JP5514893B2 - ゲートバルブのシール構造 - Google Patents

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Description

本発明は、電子ペーパ、有機EL、薄膜太陽電池、液晶表示装置のカラーフィルタ等のベース基材、その他のシート状部材を挟み込んでシールするゲートバルブのシール構造に関し、特にコンパクトな機器構成でゲートバルブのシール性能の向上を図れるようにしたものである。
図12は、前述したシート状部材を真空チャンバや密閉チャンバ(以下どちらも「チャンバ」という)内へ間欠的に移送し、同チャンバ内で停止したシート状部材の部材面にPVDやCVD等の加工を施す例えば真空加工装置の概念図である。
図12の真空加工装置は、真空ポンプにより真空引きされるチャンバの出入口にゲートバルブを設置している。このゲートバルブは、シート状部材を挟み込んで該部材面をシールすることにより、チャンバ内とその外部とを仕切り、チャンバ内を真空に保てるようにしている。このような機能・構成を備えたゲートバルブについては、例えば特許文献1(同文献1の図2及び図3を参照)に開示されている。
同文献1に開示のゲートバルブ(以下「従来のゲートバルブ」という)は、シート状部材を挿通させる弾性筒体(35)と、弾性筒体(35)を径方向に弾性変形させる上下のピストン(71A、71B)とを備えている(同文献の図2及び図3を参照)。そして、このゲートバルブでは、上下のピストン(71A、71B)で弾性筒体(35)を内向きに撓ませ、撓んだ弾性筒体(35)でシート状部材(10)を挟み込み、挟み込んだシート状部材(10)の部材両面を弾性筒体(35)の内面でシールするようにしている。
しかしながら、従来のゲートバルブでは、弾性筒体(35)でシート状部材(10)を挟み込んだ際、弾性筒体(35)の上下に硬度差が無くシート状部材が変形することがあり、また、弾性筒体(35)は上部ピストン(71A)と下部ピストン(71B)にそれぞれ接続していなければならず、メンテナンス等で弾性筒体(35)の交換が必要になった場合、交換には非常に手間を要する。また、弾性筒体(35)でシート状部材(10)を挟み込んだ際に弾性筒体(35)とシート状部材(10)の両端には必ず微小隙間が出来、チャンバ両脇のゲートバルブ2台でチャンバ内部を高真空にすることは難しい。
チャンバ内の高真空を維持する手段として、チャンバに備えたゲートバルブとは別に差動排気チャンバとゲートバルブ及び真空ポンプを追加し、差動排気することも考えられるが、その追加により装置機器構成が大掛かりになってしまうという欠点がある。
尚、前記カッコ内の符号は特許文献1で用いられている符号である。
特開2009−30754号公報
本発明は、前記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、コンパクトな機器構成でシール性及びメンテナンス性の良いゲートバルブを得るのに好適なゲートバルブのシール構造を提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明は、シート状部材を挟み込んでシールするゲートバルブのシール構造であって、押付け面を有する押付け部材と、前記押付け面に対向する受け面を有する受け部材と、前記受け面に一端を開口したゲートと、前記受け面と押付け面との間に介在し、ゲートの開口端周囲の隙間をシールする環状の第一シール材と、前記押付け面を受け面に押し付けた状態で見て前記第一シール材に隣接する第二シール材と、前記押付け面を前記受け面に押し付けた時に、その押付け面、受け面、前記第一及び第二シール材、並びに前記ゲートに通されたシート状部材によって囲まれる空間と、前記空間に連通する差動排気通路と、を有し、前記空間は、前記差動排気通路を通じて排気されることにより、シート状部材周囲の微小隙間を差動排気でシールする差動排気シールの差圧室になることを特徴とする。
本発明において、第一シール材は押付け面に取り付け、第二シール材はその第一シール材に隣接して同じ押付け面に取り付ける構成、又は、第一シール材は受け面に取り付け、第二シール材はその第一シール材に隣接して同じ受け面に取り付ける構成を採用することができる。
本発明において、第一シール材は押付け面に取り付け、第二シール材は受け面に取り付けてあり、押付け面を受け面に押し付けた段階で受け面の第二シール材が押付け面の第一シール材に隣接して配置される構成、又は、第一シール材は受け面に取り付け、第二シール材は押付け面に取り付けてあり、押付け面を受け面に押し付けた段階で押付け面の第二シール材が受け面の第一シール材に隣接して配置される構成を採用することもできる。
本発明において、押付け面と受け面は、ゲートに通されたシート状部材の部材面と概平行な面、及びその部材面に対して傾斜した面を有し、かつ、それぞれの概平行な面どうしが対向し、それぞれの傾斜した面どうしが対向するようになっていて、第一シール材は、押付け面又は受け面の傾斜した面に取り付け、第二シール材は、押付け面又は受け面の概平行な面に取り付ける構成を採用してもよい。
本発明において、前記傾斜した面は平面とすることができる。
本発明にあっては、前記構成の採用により、以下の作用効果が得られる。
(1)第一シール材によりゲートの開口端周囲の隙間をシールすると同時に、ゲートに通されたシート状部材周囲の微小隙間を差動排気によってシールするので、ゲートバルブとは別に差動排気装置を設ける必要がなく、コンパクトな機器構成でシール性能の良いゲートバルブを得ることができる。
(2)また、押付け面又は受け面の傾斜した面に第一シール材が取り付けられる構成において、その傾斜した面を平面とする構成によると、第一シール材として安価な市販のOリングを使用できること、及び、そのような平面に第一シール材を取り付ける手段としてアリ溝のようなシール溝を利用するなら、シール溝は平面に加工すればよいので、簡単かつ安価にシール溝を形成できること等から、ゲートバルブ全体のコストダウンを図れる。
(3)さらに、押付け面又は受け面の傾斜した面に第一シール材が取り付けられる構成において、その傾斜した面を平面とする構成によると、第一シール材は平面に配置されるので、第一シール材を取り外して点検したり交換したりする等のメンテナンス作業がし易く、ゲートバルブのメンテナンス性の向上も図れる。
本発明を適用したゲートバルブ(開状態)の断面図。 図1のゲートバルブが閉の状態であるときの断面図。 図1のゲートバルブにおいて、差動排気シールの差圧室となる空間、及び受け面の概平行な平面と傾斜した平面との境界部の説明図。 図1のゲートバルブを構成する押付け部材の平面図。 図1のゲートバルブを構成する受け部材の平面図。 図1のゲートバルブを構成する第一及び第二シール材、差動排気通路、シート状部材の位置関係の説明図。 図3のA−A矢視断面拡大図。 第二シール材の他の実施形態の説明図。 本発明の他の実施形態の説明図。 本発明の他の実施形態の説明図。 本発明の他の実施形態の説明図。 ゲートバルブ付き真空チャンバを有する真空加工装置の概念図。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は本発明を適用したゲートバルブ(開状態)の断面図、図2は図1のゲートバルブが閉の状態であるときの断面図、図3は図1のゲートバルブにおいて、差動排気シールの差圧室となる空間、及び受け面の概平行な平面と傾斜した平面との境界部の説明図、図4は図1のゲートバルブを構成する押付け部材の平面図、図5は図1のゲートバルブを構成する受け部材の平面図、図6は図1のゲートバルブを構成する第一及び第二シール材と差動排気通路とシート状部材の位置関係の説明図である。
<図1のゲートバルブGVの概要>
図1の本ゲートバルブGVは、シート状部材Wを挟み込んでシールするゲートバルブであって、押付け面1を有する押付け部材2と、押付け面1に対向する受け面3を有する受け部材4と、受け面3に一端を開口したゲート5と、押付け面1と受け面3との間に介在し、ゲート5の開口端周囲の隙間をシールする環状の第一シール材6と、押付け面1を受け面3に押し付けた状態(図2参照)で見て第一シール材6に隣接する第二シール材7と、押付け面1を受け面3に押し付けた時に、その押付け面1、受け面3、第一及び第二シール材6、7、並びにゲート5に通されたシート状部材Wによって囲まれる空間8(図2及び図3参照)と、この空間8に連通する差動排気通路9と、を有している。そして、前記空間8は、差動排気通路9を通じて排気されることにより、シート状部材W周囲の微小隙間G(図7参照)を差動排気でシールする差動排気シールの差圧室になる。
<押付け部材2、受け部材4の詳細>
押付け部材2の押付け面1と受け部材4の受け面3は、いずれも、図1のように、シート状部材Wの部材面W1又はW2と概平行な平面1A、3A、及びそのシート状部材Wの部材面W1又はW2に対して傾斜した平面1B、3Bを有し、かつ、それぞれの概平行な平面1A、3Aどうしが互いに対向し、それぞれの傾斜した平面1B、3Bどうしが互いに対向するようになっている。
図3に示したように、受け面3の概平行な平面3Aと傾斜した平面3Bとの境界部3Cには第一シール材6の一部の先端が当接する。このため、境界部3Cが角面になっていると第一シール材6が破損し易いので、本ゲートバルブGVでは、かかる境界部3Cを第一シール材6先端の曲面より大きい曲率半径の曲面になるように形成している。尚、かかる境界部3Cは第一シール材6先端の曲面と同等の曲率半径の曲面となるように形成してもよい。
押付け面1の傾斜した平面1Bには、第一シール材6の取付け手段の一例として、アリ溝からなるシール溝10(図3参照)を環状に形成してある。このような環状のシール溝10の形成加工は平面1Bに対して行われるので容易かつ安価であり、ゲートバルブGV全体のコストダウンに大きく寄与する。また、押付け面1の概平行な平面1Aには、第二シール材7の取付け手段の一例として、アリ溝からなるシール溝11を形成してある。このシール溝11の形成加工も平面1Aに対して行われるので容易かつ安価である。
押付け部材2は昇降軸12の先端に取り付けられており、昇降軸12の上昇動作によって、押付け部材2の押付け面1は受け部材4の受け面3に押し付けられる。また、その昇降軸12の下降動作によって、押付け部材2の押付け面1は受け部材4の受け面3から離れるようになっている。
<ゲート5の詳細>
ゲート5は、受け部材4の後面から受け面3の傾斜した平面3Bに向かって水平に穿設した孔からなり、低圧室(例えば高真空室)と高圧室(例えば大気圧室)等のように圧力差のある二つの室を結ぶ通路として機能する。一方の室に位置するシート状部材Wは、このゲート5を通過することにより他方の室へ進むことができる。他方の室から一方の室へ進む場合も同様である。また、受け面3に開口しているゲート5の一端は、受け面3の概平行な平面3Aに対して段差無くフラットに連続するように形成してある。
本ゲートバルブGVでは、図1のように、受け面3に開口しているゲート5の一端側が高真空室に連通し、同ゲート5の他端側が大気圧室に連通することにより、高真空室と大気圧室とがゲート5を通じて結ばれる構成、及び、大気圧室からゲート5を通じて高真空室へシート状部材Wが移送される構成を採用しているが、これらの構成に限定されることはない。例えばゲート5の一端側が高真空室に連通し、同ゲート5の他端側が大気圧室に連通する構成も採用できる。
<第一シール材6の詳細>
第一シール材6は、先端が曲面になっている市販のOリング(図4参照)からなり、先に説明したシール溝10に嵌め込むことで、押付け面1の傾斜した平面1Bに取り付けてある。これにより、第一シール材6はゲート5に通されたシート状部材Wの部材面W1又はW2に対して傾斜するように設けている。そして、本ゲートバルブGVでは、図2のように押付け面1を受け面3に押し付けた時、そのように傾斜している第一シール材6の上部がシート状部材Wの一方の部材面W1に当接するように構成してある。なお、前記シール溝10にシール材を塗布する方法で第一シール材6を成形することもできる。
尚、市販のOリング以外のシール材でも、環状のシール材であるなら、第一シール材6として採用することができる。
<第二シール材7の詳細>
第二シール材7は、ゴム等のような弾性部材からなり、先に説明したシール溝11に嵌め込むことで、第一シール材6に隣接して同じ押付け面1の概平行な平面1Aに取り付けてある。これにより、第二シール材7はシート状部材Wの部材面W1又はW2に対して概平行になるように設けている。そして、本ゲートバルブGVでは、図2のように押付け面1を受け面3に押し付けた時、そのように概平行になっている第二シール材7もシート状部材Wの一方の部材面W1に当接するように構成してある。なお、前記シール溝11にシール材を塗布する方法で第二シール材7を成形することもできる。
また、第二シール材7は、図6のようにゲート5に通されたシート状部材Wの幅方向両側から十分はみ出すように形成してある。さらに、この第二シール材7は、図4のように両端7A、7Bが屈曲して第一シール材6の側面に連結されることにより、第一シール材6との間で細長の間隙(以下「シール材間隙13」という)を形成するようになっている。
本ゲートバルブGVでは、ゲート5にシート状部材Wを通して、押付け面1を受け面3に押し付けた時、前記シール材間隙13の上面が受け面3とシート状部材Wの部材面とで閉じられることにより、前記空間8(図3参照)、すなわち押付け面1、受け面3、第一及び第二シール材6、7、並びにゲート5に通されたシート状部材Wによって囲まれる空間8が形成されるように構成してある。
<差動排気通路の詳細>
差動排気通路9は、図1、図5に示したように、受け部材4に形成した排気溝9Aと排気孔9Bにより構成されている。
排気溝9Aは、受け面3の概平行な平面3Aに形成され、かつ、図6のようにゲート5に通されたシート状部材Wの幅方向両側から十分はみ出す長さを有している。また、この排気溝9Aは、先に説明したシール材間隙13と対向するように設けられていて、押付け面1を受け面3に押し付けた時に、図6のようにシール材隙間13に連通するようになっている。
排気孔9Bの一端は排気溝9Aに開口し、同排気孔9Bの他端は図示しない排気ポンプに接続してある。また、図1のゲートバルブGVでは、前記のような排気溝9Aのはみ出し部分に排気孔9Bの一端を開口しているが(図6参照)、この開口位置に限定されることはない。排気孔9Bの一端は排気溝9Aのいずれかの位置に開口することで排気溝9Aに繋がっていればよい。
<ゲートバルブGVの動作説明>
次に、上記の如く構成された図1のゲートバルブGVの動作について説明する。
図1に示すゲートバルブGVのゲート5は開放されている。この開放されているゲート5を閉鎖する場合は、図示しないバルブ動作スイッチをONにする。そうすると、昇降軸12の上昇動作により押付け部材2が受け部材4に接近し、図2のように押付け面1が受け面3に所定の圧力で押し付けられる。
これにより、押付け面1がゲート5の開口端を塞ぎ、当該ゲート5は閉鎖される。このとき、ゲート5に通されたシート状部材Wの部材面W1又はW2に対して傾斜している第一シール材6の上部、及び、同部材面W1又はW2に対して概平行になっている第二シール材7が、図3のようにシート状部材Wの一方の部材面W1に当接することで、該部材面W1付近の隙間が2重にシールされる。また、第一シール材6によってゲート5の開口端周囲の隙間がシールされる。
ところで、図7に示したように、シート状部材Wには所定の厚さtがあるため、シート状部材Wの幅方向両側に第一シール材6や第二シール材7ではシールできない微小隙間Gが生じることは避けられない。
しかしながら、本ゲートバルブGVでは、前記のようなシート状部材W両側の微小隙間Gは後述の差動排気によりシールされるため、微小隙間Gを通り抜ける気体のリーク量は大幅に低減される。
また、シート状部材Wの他方の部材面W2とこれに直接当接している受け面3との間に生じる隙間も、後述の差動排気によりシールされるため、その隙間を通り抜ける気体のリーク量も大幅に低減される。
<差動排気によるシール>
図2のようにゲート5にシート状部材Wを通した状態で押付け面1を受け面3に押し付けると、押付け面1と受け面3と第一及び第二シール材6、7とシート状部材Wとにより囲まれる図3の空間8ができ、この空間8に差動排気通路9が連通し、図示しない排気ポンプが作動する。
そうすると、前記空間8は差動排気通路9を通じて排気されることにより、ゲート5の開口端付近の圧力(大気圧室の圧力と略同じ)よりも低圧になる。
従って、図6のようにゲート5の開口端からシート状部材W両側の微小隙間G(図7参照)を通り抜けて高真空室側へリークしようとする気体GAS1や、シート状部材Wの他方の部材面W2とこれに直接当接している受け面3との間の隙間(シート状部材Wの部材面W2付近の隙間)を抜けて高真空室側へリークしようとする気体GAS2は、いずれも排気により減圧され低圧になっている前記空間8に流れ込み、差動排気通路9を通じて外部に差動排気される。
以上説明したように、図1のゲートバルブGVによると、第一シール材6によりゲート5の開口端周囲の隙間をシールすると同時に、ゲート5に通されたシート状部材W周囲の微小隙間(具体的には、シート状部材Wの幅方向両側の微小隙間Gや、シート状部材Wの他方の部材面W2とこれに直接当接している受け面3との間の隙間)を差動排気によってシールするため、ゲートバルブGVとは別に差動排気装置を設ける必要がなく、コンパクトな機器構成でシール性能の向上が図られている。
また、図1のゲートバルブGVにあっては、平面1Bに環状の第一シール材6が取り付けられる構成の採用により、第一シール材6として安価な市販のOリングを使用することができたこと、及び、平面1Bに第一シール材6を取り付ける手段としてアリ溝のようなシール溝10を利用する場合に、シール溝10は平面1Bに加工すればよいので、簡単かつ安価にシール溝10を形成できること等から、ゲートバルブGV全体のコストダウンが図られている。
さらに、図1のゲートバルブGVにあっては、平面1Bに第一シール材6が取り付けられる構成の採用により、第一シール材6は平面1Bに配置されるので、第一シール材6を取り外して点検したり交換したりする等のメンテナンス作業がし易く、メンテナンス性の向上も図られている
<他の実施形態>
図8は第二シール材7の他の実施形態を示したものである。同図の第二シール材7は第一シール材6より少し大径の市販のOリングを第一シール材6の外側に配置した構造になっている。この構造の第二シール材7でも図3の空間8と同様の空間を形成することができ、かかる空間が差動排気通路9によって排気されることにより差動排気シールの差圧室として機能するので、図1のゲートバルブGVと同様にコンパクトな機器構成でシール性能が向上する。尚、図示は省略するが、第一シール材6より少し小径の市販のOリングを第三シール材として第一シール材6の内側に配置する構成でも、図3の空間8と同様の空間を形成することができる。
図1のゲートバルブGVでは、第一シール材6を押付け面1に取り付け、第二シール材7をその第一シール材6に隣接して同じ押付け面1に取り付けているが、図9のゲートバルブGVのように、第一シール材6を受け面3に取り付け、第二シール材7をその第一シール材6に隣接して同じ受け面3に取り付けるように構成してもよい。このような構成でも、ゲート5にシート状部材Wを通し、押付け面1を受け面3に押し付けた時に、図3の空間8と同様の空間8が形成され、かかる空間8が差動排気通路9を通じて排気されることにより差動排気シールの差圧室として機能するので、図1のゲートバルブGVと同様にコンパクトな機器構成でシール性能が向上する。
図10のゲートバルブGVのように、第一シール材6は押付け面1に取り付け、第二シール材7は受け面3に取り付けてあって、かつ、押付け面1を受け面3に押し付けた段階で初めて、受け面3の第二シール材7が押付け面1の第一シール材6に隣接して配置されるように構成してもよい。また、上記のように押し付けた段階で、第二シール材6の両端7A、7B(図4参照)が第一シール材6を跨ぐ構成を採用するか、図示は省略するが第二シール材7そのものを環状に形成することで、ゲート5にシート状部材Wを通し、押付け面1を受け面3に押し付けた時に、図3の空間8と同様の空間8が形成され、かかる空間8が差動排気通路9を通じて排気されることにより差動排気シールの差圧室として機能するので、図1のゲートバルブGVと同様にコンパクトな機器構成でシール性能が向上する。
また、図11のゲートバルブGVのように、第一シール材6は受け面3に取り付け、第二シール材7は押付け面1に取り付けてあって、かつ、押付け面1を受け面3に押し付けた段階で初めて、押付け面1の第二シール材7が受け面3の第一シール材6に隣接して配置されるように構成してもよい。この場合も、上記のように押し付けた段階で、第二シール材6の両端7A、7B(図4参照)が第一シール材6を跨ぐ構成を採用するか、図示は省略するが第二シール材7そのものを環状に形成することで、ゲート5にシート状部材Wを通し、押付け面1を受け面3に押し付けた時に、図3の空間8と同様の空間8が形成され、かかる空間8が差動排気通路9を通じて排気されることにより差動排気シールの差圧室として機能するので、図1のゲートバルブGVと同様にコンパクトな機器構成でシール性能が向上する。
図1、図9から図11のゲートバルブGVでは、排気溝9Aと排気孔9Bからなる差動排気通路9を受け部材4に形成しているが、この差動排気通路9は押付け部材2に形成してもよく、また、受け部材4と押付け部材2の双方に差動排気通路9を設ける構成も採用し得る。図1〜3、図9〜11では押付け部材2がシート状部材Wの下に配置してあるが、受け部材4と押付け部材2を上下反転させても良い。
また、以上説明した実施形態において、押付け面1の概平行な平面1Aや傾斜した平面1B、及び、受け面3の概平行な平面3Aや傾斜した平面3Bは、曲面であってもよい。
1 押付け面
1A 押付け面の概平行な平面
1B 押付け面の傾斜した平面
2 押付け部材
3 受け面
3A 受け面の概平行な平面
3B 受け面の傾斜した平面
3C 境界部
4 受け部材
5 ゲート
6 第一シール材
7 第二シール材
8 空間(差圧室)
9 差動排気通路
10、11 シール溝
12 昇降軸
13 シール材間隙
GV ゲートバルブ
G シート状部材の幅方向両側の微小隙間
W シート状部材
W1 シート状部材の一方の部材面
W2 シート状部材の他方の部材面

Claims (3)

  1. シート状部材を挟み込んでシールするゲートバルブのシール構造であって、
    押付け面を有する押付け部材と、
    前記押付け面に対向する受け面を有する受け部材と、
    前記受け面に一端を開口したゲートと、
    前記受け面と押付け面との間に介在し、前記ゲートの開口端周囲の隙間をシールする環状の第一シール材と、
    前記押付け面を受け面に押し付けた状態で見て前記第一シール材に隣接する第二シール材と、
    前記押付け面を前記受け面に押し付けた時に、その押付け面、受け面、前記第一及び第二シール材、並びに前記ゲートに通されたシート状部材によって囲まれる空間と、
    前記空間に連通する差動排気通路と、を有し、
    前記押付け面と受け面は、ゲートに通されたシート状部材の部材面と概平行な面、及びその部材面に対して傾斜した面を有し、かつ、それぞれの概平行な面どうしが対向し、それぞれの傾斜した面どうしが対向するようになっていて、
    前記第一シール材は、押付け面又は受け面の傾斜した面に取り付けてあり、
    前記第二シール材は、押付け面又は受け面の概平行な面に取り付けてあり、
    前記差動排気通路は、
    前記ゲートに通されたシート状部材の一方の部材面又は他方の部材面と対向する前記空間内の前記押し付け面又は前記受け面に形成した排気溝と、
    前記排気溝に一端を開口した排気孔と、からなり、
    前記空間は、前記差動排気通路を通じて排気されることにより、シート状部材周囲の微小隙間を差動排気でシールする差動排気シールの差圧室になること
    を特徴とするゲートバルブのシール構造。
  2. 前記傾斜した面は平面であること
    を特徴とする請求項に記載のゲートバルブのシール構造。
  3. 前記第一シール材は受け面に取り付け、前記第二シール材はその第一シール材に隣接して同じ受け面に取り付けてあること
    を特徴とする請求項1に記載のゲートバルブのシール構造。
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