KR20130049745A - 무슬라이딩형 게이트 밸브 - Google Patents
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Abstract
에어 실린더의 구동 로드와 밸브 샤프트 사이에 가이드 홈 및 가이드 롤러로 이루어지는 평행 이동 기구와, 캠 홈 및 캠 롤러로 이루어지는 수직 이동 기구를 개재시키고, 상기 밸브 샤프트를 상기 평행 이동 기구에 의해 밸브 시트면과 평행하게 이동시킨 뒤 상기 수직 이동 기구에 의해 상기 밸브 시트면에 대하여 수직으로 이동시킴으로써 밸브판의 밸브 시일을 상기 밸브 시트면에 수직으로 접리시켜서 상기 개구를 개폐한다.
Description
본 발명은 반도체 처리 장치에 있어서의 진공 챔버에 부착되어 상기 진공 챔버로 통하는 개구의 개폐에 사용되는 게이트 밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 개구를 무슬라이딩으로 개폐할 수 있는 무슬라이딩형 게이트 밸브에 관한 것이다.
반도체 처리 장치에 있어서는 진공 챔버로 통하는 개구의 개폐에 게이트 밸브가 사용된다. 이 게이트 밸브는 일반적으로 개구를 개폐하는 밸브판과, 상기 밸브판에 연결된 밸브 샤프트와, 상기 밸브 샤프트에 연결된 에어 실린더를 갖고 있고, 상기 에어 실린더에 의해 상기 밸브 샤프트를 조작함으로써 상기 밸브판의 밸브 시일을 상기 개구 주위의 밸브 시트면에 접리(接離)시켜서 상기 개구를 개폐하는 것이다.
상기 게이트 밸브에는 상기 밸브 샤프트를 한 점을 지점으로 해서 경사지게 함으로써 밸브판을 개폐 조작하는 방식과, 상기 밸브 샤프트 및 밸브판을 밸브 시트면에 대하여 수직으로 이동시킴으로써 상기 밸브판을 개폐 조작하는 방식이 있다.
이 중, 밸브 샤프트를 경사지게 해서 밸브판을 개폐 조작하는 방식의 게이트 밸브에 있어서는 상기 밸브 시일이 밸브 시트면에 접촉한 뒤 소정의 압박력을 얻기 위해 밸브 샤프트의 경동(傾動)을 계속하면, 밸브판이 밸브 시트면에 대하여 상기 시트면을 따르는 방향으로 변위하기 때문에 상기 밸브 시일과 밸브 시트면 사이에서 마찰이 발생하거나, 밸브 시일이 장착 홈 내에서 회전하거나 하여 마모 가루가 발생해서 밸브 크린화의 폐해가 될 우려가 있다.
이에 대하여 밸브 샤프트 및 밸브판을 밸브 시트면에 대하여 수직으로 이동시켜서 상기 밸브판을 개폐 조작하는 방식의 게이트 밸브는 밸브 시일과 밸브 시트면 사이에서 마찰이 발생하지 않기 때문에 마모 가루가 발생할 걱정이 없다. 하기의 특허문헌 1에는 밸브 시일과 밸브 시트면 사이에서 마찰이 발생하지 않는 무슬라이딩의 게이트 밸브가 개시되어 있다. 이 게이트 밸브는 에어 실린더의 구동 로드(추진축)와 밸브 샤프트(밸브봉) 사이에 복수의 링크와 캠 팔로워(cam follower)와 가이드 홈을 개재시켜서 밸브판을 개방 위치로부터 개구에 대향하는 위치까지 상기 개구 주위의 밸브 시트면에 대하여 평행하게 이동시킨 뒤, 상기 밸브 시트면에 대하여 수직으로 이동시킴으로써 상기 개구를 폐쇄하도록 구성되어 있다.
그러나, 상기 특허문헌 1에 개시된 게이트 밸브는 상기 밸브판을 밸브 시트면에 대하여 수직으로 이동시키기 위한 기구를 복수의 링크와 캠 팔로워와 가이드 홈을 조합시켜서 구성하고 있기 때문에 부품수가 많아져서 구조가 복잡화되고, 동작도 복잡하다는 난점이 있다.
본 발명의 목적은 캠을 사용한 간단한 기구를 에어 실린더의 구동 로드와 밸브 샤프트 사이에 개재시키는 것만으로 상기 밸브 샤프트 및 밸브판을 밸브 시트면에 대하여 수직으로 이동시켜서 개구를 개폐할 수 있는 무슬라이딩형 게이트 밸브를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의하면 개구를 갖는 밸브 박스 내에 수용된 밸브판과, 상기 밸브판에 부착된 밸브 시일과, 상기 밸브판에 연결된 밸브 샤프트와, 상기 밸브 샤프트에 구동 로드가 연결된 에어 실린더를 갖고, 상기 에어 실린더에 의해 상기 밸브 샤프트를 이동시킴으로써 상기 밸브판이 상기 개구와 비대향을 이루는 완전 개방 위치로부터 상기 개구에 대향하는 대향 위치를 거쳐서 상기 개구 주위의 밸브 시트면에 밸브 시일을 압박하여 상기 개구를 폐쇄하는 폐쇄 위치로 이동하도록 구성된 게이트 밸브가 제공된다.
이 게이트 밸브는 상기 구동 로드와 밸브 샤프트를 상대적으로 변위 가능하게 연결하는 연결 기구와, 상기 밸브판 및 밸브 샤프트를 상기 완전 개방 위치로부터 대향 위치를 향해서 상기 밸브 시트면과 평행하게 이동시키는 평행 이동 기구와, 상기 밸브판 및 밸브 샤프트를 상기 대향 위치로부터 폐쇄 위치를 향해서 상기 밸브 시트면에 대하여 수직으로 이동시키는 수직 이동 기구를 갖고, 상기 연결 기구는 상기 구동 로드에 고정된 로드 암과, 상기 밸브 샤프트에 고정된 레버 부재와, 상기 레버 부재와 상기 로드 암 사이에 개설된 압축 스프링을 갖고, 상기 평행 이동 기구는 상기 로드 암에 상기 레버 부재의 좌측면과 우측면에 각각 대면하도록 고정된 좌우 한 쌍의 캠 프레임과, 각 캠 프레임에 상기 밸브 시트면과 평행하게 형성된 가이드 홈과, 상기 밸브 박스가 부착된 보닛에 고정된 좌우 한 쌍의 롤러 프레임에 부착되어 상기 가이드 홈에 감합되는 가이드 롤러를 갖고, 상기 수직 이동 기구는 상기 한 쌍의 캠 프레임 각각에 상기 밸브 시트면에 대하여 경사지는 방향으로 형성된 캠 홈과, 상기 레버 부재의 좌측면과 우측면에 각각 부착되어 상기 캠 홈에 감합되는 캠 롤러를 갖고 있다.
본 발명에 있어서 바람직하게는 상기 한 쌍의 캠 프레임 각각에 1개의 상기 가이드 홈과 2개의 상기 캠 홈이 형성되고, 상기 레버 부재의 좌측면과 우측면에 각각 2개의 상기 캠 롤러가 부착되어 있는 것이다.
이 경우, 상기 가이드 홈은 상기 밸브 샤프트의 축선과 평행하게 형성되고, 상기 2개의 캠 홈과 상기 캠 홈에 감합되는 상기 2개의 캠 롤러는 상기 밸브 샤프트의 축선 방향으로 2단으로 설치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서는 상기 캠 프레임의 폭 방향의 한쪽 절반측에 상기 가이드 홈이 형성되고, 상기 캠 프레임의 폭 방향의 다른쪽 절반측에 상기 캠 홈이 형성 되어 있어도 좋고, 또는 상기 캠 프레임의 상기 롤러 프레임에 대면하는 외면에 상기 가이드 홈이 형성되고, 상기 캠 프레임의 상기 레버 부재에 대면하는 내면에 상기 캠 홈이 형성되어 있어도 좋다.
본 발명에 있어서 상기 가이드 홈은 일단이 개방되는 홈이며, 상기 좌우의 롤러 프레임 각각에 복수의 상기 가이드 롤러가 부착되어 상기 밸브판의 완전 개방 위치에서 적어도 1개의 가이드 롤러가 상기 가이드 홈에 감합되고, 상기 밸브판의 대향 위치 및 폐쇄 위치에서 모든 가이드 롤러가 상기 가이드 홈에 감합되는 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 실시형태에 있어서, 2단으로 형성된 상기 캠 홈은 상기 밸브판에 가까운 쪽의 제 1 캠 홈과 상기 밸브판으로부터 먼 쪽의 제 2 캠 홈이며, 상기 제 1 캠 홈과 제 2 캠 홈의 상기 밸브 샤프트의 축선에 대한 경사 각도는 서로 같다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 2단으로 형성된 상기 캠 홈은 상기 밸브판에 가까운 쪽의 제 1 캠 홈과 상기 밸브판으로부터 먼 쪽의 제 2 캠 홈이며, 상기 제 2 캠 홈은 상기 밸브 샤프트의 축선에 대한 경사 각도가 서로 다른 제 1 홈 부분 및 제 2 홈 부분을 갖고, 상기 제 2 홈 부분은 상기 제 1 홈 부분보다 밸브판으로부터 먼 위치에 있고, 상기 제 2 홈 부분의 경사 각도는 상기 제 1 캠 홈의 밸브 샤프트의 축선에 대한 경사 각도보다 크다.
또한, 본 발명에 있어서 상기 에어 실린더는 상기 보닛에 고정된 상태에서 상기 밸브 샤프트의 좌측과 우측에 1개씩 설치되고, 2 개의 에어 실린더로부터 연장되는 2개의 상기 구동 로드에 상기 로드 암이 부착되고, 실린더 하우징이 상기 롤러 프레임을 겸하고 있어도 좋다.
본 발명의 게이트 밸브는 밸브판을 밸브 시트면에 대하여 수직으로 이동시켜서 밸브 시일을 상기 밸브 시트면에 접리시키는 방식이기 때문에, 상기 밸브 시일과 밸브 시트면 사이에서 마찰이 발생하거나, 밸브 시일이 장착 홈 내에서 회전하거나 할 일이 없어 마모 가루의 발생을 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 상기 밸브판의 개폐 동작을 캠을 사용한 간단한 기구를 구동 로드와 밸브 샤프트 사이에 개재시킴으로써 에어 실린더의 직진 동작만으로 실현시키고 있으므로 조작 기구의 구조가 간단하고, 부품수도 적어도 되며, 밀봉력도 크다.
도 1은 본 발명에 의한 게이트 밸브의 제 1 실시형태를 나타내는 도 2의 I-I선을 따른 단면도이고, 좌반부는 밸브판이 밸브 개방 위치에 있는 상태를 나타내고, 우반부는 밸브판이 대향 위치에 있는 상태를 나타내는 것이다.
도 2는 도 1의 II-II선을 따른 단면도이다.
도 3은 도 1의 요부를 분해해서 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 1의 좌반부측의 종단면도이다.
도 5는 도 1의 우반부측의 종단면도이다.
도 6은 밸브판이 폐쇄 위치에 있는 상태를 나타내는 도 1의 우반부와 마찬가지의 단면도이다.
도 7은 도 6의 종단면도이다.
도 8은 밸브판이 폐쇄 위치에 있을 때의 정지 롤러와 접촉부의 위치 관계를 나타내는 요부의 측면도이다.
도 9는 본 발명에 의한 게이트 밸브의 제 2 실시형태를 나타내는 도 1과 마찬가지의 단면도이고, 좌반부는 밸브판이 밸브 개방 위치에 있는 상태를 나타내고, 우반부는 밸브판이 대향 위치에 있는 상태를 나타내는 것이다.
도 10은 도 9에 있어서 밸브판이 폐쇄 위치로 이동한 상태의 종단면도이다.
도 11은 본 발명에 의한 게이트 밸브의 제 3 실시형태를 나타내는 도 12의 XI-XL선을 따른 단면도이고, 좌반부는 밸브판이 밸브 개방 위치에 있는 상태를 나타내고, 우반부는 밸브판이 대향 위치에 있는 상태를 나타내는 것이다.
도 12는 도 11의 XII-XII선을 따른 단면도이다.
도 13은 도 11의 좌반부측의 종단면도이다.
도 14는 도 11의 우반부측의 종단면도이다.
도 15는 밸브판이 폐쇄 위치에 있는 상태를 나타내는 도 11의 우반부와 마찬가지의 단면도이다.
도 16은 도 15의 종단면도이다.
도 17은 본 발명에 의한 게이트 밸브의 제 4 실시형태의 요부를 간략화해서 나타내는 측면도이고, 밸브판이 대향 위치에 있는 상태를 나타내는 것이다.
도 18은 밸브판이 도 17의 위치로부터 폐쇄 위치로 이동한 상태를 나타내는 측면도이다.
도 19는 도 18과의 대비를 위해서 제 1 실시형태-제 3 실시형태의 게이트 밸브에 있어서 밸브판이 대향 위치에 있는 상태를 나타내는 측면도이다.
도 2는 도 1의 II-II선을 따른 단면도이다.
도 3은 도 1의 요부를 분해해서 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 1의 좌반부측의 종단면도이다.
도 5는 도 1의 우반부측의 종단면도이다.
도 6은 밸브판이 폐쇄 위치에 있는 상태를 나타내는 도 1의 우반부와 마찬가지의 단면도이다.
도 7은 도 6의 종단면도이다.
도 8은 밸브판이 폐쇄 위치에 있을 때의 정지 롤러와 접촉부의 위치 관계를 나타내는 요부의 측면도이다.
도 9는 본 발명에 의한 게이트 밸브의 제 2 실시형태를 나타내는 도 1과 마찬가지의 단면도이고, 좌반부는 밸브판이 밸브 개방 위치에 있는 상태를 나타내고, 우반부는 밸브판이 대향 위치에 있는 상태를 나타내는 것이다.
도 10은 도 9에 있어서 밸브판이 폐쇄 위치로 이동한 상태의 종단면도이다.
도 11은 본 발명에 의한 게이트 밸브의 제 3 실시형태를 나타내는 도 12의 XI-XL선을 따른 단면도이고, 좌반부는 밸브판이 밸브 개방 위치에 있는 상태를 나타내고, 우반부는 밸브판이 대향 위치에 있는 상태를 나타내는 것이다.
도 12는 도 11의 XII-XII선을 따른 단면도이다.
도 13은 도 11의 좌반부측의 종단면도이다.
도 14는 도 11의 우반부측의 종단면도이다.
도 15는 밸브판이 폐쇄 위치에 있는 상태를 나타내는 도 11의 우반부와 마찬가지의 단면도이다.
도 16은 도 15의 종단면도이다.
도 17은 본 발명에 의한 게이트 밸브의 제 4 실시형태의 요부를 간략화해서 나타내는 측면도이고, 밸브판이 대향 위치에 있는 상태를 나타내는 것이다.
도 18은 밸브판이 도 17의 위치로부터 폐쇄 위치로 이동한 상태를 나타내는 측면도이다.
도 19는 도 18과의 대비를 위해서 제 1 실시형태-제 3 실시형태의 게이트 밸브에 있어서 밸브판이 대향 위치에 있는 상태를 나타내는 측면도이다.
도 1-도 8은 본 발명에 의한 무슬라이딩형 게이트 밸브의 제 1 실시형태를 나타내는 것이다. 이 게이트 밸브(1A)는 반도체 처리 장치에 있어서의 진공 챔버에 부착되어 상기 진공 챔버로 통하는 개구를 개폐하는 것으로, 상기 개구(3)를 갖는 밸브 박스(2)와, 상기 밸브 박스(2) 내에 수용된 밸브판(5)과, 상기 밸브판(5)에 부착된 밸브 시일(6)과, 상기 밸브판(5)에 연결된 밸브 샤프트(7)와, 상기 밸브 샤프트(7)에 구동 로드(9)가 연결된 에어 실린더(8)를 갖고, 상기 에어 실린더(8)에 의해 상기 밸브 샤프트(7)를 이동시킴으로써 상기 밸브판(5)이 상기 개구(3)와 비대향의 위치에서 상기 개구(3)를 완전 개방으로 하는 완전 개방 위치(도 1 좌반부 및 도 4 참조)와, 상기 개구(3)에 대향하지만 폐쇄되어 있지 않은 대향 위치(도 1 우반부 및 도 5 참조)와, 상기 개구(3) 주위의 밸브 시트면(10)에 밸브 시일(6)을 압박해서 상기 개구(3)를 폐쇄하는 폐쇄 위치(도 6 및 도 7 참조)를 차지하도록 구성되어 있다.
상기 밸브 박스(2)는 도 1 및 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이 네모난 박스형을 하고 있고 대향하는 전후의 벽(2a, 2b)에 횡으로 긴 직사각형의 상기 개구(3)와 개구(4)가 형성되고, 상기 밸브 박스(2)의 내부에 전방의 벽(2a)의 개구(3)를 개폐하는 횡으로 긴 직사각형의 상기 밸브판(5)이 수용되어 있다.
상기 전방의 벽(2a)의 내면에는 상기 개구(3)를 둘러싸는 직사각형 또는 타원형의 평탄면으로 이루어지는 상기 밸브 시트면(10)이 형성되고, 상기 밸브판(5)의 앞면에는 상기 밸브 시트면(10)에 접촉해서 상기 개구(3)를 폐쇄하는 직사각형 또는 타원형의 상기 밸브 시일(6)이 장착되어 있다.
상기 밸브판(5)의 중앙부에는 원기둥 형상을 한 상기 밸브 샤프트(7)의 상단이 연결되고, 상기 밸브 샤프트(7)의 하단부는 상기 밸브 박스(2)의 저부에 기밀하게 고정된 보닛(11) 중앙의 통부(11a)를 관통하여 상기 밸브 박스(2)로부터 하방을 향하여 연장되어 있고, 상기 하단부에 직사각형의 단면 형상을 갖는 레버 부재(12)가 고정되어 있다. 상기 레버 부재(12)의 하단부는 상기 밸브 샤프트(7)의 하단부보다 약간 하방으로 돌출되어 있다. 상기 밸브 샤프트(7)의 축선(L1)은 상기 밸브 시트면(10)과 평행하다.
상기 보닛(11)의 통부(11a)의 단부에 상기 통부(11a)의 내주측으로 돌출되도록 부착된 환상의 부착 부재(15)와, 상기 밸브 샤프트(7)의 외주에 상기 밸브판(5)에 근접하는 위치에서 부착된 환상의 부착 부재(16)에 상기 밸브 샤프트(7)의 상하 동작에 의해 신축하는 벨로우즈(17)의 일단과 타단이 기밀하게 연결되고, 이 벨로우즈(17)에 의해 밸브 박스(2)의 내부가 외부로부터 완전하게 차단되어 있다.
상기 보닛(11) 하면의 상기 밸브 샤프트(7)를 사이에 두고 대향하는 위치에는 2개의 상기 에어 실린더(8)가 구동 로드(9)의 축선(L2)을 상기 밸브 샤프트(7)의 축선(L1)과 평행하게 향한 자세로 부착되어 있다. 상기 에어 실린더(8)는 외주면의 형상이 직사각형인 실린더 하우징(21)과, 상기 실린더 하우징(21)의 내부에 상기 축선(L2) 방향으로 슬라이딩 가능하게 수용된 피스톤(22)과, 상기 피스톤(22)에 상단이 연결된 상기 구동 로드(9)를 갖고, 상기 실린더 하우징(21)의 상단이 상기 보닛(11)에 고정되고, 상기 실린더 하우징(21)의 하단에 부착된 끝판(23)으로부터 상기 구동 로드(9)가 하방을 향하여 연장되어 있다.
상기 2개의 에어 실린더(8)로부터 연장되는 2개의 구동 로드(9, 9)의 하단에는 판 형상을 한 로드 암(24)의 일단과 타단이 고정되어 있다. 이 로드 암(24)은 상기 밸브 샤프트(7) 및 레버 부재(12)의 하단보다 하방의 위치에 수평으로 연장되고, 상기 로드 암(24)의 중앙 상면에 형성된 오목 형상의 스프링 시트(24a)와 상기 레버 부재(12)의 하면 중앙에 형성된 오목 형상의 스프링 시트(12a) 사이에 압축 스프링(25)이 개설되어 있다.
도 3도 참조하여 상기 로드 암(24)의 상면에는 좌우 한 쌍의 캠 프레임(28, 28)이 상기 레버 부재(12)의 좌측면 및 우측면에 각각 대면하는 배치로 상기 밸브 샤프트(7)의 축선(L1)과 평행하게 고정되고, 각 캠 프레임(28)에 1개의 가이드 홈(29)과 2개의 캠 홈(30a, 30b)이 상기 캠 프레임(28)을 관통한 상태로 형성되어 있다.
상기 가이드 홈(29)은 상기 캠 프레임(28)의 폭 방향의 한쪽 절반측에 상기 밸브 샤프트(7)의 축선(L1)과 평행하게 형성되고, 상기 가이드 홈(29)의 상단은 외부에 개방되어 있다. 상기 가이드 홈(29)의 홈 폭은 전체 길이에 걸쳐서 일정하다. 이 가이드 홈(29)은 상기 캠 프레임(28)의 상기 에어 실린더(8)측을 향하는 외면측에 상기 캠 프레임(28)을 관통하지 않는 상태로 형성되어 있어도 좋다.
한편, 상기 캠 홈(30a, 30b)은 상기 밸브 샤프트(7)의 축선(L1)에 대하여 경사지는 일정 홈 폭의 직선 형상을 이루는 홈이고, 하방으로 갈수록 점차 상기 밸브 시트면(10)에 근접하는 방향으로 경사져 있다. 그리고, 2개의 캠 홈(30a, 30b)이 상기 캠 프레임(28)의 폭 방향의 다른쪽 절반측에 서로 같은 방향으로 같은 각도만큼 경사짐으로써 서로 평행을 이루는 자세로 상기 밸브 샤프트(7)의 축선(L1) 방향으로 2단으로 설치되어 있다.
상기 2개의 에어 실린더(8, 8)에 있어서의 실린더 하우징(21)의 상기 밸브 샤프트(7)측을 향하는 내측면에는 상기 가이드 홈(29)에 감합되는 2개의 동일한 크기의 가이드 롤러(31a, 31b)가 각각 부착되어 있다. 상기 2개의 가이드 롤러(31a, 31b)는 상하로 떨어진 위치에 배치되어 있고, 상기 밸브판(5) 및 밸브 샤프트(7)가 상기 완전 개방 위치에 있을 때에는 하방의 제 1 가이드 롤러(31a)만이 상기 캠 프레임(28)의 가이드 홈(29)에 감합되고, 상기 밸브판(5) 및 밸브 샤프트(7)가 상기 대향 위치를 향해서 이동하면 상기 대향 위치 가까이에서 상기 제 2 가이드 롤러(31b)도 상기 가이드 홈(29)에 감합되고, 이 가이드 롤러(31a, 31b)에 의해 상기 밸브 샤프트(7)의 축선(L1)이 상기 밸브 시트면(10)과 평행하게 유지된 상태에서 상기 밸브 샤프트(7) 및 밸브판(5)이 상기 완전 개방 위치로부터 상기 대향 위치까지 상기 밸브 시트면(10)과 평행하게 이동시켜지도록 되어 있다.
따라서, 상기 캠 프레임(28)과 가이드 홈(29)과 가이드 롤러(31a, 31b)는 상기 밸브 샤프트(7) 및 밸브판(5)을 상기 완전 개방 위치로부터 대향 위치를 향해서 상기 밸브 시트면(10)과 평행하게 이동시키기 위한 평행 이동 기구를 구성하는 것이다.
또한, 상기 실린더 하우징(21)은 그 일부가 상기 가이드 롤러(31a, 31b)를 부착하기 위한 롤러 프레임을 겸하고 있다. 따라서, 이하의 설명에 있어서 실린더 하우징(21)의 상기 가이드 롤러(31a, 31b)가 부착되어 있는 부분을 「롤러 프레임(32)」이라고 부르는 경우도 있다. 그러나, 이 롤러 프레임(32)은 상기 실린더 하우징(21)과 별체로 형성할 수도 있다.
또한, 상기 레버 부재(12)의 좌측면 및 우측면에는 상기 캠 프레임(28)의 2개의 캠 홈(30a, 30b)에 감합되는 2개의 캠 롤러(33a, 33b)가 각각 부착되어 있다. 상기 2개의 캠 롤러(33a, 33b)는 상하로 떨어진 위치에 배치되어 있고, 상기 2개의 캠 홈(30a, 30b)에 개별적으로 감합되고, 상기 완전 개방 위치 및 대향 위치에 있어서는 상기 압축 스프링(25)의 스프링력에 의해 각 캠 홈(30a, 30b)의 상단에 압박되어 있다.
그리고, 후술하는 정지 기구에 의해 상기 밸브 샤프트(7)가 상기 대향 위치에 정지되어 있는 상태에서 상기 캠 프레임(28)이 상승하면, 상기 캠 홈(30a, 30b)의 상승에 의해 상기 캠 롤러(33a, 33b)가 경사지는 상기 캠 홈(30a, 30b)에 압박되어 상기 밸브 시트면(10)에 근접하는 방향으로 상기 밸브 시트면(10)에 대하여 수직으로 이동하고, 그것에 따라 상기 밸브 샤프트(7) 및 밸브판(5)도 같은 방향으로 이동하고, 상기 밸브판(5)의 밸브 시일(6)이 상기 밸브 시트면(10)에 압박되어 상기 밸브판(5)이 상기 폐쇄 위치를 차지하게 되어 있다.
따라서, 상기 캠 홈(30a, 30b)과 상기 캠 롤러(33a, 33b)는 상기 밸브 샤프트(7) 및 밸브판(5)을 상기 밸브 시트면(10)에 대하여 수직으로 이동시키기 위한 수직 이동 기구를 구성하는 것이다.
상기 정지 기구는 상기 레버 부재(12)에 부착된 정지 롤러(36)와, 상기 롤러 프레임(32)에 형성된 접촉부(37)로 구성되어 있다.
상기 정지 롤러(36)는 상방의 제 1 캠 롤러(33a)의 외측에 동축 형상으로 부착되어 있고, 상기 제 1 캠 롤러(33a)보다 소경으로 형성되어 있다. 그러나, 상기 정지 롤러(36)는 상기 제 1 캠 롤러(33a)와 동일한 지름이라도 좋다.
상기 접촉부(37)는 도 8로부터도 알 수 있는 바와 같이 상기 롤러 프레임(32)의 내측면에 형성된 오목 홈(38)의 상단부에 형성되어 있고, 상기 오목 홈(38) 내에 상기 정지 롤러(36)가 감합되어 있다. 상기 오목 홈(38)은 상기 밸브 샤프트(7)의 축선(L1)과 평행하게 연장되어 있고, 상기 밸브 샤프트(7)가 상기 완전 개방 위치로부터 상기 대향 위치로 이동했을 때, 상기 정지 롤러(36)가 상기 접촉부(37)에 접촉해서 상기 밸브 샤프트(7)가 그 위치에 정지하도록 되어 있다.
상기 접촉부(37)에는 상기 밸브 시트면(10)에 대하여 수직인 평탄면(37a)이 형성되고, 상기 정지 롤러(36)가 상기 접촉부(37)에 접촉한 뒤 상기 밸브 샤프트(7)가 상기 대향 위치로부터 폐쇄 위치로 이동할 때, 상기 정지 롤러(36)가 상기 접촉부(37)에 대하여 상기 밸브 샤프트(7)와 같은 방향으로 상기 평탄면(37a)을 따라 이동할 수 있게 되어 있다. 이 때문에, 상기 오목 홈(38)의 상단부에는 이동한 상기 정지 롤러(36)를 받아들이기 위한 횡홈부(38a)가 형성되어 있다.
여기에서, 상기 로드 암(24)과 레버 부재(12) 사이에 개설된 상기 압축 스프링(25)은 상기 밸브판(5)과 밸브 샤프트(7) 및 레버 부재(12)의 중량을 지탱할 수 있는 스프링력을 갖고, 이 스프링력에 의해 전방 캠 롤러(33a, 33b)를 캠 홈(30a, 30b)의 상단에 압박함으로써 상기 밸브판(5)이 상기 완전 개방 위치로부터 대향 위치로 이동할 때에는 상기 밸브 샤프트(7)와 로드 암(24)을 일체화하고, 상기 밸브판(5)이 상기 대향 위치로부터 상기 폐쇄 위치로 이동할 때에는 압축되어서 상기 밸브 샤프트(7)와 로드 암(24)의 상대적인 이동을 허용하는 것이다. 따라서, 상기 압축 스프링(25)은 상기 레버 부재(12) 및 상기 로드 암(24)과 함께 상기 밸브 샤프트(7)와 구동 로드(9)를 상대적으로 변위 가능하도록 연결하기 위한 연결 기구를 구성하는 것이다.
이어서, 상기 구성을 갖는 게이트 밸브(1A)의 동작에 대하여 설명한다. 도 1 좌반부 및 도 4는 상기 밸브판(5)이 개구(3)로부터 떨어져서 밸브 박스(2)의 하단부로 대피한 완전 개방 위치를 차지하고 있는 상태이다. 이때, 에어 실린더(8)의 구동 로드(9)는 하향으로 완전히 신장되어 밸브 샤프트(7) 및 밸브판(5)은 최대한 하강한 위치를 차지하고, 상기 압축 스프링(25)의 스프링력에 의해 각 캠 롤러(33a, 33b)가 각 캠 홈(30a, 30b)의 상단에 압박됨으로써 상기 구동 로드(9)와 밸브 샤프트(7)가 상기 로드 암(24)과 캠 프레임(28)과 레버 부재(12)를 개재하여 일체화된 상태에 있고, 또한 2개의 가이드 롤러(31a, 31b) 중 하방의 제 1 가이드 롤러(31a)가 가이드 홈(29) 내에 감합되고, 상기 정지 롤러(36)는 접촉부(37)로부터 떨어져서 오목 홈(38)의 하부에 위치하고 있다.
또한, 이하의 설명에 있어서 서로 고정 관계에 있는 상기 구동 로드(9)와 로드 암(24)과 캠 프레임(28)을 「로드측 어셈블리」라고 부르고, 마찬가지로 고정 관계에 있는 상기 레버 부재(12)와 밸브 샤프트(7)와 밸브판(5)을 「샤프트측 어셈블리」라고 부른다.
상기 완전 개방 위치의 상태로부터 에어 실린더(8)의 상부 포트(8a)를 외부로 개방함과 아울러 하부 포트(8b)에 압력 에어를 공급해서 상기 구동 로드(9)를 상승시키면, 상기 로드측 어셈블리와 샤프트측 어셈블리는 서로 일체로 되어서 상승하고, 도 1 우반부 및 도 5에 나타내는 바와 같이 상기 밸브판(5)은 개구(3)에 대향하지만 밸브 시일(6)은 밸브 시트면(10)으로부터 이간되어 있는 상기 대향 위치에 도달한다.
이때, 상기 로드측 어셈블리 및 샤프트측 어셈블리의 상승 초기에 있어서는 도 4에 나타내는 바와 같이, 가이드 홈(29)에 감합되어 있는 하방의 제 1 가이드 롤러(31a)에 의해 캠 프레임(28)이 가이드됨으로써 상기 밸브 샤프트(7)의 축선(L1)이 상기 밸브 시트면(10)과 평행하게 유지된 상태에서 상기 로드측 어셈블리 및 샤프트측 어셈블리의 상기 밸브 시트면(10)에 대한 평행 이동이 행해진다. 그리고, 상기 로드측 어셈블리 및 샤프트측 어셈블리가 상기 대향 위치에 근접하면 도 5에 나타내는 바와 같이 상기 제 2 가이드 롤러(31b)도 상기 가이드 홈(29)에 감합되고, 이들 2개의 가이드 롤러(31a, 31b)에 의해 상기 로드측 어셈블리 및 샤프트측 어셈블리의 평행 이동이 가이드된다.
상기 로드측 어셈블리 및 샤프트측 어셈블리가 상기 대향 위치에 도달하면, 도 8에도 쇄선으로 나타내는 바와 같이 상기 정지 롤러(36)가 상기 오목 홈(38)의 상단의 접촉부(37)에 접촉함으로써 상기 샤프트측 어셈블리는 그 위치에 정지한다. 그러나, 그 뒤에도 상기 로드측 어셈블리는 압축 스프링(25)을 압축해서 더욱 상승을 계속하기 때문에, 상기 캠 프레임(28)에 형성된 캠 홈(30a, 30b)이 상기 롤러(33a, 33b)에 대하여 상승한다. 이 때문에, 상기 캠 롤러(33a, 33b)는 경사지는 상기 캠 홈(30a, 30b)의 홈 벽에 압박되어 상기 밸브 시트면(10)에 근접하는 방향으로 상기 밸브 시트면(10)에 대하여 수직으로 이동하고, 상기 캠 롤러(33a, 33b)와 함께 상기 샤프트측 어셈블리도 같은 방향으로 이동하기 때문에, 도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이 상기 밸브판(5)의 밸브 시일(6)이 상기 밸브 시트면(10)에 압박되어 상기 개구(3)가 폐쇄되고, 상기 밸브판(5)은 폐쇄 위치를 차지한다.
이때, 상기 로드측 어셈블리의 상기 대향 위치로부터 폐쇄 위치로의 이동은 2개의 가이드 롤러(31a, 31b)에 의해 캠 프레임(28)이 가이드됨으로써 상기 밸브 시트면(10)과 평행하게 행해지고, 또한 상기 밸브 시일(6)이 밸브 시트면(10)에 압박될 때의 반력은 상기 캠 프레임(28)을 통해서 상기 2개의 가이드 롤러(31a, 31b)에 의해 받아진다.
또한, 상기 정지 롤러(36)는 도 8에 실선으로 나타내는 바와 같이 상기 접촉부(37)의 평탄면(37a)을 따라 상기 제 1 캠 롤러(33a)와 같은 방향으로 이동하고, 상기 횡홈부(38a) 내에 수용된다.
또한, 상기 밸브판(5)이 상기 폐쇄 위치를 차지했을 때 상기 캠 롤러(33a, 33b)는 상기 캠 홈(30a, 30b)의 하단에 접촉하는 위치까지 반드시 이동한다고는 한하지 않고, 밸브 시일(6)의 압박력에 따라 상기 캠 홈(30a, 30b)의 하단보다 앞쪽의 위치에서 정지하는 경우도 있다.
상기 게이트 밸브(1A)를 개방할 때에는 상기 에어 실린더(8)의 하부 포트(8b)를 외부에 개방함과 아울러 상부 포트(8a)에 압력 에어를 공급함으로써 상기 게이트 밸브(1A)를 폐쇄할 때와 반대의 동작이 행해진다.
이때, 처음에는 상기 압축 스프링(25)의 스프링력에 의해 상기 정지 롤러(36)가 접촉부(37)에 접촉한 상태 그대로 상기 로드측 어셈블리가 하강하는 것과 동시에 상기 압축 스프링(25)이 점차 신장해 가기 때문에, 상기 캠 프레임(28) 및 캠 홈(30a, 30b)이 하강해서 상기 캠 롤러(33a, 33b)가 밸브 시트면(10)으로부터 수직으로 떨어지는 방향으로 이동하고, 그것에 의해서 상기 밸브 시일(6)도 상기 밸브 시트면(10)에 대하여 수직으로 이간되고, 상기 로드측 어셈블리는 도 1 우반부 및 도 5에 나타내는 대향 위치로 이동한다.
그리고 그 후, 상기 구동 로드(9)가 더욱 하강함으로써 상기 로드측 어셈블리와 샤프트측 어셈블리는 일체가 되어서 도 1 좌반부 및 도 4의 완전 개방 위치까지 이동한다.
이리하여 상기 게이트 밸브(1A)는 밸브판(5)이 밸브 시트면(10)에 대하여 수직으로 이동해서 밸브 시일(6)을 상기 밸브 시트면(10)에 수직으로 접리시키기 때문에, 상기 밸브 시일(6)과 밸브 시트면(10) 사이에서 마찰이 발생하거나 밸브 시일(6)이 장착 홈 내에서 회전하거나 할 일이 없어 마모 가루의 발생이 확실하게 방지된다.
또한, 상기 밸브판(5)의 상기 밸브 시트면(10)에 대한 수직 방향의 개폐 동작을 캠 홈(30a, 30b)과 캠 롤러(33a, 33b)를 사용한 간단한 방향 변환 기구를 구동 로드(9)와 밸브 샤프트(7) 사이에 개재시킴으로써 에어 실린더(8)의 직진 동작에 의해 실현시키고 있으므로 개폐 조작을 위한 구조가 간단하고, 부품수도 적게 할 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명에 의한 게이트 밸브의 제 2 실시형태를 나타내는 것으로, 이 제 2 실시형태의 게이트 밸브(1B)가 상기 제 1 실시형태의 게이트 밸브(1A)와 상위한 점은 정지 기구를 구성하는 정지 롤러(36) 및 접촉부(37) 중, 상기 정지 롤러(36)가 레버 부재(12)에 부착된 상하 2개의 캠 롤러(33a, 33b) 중 하방의 제 2 캠 롤러(33b)와 동축 상에 부착되고, 상기 접촉부(37)가 롤러 프레임(32)의 하단의 오목 단차부(40)에 의해 형성되어 있는 것, 및 벨로우즈(17)의 배치가 다른 것이다.
즉, 상기 오목 단차부(40)는 상기 롤러 프레임(32)의 내측면 하단부의 일부를 오목 형상으로 절삭하여 그 일부를 상기 접촉부(37) 및 평탄면(37a)으로 한 것이다.
또한, 상기 벨로우즈(17)는 그 상단이 보닛(11)의 내주면에 고정된 환상의 부착 부재(41)에 기밀하게 연결되고, 상기 벨로우즈(17)의 하단은 밸브 샤프트(7)와 일체의 레버 부재(12)의 상단에 기밀하게 연결되어 있다.
이 제 2 실시형태의 상기 이외의 구성 및 동작은 상기 제 1 실시형태와 실질적으로 같기 때문에, 주요한 동일 구성 부분에 제 1 실시형태와 동일한 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다.
도 11-도 16은 본 발명에 의한 게이트 밸브의 제 3 실시형태를 나타내는 것으로, 이 제 3 실시형태의 게이트 밸브(1C)가 상기 제 1 실시형태의 게이트 밸브(1A)와 상위하는 부분은 평행 이동 기구를 구성하는 가이드 홈(29) 및 가이드 롤러(31a, 31b)와, 수직 이동 기구를 구성하는 캠 홈(30a, 30b) 및 캠 롤러(33a, 33b)와, 정지 기구를 구성하는 정지 롤러(36) 및 접촉부(37)의 구성이다. 그래서, 이하의 설명에서는 이들 수평 이동 기구와 수직 이동 기구와 정지 기구에 관련되는 구성에 대하여 설명한다.
도 11 및 도 12에 나타내는 바와 같이, 로드 암(24)에 고정된 한 쌍의 캠 프레임(28) 각각에는 그 외측면과 내측면의 서로 표리 관계의 위치에 상기 가이드 홈(29)과 캠 홈(30a, 30b)이 형성되어 있다. 즉, 상기 캠 프레임(28)의 롤러 프레임(32)에 대면하는 외측면에 1개의 가이드 홈(29)이 밸브 샤프트(7)의 축선(L1)을 따라 상하 방향으로 형성되고, 상기 캠 프레임(28)의 레버 부재(12)에 대면하는 내측면에 경사지는 2개의 캠 홈(30a, 30b)이 상하 2단으로 형성되어 있다. 상기 캠 홈(30a, 30b) 및 가이드 홈(29)의 깊이는 상기 캠 프레임(28)의 두께의 절반보다 얕다. 상기 가이드 홈(29)과 캠 홈(30a, 30b)의 위치는 캠 프레임(28)의 폭 방향으로 서로 어긋나 있어도 개의치 않는다.
그리고, 상기 롤러 프레임(32)의 내측면에 상기 가이드 홈(29)에 감합되는 2개의 가이드 롤러(31a, 31b)가 부착되고, 상기 레버 부재(12)의 외측면에 상기 2개의 캠 홈(30a, 30b)에 개별적으로 감합되는 2개의 캠 롤러(33a, 33b)가 부착되어 있다.
상기 캠 프레임(28)은 상기 로드 암(24)의 폭 방향의 일단 부근의 위치에 편향되어 고정되어 있고, 상기 캠 프레임(28)에 대응하도록 상기 가이드 롤러(31a, 31b) 및 캠 롤러(33a, 33b)도 상기 롤러 프레임(32) 및 레버 부재(12)의 폭 방향 일단 부근의 위치에 편향되어 부착되어 있다.
또한, 상기 롤러 프레임(32)의 내측면에는 상기 캠 프레임(28)과 경합하지 않는 위치에 정지 롤러(36)가 부착되고, 상기 레버 부재(12)의 좌우 양측면에는 상기 정지 롤러(36)와 대응하는 위치에 상면이 수평한 평탄면(37a)을 이루는 돌출부(12b)가 형성되고, 이 돌출부(12b)에 의해 상기 정지 롤러(36)가 접촉하는 접촉부(37)가 형성되어 있다.
상기 이외의 구성은 실질적으로 상기 제 1 실시형태와 같으므로, 주요한 동일 구성 부분에 제 1 실시형태와 동일한 부호를 붙이고 그 설명은 생략한다.
상기 제 3 실시형태의 게이트 밸브(1C)의 밸브 폐쇄 동작은 상기 제 1 실시형태의 게이트 밸브(1A)와 마찬가지로 도 11 좌반부 및 도 13에 나타내는 완전 개방 위치의 상태로부터 도 11 우반부 및 도 14에 나타내는 대향 위치의 상태를 거쳐서 도 15 및 도 16에 나타내는 폐쇄 위치의 상태에 이름으로써 행해지고, 밸브 개방 동작은 그것과 반대의 경로를 더듬어 감으로써 행해진다.
이때, 상기 가이드 홈(29) 및 가이드 롤러(31a, 31b)에 의해 로드측 어셈블리 및 샤프트측 어셈블리의 밸브 시트면(10)에 대한 평행 이동이 가이드되고, 상기 캠 홈(30a, 30b) 및 캠 롤러(33a, 33b)에 의해 샤프트측 어셈블리의 밸브 시트면(10)에 대한 수직 이동이 가이드된다. 이 점도 상기 제 1 실시형태의 게이트 밸브(1A)와 같다.
한편, 정지 기구를 구성하는 정지 롤러(36) 및 접촉부(37)에 대하여 상기 밸브 샤프트(7)에 고정된 레버 부재(12)가 상기 완전 개방 위치로부터 대향 위치까지 상승하면 상기 레버 부재(12)에 형성된 상기 접촉부(37)의 상면이 설치 프레임(32)에 부착된 상기 정지 롤러(36)에 접촉하고, 그 위치에서 상기 레버 부재(12)는 정지한다. 그리고, 상기 수직 이동 기구의 작용에 의해 밸브 샤프트(7)가 폐쇄 위치를 향해서 이동하면 상기 레버 부재(12)가 상기 정지 롤러(36)에 대하여 상기 폐쇄 위치의 방향으로 상대적으로 이동한다.
도 17 및 도 18은 제 4 실시형태의 게이트 밸브(1D)의 요부를 간략화해서 나타내는 측면도이다. 이 제 4 실시형태의 게이트 밸브(1D)가 상기 제 1-제 3 실시형태의 게이트 밸브(1A-1C)와 상위한 점은 캠 홈(30a, 30b)의 형상, 특히 제 2 캠 홈(30b)의 형상에 있고, 이 제 2 캠 홈(30b)의 형상을 상기 제 1-제 3 실시형태의 게이트 밸브(1A-1C)의 제 2 캠 홈(30b)의 형상과 다르게 함으로써 밸브판(5)을 개폐 조작하는 에어 실린더(도시하지 않음)의 필요 추력을 작게 한 것이다. 이하, 이 제 4 실시형태의 게이트 밸브(1D)의 상기 제 1-제 3 실시형태의 게이트 밸브(1A-1C)와 상위하는 구성에 대하여 설명한다.
도 17에 나타내는 바와 같이, 캠 프레임(28)에는 2개의 상기 캠 홈(30a, 30b)이 밸브 샤프트(7)의 축선(L1) 방향으로 2단으로 설치되고, 상기 캠 홈(30a, 30b)에 레버 부재(12)에 부착된 2개의 캠 롤러(33a, 33b)가 개별적으로 감합되어 있다.
상기 2개의 캠 홈(30a, 30b) 중, 밸브판(5)에 가까운 쪽의 제 1 캠 홈(30a)은 일정 홈 폭을 갖는 직선 형상의 홈이고, 상기 제 1 캠 홈(30a)의 상기 축선(L1)에 대한 경사 각도는 θ이다. 또한, 도시한 실시형태에 있어서는 상기 캠 프레임(28)의 측면(28a)이 밸브 샤프트(7)의 축선(L1)과 평행하기 때문에, 이 측면(28a)에 대한 홈 벽의 경사 각도를 제 1 캠 홈(30a)의 경사 각도(θ)로서 표시하고 있다. 이것은 이하에 설명하는 제 2 캠 홈(30b)에 대해서도 같다.
한편, 상기 밸브판(5)으로부터 먼 쪽의 상기 제 2 캠 홈(30b)은 홈 폭이 서로 같고 경사 각도가 서로 다른 제 1 홈 부분(30c)과 제 2 홈 부분(30d)을 갖고, 밸브판(5)에 가까운 측에 있는 상기 제 1 홈 부분(30c)의 경사 각도(θ1)는 상기 제 1 캠 홈(30a)의 경사 각도(θ)보다 작고, 밸브판(5)으로부터 먼 측에 있는 상기 제 2 홈 부분(30d)의 경사 각도(θ2)는 상기 제 1 캠 홈(30a) 의 경사 각도(θ)보다 크다. 그러나, 상기 제 1 홈 부분(30c)의 경사 각도(θ1)는 제 1 캠 홈(30a)의 경사 각도(θ)와 같아도 좋다.
이 제 4 실시형태의 게이트 밸브(1D)의 상기 이외의 구성은 상기 제 1-제 3 실시형태의 게이트 밸브(1A-1C) 중 어느 하나의 구성과 실질적으로 같다. 따라서, 상기 이외의 구성 중 도 17 및 도 18에 표시된 부분에 제 1-제 3 실시형태의 게이트 밸브(1A-1C)와 동일한 부호를 붙이고, 상기 게이트 밸브(1D)의 작용에 대해서 이하에 설명한다.
도 17은 밸브판(5)이 밸브 박스(2)의 개구(3)에 대향하고 있지만 상기 개구(3)를 폐쇄하고 있지 않은 위치인 대향 위치에 있는 상태를 나타내고 있다. 이때, 일체 관계에 있는 밸브판(5)과 밸브 샤프트(7)와 레버 부재(12)는 그 이상의 상승이 제한된 상태에 있고, 상기 2개의 캠 롤러(33a, 33b) 중 제 1 캠 롤러(33a)는 상기 제 1 캠 홈(30a)의 상단부에 위치하고, 제 2 캠 롤러(33b)는 제 2 캠 홈(30b)에 있어서의 상기 제 1 홈 부분(30c)의 상단부에 위치하고, 롤러 프레임(도시하지 않음)에 부착된 2개의 가이드 롤러(31a, 31b)는 상기 가이드 프레임(28)에 형성된 가이드 홈(29) 내에 감합되어 있다.
도 17의 상태로부터 에어 실린더에 의해 구동되는 상기 캠 프레임(28)이 가이드 홈(29)에 감합되는 상기 가이드 롤러(31a, 31b)로 가이드되어 축선(L1) 방향으로 상승하면 도 18에 나타내는 바와 같이 상기 캠 롤러(33a, 33b)가 경사지는 캠 홈(30a, 30b)에 압박되어 도면의 좌방향으로 이동하기 때문에, 상기 레버 부재(12)와 밸브 샤프트(7)와 밸브판(5)이 일체가 되어 밸브 시트면(10)의 방향으로 상기 밸브 시트면(10)에 대하여 수직으로 이동하고, 밸브 시일(6)이 상기 밸브 시트면(10)에 압접되어서 상기 개구(3)가 폐쇄되고, 상기 밸브판(5)은 폐쇄 위치를 차지한다. 이때, 제 2 캠 롤러(33b)는 제 2 캠 홈(30b)에 있어서의 상기 제 2 홈부(30d) 내에 위치한다.
이어서, 상기 밸브판(5)에 의한 개구(3)의 폐쇄시에 상기 캠 프레임(28)에 작용하는 에어 실린더의 추력에 대하여 제 1-제 3 실시형태의 게이트 밸브(1A-1C)의 경우와 제 4 실시형태의 게이트 밸브(1D)의 경우를 비교하면서 이하에 설명한다.
도 19는 상기 제 1-제 3 실시형태의 게이트 밸브(1A-1C)에 있어서, 밸브판(5)이 개구(3)를 폐쇄하는 폐쇄 위치에 있을 경우의 요부의 측면도이다. 이때, 개구(3)측은 대기압(P1), 밸브판(5)의 배면측은 진공압(P2)이다.
동 도면에 있어서 밸브 시트면(10)에 대한 밸브 시일(6)의 압접력을 W, 밸브 시트면(10)의 중앙으로부터 제 1 캠 롤러(33a)에 대하여 제 1 캠 홈(30a)의 힘이 작용하는 작용점(T1)까지의 거리를 D1, 상기 작용점(T1)으로부터 제 2 캠 롤러(33b)에 대하여 제 2 캠 홈(30b)의 힘이 작용하는 작용점(T2)까지의 거리를 D2라고 하면, 상기 작용점(T2)에 가해지는 하중(W2)은 W2=W×D1/D2가 되고, 상기 작용점(T1)에 가해지는 하중(W1)은 상기 W2와 반대 방향으로 W1=W+W2가 된다.
또한, 에어 실린더의 추력(Fc)에 의해 압박된 상기 캠 프레임(28)은 제 1 캠 홈(30a)의 상기 작용점(T1)에서 상기 하중(W1)을 받기 때문에, 상기 작용점(T1)의 반대측의 홈 벽과 제 1 캠 롤러(33a) 사이에는 작은 간극이 생긴다. 그 때문에, 상기 제 1 캠 홈(30a)에 의한 밸브 시트면(10)과 평행 방향의 힘(F1)은 F1=-W1×tanθ가 되고, 이것이 상기 추력(Fc)에 대한 반력이 된다.
한편, 제 2 캠 홈(30b)의 상기 작용점(T2)은 상기 제 1 캠 홈(30a)의 작용점(T1)과 반대의 홈 벽측에 있고, 상기 제 2 캠 홈(30b)에 의한 밸브 시트면(10)과 평행 방향의 힘(F2)은 F2=+W2×tanθ가 되고, 이것이 상기 추력(Fc)과 동 방향으로 작용한다. 따라서, 에어 실린더의 필요 추력(Fc)은 Fc=F1-F2가 된다.
이에 대하여 제 4 실시형태의 게이트 밸브(1D)의 경우에는 도 18에 나타내는 바와 같이, 제 2 캠 롤러(33b)가 제 2 캠 홈(30b)의 제 2 홈 부분(30d) 내에 위치함으로써 상기 제 2 캠 홈(30b)에 의한 밸브 시트면(10)과 평행 방향의 힘(F2')은 F2'=+W2×tanθ2가 된다. 여기에서, θ2>θ이기 때문에 상기 W, W1, W2, D1, D2의 관계가 도 19의 경우와 같아도 상기 힘(F2')은 도 19에 있어서의 F2보다 크고, 따라서 에어 실린더의 필요 추력 Fc'=F1-F2'의 값은 도 19에 있어서의 Fc의 값보다 작아진다.
이 결과, 상기 에어 실린더로서 제 1 실시형태-제 3 실시형태의 경우보다 추력이 작은 소형의 에어 실린더를 사용할 수 있다.
또한, 상기 밸브판(5)이 상기 폐쇄 위치로 이동하고 밸브판(5)의 배면측이 진공압(P2)에 의해 개구(3)측이 대기압(P1)이 되었을 경우에 밸브 시일(6)의 압접력(W)의 증가에 의해 상기 작용점(T1, T2)에 가해지는 하중(W1, W2)이 증가하여 캠 프레임(28)이 약간 하강하고 밸브 시일(6)의 압축량이 감소하는 경우가 있지만, 서로 반대 방향으로 작용하는 힘 F1과 F2'의 차 F1-F2'가 작으므로 상기 캠 프레임(28)의 하한량은 무시할 수 있는 정도까지 작이지고, 밸브 시일(6)의 압축량의 감소도 극단적으로 적어지기 때문에 리크(leak)를 더욱 억제할 수 있다.
또한, 상기 각 실시형태에 있어서는 밸브판(5)의 개폐 조작을 위해서 2개의 에어 실린더(8)가 설치되어 있지만, 1개의 에어 실린더만을 설치하고 이 에어 실린더의 구동 로드에 상기 로드 암(24)을 연결해도 좋다.
또한, 상기 각 실시형태에 있어서는 좌우의 롤러 프레임(32) 각각에 2개의 가이드 롤러(31a, 31b)가 부착되어 있지만, 이 가이드 롤러는 각 롤러 프레임(32)에 3개 이상 부착되고, 밸브판(5)의 완전 개방 위치에서 일부의 가이드 롤러를 제외한 적어도 1개의 가이드 롤러가 캠 프레임(28)의 가이드 홈(29)에 감합되고, 상기 밸브판(5)의 대향 위치 및 폐쇄 위치에서 나머지 가이드 롤러가 상기 가이드 홈(29)에 감합됨으로써 모든 가이드 롤러가 상기 가이드 홈(29)에 감합되도록 구성할 수도 있다.
또한, 상기 제 1 실시형태의 게이트 밸브에 있어서의 벨로우즈(17)의 배치를 상기 제 2 실시형태의 게이트 밸브에 적용할 수도 있고, 그 반대로 상기 제 2 실시형태의 게이트 밸브에 있어서의 벨로우즈(17)의 배치를 제 1 실시형태 및 제 3 실시형태의 게이트 밸브에 적용할 수도 있다.
또한, 게이트 밸브를 진공 상태에서 사용하지 않을 경우에는 상기 벨로우즈를 생략할 수도 있다.
1A, 1B, 1C, 1D : 게이트 밸브 2 : 밸브 박스
3 : 개구 5 : 밸브판
6 : 밸브 시일 7 : 밸브 샤프트
8 : 에어 실린더 9 : 구동 로드
10 : 밸브 시트면 12 : 레버 부재
24 : 로드 암 25 : 압축 스프링
28 : 캠 프레임 29 : 가이드 홈
30a, 30b : 캠 홈 30c : 제 1 홈 부분
30d : 제 2 홈 부분 31a, 31b : 가이드 롤러
32 : 롤러 프레임 33a, 33b : 캠 롤러
L1 : 밸브 샤프트의 축선 θ, θ1, θ2 : 경사 각도
3 : 개구 5 : 밸브판
6 : 밸브 시일 7 : 밸브 샤프트
8 : 에어 실린더 9 : 구동 로드
10 : 밸브 시트면 12 : 레버 부재
24 : 로드 암 25 : 압축 스프링
28 : 캠 프레임 29 : 가이드 홈
30a, 30b : 캠 홈 30c : 제 1 홈 부분
30d : 제 2 홈 부분 31a, 31b : 가이드 롤러
32 : 롤러 프레임 33a, 33b : 캠 롤러
L1 : 밸브 샤프트의 축선 θ, θ1, θ2 : 경사 각도
Claims (9)
- 개구를 갖는 밸브 박스 내에 수용된 밸브판과, 상기 밸브판에 부착된 밸브 시일과, 상기 밸브판에 연결된 밸브 샤프트와, 상기 밸브 샤프트에 구동 로드가 연결된 에어 실린더를 갖고, 상기 에어 실린더에 의해 상기 밸브 샤프트를 이동시킴으로써 상기 밸브판이 상기 개구와 비대향을 이루는 완전 개방 위치로부터 상기 개구에 대향하는 대향 위치를 거쳐서 상기 개구 주위의 밸브 시트면에 밸브 시일을 압박해서 상기 개구를 폐쇄하는 폐쇄 위치로 이동하도록 구성된 게이트 밸브에 있어서:
상기 게이트 밸브는 상기 구동 로드와 상기 밸브 샤프트를 상대적으로 변위 가능하게 연결하는 연결 기구와, 상기 밸브판 및 밸브 샤프트를 상기 완전 개방 위치로부터 대향 위치를 향해서 상기 밸브 시트면과 평행하게 이동시키는 평행 이동 기구와, 상기 밸브판 및 밸브 샤프트를 상기 대향 위치로부터 폐쇄 위치를 향해서 상기 밸브 시트면에 대하여 수직으로 이동시키는 수직 이동 기구를 갖고,
상기 연결 기구는 상기 구동 로드에 고정된 로드 암과, 상기 밸브 샤프트에 고정된 레버 부재와, 상기 레버 부재와 상기 로드 암 사이에 개설된 압축 스프링을 갖고,
상기 평행 이동 기구는 상기 로드 암에 상기 레버 부재의 좌측면과 우측면에 각각 대면하도록 고정된 좌우 한 쌍의 캠 프레임과, 각 캠 프레임에 상기 밸브 시트면과 평행하게 형성된 가이드 홈과, 상기 밸브 박스가 부착된 보닛에 고정된 좌우 한 쌍의 롤러 프레임에 부착되어 상기 가이드 홈에 감합되는 가이드 롤러를 갖고,
상기 수직 이동 기구는 상기 한 쌍의 캠 프레임 각각에 상기 밸브 시트면에 대하여 경사지는 방향으로 형성된 캠 홈과, 상기 레버 부재의 좌측면과 우측면에 각각 부착되어 상기 캠 홈에 감합되는 캠 롤러를 갖는 것을 특징으로 하는 무슬라이딩형 게이트 밸브. - 제 1 항에 있어서,
상기 한 쌍의 캠 프레임 각각에 1개의 상기 가이드 홈과 2개의 상기 캠 홈이 형성되고, 상기 레버 부재의 좌측면과 우측면에 각각 2개의 상기 캠 롤러가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 무슬라이딩형 게이트 밸브. - 제 2 항에 있어서,
상기 가이드 홈은 상기 밸브 샤프트의 축선과 평행하게 형성되고, 상기 2개의 캠 홈과 상기 캠 홈에 감합되는 상기 2개의 캠 롤러는 상기 밸브 샤프트의 축선 방향으로 2단으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 무슬라이딩형 게이트 밸브 - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 캠 프레임의 폭 방향의 한쪽 절반측에 상기 가이드 홈이 형성되고, 상기 캠 프레임의 폭 방향의 다른쪽 절반측에 상기 캠 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 무슬라이딩형 게이트 밸브. - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 캠 프레임의 상기 롤러 프레임에 대면하는 외면에 상기 가이드 홈이 형성되고, 상기 캠 프레임의 상기 레버 부재에 대면하는 내면에 상기 캠 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 무슬라이딩형 게이트 밸브. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가이드 홈은 일단이 개방되는 홈이며, 상기 좌우의 롤러 프레임 각각에 복수의 상기 가이드 롤러가 부착되어 상기 밸브판의 완전 개방 위치에서 적어도 1개의 가이드 롤러가 상기 가이드 홈에 감합되고, 상기 밸브판의 대향 위치 및 폐쇄 위치에서 모든 가이드 롤러가 상기 가이드 홈에 감합되는 것을 특징으로 하는 무슬라이딩형 게이트 밸브. - 제 3 항에 있어서,
2단으로 형성된 상기 캠 홈은 상기 밸브판에 가까운 쪽의 제 1 캠 홈과 상기 밸브판으로부터 먼 쪽의 제 2 캠 홈이며, 상기 제 1 캠 홈과 제 2 캠 홈의 상기 밸브 샤프트의 축선에 대한 경사 각도는 서로 같은 것을 특징으로 하는 무슬라이딩형 게이트 밸브. - 제 3 항에 있어서,
2단으로 형성된 상기 캠 홈은 상기 밸브판에 가까운 쪽의 제 1 캠 홈과 상기 밸브판으로부터 먼 쪽의 제 2 캠 홈이며, 상기 제 2 캠 홈은 상기 밸브 샤프트의 축선에 대한 경사 각도가 서로 다른 제 1 홈 부분 및 제 2 홈 부분을 갖고, 상기 제 2 홈 부분은 상기 제 1 홈 부분보다 밸브판으로부터 먼 위치에 있고, 상기 제 2 홈 부분의 경사 각도는 상기 제 1 캠 홈의 밸브 샤프트의 축선에 대한 경사 각도보다 큰 것을 특징으로 하는 무슬라이딩형 게이트 밸브. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에어 실린더는 상기 보닛에 고정된 상태에서 상기 밸브 샤프트의 좌측과 우측에 1개씩 설치되고, 2개의 에어 실린더로부터 연장되는 2개의 상기 구동 로드에 상기 로드 암이 부착되고, 실린더 하우징이 상기 롤러 프레임을 겸하고 있는 것을 특징으로 하는 무슬라이딩형 게이트 밸브.
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