特許 6740909 真空バルブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6740909

(24)【登録日】2020年7月29日

(45)【発行日】2020年8月19日

(54)【発明の名称】真空バルブ

(51)【国際特許分類】

   F16K 3/04 20060101AFI20200806BHJP

   F16K 51/02 20060101ALI20200806BHJP

【ＦＩ】

   F16K3/04 Z

   F16K51/02 B

【請求項の数】3

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2017-3443(P2017-3443)

(22)【出願日】2017年1月12日

(65)【公開番号】特開2018-112261(P2018-112261A)

(43)【公開日】2018年7月19日

【審査請求日】2019年4月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100084412

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 冬紀

(74)【代理人】

【識別番号】100202854

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 卓行

(72)【発明者】

【氏名】田口 竜大

【審査官】 岩田 健一

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５３−０４８２２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４３４３４５５（ＵＳ，Ａ）

【文献】 中国実用新案第２０２２５２０５５（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｋ ３／０４

Ｆ１６Ｋ ５１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バルブ流路が形成された筐体と、
前記バルブ流路を開放及び遮断するバルブプレートと、
遮断状態における前記バルブプレートの一方の面側に対向配置され、前記バルブプレートの一方の面側へのたわみを抑制する第１の抑制部材と、
遮断状態における前記バルブプレートの他方の面側に対向配置され、前記バルブプレートの他方の面側へのたわみを抑制する第２の抑制部材と、を備え、
前記バルブプレートの一方の面又は他方の面の少なくともいずれかに軽量化のための凹部が形成され、前記凹部には、前記抑制部材と当接するための突起が設けられている、真空バルブ。

【請求項2】

請求項１に記載の真空バルブにおいて、
前記遮断状態において前記バルブプレートの一方の面に当接し、前記バルブプレートによる遮断を行わせる環状の封止体を備え、
前記第１の抑制部材は、前記封止体に設けられ、
前記第１の抑制部材は、前記封止体から前記バルブ流路中に延在する第１の接続部と、前記第１の接続部の先端部に設けられて前記バルブプレートに当接する第１の当接部とを有し、前記突起は前記第１の当接部に当接する、真空バルブ。

【請求項3】

請求項１または２に記載の真空バルブにおいて、
前記第２の抑制部材は、前記筐体に設けられ、
前記第２の抑制部材は、前記筐体から前記バルブ流路中に延在する第２の接続部と、前記第２の接続部の先端部に設けられて前記バルブプレートに当接する第２の当接部とを有し、前記突起は前記第２の当接部に当接する、真空バルブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空バルブに関する。

【背景技術】

【0002】

真空処理装置の真空チャンバにターボ分子ポンプなどの真空ポンプを装着する場合には、一般的に真空バルブを介在させる。

【0003】

真空バルブは、真空チャンバから真空ポンプへ流れる気体の量を変化させることに用いられたり、バルブ閉状態（例えば、特許文献１の図６（Ｂ）参照）にして気体の流れを遮断することに用いられたりする。

【0004】

バルブ閉状態では、真空バルブのバルブプレートの上流側及び下流側のうちの一方を大気圧にして、他方を真空状態とすることがある。その結果、真空バルブのバルブプレートの上流側と下流側の差圧が０．１２ＭＰａ（大気圧）程度になることがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４６３０９９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、真空バルブの開閉動作には高速性が求められている。バルブプレートを高速に駆動するためには、バルブプレートを軽くする必要がある。例えば、バルブプレートを薄くすることなどが求められる。バルブプレートが薄いと、上記の差圧がかかった場合に、バルブプレートがたわみやすくなる。さらには、バルブプレートのたわみが過大となってバルブプレートが破損するおそれがある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の好ましい態様による真空バルブは、バルブ流路が形成された筐体と、バルブ流路を開放及び遮断するバルブプレートと、遮断状態におけるバルブプレートの表側に対向配置され、バルブプレートの表側へのたわみを抑制する第１の抑制部材と、遮断状態におけるバルブプレートの裏側に対向配置され、バルブプレートの裏側へのたわみを抑制する第２の抑制部材と、を備え、前記バルブプレートの一方の面又は他方の面の少なくともいずれかに軽量化のための凹部が形成され、前記凹部には、前記抑制部材と当接するための突起が設けられている。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、バルブプレートのたわみを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態による真空バルブ。

【図2】真空バルブの断面図。

【図3】シールリングに設けたたわみ抑制部材を示した図。

【図4】開口部に設けたたわみ抑制部材を示した図。

【図5】バルブプレートを示した図。

【図6】バルブプレートが、たわみ抑制部材及びたわみ抑制部材によって挟持される様子を説明するための図。

【図7】たわみ抑制部材に関する変形例（変形例１）について示した図。

【図8】たわみ抑制部材に関する変形例（変形例２）について示した図。

【図9】たわみ抑制部材に関する変形例（変形例３）について示した図。

【図10】バルブプレートに関する変形例（変形例４）について示した図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

―実施形態―
図１，２は、本発明の一実施形態による真空バルブ１を示す図である。図１は真空バルブ１の外観を示す斜視図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。

【0011】

真空バルブ１は、バルブ本体２と駆動部１０とを備えている。バルブ本体２は、フランジ３と、フランジ面６（図２参照）と圧縮空気導入口・排出口９とが形成された筐体４と、筐体４内においてスライド駆動されるバルブプレート８（弁板８）と、を備えている。真空処理装置の真空チャンバにフランジ３のシール面３Ａが固定され、フランジ面６に真空ポンプが固定される。図示は省略するが、駆動部１０には、バルブプレート８を揺動駆動するモータと、モータを駆動制御する制御部と、が設けられている。

【0012】

図１に示すαは、バルブプレート８の開度を示している。図に示す「α＝０％」は、フランジ３の開口部３１を全閉する開度を示し、「α＝１００％」は、フランジ３の開口部３１を全開する開度を示している。破線８ａは、全開（α＝１００％）時のバルブプレート８を示している。バルブプレート８は、駆動部１０のモータによって揺動駆動される。例えば、バルブプレート８の開度が調節されることで、真空処理装置から真空ポンプへ流れる気体の流量を調節する。

【0013】

図１に示すように、真空バルブ１には、バルブプレート８のたわみを抑制するためのたわみ抑制部材Ｓ１、Ｓ２が設けられている。たわみ抑制部材Ｓ１、Ｓ２の詳細については、後述する。

【0014】

図２においては、バルブプレート８の構造が簡略化して示されている。バルブプレート８の詳細については、後述する。

【0015】

フランジ３は、シール面３Ａと、開口部３１とを有している。筐体４は、圧縮空気導入口・排出口９と、圧空導入路４２、開口部４１と、フランジ面６とを有している。フランジ３と筐体４とは、不図示のボルトにより締結されている。

【0016】

開口部３１と開口部４１は互いに対向している。バルブプレート８は、開口部３１と開口部４１の間に挿脱される。図２に示すように、開口部３１側には、真空チャンバが締結され、開口部４１側に真空ポンプが締結される。

【0017】

フランジ３と筐体４との間には、封止体７が収容される筒状の収容部５が形成される。

【0018】

封止体７は、ピストン部７１０とシールリング７２０とから構成されている。ピストン部７１０とシールリング７２０とは、突部７１ｂと凹部７２ａで互いに係合している。

【0019】

ピストン部７１０は、圧空導入路４２から送り込まれる圧縮空気（圧空）によって、図示上向きの力を受ける。また、ピストン部７１０は、圧縮ばね５０によって、図示下向きの力を受ける。圧縮空気が導入されると、封止体７は図示上方向に移動し、圧縮空気が排出されると封止体７は図示下方向に移動する。

【0020】

バルブプレート８を全閉（α＝０％）にして、さらに、封止体７をバルブプレート８に当接させることで、バルブ閉状態となる。その結果、気体Ｇの流れが遮断される。

【0021】

シールリング７２０におけるハッチングで示した領域には、後述するたわみ抑制部材Ｓ１が形成されている（図３参照）。また、開口部４１におけるハッチングで示した領域には、後述するたわみ抑制部材Ｓ２が形成されている（図３参照）。

【0022】

図３は、シールリング７２０を詳細に示す図である。図３（ａ）は、シールリング７２０を開口部３１側から見た図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

【0023】

図３（ａ）に示すように、シールリング７２０は、環状のシールリング基部７２０Ａと、たわみ抑制部材Ｓ１と、を有している。シールリング７２０は、シールリング基部７２０Ａと、たわみ抑制部材Ｓ１と、を有している。たわみ抑制部材Ｓ１は封止体７のシールリング７２０の一部であるため、たわみ抑制部材Ｓ１は、封止体７の図示上下方向の移動に伴って図示上下方向に移動する。たわみ抑制部材Ｓ１は、バルブプレート８がたわむことを抑制するためのものである。たわみ抑制部材Ｓ１は、バルブ流路中に延在する接続部Ｓ１Ｂと、接続部Ｓ１Ｂの先端部に設けられてバルブプレート８に当接する当接部Ｓ１Ａと、備える。本実施形態においては、当接部Ｓ１Ａは、シールリング７２０の中央に１つ設けられている。接続部Ｓ１Ｂは、シールリング基部７２０Ａと当接部Ｓ１Ａとを接続する。本実施形態においては、接続部Ｓ１Ｂが４本設けられている。なお、接続部Ｓ１Ｂは、少なくとも１本設けられていればよい（後述）。以上のように、たわみ抑制部材Ｓ１が当接部Ｓ１Ａと接続部Ｓ１Ｂとを有することで、シールリング７２０の内周側に気体Ｇ（図２参照）が通過できる開口部分が設けられるため、シールリング７２０の内周側を気体Ｇが通過することができる。

【0024】

図３（ｂ）に示すように、当接部Ｓ１Ａには、当接面Ｓ１ＡＬが形成されている。接続部Ｓ１Ｂよりも優先的に当接部Ｓ１Ａをバルブプレート８に当接させるために、当接面Ｓ１ＡＬは、接続部Ｓ１Ｂの下面Ｓ１ＢＬよりもバルブプレート８側に位置するように設計されている。なお、本実施形態では上記設計としたが、これに限定されない。例えば、下面Ｓ１ＢＬとバルブプレート８との距離を、当接面Ｓ１ＡＬとバルブプレート８との距離と等しくして、接続部Ｓ１Ｂと当接部Ｓ１Ａとをバルブプレート８に同時に当接させるように設計してもよい。

【0025】

図４は、開口部４１に設けられたたわみ抑制部材Ｓ２について示した図である。図４（ａ）は、たわみ抑制部材Ｓ２をバルブプレート８側から見た図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

【0026】

図４（ａ）に示すように、たわみ抑制部材Ｓ２は、バルブ流路中に延在する接続部Ｓ２Ｂと、接続部Ｓ２Ｂの先端部に設けられてバルブプレート８に当接する当接部Ｓ２Ａと、備える。本実施形態においては、当接部Ｓ２Ａは、開口部４１の中央に１つ設けられている。接続部Ｓ２Ｂは、開口部４１と当接部Ｓ２Ａとを接続する。本実施形態においては、接続部Ｓ２Ｂが４本設けられている。なお、接続部Ｓ２Ｂは、少なくとも１本設けられていればよい（後述）。以上のように、たわみ抑制部材Ｓ２が当接部Ｓ２Ａと接続部Ｓ２Ｂとを有することで、開口部４１の内周側に気体Ｇ（図２参照）が通過できる開口部分が設けられるため、開口部４１の内周側を気体Ｇが通過することができる。

【0027】

図４（ｂ）に示すように、当接部Ｓ２Ａの上面Ｓ２ＡＵは、接続部Ｓ２Ｂの上面Ｓ２ＢＵよりも図示上側に位置している。接続部Ｓ２Ｂよりも優先的に、当接部Ｓ２Ａをバルブプレート８に当接させるために、上記設計としている。なお、開口部４１の上端面４１Ｓは、バルブプレート８の縁部と当接する（後述）。

【0028】

なお、本実施形態では上面Ｓ２ＡＵと上面Ｓ２ＢＵとの位置関係を上記設計としたが、これに限定されない。例えば、上面Ｓ２ＢＵとバルブプレート８との距離を、上面Ｓ２ＡＵとバルブプレート８との距離と等しくして、接続部Ｓ２Ｂと当接部Ｓ２Ａとをバルブプレート８に同時に当接させるように設計してもよい。

【0029】

図５は、バルブプレート８を示した図である。図５（ａ）は、真空排気下流側からバルブプレート８を見た図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。

【0030】

図５（ａ）に示すように、バルブプレート８は、弁部８１と、把柄部８２と、を有する。

【0031】

図５（ａ）に示すように、把柄部８２には、貫通孔８２ａが設けられている。バルブプレート８の把柄部８２は、モータにより駆動される回転軸（不図示）に固定される。バルブプレート８は、上述の回転軸の軸芯Ｊを揺動軸として揺動する。

【0032】

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、弁部８１の強度を維持しつつ軽量化するために、弁部８１には、凹部８１ｄが形成されている。凹部８１ｄが形成されたことで、環状当接部８１ｃが同時に形成される。環状当接部８１ｃは、開口部４１の上端面（図６の上端面４１Ｓ）と当接する。凹部８１ｄは、中央に突起８１ｂを有する。バルブプレートの凹部に形成された突起８１ｂは、たわみ抑制部材Ｓ２の当接部Ｓ２Ａと当接するために形成されている。

【0033】

図５（ｂ）に示すように、弁部８１において、凹部８１ｄの裏側は、平面８１ａとなっている。平面８１ａの中央部は、たわみ抑制部材Ｓ１の当接部Ｓ１Ａの当接面Ｓ１ＡＬと当接する。また、環状当接部８１ｃの裏面である、平面８１ａの縁部は、シールリング基部７２０Ａと当接する。

【0034】

図６は、シールリング７２０をバルブプレート８側に駆動して全閉状態となるまでの動作を示す図である。図６（ａ）がバルブプレート８側に駆動される前の状態（図２に示す状態）を示している。バルブプレート８は、開口部３１，４１に対向する位置に駆動され、全閉（α＝０％）とされている。この場合には、シールリング７２０、バルブプレート８、及び、筐体４の相互間にはギャップが形成されている。

【0035】

次いで、図６（ｂ）に示すように、封止体７のシールリング７２０が図示下方に移動し、バルブプレート８の平面８１ａと、シールリング基部７２０Ａ及びたわみ抑制部材Ｓ１の当接部Ｓ１Ａとが当接する。この時点では、バルブプレート８と上端面４１Ｓ、筐体４は当接していない。

【0036】

さらに、シールリング７２０が図示下方に移動すると、バルブプレート８はシールリング７２０と共に筐体４の方向に移動し、図６（ｃ）に示すように、バルブプレート８が筐体４と当接する。具体的には、バルブプレート８の環状当接部８１ｃと上端面４１Ｓとが当接し、バルブプレート８の突起８１ｂとたわみ抑制部材Ｓ２の当接部Ｓ２Ａとが当接する。

【0037】

図６（ｃ）に示すように、シールリング７２０が、バルブプレート８を筐体４に押し付けることにより、バルブプレート８の縁部の表裏面がシールリング基部７２０Ａと上端面４１Ｓとに密着する。その結果、バルブ閉状態となる。

【0038】

さらに、図６（ｃ）に示すように、バルブプレート８とたわみ抑制部材Ｓ１の当接部Ｓ１Ａとが当接し、バルブプレート８とたわみ抑制部材Ｓ２の当接部Ｓ２Ａとが当接する。これによって、バルブプレート８の表裏面に作用する圧力の差が生じた場合のバルブプレート８のたわみが抑制される。

【0039】

なお、図６に示す例では、バルブプレート８とたわみ抑制部材Ｓ１とが当接し、バルブプレート８とたわみ抑制部材Ｓ２とが当接するとしたが、これに限定されない。例えば、バルブプレート８とたわみ抑制部材Ｓ１との間にわずかな隙間が形成されるようにしてもよいが、その隙間量は、バルブプレート８がたわんで破損しない量に設定される。同様に、バルブプレート８とたわみ抑制部材Ｓ２との間にわずかな隙間が形成されるようにしてもよいが、その隙間量は、バルブプレート８がたわんで破損しない量に設定される。

【0040】

本実施形態の真空バルブは、以下の構成を有し、以下の作用効果を奏する。
（１）真空バルブ１は、遮断状態におけるバルブプレート８の開口部３１側（上流側）に対向配置され、バルブプレート８の開口部３１側へのたわみを抑制するたわみ抑制部材Ｓ１と、遮断状態におけるバルブプレート８の開口部４１側（下流側）に対向配置され、バルブプレート８の開口部４１側へのたわみを抑制するたわみ抑制部材Ｓ２と、を備える。
以上の構成により、たわみ抑制部材Ｓ１が、開口部３１側（上流側）のバルブプレート８のたわみを抑制し、たわみ抑制部材Ｓ２が、開口部４１側（下流側）のバルブプレート８のたわみを抑制することができる。その結果、バルブプレート８の開口部３１側と開口部４１側とで差圧が生じても、バルブプレート８が内部応力の許容範囲を超えてたわまないようにすることができる。

【0041】

（２）真空バルブ１は、遮断状態（バルブ閉状態）においてバルブプレート８の開口部３１側の面に当接し、バルブプレート８による遮断を行わせる環状の封止体７を備える。そして、たわみ抑制部材Ｓ１は、封止体７のシールリング７２０に設けられている。
封止体７のシールリング７２０はバルブプレート８と当接するので、たわみ抑制部材Ｓ１はバルブプレート８と当接することができ、その結果、バルブプレート８のたわみをより生じさせないようにすることができる。

【0042】

（３）たわみ抑制部材Ｓ２は、筐体４の開口部４１に設けられている。
筐体４の開口部４１は、バルブプレート８の近傍に位置するので、バルブプレート８のたわみをより生じさせないようにすることができる。

【0043】

（４）たわみ抑制部材Ｓ１は、バルブ流路中に延在する接続部Ｓ１Ｂと、接続部Ｓ１Ｂの先端部に設けられてバルブプレート８に当接する当接部Ｓ１Ａと、備える。また、たわみ抑制部材Ｓ２は、バルブ流路中に延在する接続部Ｓ２Ｂと、接続部Ｓ２Ｂの先端部に設けられてバルブプレート８に当接する当接部Ｓ２Ａと、備える。
これによって、バルブプレート８のたわみを抑制しつつ、バルブコンダクタンスの低下を抑えることができる。

【0044】

（５）バルブプレート８には、凹部８１ｄが形成されている。凹部８１ｄには、たわみ抑制部材Ｓ２と当接するための突起８１ｂが設けられている。
凹部８１ｄが設けられていることでバルブプレート８を軽量化しつつ、突起８１ｂが設けられていることで、バルブプレート８のたわみを抑制することができる。

【0045】

次のような変形も本発明の範囲内である。

【0046】

―変形例１―
図７は、変形例１を示す図である。以上の実施形態では、たわみ抑制部材は、１つの当接部と、４本の接続部とを有しているとしたが、本発明は、これに限定されない。たわみ抑制部材は、少なくとも１つの当接部と１本の接続部とを有していればよい。例えば、図７に示す開口部４１に設けられたたわみ抑制部材Ｓ２１のように、１つの当接部Ｓ２１Ａが１本の接続部Ｓ２１Ｂで筐体４に接続される構成であってもよい。図７は、開口部４１に設けられたたわみ抑制部材Ｓ２１の例だが、シールリング７２０に設けられたたわみ抑制部材においても同様である。

【0047】

―変形例２―
図８（ａ）は、変形例２を示す図である。変形例２では、図８（ａ）に示すように、たわみ抑制部材Ｓ２２は、開口部４１の中央から外れた位置に当接部Ｓ２２Ａを有する。たわみ抑制部材Ｓ２２は複数設けられる。なお、当接部Ｓ２２Ａと当接できるように、変形例２のバルブプレート８の突起８１ｂは、図８（ｂ）に示すように、数及び位置を当接部Ｓ２２Ａに合わせる必要がある。変形例２は、開口部４１に設けられたたわみ抑制部材の例だが、シールリング７２０に設けられたたわみ抑制部材においても同様である。

【0048】

―変形例３―
図９は、変形例３を示す図である。変形例３では、図９に示すたわみ抑制部材Ｓ２２の当接部Ｓ２２Ａ同士を接続部Ｓ２２Ｃで接続するようにした。当接部Ｓ２２Ａ同士を接続部Ｓ２２Ｃで接続することで、複数のたわみ抑制部材Ｓ２２の位置がより安定する。なお、変形例３でも、当接部Ｓ２２Ａと当接できるように、バルブプレート８の突起８１ｂは、数及び位置を当接部Ｓ２２Ａに合わせる必要がある（図８（ｂ）参照）。図９は、開口部４１に設けられたたわみ抑制部材の例だが、シールリング７２０に設けられたたわみ抑制部材においても同様である。

【0049】

―変形例４―
図１０は、変形例４を示す図である。図５に示すバルブプレート８は、片面にのみ凹部と突起が設けられていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１０に示すバルブプレート８００のように、一方の面に凹部８１１ｄ、環状当接部８１１ｃ、突起８１１ｂを設け、他方の面に凹部８１２ｄ、環状当接部８１２ｃ、突起８１２ｂを設けるような変形を行ってもよい。このような変形をしても、以上の実施形態と同様の効果を奏することができる。

【0050】

その他、以下のような変形も可能である。

【0051】

バルブプレート８は、図５に示すバルブプレート８の環状当接部８１ｃ及び突起８１を取り除いた薄い板であってもよい。

【0052】

以上では、振り子型（スウィング形式）の真空バルブに本発明を適用したが、バルブプレートが直線的にスライドする形式の真空バルブに本発明を適用することも可能である。

【0053】

本発明は、以上に示した内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

【符号の説明】

【0054】

１：真空バルブ、
２：バルブ本体、
３：フランジ、
４：筐体、
６：フランジ面、
７：封止体、
８：バルブプレート、
３１：開口部、
４１：開口部、
８１：弁部、
８２：把柄部、
８１ｂ：突起、
８１ｃ：環状当接部、
８１ｄ：凹部、
７２０：シールリング、
Ｓ１、Ｓ２：たわみ抑制部材、
Ｓ１Ａ、Ｓ２Ａ：当接部、
Ｓ１Ｂ、Ｓ２Ｂ：接続部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】