TWI833897B - 真空波紋管熱閥 - Google Patents

真空波紋管熱閥 Download PDF

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Abstract

[課題] 提供真空波紋管熱閥,其為簡單精巧的構造,且對於加熱手段的高溫化、高電壓化不會損及耐久性或驅動性,而且還可以進行高精度之閥的調溫。 [解決手段] 真空波紋管熱閥,其在具有流入口與流出口的閥箱內將支幹設置成昇降動作自如,在設在該支幹之下端的閥體與支幹之外周側將波紋管設置成伸縮自如,在該波紋管的內周與支幹的外周之間配置圓筒狀的陶瓷加熱器,並在閥體的附近位置配置控制用熱電偶的測溫部。

Description

真空波紋管熱閥
本發明,是關於真空波紋管熱閥,特別是關於即使在高溫、高電壓(例如200V規格、耐電壓1500V)亦有優異之耐久性、驅動性、耐電壓等之電氣安全性的真空波紋管熱閥。
以往,在半導體製造裝置(成膜裝置、蝕刻裝置等)的真空排氣系統等,腔室內之化學製程用的高溫反應氣體或沸點較低的高溫流體等之情況,若沒適當進行保持在高溫狀態的排氣的話,伴隨著流體溫度的降低會在流路內沉積、附著有副產物,特別是在流路配管的途中所配設的開閉或調壓用閥,有著閥體之驅動或接座等之正常的功能受損之虞,故在這種設在流路之中途的閥,使用有所謂的熱閥,其具備適當的加熱、調溫手段,藉此可將閥全體維持在適當的高溫狀態。且,驅動閥體的支幹與流路被波紋管給密封區隔之所謂的波紋管型,這種熱閥多被使用。
以往,作為這種真空波紋管熱閥,提案有專利文獻1~3。專利文獻1,是CVD裝置的真空排氣閥,在 波紋管內,為了加熱閥體,將與支幹呈同心狀的螺旋狀之護套加熱器予以配線,並亦在該護套加熱器的內側配線有用來測量閥體之溫度的螺旋狀之護套熱電偶,而使加熱器與熱電偶的各電線設置成雙重螺旋狀,以可追隨閥體之昇降動作的該螺旋狀之護套加熱器,至少分別加熱支幹、閥體、波紋管。
於專利文獻2,示出有在由矽橡膠所成之絕緣材的內側均勻地埋設有加熱器線而構成的面狀加熱器,該面狀加熱器呈現具有可撓性的薄片狀,將筒狀的加熱器套筒之外周予以捲繞地安裝而覆蓋加熱器套筒,在該加熱器套筒的內部同心狀地使支幹插通成可升降動作。且,加熱器套筒的突緣部,被螺絲固定在主體上部的隔熱材,藉此將面狀加熱器非可動地固定在波紋管內部,並可加熱支幹或波紋管。此外,在面狀加熱器的大致中央位置,設有被覆熱電偶,其具有檢測溫度用的測溫接點部。又,作為面狀加熱器之其他的例,亦有提到在由玻璃棉所成的絕緣材埋設加熱器線者。
專利文獻3也是,作為將加熱器以非可動狀態固定在波紋管內部用的構件,示出有:由固定在主體側的鍔部、在內部同心狀地供支幹插通成可升降動作的筒狀部所成的鋁製之構件,該構件構成為,使電阻發熱式的棒狀加熱器朝向軸心方向插入,使該構件作為傳熱體,而可加熱閥。且,亦在閥體設有加熱器與溫度感測器,用來將該等加熱器與溫度感測器導通於閥外部之電源的電線,是 作為一次導線束,以同心狀地插通於形成中空狀的支幹內部,從設在支幹上部的活塞上面側導出,並在該活塞上面側,作為螺旋狀的二次導線束而配線成可追隨支幹的昇降動作。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第2995450號公報
[專利文獻2]日本專利第4401514號公報
[專利文獻3]日本專利第3778866號公報
但是,在專利文獻1,至少關於護套加熱器加熱用的螺旋狀電線,在對應於例如180度以上(使用溫度範圍:20度~300度)等之比以往還高之加熱溫度的情況,為了提高發熱輸出,是無法避免電線徑的粗線化,但若在波紋管內以追隨閥體之昇降動作的形態來設置的電線粗線化的話,會喪失電線之良好的可撓性,故難以捲繞成螺旋狀,在組裝、分解或維護等,有對閥的處理造成不良影響之虞。且,因粗線化,而使電線伴隨著閥體的昇降而收縮用的抵抗力亦會增加,波紋管內之電線的總重量亦會增大,故在閥體的驅動性亦有產生不良影響之虞。從而,在該文獻,無法充分對應加熱器用之電線的粗線化。
專利文獻2,使用矽橡膠加熱器或玻璃棉加熱器,故加熱器的耐熱溫度較低。因此,與上述同樣地在例如180度(閥的使用溫度經常有到300度以上之溫度區域的情況)等,在比以往還高之溫度區域,有著無法發揮充分的耐久性與穩定的使用性之虞。且,閥體本身並不具備用來測溫閥之內部的熱電偶,而是在稍微分離的位置設置,故閥體部位的測溫精度不高。在熱閥,副產物的沉積、附著最成為問題的是在直接影響閥之密封性的閥體與閥座的部位,以高精度地進行這種閥體附近的溫度檢測與調溫,藉此可適當地維持熱閥之正常的功能,特別是在高溫區域很重要。從而,在該文獻的閥,特別是在高溫區域,有著無法以充分的精度來進行閥內的溫度調整之虞。
專利文獻3也是,僅使用一般的電阻加熱器,故在高溫區域無法發揮充分的耐熱性。且,由該文獻的圖式得知,具有閥之構造極為複雜化的問題。亦即,雖於閥體設有加熱器與溫度感測器,但作為將該等之電線束導通於閥外部用的構造,根據該文獻,至少必須要有:中空狀的支幹、安裝於活塞的端子台、具有在致動器內部伸縮之螺旋部的二次電線束、將該電線束導出至致動器外部的連接器。為了造就這種構造,就得使閥與致動器的構造變得非常複雜化才行,在生產成本或維護麻煩度等,會對閥的使用造成不良影響。特別是中空狀的支幹,不只是生產成本高且維護性亦差,就連機械性強度也有問題的情況較多。從而,在該文獻的閥,不但無法對應高溫化,甚至 還具有閥之複雜化或耐久性的問題。
本發明,是為了解決上述的問題點而開發者,其目的在於提供真空波紋管熱閥,為簡單精巧的構造,且對於加熱手段的高溫化、高電壓化不會損及耐久性或驅動性,而且還可以進行高精度之閥的調溫。
為了達成上述目的,請求項1所請發明,是真空波紋管熱閥,其在具有流入口與流出口的閥箱內將支幹設置成昇降動作自如,將固定在前述閥箱內的圓筒狀的陶瓷加熱器配置在前述波紋管的內周與前述支幹的外周之間,前述陶瓷加熱器,在金屬製之管狀構件的側面安裝板狀的陶瓷加熱材而將前述陶瓷加熱材的發熱傳導至前述管狀構件,並將設在前述管狀構件的突緣部固定在前述閥箱內部,且,將前述支幹活動地插通至前述管狀構件,並在閥體的附近位置配置控制用熱電偶的測溫部。
請求項2所請發明,是真空波紋管熱閥,其中,陶瓷加熱材,構成為可用一對電極來對陶瓷製且大致扁長方體狀的發熱體施壓。
請求項3所請發明,是真空波紋管熱閥,其中,管狀構件,是以鋁形成,在該管狀構件的一側面形成平面安裝部,於該平面安裝部透過安裝構件來安裝陶瓷加熱材。
請求項4所請發明,是真空波紋管熱閥,其 中,測溫部,固定於閥體的內面部,將與該測溫部連接的護套熱電偶以螺旋狀地配置在陶瓷加熱器的外周與波紋管的內周之間。
根據請求項1所請發明,由於使用陶瓷加熱器,故與以往之矽橡膠製的加熱器或玻璃棉製的罩式加熱器等相較之下,發熱溫度極高,且亦可發揮高耐熱性,故可大幅提高加熱使用溫度。且,將該陶瓷加熱器配置在閥箱內來固定,故與將加熱器設在閥體的情況相較之下,可使閥體的構造簡潔化,且不會增加閥體重量,還可確保良好的驅動性。此外,由於沒有必要使加熱器用電線追隨閥體驅動,故即使電線因高輸出化而粗線化,亦不會發生將之捲成線圈狀或伸縮之際的問題,在電線的破損或漏電等之電性安全性方面亦優異。
且,由於在閥體之附近位置配置控制用熱電偶的測溫部,故可一起提高在閥之密封性能之檢測極為重要的閥體附近與閥座附近的測溫精度,藉此,可因應實施來進行高精度之閥的管理、控制。
此外,波紋管閥,是以支幹作為軸心位置來將波紋管或閥體設置成對稱,相對於此,在波紋管的內周與支幹的外周之間將圓筒狀的陶瓷加熱器作為加熱源來配置,故來自該加熱源的熱移動,亦可大致對稱地以加熱器為中心來擴散,藉此,支幹或波紋管等之加熱溫度不會產 生較大的偏差,可確實防止副產物的發生,且加熱效率亦為良好。
且,陶瓷加熱器,是在具有突緣部之熱導率較高之金屬製之管狀構件的側面安裝板狀的陶瓷加熱材而構成,故只要在加熱器的一部分安裝加熱材來加熱,便可與比必要溫度還高很多之陶瓷加熱材的發熱量一起容易地將管狀構件的全體大致均勻地加熱。
根據請求項2所請發明,構成為可用一對電極來對大致扁平長方體狀的發熱體施壓,故作為陶瓷加熱器可成為最簡潔的構造。
根據請求項3所請發明,以鋁來形成管狀構件,將陶瓷加熱材安裝在形成於管狀構件之一側面的平面安裝部,故來自加熱材的發熱不會浪費,可有效率地傳達至管狀構件。且,透過安裝構件而使加熱材密貼於平面安裝部,故可確保高熱傳導效率並極簡潔地構成熱源。
根據請求項4所請發明,在陶瓷加熱器的外周與波紋管的內周之間將護套熱電偶(護套部)配置成螺旋狀,故可將從閥外部導通至閥體的熱電偶之護套部以精巧且不妨礙閥之驅動性或使用性的方式收容於波紋管內,且熱電偶的導線與高溫化所致之粗線化無關,故在將粗線化的電線捲繞成線圈狀或伸縮之際亦不會產生問題。
且,由於使用護套熱電偶,故反應性良好,機械性強度或可撓性亦優異,且亦可寬廣地設定測溫範圍,特別是,護套熱電偶的測溫部固定在閥體的內面部, 故高精度之閥體部位的測溫成為可能。
1:閥本體
2:閥體
3:閥座
4:密封構件
7:流入口
8:流出口
9:閥箱
11:支幹
16:護套部(護套熱電偶)
22:測溫部
31:波紋管
33:陶瓷加熱器
34:管狀構件
34b:突緣部
35:陶瓷加熱材
36:安裝板(安裝構件)
37:發熱體
38:平面安裝部
[圖1],是本例的閥中,表示閥本體之縱剖面的部分剖面圖,左側表示全開狀態,右側表示全閉狀態。
[圖2],是從發熱體側觀看本例之陶瓷加熱器的前視圖。
[圖3],是圖2的側視圖。
[圖4],是圖2、3的A-A線剖面圖。
以下,參照圖式來詳細說明本發明的實施形態(本例)。圖1,表示本例之閥之閥本體1的縱剖面、透過罩蓋5而搭載於其上部的致動器6,該圖的一點鏈線左側表示閥體2在全開位置的全開狀態,該圖的一點鏈線右側表示閥體2之密封構件4接座於閥座3的全閉狀態。
閥箱9,是由金屬製的構件一體成形,或是將複數個金屬製構件彼此予以焊接來構成,具有流入口7與流出口8。本例的閥,例如是使用在將從半導體製造裝置的真空腔室流出之含有製程氣體的真空排氣予以開閉或壓力控制。在閥箱9的內部設有閥室10,流入口7,從與支幹11之昇降動作方向交錯的方向朝向閥室10內開口,流出口8,從與流入口7交錯的方向往閥室10內的底部開口,在 該流出口8的外周,形成有供後述之密封構件4接座的閥座3。又,流入口7與流出口8,亦可使流出流入互相調換來使用。
閥座3,是與閥箱9一體成形之環狀的金屬平坦面,除了這種構造以外,雖未圖示,還可將與閥箱9不同構件的環狀閥座構件設在接座位置,或將後述設在閥體2的密封構件4設在閥座側(閥箱側)亦可,或者是,閥座3的密封面,除了平坦形狀以外形成為凸狀面或曲面狀亦可,作為閥座的構造並無特別限制,可因應實施來適當構成。
罩蓋5,在圖1中,是於上下端部具有突緣狀之部位大致筒狀,由金屬製構件一體成形。罩蓋5的下端部,是在與閥箱9上部之間中介有隔熱材14,並藉由六角孔螺栓13來夾持固定於閥箱9上部。於罩蓋5的內部設有彈簧25,其將固定於後述之支幹11的活塞12予以彈推。
彈簧25,在本例是將長徑與短徑的SWPB線圈彈簧,重疊設在活塞12的上面側而成為將活塞12朝向下側彈推的常閉式,但除了這種構造以外,設置成設在活塞12之下側的常開式亦可,且,設置線圈彈簧以外之其他的彈推構件,或省略彈簧所致之彈推構造等,罩蓋5的構造可因應實施來適當選擇。
隔熱材14,在本例,是使既定的有機無機材料複合來製作的隔熱素材,作為該隔熱材14的特性,除了優異的耐化學性與高隔熱效果以外,具有不怕撓曲或壓縮 的高強度特性為佳。隔熱材14,以剖面大致矩形狀來設置成大致環狀,將罩蓋5下端部與閥箱9上部之間予以隔熱,並在其內徑側嵌合有管突緣15。
管突緣15,是以金屬製一體成形之內部為中空的大致筒狀構件,圖1中,於下部側具有底板部15a,其在中央位置具有可供支幹11插通的孔部,雖未圖示,但管突緣15,是從該底板部15a朝向罩蓋5下端部使螺栓插通而固定在閥本體1內部。作為該管突緣15的功能,具有:將後述之管狀構件34穩定且牢固地保持在波紋管31內部之作為支撐構件的功能、確保將護套部16或加熱器電線17從波紋管31內部適當地導出至閥本體1外部之空間用的墊片等之功能,中介在閥箱9上部與罩蓋5下部之間。
此外,在本例,將由與隔熱材14相同素材所成的其他隔熱構件43,中介在罩蓋5上端部與致動器6的下面外周之間。該隔熱構件43,形成為薄環狀而被從上下夾壓,與隔熱材14一起將從閥本體1側朝向致動器6側的熱傳導予以雙重隔熱。
致動器6,在圖1中,是被螺栓固定在罩蓋5的上端部,而搭載於閥本體1。本例的致動器6,是透過快速接頭44,而在未圖示之致動器內的空氣室內與外部的空氣源之間供給排出空氣,藉此使活塞昇降動作的氣動式者,但作為致動器6,亦可為這種空氣驅動以外的驅動方式,可因應實施來適當選擇。在本例,如後述般,致動器6是用來使支幹11上昇驅動。此外,不設置致動器,而構 成可用手動來驅動支幹11亦可。
支幹11,是以金屬製一體成形之長條的大致圓柱形狀,圖1中,於下端部以六角孔螺栓18來固定有閥體2,另一方面,上端部是在致動器6內部藉由未圖示的空氣驅動所致之活塞所成的驅動機構來連結成昇降自如。支幹11的上部,活動地插通至筒部19a內,該筒部19a垂下設置在設於該致動器6底部的基座19。於該筒部19a,使止動件20朝向內徑側突出設置,另一方面,在與該止動件20的位置對應之支幹11的上部外周位置,使導引溝11a形成為與支幹11之昇降動作方向的行程配合。藉由該等止動件20與導引溝11a的卡合,在後述之支幹11昇降動作之際,支幹11的旋動被卡止。
在支幹11外周的導引溝11a下端位置,以繞圓周方向一圈的方式形成有卡合溝11b,於該卡合溝11b,嵌裝有活塞12的內徑部位,而使活塞12與支幹11成為可一體地昇降動作。藉由該構造,當彈簧25的彈推力從上面側作用而對活塞12作用下降力時,亦對支幹11作用下降力而可使支幹11下降。且,在罩蓋5下端面的大致中央位置所設置之插通孔的內周,是供支幹11的中途插通而昇降動作的部位,於該部位設有適當的軸承21,而可導引支幹11的昇降動作。在本例的支幹11,從卡合溝11b的位置往下側之閥行程分量的長度,是被該軸承21給導引。
閥體2,具有護套熱電偶、有底之大致筒狀的筒體23。圖1中,筒體23的上端部,是開口成環狀來形 成,沿著其上端部使波紋管31的下端部焊接成同心狀來接合。在筒體23的下端面,使安裝面23a凹陷設置成大致圓形狀,在該安裝面23a,藉由固定構件24(碟狀墊片)來安裝有環狀的密封構件4(樹脂製O型環),固定構件24,是對在安裝面23a大致中央處突出設置的螺栓孔,以螺栓26(平頭小螺絲)來與筒體23固定成同心狀。又,圖1中,在固定構件24的外徑部與安裝面23a的內徑部之間,形成有供密封構件4安裝的空間,但該空間是設置成剖面大致倒梯形形狀(角溝狀)。
護套熱電偶,在閥內設有測溫部22(測溫接點位置)與護套部16,測溫部22,固定設置在閥體2之內面部。本例的測溫部22,是使用碟狀的金屬件29來固定於筒體23的內底部。圖1中,在將該測溫部22與金屬件29安裝於支幹11下端面之際,以在與支幹11下端面之間夾住碟簧28的狀態,將於中央位置設有螺栓孔與突設部的大致圓盤狀的基座構件27(加熱器基座),插入至支幹11下端面的螺栓孔而重疊於測溫部22與金屬件29,對基座構件27鎖緊六角孔螺栓18來安裝,測溫部22與金屬件29是被夾著固定在支幹11下端面與基座構件27之間。基座構件27的下面側,被固定在形成大致圓形的筒體23底面的固定部23b。藉由該構造,伴隨著支幹11的昇降動作而可一體地使基座構件27與筒體23也昇降動作,而進行後述之閥體2的開閉動作。又,護套熱電偶的測溫部,不限於上述的位置,亦可適當配置在閥體附近位置。
護套熱電偶的護套部16,是將連接於測溫部22的兩條導線集束而成為一條螺旋狀的電線束,在波紋管31內的空間於支幹11的外周配線成同心狀,而設置成可伴隨著後述之支幹11的昇降動作來伸縮。該螺旋狀的配線,其螺旋之繞圈數或直徑、電線束的構造等,可因應實施來適當選擇,但為了在波紋管31內伸縮之際不碰到其他構件,至少是確保比後述之波紋管31的內徑還小的直徑,且比管狀構件34之筒狀部34a的外徑還大的直徑為佳,且,由於配線在成為發熱源之筒狀部34a的緊鄰外周,故最好是選擇即使長期間暴露於高溫中並經過多次的伸縮,亦可適當維持線圈形狀的護套素材或繞線數。
在波紋管31內,螺旋狀之護套部16的上端,如圖1所示般,在閥箱9上面側經過以管突緣15確保的空間而導出至閥外部。於管突緣15,是固定成不會因波紋管31內的伸縮等而使護套部16變亂,並且穩定地將護套部16導引至閥外部,故設置纜線固定器45來固定護套部16的中途。
波紋管31,是大致筒狀且於軸心方向伸縮自如的金屬製之密封構件,圖1中,於上下端部具有波紋管突緣部位。波紋管31的下端部接合於筒體23的上端部,上端部的突緣部位,固定於閥室10的上部。該上端部的突緣部位,是在隔熱材14及管突緣15的下端部、閥箱9上面側之間,藉由六角孔螺栓13的鎖固來夾持固定,此外,在該突緣部位及閥箱9上面側之間,夾持固定有作為密封構件 的O型環32。在閥室10內,波紋管31的內部,覆蓋支幹11下部外周,而從接觸於流體的外部密封隔離。
接著,說明本例的陶瓷加熱器33。圖2,是從設有發熱體37之側來觀看陶瓷加熱器33的側視圖,圖3,是圖2中從左側觀看的側視圖,圖4,是表示圖2、3之A-A線的剖面圖。
如圖1~4所示般,陶瓷加熱器33,具有:由大致圓筒狀的筒狀部34a與設在該筒狀部34a之一端的突緣部34b所成管狀構件34、圖2~4所示的陶瓷加熱材35。管狀構件34,是由熱導率較高的金屬來一體成形,作為金屬,例如從鋁(A1060、A1070、A6063等)、銅合金(無氧銅(C1020等)、鈹銅(C1720等)、C3604)、或SUS等,因應實施來適當選擇,在本例是使用鋁製。又,管狀構件34,是由單一構件來一體成形亦可,但亦可由複數之個別構件,藉由焊接等來接合,只要能確保必要的功能(尺寸或形狀、熱導率等)的話,可不特別地限制。
如圖1所示般,管狀構件34,是在從流體密封隔離的波紋管31之內側配置全部,對於閥箱9固定成不可動。在本例,如上述般,以螺栓將突緣部34b固定於底板部15a,藉此即使閥體2昇降動作,亦不會被該動作影響,對於閥箱9以牢固地定位的狀態來固定。且,將筒狀部34a的內徑,設定成比支幹11的外徑還要稍大,於剖面大致圓形狀之筒狀部34a內徑側,使剖面大致圓形狀的支幹11以活動狀且同心狀地插通,而使支幹11成為可昇降動 作。
圖2~4中,陶瓷加熱材35,是構成為可將陶瓷製之大致扁平長方體狀的發熱體37,以未圖示的一對電極來施加電壓。該發熱體37,是以通電來發熱的電阻發熱體,是由最高使用溫度為300度以上之可高溫使用的非金屬系素材所成。作為該素材,就加熱特性等之面來看,例如氮化鋁(AIN)為佳,但其他亦可使用由碳化矽和氮化矽,甚至氧化鋯和氧化鋁、黑鉛等所成的發熱體。如該圖所示般,本例的兩條加熱器電線17,是將鎳線以聚醯亞胺管覆蓋來設置,且連接於管狀構件34內部之未圖示的電極,對該電極施加電壓而在發熱體37內發生電阻,而可使發熱體37加熱。
圖2~4中,於管狀構件34的外周面,朝向與軸心方向大致平行的方向(圖3中為圖面垂直方向、圖4中為左右方向),使表面為大致平面狀的平面安裝部38連續地形成在外周面的一部分。如剖面觀看筒狀部34a的圖4所示般,在平面安裝部38的一部分,沿著軸心方向將高低部38a設置在對稱位置。
如圖2~4所示般,於該平面安裝部38,將以鋁一體成形之剖面大致ㄇ字形狀的安裝板36(安裝構件)藉由配置在對稱位置的六根螺絲39(平頭小螺絲)來固定,藉此使發熱體37之一側面37a的大致全面,密貼於管狀構件34的表面(平面安裝部38)。如圖4所示般,安裝板36側面的兩面寬度,是配合發熱體37的寬度與高低部38a間的寬 度,安裝板36的剖面形狀,是設置成與發熱體37的剖面形狀大致同形,故將發熱體37夾在與平面安裝部38之間來以螺絲39鎖固的話,在安裝板36與平面安裝部38之間,可幾乎沒有間隙地夾入發熱體37,並可將一側面37a的幾乎全面均勻地按壓於平面安裝部38。該安裝板36,亦與管狀構件34同樣地由熱導率較高的金屬一體成形。
雖未圖示,但形成在管狀構件34之表面的平面安裝部38之位置或形狀,除了管狀構件34的形狀或素材以外,還可因應發熱體37的形狀或素材、或是閥的使用條件等來適當選擇。例如,圖4中,筒狀部34a的剖面是有厚度的圓形狀,故調整以將表面的一部分切掉的方式來形成之到平面安裝部38為止的深度,藉此可調整平面安裝部38的面積或形狀。且,平面安裝部38,不僅是一處,在對稱位置形成於複數處,來使複數個陶瓷加熱材密貼而構成陶瓷加熱器亦可。
且,雖未圖示,但發熱體37的形狀,亦可為大致長方體狀以外的形狀,且管狀構件34亦可為以密貼於平面安裝部38之態樣以外的形態來密接。例如,在筒狀部的表面不設置平面安裝部,而是成為全面連續的大致圓柱狀,使厚度形成為較薄,另一方面,將發熱體構成為適合該表面之形狀的曲面狀,而將該發熱體可加熱地密貼於表面亦可。不論如何,只要將發熱體與管狀構件之間的接觸面積盡量設置成較大來確保較高的熱導率即為佳。
此外,本例的管狀構件34,如上述般,是在 一部分設置發熱體37(陶瓷加熱材35)來構成,但亦可將管狀構件的全體作為發熱體來構成。例如,在與圖2~4所示之具有突緣部34b與筒狀部34a的管狀構件34同樣地設置之陶瓷製的發熱體將電阻設置成可施壓,藉此將其作為陶瓷加熱器來使用亦可。又,將這種全部都由陶瓷製所成的管狀構件在閥箱內固定成不可動的情況,如上述般,若直接將螺栓插通於突緣部來鎖固的話,由於陶瓷強度較弱,固有破損之虞。因此,例如,在螺栓使用墊圈或襯墊,或是在陶瓷製的突緣部埋設內螺母,或是僅在突緣部設置成金屬製等,施以適當的補強亦可。
於閥箱9的外部,設有:外部加熱構件40、用來檢測閥外部(閥箱9外周面附近)之溫度的外部熱電偶之測溫部41、恆溫器42等。作為外部加熱構件40,例如橡膠加熱器以外,還有PTC加熱器等之各種的陶瓷加熱器、或可外套狀覆蓋的罩式加熱器等,因應使用而無特別限制,可使用各種形態的加熱器。
本例的外部加熱構件40,如圖1所示般,使用因應成為安裝面之閥本體1(閥箱9或流入口7、流出口8)之外表面之形狀而形成各種形狀之具有可撓性的面狀或線狀的複數個橡膠加熱器,來盡可能提高加熱器對閥本體1之外表面之表面區域的覆蓋面積率。如上述般,因應閥本體1之外形來將加熱器形狀適當分割、變形,並盡量均勻地覆蓋,藉此難以發生從內外之加熱構件往閥本體1之熱移動的偏差,可有效防止副產物的發生。特別是,在閥箱 9底部之閥座3附近的加熱與溫度管理為重要,在故閥座3附近之成為外表面的閥箱9之底部側外表面附近,是將外部加熱構件40細部分割來安裝而提高覆蓋率,並設置外部熱電偶的測溫部41而可進行高精度的溫度管理。
接著,說明本例之閥之從全閉到全開的動作。圖1之一點鏈線右側,表示閥的全閉狀態。該全閉狀態,是在致動器6內之未圖示的空氣室內沒有加壓空氣壓,藉此,成為沒有對支幹11作用上昇力的狀態,罩蓋5內的活塞12承受彈簧25的彈推力而下降至下死點,藉由該彈簧25的彈推力與閥體2等之重量,使閥體2的密封構件4壓接於閥座3,藉此使流出口8被關閉。在該狀態,蛇腹狀的波紋管31或螺旋狀護套部16,成為最伸長的狀態。
該全閉狀態中,從未圖示之閥外的空氣供給源透過接頭44將壓縮空氣供給至致動器6內的空氣室內時,致動器6的活塞會上昇,伴隨著該上昇,會超過活塞12所受到的彈簧25的彈推力而使支幹11開始上昇。伴隨著該上昇,固定在支幹11下端部的基座構件27與筒體23會一體地上昇,藉此亦使閥體2開始上昇,藉此使密封構件4從閥座3分開。
伴隨著該閥體2的上昇,波紋管亦會逐漸收縮,護套部16也可保持著螺旋狀來逐漸收縮。由於活塞12逐漸上昇,故彈簧25會逐漸被壓縮。且,伴隨著該支幹11的上昇,支幹11的中途部位,是因軸承21而幾乎不會對管狀構件34或閥體2、波紋管31發生偏軸,可高精度地一邊 調芯一邊平滑地滑動。此外,如前述般,管狀構件34的筒狀部34a或突緣部34b的內周面與支幹11的外周面之間,是活動狀,故確保有未圖示之適當的間隙。因此,即使該間隙為極小的情況,亦不會發生伴隨著支幹11的昇降動作之支幹11外周面與管狀構件34之間的抵接或摩擦。
在支幹11上部,是不管支幹11的昇降動作,隨時使止動件20與導引溝11a卡合,故不論對支幹11作用有任何旋動力,亦可防止支幹11的旋轉。在本例,設在致動器6內部之未圖示的卡止部,是作為活塞12的上死點,故支幹11的上昇,是在活塞12卡止於卡止部時成為閥的全開狀態。如上述般,本例的閥從全閉狀態動作至全開狀態。全開到全閉,是其相反的動作,若致動器6內之壓縮空氣的壓力減壓的話,會藉由彈簧25的彈推力與自身重量的作用,而使支幹11(閥體2)逐漸下降。
接著,說明本例之陶瓷加熱器33(內部加熱構件)與外部加熱構件40所致之閥的加熱作用。又,所謂的熱移動,是代表著熱移動的現象,因應熱移動的形態,而代表著:導熱媒體為固體或不流動之流體的熱傳導、以電磁波來導熱的輻射、或是導熱媒體為會流動之流體的對流,等任一者。
陶瓷加熱器33,從未圖示的外部電源通過加熱器電線17來對發熱體37(管狀構件34)供給電流藉此發生電阻熱,從發熱體37的表面,朝向抵接於該表面的構件發生熱傳導。如圖4所示般,發熱體37,其一側面37a是全面 且大致均勻地密貼於平面安裝部38,且對於與管狀構件34同樣地由熱導率較高的素材(鋁)來設置的安裝板36,除了兩端面以外亦幾乎是全側面密貼於安裝板36。因此,可將從發熱體37表面發生的熱傳導,有效率地傳導致管狀構件34。
在本例,管狀構件34,是以鋁製來一體成形,故如圖2~4所示般,即使發熱體37僅在管狀構件34之一側設置一個,亦可迅速且均勻地使筒狀部34a與突緣部34b(管狀構件34全體)的溫度上昇。實際上,對於真空波紋管熱閥之較多的使用條件來說,實証出可用充分的溫度與迅速性、均勻性來加熱。管狀構件34之加熱的迅速性或均勻性等之必要加熱特性,如上述般,可適當選擇其素材或形狀等之構造來對應。
管狀構件34的筒狀部34a,是在支幹11的外周與波紋管31的內周側之間,以分別確保有空隙的狀態來垂吊設置,故成為加熱狀態的管狀構件34或發熱體37、安裝板36,是從各自的外表面藉由輻射來發生熱移動。且,突緣部34b,其一側面被固定,故往管突緣15等之抵接的構件發生熱傳導。藉由這種熱移動,可對接近管狀構件34的構件透過熱移動來加熱。
管狀構件34構成為大致軸對稱,另一方面,閥本體1之至少支幹11或波紋管31,亦構成為大致軸對稱,管狀構件34,設置成與支幹11或波紋管31大致同心。藉此,從上述之管狀構件34往支幹11或波紋管31、或是閥 本體1之上部(管突緣15等)發生的熱移動,亦可大致均勻(大致同心狀)地發生。特別是,可提高支幹11與波紋管31之加熱的均勻性,可從最接近管狀構件34的支幹11之下部以及波紋管31之上部,直接朝向閥體2發生大致均勻且迅速的熱傳導。
另一方面,在閥座3附近,設有可從閥本體1的外部側透過熱傳導來加熱的外部加熱構件40。因此,可從內外以充分的熱量來經常大致均勻地加熱閥本體1。特別是,即使是因閉閥而使閥體2下降而使閥體2從管狀構件34(陶瓷加熱器)分離的狀態,亦可與外部加熱構件40所致之加熱一起充分地維持閥體2的加熱狀態。在閥體2與固定側的管狀構件34分離的情況,為了彌補加熱而提高發熱體37的輸出的話,陶瓷加熱器33會有熱失控之虞,但在本發明的閥,由於可如上述般藉由設在閥之內外的加熱手段來有效率且均勻地加熱,故能量效率良好,使用性或成本性亦良好。
而且,在閥體2的底部具備測溫部22,在閥本體1外部的底部亦具備外部測溫部41,故可隨時以高精度來測量閥體2的密封構件4與閥座3之溫度,因此,伴隨著支幹11(閥體2)的昇降動作,管狀構件34與閥體2的距離或是波紋管31的被加熱區域也會變化,但至少,在最重要的密封構件4與閥座3之附近,可隨時高精度地控制在接近必要之設定溫度的加熱狀態。
在使用本例的閥之際,適當地電性加熱陶瓷 加熱器33與外部加熱構件40,並基於閥體2的測溫部22、外部測溫部41所致之計測溫度,而可適當地控制閥之內外的溫度。在閥內部,可從與未圖示之電源連通的加熱器電線17往陶瓷加熱器33通電藉此加熱。且,基於來自測溫部22的訊號來以未圖示的溫度控制器控制電源,藉此可高精度地控制管狀構件34的加熱溫度。閥外部亦同樣地,藉由對外部加熱構件40的通電、基於來自外部測溫部41之訊號的電源控制,而可適當地控制外部加熱構件40的加熱溫度。
特別是,閥體2內部的熱電偶與閥箱9外部的熱電偶,是透過筒體23底部與閥箱9底部的閥座3而互相接近,故可高精度地測量對閥之密封性來說為重要的密封構件4附近的區域與閥座3附近的區域之各溫度。因此,該等之區域之高精度的溫度管理成為可能,特別是,可有效地防止在密封構件4與閥座3之間產生副產物的情況,藉此可遍及長期間來良好地保持閥的密封性。且,由於是以熱電偶來測量溫度,而可在廣範圍的溫度發揮較高的控制性,故藉由調整加熱溫度區域,而可使用在各種的真空排氣。此外,於閥箱9外部設有恆溫器42,藉此可防止外部加熱構件40之過度的發熱。
此外,本發明,不限定於前述實施形態之記載,在不超脫本發明之申請專利範圍所記載之發明的主旨之範圍內,可有各種的變更。
1:閥本體
2:閥體
3:閥座
4:密封構件
5:罩蓋
6:致動器
7:流入口
8:流出口
9:閥箱
10:閥室
11:支幹
11a:導引溝
11b:卡合溝
12:活塞
13:六角孔螺栓
14:隔熱材
15:管突緣
15a:底板部
16:護套部(護套熱電偶)
17:加熱器電線
18:六角孔螺栓
19:基座
19a:筒部
20:止動件
21:軸承
22:內部測溫部
23:筒體
23a:安裝面
24:固定構件
25:彈簧
26:螺栓
27:基座構件
28:碟簧
29:金屬件
31:波紋管
32:O型環
33:陶瓷加熱器
34:管狀構件
34a:筒狀部
34b:突緣部
40:外部加熱構件
41:測溫部
42:恆溫器
43:隔熱構件
44:接頭
45:纜線固定器

Claims (4)

  1. 一種真空波紋管熱閥,其特徵為,在具有流入口與流出口的閥箱內將支幹設置成昇降動作自如,在設在前述支幹之下端的閥體與前述支幹之外周側將波紋管設置成伸縮自如,將固定在前述閥箱內的圓筒狀的陶瓷加熱器配置在前述波紋管的內周與前述支幹的外周之間,前述陶瓷加熱器,在金屬製之管狀構件的側面安裝板狀的陶瓷加熱材而將前述陶瓷加熱材的發熱傳導至前述管狀構件,並將設在前述管狀構件的突緣部固定在前述閥箱內部,且,將前述支幹活動地插通至前述管狀構件,在前述閥體的附近位置配置控制用熱電偶的測溫部。
  2. 如請求項1所述之真空波紋管熱閥,其中,前述陶瓷加熱材,構成為可用一對電極來對陶瓷製且大致扁長方體狀的發熱體施壓。
  3. 如請求項1或2所述之真空波紋管熱閥,其中,前述管狀構件,是以鋁形成,在該管狀構件的一側面形成平面安裝部,於該平面安裝部透過安裝構件來安裝前述陶瓷加熱材。
  4. 如請求項1所述之真空波紋管熱閥,其中,前述測溫部,固定於前述閥體的內面部,將與該測溫部連接的護套熱電偶以螺旋狀地配置在前述陶瓷加熱器的外周與前述波紋管的內周之間。
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