TWI431213B - 蝶形壓力控制閥 - Google Patents

Description

蝶形壓力控制閥

本發明係關於例如在半導體製程可在確保高密封性下控制微小流量的排氣之蝶形壓力控制閥，特別是關於適用於從大氣壓至低真空進行緩(soft)的排氣控制、以及在真空狀態能將製程氣體壓力進行高速且穩定的控制之高耐久性且具有隔離功能之蝶形壓力控制閥。

以往，例如在半導體製程，是在真空容器(真空室)和真空泵之間，設置具有隔離功能之蝶形壓力控制閥。真空用隔離閥(以下稱「隔離閥」)，是用來讓真空室進行排氣及停止排氣，而將真空室內的壓力控制成接近既定的真空壓力。在使用隔離閥進行壓力控制的情況，是要求能實施緩排氣控制以及製程氣體控制合計2種控制。

在利用隔離閥進行壓力控制的情況，在從大氣壓進行真空排氣時，若閥開度急劇變大，真空室內的壓力會產生激烈的變化，可能發生亂流而造成粒子飛散。

為了防止發生此現象，以往是用與主閥並列設置的小口徑旁通閥進行緩排氣，但若使用具有隔離功能之壓力控制閥，在大口徑的閥之閉閥位置附近的開度下，使流路逐漸改變而讓流體漏洩是可能的，但這時必須藉由微小開度來進行壓力控制。

作為隔離閥，例如包括：擺式閘閥、直動式閘閥、L形閥、蝶形閥等。

擺式閘閥和直動式閘閥，由於在閉閥位置的間隙變大，故大多使用在大口徑的高真空排氣系統的壓力控制。

此外，作為L形閥，例如專利文獻1所揭示的真空壓力系統的真空比例閥。專利文獻1的真空壓力系統是具備：屬於L形提動閥之真空比例控制閥、真空壓力感測器、控制器。該真空比例控制閥，係同時具備閥座密封功能、緩排氣功能、壓力控制功能，利用這些功能，1台就能進行真空壓力控制。

另一方面，作為具有隔離功能之蝶形閥，例如為利用座環的開閉來進行隔離之蝶形閥(參照專利文獻2)。專利文獻2的蝶形閥，是在閥本體內部的閥體轉動空間內設置閥體退避空間，在閥體轉動時，可在防止其和閥體轉動空間的內面接觸的狀態下進行轉動。藉由對壓力空間內供應壓力，以使閥座在閥體轉動空間內前進，當壓接於閥體時會將流路密封。藉此，該蝶形閥，可防止閥體在旋轉時和閥本體及閥座接觸，而避免閥體發生摩耗及損傷，並提昇密封性。

這時，一般的蝶形閥，比起相同口徑的其他構造的閥，其面間尺寸小，且安裝於配管的寬度比提動型的流量控制閥更小。因此，若使用蝶形閥作為隔離閥，可縮小其佔地面積(footprint)，特別是在應用於半導體製造領域的情況，能使排氣系統整體變得小型化。再者，由於蝶形閥也能謀求輕量化，故有助於材料用量的減少。

此外，關於其他的蝶形閥，還有專利文獻3的蝶形閥的閥體開閉機構。在該蝶形閥的閥體開閉機構，閥座密封部可在：與閥體的外周面密合的密封位置和遠離閥體外周面的退避位置之間滑動自如，並朝閥座密封部和閥本體的間隙噴射洗淨用流體。藉此，該蝶形閥，可將欲侵入閥座密封部和閥本體之間的個體物予以除去，而能防止閥座密封部和閥本體的摩耗、損傷，並提昇密封性。

然而，蝶形閥的構造，由於是使閥軸相對於閥座旋轉來進行流路的開閉，在擋板(flapper，閥體)未設置密封材而不具備隔離功能的情況，能高速動作而進行流量控制。但例如在擋板設置密封材而具備隔離功能的蝶形閥，密封材的旋轉摩擦變大，即使塗布真空潤滑油，密封面仍會發生滑動摩耗而造成耐久性變差。例如，該蝶形閥進行數萬次的旋轉動作就到達使用界限，又在加熱型的情況其耐久性更差。然而，未具備隔離功能的蝶形閥，只要將進行旋轉動作的部位的密封性提高即可，對於密封面的耐久性沒有特別的要求，因此可承受大約100萬次左右的旋轉動作。

在使用不具備隔離功能的蝶形閥來控制真空壓力的情況，可將該蝶形閥和其他的閥組合而構成閥系統，藉由該閥系統來控制真空壓力。該閥系統例如為第11圖所示的閥系統。該閥系統1係具備：未具備隔離功能的壓力控制用蝶形閥2、流路開閉用的真空閥3、小口徑的流量調整閥4。蝶形閥2和真空閥3是串列連接於真空流路5，流量調整閥4和真空閥3則是並列連接於真空流路5，藉此使流體能繞過真空閥3，又藉由流量調整閥4實施流量調整，可進行緩排氣的排氣時間調整。

該閥系統1，是利用真空閥3來進行流路的開閉操作，又在真空閥3開閥時，控制蝶形閥2的開閉以進行壓力控制。再者，在進行緩排氣的情況，在真空閥3閉合的狀態下，打開小口徑的流量調整閥4，以進行從大氣壓至低真空之緩排氣。依據此構造，利用閥系統1可實現：在蝶形閥單體構造下難以達成的緩排氣的排氣時間調整。

[專利文獻1]日本特開2006-18767號公報

[專利文獻2]日本實用新案登錄第2516307號公報

[專利文獻3]日本特許第3826114號公報

然而，擺式閘閥和直動式閘閥，是適用於大口徑的高真空排氣系統的壓力控制的構造，其外殼構造比起蝶形閥的外殼構造更複雜，不適用於中小型的壓力控制，且不是做成一體型即可發揮緩排氣功能的構造。

此外，L形的提動閥，由於閥體可在流路方向往復移動，為了確保閥體的可動區域和該閥體上昇時的流路，會造成閥整體變得大型化。因此，佔地面積大，排氣系統整體有大型化的傾向。

再者，提動閥，是利用電動氣動閥門定位器來控制大口徑的氣缸的開閉動作，因此無法進行高速控制。

例如，在專利文獻1的真空壓力控制系統，真空比例控制閥的閥開閉行程變大，且是使用伸縮密封(bellows)來作為閥密封件，必須用高推力才能使其動作。因此，為了讓該真空比例控制閥動作，必須加大氣壓缸的推力。

再者，該真空壓力控制系統，由於真空比例控制閥的閥座構造是利用平面進行密封，在應用於緩排氣之微控制的情況，利用空氣壓控制之控制性不佳，而且會因閥座的黏著而產生晃動(hunting)等的問題。因此，雖然也能利用馬達的機械驅動來進行控制，但這時會變得更大型化，且構造更為複雜。

另一方面，在使用蝶形閥進行真空控制的情況，為了使該蝶形閥具備隔離閥的功能，必須在閥體設置密封材，且為了提高閥座密封性必須提高閥體和閥座密封部的緊固壓力以提昇密合性。然而，在此情況下，在將閥座完全封閉時的摩擦扭矩變大。

因此，使用具有閥座密封功能的蝶形閥來進行壓力控制的情況，必須將馬達輸出或齒輪的減速比設定成較大以增大輸出扭矩。然而，若輸出扭矩增大，動作速度會變慢而無法進行高速控制，又若使馬達大型化或增加齒輪數，則會造成閥整體變得大型化。再者，閥體和閥座變得容易摩耗，而使漏洩(leak)性能變差。因此，具有隔離功能的蝶形閥，其閥體的旋轉動作的限界為約10萬次左右，又在加熱型的情況，其動作次數的限界更低而有耐久性變差的問題。

於是，專利文獻2的蝶形閥，是在閥體轉動空間設置閥體退避空間以防止閥體摩耗而提昇密封性能，但由於是將閥本體朝擴徑方向擴大來設置閥體退避空間，因此外殼整體變得大型化且安裝寬度也增大。因此，該專利文獻2的蝶形閥，並無法維持蝶形閥的優點之小型化。

專利文獻3的蝶形閥的閥體開閉機構，雖是欲使閥座密封部退避至離開閥體的位置，但為了防止在閥體旋轉時該閥體和閥座密封部發生干涉，必須使閥座密封部遠離閥體，結果，在小流量時造成流導率(conductance)變大。因此，該蝶形閥不容易進行微小流量時的壓力控制，並不適用在真空壓力控制。

另一方面，在閥體未設置密封材而不具備隔離功能的蝶形閥，其主要目的是為了防止外殼和閥座密封部之間的摩耗。藉此，例如在主配管上，將口徑100A的ON-OFF控制用的提動閥和具有隔離功能的流量調節用閥並列配置的情況，例如利用1/4吋的流量調節用閥進行緩排氣時，為了用口徑100A的蝶形閥控制1/4吋的面積，必須將閥體和密封部的間隙設定在0.1mm左右。然而，僅具有開閉功能的蝶形閥，其設計上所需的間隙變大，造成Min流導率控制性變差。因此，並無法使用開閉用蝶形閥來進行緩排氣的時間調整。

為了利用100A等的大口徑蝶形閥來進行緩排氣，必須在與密封面接觸或分離的位置進行開閉控制，如前述般，在無法將閥體和閥座的間隙縮小到0.1mm以下的情況，微小流量時的流導率變大。這時，可控制的壓力範圍變窄，無法進行足夠範圍的壓力控制。然而，在僅將旋轉動作部位附近的密封性提高的情況，由於產生摩耗和漏洩的部分主要在該密封部附近，故能提昇耐久性，且摩耗阻力也會變小，而能進行高速控制。

第11圖之閥系統1，雖然能進行緩排氣的排氣時間調整以及製程氣體的壓力控制，但構造複雜，且其對於真空配管5佔很大的安裝空間。

本發明是有鑑於上述問題點，進行深入研究而開發完成者，其目的是為了提供一種適用於在真空區域內進行壓力控制之蝶形壓力控制閥，其能發揮優異的耐久性，且以單體構造可發揮隔離功能，又能進行從大氣壓至低真空之緩排氣的排氣時間的控制以及製程氣體的壓力控制，且設置空間小，能用小的操作力進行高速控制，在閉閥時可維持閉閥狀態而發揮高密封性，在流量控制時可從微小流量至大流量進行正確的控制。

為了達成前述目的，請求項1的發明之蝶形壓力控制閥，係包含閥開閉機構；

該閥開閉機構係具備：可朝與外殼內的流路垂直的方向旋轉之閥體、可在流路方向往復移動以使閥座密封部接觸或離開閥體之座環、朝讓座環離開閥體的方向供應空氣之空氣流路、將座環朝閥體方向彈壓的彈簧；

該閥開閉機構，在朝空氣流路供應空氣而使座環離開閥體的狀態下，使該閥體進行無滑動地旋轉，在閥體旋轉至閉閥狀態時，藉由朝空氣流路之空氣供應和彈簧的彈壓力來使座環接觸或離開閥體，以控制流路內的壓力。

請求項2的發明之蝶形壓力控制閥，是在空氣流路上，將用來供應或停止供應來自泵的空氣之電磁閥、和用來調節空氣供應量的電動氣動調節器並列連接。

請求項3的發明之蝶形壓力控制閥，是在閥體連接旋轉傳動用的步進馬達，並在該步進馬達和電動氣動調節器連接控制器；該控制器係具備：控制步進馬達的旋轉以控制閥體的旋轉量之閥體控制部、利用電動氣動調節器來控制供應至空氣流路的輸出壓力以控制座環的開度之空氣控制部。空氣控制部，係控制電動氣動調節器的閥開度以控制供應至空氣流路的空氣量(壓力)。

請求項4的發明之蝶形壓力控制閥，是讓閥體的旋轉軸相對於閥體的中心形成偏心，且相對於流路的中心形成偏心。

請求項5的發明之蝶形壓力控制閥，是在閥體之與閥座密封部的抵接側裝設O形環，並將閥座密封部在座環的內周面側從內徑側朝外徑側逐漸擴徑而形成錐狀或圓弧狀。

請求項6的發明之蝶形壓力控制閥，是在外殼裝設制動器，以在對空氣流路供應空氣而使座環移動時將該座環的移動限制於既定的位置。

請求項7的發明之蝶形壓力控制閥，該制動器係具備：圓柱狀的柱銷、相對於該柱銷形成偏心的偏心凸輪，將該偏心凸輪的凸輪面當作抵接於座環的抵接面。

依據請求項1的發明，可提供一種適用於在真空區域內進行壓力控制之蝶形壓力控制閥，其在配管上的安裝寬度小而使設置空間變小，能用小的操作力進行高速控制，在閉閥時可維持閉閥狀態而發揮高密封性，在開閥時可從微小流量至大流量進行正確的流量控制，特別是在微小流量時可發揮優異的漏洩性能而能進行高精度地壓力控制。藉此可正確地進行真空區域內的壓力控制。

依據請求項2的發明，利用電磁閥能使閥體成為開或閉狀態，利用電動氣動調節器能控制閥體和閥座密封部之間的距離，而從外部對閥體進行高速且高精度地開閉控制以控制壓力，可在防止整體變得大型化或複雜化的狀態下，發揮優異的漏洩性能。

依據請求項3的發明，可在維持閥本體的緊致性下進行閥體的開閉動作，並利用座環的移動來進行微小流量的控制，而能實施高速且高精度地壓力控制。

依據請求項4的發明，可在防止閥體和座環間的滑動下讓閥體旋轉，而能維持閉閥時的密封性和壓力控制功能。

依據請求項5的發明，在使座環在流路方向移動時，可將其移動量轉換成微小的閥開度，而能進行微小的閥開度控制。

依據請求項6的發明，可調節閥全開狀態下的座環位置而將座環和閥體的間隙設定成最小，因此即使是在極微小的流量下也能進行高精度地壓力控制。

再者，依據請求項7的發明，藉由讓制動器旋轉，可從外殼的外部簡單地調節座環的位置而任意地設定該座環和閥體的間隙。

以下根據圖式來詳細說明本發明的蝶形壓力控制閥的較佳實施形態。如第10圖所示，本發明的蝶形壓力控制閥，例如具備：在半導體製程的管路10上連接於真空室11和真空泵12之間的閥本體15、連接於該閥本體15之電磁閥16、電動氣動調節器17、致動器18以及控制器19。

第1圖係顯示本發明的蝶形壓力控制閥的一實施形態。在閥本體15的外殼20內形成有流路21，並設置用來開閉該流路21之閥開閉機構22。閥開閉機構22係具備：閥體23、座環24、空氣流路25、彈簧26。

在閥開閉機構22，閥體23是形成大致圓板狀且藉由固定螺栓27來安裝於旋轉軸之閥軸28，藉由該閥軸28使其朝與流路21垂直的方向旋轉。此外，在閥體23的外周側形成裝設溝槽29，在該裝設溝槽29裝設O形環30。O形環30係配設於後述座環24之與閥座密封部31抵接側，利用該O形環30將閥座密封部31和閥體23之間密封。

如第5圖及第6圖所示，閥軸28是相對於閥體23的中心O₁ 形成偏心，且相對於流路的中心O₂ 形成偏心。藉此，使閥本體15形成2重偏心閥的構造。這時，閥軸28相對於流路中心O₂ 的偏心量D為約1~2mm左右。又在閥軸28的上部側連接步進馬達32。步進馬達32，能減低閥軸28的旋轉誤差而使其以既定的旋轉角度高精度地旋轉。

另外，如第4(a)圖所示，座環24是形成大致環狀，而包含閥座密封部31和滑動部36。閥座密封部31，是和O形環30抵接而進行密封的部分，是形成於座環24的內周面側，且形成從內徑側往外徑側逐漸擴徑之錐狀。在第4(b)圖，閥座密封部31的錐角θ，雖然按照閥的尺寸會有不同，但須設定成在閥體旋轉時不會發生干涉的角度，在本實施形態，將錐角θ設定成10~15°。另外，閥座密封部31也可以是錐狀以外的形狀，例如亦可為圓弧狀。

另一方面，滑動部36是為了讓座環24在外殼20內滑動而形成的，在該滑動部36設置朝外徑側突出的限制部37。在該限制部37的移動側，分別形成有閉閥側限制面38和開閥側限制面39。

座環24，是將滑動部36安裝在形成於外殼20的裝設凹部40，利用設置在滑動部36和裝設凹部40之間的間隙G，以在與流路21垂直的方向能進行往復移動，閥座密封部31是形成可和O形環30接觸或分離。這時，藉由使閉閥側限制面38抵接於形成在裝設凹部40的環狀突部41，使開閥側限制面39抵接於制動器45，以分別限制座環24在往、復時的移動量。另外，在座環24和裝設凹部40分別設有座環42、43、44，藉由該座環42、43、44來防止流體從外殼20和座環24漏出。

如第4(b)圖及第4(c)圖所示，制動器45係具備：圓柱狀的柱銷46、相對於該柱銷46形成偏心的偏心凸輪47。在柱銷46的前端側形成溝槽部48。另一方面，在外殼20內設置用來收容制動器45的收容部50，該收容部50係具備：用來收容柱銷46之裝設部51、用來收容偏心凸輪47之擴徑部52。當制動器45裝設於收容部50時，可相對於收容部50進行旋轉，這時，偏心凸輪47的凸輪面49配設於和座環24抵接的位置而成為與座環24的抵接面。

依據此安裝構造，制動器45可旋轉成第7圖所示的狀態，藉此可調節凸輪面49的位置，而限制座環24移動時的移動量。在旋轉制動器45的情況，是將未圖示的螺絲起子等工具的前端插入該溝槽部48，邊確認刻設於柱銷46的視認部53的位置邊旋轉螺絲起子，而旋轉成任意的狀態。這時，能將制動器45以0~180°的範圍旋轉而調節凸輪面49的狀態。在本實施形態，制動器45是設置在閥本體15的上下2處。

如第2、3圖所示，空氣流路25是從外殼20內的裝設凹部40向外延伸，透過該空氣流路25來對裝設凹部40供應空氣。該空氣流路25在供應空氣時，會使座環24位於離開閥體23的位置，又其是連接於裝載在閥本體23的致動器18內部的空氣流路55。該致動器18的空氣流路55，如第1圖所示，從中途分支出第1分支流路56和第2分支流路57。

彈簧26，是在形成於座環24之安裝部60和形成於外殼20之凹狀溝槽61之間，以將座環24朝閥體23的方向彈壓的狀態裝設著。藉此，平常，是利用該彈簧26的彈壓使座環24朝閥體23方向移動，以將旋轉成閉閥狀態的閥體23密封，另一方面，在從空氣流路25供應空氣時，座環24會反抗彈簧26的彈壓力而將流路21打開。如此般，閥本體15是形成所謂NC(常閉)形態。在本實施形態，是在座環24的圓周方向等間隔地裝設8個彈簧26，其數目可按照需要來進行增減。

再者，在座環24之彈簧26安裝面側之不會和彈簧26干涉的位置，安裝未圖示的卡止構件亦可。卡止構件是插入形成於外殼20的卡止孔(未圖示)和形成於座環24的卡止孔(未圖示)之間，在設置有該卡止構件的情況，可防止座環24相對於外殼20進行旋轉。因此，座環24相對於裝設凹部40進行往復移動時的動作變穩定，而能使閥座密封部31從與閥體23大致垂直的方向進行抵接。

如以上所說明，閥開閉機構22在對空氣流路25供應空氣時，是在利用該空氣的供應而使座環24離開閥體23的O形環30的狀態下，讓該閥體23進行無滑動地旋轉，又在將閥體23旋轉至閉閥狀態時，藉由對空氣流路25供應空氣以及彈簧26的彈壓力來使閥體23接觸或離開座環24，以控制流路21內的流量(壓力)。由於利用該閥開閉機構22來進行流量控制，該蝶形壓力控制閥可在真空室11內進行緩排氣並實施高精度地壓力控制。

座環24相對於閥體23之接觸或分離，是利用電磁閥16和電動氣動調節器17來供應或停止供應空氣，或是藉由調整空氣供應量來進行。

電磁閥16和電動氣動調節器17，是並列連接於第1圖的第1分支流路56和第2分支流路57。又在電磁閥16和電動氣動調節器17連接著泵62，在從泵62供應操作用空氣時，是分別操作電磁閥16和電動氣動調節器17來控制流路。

可操作電磁閥16而成為開閥或閉閥狀態，在各狀態下分別使來自泵62的空氣供應或停止供應至空氣流路25。另一方面，電動氣動調節器17，可調節閥開度，來調整來自泵62的空氣之供應壓力。該電動氣動調節器17，例如可利用內部的活塞(未圖示)來將壓力控制在0~0.5MPa的範圍內以控制對閥本體15的空氣供應量。或是，可利用供應壓力的ON-OFF控制來實施座環24的位置控制。

在此雖省略電磁閥16和電動氣動調節器17的內部構造，但只要電磁閥16是ON-OFF用的開閉閥，電動氣動調節器17是可調節流量的流量調節閥即可，其構造不拘而能使用適當形態的閥。此外，只要能分別對第1、第2分支流路56、57供應既定量的空氣即可，不一定要和閥本體15設置成一體或近接設置，而能設置在管路10上的任意位置。

另一方面，致動器18是將步進馬達32裝載於內部，藉由該步進馬達32透過閥軸28使閥體23能以既定角度旋轉。

如第1圖所示，在步進馬達32連接著控制器19，該控制器19是連接於電動氣動調節器17。該控制器19具備閥體控制部65和空氣控制部66，閥體控制部65和空氣控制部66是具備未圖示的基板等。

閥體控制部65，係控制步進馬達32的旋轉方向和旋轉速度等，藉此控制閥體23的旋轉量。另一方面，空氣控制部66係控制電動氣動調節器17內部的未圖示的閥體的閥開度，藉由該電動氣動調節器17，來控制從泵62供應空氣時對空氣流路25供應的空氣量(壓力)。藉此，空氣控制部66，係藉由電動氣動調節器17來控制供應至空氣流路25的輸出壓力，以控制座環24的開度。

又在上述實施形態，在電動氣動調節器17的位置，設置與該電動氣動調節器的功能相同的閥亦可。作為該閥，例如可使用具有孔口(orifice)流路的流量控制閥(未圖示)。

接著說明本發明的蝶形壓力控制閥之上述實施形態的動作及作用。

首先，要從開閥狀態變成閉閥狀態的情況，在第4圖的狀態，電磁閥16和電動氣動調節器17是呈開狀態，在該狀態下，從泵62對空氣流路25供應空氣。藉此，空氣會從空氣流路25供應至裝設凹部40，使座環24反抗彈簧26的彈壓力而朝圖中左側移動。這時，如第4(c)圖所示調節制動器45的旋轉，將凸輪面49設定成適當的狀態以限制座環24的移動量。圖中，是調節成使凸輪面49之偏心量少的面側位於與座環24的抵接側，藉此使座環24的移動量變大。

接著，在此狀態下，控制閥體控制部65使步進馬達32旋轉既定量，如第5圖所示，將閥本體15的閥體23旋轉至閉狀態的位置。這時，藉由維持讓座環24離開閥體23的狀態，以使閥體23相對於座環24進行無滑動地旋轉。又由於閥軸28是相對於閥體23的中心O₁ 在流路方向形成偏心，且相對於流路的中心O₂ 形成偏心，因此閥體23的閥軸附近不會接觸座環24。如此，可避免因閥體23的旋轉而造成密封性變差，而能維持後述閉閥時的密封性。

接著，如第3、6圖所示，使電磁閥16成為閉閥狀態而停止對空氣流路25供應空氣，並從裝設凹部40進行空氣的排氣。藉此，利用彈簧26的彈壓力將座環24朝閥體23方向推壓，藉由座環24的閥座密封部31將閥體23的O形環30密封。這時，由於O形環30會抵接於錐狀閥座密封部31的內周面側，在第6(b)圖中，當座環24受到彈簧26的彈壓力而朝O形環30的方向移動時，該O形環30會沿著閥座密封面35以縮徑的狀態變形，藉此發揮高密封性。

藉由以上之閥本體15的閉閥動作，使真空室11和真空泵12之間的管路10成為封閉狀態。

其次說明，從該閉閥狀態進行緩排氣控制的情況，以及緩排氣控制後之製程氣體壓力控制的情況。首先說明，逐漸朝開閥狀態動作而將真空室11內實施緩排氣的情況，亦即將在大氣壓的狀態下封閉之真空室11內的壓力從大氣壓逐漸進行排氣而減壓至減壓後的值(真空狀態)的情況。

在從上述狀態進行緩排氣的情況，最初是維持電磁閥16的閉狀態而利用空氣控制部66來控制電動氣動調節器17的閥開度，以控制供應至空氣流路25的壓力而控制座環24的開度。

這時，電動氣動調節器17的閥開度，如第8圖所示是控制成，使真空室11內的壓力在經由既定緩排氣時間後從大氣壓(760Torr)降為0氣壓。亦即，在真空室11內從大氣壓減壓至0氣壓時，事先設定好對應於期望減壓速度(可避免在真空室11內引發粒子產生等的問題)之緩排氣時間T。並控制電動氣動調節器17的開度，而以真空室11內的壓力和該緩排氣時間T成比例的方式進行排氣。利用該開度控制，來調節朝空氣流路25供應的空氣壓力，以將座環24相對於閥體23的移動量做細微控制，藉此控制座環24和閥體23之間的間隙量。

如此般利用空氣控制部66來控制電動氣動調節器17的開度，在大氣壓附近可將漏洩量控制在微量，隨著真空度變低將其開度加大，而容易使真空室11內的真空壓力在排氣時間T以內從大氣壓降至1Torr以下。

這時，在設定時間內能以真空壓力到達1Torr的方式進行排氣的情況，將電動氣動調節器17控制成閉狀態同時將電磁閥16控制成開狀態，透過電磁閥16對空氣流路25供應空氣而使座環24移動至制動器45的位置。此外，利用閥體控制部65來控制步進馬達32的旋轉，使閥本體15的閥體23成為全開狀態後結束控制。

另一方面，在設定時間內無法以真空壓力到達1Torr的方式進行排氣的情況，利用電動氣動調節器17來檢測座環24的全開狀態的輸出壓力，根據該檢測結果來切換成使用步進馬達之閥體控制，將閥體23逐漸打開以進行設定時間以內的緩排氣。經由該緩排氣而到達設定真空壓力後，使閥體23成為全開狀態而結束控制。

在緩排氣後，利用真空泵12的能力，進行排氣而使真空室11內成為高真空度。

在進行上述控制時，閥體23和座環24，是藉由O形環30和錐狀閥座密封部31實施密封而形成密封構造，因此在大氣壓附近可進行微小流量的控制。

亦即，在第9圖，若閥座密封部31(座環24)離開O形環30時在流路方向的距離為L，對應於該距離L而在座環24和O形環30之間產生之徑方向的間隙S，可用間隙S=距離L×tanθ(θ=錐角)來表示。

假設θ=10°的情況，為了將間隙S控制在0.1mm以下之座環24的移動距離L為約0.6mm，如此般以較大的行程來概略控制移動距離L，即可精密地控制間隙S的量。

再者，利用制動器45來調整移動距離L，可將全開時的間隙S設定成0.1~0.2mm左右，而縮小流導率。如此般，藉由調整O形環30和座環24(錐角θ)來調節流量，可將座環24在閥體方向的移動距離L轉換成較小的間隙S而進行微小控制。因此可高精度地實施緩排氣時的控制。

再者，由於閥本體15是採用2重偏心閥的構造，即使是閥體23寬度較小的情況，仍能以閥座密封部31和O形環30的間隙最小的狀態進行開閉，而使微小流量時之流導率成為最小。因此，在閥體23旋轉時，可抑制閥體23和閥座密封部31之干涉，而順利地進行閥體23的旋轉。

在緩排氣後，導入製程氣體而進行目標壓力控制。製程氣體的壓力控制，是從閥體23全開且排氣成高真空的狀態下，開始進行氣體導入和壓力控制，而進行調整成設定壓力之PID動作。這時，氣體導入動作的開始，可在壓力控制動作開始的前後進行，但在開始進行壓力控制時，可高速地進行閉閥動作和穩定控制。

閥體23，是藉由步進馬達32的馬達控制而進行旋轉直到成為閉閥狀態。在旋轉後，由於閥座密封部31離開O形環30，閥體23是在幾乎沒有滑動阻力的狀態下旋轉而能進行低扭矩且高速的壓力控制。又由於閥座密封部31和O形環30的關係是設定成Min流導率，故可實施廣範圍的壓力控制。

在該閉閥狀態下，利用電動氣動調節器17對供應至空氣流路25的壓力進行PID控制，以使座環24移動而進行製程氣體壓力控制。這時，在製程氣體流量少的狀態，或是設定壓力過高而造成即使閥體開度為0%仍無法上昇至設定壓力的情況，在閥體開度成為0%的狀態下，利用電動氣動調節器17對供應至空氣流路25的壓力進行PID控制以將座環24朝閉方向控制，如此就算是接近大氣壓之高壓下也能進行控制。

在此的PID控制，是回饋控制的一種，是利用輸出值和目標值的偏差、積分、微分所構成的要素來實施輸入值的控制。該PID控制，由於是一般廣泛實施的控制方法，故省略其詳細說明。

在閉閥狀態之製程氣體壓力控制，是利用電動氣動調節器17對空氣流路25的壓力進行PID控制，來使座環24在開閉方向移動而進行。這時，當設定壓力在低真空區域下僅藉由座環24的壓力控制無法使壓力降低的情況，為了降低該壓力，利用電動氣動調節器17的輸出壓力來檢測使空氣流路25的座環24成為全開狀態時的壓力，根據該檢測結果來切換成步進馬達32的PID控制，而利用閥體23的開閉控制來進行排氣以調壓成目標壓力。如此般，將利用電動氣動調節器17之從零漏洩起始的控制範圍、和利用馬達驅動之從Min流導率起始的控制範圍進行切換控制，可確保寬廣的控制範圍，而進行製程氣體壓力控制和前述的緩排氣。

在上述說明，關於緩排氣控制和氣體壓力控制，可將以下2個控制系統做連續控制。一方的控制系統，在朝開閥側進行壓力控制時，是利用電動氣動調節器17檢測使座環24成為全開的壓力而切換成步進馬達32的控制，又在朝閉閥側進行控制時，是在步進馬達32的控制開度成為0%的條件時對空氣流路25的壓力進行排氣控制，以從座環24的閉閥狀態至閥本體15的Min導流率的範圍進行控制。另一方的控制系統，是藉由閥本體15的閥體控制，來從Min流導率至Max流導率的範圍進行控制。這時，為了對製程氣體進行高速且穩定地控制，可僅利用閥本體15之閥體23控制；又為了擴大製程氣體的調壓範圍，可縮小Min流導率，而將座環24和閥體23的間隙S設定成閥體24能進行無滑動地轉動之最小間隙。

此外，當不想實施2個控制系統之連續切換控制的情況，能僅藉由閥體23的轉動來進行製程氣體的壓力控制，另一方面，在洗淨等之進行接近大氣壓的高壓控制的情況，能僅藉由座環24的控制來進行。

在上述說明中，僅藉由閥體23的轉動來進行製程氣體壓力控制時的壓力，例如為0.5~5Torr左右，另一方面，洗淨時的壓力例如為700Torr左右。又前述緩排氣控制，在從大氣壓至100Torr左右，是以大致10~20分鐘左右的時間進行排氣。

此外，要從馬達控制狀態再度使閥本體15成為全閉狀態的情況，是將閥體23旋轉至全閉位置，將電磁閥16斷開(OFF)而將空氣流路25的空氣實施排氣，如此利用彈簧26將座環24推向O形環30而使流路21成為閉狀態。

另外，在電動氣動調節器17的位置，設置功能與該電動氣動調節器17相同之具有孔口流路的流量控制閥的情況，藉由對該流量控制閥實施高速開閉控制，可透過孔口將微小流量的空氣供應至裝設凹部40，使座環24在減速狀態進行動作。藉此，能使座環24逐漸移動而實施緩排氣。這時，相較於使用電動氣動調節器17的情況，能更低成本地進行緩排氣。

如上述般，本發明的蝶形壓力控制閥，是將閥開閉機構22(具有：閥體23、座環24、空氣流路25、彈簧26)設置於閥本體15內，藉由閥開閉機構22在確保高密封性的狀態下進行流路21的開閉控制，由於採用蝶形壓力控制閥構造，可維持整體的緊致性而能確保佔地面積的縮小，又能利用高速控制來發揮隔離功能。因此，將本發明的蝶形壓力控制閥應用於半導體製程的真空流路5的情況，能使整體變得省空間化，即使是大流量的流路也能高精度地控制其真空壓力。而且，由於不須使用高價零件等，故能降低設置成本。

再者，閥開閉機構22，是藉由對空氣流路25供應空氣來使閥體23以離開座環24的狀態進行旋轉，故能使閥體23在相對於座環24不產生滑動的狀態，藉由閥座密封部31來確保密封性，並利用輸出扭矩小的步進馬達32來進行高速動作。藉此，即使是使用輸出小的致動器18的情況，例如也能使40A(小口徑)至150A(大口徑)的閥本體15的閥體進行高速動作。

再者，可防止閥體23和座環24的摩耗，而提昇真空壓力控制時的漏洩性能。另外，由於O形環30的壽命延長而使耐久性提高，而能將閥體23的旋轉動作的限界提高至大約100萬次左右。

此外，是在空氣流路25上將電磁閥16和電動氣動調節器17並列連接的狀態下，藉由閥開閉機構22來進行控制，因此可避免構造變得複雜化和整體變得大型化，又透過1個空氣流路25而藉由電磁閥16和電動氣動調節器17很容易就能控制從開閥狀態至閉閥時的壓力。

15．．．閥本體

16．．．電磁閥

17．．．電動氣動調節器

19．．．控制器

20．．．外殼

21．．．流路

22．．．閥開閉機構

23．．．閥體

24．．．座環

25．．．空氣流路

26．．．彈簧

30．．．O形環

31．．．閥座密封部

32．．．步進馬達

45．．．制動器

46．．．柱銷

47．．．偏心凸輪

49．．．凸輪面

62．．．泵

65．．．閥體控制部

66．．．空氣控制部

第1圖係顯示本發明的蝶形壓力控制閥的一實施形態之示意圖。

第2圖係顯示對本發明的蝶形壓力控制閥供應氣體的狀態之主要部分放大截面圖。

第3圖係顯示從第2圖的蝶形壓力控制閥排出空氣的狀態之主要部分放大截面圖。

第4圖係閥本體的局部放大圖，(a)為閥本體的局部放大截面圖，(b)為(a)的主要部分放大截面圖，(c)為偏心凸輪的放大俯視圖。

第5(a)~(c)圖係顯示第4圖的閥體旋轉後的狀態之局部放大圖。

第6(a)~(c)圖係顯示第5圖的座環移動後的狀態之局部放大圖。

第7(a)~(c)圖係顯示第5圖的偏心凸輪旋轉後的狀態之局部放大圖。

第8圖係顯示本發明的緩排氣時間和真空室內的壓力的關係。

第9圖係顯示O形環和座環的位置關係之示意圖。

第10圖係顯示真空流路的概略示意圖。

第11圖係顯示習知的閥系統的示意圖。

15．．．閥本體

16．．．電磁閥

17．．．電動氣動調節器

18．．．致動器

19．．．控制器

20．．．外殼

21．．．流路

22．．．閥開閉機構

23．．．閥體

24．．．座環

25．．．空氣流路

26．．．彈簧

27．．．固定螺栓

28．．．閥軸

29．．．裝設溝槽

30．．．O形環

31．．．閥座密封部

32．．．步進馬達

36．．．裝設部

40．．．滑動凹部

41．．．環狀突部

55．．．空氣流路

56．．．第1分支流路

57．．．第2分支流路

60．．．安裝部

61．．．凹狀溝槽

62．．．泵

65．．．閥體控制部

66．．．空氣控制部

G．．．間隙

Claims (4)

1. 一種蝶形壓力控制閥，其特徵在於：係包含閥開閉機構；該閥開閉機構係具備：可朝與外殼內的流路垂直的方向旋轉之閥體、可在前述流路方向往復移動以使閥座密封部接觸或離開前述閥體之座環、朝讓前述座環離開前述閥體的方向供應空氣之空氣流路、將前述座環朝前述閥體方向彈壓的彈簧；該閥開閉機構，在朝前述空氣流路供應空氣而使前述座環離開前述閥體的狀態下，使該閥體進行無滑動地旋轉，在前述閥體旋轉至閉閥狀態時，藉由朝前述空氣流路之空氣供應和前述彈簧的彈壓力來使前述座環接觸或離開前述閥體，以控制前述流路內的壓力；在前述閥體之與前述閥座密封部的抵接側裝設O形環，並將前述閥座密封部在前述座環的內周面側從內徑側朝外徑側逐漸擴徑而形成錐狀或圓弧狀。
2. 如申請專利範圍第1項記載之蝶形壓力控制閥，其中，在前述空氣流路上，將用來供應或停止供應來自泵的空氣之電磁閥、和用來調節空氣供應量的電動氣動調節器並列連接。
3. 如申請專利範圍第1項記載之蝶形壓力控制閥，其中，在前述閥體連接旋轉傳動用的步進馬達，並在該步進馬達和前述電動氣動調節器連接控制器；該控制器係具備：控制前述步進馬達的旋轉以控制前 述閥體的旋轉量之閥體控制部、利用前述電動氣動調節器來控制供應至前述空氣流路的輸出壓力以控制前述座環的開度之空氣控制部。
4. 如申請專利範圍第1項記載之蝶形壓力控制閥，其中，在前述外殼裝設制動器，以在對前述空氣流路供應空氣而使前述座環移動時將該座環的移動限制於既定的位置；前述制動器係具備：圓柱狀的柱銷、相對於該柱銷形成偏心的偏心凸輪，將該偏心凸輪的凸輪面當作抵接於前述座環的抵接面。