JP6584829B2 - バルブ - Google Patents

Description

本発明は、バルブ、特に真空バルブに関する。

第１軌道および第２軌道が相互に傾斜して配置されているバルブが当該技術分野において知られている。このバルブは、真空技術に用いられ、いわゆるＬバルブまたはＪバルブとして知られている。閉塞要素の多少なりともＬ字形状またはＪ字形状の完全開位置から閉位置への動作または閉位置から開位置への動作は、バルブシートおよび閉塞要素のうち一方または両方に設けられているシール部材の耐久性の観点から採用され、シール部材に対する剪断運動が軽減または防止される。

特に真空技術分野において、第１駆動装置および第２駆動装置として気圧式または電動式の駆動装置が用いられる。閉塞要素がバルブシートに押し付けられている閉位置において、第１駆動装置および第２駆動装置によって短時間のみ保持されるだけである。空気供給または電流供給が遮断された後、当該駆動装置の押圧力が長時間にわたり弱まる。

閉塞要素が該当する位置にある場合、閉塞要素を閉位置に拘束するための拘束機構としてのインターロックボルトが、第１駆動装置のピストンの開口部に固定されるバルブが知られている（特許文献１参照）。当該拘束機構の解決手段には、その製造に際して非常にわずかな誤差しか許容されないという問題がある。バルブの運転中に温度に由来する変形が生じた場合、ピストンの開口部にインターロックボルトが入り込めなくなって拘束機構が機能しなくなる。

欧州特許公開公報 ＥＰ１０８７１５９Ａ１

本発明の目的は、より大きな誤差が許容されながらも、拘束機構の高い動作確実性が確保されうるバルブを提供することにある。

本発明は、バルブシートにより囲まれている開口部と、閉位置において前記バルブシートに押し付けられることで前記開口部が閉塞され、中間位置において前記バルブシートから離間して前記開口部を覆い、完全開位置において前記開口部を全部または部分的に開放する閉塞要素と、前記閉塞要素を完全開位置および中間位置の間で第１軌道にしたがって移動させる少なくとも１つの第１駆動装置と、前記閉塞要素を中間位置および閉位置の間で前記第１軌道に対して相互に角度をなして配置されている第２軌道にしたがって移動させる少なくとも１つの第２駆動装置と、前記閉塞要素を閉位置に拘束する拘束機構と、を備えているバルブに関する。

前記課題を解決するための本発明のバルブは、前記拘束機構が、傾斜面に当接する、代替的または付加的に傾斜面を有する少なくとも１つの拘束要素を備え、前記拘束要素は、前記閉塞要素が閉位置に拘束される拘束位置と、前記閉塞要素が閉位置から中間位置に変位可能な解放位置との間で、第３軌道にしたがって前記閉塞要素に対して相対的に変位可能であることを特徴とする。

少なくとも１つの傾斜面を有する解決手段により、拘束機構の製造および動作に際して大きな誤差が許容されながらも、システムの動作確実性が確保される。傾斜面により、製造時および動作時における温度由来の形状変化が生じても、拘束機構の動作確実性が損なわれることはない。

本発明の第１実施形態群において、傾斜面が拘束要素それ自体に配置または形成されていてもよい。閉塞要素に直接的または間接的に連結されている傾斜面に対して拘束要素が当接してもよい。拘束要素と、当該拘束要素が直接的に相互作用するバルブの構成要素とのそれぞれに傾斜面が設けられ、当該２つの傾斜面同士が相互に当接してもよい。

第３軌道が傾斜面に対して鋭角をなして配置されていてもよい。拘束要素の解放位置において、閉塞要素は閉位置および中間位置の間で第２軌道にしたがって変位可能であるのみならず、完全開位置および中間位置の間で第１軌道にしたがって変位可能である。

基本的に、拘束要素はその少なくとも１つの傾斜面によりまたは傾斜面を通じて閉塞要素に直接的に力を作用させる。拘束要素はその少なくとも１つの傾斜面によりまたは傾斜面を通じて閉塞要素に間接的に力を作用させてもよい。閉塞要素が少なくとも１つのバルブロッドを介してヨークに連結され、拘束要素画素の傾斜面によりまたは傾斜面を通じてヨークに直接的に力を作用させることで、間接的な力作用が実現される。傾斜面の形成のため、拘束要素、ヨーク、閉塞要素および閉塞要素に対して連結されているバルブの構成要素のうち少なくとも１つが楔形状に形成される。第３軌道、すなわち拘束要素が拘束位置および解放位置の間で変位する軌道は、第１軌道、すなわち閉塞要素が完全開位置および中間位置の間で変位する軌道に対して平行である。

中間位置は、閉塞要素がバルブシートから離間して開口部が閉塞されていないものの、開口部を覆うような位置である。完全開位置は、閉塞要素は開口部を閉塞せずに全部または部分的に開放しており、流体および処理前または処理後のワークピースが開口部を通じて搬入または搬出可能である。

拘束機構は、第３軌道にしたがって拘束要素を駆動するため、第１駆動装置および第２駆動装置とは別に少なくとも１つの第３駆動装置を備えている。第３駆動装置は、拘束要素を第３軌道にしたがって駆動可能な少なくとも１つの固有の駆動装置であってもよい。

バルブの相応する運転または制御によらずにバルブの開動作および開状態維持の指令信号が与えられた場合、第３駆動装置は、拘束機構または拘束要素を拘束位置に自動的に動かすまたは保持する。この観点から、第３駆動装置は、傾斜面を有する拘束要素を拘束位置に向かって定常的に付勢する第１拘束駆動ユニットを備えている。第１拘束駆動ユニットは、純粋な機械的な駆動ユニットである。第１拘束駆動ユニットは、少なくとも１つの付勢要素、好ましくはばね要素であり、あるいは、少なくとも１つの付勢要素、好ましくはばね要素を備えている。バルブを開放するため、第３駆動装置は、拘束要素を解放位置に駆動するための、ＯＮ／ＯＦＦが切り替え可能な第２拘束駆動ユニットを備えていることが好ましい。第２拘束駆動ユニットは、ＯＮ状態において第１拘束駆動ユニットに対抗して力を作用させる。第２拘束駆動ユニットのＯＮ／ＯＦＦの切り替えは、バルブの適当な運転または制御に際して実現される。

閉塞要素はバルブプレートであり、特に平坦状に形成されている閉塞要素である。閉塞要素により閉塞される開口部は４０〜１０００［ｃｍ²］、好ましくは６０〜５００［ｃｍ²］の横断面積を有する。本発明のバルブは閉塞装置として構成されていてもよい。

バルブシートおよび閉塞要素のうち少なくとも一方またはそれぞれにはシール部材が設けられている。第１軌道および第２軌道のうち一方または両方は、相互に傾斜して延在している。各軌道は直線状であってもよいが直線状である必要はない。第１軌道は直線状に延在している。傾斜とは、第１軌道および第２軌道が一定角度をなすことまたは平行ではないことを意味する。第１軌道および第２軌道は相互に略直角をなしている。第１軌道および第２軌道が運動経路として構成されていてもよい。第１軌道および第２軌道は閉塞要素の軌道を定義する。当該軌道は、閉塞要素に対して固定された点から閉塞要素の運動を観察することにより確認することができる。第３軌道は、傾斜面を有する拘束要素の運動を定義する。各軌道は２つの反対向きの、相互に重なっているまたは同軸に配置されている方向を有する。

閉塞要素はバルブロッドに対して固定されている。閉塞要素はバルブロッドに対して固定され、第１駆動装置は上方に延在するヨークを介してバルブロッドにより保持されている。本発明のバルブは、第１軌道にしたがった駆動用の単一の第１駆動装置を有するだけではなくてもよく、第２軌道にしたがった駆動用の単一の第２駆動装置を有するだけではなくてもよく、かつ、第３軌道にしたがった拘束要素の駆動用の第３駆動装置を有するだけではなくてもよい。閉塞要素および拘束要素のうち一方または両方を該当軌道にしたがって駆動するための、複数の駆動装置が設けられていてもよい。第１駆動装置は、中間経路によって多数の動力伝達要素（好ましくは各駆動装置に固有の動力伝達要素が設けられている。）を通じて、バルブロッドに（好ましくは固定的に）連結されているヨークに対して連結されることにより、バルブロッドに対して閉塞要素が連結されている。

第１駆動装置、第２駆動装置および第２拘束駆動ユニットのうち少なくとも１つとしてさまざまな形態が採用される。油圧駆動式、気圧駆動式、電動式、電磁駆動式またはそのほか当該技術分野において公知の駆動装置、特に直動式の駆動装置が採用される。真空技術において、気圧式または電動式の駆動装置が用いられる。第１駆動装置、第２駆動装置および第２拘束駆動ユニットのうち少なくとも１つ、好ましくはそれぞれがピストンシリンダ装置を備え、好ましくはそれぞれの駆動装置の少なくとも１つの駆動要素がシリンダを構成し、少なくとも１つの他の駆動要素が当該シリンダに変位可能に案内されるピストンを構成する。第１駆動装置および第２駆動装置のうち一方または両方が、双方向作動式のピストンシリンダ装置であり、閉塞要素が一方向およびその反対方向に各軌道にしたがって駆動される。軌道の一方向にのみ作動するピストンシリンダ装置が採用されてもよい。他方向への移動は、ばね、電動式または他の適当な駆動装置など、第１駆動装置および第２駆動装置のうち一方または両方により実現される。ピストン装置およびシリンダ装置によれば、ハウジングに固定された駆動要素がピストンおよびシリンダを構成する。

本発明のバルブは、電子部品またはその均等物が処理または製造されるプロセスチャンバを閉塞するためなど、真空技術において採用される。真空技術においては、０．００１［ｍｂａｒ］または０．１［Ｐａ］以下の圧力での動作状態が実現される。真空バルブは、当該圧力範囲および相当する差圧環境下で使用されるバルブである。真空バルブは、負圧のプロセス状態が実現される真空領域を有している。このようなバルブまたは真空バルブによれば、第１駆動装置および第２駆動装置のうち少なくとも１つ、第１駆動装置、第２駆動装置および第３駆動装置のうち少なくとも１つ、または第３駆動装置が真空領域の外側に設けられている。真空領域をその外側領域から隔離して遮断するため、たとえばバルブロッドのためのべロウズ案内部材、ディスク案内部材およびこれらの均等物が知られている。

第１駆動装置、第２駆動装置および拘束機構のうち少なくとも１つが簡単に構成される他の態様において、各駆動装置または複数の拘束機構の対称的な配置が採用される。当該対称性の基準となる対称面が、バルブロッドおよび閉塞要素のうち少なくとも一方の対称軸線を通じて存在する。

本発明のさらなる利点および詳細は、添付図面を用いて説明される。

本発明の第１実施形態としてのバルブの斜視図。 ハウジングの内部を見ることができるようにハウジングが部分的に省略されたバルブの正面図。 図２のＡ−Ａ線に沿った断面図。 図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図。 図２のＣ−Ｃ線に沿った断面図。 図２のＤ−Ｄ線に沿った断面図。 閉塞要素が中間位置にある状態におけるバルブに関する説明図。 図７のＥ−Ｅ線に沿った断面図。 図７のＦ−Ｆ線に沿った断面図。 図７のＧ−Ｇ線に沿った断面図。 図７のＨ−Ｈ線に沿った断面図。 閉塞要素が閉位置にあり、かつ、拘束機構の拘束要素が解放位置にある状態におけるバルブに関する説明図。 図１２のＩ−Ｉ線に沿った断面図。 図１２のＪ−Ｊ線に沿った断面図。 図１２のＫ−Ｋ線に沿った断面図。 図１２のＬ−Ｌ線に沿った断面図。 閉塞要素が閉位置にあり、かつ、拘束機構の拘束要素が拘束位置にある状態におけるバルブに関する説明図。 図１７のＭ−Ｍ線に沿った断面図。 図１７のＮ−Ｎ線に沿った断面図。 図１７のＯ−Ｏ線に沿った断面図。 図１７のＰ−Ｐ線に沿った断面図。 傾斜面および第３軌道の間の相対的な間隔に関する説明図。

本発明の一実施形態としてのバルブ１は、いわゆる真空バルブであり、処理対象であるワークピースがプロセスチャンバに搬入または搬出される開口部を圧力保持するようにまたは気密に閉塞するために真空技術において用いられる。図１はプロセスチャンバを省略した状態のバルブまたは真空バルブ１の斜視図である。閉塞要素４は本実施形態ではバルブプレートである。バルブ１の開口部３は隅角部分が丸みを帯びた略矩形状である。開口部３はバルブ１のバルブシート２により囲まれている。バルブシート２はバルブハウジング２０の一部である。バルブシート２は基本的に別個の部材により構成されていてもよい。シール部材２２が閉塞要素４に設けられている。シール部材２２がバルブシート２に設けられてもよく、バルブシート２および閉塞要素４の両方に設けられてもよい。

図１において、一対の第１駆動装置５が設けられている。第２駆動装置７は示されていないが、バルブハウジング２０の中に隠れている。バネ要素の形態の弾性付勢要素１８として構成されている第１拘束駆動ユニット１７を有する拘束機構９には一対の第３駆動装置１６が設けられている。図１において第２拘束駆動ユニット１９は外側だけ示されている。詳細な構成は続く図面において説明される。

図２〜図６には、図１とは異なり、閉塞要素４が開口部３の全部を開放する完全開位置にある状態のバルブ１が示されている。

図７〜図１１には、閉塞要素４が開口部３を覆う一方で閉塞していない中間位置にある状態のバルブ１が示されている。シール部材２２がバルブシート２に対して当接していないことが図８〜図１１に示されている断面図からよくわかる。

図１２〜図１６には、閉塞要素４がそのシール部材２２をバルブシート２に対して当接させることにより開口部３を閉塞している閉位置にある状態のバルブ１が示されている。図２〜図１６のそれぞれにおいては拘束機構９の拘束要素１０が解放位置にある。

図１７〜図２１において、閉塞要素４が閉位置にあり、かつ、拘束要素１０が拘束位置にあって、閉塞要素４が第１駆動装置５および第２駆動装置７があるにもかかわらず拘束機構９により閉位置に固定保持されている状態のバルブ１が示されている。

本実施形態において閉塞要素４、バルブロッド１４およびバルブロッド１４に対して固定されているヨーク１５は一体的に構成され、相互に変位可能である。第１軌道６にしたがった、開位置（図２〜図６参照）および中間位置（図７〜図１１参照）の間の駆動のために第１駆動装置５が設けられている。本実施形態では、シリンダ２６を貫通するピストン２７を有する、双方向作動式のピストンシリンダユニットにより構成されている２つの第１駆動装置５により構成されている。第１駆動装置５により、中間位置から完全開位置への開行程およびこれとは反対に完全開位置から中間位置への逆行程が実現される。ピストン２７はピストンロッド２８を介して調整ピン２９に連結され、さらにこれを介してヨーク１５に連結されている。ピストンロッド２８には、調整ピン２９が第１軌道６に対して垂直かつ第２軌道８に対して平行な方向に変位可能に挿通されている貫通ガイドが設けられている。調整ピン２９はヨーク１５に対して固定されている。構成要素２８、２９および１５の当該構成により、ヨーク１５、バルブロッド１４および閉塞要素４からなるユニットの第２軌道８にしたがった運動から第１駆動装置５から分離され、第２駆動装置７によってヨーク１５が調整ピン２９とともに第２軌道８にしたがってピストンロッド２８に対して相対的に変位可能となる。これにより、第１駆動装置５がハウジング２０に対して固定されうる（一方側は図４および図９参照。他方側は図１４および図１９参照）。

第２駆動装置７も双方向作動式のピストンシリンダユニットにより構成され、シリンダ２３の内部で変位可能に構成されているピストン２４を備えている。シリンダ２３の内部においてピストン２４は、閉塞要素４が中間位置および閉位置の間で往復運動する第２軌道８に対して平行に運動する。第２駆動装置７のピストン２４の運動を閉塞要素４に伝達するため、一対の第２駆動装置７のそれぞれのピストン２４がガイドロッド２１に対して固定かつ連結されている。ガイドロッド２１には、第１軌道６に対して平行な方向にブレーンベアリング２５によりヨーク１５が変位可能に設けられている。これにより第２軌道８に対して平行な方向についてシリンダ２３の内部におけるピストン２４の運動がガイドロッド２１、ヨーク１５およびバルブロッド１４を通じて閉塞要素４に伝達され、閉塞要素４が第２軌道８にしたがって閉位置（図１２〜図２１参照）および中間位置（図７〜図１１参照）の間で駆動されうる。

傾斜面１１を有する拘束要素１０が解放位置にあって拘束機構９が閉塞要素４を解放している限り、第１駆動装置５および第２駆動装置７により、閉塞要素４はさまざまな方式にしたがって完全開位置および閉位置の間で往復運動することができる（図２〜図１６、特に図６、図１１および図１６参照）。本発明の拘束機構９、特に傾斜面１１を有する拘束要素１０によって閉塞要素４が閉位置（図１２〜図１６参照）より閉位置で拘束またはロックされる。本実施形態では一対の拘束機構９が設けられている。拘束機構９の動作原理は、解放位置を示している図６、図１１および図１６ならびに拘束位置を示している図２１により把握することができる。楔形状に形成されている、傾斜面１１を有する拘束要素１０は動力伝達ロッド３２を介して拘束機構９の第３駆動装置１６に対して連結されている。第３駆動装置１６により、傾斜面１１を有する拘束要素１０は、第１軌道６に対して平行に延在する第３軌道１２にしたがって駆動される。第３軌道１２にしたがった運動に際して、拘束要素１０の運動により閉塞要素４および拘束要素１０が相対的に変位する。傾斜面１１を有する拘束要素１０が閉塞要素４に直接的に力を作用させない。ヨーク１５がバルブロッド１４を介して閉塞要素４に連結されており、拘束要素１０がヨーク１５に対して直接的に力を作用させて拘束要素１０が閉塞要素４に間接的に力を作用させる。拘束要素１０が拘束位置においてその傾斜面１１をヨーク１５に対して押し付けた場合（図２１参照）、閉塞要素４が拘束される。

第３駆動装置１６は、拘束要素１０を拘束位置に向かって付勢する第１拘束駆動ユニット１７を備えている。第１拘束駆動ユニット１７は純粋な機械式であり、付勢要素１８、より具体的にはバネ要素により構成されている。弾性付勢要素１８は、エラストマーまたはこれと同等の弾性素材により構成されていてもよい。第２拘束駆動ユニット１９により有効に作用していない場合、第１拘束駆動ユニット１７は、動力伝達ロッド３２を介して拘束要素１０を拘束位置に引く。第２拘束駆動ユニット１９は、拘束要素１０を解放位置に動かすために設けられている。第２拘束駆動ユニット１９はＯＮ／ＯＦＦの切り替え可能に構成されている。第２拘束駆動ユニット１９がＯＮに切り替えられた場合、第１拘束駆動ユニット１７に対抗するように作動し、拘束要素１０を解放位置に動かすまたは維持する。第２拘束駆動ユニット１９がＯＦＦに切り替えられた場合、第１拘束駆動ユニット１７が拘束要素１０を自動的に拘束位置（図２１参照）に動かし、閉塞要素４が閉位置に拘束される。

傾斜面１１は拘束要素１０に設けられている必要はない。ヨーク１５、閉塞要素４または閉塞要素４に対して連結されているバルブ１の構成要素に傾斜面１１が設けられ、そこに拘束要素１０が当接するように構成されてもよい。拘束要素１０、およびヨーク１５、閉塞要素４に対して連結されているバルブ１の構成要素または閉塞要素４のそれぞれに傾斜面１１が設けられ、当該傾斜面１１が相互に当接するように構成されてもよい。本発明の思想を損なうことなく、多数の傾斜面１１が相互に当接するように設けられ、拘束要素１０が閉塞要素４に対して直接的または間接的に力を作用させてもよい。

図２２に概略的に示されているように、傾斜面１１および第３軌道１２は鋭角１３をなす。

この図では、わかりやすいように第１軌道６、第２軌道８および第３軌道１２が線分で示されている。

比較的大きな許容誤差をもって製造される場合がある拘束機構９が傾斜面１１を介して動作確実性を損なうことなく作動することができる。個々の構成部品の温度による形状変化が生じても、本発明における拘束機構９の動作確実性を損なわせずに済む。

１‥バルブ、２‥バルブシート、３‥開口部、４‥閉塞要素、５‥第１駆動装置、６‥第１軌道、７‥第２駆動装置、８‥第２軌道、９‥拘束機構、１０‥拘束要素、１１‥傾斜面、１２‥第３軌道、１３‥鋭角、１４‥バルブロッド、１５‥ヨーク、１６‥第３駆動装置、１７‥第１拘束駆動ユニット、１８‥弾性付勢要素、１９‥第２拘束駆動ユニット、２０‥バルブハウジング、２１‥ガイドロッド、２２‥シール部材、２３‥シリンダ、２４‥ピストン、２５‥ブレーンベアリング、２６‥シリンダ、２７‥ピストン、２８‥ピストンロッド、２９‥調整ピン、３０‥シリンダ、３１‥ピストン、３２‥動力伝達ロッド。

Claims (10)

1. バルブシート（２）により囲まれている開口部（３）と、閉位置において前記バルブシート（２）に押し付けられることで前記開口部（３）が閉塞され、中間位置において前記バルブシート（２）から離間して前記開口部（３）を覆い、完全開位置において前記開口部（３）を全部または部分的に開放する閉塞要素（４）と、
   前記閉塞要素（４）を完全開位置および中間位置の間で第１軌道にしたがって移動させる少なくとも１つの第１駆動装置（５）と、
   前記閉塞要素（４）を中間位置および閉位置の間で前記第１軌道に対して相互に角度をなして配置されている第２軌道にしたがって移動させる少なくとも１つの第２駆動装置（７）と、
   前記閉塞要素（４）を閉位置に拘束する拘束機構（９）と、を備えているバルブ（１）であって、
   前記拘束機構（９）は、傾斜面（１１）を有する少なくとも１つの拘束要素（１０）を備え、前記拘束要素（１０）は、前記閉塞要素（４）が閉位置に拘束される拘束位置と、前記閉塞要素（４）が閉位置から中間位置に変位可能な解放位置との間で、第３軌道（１２）にしたがって前記閉塞要素（４）に対して相対的に変位可能であることを特徴とするバルブ。
2. 請求項１記載のバルブにおいて、
   前記第３軌道（１２）が前記傾斜面（１１）に対して鋭角をなして配置されていることを特徴とするバルブ。
3. 請求項１または２記載のバルブにおいて、
   前記拘束要素（１０）が、前記傾斜面（１１）を介して前記閉塞要素（４）に対して間接的に力を作用させることを特徴とするバルブ。
4. 請求項３記載のバルブにおいて、
   前記閉塞要素（４）がバルブロッド（１４）を介してヨーク（１５）に対して連結され、前記拘束要素（１０）が、前記傾斜面（１１）を介して前記ヨーク（１５）に対して直接的に力を作用させることを特徴とするバルブ。
5. 請求項１〜４のうちいずれか１つに記載のバルブにおいて、
   前記拘束要素（１０）、バルブロッド（１４）を介して前記閉塞要素（４）に連結されているヨーク（１５）、前記閉塞要素（４）および前記閉塞要素（４）に対して連結されている前記バルブ（１）の一部のうち少なくとも１つが楔形状に形成されていることにより、前記傾斜面（１１）が形成されていることを特徴とするバルブ。
6. 請求項１〜５のうちいずれか１つに記載のバルブにおいて、
   前記第３軌道（１２）が前記第１軌道（６）に対して平行に配置されていることを特徴とするバルブ。
7. 請求項１〜６のうちいずれか１つに記載のバルブにおいて、
   前記拘束機構（９）が、前記拘束要素（１０）を前記第３軌道（１２）にしたがって駆動するため、前記第１駆動装置（５）および前記第２駆動装置（７）とは別個の少なくとも１つの第３駆動装置（１６）を備えていることを特徴とするバルブ。
8. 請求項７記載のバルブにおいて、
   前記第３駆動装置（１６）が、前記拘束要素（１０）に対して拘束位置に向かう方向に付勢する第１拘束駆動ユニット（１７）を備えていることを特徴とするバルブ。
9. 請求項８記載のバルブにおいて、
   前記第１拘束駆動ユニット（１７）が少なくとも１つの弾性付勢要素（１８）を備えていることを特徴とするバルブ。
10. 請求項８または９記載のバルブにおいて、
    前記第３駆動装置（１６）が前記拘束要素（１０）を解放装置に駆動するため、ＯＮ／ＯＦＦが切り替え可能な第２拘束駆動ユニット（１９）を備えていることを特徴とするバルブ。