KR20200035358A - 진공용 게이트 밸브 - Google Patents

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KR20200035358A
KR20200035358A KR1020190116868A KR20190116868A KR20200035358A KR 20200035358 A KR20200035358 A KR 20200035358A KR 1020190116868 A KR1020190116868 A KR 1020190116868A KR 20190116868 A KR20190116868 A KR 20190116868A KR 20200035358 A KR20200035358 A KR 20200035358A
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valve
opening
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piston
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KR1020190116868A
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Inventor
이와부치 토시아키
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가부시키가이샤 깃츠 에스시티
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Abstract

[과제] 콤팩트하고 최소 구동력으로 실링재와 실링면의 마찰을 억제하여 저파티클이고 또한 고속 구동하에서도 개폐 동작이 안정 확실하며, 충격음이나 진동을 최대한 제한하여 내구성도 좋은 진공용 게이트 밸브를 제공한다.
[해결 수단] 대향 배치한 하우징체와 하우징체 사이에 배치되어 상하 동작과 L 모션 동작을 행하는 밸브체 개폐 구동체와 그 상부에 밸브체를 설치한 스템을 구비하고 각 하우징체 내에는 실린더 기구로 상하동하는 피스톤 로드와 그 상단에 캠 홈을 갖는 캠 부재를 갖고 밸브체 개폐 구동체의 양측에는 캠 홈에 슬라이딩 가능하게 안내되는 캠 롤러와 지점 롤러를 갖고, 하우징체의 내측에는 지점 롤러의 상하동을 안내하는 상하동 안내부와 밸브체 개폐 구동체의 상승을 잠그는 스토퍼부를 갖고, 밸브체 개폐 구동체와 고정측 기부 사이에 밸브체 개폐 구동체를 개구 스트로크의 상단까지 상승시키는 스프링을 구비한 진공용 게이트 밸브이다.

Description

진공용 게이트 밸브{VACUUM GATE VALVE}
본 발명은, 예를 들면, 반도체 제조 장치용으로서, 구동 기구(액추에이터)가 박형 심플 구조이며, 밸브체의 고속 안정 동작이 가능한 무슬라이딩형의 진공용 게이트 밸브에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 제조 장치에 있어서, 예를 들면, 진공 챔버로 통하는 웨이퍼의 반송 통로를 개폐하는 칸막이 밸브로서, 장척 각형의 밸브체 등을 구비한 진공용 게이트 밸브가 사용되고 있고, 특히, 이 밸브체의 실링재와 실링면의 사이에서는, 개폐 시에 비틀림이나 슬라이딩 혹은 충격 등이 약간이라도 생기면, 실링재로부터 미소한 파티클이 발생하고, 이러한 파티클의 발생에 의해, 대단히 높은 청정도가 요구되고 있는 웨이퍼의 반송 공간이 오염되게 된다. 이 때문에, 이러한 파티클의 발생을 가능한 한 억제하기 위해, 종래부터, 이 종류의 밸브는 밸브체가 실링면을 완전히 조일 때에 슬라이딩 등의 발생을 방지하도록 한 소위 무슬라이딩형 게이트 밸브가 사용되고 있다.
또한 최근, 이 종류의 밸브에는, 이러한 높은 청정성(저파티클성)을 전제로 하여, 더한층의 생산성의 향상을 위해, 밸브체 개폐 동작의 안정 고속의 동작이 요구됨과 아울러, 이 종류의 밸브를 포함하는 반도체 제조 장치에는, 가능한 한 장치를 적절하게 집적하는 콤팩트 디자인이 점점 요구되고 있다.
이 종류의 콤팩트하게 구성된 무슬라이딩형의 진공용 게이트 밸브로서는, 예를 들면, 특허문헌 1∼3이 제안되어 있다. 이것들은 모두 캠 기구로 작동하는 게이트 밸브이며, 밸브 내의 중심 위치에서, 1개의 스템·밸브체와 함께 변위하는 부재가, 밸브 내에 적당하게 배치된 스프링 부재에 의해, 일방향을 향하여 탄발(彈發)된 상태가 유지됨과 아울러, 이 탄발되어 있는 부재의 좌우 양측에는, 이 부재를 구동하는 구동 기구가 콤팩트하게 집적된 구조가 채용되어 있다.
특허문헌 1은, 완전 개방 위치(최하부)에 있어서, 레버 부재는 바로 아래에 배열 설치된 압축 스프링으로 상방향으로 탄발되어, 레버 부재의 좌우에 설치된 캠 롤러가 캠 프레임에 형성된 캠 홈의 상단에서 잠가져 있다. 밸브를 닫을 때는, 에어 실린더의 피스톤의 상승과 일체적으로 로드 암도 상승하고, 이 상승 동작은, 가이드 홈이 보디(밸브 본체)측에 위치가 고정되어 있는 실린더 하우징에 설치된 가이드 롤러에 걸어 맞추어져 감으로써, 평행 이동이 확보된다. 이때, 레버 부재의 상하 2점에 설치된 캠 롤러가 캠 프레임의 대응 위치의 상하 2점에 설치된 캠 홈에 각각 끼워맞추어져 있음으로써, 상하 2점에서 레버 부재의 자세가 일정하게 지지되고 있다. 또한 이 평행 이동에 따라, 상측의 캠 롤러에 돌출 형성된 정지 롤러가 롤러 프레임 내측 하부에 형성된 오목홈에 끼워 맞추어져 간다.
그리고, 정지 롤러가 당해 오목홈 상단의 맞닿음부에 맞닿고, 이 맞닿음 이후는, 레버 부재(밸브판)의 상승(평행 이동)이 잠김 상태가 되어 밸브판이 완전 폐쇄 위치로 됨과 아울러, 압축 스프링의 탄발에 의해, 레버 부재는 이 위치에 유지된다. 또한 로드 암(로드측 어셈블리)이 상승하면, 이 상승이 잠가져 있는 캠 롤러는 상승을 계속하는 가이드 홈을 따라 이동하게 된다. 캠 프레임(가이드 홈)측은 상승 방향에 수직(수평)한 방향으로는 위치가 고정되어 있는 한편, 레버 부재측은 이 방향으로는 위치 벗어남이 가능하므로, 경사진 캠 홈을 따라 이동하는 캠 롤러와 함께, 샤프트측 어셈블리는 상기 위치 벗어남에 의해 밸브판이 밸브 실링면을 향하여 수직 이동함으로써 완전 폐쇄가 되도록 구성되어 있다. 따라서 동 문헌은 레버 부재의 상하 2점의 캠 롤러를 기점으로 하여, 레버 부재·밸브 샤프트·밸브판이 전체적으로 캠 프레임에 대하여 평행 크랭크 형상으로 동작하여 밸브를 완전히 조이는 L 동작형의 일례이다.
특허문헌 2는, 완전 개방 위치(최상부)에 있어서, 변위 블록은 바로 위에 배열 설치된 코일 스프링으로 하방향으로 탄발되고, 변위 블록의 좌우 상단에 설치된 경동(傾動) 롤러가 연결 블록의 롤러 홈의 하단에 위치해 있다. 밸브를 닫을 때는, 유체압 실린더의 피스톤의 하강과 일체로 요크도 하강해 간다. 이 하강 동작 동안은, 걸어맞춤 부재의 하방에 고착되어 있는 걸어맞춤 브래킷의 걸어맞춤용 홈부 내에, 변위 블록의 측면에 설치되어 있는 한 쌍의 핀 부재가 유지되어 있음으로써, 밸브 디스크의 이동 자세가 일정하게 유지되어 있다. 또한 이 하강 동작에 따라, 변위 블록의 좌우 하단에 회전 자유롭게 설치된 한 쌍의 지지 롤러가 베이스부 상면에 형성되어 상방향을 향하여 개구한 오목부에 삽입된다. 이때, 오목부 내에 설치된 댐퍼에 의해, 지지 롤러가 오목부에 끼워 맞추어져 잠가질 때의 충격의 완화가 도모되어 있다.
그리고, 가동하는 지지 롤러의 하강이 잠가진 이후는, 변위 블록의 하강도 이 위치에서 잠가짐과 아울러, 코일 스프링의 탄발 바이어스로 변위 블록은 이 위치에 유지되는 한편으로, 연결 블록(요크)은 하강을 계속하므로, 경동 롤러는 하강을 계속하는 롤러 홈을 따라 이동하게 된다. 이때, 연결 블록(롤러 홈)측은 하강 방향에 위치 결정되어 있지만 변위 블록(밸브 디스크)측은 경동 가능하므로, 경사진 캠 홈을 따라 동작하는 경동 롤러와 함께 밸브 디스크측이 경동하여 실링면을 향하여 이동함으로써, 밸브 폐쇄 상태가 되도록 구성되어 있다. 또한, 밸브 디스크가 실링면을 완전히 조일 때는, 사이드 프레임의 내벽부의 롤러 삽입홈에 삽입되는 2쌍의 유지 롤러로 이루어지는 유지 기구와 수압 부재의 작용효과에 의해, 밸브 완전 조임 하중의 완화가 도모되어 있다. 따라서 동 문헌은 변위 블록의 제1 롤러(경동 롤러)를 지점(支點)으로 하여 진자 형상으로 동작하여 밸브를 완전히 조이는 J 동작형의 일례이다.
한편으로, 본원 출원인에 의해, 특허문헌 3이 제안되어 있다. 동 문헌은 완전 개방 위치(최하부)에서는, 밸브체 개폐 구동체는, 좌우 상부에 설치된 스프링 받이부에 의해 하면측으로부터 스프링에 의해 탄발되어, 스프링 받이부의 상면측이 캠 부재의 하면측에 잠가져 있다. 이 상태에서, 실린더 기구의 상승과 함께 밸브체 개폐 구동체도 상승하고, 이때, 적어도 스프링 받이부 상면과 캠 부재 하면이 면접촉(탄발 바이어스)하고 있음으로써, 밸브체 개폐 구동체의 자세도 일정하게 유지되고 있다.
그리고, 밸브체 개폐 구동체의 하부에 설치된 지점 부위가 하우징체의 하부에 설치된 스토퍼부에 잠가지고, 이 잠김 이후는 스프링 탄발력에 의해 밸브체 개폐 구동체는 이 위치에 유지됨과 아울러, 캠 부재의 캠 홈은 상승을 계속하므로, 이 캠 홈 내에 끼워 맞추어져 있는 밸브체 개폐 구동체의 좌우 상부에 설치된 캠 롤러는 이 캠 홈(캠 부재)을 따라 이동하고, 이 이동에 따라, 밸브체 개폐 구동체는 상부의 한 쌍의 캠 롤러를 역점(力點), 하부에 설치된 한 쌍의 지점 부위를 지점, 상단에 위치하는 밸브체를 작용점으로 한 진자(L 모션) 동작을 행함으로써, 밸브체 실링재가 밸브시트 실링면에 거의 평행하게 밀착·가압되어 완전 폐쇄 상태로 할 수 있도록 구성되어 있다.
일본 특허 제5533839호 공보 일본 특허 제5545152호 공보 일본 특개 2018-71642호 공보
그러나, 특허문헌 1은, 우선, 압축 스프링은 에어 실린더와 일체로 상하 구동하는 로드 암을 기점으로 레버 부재를 탄발하도록 배치되어 있다. 이 때문에, 로드 암의 동작에 따라, 압축 스프링에는, 그것 자신이나 레버 부재의 관성에 의해 여분의 신축이 작용하여, 레버 부재에 바이어스하는 탄발력이 흐트러지고, 이로써, 밸브판의 동작도 불안정하게 되기 쉬워지는 구조로써, 특히, 밸브의 구동을 고속화할 때는, 이 불안정화가 현저하게 된다.
또한, 밸브판을 평행 이동시킬 때는, 2쌍의 가이드 롤러(합계 4개)가 캠 프레임의 가이드 홈을 슬라이딩함과 아울러, 밸브판을 밸브 실링면을 향하여 수직 이동시킬 때는, 2쌍(4개)의 캠 롤러가 각각 캠 홈을 슬라이딩하는 데다, 1쌍(2개)의 정지 롤러도 롤러 프레임의 오목홈을 슬라이딩하기 때문에, 밸브판을 L형 동작시키기 위해서는, 적어도 합계 6개의 롤러의 슬라이딩이 필수가 되고, 따라서, 밸브가 구동할 때에 전체적으로 마찰 슬라이딩량이 많은 밸브로 되어 있다. 이 때문에, 특히 밸브 완전 조임시의 하중에 큰 구동력이 필요한 데다, 부재 간의 마손이 많은 것에 의한 밸브의 수명 저하나 고장·작동 불량, 혹은 파티클의 발생의 우려가 있다.
또한, 레버 부재는 상하 2점의 캠 롤러가 캠 홈에 가압됨으로써 이동하기 때문에, 밸브 시트면을 향하여 거의 평행 상태가 유지된 채 수직 이동하게 된다. 이와 같이 레버 부재는 회동 자유도를 갖지 않으므로, 동일한 실링력으로 밸브판을 밸브 시트면에 밀어붙이려고 한 경우, 회동 자유도를 갖는 레버 부재에 비해, 샤프트의 휨량이 증가하게 된다. 따라서, 밸브체와 시트면과의 비틀림이나 마찰도 증가하여, 파티클 발생의 억제에 불리한 구조이다.
게다가, 로드측 어셈블리가 일체로 동작하므로, 에어 실린더에의 에어 공급 유로는 밸브 본체의 측면 위치밖에 구비할 수 없고, 따라서, 밸브의 콤팩트성을 저해함과 아울러, 밸브 설계의 선택사항도 좁히고 있다. 또한 맞닿음부에의 정지 롤러의 맞닿음이나 밸브 시트면에 대한 완전 조임시에, 이것들의 충격의 완화에 관한 고려도 되어 있지 않다.
특허문헌 2도, 우선, 상기의 동 문헌 1과 마찬가지로, 코일 스프링은 가동하는 요크를 기점으로 변위 블록을 탄발하도록 배치되어 있기 때문에, 밸브 디스크의 동작이 불안정하게 되기 쉬워지는 구조이다. 또한 동 문헌 2는 다른 다수의 캠 기구를 구비한 게이트 밸브와 마찬가지로, 변위 블록측의 최하부(경동 롤러)를 지점으로 하여 경동하기 때문에, 작용점과 지점과의 거리가 떨어져 있는 만큼, 밸브체를 밸브시트 실링면에 밀어붙이는 동작에 필요하게 되는 밸브체의 필요 경사 각도에 낭비가 발생하고, 따라서, 밸브 디스크를 완전히 조일 때에 발생하는 경사 각도나 밸브 로드의 휨량도 증가하므로, 마찰이나 비틀림량도 증가하여 저파티클성이 손상되게 된다.
또한 적어도 댐퍼나 유지 기구·수압 부재에 의해, 밸브 구동이나 밸브 완전 조임시의 충격의 완화가 도모되고 있지만, 이것들의 구조 자체가 복잡하게 되어 있고, 따라서, 간이하고 콤팩트한 밸브 구조도 손상되고 있다. 또한, 상기의 동 문헌 1과 마찬가지로, 유체압 실린더에의 에어 공급 유로는 밸브 본체의 측면 위치밖에 구비할 수 없는 구조로 되어 있다.
이에 반해, 특허문헌 3은 완전 개방부터 완전 폐쇄까지의 밸브 구동에 있어서, 상하 한 쌍(합계 4개)의 롤러를 통하여 구동하므로, 동 문헌 1과 같이 전체의 마찰량도 최소한이며, 밸브체 개폐 구동체에는 회전 자유도가 있기 때문에, 스템의 휨량도 작고, 또한 실린더 기구가 고정측의 하우징체 내부에 수용되어 있기 때문에, 에어 공급 유로도 밸브 본체의 하부에도 구비할 수 있고, 또한, 밸브체의 진자 동작도 밸브체 개폐 구동체의 하부를 지점으로 하고 있으므로, 필요한 경사 각도에도 낭비가 없다. 따라서 동 문헌 3은, 적어도 이들 점에서, 동 문헌 1, 2의 상기 과제를 해소하고 있다.
그러나, 동 문헌 3에서는, 밸브체 개폐 구동체를 상방향을 향하여 탄발하는 좌우 2개의 스프링은, 스프링 받이부 하면측과 피스톤 로드의 어깨부와의 사이에 개재되어 있으므로, 밸브체를 완전히 조일 때(캠 작동 스트로크)에는, 이 스프링을 피스톤 로드가 더욱 압축하지 않으면 안 된다. 이 때문에, 캠 작동 스트로크에 있어서는, 밸브체를 완전히 조임과 아울러, 피스톤 로드에 필요한 구동력도 증가하여, 밸브체를 완전히 조이는 완전 폐쇄 위치에서는 2개의 스프링에 의한 큰 반발력이 피스톤 로드를 하방향(개방 방향)으로 바이어스 하게 된다. 이 반발력에 저항하여 확실하게 피스톤 로드를 완전 폐쇄 상태로서 유지하기 위해서는, 이것을 하방향으로의 이동을 잠그는 로킹 기구(래치 록)가 필요하게 되고, 따라서, 이만큼 밸브의 구조나 동작이 복잡하게 되는 과제를 가지고 있었다.
또한 이와 같이 캠 작동 스트로크에 있어서 스프링의 반발력이 발생하므로, 이 캠 작동 스트로크는 최소한으로 억제할 필요가 있고, 따라서, 이 스트로크를 정하는 캠 부재의 캠 홈의 길이를, 필요에 따라 길게 형성할 수 없는 과제도 가지고 있었다. 이 때문에, 예를 들면, 피스톤 로드에의 에어 공급을 조정하여 밸브의 구동(승강) 속도를 증가시키려고 한 경우, 캠 홈이 짧은 채 유지되어 있으면, 캠 작동 스트로크의 스팬이 부족함으로써 밸브체를 움직이는 L 모션 동작 속도가 필요 이상으로 증가해 버려, 밸브체를 완전히 조일 때의 진동이나 충격이 증가하는 과제도 가지고 있었다.
그래서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 콤팩트한 구성 또한 필요 최소한의 구동력으로 밸브체의 실링재와 실링면과의 비틀림이나 슬라이딩을 억제하여 높은 저파티클성을 발휘함과 아울러, 고속 구동하이더라도 밸브체 개폐 동작이 안정 확실이며, 금속음 등의 충격음이나 진동을 최대한 제한하고 내구성도 양호한 진공용 게이트 밸브를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 청구항 1에 따른 발명은 대향 배치한 하우징체와, 이 하우징체의 사이에 배치되고, 상하 동작과 L 모션 동작을 행하는 밸브체 개폐 구동체와, 이 밸브체 개폐 구동체의 상부에 밸브체를 설치한 스템을 구비하고, 각 하우징체의 내부에는, 실린더 기구에 의해 상하 동작하는 피스톤 로드와, 이 피스톤 로드의 상단에 캠 홈을 갖는 캠 부재를 갖고, 밸브체 개폐 구동체의 양측에는, 캠 홈에 슬라이딩 가능하게 안내되는 캠 롤러와 지점 롤러를 갖고, 하우징체의 내측에는, 지점 롤러의 상하 동작을 안내하는 상하 동작 안내부와 밸브체 개폐 구동체의 상승시에 잠그는 스토퍼부를 갖고, 밸브체 개폐 구동체의 하부와 고정측의 고정 기부 사이에 밸브체 개폐 구동체를 개구 스트로크의 상단부까지 상승시키기 위한 스프링을 구비한 진공용 게이트 밸브이다.
청구항 2에 따른 발명은, 실린더 기구의 내부의 밸브 폐쇄측과 밸브 개방측에는, 쿠션 패킹과 오리피스로 이루어지는 감속용의 피스톤 쿠션 기구가 설치되어 있는 진공용 게이트 밸브이다.
청구항 3에 따른 발명은, 실린더 기구의 캠 홈의 밸브 폐쇄측의 스토퍼부에는, 쿠션용 탄성 부시가 부착되고, 또한 지점 롤러의 상하동을 안내하고 상승시에 잠그는 스토퍼부에는 롤러 받이용 탄성 부시가 부착되어 있는 진공용 게이트 밸브이다.
청구항 4에 따른 발명은 스프링의 상단은 밸브체 개폐 구동체의 하부 오목부면에 부착하고, 스프링의 하단은 하우징체의 실린더 헤드를 고정 기부로 하고, 이 실린더 헤드에 부착한 진공용 게이트 밸브이다.
청구항 5에 따른 발명은 밸브체 개폐 구동체의 양측과 하우징체의 내측에 밸브 개폐 동작의 상하 동작과 L 모션 동작을 안내하는 동작 가이드 기구를 구비한 진공용 게이트 밸브이다.
청구항 6에 따른 발명은 동작 가이드 기구는 하우징체에 설치한 고정측 가이드 부재와 밸브체 개폐 구동체에 설치한 가동측 가이드 부재로 이루어지는 진공용 게이트 밸브이다.
청구항 1에 따른 발명에 의하면, 진공용 게이트 밸브로서의 액추에이터 구조를 박형이고 심플하게, 게다가 콤팩트 구조로 할 수 있음과 아울러, 밸브 폐쇄 상태를 확실하고 또한 안정적으로 유지할 수 있어, 고속 동작을 가능하게 한 게이트 밸브를 제공할 수 있다.
청구항 2 또는 3에 따른 발명에 의하면, 실린더 기구의 밸브 폐쇄측과 밸브 개방측에 피스톤 쿠션 기구를 설치했으므로, 고속 작동시에 있어서의 완전 개방이나 완전 폐쇄 시의 속도를 감속할 수 있어, 그때의 충격음이나 진동 등을 억제하는 것이 가능하게 되고, 게다가, 실린더 기구의 캠 홈의 스토퍼부에 쿠션용 탄성 부시를 부착하고, 또한 지점 롤러의 스토퍼부에도 롤러 받이 탄성 부시를 부착했으므로, 고속 작동시의 L 모션 동작 시에 캠 롤러와 지점 롤러가 충돌하는 금속음 등의 충격음이나 진동 등을 최대한 억제하는 것이 가능하게 된다.
청구항 4에 따른 발명에 의하면, 밸브 폐쇄 상태에 있어서, 밸브체 개폐 구동체의 중량이나 스프링의 하중이 피스톤을 하강시키는 방향으로 작용하지 않으므로, 밸브체 조임 장치 부착의 탄발력에 의해 밸브 폐쇄 상태는 로킹되고, 조작 에어를 배기해도 함부로 밸브가 열리는 일이 없다. 또한, 스프링에 의해 밸브체 개폐 구동체의 상승을 빠르게 하기 때문에 밸브 개방측보다 고속 작동이 가능하게 됨과 아울러, 액추에이터 자체를 콤팩트하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 파티클의 발생을 없애는 것에도 대단히 기여할 수 있다.
청구항 5 또는 6에 따른 발명에 의하면, 동작 가이드 기구에 의해 더욱 안정한 상태에서 L 모션 동작이 행해지므로, 파티클의 발생도 없어 게이트 밸브로서의 내구성이나 가이드 부재로서의 내구성도 양호하다.
도 1은 본 예의 밸브 본체를 조립한 상태에서의 사시도이다.
도 2는 도 1에서의 분해 사시도이다.
도 3(a)는 본 예의 밸브체 개폐 구동체의 정면도이며, (b)는 (a)의 측면도이다.
도 4(a)는 본 예의 하우징체를 내측면측에서 본 측면도이며, (b)는 (a)의 IV-IV선 단면도이다.
도 5는 본 예의 게이트 밸브 본체에 있어서, 보디의 실링면을 개폐하는 동작을 정면에서 본 종단면도이며, 우측은 밸브체의 완전 개방 위치를, 좌측은 밸브체의 완전 폐쇄 상태를 나타내고 있다.
도 6(a)는 밸브체가 완전 개방 위치 상태의 종단면도이며, (b)는 (a)의 상태로부터 밸브체가 상승하여 완전 폐쇄 위치로 된 상태이고, (c)는 (b)의 상태로부터 밸브체가 L 모션 동작하여 실링면을 완전히 조인 완전 폐쇄 상태를 나타내고 있다.
도 7은 본 예에 있어서 밸브체 개폐 구동체의 동작을 안내하는 상하 동작 가이드부 및 L 모션 동작 가이드부의 작용을 하우징체의 내측면측에서 본 모식도이며, (a)는 밸브체 개폐 구동체가 완전 개방 위치이고, (b)는 밸브체 개폐 구동체가 완전 폐쇄 위치이며, (c)는 밸브체 개폐 구동체가 L 모션 동작하여 완전 폐쇄 상태인 경우를 나타내고 있다.
도 8은 본 발명의 다른 예 구조의 하우징체를 도시한 종단면도이며, (a)는 밸브체 개폐 구동체의 완전 폐쇄 위치의 직전 부근에 대응하는 위치에 피스톤이 위치한 상태이고, (b)는 밸브체가 L 모션 동작하는 도중에 대응하는 위치에 피스톤이 위치한 상태이며, (c)는 피스톤이 상사점 부근에 위치한 상태를 각각 나타내고 있다.
도 9는 도 8(c)의 원(C)을 확대한 확대 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 예 구조의 하우징체를 도시한 일부 절결 단면도이다.
도 11은 제2 실시형태의 밸브 본체를 조립한 상태에 있어서의 사시도이다.
도 12는 도 11에 있어서의 분해 사시도이다.
도 13(a)는 제2 실시형태의 하우징체를 내측면측에서 본 측면도이며, (b)는 (a)의 XIII-XIII선 단면도이다.
도 14는 제2 실시형태의 게이트 밸브 본체에 있어서, 보디의 실링면을 개폐하는 동작을 정면에서 본 종단면도이며, 우측은 밸브체의 완전 개방 위치를, 좌측은 밸브체의 완전 폐쇄 상태를 나타내고 있다.
도 15는 도 13, 14의 원(E)을 확대한 확대 단면도이다.
도 16은 도 14의 원(F)을 확대한 확대 단면도이다.
도 17은 제2 실시형태의 밸브체가 개구 스트로크의 상단 위치로 된 상태에서 도 14의 X선의 위치에서 밸브체를 절단한 단면도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
본 발명에 있어서의 진공용 게이트 밸브의 바람직한 실시형태(본 예라고 칭한다. 또한 「제1 실시형태」라고도 칭한다.)를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 도 1은, 본 예에 있어서, 한 쌍에 대향 배치된 하우징체(3)와, 이것들 사이에 배치되고 밸브체(25)를 구비한 밸브체 개폐 구동체(2)로 이루어지는 진공용 게이트 밸브가 밸브 본체(1)로서 조립된 상태의 외관 사시도이다. 도 2는 도 1의 분해 사시도이고, 도 3은, 본 예의 밸브체 개폐 구동체(2)에 있어서, 일부를 단면으로 나타낸 정면도와 측면도이고, 도 4(a)는 본 예의 하우징체(3)를 내측면측에서 본 측면도이며, 동 도 (b)는 (a)에 있어서의 IV-IV선 단면도이다.
도 1, 2에 도시하는 바와 같이, 장척 칼럼 형상으로 형성된 하우징을 갖는 하우징체(3)는 좌우 대칭적으로 구성된 2체가 독립한 한 쌍으로서 대향 배치되어 있고, 후술하는 실린더 기구(9)를 내부에 수납함으로써 본 예의 진공용 게이트 밸브의 구동 기구를 구성하고 있다. 이와 같이, 본 예의 진공용 게이트 밸브는 대칭 구조의 하우징체(3)를 2체 사용하고 있으므로, 부품 공통화도 용이함과 아울러, 이들 2체는 독립해 있기 때문에, 조립 작업도 간이하며, 또한 구동 기구가 밸브 본체(1)의 하측이 아니고, 좌우로 콤팩트하게 집적되어 있기 때문에, 밸브 본체(1)를 최적으로 집적할 수 있다.
도 4에 있어서, 하우징체(3)의 내측 하부에는 스토퍼부(7a)를 갖는 상하 동작 안내부(7)를 가지고 있다. 상하 동작 안내부는 밸브체 개폐 구동체의 상하 동작을 안내하는 기능을 갖고, 스토퍼부는 밸브체 개폐 구동체의 상승 동작을 적절한 위치에서 잠그는 기능을 가지고 있으면, 각각 실시에 따라 임의로 구성 가능하다.
본 예의 상하 동작 안내부(7)는 한 쌍의 하우징체(3)의 내측 양측에, 각각의 대칭 위치의 하단면으로부터, 축심 방향을 따라 직선 형상으로 절결 형성된 2개의 세로홈이며, 이 홈폭은 후술의 지점 롤러(6)의 외경보다 약간 크고, 지점 롤러(6)가 약간 헐겁게 끼워진 상태에서 거의 저항 없이 홈 내를 이동 가능하게 되어 있다. 스토퍼부(7a)는, 상하 동작 안내부(7)의 상단부에, 지점 롤러(6)의 외경과 동일한 직경(원형) 형상으로 형성되어 있고, 지점 롤러(6)가 걸어맞추어져 후술의 밸브체 개폐 구동체(2)의 상승 동작을 잠가, 그 잠금 상태가 적절하게 유지 가능하게 되어 있다.
도 4에 있어서, 피스톤 로드(13)는 하우징체(3)의 내부에 수납되어 있고, 실린더 기구(9)에 의해 상하 동작한다. 동 도면 (b)에 도시하는 바와 같이, 피스톤 로드(13) 하단부에는, 피스톤(14)이 볼트로 고착되어 있다. 이 피스톤(14)의 하면과 상면에는, 각각 동심 형상으로 O링(14a, 14b)이 설치되어 있고, 피스톤(14)의 상하면을 서포트하고 있음과 아울러, 피스톤(14) 외경측에도 슬라이딩 실링용의 패킹(14c)이 설치되어 있다.
도 4에 있어서, 상하의 에어실(17, 16)은 실린더 기구(9)의 내부 공간에 확보되고, 피스톤(14)의 외경과 대략 동일한 직경의 내경을 갖는 통 형상으로 형성되어 있다. 피스톤(14)의 상측 에어실(17)에는, 하우징체(3) 내부에 형성된 에어 유로(18)가 연통하고 있고, 도시하지 않은 에어 공급원으로부터, 후술의 실린더 헤드(10)를 통하여 압축 에어를 급배 가능하게 되어 있다. 마찬가지로, 피스톤(14)의 하측 에어실(16)에도, 실린더 헤드(10)를 통하여 압축 에어를 급배 가능하게 되어 있다. 또한 상측 에어실(17)의 상단에는, 피스톤 베어링(15)이 실링재(15a)를 통하여 고착되어 있고, 피스톤 로드(13)는 이 피스톤 베어링(15)에 실링재(15b)를 통하여 삽입통과되어 있다.
도 4에 있어서, 캠 부재(8)는 피스톤 로드(13)의 상단부에 볼트로 고착되어 있고, 캠 부재(8)에는, 긴 구멍 형상의 캠 홈(12)이 형성되어 있다. 캠 부재의 재질이나 형상·크기, 혹은 캠 홈의 형상(길이나 경사 등)은 실시에 따라 임의로 선택 가능하지만, 본 예의 캠 부재(8)는 블록 형상으로 형성되어 피스톤 로드(13)의 축심 방향에 평행하게 고착되어 있고, 본 예의 캠 홈(12)은 후술의 캠 롤러(5)의 외경보다 작은 폭으로 형성되어 캠 롤러(5)의 이동을 적절하게 잠금 가능한 협폭부(12a)를 상단부에 가지고 있어, 캠 홈(12)에 끼워 맞추어져 있는 캠 롤러(5)가 이동하여 캠 홈(12)으로부터의 빠짐을 확실하게 잠글 수 있음과 아울러, 캠 부재(8)(피스톤 로드(13))의 축심 방향에 대하여, 경사 방향을 향하는 경사부(12b)와, 평행 방향을 향하는 평탄부(12c)가 형성되고, 이 평탄부(12c)가 캠 홈(12)의 하단부이며, 이 하단부는 캠 롤러(5)의 외경과 동일 직경(원형) 형상으로 형성된 원호부(12d)로 되어 있다. 또한, 협폭부(12a)가 있는 상단측이 캠 홈(12)의 밸브 폐쇄측이며, 그 반대측이 캠 홈(12)의 밸브 개방측이다.
동 도면에 있어서, 캠 부재(8)는 하부에 캠 받이 롤러(19)(니들 베어링)를 가지고 있고, 이 캠 받이 롤러(19)는 밸브 본체(1)의 조립 상태에 있어서, 하우징체(3)의 내면측을 향하여 설치되어 있는 판 형상의 베어링 가이드(20)와 대향하여 배치되고, 이 베어링 가이드(20)와 캠 받이 롤러(19)가 근접 대향하고 있음으로써 캠 부재(8)의 상하 동작이 서포트된다. 또한, 도시하지 않지만, 이 캠 받이 롤러(19)와 마찬가지로, 베어링 가이드(20)에 대향하여 받을 수 있는 위치에, 다른 롤러 부재(볼 베어링)를 형성해도 된다.
또한 하우징체(3) 상단부에도, 캠 받이 롤러(23)(니들 베어링)가 설치되어 있고, 이 캠 받이 롤러(23)는, 캠 부재(8)가 최상부 부근까지 상승했을 때, 캠 부재(8)의 캠 홈(12)의 반대측에 오목 설치된 롤러 받이부(24)에 수용 가능하게 배치되어 있다. 또한, 캠 부재(8)와 피스톤 로드(13) 사이에는, 센서 도구(32)가 설치되어 있고, 이 센서 도구(32)는 도 5(좌측)에 도시하는 상하 2개소에 배치된 자기 근접 센서(32)와의 조합에 의해, 피스톤 로드(13)의 개폐 위치를 검출 가능하게 되어 있다.
도 2, 3에 있어서, 밸브체 개폐 구동체(2)는, 밸브 본체(1)의 중앙 위치에, 좌우의 하우징체(3) 사이를, 후술하는 바와 같이, 상하 동작 및 L 모션 동작 가능하게 배치됨과 아울러, 양측 상부에는, 한 쌍의 캠 롤러(5)가 좌우 대칭적으로 설치되고, 양측 하부에도, 한 쌍의 지점 롤러(6)가 좌우 대칭적으로 설치되어 있다. 또한 본 발명의 탄발 부재는, 밸브체 개폐 구동체를 일정 방향으로 탄발 유지 가능하면 임의로 선택 가능하지만, 본 예에서는 코일 스프링(4)을 사용하고 있고, 이 코일 스프링(4)은 밸브체 개폐 구동체(2)의 하부측과, 실린더 헤드(10) 상면측 사이에 개재되고, 밸브 본체(1)의 조립 상태에서는, 양자를 탄발 바이어스 하고 있다.
또한 통상의 경우에는, 이 스프링(4)은 밸브체 개폐 구동체(2)를 후술의 개구 스트로크(L1)의 상단부까지 상승시킬 수 있는 것이 사용된다.
밸브체 개폐 구동체(2)는, 본 예에서는, 축심 위치의 축 부착부(2d)와, 평행한 2매의 측판부(2a, 2b)로 구성된 경량이고 또한 높은 강성을 가진 프레임체임과 아울러, 하면측에는, 스프링(4)의 상단을 받는 하부 오목부면(2c)(스프링 받이부)이 설치되고, 측면에는, 후술하는 한 쌍의 가동측 가이드 부재(22)가 좌우 대칭적으로 설치되어 있다.
한 쌍의 캠 롤러(5)는 측판부(2a, 2b)의 거의 상단 위치에 좌우 대칭적으로 돌출하여 설치되고, 한 쌍의 지점 롤러(6)도, 측판부(2a, 2b)의 거의 하단 위치에 좌우 대칭적으로 돌출하여 설치되어 있고, 밸브 본체(1)의 조립 상태(사용시)에 있어서는, 캠 롤러(5)는 캠 부재(8)의 캠 홈(12)에 끼워 맞추어짐과 아울러, 지점 롤러(6)는 하우징체(3)의 상하 동작 안내부(7)의 홈 내에 끼워 맞추어져 있다. 이것들은 모두, 밸브 본체(1)의 동작에 지장을 일으키지 않도록 각각의 홈 내를 이동 가능한 롤러 부재로서 구성되어 있으면, 그 외경·길이나 롤러 내부 구조 등은 실시에 따라 임의로 선택 가능하다.
도 2, 3에 있어서, 밸브체 개폐 구동체(2)의 상부에는 스템(28)이 고정되고, 이 스템(28)의 상단에는 밸브체 실링재(26)를 갖는 직사각 형상의 밸브체(25)를 구비하고 있다. 스템(28)의 하단부는 도 3(a)에 도시하는 바와 같이, 원 형상의 축 부착부(2d)에 걸어 맞추어져 있음과 아울러, 볼트와 가이드에 의해, 후술하는 밸브체(25)가 실링면(31)을 완전히 죄어 완전 폐쇄 상태가 될 때에 작용하는 하중에 대해서도 용이하게 덜거덕거림이 생기지 않을 정도로, 대단히 견고하게 고착되어 있고, 스템(28)의 상단부에는, 홀더(27)를 통하여 밸브체(25)가 설치되고, 이 밸브체(25)의 편면측에는, 진공 게이트 밸브용으로서 소정의 재질로 이루어지는 밸브체 실링재(26)가 실링면(31)의 개구 형상에 적합한 형상(직사각형 형상)으로 설치되고, 이 밸브체 실링재(26)는 도 5, 6에 도시하는 실링면(31)을 밸브시트로 하여 밀착·이간 가능하게 되어 있다.
게이트 밸브로서 사용할 때는, 스템(28)의 외주측은 웨이퍼의 반송 공간 내와 연통하므로, 소정의 벨로우즈 실링 구조가 구비되어 있다. 본 예에서는, 도 3, 5에 도시하는 바와 같이, 상하로 벨로우즈 플랜지(29a, 29b)를 구비한 벨로우즈(29)로 이루어지는 벨로우즈를 사용하여, 상측의 벨로우즈 플랜지(29a)는 패킹을 통하여 보디(33)에 고착되고, 하측의 벨로우즈 플랜지(29b)도 패킹을 통하여 스템(28) 외주에 고착되어 있음으로써, 스템(28) 외주측과 밸브 본체(1)측을 구획하고 있다. 또한, 도시하지 않지만, 본 예의 게이트 밸브를 도어 밸브로서 사용할 때는, 이러한 벨로우즈 실링 구조를 갖지 않는 밸브로서도 용이하게 구성할 수 있다.
도 1, 2, 5에 있어서, 실린더 헤드(10)는 후술하는 고정측의 고정 기부로서 밸브 본체(1)의 바닥면측에 설치되어 밸브 본체(1)의 베이스체가 되고 있다. 실린더 헤드(10)의 구성은, 실시에 따라 임의로 선택 가능하지만, 본 예에서는, 1장의 얇은 판 형상으로 일체 형성되고, 밸브 본체(1)의 조립 상태에 있어서, 한 쌍의 하우징체(3)의 하단부에 실링재를 통하여 공통하여 고착되고, 또한, 실린더 기구(9)에 구동 에어를 공급 가능하게 되어 있다. 도 2, 5에 도시하는 바와 같이, 본 예에서는, 실린더 헤드(10)의 하면측에는, 에어 유로(30a)를 갖는 블록체(30)가 실링재를 통하여 고착되어 있고, 이 에어 유로(30a)는, 도시하지 않은 에어 공급원과 연통하여 구동 에어를 적당히 급배 가능하게 되어 있다. 또한, 도 5, 도 14 등에 있어서, 밸브체(25)가 상승하는 상측이 실린더 기구(9)의 밸브 폐쇄측이며, 밸브체(25)가 하강하는 하측이 실린더 기구(9)의 밸브 개방측이다.
에어 유로(30a)는, 실린더 헤드(10)의 내측의 2개의 구멍부(10a)를 통하여, 하우징체(3) 내의 유로(18)와 연통하여 실린더 기구(9)의 한 쌍의 상측 에어실(17)과 연통하고 있음과 아울러, 실린더 헤드(10)의 외측의 2개의 구멍부(10b)를 통하여, 실린더 기구(9)의 한 쌍의 하측 에어실(16)과 연통하고 있다. 또한, 실린더 헤드(10)의 상면측 중앙 위치에는, 코일 스프링(4)의 하단을 받는 스프링 받이부(10c)가 설치되어 있다. 또한, 도 1, 2, 5에 있어서, 직사각형 판 형상의 유지 플랜지(11)는 중앙 위치의 원 형상의 구멍부에 상측의 벨로우즈 플랜지(29a)가 삽입통과되어 있고, 사방의 코너부가 하우징체(3) 내측 상단부에 볼트로 고착되어 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 조립 상태에서의 본 예의 밸브 본체(1)는 밸브 기능이 최적으로 집적되어 여분의 용적을 갖지 않는 박형이며 콤팩트하게 구성되고, 특히 에어 공급원을 밸브 본체(1)의 하측에 콤팩트하게 집적할 수 있으므로, 밸브 본체(1)에 병렬 형상으로 다른 기기를 집적시키는 것도 가능하게 되어, 가능한 한 소형화가 요구되는 반도체 제조 장치에 적합하다.
또한, 도 2, 3, 7에 있어서, 후술하는 밸브체 개폐 구동체(2)의 상하 동작과 L 모션 동작을 안내하는 동작 가이드 기구를 구비하고 있고, 구체적으로는, 각각 대략 일정 방향으로 유지 가능한 상하 동작 가이드부(α)와 L 모션 동작 가이드부(β)를 구비하고 있어, 이러한 기능을 가지고 있으면, 어느 것도 밸브 본체(1)에 실시에 따라 임의로 구성 가능하다. 본 예에서는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 상하 동작 가이드부(α) 및 L 모션 동작 가이드부(β)는 하우징체(3) 내에 설치한 리니어 형상의 고정측 가이드 부재(21)와, 밸브체 개폐 구동체(2)의 양측에 돌출하여 설치한 L자 형상의 가동측 가이드 부재(22)로 구성되어 있다.
구체적으로는, 도 7에 있어서, 고정측 가이드 부재(21)는 직선 형상으로 형성된 측면부(21a)와, 이 측면부(21a)에 교차하는 방향에 형성된 상단부(21b)를 갖는 레일 형상 부재로서, 하우징체(3) 내의 베어링 가이드(20)의 반대측에 대향하여 배치되어 있다. 가동측 가이드 부재(22)는 2장의 측판부(2a, 2b)의 대칭 위치에 한 쌍으로 고정된 대략 L자 형상의 블록 형상 부재이며, 직선 형상의 측부(22a)와, 이 측부(22a)에 교차하는 방향에 형성된 단차부(22b)를 가지고 있다.
본 예의 상하 동작 가이드부(α)는 고정측 가이드 부재(21)의 측면부(21a)와, 가동측 가이드 부재(22)의 측부(22a)로 이루어지고, 밸브체 개폐 구동체(2)가 후술과 같이 상하 동작할 때는, 이들 측면부(21a)와 측부(22a)는 약간의 간극을 두고 대향하거나, 혹은 맞닿음·슬라이딩함으로써, 밸브체 개폐 구동체(2)의 대략 일정 각도의 자세를 유지한 채의 안정한 상하 동작을 가능하게 하고 있다.
본 예의 L 모션 동작 가이드부(β)는 고정측 가이드 부재(21)의 상단부(21b)와, 가동측 가이드 부재(22)의 단차부(22b)로 이루어지고, 밸브체 개폐 구동체(2)가 후술과 같이 L 모션 동작할 때는, 이들 상단부(21b)와 단차부(22b)는 약간의 간극을 두고 대향하거나, 혹은 맞닿음·슬라이딩함으로써, 밸브체 개폐 구동체(2)에 구비된 밸브체(25)가 실링면(31)에 대하여 대략 수직 방향을 유지한 채의 안정한 L 모션 동작을 가능하게 하고 있다. 또한, 후술과 같이, 밸브체 개폐 구동체(2)가 항상 상향으로 탄발되는 통상의 경우에 있어서는, 측면부(21a)와 측부(22a), 및 상단부(21b)와 단차부(22b) 사이에는, 각각 약간의 간극이 형성되어 양자가 맞닿지 않도록, 즉, 통상의 경우 이것들은 기능하지 않아도 정상의 밸브 동작이 되도록 설정된다.
이어서, 본 예의 게이트 밸브에 있어서, 밸브체(25)가 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치까지 상승(상하 동작)하고, 그 후, 밸브체(25)가 L 모션 동작하여 밸브가 완전 폐쇄 상태가 될 때까지의 작용을 설명한다. 우선, 밸브체(25)의 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치까지의 동작은, 도 5 우측에서부터 동 도면 좌측까지, 도 6(a)부터 동 도면 (b)까지, 및 도 7(a)부터 동 도면 (b)까지에 각각 대응하고 있다. 여기에서, 이들 도면의 상하 방향에 맞추어, 밸브체(25)의 완전 개방 위치(완전 개방 상태)란, 밸브 본체(1) 내에 있어서, 밸브체(25)가 최하부로 된 위치(상태)이며, 완전 폐쇄 위치란 밸브체(25)가 최상부로 된 위치이다. 이들 밸브체(25)의 완전 개방 위치와 완전 폐쇄 위치 사이의 범위는, 도 6에 도시한 실린더 기구(9)의 피스톤 스트로크(L1)(개구 스트로크)에 대응하고 있다.
우선, 밸브를 완전 개방 상태로 하기 위해서는, 하우징체(3)의 유로(18)를 통하여 상측 에어실(17)에 압축 에어를 공급하여 피스톤(14)을 밀어 내리고, 도 5, 6에 도시하는 바와 같이, 하측 에어실(16)의 용적이 없어지는 실린더의 하단 위치까지 하강시킨다. 이 압축 하강에 따라, 스프링(4)에 의해 하방으로부터 상방을 향하여 탄발되어 있는 밸브체 개폐 구동체(2)도 완전 개방 위치까지 하강한다.
여기에서, 본 발명의 밸브체 개폐 구동체는 고정측의 고정 기부를 기점으로 탄발 부재에 의해 일방향을 향한 탄발 상태로 되어 있다. 고정측의 고정 기부란 외부에 대하여 정지한 상태에 있는 본 발명의 밸브에 대하여 동작(구동)하지 않는 부재이며, 예를 들면, 하우징체(3)나, 상부의 유지 플랜지(11), 하부의 실린더 헤드(10), 혹은, 도시하지 않은 밸브 본체(1)의 하우징 등이 포함되는 한편, 본 예에서는 적어도, 사용 시에 실린더 기구(9)의 상하 동작과 일체로 동작하는 캠 부재(8)나 피스톤 로드(13)는 포함되지 않는다. 본 예에서는, 전술한 바와 같이, 실린더 헤드(10)(스프링 받이부(10c))를 고정 기부로 하고, 이 스프링 받이부(10c)를 기점으로 하여, 스프링(4) 상단부가 밸브체 개폐 구동체(2)의 하부 오목부면(2c)을 상방향으로 탄발시킨 상태로 되어 있다.
밸브체 개폐 구동체(2)를 탄발하는 탄발 부재는 적어도 밸브의 개폐에 따라 상하 동작하는 피스톤 로드(13)에 무관계인 탄발 상태로 배치된다. 가동하는 부재로부터의 탄발이 아니고, 고정되어 있는 부재측을, 탄발의 일단이 되는 기점으로 함으로써, 바이어스되는 타단이 되는 밸브체 개폐 구동체(2)의 동작과, 이 동작에 대한 탄발력의 추종성이 최적이 되고, 따라서, 실린더 기구를 고속화해도, 밸브체 개폐 구동체(2), 즉 밸브체 동작의 안정성을 확보할 수 있다. 특히, 종래기술(특허문헌 3)과 같이, 탄발 부재인 스프링이 스프링 받이부(밸브체 개폐 구동체) 하면측과 피스톤 로드의 어깨부와의 사이에 배치되어 있지 않으므로, 피스톤 로드가 밸브체를 L 모션 동작시키는 스트로크 범위이어도 스프링을 압축시킬 필요가 없으므로, 밸브체를 닫고 있는 동안도 실린더의 로킹 기구는 필수적이지 않게 되고, 따라서, 밸브의 구조를 간소화할 수 있음과 아울러, 캠 부재의 캠 홈을 적당히 길게 형성하는 것도 가능하게 되고, 따라서, 밸브체의 L 모션 동작 속도를 적당히 완화시키는 것도 가능하게 된다.
이와 같이, 밸브체를 구비한 밸브체 개폐 구동체를 고정 기부를 기점으로 한 탄발 상태로 함으로써, 구동 부재를 기점으로 탄발시키고 있는 종래 기술에 비해, 구동에 수반되는 관성에 의해 탄발 부재(스프링)에 불필요한 신축력이 작용하지 않아, 일단을 고정측으로 한 항상 안정한 추종성이 좋은 탄발력을 줄 수 있고, 따라서, 밸브체의 동작(상하 동작이나 L 모션 동작)이 밸브체의 구동력에 의해 불필요하게 흐트러지지 않아, 밸브체의 동작의 안정화와 함께 구동력의 절약으로도 이어짐과 아울러, 탄발 부재의 신축량도 필요 최소한으로 억제하여 밸브의 내구성도 증가하여, 수명의 향상에도 기여한다. 또한 탄발 부재를 콤팩트하게 밸브 본체 내부에 설치하여 간소하게 밸브체 개폐 구동체의 탄발 상태를 실현할 수 있음과 아울러, 용이한 부품 교환이나 메인터넌스 등, 이 탄발 상태의 조정이나 유지 관리도 용이하게 된다.
또한, 이 밸브체(25)의 완전 개방 위치에서는, 도 6(a)에 도시하는 바와 같이, 밸브체(25)와 스템(28), 및 밸브체 개폐 구동체(2)는 동 도면 상하 방향(즉, 실링면(31)에 평행한 방향)에 대하여 약간 경사(경사 각도(θ)=0.2∼0.3 정도)진 경사 자세로 유지되어 있다. 구체적으로는, 이 위치에서 밸브체 개폐 구동체(2)는 하측으로부터 상측을 향하여 탄발 상태이며, 이 탄발에 의한 상승력은, 거의 그대로, 최하부에 위치하고 있는 피스톤 로드(13)에 고착된 캠 부재(8)의 캠 홈(12)에 끼워 맞추어져 있는 캠 롤러(5)가, 캠 홈(12) 상단부의 협폭부(12a)에 대하여, 걸어맞춤하려고 하는 힘이 되고 있고, 이 협폭부(12a)에서 밸브체 개폐 구동체(2)의 상승력이 받아내지고 있다.
한편, 이 캠 롤러(5)의 협폭부(12a)에의 걸어맞춤에 의해, 상부의 1점 부위로 지지되어 있으므로, 밸브체 개폐 구동체(2)는 이 상부를 중심으로 회전할 수 있지만, 이 회전은 하부의 지점 롤러(6)가 하우징체(3)의 상하 동작 안내부(7)의 홈 내에 끼워맞추어짐으로써 잠가진다. 상기한 바와 같이, 상하 동작 안내부(7)의 홈폭과 지점 롤러(6)의 외경은 거의 일치하고 있으므로, 이 완전 개방 위치에서는, 밸브체 개폐 구동체(2)는 거의 덜거덕거리지 않고 상하 2점(캠 롤러(5)와 지점 롤러(6))에서 지지된 상태에서, 안정한 상기 경사 자세가 유지된다. 또한, 도시하지 않지만, 이 완전 개방 위치에서는 스프링(4)이 가장 압축된 상태이므로, 이 상태로 피스톤(14)의 위치를 안정하게 유지할 수 있게 하기 위하여, 실린더 기구(9)에 적당히 로킹 기구를 설치하도록 해도 된다.
계속해서, 완전 개방 위치로부터, 상하의 에어실(16, 17)을 적당히 차압 조정함으로써(보다 구체적으로는, 상측 에어실(17)의 압축 에어를 에어 배출에 의해 적당히 감압시켜 감으로써), 스프링(4)의 탄발력을 개방시켜 감으로써, 밸브체 개폐 구동체(2)를 상승시킬 수 있다. 이 에어압의 조정은 실시에 따라 임의로 가능함과 아울러, 이 조정에 의해, 밸브체 개폐 구동체(2)의 상승 속도도 적당히 설정 가능하게 되어 있다.
통상의 경우에는, 상기한 바와 같이, 밸브체(25)의 완전 개방 위치와 완전 폐쇄 위치 사이에서, 항상 스프링(4)의 탄발력은 도중에 끊어지지 않고 밸브체 개폐 구동체(2)를 상향으로 탄발한 상태가 유지되도록 설정되므로, 이 탄발력의 작용하에, L1 스트로크 범위 내에서, 항상 캠 롤러(5)의 협폭부(12a)에의 걸어맞춤과, 지점 롤러(6)의 상하 동작 안내부(7)의 홈폭 내에의 (회전)걸어맞춤이 유지되므로, 밸브체 개폐 구동체(2)와 스템(28) 및 밸브체(25)의 상기 경사 자세는 항상 안정하게 유지된다. 또한, 상하 동작 가이드부(α)에 관하여, 밸브체 개폐 구동체(2)의 경사 자세가 항상 안정되어 있으면, 상기한 바와 같이, 이 자세가 유지되는 한 측면부(21a)와 측부(22a)는 맞닿음·슬라이딩하지 않는다.
또한, L1 스트로크 범위 내에서, 스프링(4)의 상향의 탄발력이 도중에 끊어져 버리는 경우도 일어날 수 있다. 예를 들면, 동작 속도나 밸브체 개폐 구동체(2)(밸브체(25))의 중량(관성), 혹은 피스톤(14)의 패킹(14c)의 슬라이딩이나 지점 롤러(6)의 슬라이딩의 영향 등에 의해, 캠 롤러(5)(밸브체 개폐 구동체(2))의 상승 속도가 캠 부재(8)(피스톤 로드(13))의 상승 속도보다 늦음으로써, 순간적이지만 캠 롤러(5)가 협폭부(12a)에의 걸어맞춤으로부터 빠져, 상승의 도중 위치에서 캠 홈(12) 내를 하강(캠 작동)해 버리는 경우가 일어날 수 있다. 단, 순간적으로 이간하는 것에 지나지 않는 경우에는, 스프링(4)의 탄발력에 의해, 즉시 캠 롤러(5)의 걸어맞춤 상태가 회복되기 때문에, 밸브 동작의 정상 동작이 손상되지는 않는다.
반대로, 상기한 바와 같이 상승하여 완전 폐쇄 위치가 된 밸브체(25)가 다시 하강하여 완전 개방 위치가 되는 작용은 기본적으로 상기의 역동작이 된다. 따라서, 밸브체 개폐 구동체(2)는, 탄발 부재(스프링(4))에 의한 탄발 상태에서, 지점 롤러(6)가 상하 동작 안내부(7)에 의해 안내됨으로써, 피스톤 로드(13)의 상하 동작과 일체로 상하 동작 가능하며, 이 상하 동작에 의해, 밸브체(25)가 완전 개방 위치와 완전 폐쇄 위치 사이를 동작할 수 있다.
이어서, 본 예의 게이트 밸브에 있어서, 개구 스트로크의 상단부인 완전 폐쇄 위치까지 동작한 밸브체(25)가, L 모션 동작(진자 동작)함으로써, 밸브체 실링재(26)가 실링면(31)을 대략 평행 상태인 채로 가압하여, 밸브의 완전 폐쇄 상태가 될 때까지의 작용을 설명한다. 도 5 좌측(밸브체(25)의 높이), 도 6(b)부터 동 도면 (c)까지, 및 도 7(b)부터 동 도면 (c)까지에 각각 대응하고 있다. 여기에서, 밸브체(25)가 L 모션 동작하는 범위는, 도 6에 도시한 실린더 기구(9)의 피스톤 스트로크(L2)(L 모션 동작 스트로크)에 대응하고 있다. 또한, 도 6에는, 개구 스트로크와 L 모션 동작 스트로크의 합(L1+L2)인 전체 스트로크(L)를 나타내고 있다.
상기한 바와 같이, 지점 롤러(6)의 상승이 스토퍼부(7a)에 잠가진 상태가 된 후에도, 캠 부재(8)(피스톤 로드(13))는 상승을 계속한다. 또한, 지점 롤러(6)가 스토퍼부(7a)에 걸어 맞추어진 시점에서, 스프링(4)은 밸브체 개폐 구동체(2)를 상방향으로 이동시킬 수는 없게 되므로, 이것 이후 피스톤 로드(13)를 상승시키기 위해서는, 하측 에어실(16)에 압축 에어를 공급해 갈 필요가 있다. 이러한 상하의 에어실(16, 17)의 차압 조정을 적절하게 행함으로써, 필요한 속도로 연속적으로 밸브체(25)의 상하 동작을 행할 수 있다.
도 6에 있어서, 통상의 경우, 즉, 스프링(4)에 의한 상방향으로의 탄발이 적절하게 유지되고 있는 경우에는, 이 탄발력에 의해, 지점 롤러(6)의 스토퍼부(7a)에의 걸어맞춤 상태도 적절하게 유지되고, 밸브체 개폐 구동체(2)의 위치(높이)도 이 위치에 유지되고, 또한 캠 홈(12)(피스톤 로드(13))이 상승을 더 계속해도, 상기한 바와 같이, 캠 부재(8)측은 동 도면 좌우 방향으로의 동작이 거의 전무하게 되어 있다. 한편으로, 상하 2점에서 자세가 유지되어 있던 밸브체 개폐 구동체(2)는 하부의 지점 롤러(6)는 스토퍼부(7a)에 걸어 맞추어져 상방향과 좌측 방향으로의 동작이 잠가져 있지만, 상부의 캠 롤러(5)는 좌우 방향으로의 이동이 자유로운 상태이므로, 캠 롤러(5)는 캠 홈(12)에 반력과 마찰력을 주면서 하강(이동)해 가게 된다.
이때, 캠 홈(12)을 따라 하강해 가는 캠 롤러(5)는 경사부(12b)를 따라 동작해 가게 되므로, 도 6에 있어서, 스토퍼부(7a)에 동작이 잠가져 있는 하부의 지점 롤러(6)를 지점으로 하여, 이 경사부(12b)의 경사분만큼, 동 도면 가로 방향으로 캠 롤러(5)측(밸브체 개폐 구동체(2)측)이 경동하지 않으면 안 된다. 따라서, 적어도 경사부(12b)를 캠 롤러(5)가 이동하고 있는 동안은, 밸브체(25)와 스템(28)과 밸브체 개폐 구동체(2)는, 전체적으로, 동 도면 하부의 지점 롤러(6)를 지점으로 하고, 캠 홈(12)으로부터 경동력을 받는 캠 롤러(5)를 역점으로 하고, 상단의 밸브체(25)를 작용점으로 하여, L 모션 동작해 가게 된다. 이 L 모션 동작의 흔들림 폭(각도)이나 속도는, 적어도, 캠 홈(12)의 길이나 경사 등의 형상 설계에 의해 조정할 수 있다.
또한 이 L 모션 동작은, 도 6(c)에 도시하는 바와 같이, 하측 에어실(16)에 압축 에어의 공급을 계속하여 피스톤(14)을 밀어올리고, 상측 에어실(17)의 용적이 없어지는 실린더의 상단 위치까지 상승시킬 때까지 계속한다. 이 동안, 캠 롤러(5)는 경사부(12b)를 거쳐 평탄부(12c)에 달하고, 이 평탄부(12c) 영역 내에서(혹은, 원호부(12d)와의 걸어맞춤에 의해) 이동이 정지하여, 밸브체(25)가 완전 폐쇄 상태가 된다. 또한, 밸브체(25)의 L 모션 동작과 캠 홈(12)의 위치 관계는 캠 롤러(5)가 경사부(12b)의 도중에 위치해 있는 경우에, 밸브체 실링재(26)가 실링면(31)에 맞닿도록 설정해도 되고, 혹은, 경사부(12b)와 평탄부(12c)의 경계 위치에서 밸브체 실링재(26)가 실링면(31)에 맞닿도록 설정해도 되어, 적당히 설정할 수 있다.
보다 구체적으로는, 캠 롤러(5)가 경사부(12b)의 도중 위치에서 밸브체 실링재(26)가 실링면(31)에 맞닿도록 밸브체(25)의 경동을 설정해 두면, 피스톤 스트로크(L2)의 중간 위치를 이 실링면(31) 맞닿음 위치에 대응시킬 수 있고, 따라서, 또한 캠 롤러(5)를 나머지의 경사부(12b)와 평탄부(12c)(나머지의 피스톤 스트로크(L2)) 범위를 이동시킬 수 있다. 이 경우, 밸브체(25)가 실링면(31)에 맞닿은 상태로부터, L 모션 동작력(경동에 의한 누름력)을 주어 실링면(31)을 더 가압시키기 위한 조임 자리를 충분히 확보할 수 있게 되므로, 적합하다. 또한, 평탄부(12c)의 영역에서는 캠 롤러(5)가 이동해도 밸브체(25)는 거의 L 모션 동작하지 않고, 주로, 이 평탄부(12c)의 영역은 밸브체 실링재(26)의 실링면(31)에의 누름 상태를 유지하는 로킹 영역으로서 기능한다.
또한, 캠 롤러(5)가 캠 홈(12)(경사부(12b))을 이동하고 있는 동안, 캠 홈(12)측은, 적어도, 캠 롤러(5)측에 경동력을 주는 반작용을 받고, 이 반작용은 수평 방향 성분이 크기 때문에, 캠 부재(8)는 하우징체(3) 내벽 방향으로 되밀려서 약간 위치 벗어날 수 있지만, 상기한 바와 같이, 캠 받이 롤러(19)와 베어링 가이드(20)가 대향 배치되어 있으므로, 상하 동작하면서도, 캠 부재(8)의 이러한 위치 벗어남을 적절하게 서포트할 수 있다.
또한, 밸브체 개폐 구동체(2)가 상승해 갈 때, 가령 스프링(4)의 상방으로의 탄발력이 상실되고, 따라서 캠 롤러(5)가 자중에 의해 협폭부(12a)의 걸어맞춤으로부터 빠졌다고 해도, 상하 동작 가이드부(α)의 기능의 발휘에 의해, 즉시 밸브체 개폐 구동체(2)의 경동이 잠가지고, 따라서 밸브체 개폐 구동체(2)의 경사 자세는 거의 스프링(4)의 탄발이 있는 통상의 경우와 마찬가지로 확보된다. 또한, 이 상태에서 밸브체 개폐 구동체(2)가 완전 폐쇄 위치로 된 경우, 밸브 본체(1) 내에서의 상단부(21b)의 높이 위치는, 단차부(22b)의 높이 위치와 거의 같거나 약간 낮은 위치이므로, 단차부(22b)가 상단부(21b)의 높이에 도달한 시점에서, 경동하려고 하는 측부(22a)의 잠금이 해제되어 상단부(21b)에 올라앉는 것과 같이 돌출하여 걸어맞추어지고, 이 경동의 해제에 따라, 캠 롤러(5)는 캠 홈(12) 내를 이동 가능하게 된다. 따라서, L 모션 동작 가이드부(β)의 기능의 발휘에 의해, 밸브체(25)의 L 모션 동작도, 거의 스프링(4)의 탄발이 있는 통상의 경우와 동일하게 확보된다.
따라서, 본 발명의 밸브는 통상의 경우에는 물론, 상하 동작 가이드부(α) 및 L 모션 동작 가이드부(β)의 기능의 발휘에 의해, 상기와 같은 통상이 아닌 경우, 예를 들면, 밸브체 개폐 구동체(2)의 중량과 가속도의 하중을 가한 스프링 하중 이하로 설정되어 있어도, 확실하게 밸브체 개폐 구동체(2)의 L 모션 동작이 담보되게 되어 있다. 또한, 상하 동작 가이드부(α) 및 L 모션 동작 가이드부(β)는 통상은 기능하지 않는 부위므로, 지지 부재인 내구성도 양호하다.
따라서, 어느 경우이어도, 상하 동작 사이에 고가의 밸브체 실링재(26)가 밸브 보디(33) 등의 다른 부재에 접촉·충돌하여 손상 등 할 우려가 없음과 아울러, 밸브체 개폐 구동체(2)가 L 모션 동작할 때의 밸브체(25)의 실링면(31)에 대한 맞닿음 자세·각도도 적절하게 유지할 수 있으므로, 밸브체 실링재(26)가 실링면(31)에 착좌·탈좌할 때에 비틀림이나 마찰, 슬라이딩의 발생을 억제할 수 있고, 따라서 확실한 밸브의 저파티클성을 담보할 수 있다.
이상과 같이, 캠 기구를 이용하여 밸브체를 진자 모양으로 흔들어 밸브를 닫는 L 모션 동작(J 동작)형의 게이트 밸브에 있어서, 많은 종래 기술에서는, 밸브체와 이것을 구비한 상하 동작 부재의 L 모션 동작의 지점 위치는 밸브체에 가까운 중간 위치가 되고 있지만, 본 발명의 밸브는 밸브체로부터 가장 떨어진 하단 위치에 설치되어 있다. 여기에서, 밸브체가 L 모션 동작하여 밸브를 닫기 전에, 밸브체와 실링면 사이에 필요한 거리가 동일한 경우, L 모션 동작의 지점이 밸브체에 가까울수록, 스템에 필요한 L 모션 동작 각도는 커진다. L 모션 동작 각도가 클수록, 완전 폐쇄(조임)시의 밸브체와 실링면과의 경사가 커지고, 따라서, 밸브체 실링재와 실링면과의 비틀림·마찰이 증가하여 저파티클성이 저해되지만, 본 발명의 밸브는, L 모션 동작 지점이 밸브체로부터 가장 떨어저 위치하고 있으므로, 적어도 이러한 구조적인 의미로, 저파티클성에 가장 적합하다고 할 수 있다.
또한, 밸브체(25)의 완전 폐쇄 상태에서는, 상기한 바와 같이, 밸브체(25)는 실링면(31)을 조이고 있으므로, 밸브체(25)에는 실링면(31)으로부터, 이 실링면(31)에 거의 수직 방향으로 반력을 받은 상태가 된다. 특히, 밸브체 실링재(26)의 탄발력이 큰 경우에는, 이 반력이 현저하게 된다. 도 6(c)에 도시한 완전 폐쇄 상태에서 말하면, 밸브체(25)는 거의 동 도면 우측 방향의 반력을 받고 있는 것에 대해, 캠 롤러(5)는 캠 홈(12)의 평탄부(12c)로부터 거의 동 도면 좌측 방향의 반력을 받고 있다. 따라서, 밸브체(25)와 밸브체 개폐 구동체(2)는 전체가 일체로 상하에서 좌우 방향의 힘을 받은 상태에서 구속되어 있다. 또한, 통상의 경우에는, 밸브체 개폐 구동체(2)는 하부 오목부면(2c)으로부터도 상방향으로의 탄발력을 스프링(4)으로부터 받고 있다.
이 때문에, 본 예의 밸브는, 완전 폐쇄 상태에 있어서, 밸브체 개폐 구동체(2)에는, 하강력이 거의 발생하지 않으므로, 실린더 기구(9)로부터 압축 에어를 배출하여 구동력을 해제할 수도 있다. 따라서, 본 예의 밸브는, 완전 폐쇄 상태에 있어서, 밸브체(25)의 하강을 막는 로킹 기구를 구비할 필요가 없고, 이 때문에, 밸브를 간소하게 구성할 수 있음과 아울러, 완전 폐쇄 상태를 유지하기 위한 구동원도 생략 가능하게 된다.
또한, 이 완전 폐쇄 상태에서는, 상기한 바와 같이, 밸브체(25)와 캠 롤러(5)에는, 좌우 방향으로부터 역방향의 반력을 받고 있으므로, 적어도 밸브체 개폐 구동체(2)와 스템(28)에는 휨력이 작용하고 있지만, 밸브체 개폐 구동체(2)를 그 재질이나 형상을 막론하고, 적어도 이 완전 폐쇄 상태의 조임력 정도의 힘이 작용해도, 거의 휘지 않을 정도의 높은 강성을 발휘하도록 구성해 두면, 전체의 휨을 저감할 수 있으므로, 이 상태, 밸브체(25)의 경사를 저감할 수 있다. 이 경우에는, 완전 폐쇄 상태에 있어서, 밸브체 실링재(26)와 실링면(31)과의 경사나 비틀림·마찰을 저감할 수 있기 때문에, 밸브의 저파티클성에 더욱 적합하다.
따라서, 밸브체 개폐 구동체(2)는, 스프링(4)에 의한 탄발 상태 그대로, 지점 롤러(6)가 스토퍼부(7a)에의 잠김 상태가 유지된 채 캠 롤러(5)가 캠 홈(12) 내를 이동함으로써, 지점 롤러(6)를 지점, 캠 롤러(5)를 역점으로 하여 L 모션 동작(진자 동작)하고, 이 L 모션 동작에 의해 밸브체 실링재(26)가 작용점이 되어 실링면(31)을 가압하고 있다.
또한 양측 2개의 하우징체(3)는 좌우 대칭 구조이며, 또한, 이들 2체를 동기시키는 것과 같은 연결체를 구비하고 있지 않고, 서로 독립적으로 구비되어 있으므로, 밸브의 간소화에 더하여, 조립 작업의 용이화에도 기여하고 있다. 좌우 2체의 하우징체(3)에 대한 구동 에어 흡배기의 동기는 조작 에어 배관 유로의 길이 등을 동일하게 설정함으로써, 양자를 거의 동시기에 에어 흡배기시키는 심플한 구성으로 되어 있다.
상기 완전 폐쇄 상태로부터, 완전 개방 상태까지 밸브를 열 때의 동작은 기본적으로는 상기 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 상태까지의 동작의 반대가 된다. 특히, 완전 폐쇄 상태에서는 밸브체 실링재(26)가 실링면(31)에 눌려 완전히 조여져 있으므로, 밸브를 열 때는, 밀착 상태를 벗기도록 밸브체(25)를 실링면으로부터 이간시킬 필요가 있는 경우가 있다. 이러한 경우, 본 발명의 L 모션 동작 가이드부(β)가 이하와 같이 적절하게 기능한다.
즉, 밸브를 열 때는, 캠 작동(캠 롤러(5)의 캠 홈(12) 내의 이동)에만 의해 밸브체(25)를 L 모션 동작시키므로, 예를 들면, 밸브체 실링재(26)가 실링면(31)에 불균일하게 점착되어 있는 경우에는 밸브체(25)에도 불균일한 힘이 작용하여, 캠 작동만으로는 밸브체(25)가 실링면(31)과 평행을 유지한 채 벗겨지기 어려워져, 특히 밸브체(25)를 하강시키는 힘이 작용하기 쉬워진다. 이 때문에, 밸브체 실링재(26)와 실링면(31) 사이에 불필요한 비틀림·마찰이 생기거나, 혹은, 밸브체 실링재(26)가 파괴될 우려도 있었다.
이에 대하여 본 발명의 밸브에 있어서는, 밸브체 실링재(26)를 실링면(31)으로부터 벗겨낼 때, 밸브체(25)를 하강시키는 힘이 발생해도, L 모션 동작 가이드부(β)에 의해, 밸브체 개폐 구동체(2)(밸브체(25))는 적어도 하방향으로의 동작은 즉시 잠가진다. 또한 밸브체(25)는 실링면(31)으로부터 대략 평행을 유지하여 이간하기도 쉬워진다. 적어도, 밸브체(25)가 내려감으로써 밸브체(25)와 실링면(31)과의 사이에 비틀림·마찰이 발생할 우려는 없다.
또한, 본 발명의 밸브는 통상 밸브체 개폐 구동체(2)가 항상 밸브를 닫는 방향(상방향)으로 탄발되어 있기 때문에, 실린더 기구(9)의 밸브 폐쇄 방향(상승 방향)으로의 구동력을, 이 탄발 부재(스프링(4))가 서포트할 수 있다. 따라서, 밸브 폐쇄 동작 속도를 적절하게 올릴 수 있음과 아울러, 상기한 바와 같이, 완전 폐쇄 상태의 실링력도 서포트할 수 있어, 밸브 폐쇄 상태를 유지하기 위한 로킹 기구도 생략 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 밸브에서는, 상기 동작 가이드 기구를 밸브에 구비함으로써, 가령 스프링(4)의 탄발력이 상실된 경우이어도, 밸브체 개폐 구동체(2)의 상하 동작과 L 모션 동작을 확보할 수 있으므로, 이 관점에서 보면, 탄발 부재(스프링(4))나 고정 기부(실린더 헤드(10))를 갖지 않는 밸브로서 구성하는 것도 가능하다. 즉, 스프링(4)이나 실린더 헤드(10)를 가지고 있지 않아, 밸브체 개폐 구동체(2)와, 실린더 기구(9)를 구비한 하우징체(3)로부터 상기와 동일하게 구성된 진공용 게이트 밸브를 얻는 것도 가능하다.
계속해서, 본 발명의 제1 실시형태의 다른 예 구조를 설명한다. 도 8은 이 다른 예 구조인 다른 실린더 기구(9)의 단면도를, 도 9는 도 8(c)에서의 원(C) 내를 확대한 확대 단면도를, 도 10은 다른 예 구조의 하우징체(46)의 일부 절결 단면도를, 각각 도시하고 있다.
전술의 본 예의 밸브에 있어서, 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치까지, 밸브체(25)가 상승하는 속도를 지나치게 높인 경우에는, 지점 롤러(6)가 스토퍼부(7a)에 충돌할 때, 이 충돌에 의한 충격이 지나치게 커져 밸브 본체(1)나 보디(33)에 진동이 발생하는 경우가 있었다. 또한 마찬가지로, 밸브체(25)를 L 모션 동작시키는 속도를 지나치게 높인 경우에도, 밸브체 실링재(26)가 실링면(31)에 착좌할 때에, 이 착좌에 의한 충격이 지나치게 커져 밸브체 실링재(26)가 손상되거나 파티클을 발생하는 경우가 있었다. 이것에 대해, 전체 스트로크(L)에 있어서의 밸브의 평균 개폐 속도를 적절하게 고속으로 유지하면서도, 이러한 과제에 대응하기 위해서는, 적어도 지점 롤러(6)가 스토퍼부(7a)에 부딪히기 전후와, 밸브체 실링재(26)가 실링면(31)에 부딪히기 전후에 있어서, 적절하게 동작을 감속시킬 필요가 있다.
이 때문에, 이하의 다른 예 구조에서는, 상하 동작에 있어서, 밸브체 개폐 구동체(2)의 지점 롤러(6)가 스토퍼부(7a)에 부딪히는 동작과, L 모션 동작에 있어서, 밸브체(25)가 실링면(31)에 부딪히는 동작을 완화할 수 있는 완화 기구를 구비하고 있다. 도 8에 도시한 다른 예의 밸브에서는, 이 완화 기구는 캠 홈(44)의 길이를 피스톤 로드(36)의 L 모션 동작 스트로크(L2)가 전체 스트로크(L)의 25∼35%가 되도록 형성한 캠 부재(37), 실린더 기구(35) 내의 피스톤(45)에 설치한 피스톤 쿠션 기구(γ), 또는 피스톤 로드(36)의 피스톤 베어링(38)에 설치한 오리피스(41) 중 어느 하나 또는 이것들의 임의의 조합으로 이루어진다. 또한, 이 완화 기구 이외의 다른 예 구조는 전술한 제1 실시형태의 밸브의 구조와 마찬가지로 구성되어 있다.
다른 예의 캠 부재(37)에서는, 피스톤 로드(36)의 L 모션 동작 스트로크(L2)가 전체 스트로크(L)의 25∼35%가 되도록, 캠 홈(44)의 길이를 조정하고 있다. 전술의 본 예의 밸브와 마찬가지로, 다른 예의 밸브에서도, 도시하지 않은 캠 롤러가 협폭부와의 걸어맞춤으로부터 해제되어 캠 홈(44) 내를 홈에 끼워맞춤하면서 이동하고, 캠 홈(44)의 하단의 원호부와 걸어맞춤하여 완전 폐쇄 상태가 될 때까지가, L 모션 동작 스트로크(L2)가 되는 경우에는, 캠 홈(44)의 전체 길이가, 거의 그대로 피스톤 로드(36)가 L 모션 동작 스트로크(L2)의 높이 분에 대응하게 되므로, 캠 홈(44)의 길이를 적당히 조정함으로써, 용이하게 L 모션 동작 스트로크(L2)가 전체 스트로크(L)의 25∼35%가 되도록 설정할 수 있다.
예를 들면, 피스톤 로드(36)의 L 모션 동작 스트로크(L2)가 전체 스트로크(L)의 16% 정도로 짧게 설정된 경우에는, L2 스트로크의 동작 속도는 L1 스트로크의 동작 속도보다 1/5 정도로 감속되었지만, 상기한 바와 같이, 25∼35% 정도로 길게 설정한 경우에는, 밸브체의 L 모션 동작 속도를 1/8∼1/12 정도(짧게 설정된 전술의 경우와 비교하여 1.6∼2.4배)까지 더 감속시킬 수 있다. 이와 같이 길게 설정한 경우에는, 예를 들면, 완전 개방 상태로부터 완전 폐쇄 상태까지의 동작 속도를 0.8∼1.0초부터 0.4∼0.5초 정도까지 고속화했다고 해도, 밸브체가 실링면에 충돌할 때의 진동은 캠 홈의 길이 조정을 시행하지 않은 종래의 게이트 밸브에 있어서의 충돌 진동과 동일한 정도로 억제되는 것이 확인되었다.
또한, 캠 홈(44)(캠 부재(37)의 높이 방향)의 길이를 길게 함에 따라, 캠 부재(37)에 의한 밸브체의 L 모션 동작력(밸브체가 실링면을 가압하는 조임력)을, 적절하게 향상시키는 것도 가능하게 된다. 이 때문에, 필요한 조임력이 동일한 경우, 필요한 실린더 기구(35)의 구동력이 작아지므로, 피스톤(45)의 직경을 소형화할 수 있고, 따라서, 밸브 본체를 더욱 콤팩트한 박형으로 구성하는 것도 가능하게 된다.
다음에 도 8, 9에 도시하는 바와 같이, 다른 예의 밸브는, 실린더 기구(35) 내의 완화 기구로서, 피스톤 로드(36) 내의 피스톤(45)에 설치한 피스톤 쿠션 기구(γ)와, 피스톤 로드(36)의 피스톤 베어링(38)에 설치한 오리피스(41)를 구비하고 있다. 단, 이것들의 구조 이외는 전술의 본 예의 밸브와 동일하게 구성되어 있다.
도 8, 9에 있어서, 다른 예의 피스톤 베어링(38)은 상측 에어실(42)의 내주 상단에 실링재를 통하여 고착되고, 피스톤 로드(36)는 이 피스톤 베어링(38)의 삽입통과부(38c)에 실링재를 통하여 축지지되어 있지만, 이 삽입통과부(38c)의 동 도면 하측에는, 내경이 직경 확장된 직경 확장부(38a)가 형성되고, 피스톤 로드(36) 외주면과의 사이에 간극이 확보되어 있다. 또한 피스톤 베어링(38) 내부에는, 상측 에어실(42)과 연통하는 하우징체(46) 내의 유로(도시하지 않음)와 연통 가능하게, 에어 유로(38b)가 형성되어 있고, 이 에어 유로(38b)는 직경 확장부(38a) 내로 연결되어 있다.
도 8, 9에 있어서, 피스톤 쿠션 기구(γ)는 쿠션 패킹(39)과 로드 삽입부(40)의 조합으로 이루어진다. 쿠션 패킹(39)은 V 패킹 또는 U링이며, 다른 예의 피스톤 베어링(38)의 직경 확장부(38a)의 개구측에 계곡측을 피스톤(45)을 향하게 하여 설치되어 있다. 이 다른 예 구조에서는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 쿠션 패킹(39)의 외경측은 단면 L자 형상의 금구에 고착되어 있고, 이 쿠션 패킹(39)을 피스톤 베어링(38)의 직경 확장부(38a)의 개구부에 고정할 때는, 이 금구와 일체적으로 개구부로 향하여 압입 고정된다.
또한 로드 삽입부(40)는 볼트를 삽입통과하여 고착되어 있는 피스톤 로드(36)를 피복하도록, 피스톤(45)의 일부를 연장 설치한 통 형상 부분이며, 피스톤(45)측에는 박육 형상으로 잘록한 소직경부(40b)(이스케이프부)가 형성되고, 이 소직경부(40b)에 계속하여 소직경부(40b)에 대하여 약간 어느 정도 후육 형상으로 형성된 대직경부(40a)가 형성되어 있다.
도 8, 9에 있어서, 오리피스(41)는 상측 에어실(42) 내와 피스톤 베어링(38) 내부의 에어 유로(38b)를 연결시키는 에어 유로로서, 소정의 가는 직경으로 피스톤 베어링(38) 하부측에 설치되어 있다.
이어서, 다른 예의 밸브에 있어서, 완화 기구에 의해 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 상태까지의 사이에 밸브의 동작 속도가 완화되는 작용을 설명한다. 또한, 게이트 밸브로서의 완전 개방과 완전 폐쇄 사이의 작용(밸브 개폐 동작)은 전술의 본 예의 밸브와 동일하다.
도 8(a)는, 다른 예의 밸브에 있어서, 피스톤 로드(36)가 도시하지 않은 지점 롤러가 스토퍼부에 부딪히기 직전의 위치에 있는 상태(피스톤(45)이 개구 스트로크(L1)의 상단 위치보다 약간 아래의 위치)를 도시한 실린더 기구(35)의 단면도이며, 피스톤(45)이 하단부에 있는 완전 개방 위치로부터 동 도면 (a)에 도시하는 위치까지는, 본 예의 밸브에 비해 고속으로 피스톤 로드(36)를 상승시키고 있다.
다음에 도 8(b)는 동 도면 (a)로부터 피스톤 로드(36)가 더 상승하고, 로드 삽입부(40)의 대직경부(40a)가 쿠션 패킹(39)과 슬라이딩하고 있는 상태를 나타내고 있고, 이 상태는, 도시하지 않은 밸브체가 실링면을 향하여 L 모션 동작하고 있는 도중에 대응한다. 피스톤 쿠션 기구(γ)의 기능의 발휘, 즉, 대직경부(40a)와 쿠션 패킹(39)과의 슬라이딩에 의해, 동일한 구동력이어도 피스톤 로드(36)의 상승 속도를 감소시킬 수 있다. 그리고, 대직경부(40a)가 쿠션 패킹(39)을 통과한 후는, 쿠션 패킹(39)은 소직경부(40b)로 빠지지만, 소직경부(40b)는 쿠션 패킹(39)과 거의 접촉하지 않도록 설정되어 있으므로, 피스톤 로드(36)의 상승 속도는 다시 증가하게 된다.
피스톤 쿠션 기구(γ)의 구성, 즉, 쿠션 패킹(39)의 종류나 특성, 혹은, 대직경부(40a)의 외경이나 길이 등은, 실시에 따라 임의로 설정 가능하지만, 동 도면의 다른 예의 밸브에서는, 대직경부(40a)와 쿠션 패킹(39)이 슬라이딩하는 피스톤 로드(36)의 스트로크(감속 스트로크)에는, 개구 스트로크의 상단 위치인 지점 롤러가 스토퍼부에 부딪치는 위치(잠금 포인트)와, L 모션 동작 스트로크의 중간 위치인 밸브체가 실링면에 부딪히는 위치(밸브체 맞닿음 포인트)를 각각 포함하도록 설정하고 있다. 즉, 도 6에서 설명하면, L1의 상단 위치가 잠금 포인트이며, L2의 도중 위치에 밸브체 맞닿음 포인트가 존재하지만, 감속 스트로크는, 이들 2점을 커버하도록 설정되어 있다. 이와 같이 설정하면, 피스톤 쿠션 기구(γ)의 완충 작용에 의해, 어느 포인트에서도, 동작을 적절하게 감속할 수 있다.
다음에 도 8(c), 9는 동 도면 (b)에 계속하여, 쿠션 패킹(39)이 소직경부(40b)로 빠진 후에 다시 고속 동작으로 되돌아가 상승하고, 피스톤(45)이 상단 위치에 도달하여 밸브가 완전 폐쇄 상태에 이른 상태를 나타내고 있다. 상기한 바와 같이, 감속 스트로크에 밸브체 맞닿음 포인트가 포함되므로, 동 도면 (b)부터 (c)까지의 동작은, 대략 밸브체가 실링면에 부딪힌 후에, 실링면을 가압시키기 위한 스트로크에 대응하고 있다. 이와 같이, 도 8(a)∼(c)까지의 일련의 동작은, 고속으로부터 감속, 감속으로부터 다시 고속으로 동작하고, 말하자면 3단 변속 동작으로 되어 있다. 원래는 밸브 동작의 고속화가 주목적이며, 감속 완화는 충돌이나 진동에 대한 대비에 지나지 않기 때문에, 감속은 최소한으로 억제할 필요가 있지만, 상기와 같은 간이한 피스톤 쿠션 기구(γ)의 도입에 의해, 필요한 범위에 대하여 용이하게 최저한의 감속 동작을 도입 또는 조정할 수 있어, 감속 시간의 적절한 저감을 달성할 수 있다.
또한, 오리피스(41)에 관해서는, 도 8(b), 9에 도시하는 바와 같이, 상측 에어실(42) 내의 에어는 피스톤 로드(36)가 상승하고 있는 동안은 압축되므로, 에어 유로(38b)를 통하여 적절하게 배출되지 않으면 안 되지만, 쿠션 패킹(39)이 피스톤 로드(36)의 외주면에 접촉·슬라이딩하고 있고, 게다가 V 패킹(39)의 계곡측이 상측 에어실(42)을 향하고 있으므로, 이 계곡측에 에어압이 작용하면 V 패킹(39)과 피스톤 로드(36)와의 접촉이 더욱 강해지고, 따라서, 이것들의 사이를 에어는 거의 연통할 수 없어, 에어 유로(38b)의 직경 확장부(38a) 측의 개구로부터는 에어는 거의 배출되지 않는다.
이 때문에, 상측 에어실(42)의 에어는 오리피스(41)에 유입되게 되지만, 이 오리피스(41)는 소정의 가는 직경으로 형성되어 에어의 배출을 좁히고 있다. 따라서, 오리피스(41)는, 피스톤 로드(36) 상승 시에, 상측 에어실(42)의 에어의 배출을 적당히 완화할 수 있다. 이 완화에 의해, 상측 에어실(42)의 내압의 감압 속도가 적절하게 완화되고, 따라서, 피스톤 로드(36)의 상승 속도의 완화에 기여할 수 있다.
또한, 피스톤 쿠션 기구(γ)의 기능이 발휘되지 않는 동안, 즉, 소직경부(40b)가 쿠션 패킹(39)과 대향하는 위치에 있는 동안은 쿠션 패킹(39)과 피스톤 로드(36) 외주면과의 사이에는 간극이 생기도록 되어 있으므로, 이 간극을 통과하여, 상측 에어실(42)의 에어는, 피스톤 로드(36)의 상승시에 배출되므로, 이 사이는 오리피스(41)의 완화 기능은 작용하지 않게 되어 있다.
또한, 완전 폐쇄 상태로부터 완전 개방 위치까지, 즉, 전체 스트로크(L)의 상단 위치로부터 하단 위치까지의 사이는 상기의 피스톤 쿠션 기구(γ)나 오리피스(41)에 의한 완화 기능은 작용하지 않게 되어 있다. 특히 피스톤 쿠션 기구(γ)에 관해서는, 쿠션 패킹(39)은 산측을 상측(삽입통과부(38c)측)을 향하게 하여 장착되어 있으므로, 밸브를 열 때에 피스톤 로드(36)가 하강하여 대직경부(40a)가 쿠션 패킹(39)과 접촉해도, 피스톤 로드(36)의 동작을 방해하는 슬라이딩력은 거의 발생하지 않고, 또한 에어도 원활하게 통과할 수 있고, 따라서, 전체 스트로크 동안 상단으로부터 하단 위치까지 원활하게 하강할 수 있다.
이상과 같이, 다른 예 구조에서는, 간이한 구성의 조합만으로 구성된 완화 기구를 구비함으로써, 지점 롤러가 스토퍼부에 충돌할 때의 충격이나, 밸브체 실링재가 실링면에 충돌할 때의 충격을 적절하게 완화시킬 수 있어, 밸브 개폐 시의 진동이나 밸브체 실링재로부터의 파티클의 발생을 억제할 수 있음과 아울러, 밸브의 개폐 속도도 적당히 고속화시킬 수 있다. 또한 밸브 스트로크의 범위, 즉, 완화 대상이 되는 각 동작에 따라, 적절한 완화 기구로서 선택할 수 있다. 또한, 밸브체를 요동(진자 동작)시키는 L 모션 동작은 캠 홈을 길게 설치하는 것만으로도 감속시킬 수 있지만, 상기한 바와 같이, 캠 홈을 길게 하는 수단을 채용하지 않아도(다른 완화 수단에 의해서도), 적절하게 감속시킬 수 있는 것은 물론이며, 이 경우에는, 밸브의 사이즈도 적절하게 콤팩트하게 억제하는 것이 가능하다.
도 10은 상기 다른 예 구조의 하우징체(46)의 내측면 하부를 확대한 일부 절결 단면이다. 동 도면에서는, 점선으로 나타낸 다른 예 구조에 있어서의 지점 롤러(49)의 상승을 잠그는 스토퍼부(48a)로서, 쿠션 패드(48)를 사용한 쿠션 구조에 의해, 지점 롤러(49)의 스토퍼부(48a)에의 충돌을 완화하도록 하고 있다. 이 쿠션 구조도 상기의 완화 기구에 적당히 포함시켜 밸브를 구성해도 된다.
구체적으로는, 다른 예의 상하 동작 안내부(47)의 상단 부위에, 볼트(50a)로 부시(50)를 하우징체(46)에 고착하고, 이 부시(50)에, 볼트(48b)로 쿠션 패드(48)를 고착하여, 상기 쿠션 구조가 설치된다. 쿠션 패드(48)의 하단면(48a)은 지점 롤러(49)의 상승을 잠그는 스토퍼부(48a)가 된다. 동 도면에는, 상사점 위치에서 상승이 잠가진 상태의 지점 롤러(49)를 나타내고 있고, 이 지점 롤러(49)와의 걸어맞춤에 의해, 스토퍼부(48a)는 다소 원호 형상으로 탄성 변형하여 지점 롤러(49)를 받아내고 있다. 이러한 탄성 변형에 의해, 지점 롤러(49)의 스토퍼부(48a)와의 충돌이 완화된다.
계속해서, 도 11∼17에 있어서, 본 발명의 제2 실시형태를 이하 상세히 설명한다. 이 제2 실시형태는, 상기 제1 실시형태의 개량 형태이며, 기본적인 구조나 작용은 공통되기 때문에, 동일 부분에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 도 11은, 도 1과 마찬가지로, 제2 실시형태의 밸브 본체(1)의 조립 상태의 사시도이며, 도 12도, 도 2와 마찬가지로, 도 11의 분해 사시도이다.
제2 실시형태는, 도 8∼10(제1 실시형태의 다른 예 구조)에서 기술한 제1 실시형태의 완화 기구와 동일한 관점에서 개량했다. 즉, 밸브체(25)의 고속의 개폐 동작에 있어서 현저하게 되는 충격음이나 진동을 더욱 저감하기 위한 개량을 제1 실시형태에 시행한 것이 제2 실시형태이며, 제2 실시형태의 완화 기구는 밸브체(25)의 승강 이동에 있어서, 지점 롤러(6)의 롤러 받이용 탄성 부시(48)(스토퍼부(7a)의 쿠션 패드(48))에 대한 충돌에 더하여, 이 반대의 동작, 즉 캠 홈(12) 상단의 스토퍼부(협폭부(12a))와 캠 롤러(5)와의 충돌을 완충함과 아울러, L 모션 동작에 있어서, 밸브체(25)가 실링면(31)에 부딪히는 동작, 즉 완전 폐쇄 시에 피스톤(14)의 피스톤 베어링(15)에 대한 접근에 더하여, 반대로, 완전 개방 시에 피스톤(14)의 실린더 헤드(10)에 대한 접근을 완화할 수 있도록 구성하고 있다.
구체적으로는, 우선, 도 10에 도시한 쿠션 구조(제1 실시형태의 다른 예 구조)와 동일한 쿠션 구조를 설치했다. 이 쿠션 구조에 의해, 상하동 안내부(7)가 짧아지기 때문에, 필요한 개구 스트로크를 확보하기 위해, 도 11, 12에 도시하는 바와 같이, 제2 실시형태의 밸브 본체(1)는, 도 1, 2에 도시한 제1 실시형태의 밸브 본체(1)에 비교하여, 전체가 약간 세로로 길게 설치된다. 물론, 부재의 치수·형상의 변경은 실시에 따라 적당히 선택 가능하다. 또한 캠 부재(8)의 캠 홈(12)의 치수·형상을 적당히 변경함과 아울러, 이 캠 홈(12)의 캠 롤러(5)가 걸어맞추어지는 위치에, 고무 또는 수지로 이루어지는 부시(12e)를 설치했다. 또한, 실린더 기구(9)에는, 제1 실시형태와 다른 피스톤 쿠션 기구(δ)를, 실린더 기구(9)의 스트로크의 양단측에 2개 구비했다. 이 피스톤 쿠션 기구(δ)는 쿠션 패킹(39)과 오리피스(41(10d))에 의해 피스톤(14)의 승강 이동을 감속하도록 구성된다.
우선, 도 12, 13에 있어서, 상하동 안내부(7)의 스토퍼부(7a)의 위치에는, 쿠션 구조(롤러받이용 탄성 부시(48))를 설치하고 있다. 도 12, 13에 도시한 제2 실시형태의 쿠션 구조는, 도 10에 도시한 쿠션 구조와 실질적으로 동일한 구조와 작용을 갖기 때문에, 동일 부분에는 도 10에서의 것과 동일한 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다. 단, 본 발명의 쿠션 구조는 이 구조에 한정되지 않고, 상승하는 지점 롤러(6)의 동작을 적절하게 완충할 수 있는 구조를 적당히 선택할 수 있다.
다음에 도 12, 13에 도시하는 바와 같이, 제2 실시형태의 캠 부재(8)의 캠 홈(12)에는, 쿠션용 탄성 부시(12e)를 설치하고 있고, 부시(12e)를 완충 부재로서 사용하고 있다. 특히, 밸브체(25)가 완전 폐쇄 위치에 있는 상태에 있어서, 캠 롤러(5)가 협폭부(스토퍼부)(12a)에 걸어맞추어지지 않은 상태로부터, 캠 부재(8)(피스톤 로드(13))가 하강하여 캠 롤러(5)가 협폭부(12a)에 걸어맞추어질 때(L 모션 동작 스트로크로부터 개구 스트로크로 이행할 때), 캠 홈(12)의 상단부에 캠 롤러(5)가 충돌하지만, 이 충돌을 완충할 수 있는 위치에 부시(12e)를 매설하고 있다. 구체적으로는, 도 13(a)에 도시하는 바와 같이, 협폭부(12a)와 경사부(12b)가 연결되는 단면 원호 형상의 곡면 부분에 설치하고 있고, 개구 스트로크에 있어서, 캠 롤러(5)가 캠 홈(12)에 걸어맞춤에 의해 주는 가압력도 완화할 수 있는 위치에 설치하고 있다. 캠 부재(8)의 그 밖의 구조는 제1 실시형태의 구조와 실질적으로 동일하다.
계속해서, 실린더 기구(9) 내의 완화 기구로서 쿠션 패킹(39)과 오리피스(41)로 피스톤(14)을 감속시키는 피스톤 쿠션 기구(δ1, δ2)를 구비하고 있다. 도 15는, 완전 폐쇄할 때에 피스톤(14)의 동작을 완화하는 피스톤 쿠션 기구(δ1)의 부분 확대 단면도를 도시하고 있고, 도 13(b), 14의 원(E) 내의 범위를 나타내고 있다. 또한, 이 피스톤 쿠션 기구(δ1)는, 도 9에 도시한 제1 실시형태의 다른 예 구조의 피스톤 쿠션 기구(γ)와 기본적인 구조나 작용은 공통되기 때문에, 동일 부분에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
도 15에 있어서, 피스톤 베어링(15)은 상측 에어실(17)의 상단 내주면에 실링재(O링(15a))를 통하여 고착되고, 피스톤 로드(13)는 이 피스톤 베어링(15)의 중심에 개구한 삽입통과부에 실링재(환상 V 패킹) 등의 베어링 부재를 통하여 축지지되어 있지만, 이 삽입통과부의 동 도면 하측에는, 내경이 직경 확장된 직경 확장부(15c)가 형성되고, 피스톤 로드(13) 외주면과의 사이에 환상의 간극이 확보되어 있고, 후술하는 피스톤(14)의 로드 삽입부(14d)가 삽입 가능하게 되어 있다. 또한 피스톤 베어링(15) 내부에는, 상측 에어실(17)과 연통하는 하우징체(3) 내의 유로(18)와 연통 가능하게, 에어 유로(15d)가 형성되고, 이 에어 유로(15d)는 직경 확장부(15c) 내에 연결되어 있다.
도 15에 있어서, 피스톤 쿠션 기구(δ1)는 적어도 쿠션 패킹(39)과, 로드 삽입부(14d)로 이루어지고, 또한 오리피스(41)도 포함한다. 또한 제2 실시형태의 피스톤(14)은, 도 4(b)에 도시한 제1 실시형태의 피스톤(14)과 달리, 상면과 하면의 O링(14a, 14b)을 가지고 있지 않다. 또한 제2 실시형태의 피스톤(14)의 로드 삽입부(14d)는, 도 8, 9에 도시한 다른 예 구조(제1 실시형태)의 피스톤(45)의 로드 삽입부(40)와 달리, 쿠션 패킹(39)의 이스케이프부를 가지고 있지 않고, 쿠션 패킹(39)의 내경측과 슬라이딩할 수 있는 대략 단일의 외경으로 통 형상으로 연장 설치되어 있다. 또한, 제2 실시형태의 피스톤(14)에는, 제1 실시형태의 피스톤(14, 45)과 달리, 피스톤(14) 하면측(에어실(16)측)에도 로드 삽입부(14e)가 연장 설치되어 있다. 이 로드 삽입부(14e)도, 쿠션 패킹(39)의 이스케이프부를 가지고 있지 않고, 쿠션 패킹(39)의 내경측과 슬라이딩할 수 있는 대략 단일의 외경으로 통 형상으로 연장 설치되어 있다.
도 15에 있어서, 직경 확장부(15c)의 길이는, 로드 삽입부(14d)의 길이와 대략 동일하게, 직경 확장부(15c)의 가장 안쪽부에는, 환상의 로드 삽입부(14d)의 선단부를 받아내어 완충하기 위해, 완충부(O링(15e))가 환상으로 설치되어 있다. 또한, 동 도면의 제2 실시형태의 오리피스(41)는, 도 9에 도시한 대략 단일 내경의 오리피스(41)와 달리, 도 15에 도시하는 바와 같이, 에어 유로(15d)측에 소직경의 구멍부가 개구하고, 이 구멍부로부터 테이퍼 형상으로 에어 유로가 직경 확장하고, 이 테이퍼 형상의 테이퍼부로부터 대략 단일 내경의 대직경부에 연결되고, 이 대직경부가 상측 에어실(17)에 개구하고 있다. 따라서, 동 도면의 오리피스(41)는 에어 유로측의 구멍부와, 이 구멍부에 연결되는 테이퍼부와, 이 테이퍼부에 연결되는 대직경부로 이루어진다.
이어서, 피스톤 쿠션 기구(δ2)를 설명한다. 도 16은 완전 개방할 때에 피스톤(14)의 동작을 완화하는 피스톤 쿠션 기구(δ2)의 부분 확대 단면도를 도시하고 있고, 도 14의 원(F) 내의 범위를 나타내고 있다. 또한, 도 12, 14에는, 이 제2 실시형태의 실린더 헤드(10)가 도시되어 있다. 또한, 이 피스톤 쿠션 기구(δ2)도, 도 9에 도시한 제1 실시형태의 다른 예 구조의 피스톤 쿠션 기구(γ)와 기본적인 구조나 작용은 공통되기 때문에, 동일 부분에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
도 16에 있어서, 피스톤 쿠션 기구(δ2)는 적어도 쿠션 패킹(39)과, 로드 삽입부(14e)로 이루어지고, 또한 오리피스(10d)도 포함한다. 제2 실시형태의 실린더 헤드(10)에는, 피스톤 쿠션 기구(δ2)를 구성하기 위해, 하측 에어실(16) 내와 블록체(30)의 에어 유로(30a) 사이를 연통하는 오리피스(10d)와, 쿠션 패킹(39)과, 이 쿠션 패킹(39)과 동심 형상으로 하측 에어실(16) 내를 향하여 개구하고 있고 로드 삽입부(14e)를 수용할 수 있는 원기둥 오목 형상의 수용부(10e)와, 완전 개방 상태에 있어서 피스톤(14)이 하사점까지 하강했을 때, 피스톤(14)을 피스톤 로드(13)의 선단면에 고착하고 있는 볼트(51)를 완충할 수 있는 환상의 패킹(10f)이 실린더 헤드(10)에 설치되어 있다. 또한 에어 유로(30a)는 수용부(10e) 내에도 연통하고 있다.
도 16에 있어서, 수용부(10e)의 길이(깊이)는 로드 삽입부(14e)의 길이와 대략 동일하고, 패킹(10f)의 외경은 볼트(51)의 외형과 대략 동일하다. 또한 동 도면의 피스톤 쿠션 기구(δ2)의 오리피스(10d)는 상기 피스톤 쿠션 기구(δ1)의 오리피스(41)(도 15)와 달리, 하측 에어실(16)측에 소직경의 구멍부가 개구하고, 이 구멍부로부터 테이퍼 형상으로 에어 유로가 직경 확장하고, 이 테이퍼 형상의 테이퍼부로부터 대략 단일 내경의 대직경부에 연결되고, 이 대직경부가 에어 유로(30a)에 개구하고 있다. 따라서, 피스톤 쿠션 기구(δ2)의 오리피스(10d)는 에어 유로측의 구멍부와, 이 구멍부에 연결되는 테이퍼부와, 이 테이퍼부에 연결되는 대직경부로 이루어진다.
또한, 도 17은 제2 실시형태에 사용하고 있는 밸브체(25)의 단면도이며, 밸브체(25)가 완전 폐쇄 위치에 있는 상태에서, 도 14의 X선의 위치에서의 절단면을 나타내고 있다. 도 14, 17에 도시하는 바와 같이, 밸브체(25)는 스템(28) 선단부에 볼트(52) 등을 통하여 고착된 밸브체 홀더(27)에 대하여, 볼트(53, 54)를 통하여 고착되어 있기 때문에, 밸브체(25)는 스템(28)에 대하여 좌우 대칭 위치의 2개소의 고정면(53a, 54a)에서 밸브체 홀더(27)에 고착되어 있다. 또한 도 17에 도시하는 바와 같이, 밸브체(25)의 배면(25a)과, 밸브체 홀더(27)의 정면(27a) 사이에는, 클리어런스(G)이 확보되어 있다. 여기에서, 밸브체 홀더(27)는 휨이나 비틀림이 거의 발생하지 않는 강도로 구성되어 있고, 완전 폐쇄 상태에 있어서 밸브체(25)가 실링면(31)을 완전히 조이는 경우를 포함하여, 제2 실시형태의 밸브를 사용하는 동안, 클리어런스(G)는 항상 유지되도록 구성되어 있다.
이 때문에, 완전 폐쇄 상태에 있어서 밸브체(25)를 조였을 때, 좌우 대칭의 2개소의 고정면(53a, 54a)을 통하여, 이것들의 위치에서 2개의 스템으로 완전히 조인 경우와 동일한 조임 작용을 줄 수 있음과 아울러, 스템(28)에 휨이 생겨도, 이 휨의 영향은, 밸브체(25)의 중앙부의 휨으로서 반영되고, 따라서, 밸브체(25) 전체의 휨을 균일화할 수 있어, 밸브체 실링재(26)에 의한 실링면(31)에 대한 조임을 균일화시킬 수 있어, 실링성을 높일 수 있다.
최후로, 제2 실시형태의 작용을 설명한다. 도 13(a)는 제2 실시형태의 하우징체(3)를 내측면측에서 본 측면도이며, (b)는 (a)의 XIII-XIII선 단면도이다. 도 14는, 제2 실시형태에 있어서, 보디(33)의 실링면(31)을 개폐하는 동작을 정면에서 본 종단면도이며, 우측은 밸브체의 완전 개방 위치를, 좌측은 밸브체의 완전 폐쇄 상태를 나타내고 있다.
여기에서, 완화 기구를 제외하고, 제2 실시형태에서도, 도 14 우측(완전 개방 상태)과 동 도면 좌측(완전 폐쇄 상태) 사이의 동작은 제1 실시형태와 공통하고 있으므로, 그 설명을 생략한다. 즉, 제2 실시형태에서도, 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치까지의 개구 스트로크에서는, 탄발 부재(4)에 의한 탄발에 의해 밸브체 개폐 구동체(2)를 통하여 캠 롤러(5)가 캠 홈(12)(협폭부(12a))에 걸어맞추어져 있고, 지점 롤러(6)가 스토퍼부(7a)(부시(48))에 잠가진 후는, 지점 롤러(6)를 지점으로하여, 캠 롤러(5)가 역점으로서 캠 홈(12)을 따라 안내됨으로써, 밸브체(실링재(26))를 작용점으로 하여 진자 형상의 L 모션 동작을 일으키고, 캠 롤러(5)가 캠 홈(12)의 하단부에 도달하여, 밸브체 실링재(26)에 의한 보디(33)의 실링면(31)에의 조임이 완료되어 완전 폐쇄 상태에 이른다. 완전 폐쇄 상태로부터 완전 개방 상태까지의 동작은 이 반대의 동작인 점도 공통된다. 따라서, 이하, 제2 실시형태의 작용은 도 13, 14를 사용하여 완화 기구의 작용을 중심으로 설명한다.
도 13(a)에 있어서, 제2 실시형태의 캠 홈(12)에는 부시(12e)를 설치하고 있으므로, 밸브의 L 모션 동작 스트로크에 있어서 캠 홈(12)의 경사부(12b)로부터 협폭부(12a)에 걸쳐 걸어맞춤할 때, 동 도면 (a)에 2점 쇄선으로 나타낸 바와 같이, 캠 롤러(5)가 부시(12e)에 받아내어져, 캠 홈(12)과의 충돌이 저감된다. 따라서, 밸브의 충격음이나 진동을 저감할 수 있다. 또한, 이 동작은, 제1 실시형태의 밸브로 말하자면, 도 6(c)(도 7(c))부터 도 6(b)(도 7(b))까지의 동작에 대응한다.
도 15에 있어서, 피스톤 쿠션 기구(δ1)의 작용은 기본적으로 도 8∼10에 도시하는 제1 실시형태에서의 작용과 동일하다. 즉, 밸브를 닫는 방향으로 밸브체(25)가 향하고, 피스톤(14)이 상승할 때, 로드 삽입부(14d)가, 쿠션 패킹(39)의 내경측과 슬라이딩하면서 직경 확장부(15c)에 삽입되어 가고, 이 슬라이딩에 의해, 피스톤(14)의 상승이 감속된다. 이것에 따라, 쿠션 패킹(39)이 로드 삽입부(14d) 외주면에 밀접해 있는 동안은, 상측 에어실(17)은 O링(15a), O링(14c)과 쿠션 패킹(39)에 의해 밀봉 상태가 되면서, 그 내부의 에어는 오리피스(41)를 통과하여 에어 유로(15d)를 통하여 에어 유로(18)로 빠져나가게 되므로, 이 오리피스(41)로 유출이 한정되는 에어의 압축 효과에 의해서도, 피스톤(14)의 상승이 감속되게 된다. 따라서, 피스톤 쿠션 기구(δ1)는 쿠션 패킹(39)과 오리피스(41)로 피스톤(14)의 상승을 감속한다. 또한, 로드 삽입부(14d)가 쿠션 패킹(39)과 슬라이딩하지 않는 동안은, 상측 에어실(17) 내는, 직경 확장부(15c)를 통하여 에어 유로(15d)와 연통하고 있으므로, 밀봉 상태로는 되지 않고, 따라서, 상기 감속 효과는 발휘되지 않는다.
여기에서, 로드 삽입부(14d)에는, 도 9에 도시한 로드 삽입부(40)와 달리, 소직경부(40b)(이스케이프부)가 없기 때문에, 제1 실시형태의 다른 예 구조와 달리, 쿠션 패킹(39)과 슬라이딩하고 있는 동안은 항상 마찰력에 의해 감속 효과가 작용한다. 도 15에 있어서, 이 로드 삽입부(14d)의 길이, 즉, 로드 삽입부(14d)와 쿠션 패킹(39)이 슬라이딩하는 스트로크(상승 감속 스트로크)는 실시에 따라 적당히 선택할 수 있지만, 이 상승 감속 스트로크는 피스톤(14)의 상사점(완전 폐쇄 상태) 위치로부터 로드 삽입부(14d)(직경 확장부(15c))의 길이 분에 대응하게 된다. 따라서, 이 상승 감속 스트로크의 길이를, 피스톤(14)의 상사점 위치(도 15)로부터 L 모션 동작 스트로크(L2)보다 길게 설정하면, 개구 스트로크에 있어서의 피스톤(14)의 위치(높이)가, 지점 롤러(6)가 부시(48)(48a)에 잠가지는 위치(잠금 포인트)에 도달하기보다 전에, 로드 삽입부(14d)가 쿠션 패킹(39)에 도달하여 슬라이딩이 개시되므로, 피스톤 쿠션 기구(δ1)에 의해 지점 롤러(6)의 부시(48)에의 충돌도 완충할 수 있다. 반대로, 상승 감속 스트로크의 길이를 L 모션 동작 스트로크보다 짧게 설정하면, 피스톤 쿠션 기구(δ1)의 완충 효과는 피스톤(14)이 잠금 포인트에 이를 때는 발휘되지 않는다.
도 16에 있어서, 피스톤 쿠션 기구(δ2)의 작용은 기본적으로 도 15의 피스톤 쿠션 기구(δ1)의 작용과 동일하다. 즉, 밸브를 여는 방향으로 밸브체(25)가 향하고, 피스톤(14)이 하강할 때, 로드 삽입부(14e)가 쿠션 패킹(39)의 내경측과 슬라이딩하면서 삽입부(10e)에 삽입되어 가고, 이 슬라이딩에 의해, 피스톤(14)의 하강이 감속된다. 이것에 따라, 쿠션 패킹(39)이 로드 삽입부(14e) 외주면에 밀접하고 있는 동안은, 하측 에어실(16)은 O링(14c)과 쿠션 패킹(39)에 의해 밀봉 상태가 되면서, 그 내부의 에어는 오리피스(10d)를 통과하여 에어 유로(30a)로 빠져나가게 되므로, 이 오리피스(10d)로 유출이 한정되는 에어의 압축 효과에 의해서도, 피스톤(14)의 하강이 감속되게 된다. 따라서, 피스톤 쿠션 기구(δ2)는 쿠션 패킹(39)과 오리피스(10d)로 피스톤(14)의 하강을 감속한다. 또한, 피스톤(14)의 하사점 위치에서는, 도 16에 도시하는 바와 같이, 패킹(10f)이 볼트(51)를 받아낸다. 또한, 로드 삽입부(14e)가 쿠션 패킹(39)과 슬라이딩하지 않는 동안은 하측 에어실(16) 내는 수용부(10e)를 통하여 에어 유로(30a)와 연통하고 있으므로, 밀봉 상태로는 되지 않고, 따라서, 상기 감속 효과는 발휘되지 않는다.
또한, 로드 삽입부(14e)와 쿠션 패킹(39)이 슬라이딩하는 스트로크(하강 감속 스트로크)도 피스톤 쿠션 기구(δ1)의 경우와 동일하다. 즉, 하강 감속 스트로크는 피스톤(14)의 하사점(완전 개방 상태) 위치로부터 로드 삽입부(14e)(수용부(10e))의 길이 분에 대응하고, 실시에 따라 적당히 그 길이를 설정할 수 있다.
그런데, 본 발명의 진공용 게이트 밸브에는, 동작 가이드 기구(고정측 가이드 부재(21), 가동측 가이드 부재(22))를 갖지 않아도, 양호하게 사용할 수 있으므로, 동작 가이드 기구는 반드시 필요한 것은 아니다.
또한 본 발명은 상기 실시형태의 기재에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 특허청구범위에 기재되어 있는 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경을 할 수 있는 것이다.
1 밸브 본체
2 밸브체 개폐 구동체
2c 하부 오목부면
3, 46 하우징체
4 코일 스프링(탄발 부재)
5 캠 롤러
6, 49 지점 롤러
7, 47 상하 동작 안내부
7a, 48a 스토퍼부
8, 37 캠 부재
9, 35 실린더 기구
10 실린더 헤드(고정 기부)
12, 44 캠 홈
12a 협폭부(스토퍼부)
12e 부시(쿠션용 탄성 부시)
13, 36 피스톤 로드
14, 45 피스톤
15, 38 피스톤 베어링
21 고정측 가이드 부재(동작 가이드 기구)
21a 측면부(상하 동작 가이드부)
21b 상단부(L 모션 동작 가이드부)
22 가동측 가이드 부재(동작 가이드 기구)
22a 측부(상하 동작 가이드부)
22b 단차부(L 모션 동작 가이드부)
25 밸브체
26 밸브체 실링재
28 스템
31 실링면
39 쿠션 패킹(피스톤 쿠션 기구)
40, 14d, 14e 로드 삽입부(피스톤 쿠션 기구)
41, 10d 오리피스
48 롤러받이용 탄성 부시(쿠션 구조)
L1 개구 스트로크
α 상하 동작 가이드부
β L 모션 동작 가이드부
γ, δ1, δ2 피스톤 쿠션 기구

Claims (6)

  1. 대향 배치한 하우징체와, 이 하우징체 사이에 배치되고, 상하 동작과 L 모션 동작을 행하는 밸브체 개폐 구동체와, 이 밸브체 개폐 구동체의 상부에 밸브체를 설치한 스템을 구비하고, 각 하우징체의 내부에는, 실린더 기구에 의해 상하동하는 피스톤 로드와, 이 피스톤 로드의 상단에 캠 홈을 갖는 캠 부재를 갖고, 상기 밸브체 개폐 구동체의 양측에는, 상기 캠 홈에 슬라이딩 가능하게 안내되는 캠 롤러와 지점 롤러를 갖고, 상기 하우징체의 내측에는, 상기 지점 롤러의 상하 동작을 안내하는 상하동 안내부와 상기 밸브체 개폐 구동체의 상승시에 잠그는 스토퍼부를 갖고, 상기 밸브체 개폐 구동체의 하부와 고정측의 고정 기부 사이에 상기 밸브체 개폐 구동체를 개구 스트로크의 상단부까지 상승시키기 위한 스프링을 구비한 것을 특징으로 하는 진공용 게이트 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실린더 기구의 내부의 밸브 폐쇄측과 밸브 개방측에는, 쿠션 패킹과 오리피스로 이루어지는 감속용의 피스톤 쿠션 기구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진공용 게이트 밸브.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실린더 기구의 캠 홈의 밸브 폐쇄측의 스토퍼부에는, 쿠션용 탄성 부시가 부착되고, 또한 상기 지점 롤러의 상하동을 안내하고 상승시에 잠그는 스토퍼부에는 롤러 받이용 탄성 부시가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 진공용 게이트 밸브.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스프링의 상단은 상기 밸브체 개폐 구동체의 하부 오목부면에 부착하고, 상기 스프링의 하단은 상기 하우징체의 실린더 헤드를 상기 고정 기부로 하고, 이 실린더 헤드에 부착한 것을 특징으로 하는 진공용 게이트 밸브.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 밸브체 개폐 구동체의 양측과 상기 하우징체의 내측에 밸브 개폐 동작의 상하 동작과 L 모션 동작을 안내하는 동작 가이드 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 진공용 게이트 밸브.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 동작 가이드 기구는 상기 하우징체에 설치한 고정측 가이드 부재와 상기 밸브체 개폐 구동체에 설치한 가동측 가이드 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공용 게이트 밸브.
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