(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0009】
―実施形態―
図1は、本発明の一実施形態による真空バルブ1の外観を示す斜視図である。
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3参照)と圧縮空気導入口・排出口9とが形成された筐体4(バルブ筐体4)と、フランジ3に延設された開口部31と、筐体4に形成された開口部41と、筐体4内においてスライド駆動されて開口部31と開口部41との間に挿脱されるバルブプレート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が固定され、フランジ面6に真空ポンプが固定される。駆動部10には、バルブプレート8を揺動駆動するモータ(
図3参照)と、モータを駆動制御する制御部(不図示)と、が設けられている。バルブ本体2と駆動部10との接続等については後述する。
【0010】
図2は、
図1に示した矢印YA1の矢視図である。
図2に示すαは、バルブプレート8の開度αを示している。「α=100%」はフランジ3の開口部31、41を全開する開度αを示し、破線8aはその開度αにおけるバルブプレート8を示している。「α=0%」はフランジ3の開口部31、41を全閉する開度αを示し、破線8bはその開度αにおけるバルブプレート8を示している。「α=α1%」は、0%〜100%の範囲のある開度αを示し、破線8cはその開度αにおけるバルブプレート8を示している。バルブプレート8は、駆動部10のモータM(
図3参照)によって揺動駆動される。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が調節される。
【0011】
図3は、
図2のA−A断面図である。バルブプレート8は全閉(α=0%)時のものを示している。なお、
図3に示すように、全閉している状態でも真空チャンバから真空ポンプへと流れる気体の流路Gは遮断されていない。すなわち、バルブ閉状態となっていない。
【0012】
バルブ本体2は、フランジ3と筐体4との間に、リング状の収容部5を有している。収容部5には、封止体7が収容されている。封止体7は、バルブプレート8に対して、真空排気上流側(図示上側)に配置されている。封止体7と筐体4との間の圧空流通空間55Sには、圧縮空気導入口・排出口9を介して圧空(圧縮空気)が送り込まれる。
【0013】
封止体7は、ピストン部710とシールリング720とを有する。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ため、両者は、封止体7として、一体的に移動することができる。
【0014】
ピストン部710は、圧縮空気導入口・排出口9を介して送り込まれる圧空を受圧部71aで受けることで、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。これらの力で、封止体7は、図示上下方向に移動することができる。
【0015】
フランジ3には、開口部31が設けられている。筐体4には、開口部41と、フランジ面6と、内部面41Sが設けられている。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、モータMによって駆動され、開口部31と開口部41の間に挿脱される。
【0016】
駆動部10の筐体10Hの内部には、駆動軸101と、磁性流体シール機構105と、転がり軸受106と、モータMとが設けられている。モータMは、ロータ103とステータ102とを有する。
【0017】
バルブプレート8は、ボルト104で駆動軸101に締結されている。駆動軸101は、転がり軸受106に支持されている。駆動軸101は、モータMのロータ103に接続されている。ロータ103がモータMのステータ102によって回動されることで、駆動軸101が回動される。駆動軸101の外周面と駆動部10の筐体10Hとの間には、磁性流体シール機構105が設けられている。磁性流体シール機構105によって、真空状態にあるバルブ本体2の内部と常圧状態にある筐体10Hの内部との隙間が封止されている。磁性流体シール機構105の詳細については後述する。
【0018】
駆動部10とバルブ本体2の筐体4との間には、駆動軸101を囲うようにベローズ109が設けられている。ベローズ109により、真空状態にあるバルブ本体2の内部と常圧状態にある真空バルブ1の外部とが封止される。ベローズ109は、駆動部10の動きに応じて伸縮することができる。
【0019】
バルブ本体2の筐体4には、保持部110が設けられている。保持部110には、凹部111が周方向に複数形成されている。駆動部10の筐体10Hには、凹部112が周方向に凹部111と同じ数だけ設けられている。凹部111と凹部112とに係合するように円柱状のピン108が周方向に複数設けられている。ピン108は、モータMによるバルブプレート8の回動の反力を受け、駆動部10がバルブ本体2に対して回動することを防止する。保持部110と筐体10Hとは、周方向に複数設けられた引張ばね107で互いに引き寄せられている。引張ばね107は、後述するように、駆動部10が移動したときに元の位置に引き戻すためのものである。
図3に示す状態では、引張ばね107によって筐体10Hが保持部110に当接している。筐体10Hと保持部110とが当接しているので、ピン108は、凹部111と凹部112の何れにも当接している必要はなく、例えば、ピン108の軸方向において、ピン108と凹部111との間に隙間が設けられていてもよい。もしくは、保持部110と筐体10Hとが当接せずに、ピン108が凹部111と凹部112の何れにも当接しているようにしてもよい。
【0020】
図4は、
図3に示すバルブプレート8が、封止体7によって、駆動軸101の軸方向、すなわち、図示下方向に押し下げられ、バルブ閉状態となった様子を示す図である。なお、以下では、「駆動軸101の軸方向に沿って移動する」ことを「軸方向移動」と呼ぶことがある。バルブプレート8は、封止体7に押し下げられて、筐体4の内部面41Sと当接する。これによって、バルブプレート8は、封止体7と筐体4との間に挟まれる。その結果、封止体7に設けられた環状のシール材750で真空チャンバ側と真空ポンプ側が封止され、バルブ閉状態となる。バルブプレート8が封止体7に図示下方向に押し下げられることに伴って、駆動部10も図示下方向に移動する。駆動部10が図示下方向に移動することで、保持部110と筐体10Hとが離間する。また、駆動部10が図示下方向に移動することで、ベローズ109および引張ばね107が伸長する。
以上説明した実施形態の真空ポンプでは、駆動軸101の軸方向移動に係る封止に対して、弾性体シール材を用いずにベローズ109を用いる。弾性体シール材を用いると、駆動軸101が軸方向に移動することによってシール部材と駆動軸とが摺動して摩耗粉が発生するが、ベローズ109を用いることにより、摩耗粉の発生を防止することができる。
【0021】
バルブプレート8が封止体7から押圧されなくなると、上記の引張ばね107によって駆動部10が
図3に示す状態に戻る。ピン108は、駆動部10の図示下方向の移動に伴って、図示下方向に移動する。ピン108の長さ、凹部111および凹部112の深さは、
図4に示す状態でも、ピン108の凹部111および凹部112との係合が維持されるように設定されている。ピン108が凹部111および凹部112との係合が維持されることで、駆動部10が駆動軸101の軸方向に沿って移動することができる。
【0022】
図5は、磁性流体シール機構105を詳細に説明するための図である。
図5(a)は、磁性流体シール機構105の周辺図であり、
図5(b)は、
図5(a)の破線で囲まれた領域の拡大図である。以下、磁性流体シール機構105の構造の詳細について、
図5(b)を用いて説明する。
【0023】
図5(b)に示すように、駆動部10の筐体10Hの内壁10HBには、永久磁石MGが設けられている。さらに、内壁10HBには、永久磁石MGを挟むようにして、2つのポールピース201が設けられている。駆動軸101の外周面には円環部R1が複数段設けられている。円環部R1は、ポールピース201と対向している。円環部R1のそれぞれとポールピース201との間には、磁性流体MF1がそれぞれ設けられている。以上より、磁性流体シール機構105が構成される。一段の磁性流体シール機構105が耐えられる圧力差は1気圧に満たないため、
図5(b)に示すように、磁性流体シール機構105が複数段設けられることで、圧力差を分散している。
以上説明した実施形態の真空ポンプでは、駆動軸101の回動に係る封止に対して、弾性体シール材を用いずに磁性流体シール機構105を用いる。弾性体シール材を用いると、駆動軸101が回動することによってシール部材と駆動軸とが摺動して摩耗粉が発生するが、磁性流体シール機構105を用いることにより、摩耗粉の発生を防止することができる。
【0024】
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)本実施形態の真空バルブは、真空チャンバと真空ポンプとの間の流路が形成されたバルブ筐体4と、バルブプレート8を開閉駆動する駆動軸101と、駆動軸101を回動可能に保持する第1保持部(筐体10H、転がり軸受106)と、駆動軸101と第1保持部との隙間を封止する磁性流体シール機構105と、第1保持部を駆動軸101の軸方向に移動可能に保持する第2保持部(引張ばね107、凹部111と凹部112とピン108)と、筐体4と第2保持部との隙間を封止する封止部材(ベローズ)109と、を備える。
このように、弾性体シール材を用いずに、駆動軸101の回動に係る封止に対して磁性流体シール機構105が用いられることで、駆動軸101が回動することによって生じる摩耗粉の発生を防止することができる。
【0025】
(2)筐体4と第2保持部との隙間を封止する封止部材として、ベローズが設けられている。
このように、弾性体シール材を用いずに、駆動軸101の軸方向移動に係る封止に対してベローズが用いられることで、駆動軸101が軸方向に移動することによって生じる摩耗粉の発生を防止することができる。
【0026】
ここで、本実施形態の真空バルブ1と一般的な真空バルブとを対比する。
一般的な真空バルブの例として特許文献1の
図1の真空バルブを挙げる。特許文献1の
図1の真空バルブにおいては、バルブプレートの駆動軸の外周面に設けられた弾性体シール材が駆動軸の回動および軸方向移動に係る封止を担っている。このような構成では、バルブプレートの駆動軸の回動や軸方向移動によって弾性体シール材に対して駆動軸が摺動することで、弾性体シール材が摩耗し、摩耗粉が発生する可能性がある。
一方、本実施形態の真空バルブ1は、駆動軸101の回動に係る封止は磁性流体シール機構105が担い、駆動軸101の軸方向移動に係る封止はベローズ109が担う。このように、本実施形態の真空バルブ1では、摺動部分を設けていないので、摩耗粉が発生することがない。
【0027】
―変形例1―
図6、
図7は、変形例1の真空バルブ1Aを示す図である。
図6(a)は以上の実施形態を示す
図3に相当する図であり、
図6(b)は
図6(a)に示された破線で囲まれた領域の拡大図である。
図7(a)は以上の実施形態を示す
図4に相当する図であり、
図7(b)は
図7(a)に示された破線で囲まれた領域の拡大図である。なお、本変形例を説明するにあたり、以上の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【0028】
図6(a)の破線で囲まれた領域に示されているように、以上の実施形態のベローズ109を設ける代わりに、別の部材を設けたことが、以上の実施形態との主な相違点である。すなわち、
図6(b)に示されているように、本変形例では、駆動部10の外周面であって筐体4の貫通孔21に対向する外周面である外周面10HCに環状溝10HDが形成され、環状溝10HDには環状の弾性体シール材10HEが設けられている。弾性体シール材10HEが貫通孔21の内周面に当接することで、真空状態にあるバルブ本体2の内部と常圧状態にある真空バルブ1の外部とを隔てて封止している。
【0029】
図7(b)に示すように、本変形例の真空バルブ1Aにおいて、バルブ閉状態となると、外周面10HCが貫通孔21に対して図示下方向に移動する。その際、弾性体シール材10HEも外周面10HCとともに貫通孔21に対して図示下方向に移動する。このような構成とすることで、駆動部10が軸方向移動したとしても封止状態を維持することができる。
【0030】
駆動軸101の動作のほとんどは回動であり、軸方向移動はほとんど行われない。軸方向移動による摩耗粉の発生はほとんどないと考えられる場合においては、本変形例を適用して、べローズの代わりに弾性体シール材を用いることができる。このような変形は、軸方向移動に係る封止を担う部材と回動に係る封止を担う部材とを分けているからこそできる。
【0031】
なお、本変形例では、駆動部10側に弾性体シール材を設けるようにしたが、筐体4側に弾性体シール材を設けるようにしてもよい。
【0032】
―変形例2―
図8、
図9は、変形例2の真空バルブ1Bを示す図である。
図8は以上の実施形態を示す
図3に相当する図である。
図9は、封止体7がバルブプレート8の周方向の一部だけを押圧したときの様子を示している。なお、本変形例を説明するにあたり、以上の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【0033】
図9に示すように、何らかの原因で封止体7がバルブプレート8を周方向に不均一に押圧する場合がある。これにより、バルブプレート8の周方向の一部だけを封止体7が押圧して、
図9に示すようにバルブプレート8がバルブ本体2に対して傾斜することがある。例えば、バルブ本体2に対して傾斜しないような構成の場合、バルブプレート8の傾斜によって、バルブプレート8や駆動軸101などに過大な応力が生じるという可能性がある。
【0034】
本変形例はこの問題を解決するため、駆動部10が傾斜できるようにした。具体的には、
図8に示すように、凹部111の代わりに凹曲面111Aとし、ピン108のバルブ本体2側の先端を凹曲面111Aと係合可能な凸曲面108Aとし、保持部110と筐体10Hとを当接しないようにした。
【0035】
図9は、バルブプレート8が傾斜したことによって、駆動部10が傾斜した様子を示している。引張ばね107で駆動部10を支持しベローズ109で封止した上で、保持部110と筐体10Hとを当接しないようにしたことで、駆動部10が軸方向のみならず径方向にも動きやすくなった。さらに、凹曲面111Aと凸曲面108Aを設けたことで、
図9に示されている2つのピン108のうちの右側のピン108については、凹曲面111A上を凸曲面108Aが当接しながら滑らかに移動することで凹曲面111Aに対して傾斜することができるようになった。また、
図9に示されている2つのピン108のうちの左側のピン108は、凹曲面111Aに対して離間し且つ傾斜することができるようになった。以上の各構成が以上の効果を奏することで、駆動部10がバルブプレート8の姿勢の変化(傾斜)に応じて姿勢を変えることができる。その結果、バルブプレート8や駆動軸101等に応力が生じることを防止できる。
【0036】
このように、本変形例の真空バルブ1Bでは、以上に示した実施形態の真空バルブ1が奏する摩耗粉の発生防止効果に加え、バルブプレート8が傾斜したときでもバルブプレート8や駆動軸101などに応力が生じないようにするという効果も奏する。
【0037】
変形例2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1Bにおいて、第2保持部(引張ばね107、凹部111と凹部112とピン108)は、バルブプレート8の姿勢に応じて、駆動軸101の姿勢が変わるように、第1保持部(筐体10H、転がり軸受106)の姿勢を変える。
これによって、バルブプレート8が傾斜などして姿勢を変化させたときでも、バルブプレート8や駆動軸101などに応力が生じないようにすることができる。
【0038】
(2)具体的には、以下の構成である。
真空バルブ1Bの筐体4の保持部110は、凹曲面111Aを備える。ピン108は、凹曲面111Aに係合可能な凸曲面108Aを有する。
【0039】
―変形例3―
図10、
図11、
図12は、変形例3について説明した図である。
図10は以上の実施形態を示す
図3に相当する図である。
図11は、封止体7がバルブプレート8の周方向の一部だけを押圧したときの様子を示している。
図12(a)は、
図10の破線で囲まれた領域SQを示した図であり、
図12(b)は、
図11の破線で囲まれた領域SQを示した図である。なお、本変形例を説明するにあたり、以上の実施形態、変形例1,2と同様の構成については説明を省略する。
【0040】
図10に示すように、変形例3における真空バルブ1Cは、ベローズ109を設けない代わりに弾性体シール材10HCを設けたことが、変形例2における真空バルブ1Bとの主な相違点である。
図11に示すように、変形例2と同様、封止体7がバルブプレート8の周方向の一部だけを押圧すると、バルブプレート8の傾斜する姿勢に応じて駆動部10が傾斜することができる。
【0041】
ここで、
図12を用いて、駆動部10が傾斜しても、弾性体シール材10HCによる封止状態が維持されることについて説明する。
図12(a)に示すように、弾性体シール材10HCは、筐体4の貫通孔21の内周面から内周側の力を受けてつぶれた状態にある。ただし、多少のつぶしシロは残されている。駆動部10が軸方向移動し、かつ、傾斜したのが、
図12(b)である。軸方向移動に伴う封止状態は、変形例1と同様に、本変形例でも維持される。傾斜に伴う封止状態については、バルブプレート8の傾斜角度は微々たるもの(例えば、0.4°程度)であること、および、多少のつぶしシロを残して弾性体シール材10HCがつぶれていることから、維持される。具体的に説明する。
図12(a)に示すように、駆動部10が傾斜する前は、外周面10HCと貫通孔21の内周面との隙間は略均一の隙間S1となっている。ここで、説明のため、
図12(a)に示す4つの隙間S1を「左上側」、「左下側」、「右上側」、「右下側」と呼ぶことにする。一例ではあるが、
図12(b)に示すように、駆動部10が傾斜すると、左上側および右下側の隙間S1が隙間S2、右上側および左下側の隙間S1が隙間S3となることがある。隙間S1、S2、S3の大小関係は、S2<S1<S3である。駆動部10と貫通孔21との隙間が大きくなった場合(S1→S3)は弾性体シール材10HCの復元性により、また、駆動部10と貫通孔21との隙間が小さくなった場合(S1→S2)は弾性体シール材10HCのつぶしシロがまだ残っているので弾性体シール材10HCがさらにつぶれることにより、封止状態が維持される。このように、駆動部10と貫通孔21との隙間の変化は、弾性体シール材10HCの変形で許容できる。よって、本変形例においても、駆動部10が傾斜しても、弾性体シール材10HCによる封止状態が維持される。なお、バルブプレート8の傾斜姿勢は、封止体7の押圧状態などでも変化する為、
図12のような変化となるとは限らないが、どのような隙間の変化であっても、弾性体シール材10HCの復元性とつぶしシロによって封止状態を維持することができる。
【0042】
以上、本変形例によっても、変形例2と同様にバルブプレート8の傾斜姿勢に応じて駆動部10が傾斜することができる。
また、変形例1と同様に、軸方向移動による摩耗粉の発生はほとんどないと考えられる場合においては、本変形例を適用して、べローズの代わりに弾性体シール材を用いることができる。このような変形は、軸方向移動に係る封止を担う部材と回動に係る封止を担う部材とを分けているからこそできる。
【0043】
その他、以下のような変形が可能である。
【0044】
変形例2においては、上記の構成(2)を有するとしたが、これに限定されない。例えば、真空バルブ1Bの筐体4の保持部110が凸曲面を備え、ピン108がその凸曲面に係合可能な凹曲面を有するようにしてもよい。
【0045】
変形例2においては保持部110と筐体10Hとを当接しないようにしたが、本発明はこれに限定されない。駆動部10が傾斜できるように、例えば、保持部110が凹曲面を有し、筐体10Hがその凹曲面に係合可能な凸曲面を有するようにすることもできる。逆に、保持部110が凸曲面を有し、筐体10Hがその凸曲面に係合可能な凹曲面を有するようにすることもできる。
【0046】
以上の実施形態及び変形例1においては、ピン108は、保持部110および筐体10Hのいずれか一方と一体的に設けるようにしてもよい。
【0047】
変形例2においては、ピン108の凸曲面108Aを有しない側と筐体10Hとを一体的に設けるようにしてもよい。
【0048】
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。