JP6607428B1 - ゲートバルブ - Google Patents

Abstract

両面シール式のゲートバルブにおいて、動作時の振動を低減して、弁板による弁閉時の安定したシール性を実現する。本発明に係るゲートバルブ（１）は、弁箱（２）の両側面に設けられた開口部（７，８）を、弁箱（２）内に配置された弁板（３）で開閉するゲートバルブであって、弁箱（２）内で昇降及び傾倒可能に支持されたバルブロッド（４）と、バルブロッド（４）を所定ストローク昇降及び傾倒させる駆動機構（５）と、駆動機構（５）のストローク途中に設けられたスプリングリターン式のストッパーピン（３０）からなり、圧縮空気の供給又は停止により進退してバルブロッド（４）の上昇を規制又は解除するストッパー機構（６）と、駆動機構（５）によるバルブロッド（４）の動作時に発生する振動を低減する振動低減手段を備え、振動低減手段として、ストッパーピン（３０）のピンロッド（３６）に荷重受けローラー（２９）との衝突時の衝撃を緩和するスリット（４０）が設けられている。

Description

本発明は、二つのチャンバー間に設置される両面シール式のゲートバルブに関する。

従来、この種のバルブとして、下記の特許文献１に記載されたゲートバルブが知られている。このゲートバルブは、弁デスク、弁ロッド、第１の移動装置、及び連結装置からなり、連結装置のストロークエンドを支点として弁ロッドが傾動し、弁デスクが弁座に押圧されるバルブである。連結装置のストローク途中には、連結装置のストローク動作を止めるストッパと、ストッパを移動させてストローク動作止めを行わせる第２の移動装置が設けられている。また、ストッパは、弁デスクが弁座に対向しないストローク位置に移動したときに第２の移動装置によって移動されて連結装置のストローク動作を止め、この状態下で、第１の移動装置が弁デスクを傾動させ、弁デスクが弁座と同一方向に押圧されるように構成されている。

特開２００２−３０３３７２号公報

特許文献１に記載された従来のゲートバルブによると、第２の移動装置であるピストンシリンダ装置によってストッパを突出移動させ、連結装置のストローク動作を止めるようになっている。このとき、ストッパが枢軸（支点）に衝突して連結装置の動きを止めるため、衝突時の衝撃により振動が発生するという問題がある。ところが、従来のゲートバルブにおいて、この振動に対する対策は何も講じられていない。

そこで、本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、両面シール式のゲートバルブにおいて、動作時に発生する振動を低減して、弁板による弁閉時の安定したシール性を実現することにある。

前記の目的を達成するため、本発明は、弁箱の両側面に設けられた開口部を、前記弁箱内に配置された弁板で開閉するゲートバルブであって、前記弁板に結合され、前記弁箱内で昇降及び傾倒可能に支持されたバルブロッドと、前記弁箱外に設けられ、前記バルブロッドを所定ストローク昇降及び傾倒させる駆動機構と、前記駆動機構のストローク途中に設けられたスプリングリターン式のストッパーピンからなり、圧縮空気の供給により前記ストッパーピンのピンロッドがスプリングのばね力に抗して前記バルブロッドのストローク方向と直交する水平方向に前進し、前記バルブロッドに結合されたカムプレートもしくはカムプレートに取り付けられた荷重受けローラーが前記ピンロッドに衝突して前記バルブロッドの上昇を規制する一方、圧縮空気の供給停止により前記ピンロッドが前記スプリングの反力で前記水平方向に後退し、前記カムプレートもしくは前記荷重受けローラーが前記ピンロッドに衝突せずに前記バルブロッドの上昇規制を解除するストッパー機構と、前記駆動機構による前記バルブロッドの動作時に発生する振動を低減する振動低減手段を備え、前記振動低減手段として、前記ストッパーピンのピンロッドに前記カムプレートもしくは前記荷重受けローラーとの衝突時の衝撃を緩和するスリット加工またはザグリ穴加工が施されていることを特徴とする。

また、本発明において、前記振動低減手段として、弁開時に前記弁板が前記弁箱の弁座面から離れ始める速度を低速に設定した遅延回路が設けられていても良い。

また、本発明において、前記弁板に固定されたＯリングが弁座に平行に押し当たるように前記弁板の弁板面が傾斜していると良い。

本発明に係るゲートバルブによれば、圧縮空気の供給又は停止により進退してバルブロッドの上昇を規制又は解除するストッパー機構を採用したことにより、バルブロッドの所定位置での停止を圧力調整によって制御する必要がなく、しかも、バルブロッドの動作時に発生する振動を低減する振動低減手段を備えたことにより、動作時の振動を抑えて弁板による弁閉時のシール性を安定させ発塵を抑制することができるという効果がある。

本発明に係るゲートバルブの全体図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は要部の左側面図、（Ｃ）は右側面の部分断面図、（Ｄ）は底面図である。 本発明に係るゲートバルブの全開時「ＯＰＥＮ」の状態を示す図であり、（Ａ）は正面の断面図、（Ｂ）は右側面の断面図である。 本発明に係るゲートバルブの第１の弁板が第１の開口部を閉じた時「ＣＬＯＳＥ１」の状態を示す図であり、（Ａ）は正面の断面図、（Ｂ）は右側面の断面図、（Ｃ）はストッパーピン部分の拡大断面図、（Ｄ）は矢印Ｄ方向から見たピンロッドをスリット加工した端面図、（Ｅ）はピンロッドをザグリ穴加工した端面図である。 本発明に係るゲートバルブの「ＯＰＥＮ」から「ＣＬＯＳＥ１」までの動作説明図であり、（Ａ）は「ＯＰＥＮ」時、（Ｂ）は動作開始時、（Ｃ）は「ＣＬＯＳＥ１」停止時の状態を示す。 本発明に係るゲートバルブの第２の弁板が第２の開口部を閉じた時「ＣＬＯＳＥ２」の状態を示す図であり、（Ａ）は正面の断面図、（Ｂ）は右側面の断面図、（Ｃ）はストッパーピン部分の拡大断面図である。 本発明に係るゲートバルブの「ＯＰＥＮ」から「ＣＬＯＳＥ２」までの動作説明図であり、（Ａ）は「ＯＰＥＮ」時、（Ｂ）は動作開始時、（Ｃ）は「ＣＬＯＳＥ１」位置通過時、（Ｄ）は「ＣＬＯＳＥ２」停止時の状態を示す。 本発明に係るゲートバルブの右側面の要部断面図、正面の要部断面図、右側面の要部平面図であり、（Ａ）はシール動作前、（Ｂ）はシール動作時、（Ｃ）はメンテナンス動作時の状態を示す。 本発明に係るゲートバルブの遅延回路による動作を示すタイミングチャートである。 本発明に係るゲートバルブの遅延回路と通常回路の動作振動を比較したグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態のゲートバルブ１は、フラットパネルディスプレイや半導体基板を製造する装置において、真空と真空、あるいは真空と大気を隔離するためのもので、ディスプレイや基板を製造する上で各種工程を隔離する用途に使用される。このゲートバルブ１は、いわゆる弁箱タイプの両面シール式ゲートバルブであって、扁平角型の弁箱２と、弁箱２の内部に収容された弁板３と、弁板３に結合されたバルブロッド４と、バルブロッド４を所定ストローク昇降及び傾倒動作させる駆動機構５と、バルブロッド４の上昇を規制又は解除するストッパー機構６と、駆動機構５によるバルブロッド４の動作時に発生する振動を低減する振動低減手段を備えて構成されている。

弁箱２の左右両側の壁面には、基板を通過させるために細長い形状の開口部（第１の開口部７と第２の開口部８）が設けられている。第１の開口部７の外壁面にはプロセスチャンバー（図示略）が接続され、第２の開口部８の外壁面にはトランスファーチャンバー（図示略）が接続される。そして、トランスファーチャンバーから弁箱２を通過してプロセスチャンバーへと搬送された基板は、ゲートバルブ１を閉じることで密閉された環境に保たれ、プロセスチャンバーの室内で各種製膜のための熱、ガス、プラズマ等の処理が行われる。

図２に示すように、弁箱２の室内空間９には、開口部７，８を選択的に開閉するために一対の弁板３（第１の弁板１０と第２の弁板１１）が対向して配置されている。第１の弁板１０と第２の弁板１１は、その外側面にそれぞれ第１の開口部７と第２の開口部８よりも一回り大きなサイズの弾性シール材として、Ｏリング１２，１３が嵌め込み固定されている。

第１の弁板１０と第２の弁板１１は、図１（Ｃ）のようにボルト１４で固定することにより分割可能に結合一体化されており、全体として、弁板面下部から弁板面上部に向かって緩やかに先細りとなるテーパ形状に成形されている。このように弁板１１の弁板面が傾斜していることにより、弁閉時にＯリング１２，１３が弁座に平行に（均等な力で）押し当たるようになっている。また、第２の弁板１１の中央には、ボルト１４によってバルブロッド４が着脱可能に取り付けられており、バルブロッド４から弁板３を一式取り外したり、弁板３の片方（例えば第１の弁板１０）だけを取り外したりすることが可能である。取り外した弁板３（１０，１１）は、弁箱２の天面を塞いでいるメンテナンスフランジ１５を取り外して蓋を開けることにより、外部へと取り出して、表面のクリーニングやＯリング１２，１３の交換等のメンテナンス作業を行うことができる。

バルブロッド４は、弁箱２の底面を塞いでいるボンネットフランジ１６の中央を貫通し、弁箱２の外部へと延設されている。バルブロッド４の中間位置には、バルブロッド４を支持し、その動きを案内するロッドガイド１７が設けられている。また、ロッドガイド１７とボンネットフランジ１６との間には、バルブロッド４の周囲を覆うように溶接ベローズや成形ベローズ等の伸縮自在な金属製のベローズ１８が取り付けられており、バルブロッド４が外部から完全に遮断されている。

ロッドガイド１７の上方には支点ローラー１９が設けられており、弁箱２を支えるローラーガイド２０に回転可能に支持されている。また、バルブロッド４の下端部には方向切換ローラー２１が設けられている。方向切換ローラー２１は、図２（Ｂ）のようにカム２２に設けられた断面「〈」形状に曲がったカム溝２３に係合してスライド可能に支持されており、カム２２の下端部にはカム２２を支持するカムプレート２４が一体に結合されている。また、カムプレート２４とロッドガイド１７との間にはコイルスプリング２６が取り付けられており、カムプレート２４の下端中央部には駆動機構５として、昇降用のエアシリンダ２７のピストンロッド２８が連結されている。なお、カムプレート２４の左右両端部の上に力点となる荷重受けローラー２９が取り付けられ、ローラーガイド２０に沿って昇降可能に支持されている。

以上の構成からなる駆動機構５により、エアシリンダ２７を駆動すると、カムプレート２４に結合されたカム２２を介してバルブロッド４が所定ストローク昇降動作することにより、バルブロッド４に装着された弁板３が弁箱２内の所定高さに移動して停止するように構成されている。また、方向切換ローラー２１がカム溝２３の上端位置（中心）にある時にはバルブロッド４が弁箱２の中心に起立し、カム溝２３の中間位置（左側）にある時にはバルブロッド４が支点ローラー１９を軸に回転して右側に傾倒動作し、カム溝２３の下端位置（右側）にある時にはバルブロッド４が支点ローラー１９を軸に回転して左側に傾倒動作する。これにより、カム溝２３の上端位置では図２のようにバルブロッド４に装着された弁板３（１０，１１）が開口部７，８を両方開き、カム溝２３の中間位置では図３のように第１の弁板１０が第１の開口部７を閉じ、カム溝２３の下端位置では図５のように第２の弁板１１が第２の開口部８を閉じるように構成されている。

図３に示すように、ストッパー機構６は、エアシリンダ２７のストローク途中に設けられ、圧縮空気の供給又は停止により進退してバルブロッド４の上昇を規制又は解除する機能を有する。このストッパー機構６として、本実施形態では、駆動機構５の左右両側にスプリングリターン式のストッパーピン３０が設けられている。ストッパーピン３０は、図３（Ｃ）に拡大して示すように、ボディ３１にロッドカバー３２を装着した密閉空間３３の内部に、パッキン３４でシールされ、かつスプリング３５で付勢されたピンロッド３６を収容した構造になっている。ストッパーピン３０のボディ３１は、エア配管３７（図１参照）を介してソレノイド弁３８に接続されている。

ストッパーピン３０に対向するカムプレート２４の端面には、ピンロッド３６の位置に対応させて荷重受けローラー２９が設置されている。また、ピンロッド３６の先端部には、振動低減手段として荷重受けローラー２９との衝突時の衝撃を緩和するスリット加工が施されており、図３（Ｄ）のような水平方向に切り込みを入れたスリット４０が設けられている。スリット４０の深さは、少なくとも荷重受けローラー２９とピンロッド３６の衝突幅以上あれば良い。なお、振動低減手段の例として、スリット加工に代えてザグリ穴加工を施しても良く、図３（Ｅ）のようなピンロッド３６の中心に円形のザグリ穴４１を設けることもできる。

以上の構成からなるストッパー機構６により、ソレノイド弁３８からエア配管３７を経由して圧空供給口３９からボディ３１内に圧縮空気を供給すると、図３（Ｃ）のようにピンロッド３６がスプリング３５のばね力に抗して押し出されて前進し、ピンロッド３６の先端部がロッドカバー３２の端面から突き出た状態になる。このため、カムプレート２４の荷重受けローラー２９がピンロッド３６の先端部に衝突して引っ掛かり、カムプレート２４に結合されたバルブロッド４の上昇が規制される。このとき、ピンロッド３６のスリット４０によって衝突時の衝撃が吸収されるため、振動を低減することができる。

これに対し、ソレノイド弁３８からの圧縮空気の供給を停止すると、図５（Ｃ）のようにピンロッド３６がスプリング３５の反力で押し戻されて後退し、ピンロッド３６の先端部がロッドカバー３２の端面まで引っ込んだ状態になる。このため、カムプレート２４の荷重受けローラー２９がピンロッド３６の先端部に衝突せず、規制が解除され、カムプレート２４に結合されたバルブロッド４はエアシリンダ２７のストローク端まで上昇する。

以上が本実施形態のゲートバルブ１の構造であるが、次にその動作を説明する。

図２はゲートバルブ１の全開時「ＯＰＥＮ」の状態、図３はゲートバルブ１の第１の弁板１０が第１の開口部７を閉じた時「ＣＬＯＳＥ１」の状態、図４は「ＯＰＥＮ」から「ＣＬＯＳＥ１」までの動作を示したものである。

ゲートバルブ１において、図４（Ａ）のようにバルブロッド４が下降し、方向切換ローラー２１がカム溝２３の上端位置（中心）にある時にはバルブロッド４が弁箱２の中心に起立し、第１の弁板１０と第２の弁板１１がそれぞれ第１の開口部７と第２の開口部８から逃げた開弁状態である。この状態において、第２の開口部８（トランスファーチャンバー側）から第１の開口部７（プロセスチャンバー側）へと基板を通過させることができる。

ここで、プロセスチャンバー側を閉じる「ＣＬＯＳＥ１」の状態にするには、ソレノイド弁３８から圧縮空気を供給する。これにより、ストッパーピン３０のピンロッド３６が水平方向に前進し、ピンロッド３６の先端部がロッドカバー３２の端面から突き出た状態になる。また、図７（Ａ）において、エアシリンダ２７を駆動することにより、圧縮空気の力でカムプレート２４全体が下から押し上げられ、コイルスプリング２６を圧縮しながら、バルブロッド４はカムプレート２４に結合されたカム２２を介して所定ストローク上昇する。

そして、図７（Ｂ）に示すように、ロッドガイド１７の支点ローラー１９がローラーガイド２０の溝上端に突き当たると、図４（Ｂ）のように弁板３（１０，１１）が開口部７，８に対応する高さ位置まで移動する。このとき、エアシリンダ２７はストロークを残している。

今度は方向切換ローラー２１がカム溝２３に沿って動き始め、シール動作を開始する。このとき、荷重受けローラー２９がピンロッド３６に衝突し、方向切換ローラー２１がカム溝２３の中間位置（左側）に移動し、バルブロッド４を右側に傾倒動作させる。これにより、図４（Ｃ）のように、第１の弁板１０が第１の開口部７に接合して、第１の開口部７をシールした「ＣＬＯＳＥ１」の状態になり、シール動作が完了する。

再度バルブを開く場合には、バルブロッド４が図４（Ｃ）→図４（Ｂ）→図４（Ａ）の順に状態変化する。すなわち、通常のバルブ開閉動作は、この図４（Ａ）から（Ｃ）までの往復動作である。

図５はゲートバルブ１の第２の弁板１１が第２の開口部８を閉じた時「ＣＬＯＳＥ２」の状態、図６は「ＯＰＥＮ」から「ＣＬＯＳＥ２」までの動作を示したものである。

ゲートバルブ１において、図６（Ａ）のようにバルブロッド４が下降し、方向切換ローラー２１がカム溝２３の上端位置（中心）にある時にはバルブロッド４が弁箱２の中心に起立し、第１の弁板１０と第２の弁板１１がそれぞれ第１の開口部７と第２の開口部８から逃げた開弁状態である。

ここで、トランスファーチャンバー側を閉じる「ＣＬＯＳＥ２」の状態にするには、ソレノイド弁３８からの圧縮空気の供給を停止する。これにより、ストッパーピン３０のピンロッド３６が水平方向に後退し、ピンロッド３６の先端部がロッドカバー３２の端面まで引っ込んだ状態になる。また、エアシリンダ２７の駆動により、圧縮空気の力でカムプレート２４全体が下から押し上げられ、コイルスプリング２６を圧縮しながら、バルブロッド４はカムプレート２４に結合されたカム２２を介して所定ストローク上昇し、図６（Ｂ）のように弁板３（１０，１１）が開口部７，８に対応する高さ位置まで移動する。

さらに、カムプレート２４の荷重受けローラー２９がピンロッド３６の先端部に衝突せず、バルブロッド４の規制が解除されているため、バルブロッド４はエアシリンダ２７のストローク端まで上昇動作する。その際に、方向切換ローラー２１はカム溝２３に沿って動き始め、メンテナンス動作を開始する。このとき、図７（Ｃ）に示すように、方向切換ローラー２１がカム溝２３の下端位置（右側）に移動し、バルブロッド４を左側に傾倒動作させる。これにより、図６（Ｄ）のように、第２の弁板１１が第２の開口部８に接合して、第２の開口部８をシールした「ＣＬＯＳＥ２」の状態になり、メンテナンス動作が完了する。

この「ＣＬＯＳＥ２」の状態において、弁箱２のメンテナンスフランジ１５を取り外して蓋を開け、図１（Ｃ）に示すボルト１４を緩めて第１の弁板１０をバルブロッド４から取り外せば、第１の弁板１０を弁箱２の外部へ取り出すことができる。したがって、Ｏリング１２，１３に耐性を求める側を「ＣＬＯＳＥ１」側とすることで、「ＣＬＯＳＥ２」の状態でチャンバーの気密性を保ちながら、第１の弁板１０のクリーニングやＯリング１２の交換等のメンテナンス作業を行うことができる。

再度バルブを開く場合には、バルブロッド４が図６（Ｄ）→図６（Ｃ）→図６（Ｂ）→図６（Ａ）の順に状態変化する。すなわち、メンテナンス時のバルブ開閉動作は、この図６（Ａ）から（Ｄ）までの往復動作である。

さらに、本実施形態のゲートバルブ１は、振動低減手段として、弁開時に弁板３が弁箱２の弁座面から離れ始める速度を低速に設定した遅延回路が設けられている。図８は、この遅延回路によるバルブロッド４の動作速度を示したものである。全閉状態から弁開時においては、弁座面に貼り付いた弁板３を剥離する際に振動や騒音が発生する。そこで、この貼り付きの影響を考慮して、ノズルの開度を調整することにより、図８のように開動作時に弁板３の動き始めの速度を低速にし、途中から徐々に高速に切り替わるように動作速度が設定されている。

図９は、通常回路と遅延回路について、動作時間と振幅量の関係（動作振動）を比較して示したものである。図９に示したとおり、弁開時において、通常回路では粘着の影響で急激に動くため、開動作中に振幅量が大きくなり、振動を伴って発塵が発生する原因となる。これに対し、遅延回路では動き始めが遅く緩やかに動くため、開動作中の振幅量が小さく、揺れが大幅に減少することがわかる。したがって、本実施形態のゲートバルブ１によれば、遅延回路によりバルブロッド４の振動を低減し、振動に伴う発塵の発生を抑えることができる。

以上説明したように、本実施形態ではバルブロッド４を所定位置で停止する手段として３位置停止エアシリンダを使用せず、ストッパー機構６を設けて、ソレノイド弁３８からの圧縮空気の供給又は停止により、ストッパーピン３０のピンロッド３６が前進又は後退してバルブロッド４の上昇を規制又は解除するように構成されている。ストッパーピン３０は、通常時には飛び出しており、メンテナンス時に引っ込むように設定されていて、ピンロッド３６によって力点である荷重受けローラー２９を止めて作用点である弁板３の力の方向を変えることにより、ピンロッド３６で止める位置によって前後両面にある開口部７，８のシール方向を切り換えることができる。したがって、バルブロッド４を中間のシール位置で停止させる際に圧力調整によって制御する必要がないため、弁板３（１０，１１）による弁閉時のシール性を安定させることができる。

１ ゲートバルブ
２ 弁箱
３ 弁板
４ バルブロッド
５ 駆動機構
６ ストッパー機構
７ 開口部（第１の開口部）
８ 開口部（第２の開口部）
９ 室内空間
１０ 第１の弁板
１１ 第２の弁板
１２ Ｏリング
１３ Ｏリング
１４ ボルト
１５ メンテナンスフランジ
１６ ボンネットフランジ
１７ ロッドガイド
１８ ベローズ
１９ 支点ローラー
２０ ローラーガイド
２１ 方向切換ローラー
２２ カム
２３ カム溝
２４ カムプレート
２６ コイルスプリング
２７ エアシリンダ
２８ ピストンロッド
２９ 荷重受けローラー
３０ ストッパーピン
３１ ボディ
３２ ロッドカバー
３３ 密閉空間
３４ パッキン
３５ スプリング
３６ ピンロッド
３７ エア配管
３８ ソレノイド弁
３９ 圧空供給口
４０ スリット
４１ ザグリ穴

Claims (3)

1. 弁箱の両側面に設けられた開口部を、前記弁箱内に配置された弁板で開閉するゲートバルブであって、
   前記弁板に結合され、前記弁箱内で昇降及び傾倒可能に支持されたバルブロッドと、
   前記弁箱外に設けられ、前記バルブロッドを所定ストローク昇降及び傾倒させる駆動機構と、
   前記駆動機構のストローク途中に設けられたスプリングリターン式のストッパーピンからなり、圧縮空気の供給により前記ストッパーピンのピンロッドがスプリングのばね力に抗して前記バルブロッドのストローク方向と直交する水平方向に前進し、前記バルブロッドに結合されたカムプレートもしくはカムプレートに取り付けられた荷重受けローラーが前記ピンロッドに衝突して前記バルブロッドの上昇を規制する一方、圧縮空気の供給停止により前記ピンロッドが前記スプリングの反力で前記水平方向に後退し、前記カムプレートもしくは前記荷重受けローラーが前記ピンロッドに衝突せずに前記バルブロッドの上昇規制を解除するストッパー機構と、
   前記駆動機構による前記バルブロッドの動作時に発生する振動を低減する振動低減手段を備え、
   前記振動低減手段として、前記ストッパーピンのピンロッドに前記カムプレートもしくは前記荷重受けローラーとの衝突時の衝撃を緩和するスリット加工またはザグリ穴加工が施されていることを特徴とするゲートバルブ。
2. 前記振動低減手段として、弁開時に前記弁板が前記弁箱の弁座面から離れ始める速度を低速に設定した遅延回路が設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。
3. 前記弁板に固定されたＯリングが弁座に平行に押し当たるように前記弁板の弁板面が傾斜し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。