JP2008202644A - 逆止弁及び真空ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な構造を必要とせず且つ反応速度が速い逆止弁を提供する。
【解決手段】逆止弁１は、弁体１０と、流入口１１と流出口１２とをもちそれらの間に弁体１０を収納する弁室とを備える。この弁室は、弁体１０を収納する収納部と、正方向に流れ込む流体のみを流出させる迂回流路１４とを有する。弁体１０は、底部１０ｂ及び湾曲部１０ａのように、少なくとも中央部分で湾曲した板状の形状をもつ。上述の収納部は、弁体１０を正方向（ここでは下方向）に流れ込む流体の流入側を凸側にした状態で、流れの正逆方向に、上側移動制限部１５と下側移動制限部１３の双方の内壁によって所定範囲（所定の上下可動距離）だけ移動可能に、弁体１０を収納する。
【選択図】図１

Description

本発明は、逆止弁、及びその逆止弁を備えた真空ポンプ装置に関する。

従来から、配管内や機器内部の流路において、流体を一方向のみに流し逆流を防止する
ために逆止弁が配設されている。例えば、半導体製造装置はウエハの処理室と真空ポンプとが配管で接続されてなるが、真空ポンプが故障や異常、或いは停電などにより意図せず停止してしまった場合に、処理中のウエハが欠陥品となってしまう。このような真空ポンプ停止が生じた場合でも、処理室内の真空を保ちウエハを保護するために逆止弁が配管に組み込まれている。

特許文献１には、半導体製造装置において、真空排気中に開閉バルブを閉じた際の排気管中のダストの処理室側へ流れ込みを防止する技術が開示されている。この半導体製造装置は、ウエハの処理室と、処理室に排気管を介して接続された真空ポンプと、排気管に設けられた開閉バルブとを備え、処理室と開閉バルブとの間の排気管内に逆止弁が設けられている。この逆止弁は、複数のバーを、処理室側から開閉バルブ側に向けて一定の勾配を有した状態でかつ放射状に形成することにより構成されるものであり、また前記バーは開閉バルブが閉じられた際に開閉バルブ側に向けて気体（パージ流体）を吹出すように構成される。

また、特許文献２には、真空ポンプのオイル逆流防止装置において、ポンプ室に通ずる吸気通路に吸気用逆止弁を介して吸入口を設け、その逆止弁とポンプ室との間の吸気通路にポンプ室内の回転子と電気的に連動する電磁弁の出口を接続したものが開示されている。ここで、吸気用逆止弁としては、球体の弁体を弁座にバネで固定してなり、非吸気時には吸気通路が球体で塞ぎ、吸気時にはそのバネを差圧で圧縮させて開弁するものを採用している。この逆止弁は弁体を支える支持体（バネと弁座）を必要とするものであり、同様に支持体を必要とする逆止弁としては、ヒンジ部を有しそのヒンジ部が可動することで弁を開閉するものもある。

逆止弁には、弁体が固定されパージ流体の吹出機構などの他の機構を必要とするものや、弁体を支える何らかの支持体を必要とするもの以外に、それらを必要としない構造をもつものがある。図４にそのような逆止弁の断面図を示している。

図４で示した逆止弁６は、平板の弁体６０と、流入口６１と流出口６２とをもち弁体６０を収納する弁室とを備える。この弁室は、弁体６０を流路に厚み方向がくるように収納する収納部と、正方向に流れ込む流体のみを流出させる迂回流路６４とを有する。この収納部は、流れの正逆方向に、上側移動制限部６５と下側移動制限部６３の双方の内壁によって所定範囲（所定の上下可動距離）だけ移動可能に弁体６０を収納する。

正方向に流体が流動しているときには、図４（Ａ）に示すように、弁体６０はその自重と流れにより下側移動制限部６３に押し付けられ、迂回流路６４から流体を流出口６２へ流す。一方、逆方向に流体が流動しようとした場合には、図４（Ｂ）に示すように、弁体６０は流れにより上側移動制限部６５に押し付けられ、迂回流路６４から流入口（正方向の流れでいう流入口）６１への流路が遮断され、流体を遮断する。
特開平７−１２２５０３号公報 登録実用新案第３０７０９８０号公報

しかしながら、図４で示した構造の逆止弁６０を真空ポンプと半導体製造用の処理室（チャンバ）との間に設け、真空ポンプの停止時で実験した結果、逆止弁６０が動作して逆流を止めるまでに４００ｍｓｅｃもの時間を必要とした（図５を参照）。なお、図５で示した実験結果は、重さ２５ｇ、厚さ１ｍｍ、直径１００ｍｍの円形のアルミ合金製の弁体６０を用い、その弁体６０の上下可動距離を７ｍｍとして実験したものである。

この反応速度は決して速いとは言えず、図５の実験結果ではチャンバ内の圧力が６４Ｐａ（図中、１Ｖ＝１３.３３２２Ｐａ）まで上昇してしまい、結果としてウエハの保護ができない。これは、弁体が平板であるため、逆流する流体の流れを有効に受け止めることができないからである。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、複雑な構造を必要とせず且つ反応速度が速い逆止弁の提供、並びにその逆止弁を備えた真空ポンプ装置の提供を、その目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明の逆止弁は、弁体と、該弁体を収納する弁室とを有する逆止弁であって、前記弁体は、少なくとも中央部分で湾曲した板状の形状をもち、前記弁室は、前記弁体を、正方向に流れ込む流体の流入側を凸側にし、且つ流れの正逆方向に所定範囲だけ移動可能に収納する収納部と、正方向に流れ込む流体のみを流出させる迂回流路とを有することを特徴としたものである。

本発明の真空ポンプ装置は、上述の逆止弁と、該逆止弁に接続された真空ポンプと備えたことを特徴としたものである。

本発明に係る逆止弁によれば、弁体を支持する支持体やパージ流体供給機構などの他の機構を必要とせず、且つ反応速度を速くすることができる。また、本発明に係る真空ポンプ装置によれば、真空ポンプの予期せぬ停止が起こった場合でも、素早く逆止弁が機能するため、吸気対象の容器内の真空度の低下を最小限に防ぐことができる。

図１は、本発明に係る逆止弁の構成例を示す断面図で、図中、１は逆止弁である。
図１で示した逆止弁１は、弁体１０と、流入口１１と流出口１２とをもちそれらの間に弁体１０を収納する弁室とを備える。この弁室は、弁体１０を収納する収納部と、正方向に流れ込む流体のみを弁室の外に流出させる迂回流路１４とを有する。

また、この迂回流路１４は、弁体１０の周囲の内壁（弁体１０が上側移動制限部１５に押し付けられた状態では、弁体１０に対し流入口１１とは反対側にある内壁）から下側移動制限部１３を貫通して流出口１２へと続くように形成していればよく、その形状は問わない。なお、迂回流路１４は、弁体１０を設けない状態で流入口１１と流出口１２との間を通じさせる流路に対し、弁体１０が下側移動制限部１３に接した状態で流体を流入口１１から流出口１２へと流す役割をするため、「迂回」流路と呼んでいるが、この迂回流路１４が正規の流路である。

本発明の主たる特徴部分である弁体１０は、少なくとも中央部分で湾曲した板状の形状をもつ。図１では、弁体１０の底部１０ｂは平板とし、弁体１０の中央部分に湾曲部１０ａをもたせた例を示しているが、弁体１０の全てが湾曲した形状であってもよい。また、湾曲形状としては、その厚み方向の断面が円弧状或いはそれに似た凸状の曲線（巨視的に曲線とみなせるものも含む）であることが、流体による応力集中が生じないため好ましい。また、弁体１０の外形（上から見た外形）は、円形であっても四角形をはじめ多角形であってもよい。

そして、上述の収納部は、弁体１０を正方向（ここでは下方向）に流れ込む流体の流入側を凸側にした状態で、流れの正逆方向に、上側移動制限部１５と下側移動制限部１３の双方の内壁によって所定範囲（所定の上下可動距離）だけ移動可能に、弁体１０を収納する。すなわち、弁室において弁体１０は、上側移動制限部１５と下側移動制限部１３とでなるガイド内にあればよく、圧力均衡状態ではフロートしており、弁室に弁体１０を支持するための支持体を必要としない。

上述のごとき構成により、正方向に流体が流動しているときには、図１（Ａ）に示すように、弁体１０はその自重と流れ（圧力差）により下側移動制限部１３に当接して押し付けられ、迂回流路１４から流体を流出口１２へ流すことができる。一方、逆方向に流体が流動しようとした場合には、図１（Ｂ）に示すように、弁体１０は流れ（圧力差）により上側移動制限部１５に当接して押し付けられ、迂回流路１４から流入口（正方向の流れでいう流入口）１１への流路が遮断され、流体の流動を防止（逆流を防止）することができる。また、上側移動制限部１５（及び下側移動制限部１３）において、弁体１０と当接する箇所にはＯリングを設けるなど、密閉させるための機構を設けることが好ましい。

なお、弁体１０は、自重だけでも下側移動制限部１３に押し付けられることが好ましく、そのため厚み方向（厳密には底部１０ｂの厚み方向）が鉛直方向となるように配置することが好ましい。すなわち、弁体１０の湾曲部１０ａの凸側が鉛直上向きを向いた状態（そのとき弁体１０の設置されている流路が上下方向を向いた状態）で配設されることが好ましい。但し、弁体１０は必ずしも水平に設ける必要はなく、流路に垂直に設けておけば圧力差のみで可動させることもできる。その場合、上側移動制限部１５は上流側移動制限部を指し、下側移動制限部１５は下流側移動制限部を指すこととなる。

また、弁体１０はメンテナンス時に取り替えるようにしてもよく、その場合、弁室自体から弁体１０を取り外し可能なような弁室の組立構造を採用するとよい。なお、本発明の弁体１０は、流入口１１と流出口１２とを隔てる薄い膜状の構造をもつため「ダイヤフラム」ともいい、また流れ（圧力差）に応じて素早く上下動できるため「フラッパ（Ｆｌａｐｐｅｒ）」ともいう。

図２は、図１の逆止弁を用いた真空システムの構成例を示す概略図である。図２で例示する真空システムは、真空ポンプ装置が配管（真空配管）４を介してチャンバ５に接続され、真空ポンプ装置で吸引してチャンバ５内を真空にするものである。この真空ポンプ装置は、上述した逆止弁１と、逆止弁１に配管（真空配管）３を介して接続された真空ポンプ２と備えてなる。逆止弁１は、上述したように弁体１０の凸側が上向きになるように真空ポンプ２に接続することが好ましい。

チャンバ５としては、例えば半導体製造装置の処理室など真空にしたい様々な容器が適用できる。また、逆止弁１の弁室にはヒータを設け、弁体１０を暖め、チャンバ５からの不要な生成物が弁体１０に付着しないようにしてもよい。また、図示しないが、配管３（又は配管４）の途中或いはそれと真空ポンプ２との間などに電磁弁などの弁を設けておき、その弁を閉弁したときや、或いは真空ポンプ２の予期せぬ停止時などに、この逆止弁１で逆流を防止し、チャンバ５内の真空度を保つことができる。

図３は、図１の逆止弁の反応速度を調べた実験結果を示す図である。なお、図３で示した実験結果は、重さ２５ｇ、底部１０ｂの厚さ１ｍｍ、湾曲部１０ａの厚さ０.９ｍｍ、平板状の底部１０ｂの外径１００ｍｍの円形のアルミ合金プレス製の弁体１０であって、弁体１０の頭頂部から底部１０ｂまでの高さを５ｍｍ、底部１０ｂの径方向の長さを１０ｍｍ（すなわち底部１０ｂの内径が８０ｍｍ）としたものを用い、その弁体１０の上下可動距離が７ｍｍの弁室を用いて実験したものである。弁体１０は、アルミ合金製としたが、チタン等の他の金属であってもよく、金属以外のカーボンなどの素材を採用してもよい。

図１で示した構造の逆止弁１を真空ポンプ２と半導体製造用の処理室（チャンバ５）との間に設け、真空ポンプの停止時で実験した結果、図３に示したように、逆止弁が動作して逆流を止めるまでに３５０ｍｓｅｃしか時間を必要としなかった。この反応速度は図５で説明した従来の結果に比べて大幅に速くなっている。また、図３の実験結果ではチャンバ内の圧力が４０Ｐａ（１Ｖ＝１３.３３２２Ｐａ）までしか上昇せず、従来に比べ、２４Ｐａもの圧力上昇を防ぐことができ、結果としてウエハの保護が可能となる。これは、弁体１０が従来の平板ではなく湾曲形状（ドーム型）であるため、逆流する流体の流れを有効に受け止めることができた結果と言える。

以上、本発明について説明したが、本発明に係る逆止弁は、図２で説明したような真空システムに限らず、特許文献１のオイル逆流防止装置の代わりとして組み込むことなど、様々な配管や機器内の流路に組み込むことができ、その用途に制限はない。また、本発明に係る真空ポンプ装置は、上述した逆止弁１と、逆止弁１に配管３を介さず直接接続された真空ポンプ２と備え、実質的に一つの筐体内に構成するようにしてもよい。

本発明に係る逆止弁の構成例を示す断面図である。 図１の逆止弁を用いた真空システムの構成例を示す概略図である。 図１の逆止弁の反応速度を調べた実験結果を示す図である。 従来技術による逆止弁の断面図である。 図４の逆止弁の反応速度を調べた実験結果を示す図である。

符号の説明

１…逆止弁、２…真空ポンプ、３，４…配管、５…チャンバ、１０…弁体、１０ａ…弁体の湾曲部、１０ｂ…弁体の底部、１１…流入口、１２…流出口、１３…下側移動制限部、１４…迂回流路、１５…上側移動制限部。

Claims (2)

1. 弁体と、該弁体を収納する弁室とを有する逆止弁であって、
   前記弁体は、少なくとも中央部分で湾曲した板状の形状をもち、
   前記弁室は、前記弁体を、正方向に流れ込む流体の流入側を凸側にし、且つ流れの正逆方向に所定範囲だけ移動可能に収納する収納部と、正方向に流れ込む流体のみを流出させる迂回流路とを有することを特徴とする逆止弁。
2. 請求項１に記載の逆止弁と、該逆止弁に接続された真空ポンプと備えたことを特徴とする真空ポンプ装置。

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