JP4351473B2 - 真空バルブのシール構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空バルブのシール構造に関し、特に、軸線を有する弁ポートと弁ポートを囲繞して弁座を形成する内側ジャケット面と有するバルブ本体と、バルブの閉塞状態に弁ポートを閉塞する弁プレートとを備え、該弁プレートはその周囲に外側ジャケット面を有し、該外側ジャケット面はバルブの閉塞状態において前記内側ジャケット面と互いに対向する位置に配置される真空バルブのシール構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記の如き真空バルブのシール構造は通常弁プレートに配設され、閉塞時にバルブ本体の弁座に設けられたシーリング面に接触する。場合によっては、弁座にシールリングが配されて弁プレートにシーリング面が備えられ、シールリングの特殊な冷却デバイスが設けられる。
【０００３】
シールシングが弁プレートの広い面に配置されているバルブ構造のほかに、弁プレートの狭い外側ジャケット面にシールリングが配置されている構造も知られている。この場合、バルブ本体のシーリング面及びジャケット面は円錐形状を有している。シールリングとシーリング面のこのような構造は、例えば、コーナーバルブに用いられ、特にバタフライバルブと称されるものにおいて通常用いられている。
【０００４】
バタフライバルブ形式の真空バルブは他の実施形態も知られている。これらバタフライバルブにおいては、バルブを開口するために弁プレートが最初弁座に対して旋回され、９０度旋回し弁ポートを流路端部から見ると弁プレートの狭い側面だけが見えるようになる。それにより弁プレートは弁ポートを基本的に開放する。このようなタイプのバタフライバルブは、特に米国特許４６３４０９４号及びドイツ特許ＤＥ３５３３９３７Ｃ１に記載があり、これらの内容は本発明に採り入れられる。
【０００５】
上記ドイツ特許に開示される構造は、ハウジングに全ての側方に旋回可能に支持されたボールジョイントを有する支持軸が弁プレート一側端部に設けられ、連結部が直径方向の他端に備えられている。この結合部は軸方向に移動可能なセレクタ軸あるいは切替ロッドのリンク内を案内されるピンを有している。弁プレートの開口移動及び閉塞移動は切替ロッドのリンクによる軸方向の移動により行われる。閉塞移動の最終段階において、シールリングがシール面に押圧される直前に、弁プレートの閉塞移動は弁ポートと略平行となる。
【０００６】
更に、米国特許３７２２８５２号は弁プレートにシールリング、シールダイアフラム及び支持リングを備えるシール構造を開示している。このシールリング及び支持リングは弁プレートの広い面の辺端領域にこれを囲繞するように圧縮されて配置され、支持リングは弁プレートの弁座に対する移動を制限して弁プレートと弁座の突起との間のシールダイアフラムのジャミングを防止する。支持リングは弁プレートにネジ止めされ、シールリングは支持リングにポジティヴな係合により結合されている。
【０００７】
米国特許４２０８０３５号に知られるシール構造は、スプリング腕幹の自由端に配置されたシールリングを有するワンピースのシール要素からなる。シール要素の支持部材は弁プレートがバルブの閉塞状態にある間シールリングの偏奇を規制し、全体として環状となっている。弁座を形成する金属製シール要素はバルブ本体に溶接されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の一つの目的は上述したタイプのバルブに有利に使用することができ、バルブの閉塞状態においてシールリングの押圧が規制されるシール構造を提供するにある。更なる本発明の目的は冒頭に記載したタイプの真空バルブのシール構造で、組み立てが容易であり、必要であれば、分解も容易にできるシール構造を提供するにある。冒頭に記載したタイプの真空バルブのシール構造であって、バルブの閉塞状態においてシールリングの押圧が規制され、バルブの開閉時に比較的僅かな粒子のみを真空中に放出し、製造コストが比較的低いシール構造を提供することが本発明の更なる目的である。
【０００９】
【課題を解決する手段】
本発明によれば、冒頭に述べたタイプの真空バルブのシール構造は、外側又は内側ジャケット面に設けられて側面及び底面を備える環状溝部に配設されるシールリングと、前記内側又は外側ジャケット面に設けられて前記弁ポートの軸線に対して円錐形状を有し、バルブの閉塞状態において前記シールリングが接触するシーリング面とを備え、少なくともバルブの閉塞状態において、前記弁ポートの軸線と一致する前記弁プレートの軸線から前記溝部底面までの距離は、溝部の幅に沿って変化するように前記溝部が形成され、支持リングが、前記溝部内において前記シールリングの側方に隣接して配置されて、バルブ閉塞状態において前記シールリングの変形を規制し、前記溝部が前記弁プレートの外側ジャケット面に形成された場合は、前記支持リングは、前記シールリング側方のうち溝部底面の前記軸線からの距離が大きい側方に配置され、前記溝部が前記バルブ本体の内側ジャケット面に形成された場合は、前記支持リングは、前記シールリング側方のうち溝部底面の前記軸線からの距離が小さい側方に配置され、前記シールリングに面する前記支持リングの側面は、該支持リングに隣接する溝部底面及び隣接する溝部側面と共に、支持リングの側面に接触する前記シールリングの収納空間を画成し、該収納空間の幅は溝部底面に向って増加していることを特徴とする。
【００１０】
溝部底部が溝部幅に沿って深度を増加し又は減少する事実のために、一般的に延性又は圧縮性がないか又は少ない材料及び／又は変形性がないか又は少ない材料から製造される支持リングを容易に溝部に装着することができる。支持リングは、装着状態においては溝部の底面に接触するにも拘らず、延性又は圧縮性がないか又は少ないこと及び／又は変形性がないか又は少ないことが要求される。支持リングが装着されて形成される収納空間に、引き続きシールリングを装着することができる。収納空間が溝部の底面に向って幅が増加しているので、シールリングを収納空間にスナップにより嵌入でき、及び／又はシールリングの装着時において自由空間が残っており、シールリングがシーリング面に押圧されるときにシールリングの材料がこの自由空間に圧入される。本発明による種々の特徴及び展開が特許請求の範囲に記載されている。本発明の詳細及び更なる利点を、図面に示す実施形態を参照して説明する。本発明の更なる目的もそれにより明らかになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１、２は本発明によるシール構造を有するコーナーバルブ形式の真空バルブの概略断面図で、開口状態を示し、図２は閉塞状態を示す。図３は弁プレートの外側ジャケット面の溝部を示す図１の拡大図で、図４は弁プレートの外側ジャケット面の溝部及び弁座を示す図２の拡大図である。図５、６は図３に対応する本発明の他の実施形態を示す断面図である。図７はシーリング面が弁プレートに配設され、シールリング及び支持リングが弁座に配設されている本発明の他の実施形態を示す断面図である。図８は本発明によるシール構造を有するバタフライバルブを示す断面図である。
【００１２】
図１、２に示すコーナーバルブ形式の真空バルブは、ハウジングとして形成され弁プレート３により閉塞される弁ポート２を備えるバルブ本体１を有する。バルブ本体１には他の開口部４が設けられ、この開口部の軸線と弁ポート２の軸線は直角に配向されている。バルブ本体１の内側ジャケット面６は弁ポート２を囲繞して弁プレート３の弁座を形成する。
【００１３】
弁プレート３は貫通機構を介してバルブ本体の外方へ案内される弁ロッド７に固定される。バルブを開口又は閉塞するために、弁ロッドは、例えばピストン‐シリンダ・ユニットに形成され図２に概略にのみを示す駆動デバイス８により弁ポートの軸線５に沿って移動する。
【００１４】
弁プレートは、その狭い側面、即ち外側ジャケット面９に弁プレート３を環状に囲繞する溝部１０を有する。該溝部１０は左右の側面１１，１２と底面１３とにより形成され（図３）、幅ｗを有する（図４）。弁ポート２の軸線５から底面１３の距離は、溝部１０の幅に沿って変化し、溝部１０の弁ポート２に面する側が弁ポート２から離れた側よりも小さい。図１乃至図４に示すように、溝部１０の底面１３は弁ポート２の軸線５に対して円錐状に延びており、例えば、円錐ジャケット面の形状となっている。
【００１５】
シールリング１４が溝部１０に配設され、バルブの閉塞時にはバルブ本体１の内側ジャケット面６に形成されたシーリング面に接触する。このシーリング面の弁ポート２の軸線との内角１５は溝部１０の軸線５との角度より大きく、９０度より小さい、即ち円錐形状をなしている。角度１５は１５度と４５℃との間に設定される。
【００１６】
この実施形態においては、台形の支持リング１６が溝部１０に配設されている。バルブの閉塞状態において、支持リング１６は、図４に示すように、シールリング１４の押圧又は変形を規制する。支持リング１６は溝部１０内のシールリング１４の側方、底面１３と弁ポート２の軸線５との間の距離が大きい側に配置される。外側ジャケット面９における弁ポート２に面して溝部１０に隣接する領域は、弁ポート２の軸線５との間の距離が、支持リング１６が装着状態で接触する溝部１０の底面１３の領域における、底面１３と軸線５との距離より大きくはないかあるいは僅かに大きい（例えば軸線との距離の数％）。そのために、シールリング１４を装着する前に、支持リング１６を拡張せずにあるいは少し拡張しただけで装着できる。
【００１７】
支持リング１６が所定の位置に装着されると、シールリング１４の収納空間が形成され、当該収納空間は支持リング１６のシールリング１４に面する側面１７と、溝部１０の支持リング１６に隣接する底面１３及び図３、４において左側に位置する側面１１とによって画成される。この収納空間は溝１０の底面１３に向って拡大する幅を有するアンダーカット状になっており、その空間にシールリング１４が装着される。シールリング１４は僅かな弾性変形を伴って収納空間にスナップにより挿入される。更に、底面３に向って拡幅しているこの収納空間は、シールリング１４が収納されてまだ変形していないときはオープンな残余空間を形成し、バルブ閉塞時にシールリング１４はかかる残余空間に、少なくとも部分的に、押圧され、シールリング１４の変形が許容される（図４）。
【００１８】
したがって、シールリング１４と支持リング１６とが溝部１０に装着された状態においては、シールリング１４は支持リング１６によって溝部１０の所定位置に保持される一方、他方支持リング１６はシールリング１４に支持され、そのため溝部１０内でスリップすることもなく、溝部１０から外れることもない。
【００１９】
シールリング１４は、通常真空シールリングとして使用されている適当な弾性材料、例えばヴィトン（商品名Ｖｉｔｏｎ）から製造することができる。支持リング１６は、比較的に弾性の少ない硬い材料で、その機能を果たすため、できる限り塑性変形の少ない材料からなる。例えば、支持リング１６は充填材の入った又は無充填材のＰＴＦＥ、あるいは他の適当なプラスチックから構成することができる。バルブ本体１に接触するとき真空中に殆ど粒子を放出しない金属、特に金属酸化物もまた使用可能である。更に、セラミックの使用も考えられ、可能である。
【００２０】
シールリング１４の外側面１８とバルブ本体１の内側ジャケット面６との摩擦面は、できる限り粒子を発生させず、充分に小さい摩擦係数を有すべきである。支持リング１６の外側面１８の内側ジャケット面６に対する摩擦角は、内側ジャケット面６と軸線５との内角１５より小さいほうが有利である。摩擦角は、力が垂直に作用したとき水平な角度に作用する力が増加して摩擦面の静止摩擦に打ち勝つ角度を意味する。
【００２１】
図５に示すように、円錐状底面１３に替えて段状底面１３とすることも考えられ、可能である。支持リング１６は上段に配置され、シールリング１４は下段に配置される。図６に示す実施形態においては、支持リング１６は長方形断面を有している。この場合シールリング１４の収納空間は一側だけがアンダーカットとなる。溝部１０の底面１３は他の形状、例えばシールリング１４の領域が窪み状凹部、とすることも考えられ、可能である。
【００２２】
図７は、シールリング１４と支持リング１６が配置される溝部１０が弁座側、即ちバルブ本体１の内側ジャケット面６に配設された実施形態を示し、シーリング面は弁プレート３の外側ジャケット面９に備えられる。この場合、支持リング１６は、弁ポート軸線５からの距離が小さい底面１３側の溝部１０に位置する。そのため、支持リング１６は僅かに圧縮または変形しただけで、あるいはまったく圧縮、変形せずに溝部１０装着できる。かかる目的のため、溝部１０の弁プレート３に面する側の側方領域における内側ジャケット面６の軸線５からの距離は、支持リング１６が接触する領域における軸線５からの距離よりも小さくはないか、又は僅かに小さい（例えば、軸線５からの距離の数％）。
【００２３】
本発明によるシール構造は、他のバルブ構造及びバルブ形式、特に、例えば本明細書の冒頭部に引用した先行技術に知られているようなバタフライ・バルブにも使用することができる。本発明によるシール構造を備えるバタフライ・バルブの実施形態を図８に示す。同種の部分には同一の参照番号を付してある。弁プレート３は弁ロッド７に固定され、バルブの閉塞状態において弁ポート２を閉塞する。図８に示す位置から引き続きバルブを開口するためには、最初に弁ロッド７が図面に垂直な回転軸１９の周りに旋回し、それから縦軸２０の周りに回動する。かかる目的のため、弁ロッド７は回動‐傾動貫通装置２１によりバルブ本体１の外方に案内されている。縦軸２０周りの回動のために、回動‐傾動貫通装置２１は回転軸１９を構成するピンを支持するボールベアリング２２を有する。傾動のためには、球面状を有する突起２３が弁ロッド７に形成され、シール２４によりシールされている。シリンダ２５内を移動可能なピストン２６からなる駆動デバイス８が、回動、傾動動作を行うために備えられている。弁ロッド７の係合部に、回動可能に支持されるガイドローラ２８を備えるリンク２７がピストン２６に固定されて、回動、傾動作動をガイドする。
【００２４】
以上の記載から判るように、本発明の分野はここに示した実施形態に限定されるものではなく、可能な均等の全ての範囲を考慮して、記載した特許請求の範囲を参照して判断されるべきである。本発明は前記記載及び図面により示されてはいるが、本発明の技術範囲及び真の思想からは外れることなく種々の変更が可能であることは当業者にとって明白である。以上の記載及び図面が本発明を示すものではあるが、種々の変更が、本発明の技術範囲及び真の思想からは外れることなくなされ得ることは当業者にとって自明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるシール構造を有するコーナーバルブ形式の真空バルブの開口状態を示す概略断面図である。
【図２】 図1に示す真空バルブの閉塞状態を示す概略断面図である。
【図３】 図1の部分的拡大図で、弁プレートの外側ジャケット面の溝部を示す。
【図４】 図２の部分的拡大図で、弁プレートの外側ジャケット面の溝部及び弁座を示す。。
【図５】 本発明による支持リングの他の実施形態を示す図３に対応する断面図である。
【図６】 本発明による支持リングの他の実施形態を示す図３に対応する断面図である。
【図７】 シーリング面が弁プレートに、シールリング及び支持リングが弁座に配設されている本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図８】 本発明によるシール構造を有するバタフライバルブを示す断面図である。
【符号の説明】
１…バルブ本体、２…弁ポート、３…弁プレート、５…弁ポート軸線、６…内側ジャケット面、７…弁ロッド、８…駆動デバイス、９…外側ジャケット面、１０…溝部、１１，１２…溝側面、１３…底面、１４…シールリング、１５…内側ジャケット面と弁ポート軸線との角度、１６…支持リング

Claims (10)

1. 軸線を有する弁ポート及び該弁ポートを囲繞して弁座を形成する内側ジャケット面を有するバルブ本体と、バルブの閉塞状態において前記弁ポートを閉塞する弁プレートとを備え、前記弁プレートはその周囲に外側ジャケット面を有し、該外側ジャケット面はバルブの閉塞状態において前記内側ジャケット面と互いに対向する位置に配置される真空バルブのシール構造において、
   前記外側又は内側ジャケット面に設けられて側面及び底面を備える環状溝部に配設されるシールリングと、
   前記内側又は外側ジャケット面に設けられて前記弁ポートの軸線に対して円錐形状を有し、バルブの閉塞状態において前記シールリングが接触するシーリング面とを備え、
   少なくともバルブの閉塞状態において、前記弁ポートの軸線と一致する前記弁プレートの軸線から前記溝部底面までの距離は、溝部の幅に沿って変化するように前記溝部が形成され、
   支持リングが、前記溝部内において前記シールリングの側方に隣接して配置されて、バルブ閉塞状態において前記シールリングの変形を規制し、
   前記溝部が前記弁プレートの外側ジャケット面に形成された場合は、前記支持リングは、前記シールリング側方のうち溝部底面の前記軸線からの距離が大きい側方に配置され、
   前記溝部が前記バルブ本体の内側ジャケット面に形成された場合は、前記支持リングは、前記シールリング側方のうち溝部底面の前記軸線からの距離が小さい側方に配置され、
   前記シールリングに面する前記支持リングの側面は、該支持リングに隣接する溝部底面及び隣接する溝部側面と共に、支持リングの側面に接触する前記シールリングの収納空間を画成し、該収納空間の幅は溝部底面に向って増加している、ことを特徴とするシール構造。
2. 前記支持リングにおける外側面の前記シーリング面に対する摩擦角は、前記シーリング面と前記弁ポート軸線との内角より小さいことを特徴とする請求項１記載のシール構造。
3. 前記支持リングを構成する材料は、前記シールリングを構成する材料より硬質であることを特徴とする請求項１記載のバルブ構造。
4. 前記支持リングは、拡張せずに前記溝部に装着可能であることを特徴とする請求項１記載のシール構造。
5. 前記支持リングは、圧縮せずに前記溝部に装着可能であることを特徴とする請求項１記載のシール構造。
6. 前記支持リングは、変形することなく前記溝部に装着可能であることを特徴とする請求項１記載のシール構造。
7. 前記溝部の底面は、前記シーリング面と平行であることを特徴とする請求項１記載のシール構造。
8. 前記溝部の底面は、段状に形成され一つの段上に前記支持リングが配置され、他の段上にシールリングが配置されることを特徴とする請求項1記載のシール構造。
9. 前記支持リングは、台形の断面を有することを特徴とする請求項1記載のシール構造。
10. 前記シールリングは、Ｏ‐リングとして構成されていることを特徴とする請求項1記載のシール構造。

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