JP2002361067A

JP2002361067A - 高圧容器装置

Info

Publication number: JP2002361067A
Application number: JP2001167347A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Uehara; 一浩上原; Takeo Nishimoto; 武雄西本
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2001-06-01
Filing date: 2001-06-01
Publication date: 2002-12-17

Abstract

(57)【要約】【課題】簡便な方法により処理室への試料の取り入
れ、取り出しが可能で、密閉性が確実で、且つ、蓋の開
閉に伴い発生する粉塵が処理室内へ進入しないようにし
た高圧容器装置を提供すること。【解決手段】少なくとも軸方向一端が開口部４とされ
且つ内部に処理室５を有した筒状の高圧容器部６と、前
記開口部４を開閉自在に閉塞する蓋部７と、前記容器部
６と蓋部７とのシールを行うシール部８とを具備した高
圧容器装置において、前記シール部８から発生する粉塵
を前記処理室５へ侵入させない防塵手段９を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱間等方圧プレス
処理、高圧ガス酸化（または窒化）処理、超臨界ガスま
たは液化ガス抽出装置等に使用される高圧容器装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】これまでの加圧処理装置では、蓋の開閉
操作を簡便にするため、例えば、特開平３−１３５４０
２号公報、特開平８−１４１３０７号公報に示すような
蓋開閉部のシール構造が用いられてきた。このシール構
造は、所謂「軸シール構造」といわれ、内部に処理室を
有する中空円筒状高圧容器の開口部を密閉する蓋に、雄
円筒面を形成し、該蓋の円筒面外周にＯリング等を装着
して、高圧容器処理室の密閉を図るものであった。

【０００３】しかし、前記軸シール構造では、Ｏリング
を装着した嵌め合い部に、蓋の開閉に伴う軸合わせのた
めのガイド機能を付与するため、蓋の開閉時に、Ｏリン
グ摺動に伴うＯリングの摩耗カスが発生し、該カスが粉
塵となって処理室内へ侵入するという問題があった。前
記従来の軸シール構造を有した高圧容器を、例えば、特
開平９−２３２２７１号公報に記載のような半導体ウエ
ハの洗浄装置に用いた場合、前記粉塵が極めて悪影響を
及ぼすことになる。

【０００４】即ち、シリコンウエハなどの半導体処理に
おいては、処理過程において、パーテイクルと呼称され
る１ミクロン以下の大きさの粉塵類の処理品への付着
が、ウエハ面に形成された電子回路パターンの健全性を
損なうことから、このような粉塵類が発生しない若しく
は発生しにくい構造の装置が必要となる。そこで、前記
軸シール構造の欠点を改良したものとして、例えば、特
開平９−３０３５５７号公報や特開平１１−３０３９９
８号公報に記載のものが提案されている。

【０００５】この従来のものは、シール装置に「リング
（環状）部材」を用いて、所謂「面シール構造」を採用
することにより、前記従来の「軸シール構造」の欠点を
解消しようとするものであった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記特開平９−３０３
５５７号公報や特開平１１−３０３９９８号公報に記載
のものは、「面シール構造」を採用しているが、依然と
して「軸シール構造」が処理室内面に当接するように設
けられているため、軸シール部で発生する粉塵が処理室
内へ侵入するおそれがあり、より高レベルで処理室内へ
の粉塵侵入防止を図ることが困難であった。そこで、本
発明の目的とするところは、簡便な方法により処理室へ
の試料の取り入れ、取り出しが可能で、密閉性が確実
で、且つ、蓋の開閉に伴い発生する粉塵が処理室内へ進
入しないようにした高圧容器装置を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、次の手段を講じた。即ち、本発明の特徴
とするところは、少なくとも軸方向一端が開口部とされ
且つ内部に処理室を有した筒状の高圧容器部と、前記開
口部を開閉自在に閉塞する蓋部と、前記容器部と蓋部と
のシールを行うシール部とを具備した高圧容器装置にお
いて、前記シール部材から発生する粉塵を前記処理室へ
侵入させない防塵手段を有する点にある。より具体的に
は、前記容器部と蓋部は、前記処理室の径外方域におい
て軸方向に当接する当接部を有し、前記防塵手段は、前
記当接部の何れか一方に前記処理室を囲むように設けら
れた凹部を有し、前記凹部に軸方向移動可能に移動部材
が収納され、前記シール部は、前記移動部材の外周面と
前記凹部の内周面との間をシールする軸シール部材と、
前記移動部材の軸方向端面と前記他方の当接部との間を
シールする面シール部材とからなるのが好ましい。

【０００８】このような構成により、軸シール部材から
発生する粉塵は、凹部内に留まり、処理室内へ進入する
のが防止される。前記面シール部材よりも軸シール部材
の径の方を大きくすることにより、シールが確実にな
る。また、シールをより確実に行うために、前記凹部の
底面と環状部材との間に、前記処理室に充填されるプロ
セス流体を透過可能とするスペーサを介在するのが好ま
しい。このようなスペーサを介在することにより、面シ
ール部材の圧接をより確実にする。

【０００９】更に、前記防塵手段は、前記処理室と前記
シール部とを隔離すると共に、前記処理室に充填される
プロセス流体は透過可能とするが、前記粉塵は透過不能
とする隔離部を有する構成とすることができる。この構
成によれば、加圧処理中に処理室にプロセス流体を流す
ことにより、粉塵は、処理室に侵入するのが防止され
る。前記隔離部は、前記処理室を前記シール部が存する
側と反シール部側とに二分するプレートを有し、該プレ
ートの外周面と処理室内面との間に前記プロセス流体は
透過可能とするが前記粉塵は透過不能とするラビリンス
シールが設けられ、前記処理室からラビリンスシールを
通過してきたプロセス流体を外部に排出する排出通路が
設けられているのが好ましい。

【００１０】前記プレートは、前記蓋部の内面に当接し
て設けられ、前記プレートと蓋部との当接部に前記排出
通路が設けられているのが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき説明する。図１に示すものは、熱間等方圧プレ
ス処理（以下、「ＨＩＰ処理」という）に用いられる装
置であり、このＨＩＰ装置は、高圧容器装置１と、この
高圧容器装置１の内圧を担持するための窓枠状フレーム
装置２とを有する。この窓枠状フレーム装置２の開口３
内に、前記高圧容器装置１が出入り自在とされている。
前記高圧容器装置１は、少なくとも軸方向一端が開口部
４とされ且つ内部に処理室５を有した筒状の高圧容器部
６と、前記開口部４を開閉自在に閉塞する蓋部７と、前
記容器部６と蓋部７とのシールを行うシール部８と、該
シール部８から発生する粉塵を前記処理室５へ侵入させ
ない防塵手段９とを有する。

【００１２】この実施の形態では、前記高圧容器部６
は、軸方向の両端が開口部４とされ、円筒断面に形成さ
れている。即ち、開口部４は、上開口部４ａと下開口部
４ｂとからなる。そして高圧容器部６の両端面は、軸心
に直角な平坦面に形成されている。前記蓋部７は、前記
上開口部４ａを開閉自在に施蓋する上蓋部７ａと、下開
口部４ｂを開閉自在に施蓋する下蓋部７ｂとからなる。
上蓋部７ａの上面と下蓋部７ｂの下面が、前記窓枠状フ
レーム装置２の開口３の上下内面に当接可能とされてい
る。

【００１３】前記上蓋部７ａの下面には、上開口部４ａ
の内面に嵌合する突出部１０が段状に形成され、該突出
部１０と上開口部４ａ内面との間に軸シール構造のＯリ
ング等からなるシール部材１１が介在されている。この
上蓋部７ａは、上開口部４ａを常時閉じており、通常は
開閉操作されることはないので、前記シール部材１１か
ら摩耗カスが発生することはない。この上蓋部７ａに
は、処理室５内へプロセス流体を供給するためのガス通
路１２が形成されている。前記下蓋部７ｂの上面には、
被処理物載置台１３が設けられ、該載置台１３上に被処
理物１４が載置される。そして、処理室５内には、前記
被処理物１４を囲うように加熱装置１５と断熱装置１６
が設けられている。

【００１４】前記高圧容器装置１を窓枠状フレーム装置
２の開口３から取り出して、高圧容器部６と下蓋部７ｂ
とを軸方向（上下方向）に相対移動させることにより、
被処理物１４を取り出し可能としている。図２に示すよ
うに、前記下蓋部７ｂは、上下面が平行な平坦面とされ
た円盤状に形成され、該上面が高圧容器部６の下端面に
面当接している。即ち、高圧容器部６と下蓋部７ｂは、
処理室５の径外方域において軸方向に当接する当接部１
７を有する。

【００１５】前記下蓋部７ｂの当接部１７に、前記処理
室５を囲むように環状の凹部１８が設けられている。こ
の凹部１８は、前記高圧容器部６の軸心と同心のリング
状に形成され、上方に向かって開口している。前記凹部
１８に軸方向移動可能に移動部材１９が収納されてい
る。この移動部材１９は円環状に形成され、移動部材１
９に前記シール部８が設けられている。このシール部８
は、移動部材１９の外周面と環状凹部１８の内周面間を
シールする軸シール部材２０と、移動部材１９の上面と
高圧容器部６の下端面の当接部１７間をシールする面シ
ール部材２１とから成る。

【００１６】即ち、移動部材１９の外周面にシール部材
嵌合溝２２が凹設され、該嵌合溝２２にＯリングなどか
らなる軸シール部材２０が嵌合されている。また、移動
部材１９の上面にシール部材嵌合用溝２３が凹設され、
該嵌合溝２３にＯリング等からなる面シール部材２１が
嵌合されている。そして前記面シール部材２１の直径Ｄ
ｆよりも、軸シール部材２０の直径Ｄｓの方が大きくさ
れている。前記構成の本発明の実施の実施の形態によれ
ば、被処理物１４を収納した高圧容器装置１をフレーム
装置２の開口３内にセットし、ガス通路１２からプロセ
ス流体を供給して加圧処理するとき、高圧容器部６の処
理室５内の圧力が高くなるにつれて上蓋部７ａと下蓋部
７ｂに作用する容器軸方向荷重が増大し、結果として窓
枠状フレーム装置２は上下方向に伸びる。

【００１７】その結果、高圧容器装置１から見ると、窓
枠状フレーム装置２の伸びに相当する分だけ、上蓋部７
ａは上方へ、下蓋部７ｂは下方へ移動することになる。
このとき、図３に示すように、高圧容器部６の下端面の
当接部１７と、下蓋部７ｂの上面の当接部１７との間に
隙間が生じるが、本発明によれば、移動部材１９が軸方
向に移動可能であるので、処理室５内の圧力が移動部材
１９の下端面に作用し、移動部材１９を上方に移動さ
せ、上面の面シール部材２１は常に高圧容器部６下端面
の当接部１７に圧接することになり、シールが確保され
る。

【００１８】即ち、高圧容器部６の内部に高圧力が発生
した場合、軸シール部材２０には、その外径Ｄｓに応じ
た上向きの押し上げ力が作用する。一方、面シール部材
２１については、その外径Ｄｆに応じた下向きの押し付
け力が作用することになるが、Ｄｓ＞Ｄｆの関係にある
ため、常に上向きの押し上げ力が大きくなる。具体的に
は、移動部材１９には、高圧容器部６の内部の圧力が外
部よりＰ（ＭＰａ）だけ高くなっていると仮定すると、
軸シール部材２０の外径Ｄｓと面シール部材２３の外径
Ｄｆとに相当する受圧断面積の差、即ち、Ｐ×π（Ｄｓ
²−Ｄｆ²）／４の荷重が常に上向きに作用することにな
り、この上向きの力が移動部材１９を押し上げ、面シー
ル部材２１を常に高圧容器部６の当接部１７に密着させ
ることになる。

【００１９】而して、下蓋部７ｂの開閉操作時及び加圧
処理中において、軸シール部材２０は上下方向の動きで
若干の摩耗カスを発生させるが、この軸シール部材２０
は、処理室５の径外方域に形成された環状の凹部１８内
に設けられているため、摩耗カスが、処理室内へ侵入す
るおそれは極めて少なくなる。なお面シール部材２１
は、下蓋部７ｂの開閉操作時及び加圧処理中において、
摺動することがないので、摩耗カスの発生は生じない。
従って、前記環状の凹部１８が本発明の防塵手段９を構
成していることになる。

【００２０】なお、上蓋部７ａは通常開閉操作しないの
で、摩耗カスの発生は殆ど生じないが、加圧処理中に相
対移動しないように高圧容器部６に固定してもよく、ま
たは、下蓋部７ｂと同じシール構造を採用することも可
能である。また、シール部材１１，２０，２１はＯリン
グに限定されものではない。図４に示すものは、本発明
の他の実施の形態であり、前記凹部１８の底面と移動部
材１９の下面との間に、前記処理室５に充填されるプロ
セス流体を透過可能とするスペーサ２４を介在させたも
のである。このスペーサ２４は具体的には、弾性体から
構成されている。このスペーサ２４により、処理室５内
の内圧が移動部材１９の下面に作用し易くなり、押し上
げ力が確実に作用することになる。

【００２１】また、このスペーサ１９を弾性部材から構
成すれば、移動部材１９が移動しても、凹部１８底面と
移動部材１９下面の間を塞いでいるので、軸シール部材
２２の摩耗カスの凹部１８からの漏れ出しが防止され、
防塵効果を高めることになる。図５に示すものは、本発
明の他の実施の形態であり、環状の凹部１８の内周側壁
部が取り除かれたものである。このような単なる凹部で
あっても防塵手段９として機能する。

【００２２】この場合、移動部材１９は、円環状に限ら
ず円盤状であってもよい。しかし、円盤状の場合は、移
動部材１９の下面側に内圧が作用するように、該移動部
材１９に上下方向に貫通する連通孔を設ける必要があ
る。図６に示すものは、本発明の他の実施の形態であ
り、高圧容器部６の下面の当接部１７に環状の凹部１８
が形成され、該凹部１８に移動部材１９が上下方向移動
可能に収納されている。この移動部材１９の下方への抜
け出しを防止するストッパー２５が設けられている。

【００２３】図７に示すものは、本発明の他の実施の形
態であり、上蓋部７ａと下蓋部７ｂのシール部８が共に
軸シール構造とされ、そして、前記防塵手段９が、前記
処理室５と下蓋部７ｂのシール部８とを隔離すると共
に、前記処理室５に充填されるプロセス流体は透過可能
とするが、前記粉塵は透過不能とする隔離部２６により
構成されている。即ち、下蓋部７ｂの上面に、処理室５
内面に嵌合する突出部２７が段状に形成され、該突出部
２７にＯリング等からなる軸シール部８が嵌合されてい
る。この下蓋部７ｂに、処理室５内のプロセス流体を外
部に排出する排出孔２８が形成されている。排出孔２８
の一端は、前記突出部２７の上面で軸心部に開口してい
る。の図８，９に示すように、前記隔離部２６は、前記
処理室５を前記シール部８が存する側と反シール部側と
に二分する円盤状のプレート２９により構成されてい
る。該プレート２９は、下蓋部７ｂの上面に当接して設
けられている。図示省略しているが、このプレート２９
の上面に被処理物が載置される。

【００２４】該プレート２９の外周面と処理室５内面と
の間に前記プロセス流体は透過可能とするが前記粉塵は
透過不能とするラビリンスシール３０が設けられてい
る。即ち、円盤状プレート２９の外周面に周溝が軸方向
に複数個設けられ、ラビリンスシール３０を構成してい
る。前記プレート２９の下面と下蓋部７ｂ上面の間に、
前記処理室５からラビリンスシール３０を通過してきた
プロセス流体を外部に排出する排出通路３１が設けられ
ている。この実施の形態では、プレート２９下面に形成
された放射状の溝によって排出通路３１が形成され、該
排出通路３１と、前記下蓋部７ｂに形成された排出孔２
８とが連通している。

【００２５】図１０〜１２に基づき、前記実施の形態の
作用を説明する。プレートの上面に被処理物を載置し
（図示省略）、下蓋部７ｂを上昇させて高圧容器部６の
下開口部４ｂに嵌合する。下蓋部７ｂが嵌合されると
き、軸シール部８が高圧容器部６の下開口部４ｂ内面を
摺動するため、摺動に伴うシール部８の摩耗カスが粉塵
（パーテイクル）３２となる。この粉塵３２は、プレー
ト２９のラビリンスシール３０やプレート２９下面の排
出通路３１にトラップされる（図１１参照）。

【００２６】下蓋部７ｂが完全に高圧容器部６に嵌合さ
れた後、高圧容器装置１は窓枠状フレーム装置２の開口
３内に収納され、ガス通路１２から処理室５内にプロセ
ス流体（高温高圧の流体、例えば、超臨界状態の二酸化
炭素）が供給される。高圧容器部６の処理室５内がほぼ
プロセス流体で満たされた後、ガス通路１２からプロセ
ス流体が流入し続けるのと同時に、下蓋部７ｂの排出孔
２８からプロセス流体が排出され、超臨界処理が進行す
る。前記処理において、下蓋部７ｂの装着の際に発生
し、プレート２９のラビリンスシール３０やプレート２
９下面の排出通路３１にトラップした粉塵３２は、プロ
セス流体の排出に伴って、高圧容器部６の外部に排出さ
れ、処理室５内へ侵入するおそれがない（図１２参
照）。

【００２７】尚、本発明は、前記実施の形態に示すもの
に限定されるものではなく、例えば、軸シール部材は孔
側に設けてもよく、面シール部材は当接部側に設けても
よく、また、排出通路は下蓋部の上面に形成してもよ
い。また、本発明は、ＣＩＰ装置等にも適用できるもの
である。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、簡便な方法により処理
室への試料の取り入れ、取り出しが可能で、密閉性が確
実で、且つ、蓋の開閉に伴い発生する粉塵が処理室内へ
進入しないようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施の形態を示すＨＩＰ装置
の断面図である。

【図２】図２は、図１の要部拡大断面図である。

【図３】図３は、図２に示す実施の形態の作用説明図で
ある。

【図４】図４は、他の実施の形態を示す要部拡大断面図
である。

【図５】図５は、他の実施の形態を示す要部拡大断面図
である。

【図６】図６は、他の実施の形態を示す要部拡大断面図
である。

【図７】図７は、本発明の実施の形態を示す超臨界流出
装置の断面図である。

【図８】図８は、図７の要部拡大断面図である。

【図９】図９は、図８のＡ−Ａ線断面図である。

【図１０】図１０は、下蓋部を嵌合する前の状態を説明
する断面図である。

【図１１】図１１は、下蓋部を嵌合する状態を示す断面
図である。

【図１２】図１２は、処理中の状態を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

４開口部５処理室６高圧容器部７蓋部８シール部９防塵手段１７当接部１８凹部１９移動部材２０軸シール部材２１面シール部材２４スペーサ２６隔離部２９プレート３０ラビリンスシール３１排出通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ１６Ｊ 12/00 Ｆ１６Ｊ 12/00 ＺＦターム(参考） 3J046 AA07 BA01 BA07 BC16 BC20 DA04 4E090 AA07 DA01 HA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも軸方向一端が開口部とされ且
つ内部に処理室を有した筒状の高圧容器部と、前記開口
部を開閉自在に閉塞する蓋部と、前記容器部と蓋部との
シールを行うシール部とを具備した高圧容器装置におい
て、前記シール部から発生する粉塵を前記処理室へ侵入させ
ない防塵手段を有することを特徴とする高圧容器装置。
【請求項２】前記容器部と蓋部は、前記処理室の径外
方域において軸方向に当接する当接部を有し、前記防塵手段は、前記当接部の何れか一方に前記処理室
を囲むように設けられた凹部を有し、前記凹部に軸方向移動可能に移動部材が収納され、前記シール部は、前記移動部材の外周面と前記凹部の内
周面との間をシールする軸シール部材と、前記移動部材
の軸方向端面と前記他方の当接部との間をシールする面
シール部材とからなることを特徴とする請求項１記載の
高圧容器装置。
【請求項３】前記面シール部材よりも軸シール部材の
径の方が大きいことを特徴とする請求項２記載の高圧容
器装置。
【請求項４】前記凹部の底面と移動部材との間に、前
記処理室に充填されるプロセス流体を透過可能とするス
ペーサが介在されていることを特徴とする請求項２又は
３記載の高圧容器装置。
【請求項５】前記防塵手段は、前記処理室と前記シー
ル部とを隔離すると共に、前記処理室に充填されるプロ
セス流体は透過可能とするが、前記粉塵は透過不能とす
る隔離部を有することを特徴とする請求項１記載の高圧
容器装置。
【請求項６】前記隔離部は、前記処理室を前記シール
部が存する側と反シール部側とに二分するプレートを有
し、該プレートの外周面と処理室内面との間に前記プロ
セス流体は透過可能とするが前記粉塵は透過不能とする
ラビリンスシールが設けられ、前記処理室からラビリン
スシールを通過してきたプロセス流体を外部に排出する
排出通路が設けられていることを特徴とする請求項５記
載の高圧容器装置。
【請求項７】前記プレートは、前記蓋部の内面に当接
して設けられ、前記プレートと蓋部との当接部に前記排
出通路が設けられていることを特徴とする請求項６記載
の高圧容器装置。