JP7670770B2 - Vacuum Sealing Valve - Google Patents
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Description
本発明は、真空室を仕切る仕切壁に設けられた開口部の開閉を行う真空封止弁に関するものである。 The present invention relates to a vacuum sealing valve that opens and closes an opening in a partition wall that separates a vacuum chamber.
電子顕微鏡等、真空室を有する装置には、真空室内を仕切るための仕切壁と、その仕切壁に設けられた開口部を封止する真空封止弁とが設けられている。 Devices that have a vacuum chamber, such as electron microscopes, are provided with a partition wall to separate the inside of the vacuum chamber and a vacuum sealing valve to seal the opening in the partition wall.
例えば特許文献1では、開口部を気密に封止するためのOリングを備えた弁体と、この弁体を先端に有するシャフト部材とを備えているゲートバルブ(真空封止弁)が公開されている。開口部および弁体の開口部当接面は、シャフトの進行方向に対して傾斜して設けられており、シャフト部材を前進させると、傾斜して設けられた弁体の開口部当接面が、開口部を斜めに封止する。 For example, Patent Document 1 discloses a gate valve (vacuum sealing valve) that includes a valve body with an O-ring for airtightly sealing the opening, and a shaft member with the valve body at its tip. The opening and the opening abutment surface of the valve body are inclined relative to the direction of travel of the shaft, and when the shaft member is advanced, the inclined opening abutment surface of the valve body seals the opening at an angle.
しかし、上記特許文献1では、シール材のOリングが潰れる間に、Oリングが引きずられ、Oリングに多大な摩擦がかかることになる。真空環境では、潤滑剤となる油やグリスや、空気中の水分などが存在しないことにより、摩擦はOリングに多大なるダメージを与え、寿命を短くしてしまう。
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、シール材への負担を軽減して開口部を開閉する真空封止弁を提供する。
However, in the above-mentioned Patent Document 1, the O-ring of the sealing material is dragged as it is crushed, and the O-ring is subjected to a great deal of friction. In a vacuum environment, there is no lubricant such as oil or grease, or moisture in the air, and therefore the friction causes great damage to the O-ring and shortens its lifespan.
The present invention has been made in consideration of the above problems, and provides a vacuum seal valve that opens and closes an opening while reducing the burden on a sealing material.
上記問題を解決するため、本開示のある態様においては、壁体に形成される開口部を封止/封止解除する弁体と、前記壁体に略平行に進退移動可能なシャフト部材と、前記弁体と前記シャフト部材とを互いに変位可能に接続するリンク機構と、前記弁体の前方に配置され、前記シャフト部材の進退移動により、前記弁体の前面に当接して、前記シャフト部材の進退移動を、前記リンク機構を介して、前記弁体の前記開口部への移動へと変換するローラと、を備え、前記弁体の前面には、前記シャフト部材の前進移動により前記ローラに最初に当接して、前記弁体を前記開口部の対向位置へ導く傾斜面と、前記ローラが前記傾斜面についで当接して前記壁体へ前記弁体を前記壁体の直交方向で押圧させる、前記壁体と直交する直交面が形成されているように真空封止弁を構成した。 In order to solve the above problems, in one aspect of the present disclosure, a vacuum sealing valve is configured to include a valve body that seals/unseals an opening formed in a wall body, a shaft member that can move back and forth approximately parallel to the wall body, a link mechanism that displaceably connects the valve body and the shaft member to each other, and a roller that is disposed in front of the valve body and abuts against the front surface of the valve body as the shaft member moves back and forth, and converts the forward and backward movement of the shaft member into movement of the valve body toward the opening via the link mechanism, and the front surface of the valve body is configured to include an inclined surface that first abuts against the roller as the shaft member moves forward and guides the valve body to a position facing the opening, and an orthogonal surface perpendicular to the wall body that the roller then abuts against the inclined surface to press the valve body against the wall body in the orthogonal direction to the wall body.
この態様により、開口部を封止する弁体が、ローラに当接することで、対向位置に移動し、ついで開口部に向かってまっすぐに移動して開口部を封止する。封止時に弁体を押圧方向にのみ移動させるため、弁体のシール材をシール面で摺動させずに封止でき、シール材への負担を軽減させることができる。 With this configuration, the valve body that seals the opening moves to the opposing position by coming into contact with the roller, and then moves straight toward the opening to seal it. Because the valve body only moves in the pressing direction during sealing, sealing can be achieved without the sealing material of the valve body sliding on the sealing surface, reducing the burden on the sealing material.
また、ある態様においては、前記リンク機構は、平行に配置される二対のリンクであり、前記二対のリンクは、前記壁体と平行状態の前記弁体とリンク接続され、前記弁体を前記壁体と平行状態のまま回動可能に支持するように構成した。この態様により、弁体は壁体と平行状態を保ったまま回動する。封止時にも回動することなく、壁体と平行状態のまま、開口部を押圧でき、シール材への負担を軽減できる。 In one embodiment, the link mechanism is two pairs of links arranged in parallel, and the two pairs of links are linked and connected to the valve body parallel to the wall body, and are configured to support the valve body rotatably while remaining parallel to the wall body. With this embodiment, the valve body rotates while remaining parallel to the wall body. Even when sealing, the valve body can be pressed while remaining parallel to the wall body without rotating, reducing the burden on the sealing material.
上記構成によれば、シール材への負担を軽減して開口部を開閉する真空封止弁を提供できる。 The above configuration provides a vacuum sealing valve that opens and closes an opening while reducing the burden on the sealing material.
(電子顕微鏡100)
以下、本開示の構成に係る好ましい実施形態を図面に従って説明する。図1は、実施形態に係る真空封止弁1を備えた電子顕微鏡100の概略図である。
(Electron microscope 100)
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present disclosure will now be described with reference to the accompanying drawings. Fig. 1 is a schematic diagram of an electron microscope 100 including a vacuum seal valve 1 according to an embodiment.
図1に示すように、電子顕微鏡100は、電子銃101と、電子銃101から出射された電子線EBを試料Wの所定部位に収束させるレンズ機構および電子線EBを走査させるための走査機構などからなる電子線制御機構102と、電子銃101および電子線制御機構102を内部に有する鏡筒103を備える。 As shown in FIG. 1, the electron microscope 100 includes an electron gun 101, an electron beam control mechanism 102 including a lens mechanism for converging the electron beam EB emitted from the electron gun 101 onto a predetermined portion of the sample W and a scanning mechanism for scanning the electron beam EB, and a lens barrel 103 that houses the electron gun 101 and the electron beam control mechanism 102.
電子顕微鏡100は、電子銃101から出射した電子線EBによって試料Wを照射することにより発生した二次電子などを検出し、この検出信号に基づき試料W上の電子線EBの二次元走査に同期して、試料像を表示する走査型電子顕微鏡(SEM)である。本開示の構成は、電子顕微鏡100の適用に限られず、試料Wに電子線EBをあて、それを透過してきた電子を拡大して観察する透過型電子顕微鏡(TEM)や、電線描画装置、電子線露光装置などにも好適である。また、電子銃101の代わりにイオン銃を用いて、イオンビームを照射しても良い。 The electron microscope 100 is a scanning electron microscope (SEM) that detects secondary electrons and the like generated by irradiating a sample W with an electron beam EB emitted from an electron gun 101, and displays a sample image based on this detection signal in synchronization with two-dimensional scanning of the electron beam EB on the sample W. The configuration of the present disclosure is not limited to application to the electron microscope 100, but is also suitable for a transmission electron microscope (TEM) that irradiates the sample W with an electron beam EB and magnifies and observes the electrons that have passed through it, an electric wire drawing device, an electron beam exposure device, and the like. Also, an ion gun may be used instead of the electron gun 101 to irradiate an ion beam.
鏡筒103は、その内部に、電子銃101を収容する電子銃室104と、電子線制御機構102を収容する制御機構室105と、これを仕切る仕切壁106とを有する。仕切壁106には、電子銃室104と制御機構室105とを連通する開口部107が設けられている。電子顕微鏡100の特性上、電子銃室104は真空排気機構108Aにより真空(10-5Pa以下の超高真空、または10-8Pa以下の極高真空)にされている。また、制御機構室105も同様に、真空排気機構108Bにより真空にされている。 The column 103 has therein an electron gun chamber 104 that houses the electron gun 101, a control mechanism chamber 105 that houses the electron beam control mechanism 102, and a partition wall 106 that separates them. The partition wall 106 has an opening 107 that connects the electron gun chamber 104 and the control mechanism chamber 105. Due to the characteristics of the electron microscope 100, the electron gun chamber 104 is evacuated to a vacuum (ultra-high vacuum of 10 -5 Pa or less, or extremely high vacuum of 10 -8 Pa or less) by a vacuum exhaust mechanism 108A. Similarly, the control mechanism chamber 105 is evacuated to a vacuum by a vacuum exhaust mechanism 108B.
電子顕微鏡100は、開口部107を封止/封止解除(以下、開閉と表現)を行う機構として真空封止弁1を備えている。真空封止弁1は、仕切壁106とほぼ垂直な鏡筒103の側壁103aに設けられた貫通孔109に貫通して支持される。電子顕微鏡100の真空引きには時間を要することから、電子銃101の修理や試料Wの交換時には、真空封止弁1を用いて、電子銃室104または制御機構室105を真空に保った状態で作業が行われる。また、電子顕微鏡100輸送の際は、真空封止弁1にて開口部107を封止して輸送する。 The electron microscope 100 is equipped with a vacuum seal valve 1 as a mechanism for sealing/unsealing (hereinafter referred to as opening and closing) the opening 107. The vacuum seal valve 1 is supported by passing through a through hole 109 provided in the side wall 103a of the microscope tube 103, which is approximately perpendicular to the partition wall 106. Since it takes time to evacuate the electron microscope 100, when repairing the electron gun 101 or replacing the sample W, the vacuum seal valve 1 is used to maintain the electron gun chamber 104 or the control mechanism chamber 105 at a vacuum. In addition, when transporting the electron microscope 100, the opening 107 is sealed with the vacuum seal valve 1.
(真空封止弁1)
真空封止弁1を図2~図4を用いて詳細に説明する。図2は真空封止弁1の斜視図である。図3は真空封止弁1の側面図である。図4は真空封止弁1の縦断面図である。図3においては、説明のため、一部の構成を省略している。
(Vacuum sealing valve 1)
The vacuum seal valve 1 will be described in detail with reference to Figures 2 to 4. Figure 2 is a perspective view of the vacuum seal valve 1. Figure 3 is a side view of the vacuum seal valve 1. Figure 4 is a vertical cross-sectional view of the vacuum seal valve 1. In Figure 3, some components are omitted for ease of explanation.
図2~図4に示すように、真空封止弁1は、先端部に、開口部107を開閉する開閉機構2を備える。開閉機構2は、移動側機構7と仕切壁106に固定される固定側機構8から構成される。開閉機構2の移動側機構7は接続機構3を介して、ベローズ4に接続され、ベローズ4は固定部5を介してアクチュエータ6に接続される。 As shown in Figures 2 to 4, the vacuum sealing valve 1 is provided with an opening/closing mechanism 2 at the tip that opens and closes the opening 107. The opening/closing mechanism 2 is composed of a moving side mechanism 7 and a fixed side mechanism 8 that is fixed to the partition wall 106. The moving side mechanism 7 of the opening/closing mechanism 2 is connected to a bellows 4 via a connection mechanism 3, and the bellows 4 is connected to an actuator 6 via a fixed part 5.
アクチュエータ6は真空封止弁1の駆動源である。アクチュエータ6が仕切壁106と略平行に進退移動すると、この移動が開閉機構2に伝達され、開閉機構2はアクチュエータ6の進退移動を、開口部107を開閉するための運動に変換して、開口部107を開閉する。 The actuator 6 is the driving source of the vacuum sealing valve 1. When the actuator 6 moves back and forth approximately parallel to the partition wall 106, this movement is transmitted to the opening and closing mechanism 2, which converts the back and forth movement of the actuator 6 into a motion for opening and closing the opening 107, thereby opening and closing the opening 107.
本実施形態においては、アクチュエータ6には複動式エアシリンダが用いられている。引込型の単動式エアシリンダを用いて、電子銃101不使用時には、圧縮バネなどの付勢によりシリンダの前進状態を維持して開閉機構2の閉状態を保ち、電子銃101使用時にのみ、エア圧力によりシリンダを後進状態にして、開閉機構2を開状態とするように構成してもよい。圧縮バネの付勢により、開閉機構2の閉状態の維持が容易となる。アクチュエータ6は、これに限らず、既知の駆動機構を用いてもよい。 In this embodiment, a double-acting air cylinder is used for the actuator 6. A retractable single-acting air cylinder may be used, and when the electron gun 101 is not in use, the cylinder is maintained in a forward position by the bias of a compression spring or the like to keep the opening/closing mechanism 2 in a closed position, and only when the electron gun 101 is in use, the cylinder is moved backwards by air pressure to open the opening/closing mechanism 2. The bias of the compression spring makes it easy to maintain the opening/closing mechanism 2 in a closed position. The actuator 6 is not limited to this, and any known driving mechanism may be used.
図4に示すように、ベローズ4は、内部に配置される伝達シャフト41の周囲を覆うように設けられている。伝達シャフト41は、接続シャフト42を介してアクチュエータ6に接続される。ベローズ4の端部は固定部5の表面に固定され、ベローズ4の内部空間と固定部5に設けられた内部空間51が連通する。この連通した内部空間で、伝達シャフト41はアクチュエータ6と一体化して進退移動を行う。ベローズ4を用いることで、電子銃室104の真空雰囲気を保持したまま、電子銃室104外(大気側)にあるアクチュエータ6から動力を得て伝達シャフト41を進退移動させることができる。 As shown in FIG. 4, the bellows 4 is arranged to cover the periphery of the transmission shaft 41 arranged inside. The transmission shaft 41 is connected to the actuator 6 via a connection shaft 42. An end of the bellows 4 is fixed to the surface of the fixed part 5, and the internal space of the bellows 4 communicates with the internal space 51 provided in the fixed part 5. In this communicated internal space, the transmission shaft 41 moves forward and backward integrally with the actuator 6. By using the bellows 4, the transmission shaft 41 can be moved forward and backward by obtaining power from the actuator 6 located outside the electron gun chamber 104 (atmospheric side) while maintaining the vacuum atmosphere of the electron gun chamber 104.
伝達シャフト41は、接続機構3を介して開閉機構2の移動側機構7を構成するメインシャフト71と接続されており、これらが一体となって移動することにより、開閉機構2にアクチュエータ6の進退運動が伝達される。 The transmission shaft 41 is connected to the main shaft 71 that constitutes the moving mechanism 7 of the opening/closing mechanism 2 via the connection mechanism 3, and the forward and backward movement of the actuator 6 is transmitted to the opening/closing mechanism 2 as they move together.
(開閉機構2)
開閉機構2について、図5および図6を用いて詳しく説明する。図5は開状態の開閉機構2の断面図である。
開閉機構2は、前述のように、仕切壁106に固定される固定側機構8および、アクチュエータ6の進退移動に伴って移動する移動側機構7から構成される。
(Opening and closing mechanism 2)
The opening/closing mechanism 2 will be described in detail with reference to Figures 5 and 6. Figure 5 is a cross-sectional view of the opening/closing mechanism 2 in an open state.
As described above, the opening/closing mechanism 2 is composed of the fixed-side mechanism 8 fixed to the partition wall 106 and the movable-side mechanism 7 that moves in conjunction with the forward and backward movement of the actuator 6 .
固定側機構8は、支持部材81、第1上ローラ82、第2上ローラ83、下ローラ84を備える。移動側機構7は、メインシャフト71、補助部材72、スプリング73、二対のリンク74,74、弁体75、Oリング76、ボルト77を備える。 The fixed side mechanism 8 includes a support member 81, a first upper roller 82, a second upper roller 83, and a lower roller 84. The movable side mechanism 7 includes a main shaft 71, an auxiliary member 72, a spring 73, two pairs of links 74, 74, a valve body 75, an O-ring 76, and a bolt 77.
支持部材81は、一対のL型ブラケットであり、電子線EBや移動側機構7の動きを阻害しない位置で正対して、水平面で仕切壁106に固定され、垂直面で第1上ローラ82、第2上ローラ83、および下ローラ84を回動可能に支持する(図2参照)。なお、説明のため、図3および図6では紙面手前側に配置される一方の支持部材81を省略している。 The support members 81 are a pair of L-shaped brackets that face each other in a position that does not impede the movement of the electron beam EB or the moving mechanism 7, are fixed to the partition wall 106 on a horizontal plane, and rotatably support the first upper roller 82, the second upper roller 83, and the lower roller 84 on a vertical plane (see FIG. 2). For the sake of explanation, one of the support members 81 located on the front side of the paper is omitted in FIG. 3 and FIG. 6.
第1上ローラ82および第2上ローラ83は、メインシャフト71の変形を抑えるため、即ち、弁体75を開口部107に押し付けることによって生じる反力で、メインシャフト71が上方向に反り返ることを抑えるための回転体である。メインシャフト71の進退方向に平行して並列して配置されて、その回転軸はメインシャフト71の進退方向と直行する。メインシャフト71の進退移動を案内するコンベア的な役割ではないため、逆に開状態ではメインシャフト71とは至近接するも当接しないことが望ましい。 The first upper roller 82 and the second upper roller 83 are rotating bodies for preventing deformation of the main shaft 71, that is, for preventing the main shaft 71 from bending upward due to the reaction force generated by pressing the valve body 75 against the opening 107. They are arranged in parallel to the forward and backward movement direction of the main shaft 71, and their rotation axes are perpendicular to the forward and backward movement direction of the main shaft 71. Since they do not function as a conveyor to guide the forward and backward movement of the main shaft 71, it is preferable that they approach the main shaft 71 in the open state but do not come into contact with it.
第1上ローラ82および第2上ローラ83は、上下方向には、下方にある開口部107に対して、メインシャフト71を挟んで対向する位置として、メインシャフト71の上方に配置される。また、メインシャフト71の進退方向(前後方向)に対して、開口部107を基準として、第2上ローラ83がメインシャフト71の先端側、第1上ローラ82がメインシャフト71の基端側に配置される。第1上ローラ82および第2上ローラ83が開口部107を挟んで配置されることで、安定して強固にメインシャフト71の変形を抑えることができる。 The first upper roller 82 and the second upper roller 83 are arranged above the main shaft 71 in a position facing the opening 107 below with the main shaft 71 in between in the up-down direction. In addition, with respect to the forward and backward direction (front-to-back direction) of the main shaft 71, the second upper roller 83 is arranged at the tip side of the main shaft 71 and the first upper roller 82 is arranged at the base end side of the main shaft 71 with the opening 107 as the reference. By arranging the first upper roller 82 and the second upper roller 83 to sandwich the opening 107, deformation of the main shaft 71 can be stably and firmly suppressed.
弁体75は、略直方体形状で、二対のリンク74,74によりメインシャフト71とリンク接続され、メインシャフト71の進退移動に伴って上下方向へ移動することで開口部107を直接開閉する。二対のリンク74,74は、いわゆるデュアルリンク機構であり、それぞれ弁体75の両側面で対向して、弁体75とメインシャフト71をリンク接続している。同一形状の二対のリンク74,74は、水平状態の弁体75と接続され、軸同士が水平かつ平行で、さらに一対のリンク74同士が平行に配置されている。このため、弁体75は二対のリンク74,74に保持され、水平状態のままリンク74の回転軸を中心として上下方向に回転可動に支持される。 The valve body 75 has a roughly rectangular parallelepiped shape and is linked and connected to the main shaft 71 by two pairs of links 74, 74. It moves up and down in accordance with the forward and backward movement of the main shaft 71, thereby directly opening and closing the opening 107. The two pairs of links 74, 74 are what is called a dual link mechanism, and face each other on both sides of the valve body 75, linking and connecting the valve body 75 to the main shaft 71. The two pairs of links 74, 74 of the same shape are connected to the valve body 75 in a horizontal state, with their axes horizontal and parallel to each other, and furthermore, the pairs of links 74 are arranged parallel to each other. Therefore, the valve body 75 is held by the two pairs of links 74, 74, and is supported so as to be rotatable up and down around the rotation axis of the links 74 while remaining in a horizontal state.
スプリング73は、弁体75を開状態に維持する方向へ付勢するための弾性体である。スプリング73による前方への付勢は、リンク74,74により上方向へ変換され、開状態では、弁体75は仕切壁106とは離間した状態で保持される。 The spring 73 is an elastic body that biases the valve body 75 in a direction that maintains the valve body 75 in an open state. The forward bias of the spring 73 is converted to an upward bias by the links 74, 74, and in the open state, the valve body 75 is held apart from the partition wall 106.
下ローラ84は、メインシャフト71を挟んで、第2上ローラ83と略正対して、弁体75の前方に配置される。メインシャフト71の進退移動の際に、下ローラ84は弁体75の前面に当接して、弁体75を上下方向へ移動させる。 The lower roller 84 is disposed in front of the valve body 75, facing the second upper roller 83 across the main shaft 71. When the main shaft 71 moves back and forth, the lower roller 84 comes into contact with the front surface of the valve body 75, moving the valve body 75 in the up-down direction.
補助部材72は、スプリング73を保持するための補助部材であり、スプリング73を保持するための深く窪んだ凹部72aが形成されている。スプリング73が弁体75を効率良く付勢できるように、補助部材72は弁体75の背面に配置されて、メインシャフト71の底面にボルト77で固定されて一体化している。補助部材72を用いず、メインシャフト71でスプリング73を直接保持する構成であっても構わない。 The auxiliary member 72 is an auxiliary member for holding the spring 73, and is formed with a deep recess 72a for holding the spring 73. The auxiliary member 72 is disposed on the back surface of the valve body 75 and is fixed to the bottom surface of the main shaft 71 by bolts 77 so that the spring 73 can efficiently bias the valve body 75. It is also possible to have a configuration in which the spring 73 is held directly by the main shaft 71 without using the auxiliary member 72.
Oリング76は、開口部107を気密に封止するためのシール部材である。弁体75の下面には、アリ溝75aが環状に設けられており、Oリング76がここに嵌ることで、弁体75の下面に取り付けられる。 The O-ring 76 is a sealing member for airtightly sealing the opening 107. A dovetail groove 75a is provided in an annular shape on the underside of the valve body 75, and the O-ring 76 fits into this groove, thereby attaching it to the underside of the valve body 75.
また、弁体75は、リンク74との段差をなくしてリンク74と滑らかに接続されるように、側面が削られた薄肉部75bでリンク74と接続されている。これにより、移動側機構7の幅を小さくした。 The valve body 75 is connected to the link 74 at a thin-walled portion 75b with its side cut away so that there is no step between the valve body 75 and the link 74 and the link 74 is connected smoothly. This reduces the width of the moving mechanism 7.
弁体75およびメインシャフト71にはそれぞれ、電子線EBを通すための貫通孔75c,71cが設けられている。開閉機構2が組み立てられた状態で、貫通孔75c,71cは連通するように構成されている。開閉機構2の開状態においては、開口部107および貫通孔75c,71cが上下方向に直線状に並ぶよう、配置が調整されている。これにより電子線EBの行路が確保される。 The valve body 75 and the main shaft 71 are provided with through holes 75c and 71c, respectively, for passing the electron beam EB. When the opening/closing mechanism 2 is assembled, the through holes 75c and 71c are configured to communicate with each other. When the opening/closing mechanism 2 is in the open state, the arrangement is adjusted so that the opening 107 and the through holes 75c and 71c are aligned in a straight line in the vertical direction. This ensures a path for the electron beam EB.
もちろん、電子線EBへ悪影響を与えぬよう、弁体75およびメインシャフト71は、非磁性体で構成されている。弁体75とメインシャフト71内に電子線EBの行路となる孔を設けることで、開状態でも弁体75を開口部107上方に配置でき、開口部107の開閉に必要なメインシャフト71の進退移動量を減少させて、金属摺動によるパーティクルの発生を極力抑制している。 Of course, the valve body 75 and the main shaft 71 are made of non-magnetic material so as not to adversely affect the electron beam EB. By providing holes in the valve body 75 and the main shaft 71 that serve as a path for the electron beam EB, the valve body 75 can be positioned above the opening 107 even in the open state, reducing the amount of forward and backward movement of the main shaft 71 required to open and close the opening 107, minimizing the generation of particles due to metal sliding.
(弁体の移動)
弁体75の形状と移動について、図を用いて詳しく説明する。図6は、メインシャフト71の前進移動に伴う弁体75の移動により、開閉機構2により開口部107が開閉される工程を示す。なお、図6中の黒色矢印はメインシャフト71の移動方向を示し、白色矢印は弁体75の移動方向を示す。図6(A)が開閉機構2の開状態を示す。図6(D)が開閉機構2の閉状態を示す。図6(B)と図(C)は開閉の途中の状態を示す。なお、図6では理想状態としてメインシャフト71は上ローラ82,83と、下ローラ84との間に配置され、そのまま前進している。実際には自重により、メインシャフト71は下ローラ84に接触したまま前進し、弁体75が仕切壁106に当接した後は、メインシャフト71は押圧の反力で上方に反り、上ローラ82,83と接触する。
(Valve disc movement)
The shape and movement of the valve body 75 will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 6 shows the process in which the opening 107 is opened and closed by the opening/closing mechanism 2 by the movement of the valve body 75 accompanying the forward movement of the main shaft 71. The black arrow in FIG. 6 indicates the movement direction of the main shaft 71, and the white arrow indicates the movement direction of the valve body 75. FIG. 6(A) shows the open state of the opening/closing mechanism 2. FIG. 6(D) shows the closed state of the opening/closing mechanism 2. FIG. 6(B) and FIG. 6(C) show the intermediate state of opening and closing. In FIG. 6, the main shaft 71 is disposed between the upper rollers 82, 83 and the lower roller 84 as an ideal state, and moves forward as it is. In reality, the main shaft 71 moves forward while in contact with the lower roller 84 due to its own weight, and after the valve body 75 abuts against the partition wall 106, the main shaft 71 bends upward due to the reaction force of the pressure and comes into contact with the upper rollers 82, 83.
弁体75の前面には、水平状態から前方が下方へ傾いた傾斜面75d、および傾斜面75dの上端部から連続する鉛直面75eが形成されている。メインシャフト71の前進移動の際に、下ローラ84は、まず傾斜面75dに当接し、ついで鉛直面75eに当接して、弁体を上下方向に移動させる。弁体75は、下ローラ84に当接しながら当接面の形状に沿って移動するため、弁体75の移動は弁体75の当接面である前面の形状に依存する。 The front surface of the valve body 75 is formed with an inclined surface 75d that is inclined downward from the horizontal state, and a vertical surface 75e that continues from the upper end of the inclined surface 75d. When the main shaft 71 moves forward, the lower roller 84 first abuts against the inclined surface 75d and then against the vertical surface 75e, moving the valve body in the vertical direction. Since the valve body 75 moves along the shape of the abutment surface while abutting against the lower roller 84, the movement of the valve body 75 depends on the shape of the front surface, which is the abutment surface of the valve body 75.
図6を用いて、弁体75の移動を詳細に説明する。図6(A)に示すように、開閉機構2が開状態のとき、スプリング73による前方の付勢がリンク74,74により上方に変換され、弁体75は上方に付勢されて、仕切壁106とは離間した状態で保持される。開状態で弁体75はリンク74,74により、仕切壁106に平行の水平状態に保持される。 The movement of the valve body 75 will be described in detail using Figure 6. As shown in Figure 6 (A), when the opening/closing mechanism 2 is in the open state, the forward bias of the spring 73 is converted upward by the links 74, 74, and the valve body 75 is biased upward and held in a spaced apart state from the partition wall 106. In the open state, the valve body 75 is held horizontally parallel to the partition wall 106 by the links 74, 74.
開閉機構2の開状態から、開口部107を封止するためにメインシャフト71を前進させると、弁体75もメインシャフト71とともに前進し、弁体75の前面の傾斜面75dが下ローラ84に当接する(図6(B)参照)。 When the main shaft 71 is advanced to seal the opening 107 from the open state of the opening/closing mechanism 2, the valve body 75 also advances together with the main shaft 71, and the inclined surface 75d on the front side of the valve body 75 abuts against the lower roller 84 (see FIG. 6(B)).
弁体75が下ローラ84に当接した後、そのままメインシャフト71を前進させると、弁体75はリンク74,74に保持されながら、傾斜面75dの勾配方向に移動する。傾斜面75dは、前方に向かうほど下方に傾く傾斜面となっており、弁体75は傾斜面75dに沿って前方かつ下方へと斜めに移動する。弁体75は二対のリンク74,74に保持されて、水平状態を維持したまま下前方へ斜めに移動する(図6(C)参照)。 After the valve body 75 comes into contact with the lower roller 84, when the main shaft 71 is moved forward, the valve body 75 moves in the gradient direction of the inclined surface 75d while being held by the links 74, 74. The inclined surface 75d is an inclined surface that slopes downward as it approaches the front, and the valve body 75 moves diagonally forward and downward along the inclined surface 75d. The valve body 75 is held by two pairs of links 74, 74 and moves diagonally downward and forward while maintaining a horizontal state (see Figure 6 (C)).
さらにメインシャフト71を前進させると、弁体75が下ローラ84に当接したまま、傾斜面75dの勾配に沿って前下方に移動し、今度は鉛直面75eが下ローラ84に当接する。このとき、弁体75の底面に配置されたOリング76は、開口部107の真上で、かつ仕切壁106に近接して配置される。上面視して、Oリング76の内側のほぼ真ん中に開口部107が配置される。 When the main shaft 71 is further advanced, the valve body 75 moves forward and downward along the gradient of the inclined surface 75d while remaining in contact with the lower roller 84, and the vertical surface 75e then comes into contact with the lower roller 84. At this time, the O-ring 76, which is placed on the bottom surface of the valve body 75, is positioned directly above the opening 107 and close to the partition wall 106. When viewed from above, the opening 107 is located approximately in the center of the inside of the O-ring 76.
弁体75は、下ローラ84との当接面の勾配に沿って移動するため、メインシャフト71の前進に伴い、弁体75は、今度は鉛直下方に向かって移動する。弁体75は真下へ向かって移動して、弁体75の底面に設けられたOリング76が仕切壁106を押圧して、開口部107を封止する(図6(D)参照)。 The valve body 75 moves along the gradient of the contact surface with the lower roller 84, so as the main shaft 71 advances, the valve body 75 now moves vertically downward. The valve body 75 moves straight down, and the O-ring 76 attached to the bottom surface of the valve body 75 presses against the partition wall 106, sealing the opening 107 (see FIG. 6 (D)).
図6に示すように、開口部107周辺の仕切壁106は、僅かに高い段差部106aが形成されている。これは、開閉機構2の動きによって、金属同士の摺動からパーティクルが発生した場合でも、シール箇所に少しでもパーティクルが落ちる可能性を減少させるためである。なおかつ、段差部106aから落ちたパーティクルは、再び段差部106a、即ちシール箇所に乗り上げにくくなるため、シール性能の減少を抑制できる。 As shown in FIG. 6, the partition wall 106 around the opening 107 has a slightly higher step 106a formed. This is to reduce the possibility of particles falling into the sealed area even if they are generated by the sliding of metal parts due to the movement of the opening/closing mechanism 2. Furthermore, particles that fall from the step 106a are less likely to climb back up onto the step 106a, i.e., the sealed area, so a decrease in sealing performance can be suppressed.
(作用効果)
Oリング76がシール面に接してから完全にシールするまでの間に、弁体75のシール押圧方向(本実施形態においては上下方向)の移動とともに他の方向へも移動すると、Oリング76はシール面である仕切壁106と摺動することとなる。高真空度の雰囲気中では滑り力が働かず、捻じれと高摩擦摺動により、Oリング76に大きな負荷がかかる。Oリング76にかかるダメージを減少させ、Oリング76の耐久性を向上させるために、Oリング76が仕切壁106に接してから完全にシールするまでの間は、シール押圧方向である上下方向にのみ移動するように、弁体75前面に傾斜面75dと鉛直面75eを形成した。弁体75は、最初に傾斜面75dが下ローラ84に当接して、傾斜面75dに沿って開口部107に対向するように導かれて移動し、ついで鉛直面75eが下ローラ84に当接して弁体75が開口部107を押圧してOリング76で開口部を封止する。本実施形態においては、仕切壁106が水平に設けられており、シール押圧方向は、仕切壁106と直交方向の鉛直方向となる。弁体75は開口部107を覆うように対向配置されると、ついで仕切壁106と直交する鉛直方向にのみ移動する。
(Action and Effect)
If the O-ring 76 moves in the sealing pressing direction (vertical direction in this embodiment) of the valve body 75 and also in other directions from when it comes into contact with the sealing surface until it completely seals, the O-ring 76 will slide against the partition wall 106, which is the sealing surface. In a high vacuum atmosphere, no sliding force works, and a large load is applied to the O-ring 76 due to twisting and high friction sliding. In order to reduce damage to the O-ring 76 and improve the durability of the O-ring 76, an inclined surface 75d and a vertical surface 75e are formed on the front surface of the valve body 75 so that the O-ring 76 moves only in the vertical direction, which is the sealing pressing direction, from when it comes into contact with the partition wall 106 until it completely seals. The valve body 75 first comes into contact with the lower roller 84 with the inclined surface 75d, and is guided and moves along the inclined surface 75d so as to face the opening 107, and then the vertical surface 75e comes into contact with the lower roller 84, and the valve body 75 presses the opening 107 to seal the opening with the O-ring 76. In this embodiment, the partition wall 106 is provided horizontally, and the seal pressing direction is a vertical direction perpendicular to the partition wall 106. When the valve body 75 is disposed to face the opening 107 so as to cover it, it then moves only in the vertical direction perpendicular to the partition wall 106.
これに限られず、仕切壁106が傾斜面であっても、鉛直面であっても、メインシャフト71が仕切壁106に対して平行に進退移動し、弁体75の前面には、仕切壁106に設けられた開口部107の対向位置に弁体75を向かわせる方向の傾斜面と、仕切壁106に直交する直交面を有するように構成すればよい。これにより、まず傾斜面が下ローラ84に当接して弁体75が仕切壁106に近づいて移動し、弁体75に設けられたシール材が開口部107の近傍に対向配置され、ついで直交面が下ローラ84に当接して弁体75がシール押圧方向に移動する。シール材をシール面で摺動させずに、押圧方向にのみ移動させることができる。仕切壁106が鉛直面や傾斜面であっても、仕切壁106の勾配に依存せず、仕切壁106に設けられた開口部107を仕切壁106に垂直にシール材で封止できる。Oリング76を仕切壁106と摺動させずに封止でき、シール材であるOリング76への負担を軽減できる。 However, it is not limited to this, and even if the partition wall 106 is an inclined surface or a vertical surface, the main shaft 71 may move back and forth parallel to the partition wall 106, and the front surface of the valve body 75 may have an inclined surface in a direction that directs the valve body 75 to a position facing the opening 107 provided in the partition wall 106, and an orthogonal surface perpendicular to the partition wall 106. As a result, the inclined surface first contacts the lower roller 84, the valve body 75 moves toward the partition wall 106, the sealing material provided on the valve body 75 is positioned opposite the opening 107, and then the orthogonal surface contacts the lower roller 84, and the valve body 75 moves in the seal pressing direction. The sealing material can be moved only in the pressing direction without sliding on the sealing surface. Even if the partition wall 106 is a vertical surface or an inclined surface, the opening 107 provided in the partition wall 106 can be sealed with the sealing material perpendicular to the partition wall 106, regardless of the gradient of the partition wall 106. The O-ring 76 can be sealed without sliding against the partition wall 106, reducing the burden on the O-ring 76, which is a sealing material.
上記構成により弁体75を二段階移動させるため、開口部107を開閉するためのメインシャフト71の進退方向の移動量も少なく、金属摺動もその分だけ抑えることができ、パーティクルの発生を抑えることができる。弁体75が当接するのが回転体のローラであるため、金属摺動が少なく、パーティクルの発生をより抑えることができる。弁体75の前面が鉛直面のみで構成されるよりも、負荷方向の変動および弁体75の移動がスムーズであり、金属同士の摩擦力が少なく、その分、パーティクルの発生を抑えることができる。 The above configuration allows the valve body 75 to move in two stages, so the amount of movement of the main shaft 71 in the forward and backward directions to open and close the opening 107 is small, and metal sliding can be reduced accordingly, making it possible to suppress the generation of particles. Because the valve body 75 abuts against the rollers of the rotating body, there is less metal sliding and the generation of particles can be further suppressed. Compared to when the front surface of the valve body 75 is composed only of a vertical surface, the fluctuation in the load direction and the movement of the valve body 75 are smoother, and the friction between the metals is less, making it possible to suppress the generation of particles accordingly.
メインシャフト71の前進運動が下ローラ84により弁体75の下方移動へと変換されると、弁体75も下方へ向かって移動する。Oリング76が仕切壁106を押圧すると、Oリング76は仕切壁106からは上方への反力をうける。この反力によりメインシャフト71は上方へ反ろうとするが、メインシャフト71の上方に配置された第1上ローラ82および第2上ローラ83がメインシャフト71に当接して、メインシャフト71の変形が抑制される。力の効率が良く、弁体75は気密に封止することができる。 When the forward motion of the main shaft 71 is converted by the lower roller 84 into downward movement of the valve body 75, the valve body 75 also moves downward. When the O-ring 76 presses against the partition wall 106, the O-ring 76 receives an upward reaction force from the partition wall 106. This reaction force causes the main shaft 71 to warp upward, but the first upper roller 82 and second upper roller 83 arranged above the main shaft 71 abut against the main shaft 71, suppressing deformation of the main shaft 71. This force is efficient and the valve body 75 can be sealed airtight.
また弁体75は二対のリンク74,74により支持されているため、弁体75は水平状態を維持したままリンクの軸中心を中心に上下方向に回動する。例えば、弁体75が、水平状態から傾いていると、均一に開口部107を封止できない。一例として、本実施形態においては、メインシャフト71が進退方向(水平軸)を軸として上下方向に1.2度傾くと、傾きによる高低差は開口部107上で0.2mmとなる。また開口部107を封止するシール材の潰れ量は0.5mm程度であり、弁体75の水平状態からの傾きによるシール潰れ量の減少の影響は大きい。気密に開口部107を封止するには、Oリング76の取り付けられた弁体75が開口部107を水平に封止する必要がある。 Also, since the valve body 75 is supported by two pairs of links 74, 74, the valve body 75 rotates vertically around the axis of the links while maintaining a horizontal state. For example, if the valve body 75 is tilted from the horizontal state, it cannot seal the opening 107 evenly. As an example, in this embodiment, if the main shaft 71 is tilted 1.2 degrees vertically around the forward/backward direction (horizontal axis), the height difference due to the tilt is 0.2 mm on the opening 107. Also, the amount of crushing of the seal material sealing the opening 107 is about 0.5 mm, and the effect of the reduction in the amount of seal crushing due to the tilt of the valve body 75 from the horizontal state is large. To seal the opening 107 airtightly, the valve body 75 to which the O-ring 76 is attached needs to seal the opening 107 horizontally.
本実施形態では、弁体75は二対のリンク74,74により水平状態のまま回動可能に支持されているため、弁体75の移動時も水平状態を維持し、開閉移動時も水平のままOリング76が開口部107を均一に封止する。二対のリンク74,74をリンク機構として用いて、弁体75を水平状態のまま回動可能に支持して、開口部107を均一に気密に封止した。またOリング76のシール面となる開口部107周辺の仕切壁106の表面も鏡面仕上げを施されており、シール性能を向上させている。 In this embodiment, the valve body 75 is supported by two pairs of links 74, 74 so that it can rotate while remaining horizontal, and therefore maintains its horizontal state even when the valve body 75 moves, and the O-ring 76 seals the opening 107 evenly while remaining horizontal when opening and closing. The two pairs of links 74, 74 are used as a link mechanism to support the valve body 75 so that it can rotate while remaining horizontal, and to uniformly seal the opening 107 airtightly. In addition, the surface of the partition wall 106 around the opening 107, which serves as the sealing surface for the O-ring 76, is also mirror-finished to improve sealing performance.
Oリング76の交換には、移動側機構7を鏡筒103から取り出さなくてはならない。移動側機構7を取り出してOリング76を交換している間は、電子顕微鏡100を使用できない。Oリング76への負担を軽減して、Oリング76の寿命を延ばすことで、Oリング76の交換期間を延ばして電子顕微鏡100の不使用期間を減らすことができる。 To replace the O-ring 76, the moving mechanism 7 must be removed from the microscope barrel 103. The electron microscope 100 cannot be used while the moving mechanism 7 is removed and the O-ring 76 is being replaced. By reducing the burden on the O-ring 76 and extending its lifespan, it is possible to extend the replacement period for the O-ring 76 and reduce the period during which the electron microscope 100 is not in use.
以上、本発明の好ましい実施形態及を述べたが、当業者の知識に基づいて変形させることも可能であり、そのような形態は本発明の範囲に含まれる。 The above describes the preferred embodiment of the present invention, but modifications are possible based on the knowledge of those skilled in the art, and such modifications are within the scope of the present invention.
1:真空封止弁
71:メインシャフト(シャフト部材)
74:リンク
75:弁体
75d:傾斜面
75e:鉛直面(直交面)
84:下ローラ(ローラ)
106 :仕切壁(壁体)
107 :開口部
1: Vacuum seal valve 71: Main shaft (shaft member)
74: Link 75: Valve body 75d: Inclined surface 75e: Vertical surface (orthogonal surface)
84: Lower roller (roller)
106: Partition wall (wall)
107: Opening
Claims (2)
前記壁体に略平行に進退移動可能なシャフト部材と、
前記弁体と前記シャフト部材とを互いに変位可能に接続するリンク機構と、
前記弁体の前方に配置され、前記シャフト部材の進退移動により、前記弁体の前面に当接して、前記シャフト部材の進退移動を、前記リンク機構を介して、前記弁体の前記開口部への移動へと変換するローラと、
を備え、
前記弁体の前面には、前記シャフト部材の前進移動により前記ローラに最初に当接して、前記弁体を前記開口部の対向位置へ導く傾斜面と、前記ローラが前記傾斜面についで当接して前記壁体へ前記弁体を前記壁体の直交方向で押圧させる、前記壁体と直交する直交面が形成されている、
ことを特徴とする真空封止弁。 a valve body for sealing/unsealing an opening formed in the wall body;
A shaft member that is movable back and forth substantially parallel to the wall body;
a link mechanism that displaceably connects the valve body and the shaft member to each other;
a roller that is disposed in front of the valve body and comes into contact with a front surface of the valve body as the shaft member moves back and forth, thereby converting the forward and backward movement of the shaft member into movement of the valve body toward the opening via the link mechanism;
Equipped with
The valve body has a front surface which is first brought into contact with the roller by the forward movement of the shaft member to guide the valve body to a position facing the opening, and a perpendicular surface which is perpendicular to the wall body and which the roller then comes into contact with the inclined surface to press the valve body against the wall body in a direction perpendicular to the wall body.
A vacuum seal valve characterized by:
前記二対のリンクは、前記壁体と平行状態の前記弁体とリンク接続され、前記弁体を前記壁体と平行状態のまま回動可能に支持する、
ことを特徴とする請求項1に記載の真空封止弁。 The link mechanism includes two pairs of links arranged in parallel,
The two pairs of links are linked and connected to the valve body in a parallel state with the wall body, and support the valve body rotatably while keeping the valve body parallel to the wall body.
2. The vacuum seal valve according to claim 1.
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