JPS5834712B2 - ベンソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、弁装置、特にバタフライ弁装置の改良に関す
る。

本発明は更に詳細には、例えば、ガス分析、電気部品製
造、化粧品や乾燥食品や薬品の製造、物理実験等に使用
する高真空圧弁に適したものであり、以下説明もこれに
ついて進めるけれども、勿論、それ以外のタイプの弁に
ついても応用できる技術である。

一般に、１０−６トル以下の真空状態を必要とする装置
では、その真空を保持するのにゴム等をもつ弁は実際上
使用不可能である。

その理由は、シール用ゴム材中からその中に含まれてい
る不純物の分子が出て真空系中へと混入移行すると云う
問題にある。

このためこのような真空系では静的密封弁を用いるのが
良い。

勿論、高真空系で静的密封弁を用いることは既に良く知
られていることであるが、この種公知の静的密封弁は、
ベローズはダイヤフラムでシールした往復動ステムから
成るものであり、このタイプのものは、おおむね満足で
きる弁技術ではあるが、作動速度が遅くまたコンダクタ
ンスが低いと云う欠陥がある。

そこで作動の迅速性、高いコンダクタンスをも有する点
、一般に往復動弁装置に比してその構造がコンパクトで
簡単であるという点においてバタフライ弁は高真空系に
用いるのに理想的ではあるが、このバタフライ弁を高真
空系に用いることの最大の欠点は、静的シール状態を得
られるものが見当らないことである。

その理由の最たるものは、静的シール系に用いるベロー
ズはダイヤフラムがねじれ負荷に耐えられないことであ
る。

即ち、一般に、バタフライ弁を動かすに要するベローズ
はダイヤフラムによって回転力を満足に伝達できないこ
とである。

この結果、一般にバタフライ弁では不純物分子の真空系
中への移動混入の恐れのあるゴム又はプラスチック製の
ステムシール手段の使用をよぎなくされている。

また、従来のバタフライ弁の例としては、実公昭４４−
７９８３号公報に記載されたもので、支軸の回動に伴い
その一側に取付けた弁型によって弁ハウジングの弁孔を
開閉するようにしたバクフライ弁であって、上記支軸の
一端に取付けた腕片に導溝とその前端に連続して適当な
角度をもって屈折するロック溝とを設け、支軸の一側に
おいてピストン杆と一体化されて直線状に往復動される
導片をこの導溝及びロック溝に沿って摺動するように構
成したものが知られている。

上記公報においては支軸、腕片あるいは導片のシール手
段について何も記載されていないが、一般には、不純物
分子の真空系中への移動混入の恐れのあるゴム又はプラ
スチック製のシール手段が、使用されるものと推定され
る。

また、もし、上記バタフライ弁においてベローズによる
シール手段を使用しようとすると、次の欠点がある。

すなわち、ベローズを上記導片に連結されたピストンロ
ッドとそのシリンダー等とに固着すると、ベローズには
導片の軸線方向の移動による伸縮だけが要求されるが、
その伸縮量は極めて大きいものとなる。

また、ベローズを上記腕片あるいは支軸と弁ハウジング
とに固着するとベローズに大きな捩れ力が働きベローズ
が破壊する恐れがある。

そこで本発明は上述の欠陥を克服し、静的シールを達成
でき、かつなんら回転式のシール用弾性ガスケット等を
必要としないバタフライ弁を提供することを意図してい
る。

作動部材間の全の連結部は金属どうしでシールされてお
り、必要に応じて接合又は溶接しである。

更にこの弁装置はその作動部分を容易に真空化するよう
設計しであるので、真空系中で使用しても不測の漏洩を
生じる恐れはほとんどない構成となっている。

本発明によると特に横断面円形の通路をもつ弁本体、こ
の弁本体の軸心とはゾ直交する位置へと回動した時に外
周部により上記通路を閉止するよう配置しである円形弁
部材、上記弁部材に連動してありまた弁本体から外方に
延出している回転自在作動ステム、上記作動ステムに連
動またはこれと一体に形成してあり、かつ該ステムの回
転軸心に対し外端部が傾斜しているアクチュエータ・ス
テム、下端部を上記弁本体にスランプまたは溶接等によ
り連結した状態で上記アクチュエータ・ステムをつＳん
でいるベロー装置からなる弁装置が提供される。

この弁装置においては更に、上記ベロー装置は、アクチ
ュエータ・ステムをつ＼む可撓性でかつガス非透過性の
ベロ一部材を含むものであり、かつその全長の一部にわ
たってアクチュエータ・ステムの外端部の傾斜角度に相
当する角度だけ傾斜している。

更に、上記ベロー装置の外端は、アクチュエータ・ステ
ムの外端に回動自在に係合しである。

更にベロー装置の外端にはゾその半径方向に働く力を加
えると共にアクチュエータ・ステムで作り出される有効
モーメントに対しはゾ接線方向に働く力を与えることに
よりベロー装置にねじれ負荷を生じることなく作動ステ
ムを回転させるために、回転自在ハウジング部材の形態
をした装置を設けである。

以上述べたような構成とすることによって、アクチュエ
ータ装置と弁本体との間のシール装置が回転することな
く、また、ベロー装置の内部部分は簡単に弁本体の通路
を開放するので臨界真空系でこの弁を用いる時でも容易
に真空化することができる。

本発明は更に、円板状弁部材と作動ステムとが弁本体内
でやＳ自由浮動状態にあり、従って円板状弁部材に自動
調心作用のある弁装置を提供することを意図している。

なお、アクチュエータ及び作動画ステムは、相互に隔置
した少なくとも２個所の所にそれらステムの軸心方向移
動をいくらか許すように配置した軸受装置で案内される
ようにしであることが望ましい。

そこで本発明の主たる目的及び効果は、回転式又は往復
動式ステムシール装置を備えていないベロー・シール式
バタフライ弁を提供することにある。

本発明の別の目的及び効果は、不測の漏洩の恐れがなく
真空化が有効であり、しかも真空系と外界との間のシー
ルを全て金属どうしの接合によって行っているタイプの
特に高真空系に用いるに適したバタフライ弁を提供する
ことにある。

本発明の更に別の目的及び効果は、製造が比較的容易で
作動信頼性に富む弁装置を提供することにある。

本発明の上述の目的及び効果その他の目的・効果につい
ては以下の本発明の実施例に係る説明から明らかとなる
であろう。

添付図面、特に第１，２図を参照して、ここに示す弁装
置は、弁本体１０と、これに連結してありかつそこから
外方に突出しているアクチュエータ装置１２とを含んで
いる。

ここに示す実施例では、弁本体１０は、単一の断面円筒
形部材でありその軸心方向に伸びる通路１４を備えてい
る。

この通路１４は、第１円筒部分１６、テーパ状弁座部分
１８及び円筒部分２０とから戒っている。

またこの弁本体を通常の真空装置フラングに取付ける一
連のボルト孔２２を穿設しである。

更に通路の外端のまわりには真空系に一般に用いられる
典型的軟金属ガスケット挿入用のガスケット挿入凹部２
４を形成しである。

ここでは図示してないが、このガスケット挿入凹部２４
は、一般に、ガスケット係合突出部を設けである。

勿論場合に応じてその他適宜形状の連結装置を同じよう
に設けても良い。

通路１４内には、適宜材料の円形弁部材２６を設けてあ
り、この弁部材はその上に周方向に伸びるシール装置２
８を支持している。

このシール装置の材料は、その弁装置を用いる真空系が
どの程度の真空度のものであるかによって決まるが、特
に、最近のフルオロ・カーボン化合物が良い。

この実施例での円板形弁部材それ自体は、ステンレス・
スチールで作り、一対のネジ３２で作動ステム３０に連
結しである。

このネジ３２は、ステム３０中の開口を貫通して円板弁
部材２６内のネジ付き開口内に挿入されている。

またこのネジ３２には、その全長にわたる細溝を設けて
ネジ山に沿った空気通路をつくり、真空化を容易にしか
つ弁内でのみかけの漏洩を助けることが望ましい。

この空気のみかけの漏洩は、ネジ３２とステム３０及び
円板部材２６との間の小さな空胴内の空気が、高真空中
でその弁を使用している間にその空胴から除々に漏れ出
てくることにより生じるものである。

図示のように作動ステム３０には、弁部材の面と係合し
てこれを定位置に保持するための平坦部３４を設けてお
くことが好ましい。

ステム３０の下端は、弁本体１０内のボア３６内に比較
的ゆるく受は入れてあり、このステム３０の下端部分の
長さは、ボア３６の全深さより浅い。

このようにすることにより、弁部材とステムとの組立体
が自己調心作用を行い得る垂直方向自由度を確保できる
。

更に、ステム３０の下端部にその長手方向に沿って空気
通路を提供する平坦部３８を形成する。

作動ステム３０の上端には、大口径カウンタ・ボア４２
と連通ずる開口４０を穿設しである。

またこの開口４０の近くには、カウンタ・ボア４２と自
由に連通ずるスロット４４を弁本体に形成しである。

ステム３０の上端部は、アクチュエータ・ステム４８に
直接連結しである。

この実施例においては、作動ステム３０とアクチュエー
タ・ステム４８とは一体の構成となっているが、しかし
、これらを別々の部材として相互に連結しても良い。

作動ステム４８の詳細は後述する。

カウンタ・ボア４２と同じ直径のボア５２を有するボン
ネット部材５０は弁本体に接続しである。

ここに示す実施例ではボンネット部材５０は、カウンタ
・ボア４２の外端のまわりに形成した凹部５６と嵌合す
る軸心方向スリーブ部分５４を有している。

なお、このスリーブ５４は、第２図に示すように接続部
５８の所で弁本体に溶接しておくことが望ましい。

作動ステム３０とアクチュエータ・ステム４８とは、軸
受部材６０によってボンネット部材５０内を案内されて
いる。

この場合の軸受としては種種のタイプのもの、例へば単
純なスリーブ式軸受を利用できるが、ここに示す実施例
ではボール軸受を用いている。

特に第３図に示すように、この軸受６０は、多数の開口
６４をもつ円筒形スリーブ６２から成り、その開口内に
は、ボア５２の内壁とアクチュエータ・ステム４８の外
側表面とに係合する寸法のボール６６を嵌合しである。

第２図から明らかなように、アクチュエータ・ステム４
８と作動ステム３０との間には、フィレット７０をもつ
半径方向フランジ６８を設けである。

この装置での下側ボールは、ボア５２内に支持するよう
フランジ６８上に載っている。

この軸受装置は、本願に係る発明では特に適したもので
ある。

この軸受はみかけの漏洩をほとんど生じず、また真空化
のための広い開口通路を残している。

また、この軸受装置は、一般に高真空系では使用しない
方が好ましい潤滑剤を用いずとも摩擦ロス又は摩耗をと
もなうことなく直線運動を回転運動として伝達できるよ
うにステムを支持するものである。

本発明の特に重要な点は、作動ステムとアクチュエータ
・ステムとに対し特に回転式シール装置を用いることな
く回転運動を与え得るようなアクチュエータ構成１２を
取っていることである。

特に第２図において明らかなように、アクチュエータ・
ステム４８の外端部を作動ステム３０の回転軸心に対し
て傾斜する状態に彎曲させである。

この実施例では、その傾斜度合ははゾ１０〜２０゜の範
囲であるが、勿論この角度範囲に限定するものではない
。

アクチュエータ・ステム４８のまわりに、ガス不透過性
の可撓性金属ベロ一部材７２から成るベロー装置７１を
設けてあり、このベロ一部材７２の開口下端はボンネッ
ト部材５０に対して第４図に示すように連結しである。

ベロ一部材７２の下端のまわりには比較的剛性な環状フ
ランジ部材７４を接合し、このフランジ部材をそこから
外方に突出させている。

このフランジ部材７４は、ベローに対し溶着７６しであ
ることが好ましい。

このフランジ部材７４は、ボンネット部材５０の頂面に
形成した小さい凹部７８上方に外方に伸びている。

ボンネット部材５０の頂部のまわりには、金属製０−Ｉ
Ｊソング２及びフランジ部材７４のための位置決めフラ
ンジ又は肩部として作用する小さい上方突出フランジ８
０を配置しである。

上記Ｏ−リング８２はボンネット部材５０とフランジ７
４との間のシール手段としても作用している。

再び第２図において、クランプ又はボンネット用ナツト
部材８４は、ボンネット部材５０にネジ込んである。

そしてこのナツト部材８４は、フランジ７４の頂面と係
合する（第４図参照）内方に伸びる肩部８６を有してい
る。

このボンネット用ナツト８４を締めつけることによって
、金属製０−リング、ボンネット部材５０の頂部及びフ
ランジ７４の下側表面間に気密な金属間シールを達成し
得るシール圧力を得ることができる。

場合によってはこの金属製Ｏ−リングを省いても、フラ
ンジ７４とボンネット部材５０の頂部との間に気密な金
属どうしのシール装置を得ることもできる。

なお、フランジ部材７４はボンネット部材５０に対して
溶着しても良い。

先にも述べたように、ベロ一部材７２の上端部は、アク
チュエータ・ステム４８の外端の傾斜角度に相当する角
度だけ傾斜している。

図示のように、ベロ一部材の端部は、溶接等によってベ
ロ一部材７２の上端縁に密封接合した横方向突出フラン
ジ８８をもつカップ状キャップ部材８７によって閉止し
である。

アクチュエータ・ステム４８の外方自由端は、剛性なキ
ャップ部材８７内に案内自在かつ回転自在に受は入れで
ある。

ボア８９は、アクチュエータ・ステム４８の自由端をう
けるようにキャップ部材８７の内方に穿設しである。

キャップ部材８７は、アクチュエータ部材９２での相応
角度に形成したボア９０内に回転自在にうけ入れられて
いる。

図示のように、アクチュエータ部材９２の小径外端は、
部材８４内に支持したスリーブ軸受９４を貫通し外方に
突出している。

以上の構成とすることによって、アクチュエータ部材９
２が回転するとキャップ部材８７に横方向力が加えられ
、ステムの回転、即ち、弁部材２６の回転を生じる。

アクチュエータ・ステム４８とキャップ部材との間が回
転式連結になっているので、ステム４８の回転は、ベロ
一部材に横方向の偏向を生じた時にのみ起る。

即ち、ベロ一部材は回転することなく、従ってなんらね
じれ負荷をうけることはない。

このようにベローと弁本体との間の接続は全て、非回転
式のものである。

かくてこの弁装置は、回転式シール装置が不適当な高真
空系において用いるに特に適したものである。

以上説明した弁装置だけでも十分利用できるものである
けれども、更にアクチュエータ部材９２の小径端部に連
結したカップ状ハンドル部材１００を設けると良い。

図示のようにこのノ）ンドル１００は、止めネジ１０２
で着脱自在に連結しである。

ここに示す実施例では手動操作を意図したものであるが
、動力式アクチュエータ、例へは空圧式又は電動式アク
チュエータ等で用いても良い。

円板型弁部材の運動を確実に止めるために、ハンドル１
００から下方に停止部材１１０を突出しである（第２，
５図参照）。

ボンネット用ネット部材８４に連結したリング部材１０
６には、周方向に約９０°の範囲にわたって伸びる溝１
０８を穿設し、ここに停止部材１１０の末端を嵌合しで
ある。

第５図に示すように、このような構成とすることにより
、弁部材の第１閉止位置（実線で示す）と第２の開放位
置との間での運動範囲を限定することができる。

第６図は、本発明に係る弁装置の別の実施例を示すもの
であり、その全体の構造及び作動に関しては第１〜５図
について説明した所と大略同じである。

その相異は主として弁のアクチュエータ構成部分にある
。

またこの第２実施例での弁装置はその全高において第１
〜５図に示す実施例のものよりも低くなる。

更にこのアクチュエータ機構は、第１実施例におけるも
のよりもその作動性が確実かつ安定している。

その他の第１実施例との相異は以下から明らかとなろう
。

一般的に云って第６図に示す実施例の弁装置は、弁本体
１０′とアクチュエータ部分１２′とから成っており、
この弁本体１０′の詳細は最初の実施例の場合と同じで
ある。

従って、この第６図においても、第１〜５図と同一の部
分には同一参照符号を用い、第１実施例についての同じ
説明（ζついては割愛しである。

第６図に示す実施例において、作動ステム３０′は、第
１実施例におけるものとはやや異った開口１２０を貫通
し弁本体から外方に突出している。

図示のようにこの開口１２０は、階段状に直径の異な３
個の部分１２１．１２２，１２３から成っている。

その内の開口部分１２３の底部には作動ステム３０′の
移動を制限する停止体となる９０゜のスロット又は凹部
１２４を形成しである。

また作動ステム３０′からはスロット１２４の端部と係
合するよう停止ピン１２６が外方に延出している。

本発明において特に重要な点ではないが、この停止ピン
１２６は作動ステム３０′内の開口１２８内に挿入され
ている。

この弁装置を真空系で用いる時に真空化を容易とするた
めの開口１２９を設けることによって、ピン１２６の下
側に残留している空気を排出して不測の漏洩問題を退避
することができる。

この見かけの漏洩は、ピン１２６と作動ステム３０′内
の開口１２８との間の小さな空胴内の空気が、高真空中
でその弁を使用している間にその空胴から徐々に漏れて
出てくることにより生じるものである。

作動ステム３０′の作動部分１３０は、半径方向外方に
広がるフランジ１３４を有する大径部分１３２を含んで
いる。

このフランジ１３４の上側表面はボール軸受１３６をそ
の上に支えるように彎曲している。

この実施例でのボール軸受１３６は、単列のボール１３
８がそれを回転自在に支持するための相互隔置開口をも
つ金属製スリーブ保持体１４０で所定位置に維持されて
いる点において最初の実施例に係るものとは相違する。

このボール軸受１３６は、作動ステム３０′の上端アク
チュエータ部分を回転自在に支持している。

開口１２０の外方部分１２１内には、ボンネット部材１
４２を嵌合してあり、このボンネット部材１４２の下端
は、図示のように弁本体１０′に溶接等により接続しで
ある。

ボンネット用ナツト部材１４４は、ボンネット部材１４
２の外端内にネジ込んである。

また、ボンネット用ナツト部材１４４のまわりには適当
なスパナ嵌合用平坦部１４６を設けてあり、従ってこの
ナツトはスパナ等によってボンネット部材１４２に締め
つけたり、そこから外したり出来る。

アクチュエータ・ステム３０′の傾斜上端上にには、第
１実施例でのベロー装置７１と同じタイプのベロー装置
１５０を配置してあり、このベロー装置１５０は図示の
ように、下端をフランジ１５４に溶接した金属性ベロ一
部材１５２から成っており、更にその上端は、キャップ
部材１５８の下方フランジ端１５６に対し気密に連結し
である。

またフランジ部材１５２は図示のように、ボンネット用
ナツト部材１４４の下端によって弁本体に固定しである
。

また、下側フランジ部材１５４と弁本体１０′とは、開
口１２０内の凹部１２２内に設りた金属製０−ＩＪソン
グ６０によって密封されている。

キャップ部材１５８内には、ステム３０′のアクチュエ
ータ部材１３０の上端を回転自在に嵌合してあり、また
このキャップ部材１５８は、アクチュエータ部材１６２
内の開口１６１内に回転自在に嵌合しである。

そしてこのアクチュエータ部材１６２が回転すると、キ
ャップ部材１５８に横方向力が加えられステム及び弁部
材２６′の回転を生じる。

第１〜５図について説明したように、ステム３０′のア
クチュエータ部分１３０とキャップ部材１５８との間は
回転自在に連結されているので、ステムの回転は、ベロ
一部材が横方向偏位を生じた時にのみ発生する。

このためにベロ一部材は回転することなく、またなんら
ねじれ負荷をうけることがないのでその寿命が極めて長
い。

アクチュエータ部材１６２は、１対のスラスト軸受ワッ
シャ部材１６４ 、１６６の間でボンネット用ナツト部
材１４６内に回転自在に保持されている。

なお、スラスト軸受部材は、青銅等の軸受材で作ること
が好ましい。

下側軸受ワッシャ１６６は、肩部１６８上に載っており
、上方軸受ワッシャ１６４は、アクチュエータ部材１６
２上に形成した肩部表面１７０上に載っている。

そしてアクチュエータ部材１６２とスラスト軸受１６６
とは、例えばネジ１７４等の手段でボンネット用ナツト
部材１４４の上端内に着脱自在にロックしであるカラ一
部材１７２により回転自在でわあるが外方へは移動でき
ないようになっている。

更に、アクチュエータは、アクチュエータ部材１６２の
上端をつつみ、ネジ１７８によってそれに着脱自在に連
結されているハンドル部材１７６を含んでいる。

ここに示す実施例では、このハンドル部材１７６は、ナ
ツト部材１４４の上端へ外部上に嵌合した下方に伸びる
フランジ部分１８０を含んでいる。

第７図は、第６図に示す実施例とはや＼異る実施例を示
すものである。

この実施例ではアクチュエータ装置の全高が、スラスト
軸受ワッシャ部材１６４．１６６及びカラ一部材１７２
の省略によって一層低くなっている。

このようにすることにより、アクチュエータ部材１６２
の小径端部及びボンネット用ナツト部材の上端部の高さ
を低くすることができる。

アクチュエータ部材１６２は、ボンネット１４２の外側
表面上に回転自在に受入れてありかつボンネット用ナツ
ト部材１４４上の肩部１８４と係合する保持スリーブ部
材１８２によってボンネット内所定位置に保持されてい
る。

スリーブ部材１８２は、ネジ１８６によってハンドル・
スリーブの下方突出部分又はフランジ１８０にロックさ
れている。

勿論、こうすることによりハンドルは、アクチュエータ
部材１６２をボンネット用ナツト部材１４４内の所定位
置に維持しておくものである。

アクチュエータ部材１６２とスリーブ１８２とは、ボン
ネット用ナツト部材１４４に対して軸受となり得る材料
から作っであることが好ましい。

第７図はまた、ハンドルの運動を安定化ないし緩衝する
方法を示すものである。

例へはボンネット用ナツト部材１４４の上方部分のまわ
りに溝１９０を切りここにＯ−リング１８９を嵌合する
。

このＯ−リングを溝１９０内に適当に固定することによ
って、この０−リングの大部分が溝の外に突出してハン
ドル１８０の内側表面と係合する。

この０−ＩＪソング８９はシ・−ル機能を期待するもの
ではなく、そのハンドル１８０の運動に対して軽い摩擦
運動を与えるものである。

この第６，７図に示す実施例においては、ボンネットと
そのナツト部材とを別々に設けであるが、これらは一体
としてそれらをフランジ部材１５４と弁本体とに溶接す
る方が良い。

こうすれば密封用０−ＩＪソング６０が不要となる。

以上本発明をその実施例について説明したが、勿論本発
明はこれら実施例に限られるものでなく、本発明の要旨
を逸脱しない範囲での設計変更を含むものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る弁の好ましい実施例の正面図、
第２図は、第１図の線２−２に沿った閉止状態での拡大
断面図、第３図は、第２図の線３３に沿った断面図、第
４図は、第２図の軸受装置６０の拡大図、第５図は、第
２図の線５−５に沿った断面図、第６図は、別の実施例
の開放位置での正面図、第７図は、第６図に示す弁での
アクチュエータの別の実施例に係る部分的断面図、であ
る。 １０・・・弁本体、１４・・・通路、２６・・・弁部材
、３０・・・作動システム、４８・・・アクチュエータ
・ステム、７１．７２・・・ベロー装置、８７・・・キ
ャップ部材、９２ 、１６２・・・アクチュエータ部材
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ はぼ横断面円形であり、その軸心方向に沿って伸び
   た通路をもつ弁本体、 上記通路内に配置してあり弁本体の軸心とほぼ直交する
   位置へと回動した時に上記通路を閉止するようになった
   外周部を備える円形弁部材、上記弁部材に連結してあり
   弁本体から外方に延在している回転自在作動ステム、 上記作動ステムに連結してあり、かつ該ステムの回転軸
   心に対し外端部が傾斜しているアクチュエータ・ステム 下端部を上記弁本体又はこれと実質上一体に連結された
   部材に連結し上端部を上記アクチュエータ・ステムの角
   度に相当する角度だけ傾斜させると共に該ステムに回転
   自在に係合してあり、かつ上記アクチュエータ・ステム
   をつ５んでいるベロー装置、 とを有し、上記アクチュエータ・ステムの外端に上記ス
   テムの回転軸心を中心とする円周方向の力を加えて、該
   ステムの回転によって上記ベロー装置をそれに実質的に
   ねじれ負荷を与えることなく偏向させることを特徴とす
   る弁装置。