JP2005351400A - 真空用ゲート弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 特に大型のワンアクションタイプのゲート弁において、弁板の熱膨張に起因するシール性の低下を防止する真空用ゲート弁を提供する。
【解決手段】 略箱形状に形成された弁箱２９に貫通して形成されたゲート開口部２４に、軸３１がこのゲート開口部２４における流体の流れと直交する方向に移動することにより、軸３１の先端部に取り付けられた弁板３０が、前記ゲート開口部２４に接近あるいは離反する方向に移動し、前記ゲート開口部２４を開放または閉止する真空用ゲート弁２０であって、
弁板３０に、冷却水供給通路５０を形成した冷却用プレート４０を取り付けるとともに、この冷却用プレート４０に冷却水を供給して当該弁板３０を冷却するようにしたことを特徴としている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、大気室と真空室との開口部、または真空室相互間における真空用ゲート弁に関し、詳しくは、いわゆるワンアクションタイプの真空用ゲート弁に関するものである。

シリコンウェハなどの半導体製造、薄膜製造、液晶製造などにおいては、クリーンな環境下、高い真空中で、イオンプレーティング、プラズマエッチングなどのワークの加工、処理などが行われているが、近年，これら被処理体は次第に大型化されている。

ところで、真空用ゲート弁は、ワンアクションタイプとツーアクションタイプとに大別することができる。
すなわち、ワンアクションタイプの真空用ゲート弁は、弁板が直線的に移動する単一方向の移動によりゲート開口部を封止する構造を有するもので、これに対して、ツーアクションタイプのゲート弁は、弁板が直線的に移動した後に、この動きと直角な方向に移動方向を変えて移動することにより、ゲート開口部を封止する構造を有している。

上記ワンアクションタイプのゲート弁は、ゲート開口部の開閉時にシール部材が他部材と摺動する動きがないので、ツーアクションタイプのゲート弁に比べてパーティクルなどを発生させる虞が少なく、しかも構造が比較的簡単であるという利点を有している（特許文献１）。
特公平６−５０１４８号公報

ところで、このような真空用ゲート弁が、片側がプロセスチャンバあるいはトランスファーチャンバの開口部を封止する場合、弁板は常時真空環境下でプロセス側から輻射による熱を受けることが多い。この場合、チャンバに固定されている弁箱（シール座面を含む）は大気に晒されており、またプロセス側からの輻射熱が大きい場合は、冷却パイプを取り回して強制的に冷却していることもあってあまり温度上昇は生じない。

しかしながら、上述したように、弁箱と弁板は常時接触しているわけではないので、弁板は当然輻射によって加熱され、いくら弁箱が冷却されたとしても熱の逃げ場がほとんどない。そのため、弁箱と弁板との間には温度差が生じることになる。

この温度差が大きくなると、特に、ワンアクションタイプのゲート弁におけるシール構造では、後述するように弁板の熱膨張によって、シール面がシール座面から離れてしまうことになり、シール性が低下するという問題があった。

すなわち、図６は、従来のワンアクションタイプのゲート弁を分解して示したもので、図７は、図６に示した弁板を反対側から見たときの斜視図である。
図６および図７に示したように、弁板５は、幅細の先端部５ａと幅太の基端部５ｂとから、横方向に長く形成され、さらに断面略Ｌ字状に形成され、弁板５の外周端面に上下に拡開した状態でシール部材１３が装着されている。そして、弁板５は、弁箱２、ボンネットフランジ部材４およびサイドプレート３間に組み込まれた状態で、上下方向に移動され、この動きに伴ってゲート開口部９ａ、９ｂが封止または開放される。

このような構造のゲート弁１において、弁箱２は、大気に晒された状態に配置されたり
、または図示しない冷却手段で冷却されたりするため、弁箱２はそれほど高温になることはない。しかしながら、弁板５は、上記したように輻射熱により高温になることがある。

このように、弁板５が高温になると、弁板は幅細の先端部５ａ側のシール面１３ａが弁箱２に形成されたシール座面１７を押圧する方向へ、幅太の基端部５ｂ側のシール座面１３ｂが弁箱２に形成されたシール座面１６から離間する方向へ熱膨張を起こす。特に図７の矢印Ａで示す、弁板５の両端部の外側方向への膨張が、結果的に弁板５の端部領域Ｓ，Ｓで、相対する弁箱２のシール座面１６の端部領域Ｔ，Ｔから離反する方向への膨張につながり、端部領域Ｓと端部領域Ｔとの間で充分なシール面圧が得られなくなる。

このような熱膨張によるシール面とシール座面との離反が生じると、シール性能が低下してしまう。
なお、ゲート弁１が大型化すると、それに伴い弁板５の膨張する大きさも大きくなるので、シール性が低下するという問題がさらに増大する。また、弁板５の形状が、長方形よりも正方形に近いほど、端部領域Ｓのテーパ−部分の割合が増えるため、シール性能の低下が顕著になる。

特に、今日の必要に応じて、開口が６００ｍｍ以上もある大型のゲート弁の場合には、弁板自体が大きいことから膨張する長さもそれに伴って増大する。したがって、弁板に形成されたシール面が弁箱に形成されたシール座面から離反してしまうという現象が顕著になる。

そのため、弁板の内部に冷却水の循環経路を設けて冷却水を長い、弁板を冷却する方法が考えられたが、製造には大変手間がかかると共に、コスト高の要因になってしまうという問題があった。

さらに、大型のゲート弁は、装置の軽量化を目的にアルミニウムを用いて製造されることが多く、水に対する腐食性に問題のある材料であるため、冷却水の通路孔を施した後に、さらに水に対する腐食のない金属製のパイプを組み付ける必要もあり、さらなる手間とコスト高の要因となり、問題となっていた。

本発明はこのような従来の問題に鑑み、特に大型のワンアクションタイプの真空用ゲート弁において、弁板の熱膨張に起因するシール性の低下を防止することのできる真空用ゲート弁を提供することを目的としている。

上記目的を達成するための本発明は、
略箱形状に形成された弁箱に貫通して形成されたゲート開口部を、軸が横断する方向に直線移動することにより、前記軸の先端部に取り付けられた弁板が、前記ゲート開口部に接近あるいは離反する方向に移動し、前記ゲート開口部を開放または閉止する真空用ゲート弁であって、
前記弁板に、冷却水供給通路を形成した冷却用プレートを取り付けるとともに、この冷却用プレートに冷却水を供給して当該弁板を冷却するようにしたことを特徴としている。

このような構成の本発明によれば、冷却水の供給により弁板の膨張を抑えることができるので、弁板の膨張に起因するシール面とシール座面のとの離間によるシール性能の低下を可及的に防止することができる。

ここで、本発明は、前記冷却水供給通路は、前記弁板の移動を案内する軸の内部に形成された通路に連通されていることが好ましい。
このような構成であれば、ゲート弁の構造を複雑にしなくても、簡単な構成で冷却水を供給することができる。

本発明に係る真空用ゲート弁によれば、高温になりやすい弁板を冷却水の循環により積極的に冷却するので、弁板の熱膨張を抑えることができる。これにより、シール面とシール座面との離間に起因するシール性の低下を可及的に防止することができる。

特に、大型の真空用ゲート弁あるいは弁板の形状が正方形に近いような場合は、両端部のシール領域のテーパー面の長さが長くなったり、あるいはそのテーパ−面の割合が大きくなることになるが、そのような場合に、シール性能の低下を効果的に防止することができる。

また、弁板の移動を案内する軸を冷却水の供給に利用することにより、コンパクトな構造で弁板を冷却することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。
図１および図２は、本発明の一実施例に係る真空用ゲート弁を示したもので、図３は図１および図２に示した真空用ゲート弁に採用されたシール部材を示したものである。

真空用ゲート弁２０は、略箱形状の弁箱２９と、この弁箱２９内に収容され、幅方向に長い長形の弁板３０と、弁箱２９の下端開口を覆うボンネットフランジ部材２６とを有しており、弁箱２９の一方の長側壁に形成された開口には、サイドプレート４１が嵌合されている。このサイドプレート４１を含む一対の長側壁には、略矩形状のゲート開口部２４が貫通して形成されている。このような真空用ゲート弁２０において、弁板３０が上下方向に移動されることにより、ゲート開口部２４が閉または開とされる。

弁箱２９内は、略矩形状のゲート開口部２４を挟んで、上方シール座面２７と下方シール座面２８とが、それぞれ連続して形成されている。そして、このシール座面２７，２８に閉環状のシール部材１３がそれぞれ当接することにより、ゲート開口部２４が封止されるようになっている。

弁箱２９内に上下方向に移動可能に装着された弁板３０は、幅細の先端部３０ａと幅太の基端部３０ｂとから、横方向に長く形成され、さらに断面略Ｌ字状に形成されている。そして、このような弁板３０には、図３に示したように、両端部の水平部から、両側に押し開いたような環形状に形成されたシール部材１３が装着されている。なお、このシール部材１３は、フッ素ゴム等の弾性体から形成されていることが好ましい。

一方、本実施例では、上記した弁板３０の下面に、この弁板３０と略同様の大きさを備えた冷却用プレート４０がネジあるいは溶接などの適宜な連結手段により一体的に取り付けられている。

上記冷却用プレート４０は、耐食性に優れ、熱が伝わりやすい金属が好ましく、特にステンレスが好適で、図４に示したように、長さ方向に通路孔が形成され、この孔により、冷却水を循環する冷却水供給通路５０が形成されている。なお、この冷却水供給通路５０は、不要となる端部開口は溶接あるいは止め栓などにより封止されている。また、冷却水供給通路５０は、入口ポート５０ａと出口ポート５０ｂとを有しており、入口ポート５０ａを介して外部から導入された冷却水が冷却水供給通路５０内に案内された後、出口ポート５０ｂから排出されている。

そして、本実施例では、入口ポート５０ａ，出口ポート５０ｂには、冷却水を循環するための回路が接続され、この回路から供給されてくる冷却水により、これに当接する弁板３０が冷却される構造になっている。

なお、冷却用プレート４０内に冷却水を供給するための構造として、弁板３０の上下動を案内する軸３１を利用することができる。すなわち、例えば、軸３１を中空に形成し、この軸３１内に冷却水を循環させれば良い。

このような冷却機構により、エアシリンダの軸シール部に利用されるグリースが熱により飛散するのを防止することができ、よりクリーンな環境を保持することができる。
したがって、本実施例では、弁箱２９内において、弁板３０が輻射熱により高温に加熱されたとしても、この冷却用プレート４０内に冷却水が取り入れられることにより、この冷却水が弁板３０の熱を奪いながら循環されることにより、弁板３０を冷却することができる。よって、この弁板３０の熱膨張を効果的に防止することができる。

このように、本実施例では、これまで積極的に冷却することのなかった弁板３０が常に冷却水の循環により冷却される。したがって、弁板３０が輻射熱により高温になるようなことがあるとしても、確実に冷却することができ、これにより、弁板３０の膨張を防止することができる。したがって、シール面とシール座面との離間が生じることはない。よって、仮に弁板３０が輻射熱により、高温に加熱されるようなことがあるとしても、弁板３０を冷却することにより、確実なシール性を確保することができる。

以上，本発明の一実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に何ら限定されない。
例えば、上記実施例では、冷却用プレート４０と弁板３０との接触面は、平坦な面で互いに接触するようにしているが、冷却用プレート４０と弁板３０とを波形の嵌合面で接触させれば、互いの接触面積が増大されるので、放熱効果を向上させることができる。これにより、弁板３０を一層効果的に冷却することができる。また、冷却用プレート４０と弁板３０との接触面に、より柔軟な金属、例えば，アルミニウム、銅板などの薄板を介在させれば、冷却用プレート４０と弁板３０との金属同士のなじみ性を向上させることができる。更に、冷却プレートの接触面の面租度を通常の切削面よりも向上させたり、メッキなどの表面処理を施すことで接触面積を向上させるとより大きな冷却効果を発揮する。

また、上記実施例では、冷却用プレート４０に冷却水を供給するのに、弁板３０の上下動を案内する軸３１を利用しているが、これに代え、図５（Ａ），（Ｂ）に示すような構造を採用することができる。

この実施例の真空用ゲート弁６０では、冷却プレート用４０が、図５（Ａ），（Ｂ）において左右方向に移動する弁板６２に設置され、この弁板６２が一対のエアシリンダ６４、６４の駆動力により移動する。

すなわち、弁板６２の上下端部には、ガイドローラ６８が設置され、このガイドローラ６８がガイドレール７０に沿って案内される。これにより、図５（Ａ）に示したようにゲート開口部２４が開、あるいは、図５（Ｂ）に示したように閉とされる。

そして、本実施例では、弁板６２を冷却するために、エアシリンダ６４の内部の空間を利用してパイプなどで冷却水が供給される構造になっている。
このような構造であっても、上記実施例と同様の作用効果を奏することができる。

図１は、本発明の一実施例による真空用ゲート弁の分解斜視図である。 図２は、図１に示した真空用ゲート弁の断面図である。 図３は、図１の真空用ゲート弁に使用されたシール部材の斜視図である。 図４は、冷却用プレートに冷却水を流す構造を示した断面図である。 図５は、エアシリンダで弁板を移動させる本発明の他の実施例を示すもので、図５（Ａ）はゲート開口部が開の状態、図５（Ｂ）は閉の状態を示している。 図６は、従来の真空用ゲート弁の分解斜視図である。 図７は、図６に示した従来の真空用ゲート弁の弁板の斜視図である。

符号の説明

１ ゲート弁
２ 弁箱
３ サイドプレート
５ 弁板
９ ゲート開口部
１３ シール部材
１６，１７ シール座面
２０ 真空用ゲート弁
２４ ゲート開口部
２６ ボンネットフランジ部材
２７ 上方シール座面
２８ 下方シール座面
２９ 弁箱
３０ 弁板
３１ 軸
４０ 冷却用プレート
４１ サイドプレート
５０ 冷却水供給通路
６０ 真空用ゲート弁
６４ エアシリンダ

Claims (2)

1. 略箱形状に形成された弁箱に貫通して形成されたゲート開口部を、軸が横断する方向に直線移動することにより、前記軸の先端部に取り付けられた弁板が、前記ゲート開口部に接近あるいは離反する方向に移動し、前記ゲート開口部を開放または閉止する真空用ゲート弁であって、
   前記弁板に、冷却水供給通路を形成した冷却用プレートを取り付けるとともに、この冷却用プレートに冷却水を供給して当該弁板を冷却するようにしたことを特徴とする真空用ゲート弁。
2. 前記冷却水供給通路は、前記弁板の移動を案内する前記軸の内部に形成された通路に連通されていることを特徴とする請求項１に記載の真空用ゲート弁。

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