JP3093983B2 - 流路開閉バルブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は流路開閉バルブ、特
に真空装置に用いられる流路開閉バルブに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の真空装置に用いられる流路開閉バ
ルブとしては第６図（ａ）〜（ｅ）に示すような、Ｌ型
バルブ、Ｓ型バルブ、クラッパーバルブ、ゲートバルブ
およびバタフライバルブが知られている。これらバルブ
は真空チャンバと真空ポンプとをつなぐ管路の途中に設
けられ、真空チャンバ内の気体を真空ポンプにより排気
するときに開弁され、真空チャンバが所定真空度に達し
たときに閉弁される。

【０００３】一方真空チャンバは、その排気時（つまり
上記バルブの開弁時）には短時間で高真空度に達するこ
とが要求され、その真空度を保持する時（つまり上記バ
ルブの閉弁時）にはバルブ出口側から流体がチャンバ内
に逆流しないことが要求される。これら要求に対し流路
開閉バルブの性能としては、その開弁時の排気抵抗が小
さい（コンダクタンスが大きい）こと、および、その閉
弁時の逆圧（バルブ出口側圧力）に対するシール性が重
要となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
Ｌ型バルブ（第６図（ａ））およびＳ型バルブ（第６図
（ｂ））にあっては、閉弁時においては逆圧により弁体
１０１が弁座１０２に向かって押圧されるためシール性
は良好であるが、開弁時においては流体が曲路を流れる
ため排気抵抗が大きくなるという問題があった。

【０００５】また、クラッパーバルブ（第６図（ｃ））
およびゲートバルブ（第６図（ｄ））にあっては、閉弁
時においては逆圧により弁体１０１が弁座１０２から離
れる方向に押圧されるためシール性が悪いという問題が
あった。

【０００６】さらに、クラッパーバルブは弁体の揺動支
点１０３をバルブハウジング１０４の内壁近くに設けて
あるため、弁体外径を大きくすると開弁時に弁体１０１
がバルブハウジング内壁に当たってしまい弁を十分開く
ことができず（弁体の揺動可能角度を大きくできず）排
気抵抗が大きくなり、一方、弁体の揺動可能角度を大き
くして弁を十分開くようにするにはバルブハウジングの
内径を大きくするか弁座１０２の流路内径を小さくせざ
るをえず、この場合も、相対的に排気抵抗が大きくなる
という問題がある。

【０００７】また、ゲートバルブにおいては、開弁時に
弁体１０１を格納する格納室１０５が流体流路に対して
直角に設けているため該格納室の気体が排気されにく
く、しかもバルブハウジングの内壁表面積が大きくなる
ため該内壁面からの脱ガス量も多くなることからも排気
性が悪いという問題があった。

【０００８】バタフライバルブ（第６図（ｅ））にあっ
ては開弁時においては弁体１０１を流体の流れと平行に
できるため排気抵抗が大きくなるという問題はないが、
閉弁時においては弁体をその中央で回動させその外周部
を円錐面状の弁座１０２に当接させてシールする構造で
あるため、弁体回転中心軸１０６と弁座１０２との同心
度が精度よく加工されていないと閉弁時にリークを生じ
る恐れがある。

【０００９】また、上記同心度が精度よく加工されてい
ても、閉弁時に弁体１０１の回転に伴い、弁体と弁座と
の相互のシール部が全周に亘って異なるねじり力を受け
ながら変形圧着してゆくため、各シール部位の接圧力が
一様とならずシール性に信頼性を欠くという問題があっ
た。

【００１０】さらに弁座１０２と弁体１０１の相互のシ
ール面を円滑に滑らせるためには、それらシール面に潤
滑材をコートするか塗布することが必要となり、このこ
とは真空加熱脱ガスに不利となっていた。ま弁体を開弁
位置で長時間保持した場合、シールの一部が永久変形を
おこし閉弁時に洩れをおこしやすいという問題があっ
た。

【００１１】本発明は上述した従来の流路開閉バルブの
問題点に鑑み、排気抵抗が小さく、且つシール性の優れ
た流路開閉バルブを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明においては上述の
目的を、(a）パイプ部および該パイプ部の軸線とほぼ直
交してパイプ部の一端部に一体的に設けられた弁座を有
するバルブハウジングと、（b ）弁座に着座したとき流
路を閉じる弁体と、（c ）パイプ部軸線とほぼ直交して
且つパイプ部内にその一部が延在してバルブハウジング
に回動自在に支持された駆動軸と、（d ）パイプ部内で
駆動軸と共に回動できるよう駆動軸に取り付けられた第
１リンクと、（e ）第１リンクと弁体とをリンク結合す
る第２リンクと、（f ）弁体とバルブハウジングとをリ
ンク結合する第３リンクと、（g）弁体が弁座に着座し
た状態において、第１リンクと第２リンクとの連結点を
基準にみて第１リンクと第2 リンクとで構成する一方側
の角度を１８０度に満たない角度となすと共に前記連結
点を基準にみて第３リンクを前記一方側の角度に対する
他方側で位置させた構成と成し、（h ）弁体が弁座から
離隔するとき、第３リンクと弁体との連結点が弁座から
所定以上に離隔しないよう第３リンクの揺動を制限する
ストッパー手段と、を備え、開弁時に弁体をパイプ部軸
線とほぼ平行となしうることを特徴とする流路開閉バル
ブにより達成する。

【００１３】本発明によれば、弁体が弁座に着座した状
態、つまり流路を閉じた状態においては、第１リンクと
第２リンクとの連結点を基準にみて第１リンクと第２リ
ンクとで構成する一方側の角度を１８０度に満たない角
度となしているので、駆動軸から連結点に伝わる回転力
に対する第１、第２リンクの軸線方向の分力を極めて大
きくすることができ、したがって、弁体を弁座に強力に
シートさせることができると共に、弁体に逆圧つまり弁
体を弁座から離そうとする圧力が作用してもシート状態
を保持することができる。つまり、本発明においては優
れたシール性を奏するのである。

【００１４】開弁時、つまり弁体を弁座から離す時は、
第１リンクと第２リンクとで構成する上記一方側の角度
が小さくなるよう駆動軸を回動させる。該回動により第
1 、第２、第３のリンクが共に動いて、第３リンクがス
トッパーによりその回動を止められるまで、弁体が浮き
上がる。

【００１５】第３リンクがストッパーによりその回動を
止められた後さらに駆動軸が同方向に回動されることに
より弁体は弁体と第３リンクとの連結点を中心として旋
回し、パイプ部軸線とほぼ平行となすことができる。し
たがって、本発明においては、流体抵抗を小さくできる
（真空排気システムに用いる場合においては優れたコン
ダクタンスを有する）。

【００１６】上述した開弁状態から閉弁状態にするに
は、駆動軸を開弁操作時と反対の方向に回動させる。そ
の時の各構成の作用は上述した開弁時の作用と逆順にな
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下本発明の好ましい実施の形態
を第1 、２、３、４図に基づき説明する。第１図におい
て、１は流路開閉バルブであり、２はそのバルブハウジ
ングである。このバルブハウジング２はパイプ部３と、
パイプ部３の両端に一体的に設けられた配管取付けフラ
ンジ部４、５を有している。フランジ部５には弁座６が
設けられている。

【００１８】フランジ部４は図示しない低圧側管路に、
フランジ部５は同じく図示しない高圧側管路にそれぞれ
気密的に接続される。本実施例を真空バルブとして用い
る場合はフランジ部４が真空チャンバー側管路に、フラ
ンジ部５が真空ポンプの吸入口側の管路にそれぞれ接続
される。

【００１９】７は弁体であり、この弁体７は、第１図に
おいて、上記弁座６に当接する円盤部８と、円盤部８の
上に一体的に設けられた弁体突起部９とを有している。
円盤部８の下側円周には気密用のシールリング８ａが一
体的に装着されており、弁体７が弁座６に着座したとき
（つまり、円盤部８のシールリング８ａが弁座６に当接
したとき）、流体流路１０を閉じるようになされてい
る。

【００２０】１１は、パイプ部軸線とほぼ直角に交わっ
た、バルブハウジング２に回動自在に支持された駆動軸
であり、この駆動軸１１は第２図に示すように、バルブ
ハウジング２内に延在するハウジング内軸部１２とバル
ブハウジング２から突出した突出軸部１３とを有してい
る。突出軸部１３の先端には、エアシリンダのピストン
ストロークを回転運動に変換して駆動軸１１を回転させ
る図示しないリンクとエアシリンダとの組合わせから成
る周知の駆動機構が設けられている。なお、そのような
駆動機構に代えて、突出軸部１３先端にハンドルを取り
付けて手動で回転軸１１を回動させてもよく、モータを
直結して駆動軸１１の回転を制御するようにしてもよ
い。また、１４は真空技術一般に周知の気密用のシール
リングであり、１５ａ、１５ｂは駆動軸１１の軸方向の
動きを規制する止め輪である。

【００２１】駆動軸１１のハウジング内軸部１２の中央
部には第１リンク１６の一端が図示しない公知の固定手
段により固定されている。したがって、第１リンク１６
はパイプ部３内で駆動軸１１と共に回動するよう駆動軸
１１に取り付けられていることになる。

【００２２】１７は第１リンク１６の他端に回動可能に
嵌入された第１ピンであり、この第１ピン１７には、第
1 リンク１６の他端両側（第２図）において、一対の第
２リンク１８、１８の各一端が回動可能に取着されてい
る。

【００２３】１９は弁体突起部９に回動可能に嵌入され
た第２ピンであり、この第２ピン１９には、弁体突起部
９の両側（第２図）において、一対の第２リンク１８の
各他端が回動可能に取着されている。

【００２４】第２リンク１８は、上述したようにして、
第１リンク１６と弁体７とを第１、第２ピン１７、１９
を介して結合しているが、これらの結合関係は、弁体７
が弁座６に着座した状態において、第１図に示すよう
に、駆動軸１１および第２ピン１９の軸心がほぼパイプ
部中心軸線２０上に位置すると共に第１ピン１７の軸心
がパイプ部中心軸線２０からわずかに偏倚した点Ａに位
置するように構成されている。つまり、弁体７が弁座６
に着座した状態において、第１リンク１６と第２リンク
１８との連結点Ａを基準にみて第１リンク１６と第２リ
ンク１８とで構成する一方側の角度α１が１８０度に満
たない角度となされている。

【００２５】２１は弁体突起部９に回動可能に嵌入され
た第３ピンであり、２２はバルブハウジング２に一体的
に設けられたハウジング突起部２３に回動可能に嵌入さ
れた第４ピンである。第３ピン２１には、弁体突起部９
の両側（第２図）において、一対の第３リンク２４、２
４の各一端が回動可能に取着されており、第４ピン２２
には、ハウジング突起部２３の両側において、一対の第
３リンク２４の各他端が回動可能に取着されている。

【００２６】第３リンク２４は、上述したようにして、
弁体７とバルブハウジング２とを第３および第４ピン２
１、２２を介して結合しているが、これらの結合関係
は、弁体７が弁座６に着座した状態において、第１図に
示すように、第１リンク１６と第２リンク１８との連結
点Ａを基準にみて第３リンク２４が上記一方側の角度α
１に対する他方側に位置し、第２ピン１９と第３ピン２
１が円盤部８とほぼ平行な平面上に位置し、第４ピン２
２が第３ピン２１よりわずかに第１ピン１７側に位置す
るように構成されている。

【００２７】また、本実施例の流体開閉バルブ１を全開
させ弁体７をパイプ部中心軸線２０とほぼ平行となした
とき、つまり駆動軸１１を第３図に示すように矢印Ｌ方
向に回転させて弁体７の円盤部８をパイプ部中心軸線２
０とほぼ一致させたとき、第１リンク１６と第２リンク
１８とで構成する上記一方側の角度α１がほぼ９０度と
なり、第３ピン２１と第４ピン２２とを結ぶ中心線が円
盤部８とほぼ９０度となるよう構成されている。

【００２８】２５はハウジング突起部２３に圧入固定さ
れたストッパー手段としてのピンであり、このピン２５
はハウジング突起部２３の両側に突出しており、第３図
に示すように、本実施例の流体開閉バルブを全開させて
第３ピン２１と第４ピン２２とを結ぶ中心線が円盤部８
とほぼ９０度の角度をなすに達したとき第３リンク２４
がそれ以上矢印Ｘ方向に動かないよう、第３リンク２４
の背面２４ａに当接する。つまりこのストッパー手段と
してのピン２５は、弁体７が弁座６から離隔するとき、
第３リンク２４と弁体７との連結点Ｂが弁座６から所定
以上に離隔しないよう第３リンク２４の揺動を制限す
る。

【００２９】第２図において、２６、２６は弾性手段と
しての一対の引張りバネであり、第１および第３ピン１
７、２１のそれぞれの両端に取り付けられたバネ係留リ
ング２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄを介して、第１、
第３ピン１７、２１間に（ひいては第１、第３リンク１
６、２４間に）張り掛けられている。従って、弾性手段
としての一対のバネ２６は、第１図から明らかなよう
に、弁体７が弁座６に着座した状態において、弁体７と
第２リンク１８との連結点Ｃを基準に見た弁体７の第３
リンク２４側方向（第４ピン２２側方向）の端部７a を
弁座６から引き離すように弁体７に作用する。

【００３０】なお、第２図において、２８、２９、３
０、３１は止め輪であり、各リンク１８、２４、各バネ
係留リング２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄのピン１
９、２１軸方向の動きを規制する。

【００３１】次に本発明の実施形態にかかる流路開閉バ
ルブ１の作用について説明する。流路開閉バルブ１の閉
弁時、つまり弁体７を弁座６に着座させて流路１０を閉
じている状態においては、第１図に示すように、駆動軸
１１に矢印Ｒ方向のトルク作用させた状態で駆動軸１１
を図示しない回転固定手段によりロックしておく。

【００３２】この状態においては第１リンク１６と第２
リンク１８との連結点Ａを基準にみて第１リンク１６と
第２リンク１８とで構成する一方側の角度α１を１８０
度に満たない角度となしているので、第４図に示すよう
に、駆動軸１１から連結点Ａに伝わる回転力Ｆ１に対す
る第1 、第２リンク１６、１８の軸線方向の各分力Ｆ２
が非常に大きくなり、パイプ軸線方向に作用する各分力
Ｆ３も非常に大きくなる。これら分力Ｆ２、Ｆ３は角度
α１が１８０度に近ければ近いほど大きくすることがで
きることは言うまでもない。したがって、駆動軸１１に
小さな保持トルクを与えておくだけで、弁体７を弁座６
に強力にシートさせることができると共に、弁体７に逆
圧つまり弁体７を弁座６から離そうとする圧力が作用し
てもシート状態を保持することができる。つまり、本実
施例の流路開閉バルブにおいては優れたシール性を奏す
るのである。

【００３３】なお、引張りバネ２６は、後述するように
開弁時および閉弁時における弁体円盤部８の第３リンク
２４側方向（第４ピン２２側方向）の端部７ａを浮き上
がらせるためのものであり、従ってその程度の引張り力
があればよく、従って当該バネ力は上記分力Ｆ３に比し
無視しうる程度の大きさとなり、このバネ力による上記
シール性への影響は無視できるものである。

【００３４】上述した閉弁状態から開弁する時、つまり
弁体７を弁座６から離す時は、駆動軸１１を第１図に示
すＬ方向に回転させる。この回転を開始したとき、先
ず、バネ２６の引張り力により、円盤部８の第４ピン側
一端部７ａが弁座６から離れるように浮き上がる。さら
に駆動軸１１が回転されるに伴い、第１リンク１６と第
２リンク１８とで構成する上記一方側の角度α１が次第
に小さくなるようリンク機構（第1 、２、３リンクおよ
び弁体７）が作動し、第３リンクの背面２４ａがストッ
パーピン２５に当接して第３リンク２４の回動が止めら
れるまで、弁体７が浮き上がる。

【００３５】第３リンク２４がストッパーピン２５によ
りその回動を止められた後さらに駆動軸１１が矢印Ｌ方
向に回動されることにより弁体７が弁体突起部９と第３
リンクとの連結点Ｂを中心として旋回し、第３図に示す
ように、弁体円盤部８がパイプ部中心軸線２０とほぼ重
なる位置となり、バルブ１の全開状態となる。かかる全
開状態に達したとき、駆動軸１１は回転を停止され図示
しない回転固定手段によりロックされる。

【００３６】このように、本実施例においては、弁体７
をパイプ部中心軸線２０とほぼ平行となすことができる
ので流体抵抗を小さくすることができる（真空排気シス
テムに用いる場合においては優れたコンダクタンスを有
する）。

【００３７】引張りバネ２６は、開弁開始時に、弁体円
盤部８の第４ピン側端部７ａを弁座６から引き離すよう
第２リンク１８側に浮き上がらせ、弁体７が第２ピン１
９を旋回中心として旋回運動をする際、円盤部８の上記
端部７ａが弁座６に当たらないよう作用するため、開弁
作用を円滑に行うことができる。また、引張りバネ２６
は、閉弁操作時においては、弁体円盤部８の第４ピン側
端部７ａと反対側の端部７ｂが弁座６に当節し始め、第
４ピン側端部７ａが最後に弁座６に当接するよう作用す
るため、閉弁作用も円滑に行うことができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
排気抵抗が小さく、且つシール性の優れた流路開閉バル
ブを得ることができる。本発明に係わる流路開閉バルブ
は、特に真空システムで用いるバルブとして適してお
り、この点について触れておく。一般的な真空システム
は、第５図の回路図で示すように、真空チャンバ５０、
ターボ分子ポンプ５１、油回転ポンプ（粗引きポンプ）
５２、主バルブ５３、粗引きバルブ５４、保持バルブ５
５、リークバルブ５６、５７、５８、および真空計ポー
ト５９を備えている。本発明に係わる流路開閉バルブ
は、このような真空システムの、上記主バルブ５３、粗
引きバルブ５４、保持バルブ５５として使用できるもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施例に係る流路開閉バルブ
の断面図であり、閉弁状態を示すものである。

【図２】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。

【図３】図３は、図１の流路開閉バルブが開弁したとき
の状態を示す図である。

【図４】図４は、第１リンクと第２リンクとの連結点Ａ
に作用する力の説明図である。

【図５】図５は、一般的な真空システムの回路図であ
る。

【図６】図６の (a)、（ｂ）、、（ｄ）、（ｅ）は、そ
れぞれ従来の異なる種類の流路開閉弁の概略を示す断面
図である。

【符号の説明】

２ ‥‥バルブハウジング ３ ‥‥パイプ部 ６ ‥‥弁座 ７ ‥‥弁体 １０‥‥流路 １１‥‥駆動軸 １６‥‥第1 リンク １８‥‥第２リンク ２４‥‥第３リンク ２５‥‥ストッパー手段 α１‥‥一方側の角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16K 1/16 - 1/24 F16K 31/44 F16K 51/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（a ）パイプ部（３）および該パイプ部の
   軸線とほぼ直交してパイプ部の一端部に一体的に設けら
   れた弁座（６）を有するバルブハウジング（２）と、 （b ）弁座に着座したとき流路（１０）を閉じる弁体
   （７）と、 （c ）パイプ部軸線とほぼ直交して且つパイプ部内にそ
   の一部（１２）が延在してバルブハウジングに回動自在
   に支持された駆動軸（１１）と、 （d ）パイプ部内で駆動軸と共に回動できるよう駆動軸
   に取り付けられた第1 リンク（１６）と、 （e ）第１リンクと弁体とをリンク結合する第２リンク
   （１８）と、 （f ）弁体７とバルブハウジングとをリンク結合する第
   ３リンク（２４）と、 （g ）弁体が弁座に着座した状態において、第１リンク
   と第２リンクとの連結点（A ）を基準にみて第１リンク
   と第2 リンクとで構成する一方側の角度（α１）を１８
   ０度に満たない角度となすと共に前記連結点を基準にみ
   て第３リンクを前記一方側の角度に対する他方側で位置
   させた構成と成し、 （h ）弁体が弁座から離隔するとき、第３リンクと弁体
   との連結点（Ｂ）が弁座から所定以上に離隔しないよう
   第３リンクの揺動を制限するストッパー手段（２５）
   と、 を備え、開弁時に弁体をパイプ部軸線とほぼ平行となし
   うることを特徴とする流路開閉バルブ。