(57)【要約】【課題】本発明は、1MPa以上の高圧を維持した状態で基材を二つの高圧容器間を移動することができ、かつ、高圧バルブを閉めることによって二つの高圧容器の圧力を独立に制御することができる複合高圧処理装置及びそれに用いる高圧バルブを提供することを目的とする。【解決手段】本発明の複合高圧処理装置は、高圧バルブを介して着脱可能に接続された複数の高圧容器内において基材に１MPa以上の高圧条件で高圧処理を行う高圧処理装置において、該高圧バルブを閉めた状態の場合、それぞれの高圧容器内で独立に該基材に対して異なる種類の高圧処理が可能であって、かつ該高圧バルブを開けた状態の場合、該高圧バルブによって接続される二つの高圧容器がそれぞれ1MPa以上の圧力に維持されるとともに、該高圧バルブの弁体内部を基材が通り抜け可能な構成とすることにより、該二つの高圧容器間を該基材が移動可能であることを特徴とする。                  【選択図】    図３
2005214405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧バルブを介して着脱可能に接続された複数の高圧容器内において基材に１MPa以上の高圧条件で高圧処理を行う高圧処理装置において、該高圧バルブを閉めた状態の場合、それぞれの高圧容器内で独立に該基材に対して異なる種類の高圧処理が可能であって、かつ該高圧バルブを開けた状態の場合、該高圧バルブによって接続される二つの高圧容器がそれぞれ1MPa以上の圧力に維持されるとともに、該高圧バルブの弁体内部を基材が通り抜け可能な構成とすることにより、該二つの高圧容器間を該基材が移動可能であることを特徴とする複合高圧処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の複合高圧処理装置において、高圧容器が複数の高圧バルブを介して接続されることを特徴とする複合高圧処理装置。  
【請求項３】
請求項２記載の複合高圧処理装置において、複数の高圧バルブ間の空間に基材ホルダーを設けることにより該空間を高圧処理室とすることを特徴とする複合高圧処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の複合高圧処理装置において、高圧容器又は高圧バルブに温度調整機構、局所加熱機構、高圧流体導入バルブ及び高圧流体圧力調整バルブのいずれかを設けることを特徴とする複合高圧処理装置。 
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の複合高圧処理装置において、一方又は双方の高圧容器にマグネットフィールドスルー式移動機構を備えることを特徴とする複合高圧処理装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の複合高圧処理装置に用いられる高圧バルブにおいて、該高圧バルブが二つの高圧容器の開口にそれぞれ接する一対の開口を持つ弁座体と、該弁座体の一対の開口の中心を結ぶ直線に垂直な回転軸を持ち該弁座体内で回転可能であって該開口を結ぶ直線上に一つの貫通孔が設けられた断面が台形状の弁体と、該弁体の側面に設けられたシール機構と、前記弁体を回転軸を中心に回転させる回転機構と、前記弁体を回転軸方向に移動させる移動機構とを備えたことを特徴とする高圧バルブ。
【請求項７】
請求項６記載の高圧バルブにおいて、移動機構に高圧ベローズを用いることにより移動機構のシールを行うことを特徴とする高圧バルブ。
【請求項８】
請求項６または請求項７記載の高圧バルブにおいて、弁体の貫通孔と該弁座体の一方の開口との圧力差を一致させる圧力逃し孔を備えたことを特徴とする高圧バルブ。
【請求項９】
請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載の高圧バルブにおいて、弁体の回転軸方向への過大な移動を防止するための弁体ストッパーを設けることを特徴とする高圧バルブ。
【請求項１０】
請求項６乃至請求項９のいずれか１項に記載の高圧バルブにおいて、弁座体の一対の開口のそれぞれの開口の圧力を計測するための圧力計測手段を備えることを特徴とする高圧バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材（本明細書において、「シリコンウエファ」「微細加工を施されたシリコン基板」「微細加工を施されたガラス基板」「微細加工を施された樹脂基板」「金属基板」「半導体基板」「絶縁体基板」「繊維状有機物」「繊維状無機物」「粉体圧縮成形物」「焼結物」「微粒子状有機物」「微粒子状無機物」「医薬品」「生体材料」等を総称して「基材」という。）を複数の高圧容器を用いてそれぞれ異なる種類の高圧処理を行う高圧処理装置において、バルブの開閉操作と基材の移動手段によってそれぞれの高圧容器の圧力を1MPa以下の低圧にすることなく逐次に高圧処理を行うことを可能とする複合高圧処理装置及びそれに用いる高圧バルブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、常圧や減圧状態では行えない特性を与えたり、常圧や減圧では高温を要する基材の特性変化を低温で得たり、常圧や減圧では長時間必要となる微細な構造の洗浄や乾燥を短時間で実行できるなど、高圧処理の有効性が注目されている。特に高圧容器内に導入する溶媒を超臨界点以上の温度・圧力にすることによって超臨界流体とし、常温・常圧では行えないさまざまな特異な処理を行うことが可能であることが報告されている。そしてこれらの高圧処理を施す基材の大きさも年々大型化し、最大長が1.5インチ以上の大きさを持つ基材に高圧処理を施す要求が年とともに増大している。1.5インチ以上大型の基材に高圧処理を施す要求が強まっている理由の一つに、高圧処理を半導体プロセスに適用する要求が強まっていることがあげられる。半導体プロセスでは、近年12インチウェハーを用いた大面積の集積技術が確立され、高圧処理を半導体プロセスに適用するには、1.5インチの8倍以上の大きさの基材を処理できる必要があるためである。
【０００３】
しかし従来の高圧処理は、独立した高圧容器内に常圧で基材を入れ、その後高圧容器内に処理流体を常圧で導入した後密閉し、その後温度を上昇することによって密閉容器内での圧力上昇を利用して求める状態の温度・圧力としていた。あるいは、独立した高圧容器内に常圧で基材を入れた後密閉し、高圧バルブを開けることによって処理流体を常圧から昇圧してある中間状態の設定圧力とし、その後温度を上昇して最終的に求める状態の温度・圧力としていた。あるいは、独立した容器内に常圧で基材を入れた後密閉し、求める状態の温度とした後に高圧バルブを開けて処理流体を導入し、昇圧して求める温度・圧力としていた（以下、「従来技術１」という。）。
【０００４】
一方、半導体プロセスに既に適用されている減圧雰囲気下でさまざまな処理を行う複合真空装置では、ロードロック機構という機構が存在し、独立した真空容器が真空バルブを介して接続され、真空バルブを閉じた状態でそれぞれの真空容器内で基材の独立した処理を行ったり、基材の分析を行ったりすることが可能である。
また、真空バルブを開けることによって接続された2つの真空容器内で基材を自在に移動することが可能である。移動できる基材の大きさは12インチウェハー以上の大きさにまで達している。そして基材を移動する方法として、基材を保持するホルダーを真空容器内に設置されたロボットアームによって真空容器内部で直接的に移動する方式から、真空ベローズを用いて真空容器外部からの機械的運動を直接的にホルダー移動の運動へと伝達する方式、マグネットフィードスルーと呼ばれる真空容器外部からの運動を磁石による磁力を用いて真空容器内部の運動へと伝達してホルダーを移動する間接的な方式と様々な方式が存在している。
また、上記ロードロック機構を用いた複合真空装置の場合、バルブを介して接続された複数の真空容器のうち一つの真空容器が大気圧であっても、大気圧である真空容器とは別の他の真空容器との間のバルブを閉めておくことによって、他の真空容器を大気圧以下の減圧状態が維持された状態とすることが可能である。そのため、大気圧の複合真空装置外部にある基材を該複合真空装置内にあるホルダーに設置しようとする場合、該複合真空装置のうちの一つの真空容器のみ大気圧に昇圧してふたを開けてその真空容器内のホルダーに基材を設置し、その後ふたを閉めて密閉して真空ポンプによってその真空容器内の大気を排気して減圧すれば、再び他の真空容器の減圧状態を維持したままバルブを開けて基材の移動が可能となり、全ての真空容器を大気圧に昇圧した後再び全ての真空容器を減圧した場合に比べて桁違いに短時間のうちに複合真空装置内の真空処理を行うことができる。
【０００５】
真空装置に用いられているバルブとして、例えば、図１に示すような楔形の弁体が基材の通過方向に対して垂直に移動することによって開閉を行うことを特徴とするゲート
バルブが存在する（以下、「従来技術２」という。）。
また、真空装置に用いられているバルブとして、例えば、特許文献１に示すような円錐台形状のバルブが存在する（以下、「従来技術３」という。）。
【０００６】
一方、高圧装置の配管などに一般的に用いられている小型バルブとして、図２に示すような円筒形状で側面に穴が開けられたバルブの弁体を通過方向に対して垂直な方向の軸を中心として回転することによって開閉を行うことを特徴とするプラグバルブと呼ばれるバルブが存在する（以下、「従来技術４」という。）。
【特許文献１】特開２００３−４９９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の従来技術１では、処理を終了した後に基材を高圧容器から取り出すごとに常圧としなければならず、大容量の高圧容器の圧力の上昇と下降に時間を要しただけでなく、導入した処理流体を大量に廃棄しなければならないなどコスト的に問題があった。
また、上記の従来技術２では、高圧用とした場合でも構造上シール部を強く弁座体側面に押し付けることができるため閉の状態でリーク量を非常に小さくすることが可能であるという長所がある。しかしこの方式の場合、弁体の移動量を大きくしなければならないため、高圧状態でありながら機械的に移動可能とならしめる高圧ベローズバルブの形状が大きなものとなり、全体の形状が非常に大きくなってしまうだけでなくバルブを満たす余剰の高圧流体の容量が大きくなってしまうという実用上大きな短所が存在する。
また、上記の従来技術３では、バルブ形状がコンパクトでバルブに満たされる余剰の容量を少なく、かつシール部を弁座体に強く密着させることが可能である。しかし、この技術は、真空バルブに適用することを念頭に置かれているためシール部の押し圧はたかだか0.1MPaをシールするための圧力に過ぎず、また真空用ベローズでは高圧流体に適用することができない。また、このバルブの場合、バルブが閉状態の際に弁体開口部が密閉空間となるため、高圧バルブとして用いると高圧流体が密閉空間に封じきられた状態になる。そのため、バルブ閉状態で温度の上昇などの外乱が加わった場合、破裂などの安全上重大な問題を生じることとなる。また、このバルブはそもそも真空容器を大気圧以下の真空状態に維持したり、それを大気圧に開放したりすることを目的とするものであって、弁体内部を非処理物が通過することを目的とするものではない。
さらに、上記の従来技術４では、バルブ形状がコンパクトでバルブに満たされる余剰の容量がほとんどない点に長所がある。しかしプラグバルブを大型化した構造の場合、シール部を弁座体に強く密着させることができないためリーク量がゲートバルブよりも大きく、液体は高圧状態を維持できるもののガスの圧力を維持することができないという実用上問題点があることが判明した。
【０００８】
一方、高圧処理装置では複合真空処理装置のような大型のロードロック機構がこれまで存在していなかった。真空装置が最大でも0.1MPa程度の圧力しかかからないのに対し、高圧装置では1MPa以上、超臨界二酸化炭素を用いる装置の場合最低でも7MPa以上必要であるため、機械的強度を維持するために、基材の大型化に伴いバルブの材質の肉厚が真空装置と比較にならないほど厚くなり、バルブ本体の大きさも真空バルブ以上の大型化が避けられないためである。またバルブ本体が大型化すると、基材がバルブを通過するのに必要となる移動距離も必然的に長くなり、結果として移動機構の大型化に伴う装置全体の大型化が避けられなくなる。また、バルブの大型化及び移動機構の大型化に伴う余剰スペースの増大が、無駄な高圧処理流体の消費につながり、高圧処理自体の高コスト化につながってしまう。
【０００９】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、1MPa以上の高圧を維持した状態で基材を二つの高圧容器間を移動することができ、かつ、高圧バルブを閉めることによって二つの高圧容器の圧力を独立に制御することができる複合高圧処理装置及びそれに用いる高圧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】
【００１０】
本発明は、かかる問題点に鑑み、以下のような手段によって上記目的を達成するものである。
すなわち、本発明は、高圧バルブを介して着脱可能に接続された複数の高圧容器内において基材に１MPa以上の高圧条件で高圧処理を行う高圧処理装置において、該高圧バルブを閉めた状態の場合、それぞれの高圧容器内で独立に該基材に対して異なる種類の高圧処理が可能であって、かつ該高圧バルブを開けた状態の場合、該高圧バルブによって接続される二つの高圧容器がそれぞれ1MPa以上の圧力に維持されるとともに、該高圧バルブの弁体内部を基材が通り抜け可能な構成とすることにより、該二つの高圧容器間を該基材が移動可能であることを特徴とする複合高圧処理装置を提供する。
また、本発明は、上記の複合高圧処理装置において、高圧容器が複数の高圧バルブを介して接続されることを特徴とする複合高圧処理装置を提供する。  
また、本発明は、上記の複合高圧処理装置において、複数の高圧バルブ間の空間に基材ホルダーを設けることにより該空間を高圧処理室とすることを特徴とする複合高圧処理装置を提供する。
また、本発明は、上記の複合高圧処理装置において、高圧容器又は高圧バルブに温度調整機構、局所加熱機構、高圧流体導入バルブ及び高圧流体圧力調整バルブのいずれかを設けることを特徴とする複合高圧処理装置を提供する。 
また、本発明は、上記の複合高圧処理装置において、一方又は双方の高圧容器にマグネットフィールドスルー式移動機構を備えることを特徴とする複合高圧処理装置を提供する。
また、本発明は、上記の複合高圧処理装置に用いる高圧バルブにおいて、該高圧バルブが二つの高圧容器の開口にそれぞれ接する一対の開口を持つ弁座体と、該弁座体の一対の開口の中心を結ぶ直線に垂直な回転軸を持ち該弁座体内で回転可能であって該開口を結ぶ直線上に一つの貫通孔が設けられた断面が台形状の弁体と、該弁体の側面に設けられたシール機構と、前記弁体を回転軸を中心に回転させる回転機構と、前記弁体を回転軸方向に移動させる移動機構とを備えたことを特徴とする高圧バルブを提供する。
また、本発明は、上記の複合高圧処理装置に用いる高圧バルブにおいて、移動機構に高圧ベローズを用いることにより移動機構のシールを行うことを特徴とする高圧バルブを提供する。
また、本発明は、上記の複合高圧処理装置に用いる高圧バルブにおいて、弁体の貫通孔と該弁座体の一方の開口との圧力差を一致させる圧力逃し孔を備えたことを特徴とする高圧バルブを提供する。
また、本発明は、上記の複合高圧処理装置に用いる高圧バルブにおいて、弁体の回転軸方向への過大な移動を防止するための弁体ストッパーを設けることを特徴とする高圧バルブを提供する。
また、本発明は、上記の複合高圧処理装置に用いる高圧バルブにおいて、弁座体の一対の開口のそれぞれの開口の圧力を計測するための圧力計測手段を備えることを特徴とする高圧バルブを提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）弁体の移動量を大きくすることなくシール部を弁座体に強く密着させることができるため、形状がコンパクトでバルブに満たされる余剰の容量がほとんどなく、かつ、リーク量を非常に小さくすることができる高圧バルブを得ることができる。
（２）弁体内部の閉鎖空間に貯留された高圧流体によって弁体が破壊される危険性を防止することができる。そのため『開』状態で大きな基材を通過させることができる開口部を持ちながら『閉』状態で良好な高圧状態を維持することができる。
（３）様々な高圧処理を安全かつ低コストで行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係る複合高圧処理装置及びそれに用いる高圧バルブを実施するための最良の形態を実施例に基づき図面を参照しながら以下に説明する。  
【実施例１】
【００１３】
図３は、二つの高圧容器の内の一つの高圧容器１に高圧バルブ２が備え付けられていて、もう一つの高圧容器３に基材４の移動機構であるマグネットフィードスルー式移動機構５が備え付けられている例を示したものである。基材４は、移動機構５が備え付けられている高圧容器３に備わっているフランジ６をはずすことによって、移動機構５の一端に備えられた基材ホルダー７に大気中で設置される。フランジ６を閉めた後、高圧流体導入バルブ８を開けてボンベあるいは昇圧ポンプによって昇圧された高圧流体が高圧容器３に導入され、高圧容器３の温度を調整する容器温度調整機構１２によって温度が調整されるとともに圧力計１０によって容器３内の圧力が観測され、求める温度・圧力の高圧状態となる。ここで高圧容器３内の温度・圧力状態で基材４の第一の高圧処理を行っても良い。一方、高圧容器１は、あらかじめ高圧流体導入バルブ９によってボンベまたは昇圧ポンプからの高圧流体が導入され、圧力計１１によって高圧容器３と同一圧力に制御されている。基材ホルダー７に設置された基材４が高圧容器３内で第一の高圧処理が行われて高圧容器１、３の圧力が同一圧力となった後、高圧バルブ２が開けられ、基材４は高圧バルブ２を通過して高圧容器１-３間を移動して高圧容器１の中に導入され、基材ホルダー１４に設置される。高圧容器１には基材ホルダー１４及び基材４を局所的に加熱できる局所加熱機構１３が備わっており、高圧バルブ２を閉じて高圧容器１を高圧容器３と独立した状態とした後、高圧容器１内で高圧容器３とは異なる温度・圧力条件において第２の高圧処理が基材４に施される。
その後、再び高圧流体導入バルブ９あるいは高圧流体圧力調整バルブ９’によって高圧容器１内の圧力を圧力計１１で観測しながら高圧容器３と同一圧力に調整した後、高圧バルブ２を開けて基材４を高圧バルブ２内を通過させ、高圧容器３に戻して高圧バルブ２を閉めて高圧容器１から独立させる。高圧容器３内の流体を高圧流体圧力調整バルブ８’を用いて排出して大気圧とし、フランジ６を開けて基材４を取り出す。このような一連の高圧処理操作を行うことにより、高圧容器１を大気圧にすることなく高圧処理を施すことができる。
【実施例２】
【００１４】
図４は、マグネットフィードスルー式移動機構１０５が備え付けられている高圧容器１０３と備え付けられていない高圧容器１０１を高圧バルブ１０２を介して接続した例である。図３と同様に、高圧容器１０３中の基材ホルダー１０７に基材１０４が大気中で設置され、その後、高圧流体導入バルブ１０８によって高圧流体を高圧容器１０３内に導入して、あらかじめ高圧流体導入バルブ１０９によって高圧状態となっている高圧容器１０１内の圧力と同一圧力に調整し、高圧容器１０１と１０３とが同じ圧力であることを圧力計１１０と１１１で確認した後高圧バルブ１０２を開き、高圧バルブ１０２を通過して高圧容器１０３-１０１間を移動し、高圧容器１０１内の基材ホルダー１１４に基材１０４が設置される。ここで、図３においては、高圧容器１には高圧バルブ２が一体化して備わっているのに対し、図４においては、高圧容器１０１は、高圧バルブ１０２とは独立した構成であり、フランジ１１５によって接続されている。
なお、図４では、図３の高圧容器１の局所加熱機構１３の代わりに高圧容器１０１全体を加熱する容器温度調整機構１１３が備えられている。その後、図３において記載した操作と同一の操作を行うことにより、高圧容器１０１を大気圧にすることなく高圧処理を基材１０４に施すことが可能である。
【実施例３】
【００１５】
図５は、二つの高圧バルブ２０２、２３２を連結し、その両端にマグネットフィードスルー式移動機構２０５、２０５’が備え付けられている高圧容器２０３、２０３’を配置した例である。高圧バルブ２０２、２３２の弁座体で区切られた空間Ａは実効的に第３の高圧容器と同等であるため、空間Ａ内で高圧容器２０３、２０３’とは独立した高圧処理を行うことができる。高圧容器２０３または２０３’において導入された基材２０４は、高圧状態で空間Ａやもう一つの高圧容器に搬送され、複数の高圧処理を行うことができる。
なお、高圧バルブ２０２及び２３２にはバルブ温度調整機構２１６と２４６が備えられており、更に高圧バルブ２３２には局所加熱機構２５０と基材ホルダー２５１が備えられている。
【実施例４】
【００１６】
図６は、更に高圧バルブを連結して二つの空間Ｂ、Ｃが存在する場合の例である。このように高圧バルブをフランジを介して複数個連結することにより、複数の高圧処理が可能な空間を創出することができる。なお容易に考察できるように、高圧バルブ同士を直接フランジで接続するのではなく、スペーサーを介して接続すれば、任意の容量の高圧容器に相当する空間を創出することができる。また、高圧バルブまたは高圧容器内部または本体に温度制御機構を備えれば、圧力のみならず温度も制御できる複数の高圧処理空間を創出することができる。
なお、基材の移動は、マグネティックフィードスルー方式を採用しているが、他の方法でも良い。
【００１７】
図７は、採用したマグネティックフィールドスルー方式の移動機構の概念図であって、便宜上、実施例１に基づいて記載してある。高圧容器３を非磁性体にすることによって、磁石５１、５２の強力な磁力が高圧容器３内外で十分に伝達できる。マグネティックフィードスルー部の高圧容器３の内径が23.5 ｍｍ、壁面の厚み3.75 ｍｍの時に、圧力20MPaで移動量200ｍｍが実現でき、４インチウェハー形状の基材４を高圧状態で移動して高圧容器内を自在に往復することが可能であった。このようなマグネットフィードスルー方式移動機構５を用いれば、更に大型のマグネットを用いることで圧力20MPa以上、移動量200ｍｍ以上の移動機構も実現できる。なお、シャフト５３を保持する軸受け部５４のすべりをよくするために樹脂を用いる場合には、図で示したように軸受け冷却機構１６を配置すると良い。なおまた、移動機構としてロボットアームのように、駆動機構を高圧容器内部に設置して外部から入力した電気信号によって内部の基材４を直接的に移動する機構で行う場合には、高圧用の電気信号入力端子、高圧用の駆動機構ともに真空用のものと比較して大きく改良を行う必要がある。
【００１８】
次に、本発明の上記実施例１乃至４に用いられる高圧バルブ２、１０２、２１６、２３２、３３２、４３２、５３２についてその一例を、図８及び図９を参照しながら説明する。
図８及び図９に示した高圧バルブ２は、弁座体２１の開口方向２３に対して垂直な方向に回転軸２４があり、断面が台形状の回転体である弁体２５、一対の矩形状開口３０、３０を有し、弁体２５の側面と対をなす凹面状の面を持つ弁座体２１、弁座体２１に備え付けられ弁体２５の台形上底側に設置されている弁体を回転させる回転機構２６、弁座体２１に備え付けられ弁体２５の台形下底側に設置されている弁体を回転軸方向に移動させる移動機構２７及びシール機構２８によって構成されている。
【００１９】
弁体２５の側面には、図８に示すように弁座体２１の開口３０、３０と連なる矩形状の貫通孔２９が設けられており、貫通孔２９の開口形状は内部を通過する基材４の形状によって決定される。例えば基材４が４インチウェハーの場合、弁体に開けられている開口の長辺の長さは4インチよりもやや長い長さであり、短辺は4インチウェハーを保持する基材ホルダーの厚み及び基材ホルダーを移動させるマグネットフィードスルー式移動機構のシャフト５３がともに通過できるのに十分となる最短の長さとなる。
弁体２５の貫通孔２９の開口は、高圧バルブ２が『開』の状態の時には、弁体２５に設けられている貫通孔２９と、弁座体２１に開けられている矩形状開口３０、３０が1直線上に連なっている状態となっており、高圧バルブ２が『閉』の状態の時には、回転軸２４を中心として90°回転して弁座体２１の開口３０、３０が弁体２５の側面によって遮断された図８のような状態となるように設けられている。
【００２０】
弁座体２１の開口３０をシールするため、弁体２５の側面には、図８及び９に示すようににシール機構２８が設けられている。シール機構２８は溝に樹脂あるいは金属でできたシール材が取り付けられた構造となっている。シール機構２８は、弁体２５の貫通孔２９に対する両側面に備わっていることが構造上望ましいが、例えば、高圧容器１側の一側面にだけ備わっていても良い。シール機構２８は、弁体２５が弁座体２１に強く密着させられたとき、シール材が最も強く密着するようにし、かつシール材が変形することによって密着性を更に高め、弁座体開口３０、３０から流体が弁体２５側面をすり抜けて圧力がリークしないようになっている。なお、流体の種類や弁体・弁座体の材質にもよるが、一般に弁体及び弁座体の材質が金属である場合、シール材も金属であるほうが、流体の純度を維持する上でも流体の許容温度範囲の上でも望ましい。
【００２１】
弁座体２１には、弁体２５を回転させる回転機構２６及び弁体２５を回転軸方向に直線的に移動する移動機構２７とがそれぞれ図８に示すように備えられている。
なお図８では、回転機構２６と移動機構２７とがそれぞれ弁体２５をはさんで対向する位置に備わっているが、両機構２６、２７が弁体２５の底辺に対して一方向に備わっていても良い。
【００２２】
まず、弁体２５を回転軸方向に移動する移動機構２７について説明する。
図８に示す例では、移動機構２７は弁体２５の大きい側の底面側（上側）に設置され、高圧用ベローズバルブと同様に成形ベローズを用いた金属製の高圧ベローズ３９を用いることによって、流体に接するシール材からの汚染や膨潤、リークなどを防いでいる。
図示しない外部の駆動機構によってハンドル３１が回転すると、ねじ部３２によって高圧ベローズ３９に溶接されたロッド３３がハンドル３１の回転軸方向に直線的に移動する。その結果、弁体２５および弁体２５に取り付けられたロッドホルダー２２と接するロッド３３の高圧側の端部３４が弁体２５の回転軸方向に直線的に移動し、弁体２５が回転軸方向に移動する。移動量は後述するようにわずかで良く、ベローズバルブに対してはるかに少ない移動量でよい。その結果、成形金属ベローズを用いる際の短所である、バルブ全体の形状が大きなものとなってしまうだけでなくバルブを満たす余剰の高圧流体の容量が大きくなってしまうという問題点は生じない。
なお、回転軸方向への移動は、磁気的な機構による間接的な方法ではなく、成形金属ベローズ等を用いて直接的に回転軸方向への力を伝達する方法である必要がある。すなわち、本発明のような高圧バルブの場合、高圧状態では弁体が弁座体から離れる方向へ大きな力がかかるため、直接的に弁体を押さなければ圧力漏れを生じてしまうからである。
【００２３】
次に、弁体を回転させる回転機構２６について説明する。
この回転機構２６は、永久磁石３５を用いたマグネットカップリング方式によって外部部材４０からの回転力を弁体２５に伝えている。上記した移動機構２７により弁体２５が上側に移動され、弁体２５のシール部が弁座体２１からわずかに離れた位置に移動すると、弁体２５を回転させるのに抗する摩擦力がほとんどない状態にすることができる。その結果、弁体２５を回転させるのに必要なモーメントはわずかであり、永久磁石３５のマグネティックカップリング力で十分に弁体２５を回転させることが可能である。なお、本例では外部からの回転力をマグネティックカップリングによって弁体に伝えているが、直接的に外部の回転力を高圧側に伝達して弁体を回転させることもできる。
【００２４】
上記構成の高圧バルブは、以下で説明する手順によって弁体の開閉を行い、基材を移動させることができる。
まず、高圧バルブが『開』の状態では、弁体２５側面は弁座体２１の対抗面からやや離れた位置にあり、弁体２５の貫通孔２９と弁座体２１の開口３０、３０が直線的に連なり、それらの開口を通って基材４を通過させることができる。
次に、高圧バルブを『閉』の状態にするには、弁体２５が弁座体２１からわずかに離れた位置で、シール機構２８に大きな摩擦力が働かない状態のまま、マグネットカップリング力による回転機構２６を用いて弁体２５を回転させ、弁座体２１の開口３０、３０が弁体２５の側面で遮断できる90°の位置に回転する。このときシール機構２８は、弁座体２１の開口３０、３０を取り囲むような位置に位置する。
その後、移動機構２７を用いて、弁体２５を回転軸方向に移動して弁体２５の側面と弁座体２１の側面との距離が縮まる方向、すなわち台形の長底辺から短底辺への方向へ移動させ、高圧バルブを『閉』状態にする。
このように、弁体２５を回転軸方向に移動することによって弁体２５のシール部と弁座体２１側面の密着が非常に強固となり、シール機構２８のシール材の変形によって密着性が高まり、高圧状態においてもリークがほとんどないようにすることができる。
なお、回転軸方向の移動量は、前述のとおり、弁体２５のシール部が弁座体にわずかに接している『開』の状態から、シール材が変形する『閉』の状態までのほんのわずかな量に過ぎず、高圧ベローズを用いたベローズバルブと比較してはるかにわずかな移動距離に過ぎないため、バルブ全体の形状も余剰な流体の容量もともに小さくすることができる。
再び、こうあるバルブを『開』状態にするには、いったん、弁体２５を移動機構２７によって弁体２５が弁座体２１から離れる方向に移動させて弁体２５のシール材を弁座体２１から離して圧力を開放し、次に、回転機構２６を用いて弁体２５を90°回転して弁体２５の貫通孔２９を弁座体２１の開口３０、３０と連なるようにする。このようにして、再び高圧バルブを通して基材４を移動することができる『開』状態とすることができる。
【００２５】
また、本発明では、図８に示す『閉』の状態で弁座体２１の開口３０、３０を遮断する弁体両側面の一側面に圧力逃し孔３６を設けている。この圧力逃し孔３６がない弁体では、弁体のシール機構２８によって弁体２５に設けられた貫通孔２９が閉鎖空間となり、貫通孔２９内に貯留された高圧流体が温度の上昇などによって急速に圧力上昇し、弁体破裂などの問題点を引き起こす。圧力逃し孔３６を設けることによって貫通孔２９内の圧力を一方の開口３０に逃すことができ、安全性を格段に高めることができる。
また、本発明において、弁体２５の貫通孔２９からそれぞれ上下方向に延びる圧力逃し孔３７、３７を設け、弁体２５の回転軸方向の移動に伴う弁体２５の上下の空間の急激な圧力変動を防止するようにしても良い。
【００２６】
さらに、本発明では、弁体２５を回転軸方向に移動させてシール機構２８のシール材を弁座体２１の側面に強く密着させて圧力をシールするものであるが、高圧バルブの開閉を繰り返すことによってシール材の弾性が徐々に損なわれ、最後には塑性変形して圧力がシールできない状態となる。この状態においてシール材を交換することによって再び圧力のシールを良好にすることができるが、シール材が塑性変形して圧力をシールできない状態をなった際に、更に強く密着させようと弁体２５を弁座体２１に押し付け過ぎると、弁体２５及び弁座体２１に重大な損傷が生じ、シール材の交換だけでは容易に高圧をシールできない状態となってしまう。そのため本発明では、そのようなことがないように図８に示すように、弁体２５の台形上底側（下側）に少許の間隙をもって弁体ストッパー３８を設ける。この弁体ストッパー３８によって、万が一にも弁体２５の押し付け過ぎによる弁体２５及び弁座体２１の損傷がないようにする。
【００２７】
高圧バルブの『閉』の状態の際に、弁体２５によって分離される一対の開口３０、３０のそれぞれに、図３乃至６に示すように圧力を計測するための手段である、例えば、圧力計を設けてもよい。それぞれの開口３０、３０の圧力を計測することによって、それぞれの圧力が一致ないし0.5MPa以下の差圧となった時にバルブを『開』状態とするように操作すれば、高圧容器内の基材４に大きな損傷を与えることなく二つの高圧容器を接続して基材の移動を行うことが可能となる。
また、同様に高圧バルブ内部あるいは弁体の温度を制御することができる温度制御機構を備えても良い。高圧バルブに温度制御機構を備えることによって、例えば図５や６のように高圧バルブの弁座体にある空間Ａ、Ｂ、Ｃを利用して高圧処理を行う場合、温度と圧力を精密に制御して高圧処理を行うことができる。
なお、図８では、弁体２５を回転軸方向に弁座体２１の側面から離れる方向に移動させる移動機構２７を、弁体２５を弁座体２１に押し付ける方向に移動する機構と兼ねた機構となっているが、それぞれが独立した機構でもよい。すなわち、弁体２５を弁座体２１に押し付ける機構と弁体２５に対して反対の面に弁体２５を弁座体２１から離す機構があっても良い。その方式は、図８のように高圧ベローズ３９やシール機構によって直接、弁体を移動させる機構であってもよいし、バネ力を利用しても良い。
なお、当業者には明らかなように、本発明の高圧バルブと複合高圧処理装置を真空バルブ及び真空処理装置としても用いることができる。すなわち、本装置は真空から高圧にいたるまでの処理を一つの装置によって行うことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来の真空装置に用いられるバルブの概略を示す断面図である。
【図２】従来の高圧配管などに用いられるプラグバルブの概略を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る実施例１を示す概念図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る実施例２を示す概念図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る実施例３を示す概念図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る実施例４を示す概念図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るマグネットフィールドスルー方式の移動機構を示す概念図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る高圧バルブの概略を示す断面図である。
【図９】図８の弁体の側面を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１、１０１  高圧容器    
２、１０２、２０２、２３２、３３２、４３２、５３２  高圧バルブ    
３、１０３、２０３、２０３’、３０３、３０３’  高圧容器    
４、１０４、２０４、３０４  基材    
５、１０５、２０５、２０５’、３０５、３０５’  移動機構    
６、１０６、１１５、２０６、２２６、３０６、４０６、５０６、６０６  フランジ   ７、１４、１０７、１１４、２０７、２０７’、２５１、３０７、３０７’、３５１、  ４５１  基材ホルダー    
８、９、１０８、１０９、２０８、２０９、２３８、２３９、３３８、３３９、
４３８、４３９、５３８、５３９  高圧流体導入バルブ
８’、９’、１０８’、１０９’、２０８’、２０９’、２３８’、２３９’、３３８’、３３９’、４３８’、４３９’、５３８’、５３９’    高圧流体圧力調整バルブ
１０、１１、１１０、１１１、２１０、２１１、２４０、３４０、４４０、５４０    圧力計  
１２、１１２、１１３、２１２、２１２’３１２、３１２’  容器温度調整機構  
１３、２５０、３１３、３５０、４５０  局所加熱機構  
２１６、２４６、３４６、４４６、５４６  バルブ温度調整機構  
１６  冷却機構  
２１  弁座体  
２２  ロッドホルダー
２３  開口方向
２４  回転軸
２５  弁体
２６  回転機構
２７  移動機構
２８  シール機構
２９  貫通孔
３０  弁座体の開口
３１  ハンドル
３２  ねじ部
３３  ロッド
３４  ロッドの端部
３５  永久磁石
３６、３７  圧力逃し孔
３８  弁体ストッパー
３９  高圧ベローズ
４０  外部部材
５１、５２  磁石  
５３  シャフト
５４  軸受け部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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