JP2006329361A - バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】 小型化、軽量化が可能で、真空系にも使用可能な気密性の得られる新規なバルブを提供すること。
【解決手段】 複数の流体流路孔を設けた外殻４と、外殻４内に回転可能に保持された回転支持体６と、回転支持体６に支持され、回転支持体６の回転軸からの距離が変化自在であると共に、回転軸に向かう付勢力が付与されている弁体８と、外殻４の内面に流体流路孔２６の１つを囲んで形成された弁座２１と、弁体８を付勢力に抗して押圧し、回転軸から離れるように変位させ、弁座２１に当接した状態で保持する押圧／保持機構１０と、を備えたバルブであって、閉鎖時には、回転支持体６の回転によって弁体８が弁座２１と対向する位置に移動すると共に、押圧／保持機構１０によって弁体８が弁座２１に当接して保持され、開通時には、弁体８が弁座２１から離反すると共に回転支持体６の回転によって移動し、流体流路孔２６の少なくとも２つが連通する。
【選択図】図３

Description

本件発明は、流体流路を開閉するバルブに関し、特に気体流路を開閉するための小型、軽量の回転バルブに関する。

従来、流体流路を開閉する回転バルブ又はボールバルブとして、種々のものが知られている（特許文献１〜５等）。これらの回転バルブ又はボールバルブは、小型化が容易なことから気体、液体、粉体等の流体流路を簡便に開閉する用途に用いられる。

一方、電子顕微鏡やイオン顕微鏡などの各種分析装置や半導体処理装置では、真空排気系に比較的気密性の高いバルブが必要となる。例えば、こうした装置の真空室では、ターボ分子ポンプを用いる際は１×１０^―２〜１×１０^―５（Pa）、イオンポンプを用いる際は１×１０^―５〜１×１０^―９(Pa)の真空度を必要とすることが多い。これらの真空室を保持／接続するために、各真空室間には気密性の高いバルブが必要となる。従来、こういった用途のバルブには、気密性の高いＬ型バルブやゲートバルブ等のバルブが用いられてきた（特許文献６参照）。

特開平１０―２１３２３８号公報 特開２００２―３９４０６号公報 特表２００１―５２１１１２号公報 特開２００４―１５０４４８号公報 特開２０００―１０４８３７号公報 特許第２９１０５４２号公報

近年、電子顕微鏡やイオン顕微鏡等の装置の真空排気系については、小型化、軽量化が求められている。しかしながら、こうした真空系の装置に従来の回転バルブやボールバルブを用いた場合、一般的な回転バルブやボールバルブでは、弁座と弁体の間の密着力が弱く、気密性が不足してしまう。一方、弁座と弁体の間に必要な気密性を得ようとすると、弁座と弁体の間の摩耗が生じる、或いはバルブの構成が複雑になってバルブが大型化する、といった問題があった。また、気密性の高いＬ型バルブやゲートバルブ等は、バルブ開口部を封止する弁体が直動する為、弁体の移動容積を確保する必要があるので、同等の開口面積を封止する際は回転バルブやボールバルブに対し大型化されるという問題があった。

そこで本件発明は、小型化、軽量化が可能で、高真空にも使用可能な気密性の得られる新規なバルブを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本件発明に係るバルブは、複数の流体流路孔を設けた外殻と、前記外殻内に回転可能に保持された回転支持体と、前記回転支持体に支持され、前記回転支持体の回転軸からの距離が変化自在であると共に、前記回転軸に向かう付勢力が付与されている弁体と、前記外殻の内面に前記流体流路孔の１つを囲んで形成された弁座と、前記弁体を前記付勢力に抗して押圧し、前記回転軸から離れるように変位させ、前記弁座に当接した状態で保持する押圧／保持機構と、を備えたバルブであって、
閉鎖時には、前記回転支持体の回転によって前記弁体が前記弁座と対向する位置に移動すると共に、前記押圧／保持機構によって前記弁体が前記弁座に当接して保持され、
開通時には、前記弁体が前記弁座から離反すると共に前記回転支持体の回転によって移動し、前記流体流路孔の少なくとも２つが連通することを特徴とする。

本件発明のバルブは、構成が簡易であるため、小型化、軽量化が可能であり、しかも弁体が回転支持体に移動自在に配設されると共に、弁体を弁座に押圧／保持する機構を備えるため、真空系にも使用可能な気密性が得られる。

尚、ここで「回転軸に向かう付勢力」とは、付勢力に回転軸に向かうベクトル成分が含まれることを指す。従って、付勢力そのものが、必ずしも回転軸に真っ直ぐ向かうものでなくても良い。

上記押圧／保持機構として、例えば、弁体に対して前進、後退可能となるように配設されたプッシャピンを含むことが好ましい。プッシャピンの前進、後退によって開弁、閉弁動作を行えば、バルブをさらに小型化、軽量化でき、かつ、簡易な操作で確実な開閉弁が可能となる。また、この場合に弁体の当接状態を保持するには、プッシャピンを前進時に螺子固定することが好ましい。これによって簡易な構成で確実に当接状態を保持することができる。特に、プッシャピンの周面の一部に螺刻し、回転支持体又は外殻に形成されたプッシャピン支持部と螺合させれば、少ない部材点数で保持機構を実現することができる。また、プッシャピンの螺合動作に伴ってプッシャピンが前進するため、押圧操作と保持操作を一体化でき、かつ、弁体への押圧力も螺子の回転量によって調整できるようになる。

弁体に対して回転軸に向かう付勢力を付与するには、例えば、弁体と回転支持体の間に板バネを挿入すれば良い。本件発明のバルブにおいて弁体の変位量は僅かでよいため、簡易な板バネを使用することができる。また、板バネを使用することでバルブの小型、軽量化が可能となる。

また、回転支持体が、流体流路孔の少なくとも２つと連通可能な連通孔を備えることが好ましい。回転支持体に連通孔を設けることにより、流体の流路と押圧／保持機構などを分離することができる。従って、流体との直接接触による押圧／保持機構の劣化を防止することができる。

また、押圧／保持機構として、回転により弁体を押圧可能なカムを含んでも良い。弁体の押圧をカムによって行うことにより、簡易な構成で強い押圧力を実現することができる。また、このカムのカム面に上死点を形成し、その上死点を越えてカムを回転させることによって弁体の当接状態を保持するようにすれば、押圧を保持するための特別の部材が不要になり、より小型、軽量のバルブが提供できる。

さらに、このカムを回転支持体で兼用すれば、さらに小型、軽量化が可能となり好ましい。この場合、弁体が回転支持体と一体に回転可能となるようにバネ等によって弁体を回転支持体に密着させ、さらに、弁体の順回転が弁座に対向する位置で停止するようなストッパを形成することが好ましい。そうすれば、閉鎖時には、回転支持体を順回転させ、弁体がストッパに当接した後、さらに回転支持体を順回転させれば、カム形状の回転支持体が弁体を押圧し、弁体を弁座に当接させることができる。一方、開通時には、回転支持体を逆回転させれば、弁体に加わっていた押圧力を解除して、弁体を弁座から離反させることができる。即ち、カムの回転動作だけで、バルブの開閉を行うことができる。尚、ここで「順回転」とは、バルブを閉鎖させる回転支持体の回転方向を指し、「逆回転」とは、バルブを開通させる回転支持体の回転方向を指す。

また、回転支持体は、逆回転させた時に弁体と係止可能な係止部を有し、開通時に、この係止部が弁体に係止することが好ましい。これによって、弁体が弁座に貼り付いたような場合であっても、バルブの開通動作を確実に行うことができる。

以上のように、本件発明に係るバルブは、構成が簡易であるため、小型化、軽量化が可能であり、しかも弁体が回転支持体に移動自在に配設されると共に、弁体を弁座に押圧／保持する機構を備えるため、真空系にも使用可能な気密性が得られる。

実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係るバルブを示す分解斜視図である。図１に示すように、本実施の形態のバルブ１は、片開口の円筒胴部２０に配管継手２２及び２４が接続された外殻４と、外殻４の円筒胴部２０に回転可能に挿入された入子２とから成る。

入子２は、円筒胴部２０の内径よりもやや小さな径を持つ円柱芯体６（＝回転支持体）を有しており、円柱芯体６の周面６ａには互いに対向する２カ所を貫通する連通孔１２が形成されている。また、円柱芯体６の一方の端面６ｂには、円柱芯体６を手動で回転させるための取手１６が接続され、他方の端面６ｃには円柱芯体６の回転軸となる軸体１５が接続されている。さらに、円柱芯体６の周面６ａには、連通孔１２から略９０°回転した位置に、略円形の弁体８が埋設されている。弁体８は、円柱芯体６の回転軸からの距離が変化自在となるように埋設されており、円柱芯体６の端面６ｂから挿入された棒状のプッシャピン１０に押されて周面６ａから突出できるようになっている。

一方、外殻４の円筒胴部２０は、一方の端面が入子２を挿入するための開口２８となっており、他方の端面内側には入子２の軸体１５を嵌入するための軸受（図示せず）が配設されている。これによって入子２は、円筒胴部２０の内側面に対して円筒胴部２０と略同軸に回転可能となっている。また、円筒胴部２０には、入子２の連通孔１２と連通可能な位置に、流体流路孔２６を有する配管継手２２及び２４が接続されている。

図１に示すバルブ１は、入子２の円柱芯体６を外殻４の円筒胴部２０に挿入し、円柱芯体６の端面に形成された軸体１５を円筒胴部２０の底面に固定された軸受けに嵌入して組み立てられる。そして、入子２を外殻２内で回転させると共に、入子２のプッシャピンを前進、後退させることによってバルブ１の開閉を行う。

図２Ａ及び２Ｂは、各々、図１に示すバルブ１が閉鎖した状態（図２Ａ）及び開通した状態（図２Ｂ）を示す斜視図である。まず、バルブ１を閉鎖した状態について説明する。バルブ１を閉鎖するには、図２Ａに示すように、入子２を外殻４内で回転させ、弁体８を一方の配管継手２２と対向する位置まで移動させる。このとき、弁体８が円柱芯体６の周面６ａと面一又は周面６ａよりも陥入した位置となるように、バネ等（図示せず）によって円柱芯体６の内側に向かう付勢力が付与されている。そして、弁体８が配管継手２２の流路孔２６と対向した状態で、プッシャピン１０を前進させて弁体８を押圧し、円柱芯体６の周面６ａから突出するように弁体８を外向き（動径方向に外向き）に変位させる。そして弁体８を円筒胴部２０の流路孔２６を囲む内周面に当接させる。この円筒胴部２０の流路孔２６を囲む内周面が弁座となる。そして弁体８が弁座に十分に当接した状態でプッシャピン１０を固定することにより、バルブの閉鎖状態が保持される。プッシャピン１０を固定するには、後述するように、プッシャピン１０を円柱芯体６に螺合させる等すれば良い。

一方、バルブ１を開通するには、まず、プッシャピン１０を後退させて弁体８を円筒胴部２０の内周面（＝弁座２１）から離反させる。そして、図２Ｂに示すように、入子２を回転させて、円柱芯体６の連通孔１２を配管継手２２及び２４の流路孔２６と連通させることにより、バルブを開通状態にする。

本実施の形態におけるバルブ１によれば、バルブの開閉及び閉鎖状態の保持にアクチュエータ、圧縮空気、電磁力等がなくとも、弁体８は、プッシャピン１０から加わる押圧力によって弁座である円筒胴部２０の内周面（弁座２１）に強力に押しつけ可能となる。従って、上述のような極めて簡易な構成で比較的高い気密性を確保することができる。しかも、入子２を回転させる際には、弁体８は円筒胴部２０の内周面（＝弁座）から離反しているため、弁体８の摩耗や削滓による気密性の低下も抑制される。

以下、図３乃至６を参照しながら、バルブ１の各構成についてさらに詳細に説明する。図３は、図２ＡのＡ−Ａ’断面を示す断面図である。図４は、図３のＢ−Ｂ’断面を示す断面図であり、図５は、図３のＣ−Ｃ’断面を示す断面図である。また、図６は、図５の部分Ｄを拡大した部分拡大断面図である。尚、図３及び４では、図面の簡単のために取手１６は省略している。

図３及び図４に示すように、外殻４は、片開口の円筒胴部２０に配管継手２２及び２４が接続されて成る。配管継手２２及び２４には、流体流路となる流路孔２６が形成されている。また、円筒胴部２０の閉じられた底面には、ボールベアリング方式等の軸受１９が固定されている。この軸受１９に入子２の軸体１５を固定することによって入子２の円滑な回転動作が可能となる。また、外殻４の円筒胴部２０と入子２の円柱芯体６との間にはＯリング３２が２重に配設されており、外殻４と入子２の間の気密性を高めている。

一方、入子２は、図３乃至図５に示すように、円筒胴部２０の内径よりもやや小さな径を持つ円柱芯体６（＝回転支持体）を有している。円柱芯体６に接続した軸体１５を軸受１９に固定し、円柱芯体６の外径を円筒胴部２０の内径よりもやや小さくすることにより、円柱芯体６の回転動作を円滑にすると共に、円柱芯体６と円筒胴部２０との間でおきる摩耗や削屑の発生を防止できる。

また、円柱芯体６には、円柱芯体６が回転した際に配管継手２２及び２４と連通する連通孔１２が形成されている。尚、連通孔１２は、外殻４に形成された継手２２及び２４と連通可能なものであれば、どのようなものでも良い。例えば、外殻４に３以上の継手が接続されている場合、それらの２以上と連通可能な構成であれば、Ｌ字状、Ｔ字状、直線状など種々の形状をとり得る。このように円柱芯体６に連通孔１２を設けて流体流路とすれば、流体に腐食性があるような場合に、バルブを通過する流体とバルブ内の各部品の直接接触を避けることができる利点がある。

また、図３及び図６に示すように、円柱芯体６の周面６ａには、連通孔１２と異なる位置に、円柱状のザグリ孔１４が形成されており、その中に弁体８がザグリ孔１４内周面に沿って移動可能な様に埋設されている。円柱状のザグリ孔１４は円柱芯体６の周面から円柱芯体の中心軸に向かって形成されており、その中に埋設された弁体８は、例えば摺動によって円柱芯体６の回転軸と直交する方向に変位可能である。また、図３に示すように、弁体８は、円筒胴部２０の流路孔２６を囲む内周面（＝弁座）２１に当接可能な位置に配設されている。図４に示すように、弁体８は、平面視において略円形に形成されている。但し、弁体８は少なくとも流路孔２６を塞ぐことのできる面積を有していれば、その平面形状は図４に示す円形に限らず、矩形などであっても良い。さらに図６に示すように、弁体８の表面は凸曲面となっている。これによって、弁体８と弁座となる円筒胴部２０の内周面２１とが密着可能となる。

弁体８は、ある程度の弾性のある材料によって構成することが好ましく、例えば、ポリイミド、フッ素ゴム、銅、アルミ、又は銅やアルミの合金から成ることが好ましい。このような材料を用いれば、弁座２１との密着性が良好になり、バルブの気密性が向上する。尚、バルブの気密性を一層高めるために、弁座２１又は弁体８の座面にＯリングを配設しても良い。

また、図４乃至６に示すように、弁体８に対して円柱芯体６の回転軸に向かう付勢力を付与するために、弁体８と円柱芯体６との間に板バネ３４が配設されている。即ち、弁体８の表面が円柱芯体６の周面と面一又はそれよりも陥入した状態において、板バネ３４の一端をピン３６によって弁体８に固定し、他端をピン３７によって円柱芯体６に固定している。これによって、弁体８が円柱芯体６の周面と面一又はそれよりも突出した状態においては、板バネ３４によって、弁体８を円柱芯体６の回転軸に向かわせる付勢力が働くようになる。ここで板バネ３４が占めるスペースや板バネ３４の重量は僅かであるため、バルブの小型化、軽量化が可能となる。尚、板バネ３４を用いると弁体８の変位可能な距離は小さくなるが、弁体８の変位量は弁座２１と当接／離反できるだけあれば足りるため、特に問題ない。また、弁体８に付勢力を付与するための構成は、板バネに限られない。例えば、適当なコイルバネを用いても良い。また、弁体８自身の弾性変形性を利用して、弁体８の一部を適当な板バネ形状に加工する等して付勢力を付与しても良い。

さらに、図３及び図４に示すように、弁体８を埋設したザグリ孔１４に連通するように横孔１３が円柱芯体８に形成されており、横孔１３にプッシャピン１０が挿入されている。プッシャピン１０と横孔１３の間には気密性を高めるためにＯリング３０が配設されている。図３に示すように、プッシャピンの先端１０ｃは先細の楔状に加工されている。従って、プッシャピン１０を前進させ、プッシャピンの先端１０ｃを弁体８の底面８ａとザグリ孔１４の底面との間に挿入すると、その挿入量に応じて、板バネ３４の付勢力に抗して弁体８を弁座２１に向かって変位させる押圧力が加わる（＝押圧機構）。尚、図３に示すように、弁体８の底面８ａもプッシャピンの進行方向に対して斜めに傾斜させれば、プッシャピン１０の挿入が容易になると共に、プッシャピン１０の挿入量による押圧力の制御が容易となる。尚、このときプッシャピン１０の先端１０ｃと弁体８の底面８ａとの傾斜角を揃えれば、両者の間の摺動が容易となり好ましい。

そして図３及び図４に示すように、プッシャピン１０の周面の一部１０ｂに雄螺子が螺刻されており、横孔１３の内周面に形成された雌螺子９と螺合するように構成されている。これにより、弁体８が弁座２１に当接した状態で、弁体８に加わる押圧力を保持したままプッシャピン１０を固定することが可能となる。従って、バルブ１を気密性の高い状態で閉鎖することができる（＝保持機構）。尚、プッシャピン１０を固定するための手段（＝保持手段）は、プッシャピン１０への螺刻に限られない。例えば、プッシャピン１０の周面に適当な引掛用の係止溝を形成し、横孔１３の内周に形成した適当な突起部に係止させても良い。また、プッシャピン１０の周面に適当な係止孔を穿ち、円柱芯体６の周面から挿入したピンをその係止孔に挿入しても良い。但し、プッシャピン１０の周面に螺刻して保持機構とすれば、少ない部材点数でバルブの閉鎖状態を安定に保持することが可能となる。さらに、プッシャピン１０の螺合動作に伴ってプッシャピン１０が前進するため、弁体８を押圧／保持する操作が簡易かつ確実になり、弁体８に加える押圧力も容易に調整することができる。

ここで、円筒胴部２０、配管継手２２、２４、円柱芯体６、及びプッシャピン１０の構成材料としては、一般的なバルブの構成材料を用いることができる。特に本実施の形態のバルブでは、弁体８が弁座２１に向かって移動して閉弁動作を行うため、円筒胴部２０や円柱芯体６に高い寸法精度が必要とされず、比較的安価な材料を用いることが可能である。例えば、ＳＵＳ、リン青銅、ベリリウム銅、真鍮、アルミ合金等を用いることが好ましい。尚、プッシャピン１０と円柱芯体６の間など、互いに接する部分には焼付けや噛み込みを起こさないように異なる材料を用いることが好ましい。

尚、本実施の形態では、円柱芯体６にプッシャピン１０を配設する例について説明したが、プッシャピン１０の配設位置はこれに限定されない。弁体８を弁座２１に向かって押圧可能な位置であれば、他の部材、例えば外殻４にプッシャピンを配設しても良い。

実施の形態２
本実施の形態では、入子中の回転支持体（実施の形態１における円柱芯体６）の一部をカム形状にすることにより、回転支持体の回転動作だけで閉弁、開弁動作が可能な例について説明する。尚、実施の形態１と共通する構成や材料に関する説明は省略する。

図７Ａは、実施の形態２に係るバルブ１１を示す斜視図であり、図７Ｂは、図７Ａに示すバルブのカバー４０を取り外した斜視図、図７Ｃは、カバー４０の平面図である。図７Ａ〜Ｃに示すバルブは、片開口の円筒胴部２０に配管継手２２及び２４が接続され、開口部にカバー４０が取り付けられた外殻４と、外殻４の円筒胴部２０に回転可能に挿入された入子２とから成る。

入子２は、図７Ｂに示すように、所定の回転軸周りに回転可能な板カム形状のカム部材４６（＝回転支持体）と、カム部材４６の回転軸付近に取り付けられた棒状の取手４６と、カム部材４６のカム面に引張りバネ５０によって取り付けられた弁体８とから成る。弁体８には、バネ５０によってカム部材４６の回転軸に向かう付勢力が付与されており、これによって弁体８がカム部材４６に密着し、両者が一体に回転する。尚、カム部材４６の取手４４を取り付けたのと逆側の端面にはカムの回転軸となる軸体（図示せず）が形成されている。また、取手４６は入子２を収納した際に外殻４の外側に延びるよう配設されており、これによってカム部材４６を外殻４の外側から手動で回転させることができる。また、引張りバネ５０は、弁体８とカム部材４６の左右両面に計２つ取り付けられている。各引張りバネ５０の一端は弁体８の両面に形成されたガイドピン４９に固定され、他端はカム部材４６にピン４８によって固定されている。

一方、外殻４の円筒胴部２０は、一方の端面が入子２を挿入するために開口されており、他方の端面は閉じられている。その閉じた端面の内側にはカム部材４６の軸体を嵌入するための軸受（図示せず）が配設されている。また、円筒胴部２０には、流体流路孔２６を有する配管継手２２及び２４が接続されている。円筒胴部２０の開口は、入子２を内部に固定した後、カバー４０で塞がれる。図７Ｃに示すように、カバー４０の中央には、入子２の取手４４を通す貫通孔４１が形成されており、カバー４０の一方の主面には弁体８のガイドピン４９と係合するためのガイド溝４２が形成されている。また、円筒胴部２０の底面にも、カバー４０と同様のガイド溝４２が形成されている。尚、カバー４０の貫通孔４１の内周に気密性を高めるためのＯリング（図示せず）を配設しても良い。

図７Ａ〜Ｃに示すバルブ１は、入子２を外殻４の円筒胴部２０に挿入し、カム部材２６の回転軸である軸体（図示せず）を円筒胴部２０の底面に固定された軸受け（図示せず）に嵌入し、さらに取手４４を通したカバー４０を円筒胴部２０の開口に嵌込むことによって組み立てられる。そして、外殻４の外側から手動で取手４４を回すと、弁体８の両面に形成したガイドピン４９がガイド溝４２内を滑動しながら入子２が回転し、ガイドピン４９がガイド溝４２の終端でストップした後、さらに取手４４を回転することによってバルブが閉鎖する。即ち、本実施の形態のバルブでは、取手４４の回転だけでバルブを開閉できる。

以下、図８Ａ、図８Ｂ及び図９を参照しながら、バルブ１１の動作についてさらに詳細に説明する。図８Ａ及び８Ｂは、各々、バルブ１１が開通した状態（図８Ａ）及び閉鎖した状態（図８Ｂ）を示す斜視図である。図８Ａ及び８Ｂでは、動作の理解を容易にするためにカバー４０を省略している。また、図９は、バルブ１１内の各部材の位置関係を開通状態（破線）と閉鎖状態（実線）について示す模式図である。

まず、バルブ１１が開通状態にあるときについて説明する。図８Ａ及び図９に示すように、弁体８は配管継手２２から略９０°回転した位置にある。このとき弁体８のガイドピン４９は、ガイド溝４２の末端に位置している。また、弁体８はバネ５０の付勢力によってカム部材４６のカム面のカム径の小さな部分に密着している（図中、カム径が「ａ」の部分）。その結果、弁体８は円筒胴部２０の内面から離間している。さらに、カム部材４６の端部に形成された略Ｌ字状の係止部４６ａが弁体８の端部に係合している。

この状態から取手４４を図面上で右回りに回転させると（＝順回転）、ガイドピン４９がガイド溝４２のもう一方の末端４２ａに突き当たるまで、カム部材４６と弁体８が一体となって回転する。このガイド溝４２の末端４２ａは、弁体８の回転方向の動きを規制するストッパとして機能する。また、ガイドピン４９がガイド溝４２の末端４２ａに突き当たった状態では、弁体８が円筒胴部２０の流路孔２６を囲む内周面２１（＝弁座）に対向している。そこから、さらに取手４４を図面上で右回り（＝順方向）に回転させると、図８Ｂ及び図９に示すように、弁体８を残してカム部材４６だけが回転し、弁体８はカム面のカム径が大きな部分（図中、カム径が「ａ＋α」の部分）に接触するようになる。このため、弁体８に対して弁座２１に向かわせる押圧力が働く（＝押圧機構）。弁体８の動きを規制するガイド溝４２は末端４２ａから弁座に向かって延長した枝部４２ｂを有しているため、この押圧力によって弁体８が弁座２１に向かって移動し、弁座２１に当接する。こうしてバルブ１１が閉鎖される。

バルブ１１の閉鎖状態を維持するためには、入子２の回転位置を上述の閉鎖状態で保持すれば良い（＝保持機構）。この保持のための機構は、固定ピン、固定螺子、係合等の種々の手段で実現することができるが、カム部材４６自身の形状によって実現することが小型化、軽量化の点で有利である。即ち、カム部材４６のカム面に上死点を設けておき、弁体８が弁座２１に当接する直前又は当接するとほぼ同時に、弁体８とカム面の接触位置がカム面の上死点を越えるようにすれば良い（弁体８が弁座２１に当接すると同時に上死点を越える場合には、弁体８が弾性変形する分だけカム部材４６をさらに回転させる）。このようにすれば、カム部材４６が閉鎖状態を解除する方向に回転するには、再び上死点を越えるエネルギーが必要になるため、弁体８が弁座２１に当接した状態、即ちバルブの閉鎖状態が保持される。この保持機構によれば、少ない部品点数で押圧／保持機構が実現できるため、バルブの小型化、軽量化に極めて有利である。しかも、取手４４の回転という単一の動作でバルブの閉鎖と閉鎖状態の維持が可能になるため、バルブの開閉も容易になる。

バルブ１１を再び開通状態に戻すには、取手４４を図面上で左回りに回転させれば良い（＝逆回転）。このとき弁体８のガイドピン４９は、回転方向に略垂直に延びた枝部４２ｂに位置しているため、弁体８の逆回転方向の移動は規制されている。従って、弁体８は止まったままカム部材４６だけが図中左回りに回転し、バネ５０の付勢力によって弁体８は再びカム径の小さな部分に接するようになる。これに伴い、弁体８にカム部材４６から加わっていた押圧力が解除されるため、バネ５０の付勢力によって、弁体８は円筒胴部２０の内周面（＝弁座）２１から離反してカム部材４６の回転中心に向かって移動する。そしてガイドピン４９が枝部４２ｂから外れて弁体８が再び回転可能になり、その後、弁体８とカム部材４６は一体となって回転する。

ここでガイド溝４２の枝部４２ｂのように、弁体８と弁座２１との当接状態において弁体８の逆回転方向の動きを規制するストッパを設けておけば、弁体８の摩耗や削れを防止できる点で有利である。即ち、上述のようなストッパがなければ、バルブ１１の閉鎖状態からカム部材４６の逆回転を開始すると、弁体８が弁座２１に当接したまま回転運動を始める場合がある。そうすると弁体８と弁座２１が擦れ、弁体８の表面の摩耗や削れが発生し、バルブの気密性が低下する原因となる。一方、弁体８と弁座２１との当接状態において弁体８の逆回転方向の動きを規制するストッパを設けておけば、弁体８が弁座２１から離反してから回転運動を始めるため、弁体８の摩耗や削れが防止できる。尚、このストッパは、弁体８が弁座２１から離反した後、解除されるように配設しておく必要がある。

また、本実施の形態では、弁体８を弁座２１から確実に離反させるために、弁体８の端部と係合する係止部４６ａをカム部材４６に設けている。即ち、弁体８が弁座２１に貼り付いている場合など、バネ５０の付勢力だけでは弁体８が弁座２１から離れない場合がある。この場合、カム部材４６が逆向きに回転しても弁体８は弁座２１に残ったままとなり、弁体８とカム部材４６とが互いに離れてしまう。その状態のままでカム部材４６をさらに回転させると、バネ５０が伸びきったり、カム部材４６のエッジで弁体８を逆に押し込んだり、といった不具合が生じる恐れがある。しかし、そのような場合であっても、図９に示すようにカム部材の係止部４６ａを設け、係止部４６ａが弁体８と係合する際に弁体８に回転軸方向への力が加わるようにしておけば、弁体８の弁座２１からの離反が促される。弁体８に回転軸方向の力を加えるには、種々の方法が可能であるが、例えば図１０に示すような構成にすれば良い。即ち、図１０に示すように、弁体８の係止部４６ａとの係合面にテーパ面８ａを設け、係止部４６ａの弁体８との係合面には逆テーパ面４６ｂを設ける。係止部４６ａが回転して弁体８と係合すると、弁体８のテーパ面８ａと係止部４６ａの逆テーパ面４６ｂが互いに摺動し、弁体８に回転軸方向の力を加えることができる。そして、弁体８が弁座２１から僅かでも離反すれば、バネ５０の付勢力によって弁体８が回転軸方向に引っ張られ、弁体８とカム部材４６が再び密着し、正常な状態に戻る。従って、バルブの開弁動作が確実に行えるようになる。

尚、本実施の形態のバルブ１１について、開通状態に維持するための付勢力を付与する部材を取り付けても良い。例えば、ねじりコイルバネ等をカム部材４６と弁体８の間に取り付けて、開通状態を維持する付勢力を与えても良い。これによって、開通状態において入子２が意図せず回転して流体流路孔２６を塞いでしまうといった不具合を防止できる。

また、本実施の形態で説明したガイド溝４２は、突起などの適当なストッパに代えても良い。このストッパとしては、バルブの開通状態から順回転させる際に弁体８の回転運動を弁座２１に対向する位置で停止させるストッパ（第１のストッパ）や、弁体８と弁座２１との当接状態において弁体８の逆回転方向の動きを規制するストッパ（第２のストッパ）を設けることが好ましい。

実施の形態３．
本実施の形態では、実施の形態２におけるカムをリンク機構に代えた例について説明する。下記に説明する点を除けば、実施の形態２と同様である。

図１１Ａ及び図１１Ｂは、各々、本実施の形態のバルブが開通した状態（図１１Ａ）及び閉鎖した状態（図１１Ｂ）を示す模式図である。本実施の形態では、図１１Ａ及びＢに示すように、実施の形態２のカム部材４６に代えて、円筒状などの単純な回転支持体５２を用いる。回転支持体５２と弁体８の間は屈曲可能なリンク５６によって接続されている。これによって、弁体８は、回転支持体５２の回転軸からの距離が変化自在となる。尚、ここでは互いに回動可能に接続された２つの部材から成るリンク５６を図示しているが、屈曲可能な構造を持ったリンクであれば他の構造でも良い。また、図では片側に２本ずつ、計４本のリンク５６を用いて弁体８と回転支持体５２を接続しているが、リンクの数は必要な強度に応じて適宜設定することができる。

また、実施の形態２と同様に、弁体８に対して回転支持体５２の回転軸に向かう付勢力を付与するために、弁体８と回転支持体５２との間に引張りバネ５０が設けられている。そして、弁体８の変位を所定の位置で規制するため、棒状のストッパ５４が回転支持体５２の周面に形成されている。尚、ストッパ５４は、回転支持体５２の一部によって兼用しても良い。

まず、バルブが開通状態にあるとき、図１１Ａに示すように、弁体８は配管継手２２から略９０°回転した位置にある。このとき弁体８のガイドピン４９は、ガイド溝４２の末端に位置している。また、弁体８はバネ５０に引っ張られることによって、リンク５４が屈曲し、弁体８はストッパ５４上で係止している。

この状態から取手４４を図面上で右回りに回転させると（＝順回転）、ガイドピン４９がガイド溝４２のもう一方の末端４２ａに突き当たるまで、回転支持体５２と弁体８が一体となって回転する。ガイドピン４９がガイド溝４２の末端４２ａに突き当たった状態では、弁体８が円筒胴部２０の流路孔２６を囲む内周面２１（＝弁座）に対向している。そこから、さらに取手４４を図面上で右回り（＝順方向）に回転させると、図１１Ｂに示すように、弁体８を残して回転支持体５２だけが回転し、リンク５６が伸展する。このため、弁体８に対して弁座２１に向かわせる押圧力が働く（＝押圧機構）。弁体８の動きを規制するガイド溝４２は末端４２ａから弁座に向かって延長した枝部４２ｂを有しているため、この押圧力によって弁体８が弁座２１に向かって移動し、弁座２１に当接する。こうしてバルブが閉鎖される。

バルブの閉鎖状態を維持するためには、回転支持体の回転位置を上述の閉鎖状態で保持すれば良い（＝保持機構）。この保持のための機構は、固定ピン、固定螺子、係合等の種々の手段で実現することができるが、リンク５６自身によって実現することが小型化、軽量化の点で有利である。即ち、弁体８が弁座２１に当接する直前又は当接するとほぼ同時に、リンク５６の上死点を越えるようにすれば良い（弁体８が弁座２１に当接すると同時に上死点を越える場合には、弁体８が弾性変形する分だけ回転支持体５２をさらに回転させる）。このようにすれば、回転支持体５２が閉鎖状態を解除する方向に回転するには、再び上死点を越えるエネルギーが必要になるため、弁体８が弁座２１に当接した状態、即ちバルブの閉鎖状態が保持される。この保持機構によれば、実施の形態２と同様に、少ない部品点数で押圧／保持機構が実現できるため、バルブの小型化、軽量化に極めて有利である。しかも、取手４４の回転という単一の動作でバルブの閉鎖と閉鎖状態の維持が可能になるため、バルブの開閉も容易になる。

バルブを再び開通状態に戻すには、取手４４を図面上で左回りに回転させれば良い（＝逆回転）。このとき弁体８のガイドピン４９は、回転方向に略垂直に延びた枝部４２ｂに位置しているため、弁体８は止まったまま回転支持体５２だけが図中左回りに回転し、リンク５６が上死点を越えて屈曲し、バネ５０の付勢力と相俟って、弁体８が回転軸方向に引っ張られる。よって、弁体８は円筒胴部２０の内周面（＝弁座）２１から離反し、ガイドピン４９が枝部４２ｂから外れて弁体８が再び回転可能になり、その後、弁体８と回転支持体５２は一体となって回転する。そして、弁体８は、バネ５０によって常に回転軸方向に付勢されているので、弁体８はストッパ５４との係止位置（基底位置）に保持される。このように押圧／保持機構にリンク構造を用いれば、実施の形態２で説明した係止部が無くとも弁体８の離反が確実に実行できる。

本件発明のバルブにおける押圧／保持機構は、実施の形態１乃至３で示した形態に限られない。例えば、実施の形態１におけるプッシャピンを偏心軸体に代え、その偏心軸体を弁体の下に挿入して回転させれば、弁体を押圧することができる。また、押圧／保持機能は、一体の構成で実現する必要はなく、独立した２以上の部材によって実現しても良い。例えば、実施の形態１及び実施の形態２で説明したように、プッシャピンやカムによって押圧しながら、そのプッシャピンやカムを螺子やピン等の別の部材で固定することによって保持機構としても良い。

また、本件発明における回転支持体も、実施の形態１乃至３で示した形態に限られない。例えば、実施の形態１において、プッシャピンによる押圧保持機構を実施の形態２のような連通孔のない回転支持体で支持しても良い。逆に、実施の形態２のようなカム部材４６を用いたバルブにおいて、実施の形態１のような連通孔を有する円柱芯体６を設けても良い。

さらに、上述の実施形態では、入子２やプッシャ１０を手動で操作する例について説明したが、用途に応じて、適当な動力を用いて自動で操作しても良い。

本件発明に係るバルブは、構成が簡易であるため、小型化、軽量化が可能であり、しかも弁体が回転支持体に移動自在に配設されると共に、弁体を弁座に押圧／保持する機構を備えるため、真空系にも使用可能な気密性が得られる。従って、本件発明のバルブを、種々の真空系装置に用いることが好ましい。例えば、本件発明のバルブを、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、走査型ＦＩＢ（フォーカスイオンビーム）顕微鏡等の検査装置、電子線描画装置、ＦＩＢリペア装置等の加工装置に応用することができる。また、種々のプラズマを用いるエッチング装置、コーティング装置、アッシング装置等にも応用することができる。

特に、こうした真空系の装置では、ターボポンプ等で１０^―６〜１０^―７torr程度まで荒引した後、イオンポンプ等で１０^―８〜１０^―９torr程度の高真空にすることが多い。その場合、イオンポンプによる排気系とターボポンプによる排気系を接続するために、比較的気密性の高いバルブが必要となる。そのバルブに本件発明のバルブを使用すれば、必要な気密性を確保しながら、装置全体の小型化、軽量化を図ることができる。尚、本件発明のバルブが持つ気密性は、必ずしも従来の大型バルブと同程度でなくても良い。例えば、真空系の装置においても、構造上、２０μｍ以下の小さなアパーチャを有する場合が多い。そのような場合には、本件発明のバルブが有するコンダクタンスは、そのアパーチャの持つコンダクタンスと同程度で足りる。

図１は、実施の形態１に係るバルブを示す分解斜視図である。 図２Ａは、図１に示すバルブの閉鎖状態を示す斜視図である。 図２Ｂは、図１に示すバルブの開通状態を示す斜視図である。 図３は、図１に示すバルブのＡ−Ａ’断面を示す断面図である。 図４は、図３のＢ―Ｂ’断面を示す断面図である。 図５は、図３のＣ―Ｃ’断面を示す断面図である。 図６は、図５のＤ部を拡大した部分拡大図である。 図７Ａは、実施の形態２に係るバルブを示す斜視図である。 図７Ｂは、図７Ａに示すバルブのカバーを外した状態を示す斜視図である。 図７Ｃは、図７Ａに示すバルブのカバーを示す平面図である。 図８Ａは、図７Ａ〜Ｃに示すバルブの開通状態を示す斜視図である。 図８Ｂは、図７Ａ〜Ｃに示すバルブの閉鎖状態を示す斜視図である。 図９は、図７Ａ〜Ｃに示すバルブの各部材の位置関係を示す模式図である。 図１０は、図９に示すバルブの弁体付近を示す部分図である。 図１１Ａは、実施の形態３に係るバルブの開通状態を示す模式図である。 図１１Ｂは、図１１Ａに示すバルブの閉鎖状態を示す模式図である。

符号の説明

１、１１ バルブ、
２ 入子、
４ 外殻、
６ 円柱芯体、
８ 弁体、
１０ プッシャピン、
１２ 連通孔、
２０ 円柱胴体、
２２、２４ 配管継手
３０、３２ Ｏリング、
３４ 板バネ、
４０ カバー、
４２ ガイド溝、
４６ カム部材、
４９ ガイドピン、
５０ 引張りコイルバネ、
５２ 回転支持体

Claims (11)

1. 複数の流体流路孔を設けた外殻と、
   前記外殻内に回転可能に保持された回転支持体と、
   前記回転支持体に支持され、前記回転支持体の回転軸からの距離が変化自在であると共に、前記回転軸に向かう付勢力が付与されている弁体と、
   前記外殻の内面に前記流体流路孔の１つを囲んで形成された弁座と、
   前記弁体を前記付勢力に抗して押圧し、前記回転軸から離れるように変位させ、前記弁座に当接した状態で保持する押圧／保持機構と、を備えたバルブであって、
   閉鎖時には、前記回転支持体の回転によって前記弁体が前記弁座と対向する位置に移動すると共に、前記押圧／保持機構によって前記弁体が前記弁座に当接して保持され、
   開通時には、前記弁体が前記弁座から離反すると共に前記回転支持体の回転によって移動し、前記流体流路孔の少なくとも２つが連通することを特徴とするバルブ。
2. 前記押圧／保持機構は、前記弁体に対して前進、後退可能となるように配設されたプッシャピンを含み、前記プッシャピンは、前記弁体を前記回転軸から離れるように押圧することを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
3. 前記プッシャピンが前進時に螺子固定されることにより、前記弁体の当接状態が保持されることを特徴とする請求項２に記載のバルブ。
4. 前記プッシャピンは、その周面の一部に螺刻され、前記回転支持体又は前記外殻に形成されたプッシャピン支持部と螺合することにより、前記弁体の当接状態を保持することを特徴とする請求項３に記載のバルブ。
5. 前記付勢力が、前記弁体と前記回転支持体の間に挿入された板バネによって付与されていることを特徴とする請求項２に記載のバルブ。
6. 前記回転支持体が、前記流体流路孔の少なくとも２つと連通可能な連通孔を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のバルブ。
7. 前記押圧／保持機構は、回転により前記弁体を押圧可能なカムを含むことを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
8. 前記カムは、前記弁体との接触面に上死点を有し、前記カムが前記上死点を越えて回転することにより、前記弁体の当接状態が保持されることを特徴とする請求項７に記載のバルブ。
9. 前記回転支持体が、前記カムを構成することを特徴とする請求項７又は８に記載のバルブ。
10. 前記弁体は、前記回転支持体と一体に回転可能となるように前記付勢力によって前記回転支持体に密着しており、
    前記バルブは、前記弁体の順回転を前記弁座に対向する位置で停止させるストッパを備え、
    閉鎖時には、前記回転支持体を順回転させ、前記弁体が前記ストッパに当接した後、さらに前記回転支持体を順回転させることにより、カム形状の前記回転支持体が、前記弁体を押圧して前記弁座に当接させ、
    開通時には、前記回転支持体を逆回転させることにより、前記弁体に加わっていた押圧力を解除して前記弁体を前記弁座から離反させることを特徴とする請求項９に記載のバルブ。
11. 前記回転支持体は、逆回転させた時に前記弁体と係止可能な係止部を有し、開通時に、前記係止部が前記弁体に係止することにより前記回転支持体と前記弁体が一体に回転することを特徴とする請求項１０に記載のバルブ。
    
    
    

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