真空バルブ
【課題】従来の自動リーク機構を備えずに、簡単な構成で真空ポンプの全閉状態を確実に維持できる真空バルブを実現する。
【解決手段】排気路３３に介在されたバルブハウジング３４、及び該バルブハウジングの内部に摺動自在に収納され弁座３８に当接又は離間して排気路３３を開閉する弁機能体４０と、該弁機能体に形成された仕切り部４３の一側に画成されたバネ室５１、及び該バネ室に装着されたバネ部材５２と、仕切り部４３の他側に画成され該バルブハウジング壁に設けられた貫通孔４７を介して大気と連通する大気圧室５０と、バネ室５１を弁機能体４０の出口側排気路３６又は大気圧室５０に選択的に接続可能な連通路５３〜５５とからなり、弁機能体４０の入口側端面４２ａから大気圧室５０に至る部位で同一の外径とするとともに、大気圧面５０ａを形成して大気圧による閉動作方向の作用力を負荷した。
【解決手段】排気路３３に介在されたバルブハウジング３４、及び該バルブハウジングの内部に摺動自在に収納され弁座３８に当接又は離間して排気路３３を開閉する弁機能体４０と、該弁機能体に形成された仕切り部４３の一側に画成されたバネ室５１、及び該バネ室に装着されたバネ部材５２と、仕切り部４３の他側に画成され該バルブハウジング壁に設けられた貫通孔４７を介して大気と連通する大気圧室５０と、バネ室５１を弁機能体４０の出口側排気路３６又は大気圧室５０に選択的に接続可能な連通路５３〜５５とからなり、弁機能体４０の入口側端面４２ａから大気圧室５０に至る部位で同一の外径とするとともに、大気圧面５０ａを形成して大気圧による閉動作方向の作用力を負荷した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクロールポンプ、ベーンポンプ等の真空ポンプを用いて真空チャンバを真空圧とする場合に、真空ポンプと真空チャンバとを接続する排気路に介設される差圧式真空バルブの応答性を高め、真空ポンプ停止時に真空チャンバに排気ガスが逆流するのを確実に防止できるようにした真空バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、真空ポンプにより真空チャンバ内の空気を吸引して排出させる真空装置は周知である。例えば、真空蒸着装置において、例えば半導体ウエーハの表面に金属蒸着膜を形成する場合、まず装置の蒸着室内の雰囲気を真空ポンプで排気して高真空にし、高真空状態で蒸着を行い、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なわれている。
【０００３】
真空ポンプが停止するときの真空チャンバと真空ポンプ間の差圧によって発生する逆流を防止する手段として、真空チャンバと真空ポンプとを接続する排気路に真空バルブを介設している。自動開閉機能を有する真空バルブとしては、直動ソレノイド式又は差圧式の自動開閉バルブが使用されている。
【０００４】
直動ソレノイド式は、開閉の応答性が良いものの、ストロークが大きく取れないことから排気抵抗が大きかったり、バルブの開閉動作を維持するためにソレノイドが多量の電力を消費するという問題がある。
これに対し、差圧式の真空バルブは、弁体に対して開動作方向に加わる力と閉動作方向に加わる力との差圧によって開動作又は閉動作を行なうものであるため、ストロークを大きく取ることができるとともに、消費電力を低減できるという利点がある。
【０００５】
特許文献１（特開平５−２７２４５６号公報）には、差圧式の真空バルブの一例が開示されている。この構成を図３に基づいて説明する。図３において、この差圧式真空バルブは、ボデイ１とボンネット２を備え、ボデイ１に図示しない真空ポンプに接続された吸引ポート３が形成されるとともに、ボデイ１の外周に放射方向に取り付けられたポート部材４に、図示しない真空チャンバに接続された真空ポート５が形成されている。
【０００６】
吸引ポート３と真空ポート５を直接連通させる主流路６の真空ポート５側に弁座７が形成されている。ボデイ１とボンネット２の間はプレート９で気密に区画され、ボンネット２の内部は、受圧体の一例であるピストン１０によって、真空作用室１１と外部に開口した大気室１２とに区画されている。真空作用室１１は、後述するバイパス流路１３によって吸引ポート３と真空ポート５とに連通している。
【０００７】
真空作用室１１内には、ピストン１０をプレート９に向けて付勢する調圧ばね１４が縮設され、調圧ばね１４の付勢力は、ボンネット２に気密に螺着された調圧機構１５を構成する調圧ねじの回転によって調整することができる。
一端がピストン１０に螺着された中空の弁棒１８は、プレート９を気密に貫通した先端に、弁座７を開閉する弁体１９が取り付けられており、またピストン１０側の先端に大径のオリフィス２３が取り付けられている。
【０００８】
バイパス流路１３は、ボデイ１とボンネット２に形成した流路２０と、弁棒１８の中空部に形成された流路１８ａよりなり、バイパス流路１３を流れる空気の流量を調節するため、流路２０に可変絞り機構２１の一例としてのニードル弁が設置されている。該ニードル弁の開度は、弁体２２を回転させてボンネット２に対して進退させることによって調節する。
【０００９】
かかる構成において、図示しない真空ポンプの運転が停止し、かつ真空チャンバ内が大気圧又はそれに近いときは、該大気圧とピストン１０に作用する調圧ばね１４の付勢力との和が大気室１２内の大気圧を上回るため、弁体１９が下降して主流路６を閉鎖する。一方、吸引ポート３と真空ポート５とはバイパス流路１３によって連通しており、この状態で真空ポンプを運転すると、真空チャンバ内の雰囲気は、バイパス流路１３の可変絞り機構２１により排出量を制御されて、徐々に真空ポンプに吸引される。
【００１０】
従って、真空チャンバ内の雰囲気が大きく攪拌されないので、塵埃の舞い上がり等のトラブルを防止することができる。その後、真空チャンバ内のガス圧の低下により、真空作用室１１における真空圧の作用力と調圧ばね１４の付勢力との和が大気室１２の大気圧の作用力より小さくなると、ピストン１０が上昇して弁体１９が主流路６を開放する。これによって、真空チャンバ内のガスが主として主流路６を通って排出される。この場合、真空チャンバ内のガス密度が低下しているので、真空チャンバ内の雰囲気が攪拌されることはない。
【００１１】
また、特許文献２（実開平７−４１１７３号公報）には、特許文献１と同様の差圧式真空バルブが開示されている。特許文献２に開示された差圧式真空バルブは、バルブの閉動作を流体圧アクチュエータ等の駆動部によって行なうものである。
【００１２】
【特許文献１】特開平５−２７２４５６号公報
【特許文献２】実開平７−４１１７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
差圧式の真空バルブは、閉動作に連動して、真空チャンバ側排気路と真空ポンプ側排気路とを自動リークさせる機能をもつのが一般的である。これは、真空チャンバ側排気路と真空ポンプ側排気路とから真空バルブの弁体に加わるガス圧力の差圧を小さくすることによって、弁体が開く方向に作用する力を低減させ、全閉状態を維持させるようにしたものである。
【００１４】
真空バルブの全閉状態を維持しないと、真空チャンバ側と真空ポンプ側との差圧により、真空ポンプ側のガスが真空チャンバ側に逆流する事態が発生する。これは非常に短時間で起こる。そのため、逆流したガスにより真空チャンバの真空破壊が起こったり、真空ポンプの摩耗粉が真空チャンバに侵入して、真空チャンバ内に配置された機器類の汚染を起こすおそれがある。また、真空ポンプが給油式である場合に、真空ポンプの油が真空チャンバに侵入するおそれがある。
【００１５】
即ち、真空ポンプ側からの逆流により、真空ポンプの摩耗粉が真空チャンバに侵入したり、あるいは、真空ポンプが給油式の場合は、その潤滑油が真空チャンバに侵入するおそれがある。
【００１６】
しかし、前述の自動リーク機構を具備すると、真空バルブの複雑化し、部品点数が増え、製造コストが増加する。また、シール部分が増え、リーク発生の危険性が増えるとともに、開閉動作の手順が増え、開閉動作の応答性が悪化するという問題がある。また、同時に、故障や不具合いの発生頻度は増えるという問題がある。
【００１７】
また、真空ポンプからの逆流を防ぐため、真空バルブを閉じた後に真空ポンプを停止する必要がある場合、あるいは真空ポンプが稼動した後、真空ポンプの稼動状態が安定するまで真空バルブを全閉状態としておく必要がある場合など、真空ポンプが稼動中でも真空バルブを全閉状態としておきたい場合がある。
【００１８】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、差圧式の真空バルブにおいて、真空バルブの構成を複雑かつ高コストとすることなく、弁閉鎖時に全閉状態を確実に維持できるようにすることを目的とする。また、真空ポンプが稼動中でも必要な時に、全閉状態を確実に維持できる真空バルブを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
かかる目的を達成するため、第１の本発明の真空バルブは、
真空ポンプと真空チャンバとに連結され該真空チャンバ内の雰囲気を排気する排気路に介設され該排気路を開閉する真空バルブにおいて、
前記排気路に介在されたバルブハウジング、及び該バルブハウジングの内部に摺動自在に収納され該バルブハウジング内に形成された弁座に当接又は離間して該排気路を開閉する弁機能体と、
該弁機能体に一体に形成され該バルブハウジング内を２つの領域に仕切る仕切り部と、
該仕切り部に対して弁機能体の開動作方向に画成されたバネ室、及び該バネ室に装着され該弁機能体に対して閉動作方向へバネ力を付勢するバネ部材と、
該仕切り部に対して弁機能体の閉動作方向に画成され該バルブハウジング壁に設けられた貫通孔を介して大気と連通する大気圧室と、
該バネ室を弁機能体の出口側排気路又は該大気圧室に選択的に接続可能な連通路と、からなり、
弁機能体の入口側排気路に面する入口側端面から該大気圧室に至る領域で同一の外径とすることによって、該入口側端面と対面する面を形成しないように構成するとともに、
該大気圧室に面する弁機能体に弁機能体の入口側端面と対面する大気圧面を形成し、該大気圧面に大気圧による閉動作方向の作用力を負荷するようにしたものである。
【００２０】
第１の本発明において、真空バルブを稼動させて真空チャンバの排気運転を実施する場合には、前記連通路を介してバネ室と弁機能体の出口側排気路とを連通させて、真空ポンプを稼動する。真空バルブの稼動によって該出口側排気路は大気圧より低い真空圧になり、該出口側排気路と連通したバネ室も真空圧になる。弁機能体の仕切り部には、バネ室側からバネ部材の付勢力とバネ室内のガス圧による作用力が負荷され、大気圧室側から大気圧による作用力が負荷される。バネ室が真空圧となることにより、弁機能体に作用する開動作方向の力が閉動作方向の力より大きくなるため、弁機能体は弁座を離れる方向に動き、排気路を開放する。
【００２１】
その後、真空チャンバ内を真空状態として、排気運転を終了する場合は、真空ポンプの稼動を停止すると同時に、連通路を切り替えてバネ室と大気圧室とを連通させる。これによって、バネ室が大気圧となる。そのため、弁機能体に作用する閉動作方向の力が開動作方向の力より大きくなるため、弁機能体は弁座に接近する方向に動き、排気路を閉鎖する。
【００２２】
第１の本発明においては、弁機能体の入口側排気路に面する入口側端面から該大気圧室に至る領域で同一の外径とし、該入口側端面と対面する面を形成しないように構成したことにより、真空ポンプの運転により真空バルブの出口側排気路を真空圧とした時に、真空バルブの閉鎖時に、入口側排気路から弁機能体の入口側端面に負荷される開動作方向の力を生じないようにしたものである。
【００２３】
さらに、大気圧室に面する弁機能体に弁機能体の入口側端面と対面する大気圧面を形成し、該大気圧面に大気圧による閉動作方向の作用力を負荷するようにしたため、弁機能体の閉動作後に、全閉状態を確実に維持することができる。従って、真空ポンプの稼動中に真空バルブを閉動作する時も全閉状態を確実に維持することができる。
【００２４】
第１の本発明において、弁機能体の入口側端面に開口し該弁機能体の長手方向に穿設された空洞部を形成するようにしてもよい。これによって、弁機能体の軽量化が可能になり、弁機能体の動きをさらにスムーズに行なうことができる。なお、この場合、該空洞部の半径方向に位置する周面に負荷されるガス圧は、弁機能体の半径方向に負荷されるので、弁機能体の開閉動作に影響を与えることはない。
【００２５】
次に、第２の本発明の真空バルブは、
真空ポンプと真空チャンバとに連結され該真空チャンバ内の雰囲気を排気する排気路に介設され該排気路を開閉する真空バルブにおいて、
前記排気路に介在されたバルブハウジング、及び該バルブハウジングの内部に摺動自在に収納され該バルブハウジング内に形成された弁座に当接又は離間して該排気路を開閉する弁機能体と、
該弁機能体に一体に形成され該バルブハウジング内を２つの領域に仕切る仕切り部と、
該仕切り部に対して弁機能体の開動作方向に画成されたバネ室、及び該バネ室に装着され該弁機能体に対して閉動作方向へバネ力を付勢するバネ部材と、
該仕切り部に対して弁機能体の閉動作方向に画成され該バルブハウジング壁に設けられた貫通孔を介して大気と連通する大気圧室と、
該バネ室を弁機能体の出口側排気路又は該大気圧室に選択的に接続可能な連通路と、からなり、
前記弁機能体の入口側端面に開口し該弁機能体の長手方向に該バネ室の近傍まで穿設された空洞部を形成し、該空洞部の端面を前記バネ室に対面するように配置したものである。
【００２６】
第２の本発明においては、入口側排気路から弁機能体に負荷される開動作方向の力を前記空洞部に形成された端面に負荷させるようにし、該端面をバネ室の近傍に位置させるとともに、該端面をバネ室に対面するように配置したことにより、入口側排気路から該端面に負荷される開動作方向の力を弁機能体の閉動作時にバネ室側から弁機能体に負荷される大気圧による作用力によって相殺するようにしたものである。
【００２７】
これによって、弁機能体の閉動作後に、全閉状態を確実に維持することができるとともに、真空ポンプの稼動中に真空バルブを閉動作する時も全閉状態を確実に維持することができる。また、弁機能体に該空洞部を形成することによって、弁機能体の軽量化を可能し、これによって弁機能体の動きをスムーズにし、応答性を向上させることができる。
【００２８】
第２の本発明において、弁機能体を、弁棒と、該弁棒の閉動作方向側端部に設けられ前記バルブハウジングに形成された弁座に当接又は離間して排気路を開閉する弁体と、該弁棒の開動作方向端部に設けられ該バルブハウジング内を前記バネ室と前記大気圧室とに仕切る前記仕切り部と、からなり、該弁棒を該バルブハウジングに一体に形成された支持部に摺動自在に支持させるとともに、該支持部と該仕切り部との間に該大気圧室を画成させ、空洞部の端面を該支持部の閉動作方向端よりバネ室寄りに配置させ、弁機能体の弁棒を弁体より小径にして該支持部と該弁棒間のシール面積を減少させるようにしてもよい。
【００２９】
かかる構成とすれば、真空バルブの構成を簡易なものとすることができるとともに、かかる簡易な構成で真空バルブの弁開閉動作の応答性を向上させることができる。また、真空バルブの全閉機能向上に加えて、空洞部の端面を該支持部の閉動作方向端よりバネ室側に配置させることにより、入口側排気路から空洞部の該端面に負荷される開動作方向の力の分力が該支持部に負荷されることがない。そのため、該支持部に対して弁機能体の芯ズレを生じない。さらに、弁機能体の弁棒を弁体より小径にして該支持部と該弁棒間のシール面積を減少させるようにしているため、支持部と弁機能体との間のシール機能を向上できる。
【００３０】
また、第１又は第２の本発明において、前記連通路を、前記バルブハウジング壁に設けられ前記弁機能体の出口側排気路、前記大気圧室及び前記バネ室を接続する連通路と、該連通路に設けられ該バネ室を該弁機能体の出口側排気路又は該大気圧室に切換え接続する三方弁と、から構成するようにすれば、簡単な構成で連通路の切換えを確実に行なうことができる。
【発明の効果】
【００３１】
第１の本発明によれば、弁機能体の入口側排気路に面する入口側端面から該大気圧室に至る領域で同一の外径とすることによって、該入口側端面と対面する面を形成しないように構成するとともに、該大気圧室に面する弁機能体に弁機能体の入口側端面と対面する大気圧面を形成し、該大気圧面に大気圧による閉動作方向の作用力を負荷するようにしたことによって、真空バルブの構成を複雑かつ高コストとすることなく、弁機能体の閉動作時に、弁機能体に負荷される開動作方向の力を相殺してスムーズに閉動作させるとともに、閉動作後に、全閉状態を確実に維持することができる。また、真空ポンプの稼動中に真空バルブを閉動作したる時も全閉状態を確実に維持することができる。
【００３２】
これによって、真空ポンプ側からの逆流により、真空ポンプの摩耗粉が真空チャンバに侵入したり、あるいは、真空ポンプの潤滑油が真空チャンバに侵入するおそれがなくなる。また、真空ポンプの稼動中に真空バルブを閉鎖して、真空ポンプの稼動状態が安定するまで真空バルブを全閉状態とすることができる。
【００３３】
第２の本発明によれば、弁機能体の入口側端面に開口し該弁機能体の長手方向に該バネ室の近傍まで穿設された空洞部を形成し、該空洞部の端面をバネ室に対面するように配置したことにより、前記第１の本発明と同様の作用効果を得ることができるとともに、それに加えて、該空洞部を形成することによって、弁機能体の軽量化を可能にし、弁機能体の応答性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
（実施形態1）
【００３５】
図１は、第１の本発明の一実施形態に係る真空バルブの縦断立面図である。図１において、内部雰囲気を排気されて真空状態とされる真空チャンバ３１と真空ポンプ３２との間に排気路３３（３３ａ、３３ｂ）が接続され、該排気路に該排気路を開閉可能とする真空バルブ３０が介設されている。以下、真空バルブ３０の構成を説明する。
【００３６】
真空バルブ３０は、排気路３３にバルブハウジング３４が介在され、バルブハウジング３４には、真空チャンバ３１に接続された入口側排気路３３ａに連通する真空ポート３５と、真空ポンプ３２に接続された出口側排気路３３ｂに連通する吸引ポート３６が形成されている。バルブハウジング３４の内部には、弁機能体４０がバルブハウジング３４の長手方向に摺動可能に収納されている。
【００３７】
弁機能体４０は、バルブハウジング３４の長手方向に配置された弁棒４１と、真空ポート３５側に面して弁棒４１の端部に取り付けられた弁棒４１より大径の円筒形状をなす弁体４２と、弁棒４１の他端に取り付けられた円板状のピストン４３とから構成されている。バルブハウジング３４の略中央部にはバルブハウジング３４の中心側に突出した支持部３７がバルブハウジング３４に一体に形成され、該支持部３７が弁機能体４０をバルブハウジング３４の長手方向に摺動可能に支持している。
【００３８】
バルブハウジング３４の真空ポート３５近傍には弁座３８が形成され、弁体４２は、弁座３８に当接又は離間して入口側排気路３３ａを閉鎖又は開放する入口側端面４２ａから支持部３７に支持される部位まで円周面４２ｂは同一外径をなしている。支持部３７と弁機能体４０との間には、シール用のＯリング４４が介装されている。弁座３８と入口側端面４２ａとの間にはＯリング４５が介装されている。また、ピストン４３とバルブハウジング３４との間にＯリング４６が介装され、バルブハウジング３４とピストン４３との間をシールしている。これによって、ピストン４３の両側に面して２つの密閉空間を形成している。
【００３９】
ピストン４３の一側（図１中ピストン４３の左側であって、弁機能体４０の閉動作方向ａ）には、バルブハウジング３４に貫設された貫通孔４７を介して外気と連通した大気圧室５０が形成されている。一方、ピストン４３の他側（図１中ピストン４３の右側であって、弁機能体４０の開動作方向ｂ）には、バネ室５１が形成されている。バネ室５１には、一端がピストン４３の一方の面４３ｂに接続され、他端がバルブハウジング３４の内壁に取り付けられたコイルバネ５２が縮設されている。
【００４０】
また、弁機能体４０には、大気圧室５０に面して大気圧面５０ａが形成され、大気圧面５０ａには大気圧が負荷され、該大気圧によって弁機能体４０を閉動作方向ａに押す作用力が負荷される。
【００４１】
これによって、ピストン４３には、大気圧室５０側から一方の面４３ａに大気圧室５０の大気圧による作用力が負荷されるとともに、バネ室５１側からは、他方の面４３ｂにコイルバネ５２のバネ力とバネ室５１内のガス圧による作用力との和が負荷される。
【００４２】
また、バルブハウジング３４には、吸引ポート３６と、大気圧室５０と、バネ室５１とを連通する連通孔５３，５４及び５５が穿設されている。そして、連通孔５３〜５５には、バネ室５１を吸引ポート３６又は大気圧室５０に選択的に連通する三方電磁弁５６が介設されている。三方電磁弁５６は、コントローラ５７によって連通路５３〜５５を前述の切り替え動作を行なうように作動される。
【００４３】
かかる構成の本実施形態において、弁体４２の入口側端面４２ａが弁座３８に当接し、真空ポート３５が弁機能体４０によって閉鎖された状態で、真空チャンバ３１の排気運転を開始する。この場合の運転手順は、コントローラ５７によって三方電磁弁５６を作動させ、吸引ポート３６とバネ室５１とを連通させる。同時に、真空ポンプ３２を稼動させる。真空ポンプ３２の稼動開始によって、吸引ポート３６が急速に負圧となり、吸引ポート３６とバネ室５１とが連通しているために、バネ室５１も負圧となる。
【００４４】
真空ポンプ３２の稼動によってバネ室５１が真空圧になると、バネ室５１も真空圧となる。これによって、弁機能体４０に対して開動作方向ｂに負荷する力（入口側端面４２ａ及びピストン４３の面４３ａに負荷する力）が弁機能体４０を閉動作方向ａに負荷する力（弁体４２の大気圧面５０ａに負荷する大気圧及びコイルバネ５２のバネ力）を上回る。そして、弁機能体４０が閉動作方向ａに移動するため、真空ポート３５が開放される。この状態で真空ポンプ３２の稼動を継続し、真空チャンバ３１内の空気を真空ポンプ３２で吸引して真空チャンバ３１内のを真空状態とする。
【００４５】
真空チャンバ３１を真空状態とした後、真空ポンプ３２の稼動を停止する。真空ポンプ３２の停止と同時に、コントローラ５７によって三方電磁弁５６を作動させ、連通路５３と連通路５５とを遮断し、連通路５４と連通路５５とを連通させる。この時バネ室５１は真空圧であるため、大気圧室５０内の空気がバネ室５１内に流入する。
【００４６】
大気圧室５０とバネ室５１とを連通したことによって、大気圧室５０からバネ室５１に空気が流入し、バネ室５１を大気圧とする。これによって、ピストン４３のバネ室５１側の面４３ｂに大気圧が負荷されるため、弁機能体４０に対して閉動作方向ａに負荷する力が弁機能体４０を開動作方向ｂに負荷する力を上回る。そのため、弁機能体４０が閉動作方向ａに移動する。そして、真空ポート３５が閉鎖される。
【００４７】
このように、本実施形態によれば、弁機能体４０を入口側端面４２ａからバルブハウジング３４の支持部３７に支持される部位までを同一外径とし、吸引ポート３６に面する部位に入口側端面４２ａと対面する面を形成しない構成としたことにより、入口側端面４２ａに負荷される開動作方向ｂの力と入口側端面４２ａに対面する面に負荷される閉動作方向ａの力との間で差圧を形成しないようにし、かつ弁機能体４０に大気圧室５０に面する大気圧面５０ａを形成して該大気圧面５０ａに閉動作方向ａの力を負荷するようにしたので、弁閉鎖時に全閉状態を確実に維持することができる。
従って、真空ポンプ３２の稼動中に真空バルブ３０を閉動作する時も全閉状態を確実に維持することができる。
【００４８】
これによって、真空ポンプ３２側からの逆流により、真空ポンプ３２の摩耗粉が真空チャンバ３１に侵入したり、あるいは、真空ポンプ３２が給油式の場合に、真空ポンプ３２の潤滑油が真空チャンバ３１に侵入するおそれがなくなる。また、真空ポンプ３２の稼動中に真空バルブ３０を閉鎖して、真空ポンプ３２の稼動状態が安定するまで真空バルブ３０を全閉状態とすることができる。
【００４９】
しかも、前述の自動リーク機構を備える必要がないので、真空バルブの構成を複雑にすることがなく、コストアップを招かない。また、バルブ構成を簡素に維持できるので、シール箇所が増えず、このため、リーク発生の危険性が増加するおそれがないとともに、弁開閉動作も複雑にならないので、開閉動作の応答性も低下しない。
【００５０】
なお、本実施形態の変形例として、図１において、弁体４２の入口側端面４２ａに開口し弁機能体４０の長手方向に空洞部５８を穿設するようにするとよい。これによって、弁機能体４０を軽量化することができるので、弁機能体４０の開閉動作の応答性をさらに向上させることができる。
（実施形態２）
【００５１】
次に、第２の本発明の一実施形態を図２に基づいて説明する。図２において、図１に示す前記実施形態と同一の符号を付した部位又は機器は前記実施形態と同一の部位又は機器であるため、それらの説明を省略する。
図２において、弁機能体４０は、弁座３８に当接又は離間して真空ポート３５を閉鎖又は開放する円板状の弁体４２と、バルブハウジング３４の長手方向に延設された弁体４２より小径の弁棒４１と、弁棒４１の開動作方向ｂ端に一体的に設けられたピストン４３からなる。そして、弁機能体４０は、バルブハウジング３４の中心側に突設されバルブハウジング３４と一体に形成された支持部３７によって弁棒４１が矢印ａ又はｂ方向に摺動可能に支持されている。
【００５２】
本実施形態では、大気圧室５０の大気圧を弁機能体４０に対して閉動作方向ａに負荷される大気圧面５０ａは形成されていない。そして、弁機能体４０の中心部には弁機能体４０の長手方向に沿って空洞部６１が穿設されている。該空洞部３７の端面は、支持部３７の閉動作方向ａの端面３７ａを越えて、バネ室５１の近傍に配置されている。
その他の構成は前記実施形態と同一である。
【００５３】
本実施形態によれば、真空ポート３５から弁機能体４０に負荷される開動作方向ｂの力を空洞部６１の端面６１ａに負荷させるようにし、該端面をバネ室５１の近傍に位置させるとともに、該端面をバネ室５１に対面するように配置したことにより、真空ポート３５から端面６１ａに負荷される開動作方向ａの力を弁機能体４０の閉動作時にバネ室５１側からピストン４３の一方の面４３ｂに負荷される大気圧による作用力によって相殺するようにしたものである。
【００５４】
これによって、前述の自動リーク機構を備えることなく、簡単かつ低コストで、弁機能体４０の閉動作後に、全閉状態を確実に維持することができるとともに、真空ポンプ３２の稼動中に真空バルブ３０を閉動作する時も全閉状態を確実に維持することができる。
また、弁機能体４０に空洞部６１を形成することによって、弁機能体４０の軽量化を可能し、これによって弁機能体４０の開閉動作の動きをスムーズに行なうようにし、弁機能体４０の応答性を向上させることができる。
【００５５】
さらに、本実施形態では、空洞部６１の端面６１ａを支持部３７の閉動作方向ａの端面３７ａよりバネ室５１側に配置し、該端面６１ａに真空ポート３５のガス圧を負荷させるようにしたため、真空ポート３５のガス圧が支持部３７に向けて負荷されるのをなくすことができる。そのため、弁機能体４０の芯ズレを防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明によれば、弁構成を複雑にする移動リーク機構を備えることなく、簡単かつ安価な構成で、真空バルブの全閉機能を向上できるので、真空バルブ停止時に真空チャンバへの排気の逆流を防止できて、真空チャンバの真空破壊等を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る真空バルブの縦断立面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る真空バルブの縦断立面図である。
【図３】従来の真空バルブの縦断立面図である。
【符号の説明】
【００５８】
３０ 真空バルブ
３１ 真空チャンバ
３２ 真空ポンプ
３３ａ，３３ｂ 排気路
３４ バルブハウジング
３５ 真空ポート（入口側排気路）
３６ 吸引ポート（出口側排気路）
３７ 支持部
３７ａ 閉動作方向端面
３８ 弁座
４０ 弁機能体
４１ 弁棒
４２ 弁体
４２ａ 入口側端面
４３ ピストン（仕切り部）
４７ 貫通孔
５０ 大気圧室
５０ａ 大気圧面５０ａ
５１ バネ室
５２ コイルバネ（バネ部材）
５３，５４，５５ 連通路
５６ 三方電磁弁
５７ コントローラ
６１ 空洞部
６１ａ 空洞部端面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクロールポンプ、ベーンポンプ等の真空ポンプを用いて真空チャンバを真空圧とする場合に、真空ポンプと真空チャンバとを接続する排気路に介設される差圧式真空バルブの応答性を高め、真空ポンプ停止時に真空チャンバに排気ガスが逆流するのを確実に防止できるようにした真空バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、真空ポンプにより真空チャンバ内の空気を吸引して排出させる真空装置は周知である。例えば、真空蒸着装置において、例えば半導体ウエーハの表面に金属蒸着膜を形成する場合、まず装置の蒸着室内の雰囲気を真空ポンプで排気して高真空にし、高真空状態で蒸着を行い、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なわれている。
【０００３】
真空ポンプが停止するときの真空チャンバと真空ポンプ間の差圧によって発生する逆流を防止する手段として、真空チャンバと真空ポンプとを接続する排気路に真空バルブを介設している。自動開閉機能を有する真空バルブとしては、直動ソレノイド式又は差圧式の自動開閉バルブが使用されている。
【０００４】
直動ソレノイド式は、開閉の応答性が良いものの、ストロークが大きく取れないことから排気抵抗が大きかったり、バルブの開閉動作を維持するためにソレノイドが多量の電力を消費するという問題がある。
これに対し、差圧式の真空バルブは、弁体に対して開動作方向に加わる力と閉動作方向に加わる力との差圧によって開動作又は閉動作を行なうものであるため、ストロークを大きく取ることができるとともに、消費電力を低減できるという利点がある。
【０００５】
特許文献１（特開平５−２７２４５６号公報）には、差圧式の真空バルブの一例が開示されている。この構成を図３に基づいて説明する。図３において、この差圧式真空バルブは、ボデイ１とボンネット２を備え、ボデイ１に図示しない真空ポンプに接続された吸引ポート３が形成されるとともに、ボデイ１の外周に放射方向に取り付けられたポート部材４に、図示しない真空チャンバに接続された真空ポート５が形成されている。
【０００６】
吸引ポート３と真空ポート５を直接連通させる主流路６の真空ポート５側に弁座７が形成されている。ボデイ１とボンネット２の間はプレート９で気密に区画され、ボンネット２の内部は、受圧体の一例であるピストン１０によって、真空作用室１１と外部に開口した大気室１２とに区画されている。真空作用室１１は、後述するバイパス流路１３によって吸引ポート３と真空ポート５とに連通している。
【０００７】
真空作用室１１内には、ピストン１０をプレート９に向けて付勢する調圧ばね１４が縮設され、調圧ばね１４の付勢力は、ボンネット２に気密に螺着された調圧機構１５を構成する調圧ねじの回転によって調整することができる。
一端がピストン１０に螺着された中空の弁棒１８は、プレート９を気密に貫通した先端に、弁座７を開閉する弁体１９が取り付けられており、またピストン１０側の先端に大径のオリフィス２３が取り付けられている。
【０００８】
バイパス流路１３は、ボデイ１とボンネット２に形成した流路２０と、弁棒１８の中空部に形成された流路１８ａよりなり、バイパス流路１３を流れる空気の流量を調節するため、流路２０に可変絞り機構２１の一例としてのニードル弁が設置されている。該ニードル弁の開度は、弁体２２を回転させてボンネット２に対して進退させることによって調節する。
【０００９】
かかる構成において、図示しない真空ポンプの運転が停止し、かつ真空チャンバ内が大気圧又はそれに近いときは、該大気圧とピストン１０に作用する調圧ばね１４の付勢力との和が大気室１２内の大気圧を上回るため、弁体１９が下降して主流路６を閉鎖する。一方、吸引ポート３と真空ポート５とはバイパス流路１３によって連通しており、この状態で真空ポンプを運転すると、真空チャンバ内の雰囲気は、バイパス流路１３の可変絞り機構２１により排出量を制御されて、徐々に真空ポンプに吸引される。
【００１０】
従って、真空チャンバ内の雰囲気が大きく攪拌されないので、塵埃の舞い上がり等のトラブルを防止することができる。その後、真空チャンバ内のガス圧の低下により、真空作用室１１における真空圧の作用力と調圧ばね１４の付勢力との和が大気室１２の大気圧の作用力より小さくなると、ピストン１０が上昇して弁体１９が主流路６を開放する。これによって、真空チャンバ内のガスが主として主流路６を通って排出される。この場合、真空チャンバ内のガス密度が低下しているので、真空チャンバ内の雰囲気が攪拌されることはない。
【００１１】
また、特許文献２（実開平７−４１１７３号公報）には、特許文献１と同様の差圧式真空バルブが開示されている。特許文献２に開示された差圧式真空バルブは、バルブの閉動作を流体圧アクチュエータ等の駆動部によって行なうものである。
【００１２】
【特許文献１】特開平５−２７２４５６号公報
【特許文献２】実開平７−４１１７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
差圧式の真空バルブは、閉動作に連動して、真空チャンバ側排気路と真空ポンプ側排気路とを自動リークさせる機能をもつのが一般的である。これは、真空チャンバ側排気路と真空ポンプ側排気路とから真空バルブの弁体に加わるガス圧力の差圧を小さくすることによって、弁体が開く方向に作用する力を低減させ、全閉状態を維持させるようにしたものである。
【００１４】
真空バルブの全閉状態を維持しないと、真空チャンバ側と真空ポンプ側との差圧により、真空ポンプ側のガスが真空チャンバ側に逆流する事態が発生する。これは非常に短時間で起こる。そのため、逆流したガスにより真空チャンバの真空破壊が起こったり、真空ポンプの摩耗粉が真空チャンバに侵入して、真空チャンバ内に配置された機器類の汚染を起こすおそれがある。また、真空ポンプが給油式である場合に、真空ポンプの油が真空チャンバに侵入するおそれがある。
【００１５】
即ち、真空ポンプ側からの逆流により、真空ポンプの摩耗粉が真空チャンバに侵入したり、あるいは、真空ポンプが給油式の場合は、その潤滑油が真空チャンバに侵入するおそれがある。
【００１６】
しかし、前述の自動リーク機構を具備すると、真空バルブの複雑化し、部品点数が増え、製造コストが増加する。また、シール部分が増え、リーク発生の危険性が増えるとともに、開閉動作の手順が増え、開閉動作の応答性が悪化するという問題がある。また、同時に、故障や不具合いの発生頻度は増えるという問題がある。
【００１７】
また、真空ポンプからの逆流を防ぐため、真空バルブを閉じた後に真空ポンプを停止する必要がある場合、あるいは真空ポンプが稼動した後、真空ポンプの稼動状態が安定するまで真空バルブを全閉状態としておく必要がある場合など、真空ポンプが稼動中でも真空バルブを全閉状態としておきたい場合がある。
【００１８】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、差圧式の真空バルブにおいて、真空バルブの構成を複雑かつ高コストとすることなく、弁閉鎖時に全閉状態を確実に維持できるようにすることを目的とする。また、真空ポンプが稼動中でも必要な時に、全閉状態を確実に維持できる真空バルブを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
かかる目的を達成するため、第１の本発明の真空バルブは、
真空ポンプと真空チャンバとに連結され該真空チャンバ内の雰囲気を排気する排気路に介設され該排気路を開閉する真空バルブにおいて、
前記排気路に介在されたバルブハウジング、及び該バルブハウジングの内部に摺動自在に収納され該バルブハウジング内に形成された弁座に当接又は離間して該排気路を開閉する弁機能体と、
該弁機能体に一体に形成され該バルブハウジング内を２つの領域に仕切る仕切り部と、
該仕切り部に対して弁機能体の開動作方向に画成されたバネ室、及び該バネ室に装着され該弁機能体に対して閉動作方向へバネ力を付勢するバネ部材と、
該仕切り部に対して弁機能体の閉動作方向に画成され該バルブハウジング壁に設けられた貫通孔を介して大気と連通する大気圧室と、
該バネ室を弁機能体の出口側排気路又は該大気圧室に選択的に接続可能な連通路と、からなり、
弁機能体の入口側排気路に面する入口側端面から該大気圧室に至る領域で同一の外径とすることによって、該入口側端面と対面する面を形成しないように構成するとともに、
該大気圧室に面する弁機能体に弁機能体の入口側端面と対面する大気圧面を形成し、該大気圧面に大気圧による閉動作方向の作用力を負荷するようにしたものである。
【００２０】
第１の本発明において、真空バルブを稼動させて真空チャンバの排気運転を実施する場合には、前記連通路を介してバネ室と弁機能体の出口側排気路とを連通させて、真空ポンプを稼動する。真空バルブの稼動によって該出口側排気路は大気圧より低い真空圧になり、該出口側排気路と連通したバネ室も真空圧になる。弁機能体の仕切り部には、バネ室側からバネ部材の付勢力とバネ室内のガス圧による作用力が負荷され、大気圧室側から大気圧による作用力が負荷される。バネ室が真空圧となることにより、弁機能体に作用する開動作方向の力が閉動作方向の力より大きくなるため、弁機能体は弁座を離れる方向に動き、排気路を開放する。
【００２１】
その後、真空チャンバ内を真空状態として、排気運転を終了する場合は、真空ポンプの稼動を停止すると同時に、連通路を切り替えてバネ室と大気圧室とを連通させる。これによって、バネ室が大気圧となる。そのため、弁機能体に作用する閉動作方向の力が開動作方向の力より大きくなるため、弁機能体は弁座に接近する方向に動き、排気路を閉鎖する。
【００２２】
第１の本発明においては、弁機能体の入口側排気路に面する入口側端面から該大気圧室に至る領域で同一の外径とし、該入口側端面と対面する面を形成しないように構成したことにより、真空ポンプの運転により真空バルブの出口側排気路を真空圧とした時に、真空バルブの閉鎖時に、入口側排気路から弁機能体の入口側端面に負荷される開動作方向の力を生じないようにしたものである。
【００２３】
さらに、大気圧室に面する弁機能体に弁機能体の入口側端面と対面する大気圧面を形成し、該大気圧面に大気圧による閉動作方向の作用力を負荷するようにしたため、弁機能体の閉動作後に、全閉状態を確実に維持することができる。従って、真空ポンプの稼動中に真空バルブを閉動作する時も全閉状態を確実に維持することができる。
【００２４】
第１の本発明において、弁機能体の入口側端面に開口し該弁機能体の長手方向に穿設された空洞部を形成するようにしてもよい。これによって、弁機能体の軽量化が可能になり、弁機能体の動きをさらにスムーズに行なうことができる。なお、この場合、該空洞部の半径方向に位置する周面に負荷されるガス圧は、弁機能体の半径方向に負荷されるので、弁機能体の開閉動作に影響を与えることはない。
【００２５】
次に、第２の本発明の真空バルブは、
真空ポンプと真空チャンバとに連結され該真空チャンバ内の雰囲気を排気する排気路に介設され該排気路を開閉する真空バルブにおいて、
前記排気路に介在されたバルブハウジング、及び該バルブハウジングの内部に摺動自在に収納され該バルブハウジング内に形成された弁座に当接又は離間して該排気路を開閉する弁機能体と、
該弁機能体に一体に形成され該バルブハウジング内を２つの領域に仕切る仕切り部と、
該仕切り部に対して弁機能体の開動作方向に画成されたバネ室、及び該バネ室に装着され該弁機能体に対して閉動作方向へバネ力を付勢するバネ部材と、
該仕切り部に対して弁機能体の閉動作方向に画成され該バルブハウジング壁に設けられた貫通孔を介して大気と連通する大気圧室と、
該バネ室を弁機能体の出口側排気路又は該大気圧室に選択的に接続可能な連通路と、からなり、
前記弁機能体の入口側端面に開口し該弁機能体の長手方向に該バネ室の近傍まで穿設された空洞部を形成し、該空洞部の端面を前記バネ室に対面するように配置したものである。
【００２６】
第２の本発明においては、入口側排気路から弁機能体に負荷される開動作方向の力を前記空洞部に形成された端面に負荷させるようにし、該端面をバネ室の近傍に位置させるとともに、該端面をバネ室に対面するように配置したことにより、入口側排気路から該端面に負荷される開動作方向の力を弁機能体の閉動作時にバネ室側から弁機能体に負荷される大気圧による作用力によって相殺するようにしたものである。
【００２７】
これによって、弁機能体の閉動作後に、全閉状態を確実に維持することができるとともに、真空ポンプの稼動中に真空バルブを閉動作する時も全閉状態を確実に維持することができる。また、弁機能体に該空洞部を形成することによって、弁機能体の軽量化を可能し、これによって弁機能体の動きをスムーズにし、応答性を向上させることができる。
【００２８】
第２の本発明において、弁機能体を、弁棒と、該弁棒の閉動作方向側端部に設けられ前記バルブハウジングに形成された弁座に当接又は離間して排気路を開閉する弁体と、該弁棒の開動作方向端部に設けられ該バルブハウジング内を前記バネ室と前記大気圧室とに仕切る前記仕切り部と、からなり、該弁棒を該バルブハウジングに一体に形成された支持部に摺動自在に支持させるとともに、該支持部と該仕切り部との間に該大気圧室を画成させ、空洞部の端面を該支持部の閉動作方向端よりバネ室寄りに配置させ、弁機能体の弁棒を弁体より小径にして該支持部と該弁棒間のシール面積を減少させるようにしてもよい。
【００２９】
かかる構成とすれば、真空バルブの構成を簡易なものとすることができるとともに、かかる簡易な構成で真空バルブの弁開閉動作の応答性を向上させることができる。また、真空バルブの全閉機能向上に加えて、空洞部の端面を該支持部の閉動作方向端よりバネ室側に配置させることにより、入口側排気路から空洞部の該端面に負荷される開動作方向の力の分力が該支持部に負荷されることがない。そのため、該支持部に対して弁機能体の芯ズレを生じない。さらに、弁機能体の弁棒を弁体より小径にして該支持部と該弁棒間のシール面積を減少させるようにしているため、支持部と弁機能体との間のシール機能を向上できる。
【００３０】
また、第１又は第２の本発明において、前記連通路を、前記バルブハウジング壁に設けられ前記弁機能体の出口側排気路、前記大気圧室及び前記バネ室を接続する連通路と、該連通路に設けられ該バネ室を該弁機能体の出口側排気路又は該大気圧室に切換え接続する三方弁と、から構成するようにすれば、簡単な構成で連通路の切換えを確実に行なうことができる。
【発明の効果】
【００３１】
第１の本発明によれば、弁機能体の入口側排気路に面する入口側端面から該大気圧室に至る領域で同一の外径とすることによって、該入口側端面と対面する面を形成しないように構成するとともに、該大気圧室に面する弁機能体に弁機能体の入口側端面と対面する大気圧面を形成し、該大気圧面に大気圧による閉動作方向の作用力を負荷するようにしたことによって、真空バルブの構成を複雑かつ高コストとすることなく、弁機能体の閉動作時に、弁機能体に負荷される開動作方向の力を相殺してスムーズに閉動作させるとともに、閉動作後に、全閉状態を確実に維持することができる。また、真空ポンプの稼動中に真空バルブを閉動作したる時も全閉状態を確実に維持することができる。
【００３２】
これによって、真空ポンプ側からの逆流により、真空ポンプの摩耗粉が真空チャンバに侵入したり、あるいは、真空ポンプの潤滑油が真空チャンバに侵入するおそれがなくなる。また、真空ポンプの稼動中に真空バルブを閉鎖して、真空ポンプの稼動状態が安定するまで真空バルブを全閉状態とすることができる。
【００３３】
第２の本発明によれば、弁機能体の入口側端面に開口し該弁機能体の長手方向に該バネ室の近傍まで穿設された空洞部を形成し、該空洞部の端面をバネ室に対面するように配置したことにより、前記第１の本発明と同様の作用効果を得ることができるとともに、それに加えて、該空洞部を形成することによって、弁機能体の軽量化を可能にし、弁機能体の応答性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
（実施形態1）
【００３５】
図１は、第１の本発明の一実施形態に係る真空バルブの縦断立面図である。図１において、内部雰囲気を排気されて真空状態とされる真空チャンバ３１と真空ポンプ３２との間に排気路３３（３３ａ、３３ｂ）が接続され、該排気路に該排気路を開閉可能とする真空バルブ３０が介設されている。以下、真空バルブ３０の構成を説明する。
【００３６】
真空バルブ３０は、排気路３３にバルブハウジング３４が介在され、バルブハウジング３４には、真空チャンバ３１に接続された入口側排気路３３ａに連通する真空ポート３５と、真空ポンプ３２に接続された出口側排気路３３ｂに連通する吸引ポート３６が形成されている。バルブハウジング３４の内部には、弁機能体４０がバルブハウジング３４の長手方向に摺動可能に収納されている。
【００３７】
弁機能体４０は、バルブハウジング３４の長手方向に配置された弁棒４１と、真空ポート３５側に面して弁棒４１の端部に取り付けられた弁棒４１より大径の円筒形状をなす弁体４２と、弁棒４１の他端に取り付けられた円板状のピストン４３とから構成されている。バルブハウジング３４の略中央部にはバルブハウジング３４の中心側に突出した支持部３７がバルブハウジング３４に一体に形成され、該支持部３７が弁機能体４０をバルブハウジング３４の長手方向に摺動可能に支持している。
【００３８】
バルブハウジング３４の真空ポート３５近傍には弁座３８が形成され、弁体４２は、弁座３８に当接又は離間して入口側排気路３３ａを閉鎖又は開放する入口側端面４２ａから支持部３７に支持される部位まで円周面４２ｂは同一外径をなしている。支持部３７と弁機能体４０との間には、シール用のＯリング４４が介装されている。弁座３８と入口側端面４２ａとの間にはＯリング４５が介装されている。また、ピストン４３とバルブハウジング３４との間にＯリング４６が介装され、バルブハウジング３４とピストン４３との間をシールしている。これによって、ピストン４３の両側に面して２つの密閉空間を形成している。
【００３９】
ピストン４３の一側（図１中ピストン４３の左側であって、弁機能体４０の閉動作方向ａ）には、バルブハウジング３４に貫設された貫通孔４７を介して外気と連通した大気圧室５０が形成されている。一方、ピストン４３の他側（図１中ピストン４３の右側であって、弁機能体４０の開動作方向ｂ）には、バネ室５１が形成されている。バネ室５１には、一端がピストン４３の一方の面４３ｂに接続され、他端がバルブハウジング３４の内壁に取り付けられたコイルバネ５２が縮設されている。
【００４０】
また、弁機能体４０には、大気圧室５０に面して大気圧面５０ａが形成され、大気圧面５０ａには大気圧が負荷され、該大気圧によって弁機能体４０を閉動作方向ａに押す作用力が負荷される。
【００４１】
これによって、ピストン４３には、大気圧室５０側から一方の面４３ａに大気圧室５０の大気圧による作用力が負荷されるとともに、バネ室５１側からは、他方の面４３ｂにコイルバネ５２のバネ力とバネ室５１内のガス圧による作用力との和が負荷される。
【００４２】
また、バルブハウジング３４には、吸引ポート３６と、大気圧室５０と、バネ室５１とを連通する連通孔５３，５４及び５５が穿設されている。そして、連通孔５３〜５５には、バネ室５１を吸引ポート３６又は大気圧室５０に選択的に連通する三方電磁弁５６が介設されている。三方電磁弁５６は、コントローラ５７によって連通路５３〜５５を前述の切り替え動作を行なうように作動される。
【００４３】
かかる構成の本実施形態において、弁体４２の入口側端面４２ａが弁座３８に当接し、真空ポート３５が弁機能体４０によって閉鎖された状態で、真空チャンバ３１の排気運転を開始する。この場合の運転手順は、コントローラ５７によって三方電磁弁５６を作動させ、吸引ポート３６とバネ室５１とを連通させる。同時に、真空ポンプ３２を稼動させる。真空ポンプ３２の稼動開始によって、吸引ポート３６が急速に負圧となり、吸引ポート３６とバネ室５１とが連通しているために、バネ室５１も負圧となる。
【００４４】
真空ポンプ３２の稼動によってバネ室５１が真空圧になると、バネ室５１も真空圧となる。これによって、弁機能体４０に対して開動作方向ｂに負荷する力（入口側端面４２ａ及びピストン４３の面４３ａに負荷する力）が弁機能体４０を閉動作方向ａに負荷する力（弁体４２の大気圧面５０ａに負荷する大気圧及びコイルバネ５２のバネ力）を上回る。そして、弁機能体４０が閉動作方向ａに移動するため、真空ポート３５が開放される。この状態で真空ポンプ３２の稼動を継続し、真空チャンバ３１内の空気を真空ポンプ３２で吸引して真空チャンバ３１内のを真空状態とする。
【００４５】
真空チャンバ３１を真空状態とした後、真空ポンプ３２の稼動を停止する。真空ポンプ３２の停止と同時に、コントローラ５７によって三方電磁弁５６を作動させ、連通路５３と連通路５５とを遮断し、連通路５４と連通路５５とを連通させる。この時バネ室５１は真空圧であるため、大気圧室５０内の空気がバネ室５１内に流入する。
【００４６】
大気圧室５０とバネ室５１とを連通したことによって、大気圧室５０からバネ室５１に空気が流入し、バネ室５１を大気圧とする。これによって、ピストン４３のバネ室５１側の面４３ｂに大気圧が負荷されるため、弁機能体４０に対して閉動作方向ａに負荷する力が弁機能体４０を開動作方向ｂに負荷する力を上回る。そのため、弁機能体４０が閉動作方向ａに移動する。そして、真空ポート３５が閉鎖される。
【００４７】
このように、本実施形態によれば、弁機能体４０を入口側端面４２ａからバルブハウジング３４の支持部３７に支持される部位までを同一外径とし、吸引ポート３６に面する部位に入口側端面４２ａと対面する面を形成しない構成としたことにより、入口側端面４２ａに負荷される開動作方向ｂの力と入口側端面４２ａに対面する面に負荷される閉動作方向ａの力との間で差圧を形成しないようにし、かつ弁機能体４０に大気圧室５０に面する大気圧面５０ａを形成して該大気圧面５０ａに閉動作方向ａの力を負荷するようにしたので、弁閉鎖時に全閉状態を確実に維持することができる。
従って、真空ポンプ３２の稼動中に真空バルブ３０を閉動作する時も全閉状態を確実に維持することができる。
【００４８】
これによって、真空ポンプ３２側からの逆流により、真空ポンプ３２の摩耗粉が真空チャンバ３１に侵入したり、あるいは、真空ポンプ３２が給油式の場合に、真空ポンプ３２の潤滑油が真空チャンバ３１に侵入するおそれがなくなる。また、真空ポンプ３２の稼動中に真空バルブ３０を閉鎖して、真空ポンプ３２の稼動状態が安定するまで真空バルブ３０を全閉状態とすることができる。
【００４９】
しかも、前述の自動リーク機構を備える必要がないので、真空バルブの構成を複雑にすることがなく、コストアップを招かない。また、バルブ構成を簡素に維持できるので、シール箇所が増えず、このため、リーク発生の危険性が増加するおそれがないとともに、弁開閉動作も複雑にならないので、開閉動作の応答性も低下しない。
【００５０】
なお、本実施形態の変形例として、図１において、弁体４２の入口側端面４２ａに開口し弁機能体４０の長手方向に空洞部５８を穿設するようにするとよい。これによって、弁機能体４０を軽量化することができるので、弁機能体４０の開閉動作の応答性をさらに向上させることができる。
（実施形態２）
【００５１】
次に、第２の本発明の一実施形態を図２に基づいて説明する。図２において、図１に示す前記実施形態と同一の符号を付した部位又は機器は前記実施形態と同一の部位又は機器であるため、それらの説明を省略する。
図２において、弁機能体４０は、弁座３８に当接又は離間して真空ポート３５を閉鎖又は開放する円板状の弁体４２と、バルブハウジング３４の長手方向に延設された弁体４２より小径の弁棒４１と、弁棒４１の開動作方向ｂ端に一体的に設けられたピストン４３からなる。そして、弁機能体４０は、バルブハウジング３４の中心側に突設されバルブハウジング３４と一体に形成された支持部３７によって弁棒４１が矢印ａ又はｂ方向に摺動可能に支持されている。
【００５２】
本実施形態では、大気圧室５０の大気圧を弁機能体４０に対して閉動作方向ａに負荷される大気圧面５０ａは形成されていない。そして、弁機能体４０の中心部には弁機能体４０の長手方向に沿って空洞部６１が穿設されている。該空洞部３７の端面は、支持部３７の閉動作方向ａの端面３７ａを越えて、バネ室５１の近傍に配置されている。
その他の構成は前記実施形態と同一である。
【００５３】
本実施形態によれば、真空ポート３５から弁機能体４０に負荷される開動作方向ｂの力を空洞部６１の端面６１ａに負荷させるようにし、該端面をバネ室５１の近傍に位置させるとともに、該端面をバネ室５１に対面するように配置したことにより、真空ポート３５から端面６１ａに負荷される開動作方向ａの力を弁機能体４０の閉動作時にバネ室５１側からピストン４３の一方の面４３ｂに負荷される大気圧による作用力によって相殺するようにしたものである。
【００５４】
これによって、前述の自動リーク機構を備えることなく、簡単かつ低コストで、弁機能体４０の閉動作後に、全閉状態を確実に維持することができるとともに、真空ポンプ３２の稼動中に真空バルブ３０を閉動作する時も全閉状態を確実に維持することができる。
また、弁機能体４０に空洞部６１を形成することによって、弁機能体４０の軽量化を可能し、これによって弁機能体４０の開閉動作の動きをスムーズに行なうようにし、弁機能体４０の応答性を向上させることができる。
【００５５】
さらに、本実施形態では、空洞部６１の端面６１ａを支持部３７の閉動作方向ａの端面３７ａよりバネ室５１側に配置し、該端面６１ａに真空ポート３５のガス圧を負荷させるようにしたため、真空ポート３５のガス圧が支持部３７に向けて負荷されるのをなくすことができる。そのため、弁機能体４０の芯ズレを防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明によれば、弁構成を複雑にする移動リーク機構を備えることなく、簡単かつ安価な構成で、真空バルブの全閉機能を向上できるので、真空バルブ停止時に真空チャンバへの排気の逆流を防止できて、真空チャンバの真空破壊等を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る真空バルブの縦断立面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る真空バルブの縦断立面図である。
【図３】従来の真空バルブの縦断立面図である。
【符号の説明】
【００５８】
３０ 真空バルブ
３１ 真空チャンバ
３２ 真空ポンプ
３３ａ，３３ｂ 排気路
３４ バルブハウジング
３５ 真空ポート（入口側排気路）
３６ 吸引ポート（出口側排気路）
３７ 支持部
３７ａ 閉動作方向端面
３８ 弁座
４０ 弁機能体
４１ 弁棒
４２ 弁体
４２ａ 入口側端面
４３ ピストン（仕切り部）
４７ 貫通孔
５０ 大気圧室
５０ａ 大気圧面５０ａ
５１ バネ室
５２ コイルバネ（バネ部材）
５３，５４，５５ 連通路
５６ 三方電磁弁
５７ コントローラ
６１ 空洞部
６１ａ 空洞部端面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空ポンプと真空チャンバとに連結され該真空チャンバ内の雰囲気を排気する排気路に介設され該排気路を開閉する真空バルブにおいて、
前記排気路に介在されたバルブハウジング、及び該バルブハウジングの内部に摺動自在に収納され該バルブハウジング内に形成された弁座に当接又は離間して該排気路を開閉する弁機能体と、
該弁機能体に一体に形成され該バルブハウジング内を２つの領域に仕切る仕切り部と、
該仕切り部に対して弁機能体の開動作方向に画成されたバネ室、及び該バネ室に装着され該弁機能体に対して閉動作方向へバネ力を付勢するバネ部材と、
該仕切り部に対して弁機能体の閉動作方向に画成され該バルブハウジング壁に設けられた貫通孔を介して大気と連通する大気圧室と、
該バネ室を弁機能体の出口側排気路又は該大気圧室に選択的に接続可能な連通路と、からなり、
弁機能体の入口側排気路に面する入口側端面から該大気圧室に至る領域で同一の外径とすることによって、該入口側端面と対面する面を形成しないように構成するとともに、
該大気圧室に面する弁機能体に弁機能体の入口側端面と対面する大気圧面を形成し、該大気圧面に大気圧による閉動作方向の作用力を負荷するようにしたことを特徴とする真空バルブ。
【請求項２】
前記弁機能体の入口側端面に開口し該弁機能体の長手方向に穿設された空洞部を形成してなることを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
【請求項３】
真空ポンプと真空チャンバとに連結され該真空チャンバ内の雰囲気を排気する排気路に介設され該排気路を開閉する真空バルブにおいて、
前記排気路に介在されたバルブハウジング、及び該バルブハウジングの内部に摺動自在に収納され該バルブハウジング内に形成された弁座に当接又は離間して該排気路を開閉する弁機能体と、
該弁機能体に一体に形成され該バルブハウジング内を２つの領域に仕切る仕切り部と、
該仕切り部に対して弁機能体の開動作方向に画成されたバネ室、及び該バネ室に装着され該弁機能体に対して閉動作方向へバネ力を付勢するバネ部材と、
該仕切り部に対して弁機能体の閉動作方向に画成され該バルブハウジング壁に設けられた貫通孔を介して大気と連通する大気圧室と、
該バネ室を弁機能体の出口側排気路又は該大気圧室に選択的に接続可能な連通路と、からなり、
前記弁機能体の入口側端面に開口し該弁機能体の長手方向に該バネ室の近傍まで穿設された空洞部を形成し、該空洞部の端面を前記バネ室に対面するように配置したことを特徴とする真空バルブ。
【請求項４】
前記弁機能体が、
弁棒と、該弁棒の閉動作方向側端部に設けられ前記バルブハウジングに形成された弁座に当接又は離間して排気路を開閉する弁体と、該弁棒の開動作方向端部に設けられ該バルブハウジング内を前記バネ室と前記大気圧室とに仕切る前記仕切り部と、からなり、
該弁棒を該バルブハウジングに一体に形成された支持部に摺動自在に支持させるとともに、該支持部と該仕切り部との間に該大気圧室を画成させ、
前記空洞部の端面を該支持部の閉動作方向端よりバネ室寄りに配置させ、
弁機能体の弁棒を弁体より小径にして該支持部と該弁棒間のシール面積を減少させたことを特徴とする請求項３に記載の真空バルブ。
【請求項５】
前記連通路が、
前記バルブハウジング壁に設けられ前記弁機能体の出口側排気路、前記大気圧室及び前記バネ室を接続する連通路と、該連通路に設けられ該バネ室を該弁機能体の出口側排気路又は該大気圧室に切換え接続する三方弁と、からなることを特徴とする請求項１又は３に記載の真空バルブ。
【請求項１】
真空ポンプと真空チャンバとに連結され該真空チャンバ内の雰囲気を排気する排気路に介設され該排気路を開閉する真空バルブにおいて、
前記排気路に介在されたバルブハウジング、及び該バルブハウジングの内部に摺動自在に収納され該バルブハウジング内に形成された弁座に当接又は離間して該排気路を開閉する弁機能体と、
該弁機能体に一体に形成され該バルブハウジング内を２つの領域に仕切る仕切り部と、
該仕切り部に対して弁機能体の開動作方向に画成されたバネ室、及び該バネ室に装着され該弁機能体に対して閉動作方向へバネ力を付勢するバネ部材と、
該仕切り部に対して弁機能体の閉動作方向に画成され該バルブハウジング壁に設けられた貫通孔を介して大気と連通する大気圧室と、
該バネ室を弁機能体の出口側排気路又は該大気圧室に選択的に接続可能な連通路と、からなり、
弁機能体の入口側排気路に面する入口側端面から該大気圧室に至る領域で同一の外径とすることによって、該入口側端面と対面する面を形成しないように構成するとともに、
該大気圧室に面する弁機能体に弁機能体の入口側端面と対面する大気圧面を形成し、該大気圧面に大気圧による閉動作方向の作用力を負荷するようにしたことを特徴とする真空バルブ。
【請求項２】
前記弁機能体の入口側端面に開口し該弁機能体の長手方向に穿設された空洞部を形成してなることを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
【請求項３】
真空ポンプと真空チャンバとに連結され該真空チャンバ内の雰囲気を排気する排気路に介設され該排気路を開閉する真空バルブにおいて、
前記排気路に介在されたバルブハウジング、及び該バルブハウジングの内部に摺動自在に収納され該バルブハウジング内に形成された弁座に当接又は離間して該排気路を開閉する弁機能体と、
該弁機能体に一体に形成され該バルブハウジング内を２つの領域に仕切る仕切り部と、
該仕切り部に対して弁機能体の開動作方向に画成されたバネ室、及び該バネ室に装着され該弁機能体に対して閉動作方向へバネ力を付勢するバネ部材と、
該仕切り部に対して弁機能体の閉動作方向に画成され該バルブハウジング壁に設けられた貫通孔を介して大気と連通する大気圧室と、
該バネ室を弁機能体の出口側排気路又は該大気圧室に選択的に接続可能な連通路と、からなり、
前記弁機能体の入口側端面に開口し該弁機能体の長手方向に該バネ室の近傍まで穿設された空洞部を形成し、該空洞部の端面を前記バネ室に対面するように配置したことを特徴とする真空バルブ。
【請求項４】
前記弁機能体が、
弁棒と、該弁棒の閉動作方向側端部に設けられ前記バルブハウジングに形成された弁座に当接又は離間して排気路を開閉する弁体と、該弁棒の開動作方向端部に設けられ該バルブハウジング内を前記バネ室と前記大気圧室とに仕切る前記仕切り部と、からなり、
該弁棒を該バルブハウジングに一体に形成された支持部に摺動自在に支持させるとともに、該支持部と該仕切り部との間に該大気圧室を画成させ、
前記空洞部の端面を該支持部の閉動作方向端よりバネ室寄りに配置させ、
弁機能体の弁棒を弁体より小径にして該支持部と該弁棒間のシール面積を減少させたことを特徴とする請求項３に記載の真空バルブ。
【請求項５】
前記連通路が、
前記バルブハウジング壁に設けられ前記弁機能体の出口側排気路、前記大気圧室及び前記バネ室を接続する連通路と、該連通路に設けられ該バネ室を該弁機能体の出口側排気路又は該大気圧室に切換え接続する三方弁と、からなることを特徴とする請求項１又は３に記載の真空バルブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−８５２４２（Ｐ２００９−８５２４２Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５２１０５（Ｐ２００７−２５２１０５）
【出願日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【出願人】（３９００２８４９５）アネスト岩田株式会社 (224)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【出願人】（３９００２８４９５）アネスト岩田株式会社 (224)
【Ｆターム（参考）】
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