JP4194308B2 - ゲートバルブ - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、各種の開口部を開閉するゲートバルブに関し、たとえば半導体装置の製造工程に用いられる真空処理室の開口部を気密に開閉可能なゲートバルブに関する。
【０００２】
【背景技術】
半導体製造工程のドライエッチング工程、スパッタリング工程あるいはエピタキシャルウェハ形成工程等においては、複数の真空処理室が接続されたマルチチャンバ式真空処理装置が使用されている。
【０００３】
この種の真空処理装置では、ゲートを介して搬送室から真空処理室へウェハを搬入出するが、真空処理室の真空性や清浄性を確保するためにゲートバルブが設けられている。従来のゲートバルブとして米国特許第５，４１５，３７６号のものが知られている。
【０００４】
しかしながら、従来のゲートバルブには以下の欠点があった。
まず、上記米国特許第５，４１５，３７６号に記載されたゲートバルブでは、弁ロッドの上下移動をピンと溝からなるガイド機構によって案内する構成であるため、ピンと溝との間に設計上ある程度のクリアランスが必要となる。この不可避的なクリアランスのために、弁ロッドにガタツキが生じ、これが振動・騒音の原因となったり、ロッキングにつながるおそれがあった。特にゲートバルブを高速駆動させるとこの問題が顕著となる。
【０００５】
また、上記米国特許第第５，４１５，３７６号のものは弁ロッドが鉛直方向に往復移動する鉛直駆動タイプのゲートバルブであるが、弁ロッドが水平方向に往復移動する水平駆動タイプのゲートバルブでは、弁ロッドの一端に取り付けられた弁体の重力が弁ロッドの水平駆動に対してモーメントとなって作用することから、上述したガタツキによる振動・騒音及びロッキングの発生確率がより高くなる。
【０００６】
上記米国特許第第５，４１５，３７６号のゲートバルブが有する第２の問題として、弁体が真空処理室の開口部を開閉する際に弁ロッドを傾動させる機構に関する問題がある。すなわち、上記米国特許第第５，４１５，３７６号のゲートバルブでは、引っ張りコイルバネの弾性力を用いて弁ロッドを傾動させているが、引っ張りバネを用いると、両端の固定部が点接触にならざるを得ないのでここに応力が集中し、バネの固定部が疲労破壊するおそれがある。
【０００７】
【発明の開示】
本発明の目的は、高速駆動させた場合でも静粛性が高くロッキングが防止でき、しかも耐久性に優れたゲートバルブを提供することにある。
【０００８】
［１］ 上記目的を達成するために、本発明の第１の観点によれば、気密室の開口部を開閉可能でかつ前記開口部に対して傾動することにより当該開口部を密閉可能な弁体（２）と、一端部に前記弁体が固定され、前記弁体が前記開口部を開閉する直動方向に移動可能に保持され、かつ傾動軸（４１ａ）を中心に傾動可能に保持された弁ロッド（６）と、前記弁体の前記開口部を閉じる方向の直動を当該弁体が開口部を閉じた閉位置で規制する規制手段（１２）と、前記弁ロッドの気密室外側の他端部と連結され、供給される直動力によって前記弁ロッドを直動させ、かつ供給される直動力を傾動力に変換して前記閉位置で直動が規制された弁ロッドを前記弁体が前記開口部を密封する向きに前記傾動軸を中心に傾動させるカム機構（３１）と、前記カム機構に直動力を供給する駆動手段（６０）と、を有するゲートバルブであって、
前記弁ロッドは、当該弁ロッドの両側に設けられた一対のリニアガイド（４８，４８）を介して、前記開口部を開閉する直動方向に移動可能に保持されているゲートバルブが提供される。
【０００９】
本発明のゲートバルブでは、弁ロッドの両端を一対のリニアガイドを用いて保持した状態で、当該弁ロッドを直動方向に移動させるので、従来必要とされたクリアランスがなくなり、その結果、ゲートバルブを高速駆動させた場合でも静粛性が高く、また弁ロッドのロッキングも防止することができる。
【００１０】
なお、上記発明において、前記リニアガイド（４８）を、前記弁ロッド側に装着されたガイド本体（４４）と、前記駆動手段側に装着されたガイドレール（４５）と、これらガイド本体とガイドレールとの間に設けられた転がり軸受け（４６）とを有するように構成することができる。
【００１１】
また上記発明において、前記弁ロッドの傾動軸（４１ａ）を、前記一対のリニアガイドのガイド本体と前記弁ロッドとの装着部を結ぶ直線上又はその近傍に設定することができる。
【００１２】
さらに上記発明において、前記弁ロッドの傾動軸（４１ａ）は、前記弁ロッドの軸線上に設定することができる。
【００１３】
また上記発明において、前記弁ロッドと前記リニアガイドのガイド本体との装着部に、スラスト軸受け（４２）を介装することができる。
【００１４】
また上記発明において、前記弁ロッド（６）を、前記一対のリニアガイド（４８，４８）から前記傾動軸（４１ａ）の方向に予圧を受けて挟持するように構成することができる。
【００１５】
さらに上記発明において、前記弁ロッドが移動可能なように前記弁ロッドと前記気密室との間をシールするシーリング手段（１０）をさらに設けることができる。
【００１６】
また上記発明において、前記スラスト軸受は軸受保持部材（４３）を介して前記ガイド本体に装着するとともに、前記軸受保持部材は前記ストッパ部材に形成された凹部（１２ａ）に受容される形状とすることができる。
【００１７】
［２］ 上記目的を達成するために、本発明の第２の観点によれば、気密室の開口部を開閉可能でかつ前記開口部に対して傾動することにより当該開口部を密閉可能な弁体（２）と、一端部に前記弁体が固定され、前記弁体が前記開口部を開閉する直動方向に移動可能に保持され、かつ傾動軸（４１ａ）を中心に傾動可能に保持された弁ロッド（６）と、前記弁体の前記開口部を閉じる方向の直動を当該弁体が開口部を閉じた閉位置で規制する規制手段（１２）と、前記弁ロッドの気密室外側の他端部と連結され、供給される直動力によって前記弁ロッドを直動させ、かつ供給される直動力を傾動力に変換して前記閉位置で直動が規制された弁ロッドを前記弁体が前記開口部を密封する向きに前記傾動軸を中心に傾動させるカム機構（３１）と、前記カム機構に直動力を供給する駆動手段（６０）と、を有するゲートバルブであって、
前記カム機構（３１）は、
転動体（３５）と、前記転動体を保持するとともに、前記駆動手段によって駆動される転動体保持部材（３８）と、前記転動体保持部材に対向して配置され、前記転動体が転がり前記弁ロッドを傾動させるカム面を備え、前記弁ロッドに連結されたカム部材（３２）とを有し、
前記転動体保持部材と前記カム部材との相対位置の変更を弾性的に許容しつつ当該転動体保持部材と前記カム部材との相対位置関係を一定に維持する圧縮コイルバネ（８０）をさらに有するゲートバルブが提供される。
【００１８】
本発明のゲートバルブでは、弁ロッドを傾動させるカム機構に圧縮コイルバネを用いているので、相対的に傾動する弁ロッド及びゲートバルブ固定側とバネとの接触部を面接触とすることができる。その結果、このバネの接触部に生じる弾性応力を分散させることができ、繰り返し駆動による疲労破壊を防止でき、耐久性に優れたゲートバルブを提供することができる。
【００１９】
なお、上記発明において、前記圧縮コイルバネ（８０）を、無負荷状態からオフセットした状態で装着し、当該オフセットによる反力が、前記転動体保持部材（３８）および前記カム部材（３２）の相対的移動を介して、前記弁体（２）を初期位置方向に復元させるように作用するように構成することができる。
【００２０】
また上記発明において、前記圧縮コイルバネ（８０）を、前記転動体保持部材（３８）および前記カム部材（３２）を包囲するように設けることができる。
【００２１】
さらに上記発明において、前記転動体（３５）を、前記カム面に接触する転動面を有するローラ（３５ａ）と、当該ローラを回転自在に支持するとともに前記転動体保持部材に回転自在に支持されたローラシャフト（３５ｂ）とを有するように構成することができる。
【００２２】
また上記発明において、前記弁ロッドが移動可能なように前記弁ロッドと前記気密室との間をシールするシーリング手段（１０）をさらに設けることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のゲートバルブの第１実施形態を示す一部破断した正面図、図２は、図１のII-II線に沿う断面図、図３は、図１に示すゲートバルブの主要部を拡大して示す断面図、図４のＡは図３のIVA矢視図、図４のＢは図４ＡのIVB-IVB 線に沿う断面図、図５のＡ及びＢは、図３のV-V線に沿う断面図、図６のＡ〜Ｃは、第１実施形態のゲートバルブの動作を説明するための断面図、図７は、本発明のゲートバルブの第２実施形態を示す一部破断した正面図、図８は、本実施形態のゲートバルブが適用される真空処理装置の一例を示す斜視図である。
【００２４】
本実施形態のゲートバルブは、たとえば図８に示す真空処理装置１０１に適用することができる。同図に示す真空処理装置１０１では、被処理物であるウェハＷを、搬出入路１０４の搬出入口１０３から図外の搬送装置を用いて搬送室１０２内に搬入し、搬送室１０２内に設けられた真空搬送ロボット１０７によって保持する。ウェハＷが真空搬送ロボット１０７によって保持されると、搬出入口１０３を閉じ、搬送室１０２内を真空引きする。このとき、上記の各ゲートバルブは各ゲートＧを密封した状態となっている。
【００２５】
搬送室１０２内の真空引きを完了すると、各ゲートバルブを駆動してゲートＧを開き、真空搬送ロボット１０７によってウェハＷを所定の真空処理室１０５に搬送する。このとき、当該真空処理室１０５において処理を行うために、各ゲートバルブを駆動してゲートＧを閉じ、ウェハＷに対し所定の処理を行う。
【００２６】
ウェハＷに対する所定の処理を完了したら、ゲートバルブを駆動してゲートＧを開き、再度真空搬送ロボット１０７によってウェハＷを当該真空処理室１０５から取出し、搬出入口１０３から真空処理装置１０１外に自動的に搬出する。
【００２７】
以下、図１乃至図６Ｃを参照しながら、真空処理装置１０１のゲートＧを気密に開閉する、本実施形態に係るゲートバルブについて説明する。なお、図１及び図７において基板５２より上側が図８に示す真空処理室１０５に相当し、基板５２より下側が図８に示す真空処理室１０５の室外に相当する。この真空処理室外を符号１０８で示す。
【００２８】
第１実施形態
図１および図２に示す第１実施形態のゲートバルブ１は、弁体２と、連結部材４を介して弁体２に連結された弁ロッド６と、シールベローズ１０と、リニアガイド４８と、カム機構３１と、対をなす２つのエアシリンダ６０，６０とを備えている。ここで、シールベローズ６は本発明のシーリング手段、エアシリンダ６０は本発明の駆動手段の具体例に対応する。
【００２９】
弁体２は平板状の部材から形成され、真空処理室１０５ゲートＧを開閉可能であり、かつゲートＧに対して傾動することにより当該ゲートＧをＯリング２ａを介して密封することができる。なお、Ｏリング２ａは、弁体２に形成された脱落防止用溝２ｂに嵌入されている。
【００３０】
なお、本実施形態においては、弁体２として平板状の部材を用いたが、ゲートＧが曲面形状を有する場合には、適宜これに応じた形状とすることも可能である。また、半導体製造工程のゲートバルブとして使用する場合には、弁体２を構成する材料は、極力パーティクルを発生せず、ガス等を放出しない金属材料等が望ましい。
【００３１】
弁ロッド６の一端には、連結部材４を介して弁体２がボルト締めされ、真空処理室１０５の取付用基板５２の挿入孔５２ａおよび当該取付用基板５２にＯリング８ｂを介して取り付けられた固定リング部材８の挿入孔８ａから、真空処理室外１０８に突出するように設けられている。
【００３２】
弁ロッド６の他端には、溶接などにより保持部材４１が連結され、当該保持部材４１よって保持されている。詳細は後述するが、この保持部材４１は、傾動軸４１ａを中心に回転自在に構成されているので、弁ロッド６も傾動軸４１ａを中心に傾斜可能となっている。なお、半導体製造工程のゲートバルブとして使用する場合には、弁ロッド６を構成する材料は、極力パーティクルを発生せず、ガス等を放出しない金属材料等が望ましい。
【００３３】
シールベローズ１０は、真空処理室１０５側と弁ロッド６との間をシールするための金属製部材であり、弁ロッド６の直動および傾動に伴って伸縮可能となっている。このシールベローズ１０の一端は、基板５２の下部にＯリング８ｂを介して固定された固定リング部材８に気密状態を保って、例えば溶接等の接合方法により固定されている。シールベローズ１０の他端は、弁ロッド６に嵌合固定された固定リング部材１１に、例えば溶接等の接合方法によって固定されている。なお、固定リング部材１１と弁ロッド６との間にはＯリング１１ａが介在され、これにより、弁ロッド６が直動および傾動しても、上記の真空処理室１０５をシールすることができ、外部からパーティクル等の汚染物質が侵入するのを防止することができる。
【００３４】
保持部材４１は筒状部材であり、一端上部にシールベローズ１０を受容するとともに、その両側の外周の互いに対向する位置に、傾動軸４１ａがそれぞれ形成されている。また、このシールベローズ１０を受容する底部には、弁ロッド６を嵌合挿入する挿入孔４１ｃが形成され、図２に示すネジ４１ｂにより弁ロッド６が固定されている。
【００３５】
図３、図４Ａおよび図４Ｂに、保持部材４１とリニアガイド４８との接続構造を拡大して示す。
【００３６】
保持部材４１に形成された２つの傾動軸４１ａ，４１ａのそれぞれには、銅系の含油材からなる無給油型スラスト軸受４２が装着され、これにより、保持部材４１は、傾動軸４１ａを中心に傾動可能となり、これにともない弁ロッド６も傾動可能となる。また、含油材を用いているのでメンテナンスフリーでもある。
【００３７】
傾動軸４１ａを回転自在に保持するスラスト軸受４２は、軸受保持部材４３を介してガイド本体４４にボルト等によって連結されている。また、このガイド本体４４は、２つのエアシリンダ６０の対向する側面に、弁ロッド６の直動方向に沿って設けられたガイドレール４５に、溝４７が形成され、この溝４７に転がり軸受け４６が係合することで、移動自在に保持されている。
【００３８】
さらに、保持部材４１は両側のガイドレール４５から傾動軸４１ａ方向Ｘに予圧を受けて取り付けられている。ここで、Ｘ方向の予圧とは、スラスト軸受４２の上面４２ａと、保持部材４１の傾動軸４１ａ廻りの面４１ｉが密接するように組み立てることをいい、具体的にはリニアガイド４８がそれぞれ装着された２つのエアシリンダ６０，６０を基板５２に取り付ける際に、この調整を行うことができる。これにより、保持部材４１とリニアガイド４８との間には、傾動軸４１ａ方向にも、また直動方向にもがたつきがなくなり、保持部材４１及び弁ロッド６は直動方向Ｂ１，Ｂ２に沿って円滑に移動することができる。
【００３９】
レール４５の上端には、ストッパ部材１２がそれぞれ設けられている。なお、ストッパ部材１２は、本発明の規制手段の一具体例に対応する。このストッパ部材１２は、直動方向Ｂ１、すなわち、弁体２がゲートＧを閉じる向きに直動するとき、スラスト軸受４２の軸受保持部材４３にそれぞれ当接して、保持部材４１（弁ロッド６）の直動を規制する。この規制時に、図４Ｃに示すように、ストッパ部材１２の凹部に嵌合されたウレタンゴムの緩衝部材１２ｂに軸受保持部材４３が当接することで、衝撃および振動を緩和する。なお、軸受保持部材４３との衝突による衝撃をより一層緩和するため、ストッパ部材１２をたとえばエラストマーで形成してもよい。
【００４０】
また、軸受保持部材４３がストッパ部材１２に当接して弁体２がゲートＧを閉じたとき、軸受保持部材４３には図４Ｃに矢印Ｙで示す方向に反力が作用するが、これをリニアガイド４８のみで受けるとリニアガイド４８の寿命が短くなる。そこで本例では、ストッパ部材１２を凹状１２ａに形成し、軸受保持部材４３がこの凹部１２ａに受容されるように凸状４３ａに形成することで、弁体２がゲートＧを閉じたときに軸受保持部材４３に作用する矢印Ｙ方向の反力を軸受保持部材４３とストッパ部材１２とで受けることとしている。これにより、リニアガイド４８には余分な負荷が作用せず耐久性が向上する。
【００４１】
図１に戻り、エアシリンダ６０，６０は、基板５２の真空処理室外側１０８にボルト締結によって固定され、弁ロッド６に関し対称位置にそれぞれ配置されている。このエアシリンダ６０は、圧縮空気によって伸縮するピストンロッド６１を内蔵し、これらのピストンロッド６１の先端は、連結板３０にそれぞれ固定されている。エアシリンダ６０のピストンロッド６１は、直動方向Ｂ１およびＢ２に伸縮し、これにより連結板３０も直動方向Ｂ１およびＢ２に直動する。
【００４２】
連結板３０には、２つの係合部材７１，７１がボルト締結されている。この係合部材７１は、図３に示すように保持部材４１の外周の両側部に直動方向Ｂ１およびＢ２に沿って形成された溝部４１ｅに嵌合するように設けられている。これら２つの係合部材７１は、連結板３０が直動方向Ｂ２、すなわち、弁体２がゲートＧを開く方向に直動するときには、溝部４１ｅの下端部と係合して保持部材４１を直動方向Ｂ２に引っ張る一方で、連結板３０が直動方向Ｂ１、すなわち、弁体２がゲートＧを閉じ、かつ密閉する方向に直動するときには、保持部材４１と連結板３０との相対移動を一定の範囲、すなわち後述するカム機構３１による移動量を許容する。同図において符号７２は銅系の含油材からなる無給油型含油軸受であり、保持部材４１と係合部材７１との相対移動の際の摺動を円滑にする。
【００４３】
カム機構３１は、上記の保持部材４１と連結板３０との間に設けられており、連結板３０を通じてエアシリンダ６０から供給される直動力によって弁ロッド６を直動させ、かつ、供給される直動力を傾動力に変換して弁体２がゲートＧを閉じた閉位置において、直動が上述したストッパ部材１２により規制された弁ロッド６を、弁体２がゲートＧを密封する方向に向かって傾動軸４１ａを中心にして傾動させる。
【００４４】
図５Ａ及び図５Ｂは、このカム機構３１の具体的構造を示す断面図である。同図において、カム機構３１は、保持部材４１の下端部にネジ４１ｄ（図２参照）により固定されたカム部材３２と、ローラ３５ａ及びローラシャフト３５ｂからなるローラ部材３５と、連結板３０のカム部材３２に対向する位置に固定されたローラ保持部材３８と、保持部材４１と連結板３０とを連結する圧縮コイルばね８０と、ローラ保持部材３８に設けられた潤滑剤保持部材９１とを備える。ここで、ローラ部材３５は本発明の転動体、ローラ保持部材３８は本発明の転動体保持部材のそれぞれ一具体例に対応している。
【００４５】
カム部材３２は、滑らかに連続する曲面からなる所定形状のカム面３２ａを備えている。本例のカム面３２ａは、ローラ３５ａを保持可能な２つの凹状曲面３２ｂ，３２ｃと、その間の凸状曲面３２ｄとから構成され、一方の凹状曲面３２ｂは、弁ロッド６が直動方向Ｂ１又はＢ２に沿って移動する際にローラ３５ａを受容し、凸状曲面３２ｄ及び他方の凹状曲面３２ｃは、弁ロッド６が直動方向Ｂ１に移動して制限位置に達したときに、ローラ３５ａがこれらの曲面を転がることにより弁ロッド６及び保持部材４１に所要の傾動力を発生させる。
【００４６】
すなわち、ローラ３５ａがカム面３２ａを転動することにより、カム部材３２とローラ保持部材３８との直動方向Ｂ１およびＢ２の相対位置関係が変化するとともに、傾動方向Ｃ１およびＣ２の方向の相対位置関係が変化し、これにより、弁ロッド６は直動するとともに、保持部材４１の傾動軸４１ａを中心に傾動することになる。この動作の詳細はさらに後述する。
【００４７】
特に本実施形態のローラ部材３５は、図３、図５Ａおよび図５Ｂに示すように２つのローラ３５ａと１つのローラシャフト３５ｂとから構成されている。
【００４８】
ローラシャフト３５ｂは円柱体からなり、ローラ保持部材３８に回転自在に支持されている。また、ローラシャフト３５ｂの軸方向の両端部には、リング部材３５ｃが嵌合され、これらリング部材３５ｃがローラ保持部材３８に係合することで、ローラシャフト３５ｂは、ローラ保持部材３８の３箇所保持面３８ａに対して軸方向の移動が規制された状態で保持されている。
【００４９】
一方、２つのローラ３５ａも円柱体からなり、ローラシャフト３５ｂに回転自在に支持され、かつローラ保持部材３８の凹部３８ｂに非接触で設けられている。このローラ３５ａは円柱面からなる転動面を備え、この転動面が上記のカム部材３２のカム面３２ａを転がり、かつ、ローラ３５ａの内面がローラシャフト３５ｂに対して摺動しながら回転する。また、ローラ３５ａの転動面がカム部材３２のカム面３２ａを転がる際には、ローラシャフト３５ｂもローラ保持部材３８の支持部に対して摺動しながら連れ回る。
【００５０】
すなわち、本実施形態のローラ部材３５は、ローラ３５ａの内面とローラシャフト３５ｂの外面、およびローラシャフト３５ｂの外面とローラ保持部材３８の保持面３８ａといった２つの摺動面を備えているので、仮に一方の摺動面が円滑に回転しなくても、他方の摺動面で円滑に回転するので、ローラ３５ａとカム部材３２のカム面３２ａとが摺動することが防止でき、転動動作が確実に行われることになる。
【００５１】
なお、ローラ部材３５には大きな荷重が印加されので、ローラ３５ａやローラシャフト３５ｂには、強度が比較的高く、耐磨耗性の高い金属材料を使用することが望ましい。
【００５２】
潤滑剤保持部材９１は、ポリアセタール等の樹脂材料から形成され、断面が略Ｌ字状の部材からなり、Ｌ字状の部材の一辺に形成された貫通孔を介してローラ保持部材３８にボルト９１ａにて固定されている。また、潤滑剤保持部材９１は、Ｌ字状の部材の他辺の一端は、ローラ３５ａの転動面の一部に対向するように延在し、この一端とローラ３５ａの転動面との間に形成される隙間に潤滑剤Ｇを保持する。これにより、ローラ３５ａが図５Ａに示す矢印Ｒ２の向きに回転したとき、この隙間に保持された潤滑剤Ｇが大量にローラ３５ａの転動面に付着して運ばれるのを防ぐ。すなわち、潤滑剤保持部材９１は、ローラ３５ａの転動面に付着する潤滑剤Ｇの付着量を規制し、付着量が一定になるように機能する。
【００５３】
なお、潤滑剤Ｇは、たとえば、半固体状の潤滑剤からなる、たとえば、グリースを使用する。すなわち、潤滑剤Ｇに液体と固体の中間状態にあるものを使用することで、潤滑剤保持部材９１の先端とローラ３５ａの転動面との隙間に保持することがより容易となる。
【００５４】
図１および図２に戻り、圧縮コイルばね８０は、保持部材４１の端部に形成された固定用溝部４１ｈに一端が嵌合固定されており、他端が連結板３０に形成された固定用溝部３０ａに嵌合固定され、さらにネジ８１により廻り止めされている。また、圧縮コイルばね８０はカム部材３２とローラ保持部材３８を内包するように設けられている。
【００５５】
この圧縮コイルばね８０は、連結板３０と保持部材４１とを直接連結することによって、圧縮コイルバネ８０の直動方向の反力は、カム部材３２とローラ保持部材３８を引き離そうとする方向に作用する。その結果、カム部材３２とローラ保持部材３８との相対位置の変更を弾性的に許容しつつ、カム部材３２とローラ保持部材３８との相対位置関係を一定に維持するように機能する。
【００５６】
さらに本例では、図２に示されるように傾動軸４１ａが紙面に直角となる平面視において、圧縮コイルバネ８０は、無負荷状態の形状からオフセットした状態で保持部材４１と連結板３０の間に介装されている。同図に示す例では、圧縮コイルバネ８０の連結板３０側の端部が、保持部材４１側の端部に対して右側に偏るように装着されている。この圧縮コイルバネ８０のオフセット設置により、その反力が保持部材４１と連結板３０との間に作用し、カム部材３２とローラ保持部材３８（ひいてはローラ３５ａ）とを密着させる方向に作用することになる。これにより、ローラ３５ａがカム部材３２のカム面３２ａを転動する際においても、ローラ３５ａとカム面３２ａとの間に隙間が生じることがなく、振動や騒音を防止することができる。また、弁体２がゲートＧを閉じた状態においては、圧縮コイルバネ８０のオフセット量は最大になることから、上述した反力も最大になり、これにより、弁体２がゲートＧを開けようとする際にエアシリンダ６０の駆動力に加えて圧縮コイルバネ８０からも弁体２を開けようとする方向の反力が作用することになる。その結果、真空圧などによって弁体２がゲートＧに密着していても開動作を円滑に行うことができる。
【００５７】
次に、上記構成のゲートバルブ１の動作について説明する。
【００５８】
図６Ａはゲートバルブ１がゲートＧを全開にした状態、図６Ｂはゲートバルブ１の弁体２がゲートＧに接近するように直動方向Ｂ１の上死点に達した状態、図６Ｃはゲートバルブ１がゲートＧを全閉にした状態をそれぞれ示す。なお、図６Ａに示す全開状態においては、ローラ３５ａはカム部材３２のカム面３２ｂに当接している。
【００５９】
まず、図６Ａに示す全開状態からゲートＧを閉じる場合には、エアシリンダ６０を駆動して、連結板３０を直動方向Ｂ１に引っ張る。これにより、弁体２は、図６Ｂに示すように、直動方向Ｂ１に向かってゲートＧを閉じる位置まで移動するが、この状態では、弁体２はゲートＧを密封していない。
【００６０】
この弁体２の直動方向Ｂ１に向かう移動の際には、圧縮コイルばね８０の弾性力によって、ローラ３５ａはカム部材３２のカム面３２ｂに当接した状態を保ちながら、かつ図３に示す２つの係合部材７１も保持部材４１の溝部４１ｅの下端に係合した状態で、直動方向Ｂ１へ移動する。
【００６１】
この直動方向Ｂ１への移動にあたっては、弁ロッド６を保持した保持部材４１が、傾動軸４１ａにて支持されたリニアガイド４４，４５に案内されて移動するが、本例のリニアガイドはガイド本体４４とガイドレール４５との間に転がり軸受４６を介在したものであり、加えて２つの傾動軸４１ａはリニアガイド４４，４５に予圧を受けて挟持されていることから、傾動軸４１ａおよびガイド本体４４およびガイドレール４５の間にがたつきがなく、円滑かつ静粛な移動となるとともに、ガイド本体４４がガイドレール４５に噛み込んでロッキングすることもない。特に、弁ロッド６を高速移動させる場合に有利である。
【００６２】
弁ロッド６が図６Ｂに示す位置に到達すると、保持部材４１の傾動軸４１ａのスラスト軸受４２を支持している軸受保持部材４３がストッパ部材１２に当接し、弁ロッド６および保持部材４１の直動方向Ｂ１への直動が規制される。
【００６３】
図６Ｂに示す弁ロッド６および保持部材４１の直動方向Ｂ１への直動が規制された状態からさらにエアシリンダ６０からの直動力が供給されると、カム機構３１が動作して図６Ｃに示すように、弁ロッド６は弁体２がゲートＧを密封する向きに向けて傾動する。
【００６４】
このときのカム機構３１の動作を図５Ａおよび図５Ｂを参照して説明する。弁ロッド６および保持部材４１の直動方向Ｂ１への直動が規制された状態からさらにエアシリンダ６０によってローラ保持部材３８が直動方向Ｂ１に押されると、図５Ａに示すように、ローラ保持部材３８に保持されたローラ３５ａは、圧縮コイルバネ８０の弾性力に抗してカム部材３２の凹状カム面３２ｂから凸状カム面３２ｄに向かって転がり始める。
【００６５】
ローラ３５ａがカム部材３２の凹状カム面３２ｂから凸状カム面３２ｄに向かって転がり始めると、ローラ３５ａはローラシャフト３５ｂに対して図５Ａに示す矢印Ｒ２の向きに回転するとともに、ローラシャフト３５ｂもローラ保持部材３８の保持面３８ａに対して同方向に連れ廻る。このとき、ローラ３５ａとローラシャフト３５ｂとの間又はローラシャフト３５ｂとローラ保持部材３８の保持面３８ａとの間の何れか一方の潤滑性が低下しているときであっても、他方が摺動するので、結局ローラ３５ａはカム面３２ａを転がることができ、摺動することはない。
【００６６】
なお、ローラ３５ａが矢印Ｒ２の向きに回転すると、潤滑剤保持部９１とローラ３５ａの転動面との間で保持された潤滑剤Ｇがローラ３５ａの転動面に塗布されるが、この塗布される潤滑剤Ｇの量は、潤滑剤保持部９１の作用によって、略一定に制限される。
【００６７】
図５Ｂに示すように、ローラ３５ａがカム部材３２の凸状カム面３２ｄから凹状カム面３２ｃまで転がると、圧縮コイルばね８０は、直動方向Ｂ１およびＢ２に関して圧縮され、かつ、弁ロッド６の傾動方向Ｃ１およびＣ２にもさらに変形し、連結板３０と保持部材４１との間には、直動方向Ｂ１およびＢ２と傾動方向Ｃ１およびＣ２に圧縮コイルばね８０の復元力が作用する。このとき、弁ロッド６および保持部材４１は直動方向Ｂ１への直動が制限されているが、図３に示す２つの係合部材７１，７１は保持部材４１の溝部４１ｅ，４１ｅに沿って移動し、直動方向Ｂ１への直動が許容される。
【００６８】
一方、ローラ３５ａがカム部材３２の凸状カム面３２ｄから凹状カム面３２ｃへ転がると、図６Ｃに示すように、弁ロッド６は傾動軸４１ａを回転中心にして傾斜し、弁体２に設けたＯリング２ａがゲートＧの外周に押圧され、Ｏリング２ａが押しつぶされる。以上の動作によって、弁体２による真空処理室１０５のゲートＧの密閉が完了する。
【００６９】
これに対して、真空処理室１０５のゲートＧを開く動作は、エアシリンダ６０を上記とは逆向きに駆動する、すなわち、ピストンロッド６１をエアシリンダ６０から伸ばすことによって行う。
【００７０】
弁ロッド６から、弁体２がゲートＧを密閉する向きのエアシリンダ６０の直動力を解放すると、ローラ３５ａはカム部材３２の凹状カム面３２ｃに位置する状態から、圧縮コイルばね８０の復元力によって、凸状カム面３２ｄを転がって再度凹状カム面３２ｂに保持され、弁ロッド６は直立する。このとき、ローラ３５ａはローラシャフト３５ｂに対して上記の矢印Ｒ２とは逆向き方向Ｒ１に回転し、ローラ３５ａの転動面に潤滑剤Ｇが付着する。
【００７１】
以上のように、本実施形態に係るゲートバルブ１では、弁ロッド６は、当該弁ロッド６の両側に設けられた一対のリニアガイド４８，４８を介して開口部Ｇを開閉する直動方向Ｂ１，Ｂ２に移動可能に保持されているので、メンテナンスフリーであり保守作業が不要となる。また、転がり軸受け４６付きリニアガイド４８により直動方向Ｂ１，Ｂ２に移動可能に保持するとともに弁ロッド６を予圧をかけて挟持しているので、リニアガイド４８および弁ロッド６の間にがたつきがなくなり、振動や騒音を抑制できるとともに、弁体２に予想外の大きなモーメントが作用してもリニアガイド４８がロッキングすることはない。特に、高速でゲートバルブを駆動する場合や、弁ロッド６を水平方向に駆動する水平駆動式ゲートバルブに応用した場合にはその効果も顕著となる。
【００７２】
また、本実施形態に係るゲートバルブ１では、ローラ保持部材３８とカム部材３２との相対位置の変更を弾性的に許容しつつ当該ローラ保持部材３８とカム部材３２との相対位置関係を一定に維持する圧縮コイルバネ８０を採用しているので、取付座面を大きく設定することができ、応力集中を防止することで耐久性が向上する。また、圧縮コイルバネ８０であることから、ゲートバルブのカム部材３２を内包する構造とすることができるので部品点数を削減することができるとともに組立作業性も向上する。
【００７３】
なお、上述した実施形態では、カム部材３２を弁ロッド６（保持部材４１）に連結し、ローラ保持部材３８を連結板３０を介してエアシリンダ６０により直接駆動する構成としたが、たとえば、ローラ保持部材３８を弁ロッド６（保持部材４１）に直接連結し、カム部材３２をエアシリンダ６０により直接駆動する構成とすることも可能である。
【００７４】
第２実施形態
図７は本発明の他の実施形態に係るゲートバルブを示す一部破断した正面図であり、本例は幅広の開口部Ｇを開閉する幅広の弁体２に適用して好ましいものである。本例のゲートバルブは、上述した第１実施形態のものに比べて、弁ロッド６，シールベローズ１０，圧縮コイルバネ８０がそれぞれ２つずつ設けられている点が相違し、その他の基本的構成は同じである。
【００７５】
すなわち、１つの幅広に形成された弁体２には、２本の弁ロッド６，６が取り付けられ、また真空処理室１０５側とそれぞれの弁ロッド６との間をシールするためのシールベローズ１０，１０もそれぞれ取り付けられている。
【００７６】
弁ロッド６，６の下端は、一体的に形成された保持部材４１にそれぞれ取り付けられ、その両側の外周の互いに対向する位置に、傾動軸４１ａがそれぞれ形成されている。なお、保持部材４１とリニアガイド４８との接続構造は上述した第１実施形態と同じである。
【００７７】
保持部材４１の中央には、カム機構３１を構成するカム部材３２が取り付けられ、ローラ部材３５が設けられたローラ保持部材３８は連結板３０に取り付けられている。このカム機構３１の両サイドには圧縮コイルバネ８０，８０が設けられており、連結板３０と保持部材４１とを直接連結することによって、カム部材３２とローラ保持部材３８との相対位置の変更を弾性的に許容しつつ、カム部材３２とローラ保持部材３８との相対位置関係を一定に維持するように機能する。
【００７８】
このように構成された第２実施形態のゲートバルブにあっても、２本の弁ロッド６，６は、当該弁ロッド６，６の両側に設けられた一対のリニアガイド４８，４８を介して開口部Ｇを開閉する直動方向Ｂ１，Ｂ２に移動可能に保持されているので、メンテナンスフリーであり保守作業が不要となる。また、転がり軸受け４６付きリニアガイド４８により直動方向Ｂ１，Ｂ２に移動可能に保持するとともに弁ロッド６，６を予圧をかけて挟持しているので、リニアガイド４８，４８および弁ロッド６，６の間にがたつきがなくなり、振動や騒音を抑制できるとともに、弁体２に予想外の大きなモーメントが作用してもリニアガイド４８がロッキングすることはない。特に、高速でゲートバルブを駆動する場合や、弁ロッド６，６を水平方向に駆動する水平駆動式ゲートバルブに応用した場合にはその効果も顕著となる。
【００７９】
また、本実施形態に係るゲートバルブでも、ローラ保持部材３８とカム部材３２との相対位置の変更を弾性的に許容しつつ当該ローラ保持部材３８とカム部材３２との相対位置関係を一定に維持する圧縮コイルバネ８０，８０を採用しているので、取付座面を大きく設定することができ、応力集中を防止することで耐久性が向上する。
【００８０】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、高速駆動させた場合でも静粛性が高くロッキングが防止でき、しかも耐久性に優れたゲートバルブを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のゲートバルブの第１実施形態を示す一部破断した正面図である。
【図２】図１のII-II線に沿う断面図である。
【図３】図１に示すゲートバルブの主要部を拡大して示す断面図である。
【図４】図４Ａ及び図４Ｃは図３のIVA矢視図、図４Ｂは図４ＡのIVB-IVB 線に沿う断面図である。
【図５】図３のV-V線に沿う断面図である。
【図６】第１実施形態のゲートバルブの動作を説明するための断面図である。
【図７】本発明のゲートバルブの第２実施形態を示す一部破断した正面図である。
【図８】本実施形態のゲートバルブが適用される真空処理装置の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
２…弁体
６…弁ロッド
１０…シーリングベローズ（シール手段）
１２…ストッパ（規制手段）
１２ａ…凹部
３１…カム機構
３２…カム部材
３５…ローラ部材（転動体）
３５ａ…ローラ
３５ｂ…ローラシャフト
３８…ローラ保持部材（転動体保持部材）
４１ａ…傾動軸
４２…スラスト軸受け
４３…軸受保持部材
４８…リニアガイド
４４…ガイド本体
４５…ガイドレール
４６…軸受け
６０…エアシリンダ（駆動手段）
８０…圧縮コイルバネ

Claims (2)

1. 気密室（１０５）の開口部（Ｇ）を開閉可能でかつ前記開口部（Ｇ）に対して傾動することにより当該開口部（Ｇ）を密閉可能な弁体と、
   一端部に前記弁体（２）が固定され、前記弁体（２）が前記開口部（Ｇ）を開閉する直動方向（Ｂ１、Ｂ２）に移動可能に保持され、かつ傾動軸（４１ａ）を中心に傾動可能に保持された弁ロッド（６）と、
   前記弁体（２）が前記開口部（Ｇ）を閉じる方向に直動するとき、当該弁体（２）が前記開口部（Ｇ）を閉じた閉位置で規制する規制手段（１２）と、
   前記気密室側（１０５）と前記弁ロッド（６）との間をシールする伸縮可能なシーリング手段（１０）と、
   前記シーリング手段（１０）を受容するとともに前記弁ロッド（６）に固定され、かつ前記傾動軸（４１ａ）が外周に形成される環状の保持部材（４１）と、
   前記弁ロッド（６）の気密室（１０５）外側の他端部と連結され、供給される直動力によって前記弁ロッド（６）を直動させ、かつ供給される直動力を傾動力に変換して前記閉位置で直動が規制された弁ロッド（６）を前記弁体（２）が前記開口部（Ｇ）を密封する向きに前記傾動軸（４１ａ）を中心に傾動させるカム機構（３１）と、
   前記カム機構（３１）に直動力を供給する駆動手段（６０）と、
   前記弁ロッド（６）の両側に設けられた一対のリニアガイド（４８、４８）と、を有するゲートバルブであって、
   前記リニアガイド（４８）は、前記弁ロッド（６）側に装着されたガイド本体（４４）と、前記駆動手段（６０）側に装着されたガイドレール（４５）と、前記ガイド本体（４４）と前記ガイドレール（４５）との間に設けられた転がり軸受（４６）とを有し、
   前記傾動軸（４１ａ）は、前記保持部材（４１）の両側の外周の互いに対向する位置にそれぞれ形成され、
   前記２つの傾動軸（４１ａ、４１ａ）のそれぞれには、前記保持部材（４１）が前記傾動軸（４１ａ）を中心として傾動可能とする、スラスト軸受（４２、４２）が装着され、
   前記スラスト軸受（４２、４２）は軸受保持部材（４３）を介して前記ガイド本体（４４）に連結され、
   前記保持部材（４１）は両側のガイドレール（４５、４５）から傾動軸（４１ａ、４１ａ）方向に与圧を受けて、前記スラスト軸受（４２、４２）の上面（４２ａ）と前記保持部材（４１）の傾動軸（４１ａ）廻りの面（４１ｉ）とが密接摺動する
   ことを特徴とするゲートバルブ。
2. 前記規制手段（１２）は、前記弁体（２）が前記開口部（Ｇ）を閉じる向きに直動するとき、前記スラスト軸受（４２）の前記軸受保持部材（４３）に当接して、前記保持部材（４１）に固定された前記弁ロッドの直動を規制するように、前記ガイドレール（４５、４５）の上端にそれぞれ設けられ、
   前記軸受保持部材（４３）が前記規制手段（１２）に当接して前記弁体（２）が閉じたときに、前記軸受保持部材（４３）に作用する水平方向反力を前記軸受保持部材（４３）と前記規制手段（１２）との当接で受けるように、前記規制手段（１２）の当接部（１２ａ）を凹状に形成し、前記軸受保持部材（４３）の当接部（４３ａ）は当該凹部（１２ａ）に受容されるように凸状に形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のゲートバルブ。

Images