JP3425938B2 - ゲート弁 - Google Patents
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- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K3/00—Gate valves or sliding valves, i.e. cut-off apparatus with closing members having a sliding movement along the seat for opening and closing
- F16K3/02—Gate valves or sliding valves, i.e. cut-off apparatus with closing members having a sliding movement along the seat for opening and closing with flat sealing faces; Packings therefor
- F16K3/16—Gate valves or sliding valves, i.e. cut-off apparatus with closing members having a sliding movement along the seat for opening and closing with flat sealing faces; Packings therefor with special arrangements for separating the sealing faces or for pressing them together
- F16K3/18—Gate valves or sliding valves, i.e. cut-off apparatus with closing members having a sliding movement along the seat for opening and closing with flat sealing faces; Packings therefor with special arrangements for separating the sealing faces or for pressing them together by movement of the closure members
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- F16K3/188—Gate valves or sliding valves, i.e. cut-off apparatus with closing members having a sliding movement along the seat for opening and closing with flat sealing faces; Packings therefor with special arrangements for separating the sealing faces or for pressing them together by movement of the closure members by means of hydraulic forces
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K51/00—Other details not peculiar to particular types of valves or cut-off apparatus
- F16K51/02—Other details not peculiar to particular types of valves or cut-off apparatus specially adapted for high-vacuum installations
Description
特に、一対の弁板間にアクチュエータを設け、このアク
チュエータの作動により弁板を軸方向移動させて、小さ
いシール力でシール動作を達成し、弁板及び弁棒等の剛
性が低くて済むようにするための新規な改良に関する。
としては、図示していないが、例えば、特開平8−42
715号公報特開平10−110834号公報に開示さ
れた無摺動型真空ゲート弁の構成が一般に採用されてい
た。
ート弁は、以上のように構成されていたため、次のよう
な課題が存在していた。すなわち、1枚の弁板を上下動
させて弁箱の開口の開閉弁を行っているため、図18に
示されるように、閉弁動作の場合、弁板1側の圧力P0
と弁箱2側の圧力P1とはP1>P0の関係を前提条件と
すると、シール部材3で囲まれた面積SaがP1の圧力
を受け、弁板1を弁座4から離間する方向に作用する。
この力をfとすると、f=(P1−P0)・Saとなり、
この構造の閉弁(シール)動作は本来必要なシート力に
前記fを加えた操作力が必要となり、弁板及び弁板駆動
部の重量化、高剛性化を必要とし、ゲート弁自体の構成
が大形化すると共に複雑化して安価に作ることが困難で
あった。
めになされたもので、特に、一対の弁板間にアクチュエ
ータを設け、このアクチュエータの作動により弁板を軸
方向移動させて、小さいシール力でシール動作を達成
し、弁板及び弁棒等の剛性が低くて済むようにしたゲー
ト弁を提供することを目的とする。
は、第1、第2開口を有する弁箱内に移動自在に設けら
れ複数の弁開口を有する第1弁板と、前記第1弁板に伸
縮体を介して設けられた第2弁板と、前記第1、第2弁
板間に設けられたアクチュエータとを備え、前記弁開口
は前記第1弁板の厚さ方向に貫通して前記第1開口に直
接対向し、前記弁開口は前記第1開口よりも小さい大き
さよりなり、前記アクチュエータの作動により前記第1
弁板を移動するようにした構成であり、また、前記第1
弁板に弁棒が設けられている構成であり、また、前記第
2弁板に弁棒が設けられている構成であり、また、前記
弁棒は、前記伸縮体の軸方向位置の中間に位置している
構成であり、また、前記アクチュエータは、エアシリン
ダよりなる構成であり、また、前記アクチュエータは、
前記各弁板間に設けられた防塵用ベローズによって包囲
されている構成であり、また、前記エアシリンダは、前
記各弁板に設けられたピストン、ピストンロッド及びシ
リンダよりなり、前記ピストン及びシリンダ間に形成さ
れた空隙内に圧力媒体を供給するようにした構成であ
り、また、前記第1弁板の一面には第1シール部材が設
けられている構成であり、また、前記弁箱の第1開口に
形成され前記第1シール部材が当接するための第1弁座
と、前記弁箱の第2開口に形成され前記第2弁板が当接
する第1ストッパーとよりなる構成であり、また、前記
弁箱の第1開口に形成され第1弁板が当接する第1シー
ル部材と、前記弁箱の第2開口に形成され第2弁板が当
接する第1ストッパーとよりなる構成であり、また、前
記弁箱の第1開口に形成され前記第1シール部材が当接
するための第1弁座と、前記第2弁板に突出して設けら
れ前記伸縮体の内側又は外側に位置すると共に前記弁箱
の前記第1開口側に当接する第2ストッパーとよりなる
構成であり、また、前記弁箱の第1開口に形成され前記
第1シール部材が当接するための第1弁座と、前記弁箱
の内壁に突出して設けられ前記伸縮体の外側に位置する
と共に前記第2弁板側に当接する第2ストッパーとより
なる構成である。
ート弁の好適な実施の形態について説明する。なお、従
来例と同一又は同等部分については同一符号を付して説
明する。図1において符号1で示されるものは第1弁板
であり、この第1弁板1には複数の弁開口2が形成され
ていると共に、その外面1aには第1シール部材3が形
成されている。前記第1弁板1の内面1bの中心位置に
は、断面T字型に突出して形成されたピストン10a及
びピストンロッド10bが形成され、このピストン10
aの外周位置には筒状をなすと共に息付穴11aを有す
るシリンダ11が作動自在に同軸配置されている。な
お、前記弁開口2は、図示のように第1弁板1の厚さ方
向に貫通して後述の第1開口16aに直接対向し、この
弁開口2は第1開口16aよりも小さい大きさで形成さ
れている。
との間には空隙12が形成され、このシリンダ11には
第2弁板1Aが一体に形成されていると共に、この各弁
板1、1A間はベローズ等からなる伸縮体13によって
気密状に接続されている。図1、2、4、5、6のシリ
ンダ11は第2弁板1Aに設けた場合を示しているが、
第1弁板1に一体状に設け、開閉動作を行うことも可能
であり、本発明の範囲内に属することは述べるまでもな
いことである。
14を有する弁棒15が一体又は別体で接続され、この
弁棒15は、前記各弁板1、1Aを移動自在に保持する
ための弁箱16の下部16Aとベローズ17を介して作
動自在に接続されている。
に形成された第2案内路18を介して前記空隙12に連
通されており、前記シリンダ11の外周位置には圧縮さ
れたスプリングからなるばね体19が設けられている。
前記ばね体19に常時拡がる方向にばね力を有している
ため、各弁体1、1Aは常時拡がり、弁箱16の第1開
口16aを常時閉弁するノーマルクローズ(N/C)の
状態を構成している。なお、前記ピストン10a、ピス
トンロッド10b、シリンダ11及び空隙12によって
アクチュエータ30を構成している。前記弁箱16の第
2開口16bの内壁には第1ストッパー20が形成され
ている。差圧が存在する2つの空間のシールを弁板が行
っている時、差圧が弁板のシート方向に作用している正
圧シールと、弁板を弁座から離間する方向に作用する逆
圧シールがある。図1におけるゲート弁の逆圧シールの
場合、第1弁板1の弁開口1cにより、シート側(チャ
ンバー)の圧力が導入され、第2弁板1Aは、弁板内部
と弁板外部との圧力差がベローズの有効受圧面積分作用
し、第1弁板1との距離が一定量伸びて弁箱2の第1ス
トッパー16に当接するように構成されている。つまり
本来第1弁板1に作用する差圧力の内、ベローズの有効
受圧面積に作用する力は第1弁板1からキャンセルさ
れ、第2弁板1Aに振り替えられて、更にその力を第1
ストッパー16で受け止める構成となっている。尚この
第1シール部材3は、図1のように第1弁板1に取り付
けるだけではなく、図9から図12のように弁箱2の第
1弁座13側に取り付けた場合も同じ作用が得られる。
また、前記第2ベローズ12の有効受圧面積を変えるこ
とにより、第1弁板1に作用する差圧力のキャンセル量
の割合を変えることができる。但し、ここでいう有効受
圧面積とは、ベローズの内側と外側で差圧が発生した場
合ベローズの伸縮方向に力が発生するが、差圧との積が
伸縮方向の発生力と等しくなる面積を示す。従って、前
述の図1で示されるように、非シート側の第1弁板1に
発生する差圧力を第1ストッパー16で受け、開口面積
に比例して増大する差圧力をキャンセルできるため、従
来、高い剛性が必要であった弁板及び弁駆動部の軽量化
及び低剛性化を可能にすることができる。
力源からの圧力媒体(空気又は油圧)を各案内路14、
18を介して空隙12内に供給すると、この空隙12の
体積が増大すると共に、各弁体1、1A間の距離が小さ
くなると共に、第1シール部材3が弁箱16の弁座21
から離間し、第1開口16aの開弁動作が達成される。
また、この空隙12に対する圧力媒体の供給が停止し、
さらに排出されると、ばね体19のばね力によって第1
弁体1は移動し、第1シール部材3が弁座21に当接し
て閉弁動作が行われる。従って、第1弁板1の軸方向移
動のみで弁箱16の第1開口16aの開閉弁が行われる
が、第1弁板1には第1開口16aと第2開口16bの
圧力差により、第1弁板1と弁座21を離間する方向に
力が作用しないため、極めて小さい力でシールが達成さ
れる。この第1弁板1には、差圧による大きい力は発生
せず、第2弁板1Aには差圧による力が発生するが、第
1ストッパー20でこの力を受ければよいため、第2弁
板1Aに変形が発生しても機能的には問題を発生しな
い。従って、第1、第2弁板1、1Aとも特に剛性を必
要とせず、軽量化が可能となる。従って、この軽量化さ
れた各弁板1、1Aを駆動する弁棒15等の機能も駆動
負荷が大幅に減少するため、小型、軽量化できる。次
に、前述の構成における前述の差圧力キャンセルの原理
について詳述する。すなわち、図19に示されるよう
に、差圧キャンセル構造における閉弁動作を図19の例
で説明する。図19の第1弁板1は、実際は弁開口1c
(破線部)を有する形状であるが第1弁板1に作用する
差圧力の計算を簡単に説明するため、弁開口1cを閉
じ、弁体ユニット1B内部の圧力をP1に設定した図で
あり、弁開口1cがある場合と同じ条件となっている。 P1>P0 Sa:第1シール部材3で囲まれた面積 Sb:弁体ユニット1B内部の圧力P1により第1弁板
1をシート方向に作用をうける有効受圧面積で、その大
きさは第1ベローズ12によって決まる。 Sc:弁体ユニット1B内部の圧力P1により第2弁板
1Aをシート面から離間する方向に作用をうける有効受
圧面積で、その大きさは第1ベローズ12によって決ま
る。 第1弁板1には従来の弁構造と同様、第1弁板1を第1
弁座13から離間する方向へ受圧面積SaにP1が作用
すると同時に、第1ベローズ12で囲まれた受圧面積S
bが弁体ユニット1B内部の圧力P1の作用を受けシー
ル方向に力を受ける。ここで第1弁板1がP1から(弁
座から離間する方向へ)受ける差圧力をfとすると f=(P1−P0)・(Sa−Sb) f>0 の時第1弁板1と第1弁座13が離間する方向
にfが作用 f<0 の時第1弁板1と第1弁座13が互いに押しつ
ける方向にfが作用 となり、第1弁板1の受圧面積Saに作用する差圧力を
受圧面積Sb分軽減(キャンセル)することができる。
通常製品仕様で要求されているSaが固定の値であるの
に対し、Sbの値を変化させることで自由に差圧力のキ
ャンセル量を設定することができる。一方第1ベローズ
12は伸縮方向に対し直角方向への変形(膨らみ)がな
いとすると、(伸縮部材で構成される内面形状が均一な
平行筒形状の場合明らかなように) Sb=Sc であり、第2弁体1Aには弁板ユニット1B内部圧力P
1が受圧面積Scに作用し、シート方向と離れる方向に
力が働く。この力を受け、第2弁板1Aは第1ベローズ
12の伸びにより第1弁板1から離れ一定量移動する
が、図示していないストッパーに当たり差圧力を吸収す
る。但し、第1ベローズ12は一般的には伸縮量に応じ
た反力が発生するが、その力量は、fに対して微少なた
め無視した。
ばね体19が、前記ピストンロッド10bとシリンダ1
1間でかつピストンロッド10bの外周に位置している
ため、通常はこのばね体19のばね力によって第1弁板
1が第2弁板1A側に引き寄せられて第1開口16aが
常時開弁状態に保たれている。
18は、前記ピストン10aと第2弁板1Aとの間に形
成された空隙12に連通されており、この空隙12内に
圧力媒体を供給することにより、第2弁板1Aに対して
ピストン10aとピストンロッド10b及び第1弁板1
が弁座21側に移動し、第1開口16aの閉弁が行われ
る。
り、アクチュエータ30の外周位置に防塵用ベローズ3
1が設けられている。図5、図6は、図1、図2の他の
形態で、第1シール部材3を弁箱16に設けた構成であ
る。図7は、図4の他の形態で、複動シリンダ11(図
示では単体で示している)が第1弁板1に一体に設けら
れると共に、弁棒15が第1弁板1に設けられ第1シー
ル部材3を弁箱16に設けた構成を示している。また、
図8は前述の形態におけるベローズからなる伸縮体13
の代わりに、一対の筒部13a、13bがシール13c
を介して摺動することにより、ベローズと同等の作用を
するように構成した他の形態を示している。なお、前述
の図5〜図8迄における構成は、図1〜図4と同一部分
には同一符号を付しその説明は省略している。
の他の形態であり、同一部分には同一符号を付しその説
明は省略すると共に、異なる部分についてのみ説明す
る。すなわち、第2弁板1Aに設けられた棒状の第2ス
トッパー35は、この第2弁板1Aの面方向と直交する
方向でかつ伸縮体13の内側に突出して配設され、か
つ、前記第1弁板1の弁開口2を貫通して前記弁箱16
の弁座21に当接するように構成されている。
は、前記アクチュエータ30が設けられており、このア
クチュエータ30は、第2弁板1Aに固定されたシリン
ダ11と、このシリンダ11内に移動自在に設けられた
ピストン10aと、このピストン10aと第1弁板1と
を接続するためのピストンロッド10bと、前記シリン
ダ11に設けられた蓋39と、前記ピストン10aの両
側に形成された第1、第2空隙12、12aと、前記第
2弁板1Aに形成され前記第1、第2空隙12、12a
に接続された圧力媒体の案内路18、18aとから構成
されている。
に圧力媒体を供給して第1弁板1を右側へ移動させる
と、第1弁板1の第1シール部材3が弁箱16の弁座2
1に当接して第1開口16aの閉弁が行われる。第1開
口16aの圧力よりも、第2開口16bの圧力が高いと
その差圧は、第2弁板1Aに伸縮体13の有効受圧面積
分作用し閉弁方向に力を与える。しかし、第2ストッパ
ー35が弁座21に当接しているため、次に、第2空隙
12a内に圧力媒体を供給して第1弁板1を元の位置に
戻す時に、大きい圧力をかけなくても容易に第1弁板1
の復帰動作を行うことができる。また、閉弁状態でも弁
板1には第2弁板1Aを経由して差圧による力が作用し
ないためシートに必要なシリンダの出力相当以上の過剰
な力がシール部材3には作用しないため変形や劣化を防
ぐ事ができる。
2ストッパー35が前記伸縮体13の外側に位置してい
る構成であり、地の構成及び動作は図5と同一であるた
め、同一部分には同一符号を付し、その説明は省略す
る。図11は図10の他の形態で、第2ストッパー35
が弁箱16に一体状に設けられた構成である。
記アクチュエータ30が、前述のシリンダ型ではなく、
ダイヤフラム40で構成され、供給した圧力媒体がダイ
ヤフラム40内に入ることによって各弁板1、1Aが拡
開して閉弁が達成され、圧力媒体の供給を中止し、さら
に排出すると、ダイヤフラム40が元の状態に戻って開
弁状態となる。なお、図5と同一部分には同一符号を付
し、その説明は省略する。
り、シリンダ型の一対のアクチュエータ30、30Aを
対向配置し、各アクチュエータ30、30Aの各ピスト
ン30a、30Aaを駆動させるための圧力媒体を供給
するパイプ体40が接続されている。前記各アクチュエ
ータ30、30Aは共通のシリンダ41で形成され、各
ピストン30a、30Aaには一対の伸縮体13、13
Aを介してパイプ体40に接続され、各アクチュエータ
30、30Aの外周は、筒状の防塵用ベローズ50、5
0Aによって防塵構造が達成されている。
第2開口16bが開状態に保たれた圧力Pa=Pbの開
動作の場合を示し、各開口16a、16bは同一圧力に
て保持されている。図14は図13の構成において、各
アクチュエータ30、30Aの各ピストン30a、30
Aaを互いに逆方向に移動させ、各弁板1、1Aを弁箱
16の各開口16a、16bを閉弁している状態で、各
開口16a、16bの圧力はPa=Pbである。
開口16a、16bの圧力がPa>Pbの状態で差圧シ
ールの場合を示している。
た構成と逆の状態で、弁箱16の各開口16a、16b
の圧力がPa<Pbの状態で差圧シールの場合を示して
いる。前述の図13から図16に示した構成は、各アク
チュエータ30、30Aのシリンダを直列接続した場合
について述べたが、このシリンダを図17に示すように
分割して並列配置とすることにより、弁箱16の全体の
厚さを薄くすることもできる。なお、前述の形態と同一
部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
すなわち、前記第1弁板1には第1アクチュエータ30
の第1ピストン30aが第1シリンダ30b内で作動で
きるように構成され、この第1シリンダ30bの第1、
第2室30bA、30bBにはパイプ体40の第1、第
2配管40a、40bが各々接続されている。前記第1
アクチュエータ30の外側位置には、この第1アクチュ
エータ30と並列な状態で輪状の第2アクチュエータ3
0Aが設けられ、前記第2アクチュエータ30Aの第2
シリンダ30B内には前記第2弁板1Aに接続された輪
状の第2ピストン30Cが作動自在に設けられている。
前記第2シリンダ30Bの第1、第2室30Ba、30
Bbには前記第1、第2配管40a、40bが接続され
ている。従って、前述の状態で、各第2室30bB、3
0Bbに圧力を注入した図17の状態では、各開口16
a、16bは開弁し、これと逆に、各第1室30bA、
30Baに圧力を注入すると、各弁板1、1Aが互いに
外側へ移動して、各開口16a、16bは開弁となる。
なお、図17の構成では、第2アクチュエータ30Aを
輪状としたが、図に示される断面のように、独立したシ
リンダを第1アクチュエータ30の外側に個別に配設す
ることもできる。
構成されているため、次のような効果を得ることができ
る。すなわち、弁箱の第1開口の圧力が、第2開口の圧
力よりも高い時、弁板1は差圧により、シート力の抗力
として発生する力をキャンセルできるため従来要求され
た弁の開閉力を大幅に軽減でき、弁板1、2の剛性も大
幅に低減できるため、大幅に軽量化が可能となる。ま
た、一対の弁板間に設けられたアクチュエータに要求さ
れる弁の開閉能力も大幅に低減でき小型、軽量化が達成
できる。従って弁棒は、弁板組立品の上下動や、振り子
動作のみで、アクチュエータによる弁の開閉の力を支え
る必要もなく、前記弁板組立品も軽量化されているた
め、従来のような、高剛性で複雑な重量型の機構を用い
る必要がなく、弁駆動部の大幅な簡素化及び軽量化が可
能となり、コストダウン、メンテナンス性及び作動の信
頼性の向上を得ることができる。
る。
る。
る。
る。
Claims (12)
- 【請求項1】 第1、第2開口(16a,16b)を有する弁箱
(16)内に移動自在に設けられ複数の弁開口(2)を有する
第1弁板(1)と、前記第1弁板(1)に伸縮体(13)を介して
設けられた第2弁板(1A)と、前記第1、第2弁板(1、1
A)間に設けられたアクチュエータ(30)とを備え、前記弁
開口(2)は前記第1弁板(1)の厚さ方向に貫通して前記第
1開口(16a)に直接対向し、前記弁開口(2)は前記第1開
口(16a)よりも小さい大きさよりなり、前記アクチュエ
ータ(30)の作動により前記第1、第2弁板(1、1A)間距
離を離間又は接近方向へ移動するように構成したことを
特徴とするゲート弁。 - 【請求項2】 前記第1弁板(1)に弁棒(15)が設けられ
ていることを特徴とする請求項1記載のゲート弁。 - 【請求項3】 前記第2弁板(1A)に弁棒(15)が設けられ
ていることを特徴とする請求項1記載のゲート弁。 - 【請求項4】 前記弁棒(15)は、前記伸縮体(13)の軸方
向位置の中間に位置していることを特徴とする請求項1
ないし3の何れかに記載のゲート弁。 - 【請求項5】 前記アクチュエータ(30)は、エアシリン
ダよりなることを特徴とする請求項1ないし4の何れか
に記載のゲート弁。 - 【請求項6】 前記アクチュエータ(30)は、前記各弁板
(1、1A)間に設けられた防塵用ベローズ(31)によって包
囲されていることを特徴とする請求項1ないし5の何れ
かに記載のゲート弁。 - 【請求項7】 前記エアシリンダ(30)は、前記各弁板
(1、1A)に設けられたピストン(10a)、ピストンロッド(1
0b)及びシリンダ(11)よりなり、前記ピストン(10)及び
シリンダ(11)間に形成された空隙(12)内に圧力媒体を供
給するように構成されていることを特徴とする請求項5
又は6記載のゲート弁。 - 【請求項8】 前記第1弁板(1)の一面には第1シール
部材(3)が設けられていることを特徴とする請求項1な
いし7の何れかに記載のゲート弁。 - 【請求項9】 前記弁箱(16)の第1開口(16a)に形成さ
れ前記第1シール部材(3)が当接するための第1弁座(2
1)と、前記弁箱(16)の第2開口(16b)に形成され前記第
2弁板(1A)が当接する第1ストッパー(20)とよりなるこ
とを特徴とする請求項1ないし8の何れかに記載のゲー
ト弁。 - 【請求項10】 前記弁箱(16)の第1開口(16a)に形成
され第1弁板(1)が当接する第1シール部材(3)と、前記
弁箱(16)の第2開口(16b)に形成され第2弁板(1A)が当
接する第1ストッパー(20)とよりなることを特徴とする
請求項1ないし8の何れかに記載のゲート弁。 - 【請求項11】 前記弁箱(16)の第1開口(16a)に形成
され前記第1シール部材(3)が当接するための第1弁座
(21)と、前記第2弁板(1A)に突出して設けられ前記伸縮
体(13)の内側又は外側に位置すると共に前記弁箱(16)の
前記第1開口(16a)側に当接する第2ストッパー(35)と
よりなることを特徴とする請求項1ないし8の何れかに
記載のゲート弁。 - 【請求項12】 前記弁箱(16)の第1開口(16a)に形成
され前記第1シール部材(3)が当接するための第1弁座
(21)と、前記弁箱(16)の内壁に突出して設けられ前記伸
縮体(13)の外側に位置すると共に前記第2弁板(1A)側に
当接する第2ストッパー(35)とよりなることを特徴とす
る請求項1ないし8の何れかに記載のゲート弁。
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