ゲートバルブ
【課題】 電気や圧縮空気による動力を必要とせず、小型、軽量で操作性に優れたゲートバルブを提供すること。
【解決手段】 弁座に囲まれた開口部（８）を有する壁体（１０）と、弁座（６）に当接／離反することにより、開口部（８）を閉弁／開弁するための弁体（１２）と、開口部（８）に略平行な方向に前進、後退可能な基体（５）と、弁体（１２）と基体（５）を互いに変位可能に接続する接続機構（２０）と、弁体を開弁状態に位置させる付勢力を付与するための付勢力付与部材（２６）と、基体進行方向への弁体の移動を規制するストッパ（２８）と、基体（５）を壁体（１０）に対して相対的に変位しない第２の壁体（３０）に固定する固定手段（３２）とを備えたゲートバルブ。
【解決手段】 弁座に囲まれた開口部（８）を有する壁体（１０）と、弁座（６）に当接／離反することにより、開口部（８）を閉弁／開弁するための弁体（１２）と、開口部（８）に略平行な方向に前進、後退可能な基体（５）と、弁体（１２）と基体（５）を互いに変位可能に接続する接続機構（２０）と、弁体を開弁状態に位置させる付勢力を付与するための付勢力付与部材（２６）と、基体進行方向への弁体の移動を規制するストッパ（２８）と、基体（５）を壁体（１０）に対して相対的に変位しない第２の壁体（３０）に固定する固定手段（３２）とを備えたゲートバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、高真空系の各種分析装置や半導体処理装置において用いられるゲートバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子顕微鏡やイオン顕微鏡などの各種分析装置や半導体処理装置では、高真空の処理室や搬送室を区切るためにゲートバルブが用いられる。従来のゲートバルブとして、リンク機構を用いたものが多く知られている（例えば特許文献１〜３）。
【０００３】
図１３は、従来の代表的なゲートバルブを示す断面図である（特許文献１、図７参照）。図１３に示す例では、ゲートバルブ１００は、真空処理室ＰＣ１の壁部ＰＣ１ｂに形成された開口部ＰＣ１ａを弁体１１２によって気密封止する。弁体１１２は、リンク機構１１６によって弁体フレーム１１４に接続されている。弁体フレーム１１４は、昇降するシャフト１２０に接続されており、シャフト１２０は空圧シリンダ（図示せず）によって昇降運動する。
【０００４】
弁体１１２は、所定距離上昇すると壁面１２２に当接して、その方向への運動が制限される。制限された動力は、リンク機構１１６を介して弁体１１２を開口部ＰＣ１ａ方向に移動させる動力に変換される。そして、弁体１１２は、開口部ＰＣ１ａを気密に封止する。また、開口部ＰＣ１ａを開放する場合には、空圧シリンダを収縮させてシャフト１２０を下降させることにより、逆順の動作が行われる。そして、ばね１３１の収縮力により、弁体１１２は、開口部ＰＣ１ａから離れ、弁体フレーム１１４と共に下降する。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３２４０３２号公報
【特許文献２】特開平１０−１１０８３４号公報
【特許文献３】ＷＯ００／７５５４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記ゲートバルブにおいて、弁体１１２によって開口部ＰＣ１ａを気密封止するためには、弁体１１２を開口部ＰＣ１ａ方向に押圧して開口部ＰＣ１ａの周囲に敷設したＯリング１２４を潰さなければならない。弁体１１２を押圧する力は、シャフト１２０を支点としたリンク機構１１６によって伝達される。従って、シャフト１２０の剛性を高めなければ、Ｏリングがつぶれる前にシャフト１２０が逃げてしまい、気密封止ができない。また、開口部ＰＣ１ａの気密状態を保持するためには、空圧等で恒久的な駆動力を弁体１２０に加え続けなければならない。
【０００７】
従って、従来のゲートバルブでは、高剛性のシャフトや、恒久的な駆動力を付与する構成が必要であり、ゲートバルブの小型化、軽量化が困難であった。そこで本件発明は、電気や圧縮空気による動力を必要とせず、小型、軽量で操作性に優れたゲートバルブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本件発明に係るゲートバルブは、弁座に囲まれた開口部を有する壁体と、前記弁座に当接／離反することにより、前記開口部を閉弁／開弁するための弁体と、前記開口部に略平行な方向に前進、後退可能な基体と、前記弁体と前記基体を互いに変位可能に接続する接続機構と、前記弁体を開弁状態に位置させる付勢力を付与するための付勢力付与部材と、前記基体進行方向への前記弁体の移動を規制するストッパと、前記基体を、前記壁体に対して相対的に変位しない第２の壁体に固定する固定手段と、を備えたゲートバルブであって、
前記接続機構は、前記弁体が前記基体の進行方向と逆方向に変位すると同時に前記基体から離反するように、前記弁体と前記基体を接続しており、
前記基体の進行により前記弁体が前記ストッパに当接するまで移動された後、さらに前記基体が進行することにより、前記弁体が前記基体から離反しながら前記弁座に当接して閉弁し、当該閉弁状態において前記基体が前記第２の壁体に固定されることを特徴とする。
【０００９】
本件発明に係るゲートバルブによれば、基体が第２の壁体に固定されるため、基体の逃げを防止して、気密性の高いシールが可能となる。すなわち、弁体が弁座に着座してＯリングを潰す際に基体に対する曲げ応力が加わるが、基体が第２の壁体に固定されているため、基体が逃げない。従って、基体の剛性がそれ程高くなくても、弁体を弁座に強い力で押圧し、Ｏリングを完全に潰して、気密性の高いシールを行うことができる。また、閉弁状態において、基体が第２の壁体に固定されているため、電気や空気圧による駆動力を与えなくても閉弁状態が維持できる。従って、基体の操作を手動で行えば、基体を駆動するためのアクチュエータや空気シリンダが不要になる。このように本発明のゲートバルブによれば、基体の剛性を高めなくても気密性の高いシールが可能であり、閉弁状態を維持するための駆動力が不要であるため、極めて小型、軽量のゲートバルブとすることができる。
【００１０】
本件発明において、前記固定手段が、前記弁体が前記弁座に当接すると略同時に又は当接する前から前記基体を把持することが好ましい。弁体が弁座に当接すると同時に基体に対する曲げ応力が加わり始めるので、それと同時、又はその前から基体を壁体に固定することにより、基体の逃げをより効果的に抑制できる。また、基体がたわみ始める前に基体を把持しておくことにより、固定部材による基体の把持動作を確実に行うことができる。また、前記固定手段が、前記基体進行方向にある基体先端を固定すれば、基体のたわみを一層効果的に防止できる。
【００１１】
さらに、前記固定手段が前記基体進行方向に螺子切された雄又は雌螺子であり、前記基体が進行しながら前記固定手段に螺合されることが好ましい。基体が前進しながら第２の壁体に螺合されることにより、弁体の着座前からの基体の把持と閉弁後の固定を容易に行うことができる。また、付勢力付与部材の付勢力に抗して行う閉弁作業も容易となる。
【００１２】
前記接続機構は、例えば、リンク機構にすることができる。この場合、前記付勢力付与部材として、弁体の基体後方への変位に抵抗するネジリコイルバネを用いれば、弁体の変位機構を小型化することができる。
【００１３】
また、前記接続機構は、前記基体と前記弁体とを摺動面を介して接続し、前記摺動面を前記基体進行方向から斜めに傾斜させたものでも良い。例えば、前記接続機構として、前記基体側にある第１の傾斜面と、前記弁体側にある第２の傾斜面とを有し、前記第１の傾斜面と前記第２の傾斜面を互いに摺動可能に接続すれば良い。このとき、前記第１の傾斜面と前記第２の傾斜面をクロスローラ方式によって摺動可能に接続すれば、高剛性かつ低摩擦の摺動面となるため、気密性の高い閉弁が可能になると共に、閉弁動作が円滑となる。また、付勢力付与部材として、弁体の基体後方への変位に抵抗する圧縮バネを用いても良い。
【００１４】
さらに、前記接続機構は、前記基体又は前記弁体の一方に固定された案内溝と、その他方に固定された被案内部材とを備え、前記被案内部材が、前記基体進行方向に対して斜めに移動可能となるように前記案内溝に係合していても良い。このとき、前記付勢力付与部材としては、例えば、前記弁体と前記基体を接続する引っ張りバネを用いることができる。
【００１５】
また、本件発明は、試料を観察又は加工するための真空対応のメインチャンバと、前記メインチャンバに試料を導入するためのサブチャンバとを備えた真空装置であって、前記メインチャンバとサブチャンバの間に本件発明のゲートバルブを備えた真空装置でもある。この真空装置では、本件発明に係るゲートバルブを採用することで、低剛性の軽量シャフトを採用することができ、また、空圧シリンダやアクチュエータが不要となるため、極めて小型、軽量で、操作性に優れた真空装置とすることができる。
【００１６】
例えば、本件発明の真空装置を用いて電子顕微鏡を構成すれば、小型、軽量で、操作性に優れた電子顕微鏡とすることができる。その場合、真空対応のメインチャンバを試料観察用の鏡筒とし、サブチャンバを鏡筒に試料を導入するための試料交換室とすれば良い。
【発明の効果】
【００１７】
本件発明によれば、小型、軽量で操作性に優れたゲートバルブを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。尚、本件明細書で「前方」、「後方」といった場合、特に説明のない限り、基体の前進方向、基体の後退方向を指す。
【００１９】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るゲートバルブ１を示す斜視図である。また、図２は、ゲートバルブ１の開弁状態を示す断面図であり、図３は、ゲートバルブ１の閉弁状態を示す断面図である。真空対応のメインチャンバ２と試料導入用のサブチャンバ（又はロードロックチャンバ）４は隔壁１０で隔てられており、その隔壁１０に形成された開口部８にゲートバルブ１が配設されている。開口部８を包囲する隔壁１０に枠状の弁座６が設けられ、その弁座６に略矩形の板状体である弁体１２が当接／離反することにより、開口部８が閉弁／開弁される。弁体１２の着座面には、その外縁に沿ってＯリング１４が敷設されている。弁体１２が弁座６に当接した際に弁体１２と弁座６の間でＯリング１４がつぶれることにより、開口部８が気密封止される。弁座６は、Ｏリング１４と密着性の良い材料からなる枠状部材としても良いし、単に隔壁１０自身であっても良い。
【００２０】
弁体１２はリンク機構２０を介して開口部８に平行な方向に前進、後退可能な基体５に取り付けられている。弁体１２は、第１支持部材２２に固定されており、その第１支持部材２２の両面に上下２本、計４本のリンク２０が回動可能に取付けられている。４本のリンク２０の他端は、基体５（具体的には、基体５中の第２支持部材１８）に回動可能に固定されている。
【００２１】
一方、基体５は、開口部８に平行な方向に前進、後退可能に配設されたシャフト１６と、シャフト１６に環装された第２支持部材１８と、Ｅリング２４と、螺子切されたシャフトの先端１７と、から構成されている。螺子切された先端１７は、シャフト１６自身の先端であったも、シャフト１６に固定されてシャフト１６と共に回転、前後する別部材であっても良い。一方、第２支持部材１８は、シャフト１６が回転自在となるようにシャフト１６に環装されている。また、第２支持部材１８がシャフト軸方向にずれないようにするための固定部材として、第２支持部材１８の前後を挟むようにＥリング２４がシャフト１６に嵌着されている。Ｅリング２４は、図５に示すような内周に爪状の突起を有する半円環状の部材であり、図６に示すように、シャフト１６に形成された環状溝１６ａに嵌入されている。さらに、リンク２０には、図４に示すようなねじりコイルバネ２６が取付けられており、弁体１２がシャフト１６に対して前方に変位した状態を保持するよう付勢力を与えている。
【００２２】
このように接続された弁体１２は、基体５の進行方向に平行に変位可能になると共に、弁体１２が基体５を基準として後方に変位すると基体５から離反するようになる。
【００２３】
また、図２及び図３に示すように、シャフト１６は隔壁１０に直交するサブチャンバ４の内壁３０ａに設けられた貫通孔３１に挿通されており、シャフト１６の側面と貫通孔３１の内周の間にＯリング３４が配設されている。これによってシャフト１６をサブチャンバ４の外側から軸方向に前進、後退させることが可能になると共に、サブチャンバ４の気密性が保持される。また、隔壁１０に直交する、もう一方の内壁３０ｂには、シャフト１６の先端１７を挿入可能なシャフト受孔３２が形成されている。受孔３２の内周面に雌ネジが螺刻され、シャフトの先端１７には雄ネジが螺刻されている。シャフトの先端１７と受孔３２が互いに螺合することによって、基体５が内壁３０ｂに固定される。また、開口部８に隣接する位置に、弁体１２の移動を規制するためのストッパ２８が形成されている。図１に示す例では、隔壁１０と内壁３０ｂの交差部に角柱形のストッパ２８が設けられている。
【００２４】
次に、このゲートバルブ１の動作について説明する。
まず、図２は、ゲートバルブの開弁状態を示す。図２に示すように、基体５は内壁３０ａの方向に後退している。また、ねじりコイルバネ２６の付勢力により、弁体１２は、リンク２０の可動範囲内で基体５を基準として前方に変位した状態に保持されている。その結果、弁体１２は、隔壁１０から離間した位置にある。
【００２５】
この位置から基体５が前進すると、弁体１２が開口部８に隣接して設けられたストッパ２８に当接し、弁体１２の基体５の進行方向への移動が規制される。そこから、ねじりコイルバネ２６の付勢力に抗して基体５をさらに前進させると、リンク２０が回動し、弁体１２が基体５から離反しながら開口部８の方向に向かって移動する。
【００２６】
弁体１２が開口部８を包囲する弁座６に着座すると略同時、又はその前に、シャフト１６の先端１７が内壁３０ｂに設けられた受孔３２に到達し、受孔３２と係合するようにする。そこからシャフト先端１７の螺刻方向にシャフト１６を回転させると、図３に示すように、シャフト先端１７と受孔３２が螺合しながら、基体５がさらに前進する。基体５の前進に伴い、弁体１２が弁座１６に向かって押し付けられ、Ｏリング１４が潰れて開口部８が気密封止される。
【００２７】
ここで弁体１２が弁座６に着座すると略同時、又はその前に、シャフト先端１７が受孔３２と係合することにより、基体５の逃げを防止して、気密性の高いシールが可能となる。すなわち、弁体１２が弁座６に着座してＯリング１４を潰す際に基体５に対する曲げ応力が加わるが、そのときはシャフト先端１７が既に内壁３０の受孔３２と係合しているため、基体５が逃げない。従って、基体５中のシャフト１６の剛性がそれ程高くなくても、弁体１２を弁座６に強い力で押圧し、Ｏリング１４を完全に潰して、気密性の高いシールを行うことができる。
【００２８】
また、閉弁状態において、シャフト先端１７と受孔３２との螺合によって基体５が内壁３０ｂに固定されているため、電気や空気圧による駆動力を与えなくても閉弁状態が維持できる。従って、基体５の操作を手動で行えば、基体５を駆動するためのアクチュエータや空気シリンダが全く不要になる。
【００２９】
このように本実施の形態におけるゲートバルブによれば、基体中のシャフトの剛性を高めなくても気密性の高いシールが可能であり、閉弁状態を維持するための駆動力が不要であるため、極めて小型、軽量のゲートバルブとすることができる。
【００３０】
尚、シャフト先端１７を内壁３０ｂに固定する手段は、雄螺子と雌螺子による螺合には限定されない。基体５の逃げを抑えながら基体５を前進させ、所定量だけ基体５が前進した状態で基体５を固定できる接続機構であれば良い。基体５の固定、解除は、シャフト１６の回転により行えば、接続機構が簡易になり好ましい。
【００３１】
例えば、図７に示すような接続機構を用いても良い。図７に示すように、シャフト先端１７の周面に略平行な２つの平坦面１９を形成すると共に、平坦面１９を除くシャフト先端１７の周面に周期的な環状突起２１ａを形成する。一方、内壁３０ｂの受孔３２の内周にも略平行な２つの平坦面２９を形成すると共に、平坦面２９を除く受孔２７の内周面に環状突起２１ａと噛合する環状溝２１ｂを形成する。平坦面２９は、シャフト先端１７が挿入可能となるように、周方向に曲率をもった凹面となっている。シャフト先端１７の平坦面１９の組と受孔３２の平坦面２９の組とが互いに直交する状態では、環状突起２１ａと環状溝２１ｂが噛合しないため、シャフト先端１７をスライドにより受孔３２に挿入することが可能である。一方、シャフト先端１７を受孔３２に挿入した状態で、シャフト１６を９０°回転させれば、環状突起２１ａと環状溝２１ｂが噛合してシャフト先端１７が内壁３０に固定される。尚、平坦面１９及び２９は、環状突起２１や環状溝２１ｂと噛合する突起や溝が形成されていない面であれば良く、曲率や段差がついていても構わない。また、図７に示した具体例に限らず、シャフト１６の回転によって、基体５の固定、解除を行うことができれば、図７の具体例と同様の機能を発揮することができる。また、シリンダ１６が回転する代わりに、受孔３２が回転することにより、固定、解除ができるものでも良い。
【００３２】
尚、図１〜３の例のように、雄螺子と雌螺子の螺合によってシャフト先端１７を内壁３０ｂに固定すれば、閉弁動作が容易かつ円滑になる効果がある。すなわち、基体５を前進させてシャフト先端１７を内壁３０ｂに固定するには、その間ネジリコイルばねの付勢力に対抗してシャフト１６を押し続けなければならない。しかし、雄螺子と雌螺子の螺合によってシャフト先端１７を内壁３０ｂに固定すれば、雄螺子を雌螺子が少しでも係合した後は、ネジリコイルばね２６の付勢力を螺子によって支えることができる。従って、閉弁動作の途中でシャフト１６に加える力を解除しても、シャフト１６がバネの力で後退することがない。また、弁体１２が着座した後は基体５に曲げ応力が加わった状態で基体５を前進させることになる。従って、シャフト先端１７を支える部分に大きな摩擦抵抗が生じ、シャフト１６の前進に大きな力が必要となる。雄螺子と雌螺子の螺合によってシャフト先端１７を内壁３０ｂに固定すれば、シャフト１６を回転させながら基体５を前進させることができるため、摩擦抵抗に抗して基体５を前進させ易くなる。
【００３３】
尚、本実施の形態では、４本のリンク２０で弁体１２とシャフト１６を接続する例について説明したが、リンクの数は４本に限らない。必要な剛性が得られれば、リンク２０が２本或いは１本であっても良い。
【００３４】
実施の形態２．
図８は、実施の形態２に係るゲートバルブを示す断面図である。本実施の形態においては、リンク機構に代えて、傾斜した摺動面を介して弁体１２と基体５が接続されている。その他の点は実施の形態１と同様である。
【００３５】
図８に示すように、実施の形態１と同様、基体５は、開口部８に平行な方向に前進、後退可能に配設されたシャフト１６と、シャフト１６に環装された支持部材１８と、Ｅリング２４と、螺子切されたシャフトの先端１７と、から構成されている。螺子切された先端１７は、シャフト１６自身の先端であったも、シャフト１６に固定されてシャフト１６と共に回転、前後する別部材であっても良い。支持部材１８は、シャフト１６が回転自在となるようにシャフト１６に環装されている。また、Ｅリング２４は、支持部材１８がシャフト軸方向のずれないようにするための固定部材として、支持部材１８の前後を挟むようにシャフト１６に嵌着されている。
【００３６】
弁体１２は、１組の摺動面を有する摺動ユニット４０を介して、基体５の支持部材１８に接続されている。摺動ユニット４０は、弁体１２に固定された第１摺動部材３８と、支持部材１８に接続された第２摺動部材３９から成る。第１摺動部材３８と第２摺動部材３９は、各々、第１摺動面３８ａ及び第２摺動面３９ａを有し、互いに摺動可能に接触している。また、第１摺動面３８ａと第２摺動面３９ａは、弁体１２のシール面に対して所定角度（図８の例では約６°）傾斜するように設けられている。これによって支持部材１８と弁体１２は、互いに変位可能に接続される。第１及び第２摺動面３８ａ及び３９ｂの傾斜方向は、弁体１２が基体５を基準として後方に変位すると基体５から離反するように設定されている。
【００３７】
また、弁体１２が基体５を基準に前方に変位した状態を保持する付勢力を与えるため、圧縮バネ４０が支持部材１８と弁体１２の間に挿入されている。すなわち、支持部材１８に固定された第２摺動部材３９の前後に前側枠部材３６ａ及び後側枠部材３６ｂが固着されている。弁体１２は、前側枠部材３６ａと後側枠部材３６ｂの間に挟まれており、弁体１２と後側枠部材３６ｂの間に圧縮バネ４０が挿入されている。尚、これに代えて、前側枠部材３６ａと弁体１２の間に引っ張りバネを挿入しても良い。
【００３８】
次に、このゲートバルブ１の動作について説明する。
基体５が前進すると、弁体１２が開口部８に隣接して設けられたストッパ２８に当接し、弁体１２の基体進行方向への移動が規制される。そこから、圧縮バネ４０の付勢力に抗して基体５をさらに前進させると、摺動ユニット４０が斜めに摺動し始め、弁体１２がシャフト１６から離反しながら開口部８の方向に向かって移動する。
【００３９】
弁体１２が開口部８を包囲する弁座６に着座すると略同時、又はその前に、シャフトの先端１７が内壁３０ｂに設けられたシャフト受孔３２に到達し、受孔３２と係合するようにする。シャフト先端１７の螺刻方向にシャフト１６を回転させことにより、シャフト先端１７と受孔３２が螺合しながら、基体５がさらに前進する。そして、基体５の前進に伴い、弁体１２が弁座１６に向かって押し付けられ、Ｏリング１４が潰れて開口部８が気密封止される。
【００４０】
このゲートバルブによっても、実施の形態１と同様に、シャフト１６の逃げを防止して、気密性の高いシールが可能となる。また、閉弁状態において、シャフト先端１７と受孔３２との螺合によって基体５が内壁３０ｂに固定されているため、電気や空気圧による駆動力を与えなくても閉弁状態が維持できる。従って、極めて小型、軽量のゲートバルブとすることができる。
【００４１】
尚、本実施の形態において、基体５に対する曲げ応力が摺動ユニット４０にも加わる。従って、摺動ユニット４０は、高剛性で、摺動面の摩擦抵抗が少ないものとすることが好ましい。例えば、摺動ユニット４０の第１摺動部材３８と第２摺動部材３９をクロスローラ方式で接続することが好ましい。クロスローラ方式では、摺動面に設けられたＶ溝レールに円筒ローラが交互に直交配列されており、ローラとＶ溝が線接触となるため高剛性であり、しかも摩擦抵抗が極めて小さい。従って、気密性の高いシールが可能になると共に、比較的小さな力で閉弁動作が行えるようになる。
【００４２】
実施の形態３．
本実施の形態のゲートバルブは、傾斜した摺動面を介して弁体１２と基体５が接続されている点は実施の形態２と同様であるが、摺動面が、弁体の裏面に固定された軸（＝被案内部材）と支持部材１８に固定されたＵ字状の軸受部材（＝案内部材）で構成される点が異なる。また、シャフト先端の固定部における螺子の雄雌を反転させ、シャフト１６を回転させる代わりに、内壁３０に埋設した回転部材５０の回転させることによって基体５の固定を行う。その他の点は、実施の形態２と同様である。
【００４３】
図９は、本実施の形態に係るゲートバルブ１を示す断面図である。基体５は、シャフト１６と、シャフト１６に環装された支持部材１８と、雌に螺子切されたシャフトの先端２７と、から構成されている。雌に螺子切された先端２７は、シャフト１６自身の先端であったも、シャフト１６に固定されてシャフト１６と共に回転、前後する別部材であっても良い。シャフト１６に環装された支持部材１８に、Ｕ字溝４３を形成した軸受部材４２が固着されている。軸受部材４２は、支持部材１８の両面に上下２本ずつ、計４本固着されている。一方、弁体１２のシール面と反対の面には、シャフト１６に直交する軸４４を形成した軸台座４６が上下２カ所に固着されている。支持部材１８の両面に固着された軸受部材４２は、２本が一組となって、各々１本の軸４４を支持している。
【００４４】
ここで軸受部材４２に設けられたＵ字溝は、図１０の部分拡大図に示すように、全体が下方（シャフトの後方側）に向かってやや斜めに傾斜しており、Ｕ字溝中を軸４４が斜め下方に摺動可能になっている。一方、Ｕ字溝の上側末端４３ａは鉤状になっており、軸４４の上方（シャフトの前方側）への移動を規制している。これによって、支持部材１８と弁体１２は、互いに変位可能に接続される。また、Ｕ字溝４３の傾斜方向は、弁体１２が基体５を基準として後方に変位すると基体５から離反するように設定されている。また、弁体１２が基体５に対して前方に変位した状態を保持する付勢力を与えるため、引っ張りバネ４８が、支持部材１８と弁体１２に接続されている。
【００４５】
尚、本実施の形態では、シャフト先端２７の固定部における螺子の雄雌を反転させ、シャフト１６を回転させる代わりに、内壁３０に埋設した回転部材５０を回転させることによって基体５の固定を行う。従って、支持部材１８内でシャフト１６を回転させる必要がなく、支持部材１８をシャフト１６に単純に固着すれば良い。図１１は、シャフト先端２７の固定部分を示す部分拡大断面図である。サブチャンバ４の内壁３０に、先端に雄螺子５４を形成した回転部材５０が埋設されている。回転部材５０は、断面が略Ｔ字状の円筒形であり、Ｔ字傘部分の下側周面にベアリング５６が配設されており、シャフト１６の中心軸回りに回転可能になっている。また、回転部材５０の側面と内壁３０の間にＯリング３４が配設されており、回転部材５０と内壁３０の間が気密封止されている。一方、シャフト先端２７には、回転部材５０の先端５４と螺合可能な雌螺子が螺刻されている。回転部材５０をサブチャンバ４の外側から回転させることにより、回転部材の先端５４をシャフト先端２７と螺合させ、基体５の固定を行うことができる。
【００４６】
次に、このゲートバルブ１の動作について説明する。
図９に示すように、基体５が前進すると、弁体１２が開口部８に隣接して設けられたストッパ２８に当接し、弁体１２の基体進行方向への移動が規制される。そこから、引っ張りバネ４８の付勢力に抗して基体５をさらに前進させると、Ｕ字溝４３中を軸４４が斜め下方に摺動し、弁体１２が基体５から離反しながら開口部８の方向に向かって移動する。
【００４７】
弁体１２が開口部８を包囲する弁座６に着座すると略同時、又はその前に、シャフト１６の先端２７が内壁３０ｂに設けられた回転部材５０の先端５４と係合するようにする。回転部材の先端５４の螺刻方向に回転部材５０を回転させことにより、シャフト先端２７と回転部材５０が螺合しながら、基体５がさらに前進する。そして、基体５の前進に伴い、弁体１２が弁座１６に向かって押し付けられ、Ｏリング１４が潰れて開口部８が気密封止される。
【００４８】
本実施の形態においても、実施の形態１及び２と同様に、基体５の逃げを防止して、気密性の高いシールが可能となる。また、閉弁状態において、シャフト先端２７と回転部材５０との螺合によって基体５が内壁３０ｂに固定されているため、電気や空気圧による駆動力を与えなくても閉弁状態が維持できる。従って、極めて小型、軽量のゲートバルブとすることができる。
【００４９】
実施の形態４．
本実施の形態では、実施の形態１で説明したゲートバルブを用いて真空装置を構成した例について説明する。図１２は、そのような真空装置を示す模式図である。試料の処理を行うための真空対応のメインチャンバ２と、メインチャンバ２に試料を導入するためのサブチャンバ４が、隔壁８を介して接続されている。隔壁８には開口部８が設けられ、さらに開口部８を開閉するために実施の形態１のゲートバルブ１が配設されている。また、サブチャンバ４の側壁３０には試料搬送装置７が配設されており、その先端に載置した試料９は開口部８を通じてメインチャンバ２内に移送することができる。
【００５０】
この真空装置は、例えば以下のようにして操作することができる。まず、サブチャンバ４の扉（図示せず）を開け、試料９を試料搬送装置７の先端に載置する。このときゲートバルブ１は、シャフト１６の先端が側壁３０に固定されて、閉弁した状態にある。次に、サブチャンバ４の扉を閉め、サブチャンバ４内を真空ポンプ（図示せず）で荒引きする。サブチャンバ４内が所定の真空度に達すると、ゲートバルブ１を操作して、開口部８を開く。すなわち、ゲートバルブ１のシャフト１６を手動で回し、側壁３０に螺合されたシャフト１６の先端を外す。そして、シャフト１６を後退させると、弁座１２が開口部８から離反して、開口部８が開放される。そして、試料搬送装置７を操作して、試料９をメインチャンバ２に搬送する。それが終了すると、シャフト１６を前進させ、シャフト先端が側壁３０の受孔（図示せず）と係合したところでシャフト１６を回転させる。シャフト１６の回転により、シャフト１６の先端が側壁３０に螺合され、それと同時に弁体１２が開口部８の向かって押しつけられて閉弁する。
【００５１】
本実施の形態の真空装置では、本件発明に係るゲートバルブを採用することで、
空圧シリンダやアクチュエータが不要となり、極めて小型、軽量で、操作性に優
れた装置とすることが出来る。また、本実施の形態の真空装置は、走査型電子顕
微鏡、透過型電子顕微鏡、走査型ＦＩＢ（フォーカスイオンビーム）顕微鏡等の
検査装置、電子線描画装置、ＦＩＢリペア装置等の加工装置に応用することがで
きる。また、種々のプラズマを用いるエッチング装置、コーティング装置、アッ
シング装置等にも応用することができる。なお、本実施の形態の真空装置を電子
線顕微鏡に応用する場合、上記メインチャンバ２を鏡筒と連結された試料を観察
する為の試料室とし、サブチャンバ４を試料室に試料を導入する為の試料交換室
とすれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係るゲートバルブを示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示すゲートバルブが開弁状態にある様子を示す断面図である。
【図３】図３は、図１に示すゲートバルブが閉弁状態にある様子を示す断面図である。
【図４】図４は、実施の形態１で用いるネジリコイルばねを示す模式図である。
【図５】図５は、Ｅリングの一例を示す平面図である。
【図６】図６は、Ｅリングをシャフトに装着した様子を示す模式図である。
【図７】図７は、シャフト先端の固定方法の別形態を示す斜視図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態２に係るゲートバルブを示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態３に係るゲートバルブを示す断面図である。
【図１０】図１０は、９に示すゲートバルブの接続機構を示す部分拡大図である。
【図１１】図１１は、図９に示すゲートバルブのシャフト先端部分を示す部分拡大図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態４に係る高真空装置を示す模式断面図である。
【図１３】図１３は、従来のゲートバルブの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
２ メインチャンバ、４ サブチャンバ、５ 基体、６ 弁座、７ 試料搬送装置、８ 開口部、９ 試料、１０ 隔壁、１２ 弁体、１４、３４及び３５ Ｏリング、１６ シャフト（基体）、１８及び２２ 支持部材、２０ リンク機構、２４ Ｅリング、２６ ネジリコイルばね、２８ ストッパ、３０ 側壁、３８ 第１摺動部材、３９ 第２摺動部材、４０ 摺動ユニット、４２ 軸受部材、４６ 軸台座、５０ 回転部材
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、高真空系の各種分析装置や半導体処理装置において用いられるゲートバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子顕微鏡やイオン顕微鏡などの各種分析装置や半導体処理装置では、高真空の処理室や搬送室を区切るためにゲートバルブが用いられる。従来のゲートバルブとして、リンク機構を用いたものが多く知られている（例えば特許文献１〜３）。
【０００３】
図１３は、従来の代表的なゲートバルブを示す断面図である（特許文献１、図７参照）。図１３に示す例では、ゲートバルブ１００は、真空処理室ＰＣ１の壁部ＰＣ１ｂに形成された開口部ＰＣ１ａを弁体１１２によって気密封止する。弁体１１２は、リンク機構１１６によって弁体フレーム１１４に接続されている。弁体フレーム１１４は、昇降するシャフト１２０に接続されており、シャフト１２０は空圧シリンダ（図示せず）によって昇降運動する。
【０００４】
弁体１１２は、所定距離上昇すると壁面１２２に当接して、その方向への運動が制限される。制限された動力は、リンク機構１１６を介して弁体１１２を開口部ＰＣ１ａ方向に移動させる動力に変換される。そして、弁体１１２は、開口部ＰＣ１ａを気密に封止する。また、開口部ＰＣ１ａを開放する場合には、空圧シリンダを収縮させてシャフト１２０を下降させることにより、逆順の動作が行われる。そして、ばね１３１の収縮力により、弁体１１２は、開口部ＰＣ１ａから離れ、弁体フレーム１１４と共に下降する。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３２４０３２号公報
【特許文献２】特開平１０−１１０８３４号公報
【特許文献３】ＷＯ００／７５５４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記ゲートバルブにおいて、弁体１１２によって開口部ＰＣ１ａを気密封止するためには、弁体１１２を開口部ＰＣ１ａ方向に押圧して開口部ＰＣ１ａの周囲に敷設したＯリング１２４を潰さなければならない。弁体１１２を押圧する力は、シャフト１２０を支点としたリンク機構１１６によって伝達される。従って、シャフト１２０の剛性を高めなければ、Ｏリングがつぶれる前にシャフト１２０が逃げてしまい、気密封止ができない。また、開口部ＰＣ１ａの気密状態を保持するためには、空圧等で恒久的な駆動力を弁体１２０に加え続けなければならない。
【０００７】
従って、従来のゲートバルブでは、高剛性のシャフトや、恒久的な駆動力を付与する構成が必要であり、ゲートバルブの小型化、軽量化が困難であった。そこで本件発明は、電気や圧縮空気による動力を必要とせず、小型、軽量で操作性に優れたゲートバルブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本件発明に係るゲートバルブは、弁座に囲まれた開口部を有する壁体と、前記弁座に当接／離反することにより、前記開口部を閉弁／開弁するための弁体と、前記開口部に略平行な方向に前進、後退可能な基体と、前記弁体と前記基体を互いに変位可能に接続する接続機構と、前記弁体を開弁状態に位置させる付勢力を付与するための付勢力付与部材と、前記基体進行方向への前記弁体の移動を規制するストッパと、前記基体を、前記壁体に対して相対的に変位しない第２の壁体に固定する固定手段と、を備えたゲートバルブであって、
前記接続機構は、前記弁体が前記基体の進行方向と逆方向に変位すると同時に前記基体から離反するように、前記弁体と前記基体を接続しており、
前記基体の進行により前記弁体が前記ストッパに当接するまで移動された後、さらに前記基体が進行することにより、前記弁体が前記基体から離反しながら前記弁座に当接して閉弁し、当該閉弁状態において前記基体が前記第２の壁体に固定されることを特徴とする。
【０００９】
本件発明に係るゲートバルブによれば、基体が第２の壁体に固定されるため、基体の逃げを防止して、気密性の高いシールが可能となる。すなわち、弁体が弁座に着座してＯリングを潰す際に基体に対する曲げ応力が加わるが、基体が第２の壁体に固定されているため、基体が逃げない。従って、基体の剛性がそれ程高くなくても、弁体を弁座に強い力で押圧し、Ｏリングを完全に潰して、気密性の高いシールを行うことができる。また、閉弁状態において、基体が第２の壁体に固定されているため、電気や空気圧による駆動力を与えなくても閉弁状態が維持できる。従って、基体の操作を手動で行えば、基体を駆動するためのアクチュエータや空気シリンダが不要になる。このように本発明のゲートバルブによれば、基体の剛性を高めなくても気密性の高いシールが可能であり、閉弁状態を維持するための駆動力が不要であるため、極めて小型、軽量のゲートバルブとすることができる。
【００１０】
本件発明において、前記固定手段が、前記弁体が前記弁座に当接すると略同時に又は当接する前から前記基体を把持することが好ましい。弁体が弁座に当接すると同時に基体に対する曲げ応力が加わり始めるので、それと同時、又はその前から基体を壁体に固定することにより、基体の逃げをより効果的に抑制できる。また、基体がたわみ始める前に基体を把持しておくことにより、固定部材による基体の把持動作を確実に行うことができる。また、前記固定手段が、前記基体進行方向にある基体先端を固定すれば、基体のたわみを一層効果的に防止できる。
【００１１】
さらに、前記固定手段が前記基体進行方向に螺子切された雄又は雌螺子であり、前記基体が進行しながら前記固定手段に螺合されることが好ましい。基体が前進しながら第２の壁体に螺合されることにより、弁体の着座前からの基体の把持と閉弁後の固定を容易に行うことができる。また、付勢力付与部材の付勢力に抗して行う閉弁作業も容易となる。
【００１２】
前記接続機構は、例えば、リンク機構にすることができる。この場合、前記付勢力付与部材として、弁体の基体後方への変位に抵抗するネジリコイルバネを用いれば、弁体の変位機構を小型化することができる。
【００１３】
また、前記接続機構は、前記基体と前記弁体とを摺動面を介して接続し、前記摺動面を前記基体進行方向から斜めに傾斜させたものでも良い。例えば、前記接続機構として、前記基体側にある第１の傾斜面と、前記弁体側にある第２の傾斜面とを有し、前記第１の傾斜面と前記第２の傾斜面を互いに摺動可能に接続すれば良い。このとき、前記第１の傾斜面と前記第２の傾斜面をクロスローラ方式によって摺動可能に接続すれば、高剛性かつ低摩擦の摺動面となるため、気密性の高い閉弁が可能になると共に、閉弁動作が円滑となる。また、付勢力付与部材として、弁体の基体後方への変位に抵抗する圧縮バネを用いても良い。
【００１４】
さらに、前記接続機構は、前記基体又は前記弁体の一方に固定された案内溝と、その他方に固定された被案内部材とを備え、前記被案内部材が、前記基体進行方向に対して斜めに移動可能となるように前記案内溝に係合していても良い。このとき、前記付勢力付与部材としては、例えば、前記弁体と前記基体を接続する引っ張りバネを用いることができる。
【００１５】
また、本件発明は、試料を観察又は加工するための真空対応のメインチャンバと、前記メインチャンバに試料を導入するためのサブチャンバとを備えた真空装置であって、前記メインチャンバとサブチャンバの間に本件発明のゲートバルブを備えた真空装置でもある。この真空装置では、本件発明に係るゲートバルブを採用することで、低剛性の軽量シャフトを採用することができ、また、空圧シリンダやアクチュエータが不要となるため、極めて小型、軽量で、操作性に優れた真空装置とすることができる。
【００１６】
例えば、本件発明の真空装置を用いて電子顕微鏡を構成すれば、小型、軽量で、操作性に優れた電子顕微鏡とすることができる。その場合、真空対応のメインチャンバを試料観察用の鏡筒とし、サブチャンバを鏡筒に試料を導入するための試料交換室とすれば良い。
【発明の効果】
【００１７】
本件発明によれば、小型、軽量で操作性に優れたゲートバルブを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。尚、本件明細書で「前方」、「後方」といった場合、特に説明のない限り、基体の前進方向、基体の後退方向を指す。
【００１９】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るゲートバルブ１を示す斜視図である。また、図２は、ゲートバルブ１の開弁状態を示す断面図であり、図３は、ゲートバルブ１の閉弁状態を示す断面図である。真空対応のメインチャンバ２と試料導入用のサブチャンバ（又はロードロックチャンバ）４は隔壁１０で隔てられており、その隔壁１０に形成された開口部８にゲートバルブ１が配設されている。開口部８を包囲する隔壁１０に枠状の弁座６が設けられ、その弁座６に略矩形の板状体である弁体１２が当接／離反することにより、開口部８が閉弁／開弁される。弁体１２の着座面には、その外縁に沿ってＯリング１４が敷設されている。弁体１２が弁座６に当接した際に弁体１２と弁座６の間でＯリング１４がつぶれることにより、開口部８が気密封止される。弁座６は、Ｏリング１４と密着性の良い材料からなる枠状部材としても良いし、単に隔壁１０自身であっても良い。
【００２０】
弁体１２はリンク機構２０を介して開口部８に平行な方向に前進、後退可能な基体５に取り付けられている。弁体１２は、第１支持部材２２に固定されており、その第１支持部材２２の両面に上下２本、計４本のリンク２０が回動可能に取付けられている。４本のリンク２０の他端は、基体５（具体的には、基体５中の第２支持部材１８）に回動可能に固定されている。
【００２１】
一方、基体５は、開口部８に平行な方向に前進、後退可能に配設されたシャフト１６と、シャフト１６に環装された第２支持部材１８と、Ｅリング２４と、螺子切されたシャフトの先端１７と、から構成されている。螺子切された先端１７は、シャフト１６自身の先端であったも、シャフト１６に固定されてシャフト１６と共に回転、前後する別部材であっても良い。一方、第２支持部材１８は、シャフト１６が回転自在となるようにシャフト１６に環装されている。また、第２支持部材１８がシャフト軸方向にずれないようにするための固定部材として、第２支持部材１８の前後を挟むようにＥリング２４がシャフト１６に嵌着されている。Ｅリング２４は、図５に示すような内周に爪状の突起を有する半円環状の部材であり、図６に示すように、シャフト１６に形成された環状溝１６ａに嵌入されている。さらに、リンク２０には、図４に示すようなねじりコイルバネ２６が取付けられており、弁体１２がシャフト１６に対して前方に変位した状態を保持するよう付勢力を与えている。
【００２２】
このように接続された弁体１２は、基体５の進行方向に平行に変位可能になると共に、弁体１２が基体５を基準として後方に変位すると基体５から離反するようになる。
【００２３】
また、図２及び図３に示すように、シャフト１６は隔壁１０に直交するサブチャンバ４の内壁３０ａに設けられた貫通孔３１に挿通されており、シャフト１６の側面と貫通孔３１の内周の間にＯリング３４が配設されている。これによってシャフト１６をサブチャンバ４の外側から軸方向に前進、後退させることが可能になると共に、サブチャンバ４の気密性が保持される。また、隔壁１０に直交する、もう一方の内壁３０ｂには、シャフト１６の先端１７を挿入可能なシャフト受孔３２が形成されている。受孔３２の内周面に雌ネジが螺刻され、シャフトの先端１７には雄ネジが螺刻されている。シャフトの先端１７と受孔３２が互いに螺合することによって、基体５が内壁３０ｂに固定される。また、開口部８に隣接する位置に、弁体１２の移動を規制するためのストッパ２８が形成されている。図１に示す例では、隔壁１０と内壁３０ｂの交差部に角柱形のストッパ２８が設けられている。
【００２４】
次に、このゲートバルブ１の動作について説明する。
まず、図２は、ゲートバルブの開弁状態を示す。図２に示すように、基体５は内壁３０ａの方向に後退している。また、ねじりコイルバネ２６の付勢力により、弁体１２は、リンク２０の可動範囲内で基体５を基準として前方に変位した状態に保持されている。その結果、弁体１２は、隔壁１０から離間した位置にある。
【００２５】
この位置から基体５が前進すると、弁体１２が開口部８に隣接して設けられたストッパ２８に当接し、弁体１２の基体５の進行方向への移動が規制される。そこから、ねじりコイルバネ２６の付勢力に抗して基体５をさらに前進させると、リンク２０が回動し、弁体１２が基体５から離反しながら開口部８の方向に向かって移動する。
【００２６】
弁体１２が開口部８を包囲する弁座６に着座すると略同時、又はその前に、シャフト１６の先端１７が内壁３０ｂに設けられた受孔３２に到達し、受孔３２と係合するようにする。そこからシャフト先端１７の螺刻方向にシャフト１６を回転させると、図３に示すように、シャフト先端１７と受孔３２が螺合しながら、基体５がさらに前進する。基体５の前進に伴い、弁体１２が弁座１６に向かって押し付けられ、Ｏリング１４が潰れて開口部８が気密封止される。
【００２７】
ここで弁体１２が弁座６に着座すると略同時、又はその前に、シャフト先端１７が受孔３２と係合することにより、基体５の逃げを防止して、気密性の高いシールが可能となる。すなわち、弁体１２が弁座６に着座してＯリング１４を潰す際に基体５に対する曲げ応力が加わるが、そのときはシャフト先端１７が既に内壁３０の受孔３２と係合しているため、基体５が逃げない。従って、基体５中のシャフト１６の剛性がそれ程高くなくても、弁体１２を弁座６に強い力で押圧し、Ｏリング１４を完全に潰して、気密性の高いシールを行うことができる。
【００２８】
また、閉弁状態において、シャフト先端１７と受孔３２との螺合によって基体５が内壁３０ｂに固定されているため、電気や空気圧による駆動力を与えなくても閉弁状態が維持できる。従って、基体５の操作を手動で行えば、基体５を駆動するためのアクチュエータや空気シリンダが全く不要になる。
【００２９】
このように本実施の形態におけるゲートバルブによれば、基体中のシャフトの剛性を高めなくても気密性の高いシールが可能であり、閉弁状態を維持するための駆動力が不要であるため、極めて小型、軽量のゲートバルブとすることができる。
【００３０】
尚、シャフト先端１７を内壁３０ｂに固定する手段は、雄螺子と雌螺子による螺合には限定されない。基体５の逃げを抑えながら基体５を前進させ、所定量だけ基体５が前進した状態で基体５を固定できる接続機構であれば良い。基体５の固定、解除は、シャフト１６の回転により行えば、接続機構が簡易になり好ましい。
【００３１】
例えば、図７に示すような接続機構を用いても良い。図７に示すように、シャフト先端１７の周面に略平行な２つの平坦面１９を形成すると共に、平坦面１９を除くシャフト先端１７の周面に周期的な環状突起２１ａを形成する。一方、内壁３０ｂの受孔３２の内周にも略平行な２つの平坦面２９を形成すると共に、平坦面２９を除く受孔２７の内周面に環状突起２１ａと噛合する環状溝２１ｂを形成する。平坦面２９は、シャフト先端１７が挿入可能となるように、周方向に曲率をもった凹面となっている。シャフト先端１７の平坦面１９の組と受孔３２の平坦面２９の組とが互いに直交する状態では、環状突起２１ａと環状溝２１ｂが噛合しないため、シャフト先端１７をスライドにより受孔３２に挿入することが可能である。一方、シャフト先端１７を受孔３２に挿入した状態で、シャフト１６を９０°回転させれば、環状突起２１ａと環状溝２１ｂが噛合してシャフト先端１７が内壁３０に固定される。尚、平坦面１９及び２９は、環状突起２１や環状溝２１ｂと噛合する突起や溝が形成されていない面であれば良く、曲率や段差がついていても構わない。また、図７に示した具体例に限らず、シャフト１６の回転によって、基体５の固定、解除を行うことができれば、図７の具体例と同様の機能を発揮することができる。また、シリンダ１６が回転する代わりに、受孔３２が回転することにより、固定、解除ができるものでも良い。
【００３２】
尚、図１〜３の例のように、雄螺子と雌螺子の螺合によってシャフト先端１７を内壁３０ｂに固定すれば、閉弁動作が容易かつ円滑になる効果がある。すなわち、基体５を前進させてシャフト先端１７を内壁３０ｂに固定するには、その間ネジリコイルばねの付勢力に対抗してシャフト１６を押し続けなければならない。しかし、雄螺子と雌螺子の螺合によってシャフト先端１７を内壁３０ｂに固定すれば、雄螺子を雌螺子が少しでも係合した後は、ネジリコイルばね２６の付勢力を螺子によって支えることができる。従って、閉弁動作の途中でシャフト１６に加える力を解除しても、シャフト１６がバネの力で後退することがない。また、弁体１２が着座した後は基体５に曲げ応力が加わった状態で基体５を前進させることになる。従って、シャフト先端１７を支える部分に大きな摩擦抵抗が生じ、シャフト１６の前進に大きな力が必要となる。雄螺子と雌螺子の螺合によってシャフト先端１７を内壁３０ｂに固定すれば、シャフト１６を回転させながら基体５を前進させることができるため、摩擦抵抗に抗して基体５を前進させ易くなる。
【００３３】
尚、本実施の形態では、４本のリンク２０で弁体１２とシャフト１６を接続する例について説明したが、リンクの数は４本に限らない。必要な剛性が得られれば、リンク２０が２本或いは１本であっても良い。
【００３４】
実施の形態２．
図８は、実施の形態２に係るゲートバルブを示す断面図である。本実施の形態においては、リンク機構に代えて、傾斜した摺動面を介して弁体１２と基体５が接続されている。その他の点は実施の形態１と同様である。
【００３５】
図８に示すように、実施の形態１と同様、基体５は、開口部８に平行な方向に前進、後退可能に配設されたシャフト１６と、シャフト１６に環装された支持部材１８と、Ｅリング２４と、螺子切されたシャフトの先端１７と、から構成されている。螺子切された先端１７は、シャフト１６自身の先端であったも、シャフト１６に固定されてシャフト１６と共に回転、前後する別部材であっても良い。支持部材１８は、シャフト１６が回転自在となるようにシャフト１６に環装されている。また、Ｅリング２４は、支持部材１８がシャフト軸方向のずれないようにするための固定部材として、支持部材１８の前後を挟むようにシャフト１６に嵌着されている。
【００３６】
弁体１２は、１組の摺動面を有する摺動ユニット４０を介して、基体５の支持部材１８に接続されている。摺動ユニット４０は、弁体１２に固定された第１摺動部材３８と、支持部材１８に接続された第２摺動部材３９から成る。第１摺動部材３８と第２摺動部材３９は、各々、第１摺動面３８ａ及び第２摺動面３９ａを有し、互いに摺動可能に接触している。また、第１摺動面３８ａと第２摺動面３９ａは、弁体１２のシール面に対して所定角度（図８の例では約６°）傾斜するように設けられている。これによって支持部材１８と弁体１２は、互いに変位可能に接続される。第１及び第２摺動面３８ａ及び３９ｂの傾斜方向は、弁体１２が基体５を基準として後方に変位すると基体５から離反するように設定されている。
【００３７】
また、弁体１２が基体５を基準に前方に変位した状態を保持する付勢力を与えるため、圧縮バネ４０が支持部材１８と弁体１２の間に挿入されている。すなわち、支持部材１８に固定された第２摺動部材３９の前後に前側枠部材３６ａ及び後側枠部材３６ｂが固着されている。弁体１２は、前側枠部材３６ａと後側枠部材３６ｂの間に挟まれており、弁体１２と後側枠部材３６ｂの間に圧縮バネ４０が挿入されている。尚、これに代えて、前側枠部材３６ａと弁体１２の間に引っ張りバネを挿入しても良い。
【００３８】
次に、このゲートバルブ１の動作について説明する。
基体５が前進すると、弁体１２が開口部８に隣接して設けられたストッパ２８に当接し、弁体１２の基体進行方向への移動が規制される。そこから、圧縮バネ４０の付勢力に抗して基体５をさらに前進させると、摺動ユニット４０が斜めに摺動し始め、弁体１２がシャフト１６から離反しながら開口部８の方向に向かって移動する。
【００３９】
弁体１２が開口部８を包囲する弁座６に着座すると略同時、又はその前に、シャフトの先端１７が内壁３０ｂに設けられたシャフト受孔３２に到達し、受孔３２と係合するようにする。シャフト先端１７の螺刻方向にシャフト１６を回転させことにより、シャフト先端１７と受孔３２が螺合しながら、基体５がさらに前進する。そして、基体５の前進に伴い、弁体１２が弁座１６に向かって押し付けられ、Ｏリング１４が潰れて開口部８が気密封止される。
【００４０】
このゲートバルブによっても、実施の形態１と同様に、シャフト１６の逃げを防止して、気密性の高いシールが可能となる。また、閉弁状態において、シャフト先端１７と受孔３２との螺合によって基体５が内壁３０ｂに固定されているため、電気や空気圧による駆動力を与えなくても閉弁状態が維持できる。従って、極めて小型、軽量のゲートバルブとすることができる。
【００４１】
尚、本実施の形態において、基体５に対する曲げ応力が摺動ユニット４０にも加わる。従って、摺動ユニット４０は、高剛性で、摺動面の摩擦抵抗が少ないものとすることが好ましい。例えば、摺動ユニット４０の第１摺動部材３８と第２摺動部材３９をクロスローラ方式で接続することが好ましい。クロスローラ方式では、摺動面に設けられたＶ溝レールに円筒ローラが交互に直交配列されており、ローラとＶ溝が線接触となるため高剛性であり、しかも摩擦抵抗が極めて小さい。従って、気密性の高いシールが可能になると共に、比較的小さな力で閉弁動作が行えるようになる。
【００４２】
実施の形態３．
本実施の形態のゲートバルブは、傾斜した摺動面を介して弁体１２と基体５が接続されている点は実施の形態２と同様であるが、摺動面が、弁体の裏面に固定された軸（＝被案内部材）と支持部材１８に固定されたＵ字状の軸受部材（＝案内部材）で構成される点が異なる。また、シャフト先端の固定部における螺子の雄雌を反転させ、シャフト１６を回転させる代わりに、内壁３０に埋設した回転部材５０の回転させることによって基体５の固定を行う。その他の点は、実施の形態２と同様である。
【００４３】
図９は、本実施の形態に係るゲートバルブ１を示す断面図である。基体５は、シャフト１６と、シャフト１６に環装された支持部材１８と、雌に螺子切されたシャフトの先端２７と、から構成されている。雌に螺子切された先端２７は、シャフト１６自身の先端であったも、シャフト１６に固定されてシャフト１６と共に回転、前後する別部材であっても良い。シャフト１６に環装された支持部材１８に、Ｕ字溝４３を形成した軸受部材４２が固着されている。軸受部材４２は、支持部材１８の両面に上下２本ずつ、計４本固着されている。一方、弁体１２のシール面と反対の面には、シャフト１６に直交する軸４４を形成した軸台座４６が上下２カ所に固着されている。支持部材１８の両面に固着された軸受部材４２は、２本が一組となって、各々１本の軸４４を支持している。
【００４４】
ここで軸受部材４２に設けられたＵ字溝は、図１０の部分拡大図に示すように、全体が下方（シャフトの後方側）に向かってやや斜めに傾斜しており、Ｕ字溝中を軸４４が斜め下方に摺動可能になっている。一方、Ｕ字溝の上側末端４３ａは鉤状になっており、軸４４の上方（シャフトの前方側）への移動を規制している。これによって、支持部材１８と弁体１２は、互いに変位可能に接続される。また、Ｕ字溝４３の傾斜方向は、弁体１２が基体５を基準として後方に変位すると基体５から離反するように設定されている。また、弁体１２が基体５に対して前方に変位した状態を保持する付勢力を与えるため、引っ張りバネ４８が、支持部材１８と弁体１２に接続されている。
【００４５】
尚、本実施の形態では、シャフト先端２７の固定部における螺子の雄雌を反転させ、シャフト１６を回転させる代わりに、内壁３０に埋設した回転部材５０を回転させることによって基体５の固定を行う。従って、支持部材１８内でシャフト１６を回転させる必要がなく、支持部材１８をシャフト１６に単純に固着すれば良い。図１１は、シャフト先端２７の固定部分を示す部分拡大断面図である。サブチャンバ４の内壁３０に、先端に雄螺子５４を形成した回転部材５０が埋設されている。回転部材５０は、断面が略Ｔ字状の円筒形であり、Ｔ字傘部分の下側周面にベアリング５６が配設されており、シャフト１６の中心軸回りに回転可能になっている。また、回転部材５０の側面と内壁３０の間にＯリング３４が配設されており、回転部材５０と内壁３０の間が気密封止されている。一方、シャフト先端２７には、回転部材５０の先端５４と螺合可能な雌螺子が螺刻されている。回転部材５０をサブチャンバ４の外側から回転させることにより、回転部材の先端５４をシャフト先端２７と螺合させ、基体５の固定を行うことができる。
【００４６】
次に、このゲートバルブ１の動作について説明する。
図９に示すように、基体５が前進すると、弁体１２が開口部８に隣接して設けられたストッパ２８に当接し、弁体１２の基体進行方向への移動が規制される。そこから、引っ張りバネ４８の付勢力に抗して基体５をさらに前進させると、Ｕ字溝４３中を軸４４が斜め下方に摺動し、弁体１２が基体５から離反しながら開口部８の方向に向かって移動する。
【００４７】
弁体１２が開口部８を包囲する弁座６に着座すると略同時、又はその前に、シャフト１６の先端２７が内壁３０ｂに設けられた回転部材５０の先端５４と係合するようにする。回転部材の先端５４の螺刻方向に回転部材５０を回転させことにより、シャフト先端２７と回転部材５０が螺合しながら、基体５がさらに前進する。そして、基体５の前進に伴い、弁体１２が弁座１６に向かって押し付けられ、Ｏリング１４が潰れて開口部８が気密封止される。
【００４８】
本実施の形態においても、実施の形態１及び２と同様に、基体５の逃げを防止して、気密性の高いシールが可能となる。また、閉弁状態において、シャフト先端２７と回転部材５０との螺合によって基体５が内壁３０ｂに固定されているため、電気や空気圧による駆動力を与えなくても閉弁状態が維持できる。従って、極めて小型、軽量のゲートバルブとすることができる。
【００４９】
実施の形態４．
本実施の形態では、実施の形態１で説明したゲートバルブを用いて真空装置を構成した例について説明する。図１２は、そのような真空装置を示す模式図である。試料の処理を行うための真空対応のメインチャンバ２と、メインチャンバ２に試料を導入するためのサブチャンバ４が、隔壁８を介して接続されている。隔壁８には開口部８が設けられ、さらに開口部８を開閉するために実施の形態１のゲートバルブ１が配設されている。また、サブチャンバ４の側壁３０には試料搬送装置７が配設されており、その先端に載置した試料９は開口部８を通じてメインチャンバ２内に移送することができる。
【００５０】
この真空装置は、例えば以下のようにして操作することができる。まず、サブチャンバ４の扉（図示せず）を開け、試料９を試料搬送装置７の先端に載置する。このときゲートバルブ１は、シャフト１６の先端が側壁３０に固定されて、閉弁した状態にある。次に、サブチャンバ４の扉を閉め、サブチャンバ４内を真空ポンプ（図示せず）で荒引きする。サブチャンバ４内が所定の真空度に達すると、ゲートバルブ１を操作して、開口部８を開く。すなわち、ゲートバルブ１のシャフト１６を手動で回し、側壁３０に螺合されたシャフト１６の先端を外す。そして、シャフト１６を後退させると、弁座１２が開口部８から離反して、開口部８が開放される。そして、試料搬送装置７を操作して、試料９をメインチャンバ２に搬送する。それが終了すると、シャフト１６を前進させ、シャフト先端が側壁３０の受孔（図示せず）と係合したところでシャフト１６を回転させる。シャフト１６の回転により、シャフト１６の先端が側壁３０に螺合され、それと同時に弁体１２が開口部８の向かって押しつけられて閉弁する。
【００５１】
本実施の形態の真空装置では、本件発明に係るゲートバルブを採用することで、
空圧シリンダやアクチュエータが不要となり、極めて小型、軽量で、操作性に優
れた装置とすることが出来る。また、本実施の形態の真空装置は、走査型電子顕
微鏡、透過型電子顕微鏡、走査型ＦＩＢ（フォーカスイオンビーム）顕微鏡等の
検査装置、電子線描画装置、ＦＩＢリペア装置等の加工装置に応用することがで
きる。また、種々のプラズマを用いるエッチング装置、コーティング装置、アッ
シング装置等にも応用することができる。なお、本実施の形態の真空装置を電子
線顕微鏡に応用する場合、上記メインチャンバ２を鏡筒と連結された試料を観察
する為の試料室とし、サブチャンバ４を試料室に試料を導入する為の試料交換室
とすれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係るゲートバルブを示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示すゲートバルブが開弁状態にある様子を示す断面図である。
【図３】図３は、図１に示すゲートバルブが閉弁状態にある様子を示す断面図である。
【図４】図４は、実施の形態１で用いるネジリコイルばねを示す模式図である。
【図５】図５は、Ｅリングの一例を示す平面図である。
【図６】図６は、Ｅリングをシャフトに装着した様子を示す模式図である。
【図７】図７は、シャフト先端の固定方法の別形態を示す斜視図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態２に係るゲートバルブを示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態３に係るゲートバルブを示す断面図である。
【図１０】図１０は、９に示すゲートバルブの接続機構を示す部分拡大図である。
【図１１】図１１は、図９に示すゲートバルブのシャフト先端部分を示す部分拡大図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態４に係る高真空装置を示す模式断面図である。
【図１３】図１３は、従来のゲートバルブの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
２ メインチャンバ、４ サブチャンバ、５ 基体、６ 弁座、７ 試料搬送装置、８ 開口部、９ 試料、１０ 隔壁、１２ 弁体、１４、３４及び３５ Ｏリング、１６ シャフト（基体）、１８及び２２ 支持部材、２０ リンク機構、２４ Ｅリング、２６ ネジリコイルばね、２８ ストッパ、３０ 側壁、３８ 第１摺動部材、３９ 第２摺動部材、４０ 摺動ユニット、４２ 軸受部材、４６ 軸台座、５０ 回転部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁座に囲まれた開口部を有する壁体と、
前記弁座に当接／離反することにより、前記開口部を閉弁／開弁するための弁体と、
前記開口部に略平行な方向に進行、後退可能な基体と、
前記弁体と前記基体を互いに変位可能に接続する接続機構と、
前記弁体を開弁状態に位置させる付勢力を付与するための付勢力付与部材と、
前記基体進行方向への前記弁体の移動を規制するストッパと、
前記基体を、前記壁体に対して相対的に変位しない第２の壁体に固定する固定手段と、を備えたゲートバルブであって、
前記接続機構は、前記弁体が前記基体の進行方向と逆方向に変位すると同時に前記基体から離反するように、前記弁体と前記基体を接続しており、
前記基体の進行により前記弁体が前記ストッパに当接するまで移動された後、さらに前記基体が進行することにより、前記弁体が前記基体から離反しながら前記弁座に当接して閉弁し、当該閉弁状態において前記基体が前記第２の壁体に固定されることを特徴とするゲートバルブ。
【請求項２】
前記固定手段が、前記弁体が前記弁座に当接すると略同時に又は当接する前から前記基体を把持することを特徴とする請求項１記載のゲートバルブ。
【請求項３】
前記固定手段が、前記基体進行方向にある前記基体先端を固定することを特徴とする請求項１又は２記載のゲートバルブ。
【請求項４】
前記固定手段が前記基体進行方向に螺子切された雄又は雌螺子であり、前記基体が進行しながら前記固定手段に螺合されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のゲートバルブ
【請求項５】
前記接続機構が、リンク機構であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のゲートバルブ。
【請求項６】
前記付勢力付与部材が、前記弁体の基体進行方向と逆方向への変位に抵抗するネジリコイルバネであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のゲートバルブ。
【請求項７】
前記接続機構は、前記基体と前記弁体とを摺動面を介して接続し、前記摺動面が前記基体進行方向から斜めに傾斜していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のゲートバルブ。
【請求項８】
前記接続機構は、前記基体側にある第１の傾斜面と、前記弁体側にある第２の傾斜面とを有し、前記第１の傾斜面と前記第２の傾斜面が互いに摺動可能に接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のゲートバルブ。
【請求項９】
前記第１の傾斜面と前記第２の傾斜面が、クロスローラガイド方式によって摺動可能に接続されていることを特徴とする請求項８記載のゲートバルブ。
【請求項１０】
前記付勢力付与部材が、前記弁体の基体進行方向と逆方向への変位に抵抗する圧縮バネであることを特徴とする請求項８又は９に記載のゲートバルブ。
【請求項１１】
前記接続機構は、前記基体又は前記弁体の一方に固定された案内溝と、その他方に固定された被案内部材とを備え、前記被案内部材は、前記基体進行方向に対して斜めに移動可能となるように前記案内溝に係合していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のゲートバルブ。
【請求項１２】
前記付勢力付与部材が、前記弁体と前記基体を接続する引っ張りバネであることを特徴とする請求項１１に記載のゲートバルブ。
【請求項１３】
試料を観察又は加工するための真空対応のメインチャンバと、前記メインチャンバに試料を導入するためのサブチャンバとを備えた真空装置であって、
前記メインチャンバとサブチャンバの間に請求項１乃至１２のいずれかに記載のゲートバルブを備えた真空装置。
【請求項１４】
試料を観察するための鏡筒と、前記鏡筒に試料を導入するための試料交換室とを備えた電子顕微鏡であって、
前記鏡筒と前記試料交換室との間に請求項１乃至１３のいずれかに記載のゲートバルブを備えた電子顕微鏡。
【請求項１】
弁座に囲まれた開口部を有する壁体と、
前記弁座に当接／離反することにより、前記開口部を閉弁／開弁するための弁体と、
前記開口部に略平行な方向に進行、後退可能な基体と、
前記弁体と前記基体を互いに変位可能に接続する接続機構と、
前記弁体を開弁状態に位置させる付勢力を付与するための付勢力付与部材と、
前記基体進行方向への前記弁体の移動を規制するストッパと、
前記基体を、前記壁体に対して相対的に変位しない第２の壁体に固定する固定手段と、を備えたゲートバルブであって、
前記接続機構は、前記弁体が前記基体の進行方向と逆方向に変位すると同時に前記基体から離反するように、前記弁体と前記基体を接続しており、
前記基体の進行により前記弁体が前記ストッパに当接するまで移動された後、さらに前記基体が進行することにより、前記弁体が前記基体から離反しながら前記弁座に当接して閉弁し、当該閉弁状態において前記基体が前記第２の壁体に固定されることを特徴とするゲートバルブ。
【請求項２】
前記固定手段が、前記弁体が前記弁座に当接すると略同時に又は当接する前から前記基体を把持することを特徴とする請求項１記載のゲートバルブ。
【請求項３】
前記固定手段が、前記基体進行方向にある前記基体先端を固定することを特徴とする請求項１又は２記載のゲートバルブ。
【請求項４】
前記固定手段が前記基体進行方向に螺子切された雄又は雌螺子であり、前記基体が進行しながら前記固定手段に螺合されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のゲートバルブ
【請求項５】
前記接続機構が、リンク機構であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のゲートバルブ。
【請求項６】
前記付勢力付与部材が、前記弁体の基体進行方向と逆方向への変位に抵抗するネジリコイルバネであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のゲートバルブ。
【請求項７】
前記接続機構は、前記基体と前記弁体とを摺動面を介して接続し、前記摺動面が前記基体進行方向から斜めに傾斜していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のゲートバルブ。
【請求項８】
前記接続機構は、前記基体側にある第１の傾斜面と、前記弁体側にある第２の傾斜面とを有し、前記第１の傾斜面と前記第２の傾斜面が互いに摺動可能に接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のゲートバルブ。
【請求項９】
前記第１の傾斜面と前記第２の傾斜面が、クロスローラガイド方式によって摺動可能に接続されていることを特徴とする請求項８記載のゲートバルブ。
【請求項１０】
前記付勢力付与部材が、前記弁体の基体進行方向と逆方向への変位に抵抗する圧縮バネであることを特徴とする請求項８又は９に記載のゲートバルブ。
【請求項１１】
前記接続機構は、前記基体又は前記弁体の一方に固定された案内溝と、その他方に固定された被案内部材とを備え、前記被案内部材は、前記基体進行方向に対して斜めに移動可能となるように前記案内溝に係合していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のゲートバルブ。
【請求項１２】
前記付勢力付与部材が、前記弁体と前記基体を接続する引っ張りバネであることを特徴とする請求項１１に記載のゲートバルブ。
【請求項１３】
試料を観察又は加工するための真空対応のメインチャンバと、前記メインチャンバに試料を導入するためのサブチャンバとを備えた真空装置であって、
前記メインチャンバとサブチャンバの間に請求項１乃至１２のいずれかに記載のゲートバルブを備えた真空装置。
【請求項１４】
試料を観察するための鏡筒と、前記鏡筒に試料を導入するための試料交換室とを備えた電子顕微鏡であって、
前記鏡筒と前記試料交換室との間に請求項１乃至１３のいずれかに記載のゲートバルブを備えた電子顕微鏡。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−２００７０９（Ｐ２００６−２００７０９Ａ）
【公開日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１５７３５（Ｐ２００５−１５７３５）
【出願日】平成１７年１月２４日（２００５．１．２４）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月２４日（２００５．１．２４）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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