真空阀及使用该真空阀的真空压力控制系统的制作方法

本发明涉及一种被配置在真空容器与真空泵之间的真空阀及使用该真空阀的真空压力控制系统。

背景技术：

例如，在通常的真空产业、半导体产业等中，在真空容器与真空泵之间配置真空阀而对真空容器的真空压力进行控制。为了抑制颗粒的产生，真空阀通过操作流体的操作压力来推动收纳在气缸内的活塞，从而对阀开度进行调节。在驱动真空泵而排出真空容器内的气体从而将真空容器减压至预定的真空压力的情况下，真空阀首先将排气控制在微小流量，并将真空容器的压力减压至不会卷起颗粒的程度，然后，将排气控制在大流量，并缩短排气时间。例如，为了减小活塞与气缸之间的滑动阻力以实现低滞后、高响应性且精密地控制真空压力，第1现有例的真空阀采用如下方式，即，利用滚动隔膜(bellowphragm)而对在活塞的外周面与气缸的内周面之间所形成的间隙进行密封，从而滚动隔膜追随于活塞而进行滚动(例如，参见专利文献2、专利文献1)。

此外，在第2现有例的真空阀中，阀芯被连接在与被装填于气缸中的活塞连接的杆部的下端部，通过对气缸进行压缩气体的给排气而使作用于活塞的操作压力变化，从而使阀芯与阀座抵接或分离。第2现有例的真空阀在活塞的外周面上形成有凹槽，并在该凹槽内安装有o型环(例如，参见专利文献3)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-173838号公报

专利文献2：日本特开2011-243217号公报

专利文献3：日本特开2008-121859号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

然而，对于第1现有例的真空阀而言，由于在气缸中内置有滚动隔膜，因此阀尺寸变大。例如，在半导体制造领域中，为了使装置小型化，而期望在具有良好的控制性能的同时使真空阀小型化。另外，第1现有例的真空阀因特殊设计了滚动隔膜等，因此价格昂贵。

另一方面，对于第2现有例的真空阀而言，由于活塞移动时会在o型环与气缸之间产生滑动阻力，因此仅利用操作压力而无法精密地调节阀开度。该第2现有例的真空阀在对阀开度进行控制时，需要用于对阀开度进行反馈控制的电位计，故大型且成本变高。

本发明正是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种小型且便宜的、控制性良好的真空阀及使用该真空阀的真空压力控制系统。

用于解决课题的方法

为了解决上述课题，本发明的一个实施方式为一种真空阀，具有：

阀体，其具有阀座的；阀芯，其与所述阀座抵接或分离；气缸，其与所述阀体连结，并对操作流体进行给排气；活塞，其被收纳在所述气缸内并设有凹槽，所述凹槽以向所述气缸的内周面侧开口的方式而被设为环状；垫片，其被形成为环状并安装在所述凹槽中；杆部，其对所述活塞与所述阀芯进行连结，所述真空阀被配置在真空容器与真空泵之间，并通过使所述气缸被供给排出所述操作流体而对作用于所述活塞的操作压力进行控制，从而对作为所述阀芯与所述阀座之间的距离的阀开度进行调节，所述真空阀的特征在于，所述垫片具有：接触部，其被设置于径向内侧的；和滑动接触部，其被设置于所述接触部的径向外侧，在与所述接触部连接的部分处，所述滑动接触部的壁厚较薄，在所述活塞与所述阀芯的从完全关闭到完全开放的位置无关地开始向事先移动方向相反的方向移动时，所述滑动接触部相对于所述接触部而挠曲变形。

另外，本发明的另一方式为一种真空压力控制系统，其特征在于，具有：上述的真空阀；电动-气动调节器，其具有供给用电磁阀、排气用电磁阀、对所述供给用电磁阀和排气用电磁阀进行占空比控制的操作指令部、和对输出至所述真空阀的所述操作压力进行测定的操作压力测定装置，所述电动-气动调节器对向所述真空阀给排气的所述操作流体进行控制；控制器，其从对所述真空容器的压力进行测定的真空压力测定装置输入真空压力测定值，并基于所述真空压力测定值与真空压力设定值之间的偏差，而将操作压力设定值输出至所述操作指令部，所述操作指令部基于所述操作压力测定装置所测定的操作压力测定值与所述操作压力设定值之间的偏差，而以140khz以上170khz以下的频率来生成输出至所述供给用电磁阀的第1脉冲信号和输出至所述排气用电磁阀的第2脉冲信号，并将所述第1脉冲信号和所述第2脉冲信号输出至所述供给用电磁阀和所述排气用电磁阀。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的真空阀的剖视图。

图2是图1的a部放大剖视图。

图3是垫片的俯视图。

图4是图3的b-b剖视图。

图5是利用阀开度与操作压力的关系来表示对实施例的阀开度特性进行了调查而得到的结果的图。

图6是利用阀开度与操作压力的关系来表示对比较例的阀开度特性进行了调查而得到的结果的图。

图7是使用了图1所示的真空阀的真空压力控制系统的简要结构图。

图8是电动-气动调节器的电路图。

图9是表示图7所示的真空压力控制系统中的微小偏差控制的示意图。

图10是表示图7所示的真空压力控制系统中的供给开始控制的示意图。

图11是表示图7所示的真空压力控制系统中的稳定控制的示意图。

图12是表示现有的真空压力控制系统中的微小偏差控制的示意图。

图13是表示现有的真空压力控制系统中的稳定控制的示意图。

图14表示关于图7所示真空压力控制系统实施例的分辨率试验的结果，且表示变形区域。

图15表示关于图7所示真空压力控制系统实施例的分辨率试验的结果，且表示滑动区域。

图16是表示关于图7所示真空压力控制系统实施例的真空压力控制试验的结果的映射图。

图17是表示关于图7所示真空压力控制系统比较例的真空压力控制试验的结果的映射图。

图18是本发明第2实施方式所涉及的真空阀的垫片附近的放大剖视图。

具体实施方式

以下基于附图对本发明的真空阀及真空压力控制系统的实施方式进行说明。

(第1实施方式)

图1是本发明的第1实施方式的真空阀2的剖视图。图7是真空压力控制系统1的简要构成图。图7所示的真空压力控制系统1例如可以用于对实施半导体蒸镀操作的真空容器8的压力进行控制。对于真空压力控制系统1而言，被配置在真空容器8与真空泵9之间的真空阀2在对排气流量进行了微小控制之后，进行大流量控制，由此能够以较短时间而以不会卷起颗粒的方式对真空容器8的压力进行控制。本实施方式主要通过图1所示的真空阀2的垫片27来实现控制性的提高，并通过图7所示的真空压力控制系统1的控制来实现真空阀2的响应性的提高。因此，首先，针对真空阀2的简要结构、垫片27的结构、真空阀2的动作、调查真空阀2的阀开度特性的试验来进行说明，以明确真空阀2的特征。然后，针对真空压力控制系统1的整体结构、供给用电磁阀和排气用电磁阀的驱动方法、真空压力控制系统1的动作、真空压力控制系统1的分辨率试验、真空压力控制试验来进行说明，以明确真空压力控制系统1的特征。

＜真空阀的简要结构＞

如图1所示，真空阀2通过利用螺栓h而将执行器38连结于阀体10上从而构成其外观。真空阀2是通过被供给至执行器38的操作流体的操作压力而进行开阀、并通过压缩弹簧33而恢复至闭阀状态的单作用式阀。

阀体10在其与执行器38之间形成有阀室13。阀体10被设为使第1口形成部件11与第2口形成部件12正交，且第1口11a和第2口12a经由阀室13而连通。在阀体10中，第1口11a和阀室13被设置在同轴上，并且阀座14沿着被设置于第1口11a和阀室13之间的阀孔10a的外周而以平坦的方式而形成。阀芯15以与阀座14抵接或分离的方式而被收纳在阀室13内。

在执行器38中，活塞25被收纳在气缸20内。在气缸20中，被设置成筒状的气缸主体21的下端开口部被杆部保持部件22封闭。在杆部保持部件22中，支撑杆部30的引导部22a以向阀室13内突出的方式而被配置。为了伸出杆部30的轴芯，在杆部30与引导部22a之间配置有密封垫片36和轴承37。活塞25和阀芯15经由该杆部30而被连结。

活塞25形成大致圆柱状，并与杆部30的上端部连接。活塞25以如下方式组装而成，即，在杆部30的上端部层叠配置圆形的支撑板252、密封部件28、安装环253、垫片27和活塞主体251，并将第1安装螺钉31紧固在杆部30的上端部。在活塞25的外周面25a上，凹槽26以朝向气缸20的内周面24侧开口的方式而被设置为环状，并且在该凹槽26中安装有环状的垫片27(在后说明)。气缸20的气缸室23被该活塞25而划分，并在活塞25的阀座侧形成有操作室23a。气缸20的操作口34经由连通路35而与操作室23a连通，并向操作室23a进行操作流体的给排气。

阀芯15形成圆板形，并与杆部30的下端部连接。阀芯15以如下方式组装而成，即，在杆部30的下端部层叠配置波纹管19的下端板19b、弹性密封部件18和保持板17，并将第2安装螺钉32紧固在杆部30的下端部。弹性密封部件18在下端板19b与保持板17之间以能够弹性变形的方式而被收纳在设置成环状的燕尾槽16中。弹性密封部件18从位于阀芯15的阀座侧的端面突出，并在阀座14与阀芯15之间被挤压变形。

压缩弹簧33被压缩设置在杆部保持部件22的高低差部22b与阀芯15之间，并向阀芯15施加使弹性密封部件18密封阀座14(即，朝向阀座14施力)的密封载荷。波纹管19以覆盖压缩弹簧33的方式而可伸缩地配置在阀室13内，以防止在阀室13内流动的流体渗漏到执行器38侧、或者压缩弹簧33所产生的颗粒混入到阀室13内流动的流体中。

＜关于垫片的结构＞

图2为在图1中以单点划线所包围的a部的放大剖视图。图3为垫片27的俯视图。图4是图3的b-b剖视图。另外，在图2及图4中，为了便于说明，强调地示出了由图中双点划线表示的第1变形姿态d1和第2变形姿态d2所示的滑动接触部272的变形、以及第1壁厚w1与第2壁厚w3之差。如图3所示，垫片27是将橡胶或树脂等弹性材料成型为环状而成的。如图3及图4所示，垫片27在径向内侧设置有接触部271，且在径向外侧设置有滑动接触部272。

图4所示的垫片27的内周部271a的内径小于凹槽26的底面26c(参照图2)的直径。顶端部272a的外径大于气缸20的内周面24的内径。从内周部271a起至顶端部272a为止的平均宽度尺寸w4被设为与从底面26c起至内周面24为止的平均距离w5(参照图2)相比而略大。因此，垫片27在以图2所示的方式而被安装在活塞25的凹槽26中的情况下，在径向上被压缩从而对活塞25与气缸20之间进行密封。

如图4所示，接触部271的轴线方向上的第2壁厚w3的平均值被设为与凹槽26的轴线方向上的槽宽(上内侧面26a与下内侧面26b之间的距离)w2(参见图2)的平均值几乎相同。因此，垫片27在以图2所示的方式而被安装在活塞25的凹槽26中的情况下，在轴线方向上不易发生晃动。

如图4所示，垫片27在滑动接触部272中具有轴向上的第1壁厚w1，而在接触部271中具有轴向上的第2壁厚w3。具体而言，滑动接触部272的轴线方向上的第1壁厚w1的平均值被设为与接触部271的第2壁厚w3(图2所示的凹槽26的槽宽w2)的平均值相比而较小。因此，如图2所示，在垫片27被配置在活塞25与气缸20之间的情况下，在凹槽26的下内侧面26b与滑动接触部272之间形成有第1间隙s1，且在凹槽26的上内侧面26a与滑动接触部272之间形成有第2间隙s2。由此，滑动接触部272能够如图2的第1及第2变形姿态d1、d2所示的那样在凹槽26内进行变形。在垫片27中，与接触部271连接的滑动接触部272部分的壁厚较薄，且滑动接触部272易于以相对于接触部271而在轴线方向挠曲的方式发生变形。即，在垫片27中，凹部272b在滑动接触部272的位于上下的各端面上，沿着滑动接触部272的与接触部271连接的连接部分而被设为环状。即，在滑动接触部272上，在与接触部271连接的部分处设置有垫片27的轴线方向上的壁厚较薄的薄壁部273。并且，在接触部271上，在垫片27的轴线方向上于内周部271a的图中上侧和图中下侧，环状地设置有切缺槽271b。因此，在活塞25开始移动时，垫片27易于以不改变顶端部272a与气缸20接触的位置的方式而进行变形。

此处，滑动接触部272的向轴线方向的最大变形量、即滑动接触部272从第1变形姿态d1起变形至第2变形姿态d2的变形量被设为下述距离以上，该距离为，活塞25使弹性密封部件18密封阀座14的闭阀位置与活塞25使弹性密封部件18从阀座14离开的位置之间的距离。例如，在本实施方式中，当阀芯15从闭阀位置起上升约50μm时，弹性密封部件18从阀座14离开，并且垫片27的滑动接触部272从第1变形姿态d1起变形至第2变形姿态d2的变形量也被设为约50μm。据此，在使滑动接触部272变形的同时使活塞25移动的变形区域中，真空阀2能够对弹性密封部件18在阀座14与阀芯15之间被挤压变形的变形量进行调节。

＜关于真空阀的动作＞

对于图1所示的真空阀2，在操作流体从操作室23a被排出时，活塞25在反阀座方向(图1的上方向)未被加压。因此，真空阀2的阀芯15通过压缩弹簧33的密封载荷而使弹性密封部件18密封阀座14，从而成为闭阀状态。

当真空阀2向操作口34供给操作流体时，操作室23a的操作压力会上升，从而反阀座方向的载荷作用于活塞25。一旦操作室23a的操作压力变得大于压缩弹簧33的弹簧力，活塞25就向反阀座方向移动。

图2所示的垫片27的接触部271被安装于凹槽26内，且以与活塞25一体地向反阀座方向移动。另一方面，垫片27的滑动接触部272与气缸20的内周面24相接，从而在滑动接触部272的顶端部272a与气缸20的内周面24之间产生静摩擦力。垫片27的滑动接触部272由于具有通过凹部272b、272b而使壁厚变薄的薄壁部273，因此能够经由薄壁部273而相对于接触部271在轴线方向上挠曲变形。因此，即使在滑动接触部272与气缸20之间产生静摩擦力，活塞25一旦向反阀座方向被加压，则也能够在立即使滑动接触部272的薄壁部273变形的同时开始向反阀座方向移动。在此期间，垫片27的滑动接触部272与气缸20的内周面24之间的滑动阻力变为零。因此，在活塞25使垫片27的滑动接触部272变形的同时进行移动的变形区域中，真空阀2能够基于操作流体的操作压力响应性而良好地对阀开度进行控制，因此，能够实现例如与第1现有例的具备滚动隔膜的真空阀相同的低滞后性、高响应性，从而实现控制性良好。另外，由于真空阀2是仅仅在活塞25的凹槽26中安装在与接触部271连接的滑动接触部272上具有壁厚变薄了薄壁部273的垫片27的结构，因此与具备滚动隔膜的第1现有例的真空阀相比，能够更小型化且更廉价。另外，由于在活塞25使垫片27变形的同时进行移动的区域中，阀开度与操作压力形成线性关系，从而真空阀2仅通过操作压力便能够对阀开度进行调节，因此无需用于对阀开度进行反馈控制的传感器，便能够以小型化且廉价的方式提高控制性。

并且，在真空阀2中，由于在接触部271与凹槽26的底面26c相接的内周部271a的两侧形成有切缺槽271b、271b，因此在滑动接触部272的薄壁部273变形时接触部271也发生变形。因此，真空阀2的活塞25能够在根据操作压力而使垫片27变形的同时，顺畅地移动，从而控制性良好。

如图2的第1变形姿态d1所示，当真空阀2的滑动接触部272与位于凹槽26的阀座侧的下内侧面26b抵接而变形被限制时，活塞25在使滑动接触部272与气缸20的内周面24滑动接触的同时向反阀座方向移动，从而增大阀开度。在该情况下，在滑动接触部272与气缸20的内周面24之间会产生滑动阻力。但是，由于该滑动阻力是在活塞25和阀芯15向反阀座方向大幅移动的过程中产生的，因此在调节阀开度方面不易产生问题。

在关闭真空阀2的情况下，操作流体从操作室23a被排出。活塞25在操作室23a的操作压力下降时，通过压缩弹簧33的弹簧力而开始向阀座侧移动。此时，活塞25以垫片27从图2所示的第1变形姿态而变形为第2变形姿态的方式而向阀座方向(图1的下方向)移动了之后，在使滑动接触部272与气缸20滑动接触的同时向阀座方向移动。通过活塞25使阀芯15的弹性密封部件18密封阀座14，从而真空阀2关闭。

接着，在开阀的情况下，在真空阀2中，活塞25在使滑动接触部272从图2的第2变形姿态d2变形为第1变形姿态d1的同时，使滑动接触部272与气缸20滑动接触，与此同时，活塞25向反阀座方向移动。因此，对于真空阀2而言，开始打开阀时的滑动接触部272的变形区域较大，从而能够根据操作室23a的操作压力而精密地调节阀开度的范围变大。另外，无论真空阀2位于阀芯15的闭阀位置与开阀位置之间的何处，在活塞25开始向相对于事先的移动方向而相反的方向移动的情况下，滑动接触部272均相对于接触部271而挠曲变形。

此处，如图7所示，被配置在真空容器8与真空泵9之间的真空阀2通常在开始排气时将排气控制在微小流量，而在真空容器8的压力降低至不会卷起颗粒的程度时将排气控制在大流量。因此，为了控制真空容器8的压力以使颗粒在真空容器8内不会被卷起，真空阀2精密地调节与闭阀接近的微小的阀开度是十分重要的。如图1所示，本实施方式的真空阀2在闭阀时使弹性密封部件18在阀芯15与阀座14之间挤压变形从而对阀座14进行密封，并通过减缓弹性密封部件18的变形量，从而真空容器8(参见图7)内的气体从弹性密封部件18与阀座14之间漏出，并以微小流量向真空泵9(参见图7)侧流动。对于图1所示的真空阀2，由于垫片27的滑动接触部272在凹槽26的内部沿着轴线方向变形的最大变形量为下述距离以上，所述距离为：阀芯15使弹性密封部件18密封阀座14的闭阀位置与阀芯15使弹性密封部件18从阀座14离开的位置之间的距离，因此，在活塞25以在垫片27与气缸20之间不会产生滑动阻力的方式而移动的变形区域中，能够对弹性密封部件18的变形量进行调节。因此，根据本实施方式的真空阀2，在活塞25使滑动接触部272变形的同时进行移动的变形区域中，能够通过操作压力而精密地对使弹性密封部件18的变形量变化的微小的阀开度进行调节，从而控制性良好。

＜关于调查真空阀的阀开度特性的试验＞

发明人们针对真空阀2的实施例和比较例而实施了调查阀开度特性的试验。实施例为，在活塞的凹槽内安装有阪上制作所株式会社制造、销售的psd垫片(商品名)的真空阀。比较例为，在活塞的凹槽内安装有截面为圆形的o型环垫片的真空阀。除了psd垫片和o型环垫片之外，实施例和比较例以相同的方式而构成。在试验中，针对实施例和比较例，使操作压力变化来测定阀开度。

图5是利用阀开度和操作压力的关系来表示对实施例的阀开度特性进行了调查而得到的结果的图，纵轴表示阀芯的阀开度(mm)，横轴表示操作压力(kpa)。在实施例中，在操作压力约为0.5kpa以上1.5kpa以下的范围b1内，阀开度从0mm线性增加至约50μm。在操作压力超过1.5kpa的范围b2内，操作压力每增加约0.5kpa，则阀开度增加约0.1mm，从而阀开度相对于操作压力以阶梯状的方式发生变化(粘滑现象)。

图6是利用阀开度和操作压力的关系来表示对比较例的阀开度特性进行了调查而得到的结果的图，纵轴表示阀芯的阀开度(mm)，横轴表示操作压力(kpa)。在操作压力为2kpa以下的范围c1中，阀芯15的阀开度为0mm。进而，在比较例中，当操作压力变为2kpa时，阀开度一下子增加0.2mm。之后，在操作压力超过2kpa的范围c2中，操作压力每增加约1kpa，则阀开度增加约0.2mm，从而阀开度相对于操作压力以阶梯状的方式发生变化(粘滑现象)。

据此，在实施例中，如图5的范围b1所示，由于在开始打开阀时操作压力与阀开度成比例，因此能够仅利用操作压力而对阀开度进行控制，但是，在比较例中，如图6所示，由于操作压力与阀开度不成比例，因此无法仅利用操作压力来控制阀开度。因此，实施例的开始开阀时的控制性与比较例相比而较为优异。认为其原因在于如下差异，即，在比较例中，当作用于活塞的位于阀座侧的端面的操作压力未达到在o型环与气缸之间产生的最大静摩擦力以上时，活塞无法开始移动，而在实施例中，即使作用于活塞的位于阀座侧的端面的操作压力小于在滑动接触部与气缸之间产生的最大静摩擦力，活塞也能够根据操作压力而在使滑动接触部挠性变形的同时进行移动。

另外，虽然在实施例中，如图5的范围b2所示，在滑动接触部与气缸之间产生滑动摩擦的情况下产生不敏感带b3，但该不敏感带b3与图6所示比较例的不敏感带c3相比而较窄。因此，在实施例中，即使在产生滑动阻力的区域内，与比较例相比，阀开度相对于操作压力变动的响应性也较高，控制性也较为优异。认为其原因在于，实施例的垫片与比较例的o型环相比回弹力较小，并且与比较例相比，实施例中的滑动阻力较小。

＜关于真空压力控制系统的整体结构＞

如图7所示，真空压力控制系统1具备上述的真空阀2、电动-气动调节器3和控制器4。

真空阀2被配置在真空容器8与真空泵9之间，并实施对真空容器8与真空泵9进行连接的流道l的阻断、或从真空容器8流向真空泵9的排气的流量控制。在真空阀2的侧面上安装有电动-气动调节器3。

控制器4是公知的微型计算机，并且从电源5供给外部电力而进行驱动。控制器4与上位装置6、电脑7、对真空容器8压力进行测定的真空压力传感器8a(真空压力测定装置的一个示例)等连接。另外，控制器4经由电缆46而与电动-气动调节器3连接。控制器4基于真空压力传感器8a所测定到的真空压力测定值与从上位装置6或电脑7输入的真空容器8的真空压力设定值之间的偏差，而对应施加给电动-气动调节器3的指令电压(操作压力设定值的一个示例)进行计算，并输出至电动-气动调节器3。据此，真空容器8的真空压力被反馈控制。

图8是电动-气动调节器3的电路图。电动-气动调节器3具备供给用电磁阀3d、排气用电磁阀3e、紧急排气阀3f、操作指令部3j和操作压力传感器3k(操作压力测定装置的一个示例)。电动-气动调节器3根据操作指令部3j根据通过公知的占空比控制方式而从控制器4输入的指令电压，而对供给用电磁阀3d和排气用电磁阀3e的开动作进行控制，从而对供给至真空阀2的操作压力进行控制。

电动-气动调节器3具备第1口3a、第2口3b和第3口3c。第1口3a与供给操作流体的供给源连接。第2口3b向大气开放。第3口3c与真空阀2的操作口34(参见图1)连接。

如图8所示，在第1口3a与第2口3b之间，串联配置有供给用电磁阀3d和排气用电磁阀3e，在供给用电磁阀3d与排气用电磁阀3e之间连通有第3口3c。由此，电动-气动调节器3通过打开供给用电磁阀3d、关闭排气用电磁阀3e而使第1口3a与第3口3c连通。另外，电动-气动调节器3通过打开排气用电磁阀3e、关闭供给用电磁阀3d而使第3口3c与第2口3b连通。为了在紧急情况时增加排气流量而瞬时关闭真空阀2，紧急排气阀3f相对于排气用电磁阀3e而并列地设置。

操作压力传感器3k与第3口3c连接。第3口3c与真空阀2的操作室23a连通，操作压力传感器3k对真空阀2的当前的操作压力进行测定并输出操作压力检测电压(操作压力测定值的一个示例)。

操作指令部3j包括减法器3g、偏差放大电路3h和pwm电路3i。减法器3g求出从控制器4输入的指令电压与从操作压力传感器3k输入的操作压力检测电压之间的偏差。偏差放大电路3h对从减法器3g输入的偏差进行放大。pwm电路3i基于由偏差放大电路3h放大了的偏差而生成控制供给用电磁阀3d的开阀时间的第1脉冲信号和控制排气用电磁阀3e的开阀时间的第2脉冲信号，并分别输出至供给用电磁阀3d和排气用电磁阀3e。pwm电路3i以140khz以上170khz以下的频率输出第1及第2脉冲信号，并精细地对操作压力进行控制。

该电动-气动调节器3通过使供给用电磁阀3d的开阀时间长于排气用电磁阀3e的开阀时间，从而使被设置于真空阀2中的操作室23a(参见图1)的操作压力上升，由此能够增大真空阀2的阀开度。另外，电动-气动调节器3通过使供给用电磁阀3d的开阀时间短于排气用电磁阀3e的开阀时间，从而使设置于真空阀2的操作室23a(参见图1)的操作压力下降，由此能够减小真空阀2的阀开度。

＜关于供给用电磁阀和排气用电磁阀的驱动方法＞

在真空压力控制系统1中，操作指令部3j通过微小偏差控制、供给开始控制和稳定控制来驱动供给用电磁阀3d和排气用电磁阀3e。

图9是表示图7所示真空压力控制系统1中的微小偏差控制的示意图。微小偏差控制是指，以使真空阀2的阀开度微小增加的方式，且以较短的开阀时间t2来打开供给用电磁阀3d并关闭排气用电磁阀3e的控制。

图10是表示图7所示真空压力控制系统1中的供给开始控制的示意图。供给开始控制是指，以使真空阀2的阀开度大幅度增加的方式，且以较长的开阀时间t4来打开供给用电磁阀3d并关闭排气用电磁阀3e的控制。

图11是表示图7所示真空压力控制系统1中的稳定控制的示意图。稳定控制是指，为了维持真空阀2的阀开度而在不存在真空压力测定值与真空压力设定值的偏差的状态下，以微小脉冲而使电动-气动调节器3的供给用电磁阀3d和排气用电磁阀3e同时持续开闭的控制。

＜关于真空压力控制系统的动作＞

例如，在将真空容器8的压力从大气压减至真空压力设定值(例如10-5pa)的情况下，图7所示的真空压力控制系统1通过实施微小偏差控制，从而以微小的阀开度而使真空阀2开阀，并减缓弹性密封部件18的变形量。由此，真空容器8的气体以不会卷起颗粒的方式而以微小流量开始排气。

关于微小偏差控制，在将本实施方式中的微小偏差控制与现有技术进行比较的同时进行说明。本实施方式的微小偏差控制与现有的微小偏差控制相比，第1及第2脉冲信号的频率不同。即，在图12所示的现有的微小偏差控制中，以100khz的频率而使供给用电磁阀3d短时间地开阀，并将排气用电磁阀3e关闭。相对于此，在图9所示的本实施方式的微小偏差控制中，以140khz以上170khz以下的频率将供给用电磁阀3d短时间地开阀，而关闭排气用电磁阀3e。也就是说，本实施方式的真空压力控制系统1以现有技术所用频率的约1.5倍的频率而使供给用电磁阀3d开阀。因此，图9所示的本实施方式的第1脉冲信号的周期t1短于图12所示的现有的第1脉冲信号的周期t11，与现有的微小偏差控制相比，本实施方式的微小偏差控制能够精细地对真空阀2的操作压力进行调节。由于本实施方式的真空阀2能够在使垫片27的滑动接触部272变形的同时使活塞25移动的变形区域内精细地控制操作压力，因此分辨率变小。因此，根据本实施方式的真空压力控制系统1，控制器4根据输出至电动-气动调节器3的指令电压而能够响应性良好地对真空阀2的阀开度进行调节。另外，由于图9所示的本实施方式的微小偏差控制的周期t1短于图12所示的现有的微小偏差控制的周期t11，因此即使开阀时间t2与图12所示的现有的开阀时间t12相同，也能够快速地将真空阀2的操作压力控制在操作压力设定值，从而能够对阀开度进行微小调节。

当操作压力传感器3k所检测出的操作压力达到设定压力时，真空压力控制系统1从微小偏差控制状态变为稳定控制状态，并维持阀开度。由此，真空容器8能够以微小流量被排气，从而内部压力缓缓地降低且不会卷起颗粒。

对于稳定控制，在将本实施方式的稳定控制与现有技术比较的同时进行说明。对于本实施方式的稳定控制而言，供给用电磁阀3d和排气用电磁阀3e的驱动方法与现有的稳定控制不同。即，在图13所示的现有的稳定控制中，将供给用电磁阀3d和排气用电磁阀3e闭阀。因此，在现有的稳定控制中，例如，在真空容器8的真空压力因外部干扰而略微发生变动，从而从真空压力的实测值与真空压力的目标值之间无偏差的状态变为有偏差的状态，由此控制器4的指令电压发生了变化的情况下，供给用电磁阀3d(排气用电磁阀3e)开始动作需要时间。因此，在现有的真空压力控制系统中，难以追随指令电压来调节真空阀2的阀开度。而在图11所示的本实施方式的稳定控制中，操作指令部3j将使供给用电磁阀3d和排气用电磁阀3e同时开阀的第1及第2脉冲信号以微小脉冲的方式分别持续输出至供给用电磁阀3d和排气用电磁阀3e。因此，供给用电磁阀3d和排气用电磁阀3e分别以相同的周期t5、t7且每次以相同的开阀时间t6、t8而微小地开闭阀。由此，在真空阀2中，由供给用电磁阀3d产生的供给流量和由排气用电磁阀3e产生的排气流量抵消，从而操作室23a的操作压力被维持。据此，例如，在真空容器8的真空压力因外部干扰而微小地发生变动，从而从真空压力的实测值与真空压力的目标值(设定值)之间无偏差的状态变为有偏差的状态，由此控制器4的指令电压发生了变化的情况下，供给用电磁阀3d和排气用电磁阀3e能够立即按照指令电压来调节开阀时间。因此，本实施方式的真空压力控制系统1能够追随着指令电压而对真空阀2的阀开度进行调节。因此，本实施方式的真空压力控制系统1与现有技术相比，能够在响应性的分辨率得到提高的状态下对真空阀2的阀开度进行调节。

然后，例如，当真空容器8的压力降低至不容易卷起颗粒的低真空(例如10-3pa)时，真空压力控制系统1实施供给开始控制。此时，电动-气动调节器3的操作指令部3j以140khz以上170khz以下的频率而向供给用电磁阀3d输出第1脉冲信号。也就是说，对于操作指令部3j而言，图10所示的第1脉冲信号的周期t3与图9所示的微小偏差控制的第1脉冲信号的周期t1相同，且图10所示的开阀时间t4被设为与图9所示的微小偏差控制的开阀时间t2相比而较长。此时，排气用电磁阀3e被关闭。由此，真空阀2的操作压力会升高，从而阀开度变大。因此，真空容器8的气体的排气流量增加，并且能够短时间地减压至真空压力设定值(例如10-5pa)。

另外，虽然现有的真空压力控制系统与本实施方式的真空压力控制系统1同样地延长供给用电磁阀的开阀时间来增大真空阀的阀开度，但是第1及第2脉冲信号的频率低于本实施方式(例如100khz)。因此，本实施方式的真空压力控制系统1与以往相比能够短时间地将操作压力控制在操作压力设定值，并增大阀开度。

此处，由于真空容器8能够充分地被减压至不会卷起颗粒的程度，因此真空压力控制系统1在从真空容器8进行大流量排气时，与从真空容器8进行微小排气时相比，无需精密地对真空阀2的阀开度进行控制。因此，对于真空阀2而言，即使在使阀开度大幅度地位移的情况下产生滑动阻力，该滑动阻力也不会成为真空容器8的压力控制的问题。

然后，当真空容器8的压力达到真空压力设定值(例如10-5pa)时，真空压力控制系统1的控制器4输出用于关闭真空阀2的指令电压。电动-气动调节器3的操作指令部3j生成关闭供给用电磁阀3d、打开排气用电磁阀3e的第1及第2脉冲信号，并将所述第1及第2脉冲信号输出至供给用电磁阀3d和排气用电磁阀3e。由此，电动-气动调节器3中的第2口3b与第3口3c导通，并从真空阀2的操作室23a向大气排出操作流体。在真空阀2中，随着操作室23a的压力降低，通过压缩弹簧33的弹簧力而使阀芯15与活塞25一体地向阀座方向被按压。然后，在真空阀2中，通过压缩弹簧33的密封载荷而使阀芯15的弹性密封部件18与阀座14紧贴，从而恢复到闭阀状态。然后，当在真空容器8中蒸镀过程完成时，真空压力控制系统1以与上述同样的方式而对真空容器8的气体进行排气，从而对真空容器8的压力进行控制。

＜关于真空压力控制系统的分辨率试验＞

本发明的发明人们针对真空压力控制系统1的实施例而实施了调查分辨率的试验。实施例使用了在活塞的凹槽中安装有阪上制作所株式会社制造、销售的psd垫片(商品名)的单作用式的真空阀。

在试验中，通过使控制器4所输出的用于开阀动作的指令电压(v)增加，从而使操作压力升高，并通过线性量规(lineargauge)而测定了真空阀2的阀开度。另外，通过使控制器4所输出的用于闭阀动作的指令电压(v)增加，从而使操作压力降低，并通过线性量规而测定了真空阀2的阀开度。图14表示图7所示真空压力控制系统1的实施例的分辨率试验的结果，且表示变形区域e1。图15表示图7所示真空压力控制系统1的实施例的分辨率试验的结果，且表示变形区域e1的一部分和滑动区域e2。图14及图15的纵轴均表示阀开度(mm)，横轴均表示指令电压(v)。另外，图14表示开阀方向和闭阀方向两者，而图15仅表示开阀方向。

如图14所示，在使psd垫片变形的同时在真空阀2进行动作的变形区域(变形范围)e1内实施开阀动作和闭阀动作的情况下，无论是开阀方向还是闭阀方向，指令电压和阀开度均为线性关系，从而提高阀开度变化的分辨率。

另一方面，如图15所示，在真空阀使psd垫片在气缸内滑动的滑动区域e2中进行动作的情况下，通过在psd垫片与气缸的内周面之间产生的滑动阻力，而使阀开度相对于指令电压以阶梯状的方式发生变化(粘滑现象)。因此，滑动区域e2的分辨率大于变形区域e1的分辨率。

另外，由于使用在活塞的凹槽内安装有o型环垫片的真空阀的真空压力控制系统在真空阀的阀开度调节时始终产生滑动阻力，因此会产生与图15所示的滑动区域e2相同的粘滑现象，从而分辨率变大。

因此，由于使用psd垫片的真空阀在变形区域e1中的分辨率较小，因此能够通过操作压力而精细地对接近于闭阀的微小的阀开度进行控制。

＜关于真空压力控制试验＞

本发明的发明人们实施了关于本实施方式的真空压力控制系统的实施例和比较例的真空压力控制试验。对于试验装置而言，从上游侧依次串联地连接有调节器、质量流量控制器、开闭阀、储罐(tank)、带有电动-气动调节器的真空阀、真空泵。而且，在对储罐压力进行测定的压力传感器和真空阀的电动-气动调节器上连接有控制器。

实施例使用在活塞上安装有阪上制作所株式会社制造、销售的psd垫片的真空阀。真空阀的孔径被设为直径25mm。另一方面，比较例使用在活塞上安装有圆形截面的o型环垫片的真空阀。比较例的真空阀除了o型环垫片以外，均与实施例的真空阀以相同的方式而构成。

在试验中，通过pid控制而将储罐的压力从25pa升压控制到85pa。通过阶梯响应法对pid控制的参数进行调节，以形成尽可能没有超调(overshoot)的最佳波形。具体而言，在实施例中，将比例控制参数设定为1.6，将微分控制参数设为0.07，将积分控制参数设为0.02。另一方面，在比较例中，将比例控制参数设为0.4，将微分控制参数设为0.07，将积分控制参数设为0.0。

真空压力控制试验的结果如图16及图17所示。图16是表示关于图7所示真空压力控制系统的实施例的真空压力控制试验的结果的映射图。图17是表示关于图7所示真空压力控制系统的比较例的真空压力控制试验的结果的映射图。在图16及图17中，左侧纵轴表示容器的压力(pa)，右侧纵轴表示指令电压(v)，横轴表示时间(sec)。而且，在图16及图17中，图中实线表示显示容器压力的变化的压力波形，图中虚线表示显示指令电压变动的指令波形。

如图16的f1所示，在实施例中，储罐的压力在不会产生超调的条件下从25pa达到85pa。而且，从控制器向电动-气动调节器输出指示开阀的指令电压起至储罐的压力稳定至85pa为止的响应时间f2约为3.5秒。

如图17的g1所示，在比较例中，在储罐的压力达到85pa的附近，产生了超调。而且，如图中g3所示，在指令波形中为了使超调收敛而产生了振荡(hunting)。从控制器向电动-气动调节器输出指示开阀的指令电压起至储罐的压力稳定在85pa为止的响应时间g2约为6秒。

因此，与比较例相比，实施例在不产生超调的条件下，响应时间f2能够缩短至比较例的响应时间g2的60％。

能够改善超调的原因被认为是分辨率的不同。即，由于比较例的真空阀在使o型环垫片与气缸滑动接触的同时对阀开度进行微小控制，因此分辨率较大。因此，比较例无法根据指令电压而精密地调节阀开度，并且会在真空压力设定值(85pa)附近产生超调。相对于此，由于实施例的真空阀在垫片的变形区域内不会产生滑动阻力，因此分辨率较小。因此，实施例能够根据指令电压而精密地调节阀开度，并且不会产生超调。

另外，能够缩短响应时间的原因被认为是指令波形的不同。即，在比较例中，当使图17的g1所示的超调消失时，由于即使控制器调节指令电压以提高响应性，真空阀也无法追随于该指令电压而使阀开度变化，因此，如图中g3所示而会在指令波形中产生振荡，并且响应时间会变长。相对于此，由于实施例能够追随于指令电压而微细地调节真空阀的阀开度，且不会产生超调(参见图16的f1)，因此在指令波形中不会产生振荡，并且缩短响应时间。

(第2实施方式)

接下来，对本发明的真空阀及真空压力控制系统的第2实施方式进行说明。图18是本发明的第2实施方式所涉及的真空阀2a的垫片27a附近的放大剖视图。在图18中，为了易于观察附图，而夸张地记载了间隙s3和垫片27a的变形。真空阀2a主要是垫片27a的形状与第1实施方式的真空阀2不同。因此，此处以垫片27a为中心来进行说明，对于与第1实施方式相同的结构，在附图和说明中使用与第1实施方式相同的附图标记，并适当地省略说明。

在垫片27a中，滑动接触部272x的第1壁厚w11和接触部271x的第2壁厚w31被设为相同的尺寸。第1壁厚w11和第2壁厚w31被设为小于凹槽26的槽宽w2，并且垫片27a被设计为，在其被安装在凹槽26中的情况下，沿着轴线方向(在图18中为上下方向、或者阀座方向和反阀座方向)运动。在本实施方式中，第1壁厚w11和第2壁厚w31被设为与槽宽w2相比而小0.2mm～0.4mm左右。真空阀2a被用于单作用式气缸结构中。因此，如图18中实线所示，垫片27a被按压在凹槽26的上内侧面26a上。由此，垫片27a向与凹槽26的轴线方向的中心位置相比靠反阀座侧(图中上侧)偏移，并且在与凹槽26的下内侧面26b之间形成间隙s3。该间隙s3的宽w41大于从活塞25使弹性密封部件18密封阀座14的位置到使弹性密封部件18从阀座14离开的位置之间的距离。在本实施方式中，从活塞25使弹性密封部件18密封阀座14的位置到使弹性密封部件18离开阀座14的位置之间的距离为50μm左右，而间隙s3的宽w41被设为0.2mm～0.4mm左右。

另外，真空阀2a并未如第1实施方式所示的那样在波纹管19内配置压缩弹簧33，而是在气缸20内配置压缩弹簧41。压缩弹簧41被压缩设置在活塞25的反阀座侧，并始终向阀座方向对活塞25施力。因此，真空阀2a通过活塞25根据压缩弹簧41的弹簧力与操作室23a的内压之间的平衡而在气缸20内滑动，从而对阀开度进行调节。

这种真空阀2a例如在以微小流量而使真空容器8的气体开始排出的情况下，向操作室23a内供给操作流体。当操作室23a的内压变为大于压缩弹簧41的弹簧力时，活塞25向反阀座方向(图中上方向)被加压。垫片27a通过从操作室23a流入间隙s3的操作流体而被按压在上内侧面26a上，且欲与活塞25一体地向反阀座方向(图中上方向)移动。但是，在垫片27a的滑动接触部272x的顶端部272a与气缸20的内周面24之间会产生静摩擦力。在垫片27a与下内侧面26b之间形成间隙s3，从而滑动接触部272x能够经由薄壁部273而相对于接触部271x进行挠性变形(参见图18的第3变形状态d3)。因此，活塞25一旦向反阀座方向被加压，便立即使滑动接触部272x相对于接触部271x而挠性变形的同时开始向反阀座方向(图中上方向)移动(开始上升)。对于这种真空阀2a，在活塞25使垫片27a变形的同时而进行移动(上升)的变形区域中，由于在滑动接触部272x与气缸20之间所产生的滑动阻力为零，因此能够与第1实施方式同样地仅通过操作压力便能够精密地对弹性密封部件18的变形量进行控制。因此，第2实施方式的真空阀2a也能够与第1实施方式同样地提高控制性。另外，由于真空阀2a是仅在凹槽26内安装垫片27a的结构，因此与第1实施方式同样小型且廉价。

真空阀2a在将真空容器8的气体从微小流量切换至大流量而进行排气的情况下，操作室23a的操作压力会升高。活塞25以在使第3变形状态d3的滑动接触部272x与气缸20滑动接触的同时使弹性密封部件18从阀座14离开的方式而将阀芯15向反阀座方向上提。由于活塞25在以滑动阻力为零的状态而开始运动之后，在产生滑动阻力的同时进行上升，因此滑动阻力对阀开度的调节所给予的影响较小。

当真空容器8的真空压力变为真空压力设定值时，真空阀2a的操作室23a的操作流体被排出并闭阀。在该情况下，在垫片27a中，通过在滑动接触部272x与气缸20之间产生的静摩擦力，而使滑动接触部272x随着活塞25向阀座方向的移动(下降)而如图18的实线所示的那样发生变形，并返回至接触部271x和滑动接触部272x被按压于上内侧面26a的状态。因此，真空阀2a在闭阀状态时始终为垫片27a被按压于上内侧面26a的状态，因此能够稳定地对开阀动作开始时的阀开度进行控制。

另外，本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离其宗旨的范围内可以进行各种变更、修改。

例如，接触部271也可以采用如下方式，即，被形成为t字形截面，并与凹槽26的底面26c和上下内侧面26a、26b相接。另外，也可以将接触部271和滑动接触部272形成圆形截面，并将垫片27的截面形状形成为由两个圆连接而成的雪人形状。在该情况下，可以将滑动接触部272的轴线方向上的最大壁厚设为小于凹槽26的轴线方向上的槽宽w2，且滑动接触部272相对于接触部271而易于发生变形。

控制器4可以根据电脑7而通过手动方式进行各种参数的设定或变更、以及真空阀2的阀开度调节。

控制器4也可以采用如下方式，即，与电动-气动调节器3、上位装置6等进行无线通信。

真空阀2也可以是双作用式阀。

附图说明

1真空压力控制系统；

2、2a真空阀；

3电动-气动调节器；

3d供给用电磁阀；

3e排气用电磁阀；

4控制器(第1输入装置、第2输入装置、控制设定装置)；

8真空容器；

9真空泵；

10阀体；

14阀座；

15阀芯；

18弹性密封部件；

20气缸；

25活塞；

26凹槽；

27，27a垫片；

30杆部；

271、271x接触部；

271a内周部；

271b切缺槽；

272、272x滑动接触部；

w11第1壁厚；

w31第2壁厚；

w2槽宽；

s3间隙。