真空開閉弁
【課題】ピストンの外周面とシリンダの内周面との隙間を、ピストンの動作と共に追従するベロフラムで密閉し、流体によりピストンを駆動させて開閉する真空開閉弁において、耐久性のある真空開閉弁を提供する。
【解決手段】真空容器２と真空ポンプ５との間に接続し、弁座７３に対し弁体であるＯリング７９の開度を変化させて真空容器２内の真空圧力を制御する真空開閉弁１０であって、ピストン４０の外周面とシリンダ３０の内周面３１との所定の隙間を、ピストン４０の動作と共に追従するベロフラム５０で密閉し、流体によりピストン４０を駆動させて開閉する真空開閉弁１０であって、ベロフラム５０が所定の傾斜角度θ２で形成されていること、ピストン４０の外周が、所定の傾斜角度θで形成されていること、弁体が弁座と当接する位置にあるときに、ピストンと接触するベロフラムの内周径と、ピストンの外周径が等しい。
【解決手段】真空容器２と真空ポンプ５との間に接続し、弁座７３に対し弁体であるＯリング７９の開度を変化させて真空容器２内の真空圧力を制御する真空開閉弁１０であって、ピストン４０の外周面とシリンダ３０の内周面３１との所定の隙間を、ピストン４０の動作と共に追従するベロフラム５０で密閉し、流体によりピストン４０を駆動させて開閉する真空開閉弁１０であって、ベロフラム５０が所定の傾斜角度θ２で形成されていること、ピストン４０の外周が、所定の傾斜角度θで形成されていること、弁体が弁座と当接する位置にあるときに、ピストンと接触するベロフラムの内周径と、ピストンの外周径が等しい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空容器と真空ポンプとの間に接続し、開度を変化させて真空容器内のガスの真空圧力を制御する真空開閉弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、半導体製造工程において、ウエハを配置した真空チャンバ内に、プロセスガスとバージガスとを交互に給気・排気させる真空圧力制御システム等が提案されている。このような真空圧力制御システムには、真空チャンバと真空ポンプとの間に真空開閉弁が接続されている。この真空開閉弁は、開度を変化させて、真空チャンバ内に供給するプロセスガスの真空圧力を制御している（特許文献１参照）。
【０００３】
従来の真空開閉弁について、図１１〜図１５を用いて簡単に説明する。図１１は、本出願人が提案した特許文献１の真空圧力制御システムに構成された真空開閉弁１００を示す断面図である。図１２は、図１１中、Ｒ部の拡大図であり、閉弁状態におけるベロフラム１５０の形態を説明するための説明図である。図１３は、従来のベロフラム１５０を示す断面図である。図１４は、従来のベロフラム１５０のうち、基布１５１Ｂの織り目を説明する説明図である。
真空開閉弁１００では、駆動エアがエア収容室ＡＳ内に供給され、ピストン１４０が上昇（図１１中、上方）すると、ピストンロッド１４７を介してピストン１４０と連結するポペット弁体１７６がピストン１４０のストローク方向に上昇し、ポペット弁体１７６が弁座１７３から離れて開弁するようになっている。このピストン１４０は、そのスティックスリップの発生を防止するため、単動空気圧シリンダ１３０内をこれと非接触で駆動する。ピストン１４０と単動空気圧シリンダ１３０との隙間１４５は、ピストン１４０の動作と共に追従するベロフラム１５０で密閉され、エア収容室ＡＳ内の気密性が確保されるようになっている。
【０００４】
このベロフラム１５０は、ピストン１４０のボア方向から見たときのベロフラム１５０の断面形状を、図１３に示す略台形形状とされている。ベロフラム１５０は、インサート成形によりゴムにポリエステル等の基布１５１Ｂを埋設して成形されている。この基布１５１Ｂは、図１４に示すように、糸を縦方向及び横方向にそれぞれ１本ずつ格子状に交差した平織りの網目を有したものである。ベロフラム１５０は、中央部１５２をピストン１４０の受圧面１４２に固着し、フランジ部１５３を単動空気圧シリンダ１３０のフランジ保持部１３２で固定させている。このベロフラム１５０のうち、フランジ部１５３から深く折り返されて中央部１５２に向けて延びる環状の単一テーパ面１５４は、軸線ＡＸに沿う仮想線Ｎとのなす角度を単一テーパ角θｐの単一の傾斜面とされている。
【０００５】
なお、従来のベロフラム１５０の形状に略台形を採用する理由として、次の２つの理由が挙げられる。
（１）ベロフラム１５０を具備した真空開閉弁１００では、ピストン１４０の外周面におけるピストン外周径ｄｐが、所定の隙間１４５を有した分だけ単動空気圧シリンダ１３０の内径よりも小さく、ベロフラム１５０の単一テーパ面１５４がピストン１５０の上死点の位置までピストン１５０の駆動に伴って伸びる。
（２）真空開閉弁１００では、閉弁すると、ベロフラム１５０における中央部１５２とフランジ部１５３とがほぼ同じ高さに位置し、単一テーパ面１５４は、図１１及び図１２に示すように、ピストン１４０と単動空気圧シリンダ１３０との隙間１４５の中で、山折
り状に折り返される。
これらのことから、単一テーパ面１５４を、ピストン１５０のストローク方向に沿う軸線ＡＸ、すなわち仮想線Ｎに対し、所定の単一テーパ角θｐで傾斜した単一の傾斜面にすることで、ベロフラム１５０が、真空開閉弁１００の開閉動作に伴って伸縮し易くなるからである。
【０００６】
一方、ベロフラムで駆動される真空開閉弁については、特許文献２の第１図、及び特許文献３の図２、図５、図６に開示されている。また、ベロフラムが角度が異なる傾斜面を備えることについては、特許文献４の第１図、第４図、特許文献５の第３図、及び特許文献６の第２図、第５図に開示されている。
また、トリコット織りの基布をインサート成形するによりベロフラムを形成することは、特許文献７、及び特許文献８に開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平9-72458号公報
【特許文献２】特開2002-132354号公報
【特許文献３】特開平07-150623号公報
【特許文献４】特開昭56-049462号公報
【特許文献５】実開昭61-140296号公報
【特許文献６】実開昭60-055466号公報
【特許文献７】特開平10-317262号公報
【特許文献８】特開平10-132077号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、真空開閉弁１００では、以下に掲げる問題がある。
（１）図１１及び図１２は、真空開閉弁が閉じた状態の位置である。その状態で、駆動エアがエア収容室ＡＳに供給されると、駆動エアによる加圧力が、ベロフラム１５０の中央部１５２及び、ピストン１４０と単動空気圧シリンダ１３０との隙間１４５の中で折り返された単一テーパ面１５４にかかって、ピストン１４０を上昇させる。
このとき、単一テーパ面１５４は、エア収容室ＡＳ内への駆動エアの供給により、図１２に示す山折りされた形態から、単一テーパ面１５４の一部がピストン１４０の外周面と単動空気圧シリンダ１３０の内周面に向けて膨らんだ形態になる（図１５参照）。
ベロフラム１５０の形状は略台形であり、単一の単一テーパ面１５４がピストン１４０の外周面よりも軸線ＡＸの径方向外側にあるため、ベロフラム１５０における軸線ＡＸ方向の同じ位置では、この位置における径方向の、ベロフラム１５０のピストン１４０と接触する面におけるテーパ面径長Ｄｐは、図１６に２点鎖線で示すように、ピストン外周径ｄｐよりも大きい。ベロフラム１５０は、テーパ面を備えているが、ピストン１４０は円筒形状であるため、ベロフラム１５０の最短径をピストン１４０の直径に合わせざる得ないため、図１２に示す位置における、πＤｐとπｄｐとの差は大きくなってしまう。
すなわち、単一テーパ面１５４における周方向の長さ（単一テーパ面周長）πＤｐは、ピストン１４０の外周面における周方向の長さ（ピストン外周面周長）πｄｐよりも長くなるので、ベロフラム１５０の一部で、ピストン１４０の外周面に接触しない部分がシワ発生部１５９となって発生する。
【０００９】
このシワ発生部１５９は、単一テーパ面周長πＤｐとピストン外周面周長πｄｐとの周長の差が大きくなるに従い大きなものとなる。また、ベロフラム１５０の単一テーパ面１５４に沿ってピストン１４０の外周面に向けてかかる加圧力は、シワ発生部１５９における単一テーパ面１５４とピストン１４０の外周面との間をなす内部空間内の圧力よりも大きい。
このため、シワ発生部１５９では、単一テーパ面１５４に沿って加圧力がかかると、単一テーパ面１５４の一部は、加圧力により自身同士が互いに重なるまたは近づくように押圧された状態で、ピストン１４０の外周面付近からピストン１４０の径方向外側に向けて延出し、径方向の最も外側にある屈曲部位１５９Ｂで深く折り曲げられた形態で折り畳まれる。径方向外側に向けて単一テーパ面１５４が長く延びた形態になると、生成したシワ発生部１５９の屈曲部位１５９Ｂでは、単一テーパ面１５４は鋭角状に折り曲げられる傾向となり、屈曲部位１５９Ｂに過度な曲げ応力がかかることもある。
【００１０】
図１６に示すように、屈曲部位１５９Ｂが形成されている状態で、図１５に示すピストン１４０が上昇すると、図１６に示す屈曲部位１５９Ｂが、ピストン１４０に接触する側から、単動空気圧シリンダ１３０の内壁面に接触する側に移動する。屈曲部位１５９Ｂは、この移動により、１８０度が方向転換されることになる。屈曲部位１５９Ｂは、単動空気圧シリンダ１３０の内壁面側では、内壁面の内径が十分大きいため、屈曲部位１５９Ｂは屈曲が解消される。しかし、屈曲部位１５９Ｂが、１８０度方向転換されるときに、屈曲部位１５９Ｂが集中応力を受ける。真空開閉弁が駆動される毎に、この集中応力を繰り返し受けるため、ベロフラム１５０に縦方向の亀裂が発生するのである。
本出願人は、世界中で本発明に係る真空開閉弁を販売しているが、ベロフラム１５０の耐久性に問題があったが、その原因の究明が難しかった。実験を重ねることにより、上記原因を究明したのである。
【００１１】
（２）さらに、ベロフラム１５０の基布は、図１４に示す平織りの網目であり、網目方向の可撓性が低く、ベロフラム１５０自身が自在に屈曲し難いため、シワ発生部１５９は、駆動エアの供給時に単一テーパ面１５４の周囲上に比較的大きなシワとなって局部的に存在する（図１６参照）。すると、閉弁する際に、シワ発生部１５９で山折りされた単一テーパ面１５４の基布同士が擦れ合い、頂部１５８からの亀裂がシワ発生部１５９にまで経時的に成長して、ベロフラム１５０の基布が破れてしまう。
【００１２】
この（１）及び（２）の問題により、エア収容室ＡＳ内に供給された駆動エアがベロフラム１５０を通じて漏れてしまい、真空開閉弁１００の開度が制御できなくなる問題があった。このため、ベロフラム１５０を頻繁に交換しなければならず、耐久性のある真空開閉弁が求められていた。
【００１３】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、ピストンの外周面とシリンダの内周面との隙間を、ピストンの動作と共に追従するベロフラムで密閉し、流体によりピストンを駆動させて開閉する真空開閉弁において、耐久性のある真空開閉弁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】
【００１４】
上記問題点を解決するために、本発明の真空開閉弁は、次の構成を有している。
（１）真空容器と真空ポンプとの間に接続し、弁座に対し弁体の開度を変化させて前記真空容器内の真空圧力を制御する真空開閉弁であって、ピストンの外周面とシリンダの内周面との所定の隙間を、ピストンの動作と共に追従するベロフラムで密閉し、流体によりピストンを駆動させて開閉する真空開閉弁であって、ベロフラムのピストンと接触する内周面が所定の第１傾斜角度で形成されていること、ピストンの外周面が、所定の第２傾斜角度で形成されていること、弁体が弁座と当接する位置にあるときに、ベロフラムのピストンと接触する内周径と、ピストンの外周径が等しいこと、を特徴とする。
（２）（１）に記載する真空開閉弁において、前記第１傾斜角度と前記第２傾斜角度が等しいことを特徴する。
【００１５】
（３）（１）または（１）に記載する真空開閉弁において、前記ベロフラムは、中心断面の断面形状において、前記ピストンのストローク方向に沿う軸線とのなす角度が異なる傾斜面を２つ備えていること、前記傾斜面のうち、角度の小さな傾斜面の傾斜角度が、前記第１傾斜角度であること、を特徴とする。
（４）（３）に記載の真空開閉弁において、前記ベロフラムは、径方向の周縁に前記シリンダに固定する固定部を有すること、前記テーパ面同士を繋ぐ変曲部は、前記ベロフラムにおける前記軸線方向中央の位置より、前記固定部側に位置すること、を特徴とする。
（５）（１）乃至（４）に記載する真空開閉弁のいずれか１つにおいて、前記ベロフラムが、前記弁体と前記ピストンとを接続するロッドの外周と嵌合することにより、前記ベロフラムを位置決めする嵌合孔を備えることを特徴とする。
【００１６】
（６）（１）乃至（５）に記載の真空開閉弁のいずれか１つにおいて、前記ベロフラムは、ゴムに、前記ベロラムの面に沿った方向に可撓性のある織り目を有する基布をインサート成形したゴム成形部材からなる、ことを特徴とする。
（７）（６）に記載の真空開閉弁において、前記基布の前記織り目はトリコット織りである、ことを特徴とする。
（８）（１）乃至（７）のいずれか１つに記載の真空開閉弁において、前記ベロフラムは、径方向中央部にその厚さ方向に突出する凸部を有し、前記ピストンは、そのボア方向の受圧面に凹設された凹部を有し、前記ベロフラムと前記ピストンとは、前記凸部と前記凹部との嵌合で、同心軸上に位置決めして固着されている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
（１）真空容器と真空ポンプとの間に接続し、弁座に対し弁体の開度を変化させて真空容器内の真空圧力を制御する真空開閉弁であって、ピストンの外周面とシリンダの内周面との所定の隙間を、ピストンの動作と共に追従するベロフラムで密閉し、流体によりピストンを駆動させて開閉する真空開閉弁であって、ベロフラムのピストンと接触する内周面が所定の第１傾斜角度で形成されていること、ピストンの外周面が、所定の第２傾斜角度で形成されていること、弁体が弁座と当接する位置にあるときに、ピストンと接触するベロフラムの内周径と、ピストンの外周径が等しいこと、を特徴とするので、真空開閉弁が閉じた状態で、駆動エアがシリンダ内に入れられ、ベロフラムにエア圧がかかったときに、ベロフラムの内周径とピストンの外周径とが等しいため、ベロフラムに屈曲が全く発生することがない。
従来は、ピストンを円筒形状としていたため、ピストン端面に対応する位置におけるベロフラムのピストンと接触する内周径をピストンの外周径より大きくせざるを得なかった。本発明では、ピストンの外周に傾斜面を設けることにより、初めて、真空開閉弁が閉じている位置において、ベロフラム内周径とピストン外周径とを同じ長さとすることが可能となった。
【００１８】
（２）また、ベロフラムの第１傾斜角度とピストンの第２傾斜角度を等しくしているので、ピストンがある距離移動したときに、その状態でも、ベロフラムの内周径とピストンの外周径とが等しくなるため、ベロフラムに屈曲が発生することがない。第１傾斜角度が第２傾斜角度より少し大きくても、弁体が弁座と当接する位置にあるときに、ピストンと接触するベロフラムの内周径と、ピストンの外周径が等しいならば、ベロフラムの耐久性は、格段に向上することを、本出願人は実験により確認している。第１傾斜角度と第２傾斜角度とを等しくすれば、さらに、耐久性が向上することを、本出願人は実験により確認している。
【００１９】
（３）に記載する本発明の真空開閉弁では、ベロフラムは、ピストンのボア方向から見たときの断面形状において、ピストンのストローク方向に沿う軸線とのなす角度が異なるテーパ面を少なくとも２つ備える形状となっているので、例えば、テーパ面を２つとする場合、上記角度について、第１テーパ角θ１を、従来のベロフラムにおける単一の単一テーパ角θｐよりも大きく（θｐ＜θ１）することで、第２テーパ角θ２を単一テーパ角θｐよりも小さく（θ２＜θｐ）できる。
この場合、上記軸線に対して第１テーパ角θ１で傾斜した第１テーパ面をシリンダの内周面側に、上記軸線に対して第２テーパ角θ２で傾斜した第２テーパ面をピストンの外周面側に、それぞれ位置する形態にベロフラムを形成することにより、特にベロフラムの第２テーパ面の傾斜角度を、ピストンの外周面のテーパ面の傾斜角度と等しくすることができる。
したがって、ベロフラムは、角度が異なるテーパ面を少なくとも２つ備えているので、真空開閉弁の開閉動作に伴う伸縮性を維持することができると共に、シワに起因して発生する亀裂によりベロフラムが短期に破損することが抑制できる。
【００２０】
ところで、当該真空開閉弁が開弁または閉弁するにあたり、ベロフラムのテーパ面が山折り状に折り返されたとき、テーパ面が折り返される部分は、ピストンの駆動に伴ってテーパ面がピストンの上死点または下死点の位置まで伸びた状態のときの、ストローク方向の中央付近に位置する。
（４）に記載する本発明の真空開閉弁では、テーパ面同士を繋ぐ変曲部は、ベロフラムにおける軸線方向中央の位置より固定部側に位置するので、ベロフラムのテーパ面が山折り状に折り返されたときでも、変曲部で折り返されることはない。
当該真空開閉弁が繰り返し開閉しても、ベロフラムのテーパ面のうち、他の部分よりも応力が集中し易い変曲部に、繰り返し折り返すことが行われないので、変曲部で繰り返し折り返すことに起因したベロフラムの劣化（ベロフラムを構成する材料の疲労）の発生が防止できる。
したがって、ベロフラムが早期に損傷することを抑制することができる。
【００２１】
また、（５）に記載する真空開閉弁では、前記ベロフラムが、前記弁体と前記ピストンとを接続するロッドの外周と嵌合することにより、前記ベロフラムを位置決めする嵌合孔を備える。
これにより、ロッドを介して、ピストンとベロフラムの位置決めを正確に行うことができる。
【００２２】
また、（６）に記載する本発明の真空開閉弁では、ベロフラムは、ゴムに、ベロフラムの面に沿った方向に可撓性のある織り目を有する基布をインサート成形したゴム成形部材からなる。
これにより、ゴムで気密性を、流体の加圧力に抗する強度を基布で持ち合わせながら、ピストンの動作及びピストンの形状に対応して自在に屈曲し易いベロフラムとなる。
【００２３】
また、（７）に記載する本発明の真空開閉弁では、ベロフラムにおける基布の織り目がトリコット織りであるので、流体の加圧時に、ベロフラムは、ピストンの動作及びピストンの形状に対応して自在に屈曲し易くなる。
特に、本発明の真空開閉弁では、流体の加圧時に、ベロフラムのテーパ面がピストンの外周面側に膨らんだときには、ベロフラムは、ピストンの外周面の形状に沿うように自在に屈曲易くなる。
このため、本発明の真空開閉弁のベロフラムでは、ピストンのストローク方向の任意位置で、テーパ面の周方向の長さと、ピストンの外周面における周方向の長さとの差により、テーパ面に生じるシワは、従来の真空開閉弁のベロフラムと比して小さくできる。しかも、このシワは、従来の真空開閉弁のベロフラムのように、ベロフラムの単一テーパ面の周囲上で局所的に比較的大きなシワとなって存在せず、従来のベロフラムに生じるシワよりも小さく抑制されて、テーパ面の周囲上に散在するようになる。このため、当該真空開閉弁を開弁または閉弁する際に、シワとなった部分での、山折りされたテーパ面同士の接触を回避し易くなり、基布同士の擦れ合いの発生を抑制することができる。
したがって、たとえテーパ面のうち山折りされた部分で亀裂が発生したとしても、この亀裂の成長により、山折りされたテーパ面の基布同士の擦れ合うことに起因した、ベロフラムの損傷を抑制することができる。
なお、トリコット織りとは、例えば、畝のように、山の部分と谷の部分とが所定方向に交互に連続して配置した形態の糸の織り目である畝織りや、メリヤスの織り目等と同様な形態の織り方であり、織物に柔軟性、弾力性や伸縮性を持たせた織り方である。
【００２４】
また、（８）に記載する本発明の真空開閉弁では、ベロフラムは、径方向中央部にその厚さ方向に突出する凸部を有し、ピストンは、そのボア方向の受圧面に凹設された凹部を有し、ベロフラムとピストンとは、凸部と凹部との嵌合で、同心軸上に位置決めして固着されている。
これにより、ベロフラムの径方向中央部とピストンの受圧面との相対的な位置ずれが生じないので、ベロフラムのテーパ面は、ピストンと動作に合わせて、テーパ面の周方向において均等に屈曲したり伸びたりすることができる。このため、ピストンの駆動を適切に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係る真空開閉弁を具体化した実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図９は、真空開閉弁１０が用いられた構成真空圧力制御システム１の構成を示す概略図である。
真空圧力制御システム１は、半導体製造工程でウエハ８を表面処理するにあたり、ウエハ８を配置した真空チャンバ２内にプロセスガスとバージガスとを交互に給気・排気させる真空圧力制御システムである。この真空圧力制御システム１は、図９に示すように、真空チャンバ２（真空容器）、真空ポンプ５、駆動エアＡＲを供給するエア供給源６、真空開閉弁１０、この真空開閉弁１０の弁開度ＶＬを制御するサーボ弁（図示しない）、及び、真空開閉弁１０等と電気的に接続する真空圧力制御装置７等から構成されている。
真空チャンバ２のガス給入口２ａには、真空チャンバ２内に配置したウエハ８に表面処理をするときに用いるプロセスガスの供給源と、真空チャンバ２内のプロセスガスをパージするのに用いる窒素ガスの供給源とが並列に接続している。
一方、真空チャンバ２のガス排気口２ｂには、真空開閉弁１０と、遮断弁４を介してチャンバ用圧力センサ３とが並列に接続している。チャンバ用圧力センサ３は、真空圧力制御装置７と電気的に接続しており、真空チャンバ２内のプロセスガス等の真空圧力を計測する。また、真空開閉弁１０は真空ポンプ５とも接続している。
【００２６】
真空開閉弁１０について、図１〜図６を用いて説明する。
図１は、本実施形態の真空開閉弁１０に構成されたベロフラム５０をピストン４０のボア方向ＢＲから見たときの断面図で示す説明図である。図２は、ベロフラム５０をなすゴム成形部材５１の構成を説明するための説明図であり、図１中、一点鎖線内を拡大して示した断面図である。図３は、図２に示すゴム成形部材５１のうち、基布５１Ｂの織り目を説明する説明図である。図４は、真空開閉弁１０の構成を説明する説明図であり、閉弁状態を示す図である。図５は、図１に示す真空開閉弁１０の開弁状態を示す図である。図６が、図４におけるＰ部の拡大図である。
本実施形態の真空開閉弁１０は、エア供給源６から図示しないサーボ弁を通じてエア収容室ＡＳ内に供給される駆動エアＡＲにより、弁開度ＶＬを変化させて、真空チャンバ２内のプロセスガス等の真空圧力を制御する真空開閉弁として用いられている。
この真空開閉弁１０は、その軸線ＡＸ方向、すなわちポペット弁体７６が開閉する弁シフト方向（図４及び図５中、上下方向）のうち、開弁側（図４及び図５中、上方）に位置するパイロットシリンダ部２０、及び、閉弁側（図４及び図５中、下方）に位置するベローズ式ポペット弁部７０からなる。
【００２７】
パイロットシリンダ部２０は、さらに単動空気圧シリンダ３０、シリンダ支持部３２、エア収容室ＡＳ、ピストン４０、復帰バネ４７及びベロフラム５０等からなる。
真空開閉弁１０では、駆動エアＡＲがエア収容室ＡＳに供給されると、ピストン４０は、単動空気圧シリンダ３０内をそのシリンダ内周面３１と非接触で、軸線ＡＸ方向に沿うストローク方向ＳＴに駆動するようになっている。ピストン４０の外周面４１のピストン外周径ｄｐは、単動空気圧シリンダ３０のシリンダ内周面３１の径より所定の大きさだけ小さくなっている。このピストン４０の受圧面４３には、ストローク方向ＳＴに環状の凹部４４が凹設されている。このピストン４０の外周面４１と単動空気圧シリンダ３０のシリンダ内周面３１との間にある所定の隙間４５は、後に詳述するように、図１に示すベロフラム５０によって密閉され、エア収容室ＡＳ内の気密性が確保されるようになっている。
なお、ピストン４０は、単動空気圧シリンダ３０のシリンダ内周面３１と非接触で駆動するので、ピストン４０のスティックスリップが発生せず、ピストン４０は、高い応答性と正確な位置精度で単動空気圧シリンダ３０内を駆動することができる。
【００２８】
このピストン４０は、復帰バネ４７により弁シフト方向の閉弁側に付勢されている。駆動エアＡＲがエア収容室ＡＳに供給されないとき、ピストン４０は、復帰バネ４７による付勢力により、下死点に位置する（図４参照）。その一方、駆動エアＡＲがエア収容室ＡＳに供給されると、ピストン４０は、復帰バネ４７による付勢力に抗して、弁シフト方向の開弁側に移動する（図５参照）。
また、真空開閉弁１０には、ピストン４０が弁シフト方向に移動したとき、ピストン４０が下死点の位置から上死点に向けて変位した分のピストン４０の変位量、すなわち真空開閉弁１０の開弁度ＶＬを非接触で計測する変位センサ８１が設けられている（図４及び図５参照）。この変位センサ８１は、真空圧力制御装置７と電気的に接続している。
【００２９】
ベロフラム５０は、ゴム５１Ａに、図３に示すトリコット織りの織り目を有する基布５１Ｂをインサート成したゴム成形部材５１からなるベロフラムである（図１及び図２参照）。なお、トリコット織りとは、図３に示すように、例えば、畝のように、山の部分と谷の部分とが所定方向に交互に連続して配置した形態の糸の織り目である畝織りや、メリヤスの織り目等と同様な形態の織り方であり、織物に柔軟性、弾力性や伸縮性を持たせた織り方である。
ベロフラム５０は、エア収容室ＡＳ内に駆動エアＡＲが供給されると、ピストン４０の受圧面４３における有効受圧面積を一定不変に保持するように伸縮できるようになっている。このベロフラム５０は、ゴム成形部材５１で構成することにより、エア収容室ＡＳに供給された駆動エアＡＲによる加圧力に抗する強度を基布５１Ｂに、気密性をゴム５１Ａに、それぞれ持たせている。このゴム成形部材５１に用いられるゴム５１Ａとしては、例えば、天然ゴムのほか、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、プロピレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−イソプレンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エチレン−プロピレンゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム、エーテル−チオエーテルゴム、多硫化系ゴム、ウレタンゴム、シリコンゴム等の合成ゴムが挙げられる。また、基布５１Ｂとしては、例えば、ポリアミド（６ナイロン、６６ナイロン等）、アラミド、ポリエステル、綿等の糸を、トリコット織りの織り目のように、ベロフラム５０（ゴム成形部材５１）の表面５１ａ、５１ｂに沿った方向に可撓性を有する織り目で織り上げたものが挙げられる。
【００３０】
ベロフラム５０は、本実施形態では、図１に示すように、ピストン４０のボア方向ＢＲ（図４及び図５中、左右方向）から見たときの断面形状において、ピストン４０のストローク方向ＳＴ方向（図４及び図５中、上下方向）に沿う軸線ＡＸとのなす角度が互いに異なる２つの第１テーパ面５５Ａ、第２テーパ面５５Ｂを備えている。また、このベロフラム５０は、径方向（ピストン４０のボア方向ＢＲ）の外周縁に位置する環状のフランジ部５４（固定部）、及び、このフランジ部５４との間に第１，第２テーパ面５５Ａ，５５Ｂを挟んで径方向中央に位置する中央部５２（径方向中央部）を有している。
第１テーパ面５５Ａは、フランジ部５４の径方向内側の傾斜起点部位５４Ｓより折り返
された傾斜面で、軸線ＡＸと平行な仮想線Ｍとのなす角度を第１傾斜角θ１（０＜θ１＜９０°）とする環状の傾斜面となっている。第２テーパ面５５Ｂは、この仮想線Ｍとのなす角度を第２傾斜角θ２（０＜θ２＜θ１）とする環状の傾斜面となっている。第１テーパ面５５Ａと第２テーパ面５５Ｂとは、変曲部５６で連続して繋がっており、この変曲部５６は、図１に示す状態のベロフラム５０において、その軸線ＡＸ方向の中央位置よりフランジ部５４側に位置している。この変曲部５６がこのような位置にある理由として、真空開閉弁１００が閉弁するに際に、ベロフラム５０の第２テーパ面５５Ｂは、ピストン４０が上死点の位置まで移動しこの移動に伴って第２テーパ面５５Ｂがピストンの上死点の位置まで伸びた状態になったときの、ストローク方向ＳＴの中央付近の位置で、山折り状に折り返されるからである。
また、中央部５２は、ピストン４０のボア方向ＢＲ（図４及び図５中、左右方向）に沿う方向に第２テーパ面５５Ｂから連続して繋がっている。この中央部５２には、後述するピストンロッド４８を挿通する貫通孔５７が穿孔されており、中央部５２の厚さ方向（図１中、上下方向）に突出する凸部５３が貫通孔５７の周囲に環状に凸設されている。貫通孔５７の大きさは、ロッド４７の外周と嵌合するように、高い精度で形成されている。
【００３１】
ベロフラム５０は、図６に示すように、その凸部５３をピストン４０の凹部４４内に嵌め合わせることで、ピストン４０と位置決めされている。このベロフラム５０は、その中央部５２をピストン４０の受圧面４２に当接させた状態で、この中央部５２をピストン４０と板状の固定具４６との間に挟み込み、ピストン４０と固定具４６とのねじ結合により固定されている。
また、このベロフラム５０のフランジ部５４は、フランジ保持部３２で単動空気圧シリンダ３０及びシリンダ支持部３２に挟んで固着されている。
【００３２】
真空開閉弁１０では、ピストン４０が下死点の位置にあるとき、すなわち駆動エアＡＲがエア収容室ＡＳに供給されていないとき、ベロフラム５０のフランジ部５４と中央部５２とがストローク方向ＳＴのほぼ同じ位置になる（図４参照）。すると、図４、図６及び図７に示すように、第２テーパ面５５Ｂは、ピストン４０とシリンダ３０との隙間４５で、頂部５８で山折り状に折り返される。
一方、駆動エアＡＲがエア収容室ＡＳに供給されると、第２テーパ面５５Ｂは、図６及び図７に示すように、頂部５８で山折りされた状態で、図７に二点差線で示すように、単動空気圧シリンダ３０のシリンダ内周面３１とピストン４０の外周面４１に沿うように膨らみながら、ピストン４０のストローク方向ＳＴ方向の上死点側（図６及び図７中、上方）に向けて伸び、図５に示す状態にまで伸びる。
このように、ベロフラム５０は、フランジ部５４をフランジ保持部３２で、中央部５２をピストン４０の受圧面４２に、それぞれ固着した状態で、第１，第２テーパ面５５Ａ，５５Ｂをピストン４０とシリンダ３０との隙間４５に位置させて、ピストン４０の駆動に追従して折り畳まれたり伸びたりしながら、この隙間４５を密閉している。
【００３３】
図６は、図４の部分拡大図であり、図４は、Ｏリング７９が弁座７３と完全に当接した弁閉状態を示している。従って、図７は、弁閉状態におけるベロフラム５０の形状を示している。
Ｏリング７９が弁座７３に完全に当接している弁閉状態において、駆動エアＡＲを供給すると、ベロフラム５０は、図７の２点鎖線で示すような位置となり、ベロフラム５０が、ピストン４０と接触する点が少し変化する。本発明では、ベロフラム５０が、ピストン４０と接触する位置（高さＬ１で示す位置、すなわち、図７の２点鎖線で示すベロフラム５０がピストン４０と接触する上端位置）におけるベロフラム５０の内周径をＷ２としている。
一方、ピストン４０の断面図を図７に示す。ピストン４０の外形は、先端部がθの角度を持つ先細りのピストンテーパ面４０ａを形成している。この角度θは、ベロフラム５０の第２テーパ角θ２と等しくしている。ピストンテーパ面４０ａは、全体の下半分くらい形成されている。上半分は、ベロフラム５０と接触することがないから、テーパとする必要がないのである。
【００３４】
すなわち、Ｗ１は、Ｏリング９７が弁座７３に当接した弁閉状態において、駆動エアＡＲを供給した時の、ピストンの外周がベロフラム５０と接触している上端での、ピストンの外周径である。
Ｗ２は、Ｏリング９７が弁座７３に当接した弁閉状態において、駆動エアＡＲを供給した時の、ベロフラム５０がピストン４０と接触している上端での、ベロフラム５０のピストン４０と接触している内周径である。
図７に示すように、ピストン先端からＬ１の距離の位置における、ピストン４０の外周径をＷ１としている。ピストン先端からＬ１の距離は、図７の２点鎖線で示すベロフラム５０において、ベロフラム５０がピストン４０と接触している上端位置である。
ここで、図４に示す弁閉状態において、ベロフラム５０のＷ２と、ピストン４０のＷ１とを等しい長さとしている。
【００３５】
次に、ベローズ式ポペット弁部７０について説明する。
このベローズ式ポペット弁部７０は、弁本体７１、ベローズ７５、ポペット弁体７６、Ｏリング保持部材７７及びＯリング７９等からなる。
ピストン４０の径方向中央部には、ピストンロッド４８が連結しており、このピストンロッド４８とピストン４０との間はＯリング４９でシールされている。このピストンロッド４８は、ベローズ式ポペット弁部７０に向けて延伸してピストンロッド４８の開弁側端部でポペット弁体７６と連結しており、ポペット弁体７６は、ピストン４０のストローク方向ＳＴの駆動に伴って、ピストン４０と共に弁シフト方向に動くようになっている。ベローズ７５は、軸線ＡＸ方向の一端側（図４及び図５中、上方）にある端部を固定し、他端側をポペット弁体７６に取り付けて、ピストンロッド４８の径方向外側を覆う形態で、ポペット弁体７６の弁シフト方向の駆動に伴って伸縮するように取付られている。
【００３６】
ポペット弁体７６とＯリング保持部材７７とは、ポペット弁体７６の閉弁側（図４及び図５中、下方）で固着され、ポペット弁体７６及びＯリング保持部材７７によって形成された環状のＯリング取付部７８が設けられている。Ｏリング７９は、Ｏリング取付部７８に配設され、弁本体７１の弁座７３と接触可能となっている。この弁本体７１は、真空ポンプ５に接続する第１ポート７２、及び、真空チャンバ２のガス排気口２ｂに接続する第２ポート７４を有している。
真空開閉弁１０では、駆動エアＡＲがエア収容室ＡＳに供給されないときには、ピストン４０は、復帰バネ４７による付勢力により下死点に位置するため、ピストン４０と連結するポペット弁体７６は、Ｏリング７９を介して弁座７３を押圧する。これにより、ポペット弁体７６で第１ポート７２を塞いで真空開閉弁１０は閉弁（弁開度ＶＬ＝０）する。
一方、駆動エアＡＲがエア収容室ＡＳに供給されると、ピストン４０は、復帰バネ４７による付勢力に抗して、弁シフト方向の開弁側に移動するため、Ｏリング７９と共にポペット弁体７６も開弁側に移動し、弁座７３から離れる。これにより、真空開閉弁１０は開弁（弁開度ＶＬ＞０）し、第１ポート７２と第２ポートとが連通する。真空開閉弁１０が開弁すると、真空ポンプ５は、真空チャンバ２内にあるプロセスガスまたは窒素ガスを吸引することができるようになる。
【００３７】
本実施形態の真空開閉弁１０では、ベロフラム５０は、ピストン４０のボア方向ＢＲから見たときの断面形状において、軸線ＡＸとのなす角度が第１傾斜角θ１である第１テーパ面５５Ａ、及び、第２傾斜角θ２である第２テーパ面５５Ｂを備えた形状となっている。
ここで、ベロフラム５０における軸線ＡＸに沿う仮想線Ｍと第１，第２テーパ面５５Ａ，５５Ｂとの間の第１，第２テーパ角θ１，θ２について、本実施形態の真空開閉弁１０のベロフラム５０と従来の真空開閉弁１００のベロフラム１５０とを比較して考察する。
真空開閉弁１０では、前述したように、第１テーパ面５５Ａと軸線ＡＸ（仮想線Ｍ）とのなす角は第１テーパ角θ１（０＜θ１＜９０°）である。また、第２テーパ面５５Ｂと軸線ＡＸ（仮想線Ｍ）とのなす角は第２テーパ角θ２（０＜θ２＜θ１）であるので、第２テーパ面５５Ｂにおいて、軸線ＡＸに沿う方向の任意位置における径方向の長さを第２テーパ面径長Ｄ２、この位置における周方向の長さは第２テーパ面周長πＤ２となる。
一方、従来の真空開閉弁１００では、ベロフラム１５０における単一テーパ面１５４は単一であるので、この単一テーパ面１５４とベロフラム１５０の軸線ＡＸに沿う仮想線Ｎとのなす角は単一テーパ角θｐ（０＜θｐ＜９０°）である（図１４参照）。これにより、単一テーパ面１５４において、ピストンのストローク方向の任意位置における径方向の長さは単一テーパ面径長Ｄｐ、この位置における周方向の長さは単一テーパ面周長πＤｐとなる（図１６参照）。
【００３８】
本実施形態の真空開閉弁１０では、第１テーパ角θ１を単一テーパ角θｐよりも大きく（θｐ＜θ１）することで、第２テーパ角θ２は、単一テーパ角θｐよりも小さく（θ２＜θｐ）できる。つまり、第１テーパ角θ１、第２テーパ角θ２及び単一テーパ角θｐの大きさについて、θ２＜θｐ＜θ１…式（１）の関係が成り立つ。この真空開閉弁１０のベロフラム５０は、この式（１）に基づいて、軸線ＡＸに対して第１テーパ角θ１で傾斜した第１テーパ面５５Ａを単動空気圧シリンダ３０のシリンダ内周面３１側に、軸線ＡＸに対して第２テーパ角θ２で傾斜した第２テーパ面５５Ｂをピストン４０の外周面４１側に、それぞれ位置する形態に成形されている。
一方、ピストン４０のピストンテーパ面４０ａは、ベロフラム５０の第２テーパ面５５Ｂと同じ傾斜角度で形成されている。図７に示すように、Ｏリング７９が弁座７３に完全に当接している弁閉状態において、駆動エアＡＲを供給したときに、ベロフラム５０が図７の２点鎖線で示すような位置となる。そのとき、ベロフラム５０とピストン４０の接触する上端において、ベロフラム５０のピストン４０と接触する内周径Ｗ２と、ベロフラム５０と接触するピストン４０の外周径Ｗ１とが等しくしているので、駆動エアＡＲを入れたときに、ベロフラム５０とピストン４０とは、図９に示すように、ぴったりと密着した状態となり、屈曲が全く発生しない。
その後、ベロフラム５０が、ピストン４０と接触する点が変化するが、ピストン４０のピストンテーパ面４０ａは、ベロフラム５０の第２テーパ面５５Ｂと同じ傾斜角度で形成されているので、常に、ベロフラム５０とピストン４０とが密着した状態を保持する。
【００３９】
このようなシワ発生部５９が、従来のベロフラム１５０に生じたシワ発生部１５９と比較して、全く発生しないので、ピストン４０が移動した時に、応力集中が発生することがなく、何度繰り返しても、従来のようなピストン４０の移動方向に亀裂が発生することができることがない。本出願人は、繰り返しテストで確認したが、従来の数十倍の繰り返し回数を実験しても、従来のような亀裂が全く発生しないことを確認した。
【００４０】
以上、詳細に説明したように、本実施の形態の真空開閉弁によれば、真空容器２と真空ポンプ５との間に接続し、弁座７３に対し弁体であるＯリング７９の開度を変化させて真空容器２内の真空圧力を制御する真空開閉弁１０であって、ピストン４０の外周面とシリンダ３０の内周面３１との所定の隙間を、ピストン４０の動作と共に追従するベロフラム５０で密閉し、流体によりピストン４０を駆動させて開閉する真空開閉弁１０であって、ベロフラム５０が所定の傾斜角度θ２で形成されていること、ピストン４０の外周が、ベ所定の傾斜角度θで形成されていること、弁体が弁座と当接する位置にあるときに、ピストンと接触するベロフラムの内周径と、ピストンの外周径が等しいこと、を特徴とするので、真空開閉弁が閉じた状態で、駆動エアがシリンダ内に入れられ、ベロフラムにエア圧がかかったときに、ベロフラムの内周径とピストンの外周径とが等しいため、ベロフラムに屈曲が全く発生することがない。
従来は、ピストンを円筒形状としていたため、ピストン端面に対応する位置におけるベロフラムのピストンと接触する内周径をピストンの外周径より大きくせざるを得なかった。本発明では、ピストンの外周に傾斜面を設けることにより、初めて、真空開閉弁が閉じている位置において、ベロフラム内周径とピストン外周径とを同じ長さとすることが可能となった。
【００４１】
また、ベロフラム４０のピストン４０と接触する内周面の第１傾斜角度θ２と、ピストン４０の第２傾斜角度θを等しくしているので、ピストン４０がある距離移動したときに、その状態でも、ベロフラム４０のピストン４０と接触する内周径とピストン４０の外周径とが等しくなるため、ベロフラム５０に屈曲が発生することがない。
第１傾斜角度θ２が第２傾斜角度θより少し大きくても、弁体であるＯリング９７が弁座７３と当接する位置にあるときに、ピストン４０と接触するベロフラム５０の内周径と、ピストン４０の外周径が等しいならば、ベロフラム５０の耐久性は、格段に向上することを、本出願人は実験により確認している。第１傾斜角度θ２と第２傾斜角度θとを等しくすれば、さらに、耐久性が向上することを、本出願人は実験により確認している。
【００４２】
また、ベロフラム５０は、第１テーパ面５５Ａ及び第２テーパ面５５Ｂの２つを備えているので、真空開閉弁１０の開閉動作に伴う伸縮性を維持することができると共に、シワに起因して発生する亀裂によりベロフラム５０が短期に破損することが抑制できる。
また、真空開閉弁１０では、第１テーパ面５５Ａ及び第２テーパ面５５Ｂ同士を繋ぐ変曲部５６は、ベロフラム５０における軸線ＡＸの中央位置より、フランジ部５４側に位置するので、ベロフラム５０の第２テーパ面５５Ｂが山折り状に折り返されたときでも、変曲部５６で折り返されることはない。
当該真空開閉弁１０が繰り返し開閉しても、ベロフラム５０の第１，第２テーパ面５５Ａ，５５Ｂのうち、他の部分よりも応力が集中し易い変曲部５６に、第２テーパ面５５Ｂの折り返しが繰り返し行なわれないので、変曲部５６で繰り返し折り返すことに起因したベロフラム５０の劣化（ゴム成形部材５１の材料疲労）の発生が防止できる。
したがって、ベロフラム５０が早期に損傷することを抑制することができる。
【００４３】
また、本実施例の真空開閉弁１０では、ベロフラム５０が、弁体であるＯリング７９を保持するポペット弁体７６とピストン４０とを接続するロッド４８の外周と嵌合することにより、ベロフラム５０をピストン４０に対して位置決めする嵌合孔５７を備えているので、ベロフラム５０を容易かつ正確にピストン４０に位置決めすることができる。
また、真空開閉弁１０では、ベロフラム５０は、インサート成形により、ゴム５１Ａに、ベロフラム５０の表面５１ａに沿った方向に可撓性のあるトリコット織りの織り目を有する基布５１Ｂを埋設したゴム成形部材５１からなる。
これにより、ゴム５１Ａで気密性を、駆動エアＡＲの加圧力に抗する強度を基布５１Ｂで持ち合わせると共に、ピストン４０の動作及びピストン４０の外周面４１の形状に合わせて自在に屈曲し易いベロフラム５０となる。
特に、本実施形態の真空開閉弁１０では、ベロフラム５０における基布５１Ｂの織り目はトリコット織りであるので、駆動エアＡＲの供給時に、ベロフラム５０の第２テーパ面５５Ｂがピストン４０の外周面４１に沿って膨らんだときには、ベロフラム５０は、ピストン４０の外周面４１の形状に沿うように屈曲易くなる。
また、真空開閉弁１０では、ベロフラム５０とピストン４０とは、凸部５３と凹部４４との嵌合で、同心軸上に位置決めして固着されている。
これにより、ベロフラム５０の中央部５２とピストン４０の受圧面４３との相対的な位置ずれが生じないので、ベロフラム５０の第１，第２テーパ面５５Ａ，５５Ｂは、ピストン４０と動作に合わせて、第１，第２テーパ面５５Ａ，５５Ｂの周方向において均等に屈曲したり伸びたりすることができる。このため、ピストン４０の駆動を適切に行うことができ、ベロフラム５０でピストン４０の外周面４１と単動空気圧シリンダ３０のシリンダ内周面３１との隙間４５を適切な状態で密閉することができる。
【００４４】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいう
までもない。
例えば、本実施形態では、ピストン４０の凹部４４を受圧面４３に、及びベロフラム５０の凸部５３を中央部５２に、いずれも環状の形態で設けた。しかしながら、ピストンの凹部及びベロフラムの凸部は、ピストンの凹部とベロフラムの凸部との嵌合により両者が位置決めされる形態であれば良く、ピストンに凹部をベロフラムに凸部を配設する位置や、凹部及び凸部の形態は、適宜変更可能である。
また、本実施形態では、ベロフラム５０において、傾斜起点部位５４Ｓと変曲部５６との間を、仮想線Ｍとのなす角度を第１傾斜角θ１とする環状の第１テーパ面５５Ａとした。しかしながら、ベロフラムのうち、固定部とテーパ面との間にある面形状を、ピストンのボア方向から見たときの断面形状で、円弧形状としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本実施形態の真空開閉弁の構成されたベロフラムを示す断面図である。
【図２】本実施形態のベロフラムをなすゴム成形部材を説明するための説明図である。
【図３】本実施形態のベロフラムのうち、基布の織り目を説明する説明図である。
【図４】本実施形態の真空開閉弁の構成を説明する説明図であり、閉弁状態を示す図である。
【図５】本実施形態の真空開閉弁の構成を説明する説明図であり、開弁状態を示す図である。
【図６】図４中、Ｐ部の拡大図である。
【図７】図６中、Ｑ部を示す図であり、ピストンの外周面とシリンダの内周面との隙間の様子を拡大して示す説明図である。
【図８】ピストン４０の形状を示す断面図である。
【図９】図６のＡ−Ａ矢視断面図であり、加圧時におけるベロフラムの形態を説明するための説明図である。
【図１０】本実施形態の真空開閉弁を有する真空圧力制御システムの構成を説明する説明図である。
【図１１】従来の真空開閉弁の構成を説明する説明図である。
【図１２】図１１中、Ｒ部の拡大図である。
【図１３】従来のベロフラムを示す断面図である。
【図１４】従来のベロフラムのうち、基布の織り目を説明する説明図である。
【図１５】従来のベロフラムを示す断面図であり、加圧時におけるベロフラムの形態を説明するための説明図である。
【図１６】図１５のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
２ 真空チャンバ（真空容器）
５ 真空ポンプ
１０ 真空開閉弁
３１ シリンダ内周面
ＳＴ ストローク方向
４１ 外周面
４３ 受圧面
４４ 凹部
４５ 隙間
４６ 固定具
５０ ベロフラム（ダイアフラム）
５１ ゴム成形部材
５１ａ、５１ｂ 表面
５１Ａ ゴム５１
５１Ｂ 基布５１
５２ 中央部（径方向中央部）
５３ 凸部
５４ フランジ部
５４Ｓ 傾斜起点部位
５６ 変曲部
ＡＲ 駆動エア（流体）
ＡＸ 軸線
ＢＲ ボア方向
Ｗ１ Ｏリング９７が弁座７３に当接した弁閉状態において、駆動エアＡＲを供給した時の、ピストンの外周がベロフラム５０と接触している上端での、ピストンの外周径
Ｗ２ Ｏリング９７が弁座７３に当接した弁閉状態において、駆動エアＡＲを供給した時の、ベロフラム５０がピストン４０と接触している上端での、ベロフラム５０のピストン４０と接触している内周径
θ１ 第１テーパ角
θ２ 第２テーパ角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空容器と真空ポンプとの間に接続し、開度を変化させて真空容器内のガスの真空圧力を制御する真空開閉弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、半導体製造工程において、ウエハを配置した真空チャンバ内に、プロセスガスとバージガスとを交互に給気・排気させる真空圧力制御システム等が提案されている。このような真空圧力制御システムには、真空チャンバと真空ポンプとの間に真空開閉弁が接続されている。この真空開閉弁は、開度を変化させて、真空チャンバ内に供給するプロセスガスの真空圧力を制御している（特許文献１参照）。
【０００３】
従来の真空開閉弁について、図１１〜図１５を用いて簡単に説明する。図１１は、本出願人が提案した特許文献１の真空圧力制御システムに構成された真空開閉弁１００を示す断面図である。図１２は、図１１中、Ｒ部の拡大図であり、閉弁状態におけるベロフラム１５０の形態を説明するための説明図である。図１３は、従来のベロフラム１５０を示す断面図である。図１４は、従来のベロフラム１５０のうち、基布１５１Ｂの織り目を説明する説明図である。
真空開閉弁１００では、駆動エアがエア収容室ＡＳ内に供給され、ピストン１４０が上昇（図１１中、上方）すると、ピストンロッド１４７を介してピストン１４０と連結するポペット弁体１７６がピストン１４０のストローク方向に上昇し、ポペット弁体１７６が弁座１７３から離れて開弁するようになっている。このピストン１４０は、そのスティックスリップの発生を防止するため、単動空気圧シリンダ１３０内をこれと非接触で駆動する。ピストン１４０と単動空気圧シリンダ１３０との隙間１４５は、ピストン１４０の動作と共に追従するベロフラム１５０で密閉され、エア収容室ＡＳ内の気密性が確保されるようになっている。
【０００４】
このベロフラム１５０は、ピストン１４０のボア方向から見たときのベロフラム１５０の断面形状を、図１３に示す略台形形状とされている。ベロフラム１５０は、インサート成形によりゴムにポリエステル等の基布１５１Ｂを埋設して成形されている。この基布１５１Ｂは、図１４に示すように、糸を縦方向及び横方向にそれぞれ１本ずつ格子状に交差した平織りの網目を有したものである。ベロフラム１５０は、中央部１５２をピストン１４０の受圧面１４２に固着し、フランジ部１５３を単動空気圧シリンダ１３０のフランジ保持部１３２で固定させている。このベロフラム１５０のうち、フランジ部１５３から深く折り返されて中央部１５２に向けて延びる環状の単一テーパ面１５４は、軸線ＡＸに沿う仮想線Ｎとのなす角度を単一テーパ角θｐの単一の傾斜面とされている。
【０００５】
なお、従来のベロフラム１５０の形状に略台形を採用する理由として、次の２つの理由が挙げられる。
（１）ベロフラム１５０を具備した真空開閉弁１００では、ピストン１４０の外周面におけるピストン外周径ｄｐが、所定の隙間１４５を有した分だけ単動空気圧シリンダ１３０の内径よりも小さく、ベロフラム１５０の単一テーパ面１５４がピストン１５０の上死点の位置までピストン１５０の駆動に伴って伸びる。
（２）真空開閉弁１００では、閉弁すると、ベロフラム１５０における中央部１５２とフランジ部１５３とがほぼ同じ高さに位置し、単一テーパ面１５４は、図１１及び図１２に示すように、ピストン１４０と単動空気圧シリンダ１３０との隙間１４５の中で、山折
り状に折り返される。
これらのことから、単一テーパ面１５４を、ピストン１５０のストローク方向に沿う軸線ＡＸ、すなわち仮想線Ｎに対し、所定の単一テーパ角θｐで傾斜した単一の傾斜面にすることで、ベロフラム１５０が、真空開閉弁１００の開閉動作に伴って伸縮し易くなるからである。
【０００６】
一方、ベロフラムで駆動される真空開閉弁については、特許文献２の第１図、及び特許文献３の図２、図５、図６に開示されている。また、ベロフラムが角度が異なる傾斜面を備えることについては、特許文献４の第１図、第４図、特許文献５の第３図、及び特許文献６の第２図、第５図に開示されている。
また、トリコット織りの基布をインサート成形するによりベロフラムを形成することは、特許文献７、及び特許文献８に開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平9-72458号公報
【特許文献２】特開2002-132354号公報
【特許文献３】特開平07-150623号公報
【特許文献４】特開昭56-049462号公報
【特許文献５】実開昭61-140296号公報
【特許文献６】実開昭60-055466号公報
【特許文献７】特開平10-317262号公報
【特許文献８】特開平10-132077号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、真空開閉弁１００では、以下に掲げる問題がある。
（１）図１１及び図１２は、真空開閉弁が閉じた状態の位置である。その状態で、駆動エアがエア収容室ＡＳに供給されると、駆動エアによる加圧力が、ベロフラム１５０の中央部１５２及び、ピストン１４０と単動空気圧シリンダ１３０との隙間１４５の中で折り返された単一テーパ面１５４にかかって、ピストン１４０を上昇させる。
このとき、単一テーパ面１５４は、エア収容室ＡＳ内への駆動エアの供給により、図１２に示す山折りされた形態から、単一テーパ面１５４の一部がピストン１４０の外周面と単動空気圧シリンダ１３０の内周面に向けて膨らんだ形態になる（図１５参照）。
ベロフラム１５０の形状は略台形であり、単一の単一テーパ面１５４がピストン１４０の外周面よりも軸線ＡＸの径方向外側にあるため、ベロフラム１５０における軸線ＡＸ方向の同じ位置では、この位置における径方向の、ベロフラム１５０のピストン１４０と接触する面におけるテーパ面径長Ｄｐは、図１６に２点鎖線で示すように、ピストン外周径ｄｐよりも大きい。ベロフラム１５０は、テーパ面を備えているが、ピストン１４０は円筒形状であるため、ベロフラム１５０の最短径をピストン１４０の直径に合わせざる得ないため、図１２に示す位置における、πＤｐとπｄｐとの差は大きくなってしまう。
すなわち、単一テーパ面１５４における周方向の長さ（単一テーパ面周長）πＤｐは、ピストン１４０の外周面における周方向の長さ（ピストン外周面周長）πｄｐよりも長くなるので、ベロフラム１５０の一部で、ピストン１４０の外周面に接触しない部分がシワ発生部１５９となって発生する。
【０００９】
このシワ発生部１５９は、単一テーパ面周長πＤｐとピストン外周面周長πｄｐとの周長の差が大きくなるに従い大きなものとなる。また、ベロフラム１５０の単一テーパ面１５４に沿ってピストン１４０の外周面に向けてかかる加圧力は、シワ発生部１５９における単一テーパ面１５４とピストン１４０の外周面との間をなす内部空間内の圧力よりも大きい。
このため、シワ発生部１５９では、単一テーパ面１５４に沿って加圧力がかかると、単一テーパ面１５４の一部は、加圧力により自身同士が互いに重なるまたは近づくように押圧された状態で、ピストン１４０の外周面付近からピストン１４０の径方向外側に向けて延出し、径方向の最も外側にある屈曲部位１５９Ｂで深く折り曲げられた形態で折り畳まれる。径方向外側に向けて単一テーパ面１５４が長く延びた形態になると、生成したシワ発生部１５９の屈曲部位１５９Ｂでは、単一テーパ面１５４は鋭角状に折り曲げられる傾向となり、屈曲部位１５９Ｂに過度な曲げ応力がかかることもある。
【００１０】
図１６に示すように、屈曲部位１５９Ｂが形成されている状態で、図１５に示すピストン１４０が上昇すると、図１６に示す屈曲部位１５９Ｂが、ピストン１４０に接触する側から、単動空気圧シリンダ１３０の内壁面に接触する側に移動する。屈曲部位１５９Ｂは、この移動により、１８０度が方向転換されることになる。屈曲部位１５９Ｂは、単動空気圧シリンダ１３０の内壁面側では、内壁面の内径が十分大きいため、屈曲部位１５９Ｂは屈曲が解消される。しかし、屈曲部位１５９Ｂが、１８０度方向転換されるときに、屈曲部位１５９Ｂが集中応力を受ける。真空開閉弁が駆動される毎に、この集中応力を繰り返し受けるため、ベロフラム１５０に縦方向の亀裂が発生するのである。
本出願人は、世界中で本発明に係る真空開閉弁を販売しているが、ベロフラム１５０の耐久性に問題があったが、その原因の究明が難しかった。実験を重ねることにより、上記原因を究明したのである。
【００１１】
（２）さらに、ベロフラム１５０の基布は、図１４に示す平織りの網目であり、網目方向の可撓性が低く、ベロフラム１５０自身が自在に屈曲し難いため、シワ発生部１５９は、駆動エアの供給時に単一テーパ面１５４の周囲上に比較的大きなシワとなって局部的に存在する（図１６参照）。すると、閉弁する際に、シワ発生部１５９で山折りされた単一テーパ面１５４の基布同士が擦れ合い、頂部１５８からの亀裂がシワ発生部１５９にまで経時的に成長して、ベロフラム１５０の基布が破れてしまう。
【００１２】
この（１）及び（２）の問題により、エア収容室ＡＳ内に供給された駆動エアがベロフラム１５０を通じて漏れてしまい、真空開閉弁１００の開度が制御できなくなる問題があった。このため、ベロフラム１５０を頻繁に交換しなければならず、耐久性のある真空開閉弁が求められていた。
【００１３】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、ピストンの外周面とシリンダの内周面との隙間を、ピストンの動作と共に追従するベロフラムで密閉し、流体によりピストンを駆動させて開閉する真空開閉弁において、耐久性のある真空開閉弁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】
【００１４】
上記問題点を解決するために、本発明の真空開閉弁は、次の構成を有している。
（１）真空容器と真空ポンプとの間に接続し、弁座に対し弁体の開度を変化させて前記真空容器内の真空圧力を制御する真空開閉弁であって、ピストンの外周面とシリンダの内周面との所定の隙間を、ピストンの動作と共に追従するベロフラムで密閉し、流体によりピストンを駆動させて開閉する真空開閉弁であって、ベロフラムのピストンと接触する内周面が所定の第１傾斜角度で形成されていること、ピストンの外周面が、所定の第２傾斜角度で形成されていること、弁体が弁座と当接する位置にあるときに、ベロフラムのピストンと接触する内周径と、ピストンの外周径が等しいこと、を特徴とする。
（２）（１）に記載する真空開閉弁において、前記第１傾斜角度と前記第２傾斜角度が等しいことを特徴する。
【００１５】
（３）（１）または（１）に記載する真空開閉弁において、前記ベロフラムは、中心断面の断面形状において、前記ピストンのストローク方向に沿う軸線とのなす角度が異なる傾斜面を２つ備えていること、前記傾斜面のうち、角度の小さな傾斜面の傾斜角度が、前記第１傾斜角度であること、を特徴とする。
（４）（３）に記載の真空開閉弁において、前記ベロフラムは、径方向の周縁に前記シリンダに固定する固定部を有すること、前記テーパ面同士を繋ぐ変曲部は、前記ベロフラムにおける前記軸線方向中央の位置より、前記固定部側に位置すること、を特徴とする。
（５）（１）乃至（４）に記載する真空開閉弁のいずれか１つにおいて、前記ベロフラムが、前記弁体と前記ピストンとを接続するロッドの外周と嵌合することにより、前記ベロフラムを位置決めする嵌合孔を備えることを特徴とする。
【００１６】
（６）（１）乃至（５）に記載の真空開閉弁のいずれか１つにおいて、前記ベロフラムは、ゴムに、前記ベロラムの面に沿った方向に可撓性のある織り目を有する基布をインサート成形したゴム成形部材からなる、ことを特徴とする。
（７）（６）に記載の真空開閉弁において、前記基布の前記織り目はトリコット織りである、ことを特徴とする。
（８）（１）乃至（７）のいずれか１つに記載の真空開閉弁において、前記ベロフラムは、径方向中央部にその厚さ方向に突出する凸部を有し、前記ピストンは、そのボア方向の受圧面に凹設された凹部を有し、前記ベロフラムと前記ピストンとは、前記凸部と前記凹部との嵌合で、同心軸上に位置決めして固着されている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
（１）真空容器と真空ポンプとの間に接続し、弁座に対し弁体の開度を変化させて真空容器内の真空圧力を制御する真空開閉弁であって、ピストンの外周面とシリンダの内周面との所定の隙間を、ピストンの動作と共に追従するベロフラムで密閉し、流体によりピストンを駆動させて開閉する真空開閉弁であって、ベロフラムのピストンと接触する内周面が所定の第１傾斜角度で形成されていること、ピストンの外周面が、所定の第２傾斜角度で形成されていること、弁体が弁座と当接する位置にあるときに、ピストンと接触するベロフラムの内周径と、ピストンの外周径が等しいこと、を特徴とするので、真空開閉弁が閉じた状態で、駆動エアがシリンダ内に入れられ、ベロフラムにエア圧がかかったときに、ベロフラムの内周径とピストンの外周径とが等しいため、ベロフラムに屈曲が全く発生することがない。
従来は、ピストンを円筒形状としていたため、ピストン端面に対応する位置におけるベロフラムのピストンと接触する内周径をピストンの外周径より大きくせざるを得なかった。本発明では、ピストンの外周に傾斜面を設けることにより、初めて、真空開閉弁が閉じている位置において、ベロフラム内周径とピストン外周径とを同じ長さとすることが可能となった。
【００１８】
（２）また、ベロフラムの第１傾斜角度とピストンの第２傾斜角度を等しくしているので、ピストンがある距離移動したときに、その状態でも、ベロフラムの内周径とピストンの外周径とが等しくなるため、ベロフラムに屈曲が発生することがない。第１傾斜角度が第２傾斜角度より少し大きくても、弁体が弁座と当接する位置にあるときに、ピストンと接触するベロフラムの内周径と、ピストンの外周径が等しいならば、ベロフラムの耐久性は、格段に向上することを、本出願人は実験により確認している。第１傾斜角度と第２傾斜角度とを等しくすれば、さらに、耐久性が向上することを、本出願人は実験により確認している。
【００１９】
（３）に記載する本発明の真空開閉弁では、ベロフラムは、ピストンのボア方向から見たときの断面形状において、ピストンのストローク方向に沿う軸線とのなす角度が異なるテーパ面を少なくとも２つ備える形状となっているので、例えば、テーパ面を２つとする場合、上記角度について、第１テーパ角θ１を、従来のベロフラムにおける単一の単一テーパ角θｐよりも大きく（θｐ＜θ１）することで、第２テーパ角θ２を単一テーパ角θｐよりも小さく（θ２＜θｐ）できる。
この場合、上記軸線に対して第１テーパ角θ１で傾斜した第１テーパ面をシリンダの内周面側に、上記軸線に対して第２テーパ角θ２で傾斜した第２テーパ面をピストンの外周面側に、それぞれ位置する形態にベロフラムを形成することにより、特にベロフラムの第２テーパ面の傾斜角度を、ピストンの外周面のテーパ面の傾斜角度と等しくすることができる。
したがって、ベロフラムは、角度が異なるテーパ面を少なくとも２つ備えているので、真空開閉弁の開閉動作に伴う伸縮性を維持することができると共に、シワに起因して発生する亀裂によりベロフラムが短期に破損することが抑制できる。
【００２０】
ところで、当該真空開閉弁が開弁または閉弁するにあたり、ベロフラムのテーパ面が山折り状に折り返されたとき、テーパ面が折り返される部分は、ピストンの駆動に伴ってテーパ面がピストンの上死点または下死点の位置まで伸びた状態のときの、ストローク方向の中央付近に位置する。
（４）に記載する本発明の真空開閉弁では、テーパ面同士を繋ぐ変曲部は、ベロフラムにおける軸線方向中央の位置より固定部側に位置するので、ベロフラムのテーパ面が山折り状に折り返されたときでも、変曲部で折り返されることはない。
当該真空開閉弁が繰り返し開閉しても、ベロフラムのテーパ面のうち、他の部分よりも応力が集中し易い変曲部に、繰り返し折り返すことが行われないので、変曲部で繰り返し折り返すことに起因したベロフラムの劣化（ベロフラムを構成する材料の疲労）の発生が防止できる。
したがって、ベロフラムが早期に損傷することを抑制することができる。
【００２１】
また、（５）に記載する真空開閉弁では、前記ベロフラムが、前記弁体と前記ピストンとを接続するロッドの外周と嵌合することにより、前記ベロフラムを位置決めする嵌合孔を備える。
これにより、ロッドを介して、ピストンとベロフラムの位置決めを正確に行うことができる。
【００２２】
また、（６）に記載する本発明の真空開閉弁では、ベロフラムは、ゴムに、ベロフラムの面に沿った方向に可撓性のある織り目を有する基布をインサート成形したゴム成形部材からなる。
これにより、ゴムで気密性を、流体の加圧力に抗する強度を基布で持ち合わせながら、ピストンの動作及びピストンの形状に対応して自在に屈曲し易いベロフラムとなる。
【００２３】
また、（７）に記載する本発明の真空開閉弁では、ベロフラムにおける基布の織り目がトリコット織りであるので、流体の加圧時に、ベロフラムは、ピストンの動作及びピストンの形状に対応して自在に屈曲し易くなる。
特に、本発明の真空開閉弁では、流体の加圧時に、ベロフラムのテーパ面がピストンの外周面側に膨らんだときには、ベロフラムは、ピストンの外周面の形状に沿うように自在に屈曲易くなる。
このため、本発明の真空開閉弁のベロフラムでは、ピストンのストローク方向の任意位置で、テーパ面の周方向の長さと、ピストンの外周面における周方向の長さとの差により、テーパ面に生じるシワは、従来の真空開閉弁のベロフラムと比して小さくできる。しかも、このシワは、従来の真空開閉弁のベロフラムのように、ベロフラムの単一テーパ面の周囲上で局所的に比較的大きなシワとなって存在せず、従来のベロフラムに生じるシワよりも小さく抑制されて、テーパ面の周囲上に散在するようになる。このため、当該真空開閉弁を開弁または閉弁する際に、シワとなった部分での、山折りされたテーパ面同士の接触を回避し易くなり、基布同士の擦れ合いの発生を抑制することができる。
したがって、たとえテーパ面のうち山折りされた部分で亀裂が発生したとしても、この亀裂の成長により、山折りされたテーパ面の基布同士の擦れ合うことに起因した、ベロフラムの損傷を抑制することができる。
なお、トリコット織りとは、例えば、畝のように、山の部分と谷の部分とが所定方向に交互に連続して配置した形態の糸の織り目である畝織りや、メリヤスの織り目等と同様な形態の織り方であり、織物に柔軟性、弾力性や伸縮性を持たせた織り方である。
【００２４】
また、（８）に記載する本発明の真空開閉弁では、ベロフラムは、径方向中央部にその厚さ方向に突出する凸部を有し、ピストンは、そのボア方向の受圧面に凹設された凹部を有し、ベロフラムとピストンとは、凸部と凹部との嵌合で、同心軸上に位置決めして固着されている。
これにより、ベロフラムの径方向中央部とピストンの受圧面との相対的な位置ずれが生じないので、ベロフラムのテーパ面は、ピストンと動作に合わせて、テーパ面の周方向において均等に屈曲したり伸びたりすることができる。このため、ピストンの駆動を適切に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係る真空開閉弁を具体化した実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図９は、真空開閉弁１０が用いられた構成真空圧力制御システム１の構成を示す概略図である。
真空圧力制御システム１は、半導体製造工程でウエハ８を表面処理するにあたり、ウエハ８を配置した真空チャンバ２内にプロセスガスとバージガスとを交互に給気・排気させる真空圧力制御システムである。この真空圧力制御システム１は、図９に示すように、真空チャンバ２（真空容器）、真空ポンプ５、駆動エアＡＲを供給するエア供給源６、真空開閉弁１０、この真空開閉弁１０の弁開度ＶＬを制御するサーボ弁（図示しない）、及び、真空開閉弁１０等と電気的に接続する真空圧力制御装置７等から構成されている。
真空チャンバ２のガス給入口２ａには、真空チャンバ２内に配置したウエハ８に表面処理をするときに用いるプロセスガスの供給源と、真空チャンバ２内のプロセスガスをパージするのに用いる窒素ガスの供給源とが並列に接続している。
一方、真空チャンバ２のガス排気口２ｂには、真空開閉弁１０と、遮断弁４を介してチャンバ用圧力センサ３とが並列に接続している。チャンバ用圧力センサ３は、真空圧力制御装置７と電気的に接続しており、真空チャンバ２内のプロセスガス等の真空圧力を計測する。また、真空開閉弁１０は真空ポンプ５とも接続している。
【００２６】
真空開閉弁１０について、図１〜図６を用いて説明する。
図１は、本実施形態の真空開閉弁１０に構成されたベロフラム５０をピストン４０のボア方向ＢＲから見たときの断面図で示す説明図である。図２は、ベロフラム５０をなすゴム成形部材５１の構成を説明するための説明図であり、図１中、一点鎖線内を拡大して示した断面図である。図３は、図２に示すゴム成形部材５１のうち、基布５１Ｂの織り目を説明する説明図である。図４は、真空開閉弁１０の構成を説明する説明図であり、閉弁状態を示す図である。図５は、図１に示す真空開閉弁１０の開弁状態を示す図である。図６が、図４におけるＰ部の拡大図である。
本実施形態の真空開閉弁１０は、エア供給源６から図示しないサーボ弁を通じてエア収容室ＡＳ内に供給される駆動エアＡＲにより、弁開度ＶＬを変化させて、真空チャンバ２内のプロセスガス等の真空圧力を制御する真空開閉弁として用いられている。
この真空開閉弁１０は、その軸線ＡＸ方向、すなわちポペット弁体７６が開閉する弁シフト方向（図４及び図５中、上下方向）のうち、開弁側（図４及び図５中、上方）に位置するパイロットシリンダ部２０、及び、閉弁側（図４及び図５中、下方）に位置するベローズ式ポペット弁部７０からなる。
【００２７】
パイロットシリンダ部２０は、さらに単動空気圧シリンダ３０、シリンダ支持部３２、エア収容室ＡＳ、ピストン４０、復帰バネ４７及びベロフラム５０等からなる。
真空開閉弁１０では、駆動エアＡＲがエア収容室ＡＳに供給されると、ピストン４０は、単動空気圧シリンダ３０内をそのシリンダ内周面３１と非接触で、軸線ＡＸ方向に沿うストローク方向ＳＴに駆動するようになっている。ピストン４０の外周面４１のピストン外周径ｄｐは、単動空気圧シリンダ３０のシリンダ内周面３１の径より所定の大きさだけ小さくなっている。このピストン４０の受圧面４３には、ストローク方向ＳＴに環状の凹部４４が凹設されている。このピストン４０の外周面４１と単動空気圧シリンダ３０のシリンダ内周面３１との間にある所定の隙間４５は、後に詳述するように、図１に示すベロフラム５０によって密閉され、エア収容室ＡＳ内の気密性が確保されるようになっている。
なお、ピストン４０は、単動空気圧シリンダ３０のシリンダ内周面３１と非接触で駆動するので、ピストン４０のスティックスリップが発生せず、ピストン４０は、高い応答性と正確な位置精度で単動空気圧シリンダ３０内を駆動することができる。
【００２８】
このピストン４０は、復帰バネ４７により弁シフト方向の閉弁側に付勢されている。駆動エアＡＲがエア収容室ＡＳに供給されないとき、ピストン４０は、復帰バネ４７による付勢力により、下死点に位置する（図４参照）。その一方、駆動エアＡＲがエア収容室ＡＳに供給されると、ピストン４０は、復帰バネ４７による付勢力に抗して、弁シフト方向の開弁側に移動する（図５参照）。
また、真空開閉弁１０には、ピストン４０が弁シフト方向に移動したとき、ピストン４０が下死点の位置から上死点に向けて変位した分のピストン４０の変位量、すなわち真空開閉弁１０の開弁度ＶＬを非接触で計測する変位センサ８１が設けられている（図４及び図５参照）。この変位センサ８１は、真空圧力制御装置７と電気的に接続している。
【００２９】
ベロフラム５０は、ゴム５１Ａに、図３に示すトリコット織りの織り目を有する基布５１Ｂをインサート成したゴム成形部材５１からなるベロフラムである（図１及び図２参照）。なお、トリコット織りとは、図３に示すように、例えば、畝のように、山の部分と谷の部分とが所定方向に交互に連続して配置した形態の糸の織り目である畝織りや、メリヤスの織り目等と同様な形態の織り方であり、織物に柔軟性、弾力性や伸縮性を持たせた織り方である。
ベロフラム５０は、エア収容室ＡＳ内に駆動エアＡＲが供給されると、ピストン４０の受圧面４３における有効受圧面積を一定不変に保持するように伸縮できるようになっている。このベロフラム５０は、ゴム成形部材５１で構成することにより、エア収容室ＡＳに供給された駆動エアＡＲによる加圧力に抗する強度を基布５１Ｂに、気密性をゴム５１Ａに、それぞれ持たせている。このゴム成形部材５１に用いられるゴム５１Ａとしては、例えば、天然ゴムのほか、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、プロピレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−イソプレンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エチレン−プロピレンゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム、エーテル−チオエーテルゴム、多硫化系ゴム、ウレタンゴム、シリコンゴム等の合成ゴムが挙げられる。また、基布５１Ｂとしては、例えば、ポリアミド（６ナイロン、６６ナイロン等）、アラミド、ポリエステル、綿等の糸を、トリコット織りの織り目のように、ベロフラム５０（ゴム成形部材５１）の表面５１ａ、５１ｂに沿った方向に可撓性を有する織り目で織り上げたものが挙げられる。
【００３０】
ベロフラム５０は、本実施形態では、図１に示すように、ピストン４０のボア方向ＢＲ（図４及び図５中、左右方向）から見たときの断面形状において、ピストン４０のストローク方向ＳＴ方向（図４及び図５中、上下方向）に沿う軸線ＡＸとのなす角度が互いに異なる２つの第１テーパ面５５Ａ、第２テーパ面５５Ｂを備えている。また、このベロフラム５０は、径方向（ピストン４０のボア方向ＢＲ）の外周縁に位置する環状のフランジ部５４（固定部）、及び、このフランジ部５４との間に第１，第２テーパ面５５Ａ，５５Ｂを挟んで径方向中央に位置する中央部５２（径方向中央部）を有している。
第１テーパ面５５Ａは、フランジ部５４の径方向内側の傾斜起点部位５４Ｓより折り返
された傾斜面で、軸線ＡＸと平行な仮想線Ｍとのなす角度を第１傾斜角θ１（０＜θ１＜９０°）とする環状の傾斜面となっている。第２テーパ面５５Ｂは、この仮想線Ｍとのなす角度を第２傾斜角θ２（０＜θ２＜θ１）とする環状の傾斜面となっている。第１テーパ面５５Ａと第２テーパ面５５Ｂとは、変曲部５６で連続して繋がっており、この変曲部５６は、図１に示す状態のベロフラム５０において、その軸線ＡＸ方向の中央位置よりフランジ部５４側に位置している。この変曲部５６がこのような位置にある理由として、真空開閉弁１００が閉弁するに際に、ベロフラム５０の第２テーパ面５５Ｂは、ピストン４０が上死点の位置まで移動しこの移動に伴って第２テーパ面５５Ｂがピストンの上死点の位置まで伸びた状態になったときの、ストローク方向ＳＴの中央付近の位置で、山折り状に折り返されるからである。
また、中央部５２は、ピストン４０のボア方向ＢＲ（図４及び図５中、左右方向）に沿う方向に第２テーパ面５５Ｂから連続して繋がっている。この中央部５２には、後述するピストンロッド４８を挿通する貫通孔５７が穿孔されており、中央部５２の厚さ方向（図１中、上下方向）に突出する凸部５３が貫通孔５７の周囲に環状に凸設されている。貫通孔５７の大きさは、ロッド４７の外周と嵌合するように、高い精度で形成されている。
【００３１】
ベロフラム５０は、図６に示すように、その凸部５３をピストン４０の凹部４４内に嵌め合わせることで、ピストン４０と位置決めされている。このベロフラム５０は、その中央部５２をピストン４０の受圧面４２に当接させた状態で、この中央部５２をピストン４０と板状の固定具４６との間に挟み込み、ピストン４０と固定具４６とのねじ結合により固定されている。
また、このベロフラム５０のフランジ部５４は、フランジ保持部３２で単動空気圧シリンダ３０及びシリンダ支持部３２に挟んで固着されている。
【００３２】
真空開閉弁１０では、ピストン４０が下死点の位置にあるとき、すなわち駆動エアＡＲがエア収容室ＡＳに供給されていないとき、ベロフラム５０のフランジ部５４と中央部５２とがストローク方向ＳＴのほぼ同じ位置になる（図４参照）。すると、図４、図６及び図７に示すように、第２テーパ面５５Ｂは、ピストン４０とシリンダ３０との隙間４５で、頂部５８で山折り状に折り返される。
一方、駆動エアＡＲがエア収容室ＡＳに供給されると、第２テーパ面５５Ｂは、図６及び図７に示すように、頂部５８で山折りされた状態で、図７に二点差線で示すように、単動空気圧シリンダ３０のシリンダ内周面３１とピストン４０の外周面４１に沿うように膨らみながら、ピストン４０のストローク方向ＳＴ方向の上死点側（図６及び図７中、上方）に向けて伸び、図５に示す状態にまで伸びる。
このように、ベロフラム５０は、フランジ部５４をフランジ保持部３２で、中央部５２をピストン４０の受圧面４２に、それぞれ固着した状態で、第１，第２テーパ面５５Ａ，５５Ｂをピストン４０とシリンダ３０との隙間４５に位置させて、ピストン４０の駆動に追従して折り畳まれたり伸びたりしながら、この隙間４５を密閉している。
【００３３】
図６は、図４の部分拡大図であり、図４は、Ｏリング７９が弁座７３と完全に当接した弁閉状態を示している。従って、図７は、弁閉状態におけるベロフラム５０の形状を示している。
Ｏリング７９が弁座７３に完全に当接している弁閉状態において、駆動エアＡＲを供給すると、ベロフラム５０は、図７の２点鎖線で示すような位置となり、ベロフラム５０が、ピストン４０と接触する点が少し変化する。本発明では、ベロフラム５０が、ピストン４０と接触する位置（高さＬ１で示す位置、すなわち、図７の２点鎖線で示すベロフラム５０がピストン４０と接触する上端位置）におけるベロフラム５０の内周径をＷ２としている。
一方、ピストン４０の断面図を図７に示す。ピストン４０の外形は、先端部がθの角度を持つ先細りのピストンテーパ面４０ａを形成している。この角度θは、ベロフラム５０の第２テーパ角θ２と等しくしている。ピストンテーパ面４０ａは、全体の下半分くらい形成されている。上半分は、ベロフラム５０と接触することがないから、テーパとする必要がないのである。
【００３４】
すなわち、Ｗ１は、Ｏリング９７が弁座７３に当接した弁閉状態において、駆動エアＡＲを供給した時の、ピストンの外周がベロフラム５０と接触している上端での、ピストンの外周径である。
Ｗ２は、Ｏリング９７が弁座７３に当接した弁閉状態において、駆動エアＡＲを供給した時の、ベロフラム５０がピストン４０と接触している上端での、ベロフラム５０のピストン４０と接触している内周径である。
図７に示すように、ピストン先端からＬ１の距離の位置における、ピストン４０の外周径をＷ１としている。ピストン先端からＬ１の距離は、図７の２点鎖線で示すベロフラム５０において、ベロフラム５０がピストン４０と接触している上端位置である。
ここで、図４に示す弁閉状態において、ベロフラム５０のＷ２と、ピストン４０のＷ１とを等しい長さとしている。
【００３５】
次に、ベローズ式ポペット弁部７０について説明する。
このベローズ式ポペット弁部７０は、弁本体７１、ベローズ７５、ポペット弁体７６、Ｏリング保持部材７７及びＯリング７９等からなる。
ピストン４０の径方向中央部には、ピストンロッド４８が連結しており、このピストンロッド４８とピストン４０との間はＯリング４９でシールされている。このピストンロッド４８は、ベローズ式ポペット弁部７０に向けて延伸してピストンロッド４８の開弁側端部でポペット弁体７６と連結しており、ポペット弁体７６は、ピストン４０のストローク方向ＳＴの駆動に伴って、ピストン４０と共に弁シフト方向に動くようになっている。ベローズ７５は、軸線ＡＸ方向の一端側（図４及び図５中、上方）にある端部を固定し、他端側をポペット弁体７６に取り付けて、ピストンロッド４８の径方向外側を覆う形態で、ポペット弁体７６の弁シフト方向の駆動に伴って伸縮するように取付られている。
【００３６】
ポペット弁体７６とＯリング保持部材７７とは、ポペット弁体７６の閉弁側（図４及び図５中、下方）で固着され、ポペット弁体７６及びＯリング保持部材７７によって形成された環状のＯリング取付部７８が設けられている。Ｏリング７９は、Ｏリング取付部７８に配設され、弁本体７１の弁座７３と接触可能となっている。この弁本体７１は、真空ポンプ５に接続する第１ポート７２、及び、真空チャンバ２のガス排気口２ｂに接続する第２ポート７４を有している。
真空開閉弁１０では、駆動エアＡＲがエア収容室ＡＳに供給されないときには、ピストン４０は、復帰バネ４７による付勢力により下死点に位置するため、ピストン４０と連結するポペット弁体７６は、Ｏリング７９を介して弁座７３を押圧する。これにより、ポペット弁体７６で第１ポート７２を塞いで真空開閉弁１０は閉弁（弁開度ＶＬ＝０）する。
一方、駆動エアＡＲがエア収容室ＡＳに供給されると、ピストン４０は、復帰バネ４７による付勢力に抗して、弁シフト方向の開弁側に移動するため、Ｏリング７９と共にポペット弁体７６も開弁側に移動し、弁座７３から離れる。これにより、真空開閉弁１０は開弁（弁開度ＶＬ＞０）し、第１ポート７２と第２ポートとが連通する。真空開閉弁１０が開弁すると、真空ポンプ５は、真空チャンバ２内にあるプロセスガスまたは窒素ガスを吸引することができるようになる。
【００３７】
本実施形態の真空開閉弁１０では、ベロフラム５０は、ピストン４０のボア方向ＢＲから見たときの断面形状において、軸線ＡＸとのなす角度が第１傾斜角θ１である第１テーパ面５５Ａ、及び、第２傾斜角θ２である第２テーパ面５５Ｂを備えた形状となっている。
ここで、ベロフラム５０における軸線ＡＸに沿う仮想線Ｍと第１，第２テーパ面５５Ａ，５５Ｂとの間の第１，第２テーパ角θ１，θ２について、本実施形態の真空開閉弁１０のベロフラム５０と従来の真空開閉弁１００のベロフラム１５０とを比較して考察する。
真空開閉弁１０では、前述したように、第１テーパ面５５Ａと軸線ＡＸ（仮想線Ｍ）とのなす角は第１テーパ角θ１（０＜θ１＜９０°）である。また、第２テーパ面５５Ｂと軸線ＡＸ（仮想線Ｍ）とのなす角は第２テーパ角θ２（０＜θ２＜θ１）であるので、第２テーパ面５５Ｂにおいて、軸線ＡＸに沿う方向の任意位置における径方向の長さを第２テーパ面径長Ｄ２、この位置における周方向の長さは第２テーパ面周長πＤ２となる。
一方、従来の真空開閉弁１００では、ベロフラム１５０における単一テーパ面１５４は単一であるので、この単一テーパ面１５４とベロフラム１５０の軸線ＡＸに沿う仮想線Ｎとのなす角は単一テーパ角θｐ（０＜θｐ＜９０°）である（図１４参照）。これにより、単一テーパ面１５４において、ピストンのストローク方向の任意位置における径方向の長さは単一テーパ面径長Ｄｐ、この位置における周方向の長さは単一テーパ面周長πＤｐとなる（図１６参照）。
【００３８】
本実施形態の真空開閉弁１０では、第１テーパ角θ１を単一テーパ角θｐよりも大きく（θｐ＜θ１）することで、第２テーパ角θ２は、単一テーパ角θｐよりも小さく（θ２＜θｐ）できる。つまり、第１テーパ角θ１、第２テーパ角θ２及び単一テーパ角θｐの大きさについて、θ２＜θｐ＜θ１…式（１）の関係が成り立つ。この真空開閉弁１０のベロフラム５０は、この式（１）に基づいて、軸線ＡＸに対して第１テーパ角θ１で傾斜した第１テーパ面５５Ａを単動空気圧シリンダ３０のシリンダ内周面３１側に、軸線ＡＸに対して第２テーパ角θ２で傾斜した第２テーパ面５５Ｂをピストン４０の外周面４１側に、それぞれ位置する形態に成形されている。
一方、ピストン４０のピストンテーパ面４０ａは、ベロフラム５０の第２テーパ面５５Ｂと同じ傾斜角度で形成されている。図７に示すように、Ｏリング７９が弁座７３に完全に当接している弁閉状態において、駆動エアＡＲを供給したときに、ベロフラム５０が図７の２点鎖線で示すような位置となる。そのとき、ベロフラム５０とピストン４０の接触する上端において、ベロフラム５０のピストン４０と接触する内周径Ｗ２と、ベロフラム５０と接触するピストン４０の外周径Ｗ１とが等しくしているので、駆動エアＡＲを入れたときに、ベロフラム５０とピストン４０とは、図９に示すように、ぴったりと密着した状態となり、屈曲が全く発生しない。
その後、ベロフラム５０が、ピストン４０と接触する点が変化するが、ピストン４０のピストンテーパ面４０ａは、ベロフラム５０の第２テーパ面５５Ｂと同じ傾斜角度で形成されているので、常に、ベロフラム５０とピストン４０とが密着した状態を保持する。
【００３９】
このようなシワ発生部５９が、従来のベロフラム１５０に生じたシワ発生部１５９と比較して、全く発生しないので、ピストン４０が移動した時に、応力集中が発生することがなく、何度繰り返しても、従来のようなピストン４０の移動方向に亀裂が発生することができることがない。本出願人は、繰り返しテストで確認したが、従来の数十倍の繰り返し回数を実験しても、従来のような亀裂が全く発生しないことを確認した。
【００４０】
以上、詳細に説明したように、本実施の形態の真空開閉弁によれば、真空容器２と真空ポンプ５との間に接続し、弁座７３に対し弁体であるＯリング７９の開度を変化させて真空容器２内の真空圧力を制御する真空開閉弁１０であって、ピストン４０の外周面とシリンダ３０の内周面３１との所定の隙間を、ピストン４０の動作と共に追従するベロフラム５０で密閉し、流体によりピストン４０を駆動させて開閉する真空開閉弁１０であって、ベロフラム５０が所定の傾斜角度θ２で形成されていること、ピストン４０の外周が、ベ所定の傾斜角度θで形成されていること、弁体が弁座と当接する位置にあるときに、ピストンと接触するベロフラムの内周径と、ピストンの外周径が等しいこと、を特徴とするので、真空開閉弁が閉じた状態で、駆動エアがシリンダ内に入れられ、ベロフラムにエア圧がかかったときに、ベロフラムの内周径とピストンの外周径とが等しいため、ベロフラムに屈曲が全く発生することがない。
従来は、ピストンを円筒形状としていたため、ピストン端面に対応する位置におけるベロフラムのピストンと接触する内周径をピストンの外周径より大きくせざるを得なかった。本発明では、ピストンの外周に傾斜面を設けることにより、初めて、真空開閉弁が閉じている位置において、ベロフラム内周径とピストン外周径とを同じ長さとすることが可能となった。
【００４１】
また、ベロフラム４０のピストン４０と接触する内周面の第１傾斜角度θ２と、ピストン４０の第２傾斜角度θを等しくしているので、ピストン４０がある距離移動したときに、その状態でも、ベロフラム４０のピストン４０と接触する内周径とピストン４０の外周径とが等しくなるため、ベロフラム５０に屈曲が発生することがない。
第１傾斜角度θ２が第２傾斜角度θより少し大きくても、弁体であるＯリング９７が弁座７３と当接する位置にあるときに、ピストン４０と接触するベロフラム５０の内周径と、ピストン４０の外周径が等しいならば、ベロフラム５０の耐久性は、格段に向上することを、本出願人は実験により確認している。第１傾斜角度θ２と第２傾斜角度θとを等しくすれば、さらに、耐久性が向上することを、本出願人は実験により確認している。
【００４２】
また、ベロフラム５０は、第１テーパ面５５Ａ及び第２テーパ面５５Ｂの２つを備えているので、真空開閉弁１０の開閉動作に伴う伸縮性を維持することができると共に、シワに起因して発生する亀裂によりベロフラム５０が短期に破損することが抑制できる。
また、真空開閉弁１０では、第１テーパ面５５Ａ及び第２テーパ面５５Ｂ同士を繋ぐ変曲部５６は、ベロフラム５０における軸線ＡＸの中央位置より、フランジ部５４側に位置するので、ベロフラム５０の第２テーパ面５５Ｂが山折り状に折り返されたときでも、変曲部５６で折り返されることはない。
当該真空開閉弁１０が繰り返し開閉しても、ベロフラム５０の第１，第２テーパ面５５Ａ，５５Ｂのうち、他の部分よりも応力が集中し易い変曲部５６に、第２テーパ面５５Ｂの折り返しが繰り返し行なわれないので、変曲部５６で繰り返し折り返すことに起因したベロフラム５０の劣化（ゴム成形部材５１の材料疲労）の発生が防止できる。
したがって、ベロフラム５０が早期に損傷することを抑制することができる。
【００４３】
また、本実施例の真空開閉弁１０では、ベロフラム５０が、弁体であるＯリング７９を保持するポペット弁体７６とピストン４０とを接続するロッド４８の外周と嵌合することにより、ベロフラム５０をピストン４０に対して位置決めする嵌合孔５７を備えているので、ベロフラム５０を容易かつ正確にピストン４０に位置決めすることができる。
また、真空開閉弁１０では、ベロフラム５０は、インサート成形により、ゴム５１Ａに、ベロフラム５０の表面５１ａに沿った方向に可撓性のあるトリコット織りの織り目を有する基布５１Ｂを埋設したゴム成形部材５１からなる。
これにより、ゴム５１Ａで気密性を、駆動エアＡＲの加圧力に抗する強度を基布５１Ｂで持ち合わせると共に、ピストン４０の動作及びピストン４０の外周面４１の形状に合わせて自在に屈曲し易いベロフラム５０となる。
特に、本実施形態の真空開閉弁１０では、ベロフラム５０における基布５１Ｂの織り目はトリコット織りであるので、駆動エアＡＲの供給時に、ベロフラム５０の第２テーパ面５５Ｂがピストン４０の外周面４１に沿って膨らんだときには、ベロフラム５０は、ピストン４０の外周面４１の形状に沿うように屈曲易くなる。
また、真空開閉弁１０では、ベロフラム５０とピストン４０とは、凸部５３と凹部４４との嵌合で、同心軸上に位置決めして固着されている。
これにより、ベロフラム５０の中央部５２とピストン４０の受圧面４３との相対的な位置ずれが生じないので、ベロフラム５０の第１，第２テーパ面５５Ａ，５５Ｂは、ピストン４０と動作に合わせて、第１，第２テーパ面５５Ａ，５５Ｂの周方向において均等に屈曲したり伸びたりすることができる。このため、ピストン４０の駆動を適切に行うことができ、ベロフラム５０でピストン４０の外周面４１と単動空気圧シリンダ３０のシリンダ内周面３１との隙間４５を適切な状態で密閉することができる。
【００４４】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいう
までもない。
例えば、本実施形態では、ピストン４０の凹部４４を受圧面４３に、及びベロフラム５０の凸部５３を中央部５２に、いずれも環状の形態で設けた。しかしながら、ピストンの凹部及びベロフラムの凸部は、ピストンの凹部とベロフラムの凸部との嵌合により両者が位置決めされる形態であれば良く、ピストンに凹部をベロフラムに凸部を配設する位置や、凹部及び凸部の形態は、適宜変更可能である。
また、本実施形態では、ベロフラム５０において、傾斜起点部位５４Ｓと変曲部５６との間を、仮想線Ｍとのなす角度を第１傾斜角θ１とする環状の第１テーパ面５５Ａとした。しかしながら、ベロフラムのうち、固定部とテーパ面との間にある面形状を、ピストンのボア方向から見たときの断面形状で、円弧形状としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本実施形態の真空開閉弁の構成されたベロフラムを示す断面図である。
【図２】本実施形態のベロフラムをなすゴム成形部材を説明するための説明図である。
【図３】本実施形態のベロフラムのうち、基布の織り目を説明する説明図である。
【図４】本実施形態の真空開閉弁の構成を説明する説明図であり、閉弁状態を示す図である。
【図５】本実施形態の真空開閉弁の構成を説明する説明図であり、開弁状態を示す図である。
【図６】図４中、Ｐ部の拡大図である。
【図７】図６中、Ｑ部を示す図であり、ピストンの外周面とシリンダの内周面との隙間の様子を拡大して示す説明図である。
【図８】ピストン４０の形状を示す断面図である。
【図９】図６のＡ−Ａ矢視断面図であり、加圧時におけるベロフラムの形態を説明するための説明図である。
【図１０】本実施形態の真空開閉弁を有する真空圧力制御システムの構成を説明する説明図である。
【図１１】従来の真空開閉弁の構成を説明する説明図である。
【図１２】図１１中、Ｒ部の拡大図である。
【図１３】従来のベロフラムを示す断面図である。
【図１４】従来のベロフラムのうち、基布の織り目を説明する説明図である。
【図１５】従来のベロフラムを示す断面図であり、加圧時におけるベロフラムの形態を説明するための説明図である。
【図１６】図１５のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
２ 真空チャンバ（真空容器）
５ 真空ポンプ
１０ 真空開閉弁
３１ シリンダ内周面
ＳＴ ストローク方向
４１ 外周面
４３ 受圧面
４４ 凹部
４５ 隙間
４６ 固定具
５０ ベロフラム（ダイアフラム）
５１ ゴム成形部材
５１ａ、５１ｂ 表面
５１Ａ ゴム５１
５１Ｂ 基布５１
５２ 中央部（径方向中央部）
５３ 凸部
５４ フランジ部
５４Ｓ 傾斜起点部位
５６ 変曲部
ＡＲ 駆動エア（流体）
ＡＸ 軸線
ＢＲ ボア方向
Ｗ１ Ｏリング９７が弁座７３に当接した弁閉状態において、駆動エアＡＲを供給した時の、ピストンの外周がベロフラム５０と接触している上端での、ピストンの外周径
Ｗ２ Ｏリング９７が弁座７３に当接した弁閉状態において、駆動エアＡＲを供給した時の、ベロフラム５０がピストン４０と接触している上端での、ベロフラム５０のピストン４０と接触している内周径
θ１ 第１テーパ角
θ２ 第２テーパ角
【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し、弁座に対し弁体の開度を変化させて前記真空容器内の真空圧力を制御する真空開閉弁であって、ピストンの外周面とシリンダの内周面との所定の隙間を、ピストンの動作と共に追従するベロフラムで密閉し、流体によりピストンを駆動させて開閉する真空開閉弁において、
前記ベロフラムの前記ピストンと接触する内周面が所定の第１傾斜角度で形成されていること、
前記ピストンの外周面が、所定の第２傾斜角度で形成されていること、
前記弁体が前記弁座と当接する位置にあるときに、前記ベロフラムの前記ピストンと接触する内周径と、前記ピストンの外周径が等しいこと、
を特徴とする真空開閉弁。
【請求項２】
請求項１に記載する真空開閉弁において、
前記第１傾斜角度と、前記第２傾斜角度が等しいことを特徴とする真空開閉弁。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載する真空開閉弁において、
前記ベロフラムは、中心断面の断面形状において、前記ピストンのストローク方向に沿う軸線とのなす角度が異なる傾斜面を２つ備えていること、
前記傾斜面のうち、角度の小さな傾斜面の傾斜角度が、前記第１傾斜角度であること、
を特徴とする真空開閉弁。
【請求項４】
請求項３に記載の真空開閉弁において、
前記ベロフラムは、径方向の周縁に前記シリンダに固定する固定部を有すること、
前記傾斜面同士を繋ぐ変曲部は、前記ベロフラムにおける前記軸線方向中央の位置より、前記固定部側に位置すること、
を特徴とする真空開閉弁。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４に記載する真空開閉弁のいずれか１つにおいて、
前記ベロフラムが、前記弁体と前記ピストンとを接続するロッドの外周と嵌合することにより、前記ベロフラムを位置決めする嵌合孔を備えることを特徴とする真空開閉弁。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５に記載の真空開閉弁のいずれか１つにおいて、
前記ベロフラムは、ゴムに、前記ベロフラムの面に沿った方向に可撓性のある織り目を有する基布をインサート成形したゴム成形部材からなる、ことを特徴とする真空開閉弁。
【請求項７】
請求項６に記載の真空開閉弁において、
前記基布の前記織り目はトリコット織りである、ことを特徴とする真空開閉弁。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の真空開閉弁において、
前記ベロフラムは、径方向中央部にその厚さ方向に突出する凸部を有し、
前記ピストンは、そのボア方向の受圧面に凹設された凹部を有し、
前記ベロフラムと前記ピストンとは、前記凸部と前記凹部との嵌合で、同心軸上に位置決めして固着されている、ことを特徴とする真空開閉弁。
【請求項１】
真空容器と真空ポンプとの間に接続し、弁座に対し弁体の開度を変化させて前記真空容器内の真空圧力を制御する真空開閉弁であって、ピストンの外周面とシリンダの内周面との所定の隙間を、ピストンの動作と共に追従するベロフラムで密閉し、流体によりピストンを駆動させて開閉する真空開閉弁において、
前記ベロフラムの前記ピストンと接触する内周面が所定の第１傾斜角度で形成されていること、
前記ピストンの外周面が、所定の第２傾斜角度で形成されていること、
前記弁体が前記弁座と当接する位置にあるときに、前記ベロフラムの前記ピストンと接触する内周径と、前記ピストンの外周径が等しいこと、
を特徴とする真空開閉弁。
【請求項２】
請求項１に記載する真空開閉弁において、
前記第１傾斜角度と、前記第２傾斜角度が等しいことを特徴とする真空開閉弁。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載する真空開閉弁において、
前記ベロフラムは、中心断面の断面形状において、前記ピストンのストローク方向に沿う軸線とのなす角度が異なる傾斜面を２つ備えていること、
前記傾斜面のうち、角度の小さな傾斜面の傾斜角度が、前記第１傾斜角度であること、
を特徴とする真空開閉弁。
【請求項４】
請求項３に記載の真空開閉弁において、
前記ベロフラムは、径方向の周縁に前記シリンダに固定する固定部を有すること、
前記傾斜面同士を繋ぐ変曲部は、前記ベロフラムにおける前記軸線方向中央の位置より、前記固定部側に位置すること、
を特徴とする真空開閉弁。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４に記載する真空開閉弁のいずれか１つにおいて、
前記ベロフラムが、前記弁体と前記ピストンとを接続するロッドの外周と嵌合することにより、前記ベロフラムを位置決めする嵌合孔を備えることを特徴とする真空開閉弁。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５に記載の真空開閉弁のいずれか１つにおいて、
前記ベロフラムは、ゴムに、前記ベロフラムの面に沿った方向に可撓性のある織り目を有する基布をインサート成形したゴム成形部材からなる、ことを特徴とする真空開閉弁。
【請求項７】
請求項６に記載の真空開閉弁において、
前記基布の前記織り目はトリコット織りである、ことを特徴とする真空開閉弁。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の真空開閉弁において、
前記ベロフラムは、径方向中央部にその厚さ方向に突出する凸部を有し、
前記ピストンは、そのボア方向の受圧面に凹設された凹部を有し、
前記ベロフラムと前記ピストンとは、前記凸部と前記凹部との嵌合で、同心軸上に位置決めして固着されている、ことを特徴とする真空開閉弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００９−７４６８１（Ｐ２００９−７４６８１Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２６８３２（Ｐ２００８−１２６８３２）
【出願日】平成２０年５月１４日（２００８．５．１４）
【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２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１４日（２００８．５．１４）
【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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