JP4271905B2 - バタフライ・バルブ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバタフライ・バルブに関し、特に、弁ポートと弁座を備える弁ハウジングと、バルブの弁閉塞時には弁座に押圧され、バルブの部分的開放時には弁座に対して傾動し、完全な開放時には弁座に対して傾動且つ回動する弁プレートとからなるバタフライ・バルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
バタフライ・バルブと呼ばれる形式の真空バルブは種々の構造のものが知られている。これら従来のバタフライ・バルブは、弁を開放するために最初に弁プレートが弁座に対して傾動しそれから略９０度回動する。そのため弁ポートを端から見ると弁プレートの狭い側面が見えるのみで、そのために弁ポートは基本的に開放される。弁ポートを流れる流体をできるだけ阻害しないようにするために、弁プレートは相応してその側断面が狭くなるように構成され、弁プレートのベアリング部品はできる限り最小の側断面を有するように構成されている。かかる形式のバタフライ・バルブは米国特許４，６３４，０９４号及びドイツ特許ＤＥ３５３３９３７Ｃ１に記載されている。ハウジングに支持されてすべての側方に回転可能なジョイントボールを保持する支持シャフトが弁プレートの一側の端部に設けられ、結合部材が反対側の他の側面に設けられる。この結合部材は軸方向に変位可能な選択シャフトまたは切換ロッドのゲートまたはリンク内をガイドされるピンまたはジャーナルを保持する。弁プレートの開放動作及び閉塞動作はかかるリンクを介する切換ロッドの軸方向移動により行われる。
【０００３】
これら従来のバタフライ・バルブは、バルブを制御する間にリンク内のジャーナルやハウジングのジョイントボールの回動や摺動により粒子が真空中に放出されるという不利益を有する。更に、相互に相対移動するこれらの部材は潤滑を必要とし、潤滑グリースの使用が真空に良くない影響を与える。バルブの開放状態において阻害されない貫通口をできるだけ大きくするため、リンク及びジャーナルとの結合部材を比較的小さなものに構成するので、これらガイド部材の構造はデリケートで全体として故障が起こり易いものとなる。更に、弁プレートが制御されるときハウジングに回転可能に支持されるジョイントボールに軸方向の力が作用する。長期間バルブを使用するとこれら軸方向の力は受け座に対するボールの摩擦を増加させる。これが翻って軸方向の力の増加を招きベアリングとジョイントボールは遂には破損しバルブは使用不能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的はバルブを作動させるとき真空中に放出される粒子を減少できるバタフライ・バルブを提供するにある。本発明の更なる目的は真空領域中で潤滑グリースの使用を必要としないバタフライ・バルブを提供するにある。本発明の他の目的は真空領域中において相互に相対移動する部品が無いバタフライ・バルブを提供するにある。更なる本発明の目的は故障が少なく長寿命のバタフライ・バルブを提供するにある。更に他の本発明の目的は簡単な技術で製造可能であり装着や保守の容易なバタフライ・バルブを提供するにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るバタフライ・バルブは、弁ポートと弁座を備え、バルブの真空領域を内包する弁ハウジングと、前記弁ハウジング内をガイドされる弁ロッドに支持され、バルブの閉塞位置では前記弁座に押圧され、バルブの部分的開放位置では前記弁ロッドの傾動軸回りの傾動により前記弁座から傾動し、バルブの完全開放位置では引き続き前記弁ロッドの縦軸回りに回動することにより前記弁座から傾動及び回動する弁プレートとからなるバタフライ・バルブにおいて、前記弁ロッドは前記傾動軸の両側に延出する部分を有し、前記傾動軸の一側の延出部分は前記弁プレートの中央に作用し、前記傾動軸の他側の延出部分は真空領域の外方に位置するリンクガイドを介して、弁ロッドを軸方向に変位するように配置された作動部材に連結されており、前記リンクガイドは、前記弁ロッドの縦軸に対して傾斜している部分と螺旋面が形成された部分とを有するリンク機構と、該リンク機構内を案内され前記弁ロッドに作用するジャーナルとを有しており、前記弁ロッドの傾動軸は弁ロッドを貫通するピン部材により形成され、前記弁ロッドを囲繞して中心縦軸を有し該中心縦軸の回りに回動可能に支持された環状部材により前記ピン部材の両端が支持されている、ことを特徴とする。
【０００６】
本発明に係るバタフライ・バルブによれば、バルブの閉塞動作を行うリンクガイドが弁ポートの外方且つ真空領域の外側に配置される。従って、このガイドは開放状態における弁ポートの貫流断面を減少することなく相応した強固さをもつ構成とすることができる。更に、本発明に係るバタフライ・バルブにおいては、相互に相対移動する他のガイド部材も真空領域中から除外することができる。このことはバルブを開放、閉塞するときに真空中に放出する粒子を最小とする。本発明に係るバタフライ・バルブは長い使用寿命の設計も可能とする。
【０００７】
好ましい実施の形態においては、弁ロッドの傾動軸は弁ロッドを貫通するピン部材によって形成され、当該ピン部材は弁ロッドを囲繞するボールベアリングに支持され弁ロッドの縦軸の回りを回転可能となる。その結果、僅かな作動のみで済む低摩擦で耐久性のある回動／傾動ジョイントとなる。本発明による種々の特徴及び展開が請求項に記載されている。本発明の更なる利点及び詳細を図面に示す実施の形態を参照して以下に述べる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るバタフライ・バルブの開放状態を示す図である。図２は図１のバタフライ・バルブの部分的閉塞状態(弁プレートが傾動しているが回動していない)を示す。図３は図２のＡＡ線に沿った断面図、図４は図３の面に垂直な平面の断面図である。図５は図４のＢＢ線に沿った断面図。図６は本発明に係るバタフライ・バルブの一部断面を示す斜視図である。図７はリンク機構を有するスリーブの側面図、図８は図７を９０度回転させたスリーブの側面図である。図９は弁ロッドとスリーヴとの間に配置されるスライド部材の側面図、図１０は図９を９０度回転させたスライド部材の側面図、図１１は両側をシールした回動／傾動ジョイントの他の実施形態を示す概略断面図である。
【０００９】
図に示すバタフライ・バルブは、弁ポート２を備える弁ハウジング１を有し、該弁ポート２は弁ハウジング１のフランジ３の側方に円錐状または球形状に絞られた形状を有し、狭窄された該球形面の中心は以下に述べる弁ロッドの回転軸上に位置する。かかるテーパー面または狭窄面は弁プレート５の弁座４を形成する。弁プレート５は全周を例えばヴィトン(商品名)製のシールリングが配設された溝を備える端部を有する。
【００１０】
比較的薄い円盤状に形成された弁プレート５が弁ロッド７に固く固定され、弁ロッド７は弁プレート５の背面中央部に作用する。弁ロッド７は以下により正確に記載する真空貫通ガイドにより弁ハウジング１を貫通して案内され、弁ハウジング１から延出するその端部はシリンダ８内に突出する。該シリンダ８は弁ハウジング１にネジなどにより強固に結合されている。
【００１１】
弁ロッド７は傾動軸９の回りに傾動及び回動できるように支持され、弁ロッド７の構成部分は傾動軸９の両側に配置されている。図１から図４において左方に位置する部分は弁ハウジング１を介して真空領域に延出し、以下に記載するシールまたは真空貫通ガイドが設けられ、弁プレート５を保持する。右方に位置する部分はシリンダ８内に延出し、以下に記載するように同様にシールを備える。傾動軸９はピン１１により形成され、弁ロッド７が滑動するように支持されてピン１１の回りを傾動する。
【００１２】
更に、弁ロッド７は縦軸１０の回りに回動可能に支持される。かかる目的のためピン１１はその両側端を環状部材１２に支持し、該環状部材１２は弁ロッド７を囲繞し、シリンダハウジングの凹部に設けられたボールベアリング１３により縦軸１０の回りに回動できるように支持されている。このような方法で回動／傾動ジョイントが提供できる。弁ロッド７は、ピン１１の両側方において、環状突起１４，１５を有する。環状突起１４の弁プレート５側に面する立ちあがり斜面は、傾動軸９と弁ロッド７の縦軸１０との交点に曲率中心を有する球形面の一部を形成する。この曲面１６はシール面として弁ハウジング１に対して弁ロッド７をシールするシールリング１７が押圧される。かかる構成により弁ロッド７の回動／傾動貫通ガイドが形成される。比較的僅かな傾動で済むので曲面１６は平面に形成することもできる。この場合弾性シールリング１７は発生する変位を受けるものとなる。同様に、環状突起１５のシリンダ８側の立ちあがり斜面１８がシール面として形成され、シールリング１９が押圧されて弁ロッド７とシリンダ８との間のシールを行う。
【００１３】
両側に作用面を有するピストン２０をシリンダ８内を移動するように配置する。ピストン２０は２つのシリンダ室２１、２２の一方に圧縮空気を作用させることによりシリンダ８内を移動する。ピストン２０は弁ハウジング１側が開口したスリーブ状に構成され、弁ロッド７が当該スリーブ状の内部に挿通される。リンク機構２５を備えるスリーブ２３がネジ２４によりピストン２０の内面に固定される。スリーブ２３は図７及び図８に拡大して示す。リンク機構２５は図７にｂで示す軸方向に沿って延びる螺旋面部分を有する。リンク機構２５の母線は軸方向部分ｂに沿って９０度の回転角を有する。リンク機構２５のかかる部分ｂに隣接して、弁プレート５から離れた側に、弁ロッド７の軸１０に対して傾斜するリンク機構部分２５が軸方向部分ｃに亘って延びている。図に示す実施形態においては、リンク機構２５のこの部分はややアーク状に曲がっている。しかしながら、直線状であってもよい。リンク機構２５のこれらの部分は原理的には例えば米国特許４，６３４０９４号に知られる従来のバタフライ・バルブのリンクに相当する。
【００１４】
更に、軸方向部分ａ及びｄに沿って延びるリンク機構部分は、閉塞状態において、弁ロッド７の縦軸１０に略平行（±１０度の範囲内）でリンク機構２５の両端に位置する。バルブの完全開放及び完全閉塞時におけるバルブの変位に対する自動ロックはこのリンク機構２５の両端部により達成される。
【００１５】
弁ロッド７を貫通するジャーナル２６はリンク機構２５内を案内される。即ち、ジャーナル２６の両端部に配置されリンク機構２５内に挿入されるニードル・ローラによって案内される。
【００１６】
バルブの完全な開放状態(図１)において、ジャーナル２６またはローラ２７はリンク機構２５の軸方向部分ａにある。シリンダ室２２内に圧縮空気を作用させてピストン２０が左方に移動すると、ジャーナル２６は最初軸方向部分ｂに沿ったリンク機構部分２５内を移動する。弁ロッド７と、それに伴って弁プレート５が強制的に縦軸１０の回りに９０度回動する。９０度回動すると、バルブは図２〜図４に示す位置を占める。引き続きピストン２０が同じ方向に更に移動すると、ジャーナル２６はリンク機構２５のｃの部分を移動する。それによって弁ロッド７は弁プレート５と共に傾動し、弁プレート５はシーリングされる閉塞位置に押圧され、シールリング６は弁座４に押圧される。最終位置において、ジャーナル２６またはローラ２７はリンク機構２５のｄ部分に位置する。図３に対応する側断面において、ジャーナル２６の中心はスリーブ２３の縦軸４３下方に外れている。図５に対応する断面は、バルブが完全に閉塞したジャーナル２６の最終位置を示している。バルブを開放するときは前述した動作工程を逆に行う、即ち、最初に弁プレート５が傾動し、続いて弁プレート５の外側に位置する縦軸１０の回りに回動する。弁ロッド７の縦軸１０の傾動角範囲は比較的小さく、例えば、弁座４の面３９に対して±２．５度の範囲であり、最大でも±５度の範囲である。
【００１７】
弁ロッド７の傾動を可能とするために、その径はスリーブ２３の内径より小である。しかしながら、図９及び図１０に拡大して示すようなスリーブ状のスライド部材２８を弁ロッド７とスリーブ２３との間に配設して、弁ロッド７の側方（ジャーナル２６の軸方向）へのガイドを行ってもよい。内面２９，３０は弁ロッド７の対応する平坦部分に接触し、ジャーナル２６は長孔３１を貫通し弁ロッド７が傾動すると変位する。弁ロッド７が縦軸１０回りに回動すると、スライド部材２８はそれと共にスリーブ２３内を回動する。
【００１８】
ピストン２０のシリンダ８に対する回転を防ぐための手段が設けられる。この手段は、シリンダ８の内壁に突設され、ピストン２０の円筒状壁面の長溝に係合するベアリング・ジャーナル３２に回転可能に支持されたローラ３３により構成される。
【００１９】
ピストン２０はシリンダ８の内面とシール３５、３６によりシールされる。弁ロッド７が作動するときに生ずる半径方向の反力を受けるためスライド・リング３７、３８がピストン２０に配設される。代わりにスライド・ブッシュをシリンダ８の内面に設けてもよい。
【００２０】
ここに示す回動／傾動貫通ガイドに代えて、例えば図１１にその概略を示すような構成とすることもできる。この場合、ボールジョイント面４０は弁ロッド７に形成し、弁ロッド７から突出して弁ハウジング１または作動部材を支持する固定部材であるシリンダ８に設けられる球状凹部のジョイント面４２に配設されるボールベアリング４１に支持される。ボールジョイント面４０はシーリング面をも形成し、弁ロッド７を弁ハウジング１に対してまたはシリンダ８に対してシールするシールリング１７、１９がこのシーリング面に押圧される。
【００２１】
本発明による構造とすることにより、従来、弁ポートの公称幅員の比較的大きい場合のみに使用されてきたバタフライ・バルブが弁ポートの公称幅員が小さなものに対しても製造可能となる。
【００２２】
シリンダ８に内挿するピストン２０の形式の作動部材に代えて、他の作動部材とすることもできる。例えば、スリーブ２３はスピンドルの駆動により軸方向の移動を行うこともできる。この場合スリーブ２３は相応する方法で軸方向にガイドされ、スピンドルを制御する駆動モータが備えられる。スリーブ２３は直線的ガイドに対して回転を防止することもでき、かかる回転防止手段を従来スピンドル駆動として使用されているものと同様なスピンドルに適用してもよい。原理的にはスリーブ２３を手動で移動させることも考えられそれも可能である。
【００２３】
作動部材(本実施の形態におけるピストン２０)に固定するリンク機構２５に代えて、リンク機構を弁ロッドまたは弁ロッドに結合する部材に設けることもできる。リンク機構と共にリンクガイドを形成するジャーナルを作動部材または作動部材に結合する部材に固定してもよい。
【００２４】
以上の記載から判る通り、本発明の範囲はここに示す実施の形態に限定されず、可能な均等の範囲を考慮して請求項を参照して決定されるべきである。本発明は先の記述及び図面に記載されているが、例えばピストン２０の回転防止方法または弁ロッド７の側方ガイド（本実施の形態においてはスライド部材２８により行われる）において当技術分野における技術者が異なる変更を行うこともできる。しかしそれらは本発明の思想及び技術範囲から外れるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるバタフライ・バルブの開放状態を示す図である。
【図２】図１のバタフライ・バルブの部分的閉塞状態(弁プレートが傾動しているが回動していない状態)を示す図である。
【図３】図２のＡＡ線に沿った断面図である。
【図４】図３の面に垂直な平面の断面図である。
【図５】図４のＢＢ線に沿った断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態であるバタフライ・バルブの一部断面を示す斜視図である。
【図７】図4に示すリンク機構を備えるスリーブの拡大側面図である。
【図８】図７を９０度回転させたスリーブの側面図である。
【図９】図7に示すスリーブと弁ロッドとの間に配置されるスライド部材の側面図である。
【図１０】図９を９０度回転させたスライド部材の側面図である。
【図１１】両側をシールした回動／傾動ジョイントの他の実施形態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１ 弁ハウジング、２ 弁ポート、３ フランジ、４ 弁座、５ 弁プレート、
６ シールリング、７ 弁ロッド、８ シリンダ、９ 傾動軸、１０ 縦軸、１１ ピン部材、１２ 環状部材、１４，１５ 環状突起、２０ピストン、
２３ スリーブ、２５ リンク機構、２６ ジャーナル、２８ スライド部材

Claims (6)

1. 弁ポートと弁座を備え、バルブの真空領域を内包する弁ハウジングと、
   前記弁ハウジング内をガイドされる弁ロッドに支持され、バルブの閉塞位置では前記弁座に押圧され、バルブの部分的開放位置では前記弁ロッドの傾動軸回りの傾動により前記弁座から傾動し、バルブの完全開放位置では引き続き前記弁ロッドの縦軸回りに回動することにより前記弁座から傾動及び回動する弁プレートとからなるバタフライ・バルブにおいて、
   前記弁ロッドは前記傾動軸の両側に延出する部分を有し、
   前記傾動軸の一側の延出部分は前記弁プレートの中央に作用し、
   前記傾動軸の他側の延出部分は真空領域の外方に位置するリンクガイドを介して、弁ロッドを軸方向に変位するように配置された作動部材に連結されており、
   前記リンクガイドは、前記弁ロッドの縦軸に対して傾斜している部分と螺旋面が形成された部分とを有するリンク機構と、該リンク機構内を案内され前記弁ロッドに作用するジャーナルとを有しており、
   前記弁ロッドの傾動軸は弁ロッドを貫通するピン部材により形成され、前記弁ロッドを囲繞して中心縦軸を有し該中心縦軸の回りに回動可能に支持された環状部材により前記ピン部材の両端が支持されている、
   ことを特徴とするバタフライ・バルブ。
2. 前記環状部材はボールベアリングにより前記中心縦軸の回りに回動可能に支持されていることを特徴とする請求項１記載のバタフライ・バルブ。
3. 前記弁ロッドは前記傾動軸から前記弁プレート側に外れた位置に環状突起を備え、該環状突起は前記弁プレート側の面にシールリングが押圧されるシール面を形成する斜面を備えることを特徴とする請求項１記載のバタフライ・バルブ。
4. 前記シール面は、前記傾動軸と前記弁ロッドの縦軸との交点に中心を有する球形面の一部からなることを特徴とする請求項３記載のバタフライ・バルブ。
5. 前記弁ロッドは前記傾動軸から前記作動部材側に外れた位置に環状突起を備え、該環状突起は前記作動部材側の面にシールリングが押圧されるシール面を形成する斜面を備えることを特徴とする請求項１記載のバタフライ・バルブ。
6. 前記シール面は、前記傾動軸と前記弁ロッドの縦軸との交点に中心を有する球形面の一部からなることを特徴とする請求項５記載のバタフライ・バルブ。

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