JP2018515720A - バルブ - Google Patents

Abstract

バルブシート（４）は、バルブ（１）または真空バルブのバルブ開口部（５）を取り囲む。閉塞要素（３）は、少なくとも１つの開位置および閉位置の間で少なくとも１つの閉塞要素駆動機構（６）（７）によって駆動される。開位置において、閉塞要素（３）が、バルブ開口部（５）を少なくとも部分的に開放する。閉位置において、バルブ開口部（５）を閉じるため、閉塞要素（３）がバルブシート（４）に対して押し付けられる。バルブ（１）のうち少なくとも一部の表面（９）は、０．４μｍ以下、好ましくは０．２５μｍ以下の平均表面粗さＲＺを有している。【選択図】 図２

Description

本発明は、少なくとも１つのバルブハウジングと、少なくとも１つの閉塞要素と、少なくとも１つのバルブシートと、を有するバルブ、特に真空バルブに関する。前記バルブシートは、前記バルブの少なくとも１つのバルブ開口部を取り囲んでいる。前記閉塞要素は、少なくとも１つの閉塞要素駆動機構により、前記閉塞要素が前記バルブ開口部を少なくとも部分的に開放している少なくとも１つの開位置と、前記バルブ開口部を閉塞するため、前記閉塞要素が前記バルブシートに対して押し付けられる閉位置との間で進退可能である。

異なる圧力条件下の異なる雰囲気および特に真空、さらには負圧において、製造または加工プロセスが実施される場合、上記タイプのバルブは、真空バルブとして使用される。バルブは、プロセスチャンバまたは搬送チャンバのようなチャンバに閉塞可能に設けられ、相互に気密に連結される。バルブのバルブハウジングは、このような用途に対応するチャンバのチャンバ壁部に取り付けられている。バルブハウジングおよびチャンバ壁部は一体化されていてもよい。バルブのバルブ開口部は、対応するチャンバ開口部と整列されている。閉塞要素は、加工対象のワークピースが対応するチャンバの内部に導入される、または、そこから導出されるように、バルブ開口部が少なくとも部分的に開放されている開位置にある。バルブは、チャンバが密閉され、かつ、プロセスにとって重要な各条件、特に圧力が維持されるように閉位置にある。しかしながら、上記タイプのバルブは、流体、特にガスのチャンバまたはその均等物における流量を調節するために機能する、いわゆる流量調節バルブとして用いられてもよい。

各プロセスを実行するため、不要なパーティクルの混入、発生または伝搬を可能な限り低減する、望ましくは完全になくすことは非常に重要である。

本発明の目的は、このような点で上記タイプのバルブを改善することにある。

この目的のため、本発明によれば、バルブの少なくとも一部の表面は、０．４μｍ以下、好ましくは０．２５μｍ以下の平均表面粗さＲＺを有する。

換言すれば、本発明によれば、バルブの少なくとも一部の表面は、きわめて平滑であって非常に小さい表面粗さをもって構成されている。これにより、後で詳細に説明されるように、パーティクルの発生および付着が大幅に低減される。表面粗さを表わす平均表面粗さＲＺは、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ４２８７にしたがって決定される。これについては、さらなる説明は省略する。ＲＺ値の測定は、好ましくは、非接触干渉顕微鏡を用いて行われる。この目的に適した市販の機器としては、例えば、マール（Ｍａｈｒ）社製の白色光干渉計ＷＬＩ ＭａｒＳｕｒｆ ＣＷ１００、ヴィーコ（Ｖｅｅｃｏ）社製のＷｙｋｏ ＮＴ１１００およびアリコナ（Ａｌｉｃｏｎａ）社製のＩｎｆｉｎｉｔｅＦｏｃｕｓ Ｇ５があげられる。

表面粗さまたは平滑度を有する本発明のバルブの表面は、鏡面加工および研磨加工のうち一方または両方が施された表面である。この意味で、本発明のバルブの製造方法によれば、当該表面に、に鏡面加工および研磨加工のうち一方または両方が施される。鏡面加工および研磨加工のそれぞれによれば、表面のプロファイルまたは粗さ曲線の凹凸における微小なバリの形成が防止されうる。

表面は、例えば、アルミニウムもしくはアルミニウム合金または同等の材料を少なくとも含んでいる。 ＥＮ ５７３：２００７（Ｅ）における５０００シリーズまたは６０００シリーズのアルミニウム合金が特に好ましい。特に好ましいアルミニウム合金は、この標準のタイプ５０８３、６０６１および６０８２のうち少なくとも１つに記載されたものである。アルミニウムの代わりは、例えばステンレス鋼である。バルブの表面は、ステンレス鋼により構成され、または、そのような材料を含んでいてもよい。

本発明の表面が、バルブの動作中に開閉されるシール部材のように、いわゆる動的シールに適用されることが特に好ましい。本発明の特に好ましい実施態様によれば、小さい表面粗さまたは高い平滑度を有する本発明の表面が、バルブハウジングのバルブシートおよび閉塞要素のシール面のうち一方または両方を構成する。これにより、閉塞要素の開閉に際して摩擦面におけるパーティクルの発生が、先行技術と比較して大幅に低減される。これは、例えばゴムまたは他のエラストマーのシール部材などのバルブのシール部材が、閉位置において表面に押し付けられ、かつ、開位置においてシール部材が表面から再び離間されるような場面で顕著である。本発明の平滑な表面により、閉塞要素の開閉に際してシール部材の摩耗が大幅に低減され、従来技術よりもパーティクルの発生が著しく低減される。エラストマーシールは、付加的な処理を施すことなく使用されうる。

本発明の平滑な表面は、パーティクルの発生を低減するため、動的シール部材のみならず静的シール部材に対して適用されてもよい。この観点から、表面が、バルブの動作中にシール部材が恒久的に押し付けられるところのバルブのシール面を構成してもよい。加圧および減圧によって、このような静的シール部材の領域と同様に、相互に接触している部品がわずかに摺動することができることに留意すべきであるという観点から、適当な平滑な表面によってパーティクルの発生が低減または完全に防止される。

シール面、バルブシートおよびシールシートに加え、本発明に係る表面が、バルブの他の部分にも適用されてもよい。バルブハウジングおよび閉塞要素のうち少なくとも一方において、バルブの動作中にプロセス流体、特にプロセスガスが流通する部分領域を構成していてもよい。これにより、バルブハウジングまたは閉塞要素の当該部分領域の著しく平滑に構成された本発明に係る表面に残存するパーティクルが低減される。その結果、当該表面をクリーンに維持することは極めて簡単かつ効果的である。付加的な効果としては、当該表面におけるパーティクルの付着頻度が低いため、本発明のバルブが設けられたプロセスチャンバからプロセスガス等のプロセス流体が迅速に吸引可能であることがあげられる。

本発明に係る小さい表面粗さを有するバルブの表面が、光反射面として形成されていることが特に好ましい。当該表面に加えて、バルブハウジングおよび閉塞要素のうち一方または両方は、プロセスチャンバの内部の熱輻射によって不必要に加熱されることが防止される。熱輻射は、少なくとも大部分が表面により反射され、反射によってプロセスのエネルギー節約が担保される。これは、バルブの構成部品の昇温の抑制につながる。これにより、高温プロセスにおいてエラストマーのシール部材などの費用対効果の高い材料、または、オーステナイト鋼、ステンレス鋼またはステンレススチールに代えて、アルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられてもよい。そのほか、バルブ駆動機構の昇温抑制および一般的に熱応力の低減が考慮される必要がある。この観点から、本発明の好ましい実施態様によれば、表面が、電磁放射に対して０．８以上、より好ましくは０．９以上の反射率を有している。当該反射率は、０．０１μｍ（マイクロメートル）および１０００μｍの間の波長範囲、ならびに、熱輻射、赤外線および可視光において実現されるべきである。反射率は、入射電磁放射のうち反射された部分として定義され、例えば積分球を用いて測定される。

本発明のバルブは、バルブ開口部を通じて処理対象であるワークピースを搬送可能になるように構成されてもよい。バルブ開口部のサイズは、搬送対象であるワークピースが通過できるようなサイズである。当該実施態様において、一または複数の閉塞要素が平板状または皿状に形成されている。このようなバルブは、搬送バルブとも呼ばれる。ちょうど同様に、本発明のバルブは、いわゆるガス流量計測バルブであってもよい。この場合、閉塞要素は、例えば、円錐状またはこれと同様の形状の針状に形成される。動的シール面の場合、それ自体知られているシール部材が、バルブハウジングのバルブシートおよび閉塞要素のシール面の両方に配置されてもよい。閉塞要素の閉位置において、対応するまたはシール部材に当接する他方の面は、本発明の平滑度または小さい表面粗さを有することが好ましい。

既に説明したように、本発明のバルブは、好ましくはいわゆる真空技術に適用される。一般的に、０．００１ｍｂａｒ（ミリバール）または０．１Ｐａ（パスカル）以下の圧力を有する動作状態が真空技術と呼ばれる。真空バルブは、当該圧力範囲およびこれに対応する、雰囲気に対する差圧のために設計されているバルブである。すなわち、一般的には、大気圧より低く、１ｂａｒより低い圧力のために設計されている場合、真空バルブと呼ばれる。

本発明の好ましい実施例のさらなる特徴および詳細は、概略図に基づいて例示的に説明される。

本発明の第１実施形態としてのバルブの説明図。 本発明の第１実施形態としてのバルブの説明図。 本発明の第１実施形態としてのバルブの説明図。 本発明の第１実施形態としてのバルブの説明図。 本発明の第１実施形態としてのバルブの説明図。 本発明の第２実施形態としてのバルブの説明図。 本発明の第２実施形態としてのバルブの説明図。 本発明の第３実施形態としてのバルブの説明図。

図１〜図５に概略的に示されている本発明の第１実施形態は、図５に示されている開位置と図３に示されている閉位置との間のＬ字状に動く２つの閉塞要素３が設けられた真空バルブに関する。このようなバルブ１は、当該技術分野では一般的にＬ−バルブと呼ばれる。

図１は、バルブ１のバルブハウジング２の外観図を示している。図１において、閉塞要素３は、本実施形態ではバルブ開口部５を完全に開放している開位置にある。図２〜図５には、バルブ１の縦断面図が示されている。図２には、バルブ開口部５によってチャンバ開口部１３を閉塞可能に連結するため、部分的にのみ示されている２つのチャンバ１２の間にバルブ１が配置されている態様が示されている。関連技術分野において知られているように、チャンバ１２は、所定の雰囲気および圧力条件の下で加工プロセスおよび製造プロセスが実行されるプロセスチャンバであってもよい。同様に、チャンバ１２は、加工されるワークを一のプロセスチャンバから他のプロセスチャンバに搬送するための搬送チャンバであってもよい。図３〜図５では、チャンバ１２は図示されていない。

本実施形態の閉塞要素３を、図５に示されている開位置と、図２および図４に示されている中間位置と、図３に示されている閉位置の間で進退可能とするため、２つの閉塞要素駆動機構６、７が設けられている。閉塞要素３が、第１閉塞要素駆動機構６により、第１運動方向１６について、図５に示されている開位置と図２および図４に示されている中間位置との間で直線的に進退駆動される。本実施形態では、シリンダ１４および公知の方法で駆動可能なピストン１５を有するピストンシリンダ装置により第１閉塞要素駆動機構６が構成されている。ピストン１５はバルブロッド１９に対して堅固に連結されている。バルブロッド１９においてピストン１５とは反対側には第２閉塞要素駆動機構７および閉塞要素３が設けられている。本実施形態では、第２閉塞要素駆動機構７も、シリンダ１４およびピストン１５を有するピストンシリンダ装置により構成されている。各閉塞要素駆動機構７の各ピストン１５に閉塞要素３が固定されている。閉塞要素３は、第２閉塞要素駆動機構７により、第２運動方向について、図２および４に示されている中間位置と、図３に示されている閉位置との間で直線的に進退駆動される。このような閉塞要素駆動機構６、７の構成は、それ自体が当技術分野でよく知られており、概略的かつ例示的にのみ示されている。原理的に、本発明は、公知のさまざまな形態の閉塞要素駆動機構６および７により実現される。本発明のバルブにおいて一の閉塞要素駆動機構が設けられてもよく、複数の閉塞要素駆動機構が設けられてもよい。

板状または皿状に形成されている閉塞要素３は、あらゆる動作位置においてバルブハウジング２の内部空間２１にある。閉塞要素３が閉位置において押し付けられるバルブシート４は、本実施形態ではバルブハウジング２の対応する内側面により構成されている。閉塞要素３によりそれぞれのシール面８が構成され、本実施形態ではシール面８はシール部材１０を保持している。シール部材１０は、閉塞要素３の閉位置においてバルブシート４に押し付けられる一方、中間位置および開位置においてバルブシート４から離間する。当然に、シール部材１０がバルブシート４により構成され、閉位置においてのみ閉塞要素３のシール面８がそこに押し付けられてもよい。シール部材１０が、バルブシート４またはシール面８と一体的に構成されていてもよい。バルブシート４およびシール面８の適切な設計により、別個のシール１０が完全に省略されてもよい。

閉塞要素３、閉塞要素駆動機構７またはバルブハウジング２の内部空間２１を保守点検できるようにするため、バルブハウジング２の一部が、残りの部分から着脱可能な蓋部１８の形態で構成されている。蓋部１８の封止のため、蓋部１８の対応するシールシート１１に対して押し付けられるシール部材１０が設けられている。

バルブ１または真空バルブの当該特徴は、従来技術において知られており、ここでは一例としてのみ説明されている。

本発明の実施形態では、パーティクル発生およびパーティクル付着の低減の観点から、バルブハウジング２および閉塞要素３のさまざまな表面９は、０．４μｍ以下、好ましくは０．２５μｍ以下の表面粗さＲＺを有する。本実施形態では、当該表面粗さＲＺは、本発明にしたがって適当に研磨された表面９によりバルブシート４において実現される。シール部材１０は閉塞要素３およびバルブシート４と共に、閉塞要素３の開閉に際して摩擦によりパーティクルを生じさせるような動的な封止を構成する。適当に研磨された表面９の形態のバルブシート４の構成により、摩擦面におけるパーティクルの発生を先行技術と比較して大幅に低減し、好ましくは完全に防止される。

蓋部１８のシールシート１１およびそこに配置されたシール部材１０は、本実施形態では、バルブ１の通常動作時においては開放されておらず、または、互いに分離されているいわゆる静的シールを構成する。それにもかかわらず、圧力上昇および圧力低下に際して、シール面がある程度動き、従来技術と同様に不要なパーティクルがある程度は発生する。これを回避するため、本実施形態では、シールシート１１は、０．４μｍ以下、好ましくは０．２５μｍ以下の平均表面粗さＲＺを有する表面９として蓋部１８において構成されている。これにより、静的シールにおけるパーティクルの発生量は、少なくとも低減され、好ましくは完全に回避される。

バルブ１の動作中にプロセス流体またはガスに接触するバルブハウジング２および閉塞要素３のすべての部位に、本発明の円滑な表面９が形成されている。これにより、バルブハウジング２および閉塞要素３の表面には非常にわずかなパーティクルしか付着せず、これにより表面がクリーンに維持される。当該表面における粒子の付着量の低減は、バルブ１およびチャンバ１２の圧力の迅速な低下および上昇を可能とする。

当該表面９は、電磁放射に対して０．８以上、好ましくは０．９以上の反射率を有する光反射面として構成されている。これにより、チャンバ１２に出現するプロセス熱輻射がより大きく反射される。該当する表面または壁部の不要な加熱が、熱輻射の当該大きな反射または反照によって低減または防止され、チャンバ１２でプロセスが実行されることにより、全体的なエネルギー損失が低減され、エネルギー消費量が低減される。そのような高い熱反射面により、上述の付加的な利点が得られる。

第１実施形態では、該当する表面の全てが本発明の低い表面粗さを有する表面９として構成されている。当然のことながらこれは必須ではない。同様のまたは異なるバルブ１において、より少ないまたは付加的な表面が本発明の平滑な表面９であってもよい。

最後に、図６〜図８における実施形態が例示的に説明されるが、本発明の平滑な表面９は、当然のことながら、全く異なるそれ自体公知のタイプのバルブに適用されうる。図６および図７の実施形態は、いわゆる揺動バルブの一例であり、第１実施形態のように閉塞要素３がバルブロッド１９と一緒に開位置と中間位置との間で直線的に進退駆動されるのではなく、開位置と中間位置との間で、軸線２０のまわりに図７に示されている第１運動方向１６に揺動する。図６に示されている中間位置と閉位置の間の閉塞要素３の駆動は、第１実施形態と同様に、閉塞要素駆動機構７により第２運動方向１７により実現される。

図７には、揺動バルブとして構成された図６に示されている、透明に表現されているバルブハウジング２を有するバルブ１の、閉塞チャンバ１２の一方向から見た側面図が示されている。図７は大幅に簡略化された概略図である。図７において、閉塞要素３およびバルブロッド１９は、閉塞要素３が既にバルブ開口部５を覆う一方、まだバルブシート４に押し付けられていない、図６に示されている中間位置にある。図７において、開位置における閉塞要素３およびバルブロッド１９が破線で示されている。図７から、閉塞要素３がバルブロッド１９と共に、揺動軸線２０のまわりに第１駆動機構６によって中間位置と開位置との間で第１運動方向１６に揺動させることがわかる。これは、それ自体知られており、さらに説明する必要はない。バルブロッド１９のバルブハウジング２に対する封止は、例えば適当なベローズまたはその均等物により実現されるが、これについてもここでは詳細に説明しない。

開位置と中間位置との間で閉塞要素３を移動させることに関する相違点を除いて、図６および図７に示されている第２実施形態は１実施形態と同様に実行されるので、対応する上記の説明は参照される。これは、本発明にしたがったさまざまな表面９の構成およびこれによって奏される利点についても特に当てはまる。

図８には、本発明の円滑な表面９が適用される第３実施形態のバルブ１または真空バルブが例示的に示されている。このバルブは、閉塞要素３が楔形状であるいわゆるウェッジバルブである。バルブ１は、閉塞要素３を図８に示されている開位置および閉塞要素３がバルブ開口部５を開放する閉位置（図示略）の間で駆動する単一の閉塞要素駆動機構６のみが必要とされる。本実施形態では、閉塞要素３は、第１運動方向１６に加えて、一の方向およびこれとは反対方向に直線的にのみ動かされる。このようなウェッジバルブは、それ自体知られており、より詳細な説明はしない。本発明によれば、バルブシート４、シールシート１１、ならびに、バルブ１の動作中にプロセス流体またはガスに接触するバルブハウジング２および閉塞要素３のすべての部位は、０．４μｍ以下、好ましくは０．２５μｍ以下の平均表面粗さＲＺを有する本発明の表面９を備えている。

その他の構成は、第３実施形態に関する補完説明が不要となるように、第１実施形態およびその説明が参照されてもよい。

最後に、上述したバルブのタイプとは異なる、さまざまなバルブおよび異なるバルブのタイプに対して本発明の表面９が適用されてもよい。汎用性を損なうことなく、単一の閉塞要素または閉塞プレートを有するコーナーバルブもしくはいわゆるＭｏｎｏｖａｔバルブ（ＶＡＴ社製品名）、または、公知である他のあらゆるタイプの実施例が採用される。当該バルブは、一または複数のバルブ駆動機構を有していてもよい。

１‥バルブ、２‥バルブハウジング、３‥閉塞要素、４‥バルブシート、５‥バルブ開口部、６‥閉塞要素駆動機構、７‥閉塞要素駆動機構、８‥シール面、９‥シール部材、１０‥シール部材、１１‥シールシート、１２‥チャンバ、１３‥チャンバ開口部、１４‥シリンダ、１５‥ピストン、１６‥第１運動方向、１７‥第２運動方向、１８‥蓋部、１９‥バルブロッド、２０‥揺動軸、２１‥内部空間。

Claims (10)

1. 少なくとも１つのバルブハウジング（２）と、少なくとも１つの閉塞要素（３）と、少なくとも１つのバルブシート（４）と、を有する真空バルブまたはバルブ（１）であって、
   前記バルブシート（４）は、前記バルブ（１）の少なくとも１つのバルブ開口部（５）を取り囲み、前記閉塞要素（３）は、少なくとも１つの閉塞要素駆動機構（６）（７）により、前記閉塞要素（３）が前記バルブ開口部を少なくとも部分的に開放している少なくとも１つの開位置と、前記バルブ開口部（５）を閉塞するため、前記閉塞要素（３）が前記バルブシート（４）に対して押し付けられる閉位置との間で進退可能であり、
   前記バルブ（１）の少なくとも一部の表面（９）が、０．４０μｍ以下または０．２５μｍ以下の平均表面粗さＲＺを有することを特徴とするバルブ。
2. 請求項１記載のバルブ（１）において、前記表面（９）が研磨面、光沢面および光反射面のうち少なくとも１つであることを特徴とするバルブ。
3. 請求項１または２記載のバルブ（１）において、前記表面（９）が電磁放射に対して０．８以上または０．９以上の反射率を有することを特徴とするバルブ。
4. 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、前記表面（９）がアルミニウム、アルミニウム合金もしくはステンレス鋼またはこれらの同等材料を含むことを特徴とするバルブ。
5. 請求項４記載のバルブ（１）において、前記表面（９）が５０００シリーズもしくは６０００シリーズのアルミニウム合金またはこれらの同等材料を含むことを特徴とするバルブ。
6. 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、前記表面（９）が前記バルブシート（４）および前記閉塞要素（３）の前記シール面（８）のうち少なくとも一方を構成していることを特徴とするバルブ。
7. 請求項６記載のバルブ（１）において、閉位置において前記バルブ（１）のシール部材（１０）が前記表面（９）に対して押し付けられ、開位置において前記シール部材（１０）が前記表面（９）から離間していることを特徴とするバルブ。
8. 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、前記表面（９）が、前記バルブ（１）の動作期間において前記シール部材（１０）が恒久的に押し付けられる、前記バルブ（１）のシールシート（１１）を構成することを特徴とするバルブ。
9. 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、前記表面（９）が、前記バルブ（１）の動作期間においてプロセス流体に接触する、前記バルブハウジング（２）および前記閉塞要素（３）のうち一方または両方の少なくとも一部の領域を構成することを特徴とするバルブ。
10. 請求項１〜９のうちいずれか１つに記載のバルブ（１）を製造する方法であって、前記表面（９）が研磨加工および鏡面加工のうち少なくとも一方が施されることを特徴とする方法。

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