JP5331867B2

JP5331867B2 - 真空圧力制御装置

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Publication number: JP5331867B2
Application number: JP2011274087A
Authority: JP
Inventors: 哲兒郎河野; 雅之渡辺; 光村雲
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2011-01-13
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2031-12-15
Also published as: KR101312378B1; KR20120082361A; JP2012160168A

Description

本発明は、真空容器と真空ポンプとを接続する配管上であって開度を変化させることにより真空容器内の真空圧力を変化させ、弁座と前記弁座と当接又は離間する弾性シール部材を備える弁体とエア式シリンダとを備える真空比例開閉弁と、真空容器内の真空圧力を計測する圧力センサと、真空容器内の圧力を制御するコントローラと、を有する真空圧力制御装置に関する。

従来、この種の技術として、本出願人が出願した下記の特許文献１に記載される真空比例開閉弁がある。真空比例開閉弁は、反応室内におけるパーティクルの巻き上がり防止を目的とするものである。真空比例開閉弁は、反応室内の真空圧力を大気圧又は大気圧に近い低真空から目標真空圧力値にまで到達させる真空引き過程において、パーティクルが巻き上がらないように反応室内からの材料ガスをスロー排気する。
しかし、図２１に示す特許文献１の真空比例開閉弁１０１は、遮断状態となるとＯリング１０８と弁座１０６が固着する問題があった。すなわち、Ｏリング１０８と弁座１０６は、遮断状態においては密着するうえ、反応室内から排出される材料ガスは常温で析出するため、材料ガスの析出などが要因となり固着することがあった。
そこで、特許文献１の真空比例開閉弁１０１はＯリング１０８と弁座１０６が固着しないようにするために、ヒータ１１０により弁座１０６を加熱している。弁座１０６が加熱されることにより、材料ガスの析出を防止しＯリング１０８と弁座１０６が固着することを防止することができる。

特開２０００−１６３１３６号公報

しかしながら、従来技術には、以下の問題があった。
すなわち、弾性体のＯリング１０８が弁座１０６に固着することの防止対策として、ヒータ１１０を用いているが、ヒータ１１０は、真空比例開閉弁１０１に合わせた特殊なヒータであるため高額である。そのためコストが増大するため問題となる。

また、万が一、ヒータ１１０が断線してしまうと、Ｏリング１０８の固着が発生して、スロー排気制御開始時に圧力が急激に下降してしまう問題があった。ヒータ１１０が断線し、ヒータがない状態の問題点を、図１６乃至図２１を用いて説明する。図１７は、横軸が時間、縦軸が圧力等の高低等を示す。また、真空容器内の圧力、真空比例開閉弁のストローク、及びエア式シリンダの内圧を線グラフで表した図である。
図１７における、真空容器内の圧力Ｘ、真空比例開閉弁のストロークＹ、及びエア式シリンダの内圧Ｚは、ヒータ１１０が断線した場合の真空容器及び真空比例開閉弁１０１の線グラフを示す。
また、図１７における、真空容器内の圧力Ｑ、真空比例開閉弁のストロークＲ、及びエア式シリンダの内圧Ｓは、ヒータ１１０が通常運転されている場合の真空比例開閉弁１０１の線グラフを示す。

具体的には、第１に、図１８に示すように、ヒータが断線した場合には、材料ガスなどが要因となってＯリング１０８が弁座１０６に固着する。図１７に示すように、Ｏリング１０８が弁座１０６から一部離間し始めるまでの時間Ｔ１がある。ヒータが断線しているため、ヒータ作動時のＯリング１０８が弁座１０６から一部離間し始める時間Ｔ１０と比較して時間Ｔ２０だけ長く時間が掛かる。
時間Ｔ２０の間においては、Ｏリング１０８が弁座１０６に固着し、かつ、排気が発生しない状態では制御装置はストロークを上げて排気させようとするため、制御装置はシリンダの内圧Ｚを上昇させ続ける。そのため、Ｏリング１０８が弾性変形して伸びストロークＹは上昇し続ける。

第２に、時間Ｔ２の間においては、スロー排気が始まったことで圧力Ｘが下がり始め、設定圧力Ｑに合わせようと制御装置によりシリンダの内圧Ｚを下げる指令が出される。しかし、Ｏリング１０８と弁座１０６の「固着はがれ」が始まると短時間で「完全はがれ」まで進む。そのため、ストロークＹは、それまでに上昇したシリンダの内圧Ｚにより勢いよくＯリング１０８と弁座１０６は離れてストロークの値がＰ２となるまで上昇してしまう。その後ストロークＹは下降するが、圧力ＸはストロークＹの戻りが遅いため、大きくアンダーシュートしてしまう。
第３に、時間Ｔ３の間においては、下がりすぎた圧力Ｘを圧力Ｑに戻すため、シリンダの内圧Ｚをさらに下げ、Ｏリング１０８と弁座１０６を密着させて圧力Ｘの上昇を待つ。しかし、Ｏリング１０８と弁座１０６を密着させておくことで固着が発生するため、上記時間Ｔ２０、Ｔ２の現象をくり返す結果となる。ヒータ作動時においては固着の発生がないため、固着をはがすためのシリンダの内圧値Ｐ３の発生がなく、ストロークＰ２の発生がなく、圧力Ｐ１の降下もない。そのため、シリンダの内圧Ｓ、ストロークＲにより設定圧力Ｑを実施できる。

そこで、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的はヒータを使用せずに真空圧力容器の圧力のアンダーシュートを防止する真空圧力制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様における真空圧力制御装置は、以下の構成を有する。
（１）真空容器と真空ポンプとを接続する配管上であって開度を変化させることにより真空容器内の真空圧力を変化させ、弁座と前記弁座と当接又は離間する弾性シール部材を備える弁体とエア式シリンダを備える真空比例開閉弁と、前記真空容器内の真空圧力を計測する圧力センサと、前記真空容器内の圧力を制御するコントローラと、を有する真空圧力制御装置において、前記圧力センサにより計測された前記真空容器内の圧力が一定以上の圧力下降率となったときに、前記エア式シリンダの内圧を排気する。
（２）（１）に記載する真空圧力制御装置において、前記真空比例開閉弁に電空比例開閉弁と３方弁が接続していること、前記３方弁が前記エア式シリンダの内圧を排気すること、が好ましい。
（３）（１）に記載する真空圧力制御装置において、前記一定以上の圧力下降率は、前記弁座から前記弾性シール部材の一部が離脱したときに発生するものであること、が好ましい。
（４）（１）に記載する真空圧力制御装置において、前記エア式シリンダの内圧を検知するシリンダ内圧検知器を有すること、前記エア式シリンダの内圧が一定の内圧値を前記シリンダ内圧検知器が検出したときに、前記エア式シリンダの内圧の排気を停止すること、が好ましい。
（５）（４）に記載する真空圧力制御装置において、前記コントローラが前記真空比例開閉弁にヒータが備えられている場合における前記真空容器内の圧力が降下し始める値である前記エア式シリンダの内圧の基準値をあらかじめ記憶していること、一定の内圧値は、前記エア式シリンダの内圧の基準値であること、が好ましい。
（６）（１）に記載する真空比例開閉弁において、前記エア式シリンダの内圧を排気するときに、一定の時間を経過した時に、前記エア式シリンダの内圧の排気を停止すること、が好ましい。

上記真空圧力制御装置の作用及び効果について説明する。
（１）真空容器と真空ポンプとを接続する配管上であって開度を変化させることにより真空容器内の真空圧力を変化させ、弁座と前記弁座と当接又は離間する弾性シール部材を備える弁体とエア式シリンダを備える真空比例開閉弁と、前記真空容器内の真空圧力を計測する圧力センサと、前記真空容器内の圧力を制御するコントローラと、を有する真空圧力制御装置において、前記圧力センサにより計測された前記真空容器内の圧力が一定以上の圧力下降率となったときに、前記エア式シリンダの内圧を排気することにより、エア式シリンダの内圧を一気に下げることができる。エア式シリンダの内圧を一気に下げることにより、ストロークが大きい場合にも、弁体を直に閉めることができる。そのため、上述の課題において説明した時間Ｔ２を短くすることができる。弁体を直ちに閉めることができるので、圧力の下降量を減少させることができ、アンダーシュートを低減することができる。
また、ヒータがない状態であってもアンダーシュートを低減することができるため、ヒータを設ける必要がない。そのため、ヒータを設けなくて済むためコストの低減を図ることができる。
（２）真空比例開閉弁に電空比例開閉弁と３方弁が接続していること、３方弁が真空容器内の圧力を排気することにより、エア式シリンダの内圧を急速に下げることができる。すなわち、電空比例開閉弁を使用して、エア式シリンダの内圧を下げるには時間が掛かるが、３方弁を用いることによりエア式シリンダの内圧を急速に下げることができる。

（３）一定以上の圧力下降率は、弁座から弾性シール部材の一部が離脱したときに発生するものであることにより、圧力が下がるときを認識することができる。圧力が下がるときを認識することができることにより、エア式シリンダの内圧を一気に下げることができる。そのため、弁体を直ちに閉めることができ、Ｏリングと弁座に隙間を形成するための時間を短縮することができる。弁体を直に閉めることができるので、圧力の下降量を減少させることができ、アンダーシュートを低減することができる。
また、ヒータがない状態であってもアンダーシュートを低減することができるため、ヒータを設ける必要がない。そのため、ヒータを設けなくて済むためコストの低減を図ることができる。
（４）エア式シリンダの内圧を検知するシリンダ内圧検知器を有すること、エア式シリンダの内圧が一定の内圧値をシリンダ内圧検知器が検出したときに、エア式シリンダの内圧の排気を停止することにより、エア式シリンダの内圧が過度に下がることを防止することができる。エア式シリンダの内圧が過度に下がると、その後のスロー排気制御に悪影響がでるためである。すなわち、一度下がったエア式シリンダの内圧を上げるために時間が掛かる。そのため、その後の本来の真空比例開閉弁の目的である真空引きに時間が掛かることになるため問題となる。
しかし、本発明においては、当該問題を解決し、エア式シリンダの内圧を上げるのに時間を掛けず、さらに、アンダーシュートを低減することができる。

（５）コントローラが真空比例開閉弁にヒータが備えられている場合における真空容器内の圧力が降下し始める値であるエア式シリンダの内圧の基準値をあらかじめ記憶していること、一定の内圧値は、エア式シリンダの内圧の基準値であること、により、エア式シリンダの内圧が下がりすぎたときを認識することができる。エア式シリンダの内圧が過度に下がることを認識できることにより、エア式シリンダの内圧が過度に下がることを防止することができる。エア式シリンダの内圧が過度に下がると、その後のスロー排気制御に悪影響がでるためである。すなわち、一度下がったエア式シリンダの内圧を上げるために時間が掛かる。そのため、その後の本来の真空比例開閉弁の目的である真空引きに時間が掛かることになるため問題となる。
（６）エア式シリンダの内圧を排気するときに、一定の時間を経過した時に、エア式シリンダの内圧の排気を停止することにより、シリンダ内圧検知器を設けずに、エア式シリンダの内圧が過度に下がることを防止することができる。
すなわち、エア式シリンダの内圧が過度に下がる前にエア式シリンダの内圧の排気を停止することができれば、エア式シリンダの内圧が過度に下がるのを防止することができる。

本発明に係る真空圧力制御装置のブロック図（１）である。本発明に係る真空圧力制御装置のブロック図（２）である。本発明に係る圧力、ストローク、シリンダ内圧を表したデータ図である。本発明に係るＯリングと弁座との隙間を表した概念図（１）である。本発明に係るＯリングと弁座との隙間を表した概念図（２）である。本発明に係るＯリングと弁座との隙間を表した概念図（３）である。本発明に係る真空比例開閉弁を用いた場合の実験（１）のデータ図である。ヒータが備えられていない場合及びヒータが断線した場合に係る真空比例開閉弁を用いた実験（１）のデータ図である。本発明に係る真空比例開閉弁を用いた場合の実験（２）のデータ図である。ヒータが備えられていない場合及びヒータが断線した場合に係る真空比例開閉弁を用いた実験（２）のデータ図である。本発明に係る真空比例開閉弁を用いた場合の実験（３）のデータ図である。ヒータが備えられていない場合及びヒータが断線した場合に係る真空比例開閉弁を用いた実験（３）のデータ図である。本発明の実施形態に係る真空比例開閉弁の構成を示す断面図である。本発明の実施形態に係る真空比例開閉弁の弁座付近の構成を示す断面図である。本発明の実施形態に係る電空比例開閉弁の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る真空圧力制御装置が使用される真空圧力制御システムの全体構成を示す全体図である。従来技術に係る圧力、ストローク、シリンダ内圧を表したデータ図である。従来技術に係るＯリングと弁座との隙間を表した概念図（１）である。従来技術に係るＯリングと弁座との隙間を表した概念図（２）である。従来技術に係るＯリングと弁座との隙間を表した概念図（３）である。従来技術に係る真空比例開閉弁の構成を示す断面図である。

本発明の真空圧力制御装置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。
（真空圧力制御システムの構成）
本実施形態の真空圧力制御装置８が利用される真空圧力制御システムの一実施の形態の全体構成を図１６に示す。
図１６に示すように、真空容器１１の内部に、ウエハ１５が段状に配置される。真空容器１１には、入口１３と出口１４が形成され、入口１３には、プロセスガスの供給源及び真空容器１１内をパージするための窒素ガスの供給源が接続されている。出口１４には、弁開度比例弁である真空比例開閉弁１８の入口ポートが接続されている。真空比例開閉弁１８の出口ポートは、真空ポンプ１９に接続している。また、出口１４には、遮断弁１６を介して圧力センサ１７が接続されている。本実施の形態では、圧力センサ１７として、キャパシタンス・マノメータを使用している。

（真空比例開閉弁の構成）
次に、真空比例開閉弁１８の構造を図１３及び図１４に基づいて詳細に説明する。図１３は、真空比例開閉弁１８が閉じられた状態を示している。真空比例開閉弁１８は、大まかに上部のエア式シリンダ３２と下部のベローズ式ポペット弁３１に別れている。エア式シリンダ３２は、次のような構成を有する。単動空気圧シリンダ４３に対して、摺動可能にピストン４１が配置されている。ピストン４１は、復帰バネ４２により下向きに付勢されている。

ピストン４１の上端にスライドレバー４８の一端が連結されている。スライドレバー４８は、単動空気圧シリンダ４３の外部に出てポテンショメータ５０の図示しないロッドと連結している。ロッドは、ポテンショメータ５０内の可変抵抗に接続しており、このポテンショメータ５０によりピストン４１の位置を正確に計測している。また、ピストン４１の下面には、ベロフラム５１の内周端部が固定されている。ベロフラム５１の外周端部は、単動空気圧シリンダ４３の室壁に固定されている。ベロフラム５１は、極めて薄く設計され、構造的には、強力なポリエステル、テトロン布等の上にゴムを被覆したものである。ベロフラム５１とは、大きいストロークと深い折り返し部を持ち、作動中にその有効受圧面積が一定不変に保たれる円筒形のダイヤフラムである。本実施の形態では、エア式シリンダ３２とピストン４１との間にベロフラム５１を使用しているので、ピストン４１のスティックスリップの発生がなく、ピストン４１を高い応答性と正確な位置精度で移動させることが可能である。

ピストン４１の中央には、ピストンロッド３７が固設され、ピストン４１の移動に応じて上下に摺動する。ピストンロッド３７の下端には、弁体３３が取り付けられている。また、弁体３３の上面には、ベローズ３８の一端が周回溶接で取り付けられている。
弁体３３の詳細な構造を図１４に示す。図１４は、真空比例開閉弁１８が閉じた状態を示している。弁体３３は、ピストンロッド３７と連結する弁本体３３ａ、弾性シール部材であるＯリング３５を固定するためのＯリング取付部３３ｂ、及びステンレス弁体部３４を取り付けるためのステンレス弁体取付部３３ｃ及びステンレス弁体部３４により構成されている。本実施の形態では、ステンレス弁体部３４の材料としてＳＵＳ３１６Ｌ(ＪＩＳ規格)を使用している(請求項中の「弁体」は、弁体３３及びステンレス弁体部３４を含んだものである)。Ｏリング３５は、弁体３３のＯリング取付部３３ｂとステンレス弁体部３４のＯリング取付部３４ｂとにより保持される。Ｏリング３５は、水平弁座部３６ａに当接して押圧されたときに、流体の漏れをなくすためのものであり、同時に本発明の主要部である弾性シール部材である。

本実施形態において、真空比例開閉弁１８の外周にヒータを備え付けなかったが、ヒータを備えつけ、弁座３６及びＯリング３５を加熱し、固着を防止することもできる。

（真空圧力制御装置の構成）
次に、本実施の形態の真空圧力制御装置８について説明する。図１に真空容器内の圧力のアンダーシュートが発生した時の真空圧力制御装置８の構成を示し、図２に通常時の真空圧力制御装置８の構成を示す。図１５に電空比例開閉弁６２の詳細な構成を示す。
始めに空気系統の構成を説明する。図２に示すように、真空比例開閉弁１８には、第１電磁弁６０の出力ポートが接続している。第１電磁弁６０の第１入力ポート６０１には、電空比例開閉弁６２が接続している。第１電磁弁６０の第２入力ポート６０２には、第２電磁弁６１が接続している。
電空比例開閉弁６２は、図１５に示すように、給気側比例弁７４と排気側比例弁７５とで構成されている。給気側比例弁７４の入力ポート７４ａは、供給エアに接続している。排気側比例弁７５の出力ポート７５ａは、排気配管に接続している。また、給気側比例弁７４の出力ポート７４ｂと排気側比例弁７５の入力ポート７５ｂとは共に、第１電磁弁６０の第１入力ポート６０１に接続している。
図１及び図２に示すように、真空比例開閉弁１８に、エア式シリンダの内圧を計測するためのシリンダ内圧検知器５５が接続している。

次に、電気系統の構成を説明する。電空比例開閉弁６２には、パルスドライブ回路６８が接続している。パルスドライブ回路６８には、位置制御回路６４が接続している。また、位置制御回路６４には、ポテンショメータ５０の位置信号がアンプ６３を介して接続している。また、位置制御回路６４には、真空圧力制御回路６７が接続している。真空圧力制御回路６７には、インターフェース回路６６が接続している。また、真空圧力制御回路６７には、圧力センサ１７が接続されている。インターフェース回路６６には、シーケンス制御回路６５が接続している。シーケンス制御回路６５は、第１電磁弁６０の駆動コイルＳＶ１、第２電磁弁６１の駆動コイルＳＶ２に接続している。
コントローラ５６は、シーケンス制御回路６５、インターフェース回路６６、真空圧力制御回路６７を有する。
真空圧力制御回路６７には、記憶部が備えられ、図３に示す、真空比例開閉弁１８にヒータが備えられている場合におけるシリンダの内圧値データの線図Ｓをあらかじめ記憶している。

（真空圧力制御装置の作用）
上記構成を有する真空圧力制御装置８の作用を説明する。
（真空比例開閉弁の全開、全閉の動作）
始めに、急速給排気動作について説明する。真空比例開閉弁１８を全開にするときは、第１電磁弁６０をＯＦＦ状態にし、第２電磁弁６１をＯＮ状態とする。これにより、第１電磁弁６０の第１入力ポート６０１が出力ポート６０３と接続し、真空比例開閉弁１８に駆動エアが供給される。弁体３３は、弁座３６から遠く離間しており、真空ポンプ１９が真空容器１１内の気体を大量に吸引し、急速に排気することができる。
次に、真空比例開閉弁１８の全閉状態について説明する。図１に示すように、第１電磁弁６０をＯＦＦ状態にし、第２電磁弁６１もＯＦＦ状態とする。これにより、第２電磁弁６１の第２入力ポート６１２が出力ポート６１３と接続し、第１電磁弁６０の第２入力ポート６０２が出力ポート６０３と接続し、真空比例開閉弁１８が排気配管に接続される。
そして、真空比例開閉弁１８に駆動エアが供給されず、シリンダ内部の空気が排気され、ピストン４１は、復帰バネ４２により下向きに付勢され、弁体３３は弁座３６の上面に当接される。このとき、Ｏリング３５が、弁体３３と弁座３６の水平弁座部３６ａに押圧されて変形するため、流体の漏れがなく真空比例開閉弁１８は完全に遮断される。
一方、停電等が発生した場合にも、復帰バネにより、第１電磁弁６０の出力ポート６０３と第２入力ポート６０２が連通し、かつ第２電磁弁６１の出力ポート６１３と第２入力ポート６１２が連通し、同様に、真空比例開閉弁１８は、復帰バネ４２により遮断される。これにより、緊急時の遮断機能が実現されている。

（スロー排気制御時の弁ストローク）
スロー排気制御時における真空容器１１内の圧力、弁体３３のストローク、エア式シリンダ３２の内圧を、それぞれ線グラフで図３に示す。図３において、横軸が時間、縦軸が高低・大小等を示す。図４乃至図６にＯリング３５と弁座３６の関係の概念図を示す。
図３における、真空容器１１内の圧力Ａ、弁体３３のストロークＢ、エア式シリンダ３２の内圧Ｃは、本実施形態における真空比例開閉弁にヒータがない場合の真空比例開閉弁１８の線グラフを示す。
また、図３における、真空容器内の圧力Ｑ、弁体ストロークＲ、エア式シリンダの内圧Ｓは、ヒータが備えられ通常運転されている場合の実施例の真空比例開閉弁の線グラフを示す。

スロー排気制御では、完全遮断している状態のＯリング３５の弾性変形量を、エア式シリンダ３２に加えている空気圧を徐々に増加させることにより、調整する。すなわち、空気圧を増加させることにより、円周状のＯリング３５と弁座３６との間に供給ガスの流れを発生させ、その流れにより真空容器１１内の真空圧力制御を実現する。
本実施形態における真空比例開閉弁８は、ヒータを有さない。そのため、Ｏリング３５と弁座３６を密着させておくと固着する。

Ｏリング３５と弁座３６が固着した状態から、スロー排気制御が始まるときの状態を説明する。まず、図３に示す時間Ｕ１における位置制御動作について説明する。時間Ｕ１は、Ｏリング３５が弁座３６から離間し始めるまでの時間である。
本実施形態においてはヒータを有さないため、図４に示すように、Ｏリング３５が弁座３６に固着しており、固着したＯリング３５が離間し始め排気が始まるまでに時間Ｕ２０だけ時間が掛かる。
すなわち、Ｏリング３５が弾性変形することにより、ストロークＢは上昇するが、Ｏリング３５が固着していたため、排気が始まるまで時間Ｕ２０だけ余分に時間が掛かる。
図３に示す時間Ｕ２０と図１７に示す時間Ｔ２０は同じ時間の長さである。図３及び図１７はともにヒータがない場合を想定しているため、Ｏリング３５が弁座３６から離間するまでの時間は同じとなる。

図３に示すように、圧力Ａは、時間Ｕ１において、変化がほとんどない。なぜなら、Ｏリング３５が弁座３６に固着し弾性変形しており、Ｏリング３５が弁座３６から離間し始めるまでは、真空容器１１の圧力に変化がほとんど生じないためである。
また、ヒータを有する場合のＯリング３５と弁座３６が離間し始める時間Ｕ１０で下降を始める圧力Ｑと比較して、圧力Ａでは、Ｏリング３５と弁座３６が時間Ｕ２０だけ長く当接している。
真空圧力制御装置８は、時間Ｕ１において圧力センサ１７により測定された真空容器１１内の圧力を測定する。

また、図３に示すように、ストロークＢは、ヒータを有する場合のストロークＲと比較して、上昇し続ける。なぜなら、Ｏリング３５が弁座３６に固着し弾性変形するため、ストロークＲを超えても時間Ｕ２０の時間だけ弁座３６から離間しておらず、真空圧力制御回路６７がストロークＢを上げて排気させようとするためである。
また、シリンダの内圧Ｃは、ヒータを有する場合のシリンダの内圧Ｓと比較して、上昇し続ける。なぜなら、Ｏリング３５が弁座３６に固着し弾性変形するため時間Ｕ２０だけ弁座３６から離間しない。そのため、真空圧力制御回路６７がストロークＢを上げて排気させようとするため、時間Ｕ２０の間、シリンダの内圧を上昇させる制御を行うためである。
真空圧力制御装置８は、時間Ｕ１においてシリンダ内圧検知器５５により測定されたシリンダの内圧を測定する。

続いて、図３に示す時間Ｕ２における位置制御動作について説明する。
時間Ｕ２は、Ｏリング３５が弁座３６から一部離間したときからＯリング３５と弁座３６との間に図６に示すスロー排気可能な隙間Ｖが形成されるまでの時間である。
ストロークＢが上昇し、図５に示すように、Ｏリング３５は、弁座３６に固着した状態から一部離脱する。

本実施形態において、Ｏリング３５が弁座３６から一部離間したときに、図３に示すように圧力Ａは設定した下降率を目標値として下降し始める。圧力Ａが下降し始めた場合、一定の下降率が発生したとして、真空圧力制御装置８の圧力センサ１７において認識し把握することができる。ここで、一定の下降率とは、図３に示すようにＯリング３５が弁座３６から一部離間し、真空容器１１内の圧力Ａが一定であった状態から下降し始めたときのことである。Ｏリング３５と弁座３６は当接した状態から、一部が離間し始めるため、圧力Ａは、図３に示すように、一定である状態（時間Ｕ１）から下降し始める(時間Ｕ２)。そのため、Ｏリング３５と弁座３６が一部離間し一定の下降率が発生することを圧力センサ１７が把握することが客観的に可能である。
圧力Ａの下降率が、設定した下降率目標値に対して一定以上大きい場合は、Ｏリング３５の固着が発生していたと判断し、第１電磁弁６０をＯＦＦ状態にし、第２電磁弁６１もＯＦＦ状態とする。これにより、第２電磁弁６１の第２入力ポート６１２が出力ポート６１３と接続し、第１電磁弁６０の第２入力ポート６０２が出力ポート６０３と接続し、真空比例開閉弁１８が排気配管に接続される。そして、真空比例開閉弁１８に駆動エアが供給されず、エア式シリンダ３２内部の空気が急速に排気され、図５に示すようにシリンダの内圧が一気に下がるので、図１９に示す従来の場合と比較してストロークの上昇が小さいピストン４１は、復帰バネ４２により下向きに付勢され、図６に示すように、Ｏリング３５と弁座３６との間に、圧力Ｑとなるスロー排気可能な隙間Ｖを形成することができる。

第１電磁弁６０によりエア式シリンダ３２内の内圧を急排気することができる。それより、図３に示すように、エア式シリンダ３２内の内圧であるシリンダの内圧Ｃを一気に下げることができる。そのため、シリンダの内圧Ｃが急下降することで、復帰バネ４２の付勢力により弁体３３を下降させることができ、ストロークＢを一気に下降させることができる。
弁体３３を電空比例開閉弁６２を介さずに閉めることができるので、シリンダの内圧Ｃによって勢いよくＯリング３５と弁座３６が離れてストロークが上昇することも抑制でき、Ｏリング３５と弁座３６との間にスロー排気可能な隙間Ｖを形成するまでの時間である時間Ｕ２を短くすることができる。そのため、早い時間でスロー排気が可能となり、図３に示す圧力Ａの下降量を減少させることができ、その結果、真空容器内の圧力のアンダーシュートを低減することができる。
また、本実施形態のようにヒータがない状態であっても真空容器内の圧力のアンダーシュートを低減することができる。ヒータを設けなくて済むため、コストの低減を図ることができる。

また、図３に示すように、エア式シリンダ３２内の内圧は、急排気されることにより、シリンダの内圧Ｃが、シリンダの内圧Ｓと交差するまでに時間がほとんど掛からない。エア式シリンダ３２内のシリンダの内圧Ｃは、急排気されることで急降下し、Ｏリング３５と弁座３６がスロー排気可能な隙間Ｖを形成するだけの時間Ｕ２がほとんどかからない。
そのため、ヒータを有する場合のストロークＲとの比較である図１７に示すストロークＹがストローク量Ｐ２あるのに対して、本実施例では図３に示すようにストロークＢがストロークＲに対してストローク量Ｄ２で済む。すなわち、図１７の従来技術に係るストロークＹがストロークＲの位置になるまでの時間Ｔ２が、本実施形態においては時間Ｕ２となり時間が短い。
そのため、従来技術と比較してストローク量Ｐ２からストローク量Ｄ２を差し引いた分だけストローク量が小さい段階で下降し始めるため、従来よりもストローク量を減らすことができる。よって、本実施形態によれば、早くＯリング３５と弁座３６の間にスロー排気可能な隙間Ｖを形成することができる。

また、図３に示すように、シリンダの内圧Ｃを急降下させることができることにより、ヒータを有する場合のストロークＲと比較して、ストロークＢがストローク量Ｄ２だけで済む。すなわち、図１７の従来技術に係るストローク量Ｐ２と比較するとストローク量Ｄ２は小さくて済む。そのため、従来技術と比較してストローク量Ｐ２からストローク量Ｄ２を差し引いた分だけ早くＯリング３５と弁座３６が隙間Ｖを形成することができる。
また、図３に示すように、ヒータを有する場合の圧力Ｑとヒータを有しない場合の圧力Ａを比較して、真空容器内のアンダーシュートが圧力量Ｄ１だけで済む。すなわち、図１７の従来技術に係る圧力量Ｐ１と比較すると圧力量Ｄ１は小さくて済む。そのため、従来技術と比較して圧力量Ｐ１から圧力量Ｄ１を差し引いただけ真空容器内の圧力のアンダーシュートを低減することができる。

また、エア式シリンダ３２内の内圧をシリンダ内圧検知器５５により検知している。シリンダ内圧検知器５５が一定の内圧値を検出した時に、エア式シリンダ３２内の内圧の第１電磁弁６０と第２電磁弁６１による排気を停止する。ここで一定の内圧値とは、図３に示すヒータがある場合のシリンダの内圧Ｓにおける真空容器１１の圧力が降下し始める値である基準値Ｓ１である。基準値Ｓ１よりさらにシリンダの内圧を排気すると、エア式シリンダ３２の内圧が過度に下がる結果となる。エア式シリンダ３２の内圧が過度に下がると、その後のスロー排気制御に悪影響が出る。すなわち、一度下がったシリンダの内圧を上げるのに時間が掛かり、その後の本来の真空比例開閉弁１８の目的である真空引きに時間が掛かるため問題となる。そのため、基準値Ｓ１に基づいてエア式シリンダ３２内の内圧の排気を停止する。
基準値Ｓ１は、コントローラ５６の真空圧力制御回路６７にあらかじめ記憶されており、シリンダの内圧Ｃの値が基準値Ｓ１を下回った時に、真空圧力制御回路６７が制御によりエア式シリンダ３２内の内圧の排気を停止する。その後は、第１電磁弁６０をＯＮ状態にし、電空比例開閉弁による制御に切り替える。

また、本実施形態においてはシリンダ内圧検知器５５を用いてシリンダの内圧を検知したが、エア式シリンダ３２内の内圧の排気を開始してから一定の時間を経過した時に、排気を停止することができる。この一定の時間は、エア式シリンダ３２のシリンダの内圧Ｓが基準値Ｓ１に達するまでの平均時間を計算することにより求めることができる。シリンダの内圧の排気を開始してから平均時間を経過した時に、排気を停止することにより、シリンダの内圧が過度に下がることを防止することができる。
平均時間を計算し、用いることにより、シリンダ内圧検知器５５を用いずにシリンダの内圧が過度に下がることを防止することができる。そのため、コストを下げた真空圧力制御装置８を提供することができる。

本実施形態における実験結果について、図７乃至図１２を用いて説明する。図７に、本発明に係る真空比例開閉弁を用いた場合の実験（１）のデータ図を示す。図８に、ヒータが備えられていない場合及びヒータが断線した場合に係る真空比例開閉弁を用いた実験（１）のデータ図を示す。図９に、本発明に係る真空比例開閉弁を用いた場合の実験（２）のデータ図を示す。図１０に、ヒータが備えられていない場合及びヒータが断線した場合に係る真空比例開閉弁を用いた実験（２）のデータ図を示す。図１１に、本発明に係る真空比例開閉弁を用いた場合の実験（３）のデータ図を示す。図１２に、ヒータが備えられていない場合及びヒータが断線した場合に係る真空比例開閉弁を用いた実験（３）のデータ図を示す。
図７乃至図１２の横軸は時間（ｓｅｃ）を示し、縦軸は圧力（×１３３Ｐａ）及びストローク（ｍｍ）の大小等を示す。また、太線の線グラフは真空容器内の圧力Ｆを示し、細線の線グラフは弁体のストロークＧを示す。

図７及び図８の実験（１）においては、スロー排気レート：２．５×１３３Ｐａ/ｓｅｃにおいて、バルブＣＬＯＳＥ放置時間を１８時間として実験を行った。
図８は、真空比例開閉弁にヒータが備えられていない場合及びヒータが断線した場合であって本実施形態に係る対策前の状態で実験を行ったデータ図である。図８に示すように、ストロークＧ２は、Ｏリング３５が弁座３６から完全に離間上昇するのは約１．４ｍｍである。ストロークＧ２のピーク値が約１．４ｍｍあるため、真空容器内の圧力Ｆ２が２２８×１３３Ｐａ急降下（アンダーシュート）する。アンダーシュートが生じるため、圧力Ｆ２を目標値に戻そうとストロークＧ２を下げ、Ｏリング３５と弁座３６を密着させると圧力Ｆ２が上昇し始め目標値に達する。そのときストロークＧ２を上げて、圧力Ｆ２を下げようとするが、このときＯリング３５と弁座３６は固着しているため、同じステップを繰り返してアンダーシュートが発生する。これを数回繰り返してやっと安定した隙間Ｖを形成することができる。
一方、図７に示すように、本実施形態においては、Ｏリング３５が弁座３６から一部離間し始め、圧力が設定した下降率目標値に対して一定以上大きくなるとシリンダの内圧を急速に排気する。そのため、Ｏリング３５が弁座３６から完全に離間するよりも早く約０．６ｍｍのところでストロークＧ１が下がり始める。さらに、シリンダの内圧が基準値Ｓ１となるところで第１電磁弁６０を介するシリンダの内圧の排気を停止する。このためＯリング３５と弁座３６は接触しない又は接触しても低荷重のため固着しにくく、素早く隙間Ｖを形成することができ、アンダーシュートの最大値を１５×１３３Ｐａに抑えることができた。

図９及び図１０の実験（２）においては、スロー排気レート：２．５×１３３Ｐａ/ｓｅｃにおいて、バルブＣＬＯＳＥ放置時間を０．２５時間として実験を行った。
図１０は、真空比例開閉弁にヒータが備えられていない場合及びヒータが断線した場合であって本実施形態に係る対策前の状態で実験を行ったデータ図である。図１０に示すように、ストロークＧ４は、Ｏリング３５が弁座３６から完全に上昇するのは約０．９ｍｍである。ストロークＧ４のピーク値が約０．９ｍｍあるため、真空容器内の圧力Ｆ４が１０６×１３３Ｐａ急降下（アンダーシュート）する。アンダーシュートが生じるため、圧力Ｆ４を目標値に戻そうとストロークＧ４を下げ、Ｏリング３５と弁座３６を密着させると圧力Ｆ４が上昇し始め目標値に達する。そのときストロークＧ４を上げて、圧力Ｆ４を下げようとするが、このときＯリング３５と弁座３６は固着しているため、同じステップを繰り返してアンダーシュートが発生する。これを数回繰り返してやっと安定した隙間Ｖを形成することができる。
図９に示すように、本実施形態においては、Ｏリング３５が弁座３６から一部離間し始め、真空容器内の圧力が設定した下降率目標値に対して一定以上大きくなるとシリンダの内圧を急速に排気する。そのため、Ｏリング３５が弁座３６から完全に離間するよりも早く約０．５５ｍｍのところでストロークＧ３が下がり始める。さらに、シリンダの内圧が基準値Ｓ１となるところで第１電磁弁６０を介するシリンダの内圧の排気を停止する。このためＯリング３５と弁座３６は接触しない又は接触しても低荷重のため固着しにくく、素早く隙間Ｖを形成することができ、真空容器内の圧力のアンダーシュートの最大値を１２×１３３Ｐａに抑えることができた。

図１１及び図１２の実験（３）においては、スロー排気レート：０．５×１３３Ｐａ/ｓｅｃにおいて、バルブＣＬＯＳＥ放置時間を０．２５時間として実験を行った。
図１２は、真空比例開閉弁にヒータが備えられていない場合及びヒータが断線した場合であって本実施形態に係る対策前の状態で実験を行ったデータ図である。図１２に示すように、ストロークＧ６は、Ｏリング３５が弁座３６から完全に上昇するのは約０．６ｍｍである。ストロークＧ６のピーク値が約０．６ｍｍあるため、真空容器内の圧力Ｆ６が３３×１３３Ｐａ急降下（アンダーシュート）する。アンダーシュートが生じるため、圧力Ｆ６を目標値に戻そうとストロークＧ６を下げ、Ｏリング３５と弁座３６を密着させると圧力Ｆ６が上昇し始め目標値に達する。そのときストロークＧ６をあげて、圧力Ｆ６を下げようとするが、このときＯリング３５と弁座３６は固着しているためこれを繰り返すことになる。すなわち、真空容器内の圧力のアンダーシュートを繰り返すことになる。
それに対して、図１１に示すように、本実施形態においては、Ｏリング３５が弁座３６から一部離間し始め、圧力が設定した下降率目標値に対して一定以上大きくなるとシリンダの内圧を急速に排気する。そのため、Ｏリング３５が弁座３６から完全に離間するよりも早く約０．５２ｍｍのところでストロークＧ５が下がり始める。さらに、シリンダの内圧が基準値Ｓ１となるところで第１電磁弁６０を介するシリンダの内圧の排気を停止する。このためＯリング３５と弁座３６は接触しない又は接触しても低荷重のため固着しにくく、素早く隙間Ｖを形成することができるため、アンダーシュートの最大値を９×１３３Ｐａに抑えることができた。

尚、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で色々な応用が可能である。
例えば、本実施形態においては、真空比例開閉弁１８にヒータを搭載せずに、アンダーシュートを低減することができる旨の効果を記載したが、ヒータを搭載することもできる。ヒータを搭載した場合には、Ｏリング３５と弁座３６は固着する問題を解決できるが、ヒータが断線した場合及びヒータが故障し使用できなくなった場合においても、真空容器内の圧力のアンダーシュートを低減することができるため効果を有する。
例えば、第１電磁弁、第２電磁弁はエアオペレーションバルブであっても良いし、図示のように３方弁に限らず、４方弁、５方弁を３方弁の使い方をすれば、同じことができる。
また、第２電磁弁が無い回路においても同様の作用効果を得ることができる。
また、本実施形態では、圧力Ａの下降率が、設定した下降目標値に対して一定以上大きい場合は、固着が発生していたと判断しているが、例えば、シリンダの内圧Ｃを測定するセンサにより測定したシリンダの内圧が圧力目標値に対して一定以上高い場合は、固着が発生していると判断することもできる。

８真空圧力制御装置
１１真空容器
１７圧力センサ
１８真空比例開閉弁
１９真空ポンプ
３２エア式シリンダ
３３弁体
３５Ｏリング（請求項中の「弾性シール部材」）
３６弁座
５５シリンダ内圧検知装置
５６コントローラ
６０第１電磁弁６０（請求項中の「３方弁」）
６２電空比例開閉弁

Claims

真空容器と真空ポンプとを接続する配管上であって開度を変化させることにより真空容器内の真空圧力を変化させ、弁座と前記弁座と当接又は離間する弾性シール部材を備える弁体とエア式シリンダとを備える真空比例開閉弁と、前記真空容器内の真空圧力を計測する圧力センサと、前記真空容器内の圧力を制御するコントローラと、を有する真空圧力制御装置において、
前記圧力センサにより計測された前記真空容器内の圧力が一定以上の圧力下降率で下がったときに、前記エア式シリンダの内圧を排気すること、
を特徴とする真空圧力制御装置。
請求項１に記載する真空圧力制御装置において、
前記真空比例開閉弁に電空比例開閉弁と３方弁とが接続していること、
前記３方弁が前記エア式シリンダの内圧を排気すること、
を特徴とする真空圧力制御装置。
請求項１に記載する真空圧力制御装置において、
前記一定以上の圧力下降率は、前記弁座から前記弾性シール部材の一部が離脱したときに発生するものであること、
を特徴とする真空圧力制御装置。
請求項１に記載する真空圧力制御装置において、
前記エア式シリンダの内圧を検知するシリンダ内圧検知器を有すること、
前記エア式シリンダの内圧が一定の内圧値を前記シリンダ内圧検知器が検出したときに、前記エア式シリンダの内圧の排気を停止すること、
を特徴とする真空圧力制御装置。
請求項４に記載する真空圧力制御装置において、
前記コントローラが、前記真空比例開閉弁にヒータが備えられている場合における前記真空容器内の圧力が降下し始める値である前記エア式シリンダの内圧の基準値をあらかじめ記憶していること、
前記一定の内圧値は、前記エア式シリンダの内圧の基準値であること、
を特徴とする真空圧力制御装置。
請求項１に記載する真空圧力制御装置において、
前記エア式シリンダの内圧を排気するときに、一定の時間を経過した時に、前記エア式シリンダの内圧の排気を停止すること、
を特徴とする真空圧力制御装置。