KR101498544B1 - 진공 밸브용 벨로스 - Google Patents

Abstract

밸브 부재가 밸브 시트에 접촉 이간함으로써 개폐되는 주 유로와, 로드를 통해서 상기 밸브 부재를 구동하는 구동부를 구획하기 위해서 상기 로드의 주위를 둘러싸도록 배치되는 벨로스를 금속통의 둘레벽에 상기 금속통의 내측으로 돌출되는 환상의 곡부와 상기 금속통의 외측으로 돌출되는 환상의 산부를 상기 금속통의 축선 방향으로 교대로 연속해서 형성함으로써 구성하고, 상기 곡부의 단면의 곡률 반경을 곡R로 하고, 상기 산부의 단면의 곡률 반경을 산R로 했을 때 상기 곡R과 산R의 비인 곡R/산R이 1.15-1.70의 범위 내에 있도록 한다.

Description

진공 밸브용 벨로스{VACUUM VALVE BELLOWS}

본 발명은 진공 밸브에 있어서 밸브 부재를 구동하는 구동부와 진공분위기에 놓여지는 주 유로를 구획하기 위해서 이용되는 진공 밸브용 벨로스에 관한 것이다.

종래, 예컨대 일본 특허 공개 제2004-340344호 공보에 개시되어 있는 바와 같이 밸브 부재의 구동부와 진공분위기에 놓여지는 주 유로 사이를 성형 벨로스로 구획하도록 한 진공 밸브는 고진공 L형 밸브로서 알려져 있다. 이것은 벨로스의 구체적 구성을 제외하고 도 3에 나타내어져 있는 진공 밸브와 실질적으로 동일한 것이다.

그 구성을 더욱 구체적으로 설명하면 이 진공 밸브는 진공 펌프 및 진공 챔버의 한쪽에 접속되는 제 1 메인 포트 및 다른쪽에 접속되는 제 2 메인 포트와, 하우징 내에 있어서 상기 양 메인 포트를 연결하는 주 유로 중에 형성된 원환상의 밸브 시트와, 상기 밸브 시트에 접촉 이간해서 상기 주 유로를 개폐하는 디스크형 밸브 부재와, 이 밸브 부재에 연결한 로드를 축선 방향으로 구동함으로써 상기 밸브 부재를 개폐 동작시키는 구동부를 구비하는 것이고, 상기 밸브 부재의 구동부와 진공분위기에 놓여지는 상기 하우징 내의 주 유로를 구획하기 위해 상기 디스크형 밸브 부재의 주변과 상기 하우징 사이에 상기 로드의 주위를 둘러싸도록 신축 가능한 성형 벨로스가 설치되어 있다.

상기 이미 알려진 진공 밸브용 벨로스의 제조는 통상 양단을 액밀(液密)하게 밀봉한 금속통으로 이루어지는 소재관(素材管)의 주위에 다수의 환상의 금형을 등간격으로 배치하고, 상기 소재관 내에 고압의 액체를 도입해서 상기 소재관의 외주의 상기 환상의 금형이 접촉하지 않는 부분을 외측으로 돌출시킴과 아울러 상기 다수의 환상의 금형간의 간격을 축소시킴으로써 행해지고, 이 액압 벌지 성형에 의해 소재관을 외측을 향해 환상으로 돌출시킨 부분을 산부로 하고, 돌출시키지 않는 환상의 부분을 곡부로 하는 것이다.

이 성형 벨로스는 일반적으로는 상기 산부의 단면에 있어서의 곡률 반경(산R이라고 한다.)과 상기 곡부의 단면에 있어서의 곡률 반경(곡R이라고 한다.)이 동일한 정도로 형성되고, 그것을 진공 밸브에 부착해서 사용할 때에 상기 벨로스의 신축에 따라 상기 산부에 비해서 곡부에 작용하는 응력이 피로 파손의 원인이 되는 경향이 있고, 이 때문에, 수명에 이르는 단계에서는 상기 곡부의 벨로스 중심측면[도 1의 부위(a)]에 균열이 발생되는 것이 통례이다.

상술한 성형 벨로스의 곡부에 있어서 피로 파손된다는 문제를 해결하기 위해서 본 발명자는 벨로스의 산수(山數), 벨로스를 구성하는 금속통의 판 두께, 벨로스의 단부의 홀더의 판 두께를 변경하는 것에 의한 변형성의 조정 등의 각종 파라미터의 변경에 따른 최대 응력이나 그 분포의 변화 등에 대해서 실험 또는 컴퓨터에 의한 시뮬레이션을 행한 결과 상기 진공 밸브용 벨로스의 신축시에 외측의 환상의 산부와 내측의 환상의 곡부에 대해서 작용하는 응력을 가급적 균등화하여 상기 벨로스의 장기 수명화를 도모하기 위해서는 상기 곡부와 산부의 각 단면에 있어서의 곡률 반경(곡R 및 산R)을 상호 조정하는 것이 간단하고 유효한 수단인 것을 확인했다.

본 발명은 이러한 지견에 의거한 것이며, 그 기술적 과제는 상기 곡부와 산부의 각 단면에 있어서의 곡률 반경을 적절한 범위로 설정함으로써 상기 진공 밸브용 벨로스의 신축시에 내측의 환상의 곡부와 외측의 환상의 산부에 대해서 작용하는 응력을 가급적 균등화하여 상기 벨로스의 장기 수명화를 도모하는 것에 있다.

또한, 진공 밸브용 벨로스는 본래 밸브 부재가 밸브 시트에 접촉한 위치에 있을 때의 상기 벨로스의 축방향 길이를 상기 벨로스의 자유 길이로 하거나, 또는 밸브 부재가 밸브 시트에 접촉한 위치에 있을 때의 상기 벨로스의 축방향 길이를 그 자유 길이로부터 상기 밸브 부재가 밸브 시트에 접촉하는 위치까지 신장된 것으로 해서 이용되기 때문에 그 어느 경우에도 벨로스의 신축시에 그 곡부와 산부에 대해서 작용하는 응력을 가급적 균등화 가능하게 하는 것이 바람직하고, 본 발명자에 의한 상술한 컴퓨터ㆍ시뮬레이션의 결과에 대해서 검토한 결과 상기 곡부와 산부의 각 단면에 있어서의 곡률 반경의 비(곡R/산R)가 적절한 범위를 구함에 있어서 밸브 부재가 개폐 동작을 행하는 동안의 곡부와 산부의 응력 진폭을 참조하는 것이, 이하에 상세히 설명하는 바와 같이, 밸브 부재가 밸브 시트에 접촉한 위치에 있을 때의 벨로스의 신장의 정도(후술하는 압축비)에 상관 없이 반복 응력에 의한 금속 피로의 정도의 균등화에 유효한 것을 확인했다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 이러한 지견에 의거해서 상기 곡R과 상기 산R의 적절한 비를 얻도록 한 점에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 의하면 디스크형 밸브 부재가 밸브 시트에 접촉 이간함으로써 개폐되는 주 유로와 로드를 통해서 상기 밸브 부재를 구동하는 구동부를 갖는 진공 밸브에 상기 주 유로와 구동부를 구획하기 위한 상기 로드의 주위를 둘러싸도록 배치되는 벨로스로서, 상기 벨로스는 금속통의 둘레벽에 상기 금속통의 내측으로 돌출되는 환상의 곡부와 상기 금속통의 외측으로 돌출되는 환상의 산부를 상기 금속통의 축선 방향으로 교대로 연속해서 형성함으로써 구성되고, 상기 벨로스에 상기 로드로부터의 외력이 작용하지 않는 상태에서 상기 곡부의 단면의 곡률 반경을 곡R로 하고 상기 산부의 단면의 곡률 반경을 산R로 했을 때, 상기 곡R과 산R의 비인 곡R/산R이 1.15-1.70의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 벨로스가 제공된다.

상기 진공 밸브용 벨로스에 있어서 상기 R비율은 1.20-1.55의 범위 내로 설정하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명에 의한 진공 밸브용 벨로스의 바람직한 실시형태에 있어서는 상기 밸브 부재가 밸브 시트에 접촉한 위치에 있을 때의 상기 벨로스의 축방향 길이가 상기 벨로스의 자유 길이이고, 상기 밸브 부재가 전체 개방 위치에 있을 때 상기 벨로스는 상기 벨로스의 자유 길이로부터 총변위량만큼 압축된다.

또한, 본 발명에 의한 진공 밸브용 벨로스의 다른 바람직한 실시형태에 있어서는 상기 밸브 부재가 밸브 시트에 접촉한 위치에 있을 때 상기 벨로스가 상기 벨로스의 자유 길이로부터 상기 밸브 부재가 밸브 시트에 접촉하는 위치까지 신장된 상태가 되고, 상기 밸브 부재가 전체 개방 위치에 있을 때 상기 벨로스는 상기 벨로스의 자유 길이로부터 총변위량만큼 압축된다.

이 경우에 상기 밸브 부재가 밸브 시트에 접촉한 위치에 있을 때 상기 벨로스가 신장되는 길이를 상기 밸브 부재가 전체 개방 위치에 있을 때 상기 벨로스가 압축되는 길이와 동등하게 하거나 또는 그 이하로 할 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서는 상기 벨로스를 구성하는 금속통이 스테인레스제의 금속박판을 디프 드로잉(deep drawing) 가공함으로써 형성된다.

이상에 상세히 설명한 본 발명에 의하면 진공 밸브용 벨로스의 상기 곡부와 산부의 각 단면에 있어서의 곡률 반경을 상호 조정하여 이들의 곡률 반경의 비를 상술한 적절한 범위로 설정해서 금속통을 액압 벌지 성형한다는 간단한 수단으로 상기 진공 밸브용 벨로스의 신축시에 곡부와 산부에 대해서 작용하는 응력을 가급적 균등화해서 상기 벨로스의 장기 수명화를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 상기 곡부와 산부의 곡률 반경의 비(곡R/산R)가 적절한 범위를 구함에 있어서 밸브 부재가 개폐 동작을 행하는 동안의 곡부와 산부의 응력 진폭을 참조하여 밸브 부재가 밸브 시트에 접촉한 위치에 있을 때의 벨로스의 신장의 정도(압축비)에 상관 없이 반복 응력에 의한 금속 피로의 정도를 균등화한 벨로스를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 진공 밸브용 벨로스의 실시형태를 나타내는 요부 종단면도이다.
도 2는 상기 실시형태에 있어서의 요부 파단 사시도이다.
도 3은 상기 실시형태의 진공 밸브용 벨로스를 구비한 고진공 L형 밸브의 단면도이다.
도 4는 표 1에 나타낸 벨로스의 응력 진폭의 데이터를 R비율과의 관련에 있어서 나타낸 그래프이다.
도 5는 표 2에 나타낸 압축비 75%의 벨로스의 응력 진폭의 데이터를 R비율과의 관련에 있어서 나타낸 그래프이다.
도 6은 표 3에 나타낸 압축비 50%의 벨로스의 응력 진폭의 데이터를 R비율과의 관련에 있어서 나타낸 그래프이다.
도 7은 압축비를 달리하는 벨로스의 최대 응력을 R비율과의 관련에 있어서 나타낸 그래프이다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 진공 밸브용 벨로스의 실시형태의 일례를 나타내고, 도 3은 그 벨로스를 구비한 진공 밸브의 구성을 예시하고 있다.

우선, 도 3을 참조해서 상기 진공 밸브용 벨로스를 부착해서 사용하는 진공 밸브의 구성에 대해서 설명한다. 이 진공 밸브는 진공 펌프 및 진공 챔버의 한쪽에 접속되는 제 1 메인 포트(3) 및 다른쪽에 접속되는 제 2 메인 포트(4)와, 하우징(1) 내에 있어서 양 메인 포트(3,4)를 연결하는 주 유로(2) 속에 형성된 원환상의 밸브 시트(5)와, 상기 밸브 시트(5)에 접촉 이간해서 상기 주 유로(2)를 개폐하는 디스크형 밸브 부재(6)와, 이 밸브 부재(6)에 연결한 로드(7)와, 상기 로드(7)를 축선 방향으로 구동함으로써 상기 밸브 부재(6)를 개폐 동작시키는 구동부(10)를 구비하는 것이다.

상기 구동부(10)에 의해 상기 로드(7)를 통해서 밸브 부재(6)를 구동하는 구동계의 구성에 대해서 설명한다. 이 구동계에 있어서는 상기 밸브 부재(6)의 배면 중앙부에 구동용 상기 로드(7)의 선단부가 부착되고, 상기 로드(7)가 상기 구동부(10)에 의해 축선 방향으로 구동되지만, 상기 하우징(1)에 의해 주 유로(2)로부터 구획된 상기 구동부(10)와 상기 밸브 부재(6)가 밸브 시트(5)에 접촉 이간함으로써 개폐되는 상기 밸브 부재(6) 주변의 주 유로(2)를 구획해 둘 필요가 있으므로 상기 로드(7)의 주위를 둘러싸도록 신축 가능의 벨로스(8)가 배치되어 있다. 그 때문에, 상기 진공 펌프의 작동시에 주 유로(2)를 형성하는 벨로스(8)의 외측은 진공분위기에 놓여지고, 이에 대해서 벨로스의 내측은 대기압하에 놓여지게 된다. 또한, 상기 밸브 부재(6)의 배면과 상기 구동부(10)의 격벽(11) 사이에 상기 밸브 부재(6)를 밸브 폐쇄 방향으로 바이어싱하는 코일 형상의 복귀 스프링(9)이 설치되어 있다.

상기 로드(7)는 하우징(1)의 내부를 그 중심 축선을 따라 연장되고, 그 기단이 상기 구동부(10)를 구획 형성하는 격벽(11)을 관통해서 실린더실(12) 내의 피스톤(13)에 연결되어 있다. 또한, 상기 밸브 부재(6)의 배면에 부착된 상기 로드(7)의 둘레에는 선단부가 상기 격벽(11)의 중심통부(11a)에 접촉해서 밸브 부재(6)의 전체 개방 위치를 규정하고 이것에 의해 상기 밸브 부재(6)의 스트로크를 설정하는 통형상의 스토퍼(17)를 고정하고 있다. 또한, 상기 피스톤(13)은 상기 격벽(11)과의 사이에 압력실(14)을 구획 형성하고, 이 압력실(14)이 실린더 보디(15)의 측면에 개구된 조작 포트(16)에 개구되어 있으므로, 외부로부터 상기 조작 포트(16)로 압력 유체를 공급함으로써 상기 밸브 부재(6)가 밸브 시트(5)로부터 이간되는 방향으로 구동된다.

상기 밸브 부재(6)의 배면측에는 상기 로드(7) 및 복귀 스프링(9)의 둘레를 둘러싸도록 신축 가능한 상기 벨로스(8)가 설치되어 있다. 이 벨로스(8)의 일단은 상기 밸브 부재(6)의 배면에 기밀하게 부착되고, 타단은 하우징(1)의 단부와 상기 격벽(11) 사이에 설치된 지지 플레이트(8a)에 부착되어 있다. 상기 벨로스(8)는 스테인레스제의 금속박판을 디프 드로잉 가공함으로써 얻어진 금속통을 소재로 하고, 상기 금속통의 둘레벽에 외측으로 돌출되는 환상의 곡부(21)와 내측을 향하는 환상의 산부(22)를 상기 금속통의 축선 방향으로 교대로 연속하는 상태로 형성한 성형 벨로스이다.

상술한 바와 같이, 종래의 성형 벨로스를 이용한 진공 밸브에 있어서는 상기 벨로스의 신축에 따라 산부에 비해서 곡부에 작용하는 응력이 높아지는 경향이 있고, 그 때문에, 수명에 이르는 단계에서는 곡부에 있어서 피로 파손되는 것이 통례이지만, 본 발명에 의거한 성형 벨로스(8)에 있어서는 상기 곡R과 상기 산R의 비인 R비율을 적절한 범위로 설정하는 것이 상기 피로 파손의 문제를 해결하기 위해 유효하다는 지견에 의거해서 후술하는 바와 같은 실험 또는 컴퓨터ㆍ시뮬레이션의 결과에 의거해서 상기 R비율을 적절한 범위로 즉 상기 벨로스의 신축시에 내측의 곡부(21)와 외측의 산부(22)에 대해서 작용하는 응력을 가급적 균등화 가능하도록 하는 범위로 설정하고 있다.

결론적으로 상기 R비율은 벨로스(8) 자체에 대해서 상기 로드(7)로부터의 외력이 작용하지 않는 상태(자유 길이)에 있어서 1.15-1.70의 범위 내에 있는 것이 곡부(21)와 산부(22)에 작용하는 응력을 가급적 균등화하는데에 유효하고, 또한, 상기 R비율은 1.20-1.55의 범위 내에 있는 것이 보다 바람직하다.

상기 벨로스(8)를 진공 밸브의 로드(7)의 주위에 장착할 경우에는 밸브 부재(6)가 밸브 시트(5)에 접촉한 위치에 있을 때의 벨로스(8)의 축방향 길이를 벨로스(8) 자체의 자유 길이이도록 설정하고 있다. 이 때문에, 상기 밸브 부재(6)가 전체 개방 위치에 있을 때의 벨로스(8)의 축방향 길이는 벨로스(8)의 자유 길이로부터 총변위량을 뺀 길이가 되고, 상기 벨로스(8)는 그 자유 길이로부터 총변위량만큼 압축된 상태가 된다. 이어서 설명하는 R비율 등에 대한 데이터는 상기 장착을 행한 경우의 것이다.

또한, 상기 밸브 부재(6)가 밸브 시트(5)에 접촉한 위치에 있을 때의 벨로스(8)의 축방향 길이를 상기 벨로스(8)의 자유 길이로부터 상기 밸브 부재(6)가 밸브 시트(5)에 접촉하는 위치까지 신장된 길이로 하고, 상기 밸브 부재가 전체 개방 위치에 있을 때의 벨로스 축방향 길이를 상기 벨로스의 자유 길이로부터 총변위량만큼 압축된 상태에 있는 것으로 해서 상기 벨로스의 자유 길이를 설정할 수도 있지만 이들에 대해서는 더욱 구체적으로 후술한다.

이어서, 상기 R비율 등에 대해서 상술한 수치 범위로 설정하는 것이 유효한 것을 실험이나 컴퓨터ㆍ시뮬레이션에 의해 확인한 결과를 이들 데이터에 의거해서 구체적으로 설명한다.

우선, 벨로스 공시체로서, 외경(D₁)이 120.0Φ㎜, 내경(D₂)이 94.5Φ㎜, 산높이가 12.8㎜, 자유 길이(L)가 160㎜, 판 두께 0.22㎜, 산수 19인 것을 이용하고, 상기 벨로스 공시체의 내측의 분위기 압력을 대기압, 외측 압력을 진공으로 하는 조건하에서, 표 1에 모델 1-14로서 나타내는 바와 같이, 곡R 및 산R, 및 이들의 곡률 반경에 의거해서 0.54-2.08의 R비율을 가지게 한 것을 이용하는 것으로 하고, 이들에 대해서 이하에 설명하는 응력 등을 구하고 있다.

각 공시체에 대해서는 중심 축선 방향으로 40㎜의 압축 변위를 부여한 상태, 및 상기 벨로스 공시체를 자유 길이의 상태로 놓아서 내외의 압력차만을 작용시킨 상태에 있어서의 상기 곡부(21)의 중심측 부위(a) 및 외주측 부위(b)와, 산부(22)의 중심측 부위(c) 및 외주측 부위(d)에 작용하는 응력값(시뮬레이션 값)을 구하고, 또한, 각 R비율의 공시체에 대해서 상기 압축 변위를 부여한 경우와 상기 자유 길이의 상태에 놓았을 경우에 있어서의 a-d의 각 부위마다의 응력, 및 그 변동폭, 즉, 밸브 부재(6)가 밸브 시트(5)의 개폐 동작을 행하는 동안의 상기 각 부위의 응력 진폭을 구하고, 이들을 표 1에 나타내고 있다. 또한, 표 중에서는 압축 응력을 마이너스로 나타내고 있다.

상기 응력 진폭은 밸브 부재(6)의 개폐 동작시에 있어서의 a-d의 각 부위에 있어서의 응력의 변동폭을 나타내는 것이지만, 이 변동폭이 어느 부위에 있어서도 커지는 것은 차가 큰 응력이 반복해서 작용하여 금속 피로의 원인이 되므로 바람직한 것은 아니고, 그러나, 상기 변동폭이 작아도 응력값 자체가 일정한 한도 이상이 되는 것은 허용할 수 있는 것은 아니며, 그 때문에, 상기 응력의 변동폭이 비교적 작고, 또한, 최대 응력값 자체가 일정한 상한값을 초과하지 않는 R비율을 채용하는 것이 바람직하다.

도 4는 상기 표 1에 있어서의 a-d의 각 부위마다의 응력 진폭을 R비율과의 관련에 있어서 그래프화한 것이다. 동 도 4에 있어서는 a-d의 어느 부위에 있어서의 응력 진폭도 R비율이 1.15-1.70의 범위에서 비교적 작은 값을 나타내고, 또한, 상기 R비율의 범위의 하한값에 있어서는 종래의 벨로스에 있어서 금속 피로에 의한 파손이 생기는 a의 부위의 응력 진폭이 비교적 파손이 생기지 않는 c의 부위의 응력 진폭과 거의 동등하게 되고, 또한, 상기 a의 부위에 이어서 금속 피로가 생길 가능성이 높은 d의 부위의 응력 진폭은 충분히 작게 되어 있으므로, 반복 응력에 의한 금속 피로를 피한다는 관점으로부터 상기 범위의 하한값은 바람직한 것이라고 말할 수 있다.

한편, 상기 R비율의 범위의 상한값에 있어서는 상기 a 및 d의 부위에 있어서의 응력 진폭이 거의 동일하게 되고, 또한, 양 응력 진폭 자체의 값도 작게 되어 있어서 그 상한값을 초과하면 d의 부위에 있어서의 응력 진폭이 증대되므로 반복 응력에 의한 금속 피로를 피한다는 관점으로부터 상기 상한값도 바람직한 것이라고 말할 수 있다.

또한, 상기 R비율이 1.15-1.70의 범위에 있어서의 상기 a_d의 각 부위의 최대 응력에 대해서 고찰하면 표 1에 있어서의 모델 7의 예는 곡R 및 산R이 모두 2.0㎜인 이미 알려진 벨로스에 상당한 것이고, 상기 모델 7에 있어서의 가장 파손되기 쉬운 a의 부위의 최대 응력값이 599이며, 이것에 대해서 표 1 중 R비율이 1.15-1.70의 범위에 속하는 모델 9-12의 예에서는 모두 a의 부위의 최대 응력이 상기 모델 7의 예보다 충분히 낮고, 특히 R비율의 하한값인 1.15의 경우에 있어서의 최대 응력이 모델 8과 모델 9 사이에서 비례적으로 변동되는 것으로 가정해서 그것을 구하면 578로 되어 모델 7의 예보다 충분히 낮고, 또한, 다른 b-d의 부위에 대한 최대 응력은 더욱 작은 것이며, 결과적으로 상기 R비율이 1.15-1.70의 범위 내에 있는 것이 곡부(21)와 산부(22)에 작용하는 응력을 가급적 균등화하는데에 유효하다고 말할 수 있다.

상술한 도 4를 참조해서 더욱 바람직한 R비율의 범위에 대해서 고찰하면 상기 R비율의 범위의 하한으로서는 파손의 가능성이 높은 a의 부위에 있어서의 응력 진폭이 c의 부위에 있어서의 응력 진폭보다 작아지고, 결과적으로 a의 부위가 다른 부위에 비해서 가장 큰 응력 진폭을 가지지 않게 되는 R비율인 1.20을 채용하고, 또한, R비율의 상한으로서는 R비율이 증대됨에 따라 응력 진폭이 가장 작아져 가는 b의 부위에 대해서는 도외시하고, 그 외의 a, c 및 d의 부위에 있어서의 응력 진폭이 서로 근사한 값이 되며, 결과적으로 반복 응력에 의한 금속 피로의 정도가 균등화되는 1.55를 채용하고, 그것에 의해 상기 R비율의 범위를 1.20-1.55로 하는 것이 보다 바람직하다고 할 수 있다.

상술한 진공 밸브용 벨로스(8)는 그것을 진공 밸브의 로드(7)의 주위에 장착했을 경우에 밸브 부재(6)가 밸브 시트(5)에 접촉한 위치에 있을 때의 벨로스(8)의 축방향 길이를 벨로스(8) 자체의 자유 길이이도록 설정하고 있다. 이와 같이 벨로스(8)의 자유 길이를 설정했을 경우 진공 밸브에 대한 상기 벨로스(8)의 장착을 상기 벨로스(8)가 비압축의 상태에서 행할 수 있는 점에서 유리한 것이지만, 상기 밸브 부재(6)가 밸브 시트(5)에 접촉한 위치에 있을 때의 상기 벨로스(8)의 축방향 길이를 상기 벨로스(8)의 자유 길이보다 큰 것으로 설정한 경우에 비해서 밸브 부재(6)가 전체 개방 위치에 있을 때의 벨로스(8)의 압축 변형량이 커지고, 그만큼 벨로스(8)에 작용하는 최대 응력이 커지는 점에서는 불리하다. 그러나, 상술한 바와 같이, R비율을 1.15-1.70으로 설정하는 것만으로 종래예에 비해서 작용하는 응력의 변동폭을 작게 하고, 또한, 최대 응력값 자체도 저하시킬 수 있는 점에서 벨로스(8)의 파손 방지에 유효한 수단이다라고 할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 밸브 부재(6)가 밸브 시트(5)에 접촉한 위치에 있을 때의 벨로스(8)의 축방향 길이를 벨로스(8) 자체의 자유 길이로 하는 것은 아니고, 상기 밸브 부재(6)가 밸브 시트(5)에 접촉한 위치에 있을 때의 상기 벨로스(8)의 축방향 길이가 상기 벨로스의 자유 길이로부터 밸브 부재(6)를 밸브 시트(5)에 접촉시킬 때까지 신장한 것이 되고, 또한, 상기 밸브 부재(6)가 전체 개방 위치에 있을 때의 벨로스(8)의 축방향 길이가 상기 벨로스(8)의 자유 길이로부터 총변위량만큼 압축된 것이 되도록 상기 벨로스(8)의 자유 길이를 설정할 수도 있다.

이 경우에 있어서, 예컨대 상기 밸브 부재(6)가 전체 개방 위치에 있을 때의 벨로스(8)의 축방향 길이가 상기 벨로스(8)의 최대 변위 길이[밸브 부재(6)의 최대 스트로크]에 대해서 75% 압축한 길이이며, 또한, 상기 밸브 부재(6)가 밸브 시트(5)에 접촉한 위치에 있을 때의 상기 벨로스(8)의 축방향 길이가 상기 벨로스(8)의 상기 최대 변위 길이에 대해서 25% 신장한 길이인 경우에 대해서 여기서는 상기 벨로스(8)의 압축측의 「75%」라는 수치를 이용하고, 압축비가 75%라고 표현하게 한다.

이 표현에 의하면 표 1 및 도 4를 참조해서 설명한 상술한 예는 벨로스(8)의 압축비가 100%인 것으로 된다.

이어서, 표 2 및 표 3과 이들에 대응하는 도 5 및 도 6을 참조해서 밸브 부재(6)가 전체 개방 위치에 있을 때의 벨로스(8)의 축방향 길이를 상기 벨로스의 변위 길이[밸브 부재(6)의 최대 스트로크]에 대해서 75% 및 50%로 압축한 길이로 설정하고 있는 압축비 75% 및 50%의 경우에 대해서 유효한 R비율 등에 대해서 설명한다.

또한, 표 2 및 표 3에 있어서의 벨로스 공시체로서는 앞에 표 1의 데이터에 관련해서 설명한 바와 완전히 동일하지만 이 모델은 표 1에 모델 1-14로서 나타낸 것의 일부에 대응하는 것을 샘플링한 것이며, 상기 표 2 및 표 3에는 각 모델에 대해서, 표 1의 경우와 마찬가지로, a-d의 각 부위마다의 응력, 및 응력 진폭을 나타내고 있다. 표 2 및 표 3은 압축비 75% 및 50%의 경우에 대한 데이터이고, 즉, 표 1-표 3의 경우 모두 밸브 부재(6)의 변위가 40㎜이고, 밸브 부재(6)의 완전 개방시에 있어서의 벨로스(8)의 변위를 각각 40, 30, 20㎜로 하고 있으므로 표 1-표 3의 경우의 압축비는 각각 100, 75, 50으로 되어 있다.

도 5 및 도 6은 표 1 및 도 4를 참조해서 설명한 상술한 압축비가 100%인 경우와 마찬가지로 표 2 및 표 3에 있어서의 a-d의 각 부위마다의 응력 진폭을 R비율과의 관련에 있어서 그래프화한 것이다. 이것을 도 4와 대비하면 a-d의 각 부위에 있어서의 응력 진폭의 변동의 경향은 어느 경우에 있어서도 명확하게 동일한 경향을 나타내고, 따라서, 벨로스(8)의 상기 R비율은 압축비에 상관 없이 1.15-1.70의 범위 내에 있는 것이 곡부(21)와 산부(22)에 작용하는 응력을 가급적 균등화하는데에 유효하다고 할 수 있다. 상기 R비율이 더욱 바람직하게는 1.20-1.55의 범위에 있는 것에 대해서도 마찬가지이다.

또한, 표 2 및 표 3과 같이, 압축비를 75, 50으로 했을 경우 최대 응력이 표 1의 압축율 100의 경우에 비해서 작아지는 것은 표 1-표 3으로부터도 명확하지만 압축비가 100, 75 및 50의 경우의 최대 응력을 R비율의 변화에 대응시켜 병기한 도 7의 내용으로부터도 명확하다.

또한, 도 7에 있어서 주목해야 할 것은 압축비가 50%인 경우에 R비율이 1.0-5.0 부근에 있어서 최대 응력이 낮은 값을 나타내고 있고, 이 범위는 벨로스의 파손 방지에 매우 유리한 범위라고 할 수 있다.

또한, 상술한 압축비에 관한 데이터를 참조하면 상기 밸브 부재(6)가 밸브 시트(5)에 접촉한 위치에 있을 때의 벨로스(8)의 신장 길이를 상기 밸브 부재(6)가 전체 개방 위치에 있을 때의 벨로스(8)의 압축 길이와 동등하거나(압축비 50%) 또는 그 이하(압축비 50% 이상)로 해서 파손 방지에 유효한 벨로스를 얻을 수 있는 것은 명확하다.

Claims (6)

1. 디스크형 밸브 부재가 밸브 시트에 접촉 이간함으로써 개폐되는 주 유로와, 로드를 통해서 상기 밸브 부재를 구동하는 구동부를 갖는 진공 밸브에, 상기 주 유로와 구동부를 구획하기 위해서 상기 로드의 주위를 둘러싸도록 배치되고, 외측이 진공 분위기에 배치됨과 동시에 내측이 대기압 하에 배치된 상태로 사용되는 벨로스로서,
   상기 벨로스는 금속통의 둘레벽에, 상기 금속통의 내측으로 돌출되는 환상의 곡부와 상기 금속통의 외측으로 돌출되는 환상의 산부를 상기 금속통의 축선 방향으로 교대로 연속해서 형성함으로써 구성되고, 상기 로드로부터의 외력이 작용하지 않는 상태에서의 상기 벨로스의 축방향 길이가 자유 길이이며, 상기 자유 길이는 상기 벨로스의 외경보다 크고,
   상기 벨로스는, 상기 밸브 부재가 밸브 시트에 접촉한 폐쇄 밸브 위치에서 상기 자유 길이이거나 신장한 상태가 되고, 상기 밸브 부재가 밸브 시트로부터 이간된 전체 개방 위치에서 압축된 상태가 되도록 형성되어 있으며, 상기 폐쇄 밸브 위치에서 벨로스가 신장하는 길이는, 상기 전체 개방 위치에서 벨로스가 압축되는 길이에 비해 동등이하이고,
   상기 벨로스가 자유 길이인 상태에서, 상기 곡부의 단면의 곡률 반경을 곡R로 하고, 상기 산부의 단면의 곡률 반경을 산R로 했을 때 상기 곡R을 산R보다 크게 함과 아울러, 상기 곡R과 산R의 비인 곡R/산R을 1.15-1.53의 범위 내로 설정한 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 벨로스.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 곡R과 산R의 비인 곡R/산R이 1.20-1.53의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 벨로스.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 벨로스를 구성하는 금속통은 스테인레스제의 금속박판을 디프 드로잉 가공함으로써 형성된 것을 특징으로 하는 진공 밸브용 벨로스.

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