JP6649055B2 - 高真空弁 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

特開平３−２０１７９号公報 特開２００９−１６２３１９号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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オールメタル製で耐高温性の高真空弁であり、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、ステムの外周面をベローズで被覆した構造から成り、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機構を設け、昇降動部材には筒部が形成され、この筒部の有底部には下側凹テーパ面が形成され、操作軸部材の下端には上側凹テーパ面が形成され、この上側凹テーパ面と下側凹テーパ面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機構とし、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機構を設け、ジスクの下面外周には、シール面が設けられており、調芯機構を組み合わせた多重調芯機構を構成し、この多重調芯機構を介して、ボデーに形成した環状の弁座とシール面とを圧接状態で繰り返し閉止可能とした高真空弁である。

請求項２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。

請求項３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。

請求項４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。

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。

また、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。

さらに、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。

請求項２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。

請求項３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。

請求項４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。

本発明の高真空弁の斜視図である。 本発明の高真空弁の全開状態を示した断面図である。 本発明の高真空弁の閉止状態を示した断面図である。 本発明の高真空弁においてベローズが自然長である状態を示した断面図である。 （ａ）は本発明のジスクの斜視図、（ｂ）は本発明のジスクの側面図である。 図４におけるＡ部の拡大断面図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (4)

1. 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オールメタル製で耐高温性の高真空弁であり、前記ステムは、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、前記ステムの外周面をベローズで被覆した構造から成り、
   前記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、この垂下筒を前記ボデーの上部に設けた案内筒部に案内自在に挿入して前記操作軸部材の調芯を行う機構を設け、
   前記昇降動部材には筒部が形成され、この筒部の有底部には下側凹テーパ面が形成され、前記操作軸部材の下端には上側凹テーパ面が形成され、この上側凹テーパ面と前記下側凹テーパ面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前記昇降動部材による非回転状態の昇降動と前記ジスクの調芯を行う機構とし、
   前記ジスクの下面に突設した環状突部を前記ボデーの弁口に案内自在に設けて前記ジスクの調芯を行う機構を設け、前記ジスクの下面外周には、シール面が設けられており、
   前記調芯機構を組み合わせた多重調芯機構を構成し、この多重調芯機構を介して、前記ボデーに形成した環状の弁座と前記シール面とを圧接状態で繰り返し閉止可能としたことを特徴とする高真空弁。
2. 前記ジスクは、前記昇降動部材の下部に螺着され、前記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前記ジスクの前記シール面とを圧接状態で閉止させるようにした請求項１に記載の高真空弁。
3. 前記昇降動部材は、前記操作軸部材に取り付けた止め輪を介して当該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請求項１に記載の高真空弁。
4. 前記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請求項１に記載の高真空弁。

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