JP2016011719A - ゲートバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】圧力調整が可能なゲートバルブであって、バルブ全体の大型化や重量化を招くことなく、既存のチャンバーを使用することができる汎用性に優れたゲートバルブを提供する。【解決手段】本発明のゲートバルブ１は、バルブケース２の両側に設けられた開口部６，７を、バルブケース２内に対向配置された一対のシールプレート３，４で開閉するゲートバルブであって、一対のシールプレート３，４の各々に、バルブケース２の室内空間１０と開口部６，７とを連通させる排気孔１８，１９が設けられており、ベントバルブ開閉用シリンダー２５の駆動により排気孔１８，１９を開閉するベントバルブ２０が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、フラットパネルディスプレイや半導体基板を製造する装置に使用されるゲートバルブに関する。

従来、この種の製造装置におけるゲートバルブは、ディスプレイや基板を製造する工程において、真空と真空や、真空と大気を隔離するために使用されている。ところが、特に真空と大気を隔離する場合に、弁体に対し大気側から真空側に向かって大気圧が掛かっているため、真空側の開口部を塞いでいる弁体を開く際に大きな力が必要となり、またその力に耐えるだけの弁体自体の剛性も必要となる。

特許文献１には、このような弁体が受ける力を軽減するために、圧力調整手段を設けたゲートバルブが記載されている。すなわち、このゲートバルブは、両側壁に開口部が設けられた弁箱の内部に、その内側から押し付けられて開口部を塞ぐ弁体が配置されており、弁箱内に配置されている弁体内部と、隣接する各チャンバー内部とがバイパスパイプによって連通され、各バイパスパイプ内にバイパスバルブが設けられたものである。そして、一方のチャンバーと他方のチャンバーとの間に圧力差が生じた場合には、高圧側のチャンバー内の圧力と同等となるようにゲートバルブの弁体内の圧力を調整するために高圧側のバイパスバルブを開放し、他方のバイパスバルブを閉鎖する。これにより、弁体内の圧力と高圧側のチャンバー内の圧力が均一となり、弁体に加わる力を軽減できるように構成されている。

特開２００８−１８５１６０号公報

しかしながら、特許文献１のゲートバルブによると、弁箱の弁体内部と、隣接する各チャンバー内部とをバイパスパイプにより連結した構造であり、弁箱の外部にバイパスパイプが張り出しているため、バルブ全体の大型化や重量化を招くという問題がある。また、このゲートバルブを使用する場合には、予め弁箱とチャンバーがバイパスパイプで連結されたチャンバー一体型のゲートバルブとするか、あるいはゲートバルブの取付作業とは別にチャンバーにバイパスパイプを連結する作業が必要となるため、既存のチャンバーを使用することができず汎用性が低いという問題もある。

そこで、本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、圧力調整が可能なゲートバルブであって、バルブ全体の大型化や重量化を招くことなく、既存のチャンバーを使用することができる汎用性に優れたゲートバルブを提供することにある。

前記の目的を達成するため、本発明に係るゲートバルブは、バルブケースの両側に設けられた開口部を、前記バルブケース内に対向配置された一対のシールプレートで開閉するゲートバルブであって、前記一対のシールプレートの各々に、前記バルブケースの室内空間と前記開口部とを連通させる排気孔が設けられており、前記シールプレートを駆動するシールプレート開閉用シリンダーとは別に専用のベントバルブ開閉用シリンダーを備え、当該ベントバルブ開閉用シリンダーの駆動により前記排気孔を開閉するベントバルブが設けられていることを特徴とするものである。

また、本発明に係るゲートバルブは、バルブケースの両側に設けられた開口部を、前記バルブケース内に対向配置された一対のシールプレートで開閉するゲートバルブであって、前記一対のシールプレートの各々に、前記バルブケースの室内空間と前記開口部とを連通させる排気孔が設けられており、前記シールプレートを駆動する複数のシールプレート開閉用シリンダーのうちの一つをベントバルブ開閉用シリンダーとして備え、当該ベントバルブ開閉用シリンダーの駆動により前記排気孔を開閉するベントバルブが設けられていることを特徴とするものである。

ここで、前記の構成からなるゲートバルブにおいて、前記バルブケース内の圧力、及び前記バルブケースの両側に設けられた開口部の圧力を計測する真空計を備え、当該真空計から出力される信号に基づいて前記ベントバルブ開閉用シリンダーを駆動し、前記バルブケース内の圧力と前記開口部の圧力が均一となるように前記ベントバルブの開閉を制御するように構成されていても良い。

また、前記の構成からなるゲートバルブにおいて、前記ベントバルブ開閉用シリンダーのロッド部を覆うベローズを備え、当該ベローズに加えられる内圧が基準圧力を超過したとき、その内圧を前記ベントバルブ開閉用シリンダーの外部へと排出するチェックバルブが設けられていても良い。

本発明のゲートバルブによれば、バルブケース内に配置された一対のシールプレートの各々に排気孔を設け、この排気孔を開閉するベントバルブをベントバルブ開閉用シリンダーで駆動することにより圧力を調整することができるように構成されている。したがって、バルブ全体の大型化や重量化を招くことがなく、また配管の取り回しなどの作業も必要もなく、既存のチャンバーに取り付けることができ、汎用性に優れたゲートバルブを提供することができるという効果がある。

本発明に係るゲートバルブの一構成例を示す断面図 図１のゲートバルブにおけるベントバルブ開閉用シリンダーの変形例を示す断面図 本発明に係るゲートバルブの他の構成例を示す断面図 図３のゲートバルブにおけるベントバルブ開閉用シリンダーの変形例を示す断面図 本発明に係るゲートバルブの圧力検知機能を持たせた例を示す断面図 本発明に係るゲートバルブのチェックバルブを採用した例を示す断面図 図６のゲートバルブにおけるベントバルブを開いた状態を示す断面図 図６のゲートバルブにおけるチェックバルブの構造を示す拡大断面図

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施形態のゲートバルブ１（１Ａ）は、フラットパネルディスプレイや半導体基板を製造する装置において、真空と真空や、真空と大気を隔離するためのもので、ディスプレイや基板を製造する上での各種工程を隔離する用途に使用される。このゲートバルブ１（１Ａ）はバルブケース（弁箱）２と、一対のシールプレート（弁板）３，４と、シールプレート開閉用シリンダー（駆動部）５を備えて構成された、いわゆる弁箱タイプのバルブである。

バルブケース２の左右両側の壁面には、基板を通過させるための角型の開口部（第１の開口部６，第２の開口部７）が設けられている。この開口部６，７の外壁面にはそれぞれチャンバー８，９（図５を参照）が接続され、例えば第１のチャンバー８からバルブケース２を通過して第２のチャンバー９へと投入された基板が、ゲートバルブ１Ａを閉じることで密閉された環境に保たれ、第２のチャンバー９の室内で各種製膜のための熱、ガス、プラズマ等の処理が行われる。

また、バルブケース２の室内空間１０には、開口部６，７を開閉するために一対のシールプレート（第１のシールプレート３，第２のシールプレート４）が対向配置されている。このシールプレート３，４の外側面には開口部６，７よりも一回り大きな弾性シール材（Ｏリング）１１，１２が嵌め込み固定されており、シールプレート３，４の内側面には直動アクチュエータとしてシールプレート開閉用シリンダー５が設けられている。

シールプレート開閉用シリンダー５は、複数のエアシリンダー１３，１３，…により構成されており、密閉されたシリンダー１４の内部に圧縮エアの供給または排気により伸縮するピストン１５を有し、そのピストン１５のロッド部１６がシールプレート３，４に一体に取付け固定されている。また、ロッド部１６の周囲を覆うように、溶接ベローズや成形ベローズ等の伸縮自在な金属製のベローズ１７が設けられている。

そして、シールプレート開閉用シリンダー５の駆動によりシールプレート３（４）の弾性シール材１１（１２）が開口部６（７）周縁の座面に押し付けられると、その反発力で開口部６（７）を閉じた時の気密性が確保される。一方、シールプレート開閉用シリンダー５の駆動によりシールプレート３（４）の弾性シール材１１（１２）が座面から離れると、塞がれていた開口部６（７）が開き、バルブケース２の室内空間１０の圧力がチャンバー８（９）の室内空間に解放されるようになっている。

また、一対のシールプレート３，４の両端部分には、それぞれバルブケース２の室内空間１０と開口部６，７とを連通させる排気孔１８，１９が設けられており、この排気孔１８，１９に対応する位置にベントバルブ２０が設けられている。このベントバルブ２０は、排気孔１８，１９を開閉する一対のベントバルブプレート（第１のベントバルブプレート２１，第２のベントバルブプレート２２）を備えており、ベントバルブプレート２１，２２の外側面には排気孔１８，１９よりも一回り大きな弾性シール材（Ｏリング）２３，２４が嵌め込み固定されている。

また、ベントバルブプレート２１，２２の内側面には、シールプレート３，４を駆動するシールプレート開閉用シリンダー５とは別に、直動アクチュエータとして専用のベントバルブ開閉用シリンダー２５が設けられている。このベントバルブ開閉用シリンダー２５は、シールプレート開閉用シリンダー５と同じくエアシリンダー２６により構成されており、密閉されたシリンダー２７の内部に圧縮エアの供給または排気により伸縮するピストン２８を有し、そのピストン２８のロッド部２９がベントバルブプレート２１，２２に一体に取付け固定されている。また、ロッド部２９の周囲を覆うように、溶接ベローズや成形ベローズ等の伸縮自在な金属製のベローズ３０が設けられている。

そして、このベントバルブ開閉用シリンダー２５はシールプレート開閉用シリンダー５とは別個独立して駆動するように構成されており、ベントバルブ開閉用シリンダー２５の駆動によりベントバルブプレート２１（２２）の弾性シール材２３（２４）が排気孔１８（１９）周縁の座面に押し付けられると、その反発力で排気孔１８（１９）を閉じた時の気密性が確保される。一方、ベントバルブ開閉用シリンダー２５の駆動によりベントバルブプレート２１（２２）の弾性シール材２３（２４）が座面から離れると、塞がれていた排気孔１８（１９）が開き、バルブケース２の室内空間１０の圧力がチャンバー８（９）の室内空間に導通（排気または吸気）されるようになっている。

なお、本実施形態では、２室に仕切られたシリンダー２７の内部にそれぞれ個別のピストン２８とロッド部２９を備えた独立式のベントバルブ開閉用シリンダー２５Ａを採用したが、これに代えて、図２に示すゲートバルブ１Ｂのように、１室のシリンダー２７の内部に１個のピストン２８を１本のロッド部２９に連結してなる連動式のベントバルブ開閉用シリンダー２５Ｂを採用しても良い。

次に、本実施形態のゲートバルブ１のメンテナンス手順について説明する。図１において、ゲートバルブ１の左側にチャンバー（第１のチャンバー）８、右側にチャンバー（第２のチャンバー）９が接続されているとする。このとき、ゲートバルブ１の第１のシールプレート３、第２のシールプレート４、及び第２のベントバルブプレート２２を閉じ、第１のベントバルブプレート２１を開いた状態で、第１のチャンバー８と第２のチャンバー９の室内がそれぞれ真空ポンプ（図示略）によって減圧される。これにより、第１のチャンバー８に導通したバルブケース２の室内は第１のチャンバー８に追従して真空引きされ、第２のチャンバー９の室内も真空引きされる。なお、第１のチャンバー８と第２のチャンバー９は、それぞれ個別に真空引きと大気開放を繰り返すだけでなく、プロセスガスの導入によっても真空度が変わるため、バルブケース２、第１のチャンバー８、及び第２のチャンバー９は、互いの室内間に差圧が生じた状態になることがある。

ここで、第１のチャンバー８側の第１のシールプレート３を取り外すには、例えばバルブケース２の室内空間１０が大気圧で、第１のチャンバー８の室内が真空であった場合、大気側から真空側に向かって大気圧が掛かっているため、第１のシールプレート３を開く前に両室内の圧力を均一化する必要がある。そこで、本実施形態のゲートバルブ１（１Ａ，１Ｂ）では、まずベントバルブ開閉用シリンダー２５を駆動し、ベントバルブ２０の第１のベントバルブプレート２１を開く。これにより、バルブケース２の室内空間１０の圧力が排気孔１８を通じて第１のチャンバー８の室内に排気され、両室内の圧力が均一状態になる。

次に、シールプレート開閉用シリンダー５を駆動し、第１のシールプレート３を開く。このとき、ベントバルブ２０による排気によって両室内の圧力が均一になっているため、通常のエア供給圧で第１のシールプレート３を動かすことが可能である。そして、第１のシールプレート３をロッド部１６とロッド部２９から取り外し、プレート表面のクリーニングや弾性シール材１１の交換などのメンテナンス作業を行うことができる。

このように、本実施形態のゲートバルブ１（１Ａ，１Ｂ）によれば、ベントバルブ開閉用シリンダー２５がシールプレート開閉用シリンダー５とは別個独立して駆動するように構成されているため、ゲートバルブ１（１Ａ，１Ｂ）で第２のチャンバー９を隔離した状態のまま、バルブ全体を取り外さずに比較的軽量なシールプレート３のみを取り外すことができる。したがって、プロセス中の基板の製造ラインを停止することなく、メンテナンス作業の効率化を図ることができるという利点がある。

次に、本発明の変形例について説明する。図３に示すゲートバルブ１（１Ｃ）は、図１のものとは異なり、シールプレート３，４を駆動するシールプレート開閉用シリンダー５のうちの一つをベントバルブ開閉用シリンダー２５として設けたことが特徴である。

すなわち、一対のシールプレート３，４の中央部分には、それぞれバルブケース２の室内空間１０と開口部６，７とを連通させる排気孔１８，１９が設けられており、この排気孔１８，１９に対応する位置にベントバルブ２０が設けられている。このベントバルブ２０は、排気孔１８，１９を開閉する一対のベントバルブプレート（第１のベントバルブプレート２１，第２のベントバルブプレート２２）を備えており、ベントバルブプレート２１，２２の外側面には排気孔１８，１９よりも一回り大きな弾性シール材（Ｏリング）２３，２４が嵌め込み固定されている。

また、ベントバルブプレート２１，２２の内側面には、シールプレート３，４を駆動するシールプレート開閉用シリンダー５のうち、中央位置に配置された一つのエアシリンダー１３がベントバルブ開閉用シリンダー２５として設けられている。その他の構造については図１のものと同様である。

なお、本実施形態では、２室に仕切られたシリンダー２７の内部にそれぞれ個別のピストン２８とロッド部２９を備えた独立式のベントバルブ開閉用シリンダー２５Ｃを採用したが、これに代えて、図４に示すゲートバルブ１Ｄのように、１室のシリンダー２７の内部に１個のピストン２８を１本のロッド部２９に連結してなる連動式のベントバルブ開閉用シリンダー２５Ｄを採用しても良い。

このように、本実施形態のゲートバルブ１（１Ｃ，１Ｄ）によれば、シールプレート３，４とは別に開閉するベントバルブ２０の排気操作によって、上述した実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態では、シールプレート開閉用シリンダー５を構成する複数のエアシリンダー１３，１３，…のうちの一つをベントバルブ開閉用シリンダー２５として備えているため、部品の共通化による製造コストの削減と、ゲートバルブ１（１Ｃ，１Ｄ）全体の小型化を図ることができるという利点がある。

次に、図５に示すゲートバルブ１（１Ｅ）は、圧力検知に基づいてベントバルブ２０の開閉を制御する機能を持たせたことが特徴である。

すなわち、このゲートバルブ１（１Ｅ）には、第１の開口部６に連通する圧力計測ポート３１と、バルブケース２の室内空間１０に連通する圧力計測ポート３２と、第２の開口部７に連通する圧力計測ポート３３が設けられており、それぞれのポートの開口端に真空計３４，３５，３６が設置されている。また、それぞれの真空計３４，３５，３６は、コントローラ（図示略）を介して、ベントバルブ２０を駆動するベントバルブ開閉用シリンダー２５に接続されている。

そして、図５に示すように、例えば真空計３４で計測された第１の開口部６の圧力（第１のチャンバー８内の圧力）Ｐ１が真空計３５で計測されたバルブケース２の室内空間１０の圧力Ｐ２よりも大きく、バルブケース２の室内空間１０の圧力Ｐ２と真空計３６で計測された第２の開口部７の圧力（第２のチャンバー９内の圧力）Ｐ３とが等しい場合、これらの真空計３４，３５，３６から出力される信号に基づいて、コントローラがベントバルブ開閉用シリンダー２５を駆動し、第２のベントバルブプレート２２を閉じた状態で第１のベントバルブプレート２１を開く。また、第１のシールプレート３と第２のシールプレート４は共に閉じた状態である。これにより、第１のチャンバー８の室内空間から排気孔１８を通じてバルブケース２の室内空間１０へと圧力が開放される。

このように、本実施形態のゲートバルブ１（１Ｅ）によれば、真空計３４，３５，３６から出力される信号に基づいてコントローラがベントバルブ開閉用シリンダー２５を駆動することによって、バルブケース２の室内空間１０の圧力と開口部６，７の圧力（チャンバー８，９内の圧力）が均一となるようにベントバルブ２０の開閉をフィードバック制御することができるという効果がある。

さらに、上述した実施形態において、図６〜８に示すようなベローズ３０の保護構造を採用しても良い。

すなわち、このゲートバルブ１（１Ｆ）のベントバルブ２０には、ベントバルブ開閉用シリンダー２５のピストン２８に第１のチェックバルブ３７が内蔵されており、その一端がベローズ３０の内部に連通し、他端が閉動作圧供給室３９に連通している。また、シリンダー蓋４３に第２のチェックバルブ３８が内蔵されており、その一端がベローズ３０の内部に連通し、他端が開動作圧供給室４０に連通している。この第１のチェックバルブ３７と第２のチェックバルブ３８は、図８に拡大して示すように、シール部を有する弁体４４と、弁体４４を弁座４５に付勢する圧縮ばね４６とから構成された逆止弁である。

そして、図６に示すように、閉動作時（閉動作圧供給室３９内の加圧時）にベローズ３０に加えられる内圧が基準圧力を超過すると、第１のチェックバルブ３７が閉じて、ベローズ３０内の基準圧力を超過した圧縮エアがシリンダー蓋４３内の通路を通り、弁体４４を圧縮ばね４６に抗して押し下げて第２のチェックバルブ３８を開く。これにより、開動作圧供給室４０から開動作圧供給口４２を通じてシリンダー２７の外部大気側に圧縮エアが排出される。

一方、図７に示すように、開動作時（開動作圧供給室４０内の加圧時）にベローズ３０に加えられる内圧が基準圧力を超過すると、今度は第２のチェックバルブ３８が閉じて、ベローズ３０内の基準圧力を超過した圧縮エアがロッド部２９内の通路を通り、弁体４４を圧縮ばね４６に抗して押し下げて第１のチェックバルブ３７を開く。これにより、閉動作圧供給室３９から閉動作圧供給口４１を通じてシリンダー２７の外部大気側に圧縮エアが排出される。

このように、本実施形態のゲートバルブ１（１Ｆ）によれば、ロッド部２９とベローズ３０との間の圧力を二つのチェックバルブ３７，３８によって感知し、一定圧を超過する圧力がベローズ３０に加えられると、ベントバルブ開閉用シリンダー２５の内部の圧力状況により、二つのチェックバルブ３７，３８のいずれか一方が自動で開き、その圧縮エアをシリンダー２７の外部大気側に排出することによって、ベローズ３０の変形や損傷を未然に防ぐことができる。したがって、ベローズ３０の破裂による汚染や真空破壊を防止して、ベントバルブ開閉用シリンダー２５を含むゲートバルブ１（１Ｆ）の寿命向上を図ることができる。

１：ゲートバルブ
２：バルブケース
３：シールプレート（第１のシールプレート）
４：シールプレート（第２のシールプレート）
５：シールプレート開閉用シリンダー
６：開口部（第１の開口部）
７：開口部（第２の開口部）
８：チャンバー（第１のチャンバー）
９：チャンバー（第２のチャンバー）
１０：バルブケースの室内空間
１１：弾性シール材
１２：弾性シール材
１３：エアシリンダー
１４：シリンダー
１５：ピストン
１６：ロッド部
１７：ベローズ
１８：排気孔
１９：排気孔
２０：ベントバルブ
２１：ベントバルブプレート（第１のベントバルブプレート）
２２：ベントバルブプレート（第２のベントバルブプレート）
２３：弾性シール材
２４：弾性シール材
２５：ベントバルブ開閉用シリンダー
２６：エアシリンダー
２７：シリンダー
２８：ピストン
２９：ロッド部
３０：ベローズ
３１：圧力計測ポート
３２：圧力計測ポート
３３：圧力計測ポート
３４：真空計
３５：真空計
３６：真空計
３７：第１のチェックバルブ
３８：第２のチェックバルブ
３９：閉動作圧供給室
４０：開動作圧供給室
４１：閉動作圧供給口
４２：開動作圧供給口
４３：シリンダー蓋
４４：弁体
４５：弁座
４６：圧縮ばね

Claims (4)

1. バルブケースの両側に設けられた開口部を、前記バルブケース内に対向配置された一対のシールプレートで開閉するゲートバルブであって、
   前記一対のシールプレートの各々に、前記バルブケースの室内空間と前記開口部とを連通させる排気孔が設けられており、前記シールプレートを駆動するシールプレート開閉用シリンダーとは別に専用のベントバルブ開閉用シリンダーを備え、当該ベントバルブ開閉用シリンダーの駆動により前記排気孔を開閉するベントバルブが設けられていることを特徴とするゲートバルブ。
2. バルブケースの両側に設けられた開口部を、前記バルブケース内に対向配置された一対のシールプレートで開閉するゲートバルブであって、
   前記一対のシールプレートの各々に、前記バルブケースの室内空間と前記開口部とを連通させる排気孔が設けられており、前記シールプレートを駆動する複数のシールプレート開閉用シリンダーのうちの一つをベントバルブ開閉用シリンダーとして備え、当該ベントバルブ開閉用シリンダーの駆動により前記排気孔を開閉するベントバルブが設けられていることを特徴とするゲートバルブ。
3. 前記バルブケース内の圧力、及び前記バルブケースの両側に設けられた開口部の圧力を計測する真空計を備え、当該真空計から出力される信号に基づいて前記ベントバルブ開閉用シリンダーを駆動し、前記バルブケース内の圧力と前記開口部の圧力が均一となるように前記ベントバルブの開閉を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のゲートバルブ。
4. 前記ベントバルブ開閉用シリンダーのロッド部を覆うベローズを備え、当該ベローズに加えられる内圧が基準圧力を超過したとき、その内圧を前記ベントバルブ開閉用シリンダーの外部へと排出するチェックバルブが設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のゲートバルブ。