(57)【要約】【課題】弁板の軽量化及び開閉機構の簡素化を図ることができる磁気シール式ゲートバルブを提供する。【解決手段】本発明の磁気シール式ゲートバルブ１は、開口部８が設けられた弁箱３と、弁箱３内に収容され、開口部８を開閉する弁板４と、弁箱３内で弁板４を昇降可能に支持するバルブロッド５と、バルブロッド５を所定ストローク昇降動作させる昇降機構６と、弁板４のシール面に設けられ、開口部８方向に磁極を着磁した永久磁石からなる弁板磁石部１２と、弁箱３の弁座面に設けられ、弁板磁石部１２の磁極と同種及び異種の磁極を着磁した永久磁石からなる弁箱磁石部２０と、弁箱磁石部２０の磁極を切り替えることにより、弁開時に同種の磁極が弁板磁石部１２を反発して弁板４が弁座面から離れ、弁閉時に異種の磁極が弁板磁石部１２を吸引して弁板４が弁座面に密着する開閉機構７と、を備えて構成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部が設けられた弁箱と、
前記弁箱内に収容され、前記開口部を開閉する弁板と、
前記弁箱内で前記弁板を昇降可能に支持するバルブロッドと、
前記バルブロッドを所定ストローク昇降動作させる昇降機構と、
前記弁板のシール面に設けられ、前記開口部方向に磁極を着磁した永久磁石からなる弁板磁石部と、
前記弁箱の弁座面に設けられ、前記弁板磁石部の磁極と同種及び異種の磁極を着磁した永久磁石からなる弁箱磁石部と、
前記弁箱磁石部の磁極を切り替えることにより、弁開時に同種の磁極が前記弁板磁石部を反発して前記弁板が前記弁座面から離れ、弁閉時に異種の磁極が前記弁板磁石部を吸引して前記弁板が前記弁座面に密着する開閉機構と、を備えた磁気シール式ゲートバルブ。
【請求項２】
前記開閉機構は、前記弁板磁石部の磁極と同種及び異種の磁極を半面ずつ着磁した柱体形状の磁石からなる弁箱磁石部を軸周りに半回転させる回転機構である、請求項１に記載の磁気シール式ゲートバルブ。
【請求項３】
前記開閉機構は、前記柱体形状の磁石からなる弁箱磁石部が前記開口部の上下に配置されており、弁開時には上下の柱体形状の磁石が共に外向きに半回転し、弁閉時には上下の柱体形状の磁石が共に内向きに半回転する構成である、請求項２に記載の磁気シール式ゲートバルブ。
【請求項４】
前記開閉機構は、前記柱体形状の磁石からなる弁箱磁石部が複数個の分割磁石体の組み合わせで構成されている、請求項２に記載の磁気シール式ゲートバルブ。
【請求項５】
前記開閉機構は、前記弁板のシール面と反対側の面に磁極を着磁した永久磁石からなる弁板補助磁石部と、前記弁箱の前記弁板補助磁石部と対向する面に同種の磁極を着磁した永久磁石からなる弁箱補助磁石部を更に備えた、請求項１から４のいずれか１項に記載の磁気シール式ゲートバルブ。
【請求項６】
前記弁箱の両側面に設けられた第１の開口部と第２の開口部に対して前記弁板磁石部と前記弁箱磁石部がそれぞれ設けられており、前記開閉機構により前記弁板が前記第１の開口部と前記第２の開口部を選択的に開閉する構成である、請求項１から４のいずれか１項に記載の磁気シール式ゲートバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石の吸引力及び反発力で弁箱の開口部を開閉する磁気シール式ゲートバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的なゲートバルブは、シール材を有する弁板を昇降動作及び密着動作させることにより弁箱の開口部を密閉する方式や、対向する２枚の弁板でエアシリンダを挟み、閉位置で弁板にエアを印加することにより弁箱の開口部を直接密閉する方式が採用されている（例えば、前者の方式については特許文献１、後者の方式については特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−３２４８６３号公報
【特許文献２】特開２０１３−１２４７７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前者の方式のゲートバルブについては、弁板シール力をテコの作用で求めるため、弁箱の開口部のサイズによっては機構部が大型かつ複雑になり、重量やコストの面で競争力が無いという問題がある。また、後者の方式のゲートバルブについては、特に大型開口で有効であるが、弁板構造が複雑であり、半導体向けを含め小型ゲートバルブでは製品展開が困難であるという問題がある。
【０００５】
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、弁板の軽量化及び開閉機構の簡素化を図ることができる磁気シール式ゲートバルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するため、本発明の磁気シール式ゲートバルブは、開口部が設けられた弁箱と、前記弁箱内に収容され、前記開口部を開閉する弁板と、前記弁箱内で前記弁板を昇降可能に支持するバルブロッドと、前記バルブロッドを所定ストローク昇降動作させる昇降機構と、前記弁板のシール面に設けられ、前記開口部方向に磁極を着磁した永久磁石からなる弁板磁石部と、前記弁箱の弁座面に設けられ、前記弁板磁石部の磁極と同種及び異種の磁極を着磁した永久磁石からなる弁箱磁石部と、前記弁箱磁石部の磁極を切り替えることにより、弁開時に同種の磁極が前記弁板磁石部を反発して前記弁板が前記弁座面から離れ、弁閉時に異種の磁極が前記弁板磁石部を吸引して前記弁板が前記弁座面に密着する開閉機構と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の磁気シール式ゲートバルブにおいて、前記開閉機構は、前記弁板磁石部の磁極と同種及び異種の磁極を半面ずつ着磁した柱体形状の磁石からなる弁箱磁石部を軸周りに半回転させる回転機構であっても良い。
【０００８】
また、本発明の磁気シール式ゲートバルブにおいて、前記開閉機構は、前記柱体形状の磁石からなる弁箱磁石部が前記開口部の上下に配置されており、弁開時には上下の柱体形状の磁石が共に外向きに半回転し、弁閉時には上下の柱体形状の磁石が共に内向きに半回転する構成であっても良い。
【０００９】
また、本発明の磁気シール式ゲートバルブにおいて、前記開閉機構は、前記柱体形状の磁石からなる弁箱磁石部が複数個の分割磁石体の組み合わせで構成されていても良い。
【００１０】
また、本発明の磁気シール式ゲートバルブにおいて、前記開閉機構は、前記弁板のシール面と反対側の面に磁極を着磁した永久磁石からなる弁板補助磁石部と、前記弁箱の前記弁板補助磁石部と対向する面に同種の磁極を着磁した永久磁石からなる弁箱補助磁石部を更に備えていても良い。
【００１１】
また、本発明の磁気シール式ゲートバルブにおいて、前記弁箱の両側面に設けられた第１の開口部と第２の開口部に対して前記弁板磁石部と前記弁箱磁石部がそれぞれ設けられており、前記開閉機構により前記弁板が前記第１の開口部と前記第２の開口部を選択的に開閉する構成であっても良い。
【発明の効果】
【００１２】
以上の構成から明らかなように、本発明の磁気シール式ゲートバルブによれば、磁石の吸引力及び反発力を弁板シール力として利用することにより、従来カムや弁板内部シリンダ方式で行っていたシール機構を廃止することができ、弁板の軽量化及び開閉機構の簡素化を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の磁気シール式ゲートバルブにおけるバルブ本体の拡大図であり、（Ａ）はバルブ本体の外観を示す斜視図、（Ｂ）はバルブ本体の弁箱を除いた内部構造を示す斜視図である。
【図２】本発明の磁気シール式ゲートバルブの全体構造を示す平面図である。
【図３】本発明の磁気シール式ゲートバルブの内部構造を示す縦断面図である。
【図４】本発明の磁気シール式ゲートバルブにおけるバルブ本体の詳細図であり、（Ａ）はバルブ本体の左側面図、（Ｂ）はバルブ本体の縦断面図、（Ｃ）はＣ−Ｃ断面図、（Ｄ）は弁板部分の縦断面図である。
【図５】本発明の磁気シール式ゲートバルブの動作説明図であり、（Ａ）は弁閉時の状態を示す縦断面図、（Ｂ）は弁板の全開時、（Ｃ）は弁板の上昇端停止時、（Ｄ）は弁板のシール時の状態を示すバルブ本体の縦断面図である。
【図６】本発明の磁気シール式ゲートバルブの動作説明図であり、（Ａ）は弁開時の状態を示す縦断面図、（Ｂ）は弁板の全閉時、（Ｃ）は弁板のシール開放時、（Ｄ）は弁板の下降端停止時の状態を示すバルブ本体の縦断面図である。
【図７】本発明の磁気シール式ゲートバルブの変形例を示す図であり、（Ａ）はバルブ本体の縦断面図、（Ｂ）は弁板部分の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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説明する。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の磁気シール式ゲートバルブ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。図１から図４に示すように、この磁気シール式ゲートバルブ１のバルブ本体２は、いわゆる弁箱タイプのバルブであって、扁平角型の弁箱３と、弁箱３の内部に収容された弁板４と、弁板４に結合されたバルブロッド５と、バルブロッド５を所定ストローク昇降動作させる昇降機構６と、磁石の吸引力及び反発力を弁板シール力として利用した開閉機構７を備えて構成されている。
【００１６】
弁箱３の左右両側の側面には、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８と第２の開口部９）が設けられている。第１の開口部８の外壁面にはプロセスチャンバ（図示略）が接続され、第２の開口部９の外壁面にはトランスファーチャンバ（図示略）が接続される。そして、トランスファーチャンバから弁箱３を通過してプロセスチャンバへと搬送された基板は、第１の開口部８を弁板４で閉じることにより密閉された環境下に置かれ、プロセスチャンバ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。
【００１７】
図４に示すように、弁箱３の室内空間１０には、第１の開口部８を開閉するために１枚の弁板４が２つの開口部８，９の壁面間に配置されている。弁板４の外側面には、第１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１１が嵌め込み固定されている。また、弁板４のシール面には、Ｏリング１１の上下位置に水平方向に沿って平板状の永久磁石を埋め込んだ弁板磁石部１２が設けられている。弁板磁石部１２は、開口部方向に磁極を着磁したものであり、本実施形態では図４（Ｂ）のように第１の開口部８側にＳ極が着磁されている。なお、弁板４のシール面と反対側の面は永久磁石からなる弁板補助磁石部１３になっており、第２の開口部９側にＮ極が着磁されている。
【００１８】
弁板４の中央には、弁板４を昇降可能に支持するバルブロッド５が着脱可能に取り付けられている。バルブロッド５から取り外した弁板４は、弁箱３の天面を塞いでいるメンテナンスフランジ１４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１１の交換等のメンテナンス作業を行えるようになっている。
【００１９】
図２と図３に示すように、バルブロッド５は、弁箱３の底面を塞いでいるボンネットフランジ１５の中央を貫通し、弁箱３の外部へと延設されている。バルブロッド５の中間位置には、バルブロッド５を支持し、その動きを案内するロッドガイド１６が設けられている。ロッドガイド１６とボンネットフランジ１５の間には、バルブロッド５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１７が取り付けられており、バルブロッド５が外部から完全に遮断されている。また、弁板４の昇降機構６として、バルブロッド５の下端には昇降用エアシリンダ１８のピストンロッド１９が連結されている。
【００２０】
弁板磁石部１２に対向する弁箱３の弁座面には、第１の開口部８の上下位置に水平方向に沿って配置された永久磁石からなる弁箱磁石部２０が設けられている。弁箱磁石部２０は、本実施形態では図４（Ｂ）のように弁板磁石部１２の磁極（Ｓ極）と同種の磁極（Ｓ極）及び異種の磁極（Ｎ極）を半面ずつ着磁した円柱形磁石からなり、その両端部にラックアンドピニオン機構を採用した開閉機構７が設けられている。
【００２１】
開閉機構７は、円柱形磁石の両端部に取り付けられた歯車状のピニオンギア２１と、シール用エアシリンダ２２のピストンロッド２３に連結された直線状のラック２４とが噛み合って回転機構を構成している。この回転機構は、シール用エアシリンダ２２の駆動で上下動するラック２４の直線運動がピニオンギア２１で回転運動に変換され、モータ２５の駆動により円柱形磁石からなる弁箱磁石部２０がボールベアリング２６を介して軸周りに回転可能に支持された構造である。この回転機構で弁箱磁石部２０を半回転させることにより、弁板磁石部１２に対向する弁箱磁石部２０の磁極をＳ極とＮ極のいずれか一方の磁極に切り替えられるようになっている。なお、本実施形態では、開閉機構７を構成するラックアンドピニオン機構とシール用エアシリンダ２２を弁箱３の左右両側に設置することにより、上下の弁箱磁石部２０Ａと２０Ｂが互いに逆回転するように構成されている。
【００２２】
さらに、開閉機構７を補助する機構として、弁板補助磁石部１３に対向する弁箱３の反対側の側面には、第２の開口部９の上下位置に水平方向に沿って配置された永久磁石からなる弁箱補助磁石部２７が設けられている。弁箱補助磁石部２７は、本実施形態では図４（Ｂ）のように弁板補助磁石部１３の磁極（Ｎ極）と同種の磁極（Ｎ極）及び異種の磁極（Ｓ極）を半面ずつ着磁した円柱形磁石からなり、同種の磁極（Ｎ極）が弁板補助磁石部１３と向き合うように弁箱３の壁面に埋め込み固定されている。
【００２３】
以上が本実施形態の磁気シール式ゲートバルブ１の構造であり、以下にその動作を説明する。図５はバルブ本体２の全開時から全閉時へのＣＬＯＳＥ動作を示したものであり、図６はバルブ本体２の全閉時から全開時へのＯＰＥＮ動作を示したものである。
【００２４】
図６（Ａ）のようにバルブロッド５が下降し、ロッドガイド１６が最下端にあるとき、図５（Ｂ）のように弁板磁石部１２の磁極（Ｓ極）と弁箱磁石部２０の磁極（Ｓ極）が反発し、弁板補助磁石部１２の磁極（Ｎ極）と弁箱補助磁石部２７の磁極（Ｎ極）が反発することにより、弁板４が弁箱３内の中立位置に保たれ、第１の開口部８よりも下方に位置する全開状態となっている。この全開状態において、第２の開口部９（トランスファーチャンバ側）から第１の開口部８（プロセスチャンバ側）へと基板を通過させることができる。
【００２５】
ここで、プロセスチャンバ側を閉じるＣＬＯＳＥ状態にするには、まず昇降用エアシリンダ１８に圧縮空気を供給して昇降用エアシリンダ１８を駆動する。これにより、ピストンロッド１９に連結されたバルブロッド５が所定ストローク上昇し、図５（Ｃ）のように弁板４が中立位置を保ったまま第１の開口部８に対応する高さ位置の上昇端まで移動して停止する。
【００２６】
そして、上昇端停止後、シール用エアシリンダ２２に圧縮空気を供給してシール用エアシリンダ２２を駆動し、開閉機構７による弁閉動作を行う。シール用エアシリンダ２２の駆動によりピストンロッド２３に連結されたラック２４が所定ストローク上昇すると、ピニオンギア２１が回転し、モータ２５の駆動で弁箱磁石部２０が軸周りに半回転し、図５（Ｄ）のように弁箱磁石部２０の磁極がＳ極からＮ極に切り替わる。これにより、弁箱磁石部２０の磁極（Ｎ極）が弁板磁石部１２の磁極（Ｓ極）を磁力で吸引し、弁板４のシール面が弁箱３の弁座面に密着して第１の開口部８のシールが完了する。
【００２７】
このとき、第１の開口部８の上下に配置された円柱形の弁箱磁石部２０を共に内向き（上側の弁箱磁石部２０Ａを半時計回り、下側の弁箱磁石部２０Ｂを時計回り）に半回転させることによって、弁箱磁石部２０の吸引力が直線矢印で示す水平方向に発生する。また、弁板補助磁石部１３の磁極（Ｎ極）と弁箱補助磁石部２７の磁極（Ｎ極）が反発し合うため、弁板４に対して非シール反発力が補助的に作用する。したがって、弁板４を弁座面に対して傾くことなく均一に密着させることができる。これが全開時から全閉時へのＣＬＯＳＥ動作である。
【００２８】
一方、プロセスチャンバ側を開くＯＰＥＮ状態にするには、図６（Ｂ）に示す状態において、シール用エアシリンダ２２への圧縮空気の供給を停止する。すると、ピストンロッド２３に連結されたラック２４が所定ストローク下降してピニオンギア２１が逆回転し、モータ２５の駆動で弁箱磁石部２０が軸周りに半回転し、図６（Ｃ）のように弁箱磁石部２０の磁極がＮ極からＳ極に切り替わる。これにより、弁箱磁石部２０の磁極（Ｓ極）が弁板磁石部１２の磁極（Ｓ極）を磁力で反発し、弁板４が弁箱３の弁座面から離れてシールが開放される。
【００２９】
このとき、第１の開口部８の上下に配置された円柱形の弁箱磁石部２０を共に外向き（上側の弁箱磁石部２０Ａを時計回り、下側の弁箱磁石部２０Ｂを反時計回り）に半回転させることによって、弁箱磁石部２０の反発力が直線矢印で示す水平方向に発生する。また、弁板補助磁石部１３の磁極（Ｎ極）と弁箱補助磁石部２７の磁極（Ｎ極）が反発し合うため、弁板４に対して第２の開口部９側からも反発力が作用する。したがって、これらの反発力によってシール開放時における弁板４の衝撃を低減させる効果がある。
【００３０】
最後に、昇降用エアシリンダ１８への圧縮空気の供給を停止する。これにより、ピストンロッド１９に連結されたバルブロッド５が所定ストローク下降し、図６（Ｄ）のように弁板４が中立位置を保ったまま第１の開口部８よりも下方に位置する下降端まで移動して停止する。これが全閉時から全開時へのＯＰＥＮ動作である。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態の磁気シール式ゲートバルブ１においては、弁箱磁石部２０の磁極を切り替えることにより、磁石の吸引力及び反発力を利用して弁板４の開閉動作を行う開閉機構７を採用した。このため、従来カムや弁板内部シリンダ方式で行っていたシール機構を廃止することができ、弁板４の軽量化及び開閉機構７の簡素化を図ることができる。また、弁板磁石部１２と弁箱磁石部２０に永久磁石を用い、ラックアンドピニオン機構による回転機構を採用して、ピニオンギア２１を介してシール用エアシリンダ２２やモータ２５で弁箱磁石部２０を駆動することにより、電磁石のような特殊な制御や冷却が不要となるため、簡単かつ低コストで磁気シール式の開閉機構７を実現することができる。
【００３２】
なお、上述の実施形態では弁箱磁石部２０を円柱形の永久磁石としたが、その形状は円柱に限らず、四角柱等その他の柱体形状であっても良い。また、弁板磁石部１２に平板状の永久磁石、弁箱磁石部２０に円柱形の永久磁石を採用したが、これに代えて、図７に示すように弁板磁石部１２を複数個の分割磁石体２８，２８，…の組み合わせとし、弁箱磁石部２０を複数個の短い分割磁石体２９，２９，…の組み合わせで構成しても良い。このような構造によって、例えば弁箱磁石部２０を構成する分割磁石体２９の着磁方向や配列を最適化することにより、特定方向の磁力を高めることが可能になり、弁板４のシール力を高める効果や、シール開放時の反発力を減衰させる効果が期待できる。
【００３３】
また、弁板補助磁石部１３と弁箱補助磁石部２７を廃止し、弁箱３の両側面に設けられた第１の開口部８と第２の開口部９に対してそれぞれ弁板磁石部１２と回転する弁箱磁石部２０を設ける構成を採用しても良い。これにより、弁板４が第１の開口部８と第２の開口部９を選択的に開閉する構成となり、いずれか一方の開口部を閉じた状態でチャンバの気密性を保ちながら、弁板４を外部に取り出してクリーニングやＯリング１１の交換等のメンテナンス作業を行うことが可能になる。
【符号の説明】
【００３４】
１：磁気シール式ゲートバルブ
２：バルブ本体
３：弁箱
４：弁板
５：バルブロッド
６：昇降機構
７：開閉機構
８：第１の開口部
９：第２の開口部
１０：室内空間
１１：Ｏリング
１２：弁板磁石部
１３：弁板補助磁石部
１４：メンテナンスフランジ
１５：ボンネットフランジ
１６：ロッドガイド
１７：ベローズ
１８：昇降用エアシリンダ
１９：ピストンロッド
２０：弁箱磁石部
２１：ピニオンギア
２２：シール用エアシリンダ
２３：ピストンロッド
２４：ラック
２５：モータ
２６：ボールベアリング
２７：弁箱補助磁石部
２８：分割磁石体（弁板磁石部）
２９：分割磁石体（弁箱磁石部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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