JP7013152B2 - バタフライバルブおよび真空圧力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、真空容器と真空ポンプとの間に配置されるバタフライバルブ及び真空圧力制御装置に関するものである。

従来より、半導体製造工程では、真空容器と真空ポンプとの間に真空圧力制御装置を配置し、真空容器の真空圧力を制御する。真空圧力制御装置には、例えば、大きなコンダクタンスが必要な場合、バタフライ弁を使用することが多い。特許文献１には、バルブボディに形成された弁孔にバタフライ弁体を回転可能に軸支し、バタフライ弁体の周縁部に接離する環状の弁座をバルブボディに設けたバタフライ弁が、開示されている。

バタフライ弁は、弁閉時にバタフライ弁体が弁座上を摺動するため、弁座が摩耗・損傷しやすい。そこで、特許文献１記載のバタフライ弁は、弁座を前進後退させる機構を設け、バタフライ弁体を弁孔の内面と接触することなく回転するようにしている。

なお、弁座が定位置に配置されるバタフライ弁では、弁座の摩耗・損傷を低減するために、バタフライ弁体に潤滑油を塗布している。

実用新案登録第２５１６３０７号公報

しかしながら、特許文献１記載のバタフライ弁は、回転軸を回転させる構造と別に、弁座を前進後退させる機構をバルブボディに設けなければならず、構造が複雑だった。また、バタフライ弁体に潤滑油を塗布したバタフライ弁は、例えば高温・高真空の条件下で使用されると、潤滑油が気化し、十分な潤滑効果を得られなかった。

本発明は、上記問題点を解決するためのものであり、シンプルな構造で、潤滑油を使用せずに弁座の摩耗・損傷を低減できるバタフライバルブを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るバタフライバルブは、弁孔を備えるバルブボディと、前記弁孔の軸心に対して直交する方向に配置された回転軸と、前記弁孔に回転自在に配置されるバタフライ弁体と、弾性を有し、前記バタフライ弁体の周縁部が当接又は離間する環状の弁座と、を備えるバタフライバルブにおいて、前記弁座が定位置に配置されていること、前記回転軸に連結され、前記回転軸の回転のみで、前記バタフライ弁体を前記回転軸と一体的に回転させる回転動作と、前記回転軸の中心軸に対して垂直方向に前記バタフライ弁体を移動させる直進動作を行う動作制御部と、を有すること、を特徴とする。

このような構成を有するバタフライバルブでは、動作制御部が、バタフライ弁体を回転軸と一体的に回転させることに加え、バタフライ弁体を回転軸の中心軸に対して垂直方向に移動させることにより、弁座に押し付ける。そのため、バタフライ弁体を弁座に当接させ始めるシール開始位置から、バタフライ弁体を弁座に押し付けてシールさせる全閉位置まで、バタフライ弁体を回転させる回転量が、回転動作のみでバタフライ弁体を弁座にシールさせる従来のバタフライバルブより、小さくなる。よって、上記バタフライバルブによれば、バタフライ弁体が弁座上を摺動することを極力抑え、潤滑油を使用しなくても弁座の摩耗・損傷を低減できる。また、バタフライバルブは、回転軸に連結される動作制御部が回転軸の回転のみでバタフライ弁体に直進動作を行わせるので、弁座を直進させる構造を備える従来のバタフライバルブと比べ、構造がシンプルになる。

また、上記構成のバタフライバルブにおいて、前記動作制御部が、前記回転軸に固定され、前記バタフライ弁体を前記垂直方向に変動可能に支持する支持機構と、前記バタフライ弁体の少なくとも一部が前記弁座に当接する場合に、前記回転軸の回転に応じて前記バタフライ弁体を押圧するカム機構と、を有することが、好ましい。

このような構成を有するバタフライバルブでは、バタフライ弁体が支持機構を介して回転軸と一体的に回転すると、カム機構が、回転軸の回転に応じて、バタフライ弁体を押圧し、バタフライ弁体を回転軸に対して垂直方向に変動させる。このバタフライバルブによれば、回転軸の回転を直線方向の推力に変換してバタフライ弁体に直進動作させる構造が簡単である。

上記構成のバタフライバルブにおいて、前記カム機構が、前記弁孔の内部に突出するように前記バルブボディに設けられた突出部材と、前記バタフライ弁体に固定されるものであり、前記バタフライ弁体が前記弁座から離間する場合には、前記突出部材に接触せず、前記バタフライ弁体の少なくとも一部が前記弁座に当接する場合には、前記突出部材に接触するカム部材と、を有することが、好ましい。

このような構成を有するバタフライバルブによれば、バタフライ弁体にカム部材を固定し、バルブボディに突出部材を設けるだけでカム機構を構成でき、カム機構をコンパクトにできる。

上記構成のバタフライバルブにおいて、前記カム部材が、前記突出部材と接触する位置に転がり軸受けが配置されていることが、好ましい。

このような構成を有するバタフライバルブによれば、突出部材とカム部材との間の摩擦抵抗を転がり軸受によりほぼゼロにできるので、回転動作と同程度の回転トルクで直進動作も行うことができる。

上記構成のバタフライバルブは、前記バタフライ弁体を支持機構側に付勢する付勢部材を有することが、好ましい。

このような構成を有するバタフライバルブでは、全閉位置にあるバタフライ弁体を弁開方向に回転させると直ぐに、付勢部材の付勢力により、バタフライ弁体が後退する。よって、上記バタフライバルブによれば、弁開時にもバタフライ弁体の摺動を抑制し、弁座の摩耗、損傷を低減できる。

本発明の一態様に係る真空圧力制御装置は、真空容器と真空ポンプとの間に配設され、前記真空容器の真空圧力を制御する真空圧力制御装置において、回転軸と、バタフライ弁体と、前記回転軸に連結され、前記回転軸の回転のみで、前記バタフライ弁体を前記回転軸と一体的に回転させる回転動作と、前記回転軸の中心軸に対して垂直方向に前記バタフライ弁体を移動させる直進動作を行う動作制御部と、定位置に配置されて、前記バタフライ弁体が当接又は離間するものであり、弾性を有する環状の弁座と、前記回転軸を回転させる回転駆動部と、前記回転駆動部に前記回転軸を正方向に回転させることにより、前記弁座から離間する方向に前記バタフライ弁体を回転させる一方、前記回転駆動部に前記回転軸を逆方向に回転させることにより、前記弁座に当接する方向に前記バタフライ弁体を回転させる制御手段と、を有すること、を特徴とする。

このような構成を有する真空圧力制御装置は、上記バタフライバルブと同様、動作制御部により、回転軸の回転のみでバタフライ弁体に回転動作と直進動作を行わせるので、バタフライ弁体が弁座上を摺動するのを極力抑え、潤滑油を使用せずに弁座の摩耗・損傷を低減できる。潤滑油を使用しないので、高温・高真空下で使用されても、気化した潤滑油が真空容器側に逆流する恐れがない。また、上記真空圧力制御装置は、バタフライ弁体を直進させる構造がシンプルである。

上記構成の真空圧力制御装置は、前記動作制御部は、真空ポンプ側に配置されていることが、好ましい。

このような構成を有する真空圧力制御装置は、動作制御部から発生したパーティクル等が真空容器側に逆流することを防ぎ、真空容器の汚染を回避できる。

上記構成の真空圧力制御装置は、前記制御手段が、前記バタフライ弁体が全閉位置にあるときに漏れを検出する漏れ検出手段と、前記漏れ検出手段が漏れを検出した場合に、前記回転駆動部に前記回転軸をさらに逆方向に回転させる補正手段とを有することが、好ましい。

このような構成を有する真空圧力制御装置は、例えば、弁座が変形したり、摩耗したりするなどして劣化し、バタフライ弁体を全閉位置に配置しても漏れが生じる場合には、漏れ検出手段が、その漏れを検出する。この場合、制御手段が、回転軸をさらに逆方向に回転させるように駆動部を制御する。すると、動作制御部が、その回転軸の回転によりバタフライ弁体をさらに前進させ、弁座に押し付ける。よって、上記真空圧力制御装置によれば、部品を交換しなくても、回転軸を逆方向に回転させるだけで、漏れを解消できる。

よって、本発明によれば、シンプルな構造で、潤滑油を使用せずに弁座の摩耗・損傷を低減できるバタフライバルブ及び真空圧力制御装置を実現することができる。

本発明の実施形態に係るバタフライバルブの断面図である。 図１のＡ－Ａ矢視図である。 図２のＢ－Ｂ断面図である。 図２のＣ－Ｄ－Ｅ－Ｆ－Ｇ－Ｈ断面図であって、全閉状態を示す。 図２のＣ－Ｄ－Ｅ－Ｆ－Ｇ－Ｈ断面図であって、直進動作中の状態を示す。 図２のＣ－Ｄ－Ｅ－Ｆ－Ｇ－Ｈ断面図であって、直進動作開始時の状態を示す。 図２のＣ－Ｄ－Ｅ－Ｆ－Ｇ－Ｈ断面図であって、第１弁開状態を示す。 図２のＣ－Ｄ－Ｅ－Ｆ－Ｇ－Ｈ断面図であって、補正状態を示す。 真空圧力制御システムの構成を示すブロック図である。 第１弁体部の摺動軌跡を説明する図である。 バタフライ弁体の回転角度と弁開度の関係を示すグラフである。

本発明のバタフライバルブ及び真空圧力制御装置について、図面を参照しながら以下に詳細に説明する。

（バタフライバルブの概略構成）
図１は、本発明の実施形態に係るバタフライバルブ１の断面図である。バタフライバルブ１は、駆動部２と弁本体３を有する。

駆動部２は、モータ１１と、減速機１２と、エンコーダ２６と、制御基板１３を有する。モータ１１は、回転駆動部の一例である。制御基板１３は、制御手段、漏れ検出手段、補正手段の一例である。

弁本体３は、バルブボディ８と、回転軸１０と、バタフライ弁体９と、動作制御部３１を有する。

バルブボディ８は、円筒形状のボディ４の両側に、継手５、６を取り付けることにより、構成されている。ボディ４と継手５、６は、耐腐食性や耐熱性を有するステンレス鋼で作製されている。ボディ４は、円筒形状に形成され、断面円弧状の内壁からなる弁孔４ｄに回転軸１０が架設されている。回転軸１０とボディ４の間には、シールのためのＯリング１８、１９、２０、２１が配置されている。バタフライ弁体９は、流体を出力する流路６ａ側（真空ポンプ２８側）に配置された動作制御部３１を介して回転軸１０に取り付けられ、弁孔４ｄに回転動作及び直進動作可能に配置されている。

継手５は、流路５ａが形成され、フランジ部５ｂがボディ４にねじ止めされている。継手６は、流路６ａが形成され、フランジ部６ｂがボディ４にねじ止めされている。流路５ａと弁孔４ｄと流路６ａは、同軸上に設けられている。例えば、継手５は、真空容器２７に接続され、継手６は、真空ポンプ２８に接続される。

ボディ４は、弁孔４ｄの軸方向の一方の端部（継手５と接する側）において、弁孔４ｄの径方向外側に弁座側凹部４ａが環状に形成されている。弁座側凹部４ａには、ゴム製で環状の弾性シール部材７が係合されている。弾性シール部材７は、ボディ４と継手５により挟持されている。弾性シール部材７には、弁座７ａが形成されている。弁座７ａは、流路５ａ側から弁孔４ｄ側へ向かって拡径するテーパ面により形成されている。

バタフライ弁体９は、円板形をなす。バタフライ弁体９は、回転軸１０と一体的に正方向Ｋにすることにより、弁座７ａから離間する。一方、バタフライ弁体９は、回転軸１０と一体的に逆方向－Ｋに回転することにより、弁座７ａに当接する。回転軸１０は、エンコーダ２６により回転角度を把握され、減速機１２付のモータ１１により回転される。これにより、バタフライバルブ１は、モータ１１を小型化できるとともに、モータ１１の電源が断たれても弁の開度を把握することができる。

バタフライ弁体９は、後述するように、回転軸１０の中心軸Ｐに対して２重偏心している。２重偏心の弁は、保持する力がないと、バタフライ弁体９が流路５ａ側の圧力と弁孔４ｄ側の圧力との差圧により回転する恐れがある。そのため、バタフライバルブ１は、電源が断たれた状態でも、この差圧で発生する回転トルクでは回転軸１０が回転しない減速機１２を選定している。また、モータ１１にはディテントトルクなど、モータ１１自身の保持トルクもあるため、併用し、電源が断たれたときに弁が動かないようにしている。

（動作制御部の構成）
動作制御部３１の構成を、具体的に説明する。図２は、図１のＡ－Ａ矢視図である。図３は、図２のＢ－Ｂ断面図である。図４～図８は、図２のＣ－Ｄ－Ｅ－Ｆ－Ｇ－Ｈ断面図である。図４は、全閉状態を示す。図５は、直進動作中の状態を示す。図６は、直進動作開始時の状態を示す。図７は、第１弁開状態を示す。図８は、補正状態を示す。

図２及び図３に示すように、動作制御部３１は、回転軸１０の中心軸Ｐと垂直方向に移動できるようにバタフライ弁体９を支持する支持機構７０と、回転軸１０の回転に応じてバタフライ弁体９を押圧するカム機構６０を有する。支持機構７０とカム機構６０は、耐腐食性、耐熱性があるステンレス鋼で作製されている。支持機構７０は、支持部材３２と、第１ガイド部材３３と、第２ガイド部材３４と、第１圧縮ばね３５と、第２圧縮ばね３６を有する。図２に示すように、カム機構６０は、第１カム部材３７と、第２カム部材３８と、第１当て板６１と、第２当て板６２を有する。尚、第１当て板６１と第２当て板６２は、突出部材の一例である。第１圧縮ばね３５と第２圧縮ばね３６は、付勢部材の一例である。

図２及び図３に示すように、支持部材３２は、円柱形状に形成されている。支持部材３２は、バタフライ弁体９側に位置する第１端面３２ａに、回転軸１０を収容するための収容溝３２ｄが、直径方向に形成されている。支持部材３２は、収容溝３２ｄの底面３２ｅを回転軸１０の第２面取部１０ｂに面接触させた状態で、複数の固定ねじ４１を用いて回転軸１０に固定され、回転軸１０と一体的に回転する。尚、回転軸１０は、収容溝３２ｄから突出しないように第１面取部１０ａが形成され、支持部材３２の厚みを抑えている。

図３に示すように、支持部材３２は、第１ガイド部材３３と第２ガイド部材３４を介してバタフライ弁体９を往復直線運動可能に支持する。支持部材３２は、バタフライ弁体９を回転軸１０と一体的に回転させる。

バタフライ弁体９は、バタフライ弁体９の中心点Ｑが回転軸１０の中心軸Ｐに対して流路５ａ、６ａの軸心方向（図３において左右方向）において距離Ｘだけ偏心し、かつ、流路５ａ、６ａの軸心と直交する方向（図３において上下方向）において距離Ｙだけ偏心することにより、２重に偏心している。距離Ｘは、バタフライ弁体９が支持部材３２に対して前進又は後退することにより、変更される（図４の距離Ｘ１、図５の距離Ｘ２、図６の距離Ｘ３参照）。バタフライ弁体９は、図２及び図３に示すように、外周が長い第１弁体部９１と、第１弁体部９１より外周が短い第２弁体部９２を備える。

図３に示すように、バタフライ弁体９は、弁座７ａと当接する周縁部９ｃを含む第１面９ａと、支持部材３２側に位置する第２面９ｂと、を備え、周縁部９ｃは所定曲率を有する曲面として形成されている。所定曲率を大きくとることにより、弾性シール部材７とバタフライ弁体９との接触面を広くとることができるため、ヘリウム等の透過性ガスを使用する際、ガスが透過しにくい。

第１ガイド部材３３と第２ガイド部材３４は、円筒形状に形成され、第１取付ねじ４２と第２取付ねじ４３を用いてバタフライ弁体９の第２面９ｂに固定されている。支持部材３２は、第１ガイド部材３３と第２ガイド部材３４を摺動可能に保持する第１保持孔３２ｆと第２保持孔３２ｇを有する。第１保持孔３２ｆと第２保持孔３２ｇは、回転軸１０の中心軸Ｐ（図３において、手前奥方向）に対して垂直方向（図３において、左右方向）に沿って貫通するように、支持部材３２に形成されている。第１ガイド部材３３と第２ガイド部材３４は、回転軸１０の両側に対称配置され、バタフライ弁体９を支持部材３２に対して平行移動させる。

第１ガイド部材３３は、バタフライ弁体９の第２面９ｂに当接する先端部と反対側に位置する後端部に第１鍔部３３ａが設けられている。支持部材３２は、バタフライ弁体９と反対側に位置する第２端面３２ｂに、第１ばね収容部３２ｈが開設されている。第１ばね収容部３２ｈは、第１保持孔３２ｆの外側に環状に形成されている。第１圧縮ばね３５は、第１鍔部３３ａと第１ばね収容部３２ｈの内壁との間に、圧縮保持されている。また、第２圧縮ばね３６は、第１圧縮ばね３５と同様、第２ガイド部材３４の鍔部３４ａと、第２ばね収容部３２ｉの内壁との間に、圧縮保持されている。これにより、バタフライ弁体９は、第１圧縮ばね３５と第２圧縮ばね３６により支持部材３２側に向かって常時付勢され、カム機構６０から伝達される押圧力Ｆの変動に追従して、応答性良く前進又は後退できる。

図２に示すように、第１カム部材３７は、バタフライ弁体９の第２面９ｂに固定ねじ４５、４６を用いて固定されている。第２カム部材３８がバタフライ弁体９の第２面９ｂに固定ねじ４７、４８を用いて固定されている。第１カム部材３７と第２カム部材３８は、第１ガイド部材３３の中心点と第２ガイド部材３４の中心点を結ぶ線（図２のＢ－Ｂ線）に関して、線対称に配置されている。第１カム部材３７と第２カム部材３８は、ボディ４に固定された第１当て板６１と第２当て板６２に接離する。

図１および図２に示すように、ボディ４は、弁孔４ｄの軸方向の他方の端部（継手６に接する側）に第１取付凹部４ｂと第２取付凹部４ｃが形成されている。第１当て板６１は、第１取付凹部４ｂに収容され、固定ねじ６３、６４を用いてボディ４に固定されている。第２当て板６２は、第１当て板６１と同様にして、第２取付凹部４ｃに収容され、固定ねじ６５、６６を用いてボディ４に固定されている。第１当て板６１と第２当て板６２は、弁孔４ｄの内壁から突出し、かつ、流路５ａ、６ａの軸心（図１において左右方向、図２において手前奥方向）に対して垂直な面を形成するように、配設されている。

図４に示すように、第１カム部材３７は、バタフライ弁体９と反対側に位置する部分に、カム面３７ａがテーパ状に形成されている。第１カム部材３７は、カム面３７ａの頂点部分が第２弁体部９２側に位置するように、バタフライ弁体９に固定されている。第２カム部材３８は、第１カム部材３７と同様にカム面３８ａを設けられている。

そのため、バタフライ弁体９が逆方向－Ｋに回転した場合、図６、図５、図４に示すように、第１カム部材３７（第２カム部材３８）は、回転軸１０の中心軸Ｐから第１カム部材３７（第２カム部材３８）と第１当て板６１（第２当て板６２）との接触位置Ｒまでの距離Ｚ（図６の距離Ｚ３、図５の距離Ｚ２、図４の距離Ｚ１）を徐々に大きくする。これに伴い、接触位置Ｒに作用する直線方向の押圧力Ｆ（図５の押圧力Ｆ２、図４の押圧力Ｆ１）が増加する。バタフライ弁体９は、押圧力Ｆの増加に応じて、第１圧縮ばね３５と第２圧縮ばね３６の付勢力に抗して支持部材３２と反対側に前進する。

図１に示すように、第１カム部材３７は、第１当て板６１に摺接する位置、すなわち、カム面３７ａの頂点部分に、第１転がり軸受け３９が配設され、摩擦抵抗を低減している。第２カム部材３８も同様に第２転がり軸受け４０を有する。

（真空圧力制御システムの構成）
次に、上記バタフライバルブ１を用いた真空圧力制御システムの構成を説明する。図９は、真空圧力制御システムの構成を示すブロック図である。バタフライバルブ１は、真空容器２７と真空ポンプ２８を接続する配管３０上に配設され、真空容器２７の圧力を制御する真空圧力制御装置として使用される。

バタフライバルブ１の制御基板１３には、エンコーダ２６と、モータ１１と、真空容器２７の圧力を検出する圧力センサ２５が接続されている。制御基板１３は、記憶手段１３１を有する。記憶手段１３１には、例えば、全閉位置と、第１弁開位置と、第２弁開位置に対応する回転軸１０の回転角度が記憶されている。

ここで、全閉位置は、例えば図４に示すように、バタフライ弁体９が周縁部９ｃの全周を弁座７ａに密着させてシールを行う位置である。また、第１弁開位置は、例えば図７に示すように、バタフライ弁体９の第１弁体部９１を弁座７ａから僅かに離間させる位置、つまり、第１弁体部９１の頂点が流路５ａ、６ａの内壁（図７における線Ｖ）より径方向外側にある位置、である。第２弁開位置は、第１弁開位置より第１弁体部９１を弁座７ａから離間させる距離が大きい位置、つまり、第１弁体部９１の頂点が流路５ａ、６ａの内壁（図７における線Ｖ）より径方向内側にある位置、である。

本形態では、全閉位置に対応する回転角度を、０°とする。そして、回転角度０°に対して、回転軸１０を正方向Ｋに回転させたときの回転角度を正の値とし、回転角度０°に対して、回転軸１０を逆方向－Ｋに回転させたときの回転角度を負の値とする。本形態では、回転角度が±５°以上の範囲で、バタフライ弁体９（第１弁体部９１と第２弁体部９２）が弁座７ａから完全に離間する。そこで、第１弁開位置は、第１弁体部９１が弁座７ａから離間し、第２弁体部９２が弁座７ａに当接する範囲（０°より大きく±５°未満の範囲）で回転角度が設定される。第２弁開位置に対応する回転角度は、±５°以上の範囲で任意に設定される。

（真空圧力制御動作）
続いて、上記バタフライバルブ１を用いた真空圧力制御の概要を説明する。バタフライバルブ１は、排気を停止する場合、バタフライ弁体９が図４に示す全閉位置にある。

この排気停止状態から排気を行う場合、バタフライバルブ１の制御基板１３は、記憶手段１３１から第１弁開位置に対応する回転角度を読み出し、エンコーダ２６を用いてモータ１１を駆動する。回転軸１０は、モータ１１により、第１弁開位置に対応する回転角度まで正方向Ｋに回転する。バタフライ弁体９は、支持部材３２を介して回転軸１０と一体的に正方向Ｋに回転し、図７に示す第１弁開位置になる。これにより、バタフライバルブ１は、真空容器２７内でパーティクルを巻き上げないように、排気ガスを微小流量に制御し、真空容器２７の圧力をゆっくり低下させる。

制御基板１３は、圧力センサ２５により、真空容器２７の圧力が所定の真空圧力まで低下したことを確認すると、記憶手段１３１から第２弁開位置に対応する回転角度を読み出し、エンコーダ２６を用いてモータ１１を駆動する。回転軸１０は、モータ１１により、第２弁開位置に対応する回転角度まで正方向Ｋに回転する。これにより、バタフライバルブ１は、第２弁開位置になり、排気ガスを大流量に制御する。そのため、真空容器２７は、急速に圧力が低下し、排気時間を短縮される。

制御基板１３は、圧力センサ２５により、真空容器２７の圧力が目標圧力まで低下したことを確認すると、エンコーダ２６を用いてモータ１１を駆動し、回転軸１０の回転角度が０°になるまで回転軸１０を逆方向－Ｋに回転させる。バタフライ弁体９は、支持部材３２を介して回転軸１０と一体的に逆方向－Ｋに回転し、図４に示す全閉位置になる。これにより、排気が停止される。

（バタフライ弁体の弁閉動作について）
バタフライ弁体９が、図７に示すように弁座７ａから完全に離間する第１弁開位置から、図４に示す全閉位置まで、弁閉する動作について説明する。バタフライ弁体９が弁座７ａから完全に離間する間、第１カム部材３７と第２カム部材３８が第１当て板６１と第２当て板６２から離間している。そのため、バタフライ弁体９は、第１圧縮ばね３５と第２圧縮ばね３６に付勢されて第２面９ｂを支持部材３２の第１端面３２ａに当接させる後退位置まで後退した状態で、逆方向－Ｋに回転する。

図６に示すように、バタフライ弁体９は、第２弁体部９２を弁座７ａに当接させる寸前まで逆方向－Ｋに回転すると、第１カム部材３７の第１転がり軸受け３９と第２カム部材３８の第２転がり軸受け４０を第１当て板６１と第２当て板６２に当接させる。

図５に示すように、バタフライ弁体９が逆方向－Ｋに更に回転すると、第１カム部材３７と第２カム部材３８は、第１転がり軸受け３９と第２転がり軸受け４０を介して第１当て板６１と第２当て板６２に摺接する。第１カム部材３７と第２カム部材３８は、第１当て板６１と第２当て板６２と接触する接触位置Ｒに、直線方向の押圧力Ｆが作用し、その押圧力Ｆをバタフライ弁体９に伝達する。該押圧力Ｆが第１圧縮ばね３５と第２圧縮ばね３６の付勢力より大きくなると、バタフライ弁体９が、第１圧縮ばね３５と第２圧縮ばね３６に抗して移動し始める。バタフライ弁体９は、第１ガイド部材３３と第２ガイド部材３４を介して支持部材３２に支持され、回転軸１０の中心軸Ｐに対して垂直方向に前進する。

図５に示すように、バタフライ弁体９は、第１弁体部９１を弁座７ａに当接させるときには、回転軸１０と一体的に逆方向－Ｋに回転する回転動作を行うと共に、回転軸１０の中心軸Ｐに対して垂直方向に前進する直進動作を行っている。図５、図４に示すように、バタフライ弁体９は、全閉位置に近づくほど、中心軸Ｐと接触位置Ｒとの間の距離Ｚ（図５の距離Ｚ２、図４の距離Ｚ１）が大きくなり、押圧力Ｆ（図５の押圧力Ｆ２、図４の押圧力Ｆ１）が大きくなる。よって、バタフライ弁体９は、回転角度が０°に近づくにつれて、前進する距離が大きくなり、弁座７ａに押し付けられる力が上昇する。

第１弁体部９１の動作について図１０を参照して説明する。図１０は、第１弁体部の摺動軌跡を説明する図である。バタフライバルブは、第１弁体部を弁座にシールさせることで全閉動作を完了する。そこで、第１弁体部に着目して摺動特性を検討する。図１０では、本形態のバタフライバルブ１の第１弁体部９１と従来のバタフライバルブの第１弁体部９１０の移動軌跡を重ねて記載している。従来のバタフライバルブは、動作制御部３１を備えず、バタフライ弁体を回転軸に直結させており、バタフライ弁体に回転動作のみを行わせる点だけが、本形態のバタフライバルブと相違している。

図中実線Ｕ１は、回転角度が０°である場合における第１弁体部９１の位置と、回転角度が０°である場合における第１弁体部９１０の位置を示す。つまり、本形態のバタフライバルブ１と従来のバタフライバルブは、第１弁体部９１、９１０の全閉位置が同じである。図中二点鎖線Ｕ２で示す第１弁体部９１と、図中点線Ｕ３で示す第１弁体部９１０は、バタフライ弁体の回転角度が同じである。図中二点鎖線Ｕ２に示すように、本形態のバタフライバルブ１の第１弁体部９１は、弁座７ａに当接し始める位置にある。図中点線Ｕ３に示すように、従来のバタフライ弁体の第１弁体部９１０は、弁座７ａに摺接している。

従来のバタフライバルブの第１弁体部９１０は、バタフライ弁体と回転軸との位置関係（バタフライ弁体の中心点Ｑと回転軸の中心軸Ｐとの間の流路軸心方向の距離Ｘ）が一定である。そのため、第１弁体部９１０が弁座７ａに摺接し始める時点から、図中Ｕ１に示す全閉位置にて発生する弾性シール部材７の締め付け力が発生する。これに対して、本形態のバタフライバルブ１の第１弁体部９１は、図中Ｊに示すように、弁座７ａに当接した後に後退位置から前進して、弁座７ａに押し付けられる。そのため、第１弁体部９１が、図中二点鎖線Ｕ２に示すように弁座７ａに摺接し始めてから図中実線Ｕ１に示すように全閉位置まで移動する間に、弾性シール部材７の締め付け力が増加し、全閉位置にて従来の第１弁体部９１と同程度の弾性シール部材７の締め付け力が得られる。よって、本形態のバタフライバルブ１は、従来のバタフライバルブより、弾性シール部材の回転摩擦を抑制し、弁座７ａの摩耗・損傷を低減できる。

発明者らは、上記本形態のバタフライバルブと、上記従来のバタフライバルブについて、バタフライ弁体の回転角度ごとに、弁開度を調べた。図１１は、バタフライ弁体の回転角度と弁開度の関係を示すグラフである。縦軸は、弁開度（ｍｍ）を示し、横軸は、バタフライ弁体の回転角度（°）を示す。弁開度は、例えば図６及び図７に示すように、第１弁体部９１（９１０）と弁座７ａとの水平方向（流路５ａ、６ａの軸心方向）の距離Ｌとする。弁開度は、第１弁体部が弁座に当接し始める位置を０ｍｍとしている。回転角度は、第１弁体部を弁座にシールさせる全閉位置に配置したときを０°としている。そして、全閉位置に配置したバタフライ弁体を正方向に回転させたときの回転角度を正の値とし、全閉位置に配置したバタフライ弁体を逆方向に回転させたときの回転角度を負の値としている。

図中実線Ｍ上のＭ１点に示すように、本形態のバタフライバルブ１は、回転角度が約３°である場合に、第１弁体部９１が弁座７ａに当接し始める。そして、本形態のバタフライバルブ１は、図中Ｍ１点、Ｍ２点に示すように、回転角度が約３°から０°までの範囲で、第１弁体部９１を弁座７ａに約０．３ｍｍ押し付け、シールを行う。

これに対して、図中点線Ｎ上のＮ１点に示すように、従来のバタフライバルブは、回転角度が約４．５°である場合に、第１弁体部９１０が弁座７ａに当接し始める。そして、本形態のバタフライバルブ１は、図中Ｎ１点、Ｎ２点に示すように、回転角度が約４．５°から０°までの範囲で、第１弁体部９１を弁座７ａに約０．３ｍｍ押し付け、シールを行う。

よって、本形態のバタフライバルブ１は、図中Ｗに示す分だけ、第１弁体部９１を弁座７ａに摺接させる回転角度が、従来のバタフライバルブより少なくなる。つまり、本形態のバタフライバルブ１は従来のバタフライバルブより第１弁体部９１の摺動が抑制される。また、本形態のバタフライバルブ１は、従来のバタフライバルブよりバタフライ弁体９を弁座７ａに摺動させる回転領域が小さくても、従来のバタフライバルブと同程度のシール荷重でバタフライ弁体９を弁座７ａに密着させることができる。

（バタフライ弁体の弁開動作について）
次に、バタフライ弁体９を、図４に示す全閉位置から弁開させる場合の動作について、説明する。バタフライ弁体９は、回転軸１０と一体的に逆方向－Ｋに回転する。バタフライ弁体９は、図４に示す全閉位置から逆方向－Ｋに回転すると、カム面３７ａ，３８ａにより、押圧力Ｆ１が緩和される。すると直ぐに、バタフライ弁体９は、第１圧縮ばね３５と第２圧縮ばね３６に付勢されて支持部材３２側へ後退し始める。よって、バタフライ弁体９は、全閉位置から回転軸１０と一体的に逆方向－Ｋへ回転すると同時に、弾性シール部材７の締め付け力が緩和され、弁座７ａの摩耗・損傷を抑制できる。

ここで、上述したように、バタフライバルブ１は、カム機構６０が回転軸１０の回転に応じてバタフライ弁体９を押圧することにより、バタフライ弁体９が支持機構７０に支持されながら回転軸１０の中心軸Ｐに対して垂直方向に前進し、弁座７ａに押し付けられる。よって、バタフライバルブ１は、簡単な構造でバタフライ弁体９に回転動作と直進動作を行わせることができる。よって、バタフライバルブ１は、回転軸の回転を直線方向の推力に変換してバタフライ弁体に直進動作させる構造が簡単である。

また、バタフライバルブ１は、バタフライ弁体９に第１カム部材３７と第２カム部材３８を固定し、バルブボディ８のボディ４に第１当て板６１と第２当て板６２を取り付けるだけで、カム機構６０を構成でき、カム機構６０をコンパクトにできる。しかも、バタフライ弁体９は、周縁部９ｃの少なくとも一部が弁座７ａに当接する場合に、直進動作を行う。この直進動作において、バタフライ弁体９が前進又は後退する量、つまり、図６に示す前進開始位置における距離Ｘ３と図４に示す全閉位置における距離Ｘ１との差分は、数ｍｍ程度と小さい。そのため、支持部材３２は、第１ガイド部材３３と第２ガイド部材３４を介してバタフライ弁体９を摺動可能に支持できる程度に薄くできる。よって、バタフライバルブ１は、動作制御部３１の流路軸心方向の厚みが抑えられ、バルブサイズの外観やバルブボディの面間幅が大きくなることを抑制しつつ、耐久性を向上させることができる。また、バタフライバルブ１は、動作制御部３１を備えることによるコンダクタンスの低下が抑制されるので、従来のバタフライバルブと同様に、大きなコンダクタンスが必要とされる場合に使用できる。

また、第１カム部材３７と第２カム部材３８は、第１当て板６１と第２当て板６２に摺接する位置、すなわち、カム面３７ａ，３８ａの頂点部分に第１転がり軸受け３９と第２転がり軸受け４０を配置し、摩擦抵抗をほぼゼロにしている。そのため、バタフライバルブ１は、回転動作と同程度の回転トルクで、バタフライ弁体９に回転動作と直進動作を行わせることができる。つまり、モータ１１は、回転動作に必要な大きさで選定すれば良い。よって、本形態のバタフライバルブ１は、動作制御部３１を設けても、駆動部２が大きくならない。

ところで、上記バタフライバルブ１は、第１圧縮ばね３５と第２圧縮ばね３６やカム機構６０などからパーティクルが発生する恐れがある。しかし、バタフライバルブ１は、排気ガスを出力する流路６ａ側（真空ポンプ２８側）に動作制御部３１を設けている。そのため、バタフライバルブ１は、動作制御部３１から発生したパーティクルが、排気ガスを入力する流路５ａ側に逆流することを防ぎ、真空容器２７の汚染を回避できる。

（補正動作について）
バタフライバルブ１は、弾性シール部材７を弾性変形させてシールを行うため、弾性シール部材７が経年劣化する恐れがある。そこで、バタフライバルブ１の制御基板１３は、回転軸１０の回転角度を０°に制御した後、圧力センサ２５を用いて、真空容器２７の圧力が低下しているか否かを判断する。圧力が低下していると判断した場合には、制御基板１３は、モータ１１を用いて回転軸１０を逆方向－Ｋに回転させる。

バタフライ弁体９が図８の二点鎖線に示す全閉位置から逆方向－Ｋに回転すると、第１カム部材３７と第２カム部材３８を第１当て板６１と第２当て板６２に摺接させる位置が、カム面３７ａ、３８ａの頂点側へ変化する。つまり、距離Ｚ５が全閉位置における距離Ｚ１（図４参照）より大きくなる。そのため、バタフライ弁体９は、図８の二点鎖線に示す全閉位置よりもカム機構６０から付与される押圧力Ｆ（Ｆ５）が大きくなり、前進する。弁座７ａは、流路５ａ側に向かって小径となるテーパ面により形成されている。よって、バタフライ弁体９は、全閉位置から逆方向－Ｋに回転されて前進することにより、第１弁体部９１と第２弁体部９２を弁座７ａに対して押し付け、漏れを解消できる。

特に、図１１の実線Ｍに示すように、本形態のバタフライバルブ１は、図１１の点線Ｎに示す従来のバタフライバルブと比べ、回転角度が負の領域における回転角度に対する弁開度の変化量が大きい（図中Ｍ３，Ｎ３参照）。

よって、バタフライバルブ１は、弾性シール部材７が経年劣化し、漏れが生じる場合に、弾性シール部材７やカム機構６０などの部品を交換しなくても、回転軸１０を逆方向－Ｋに回転させるだけで、漏れを解消できる。

この場合、制御基板１３は、補正後の回転軸１０（バタフライ弁体９）の回転角度を、記憶手段１３１に記憶すると良い。これにより、次の全閉動作時に、上記補正動作を省略して排気を停止することが可能になり、真空圧力制御時間を短縮できる。

以上説明したように、本形態のバタフライバルブ１は、弁孔４ｄを備えるバルブボディ８と、弁孔４ｄの軸心に対して直交する方向に配置された回転軸１０と、弁孔４ｄに回転自在に配置されるバタフライ弁体９と、弾性を有し、バタフライ弁体９の周縁部９ｃが当接又は離間する環状の弁座７ａと、を備えるバタフライバルブ１において、弁座７ａが定位置に配置されていること、回転軸１０に連結され、回転軸１０の回転のみで、バタフライ弁体９を回転軸１０と一体的に回転させる回転動作と、回転軸１０の中心軸Ｐに対して垂直方向にバタフライ弁体９を移動させる直進動作を行う動作制御部３１と、を有するので、シンプルな構造で、潤滑油を使用せずに弁座７ａの摩耗・損傷を低減できる。

また、本形態の真空圧力制御装置は、真空容器２７と真空ポンプ２８との間に配設され、真空容器２７の真空圧力を制御する真空圧力制御装置において、回転軸１０と、バタフライ弁体９と、回転軸１０に連結され、回転軸１０の回転のみで、バタフライ弁体９を回転軸１０と一体的に回転させる回転動作と、回転軸１０の中心軸Ｐに対して垂直方向にバタフライ弁体９を移動させる直進動作を行う動作制御部３１と、定位置に配置されて、バタフライ弁体９が当接又は離間するものであり、弾性を有する環状の弁座７ａと、回転軸１０を回転させるモータ１１と、モータ１１に回転軸１０を正方向Ｋに回転させることにより、弁座７ａから離間する方向にバタフライ弁体９を回転させる一方、モータ１１に回転軸１０を逆方向－Ｋに回転させることにより、弁座７ａに当接する方向にバタフライ弁体９を回転させる制御基板１３と、を有するので、シンプルな構造で、潤滑油を使用せずに弁座７ａの摩耗・損傷を低減できる。また、高温・高真空下で使用されても、気化した潤滑油が真空容器２７側に逆流する恐れがない。

なお、上記各実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な改良、変形が可能である。

例えば、動作制御部は、弁を全閉する直線で、バタフライ弁体に直進動作のみを行わせてもよい。尚、上記実施形態のように、回転動作と直進動作を同時に行うことで、回転軸１０の回転角度で弁の開度を容易に把握することが可能になる。

例えば、上記実施形態のカム機構は、バタフライ弁体９側にカムを設けたが、バルブボディ８側にカムを設け、そのカムをバタフライ弁体９に摺接させても良い。また、例えば、第１カム部材３７と第２カム部材３８は、バタフライ弁体９に溶接しても良い。第１当て板６１と第２当て板６２を弁孔４ｄの内壁に溶接してもよい。

例えば、上記実施形態では、板状の第１当て板６１と第２当て板６２により突出部材を構成した。これに対して、突出部材は、ピン形状であっても良い。

例えば、上記実施形態では、流体を出力する流路６ａ側に動作制御部３１を配置したが、流体を入力する流路５ａ側に動作制御部３１を配置しても良い。

例えば、回転軸１０は、手動で回転させてもよい。また、例えば、第１及び第２転がり軸受け３９、４０を省略しても良い。また、例えば、上記実施形態では、弾性シール部材７の弁座７ａを直線形状としているが、曲面形状にしても良い。また、例えば、上記実施形態のエンコーダ２６に変えて、ポテンションメータを用いても良い。

例えば、排気ガスに接する排ガス部の材料は、使用環境に合わせ、ステンレス鋼以外に、アルミニウム合金等を使用しても良い。

例えば、上記形態では、バタフライバルブ１を排気ガスの流量制御に用いたが、バタフライバルブ１を流路の開閉に用いてもよい。

１ バタフライバルブ（真空圧力制御装置）
２ 駆動部
４ｄ 弁孔
７ａ 弁座
９ バタフライ弁体
９ｃ 周縁部
１０ 回転軸
１３ 制御基板
２７ 真空容器
２８ 真空ポンプ
３１ 動作制御部
３２ 支持部材
３５ 第１圧縮ばね
３６ 第２圧縮ばね
３７ 第１カム部材
３８ 第２カム部材
７０ 支持機構
６０ カム機構
６１ 第１当て板
６２ 第２当て板
Ｐ 中心軸
Ｆ 押圧力

Claims (8)

1. 半導体製造工程で用いられるバタフライバルブであって、
   弁孔を備えるバルブボディと、
   前記弁孔の軸心に対して直交する方向に配置された回転軸と、
   前記弁孔に回転自在に配置されるバタフライ弁体と、
   弾性を有し、前記バタフライ弁体の周縁部が当接又は離間する環状の弁座と、を備えるバタフライバルブにおいて、
   前記弁座が定位置に配置されていること、
   前記回転軸に連結され、前記回転軸の回転のみで、前記バタフライ弁体を前記回転軸と一体的に回転させる回転動作と、前記回転軸の中心軸に対して垂直方向に前記バタフライ弁体を移動させる直進動作を行う動作制御部であって、前記回転動作と前記直進動作とを同時に並行して行う前記動作制御部と、を有すること、
   を特徴とするバタフライバルブ。
2. 請求項１に記載するバタフライバルブにおいて、
   前記動作制御部が、
   前記回転軸に固定され、前記バタフライ弁体を前記垂直方向に変動可能に支持する支持機構と、
   前記バタフライ弁体の少なくとも一部が前記弁座に当接する場合に、前記回転軸の回転に応じて、前記支持機構に支持される前記バタフライ弁体を弁座方向に押圧するカム機構と、を有すること
   を特徴とするバタフライバルブ。
3. 弁孔を備えるバルブボディと、
   前記弁孔の軸心に対して直交する方向に配置された回転軸と、
   前記弁孔に回転自在に配置されるバタフライ弁体と、
   弾性を有し、前記バタフライ弁体の周縁部が当接又は離間する環状の弁座と、を備えるバタフライバルブにおいて、
   前記弁座が定位置に配置されていること、
   前記回転軸に連結され、前記回転軸の回転のみで、前記バタフライ弁体を前記回転軸と一体的に回転させる回転動作と、前記回転軸の中心軸に対して垂直方向に前記バタフライ弁体を移動させる直進動作を行う動作制御部と、を有すること、
   前記動作制御部が、
   前記回転軸に固定され、前記バタフライ弁体を前記垂直方向に変動可能に支持する支持機構と、
   前記バタフライ弁体の少なくとも一部が前記弁座に当接する場合に、前記回転軸の回転に応じて前記バタフライ弁体を押圧するカム機構と、を有すること、
   前記カム機構が、
   前記弁孔の内部に突出するように前記バルブボディに設けられた突出部材と、
   前記バタフライ弁体に固定されるものであり、前記バタフライ弁体が前記弁座から離間する場合には、前記突出部材に接触せず、前記バタフライ弁体の少なくとも一部が前記弁座に当接する場合には、前記突出部材に接触するカム部材と、を有すること、
   を特徴とするバタフライバルブ。
4. 請求項３に記載するバタフライバルブにおいて、
   前記カム部材が、前記突出部材と接触する位置に転がり軸受けが配置されていること、
   を特徴とするバタフライバルブ。
5. 請求項２乃至請求項４の何れか一つに記載するバタフライバルブにおいて、
   前記バタフライ弁体を支持機構側に付勢する付勢部材を有すること
   を特徴とするバタフライバルブ。
6. 半導体製造工程で用いられる真空容器と真空ポンプとの間に配設され、前記真空容器の真空圧力を制御する真空圧力制御装置において、
   回転軸と、
   バタフライ弁体と、
   前記回転軸に連結され、前記回転軸の回転のみで、前記バタフライ弁体を前記回転軸と一体的に回転させる回転動作と、前記回転軸の中心軸に対して垂直方向に前記バタフライ弁体を移動させる直進動作を行う動作制御部であって、前記回転動作と前記直進動作とを同時に並行して行う前記動作制御部と、
   定位置に配置されて、前記バタフライ弁体が当接又は離間するものであり、弾性を有する環状の弁座と、
   前記回転軸を回転させる回転駆動部と、
   前記回転駆動部に前記回転軸を正方向に回転させることにより、前記弁座から離間する方向に前記バタフライ弁体を回転させる一方、前記回転駆動部に前記回転軸を逆方向に回転させることにより、前記弁座に当接する方向に前記バタフライ弁体を回転させる制御手段と、を有すること、
   を特徴とする真空圧力制御装置。
7. 真空容器と真空ポンプとの間に配設され、前記真空容器の真空圧力を制御する真空圧力制御装置において、
   回転軸と、
   バタフライ弁体と、
   前記回転軸に連結され、前記回転軸の回転のみで、前記バタフライ弁体を前記回転軸と一体的に回転させる回転動作と、前記回転軸の中心軸に対して垂直方向に前記バタフライ弁体を移動させる直進動作を行う動作制御部と、
   定位置に配置されて、前記バタフライ弁体が当接又は離間するものであり、弾性を有する環状の弁座と、
   前記回転軸を回転させる回転駆動部と、
   前記回転駆動部に前記回転軸を正方向に回転させることにより、前記弁座から離間する方向に前記バタフライ弁体を回転させる一方、前記回転駆動部に前記回転軸を逆方向に回転させることにより、前記弁座に当接する方向に前記バタフライ弁体を回転させる制御手段と、を有し、
   前記制御手段が、
   前記バタフライ弁体が全閉位置にあるときに漏れを検出する漏れ検出手段と、
   前記漏れ検出手段が漏れを検出した場合に、前記回転駆動部に前記回転軸をさらに逆方向に回転させる補正手段とを有すること、
   を特徴とする真空圧力制御装置。
8. 請求項６又は請求項７に記載する真空圧力制御装置において、
   前記動作制御部は、真空ポンプ側に配置されていること、
   を特徴とする真空圧力制御装置。

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