JP3777311B2 - 真空圧力制御弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造工程で使用される真空容器内の真空圧力を所定値に正確かつ迅速に保持するための真空圧力制御装置に関し、さらに詳細には、大気圧に近い低真空圧力を所定値に正確かつ迅速に保持するための真空圧力制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来使用されていた真空圧力制御システムとしては、例えば、本出願人が出願したものである特開平９−７２４５８号公報がある。そこで使用されている真空比例開閉弁の主要部であるポペット弁体の構造を図８に示し、それを参照して内容を説明する。
図８は、真空比例開閉弁が閉じた状態を示し、図８は、真空比例開閉弁が中真空領域で使用されている状態を示している。
ポペット弁体１３３は、図示しないピストンロッドと連結する弁本体１３３ａ、Ｏリング１３５を固定するためのＯリング取付部１３３ｂ、及びステンレス弁体１３４を取り付けるためのステンレス弁体取付部１３３ｃより構成されている。Ｏリング１３５は、ポペット弁体１３３のステンレス弁体１３４の外周に形成された先細りのテーパ面１３４ａが弁本体１４５に形成された弁座１３６に当接して押圧されたときに、流体の漏れをなくすためのものである。テーパ面１３４ａは特開平９−７２４５８号公報では、θ＝３度とされている。テーパ面１３４ａの上部にはストレート部１３４ｂが形成されている。
【０００３】
弁座１３６は、弁本体１４５の下部中央に形成された中空円筒の内面として形成されている。
そして、図９に示すように、ステンレス弁体１３４のテーパ面１３４ａが弁座１３６の中心線に沿って移動することにより、テーパ面１３４ａと弁座１３６とで構成される隙間の面積が変化し、真空比例開閉弁の弁開度が変化される。また、図８に示すように、ポペット弁体１３３が弁座１３６の上面に当接されたときは、Ｏリング１３５が押圧されることにより、流体の漏れが完全に遮断される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の真空圧力制御システム・制御装置には、次のような問題があった。
すなわち、弁体に形成されたテーパ面１３４ａと弁座１３６とで構成される隙間の面積を変化させることにより、真空ポンプへの流量を変化させているので、真空により近い高真空圧力や中真空圧力に対応する流量を確保することは比較的容易であった。
しかし、テーパ面１３４ａと弁座１３６とで構成される隙間は、比較的大きいため、大気圧に近い低真空圧力、特に大気圧にきわめて近い低真空圧力に制御することが困難であるという問題があった。この問題は、ゴム製のＯリングが弁座の平面部と密着し易いため、特に問題であった。さらにプロセスガスが析出したときには密着の度合いが大きくなり、弁体が移動したときに静摩擦から動摩擦へ移行する摩擦係数の変化により弁体の移動距離が急速に変化し、Ｏリングが瞬間的に弁座平面部から離脱するため、テーパ面１３４ａ
と弁座１３６とで構成される隙間をきわめて狭い状態で正確に制御することが困難となり、大きな問題であった。
【０００５】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、大気圧に近い低真空圧力を正確に保持できる真空圧力制御弁を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の真空圧力制御弁は、次に示す構成を有している。
（１）真空容器と真空ポンプとを接続する配管上にあって開度を変化させることにより真空容器内の真空圧力を変化させる真空圧力制御弁であって、（ａ）弁座と、前記弁座と当接または離間する弾性シール部材を備える弁体とを有すること、（ｂ）前記弾性シール部材が前記弁座に押圧されている状態において、前記弾性シール部材の弾性変形量と前記弾性シール部材からの漏れ量とのリニアな関係を有する領域を含み、前記リニアな関係を有する領域より漏れ量の少ない領域における前記弾性シール部材の弾性変形量と前記弾性シール部材からの漏れ量との関係をマップデータとして記憶し、前記マップデータに基づいて、前記弾性シール部材の弾性変形量を変化させ、前記弾性シール部材からの漏れ量を制御することにより、前記真空容器内の圧力を制御する制御手段を有すること、を特徴とする。
【０００７】
（２）（１）に記載する真空圧力制御弁において、前記制御手段が、前記真空容器内の真空圧力別に前記マッピングデータを記憶していることを特徴とする。
（３）（１）又は（２）に記載する真空圧力制御弁において、前記制御手段が、前記弾性シール部材に加える力を変化させることにより、前記弾性シール部材の弾性変形量を変化 させることを特徴とする。
（４）（３）に記載する真空圧力制御弁において、前記弁体を移動するためのパイロット弁を有し、前記制御手段が、前記パイロット弁に供給する空気圧を変化させることにより、前記弾性シール部材の弾性変形量を変化させることを特徴とする。
【０００８】
（５）（１）乃至（４）のいずれか１つに記載する真空圧力制御弁において、前記弾性シール部材が、Ｏリングであることを特徴とする。
（６）（１）乃至（５）のいずれか１つに記載する真空圧力制御弁において、前記弾性シール部材の弾性変形量を所定値以上とすることにより、前記漏れを無くして前記真空圧力制御弁を遮断することを特徴とする。
【０００９】
次ぎに、上記構成を有する真空圧力制御装置の作用を説明する。
真空ポンプは、真空容器内のガスを吸引して、真空容器内を真空にする。ここで、真空ポンプは一定の吸引を行っており、真空比例開閉弁が、開度を変化させることにより真空容器内から真空ポンプが吸引するガス量を調整し、真空容器内の真空圧力を変化させている。また、圧力センサは、真空容器内の真空圧力を計測する。
真空圧力制御装置は、中央制御装置からの真空圧力指示値を受けて、真空圧力指示値と圧力センサの出力が一致するように真空比例開閉弁の開度を制御する。
ここで、真空比例開閉弁の開度は、高真空圧力または中真空圧力の場合には、弁座に対して、パイロット弁により、弁体を弁座の中心線に沿って移動させ、弁座と弁体とで構成する隙間の面積を変化させることにより調整される。
そして、大気圧に近い低真空圧力の場合には、真空圧力制御装置が、圧力センサの出力に基づいて、弾性シール部材の弾性変形量を変化させ、弾性シール部材からの漏れ量を変
化させることにより、真空容器内の圧力を制御する。
【００１０】
特に、パイロット弁に供給する空気圧を変化させることにより、弾性シール部材であるＯリングに加える力を変化させ、Ｏリングの弾性変化量を変化させて、漏れ量を変化させる方法によると、安いコストでシステムを構築することができる。
弁体を移動させるパイロット弁に供給される空気圧は、圧力センサの出力に基づいて真空圧力制御装置がサーボ弁を介して制御する。
例えば、サーボ弁を構成するエア供給電磁弁は、真空圧力制御装置よりパルス信号を受けて、パルス信号に応じて時間開閉動作することにより、パイロット弁に対して駆動エアを供給する。また、電磁弁を構成するエア排気電磁弁は、真空圧力制御装置よりパルス信号を受けて、パイロット弁の供給エアを排気管に排気することで、パイロット弁に供給される駆動エアの圧力を調整する。
【００１１】
パイロット弁は、ベロフラムによりピストン両側を隔離しているので、ピストンが移動するときに、摺動抵抗がきわめて僅かなためピストンの停止位置を微妙に制御することが可能である。
また、パイロット弁は、ノーマルクローズタイプのシリンダなので、停電等のトラブルが発生したときに、パイロット弁は、迅速に緊急遮断される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の真空圧力制御装置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。
真空圧力制御装置が利用される真空圧力制御システムの一実施の形態の全体構成を図５に示す。
真空容器である真空チャンバ１１の内部に、ウエハ１５が段状に配置される。真空チャンバ１１には、入口１３と出口１４が形成され、入口１３には、プロセスガスの供給源及び真空チャンバ１１内をパージするための窒素ガスの供給源が接続している。
出口１４には、弁開度比例弁である真空比例開閉弁１８の入口ポートが接続されている。真空比例開閉弁１８の出口ポートは、真空ポンプ１９に接続している。
また、出口１４には、遮断弁１６を介して圧力センサ１７が接続されている。本実施の形態では、圧力センサ１７として、キャパシタンス・マノメータを使用している。
【００１３】
次に、真空比例開閉弁１８の構造を図１及び図２に基づいて詳細に説明する。図１は、真空比例開閉弁１８が閉じられた状態を示している。
真空比例開閉弁１８は、大きく上部のパイロットシリンダ３２と下部のベローズ式ポペット弁３１に別れている。
パイロットシリンダ３２は、次のような構成を有する。単動空気圧シリンダ４３に対して、摺動可能にピストン４１が嵌合されている。ピストン４１は、復帰バネ４２により下向きに付勢されている。
【００１４】
ピストン４１の上端にスライドレバー４８の一端が連結されている。スライドレバー４８は、単動空気圧シリンダ４３の外部に出てポテンショメータ５０の図示しないロッドと連結している。ロッドは、ポテンショメータ５０内の可変抵抗に接続しており、このポテンショメータ５０によりピストン４１の位置を正確に計測している。
また、ピストン４１の下面には、ベロフラム５１の内周端部が固定されている。ベロフラム５１の外周端部は、単動空気圧シリンダ４３の室壁に固定されている。ベロフラム５１は、極めて薄く設計され、構造的には、強力なポリエステル、テトロン布等の上にゴムを被覆したものである。ベロフラム５１とは、長いストロークと深い折り返し部を持ち、作動中にその有効受圧面積が一定不変に保たれる円筒形のダイヤフラムである。
本実施の形態では、パイロットシリンダ３２のピストン４１両側の隔離にベロフラム５１を使用しているので、ピストン４１のスティックスリップの発生がなく、ピストン４１
を高い応答性と正確な位置精度で移動させることが可能である。
【００１５】
ピストン４１の中央には、ピストンロッド３７が固設され、ピストン４１の移動に応じて上下に摺動する。ピストンロッド３７の下端には、ポペット弁体３３が付設されている。また、ポペット弁体３３の上面には、ベローズ３８の一端が周回して取り付けられている。
ポペット弁体３３の詳細な構造を図２に示す。図２は、真空比例開閉弁１８が閉じた状態を示している。
ポペット弁体３３は、ピストンロッド３７と連結する弁本体３３ａ、Ｏリング３５を固定するためのＯリング取付部３３ｂ、及びステンレス弁体３４を取り付けるためのステンレス弁体取付部３３ｃより構成されている。本実施の形態では、ステンレス弁体３４の材料としてＳＵＳ３１６Ｌを使用している。Ｏリング３５は、ポペット弁体３３のステンレス弁体３４の外周に形成された先細りのテーパ面３４ａが弁本体４５に形成された弁座３６の水平弁座部３６ａに当接して押圧されたときに、流体の漏れをなくすためのものであり、同時に本発明の主要部である弾性シール部材である。サイズはＰ＝８０を用いている。
テーパ面３４ａは本実施の形態では、θ＝３度としている。テーパ面３４ａの上部にはストレート部３４ｂが形成されている。
【００１６】
弁座３６は、弁本体４５の下部中央に形成された中空円筒の内面として形成されている。また、弁座３６の上部の段差部には、水平弁座部３６ａが形成されている。
そして、ステンレス弁体３４のテーパ面３４ａが弁座３６の中心線に沿って移動することにより、テーパ面３４ａと弁座３６とで構成される隙間の面積が変化し、真空比例開閉弁１８の弁開度が変化される。また、ポペット弁体３３が弁座３６の水平弁座部３６ａに当接されたときは、Ｏリング３５が押圧されることにより、流体の漏れが完全に遮断される。
従来、Ｏリング３５は、完全遮断を目的としてのみ使用されていた。従って、Ｏリング３５からの漏れは無い方が良いものとして認識されていた。
しかし、本発明者は、Ｏリング３５に加える力を変化させることにより、Ｏリング３５からの漏れ量をコントロールできることを発見した。すなわち、従来無くそうと努力してきたものを逆に利用することに成功したのである。詳細な説明は後述する。
【００１７】
次に、本実施の形態の真空圧力制御装置について説明する。図３にシステム全体の制御装置の構成を示し、図４に時間開閉動作弁６２の詳細な構成を示す。
始めに空気系統の構成を説明する。真空比例開閉弁１８には、第１電磁弁６０の出力ポートが接続している。第１電磁弁６０の第１入力ポート６０１には、時間開閉動作弁６２が接続している。第１電磁弁６０の第２入力ポート６０２には、第２電磁弁６１が接続している。
時間開閉動作弁６２は、図４に示すように、給気側比例弁７４と排気側比例弁７５とで構成されている。給気側比例弁７４の入力ポート７４ａは、供給エアに接続している。排気側比例弁７５の出力ポート７５ａは、排気配管に接続している。また、給気側比例弁７４の出力ポート７４ｂと排気側比例弁７５の入力ポート７５ｂとは共に、第１電磁弁６０の第１入力ポート６０１に接続している。
【００１８】
次に、電気系統の構成を説明する。時間開閉動作弁６２には、パルスドライブ回路６８が接続している。パルスドライブ回路６８には、位置制御回路６４が接続している。また、位置制御回路６４には、ポテンショメータ５０の位置信号がアンプ６３を介して接続している。また、位置制御回路６４には、真空圧力制御回路６７が接続している。
真空圧力制御回路６７には、インターフェース回路６６が接続している。また、真空圧力制御回路６７には、圧力センサ１７が接続されている。
インターフェース回路６６には、シーケンス回路６５が接続している。シーケンス回路６５は、第１電磁弁６０の駆動コイルＳＶ１、第２電磁弁６１の駆動コイルＳＶ２に接続している。
【００１９】
次に、上記構成を有する真空圧力制御装置の作用を説明する。
始めに、急速給排気動作について説明する。全開にするときは、第１電磁弁６０をＯＦＦ状態にし、第２電磁弁６１をＯＮ状態とする。これにより、第２電磁弁６１の第１入力ポート６１１が出力ポート６１３と接続し、第１電磁弁６０の第２入力ポート６０２が出力ポート６０３と接続し、真空比例開閉弁１８に駆動エアが供給される。
ポペット弁体３３のステンレス弁体３４は、弁座３６から遠く離間しており、真空ポンプ１９が真空チャンバ１１内の気体を大量に吸引し、急速に排気することができる。
【００２０】
次に、全閉状態について説明する。第１電磁弁６０をＯＦＦ状態にし、第２電磁弁６１もＯＦＦ状態とする。これにより、第２電磁弁６１の第２入力ポート６１２が出力ポート６１３と接続し、第１電磁弁６０の第２入力ポート６０２が出力ポート６０３と接続し、真空比例開閉弁１８が排気配管に接続される。
そして、真空比例開閉弁１８に駆動エアが供給されず、パイロット弁内部の空気が排気され、ピストン４１は、復帰バネ４２により下向きに付勢され図１に示すように、ポペット弁体３３は弁座３６の上面に当接される。このとき、Ｏリング３５が、ポペット弁体３３と弁座３６の水平弁座部３６ａに押圧されて変形するため、流体の漏れがなく真空比例開閉弁１８は完全に遮断される。
一方、停電等が発生した場合にも、第１電磁弁６０及び第２電磁弁６１は、復帰バネにより出力ポート６０３と第２入力ポート６０２が連通し、かつ出力ポート６１３と第２入力ポート６１２が連通し、同様に、真空比例開閉弁１８は、復帰バネ４２により遮断される。これにより、緊急時の遮断機能が実現されている。
【００２１】
次に、低真空領域、中真空領域、及び高真空領域におけるポペット弁体３３の位置制御動作について説明する。
ステンレス弁体３４がテーパ面３４ａを有しているので、ポペット弁体３３の停止する位置により、弁座３６とテーパ面３４ａが形成する隙間の断面積が僅かづつ変化する。そのため、ポペット弁体３３の停止位置を制御することにより、弁の開度を微小量変化させる制御を行うことができる。
中真空領域では、テーパ面３４ａが弁座３６に対抗する位置に停止するよう制御し、高真空領域では、テーパ面３４ａが弁座３６から少し離れた位置に停止するように制御している。
そして、低真空領域及びより大気圧に近い低々真空領域では、完全遮断している状態のＯリング３５の弾性変形量を、パイロット弁に加えている空気圧を徐々に低減させることにより減少させることにより、Ｏリング３５からの漏れを発生させ、その微小の漏れ量により低真空圧力を実現している。
【００２２】
シーケンス回路６５は、インターフェース回路６６を介して中央制御装置より、真空チャンバ１１の真空圧力値の指示をコマンド信号として受け、第１電磁弁６０を開き、第２電磁弁６１を閉じると共に、真空圧力制御回路６７にその真空圧力値の指示を与える。
真空圧力制御回路６７は、インターフェース回路６６により与えられた目標真空圧力値と、圧力センサ１７が計測した真空チャンバ１１内の現在の真空圧力値を比較して、両者が一致するように、真空比例開閉弁１８の弁開度を制御するため、パルスドライブ回路６８を介して時間開閉動作弁６２の給気側比例弁７４及び排気側比例弁７５を制御する。
すなわち、真空チャンバ１１内の真空圧力値がコマンド信号より大気圧に近い場合は、ピストン４１の位置を上に移動させて真空比例開閉弁１８の弁開度大きくし、真空チャンバ１１内の真空圧力値がコマンド信号より絶対真空に近い場合は、ピストン４１の位置を
下に移動させて真空比例開閉弁１８の弁開度を小さくする。
ここで、パルスドライブ回路６８は、真空圧力制御回路６７からの信号を受けて、その信号をパルス信号に変換し、開閉信号として給気側比例弁７４及び排気側比例弁７５に供給する。給気側比例弁７４及び排気側比例弁７５は、パルス信号に応じた時間開閉動作することで真空比例開閉弁１８への供給圧力を調節する。
【００２３】
ここで、給気側比例弁７４及び排気側比例弁７５は共に、パルス入力電圧に応じて弁体を弁座から所定距離離すための機能を有する電磁弁である。
パルスドライブ回路６８は、給気側比例弁７４を駆動することにより、真空比例開閉弁１８に駆動エアを供給する。同時にパルスドライブ回路６８は、排気側比例弁７５を駆動することにより、真空比例開閉弁１８に供給される駆動エアを排気配管に接続して駆動エアの供給圧力を調整する。
真空比例開閉弁１８に供給される駆動エアの圧力が給気配管に接続する給気側比例弁７４と、排気配管に接続する排気側比例弁７５とを同時に、パルスドライブ回路６８によりパルス電圧で駆動しているので、高い応答速度でピストン４１を所定の位置に正確に停止させることができる。
【００２４】
すなわち、給気側比例弁７４及び排気側比例弁７５とが、同じ一定周期の電気パルス信号により駆動され、その一定パルスの間で電磁弁のオン時間とオフ時間の時間比率を換えることにより、給気側比例弁７４と排気側比例弁７５とを通過する空気量を変化させている。
ここで、給気側比例弁７４と排気側比例弁７５とのデューティ比は、位置制御回路６４により次のように定められる。弁開度指令値より弁開度を開く方向に動作させるときは、給気側比例弁７４のデューティを大きくする。これにより、真空比例開閉弁１８に給気される空気流量は増加し、真空比例開閉弁１８内部の空気圧力は増加し、弁は開く方向に動作する。この結果は、ポテンショメータ５０によりフィードバックされて位置制御回路６４に入力される。ポテンショメータ５０の計測値と弁開度指令値とが近づくと、給気側比例弁７４のデューティ比は小さくなり、完全に一致するとデューティ比はバイアス値となる。
【００２５】
弁開度指令値より弁開度を閉じる方向に動作させるときは、排気側比例弁７５のデューティ比を大きくする。これにより、真空比例開閉弁１８より排気される空気流量は増加し、真空比例開閉弁１８内部の空気圧力は減少し、弁は閉じる方向に動作する。この結果は、ポテンショメータ５０によりフィードバックされて位置制御回路６４に入力される。ポテンショメータ５０の計測値と弁開度指令値とが近づくと、排気側比例弁７５のデューティ比は小さくなり、完全に一致するとデューティ比はバイアス値となる。
バイアスは、パルス信号に対する電磁弁動作の不感帯をなくすために与えている。電磁弁に不感帯があるのは、電磁弁に働く空気圧力の面圧荷重と、電磁弁内部にある復帰バネのためである。
【００２６】
例えば、真空チャンバ１１内の真空圧力がコマンド信号より大気圧に近い場合、ポペット弁体３３を少し上に移動させて弁開度を大きくし、真空ポンプ１９により吸引するプロセスガスの量を多くすることにより、真空チャンバ１１内の真空圧力値をコマンド信号で指示された真空圧力値に一致させることができる。
すなわち、真空圧力制御回路６７がパルスドライブ回路６８を介して、給気側比例弁７４にパルス電圧を与えることにより、給気側比例弁７４の弁体を弁座から離間させ、真空比例開閉弁１８に対して駆動エアを多く供給することができ、ピストン４１が上に移動され、ポペット弁体３３が上に移動され、テーパ面３４ａと弁座３６とが構成する隙間の断面積が大きくなる。
ここで、給気側比例弁７４を駆動させるだけでは、所定の位置でピストン４１を停止さ
せることは困難である。ピストン４１の行き過ぎ等が発生するためである。本実施の形態の真空圧力制御システムでは、ピストン４１が行き過ぎたとき、排気側比例弁７５により、真空比例開閉弁１８に供給する駆動エア圧力を下げているので、迅速かつ正確にピストン４１を所定の位置で停止させることができる。
【００２７】
また、例えば、真空チャンバ１１内の真空圧力がコマンド信号より絶対真空に近い場合、ポペット弁体３３を少し下に移動させて弁開度を小さくし、真空ポンプ１９により吸引するプロセスガスの量を少なくすることにより、真空チャンバ１１内の真空圧力値をコマンド信号で指示された真空圧力値に一致させることができる。
すなわち、真空圧力制御回路６７がパルスドライブ回路６８を介して、排気側比例弁７５にパルス電圧を与えることにより、排気側比例弁７５の弁体を弁座から離間させ、真空比例開閉弁１８に対して駆動エアの供給を停止し排気を増やすことができ、ピストン４１が下に移動され、ポペット弁体３３が下に移動され、テーパ面３４ａと弁座３６とが構成する隙間の断面積が小さくなる。
ここで、排気側比例弁７５を駆動させるだけでは、所定の位置でピストン４１を停止させることは困難である。ピストン４１の行き過ぎ等が発生するためである。本実施の形態の真空圧力制御システムでは、ピストン４１が行き過ぎたとき、給気側比例弁７４により、真空比例開閉弁１８に供給する駆動エア圧力を上げているので、迅速かつ正確にピストン４１を所定の位置で停止させることができる。
【００２８】
本実施の形態の真空圧力制御装置の効果を実験データとして、図６、図７に示す。使用しているＯリング３５は、サイズＪＩＳ Ｐ８０、材質はフッ素ゴム、ゴム硬度７５Ｈｓ（ショアＡ）、内径７９．６ｍｍ、外径９１ｍｍ、中心径８５．７ｍｍ、外周長さ２６．９２ｍｍである。
図６では、横軸にＯリング３５の１ｃｍ当たりに加える荷重、単位Ｋｇｆ／ｃｍ、を採り、縦軸にＯリング３５のつぶれる量を示す弾性体変形量、単位μｍを採っている。ここで、荷重は、Ｏリング３５に加えられた力をＯリング３５の外周長さで除したものである。
図６に示すように、Ｏリング３５に加える荷重と弾性変形量とはリニアな関係にあり、Ｏリング３５に加える荷重をコントロールすることにより、任意の弾性変形量を実現できることがわかる。
【００２９】
図７では、横軸にＯリング３５のつぶれる量を示す弾性体変形量、単位μｍを採り、縦軸に真空比例開閉弁１８における流量、単位ＳＬＭ（スタンダードリットル／分）を採っている。
図７に示すデータは特定の容量の真空比例開閉弁１８における実験値である。実験値は、真空容器１１内を大気圧に近い低真空圧力としたときの真空比例制開閉弁の流量を計測している。各線は、低真空圧力Ｐ20＝２０ＫＰａ（１５０Ｔｏｒｒ）、Ｐ40＝４０ＫＰａ（３００Ｔｏｒｒ）、Ｐ60＝６０ＫＰａ（４５０Ｔｏｒｒ）、Ｐ70＝７０ＫＰａ（５３０Ｔｏｒｒ）、Ｐ93＝９３ＫＰａ（７００Ｔｏｒｒ）におけるデータを示している。
図７に示すように、Ｏリング３５の弾性変形量と流量とは、流量が１ＳＬＭ以上の領域でほぼリニアな関係にあることがわかる。
従って、大気圧に近い低真空圧力領域では、真空比例開閉弁１８を１ＳＬＭ〜１０ＳＬＭ程度の範囲で使用することが多いので、パイロット弁に加える空気圧と流量がほぼリニアな関係となり、パイロット弁に加える空気圧をコントロールすることにより、真空比例開閉弁１８の流量を正確に制御でき、これにより、大気圧に近い低真空圧力領域で真空圧を正確に制御することができる。
本実施の形態においては、真空容器１１内の圧力を圧力センサ１７の計測値によりフィードバック制御しているが、目標真空圧力または計測した真空圧力に応じて、図７における流量を選択してフィードバックするときの係数を変化させて、真空圧力に最適な応答性
の高い制御を行っている。
【００３０】
さらに、流量１ＳＬＭ以下の領域においても、弾性変形量と流量との関係をマップ等のデータとして記憶させておけば、Ｏリング３５のつぶし量を所定値とすることにより、１ＳＬＭ以下の流量をコントロールすることも可能である。この問題は、本実施の形態のようにフィードバック制御していれば生じない。
また、図７からわかるように、真空比例開閉弁１８の流量は、弾性体変形量であるＯリング３５のつぶれ量と１対１の関係にあるので、Ｏリング３５のつぶし量を本実施の形態のように、パイロット弁にかける空気圧で制御せずに、サーボモータ等を利用した直線送り装置によりＯリング３５のつぶし量を制御しても同様である。
【００３１】
以上詳細に説明したように、本実施の形態の真空圧力制御装置によれば、真空容器１１と真空ポンプ１９とを接続する配管上にあって開度を変化させることにより真空容器内の真空圧力を変化させる真空比例開閉弁１８と、真空容器１１内の真空圧力を計測する圧力センサ１７とを有し、圧力センサ１７の出力に基づいて真空比例開閉弁１８の開度を制御する真空圧力制御装置であって、（ａ）真空比例開閉弁１８が、水平弁座部３６ａと、水平弁座部３６ａと当接または離間するＯリング３５を備える弁体とを有すること、（ｂ）真空圧力制御装置が、圧力センサ１７の出力に基づいて、Ｏリング３５の弾性変形量を変化させ、Ｏリング３５からの漏れ量を変化させることにより、真空容器内１１の圧力を制御しているので、真空容器１１内を大気圧に近い低真空圧力領域に正確にコントロールすることができる。
【００３２】
また、Ｏリング３５に加える力がＯリング３５の弾性変形量とリニアな関係にあることを利用しているので、制御が単純であり、制御装置を低コスト化できる。ここで、弾性シール部材としては、Ｏリングの他に、例えば、断面が三角形のゴム部材を弁体下面水平部に接着、焼き付け等しても良い。Ｏリング３５を利用すると、品質の安定性等を確保できる利点がある。
また、真空比例開閉弁１８が、弁体を移動するためのパイロット弁を有し、真空圧力制御装置が、パイロット弁に供給する空気圧を変化させることにより、Ｏリング３５の弾性変形量を変化させているので、従来の真空圧力制御システムをそのまま利用することも可能であり、コストダウンできる。
また、Ｏリング３５の弾性変形量を所定値以上とすることにより、漏れを無くして真空比例開閉弁１８を完全遮断することができる。
【００３３】
以上、本発明の真空圧力制御システムの実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、Ｏリングに所定の荷重を加える制御を行うのではなく、Ｏリングを所定量弾性変形させるために、ステッピングモータやサーボモータ等を用いた直線送り装置を用いても良い。
弾性シール部材としては、断面が円形のものでなくとも良いし、断面が三角形状等のゴム部材を接着等しても良い。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の真空圧力制御装置によれば、真空容器と真空ポンプとを接続する配管上にあって開度を変化させることにより真空容器内の真空圧力を変化させる真空圧力制御弁であって、（ａ）弁座と、弁座と当接または離間する弾性シール部材を備える弁体とを有すること、（ｂ）弾性シール部材が弁座に押圧されている状態において、弾性シール部材の弾性変形量と弾性シール部材からの漏れ量とのリニアな関係を有する領域を含み、リニアな関係を有する領域より漏れ量の少ない領域における弾性シール部材の弾性変形量と弾性シール部材からの漏れ量との関係をマップデータとして記憶し、マップデータに基づいて、弾性シール部材の弾性変形量を変化させ、弾性シール部材からの漏れ量を制御することにより、真空容器内の圧力を制御する制御手段を有しているので、真空容器内を大気圧に近い低真空圧力領域に正確にコントロールすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明で使用する真空比例開閉弁の構成を示す断面図である。
【図２】 本発明で使用する真空比例開閉弁の弁座付近の構成を示す断面図である。
【図３】 本発明の真空圧力制御装置のハードウェアを示すブロック図である。
【図４】 時間開閉動作弁の構成を示すブロック図である。
【図５】 本発明の真空圧力制御装置が使用される真空圧力制御システムの全体構成を示すブロック図である。
【図６】 本発明の効果を示す第１データ図である。
【図７】 本発明の効果を示す第２データ図である。
【図８】 従来の弁座付近の構成を示す第１図である。
【図９】 従来の弁座付近の構成を示す第２図である。
【符号の説明】
１１ 真空チャンバ
１７ 圧力センサ
１８ 真空比例開閉弁
１９ 真空ポンプ
３１ ベローズ式ポペット弁
３２ パイロットシリンダ
３３ ポペット弁体
３４ ステンレス弁体
３４ａ テーパ面
３５ Ｏリング
３６ 弁座
３６ａ 水平弁座部
５０ ポテンショメータ
６２ 時間開閉動作弁
６４ 位置制御回路
７４ 給気側比例弁
７５ 排気側比例弁

Claims (6)

1. 真空容器と真空ポンプとを接続する配管上にあって開度を変化させることにより真空容器内の真空圧力を変化させる真空圧力制御弁において、
   （１）弁座と、前記弁座と当接または離間する弾性シール部材を備える弁体とを有すること、
   （２）前記弾性シール部材が前記弁座に押圧されている状態において、前記弾性シール部材の弾性変形量と前記弾性シール部材からの漏れ量とのリニアな関係を有する領域を含み、前記リニアな関係を有する領域より漏れ量の少ない領域における前記弾性シール部材の弾性変形量と前記弾性シール部材からの漏れ量との関係をマップデータとして記憶し、前記マップデータに基づいて、前記弾性シール部材の弾性変形量を変化させ、前記弾性シール部材からの漏れ量を制御することにより、前記真空容器内の圧力を制御する制御手段を有すること、
   を特徴とする真空圧力制御弁。
2. 請求項１に記載する真空圧力制御弁において、
   前記制御手段が、前記真空容器内の真空圧力別に前記マッピングデータを記憶していることを特徴とする真空圧力制御弁。
3. 請求項１又は請求項２に記載する真空圧力制御弁において、
   前記制御手段が、前記弾性シール部材に加える力を変化させることにより、前記弾性シール部材の弾性変形量を変化させることを特徴とする真空圧力制御弁。
4. 請求項３に記載する真空圧力制御弁において、
   前記弁体を移動するためのパイロット弁を有し、
   前記制御手段が、前記パイロット弁に供給する空気圧を変化させることにより、前記弾性シール部材の弾性変形量を変化させることを特徴とする真空圧力制御弁。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載する真空圧力制御弁において、
   前記弾性シール部材が、Ｏリングであることを特徴とする真空圧力制御弁。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載する真空圧力制御弁において、
   前記弾性シール部材の弾性変形量を所定値以上とすることにより、前記漏れを無くして前記真空圧力制御弁を遮断することを特徴とする真空圧力制御弁。

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