(57)【要約】【課題】本発明は、流路（Ｆ）を遮断するシャトルバルブに関する。【解決手段】シャトルバルブは、流路（Ｆ）となる開口部（３）を取り囲むバルブシート（４）を有するバルブハウジング（１）を備えている。バルブディスク（５）を、回転可能に取り付けたシャフト（６）に設けている。駆動部ユニット（７）で、バルブディスク（５）を、規定した移動曲線（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）に沿って、開位置から閉位置に旋回する。バルブディスク（５）を、第１の駆動部（９ａ，９ｂ）で、シャフト（６）のピボット軸（８）中心の回転運動（Ｒ１）で、流路（Ｆ）を遮らない開位置から旋回させ、第２の駆動部（１０ａ，１０ｂ）で、ピボット軸（８）に平行に、バルブシート（４）の方向に直線運動（Ｌ１）させ、バルブディスク（５）とバルブシート（４）間をシール接触で気密にシールし、閉位置にする。【選択図】図１
2008025836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路（Ｆ）を気密遮断するシャトルバルブが、
該流路（Ｆ）となる開口部（３）を有する壁部（２）および該開口部（３）を取り囲むバルブシート（４）を備えたバルブハウジング（１）と、
回転可能に取り付けたシャフト（６）に設けたバルブディスク（５）と、
該バルブディスク（５）を、規定の移動曲線（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）に沿って、開位置から閉位置に、動かす駆動部ユニット（７）と、を備え、
ここで、開位置は、該流路（Ｆ）となる該開口部（３）の断面上を基本的に遮らない位置で、
ここで、閉位置は、該流路（Ｆ）を、該バルブディスク（５）と該バルブシート（４）間のシール接触で気密シールする位置で、
該シャフト（６）のピボット軸（８）中心の回転運動（Ｒ１）で、該バルブディスク（５）を、開位置から旋回させ、および、
該バルブディスク（５）を、該ピボット軸（８）に平行に、該バルブシート（４）の方向に、直線運動（Ｌ１）で閉位置に動かす、
該駆動部ユニット（７）が、
該ピボット軸（８）中心に回転運動（Ｒ１）を行なう第１の駆動部（９ａ，９ｂ）と、
該ピボット軸（８）に平行な直線運動（Ｌ１）を行なう第２の駆動部（１０ａ，１０ｂ）と、を備え、
コントロールユニット（１１）を設け、
該第１の駆動部（９ａ，９ｂ）および該第２の駆動部（１０ａ，１ｂ）が、該コントロールユニット（１１）で、可変の移動曲線（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）が形成されるように作動する、
ことを特徴とするシャトルバルブ。
【請求項２】
移動曲線（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）の形状が、前記バルブディスク（５）の移動速度にリンクするように、前記コントロールユニット（１１）を形成している、ことを特徴とする請求項１記載のシャトルバルブ。
【請求項３】
移動曲線（Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３）の形状が、前記バルブディスク（５）の移動方向にリンクするように、前記コントロールユニット（１１）を形成している、ことを特徴とする請求項１または２記載のシャトルバルブ。
【請求項４】
取り付けたスライド（１２）を、前記バルブハウジング（１）に対し直線的に、および、前記ピボット軸（８）に平行に、移動可能とし、前記第２の駆動部（１０ａ，１０ｂ）で直線運動（Ｌ１）を行ない、該スライド（１２）に、前記シャフト（６）を回転可能に取り付けている、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載のシャトルバルブ。
【請求項５】
前記ピボット軸（８）に平行に延在する少なくとも１つのベアリングコラム（１３）と、
少なくとも１つの直線ベアリング（１４ａ，１４ｂ）と、を備え、
前記スライド（１２）を、該直線ベアリング（１４ａ，１４ｂ）で高精度に取り付けて、該ベアリングコラム（１３）に沿って移動可能にしている、ことを特徴とする請求項４記載のシャトルバルブ。
【請求項６】
直線ベアリングが、高精度の直線ローラベアリング（１４ａ）である、ことを特徴とする請求項５記載のシャトルバルブ。
【請求項７】
前記第１の駆動部（９ａ，９ｂ）を、前記シャフト（６）の回転運動（Ｒ１）の形成に、前記スライド（１２）に設けている、ことを特徴とする請求項４〜６の何れか１項記載のシャトルバルブ。
【請求項８】
前記第１の駆動部（９ａ）を、前記スライド（１２）から分離し、前記バルブハウジング（１１）上に設け、
カップリング（１５）を、前記第１の駆動部（９ａ）と前記シャフト（６）の間に設け、
この該カップリング（１５）が、前記スライド（１２）の直線運動（１２）に起因する、前記シャフト（６）と前記第１の駆動部（９ａ）間の軸のオフセットを、相殺できるように形成して設ける、ことを特徴とする請求項４〜６の何れか１項記載のシャトル駆動部。
【請求項９】
第１の駆動部が、第１の電気モータ、特に、第１のステップモータ（９ａ）であって、前記シャフト（６）を、該第１のステップモータ（９ａ）で直接または間接に駆動し、回転運動（Ｒ１）させる、ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項記載のシャトルバルブ。
【請求項１０】
第１の駆動部が、第１の空気圧駆動部（９ｂ）であって、前記シャフト（６）を、該第１の空気圧駆動部（９ｂ）で直接または間接に駆動し、回転運動（Ｒ１）をさせる、ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項記載のシャトルバルブ。
【請求項１１】
第２の駆動部が、第２の電気モータ、特に、第２のステップモータ（１０ａ）であって、前記シャフト（６）を、該第２のステップモータ（１０ａ）で直接または間接に軸方向に移動可能とし、直線運動（Ｌ１）させる、ことを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項記載のシャトルバルブ。
【請求項１２】
第２の駆動部が、第２の電気モータ、特に、前記第２のステップモータ（１０ａ）であって、前記スライド（１２）を、前記第２のステップモータ（１０ａ）で、直接または間接に動かして、ねじ付きのスピンドル（１６）を用いて、直線運動（Ｌ１）をさせる、ことを特徴とする請求項４〜８の何れか１項記載のシャトルバルブ。
【請求項１３】
第２の駆動部が、第２の空気圧駆動部（１０ｂ）であって、前記スライド（１２）を、該第２の空気圧駆動部で、直接または間接に直線的に動かし、直線運動（Ｌ１）させる、ことを特徴とする請求項４〜８の何れか１項記載のシャトルバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路を十分に気密に遮断するシャトルバルブに関する。バルブディスクを開口部上に旋回し、開口部を囲むバルブシート上にバルブディスクを押し付けて流路を遮断する。このバルブは、米国特許US-6,089,537(Olmsted)に記載されている。
【背景技術】
【０００２】
シャトルバルブは、良く知られた従来技術で、特にＩＣおよび半導体製造の分野で使用されている。この分野では、可能な限りの保護雰囲気が必要で、汚染粒子が存在してはならない。シャトルバルブは、例えば、プロセスチャンバと真空ポンプ間の気体流の制御または調節を行ない、隔離または制御バルブとして使用されている。隔離バルブは、主として通路の完全な開閉に使用される。一方、制御バルブは、所定の流量断面の規定、または所定の流速の調節または制御に使用される。バルブディスクは、特に、所望の固定した中間位置にすることが出来る。
【０００３】
シャトルバルブの場合、バルブディスク（通常は、丸い）を、第１のステップで、開口部（通常は、丸い）上に回転させる。つまり、開口部を遮断しない位置から、開口部を覆う中間位置に回転する。この中間位置で、シャトルバルブのバルブディスクは、開口部を囲むバルブシートに向かい合った位置にあり、バルブシートから少し離れている。  第２のステップで、バルブディスクとバルブシート間の距離が減少し、双方が互いに均一に押し付け合い、開口部を強固に気密して閉じる。この第２の動きは、リンク動作および／またはばね力で、バルブシートに垂直な方向で行なわれる。２つのステップの閉プロセスで、バルブディスクとバルブシート間のシールリングが、殆ど剪断力を受けない。この剪断力は、シールリングを損傷する恐れがある。第２ステップでのバルブディスクの動きは、バルブシートにほぼ直線的にそして垂直である。
【０００４】
従来技術は、シャトルバルブでのバルブディスクの回転運動の組合せを行なう種々の駆動部システムを開示している。回転運動は、開口部上で平行に、そして開口部に対し垂直な並進運動を行なう。例えば、US-6,089,537(Olmsted)が、開示している。
【０００５】
バルブディスクをバルブシートに押し付け、全圧範囲内で要求される気密性が確保する時に、過剰な圧縮応力による、シール媒体、特に、Ｏリング形式のシールリングへの損傷を防ぐ必要がある。この目的のために、幾つかのバルブが、バルブディスクの２つの側面間の圧力差の作用としてのバルブディスクの接触圧力調節を備えている。要求される加圧および減圧での気密性を得るために、幾つかのシャトルバルブまたはゲートバルブは、第２の運動ステップに加え、または、その代わりに、バルブリングを備えている。このバルブリングは、バルブディスクに垂直に移動可能で、開口部を囲み、バルブディスクに押し付けて、バルブを気密に閉じる。ドイツ国特許DE 1 264 191 B1、DE 34 47 008 C2、US 3,145,969 (von Zweck)およびDE 77 31 993 Uは、バルブディスクに対して能動的に移動可能なバルブリングを備えるバルブを開示している。US 5,577,707 (Brida)は、開口部を有するバルブハウジング、および、バルブディスクを備えるシャトルバルブを開示している。このバルブディスクは、開口部上を平行に回転可能で、開口部の流量を制御している。開口部を囲むバルブリングを、能動的に、複数のばね及び空気圧シリンダで、バルブディスクの方向に垂直に動かしている。US 2005/0067603 A1 (Lucas et al.)は、このシャトルバルブを更に発展させている。US 6,561,483およびUS 6,561,484 (Nakagawa et al.)は、２つの部分から成るバルブディスクを備えた真空バルブを開示している。第１のディスク部分は、開口部を備え、第２のディスクの部分は、延在可能な本体で、第１のディスク部分に接続されている。差動装置を、第１と第２のディスク部分の間に設け、２つのディスク部分を、互いに近づけたり、離したりしている。
【０００６】
US 6,089,537 (Olmsted)は、駆動部システムを備えたシャトルバルブを開示している。このシステムは、バルブディスクの開口部上の平行な回転運動と、開口部に垂直なほぼ並進の運動の組合せを実現している。駆動部システムは、単一の駆動部を備え、その駆動部は、バルブディスクのシャフトに結合して、開口部上でバルブディスクを旋回させている。シャフトは、径方向だけでなく、直線的にも取り付けている。シャフト回りに延びるリンク、つまり、スロット状のガイドトラックを、シャフトに取り付けている。駆動部システムのハウジングに接続したカム機構を、ガイドトラックに係合させている。ガイドトラックの設計は、バルブディスクの完全な開位置から開始する。最初の駆動部によるシャフトの回転運動が、開口部に平行なバルブディスクの純粋の旋回の動きである。バルブディスクが完全に開口部上の位置に達する直前に、リンクのガイドトラックが、シャフトの付加的な並進運動を、シャフト軸に沿って行なう。バルブディスクと開口部間の垂直の距離が減少し、バルブディスクを開口部にほぼ垂直に押し付ける。このリンクで、駆動部による回転運動が、さらに、開口部に垂直なバルブディスクの並進運動に偏向される。その結果、単一の駆動部で、回転および並進運動を満たしている。この駆動部システムの短所は、回転運動と並進運動が固定した結合にある。バルブが殆ど閉じた状態での精密な流量の調節は、殆ど不可能である。これは、開口部とバルブディスク間の垂直の距離を、個別に調節できないためである。バルブシート上にバルブディスクを正確に垂直に置くのは、不可能、または、限られた範囲で可能であるが、シールをバルブシート上に押し付ける際に、剪断力が発生し、シールの磨耗が増加する。移動経路の移動曲線は、所定のもので、最終的に取り付けたバルブの移動曲線の変更は、できない。バルブは、非常に短時間内での開閉の速い移動、または、精密な流量制御の精密な移動に適している。これは、２つの移動方策には、各々において異なる移動曲線を必要とするからである。一方、非常に早い移動可能な隔離バルブ、そして、他方、精密に調節する制御バルブとしての使用に、シャトルバルブは、適用に限界がある。
【０００７】
US 5,020,775 (Iwasaki et al.)が開示する隔離バルブは、回転可能に取り付けたシャフトと、シャフトを回転するレバーと、シャフトの軸の一端に設け、往復運動で、シャフトの軸の前後運動を意図したリフトシリンダと、シャフトの他端に固定したアームと、 アームに設け、丸い開口部の開閉を行なうバルブディスクと、を備えている。手動で操作するレバーは、シャフトと共に往復運動を行なう。隔離バルブは、先ず、シャフトのレバーを操作し、バルブディスクを完全に開口部上に旋回させて閉じる。第２のステップで、バルブディスクを、リフトシリンダで、開口部の方向に垂直に移動し、開口部を囲むバルブシートに押し付ける。レバーおよびシャフトも同様に往復運動を行なう。一部手動で操作する隔離バルブは、流量の調節には適していない。シール技術および駆動部の技術に由来し、リフトシリンダによる並進運動および手動操作のレバーによる回転運動の何れも、精密な実行および調節が出来ない。
【特許文献１】米国特許US 6,089,537
【特許文献２】ドイツ国特許 DE 1 264 191 B1
【特許文献３】ドイツ国特許DE 34 47 008 C2
【特許文献４】米国特許 US 3,145,969
【特許文献５】ドイツ国特許 DE 77 31 993 U
【特許文献６】米国特許 US 5,577,707
【特許文献７】米国特許 US 2005/0067603 A1
【特許文献８】米国特許 US 6,561,483
【特許文献９】米国特許 US 6,561,484
【特許文献１０】米国特許 US 5,020,775
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、シャトルバルブを提供し、このバルブは、流量の精密な調節および急速な全開閉に適し、殆ど摩耗がなく、簡単な設計で、保守が容易である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
独立請求項は、本発明の目的を実現し、従属項は、本発明の変形または有利な方法を記載している。
【００１０】
流路を強固に気密にする本発明のシャトルバルブは、壁部を有するバルブハウジングを備えている。壁部は、バルブハウジング部の一般で、流路となる開口部を備えている。  シャトルバルブは、２つの領域の間、即ち、パイプライン間、チャンバ間、組立部間、ポンプ間、または大気間に使用される。これらは、互いに着脱可能に直接または間接にシャトルバルブを介して、気密に接続されている。この２つの領域を接続し、シャトルバルブに通じる遮断可能な経路が、流路となる。シャトルバルブの領域の流路の断面は、可変で、ゼロから全開となる。シャトルバルブは、円形の平らな開口部、または複数の開口部を備え、特に２つの場合、互いに平行で少し離れている。開口部を囲むバルブシートが、開口部の周りにある。真空バルブは、バルブディスクを備え、バルブディスクは、アームを介して回転可能に取り付けたシャフトに設けている。一体または複数部から成る様々のバルブディスクが、従来技術に知られている。バルブディスクは、例えば、開口部に対応し、少し大きい断面を備えている。バルブディスクの密閉表面を、開口部を囲むバルブシートに押し付けて、開口部を完全に覆って閉じる。気密シールには、シール媒体、特に、シールリングを使用し、これを、バルブハウジングのバルブシート上および／またはバルブディスクの密閉表面上に設ける。バルブシートは、開口部を囲む表面で、バルブディスクの密閉表面を、バルブシートで、開口部の気密シールに接触させる。バルブディスクの移動に、駆動部ユニットをバルブハウジングに設けている。バルブハウジングは、シャトルバルブの一部で、バルブディスクをシャトルバルブに対して移動可能にしている。実際のバルブハウジングに設けている駆動部ユニットのハウジング及び支持素子も、バルブハウジングの構成部品と理解される。この理解は、構成部品が、バルブハウジングから分離、または、このバルブハウジングが、１つの部品または複数の部品として形成されていても同様である。
【００１１】
駆動部ユニットで、バルブディスクを、規定した移動曲線に沿って、開位置から閉位置に動かす。開位置では、流路は、完全に又は一部遮断されていない。閉位置では、流路は、バルブディスクとバルブシート間で気密に遮断される。バルブディスクの動きは、シャフトのピボット軸中心の回転運動、および、バルブシートの方向に向かい、ピボット軸に平行な直線運動からなる。回転運動は、バルブディスクを、開口部の断面上の旋回で行う。回転運動および直線運動は、同時に起きたり、重複したり、または継続している。勿論、再びシャトルバルブを開けるための逆の順序も可能である。
【００１２】
駆動部ユニットが、バルブディスクを、規定した移動曲線で、開位置から閉位置に動かす。開位置は、開口部の断面上を完全に又は一部遮らない流路で、閉位置は、流路が、バルブディスクとバルブシート間のシール接触で気密にシールされている。この開位置と閉位置の移動は、バルブディスクの旋回で行う。開位置から、閉位置への移動は、シャフトのピボット軸中心の回転運動、および、バルブシートの方向で、ピボット軸に平行に直線運動をさせて行う。このバルブディスクの回転および直線運動を、同時、重複、または継続して行なう。
【００１３】
本発明によれば、駆動部ユニットは、第１の駆動部を備え、ピボット軸中心に回転運動を行い、そして、第２の駆動部を備え、ピボット軸に平行で、バルブシートに垂直の直線運動を行う。シャトルバルブは、コントロールユニットを備え、このコントロールユニットで、第１および第２の駆動部を作動し、可変の移動曲線をもたらす。コントロールユニットは、シャトルバルブに直接設けるか、駆動部ユニットの構成部品でも良く、または、離れた場所に置いても良い。例えば、スイッチキャビネット内のプログラム内蔵のコントロールとして、または、適切なポートを備えるＰＣのコンピュータプログラムの生産物としてもよい。コントロールユニットと２つの駆動部の間には信号リンクがあり、少なくとも一方向で、２つの駆動部を、互いに別々に作動させる。信号リンクは、ケーブルまたは無線で行なう。
【００１４】
この駆動部は、回転および／または直線駆動部で、直接または間接に、特に、歯車、シャフト、カップリング、ベルト、チェーン等でバルブディスクに結合し、その回転および直線運動を行なう。
【００１５】
移動曲線は、ピボット軸に対するピボット角に基づくバルブディスクの移動経路、および、ピボット軸に沿った直線経路、またはバルブディスクとバルブシート間の垂直の距離を意味する。バルブディスクの２次元の回転の旋回運動および第３の次元の直線の往復運動により、シャトルバルブの実際の移動曲線は、３次元となる。しかし、単純化のために、以下では、移動曲線を２次元の曲線のように表現している。つまり、第１の駆動部の回転の旋回運動と第２の駆動部の直線の往復運動である。発明の範囲では、多次元の移動曲線での所望の数の運動成分も含む。バルブディスクを固定しているアームの直線運動を付加しても良い。この場合、第３の駆動部で駆動する。コントロールユニットの設計は、機械的なリンク運動のように、移動曲線を必然的に固定せず、変更できるようにしている。ピボット軸に平行で、バルブシートに垂直なバルブディスクの直線運動は、ピボット軸中心のバルブディスクの回転運動に、必ずしも堅固に結合していない。逆も同様である。２つの駆動部の設計は、コントロールユニットで規定された移動曲線に沿って、バルブディスクが動くようにしている。特に、ステップモータがこの目的に適している。他の駆動部、例えば、調整電気モータまたは空気圧駆動部も同様に可能である。ただし、これらの駆動部が、コントロールユニットで十分精密に作動可能であることが必要である。この条件下で、規定された移動曲線に沿うバルブディスクの再現性ある運動の順序が、高い精度で可能となる。
【００１６】
本発明の利点は、状況に応じて異なる移動曲線を選択できる点にある。シャトルバルブの操作モード、移動方向、移動速度、流入媒体、媒体の温度、シャトルバルブでの圧力差、使用するバルブディスクとその磨耗の相関関係で選択できる。移動曲線および所望の変数の依存関係は、シャトルバルブのユーザが、コントロールユニットでプログラムすることができる。これにより、用途の多いシャトルバルブが提供できる。
【００１７】
コントロールユニットは、移動曲線の形状を、バルブディスクの移動速度に連結させている。例えば、第２の駆動部の直線運動は、運動の回転速度に連結している。シャトルバルブを急速に閉じる場合、出来る限り早く、第２の駆動部を起動し、バルブディスクのピボット軸に平行な直線運動を実行する。この直線運動を、第１の駆動部による高速の開口部上の回転運動が、まだ完全でない時に実行する。２つの運動は、同期しており、バルブディスクが、バルブシートに当たる直前に、バルブディスクは、完全に開口部上の旋回した位置に達する。バルブディスクが、バルブシート上に静止する直前に、回転運動が完了している。平行な相対運動の代わりに、垂直の相対運動が、排他的に起き、バルブディスクの閉じる側とバルブシート間の最初の接触が生じる。このようにして、シール面に作用し、磨耗を増す剪断力を避ける。バルブを開ける時は、対応する手続が適用される。記載の操作モードは、シャトルバルブを隔離バルブとしての使用に適している。隔離バルブは、開状態と閉状態を、可能な限り急速に行う必要がある。
【００１８】
もう１つの操作モードは、例えば、シャトルバルブをゆっくりと開口部上に先ず旋回させ、流量または圧力を調節する場合である。この旋回は、ピボット軸を中心とした第１の駆動部の純粋な回転運動で行い、バルブディスクが、開口部にほぼ完全に重なるまで行う。バルブディスクとバルブシート間にある垂直の距離で、流路は、まだ完全に閉じていない。第２の駆動部で、バルブディスクの直線運動を起動し、垂直距離を減少させ、開口部の断面を、高精度の計量方法で減少する。垂直距離の変更は、精密な開口部断面の調節が可能で、開口部上の旋回よりも精密である。従って、この操作モードは、シャトルバルブを、高精度の制御バルブとしての使用に適している。
【００１９】
さらに、回転運動の方向に依存する直線運動が可能であり、移動曲線を選択することが可能である。選択できる移動曲線は、シャトルバルブを緩慢に調節して閉じるのに適した移動曲線、および、シャトルバルブを急速に開けるのに適した移動曲線がある。他の操作モードの所望の組合せも実現できる。
【００２０】
本発明の展開として、スライドを、シャトルバルブの駆動部ユニット内に設け、バルブハウジングに対し、ピボット軸に平行に直線移動可能に取り付けている。このスライドを、第２の駆動部で動かし、直線運動をさせ、バルブディスクのバルブシートまでの垂直距離を調節する。アームを介してバルブディスクを取り付けたシャフトを、スライドに取り付け、シャフトを、ピボット軸中心に回転可能としている。スライドは、バルブハウジング、特にプレート、ベアリングブロック、または他の本体に対して、ピボット軸に平行に直線的に移動可能な素子である。直線の取り付けは、少なくとも１つ、好ましくは２つ又は３つのピボット軸に平行に延在するベアリングコラムで行なう。ベアリングコラムは、少なくとも１つの直線ベアリング、例えば、高精度の直線ローラベアリング、又は、スライドベアリングブシュで囲まれている。スライドは、ベアリングコラムに沿って、高精度に移動可能に取り付けている。第１の駆動部を、スライドに直接に設け、シャフトの回転運動を行なうか、又は、スライドから切り離して、バルブハウジングに直接または間接に結合する。後者の場合、カップリングを、第１の駆動部とシャフトの間に設けている。このカップリングは、シャフトと第１の駆動部間のスライドの直線運動で生ずる軸のオフセットを相殺する。このようなカップリングは、従来技術の種々の実施形態に開示されており、例えば、かみ合い継ぎ手がある。第１の駆動部は、第１の電気モータで、特に、第１のステップモータで形成される。第１の駆動部で、シャフトを直接または間接に駆動し、回転運動を行なう。代わりに、第１の駆動部を、第１の空気圧駆動部にしても良い。第２の駆動部は、第２の電気モータで、特に、第２のステップモータで形成される。第２の駆動部で、シャフト又はねじ付きスピンドルによるスライドを、直接または間接に、軸方向に移動可能にし、直線運動を行なう。代わりに、第２の駆動部を、第２の空気圧駆動部にしても良い。これらの駆動部は、直接または間接の駆動の、直線または回転の駆動部で、特に、歯車、偏心機構、またはレバー機構がある。他の駆動部のタイプ、例えば、流体の駆動部がある。
【００２１】
直線的に取り付けたスライドの使用で、バルブディスクの高精度の直線の取り付け、及び開口部断面の高精度の調節が、可能となる。この結果、シャトルバルブは、精密な調節作業に顕著に適する。さらに、駆動部ユニットの設計が簡単になり、シャトルバルブ及びその構成部品の維持が、極めて容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明のシャトルバルブの実施形態を図に模式的に示し、以下、詳細に記載する。
【００２３】
図１（ａ）、（ｂ）および図２は、本発明の１つの実施形態であるが、異なった図、状態、詳細を示す。図２〜６は、駆動部ユニットの別の実施形態を示す。共通の参照番号が図に使用され、実施形態が共通の特徴を備えている場合、前もって説明した参照番号の説明は、一部省略する。
【００２４】
図１（ａ）、（ｂ）は、バルブハウジング１を備えたシャトルバルブを示す。ハウジング１は、壁部２内に、気体の流路Ｆ（矢印で図示）の丸い開口部３を備えている。開口部３は、バルブシート４で囲まれており、そのバルブシートは、バルブハウジング１の内側に向かう壁部２の縁部で形成されている。バルブハウジング１内で、複数の部品から成る平らなバルブディスク５を、アーム１７で、開口部３上で旋回可能に設けている。シャトルバルブは、駆動部ユニット７を備え、その駆動部ユニットで、バルブディスク５を、開口部上で旋回させ、バルブシート４に押し付ける。駆動部ユニット７は、図１（ａ）では、駆動部カバー１８で閉じられている。多数の電子インターフェイスを備えた電子コントロールユニット１１を、駆動部ユニット７に設けている。これとは対照的に、図１（ｂ）は、駆動部カバー１８とコントロールユニット１１を含まない駆動部ユニット７を示す。第１のステップモータである第１の駆動部９ａおよび第２のステップモータである第２の駆動部１０ａが、明確に見える。
【００２５】
図２は、駆動部ユニット７および２つのステップモータ９ａ，１０ａの断面を示す。駆動部ユニット７は、スライド１２を備え、シャフト６を、スライド１２に回転可能に取り付けている。アーム１７をシャフト６に回転不能に結合している。アーム１７は、シャフト６をバルブディスク５に接続している。シャフト６の軸、即ち、ピボット軸８を中心とする回転で、バルブディスク５は、開口部３上を行ったり来たり旋回できる。シャフト６の回転運動Ｒ１を直接駆動するために、第１のステップモータ９ａをスライド１２に設けている。
【００２６】
スライド１２を、シャフト６のピボット軸８に平行に、および、バルブハウジング１に対し直線的に、移動可能に取り付けている。これは、ピボット軸８に平行に延在し、バルブハウジング１に固定して設けた２つのベアリングコラム１３による。図２の断面には、２つのベアリングコラム１３の１つだけが判別できる。スライド１２は、直線ベアリングの使用で、ベアリングコラム１３に沿って高精度で直線的に案内される。直線のベアリングは、高精度の直線ローラベアリング１４ａである。第２のステップモータ１０ａを、駆動部ユニット７の一部分に取り付け、スライド１２の直線運動Ｌ１を行う。その一部分は、バルブハウジング１に連携している。第２のステップモータ１０ａで、スライド１２を、ピボット軸８に平行で、直線的にベアリングコラム１３に沿って動かす。このために、第２のステップモータ１０ａのシャフトは、ねじ付きスピンドル１６にしている。このねじ付きスピンドル１６は、スライド１２に設けたねじ付きブシュ１９に係合し、スライド１２を矢印Ｌ１で示す方向に、回転Ｒ２で動かす。代わりの実施形態では、第２のステップモータ１０ａが、スライド１２上に存在し、ねじ付きブシュ１９が、バルブハウジング１上になる。
【００２７】
第１のステップモータ９ａで、バルブディスク５を開位置から旋回する。開位置は、流路Ｆを、開口部３の断面上で遮らない状態である。第１のステップモータ９ａで、シャフト６のピボット軸８中心の回転運動Ｒ１でバルブディスク５を旋回する。スライド１２の直線運動Ｌ１は、バルブシート４の方向に、ピボット軸８に平行に、シャフト６およびバルブディスク５と共に動く。この直線運動Ｌ１は、第２のステップモータ１０ａで行なう。これにより、バルブディスク５を、閉位置に動かす。流路Ｆは、バルブディスク５と壁部２のバルブシート４間のシール接触で、気密にシールされる。シャトルバルブの３つのグループの運動を、異なるタイプの濃淡で図示している。バルブハウジング１に接続する構成部品、即ち駆動部ユニット７のハウジング部、第２のステップモータ１０ａ、そのスピンドル１６、および、ベアリングコラム１３を点線または空白にしている。直線運動Ｌ１を行なう構成部品を垂直の矢印で示す。第２のステップモータ１０ａが、この構成部品に、ピボット軸８に平行な直線運動Ｌ１を与える。スライド１２、直線ロールベアリング１４ａ、および第１のステップモータ９ａを斜線で示す。バルブディスク５を取り付けているシャフト６とアーム１７は、交差した斜線で示す。このシャフト６とアーム１７は、スライド１２の直線運動Ｌ１、および、第２のステップモータ９ａによる回転運動Ｒ２を行なう。
【００２８】
図１（ａ）に示すコントロールユニット１１は、２つのステップモータ９ａ，１０ａに、信号接続している。第１のステップモータ９ａおよび第２のステップモータ１０ａを、コントロールユニット１１で、別々に作動する。この作動が、可変の移動曲線Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３（図７参照）を生成する。この曲線に沿って、バルブディスク５を、開位置Ｏから閉位置Ｃに移動できる。図７は、３つの移動曲線Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３を模式的に示す。ｘ軸は、第１のステップモータ９ａによる、ピボット軸８を中心とする回転運動Ｒ１のシーケンス、そしてｙ軸は、第２のステップモータ１０ａによる、ピボット軸８に平行な直線運動Ｌ１のシーケンスを表す。シャトルバルブの完全な開位置Ｏから開始し、最初に第１のステップモータ９ａだけが作動し、バルブディスク５を開口部３上に旋回する。第１の移動曲線Ｋ１の場合、この運動は、バルブディスク５が、完全に開口部３を覆うまで実行される。バルブディスク５およびバルブシート４間の垂直の距離は、一定である。これは、第２のステップモータ１０ａが、作動していないからである。回転運動Ｒ１が終了し、第１のステップモータ９ａが停止して初めて、第２のステップモータ１０ｂが、直線運動Ｌ１を作動し、バルブディスク５とバルブシート４間の垂直の距離を減少する。この距離の現象で、バルブディスク５が、バルブシート４上に静止し、シャトルバルブが、完全に閉位置Ｃになる。この平凡な移動曲線Ｋ１の利点は、開口部断面の精密なコントロールと、バルブディスク５とバルブシール４間のシール表面の磨耗度が低い点にある。これは、バルブシート４に平行な剪断作用が生じないからである。この移動曲線Ｋ１の不利な点は、比較的に長い移動行路と、開位置Ｏと閉位置Ｃ間の関連する長い移動時間である。移動曲線Ｋ２，Ｋ３の場合、バルブディスク５が、開口部３の断面上にほんの一部旋回した位置で、直線運動Ｌ１は、既に開始している。バルブディスク５が、バルブシート４に最初に接触する直前で、第１のステップモータが停止し、バルブディスク５の旋回を終える。これは、シール表面での剪断作用を、十分に避けるためである。移動曲線Ｋ３は、相当に短い移動経路と時間であることが分かる。もちろん、ここで記載するシャトルバルブの開位置から閉位置のシーケンスは、逆にしたり、要望次第で変更が出来る。ここで説明する実施例は、説明のためのものである。移動曲線の所望の他の形は、可能である。シール表面を損傷する過剰な剪断作用を避けることが出来ればよい。
【００２９】
図３は、駆動部ユニット７の第２の実施形態の断面を示す。この駆動部ユニット７は、バルブハウジング１上に間接的に設けた第１の駆動部９ａを備えている。第１の駆動部９ａを、図２のように、スライド１２に設けず、スライド１２と切り離し、駆動部ユニット７のハウジング部分に設けている。ハウジング部分は、バルブハウジング１と連携している。従って、第１の駆動部９ａは、スライド１２およびシャフト６の直線運動Ｌ１を実行しない。シャフト６の駆動を可能にするために、カップリング１５を、第１の駆動部９ａとシャフト６間に設けている。カップリング１５は、シャフト６と、固定した第１の駆動部９ａのシャフトとの間の軸のオフセットが、相殺されるように配置、形成している。このオフセットは、スライド１２の直線運動Ｌ１で生じる。カップリング１５は、かみ合い継手にしている。残りの設計は、図２で説明した駆動部ユニット７に対応し、詳細な説明は行なわない。
【００３０】
図４は、シャトルバルブの第３の実施形態で、駆動部ユニット７の断面を示す。シャトルバルブは、ベルト駆動部２０を備えている。スライド１２は、２つのベアリングコラム１３および２つの直線ローラベアリング１４ａで取付けられ、バルブハウジング１に対し直線的に移動可能にしている。スライド１２の直線運動Ｌ１を行なう第２の空気圧駆動部１０ｂを、スライド１２とバルブハウジング１の間に設けている。第２の空気圧駆動部１０ｂは、例えば、距離調節を備えた高精度の空気圧シリンダである。シャフト６をスライド６に取り付け、ピボット軸８に回転可能にしている。ピボット軸８は、ベアリングコラム１３に平行である。シャフト６に平行に、スライド１２上に取り付け、第１のステップモータ９ａとなる第１の駆動部は、ベルト駆動部２０で、シャフト６に接続し、シャフトを駆動する。第１のステップモータ９ａおよび第２の空気圧駆動部１０ｂの適切な作動で、ピボット軸８を中心とする回転運動Ｒ１、または、シャフト６のピボット軸８に平行な直線運動Ｌ１を行なう。アーム１７を介してシャフト６に取り付けたバルブディスク５の上記の運動シーケンスを実行する。
【００３１】
図５に示す第４の実施形態は、図４と似ているが、異なる第１の駆動部を使用している。この場合、第１の駆動部は、第１の空気圧駆動部９ｂで、距離調節を有する高精度の空気圧シリンダである。第１の空気圧駆動部９ｂの直線運動が、シャフト６への偏心結合で、回転運動Ｒ１に変換される。アーム１７を介しシャフト６に取り付けたバルブディスク５は、上記したバルブシート４に平行に旋回可能となる。直線運動Ｌ１は、図４のように実行される。
【００３２】
図６は、類似した実施形態を示す。回転運動Ｒ１の第１の駆動部には、同様に、第１の空気圧駆動部９ｂを用いる。空気圧駆動部９ｂで、歯車付きラック結合２２上で、最初に、直線運動が形成され、その歯車付きラック結合２２は、シャフト６の回転運動Ｒ１を生成する。
【００３３】
上記記載の実施形態は、互いに組合せが可能である。ここに記載の実施形態は、単に典型的な例示であり、発明が、この限定に制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】（ａ）駆動部カバーを取り付けた２つの駆動部を備えたシャトルバルブを示す。（ｂ）駆動部カバーを外した２つの駆動部を備えたシャトルバルブを示す。
【図２】第１の駆動部をスライドに設けた第１の実施形態のシャトルバルブの駆動部ユニットの断面を示す。
【図３】第１の駆動部を間接にバルブハウジングに設けた第２の実施形態の駆動部ユニットの断面を示す。
【図４】ベルト駆動部を有するシャトルバルブの第３の実施形態の駆動部ユニットの断面を示す。
【図５】偏心した結合を有するシャトルバルブの第４の実施形態の駆動部ユニットの断面を示す。
【図６】歯車のラック結合を有するシャトルバルブの第５の実施形態の駆動部ユニットの断面を示す。
【図７】３つの異なるバルブディスクの規定された移動曲線を示す。
【符号の説明】
【００３５】
１  バルブハウジング
２  壁部
３  開口部
４  バルブシート
５  バルブディスク
６  シャフト
７  駆動部ユニット
８  ピボット軸
９ａ，９ｂ  第１の駆動部
１０ａ，１０ｂ  第２の駆動部
１１
１２  スライド
１３  ベアリングコラム
１４ａ  ローラベアリング
１５
１６
１７  アーム
Ｆ  流路
Ｌ１  直線運動
Ｒ１  回転運動
Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３  移動曲線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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