JP4296002B2

JP4296002B2 - 真空バルブ

Info

Publication number: JP4296002B2
Application number: JP2003033312A
Authority: JP
Inventors: トーマスブレカ
Original assignee: バットホールディングアーゲー
Priority date: 2002-02-26
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2023-02-12
Also published as: JP2003269655A; US20030160204A1; US6685163B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空バルブに関する。特に本発明は下記構成を有する真空バルブに関する。軸線を有する弁開口部を備える弁本体と、バルブ開口位置と閉塞位置との間を弁開口部の軸線に角度を有して延びる閉塞方向に移動する閉塞体とを有し、弁開口部の周囲に配置されるシーリング面は弁開口部の軸線方向に互いにオフセットするように配置される少なくとも２つの主シーリング面が接続面によって互いに接続され、シーリング面の仮想創成線は閉塞方向に対して実質上直角に延出する部分あるいは接線を有する。閉塞体の周囲に配設されるシール体はシーリング面の２つの主シーリング面に対応する２つの主シール部と該２つの主シール部を接合する接合シール部とからなり、シール体はバルブの閉塞位置に閉塞体を移動することによりシーリング面に対接する。
【０００２】
【従来の技術】
バルブ本体を形成する弁ハウジングを有するスライドバルブは知られている。その弁開口部の周囲には弁開口部の軸線に対して直角な平面に配置されたシーリング面が設けられる。弁開口部は環状シールが固着されたプレート状閉塞体により閉塞可能であり、環状シールはシーリング面の平面に対して平行な面に配置されている。シールに横方向の力が作用するのを防止するため、閉塞するための移動は２段階で行われる。第１段階で、プレート状閉塞体は弁開口部に対面するがシーリング面からは離れた位置に移動される。次の段階で、閉塞体の多くの部品から構成されるシール支持部分が、該シールがシーリング面に接触するまで弁開口部の方向に移動する。かかる目的のため、多くの構成部品から構成される閉塞体を広拡するための、例えば、広拡デバイスが設けられている。かかる形式の真空バルブはよく知られている（例えば特許文献１、２参照）が、比較的複雑な構造を有し、閉塞工程の間、特に閉塞体の構成部品間の広拡移動によって、望ましくない比較的大量の粒子が真空中に放散される。
【０００３】
最初に述べた形式の真空バルブも知られている（特許文献３〜５参照）。これら特許文献３〜５の記載内容を参考に援用する。これら特許文献３〜５に開示されたバルブは簡単な構造を有し、早急な開閉が可能で、シールに作用する横方向の力は防止され、上述のバルブに比して開閉工程における粒子の放出は実質的に少ない。
【０００４】
真空バルブが閉塞するとき閉塞体の両側における領域間に差圧が生じ、該差圧は、閉塞体のある程度の側方移動、即ち弁開口部の軸線方向への移動、を引起す。弁開口部方向への側方移動は弁本体によって規制される。特許文献５のＦｉｇ．４、５に示す差圧枠は反対方向への移動を規制するために設けられている。閉塞体が差圧に起因する移動によって差圧枠または弁本体に衝突すると、金属と金属との接触により望ましくない粒子が真空中に放散する。かかる理由のため、差圧枠にゴムのコーティングを設けることが既に提案されている。しかし、このことはバルブのコストを増加させる。特許文献４のＦｉｇ．５、及び特許文献３のＦｉｇ．８に、閉塞状態において、シール面に設けられた溝に係合するように閉塞体に設けられた保護エッジが示されている。この保護エッジは閉塞体が移動するときに弁開口部に進入する流れからシールを遮蔽し、シールを保護するためのものである。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第４５６０１４１号明細書
【特許文献２】
米国特許第４２９１８６１号明細書
【特許文献３】
米国特許第４８８１７１７号明細書（第８図）
【特許文献４】
米国特許第４８０９９５０号明細書（第５図）
【特許文献５】
米国特許第５９０９８６７号明細書（第４−５図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の重要な目的は、冒頭に述べた形式の真空バルブであって、バルブの閉塞状態のとき閉塞体に作用する差圧に抗することができ、真空中への粒子の放散を可能な限り少なくすることができる閉塞体の保持構造を有する真空バルブを提供することにある。本発明の更なる目的は、冒頭に述べた形式の真空バルブであって、真空バルブが使用される真空室内において実行される処理によって生ずる影響からのシールの保護、例えば、真空室内で使用される処理ガスからの保護、あるいは真空室内で発生されるプラズマからの保護、の改良を達成できる真空バルブを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る真空バルブは、軸線を有する弁開口部を備える弁本体と、前記弁開口部の軸線に対して角度を有して延出する閉塞方向に沿ってバルブの開放位置と閉塞位置との間を移動する閉塞体と、前記弁開口部の周囲に配置され、該弁開口部の軸線の方向に互いにオフセットして配置される２つの主シーリング面が接続面によって接続されるシーリング面と、該シーリング面の仮想の創成線は前記閉塞方向に対して実質的に垂直に延出する部分または接線を含み、前記閉塞体の周囲に配設されて前記シーリング面の主シーリング面に対応する２つの主シール体と該主シール体を接合する接合体とからなる閉じた環状のシール体と、前記閉塞体を前記シール体が前記シーリング面に対接するように閉塞方向に沿って移動する駆動手段とからなる真空バルブであって、前記シール体における少なくとも１つの主シール体が長さ方向の少なくとも一部に沿って、側縁が前記シーリング面を向く横断面凹状の溝部を有し、前記主シール体は前記閉塞体に備えられた凹部に配置されて該凹部の側縁により側方が保持され、前記シーリング面の前記主シール体に対応する部分は、前記弁本体に設けられた隆起部上に配置されるか、あるいは隆起して設けられており、バルブが閉塞するとき、前記隆起部が前記溝部に嵌入することを特徴とする。
【０００８】
改良された閉塞体の保持構造は、本発明に係るシールの構造と閉塞体におけるシール体を受容する領域及び弁本体におけるシーリング面を配置する領域の構造により達成され、閉塞体と弁本体との間における金属同士の接触を防止することができる。更に、閉塞体の凹部に配置されたシール体は真空室内で行われる処理に使用される処理ガスまたは真空室内で発生させるプラズマから充分に保護される。
【０００９】
本発明における有利な実施の態様においては、前記シール体の両主シール体の少なくとも全延出部より長い前記閉塞体の凹部にシール体が配置され、シール体には、弁本体の隆起部上に配置されたシ−リング面またはシーリング面の隆起部が嵌入する溝部が設けられている。本発明の特に有利な実施の態様に於いては、同様の構造がシール体及びシーリング面の全延出部分に亘って設けられる。処理領域からの活性ガス粒子のシール体への浸透が緩和または防御され、シール体における処理ガスによる腐食領域が最小化される。大きな機械的応力を受けるシール体の領域が機械的な変形の少ない領域よりも処理ガスの作用がより激しいことが知られている。本発明によれば、シール体の大きな応力を受ける広範囲の部分を影響する処理ガスから遮蔽することができる。
【００１０】
シール体を活性ガス粒子の侵蝕から更に緩和または遮蔽するために、前記シール体の少なくとも１側に少なくとも１つの側溝を設け、該側溝は前記シール体の全長に亘ってシール体の側方に沿って延出し、前記弁本体の弁開口部を囲むシーリング面に沿って側方に設けられた突条が前記側溝に突入する。かかる側溝及び突条を２つ更にそれ以上設けると効果は更に大きくなる。本発明による種々の特徴及び構成が請求の範囲に記載される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の更なる有利点及び詳細を図に示す実施態様を参照して説明する。以下の記載から本発明の更なる目的も理解されよう。図１は本発明に係る真空バルブの開放状態を示す概略図である。図２は図１の真空バルブの上方からの斜視図であり、図３は図１の真空バルブの下方からの斜視図である。図４は弁本体の上方からの斜視図であり、図５は図４の部分的拡大図である。図６は閉塞体の下方からの斜視図であり、図７は閉塞体の部分的拡大図で、シール体を取り外した底面からの斜視図を示す。図８は図７に対応する部分のシール体を示す。図９は図１の真空バルブにおけるＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図１０及び図１１は図９に示す断面図の部分的拡大図である。図１２は図９に対応する断面の閉塞状態における真空バルブを示す断面図である。図１３は図１２に対応する断面のシール領域の概略図で、本発明の他の実施態様を示す。図１４、図１５は図１２に対応する断面のシール領域の概略図で、それぞれ本発明の他の実施態様を示す。
【００１２】
本明細書においては種々の実施態様における類似の構成部分が同一の参照番号を付して記載される。図面に示す真空バルブは弁本体１と閉塞体２とを有する。弁本体１には軸線４を有する弁開口部３を備える。閉塞体２は、バルブの開口位置（図９参照）と閉塞位置（図１２参照）との間を閉塞方向５（図９又は図１２参照）に移動可能である。弁ロッド６が、図には僅かな部分しか示されていないが、閉塞体２が移動する目的のために設けられている。弁ロッド６は直線状に作動させる挿通装置などの慣例的な手段によって真空領域の外に導出され、バルブの開放位置と閉塞位置との間を駆動装置により移動される。これらの既知の構成部品は本発明にとって本質的なものではないので、図にも示していない。これらは、例えば、米国特許第４，８０９，９５０号、米国特許第４，８８１，７１７号あるいは米国特許第５，９０９，８６７号（上記特許文献３〜５）に知られる方法で構成することができる。また、種々の他の構造が考えられ、適用可能である。例えば、流体ピストン−シリンダ装置を１個または複数の弁ロッドにより閉塞体に結合して駆動装置とすることもできる。
【００１３】
弁本体１は、例えば、フランジにより真空室のフランジに結合されるバルブハウジングそれ自身により形成することができる。真空領域を有するバルブハウジングの構成部が閉塞体の両側に設けられ、弁ロッド６を直線状に作動させる挿通装置がバルブハウジングに設けられているこの種の構成は、例えば、米国特許第４，８０９，９５０号（上記特許文献４）に開示されている。バルブハウジングは、米国特許第５，９０９，８６７号（上記特許文献５）に示されるように、真空室の内部に配置することもできる。更に、弁本体１は、米国特許第４，８８１，７１７号（上記特許文献３）に示すように、真空室の内部構成部により形成することもできる。この場合は、弁ロッド６の挿通装置は真空室に設けられる。
【００１４】
閉塞方向５は、弁開口部３の軸線４に対して交差して延びている。有利な実施の態様においては、閉塞方向５は弁開口部３の軸線４に対して実質的に直角に延びている。この場合「実質的に直角」ということは少なくとも約２５度の偏差までを考慮することを意味している。閉塞体２が閉塞するための移動は直線状の移動である。
【００１５】
弁開口部３は円形または他の形状に形成することができ、周囲にシーリング面７が配置される。該シーリング面７は、弁開口部３の軸線４の方向に側方にオフセットする面に配置されて本実施態様に於いては軸線４に垂直方向に延出するように配置される２つの主シーリング面８を有する。シーリング面７の２つの主シーリング面８は弁本体１の隆起部１１上にそれぞれ配置され、該主シーリング面８の創成線１０ａ（図４，５参照）は閉塞体２の閉塞方向５に直角に延出する。２つの主シーリング面８は接続面９によって互いに連続し、シーリング面７は全体として接続領域でＵ字状となる。接続面９は同様に弁本体１の隆起部１１に配置される。従って隆起部１１は、全体として、閉じた環状となり、弁開口部３の全周囲を取囲むようになる。本実施態様においては、シーリング面７の２つの接続面９は共通の面に配置され、接続面９の創成線１０ｂは同様に閉塞方向５に対して垂直に配向される。
【００１６】
閉じた環状のシール体１２は、例えば、加硫することによって閉塞体２に固定される。シール体１２は、シーリング面７の主シーリング面８に形状が対応する２つの主シール体１３を有する。そのためこれら主シール体１３は、本実施態様に於いては、軸線４に対して垂直な面に延出するように配設される。この両面は互いに弁開口部３の軸線４方向にオフセットしている。シール体１２の主シール体１３は接合体１４により互いに接合されている。バルブの閉塞状態においては、シール体１２の主シール体１３がシーリング面７の主シーリング面８に接触し、シール体１２の接合体１４はシーリング面７の接続面９に接触してバルブがシールされる。
【００１７】
シール体１２の主シール体１３は、溝状の凹部１５において閉塞体２に固定される。更に、シール体１２の主シール体１３それ自体にも溝部１６（窪み）を備える。本実施態様に於いては、これらの凹部１５と溝部１６とは、主シール体１３の長さ全体に亘って延出している。シール体１２はこの領域では、横断面がＵ字状の形状を有している。図１１に示すように凹部１５の側縁１７は側方向に、即ち弁開口部３の軸線４の方向にシール体１２を保持する。バルブを閉塞するときは、隆起部１１がシール体１２の溝部１６内にガイドされ、配置されたシーリング面７の主シーリング面８によりシールされる。差圧が存在するときは、シール体１２の側片１８が隆起部１１の側面に押圧されて、閉塞体２が保持される。この保持する長さが長いために表面に生ずる圧力は比較的小さい。更に、閉塞体２の閉塞状態においてシール体１２に直線的に作用する領域がないので、使用される可能性のある処理ガスによるシール体１２の表面侵蝕も少ない。このことは、真空室内で発生するプラズマの場合も云える。
【００１８】
閉塞体２の凹部１５も、シール体１２の接合体１４を越えて連続している。本実施態様の接合体１４は、対比すると非常に小さい溝部のみを有しているが、他の実施態様においては、接合体１４にも大きい溝部を備えることも可能である。図１乃至図１２に示す実施の態様においては、シール体１２の主シール体１３における溝部１６の底面は平らで閉塞方向５に垂直に配向されている。この場合は、溝部１６の側縁１９は底面に対し９０度の角度で取囲んでいる。
【００１９】
図１４に示す実施態様においては、シール体１２の溝部１６の底面は同様にフラットで閉塞方向５に対し垂直に配向されている。この場合側縁１９は底面と略６０度の角度２０を以って取囲んでいる。この実施態様においては、側縁１９は接触面と同じようにシーリング領域ともなっている。この場合、シーリング面７其れ自体が隆起して形成され、シール体１２に形成された溝部１６の側縁１９に接触する側縁部と、溝部１６の底面と接触する上平面部とを備えている。上平面部及びシーリング面と、側縁部との間の角度は、底面とシール体１２の溝部１６の側縁１９とがなす角度２０に対応する。従って、シーリング面を形成するときの創成線は、両側縁部と上平面部とからなる二等辺台形の形状を有する。シーリング面における該台形の上平面部に対応する部分の創成線は、閉塞方向５に対して垂直に配向している。
【００２０】
図１５に示す本発明の実施態様においては、閉塞体２の凹部１５は、シール体１２の溝部１６と同じように、弧状、例えば、半円状である。明瞭な図とするために、閉塞体２がバルブの完全な閉塞位置にないものを示している。弁本体１に配置されたシーリング面７は２つの主シーリング面８の領域において隆起し、シーリング面７は、その横断面が弧状、例えば略半円状で、円弧の半径はシール体１２の溝部１６の半径に適合し、望ましくは、シール体１２の溝部１６の半径よりやや大きい。シール体１２の接合体１４と、シーリング面７の接続面９とを同様に構成することもできる。従って、シーリング面７の創成線は、少なくとも図１５に断面を示す領域においては、弧状であり、該創成線は閉塞方向５に垂直に配向された接線２２を有する。
【００２１】
図１３に示す実施の態様においては、シール領域から真空室への粒子の流出を緩和し又は防止する一方、他方において、シール体を構成するエラストマーに対して処理領域からの活性ガスが侵蝕することを緩和又は防止するため、シール体とシーリング面との間の接触領域に沿って側方向に一種のラビリンスを設けている。該ラビリンスは、主シール体１３から見て、少なくとも処理室側（真空室側）に配置される、即ち、ラビリンスは、反応ガスやプラズマを使用する処理が行われる真空室に面している。閉塞体２に２つの側溝２３が設けられている。これらの側溝２３はシールの全長に亘って延出するか、または、少なくともシール体１２の主シール体１３に沿って延出する。弁本体１に設けられ、シーリング面７に沿って側方に並ぶ突条２４が側溝２３の中に突出している。二本の側溝と突条の代わりに、二本より多数の側溝と突条あるいは一本の側溝と突条を設けることもできる。逆に、弁本体１に側溝２３を配置して閉塞体２に突条２４を設ける配置は本発明における均等な実施態様である。
【００２２】
突条２４と協働してシーリング面を形成する更なるシールが２つの側溝２３の一方に、例えば、シール体１２から遠い方（図１３中左方）の側溝に配置することができる。この補助的シールは弁開口部３を完全に取り巻くようにし、閉じた環状に構成することも出きるので外方のシール体１２を保護することができる。これら２つのシール間の空間を排気することも出きる。
【００２３】
他の種々の変更案または異なる実施態様が本発明の範囲から逸脱することなく考えることができ、可能である。例えば、凹部１５を閉塞体２に配設し、溝部１６をシール体１２に配設して、シーリング面が配置された隆起部１１あるいはシーリング面の隆起部１１を、シーリング面７及びシール体１２の主シーリング面８、主シール体１３が延出している部分にのみ設けることもできる。この種の構成は、少なくとも主シール面８または主シール体１３の延出部より大きいことが好ましい。以上の記載から理解できるように、シーリング面７における主シーリング面８の仮想創成線は、少なくとも閉塞方向５と実質的に垂直である部分または接線を備えている。「実質的に垂直」とは直角±２５°の偏差を考慮に入れることを意味する。
【００２４】
以上の記載から理解できるように、本発明の技術範囲はここに示す実施態様に限られるものではなく、均等である可能性のある全ての範囲を含めて請求の範囲を参照して決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る真空バルブの開放状態を示す概略図。
【図２】図１に示す真空バルブの一部を上方から見た斜視図。
【図３】図１に示す真空バルブの一部を下方から見た斜視図。
【図４】本発明に係る真空バルブの弁本体の上方から見た斜視図。
【図５】図４に示す弁本体の部分的拡大図。
【図６】本発明に係る真空バルブの閉塞体の下方から見た斜視図。
【図７】図６に示す閉塞体の部分的拡大図で、シール体を取り外した底面からの斜視図。
【図８】図７に示す閉塞体に対応する部分のシール体を示す斜視図。
【図９】図１に示す真空バルブにおけるＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図１０】図９に示す断面図の部分的拡大図。
【図１１】図９に示す断面図の部分的拡大図。
【図１２】図９に示す断面図に対応する閉塞状態における真空バルブを示す断面図。
【図１３】本発明の他の実施態様を示し、図１２に示す断面に対応するシール領域の拡大概略図。
【図１４】本発明の他の実施態様を示し、図１２に示す断面に対応するシール領域の拡大概略図。
【図１５】本発明の他の実施態様を示し、図１２に示す断面に対応するシール領域の拡大概略図。
【符号の説明】
１・・・弁本体、２・・・閉塞体、３・・・弁開口部、４・・・弁開口部の軸線、５・・・閉塞方向、６・・・弁ロッド、７・・・シーリング面、８・・・主シーリング面、９・・・接続面、１０ａ，１０ｂ・・・仮想創成線、１１・・・隆起部、１２・・・シール体、１３・・・主シール体、１４・・・接合体、１５・・・凹部、１６・・・溝部、２３・・・側溝、２４・・・突条。

Claims

軸線を有する弁開口部を備える弁本体と、前記弁開口部の軸線に対して角度を有して延出する閉塞方向に沿ってバルブの開放位置と閉塞位置との間を移動する閉塞体と、前記弁開口部の周囲に配置され、該弁開口部の軸線の方向に互いにオフセットして配置される２つの主シーリング面が接続面によって接続されるシーリング面と、該シーリング面の仮想の創成線は前記閉塞方向に対して実質的に垂直に延出する部分または接線を含み、前記閉塞体の周囲に配設されて前記シーリング面の主シーリング面に対応する２つの主シール体と該主シール体を接合する接合体とからなる閉じた環状のシール体と、前記閉塞体を前記シール体が前記シーリング面に対接するように閉塞方向に沿って移動する駆動手段とからなる真空バルブであって、
前記シール体における少なくとも１つの主シール体が長さ方向の少なくとも一部に沿って、側縁が前記シーリング面を向く横断面凹状の溝部を有し、前記主シール体は前記閉塞体に備えられた凹部に配置されて該凹部の側縁により側方が保持され、前記シーリング面の前記主シール体に対応する部分は、前記弁本体に設けられた隆起部上に配置されるか、あるいは隆起して設けられており、バルブが閉塞するとき、前記隆起部が前記溝部に嵌入することを特徴とする真空バルブ。
前記シール体の２つの主シール体は、少なくとも全延出部より長い溝部を備えて前記閉塞体の凹部に配置され、これに対応するシーリング面の全延出部は弁本体の隆起部上に配置されるかまたは隆起して設けられ、バルブが閉塞するとき、前記隆起部が前記溝部に嵌入することを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
前記シール体の２つの主シール体は、全延出部に溝部を備えて前記閉塞体の凹部に配置され、これに対応するシーリング面の主シーリング面は弁本体の隆起部上に配置されるかまたは隆起して設けられ、バルブが閉塞するとき、前記隆起部が前記溝部に嵌入することを特徴とする請求項２に記載の真空バルブ。
前記シール体の溝部は、閉塞方向に対して実質的に垂直に配向されたフラットな底面を有し、該底面に対して４０°から９０°の間の角度を有して形成される側縁からなることを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
前記シール体の溝部は、横断面が曲面を備え、前記シーリング面も対応する曲面を備えることを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
前記シール体の溝部及び対応するシーリング面は、弧状であることを特徴とする請求項５に記載の真空バルブ。
前記閉塞体における前記シール体の少なくとも１側に少なくとも１つの側溝を設け、該側溝は前記シール体の全長に亘ってシール体の側方に沿って延出するか、または前記シール体の主シール体の全長に亘って主シール体の側方に沿って延出し、前記弁本体のシーリング面の側方に設けられた突条が前記側溝に突入することを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
前記閉塞体の側溝は二本設けられ、該側溝に突入する前記弁本体の突条も二本設けられていることを特徴とする請求項７に記載の真空バルブ。
前記閉塞方向は、前記弁開口部の軸線に対して実質的に直角であることを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
前記閉塞体の閉塞方向の移動は直線状の移動であることを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
軸線を有する弁開口部を備える弁本体と、前記弁開口部の周囲に配置されるシーリング面と、前記弁開口部の軸線に対して角度を有して延出する閉塞方向に沿ってバルブの開放位置と閉塞位置との間を移動する閉塞体とを備える真空バルブの閉塞体において、
前記閉塞体は周囲に配設された閉じた環状のシール体を備え、該シール体は２つの主シール体と該主シール体を接合する接合体とからなり、
前記主シール体は前記閉塞体の外周に設けられた凹部に配置されて該凹部の側縁により側方が保持され、
少なくとも１つの主シール体が長さ方向の少なくとも一部に沿って、側縁が前記シーリング面を向く横断面凹状の溝部を有し、
バルブが閉塞するとき、前記シーリング面の隆起が前記溝部に嵌入することを可能とすることを特徴とする真空バルブの閉塞体。
前記閉塞体は、前記シール体の少なくとも１側に少なくとも１つの側溝を設け、該側溝は前記シール体の全長に亘ってシール体の側方に沿って延出するか、または前記シール体の主シール体の全長に亘って主シール体の側方に沿って延出することを特徴とする請求項１１に記載の真空バルブの閉塞体。