JP2009174715A - シールリングを備えた真空バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】より小さな回転経路を持ち、ハウジングサイドに配置されたバルブを損傷させる恐れのない、より簡単に生産することができるシールリングを備えた真空バルブを提供する。
【解決手段】本質的に矩形の断面を含み、互いに正反対に対向した矩形の端部において曲率半径が配置されており、この曲率半径は、ハウジングサイドとディスクサイドに互いに正反対に対向して配置したシーリングシートと密封係合し、それらの密封表面は、それぞれほぼ同一の円錐角を有するを備えた真空バルブ。
【選択図】図３

Description

本発明は、シールリングを備えた真空バルブに関するものである。

このタイプの真空バルブは、特許文献１の主題として公知となった。この真空バルブは、大気圧から超高真空までの領域で真空を封鎖するために、真空ラインに配置するのに好適である。

このタイプの真空バルブには、バルブディスクとハウジングサイドのバルブシートの間に、いわゆる、シールリングを設けることが知られている。特許文献１には、このタイプのシールリングの各種態様が記載されており、その中で、例えば、図６では矩形のシールリングが示されており、このシールリングは、密封状態から開いた状態への移行において、材料に大きな応力を生じさせる屈曲を受ける。この公知のシールリングの表面は、円錐状に具体化されているので、このタイプのシールリングは、非常に生産することが難しい。

上記シールリングは、比較的薄い断面を有しているため、閉じた状態から開いた状態に移行する間に傾斜する。そうでなかったら、力の作用によって、このシールリングは折れて、密封機能を果たすことができなくなる危険がある。上記シールリングは、こうして、バルブシートの該当する表面に衝突し、そこで破片を引き離し、回復できないほど損傷を与える。

この状況の改善が、特許文献２の主題において行われた。これは、矩形断面のシールリングから外れて、その代わり、ダブル円錐シールリングにしたものである。そして、これは外周半径が互いに正反対に対向して配置されており、くびれを間に配置している。

このくびれを設けた理由は、互いに正反対に対向して配置した２つの半分のシールリングが互いに動くことができるように具体化するためである。そうすることによって、このシールリングが、可能である最低の固有抵抗をもち、可能である最大の回転経路を有することになるという特別な重要性が付与される。したがって、このシールリングは、その断面において、参照されたくびれを持つ。

ドイツ第２９４７５８５号公報 ドイツ第４４４６９４７号公報

そこで使用されるくびれは、ダブル円錐シールリングに対して不利益となることが証明されている。なぜならば、縮小された断面を持ったこの縮小された断面に非常に高い応力が作用するからである。互いに正反対に対向して配置されている半径のために、シールリングは、互いに正反対に対向して配置されているバルブシートの間で、相当するシーリング力を発揮するために非常に圧縮される。このようにして、非常に強いせん断応力が、縮小した断面に作用する。このせん断応力は、この断面に対する損傷となりうる。

大きな回転経路のため、曲げ応力もダブル円錐シールリングに生じる。このダブル円錐シールリングは、開いた状態から閉じた状態へ移行する間に、該リングに作用する曲げ応力によって弾性的に変形する。それにより、該リングは相当する曲げを受ける代わりに、正反対に対向して配置しているバルブシートに沿って押される恐れがあり、これによって、正反対に対向して配置しているバルブシートに甚大な破片除去の変化をもたらす。それによって、密封表面が損傷を受け、使用できなくなる。

この公知のダブル円錐シールリングが有する更なる問題点は、生産が非常に複雑であるという点である。その理由は、異なった半径を有する非常に多くの円錐表面を生産する必要があり、また、そのために特別な道具と取り付け治具を必要とするからである。

したがって、本発明の目的は、公知の真空バルブに対するシールリングを更に発展させて、より小さな回転経路を持ち、ハウジングサイドに配置されたバルブを損傷させる恐れのない、本質的に矩形断面を有するシールリングを、より簡単に生産することができるようにすることである。

この目的を達成するため、本発明は、独立請求項１又は２の技術的教示によって特徴付けられる。

本発明の本質的な特徴は、シールリングが本質的に矩形の断面を含み、互いに正反対に対向した矩形の端部において曲率半径が配置されており、この曲率半径部は、ハウジングサイドとディスクサイドに互いに正反対に対向して配置したシーリングシートと密封係合し、それらの密封表面は、それぞれほぼ同一の円錐角を有する。

また、本発明において、バルブディスクの運動によって、シールリングが曲がるとき、シールリングの“中立軸”が常にバルブディスクの運動方向にほぼ垂直となることも本質的な特徴である。ここで、“中立軸”は、シールリングの断面区域を記述するために使用する。その長さは、バルブディスクの運動による曲がりの間、変化しない。中立軸における曲げ応力はゼロに等しい。２個の対称位置にある断面において、曲げ応力は中立軸のレベルにあり、縁応力の間にある。これは拡大又は圧縮される。

ここに与えた技術的教示により、開いた状態から閉じた状態及びその逆に移行する間、本発明に係るシーリングは直線運動を行い、せん断応力又は座屈応力が負荷されるその断面部に全く変化を受けず、あるいは、わずかだけ受けるという、本質的な利点が生じる。

本発明に係るシールリングの直線運動によって、従来技術に比べて、本質的な利点が達成される。例えば、特許文献１に記載されている主題によれば、そこに示されているシールリングは、上述した全ての問題点を持った傾斜運動を行う。

シールリングを矩形にすることを初めて可能とし、ほぼ同じ大きさの対応する曲率半径が、矩形断面の互いに正反対に対向する２つの端部に配置されており、１つの曲率半径がハウジングサイドの円錐状表面と連結して、そこにハウジングサイドシーリングシートを形成し、一方、正反対に対向する曲率半径は、ディスクサイドの円錐状表面のシールリングにおいて密封係合する点に特徴がある。

互いに正反対に対向する２つのシーリングシートのハウジングサイドの円錐状表面とディスクサイドの円錐状表面は、ほぼ同一にする。もちろん、＋／−５°までの範囲で角度を変えることは可能である。

すなわち、矩形断面の互いに正反対に対向した上記２つの丸いコーナーを通る結合線が、ハウジングサイドとディスクサイドのシーリングシートでそれぞれの円錐線とほぼ直角となるように交差するときに、シールリングの直線運動が開始することを見出した。

これと同様のことが特許文献１の図６にあるものの、そこには、斜めに配置されたシールリングの矩形断面の端面によって、互いに正反対に対向した２つの直角が形成されている。

特許文献１は本発明とは全く異なっている。本発明では、シールリングは水平面に配置されており、互いに正反対に対向して配置している矩形断面の端部は、ハウジングサイドとディスクサイドのバルブシートにおいて、直角の角度を持った取り付け面を形成する。

このように、直角の角度は水平面に関して特許文献１とは異なったレベルにある。

この格別な効果から、ハウジングサイドとディスクサイドの密封表面でシールリングの好ましくないスライディングがもはや起こらず、互いに正反対に対向したシーリングシートの破片除去の障害の危険がなく、高い密封力を与えるスナグ荷重伝達シートとなることが証明された。

本発明に係るシールリングを備えた真空バルブの概略断面図である。 閉じた状態におけるシールリングの拡大概略図である。 図２をさらに詳細に示した図２と同様の概略図である。 ハウジングサイドバルブシートにおけるシールリングの密封係合の拡大概略図である。 本発明に係るシールリングの断面の概略形状の拡大図である。 図５の別の態様である。

発明を実施するための態様

好ましい態様においては、シールリングを例えばステンレス鋼、高ニッケル合金及び類似するもの等の金属材料で作製する。もちろん、他の適当な材料、例えば、金属／プラスチック化合物材料、グラファイト材料、銅及びブロンズ合金等を用いることも可能である。

ハウジングサイドのシーリングシートを備えたハウジングは、ディスクサイドのシーリングシートを備えたハウジングと同様、好ましくはステンレス鋼が採用される。

本発明に係るシールリングは、斜めの表面及び円錐状の表面を有していないため、非常に容易に製造することができるという格別な利点がある。そのため、シールリングは、ハウジングサイドとディスクサイドの密封表面で破片除去破損を起こすことがなく、２つの半径の中心点間の仮想直線が、互いにほぼ平行である２つのシールリング表面部分の仮想直線とほぼ直角になるように、互いに正反対に対向した端部の半径を定める。

これにより、力が分散され、制御しやすくなる。極端な例として、シールリングの矩形断面のコーナー部の曲率半径を特定する上記半径は、それらが単一の点に集まる（あるいは、交点をわずかに超える）ように拡大することができる。しかしながら、本発明で規定しているように、２つの半径の中心点が、互いに正反対に対向する矩形断面の端部を通過する１つの線上で互いに離れて存在することになるように、比較的小さな曲率半径が好ましい。

２つの半径が互いに離れたタイプの構成によれば、比較的低いシーリング力で高いシーリング効果を達成することができる利点がある。それによって、スピンドルドライブ側で費やされる力は従来技術よりも低くなる。

本発明は、すなわち、必要とするシーリング力を獲得するためには、シールリングに固有の変形が必要であるという従来技術からの知識を意識的かつ特異的に基礎としている。本発明の存在価値は、ほとんど変形しないか、あるいは全く変形が起こらない矩形の断面を含み、ハウジングサイドとディスクサイドで互いに斜めに正反対に対向しているバルブシートでの比較的小さな半径に基づき、シーリング力が得られるシールリングを提供することにある。

決定点（すなわち、シールリングが密封表面の円錐部と接触する所）の関係部分（各密封表面の円錐部の内部及び外部）には、力がわずかだけ、あるいは全くかからないように設計する。他の態様も可能であり、考えられる。例えば、ダンパー、スライディングシャトル、インラインバルブ、パルブフラップ、バタフライバルブあるいはフランジ結合をシールすることもできる。しかしながら、アングルバルブに対する例で示した特徴だけでなく、これらの態様にも同様の原理を適用することもできる。

本発明の主題は、個々の特許請求項だけから生じるのではなく、個々の特許請求項を互いに組み合わせることによっても生じる。

本願に開示された（要約も含めて）全てのデータ及び特徴、特に図面に示された立体的態様は、それらが個々に、又はそれらの組み合わせが従来技術に対して新規である限り、本発明に必須のものとして請求項に含まれる。

本発明は、本発明の実施の１つの態様だけを示す図面に基づいて、以下に詳細に説明される。本発明に本質的な他の特徴及び利点は、図面及び明細書に示される。

図１は、ドライブハウジング１が、それに対応した適切なスクリューを介してバルブハウジング２に結合していることを一般的に示している。ドライブハウジング１には、スピンドル４により穴が設けられている。このスピンドル４は、回転することによって固定されるハンドホイール３に結合している。該スピンドルは、ドライブハウジング１の内部ねじ穴に、ねじ込み係合しており、これにより、ハンドホイール３を回転させると、バルブロッド９は矢印方向６に示すように上方に押しやられ、あるいは、矢印方向７に示すように下方に押しやられる。

バルブハウジング２には、バルブロッド９のシールガイドとして、ガイド８を公知のやり方で設ける。

それにより、バルブハウジング２は、インレットフランジ１０が通じるインテリア１２を形成する。

アウトレットフランジ１１は、シールのもう一方の側に配置する。

もちろん、インレットフランジ１０とアウトレットフランジ１１の用語は交換可能である。どちらのサイドから媒体が流れ込み、流れ出るかは重要ではない。

バルブディスク１３がバルブロッド９の自由端で固定して付着していることは重要である。丸みのある該バルブディスクは、シールリング１４に結合している。本発明の決定的要因は、ディスクサイドバルブシート１８及びハウジングサイドバルブシート１５と共にシールリング１４が作動する点にある。

さらに詳しくは、図２及び図３に示している。

図２、３及び５を比較検討すると、本発明に係るシールリングは、本質的に矩形断面２３を含んでいることが認められ、正反対に対向している矩形断面２３のコーナー部は、それぞれ、半径２０ａ、２０ｂを有している。

２つの半径２０ａ、２０ｂは、ほぼ同一とすることが好ましい。図２から、ハウジングサイドバルブシート１５は、円錐線１９ａによって形づくられ、シールリング１４の上部半径２０ａは、この斜めの円錐線に当接しており、これは、例えば、荷重伝達及びシーリングにおいて、垂直線に対して１０°の角度であることを認めることができる。

さらに、ディスクサイドバルブシート１８には、同様に、ほぼ同一の配置をもつ円錐線１９ｂを有し、矩形断面２３の半径２０ａに正反対に対向する端部の半径２０ｂが、この円錐線１９ｂに当接することは必須である。

図２及び図３は、シールリング１４が水平に配置されることを示している。その理由は、シールリング１４の最上部の面が、バルブディスク１３にスクリュー１７によってねじ込まれたディスク１６によって保持されるからである。したがって、シールリング１４はティルティング、サイドティルトが生じない。したがって、シールリング１４は、２つのバルブシート１５、１８に沿って、開いた方向の矢印方向６に、閉じた方向の矢印方向７に直線運動する。

したがって、ティルティングが発生せず、互いに正反対に対向しているバルブシート１５，１８の破片脱離破砕物との衝突が発生しない。

図３は、２つの半径２０ａ、２０ｂの２つの半径中心点２５ａ、２５ｂが仮想の結合線２６上にあり、この結合線は、互いに正反対に対向する矩形断面２３の端部を正確に通って行き、ハウジングサイド円錐線１９ａ及びディスクサイド円錐線１９ｂと直角２９ａ、２９ｂに交差することを示している。

このように、直角２９ａ、２９ｂは、水平線に関して、互いにオフセット配列して互いに対向している。これらの直角は、設けられたハウジングサイドバルブシート１５又はディスクサイドバルブシート１８とのシールリング１４の密封係合を規定する。

したがって、ティルティングあるいはサイドティルトの代わりに、本発明に係るシールリングではリニア押込みが生ずる。

図４は、角度２１は約１０°にすることができること、すなわち、互いに正反対に対向する半径２０ａ、２０ｂがバルブシート１５、１８と密封係合し、シールリング１４の他の部分は係合しないことを示している。このことは、例えば、図５に示すように、シールリング１４の矩形断面の垂直線を表している互いに正反対に対向する直線２２ａ、２２ｂが必ずしも互いに平行である必要はないことを示している。それらの直線は、図５において垂直線として具体的に表現されている。しかしながら、それらは、図６に示すように、互いに並行に配列された斜めの線として具体的に表現することもでき、それにより、シールリング１４の断面は平行四辺形断面３０が形成される。

同様に、図６に示したアラインメントを、図５に示したアラインメントにすることも可能である。例えば、図６に示した直線２２ａは図５に示した垂直線２２ａにすることができ、逆に、図６で示された斜めの直線２２ｂは、図５で示した垂直線２２ａにすることができる。

同様のことが、互いにそれることが可能な水平直線２４ａ、２４ｂにも当てはまる。

例えば、互いに平行な直線２４ａ、２４ｂは凸状あるいは点を持つようにすることができる。

上記の説明は、高さにおいて互いにオフセット配列されたバルブシート１５，１８に当接する水平に配置されたシールリング１４のほぼ矩形の断面において、互いに正反対に対向するシールリング１４のコーナー部だけが働きをすることを本質としている。なぜなら、コーナー部は配列したバルブシート１５、１８と互いに密封係合するからである。

この密封係合に関与しない、この矩形断面の他のコーナー部及びこれらコーナー部を互いに結合する直線は、比較的自由な形で選択することができる。

しかしながら、本発明において、図５に示した形状は、シールリング１４の生産が容易であることから好ましい。

矩形断面の高さ２７対幅２８の比は、幾何学的要件、すなわち、正反対に対向する２つの端部を通る結合線２６は、正反対に対向する円錐線１９ａ、１９ｂとそれぞれ直角で交差しなければならないということに基づいて決定される。

半径２０ａ、２ｂのサイズは、比較的自由に選択することができる。伝達力がハウジングサイドあるいはディスクサイドバルブシート１５、１８に損傷を与えないことが必要である。

その他の点として、シーリングシート１５、１８の円錐角は、シールリング１４がこのバルブシート１５、１８に荷重をかけてセルフロッキングせず、開いた状態から閉じた状態に、このバルブシート１５、１８上を自由に移動できるように選択する。

１ ドライブハウジング
２ バルブハウジング
３ ハンドホイール
４ スピンドル
５ スピンドルボア
６ 矢印
７ 矢印
８ ガイド
９ バルブロッド
１０ インレットフランジ
１１ アウトレットフランジ
１２ インテリア
１３ バルブディスク
１４ シールリング
１５ バルブシート（ハウジングサイド）
１６ ディスク
１７ スクリュー
１８ バルブシート（ディスクサイド）
１９ａ、１９ｂ 円錐線
２０ａ、２０ｂ 半径
２１ 角度
２２ 直線
２３ 矩形断面

Claims (14)

1. 本質的に矩形の断面を含み、互いに正反対に対向した矩形の端部において曲率半径が配置されており、この曲率半径（２０ａ、２０ｂ）は、ハウジングサイドとディスクサイドに互いに正反対に対向して配置したシーリングシート（１５，１８）と密封係合し、それらの密封表面は、それぞれほぼ同一の円錐角を有するシールリング（１４）を備えた真空バルブ。
2. バルブハウジング（２）のバルブディスク（１３）のバルブシート（１８,１５）の同一向きの円錐表面の間にあるシールリング（１４）を備えた真空バルブであって、シールリング（１４）は、本質的に多角形、特に矩形の断面をもち、バルブが閉じた状態において、バルブシート（１８,１５）の円錐表面とバルブシーリング表面を形成する、少なくとも２つの放射状に離れたリング端部は曲率半径（２０ａ、２０ｂ）を有し、バルブディスク（１３）の運動によってシールリングが曲がるとき、シールリング（１４）の中立軸が常にバルブディスク（１３）の運動方向にほぼ垂直となる真空バルブ。
3. シールリング（１４）は、わずかに弾性があり、バルブディスク（１３）を閉じる操作あるいは閉じた状態の間、わずかに変形するか、変形しない請求項１又は２に記載の真空バルブ。
4. シールリング（１４）の断面が本質的に長方形、ひし形又は正方形及び少なくとも２つのリング端部で表され、該リング端部は、放射状に離れており、互いに正反対に対向する曲率半径（２０ａ、２０ｂ）を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載の真空バルブ。
5. シールリング（１４）の曲率半径（２０ａ、２０ｂ）がほぼ同一の大きさであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか1項に記載の真空バルブ。
6. シールリング（１４）の曲率半径（２０ａ、２０ｂ）が異なる大きさであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか1項に記載の真空バルブ。
7. 曲率半径（２０ａ、２０ｂ）の２つの中心点（２５ａ、２５ｂ）を通る結合線が、バルブシート（１８,１５）の２つの円錐表面とほぼ直角で交差することを特徴とする請求項１〜６のいずれか1項に記載の真空バルブ。
8. 曲率半径（２０ａ、２０ｂ）の２つの中心点（２５ａ、２５ｂ）が一点に集まっていることを特徴とする請求項７に記載の真空バルブ。
9. 曲率半径（２０ａ、２０ｂ）が、バルブディスク（１３）の運動方向に対し、異なる高さにあることを特徴とする請求項１〜８のいずれか1項に記載の真空バルブ。
10. シールリング（１４）の対称軸が、バルブディスク（１３）の運動方向に対して、ほぼ垂直な水平面にあることを特徴とする請求項１〜９のいずれか1項に記載の真空バルブ。
11. シールリング（１４）が、ステンレス鋼、高ニッケル合金、金属／プラスチック化合物材料、グラファイト材料、又は銅及び／又はブロンズ合金を含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか1項に記載の真空バルブ。
12. シーリングシート（１８,１５）の少なくとも円錐表面が、ステンレス鋼からなることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか1項に記載の真空バルブ。
13. バルブディスク（１３）が、縦方向に移動可能なバルブロッド（９）に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか1項に記載の真空バルブ。
14. シールリング（１４）が、保持手段（１６，１７）によって、脱離できる形で、バルブディスク（１３）又はバルブハウジング（２）に保持されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか1項に記載の真空バルブ。

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