JP2014092278A - バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術に対して代替的なバルブ駆動機構を有するバルブを提供する。
【解決手段】本発明のバルブは、少なくとも１つの貫通開口部（３）を閉塞するための閉塞要素（２）を備えている。閉塞要素（２）は、バルブ駆動機構（４）によって最大開位置から第１行程を経て中間位置に変位可能であり、かつ、中間位置から第１行程に対して所定角度をなす第２行程を経て閉位置に変位可能である。バルブ駆動機構（４）が有する複数のシリンダ空間（５）（６）のそれぞれに少なくとも１つのピストン（７）（８）が変位可能に設けられている。ピストン（７）（８）が付勢要素（９）またはバネ要素により相互に支持されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空バルブ等のバルブに関する。

本発明に関連する真空バルブが提案されている（特許文献１〜４参照）。

欧州特許公報 ＥＰ０６８４４１５Ｂ１ 米国特許公報 ＵＳ６４３１５１８Ｂ１ 独国特許公報 ＤＥ１０ ２００８ ０５１ ３４９Ｂ３ 米国特許公報 ＵＳ７０６６４４３Ｂ２

本発明は、代替的なバルブ駆動機構を有するバルブを提供することを目的とする。

本発明は、少なくとも１つの貫通開口部を閉塞するための閉塞要素を備え、バルブ駆動機構によって前記閉塞要素が、前記貫通開口部を部分的に開放している最大開位置から、第１行程を経て中間位置に変位可能であり、かつ、前記中間位置から前記第１行程に対して所定角度をなす第２行程を経て前記貫通開口部を閉塞する閉位置に変位可能であり、圧力媒体がそれぞれ作用する複数のシリンダ空間を前記バルブ駆動機構が備えているバルブに関する。

本発明のバルブは、前記複数のシリンダ空間のそれぞれに少なくとも１つのピストンが変位可能に設けられ、かつ、前記ピストンが付勢要素またはバネ要素により相互に支持されていることを特徴とする。

本発明によれば、各シリンダ空間において変位可能に設けられた両ピストンが、付勢要素により直接的または間接的に相互連結されている。付勢要素は一方のピストンおよび他方のピストンに対して同様に相互作用する。これに関連して、付勢要素が各シリンダ空間に充填されている圧力媒体に対抗して、好ましくは相互に反対方向にピストンのそれぞれを付勢するまたは押す。ピストンの移動は、当該ピストンの案内に際して不可避的な摩擦力が勘案されず、好ましくは圧力媒体による圧力および付勢要素による付勢力の相互作用のみによって決定される。付勢要素が原則的に利用され、ピストンが付勢されまたは相応の圧力をピストンに対して作用させることができる。この観点から、外部の昇圧機構またはエネルギー源が、ピストンシリンダユニット、電気モータ、リニアモータまたはこれらの均等物等の付勢要素を作動させることができる。付勢要素ではなくバネ要素が採用される。バネ要素は、通常、適当な圧力作用または張力作用により弾性変形し、外力の解除により初期形状または初期位置に弾性的に復帰するような弾性要素により構成されている。板バネ、コイルバネまたはこれらの均等物などの機械的バネが付勢要素として採用される。気圧式バネもしくは適当な弾性体またはこれらの均等物により付勢要素が構成されていてもよい。

シリンダ空間に作用しうる圧力媒体として、原則的に気体、液体またはこれらの混合物が対象になる。特に、油圧駆動式バルブが、空気圧駆動式バルブと同様に適用される。圧力媒体として、適当な圧力に調節されうる通常の空気がコストの観点から好ましい。

閉塞要素は、当該技術分野における公知技術などのさまざまな技術および手法にしたがって構成される。閉塞要素は、たとえばバルブプレートであってもよい。一般的には閉塞要素、または閉位置において閉塞要素に当接するシートに適当なシール部材が設けられ、これにより閉位置において閉塞要素が貫通開口部の周囲に設けられているシートに対して当接する。貫通開口部およびその周囲に設けられているシートは、一体的部材またはバルブの一部である必要はない。完全にコンパクトな構造の観点から、貫通開口部およびその周囲のシートのうち一方または両方がバルブの一部により構成されていることが好ましい。

閉塞要素がその最大開位置において貫通開口部を完全に開放することが好ましい。第１行程および第２行程の間の中間位置において、閉塞要素が貫通開口部を密封することなく、より広いまたは狭い領域にわたり当該貫通開口部を遮蔽または隠蔽してもよい。閉位置においてのみ貫通開口部が実際に閉塞または密閉される。中間位置は、第１行程から第２行程への移行を定義する。当該移行は、閉塞要素が第１行程から第２行程に移行して方向が反転することにより認識される。この観点から、当該行程が相互に所定角度をなして設けられている。２つの行程が、少なくとも中間位置の周辺において相互に垂直またはその他の角度をなして傾斜して設けられている。所定角度をなしている（異なる方向に設けられている）という観点から、２つの行程は相互に平行または同軸に設けられるのではなく、閉塞要素が当該２つの行程間の移行に際して方向変換し、これは無条件に鋭角を前提とするわけではない。

特に本発明の前記構成において、複数のシリンダ空間が圧力媒体用の共通の圧力通路により連通している。圧力通路が定常的に、または、すべての運転状態において相互に開放されている。これにより、圧力媒体用の複数のシリンダ空間が相互に定常的に連通する。当該構成により、両方のシリンダ空間に単一の昇圧機構のみにより圧力を作用させることができ、かつ、単一の降圧機構により圧力を低下させることができる。これが共通の圧力通路を通じて実現されることが好ましい。この点に鑑みて本発明の前記構成において、閉塞要素を閉位置から最大開位置に変位させる第１運転状態ではシリンダ空間が昇圧機構に接続される一方、閉塞要素を最大開位置から閉位置に変位させる第２運転状態ではシリンダ空間が降圧機構に接続される。閉塞要素を最大開位置から閉位置に変位させるため、付勢要素が第２運転状態においてピストンと相互に押し合ってもよい。これが共通の圧力通路を通じて実施されることが好ましい。運転状態の切り替えが適当な調節バルブにより実現される。バルブの運動中に、好ましくは定常的に、一方のシリンダ空間に他方のシリンダ空間と同一の圧力が作用していることが好ましい。開放過程および閉塞過程において、閉塞要素を各行程に案内するため、本発明の前記変形構成において、各ピストンが面積が相違し、かつ、各シリンダ空間の圧力媒体によって圧力が作用するピストン端面を有することが好ましい。狭面積のピストン端面を有するピストンが、閉塞要素を第１行程にしたがって変位させるため、当該閉塞要素に連結されていてもよい。狭面積のピストン端面を有するピストンが、閉塞要素に固定されていることが好ましい。当該固定は適当なロッドを通じて実現される。このような手法により、閉塞過程に際して、閉塞要素が最初に好ましくは直線状の第１行程にしたがって変位する。

比較的広面積のピストン端面を有するピストンが、第２行程において閉塞要素を動かす場合、力伝達要素の一部に対して連結されていることが好ましい。力伝達要素により、第１行程に対する第２行程の所定角度または方向転換が実現される。当該構成により、閉塞要素が中間位置に到達した場合に第２行程における変位が初めて実施され、第１行程から完全に出発する。力伝達要素は当該技術分野において知られている。運動関連技術分野において知られている強制案内機構が用いられてもよい。

本発明の前記構成において、力伝達要素により閉塞要素の揺動が実現される。当該揺動に関して、好ましくは第２行程が曲線状に構成されている。当該揺動の観点から、バルブ駆動機構がバルブハウジングに対して固定されている揺動軸を備え、シリンダ空間を有するシリンダが当該揺動軸回りに揺動可能に設けられていてもよい。

各シリンダ空間がそれぞれのシリンダにおいて構成されてもよい。当該シリンダは、好ましくは固定され、相互に連結されている。両方のシリンダ空間が共通のシリンダにおいて構成されてもよい。共通のシリンダにおいて、両方のピストンが案内される。付勢要素が通常は当該共通のシリンダに設けられる。

前記構成において第１行程は直線状に構成されている。前記変形構成において第２行程は曲線状に構成されている。

本発明のバルブの様々な特徴および詳細は、次の図面に基づいて説明される。

図６Ａ−Ａ線に沿った本発明の一実施形態としてのバルブの縦断面図（その１）。 図６Ａ−Ａ線に沿った本発明の一実施形態としてのバルブの縦断面図（その２）。 図６Ａ−Ａ線に沿った本発明の一実施形態としてのバルブの縦断面図（その３）。 図６Ｂ−Ｂ線に沿ったバルブの縦断面図。 図６Ｃ−Ｃ斜線に沿ったバルブの縦断面図。 断面線が示されているバルブの上面図。 前記実施形態のシリンダ空間の圧力作用の回路構成図。

図１には、本実施形態では貫通開口部３を完全に開放する最大開位置にある閉塞要素２が示されている。図２には閉塞要素２が第１行程の終端にあって、貫通開口部３を覆う一方で閉塞していない中間位置に到達した状態が示されている。図３には、閉塞要素２がそのシール部材２６により貫通開口部３の周囲のシートに当接して当該貫通開口部３を密封する閉位置にある状態が示されている。

閉塞要素２は、第１行程において、図１に示されている最大開位置から図２に示されている中間位置に、本実施形態では当該第１行程にしたがって直線的に変位する。閉塞要素２は、図２に示されている中間位置から図３に示されている閉位置への移動に際して、曲線状に延在する第２行程にしたがって、バルブ駆動機構４の全体が閉塞要素２とともに揺動軸１７の回りにバルブハウジング１６に対して揺動される。図４に示されているように、バルブ駆動機構４またはそのシリンダ１８は、軸ボルト２７によって揺動軸１７の回りに揺動可能にバルブハウジング１６に設けられている。

本実施形態の閉塞要素２はロッド２０を通じて、共通のシリンダ１８の第１シリンダ空間５に設けられている第１ピストン７に対して堅固に連結されている。第１シリンダ空間５に作用する圧力媒体によって圧力を作用させることが可能な第１ピストン７の第１ピストン端面１４は、第２シリンダ空間６に作用する圧力媒体によって圧力を作用させることが可能な他方の第２ピストン８の第２ピストン端面１５よりも面積が狭い。第１シリンダ空間５および第２シリンダ空間６のそれぞれに変位可能に設けられている第１ピストン７および第２ピストン８の両方は、付勢要素９により相互に支持されかつ付勢されている（バイアスがかけられている）。本実施形態ではコイルバネにより構成されている付勢要素９は第１ピストン７および第２ピストン８の両方を、第１シリンダ空間５および第２シリンダ空間６のそれぞれに作用する圧力媒体に反抗して相互に反対方向に押圧している。狭面積の第１ピストン端面１４を有する第１ピストン７が、ロッド２０を通じて閉塞要素２に対して堅固に連結されている。広面積の第２ピストン端面１５を有する第２ピストン８が、力伝達要素１９の一部に対して連結されている。力伝達要素１９の一部に、ロッド２２の回りに回動可能に設けられているローラ２３が設けられ、バルブ１の縦方向（長手方向）に対して斜めに延在するガイド部２４を通る。本実施形態ではロッド２２は、第２ピストン８に対して堅固に連結されている。

本実施形態では、第１シリンダ空間５および第２シリンダ空間６は共通の圧力通路１０を介して相互に連通している。定常的にすべての運転状態において開いている圧力通路１０により、第１シリンダ空間５および第２シリンダ空間６は定常的に相互に連通している。バルブ１の動作中に、一方のシリンダ空間である第１シリンダ空間５には、他方のシリンダ空間である第２シリンダ空間６と同一の圧力が作用する。圧力通路１０およびその第１シリンダ空間５および第２シリンダ空間６に対する連結部分は、図５の斜線断面に明示されている。

共通の圧力通路１０は、図５に示されている通路２５に連通し、当該通路２５を通じた圧縮空気、その他の気体または流体等の圧力媒体の流入によって、第１シリンダ空間５および第２シリンダ空間６に圧力を作用させることができる。同様に、共通の圧力通路１０および通路２５を通じて圧力が解除され、この意味でこれらは流出通路を構成する。

図７はシリンダ空間５および６に圧力が作用し、当該シリンダ空間５および６が圧力から解除されるような回路構成図を示している。これは、本実施形態において、共通の圧力通路１０、通路２５およびそこに設けられている調節バルブ１１によって構成されている。図７に示されている回路において、調節バルブ１１がシリンダ空間５および６を降圧機構１３に接続させている。これにより、たとえば通常の大気圧下で、圧力媒体をシリンダ空間５および６から排出させることができる。圧力媒体によりシリンダ空間５および６に圧力を作用させるため、昇圧機構１２から当該シリンダ空間５および６に圧力媒体が供給されるように、昇圧機構１２とシリンダ空間５および６とを接続する図示されていない箇所に調節バルブ１１が設けられている。昇圧機構１２および降圧機構１３は公知技術およびそれと同等の手段により実現されてもよい。これは気体状態の圧力媒体のみならず液体状態の圧力媒体についても同様である。図７に関連して、シリンダ空間５および６がさらに昇圧機構１２に接続されながら降圧機構１３になおも接続される中間位置において調節バルブ１１が設けられていてもよい。当該位置において、各圧力媒体が各シリンダ空間５、６に充填される。

続いて、本実施形態におけるバルブ駆動機構４の機能について説明する。

図１に示されている最大開位置において、過圧状態の圧力媒体がシリンダ空間５および６に充填されている。シリンダ７および８が相互に離間するように付勢要素９が補助している。閉塞動作を実現するため、図７に示されているシリンダ空間５および６が降圧機構１３に接続される箇所に調節バルブ１１のみが設けられている。これにより、付勢要素９がピストン７および８を相互に押圧している間、圧力媒体がシリンダ空間５および６から流出することができる。圧力が作用する狭面積の第１ピストン端面１４により、シリンダ空間５および６が同一の内部圧力である場合、当該第１ピストン端面１４を有する第１ピストン７のみが動く。第１ピストン７は、ロッド２０の形態で閉塞要素２に堅固に連結されているので、閉塞要素２を第１行程にしたがって直線的に図２に示されている中間位置に変位させる。密封されたベロウズ２１が引き伸ばされる。中間位置に到達した場合、付勢要素９が、圧力が作用する広面積の第２ピストン端面を有する第２ピストン８を、第２シリンダ空間６のより奥に押す。これにより、ロッド２２を介して第２ピストン８に連結されているローラ２３が縦方向２８に対し傾斜して設けられているガイド部２４に沿って動き、その結果、シリンダ１８またはバルブ駆動機構４が揺動軸１７の回りに揺動する。これにより、閉塞要素２が、図２に示されている中間位置から曲線状に延在する第２行程にしたがって図３に示されている閉位置に動かされる。これをもって閉塞行程が終了する。

開放のため、図３に示されている閉位置から図２に示されている中間位置を経て図１に示されている最大開位置に閉塞要素２を変位させるため、シリンダ空間５および６が昇圧機構１２に接続されるように調節バルブ１１が調節される。この場合、第２シリンダ空間６に圧力媒体が供給され、広面積の第２ピストン端面１５を有する第２ピストン８が閉塞要素２に向かって動かされる。これにより力伝達要素１９のローラ２３が、バルブ１の縦方向２８に対して傾斜しているガイド部２４にしたがって動き、共通のシリンダ１８が揺動軸１７の回りに揺動し、閉塞要素２が曲線状（円弧状）に構成されている第２行程にしたがって図３に示されている閉位置から図２に示されている開位置に動かされる。続いて圧力媒体が第１シリンダ空間５に流入し、継続的な付勢要素９の補助により第１ピストン７のみが動かされ、閉塞要素２が直線状の第１行程にしたがって図１に示されている最大開位置に向かって動かされる。説明された移動手順は、シリンダ空間５および６の両方が同一の圧力下であるにもかかわらず、ピストン端面１４および１５の面積が相違することに基づいている。

説明の完全を期すため、同一圧力のシリンダ空間５、６およびピストン７、８の面積の相違するピストン端面１４、１５は必須ではないことを述べておく。前記のような閉塞要素２の移動の進行を実現するため、異なる圧力を作用させるような、一般的に実現のためにコストがかかる変形例が採用されてもよい。

本発明に係る技術は、バルブ１のさまざまな分野に採用されてもよい。特に、いわゆる真空技術に適用されてもよい。この観点からバルブ１は真空バルブとして用いられる。真空技術は一般的に１［ｍｂａｒ］または１００［Ｐａ］より低い圧力における技術を意味する。

１‥バルブ、２‥閉塞要素、３‥貫通開口部、４‥バルブ駆動機構、５‥第１シリンダ空間、６‥第２シリンダ空間、７‥第１ピストン、８‥第２ピストン、９‥付勢要素、１０‥共通の圧力通路、１１‥調節バルブ、１２‥昇圧機構、１３‥降圧機構、１４‥第１ピストン端面、１５‥第２ピストン端面、１６‥バルブハウジング、１７‥揺動軸、１８‥シリンダ、１９‥力伝達要素、２０‥ロッド、２１‥ベロウズ、２２‥ロッド、２３‥ローラ、２４‥ガイド部、２５‥通路、２６‥シール部材、２７‥軸ボルト、２８‥縦方向。

Claims (10)

1. 少なくとも１つの貫通開口部（３）を閉塞するための閉塞要素（２）を備え、バルブ駆動機構（４）によって前記閉塞要素（２）が、前記貫通開口部（３）を部分的に開放している最大開位置から、第１部分行程を経て中間位置に変位可能であり、かつ、前記中間位置から前記第１部分行程に対して所定角度をなす第２部分行程を経て前記貫通開口部（３）を閉塞する閉位置に変位可能であり、圧力媒体がそれぞれ作用する複数のシリンダ空間（５）（６）を前記バルブ駆動機構（４）が備えているバルブ（１）であって、
   前記複数のシリンダ空間（５）（６）のそれぞれに少なくとも１つのピストン（７）（８）が変位可能に設けられ、かつ、前記ピストン（７）（８）が付勢要素（９）またはバネ要素により相互に支持されていることを特徴とするバルブ。
2. 請求項１記載のバルブにおいて、前記シリンダ空間（５）（６）が、前記圧力媒体のための共通の圧力通路（１０）を通じて相互に連通していることを特徴とするバルブ。
3. 請求項１または２記載のバルブにおいて、前記シリンダ空間（５）（６）が、直接的に、または、共通の圧力通路（１０）および調節バルブ（１１）のうち一方もしくは両方を通じて、前記閉塞要素（２）を前記閉位置から前記最大開位置に移動させるための第１運転状態においては昇圧機構（１２）に接続される一方、前記閉塞要素（２）を前記最大開位置から前記閉位置に移動させるための第２運転状態においては降圧機構（１３）に接続されることを特徴とするバルブ。
4. 請求項１〜３のうちいずれか１つに記載のバルブにおいて、前記バルブ（１）の動作中にまたは定常的に、一方の前記シリンダ空間（５）において他方の前記シリンダ空間（６）と同一圧力が作用することを特徴とするバルブ。
5. 請求項１〜４のうちいずれか１つに記載のバルブにおいて、前記ピストン（７）（８）のそれぞれが、前記圧力媒体によって前記シリンダ空間（５）（６）のそれぞれにおいて作用する、面積の大小が異なるピストン面（１４）（１５）を有することを特徴とするバルブ。
6. 請求項５記載のバルブにおいて、小面積の前記ピストン面（１４）を有する前記ピストン（７）が、前記第１部分行程において前記閉塞要素（２）を動かすため、前記閉塞要素（２）に対して固定または連結されていることを特徴とするバルブ。
7. 請求項５または６記載のバルブにおいて、大面積の前記ピストン面（１５）を有する前記ピストン（８）が、前記第２部分行程において前記閉塞要素（２）を動かすため、力伝達要素（１９）の一部に対して固定または連結されていることを特徴とするバルブ。
8. 請求項１〜７のうちいずれか１つに記載のバルブにおいて、前記第１部分行程が直線状に延在し、これに加えてまたは代えて前記第２部分行程が曲線状に延在していることを特徴とするバルブ。
9. 請求項１〜８のうちいずれか１つに記載のバルブにおいて、前記バルブ駆動機構（４）が、前記バルブ（１）のバルブハウジング（１６）に対して固定されている揺動軸（１７）を有し、前記シリンダ空間（５）（６）を有するシリンダ（１８）が当該揺動軸（１７）の回りに揺動可能に設けられていることを特徴とするバルブ。
10. 請求項１〜９のうちいずれか１つに記載のバルブにおいて、前記付勢要素（９）が、前記シリンダ空間（５）（６）のそれぞれに作用する圧力媒体に対して、前記ピストン（７）（８）のそれぞれを所定方向または相互に反対方向に付勢または押圧していることを特徴とするバルブ。