(57)【要約】【課題】電力消費の低減を図ることができる真空バルブの提供。【解決手段】真空バルブ１は、バルブプレートと、バルブプレートを開閉駆動して所望の開度に保持するモータ３１と、バルブ姿勢情報を取得する制御部４０とを備える。制御部４０は、バルブプレートを前記開度に保持するための保持電流として、取得されたバルブ姿勢情報に応じた電流をモータ３１に通電させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体と、
前記弁体を開閉駆動して所望の開度に保持するモータと、
バルブ姿勢情報を取得する姿勢情報取得部と、
前記弁体を前記開度に保持するための保持電流として、前記姿勢情報取得部により取得されたバルブ姿勢情報に応じた電流を前記モータに通電させる開度保持制御部と、を備える真空バルブ。
【請求項２】
請求項１に記載の真空バルブにおいて、
前記開度保持制御部は、前記弁体が保持される前記開度に応じて前記保持電流を設定する、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、
バルブ姿勢と保持電流との相関を表す第１のデータを複数のバルブ姿勢に関して記憶する記憶部をさらに備え、
前記開度保持制御部は、前記姿勢情報取得部で取得されたバルブ姿勢情報と前記記憶部が記憶する前記第１のデータとに基づいて、前記保持電流を設定する、真空バルブ。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の真空バルブにおいて、
前記姿勢情報取得部は、真空バルブの姿勢を検知する姿勢センサである、真空バルブ。
【請求項５】
請求項３に記載の真空バルブにおいて、
前記記憶部は、前記第１のデータに加えて、前記保持電流をゼロとした場合の所定時間当たりの開度変化量と弁体位置との相関を表す第２のデータを記憶し、
前記姿勢情報取得部は、前記バルブ姿勢情報として、前記所定時間当たりの開度変化量を複数の開度に対してそれぞれ取得し、
前記開度保持制御部は、前記姿勢情報取得部で取得されたバルブ姿勢情報と前記記憶部が記憶する前記第１のデータおよび前記第２のデータとに基づいて、前記保持電流を設定する、真空バルブ。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の真空バルブにおいて、
前記姿勢情報取得部により取得されたバルブ姿勢情報に基づいて、前記モータによる前記弁体の開閉駆動を制御する開閉駆動制御部をさらに備える、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】
自動圧力調整バルブ等の真空バルブにおいては、弁体をステッピングモータで駆動することで圧力調整を行う（例えば、特許文献１参照）。また、弁体を一定の位置に保持するためには、一定の保持電流を流して弁体の位置を保持している。
【０００３】
ところで、真空バルブを真空チャンバに接続する場合、真空バルブは種々の姿勢で取り付けられる。例えば、弁体の移動面が水平となるように取り付けられる場合もあれば、移動面が垂直になるように取り付けられる場合もある。その場合、移動面が水平となる姿勢では、弁体を所定開度に保持するための保持電流は、開度によらず一定となる。一方、移動面が垂直となる姿勢の場合には、重力の影響により、弁体の開度位置によって保持可能な電流の大きさが異なる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１３５３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の真空バルブでは、どのような姿勢であっても弁体を任意の開度位置に保持できるように、余裕を持った十分な保持電流に設定されるのが一般的である。そのため、弁体保持に必要以上のエネルギーを消費してしまうという欠点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の好ましい実施形態による真空バルブは、弁体と、前記弁体を開閉駆動して所望の開度に保持するモータと、バルブ姿勢情報を取得する姿勢情報取得部と、前記弁体を前記開度に保持するための保持電流として、前記姿勢情報取得部により取得されたバルブ姿勢情報に応じた電流を前記モータに通電させる開度保持制御部と、を備える。
さらに好ましい実施形態では、前記開度保持制御部は、前記弁体が保持される前記開度に応じて前記保持電流を設定する。
さらに好ましい実施形態では、バルブ姿勢と保持電流との相関を表す第１のデータを複数のバルブ姿勢に関して記憶する記憶部をさらに備え、前記開度保持制御部は、前記姿勢情報取得部で取得されたバルブ姿勢情報と前記記憶部が記憶する前記第１のデータとに基づいて、前記保持電流を設定する、真空バルブ。
さらに好ましい実施形態では、前記姿勢情報取得部を、真空バルブの姿勢を検知する姿勢センサとしても良い。
さらに好ましい実施形態では、前記記憶部は、前記第１のデータに加えて、前記保持電流をゼロとした場合の所定時間当たりの開度変化量と弁体位置との相関を表す第２のデータを記憶し、前記姿勢情報取得部は、前記バルブ姿勢情報として、前記所定時間当たりの開度変化量を複数の開度に対してそれぞれ取得し、前記開度保持制御部は、前記姿勢情報取得部で取得されたバルブ姿勢情報と前記記憶部が記憶する前記第１のデータおよび前記第２のデータとに基づいて、前記保持電流を設定する。
さらに好ましい実施形態では、前記姿勢情報取得部により取得されたバルブ姿勢情報に基づいて、前記モータによる前記弁体の開閉駆動を制御する開閉駆動制御部をさらに備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、取り付け姿勢に応じて保持電流が設定されるので、電力消費の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、真空バルブの外観斜視図である。
【図２】図２は、真空バルブの平面図である。
【図３】図３は、駆動部および制御部のブロック図である。
【図４】図４は、正立姿勢、水平姿勢、倒立姿勢および傾斜姿勢を示す図である。
【図５】図５は、水平姿勢におけるバルブプレートを駆動軸方向に沿って見た図である。
【図６】図６は、単位時間当たりの角度変化Δθ／Δｔを示す図である。
【図７】図７は、水平姿勢における２種類の取り付け位相を示す図である。
【図８】図８は、ラインＬ１上における開度範囲を示したものである。
【図９】図９は、必要保持電流値と角度θとの関係を示す図である。
【図１０】図１０は、姿勢検知処理および保持電流の設定処理の一例を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、姿勢検知用センサを設ける場合の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は、真空バルブ１の外観斜視図である。真空バルブ１は、バルブプレート６が設けられたバルブ本体２と、バルブプレート６を開閉駆動するためのバルブ駆動装置３と、バルブ駆動装置３を制御するバルブ制御装置４とを備えている。バルブ本体２のバルブハウジング５にはバルブ開口５０が形成されている。バルブ開口５０の吸気側、すなわち、バルブハウジング５の図示上面側には吸気口フランジ５１が設けられている。一方、バルブ開口５０の排気側、すなわち、バルブハウジング５の図示裏面側には排気口フランジ（不図示）が設けられている。バルブプレート６はバルブ駆動装置３に設けられたモータ３１（図２参照）によって、破線矢印のように揺動駆動される。
【００１０】
図２は、真空バルブ１の平面図である。バルブプレート６をモータ３１により揺動駆動すると、バルブプレート６が水平方向にスライド移動してバルブ開閉動作が行われる。バルブプレート６は、バルブ開口５０の全体に対向する開度０％の位置Ａ０と、バルブ開口５０が全開状態となる開度１００％の位置Ａ１との間の任意の位置にスライド移動させることができる。
【００１１】
図３は、真空バルブ１のバルブ駆動装置３およびバルブ制御装置４のブロック図である。バルブ駆動装置３には、バルブプレート６（図１参照）を開閉駆動するためのモータ３１が設けられている。バルブプレート６の駆動位置は、位置検出器３２によって検出される。位置検出器３２としては、例えば、モータ３１の回転量を検出するエンコーダが用いられる。
【００１２】
バルブ制御装置４は、制御部４０、モータ駆動部４１、表示部４２、入力部４３、通信部４４、記憶部４５、操作部４６、通信端子４７および電源入力端子４８を備えている。通信端子４７には、真空バルブ１が装着される真空装置側のメインコントローラ１００が接続される。制御部４０には、メインコントローラ１００から駆動指令（例えば、開度位置指令）が通信部４４を介して入力される。制御部４０は、位置検出器３２からの検出情報に基づいてバルブプレート６の開度を演算する。制御部４０は、演算した開度と、メインコントローラ１００からの駆動指令とに基づいて、モータ駆動部４１に制御指令を入力する。モータ駆動部４１は、制御部４０からの制御指令に基づいてモータ３１を駆動する。
【００１３】
オペレータは、操作部４６を操作して指令やデータをバルブ制御装置４に入力することができる。入力された指令やデータは入力部４３を介して制御部４０に入力され、記憶部４５に記憶される。記憶部４５には、バルブ制御に必要なデータが記憶される。電源入力端子４８にはＤＣ電源が接続される。表示部４２には、真空バルブの状態や設定等が表示される。
【００１４】
ところで、前述したように、真空装置のチャンバ１０１に対する真空バルブ１の取り付け姿勢は、真空装置側の構成に応じて様々な姿勢で取り付けられる場合がある。図４は、代表的な取り付け姿勢を示したものであり、正立姿勢、水平姿勢、倒立姿勢、傾斜姿勢の４種類を記載した。真空ポンプ１１０には、例えばターボ分子ポンプが用いられる。各姿勢に対して付した角度は、鉛直下方向に対するポンプ軸Ｊの角度を示している。なお、バルブプレート６を揺動駆動するモータ３１の駆動軸もポンプ軸Ｊとほぼ並行になっているので、角度は鉛直方向に対する駆動軸の角度とみなすことができる。
【００１５】
正立姿勢や倒立姿勢ではバルブプレート６はほぼ水平面内で揺動駆動されるが、水平姿勢では垂直な面内で揺動駆動され、傾斜姿勢では、水平から傾いた面内で揺動駆動される。そのため、水平姿勢や傾斜姿勢ではバルブプレート６の開度によって、保持電流や駆動電流が異なる。このような状況に対して、どのような姿勢でもバルブ制御が行えるように余裕を持たせた電流値とすると、バルブプレート６の駆動や開度保持に必要以上のエネルギーを消費してし、省エネルギーの観点から好ましくない。そこで、本実施の形態では、真空バルブ１の取り付け姿勢やバルブプレート６の開度に応じて、最適な電流値でバルブプレート６を制御するようにした。
【００１６】
（姿勢検知方法）
まず、真空バルブ１の取り付け姿勢の検知方法について説明する。検知方法としては加速度センサ等のセンサを使用して姿勢を検出する方法があるが、ここでは、そのようなセンサを用いずに姿勢を検知する方法について説明する。図４の正立姿勢の場合、バルブプレート６は水平となっているので、バルブプレート６を所望の開度位置に保持するための保持電流をゼロとした場合でも、バルブプレート６は停止したままとなる。一方、水平姿勢の場合には垂直面内で揺動駆動する構造となるので、バルブプレート６の保持位置の開度によっては、保持電流をゼロとすると鉛直下方向にバルブプレート６が移動することになる。
【００１７】
図５は、水平姿勢におけるバルブプレート６を駆動軸方向に沿って見た図である。バルブプレート６が図５に示すような水平状態となっているときの角度θを０deg（水平右位置）とし、時計回りに９０deg（垂直下位置）、１８０deg（水平左位置）、２７０deg（垂直上位置）のように角度θを設定する。
【００１８】
θ＝０degにバルブプレート６を保持した後に保持電流をゼロとすると、バルブプレート６は、重力の作用によって角度θが増加する方向に自由に回動する。すなわち、所定時間Δｔ当たりの角度変化をΔθとすると、単位時間当たりの角度変化Δθ／ΔｔはΔθ／Δｔ＞０となる。角度θ＝０degにおけるΔθ／Δｔを基準（＝１とする）に、各角度θにおけるΔθ／Δｔを表すと、図６のラインＬ１のようになる。
【００１９】
図６は、単位時間当たりの角度変化Δθ／Δｔを示す図であり、横軸は角度θである。ラインＬ１は水平姿勢の場合を示し、ラインＬ２は傾斜姿勢の場合を示し、ラインＬ３は正立姿勢または倒立姿勢の場合を示す。例えば、開度αに関して、０％、１０％、２０％、・・・、９０％、１００％の各開度αにおいて上述したように単位時間当たりの角度変化Δθ／Δｔを計測すると、それらの値は図６に示すラインＬ１上に乗っている。ただし、計測データがラインＬ１上のどの範囲に乗っているかは、水平姿勢における取り付け位相（ポンプ軸に対する回転位相）に依存する。
【００２０】
図７は、水平姿勢における２種類の取り付け位相を示す図である。図７（ｂ）に示す取り付け位相は、図７（ａ）に示す場合の取り付け位相に対して反時計回りに１２０degだけ位相がずれている。このように、開度αの０％から１００％までの範囲が、図５の角度θのどの範囲に対応するかは真空バルブ１の取り付け位相によって異なる。
【００２１】
図８は、ラインＬ１上における開度範囲を示したものである。図７（ａ）に示す取り付け位相の場合には、開度０〜１００％は破線ラインＬ１１で示す範囲が対応している。一方、図７（ｂ）に示す取り付け位相の場合には、開度０〜１００％は破線ラインＬ１２で示す範囲が対応している。逆に、単位時間当たりの角度変化Δθ／Δｔの計測結果が破線ラインＬ１１で示す範囲であった場合には、真空バルブ１の取り付け姿勢は水平姿勢であって、かつ、図７（ａ）に示すような取り付け位相であると判定することができる。このように、単位時間当たりの角度変化Δθ／Δｔの計測データと図６に示すデータとから、真空バルブ１の取り付け姿勢（位相も含む）を求めることができる。
【００２２】
（保持電流の算出）
真空バルブ１の取り付け姿勢が検出できたならば、次に、開度αにおける保持電流を算出する。真空バルブ１が水平姿勢の場合、単位時間当たりの角度変化Δθ／Δｔの計測データは図６のラインＬ１上に乗る。図９は、必要保持電流値と角度θとの関係を示す図である。計測データがラインＬ１である場合の保持電流は、図９のラインＬ２１で表される。横軸は角度θであり、太線部Ｂ１で示す範囲が図７（ａ）の場合の開度０％〜１００％に対応し、太線部Ｂ２で示す範囲が図７（ｂ）の開度０％〜１００％に対応する。
【００２３】
図３に示した記憶部４５には、図６のＬ１，Ｌ２，Ｌ３で示すような単位時間当たりの角度変化Δθ／Δｔ、および、図９のＬ２１で示すような必要保持電流値に関するデータテーブルが、複数の取り付け姿勢に関して記憶されている。制御部４０は、真空バルブ１のオートチューニングの際に、上述した姿勢検知および保持電流の設定を行う。なお、オートチューニングは真空バルブ１を真空装置に装着した際に行われる処理であり、その処理によって開度αとチャンバ圧力との関係が取得される。
【００２４】
図１０は、制御部４０により実行される姿勢検知処理および保持電流の設定処理の一例を示すフローチャートである。オートチューニング動作に入ると、図１０の処理がスタートする。ステップＳ１０では、開度αをα＝０％にセットする。なお、姿勢検知処理の際の保持電流は初期設定の保持電流であり、取り付け姿勢に関係なくバルブプレート６を保持することができる十分大きな電流値に設定されている。
【００２５】
ステップＳ２０では、保持電流をゼロにして所定時間Δｔにおける角度変化Δθ（開度αでも良い）を計測する。Δθの計測には、図３に示す位置検出器３２が用いられる。ステップＳ３０では、角度変化Δθの計測データに基づいて単位時間当たりの角度変化Δθ／Δｔを算出する。ステップＳ４０では、開度αがα＝１００％であるか否かを判定し、α＝１００％と判定されるとステップＳ５０へ進み、α≠１００％と判定されるとステップＳ４２へ進む。
【００２６】
ステップＳ４２では、開度αをα＋１０％に変更した後にステップＳ２０へ戻る。そして、ステップＳ２０で開度α（＝α＋１０）における角度変化Δθを計測し、ステップＳ３０で単位時間当たりの角度変化Δθ／Δｔを算出する。
【００２７】
一方、ステップＳ４０からステップＳ５０へ進んだ場合には、算出された単位時間当たりの角度変化Δθ／Δｔと記憶部４５に記憶されている単位時間当たりの角度変化Δθ／Δｔのデータテーブルとに基づいて、真空バルブ１の取り付け姿勢および取り付け位相を決定する。ステップＳ６０では、ステップＳ５０で決定した取り付け姿勢に対応する必要保持電流値のデータテーブル（図９参照）を選択する。ステップＳ７０では、ステップＳ６０で選択した必要保持電流値のデータテーブルとステップＳ５０で決定した取り付け位相とから、開度０％〜１００％における保持電流を設定する。
【００２８】
なお、上述した実施の形態では、開度に応じて保持電流を設定するようにしたが、開度によらず一定の保持電流に設定するようにしても良い。例えば、図９に示す太線部Ｂ１で示す開度範囲の場合には、必要保持電流値が最大となる開度５０％（θ＝１８０deg）における必要保持電流値を保持電流に設定する。また、太線部Ｂ２で示す開度範囲の場合には、必要保持電流値が最大となる開度０％における必要保持電流値を保持電流に設定する。
【００２９】
また、図１０のステップＳ１０からステップＳ５０までの処理を行うことにより取り付け姿勢・位相を検出したが、図１１に示すように姿勢検知用のセンサ（例えば、加速度センサ等）３３を設けて、その検出値（取り付け姿勢・位相に関する検出値）に基づいて保持電流を設定するようにしても良い。図１１は、姿勢検知用のセンサ３３を設ける場合のブロック図であり、センサ３３はバルブ本体２に設けられている。
【００３０】
（Ｃ１）以上説明したように、本実施に形態の真空バルブでは、制御部４０は、真空バルブ１のバルブ姿勢情報を取得し、バルブプレート６を所望の開度に保持するための保持電流として、取得されたバルブ姿勢情報に応じた電流をモータ３１に通電させる。そのため、電力消費を抑えつつ、所望開度へのバルブプレート６の確実な保持を、真空バルブ１の取り付け姿勢に依らず実現することができる。
【００３１】
（Ｃ２）さらに、保持電流を、バルブプレート６が保持される開度に応じて設定することで、各保持開度のぞれぞれに対して適切な保持電流を設定することができる。
【００３２】
（Ｃ３）さらに、第１のデータとして、図９に示すようなバルブ姿勢と保持電流との相関を表すデータテーブルを、複数のバルブ姿勢に関して記憶部４５に記憶しておき、制御部４０は、取得したバルブ姿勢情報と記憶部４５が記憶する第１のデータとに基づいて、保持電流を設定する。そのため、様々なバルブ姿勢に対応して保持電流を設定することができる。
【００３３】
（Ｃ４）バルブ姿勢情報としては、バルブプレート６の保持電流をゼロとした場合の単位時間当たりの角度変化Δθ／Δｔ（開度変化量に相当する）でも良いし、真空バルブ１の姿勢を検知するセンサ３３（図１１参照）の検出値であって良い。
【００３４】
（Ｃ５）バルブ姿勢情報として単位時間当たりの角度変化Δθ／Δｔを用いる場合には、記憶部４５に、図６に示すようなデータテーブル、すなわち保持電流をゼロとした場合の所定時間当たりの開度変化量と弁体位置との相関を表す第２のデータを、上記第１のデータと共に記憶させておく。制御部４０は、バルブ姿勢情報として、所定時間（Δｔ）当たりの開度変化量（Δα）を複数の開度αに対してそれぞれ取得し、取得したバルブ姿勢情報と第１のデータおよび第２のデータとに基づいて保持電流を設定する。
【００３５】
−第２の実施の形態−
上述した第１の実施の形態では、図１０に示すような処理を制御部４０で行って、取り付け姿勢・位相を検出し、その検出結果に基づいて保持電流を設定した。第２の実施の形態では、取り付け姿勢がオペレータによって入力される構成の場合について説明する。真空バルブ１を真空装置のチャンバに装着したならば、オペレータは取り付け姿勢をバルブ制御装置４に入力する。入力方法としては、操作部４６を操作して入力部４３に入力しても良いし、真空装置側のメインコントローラ１００から通信端子４７に入力しても良い。真空バルブ１は、オートチューニングの際に、入力された取り付け姿勢情報に基づいて保持電流を設定する。
【００３６】
手動入力される取り付け姿勢情報には、取り付け姿勢および取り付け位相の両方が含まれており、それらの情報に基づいて、図１０のステップＳ６０およびステップＳ７０の処理と同様の処理が行われて、保持電流が設定される。なお、取り付け姿勢情報に取り付け姿勢しか含まれていない場合には、上述した第１の実施の形態の場合と同様に、図１０の処理を実行しないと保持電流は決まらない。
【００３７】
第２の実施の形態のように、取り付け姿勢情報を手動入力する構成であっても、上述した第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【００３８】
−第３の実施の形態−
上述した第１および第２の実施の形態では、バルブプレート６を所望の開度位置に保持する場合の保持電流を、真空バルブ１の取り付け姿勢および位相に基づいて、最適な保持電流を設定するようにした。第３の実施の形態では、保持電流だけでなく、バルブプレート開閉駆動時の駆動電流についても、取り付け姿勢に応じて従来の方法を修正することで、さらなる省エネルギー化を図るようにした。
【００３９】
例えば、図７（ａ）に示す取り付け姿勢・位相の場合、開度αを小さくする方向（時計回り）に駆動する場合には重力に逆らって駆動するが、逆に、開度αを大きくする方向（反時計回り）に駆動する場合には重力の助けを受けながら駆動することになる。そのため、正立姿勢における駆動トルクと比較したとき、時計回りに駆動する場合には正立姿勢の場合よりも駆動トルクを大きく設定し、反時計回りに駆動する場合には正立姿勢の場合よりも駆動トルクを小さく設定する。
【００４０】
このように、第３の実施の形態では、取り付け姿勢および位相に応じて、駆動トルクの大きさを正立姿勢の場合よりも大きくまたは小さく設定するようにした。取り付け姿勢によらず十分な駆動トルクで駆動する場合に比べ、重力を利用できる範囲では重力を利用して駆動トルクを小さめに設定しているので、さらなる省エネルギー化を図ることができる。また、重力に逆らってバルブプレート６を駆動する場合においても、正立姿勢の場合に比べてトルクを大きくしているので、スムーズな駆動を実現することができる。
【００４１】
（Ｃ６）上述した第３の実施の形態のように、バルブ姿勢情報に基づいて、モータ３１によるバルブプレート６の開閉駆動を制御することで、開閉動作を適切な駆動トルクで行うことができると共に、電力消費の効率化を図ることができる。
【００４２】
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの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】
【００４３】
１…真空バルブ、２…バルブ本体、３…バルブ駆動装置、４…バルブ制御装置、６…バルブプレート、３１…モータ、３２…位置検出器、３３…センサ、４０…制御部、４１…モータ駆動部、４３…入力部、４５…記憶部、４６…操作部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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