JP2015021618A

JP2015021618A - バルブ

Info

Publication number: JP2015021618A
Application number: JP2014137640A
Authority: JP
Inventors: ベルンハルトヘルムート; Bernhart Helmut; メーアオリバー; Oliver Maehr
Original assignee: VAT Holding AG
Current assignee: VAT Holding AG
Priority date: 2013-07-23
Filing date: 2014-07-03
Publication date: 2015-02-02
Also published as: US20150028243A1; KR20150011769A; CN104343996A

Abstract

【課題】これまでとは異なる方法で閉塞要素の恒久的な接地を可能にする、前述のような用途のバルブを提供する。【解決手段】閉塞部材３が閉位置においてシール４を介在させてバルブシートに対して密着する。支持部材５は閉位置において対向シートに支持される。バルブ１は閉位置において閉塞部材３を電気的に接地するための接地要素８を備えている。接地要素８がバルブ１の第１構成要素（閉塞部材３、支持部材５、バルブシートまたは対向シート）に固定されている。接地要素８が接触要素と、接触要素に対して連結されている支持要素とを備えている。接触要素および支持要素は相互に異なる材料または材料組成により構成され、接触要素が支持要素よりも柔軟性が高い。【選択図】図１

Description

本発明は、真空バルブ等のバルブに関する。

特に真空技術では、閉位置においてバルブの貫通孔を閉塞する閉塞部材が、当該閉位置において接地され、これにより望ましくない閉塞部材の帯電およびアーク放電などの不意の後続現象の発生が回避されることが知られている。一般的なバルブが提案されている（特許文献１参照）。そこに金属接続における金属および金属粒子の侵入の危険性を回避するため、導電性エラストマーからなる接地要素が提案されている。これにより、バルブによって貫通孔が閉塞されるところのプロセスチャンバに対して侵入しうる望ましくない粒子が低減される。しかし、この種の接地がどの程度永続的に機能性を発揮しうるかは不明確である。

欧州特許公報ＥＰ１７３９７１８Ａ１

本発明の目的は、これまでとは異なる方法で閉塞要素の恒久的な接地を可能にする、前述のような用途のバルブを提供することである。

本発明は、少なくとも１つの貫通孔と、少なくとも１つの閉塞部材と、少なくとも１つのシールと、少なくとも１つの支持部材と、少なくとも１つのバルブシートと、少なくとも１つの対向シートと、を有する真空バルブなどのバルブであって、前記閉塞部材が閉位置においてシールを介在させてバルブシートに対して密着し、前記閉塞部材および前記支持部材の相対運動により前記閉位置に駆動可能であり、前記支持部材は前記閉塞部材の閉位置において対向シートに支持され、前記バルブはさらに閉位置において前記閉塞部材を電気的に接地するために少なくとも１つの接地要素を備え、前記接地要素が前記バルブの第１構成要素に固定され、前記第１構成要素は、前記閉塞部材、前記支持部材、前記バルブシートまたは前記対向シートであるようなバルブに関する。

前記目的のため、本発明のバルブは、前記接地要素が少なくとも１つの接触要素と、前記接触要素に対して好ましくは恒久的に連結されている支持要素とを備え、前記接触要素および前記支持要素は相互に異なる材料または材料組成により構成され、前記接触要素が前記支持要素よりも柔軟性が高いことを特徴とする。

本発明の基本的思想は、接地要素が少なくとも２つの部分、すなわち少なくとも１つの接触要素および少なくとも１つの支持要素から構成され、当該２つの要素が異なる材料または材料組成物からなり、かつ、硬度が異なることである。さらに、柔軟性がある接触要素により、バルブの開閉時の摩耗によって生じる、特に真空技術において望ましくない粒子が低減されうる。硬質の支持要素は、接地要素を恒久的な使用に寄与し、使用可能な状態での長期間にわたってその形状の保持が保証される。これに関連して、支持要素が第１構成要素の一部ではなく、接地要素に設けられた要素であって、好ましくはバルブの全動作期間において恒久的かつ固定的に接触要素に対して接続されている要素である。好ましい実施形態において、支持要素が、接触要素に対して対向する側で、好ましくはバルブの全動作期間において恒久的かつ固定的に、第１構成要素に取り付けられまたは少なくとも支持されてもよい。接触要素は、閉塞部材の閉位置において閉塞部材を接地するためにバルブの第２構成要素に導通するように当接する一方、閉塞部材の閉位置とは異なる開位置において第２構成要素から離間する接地要素の一部であってもよい。第２構成要素は、バルブの第１構成要素とは異なる構成要素である。第２構成要素は、第１構成要素と同様に、閉塞部材、支持部材、バルブシートまたは対向シートであってもよい。このため、その他の組み合わせが可能である。たとえば、第２構成要素がバルブシートであり、かつ、第１構成要素が閉塞部材であり、またはこれとは逆に第１構成要素がバルブシートであり、かつ、第２構成要素が閉塞部材であってもよい。その他の組み合わせは、たとえば第１構成要素が支持部材であり、かつ、第２構成要素が対向シートである。当該構成も、逆の方法で、すなわち第２構成要素が支持部材であり、かつ、第１構成要素が対向シートであってもよい。従来技術とは対照的に、いずれの場合にも接触要素は、支持部材に直接的に配置されまたは固定される。

閉塞部材はその閉塞位置において接地要素を通じてバルブの適当な接地部に導通されることにより自己が接地されてもよい。バルブの接地部はバルブハウジングであってもよい。バルブシートおよび対向シートの一方または両方がバルブハウジングの一部であってもよい。

好ましい実施形態において、閉塞部材および支持部材の一方または両方は平板状に構成されてもよい。好ましい実施形態では、本発明に係るバルブは、所定のプロセス雰囲気、特に負圧または真空において基板などの非常に敏感な対象物が処理されるプロセスチャンバの貫通孔を閉塞するために用いられるいわゆるトランスファーバルブであってもよい。
特に、本発明に係るバルブは、いわゆる真空技術に適用される真空バルブに該当する。一般的に０．００１［ｍｂａｒ］または０．１［Ｐａ］以下の圧力に動作条件において真空技術と呼ばれる。

接地要素は、バルブの動作期間において第１構成要素に対して好ましくは恒久的に取り付けられている。これにより、接地要素は、閉塞部材が閉位置にあろうと開位置にあろうと同様に定常的に第１構成要素に取り付けられていることを意味する。しかし、これは、接地要素がメンテナンスまたは交換作業等のため、第１構成要素に対して取り外し不可能に取り付けられることを意味しない。好ましい実施形態において、接地要素の支持要素が第１構成要素に対してねじ止めされまたは挟持される。接触要素および支持部材は、バルブの動作期間において好ましくは閉塞部材の位置に関係なく恒久的に相互に連結されている。特に好ましい実施形態において、接触要素が支持要素に対して接合されている。そのほか、接触要素が、接着、クランプ、ネジ止めなどの他の手法によって支持部材に取り付けられてもよい。

支持要素が金属を含有するかまたは金属からなることが好ましい。金属の概念は基本的に金属合金を包含している。この目的のために特に好ましい金属は、アルミニウム、ステンレススチールまたはステンレス鋼である。支持要素の引張強度は２００〜７００［Ｎ／ｍｍ²］の範囲であることが好ましく、支持要素のブリネル硬度は６５［ＨＢ］以上であることが好ましい。接地要素の所望の接地効果を確保するため、支持要素は、５×１０^-5［Ω・ｃｍ］未満、好ましくは５×１０^-6［Ω・ｃｍ］未満の所定の電気抵抗率を有する。

接触要素が適当に柔軟に形成されることにより、好ましい実施形態において、接触要素はエラストマーを含むまたはエラストマーから構成される。所望の接地効果を得るために相応の良好な導電性を接触要素に持たせるため、接触要素が低めの所定の電気抵抗率を実現するために少なくとも１つのエラストマーおよび少なくとも１つの添加剤の混合物であってもよい。所定の電気抵抗率は、１０［Ω・ｃｍ］未満、好ましくは５［Ω・ｃｍ］未満である。特に好ましくは、接触要素の所定の電気抵抗率は０．００２〜５［Ω・ｃｍ］の範囲にある。接触要素のエラストマーとしては、ゴムまたはシリコンが使用されることが好ましい。特に好ましいゴムは、フッ素ゴム（ＦＫＭ）またはパーフルオロゴム（ＦＦＰＭ）である。たとえば金属粉末または炭素含有粉末の凝集体が採用されてもよい。好適な金属は、銀、アルミニウム、ニッケル、銀メッキ銅などである。炭素含有粉末は、好ましくはカーボンナノチューブまたは炭素繊維もしくはカーボンファイバーからなる。適度な柔軟性を有する接触要素を実現するため、好ましくは４０〜９０ショアＡ、特に好ましくは７０〜９０ショアＡのショア硬度を有する。接触要素は、支持要素の上の比較的薄い層として構成されてもよい。この意味において好ましい変形態様において、接触要素が少なくとも主荷重方向について０．４〜３［ｍｍ］の間の厚さを有する。主荷重方向は、閉塞部材がバルブシートに対して押し付けられた際に最大の外力が接触要素に作用する方向である。

仕様上のすべてのパラメータは標準値が参照される。

本発明の特に好ましい実施形態において、接地要素が、接地機能のみならず支持機能をも有している。この点で、特に好ましい変形態様において、閉塞部材の閉位置において支持部材が一または複数の接地要素によって対向シートに支持されている。

本発明のバルブの様々な特徴および詳細は、次の図面に基づいて説明される。

本発明の第１実施形態としてのバルブの閉位置に関する説明図。本発明の第１実施形態としてのバルブの中間位置に関する説明図。本発明の第１実施形態としてのバルブの完全開位置に関する説明図。本発明の第１実施形態とは逆の変形実施形態としてのバルブに関する説明図。本発明におけるバルブに適用される接地要素の変形例に関する説明図。本発明におけるバルブに適用される接地要素の変形例に関する説明図。図５のＡ−Ａ断面線に沿った断面図。図５のＢ−Ｂ断面線に沿った断面図。本発明におけるバルブに適用される接地要素の変形例に関する説明図。本発明の第２実施形態としてのバルブにおける接地要素の例示図。図１０のＣ−Ｃ断面線に沿った断面図。図１０のＤ−Ｄ断面線に沿った断面図。図１０のＥ−Ｅ断面線に沿った断面図。

図１には、閉位置における本発明の第１実施形態としてのバルブが示されている。閉塞部材３が閉位置において、シール４を介してバルブシート６に対して密着してバルブ１の貫通孔２を密閉している。相応の力を作用させるため、支持部材５がバルブ１の対向シート７により支持されている。一般的にシール４は電気絶縁性材料により構成されている。本実施形態において、バルブシート６および対向シート７はバルブハウジング１７の一部であり、当該両シートはバルブ１を貫通する貫通孔２を取り囲んでいる。このような全体構成を有する貫通孔２を通じて、気体状の媒体およびプロセスチャンバにおいて処理される対象物がプロセスチャンバ（図示略）に対して搬入され、かつ、再度そこから搬出される。バルブ１の貫通孔２は、プロセスチャンバの対応する搬出用開口および搬入用開口に対して位置合わせされるように配置されている。これはすでに知られている技術的事項であり、ここであらためて説明する必要はない。本実施形態で実現されているように、閉塞部材３および支持部材５がバルブ１の内部空間２１に配置されうる。内部空間２１はハウジング１７の側壁２２により画定されている。貫通孔２は側壁２２に設けられている。本実施形態でも、他の好ましい変形実施形態と同様に、バルブシート６および対向シート７の両方が側壁２２により構成されている。

図２には、バルブシート６に対して密着していないものの貫通孔２に対して位置合わせされている閉塞部材３の中間位置が示されている。これは開位置の１つである。図１に示されている閉位置と、図２に示されている中間位置との間で閉塞部材３を往復させるため、それ自体公知の横駆動機構１６が設けられている。横方向１９または左右方向もしくは前後方向に作用する横駆動機構１６による閉塞部材３と支持部材５との相対運動によって閉塞部材３がシール４を介してバルブシート６に対して押し付けられる。図１に示されている閉位置において、支持部材５が対応する対向シート７に支持される。

図２に示されている中間位置から図３に示されている完全開位置までかつこれとは逆に完全開位置から中間位置まで支持部材５と共に閉塞部材３を変位させるために縦駆動機構１５が設けられている。縦駆動機構１５は、閉塞部材３、支持部材５および横駆動機構１６の形態でバルブロッド２０に設けられている構成要素を縦方向１８または上下方向に駆動する。

図１〜図３に示されている第１実施形態によれば、図４に示されているいわゆるＬ−バルブに係る第２実施形態と同様に、閉塞部材３の完全開位置から閉位置までの軌道およびその閉位置から完全開位置までの軌道は全体的にＬ字形状の軌道を描く。縦駆動機構１５および横駆動機構１６の適当な駆動方式としては当該技術分野において多数の方式が知られている。楔面機構またはこれに相当する装置など、電気式、気圧式、油圧式およびこれらの統合式の駆動装置が挙げられる。これらは先行技術の様々な実施形態から把握することができるので、ここではこれ以上の説明は不要である。

閉塞部材３および支持部材５のうち一方または両方が平板状であることが好ましい。図１〜図４には示されていないが、図面に対して垂直な方向について閉塞部材３および支持部材５の一方または両方の長さは、閉塞部材３または支持部材５の図面に示されている高さよりも大きい。

完全を期すため、本発明のバルブ１は、いわゆるＬ−バルブのほか、揺動バルブとしても構成されうることに留意されたい。他のタイプのバルブも本発明にしたがって構成されうる。

図１〜図３に示されている本発明の第１実施形態は接地要素８を備えている。第１実施形態において、支持部材５は、バルブ１の作動中に支持要素１０により接地要素８に対して恒久的に固定される第１構成要素を構成する。図１〜図３に示されている第１実施形態および図４に示されている第２実施形態において用いられる接地要素８の構成は図５〜図９を参照して以下に詳細に説明される。図１に示されている実施形態において、いずれの場合もバルブ１の第２構成要素が対向シート７によって構成されていることに留意すべきである。図１に示されている閉塞部材３の閉位置において、接地要素８の接触要素９は閉塞部材３のグラウンドを導通させるために対向シート７の形態の第２構成要素に当接し、その一方で図２および図３に示されている開位置において、接触要素９は第２構成要素から離間している。図１に示されている当該変形実施形態において、閉塞部材３は、支持部材５およびそこに固定されている接地要素８、さらにはバルブ１のハウジング１７を通じて接地されている。本実施形態において、接地要素８は二重の機能を有している。第１に接地要素は電気的な接地の機能を有している。第２に閉塞部材３の閉位置において支持部材５が接地要素８によって対向シート７を支持している。本発明の当該実施形態におけるバルブの長期間にわたる運転を保証するため、接地要素８はその二重機能のための圧縮耐性を有している必要がある。これは、接触要素９およびこれに連結されている支持要素１０の形態の接地要素８の２つの部分によって実現されることが特に好ましい。

図４に示されている第２実施形態において、接地要素８はその支持要素１０を通じて直接的に閉塞部材３に固定されている。ここで、閉塞部材３は第１構成要素である。バルブシート６は、閉塞部材３の閉位置においてのみ接触要素９が閉塞部材３の接地のために当接するような第２構成要素を構成する。必要な密閉性を実現するため、閉塞部材３がバルブシート６に対して押し付けられた際にシール４が適当な強度で変形されることが保証されるように、シール４の配置および閉塞部材３に配置された接地要素８の配置が選択されるべきである。これは、たとえば無負荷状態および開位置においてシール４が、接地要素８の接触要素９と同様に閉塞部材３の閉塞面から離間していることにより実現される。図４に示されている本実施形態において、支持部材５に設けられている接地要素８は、図１に示されているのと同じく二重の機能を有している。第１に支持機能であり、第２に接地機能である。図４に示されている変形実施形態において、支持部材５に設けられている接地要素８は、接地機能を有しない単純な支持脚に置換されてもよい。これは、接地要素８により閉塞部材３の十分な接地が保証されている場合に特に当て嵌まる。

図５には、接触要素９の側から見た平面図における、図１〜図４に示されている実施形態のバルブ１において採用されている接地要素８が示されている。図６には、接地要素８の支持要素１０の延在態様がみてとれる側面図が示されている。図５および図６からわかるように、本発明の接地要素８は、棒状または細長い部材の形態で構成されてもよい。接地要素８の長さおよび幅は多かれ少なかれ同等であってはならない。

図７には、断面線Ａ−Ａに沿った断面図が示され、図８には、固定要素としての機能を果たす止まり穴１３における断面線Ｂ−Ｂに沿った断面図が示されている。特に図７および図８の断面図からよくわかるように、接触要素９は支持要素１０に対して好ましくは恒久的に連結している。接触要素９はその動作位置において各第１構成要素から離間している支持要素１０の表面に設けられていることが特に好ましい。当該取付または固定は、支持要素１０に接触要素９が接合されることにより実現されることが好ましい。これにより接触要素９は、主荷重方向１１の厚さ１２が前述のように０．４〜３［ｍｍ］の範囲に含まれるような比較的薄い層を形成しうる。好ましい材料に関して、重複説明を回避するため、特定の電気抵抗率および硬度は前記説明を参照されたい。

止まり穴１３は、接地要素８をその支持要素１０によって各第１構成要素に固定するために用いられる。この固定は図９に示されているように、対応するネジが切られている止まり穴１３にネジ１４が螺合することによりねじ止めされることによって実現されていることが好ましい。ネジ１４の螺合に際して止まり穴１３の通気は、ネジ１４を貫通する通気経路（図示略）を通じて実現される。図９に拡大して示されている堅固な固定構造において、接触要素９は、ここでは支持部材５または閉塞部材３の形態で構成されている第１構成要素から、たとえば図１〜図４に示されているようにバルブシート６または対向シート７によって構成されうる第２構成要素に向かっている。完全を期すため、接触要素９が凸曲面状のまたは凹曲面状の接触面を有していてもよい。接触要素９が第２構成要素に向かう方向に凸曲面を有していることが好ましい。当該湾曲部は押圧に応じて相応に変形する。

本発明の第１実施形態では、接地要素８が螺着またはネジ止めによって対応する第１構成要素に対して固定されているが、図１０〜図１３には、接地要素８が挟持するように閉塞部材３または支持部材５の形態の対応する第１構成要素に対して固定されている他の実施形態が示されている。図１０には、支持部材５の形態で第１構成要素が示されているが、ネジ１４によって接地要素８が第１構成要素に挟持されている。図１０のＣ−Ｃ断面線、Ｄ−Ｄ断面線およびＥ−Ｅ断面線のそれぞれに沿った断面図が図１１、図１２および図１３のそれぞれに示されている。本実施形態でも、支持要素１０が接触要素９に対向する側で対応する第１構成要素に支持されている。固定のため、ネジ１４はその拡張されたカラー２３により接地要素８を第１構成要素に対して挟持する。カラー２３はワッシャーとして構成されてもよい。

１‥バルブ、２‥貫通孔、３‥閉塞部材、４‥シール、５‥支持部材、６‥バルブシート、７‥対向シート、８‥接地要素、９‥接触要素、１０‥支持要素、１１‥主荷重方向、１２‥厚さ、１３‥止まり穴、１４‥ネジ、１５‥縦駆動機構、１６‥横駆動機構、１７‥ハウジング、１８‥縦方向、１９‥横方向、２０‥バルブロッド、２１‥内部空間、２２‥側壁、２３‥カラー。

Claims

少なくとも１つの貫通孔（２）と、少なくとも１つの閉塞部材（３）と、少なくとも１つのシール（４）と、少なくとも１つの支持部材（５）と、少なくとも１つのバルブシート（６）と、少なくとも１つの対向シート（７）と、を有する真空バルブなどのバルブ（１）であって、
前記閉塞部材（３）が閉位置においてシール（４）を介在させてバルブシート（６）に対して密着し、前記閉塞部材（３）および前記支持部材（５）の相対運動により前記閉位置に駆動可能であり、前記支持部材（５）は前記閉塞部材（３）の閉位置において対向シート（７）に支持され、前記バルブ（１）はさらに閉位置において前記閉塞部材（３）を電気的に接地するために少なくとも１つの接地要素（８）を備え、前記接地要素（８）が前記バルブ（１）の第１構成要素に固定され、前記第１構成要素は、前記閉塞部材（３）、前記支持部材（５）、前記バルブシート（６）または前記対向シート（７）であり、
前記接地要素（８）が少なくとも１つの接触要素（９）と、前記接触要素（９）に対して好ましくは恒久的に連結されている支持要素（１０）とを備え、前記接触要素（９）および前記支持要素（１０）は相互に異なる材料または材料組成により構成され、前記接触要素（９）が前記支持要素（１０）よりも柔軟性が高いことを特徴とするバルブ。
請求項１記載のバルブ（１）において、前記支持要素（１０）が前記接触要素（９）に対向する側で前記第１構成要素に対して固定されているまたは少なくとも支持されていることを特徴とするバルブ。
請求項１または２記載のバルブ（１）において、前記接触要素（９）が、前記閉塞部材（３）の閉位置において前記閉塞部材（３）を前記バルブ（１）の第２構成要素分に対して接地するために導電性を有し、かつ、前記閉塞部材（３）の閉位置とは異なる開位置において前記第２構成要素分から離間し、前記第２構成要素分は、前記閉塞部材（３）、前記支持部材（５）、前記バルブシート（６）または前記対向シート（７）および前記第１構成要素とは異なる部分であることを特徴とするバルブ。
請求項１〜３のうちいずれか１つに記載のバルブ（１）において、前記支持要素（１０）は、アルミニウムまたはステンレス鋼などの少なくとも１つの金属を含むまたは当該金属からなることを特徴とするバルブ。
請求項１〜４のうちいずれか１つに記載のバルブ（１）において、前記接触要素（９）がエラストマーを含むまたは当該エラストマーからなることを特徴とするバルブ。
請求項１〜５のうちいずれか１つに記載のバルブ（１）において、前記接触要素（９）の低い電気抵抗率を実現するため、前記接触要素（９）が少なくとも１つのエラストマーおよび少なくとも１つの添加剤の混合物であることを特徴とするバルブ。
請求項６記載のバルブ（１）において、前記エラストマーは、ゴム、フッ素ゴム、パーフルオロまたはシリコンを含むまたはゴム、フッ素ゴム、パーフルオロまたはシリコンから構成され、付加的または代替的に前記添加剤は、金属粉末または炭素含有粉末を含むまたは金属粉末または炭素含有粉末からなることを特徴とするバルブ。
請求項１〜７のうちいずれか１つに記載のバルブ（１）において、前記接触要素（９）が前記支持要素（１０）に接合されていることを特徴とするバルブ。
請求項１〜８のうちいずれか１つに記載のバルブ（１）において、前記接触要素（９）が、４０〜９０ショアＡの範囲、好ましくは７０〜９０ショアＡの範囲のショア硬度を有し、付加的または代替的に、主荷重方向（１１）について０．４〜３ｍｍの範囲の厚さ（１２）を有することを特徴とするバルブ。
請求項１〜９のうちいずれか１つに記載のバルブ（１）において、前記閉塞部材（３）の閉位置において前記支持部材（５）が一または複数の前記接地要素（８）によって前記対向シート（７）に支持されていることを特徴とするバルブ。