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ゲートバルブ - エヌオーケー株式会社
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発明の名称 ゲートバルブ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−235043(P2001−235043A)
公開日 平成13年8月31日(2001.8.31)
出願番号 特願2000−50542(P2000−50542)
出願日 平成12年2月22日(2000.2.22)
代理人 【識別番号】100094053
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 隆久
【テーマコード(参考)】
3H053
【Fターム(参考)】
3H053 AA22 AA33 BA24 BB14 BB24 BC03 BD03 DA09 
発明者 田村 譲
要約 目的


構成
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、前記転動体の転動面を当該転動体が回転自在に保持する保持面を備え、前記駆動手段によって駆動される転動体保持部材と、前記転動体保持部材に対向して配置され、前記転動体が転がり前記弁ロッドを傾動させるカム面を備え、前記弁ロッドに連結されたカム部材と、前記転動体保持部材に回転自在に保持された転動体の転動面の一部に対向する対向面を備え、当該転動面と対向面との間に形成される隙間に潤滑剤を保持する潤滑剤保持部材とを有するゲートバルブ。
【請求項2】前記潤滑剤保持部材は、前記転動体保持部材に設けられている請求項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、円柱面からなり、前記潤滑剤保持部材の対向面は、前記円柱面の母線に沿って伸びている請求項1または2に記載のゲートバルブ。
【請求項4】前記潤滑剤保持部材の対向面は、凹凸によって構成される潤滑剤保持領域を備える請求項1〜3のいずれかに記載のゲートバルブ。
【請求項5】前記潤滑剤保持部材の対向面は、前記転動体の転動面に対して窪んだ凹部を備える請求項4に記載のゲートバルブ。
【請求項6】前記潤滑剤保持部材の対向面は、前記転動体の転動面に沿って近接する突出部を備える請求項3〜5のいずれかに記載のゲートバルブ。
【請求項7】前記転動体保持部材の保持面は、前記潤滑剤を滞留させるための潤滑剤滞留用凹部を有する請求項1〜6のいずれかに記載のゲートバルブ。
【請求項8】前記潤滑剤滞留用凹部は、前記転動体保持部材の保持面に形成された前記転動体の回転方向に沿った複数条の溝部からなる請求項1〜6のいずれかに記載のゲートバルブ。
【請求項9】前記潤滑剤は、半固体状の潤滑剤からなる請求項1〜8のいずれかに記載のゲートバルブ。
【請求項10】前記潤滑剤保持部材は、樹脂で形成されている請求項1〜9のいずれかに記載のゲートバルブ。
【請求項11】前記転動体保持部材と前記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転動体保持部材と前記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1〜10のいずれかに記載のゲートバルブ。
【請求項12】前記弾性部材は、前記転動体保持部材および前記カム部材を包囲するように設けられ、当該転動体保持部材および前記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11に記載のゲートバルブ。
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、例えば図11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11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11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12および図13に示すような構造が知られている。図12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12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13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、両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指示する必要があり、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、前記転動体の転動面を当該転動体が回転自在に保持する保持面を備え、前記駆動手段に連結された転動体保持部材と、前記転動体保持部材に対向して配置され、前記転動体が転がり前記弁ロッドを傾動させるカム面を備え、前記弁ロッドに連結されたカム部材と、前記転動体保持部材に回転自在に保持された転動体の転動面の一部に対向する対向面を備え、当該転動面と対向面との間に形成される隙間に潤滑剤を保持する潤滑剤保持部材とを有する。
【0011】前記潤滑剤保持部材は、前記転動体保持部材に設けられている。
【0012】好適には、前記転動体の転動面は、円柱面からなり、前記潤滑剤保持部材の対向面は、前記円柱面の母線に沿って伸びている。
【0013】さらに好適には、前記潤滑剤保持部材の対向面は、前記転動体の転動面に対して窪んだ凹部を備える。
【0014】好適には、前記潤滑剤保持部材の対向面は、凹凸によって構成される潤滑剤保持領域を備える。
【0015】好適には、前記転動体保持部材の保持面は、前記潤滑剤を滞留させるための潤滑剤滞留用凹部を有する。
【0016】さらに好適には、前記潤滑剤滞留用凹部は、前記転動体保持部材の保持面に形成された前記転動体の回転方向に沿った複数条の溝部からなる。
【0017】前記潤滑剤は、半固体状の潤滑剤からなる。
【0018】前記潤滑剤保持部材は、樹脂で形成することができる。
【0019】また、本発明のゲートバルブは、前記転動体保持部材と前記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転動体保持部材と前記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。
【0020】好適には、前記弾性部材は、前記転動体保持部材および前記カム部材を包囲するように設けられ、当該転動体保持部材および前記カム部材を実質的に連結するコイルばねからなる。
【0021】本発明では、転動体保持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、転動体保持部材を駆動すると、転動体保持部材の保持面に回転自在に保持された転動体は、弁ロッドに連結されたカム部材のカム面を転がりながら移動する。これにより、弁ロッドは傾動し、開口部は弁体によって密封される。
【0022】このとき、転動体は、転動体保持部材の保持面に対して回転するので当該保持面との間に滑り摩擦が生じ、カム面との間には転がり摩擦が生じる。一方、潤滑剤保持部材の対向面と転動体の転動面の一部との間では潤滑剤が保持されているため、転動体がカム面を転がると、転動体は対向面に対して回転する。転動体が対向面に対して回転すると、転動面には潤滑剤が付着し、転動面の全周に潤滑剤が付着した状態となる。このため、転動体とカム部材のカム面との間は潤滑され、両者の間の転がり摩擦は軽減される。さらに、転動体と転動体保持部材の保持面との間にも、転動面に付着した潤滑剤が供給され、転動面と保持面との間が潤滑され滑り摩擦が軽減される。
【0023】また、本発明では、転動体保持部材の保持面に転動体の回転方向に沿って複数状の溝部を形成することで、転動面に付着した潤滑剤がこれらの溝部に滞留し、転動面と保持面との間に常に潤滑剤が安定的に供給された状態となる。保持面に潤滑剤滞留用凹部を形成することで、転動面に付着した潤滑剤が潤滑剤滞留用凹部に溜まり、転動体保持部材の保持面と転動面との間の潤滑がさらに安定化される。
【0024】さらに、本発明では、潤滑剤として半固体状の、たとえば、グリースを使用することで、潤滑剤保持部材の対向面と転動体の転動面との間で安定的に潤滑剤を保持でき、加えて、潤滑剤が周囲に飛散することなく潤滑剤がコンタミネーションの原因となるのを抑制することができる。
【0025】また、本発明では、潤滑剤保持部材の対向面に潤滑剤保持領域を設けることで、当該潤滑剤保持領域に十分量の潤滑剤が保持され、外部から潤滑剤を供給することなく潤滑剤が安定供給される。
【0026】
【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。
【0027】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に形成された脱落防止用のいわゆるアリ溝2bに嵌入されている。
【0028】弁ロッド6は、一端に連結部材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。
【0029】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。
【0030】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。
【0031】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。
【0032】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。
【0033】エアシリンダ60は、弁ロッド6に関して対称ない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。
【0034】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。
【0035】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。
【0036】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カム部材32と、ローラ部材35と、連結板30のカム部材32に対向する位置に固定されたローラ保持部材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、ローラ保持部材38に設けられた潤滑剤保持部材91とを備える。
【0037】ここで、ローラ部材35は本発明の転動体、ローラ保持部材38は本発明の転動体保持部材、カム部材32は本発明のカム部材、潤滑剤保持部材91は本発明の潤滑剤保持部材、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。
【0038】カム部材32は、カム面32aは滑らかに連続する曲面および平面からなる所定形状のカム面32aを備えている。このカム面32aは、たとえば、ローラ35を保持可能な凹状曲面からなる保持部32bと、ローラ35が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傾斜面部32cと、直動方向B1およびB2に沿った平面からなる平面部32dとから構成されている。したがって、カム面32a上のローラ35の転動によって、カム部材32と噛む部材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、カム面32aは弁ロッド6を保持部材41の支軸41aを中心に傾動させる。
【0039】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、上記のカム部材32のカム面32aを転がり、かつ、ローラ保持部材38の保持面38aを摺動しながら回転し、また、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。なお、ローラ35の軸方向の両端部には、図示しないリング部材が嵌合固定されており、これらのリング部材がローラ保持部材38に係合することで、ローラ35はローラ保持部材38の保持面38aに対して軸方向の移動が規制されている。
【0040】図4は、ローラ保持部材38の構造を示す図であって、(a)は断面図であり、(b)は(a)に示すローラ保持部材38を矢印D1方向から見た上面図であり、(c)は(a)に示すローラ保持部材38を矢印D2方向から見た底面図である。
【0041】図4に示すように、ローラ保持部材38は、ローラ35の転動面35aを保持する保持面35aを備えており、ローラ35はこの保持面38aによって矢印Rの向きに回転自在に保持されている。また、ローラ保持部材38は、底面にはねじ穴38dが形成されており、このねじ穴38dにボルトを螺合することで、ローラ保持部材38は連結板30に固定される。ローラ保持部材38が連結板30に固定されていることにより、直動方向B1およびB2に連結板30によって直接駆動される。また、ローラ保持部材38の側面には、上記の潤滑剤保持部材91をローラ保持部材38に固定するためのねじ穴38cが形成されている。
【0042】ローラ保持部材38の保持面38aは、図4(b)に示すように、ローラ35の回転方向Rに沿って形成された複数条の溝部38bを備える。この溝部38bは、後述する潤滑剤保持部材91によって保持された潤滑剤Gを滞留させるためのものであり、本発明の潤滑剤滞留用凹部を構成している。
【0043】図5は、潤滑剤保持部材91の構造を示す図であって、(a)は断面図であり、(b)は(a)に示す潤滑剤保持部材91を矢印D方向から見た底面図であり、(c)は(a)の円A内の拡大図である。図5において、潤滑剤保持部材91は断面が略L字状の部材からなる。この潤滑剤保持部材91は、L字状の部材の一辺に形成された貫通穴91dを通じてローラ保持部材38のねじ穴38cにボルトを螺合させることにより、ローラ保持部材38に固定される。また、潤滑剤保持部材91は、L字状の部材の他辺の一面は、ローラ35の転動面35aの一部に対向する対向面91aとなっており、この対向面91aとローラ35の転動面35aとの間に形成される隙間に潤滑剤Gを保持する。
【0044】潤滑剤保持部材91の対向面91aの先端部には、当該対向面91aから突出する突出部91cが形成されている。潤滑剤保持部材91の対向面91aの先端部には、突出部91cに隣接してローラ35の転動面35aに対して窪んだ凹部91bが形成されている。潤滑剤保持部材91の突出部91cおよび凹部91bは、図5(b)から分かるように、ローラ35の転動面35aの母線に沿って伸びており、ローラ35の転動面35aの軸方向の略全域に対向している。潤滑剤保持部材91の突出部91cおよび凹部91bは、その凹凸によって潤滑剤Gを保持する潤滑剤保持領域を構成している。
【0045】図3に示すように、潤滑剤Gは、潤滑剤保持部材91の対向面91a、突出部91cおよび凹部91bとローラ35の転動面35aとの間に形成される隙間に保持される。すなわち、潤滑剤保持部材91の対向面91aの先端部にローラ35の転動面35aに近接する突出部91cを設けることで、ローラ35が図3に示す矢印R2の向きに回転したとき、対向面91aとローラ35の転動面35aとの間の隙間に保持された潤滑剤Gが大量にローラ35の転動面35aに付着して運ばれるのを防ぐ。すなわち、潤滑剤保持部材91の対向面91aの突出部91cは、ローラ35の転動面35aに付着する潤滑剤Gの付着量を規制し、付着量が一定になるように機能している。
【0046】また、潤滑剤保持部材91の対向面91aに突出部91cおよび凹部91bを設けることで、対向面91aがフラットな場合と比べて、より多い量の潤滑剤Gが保持可能となっている。
【0047】潤滑剤Gは、たとえば、半固体状の潤滑剤からなる、たとえば、グリースを使用する。すなわち、潤滑剤Gに液体と固体の中間状態にあるものを使用することで、潤滑剤保持部材91の対向面91aとローラ35の転動面35aとの隙間に保持することが可能となる。
【0048】潤滑剤保持部材91は、たとえば、ジュランコン等の金属材料から形成され、これを切削加工したものを用いる。
【0049】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はカム部材32とローラ保持部材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、カム部材32とローラ保持部材38との相対位置の変更を弾性的に許容しつつカム部材32とローラ保持部材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はカム部材32およびローラ保持部材38を実質的に連結している。カム部材32とローラ保持部材38とが一定の相対位置にある場合には、ローラ35は、カム部材32のカム面32aの保持部32bに保持される。
【0050】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、ローラ保持部材38を開口部50を閉じる直動方向B1に直動させる。
【0051】エアシリンダ60の駆動によって、弁体2は、図6および図7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7は、図6のA−A線方向の断面図である。この弁体2の直動方向B1に向かう移動の際には、ローラ保持部材38はローラ35を介してカム部材32を押圧する。ローラ35はカム部材32のカム面32aの保持部32aに保持された状態である。また、ローラ保持部材38を高速で移動させたような場合であっても、上記コイルばね80の弾性力によって、カム部材32の保持部32aのローラ35の保持状態は保たれ、解除されることはない。また、ローラ保持部材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カム部材32の保持部32a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。
【0052】ローラ保持部材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8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。
【0053】このときのカム機構31の動作を図9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によってローラ保持部材38が直動方向B1に押されると、図9に示すように、ローラ保持部材38の保持面38aに保持されたローラ35は、コイルバネ80の弾性力に抗してカム部材32のカム面32aの保持部32bから傾斜面部32cに向かって転がり始める。
【0054】ローラ35がカム部材32のカム面32aの保持部32bから傾斜面部32cに向かって転がり始めると、ローラ35はローラ保持部材38の保持面38a上で図9に示す矢印R1の向きに回転する。すなわち、ローラ35の転動面35aは、保持面38aに対して摺動する。
【0055】ローラ35が矢印R1の向きに回転すると、潤滑剤保持部91とローラ35の転動面35aとの間で保持された潤滑剤Gがローラ35の転動面35aに塗布される。ローラ35の転動面35aに塗布される潤滑剤Gの量は、潤滑剤保持部91の突出部91cの作用によって、略一定に制限される。
【0056】ローラ35の転動面35aに潤滑剤Gが付着すると、ローラ35の転動面35aとローラ保持部材38の保持面38aとの間は、潤滑される。
【0057】このとき、ローラ35の転動面35aに付着した潤滑剤Gは、ローラ35の転動面35aとローラ保持部材38の保持面38aとの間を潤滑するとともに、ローラ保持部材38の保持面38aに形成された溝部38bに次第に溜まり、この溝部38bに滞留する。このため、ローラ35の転動面35aとローラ保持部材38の保持面38aとの間には、常に、潤滑剤Gが供給される状態になる。
【0058】このように、ローラ35の転動面35aとローラ保持部材38の保持面38aとの間に安定的に潤滑剤Gが供給されることで、転動面35aと保持面38aとの間の滑り摩擦が軽減される。ローラ35の転動面35aは、カム部材32のカム面32aに強い力で押し付けられるため、この反力により、ローラ35の転動面35aはローラ保持部材38の保持面38aに強い力で押し付けられるが、転動面35aと保持面38aとの間に十分量でかつ安定した潤滑剤Gが常に供給されるため、滑り摩擦による転動面35aおよび保持面38aの摩耗や騒音、振動の発生が大幅に抑制される。
【0059】さらに、ローラ35の転動面35aには、カム部材32のカム面32aを転がる際に、潤滑剤Gが全面的に付着するため、転動面35aとカム面32aとの転がり摩擦も大幅に軽減される。このため、ローラ35は、カム部材32のカム面32a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。
【0060】さらに、ローラ35の転動面35aには、潤滑剤Gが付着しても、潤滑剤Gは半固体上であるため、周囲に飛散することがなく、さらに、潤滑剤保持部材91の突出部91cの作用によって、さらに、潤滑剤Gの周囲への飛散が抑制される。この結果、潤滑剤Gが、たとえば、気密室50のコンタミネーションの原因となることを防ぐことができる。
【0061】ローラ35がカム部材32の平面部32dまで転がると、図9に示すように、コイルばね80は、直動方向B1およびB2に関して圧縮され、かつ、弁ロッド6の傾動方向C1およびC2にも変形し、連結板30と保持部材41との間には、直動方向B1およびB2と傾動方向C1およびC2にコイルばね80の復元力が作用する。
【0062】一方、ローラ35がローラ保持部材38のカム面32aを転がると、弁ロッド6が傾斜し、図8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によるローラ保持部材38に対する直動力は、カム部材32のカム面32の傾斜面部32c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。
【0063】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はカム部材32のカム面32aの平面部32dに位置する状態から、コイルばね80の復元力によって、傾斜面部32cを転がって再度保持部32bに保持され、弁ロッド6は直立する。このときにも、ローラ35はローラ保持部材38の保持面38a上を上記の矢印R1とは逆向きに回転し、ローラ35の転動面35aには潤滑剤Gが付着する。
【0064】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をローラ保持部材38の保持面38aで回転自在に保持し、カム部材32のカム面32aを転動させる構成としている。さらに、ローラ保持部材38の保持面38aを摺動するローラ35の転動面35aに対して、潤滑剤保持部材91によって潤滑剤Gを安定的、かつ、十分に供給できる構成としている。このため、ローラ35をローラ保持部材38の保持面38aに置くだけでよく、ローラ35の軸受が必要なく、構造を簡素化でき、かつ、カム機構31の小型化が可能になり、低コスト化も可能になる。さらに、ローラ35の軸端を支持しなくてもよいので、ローラ35を小径化でき、ローラ35がカム部材32のカム面32aを転がる際の動きを滑らかにすることができ、結果として、カム機構31の動きをスムーズにでき、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。さらに、潤滑剤保持部材91は、十分量の潤滑剤Gを保持できるので、外部からの潤滑剤Gの供給の必要がない。
【0065】本発明は、上述した実施形態に限定されない。上述した実施形態の潤滑剤保持部材91は、対向面91aに凹部91bや突出部91cを形成する構成としたが、たとえば、図10に示すような構造の潤滑剤保持部材を用いることも可能である。図10に示す潤滑剤保持部材301は、断面がL字状の部材からなり、L字状の部材の一辺にローラ保持部材38に固定するためのボルト挿入用の貫通孔301cが形成されている。この潤滑剤保持部材301は、L字状の部材の他辺の一面にローラ35の転動面35aに対向する対向面301aを備えており、この対向面301aは完全にフラットとなっている。
【0066】このように、対向面301aに凹部や突出部を設けない構成であっても、ローラ35の転動面35aと対向面301aとの間に形成される隙間に潤滑剤字を保持することができる。また、潤滑剤保持部材301の形成材料としては、上記した金属材料の他に、たとえば、ポリアセタール等の樹脂材料を用いることができる。このように、潤滑剤保持部材301の構造を簡素化し、樹脂材料を用いて、たとえば、射出成形によって潤滑剤保持部材301を成形することで、低コスト化を実現できる。
【0067】また、上述した実施形態では、カム部材32を弁ロッド6(保持部材41)に連結し、ローラ保持部材38を連結板30を介してエアシリンダ60により直接駆動する構成としたが、たとえば、ローラ保持部材38を弁ロッド6(保持部材41)に直接連結し、カム部材32をエアシリンダ60により直接駆動する構成とすることも可能である。さらに、上述した実施形態では、転動体としてローラ35の場合について説明したが、たとえば球体を用いることも可能である。
【0068】
【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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