JP4258806B2

JP4258806B2 - 真空調圧用バルブ

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Publication number: JP4258806B2
Application number: JP2003310606A
Authority: JP
Inventors: 昌生梶谷
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Priority date: 2003-09-02
Filing date: 2003-09-02
Publication date: 2009-04-30
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Description

本発明は、理化学機械等において化学反応用の真空チャンバの減圧などに使用する真空調圧用バルブに関するものである。

例えば半導体の製造装置においては、エッチングなどの化学処理が真空チャンバ内で行われるが、このとき真空チャンバの減圧には真空ポンプが使用され、これらの真空ポンプと真空チャンバとを結ぶ外部流路の開閉に調圧用バルブが用いられている。この調圧用バルブは、真空ポンプと真空チャンバとに接続される２つのポートと、これらのポート同士を結ぶ内部流路と、この内部流路中に形成された弁座と、この弁座を開閉する弁部材と、この弁部材を開閉操作するシリンダ等の操作部とを有していて、この操作部で弁部材を開閉することによって上記真空チャンバの真空度を制御するものである。

ところが、例えば上記真空チャンバを減圧する場合、上記バルブを全開して急激な排気を行うと、大量の気体が一時に流動するため、真空チャンバ内や流路内に乱流が発生したり、真空チャンバ内や流路中のパーティクルが巻き上げられるなどの不都合が生じ易い。このため、例えば特許文献１に記載されているように、バルブの内部に、流路断面積の大きい主流路と流路断面積の小さい副流路とを並列に形成し、減圧時に、初めに副流路を開放して初期減圧を行った後、主流路を開放して残りの減圧を行うことにより、流量特性を改善したものが提案されている。

しかし、上記バルブは、流路断面積の小さい副流路を開閉する副弁機構を、主流路を開閉する主弁機構の弁部材や弁シャフト及びピストン等の内部に二重に組み込んだ構成を有しているため、構造が若干複雑である。そこで、構造がより簡単な真空調圧用バルブの提供が望まれていた。
特開２００１−２６３５３２号公報

本発明の技術的課題は、真空チャンバを減圧する際のエア流量特性を改善した構成が簡単な真空調圧用バルブを提供することにある。

上記課題を解決するため本発明の真空調圧用バルブは、大形の主弁と、この主弁に取り付けられた小形のバイパス用補助弁とで構成され、上記主弁は、軸線方向に延びる主弁孔を内部に備えた主弁ハウジングと、この主弁ハウジングに設けられて真空チャンバ及び真空ポンプに接続される第１メインポート及び第２メインポートと、主弁孔の軸線方向端に位置する上記第１メインポートが該主弁孔と連通する連通開口の回りに形成された主弁座と、上記主弁孔内において上記主弁座を開閉する主弁部材と、この主弁部材から上記主弁孔内をその軸線方向に延びる主弁シャフトと、該主弁シャフトを介して上記主弁部材を開閉操作する主弁操作部とを有し、上記補助弁は、上記主弁ハウジングの外側面に取り付けられていて、主弁孔の軸線方向に延びる補助弁孔を内部に備えた補助弁ハウジングと、補助弁ハウジングの側面に開口し、上記主弁ハウジングを貫通する第１接続孔を通じて上記第１メインポートに連通する第１バイパスポート、及び同側面に開口し、上記主弁ハウジングを貫通する第２接続孔を通じて主弁孔内に連通する第２バイパスポートと、第１バイパスポート及び第２バイパスポートとを補助弁孔を介して結ぶことにより形成される上記主弁座を迂回するバイパス流路と、このバイパス流路中に設けられた開口面積が上記主弁座より小さい補助弁座と、この補助弁座を開閉する補助弁部材と、この補助弁部材から延びる補助弁シャフトと、この補助弁シャフトを介して上記補助弁部材を開閉操作する補助弁操作部とを有し、上記主弁操作部及び補助弁操作部が、上記主弁シャフト及び補助弁シャフトの先端に取り付けられた主ピストン及び補助ピストンと、この主ピストン及び補助ピストンに上記主弁部材及び補助弁部材が開放する方向の流体圧を作用させる主受圧室及び補助受圧室と、この主受圧室及び補助受圧室にパイロット流体を供給するための主パイロットポート及び補助パイロットポートとを有し、また、上記主弁及び補助弁がそれぞれ、上記主弁部材及び補助弁部材を上記主弁座及び補助弁座の閉鎖方向に向けて付勢する復帰ばねを備えていることを特徴とするものである。

本発明の一つの構成態様においては、上記復帰ばねは、上記主弁操作部においては、上記主弁孔と主受圧室とを区画する隔壁と上記主弁部材との間に設けられ、上記補助弁操作部においては、上記補助ピストンと該補助ピストンの背面側を覆うシリンダカバーとの間に設けられる。

本発明の具体的な構成態様によれば、上記主弁操作部及び補助弁操作部の少なくとも一方が、主弁開度調節機構又は補助弁開度調節機構をさらに有しており、この主弁開度調節機構又は補助弁開度調節機構は、上記主ピストン又は補助ピストンの背面に先端が当接する調節軸と、この調節軸を任意の位置まで無段階に前後進駆動可能な調節軸駆動機構とを有していて、該調節軸駆動機構で上記調節軸を変位させて主ピストン又は補助ピストンの動作位置を規定することにより、上記主弁部材又は補助弁部材の開度を設定可能なるように構成されている。

この場合に上記調節軸駆動機構は、電動式の開度調節用モーターと、このモーターの出力軸の正逆回転運動を往復直進運動に変換する変換機構とを有し、該変換機構が、上記開度調節用モーターの出力軸に連結されて回転する螺子棒と、この螺子棒に非回転の状態で該螺子棒の軸線方向には変位自在なるように螺着されたナット部材とからなっていて、このナット部材に上記調節軸の基端部が連結され、該調節軸の先端は自由端となって、上記主ピストン又は補助ピストンに接離自在に当接している。

また、上記主弁開度調節機構及び補助弁開度調節機構は、上記調節軸の変位量を測定可能なセンサーを有し、このセンサーからの検出信号に基づいて上記駆動機構で調節軸を位置制御するように構成されている。

上記真空調圧用バルブは、主弁と補助弁とを連動的に開閉制御したり、あるいは個別に開閉制御することによって、真空チャンバ内の真空度を細かくかつ高精度に制御することができる。また、主弁とは別に構成された小形の補助弁を主弁の主弁ハウジングの外側面に直接取り付けることにより、この補助弁と同じ機能を持つ機構を主弁の主弁部材や主弁シャフト及び主ピストンの内部に二重に組み込んだ在来のバルブに比べ、バルブの構造を著しく簡略化することができる。

図１及び図２は、本発明に係る真空調圧用バルブの第１実施例を示すものである。このバルブＶ１は、大流量域の制御を行う大形の主弁１Ａと、小流量域の制御を行う小形のバイパス用補助弁２Ａとで形成されている。

上記主弁１Ａは、主流路１３を開閉する主弁部材１５を備えた主弁本体４と、上記主弁部材１５を開閉操作する主弁操作部５とを有していて、これらの主弁本体４と主弁操作部５とが、バルブＶ１の軸線Ｌに沿って直列に結合されている。

上記主弁本体４は、軸線Ｌ方向に延びる主弁孔１６を内部に備えた実質的に円柱状又は角柱状をなす中空の主弁ハウジング１０を有している。この主弁ハウジング１０には、真空チャンバ７に接続するための第１メインポート１１と、真空ポンプ８に接続するための第２メインポート１２とが設けられ、上記第１メインポート１１は、主弁ハウジング１０の第１端１０ａ側にバルブの軸線Ｌ方向に開口し、第２メインポート１２は、主弁ハウジング１０の側面に上記軸線Ｌと直交する向きに開口している。また、上記主弁ハウジング１０の上記主弁孔１６内には、上記両メインポート１１，１２を結ぶ上記主流路１３が形成されると共に、上記第１メインポート１１の回りを取り囲む主弁座１４が形成されている。この主弁座１４は、上記第１メインポート１１が上記主弁孔１６と連通する連通開口１１ａの回りを取り囲むように形成されている。

上記主弁ハウジング１０の内部には、上記主弁座１４を開閉するポペット式の上記主弁部材１５が、該主弁座１４と同軸状に設けられている。この主弁部材１５はディスク形をしていて、その前面の外周端寄りの位置に、上記主弁座１４に接離する円環状をしたゴム製の弁シール部材１７が取り付けられている。また、この主弁部材１５の前面の上記弁シール部材１７の内側には、次第に先細り状をした流量調整用の円板形のノーズ１８が設けられ、主弁部材１５が主弁座１４を開放する際に、このノーズ１８で弁開度を徐々に増大させることによってエアの初期流量を制限するように構成されている。しかし、このノーズ１８は必ずしも必要なものではない。

上記主弁部材１５の背面中央位置には、主弁シャフト２０の基端部が取り付けられている。この主弁シャフト２０は、主弁ハウジング１０の内部を上記軸線Ｌに沿って延びていて、その先端部は、主弁本体４と主弁操作部５とを区画する隔壁３１を貫通して該主弁操作部５の内部に延出し、主ピストン３２に連結されている。

上記主弁シャフト２０の基端部寄りの周囲には、主弁部材１５の開放位置を規定するための円筒形をしたスリーブ２１が取り付けられている。このスリーブ２１は、上記主弁部材１５の背面から主弁シャフト２０に沿って一定長さ延びていて、上記主弁部材１５の最大開放位置でその先端が上記隔壁３１の当接部に当たるようになっている。また、上記主弁部材１５の背面にはばね座２２が設けられ、このばね座２２と上記隔壁３１との間に、上記主弁部材１５を閉鎖方向に弾発するコイル状の復帰ばね２３が設けられている。この復帰ばね２３は、同軸状に配置された大径の第１ばね２３ａと小径の第２ばね２３ｂとで構成されている。

更に、上記主弁部材１５の背面には、上記主弁シャフト２０とスリーブ２１及び復帰ばね２３の回りを取り囲むように伸縮自在のベローズ２４が設けられている。このベローズ２４は、金属等の気密性の素材により形成されていて、その一端が上記主弁部材１５の背面に取り付けられ、他端は、主弁ハウジング１０の端部と上記隔壁３１との間に設けられた支持プレート２５に取り付けられており、上記主弁部材１５の開閉に伴って伸縮する。なお、このベローズ２４で囲まれた内側空間は、図示しない空隙を通じて外気に開放している。

また、上記主弁操作部５は、流体圧シリンダとして構成され、上記主弁ハウジング１０の第２端１０ｂ側に同軸状に結合された主シリンダハウジング３０を有している。この主シリンダハウジング３０は、上記主弁ハウジング１０と同じ円柱状又は四角柱状をしていて、軸線Ｌ方向の一端側にこの主弁ハウジング１０との間を区画する上記隔壁３１を有すると共に、内部に主シリンダ孔３３を有し、この主シリンダ孔３３の内部に上記主ピストン３２が、シール部材３４とウエアリング３５とを介して摺動自在に収容されている。そして上述したように、上記主弁シャフト２０が上記隔壁３１を摺動自在に貫通して主シリンダ孔３３内に延出し、その先端部が上記主ピストン３２に連結されている。

上記主ピストン３２の一面側には、該主ピストン３２と上記隔壁３１との間に主受圧室３７が形成され、この主受圧室３７が、上記主シリンダハウジング３０の側面に開口する主パイロットポート３８に接続されている。上記主ピストン３２の背面側のシリンダカバー４０との間に区画された室は、外部に開放する呼吸室３９となっている。

上記主弁１Ａにおいて、図１の閉弁状態から、上記主受圧室３７に、主パイロットポート３８を通じて必要な圧力に調整された圧縮エア等のパイロット流体を供給すると、上記主ピストン３２が図の上向きに変位するため、上記主弁シャフト２０が復帰ばね２３を圧縮しながら後退し、図２に示すように、主弁部材１５が主弁座１４から離れて該主弁座１４が開放する。また、図２の開弁状態から上記主受圧室３７内のパイロット流体を排出すると、復帰ばね２３の弾発力によって主ピストン３２及び主弁シャフト２０が前進するため、上記主弁部材１５が前進して主弁座１４を閉鎖する。

一方、上記補助弁２Ａは、上記主弁１Ａにおける主弁ハウジング１０の外側面の第１メインポート１１寄りの、上記主弁座１４と隣接する位置に取り付けられている。この補助弁２Ａは、軸線方向に結合された補助弁本体４１と補助弁操作部４２とを有していて、これらの補助弁本体４１及び補助弁操作部４２が、上記主弁１Ａにおける主弁本体４及び主弁操作部５と実質的に同じ構成を有している。従って以下の説明においては、重複を避ける意味で、主弁１Ａと同じ構成部分の説明は簡略に行うこととする。ただ、この補助弁２Ａが主弁１Ａと同じ構成を有するといっても、その軸方向長さは主弁１Ａの凡そ１／３程度と小形であり、それに応じて各部材も全体的に小形化されているため、寸法的な制約から一部の部材は主弁１Ａとは形態が若干異なっている。つまり、基本的な構成やその動作原理など、機能的に見て主弁１Ａと実質的に同じという意味である。

即ち、上記補助弁２Ａの補助弁本体４１は、図１から分かるように、補助弁ハウジング４５を有している。この補助弁ハウジング４５には、補助弁孔４６と、この補助弁ハウジング４５の側面に開口する第１バイパスポート４７及び第２バイパスポート４８と、これらの第１バイパスポート４７及び第２バイパスポート４８とを上記補助弁孔４６を介して結ぶ断面積の小さいバイパス流路４９と、このバイパス流路４９中に設けられた開口面積が上記主弁座１４より小さい補助弁座５０と、この補助弁座５０を開閉する補助弁部材５１と、この補助弁部材５１から上記補助弁操作部４２に向けて延びる補助弁シャフト５２と、上記補助弁孔４６内においてこの補助弁シャフト５２の回りを取り囲む伸縮自在のベローズ５３とが設けられている。上記補助弁部材５１にノーズを設けても良いことは主弁部材１５の場合と同じである。

上記第１バイパスポート４７は、上記主弁１Ａの主弁ハウジング１０を貫通する第１接続孔５６を通じて上記第１メインポート１１に連通し、上記第２バイパスポート４８は、上記主弁ハウジング１０を貫通する第２接続孔５７を通じて主弁孔１６内に連通し、この主弁孔１６を介して上記第２メインポート１２に連通している。これによって上記バイパス流路４９は、上記主弁ハウジング１０の外部を通って上記主弁座１４を迂回することになる。

また、上記補助弁操作部４２は、図１及び図２から分かるように、内部に補助シリンダ孔６３を有する補助シリンダハウジング６０を有している。上記補助シリンダ孔６３の一端は、この補助シリンダハウジング６０と一体の隔壁６１によって塞がれており、補助シリンダ孔６３の他端は、シリンダカバー７０によって塞がれている。そして、この補助シリンダ孔６３の内部には、補助ピストン６２がシール部材６４を介して摺動自在に収容され、この補助ピストン６２が上記補助弁シャフト５２に連結されている。この補助弁シャフト５２は、上記隔壁６１を摺動自在に貫通して先端が上記補助シリンダ孔６３内に延出しており、この先端に上記補助ピストン６２が連結されている。

上記補助ピストン６２と隔壁６１との間には補助受圧室６７が形成され、この補助受圧室６７が、上記補助シリンダハウジング６０の側面に開口する補助パイロットポート６８に接続されている。また、上記補助ピストン６２の背面側の室は、外部に開放する呼吸室６９となっていて、この呼吸室６９内において該補助ピストン６２と上記シリンダカバー７０との間に復帰ばね７１が設置されている。この復帰ばね７１は、上記主弁１Ａの復帰ばね２３とは設置位置が異なっているが、上記補助弁部材５１を閉弁方向に付勢するもので、その機能は互いに同じである。

上記補助弁２Ａの動作は、実質的に上記主弁１Ａと同じであるから、重複を避ける意味でその説明は省略する。なお、図３には、上記主弁１Ａと補助弁２Ａの流量特性が示されており、図中Ｍが主弁１Ａの流量特性、Ｓが補助弁２Ａの流量特性である。

上記構成を有する調圧用バルブＶ１は、真空チャンバ７に設置された圧力センサーからの信号に基づいて、図示しない制御装置から、主弁１Ａの主パイロットポート３８と補助弁２Ａの補助パイロットポート６８とにそれぞれパイロット流体を供給し、主ピストン３２と補助ピストン６２とを駆動して主弁部材１５と補助弁部材５１とを開閉操作することにより、真空チャンバ７内の真空度を制御するものである。この場合、該バルブＶ１の開弁初期や閉弁終期などの小流量域の流量制御は小形の補助弁２Ａで行い、それ以外の大流量域の流量制御や急速排気等は大形の主弁１Ａで行うようにする。例えば、真空チャンバ７を減圧する場合には、初めに補助ピストン６２を駆動して補助弁部材５１を開弁させ、バイパス流路４９を通じて小流量の排気を行ったあと、僅かな時間差で主ピストン３２を駆動して主弁１Ａ体を開放させることにより、残りの排気を行うようにする。

この場合、上記主パイロットポート３８と補助パイロットポート６８に供給するパイロット流体は同圧であっても異圧であっても良い。同圧とする場合は、補助弁２Ａの補助パイロットポート６８を省略し、主弁１Ａの主受圧室３７と補助弁２Ａの補助受圧室６７とを直接連通させた構成とすることにより、両受圧室３７，６７に共通のパイロット流体を供給することができる。具体的構成例としては、主弁ハウジング１０に主受圧室３７に通じる連通孔を設けて外側面に開口させると共に、補助弁ハウジング４５に補助受圧室６７に通じる連通孔を設けて外側面に開口させ、これらの連通孔の開口部同士を相互に連通させるようにすれば良い。何れにしても、上記補助弁部材５１が主弁部材１５より僅かな時間差で先に開放するように、これら両弁部材１５，５１の受圧面積と復帰ばね２３，７１のばね力及びパイロット流体圧力とを、相互に関連付けるべきである。

しかし、上記調圧用バルブＶ１は、上述した使い方以外にも、主弁１Ａと補助弁２Ａとを連動させて開閉したり、個別に開閉したりすることにより、様々な使い方ができるものである。例えば、真空チャンバ７を一旦減圧したあとは、上記主弁１Ａの主弁部材１５は閉鎖し、反応ガス等の供給によって真空チャンバ７の真空度が変化したときには、上記補助弁２Ａを開閉して排気動作を行うことにより真空度を一定に保つといったような使い方である。

かくして上記調圧用バルブＶ１は、主弁１Ａとは別に構成された小形の補助弁２Ａを主弁ハウジング１０の外側面に直接取り付けることにより、この補助弁２Ａと同じ機能を持つ開閉機構を主弁１Ａの上記主弁部材１５や主弁シャフト２０及び主ピストン３２の内部に二重に組み込んだ在来のバルブに比べ、その構造を著しく簡略化することができる。

図４及び図５は本発明の第２実施例を示すもので、この第２実施例の調圧用バルブＶ２が上記第１実施例の調圧用バルブＶ１と相違する点は、主弁１Ｂの主弁操作部５及び補助弁２Ｂの補助弁操作部４２が、それぞれ、主弁部材１５及び補助弁部材５１の開度を設定しあるいは調節するための主弁開度調節機構８０及び補助弁開度調節機構９０を更に有しているという点である。主弁１Ｂ及び補助弁２Ｂのそれ以外の基本的な構成及び作用は、上記第１実施例のバルブＶ１の主弁１Ａ及び補助弁２Ａと実質的に同じであるから、以下の説明では、主として上記主弁開度調節機構８０及び補助弁開度調節機構９０について説明し、その他の部分ついては、主要な構成要素に第１実施例と同じ符号を付してその説明は省略するものとする。

先ず、上記主弁１Ｂに付設された主弁開度調節機構８０は、主シリンダハウジング３０の端部に同軸状に結合されてシリンダカバーを兼ねるエンドブロック８１内に組み込まれている。このエンドブロック８１は、上記主シリンダハウジング３０と同じ円柱状又は四角柱状をしていて、その内部に、主ピストン３２の背面に先端が当接する調節軸８２と、該調節軸８２を任意の位置まで無段階に前後進駆動可能な調節軸駆動機構８３とが組み込まれ、これらの調節軸８２と駆動機構８３とで上記主弁開度調節機構８０が構成されている。そして、上記調節軸駆動機構８３で調節軸８２を必要な位置まで変位させて主ピストン３２の動作位置を規定することにより、上記主弁部材１５が主弁座１４を開放したときの開度即ち弁開度を設定することができる。

上記調節軸駆動機構８３は、電動式で正逆回転可能な開度調節用モーター８４と、このモーター８４の出力軸の正逆回転運動を往復直進運動に変換する変換機構８５とを有していて、上記モーター８４が、上記エンドブロック８１の軸線方向の外端部に設けられたモーター室８１ａ内に設置され、上記変換機構８５が、上記モーター室８１ａと呼吸室３９とを結ぶ中空部８１ｂ内に収容されている。図中８６は、上記エンドブロック８１の端部を覆うエンドカバーである。

また、上記変換機構８５は、上記モーター８４の出力軸８４ａに連結されて回転する螺子棒８５ａと、この螺子棒８５ａに回転を規制された状態で該螺子棒８５ａの軸線方向には変位自在なるように螺着されたナット部材８５ｂとからなるもので、このナット部材８５ｂに、円筒状をした上記調節軸８２の基端部がねじ８７で連結されている。この調節軸８２の先端８２ａは自由端となって上記中空部８１ｂから突出し、上記主ピストン３２の背面中央部に接離自在に当接している。従って、この調節軸８２と、変換機構８５を構成する上記螺子棒８５ａ及びナット部材８５ｂと、上記主ピストン３２と、主弁シャフト２０及び主弁部材１５と、上記主弁座１４とは、互いに同一の軸線Ｌ上に位置することになる。また、上記第１メインポート１１も同一軸線状に位置しているが、この第１メインポート１１は必ずしも上記軸線Ｌ上に開口している必要はない。

上記主弁開度調節機構８０において、上記開度調節用モーター８４を正逆方向に回転させると、その回転が変換機構８５で往復直進運動に変換されて調節軸８２に伝達され、この調節軸８２がモーター８４の回転量に応じた分だけ往復直進運動をする。従って、図４に示す閉弁状態から上記主ピストン３２を動作させて主弁部材１５を開放操作する際に、図５に示すように、上記モーター８４を必要な回転数だけ回転させて調節軸８２を設定された位置まで後退させると、主ピストン３２がこの調節軸８２に当接してその位置に停止することにより、弁開度が設定される。この弁開度は、モーター８４で上記調節軸８２の位置を制御することにより、任意の大きさに無段階に調節することができる。

また、上記主弁部材１５が開放している図４の状態でその開度を変更する場合には、上記駆動機構８３で調節軸８２を変位させて主ピストン３２の位置を変えることにより、上記主弁部材１５の開度を調節することもできる。即ち、上記主弁部材１５の開度を中間の開弁状態から増大させる場合は、上記調節軸８２を後退させることにより、主受圧室３７内に流入するパイロット流体によって上記主ピストン３２が開弁方向に移動し、弁開度が増大する。また、上記主弁部材１５の開度を中間の開弁状態から減少させる場合は、上記調節軸８２を前進させることにより、上記主ピストン３２がこの調節軸８２に押されて閉弁方向に移動するため、弁開度が減少する。この場合、上記主受圧室３７内のパイロット流体圧力を調節することにより、調節軸８２による押圧力を軽減させることができる。

更に、真空チャンバ７ーを一定の真空圧のまま封止する場合や、緊急時等に上記主弁座１４を閉鎖するような場合には、上記主受圧室３７内のパイロット流体を排出することにより、復帰ばね２３の弾発力で上記主弁部材１５を主ピストン３２及び主弁シャフト２０と共に前進させ、上記主弁座１４に当接させる。

ここで、上記調節軸８２を必要な距離だけ往復直進運動させ得るようにするため、上記主弁開度調節機構８０には、この調節軸８２の変位量を検出可能なセンサー８８が設けられている。このセンサー８８は、上記モーター８４に取り付けられたロータリーエンコーダーからなっていて、このエンコーダーでモーター８４の回転量を検出することにより、上記調節軸８２の変位量を間接的に検出し、その検出信号に基づいて図示しない制御装置でモーター８４を制御することにより、上記調節軸８２を必要な位置まで無段階に変位させることができるようになっている。しかし、上記センサー８８は、上記調節軸８２の位置を直接検出する方式のものであっても良く、例えば、この調節軸８２に付した磁気目盛や光学目盛を読み取る磁気センサーや光学センサー等を用いることもできる。

一方、上記補助弁２Ｂに付設された補助弁開度調節機構９０は、上記主弁開度調節機構８０よりは全体に小形化されている点と、それに伴って例えばエンドブロック９１や調節軸９２など一部の構成要素の形状が若干変えられている点とを除けば、実質的にこの主弁開度調節機構８０と同じ構成及び作用を有するものである。従って、この主弁開度調節機構８０と同一の主要な構成部分に、該主弁開度調節機構８０で付されている符号に１０をプラスした符号を付してその説明は省略するものとする。

上記第２実施例の調圧用バルブＶ２は、第１実施例のバルブＶ１と同様に、上記主弁１Ｂと補助弁２Ｂとを連動的に開閉制御したり、あるいは個別に開閉制御することによって真空チャンバ７内の真空度を制御するものであるが、上記主弁開度調節機構８０及び補助弁開度調節機構９０によって主弁１Ｂ及び補助弁２Ｂの弁開度を無段階に設定しあるいは調節することができるため、上記第１実施例のバルブＶ１よりも一層細かくかつ高精度の流量制御を行うことが可能になる。

図６及び図７は本発明に関連する参考例を示すもので、この参考例の調圧用バルブＶ３は、主弁１Ｃの主弁操作部５及び補助弁２Ｃの補助弁操作部４２が、電動式の操作用モーター１００及び１１０で主弁部材１５及び補助弁部材５１の開閉操作を行うように構成されている点が、上記第１及び第２実施例の調圧用バルブＶ１及びＶ２の、流体圧シリンダを駆動源とする上記主弁操作部５及び補助弁操作部４２と相違している。

即ち、この参考例の調圧用バルブＶ３の主弁１Ｃは、主流路１３を開閉する主弁部材１５を備えた主弁本体４と、この主弁部材１５を開閉操作する主弁操作部５とを有していて、これらの主弁本体４と主弁操作部５とが、バルブＶ３の軸線Ｌに沿って直列に結合されている。

上記主弁本体４は、主弁孔１６を有する主弁ハウジング１０と、第１メインポート１１及び第２メインポート１２と、主流路１３と、この主流路１３中に形成された主弁座１４と、この主弁座１４を開閉する主弁部材１５と、この主弁部材１５から延びる主弁シャフト２０と、ベローズ２４とを有している。上記主弁シャフト２０の先端部２０ａは円筒状をしていて、上記変換機構１０１のナット部材１０１ｂに連結されている。このような参考例の主弁本体４は、上記第１及び第２実施例の主弁本体４に比べ、上記主弁シャフト２０の形態が若干異なる点と、復帰ばねを備えていない点とが相違するのみで、それ以外の構成は実質的に同じである。従って、それらの主要な同一構成部分に第１及び第２実施例と同じ符号を付してこれ以上の詳細な説明は省略する。

また、上記主弁操作部５は、上記主弁ハウジング１０の端部に取り付けられたエンドブロック１０３を有している。このエンドブロック１０３は、上記主弁ハウジング１０と同じ円柱状又は四角柱状をしていて、主弁孔１６の端部を塞ぐ隔壁３１と、この隔壁３１からバルブＶ３の軸線に沿って該主弁孔１６内に延出する筒軸部３１ａと、軸線方向の外端部に設けられたモーター室１０４と、上記隔壁３１と筒軸部３１ａとの内部を貫通してこのモーター室１０４と上記主弁孔１６とを結ぶ中空部１０５とを有している。そして、上記モーター室１０４内に上記操作用モーター１００が設置され、上記中空部１０５内に上記変換機構１０１が設置されている。図中１０６は、上記モーター室１０４の端部を覆うエンドカバーである。

上記変換機構１０１は、上記操作用モーター１００の出力軸１００ａに連結されて回転する螺子棒１０１ａと、この螺子棒１０１ａに回転を規制された状態で該螺子棒１０１ａの軸線方向には変位自在なるように螺着された上記ナット部材１０１ｂとで構成されたもので、このナット部材１０１ｂに上記主弁シャフト２０の先端部がねじ１０７で連結されている。従って、上記螺子棒１０１ａとナット部材１０１ｂ、主弁シャフト２０、主弁部材１５、及び主弁座１４とは、互いに同一軸線Ｌ上に位置することになる。また、上記第１メインポート１１も同一軸線状に位置しているが、この第１メインポート１１は必ずしも上記軸線Ｌ上に開口している必要はない。

上記主弁１Ｃにおいて、図６に示すように、主弁部材１５が主弁座１４を閉鎖している閉弁状態から上記操作用モーター１００を正方向に回転させると、その回転が変換機構１０１で直進運動に変換され、上記ナット部材１０１ｂが螺子棒１０１ａに沿って後退するため、主弁シャフト２０が後退して主弁部材１５が主弁座１４から離間し、図７に示すように該主弁座１４が開放する。また、図７のように上記主弁部材１５が開放している状態でモーター１００を逆回転させると、ナット部材１０１ｂが前進するため主弁シャフト２０及び主弁部材１５も前進し、図６に示すように主弁座１４が閉鎖される。

上記主弁部材１５は任意の位置に停止させることができ、それによって該主弁部材１５が上記主弁座１４を開放する度合い、即ち弁開度を、無段階に設定しあるいは調節することができる。このために上記主弁操作部５には、上記主弁シャフト２０又はナット部材１０１ｂの変位量を検出可能なセンサー１０８が設けられている。このセンサー１０８は、上記操作用モーター１００に取り付けられたロータリーエンコーダーからなっていて、このエンコーダーでモーター１００の回転量を検出することにより、上記主弁シャフト２０又はナット部材１０１ｂの変位量を間接的に検出し、その検出信号に基づいて図示しない制御装置でモーター１００の回転を制御することにより、上記主弁部材１５を必要な位置まで無段階に開閉操作できるようになっている。

しかし、上記センサーは、上記主弁シャフト２０又はナット部材１０１ｂを直接検出する方式のものであっても良く、例えば、この主弁シャフト２０又はナット部材１０１ｂに付した磁気目盛や光学目盛を読み取る磁気センサーや光学センサー等を用いることもできる。

一方、上記補助弁２Ｃは、補助弁本体４１と補助弁操作部４２とを有するもので、これらの補助弁本体４１及び補助弁操作部４２が、上記主弁１Ｃの主弁本体４及び主弁操作部５と実質的に同じ同じ構成を有して同じ動作をするように構成されている。このうち上記補助弁本体４１は、図６から分かるように、補助弁孔４６を有する補助弁ハウジング４５と、第１バイパスポート４７及び第２バイパスポート４８と、バイパス流路４９と、このバイパス流路４９中に設けられた補助弁座５０と、この補助弁座５０を開閉する補助弁部材５１と、この補助弁部材５１から延びる補助弁シャフト５２と、この補助弁シャフト５２の回りを取り囲むベローズ５３とを有している。そして、それらの詳細な構成及び好ましい変形例等は、上記第１及び第２実施例の補助弁２Ａ及び２Ｂの補助弁本体と実質的に同じである。従って、それらの主要な同一構成部分に第１及び第２実施例と同じ符号を付してこれ以上の詳細な説明は省略する。

また、上記補助弁操作部４２は、上記主弁操作部５と基本的構成及び動作は同じであるが、細かい部分の構成が若干異なっている。即ち、エンドブロック１１３が、上記主弁本体４側の第１ブロック１１３ａとその反対側の第２ブロック１１３ｂとに分かれていて、該第１ブロック１１３ａとエンドカバー１１６との間のモーター室１１４にモーター１１０が設置され、上記両ブロック１１３ａ，１１３ｂ間に形成された中空部１１５に、螺子棒１１１ａとナット部材１１１ｂとからなる変換機構１１１が配設されると共に、ディスク形の中継部材１１９が配設され、この中継部材１１９を介して上記ナット部材１１１ｂと補助弁シャフト５２とが相互に連結されている。従って、この中継部材１１９は、上記主弁操作部４の主弁シャフト２０の筒状をした先端部２０ａに対応している。

上記中継部材１１９は、大径の第１部材１１９ａと小径の第２部材１１９ｂとに分かれていて、第１部材１１９ａがねじ１１７で上記補助弁シャフト５２に連結されたあと、そのねじ１１７を覆い隠すように上記第２部材１１９ｂがこの第１部材１１９ａに一体に結合され、この第２部材１１９ｂが上記ナット部材１１１ｂに連結されている。また、上記中空部１１５内には、第１ブロック１１３ａと第２ブロック１１３ｂとの間に上記第１部材１１９ａを貫通するように複数のガイドピン１２０が設けられ、これらのガイドピン１２０によって中継部材１１９の変位が案内されるようになっている。図中１１８はセンサーである。

上記参考例の調圧用バルブＶ３は、真空チャンバ７に設置された圧力センサーからの信号に基づいて図示しない制御装置により上記主弁１Ｃ及び補助弁２Ｃの各モーター１００及び１１０の駆動電流を決定し、この駆動電流でこれらのモーター１００，１１０を駆動することにより、上記第１及び第２実施例のバルブＶ１，Ｖ２と同様に、上記主弁１Ｃと補助弁２Ｃとを連動的に開閉制御したり、あるいは個別に開閉制御することによって真空チャンバ７内の真空度を制御するものである。この場合、上記主弁操作部５及び補助弁操作部４２によって主弁１Ｃ及び補助弁２Ｃの弁開度を無段階に設定しあるいは調節することができるため、流量制御を細かくかつ高精度に行うことができる。

なお、上記各実施例においては、主弁１Ａ，１Ｂと補助弁２Ａ，２Ｂとが実質的に同じ構成を備えたものが示されているが、それらの構成は互いに違っていても良い。例えば、第１実施例の主弁１Ａに第２実施例の補助弁２Ｂを取り付けることもでき、あるいは、第２実施例の主弁１Ｂに第１実施例の補助弁２Ａを取り付けることもできる。

本発明に係るバルブの第１実施例を示す閉弁状態での断面図である。図１のバルブの開弁状態の断面図である。図１のバルブの流量特性を示す線図である。本発明に係るバルブの第２実施例を示す閉弁状態での断面図である。図４のバルブの開弁状態の断面図である。本発明に関連するバルブの参考例を示す閉弁状態での断面図である。図６のバルブの開弁状態の断面図である。

符号の説明

Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３バルブ
Ｌ軸線
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ主弁
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ補助弁
５主弁操作部
７真空チャンバ
８真空ポンプ
１０主弁ハウジング
１１第１メインポート
１１ａ連通開口
１２第２メインポート
１３流路
１４主弁座
１５主弁部材
１６主弁孔
２０主弁シャフト
２３復帰ばね
３１隔壁
３２主ピストン
３７主受圧室
３８主パイロットポート
４２補助弁操作部
４７第１バイパスポート
４８第２バイパスポート
４９バイパス流路
５０補助弁座
５１補助弁部材
５２補助弁シャフト
５６第１接続孔
５７第２接続孔
６２補助ピストン
６７補助受圧室
６８補助パイロットポート
７０シリンダカバー
７１復帰ばね
８０主弁開度調節機構
９０補助弁開度調節機構
８２，９２調節軸
８３，９３調節軸駆動機構
８４，９４開度調節用モーター
８４ａ，９４ａ出力軸
８５，９５変換機構
８５ａ，９５ａ螺子棒
８５ｂ，９５ｂナット部材
８８，９８センサー
１００，１１０操作用モーター
１００ａ，１１０ａ出力軸
１０１，１１１変換機構
１０１ａ，１１１ａ螺子棒
１０１ｂ，１１１ｂナット部材
１１９中継部材
１２０ガイドピン

Claims

大形の主弁と、この主弁に取り付けられた小形のバイパス用補助弁とで構成され、
上記主弁は、軸線方向に延びる主弁孔を内部に備えた主弁ハウジングと、この主弁ハウジングに設けられて真空チャンバ及び真空ポンプに接続される第１メインポート及び第２メインポートと、主弁孔の軸線方向端に位置する上記第１メインポートが該主弁孔と連通する連通開口の回りに形成された主弁座と、上記主弁孔内において上記主弁座を開閉する主弁部材と、この主弁部材から上記主弁孔内をその軸線方向に延びる主弁シャフトと、該主弁シャフトを介して上記主弁部材を開閉操作する主弁操作部とを有し、
上記補助弁は、上記主弁ハウジングの外側面に取り付けられていて、主弁孔の軸線方向に延びる補助弁孔を内部に備えた補助弁ハウジングと、補助弁ハウジングの側面に開口し、上記主弁ハウジングを貫通する第１接続孔を通じて上記第１メインポートに連通する第１バイパスポート、及び同側面に開口し、上記主弁ハウジングを貫通する第２接続孔を通じて主弁孔内に連通する第２バイパスポートと、第１バイパスポート及び第２バイパスポートとを補助弁孔を介して結ぶことにより形成される上記主弁座を迂回するバイパス流路と、このバイパス流路中に設けられた開口面積が上記主弁座より小さい補助弁座と、この補助弁座を開閉する補助弁部材と、この補助弁部材から延びる補助弁シャフトと、この補助弁シャフトを介して上記補助弁部材を開閉操作する補助弁操作部とを有し、
上記主弁操作部及び補助弁操作部が、上記主弁シャフト及び補助弁シャフトの先端に取り付けられた主ピストン及び補助ピストンと、この主ピストン及び補助ピストンに上記主弁部材及び補助弁部材が開放する方向の流体圧を作用させる主受圧室及び補助受圧室と、この主受圧室及び補助受圧室にパイロット流体を供給するための主パイロットポート及び補助パイロットポートとを有し、また、上記主弁及び補助弁がそれぞれ、上記主弁部材及び補助弁部材を上記主弁座及び補助弁座の閉鎖方向に向けて付勢する復帰ばねを備えている、
ことを特徴とする真空調圧用バルブ。
上記復帰ばねが、上記主弁操作部においては、上記主弁孔と主受圧室とを区画する隔壁と上記主弁部材との間に設けられ、上記補助弁操作部においては、上記補助ピストンと該補助ピストンの背面側を覆うシリンダカバーとの間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の真空調圧用バルブ。
上記主弁操作部及び補助弁操作部の少なくとも一方が、主弁開度調節機構又は補助弁開度調節機構をさらに有しており、この主弁開度調節機構又は補助弁開度調節機構は、上記主ピストン又は補助ピストンの背面に先端が当接する調節軸と、この調節軸を任意の位置まで無段階に前後進駆動可能な調節軸駆動機構とを有していて、該調節軸駆動機構で上記調節軸を変位させて主ピストン又は補助ピストンの動作位置を規定することにより、上記主弁部材又は補助弁部材の開度を設定可能に構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の真空調圧用バルブ。
上記調節軸駆動機構が、電動式の開度調節用モーターと、このモーターの出力軸の正逆回転運動を往復直進運動に変換する変換機構とを有し、該変換機構が、上記開度調節用モーターの出力軸に連結されて回転する螺子棒と、この螺子棒に非回転の状態で該螺子棒の軸線方向には変位自在なるように螺着されたナット部材とからなっていて、このナット部材に上記調節軸の基端部が連結され、該調節軸の先端は自由端となって、上記主ピストン又は補助ピストンに接離自在に当接していることを特徴とする請求項３に記載の真空調圧用バルブ。
上記主弁開度調節機構及び補助弁開度調節機構が、上記調節軸の変位量を測定可能なセンサーを有し、このセンサーからの検出信号に基づいて上記駆動機構で調節軸を位置制御するように構成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の真空調圧用バルブ。