(57)【要約】      （修正有）【課題】チャンバー内を減圧ないしは加圧するだけで、チャンバー内に設置された運動機構を外部から動力源なしで動作させることが望まれる。【解決手段】可動壁４で完全に隔てられたふたつの空間２，３からなり、一方の空間２にはたとえば大気圧の空気を満たして完全に密閉し、他方の空間３は外部と通じる開放された空間となっている構造体をチャンバー７内部に設置し、真空ポンプ等を用いてチャンバー７を減圧状態にすると、開放された空間３側の圧力が低下して密閉された空間２との間に生じる圧力差により、可動壁４は開放空間３側の容積を小さくするように移動し、次にチャンバー７内の圧力を元に戻せば可動壁４が元の位置に戻る。この繰り返しにより前進と後退の往復運動が実現する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造体１は可動壁４により隔離された空間２および空間３とから構成されており可動壁４が移動することにより外部に仕事をする運動機構を備えているが、空間２は大気圧の気体で満たされた上で完全に密閉されており、空間３はその一部が構造体１の外に対して開口しており、さらに構造体１全体は減圧状態にすることが可能なチャンバー７の内部に収容されていて、運動機構を駆動するための動力源をチャンバー７の外部より持ち込むことなく、チャンバー７の内部を減圧することによって空間２と空間３の間で生ずる圧力差により可動壁４に推力を発生せしめて、可動壁４と連結しているロッド５がＡ方向に動く運動機構。
【請求項２】
請求項１に記載の構造体１の全体は加圧状態にすることが可能なチャンバー７の内部に収容されていて、運動機構を駆動するための動力源をチャンバー７の外部より持ち込むことなく、チャンバー７の内部を加圧することによって空間２と空間３の間で生ずる圧力差により可動壁４に推力を発生せしめて、可動壁４と連結しているロッド５がＢ方向に動く運動機構。
【請求項３】
空間２は加圧された気体で満たされた上で密閉され、チャンバー７の内部を減圧または加圧することによりロッド５がＡまたはＢの方向に動く請求項１から請求項２に記載の運動機構。
【請求項４】
空間２に満たす気体として空気、窒素ガス、不活性ガスあるいはそれらの混合ガスを使用する請求項１から請求項３に記載の運動機構。
【請求項５】
空間２は真空状態にした上で密閉され、チャンバー７の内部を減圧または加圧することによりロッド７がＡまたはＢの方向に動く請求項１から請求項３に記載の運動機構。
【請求項６】
チャンバー７の内部を減圧または加圧することによってロッド５を動かしたのちチャンバー７の内部を最初の圧力に回復させ、さらに減圧または加圧するという操作を繰り返すことによりロッド７を往復運動させる請求項１から請求項５に記載の運動機構。
【請求項７】
構造体１として市販のエアシリンダを使用する請求項１から請求項６に記載の運動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、チャンバー内に運動機構を設ける際にこれを駆動させるための電力、空気圧あるいは油圧をはじめとする動力源を引き込むことなく、チャンバー内を減圧ないしは加圧するだけで運動機構を動作させる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】減圧ないしは加圧を目的とするチャンバーの内部に置かれた物体をチャンバー内部で物理的に操作する必要が生ずる場合、外部との接続口としてチャンバーに開口部を設けて外部から直接操作したり、電源や圧縮空気をはじめとする気体源あるいは油圧をはじめとする液体源等の動力源をチャンバー内部に導いて、チャンバー内部に設置された運動機構を動作させることは一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２３５５７９号公報
【特許文献２】特開２００７−２５５７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】しかしながら開口部を設けるために余計なスペースを取られたり、チャンバー設計が複雑になることで装置が大型になることがある。また、開口部での封止性が損なわれることもある。【０００５】あるいは運動機構としてエアシリンダを用いる場合、高圧空気を動作源とするためチャンバー内部に空気が漏れ出たり、漏れ出た空気がチャンバー内を汚染することがある。【０００６】たとえば特許文献１はエアシリンダにおいてピストンによって分けられたシリンダチューブの２室の一方を真空排気することでピストンを駆動させる装置であるが、これにより高圧空気の漏れによるチャンバー内の汚染は回避されるものの、真空排気のためにチャンバーに開口部を設けなければならないことに変わりはない。【０００７】そこで、外部から動力源を導くことなくチャンバー内に設けられた運動機構を動かせることが望まれる。【０００８】とりわけ市販の真空チャンバーないしは加圧チャンバーを用いて、チャンバーの大幅な改造を行うことなくチャンバー内で運動機構を動作させることができれば、改造に要する時間が大幅に短縮されるとともに改造コストの大幅な削減にもつながる。【０００９】特に、チャンバー内で何らかの物理的操作が必要な実験を行う場合においては短時間かつ簡便な準備で実験を行えるという点でその利点は大きい。【００１０】本発明はこのような課題を解決しようとするもので、外部から電源、気体源あるいは液体源等の動力源を持ち込むことなくチャンバー内を減圧ないしは加圧することによりチャンバー内にて運動機構を動作させることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】上記目的を達成するための課題解決手段を、本発明の実施の形態を示す図１にもとづいて説明する。
すなわち、可動壁４で完全に隔てられたふたつの空間から構成され、一方の空間２はあらかじめ所望の種類のガスを所望の圧力で満たした上で完全に密閉され、他方の空間３は外部と通じる開放された空間とからなる構造体１を運動機構とすることを特徴とする。【００１２】その一例として、チャンバー７の内部に構造体１を設置してチャンバー７を真空ポンプ等を用いて減圧すると構造体１の開放された空間３の圧力が低下することで生じる密閉された空間２との圧力差により、可動壁４は開放側の空間３の容積を小さくするように移動し、次にチャンバー１の内部を元の大気圧に戻せば可動壁４が元の位置に戻ることにより可動壁４と連結したロッド５において前進と後退の運動が実現される。【００１３】あるいはチャンバー７の内部に構造体１を設置してチャンバー７をコンプレッサ等を用いて加圧すると構造体１の開放された空間３の圧力が上昇することで生じる密閉された空間２との圧力差により、可動壁４は開放側の空間３の容積を大きくするように移動し、次にチャンバー７の内部を元の圧力に戻せば可動壁４が元の位置に戻ることにより可動壁４と連結したロッド５において後退と前進の運動が実現される。
【発明の効果】
【００１４】チャンバー外部よりチャンバーに開けた開口部を通じて動力源をチャンバー内部に導いたり、あるいは開口部から直接操作することなく、チャンバー内部を大気圧状態から減圧することにより、構造体１を構成する可動壁４と連結したロッド５が運動することで物理的な操作を可能にする。【００１５】あるいは、チャンバーの内部を大気圧状態から加圧することにより構造体１を構成する可動壁４と連結したロッド５が運動することによる物理的な操作を可能にする。【００１６】あるいは、チャンバー内を大気圧状態と減圧状態の繰り返し、ないしは大気圧状態と加圧状態の繰り返しによりチャンバー内に設けた運動機構が前進後退を繰り返すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】減圧または加圧により駆動する運動機構の概要図である。
【図２】図１に示す運動機構部の詳細図である。
【図３】エアシリンダを用いてピストンロッドを前後に動かす機構の概要図である。
【図４】減圧雰囲気下でシリンジより高粘度流体を滴下する場合の装置図である。
【図５】図４に示す装置の詳細図である。
【図６】前室と処理室からなる真空チャンバーの両室間の扉を開閉する機構への適用概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】以下図面にもとづいて本発明を詳細に説明する。なお、本発明は、これらの実施形態の具体的な構成に何ら限定されるものではない。
【００１９】本発明は、減圧または加圧が可能なチャンバーの内部において外部から電源、気体源あるいは液体源等の動力源を持ち込むことなく運動機構を作動させる方法である。
【００２０】図１において構造体１は、可動壁４で完全に隔てられたふたつの空間２および３からなり、このうち一方の空間２はあらかじめ所望の種類のガスを所望の圧力で満たした上で完全に密閉されており、もう一方の空間３は外部と通じる解放された空間となっている。可動壁４はロッド５と連結されており、ロッド５は空間３を経由して構造体１の外に通じている。
【００２１】空間３を満たすガスの種類は問わないが空気・窒素・不活性ガスのいずれかが望ましく、圧力も大気圧、減圧あるいは加圧のいずれでも良いが、簡便性の面から大気圧の空気で満たすのが適当である。
【００２２】なお、例えば図２に示すように構造体１０中の可動壁１１の前進端および後退端の位置を一定にするためにバネ１６ないしはストッパ１７ないし１８を用いることがある。これにより可動壁１１に連結されたロッド１２は安定的な動きを示すことになる。以下の説明では、バネやストッパについては特に言及しないが、必要に応じて使用するのが良い。
【００２３】例えば図１において、あらかじ空間２を大気圧下の空気で満たして密閉させ一方、空間３は開放状態としてある構造体１をチャンバー７の内部に置き、真空ポンプ等でチャンバー内部を減圧してゆくと、空間２と空間３の圧力差により可動壁４は空間２を押し広げる方向に力を受けて動き出すことにより可動壁４と連結したロッド５が前進し、空間２および空間３が可動壁４に及ぼす圧力ならびに可動壁４と構造体１の内壁面との間に生ずる摩擦力とが平衡する位置で、或いは同位置に達する前に構造体１に設けられたストッパに可動壁４が当たるか、のいずれかでロッド７は停止する。
【００２４】次にチャンバー７内を大気開放ないしは窒素、不活性ガス、酸素等のガスあるいはそれらの少なくとも２種類以上からなる混合ガスによる置換により減圧状態から昇圧してゆくと、可動壁４にはこれまでとは逆に空間３を押し広げる力が作用して、大気圧に相当する圧力に復すると減圧前の位置まで可動壁４は押し戻される。
【００２５】以上一連の圧力操作により、チャンバー７内に設置された構造体１においては外部からの動力源を供給せずに可動壁４に連結されたロッド７をチャンバー７の内部で前後に動かすことが可能となる。
【００２６】同様にチャンバー７の内部に高圧ガスを注入して加圧すると可動壁４は空間３を押し縮める方向に力を受けて動き出すことにより可動壁５と連結したロッド７が後退し、空間２および空間３が可動壁４に及ぼす圧力ならびに可動壁４と構造体１の内壁面との間に生ずる摩擦力とが平衡する位置で、或いは同位置に達する前に構造体１に設けられたストッパに可動壁４が当たるか、のいずれかでロッド７は停止する。
【００２７】上記の構造体１は機構的には市販のエアシリンダと何ら変わりないので、エアシリンダを一部手直しすることでも同様の効果を示す。
【００２８】図３は、図１の構造体１を市販のエアシリンダに置き換えた場合であるが、エアシリンダはさまざまな種類が揃っており、シリンダのストロークやシリンダ内径をさまざまに変えることによりピストン２５が動作を始める圧力並びに動作速度を自在に調整することができる。
【００２９】エアシリンダに備わる２ヶ所の給排気ポートの一方は栓をして密閉し、他方は開放状態にしておく。たとえば図３ではポート２６は開放に、２７は栓をして密閉されている。
【００３０】あるいは、バネや重石をはじめとする負荷を加えることによりピストン２５の動作速度ないしは動作開始圧力を変更することが可能である。
【００３１】あるいは、複数のエアシリンダを設けるか、リンク機構を併用することによりさらに複雑な動作をさせることが可能である。
【００３２】あるいは、図３において空間２３を密閉する際のピストン２５の位置を変えることにより空間２３に蓄えられるガス量が変化して推力の持続時間を調整することが可能である。
【００３３】簡単な実験をする場合には、空間２３および２４のそれぞれの側に設けられた給排気ポート２６および２７のうちの一方を大気圧の下で密閉し、他方のポートは開放状態にしておくだけでよい。
【００３４】あるいは一方のポートを十分排気した状態で密閉することも、加圧空気を注入した状態で密閉することでも良いが、いずれの場合でも他方のポートは開放状態にしておく。
【００３５】あるいは、チャンバー２０の内部を大気圧状態と減圧状態とを交互に繰り返したり、大気圧状態と加圧状態とを繰り返すことにより外部から動力源を導くことなくチャンバー内部でシリンダロッド２８を往復運動させることも可能である。
【００３６】さらにチャンバー２０の内部の圧力を複数レベルで制御すればシリンダロッド２８を多段で動かすことも可能である。
【発明の効果】
【００３７】たとえば微小かつ高アスペクト比のウェル内部に高粘度流体を気泡が入ることなく充填させる必要がある場合、大気圧下で滴下すると気泡を巻き込むことが多いため、減圧環境下で流体を滴下する必要が生ずるが、実験室レベルでは簡便にこれを実現する手段がない。
【００３８】そこで、真空チャンバー３０の内部に微小かつ高アスペクト比のウェル構造を備えた物体３３ならびにその直上に高粘度流体を予め装填したシリンジ３２を設置し、シリンジロッドにエアシリンダ３１を直結させ、真空チャンバー３０を真空ポンプ等で減圧にするとシリンダロッドが動くことにより、シリンジロッドは一定距離だけ押されて充填された高粘度流体が３３上に滴下され、気泡が入ることなく充填することができる。
この場合、エアシリンダ３１はシリンダロッド側の空間を開放状態に、反対側の空間を大気圧で密閉しておけば真空チャンバー３０を減圧にすることでシリンダロッドが前進する。
【００３９】図５は、図４におけるエアシリンダ３１とシリンジ３２の部分を拡大したもので、大気圧状態において図５（ａ）の状態にあったものが減圧下に至ると図５（ｂ）のようにシリンダロッドが距離Ｈだけ前進してシリンジ４４内に装填された一定量の高粘度流体を物体４７に設けられたウェル４６内に気泡を内在することなく充填することができる。
【００４０】たとえば半導体デバイス製造工程においてウェハを真空中で成膜する装置においては、スループットを高めるために処理室の前面に前室を設け、前室に処理すべきウェハをセッティングしたのち、前室を所定の真空度まで排気してから常に真空に保った処理室とを隔てる扉を開いてウェハを処理室内に移送することが多い。
【００４１】この場合、従来は前室に往復運動をするアクチュエータ等を用いて駆動しているが、動力源を前室内に引きこむ必要があった。
【００４２】そこで、本発明に係るエアシリンダを用いれば動力源を引き込むことなく扉の開閉が可能となる。
【００４３】すなわち図６においては雰囲気を減圧にするとシリンダロッドが後退するタイプのエアシリンダを選択している。前室５２が大気圧開放の状態では図６（ａ）のように処理室５１と前室５２は扉５３によって隔離されている。
【００４４】次に前室の排気を始めて所定の圧力に達すると図６（ｂ）に示すようにシリンダロッドは後退し、扉５３が開いて、例えば前室から処理室にウェハを移載したのち前室５２の圧力を高めると扉５３は閉じて両室は隔離され、さらに前室の圧力を上げて大気圧に戻した上で前室と外気との扉を開け、一方処理室は処理に必要な圧力まで減圧するという動きを繰り返すことができる。
【符号の説明】
【００４５】  １  構造体
２  構造体１において可動壁４で隔てられた２つの空間のうちの一方
３  構造体１において可動壁４で隔てられた２つの空間のうちの他方
４  可動壁
５  可動壁５に連結されたロッド
６  空間３に開けられた開口部
７  チャンバー
Ａ  ロッド７が前進する方向
Ｂ  ロッド７が後退する方向
１０  構造体
１１  可動壁
１２  可動壁１１に連結されたロッド
１３  空間１０において可動壁１１で隔てられた２つの空間のうちの一方
１４  空間１０において可動壁１１で隔てられた２つの空間のうちの他方
１５  空間１３に開けられた開口部
１６  バネ
１７  後退端ストッパー
１８  前進端ストッパー
２０  チャンバー
２１  エアシリンダ
２２  シリンダチューブ
２３  エアシリンダ２２においてピストン２５で隔てられた２つの空間のうちの一方
２４  エアシリンダ２２においてピストン２５で隔てられた２つの空間のうちの他方
２５  ピストン
２６  空間２４側の給排気ポート（開放状態）
２７  空間２３側の給排気ポート（栓で塞いだ状態）
２８  ピストンロッド
２９  圧力計
３０  チャンバー
３１  エアシリンダ
３２  シリンジ
４０  エアシリンダ
４１  ピストン
４２  エアシリンダ４０においてピストン４１で隔てられた２つの空間のうちの一方
４３  エアシリンダ４０においてピストン４１で隔てられた２つの空間のうちの他方
４４  シリンジ
４５  シリンジ４４に充填された高粘性流体
４６  シリンジ４４より滴下された液滴
４７  ウェル構造を備えた物体
Ｈ  シリンダロッドの前進距離
５０  本発明になるエアシリンダ
５１  処理室
５２  前室
５３  処理室と前室とを隔てる扉
５４  前室と外気とを隔てる扉
５５  処理室と前室との開口
５６  前室と外部との開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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