JP2002235868A - ゲートバルブ - Google Patents
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Abstract
処理基板に対応できるようにする。 【解決手段】 弁体24は、当該弁体に平行な回転軸の
まわりに揺動運動を行うように構成されている。弁体を
動かすための開閉機構28はトッグル機構で構成されて
いる。開閉機構の駆動源30は、弁体の回転軸に平行な
方向に配置された複数個の回転シリンダ54により構成
されている。回転シリンダの各々の回転シャフト56は
カップリング60を用いて直列に結合されている。
Description
置用のゲートバルブに関する。
ル機構で構成された開閉機構により弁体を揺動させて、
弁箱の開口の開け閉めを行うゲートバルブが提案されて
いる。2つのリンクからなるトッグル機構の利点は、原
動節側のリンクが連結リンクと直線状に近くなる位置
で、連結リンクの他端に大きな力を発生させる点にあ
る。上述の開閉機構を構成する原動節はロータリアクチ
ュエータ(回転シリンダ)によって駆動される。
板が大型化した場合、処理基板が通過する弁箱の開口が
大きくなるため、開口の開け閉めに用いられる弁体も大
きくなる。弁体が大きくなると、ゲートバルブ閉時に弁
体に作用する逆圧が大きくなるから、開閉機構の駆動源
の発生トルクを増加させる必要がある。そのため、駆動
源のサイズが必然的に大きくなる。
を示す平面図である。この図例では、搬送室10に、3
つの処理室12a、12bおよび12cと、ロードロッ
ク室14とがそれぞれゲートバルブ16a、16b、1
6cおよび16dを介して接続されている。搬送室10
内には、処理基板18を搬送するための搬送ロボット2
0が設置されている。
との仕切りとして使用されることがある。上述したよう
に駆動源が大きくなると、弁箱の奥行き幅が大きくなる
ため、搬送室内の搬送ロボットのストロークを、増加し
た幅分だけ拡大させる必要がある。搬送ロボットのスト
ローク拡大に伴い、搬送ロボット自体も大型化し、搬送
室の占有面積が大きくなってしまう。
行き幅を増加させることなく、大型処理基板に対応でき
るようにしたゲートバルブを提供することにある。
トバルブによれば、開口を有した弁箱と、この弁箱の内
側に収められ、開口の開閉に用いられる弁体と、この弁
体に接続された弁棒と、この弁棒を作動させ、弁箱の弁
座に弁体を着座させる閉動作、および弁座から弁体を離
間させる開動作を行う開閉機構とを備えたゲートバルブ
において、弁体が、当該弁体に平行な回転軸のまわりに
揺動運動を行うように構成されており、開閉機構はトッ
グル機構で構成されており、開閉機構の駆動源が、回転
軸に平行な方向に配置された複数個の回転式アクチュエ
ータにより構成され、回転式アクチュエータの各々の回
転駆動軸が直列に結合されていることを特徴とする。
構がトッグル機構を有するため、開閉機構の小型化が図
れるとともに、逆圧に抗する大きな力を弁体に与えるこ
とができるようになる。しかも、開閉機構の駆動源は複
数個の回転式アクチュエータを弁体の回転軸に平行に配
置し、これら回転式アクチュエータの回転駆動軸を直列
に結合したものであるから、弁箱の奥行き幅を増加させ
ることなく、駆動源の発生トルクを向上させることがで
きる。
くは、回転式アクチュエータが空気圧式であると良い。
れ、揺動運動を行う第1揺動リンクと、弁棒に接続さ
れ、この弁棒を軸として揺動運動を行う第2揺動リンク
と、第1および第2揺動リンク間を結合する結合リンク
とを備えると良い。
実施の形態につき説明する。なお、図は、この発明が理
解できる程度に形状、大きさおよび配置関係を概略的に
示したものに過ぎない。よって、この発明は、図示例に
何ら限定されることがない。
mm相当の基板に対応可能な構成を有している。以下、
図1〜図5を参照して、この実施の形態のゲートバルブ
の構成につき説明する。
ルブの構成を示す図である。図1はゲートバルブの正面
図である。図2はゲートバルブの上面図である。図3は
ゲートバルブの概略的な斜視図である。図4(A)およ
び図5(A)には、弁棒に対し垂直な方向から見たとき
の弁箱および弁体の断面が示されている。図4(B)お
よび図5(B)には、開閉機構を弁棒に垂直な方向から
見たときの様子が示されている。各図において断面を示
すハッチングの図示を省略している。図3では、開閉機
構のリンクカバーとエア供給部との図示を省略してい
る。また、図3では、回転シリンダを簡略化して示して
いる。図4(A)および図5(A)には、弁箱をチャン
バ間に接続した状態にして示している。図1中の斜線部
がチャンバ間との結合面すなわちシール面である。ま
た、図4(A)および図5(A)では、開閉機構の図示
を省略している。図4は開時の様子を示しており、図5
は閉時の様子を示している。
2、弁体24、弁棒26、開閉機構28および駆動源3
0を備えている。弁箱22の壁面には、開口32が設け
られている。弁箱22の内側に収められた弁体24は、
開口32の開閉に用いられる、弁体24と弁棒26とは
接続されている。開閉機構28は、弁棒26を作動さ
せ、弁箱22の弁座に弁体24を着座させる閉動作、お
よび弁座から弁体24を離間させる開動作を行うもので
ある。
4に関して左右対称な構成になっている。例えば、弁体
24の両端部に同じ形状の弁棒26がそれぞれ接続され
ている。これら弁棒26の回転軸は一致させてある。弁
体24の主面は弁棒26の延在方向に平行に配置されて
おり、弁棒26の回転運動に伴って弁体24が上述した
回転軸のまわりに揺動運動を行うように構成されてい
る。弁棒26は、弁箱22の側部に開けられた開口34
を通して外部に導出されている。弁箱22の側部にはガ
イドユニット36が固定されている。弁棒26はベアリ
ング38によりガイドユニット36に対し軸支されてい
る。このガイドユニット36は、弁棒26のガイド機能
とともに、真空と大気を隔離するためのシールユニット
機構を有している。
によって支えられている。各弁棒26は、図1を見た場
合、開口32の下方に設置されている。これらの弁棒2
6は、それぞれ同じ構成の開閉機構28により回転駆動
される。各開閉機構28を作動させると、各弁棒26が
それぞれ同じ向きに同じ速度で回転することにより、弁
体24は弁棒26を軸にして揺動運動を行う。
た端部は、上述の開閉機構28にそれぞれ結合されてい
る。この開閉機構28はトッグル機構で構成されてい
る。この開閉機構28は、主として第1揺動リンク4
0、第2揺動リンク42および結合リンク44により構
成される。第1揺動リンク40は、駆動シャフト50を
介して駆動源30の回転駆動軸に結合されている。この
第1揺動リンク40は、駆動源30により駆動されて揺
動運動を行い、開閉機構28の原動節として働くリンク
である。第2揺動リンク42は、弁棒26に接続され、
弁棒26を軸にして揺動運動を行うリンクである。結合
リンク44は、第1および第2揺動リンク40および4
2間を結合するリンクである。第1揺動リンク40と結
合リンク44の一端とは、シャフト46を介して回転自
在に結合されている。また、結合リンク44の他端と第
2揺動リンク42とは、シャフト48を介して回転自在
に結合されている。開閉機構28はリンクカバー52に
より覆われている。
を駆動して第1揺動リンク40を揺動させると、第1揺
動リンク40の動きに結合リンク44が追従し、その結
果、第2揺動リンク42が揺動し始める。第2揺動リン
ク42が揺動すると、第2揺動リンク42に結合された
弁体24が揺動することにより、開口32の開閉動作が
行われる。
30によって駆動される。各駆動源30は、弁箱22の
下部にそれぞれ固定されている。
それぞれは、2個の同品の回転式アクチュエータにより
構成される。これら回転式アクチュエータの各々の回転
駆動軸(回転シャフト56)は、カップリング60を用
いて直列に結合されている。すなわち、各回転シリンダ
54の回転シャフト56が直線状になるように配置さ
れ、各回転シャフト56の互いに対向する端部どうしが
カップリング60により連結されている。
ト56の延在方向が弁体24の回転軸に平行になるよう
に、配置される。そして、各駆動源30において、一方
の回転シャフト56の端部が上述した駆動シャフト50
に接続されている。
の回転シリンダ54を用いている。この回転シリンダ5
4は、エアの供給によって内部の羽根を回転させること
により、この羽根に接続された回転シャフト(ベーンシ
ャフト)56を回転させるものである。エアポート(エ
ア供給口)58は、各回転シリンダ54に2つずつ設け
られており、エアを導入するエアポートの選択によって
回転シャフト56の回転方向を制御することができる。
エアポート58へのエアの導入は、弁箱22の下方に設
けられたエア供給部62により行われる。
結して用いることにより、1個の回転シリンダ54を単
独で用いた場合に比べて、2倍の回転トルクを発生させ
ることができる。
SMC社製のロータリアクチュエータCDRB1BW3
0−100D−T79(商品名)を用いるのが好適であ
る。また、上述したカップリング60として、例えば三
木プーリー社製のサーボフレックスカップリングSFC
WP(商品名)を用いるのが好適である。
る。まず、図4の開時の状態において、回転シリンダ5
4を駆動して、第1揺動リンク40を駆動シャフト50
を中心に図4(B)中の反時計回りに回転させる。する
と、結合リンク44は上方に押し上げられる形となり、
このため第2揺動リンク42が時計回りに回転する。し
たがって、第2揺動リンク42の回転中心に設けられた
弁棒26に対し時計回りの回転力が与えられる。この弁
棒26の回転運動に伴い、弁体24は開口32の側に回
転して、図5(A)に示すように弁体24の主面(Oリ
ング64が設けられた面)が弁座に対して着座する。
る。まず、図5の閉時の状態において、回転シリンダ5
4を駆動して、第1揺動リンク40を駆動シャフト50
を中心に図5(B)中の時計回りに回転させる。する
と、結合リンク44は下方に押し下げられる形となり、
このため第2揺動リンク42が反時計回りに回転する。
したがって、第2揺動リンク42の回転中心に設けられ
た弁棒26に対し反時計回りの回転力が与えられる。こ
の弁棒26の回転運動に伴い、弁体24は開口32の側
から離れる向きに回転するので、図4(A)に示すよう
に開口32が開いた状態となる。
ルクの計算例を示す。図6には、開閉機構28の、図5
(B)中に太線で示したトッグル機構の部分を簡略化し
て示してある。
点はシャフト48の回転軸、c点は駆動シャフト50の
回転軸、d点は弁棒26の回転軸、およびe点はOリン
グ64に加わる荷重の作用点をそれぞれ示している。
し、b点とd点との間の距離をL2とし、a点とc点と
の間の距離をL3とする。さらに、a点とb点とを結ぶ
直線abの長さをL4とし、直線abと、b点とc点と
を結ぶ直線bcとのなす角度をθ4としたとき、L4c
osθ4=Xとする。また、直線bcとa点との距離を
Yとする。
点およびe点を結ぶ直線とのなす角度をθ1とする。ま
た、b点に発生する力F2の方向と、直線bcとのなす
角度をθ2とする。また、駆動源30によりa点に与え
られる力F0の方向と、この力F0のうちa点を直線b
cの側に押しやる力成分Fの方向とのなす角度をθ3と
する。
ある。 L1=28mm L2=21mm L3=21mm X=50.313mm Y=3.227mm θ1=78.7° θ2=17.5° θ3=8.84° θ4=3.67°
に対応するゲートバルブの場合につき、計算例を示す。
弁箱22の開口32のサイズは、縦3.4cm、横22
cmである。
リング64として、型名AS568#362、太さW=
5.33、内径ID=158.12で規定される規格の
Oリングを用いている。三菱電線工業(株)から発行さ
れた「O−リングハンドブック」によれば、このOリン
グのつぶし力は、つぶししろを15%とした場合、0.
25Kg/mmである。Oリングの長さは512mmな
ので、Oリングのつぶし力として、0.25Kg/mm
×512mm=128Kgが必要である。また、1気圧
=1.0Kg/cm2 重より、弁体24に作用する逆圧
力は、3.4cm×22cm×1.0Kg/cm2 =7
4.8Kgとなる。よって、弁体24を弁座に押しつけ
るために必要な力Pは、合計で202.8Kgとなる。
要なトルクT1を計算する。図6中のe点に与えられる
荷重P1は次式(1)により計算される。 P1=P/cos(90−θ1)=202.8/cos(90−78.7)= 206.8(Kg) ・・・(1)
T0は、次式(2)によって計算される。 T0=P1×L1=206.8×2.8=579.04(Kg・cm) ・・ ・(2)
棒26を備えるため、次式(3)によってトルクT1が
計算される。 T1=T0/2=579.04/2=289.52(Kg・cm) ・・・( 3)
必要なトルクT1は290Kg・cm以上となる。
る。図6中のb点に発生する力F2は次式(4)により
計算される。 F2=T1/L2=290/2.1=138.1(Kg) ・・・(4)
方向の成分F1は、次式(5)により計算される。 F1=F2/cosθ2=138.1/cos17.5=144.8(Kg) ・・・(5)
り立つ。 F1/F=X/(2Y) ・・・(6)
すように計算される。 F=2×F1×Y/X=2×144.8×3.227/50.313=18. 57(Kg) ・・・(7)
は次式(8)により計算される。 F0=F/cosθ3=18.57/cos8.84=18.8(Kg) ・ ・・(8)
(9)により計算される。 T=L3・F0=2.1×18.8=39.48(Kg・cm) ・・・(9 )
板が通過できるゲートバルブの場合、弁体の弁座押し付
け力として202.8Kg・cmが必要である。トッグ
ル機構を用いた開閉機構28では、1軸あたりの必要回
転トルクが39.48Kg・cmとなる。
に対応するゲートバルブの場合につき、計算例を示す。
弁箱22の開口32のサイズは、縦3.4cm、横32
cmである。
リング64として、型名AS568#372、太さW=
5.33、内径ID=221.62で規定される規格の
Oリングを用いている。三菱電線工業(株)から発行さ
れた「O−リングハンドブック」によれば、このOリン
グのつぶし力は、つぶししろを15%とした場合、0.
25Kg/mmである。Oリングの長さは696mmな
ので、Oリングのつぶし力として、0.25Kg/mm
×696mm=174Kgが必要である。また、1気圧
=1.0Kg/cm2 重より、弁体24に作用する逆圧
力は、3.4cm×32cm×1.0Kg/cm2 =1
08.8Kgとなる。よって、弁体24を弁座に押しつ
けるために必要な力Pは、合計で282.8Kgとな
る。
要なトルクT1を計算する。図6中のe点に与えられる
荷重P1は次式(10)により計算される。 P1=P/cos(90−θ1)=282.8/cos(90−78.7)= 288.4(Kg) ・・・(10)
T0は、次式(11)によって計算される。 T0=P1×L1=288.4×2.8=807.52(Kg・cm) ・・ ・(11)
棒26を備えるため、次式(12)によってトルクT1
が計算される。 T1=T0/2=807.52/2=403.76(Kg・cm) ・・・( 12)
必要なトルクT1は404Kg・cm以上となる。
る。図6中のb点に発生する力F2は次式(13)によ
り計算される。 F2=T1/L2=404/2.1=192.4(Kg) ・・・(13)
方向の成分F1は、次式(14)により計算される。 F1=F2/cosθ2=192.4/cos17.5 =201.7(Kg ) ・・・(14)
成り立つ。 F1/F=X/(2Y) ・・・(15)
に示すように計算される。 F=2×F1×Y/X=2×201.7×3.227/50.313=25. 87(Kg) ・・・(16)
は次式(17)から計算される。 F0=F/cosθ3=25.87/cos8.84=26.2(Kg) ・ ・・(17)
(18)により計算される。 T=L3・F0=2.1×26.2=55.02(Kg・cm) ・・・(1 8)
板が通過できるゲートバルブの場合、弁体の弁座押し付
け力として282.8Kg・cmが必要である。トッグ
ル機構を用いた開閉機構28では、1軸あたりの必要回
転トルクが55.02Kg・cmとなる。
mm相当の基板に対応させるには、駆動源の発生トルク
を、200mm相当の基板に対応したゲートバルブで使
用されていた駆動源の発生トルクの2倍にすれば良いこ
とが分かる。上述したように、この実施の形態のゲート
バルブでは、2個の回転シリンダを直列に組み合わせた
駆動源を用いることによって、必要回転トルクの発生が
実現されている。しかもこの構成によれば、複数個の回
転シリンダを弁体の回転軸に平行な方向に配置するか
ら、弁箱の奥行き幅を増加させる必要がない。よって、
搬送室内の搬送ロボットのストロークを増加させる必要
がない。その結果、ロボットの大型化、搬送室の占有面
積の大型化、および作業性の悪化を回避できる。
が、当該弁体に平行な回転軸のまわりに揺動運動を行う
ように構成され、開閉機構がトッグル機構で構成され、
開閉機構の駆動源が、回転軸に平行な方向に配置された
複数個の回転式アクチュエータにより構成され、回転式
アクチュエータの各々の回転駆動軸が直列に結合されて
いる。
構がトッグル機構を有するため、開閉機構の小型化が図
れるとともに、逆圧に抗する大きな力を弁体に与えるこ
とができるようになる。しかも、開閉機構の駆動源は複
数個の回転式アクチュエータを弁体の回転軸に平行に配
置し、これら回転式アクチュエータの回転駆動軸を直列
に結合したものであるから、弁箱の奥行き幅を増加させ
ることなく、駆動源の発生トルクを向上させることがで
きる。
る。
る。
る。
る。
る。
図である。
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 開口を有した弁箱と、該弁箱の内側に収
められ、前記開口の開閉に用いられる弁体と、該弁体に
接続された弁棒と、該弁棒を作動させ、前記弁箱の弁座
に前記弁体を着座させる閉動作、および該弁座から前記
弁体を離間させる開動作を行う開閉機構とを備えたゲー
トバルブにおいて、 前記弁体が、当該弁体に平行な回転軸のまわりに揺動運
動を行うように構成されており、 前記開閉機構はトッグル機構で構成されており、 前記開閉機構の駆動源が、前記回転軸に平行な方向に配
置された複数個の回転式アクチュエータにより構成さ
れ、 前記回転式アクチュエータの各々の回転駆動軸が直列に
結合されていることを特徴とするゲートバルブ。 - 【請求項2】 請求項1に記載のゲートバルブにおい
て、 前記回転式アクチュエータが空気圧式であることを特徴
とするゲートバルブ。 - 【請求項3】 請求項1に記載のゲートバルブにおい
て、 前記開閉機構は、 前記回転駆動軸に結合され、揺動運動を行う第1揺動リ
ンクと、 前記弁棒に接続され、該弁棒を軸として揺動運動を行う
第2揺動リンクと、 前記第1および第2揺動リンク間を結合する結合リンク
とを備えることを特徴とするゲートバルブ。
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