JP2000046240A - 高真空・高圧バルブ及び高圧熱分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高真空と高加圧を繰り返す圧力容器と真空ポ
ンプとの間に介装できる高真空・高圧バルブを提供す
る。 【解決手段】 真空ポンプ２と、真空排気された上で高
圧ガスが導入される圧力容器１との間に介装され、真空
排気時に開かれ、高圧ガス導入時に閉じられる高真空・
高圧バルブ３Ａであり、隔壁１４によって互いに仕切ら
れた圧力容器１側に接続される第１室１２と真空ポンプ
２側に接続される第２室１３とを有するケーシング１１
と、隔壁１４に形成されて第１室１２と第２室１３を連
絡する開口１５と、開口１５の周囲に確保された弁座１
６と、第１室１２側に配されると共に弁座１６に対して
接触離脱可能とされた弁体１７と、一端が弁体１７に連
結され他端が第２室１３の壁を気密に貫通して外部に導
出された弁体開閉用のシャフト２０とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高真空・高圧バル
ブ、及びそのバルブを装備した高圧熱分析装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば、高圧熱分析装置のように、材料
を高圧容器内にセットする装置において、加圧する前の
大気が被加圧物に対して不純物として影響する場合、加
圧する前に高圧容器を真空排気する必要がある。このよ
うな場合、高圧容器と真空ポンプとの間にバルブを設
け、真空排気するときにはバルブを開いて内部ガスを排
気し、その後、バルブを閉じて高圧ガスを導入して、容
器内を加圧するようにしている。

【０００３】ところで、高圧容器内の不純ガスをより完
全に取り除くためには、真空排気時の真空度を上げる必
要があり、そのためにはバルブの口径を大きくして排気
速度を上げる必要がある。しかし、バルブの口径を大き
くすると、バルブを閉じて加圧した場合に、そのバルブ
の口径に対応してバルブに大きな荷重が作用する。例え
ば、口径１０ｃｍ² のバルブの場合、そのバルブの面積
は５×５×πｃｍ² となり、仮に容器内圧を１０ｋｇ／
ｃｍ² とした場合、バルブ全体に作用する力は７８５ｋ
ｇとなり、一般の高圧バルブでは荷重に耐えられなくて
破損する可能性がある。

【０００４】例えば、従来一般に市販されている高真空
バルブとして、アングルバルブ、バタフライバルブ、ゲ
ートバルブなどがあるが、これらを上記の用途に使用す
るにはそれぞれに問題がある。以下、各バルブの構成と
その問題点について簡単に述べる。

【０００５】図３はアングルバルブの一例を示してい
る。このバルブ１０１Ａは、３つのフランジ１０２、１
０３、１０４を有するＴ字形の本体１０５に、弁体１０
７を組み込み、カバー１１２を取り付けたものであり、
直交する関係にある第１、第２のフランジ１０２、１０
３に、それぞれ管路を接続するようになっている。弁体
１０７は、第１のフランジ１０２の内面側に設けた弁座
１０６に、Ｏリング１０８を介して気密に密着できるよ
うに設けられている。カバー１１２は、第１のフランジ
１０２と対向する第３のフランジ１０４にＯリング１１
８を介して固定されており、このカバー１１２に形成さ
れたボス部に、弁体１０７を開閉操作するためのシャフ
ト１１０が、Ｏリング１１３を介して気密に貫通配備さ
れている。このシャフト１１０は、先端が弁体１０７に
連結されており、外部のハンドル１１５を回すことで、
ネジ部１４の作用により、弁体１０７を、弁座１０６に
対して密着させたり、弁座１０６から離間させたりする
ことができるようになっている。

【０００６】このバルブ１０１Ａを高圧容器と真空ポン
プ間に取り付けて使用する場合、第１のフランジ１０２
側に高圧容器を接続すると、加圧した際に弁体１０７に
大きな力が作用することになり、シャフト１１０あるい
はネジ部１４が破損することが考えられる。一方、第２
のフランジ１０２側に高圧容器を接続すると、弁体１０
７よりも高圧容器側にシャフト１１０の貫通部分が位置
することになるので、真空排気した状態において、当該
シャフト１１０の貫通部分を通しての外部からのガスリ
ークが問題となる。

【０００７】また、図４に示すアングルバルブ１０１Ｂ
は、特に外部からのガスリークが問題となる場合に利用
されるものである。このバルブ１０１Ｂでは、弁体１０
７の開閉機構であるシャフト１１０の貫通部分からのガ
スリークを防止するように、弁体１０７とカバー１１２
の間に、シャフト１１０を覆うベローズ１１７を溶接し
て取り付けている。

【０００８】このバルブ１０１Ｂの場合は、第２のフラ
ンジ１０２側に高圧容器を接続した際の真空排気状態に
おける外部からのガスリークの問題は解消可能である
が、高圧に加圧した際にベローズ１１７に外部から大き
な力が作用することになり、ベローズ１１７が破損する
おそれがある。

【０００９】従って、上記従来のアングルバルブ１０１
Ａ、１０１Ｂは、高真空・高圧バルブとして使用するに
は問題があった。

【００１０】図５（ａ）、（ｂ）はバタフライバルブの
一例を示している。このバルブ１２１は、リング状の本
体ケーシング１２３に、円盤状の弁体１２５をシャフト
１２４で回動可能に取り付けたものである。弁体１２５
は、その直径方向に配したシャフト１２４にネジ１２６
で取り付けられており、弁体１２５の外周にはＯリング
１２７が嵌められている。そして、開閉レバーハンドル
１２８を操作することにより、シャフト１２４を介して
弁体１２５を回転させ、バルブの開閉を行うようになっ
ている。

【００１１】このバルブ１２１を上記の用途に使用する
場合、本体ケーシング１２３の一方のフランジ面を真空
ポンプ側に接続し、他方のフランジ面を高圧容器側に取
り付けて使用することになるが、弁を閉じて高圧に加圧
した際に、弁体１２５に作用する力が一本のシャフト１
２４に曲げ荷重として作用することになるため、高真空
・高圧バルブとして使用することはできない。

【００１２】図６（ａ）、（ｂ）はゲートバルブの一例
を示している。このゲートバルブ１４１は、第１、第２
のフランジ１４２ａ、１４２ｂを有する本体ケーシング
１４２の内部にスライド空間１４３を形成し、そのスラ
イド空間１４３に弁体１４５をスライド自在に配したも
のである。弁座１４４は第１のフランジ１４２ａの内面
側に形成されており、その弁座１４４に弁体１４５がＯ
リング１４６を介して密着するようになっている。ま
た、弁体１４５の背後には、弁体１４５を弁座１４４に
密着させるための弁体押さえ機構１４８が設けられ、弁
体１４５の側方には、弁体１４５をスライドさせるスラ
イド操作機構１４７が設けられている。

【００１３】このバルブ１４１を高圧容器に取り付けて
使用する場合、図の下側の第１のフランジ１４２ａ側に
高圧容器を接続すると、加圧した際に弁体１４５に大き
な力が作用し、弁体押さえ機構１４８が破損することが
考えられる。一方、図の上側の第２のフランジ１４２ｂ
側に高圧容器を接続すると、弁体１４５よりも高圧容器
側にスライド操作機構１４７が位置することになるの
で、真空排気した状態において、当該スライド機構１４
７部分を通しての外部からのガスリークが問題となる。

【００１４】そこで、図４に示すものと同様に、スライ
ド操作機構１４７にベローズを設けたものを使用するこ
とも考えられるが、そうすると、高圧容器を高圧に加圧
した際にベローズに外部から大きな力が作用することに
なり、ベローズが破損するおそれがある。

【００１５】従って、上記従来のゲートバルブ１４１
は、高真空・高圧バルブとして使用するには問題があっ
た。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来公
知のバルブはいずれも、高真空・高圧バルブとして使用
するには問題があり、高圧熱分析装置のように高真空と
高加圧を維持する必要のある用途には使用できなかっ
た。

【００１７】本発明は、上記事情を考慮し、高真空と高
加圧を維持する必要のある用途に使用できる高真空・高
圧バルブ、及びそのバルブを使用した高圧熱分析装置を
提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の高真空
・高圧バルブは、真空ポンプと、該真空ポンプにより真
空排気された上で高圧ガスが導入される圧力容器との間
の真空排気路の途中に介装され、真空排気時に開かれる
と共に、高圧ガス導入時に閉じられる高真空・高圧バル
ブにおいて、隔壁によって互いに仕切られた、前記圧力
容器側に接続される第１室と真空ポンプ側に接続される
第２室とを有するケーシングと、前記隔壁に形成されて
前記第１室と第２室を連絡する開口と、該開口の周囲に
確保された弁座と、前記第１室側に配されると共に、前
記弁座に対して接触離脱可能とされた弁体と、一端が前
記弁体に連結され、他端が前記第２室の壁を気密に貫通
して外部に導出された弁体開閉用の操作部材とを備えて
なることを特徴とする。

【００１９】請求項２の発明の高圧熱分析装置は、真空
排気された上で高圧ガスが導入される圧力容器の内部に
熱分析用電気炉を装備し、前記圧力容器と該圧力容器内
を真空排気する真空ポンプとの間の真空排気路の途中に
請求項１記載の高真空・高圧バルブを介装したことを特
徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は第１実施形態の高圧熱分析装
置５０Ａの概略構成を示す断面図である。この高圧熱分
析装置５０Ａでは、圧力容器１の内部に熱分析用電気炉
３０を装備し、圧力容器１と、この圧力容器２内を真空
排気する真空ポンプ２との間の真空排気経路途中に、本
発明の高真空・高圧バルブ３Ａを介装している。

【００２１】まず、このバルブ３Ａから説明する。バル
ブ３Ａのケーシング１１には、流路方向に隔壁１４で仕
切られた第１室１２と第２室１３とが設けられている。
第１室１２は圧力容器１に直結され、第２室１３は管路
２５を介して真空ポンプ２に接続されている。隔壁１４
には、第１室１２と第２室１３を連絡する開口１５が設
けられ、この開口１５の第１室側の周囲には弁座１６が
設けられている。そして、第１室１２側に、弁座１６に
対して接触離脱可能とされた弁体１７が配されている。
弁体１７の背面の弁座１６に対する密着面には、Ｏリン
グ１９が設けられている。

【００２２】弁体１７の背面中央には、第２室１３側か
らシャフト（弁体開閉用の操作部材）２０が連結されて
いる。シャフト２０の先端は、開口１５を挿通して、回
転ジョイント１８により弁体１７の背面中央に結合され
ている。また、シャフト２０の基端は、前記隔壁１４と
平行な第２室１３側のケーシング１１の外壁を貫通して
外部に導出されている。その導出端には回転操作用のハ
ンドル２１が設けられている。シャフト２０にはネジ部
２２が設けられ、ケーシング１１の貫通孔にはそのネジ
部２２の螺合するネジ孔２３が設けられている。そし
て、ハンドル２１でシャフト２０を回すことにより、ネ
ジの作用で、弁体１７を開位置に操作したり閉位置に操
作したりできるようになっている。なお、第２室１３の
シャフト２０の貫通部分にはボス部２６が設けられ、そ
のボス部２６に、シャフト２０の貫通部分をシールする
Ｏリング２４が配されている。

【００２３】高真空・高圧バルブ３Ａは、以上のように
構成されて、圧力容器１と真空ポンプ２の間に介装され
ている。そして、高真空・高圧バルブ３Ａの第１室１２
に、バルブ５付きの高圧ガス導入管４が接続され、第２
室１３に真空計２９が接続され、圧力容器１に、ガス放
出バルブ７付きのガス放出管６が接続されている。更
に、必要に応じて、第１室１２と第２室１３とを連絡す
るスロー排気バルブ２８付きのスロー排気管路２７が設
けられている。

【００２４】また、圧力容器１内に装備された熱分析用
電気炉３０は周知のものであり、ヒータ３２を配した炉
体３１と、感熱センサ３３と、感熱板３４と、基準試料
載置部３７と、試料載置部３８とから構成されている。
なお、圧力容器１には、熱分析用電気炉３０に対して試
料等をセットするための図示略の蓋付きの開口部が形成
されている。

【００２５】次に運転方法及び作用を説明する。まず、
圧力容器１内を真空排気する場合は、ハンドル２１の操
作によって弁体１７を上方の開位置まで移動させて真空
ポンプ２を駆動する。真空排気した後で圧力容器１内を
高圧に加圧する場合は、弁体１７を最下方に移動させ
て、弁体１７に取り付けられたＯリング１９を弁座１６
に押し付けるようにする。

【００２６】この状態で、高圧ガス導入管４より高圧ガ
スを圧力容器１内及び第１室１２内に導入すると、弁体
１７に大きな力が作用して、Ｏリング１９を弁座１６に
押し付けるため、ガス漏れを確実に防止することができ
る。この場合、加圧時の力は弁体１７及び弁座１６のみ
に作用し、シャフト２０にはほとんど作用しない。従っ
て、弁体１７と弁座１６部分の強度のみを考慮して構造
設計を行えば、高真空や高圧に十分に耐えることがで
き、シャフト２０やその操作機構には、弁体１７を単に
支えられるだけの強度を持たせるだけでよい。また、弁
体１７よりも真空ポンプ２側にシャフト２０類が位置す
るので、シャフト２０の貫通部分からのガスリークの心
配もない。

【００２７】なお、圧力容器１内を加圧した後で真空排
気する場合には、ガス放出バルブ７を開いて圧力容器１
の内部を常圧にしてから、高真空・高圧バルブ３Ａの弁
体１７を開けばよいのであるが、圧力容器１内に僅かで
もガスが残っている場合は、高真空・高圧バルブ３Ａの
弁体１７に大きな力が作用して開閉が困難となることが
ある。そのような場合には、スロー排気バルブ２８を開
いて、弁体１７の前後の第１室１２と第２室１３の圧力
を同じにしてから、メインのバルブ３Ａの開閉を行う
と、容易に開閉可能となる。

【００２８】図２は別の実施形態の高圧熱分析装置５０
Ｂを示す。この実施形態では、高真空・高圧バルブ３Ｂ
の弁体４７のシール構造に若干の変更を加えている。即
ち、弁体４７の主たる部分をなす円板部４７ａの下面中
央に、隔壁１４の円形の開口１５に嵌合する円柱凸部４
７ｂを形成し、その円柱凸部４７ｂの外周に、開口１５
の内周面と円柱凸部４７ｂの外周面との隙間を気密に封
止するＯリング４９を装着している。

【００２９】この構造では、弁体４７の円板部４７ａの
下面が弁座１６に直接当接することで、弁体４７に作用
する下向きの圧力を弁座１６で直接受けている。つま
り、前の実施形態では、Ｏリング１９を介して弁体１７
が弁座１６に当たっていたが、この実施形態では、Ｏリ
ングを介さずに弁体４７の力を弁座１６が受けている。
そして、円柱凸部４７ｂのＯリング４９のみでシールを
行っており、このＯリング４９に対し、上下方向の力が
及ばないようになっている。

【００３０】従って、一層のシール性能の向上が図れ
る。また、円柱凸部４７ｂが開口１５の内周によってガ
イドされるので、弁体４７の開閉操作性もよくなる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の高真空・
高圧バルブによれば、弁体を圧力容器に接続される第１
室側に配置し、弁体の開閉操作部材を、真空ポンプに接
続される第２室側に配置したので、弁体開閉操作部材
に、圧力容器内を加圧した際の高い圧力が作用しないよ
うにすることができる。しかも、弁体開閉操作部材は、
弁体よりも真空ポンプ側に位置するので、弁体開閉操作
部材の外部への貫通部分を通してのガスリークの問題も
解消することができる。従って、高圧熱分析装置のよう
に、高真空と高加圧を交互に繰り返すような用途にも適
用することができ、高い信頼性をもって高圧熱分析装置
の運転を行うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の高真空・高圧バルブを適用
した高圧熱分析装置の概略構成を示す断面図である。

【図２】本発明の別の実施形態の高真空・高圧バルブを
適用した高圧熱分析装置の概略構成を示す断面図であ
る。

【図３】従来のアングルバルブの断面図である。

【図４】従来の別のアングルバルブの断面図である。

【図５】従来のバタフライバルブの構成を示し、（ａ）
は正面図、（ｂ）は側断面図である。

【図６】従来のスライドバルブの構成図であり、（ａ）
はバルブを閉じた状態を示す断面図、（ｂ）はバルブを
開いた状態を示す断面図である。

【符号の説明】

５０Ａ，５０Ｂ 高圧熱分析装置 １ 圧力容器 ２ 真空ポンプ ３Ａ，３Ｂ 高真空・高圧バルブ １１ ケーシング １２ 第１室 １３ 第２室 １４ 隔壁 １５ 開口 １６ 弁座 １７，４７ 弁体 ２０ シャフト（弁体開閉用の操作部材）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空ポンプと、該真空ポンプにより真空
   排気された上で高圧ガスが導入される圧力容器との間の
   真空排気路の途中に介装され、真空排気時に開かれると
   共に、高圧ガス導入時に閉じられる高真空・高圧バルブ
   において、 隔壁によって互いに仕切られた、前記圧力容器側に接続
   される第１室と真空ポンプ側に接続される第２室とを有
   するケーシングと、 前記隔壁に形成されて前記第１室と第２室を連絡する開
   口と、 該開口の周囲に確保された弁座と、 前記第１室側に配されると共に、前記弁座に対して接触
   離脱可能とされた弁体と、 一端が前記弁体に連結され、他端が前記第２室の壁を気
   密に貫通して外部に導出された弁体開閉用の操作部材と
   を備えてなることを特徴とする高真空・高圧バルブ。
2. 【請求項２】 真空排気された上で高圧ガスが導入され
   る圧力容器の内部に熱分析用電気炉を装備し、前記圧力
   容器と該圧力容器内を真空排気する真空ポンプとの間の
   真空排気路の途中に請求項１記載の高真空・高圧バルブ
   を介装したことを特徴とする高圧熱分析装置。