JP5081986B2

JP5081986B2 - 真空システム用のシャッタおよびゲートバルブアセンブリ

Info

Publication number: JP5081986B2
Application number: JP2010547702A
Authority: JP
Inventors: エヴァン，レインハワード，レイン
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2008-02-20
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2029-02-13
Also published as: US20090206249A1; EP2248146A1; WO2009105389A1; US7743790B2; EP2248146A4; JP2011512639A

Description

本発明は、真空システムに関し、より詳しくは、真空システムで使用するためのシャッタおよびゲートバルブアセンブリに関する。

本特許出願は、2008年2月20日に米国特許庁に出願された米国特許出願第12/070,584号の優先権を主張する。
多くの処理システムおよび器具は、1つ以上の真空チャンバを含んでいる。一例が、開口を通じて接続された2つの真空チャンバを含むフーリエ変換質量分析計（FTMS）システムである。一方の真空チャンバは、例えば10^-10Torrの比較的高真空で作動し、他方の真空チャンバは、例えば10^-4Torrの比較的低真空で作動する。開口には、低真空領域を高真空領域から分離するシャッタが設けられている。シャッタは、一般に何分の1秒という短い期間開かれ、分析のためにイオンが低真空チャンバから高真空チャンバへと移動することを可能にする。シャッタは、例えば0.5秒に一度というように、一定間隔で頻繁に作動してもよい。

高真空チャンバを含むシステムに対する1つの要求は、通気または著しい圧力上昇なしに、超高真空（超低真空）を継続的に維持することである。高真空チャンバが通気されて、またはガスが高真空チャンバへと漏れて、圧力の上昇を引き起こすと、所望の超高真空に真空ポンピングする時間が長くなり、システム全体が休止して経費がかさむ場合がある。例えば、チャンバを大気圧から10^-10Torrまで真空ポンピングするのに、2日のオーダが必要な場合がある。したがって、低真空チャンバの排気が必要な保守作業および他の操作中に、超高真空を維持することが望ましい。

シャッタは、高真空チャンバに短時間アクセスするために使用されてもよい。通常、シャッタは、すばやく開閉するように、かつ長期間にわたって安定して作動するように設計されている。しかし、これらの要求を満たすシャッタには、高真空シールが取り付けられていない。ゆえに、このようなシャッタでは、特に低真空チャンバが大気圧へと通気されたときに、高真空チャンバへとガスが漏れる。

したがって、作動中および保守作業中に、高真空チャンバを低真空チャンバまたは大気から隔離するための、改良された方法および機器が必要とされている。

本発明の第1の局面によれば、真空機器は、高真空チャンバと、低真空チャンバと、前記高真空チャンバと前記低真空チャンバとの間に配置されたシャッタおよびゲートバルブアセンブリとを備えている。前記シャッタおよびゲートバルブアセンブリは、前記高真空チャンバと前記低真空チャンバとの間に通路を区画するバルブハウジングと、バルブ開口部を有するバルブ部材であって、前記通路を封止する非作動位置と、前記バルブ開口部を前記通路と整列させる作動位置との間を移動可能なバルブ部材と、シャッタ開口部を有し前記バルブ部材に取り付けられたシャッタ部材であって、前記バルブ開口部を閉塞する閉じた位置と、前記バルブ開口部を閉塞解除する開いた位置との間を、前記バルブ部材とともに移動可能なシャッタ部材と、前記バルブ部材に機械的に連結されたゲートバルブアクチュエータであって、起動すると、非作動位置から作動位置へ前記バルブ部材を移動させるゲートバルブアクチュエータと、前記シャッタ部材に機械的に連結されたシャッタバルブアクチュエータであって、起動すると、閉じた位置と開いた位置との間で前記シャッタ部材を移動させるシャッタバルブアクチュエータとを含んでいる。

本発明の第2の局面によれば、高真空チャンバと低真空チャンバとを相互接続する方法が提供される。本方法は、前記高真空チャンバと前記低真空チャンバとの間にシャッタおよびゲートバルブアセンブリを取り付けるステップであって、前記シャッタおよびゲートバルブアセンブリは、前記高真空チャンバと前記低真空チャンバとの間に通路を区画するバルブハウジング、バルブ開口部を有するバルブ部材、前記ゲートバルブアセンブリに連結されたゲートバルブアクチュエータ、前記バルブ部材に取り付けられ前記バルブ部材とともに移動可能なシャッタ部材、およびシャッタ部材に機械的に連結されたシャッタバルブアクチュエータを含むステップと、前記ゲートバルブアクチュエータの制御信号に応答して、前記バルブ部材を、前記通路を封止する非作動位置と、前記バルブ開口部を前記通路と整列させる作動位置との間で移動させるステップと、前駆シャッタバルブアクチュエータからの制御信号に応答して、前記シャッタ部材を、前記バルブ開口部を閉塞する閉じた位置と、前記バルブ開口部を閉塞解除する開いた位置との間で移動させるステップとを含んでいる。

本発明の第3の局面によれば、シャッタおよびゲートバルブアセンブリが、内部を貫通する通路を有するバルブハウジングと、バルブ開口部を有するバルブ部材であって、前記通路を封止する非作動位置と、前記バルブ開口部を前記通路と整列させる作動位置との間を移動可能なバルブ部材と、前記バルブ開口部を閉塞する閉じた位置と、前記バルブ開口部を閉塞解除する開いた位置との間で、移動可能なシャッタ部材とを備えている。

本発明の実施形態に係るシャッタおよびゲートバルブアセンブリを組み込んだ真空システムの模式図である。ゲートバルブが作動位置にありシャッタが閉じた位置にある、シャッタおよびゲートバルブアセンブリの模式図である。ゲートバルブが作動位置にありシャッタが開いた位置にある、シャッタおよびゲートバルブアセンブリの模式図である。ゲートバルブが非作動位置にある、シャッタおよびゲートバルブアセンブリの模式図である。本発明の実施形態に係るシャッタおよびゲートバルブアセンブリの斜視図である。ゲートバルブが作動位置にありシャッタが閉じた位置にある、シャッタおよびゲートバルブアセンブリの正面図である。図4Aの4B-4B線に沿った、シャッタおよびゲートバルブアセンブリの横断面図である。シャッタおよびゲートバルブアセンブリの部分拡大横断面図である。ゲートバルブが非作動位置にある、シャッタおよびゲートバルブアセンブリの正面図である。図5Aの5B-5B線に沿った、シャッタおよびゲートバルブアセンブリの横断面図である。

本発明をよりよく理解するために、参照により本明細書に組み込まれる添付図面を参照する。
本発明の実施形態に係る真空機器の非常に簡略な模式図を図1に示す。真空システム10は、比較的低真空のチャンバ12および比較的高真空のチャンバ14を含んでいる。本明細書では、「高真空」という語は比較的低い圧力に対応し、「低真空」という語は比較的高い圧力に対応する。通常、高真空チャンバ14内の圧力は、低真空チャンバ12内の圧力よりも1桁以上の程度低くなっている。低真空チャンバ12は低真空領域16を区画しており、高真空チャンバ14は高真空領域18を区画している。単なる例示として、高真空チャンバ14は約10^-10Torrの圧力に維持されていてもよく、低真空チャンバ12は作動中に約10^-4Torrの圧力に維持されていてもよい。低真空チャンバ12は、通気されると、大気圧にさらされる。これらの圧力水準が単なる例示であって、本発明の範囲を限定するものでないことを理解されたい。

真空システム10は、低真空チャンバ12と高真空チャンバ14との間に、シャッタおよびゲートバルブアセンブリ20をさらに含んでいる。以下に詳細に説明するように、シャッタおよびゲートバルブアセンブリ20は、低真空チャンバ12と高真空チャンバ14との間に通路22を区画している。通路22は、真空システム10の作動状態において開閉されてもよいし、真空システム10の非作動状態において封止されていてもよい。このように、シャッタおよびゲートバルブアセンブリ20は、低真空チャンバ12と高真空チャンバ14との間に、制御可能な相互接続を設けている。

単なる例示として、真空システム10は、低真空チャンバ12内にあるイオン源30と、高真空チャンバ14内にあるイオン分析器32とを含むフーリエ変換質量分析計システムであってもよい。イオン源30により生成されたイオンは、通路34に沿い通路22を通って、分析のために分析器32へと移動されてもよい。FTMSシステムの詳細は、当業者にとって公知である。

シャッタおよびゲートバルブアセンブリ20の簡略な横断面図を、図2A〜図2Cに示す。シャッタおよびゲートバルブアセンブリ20は、低真空チャンバ12と高真空チャンバ14との間に通路22を区画しているバルブハウジング50を含んでいてもよい。バルブハウジング50は、低真空チャンバ12に対して、高真空チャンバ14に対して、または両方に対して、真空気密に封止されていてもよい。シャッタおよびゲートバルブアセンブリ20は、バルブ部材54、シャッタ部材60およびエラストマーリング70をさらに含んでいる。バルブ部材54は、バルブ開口部56と、中実で開口部のない封止区域58（図2C）とを含んでいる。シャッタ部材60は、シャッタ開口部62を含んでいる。エラストマーリング70は、通路22を囲むバルブハウジング50の溝に取り付けられている。

バルブ部材54は、図2Aおよび図2Bに示す作動位置と、図2Cに示す非作動位置との間で移動可能である。作動位置において、バルブ開口部56は通路22と整列されている。図2Cの非作動位置において、バルブ開口部56は移動されて、通路22と整列しておらず、バルブ部材54の封止区域58が通路22を覆うように配置されている。バルブ部材54の封止区域58は、エラストマーリング70を圧縮し、通路22を真空気密に封止する。

シャッタ部材60は、図2Aに示す、バルブ開口部56を閉塞する閉じた位置と、図2Bに示す、シャッタ開口部62がバルブ開口部56および通路22と整列された開いた位置との間で移動可能である。シャッタ部材60の開いた位置において、低真空領域16はシャッタ開口部62、バルブ開口部56および通路22を通じて高真空領域18に接続されている。このように、図2Bに示すように、イオンは、低真空領域16内のイオン源30から、通路34に沿って、高真空領域18内のイオン分析器32へと移動することができる。

一般的に、シャッタ部材60は、図2Aに示す閉じた位置と図2Bに示す開いた位置との間を、高速で作動するよう設計されている。単なる例示として、シャッタ部材60は、何分の一秒間か、図2Bの開いた位置にあってもよい。シャッタ部材60は、システムの作動と調和して、可能な限り短い時間、図2Bの開いた位置にあってもよい。高速作動を実現するために、シャッタ部材60はバルブ部材54に対して封止されていない。これにより、シャッタ部材60が閉じた位置にあるときに、ガスが、シャッタ部材60とバルブ部材54との間で、低真空チャンバ12から高真空チャンバ14へと漏れる場合がある。このような漏れは、真空システムの作動中は許容できる場合もあるが、低真空チャンバ12にアクセスすることが必要な保守作業および他の作業のために、低真空チャンバ12が大気圧へと通気されているときには許容できない場合がある。したがって、低真空チャンバ12が大気圧へと通気されているとき、または他の仕方で非作動状態にあるときに、バルブ部材54は図2Cに示す非作動位置へ移動される。非作動位置において、バルブ部材54の封止区域58は、通路22を覆い、エラストマーリング70とともに通路22を真空気密に封止する。これにより、高真空チャンバ14への著しい漏れなしに、低真空チャンバ12を、大気圧へと通気することができる。

シャッタおよびゲートバルブアセンブリ20の実施態様を、図3、図4A、図4B、図4C、図5Aおよび図5Bに示す。図1〜図5B中の類似の要素は、同一の参照番号を有している。図3〜図5Bの実施態様が単なる例示として示されており、本発明の範囲を限定するためのものでないことを理解されたい。
バルブ部材54は、図4Aおよび図4Bに示す作動位置と、図3、図5Aおよび図5Bに示す非作動位置との間の垂直方向の移動のために構成されている。バルブ部材54は、所定の位置に保持され、バルブガイド100および102により、作動位置と非作動位置との間を案内される。バルブガイド100および102は、バルブハウジング50に取り付けられていてもよいし、バルブハウジング50に一体化された部品であってもよい。バルブガイド100および102にはそれぞれ、バルブ部材54の両側縁に沿ってリブ104および106（図5A）に係合する溝（図示せず）が設けられている。バルブ部材54が作動位置および非作動位置へと、ならびに作動位置と非作動位置との間を移動したときに、リブ104および106は、バルブガイド100および102の各溝の中を摺動する。バルブ部材54は、リブ104および106、バルブ開口部56ならびに封止区域58が設けられた大略的に平坦なプレートの形状を有していてもよい。

バルブアクチュエータ108（図3）がバルブ部材54に接続されており、制御信号に応答して、バルブ部材54に作動位置と非作動位置との間を移動させる。例として、バルブアクチュエータ108は空気シリンダであってもよい。バルブアクチュエータ108は、真空システム10の固定部に取り付けられている。
図3〜図5Bの実施形態では、シャッタ部材60は、図4Aおよび図5Aに示す閉じた位置と、シャッタ開口部62がバルブ開口部56に整列されている開いた位置（図2B）との間を、水平方向に摺動する。シャッタ部材60は、バルブ部材54に保持されて、シャッタガイド110および112により、開いた位置と閉じた位置との間を案内される。シャッタガイド110および112は、バルブ部材54に取り付けられていてもよいし、バルブ部材54と一体化された部品であってもよい。シャッタ部材60には、それぞれのシャッタガイド110および112の溝118（図4C）と係合する、両側縁に沿ったリブ114および116が設けられている。シャッタ部材60には、バルブ部材54に取り付けられた停止部材（ストップ）122に係合する細長い開口部120がさらに設けられている。シャッタ開口部120の長さおよび位置ならびに停止部材122の位置により、開いた位置と閉じた位置との間でのシャッタ部材60の動きが決定される。図4Cに示すように、シャッタ絶縁体124がバルブ部材54の凹部内に取り付けられており、シャッタガイド110および112はシャッタ絶縁体124に取り付けられている。この構造により、バイアス電圧をシャッタ部材60に印加することができる。

シャッタアクチュエータ130が、アクチュエータサポート（支持体）132によりバルブ部材54に取り付けられている。シャッタアクチュエータ130の可動要素134が、シャッタ部材60に取り付けられて、シャッタアクチュエータ130に与えられた制御信号に応答して、シャッタ部材60に開いた位置と閉じた位置との間を移動させる。例として、シャッタアクチュエータ130はソレノイドであってもよい。上述したように、シャッタ部材60およびシャッタアクチュエータ130はバルブ部材54に取り付けられており、バルブ部材54とともに作動位置と非作動位置との間を移動する。

バルブ部材54の作動位置は、図4Aおよび図4Bに示されている。作動位置において、バルブ開口部56は、バルブハウジング50の通路22と整列されている。シャッタ部材60は通常閉じられており、バルブ開口部56を閉鎖している。その結果、シャッタに関連して漏れがない限り、高真空チャンバは低真空チャンバから隔離（分離）されている。シャッタは、シャッタアクチュエータ130に通電してシャッタ部材60を図4Aにおいて右に動かし、それによりシャッタ開口部62をバルブ開口部56と整列させることにより開かれてもよい。図3〜図5Bの実施形態では、シャッタ部材60は、開いた位置と閉じた位置との間を直線的に摺動するよう形成されている。

上述したように、シャッタ部材60がバルブ部材54に対して封止されていないために、シャッタが漏れを起こす場合がある。通路22の封止が必要な場合、バルブ部材54が、図5Aおよび図5Bに示す非作動位置へ移動される。バルブ部材54は、バルブアクチュエータ108の作動により、作動位置から非作動位置へ垂直に移動される。非作動位置では、バルブ開口部56は通路22と整列されていない。むしろ、バルブ部材54の封止区域58が通路22を覆っている。バルブ部材54の一部がエラストマーリング70を圧縮して通路22を封止し、低真空チャンバから高真空チャンバへのガスの漏れを防ぐ。バルブ部材54が非作動位置にあると、高真空チャンバの真空を低下させずに、低真空チャンバにアクセスすることが必要な保守作業および他の作業のために、低真空チャンバを大気圧へと通気することができる。

低真空チャンバと高真空チャンバとを相互接続するシャッタおよびゲートバルブアセンブリについて説明したが、本用途に限定するものではない。シャッタおよびゲートバルブアセンブリは、ある真空チャンバへ別の真空チャンバまたは大気圧からアクセスするために使用することができる。また、シャッタおよびゲートバルブアセンブリは、さまざまな形態を有していてもよい。例えば、シャッタは、開いた位置と閉じた位置との間の摺動運動に限定されない。

このように、本発明の少なくとも1つの実施形態のいくつかの局面を説明したが、さまざまな変更、修正および改良を当業者であれば容易に考案できることを理解されたい。このような変更、修正および改良は、本開示の一部とすることが意図されており、本発明の精神および範囲内とすることが意図されている。したがって、上記説明および図面は単なる例示に過ぎない。

Claims

高真空チャンバと、
低真空チャンバと、
前記高真空チャンバと前記低真空チャンバとの間に配置されたシャッタおよびゲートバルブアセンブリとを備え、前記シャッタおよびゲートバルブアセンブリは、
前記高真空チャンバと前記低真空チャンバとの間に通路を区画するバルブハウジングと、
バルブ開口部を有するバルブ部材であって、前記通路を封止する非作動位置と、前記バルブ開口部を前記通路と整列させる作動位置との間を移動可能なバルブ部材と、
シャッタ開口部を有し前記バルブ部材に取り付けられたシャッタ部材であって、前記バルブ開口部を閉塞する閉じた位置と、前記バルブ開口部を閉塞解除する開いた位置との間を、前記バルブ部材とともに移動可能なシャッタ部材と、
前記バルブ部材に機械的に連結されたゲートバルブアクチュエータであって、起動すると、非作動位置から作動位置へ前記バルブ部材を移動させるゲートバルブアクチュエータと、
前記シャッタ部材に機械的に連結されたシャッタバルブアクチュエータであって、起動すると、閉じた位置と開いた位置との間で前記シャッタ部材を移動させるシャッタバルブアクチュエータとを含む、真空機器。
前記開いた位置で、前記シャッタ開口部が、前記バルブ開口部と整列される、請求項1に記載の真空機器。
前記シャッタ部材が、前記バルブ部材に対して、前記閉じた位置と前記開いた位置との間で摺動可能である、請求項2に記載の真空機器。
前記バルブ部材が前記バルブハウジングに対して第1の方向に移動可能であり、前記シャッタ部材が前記バルブ部材に対して第2の方向に移動可能である、請求項1に記載の真空機器。
前記シャッタおよびゲートバルブアセンブリが、前記バルブ部材に取り付けられたシャッタガイドをさらに含み、前記シャッタ部材が、前記シャッタガイド内で、前記閉じた位置と前記開いた位置との間を摺動可能である、請求項1に記載の真空機器。
前記シャッタおよびゲートバルブアセンブリが、前記バルブハウジングに取り付けられたバルブガイドをさらに含み、前記バルブ部材が、前記バルブガイド内で、前記作動位置と前記非作動位置との間を摺動可能である、請求項1に記載の真空機器。
高真空チャンバと低真空チャンバとを相互接続する方法であって、
前記高真空チャンバと前記低真空チャンバとの間にシャッタおよびゲートバルブアセンブリを取り付けるステップであって、前記シャッタおよびゲートバルブアセンブリは、通路を区画するバルブハウジング、バルブ開口部を有するバルブ部材、前記ゲートバルブアセンブリに連結されたゲートバルブアクチュエータ、前記バルブ部材に取り付けられ前記バルブ部材とともに移動可能なシャッタ部材、およびシャッタ部材に機械的に連結されたシャッタバルブアクチュエータを含むステップと、
前記ゲートバルブアクチュエータの制御信号に応答して、前記バルブ部材を、前記通路を封止する非作動位置と、前記バルブ開口部を前記通路と整列させる作動位置との間で移動させるステップと、
前記シャッタバルブアクチュエータからの制御信号に応答して、前記シャッタ部材を、前記バルブ開口部を閉塞する閉じた位置と、前記バルブ開口部を閉塞解除する開いた位置との間で移動させるステップとを含む、方法。
前記バルブ部材を移動させるステップが、前記バルブ部材を、前記バルブハウジングに対し、バルブガイド内において、前記非作動位置と前記作動位置との間で摺動させるステップを含む、請求項７に記載の方法。
前記シャッタ部材を移動させるステップが、前記シャッタ部材を、前記バルブ部材に対し、シャッタガイド内において、前記閉じた位置と前記開いた位置との間で摺動させるステップを含む、請求項８に記載の方法。