JPH09296870A - メタルシール式ゲートバルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、粒子加速器等に用いられるゲート
バルブに関し、金属メンブレンによるメタルシール式の
耐久性を保ちながら、超高真空を安全に維持できるよう
にした。 【解決手段】 弁座４（または弁座４に押し付けられる
弁部材）に設けられるシール部８が、弾性金属メンブレ
ン８ａと、その内側に充填された軟質固体としてのイン
ジウム８ｂとで構成されている。金属メンブレン８ａの
表面は鏡面加工され、バルブ閉鎖時に金属メンブレン８
ａに押し付けられる弁部材の硬質金属面も鏡面加工され
る。従来は金属メンブレン８ａの内側に圧縮空気が充填
されていたので、その漏洩により超高真空を損なう恐れ
があったが、本発明では金属メンブレン８ａの内側に空
気が存在しないので、安全性が高められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粒子加速器等で用
いられる超高真空用のメタルシール式ゲートバルブに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の超高真空用のゲートバルブでは、
軟質金属材と硬質金属材とが接触するメタルシールの場
合、次のような方式が用いられる。 (1) 軟質金属の永久変形を利用する。 (2) 硬質金属メンブレンの弾性変形を利用する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで前述のような
従来のゲートバルブにおいて、軟質金属の永久変形を利
用したメタルシール方式にすると、微小ゴミの影響を受
け易く、シールの繰返し寿命が短かくなる欠点がある。

【０００４】これに比べ、硬質金属メンブレンの弾性変
形を利用する場合は、微小ゴミの影響を受けにくく、シ
ールの繰返し寿命が長くなるが、従来のものでは金属メ
ンブレンの内側に圧縮空気を導入して面圧力を持たせる
ようになっているので、超高真空と圧縮空気とが金属メ
ンブレンを介し相対することになり、金属メンブレンに
漏洩部分が発生すると、超高真空を損なうという不具合
がある。また停電などに起因して金属メンブレン内の圧
縮空気の圧力が低下すると、シール性が損なわれるとい
う問題点もある。そこで本発明は、金属メンブレンを用
いたメタルシール構造を改良して、超高真空用の場合に
も十分な信頼性を保てるようにした、メタルシール式ゲ
ートバルブを提供することを課題としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明のメタルシール式ゲートバルブは、弁口を有
する金属製箱状本体と、上記弁口周縁部に設けられた環
状の弁座と、上記箱状本体の内部で上記弁座に対し離接
可能に設けられた弁部材と、同弁部材の駆動機構とをそ
なえ、上記の弁座および弁部材の相互に接触しうる部分
の一方に環状のシール部が設けられるとともに他方には
鏡面加工された硬質金属面が形成されて、上記シール部
が上記硬質金属面に接触しうる表層部として外面を鏡面
加工された弾性金属メンブレンと、同金属メンブレンに
包み込まれた軟質固体としての充填材とで構成されてい
ることを特徴としている。

【０００６】上述の本発明のメタルシール式ゲートバル
ブでは、その閉鎖時に、弁座および弁部材の一方の鏡面
状硬質金属面に対して、他方の弾性金属メンブレンの鏡
面状外面が当接するが、その際、上記金属メンブレンの
内側には軟質固体が充填されているので、緊密な当接に
よる優れた密封性が得られるほか、微小ゴミの影響も受
けにくく、長い寿命が保たれるようになる。そして、上
記金属メンブレンの内側には従来のような圧縮空気は存
在しないので、万一上記金属メンブレンに微細な孔が生
じても超高真空のための気密保持が損なわれることはな
い。

【０００７】また、上記弾性金属メンブレンの内側にお
ける軟質固体としての充填材がインジウムである場合
は、同インジウムが軟質金属であるため、上記金属メン
ブレンの内面に適切になじんだ状態となり、空気を内封
することもなく、これにより上記金属メンブレンが上記
硬質金属面に均一な面圧力で当接して、その閉鎖性が良
好になるとともに、真空保持の場合の安全性も十分に高
められるようになる。さらに、上記軟質固体としての充
填材が有機物である場合も、周囲に放射線が存在しなけ
れば劣化を招くことはなく、優れた密封性と安全性とが
安価に得られるようになる。

【０００８】また上記弁口が上記金属製箱状本体の両側
壁にそれぞれ設けられて、これらの弁口にそれぞれ上記
の弁座，弁部材および同弁部材の駆動機構が設けられる
場合は、前述のような高い密封性と安全性とを有する中
間排気二重鏡面シール型のメタルシール式ゲートバルブ
を効率よく実現できるようになり、粒子加速器等におい
て顕著な作用効果が得られるようになる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の一実施
形態としてのメタルシール式ゲートバルブについて説明
すると、図１は本発明のゲートバルブを含んだ中間排気
二重鏡面シール方式のゲートバルブの縦断面図であり、
図２は図１のゲートバルブにおける弁座の一部を拡大し
て示す断面図である。

【００１０】図１に示すように、粒子加速器において、
隣り合うビームチェンバー１，１の相互間にゲートバル
ブ本体としての金属製箱状本体２が、両側の弁口３を通
じ各ビームチェンバー１と内部空間を連通するようにし
て気密に介装されており、各弁口３の周縁部には環状の
弁座４が設けられている。

【００１１】そして、箱状本体２の内部で、弁座４に対
し鏡面加工された硬質金属面を離接できるように、硬質
金属製の円板状弁部材５が配設されている。すなわち、
弁部材５は弁座４に対向した図示の位置から、ロッド５
ａを介し下方へ移動すると弁口３を全開した状態となる
が、図示のように弁部材５を弁座４に対向させた状態
で、押圧用駆動機構６により弁部材５を駆動し弁座４に
当接させると、弁閉鎖状態となる。このように、弁部材
５の駆動機構としては、気密保持用べローズ付きロッド
５ａを介し、図示しないねじ機構などにより弁部材５を
下降させて弁開放状態とするための弁部材駆動機構と、
押圧用駆動機構６とが設けられる。

【００１２】押圧用駆動機構６は、リング状の押圧部材
６ａと、同部材６ａに付設の傾斜案内片６ｂに当接して
押圧部材６ａを弁座４に押付けるように作用する駆動用
クサビ部材６ｃとをそなえるほか、同クサビ部材６ｃを
気密保持用べローズ付きロッド６ｄを介し進退させるね
じ式または油圧式の進退機構をそなえて構成されてい
る。そして、左右のリング状押圧部材６ａ，６ａは、相
互にベローズ６ｅで連結されるとともに、図示しない支
持手段で箱状本体２の内壁に移動可能に支持されてい
る。さらに、箱状本体２の内部は、排気管７を通じ真空
ポンプで排気されるようになっている。

【００１３】本実施形態では、特に弁座４のシール部８
が、図２に示すように、弁部材５の鏡面加工された硬質
金属面に接触しうる表層部として、外面を鏡面加工され
た硬質の弾性金属メンブレン８ａを有するほか、同弾性
金属メンブレン８ａの内側には、同メンブレン８ａに包
み込まれた軟質固体からなる充填材８ｂを有している。
この充填材８ｂとしては軟質金属のインジウムが用いら
れており、その充填に際しては、弁座４に穿設された通
溝９を通じて、真空含浸法により溶融状態のインジウム
が内部に注入され固化するようになっている。また別の
充填手段として、リング状の固体インジウムを弾性金属
メンブレン８ａで包み、電子ビーム溶接で接合するよう
にしてもよい。なお、放射性環境でなければ、充填材８
ｂとしてインジウムの代りに軟質固体の有機物を用いる
こともできる。

【００１４】本実施形態のゲートバルブは上述のように
構成されているので、弁座４に弁部材５が押し付けられ
た弁閉鎖状態では、弁座４のシール部８における鏡面加
工された弾性金属メンブレン８ａが、その内部の軟質固
体としてのインジウムまたは有機物により均一の面圧力
を与えられるようにして、弁部材５における鏡面状の硬
質金属面に当接し、これにより超高真空を保つのに十分
な密封性が得られるようになる。そして、万一弾性金属
メンブレン８ａの溶接部などに割れが発生しても、金属
メンブレン８ａの内側には空気が存在しないので、超高
真空の維持に支障をきたすことはなく、安全性が確保さ
れる。

【００１５】また、本実施形態のように、箱状本体２の
内部から排気管７を通じて中間排気を行なえるようにす
ることともに、前述のような鏡面メタルシール方式の弁
座４および弁部材５を左右に対をなしてそなえている
と、粒子加速器等においてゲートバルブとしての優れた
作用効果が期待される。なお、上述の実施形態では、弁
座に環状のシール部８が設けられ、弁部材５に鏡面仕上
げの硬質金属面が形成されているが、これを逆にして、
弁部材５に環状のシール部８を設け、弁座４には鏡面加
工の硬質金属面を形成するようにしてもよい。

【００１６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のメタルシ
ール式ゲートバルブによれば、次のような効果が得られ
る。 (1) バルブ閉鎖時に、弁座および弁部材の一方の鏡面状
硬質金属面に対して、他方の弾性金属メンブレンの鏡面
状外面が当接するが、その際、上記金属メンブレンの内
側には軟質固体が充填されているので、緊密な当接によ
る優れた密封性が得られるほか、微小ゴミの影響も受け
にくく、長い寿命が保たれるようになる。 (2) 上記金属メンブレンの内側には従来のような圧縮空
気は存在しないので、万一上記金属メンブレンに微細な
孔が生じても超高真空のための気密保持が損なわれるこ
とはない。 (3) 上記弾性金属メンブレンの内側における軟質固体と
しての充填材がインジウムである場合は、同インジウム
が軟質金属であるため、上記金属メンブレンの内面に適
切になじんだ状態となり、空気を内封することもなく、
これにより上記金属メンブレンが上記硬質金属面に均一
な面圧力で当接して、その閉鎖性が良好になるととも
に、真空保持の場合の安全性も十分に高められるように
なる。 (4) 上記軟質固体としての充填材が有機物である場合
も、周囲に放射線が存在しなければ劣化を招くことはな
く、優れた密封性と安全性とが安価に得られるようにな
る。 (5) 高い密封性と安全性とを有する中間排気二重鏡面シ
ール型のメタルシール式ゲートバルブを効率よく実現で
きるようになり、粒子加速器等において顕著な作用効果
が得られるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態としてのメタルシール式ゲ
ートバルブを示す縦断面図である。

【図２】図１のメタルシール式ゲートバルブの弁座の一
部を拡大して示す断面図である。

【符号の説明】

１ ビームチェンバー ２ 箱状本体 ３ 弁口 ４ 弁座 ５ 弁部材 ５ａ ロッド ６ 押圧用駆動機構 ６ａ リング状押圧部材 ６ｂ 傾斜案内片 ６ｃ 駆動用クサビ部材 ６ｄ ロッド ６ｅ ベローズ ７ 排気管 ８ シール部 ８ａ 弾性金属メンブレン ８ｂ 充填材 ９ 通溝

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁口を有する金属製箱状本体と、上記弁
   口周縁部に設けられた環状の弁座と、上記箱状本体の内
   部で上記弁座に対し離接可能に設けられた弁部材と、同
   弁部材の駆動機構とをそなえ、上記の弁座および弁部材
   の相互に接触しうる部分の一方に環状のシール部が設け
   られるとともに他方には鏡面加工された硬質金属面が形
   成されて、上記シール部が上記硬質金属面に接触しうる
   表層部として外面を鏡面加工された弾性金属メンブレン
   と、同金属メンブレンに包み込まれた軟質固体としての
   充填材とで構成されていることを特徴とする、メタルシ
   ール式ゲートバルブ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のメタルシール式ゲート
   バルブにおいて、上記軟質固体としての充填材が、イン
   ジウムであることを特徴とする、メタルシール式ゲート
   バルブ。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のメタルシール式ゲート
   バルブにおいて、上記軟質固体としての充填材が、有機
   物であることを特徴とする、メタルシール式ゲートバル
   ブ。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１つに記載のメ
   タルシール式ゲートバルブにおいて、上記弁口が上記金
   属製箱状本体の両側壁にそれぞれ設けられて、これらの
   弁口にそれぞれ上記の弁座，弁部材および同弁部材の駆
   動機構が設けられるとともに、上記金属製箱状本体の内
   部から排気しうる中間排気手段が設けられたことを特徴
   とする、メタルシール式ゲートバルブ。