JPH02229967A - 無しゅう動真空ゲートバルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｉｌ上立■旦±１ 本発明は、無しゅう動真空ゲート弁に関するものである
． 良えΩ１ｌ 近年、半導体の高度集積化や、楕遣の多様化、複雑化が
進むに従って、その製造工程における雰囲気の清浄度の
保持に対する要求が、益々高くなって来ている． ゲート弁は、半導体製造設備の構成部材として欠くこと
のできない要素部品であるが、その弁体の開閉動作のた
めに必要とされる機構のかなりの部分が、真空領域内に
設けられている．例えば、弁体のパッキンを弁座に押圧
して、それらの間にシールを保持するための力を伝達す
るための機構としては、例えば、リンク機構を使用した
ものや、くさびを押し込む形式のものや、ころを使用し
たものなどが、知られており、これらの機構は、原則と
して、真空領域内に設置されており、また、弁体を操作
するための弁棒の途中に、その行程を吸収するために他
のリンク機楕が設けられることもあるが、この他のリン
ク機構も、真空領域内に設けられることが、少なくない
． 更に、これらの各種の機構が真空領域内に組み込まれた
場合には、これらの機構の動作が、転勤であるか、しゆ
う動であるかとは無閏係に、摩擦作用を伴う時には、摩
擦の結果として微細な粒子（異材質の粒子）の発生する
ことを免れることが出来ず、真空雰囲気の高度の清浄度
という要求を損なうので、このような機構は、使用する
ことはできない．また、動作に摩擦を伴う場合には、そ
の摩擦抵抗の減少を図る対策として、何らかの潤滑作用
を与えることが必要となるが、真空内においては、この
対策は、非常に困難であるので、高頻度の連続運転の場
合には、摩擦部に固渋現象が生じやすく、機械装置の側
からも、機構部分に摩擦部分を含むことは、その解決の
ために、困難な条件となる．る 本発明は、弁体の操作のために必要な運動機構の内で、
摩擦を必要とする部分は、すべて真空雰囲気の外部に設
置し、真空雰囲気内においては、回勤ないしはしゆう動
ずる部材を無くシ、シかも、全体として小形である、高
度の清浄度を要求される真空雰囲気内において使用する
のに適している無しゃう動ゲート弁を得ることを、その
課題とするものである． ゛　　ための 本発明は、この課題を解決するために、外部に対して内
部を気密に保持可能となっている弁箱と、その１側壁に
あけられた開口部と、弁箱内に置かれ、その開口部の周
辺に形成された弁座をシール自在に開閉するための弁体
とから成り立っている無しゅう動真空ゲート弁において
、弁箱の外部に、弁体の弁座に対するシール自在な開閉
運動を行わせるための弁体開閉機構を設け、この弁体開
閉機構が、弁体を弁座の面に対してほぼ垂直な方向に動
かす運動と、弁体をこの弁慶の面に対してほぼ垂直な方
向の運動により弁座から間隔を置かれた状態において、
この方向に対してほぼ垂直な方向に動かす運動とを連続
して行なわせるようになっている無しゅう勤真空ゲート
バルブを特徴とするものである． 夾一」Ｌ一倒 以下、本発明を、それが長方形状の弁開口部を有する無
しゅう動真空ゲート弁として実施された実施例を示す添
付口面の第１〜４図に基づいて、詳細に説明をする．な
お、このようなゲート弁は、現在、半導体ウエフェハー
の製造ラインにおける使用の需要が高いものであり、ま
た、このゲート弁は、高真空度の保持の必要性と、使用
頻度が高く、シかも、長寿命の要求も高いものである． ？ず、本発明によるゲート弁が、第１及びＺ図には、横
断面が長方形状の中空箱状の気密にシールされた弁箱ｌ
を有しており、この弁箱１が、その頂壁１。、長短の側
壁１１、１■及び底壁１，から成り立っており、図にお
いては、底壁１，を水平にすると共に側壁１ｌ、１■を
垂直に配置されて示されているが、第１図には、その長
い方の側壁１ｌが画面に平行であるように示されている
． 第１図に示すように、弁箱１の長い方の側壁ＩＩの一つ
の下部には、弁箱１の垂直中心線ｘ−ｘに対して対称的
に、長方形状の開口部２が、その長い辺２，を底壁１，
に対して平行にあけられており、この開口部２の周囲に
は、弁座３が形成されている（第２図参照）．また、弁
箱１の項壁１。の上面には、弁箱１の垂直中心線ｘ−ｘ
に対して対称的に１対の、ほぼ長方形の板状の支持架台
５が、その下端部において、弁箱１の短い側壁１■に対
して平行となるように、間隔を置かれて垂直に設・置さ
れている。

更に、弁箱１の内部には、その弁座３と協同して開口部
２をシールして閉鎖するために、この開口部２の平面輪
郭に対応する平面輪郭を有している長方形の盤状の弁体
１０が、その一つの面が、弁座３の面に対して、ほぼ平
行となるように配置されており、その弁座３に対向する
面には、開口部２の周囲において弁座３に弾性的に接触
するように、無端状にＯリング１１が取り付けられてい
る．なお、第２図には、弁体１０が弁座３から離れ且つ
それに対向している開口部２の開口状態において示され
ている．また、弁箱１の内部には、その長い側壁１，に
あけられた開口部２の上辺２２に平行に，直線板状の弁
体保持板１２が、弁箱１の側壁１１から間隔を置かれて
水平に且つその中心が弁箱１の垂直中心線Ｘ−Ｘと一致
するように配置されており、その弁箱１の垂直中心線Ｘ
−Ｘに対して対称的な各端部には、長方形の板状の弁体
取り付け板１３が，それぞれ、弁箱ｌの弁座３と平行と
なるように垂下されており、各弁体取り付け板１３は、
その弁座３に対向する面において、ばね部材としての牛
山のベローズ１４を介して、弁体１０を、弁箱２の垂直
中心線Ｘ−Ｘに対して対称的な位置において、弾性的に
保持している（第３図参照）．？に、弁体保持部材１２
は、その上面に、弁箱１の垂直中心線ｘ−Ｘ内に軸心を
有している丸棒状の弁体操作棒１５に、その下端部にお
いて固着されており、この弁体操作棒１５は、弁箱１の
頂壁１。の中心部にあけられた開口１。。を緩く貫通し
て上方に延長され、その上端部の近くにおいて、水平な
腕部材２０．及び各支持架台５と平行に且つこれから間
隔を置かれた１対の垂直な脚部材２０．から成り立って
いる縦断面がコの字状の板部材から形成されている内部
旋回枠２０の水平な腕部材２０，の中心部に、固着され
ている．この内部旋回枠２０は、その各垂直な脚部材２
０■の下方部に、その垂直中心線に対して対称的にＵ字
状の垂直なスロット２１があけられており、その半円形
状の底部２１．は、その半径と同一の半径を有し且つ弁
箱１の長い方の側壁１１と平行な水平線上に軸心を有し
ている各１本のピン２５により、旋回自在に保持されて
いる゛が２第４図参照）、これらのピン２５は、それぞ
れ、各支持架台５に、その下部において固着されている
。

また、これらの支持架台５の外側には、これらを？囲す
るように、水平な腕部材３０，及び支持架台５と平行に
且つこれから間隔を置かれている１対の垂直な脚部材３
０■から成り立っている縦断面がコの字状を有している
外部旋回枠３０が配置されており、その各垂直な脚材２
０■は、それぞれ、支持架台５に固着さた各ピン２５に
より、旋回自在に取り付けられている． 更に、この外部旋回枠３０の水平な腕部材３０，には、
弁箱１の垂直中心線Ｘ−Ｘと同一の軸心を有している空
気シリンダ３５が、そのシリンダ端部において下方に向
けて垂直に固着されており、そのピストン棒３６は、そ
の下端部において、内部旋回枠２０の水平な腕部材２０
１に固着されている弁体操作棒１５の上端部に固着され
ている．なお、弁箱１の頂壁１。にあけられた開口１。

。の内周壁と、内部旋回枠２０の水平な腕部材２０．の
下面との間には、弁体操作棒１５を緩く包囲してシール
部材としてのベローズ３８が、各端部において固着され
ており、弁箱１の内部を気密に保持するよう・一にして
ある． また、各支持架台５の上端部近くには、それらに同一水
平線上において、ほぼだ円形の板状の空気シリンダ保持
板４０が、それぞれ、同一水平線に配置された空気シリ
ンダ回転軸４１を介して旋回自在に取り付けられており
、この空気シリンダ保持板４０には、弁体操作棒１５に
連結されたピストン棒３６を有している空気シリンダ３
０の両側において、各１個の空気シリンダ４２が、弁箱
１の垂直中心線ｘ−ｘに対称的にシリンダ端部において
、空気シリンダ保持板４０に対して垂直に取り付けられ
ており、また、各空気シリンダ４２のピストン棒４３は
、その自由端部において、内部旋回枠２０の水平な腕部
材２０，の上に、それぞれ、弁箱１の垂直中心線Ｘ−Ｘ
に対して対称的に配置され且つ下端部において固着され
た、ほぼ長方形状の１対の板４５．から成り立っている
ピストン棒保持部材４５の上端部近くに、ピン４６を介
して旋回自在に取り付けられている． 本発明の１実施例は、上記のような構成を有しているが
、次に、その作動を説明する． まず、第１及び２図は、弁体１０が、弁座３から離れて
いる開放の第一段階の終了ないしは閉鎖の第二段？の開
始の状態において示されており、この状慧においては、
弁体１０は、弁座３から間隔を置かれて水平方向に相互
に重なり合っている。また、この状態においては、空気
シリンダ３５のピストン棒３６及び空気シリンダ４２の
ピストン棒４３は、それぞれの最大延伸行程にあるが、
この状憇から、開放の第二段階として、空気シリンダ３
５の作動により、そのピストン棒３６を、これらの図で
見て、上方に行程Ｓだけ引き上げると、このピストンｌ
ｐ３６に内部旋回枠２０を介して固着されている弁体操
作棒１５が、弁体保持部材１２、弁体取り付け板１３、
ベローズ１４介して弁体１０を上昇させ、その弁体１０
が、弁箱１の開口部２に干渉しない位置まで上昇され、
完全開放状態となる。なお、この場合、弁体操作棒１５
と一体となっている内部旋回枠２０は、その垂直な各脚
部材２０■に形成されたスロット２１が、各ピン２５に
案内されて上昇し、それと同時に、この内部旋回枠２０
に固着されたピストン棒支持板４５に、ピン４６を介し
てピストン棒４３を連結一されている空気シリンダ４２
は、それを取り付けている空気シリンダ支持板４０が、
各空気シリンダ回転軸４１を介して、各支持架台５の回
りを旋回する。

逆に、このようにして、完全に開放状態にある弁体１０
を、弁座３を閉鎖するように作動をさせるためには、ま
ず、閉鎖の第一段階として、空気シリンダ３５の作動に
より、そのピストン捧３６及び弁体操作棒１５、弁体保
持部材１２、弁体取り付け板１３及びベローズ１４を介
して弁体１０を第１及び２図に示す状態に持ち来すよう
にする．この状態においては、空気シリンダ３５のピス
トン棒３６は、その延伸行程の端部にあり、また、内部
旋回枠２０の垂直な各脚部材２０２のスロット２１の底
部２１．は、ピン２５の上に横たわり、空気シリンダ４
２のピストン棒４３は、その延伸行程の端部にある．そ
こで、閉鎖の第二段階として、空気シリンダ４２を、そ
のピストン棒４３を引き込めるように作動させると、ピ
ストン棒４３は、ピストン棒支持部材４５を介して内部
旋回枠２０をピン２５の回りに、第２図で見て、反時計
方向に旋回させる．従って、第１及び２図に示す状態に
ある弁体１０は、弁座３に対して押圧され、弁体１０に
設置されたＯリング１１を弁座３に対して強大な力によ
り押圧し、弁体１０と、弁座３との間における完全なシ
ールを行うようになる． 逆に、この閉鎖状態にある弁体１０を弁座３から開放さ
せるには、まず、開放の第一段階として、空気シリンダ
４２を作動させ、そのピストン棒４３をその最大行程ま
で延伸させ、第１及び２図に示す状態に持ち来し、開放
の第二段階として、上記のように、空気シリンダ３５の
作動により、そのピストン棒３６を引き込ませ、これに
より、弁体１０を垂直に上方へ移動させれば良い． このように、本発明によるゲート弁においては、弁箱１
に設けられた開口部２の開閉動作を行うなめには、弁体
１０に、２種類の運動を与えることを必要としている．
すなわち、その一つは、弁体１０を、第２図に示す開口
部２と弁体１０とが重なり合っている位置から、又は、
この位置へ、開口部２まで、又は、開口部２から動かす
運動であり、他は、この位置から、又は、この位置′へ
、弁体１０が開口部２から完全に開口状態となるまで、
又は、この状態となるまで、上下に移動させる運動であ
る。そして、これらの運動は、いずれも、弁箱１の外部
に設置された弁体開閉機構、すなわち、内外の旋回枠２
０，３０、空気シリンダ３５．４２及びそれらを相互に
連結する各種の部材により行われ、これらの２種類の運
動の間において、弁箱１の内部においては、弁体１０と
弁座３との間には、どのような摩擦運動も、生ずるこが
一切無く、従って、弁箱１内は、常に、清浄に保持され
ることとなる。

また、これらの運動の内、弁体１０を上下運動させる場
合に必要とされる力は、弁箱１内が真空の場合には、シ
ール用ベローズ３８の有効径と、内外の気圧の圧力差に
より決まる、弁箱１の内部に引き込まれる側の力と、弁
体１０及び操体作棒１５の重量の和となり、それに、シ
ール用ベローズ３８のばね反力が加減される。弁箱１内
が大気である場合には、その分だけ力は減少されるが、
いずれの場合も、この力は、相対的には小さいので、弁
体１０を定位置に保持しなり、移動させたりするための
空気シリンダ３５の内径は、比較的に小さくて良い． 更に、弁体１０のｒＷＩ閉運動の内、弁体１０を上下に
動かすための運動は、その上下動作の行程は、開口部２
の上下方向の寸法、すなわち、長方形状の開口部２の短
い辺２，の長さに対応して決まるが、一般的には、本実
施例の場合のように、短い辺２，の方向が、上下運動方
向と一致する長方形状の開口部２の場合には、大きくな
い． 次に、弁体１０の開閉運動の内、弁体１０を弁座３に対
して押圧するための運動は、シールパッキンとしてＯリ
ング１１を押圧し、これを完全な気密性が保持できるま
で変形させる必要があるので、第一の運動に比べ、空気
シリンダ４２の行程は小さいが、大きな駆動力を必要と
する．なお、本実施例のような長方形状の開口部２を有
しているゲート弁の場合には、小寸法の場合の２００　
ｋ．から、大寸法の場合の７００ｋｇ〜８００ｋｇであ
るので、空気シリンダ４２としては、大内径で、短行程
のものが必要となる。

なお、上記の実施例においては、弁座３は、垂直面であ
るものとじ′であるが、これをわずかに傾斜するように
形成すると、閉鎖時に、弁体１０及び０リング１１はや
や傾斜された状態において弁座３に着座し、そのシール
状態を一層確実なものとすることができる． また、この弁体１０と弁座３との間の開閉運動、あるい
は、その弁体１０の上下運動は、それらのための空気シ
リンダ４２及び空気シリンダ３５のピストンの各側の加
圧と、放圧とによる方法と、復帰ばねにより、片側だけ
の加圧、又は、放圧とによる方法とがあり、両方とも可
能である． 更に、以上の実施例においては、弁箱１が垂直に配置さ
れるものとして説明をしたが、半導体ウエファーなどの
製造ラインの構成上の都合や、作業の便利のために、操
作機構を、図示の実施例の場合とは、逆として設置され
る場合もあるが、この場合には、上の説明とは、上下の
表現が反対となるが、基本的な作動に関しては、何らの
相違も無いものである．ただ、弁体操作棒１５に加わる
垂直方向の荷重の内、内外の圧力差によるものと、弁体
１ｏ、弁体操作棒１５の重量との間の関係は、和では無
く、差となるが、いずれにしても、量的には小さなもの
であるので、基本構造に影響する程の相違とはならず、
一般的には、同一設計の構造で対処することが可能であ
る． また、弁体１０を弁体取り付け板１３に支持するために
、両者の間に、ばね部材として牛山のベローズ１４が介
在されているが、この構成は、弁体１０に設けられてい
る０リング１１の全長に渡って弁座３を押圧する力を均
等とするためのものであり、本実施例の場合におけるよ
うに、長方形状の開口部２を持つ弁の構造においては、
弁体保持部材１２の中央部から伝達される押圧力を、開
口部２の長手方向に均等に配分するのに、必要なもので
ある．また、この場合、開口部２の上下方向に対しても
、均等な力が配分されるように考慮されなければならな
い．なぜならば、若しも、Ｏリング１１と、弁座３との
間の接触状態に不均等があり、いわゆる、片当たりの状
況となると、接触圧力の少ない部分におても十分な気密
性が維持されるだけのＯリング１１の変形を与えなけれ
ばなうないが、この場合、接触圧カの大きな部分におい
ては、必要以上のひずみが加わるので、いわゆる、へな
りを生じやすくなるだけでは無く、全体として大きな押
圧力を必要とすることにもなるからである． なお、本実施例によるものと、従来構造の弁との比較実
験により、本発明によるものは、０リング１ｌの均等な
接触状態を維持するために必要とされる押圧力が、従来
のものに比べ、約５０１に低減させることのできること
が確認された．また、これにより、本発明による弁は、
その動作機構や、空気シリンダの寸法を小形とすること
ができ、更には、０リングのへなりを抑制することも可
能となる．最後に、以上には、本発明による弁を半導体
ウエファ−の搬送機構に使用されることが多い、比較的
に長い辺が大きな寸法である長方形状の開口部を有する
ゲート弁に使用されるものとして説明されたが、本発明
による弁は、その外、円形その他の開口部形状を有する
各種のゲート弁などや、加速器などの真空装置の分野の
ゲート弁にも使用可能であることは、無論のことである
． 九胛立匁１ 本発明は、上記のような構成及び作用を有しているので
、弁体の操作のために必要な運動機構の内で、摩擦を必
要とする部分は、すべて真空雰囲気の外部に設置し、真
空雰囲気内においては、回動ないしはしゆう動ずる部材
を無くシ、シかも、全体として小形である、高度の清浄
度を要求される真空雰囲気内において使用するのに適し
ている無しゅう動真空ゲート弁を提供することができる
という効果を有するものである．

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例を、その弁体が、弁箱に形
成された弁座から離間されて重なり合っている状態にお
いて、左半分には正面図で、右半分には縦断面図で示す
図、第２図は、第１図の縦断側面図、第３図は、第１図
のＩＩＩ−Ｉｌｌ線による断面図、第４図は、第１図の
ＩＶ−ＩＶ線による断面図である。 １・・・弁箱、２・・・開口部、３・・・弁座、５・・
・支持架台、１０・・・弁体、１１・・・０リング、１
４、３８・・・ベローズ、１５・・・弁体操作棒、２０
・・・内部旋回枠、２１・・・スロット、２５・・・ピ
ン、３０・・・外部旋回枠、３５．４２・・・空気シリ
ンダ、４０・・・空気シリンダ保持板、４１・・・空気
シリンダ回転軸、４５・・・ピストン棒支持板．第１図 手続補正書 平成１年７月２０日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、外部に対して内部を気密に保持可能となっている弁
   箱と、その１側壁にあけられた開口部と、弁箱内に置か
   れ、その開口部の周辺に形成された弁座をシール自在に
   開閉するための弁体とから成り立っている無しゅう動真
   空ゲート弁において、弁箱の外部に、弁体の弁座に対す
   るシール自在な開閉運動を行わせるための弁体開閉機構
   を設け、この弁体開閉機構が、弁体を弁座の面に対して
   ほぼ垂直な方向に動かす運動と、弁体をこの弁座の面に
   対してほぼ垂直な方向の運動により弁座から間隔を置か
   れた状態において、この方向に対してほぼ垂直な方向に
   動かす運動とを連続して行なわせるようになっているこ
   とを特徴とする無しゅう動真空ゲートバルブ。 ２、弁体開閉機構が、弁箱内において弁体に取り付けら
   れ且つ弁体の弁座の面に対するほぼ垂直な運動方向に対
   してほぼ垂直方向に弁箱を緩く貫通して延長している弁
   体操作棒と、弁箱の外部において弁箱に固着され且つ弁
   体操作棒の延長方向に対して平行に延長されている１対
   の間隔を置かれた板状の支持架台と、支持架台の外部に
   これを包囲するように配置され且つ弁体操作棒の延長方
   向に対して平行に延長している１対の脚部材及びそれら
   を弁体操作棒の延長方向に対して直角な方向において相
   互に連結している腕部材とから成り立っている外部旋回
   枠と、支持架台の内部に配置され且つ外部旋回枠とほぼ
   同様な構成を有している内部旋回枠と、支持架台に取り
   付けられ且つ内外の旋回枠をそれらの各脚部材において
   各支持架台に旋回自在に取り付けている１対のピンと、
   内外の旋回枠の各腕部材を相互に連結している流体シリ
   ンダと、支持架台に弁体操作棒の延長方向に対して直角
   方向に配置された各流体シリンダ回転軸により旋回自在
   に取り付けられた流体シリンダ支持板に取り付けられる
   と共にピストン棒を内部旋回枠に旋回自在に連結された
   流体シリンダとから成り立っており、内部旋回枠は、そ
   の各脚部材において支持架台に、ピンにより旋回自在で
   あると共に弁体操作棒の延長方向に相対運動可能に支持
   されており、また、その腕部材には、弁体操作棒が連結
   されている請求項１記載の無しゅう動真空ゲート弁。 ３、内部旋回枠の腕部材と、弁箱の弁体操作棒の貫通部
   との間に、シール部材としてのベローズが、その各端部
   において気密に固着されている請求項２記載の無しゅう
   動真空ゲート弁。