真空バルブ
【課題】極めて温度の高い流体であっても、弁閉時には高シール性を発揮し、また、弁開時には低真空領域から高真空領域までを高精度に流量調節を行いながら流すことができ、しかも、製作が容易で低コストの流量制御用の真空バルブを提供する。
【解決手段】流入口２ａと流出口２ｂを有するボデー２内にステム３１を介して弁体１０を昇降動自在に設ける。この弁体１０には、ステム３１と垂直に交差する方向に平面部１１を設ける。更に、平面部１１には、シール面１２ａ側を鏡面研磨仕上げした薄板メタルシール材１２を固着し、このメタルシール材１２をボデー２内に設けた環状のメタル弁座２０に平行に着座させることにより、高いシール性を維持しつつ弁閉するようにした真空バルブである。
【解決手段】流入口２ａと流出口２ｂを有するボデー２内にステム３１を介して弁体１０を昇降動自在に設ける。この弁体１０には、ステム３１と垂直に交差する方向に平面部１１を設ける。更に、平面部１１には、シール面１２ａ側を鏡面研磨仕上げした薄板メタルシール材１２を固着し、このメタルシール材１２をボデー２内に設けた環状のメタル弁座２０に平行に着座させることにより、高いシール性を維持しつつ弁閉するようにした真空バルブである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、有機ＥＬディスプレイや、半導体、液晶などの製造工程において、真空領域内で流体を流量調節しながら流すためのバルブであり、特に、高温流体を流す場合に好適な真空バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体、液晶等の製造工程において、真空圧力を制御するための流量制御用の真空バルブがある。この真空バルブとしては、いわゆるポペット弁が多く用いられ、このポペット弁は、大口径でありかつ低真空領域から高真空領域までの広い領域に渡って流量調節を行いながら流体を流せる構造になっている。
【０００３】
この種のポペット弁として、例えば、特許文献１における真空比例開閉弁がある。同文献１の開閉弁は、略Ｌ字形状のボデー内を弁体が往復動して流量制御するようにしたものであり、この開閉弁の弁体は、外周に先細りのテーパ面を有し、一方、弁座側には、略円筒状の内周面を備えている。この構造により、この開閉弁は、弁体を弁座の中心線に沿って移動させたときに弁座とテーパ面の間に隙間が生じ、この隙間の面積を変化させて流量を調節するようになっている。このバルブの弁体には、シール面にゴム製のＯリングが装着され、弁閉時には、このＯリングが弁体と弁座の間に押圧されてこれらの間がシールされる。
【０００４】
また、特許文献２において用いられる真空比例開閉弁は、略Ｌ字状のボデーの円筒内面入口に、外周方向に向けて広がるテーパ面を有するテーパ弁座を有し、このテーパ弁座の中心線に沿って弁体の円筒状部分を移動させる構造のポペット弁である。この開閉弁は、テーパ弁座と、弁体に装着した樹脂弁体の間の隙間の面積を変化させて弁開度を制御し、弁体側に装着したＯリングをこの弁体と弁座部との間に押圧してシールしている。
このように、同文献１、２の開閉弁は、弁閉時において、弁体と弁座のＯリングを挟着し、このＯリングの弾性によりシールする構造になっている。
【０００５】
【特許文献１】特許第２６７７５３６号公報
【特許文献２】特許第２６２４９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１、２の開閉弁は、シール部分にゴム製のＯリングを用いているため、極めて高温の流体がバルブ内に流れたときに、この高温流体に対してＯリングが耐えきれないおそれがある。
すなわち、例えば、有機ＥＬディスプレイに使用される有機ＥＬは、通常の流体の温度以上に加熱する必要があり、材料を確実に昇華させるためには、およそ４５０℃程度まで加熱させることがある。これにより、仮に、同文献１、２の開閉弁を有機ＥＬディスプレイの製造過程で使用した場合、Ｏリングがこの温度によって溶けて破損や破断を生じて弁閉時に漏れを生じる可能性がある。
このため、同文献１、２の開閉弁は、高温流体を流すのには適していない。また、これらの開閉弁は、Ｏリングが弁座に接触したときにはパーティクルが発生し、このパーティクルにより流体中に不純物が混ざるという問題もあった。
【０００７】
そこで、高温流体の対策として、メタル製の弁体と弁座の当接部分にテーパ面を形成し、このテーパ面同士の隙間を変化させることにより流量調節し、また、テーパ面同士を密着させてメタルタッチにより流体漏れを防ぐようにするポペット弁が考えられる。この場合、各テーパ面は、高シール性を発揮できるようにするために高い表面精度により加工する必要があり、例えば、ラップ盤（ラッピングマシン）を用いて鏡面研磨を施す必要がある。
【０００８】
しかし、各テーパ面に鏡面研磨を施す場合、各面は傾斜しているため、表面の平滑度を確保したり、バルブを組立てたときにテーパ面同士が平行度を確保できるように加工するのが困難になる。このため、テーパ面をラップ盤で加工するためには、弁体やボデー全体をラップ盤に取付けるための専用治具が必要になる。
更に、このポペット弁は、加工後においてシール時に漏れが生じる場合には、漏れ試験と鏡面研磨を繰り返し行なう必要があり、この繰り返しの作業により製作に手間と時間がかかるおそれがある。
【０００９】
更に、弁体をコバルト等の耐高温特性に優れた材料で形成する場合、この材料は非常に高価であるため、弁体全体をこの材料で形成するとコストアップの要因となる。
以上のことから、上記のメタルタッチ構造で流路を開放又は遮断するポペット弁は、実際には製作が難しく、また、大幅なコストアップを避けられないため、高温流体用の真空バルブとして用いるのは現実的ではない。
【００１０】
本発明は、上記の課題点に鑑みて鋭意研究の結果開発に至ったものであり、その目的とするところは、極めて温度の高い流体であっても、弁閉時には高シール性を発揮し、また、弁開時には低真空領域から高真空領域までを高精度に流量調節を行いながら流すことができる流量制御用の真空バルブであり、しかも、製作が容易で低コストで製作できる真空バルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、流入口と流出口を有するボデー内にステムを介して弁体を昇降動自在に設け、この弁体には、ステムと垂直に交差する方向に平面部を設け、この平面部にシール面側を鏡面研磨仕上げした薄板メタルシール材を固着すると共に、ボデー内に設けた環状のメタル弁座に弁体のメタルシール材を平行に着座させて弁閉するようにした真空バルブである。
【００１２】
請求項２に係る発明は、メタルシール材は、硬度がＨｖ４００以上であり、メタル弁座は、硬度がＨｖ２５０以下である真空バルブである。
【００１３】
請求項３に係る発明は、メタルシール材は、硬度がＨｖ４００以上であり、メタル弁座のメタルシール材との当接面部分は、硬度がＨｖ２５０以上である真空バルブである。この場合、メタル弁座のメタルシールとの当接面部分の硬度が、メタルシール材の硬度以上になることの無いようにする。
【００１４】
請求項４に係る発明は、メタル弁座は、ボデーと分割して設けられ、このメタル弁座をボデーのボトム側から着脱して交換可能に設けた真空バルブである。
【００１５】
請求項５に係る発明は、メタル弁座のメタルシール材の当接面側をエッジ状に形成した真空バルブである。
【００１６】
請求項６に係る発明は、メタルシール材を略０．１ｍｍの箔状に形成した真空バルブである。
【００１７】
請求項７に係る発明は、ボデーとステムが挿入されるボンネットを嵌合した状態でボンネット用ボルトにより直接取付け、外部シール用のガスケットをボデーとボンネット内側のベローズフランジに挟持した状態でボンネットに取付けたガスケット締付け専用の複数のボルトでベローズフランジの上からガスケットを締付けシールした真空バルブである。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に係る発明によると、真空状況下において、極めて温度の高い流体であっても、弁体とメタル弁座の接離を高精度に行って弁閉時には高シール性を発揮し、また、弁開時には低真空領域から高真空領域までを高精度に流量調節を行いながら流すことができる流量制御用の真空バルブであり、しかも、専用の治具を必要とすることなく製作や組立てが容易でコストを抑えながら設けることができる真空バルブである。
【００１９】
請求項２に係る発明によると、メタルシール材とメタル弁座と間に硬度差を設けることによりシール性を高めることができると共に、メタルシール材をメタル弁座よりも硬くすることでこのメタルシール材の劣化を防ぐことができる真空バルブである。
【００２０】
請求項３に係る発明によると、メタル弁座の耐久性を向上させつつ、硬度の高いメタル弁座のシール部位を変形させながら高シール性を発揮できる真空バルブである。
【００２１】
請求項４に係る発明によると、バルブを流路から取り外したり分解したりすることなく簡単にメタル弁座を着脱でき、メタルシール材による摺動やカジリ等によってメタル弁座が劣化・損傷した際には、このメタル弁座を取外して研削・研磨加工したり、或は、交換できる真空バルブである。このため、バルブ全体を交換する必要なくメタル弁座のみの加工又は交換でシール性を回復でき、低コストにより修理やメンテナンスをおこなうことができる真空バルブである。
【００２２】
請求項５に係る発明によると、メタル弁座の硬度がメタルシール材の硬度より小さい状況下において、メタル弁座当接面側のエッジ状部位が塑性変形してメタルシール材の鏡面になじませることができ、このため、メタルシール材の研磨を何度もやり直しする必要がなく鏡面のシール当たりにできる真空バルブである。
【００２３】
請求項６に係る発明によると、シール性を確保しつつメタルシール材を極限まで薄くすることができ、これによりメタルシール材の使用量を最少に抑えて低コストで製作することができ、大量生産にも適した真空バルブである。
【００２４】
請求項７に係る発明によると、外部シール用のガスケットの締付けをボンネットとボデーの締付けと独立できるため、ガスケット締付けの平行度がずれても弁体の平行度や同震度がずれることがなく、弁閉時には確実に高シール性を発揮することができ、又、流量制御時には高精度の制御をおこなうことができる真空バルブである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明における真空バルブの好ましい実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１においては、本発明の真空バルブの断面図を示しており、このバルブの弁開状態を示したものである。真空バルブ本体１は、例えば、有機ＥＬや半導体製造に使用する材料を真空状態で高温に熱する場合などに用いられ、流量調節用として使用するのに適している。
【００２６】
このため、バルブ本体１は、高温流体に耐えうる構造・材質からなっており、例えば、材料をオールメタルシール構造とし、真空状態で４５０℃程度まで加熱して昇華させる必要のある有機ＥＬの製造工程に利用できる。しかも、発生するガス圧力が小さい場合にも対応して、例えば、５０Ａ程度の大口径に設けて流量調節できるようにしている。
【００２７】
図１、２のように、バルブ本体１のボデー２は、略Ｌ字状の流路３を有し、このボデー２には、流入口２ａと流出口２ｂを形成している。流入口２ａ、流出口２ｂの端部側には、それぞれフランジ部２ｃ、２ｄを設けており、このフランジ部２ｃ、２ｄに、ボルト・ナット５により外部ポート６、７を接続可能に設けている。
このボデー２内には、後述するように表面を鏡面加工したメタル製弁座２０を配設している。
【００２８】
弁体１０は、ステム３１を介してボデー２内を昇降動自在に設けたものであり、この弁体１０によりメタル弁座２０の連通穴２１を開放又は遮断可能に設けている。この弁体１０には、図３に示すように、流量制御用ディスク１３が取付けられている。
【００２９】
弁体１０は、適度の硬度を有し、高温に耐え得ることができるメタル材料によって略円柱状に形成し、この弁体１０には、ステム３１と垂直に交差する方向に平面部１１を設けている。また、平面部１１の中央付近には、略円柱状の凸部１１ａを設け、この凸部１１ａの略中央位置には雌ねじ部１１ｂを形成している。また、平面部１１の反対側には、凹状部１１ｃを設けている。
【００３０】
薄板メタルシール材１２は、例えば、コバルト合金等の高硬度で耐高温特性に優れた材料によりＨｖ４００以上の硬度で形成され、また、略０．１ｍｍの厚さで箔状に形成されている。メタルシール材１２のシール面１２ａ側は、例えば、バフ研磨機によって鏡面研磨仕上げが極めて滑らかな状態で施されており、メタル弁座２０にシール可能に設けられている。
【００３１】
図４に示すように、メタルシール材１２は、平面部１１に溶接手段によりその外周縁１２ｂを固着している。この溶接は、例えば、ＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接が好ましいが、ＴＩＧ溶接以外の溶接手段か、或は、溶接以外の固着手段で固着してもよい。メタルシール材１２は、メタル弁座２０に密接して連通穴２１を遮断でき、また、中央に装着穴１２ｃを有しており、この装着穴１２ｃに弁体１０の凸部１１ａを挿入可能に設けている。これにより、メタルシール材１２は、弁体１０に位置決めされた状態で固着できるようになっている。
【００３２】
流量制御用ディスク１３は、例えば、ステンレス等のメタル材料により形成し、側面に略円錐状の傾斜面１３ａを設け、この傾斜面１３ａに続けてステム３１と垂直方向の平坦部１３ｂを設けている。また、このディスク１３の弁体１０への取付け側には、凸部１１ａと嵌合可能な凹部１３ｃを設けており、この凹部１３ｃの略中央位置には貫通孔１３ｄを設けている。
【００３３】
このディスク１３は、メタルシール材１２の上から凸部１１ａに凹部１３ｃを嵌合させ、この状態で貫通孔１３ｄを介して雌ねじ部１１ｂにねじ１７を螺着して弁体１０に固定されている。固定後に、弁体１０を往復動させたときには、ディスク１３の傾斜面１３ａと連通穴２１との間には図示しない隙間が生じ、この隙間の量を変化させることでバルブ開放時の流量調節をおこなうことができるようになっている。
【００３４】
ベローズ１４は、一端側が弁体１０の上部に溶接され、また、他端側がベローズフランジ１５に溶接されている。これにより、ベローズ１４は、凹状部１１ｃ側を外部から隔壁し、また、弁体１０の移動に伴って伸縮できるようになっている。外部シール用のガスケット１６は、ボデー２とボンネット３０内側のベローズフランジ１５に挟持された状態にし、この上からボンネット３０を取付ける。これにより、弁体１０は、ボデー２内に密封状態に装着され、内部側が流路３と隔壁された状態となる。
【００３５】
一方、メタル弁座２０は、ボデー２と分割して環状に形成され、ボデー２内のメタルシール材１２が平行に着座する位置に設けている。このメタル弁座２０は、例えば、ステンレスやチタン、及びニッケル等を材料として、硬度Ｈｖ２５０以下に形成されている。また、このメタル弁座２０は、そのメタルシール材１２の当接面２０ａ側がエッジ状に形成している。当接面２０ａの内径は、ディスク１３の外径とほぼ等しいか、又は、やや大径になるように形成しており、弁閉時には、この当接面２０ａにメタルシール材１２が着座し、鏡面研磨仕上げ部位同士の密接シールによる弁閉により流体の漏れをほぼ無くすことが可能になっている。また、当接面２０ａの反対側には、環状突設部２３が形成されている。
【００３６】
メタル弁座２０は、環状突設部２３を環状に形成した固定部材２６の内側に設けた装着凹部２６ａに嵌合させ、この固定部材２６をボデー２に形成した環状凹部４にボトム側から着脱させることでボデー２に取付け可能であり、更に、固定部材２６を固定ボルト２４で固定可能に設けている。これにより、メタル弁座２０は交換可能になり、取付け時には、このメタル弁座２０をボデー２に対して軸心と高さを合わせた状態で固定でき、当接面２０ａを所定の位置に配設することができる。弁閉時には、ディスク１３が連通穴２１に案内されながらメタルシール材１２とメタル弁座２０が密接して連通穴２１を遮断できるようになっている。
【００３７】
このメタル弁座２０は、上記のようにボトム側から着脱できる構造であるため、弁体１０の装着の有無に関わらず着脱できるようになっている。このため、バルブ本体１全体を組み立てた後でも、このバルブ本体１を分解したり弁体１０を取外したりすることなく、メタル弁座２０のみを取外して交換できる。
【００３８】
また、メタル弁座２０は、メタルシール材１２よりも硬度の小さい材料により形成することで、メタル弁座２０とメタルシール材１２には硬度差が生じ、メタル弁座２０にメタルシール材１２が当接するときにこのメタルシール材１２がやや変形しながら密接シールして遮断時の流体の漏れが確実に防がれる。更に、開閉動作を繰り返し行った場合でも、主にメタル弁座２０側に磨耗や劣化を生じさせることができることで、メタルシール材１２の消耗が防がれる。さらに、メタル弁座２０は、メタルシール材１２の当接面部分の硬度をＨｖ２５０以上とすることもできる。
【００３９】
ボンネット３０は、ボデー２の流入口２ａの反対位置に設けられ、このボンネット３０内のステム挿入孔３０ｃにはステム３１が挿入される。ステム３１は、このステム挿入孔３０ｃと先端側付近に設けたガイド部材３８により支持され、さらに、ガイド部材３８よりも先端側においてはこのステム３１の径よりもやや拡径した拡径環状体３２が保持ボルト３２ａで固着される。この拡径環状体３２は、凹状部１１ｃに嵌め込まれることでステム３１を昇降動したときに弁体１０を昇降動できるようになっている。
【００４０】
また、拡径環状体３２と内部ヒータ３５の間には、スプリング３３が取付けられている。ステム３１は、このスプリング３３により通常は上方に移動して、弁体１０が弁開の状態に位置しており、ステム３１をスプリング３３のばね性に抗して押し下げたときに弁体１０を弁閉の状態にできるように設けている。
ボンネット３０の上部には装着凹溝３０ｂを設けており、この装着凹溝３０ｂにシール体４５を装着し、このシール体４５に装着したガスケット部材４６によりステム３１との間をシールしている。
【００４１】
ところで、ボンネットとボデーをガスケットでシールする場合、一般的な構造のようにガスケットをボンネットとボデーの間に挟み込んだ状態で装着すると、このボンネットをボルトにより上方から締付けたときにガスケットが弾性変形してボデーとボンネットの同軸度や平行度がずれることになる。このため、この構造のバルブは、ディスクと弁座の軸心のずれによって正確な流量制御が行えなくなる。
【００４２】
これを防ぐため、本発明の真空バルブは、次のように構成している。
すなわち、ボデー２とステム３１が挿入されるボンネット３０を嵌合した状態でボンネット用ボルト３７により直接取付け、外部シール用のガスケット１６をボデー２とボンネット内側のベローズフランジ１５に挟持した状態でボンネット３０に取付けたガスケット締付け専用の複数のボルト３４でベローズフランジ１５の上からガスケット１６を締付けシールするものである。
【００４３】
このとき、図８に示すように、先ず、ベローズフランジ１５を凹状溝９に嵌め込むようにボデー２内に装着し、次いで、この上から環状外周縁８と環状外周縁部３０ａを嵌合させながらボデー２とボンネット３０を組合わせ、ボンネット３０の上からボデー側に形成した雌ネジ部２ｅにボンネット用ボルト３７を螺着してボデー２とボンネット３０を一体化する。また、締付ボルト３４は、図７に示すように、ボンネット３０に対してボンネット用ボルト３７とは異なる円周位置に螺着できるようになっている。
【００４４】
この装着構造により、ベローズフランジ１５は、凹状溝９に対して位置ずれの無い状態で装着され、一方、ボデー２とボンネット３０は、互いに同心度や直角度が一致した状態で一体化する。この状態で、締付ボルト３４を締付けたときには、ガスケット１６が押圧されてボデー２とボンネット３０を強くシールでき、この締付ボルト３４によるベローズフランジ１５を押圧する力を調節可能になっている。締付ボルト３４は、ベローズフランジ１５を均等に押圧するために複数位置に螺着するのが望ましい。
【００４５】
この場合、ベローズフランジ１５が締付け方向に対して傾く可能性は残されているが、締付ボルト３４がボンネット用ボルト３７とは別に設けた独立した締付手段であるため、ベローズフランジ１５が傾いたときにボデー２に対してボンネット３０が傾くことがなく、これらの同心度や直角度がずれるのが防がれる。従って、締付ボルト３４を強く締付けてガスケット１６のシール性を向上させたときにも、ボンネット用ボルト３７の締付け力に悪影響を与えることがない。
【００４６】
また、ボデー２とボンネット３０は、環状外周縁８と環状外周縁部３０ａの嵌合により、極僅かな接触面積によって一体化しているため、仮に、ボデー２からボンネット３０に伝熱があっても、微小面積の接触によって熱伝導量を最小限に防がれている。
【００４７】
しかも、図５のように、内部ヒータ３５を、ボンネット３０の下部に取付けているため、この内部ヒータ３５により、ベローズフランジ１５を加熱して予めベローズフランジ１５を高温状態にして高温流体との温度差を小さくでき、バルブ本体１内に高温流体が流れた場合でもこの高温流体からボンネット３０側へ伝わって逃げようとする熱伝導量を少なくしている。これにより、高温流体が流れる際の接ガス部材であるボデー２やベローズフランジ１５の均熱性が確保されて高温流体の高温状態を維持する。
一方、外部ヒータ３６は、図６のようにボデー２の外側に巻装しており、この外部ヒータ３６によりボデー２を外側から加熱して流体の温度が下がるのを防止している。
【００４８】
続いて、ボンネット３０の更に上方側における取付構造を説明する。
上述したように、バルブ本体内に高温流体を流す場合には、この高温流体からの熱がボンネットやボデーに伝わることにより高温流体の温度を維持できないおそれがある。これを防ぐため、一般の高温弁は、ロングボンネット構造に設けてこれを断熱手段とし、更に、断熱材をボデー外周側に巻装することで、均一に加熱してボンネットやボデーからの放熱を防ごうとしている。
【００４９】
しかし、例えば、有機ＥＬ製造用の材料を昇華させるためには、より温度の高い状態（例えば、およそ４５０℃の状態）を維持しなければならず、この場合、単なるロングボンネット構造や、断熱材を巻装するだけでは、接ガス部であるボデーの均熱性や保温性を確保するのが難しくなり、材料の高温状態を維持できない場合があった。
【００５０】
この対策として、本発明の真空バルブは、バルブ本体１を容体状の真空チャンバ４０内に内装し、この真空チャンバ４０にベローズジョイント４１を取付け、このベローズジョイント４１によりバルブ本体１のボデー２からボンネット３０までの間を真空チャンバ４０の外側と隔壁している。なお、図において、真空チャンバ４０は、その一部を示しているが、この真空チャンバ４０は、実際には、バルブ本体１全体を包囲する形状になっている。
【００５１】
これを詳しく説明すると、図１において、ベローズジョイント４１は、環状部材４２と、ベローズ部材４３と、取付部材４４を有している。環状部材４２は、ボンネット３０の筒状端部３０ｂに取付け可能な嵌着穴４２ａを有しており、ベローズ部材４３は、環状部材４２と取付部材４４の間に溶接等の手段で伸縮可能な状態で取付けており、このベローズ部材４３によりベローズジョイント４１の内側と外部雰囲気とを隔壁可能に設けている。また、取付部材４４は環状に形成している。
【００５２】
ベローズジョイント４１は、環状部材４２の嵌着穴４２ａを筒状端部３０ｂに嵌合させながら止め輪４９によりボンネット３０と一体化し、また、取付部材４４を真空チャンバ４０にボルト部材４７で固着する。このとき、筒状端部３０ｂの外周側にＯリング５０を装着している。
ベローズジョイント４１は、このような取付構造により、真空チャンバ４０内部を外部から隔壁することができ、この隔壁状態でステム３１を可動することができる。従って、真空チャンバ４０内のバルブ本体１を外部から真空断熱して材料の高温状態を維持できるようにしている。
【００５３】
図５、図７において、アクチュエータ４８は、真空チャンバ４０よりも外側に配設してステム３１と軸着しており、このアクチュエータ４８により弁体１０を往復操作可能に設けている。また、このアクチュエータ４８は、ベローズジョイント４１の上からステム３１に着脱できるようになっている。このように、アクチュエータ４８を真空チャンバ４０の外部に設けることで、バルブ本体１を真空チャンバ内で保温しつつ、このアクチュエータの操作性を向上している。
【００５４】
次に、本発明の真空バルブの上記実施形態における作用を説明する。
本発明の真空バルブは、流入口２ａと流出口２ｂを有するボデー２内にステム３１を介して弁体１０を昇降動自在に設け、この弁体１０には、ステム３１と交差する方向に平面部１１を設け、この平面部１１にシール面１２ａ側を鏡面研磨仕上げした薄板メタルシール材１２を固着すると共に、ボデー２内に設けた環状のメタル弁座２０に弁体１０のメタルシール材１２を着座させて弁閉するようにしているので、バルブ本体１内に極めて高温の流体が流れた際にもこの高温流体に耐え得ることができ、弁閉時の高シール性を維持し、また、流量制御時のパーティクルの発生を抑えて流体の純度を確保することができる。これにより、例えば、有機ＥＬディスプレイ製造工程にも十分に利用できる。
【００５５】
更に、メタルシール材１２は、コバルト合金等の耐高温特性に優れた材料により形成することで確実に高温に耐え得ることができ、繰り返し開閉動作を行った場合でも傷が付きにくく高いシール性を長期に渡って維持できる。また、このメタルシール材１２は、略０．１ｍｍの箔状に形成しているため、通常のメタルに比較して高価なコバルト材料の使用量を最少限に抑えてコストの増加が防がれる。
【００５６】
また、このメタルシール材１２は、弁体１０とは別体に設けているため加工が容易であり、専用治具を必要とすることなくラップ盤に取付けてシール面１２ａに鏡面研磨仕上げを施すことができる。これにより、バルブ本体１は、メタルシール材１２の表面加工部分の平滑度を確保でき、また、この箔状のメタルシール材１２を弁体１０に溶接で固着することでメタル弁座２０の当接面２０ａとの平行度を確保することができる。このため、製作時に漏れ試験と鏡面研磨を繰り返す必要もなく、容易に製作することが可能となる。
【００５７】
しかも、前述したように、バルブ本体１は、ボデー２と３０ボンネットを嵌合した状態でボンネット用ボルト３７により直接取付け、ガスケット１６をボデー２とベローズフランジ１５に挟持した状態で、締付ボルト３４でベローズフランジ１５の上からガスケット１６を締付けシールしているので、弁体１０とメタル弁座２０を調芯しながら組立てる必要がなく、これらを適切な位置関係に配置しながら組立てることができる。
【００５８】
このステム３１は、ステム挿入孔３０ｃとガイド部材３８により上下部位を支持されているので、ステム３１を下方に移動させたときには、ボンネット３０の軸心方向に沿って垂直に移動する。このとき、上記のように、ボデー２とボンネット３０は、環状外周縁８と環状外周縁部３０ａを嵌合させた状態でボンネット用ボルト３７で固着され、これらの間にベローズフランジ１５が装着されない状態で軸心を合わせて固定されているため、ステム３１は、流入口２ａ側の軸心と合った状態で下降する。
【００５９】
弁体１０は、この弁体１０の凹状溝１１とステム３１側の拡径環状体３２の嵌合によりステム３１と同軸に設けられているため、ステム３１が下方に移動したときには、ステム３１と同軸に移動できるようになっている。
一方、メタル弁座２０は、環状突設部２３とボデー２側の環状凹部４の嵌合により、流入口２ａの軸心と同軸になっている。
これらにより、弁体１０は、ステム３１を下降させたときにメタル弁座２０に対して同軸に移動させることができ、ディスク１３を連通穴２１の挿入位置にし、メタルシール材１２を当接面２０ａに合わせるようにして適切な位置関係により垂直方向から接触又は離間させることができる。
【００６０】
以上のように、本発明の真空バルブは、バルブ開放時には、ステム３１の可動量に伴う傾斜面１３ａと連通穴２１の間の隙間の量をほぼ比例関係にしながら、鏡面研磨仕上げしたリング状のメタルシール材１２と環状のメタル弁座２０の接離によって流量制御を行なっている。
【００６１】
この場合、弁体１０やディスク１３をステム３１と一体構造に設けていることで、メタル弁座２０と弁体１０の平面による密着度が低下したりや中心位置がずれないようにしている。これにより、従来のような円錐状の弁体とボンネットでガスケットを締付ける構造のように、弁体を弁座の穴部分に嵌合させるためにステムと弁体をフリーディスク構造に設けて調芯機能を持たせる必要がない。本発明の真空バルブは、上記一体構造によって流量調節することによりヒステリシス損失を小さくでき、流量を高精度に制御できる。
【００６２】
一方、バルブ遮断時には、シール部材２０とメタル弁座２０が周方向にほぼ均等に密接し、このメタルシール材１２とメタル弁座２０の硬度差、及び、弁座の当接面２０ａ側をエッジ状に形成していることにより高い密着性を発揮して、漏れを抑えた状態でシールすることができる。
【００６３】
更には、ベローズフランジが傾いたとしても、前記のステム３１の流入口２ａとの同軸状態に影響は無く、弁座２０に対して確実に垂直方向からシールさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の真空バルブの一実施形態を示した断面図である。
【図２】図１の真空バルブの弁体が閉動作した状態を示した断面図である。
【図３】弁体を示した断面図である。
【図４】図３のＢ部拡大図である。
【図５】本発明の真空バルブの分解断面図である。
【図６】本発明の真空バルブにヒータを装着した状態を示す正面図である。
【図７】図１の一部省略Ａ−Ａ断面図である。
【図８】ボデーの一部省略拡大平面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ バルブ本体
２ ボデー
８ 環状外周縁
９ 凹状溝
１０ 弁体
１２ メタルシール材
１２ａ シール面
１３ 流量制御用ディスク
１３ａ 傾斜面
１４ ベローズ
１５ ベローズフランジ
１６ ガスケット
２０ メタル弁座
２０ａ 当接面
３０ ボンネット
３０ａ 環状外周縁
３４ 締付ボルト
３７ ボンネット用ボルト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、有機ＥＬディスプレイや、半導体、液晶などの製造工程において、真空領域内で流体を流量調節しながら流すためのバルブであり、特に、高温流体を流す場合に好適な真空バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体、液晶等の製造工程において、真空圧力を制御するための流量制御用の真空バルブがある。この真空バルブとしては、いわゆるポペット弁が多く用いられ、このポペット弁は、大口径でありかつ低真空領域から高真空領域までの広い領域に渡って流量調節を行いながら流体を流せる構造になっている。
【０００３】
この種のポペット弁として、例えば、特許文献１における真空比例開閉弁がある。同文献１の開閉弁は、略Ｌ字形状のボデー内を弁体が往復動して流量制御するようにしたものであり、この開閉弁の弁体は、外周に先細りのテーパ面を有し、一方、弁座側には、略円筒状の内周面を備えている。この構造により、この開閉弁は、弁体を弁座の中心線に沿って移動させたときに弁座とテーパ面の間に隙間が生じ、この隙間の面積を変化させて流量を調節するようになっている。このバルブの弁体には、シール面にゴム製のＯリングが装着され、弁閉時には、このＯリングが弁体と弁座の間に押圧されてこれらの間がシールされる。
【０００４】
また、特許文献２において用いられる真空比例開閉弁は、略Ｌ字状のボデーの円筒内面入口に、外周方向に向けて広がるテーパ面を有するテーパ弁座を有し、このテーパ弁座の中心線に沿って弁体の円筒状部分を移動させる構造のポペット弁である。この開閉弁は、テーパ弁座と、弁体に装着した樹脂弁体の間の隙間の面積を変化させて弁開度を制御し、弁体側に装着したＯリングをこの弁体と弁座部との間に押圧してシールしている。
このように、同文献１、２の開閉弁は、弁閉時において、弁体と弁座のＯリングを挟着し、このＯリングの弾性によりシールする構造になっている。
【０００５】
【特許文献１】特許第２６７７５３６号公報
【特許文献２】特許第２６２４９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１、２の開閉弁は、シール部分にゴム製のＯリングを用いているため、極めて高温の流体がバルブ内に流れたときに、この高温流体に対してＯリングが耐えきれないおそれがある。
すなわち、例えば、有機ＥＬディスプレイに使用される有機ＥＬは、通常の流体の温度以上に加熱する必要があり、材料を確実に昇華させるためには、およそ４５０℃程度まで加熱させることがある。これにより、仮に、同文献１、２の開閉弁を有機ＥＬディスプレイの製造過程で使用した場合、Ｏリングがこの温度によって溶けて破損や破断を生じて弁閉時に漏れを生じる可能性がある。
このため、同文献１、２の開閉弁は、高温流体を流すのには適していない。また、これらの開閉弁は、Ｏリングが弁座に接触したときにはパーティクルが発生し、このパーティクルにより流体中に不純物が混ざるという問題もあった。
【０００７】
そこで、高温流体の対策として、メタル製の弁体と弁座の当接部分にテーパ面を形成し、このテーパ面同士の隙間を変化させることにより流量調節し、また、テーパ面同士を密着させてメタルタッチにより流体漏れを防ぐようにするポペット弁が考えられる。この場合、各テーパ面は、高シール性を発揮できるようにするために高い表面精度により加工する必要があり、例えば、ラップ盤（ラッピングマシン）を用いて鏡面研磨を施す必要がある。
【０００８】
しかし、各テーパ面に鏡面研磨を施す場合、各面は傾斜しているため、表面の平滑度を確保したり、バルブを組立てたときにテーパ面同士が平行度を確保できるように加工するのが困難になる。このため、テーパ面をラップ盤で加工するためには、弁体やボデー全体をラップ盤に取付けるための専用治具が必要になる。
更に、このポペット弁は、加工後においてシール時に漏れが生じる場合には、漏れ試験と鏡面研磨を繰り返し行なう必要があり、この繰り返しの作業により製作に手間と時間がかかるおそれがある。
【０００９】
更に、弁体をコバルト等の耐高温特性に優れた材料で形成する場合、この材料は非常に高価であるため、弁体全体をこの材料で形成するとコストアップの要因となる。
以上のことから、上記のメタルタッチ構造で流路を開放又は遮断するポペット弁は、実際には製作が難しく、また、大幅なコストアップを避けられないため、高温流体用の真空バルブとして用いるのは現実的ではない。
【００１０】
本発明は、上記の課題点に鑑みて鋭意研究の結果開発に至ったものであり、その目的とするところは、極めて温度の高い流体であっても、弁閉時には高シール性を発揮し、また、弁開時には低真空領域から高真空領域までを高精度に流量調節を行いながら流すことができる流量制御用の真空バルブであり、しかも、製作が容易で低コストで製作できる真空バルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、流入口と流出口を有するボデー内にステムを介して弁体を昇降動自在に設け、この弁体には、ステムと垂直に交差する方向に平面部を設け、この平面部にシール面側を鏡面研磨仕上げした薄板メタルシール材を固着すると共に、ボデー内に設けた環状のメタル弁座に弁体のメタルシール材を平行に着座させて弁閉するようにした真空バルブである。
【００１２】
請求項２に係る発明は、メタルシール材は、硬度がＨｖ４００以上であり、メタル弁座は、硬度がＨｖ２５０以下である真空バルブである。
【００１３】
請求項３に係る発明は、メタルシール材は、硬度がＨｖ４００以上であり、メタル弁座のメタルシール材との当接面部分は、硬度がＨｖ２５０以上である真空バルブである。この場合、メタル弁座のメタルシールとの当接面部分の硬度が、メタルシール材の硬度以上になることの無いようにする。
【００１４】
請求項４に係る発明は、メタル弁座は、ボデーと分割して設けられ、このメタル弁座をボデーのボトム側から着脱して交換可能に設けた真空バルブである。
【００１５】
請求項５に係る発明は、メタル弁座のメタルシール材の当接面側をエッジ状に形成した真空バルブである。
【００１６】
請求項６に係る発明は、メタルシール材を略０．１ｍｍの箔状に形成した真空バルブである。
【００１７】
請求項７に係る発明は、ボデーとステムが挿入されるボンネットを嵌合した状態でボンネット用ボルトにより直接取付け、外部シール用のガスケットをボデーとボンネット内側のベローズフランジに挟持した状態でボンネットに取付けたガスケット締付け専用の複数のボルトでベローズフランジの上からガスケットを締付けシールした真空バルブである。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に係る発明によると、真空状況下において、極めて温度の高い流体であっても、弁体とメタル弁座の接離を高精度に行って弁閉時には高シール性を発揮し、また、弁開時には低真空領域から高真空領域までを高精度に流量調節を行いながら流すことができる流量制御用の真空バルブであり、しかも、専用の治具を必要とすることなく製作や組立てが容易でコストを抑えながら設けることができる真空バルブである。
【００１９】
請求項２に係る発明によると、メタルシール材とメタル弁座と間に硬度差を設けることによりシール性を高めることができると共に、メタルシール材をメタル弁座よりも硬くすることでこのメタルシール材の劣化を防ぐことができる真空バルブである。
【００２０】
請求項３に係る発明によると、メタル弁座の耐久性を向上させつつ、硬度の高いメタル弁座のシール部位を変形させながら高シール性を発揮できる真空バルブである。
【００２１】
請求項４に係る発明によると、バルブを流路から取り外したり分解したりすることなく簡単にメタル弁座を着脱でき、メタルシール材による摺動やカジリ等によってメタル弁座が劣化・損傷した際には、このメタル弁座を取外して研削・研磨加工したり、或は、交換できる真空バルブである。このため、バルブ全体を交換する必要なくメタル弁座のみの加工又は交換でシール性を回復でき、低コストにより修理やメンテナンスをおこなうことができる真空バルブである。
【００２２】
請求項５に係る発明によると、メタル弁座の硬度がメタルシール材の硬度より小さい状況下において、メタル弁座当接面側のエッジ状部位が塑性変形してメタルシール材の鏡面になじませることができ、このため、メタルシール材の研磨を何度もやり直しする必要がなく鏡面のシール当たりにできる真空バルブである。
【００２３】
請求項６に係る発明によると、シール性を確保しつつメタルシール材を極限まで薄くすることができ、これによりメタルシール材の使用量を最少に抑えて低コストで製作することができ、大量生産にも適した真空バルブである。
【００２４】
請求項７に係る発明によると、外部シール用のガスケットの締付けをボンネットとボデーの締付けと独立できるため、ガスケット締付けの平行度がずれても弁体の平行度や同震度がずれることがなく、弁閉時には確実に高シール性を発揮することができ、又、流量制御時には高精度の制御をおこなうことができる真空バルブである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明における真空バルブの好ましい実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１においては、本発明の真空バルブの断面図を示しており、このバルブの弁開状態を示したものである。真空バルブ本体１は、例えば、有機ＥＬや半導体製造に使用する材料を真空状態で高温に熱する場合などに用いられ、流量調節用として使用するのに適している。
【００２６】
このため、バルブ本体１は、高温流体に耐えうる構造・材質からなっており、例えば、材料をオールメタルシール構造とし、真空状態で４５０℃程度まで加熱して昇華させる必要のある有機ＥＬの製造工程に利用できる。しかも、発生するガス圧力が小さい場合にも対応して、例えば、５０Ａ程度の大口径に設けて流量調節できるようにしている。
【００２７】
図１、２のように、バルブ本体１のボデー２は、略Ｌ字状の流路３を有し、このボデー２には、流入口２ａと流出口２ｂを形成している。流入口２ａ、流出口２ｂの端部側には、それぞれフランジ部２ｃ、２ｄを設けており、このフランジ部２ｃ、２ｄに、ボルト・ナット５により外部ポート６、７を接続可能に設けている。
このボデー２内には、後述するように表面を鏡面加工したメタル製弁座２０を配設している。
【００２８】
弁体１０は、ステム３１を介してボデー２内を昇降動自在に設けたものであり、この弁体１０によりメタル弁座２０の連通穴２１を開放又は遮断可能に設けている。この弁体１０には、図３に示すように、流量制御用ディスク１３が取付けられている。
【００２９】
弁体１０は、適度の硬度を有し、高温に耐え得ることができるメタル材料によって略円柱状に形成し、この弁体１０には、ステム３１と垂直に交差する方向に平面部１１を設けている。また、平面部１１の中央付近には、略円柱状の凸部１１ａを設け、この凸部１１ａの略中央位置には雌ねじ部１１ｂを形成している。また、平面部１１の反対側には、凹状部１１ｃを設けている。
【００３０】
薄板メタルシール材１２は、例えば、コバルト合金等の高硬度で耐高温特性に優れた材料によりＨｖ４００以上の硬度で形成され、また、略０．１ｍｍの厚さで箔状に形成されている。メタルシール材１２のシール面１２ａ側は、例えば、バフ研磨機によって鏡面研磨仕上げが極めて滑らかな状態で施されており、メタル弁座２０にシール可能に設けられている。
【００３１】
図４に示すように、メタルシール材１２は、平面部１１に溶接手段によりその外周縁１２ｂを固着している。この溶接は、例えば、ＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接が好ましいが、ＴＩＧ溶接以外の溶接手段か、或は、溶接以外の固着手段で固着してもよい。メタルシール材１２は、メタル弁座２０に密接して連通穴２１を遮断でき、また、中央に装着穴１２ｃを有しており、この装着穴１２ｃに弁体１０の凸部１１ａを挿入可能に設けている。これにより、メタルシール材１２は、弁体１０に位置決めされた状態で固着できるようになっている。
【００３２】
流量制御用ディスク１３は、例えば、ステンレス等のメタル材料により形成し、側面に略円錐状の傾斜面１３ａを設け、この傾斜面１３ａに続けてステム３１と垂直方向の平坦部１３ｂを設けている。また、このディスク１３の弁体１０への取付け側には、凸部１１ａと嵌合可能な凹部１３ｃを設けており、この凹部１３ｃの略中央位置には貫通孔１３ｄを設けている。
【００３３】
このディスク１３は、メタルシール材１２の上から凸部１１ａに凹部１３ｃを嵌合させ、この状態で貫通孔１３ｄを介して雌ねじ部１１ｂにねじ１７を螺着して弁体１０に固定されている。固定後に、弁体１０を往復動させたときには、ディスク１３の傾斜面１３ａと連通穴２１との間には図示しない隙間が生じ、この隙間の量を変化させることでバルブ開放時の流量調節をおこなうことができるようになっている。
【００３４】
ベローズ１４は、一端側が弁体１０の上部に溶接され、また、他端側がベローズフランジ１５に溶接されている。これにより、ベローズ１４は、凹状部１１ｃ側を外部から隔壁し、また、弁体１０の移動に伴って伸縮できるようになっている。外部シール用のガスケット１６は、ボデー２とボンネット３０内側のベローズフランジ１５に挟持された状態にし、この上からボンネット３０を取付ける。これにより、弁体１０は、ボデー２内に密封状態に装着され、内部側が流路３と隔壁された状態となる。
【００３５】
一方、メタル弁座２０は、ボデー２と分割して環状に形成され、ボデー２内のメタルシール材１２が平行に着座する位置に設けている。このメタル弁座２０は、例えば、ステンレスやチタン、及びニッケル等を材料として、硬度Ｈｖ２５０以下に形成されている。また、このメタル弁座２０は、そのメタルシール材１２の当接面２０ａ側がエッジ状に形成している。当接面２０ａの内径は、ディスク１３の外径とほぼ等しいか、又は、やや大径になるように形成しており、弁閉時には、この当接面２０ａにメタルシール材１２が着座し、鏡面研磨仕上げ部位同士の密接シールによる弁閉により流体の漏れをほぼ無くすことが可能になっている。また、当接面２０ａの反対側には、環状突設部２３が形成されている。
【００３６】
メタル弁座２０は、環状突設部２３を環状に形成した固定部材２６の内側に設けた装着凹部２６ａに嵌合させ、この固定部材２６をボデー２に形成した環状凹部４にボトム側から着脱させることでボデー２に取付け可能であり、更に、固定部材２６を固定ボルト２４で固定可能に設けている。これにより、メタル弁座２０は交換可能になり、取付け時には、このメタル弁座２０をボデー２に対して軸心と高さを合わせた状態で固定でき、当接面２０ａを所定の位置に配設することができる。弁閉時には、ディスク１３が連通穴２１に案内されながらメタルシール材１２とメタル弁座２０が密接して連通穴２１を遮断できるようになっている。
【００３７】
このメタル弁座２０は、上記のようにボトム側から着脱できる構造であるため、弁体１０の装着の有無に関わらず着脱できるようになっている。このため、バルブ本体１全体を組み立てた後でも、このバルブ本体１を分解したり弁体１０を取外したりすることなく、メタル弁座２０のみを取外して交換できる。
【００３８】
また、メタル弁座２０は、メタルシール材１２よりも硬度の小さい材料により形成することで、メタル弁座２０とメタルシール材１２には硬度差が生じ、メタル弁座２０にメタルシール材１２が当接するときにこのメタルシール材１２がやや変形しながら密接シールして遮断時の流体の漏れが確実に防がれる。更に、開閉動作を繰り返し行った場合でも、主にメタル弁座２０側に磨耗や劣化を生じさせることができることで、メタルシール材１２の消耗が防がれる。さらに、メタル弁座２０は、メタルシール材１２の当接面部分の硬度をＨｖ２５０以上とすることもできる。
【００３９】
ボンネット３０は、ボデー２の流入口２ａの反対位置に設けられ、このボンネット３０内のステム挿入孔３０ｃにはステム３１が挿入される。ステム３１は、このステム挿入孔３０ｃと先端側付近に設けたガイド部材３８により支持され、さらに、ガイド部材３８よりも先端側においてはこのステム３１の径よりもやや拡径した拡径環状体３２が保持ボルト３２ａで固着される。この拡径環状体３２は、凹状部１１ｃに嵌め込まれることでステム３１を昇降動したときに弁体１０を昇降動できるようになっている。
【００４０】
また、拡径環状体３２と内部ヒータ３５の間には、スプリング３３が取付けられている。ステム３１は、このスプリング３３により通常は上方に移動して、弁体１０が弁開の状態に位置しており、ステム３１をスプリング３３のばね性に抗して押し下げたときに弁体１０を弁閉の状態にできるように設けている。
ボンネット３０の上部には装着凹溝３０ｂを設けており、この装着凹溝３０ｂにシール体４５を装着し、このシール体４５に装着したガスケット部材４６によりステム３１との間をシールしている。
【００４１】
ところで、ボンネットとボデーをガスケットでシールする場合、一般的な構造のようにガスケットをボンネットとボデーの間に挟み込んだ状態で装着すると、このボンネットをボルトにより上方から締付けたときにガスケットが弾性変形してボデーとボンネットの同軸度や平行度がずれることになる。このため、この構造のバルブは、ディスクと弁座の軸心のずれによって正確な流量制御が行えなくなる。
【００４２】
これを防ぐため、本発明の真空バルブは、次のように構成している。
すなわち、ボデー２とステム３１が挿入されるボンネット３０を嵌合した状態でボンネット用ボルト３７により直接取付け、外部シール用のガスケット１６をボデー２とボンネット内側のベローズフランジ１５に挟持した状態でボンネット３０に取付けたガスケット締付け専用の複数のボルト３４でベローズフランジ１５の上からガスケット１６を締付けシールするものである。
【００４３】
このとき、図８に示すように、先ず、ベローズフランジ１５を凹状溝９に嵌め込むようにボデー２内に装着し、次いで、この上から環状外周縁８と環状外周縁部３０ａを嵌合させながらボデー２とボンネット３０を組合わせ、ボンネット３０の上からボデー側に形成した雌ネジ部２ｅにボンネット用ボルト３７を螺着してボデー２とボンネット３０を一体化する。また、締付ボルト３４は、図７に示すように、ボンネット３０に対してボンネット用ボルト３７とは異なる円周位置に螺着できるようになっている。
【００４４】
この装着構造により、ベローズフランジ１５は、凹状溝９に対して位置ずれの無い状態で装着され、一方、ボデー２とボンネット３０は、互いに同心度や直角度が一致した状態で一体化する。この状態で、締付ボルト３４を締付けたときには、ガスケット１６が押圧されてボデー２とボンネット３０を強くシールでき、この締付ボルト３４によるベローズフランジ１５を押圧する力を調節可能になっている。締付ボルト３４は、ベローズフランジ１５を均等に押圧するために複数位置に螺着するのが望ましい。
【００４５】
この場合、ベローズフランジ１５が締付け方向に対して傾く可能性は残されているが、締付ボルト３４がボンネット用ボルト３７とは別に設けた独立した締付手段であるため、ベローズフランジ１５が傾いたときにボデー２に対してボンネット３０が傾くことがなく、これらの同心度や直角度がずれるのが防がれる。従って、締付ボルト３４を強く締付けてガスケット１６のシール性を向上させたときにも、ボンネット用ボルト３７の締付け力に悪影響を与えることがない。
【００４６】
また、ボデー２とボンネット３０は、環状外周縁８と環状外周縁部３０ａの嵌合により、極僅かな接触面積によって一体化しているため、仮に、ボデー２からボンネット３０に伝熱があっても、微小面積の接触によって熱伝導量を最小限に防がれている。
【００４７】
しかも、図５のように、内部ヒータ３５を、ボンネット３０の下部に取付けているため、この内部ヒータ３５により、ベローズフランジ１５を加熱して予めベローズフランジ１５を高温状態にして高温流体との温度差を小さくでき、バルブ本体１内に高温流体が流れた場合でもこの高温流体からボンネット３０側へ伝わって逃げようとする熱伝導量を少なくしている。これにより、高温流体が流れる際の接ガス部材であるボデー２やベローズフランジ１５の均熱性が確保されて高温流体の高温状態を維持する。
一方、外部ヒータ３６は、図６のようにボデー２の外側に巻装しており、この外部ヒータ３６によりボデー２を外側から加熱して流体の温度が下がるのを防止している。
【００４８】
続いて、ボンネット３０の更に上方側における取付構造を説明する。
上述したように、バルブ本体内に高温流体を流す場合には、この高温流体からの熱がボンネットやボデーに伝わることにより高温流体の温度を維持できないおそれがある。これを防ぐため、一般の高温弁は、ロングボンネット構造に設けてこれを断熱手段とし、更に、断熱材をボデー外周側に巻装することで、均一に加熱してボンネットやボデーからの放熱を防ごうとしている。
【００４９】
しかし、例えば、有機ＥＬ製造用の材料を昇華させるためには、より温度の高い状態（例えば、およそ４５０℃の状態）を維持しなければならず、この場合、単なるロングボンネット構造や、断熱材を巻装するだけでは、接ガス部であるボデーの均熱性や保温性を確保するのが難しくなり、材料の高温状態を維持できない場合があった。
【００５０】
この対策として、本発明の真空バルブは、バルブ本体１を容体状の真空チャンバ４０内に内装し、この真空チャンバ４０にベローズジョイント４１を取付け、このベローズジョイント４１によりバルブ本体１のボデー２からボンネット３０までの間を真空チャンバ４０の外側と隔壁している。なお、図において、真空チャンバ４０は、その一部を示しているが、この真空チャンバ４０は、実際には、バルブ本体１全体を包囲する形状になっている。
【００５１】
これを詳しく説明すると、図１において、ベローズジョイント４１は、環状部材４２と、ベローズ部材４３と、取付部材４４を有している。環状部材４２は、ボンネット３０の筒状端部３０ｂに取付け可能な嵌着穴４２ａを有しており、ベローズ部材４３は、環状部材４２と取付部材４４の間に溶接等の手段で伸縮可能な状態で取付けており、このベローズ部材４３によりベローズジョイント４１の内側と外部雰囲気とを隔壁可能に設けている。また、取付部材４４は環状に形成している。
【００５２】
ベローズジョイント４１は、環状部材４２の嵌着穴４２ａを筒状端部３０ｂに嵌合させながら止め輪４９によりボンネット３０と一体化し、また、取付部材４４を真空チャンバ４０にボルト部材４７で固着する。このとき、筒状端部３０ｂの外周側にＯリング５０を装着している。
ベローズジョイント４１は、このような取付構造により、真空チャンバ４０内部を外部から隔壁することができ、この隔壁状態でステム３１を可動することができる。従って、真空チャンバ４０内のバルブ本体１を外部から真空断熱して材料の高温状態を維持できるようにしている。
【００５３】
図５、図７において、アクチュエータ４８は、真空チャンバ４０よりも外側に配設してステム３１と軸着しており、このアクチュエータ４８により弁体１０を往復操作可能に設けている。また、このアクチュエータ４８は、ベローズジョイント４１の上からステム３１に着脱できるようになっている。このように、アクチュエータ４８を真空チャンバ４０の外部に設けることで、バルブ本体１を真空チャンバ内で保温しつつ、このアクチュエータの操作性を向上している。
【００５４】
次に、本発明の真空バルブの上記実施形態における作用を説明する。
本発明の真空バルブは、流入口２ａと流出口２ｂを有するボデー２内にステム３１を介して弁体１０を昇降動自在に設け、この弁体１０には、ステム３１と交差する方向に平面部１１を設け、この平面部１１にシール面１２ａ側を鏡面研磨仕上げした薄板メタルシール材１２を固着すると共に、ボデー２内に設けた環状のメタル弁座２０に弁体１０のメタルシール材１２を着座させて弁閉するようにしているので、バルブ本体１内に極めて高温の流体が流れた際にもこの高温流体に耐え得ることができ、弁閉時の高シール性を維持し、また、流量制御時のパーティクルの発生を抑えて流体の純度を確保することができる。これにより、例えば、有機ＥＬディスプレイ製造工程にも十分に利用できる。
【００５５】
更に、メタルシール材１２は、コバルト合金等の耐高温特性に優れた材料により形成することで確実に高温に耐え得ることができ、繰り返し開閉動作を行った場合でも傷が付きにくく高いシール性を長期に渡って維持できる。また、このメタルシール材１２は、略０．１ｍｍの箔状に形成しているため、通常のメタルに比較して高価なコバルト材料の使用量を最少限に抑えてコストの増加が防がれる。
【００５６】
また、このメタルシール材１２は、弁体１０とは別体に設けているため加工が容易であり、専用治具を必要とすることなくラップ盤に取付けてシール面１２ａに鏡面研磨仕上げを施すことができる。これにより、バルブ本体１は、メタルシール材１２の表面加工部分の平滑度を確保でき、また、この箔状のメタルシール材１２を弁体１０に溶接で固着することでメタル弁座２０の当接面２０ａとの平行度を確保することができる。このため、製作時に漏れ試験と鏡面研磨を繰り返す必要もなく、容易に製作することが可能となる。
【００５７】
しかも、前述したように、バルブ本体１は、ボデー２と３０ボンネットを嵌合した状態でボンネット用ボルト３７により直接取付け、ガスケット１６をボデー２とベローズフランジ１５に挟持した状態で、締付ボルト３４でベローズフランジ１５の上からガスケット１６を締付けシールしているので、弁体１０とメタル弁座２０を調芯しながら組立てる必要がなく、これらを適切な位置関係に配置しながら組立てることができる。
【００５８】
このステム３１は、ステム挿入孔３０ｃとガイド部材３８により上下部位を支持されているので、ステム３１を下方に移動させたときには、ボンネット３０の軸心方向に沿って垂直に移動する。このとき、上記のように、ボデー２とボンネット３０は、環状外周縁８と環状外周縁部３０ａを嵌合させた状態でボンネット用ボルト３７で固着され、これらの間にベローズフランジ１５が装着されない状態で軸心を合わせて固定されているため、ステム３１は、流入口２ａ側の軸心と合った状態で下降する。
【００５９】
弁体１０は、この弁体１０の凹状溝１１とステム３１側の拡径環状体３２の嵌合によりステム３１と同軸に設けられているため、ステム３１が下方に移動したときには、ステム３１と同軸に移動できるようになっている。
一方、メタル弁座２０は、環状突設部２３とボデー２側の環状凹部４の嵌合により、流入口２ａの軸心と同軸になっている。
これらにより、弁体１０は、ステム３１を下降させたときにメタル弁座２０に対して同軸に移動させることができ、ディスク１３を連通穴２１の挿入位置にし、メタルシール材１２を当接面２０ａに合わせるようにして適切な位置関係により垂直方向から接触又は離間させることができる。
【００６０】
以上のように、本発明の真空バルブは、バルブ開放時には、ステム３１の可動量に伴う傾斜面１３ａと連通穴２１の間の隙間の量をほぼ比例関係にしながら、鏡面研磨仕上げしたリング状のメタルシール材１２と環状のメタル弁座２０の接離によって流量制御を行なっている。
【００６１】
この場合、弁体１０やディスク１３をステム３１と一体構造に設けていることで、メタル弁座２０と弁体１０の平面による密着度が低下したりや中心位置がずれないようにしている。これにより、従来のような円錐状の弁体とボンネットでガスケットを締付ける構造のように、弁体を弁座の穴部分に嵌合させるためにステムと弁体をフリーディスク構造に設けて調芯機能を持たせる必要がない。本発明の真空バルブは、上記一体構造によって流量調節することによりヒステリシス損失を小さくでき、流量を高精度に制御できる。
【００６２】
一方、バルブ遮断時には、シール部材２０とメタル弁座２０が周方向にほぼ均等に密接し、このメタルシール材１２とメタル弁座２０の硬度差、及び、弁座の当接面２０ａ側をエッジ状に形成していることにより高い密着性を発揮して、漏れを抑えた状態でシールすることができる。
【００６３】
更には、ベローズフランジが傾いたとしても、前記のステム３１の流入口２ａとの同軸状態に影響は無く、弁座２０に対して確実に垂直方向からシールさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の真空バルブの一実施形態を示した断面図である。
【図２】図１の真空バルブの弁体が閉動作した状態を示した断面図である。
【図３】弁体を示した断面図である。
【図４】図３のＢ部拡大図である。
【図５】本発明の真空バルブの分解断面図である。
【図６】本発明の真空バルブにヒータを装着した状態を示す正面図である。
【図７】図１の一部省略Ａ−Ａ断面図である。
【図８】ボデーの一部省略拡大平面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ バルブ本体
２ ボデー
８ 環状外周縁
９ 凹状溝
１０ 弁体
１２ メタルシール材
１２ａ シール面
１３ 流量制御用ディスク
１３ａ 傾斜面
１４ ベローズ
１５ ベローズフランジ
１６ ガスケット
２０ メタル弁座
２０ａ 当接面
３０ ボンネット
３０ａ 環状外周縁
３４ 締付ボルト
３７ ボンネット用ボルト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入口と流出口を有するボデー内にステムを介して弁体を昇降動自在に設け、この弁体には、前記ステムと垂直に交差する方向に平面部を設け、この平面部にシール面側を鏡面研磨仕上げした薄板メタルシール材を固着すると共に、前記ボデー内に設けた環状のメタル弁座に前記弁体のメタルシール材を平行に着座させて弁閉するようにしたことを特徴とする真空バルブ。
【請求項２】
前記メタルシール材は、硬度がＨｖ４００以上であり、前記メタル弁座は、硬度がＨｖ２５０以下である請求項１に記載の真空バルブ。
【請求項３】
前記メタルシール材は、硬度がＨｖ４００以上であり、前記メタル弁座の前記メタルシール材との当接面部分は、硬度がＨｖ２５０以上である請求項１に記載の真空バルブ。
【請求項４】
前記メタル弁座は、前記ボデーと分割して設けられ、このメタル弁座を前記ボデーのボトム側から着脱して交換可能に設けた請求項１乃至３の何れか１項に記載の真空バルブ。
【請求項５】
前記メタル弁座の前記メタルシール材の当接面側をエッジ状に形成した請求項２に記載の真空バルブ。
【請求項６】
前記メタルシール材を略０．１ｍｍの箔状に形成した請求項１乃至５の何れか１項に記載の真空バルブ。
【請求項７】
前記ボデーと前記ステムが挿入されるボンネットを嵌合した状態でボンネット用ボルトにより直接取付け、外部シール用のガスケットを前記ボデーと前記ボンネット内側のベローズフランジに挟持した状態で前記ボンネットに取付けた前記ガスケット締付け専用の複数のボルトで前記ベローズフランジの上から前記ガスケットを締付けシールした請求項１乃至６の何れか１項に記載の真空バルブ。
【請求項１】
流入口と流出口を有するボデー内にステムを介して弁体を昇降動自在に設け、この弁体には、前記ステムと垂直に交差する方向に平面部を設け、この平面部にシール面側を鏡面研磨仕上げした薄板メタルシール材を固着すると共に、前記ボデー内に設けた環状のメタル弁座に前記弁体のメタルシール材を平行に着座させて弁閉するようにしたことを特徴とする真空バルブ。
【請求項２】
前記メタルシール材は、硬度がＨｖ４００以上であり、前記メタル弁座は、硬度がＨｖ２５０以下である請求項１に記載の真空バルブ。
【請求項３】
前記メタルシール材は、硬度がＨｖ４００以上であり、前記メタル弁座の前記メタルシール材との当接面部分は、硬度がＨｖ２５０以上である請求項１に記載の真空バルブ。
【請求項４】
前記メタル弁座は、前記ボデーと分割して設けられ、このメタル弁座を前記ボデーのボトム側から着脱して交換可能に設けた請求項１乃至３の何れか１項に記載の真空バルブ。
【請求項５】
前記メタル弁座の前記メタルシール材の当接面側をエッジ状に形成した請求項２に記載の真空バルブ。
【請求項６】
前記メタルシール材を略０．１ｍｍの箔状に形成した請求項１乃至５の何れか１項に記載の真空バルブ。
【請求項７】
前記ボデーと前記ステムが挿入されるボンネットを嵌合した状態でボンネット用ボルトにより直接取付け、外部シール用のガスケットを前記ボデーと前記ボンネット内側のベローズフランジに挟持した状態で前記ボンネットに取付けた前記ガスケット締付け専用の複数のボルトで前記ベローズフランジの上から前記ガスケットを締付けシールした請求項１乃至６の何れか１項に記載の真空バルブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１６２３１９（Ｐ２００９−１６２３１９Ａ）
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２０２（Ｐ２００８−１２０２）
【出願日】平成２０年１月８日（２００８．１．８）
【出願人】（５０１４１７９２９）株式会社キッツエスシーティー (22)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月８日（２００８．１．８）
【出願人】（５０１４１７９２９）株式会社キッツエスシーティー (22)
【Ｆターム（参考）】
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