TWI763873B - 包含慣性感測器之真空閥 - Google Patents

Abstract

本發明有關具有一感測器配置之真空閥，該感測器配置設有至少一慣性感測器(11a、11b、11c、11d、11e)，其中該感測器配置被設計，使得相對於在該閥發生的加速度之測量信號係藉由該感測器配置所偵測。

Description

包含慣性感測器之真空閥

本發明有關包含具有至少一慣性感測器的感測器配置之真空閥。

用於調節體積流量或質量流量及/或用於通過閥外殼中所形成的開口之流動路徑的本質上氣密式閉合之真空閥，大致上由該先前技術領域於不同實施例中已知，且尤其是被使用於IC、半導體、或基板製造的領域中之真空室系統中，其必需儘可能於不存在污染顆粒之受保護的環境中進行。此等真空室系統尤其包含至少一可排空之真空室，其被提供用於容納待處理或生產的半導體元件或基板，且其具有至少一真空室開口，該等半導體元件或其他基板係可經過該真空室開口導引進入及離開該真空室；及亦包含至少一真空泵，用於排空該真空室。譬如，在用於半導體晶圓或液晶基板之製造設備中，該高度靈敏的半導體或液晶元件連續地通過多數個製程真空室，其中坐落在該製程真空室內側之零件的每一個係藉著處理裝置所處理。於該等製程真空室內之處理製程期間且亦在由一室運送至另一室期間，該等高度靈敏的半導體元件或基板總是必需坐落於受保護之環境中-尤其是在無空氣的環境中。

用於此目的，一方面用於打開及閉合氣體供給或排出之周邊閥、及在另一方面用於打開及閉合該真空室的傳送開口且用於導入及移除該等零件之傳送閥被使用。

讓半導體零件通過的真空閥亦因為所描述之應用領域和與之相連的尺寸而被稱為真空傳送閥，也因為其主要為矩形的開口橫截面而被稱為矩形閥，且亦因為其典型之功能性而被稱為滑閥、矩形滑塊、或傳送滑閥。

周邊閥尤其是被使用於控制或調節真空室及真空泵或另一真空室間之氣體流動。周邊閥係坐落譬如在製程真空室或傳送室及真空泵、該大氣、或另一製程真空室間之管子系統內側。此等閥、亦被稱為泵閥的開口橫截面大致上係比於真空傳送閥之案例中者較小。取決於使用的區域，因為周邊閥不只是被使用於開口之完全打開及閉合，而且還通過連續調整完全打開位置和氣密閉合位置之間的開口橫截面來控制或調節流速，它們亦被稱為調節閥。一種可能用於控制或調節該氣體流量之周邊閥係該鐘擺閥。

在典型鐘擺閥中，譬如，如由美國6,089,537(Olmsted)已知，於第一步驟中，大致上圓形閥板在開口之上由釋放該開口的位置、即該打開位置旋轉式樞轉進入遮蓋該開口之中介位置，該閥板大致上係亦圓形的。於滑閥之案例中，譬如，如在美國6,416,037(Geiser)或美國6,056,266(Blecha)中所敘述，該閥板、及亦該開口通常被設計為長方形，且係於此第一步驟中由釋放該開口的位置線性地位移進入遮蓋該開口之中介位置。於此中介位置中，該鐘擺閥或滑閥的閥板係坐落在與包圍該開口之閥座相反的隔開位置中。於第二步驟中，該閥板及該閥座間之距離係減少，以致因此該閥板及該閥座被均勻地壓抵靠著彼此，且該開口本質上被氣密地閉合。此第二運動較佳地係本質上在與該閥座垂直的方向中發生。該密封可例如經由配置在該閥板之閉合側面上的密封環進行，該密封環圍繞開口被壓在該閥座上，或者經由該閥座上之密封環進行密封，該閥板的閉合側面壓抵靠在該密封環上。由於閉合過程分兩步進行，該閥板和該閥座之間的密封環幾乎不受剪切力之影響，這會破壞該密封環，因為該閥板在該第二步驟中的運動本質上是線性地垂直至該閥座上。

不同之密封裝置由該先前技術領域、譬如由美國6,629,682 B2(Duelli)得知。用於真空閥中的密封環及密封件之一合適材料係譬如氟化橡膠、亦被稱為FKM，尤其是在該商品名“Viton”之下得知的氟橡膠，且亦為全氟橡膠、縮寫為FFKM。

不同之驅動系統係由該先前技術領域得知，用於達成在該鐘擺閥中的旋轉式運動及於該閥板的滑閥在開口之上平行的平移運 動和垂直於該開口之本質上平移運動，例如來自用於鐘擺閥的美國6,089,537(Olmsted)及來自用於滑閥之美國6,416,037(Geiser)。

該閥板壓抵靠著該閥座必需發生，使得既在該整個壓力範圍內確保所需的氣密性，且亦避免由於過高之壓力應變而對該密封介質、尤其是呈O型環的形式之密封環造成損壞。為確保這一點，習知閥將該閥板的接觸壓力調節提供為一般於該二閥板側面間之壓力差的函數。然而，尤其是在大壓力變動或由局部真空至過壓、或反之亦然的變化之案例中，沿著該密封環的整個圓周之均勻力分佈不能總是被確保。大致上，試圖將該密封環與支撐力解耦，該支撐力源自施加至該閥的壓力。於美國6,629,682(Duelli)中，具有密封介質之真空閥被提出用於此目的，譬如，其係由密封環及鄰接支撐環所構成，且因此該密封環本質上係無支撐力。

為達成所需之氣密性，可能還有超壓和局部真空，除了該第二運動步驟之外或作為該第二運動步驟的替代者，一些已知的鐘擺閥或滑閥提供閥環，閥環可垂直於該閥板位移並包圍該開口，且將其壓至該閥板上以氣密地閉合該閥。此可關於該閥板主動地位移而具有閥環之閥係譬如由德國1 264 191 B1、德國34 47 008 C2、美國3,145,969(von Zweck)、及德國77 31 993 U已知。於美國5,577,707(Brida)中，包含具有開口的閥外殼之鐘擺閥、及可在該開口之上平行樞轉而用於經過該開口控制流速的閥板被敘述。包圍該開口之閥環係藉著多數個彈簧及壓縮空氣缸可垂直於該方向主動地運動朝該閥板。此鐘擺閥的可能改良被提出於美國2005/0067603 A1(Lucas等人)中。

既然該前述閥被使用，尤其是，用於此等製程室，在真空室中生產高靈敏半導體零組件期間，對應之密封效果亦必需被可靠地確保。尤其是，用於此目的，密封材料或將於壓縮時與該密封材料造成接觸之密封表面的狀態係重要的。在真空閥之使用壽命期間，通常會發生該密封材料或該密封表面的磨損。

為避免可能在此案例中發生之滲漏或將該密封的質量始終保持在足夠高之水平，典型在特定的時間間隔進行閥閉合件替換或更新。在這種情況下，此種維護週期通常係基於在特定時間段內預 期之打開和閉合週期的數量來確定大小。如此，該維護通常作為預防措施來進行，以便能夠盡可能地預先防止滲漏或其他功能失常之發生。

此一維護需求係不僅受限於該密封材料或該閥板，而且還延伸到例如該閥座，該閥座形成與該閥板對應的真空閥之一部分。在該閥座部分上的密封表面之結構、例如併入該閥座的溝槽也受到機械應變的影響。因此，由該閥之操作引起的溝槽之結構變化也可造成該密封件的損壞。通常還為此目的定義相應之維護間隔。

此閥維護的一缺點係其預防性質。受此維護所影響之零件通常在其正常或實際使用壽命通過之前修復或替換。任何此等維護步驟大致上需要一定的生產過程停機時間及增加之技術和財務支出。然後，總的來說，這意味著以比所需要者更短之間隔來關閉生產，且比必要者更頻繁地關閉生產。

本發明係因此基於提供改良的真空閥之目的，其能夠最佳化閥維護及因此提供一項改良、亦即縮短任何可能之製程停機時間。

本發明之進一步目的係提供此一閥系統，利用該閥系統可實現更可靠之製程體積的密封，尤其是其中可預測該密封件之質量。

這些目的係藉由實現該等申請專利範圍獨立項之有特徵的特色來達成。以另一選擇或有利之方式，改進本發明的特色可由申請專利範圍附屬項推論出。

根據本發明，真空閥及慣性感測器組合在一起並且在這種情況下以這樣之方式形成，即通過該組合可以對該真空閥進行監視。該感測器允許偵測時間及/或頻率相依的測量信號，從該測量信號可依次導出關於該真空閥之狀態資訊。

其結果是，該真空閥的狀態能被連續地監視及評估。以如此產生之資料，可決定該個別零組件的維護或替換日期、例如該驅動器中之潤滑油脂。

例如，因此可在很大程度上預測該閥的緊密性之故障，並可相對於時間或地點推薦或啟始在特定點所調整的對策。如此可以更好和更有效地規劃維護間隔，其中同時維持和確保該製程完整性。

可考慮該驅動器之零件或彈性密封材料的振動行為、例如作為該真空閥之相關狀態資訊。

如此，本發明有關真空閥、尤其是真空滑閥、鐘擺閥、或單閥，用於體積流量或質量流量的調節及/或用於流動路徑之氣密式中斷，包含閥外殼；閥座，其具有界定開口軸線的閥開口及圓周環繞該閥開口之第一密封表面、及與該第一密封表面對應的第二密封表面；閥閉合件、尤其是閥板，其被形成以執行以下的至少一者：調節該體積流量或質量流量、及中斷該流動路徑；驅動單元，被耦接至該閥閉合件，其被設計，使該閥閉合件係能以被界定之方式來調整及變動，用於提供個別的閥開口狀態，且係可由打開位置調整至閉合位置並再次返回，於該打開位置中，該閥閉合件至少局部地釋放該閥開口，而在該閉合位置中，該第二密封表面被壓在該第一密封表面之方向中，且該閥開口係實質上以氣密方式密封，其中該真空閥另包含具有至少一慣性感測器的感測器配置，其中該感測器配置被形成，用以偵測相對於該閥上發生的加速度之測量信號。

該真空閥亦可具有監視及控制單元，其被設計，以控制該感測器配置及藉著該驅動單元在該打開位置與該閉合位置之間調整該閥閉合件。尤其是，此控制下的調整亦可基於該測量信號之評估被介入。如此，譬如，如果該系統中出現不規則或過高的加速度，則該製程可被完全地停止(“緊急停止”)或慢下來。

該監視及控制單元可被設計，以基於該測量值提供頻譜。尤其是，隨時間繪製之加速度值被記錄為測量值。由此，可根據需要導出頻譜，其可隨時間變化(例如，當該閥閉合件運動時)。

再者，該監視及控制單元能基於該測量值的分析相對於一或多個測量值頻率被設計，以相對於造成該個別測量值頻率之振動的定位提供一輸出信號。譬如，此定位能通過識別較低頻率之特徵頻率的識別所實現，例如，允許得出關於較大零組件之振動或外部引發的振動之結論、以及較小零組件的振動之高頻率。通過適當的測試程序，其中該個別零組件之每一個都被激活，此種特徵頻率的每一個可被“學習”並作為識別方案被使用作該輸出信號。

該監視及控制單元亦可基於該測量值與預定義容差值之比較被建構，以提供有關藉由該真空閥所控制的製程之評估的輸出信號。如此，譬如，警告可被輸出作為該輸出信號，總之，其可包括系統具有過高的加速度之事實。尤其是，如果該等測量值或測量值離開或抵達容差值範圍，則可以輸出此一警告。

再者，該監視及控制單元能被設計，以基於該真空閥所控制的複數個、尤其是類似製程之測量值的趨勢監視來提供輸出信號，其中一個或兩個包含：關於增加該真空閥之零組件的磨損之警告，以及關於該真空閥的零組件之耐久性的預測。例如，如果在趨勢監視之範圍內決定該系統中的振動幅度係從一個製程到另一個製程之增長比在容差增長率下更快，則可能發生對該真空閥的零組件上之磨損增加的警告。例如，可藉由決定或通過插值計算由製程到製程之趨勢監測所偵測到的振幅或振動增長之趨勢來預測該真空閥的零組件之耐久性，並模擬這種延續到容差極限的趨勢。

該監視及控制單元亦可被設計，以基於在該閉合過程期間平行於該開口軸線測量之加速度值和該耦接零組件的至少一個已知強度值、尤其是與該耦接零組件之尺寸有關的彈性模數或剪切模數來決定壓力，該閥閉合件通過該耦接零組件靜置在該閥座上之閉合位置中。特別地是，這可藉由對加速度值進行積分來完成，由此可決定行程或彎曲距離，其依序能以該耦接零組件對力量的剛性之知識來計算。用於對加速度值進行積分的起點可以是例如在該閉合過程中於閥閉合件和閥座間之第一次接觸。也可藉由該加速度值偵測此第一次接觸。用於此目的之一個或多個感測器例如可為轉速感測器及/或加速度感測器，該感測器的每一個可例如被配置在該驅動器之外殼上或在該耦接元件(支臂或桿棒)上。

該感測器配置能以這樣的方式被配置及建構，使得該測量信號偵測由於在以下位置之至少一處的摩擦振動而產生之加速度：在該密封件的至少一部分和該第一密封表面之至少一部分之間、以及於該密封件的至少一部分和該第二密封表面之至少一部分之間。

該感測器配置能以這樣的方式被配置及設計，使得藉由 在該驅動單元中出現之測量信號來偵測加速度。例如，由於運輸損壞或由於碰撞導致的傳動損壞、由於油脂潤滑不充分或過時，可發生位於那裡之加速度。一般而言，加速度可例如藉由該系統中的摩擦增加所引起，而系統中之摩擦又由磨耗或磨損所造成。

該感測器配置能以這樣的方式配置和設計，即藉由該測量信號偵測加速度，該加速度從外部作用在該真空閥上。以這種方式，其係可能偵測例如在周圍環境中發生之地震或工作事故，且如果需要，可提出或實施諸如暫停當前運行的製程之措施。

該感測器配置可被建構，使得該至少一慣性感測器被配置在以下位置的至少一者：於該閥座之具有至少部分該第一密封表面的一部份上、在該閥閉合件之具有至少部分第二密封表面的一部分上、於該閥體上、以及在該驅動單元之外殼上。

該感測器配置可包含以下所論及的慣性感測器之至少一者：加速度感測器，其偵測沿著至少一經界定之對齊軸線的加速度；及轉速感測器，其偵測繞著至少一經界定之對齊軸線轉速或旋轉式加速度。因此，於耦接零組件上的複數個不同型式之慣性感測器、例如迴旋裝置或轉速感測器、及在該驅動器外殼上的加速度感測器能被配置於該閥中之不同位置中或在該閥中的不同位置上。一般來說，加速度感測器偵測沿著至少一線性軸線之加速度、尤其是立體地於彼此垂直的三個空間軸線中。

該驅動單元可被連接至該閥外殼，且該閥閉合件可經由耦接零組件被耦接至該驅動單元。該耦接零組件可抵靠著被連接至該閥外殼之支撐元件，用於該耦接零組件的控制下之導引。

該真空閥能界定一與外部環境分開的真空區域，且促成該測量信號之感測器配置的慣性感測器能被配置在該真空區域外側。

該閥座可為藉由該真空閥之一部份所形成，尤其是其中該閥座被形成在該真空閥的外殼上、或藉由製程室、尤其是室外殼所提供。

下面參考附圖中概要地顯示之示範實施例，僅通過範例更詳細地敘述根據本發明的真空閥。在該等圖面中，完全相同之元件 係設有相同的參考數字。所敘述之實施例通常未按比例顯示，且它們也不應被理解為限制。

1‧‧‧閥外殼

2‧‧‧開口

3‧‧‧閥座

4‧‧‧閥板

5‧‧‧開口軸線

6a‧‧‧密封表面

6b‧‧‧密封表面

7‧‧‧支臂

8‧‧‧驅動器

9‧‧‧樞軸

10‧‧‧密封件

11a‧‧‧加速度感測器

11b‧‧‧慣性感測器

11c‧‧‧慣性感測器

11d‧‧‧慣性感測器

11e‧‧‧慣性感測器

14‧‧‧壁面

15‧‧‧調整支臂

16‧‧‧調整軸線

17‧‧‧外殼

18‧‧‧導引零組件

19‧‧‧調整軸線

20‧‧‧閉合元件平面

21a‧‧‧第一區段

21b‧‧‧第二區段

22a‧‧‧第一平面

22b‧‧‧第二平面

該等圖面詳細地顯示：圖1a,b顯示根據本發明當作鐘擺閥的真空閥之可能的實施例；圖2a-c顯示根據本發明當作傳送閥的真空閥之可能的實施例；圖3a,b顯示根據本發明於具有二慣性感測器的傳送閥中之感測器配置的概要圖示；圖4a,b顯示根據本發明於單閥中之另一感測器配置的概要圖示；圖5a-e顯示真空閥調節、藉由記錄之加速度測量值、以及該測量值的示例性評估之概要圖示。

圖1a及圖1b概要地顯示根據本發明的呈鐘擺閥之形式的閥之可能實施例。用於流動路徑的實質上氣密式中斷之閥具有閥外殼1，其具有開口2。該開口2在此具有譬如圓形橫截面。該開口2係藉由密封表面6a所形成，其被形成於該閥外殼1中，軸向地面向閥板4(閥閉合件)的方向中，橫亙於該開口軸線5延伸，且具有圓形環件之形狀。該閥板4係可實質上平行於該開口軸線5繞著樞軸旋轉及調整。在該閥板4的閉合位置G(圖1b)中，該開口2係藉著該閥板4以氣密方式閉合。該閥板4之打開位置O被說明在圖1a中。

該閥板4經由橫側地配置在該板上及垂直於該開口軸線5延伸的支臂7(耦接零組件)被連接至驅動器8(驅動單元)。在該閥板4之閉合位置G中，此支臂7係坐落於該開口2之開口橫截面外側，其且沿著該開口軸線5按幾何圖形地突出。

該驅動器8係藉由使用對應的傳動裝置所形成，使得該閥板4如通常在鐘擺閥中的那樣-係可藉著該驅動器8之樞轉運動x而橫亙於該開口軸線5樞轉，且本質上平行於該開口2的橫截面並垂直於 該開口軸線5，而呈繞著樞軸9在打開位置O與中間位置之間樞轉運動，並可藉著該驅動器8平行於該開口軸線5發生之縱向運動y來線性地位移。在該打開位置O中，該閥板4被定位於與該開口2橫向相鄰配置的停留區段中，且因此釋放該開口2和該流動路徑。在中間位置中，該閥板4係隔開地定位於該開口2上方，並覆蓋該開口2之開口橫截面。在該閉合位置中，該開口2被氣密地閉合，且該流動路徑係藉由該閥閉合件4(閥板)和該閥座的密封表面6a間之氣密性接觸所中斷。

為了實現該閥的自動和控制下之打開及閉合，該閥提供例如電子調節和控制單元(監視及控制單元)，其被設計並與該驅動器8通訊，使得該閥板4係可對應地調整，用於氣密地閉合一製程體積或用於調節此體積的內部壓力。譬如，該處理及控制單元被整合在該驅動器8之外殼中或藉由資料纜線連接所外包。

在本實施例中，該驅動器8被設計為電動馬達，其中該傳動裝置係可切換的，使得驅動該驅動器8造成該橫亙運動x或該縱向運動y之任一者。該驅動器8及該傳動裝置係藉由調節所電子控制。此等尤其是具有滑動電路的傳動裝置係由該先前技術領域已知。再者，使用數個驅動器來施行該橫亙運動x及該縱向運動y係可能的，其中該控制器承擔該等驅動器之控制。

使用所敘述的鐘擺閥來精確調節或調整該流動不僅可藉由該閥板4在該打開位置O和該中間位置之間藉著該橫亙運動x的樞轉式調整來實現，而且尤其是藉由該閥板4沿著該開口軸線5通過該縱向運動y在該中間位置和該閉合位置間之線性調整。所敘述的鐘擺閥可被使用於精確的控制任務。

該閥板4及該閥座3兩者之每一個具有密封表面6a、6b-第一及第二密封表面。該第一密封表面6a亦具有密封件10。此密封件10可譬如藉著硫化作用在該閥座3上被硫化為聚合物。另一選擇係，該密封件10能譬如於該閥座3的溝槽中被設計為O型環。密封材料亦可被膠黏至該閥座3，且藉此具體化該密封件10。在另一選擇實施例中，該密封件10能被配置於該閥板4之部份上、尤其是在該第二密封表面6b上。這些設計的組合是可能的。

該閥板4係譬如藉著控制變數及輸出控制信號而可變地設定。例如，獲得關於連接至該閥之製程體積中的當前壓力狀態之資訊作為輸入信號。此外，該控制器可為設有另一輸入變數、例如流入該體積之質量。在這些變數的基礎上並且基於將為該體積所設定或達成之預定目標壓力，然後在調節控制循環的時間內進行該閥之調整，以致可藉著該閥隨時間控制出自該體積的質量流出。為此目的，真空泵被設在該閥後方、亦即該閥被配置於該製程室及該泵之間。如此，可調整所想要的壓力曲線。

用於該閥開口2之個別開口橫截面係藉由調整該閥閉合件4所設定，且如此該可能的氣體數量被設定，其能在每單位時間內從該製程體積被排空。為此目的，該閥閉合件4可具有偏離圓形之形狀，特別是為了達成該最具流線的介質流動。

為調整該開口橫截面，該閥板4係可藉由該調節及控制單元借助於該驅動器8之橫亙運動x從該打開位置O調整至該中間位置，並且藉著該驅動器8的縱向運動y從該中間位置調整至該閉合位置。為了完全打開該流動路徑，該閥板4係可藉由該控制器借助於該驅動器8之縱向運動y從該閉合位置調整至該中間位置，並且由此藉著該驅動器8的橫亙運動x從該中間位置調整至該打開位置O。

必須將該閥板4壓至該閥座5上，使得既在該整個壓力範圍內確保所需的氣密性，並且還避免了該密封件10由於過大之壓力應力的損壞。為了確保這一點，已知之閥提供該閥板4的控制下之接觸壓力調節，其根據盛行於該二閥板側面間之壓力差來調節。

特別是在壓力波動大或從負壓到正壓的變化、或反之亦然時，在調節過程期間不能總是保證均勻的力量分佈、亦即該開口橫截面之變動。譬如，取決於該閥負載，該密封件10(該密封材料)、該閥板4和該等密封表面6a、6b被不同地加載，導致可變的有效維護間隔、例如取決於該閥負載。

在該先前技術領域中，閥閉合件典型作為預防措施以固定間隔被替換或更新，以便避免任何由此產生的滲漏或將該密封質量保持在足夠高的水平。除此之外，其缺點在於該閥零件通常在其常規 或實際使用壽命結束之前更新或替換。

根據本發明，該真空閥具有一設有至少一慣性感測器的感測器配置，於所示範例中為該驅動單元8之外殼上的加速度感測器11a，由此例如該真空閥之密封磨損的監視或該驅動單元之監視能產生。

譬如，藉著該慣性感測器11a，偵測該相互對應的密封表面6a、6b之其中一個與坐落於該等密封表面6a、6b之間的密封件10之間的摩擦振動可與該製程室之壓力波動或其他零組件的磨損無關地發生。因此，可在一個處理週期內、例如即時偵測這種和其他振動。尤其是，此等記錄是在複數個製程中收集的，並作為趨勢監視之一部分進行分析。

其結果是，可監視該密封件磨損的進展，從而根據實際磨損動態地設定該維護間隔。

藉著該感測器配置，可偵測到測量信號，且可以從這些信號導出該真空閥相對於在該閥處發生之加速度的狀態資訊。因此可連續地監視和評估該真空閥之性能。

於所示範例中，該加速度感測器11a在至少一平移中、例如垂直於該外殼表面偵測譬如該驅動器外殼8上的加速度。其結果是，因此記錄了垂直於該開口軸線5發生之振動。尤其是，根據本發明的感測器裝置被設計成使得在所有三個空間軸線中、亦即在三個維度中偵測加速度。另一選擇或另外地，可用藉由該感測器配置所包含之一個或多個轉速感測器來偵測轉速或加速度。可根據需要建構該個別軸線及其定向。

藉由所記錄的振動之頻率及/或振幅分析，可在每種情況下決定它們的原點。這種定位可為基於經驗值或測試記錄，其中該個別閥零組件被人工激活。

另外或另一選擇係，慣性感測器亦可被設在所示零組件的每一個上，其中必須據此調整該測量值的評估。

作為所示鐘擺閥之另一選擇，根據本發明的真空閥可用另一種類型之真空閥實現，例如瓣閥、滑閥或所謂的蝶形控制閥。尤 其是，根據本發明之閥被設計用於該真空範圍。再者，鐘擺閥亦能被使用，其閉合只能在一個方向中調整。

圖2a至2c概要地顯示根據本發明呈傳送閥的形式之閥的可能實施例，且被顯示在不同閉合位置中。於該前述圖面中所使用之參考數字在此類似地應用。

所示傳送閥係特別形式的滑閥。該真空閥具有長方形、板形閉合元件4(例如閥板)，其具有用於開口2之氣密式閉合的密封表面6b。該開口2具有對應於該閉合元件4之橫截面及被形成在壁面14中。該開口2被閥座3所圍繞，該閥座依序亦提供與該閉合元件4的密封表面6b對應之密封表面6a。該閉合元件4的密封表面6b圍繞該閉合元件4，且承載一密封材料10(密封件)。在閉合位置中，該密封表面6a、6b被壓抵靠著彼此，且該密封材料被壓在該二密封表面6a、6b之間。

該開口2連接第一氣體區域L，該第一氣體區域L在該圖示中的壁面14之左側，具有在該壁面14的右側之第二氣體區域R。該壁面14係譬如藉由真空室的室壁面所形成。該真空閥接著係藉由該室壁面14與該閉合元件4之相互作用所形成。

該閉合元件4被配置於調整支臂15上，該調整支臂在此譬如為棒形，且其沿著幾何調整軸線16延伸。該調整支臂15係機械地耦接至驅動單元8，該閉合元件4係可藉著該驅動單元調整，通過藉著該驅動單元8調整該調整支臂15，可在該壁面14的第一氣體區域L中、於打開位置O(圖2a)經由中間位置Z(圖2b)至閉合位置G(圖2c)之間調整該閉合元件4。

在該打開位置O中，該閉合元件4係坐落於該開口2的突出區域外側，並完全地釋放它，如在圖2a中所顯示。

藉由在平行於該調整軸線16及平行於該壁面14之軸向方向中調整該調整支臂15，該閉合元件4能藉著該驅動單元8由該打開位置O被調整至該中介位置Z。

在此中介位置Z中，該閉合元件的密封表面6b蓋住該開口2，且係坐落於與環繞該開口2之閥座3的密封表面6a隔開之相反位置中，如於圖2b中所顯示。

譬如，藉由在橫亙於該調整軸線16、亦即垂直於該壁面14及該閥座3之方向中調整該調整支臂15，該閉合元件4能被由該中介位置Z調整至該閉合位置G(圖2c)。

在該閉合位置G中，該閉合元件4以氣密方式閉合該開口2，並以氣密方式分開該第一氣體區域L與該第二氣體區域R。

該真空閥的打開及閉合如此藉由該驅動單元8通過該閉合元件4及該調整支臂15之L形運動而發生。因此，所示傳送閥亦被稱為L型閥。

如所顯示的傳送閥典型被提供用於密封一製程體積(真空室)及用於載入及排出該體積。該打開位置O及該閉合位置G間之頻繁變化是此一應用中的規則。這可導致增加該等密封表面6a、6b、該密封件10及該驅動器8之磨損與撕裂現象。

根據本發明，感測器配置係設有至少一慣性感測器11b，用於相對於在該閥上及/或於該閥中發生的加速度、尤其是加速度曲線偵測一測量信號。所偵測之測量信號可因此被記錄、尤其是為時間的函數並隨後進行評估。

於所示範例中，慣性感測器11b被配置在該驅動器8之外殼上，且如此偵測譬如藉由該驅動器所造成的震動。由於根據本發明之感測器配置，各種零組件的故障可在製程順序期間藉由警告不規則的、亦即尤其是太高之加速度(振動、振盪、急衝度)或防止這種加速度的不希望趨勢來預測各種零組件之故障。

圖3a及3b概要地顯示根據本發明之傳送閥中的另一可能之感測器配置，而被顯示於閉合位置G(圖3a)及打開位置O(圖3b)中。

在該前述圖面中所使用的參考數字在此類似地應用。於所示圖面中，該閥座3被進一步形成在該真空閥之外殼17上。然而，熟諳此技術領域者將了解以下的敘述係以本質上類似之方式可適用於各實施例，其中該閥座3被製程室、亦即室外殼所提供。

再者，不言而喻，於此只概要地顯示為傾斜機件之閥機件係非限制性的，且譬如，熟諳此技術領域者能以類似方式將本發明之感測器配置傳送至任何L形動作驅動器、譬如具有該閥板的垂直於彼 此之二線性調整方向的L形動作驅動器。

用於該調整支臂15之控制下的導引，該真空閥在此案例中具有譬如導引零組件18，其中該驅動單元8及該導引零組件18之每一個係關於彼此於固定配置中，在此，譬如，其中該驅動單元8以及該導引零組件18的每一個均以固定方式連接到該閥外殼17。再者，該調整支臂15係機械地耦接至該閥閉合件4及該驅動單元8，其中藉由通過該驅動單元8調整該調整支臂15，該閥閉合件4係可於該打開位置O及該閉合位置G之間調整，本質上平行於該閥座3、尤其是如在圖2a至2d中所敘述的L形動作運動中。

當作範例，該感測器配置包含該慣性感測器11c及11d，並可被建構，使得該測量信號偵測到該耦合零組件及/或該驅動器8中之粘滑效應。此外，可利用這種感測器配置偵測該密封件10上的摩擦振動，其中為此目的可以設想位於更接近該密封件之初始感測器的配置、例如在該閥外殼17上。

圖3a及3b中所顯示之感測器配置現在具有二慣性感測器11d、11e，其中，譬如，加速度感測器11d被設在該導引零組件18上，且迴旋裝置或轉速感測器11e被設在該驅動單元8上。該配置如此在每種情況下能夠直接偵測該驅動單元8上的轉速或加速度以及該導引零組件18上之平移加速度。

其結果是，例如，可基於偵測到的測量信號相對於從該驅動單元8發出之已知和常規振動的目標/實際比較(以加速度值表示)導出該真空閥之狀態資訊。如果該加速度抵達先前被分類為關鍵的值範圍，則可以提供警告信號。

圖4a、4b概要地顯示另一可能之感測器配置，在此譬如於所謂的單閥中、而被顯示於閉合位置G(圖4a)及打開位置O(圖4b)中。

藉著線性運動而用於該流動路徑的氣密式閉合之閥具有閥外殼17，設有用於該流動路徑的開口2，其中該開口2具有沿著該流動路徑之幾何開口軸線5。該閉合元件4係可沿著幾何軸線19線性地位移，該幾何軸線19在閉合元件平面20中由打開開口2的打開位置O橫亙於該開口軸線5延伸進入閉合位置G，並於閉合方向中在該開口2之上 線性地推動，且反之亦然退回打開方向中。

譬如，沿著第一區段21a於第一平面22a中及沿著第二區段21b於第二平面22b中，彎曲的第一密封表面6a包圍該閥外殼17之開口2。該第一平面22a及該第二平面22b係彼此隔開、彼此平行地延伸、及平行於該閉合元件平面20延伸。如此，橫亙於該調整軸線19及在該開口軸線5的方向中，該第一區段21a及該相反之第二區段21b關於彼此具有一幾何偏置。在沿著該調整軸線19延伸的區域中，該開口2係配置於該二相反區段21a及21b之間。

該閉合元件4具有對應於該第一密封表面6a的第二密封表面6b，其沿著對應於該第一及第二區段21a、21b之區段延伸。

譬如，可藉由單一線性運動閉合的單閥、亦即真空閥具有相對簡單之閉合機件的優點，譬如，比較於可藉著二運動來閉合之傳送閥，其需要相對複雜結構的驅動器。既然該閉合元件亦可在單一元件中形成，其能被暴露至高加速力量，以致此閥亦可被使用於快速及緊急之閉合。該閉合及密封能藉著單一線性運動來發生，以致該閥的很快速之閉合及打開係可能的。

尤其是，單閥之一優點係譬如該密封件由於它們在閉合期間的進展不會在該密封件之縱向延伸部的橫亙方向中遭受任何橫亙負載。在另一方面，由於其關於該開口軸線5之橫亙延伸部，該密封件係幾乎不可能吸收沿著該開口軸線5作用在該閉合元件4上的力量，其能作用於該閉合元件4上，尤其是具有大差壓，導致該封閉元件4、其驅動器、及其軸承之堅固結構。

圖4a及4b所顯示的感測器配置包含被配置在該閥外殼17上之慣性感測器11e，用於譬如沿著該調整軸線19偵測加速度，該加速度例如來自該閉合元件4的調整。在此案例中，該閉合過程可被檢查是否有不勻性。

圖5a顯示根據本發明之真空閥隨時間推移的示範閉合路徑。圖5b至5d顯示在此閉合過程期間藉由三個相互正交之空間軸線中的一或多個加速度感測器所記錄之加速度。在根據圖5e的頻譜中顯示圖5c中以虛線圈出之區域的示範分析。例如，可基於該特徵頻率識 別該閥之各個零組件，結果是可以進行關於超過預定或決定的限制振幅之評估。

譬如，該慣性感測器係壓電加速度感測器，其藉著壓電陶瓷感測器板件將動態壓力波動轉換成電測量信號。另一範例係以矽為基礎的微電機系統(MEMS)，其中例如“經典”之彈簧-質量系統的偏轉係電(通過電容)測量。

根據本發明之感測器配置被建立，以測量在數個重力加速度(g)的振幅範圍中測量並且具有高達1/100000g之振幅分辨率。只要有力作用在慣性感測器上，慣性感測器就會加速。例如，當開始運動時，該感測器被正向加速，以便在制動該運動時被減速。即使最小的偏轉(例如在振動期間)也可具有大的加速度，這可藉由感測器所偵測。既然振動可具有高頻率，該感測器每秒測量譬如52,000個樣本(根據應用，更小或更大之頻率也是可能且實用的)。為了評估這些信號，可將與時間相關之測量轉換為頻率相關信號(頻譜)。該感測器可特別是三軸向地執行此操作。由於振動，例如可以得出關於該驅動器狀態的結論。例如，頻譜可被使用於評估潤滑脂是否仍具有足夠的稠度或是否已經顯示出老化跡象。亦可在該系統中偵測(例如，跨數個製程)該頻譜是否因磨損而改變、例如尤其是該驅動單元中之磨耗、及/或何時基於所決定的趨勢可能發生不可接受之磨損。亦可在該過程中(從第一次使用開始)決定與該閥或附近零組件有關的運輸損壞、地震或碰撞，尤其是可在其中採取措施、例如以該製程之緊急停止或減速的形式。

按照本發明之實施例，通過積分計算從所測量的加速度、特別是在特定方向上偵測之加速度計算行進路徑或彎曲路徑。利用如此計算的路徑和該桿15及該支臂7(耦接零組件)之已知剛性(例如彈性模數、剪切模數)，可決定接觸力，該接觸力從該閥閉合件4作用在該閥座3上。例如，通過決定該瞬時總加速度方向(根據在該X、Y和Z方向上決定的加速度值形成矢量)，可觀察到該閥機構之相應閉合或打開階段。如此，橫向於該開口軸線的運動和沿著該開口軸線之運動可在該測量值中彼此區別。亦可偵測該實際閉合力矩、亦即該閥閉合件抵靠該閥座的時間。尤其是，從該閉合時刻起，可接著決定該彎曲路 徑，該彎曲路徑被使用於決定該接觸力。例如，該慣性感測器可為此被配置為在該桿15或該支臂7上之加速度感測器。該慣性感測器亦可被配置為該驅動器8上的轉速感測器或在該桿15或該支臂7之一端部。

應理解這些說明性圖面僅概要地代表可能的實施例。各種方法也可以彼此組合併與該先前技術領域之方法結合。

1‧‧‧閥外殼

2‧‧‧開口

3‧‧‧閥座

4‧‧‧閥板

5‧‧‧開口軸線

6a‧‧‧密封表面

6b‧‧‧密封表面

7‧‧‧支臂

8‧‧‧驅動器

9‧‧‧樞軸

10‧‧‧密封件

11a‧‧‧加速度感測器

11b‧‧‧慣性感測器

11c‧‧‧慣性感測器

11d‧‧‧慣性感測器

11e‧‧‧慣性感測器

14‧‧‧壁面

15‧‧‧調整支臂

16‧‧‧調整軸線

17‧‧‧外殼

18‧‧‧導引零組件

19‧‧‧調整軸線

20‧‧‧閉合元件平面

21a‧‧‧第一區段

21b‧‧‧第二區段

22a‧‧‧第一平面

22b‧‧‧第二平面

Claims (14)

1. 一種用於體積流量或質量流量之調節及/或用於流動路徑的氣密式中斷的真空閥(1)，包含：一閥座(3)，其具有界定一開口軸線(5)之一閥開口(2)及包圍該閥開口(2)的一第一密封表面(6a)；一閥閉合件(4)，被形成來執行以下之至少一者：調節該體積流量或質量流量，及中斷該流動路徑，及具有對應於該第一密封表面(6a)的一第二密封表面(6b)，一驅動單元(8)，被耦接至該閥閉合件(13、41)，並設計該驅動單元，使得該閥閉合件(13、41)：可調整及可變動，用於以界定之方式提供個別的閥開口狀態，及可由一打開位置(O)調整至一閉合位置(G)，在該打開位置(O)中，該閥閉合件(13、41)至少局部地釋放該閥開口(12、42)，而於該閉合位置(G)中，該第二密封表面(18、48)被壓按在該第一密封表面(15、45)之方向中，且該閥開口(12、42)係以實質上氣密的方式閉合，並再次由該閉合位置(G)調整至該打開位置(O)，其特徵為該真空閥另包含具有至少一慣性感測器(11a)之一感測器配置，其中該感測器配置被設計來相對於在該閥發生的一加速度偵測一測量信號，其中該感測器配置被以這樣的方式配置及建構，使得藉由在以下至少一個位置中之摩擦振動所產生的該測量信號來偵測一加速度：於一密封件(10)之至少一部份及該第一密封表面(6a)的至少一部份之間；及在該密封件(10)之至少一部份及該第二密封表面(6b)的至少一部份之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之真空閥，其中藉由一監視及控制單 元，其被設計成控制該感測器配置，且用於藉著該驅動單元(8)在該打開位置(O)及該閉合位置(G)之間調整該閥閉合件(4)。
3. 如申請專利範圍第2項所述之真空閥，其中該監視及控制單元被設計來基於該測量值提供一頻譜。
4. 如申請專利範圍第2或3項所述之真空閥，其中該監視及控制單元被設計，以相對於一或多個測量值頻率基於該測量值的一分析，相對於造成該個別測量值頻率之一震動的一定位提供一輸出信號。
5. 如申請專利範圍第2或3項所述之真空閥，其中該監視及控制單元被設計，以基於具有預定義一容差值的一測量值之校準，提供有關藉由該真空閥所控制的一製程之一評估的一輸出信號。
6. 如申請專利範圍第2或3項所述之真空閥，其中該監視及控制單元被設計，以基於藉由該真空閥所控制的複數個製程之測量值的一趨勢監視，提供一輸出信號，該輸出信號包含以下之一或兩者：關於增加該真空閥的一零組件之磨損的一警告；及該真空閥之一零組件的耐用性之一預測。
7. 如申請專利範圍第2或3項所述之真空閥，其中該監視及控制單元被設計，基於一加速度值，在平行於該開口軸線的該閉合製程期間所測量；及一耦接零組件之至少一習知強度值，以決定一接觸力量，而該閥閉合件靜置在該閥座上的該閉合位置中。
8. 如申請專利範圍第1至3項的其中一項所述之真空閥，其中該感測器配置係以這樣的方式配置及設計，即藉由在該驅動單元(16)中發生之該測量信號來偵測加速度。
9. 如申請專利範圍第1至3項的其中一項所述之真空閥，其中該感測器配置係以這樣的方式配置及設計，即藉由該測量信號來偵測由外側作用在該真空閥上之加速度。
10. 如申請專利範圍第1至3項的其中一項所述之真空閥，其中該感測器配置係以這樣的方式設計，即該至少一慣性感測器被配置於以下位 置之至少一處：在該閥座的一部份上，其具有該第一密封表面之至少一部份，於該閥閉合件的一部份上，其具有該第二密封表面之至少一部份，在一閥體上，及於該驅動單元的一外殼上。
11. 如申請專利範圍第1至3項的其中一項所述之真空閥，其中該感測器配置包含以下慣性感測器的至少一者：一加速度感測器，其偵測沿著至少一被界定之對齊軸線的加速度，及一轉速感測器，其偵測繞著至少一被界定之對齊軸線的轉速或旋轉加速度。
12. 如申請專利範圍第1至3項的其中一項所述之真空閥，其中該驅動單元(8)被連接至該閥外殼(17)，及該閥閉合件(4)經由一耦接零組件被耦接至該驅動單元(8)。
13. 如申請專利範圍第1至3項的其中一項所述之真空閥，其中該真空閥界定一真空區域與一外部環境分離，且有助於該測量信號之感測器配置的慣性感測器被配置在該真空區域外側。
14. 如申請專利範圍第1至3項的其中一項所述之真空閥，其中該閥座(3)藉由該真空閥的一部份所形成，或藉由一製程室所提供。

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