专利名称：真空开/关阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种真空开/关阀。具体而言，所述真空开/关阀能够连 接在真空容器和真空泵之间，用于通过改变阀开度来控制真空容器中 气体的真空压力。
背景技术：
迄今为止，例如，在半导体制造过程中，已经提出这种使过程气 体和净化气体在放置晶片的真空腔中交替填充和排出的真空压力控制 系统。在这种真空压力控制系统中，真空开/关阀设置为可以连接在真 空腔和真空泵之间。真空开/关阀设置为通过改变中空开/关阀的开度来 控制将供入真空腔中的过程气体的真空压力(参见日本未经审查的专
利公开第09 (1997) —072458号)。
传统真空开/关阀将参考图ll至图16进行说明。图11是设置在JP09 —072458A中公开的真空压力控制系统中的真空开/关阀100的剖面图。 图12是图11中部分R的放大视图，其中示出了在阀关闭状态下的波纹密 封件150。图13是传统波纹密封件的剖面图。图14是示出了波纹密封件 150的基布151B的质地的说明图。
在真空开/关阀的100中，将驱动空气供入空气腔AS中，以向上移 动活塞140 (在图ll中)，并且相应地，通过活塞杆147连接至活塞140 的提升阀元件176沿活塞140的冲程方向向上移动，以便所述提升阀元 件176与阀座173分离，从而打开阀。活塞140可以在单作用气缸130(在 下文中称作"气缸130")的内部移动，但是活塞140不与气缸130接触以 防止粘滞滑动。活塞140和气缸130之间的间隙145被可以根据活塞140 的运动而移动的波纹密封件150严密地密封。因此，空气腔AS可以确保
其气密性。
如图13中所示，当从活塞140的缸套方向(或者径向)观察时，波
纹密封件150的截面为梯形。波纹密封件150由其中通过夹物模压埋入 诸如聚酯之类的基布151B的橡胶形成。如图14中所示，基布151B的质 地以通过使各经线穿过各讳线的上方和下方成格子图案的平织编织经 线和纬线而形成。波纹密封件包括固定至活塞140的压力接收表面142 的中心部152，以及由气缸130的凸缘保持部132固定的凸缘部153。在 波纹密封件150中，从凸缘部153朝向中心部152深度折回的周缘单锥形 表面154为具有与平行于轴线AX的假想线N形成单锥形角印的单倾斜 表面。
此外，传统波纹密封件150被设计成梯形的原因如下
(a) 在设有波纹密封件150的真空开/关阀100中，活塞140的外周 表面的外直径dp比气缸130的内直径小预定间隙145，并且波纹密封件 150的单锥形表面154可以根据活塞140的运动被拉伸至活塞140的顶部 死点。
(b) 在真空开/关阀100中，在阀关闭状态下，波纹密封件150的 中心部152和凸缘部153几乎位于同一水平上。如图11和图12中所示， 单锥形表面154以山状折叠的形状折叠在活塞140和气缸130之间的间 隙145的内部。
这是由于单锥形表面154形成为具有相对于轴线AX，即假想线N 形成预定的单锥形角印的单倾斜表面，这样波纹密封件150能容易地随 着真空开/关阀100的开/关动作伸出和縮回。
此外，使用波纹密封件操作的真空开/关阀在日本未经审查的专利 申请公开第2002—132354号的图1中以及日本未经审查的专利申请公 开第07 ( 1995) —150623号的图2、图5和图6中公开。此外，波纹密封
件设有具有不同角度的倾斜表面的技术在日本未经审査的专利申请公
开第56 (1981) —049462号的图1和图4中、日本未经审査的实用新型 申请公开第61 (1986) —140296号的图3中、以及日本未经审查的实用 新型申请公开第61 (1986) —172230号的图2和图5中公开。
此外，在日本未经审查的专利申请公开第IO ( 1998) —317262中 和日本未经审查的专利申请公开第IO ( 1998) —132077中公开了通过 橡胶围绕特里科织物基布夹物模压而制成的波纹密封件。
然而，上述真空开/关阀100具有以下问题 (1)图11和图12示出了真空开/关阀100的关闭状态。在这种状态 下，当将驱动空气供入空气腔AS中时，驱动空气的压力被施加至波纹 密封件150的中心部152以及在介于活塞140和单作用气缸130之间的间 隙145内部折回的单锥形表面154，从而向上移动活塞140。
相应地，由于供应至空气腔AS(参见图15)的驱动空气，单锥形表 面154的形状从图12中的山状折叠形状变成朝向活塞140的外周表面和 气缸130的内表面两者部分地鼓起的另一形状。
梯形的波纹密封件150设有相对于轴线方向AX位于活塞140的外 周表面的外侧的单锥形表面154。在沿轴线方向AX的一定位置处，与活 塞"0接触的波纹密封件150的锥形表面的锥形表面直径Dp大于活塞 140的外直径dp，如图16中双点画线所示。波纹密封件150包括锥形表 面，而活塞为圆柱形。因此，波纹密封件150的最短的直径必须根据活 塞140的直径进行确定，结果导致在图12中示出的位置处iDp和ndp 之间存在大的差值。
换句话说，单锥形表面154的的周向长度(单锥形表面的周长)3i Dp大于活塞140的外周表面上的周向长度xdp (活塞的周长)。因此， 波纹密封件150的不与活塞140的外周表面接触的部分易于形成打褶部
159。
随着单锥形表面的周长:i Dp和活塞的外周长n dp之间的差值变得 更大，打褶部159也变得更大。此外，沿波纹密封件150的单锥形表面 154施加至活塞140的外周表面的压力大于介于单锥形表面154和活塞 140的外周表面之间的打褶部159的内部空间中的压力。
因此，当沿着单锥形表面154向打褶部159施加压力时，单锥形表 面154的一些部分被挤压以彼此接触或更加靠近，并且从活塞140的外 周表面径向向外延伸。相应地，各延伸部在位于沿径向最外侧的弯曲 部159B处被大幅折叠。当单锥形表面154部分地径向向外延伸时，单锥 形表面154的具有打褶部159的弯曲部159B的部分倾向于急剧地折叠， 可能导致在弯曲部159B上形成过量的弯曲应力。
在弯曲部159B形成为如图16中所示的状态下，当图15中的活塞140 向上移动时，弯曲部159B从与活塞140侧接触变成与气缸130内壁侧接 触。换句话说，弯曲部159B的方向转了180度(沿径向)。在与气缸130 内壁侧接触时，由于内壁的直径大至足以拉伸弯曲部159B，弯曲部159B 变得平滑。然而当弯曲部159B转了180度时，应力集中在弯曲部159B 上。每当操作真空开/关阀，所述应力集中被重复，从而导致在波纹密 封件150中出现竖直裂缝。
尽管申请人提供了全世界的上述真空开/关阀，然而申请人难以发 现有关波纹密封件150的耐用性问题的原因。最终，现在申请人已通过 上述的反复试验成功地认识到了这种原因。
(2)其次，由于波纹密封件150的基布形成有如图14中所示的平 织质地，因此波纹密封件150具有较小的柔性，从而难以自由地弯曲。 因此，当驱动空气供入时，打褶部159局部表现为在单锥形表面154周 向上存在相当大的皱褶(参见图16)。随后，在阀关闭过程中，单锥
形表面154的基布的在打褶部159处形成山状折叠的一些部分彼此摩 擦。这可能导致在顶部(折叠)158中产生的裂缝随着时间的流逝而变 得更大，以至于到达打褶部159,因而磨损或破坏波纹密封件150的基 布。
由于在(1)和(2)中提到的问题，存在供入空气腔AS中的气体 会通过波纹密封件150泄露的可能性，不能控制真空开/关阔100的阀开 度。结果，波纹密封件150必须被经常更换并且需要更具耐用性的真空 开/关阀。
发明内容
已经考虑到上述情况而提出本发明，并且本发明的目的在于克服 上述问题，提供一种耐用的真空开/关阀，在所述真空开/关阀中活塞的 外周表面和气缸的内周表面之间的间隙被可以根据活塞的运动而移动 的波纹密封件严密地密封，并且所述活塞通过流体移动打开或关闭所 述真空开/关阀。
(1)为了实现本发明的目的，提供一种可以连接在真空容器和真 空泵之间的真空开/关阀。所述阀包括形成有可以与真空容器和真空 泵中的一个连接的端口的阔座、可以移动至接触所述阀座以及脱离接 触所述阀座的阀元件、可以通过流体移动以移动所述阀元件的活塞、 其中容纳所述活塞的气缸、以及波纹密封件，所述波纹密封件设置为 严密地密封所述活塞的外周表面和所述气缸的内周表面之间的预定间 隙，并且根据所述活塞的运动改变形状。所述真空开/关阀设置为通过 改变所述阀元件相对于所述阀座的开度来控制所述真空容器中的真空 压力。在所述真空开/关阀中，所述波纹密封件包括以预定倾斜角形成 且设置为与所述活塞的外周表面接触的周边表面，所述活塞的外周表 面包括以预定倾斜角形成的倾斜表面，所述波纹密封件和活塞被设计 为当所述阀元件与所述阀座接触时，在接触所述活塞的部分的所述波 纹密封件的周边表面的内直径等于接触所述波纹密封件的周边表面的
活塞的外直径，所述波纹密封件的倾斜角等于所述活塞的倾斜角，所 述波纹密封件的周边表面包括第一和第二倾斜表面，所述第一和第二 倾斜表面相对于沿在截面上沿波纹密封件的中央轴线的所述活塞的冲 程方向的轴线具有不同的倾斜角，并且所述波纹密封件的倾斜角是所 述第一和第二倾斜表面的倾斜角中较小的一个。所述真空开/关阀还包 括连接阀元件和活塞的杆，其中所述波纹密封件还包括所述杆通过其 延伸的通孔，并且所述波纹密封件通过所述通孔装配在所述杆的外周 上且被定位在适当的位置处。
(2) 在上述真空开/关阀(1)中，优选地是，所述波纹密封件在 径向周缘处包括固定部，所述波纹密封件通过所述固定部固定至所述 气缸，并且所述波纹密封件还包括连接所述第一和第二的倾斜表面的 弯曲部，所述弯曲部设置为沿所述轴线方向比所述波纹密封件的中心 部更靠近所述固定部。
(3) 在上述真空开/关阀(1)中，优选地是，所述波纹密封件由 橡胶模压构件制成，所述橡胶模压构件由与橡胶夹物模压的基布形成， 并且所述基布为沿所述波纹密封件表面的柔性编织质地。
(4) 在上述真空开/关阔(3)中，优选地是，所述基布的质地是 特里科织物。
根据(1)的真空开/关阀能够连接在真空腔和真空泵之间，用于 通过改变阀元件相对于阀座的开度来控制真空腔中的真空压力。所述 真空开/关阀还设置为活塞的外周表面和气缸的内周表面之间的预定间 隙被根据由流体移动以打开或关闭阀的活塞的运动而移动的波纹密封 件严密地密封。与所述活塞接触的所述波纹密封件的内周表面形成为 以预定的倾斜角倾斜，并且所述活塞的外周表面以预定的倾斜角倾斜。 在阀元件与阀座接触时，接触活塞的波纹密封件的内周直径等于活塞 的外周直径。因此，在真空开/关阀关闭的状态下，当驱动空气被供入
气缸以向波纹密封件上施加空气压力时，波纹密封件的内直径和活塞 的外直径相等，这样波纹密封件将不会弯曲或打褶。
传统地，活塞具有直圆柱形。因此，与活塞的端面接触的波纹密 封件的内直径必须大于活塞的外直径。在本实施方式中，活塞的外周 包括锥形表面，因此在阀关闭的状态下，波纹密封件的内直径和活塞 的外直径可以确定为彼此相等。
此外，在根据(l)的真空开/关阀中，波纹密封件的锥形角等于活塞 的锥形角。因此，即使当活塞移动一定距离时，波纹密封件的内直径 还是等于活塞的外直径，从而波纹密封件不易弯曲或打褶。申请人已
经充分肯定，即使波纹密封件的锥形角略大于活塞的锥形角，而只要 当阀元件接触阀座时波纹密封件的内直径和活塞的外直径相等，则可 以显著地提高波纹密封件的耐用性。申请人还充分的认识到，如果使 波纹密封件的锥形角和活塞的锥形角相等，则能进一步提高耐用性。
在根据(1)的真空开/关阀中，当从活塞的缸套方向的截面观察 时，波纹密封件形成有相对于沿活塞的冲程方向的轴线具有彼此不同 倾斜角的至少两个锥形表面。当波纹密封件形成有两个锥形表面时， 例如，第一锥形角"被确定为大于传统波纹密封件的单锥形角 印(印<01)，则第二单锥形角02可以小于单锥形角印(02<印)。
在这种情况下，波纹密封件设计为相对于所述轴线具有第一单锥 角M的第一单锥形角表面更靠近气缸的内周表面，而相对于所述轴线 具有第二锥形角02的第二锥形表面更靠近活塞的外周表面。相应地， 波纹密封件的第二锥形表面的锥形角可以等于活塞的外周表面的锥形 角。
因此，波纹密封件形成有彼此具有不同倾斜角的至少两个锥形表 面，这样波纹密封件能保持可以根据真空开/关阀的开/关运动而拉伸。
波纹密封件还能防止因波纹密封件的打褶导致的裂缝而产生的短期损 害。
在根据(1)的真空开/关阀中，波纹密封件装配在连接活塞和阀 元件的杆的外周上，并且波纹密封件还形成有用于定位所述波纹密封 件的通孔。
因此，波纹密封件能通过杆相对于活塞精确地定位。
为了打开或关闭真空开/关阀，锥形表面根据活塞的运动被移动并 被拉伸至顶部死点或底部死点。此时，锥形表面沿冲程方向以山状折 叠的形式靠近中间位置。
在根据(2)的真空开/关阀中，连接各锥形表面的弯曲部设置为 沿轴线方向比波纹密封件的中心部更靠近固定部。因此，波纹密封件 的锥形表面山状折叠，但不会在所述弯曲部折叠。
即使当真空开/关阀被反复打开或关闭时，锥形表面也不会折叠在 比波纹密封件的锥形表面的其他部分更易发生应力集中的弯曲部。因 此，所述波纹密封件能够防止因在弯曲部锥形表面的反复折叠而导致 的损坏(构成波纹密封件的材料的材料疲劳)。
结果，能够防止波纹密封件任何在早期阶段的损坏。
此外，在根据(3)的真空开/关阀中，所述波纹密封件由橡胶模 压构件制成，所述橡胶模压构件包括橡胶和具有沿波纹密封件的表面 的柔韧质地的基布。
由此，波纹密封件能够通过橡胶获得气密，并通过基布获得抵抗 流体压力的强度。因此，波纹密封件能够根据活塞的运动沿活塞的外周表面的形状自由地弯曲。
在根据(4)的本发明的真空开/关阀中，波纹密封件的基布为特 里科织物，这样在通过流体施加压力时，波纹密封件易于根据活塞的 运动或外周形状而弯曲。
特别是，当波纹密封件的锥形表面沿活塞的外周表面鼓起并且通 过流体施加压力时，波纹密封件易于弯曲成使胶隔膜密封件本身与活 塞的外周表面对齐。
因此，在本发明的真空开/关阀中，在沿冲程方向的活塞的一定位 置处，锥形表面的周缘和活塞的外周表面的周缘之间的缝隙导致波纹 密封件的锥形表面打褶，而与传统真空开/关阀中的波纹密封件相比所 述缝隙能够更小。此外，所述褶皱可以保持为较小且分散在锥形表面 上，而不像传统开/关阀的波纹密封件的单锥形表面上局部存在相当大 的褶皱。因此，当真空开/关阀打开或关闭时，可以避免在打褶部各山 状折叠锥形表面之间的任何接触，从而防止各基布彼此摩擦。
结果，即使在锥形表面中的山状折叠部上产生任何裂缝，也可以 防止波纹密封件因具有山状折叠锥形表面的基布的由于裂缝扩大而导 致的摩擦损坏。
此外，特里科织物例如类似于针织织物、形成具有沿预定方向交 替连续的山部和谷部的山脊形图案的罗纹织物等。这种包括特里科织 物的技术能提供柔韧的、弹性的和可拉伸的纤维。
此外，在上述真空开/关阀中，波纹密封件包括形成有沿波纹密封 件的厚度方向向外突出的突起的径向中心部，并且所述活塞包括沿缸 套方向形成有凹槽的压力接收表面。波纹密封件和活塞同轴地设置并 且通过突起和凹槽的啮合而固定。
因此，能够防止波纹密封件的径向中心部相对于活塞的压力接收 表面相对错位。因此，波纹密封件的锥形表面能够根据活塞的运动沿 锥形表面的周向方向同等地弯曲和延伸，这样活塞能够适当地移动。
结合进说明书并组成说明书的一部分的附图示出本发明的实施方 式，并与说明书一起，用作解释的目的，说明本发明的优点和原理。 在附图中，
图l是设置在本实施方式中的开/关阀中的波纹密封件的剖面图； 图2是图1中的部分X的说明性放大图，示出了构成波纹密封件的橡
胶模压构件；
图3是示出了波纹密封件的基布的质地的说明图； 图4是示出了在闽关闭状态下真空开/关阀的结构的说明图； 图5是示出了在阀打开状态下真空开/关阀的结构的说明图； 图6是在图4中示出的部分P的放大图7是图6中的部分Q的说明性放大图，示出了活塞的外周表面和气 缸的内周表面之间的间隙； 图8是活塞的剖面图9是沿图6中的线A—A剖开的说明性剖面图，示出了承压的波纹 密封件；
图10是示出了包括本实施方式中的真空开/关阀的真空压力控制 系统的构造的说明图ll是示出了传统真空开/关阀的结构的说明图12是图11中的部分R的放大视图13是传统波纹密封件的剖面图14是示出了传统波纹密封件的基布的质地的说明图； 图15是承压的传统波纹密封件的剖面图；以及 图16是沿图15中线B — B剖开的剖面图。
具体实施例方式
现将参考附图给出具体实施本发明的真空开/关阀的优选实施方
式的详细说明。图10是示出了包括真空开/关阀10的真空压力控制系统i
的构造的说明图。
真空压力控制系统l为在半导体制造过程中，通过将过程气体和净
化气体交替填充或排出放置晶片8的真空腔2中来对晶片8进行表面处 理的系统。如图10中所示，真空压力控制系统1主要包括真空腔2 (真 空容器)、真空泵5、用于供应驱动空气AR的空气供应源6、真空开/ 关阀IO、用于控制真空开/关阀10的开度的饲服阀(未示出)、以及电 连接至真空开/关阀10等的真空压力控制器7。
真空腔2的气体供应端口2a并行连接过程气体供应源和氮气供应 源并联。过程气体用于设置在真空腔2中的晶片8的表面处理，氮气用 于来自真空腔2的过程气体的净化。
另一方面，真空腔2的气体排放端口2b并行连接真空开/关阀10并 通过关闭阀4并行连接用于腔的压力传感器3。压力传感器3与真空压力 控制器7电连接，以测量真空腔2中的过程气体等的真空压力。此外， 真空开/关阀10与真空泵5连接。
现在参考图1至图6说明真空开/关阀10。
图1是当从活塞40的缸套方向(径向)BR观察时，设置在本实施 方式的真空开/关阀10中的波纹密封件50的说明性剖面图。图2是图1中 的部分X的说明性剖面放大图，示出了构成波纹密封件50的橡胶模压构 件51。图3是示出了图2中的橡胶模压构件51的基布51B的质地的说明 图。图4是示出了在阀关闭状态下真空开/关阀10的结构的说明图。图5 是示出了在阀打开状态下真空开/关阀10的结构的说明图。图6是在图4 中示出的部分P的放大图。本实施方式的真空开/关阀10用于通过由从空气供应源6通过未示
出的饲服阀供入空气腔AS中的驱动空气AR来改变阀开度VL，控制真 空腔2中的过程气体等的真空压力。
真空开/关阀10包括先导气缸部分20和波纹管式提升阀部分70。沿 轴线AX方向，或者沿提升阀元件76打开或关闭的阀移位方向(图4和图 5的竖直方向)，先导气缸部分20位于阀打开一侧(图4和图5中的上侧)， 波纹管式提升阀部分70位于阀关闭一侧(图4和图5中的下侧)。
先导气缸部分20包括单作用气缸30、凸缘保持部32、空腔AS、 活塞40、回动弹簧47、波纹密封件50等。
在真空开/关阀10中，当驱动空气AR供入空气腔AS中时，活塞40 沿平行于轴线AX的冲程方向ST在气缸30内部向上移动，而不与气缸30 的内周表面31接触。活塞40的外周表面41的外直径dp被设计为比气缸 30的内周表面31的直径小预定值。活塞40包括设有沿冲程方向ST凹入 的环形凹进44的压力接收表面43。此外，在活塞40的外周表面41和气 缸30的内周表面31之间设有预定间隙45。如将在下文中描述的，间隙 45被图1中的波纹密封件50严密地密封，以确保空气腔AS的气密性。
此外，活塞40移动而不与气缸30的内周表面31接触，从而防止了 活塞40的粘滞滑动。因此，活塞40能在气缸30内部以高灵敏度和精确 定位性移动。
活塞40由回动弹簧47沿阀移位方向朝向阀关闭侧推进。在驱动空 气AR未供入空气腔AS中时，活塞40通过回动弹簧47的推进力置于底部 死点(参见图4)。相反，当驱动空气AR被供入空气腔AS中时，活塞 40抵抗回动弹簧47的推进力沿阀移位方向朝向阀打开侧移动(参见图 5)。
此外，在真空开/关阀10中，设置位移传感器81来测量活塞40沿阀
移位方向从底部死点移动至顶部死点的位移量(参见图4和图5)。所 述位移量指示了真空开/关阀10的阀开度。位移传感器81不与活塞40接 触，而是电连接至真空压力控制器7。
波纹密封件50由橡胶模压构件51形成。橡胶模压构件51通过具有 特里科织物质地的基布51B与橡胶51A (参见图1和图2)的夹物模压的 方式形成。在图3中示出的特里科织物例如类似于针织织物、形成具有 沿预定方向交替连续的山部和谷部的山脊形图案的罗纹织物等。这种 包括特里科织物的技术能提供柔性的、弹性的、和可拉伸的纤维。
波纹密封件50是可以被拉伸的，以当驱动空气AR供入空气腔AS 中时保持活塞40的压力接收表面43的有效压力接收面积恒定不变。波 纹密封件50由橡胶模压构件51构成，橡胶模压构件51由具有足够强度 抵抗供入空气腔AS的驱动空气AR的压力的基布51B和具有足够气密性 的橡胶51A制成。橡胶模压构件51的橡胶5iA可以包括天然橡胶和合成 橡胶，诸如丙烯腈一丁二烯橡胶、苯乙烯一丁二烯橡胶、丁二烯橡胶、 异戊二烯橡胶、丙烯一丁二烯橡胶、丙烯腈一异戊二烯橡胶、氯丁二 烯橡胶、异丁烯一异戊二烯橡胶(丁基橡胶)，乙烯丙烯橡胶、丙烯 酸橡胶、碳氟化合物橡胶、乙醚—硫醚橡胶、聚硫橡胶、聚氨酯橡胶、 硅橡胶等。对于基布51B的材料，例如，诸如聚酰胺(尼龙6、尼龙66 等)、芳香尼龙、聚酯、或棉花的线可以被选择，并且被编织成沿波 纹密封件50 (橡胶模压构件5i)的各表面51a、 51b具有柔性。
如图l中所示，在本实施方式中，波纹密封件50形成有第一锥形表 面55A和第二锥形表面55B，当沿活塞40的缸套方向BR (沿图4和图5中 的横向)的截面观察时，第一锥形表面55A和第二锥形表面55B相对于 沿活塞40的冲程方向ST (图4和图5中的竖直方向)的轴线AX彼此具有 不同的倾斜角。波纹密封件50还包括沿径向(活塞40的缸套方向BR)
周缘的周凸缘54(固定部)，以及位于沿径向的中心以通过介于中心部52 和凸缘54之间的第一和第二锥形表面55A和55B与凸缘54连续的中心部 52 (径向中心部)。
第一锥形表面55A在凸缘54的径向内侧上的锥形起始点54S从凸 缘54向上折起(在图中)。第一锥形表面55A为具有相对于平行于轴线 AX的假想线M成第一锥形角ei(0^K90。)的环形倾斜表面。类似地， 第二锥形表面55B为具有相对于假想线M成第二锥形角02((K02^1)的 环形倾斜表面。第一和第二锥形表面55A和55B在弯曲部56连续。在图l 中示出的形式下，沿轴线AX的方向，弯曲部56比波纹密封件50的中心 更靠近凸缘54。弯曲部56被定位在这样的位置的原因如下当真空开/ 关阔10关闭时，根据活塞40的运动，波纹密封件50的第二锥形表面55B 移动并且被拉伸至活塞40的顶部死点。此时，第二锥形表面在沿冲程 方向ST的中心位置附近山状折叠。
此外，中心部52沿活塞40的缸套方向BR (图4和图5中的横向)与 第二锥形表面55B连续。中心部52形成有穿过活塞杆48的通孔57和围绕 通孔57周向设置并沿中心部52的厚度方向(图l中的竖直方向)突出的 突起53。精确地形成通孔57尺寸以紧配合在活塞杆48的外周上。
如图6中所示，突起53装配在活塞40的凹进44中，从而相对于活塞 40定位波纹密封件50。当波纹密封件50的中心部52与活塞40的压力接 触表面43接触时，中心部52插入在活塞40和板状固定构件46之间，这 样波纹密封件50由活塞40和固定构件46的螺纹连接而固定。
此外，波纹密封件50的凸缘54在气缸30和凸缘保持部32之间保持 且牢固固定。
在真空开/关阀10中，当活塞40位于底部死点时，更具体地说，当 驱动空气AR未供入空气腔AS中时，波纹密封件50的凸缘54和中心部52
沿冲程方向ST位于几乎同一水平上(参见图4)。因此，在活塞40和气 缸30之间的间隙45中，第二锥形表面55B在顶部58处山状折叠，如图4、 图6和图7中所示。
另一方面，当驱动空气AR供入空气腔AS中时，如图6和图7中所示 的在顶部58处山状折叠的第二锥形表面55B沿气缸30的内周表面31和 活塞40的外周表面41鼓起，如图7中双点划线所示，同时沿活塞40的冲 程方向ST朝向顶部死点(图6和图7中的上侧)伸出，如图5中所示。
如上所述，分别地，波纹密封件50的凸缘54由凸缘保持部32固定， 波纹密封件50的中心部52由活塞40的压力接收表面43固定。在这种情 况下，第一和第二锥形表面55A和55B设置在介于活塞40和气缸30之间 的间隙45中以严密地密封间隙45，所以所述锥形表面55A和55B根据活 塞40的运动被向内或向外折叠。
图6为图4中在0形圏79与阀座73充分接触的阀关闭状态下的部分 P的放大图。换句话说，图6示出了在阀关闭状态下的波纹密封件50。
在当0形圏79与阀座73充分接触的阀关闭状态下，驱动空气AR被 供入阀10中时，波纹密封件50如图7中的双点划线所示的那样改变其形 状。换句话说，波纹密封件50相对于活塞40的接触部略微变化。在本 实施方式中，波纹密封件50的内直径在波纹密封件50与活塞40接触的 位置处被定义为W2 (具体来说，以高度L表示的上端，或者如图7中双 点划线表示的与活塞40接触的波纹密封件50的上端)。
图8为活塞40的剖面图。活塞4O包括具有以角0成锥形的锥形表面 40a的端部。该角0被确定为等于波纹密封件5O的第二锥形角e2。活塞锥 形表面40a设置在活塞40的大约下半部。这是由于上半部不与波纹密封 件50接触因此无需为锥形。
在当0形圏97与阀座73充分接触的阀关闭状态下，当供入驱动空气
AR时，与波纹密封件50接触的活塞40的外周的上接触点的外直径是 Wl。
另一方面，在当0形圏79与阀座73接触的阀关闭状态下，在供入驱 动空气AR时，与活塞40接触的波纹密封件50的上接触点的内直径是 W2。
如图7中所示，在距活塞40的底端距离L的位置处，活塞40的外直 径被定义为W1。距活塞40的底端的距离L1与接触活塞40的波纹密封件 50的接触上限一样高。
在此，在图4中示出的阀关闭状态下，波纹密封件50的W2和活塞 40的W1在长度上相等。
下面说明波纹管式提升阀部分70。
波纹管式提升阀部分70由阀主体71、波纹管75、提升阀元件76、 O 形圏保持架77、 0形圏79等构成。
活塞杆48设置为穿过活塞40的直径中心部并且通过介于活塞杆48 和活塞40之间的O形圏79与活塞40连接。活塞杆48向下延伸至波纹管式 提升阀部分70，并且在阀打开侧，在活塞杆48的一端与提升阀元件76 连接。提升阀元件76根据沿冲程方向ST的活塞40的运动可以沿阀移位 方向移动。波纹管75的一端(图4和图5中的上端)沿轴线AX方向固定 至阀主体70等，波纹管75的另一端固定至提升阀元件76。这样，波纹 管75安装为根据沿阀移位方向的提升阀元件76的运动，以可拉伸的方 式围绕活塞杆48的径向外周。
在提升阀元件76的阀关闭侧(图4和图5中的下侧)，提升阀元件
76与0形圏保持架77固定，从而形成由提升阀元件76和0形圏保持架77 限定的环形0形圏安装部78。 0形圏79设置在0形圏安装部78中，以与 阀主体71的阀座73形成接触。阀主体71设有连接至真空泵5的第一端口 72和连接至真空腔2的气体排放端口2b的第二端口 74。
在真空开/关阀10中，当驱动空气AR未供入空气腔AS中时，活塞 40通过回动弹簧47的推进力定位在底部死点。因此与活塞40连接的提 升阀76通过0形圏79压在阀座73上。结果第一端口72被提升阀元件76 阻断，从而关闭了真空开/关阀10(阀开度VL二0)。
另一方面，当驱动空气AR供入空气腔AS中时，活塞40抵抗回动弹 簧47的推进力沿阀移位方向移动至阀打开侧。因此，提升阀元件76和0 形圏79同时移动至阀打开侧，与阀座73分离。因此，真空开/关阔10打 开(阀开度VLX))，允许第一和第二端口72和74彼此联通。真空开/ 关阀10打开后，真空泵5能够从真空腔2中抽吸过程气体或氮气。
在本实施方式的真空开/关阀10中，当从沿活塞40的缸套方向BR 的截面观察时，波纹密封件50包括相对于轴线AX具有第一锥形角ei的 第一锥形表面55A和具有第二锥形角^2的第二锥形表面55B。
现在，平行于轴线AX的假想线M与第一和第二锥形表面55A和55B 之间的第一和第二锥形角M和02将通过与真空开/关阀1O的波纹密封件 50和传统的真空开/关阀100的波纹密封件150之间的比较在下面进行验
证o
如上所述，在真空开/关闽10中，锥形表面55A相对于轴线AX (假 想线M)的角是第一锥形角W (0<S1<90° )。类似地，第二锥形表面 55B相对于轴线AX (假想线M)的角是第二锥形角M (0<02<^1)。相 应地，在沿轴线AX方向的一定位置处第二锥形表面55B的直径被定义 为第二锥形表面直径D2。此外，在此位置的周向长度被定义为第二锥
形表面周长TlD2。
另一方面，在传统的真空开/关阀100中，波纹密封件150仅仅具有 单锥形表面154。具体地说，单锥形表面154相对于平行于波纹密封件 150的轴线AX的假想线N的角为单锥角印(0<印<90° )(参见图13)。因 此，沿活塞冲程方向在一定位置处单锥形表面154的直径被定义为单锥 形表面Dp。此外，在所述位置处的周向长度被限定为单锥形表面周长 Dp (参见图16)。
在本实施方式的真空开/关阀10中，第一锥形角31被确定为大于单 锥形角印(印<^1),因此第二锥形角M能小于单锥形角印(02<印)。 换句话说，第一锥形角ei、第二锥形角02、以及单锥形角印的关系式表 达为62<印<61 (1)。基于所述关系式(1)，真空开/关阀10的波纹密 封件50被设计为具有相对于轴线AX成第一锥形角ei的第一锥形表面 55A位于更靠近气缸30的内周表面31处，具有相对于轴线AX成第二锥 形角^2的第二锥形表面55B位于更靠近活塞40的外周表面41处。
另一方面，活塞40的锥形表面40a所成的角度与波纹密封件50的第 二锥形表面55B所成的角度相同。在当0形圏79与阀座73充分接触的阀 关闭状态下，在提供驱动空气AR时，波纹密封件50变形或改变其位置， 如图7中双点划线所示。此时，如上所述，在波纹密封件50和活塞40彼 此接触的上限，波纹密封件50的内直径W2等于活塞40的外直径W1。因 此，如图9中所示，当供应驱动空气AR时，波纹密封件50和活塞40彼此 紧密接触，根本不会引起弯曲或打褶。
此后，波纹密封件50与活塞40的接触位置改变。然而，活塞40的 锥形表面40a具有与波纹密封件50的第二锥形表面55B相等的锥形角， 以使波纹密封件50和活塞40仍然继续保持紧密接触关系。
与产生在传统波纹密封件150中的打褶部159相比，这种褶皱不会
再产生于波纹密封件50中，因此在活塞40移动时不会产生应力集中。
因此，即使活塞40反复移动时也能防止出现沿活塞40方向移动的裂缝。
本申请的申请人已反复测试并确定即使与在传统阀中进行的试验同样 多地反复数十次进行试验也不会产生裂缝。
如上面说明的，根据本实施方式，真空开/关阀可以连接在真空容
器2和真空泵5之间，用于通过改变用作阀元件的0形圏79相对于阀座73 的开度来控制真空腔2中的真空压力。所述真空开/关阀10还设置为活塞 40的外周表面和气缸30的内周表面31之间的预定间隙被根据由流体移 动以打开或关闭真空开/关阀10的活塞40的运动而移动的波纹密封件50 严密地密封。波纹密封件50以预定锥形角"形成，活塞40的外周以预 定锥形角W顷斜。当阀元件与阀座73接触时，与活塞40接触的波纹密封 件50的内周直径等于活塞40的外周直径。因此，在真空开/关阀10关闭 的状态下，当驱动空气AR供入气缸30中以向波纹密封件50上施加压力 时，由于波纹密封件50的内直径和活塞40的外直径相等，因此波纹密 封件50不会弯曲或打褶。
传统地，活塞具有直圆柱形。因此，与活塞的端面接触的波纹密 封件的内直径必须大于活塞的外直径。在本实施方式中，活塞的外周 包括锥形表面，因此在阀关闭状态下，波纹密封件的内直径和活塞的 外直径可以确定为彼此相等。
此外，与活塞40接触的波纹密封件50的内周表面的第二锥形角M 等于活塞40的第一锥形角ei。因此，即使当活塞40移动一定距离时， 与活塞40接触的波纹密封件50的内直径等于活塞40的外直径，这样波 纹密封件50不易弯曲或打褶。
申请人已经充分确认，即使波纹密封件5O的第二锥形角02略大于 活塞40的锥形角l只要当作为阀元件的0形圏79与阀座73接触时波纹 密封件50的内直径等于活塞40的外直径，波纹密封件50的耐用性就可
以显著地增强。本申请人还充分认识到，如果波纹密封件50的第二锥
形角62和活塞40的锥形角6被确定为相等则可以进一步增强耐用性。
此外，波纹密封件50形成有第一和第二锥形表面55A和55B，因此 波纹密封件50能保持可以根据真空开/关阀10的开/关运动而拉伸。波纹 密封件50还能防止因波纹密封件50的打褶导致的裂缝而产生的短期损 坏。
此外，在真空开/关阀10中，连接第一和第二锥形表面55A和55B 的弯曲部56设置为比波纹密封件50的中心部沿轴线AX的方向更靠近凸 缘54。因此，波纹密封件50的第二锥形表面55B会山状折叠，但是不会 在弯曲部56折叠。
即使当真空开/关阀10被反复打开和关闭时，第二锥形表面55B也 不会在比波纹密封件50的第一和第二锥形表面55A和55B更易于发生应 力集中的弯曲部56折叠。因此，能够防止第二锥形表面55B在弯曲56处 反复折叠而导致的波纹密封件50损坏(橡胶模压构件51的材料疲劳)。
结果，能够防止波纹密封件50任何在早期的损坏。
在本实施方式的真空开/关阀10中，波纹密封件50装配在将活塞40 与保持作为阀元件的0形圏79的提升阀元件76连接的活塞杆48的外周 上，并且波纹密封件50还形成有用于相对于活塞40定位波纹密封件50 的通孔57。因此，波纹密封件50能够相对于活塞40容易的并精确的定 位。
此外，在真空开/关阀10中，波纹密封件50由橡胶模压构件51制成， 橡胶模压构件51包括橡胶51A和具有沿波纹密封件50的表面51a的特里 科织物质地柔性的基布51B。具体来说，橡胶模压构件51以基布51B通 过夹物模压嵌入橡胶51A中的方式形成。结果，波纹密封件50能够通过
橡胶51A获得气密，并通过基布51B获得抵抗驱动空气AR的压力的强 度。因此，波纹密封件50能够根据活塞40的运动沿活塞40的外周表面 形状自由弯曲或改变形状。
具体来说，在本实施方式的真空开/关阀10中，波纹密封件50的基 布51B是特里科织物。因此在供应驱动空气AR的过程中，当波纹密封 件50的第二锥形表面55B沿活塞40的外周表面41鼓起时，波纹密封件50 易于弯曲成使波纹密封件50本身与活塞40的外周表面41对齐。
在真空开/关阀10中，波纹密封件50和活塞40同轴地设置并且通过 将突起53装配入凹进44中而固定。
因此，能够防止波纹密封件50的中心部52相对于活塞40的压力接 收表面43相对错位。因此，波纹密封件50的第一和第二锥形表面55A和 55B能够根据活塞40的运动沿锥形表面55A和55B的周向方向同等地弯 曲或延伸。结果，活塞40能够适当的移动，使得活塞40的外周表面41 和单作用气缸30的内周表面31之间的间隙45能够被波纹密封件50以适 当的方式严密地密封。
本发明不限于上述(一些)实施方式，而是可以以其他不脱离本 发明的基本特性的具体形式实施。
例如，在上述实施方式中，分别地，活塞40的凹进44环形地设置 在压力接收表面43中，波纹密封件50的突起53环形地设置在中心部52 上。可选地是，只要凹进和突起通过啮合定位，这种凹进和突起可以 以任何其他形式设置。活塞中的凹进和波纹密封件中的突起的位置和 形状可以适当的修改和变更。
此外，在本实施方式的波纹密封件50中，具有相对于假想线M定 义的第一倾斜角W的第一环形锥形表面55A位于锥形起始点54S和弯曲 部56之间。可选地是，当从缸套方向(径向)观察时，波纹密封件的 介于固定部和锥形表面之间的部分在截面上可以形成弧形形状。
权利要求
1. 一种能够连接在真空容器和真空泵之间的真空开/关阀，所述阀包括阀座，所述阀座形成有能够与所述真空容器和所述真空泵中的一个连接的端口；阀元件，所述阀元件能够移动成与所述阀座接触和脱离与所述阀座的接触；活塞，所述活塞能够通过流体移动，以使所述阀元件移动；气缸，所述活塞容纳在所述气缸中；以及波纹密封件，所述波纹密封件被放置为严密地密封所述活塞的外周表面和所述气缸的内周表面之间的预定间隙，并且与所述活塞的运动相关地改变形状；所述真空开/关阀布置为通过改变所述阀元件相对于所述阀座的的开度来控制所述真空容器中的真空压力，其中，所述波纹密封件包括周边表面，该周边表面形成有预定倾斜角且布置成与所述活塞的外周表面接触，所述活塞的外周表面包括形成有预定倾斜角的倾斜表面，所述波纹密封件和所述活塞被设计成使得当所述阀元件与所述阀座接触时，在与所述活塞接触的部分处的所述波纹密封件的周边表面的内直径与接触所述波纹密封件的周边表面的活塞的外直径相等，所述波纹密封件的倾斜角与所述活塞的倾斜角相等，所述波纹密封件的所述周边表面包括第一倾斜表面和第二倾斜表面，所述第一倾斜表面和第二倾斜表面相对于沿在截面上沿所述波纹密封件的中央轴线的所述活塞的冲程方向的轴线具有不同的倾斜角，并且所述波纹密封件的倾斜角是所述第一倾斜表面和第二倾斜表面的倾斜角中较小的一个倾斜角，所述真空开/关阀还包括连接所述阀元件和所述活塞的杆，其中，所述波纹密封件还包括通孔，所述杆穿过所述通孔延伸，以及所述波纹密封件穿过所述通孔装配在所述杆的外周上且被定位在适当的位置。
2. 根据权利要求l所述的真空开/关阀，其中，所述波纹密封件在径向周缘处包括固定部，所述波纹密封件利用 所述固定部固定至所述气缸，所述波纹密封件还包括连接所述第一倾斜表面和第二倾斜表面的 弯曲部，所述弯曲部设置为在所述轴线的方向上比所述波纹密封件的 中心部更靠近所述固定部。
3. 根据权利要求l所述的真空开/关阀，其中，所述波纹密封件由橡胶模压构件制成，所述橡胶模压构件由与橡 胶夹物模压的基布形成，所述基布为沿所述波纹密封件的表面的柔性编织质地。
4. 根据权利要求3所述的真空开/关阀，其中，所述基布的所述质地是特里科织物。
全文摘要
一种可以连接真空腔和真空泵的耐用的真空开/关阀，所述真空开/关阀设置为通过改变作为阀元件的O形圈相对于阀座的开度来控制所述真空腔中的真空压力。活塞的外周表面和气缸的内周表面之间的预定间隙被波纹密封件密封，所述波纹密封件根据通过移动打开或者关闭所述阀的活塞的运动而改变形状。所述波纹密封件包括具有预定倾斜角的倾斜表面，所述活塞的外周包括具有预定倾斜角的倾斜表面，这样，当所述阀元件与所述阀座接触时，与活塞接触的波纹密封件的内直径等于活塞的外直径。
文档编号F16K41/00GK101377255SQ20081021492
公开日2009年3月4日 申请日期2008年8月29日 优先权日2007年8月29日
发明者宫原诚, 梅泽俊祐, 渡边雅之 申请人:喜开理株式会社