JP2018522172A

JP2018522172A - バルブ

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Publication number: JP2018522172A
Application number: JP2018500469A
Authority: JP
Inventors: マイヤートーマス
Original assignee: バットホールディングアーゲー
Priority date: 2015-08-06
Filing date: 2016-07-13
Publication date: 2018-08-09
Anticipated expiration: 2036-07-13
Also published as: EP3332157B1; CN107923543B; KR20180035822A; KR102548017B1; CN107923543A; US20180224005A1; US10502325B2; JP6797177B2; WO2017021120A1; EP3332157A1

Abstract

本発明は、バルブ（１）、特に真空バルブに関する。閉塞部材（２）が閉位置においてバルブシート（３）に対して押し付けられ、離間位置においてバルブシート（３）から離間し、駆動ユニット（４）により閉方向（５）について離間位置から閉位置まで変位可能である。バルブシート（３）に対して押し付けられる際の閉塞部材（２）の位置調節のため、閉塞部材（２）が駆動ユニット（４）の支持部材（６）に、少なくとも閉方向（５）に対して垂直なまたは傾斜した方向（７）に変位可能に支持されている。【選択図】図５

Description

本発明は、少なくとも１つの閉塞部材と、少なくとも１つのバルブシートと、少なくとも１つの駆動ユニットと、を備え、前記閉塞部材が閉位置においてバルブシート（３）に対して押し付けられ、離間位置においてバルブシートから離間し、前記駆動ユニットにより閉方向について離間位置から閉位置まで変位可能であるバルブ、特に真空バルブに関する。

従来技術の様々な形態でこのタイプのバルブ、特に真空バルブが知られている。閉塞部材は、特に真空領域で使用される場合、閉位置において完全にバルブシートを封止しながら当該バルブシートに押し付けられるように、バルブシートに適当に位置調節される必要がある。実際には、対応する許容範囲でこれを実現することは困難である。これに関して、比較的大きな補償運動および調整運動を可能にするため、シールリングを収縮させることによって２つのシール面を連結することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

独国特許公開公報ＤＥ２９５１１５０Ａ１

本発明の目的は、この問題に対する別の解決法を提案することである。

本発明のバルブは、前記バルブシートに対して押し付けられる際の前記閉塞部材の位置調節のため、前記閉塞部材が前記駆動ユニットの支持部材に、少なくとも前記閉方向に対して垂直なまたは傾斜した方向に変位可能に支持されていることを特徴とする。

すなわち、閉塞部材が、駆動ユニットの支持部材に対して変位可能に支持されることによって、閉方向に垂直なまたは傾斜した方向に付加的な自由度が与えられる。これは、閉位置にある際の閉塞部材をバルブシートに対して正確に位置決めする、好ましくは中心位置を合わせることを可能にする。その結果、閉塞部材は、バルブシートに対して封止状態で押し付けられる。当該方向が閉方向に垂直である場合、閉方向に直交する方向が与えられる。傾斜方向は、垂直方向および同軸方向または平行方向とは異なる任意の角度をなす方向である。傾斜方向は、閉方向に対して直角または垂直な方向を基準として±２０°の角度範囲、好ましくは±１０°の角度範囲で延在している。

閉塞部材が閉方向に垂直な方向に変位可能に支持されている場合、径方向に変位可能な取り付けも考えられる。

本発明の好ましい実施形態では、閉方向に垂直なまたは傾斜した方向として一方向のみではなく複数の方向に変位可能に支持されることが、閉塞部材およびバルブシートの形状に応じて有用性が高い。特に好ましい実施形態では、前記バルブシートに対して押し付けられる際の前記閉塞部材の位置調節のため、前記閉塞部材が前記駆動ユニットの支持部材に、少なくとも前記閉方向に対して垂直なまたは横向きの平面におけるすべての方向に変位可能に支持されている。特に好ましくは、閉塞部材が、駆動ユニットの支持部材に、閉方向を基準としたすべての径方向について変位可能に支持される。

閉塞部材は、バルブの適用領域に応じて非常に多様に設計されうる。例えば、特にガス計量バルブ等に使用されるように、バルブピンまたはバルブニードルとして適用される。本発明に係るバルブが、バルブシートによって取り囲まれたバルブ開口部を通ってより大型の物体を搬送する必要があるいわゆる搬送バルブである場合、より大型の閉塞部材が使用される。本発明の特に好ましい実施形態は、閉塞部材がバルブプレートである。バルブプレートは、バルブシートに対する適当な係合または押圧によってバルブシートによって取り囲まれたバルブ開口部を好ましくは封止状態で閉塞する平板状の構造である。バルブプレートの特に好ましい実施形態は、円形の輪郭を有する。その一方、バルブプレートは、矩形状または正方形状、隅が丸い矩形状または正方形状の輪郭を有する。バルブシートはそれぞれ、バルブプレートに適合した形状を有する。バルブプレートは平坦である必要はないが、特に好ましい実施形態では、前記閉方向が、前記バルブプレートの閉平面の法線を構成する。閉平面は、バルブプレートがバルブシートに押し付けられる際のバルブシートに当接するバルブプレートの周辺領域において延在している。閉塞部材およびバルブシートの両方は、少なくとも１つのシール部材を支持していてもよい。したがって、バルブシートおよび閉塞部材の両方に少なくとも１つのシールが固定されてもよい。

バルブシートに押し付けられる際の閉塞部材の位置決めを達成するため、本発明の特に好ましい実施形態では、前記閉塞部材および／または前記バルブシートおよび／または少なくとも閉位置において前記閉塞部材と前記バルブシートとの間に配置されているシール部材が、前記閉方向に先細りの横断面を有している。例えば、少なくとも部分的に回転対称性があり、閉方向に先細りの横断面になっている。特に好ましくは、前記閉塞部材および／または前記バルブシートおよび／または少なくとも閉位置において前記閉塞部材と前記バルブシートとの間に配置されているシール部材が、円錐状に形成されている。当該円錐形状は、切頭円錐形などの表面を表わしていてもよい。

支持部材に対する閉塞部材の相対運動中の摩擦力を最小限に維持するため、本発明の好適な変形実施形態では、前記閉塞部材が、少なくとも１つの滑り軸受を介在させて前記駆動ユニットの前記支持部材に変位可能に支持されている。ここにはさまざまな滑り軸受が使用されうる。たとえば、スメア層、プラスチックコーティング、例えば、テフロン（登録商標）（ポリテトラフルオロエチレン）またはブロンズブッシュなどの摺動要素が採用される。ローラまたはボールベアリングも使用可能であるが、比較的高価である。

閉塞部材がバルブシートから離間される際に閉塞部材を支持部材に対して中立位置に向けて付勢する付勢ばねが設けられていてもよく、本発明の好ましい実施形態では、前記駆動ユニットの前記支持部材に対して中立位置に向かう方向に前記閉塞部材を弾性的に付勢する付勢ばねを備えている。当該付勢ばねにより、閉塞部材がバルブシートから離間した場合、閉塞部材を中立位置に自動的に復帰させることができる。

バルブシートまたは閉塞部材に配置されたシール部材は、特にシールリングの形態などの様々な実施形態および変形がある。例えば、このようなシールリングまたはシール部材は円錐形状を有していてもよい。特許文献１（独国特許公開公報：ＤＥ２９５１１５０Ａ１）、独国特許公開公報：ＤＥ４４４６９４７Ａ１および米国特許公報：ＵＳ４，６２７，５９９Ａには、適当なシール部材が一般性を失うことなく例示されている。

閉方向に垂直なまたは傾斜した少なくとも１つの方向について、閉塞部材を駆動ユニットの支持部材に対して相対的に変位可能に支持させる様々な実施形態および変形がある。特に、本発明の好適な変形例では、前記駆動ユニットの前記支持部材が少なくとも１つの収容空間を有し、かつ、前記閉塞部材が前記収容空間に間隙をもって配置されている軸受要素を有し、あるいは、前記閉塞部材が少なくとも１つの収容空間を有し、かつ、前記駆動ユニットの前記支持部材が前記収容空間に間隙をもって配置されている軸受要素を有している。間隙または遊びは閉方向に対して垂直なまたは傾斜した方向に存在する。収納空間および／または軸受要素は回転対称性を有し、相対運動のために必要な遊びが生じるように収容空間は支持要素よりも大径または大きい断面積を有している。本発明に係るバルブの当該実施形態の特に好ましい変形例では、前記収容空間および前記軸受要素のうち少なくとも一方が、前記閉方向に平行な縦断面においてＴ字形状である。

本発明に係るバルブでは、閉塞部材が駆動ユニットによって閉方向およびその反対方向に駆動されるように構成されている。そのほか、閉塞部材が閉方向およびその反対方向のみならず、当該方向に対して傾斜した方向、好ましくは垂直な方向にも駆動されてもよい。当該駆動のために、少なくとも１つの第２駆動ユニットが設けられる必要はない。本発明の特に好ましいバルブは、いわゆるＬ型バルブ（コーナーバルブ）である。本発明の変形例では、前記閉塞部材が、少なくとも１つの第２駆動ユニットにより、前記閉方向に対して傾斜したまたは垂直な方向について離間位置から開位置まで変位可能であり、前記閉塞部材が開位置において、前記バルブシートにより取り囲まれているバルブ開口部を覆う状態から完全にまたは少なくとも部分的に外れている。閉塞部材が離間位置にある間はバルブシートに当接していない一方でバルブ開口部を覆うように配置され、開位置では閉塞部材がバルブ開口部を完全にまたは部分的に覆っておらず、バルブ開口部を完全にまたは部分的に開放する。

前述のように、本発明に係るバルブは、いわゆる真空技術において使用されることが特に好ましい。一般的に真空技術とは、０．００１ｍｂａｒ（ミリバール）以下または０．１以下の圧力下での運転状態が実現される場合をいう。真空バルブは、当該圧力範囲および／または環境に対応する差圧のために設計されたバルブである。一般的に大気圧より低い圧力、すなわち１バール未満の圧力に対して設計されているバルブが真空バルブと呼ばれてもよい。

本発明の好ましい実施形態の更なる特徴および詳細は、次の図面に例示されている好ましい実施形態を参照しながら説明される。

本発明に係るバルブの外観図。閉塞部材が開位置にある状態における図１のＡ−Ａ線に沿った縦断面図。閉塞部材が離間位置にある状態における図１のＡ−Ａ線に沿った縦断面図。閉塞部材が閉位置にある状態における図１のＡ−Ａ線に沿った縦断面図。駆動ユニットおよび閉塞部材を通る縦断面。駆動ユニットおよび閉塞部材の側面図。図６のＥ−Ｅ線に沿った断面図。駆動ユニットおよび閉塞部材の構成要素の分解図。

図１に示されている本発明に係るバルブ１は、公知のように、ハウジング２０と、バルブ開口部１８を取り囲む２つのフランジ１９と、を備えている。当該フランジ１９によって、バルブ１は、対応するプロセスチャンバまたは導管などに固定される。これ自体は公知であるためさらに説明する必要はない。

図２、図３および図４のそれぞれはＡ−Ａ断面線に沿った縦断面図を示している。図２において、バルブ１の閉塞部材２は開位置にある。本実施形態では、開位置において閉塞部材２が、バルブシート３により取り囲まれているバルブ開口部１８を覆う状態から完全に外れている。本実施形態では、開位置において閉塞部材２が、バルブ開口部１８を完全に開放している。図３には、離間位置が示されているが、ここで閉塞部材２はバルブシート３から離間しているが、依然としてバルブ開口部１８を覆っている。閉塞部材２は、図３に示されている位置から、駆動ユニット４により閉方向５についてバルブシート３に対して押し付けられ、図４に示されているように閉塞部材２がバルブシート３に対して押し付けられている閉位置に至る。閉塞部材２の閉方向５およびその反対方向への運動は、図３に示されている位置および図４に示されている位置の間の運動と同様、本実施形態では空気圧式ピストンシリンダユニットとして設計された駆動ユニット４により実現される。駆動ユニット４は、シリンダ２１の内部で変位可能に設けられているピストン２２を有している。ピストン２２には、耐圧プレート２４に連結されたピストンロッド２３に取り付けられている。閉塞部材２とは反対側で駆動ユニット４を支持するため、閉塞部材２がバルブシート３に押し付けられる際、耐圧プレート２４がカウンタシート２７に支持される。

方向１６およびこの反対方向に、図２に示されている開位置と図３に示されている離間位置との間で駆動ユニット４と共同して閉塞部材２を往復運動させるため、本実施形態では第２駆動ユニット１７が設けられている。第２駆動ユニット１７も空気圧式ピストンシリンダユニットとして設計されている。第２駆動ユニット１７は、シリンダ２１の内部に案内されるピストン２２を備え、ピストン２２には駆動ユニット４のピストンロッド２３が閉塞部材２と一緒に取り付けられている。したがって、閉塞部材２は、全体的にＬ字形状の軌道に沿って移動する。したがって、本発明に係るバルブ１の一実施形態は、いわゆるＬ型バルブの実施形態である。すでに説明したように、本発明はこのようなＬ型バルブに限定されない。

本実施形態では、第１駆動ユニット４および第２駆動ユニット１７は、空気圧式ピストンシリンダユニットとして構成されている。しかし、これに限定される必要はないことに留意すべきである。本発明の枠組みの範囲内で、完全に異なる駆動ユニット、例えば、油圧式、電気式および／または機械式の駆動ユニットが設けられていてもよい（スイス特許公報：ＣＨ６５９５１２参照）。

バルブシート３に押し付けられた際の最適な位置調節のため、本実施形態では、閉塞部材２は、少なくとも閉方向５に垂直なまたは傾斜した方向７に変位可能に設けられている。図示された変形例では、方向７は閉方向５に対して垂直に延在している。バルブプレートとして構成された閉塞部材２が中立位置からすべての径方向７に、閉方向５に垂直な平面８において変位可能である。閉方向５は、図６に示されているバルブプレートの閉平面９の法線を構成している。

支持部材６に対して変位可能な駆動ユニット４の取り付けを実現するため、本実施形態では、駆動ユニット４の支持部材６が少なくとも１つの収容空間１４を有し、かつ、閉塞部材２が当該収容空間１４に間隙をもって配置されている軸受要素１５を有している。これは、図５の閉塞部材２および駆動ユニット４の縦断面図に明確に示されている。収容空間１４は、軸受要素１５と同様に、当該縦断面図において閉方向５に平行なＴ字形状を有している。これは、図２〜図４および図５に明確に示されている。摩擦力を低く抑えるために、滑り軸受１２が閉塞部材２とキャリア本体６との間に設けられている。

すでに説明したように、本発明の変形例として、バルブシート３に対して押し付けられる際の閉塞部材２の位置調節のため、閉塞部材２、バルブシート３および少なくとも閉位置において閉塞部材２とバルブシート３との間に配置されたシール部材１０のうち少なくとも１つが、閉方向５に先細りの横断面１１を有している。本実施形態では、バルブシート３は、図２〜図４に明確に示されているようにこの目的のために円錐形状に形成されている。当該円錐形状により、バルブシート３の横断面１１は閉方向５に先細りになっている。閉塞部材２に配置されたシール部材１０または閉塞部材２それ自体が、これに対応して円錐形状に形成された場合または閉方向５に先細りの横断面１１を有する場合も同様の効果が得られる。もちろん、シール部材１０が閉塞部材２の代わりにバルブシート３に固定されていてもよい。

閉塞部材２がバルブシート３から離間している際に、閉塞部材２を駆動ユニット４の支持部材６に対して中立位置に維持するまたは中立位置に変位させるため、本実施形態では付勢ばね１３が設けられている。これは図７および図８に明確に示されている。付勢ばね１３はここでは星形の環状ばねとして設計されており、支持部材６と閉塞部材２またはその軸受要素１５との間の環状の収容空間１４に配置されている。環状の自由空間により、バルブシート３に押し付けられる際の閉塞部材２が、閉方向５に垂直な平面８におけるすべての方向７について支持部材６に対して変位することができる。付勢ばね１３は、バルブシート３から離間した際の閉塞部材２を、すべての方向から図７に示されている中立状態に復帰させる。

図８には、駆動ユニット４および閉塞部材２の様々な構成要素が分解された状態で示されている。本実施形態では、円錐形状のシール部材を閉塞部材２に固定する支持リング２６が設けられている。この分解図において、ピストン２２をピストンロッド２３と共にシリンダ２１の外側に示すため、シリンダ後壁２５がシリンダ２１から省略されて示されている。

１‥バルブ、２‥閉塞部材、３‥バルブシート、４‥第１駆動ユニット、５‥閉方向、６‥支持部材、７‥方向、８‥平面、９‥閉平面、１０‥シール部材、１１‥横断面、１２‥ベアリング、１３‥付勢バネ、１４‥収容空間、１５‥軸受要素、１６‥方向、１７‥第２駆動ユニット、１８‥バルブ開口部、１９‥フランジ、２０‥ハウジング、２１‥シリンダ、２２‥ピストン、２３‥ピストンロッド、２４‥耐圧プレート、２５個‥シリンダ後壁、２６‥支持リング、２７‥カウンタシート。

Claims

少なくとも１つの閉塞部材（２）と、少なくとも１つのバルブシート（３）と、少なくとも１つの駆動ユニット（４）と、を備え、前記閉塞部材（２）が閉位置においてバルブシート（３）に対して押し付けられ、離間位置においてバルブシート（３）から離間し、前記駆動ユニット（４）により閉方向（５）について離間位置から閉位置まで変位可能であるバルブ（１）または真空バルブであって、
前記バルブシート（３）に対して押し付けられる際の前記閉塞部材（２）の位置調節のため、前記閉塞部材（２）が前記駆動ユニット（４）の支持部材（６）に、少なくとも前記閉方向（５）に対して垂直なまたは傾斜した方向（７）に変位可能に支持されていることを特徴とするバルブ。
請求項１記載のバルブ（１）において、
前記バルブシート（３）に対して押し付けられる際の前記閉塞部材（２）の位置調節のため、前記閉塞部材（２）が前記駆動ユニット（４）の支持部材（６）に、少なくとも前記閉方向（５）に対して垂直なまたは横向きの平面（８）におけるすべての方向（７）に変位可能に支持されていることを特徴とするバルブ。
請求項１または２に記載のバルブ（１）において、前記閉塞部材（２）がバルブプレートであることを特徴とするバルブ。
請求項３記載のバルブ（１）において、前記閉方向（５）が、前記バルブプレートの閉平面（９）の法線を構成することを特徴とするバルブ。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のバルブ（１）において、前記バルブシート（３）に対して押し付けられる際の前記閉塞部材（２）の位置調節のため、前記閉塞部材（２）、前記バルブシート（３）および少なくとも閉位置において前記閉塞部材（２）と前記バルブシート（３）との間に配置されているシール部材のうち少なくとも１つが、前記閉方向（５）に先細りの横断面（１１）を有し、あるいは円錐状に形成されていることを特徴とするバルブ。
請求項１〜５のうちいずれか１項に記載のバルブ（１）において、前記閉塞部材（２）が、少なくとも１つの滑り軸受（１２）を介在させて前記駆動ユニット（４）の前記支持部材（６）に変位可能に支持されていることを特徴とするバルブ。
請求項１〜６のうちいずれか１項に記載のバルブ（１）において、前記駆動ユニット（４）の前記支持部材（６）に対して中立位置に向かう方向に前記閉塞部材（２）を弾性的に付勢する付勢ばね（１３）を備えていることを特徴とするバルブ。
請求項１〜７のうちいずれか１項に記載のバルブ（１）において、前記駆動ユニット（４）の前記支持部材（６）が少なくとも１つの収容空間（１４）を有し、かつ、前記閉塞部材（２）が前記収容空間（１４）に間隙をもって配置されている軸受要素（１５）を有し、あるいは、前記閉塞部材（２）が少なくとも１つの収容空間（１４）を有し、かつ、前記駆動ユニット（４）の前記支持部材（６）が前記収容空間（１４）に間隙をもって配置されている軸受要素（１５）を有していることを特徴とするバルブ。
請求項８記載のバルブ（１）において、前記収容空間（１４）および前記軸受要素（１５）のうち少なくとも一方が、前記閉方向（５）に平行な縦断面においてＴ字形状であることを特徴とするバルブ。
請求項１〜９のうちいずれか１項に記載のバルブ（１）において、前記閉塞部材（２）が、少なくとも１つの第２駆動ユニット（１７）により、前記閉方向（５）に対して傾斜したまたは垂直な方向（１６）について離間位置から開位置まで変位可能であり、
前記閉塞部材（２）が開位置において、前記バルブシート（３）により取り囲まれているバルブ開口部（１８）を覆う状態から完全にまたは少なくとも部分的に外れていることを特徴とするバルブ。