端に結合された同様形状のシリンダー２とを有している。
【００１４】
上記バルブハウジング１は、真空チャンバに接続するための第１メインポート４と、真空ポンプに接続するための第２メインポート５と、これらの両メインポート４，５を結ぶ主流路６とを有していて、この主流路６を開閉する主弁機構７と、この主流路６を短絡するように設けられた副流路６Ａを開閉する副弁機構８と、これらの主弁機構７及び副弁機構８の弁開度をそれぞれ調整するための第１及び第２の弁開度調整機構９，１０とが、この真空バルブに組み込まれている。なお、上記２つのメインポート４，５は、それらを真空チャンバ及び真空ポンプのどちらに接続しても良い。
【００１５】
上記主弁機構７は、主流路６中に形成された円環状の主弁座１３と、この主弁座１３を開閉する主弁部材１４と、上記シリンダー２のピストン室２ａ内に摺動自在に収容され、流体圧の作用により作動して該主弁部材１４を駆動する第１ピストン１５と、これらの主弁部材１４と第１ピストン１５とを相互に連結する第１ロッド１６とを有している。
【００１６】
上記主弁部材１４は、円板形をした弁基板１９の前面外縁部に、上記主弁座１３を開閉する環状のシール部材２０を取り付けたもので、上記弁基板１９には、上記副流路６Ａと、円環状をした副弁座２２とが形成されている。この副弁座２２は、弁基板１９の前面中央部にねじで固定された円環状の弁座ホルダ２１に設けられている。
【００１７】
上記第１ロッド１６の先端部は、上記弁基板１９の中央の結合孔内にシール部材を介して気密に嵌合し、止め輪等の固定手段によって固定されている。また、この第１ロッド１６の後端部は、上記シリンダー２の軸方向一端側の、上記バルブハウジング１との間を区画する第１端壁２５を摺動自在に貫通して、該シリンダー２内部のピストン室２ａ内に突出し、該ピストン室２ａに摺動自在に配設された上記第１ピストン１５に気密に連結されている。図中２６は、上記第１ロッド１６と第１端壁２５との間の気密を保つシール部材である。
【００１８】
上記第１ピストン１５は、その外周に、上記ピストン室２ａの内壁に気密に摺接するシール部材２７及びウエアリング２８を有している。また、この第１ピストン１５と上記第１端壁２５との間には第１圧力室２９が形成され、この第１圧力室２９が、シリンダー２の側壁に形成された第１操作ポート３０に連通している。従って、この第１操作ポート３０から第１圧力室２９に圧縮空気等の圧力流体が供給されると、上記第１ピストン１５が第２ピストン３２側に後退し、第１ロッド１６を介して主弁部材１４を後退させるため、該主弁部材１４が主弁座１３から離間して主流路６を開放する。
【００１９】
上記バルブハウジング１の内部には、主弁部材１４の弁基板１９に装着されたばね受け３４とシリンダー２の第１端壁２５との間に、上記主弁部材１４を閉弁方向に弾発する２つのコイルスプリング３３ａ，３３ｂからなる第１復帰ばね３３が設けられると共に、バルブハウジング１に支持されたベローズホルダ３６ａと上記主弁部材１４との間に、上記第１ロッド１６と２つのスプリングとを内包するベローズ３６が設けられている。そして、上述したように第１圧力室２９内に圧力流体が供給されて主弁部材１４が開弁した状態から、この圧力流体が排出されると、上記第１復帰ばね３３により主弁部材１４が復帰し、主弁座１３に着座して主流路６を閉鎖する。
【００２０】
上記主弁部材１４の弁開度を調整する第１弁開度調整機構９は、上記シリンダー２のピストン室２ａ内に上記第１ピストン１５とは個別に摺動自在、かつ互いに当接可能なるように収容された上記第２ピストン３２を有している。この第２ピストン３２の外周には、上記ピストン室２ａの内壁に気密に摺接するシール部材３７とウエアリング３８とが設けられている。また、この第２ピストン３２と上記シリンダー２の第２端壁３９との間には、第２圧力室４０が形成され、この第２圧力室４０が、シリンダー２の側壁に形成された第２操作ポート４１に連通している。そして、この第２操作ポート４１から第２圧力室４０に圧縮空気等の圧力流体を供給すると、上記第２ピストン３２が第１ピストン１５側に向けて規定位置まで前進し、その位置で該第１ピストン１５を受け止めるストッパの役目を果たすことによって該第１ピストン１５のストロークを制限するようになっている。なお、上記ピストン室２ａはその全長にわたって均一内径を有しており、従って、上記第１ピストン１５と第２ピストン３２とは互いに同径である。
【００２１】
上記第２ピストン３２の前進位置を規定するため、該第２ピストン３２には、第２ロッド４２が連結されている。この第２ロッド４２は円筒状をしていて、上記シリンダー２の第２端壁３９に形成された筒状部３９ａを気密にかつ摺動自在なるように貫通し、先端が第２圧力室４０内に延びて上記第２ピストン３２の背面中央部に連結され、反対側の基端部４２ａはシリンダー２の外部に延出している。また、この第２ロッド４２の基端側４２ａの外周にはねじが切られ、シリンダー２の外部に位置するねじ部分に、ナット状をしたストッパ４３が位置調節自在なるように取り付けられている。一方、上記第２端壁３９における筒状部３９ａの外端部には、上記ストッパ４３が当接して停止する当接部３９ｂが形成されている。そして、上述したように第２ピストン３２が流体圧の作用により前進すると、第２ロッド４２も一緒に前進して上記ストッパ４３が当接部３９ｂに当接し、その位置で第２ピストン３２が停止するようになっている。従って、上記ストッパ４３と当接部３９ｂとは、上記第２ピストン３２の前進位置を規定するための位置決め機構を形成するものである。なお、図中４４は、上記ストッパ４３を固定するためのロックナットである。
【００２２】
上記第１ピストン１５及び第２ピストン３２の相互に当接する面には、当接時に互いに嵌合し合う突部と凹部とが形成されている。図示の例では、第１ピストン１５の背面に、第２ピストン３２側に向けて突出する大径の第１突部１５ａと小径の第２突部１５ｂとが２段に形成され、これに対して第２ピストン３２の前面には、これらの突部１５ａ，１５ｂが嵌合する大径の第１凹部３２ａと小径の第２凹部３２ｂとが２段に形成されている。また、上記第２ピストン３２の背面には、第２端壁３９側に向けて突出する突部３２ｃが形成され、これに対して該第２端壁３９側には、第２ピストン３２の後退ストローク端において上記突部３２ｃが嵌合する凹部３９ｃが形成されている。
【００２３】
一方、上記副弁機構８は、上記主弁部材１４に設けられた副流路６Ａ中の副弁座２２を開閉する副弁部材４７と、流体圧の作用により作動して該副弁部材４７を駆動する副ピストン４８と、これらの副弁部材４７と副ピストン４８とを相互に連結する副ロッド４９とを有している。
【００２４】
上記副弁部材４７はニードル弁で構成され、この副弁部材４７が、上記第１ロッド１６の先端部に形成された中空部５１内に気密状態で前後方向に摺動自在なるように収容され、この副弁部材４７と第１ロッド１６に設けたばね座との間にコイルばねからなる第２復帰ばね５２が設けられ、この復帰ばね５２によって閉弁方向に弾発されている。なお、上記副弁座２２の開口径は当然ながら主弁座１３の開口径より小さい。
【００２５】
上記副ロッド４９は、中空状をした上記第１ロッド１６の内部に気密に且つ摺動自在に挿入されていて、その先端は上記副弁部材４７に連結され、該第１ロッド１６の後端部は、上記第１ピストン１５の内部に形成された副ピストン室５５内に突出し、この副ピストン室５５内に摺動自在に配設された上記副ピストン４８に気密に連結されている。
【００２６】
上記副ピストン４８は、その外周に設けたシール部材で副ピストン室５５の内壁に気密に摺接するようになっており、この副ピストン４８の前面側には、第１ピストン１５との間に副圧力室６０が形成され、この副圧力室６０とシリンダー２の側面に形成された副操作ポート６１とが、流路６２ａ〜６２ｃで相互に連通されている。この流路は、シリンダー２の内部に形成された孔状の流路部分６２ａと、上記第１ロッド１６の外周と第１端壁２５との間に形成された環状の流路部分６２ｂと、上記副ロッド４９の外周と第１ロッド１６との間に形成された環状の流路部分６２ｃとで形成されている。そして、上記副操作ポート６１から副圧力室６０に圧力流体が供給されると、上記副ピストン４８が後退し、副ロッド４９を介して副弁部材４７を後退させるため、該副弁部材４７が副弁座２２から離間して副流路６Ａを開放する。また、上記副圧力室６０内の圧力流体を排出すると、上記第２復帰ばね５２の弾発力により副弁部材４７が前進し、副弁座２２に当接して副流路６Ａを閉鎖する。
【００２７】
上記副弁部材４７の弁開度を調整する第２弁開度調整機構１０は、上記副ピストン４８の背面側から副ロッド４９とは逆向きに延びる調整シャフト６５を有している。この調整シャフト６５は、先端に小径のねじ部６５ａを有していて、上記第２ロッド４２及び第２ピストン３２を摺動自在に貫通すると共に、上記ねじ部６５ａが第１ピストン１５の第２突部１５ｂに設けられたねじ孔１５ｃにねじ結合され、先端が副ピストン室５５内に延出して上記副ピストン４８の背面に当接している。そして、この調整シャフト６５を回転させて第１ピストン１５との結合位置関係を調整することにより、上記副ピストン４８のストロークを調整可能となっている。
【００２８】
上記構成を有する真空バルブにおいて、真空チャンバの減圧に先立ち、第１及び第２操作ポート３０，４１と副操作ポート６１に圧力流体が供給されていないときは、主弁部材１４及び副弁部材４７がそれぞれ第１復帰ばね３３及び第２復帰ばね５２の弾発力によって閉弁位置に移動させられ、主弁座１３及び副弁座２２に当接することによって主流路６及び副流路６Ａをそれぞれ閉鎖している。
ここで、第２操作ポート４１から第２圧力室４０内に圧力流体を供給すると、図１に示すように第２ピストン３２及び第２ロッド４２が前進し、該第２ピストン３２は、第２ロッド４２上のストッパ４３が当接部３９ｂに当接する位置までストロークしてその位置に停止する。
【００２９】
次に、上記第２操作ポート４１を加圧状態にしたまま、図２に示すように、第１操作ポート３０から第１圧力室２９に圧力流体を供給すると、第１ピストン１５が、第１復帰ばね３３の弾発力に抗して上記第２ピストン３２側に向けて後退し、距離Ｘをストロークして該第２ピストン３２に当接した位置で停止する。これに伴って主弁部材１４も後退して主弁座１３から離れ、上記第１ピストン１５の制限されたストロークＸ分だけ主流路６を制限的に開放し、真空ポンプによる真空チャンバの減圧が行われる。このとき上記第１ピストン３２は、第１圧力室２９内の流体圧力により生じる作用力から、第１復帰ばね３３により生じる逆向きの作用力を引いた分の力で第２ピストンに当接しており、この力は第２ピストンに作用する流体圧作用力より小さいため、該第２ピストン３２が第１ピストン１５に押されて後退することはない。
【００３０】
真空チャンバが所要の真空圧になって、上記第１操作ポート３０を開放し、第１圧力室２９内の圧力流体を排出すると、図１に示すように、第１復帰ばね３３により主弁部材１４が復帰し、主弁座１３に着座して主流路６を閉鎖する。
【００３１】
かくして、上記第２操作ポート４１を加圧状態にして第２ピストン３２を規定位置に停止させたまま、第１操作ポート３０から第１圧力室２９に圧力流体を供給し又は排出して主弁部材１４を開閉することにより、主流路６を制限的に開閉することができ、真空バルブのコンダクタンスを全開時よりも小さく調整することができる。上記第２ピストン３２の停止位置は、第２ロッド４２上のストッパ４３の位置を調整することによって自由に調整することができ、これによって主弁部材１４の開放量、即ち弁開度が調整される。
【００３２】
また、上記主流路６の開放状態を、制限的な開放状態と全開状態との２段階に制御する場合には、図２のように該主流路６を制限的に開放した状態から、図３に示すように、上記第２操作ポート４１を開放して第２圧力室４０内の圧力流体を排出する。これにより、第２ピストン３２が第１ピストン１５によって後退させられるため、主弁部材１４が更に距離Ｙ（図２参照）を移動して主流路６を全開にする。
【００３３】
そして、この全開状態から上記第１操作ポート３０を開放し、第１圧力室２９内の圧力流体を排出すると、図４に示すように、第１復帰ばね３３により主弁部材１４が復帰し、主弁座１３に着座して主流路６を閉鎖する。
これにより、２段階に変化するコンダクタンスを持った真空バルブを得ることができる。
【００３４】
一方、上述したように主流路６を主弁機構７で開放する前に、副流路６Ａを副弁機構８で初期開放することにより、真空チャンバをスロー排気することができる。即ち、図１の状態から、副操作ポート６１を通じて副圧力室６０内に圧力流体を供給すると、副ピストン４８が動作し、副ロッド４９を介して副弁部材４７を副弁座２２から離間させるため、上記副流路６Ａが開放する。これにより、真空チャンバ内の気体は制限的に開口する副流路６Ａを通って徐々に排出され、該真空チャンバは緩速で排気される。
上記副ピストン４８のストローク即ち副弁部材４７の開口量は、調整シャフト６５を回転ささせて第１ピストン１５に対して進退させ、副ピストン４８内への突出量を調整することによって自由に調整することができる。
【００３５】
上記副弁機構８で真空チャンバが必要な圧力になるまで初期排気されると、上述したように、主弁機構７が動作して主弁部材１４が主流路６を開放し、残りの排気が行われる。このとき、上記主弁部材１４は、ストロークＸ分だけ制限的に開放しても、制限開放状態と全開状態との２段階にわたってストロークＸ＋Ｙ分を開放しても良く、後者のように２段階に開放する場合は、この主弁機構７と副弁機構８とによって３段階に変化するコンダクタンスを持った真空バルブを得ることができる。
真空チャンバが所要の真空圧になると、上記各操作ポート３０，４１，６１が開放され、主弁部材１４及び副弁部材４７が復帰して主流路６及び副流路６Ａをそれぞれ閉鎖する。
【００３６】
なお、上記主弁機構７のみを使用して副弁機構８を使用する必要がない場合には、この副弁機構８と上記第２弁開度調整機構１０とを真空バルブに組み込むのを省略することができる。即ち、これらの副弁機構８と第２弁開度調整機構１０及びそれらに関連する構成を有しない真空バルブとすることもできる。
【００３７】
【発明の効果】
このように本発明によれば、使用条件等によって弁開度を自由に調整することができる、機能性に勝れた２ポート真空バルブを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る２ポート真空バルブの一実施例を示す断面図である。
【図２】図１の真空バルブの異なる動作状態を示す断面図である。
【図３】図１の真空バルブの更に異なる動作状態を示す断面図である。
【図４】図１の真空バルブの更に異なる動作状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１ バルブハウジング
２ シリンダー
２ａ ピストン室
４ 第１メインポート
５ 第２メインポート
６ 主流路
６Ａ 副流路
８ 副弁機構
１４ 主弁部材
１５ 第１ピストン
１５ａ，１５ｂ 突部
１６ 第１ロッド
２５ 第１端壁
２９ 第１圧力室
３０ 第１操作ポート
３２ 第２ピストン
３２ａ，３２ｂ 凹部
３３ 第１復帰ばね
３９ 第２端壁
３９ｂ 当接部
４０ 第２圧力室
４２ 第２ロッド
４３ ストッパ
４７ 副弁部材
４８ 副ピストン
４９ 副ロッド
５２ 第２復帰ばね
６０ 副圧力室
６１ 副操作ポート
６５ 調整シャフト
Claims (6)
- 第１メインポート及び第２メインポートと、これらの両メインポートを結ぶ主流路とを備えたバルブハウジング、
上記バルブハウジング内に設けられて上記主流路を開閉する主弁部材、
上記バルブハウジングに結合されたシリンダー、
上記シリンダーのピストン室内に個別に摺動自在、かつ互いに当接可能なるように収容された第１ピストン及び第２ピストン、
上記第１ピストンとシリンダー一端側の第１端壁との間に形成された第１圧力室、及び第２ピストンとシリンダー他端側の第２端壁との間に形成された第２圧力室、
上記第１圧力室及び第２圧力室にそれぞれ圧力流体を供給するための第１操作ポート及び第２操作ポート、
上記シリンダーの第１端壁を摺動自在なるように貫通し、上記第１ピストンと主弁部材とを連結する第１ロッド、
上記シリンダーの第２端壁を摺動自在なるように貫通し、一端が上記第２ピストンに連結されると共に、他端がシリンダーの外部に延出する第２ロッド、
上記第２ロッドに位置調節自在なるように取り付けられたストッパと、このストッパが当接して停止する当接部とで構成された、上記第２ピストンの前進位置を規定するための位置決め機構、
上記主弁部材を閉弁方向に弾発する復帰ばね、
を有することを特徴とする開度調整可能な２ポート真空バルブ。 - 上記シリンダーのピストン室が全体に均一内径を有すると共に、上記第１ピストンと第２ピストンとが互いに同径であることを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
- 上記第１ピストン及び第２ピストンの相互に当接する面に、当接時に互いに嵌合し合う突部と凹部とが形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空バルブ。
- 上記主流路を制限的に開閉する副弁機構を有することを特徴とする請求項１から３までの何れかに記載の真空バルブ。
- 上記副弁機構が、上記主流路を短絡するように形成された副流路と、この副流路を開閉する副弁部材と、上記第１ピストンの内部に摺動自在に収容された副ピストンと、上記第１ロッドの内部を移動自在に挿通し、上記副弁部材と副ピストンとを連結する副ロッドと、上記副ピストンに開弁方向の流体圧を作用させるための副圧力室と、この副圧力室に圧力流体を供給するための副操作ポートと、上記副弁部材を閉弁方向に弾発する復帰ばねと、を有することを特徴とする請求項４に記載の真空バルブ。
- 上記副弁機構が、上記副弁部材の開度を調整するための調整シャフトを有し、この調整シャフトは、上記第２ロッド及び第２ピストンを摺動自在に貫通すると共に、上記第１ピストンにはねじ結合されて、先端が該第１ピストンの内部の副ピストンの背面に当接し、該第１ピストンとの結合位置を調整することによって上記副ピストンのストロークを調整可能なるように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の真空バルブ。
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