JPH11248012A - ゲートバルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 弁体の移動ストロークを最小限とし、作動時
間の短縮，及びユニットのコンパクト化，省スペース化
を実現するゲートバルブを提供する。 【解決手段】 真空チャンバ２０に組み込まれるゲート
バルブ１０は、エアシリンダ９により駆動する弁体３を
真空チャンバ２０の各気室に連通するゲート開口１２
ａ，１２ｂに作用させ、ゲートの開閉を行う。この弁体
３に、ゲート開口１２ａ，１２ｂの配設位置に適合する
貫通孔２ａ，２ｂを設けることにより、開閉動作に伴う
弁体３の移動距離を最低限とすることができ、ユニット
小型化，シール部材の削減，及びスループットの上昇等
による信頼性向上とトータルコストの削減が図れる。ま
た、弁体とエアシリンダを有するユニットを複数設け、
例えばエアシリンダを二方向に振り分けて設定すること
により、同様な効果を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゲートバルブ、特
に半導体製造に関連する真空処理装置ないし搬送或いは
各種の表面処理を目的とした気室を構成する真空チャン
バに装着して用いられるゲートバルブに関する。

【０００２】

【従来の技術】以下に、従来のゲートバルブを図１３な
いし図１５を参照して説明する。なお、従来例を説明す
るための全図において、同一の要素には、同じ符号を付
け、その繰り返しの説明は省略する。図１３は、従来の
ゲートバルブの一例を説明するための構成概略図で、ワ
ークが通過する開口部を開状態としたときのエアシリン
ダを含むゲートバルブユニットの動作状態を図１３
（Ａ）に、ワークが通過する開口部を閉状態としたとき
のエアシリンダを含むゲートバルブユニットの動作状態
を図１３（Ｂ）に、図１３（Ａ）の要部拡大図を図１３
（Ｃ）に、図１３（Ｂ）の要部拡大図を図１３（Ｄ）に
示すものである。図１３において、１はフランジ（弁
座）、３は弁体、４は弁棒、５はＯ−リング、６はリン
ク機構、７はストッパ、８は真空ベーローシール、９は
エアシリンダ、１０はゲートバルブ、１２ａ，１２ｂは
ゲート開口である。図１４は、図１３に示す従来のゲー
トバルブを真空チャンバに適用したときの構成例を示す
図で、図中、２０は真空チャンバ、Ｗはワーク流れ方向
である。図１５は、図１３及び図１４に示す弁体３の構
成を示す側面図である。

【０００３】真空処理装置等における搬送或いは各種の
表面処理を目的とした気室を構成する真空チャンバに装
着し、物品出し入れの窓の開閉を行う機構に、ゲートバ
ルブが用いられている。図１３ないし図１５において、
フランジ１は、弁座となるもので、真空チャンバを相互
に連結するために、例えばＯ−リング５等を介して真空
チャンバに対し気密構造で取り付けられる部分であり、
図示しないワークの通過が可能な窓として機能するゲー
ト開口１２ａ，１２ｂを有する。弁体３の駆動源として
は、例えば図示するごとくのエアシリンダ９が用いられ
る。弁体３は、ゲートバルブが開状態の時にゲート開口
１２ａ，１２ｂの側方（図では下方）に位置し、ワーク
の通過を可能にせしめる。またゲートバルブ閉とすると
きに弁棒４を介して行われる動作により弁体３がゲート
開口１２ａ，１２ｂを塞ぐ位置に移動し、Ｏ−リング５
の介在によりゲート開口１２ａ，１２ｂを気密に閉塞す
る。

【０００４】上述したようなゲートバルブにおいては、
市販されている一般的な機種の選択の範囲では、気室に
おけるゲートバルブ設置部分の開口寸法が大きくて中を
通過するワークが相対的に小さい場合でも、当該気室の
開口寸法基準によりゲートバルブが開閉を行うワーク通
過用開口寸法（ゲート開口寸法）が決まってしまい、当
該容器の開口寸法とワーク通過用開口寸法との寸法差と
の乖離が大きく無視できないレベルに達していた。ま
た、機種の選択肢が非常に狭いため、特注オーダーで対
応しようとして従来の構造・方式のものの焼き直しによ
り製作すると、例えば弁体駆動部の出っ張った非常に大
きな外形寸法のものに成り、それに伴って開閉作動時間
も増大する傾向にあった。

【０００５】更に真空気室と駆動機構における通常のシ
ールのメカニズムとして、一般にＯ−リング及び真空ベ
ーローシールが使用されているが、ゲートバルブを駆動
させるために用いるエアシリンダに真空ベーローシール
を適用した時に、エアシリンダのストロークの短縮化が
要求されることになる。すなわち、大気とゲートバルブ
の構造体とを遮断する為には、この部分を真空ベーロー
シールで包み込む配置を取ることになるが、真空ベーロ
ーシールにおいては、その単位長さ変位量（伸縮量）の
制限があり、一般的には単位長さ変位量を１０〜１５％
の範囲内で用いるものとされている。

【０００６】真空ベーローシールの変位量は、ゲートバ
ルブの弁体の移動量、或いはエアシリンダのストローク
に相当するが、単位長さ変位量を１０〜１５％に納める
為には、真空ベーローシールは弁体の移動量の７倍弱か
ら１０倍の長さを必要とし、エアシリンダのロッド部の
長さが長大なものとなることによるゲートバルブユニッ
トサイズの肥大化が深刻な問題でもあった。

【０００７】さらに、エアシリンダのロッド部分にテン
ションロッド等を付け足してロッド長さを延長した上
で、このロッド部の全長部分を自由長プラスアルファ分
の長さを加味した真空ベーローシールで包み込む配置を
採る必要があり、結果的には真空ベーローシールのエア
シリンダのロッド部の数倍の長さを要することになるた
めに、エアシリンダのストロークの短縮化が望まれてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したごとくに、ゲ
ートバルブが設置される気室の開口部に対し、当該開口
部を通過するワークの断面積が相対的に小さく、かつ、
複数個ワークが通過する構成において、ワーク相互の通
過位置の間隔が離れている場合、これを包含するゲート
開口寸法を選定すると、本来のワーク通過部分に加え
て、通過位置間の空隙部分も弁体の移動距離に加味され
ることになり、ゲートバルブの移動距離が過大となって
ゲートバルブユニットサイズの肥大化とゲートバルブ弁
体の開閉動作時間の増大によるタクトタイム・スループ
ットの増大が深刻な課題となっている。

【０００９】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなさ
れたもので、弁体の移動ストロークを最小限とし、作動
時間の短縮，及びユニットのコンパクト化，省スペース
化を実現する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】請求項１の発明は、弁体
と、該弁体を駆動する駆動手段と、物品を通過させるた
めの複数のゲートが設けられる弁座とを有し、前記複数
のゲートの開閉を前記駆動手段を作動させて前記弁体の
作用により行うゲートバルブにおいて、前記弁体に貫通
孔を設け、該駆動手段の作動状態により、前記貫通孔と
前記ゲートとを連通させるゲート開状態と、前記弁体に
より前記ゲートを遮蔽したゲート閉状態とをとることを
特徴とし、ゲートバルブユニットが組み込まれるシステ
ムや装置の安定した稼動と稼動率の向上が実現できるよ
うにしたものである。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記弁体に設ける前記貫通孔の数を前記複数のゲー
トの数より少ない数とし、前記複数のゲートのうち、一
部のゲートにおいては前記貫通孔の作用を受けずにゲー
ト開状態を得るようにしたことを特徴とし、弁座・弁体
の剛性を確保でき、これにより製作工数を合理的とする
ことができ、コスト上も有利となるようにしたものであ
る。

【００１２】請求項３の発明は、請求項１または２の発
明において、前記弁体及び前記駆動手段を有するユニッ
トを複数設け、各前記ユニットの個別動作を可能とした
ことを特徴とし、外形寸法の最適化・小型化が実現可能
で、システムや装置に組み込む際のレイアウトバリエー
ション展開が有利となるようにしたものである。

【００１３】請求項４の発明は、弁体と、該弁体を駆動
する駆動手段と、物品を通過させるための複数のゲート
が設けられる弁座とを有し、前記複数のゲートの開閉を
該駆動手段を作動させて前記弁体の作用により行うゲー
トバルブにおいて、前記弁体及び前記駆動手段を有する
ユニットを複数設け、各前記ユニットの個別動作を可能
としたことを特徴とし、外形寸法の最適化・小型化が実
現可能で、システムや装置に組み込む際のレイアウトバ
リエーション展開が有利となるようにしたものである。

【００１４】請求項５の発明は、請求項１ないし４いず
れか１の発明において、前記駆動手段として、サーボモ
ータ及び／またはパルスモータを用いることを特徴と
し、設備のコンパクト化及び稼働コストの削減が図れる
ようにしたものである。

【００１５】請求項６の発明は、請求項１ないし５いず
れか１の発明において、少なくともアルミニウムを用い
て製作されることを特徴とし、経済性，加工性，及び放
出ガス特性に優れ、軽量な構成とすることができ、ひい
ては、ゲートバルブを組み込むシステムの総重量を軽減
することができるようにしたものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明のゲートバルブは、ワーク
の通過位置及びワークサイズに応じた１または複数の小
窓を弁座・及び弁体に設け、各々のワークの通過の間隔
のスパン分に見合う最小限の弁体の移動距離で、気密シ
ールが可能な構造を有するようにしたことを特徴とする
ものである。この構造におけるゲートバルブ弁体の駆動
方式は特に問わないが、外形寸法の小型化を実現出来る
代表的な方式として、現在最も多く採用されている高真
空・パーティクル対応型での真空ベーローシールと、駆
動を空気源とするエアシリンダとを用いた構成が好適で
ある。この構成を用いた本発明においては、容器の開口
部と当該容器の開口部を通過するワークの寸法設定にも
よるが、ストローク面から見て従来方式との比較し、通
常、半分以下のストロークが実現できる。すなわち、本
発明のゲートバルブは、最小限の移動ストロークで開閉
動作が可能であり、作動時間の短縮，コンパクト，省ス
ペース化の実現を図る事を特徴とするものである。

【００１７】以下に、本発明によるゲートバルブの実施
形態を添付された図面を参照して具体的に説明する。な
お、実施形態を説明するための全図において、同様の機
能を有する部分には同一の符号を付けるとともに、本発
明を特徴付ける部分を除いて従来例と同様とし、その繰
り返しの説明は省略する。図１は、本発明のゲートバル
ブの一実施形態を説明するための構成概略図で、ワーク
が通過する開口部を開状態としたときのエアシリンダを
含むゲートバルブユニットの動作状態を図１（Ａ）に、
また、ワークが通過する開口部を閉状態としたときのエ
アシリンダを含むゲートバルブユニットの動作状態を図
１（Ｂ）に、図１（Ａ）の要部拡大図を図１（Ｃ）に、
図１（Ｂ）の要部拡大図を図１（Ｄ）に示すものであ
る。図１において、２ａ，２ｂはワーク通過用開口（貫
通孔）、５ａ，５ｂはＯ−リングである。図２は、図１
に示すゲートバルブを真空チャンバに適用したときの構
成例を示す図である。図３は、図１及び図２に示す弁体
３の構成を示す側面図である。

【００１８】真空処理装置及び搬送或いは各種の表面処
理を目的とした気室を構成する真空チャンバに装着し、
物品出し入れの窓を構成するゲートバルブに関し、複数
個のワークがゲート開口１２ａ，１２ｂを並列に通過す
るようにした構成で、かつ、ワーク相互の通過位置の間
隔が離れている場合、本来のワーク通過部分に加え、通
過位置間の空隙部分も弁体の移動距離に加味され、過大
な移動距離を必要とするゲートバルブと成る。そこで本
実施形態のゲートバルブは、通過するワークサイズに応
じた小窓として貫通孔２ａ，２ｂを複数個弁座・弁体に
設け、それら各々の配置間隔のスパン分に見合う最小限
の弁体３の移動距離で真空チャンバを気密にシールする
ことが可能な構造を有することを特徴とするものであ
る。

【００１９】フランジ１は弁座と成るもので、真空チャ
ンバを相互に連結するために、例えばＯ−リング５ａ，
５ｂ等を介して真空チャンバに対し気密構造で取り付け
られる部分であり、ワークの通過が可能な窓として機能
するゲート開口１２ａ，１２ｂを有する。弁体３の駆動
源は本実施形態ではエアシリンダを用いているが、特に
駆動源を限定するものではなく、例えば、電気・エアー
モータ等と組み合わせてもよい。弁体３が有する貫通孔
２ａ，２ｂは、ゲートバルブが開状態の時に、ゲート開
口１２ａ，１２ｂに連通する位置をとり、ワークの通過
を可能にせしめる。また、弁体３は、ゲートバルブを閉
とする時に弁棒４を介して行われる動作によりゲート開
口１２ａ，１２ｂを塞ぐ位置に移動し、Ｏ−リング５
ａ，５ｂの介在によりゲート開口１２ａ，１２ｂのそれ
ぞれを気密に閉塞する。なお、Ｏ−リング５ａ，５ｂ
は、弁体３またはフランジ１に挿入・保持されている。

【００２０】図４は、本発明のゲートバルブの他の実施
形態を説明するための構成概略図で、ワークが通過する
開口部を開状態としたときのエアシリンダを含むゲート
バルブユニットの動作状態を図４（Ａ）に、ワークが通
過する開口部を閉状態としたときのエアシリンダを含む
ゲートバルブユニットの動作状態を図４（Ｂ）に、図４
（Ａ）の要部拡大図を図４（Ｃ）に、図４（Ｂ）の要部
拡大図を図４（Ｄ）に示すものである。図５は、図４に
示すゲートバルブを真空チャンバに適用したときの構成
例を示す図である。図６は、図４及び図５に示す弁体３
の構成を示す側面図である。

【００２１】図７は、本発明のゲートバルブの更に他の
実施形態を説明するための構成概略図で、ワークが通過
する開口部を開状態としたときのエアシリンダを含むゲ
ートバルブユニットの動作状態を図７（Ａ）に、ワーク
が通過する開口部を閉状態としたときのエアシリンダを
含むゲートバルブユニットの動作状態を図７（Ｂ）に、
図７（Ａ）の要部拡大図を図７（Ｃ）に、図７（Ｂ）の
要部拡大図を図７（Ｄ）に示すものである。図８は、図
７に示すゲートバルブを真空チャンバに適用したときの
構成例を示す図である。図９は、図７及び図８に示す弁
体３の構成を示す側面図である。

【００２２】複数のワーク搬送路の配置によっては、弁
体の先端側に位置する搬送路は、弁体に貫通孔による小
窓を設けることなく、弁体先端部のストロークにより、
ゲートの遮蔽・開放が可能で、複数の貫通孔を必ずしも
配置する必要がなく、貫通孔を１個分省略できる。図４
ないし図６に示す構成，及び図７ないし図１０に示す構
成の実施形態におけるゲートバルブは、弁体３をくり抜
く加工を削減できるため、弁座・弁体の剛性を確保する
ことができ、かつ、工数ダウンによる工作上及びコスト
的に有利な構造を有することと、最小限の弁体の移動距
離で気密に閉塞が可能な基本的な構造を具備することを
特徴とするものである。

【００２３】図１０は、本発明のゲートバルブの更に他
の実施形態を説明するための構成該略図で、ワークが通
過する開口部を開状態としたときのエアシリンダを含む
ゲートバルブユニットの動作状態を図１０（Ａ）に、ワ
ークが通過する開口部を閉状態としたときのエアシリン
ダを含むゲートバルブユニットの動作状態を図１０
（Ｂ）に、図１０（Ａ）の要部拡大図を図１０（Ｃ）
に、図１０（Ｂ）の要部拡大図を図１０（Ｄ）に示すも
のである。図１０において、３ａ，３ｂは弁体、４ａ，
４ｂは弁棒、７ａ，７ｂはストッパ、８ａ，８ｂは真空
ベーローシール、９ａ，９ｂはエアシリンダである。図
１１は、図１０に示すゲートバルブを真空チャンバに適
用したときの構成例を示す図である。図１２は、図１０
及び図１１に示す弁体３の構成を示す側面図で、一方の
弁体３ａを図１２（Ａ）に、他方の弁体３ｂを図１２
（Ｂ）に示すものである。

【００２４】本実施形態のゲートバルブは、例えば、ゲ
ートバルブの弁体３が、更に大型でしかも複数のワーク
の搬送路の間隔が更に離れている場合、駆動系を二方向
へ振り分け、搬送路間隔に見合う弁体移動距離をキャン
セルする為に、対向した弁体配置を採用し、チャンバの
両サイドに別々の駆動源を配することで、従来型と比較
してチャンバの中心からの絶対寸法を詰め、ゲートバル
ブユニットの外形寸法の最適化・小型化を実現し、シス
テムや装置組み込み時の融通性を増したことを特徴とす
るものである。

【００２５】上記した各実施形態においては、ゲートバ
ルブの駆動が軽微な所要トルクでも可能とすることによ
り、駆動源としてサーボモータ或いはパルスモータ等を
用いることができる。また、ゲートバルブ本体及び弁座
・弁体を、経済性・加工性・放出ガス特性等に優れてい
るアルミニウム製とすることにより、軽量化が図られ、
ひいてはゲートバルブを組み込みシステム構築する際
の、総重量軽減にも寄与させることができる。

【００２６】

【発明の効果】請求項１の効果：ゲート開口部の配置位
置に応じた小窓を弁体に設けることにより、最小限の弁
体の移動距離でゲート開口部の開閉動作を行うことがで
きるため、駆動系ストロークの短縮化によるユニット外
形寸法の小型化と、機器の配置の柔軟性が増し、フット
プリント上有利に作用させることができる。さらに、動
作時間が短縮化できるため、スループットが向上すると
ともに、例えば、Ｏ−リングや真空ベーローシール等の
シール部材の使用量を最小限とすることができ、シール
部材の寿命向上とメンテナンス頻度の大幅な削減による
コストの大幅な低減が可能となる。これらにより、ゲー
トバルブユニットが組み込まれるシステムや装置の安定
した稼動と稼動率の向上が実現できる。

【００２７】請求項２の効果：請求項１の効果に加え
て、弁座・弁体の剛性を確保でき、これにより製作工数
を合理的とすることができ、コスト上も有利となる。

【００２８】請求項３の効果：請求項１または２の効果
に加えて、駆動系を複数備え、例えば二方向へ振り分け
た構成とすることにより、外形寸法の最適化・小型化が
実現可能で、システムや装置に組み込む際のレイアウト
バリエーション展開が有利となる。

【００２９】請求項４の効果：駆動系を複数備え、例え
ば二方向へ振り分けた構成とすることにより、外形寸法
の最適化・小型化が実現可能で、システムや装置に組み
込む際のレイアウトバリエーション展開が有利となる。

【００３０】請求項５の効果：請求項１ないし４いずれ
か１の効果に加えて、駆動手段として、サーボモータ及
び／またはパルスモータを用いることにより、設備のコ
ンパクト化及び稼働コストの削減が図れる。

【００３１】請求項６の効果：請求項１ないし５いずれ
か１の効果に加えて、アルミニウムを用いて製作するこ
とにより、経済性，加工性，及び放出ガス特性に優れ、
軽量な構成とすることができ、ひいては、ゲートバルブ
を組み込むシステムの総重量を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のゲートバルブの一実施形態を説明する
ための構成概略図である。

【図２】図１に示すゲートバルブを真空チャンバに適用
したときの構成例を示す図である。

【図３】図１及び図２に示す弁体３の構成を示す側面図
である。

【図４】本発明のゲートバルブの他の実施形態を説明す
るための構成概略図である。

【図５】図４に示すゲートバルブを真空チャンバに適用
したときの構成例を示す図である。

【図６】図４及び図５に示す弁体３の構成を示す側面図
である。

【図７】本発明のゲートバルブの更に他の実施形態を説
明するための構成概略図である。

【図８】図７に示すゲートバルブを真空チャンバに適用
したときの構成例を示す図である。

【図９】図７及び図８に示す弁体３の構成を示す側面図
である。

【図１０】本発明のゲートバルブの更に他の実施形態を
説明するための構成概略図である。

【図１１】図１０に示すゲートバルブを真空チャンバに
適用したときの構成例を示す図である。

【図１２】図１０及び図１１に示す弁体３の構成を示す
側面図である。

【図１３】従来のゲートバルブの一例を説明するための
構成概略図である。

【図１４】図１３に示す従来のゲートバルブを真空チャ
ンバに適用したときの構成例を示す図である。

【図１５】図１３及び図１４に示す弁体３の構成を示す
側面図である。

【符号の説明】

１…フランジ（弁座）、２ａ，２ｂ…ワーク通過用開口
（貫通孔）、３，３ａ，３ｂ…弁体、４，４ａ，４ｂ…
弁棒、５，５ａ，５ｂ…Ｏ−リング、６…リンク機構、
７，７ａ，７ｂ…ストッパ、８，８ａ，８ｂ…真空ベー
ローシール、９，９ａ，９ｂ…エアシリンダ、１０…ゲ
ートバルブ、１２ａ，１２ｂ…ゲート開口、２０…真空
チャンバ、Ｗ…ワーク流れ方向。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西田 雅彦 大阪府八尾市跡部本町４丁目１番33号 シ ャープマニファクチャリングシステム株式 会社内 (72)発明者 増岡 真二 大阪府八尾市跡部本町４丁目１番33号 シ ャープマニファクチャリングシステム株式 会社内 (72)発明者 桜井 秀樹 大阪府八尾市跡部本町４丁目１番33号 シ ャープマニファクチャリングシステム株式 会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁体と、該弁体を駆動する駆動手段と、
   物品を通過させるための複数のゲートが設けられる弁座
   とを有し、前記複数のゲートの開閉を前記駆動手段を作
   動させて前記弁体の作用により行うゲートバルブにおい
   て、前記弁体に貫通孔を設け、該駆動手段の作動状態に
   より、前記貫通孔と前記ゲートとを連通させるゲート開
   状態と、前記弁体により前記ゲートを遮蔽したゲート閉
   状態とをとることを特徴とするゲートバルブ。
2. 【請求項２】 前記弁体に設ける前記貫通孔の数を前記
   複数のゲートの数より少ない数とし、前記複数のゲート
   のうち、一部のゲートにおいては前記貫通孔の作用を受
   けずにゲート開状態を得るようにしたことを特徴とする
   請求項１記載のゲートバルブ。
3. 【請求項３】 前記弁体及び前記駆動手段を有するユニ
   ットを複数設け、各前記ユニットの個別動作を可能とし
   たことを特徴とする請求項１または２記載のゲートバル
   ブ。
4. 【請求項４】 弁体と、該弁体を駆動する駆動手段と、
   物品を通過させるための複数のゲートが設けられる弁座
   とを有し、前記複数のゲートの開閉を該駆動手段を作動
   させて前記弁体の作用により行うゲートバルブにおい
   て、前記弁体及び前記駆動手段を有するユニットを複数
   設け、各前記ユニットの個別動作を可能としたことを特
   徴とするゲートバルブ。
5. 【請求項５】 前記駆動手段として、サーボモータ及び
   ／またはパルスモータを用いることを特徴とする請求項
   １ないし４いずれか１記載のゲートバルブ。
6. 【請求項６】 少なくともアルミニウムを用いて製作さ
   れることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１記載
   のゲートバルブ。