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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilstruktur zum Durchlassen
oder Absperren eines Fluids und eine intern mit dieser Struktur
versehene Ventilvorrichtung.
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Ein
Balgventil ist ein Beispiel für
Ventilvorrichtungen zum Öffnen/Schließen oder
Durchlassen/Absperren eines Hochdruckfluids und eines Fluids, das
von außen
abgesperrt werden muss, sowie zum Erzeugen eines Vakuums und dergleichen
(z.B. ungeprüfte
Japanische Patentschrift Nr. 10-504375, JP-A-2005-155677).
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6 zeigt schematisch die
Art und Weise, in der sich die Ventilstruktur in einem herkömmlichen Balgventil öffnet und
schließt,
wobei die Innenwandfläche
eines Ventilkastens (Kammer) V10 ein offenes Ventilloch 100 aufweist,
das den Einlass für
ein von außen
kommendes Fluid bildet, und der Umfang des offenen Einlasses in
der Innenwandfläche
einen Ventilsitz 120 bildet.
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Ein
Ventilteller 130 führt
eine hin- und hergehende Bewegung aus, um fest an dem Ventilsitz 120 anzugreifen
und sich von diesem zu lösen
und dadurch das Ventilloch zu öffnen
und zu verschließen. Auf
diese Weise wird ein Öffnungs- und Schließvorgang
einer Ventilvorrichtung durchgeführt.
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Es
sind eine Dichtung, ein O-Ring und dergleichen an der Ventilsitzfläche 120 oder
an der Ventiltellerfläche 130a (Fläche des
Ventiltellers, die in engem Kontakt mit dem Ventilsitz steht) vorgesehen, um
die Dichtwirkung beim Schließen
des Ventils zu verbessern, diese sind jedoch nicht gezeigt.
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6(a) zeigt den Ventilteller 130 in
der Schließposition
zum Absperren des Stroms zwischen dem Ventilloch 100 und
einem weiteren Fluiddurchgang 150, der in den Ventilkasten
hinein offen ist. 6(b) zeigt den Ventilteller 130 in
der Öffnungsposition,
in dem ein im Inneren V20 des Ventillochs befindliches Fluid A10
durch den Ventilkasten V10 zu dem Fluiddurchgang 150 strömen kann.
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Ein
Betätigungsschaft
S10 zum Durchführen der
Hin- und Herbewegung des Ventiltellers ist mit einer Rückfläche 130b des
Ventiltellers 130 verbunden, wo der Schaft in die Wand
des Ventilkastens eintritt und mit einem außerhalb des Ventilkastens angeordneten
Antriebsmechanismus verbunden ist. Ferner ist ein Balg 140 vorgesehen,
der den Betätigungsschaft
S10 umgibt. Eine Endfläche
des Balgs 140 ist mit der Rückfläche 130b des Ventiltellers 130 verbondet
(normalerweise verschweißt),
und die andere Endfläche
des Balgs 140 ist mit der Innenwandfläche des Ventilkastens verbondet.
Somit folgt der Balg 140 der Hin- und Herbewegung des Ventiltellers 130,
wobei er expandiert und/oder sich zusammenzieht, eine Leckage an
der Durchtrittsstelle des Betätigungsschafts
S10 durch die Wand verhindert, einen Raum V30 auf der Antriebsmechanismusseite
von dem Ventilkasten V10 abtrennt und einen engverschlossenen Zustand
in dem Ventilkasten aufrechterhält.
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Die
in 6 exemplarisch dargestellte
Ventilvorrichtung ist ein sogenanntes "L-Ventil", bei dem das Ventilloch 100 und
der weitere Fluiddurchgang 150 ungefähr orthogonal zueinander verlaufen
und im Wesentlichen in einem 90°-Winkel zueinander
in den Ventilkasten hinein offen sind.
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Der
Erfinder der vorliegenden Erfindung untersuchte jedoch über einen
Zeitraum den Öffnungs-/Schließzustand
der Ventilstruktur bei dem oben beschriebenen Ventil und hat folgendes
Problem festgestellt.
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Das
Problem betrifft eine verschlechterte Absperrleistung des Ventils,
wenn beispielsweise ein Abgasstrom in einem Diffusionsofen mittels
des in 6 gezeigten Ventils
gesteuert werden soll, wobei die Leistungsverschlechterung durch
Ablagerung von in dem Abgas enthaltenen Verunreinigungen hauptsächlich auf
der Ventiltellerfläche
(Fläche,
die an dem Ventilsitz angreift und sich von diesem löst) bei
wiederholten Öffnungs-
und Schließvorgängen des Ventiltellers
hervorgerufen wird, wobei die Ablagerung einen engen Kontakt zwischen
dem Ventilteller und dem Ventilsitz verhindert.
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Eine
solche verschlechterte Absperrleistung des Ventils führt zu Störungen in
Anlagen, bei denen das Ventil verwendet wird, wobei durch die Wiederherstellung
der Absperrleistung die Wartungskosten erhöht werden.
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Das
oben beschriebene Problem der Ablagerung von Fremdstoffen auf der
Ventiltellerfläche tritt
außer
beim Balgventil bei jeder beliebigen Öffnungs-/Schließstruktur
in dem Ventil auf.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ventilstruktur
und eine Ventilvorrichtung bereitzustellen, mit denen die Ablagerung
von Fremdstoffen auf der Ventiltellerfläche zumindest reduziert werden
kann.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs
1 bzw. 6.
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Der
Erfinder der vorliegenden Erfindung hat intensive Untersuchungen
durchgeführt
und festgestellt, dass bei einer Konfiguration, bei der ein rohrförmiges Element
von der Ventiltellerfläche
aus in ein Ventilloch hineinragt und ein Fluid aus einem in dem rohrförmigen Element
ausgebildeten Durchgangsloch strömt,
wenn sich der Ventilteller in der Öffnungsposition befindet und
dadurch die Richtung des Fluidstroms geändert wird, vorzugsweise die
Ablagerung von Fremdstoffen auf der Ventiltellerfläche reduziert
werden kann, und dies resultierte in der vorliegenden Erfindung.
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Entsprechend
ist die vorliegende Erfindung durch folgendes gekennzeichnet.
- (1) Eine Ventilstruktur mit mindestens einem
sich in eine Innenwandfläche
eines Ventilkastens hinein öffnenden
Ventilloch, einem die Öffnung
umgebenden Sitz und einem Ventilteller, der fest an dem Ventilsitz
angreift und sich von diesem löst, um
das vorgenannte Ventilloch zu öffnen
und zu verschließen,
wobei
eine Ventiltellerfläche,
die eine Ebene auf der Seite der Gesamtfläche des Ventiltellers ist,
welche in engem Kontakt mit dem Ventilsitz steht, einen vorstehenden
rohrförmigen
Teil aufweist, der gleitend mit dem Ventilloch zusammengreift,
wenn
sich der Ventilteller in der Schließposition befindet, sich der
gesamte rohrförmige
Teil in dem Ventilloch befindet und aufgrund eines beim Zusammengreifen
des rohrförmigen
Teils mit dem Ventilloch verbleibenden Zwischenraums der das Ventilloch
durchströmenden
Fluidstrom im Wesentlichen abgesperrt werden kann, wobei der rohrförmige Teil
eine Öffnung
in seiner Endteilfläche
aufweist, der rohrförmige
Teil ein Durchgangsloch in der Umfangsfläche seines Körpers aufweist
und das Durchgangsloch in einer derartigen Position ausgebildet
ist, dass das Durchgangsloch ganz oder teilweise in den Ventilkasten eintritt,
wenn sich der Ventilteller in der Öffnungsposition befindet, und
wenn
der Ventilteller aus der Schließposition
in die Öffnungsposition
bewegt wird, das in dem rohrförmigen
Teil ausgebildete Durchgangsloch aus dem Inneren des Ventillochs
heraus in den Ventilkasten eintritt, wodurch das Ventilloch über das
Innere des rohrförmigen
Teils mit dem Ventilkasten in Verbindung steht.
- (2) Die Ventilstruktur gemäß (1), bei
der die Gesamtlänge
des rohrförmigen
Teils derart ausgewählt
ist, dass der Endteil des rohrförmigen
Teils selbst dann in dem Ventilloch platziert ist, wenn sich der
Ventilteller in der Öffnungsposition
befindet.
- (3) Die Ventilstruktur gemäß (1), bei
der die Position und die Größe des Durchgangslochs
derart ausgewählt
sind, dass das gesamte Durchgangsloch in dem Ventilkasten platziert
ist, wenn sich der Ventilteller in der Öffnungsposition befindet.
- (4) Die Ventilstruktur gemäß (1), bei
der das Ventilloch einen kreisförmigen
Querschnitt aufweist und der rohrförmige Teil zylindrisch ausgebildet ist.
- (5) Die Ventilstruktur gemäß (1), die
ferner außer dem
Ventilloch einen in der Innenwandfläche des Ventilkastens ausgebildeten
Fluiddurchgang aufweist, der mit der Umgebung in Verbindung steht,
wobei
die Mittelachse des Ventillochs im Wesentlichen orthogonal zu derjenigen
des Fluiddurchgangs verläuft,
wobei
die Anzahl von in dem rohrförmigen
Teil auszubildenden Durchgangslöchern
Eins beträgt, und
wobei
das Durchgangsloch der Fluiddurchgangsöffnung zugewandt ist und die
Mittelachse des Lochs zu der des Fluiddurchgangs parallel verläuft.
- (6) Eine Ventilvorrichtung mit der Ventilstruktur gemäß einer
der vorgenannten Strukturen (1) bis (5).
- (7) Die Ventilvorrichtung gemäß (6), die ferner einen Betätigungsschaft
zum Durchführen
einer Öffnungs-/Schließbewegung
des in der Ventilstruktur vorgesehenen Ventiltellers von außerhalb des
Ventilkastens aufweist, wobei der Schaft von außen in den Ventilkasten eingeführt ist
und der Endteil des Schafts mit dem Ventilteller verbunden ist.
- (8) Die Ventilvorrichtung gemäß (6), bei der es sich um ein
Balgventil handelt, wobei der Außenumfang des Körpers des
Betätigungsschafts
mit einem Balg abgedeckt ist.
- (9) Die Ventilvorrichtung gemäß (6), bei der es sich um ein
L-Ventil handelt, das ferner außer dem
Ventilloch eine in der Innenwandfläche des Ventilkastens ausgebildete
Fluiddurchgangsöffnung
aufweist, die mit der Umgebung in Verbindung steht, wobei die Mittelachse
des Ventillochs im Wesentlichen orthogonal zu der des Fluiddurchgangs
verläuft.
- (10) Die Ventilvorrichtung gemäß (9), bei der die Mittelachse
des Ventillochs im Wesentlichen orthogonal zu der des Fluiddurchgangs
verläuft,
wobei
die Anzahl von in dem rohrförmigen
Teil auszubildenden Durchgangslöchern
Eins beträgt, und
wobei
das Durchgangsloch der Fluiddurchgangsöffnung zugewandt ist und die
Mittelachse des Lochs zu der des Fluiddurchgangs parallel verläuft.
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Im
folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Schnittansicht der Konfiguration und Arbeitsweise der
erfindungsgemäßen Ventilstruktur. 1(a) zeigt den Ventilteller in der Schließposition,
und 1(b) zeigt den Ventilteller in
der Öffnungsposition,
und ein in dem Ventilloch befindliches Fluid kann aus dem Inneren
des rohrförmigen
Teils durch das Durchgangsloch in den Ventilkasten strömen;
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2 eine
beispielhafte Form einer Öffnung des
in dem rohrförmigen
Teil ausgebildeten Durchgangslochs;
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3 eine
Schnittansicht mit Darstellung einer beispielhaften Position des
in dem rohrförmigen Teil
ausgebildeten Durchgangslochs;
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4 eine
schematische Schnittansicht der Struktur eines Balgventils, bei
dem es sich um eine der bevorzugten Ausführungsformen der Ventilvorrichtung
handelt;
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5 eine
spezifischere Schnittansicht der Struktur eines Balgventils, das
ein Ausführungsbeispiel
der Ventilvorrichtung ist;
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6 eine
schematische Schnittansicht der Struktur eines herkömmlichen
Balgventils.
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Die
Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen folgendes: 1 Ventilloch, 2 Ventilsitz
(Ventilsitzfläche), 3 Ventilteller, 4 rohrförmiges Teil, 5 Durchgangsloch,
V1 Ventilkasten (Kammer).
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Bei
einer herkömmlichen
Ventilstruktur prallt dann, wenn ein Fluid aus dem Ventilloch in
den Ventilkasten strömt,
ein Fluid A10, wie in 6(b) gezeigt,
in der Öffnungsposition
des Ventiltellers direkt auf die Ventiltellerfläche 130a auf und verteilt
sich dann in alle Richtungen in den Ventilkasten V10. Daher lagern
sich höchstwahrscheinlich
die in dem Fluid enthaltenen Substanzen (nachstehend als enthaltene
Substanzen bezeichnet) auf der Ventiltellerfläche ab.
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Im
Gegensatz dazu greift bei einer erfindungsgemäßen Ventilstruktur, die in 1(a) in geschlossenem Zustand gezeigt
ist, ein rohrförmiger Teil 4,
der von einer Ventiltellerfläche 3a vorsteht, gleitend
in ein Ventilloch 1 ein. Der rohrförmige Teil 4 und das
Ventilloch 1 greifen zusammen, wobei ein Zwischenraum ein
Gleiten des rohrförmigen
Teils 4 und eine reduzierte Flüssigkeitsleckage ermöglicht. Der
rohrförmige
Teil 4 weist eine offene Endteilfläche 4a auf, und der
Körper
des rohrförmigen
Teils 4 weist ein Durchgangsloch 5 in seiner Außenumfangsfläche auf.
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Durch
Vorsehen eines solchen zusätzlichen rohrförmigen Teils 4 strömt bei offener
Ventilstruktur (Durchflusszustand) ein Fluid A1 in Querrichtung
aus dem Durchgangsloch 5 des rohrförmigen Teils 4 in
einen breiten Ventilkasten, wie in 1(b) gezeigt.
Daher trifft das Fluid nicht direkt senkrecht auf die Ventiltellerfläche 3a auf.
Folglich nimmt der Betrag an Ablagerung von enthaltenen Substanz
auf der Ventiltellerfläche 3a ab.
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Insbesondere
bei einem L-Ventil verlaufen die Mittelachsen des Ventillochs 1 und
eines auf der anderen Seite befindlichen Fluiddurchgangs 6 im Wesentlichen
orthogonal zueinander, wie in 3 gezeigt.
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Wenn
die Ventilstruktur bei dem L-Ventil angewendet werden soll, kann
das Fluid A1 ferner dadurch auf effizientere Weise in den Fluiddurchgang 6 eingeleitet
werden, dass das Durchgangsloch 5 in dem rohrförmigen Teil 4 so
ausgebildet ist, dass es dem auf der anderen Seite befindlichen
Fluiddurchgang 6 zugewandt ist.
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Die
erfindungsgemäße Ventilstruktur
wird als erstes erläutert.
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Gemäß 1 weist
die erfindungsgemäße Ventilstruktur
mindestens einen Ventilsitz 2 und einen Ventilteller 3 auf.
Der Ventilsitz 2 ist an der Innenwandfläche W1 eines Ventilkastens
V1 ausgebildet, und der Ventilsitz 2 weist ein offenes
Ventilloch 1 in seinem Mittelteil auf. Der Ventilteller 3 führt eine
Hin- und Herbewegung
(Öffnungs-/Schließbewegung) zwecks
Angreifens an und Lösens
von dem Ventilsitz 2 aus, wodurch das Ventilloch 1 geöffnet und
verschlossen wird.
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Wie
oben beschrieben, weist die Ventiltellerfläche 3a, bei der es
sich um die Fläche
des Ventiltellers 3 handelt, die in engem Kontakt mit dem
Ventilsitz 2 steht, einen rohrförmigen Teil 4 in Form
eines Vorsprungs auf (wobei die Mittelachse des rohrförmigen Teils 4 senkrecht
zu der Ventiltellerfläche 3a verläuft). Gemäß 1(a) greift bei in der Schließposition
befindlichem Ventilteller 3 die gesamte Länge des rohrförmigen Teils 4 in
das Ventilloch 1 ein.
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Das
Zusammengreifen des rohrförmigen Teils 4 mit
dem Ventilloch 1 wird nachstehend beschrieben, wobei der
verbleibende Zwischenraum ein Gleiten des rohrförmigen Teils 4 ermöglicht und der
Strom eines Fluids im Wesentlichen abgesperrt wird. Ein vollständiges Absperren
des Fluidstroms erfolgt durch engen Kontakt zwischen der Ventilsitzfläche 2 und
der Ventiltellerfläche 3a.
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Die
Endteilfläche 4a des
rohrförmigen
Teils 4 weist eine Öffnung
auf, und das Innere 4b des rohrförmigen Teils 4 steht
mit dem Inneren V2 des Ventillochs 1 in Verbindung. Ferner
weist der rohrförmige Teil 4 ein
Durchgangsloch 5 im Außenumfang
seines Körpers
auf. Die Position des Durchgangslochs 5 ist derart ausgewählt, dass
das Durchgangsloch 5 ganz oder teilweise in den Ventilkasten
V1 eintritt, wenn sich der Ventilteller 3 in der Öffnungsposition
(Schieber im vollständig
geöffnete
Zustand) befindet.
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Gemäß 1(b) wird dann, wenn der Ventilteller 3 aus
der Schließposition
in die Öffnungsposition
bewegt wird, der rohrförmige
Teil 4 aus dem Ventilloch 1 heraus in den Ventilkasten
V1 gezogen, wodurch das Durchgangsloch 5 aus dem Inneren
des Ventillochs 1 in den Ventilkasten V1 gelangt und somit
das Ventilloch 1 über
das Innere des rohrförmigen Teils 4 und
das Durchgangsloch 5 mit dem Ventilkasten V1 in Verbindung
steht. In der Öffnungsposition sind
der Ventilsitz 2 und die Ventiltellerfläche 3a in ausreichendem
Maße voneinander
beabstandet, und ein Fluid A1 strömt in Querrichtung (senkrecht
zur Mittelachse) aus dem Durchgangsloch 5 durch den großen Zwischenraum,
und folglich kann ein direkter Aufprall des Fluids A1 auf die Ventiltellerfläche 3a abgemildert
werden und kann der Betrag an Ablagerung von enthaltener Substanz
reduziert werden.
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Obwohl
bei Verwendung der Ventilstruktur die Richtung des Fluidstroms keiner
besonderen Einschränkung
unterliegt, kann dann, wenn das Fluid aus dem Raum V2 in dem Ventilloch 1 zu
dem Ventilkasten V1 strömt,
die Ablagerung von Fremdstoffen auf der Ventilsitzfläche 3,
die bei herkömmlichen
Ventil strukturen auftritt, auf effektive Weise reduziert werden,
wodurch der Sinn der vorliegenden Erfindung erkennbar wird.
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Ferner
kann dann, wenn die Ventilstruktur bei einem L-Ventil verwendet
wird, die Strömungsrichtung
mittels des in dem rohrförmigen
Teil 4 ausgebildeten Durchgangslochs 5 in Richtung
auf die Auslassöffnung
gelenkt werden. Dadurch wird der Sinn der vorliegenden Erfindung
stärker
verdeutlicht.
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Die
Querschnittsform des Ventillochs 1 (wenn das Ventilloch 1 senkrecht
zu seiner Mittelachse ausgebildet ist) unter liegt keiner Einschränkung, es
kann sich dabei um eine Kreisform, eine Ellipse, ein Polygon (Dreieck,
Rechteck, Polygon), eine unregelmäßige Form und dergleichen handeln.
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Im
Hinblick auf die Abdichtbarkeit des Ventillochs 1, die
einfache Bearbeitung des Lochs, die einfache Bearbeitung des in
das Loch 1 eingreifenden rohrförmigen Teils 4 und
dergleichen handelt es sich bei der Querschnittsform des Ventillochs 1 vorzugsweise
um eine Kreisform. Entsprechend ist die Form des rohrförmigen Teils 4 vorzugsweise
zylindrisch.
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Eine
Ausführungsform,
bei der der Querschnitt des Ventillochs 1 kreisförmig ist
und der rohrförmige
Teil 4 zylindrisch ausgebildet ist, wird nachstehend beschrieben.
Wenn die Querschnittsform des Ventillochs 1 verändert wird,
kann die Konfiguration anderer Teile gegebenenfalls auch modifiziert werden.
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Der
Innendurchmesser des Ventillochs 1 unterliegt keiner besonderen
Einschränkung
und variiert je nach zu steuerndem Fluidstrom und dergleichen. Angesichts
der Anwendbarkeit bei Allzweckventilen beträgt er vorzugsweise ungefähr 20 mm – 300 mm,
insbesondere ungefähr
25 mm – 100
mm.
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Die
Hublänge
des Ventiltellers 3 von der Schließposition bis zur Öffnungsposition
kann entsprechend der Größe des Ventillochs 1 ausgewählt sein,
und es wird auf die Hublänge
des Ventiltellers 3 allgemeiner Ventilvorrichtungen verwiesen.
Wenn beispielsweise das Ventilloch 1 einen Innendurchmesser
von 70 mm aufweist, beträgt
die Hublänge des
Ventiltellers 3 zweckmäßigerweise
ungefähr
30 mm – 40
mm.
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Das
Material des Ventilsitzes 2, die Form der Ventilsitzfläche 2,
das Material des Ventiltellers 3, die Form der Ventiltellerfläche 3a und
die Abdichtungsstruktur (Form der Dichtung oder des O-Rings und der
Befestigungsstruktur für
diese) zum Verbessern des dichten Absperrens durch Abdichten der
Ventilsitzfläche 2 und
der Ventiltellerfläche 3a und
dergleichen können
so ausgewählt
sein, wie es für
die Verwendung der Ventilstruktur geeignet ist, und es wird dabei
auf den Stand der Technik verwiesen. Sowohl die Ventilsitzfläche 2 als
auch die Ventiltellerfläche 3a sind
zu Erläuterungszwecken
in 1 in einer einfachen flachen Ebene dargestellt.
Es kann jedoch beispielsweise auch eine komplizierte konkave/konvexe Fläche einer
Dichtung oder eines O-Rings zum Verbessern der Abdichtung des Ventils
verwendet werden.
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Der
Außendurchmesser
des rohrförmigen Teils 4 ist
entsprechend dem Innendurchmesser des Ventillochs 1 ausgewählt.
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Der
beim Zusammengreifen des Ventillochs 1 und des rohrförmigen Teils 4 verbleibende
Zwischenraum [Differenz (D-d) zwischen dem Innendurchmesser D des
Ventillochs 1 und dem Außendurchmesser d des rohrförmigen Teils 4]
ermöglicht ein
Gleiten des rohrförmigen
Teils 4 in dem Ventilloch 1, wobei ein das Ventilloch 1 durchströmender Fluidstrom
im Wesentlichen abgesperrt wird.
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"Wesentliches Absperren
eines Fluidstroms" bedeutet
ein ausreichendes Reduzieren eines Fluidstroms in dem Maße, dass
eine beim Stand der Technik auftretende Ablagerung von Substanzen
verhindert wird, selbst wenn der den Zwischenraum durchströmende Fluidstrom
direkt auf die Ventiltellerfläche 3a auftrifft.
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Obwohl
die Größe des beim
Zusammengreifen des rohrförmigen
Teils 4 und des Ventillochs 1 verbleibenden Zwischenraums
keiner besonderen Einschrän kung
unterliegt, beeinträchtigt
ein zu großer
Zwischenraum die Wirksamkeit des rohrförmigen Teils 4. Obwohl
ein kleinerer Zwischenraum eher bevorzugt wird, behindert ein zu
kleiner Zwischenraum das Gleiten des rohrförmigen Teils 4, was
wiederum zu einer Beeinträchtigung
einer reibungslosen Hin- und Herbewegung des Ventiltellers 3 führt.
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Ein
bevorzugtes Beispiel für
einen beim Zusammengreifen des rohrförmigen Teils 4 mit
dem Ventilloch 1 verbleibenden Zwischenraum wird nachstehend
beschrieben.
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Wenn
der Innendurchmesser des Ventillochs 1 20 mm – 100 mm
beträgt,
beträgt
der beim Zusammengreifen verbleibende Zwischenraum 0,1 mm – 5 mm,
vorzugsweise 0,5 mm – 1
mm.
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Wenn
der Innendurchmesser des Ventillochs 1 100 mm – 150 mm
beträgt,
beträgt
der beim Zusammengreifen verbleibende Zwischenraum 0,2 mm – 15 mm,
vorzugsweise 1 mm – 3
mm.
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Wenn
der Innendurchmesser des Ventillochs 1 150 mm – 300 mm
beträgt,
beträgt
der beim Zusammengreifen verbleibende Zwischenraum 0,4 mm – 25 mm,
vorzugsweise 2 mm – 5
mm.
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Diese
Zahlenbereiche sind nur ungefähre Werte
und können
je nach Oberflächengüte der Innenfläche des
Ventillochs 1, der Außenumfangsfläche des
rohrförmigen
Teils 4 und dergleichen entsprechend angepasst werden.
Wenn der Innendurchmesser des Ventillochs 1 außerhalb
der oben genannten Bereiche liegt, kann das Maß an beim Zusammengreifen verbleibendem
Zwischenraum, der ein Gleiten des rohrförmigen Teils 4 in
dem Ventilloch 1 ermöglicht
und bei dem ein das Ventilloch 1 durchströmender Fluidstrom
im Wesentlichen abgesperrt wird, zur Lösung der Aufgabe der Erfindung
experimentell ermittelt werden.
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Die
Gesamtlänge
des rohrförmigen
Teils 4 kann entsprechend der Hublänge des Ventiltellers 3 und
dem Innendurchmesser des Ventillochs 1 ausgewählt sein.
Die Gesamtlänge
ist jedoch vorzugsweise größer als
die Hublänge
des Ventiltellers 3, so dass der Endteil des rohrförmigen Teils 4 in
dem Ventilloch 1 angeordnet ist, selbst wenn sich der Ventilteller 3 in der Öffnungsposition
befindet. Die Länge
des in dem Ventilloch 1 befindlichen rohrförmigen Teils 4 beträgt in der Öffnungsposition
ungefähr
2 mm – 50
mm.
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Wenn
beispielsweise der Innendurchmesser des Ventillochs 1 70
mm beträgt
und der Hub des Ventiltellers 3 30 mm beträgt, ist
eine Gesamtlänge des
rohrförmigen
Teils 4 von ungefähr
32 mm – 35 mm
für die
praktische Anwendung geeignet.
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Da
die Gesamtlänge
des rohrförmigen
Teils 4 größer ist
als die Hublänge
des Ventiltellers 3, strömt das Fluid immer von dem
rohrförmigen
Teil 4 über das
Durchgangsloch 5 in den Ventilkasten V1, selbst wenn sich
der Ventilteller 3 in der Öffnungsposition befindet. Ferner
treten so leicht keine Probleme mit einem "schiefen inkorrekten Kontakt" auf, die beim Gleiten
des rohrförmigen
Teils 4 in dem Ventilloch 1 entstehen können.
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Der
rohrförmige
Teil 4 kann durch Gießen, Schneiden
und maschinelles Bearbeiten und dergleichen einstückig mit
Ventilteller 3 ausgebildet werden. Da die Dicke relativ
klein ist und das Material ausschließlich für den rohrförmigen Teil 4 frei
gewählt werden
kann, wird der rohrförmige
Teil 4 vorzugsweise separat hergestellt und dann mit dem
Ventilteller 3 verbondet. Bei dem Verbondungsverfahren
kann es sich um Schweißen,
Schmelzspleißen,
Verschrauben, Kalfatern und dergleichen handeln.
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Obwohl
das Material des rohrförmigen
Teils 4 keiner Einschränkung
unterliegt, werden metallische Materialen hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit, Wärmebeständigkeit
und dergleichen bevorzugt. Von den metallischen Materialien wird
nichtrostendes Metall besonders bevorzugt.
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Obwohl
die Dicke des rohrförmigen
Teils 4 je nach Innendurchmesser des Ventillochs 1 und
des Materials des rohrförmigen
Teils 4 variiert, beträgt
sie zum Beispiel vorzugsweise ungefähr 1 mm – 5 mm, wenn der Innendurchmesser
des Ventillochs 1 ungefähr
20 mm – 300
mm beträgt
und das Material nichtrostendes Metall ist.
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Die
Außenumfangsfläche des
Körpers
des rohrförmigen
Teils 4 und die Innenfläche
des Ventillochs 1 werden vorzugsweise einer Glättungsbehandlung
zum Reduzieren des Gleitwiderstands sowie einer Abrasivbehandlung
und dergleichen unterzogen. Ferner können, falls möglich, verschiedene Schmierbehandlungen
in Bezug auf das Fluid durchgeführt
werden.
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Die
Position und die Form des in dem rohrförmigen Teil 4 auszubildenden
Durchgangslochs 5 sind beliebig, solange die Öffnung des
Durchgangslochs 5 ganz oder teilweise in den Ventilkasten
V1 eintritt, so dass das Durchgangsloch 5 als Durchgang für das Fluid
fungieren kann, wenn sich der Ventilteller 3 in der Öffnungsposition
befindet.
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Zur
adäquaten
Verwendung des so gebildeten Durchgangslochs 5 als Strömungsweg
tritt vorzugsweise das gesamte Durchgangsloch 5 in den Ventilkasten
V1 ein, wenn sich der Ventilteller 3 in der Öffnungsposition
befindet. Zum Trennen des aus dem Durchgangsloch 5 in den
Ventilkasten V1 eintretenden Fluidstroms von der Ventilsitzfläche 2,
wie in 3 gezeigt, befindet sich die Innenfläche der
Endteilseite des Durchgangslochs 5 vorzugsweise in dem
Ventilkasten V1, und zwar in einer bestimmten Distanz d1 zu der
Ventilsitzfläche 2.
Wenn die vorgenannte bestimmte Distanz d1 herzustellen ist, wird diese
zweckmäßigerweise
mit Bezug auf den Innendurchmesser des Ventillochs 1 und
den Innendurchmesser des Durchgangslochs 5 festgelegt.
Bei allgemeiner Verwendung beträgt
d1 zweckmäßigerweise ungefähr 2 mm – 15 mm.
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Auf
im Wesentlichen gleiche Weise ist zum Trennen des aus dem Durchgangsloch 5 in
den Ventilkasten V1 strömenden
Fluidstroms von der Ventiltellerfläche 3a, wie in 3 gezeigt,
die Innenfläche der
Basisendseite des Durch gangslochs 5 in Richtung auf die
Endteilseite vorzugsweise um eine bestimmten Distanz d2 von der
Ventiltellerfläche 3a beabstandet.
Wenn die vorgenannte bestimmte Distanz d2 herzustellen ist, beträgt sie zweckmäßigerweise ungefähr 2 mm – 15 mm,
die oben genannte Distanz d1.
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Die
Form der Öffnung
des in dem rohrförmigen
Teil 4 auszubildenden Durchgangslochs 5 (Form des
Durchgangslochs 5 in der Draufsicht des Durchgangslochs 5 entlang
der Mittelachse des Durchgangslochs 5) unterliegt keiner
besonderen Einschränkung.
Da das Ausbilden des Lochs und das Berechnen der Strömungsrate
einfach sind und unerwünschte
Turbulenzen in der Strömung
eliminiert werden können,
werden eine in 2(a) gezeigte Kreisform,
eine in 2(b) gezeigte in Achsrichtung des
rohrförmigen
Teils 4 gelängte
Ellipse, eine in 2(c) gezeigte in
Außenumfangsrichtung
des rohrförmigen
Teils 4 gelängte
Ellipse, ein in 2(d) gezeigtes Quadrat
und dergleichen bevorzugt. Wenn der rohrförmige Teil 4 ein kreisförmiger Zylinder
ist, bildet die tatsächliche
Form der Öffnung
des Durchgangslochs 5 die Schnittlinie.
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Obwohl
die Größe (Innendurchmesser)
und Anzahl von in dem rohrförmigen
Teil 4 auszubildenden Durchganglöchern 5 keiner besonderen
Einschränkung
unterliegen, ist das Durchgangsloch 5 vorzugsweise mit
einer ausreichenden Gesamtöffnungsfläche ausgebildet,
so dass das Durchgangsloch 5 den Strom nicht behindert,
wenn sich der Ventilteller 3 in der Öffnungsposition befindet. Wenn
beispielsweise der Innendurchmesser des Ventillochs 1 70
mm beträgt
und der in das Loch 1 einzusetzende zylinderförmig ausgebildete
rohrförmige
Teil 4 ein Durchgangsloch 5 mit einer kreisförmigen Öffnung aufweist,
beträgt
der Innendurchmesser vorzugsweise ungefähr 25 mm – 50 mm, insbesondere ungefähr 30 mm – 35 mm.
Diese Bereiche sind nur beispielhaft genannt, und es können je
nach Druck des zu steuernden Fluids außerhalb der oben genanten Bereiche
liegende optimale Werte ausgewählt
werden.
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Wie
oben beschrieben, verlaufen dann, wenn es sich bei dem Ventil um
ein in 3 gezeigtes L-Ventil handelt, die Mittelachse
des Ventillochs 1 und die Mittelachse des auf der anderen
Seite befindlichen Fluiddurchgangs 6 unge fähr orthogonal
zueinander (das heißt,
sie kreuzen sich in einem Winkel von ungefähr 90°) und bilden im Wesentlichen
einen 90°-Winkel.
In diesem Fall beträgt
die Anzahl von Durchgangslöchern 5 in
dem rohrförmigen
Teil 4 vorzugsweise Eins, ist das Durchgangsloch 5 der
Innenwandflächenseite,
auf der der Fluiddurchgang 6 offen ist, zugewandt und verläuft die
Mittelachse des Durchgangslochs 5 parallel zu der Mittelachse
des Fluiddurchgangs 6, wodurch das Fluid durch Wirkung des
Durchgangslochs 5 sanft in Richtung auf den auf der anderen
Seite befindlichen Fluiddurchgang 6 geleitet wird.
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Die
erfindungsgemäße Ventilstruktur
ist nicht als unabhängiger
Teil einer Ventilvorrichtung anwendbar, sondern kann auch direkt
in ein Teil eingeformt sein, mit dem der Fluidstrom gesteuert wird.
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Die
erfindungsgemäße Ventilvorrichtung wird
nun beschrieben.
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Die
Ventilvorrichtung wird unter Verwendung der erfindungsgemäßen Ventilstruktur
hergestellt. Die Konfiguration der anderen Teile der Ventilvorrichtung
kann die gleiche sein wie bei bekannten Ventilvorrichtungen. Gemäß 1 ist
ein Betätigungsschaft
S vorzugsweise von außen
in den Ventilkasten V1 eingesetzt, um die Öffnungs-/Schließbewegung des
Ventiltellers 3 von außerhalb
des Ventilkastens V1 durchzuführen,
und der Endteil des Schafts ist vorzugsweise mit der Rückfläche des
Ventiltellers 3 verbunden.
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Die
Ventilvorrichtung kann verschiedene Formen aufweisen, es kann sich
z.B. um ein L-Ventil (Eckventil) und dergleichen handeln, das zwischen den
beiden in den Ventilkasten V1 hinein offenen Ports (Ventilloch 1 und
dem anderen Durchgang 6) gebildet ist.
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Im
Falle eines oben beschriebenen L-Ventils kann ein Fluid durch Wirkung
des in der erfindungsgemäßen Ventilstruktur
ausgebildeten Durchgangslochs 5 sanft in Richtung auf den
auf der anderen Seite befindlichen Fluiddurchgang 6 geleitet
werden.
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4 zeigt
eine schematische Schnittansicht der Struktur eines Balgventils,
das ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Ventilvorrichtung ist. Die Ventilvorrichtung ist ein L-Ventil,
bei dem zwei in den Ventilkasten V1 hinein offene Ports im Wesentlichen
orthogonal zueinander angeordnet sind.
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Als
Ventilstruktur wird die erfindungsgemäße Ventilstruktur verwendet,
und der an dem Ventilteller 3 ausgebildete rohrförmige Teil 4 tritt
in das Ventilloch 1 ein. Die Konfiguration des Balgventils
selbst ist anders als die der Ventilstruktur die gleiche wie bei
dem in 6 gezeigten herkömmlichen Mechanismus. Insbesondere
ist ein Schaft S als Mechanismus für eine Hin- und Herbewegung
des Ventiltellers 3 mit der Rückfläche 3b des Ventiltellers 3 verbunden,
und der Schaft S ist mit einem außerhalb des Ventilkastens V1
angeordneten hin- und hergehenden Mechanismus (Luftzylinder etc.)
verbunden (4). Ein Balg 7 ist
zum luftdichten oder fluiddichten Absperren eines auf der Seite
des hin- und hergehenden Mechanismus befindlichen Raums V3 gegen
den Ventilkasten V1 an der Rückfläche 3b des
Ventiltellers 3 ausgebildet und deckt den den Schaft S
umgebenden Bereich ab. Ein Ende des Balgs 7 ist mit der Rückfläche 3b des
Ventiltellers 3 verbunden, und die andere Endfläche ist
mit einer Innenwandfläche
des Ventilkastens V1 verbunden. Folglich sperrt der Balg 7 den
Ventilkasten V1 gegen den auf der Seite des hin- und hergehenden
Mechanismus befindlichen Raum V3 ab, wobei er sich der Hin- und
Herbewegung des Ventiltellers 3 folgend mit hoher Dichtwirkung
dehnt.
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Das
Material (rostfrei und dergleichen) und die Größe herkömmlicher Balgventile können für die hier
beschriebenen Bälge
verwendet werden.
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Als
Balg zum Handhaben eines unter hohem Druck stehenden Fluids oder
eines Vakuums wird vorzugsweise ein Metallbalg verwendet, der unter Anwendung
des folgenden Produktionsverfahrens mit ultrafeiner Steigung hergestellt
wird.
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Bei
einem Verfahren zum Herstellen eines Metallbalgrohrs werden folgende
Schritte durchgeführt:
Fertigen eines Metallbalg-Basisrohrs, bei dem "Erhö hungs-und-Vertiefungs"-Profilformen in
einer balgförmigen
Rohrwand U-förmig
ausgebildet sind, Zusammendrücken
des Basisrohrs in Längsrichtung, um
einander benachbarte Erhöhungen
und Vertiefungen der balgförmigen
Rohrwand in engen Kontakt miteinander zu bringen, ferner Druckformen
des Rohrs, bis das Innere jeder Erhöhung und der Abstand zwischen
einander benachbarten Erhöhungen durch
Drücken
im Wesentlichen eliminiert werden, und anschließendes Dehnen des Basisrohrs
in Längsrichtung
des Rohrs nach dem Druckformen, bis ein Spitze-Spitze-Abstand zwischen
einander benachbarten Erhöhungen
eine vorbestimmte Distanz erreicht.
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Der
Mechanismus zum Bewirken einer Hin- und Herbewegung des Ventiltellers 3 unterliegt
keiner Einschränkung.
Beispielsweise tritt bei dem in 4 gezeigten
Ausführungsbeispiel
ein Schaft (eine Stange) S zum Hin- und Herbewegen des Ventiltellers 3 von
außerhalb
eines Gehäuses
h in den Ventilkasten V1 ein. Das andere Ende des Schafts S kann
manuell oder automatisch betätigbar
sein und mit einem beliebigen Mechanismus verbunden sein, so lange
der Schaft hin- und herbewegt werden kann.
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Als
manueller Hin- und Herbewegmechanismus können beispielsweise ein Kippmechanismus unter
Verwendung eines Gestänges,
ein Schraubmechanismus zum Bewirken einer Hin- und Herbewegung in
axialer Richtung durch einfaches Schrauben an einem Ventilteller
und dergleichen verwendet werden. Als Hin- und Herbewegmechanismus
unter Verwendung einer mechanischen Kraft können ein pneumatisch oder ölhydraulisch
oder durch einen Elektromagneten betätigbarer zylindrischer bewegbarer
Schaft und dergleichen verwendet werden.
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Material,
Größe und Form
sowie Konfiguration und dergleichen der zum Öffnen und Schließen erforderlichen
Elemente der herkömmlichen
Teile, wie z.B. ein einen Ventilkasten bildendes Gehäuse, eine
Antriebseinrichtung (eine manuelle Schraubvorrichtung, einen automatischen
Zylinder etc.) zum Hin- und Herbewegen eines Ventiltellers, ein
O-Ring für
jedes Teil und dessen Befestigungsteil, ein Rohrkoppelteil mit einer
externen Rohranordnung, die Spezifi kation des Balgs im Falle eines
Balgventils und dergleichen sind von herkömmlichen Ventilvorrichtungen
und herkömmlichen
Balgventilvorrichtungen bekannt.
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Die
Verwendung der Ventilstruktur und der Ventilvorrichtung unterliegt
keiner besonderen Einschränkung,
und die Ventilstruktur und die Ventilvorrichtung können generell
zum Steuern eines Fluidstroms, wie z.B. eines Gases (Luft, verschiedene
Gase), einer Flüssigkeit
(Öl, Wasser,
Nahrung, Medikament, Mischung, Verbundstoff) und dergleichen sowie
zum Handhaben eines unter hohem Druck und hohem Vakuum stehenden
spezifischen Fluids verwendet werden.
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Wie
beim Stand der Technik beschrieben, tritt bei einer Absaugrohrleitung
eines für
einen Halbleiterfertigungsprozess verwendeten Diffusionsofens und
dergleichen ein Problem hinsichtlich der Ablagerung von Reaktionsprodukten
auf der Ventilsitzfläche und
der Ventiltellerfläche
auf. Durch Verwendung des Ventils als Steuerventileinrichtung für eine solche Rohrleitung
wird der Zweck der Ventilvorrichtung verdeutlicht.
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BEISPIELE
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Es
wurde ein L-Balgventil mit der erfindungsgemäßen Ventilstruktur hergestellt.
Ein Teil davon ist in 5 gezeigt.
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In 5 sind
ein Ventilteller 3, ein Ventilsitz (mit integriertem Einlassport) 2 und
ein rohrförmiger Teil 4 schraffiert
dargestellt, um den Bereich jedes dieser Teile deutlicher zu zeigen.
Ein mittlerer Teil des Balgs ist in der Zeichnung aus 5 weggelassen worden.
Der Einlassport und der Auslassport öffnen sich derart in der Innenwand
des Ventilkastens V1, dass ihre Mittelachsen einander in einem Winkel
von 90° kreuzen.
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Der
Innendurchmesser des Ventillochs 1 beträgt 70 mm, und der Hub des Ventiltellers 3 beträgt 36 mm.
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Der
rohrförmige
Teil 4 ist ein rostfreier kreisförmiger Zylinder mit einer Dicke
von 2 mm, einem Außendurchmesser
von 68,5 mm und einer Gesamtlänge
von 44,5 mm ab der Ventiltellerfläche 3a. Der rohrförmige Teil 4 war
durch WIG-(Wolframinertgas-)Schweißen mit dem Ventilteller (Material SUS304)
verbondet.
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Das
in dem rohrförmigen
Teil 4 ausgebildete Durchgangsloch 5 hatte eine
kreisförmige Öffnung (die
Mittelachse entlang betrachtet) mit einem Innendurchmesser von 32
mm, die einem Auslassport (obere Seite in der Zeichnung) zugewandt
war.
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Die
Distanz d1 zwischen dem Durchgangsloch 5 und der in 3 gezeigten
Ventilsitzfläche 2 betrug
7 mm, und die Distanz d2 zwischen dem Durchgangsloch 5 und
der in 3 gezeigten Ventiltellerfläche 3a betrug 3,5
mm.
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(Auswertung)
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Die
erfindungsgemäße Ventilvorrichtung (L-Balgventil)
mit der oben beschriebenen Konfiguration wurde in eine Rohrleitung
eingesetzt und als Steuerventil für ein Abgas von einem Diffusionsofen verwendet.
Es wurden wiederholt Halbleiterwafer hergestellt, und es wurde das
Maß an
Ablagerung von enthaltenen Substanzen auf der Ventilsitzfläche 2 untersucht.
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Zu
Vergleichszwecken wurde unter Verwendung eines L-Balgventils mit
einer in 6 gezeigten herkömmlichen
Ventilstruktur eine im Wesentlichen gleiche Untersuchung durchgeführt.
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Bei
Verwendung eines herkömmlichen L-Balgventils
erhöhte
sich die Anzahl von Partikeln in dem Vakuum, wie in dem stromaufwärts (auf
der Diffusions- Ofenseite)
angeordneten Ventil gemessen, wenn die Anzahl von Waferbehandlungen 30 Chargen überstieg.
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Im
Gegensatz dazu veränderte
sich bei Verwendung des erfindungsgemäßen L-Balgventils die Anzahl
von Partikeln in dem Vakuum selbst dann nicht, als die Anzahl von
Waferbehandlungen 100 Chargen überstieg, was ein Anzeichen
dafür ist,
dass das Vakuum in dem Diffusionsofen in einem bevorzugten sauberen
Zustand gehalten worden war. Dies wird auf die reduzierte Ablagerung
von Reaktionsprodukten auf der Öffnungs-/Schließfläche der
erfindungsgemäßen Ventilstruktur
zurückgeführt.
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Ferner
hat sich herausgestellt, dass herkömmliche Ventilvorrichtungen
gewartet werden müssen,
um die verschlechterte Absperrleistung bei normaler Halbleiterwaferproduktion
zu kompensieren, d.h. die Vorrichtungen müssen im Wesentlichen jeden
Monat ausgebaut werden, während
bei der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung
eine solche Wartung höchstens
alle 6 Monate durchgeführt
werden muss.
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Bei
der erfindungsgemäßen Ventilstruktur kann
die Ablagerung von enthaltenen Substanzen auf der Ventilsitzfläche 2 selbst
bei Verwendung der Ventilstruktur zum Steuern eines speziellen Fluids (das
die Ablagerung der darin enthaltenen Substanzen vereinfacht) reduziert
werden, wie z.B. bei einer Absaugrohrleitung eines Diffusionsofens
und dergleichen.
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Ferner
ermöglicht
eine solche Ventilstruktur das Vorsehen einer bevorzugten Ventilvorrichtung, bei
der die Ventiltellerfläche
und die Ventilsitzfläche seltener
gewartet werden müssen.
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Die
vorliegende Anmeldung basiert auf der in Japan eingereichten Patentanmeldung
Nr. 2006-15598, deren vollständiger
Inhalt hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht ist.