| 【発明の名称】 |
ゲートバルブ |
| 【発明者】 |
【氏名】真下 岳士
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| 【要約】 |
【課題】構造が簡素化、小型化され安価であり、動きがスムーズで高速動作することができ、静粛性に富み、信頼性の高いカム機構を備えたゲートバルブを提供する。
【解決手段】カム機構部３１は、転動体としてのローラ３５と、ローラ３５が転がるカム面３８ａを備え、エアシリンダによって駆動される第１のカム部材としてのシリンダ側カム部材３８と、シリンダ側カム部材３８のカム面３８ａに対向して配置され、ローラ３５が転がるカム面３２ａを備えた弁ロッド６に連結された第２のカム部材としてのロッド側カム部材３２とを有する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】気密室内に設けられ当該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封可能な弁体と、一端部に前記弁体が固定され、前記弁体が開口部を開閉する所定の直動方向に移動可能に保持され、かつ、所定の傾動軸を中心に傾動可能に保持された弁ロッドと、前記弁ロッドが移動可能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と、前記弁体の前記開口部を閉じる向き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と、前記カム機構に直動力を供給する駆動手段と、を有するゲートバルブであって、前記カム機構は、転動体と、前記転動体が転がるカム面を備え、前記駆動手段によって駆動される第１のカム部材と、前記第１のカム部材のカム面に対向して配置され、前記転動体が転がる第２のカム面を備えた前記弁ロッドに連結された第２のカム部材とを有するゲートバルブ。
【請求項２】前記転動体は、前記第１および第２のカム部材のカム面によって転動可能に挟持されている請求項１に記載のゲートバルブ。
【請求項３】前記転動体の転動面は、円柱面からなる請求項１または２に記載のゲートバルブ。
【請求項４】前記第１および第２のカム部材のカム面は、凹状の曲面からなる第１の保持部と、前記第１の保持部に連続し、前記転動体が転がることによって前記弁ロッドに所要の傾動力を発生させる曲面からなる傾斜面部と、前記傾斜面部に連続する凹状の曲面からなる第２の保持部と、からそれぞれ構成され、前記転動体は、前記カム機構の動作開始によって、前記第１および第２のカム部材のカム面の第１の保持部によって挟持された状態から、前記第１および第２のカム部材の相対移動によって前記第１および第２のカム部材のカム面の各傾斜面部を転がった後、前記第１のカム部材および前記第２のカム部材のカム面の第２の保持部によって挟持される請求項１〜３のいずれかに記載のゲートバルブ。
【請求項５】前記第１および第２のカム部材のカム面の第１および第２の保持部は、前記転動体の転動面の曲率に対応した曲面で構成されている請求項４に記載のゲートバルブ。
【請求項６】前記第１および第２のカム部材のカム面の形状は同一形状からなり、かつ、前記転動体に関して対称な位置に配置されている請求項１〜５のいずれかに記載のゲートバルブ。
【請求項７】前記第１のカム部材と前記第２の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第１のカム部材と前記第２のカム部材との相対位置関係を一定に維持する弾性部材をさらに有する請求項１〜６のいずれかに記載のゲートバルブ。
【請求項８】前記弾性部材は、前記第１のカム部材および前記第２のカム部材を包囲するように設けられ、当該第１のカム部材および前記第２のカム部材を実質的に連結するコイルばねからなる請求項７に記載のゲートバルブ。
【請求項９】前記コイルばねは、前記カム面の第１の保持部によって前記転動体が挟持された状態の前記第１のカム部材と前記第２のカム部材との相対位置を一定に維持する請求項７または８に記載のゲートバルブ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、半導体装置の製造工程等に用いられる真空処理室の開口部を開閉可能でかつ密封可能なゲートバルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造工程におけるドライエッチング工程やスパッタリング工程やエピタキシャルウェハ形成工程等においては、たとえば、図１２に示すような、複数の真空処理室が接続されたマルチチャンバ構成の真空処理装置が使用される。図１２の真空処理装置１０１は、ウェハＷの搬出入が行われる搬送室１０２の外周に、各種の処理を行う複数の真空処理室１０５が接続可能となっている。ウェハＷの搬送室１０２と各真空処理室１０５との間の移動は、ゲートＧを通じて行われる。ゲートＧの開閉および密封は、図示しないゲートバルブによって行われる。
【０００３】図１２の真空処理装置１０１では、ウェハＷを、搬出入路１０４の搬出入口１０３を通じて図示しない搬送装置によって搬送室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を密封した状態となっている。搬送室１０２内の真空引きが完了すると、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に搬送する。当該真空処理室において、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の所定の処理を行う。ウェハＷの所定の処理が完了したら、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を当該真空処理室から取出し、搬出入口１０３を通じて真空処理装置１０１外に自動的に搬出される。
【０００４】上記のような真空処理装置１０１におけるゲートＧを開閉しかつ密封可能なゲートバルブ１０６の構造として、例えば、図１３および図１４に示すような構造が知られている。図１３において、搬送室２０２は、ゲートＧを通じて真空処理室２０３と連通している。このゲートＧの開閉をゲートバルブ２０１によって行うが、ゲートバルブ２０１は、ゲートＧの開閉および密封を行う弁体２０５と、この弁体２０５が一端部に固定され直動可能にかつ所定の軸２０８を中心に傾斜可能に保持されている弁ロッド２０６と、搬送室２０２と弁ロッド２０６との間をシーリングするシールベローズ２０７と、弁ロッド２０６を直動および傾動させる図示しない駆動手段とを有している。ゲートバルブ２０１は、図１３においては、ゲートＧを開いた状態にある。ゲートＧを閉じかつ密封するには、図１４に示すように、弁ロッド２０６を直動させて弁体２０５がゲートＧを閉じる位置まで移動し、弁ロッド２０６を軸２０８を中心に傾斜させることにより行う。この結果、弁体２０５がゲートＧの外周に設けられたＯリング２０４を押圧しゲートＧが密封される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したような構造のゲートバルブ２０１においては、たとえば、直動手段としてのエアシリンダと弁ロッド２０６との間をカム機構を介して連結することで弁ロッド２０６の傾動を行うものが知られている。このようなカム機構を用いたゲートバルブとして、たとえば、日本国特許第２６１３１７１号公報に開示されたものがある。上記の特許第２６１３１７１号公報に開示されたゲートバルブのカム機構は、エアシリンダによって直線的に駆動されるヨークと弁ロッドの下端部に固定されたブロックとを連結する、ピンおよび当該ピンと係合する傾斜長孔からなる。この構成のカム機構では、傾斜長孔に対してピンが摺動することにより、弁ロッドを傾斜させる傾動力を発生させる。
【０００６】また、カム機構を用いたゲートバルブとして、たとえば、米国特許５，１２０，０１９号に開示されたものが知られている。この米国特許５，１２０，０１９号に開示されたカム機構は、エアシリンダによって直動されるカム面を備えたカムプレートと、弁ロッドに回転自在に設けられたローラからなるカムフォロワとからなり、直動するカムプレートのカム面にローラが係合することにより弁ロッドが傾動する構成となっている。
【０００７】しかしながら、特許第２６１３１７１号公報に開示されたカム機構の構成では、ピンは傾斜長孔の内周面を摺動するため、再者の間には滑り摩擦が発生し、騒音が発生しやすく静粛性に乏しいという不利益が存在した。また、ピンと傾斜長孔の内周面との間に滑り摩擦が発生するため、カム機構を駆動する駆動手段としてのエアシリンダの出力を大きくする必要があったり、カム機構が滑らかに動作しにくかったり、ピンと傾斜長孔の内周面が摩耗しやすく長期間安定した動作を保証できない等の不利益が存在した。
【０００８】一方、米国特許５，１２０，０１９号に開示された構成のカム機構では、カムフォロワとしてのローラはカムプレートのカム面に対して転動するため、滑り摩擦が発生しにくく、主に転がり摩擦が発生する。このため、カム機構の動作は、比較的滑らかであり、静粛性にも優れているが、ローラを支軸によって回転自在に支持する必要があり、構造が複雑となり、ローラと支軸との間の軸受が必要であり、この軸受には大きなラジアル荷重が加わるため軸受の信頼性に問題があった。また、ローラの直径を小さくすることにも限界があり、小型化の観点からは不利な構成であった。
【０００９】本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであって、構造が簡素化、小型化され安価であり、動きがスムーズで高速動作することができ、静粛性に富み、信頼性の高いカム機構を備えたゲートバルブを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明のゲートバルブは、気密室内に設けられ当該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封可能な弁体と、一端部に前記弁体が固定され、前記弁体が開口部を開閉する所定の直動方向に移動可能に保持され、かつ、所定の傾動軸を中心に傾動可能に保持された弁ロッドと、前記弁ロッドが移動可能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と、前記弁体の前記開口部を閉じる向き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と、前記カム機構に直動力を供給する駆動手段と、を有するゲートバルブであって、前記カム機構は、転動体と、前記転動体が転がるカム面を備え、前記駆動手段によって駆動される第１のカム部材と、前記第１のカム部材のカム面に対向して配置され、前記転動体が転がる第２のカム面を備えた前記弁ロッドに連結された第２のカム部材とを有する。
【００１１】前記転動体は、前記第１および第２のカム部材のカム面によって転動可能に挟持されている。
【００１２】好適には、前記転動体の転動面は、円柱面からなる。
【００１３】前記第１および第２のカム部材のカム面は、凹状の曲面からなる第１の保持部と、前記第１の保持部に連続し、前記転動体が転がることによって前記弁ロッドに所要の傾動力を発生させる曲面からなる傾斜面部と、前記傾斜面部に連続する凹状の曲面からなる第２の保持部と、からそれぞれ構成され、前記転動体は、前記カム機構の動作開始によって、前記第１および第２のカム部材のカム面の保持部によって挟持された状態から、前記第１および第２のカム部材の相対移動によって前記第１および第２のカム部材のカム面の各傾斜面部を転がった後、前記第１および第２のカム部材のカム面の第２の保持部によって挟持される。
【００１４】好適には、前記第１および第２のカム部材のカム面の第１および第２の保持部は、前記転動体の転動面の曲率に対応した曲面で構成されている。
【００１５】前記第１および第２のカム部材のカム面の形状は同一形状からなり、かつ、前記転動体に関して対称な位置に配置されている。
【００１６】本発明のゲートバルブは、前記第１のカム部材と前記第２の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第１のカム部材と前記第２のカム部材との相対位置関係を一定に維持する弾性部材をさらに有する。
【００１７】前記弾性部材は、前記第１のカム部材および前記第２のカム部材を包囲するように設けられ、当該第１のカム部材および前記第２のカム部材を実質的に連結するコイルばねからなる。
【００１８】前記コイルばねは、前記カム面の第１の保持部によって前記転動体が挟持された状態の前記第１のカム部材と前記第２のカム部材との相対位置を一定に維持する。
【００１９】本発明では、第１のカム部材を駆動手段によって弁体が開口部を閉じる方向に直動させると、弁ロッドは当該方向に移動し、閉位置で直動が規制される。さらに、第１のカム部材を駆動すると、第１のカム部材のカム面と第２のカム部材のカム面に挟持された転動体は、当該第１および第２のカム部材のカム面をともに転がりながら移動する。転動体が、第１および第２のカム部材のカム面を転がることにより、弁ロッドは傾動し、開口部は弁体によって密封される。
【００２０】このとき、転動体は、第１および第２のカム部材のカム面の双方を転がるため、第１および第２のカム部材のカム面と転動体の転動面との間には、転がり摩擦が生じ、滑り摩擦が生じない。したがって、第１および第２のカム部材のカム面と転動体の転動面との間に大きな力が作用しても、カム機構はスムーズな動作となり、駆動手段から供給される直動力が弁ロッドの傾動力に効率的に変換される。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るゲートバルブの構成を示す断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線方向の断面図である。図１および図２に示すゲートバルブ１は、弁体２と、連結部材４を介して弁体２と連結された弁ロッド６と、シールベローズ１０と、カム機構部３１と、シリンダ装置６０とを備えている。ここで、弁体２は本発明の弁体、弁ロッド６は本発明の弁ロッド、シールベローズ６は本発明のシーリング手段、カム機構部３１は本発明のカム機構、エアシリンダ６０は本発明の駆動手段のそれぞれ一具体例に対応している。
【００２２】弁体２は、平板状の部材から形成され、気密室５０の開口部５１を開閉可能でかつ開口部５１に対して傾動することにより開口部５１をＯリング２ａを介して密封することができる。本実施形態においては、弁体２として平板状の部材を示しているが、開口部が曲面形状を有する場合にこれに併せた形状とすることも可能である。また、弁体２の形成材料としては、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の材料が望ましい。弁体２と連結部材４との連結は、例えばボルトによって行われる。なお、Ｏリング２ａは、弁体２に形成された説落防止用のいわゆるアリ溝２ｂに嵌入されている。
【００２３】弁ロッド６は、一端に速結部材４を介して弁体２が固定され、気密室５０の取り付け５２の挿入孔５２ａおよび当該取り付け部５２にＯリング８ｂを介して取り付けられた取り付け部材８の挿入孔８ａから気密室外に突出するように設けられている。さらに、弁ロッド６は、他端側が保持部材４１に連結され、保持部材４１によって保持されている。保持部材４１は支軸４１ａを中心に回転自在になっていることから、弁ロッド６も支軸４１ａを中心に傾斜可能となっている。また、弁ロッド６と連結部材４との連結は、例えば溶接によって行われる。弁ロッド６の形成材料としては、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の材料が望ましい。
【００２４】シールベローズ１０は、気密室５０の室内側と弁ロッド６との間をシーリングする部材であり、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。また、シールベローズ１０は、金属材料から形成され、取り付け部材８の端部にＯリング９ａを介して固定された固定リング部材９に気密状態を保って、例えば溶接等の接合手段によって固定されている。シールベローズ１０の他端部は、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手段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が介在している。これにより、弁ロッド６が直動および傾動しても、上記の気密室をシーリングすることができ、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。
【００２５】保持部材４１は、有底の円筒状の部材であり、有底部には弁ロッド６を嵌合挿入する挿入孔４１ｃが形成され、外周には互いに対向する位置に支軸４１ａがそれぞれ形成されている。保持部材４１は、円筒状の部材であることから、弁ロッド６の直動によって伸縮するシールベローズ１０を内部に収容可能となっている。保持部材４１に形成された各支軸４１ａは、それぞれ軸受部材４２および軸受部材４３によって回転自在に保持されている。これにより、保持部材４１は、支軸４１ａを中心に傾動可能になっており、弁ロッド６も傾動可能になっている。
【００２６】一方の支軸４１ａを回転自在に保持する軸受部材４３は、２つのエアシリンダ６０のうち対向するエアシリンダ６０の側面に直動方向に沿って設けられたレール５５に移動自在に保持されている。他方の支軸４１ａを回転自在に保持する軸受部材４２は、他方のエアシリンダ６０の側面に直動方向に沿って設けられたレール５６に移動自在に保持されている直動部材４４にボルト等の締結手段によって連結されている。これにより、保持部材４１は直動方向Ｂ１およびＢ２に沿って移動自在に保持されており、弁ロッド６は直動方向Ｂ１およびＢ２に移動自在となっている。
【００２７】レール５５および５６の気密室５０側の端部には、ストッパ部材１２および１３がそれぞれ設けられている。なお、ストッパ部材１２および１３は、本発明の規制手段の具体例に対応している。ストッパ部材１２および１３は、直動方向Ｂ１、すなわち、弁体２が開口部５１を閉じる向きに直動するとき、軸受部材４３および４２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。ストッパ部材１２および１３は、軸受部材４３および４２との衝突による衝撃を緩和するため、たとえば、樹脂材料で形成することができる。また、レール５６の連結板３０側の端部は、連結板３０に形成された貫通孔３０ｂに挿入可能になっている。
【００２８】エアシリンダ６０は、弁ロッド６に関して対称な位置にそれぞれ配置されている。これらのエアシリンダ６０は、気密室５０の取り付け板５２の気密室５０の外側面にボルト等の締結手段によって固定されている。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を内蔵しており、これらのピストンロッド６１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。
【００２９】連結板３０には、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４１ｄに嵌合する係止部７１ａが形成された２つの係合部材７１が設けられている。２つの係合部材７１のうち一方は、レール５６に移動自在に保持された直動部材７２に連結されている。係合部材７１は、連結板３０が直動方向Ｂ２、すなわち、弁体２が開口部５１を開く方向に直動するときには、溝部４１ｄの下端部と係合して保持部材４１を直動方向Ｂ２に引っ張り、連結板３０が直動方向Ｂ１、すなわち、弁体２が開口部５１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で許容する。
【００３０】カム機構部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が開口部５１を閉じた閉位置で直動が規制された弁ロッド６を弁体２が開口部５１を密封する向きに支軸４１ａを中心に傾動させる。
【００３１】図３は、カム機構部３１の具体的構造を示す断面図である。図３において、カム機構部３１は、保持部材４１の下端部に固定されたロッド側カム部材３２と、ローラ３５と、連結板３０のロッド側カム部材３２に対向する位置に固定されたシリンダ側カム部材３８と、保持部材４１と連結板３０とを連結するコイルばね８０とを備える。
【００３２】ここで、ローラ３５は本発明の転動体、シリンダ側カム部材３８は本発明の第１のカム部材、ロッド側カム部材３２は本発明の第２のカム部材、およびコイルばね８０は本発明の弾性部材のそれぞれ一具体例に対応している。
【００３３】ローラ３５は、円柱体からなり、円柱面からなる転動面３５ａを備えている。このローラ３５は、上記のロッド側カム部材３２のカム面３２ａおよびシリンダ側カム部材３８のカム面３８ａを転がる。また、ローラ３５は、ロッド側カム部材３２のカム面３２ａおよびシリンダ側カム部材３８のカム面３８ａによって挟持されている。さらに、ローラ３５には、ロッド側カム部材３２のカム面３２ａおよびシリンダ側カム部材３８のカム面３８ａから大きな荷重が印加される。このため、ローラ３５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好ましい。
【００３４】ロッド側カム部材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。シリンダ側カム部材３８は、滑らかに連続する曲面からなる所定形状のカム面３８ａを備えている。
【００３５】図４は、ロッド側カム部材３２のカム面３２ａおよびシリンダ側カム部材３８のカム面３８ａの構造を説明するための図である。図４に示すように、ロッド側カム部材３２のカム面３２ａは、凹状の曲面からなる第１の保持部３２ｂと、第１の保持部３２ｂに連続して形成されローラ３５が転がることによって弁ロッド６に所要の傾動力を発生させる曲面からなる傾斜面部３２ｃと、傾斜面部３２ｃに連続する凹状の曲面からなる第２の保持部３２ｄとから構成されている。シリンダ側カム部材３８のカム面３８ａは、凹状の曲面からなる第１の保持部３８ｂと、第１の保持部３８ｂに連続して形成されローラ３５が転がることによって弁ロッド６に所要の傾動力を発生させる曲面からなる傾斜面部３８ｃと、傾斜面部３８ｃに連続する凹状の曲面からなる第２の保持部３８ｄとから構成されている。
【００３６】シリンダ側カム部材３８の傾斜面部３８ｃおよびロッド側カム部材３２の傾斜面部３２ｃは、ローラ３５がこれら傾斜面部３８ｃおよび傾斜面部３２ｃ上を転がることによって、弁ロッド６（保持部材４１）に所要の傾動力を発生させるような曲率に形成された曲面からなる。したがって、傾斜面部３８ｃおよび傾斜面部３２ｃ上のローラ３５の転動によって、ロッド側カム部材３２とシリンダ側カム部材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、弁ロッド６を保持している保持部材４１の支軸４１ａを中心に傾動させる。
【００３７】ロッド側カム部材３２のカム面３２ａの第１および第２の保持部３２ｂおよび３２ｄは、ローラ３５の転動面３５ａの曲率に対応した曲面で構成されている。同様に、シリンダ側カム部材３８ののカム面３８ａの第１および第２の保持部３８ｂおよび３８ｄは、ローラ３５の転動面３５ａの曲率に対応した曲面で構成されている。
【００３８】さらに、図４から分かるように、シリンダ側カム部材３８のカム面３８ａとロッド側カム部材３２のカム面３２ａの形状は同一形状からなり、これらのカム面３８ａおよびカム面３２ａは、ローラ３５に関して対称な位置に配置されている。したがって、シリンダ側カム部材３８のカム面３８ａの第１の保持部３８ｂ、傾斜面部３８ｃおよび第２の保持部３８ｄは、ロッド側カム部材３２のカム面３２ａの第２の保持部３２ｄ、傾斜面部３２ｃおよび第１の保持部３２ｂにそれぞれ対応している。
【００３９】なお、本実施形態では、シリンダ側カム部材３８のカム面３８ａとロッド側カム部材３２のカム面３２ａとはローラ３５に関して対称な形状としているが、カム面３８ａとカム面３２ａとは非対称な形状であってもよい。しかしながら、ローラ３５をカム面３８ａおよびカム面３２ａ上で確実に転動させる観点からは対称であることが好ましい。すなわち、カム面３８ａおよびカム面３２ａの形状がローラ３５に関して非対称であると、カム面３８ａおよびカム面３２ａの一方とローラ３５との間に滑りが生じやすくなる可能性があるからである。
【００４０】ロッド側各部材３２の第１の保持部３２ｂとシリンダ側カム部材３８の第１の保持部３８ｂとによってローラ３５が挟持された状態、あるいは、ロッド側各部材３２の第２の保持部３２ｄとシリンダ側カム部材３８の第２の保持部３８ｄとによってローラ３５が挟持された状態では、ローラ３５はこれらの保持部３２ｂおよび３８ｂあるいは３２ｄおよび３８ｄに嵌り合っている。このため、上記の各状態では、ロッド側各部材３２とシリンダ側カム部材３８とは、直動方向Ｂ１およびＢ２と傾動方向Ｃ１およびＣ２方向に相対移動しにくくなる。
【００４１】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に嵌合固定されている。また、コイルばね８０はロッド側カム部材３２とシリンダ側カム部材３８を包囲するように設けられている。このコイルばね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、ロッド側カム部材３２とシリンダ側カム部材３８との相対位置の変更を弾性的に許容しつつロッド側カム部材３２とシリンダ側カム部材３８との相対位置関係を一定に維持するように機能する。すなわち、コイルばね８０はロッド側カム部材３２およびシリンダ側カム部材３８を実質的に連結している。ロッド側カム部材３２とシリンダ側カム部材３８とが一定の相対位置にある場合には、ローラ３５は、ロッド側カム部材３２のカム面３２ａの第１の保持部３２ｂとシリンダ側カム部材３８のカム面３８ａの第１の保持部３８ｂに挟持されている。
【００４２】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。図１および図２に示したゲートバルブ１の状態は、開口部５１を開いた状態であるが、この状態から、エアシリンダ６０を駆動して、シリンダ側カム部材３８を開口部５０を閉じる直動方向Ｂ１に直動させる。
【００４３】エアシリンダ６０の駆動によって、弁体２は、図５および図６に示すように、直動方向Ｂ１に向かって開口部５１を閉じる位置まで移動する。この状態では、弁体２は開口部５１を密封していない。なお、図６は、図５のＡ−Ａ線方向の断面図である。
【００４４】この弁体２の直動方向Ｂ１に向かう移動の際には、シリンダ側カム部材３８はそのカム面３８ａの第１の保持部３８ｂでローラ３５を介してロッド側カム部材３２のカム面３２ａの第１の保持部３２ｂを押圧する。ローラ３５はシリンダ側カム部材３８のカム面３８ａの第１の保持部３８ｂおよびロッド側カム部材３２のカム面３２ａの第１の保持部３２ｂに嵌まり合っており、かつ、上記コイルばね８０の弾性力によってシリンダ側カム部材３８とロッド側カム部材３２との相対位置関係は一定に維持されようとするので、シリンダ側カム部材３８を高速で移動させたような場合であっても、ローラ３５が第１の保持部３８ｂ，３２ｂから外れにくくなっている。また、シリンダ側カム部材３８からローラ３５への推進力は、摩擦力等によってではなくロッド側カム部材３２の第１の保持部３２ｂに直接伝達されるため、弁ロッド６を高速に移動させることが可能である。
【００４５】シリンダ側カム部材３８が移動して、弁ロッド６が所定の位置に到達すると、保持部材４１の支軸４１ａを支持している軸受部材４３および４２がストッパ部材１２および１３に当接し、保持部材４１の直動方向Ｂ１への直動が規制される。すなわち、弁ロッド６の直動方向Ｂ１への直動が規制される。保持部材４１の直動方向Ｂ１への直動が規制された状態で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７に示すように、弁ロッド６は弁体２が開口部５１を密封する向きに向けて傾動する。
【００４６】このときのカム機構３１の動作を図８を参照して説明する。保持部材４１の直動方向Ｂ１への直動が規制された状態でさらにエアシリンダ６０によってシリンダ側カム部材３８が直動方向Ｂ１に押されると、図８に示すように、シリンダ側カム部材３８の第１の保持部３８ｂおよびロッド側カム部材３２の第１の保持部３２ｂによって挟持されたローラ３５は、コイルバネ８０の弾性力に抗して第１の保持部３２ｂおよび３８ｂからそれぞれ外れ矢印Ｒ１の向きに転がり始める。
【００４７】図９に示すように、第１の保持部３２ｂおよび３８ｂからそれぞれ外れて転がり始めたローラ３５は、シリンダ側カム部材３８の傾斜面部３８ｃおよびロッド側カム部材３２の傾斜面部３２ｃの双方を矢印Ｒ１の向きに転がる。これにより、シリンダ側カム部材３８の傾斜面部３８ｃおよびロッド側カム部材３２の傾斜面部３２ｃの作用によって、直動力が傾動力に変換されて弁ロッド６は弁体２が開口部５１を密封する向きに向けて傾動するこのとき、図９に示すローラ３５の転動面３５ａとロッド側カム部材３２の傾斜面部３２ｃとの接触位置Ｐ１およびローラ３５の転動面３５ａとシリンダ側カム部材３８の傾斜面部３８ｃの接触位置Ｐ２では、転がり摩擦が発生し、滑り摩擦は発生しない。転がり摩擦による摩擦抵抗は、滑り摩擦による摩擦抵抗に比べて非常に小さく、このため、ローラ３５がシリンダ側カム部材３８の傾斜面部３８ｃおよびロッド側カム部材３２の傾斜面部３２ｃの双方を転がる際の摩擦によるエネルギーのロスは滑り摩擦が存在する場合と比較して非常に小さくなる。
【００４８】また、ローラ３５の転動面３５ａは、ロッド側カム部材３２のカム面３２ａおよびシリンダ側カム部材３８のカム面３８ａによって強い力で押圧されるが、ローラ３５の転動面３５ａとロッド側カム部材３２のカム面３２ａおよびシリンダ側カム部材３８のカム面３８ａとの間に滑りがないので、強い力がローラ３５の転動面３５ａに作用しても摩擦力によるエネルギーのロスの増大が抑制される。したがって、ローラ３５は、ロッド側カム部材３２のカム面３２ａおよびシリンダ側カム部材３８のカム面３８ａを滑らかに転がることが可能となり、騒音や振動の発生が大幅に低減される。
【００４９】ローラ３５がロッド側カム部材３２の第２の保持部３２ｄおよびシリンダ側カム部材３８の第２の保持部３８ｄまで転がると、ロッド側カム部材３２のカム面３２ａとシリンダ側カム部材３８のカム面３８ａとは対称な形状となっているので、ローラ３５はロッド側カム部材３２の第２の保持部３２ｄおよびシリンダ側カム部材３８の第２の保持部３８ｄに略同時に嵌まり合う。
【００５０】一方、ローラ３５がシリンダ側カム部材３８のカム面３８ａおよびロッド側カム部材３２のカム面３２ａの双方を転がると、弁ロッド６が傾斜し、図７に示したように、弁体２に設けたＯリング２ａが開口部５１の外周に押圧され、Ｏリング２ａが押しつぶされる。このとき、エアシリンダ６０によるシリンダ側カム部材３８に対する直動力は、シリンダ側カム部材３８のカム面３８ａの傾斜面部３８ｃとロッド側カム部材３２のカム面３２ａの傾斜面部３２ｃとのくさび効果によって増幅され、弁体２のＯリング２ａを押しつぶす力は当該直動力の、例えば１０倍程度となる。これにより、弁体２がＯリング２ａを十分に押しつぶすことができ、開口部５１の密封が良好に行われることになる。以上の動作によって、弁体２による気密室５０の開口部５１の密閉が完了する。
【００５１】気密室５０の開口部５１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ら伸ばすことによって行う。弁ロッド６を弁体２が開口部５１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３５はロッド側カム部材３２のカム面３２ａの第２の保持部３２ｄおよびシリンダ側カム部材３８のカム面３８ａの第２の保持部３２ｄによって挟持された状態から、コイルばね８０の復元力によって、双方の傾斜面部３２ｃおよび３８ｃを転がって再度第１の保持部３２ｂおよび３８ｂによって挟持され保持され、弁ロッド６は直立する。
【００５２】以上のように、本実施形態に係るゲートバルブによれば、弁ロッド６を傾動させるカム機構３１にローラ３５を使用し、ローラ３５の転動面３５ａをシリンダ側カム部材３８のカム面３８ａとロッド側カム部材３２のカム面３２ａとで挟持するとともに、ローラ３５をカム面３８ａとカム面３２ａの双方を転動させて弁ロッドを傾斜させ、ローラ３５とカム面３８ａおよびカム面３２ａとの間に滑り摩擦を発生させない構成としたので、ローラ３５とカム面３８ａおよびカム面３２ａとの間でのエネルギーロスを低減でき、エアシリンダ６０の駆動力を軽減することができる。この結果、エアシリンダ６０の小型化が可能になり、低コスト化も可能になる。また、ローラ３５とカム面３８ａおよびカム面３２ａとの間で摺動摩擦が発生しないので、摩耗や騒音の発生を大幅に低減でき、また、カム機構３１を極めてスムーズに動作させることができ、かつ高速動作させることができ、加えて、静粛性に富み、信頼性の高いカム機構３１が得られる。
【００５３】図１０は、上記構成のゲートバルブ１におけるエアシリンダ６０の作動圧と弁体２の傾動位置との関係を示すグラフである。また、図１０に示す比較データは、たとえば、図１１に示すようなカム機構を用いたゲートバルブにおけるエアシリンダ６０の作動圧と弁体２の傾動位置との関係を示している。図１１に示すカム機構は、上述したカム機構３１と同様にロッド側カム部材３３２と、シリンダ側カム部材３３８とを備えており、ロッド側カム部材３３２にはカム面３３２ａが形成されているが、シリンダ側カム部材３３８にはカム面は形成されておらず、代わりにローラ３５の転動面３５ａをローラ３５が回転自在なように保持する保持面３３８ａが形成されている。この図１１に示すカム機構の動作時には、ローラ３５はロッド側カム部材３３２のカム面３３２ａを転動するが、シリンダ側カム部材３３８の保持面３３８ａに対しては摺動し、ローラ３５の転動面３５ａとシリンダ側カム部材３３８の保持面３３８ａとの間には滑り摩擦が発生する。
【００５４】図１０において、縦軸は弁体２の傾動位置を示しており、縦軸の位置Ｋｏは傾動開始位置であり、矢印Ｄの向きに向かうほど弁体２の開口部５１に対する傾斜が大きくなり、位置Ｋｐが弁体２の開口部５１を密封する位置、すなわち、カム機構３１のローラ３５がロッド側カム部材３２の第２の保持部３２ｄおよびシリンダ側カム部材３８の第２の保持部３８ｄによって挟持された状態の位置である。また、横軸はエアシリンダ６０の作動圧である。
【００５５】図１０からわかるように、エアシリンダ６０の作動圧を増加させていくと、ともに弁体２は傾斜していくが、本実施形態に係るゲートバルブ１では密封位置Ｋｐに到達するのに要するエアシリンダ６０の作動圧ＰＡが図１１に示した滑り摩擦の存在するゲートバルブにおける作動圧ＰＢよりも小さいのがわかる。すなわち、本実施形態に係るゲートバルブ１では、カム機構３１に滑り摩擦によるエネルギーの損失が非常に小さいため、エアシリンダ６０の作動圧も小さくてすむ。
【００５６】本発明は、上述した実施形態に限定されない。上述した実施形態では、転動体として円柱体のローラ３５を用いた場合について説明したが、たとえば、球体を使用することも可能である。
【００５７】
【発明の効果】本発明によれば、ゲートバルブのカム機構を、構造を簡素化、小型化、低コスト化でき、動きをスムーズで高速にすることができ、静粛性に富み、信頼性の高いものとすることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４３８５
【氏名又は名称】エヌオーケー株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年２月２９日（２０００．２．２９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９４０５３
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 隆久
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２４１５５８（Ｐ２００１−２４１５５８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年９月７日（２００１．９．７） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１０２８５９（Ｐ２０００−１０２８５９） |
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