JPH0127312B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は真空用ゲートバルブに係り、特に全金
属製の真空用ゲートバルブにおけるゲートシール
に関する。

この種の全金属製の真空用ゲートバルブは、最
近の核融合装置等のような超高真空装置におい
て、プラズマ観測、粒子入射装置等のポート群に
ポートの全断面を開閉する必要上さかんに使用さ
れるようになつてきた。

このような目的に使用されるゲートバルブの従
来例を第１図に示す。

ゲートバルブ１はバルブボデー２と、このバル
ブボデー２にとりつけられたステンレス鋼、ニツ
ケル系合金等からなるシートリング３と、バルブ
ボデー２内を移動して前記シートリング３との相
互作用によりバルブの開閉を行なう弁体４とから
構成されている。そして、その閉動作、すなわち
ポート５のシールは、図示のように弁体開閉ロツ
ド６、シール用ベローズ７を介して弁体４を移動
し、これを図示しないリンク機構による適切な押
し付け圧力下でシートリング３と緊密に接触させ
ることによつて行われる。

また開動作、すなわちポート５の開放は、弁体
開閉ロツド６、シール用ベローズ７を介して弁体
４を移動し、シートリング３から離すことによつ
て行なわれる。

前記弁体４は次のような理由により、ステンレ
ス鋼、ニツケル系合金等からなるゲート８と銅等
からなるゲートシール９から構成されている。

すなわち、ゲートバルブの閉動作時に押し付け
圧力によつてシートリング３と弁体４の接触面に
傷がつきリークすることがある。従つて、接触面
の一方に前述のようなステンレス鋼等の硬い金属
を用いると共に他方にはそれよりも軟質の銅等の
金属を用いて、もし傷がつく場合には、軟質金属
側に傷がつくようにすることが一般に行われる。
そして傷付き時に交換困難なシートリング３側が
硬い金属とされ、交換容易な弁体４側が軟質金属
とされる。さらには、部品の製作費が安価で傷付
時の交換が容易なように、ゲート８のシール側表
面を覆うように軟質金属で作られたゲートシール
９が配される。

ところで、この種の全金属製の真空用ゲートバ
ルブで最も重要なことは、真空の保持であること
は云うまでもない。真空が維持できずリークする
ようでは真空用ゲートバルブの使用目的を達し得
ない。ところが、上述の構造のゲートバルブは使
用しているうちにシール性能がおちて、逐には使
用に耐え得なくなるといつた欠点を有しているこ
とが判明した。

そこで、シール性能が悪化する原因を種々検討
したところ、シール面すなわちゲートシール９の
シートリング３との接触面に微細な半径方向の傷
付きがあり、これが原因でリークすることが判明
した。さらに傷付きの原因につき調査検討したと
ころ、ゲートバルブのベークアウト（排気操作の
間、真空系を高温加熱してガス出しをする操作）
を閉動作時に実施すると、シートリング３とゲー
トシール９の熱膨張係数の差によつてシートリン
グ３とゲートシール９の接触面に相対的すべりが
生じ、昇温および降温の都度、すべりのくりかえ
しによつて傷付きとなることが推定された。従来
においては、200℃前後のベークアウトであり、
あまり問題が発生していないが、最近の大型核融
合装置では、さらに高性能化をめざし、ベークア
ウトは、300℃〜400℃と高温度のうえ、プラズマ
観測の視野確保のためポート内径の大形化によつ
てゲートシール外径が大きくなり、従つてゲート
バルブシール部の相対的すべり量も増大し、傷付
きやすくリークすることが考えられる。

そのため、シートリングの接触部を超精密加工
したり、ゲートシールを傷のつきにくい材質にし
てみた。その結果、使用当初はシール性能は向上
したが、使用しているうちにリークして駄目にな
つてゲートシールの交換を必要とした。また、こ
のような方法ではゲートバルブがコスト的に高く
なり、かつ早い時期にゲートシールの寿命がなく
なつてしまうので、この種ゲートバルブに適用す
るのは不向きであつた。

本発明はこれらの点に鑑みてなされたもので、
その目的は、シール面への傷付きをなくして、シ
ール性能の良好な真空用ゲートバルブを提供する
にある。

この目的を達成するため、本発明は、リークが
シートリングとゲートシールの熱膨張係数の差に
起因することに着目し、ゲートシールの母材とシ
ートリングの材質として、これらの熱膨張係数の
差がシートリングの熱膨張係数に対して15％以下
となる金属の組合せを用い、かつゲートシールの
シール部にゲートシールの母材およびシートリン
グよりも軟質の金属層を設けることにより、ゲー
トシールとシートリングとの間の相対的すべりを
少なくしたことを特徴とする。

シートリングとゲートシールとの間の相対的す
べり量とリーク量の関係を調査したところ、第４
図に示すような結果が得られた。すなわち、相対
的すべりは、これらの熱膨張係数に起因するの
で、シートリングとゲートシールの種々の材質の
組合せによつて熱膨張差｜（α₁−α₂）×100／α₁｜
（α₁：シートリングの熱膨張係数、α₂：ゲートシ
ールの熱膨張係数）に対するリーク量を測定した
結果、この熱膨張差が約15％の区域で急激にリー
クが増大することが判明した。この原因について
は、さらに研究を必要とするが、前記熱膨張差を
15％以内にすればリーク量も少なく、実用的には
使用目的を満足させることができる。

以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に
説明する。

第２図は本発明の一実施例に係る全金属製の真
空用ゲートバルブを示すもので、図中第１図と同
一符号は同一物または相当物を示す。

この実施例が第１図の従来例と異なる点は、ゲ
ートシール９をステンレス鋼からなる母材１０と
銀からなるシール金属層１１から構成し、これら
を冶金的に密着接合して、これらの間からリーク
しないようにしたことである。なお、シートリン
グ３の材質は母材１０と同じステンレス鋼を採用
している。

この様に構成された真空用ゲートバルブにおい
ては、そのベークアウト時のゲートシール９の外
径方向の熱膨張は母材１０の剛性で支配され、し
かもこの母材１０の熱膨張係数はシートリング３
のそれと同じであるから、ゲートシール９とシー
トリング３との間に相対的すべりが発生せず、シ
ール性能が良好に維持される。また、シール金属
層の材質として銀を用いたので、ベークアウト時
の加熱酸化に対しても安定である。

また、第３図は本発明の他の実施例に係る真空
用ゲートバルブのゲートシール部分を示す。

この実施例では、シール金属層１１を母材１０
のシール側表面全体を覆うように冶金的に密着接
合し、かつそのシール部１１ａを厚肉に、その他
の中央部１１ｂを薄肉に形成して、熱膨張時にシ
ール金属層１１の剛性が母材１０側に影響を与え
ないようにしている。

したがつて、前述した第２図の実施例と同様な
効果が得られるほか、さらに母材１０とシール金
属層１１の接合不良によるリークを防止すること
ができる。

なお、前記実施例では、ゲートシールの母材と
シートリングの材質として、いずれもステンレス
鋼を用いた場合について述べたが、両者をニツケ
ル系合金にしたり、あるいは一方をステンレス
鋼、他方をニツケル系合金にする組合せ等、前記
熱膨張差が15％以下になる他の金属の組合を任意
に選択して採用することもできる。また、ゲート
シールのシール金属層の材質としても、銀の他
に、銅等の軟質金属を用いることも可能である。

以上説明した様に、本発明によれば、ベークア
ウト時のシール部の相対的すべりを制限し、シー
ル面への傷付きをなくしたので、シール性能の良
好な真空用ゲートバルブを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の真空用ゲートバルブの断面図、
第２図は本発明の一実施例に係る真空用ゲートバ
ルブの断面図、第３図は本発明の他の実施例に係
る真空用ゲートバルブのゲートシール部分の断面
図、第４図はベークアウト時のシートリングとゲ
ートシールとの間の相対的すべり量とリーク量の
関係を示す特性図である。 ２……バルブボデー、３……シートリング、４
……弁体、８……ゲート、９……ゲートシール、
１０……母材、１１……シール金属層、１１ａ…
…厚肉部、１１ｂ……薄肉部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 給排口、シートリングおよび中空室を有する
   バルブボデーと、このボデーの中空室内を前記給
   排口を開閉するように移動しかつゲートとゲート
   シールからなる弁体とを備えたものにおいて、前
   記ゲートシールの母材と前記シートリングの材質
   として、これらの熱膨張係数の差がシートリング
   の熱膨張係数に対して15％以下となる金属の組合
   せを用い、かつ前記ゲートシールのシール部に前
   記ゲートシールの母材およびシートリングよりも
   軟質の金属層を設けたことを特徴とする真空用ゲ
   ートバルブ。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記ゲート
   シールの母材と前記シートリングの材質として、
   熱膨張係数がほぼ等しい金属を用いたことを特徴
   とする真空用ゲートバルブ。 ３ 特許請求の範囲第２項において、前記ゲート
   シールの母材と前記シートリングの材質としてス
   テンレス鋼を用い、前記ゲートシールのシール部
   の軟質金属層の材質として銀を用いたことを特徴
   とする真空用ゲートバルブ。 ４ 特許請求の範囲第１項において、前記ゲート
   シールのシール部に厚肉の軟質金属層を、前記ゲ
   ートシールの他のシール側表面に薄肉の軟質金属
   層を一体にして設けたことを特徴とする真空用ゲ
   ートバルブ。