真空制御バルブ及び真空制御システム
【課題】本発明は遮断機能を有する真空制御バルブの設計自由度を高める技術を提供する。
【解決手段】本発明は、真空容器と真空ポンプとの間に接続され、作動流体によって弁開度を操作して真空容器内の真空圧力を制御する真空制御バルブ３０を提供する。本真空制御バルブ３０は、リフト量の調節による弁開度の操作と遮断とを行う弁体３３とピストンとを有する動作部と、ピストンを収容するシリンダ３１と、リフト量が小さくなる方向に動作部を付勢する付勢部と、ピストンの外周面とシリンダ３１の内周面との間の隙間を、ピストンの動作に追従しつつ密閉するベロフラム３４と、ベロフラム３４によって密閉され、作動流体の作用圧力に応じてリフト量を大きくする方向に荷重を発生させる弁開度操作室と、作動流体の供給に応じて動作部に対してリフト量を小さくする方向に荷重を発生させる遮断荷重発生室と、を備える。
【解決手段】本発明は、真空容器と真空ポンプとの間に接続され、作動流体によって弁開度を操作して真空容器内の真空圧力を制御する真空制御バルブ３０を提供する。本真空制御バルブ３０は、リフト量の調節による弁開度の操作と遮断とを行う弁体３３とピストンとを有する動作部と、ピストンを収容するシリンダ３１と、リフト量が小さくなる方向に動作部を付勢する付勢部と、ピストンの外周面とシリンダ３１の内周面との間の隙間を、ピストンの動作に追従しつつ密閉するベロフラム３４と、ベロフラム３４によって密閉され、作動流体の作用圧力に応じてリフト量を大きくする方向に荷重を発生させる弁開度操作室と、作動流体の供給に応じて動作部に対してリフト量を小さくする方向に荷重を発生させる遮断荷重発生室と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置や液晶製造装置といった様々な真空装置に使用される真空容器内の気体を排出する真空制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空容器内の気体を排出する流路に装備され、その流路の弁開度を操作することによって真空容器内の真空圧力を制御する真空制御弁が実現されている。真空制御弁には、真空圧力の制御だけでなく流路を完全に遮断する遮断機能を有するものも提案されている。具体的には、付勢バネを使用する単動式のベロフラムシリンダで低ヒステリシスの弁開度操作を実現し、付勢バネによる遮断機能で流路を遮断する真空制御弁も本発明者から提案されている（特許文献１）。単動式のベロフラムシリンダで低ヒステリシスの弁開度操作が実現可能なのは、ピストンパッキンの摺動抵抗に起因するヒステリシスが回避可能だからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−７２４５８号公報
【特許文献２】特開平０９−８９１２６号公報
【特許文献３】特開２００３−５６５１２号公報
【特許文献４】特開２００３−３２２１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、遮断機能を有する単動式のベロフラムシリンダの真空制御弁には、大口径化において設計上の限界があることが本発明者によって見出された。遮断機能は、遮断時の耐圧性の確保のために口径面積に応じた荷重で遮断するので、大口径化が付勢バネの荷重増大の要因となるからである。大荷重を発生させる付勢バネは、バルブの組み立てを極めて困難とするので、製造性が著しく悪化することが本発明者によって見出された。一方、付勢バネを使用せずに、複動式のベロフラムシリンダとすることも本発明者によって検討されたが、ベロフラムシリンダの複動化は２個のベロフラムを対称に装備しなければならず、真空制御弁の大型化の要因となることが本発明者によって見出された。ベロフラムは、一方方向の圧力に対してのみ正常に作動するからである。
【０００５】
本発明は、上述の従来の課題の少なくとも一部を解決するために創作されたものであり、遮断機能を有する真空制御バルブの設計自由度を高める技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するのに有効な手段等につき、必要に応じて効果等を示しつつ説明する。
【０００７】
手段１．真空容器と真空ポンプとの間に接続され、作動流体によって弁開度を操作して前記真空容器内の真空圧力を制御する真空制御バルブであって、前記真空容器と前記真空ポンプとを接続する流路と、前記流路に形成されている弁座とを有する制御バルブ本体と、前記弁座との距離であるリフト量の調節による前記弁開度の操作と、前記弁座への当接による前記流路の遮断とを行う弁体と、ピストンと、前記弁体と前記ピストンとを結合するロッドと、を有する動作部と、前記制御バルブ本体に接続され、前記ピストンを収容するシリンダと、前記リフト量が小さくなる方向に前記動作部を付勢する付勢部と、前記ピストンの外周面と前記シリンダの内周面との間の隙間を、前記ピストンの動作に追従しつつ密閉するベロフラムと、を備え、前記動作部及び前記シリンダは、前記ベロフラムによって密閉され、前記ロッドを囲む筒状の形状を有する空間であって、前記作動流体の作用圧力に応じて前記ピストンに対して前記リフト量を大きくする方向に荷重を発生させる弁開度操作室と、前記弁開度操作室と中心軸線を共有し、前記作動流体の供給に応じて前記動作部に対して前記リフト量を小さくする方向に荷重を発生させる遮断荷重発生室と、を形成している真空制御バルブ。
【０００８】
手段１は、真空容器と真空ポンプとの間に接続され、作動流体によって弁開度を操作して真空容器内の真空圧力を制御する真空制御バルブである。本真空制御バルブは、作動流体の圧力によってピストンに対して遮断荷重を印加する遮断荷重発生室を有するので、遮断機能に起因する付勢部に対する要求仕様を緩和することができる。これにより、遮断機能を有する真空制御バルブの設計自由度を高めることができる。
【０００９】
遮断機能に起因する付勢部に対する要求仕様は、たとえば想定される最悪の状態として真空ポンプ側の接続口が大気開放状態で、真空容器側の接続口が真空状態となっているケースを想定して設定される。この設定では、真空ポンプ側接続口が大口径となるにしたがって、大きな付勢力が要求されることになる。このような付勢力を発生させる付勢部（たとえばバネ）の装備は、真空制御バルブの大型化の要因の一つとなり、製造時の組み付けの負担も過大となる。本真空制御バルブは、遮断荷重を印加する遮断荷重発生室の装備によって、このような問題を解決し、大型化を抑制するとともに製造性の確保と大口径化を実現することができる。
【００１０】
追従性を有するベロフラムによる密閉（封止）は、ベロフラムでシリンダの内周面とピストンの外周面との間の摺動抵抗が小さく低ヒステリシスで高い応答性の作動を実現することができる。このような密閉構造は、付勢部を使用する単動式であれば上述の高性能の作動と、大型化の抑制とを両立させることができる。これにより、真空制御バルブは、リフト量の調節による低ヒステリシスで高い応答性の弁開度の操作を実現して、真空容器内の真空圧力を精密に制御することができる。
【００１１】
一方、遮断荷重発生室は、動作部の動作方向に延びる中心線に対し、弁開度操作室の内側に形成されているので、以下の効果を奏することができる。
（１）摺動半径を小さくすることができるので、遮断荷重発生室の装備に起因する摺動抵抗の発生を抑制することができる。
（２）遮断荷重発生室は、ピストンの動作方向に延びる中心線の方向において弁開度操作室と重なる位置に配置することができるので、遮断荷重発生室の装備に起因する真空制御バルブの大型化を抑制することができる。
【００１２】
このように、手段１の真空制御バルブは、真空制御バルブの大型化を抑制しつつ低ヒステリシスの制御機能を実現するとともに、遮断機能に起因する付勢部の設計自由度の制限を緩和させることができる。これにより、真空制御バルブの低ヒステリシスの制御性能の向上を実現しつつ、小型化及び製造性の向上をも両立させることができる。
【００１３】
手段２．前記シリンダは、前記遮断荷重発生室に収容されている摺動凸部を有するヘッドカバーを備え、前記真空制御バルブは、前記遮断荷重発生室と前記摺動凸部との間を封止する封止面を有し、前記遮断荷重発生室への前記作動流体の供給に応じて前記封止面の面圧が高められる封止部を備える手段１に記載の真空制御バルブ。
【００１４】
手段２の真空制御バルブには、遮断荷重発生室への作動流体の供給に応じて封止面の面圧が高められる封止部が遮断荷重発生室に使用されている。これにより、弁開度の操作時、すなわち非遮断時においては、遮断荷重発生室の封止面の面圧を抑制して低摩擦の摺動で動かすことができる。この結果、たとえばベロフラムをしなくても、簡易な構成で低ヒステリシスでの弁開度の操作を実現することができる。
【００１５】
手段３．前記摺動凸部は、前記弁開度操作室と中心軸線を共有し、前記弁開度操作室の内径よりも小さな外径の円筒状の形状を有し、前記動作部は、前記摺動凸部の内周面に囲まれた空間において前記動作の方向に延びるガイド部を有し、前記真空制御バルブは、前記ガイド部と前記摺動凸部との間に配置され、前記動作の方向の摺動を可能とし、前記ガイド部と前記摺動凸部の前記動作の方向と垂直な方向の位置関係を相互に拘束する軸受を備える手段２の真空制御バルブ。
【００１６】
手段３の真空制御バルブでは、円筒状の摺動凸部の内周面に囲まれた空間において動作の方向に延びるガイド部が動作部に備えられているので、ベロフラムの摺動面よりも軸受に近い位置に摺動凸部の摺動面が配置されることになる。これにより、ベロフラムよりも精度要求が厳しい、遮断荷重発生室と摺動凸部との間の摺動面の隙間の精度を簡易に向上させることができる。
【００１７】
手段４．前記遮断荷重発生室は、前記ロッドの内部に形成されている手段１乃至３のいずれか１つに記載の真空制御バルブ。
【００１８】
手段４の真空制御バルブでは、遮断荷重発生室が動作部の内部に形成されているので、動作部の占有空間を有効利用して遮断荷重印加部を装備することができる。これにより、遮断荷重発生室の形成に起因する真空制御バルブの大型化を抑制することができる。さらに、動作部の内部に遮断荷重発生室を形成することによって、遮断荷重発生室の直径を小さくする方向に大きな設計自由度を提供することもできる。
【００１９】
手段５．手段１乃至４のいずれか一つに記載の真空制御バルブと、前記真空容器内の真空圧力を計測する圧力センサと、作動流体を供給するための作動流体供給部と、前記作動流体を排気するための作動流体排気部とに接続され、前記真空制御バルブに前記作動流体を供給する空気圧回路と、前記空気圧回路から前記真空制御バルブに供給される作動流体を操作して、前記真空容器内の真空圧力を制御する制御部と、を備える真空制御システム。
【００２０】
本発明は、真空制御システムとしても具現化することができる。
【００２１】
手段６．前記制御部は、前記真空ポンプの停止を表す情報を含む真空ポンプ停止信号の受信に応じて前記弁開度操作室と前記作動流体排気部との間の流路を接続するとともに、前記遮断荷重発生室と前記作動流体供給部との間の流路を接続する手段５に記載の真空制御システム。
【００２２】
手段６の真空制御システムでは、真空ポンプ停止信号の受信に応じて遮断荷重が印加される作動モードとなるので、真空ポンプの不測の停止によって真空ポンプ側の圧力が上昇しても遮断状態を確保することができるという利点を有している。なお、「真空ポンプ停止信号の受信」は、たとえば真空ポンプの作動状態を表す真空ポンプ側の内部接点の状態確認や真空ポンプの正常信号の不達といったものも含む広い意味を有している。
【００２３】
手段７．前記空気圧回路は、非通電状態で前記弁開度操作室と前記作動流体排気部との間の流路を接続する第１の電磁弁と、非通電状態で前記遮断荷重発生室と前記作動流体供給部との間の流路を接続する第２の電磁弁と、を有する手段５又は６に記載の真空制御システム。
【００２４】
手段７の真空制御システムは、非通電状態で前記弁開度操作室と前記作動流体排気部との間の流路を接続する第１の電磁弁と、非通電状態で前記遮断荷重発生室と前記作動流体供給部との間の流路を接続する第２の電磁弁とを有するので、電源オフや停電時においては必ず緊急遮断状態となる。これにより、緊急停止や停電時の安全確保を考慮したシステム設計を簡易に実現することができる。
【００２５】
なお、本発明は、真空制御バルブや真空制御システムだけでなく、たとえば真空制御方法やその方法を具現化するコンピュータプログラム、プログラム媒体といった形で具現化することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】非通電時（バルブ全閉）の真空制御バルブ３０の構成を示す断面図。
【図２】非通電時の真空制御バルブ３０が有するロッドカバー８１の構成を示す拡大断面図。
【図３】バルブ全開時の真空制御バルブ３０の構成を示す断面図。
【図４】真空制御バルブ３０の真空圧力の制御時の作動状態を示す断面図。
【図５】パッキン７０と内周面６３との間の摩擦面を示す拡大断面図。
【図６】パッキン７０の装着状態を示して封止原理を説明する模式図。
【図７】遮断荷重発生室３９の非加圧時の状態を示して封止原理を説明する模式図。
【図８】遮断荷重発生室３９への加圧時を示して封止原理を説明する模式図。
【図９】実施形態の真空制御システム２０の構成を示す模式図。
【図１０】実施形態の空気圧回路２２の構成と作動内容とを示す模式図。
【図１１】実施形態の真空制御システム２０の制御ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（本発明の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図面に従って説明する。本実施形態は、新規な真空制御バルブと、その真空制御バルブを使用する半導体製造装置としてのエッチングプロセスの製造ラインにて使用される真空制御システムについて具体化している。
【００２８】
先ず、真空制御バルブの構成を図１乃至８の図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１は、非通電時（バルブ全閉）の真空制御バルブ３０の構成を示す断面図である。図２は、非通電時の真空制御バルブ３０が有するロッドカバー８１の構成を示す拡大断面図である。図３は、バルブ全開時の真空制御バルブ３０の構成を示す断面図である。真空制御バルブ３０は、制御バルブ本体４３と、シリンダチューブ３１と、動作部材３２とを備えている。制御バルブ本体４３は、動作部材３２の移動方向（軸線方向）に延びる円筒状の形状を有している。制御バルブ本体４３には、軸線方向においてシリンダチューブ３１側に開口する略円柱状の凹部である弁箱４５が形成されている。弁箱４５の開口部は、動作部材３２が摺動可能に貫通している貫通孔８２を有するロッドカバー８１によって塞がれている。
【００３０】
動作部材３２は、弁箱４５において真空制御バルブ３０の弁開度を操作する弁体３３と、貫通孔８２を貫通するロッド３２ｒと、ロッド３２ｒの端部に接続されているピストン５１とを備えている。弁体３３は、ロッド３２ｒに接続されており、動作部材３２を軸方向に移動させてリフト量Ｌａを変化させることができる。リフト量Ｌａは、本実施形態では、弁開度に相当する。動作部材３２は、動作部に相当する。
【００３１】
弁体３３は、制御バルブ本体４３に形成されている弁座４２に当接することによって流路を遮断する機能を有している。流路の遮断は、弁箱４５の内部において弁体３３を弁座４２に当接させて二次側ポート４４を弁箱４５から隔離することによって行われる。遮断時の封止は、弁体３３からその一部が突出したＯリング７５を弁座４２に当接させて潰すことによって実現されている。弁座４２は、たとえば弁体３３に対して軸線方向に対向する環状の領域であって、二次側ポート４４との接続口の周囲に形成されている表面粗さが小さな領域である。Ｏリング７５は、弁座４２に対して軸線方向に対向する位置に環状の形状を有している。
【００３２】
ピストン５１は、シリンダチューブ３１の内周面５３に向かって半径方向に延びる環状の形状を有し、シリンダチューブ３１の内周面５３において密閉された弁開度操作室３６（図３参照）を形成している。ピストン５１の外周端部には、軸線方向において弁開度操作室３６の反対側に延びる円筒状の形状を有する筒状部材５１ｖが接続されている。ピストン５１には、弁開度操作室３６を密封するベロフラム３４が接続されている。
【００３３】
弁開度操作室３６は、ベロフラム３４と、ロッドカバー８１と、ロッド３２ｒと、ピストン５１（ベロフラムリテーナ５２）と、によって囲まれている容積が可変のドーナツ状の密閉空間として形成されている。ベロフラム３４は、その内周側の端部がピストン５１とベロフラムリテーナ５２の間において螺子５４で締結されている。一方、ベロフラム３４は、その外周側の端部３４ａがシリンダチューブ３１とロッドカバー８１との間で挟まれている。これにより、ベロフラム３４とロッドカバー８１との間と、ベロフラム３４とシリンダチューブ３１との間と、が密閉（封止）されている。弁開度操作室３６は、ベロフラム３４によって内周面５３によって形成されている内部空間を区画することによって形成されている。弁開度操作室３６には、開弁用空気流路３７と接続流路８７とを介して操作エアを供給することができる。なお、操作エアの供給方法については後述する。操作エアは作動流体に相当する。
【００３４】
ベロフラム３４は、シルクハット型の形状を有し、長い行程（ストローク）で追従あるいは転動（折り返し部分の移動）することが可能な可堯性の空間区画部材である。ベロフラム３４は、ピストン５１の外周面５１ｓ（図３参照）とシリンダチューブ３１の内周面５３との間の隙間を、ピストン５１の動作に追従しつつ密閉するベロフラムである。ベロフラム３４は、転動型ダイアフラムとも呼ばれ、動作部材３２と弁開度操作室３６との間に摩擦の要因となる面接触を形成しないので、摺動抵抗が極めて小さく低ヒステリシス特性や微小圧力応答性、高い密封性といった固有の特性を有している。ベロフラム３４は、円滑に転動が行えるように、リニアベアリング６５によって外周面５１ｓと内周面５３との隙間を確保するように構成されている。リニアベアリング６５の詳細については後述する。
【００３５】
ベロフラム３４は、真空制御バルブ３０において最も直径の大きなシリンダチューブ３１の内周面５３とピストン５１との間の摺動部を密封しているので、摩擦面を排除して顕著に動作部材３２の摺動摩擦抵抗を小さくすることができる。これにより、電空制御弁２６から開弁用空気流路３７に供給される操作エアの圧力操作によって、低ヒステリシス特性において高い応答性でのリフト量Ｌａの調節が実現される。なお、動作部材３２は、電動モータを使用して移動させる構成としても良い。
【００３６】
一方、図２に示すように、ロッド３２ｒとロッドカバー８１との間の封止は以下のように構成されている。ロッドカバー８１の貫通孔８２には、弁箱４５の側に近い位置に装着凹部８３が形成され、装着凹部８３よりもシリンダチューブ３１側に近い位置に装着溝８４が形成されている。装着凹部８３には、比較的に耐圧性が低く動摩擦抵抗の小さな第１段軽荷重シール７６と第２段軽荷重シール７７とが装備されている。装着溝８４には、比較的に耐圧性の高いパッキン７４が装備されている。一方、ロッドカバー８１には、パッキン７４と第１段軽荷重シール７６との間で装着凹部８３に連通し、外部に貫通するリーク検出用ポート８５が形成されている。
【００３７】
リーク検出用ポート８５は、パッキン７４における漏洩と、第１段軽荷重シール７６及び第２段軽荷重シール７７における漏洩とを検知することができる。パッキン７４における漏洩は、操作エアの漏洩として検知することができる。第１段軽荷重シール７６及び第２段軽荷重シール７７における漏洩は、リーク検出用ポート８５にヘリウムガスを注入する一方、ヘリウムリークディテクタ（図示省略）に接続されている弁箱４５を真空状態とすることによって検出することができる。
【００３８】
ピストン５１は、付勢バネ５５によって付勢されている。付勢バネ５５は、動作部材３２のピストン５１に対して、リフト量Ｌａと弁開度操作室３６の容積とがいずれも小さくなる方向に付勢力を印加している。付勢バネ５５は、シリンダチューブ３１の内周面５３と環状の形状を有するヘッドカバー６１に囲まれた空間に収容されている。付勢バネ５５の一方は、ピストン５１に対して弁開度操作室３６とは軸線方向に反対側（裏側）において当接している。付勢バネ５５の他方は、ヘッドカバー６１に当接している。
【００３９】
ヘッドカバー６１は、円筒状の形状を有する筒部６１ｂと、筒部６１ｂよりも小さな直径を有する円筒状の形状を有する摺動凸部６１ａとを有している。ヘッドカバー６１は、摺動凸部６１ａ及び筒部６１ｂと中心軸線を共有している。摺動凸部６１ａと筒部６１ｂの直径差は、行程制限面６１ｅを形成している。行程制限面６１ｅは、ピストン５１に形成されている行程制限端部５１ｅに当接することによってピストン５１の上昇量を制限する当接面である。これにより、ピストン５１の行程は、上昇方向（リフト量Ｌａ増大方向）が行程制限面６１ｅによって制限される一方、下降方向（リフト量Ｌａ減少方向）が弁座４２によって制限されていることになる。
【００４０】
摺動凸部６１ａは、動作部材３２の内部に形成されている遮断荷重発生室３９に収容されている。遮断荷重発生室３９は、動作部材３２の動作方向に延びる中心線に対し、弁開度操作室３６の内側に形成されている。これにより、遮断荷重発生室３９は、動作部材３２の動作方向において弁開度操作室３６に対して重なる位置に装備されていることになる。この結果、遮断荷重発生室３９の装備に起因する真空制御バルブ３０の大型化（特に動作部材３２の動作方向の大型化）を抑制することができる。さらに、ヘッドカバー６１の摺動半径を小さくすることができるので、遮断荷重発生室３９の装備に起因する摺動抵抗の発生を抑制することもできる。
【００４１】
遮断荷重発生室３９による遮断荷重の印加は、真空制御バルブ３０の製造性を向上させることもできる。製造時における付勢バネ５５のセット時荷重（弁閉時の荷重）を軽減して製造を容易とすることができるからである。すなわち、付勢バネ５５は、従来技術では、遮断時（リフト量Ｌａがゼロの場合）において要請された遮断荷重を発生させるようなバネ係数と初期荷重（プリロード）を発生させる初期たわみ量で装備することが要請される。
【００４２】
これにより、真空制御バルブ３０の口径の大型化に伴ってバネ係数と初期たわみ量の双方が過大となるので、真空制御バルブ３０の大型化だけでなく、製造も困難となることが本発明者によって見出された。しかしながら、本構成では、ヘッドカバー６１と遮断荷重発生室３９とで遮断荷重を発生させることによって、付勢バネ５５の初期荷重を軽減させることができるからである。
【００４３】
リニアベアリング６５は、ヘッドカバー６１とガイドロッド５６の間の半径方向（軸線方向に垂直な方向）の位置関係を拘束しつつ、小さな摩擦で軸線方向（動作部材３２の移動方向）への相対的な往復動を可能とする軸受である。リニアベアリング６５は、円筒状の形状を有する摺動凸部６１ａの内周面の内側の空間であって、ガイドロッド５６の外周面の外側に配置されている。
【００４４】
ガイドロッド５６は、動作部材３２に接続されているので、リニアベアリング６５は、ピストン５１と内周面５３との間の位置関係（隙間）をも維持（拘束）することができる。これにより、ベロフラム３４は、その折り返し部分を円滑に移動させることによってほとんど摩擦を生じさせることなく、シリンダチューブ３１に対して動作部材３２を移動させることができる。
【００４５】
ガイドロッド５６には、ヘッドカバー６１に対するガイドロッド５６の動作量を計測するための弁体位置センサ３５が装備されている。ガイドロッド５６には、弁体位置センサのプローブ３５ａが挿入される挿入管３５ｂがアダプタ３５ｃを介して接続されている。弁体位置センサ３５は、挿入管３５ｂへのプローブ３５ａの挿入長さに応じた電気信号を発生させることができる。ヘッドカバー６１に対するガイドロッド５６の動作量は、挿入長さの変動量として図ることができるので、その変動量に応じてリフト量Ｌａを計測することができる。弁体位置センサ３５には、たとえばリニアパルスコーダ（登録商標）などが利用可能である。
【００４６】
ヘッドカバー６１は、中心軸線を共有する２つの筒状の摺動面を有している。第１の摺動面は、摺動凸部６１ａの外周面６１ａｓと内周面６３との間の摺動面である。第２の摺動面は、摺動凸部６１ａの内周面６２ａｓとガイドロッド５６との間の摺動面である。第１の摺動面及び第２の摺動面のクリアランス（隙間）は、リニアベアリング６５によって正確に維持している。
【００４７】
リニアベアリング６５は、前述のように摺動凸部６１ａとガイドロッド５６との間に配置されているとともに、摺動凸部６１ａとリニアベアリング６５との間の相互の位置関係も動作部材３２の動作に関わらず維持されている。これにより、簡易に遮断荷重発生室３９と摺動凸部６１ａとの間の隙間の精度を向上させることができる。一方、リニアベアリング６５は、貫通孔８２に装備されているパッキン７４との位置関係についても動作部材３２の動作に関わらず維持され、ベロフラム３４で密閉されているピストン５１と内周面５３との間の摺動面よりも近傍に維持されている。これにより、摺動面の隙間の精度要求が厳しい摺動面がリニアベアリング６５の近傍に配置されていることになるので、簡易に封止性能の向上と摺動抵抗の低減の両立を図ることができる。
【００４８】
第１の摺動面において、外周面６１ａｓには、その外周の全周に渡って凹形状を有する装着溝７８（図２参照）が形成され、その装着溝７８にＶ字状のパッキン７０ｂが装着されている。第２の摺動面において、内周面６２ａｓには、その内周に渡って凹形状を有する装着溝７９が形成され、その装着溝７９にＶ字状のパッキン７０ａが装着されている。Ｖ字状のパッキン７０ａ，７０ｂは、Ｖパッキンとも呼ばれる。
【００４９】
次に、図４を参照して、真空制御バルブ３０のリフト量Ｌａを操作する方法について説明する。図４は、真空制御バルブ３０の真空圧力の制御時の作動状態を示す断面図である。真空制御バルブ３０は、前述のように、弁体３３と弁座４２との間の距離であるリフト量Ｌａを弁開度として調節することによって一次側ポート４１と二次側ポート４４との間のコンダクタンスを操作することができる。リフト量Ｌａは、弁座４２に対して動作部材３２の位置を相対的に移動させることによって調節される。コンダクタンスは、流路における流体の流れやすさを意味している。
【００５０】
リフト量Ｌａは、動作部材３２への駆動力と、その駆動力に相反する付勢バネ５５の付勢力とのバランスによって操作される。動作部材３２への駆動力は、弁開度操作室３６の内部の操作エアの圧力の作用によって生じる。リフト量Ｌａの制御においては、動作部材３２とシリンダチューブ３１との間の相対的な移動に起因する摩擦力の低減が望まれる。摩擦力は、ヒステリシスの原因となって精密な制御を阻害する大きな要因となるからである。
【００５１】
動作部材３２は、図２に示すように、シリンダチューブ３１との間に３箇所の摩擦面を有している。第１の摩擦面は、装着溝７８に装着されているパッキン７０ｂと、内周面６３との間の摩擦面である。第２の摩擦面は、装着溝７９に装着されているパッキン７０ａと、ガイドロッド５６との間の摩擦面である。第３の摩擦面は、ロッドカバー８１の貫通孔８２に装着されているパッキン７４とロッド３２ｒの外周面との間の摩擦面である。
【００５２】
第３の摩擦面は、主として弁開度操作室３６の操作圧力を低減させることによって摺動抵抗が低減されている。弁開度操作室３６の操作圧力の低減は、本実施形態では、上述のように付勢バネ５５のセット時荷重（弁閉時の荷重）を小さくすることよって実現可能となっている。また、本発明者の実験によれば、ロッド３２ｒの外周面の表面粗さＲａを０．２程度とすることによって、摺動抵抗の低減と必要な真空リーク特性の両立が確保できることが確認されている。なお、第３の摩擦面は、ベローズで動作部材３２を覆うことによって封止するように構成してもよい。
【００５３】
図５は、第１の摩擦面、すなわち、装着溝７８に装着されているパッキン７０と、内周面６３との間の摩擦面を示す拡大断面図である。パッキン７０は、ヒール部７１と二股に分かれている一対のリップ部７２ａ、７２ｂとを有するＶ字状のパッキンである。パッキン７０ｂは、一対のリップ部７２ｂ側が遮断荷重発生室３９に向けられており、遮断荷重発生室３９からの圧力を受けて面圧が高くなるように構成されている。第２の摩擦面は、第１の摩擦面と同様に封止されている。
【００５４】
摺動部の設計においては、摺動部のクリアランスＳ２と、装着溝７８の深さＳ１とパッキン７０ｂの一対のリップ部７２ａ、７２ｂの幅方向の大きさの差の関係と、が設計パラメータとなる。本実施形態では、弁体３３が弁座４２に当接して遮断荷重を発生させるときにのみ遮断荷重発生室３９の気密性が要求されるので、後述するようにパッキン７０ｂの潰し量を小さくすることができる。これにより、パッキン７０ｂと内周面６３との間の摩擦量を低減させてヒステリシスを低減させることができる。
【００５５】
次に、図６乃至図８を参照して、パッキン７０ｂによる封止メカニズムを詳細に説明する。図６は、パッキン７０ｂの装着状態を示して封止原理を説明する模式図である。図７は、遮断荷重発生室３９の非加圧時の状態を示して封止原理を説明する模式図である。図８は、遮断荷重発生室３９への加圧時を示して封止原理を説明する模式図である。図６及び図８においては、パッキン７０ｂの面圧分布Ｐｄ１、Ｐｄ２が示されている。真空制御バルブ３０は、遮断荷重発生室３９への加圧が遮断時にのみ行われるので、リフト量Ｌａの制御が行われている状態では、遮断荷重発生室３９への加圧が行われない。
【００５６】
図７に示されるように、パッキン７０ｂは、潰し量Ｑで弾性変形させられた状態で装着溝７８に装着されている。非加圧時には、パッキン７０ｂの接触面圧と面圧領域とは、面圧分布Ｐｄ１として示されるように極めて小さい。面圧分布Ｐｄ１は、一対のリップ部７２ａ、７２ｂの剛性と潰し量Ｑに起因して発生する面圧分布だからである。これにより、電空制御弁２６による真空制御が行われている状態（遮断荷重発生室３９の非加圧時）においては、遮断荷重発生室３９とヘッドカバー６１との間には、極めて小さな動摩擦が発生することになる。
【００５７】
一方、図８に示されるように、遮断荷重発生室３９は、遮断荷重の印加時には、面圧分布Ｐｄ２によって示されるように十分な封止性能を実現することができる。さらに、遮断荷重の印加においては、弁体３３が弁座４２に当接する遮断状態なので、遮断荷重発生室３９とヘッドカバー６１との間に相対的な移動は必要なく、制御状態でも無いので動摩擦の発生は何らの問題も生じさせいないことが分る。さらに、本発明者は、摺動時の漏れが許容可能なので、面圧分布Ｐｄ１をも低減させることが可能であることをも見出した。これにより、遮断荷重の発生機能を装備するために、遮断荷重発生室３９と摺動凸部６１ａとを設けても、その摺動が新たにヒステリシスの原因とならない設計を実現することができることが見出された。
【００５８】
次に、図９乃至１１を参照して、真空制御バルブ３０を使用する真空制御システム２０について説明する。
【００５９】
図９は、実施形態の真空制御システム２０の構成を示す模式図である。真空制御システム２０は、エッチングプロセスを実行するための真空容器９０と、真空制御バルブ３０と、コントローラ２１と、空気圧回路２２と、ターボ分子ポンプ３００と、ターボ分子ポンプ３００に直列に接続されている真空引き用のドライポンプと、を備えている。真空容器９０には、一定の供給量で反応性ガスＧが供給されつつ、真空制御バルブ３０を介してターボ分子ポンプ３００によって排気される。真空容器９０の真空圧力は、真空制御バルブ３０のコンダクタンスを操作することによって制御される。ターボ分子ポンプ３００は、真空ポンプに相当する。
【００６０】
真空容器９０は、反応性ガスＧが供給される反応ガス供給孔９１と、排気孔９３と、真空圧力センサ９２と、を備えている。反応ガス供給孔９１には、マスフローセンサ（図示省略）で計測された一定量の反応性ガスＧが供給される。排気孔９３には、真空制御バルブ３０の一次側ポート４１が接続されている。真空圧力センサ９２は、真空容器９０の内部の真空圧力を計測して電気信号をコントローラ２１に送信する。真空圧力は、コントローラ２１による真空制御バルブ３０の操作に使用される。
【００６１】
弁開度操作室３６の内部圧力は、空気圧回路２２から開弁用空気流路３７を介して操作エアが供給あるいは排気されることによって操作される。空気圧回路２２は、操作エアを供給するための高圧側の作動流体供給部９５と、操作エアを排気するための低圧側の作動流体排気部９６とに接続されている。
【００６２】
遮断用荷重は、空気圧回路２２から遮断用空気流路３８に操作エアが供給されることによって、弁体３３を弁座４２まで移動させ、その移動後に弁体３３を弁座４２に押し付ける荷重として機能する。遮断用荷重は、付勢バネ５５による付勢荷重との合力として作用する。
【００６３】
遮断用荷重は、本実施形態では、たとえばコントローラ２１がターボ分子ポンプ３００から真空ポンプ停止信号を受信し、真空制御システム２０を緊急停止させる際に印加される。以下では、緊急停止を含む各作動モードにおける作動内容について説明する。コントローラ２１は、制御部に相当する。真空ポンプ停止信号は、たとえば真空ポンプ停止信号が停止した場合、あるいはターボ分子ポンプ３００の回転数が異常に低下した場合に発信される信号である。
【００６４】
次に、図１０を参照して空気圧回路２２と真空制御バルブ３０の作動内容を説明する。図１０は、実施形態の空気圧回路２２の構成と作動内容とを示す模式図である。空気圧回路２２は、コントローラ２１からの指令に応じて操作エアを供給し、これにより真空制御バルブ３０を操作する回路である。空気圧回路２２は、電空制御弁２６と、３個の電磁弁ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３とを備えている。電空制御弁２６は、操作エアの高圧側に接続されている給気弁２６ａと、操作エアの排気側に接続されている排気弁２６ｂとを有している。
【００６５】
コントローラ２１は、本実施形態では、２個のＰＩＤ制御回路２４ａ，２４ｂを内蔵するプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）として構成されている。プログラマブルロジックコントローラ２１は、たとえばラダー・ロジックを使用して高い信頼性を有する制御を実現することができる論理回路である。２個のＰＩＤ制御回路２４ａ，２４ｂは、詳細については後述するが、真空容器９０の真空圧力のフィードバック制御に使用される。コントローラ２１は、３個の電磁弁ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３の各々へのオンオフ指令と、電空制御弁２６へのパルス幅変調信号と、を空気圧回路２２に送信する。電磁弁ＳＶ２と電磁弁ＳＶ３とは、それぞれ第１の電磁弁と第２の電磁弁とも呼ばれる。
【００６６】
電空制御弁２６は、たとえば周知のパルス幅変調方式で給気弁２６ａと排気弁２６ｂの開弁時間（デューティ）を操作することによって、外部から供給される圧縮空気の開弁用空気流路３７への供給圧力を操作することができる。電空制御弁２６は、給気弁２６ａの開弁時間（デューティ）を大きくし、排気弁２６ｂの開弁時間を小さくすることによって弁開度操作室３６で動作部材３２に作用するエア圧力を高くすることができる。これにより、弁体３３のリフト量Ｌａを大きくすることが可能となる。
【００６７】
一方、電空制御弁２６は、給気弁２６ａの開弁時間（デューティ）を小さくし、排気弁２６ｂの開弁時間を大きくすることによって弁開度操作室３６で動作部材３２に作用するエア圧力を低くすることができる、これにより、付勢バネ５５からの荷重によって弁体３３のリフト量Ｌａを小さくすることができる。
【００６８】
電磁弁ＳＶ１は、電磁弁ＳＶ２に接続される流路を、電空制御弁２６と作動流体供給部９５のいずれかに切り替える電磁弁であり、非通電時には、電空制御弁２６に接続される。電磁弁ＳＶ２は、開弁用空気流路３７に接続される流路を、電磁弁ＳＶ１と作動流体排気部９６のいずれかに切り替える電磁で弁であり、非通電時には、作動流体排気部９６に接続される。電磁弁ＳＶ３は、遮断用空気流路３８に接続される流路を、作動流体供給部９５と作動流体排気部９６のいずれかに切り替える電磁で弁であり、非通電時には、作動流体供給部９５に接続される。
【００６９】
次に、表Ｔを参照して、空気圧回路２２の各作動モードの内容を説明する。表Ｔは、各作動モードにおける３個の電磁弁ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３の通電状態を示す表である。表Ｔでは、オンとオフをそれぞれ「ＯＮ」と「ＯＦＦ」で表記している。
【００７０】
真空制御システム２０の緊急停止時の作動モードでは、電空制御弁２６及び３個の電磁弁ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３が全てオフとなる。緊急停止は、真空制御システム２０のシステム設計で定義されるワーストケースとしての作動モードであって、たとえばコントローラ２１がドライポンプ（図示省略）から真空ポンプ停止信号を受信した場合の作動モードである。ドライポンプは、ターボ分子ポンプ３００に直列に接続され、真空引き使用されるポンプである。本作動モードでは、大気開放状態の二次側ポート４４と、真空側の一次側ポート４１との間には、大気圧の全てが差圧として印加されることになる。この差圧荷重は、弁体３３に対してリフト量Ｌａを増大させる方向に印加され、弁体３３を弁座４２から離して真空容器９０に大気を逆流させる方向に働くことになる。本実施形態の緊急停止では、遮断荷重によって上述の差圧に対抗して逆流を防止することができる。
【００７１】
このように、高圧側の作動流体供給部９５が遮断用空気流路３８に接続されるとともに、排気側の作動流体排気部９６が開弁用空気流路３７に接続されることになる。これにより、遮断荷重を印加する遮断荷重発生室３９の空気圧が上昇し、開弁側（リフト量Ｌａ増大）の荷重を印加する弁開度操作室３６の室内が大気圧まで低下することになる。この結果、動作部材３２に接続されている弁体３３が弁座４２の方向に急速に移動して、真空制御バルブ３０を閉状態（遮断）とするとともに遮断荷重の印加を継続する。
【００７２】
なお、電磁弁ＳＶ３は、非通電時には、遮断用空気流路３８に接続される流路を作動流体排気部９６に接続されるように構成しても良い。ただし、上述のように、非通電時において作動流体供給部９５に接続されるように構成すれば、停電時において、空気圧回路２２への電力供給が停止されるので、表Ｔの矢印に示されるように、緊急停止時と同一の作動内容の作動モードとすることができる。
【００７３】
このように、真空制御システム２０の停電あるいは緊急停止においては、いずれの作動モードにおいても、真空制御バルブ３０を閉弁するとともに遮断荷重を印加することができる。この結果、本実施形態の真空制御システム２０では、空気圧回路２２への電力供給が停止された状態においては、付勢バネ５５の付勢力と遮断荷重発生室３９の加圧とによって弁体３３が弁座４２に移動し、遮断荷重が印加されるように空気回路が構成されていることになる。
【００７４】
このような構成では、電源オフや停電時においても必ず遮断状態となることが確保されているので、緊急停止や停電時の安全確保を考慮したシステム設計を簡易に実現することができるという利点がある。さらに、本実施形態では、コントローラ２１は、真空ポンプ停止信号の受信に応じて、緊急停止の作動モードとなるので、ターボ分子ポンプ３００の不測の停止によって仮に二次側ポート４４の圧力が上昇しても遮断状態を確保することができるという利点をも有している。
【００７５】
次に、真空制御バルブ３０を閉状態とする作動モードでは、２個の電磁弁ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３がオンとなる一方、電磁弁ＳＶ３がオフとなっている。この作動モードは、ターボ分子ポンプ３００が正常な運転状態において、真空制御バルブ３０を閉状態とする。この作動モードでは、正常な運転状態において真空制御バルブ３０を閉状態するために適切な潰し量でＯリング７５を潰す程度の荷重が付勢バネ５５によって印加されるように設定されている。これにより、Ｏリング７５の耐久性を高めることができる。
【００７６】
このように、本実施形態は、緊急時に対応するための遮断荷重を発生させる機構を備えているので、通常の運転に適した潰し量でＯリング７５を潰す程度に付勢バネ５５の付勢力を設定することができるという設計自由度を提供することもできる。
【００７７】
一方、真空制御バルブ３０を開状態とする作動モードでは、３個の電磁弁ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３の全てがオンとなる。これにより、高圧側の作動流体供給部９５は、オン状態の２個の電磁弁ＳＶ１，ＳＶ２を経由して開弁用空気流路３７に流路が接続される。一方、排気側の作動流体排気部９６は、オン状態の電磁弁ＳＶ３を経由して遮断用空気流路３８に流路が接続される。一方、電空制御弁２６は、オン状態の電磁弁ＳＶ１によって開弁用空気流路３７から流路が切り離された状態となっている。これにより、電空制御弁２６の作動状態に関わらず、真空制御バルブ３０を急速に開状態（リフト量Ｌａが最大の状態）とすることができる。
【００７８】
最後に、真空制御バルブ３０で真空圧力を制御する作動モードでは、電磁弁ＳＶ１がオフとなる一方、２個の電磁弁ＳＶ２，ＳＶ３がいずれもオンとなる。これにより、高圧側の作動流体供給部９５は、電空制御弁２６とオフ状態の電磁弁ＳＶ１とオン状態の電磁弁ＳＶ２とを順に経由して開弁用空気流路３７に流路が接続される。一方、排気側の作動流体排気部９６は、オン状態の電磁弁ＳＶ３を通過して、遮断用空気流路３８に流路が接続される。これにより、電空制御弁２６は、開弁用空気流路３７から操作エアを供給して弁開度操作室３６の内部圧力を操作し、リフト量Ｌａを調節することができる。
【００７９】
次に、図１１を参照して真空制御システム２０の制御内容を説明する。図１１は、実施形態の真空制御システム２０の制御ブロック図である。この制御系は、真空制御バルブ３０の弁体３３のリフト量Ｌａを制御するスレーブループＳＬと、真空容器９０の内部圧力を制御するマスターループＭＬとを有する二重ループ構造のカスケード制御として構成されている。スレーブループＳＬとマスターループＭＬの各制御ループは、たとえば周知のＰＩＤ制御系として構成することができる。
【００８０】
スレーブループＳＬは、電空制御弁２６によって弁開度操作室３６の内部圧力を操作して、弁体３３のリフト量Ｌａを弁開度指令値Ｖｐに近づけることを目的とする制御ループである。スレーブループＳＬでは、ＰＩＤ制御回路２４ｂは、弁開度指令値Ｖｐ（目標値）とリフト量Ｌａ（計測値）の偏差δｍに応じて制御信号を生成し、パルス幅変調信号を電空制御弁２６に送信する。電空制御弁２６は、パルス幅変調信号に応じて弁開度操作室３６の内部圧力を操作して弁体３３が装着されている動作部材３２への駆動力を調節する。
【００８１】
リフト量Ｌａは、弁体位置センサ３５によって計測され、ＰＩＤ制御回路２４ｂによってフィードバック量として使用される。これにより、真空制御バルブ３０は、リフト量Ｌａをフィードバック制御することができる。これにより、真空容器９０とターボ分子ポンプ３００との間の流路のコンダクタンスを調節することができる。
【００８２】
マスターループＭＬでは、ＰＩＤ制御回路２４ａは、予め設定された目標圧力値Ｐｔと計測圧力値Ｐｍとの偏差δｐに応じて、弁開度指令値Ｖｐを決定してＰＩＤ制御回路２４ｂに送信する。計測圧力値Ｐｍは、真空圧力センサ９２によって計測される真空容器９０の内部の圧力である。ＰＩＤ制御回路２４ａは、計測圧力値Ｐｍが目標圧力値Ｐｔに近づくように弁開度指令値Ｖｐを調節する。
【００８３】
なお、リフト量Ｌａのフィードバックループを削除し、偏差δｐをゼロに近づけるように弁開度操作室３６の内部圧力を操作する簡易なシングルループ制御として構成してもよい。ただし、リフト量Ｌａをフィードバックする二重ループ構成とすれば、マスターループＭＬからの指令値（制御入力）とリフト量（開度）の非線形性に起因する精度の低下を抑制することができる。この精度の低下は、オフセット値によって各真空制御バルブの開度範囲が相互にシフトすることによって発生する。本構成は、開度の実測によって開度と制御入力の線形性を確保することによって、いずれの開度範囲においても真空制御バルブの特性がフラットとなるように構成されている。
【００８４】
真空制御システム２０は、さらに、動作部材３２を介して弁体３３に対して遮断用荷重を印加するオープンループＡＬを有している。プログラマブルロジックコントローラ２１は、２個の電磁弁ＳＶ２，ＳＶ３をいずれもオフ状態とすることによって、遮断荷重発生室３９（図２参照）に空気圧を印加することによって遮断用荷重を発生させる。遮断用荷重の大きさは、電磁弁ＳＶ１のオンオフに関わらず、遮断荷重発生室３９の内径やヘッドカバー６１の外形を適切に設定することによって予め設定することができる。
【００８５】
以上詳述した本実施形態は以下の利点を有する。
【００８６】
本実施形態の真空制御バルブ３０では、最も直径が大きな主シリンダの内周面と主ピストンの外周面との間がベロフラムによって封止されているので、摺動抵抗を低減させてヒステリシスを緩和させることができる。
【００８７】
さらに、本実施形態の真空制御バルブ３０では、作動流体の供給によって遮断荷重を発生させる遮断荷重発生室３９が動作部に形成されているので、動作部材３２の占有空間を有効利用して遮断荷重発生室３９を装備することができる。さらに、動作部の内部に遮断荷重発生室を形成することによって、遮断荷重発生室３９の直径を小さくする方向の設計自由度を提供することができる。これにより、遮断荷重発生室３９の装備に起因する真空制御バルブの大型化を抑制するとともに、遮断荷重発生室３９の摺動面積を小さくして遮断荷重発生室３９の摩擦に起因するヒステリシスを低減させることができる。
【００８８】
本実施形態の真空制御システム２０では、全ての電磁弁への電力供給が停止された状態においては、直ちに弁体３３が弁座４２に移動し、遮断荷重が印加されるように空気回路が構成されている。これにより、緊急停止や停電時の安全確保を考慮したシステム設計を簡易に実現することができる。
【００８９】
（他の実施形態）
本発明は上記実施形態に限らず、例えば次のように実施されてもよい。
【００９０】
（１）上記実施形態では、遮断荷重発生室３９とヘッドカバー６１との間がパッキンで封止されているが、遮断荷重発生室３９とヘッドカバー６１との間をベロフラムで封止するように構成しても良い。ただし、遮断荷重発生室３９とヘッドカバー６１との間をパッキンで封止すれば、真空制御バルブの構成を簡易とすることができるとともに小型化を図ることもできる。
【００９１】
（２）上記実施形態では、遮断荷重発生室３９とヘッドカバー６１との間を封止する封止面には、Ｖ字状のパッキンが使用されているが、たとえばＯリングでもよい。Ｏリングも遮断荷重発生室３９への作動流体の供給に応じて接触面圧が高くなる性質を有しているからである。遮断荷重発生室３９とヘッドカバー６１との間の封止には、一般に、遮断荷重発生室３９への作動流体の供給に応じて封止面の面圧が高められる封止部を使用すれば真空制御バルブのヒステリシスを低下させることができる。ただし、Ｖ字状のパッキンを使用すれば、非加圧時の動摩擦力を小さくすることができる。
【００９２】
（３）上記実施形態では、動作部材３２の内側に遮断荷重発生室３９が形成され、付勢バネの内側にヘッドカバー６１が配置されているが、遮断荷重発生室３９とヘッドカバー６１とが逆転された配置としてもよい。ただし、遮断荷重発生室３９を動作部材３２ヘッドカバー６１の内部に形成する構成とすれば、動作部材３２の内部空間を利用して遮断荷重発生室３９を形成することができるので、真空制御バルブの小型化を図ることができる。
【００９３】
（４）上記実施形態では、半導体製造装置用（エッチングやＣＶＤ装置用）の真空制御システムを例示して本発明が説明されているが、これに限られず液晶製造装置や減圧乾燥炉、真空焼結装置といった様々な真空装置に使用される真空容器内の真空圧力の制御に利用可能である。
【００９４】
（５）上記実施形態では、一次側ポート（真空容器側接続口）を低圧側として二次側ポート（真空ポンプ側接続口）を高圧側として真空制御バルブが接続され、その差圧荷重に対抗する遮断荷重によって遮断状態を維持する形態として構成されている。しかし、高圧側と低圧側とを逆方向としても良い。こうすれば、遮断状態を維持する方向の差圧荷重に対抗して開状態することができる。さらに、真空容器だけでなく高圧容器の圧力制御にも利用可能である。
【符号の説明】
【００９５】
２０…真空制御システム、２１…コントローラ、２２…空気圧回路、２４…ＰＩＤ制御回路、２６…電空制御弁、３０…真空制御バルブ、３１…シリンダ、３２…動作部材、３３…弁体、３４…ベロフラム、３５…弁体位置センサ、５５…付勢バネ、５６…ガイド部材、９２…真空圧力センサ、３００…ターボ分子ポンプ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置や液晶製造装置といった様々な真空装置に使用される真空容器内の気体を排出する真空制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空容器内の気体を排出する流路に装備され、その流路の弁開度を操作することによって真空容器内の真空圧力を制御する真空制御弁が実現されている。真空制御弁には、真空圧力の制御だけでなく流路を完全に遮断する遮断機能を有するものも提案されている。具体的には、付勢バネを使用する単動式のベロフラムシリンダで低ヒステリシスの弁開度操作を実現し、付勢バネによる遮断機能で流路を遮断する真空制御弁も本発明者から提案されている（特許文献１）。単動式のベロフラムシリンダで低ヒステリシスの弁開度操作が実現可能なのは、ピストンパッキンの摺動抵抗に起因するヒステリシスが回避可能だからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−７２４５８号公報
【特許文献２】特開平０９−８９１２６号公報
【特許文献３】特開２００３−５６５１２号公報
【特許文献４】特開２００３−３２２１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、遮断機能を有する単動式のベロフラムシリンダの真空制御弁には、大口径化において設計上の限界があることが本発明者によって見出された。遮断機能は、遮断時の耐圧性の確保のために口径面積に応じた荷重で遮断するので、大口径化が付勢バネの荷重増大の要因となるからである。大荷重を発生させる付勢バネは、バルブの組み立てを極めて困難とするので、製造性が著しく悪化することが本発明者によって見出された。一方、付勢バネを使用せずに、複動式のベロフラムシリンダとすることも本発明者によって検討されたが、ベロフラムシリンダの複動化は２個のベロフラムを対称に装備しなければならず、真空制御弁の大型化の要因となることが本発明者によって見出された。ベロフラムは、一方方向の圧力に対してのみ正常に作動するからである。
【０００５】
本発明は、上述の従来の課題の少なくとも一部を解決するために創作されたものであり、遮断機能を有する真空制御バルブの設計自由度を高める技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するのに有効な手段等につき、必要に応じて効果等を示しつつ説明する。
【０００７】
手段１．真空容器と真空ポンプとの間に接続され、作動流体によって弁開度を操作して前記真空容器内の真空圧力を制御する真空制御バルブであって、前記真空容器と前記真空ポンプとを接続する流路と、前記流路に形成されている弁座とを有する制御バルブ本体と、前記弁座との距離であるリフト量の調節による前記弁開度の操作と、前記弁座への当接による前記流路の遮断とを行う弁体と、ピストンと、前記弁体と前記ピストンとを結合するロッドと、を有する動作部と、前記制御バルブ本体に接続され、前記ピストンを収容するシリンダと、前記リフト量が小さくなる方向に前記動作部を付勢する付勢部と、前記ピストンの外周面と前記シリンダの内周面との間の隙間を、前記ピストンの動作に追従しつつ密閉するベロフラムと、を備え、前記動作部及び前記シリンダは、前記ベロフラムによって密閉され、前記ロッドを囲む筒状の形状を有する空間であって、前記作動流体の作用圧力に応じて前記ピストンに対して前記リフト量を大きくする方向に荷重を発生させる弁開度操作室と、前記弁開度操作室と中心軸線を共有し、前記作動流体の供給に応じて前記動作部に対して前記リフト量を小さくする方向に荷重を発生させる遮断荷重発生室と、を形成している真空制御バルブ。
【０００８】
手段１は、真空容器と真空ポンプとの間に接続され、作動流体によって弁開度を操作して真空容器内の真空圧力を制御する真空制御バルブである。本真空制御バルブは、作動流体の圧力によってピストンに対して遮断荷重を印加する遮断荷重発生室を有するので、遮断機能に起因する付勢部に対する要求仕様を緩和することができる。これにより、遮断機能を有する真空制御バルブの設計自由度を高めることができる。
【０００９】
遮断機能に起因する付勢部に対する要求仕様は、たとえば想定される最悪の状態として真空ポンプ側の接続口が大気開放状態で、真空容器側の接続口が真空状態となっているケースを想定して設定される。この設定では、真空ポンプ側接続口が大口径となるにしたがって、大きな付勢力が要求されることになる。このような付勢力を発生させる付勢部（たとえばバネ）の装備は、真空制御バルブの大型化の要因の一つとなり、製造時の組み付けの負担も過大となる。本真空制御バルブは、遮断荷重を印加する遮断荷重発生室の装備によって、このような問題を解決し、大型化を抑制するとともに製造性の確保と大口径化を実現することができる。
【００１０】
追従性を有するベロフラムによる密閉（封止）は、ベロフラムでシリンダの内周面とピストンの外周面との間の摺動抵抗が小さく低ヒステリシスで高い応答性の作動を実現することができる。このような密閉構造は、付勢部を使用する単動式であれば上述の高性能の作動と、大型化の抑制とを両立させることができる。これにより、真空制御バルブは、リフト量の調節による低ヒステリシスで高い応答性の弁開度の操作を実現して、真空容器内の真空圧力を精密に制御することができる。
【００１１】
一方、遮断荷重発生室は、動作部の動作方向に延びる中心線に対し、弁開度操作室の内側に形成されているので、以下の効果を奏することができる。
（１）摺動半径を小さくすることができるので、遮断荷重発生室の装備に起因する摺動抵抗の発生を抑制することができる。
（２）遮断荷重発生室は、ピストンの動作方向に延びる中心線の方向において弁開度操作室と重なる位置に配置することができるので、遮断荷重発生室の装備に起因する真空制御バルブの大型化を抑制することができる。
【００１２】
このように、手段１の真空制御バルブは、真空制御バルブの大型化を抑制しつつ低ヒステリシスの制御機能を実現するとともに、遮断機能に起因する付勢部の設計自由度の制限を緩和させることができる。これにより、真空制御バルブの低ヒステリシスの制御性能の向上を実現しつつ、小型化及び製造性の向上をも両立させることができる。
【００１３】
手段２．前記シリンダは、前記遮断荷重発生室に収容されている摺動凸部を有するヘッドカバーを備え、前記真空制御バルブは、前記遮断荷重発生室と前記摺動凸部との間を封止する封止面を有し、前記遮断荷重発生室への前記作動流体の供給に応じて前記封止面の面圧が高められる封止部を備える手段１に記載の真空制御バルブ。
【００１４】
手段２の真空制御バルブには、遮断荷重発生室への作動流体の供給に応じて封止面の面圧が高められる封止部が遮断荷重発生室に使用されている。これにより、弁開度の操作時、すなわち非遮断時においては、遮断荷重発生室の封止面の面圧を抑制して低摩擦の摺動で動かすことができる。この結果、たとえばベロフラムをしなくても、簡易な構成で低ヒステリシスでの弁開度の操作を実現することができる。
【００１５】
手段３．前記摺動凸部は、前記弁開度操作室と中心軸線を共有し、前記弁開度操作室の内径よりも小さな外径の円筒状の形状を有し、前記動作部は、前記摺動凸部の内周面に囲まれた空間において前記動作の方向に延びるガイド部を有し、前記真空制御バルブは、前記ガイド部と前記摺動凸部との間に配置され、前記動作の方向の摺動を可能とし、前記ガイド部と前記摺動凸部の前記動作の方向と垂直な方向の位置関係を相互に拘束する軸受を備える手段２の真空制御バルブ。
【００１６】
手段３の真空制御バルブでは、円筒状の摺動凸部の内周面に囲まれた空間において動作の方向に延びるガイド部が動作部に備えられているので、ベロフラムの摺動面よりも軸受に近い位置に摺動凸部の摺動面が配置されることになる。これにより、ベロフラムよりも精度要求が厳しい、遮断荷重発生室と摺動凸部との間の摺動面の隙間の精度を簡易に向上させることができる。
【００１７】
手段４．前記遮断荷重発生室は、前記ロッドの内部に形成されている手段１乃至３のいずれか１つに記載の真空制御バルブ。
【００１８】
手段４の真空制御バルブでは、遮断荷重発生室が動作部の内部に形成されているので、動作部の占有空間を有効利用して遮断荷重印加部を装備することができる。これにより、遮断荷重発生室の形成に起因する真空制御バルブの大型化を抑制することができる。さらに、動作部の内部に遮断荷重発生室を形成することによって、遮断荷重発生室の直径を小さくする方向に大きな設計自由度を提供することもできる。
【００１９】
手段５．手段１乃至４のいずれか一つに記載の真空制御バルブと、前記真空容器内の真空圧力を計測する圧力センサと、作動流体を供給するための作動流体供給部と、前記作動流体を排気するための作動流体排気部とに接続され、前記真空制御バルブに前記作動流体を供給する空気圧回路と、前記空気圧回路から前記真空制御バルブに供給される作動流体を操作して、前記真空容器内の真空圧力を制御する制御部と、を備える真空制御システム。
【００２０】
本発明は、真空制御システムとしても具現化することができる。
【００２１】
手段６．前記制御部は、前記真空ポンプの停止を表す情報を含む真空ポンプ停止信号の受信に応じて前記弁開度操作室と前記作動流体排気部との間の流路を接続するとともに、前記遮断荷重発生室と前記作動流体供給部との間の流路を接続する手段５に記載の真空制御システム。
【００２２】
手段６の真空制御システムでは、真空ポンプ停止信号の受信に応じて遮断荷重が印加される作動モードとなるので、真空ポンプの不測の停止によって真空ポンプ側の圧力が上昇しても遮断状態を確保することができるという利点を有している。なお、「真空ポンプ停止信号の受信」は、たとえば真空ポンプの作動状態を表す真空ポンプ側の内部接点の状態確認や真空ポンプの正常信号の不達といったものも含む広い意味を有している。
【００２３】
手段７．前記空気圧回路は、非通電状態で前記弁開度操作室と前記作動流体排気部との間の流路を接続する第１の電磁弁と、非通電状態で前記遮断荷重発生室と前記作動流体供給部との間の流路を接続する第２の電磁弁と、を有する手段５又は６に記載の真空制御システム。
【００２４】
手段７の真空制御システムは、非通電状態で前記弁開度操作室と前記作動流体排気部との間の流路を接続する第１の電磁弁と、非通電状態で前記遮断荷重発生室と前記作動流体供給部との間の流路を接続する第２の電磁弁とを有するので、電源オフや停電時においては必ず緊急遮断状態となる。これにより、緊急停止や停電時の安全確保を考慮したシステム設計を簡易に実現することができる。
【００２５】
なお、本発明は、真空制御バルブや真空制御システムだけでなく、たとえば真空制御方法やその方法を具現化するコンピュータプログラム、プログラム媒体といった形で具現化することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】非通電時（バルブ全閉）の真空制御バルブ３０の構成を示す断面図。
【図２】非通電時の真空制御バルブ３０が有するロッドカバー８１の構成を示す拡大断面図。
【図３】バルブ全開時の真空制御バルブ３０の構成を示す断面図。
【図４】真空制御バルブ３０の真空圧力の制御時の作動状態を示す断面図。
【図５】パッキン７０と内周面６３との間の摩擦面を示す拡大断面図。
【図６】パッキン７０の装着状態を示して封止原理を説明する模式図。
【図７】遮断荷重発生室３９の非加圧時の状態を示して封止原理を説明する模式図。
【図８】遮断荷重発生室３９への加圧時を示して封止原理を説明する模式図。
【図９】実施形態の真空制御システム２０の構成を示す模式図。
【図１０】実施形態の空気圧回路２２の構成と作動内容とを示す模式図。
【図１１】実施形態の真空制御システム２０の制御ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（本発明の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図面に従って説明する。本実施形態は、新規な真空制御バルブと、その真空制御バルブを使用する半導体製造装置としてのエッチングプロセスの製造ラインにて使用される真空制御システムについて具体化している。
【００２８】
先ず、真空制御バルブの構成を図１乃至８の図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１は、非通電時（バルブ全閉）の真空制御バルブ３０の構成を示す断面図である。図２は、非通電時の真空制御バルブ３０が有するロッドカバー８１の構成を示す拡大断面図である。図３は、バルブ全開時の真空制御バルブ３０の構成を示す断面図である。真空制御バルブ３０は、制御バルブ本体４３と、シリンダチューブ３１と、動作部材３２とを備えている。制御バルブ本体４３は、動作部材３２の移動方向（軸線方向）に延びる円筒状の形状を有している。制御バルブ本体４３には、軸線方向においてシリンダチューブ３１側に開口する略円柱状の凹部である弁箱４５が形成されている。弁箱４５の開口部は、動作部材３２が摺動可能に貫通している貫通孔８２を有するロッドカバー８１によって塞がれている。
【００３０】
動作部材３２は、弁箱４５において真空制御バルブ３０の弁開度を操作する弁体３３と、貫通孔８２を貫通するロッド３２ｒと、ロッド３２ｒの端部に接続されているピストン５１とを備えている。弁体３３は、ロッド３２ｒに接続されており、動作部材３２を軸方向に移動させてリフト量Ｌａを変化させることができる。リフト量Ｌａは、本実施形態では、弁開度に相当する。動作部材３２は、動作部に相当する。
【００３１】
弁体３３は、制御バルブ本体４３に形成されている弁座４２に当接することによって流路を遮断する機能を有している。流路の遮断は、弁箱４５の内部において弁体３３を弁座４２に当接させて二次側ポート４４を弁箱４５から隔離することによって行われる。遮断時の封止は、弁体３３からその一部が突出したＯリング７５を弁座４２に当接させて潰すことによって実現されている。弁座４２は、たとえば弁体３３に対して軸線方向に対向する環状の領域であって、二次側ポート４４との接続口の周囲に形成されている表面粗さが小さな領域である。Ｏリング７５は、弁座４２に対して軸線方向に対向する位置に環状の形状を有している。
【００３２】
ピストン５１は、シリンダチューブ３１の内周面５３に向かって半径方向に延びる環状の形状を有し、シリンダチューブ３１の内周面５３において密閉された弁開度操作室３６（図３参照）を形成している。ピストン５１の外周端部には、軸線方向において弁開度操作室３６の反対側に延びる円筒状の形状を有する筒状部材５１ｖが接続されている。ピストン５１には、弁開度操作室３６を密封するベロフラム３４が接続されている。
【００３３】
弁開度操作室３６は、ベロフラム３４と、ロッドカバー８１と、ロッド３２ｒと、ピストン５１（ベロフラムリテーナ５２）と、によって囲まれている容積が可変のドーナツ状の密閉空間として形成されている。ベロフラム３４は、その内周側の端部がピストン５１とベロフラムリテーナ５２の間において螺子５４で締結されている。一方、ベロフラム３４は、その外周側の端部３４ａがシリンダチューブ３１とロッドカバー８１との間で挟まれている。これにより、ベロフラム３４とロッドカバー８１との間と、ベロフラム３４とシリンダチューブ３１との間と、が密閉（封止）されている。弁開度操作室３６は、ベロフラム３４によって内周面５３によって形成されている内部空間を区画することによって形成されている。弁開度操作室３６には、開弁用空気流路３７と接続流路８７とを介して操作エアを供給することができる。なお、操作エアの供給方法については後述する。操作エアは作動流体に相当する。
【００３４】
ベロフラム３４は、シルクハット型の形状を有し、長い行程（ストローク）で追従あるいは転動（折り返し部分の移動）することが可能な可堯性の空間区画部材である。ベロフラム３４は、ピストン５１の外周面５１ｓ（図３参照）とシリンダチューブ３１の内周面５３との間の隙間を、ピストン５１の動作に追従しつつ密閉するベロフラムである。ベロフラム３４は、転動型ダイアフラムとも呼ばれ、動作部材３２と弁開度操作室３６との間に摩擦の要因となる面接触を形成しないので、摺動抵抗が極めて小さく低ヒステリシス特性や微小圧力応答性、高い密封性といった固有の特性を有している。ベロフラム３４は、円滑に転動が行えるように、リニアベアリング６５によって外周面５１ｓと内周面５３との隙間を確保するように構成されている。リニアベアリング６５の詳細については後述する。
【００３５】
ベロフラム３４は、真空制御バルブ３０において最も直径の大きなシリンダチューブ３１の内周面５３とピストン５１との間の摺動部を密封しているので、摩擦面を排除して顕著に動作部材３２の摺動摩擦抵抗を小さくすることができる。これにより、電空制御弁２６から開弁用空気流路３７に供給される操作エアの圧力操作によって、低ヒステリシス特性において高い応答性でのリフト量Ｌａの調節が実現される。なお、動作部材３２は、電動モータを使用して移動させる構成としても良い。
【００３６】
一方、図２に示すように、ロッド３２ｒとロッドカバー８１との間の封止は以下のように構成されている。ロッドカバー８１の貫通孔８２には、弁箱４５の側に近い位置に装着凹部８３が形成され、装着凹部８３よりもシリンダチューブ３１側に近い位置に装着溝８４が形成されている。装着凹部８３には、比較的に耐圧性が低く動摩擦抵抗の小さな第１段軽荷重シール７６と第２段軽荷重シール７７とが装備されている。装着溝８４には、比較的に耐圧性の高いパッキン７４が装備されている。一方、ロッドカバー８１には、パッキン７４と第１段軽荷重シール７６との間で装着凹部８３に連通し、外部に貫通するリーク検出用ポート８５が形成されている。
【００３７】
リーク検出用ポート８５は、パッキン７４における漏洩と、第１段軽荷重シール７６及び第２段軽荷重シール７７における漏洩とを検知することができる。パッキン７４における漏洩は、操作エアの漏洩として検知することができる。第１段軽荷重シール７６及び第２段軽荷重シール７７における漏洩は、リーク検出用ポート８５にヘリウムガスを注入する一方、ヘリウムリークディテクタ（図示省略）に接続されている弁箱４５を真空状態とすることによって検出することができる。
【００３８】
ピストン５１は、付勢バネ５５によって付勢されている。付勢バネ５５は、動作部材３２のピストン５１に対して、リフト量Ｌａと弁開度操作室３６の容積とがいずれも小さくなる方向に付勢力を印加している。付勢バネ５５は、シリンダチューブ３１の内周面５３と環状の形状を有するヘッドカバー６１に囲まれた空間に収容されている。付勢バネ５５の一方は、ピストン５１に対して弁開度操作室３６とは軸線方向に反対側（裏側）において当接している。付勢バネ５５の他方は、ヘッドカバー６１に当接している。
【００３９】
ヘッドカバー６１は、円筒状の形状を有する筒部６１ｂと、筒部６１ｂよりも小さな直径を有する円筒状の形状を有する摺動凸部６１ａとを有している。ヘッドカバー６１は、摺動凸部６１ａ及び筒部６１ｂと中心軸線を共有している。摺動凸部６１ａと筒部６１ｂの直径差は、行程制限面６１ｅを形成している。行程制限面６１ｅは、ピストン５１に形成されている行程制限端部５１ｅに当接することによってピストン５１の上昇量を制限する当接面である。これにより、ピストン５１の行程は、上昇方向（リフト量Ｌａ増大方向）が行程制限面６１ｅによって制限される一方、下降方向（リフト量Ｌａ減少方向）が弁座４２によって制限されていることになる。
【００４０】
摺動凸部６１ａは、動作部材３２の内部に形成されている遮断荷重発生室３９に収容されている。遮断荷重発生室３９は、動作部材３２の動作方向に延びる中心線に対し、弁開度操作室３６の内側に形成されている。これにより、遮断荷重発生室３９は、動作部材３２の動作方向において弁開度操作室３６に対して重なる位置に装備されていることになる。この結果、遮断荷重発生室３９の装備に起因する真空制御バルブ３０の大型化（特に動作部材３２の動作方向の大型化）を抑制することができる。さらに、ヘッドカバー６１の摺動半径を小さくすることができるので、遮断荷重発生室３９の装備に起因する摺動抵抗の発生を抑制することもできる。
【００４１】
遮断荷重発生室３９による遮断荷重の印加は、真空制御バルブ３０の製造性を向上させることもできる。製造時における付勢バネ５５のセット時荷重（弁閉時の荷重）を軽減して製造を容易とすることができるからである。すなわち、付勢バネ５５は、従来技術では、遮断時（リフト量Ｌａがゼロの場合）において要請された遮断荷重を発生させるようなバネ係数と初期荷重（プリロード）を発生させる初期たわみ量で装備することが要請される。
【００４２】
これにより、真空制御バルブ３０の口径の大型化に伴ってバネ係数と初期たわみ量の双方が過大となるので、真空制御バルブ３０の大型化だけでなく、製造も困難となることが本発明者によって見出された。しかしながら、本構成では、ヘッドカバー６１と遮断荷重発生室３９とで遮断荷重を発生させることによって、付勢バネ５５の初期荷重を軽減させることができるからである。
【００４３】
リニアベアリング６５は、ヘッドカバー６１とガイドロッド５６の間の半径方向（軸線方向に垂直な方向）の位置関係を拘束しつつ、小さな摩擦で軸線方向（動作部材３２の移動方向）への相対的な往復動を可能とする軸受である。リニアベアリング６５は、円筒状の形状を有する摺動凸部６１ａの内周面の内側の空間であって、ガイドロッド５６の外周面の外側に配置されている。
【００４４】
ガイドロッド５６は、動作部材３２に接続されているので、リニアベアリング６５は、ピストン５１と内周面５３との間の位置関係（隙間）をも維持（拘束）することができる。これにより、ベロフラム３４は、その折り返し部分を円滑に移動させることによってほとんど摩擦を生じさせることなく、シリンダチューブ３１に対して動作部材３２を移動させることができる。
【００４５】
ガイドロッド５６には、ヘッドカバー６１に対するガイドロッド５６の動作量を計測するための弁体位置センサ３５が装備されている。ガイドロッド５６には、弁体位置センサのプローブ３５ａが挿入される挿入管３５ｂがアダプタ３５ｃを介して接続されている。弁体位置センサ３５は、挿入管３５ｂへのプローブ３５ａの挿入長さに応じた電気信号を発生させることができる。ヘッドカバー６１に対するガイドロッド５６の動作量は、挿入長さの変動量として図ることができるので、その変動量に応じてリフト量Ｌａを計測することができる。弁体位置センサ３５には、たとえばリニアパルスコーダ（登録商標）などが利用可能である。
【００４６】
ヘッドカバー６１は、中心軸線を共有する２つの筒状の摺動面を有している。第１の摺動面は、摺動凸部６１ａの外周面６１ａｓと内周面６３との間の摺動面である。第２の摺動面は、摺動凸部６１ａの内周面６２ａｓとガイドロッド５６との間の摺動面である。第１の摺動面及び第２の摺動面のクリアランス（隙間）は、リニアベアリング６５によって正確に維持している。
【００４７】
リニアベアリング６５は、前述のように摺動凸部６１ａとガイドロッド５６との間に配置されているとともに、摺動凸部６１ａとリニアベアリング６５との間の相互の位置関係も動作部材３２の動作に関わらず維持されている。これにより、簡易に遮断荷重発生室３９と摺動凸部６１ａとの間の隙間の精度を向上させることができる。一方、リニアベアリング６５は、貫通孔８２に装備されているパッキン７４との位置関係についても動作部材３２の動作に関わらず維持され、ベロフラム３４で密閉されているピストン５１と内周面５３との間の摺動面よりも近傍に維持されている。これにより、摺動面の隙間の精度要求が厳しい摺動面がリニアベアリング６５の近傍に配置されていることになるので、簡易に封止性能の向上と摺動抵抗の低減の両立を図ることができる。
【００４８】
第１の摺動面において、外周面６１ａｓには、その外周の全周に渡って凹形状を有する装着溝７８（図２参照）が形成され、その装着溝７８にＶ字状のパッキン７０ｂが装着されている。第２の摺動面において、内周面６２ａｓには、その内周に渡って凹形状を有する装着溝７９が形成され、その装着溝７９にＶ字状のパッキン７０ａが装着されている。Ｖ字状のパッキン７０ａ，７０ｂは、Ｖパッキンとも呼ばれる。
【００４９】
次に、図４を参照して、真空制御バルブ３０のリフト量Ｌａを操作する方法について説明する。図４は、真空制御バルブ３０の真空圧力の制御時の作動状態を示す断面図である。真空制御バルブ３０は、前述のように、弁体３３と弁座４２との間の距離であるリフト量Ｌａを弁開度として調節することによって一次側ポート４１と二次側ポート４４との間のコンダクタンスを操作することができる。リフト量Ｌａは、弁座４２に対して動作部材３２の位置を相対的に移動させることによって調節される。コンダクタンスは、流路における流体の流れやすさを意味している。
【００５０】
リフト量Ｌａは、動作部材３２への駆動力と、その駆動力に相反する付勢バネ５５の付勢力とのバランスによって操作される。動作部材３２への駆動力は、弁開度操作室３６の内部の操作エアの圧力の作用によって生じる。リフト量Ｌａの制御においては、動作部材３２とシリンダチューブ３１との間の相対的な移動に起因する摩擦力の低減が望まれる。摩擦力は、ヒステリシスの原因となって精密な制御を阻害する大きな要因となるからである。
【００５１】
動作部材３２は、図２に示すように、シリンダチューブ３１との間に３箇所の摩擦面を有している。第１の摩擦面は、装着溝７８に装着されているパッキン７０ｂと、内周面６３との間の摩擦面である。第２の摩擦面は、装着溝７９に装着されているパッキン７０ａと、ガイドロッド５６との間の摩擦面である。第３の摩擦面は、ロッドカバー８１の貫通孔８２に装着されているパッキン７４とロッド３２ｒの外周面との間の摩擦面である。
【００５２】
第３の摩擦面は、主として弁開度操作室３６の操作圧力を低減させることによって摺動抵抗が低減されている。弁開度操作室３６の操作圧力の低減は、本実施形態では、上述のように付勢バネ５５のセット時荷重（弁閉時の荷重）を小さくすることよって実現可能となっている。また、本発明者の実験によれば、ロッド３２ｒの外周面の表面粗さＲａを０．２程度とすることによって、摺動抵抗の低減と必要な真空リーク特性の両立が確保できることが確認されている。なお、第３の摩擦面は、ベローズで動作部材３２を覆うことによって封止するように構成してもよい。
【００５３】
図５は、第１の摩擦面、すなわち、装着溝７８に装着されているパッキン７０と、内周面６３との間の摩擦面を示す拡大断面図である。パッキン７０は、ヒール部７１と二股に分かれている一対のリップ部７２ａ、７２ｂとを有するＶ字状のパッキンである。パッキン７０ｂは、一対のリップ部７２ｂ側が遮断荷重発生室３９に向けられており、遮断荷重発生室３９からの圧力を受けて面圧が高くなるように構成されている。第２の摩擦面は、第１の摩擦面と同様に封止されている。
【００５４】
摺動部の設計においては、摺動部のクリアランスＳ２と、装着溝７８の深さＳ１とパッキン７０ｂの一対のリップ部７２ａ、７２ｂの幅方向の大きさの差の関係と、が設計パラメータとなる。本実施形態では、弁体３３が弁座４２に当接して遮断荷重を発生させるときにのみ遮断荷重発生室３９の気密性が要求されるので、後述するようにパッキン７０ｂの潰し量を小さくすることができる。これにより、パッキン７０ｂと内周面６３との間の摩擦量を低減させてヒステリシスを低減させることができる。
【００５５】
次に、図６乃至図８を参照して、パッキン７０ｂによる封止メカニズムを詳細に説明する。図６は、パッキン７０ｂの装着状態を示して封止原理を説明する模式図である。図７は、遮断荷重発生室３９の非加圧時の状態を示して封止原理を説明する模式図である。図８は、遮断荷重発生室３９への加圧時を示して封止原理を説明する模式図である。図６及び図８においては、パッキン７０ｂの面圧分布Ｐｄ１、Ｐｄ２が示されている。真空制御バルブ３０は、遮断荷重発生室３９への加圧が遮断時にのみ行われるので、リフト量Ｌａの制御が行われている状態では、遮断荷重発生室３９への加圧が行われない。
【００５６】
図７に示されるように、パッキン７０ｂは、潰し量Ｑで弾性変形させられた状態で装着溝７８に装着されている。非加圧時には、パッキン７０ｂの接触面圧と面圧領域とは、面圧分布Ｐｄ１として示されるように極めて小さい。面圧分布Ｐｄ１は、一対のリップ部７２ａ、７２ｂの剛性と潰し量Ｑに起因して発生する面圧分布だからである。これにより、電空制御弁２６による真空制御が行われている状態（遮断荷重発生室３９の非加圧時）においては、遮断荷重発生室３９とヘッドカバー６１との間には、極めて小さな動摩擦が発生することになる。
【００５７】
一方、図８に示されるように、遮断荷重発生室３９は、遮断荷重の印加時には、面圧分布Ｐｄ２によって示されるように十分な封止性能を実現することができる。さらに、遮断荷重の印加においては、弁体３３が弁座４２に当接する遮断状態なので、遮断荷重発生室３９とヘッドカバー６１との間に相対的な移動は必要なく、制御状態でも無いので動摩擦の発生は何らの問題も生じさせいないことが分る。さらに、本発明者は、摺動時の漏れが許容可能なので、面圧分布Ｐｄ１をも低減させることが可能であることをも見出した。これにより、遮断荷重の発生機能を装備するために、遮断荷重発生室３９と摺動凸部６１ａとを設けても、その摺動が新たにヒステリシスの原因とならない設計を実現することができることが見出された。
【００５８】
次に、図９乃至１１を参照して、真空制御バルブ３０を使用する真空制御システム２０について説明する。
【００５９】
図９は、実施形態の真空制御システム２０の構成を示す模式図である。真空制御システム２０は、エッチングプロセスを実行するための真空容器９０と、真空制御バルブ３０と、コントローラ２１と、空気圧回路２２と、ターボ分子ポンプ３００と、ターボ分子ポンプ３００に直列に接続されている真空引き用のドライポンプと、を備えている。真空容器９０には、一定の供給量で反応性ガスＧが供給されつつ、真空制御バルブ３０を介してターボ分子ポンプ３００によって排気される。真空容器９０の真空圧力は、真空制御バルブ３０のコンダクタンスを操作することによって制御される。ターボ分子ポンプ３００は、真空ポンプに相当する。
【００６０】
真空容器９０は、反応性ガスＧが供給される反応ガス供給孔９１と、排気孔９３と、真空圧力センサ９２と、を備えている。反応ガス供給孔９１には、マスフローセンサ（図示省略）で計測された一定量の反応性ガスＧが供給される。排気孔９３には、真空制御バルブ３０の一次側ポート４１が接続されている。真空圧力センサ９２は、真空容器９０の内部の真空圧力を計測して電気信号をコントローラ２１に送信する。真空圧力は、コントローラ２１による真空制御バルブ３０の操作に使用される。
【００６１】
弁開度操作室３６の内部圧力は、空気圧回路２２から開弁用空気流路３７を介して操作エアが供給あるいは排気されることによって操作される。空気圧回路２２は、操作エアを供給するための高圧側の作動流体供給部９５と、操作エアを排気するための低圧側の作動流体排気部９６とに接続されている。
【００６２】
遮断用荷重は、空気圧回路２２から遮断用空気流路３８に操作エアが供給されることによって、弁体３３を弁座４２まで移動させ、その移動後に弁体３３を弁座４２に押し付ける荷重として機能する。遮断用荷重は、付勢バネ５５による付勢荷重との合力として作用する。
【００６３】
遮断用荷重は、本実施形態では、たとえばコントローラ２１がターボ分子ポンプ３００から真空ポンプ停止信号を受信し、真空制御システム２０を緊急停止させる際に印加される。以下では、緊急停止を含む各作動モードにおける作動内容について説明する。コントローラ２１は、制御部に相当する。真空ポンプ停止信号は、たとえば真空ポンプ停止信号が停止した場合、あるいはターボ分子ポンプ３００の回転数が異常に低下した場合に発信される信号である。
【００６４】
次に、図１０を参照して空気圧回路２２と真空制御バルブ３０の作動内容を説明する。図１０は、実施形態の空気圧回路２２の構成と作動内容とを示す模式図である。空気圧回路２２は、コントローラ２１からの指令に応じて操作エアを供給し、これにより真空制御バルブ３０を操作する回路である。空気圧回路２２は、電空制御弁２６と、３個の電磁弁ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３とを備えている。電空制御弁２６は、操作エアの高圧側に接続されている給気弁２６ａと、操作エアの排気側に接続されている排気弁２６ｂとを有している。
【００６５】
コントローラ２１は、本実施形態では、２個のＰＩＤ制御回路２４ａ，２４ｂを内蔵するプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）として構成されている。プログラマブルロジックコントローラ２１は、たとえばラダー・ロジックを使用して高い信頼性を有する制御を実現することができる論理回路である。２個のＰＩＤ制御回路２４ａ，２４ｂは、詳細については後述するが、真空容器９０の真空圧力のフィードバック制御に使用される。コントローラ２１は、３個の電磁弁ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３の各々へのオンオフ指令と、電空制御弁２６へのパルス幅変調信号と、を空気圧回路２２に送信する。電磁弁ＳＶ２と電磁弁ＳＶ３とは、それぞれ第１の電磁弁と第２の電磁弁とも呼ばれる。
【００６６】
電空制御弁２６は、たとえば周知のパルス幅変調方式で給気弁２６ａと排気弁２６ｂの開弁時間（デューティ）を操作することによって、外部から供給される圧縮空気の開弁用空気流路３７への供給圧力を操作することができる。電空制御弁２６は、給気弁２６ａの開弁時間（デューティ）を大きくし、排気弁２６ｂの開弁時間を小さくすることによって弁開度操作室３６で動作部材３２に作用するエア圧力を高くすることができる。これにより、弁体３３のリフト量Ｌａを大きくすることが可能となる。
【００６７】
一方、電空制御弁２６は、給気弁２６ａの開弁時間（デューティ）を小さくし、排気弁２６ｂの開弁時間を大きくすることによって弁開度操作室３６で動作部材３２に作用するエア圧力を低くすることができる、これにより、付勢バネ５５からの荷重によって弁体３３のリフト量Ｌａを小さくすることができる。
【００６８】
電磁弁ＳＶ１は、電磁弁ＳＶ２に接続される流路を、電空制御弁２６と作動流体供給部９５のいずれかに切り替える電磁弁であり、非通電時には、電空制御弁２６に接続される。電磁弁ＳＶ２は、開弁用空気流路３７に接続される流路を、電磁弁ＳＶ１と作動流体排気部９６のいずれかに切り替える電磁で弁であり、非通電時には、作動流体排気部９６に接続される。電磁弁ＳＶ３は、遮断用空気流路３８に接続される流路を、作動流体供給部９５と作動流体排気部９６のいずれかに切り替える電磁で弁であり、非通電時には、作動流体供給部９５に接続される。
【００６９】
次に、表Ｔを参照して、空気圧回路２２の各作動モードの内容を説明する。表Ｔは、各作動モードにおける３個の電磁弁ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３の通電状態を示す表である。表Ｔでは、オンとオフをそれぞれ「ＯＮ」と「ＯＦＦ」で表記している。
【００７０】
真空制御システム２０の緊急停止時の作動モードでは、電空制御弁２６及び３個の電磁弁ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３が全てオフとなる。緊急停止は、真空制御システム２０のシステム設計で定義されるワーストケースとしての作動モードであって、たとえばコントローラ２１がドライポンプ（図示省略）から真空ポンプ停止信号を受信した場合の作動モードである。ドライポンプは、ターボ分子ポンプ３００に直列に接続され、真空引き使用されるポンプである。本作動モードでは、大気開放状態の二次側ポート４４と、真空側の一次側ポート４１との間には、大気圧の全てが差圧として印加されることになる。この差圧荷重は、弁体３３に対してリフト量Ｌａを増大させる方向に印加され、弁体３３を弁座４２から離して真空容器９０に大気を逆流させる方向に働くことになる。本実施形態の緊急停止では、遮断荷重によって上述の差圧に対抗して逆流を防止することができる。
【００７１】
このように、高圧側の作動流体供給部９５が遮断用空気流路３８に接続されるとともに、排気側の作動流体排気部９６が開弁用空気流路３７に接続されることになる。これにより、遮断荷重を印加する遮断荷重発生室３９の空気圧が上昇し、開弁側（リフト量Ｌａ増大）の荷重を印加する弁開度操作室３６の室内が大気圧まで低下することになる。この結果、動作部材３２に接続されている弁体３３が弁座４２の方向に急速に移動して、真空制御バルブ３０を閉状態（遮断）とするとともに遮断荷重の印加を継続する。
【００７２】
なお、電磁弁ＳＶ３は、非通電時には、遮断用空気流路３８に接続される流路を作動流体排気部９６に接続されるように構成しても良い。ただし、上述のように、非通電時において作動流体供給部９５に接続されるように構成すれば、停電時において、空気圧回路２２への電力供給が停止されるので、表Ｔの矢印に示されるように、緊急停止時と同一の作動内容の作動モードとすることができる。
【００７３】
このように、真空制御システム２０の停電あるいは緊急停止においては、いずれの作動モードにおいても、真空制御バルブ３０を閉弁するとともに遮断荷重を印加することができる。この結果、本実施形態の真空制御システム２０では、空気圧回路２２への電力供給が停止された状態においては、付勢バネ５５の付勢力と遮断荷重発生室３９の加圧とによって弁体３３が弁座４２に移動し、遮断荷重が印加されるように空気回路が構成されていることになる。
【００７４】
このような構成では、電源オフや停電時においても必ず遮断状態となることが確保されているので、緊急停止や停電時の安全確保を考慮したシステム設計を簡易に実現することができるという利点がある。さらに、本実施形態では、コントローラ２１は、真空ポンプ停止信号の受信に応じて、緊急停止の作動モードとなるので、ターボ分子ポンプ３００の不測の停止によって仮に二次側ポート４４の圧力が上昇しても遮断状態を確保することができるという利点をも有している。
【００７５】
次に、真空制御バルブ３０を閉状態とする作動モードでは、２個の電磁弁ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３がオンとなる一方、電磁弁ＳＶ３がオフとなっている。この作動モードは、ターボ分子ポンプ３００が正常な運転状態において、真空制御バルブ３０を閉状態とする。この作動モードでは、正常な運転状態において真空制御バルブ３０を閉状態するために適切な潰し量でＯリング７５を潰す程度の荷重が付勢バネ５５によって印加されるように設定されている。これにより、Ｏリング７５の耐久性を高めることができる。
【００７６】
このように、本実施形態は、緊急時に対応するための遮断荷重を発生させる機構を備えているので、通常の運転に適した潰し量でＯリング７５を潰す程度に付勢バネ５５の付勢力を設定することができるという設計自由度を提供することもできる。
【００７７】
一方、真空制御バルブ３０を開状態とする作動モードでは、３個の電磁弁ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３の全てがオンとなる。これにより、高圧側の作動流体供給部９５は、オン状態の２個の電磁弁ＳＶ１，ＳＶ２を経由して開弁用空気流路３７に流路が接続される。一方、排気側の作動流体排気部９６は、オン状態の電磁弁ＳＶ３を経由して遮断用空気流路３８に流路が接続される。一方、電空制御弁２６は、オン状態の電磁弁ＳＶ１によって開弁用空気流路３７から流路が切り離された状態となっている。これにより、電空制御弁２６の作動状態に関わらず、真空制御バルブ３０を急速に開状態（リフト量Ｌａが最大の状態）とすることができる。
【００７８】
最後に、真空制御バルブ３０で真空圧力を制御する作動モードでは、電磁弁ＳＶ１がオフとなる一方、２個の電磁弁ＳＶ２，ＳＶ３がいずれもオンとなる。これにより、高圧側の作動流体供給部９５は、電空制御弁２６とオフ状態の電磁弁ＳＶ１とオン状態の電磁弁ＳＶ２とを順に経由して開弁用空気流路３７に流路が接続される。一方、排気側の作動流体排気部９６は、オン状態の電磁弁ＳＶ３を通過して、遮断用空気流路３８に流路が接続される。これにより、電空制御弁２６は、開弁用空気流路３７から操作エアを供給して弁開度操作室３６の内部圧力を操作し、リフト量Ｌａを調節することができる。
【００７９】
次に、図１１を参照して真空制御システム２０の制御内容を説明する。図１１は、実施形態の真空制御システム２０の制御ブロック図である。この制御系は、真空制御バルブ３０の弁体３３のリフト量Ｌａを制御するスレーブループＳＬと、真空容器９０の内部圧力を制御するマスターループＭＬとを有する二重ループ構造のカスケード制御として構成されている。スレーブループＳＬとマスターループＭＬの各制御ループは、たとえば周知のＰＩＤ制御系として構成することができる。
【００８０】
スレーブループＳＬは、電空制御弁２６によって弁開度操作室３６の内部圧力を操作して、弁体３３のリフト量Ｌａを弁開度指令値Ｖｐに近づけることを目的とする制御ループである。スレーブループＳＬでは、ＰＩＤ制御回路２４ｂは、弁開度指令値Ｖｐ（目標値）とリフト量Ｌａ（計測値）の偏差δｍに応じて制御信号を生成し、パルス幅変調信号を電空制御弁２６に送信する。電空制御弁２６は、パルス幅変調信号に応じて弁開度操作室３６の内部圧力を操作して弁体３３が装着されている動作部材３２への駆動力を調節する。
【００８１】
リフト量Ｌａは、弁体位置センサ３５によって計測され、ＰＩＤ制御回路２４ｂによってフィードバック量として使用される。これにより、真空制御バルブ３０は、リフト量Ｌａをフィードバック制御することができる。これにより、真空容器９０とターボ分子ポンプ３００との間の流路のコンダクタンスを調節することができる。
【００８２】
マスターループＭＬでは、ＰＩＤ制御回路２４ａは、予め設定された目標圧力値Ｐｔと計測圧力値Ｐｍとの偏差δｐに応じて、弁開度指令値Ｖｐを決定してＰＩＤ制御回路２４ｂに送信する。計測圧力値Ｐｍは、真空圧力センサ９２によって計測される真空容器９０の内部の圧力である。ＰＩＤ制御回路２４ａは、計測圧力値Ｐｍが目標圧力値Ｐｔに近づくように弁開度指令値Ｖｐを調節する。
【００８３】
なお、リフト量Ｌａのフィードバックループを削除し、偏差δｐをゼロに近づけるように弁開度操作室３６の内部圧力を操作する簡易なシングルループ制御として構成してもよい。ただし、リフト量Ｌａをフィードバックする二重ループ構成とすれば、マスターループＭＬからの指令値（制御入力）とリフト量（開度）の非線形性に起因する精度の低下を抑制することができる。この精度の低下は、オフセット値によって各真空制御バルブの開度範囲が相互にシフトすることによって発生する。本構成は、開度の実測によって開度と制御入力の線形性を確保することによって、いずれの開度範囲においても真空制御バルブの特性がフラットとなるように構成されている。
【００８４】
真空制御システム２０は、さらに、動作部材３２を介して弁体３３に対して遮断用荷重を印加するオープンループＡＬを有している。プログラマブルロジックコントローラ２１は、２個の電磁弁ＳＶ２，ＳＶ３をいずれもオフ状態とすることによって、遮断荷重発生室３９（図２参照）に空気圧を印加することによって遮断用荷重を発生させる。遮断用荷重の大きさは、電磁弁ＳＶ１のオンオフに関わらず、遮断荷重発生室３９の内径やヘッドカバー６１の外形を適切に設定することによって予め設定することができる。
【００８５】
以上詳述した本実施形態は以下の利点を有する。
【００８６】
本実施形態の真空制御バルブ３０では、最も直径が大きな主シリンダの内周面と主ピストンの外周面との間がベロフラムによって封止されているので、摺動抵抗を低減させてヒステリシスを緩和させることができる。
【００８７】
さらに、本実施形態の真空制御バルブ３０では、作動流体の供給によって遮断荷重を発生させる遮断荷重発生室３９が動作部に形成されているので、動作部材３２の占有空間を有効利用して遮断荷重発生室３９を装備することができる。さらに、動作部の内部に遮断荷重発生室を形成することによって、遮断荷重発生室３９の直径を小さくする方向の設計自由度を提供することができる。これにより、遮断荷重発生室３９の装備に起因する真空制御バルブの大型化を抑制するとともに、遮断荷重発生室３９の摺動面積を小さくして遮断荷重発生室３９の摩擦に起因するヒステリシスを低減させることができる。
【００８８】
本実施形態の真空制御システム２０では、全ての電磁弁への電力供給が停止された状態においては、直ちに弁体３３が弁座４２に移動し、遮断荷重が印加されるように空気回路が構成されている。これにより、緊急停止や停電時の安全確保を考慮したシステム設計を簡易に実現することができる。
【００８９】
（他の実施形態）
本発明は上記実施形態に限らず、例えば次のように実施されてもよい。
【００９０】
（１）上記実施形態では、遮断荷重発生室３９とヘッドカバー６１との間がパッキンで封止されているが、遮断荷重発生室３９とヘッドカバー６１との間をベロフラムで封止するように構成しても良い。ただし、遮断荷重発生室３９とヘッドカバー６１との間をパッキンで封止すれば、真空制御バルブの構成を簡易とすることができるとともに小型化を図ることもできる。
【００９１】
（２）上記実施形態では、遮断荷重発生室３９とヘッドカバー６１との間を封止する封止面には、Ｖ字状のパッキンが使用されているが、たとえばＯリングでもよい。Ｏリングも遮断荷重発生室３９への作動流体の供給に応じて接触面圧が高くなる性質を有しているからである。遮断荷重発生室３９とヘッドカバー６１との間の封止には、一般に、遮断荷重発生室３９への作動流体の供給に応じて封止面の面圧が高められる封止部を使用すれば真空制御バルブのヒステリシスを低下させることができる。ただし、Ｖ字状のパッキンを使用すれば、非加圧時の動摩擦力を小さくすることができる。
【００９２】
（３）上記実施形態では、動作部材３２の内側に遮断荷重発生室３９が形成され、付勢バネの内側にヘッドカバー６１が配置されているが、遮断荷重発生室３９とヘッドカバー６１とが逆転された配置としてもよい。ただし、遮断荷重発生室３９を動作部材３２ヘッドカバー６１の内部に形成する構成とすれば、動作部材３２の内部空間を利用して遮断荷重発生室３９を形成することができるので、真空制御バルブの小型化を図ることができる。
【００９３】
（４）上記実施形態では、半導体製造装置用（エッチングやＣＶＤ装置用）の真空制御システムを例示して本発明が説明されているが、これに限られず液晶製造装置や減圧乾燥炉、真空焼結装置といった様々な真空装置に使用される真空容器内の真空圧力の制御に利用可能である。
【００９４】
（５）上記実施形態では、一次側ポート（真空容器側接続口）を低圧側として二次側ポート（真空ポンプ側接続口）を高圧側として真空制御バルブが接続され、その差圧荷重に対抗する遮断荷重によって遮断状態を維持する形態として構成されている。しかし、高圧側と低圧側とを逆方向としても良い。こうすれば、遮断状態を維持する方向の差圧荷重に対抗して開状態することができる。さらに、真空容器だけでなく高圧容器の圧力制御にも利用可能である。
【符号の説明】
【００９５】
２０…真空制御システム、２１…コントローラ、２２…空気圧回路、２４…ＰＩＤ制御回路、２６…電空制御弁、３０…真空制御バルブ、３１…シリンダ、３２…動作部材、３３…弁体、３４…ベロフラム、３５…弁体位置センサ、５５…付勢バネ、５６…ガイド部材、９２…真空圧力センサ、３００…ターボ分子ポンプ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と真空ポンプとの間に接続され、作動流体によって弁開度を操作して前記真空容器内の真空圧力を制御する真空制御バルブであって、
前記真空容器と前記真空ポンプとを接続する流路と、前記流路に形成されている弁座とを有する制御バルブ本体と、
前記弁座との距離であるリフト量の調節による前記弁開度の操作と、前記弁座への当接による前記流路の遮断とを行う弁体と、ピストンと、前記弁体と前記ピストンとを結合するロッドと、を有する動作部と、
前記制御バルブ本体に接続され、前記ピストンを収容するシリンダと、
前記リフト量が小さくなる方向に前記動作部を付勢する付勢部と、
前記ピストンの外周面と前記シリンダの内周面との間の隙間を、前記ピストンの動作に追従しつつ密閉するベロフラムと、
を備え、
前記動作部及び前記シリンダは、
前記ベロフラムによって密閉され、前記ロッドを囲む筒状の形状を有する空間であって、前記作動流体の作用圧力に応じて前記ピストンに対して前記リフト量を大きくする方向に荷重を発生させる弁開度操作室と、
前記弁開度操作室と中心軸線を共有し、前記作動流体の供給に応じて前記動作部に対して前記リフト量を小さくする方向に荷重を発生させる遮断荷重発生室と、
を形成している真空制御バルブ。
【請求項２】
前記シリンダは、前記遮断荷重発生室に収容されている摺動凸部を有するヘッドカバーを備え、
前記真空制御バルブは、前記遮断荷重発生室と前記摺動凸部との間を封止する封止面を有し、前記遮断荷重発生室への前記作動流体の供給に応じて前記封止面の面圧が高められる封止部を備える請求項１に記載の真空制御バルブ。
【請求項３】
前記摺動凸部は、前記弁開度操作室と中心軸線を共有し、前記弁開度操作室の内径よりも小さな外径の円筒状の形状を有し、
前記動作部は、前記摺動凸部の内周面に囲まれた空間において前記動作の方向に延びるガイド部を有し、
前記真空制御バルブは、前記ガイド部と前記摺動凸部との間に配置され、前記動作の方向の摺動を可能とし、前記ガイド部と前記摺動凸部の前記動作の方向と垂直な方向の位置関係を相互に拘束する軸受を備える請求項２に記載の真空制御バルブ。
【請求項４】
前記遮断荷重発生室は、前記ロッドの内部に形成されている請求項１乃至３のいずれか一項に記載の真空制御バルブ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の真空制御バルブと、
前記真空容器内の真空圧力を計測する圧力センサと、
作動流体を供給するための作動流体供給部と、前記作動流体を排気するための作動流体排気部とに接続され、前記真空制御バルブに前記作動流体を供給する空気圧回路と、
前記空気圧回路から前記真空制御バルブに供給される作動流体を操作して、前記真空容器内の真空圧力を制御する制御部と、
を備える真空制御システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記真空ポンプの停止を表す情報を含む真空ポンプ停止信号の受信に応じて前記弁開度操作室と前記作動流体排気部との間の流路を接続するとともに、前記遮断荷重発生室と前記作動流体供給部との間の流路を接続する請求項５に記載の真空制御システム。
【請求項７】
前記空気圧回路は、非通電状態で前記弁開度操作室と前記作動流体排気部との間の流路を接続する第１の電磁弁と、非通電状態で前記遮断荷重発生室と前記作動流体供給部との間の流路を接続する第２の電磁弁と、を有する請求項５又は６に記載の真空制御システム。
【請求項１】
真空容器と真空ポンプとの間に接続され、作動流体によって弁開度を操作して前記真空容器内の真空圧力を制御する真空制御バルブであって、
前記真空容器と前記真空ポンプとを接続する流路と、前記流路に形成されている弁座とを有する制御バルブ本体と、
前記弁座との距離であるリフト量の調節による前記弁開度の操作と、前記弁座への当接による前記流路の遮断とを行う弁体と、ピストンと、前記弁体と前記ピストンとを結合するロッドと、を有する動作部と、
前記制御バルブ本体に接続され、前記ピストンを収容するシリンダと、
前記リフト量が小さくなる方向に前記動作部を付勢する付勢部と、
前記ピストンの外周面と前記シリンダの内周面との間の隙間を、前記ピストンの動作に追従しつつ密閉するベロフラムと、
を備え、
前記動作部及び前記シリンダは、
前記ベロフラムによって密閉され、前記ロッドを囲む筒状の形状を有する空間であって、前記作動流体の作用圧力に応じて前記ピストンに対して前記リフト量を大きくする方向に荷重を発生させる弁開度操作室と、
前記弁開度操作室と中心軸線を共有し、前記作動流体の供給に応じて前記動作部に対して前記リフト量を小さくする方向に荷重を発生させる遮断荷重発生室と、
を形成している真空制御バルブ。
【請求項２】
前記シリンダは、前記遮断荷重発生室に収容されている摺動凸部を有するヘッドカバーを備え、
前記真空制御バルブは、前記遮断荷重発生室と前記摺動凸部との間を封止する封止面を有し、前記遮断荷重発生室への前記作動流体の供給に応じて前記封止面の面圧が高められる封止部を備える請求項１に記載の真空制御バルブ。
【請求項３】
前記摺動凸部は、前記弁開度操作室と中心軸線を共有し、前記弁開度操作室の内径よりも小さな外径の円筒状の形状を有し、
前記動作部は、前記摺動凸部の内周面に囲まれた空間において前記動作の方向に延びるガイド部を有し、
前記真空制御バルブは、前記ガイド部と前記摺動凸部との間に配置され、前記動作の方向の摺動を可能とし、前記ガイド部と前記摺動凸部の前記動作の方向と垂直な方向の位置関係を相互に拘束する軸受を備える請求項２に記載の真空制御バルブ。
【請求項４】
前記遮断荷重発生室は、前記ロッドの内部に形成されている請求項１乃至３のいずれか一項に記載の真空制御バルブ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の真空制御バルブと、
前記真空容器内の真空圧力を計測する圧力センサと、
作動流体を供給するための作動流体供給部と、前記作動流体を排気するための作動流体排気部とに接続され、前記真空制御バルブに前記作動流体を供給する空気圧回路と、
前記空気圧回路から前記真空制御バルブに供給される作動流体を操作して、前記真空容器内の真空圧力を制御する制御部と、
を備える真空制御システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記真空ポンプの停止を表す情報を含む真空ポンプ停止信号の受信に応じて前記弁開度操作室と前記作動流体排気部との間の流路を接続するとともに、前記遮断荷重発生室と前記作動流体供給部との間の流路を接続する請求項５に記載の真空制御システム。
【請求項７】
前記空気圧回路は、非通電状態で前記弁開度操作室と前記作動流体排気部との間の流路を接続する第１の電磁弁と、非通電状態で前記遮断荷重発生室と前記作動流体供給部との間の流路を接続する第２の電磁弁と、を有する請求項５又は６に記載の真空制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２４３２１７（Ｐ２０１１−２４３２１７Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５９１４７（Ｐ２０１１−１５９１４７）
【出願日】平成２３年７月２０日（２０１１．７．２０）
【分割の表示】特願２０１０−１１３６９４（Ｐ２０１０−１１３６９４）の分割
【原出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（０００１０６７６０）シーケーディ株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２０日（２０１１．７．２０）
【分割の表示】特願２０１０−１１３６９４（Ｐ２０１０−１１３６９４）の分割
【原出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（０００１０６７６０）シーケーディ株式会社 (627)
【Ｆターム（参考）】
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