JPWO2011043189A1 - 逆圧対応仕切弁 - Google Patents

Abstract

第１の内圧を有する第１のチャンバー（1）と第２の内圧を有する第２のチャンバー（4）とを仕切る逆圧対応仕切弁は、第１及び第２のチャンバーを連通する連通孔（2）を有するシール面（3）と、シール面に対する押し付けに応じて連通孔を塞ぐ弁板（6）とを備えている。第１のチャンバーは、シール面に対向する弁部の前面側に位置し、第２のチャンバーは、弁板の後背側に位置している。更に逆圧対応仕切弁は、シール面と弁板とのいずれか一方から他方に向けて突出するとともにその突出を解除可能に設けられて、その突出に応じてシール面と弁板とのクリアランスをシールするシール材（8）を備えている。シール材（8）は、第１の内圧が第２の内圧よりも高いときに突出し、第１の内圧が第２の内圧よりも低いときに突出を解除するように構成されている。

Description

本発明は、内圧の高さの関係が逆転することのある２つのチャンバーを仕切る逆圧対応仕切弁に関するものである。

半導体や薄膜、液晶パネル等の製造に使用される真空装置の複数の真空チャンバーを仕切るための仕切弁として、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に記載の仕切弁は、対向して配置されるとともにそれぞれ連通孔の形成された２つのシール面の間に、スライド可能に配置された弁板を有するものとなっている。そして、仕切弁は、弁板を連通孔の位置までスライドさせることで、２つの真空チャンバーを仕切るように形成されている。なお、特許文献１の仕切弁の弁板には、加圧流体の供給に応じて膨張することで突出するシール材が設けられ、このシール材の突出によりシール面と弁板とのクリアランスをシールするようにしている。

一方、真空装置のその他の仕切弁として、連通孔の形成されたシール面に弁板を押し付けることで、真空チャンバー間を仕切る構造のものもある。例えば図５に示す仕切弁では、シリンダー５０の発生する推力で、連通孔５１の形成されたシール面５２に弁板５３を押し付けることで、２つの真空チャンバー５４、５５を仕切るようにしている。

ここでシール面５２に当接される弁板５３の前面側の真空チャンバー５４が真空とされ、弁板５３の後背側の真空チャンバー５５が大気圧とされる正圧時には、弁板５３に対して同弁板５３をシール面５２に押し付ける方向に大気圧が作用する。そのため、このときには、比較的小さい推力で弁板５３のシール面５２への押し付けを維持することができる。一方、弁板５３の前面側の真空チャンバー５４が大気圧とされ、弁板５３の後背側の真空チャンバー５５が真空とされる逆圧時には、弁板５３に対して同弁板５３をシール面５２から引き離す方向に大気圧が作用する。そのため、このときには、弁板５３をシール面５２に押し付けた状態を維持するため、多大な推力が必要とされるようになる。なお、弁板５３に作用する大気圧の力は、弁板５３が大型化するに従って大きくなる。そのため、大型の弁板を採用する仕切弁では、シリンダー等の推力で弁板を押し付けても、大気圧に押されてシールを維持できなくなってしまうことがある。

そこで従来、上記のような逆圧に対応した真空装置の仕切弁として、非特許文献１に記載のものが提案されている。図６に示すように、この従来の逆圧対応仕切弁では、連通孔６０の形成されたシール面６１への押し付けに応じて連通孔６０を塞ぐ弁板６４の後背側に、同弁板６４とベローズ６３と圧力プレート６２とにより区画された空間６５が形成される。そして逆圧時には、弁板６４に形成された導入孔６６より空間６５に大気圧を導入して弁板６４の後背側を大気圧とすることで、弁板６４の前面に作用する大気圧の力を相殺して、小さい推力での弁板６４の押し付けを可能としている。

特開平５−２１５２４９号公報

入江工研 株式会社 ゲートバルブカタログ ＮＯ．３１９ ＫＯＳＬＡＲＺＥ ＧＡＴＥ ＶＡＬＶＥ ９頁上部

図６の従来の逆圧対応仕切弁であれば、逆圧時にも、多大な推力を必要とすることなく、シールを維持することが確かに可能となる。しかしながら、こうした従来の逆圧対応仕切弁には、ベローズ６３や圧力プレート６２等が必要で、部品点数が多くなり、構造が複雑化してしまうという問題がある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、比較的簡易な構造で逆圧時にもシールを確実に維持することのできる逆圧対応仕切弁を提供することにある。

本発明の一態様は、第１の内圧を有する第１のチャンバーと第２の内圧を有する第２のチャンバーとを仕切る逆圧対応仕切弁である。該逆圧対応仕切弁は、前記第１及び第２のチャンバーを連通する連通孔を有するシール面と、前記シール面に対する押し付けに応じて前記連通孔を塞ぐ弁板であって、前記第１のチャンバーが前記シール面に対向する前記弁部の前面側に位置し、前記第２のチャンバーが前記弁板の後背側に位置する前記弁部と、前記シール面と前記弁板とのいずれか一方から他方に向けて突出するとともに、その突出を解除可能に設けられて、その突出に応じて前記シール面と前記弁板とのクリアランスをシールするシール材とを備え、前記シール材は、前記第１の内圧が前記第２の内圧よりも高いときに突出し、前記第１の内圧が前記第２の内圧よりも低いときに突出を解除するように構成されている。

上記構成では、第１のチャンバーの第１の内圧が第２のチャンバーの第２の内圧よりも高い逆圧時には、シール材が突出する。それによりシール面と弁板とのクリアランスがシールされるようになる。そのため、第１の内圧と第２の内圧との圧力差によって弁板がシール面から離間する方向に押され、弁板がシール面から多少離間しても、突出したシール材によりシール面と弁板とのクリアランスのシールを維持することができる。

本発明の逆圧対応仕切弁によれば、簡易な構造で逆圧時にもシールを確実に維持することができるようになる。

第１実施形態の逆圧対応仕切弁の弁板周囲の構造を示す断面図。 図１の逆圧対応仕切弁のシール材の状態を示す断面図であって、（ａ）は正圧時の、（ｂ）は正圧から逆圧へ、或いは逆圧から正圧への移行時の、シール材の状態をそれぞれ示す断面図。 図１の逆圧対応仕切弁の逆圧時のシール材の状態を示す断面図。 第２実施形態の逆圧対応仕切弁のシール材の状態を示す断面図であって、（ａ）は正圧時の、（ｂ）は正圧から逆圧へ、或いは逆圧から正圧への移行時の、（ｃ）は逆圧時のシール材の状態をそれぞれ示す断面図。 従来の真空装置の仕切弁の断面構造を示す断面図。 従来の逆圧対応仕切弁の断面構造を示す断面図。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の逆圧対応仕切弁を具体化した第１の実施の形態を、図１〜図３を参照して詳細に説明する。なお第１実施形態の逆圧対応仕切弁は、半導体や薄膜、液晶パネル等の製造に使用される真空装置において大気圧と真空とを仕切る弁として構成されている。

図１は、第１実施形態の逆圧対応仕切弁の側方から見た断面構造を示している。同図に示すように、第１実施形態の逆圧対応仕切弁は、第１真空チャンバー１及び第２真空チャンバー４の２つの真空チャンバーの連結部に設置されている。

第２真空チャンバー４に連接される第１真空チャンバー１の側板には、両チャンバー１，４を連通する連通孔２が設けられている。こうした連通孔２の設けられた第１真空チャンバー１の側板の外周面は、連通孔２を塞ぐことで両真空チャンバー１，４の連通を遮断する弁板６が押し付けられるシール面３となっている。

上記弁板６は、第２真空チャンバー４の内部に配設されている。この弁板６は、回動軸５に回動可能に軸支された基端を有する。弁板６は、図示しないシリンダーにより、図中半時計回りに回動することで、その前面がシール面３に押し付けられて連通孔２を塞ぐように配置されている。通常、弁板６の回動による連通孔２の開閉は、第１真空チャンバー１及び第２真空チャンバー４の内圧が同一となった状態で行われる。なお、第２真空チャンバー４の内部には、シール面３からの離間する方向への弁板６の変位を止めるストッパー７も配設されている。

上記シール面３に対向する弁板６の前面には、連通孔２の外周を囲むようにシール材８が設置されている。また弁板６の前面のシール材８の内周には、弾性体からなるＯリング９も設置されている。第１実施形態では、Ｏリング９は第２のシール材として設けられている。

シール材８は、中空の弾性材にて形成されている。こうしたシール材８の内部空間には、必要に応じ、配管１０によって空気の供給がなされるようになっている。第１実施形態では、この配管１０の一端は大気に開放されている。そして、シール材８の周囲とその内部空間との差圧に応じて、シール材８の断面形状が変化するようになっている。シール材８先端部の周囲が大気圧雰囲気下にあるときには、シール材８の周囲とシール材８の内部空間とは同圧（大気圧）となる。このときのシール材８は、弾性体であるため先端の凹んだ形状になる（図２（ａ）参照）。一方、シール材８先端部の周囲が真空下にあるときには、シール材８の周囲とシール材８の内部空間との差圧により、シール材８の内部空間に空気が供給されるようになる。そのため、このときのシール材８は、シール面３に向けてその先端が突出するように膨張する（図２（ｂ）および図３参照）。

なお、こうした逆圧対応仕切弁の設けられた真空装置は、通常は、第１真空チャンバー１が真空とされ、第２真空チャンバー４が大気圧とされた、いわゆる正圧の状態、又は第１真空チャンバー１と第２真空チャンバー４とが同圧の状態で使用される。ただし、メンテナンスに際しては、第１真空チャンバー１が大気圧とされ、第２真空チャンバー４が真空とされた、いわゆる逆圧の状態とされることがある。以下に述べるように、第１実施形態の逆圧対応仕切弁は、正圧時であれ、逆圧時であれ、好適にシールを行えるように構成されている。

図２（ａ）は、弁板６の前面側の第１真空チャンバー１の内部が真空とされ、弁板６の後背側の第２真空チャンバー４の内部が大気圧とされる正圧時の状態を示している。このときのシール材８先端部の周囲は大気圧雰囲気下にあり、またその内部空間も大気圧となる。そのため、このときのシール材８は、弾性体であるため先端の凹んだ形状になる。ただし、このときには、大気圧に基づく力Ｆが弁板６をシール面３に押し付ける方向に作用するため、比較的小さい推力で弁板６をシール面３に押し付けた状態が維持される。ちなみにこのときの弁板６とシール面３とのクリアランスは、Ｏリング９によりシールされている。

図２（ｂ）は、弁板６の前面側の第１真空チャンバー１の内部、及び弁板６の後背側の第２真空チャンバー４の内部が真空とされる、正圧から逆圧への移行時の状態を示している。

例えばメンテナンス等を行うために、正圧から逆圧へ移行するときは、第１真空チャンバー１及び第２真空チャンバー４の内部を共に真空排気する。このとき、図２（ｂ）に示すように、シール材８の内部空間には、その先端部周囲とその内部空間との差圧により、配管１０を通じて空気が供給される。従って、シール材８は膨張してその先端がシール面３に向けて突出するように弾性変形する。

図３は、弁板６の前面側の第１真空チャンバー１の内部が大気圧とされ、弁板６の後背側の第２真空チャンバー４の内部が真空とされる逆圧時の状態を示している。このときの弁板６には、大気圧に基づく力Ｆが弁板６をシール面３から引き離す方向に作用する。そのため、弁板６は大気圧に押されてストッパー７が機能する位置まで後退し、弁板６の前面とシール面３とのクリアランスが大きくなる。ただし、このときのシール材８は、図２（ｂ）に示したように正圧から逆圧への移行時から継続して、膨張した状態、即ちその先端がシール面３に向けて突出するように弾性変形した状態となっている。そのため、弁板６の前面とシール面３とのクリアランスが多少大きくなっても、突出したシール材８によりそのクリアランスがシールされるようになる。

以上記述した第１実施形態の逆圧対応仕切弁によれば、少なくとも次の効果を奏することができる。
（１）シール面３に対向する弁板６の前面側の第１真空チャンバー１の内圧が同弁板６の後背側の第２真空チャンバー４の内圧よりも高い逆圧時には、シール材８が該シール材８の内圧に応じて突出され、それによりシール面３と弁板６とのクリアランスがシールされるようになる。そのため、大気圧によって弁板６がシール面３から離間する方向に押され、弁板６がシール面３から多少離間しても、突出したシール材８によりシール面３と弁板６とのクリアランスのシールを維持することができる。したがって、第１実施形態の逆圧対応仕切弁によれば、比較的簡易な構造で逆圧時にもシールを確実に維持することのできるようになる。

（２）第１実施形態の逆圧対応仕切弁は、シール面３から離間する方向への弁板６の変位を止めるストッパー７を備えている。こうしたストッパー７が設けられていれば、逆圧時におけるシール面３からの弁板６の離間に伴う弁板６とシール面３との間のクリアランスの拡大をある程度に留めることができる。そのため、シール材８の突出により、弁板６とシール面３との間のクリアランスのシールをより確実に行うことができるようになる。

（３）第１実施形態の逆圧対応仕切弁では、シール材８の中空部分（内部空間）が配管１０を通じて大気開放されている。従って、シール材８先端部の周囲が大気圧雰囲気にあるときには、その内外の気圧が同圧となり、その中空部分への流体圧の印加が除荷される。一方、シール材８先端部の周囲が真空下にあるときには、その内外の差圧により、配管１０を通じてその中空部分に空気が供給されるようになる。そのため、このときのシール材８の中空部分には、大気圧が印加され、それによりシール材８が膨張してその先端が突出するようにその断面形状が変化する。そのため、第１実施形態の逆圧対応仕切弁では、第１真空チャンバー１内と大気圧雰囲気との差圧によって、自動的にシール材８の進退を行うことができるようになる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の逆圧対応仕切弁を具体化した第２の実施の形態を、図４を併せ参照して説明する。なお第２実施形態の逆圧対応仕切弁の構成は、そのシール材の構成が変更されている以外は、第１の実施の形態のものと同じとなっている。したがって第２実施形態において第１の実施の形態のものと共通する構成には、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

図４に示すように第２実施形態の逆圧対応仕切弁でも、シール材２０が進退可能に設けられている。このシール材２０は、その後背に形成された圧力室２２へのガス圧の印加（空気の供給）に応じて進出することで突出し、同圧力室２２からのガス圧の除荷に応じて後退することでその突出を解除するように構成されている。

図４（ａ）は、第１真空チャンバー１の内圧が同弁板６の後背側の第２真空チャンバー４の内圧よりも低く、大気圧により弁板６がシール面３に押し付ける方向に付勢される正圧時におけるシール材２０の状態を示している。同図に示すように、シール材２０は、弁板６の前面に形成された凹部２１に配設されており、シール材２０の後背には、凹部２１の周壁とシール材２０とによって圧力室２２が区画形成されている。この圧力室２２には、配管１０が接続されており、必要に応じ、その配管１０を通じて空気の供給がなされるようになっている。

正圧時には、シール材２０先端部の周囲は大気圧雰囲気下にあり、その先端部周囲と圧力室２２内は共に大気圧となる。そのため、このときのシール材２０は、該シール材２０の押圧に応じて圧力室２２から空気が抜けることで、凹部２１内に引っ込んだ位置に後退する（図４（ａ）参照）。このときには、第２真空チャンバー４の大気圧に付勢されて、弁板６がシール面３に押し付けられており、弁板６とシール面３とのクリアランスはＯリング９（詳しくは図１参照）によりシールされている。

図４（ｂ）は、真空チャンバー１の内部、及び弁板６の後背側の第２真空チャンバー４の内部が真空とされる、正圧から逆圧への移行時の状態を示している。
例えばメンテナンス等を行うために、正圧から逆圧へ移行するときは、第１真空チャンバー１及び第２真空チャンバー４の内部を共に真空排気する。このとき、図４（ｂ）に示すように、圧力室２２の内部空間には、シール材２０の先端部周囲と圧力室２２の内部空間との差圧により、配管１０を通じて空気が供給され、シール材２０は、その空気に付勢されてシール面３に向けて進出する。

図４（ｃ）は、第１真空チャンバー１の内圧が同弁板６の後背側の第２真空チャンバー４の内圧よりも高く、大気圧により弁板６がシール面３から離間する方向に付勢される逆圧時におけるシール材２０の状態を示している。このときのシール材２０先端部の周囲は真空下にあり、その後背の圧力室２２は大気圧となる。そのため、図４（ｂ）に示した正圧から逆圧への移行時から継続して、圧力室２２に配管１０を通じて空気が供給されており、シール材２０がシール面３に向けて進出した状態となっている。即ち、シール材２０は、その先端がシール面３に向けて突出するように弾性変形した状態となっている。このときの弁板６は、第１真空チャンバー１からの大気圧に押されており、弁板６の前面とシール面３とのクリアランスが拡大するが、シール材２０がシール面３に向けて突出してそのクリアランスをシールするようになる。

以上説明した第２実施形態によっても、少なくとも第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
なお、以上の各実施形態は以下のように変更してもよい。

・第１の実施の形態では、逆圧時には、シール材８の先端部周囲とその内部空間との差圧により、その内部空間に空気が供給されて、それによりシール材８がその先端が突出するようにその断面形状が変化するようになっていた。また第２の実施の形態では、逆圧時には、シール材２０の先端部周囲とその後背の圧力室２２との差圧により、圧力室２２に空気が供給されて、それによりシール材２０が前進してその先端が突出されるようになっていた。このように上記各実施形態では、シール材８、２０の突出及びその解除が、第１真空チャンバー１の内圧の変化に応じて自動的に行われるようになっている。この第１真空チャンバー１の内圧を利用することに加えて、シール材８の内部空間や圧力室２２に圧縮空気を供給することで、シール材８、２０の突出を意図的に行うようにしても良い。また空気以外の加圧ガスを用いてシール材８、２０を突出させたり、加圧液体を用いてシール材８、２０を突出させたりするようにしても良い。すなわち、シール材８、２０の突出及びその解除は、任意の流体の流体圧の印加及びその除荷を通じて行うことが可能である。また可能であれば、発条の弾性反発力や電磁力等の流体圧以外の推力を用いてシール材８、２０を突出させるようにしても良い。

・第１の実施の形態では、中空の弾性体を用い、その内部空間に流体圧を供給することでシール材８の断面形状を変化させるようにしていたが、それ以外の手法によりシール材の断面形状を変化させることも可能である。例えば形状記憶材料を用いてシール材を形成し、加熱等を通じてシール材の断面形状を変化させるようにしても良い。

・上記実施形態では、弁板６がシール面３からある程度以上に離間しないように弁板６をストッパー７によって支持するようにした。こうしたストッパー７を省略して、例えばシリンダー等が弁板６に加える推力だけで、シール材８、２０の突出により弁板６とシール面３との間をシール可能な範囲に弁板６のシール面３からの離間を止めてもよい。

・上記実施形態では、弁板６にＯリング９を設け、正圧時には、このＯリング９により弁板６とシール面３とのクリアランスをシールするようにしていた。こうした正圧時のシールをＯリング９以外のシール部材を用いて行うようにしても良い。またＯリング９等のシール部材を省略して、突出が解除された状態のシール材８、２０だけで正圧時のシールを行っても良い。

・上記実施形態では、弁板６にシール材８、２０を配設するようにしていたが、弁板６が押し付けられるシール面３にシール材８、２０を設けるようにしても良い。また、Ｏリング９をシール面３に設けてもよい。

・上記実施形態では、弁板６をシリンダーにより駆動させるようにしていたが、モーター等、他の推力発生装置で弁板６を駆動するようにしても良い。
・上記実施形態では、回動により連通孔２を塞ぐ位置へと移動するように弁板６が構成されていたが、スライドにより連通孔２を塞ぐ位置へと移動するように弁板６が構成されてもよい。

・上記実施形態では、真空装置において大気圧と真空とを仕切る弁として本発明に係る逆圧対応仕切弁を構成した場合について説明したが、本発明の逆圧対応仕切弁は、それ以外の用途にも適用することができる。要は、内圧の高さの関係が逆転することのある２つのチャンバーを仕切る任意の弁に、本発明の逆圧対応仕切弁を適用することが可能である。

・上記実施形態では、弁部６、弁部６の駆動機構（回動軸５）、およびストッパー７は第２真空チャンバー４内に配置されるものであったが、それらは第１真空チャンバー１内に配置されてもよい。

Claims (11)

1. 第１の内圧を有する第１のチャンバーと第２の内圧を有する第２のチャンバーとを仕切る逆圧対応仕切弁であって、
   前記第１及び第２のチャンバーを連通する連通孔を有するシール面と、
   前記シール面に対する押し付けに応じて前記連通孔を塞ぐ弁板であって、前記第１のチャンバーが前記シール面に対向する前記弁部の前面側に位置し、前記第２のチャンバーが前記弁板の後背側に位置する前記弁部と、
   前記シール面と前記弁板とのいずれか一方から他方に向けて突出するとともに、その突出を解除可能に設けられて、その突出に応じて前記シール面と前記弁板とのクリアランスをシールするシール材と、を備え、
   前記シール材は、前記第１の内圧が前記第２の内圧よりも高いときに突出し、前記第１の内圧が前記第２の内圧よりも低いときに突出を解除するように構成されていることを特徴とする逆圧対応仕切弁。
2. 前記シール材は、流体圧の印加に応じて突出し、同流体圧の除荷に応じて突出を解除する、請求項１に記載の逆圧対応仕切弁。
3. 前記シール材は、進退可能に設けられ、前記逆圧対応仕切弁はさらに、前記シール材の後背に形成された圧力室を備えており、
   前記シール材は、前記圧力室への流体圧の印加に応じて進出することで突出し、同圧力室への流体圧の除荷に応じて後退することでその突出を解除する、請求項２に記載の逆圧対応仕切弁。
4. 前記圧力室は大気に開放されている、請求項３に記載の逆圧対応仕切弁。
5. 前記シール材は、その断面形状を変化させることで突出する、請求項１又は２に記載の逆圧対応仕切弁。
6. 前記シール材は、中空の弾性体にて形成され、該中空内への流体圧の印加により膨張することでその断面形状を変化させる、請求項５に記載の逆圧対応仕切弁。
7. 前記シール材の中空内が大気に開放されている、請求項６に記載の逆圧対応仕切弁。
8. 前記シール材は、前記第１の内圧と前記第２の内圧との差に応じて突出量を変更するように構成されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の逆圧対応仕切弁。
9. 前記シール面と前記弁部とのいずれか一方に設けられ、前記第１の内圧が前記第２の内圧よりも低いときに前記シール面と前記弁板とのクリアランスをシールする第２のシール材をさらに備える請求項１〜８のいずれか一項に記載の逆圧対応仕切弁。
10. 前記逆圧対応仕切弁は、真空装置において大気圧と真空とを仕切る弁として構成されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の逆圧対応仕切弁。
11. 前記シール面から離間する方向への前記弁板の変位を止めるストッパーをさらに備える請求項１〜１０のいずれか１項に記載の逆圧対応仕切弁。

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