JP3745427B2

JP3745427B2 - 真空圧制御用スロー排気バルブ

Info

Publication number: JP3745427B2
Application number: JP31950195A
Authority: JP
Inventors: 垣恒雄石
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 1995-11-14
Filing date: 1995-11-14
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2015-11-14
Also published as: CH691877A5; JPH09137879A; US5848608A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空チャンバと真空ポンプとの間に接続して該チャンバ内を真空圧に減圧する場合に使用される真空圧制御用のバルブに関するものであり、更に詳しくは、チャンバ内の気体を徐々に排気する緩速排気機能を備えたスロー排気バルブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、真空チャンバの内圧を真空ポンプで真空圧に下げる場合、高圧（大気圧か又は大気圧近く）の状態にあるチャンバ内の気体を急激に排気すると、一時に大量の気体が流動するため真空チャンバ内で気体の乱流が生じ、チャンバ内壁等に付着した塵埃が巻き上げられて爾後の作業に支障を来し易く、また、真空ポンプが過負荷になり易いという問題もあった。
このため、真空チャンバと真空ポンプとの間に接続する真空圧制御用のバルブを、例えば特願平６−３３２５８５号に記載されているように、開度の大きい主弁機構と開度の小さい副弁機構とを有していて、排気初期には副弁機構により真空チャンバと真空ポンプとの間の流路を制限的に開放して緩速状態での排気を行い、真空チャンバ内が十分低い圧力に到達すると主弁機構により流路を大きく開放して残りの排気を行うことができる、スロー排気バルブとして構成することが提案されている。
ところが、この種のスロー排気バルブは、上記主弁機構を開閉駆動するピストン等の主弁駆動部材と、副弁機構を開閉駆動する同様の副弁駆動部材とが、バルブボディ内の軸方向異なる位置に直列的に組み込まれ、それぞれが別個のストローク範囲をもっているため、その分だけバルブの軸方向長さが長くなり、小形化することができなかった。また、上記主弁駆動部材と副弁駆動部材とを同時に組み込むことができる専用構造を持ったバルブボディが必要で、副弁機構を備えたものと備えないものとで異なる構造のバルブボディを用意しなければならなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主たる課題は、上述したような主弁機構と副弁機構とを備えたスロー排気バルブの軸方向長さを短縮し、該バルブを小形化することにある。
本発明の他の課題は、副弁機構を備えているにも拘らず、該副弁機構を備えないものと共通のバルブボディを使用できるスロー排気バルブを提供することにある。
本発明の更に他の課題は、副弁機構の開度を外部から調節することができる簡単な調節機構を備えたスロー排気バルブを提供することにある。
本発明の更に他の課題は、副弁機構を主弁機構内に組み込んだ、構造及び組立が簡単で安定した動作が得られるスロー排気バルブを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明においては、真空チャンバに接続するためのチャンバポートと、真空ポンプに接続するためのポンプポートと、両ポートを結ぶ流路を全開閉する主弁機構と、両ポートを結ぶ流路を制限的に開閉する副弁機構とを有し、上記主弁機構が、両ポートを結ぶ流路中に位置する主弁座と、該主弁座を開閉する主弁体と、主圧力作用室に供給・排出される圧力流体により作動して該主弁体を駆動する主弁体駆動部材と、上記主弁体及び主弁体駆動部材を連結する主軸とを有し、上記副弁機構が、上記主弁座より開口面積の小さい副弁座と、該副弁座を開閉する副弁体と、副圧力作用室に供給・排出される圧力流体により作動して該副弁体を駆動する副弁体駆動部材と、上記副弁体と副弁体駆動部材とを連結する副軸とを有し、上記副弁座及び副弁体が主弁体に組み込まれると共に、副弁体駆動部材及び該副弁体駆動部材に流体圧を作用させるための副圧力作用室が上記主弁体駆動部材の内部に組み込まれ、且つ副軸が主軸内を挿通し、上記主弁体駆動部材及び副弁体駆動部材が、それぞれ別の操作ポートから上記主圧力作用室及び副圧力作用室に供給・排出される圧力流体によりそれぞれ独立して作動可能であることを特徴とする真空圧制御用スロー排気バルブが提供される。
【０００５】
このように、副弁体駆動部材及び副圧力作用室を主弁体駆動部材の内部に配設したことにより、それらが異なる位置に直列的に配設されて作動する従来品に比べ、バルブボディの軸線方向長さを短縮することができ、これによってバルブの小形化を図ることができる。
また、副弁機構を主弁機構の内部に組み込んだことにより、該主弁機構をバルブボディに組み付けるだけで同時に副弁機構をも組み付けることができ、しかもバルブボディには副弁機構を組み付けるための加工を一切施す必要がないから、バルブの構造及び組み立てが非常に簡単で、組み立て精度も良いため安定した動作を得ることができ、且つ、副弁機構を持たないスロー排気バルブと共通のバルブボディを使用することもできる。
【０００６】
本発明の具体的な構成態様によれば、上記副圧力作用室と、バルブボディに開口する副操作ポートとが、該バルブボディから主軸の内部を通って副圧力作用室に開口する通孔により相互に連通している。
上記副弁体は、ニードル弁であることが望ましい。
本発明においては、上記スロー排気バルブが、副弁機構の開度を外部から調節可能な開度調節機構を備えている。
本発明の好ましい構成態様によれば、上記開度調節機構が、副弁体駆動部材の開口ストローク端を規定する調整ねじと、該調整ねじの位置を調整する操作部材とを有し、上記調整ねじは、主弁体駆動部材に螺回により進退自在なるように取り付けられ、上記操作部材は、上記バルブボディに外部から回動操作可能に取り付けられると共に、上記調整ねじに、回転方向には相互に係止関係にあるが軸方向には相対的に移動自在なるように嵌め付けられている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るスロー排気バルブの一実施例を示すもので、この実施例のバルブは、第１ボディ部材２及び第２ボディ部材３からなるバルブボディ１を有しており、これらのボディ部材２，３は、第２ボディ部材３の隔壁部３ａで相互に内部を区画された状態でバルブの軸線方向に配設され、ボルト等の結合手段によって相互に結合されている。
上記第１ボディ部材２には、真空チャンバに接続するためのチャンバポート５と、真空ポンプに接続するためのポンプポート６とが設けられ、バルブボディ１の内部には、上記両ポート５，６を結ぶ流路を全開閉する主弁機構７と、両ポート５，６を結ぶ流路を制限的に開閉する副弁機構８とが設けられている。
【０００８】
上記主弁機構７は、両ポート５，６を結ぶ流路中の主弁座１０を開閉する主弁体１１と、流体圧の作用により作動して該主弁体１１を駆動する主弁体駆動部材１２と、上記主弁体１１及び主弁体駆動部材１２を相互に連結する主軸１３とを有している。
上記主弁体１１は、主弁座１０を閉鎖するための合成ゴム等からなるシール部材１５を下面外周部に有していて、上記主軸１３の下端部に若干の自由度を持って取り付けられており、この自由度によって上記主弁座１０を確実にシールできるようになっている。
【０００９】
上記主軸１３の上端部は、第２ボディ部材３の隔壁部３ａを気密に且つ摺動自在に貫通して該第２ボディ部材３の内部の主駆動室１６内に突出し、該主駆動室１６内に配設された上記主弁体駆動部材１２に気密に連結されている。１７ａ，１７ｂは該主軸１３と隔壁部３ａとの間の気密を保つシール部材、１８は該主軸１３と主弁体駆動部材１２との間の気密を保つシール部材である。
【００１０】
上記主弁体駆動部材１２は、主駆動室１６内を摺動自在のピストンにより構成され、その外周には該主駆動室１６の内壁に気密に摺接するシール部材１９を有しており、該主弁体駆動部材１２と上記隔壁部３ａとの間に区画形成された主圧力作用室２０に、第２ボディ部材３の側面に開口する主操作ポート２１から圧縮空気等の圧力流体が供給されると、図３に示すように該主弁体駆動部材１２が上動し、上記主弁体１１が主弁座１０を開放するようになっている。
【００１１】
また、上記第１ボディ部材２の内部には、主弁体１１と隔壁部３ａとの間に、該主弁体１１を閉鎖方向に付勢する復帰ばね２３が縮設されると共に、両ボディ部材２，３の間に挟着されたプレート２４と主弁体１１との間に、主軸１３及び復帰ばね２３を内包するベローズ２５が設けられている。
【００１２】
一方、上記副弁機構８は、主弁座１０より開口面積の小さい副弁座３０と、該副弁座３０を開閉する副弁体３１と、流体圧の作用により作動して該副弁体３１を駆動する副弁体駆動部材３２と、上記副弁体３１と副弁体駆動部材３２とを連結する副軸３３とを有し、これらが上記主弁機構７内に完全に内蔵された形で組み込まれている。
【００１３】
即ち、上記主弁体１１には、中央部に通気穴を備えた副弁座体３０ａが着脱自在に取り付けられ、該副弁座体３０ａの通気穴の回りにシール部材からなる上記副弁座３０が形成されると共に、該副弁座３０をチャンバポート５に連通させるための流路３５が形成され、また、主軸１３の下端部には弁室３６が形成されていて、該弁室３６内に、ニードル弁として構成された上記副弁体３１がシール部材３７を介して気密に摺動自在なるように配設されると共に、該副弁体３１を閉弁方向に付勢する復帰ばね３８が縮設されている。図中３９は、上記復帰ばね３８が配設された副弁体３１の背室を外部に連通させるための呼吸孔である。
【００１４】
また、上記副軸３３の上端部は、主軸１３の内部を気密且つ摺動自在に貫通して主弁体駆動部材１２の内部の副駆動室４１内に突出し、該副駆動室４１内に配設された上記副弁体駆動部材３２に気密に連結されている。図中４２は、該副軸３３と主軸１３との間の気密を保つシール部材、４３は、該副軸３３と副弁体駆動部材３２との間の気密を保つシール部材である。
【００１５】
上記副弁体駆動部材３２は、副駆動室４１の内部を摺動自在のピストンにより構成され、その外周には該副駆動室４１の内壁に気密に摺接するシール部材４４を有しており、該副弁体駆動部材３２と主弁体駆動部材１２との間には副圧力作用室４６が区画形成され、該副圧力作用室４６と第２ボディ部材３の側面に開口する副操作ポート４７とが、通孔４８によって相互に連通している。この通孔４８は、第２ボディ部材３を貫通する孔部分４８ａと、上記シール部材１７ａ，１７ｂ間において第２ボディ部材３と主軸１３外面との間に形成された隙間部分４８ｂと、主軸１３に設けられた孔部分４８ｃと、主軸１３と副軸３３との間の隙間部分４８ｄとからなっている。
【００１６】
そして上記副弁機構８は、上記通孔４８を通じて副圧力作用室４６に圧縮空気等の圧力流体が供給されると、図２に示すように、上記副弁体駆動部材３２が副圧力作用室４６の上端部に固定された調整ねじ５４に当接する位置まで上動し、それによって上記副弁体３１が副弁座３０を開放するようになっている。
【００１７】
かくして副弁体駆動部材３２及び副圧力作用室４６を主弁体駆動部材１２の内部に組み込んだことにより、主弁体駆動部材１２と副弁体駆動部材３２とが軸方向の異なる位置に直列的に配設されて作動する従来品に比べ、バルブボディ１の軸線方向長さを短縮することができ、これによってバルブの小形化を図ることができる。
【００１８】
また、副弁機構８が主弁機構７の内部に完全に組み込まれているため、該主弁機構７をバルブボディ１に組み付けるだけで同時に副弁機構８も組み付けることができ、バルブの構造及び組み立てが非常に簡単で、組み立て精度を出すのも容易で安定した動作を得ることができる。しかも、バルブボディ１には副弁機構８を組み付けるための加工を一切施す必要がないから、その加工が簡単であると共に、副弁機構８を持たないスロー排気バルブと共通のバルブボディ１を使用することができる。
【００１９】
更に、上記主弁機構７と副弁機構８との相対的な位置関係が常に一定で、副弁体３１の開閉ストロークが主弁機構７の位置による影響を全く受けないため、例えば、シール部材１５の圧縮量が変化して主弁体１１の位置が上下に若干変化しても、副弁体３１は副弁座３０に対して常に一定の位置関係及び一定の開閉ストロークを保つことができ、誤動作するおそれがない。
また、上記副軸３３に作用する力は、副弁体駆動部材３２の変移を副弁体３１に伝える軸線方向の力のみであって、それ以外の余分な力は作用しないため、該副軸３３を細くすることが可能であり、この点からもバルブの小形化を図ることができる。
【００２０】
上記バルブにはまた、副弁機構８の開度を外部から調節可能な開度調節機構５２が設けられている。
この開度調節機構５２は、副弁体駆動部材３２の開放ストローク端を規定する調整ねじ５４と、該調整ねじ５４の位置を調整する操作部材５５とからなるもので、上記調整ねじ５４は、上記ストッパ５０に螺回により進退（上下動）自在なるようにねじ付けられ、一方、操作部材５５は、バルブボディ１のボンネット４に上下動自在且つ回動自在に取り付けられた筒部５７と、該筒部５７の上端部に一体的に結合され、ボンネット４の外部において回転操作可能な摘み部５８と、該操作部材５５を摘み部５８がボンネット４の外部に突出する方向に弾力的に付勢するばね部材５９とからなっており、上記筒部５７内に調整ねじ５４が、回転方向には相互に係止関係にあるが軸方向には相対的に移動自在であるように挿入されている。
【００２１】
操作部材５５の筒部５７と調整ねじ５４とを上記のような関係に結合する方法としては、例えば、調整ねじ５４と筒部５７とを角軸と角穴に形成したり、側面の一部を平面化した丸軸と丸穴に形成したり、回転方向にのみ相互に係合し合う溝と突起とを備えた適宜断面形状の軸と穴とに形成するなどの方法があるが、その他の適当な結合機構を用いることもできる。
上記筒部５７の下端には、フランジ状の拡径部５７ａが形成され、これに対してボンネット４の下面には、上記拡径部５７ａが嵌合する凹部４ａが形成され、これらの拡径部５７ａと凹部４ａとの間に、開度調節を行うとき以外は操作部材５５が不必要に回転しないようにするための回り止め機構が付設されている。
【００２２】
上記回り止め機構の構成は任意であるが、例えば、拡径部５７ａと凹部４ａとの当接面の摩擦係数を高める方法や、拡径部５７ａの外周と凹部４ａの内周とに相互に係合し合う複数の溝と突起とを設ける方法等が好適に使用される。なお、溝と突起とを設ける場合は、それらの数が多いほど小刻みに開度調節を行うことができる。
上記開度調節機構５２においては、操作部材５５をばね部材５９の付勢力に抗して凹部４ａから離脱する位置まで押し下げて回り止めを解除し、その状態で該操作部材５５を回転させることにより調整ねじ５４を副弁体駆動部材３２に対して進退させ、該副弁体駆動部材３２の開放ストローク端の位置を変えることにより、副弁体３１の開度調節を行うことができる。
【００２３】
なお、上記調整ねじ５４は、主弁体駆動部材１２の変移と共に操作部材５５内を上下に摺動するが、操作部材５５との寸法関係を、上記主弁体駆動部材１２が開口ストローク端まで上動した場合でも調整ねじ５４の先端が該操作部材５５から外部に突出しないように設定しておくことにより、他の何らかの部材がバルブに近接する位置にあったとしても、バルブを安全且つ確実に動作させることができる。
【００２４】
次に、上記構成を有するスロー排気バルブの作用を説明する。図１は真空チャンバを排気する前の状態を示すもので、主弁機構７及び及び副弁機構８が共に流路を閉鎖しており、この状態で真空ポンプを運転してもチャンバポート５からポンプポート６へと気体は排出されない。
【００２５】
いま、副操作ポート４７から流路４８を通じて副圧力作用室４６内に圧力流体が供給されると、図２に示すように、副弁体駆動部材３２が調整ねじ５４に当接する位置まで上動し、副軸３３及び副弁体３１を復帰ばね３８の付勢力に抗して引き上げるため、副弁座３０が開放する。従って、チャンバポート５からの気体は制限的に開口する上記副弁座３０を通ってポンプポート６へと徐々に流れ、チャンバは緩速で排気される。
このため、上記チャンバ内で急速排気を行う場合のような気体の乱流が発生せず、乱流に伴う塵埃の巻き上げも生じない。また、真空ポンプが一時的に大量の空気を吸引することにより過負荷になることもない。
【００２６】
チャンバ内の圧力が十分に低下し、塵埃を巻き上げるほどの空気の乱流が生じない程度の圧力に達すると、図３に示すように、主操作ポート２１から主圧力作用室２０内に圧力流体が供給され、主弁体駆動部材１２がボンネット４に当接する位置まで上動することにより、主軸１３及び主弁体１１を引き上げる。このため、主弁座１０が全開し、残りの排気が行われる。このときの空気の密度は低いため、それがある程度の速度で吸引されても乱流は発生せず、塵埃の巻き上げは起こらない。もちろん真空ポンプの過負荷も生じない。
【００２７】
上記真空チャンバが所要の真空度になると、主圧力作用室２０及び副圧力作用室４６内の圧力流体が主操作ポート２１及び副操作ポート４７から排出され、主弁体駆動部材１２及び副弁体駆動部材３２がそれぞれ復帰ばね２３及び３８の付勢力で下動位置に復帰するため、主弁体１１及び副弁体３１によりそれぞれ主弁座１０及び副弁座３０が閉鎖される。
なお、上記主弁体１１が開放した時点で副圧力作用室４６内の圧力流体を排出して副弁体３１を閉じるようにしても良い。
【００２８】
上記主操作ポート２１及び副操作ポート４７を通じて主圧力作用室２０及び副圧力作用室４６内に圧力流体を給排する操作は、図示しない制御手段によって自動的に行われる。
上記実施例では、主弁体駆動部材１２及び副弁体駆動部材３２をいずれも、駆動室内を摺動するピストンとして構成しているが、いずれか一方又は両方を、ダイヤフラムで変移自在に支持されたダイヤフラム式のものとして構成とすることができる。
【００２９】
また、上記ベローズ２５を設ける代わりに、主軸１３と隔壁部３ａとの間をシールするシール部材１７ｂにチャンバポート５からの真空圧をシールする機能を具備させることにより、上記ベローズ２５を省略することができる。この場合、第１ボディ部材２と第２ボディ部材３との結合部にも真空圧用のシールが施されることは勿論である。
更に、上記実施例では、副弁体３１と主軸１３との間をＯリングからなるシール部材３７でシールしているが、図４に示すように、上記シール部材３７の代わりに、上記副弁体３１と主軸１３との間にベローズ６１を取り付け、このベローズ６１でチャンバポート５からの真空圧をシールさせるように構成することもできる。この場合、上述したように主弁体１１側のベローズ２５を省略した構成にしても良いことは当然である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明のスロー排気バルブによれば、副弁機構を主弁機構の内部に組み込んだので、主弁体駆動部材と副弁体駆動部材とが軸方向の異なる位置に直列的に配設されて作動する従来品に比べて、バルブボディの軸線方向長さを短縮することができ、これによってバルブの小形化を図ることができる。
また、主弁機構をバルブボディに組み付けるだけで同時に副弁機構も組み付けることができるため、バルブの構造及び組み立てが非常に簡単であるばかりでなく、組み立て精度にも優れて安定した動作を得ることができ、しかも、バルブボディに副弁機構を組み付けるための加工を一切施す必要がないから、バルブボディの加工が簡単で、副弁機構を持たないスロー排気バルブと共通のバルブボディを使用することができる。
更に、主弁機構と副弁機構との相対的な位置関係が常に一定で、副弁機構の開閉動作が主弁機構の位置による影響を全く受けないため、副弁体は副弁座に対して常に一定の位置関係及び一定の開閉ストロークを保つことができ、誤動作することがない。
また、副弁機構の開度は、外部から操作部材を回すことによって簡単に調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスロー排気バルブの一実施例を示す縦断面図で、主弁機構及び副弁機構が共に閉鎖状態にある場合を示すものである。
【図２】図１のスロー排気バルブにおいて副弁機構が開放した状態を示す縦断面図である。
【図３】図１のスロー排気バルブにおいて主弁機構及び副弁機構が共に開放した状態を示す縦断面図である。
【図４】本発明の第２実施例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１バルブボディ５チャンバポート
６ポンプポート７主弁機構
８副弁機構１０主弁座
１１主弁体１２主弁体駆動部材
１３主軸３０副弁座
３１副弁体３２副弁体駆動部材
３３副軸４６副圧力作用室
４７副操作ポート４８通孔
５２開度調節機構５４調整ねじ
５５操作部材

Claims

真空チャンバに接続するためのチャンバポートと、真空ポンプに接続するためのポンプポートと、両ポートを結ぶ流路を全開閉する主弁機構と、両ポートを結ぶ流路を制限的に開閉する副弁機構とを有し、
上記主弁機構が、両ポートを結ぶ流路中に位置する主弁座と、該主弁座を開閉する主弁体と、主圧力作用室に供給・排出される圧力流体により作動して該主弁体を駆動する主弁体駆動部材と、上記主弁体及び主弁体駆動部材を連結する主軸とを有し、
上記副弁機構が、上記主弁座より開口面積の小さい副弁座と、該副弁座を開閉する副弁体と、副圧力作用室に供給・排出される圧力流体により作動して該副弁体を駆動する副弁体駆動部材と、上記副弁体と副弁体駆動部材とを連結する副軸とを有し、
上記副弁座及び副弁体が主弁体に組み込まれると共に、副弁体駆動部材及び該副弁体駆動部材に流体圧を作用させるための副圧力作用室が上記主弁体駆動部材の内部に組み込まれ、且つ副軸が主軸内を挿通し、
上記主弁体駆動部材及び副弁体駆動部材が、それぞれ別の操作ポートから上記主圧力作用室及び副圧力作用室に供給・排出される圧力流体によりそれぞれ独立して作動可能である、
ことを特徴とする真空圧制御用スロー排気バルブ。
請求項１に記載のスロー排気バルブにおいて、上記副圧力作用室と、バルブボディに開口する副操作ポートとが、該バルブボディから主軸の内部を通って副圧力作用室に開口する通孔により相互に連通しているもの。
請求項１又は２に記載のスロー排気バルブにおいて、上記副弁体がニードル弁であるもの。
請求項１乃至３のいずれかに記載のスロー排気バルブにおいて、副弁機構の開度を外部から調節可能な開度調節機構を有するもの。
請求項４に記載のスロー排気バルブにおいて、上記開度調節機構が、副弁体駆動部材の開口ストローク端を規定する調整ねじと、該調整ねじを位置調整する操作部材とを有し、上記調整ねじは、主弁体駆動部材に螺回により進退自在なるように取り付けられ、上記操作部材は、上記バルブボディに外部から回動操作可能に取り付けられると共に、上記調整ねじに、回転方向には相互に係止関係にあるが軸方向には相対的に移動自在なるように嵌め付けられているもの。