無摺動型ゲートバルブ
【課題】弁板による開口の開閉時に弁シールと弁シート面との摺動を生じない簡単な構成の無摺動型ゲートバルブを提供する。
【解決手段】エアシリンダ８の駆動ロッド９と弁シャフト７との間に、ガイド溝及びガイドローラ３１ａ，３１ｂからなる平行移動機構と、カム溝３０及びカムローラ３３からなる垂直移動機構とを介在させ、前記弁シャフト７を、前記平行移動機構で弁シート面１０と平行に移動させたあと、前記垂直移動機構で前記弁シート面１０に対して垂直に移動させることにより、弁板５の弁シール６を前記弁シート面１０に垂直に接離させて前記開口３を開閉する。
【解決手段】エアシリンダ８の駆動ロッド９と弁シャフト７との間に、ガイド溝及びガイドローラ３１ａ，３１ｂからなる平行移動機構と、カム溝３０及びカムローラ３３からなる垂直移動機構とを介在させ、前記弁シャフト７を、前記平行移動機構で弁シート面１０と平行に移動させたあと、前記垂直移動機構で前記弁シート面１０に対して垂直に移動させることにより、弁板５の弁シール６を前記弁シート面１０に垂直に接離させて前記開口３を開閉する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体処理装置における真空チャンバに取り付けられ、該真空チャンバに通じる開口の開閉に使用されるゲートバルブに関するものであり、更に詳しくは、前記開口を無摺動で開閉することができる無摺動型ゲートバルブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体処理装置においては、真空チャンバに通じる開口の開閉にゲートバルブが使用される。このゲートバルブは、一般に、開口を開閉する弁板と、該弁板に連結された弁シャフトと、該弁シャフトに連結されたエアシリンダとを有していて、該エアシリンダで前記弁シャフトを操作することにより、前記弁板の弁シールを前記開口の回りの弁シート面に接離させて該開口を開閉するものである。
【０００３】
前記ゲートバルブには、前記弁シャフトを一点を支点として傾動させることにより弁板を開閉操作する方式と、前記弁シャフト及び弁板を弁シート面に対して垂直に移動させることにより該弁板を開閉操作する方式とがある。
【０００４】
このうち、弁シャフトを傾けて弁板を開閉操作する方式のゲートバルブにおいては、前記弁シールが弁シート面に接触したあと、所定の押圧力を得るため弁シャフトの傾動を続けると、弁板が弁シート面に対して該シート面に沿う方向に変位するため、前記弁シールと弁シート面との間で擦れが発生したり、弁シールが装着溝内で回転したりし、摩耗粉が発生してバルブのクリーン化の弊害となるおそれがある。
【０００５】
これに対し、弁シャフト及び弁板を弁シート面に対して垂直に移動させて該弁板を開閉操作する方式のゲートバルブは、弁シールと弁シート面との間で擦れが発生しないため、摩耗粉が発生する心配がない。特許文献１には、弁シールと弁シート面との間で擦れが生じない無摺動のゲートバルブが開示されている。このゲートバルブは、エアシリンダの駆動ロッド（推進軸）と弁シャフト（弁棒）との間に複数のリンクとカムフォロアとガイド溝とを介在させ、弁板を開放位置から開口に対向する位置まで該開口の回りの弁シート面に対して平行に移動させたあと、該弁シート面に対して垂直に移動させることにより前記開口を閉じるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３５１４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、前記特許文献１に開示されたゲートバルブは、前記弁板を弁シート面に対して垂直に移動させるための機構を、複数のリンクとカムフォロアとガイド溝とを組み合わせて構成しているため、部品数が多くなって構造が複雑化し、動作も複雑であるという難点がある。
【０００８】
本発明の目的は、カムを用いた簡単な機構をエアシリンダの駆動ロッドと弁シャフトとの間に介在させるだけで、前記弁シャフト及び弁板を弁シート面に対して垂直に移動させて開口を開閉することができる、無摺動型ゲートバルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明によれば、開口を有する弁箱内に収容された弁板と、該弁板に取り付けられた弁シールと、前記弁板に連結された弁シャフトと、該弁シャフトに駆動ロッドが連結されたエアシリンダとを有し、該エアシリンダで前記弁シャフトを移動させることにより、前記弁板が、前記開口と非対向をなす全開位置から、前記開口に対向する対向位置を経て、前記開口の回りの弁シート面に弁シールを押し付けて該開口を閉じる閉鎖位置に移動するように構成されたゲートバルブが提供される。
このゲートバルブは、前記駆動ロッドと弁シャフトとを相対的に変位可能なるように連結する連結機構と、前記弁板及び弁シャフトを前記全開位置から対向位置に向けて前記弁シート面と平行に移動させる平行移動機構と、前記弁板及び弁シャフトを前記対向位置から閉鎖位置に向けて前記弁シート面に対して垂直に移動させる垂直移動機構とを有し、前記連結機構は、前記駆動ロッドに固定されたロッドアームと、前記弁シャフトに固定されたレバー部材と、該レバー部材と前記ロッドアームとの間に介設された圧縮ばねとを有し、前記平行移動機構は、前記ロッドアームに前記レバー部材の左側面と右側面とにそれぞれ対面するように固定された左右一対のカムフレームと、各カムフレームに前記弁シート面と平行に形成されたガイド溝と、前記弁箱が取り付けられたボンネットに固定の左右一対のローラフレームに取り付けられて前記ガイド溝に嵌合するガイドローラとを有し、前記垂直移動機構は、前記一対のカムフレームの各々に前記弁シート面に対して傾斜する向きに形成されたカム溝と、前記レバー部材の左側面と右側面とにそれぞれ取り付けられて前記カム溝に嵌合するカムローラとを有している。
【００１０】
本発明において好ましくは、前記一対のカムフレームの各々に１つの前記ガイド溝と２つの前記カム溝とが形成され、前記レバー部材の左側面と右側面とにそれぞれ２つの前記カムローラが取り付けられていることである。
この場合、前記カムフレームの幅方向の一半側に前記ガイド溝が前記弁シャフトの軸線と平行に形成され、前記カムフレームの幅方向の他半側に前記カム溝が前記弁シャフトの軸線に沿って２段に配設されていても、前記カムフレームの前記ローラフレームに対面する外面に前記ガイド溝が前記弁シャフトの軸線と平行に形成され、前記カムフレームの前記レバー部材に対面する内面に前記カム溝が前記弁シャフトの軸線に沿って２段に配設されていても良い。
【００１１】
本発明において、前記ガイド溝は一端が開放する溝であり、前記左右のローラフレームの各々に複数の前記ガイドローラが取り付けられ、前記弁板の全開位置で少なくとも１つのガイドローラが前記ガイド溝に嵌合し、前記弁板の対向位置及び閉鎖位置で全てのガイドローラが前記ガイド溝に嵌合することが望ましい。
また、本発明において、前記エアシリンダは、前記ボンネットに固定された状態で前記弁シャフトの左側と右側とに１つずつ設けられ、２つのエアシリンダから延出する２つの前記駆動ロッドに前記ロッドアームが取り付けられ、シリンダハウジングが前記ローラフレームを兼ねていても良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のゲートバルブは、弁板を弁シート面に対して垂直に移動させて弁シールを該弁シート面に接離させる方式であるため、該弁シールと弁シート面との間で擦れが発生したり、弁シールが装着溝内で回転したりすることがなく、摩耗粉の発生を確実に防止することができる。
しかも、前記弁板の開閉動作を、カムを用いた簡単な機構を駆動ロッドと弁シャフトとの間に介在させることにより、エアシリンダの直進動作だけで実現させているので、操作機構の構造が簡単で部品数も少なくて済み、シール力も大きい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るゲートバルブの第１実施形態を示す図２のＩ−Ｉ線に沿った断面図で、左半部は弁板が開弁位置にある状態を示し、右半部は弁板が対向位置にある状態を示すものである。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図１の要部を分解して示す斜視図である。
【図４】図１の左半部側の縦断面図である。
【図５】図１の右半部側の縦断面図である。
【図６】弁板が閉鎖位置にある状態を示す、図１の右半部と同様の断面図である。
【図７】図６の縦断面図である。
【図８】弁板が閉鎖位置にあるときの停止ローラと当接部との位置関係を示す要部の側面図である。
【図９】本発明に係るゲートバルブの第２実施形態を示す図１と同様の断面図で、左半部は弁板が開弁位置にある状態を示し、右半部は弁板が対向位置にある状態を示すものである。
【図１０】図９において弁板が閉鎖位置に移動した状態の縦断面図である。
【図１１】本発明に係るゲートバルブの第３実施形態を示す図１２のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図で、左半部は弁板が開弁位置にある状態を示し、右半部は弁板が対向位置にある状態を示すものである。
【図１２】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った断面図である。
【図１３】図１１の左半部側の縦断面図である。
【図１４】図１１の右半部側の縦断面図である。
【図１５】弁板が閉鎖位置にある状態を示す、図１１の右半部と同様の断面図である。
【図１６】図１５の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１−図８は本発明に係る無摺動型ゲートバルブの第１実施形態を示すものである。このゲートバルブ１Ａは、半導体処理装置における真空チャンバに取り付けられて該真空チャンバに通じる開口を開閉するもので、前記開口３を有する弁箱２と、該弁箱２内に収容された弁板５と、該弁板５に取り付けられた弁シール６と、前記弁板５に連結された弁シャフト７と、該弁シャフト７に駆動ロッド９が連結されたエアシリンダ８とを有し、該エアシリンダ８で前記弁シャフト７を移動させることにより、前記弁板５が、前記開口３と非対向の位置で該開口３を全開にする全開位置（図１左半部及び図４参照）と、前記開口３に対向するが閉じていない対向位置（図１右半部及び図５参照）と、前記開口３の回りの弁シート面１０に弁シール６を押し付けて該開口３を閉じる閉鎖位置（図６及び図７参照）とを占めるように構成されている。
【００１５】
前記弁箱２は、図１及び図４から分かるように四角い箱形をしていて、相対する前後の壁２ａ，２ｂに横に長い矩形の前記開口３と開口４とが形成され、該弁箱２の内部に、前方の壁２ａの開口３を開閉する横に長い矩形の前記弁板５が収容されている。
【００１６】
前記前方の壁２ａの内面には、前記開口３を取り囲む矩形あるいは長円形の平坦面からなる前記弁シート面１０が形成され、前記弁板５の前面には、前記弁シート面１０に当接して前記開口３を閉じる矩形あるいは長円形の前記弁シール６が装着されている。
【００１７】
前記弁板５の中央部には、円柱状をした前記弁シャフト７の上端が連結され、該弁シャフト７の下端部は、前記弁箱２の底部に気密に固定されたボンネット１１の中央の筒部１１ａを貫通し、前記弁箱２から下向きに延出しており、該下端部に、矩形の断面形状を有するレバー部材１２が固定されている。該レバー部材１２の下端部は、前記弁シャフト７の下端部より若干下方に突出している。前記弁シャフト７の軸線Ｌ１は前記弁シート面１０と平行である。
【００１８】
前記ボンネット１１の筒部１１ａの端部に該筒部１１ａの内周側に張り出すように取り付けられた環状の取付部材１５と、前記弁シャフト７の外周に前記弁板５に近接する位置で取り付けられた環状の取付部材１６とに、前記弁シャフト７の上下動によって伸縮するベローズ１７の一端と他端とが気密に連結され、このベローズ１７で弁箱２の内部が外部から完全に遮断されている。
【００１９】
前記ボンネット１１の下面の前記弁シャフト７を挟んで相対する位置には、２つ前記エアシリンダ８が、駆動ロッド９の軸線Ｌ２を前記弁シャフト７の軸線Ｌ１と平行に向けた姿勢で取り付けられている。前記エアシリンダ８は、外周面の形状が矩形であるシリンダハウジング２１と、該シリンダハウジング２１の内部に前記軸線Ｌ２方向に摺動自在に収容されたピストン２２と、該ピストン２２に上端を連結された前記駆動ロッド９とを有し、前記シリンダハウジング２１の上端が前記ボンネット１１に固定され、該シリンダハウジング２１の下端に取り付けられた端板２３から前記駆動ロッド９が下向きに延出している。
【００２０】
前記２つエアシリンダ８から延出する２つの駆動ロッド９，９の下端には、板状をしたロッドアーム２４の一端と他端が固定されている。このロッドアーム２４は、前記弁シャフト７及びレバー部材１２の下端よりも下方の位置に水平に延在し、該ロッドアーム２４の中央上面に形成された凹状のばね座２４ａと、前記レバー部材１２の下面中央に形成された凹状のばね座１２ａとの間に、圧縮ばね２５が介設されている。
【００２１】
図３も参照して、前記ロッドアーム２４の上面には、左右一対のカムフレーム２８，２８が、前記レバー部材１２の左側面及び右側面にそれぞれ対面する配置で前記弁シャフト７の軸線Ｌ１と平行に固定され、各カムフレーム２８に、１つのガイド溝２９と２つのカム溝３０，３０とが該カムフレーム２８を貫通した状態に形成されている。
前記ガイド溝２９は、前記カムフレーム２８の幅方向の一半側に、前記弁シャフト７の軸線Ｌ１と平行に形成され、該ガイド溝２９の上端は外部に開放している。該ガイド溝２９の溝幅は全長にわたり一定である。このガイド溝２９は、前記カムフレーム２８の前記エアシリンダ８側を向く外面側に、該カムフレーム２８を貫通しない状態に形成されていても良い。
【００２２】
一方、前記カム溝３０は、前記弁シャフト７の軸線Ｌ１に対して傾斜する溝で、下方に行くほど次第に前記弁シート面１０に近づく方向に傾斜している。そして、２つのカム溝３０，３０が、前記カムフレーム２８の幅方向の他半側に、互いに同じ方向に同じ角度だけ傾斜した姿勢で相互に平行かつ上下２段に配設されている。
【００２３】
前記２つのエアシリンダ８，８におけるシリンダハウジング２１の、前記弁シャフト７側を向く内側面には、前記ガイド溝２９に嵌合する２つの同じ大きさのガイドローラ３１ａ，３１ｂがそれぞれ取り付けられている。該２つのガイドローラ３１ａ，３１ｂは、上下に離れた位置に配置されていて、前記弁板５及び弁シャフト７が前記全開位置にあるときには、下方の第１ガイドローラ３１ａだけが前記カムフレーム２８のガイド溝２９に嵌合し、前記弁板５及び弁シャフト７が前記対向位置に向けて移動すると、該対向位置近くで前記第２ガイドローラ３１ｂも前記ガイド溝２９に嵌合し、このガイドローラ３１ａ，３１ｂにより、前記弁シャフト７の軸線Ｌ１が前記弁シート面１０と平行に保たれた状態で、該弁シャフト７及び弁板５が、前記全開位置から前記対向位置まで前記弁シート面１０と平行に移動させられるようになっている。
【００２４】
従って、前記カムフレーム２８とガイド溝２９とガイドローラ３１ａ，３１ｂとは、前記弁シャフト７及び弁板５を前記全開位置から対向位置に向けて前記弁シート面１０と平行に移動させるための平行移動機構を構成するものである。
なお、前記シリンダハウジング２１は、その一部が前記ガイドローラ３１ａ，３１ｂを取り付けるためのローラフレームを兼ねている。従って、以下の説明において、シリンダハウジング２１の前記ガイドローラ３１ａ，３１ｂが取り付けられている部分を「ローラフレーム３２」と呼ぶこともある。しかし、このローラフレーム３２は、前記シリンダハウジング２１と別体に形成することもできる。
【００２５】
また、前記レバー部材１２の左側面及び右側面には、前記カムフレーム２８の２つのカム溝３０，３０に嵌合する２つのカムローラ３３，３３がそれぞれ取り付けられている。該２つのカムローラ３３，３３は、上下に離れた位置に配置されていて、前記２つのカム溝３０，３０に個別に嵌合し、前記全開位置及び対向位置においては前記圧縮ばね２５のばね力で各カム溝３０の上端に押し付けられている。
【００２６】
そして、後述する停止機構により前記弁シャフト７が前記対向位置に停止させられている状態で、前記カムフレーム２８が上昇すると、前記カム溝３０の上昇により、前記カムローラ３３が、傾斜する該カム溝３０に押されて前記弁シート面１０に近づく方向に該弁シート面１０に対して垂直に移動し、それに伴って前記弁シャフト７及び弁板５も同じ方向に移動し、前記弁板５の弁シール６が前記弁シート面１０に押し付けられて該弁板５が前記閉鎖位置を占めるようになっている。
従って、前記カム溝３０と前記カムローラ３３とは、前記弁シャフト７及び弁板５を前記弁シート面１０に対して垂直に移動させるための垂直移動機構を構成するものである。
【００２７】
前記停止機構は、前記レバー部材１２に取り付けられた停止ローラ３６と、前記ローラフレーム３２に形成された当接部３７とで構成されている。
前記停止ローラ３６は、上方のカムローラ３３の外側に同軸状に取り付けられていて、該カムローラ３３より小径に形成されている。しかし、該停止ローラ３６は前記カムローラ３３と同径であっても良い。
【００２８】
前記当接部３７は、図8からも分かるように、前記ローラフレーム３２の内側面に形成された凹溝３８の上端部に形成されていて、該凹溝３８内に前記停止ローラ３６が嵌合している。前記凹溝３８は、前記弁シャフト７の軸線Ｌ１と平行に延びていて、前記弁シャフト７が前記全開位置から前記対向位置に移動したとき、前記停止ローラ３６が前記当接部３７に当接して前記弁シャフト７がその位置に停止するようになっている。
【００２９】
前記当接部３７には、前記弁シート面１０に対して垂直な平坦面３７ａが形成され、前記停止ローラ３６が該当接部３７に当接したあと前記弁シャフト７が前記対向位置から閉鎖位置に移動するとき、該停止ローラ３６が、前記当接部３７に対し、前記弁シャフト７と同じ方向に前記平坦面３７ａに沿って移動できるようになっている。このため、前記凹溝３８の上端部には、移動した前記停止ローラ３６を受け入れるための横溝部３８ａが形成されている。
【００３０】
ここで、前記ロッドアーム２４とレバー部材１２との間に介設された前記圧縮ばね２５は、前記弁板５と弁シャフト７及びレバー部材１２との重量を支え得るばね力を有し、このばね力で前カムローラ３３をカム溝３０の上端に押し付けることにより、前記弁板５が前記全開位置から対向位置に移動するときには前記弁シャフト７とロッドアーム２４とを一体化し、前記弁板５が前記対向位置から前記閉鎖位置に移動する際には圧縮されて前記弁シャフト７とロッドアーム２４との相対的な移動を許容するものである。従って、該圧縮ばね２５は、前記レバー部材１２及び前記ロッドアーム２４と共に、前記弁シャフト７と駆動ロッド９とを相対的に変位可能なるように連結するための連結機構を構成するものである。
【００３１】
次に、前記構成を有するゲートバルブ１Ａの動作について説明する。図１左半部及び図４は、前記弁板５が開口３から離れて弁箱２の下端部に待避した全開位置を占めている状態である。このとき、エアシリンダ８の駆動ロッド９は下向きに完全に伸張し、弁シャフト７及び弁板５は最大限下降した位置を占め、前記圧縮ばね２５のばね力で各カムローラ３３が各カム溝３０の上端に押し付けられることにより、前記駆動ロッド９と弁シャフト７とが、前記ロッドアーム２４とカムフレーム２８とレバー部材１２とを介して一体化した状態にあり、また、２つのガイドローラ３１ａ，３１ｂのうち下方の第１ガイドローラ３１ａがガイド溝２９内に嵌合し、前記停止ローラ３６は当接部３７から離れて凹溝３８の下部に位置している。
【００３２】
なお、以下の説明において、相互に固定関係にある前記駆動ロッド９とロッドアーム２４とカムフレーム２８とを「ロッド側アセンブリ」と呼び、同様に固定関係にある前記レバー部材１２と弁シャフト７と弁板５とを「シャフト側アセンブリ」と呼ぶ。
【００３３】
前記全開位置の状態から、エアシリンダ８の上部ポート８ａを外部に開放すると共に下部ポート８ｂに圧力エアを供給して前記駆動ロッド９を上昇させると、前記ロッド側アセンブリとシャフト側アセンブリとは互いに一体となって上昇し、図１右半部及び図５に示すように、前記弁板５は開口３に対向するが弁シール６は弁シート面１０から離間している前記対向位置に達する。
【００３４】
このとき、前記ロッド側アセンブリ及びシャフト側アセンブリの上昇初期においては、図４に示すように、ガイド溝２９に嵌合している下方の第１ガイドローラ３１ａでカムフレーム２８がガイドされることにより、前記弁シャフト７の軸線Ｌ１が前記弁シート面１０と平行に保たれた状態で、前記ロッド側アセンブリ及びシャフト側アセンブリの前記弁シート面１０に対する平行移動が行われる。そして、前記ロッド側アセンブリ及びシャフト側アセンブリが前記対向位置に近づくと、図５に示すように、前記第２ガイドローラ３１ｂも前記ガイド溝２９に嵌合し、これら２つのガイドローラ３１ａ，３１ｂによって前記ロッド側アセンブリ及びシャフト側アセンブリの平行移動がガイドされる。
【００３５】
前記ロッド側アセンブリ及びシャフト側アセンブリが前記対向位置に到達すると、図８にも鎖線で示したように、前記停止ローラ３６が前記凹溝３８の上端の当接部３７に当接することにより、前記シャフト側アセンブリはその位置に停止する。しかし、そのあとも前記ロッド側アセンブリは圧縮ばね２５を圧縮して更に上昇を続けるため、前記カムフレーム２８に形成されたカム溝３０が前記カムローラ３３に対して上昇する。このため、該カムローラ３３は、傾斜する前記カム溝３０の溝壁に押されて前記弁シート面１０に近づく方向に該弁シート面１０に対して垂直に移動し、該カムローラ３３と一緒に前記シャフト側アセンブリも同じ方向に移動するため、図６及び図７に示すように、前記弁板５の弁シール６が前記弁シート面１０に押し付けられて前記開口３が閉鎖され、該弁板５は閉鎖位置を占める。
【００３６】
このとき、前記ロッド側アセンブリの前記対向位置から閉鎖位置への移動は、２つのガイドローラ３１ａ，３１ｂでカムフレーム２８がガイドされることにより、前記弁シート面１０と平行に行われ、また、前記弁シール６が弁シート面１０に押し付けられるときの反力は、前記カムフレーム２８を通じて前記２つのガイドローラ３１ａ，３１ｂにより受け止められる。
【００３７】
また、前記停止ローラ３６は、図８に実線で示すように、前記当接部３７の平坦面３７ａに沿って前記カムローラ３３と同じ方向に移動し、前記横溝部３８ａ内に収容される。
【００３８】
なお、前記弁板５が前記閉鎖位置を占めたとき、前記カムローラ３３は前記カム溝３０の下端に当接する位置まで必ず移動するとは限らず、弁シール６の押付力に応じて該カム溝３０の下端より手前の位置で停止することもある。
【００３９】
前記ゲートバルブ１Ａを開放するときは、前記エアシリンダ８の下部ポート８ｂを外部に開放すると共に上部ポート８ａに圧力エアを供給することにより、前記ゲートバルブ１Ａを閉鎖するときと逆の動作が行われる。
このとき、最初は、前記圧縮ばね２５のばね力で前記停止ローラ３６が当接部３７に当接した状態のまま、前記ロッド側アセンブリが下降するのと同時に前記圧縮ばね２５が次第に伸張していくため、前記カムフレーム２８及びカム溝３０が下降して前記カムローラ３３が弁シート面１０から垂直に離れる方向に移動し、それによって前記弁シール６も該弁シート面１０に対して垂直に離間し、前記ロッド側アセンブリは図１右半部及び図５に示す対向位置に移動する。
そしてそのあと、前記駆動ロッド９が更に下降することにより、前記ロッド側アセンブリとシャフト側アセンブリとは、一体となって図１左半部及び図４の全開位置まで移動する。
【００４０】
かくして前記ゲートバルブ１Ａは、弁板５が弁シート面１０に対して垂直に移動して弁シール６を該弁シート面１０に垂直に接離させるため、該弁シール６と弁シート面１０との間で擦れが発生したり、弁シール６が装着溝内で回転したりすることがなく、摩耗粉の発生が確実に防止される。
しかも、前記弁板５の前記弁シート面１０に対する垂直方向の開閉動作を、カム溝３０とカムローラ３３とを用いた簡単な方向変換機構を駆動ロッド９と弁シャフト７との間に介在させることで、エアシリンダ８の直進動作により実現させているので、開閉操作のための構造が簡単で部品数も少なくて済む。
【００４１】
図９及び図１０は本発明に係るゲートバルブの第２実施形態を示すもので、この第２実施形態のゲートバルブ１Ｂが前記第１実施形態のゲートバルブ１Ａと相違する点は、停止機構を構成する停止ローラ３６及び当接部３７のうち、前記停止ローラ３６が、レバー部材１２に取り付けられた上下２つのカムローラ３３，３３のうち下方のカムローラ３３と同軸に取り付けられ、前記当接部３７が、ローラフレーム３２の下端の凹段部４０により形成されていること、及び、ベローズ１７の配置が異なっていることである。
【００４２】
即ち、前記凹段部４０は、前記ローラフレーム３２の内側面下端部の一部を凹状に切り欠き、その一部を前記当接部３７及び平坦面３７ａとしたものである。
また、前記ベローズ１７は、その上端が、ボンネット１１の内周面に固定された環状の取付部材４１に気密に連結され、該ベローズ１７の下端は、弁シャフト７と一体のレバー部材１２の上端に気密に連結されている。
【００４３】
この第２実施形態の前記以外の構成及び動作は前記第１実施形態と実質的に同じであるため、主要な同一構成部分に第１実施形態と同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００４４】
図１１−図１６は本発明に係るゲートバルブの第３実施形態を示すもので、この第３実施形態のゲートバルブ１Ｃが前記第１実施形態のゲートバルブ１Ａと相違する部分は、平行移動機構を構成するガイド溝２９及びガイドローラ３１ａ，３１ｂと、垂直移動機構を構成するカム溝３０及びカムローラ３３と、停止機構を構成する停止ローラ３６及び当接部３７との構成である。そこで、以下の説明では、これら水平移動機構と垂直移動機構と停止機構とに関連する構成について説明する。
【００４５】
図１１及び図１２に示すように、ロッドアーム２４に固定された一対のカムフレーム２８の各々には、その外側面と内側面との互いに背中合わせの位置に前記ガイド溝２９とカム溝３０とが形成されている。即ち、前記カムフレーム２８の、ローラフレーム３２に対面する外側面に、１つのガイド溝２９が弁シャフト７の軸線Ｌ１に沿って上下方向に形成され、前記カムフレーム２８の、レバー部材１２に対面する内側面に、傾斜する２つのカム溝３０，３０が上下２段に形成されている。前記カム溝３０及びガイド溝２９の深さは、前記カムフレーム２８の厚さの半分より浅い。前記ガイド溝２９とカム溝３０との位置は、カムフレーム２８の幅方向に互いにずれていても構わない。
【００４６】
そして、前記ローラフレーム３２の内側面に、前記ガイド溝２９に嵌合する２つのガイドローラ３１ａ，３１ｂが取り付けられ、前記レバー部材１２の外側面に、前記２つのカム溝３０，３０に個別に嵌合する２つのカムローラ３３，３３が取り付けられている。
【００４７】
前記カムフレーム２８は、前記ロッドアーム２４の幅方向の一端寄りの位置に偏寄させて固定されており、該カムフレーム２８に対応するように前記ガイドローラ３１ａ，３１ｂ及びカムローラ３３も、前記ローラフレーム３２及びレバー部材１２の幅方向一端寄りの位置に偏寄させて取り付けられている。
また、前記ローラフレーム３２の内側面には、前記カムフレーム２８と競合しない位置に停止ローラ３６が取り付けられ、前記レバー部材１２の左右両側面には、前記停止ローラ３６と対応する位置に上面が水平な平坦面３７ａをなす張出部１２ｂが形成され、この張出部１２ｂによって前記停止ローラ３６が当接する当接部３７が形成されている。
前記以外の構成は実質的に前記第１実施形態と同じであるので、主要な同一構成部分に第１実施形態と同じ符号を付してその説明は省略する。
【００４８】
前記第３実施形態のゲートバルブ１Ｃの閉弁動作は、前記第１実施形態のゲートバルブ１Ａと同様、図１１左半部及び図１３に示す全開位置の状態から、図１１右半部及び図１４に示す対向位置の状態を経て、図１５及び図１６に示す閉鎖位置の状態に至ることにより行われ、開弁動作は、それと逆の経路をたどることにより行われる。
このとき、前記ガイド溝２９及びガイドローラ３１ａ，３１ｂにより、ロッド側アセンブリ及びシャフト側アセンブリの弁シート面１０に対する平行移動がガイドされ、前記カム溝３０及びカムローラ３３により、シャフト側アセンブリの弁シート面１０に対する垂直移動がガイドされる。この点も前記第１実施形態のゲートバルブ１Ａと同じである。
【００４９】
一方、停止機構を構成する停止ローラ３６及び当接部３７について、前記弁シャフト７に固定されたレバー部材１２が前記全開位置から対向位置まで上昇すると、該レバー部材１２に形成された前記当接部３７の上面がローラフレーム３２に取り付けられた前記停止ローラ３６に当接し、その位置で該レバー部材１２は停止する。そして、前記垂直移動機構の作用で弁シャフト７が閉鎖位置に向けて移動すると、前記レバー部材１２が前記停止ローラ３６に対して前記閉鎖位置の方向に相対的に移動する。
【００５０】
なお、前記各実施形態においては、弁板５の開閉操作のために２つのエアシリンダ８が設けられているが、１つのエアシリンダだけを設け、このエアシリンダの駆動ロッドに前記ロッドアーム２４を連結しても良い。
また、前記各実施形態においては、左右のローラフレーム３２の各々に２つのガイドローラ３１ａ，３１ｂが取り付けられているが、このガイドローラは、各ローラフレーム３２に３つ以上取り付け、弁板５の全開位置で一部のガイドローラを除いた少なくとも１つのガイドローラがカムフレーム２８のガイド溝２９に嵌合し、前記弁板５の対向位置及び閉鎖位置で残りのガイドローラが前記ガイド溝２９に嵌合することによって全てのガイドローラが該ガイド溝２９に嵌合するように構成することもできる。
【００５１】
また、前記第１実施形態のゲートバルブにおけるベローズ１７の配置を前記第２実施形態のゲートバルブに適用することもでき、その逆に、前記第２実施形態のゲートバルブにおけるベローズ１７の配置を第１実施形態及び第３実施形態のゲートバルブに適用することもできる。
更に、ゲートバルブを真空状態で使用しない場合には、前記ベローズを省略することもできる。
【符号の説明】
【００５２】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ ゲートバルブ
２ 弁箱
３ 開口
５ 弁板
６ 弁シール
７ 弁シャフト
８ エアシリンダ
９ 駆動ロッド
１０ 弁シート面
１２ レバー部材
２４ ロッドアーム
２５ 圧縮ばね
２８ カムフレーム
２９ ガイド溝
３０ カム溝
３１ａ，３１ｂ ガイドローラ
３２ ローラフレーム
３３ カムローラ
Ｌ１ 弁シャフトの軸線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体処理装置における真空チャンバに取り付けられ、該真空チャンバに通じる開口の開閉に使用されるゲートバルブに関するものであり、更に詳しくは、前記開口を無摺動で開閉することができる無摺動型ゲートバルブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体処理装置においては、真空チャンバに通じる開口の開閉にゲートバルブが使用される。このゲートバルブは、一般に、開口を開閉する弁板と、該弁板に連結された弁シャフトと、該弁シャフトに連結されたエアシリンダとを有していて、該エアシリンダで前記弁シャフトを操作することにより、前記弁板の弁シールを前記開口の回りの弁シート面に接離させて該開口を開閉するものである。
【０００３】
前記ゲートバルブには、前記弁シャフトを一点を支点として傾動させることにより弁板を開閉操作する方式と、前記弁シャフト及び弁板を弁シート面に対して垂直に移動させることにより該弁板を開閉操作する方式とがある。
【０００４】
このうち、弁シャフトを傾けて弁板を開閉操作する方式のゲートバルブにおいては、前記弁シールが弁シート面に接触したあと、所定の押圧力を得るため弁シャフトの傾動を続けると、弁板が弁シート面に対して該シート面に沿う方向に変位するため、前記弁シールと弁シート面との間で擦れが発生したり、弁シールが装着溝内で回転したりし、摩耗粉が発生してバルブのクリーン化の弊害となるおそれがある。
【０００５】
これに対し、弁シャフト及び弁板を弁シート面に対して垂直に移動させて該弁板を開閉操作する方式のゲートバルブは、弁シールと弁シート面との間で擦れが発生しないため、摩耗粉が発生する心配がない。特許文献１には、弁シールと弁シート面との間で擦れが生じない無摺動のゲートバルブが開示されている。このゲートバルブは、エアシリンダの駆動ロッド（推進軸）と弁シャフト（弁棒）との間に複数のリンクとカムフォロアとガイド溝とを介在させ、弁板を開放位置から開口に対向する位置まで該開口の回りの弁シート面に対して平行に移動させたあと、該弁シート面に対して垂直に移動させることにより前記開口を閉じるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３５１４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、前記特許文献１に開示されたゲートバルブは、前記弁板を弁シート面に対して垂直に移動させるための機構を、複数のリンクとカムフォロアとガイド溝とを組み合わせて構成しているため、部品数が多くなって構造が複雑化し、動作も複雑であるという難点がある。
【０００８】
本発明の目的は、カムを用いた簡単な機構をエアシリンダの駆動ロッドと弁シャフトとの間に介在させるだけで、前記弁シャフト及び弁板を弁シート面に対して垂直に移動させて開口を開閉することができる、無摺動型ゲートバルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明によれば、開口を有する弁箱内に収容された弁板と、該弁板に取り付けられた弁シールと、前記弁板に連結された弁シャフトと、該弁シャフトに駆動ロッドが連結されたエアシリンダとを有し、該エアシリンダで前記弁シャフトを移動させることにより、前記弁板が、前記開口と非対向をなす全開位置から、前記開口に対向する対向位置を経て、前記開口の回りの弁シート面に弁シールを押し付けて該開口を閉じる閉鎖位置に移動するように構成されたゲートバルブが提供される。
このゲートバルブは、前記駆動ロッドと弁シャフトとを相対的に変位可能なるように連結する連結機構と、前記弁板及び弁シャフトを前記全開位置から対向位置に向けて前記弁シート面と平行に移動させる平行移動機構と、前記弁板及び弁シャフトを前記対向位置から閉鎖位置に向けて前記弁シート面に対して垂直に移動させる垂直移動機構とを有し、前記連結機構は、前記駆動ロッドに固定されたロッドアームと、前記弁シャフトに固定されたレバー部材と、該レバー部材と前記ロッドアームとの間に介設された圧縮ばねとを有し、前記平行移動機構は、前記ロッドアームに前記レバー部材の左側面と右側面とにそれぞれ対面するように固定された左右一対のカムフレームと、各カムフレームに前記弁シート面と平行に形成されたガイド溝と、前記弁箱が取り付けられたボンネットに固定の左右一対のローラフレームに取り付けられて前記ガイド溝に嵌合するガイドローラとを有し、前記垂直移動機構は、前記一対のカムフレームの各々に前記弁シート面に対して傾斜する向きに形成されたカム溝と、前記レバー部材の左側面と右側面とにそれぞれ取り付けられて前記カム溝に嵌合するカムローラとを有している。
【００１０】
本発明において好ましくは、前記一対のカムフレームの各々に１つの前記ガイド溝と２つの前記カム溝とが形成され、前記レバー部材の左側面と右側面とにそれぞれ２つの前記カムローラが取り付けられていることである。
この場合、前記カムフレームの幅方向の一半側に前記ガイド溝が前記弁シャフトの軸線と平行に形成され、前記カムフレームの幅方向の他半側に前記カム溝が前記弁シャフトの軸線に沿って２段に配設されていても、前記カムフレームの前記ローラフレームに対面する外面に前記ガイド溝が前記弁シャフトの軸線と平行に形成され、前記カムフレームの前記レバー部材に対面する内面に前記カム溝が前記弁シャフトの軸線に沿って２段に配設されていても良い。
【００１１】
本発明において、前記ガイド溝は一端が開放する溝であり、前記左右のローラフレームの各々に複数の前記ガイドローラが取り付けられ、前記弁板の全開位置で少なくとも１つのガイドローラが前記ガイド溝に嵌合し、前記弁板の対向位置及び閉鎖位置で全てのガイドローラが前記ガイド溝に嵌合することが望ましい。
また、本発明において、前記エアシリンダは、前記ボンネットに固定された状態で前記弁シャフトの左側と右側とに１つずつ設けられ、２つのエアシリンダから延出する２つの前記駆動ロッドに前記ロッドアームが取り付けられ、シリンダハウジングが前記ローラフレームを兼ねていても良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のゲートバルブは、弁板を弁シート面に対して垂直に移動させて弁シールを該弁シート面に接離させる方式であるため、該弁シールと弁シート面との間で擦れが発生したり、弁シールが装着溝内で回転したりすることがなく、摩耗粉の発生を確実に防止することができる。
しかも、前記弁板の開閉動作を、カムを用いた簡単な機構を駆動ロッドと弁シャフトとの間に介在させることにより、エアシリンダの直進動作だけで実現させているので、操作機構の構造が簡単で部品数も少なくて済み、シール力も大きい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るゲートバルブの第１実施形態を示す図２のＩ−Ｉ線に沿った断面図で、左半部は弁板が開弁位置にある状態を示し、右半部は弁板が対向位置にある状態を示すものである。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図１の要部を分解して示す斜視図である。
【図４】図１の左半部側の縦断面図である。
【図５】図１の右半部側の縦断面図である。
【図６】弁板が閉鎖位置にある状態を示す、図１の右半部と同様の断面図である。
【図７】図６の縦断面図である。
【図８】弁板が閉鎖位置にあるときの停止ローラと当接部との位置関係を示す要部の側面図である。
【図９】本発明に係るゲートバルブの第２実施形態を示す図１と同様の断面図で、左半部は弁板が開弁位置にある状態を示し、右半部は弁板が対向位置にある状態を示すものである。
【図１０】図９において弁板が閉鎖位置に移動した状態の縦断面図である。
【図１１】本発明に係るゲートバルブの第３実施形態を示す図１２のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図で、左半部は弁板が開弁位置にある状態を示し、右半部は弁板が対向位置にある状態を示すものである。
【図１２】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った断面図である。
【図１３】図１１の左半部側の縦断面図である。
【図１４】図１１の右半部側の縦断面図である。
【図１５】弁板が閉鎖位置にある状態を示す、図１１の右半部と同様の断面図である。
【図１６】図１５の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１−図８は本発明に係る無摺動型ゲートバルブの第１実施形態を示すものである。このゲートバルブ１Ａは、半導体処理装置における真空チャンバに取り付けられて該真空チャンバに通じる開口を開閉するもので、前記開口３を有する弁箱２と、該弁箱２内に収容された弁板５と、該弁板５に取り付けられた弁シール６と、前記弁板５に連結された弁シャフト７と、該弁シャフト７に駆動ロッド９が連結されたエアシリンダ８とを有し、該エアシリンダ８で前記弁シャフト７を移動させることにより、前記弁板５が、前記開口３と非対向の位置で該開口３を全開にする全開位置（図１左半部及び図４参照）と、前記開口３に対向するが閉じていない対向位置（図１右半部及び図５参照）と、前記開口３の回りの弁シート面１０に弁シール６を押し付けて該開口３を閉じる閉鎖位置（図６及び図７参照）とを占めるように構成されている。
【００１５】
前記弁箱２は、図１及び図４から分かるように四角い箱形をしていて、相対する前後の壁２ａ，２ｂに横に長い矩形の前記開口３と開口４とが形成され、該弁箱２の内部に、前方の壁２ａの開口３を開閉する横に長い矩形の前記弁板５が収容されている。
【００１６】
前記前方の壁２ａの内面には、前記開口３を取り囲む矩形あるいは長円形の平坦面からなる前記弁シート面１０が形成され、前記弁板５の前面には、前記弁シート面１０に当接して前記開口３を閉じる矩形あるいは長円形の前記弁シール６が装着されている。
【００１７】
前記弁板５の中央部には、円柱状をした前記弁シャフト７の上端が連結され、該弁シャフト７の下端部は、前記弁箱２の底部に気密に固定されたボンネット１１の中央の筒部１１ａを貫通し、前記弁箱２から下向きに延出しており、該下端部に、矩形の断面形状を有するレバー部材１２が固定されている。該レバー部材１２の下端部は、前記弁シャフト７の下端部より若干下方に突出している。前記弁シャフト７の軸線Ｌ１は前記弁シート面１０と平行である。
【００１８】
前記ボンネット１１の筒部１１ａの端部に該筒部１１ａの内周側に張り出すように取り付けられた環状の取付部材１５と、前記弁シャフト７の外周に前記弁板５に近接する位置で取り付けられた環状の取付部材１６とに、前記弁シャフト７の上下動によって伸縮するベローズ１７の一端と他端とが気密に連結され、このベローズ１７で弁箱２の内部が外部から完全に遮断されている。
【００１９】
前記ボンネット１１の下面の前記弁シャフト７を挟んで相対する位置には、２つ前記エアシリンダ８が、駆動ロッド９の軸線Ｌ２を前記弁シャフト７の軸線Ｌ１と平行に向けた姿勢で取り付けられている。前記エアシリンダ８は、外周面の形状が矩形であるシリンダハウジング２１と、該シリンダハウジング２１の内部に前記軸線Ｌ２方向に摺動自在に収容されたピストン２２と、該ピストン２２に上端を連結された前記駆動ロッド９とを有し、前記シリンダハウジング２１の上端が前記ボンネット１１に固定され、該シリンダハウジング２１の下端に取り付けられた端板２３から前記駆動ロッド９が下向きに延出している。
【００２０】
前記２つエアシリンダ８から延出する２つの駆動ロッド９，９の下端には、板状をしたロッドアーム２４の一端と他端が固定されている。このロッドアーム２４は、前記弁シャフト７及びレバー部材１２の下端よりも下方の位置に水平に延在し、該ロッドアーム２４の中央上面に形成された凹状のばね座２４ａと、前記レバー部材１２の下面中央に形成された凹状のばね座１２ａとの間に、圧縮ばね２５が介設されている。
【００２１】
図３も参照して、前記ロッドアーム２４の上面には、左右一対のカムフレーム２８，２８が、前記レバー部材１２の左側面及び右側面にそれぞれ対面する配置で前記弁シャフト７の軸線Ｌ１と平行に固定され、各カムフレーム２８に、１つのガイド溝２９と２つのカム溝３０，３０とが該カムフレーム２８を貫通した状態に形成されている。
前記ガイド溝２９は、前記カムフレーム２８の幅方向の一半側に、前記弁シャフト７の軸線Ｌ１と平行に形成され、該ガイド溝２９の上端は外部に開放している。該ガイド溝２９の溝幅は全長にわたり一定である。このガイド溝２９は、前記カムフレーム２８の前記エアシリンダ８側を向く外面側に、該カムフレーム２８を貫通しない状態に形成されていても良い。
【００２２】
一方、前記カム溝３０は、前記弁シャフト７の軸線Ｌ１に対して傾斜する溝で、下方に行くほど次第に前記弁シート面１０に近づく方向に傾斜している。そして、２つのカム溝３０，３０が、前記カムフレーム２８の幅方向の他半側に、互いに同じ方向に同じ角度だけ傾斜した姿勢で相互に平行かつ上下２段に配設されている。
【００２３】
前記２つのエアシリンダ８，８におけるシリンダハウジング２１の、前記弁シャフト７側を向く内側面には、前記ガイド溝２９に嵌合する２つの同じ大きさのガイドローラ３１ａ，３１ｂがそれぞれ取り付けられている。該２つのガイドローラ３１ａ，３１ｂは、上下に離れた位置に配置されていて、前記弁板５及び弁シャフト７が前記全開位置にあるときには、下方の第１ガイドローラ３１ａだけが前記カムフレーム２８のガイド溝２９に嵌合し、前記弁板５及び弁シャフト７が前記対向位置に向けて移動すると、該対向位置近くで前記第２ガイドローラ３１ｂも前記ガイド溝２９に嵌合し、このガイドローラ３１ａ，３１ｂにより、前記弁シャフト７の軸線Ｌ１が前記弁シート面１０と平行に保たれた状態で、該弁シャフト７及び弁板５が、前記全開位置から前記対向位置まで前記弁シート面１０と平行に移動させられるようになっている。
【００２４】
従って、前記カムフレーム２８とガイド溝２９とガイドローラ３１ａ，３１ｂとは、前記弁シャフト７及び弁板５を前記全開位置から対向位置に向けて前記弁シート面１０と平行に移動させるための平行移動機構を構成するものである。
なお、前記シリンダハウジング２１は、その一部が前記ガイドローラ３１ａ，３１ｂを取り付けるためのローラフレームを兼ねている。従って、以下の説明において、シリンダハウジング２１の前記ガイドローラ３１ａ，３１ｂが取り付けられている部分を「ローラフレーム３２」と呼ぶこともある。しかし、このローラフレーム３２は、前記シリンダハウジング２１と別体に形成することもできる。
【００２５】
また、前記レバー部材１２の左側面及び右側面には、前記カムフレーム２８の２つのカム溝３０，３０に嵌合する２つのカムローラ３３，３３がそれぞれ取り付けられている。該２つのカムローラ３３，３３は、上下に離れた位置に配置されていて、前記２つのカム溝３０，３０に個別に嵌合し、前記全開位置及び対向位置においては前記圧縮ばね２５のばね力で各カム溝３０の上端に押し付けられている。
【００２６】
そして、後述する停止機構により前記弁シャフト７が前記対向位置に停止させられている状態で、前記カムフレーム２８が上昇すると、前記カム溝３０の上昇により、前記カムローラ３３が、傾斜する該カム溝３０に押されて前記弁シート面１０に近づく方向に該弁シート面１０に対して垂直に移動し、それに伴って前記弁シャフト７及び弁板５も同じ方向に移動し、前記弁板５の弁シール６が前記弁シート面１０に押し付けられて該弁板５が前記閉鎖位置を占めるようになっている。
従って、前記カム溝３０と前記カムローラ３３とは、前記弁シャフト７及び弁板５を前記弁シート面１０に対して垂直に移動させるための垂直移動機構を構成するものである。
【００２７】
前記停止機構は、前記レバー部材１２に取り付けられた停止ローラ３６と、前記ローラフレーム３２に形成された当接部３７とで構成されている。
前記停止ローラ３６は、上方のカムローラ３３の外側に同軸状に取り付けられていて、該カムローラ３３より小径に形成されている。しかし、該停止ローラ３６は前記カムローラ３３と同径であっても良い。
【００２８】
前記当接部３７は、図8からも分かるように、前記ローラフレーム３２の内側面に形成された凹溝３８の上端部に形成されていて、該凹溝３８内に前記停止ローラ３６が嵌合している。前記凹溝３８は、前記弁シャフト７の軸線Ｌ１と平行に延びていて、前記弁シャフト７が前記全開位置から前記対向位置に移動したとき、前記停止ローラ３６が前記当接部３７に当接して前記弁シャフト７がその位置に停止するようになっている。
【００２９】
前記当接部３７には、前記弁シート面１０に対して垂直な平坦面３７ａが形成され、前記停止ローラ３６が該当接部３７に当接したあと前記弁シャフト７が前記対向位置から閉鎖位置に移動するとき、該停止ローラ３６が、前記当接部３７に対し、前記弁シャフト７と同じ方向に前記平坦面３７ａに沿って移動できるようになっている。このため、前記凹溝３８の上端部には、移動した前記停止ローラ３６を受け入れるための横溝部３８ａが形成されている。
【００３０】
ここで、前記ロッドアーム２４とレバー部材１２との間に介設された前記圧縮ばね２５は、前記弁板５と弁シャフト７及びレバー部材１２との重量を支え得るばね力を有し、このばね力で前カムローラ３３をカム溝３０の上端に押し付けることにより、前記弁板５が前記全開位置から対向位置に移動するときには前記弁シャフト７とロッドアーム２４とを一体化し、前記弁板５が前記対向位置から前記閉鎖位置に移動する際には圧縮されて前記弁シャフト７とロッドアーム２４との相対的な移動を許容するものである。従って、該圧縮ばね２５は、前記レバー部材１２及び前記ロッドアーム２４と共に、前記弁シャフト７と駆動ロッド９とを相対的に変位可能なるように連結するための連結機構を構成するものである。
【００３１】
次に、前記構成を有するゲートバルブ１Ａの動作について説明する。図１左半部及び図４は、前記弁板５が開口３から離れて弁箱２の下端部に待避した全開位置を占めている状態である。このとき、エアシリンダ８の駆動ロッド９は下向きに完全に伸張し、弁シャフト７及び弁板５は最大限下降した位置を占め、前記圧縮ばね２５のばね力で各カムローラ３３が各カム溝３０の上端に押し付けられることにより、前記駆動ロッド９と弁シャフト７とが、前記ロッドアーム２４とカムフレーム２８とレバー部材１２とを介して一体化した状態にあり、また、２つのガイドローラ３１ａ，３１ｂのうち下方の第１ガイドローラ３１ａがガイド溝２９内に嵌合し、前記停止ローラ３６は当接部３７から離れて凹溝３８の下部に位置している。
【００３２】
なお、以下の説明において、相互に固定関係にある前記駆動ロッド９とロッドアーム２４とカムフレーム２８とを「ロッド側アセンブリ」と呼び、同様に固定関係にある前記レバー部材１２と弁シャフト７と弁板５とを「シャフト側アセンブリ」と呼ぶ。
【００３３】
前記全開位置の状態から、エアシリンダ８の上部ポート８ａを外部に開放すると共に下部ポート８ｂに圧力エアを供給して前記駆動ロッド９を上昇させると、前記ロッド側アセンブリとシャフト側アセンブリとは互いに一体となって上昇し、図１右半部及び図５に示すように、前記弁板５は開口３に対向するが弁シール６は弁シート面１０から離間している前記対向位置に達する。
【００３４】
このとき、前記ロッド側アセンブリ及びシャフト側アセンブリの上昇初期においては、図４に示すように、ガイド溝２９に嵌合している下方の第１ガイドローラ３１ａでカムフレーム２８がガイドされることにより、前記弁シャフト７の軸線Ｌ１が前記弁シート面１０と平行に保たれた状態で、前記ロッド側アセンブリ及びシャフト側アセンブリの前記弁シート面１０に対する平行移動が行われる。そして、前記ロッド側アセンブリ及びシャフト側アセンブリが前記対向位置に近づくと、図５に示すように、前記第２ガイドローラ３１ｂも前記ガイド溝２９に嵌合し、これら２つのガイドローラ３１ａ，３１ｂによって前記ロッド側アセンブリ及びシャフト側アセンブリの平行移動がガイドされる。
【００３５】
前記ロッド側アセンブリ及びシャフト側アセンブリが前記対向位置に到達すると、図８にも鎖線で示したように、前記停止ローラ３６が前記凹溝３８の上端の当接部３７に当接することにより、前記シャフト側アセンブリはその位置に停止する。しかし、そのあとも前記ロッド側アセンブリは圧縮ばね２５を圧縮して更に上昇を続けるため、前記カムフレーム２８に形成されたカム溝３０が前記カムローラ３３に対して上昇する。このため、該カムローラ３３は、傾斜する前記カム溝３０の溝壁に押されて前記弁シート面１０に近づく方向に該弁シート面１０に対して垂直に移動し、該カムローラ３３と一緒に前記シャフト側アセンブリも同じ方向に移動するため、図６及び図７に示すように、前記弁板５の弁シール６が前記弁シート面１０に押し付けられて前記開口３が閉鎖され、該弁板５は閉鎖位置を占める。
【００３６】
このとき、前記ロッド側アセンブリの前記対向位置から閉鎖位置への移動は、２つのガイドローラ３１ａ，３１ｂでカムフレーム２８がガイドされることにより、前記弁シート面１０と平行に行われ、また、前記弁シール６が弁シート面１０に押し付けられるときの反力は、前記カムフレーム２８を通じて前記２つのガイドローラ３１ａ，３１ｂにより受け止められる。
【００３７】
また、前記停止ローラ３６は、図８に実線で示すように、前記当接部３７の平坦面３７ａに沿って前記カムローラ３３と同じ方向に移動し、前記横溝部３８ａ内に収容される。
【００３８】
なお、前記弁板５が前記閉鎖位置を占めたとき、前記カムローラ３３は前記カム溝３０の下端に当接する位置まで必ず移動するとは限らず、弁シール６の押付力に応じて該カム溝３０の下端より手前の位置で停止することもある。
【００３９】
前記ゲートバルブ１Ａを開放するときは、前記エアシリンダ８の下部ポート８ｂを外部に開放すると共に上部ポート８ａに圧力エアを供給することにより、前記ゲートバルブ１Ａを閉鎖するときと逆の動作が行われる。
このとき、最初は、前記圧縮ばね２５のばね力で前記停止ローラ３６が当接部３７に当接した状態のまま、前記ロッド側アセンブリが下降するのと同時に前記圧縮ばね２５が次第に伸張していくため、前記カムフレーム２８及びカム溝３０が下降して前記カムローラ３３が弁シート面１０から垂直に離れる方向に移動し、それによって前記弁シール６も該弁シート面１０に対して垂直に離間し、前記ロッド側アセンブリは図１右半部及び図５に示す対向位置に移動する。
そしてそのあと、前記駆動ロッド９が更に下降することにより、前記ロッド側アセンブリとシャフト側アセンブリとは、一体となって図１左半部及び図４の全開位置まで移動する。
【００４０】
かくして前記ゲートバルブ１Ａは、弁板５が弁シート面１０に対して垂直に移動して弁シール６を該弁シート面１０に垂直に接離させるため、該弁シール６と弁シート面１０との間で擦れが発生したり、弁シール６が装着溝内で回転したりすることがなく、摩耗粉の発生が確実に防止される。
しかも、前記弁板５の前記弁シート面１０に対する垂直方向の開閉動作を、カム溝３０とカムローラ３３とを用いた簡単な方向変換機構を駆動ロッド９と弁シャフト７との間に介在させることで、エアシリンダ８の直進動作により実現させているので、開閉操作のための構造が簡単で部品数も少なくて済む。
【００４１】
図９及び図１０は本発明に係るゲートバルブの第２実施形態を示すもので、この第２実施形態のゲートバルブ１Ｂが前記第１実施形態のゲートバルブ１Ａと相違する点は、停止機構を構成する停止ローラ３６及び当接部３７のうち、前記停止ローラ３６が、レバー部材１２に取り付けられた上下２つのカムローラ３３，３３のうち下方のカムローラ３３と同軸に取り付けられ、前記当接部３７が、ローラフレーム３２の下端の凹段部４０により形成されていること、及び、ベローズ１７の配置が異なっていることである。
【００４２】
即ち、前記凹段部４０は、前記ローラフレーム３２の内側面下端部の一部を凹状に切り欠き、その一部を前記当接部３７及び平坦面３７ａとしたものである。
また、前記ベローズ１７は、その上端が、ボンネット１１の内周面に固定された環状の取付部材４１に気密に連結され、該ベローズ１７の下端は、弁シャフト７と一体のレバー部材１２の上端に気密に連結されている。
【００４３】
この第２実施形態の前記以外の構成及び動作は前記第１実施形態と実質的に同じであるため、主要な同一構成部分に第１実施形態と同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００４４】
図１１−図１６は本発明に係るゲートバルブの第３実施形態を示すもので、この第３実施形態のゲートバルブ１Ｃが前記第１実施形態のゲートバルブ１Ａと相違する部分は、平行移動機構を構成するガイド溝２９及びガイドローラ３１ａ，３１ｂと、垂直移動機構を構成するカム溝３０及びカムローラ３３と、停止機構を構成する停止ローラ３６及び当接部３７との構成である。そこで、以下の説明では、これら水平移動機構と垂直移動機構と停止機構とに関連する構成について説明する。
【００４５】
図１１及び図１２に示すように、ロッドアーム２４に固定された一対のカムフレーム２８の各々には、その外側面と内側面との互いに背中合わせの位置に前記ガイド溝２９とカム溝３０とが形成されている。即ち、前記カムフレーム２８の、ローラフレーム３２に対面する外側面に、１つのガイド溝２９が弁シャフト７の軸線Ｌ１に沿って上下方向に形成され、前記カムフレーム２８の、レバー部材１２に対面する内側面に、傾斜する２つのカム溝３０，３０が上下２段に形成されている。前記カム溝３０及びガイド溝２９の深さは、前記カムフレーム２８の厚さの半分より浅い。前記ガイド溝２９とカム溝３０との位置は、カムフレーム２８の幅方向に互いにずれていても構わない。
【００４６】
そして、前記ローラフレーム３２の内側面に、前記ガイド溝２９に嵌合する２つのガイドローラ３１ａ，３１ｂが取り付けられ、前記レバー部材１２の外側面に、前記２つのカム溝３０，３０に個別に嵌合する２つのカムローラ３３，３３が取り付けられている。
【００４７】
前記カムフレーム２８は、前記ロッドアーム２４の幅方向の一端寄りの位置に偏寄させて固定されており、該カムフレーム２８に対応するように前記ガイドローラ３１ａ，３１ｂ及びカムローラ３３も、前記ローラフレーム３２及びレバー部材１２の幅方向一端寄りの位置に偏寄させて取り付けられている。
また、前記ローラフレーム３２の内側面には、前記カムフレーム２８と競合しない位置に停止ローラ３６が取り付けられ、前記レバー部材１２の左右両側面には、前記停止ローラ３６と対応する位置に上面が水平な平坦面３７ａをなす張出部１２ｂが形成され、この張出部１２ｂによって前記停止ローラ３６が当接する当接部３７が形成されている。
前記以外の構成は実質的に前記第１実施形態と同じであるので、主要な同一構成部分に第１実施形態と同じ符号を付してその説明は省略する。
【００４８】
前記第３実施形態のゲートバルブ１Ｃの閉弁動作は、前記第１実施形態のゲートバルブ１Ａと同様、図１１左半部及び図１３に示す全開位置の状態から、図１１右半部及び図１４に示す対向位置の状態を経て、図１５及び図１６に示す閉鎖位置の状態に至ることにより行われ、開弁動作は、それと逆の経路をたどることにより行われる。
このとき、前記ガイド溝２９及びガイドローラ３１ａ，３１ｂにより、ロッド側アセンブリ及びシャフト側アセンブリの弁シート面１０に対する平行移動がガイドされ、前記カム溝３０及びカムローラ３３により、シャフト側アセンブリの弁シート面１０に対する垂直移動がガイドされる。この点も前記第１実施形態のゲートバルブ１Ａと同じである。
【００４９】
一方、停止機構を構成する停止ローラ３６及び当接部３７について、前記弁シャフト７に固定されたレバー部材１２が前記全開位置から対向位置まで上昇すると、該レバー部材１２に形成された前記当接部３７の上面がローラフレーム３２に取り付けられた前記停止ローラ３６に当接し、その位置で該レバー部材１２は停止する。そして、前記垂直移動機構の作用で弁シャフト７が閉鎖位置に向けて移動すると、前記レバー部材１２が前記停止ローラ３６に対して前記閉鎖位置の方向に相対的に移動する。
【００５０】
なお、前記各実施形態においては、弁板５の開閉操作のために２つのエアシリンダ８が設けられているが、１つのエアシリンダだけを設け、このエアシリンダの駆動ロッドに前記ロッドアーム２４を連結しても良い。
また、前記各実施形態においては、左右のローラフレーム３２の各々に２つのガイドローラ３１ａ，３１ｂが取り付けられているが、このガイドローラは、各ローラフレーム３２に３つ以上取り付け、弁板５の全開位置で一部のガイドローラを除いた少なくとも１つのガイドローラがカムフレーム２８のガイド溝２９に嵌合し、前記弁板５の対向位置及び閉鎖位置で残りのガイドローラが前記ガイド溝２９に嵌合することによって全てのガイドローラが該ガイド溝２９に嵌合するように構成することもできる。
【００５１】
また、前記第１実施形態のゲートバルブにおけるベローズ１７の配置を前記第２実施形態のゲートバルブに適用することもでき、その逆に、前記第２実施形態のゲートバルブにおけるベローズ１７の配置を第１実施形態及び第３実施形態のゲートバルブに適用することもできる。
更に、ゲートバルブを真空状態で使用しない場合には、前記ベローズを省略することもできる。
【符号の説明】
【００５２】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ ゲートバルブ
２ 弁箱
３ 開口
５ 弁板
６ 弁シール
７ 弁シャフト
８ エアシリンダ
９ 駆動ロッド
１０ 弁シート面
１２ レバー部材
２４ ロッドアーム
２５ 圧縮ばね
２８ カムフレーム
２９ ガイド溝
３０ カム溝
３１ａ，３１ｂ ガイドローラ
３２ ローラフレーム
３３ カムローラ
Ｌ１ 弁シャフトの軸線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口を有する弁箱内に収容された弁板と、該弁板に取り付けられた弁シールと、前記弁板に連結された弁シャフトと、該弁シャフトに駆動ロッドが連結されたエアシリンダとを有し、該エアシリンダで前記弁シャフトを移動させることにより、前記弁板が、前記開口と非対向をなす全開位置から、前記開口に対向する対向位置を経て、前記開口の回りの弁シート面に弁シールを押し付けて該開口を閉じる閉鎖位置に移動するように構成されたゲートバルブにおいて、
前記ゲートバルブは、前記駆動ロッドと弁シャフトとを相対的に変位可能なるように連結する連結機構と、前記弁板及び弁シャフトを前記全開位置から対向位置に向けて前記弁シート面と平行に移動させる平行移動機構と、前記弁板及び弁シャフトを前記対向位置から閉鎖位置に向けて前記弁シート面に対して垂直に移動させる垂直移動機構とを有し、
前記連結機構は、前記駆動ロッドに固定されたロッドアームと、前記弁シャフトに固定されたレバー部材と、該レバー部材と前記ロッドアームとの間に介設された圧縮ばねとを有し、
前記平行移動機構は、前記ロッドアームに前記レバー部材の左側面と右側面とにそれぞれ対面するように固定された左右一対のカムフレームと、各カムフレームに前記弁シート面と平行に形成されたガイド溝と、前記弁箱が取り付けられたボンネットに固定の左右一対のローラフレームに取り付けられて前記ガイド溝に嵌合するガイドローラとを有し、
前記垂直移動機構は、前記一対のカムフレームの各々に前記弁シート面に対して傾斜する向きに形成されたカム溝と、前記レバー部材の左側面と右側面とにそれぞれ取り付けられて前記カム溝に嵌合するカムローラとを有する、
ことを特徴とする無摺動型ゲートバルブ。
【請求項２】
前記一対のカムフレームの各々に１つの前記ガイド溝と２つの前記カム溝とが形成され、前記レバー部材の左側面と右側面とにそれぞれ２つの前記カムローラが取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のゲートバルブ。
【請求項３】
前記カムフレームの幅方向の一半側に前記ガイド溝が前記弁シャフトの軸線と平行に形成され、前記カムフレームの幅方向の他半側に前記カム溝が前記弁シャフトの軸線に沿って２段に配設されていることを特徴とする請求項２に記載のゲートバルブ。
【請求項４】
前記カムフレームの前記ローラフレームに対面する外面に前記ガイド溝が前記弁シャフトの軸線と平行に形成され、前記カムフレームの前記レバー部材に対面する内面に前記カム溝が前記弁シャフトの軸線に沿って２段に配設されていることを特徴とする請求項２に記載のゲートバルブ。
【請求項５】
前記ガイド溝は一端が開放する溝であり、前記左右のローラフレームの各々に複数の前記ガイドローラが取り付けられ、前記弁板の全開位置で少なくとも１つのガイドローラが前記ガイド溝に嵌合し、前記弁板の対向位置及び閉鎖位置で全てのガイドローラが前記ガイド溝に嵌合することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のゲートバルブ。
【請求項６】
前記エアシリンダは、前記ボンネットに固定された状態で前記弁シャフトの左側と右側とに１つずつ設けられ、２つのエアシリンダから延出する２つの前記駆動ロッドに前記ロッドアームが取り付けられ、シリンダハウジングが前記ローラフレームを兼ねていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のゲートバルブ。
【請求項１】
開口を有する弁箱内に収容された弁板と、該弁板に取り付けられた弁シールと、前記弁板に連結された弁シャフトと、該弁シャフトに駆動ロッドが連結されたエアシリンダとを有し、該エアシリンダで前記弁シャフトを移動させることにより、前記弁板が、前記開口と非対向をなす全開位置から、前記開口に対向する対向位置を経て、前記開口の回りの弁シート面に弁シールを押し付けて該開口を閉じる閉鎖位置に移動するように構成されたゲートバルブにおいて、
前記ゲートバルブは、前記駆動ロッドと弁シャフトとを相対的に変位可能なるように連結する連結機構と、前記弁板及び弁シャフトを前記全開位置から対向位置に向けて前記弁シート面と平行に移動させる平行移動機構と、前記弁板及び弁シャフトを前記対向位置から閉鎖位置に向けて前記弁シート面に対して垂直に移動させる垂直移動機構とを有し、
前記連結機構は、前記駆動ロッドに固定されたロッドアームと、前記弁シャフトに固定されたレバー部材と、該レバー部材と前記ロッドアームとの間に介設された圧縮ばねとを有し、
前記平行移動機構は、前記ロッドアームに前記レバー部材の左側面と右側面とにそれぞれ対面するように固定された左右一対のカムフレームと、各カムフレームに前記弁シート面と平行に形成されたガイド溝と、前記弁箱が取り付けられたボンネットに固定の左右一対のローラフレームに取り付けられて前記ガイド溝に嵌合するガイドローラとを有し、
前記垂直移動機構は、前記一対のカムフレームの各々に前記弁シート面に対して傾斜する向きに形成されたカム溝と、前記レバー部材の左側面と右側面とにそれぞれ取り付けられて前記カム溝に嵌合するカムローラとを有する、
ことを特徴とする無摺動型ゲートバルブ。
【請求項２】
前記一対のカムフレームの各々に１つの前記ガイド溝と２つの前記カム溝とが形成され、前記レバー部材の左側面と右側面とにそれぞれ２つの前記カムローラが取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のゲートバルブ。
【請求項３】
前記カムフレームの幅方向の一半側に前記ガイド溝が前記弁シャフトの軸線と平行に形成され、前記カムフレームの幅方向の他半側に前記カム溝が前記弁シャフトの軸線に沿って２段に配設されていることを特徴とする請求項２に記載のゲートバルブ。
【請求項４】
前記カムフレームの前記ローラフレームに対面する外面に前記ガイド溝が前記弁シャフトの軸線と平行に形成され、前記カムフレームの前記レバー部材に対面する内面に前記カム溝が前記弁シャフトの軸線に沿って２段に配設されていることを特徴とする請求項２に記載のゲートバルブ。
【請求項５】
前記ガイド溝は一端が開放する溝であり、前記左右のローラフレームの各々に複数の前記ガイドローラが取り付けられ、前記弁板の全開位置で少なくとも１つのガイドローラが前記ガイド溝に嵌合し、前記弁板の対向位置及び閉鎖位置で全てのガイドローラが前記ガイド溝に嵌合することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のゲートバルブ。
【請求項６】
前記エアシリンダは、前記ボンネットに固定された状態で前記弁シャフトの左側と右側とに１つずつ設けられ、２つのエアシリンダから延出する２つの前記駆動ロッドに前記ロッドアームが取り付けられ、シリンダハウジングが前記ローラフレームを兼ねていることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のゲートバルブ。
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−９６５５７（Ｐ２０１３−９６５５７Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４２７９５（Ｐ２０１１−２４２７９５）
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（０００１０２５１１）ＳＭＣ株式会社 (344)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【出願人】（０００１０２５１１）ＳＭＣ株式会社 (344)
【Ｆターム（参考）】
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