JP3239166B2 - 流量制御弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空装置のポンプと容
器間の配管中に設置し、真空ポンプと真空容器の遮断及
び真空ポンプ作動時の流量を制御するための流量制御弁
に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空装置、例えば半導体ウエーハの表面
に金属蒸着膜を形成するために使用する真空蒸発装置に
おいては、最初、蒸着室内を真空ポンプにより排気して
高真空にし、蒸着終了後には蒸着室内の圧力を大気圧に
戻すことが行われている。

【０００３】最初、大気圧状態となっている真空装置を
ロータリーポンプ等で真空にする際、大容量の真空室内
の気体をロータリーポンプで吸引するには負荷が大き過
ぎるため、真空室とロータリーポンプ間に弁を設け、最
初この弁を閉じてロータリーポンプを起動し、弁とロー
タリーポンプ間の小量の空気を吸引させて負荷の少ない
状態で起動を行ない、弁を除々に開いて真空室内を真空
に近付けるようにしている。この時用いる弁は、粗引き
バルブとスロー排気バルブを並列に接続した管路中に更
にスロー排気バルブと直列に流量コントロールバルブを
設けた合計３個の弁で構成し、最初粗引きバルブを閉
じ、スロー排気バルブで大まかに流量を絞った後、流量
コントロールバルブで気体の粘性流領域での流量を気体
が乱れない程度に絞って粗引き用ロータリーポンプを起
動することが提案されている。それによりロータリーポ
ンプの起動を軽負荷にして容易に行ない、しかも真空室
内の気体を吸引し、排気する際、特に気体が多い粘性領
域で大量の気体の排除が行われる時、室内底部の埃を粘
性気体によって巻き上げてしまい、ウエーハ等に付着さ
せることを防いでいる。

【０００４】このような真空装置に用いる弁として、例
えば真空排気部に用いるスロー排気バルブと流量コント
ロールバルブを兼用させるため、所定以上の吸引力で開
く弁体をベローズに連結し、ベローズに作用する真空室
側の真空の程度に応じて、その弁体を開方向に作動する
ように構成した弁が提案されている。この弁を用いるこ
とによってポンプを起動する時、所定の真空圧までは弁
体は開放せず、ポンプは容易に起動し、弁体の間隙から
もれる真空によって真空室内が次第に低圧となる時、そ
の低圧によってベローズは、弁圧を開方向に作動し、圧
力の低下に比例して弁体を開放する。

【０００５】上記のような比例弁を用いると、弁体１個
によって所定の真空になるまで弁体を閉弁状態に保持し
なければならないので、弁体を閉方向に付勢するスプリ
ングを大きくしなければならなかった。それに対応して
スプリングに抗して作動するベローズも大きくしなけれ
ばならず、弁自体が大型化する欠点があった。また弁は
真空室内の圧力に応じて開放するので、弁の最大開度ま
での時間が長く、作動速度が遅い欠点もあった。

【０００６】このような弁の欠点を解消するため、弁体
中に主弁と副弁を設け、大気状態の真空室内を真空にす
る際には、ポンプの作動によって生じた真空でベローズ
を作動して副弁を除々に開放し、それにより真空室内の
圧力が低下していくと、主弁の前後の差圧の低下によ
り、主弁を開放する弁を本出願人により先に提案してい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記弁においては、副
弁を用いてポンプの作動初期に真空圧に応じて弁の一部
を開放するため、弁体を閉弁方向に付勢するためのスプ
リングを小型にでき、またスプリングに対抗して作動す
るベローズも小さくてすみ、全体を小型化することがで
きるものであるが、この弁における主弁開放の調整時に
は、副弁の開放特性の影響を直接受けるので正確な調整
が難しく、また調整範囲も限られることとなり、更に主
弁開放時の圧力は弁の自重によって影響されるため、排
気時間が長引く傾向があった。

【０００８】また、弁の全閉時のシール性が必ずしも充
分ではないため、全閉時には別設したシャットオフバル
ブを閉じる等の手段が必要となり、装置が複雑化し高価
になる傾向があった。

【０００９】したがって、本発明は、弁の開閉特性の調
整範囲が広くかつ正確に行なうことができ、シャットオ
フバルブを別設する必要がなく装置を簡素化し安価なも
のとすることができる流量制御弁を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、真空ポンプと真空容器との接続管路に、前
記真空ポンプに連通する第１開口と真空容器に連通する
第２開口とを備えた弁本体に弁座を設け、第２開口側か
ら弁座を閉じるようにスプリングにより付勢された弁体
と、該弁体に係合して第１開口と大気圧との差圧に応じ
て前記弁体を開放するように配置したベローズと、前記
弁体を全閉位置と閉鎖解除位置とに保持するシャットオ
フレバーを前記弁体に連設するとともに、前記弁本体に
前記弁座と別に前記第１開口と第２開口とを連通するバ
イパス路を設け、該バイパス路に調整弁を設けた比例制
御弁及び真空ポンプと真空容器との接続管路に、前記真
空ポンプに連通する第１開口と真空容器に連通する第２
開口とを備えた弁本体に弁座を設け、第２開口側から弁
座を閉じるようにスプリングにより付勢された弁体と、
該弁体内部の副弁に係合して前記第１開口の圧力と大気
圧との差圧に応じて前記副弁を開放するように配置した
第１ベローズと、前記第１開口の圧力と大気圧との差圧
に応じて前記弁体を開放するように配置した第２ベロー
ズと、前記弁体及び前記副弁を全閉位置と閉鎖解除位置
とに保持するシャットオフレバーを前記弁体に連設する
とともに、前記弁体内に副弁開口部を介して前記第１開
口と第２開口とを連通するバイパス連通孔を設けた比例
制御弁を構成したものであり、これにより、弁の開閉特
性の調整範囲が広くかつ正確に行なうことができ、シャ
ットオフバルブを別設する必要がなく、装置を簡素化し
安価なものとすることができるようにしたものである。

【００１１】

【作用】本発明は、上記のように構成したので、真空容
器内をポンプの作動により真空にする際には、シャット
オフレバーを閉鎖解除位置としポンプを作動する。最初
バイパス路に設けた調整弁を介して所定量の気体が吸引
され、弁体とポンプ間の管路内圧力が設定値以下に低下
した時、その圧力に応じてベローズが作動し弁体を開放
していく。真空容器内が所定の真空に達した後ポンプの
作動を止め、シャットオフレバーを操作し管路を全閉状
態に保持する。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例を図面に沿って説明する。図
１乃至図４は、本発明の第１実施例を示し、真空ポンプ
に連通する第１開口１と真空容器に連通する第２開口２
とを備えた弁本体３には、各開口部にポンプ側継手４と
容器側継手５を固定している。各開口１，２間には弁座
６を備え、この弁座６に、離接自在に弁体７を備えてい
る。

【００１３】弁体７で閉鎖される弁座６の開口８をバイ
パスするよう、バイパス路１０が設けられ、バイパス路
１０は、第１開口１との第１連通孔１１と、第２開口２
との第２連通孔１２を備え、バイパス路１０はニードル
弁支持体１３に設けられる。ニードル弁支持体１３に
は、先端にニードル部１４、中央外周に調整ねじ部１
５、後端に調整つまみ１６を備えたニードル弁１７を設
けている。

【００１４】弁体７のロッド２０は、弁本体３の隔壁２
１に設けた通孔２２を貫通して延び、弁本体の上方に設
けた、後述するシャットオフレバー２３の回動軸２４に
固定されている。ロッド２０の上部にはねじ部２５を有
し、このねじ部に螺合するリテーナ２６と、本体３の上
部を閉じる上蓋２７の中央部を下方に延びる支持筒２８
の下端支持部３０間に縮設されたスプリング３１によっ
て、常時弁体７を弁座６の下側から上方に向けて閉じる
よう付勢されている。

【００１５】 ロッド２０には受け板３２が固定され、
この受け板３２に固定された下側支持部材３３と、上蓋
２７の下面に固定された上側支持部材３４間に、支持筒
２８を囲むようにベローズ３５を設けており、ベローズ
３５の内部は支持筒２８に設けた開口３６により大気に
連通している。またベローズ３５の外部の室３７は通孔
２２を介して第１開口１側に連通し、ベローズ３５は大
気圧と弁体７のポンプ側通路内圧との差圧により作動す
るようになっている。受け板３２とロッド２０間、受け
板３２と下側支持部材３３、上蓋２７と上側支持部材３
４間はシールされ、室３７内に気体が漏れないようにし
ている。

【００１６】弁本体３の上部には、略コ字型のアーム３
８が固定され、アーム３８の上部には前記回動軸２４を
中心に回動するシャットオフレバー２３を備えている。
シャットオフレバー２３には平坦な第１保持面４０と、
この第１保持面４０に直交する第２保持面４１及びレバ
ー部４２を備える。回動軸２４の軸心と第１保持面４０
間距離ｌ₁ は、回動軸２４の軸心と第２保持面間４１間
の距離ｌ₂ より大きくなるよう設定される。第１保持面
４０が、図１に示すように、アーム３８の上面に当接す
る位置において、回動軸２４は上方に位置し、ロッド２
０が持ち上げられ、弁体７が弁座６に密着するよう設定
されている。また第２保持面４１が、図４に示すよう
に、アーム３８の上面に当接する位置において、回動軸
２４は、下方に位置し、ロッド２０は降下可能となり、
弁体７を弁座６から離し、開口８を開放する。

【００１７】上記構成による流量制御弁の作動に際し、
真空容器が気体圧状態にあり、ポンプの作動によって真
空にする時には、最初、図１に示す位置に保持されてい
るシャットオフレバー２３によって弁体７は全閉状態と
なっており、ニードル弁１７も閉じられている。

【００１８】 ポンプの作動開始に先立ち、シャットオ
フレバー２３を図３に示すように回動して第２保持面４
１がアーム３８の上面に対抗する位置とする。これによ
りロッド２０は降下可能となり、弁体７はロッド２０を
介して閉鎖解除状態となるが、縮設されたスプリング３
１がリテーナ２６を介してロッド２０を上に引き揚げて
いるため、弁体７は弁座６に押圧されており閉弁状態を
保持している。次いで調節つまみ１６を回動して、調節
ねじ部１５の作用によりニードル部１４を弁座９から予
め設定された位置まで後退させ、それによりバイパス路
１０の流路特性を設定する。

【００１９】 次いで真空ポンプを作動すると、真空ポ
ンプに連通した第１開口１側の圧力は低下し、第１開口
１と連通したベローズ３５の外部の室３７の圧力も低下
し、その圧力と大気圧に連通したベローズ３５の内部の
大気圧との差圧によりベローズ３５は伸長しようとし、
ベローズ３５に連接した下側支持部材３４、受け板３２
を介してロッド２０、弁体７を押し下げる力が生じる。
このベローズ３５の前記差圧による伸長力が、スプリン
グ３１の力と弁体７前後の第１開口１と第２開口２との
差圧による閉弁力より大きくなるまでは弁体７は閉弁し
ており、第２開口２側の真空容器の気体はバイパス路１
０を通って吸引される。このバイパス路１０の通路は充
分小さく設定されているので、真空ポンプは小量の排気
作用を行なうこととなり、起動時の負荷は軽減され、ま
た真空容器内にたまった埃等が急速な排気により飛び上
がり真空容器内に埃が浮遊することが防止される。

【００２０】 真空ポンプの作動の継続によって、第１
開口１の圧力が低下し、第１開口１の圧力と大気圧との
差圧による前記ベローズの伸長力がスプリング３１と弁
体７前後の差圧による閉弁力を越えると、ロッド２０は
スプリング３１を圧縮しつつ降下し、弁体７を降下さ
せ、開口８を開放する。開口８の開放により真空容器内
の気体は大量に排気されるようになり、バイパス路１０
からの排気の割合は減少する。なお、大量の排気が行わ
れるようになっても気体の密度は小さくなっているの
で、ポンプの負荷があまり大きくなることはなく、真空
容器内においては気体密度低下により流体の粘性が小さ
くなるので、容器の底の埃を浮遊させることが少なくな
る。真空ポンプが更に作動を継続すると、図４に示すよ
うに、排気通路中の圧力は更に低下し、弁体７が更に降
下するため、ロッド２０上端のシャットオフレバー２３
の第２保持面４１がアーム３８の上面に当接し、この位
置で弁体７の最大開度が保持される。

【００２１】真空容器内が所定の真空状態となった時に
は、ポンプの作動を停止すると共にシャットオフレバー
２３を図１に示す位置に回動し、前記のように弁体７を
弁座６の下面に密着させる。また、調整つまみ１６を回
動してニードル弁を閉じ、バイパス路１０を閉じ、真空
容器内は密封状態に保たれる。

【００２２】上記装置において、弁体７の作動特性は、
リテーナ２６を回動してスプリング３１の圧縮力を調整
することにより調節可能であり、それにより図５に示す
ように、パイパス路１０による所定の圧力低下Ａ線上に
おいて、スプリング３１の調整圧に応じた作動点Ａ₁ 乃
至Ａ₈ 等任意の圧力で弁体を作動させることが可能とな
り、弁体の作動後はＢ₁ 乃至Ｂ₈ 等の曲線の作動特性に
より所定の真空状態となる。

【００２３】なお、ニードル弁１７の開度を任意に調節
可能とすることにより、図６に示すように、リテーナ２
６の調節によりＣ₁ 乃至Ｃ₄ の調節が可能となる。この
場合、弁体の閉鎖時においては、バイパス空気量の調節
によりその流量特性は、Ｄ₁乃至Ｄ₄ 等により変化する
こととなる。

【００２４】 本発明の第２実施例を図７及び図８に沿
って説明する。この流量制御弁においても、真空ポンプ
と真空容器との接続管路に、前記真空ポンプに連通する
第１開口６６と真空容器に連通する第２開口６８とを備
えた弁本体６５に弁座８８を設け、第２開口６８側から
弁座８８を閉じるように後述するスプリング７５により
付勢された弁体５０を備えている。また、弁体５０のバ
イパス路として弁体５０の中央に形成したバイパス連通
孔５１を備えている。

【００２５】 バイパス連通孔５１には副弁５２を備
え、この副弁５２のロッド５３は、弁体５０の中空ロッ
ド５４内の中空部を貫通して上方に延び、上端はシャッ
トオフレバー５５の回動軸５６を固定している。ロッド
５３の上部には上側支持板５７を備え、中空ロッド５４
の上端に密封状態で摺動可能な調整リング５８を備えた
下側支持板６０間に第１ベローズ６１を設けている。第
１ベローズ６１内は、中空ロッド５４の上端開口６２を
介してロッド５３の間隙空間６３に連通し、この間隙空
間６３は下方において、中空ロッド５４に形成した孔６
４によって弁本体６５の第１開口６６側に連通し、弁体
５０のポンプ側圧力を第１ベローズ６１内に作用させて
いる。

【００２６】下側支持板６０の外周に形成したねじ６７
には調整リング５８を螺合しており、その上端面７０と
上側支持板５７の下端面７１との当接間隙を調整可能と
している。弁本体６５の上部を覆う上蓋７２の中央筒部
７３に形成した段部７４と下側支持板６０との間にはス
プリング７５を設け、第１ベローズ６１、下側支持板６
０、調整リング５８の重量を支持している。

【００２７】 中空ロッド５４の中間部には、第２ベロ
ーズ７６の下側支持体７７を固定しており、上蓋７２間
に第２ベローズ７６を設けている。第２ベローズ７６の
内部空間７８は中央筒部７３の孔８０、中央筒部７３の
スプリング７５の支持部分を介して大気に連通し、第２
ベローズの外部は、弁本体６５の通孔８１を介して第１
開口側に連通している。

【００２８】図８に示すように、弁本体６５の上部には
アーム８２が固定され、アーム８２の上面８３にカム面
８４が当接可能にシャットオフレバー５５を設けてい
る。シャットオフレバー５５のカム面８４は、回動軸５
６からｌ₁ の距離にある第１カム面８５と、この距離ｌ
₁ より小さな距離ｌ₂ の第２カム面８６、及びその間の
連続カム面８７を有する。図８に示すように、第１カム
面８５がアーム８２の上面８３に当接している時は、ロ
ッド５３を上昇させ、副弁５２を持ち上げることによ
り、弁体５０を弁座８８の下面に押しつけ、開口９０を
閉鎖する。また、シャットオフレバー５５を反対側に倒
し、第２カム面８６を上面８３側に位置させると、ロッ
ド５３は上記距離ｌ₁ とｌ₂ の差の長さだけ副弁５２は
移動可能となり、弁体５０も同様に移動可能となる。

【００２９】真空ポンプの作動により、大気圧近傍とな
っている真空容器内を真空にするに際し、この流量制御
弁は、図７、図８に示すようにシャットオフレバー５５
は、ロッド５３を上昇させることにより、副弁５２を介
して主弁５０を弁座８８に押しつけ、開口９０を密封し
ている。この状態からシャットオフレバー５５を１８０
度回動すると、副弁５２、弁体５０は自由状態となる
が、スプリング７５が、弁体５０の中空ロッド５４を押
し上げているので、弁体５０は開口９０を閉じている。

【００３０】 この状態から真空ポンプを作動すると、
第１開口６６側の圧力が低下し、この圧力は孔６４、間
隙空間６３、開口６２を介して第１ベローズ６１の内部
に伝わり、第１ベローズ６１は収縮する。その際、第１
ベローズ６１の下側支持板６０は、スプリング７５及び
弁体５０前後の差圧により支持されているので、上側支
持板５７が降下し、ロッド５３を介して副弁５２が降下
して、弁体５０中央のバイパス連通孔５１を開放する。
この時の副弁５２を開放する圧力は、副弁５２の閉止力
がほとんどないので極めて小さな圧力低下でよく、した
がってポンプの作動とほぼ同時にバイパス連通孔５１は
開放し、前記第１実施例におけるバイパス連通孔と実質
的に同一機能をなす。この時第２ベローズ７６の外周に
も第１開口６６の圧力が作用し、内部の室７８の大気圧
との差圧により下側支持体７７を介して中空ロッド５４
を押し下げようとするが、スプリング７５及び弁体５０
前後の差圧により阻止され、したがって弁体５０は開放
しない。

【００３１】真空ポンプが更に作動して第１開口６６の
圧力が更に低下し、第２ベローズ７６における大気圧と
の差圧が、スプリング７５及び弁体５０前後の差圧より
も大きくなると、弁体５０は次第に降下し、開口９０を
開放することにより大量の排気が可能となる。弁体５０
が副弁５２に当接するまで降下すると、降下は停止し、
この時シャットオフレバー５５の第２カム面８６は上面
８３に当接し、弁体５０の位置を保持する。

【００３２】真空ポンプの停止時には、シャットオフレ
バーを図７、図８に示す元の位置に回動することによ
り、副弁５２はバイパス連通孔５１を閉じ、弁体５０は
開口９０を閉じ、したがって１つの操作により管路はす
べて遮断される。

【００３３】上記実施例における流量制御弁において
は、第１実施例の弁におけるニードル弁を備えることが
ないので、ニードル弁の開閉時の弁のへたりによる誤差
を生じることがなく、また、シャットオフレバーの１つ
の操作で管路を全て閉じることができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明は、上記のように構成し作用する
ので、真空ポンプ作動開始時においては所定の少量の排
気を可能とし、真空容器内の多量排気による容器底部に
堆積した埃の舞い上がりを防止でき、しかもポンプの起
動負荷を低減することができる。またポンプ起動時に弁
体をバイパスする通路には、所定開度に保つことができ
る調整弁を設けているので、管路の圧力低下にかかわら
ずバイパス通路を一定に保つことができ、したがって弁
体の開放時期を正確に設定することが可能となり、開放
時期及び排気流量の調整を正確に行なうことができる。

【００３５】更に、シャットオフレバーにより弁体を強
制的に閉じることができるので、管路中に別にシャット
オフバルブを設ける必要がなくなり、装置を簡素化し安
価なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１実施例のシャットオフレバー
による弁体閉鎖時の断面図である。

【図２】同側面図である。

【図３】同弁体開放作動前の状態を示す断面図である。

【図４】同弁体開放時の状態を示す断面図である。

【図５】本発明による流量制御弁の時間−圧力特性図で
ある。

【図６】同圧力差−弁開度特性図である。

【図７】本発明の他の実施例の断面図である。

【図８】同側面図である。

【符号の説明】

１ 第１開口 ２ 第２開口 ３ 弁本体 ６ 弁座 ７ 弁体 ８ 開口 １０ バイパス路 １１ 第１連通孔 １２ 第２連通孔 １３ ニードル弁支持体 １７ ニードル弁 ２０ ロッド ２３ シャットオフレバー ２４ 回動軸 ２６ リテーナ ２７ 上蓋 ２８ 支持筒 ３０ 下端支持部 ３１ スプリング ３２ 受け板 ３５ ベローズ ３８ アーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−73269（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−22485（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−22484（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−298690（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−298689（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−186290（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−138166（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−54381（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−107572（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−125285（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−1971（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−114380（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−130350（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−75378（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭50−24446（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭59−19183（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16K 51/02 F16K 35/00 - 35/16 F16K 31/44 - 31/60 F16K 17/18 - 17/34

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空ポンプと真空容器との接続管路に、
   前記真空ポンプに連通する第１開口と真空容器に連通す
   る第２開口とを備えた弁本体に弁座を設け、前記第２開
   口側から弁座を閉じるようにスプリングにより付勢され
   た弁体と、該弁体に係合して前記第１開口の圧力と大気
   圧との差圧に応じて前記弁体を開放するように配置した
   ベローズとを設け、前記弁体を全閉位置と閉鎖解除位置
   とに保持するシャットオフレバーを前記弁体に連設する
   とともに、前記弁本体に前記弁座と別に前記第１開口と
   第２開口とを連通するバイパス路を設け、該バイパス路
   に調整弁を設けたことを特徴とする比例制御弁。
2. 【請求項２】 真空ポンプと真空容器との接続管路に、
   前記真空ポンプに連通する第１開口と真空容器に連通す
   る第２開口とを備えた弁本体に弁座を設け、第２開口側
   から弁座を閉じるようにスプリングにより付勢された弁
   体と、該弁体内部の副弁に係合して前記第１開口の圧力
   と大気圧との差圧に応じて前記副弁を開放するように配
   置した第１ベローズと、前記第１開口の圧力と大気圧と
   の差圧に応じて前記弁体を開放するように配置した第２
   ベローズとを設け、前記弁体及び前記副弁を全閉位置と
   閉鎖解除位置とに保持するシャットオフレバーを前記弁
   体に連設するとともに、前記弁体内に副弁開口部を介し
   て前記第１開口と第２開口とを連通するバイパス連通孔
   を設けたことを特徴とする比例制御弁。