(57)【要約】      （修正有）【課題】流路を気密的に遮断する弁があるが、摩耗による外部漏れ、複数の作動部材のため、メンテナンスが困難であった。耐摩耗性に優れ、メンテナンスが容易な弁を提供する。【解決手段】弁体８は、外側弁体部９および内側弁体部１１を有す。内側弁体部は、外側弁体部に対して相対的に直線的に移動可能であり、閉鎖設定において弁体への圧力差により、内側弁体部は、弁筺体に押し付けられ、外側弁体に対する差圧力は無くなる。弁座５は、放射状に内側を向いた第１内面１４を有し、外側弁体部は、放射状に外側を向いた第１外面１５を有する。第１外面は、閉鎖設定において、放射状に封止する接触が第１内面との間に存在する配置となる。外側弁体部は、放射状に内側を向いた第２内面１６を有し、内側弁体部は、放射状に外側を向いた第２外面１７を有する。第２外面は、放射状に封止する接触が第２内面との間に存在する配置となる。【選択図】図２
2013032840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路（Ｆ）を実質的に気密的に遮断するための弁であって、該弁は、
・第１壁部（２）を有する弁筺体（１）であり、該壁部が流路（Ｆ）用の第１開口部（３）を有し、該開口部が幾何学的開口軸（４）、および弁筺体（１）の第１の側（２０）で第１開口部（３）を囲む弁座（５）を有する、弁筺体（１）、
・弁体（８）であり、
−特に、環状またはフレーム状の外側弁体部（９）および
−格納設定（Ａ）と延出設定（Ｂ）との間を、開口軸（３）と平行な方向に、外側弁体部（９）に対して直線的に外側弁体部（９）内を移動可能であるように気密的に取り付けられる塞閉内側弁体部（１１）を有する、弁体（８）、
・少なくとも一つの駆動装置（１２）であって、弁体（８）が、開口軸（４）を実質的に横断してなされる横移動（ｘ）によって、
−弁体（８）が第１開口部（３）の隣に設置された保持部（１３）に置かれ、第１開口部（３）および流路（Ｆ）を開放する開放設定（Ｏ）と、 
−弁体（８）が第１開口部（３）上にわたって置かれ、第１開口部（３）の開口断面を覆う中間設定（Ｉ）と、
の間を旋回可能または移動可能なように、ならびに、
開口軸（４）に対して平行になされる縦移動（ｙ）によって、
−中間設定（Ｉ）と、
−第１開口部（３）を気密的に閉鎖して流路（Ｆ）を遮断する気密的な接触が外側弁体部（９）と弁座（５）との間に存在する閉鎖設定（Ｃ）と、
の間を移動可能なように外側弁体部（９）に接続され、またそのように構成されている少なくとも一つの駆動装置（１２）を含み、
閉鎖設定（Ｃ）において、弁体（８）での圧力差が実質的に可動内側弁体部（１１）に作用し、内側弁体部（１１）が、開口軸（４）と平行な方向において、実質的に外側弁体部（９）から切り離され、弁筺体（１）に直接または間接的に支持される弁であり、
・弁座（５）が、放射状に内側を向いて開口軸（４）に対して平行に延在する第１内面（１４）を有し、
・外側弁体部（９）が、放射状に外側を向いて開口軸（４）に対して平行に延在する第１外面（１５）を有し、該第１外面が、閉鎖設定（Ｃ）において、介在する第１シール部材（１０）を介して放射状に封止する接触が第１内面（１４）との間に存在するように配置および構成されており、
・外側弁体部（９）が、放射状に内側を向いて開口軸（４）に対して平行に延在する第２内面（１６）を有し、
・内側弁体部（１１）が、放射状に外側を向いて開口軸（４）に対して平行に延在する第２外面（１７）を有し、該第２外面が、介在する第２シール部材（１８）を介して放射状に封止する第２内面（１６）との接触が格納設定（Ａ）と延出設定（Ｂ）との間の領域において存在するように配置および構成されていることを特徴とする弁。
【請求項２】
・第１壁部（１）が、特に第１開口部（３）を囲む第１座面（１９）を有し、
・第１座面（１９）および外側弁体部（９）が、閉鎖設定（Ｃ）において、外側弁体部（９）が、第１の側（２０）の方向にある第１面（２６）を第１座面（１９）の上に置いて静止するように配置および構成されていることを特徴とする請求項１に記載の弁。
【請求項３】
前記第１座面が、第１開口部（３）における突起（１９）として構成され、該突起が、第１内面（１４）に隣接し、開口軸に対して実質的に垂直に延在することを特徴とする請求項２に記載の弁。
【請求項４】
第１の側（２０）および第１開口部（３）の方向における内側弁体部（１１）の相対的直線移動度を制限するために、外側弁体部（９）および内側弁体部（１１）の間に係止部（２２）が配置され、係止部（２２）は、閉鎖設定（Ｃ）において、第１開口部（３）の第１の側（２０）が相対的に低い圧力（２３）の状態となった時に、内側弁体部（１１）が格納設定（Ａ）で外側弁体部（９）上に静止するように配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の弁。
【請求項５】
前記係止部が、内側弁体部（１１）の肩部（２２）として構成され、該肩部が、第２外面（１７）から放射状に外側を向いて延在することを特徴とする請求項４に記載の弁。
【請求項６】
・弁筺体（１）が、第２の側（２１）に第２壁部（６）を有し、該第２壁部が、第１壁部（２）および第１開口部（３）と遠隔に、実質的に平行して対向する流路（Ｆ）用の第２開口部（７）を有し、
・第２壁部（２）が、特に第２開口部（７）を囲む第２座面（２４）を有し、
・第２の側（２１）および第２開口部（７）の方向における内側弁体部（１１）の相対的直線移動度を制限するために、第２座面（２４）および内側弁体部（１１）が、閉鎖設定（Ｃ）において、第２開口部（７）の第２の側（２１）が相対的に低い圧力（２５）の状態となった時に、内側弁体部（１１）が、第２の側（２１）の方向にある第２面（２７）を第２座面（２４）の上に置いて延出設定（Ｂ）で静止するように配置および構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の弁。
【請求項７】
内側弁体部（１１）の第２面（２７）が、第２外面（１７）から放射状に外側を向いて延在する肩部（２２）上に設置されていることを特徴とする請求項６に記載の弁。
【請求項８】
前記少なくとも一つの駆動装置（１２）が、
弁体（８）が、
・開放設定（Ｏ）と、
・中間設定（Ｉ）と、
の間を横移動（ｘ）によって旋回可能または移動可能なように、ならびに、
・中間設定（Ｉ）と、
・閉鎖設定（Ｃ）と、
・第２壁部（６）からの外側弁体部（９）の距離が、内側弁体部（１１）がその第２面（２７）を第２座面（２４）の上に置いて静止して格納設定（Ａ）に完全に押し込まれるように狭められる初期化設定（Ｎ）（中間設定（Ｉ）は、閉鎖設定（Ｃ）と初期化設定（Ｎ）との間に存在する）と、
の間を縦移動（ｙ）によって移動可能であるように構成されていることを特徴とする請求項６または７に記載の弁。
【請求項９】
前記弁が制御システム（２９）を含み、該制御システムが、
流路（Ｆ）を気密的に遮断するために、弁体（８）を
・駆動装置（１２）の横移動（ｘ）によって
−開放設定（Ｏ）から
−中間設定（Ｉ）へ
調整可能であり、
・駆動装置（１２）の縦移動（ｙ）によって
−中間設定（Ｉ）から
−閉鎖設定（Ｃ）へ
調整可能であるように、ならびに、流路（Ｆ）を完全に開放するために、弁体（８）を
・駆動装置（１２）の縦移動（ｙ）によって
−内側弁体部（１１）が格納設定（Ａ）および延出設定（Ｂ）の間の任意の設定にある閉鎖設定（Ｃ）から
−内側弁体部（１１）を格納設定（Ｂ）へ完全に押し込むための初期化設定（Ｎ）を介して
−中間設定（Ｉ）へ
調整可能であり、
・駆動装置（１２）の横移動（ｘ）によって
−中間設定（Ｉ）から
−開放設定（Ｏ）へ
調整可能であるように構成され、またそのように駆動装置（１２）に接続されていることを特徴とする請求項８に記載の弁。
【請求項１０】
第１シール部材（１０）が、放射状に封止する接触を弁座（５）の第１内面（１４）と形成するために、外側弁体部（９）の第１外面（１５）上に固定されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の弁。
【請求項１１】
第２シール部材（１８）が、
・放射状に封止する接触を内側弁体部（１１）の第２外面（１７）と形成するために、外側弁体部（９）の第２内面（１６）上に、または
・放射状に封止する接触を外側弁体部（９）の第２内面（１６）と形成するために、内側弁体部（１１）の第２外面（１７）上に
固定されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の弁。
【請求項１２】
外側弁体部（９）が、アーム（２８）によって前記少なくとも一つの駆動装置（１２）に接続され、該アームが、閉鎖設定（Ｃ）において、開口軸（４）に沿って幾何学的に突出する第１開口部（３）の開口断面の外にアーム（２８）が来るように外側弁体部（９）の側面に配置され、またそのように開口軸（４）に対して垂直に延在していることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の弁。
【請求項１３】
・外側弁体部（９）が環状に構成され、
・内側弁体部（１１）が塞閉円板の形状を有し、
・第１内面（１４）、第１外面（１５）、第２内面（１６）および第２外面（１７）が幾何学的な円柱状胴表面であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の弁。
【請求項１４】
・前記弁がシャトル弁として構成され、
・駆動装置（１２）が、第１開口部（３）の断面全体にわたって実質的に平行で開口軸（４）に対して垂直な横移動（ｘ）によって弁体（８）を旋回させることが可能であるように構成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の冒頭部分に記載の、流路を実質的に気密的に遮断するための弁に関する。そのような弁、特にシャトル弁またはスライド弁式の弁は、特に真空技術において使用される。
【０００２】
請求項１の冒頭部分に記載の弁は、最も近い先行技術と考えられるＵＳ  ２００７／０１３８４２４（Ｇｅｉｓｅｒ）から公知である。
【０００３】
序文で述べたような種類の弁は、先行技術から様々な態様で知られており、特に、ＩＣ、半導体または基板製造の分野における真空チャンバーシステムで使用されている。これらの製造は、汚染粒子が存在しない可能な限り防護された雰囲気中で行われなければならない。そのような真空チャンバーシステムは、特に、機械加工または製造対象の半導体素子または基板を収容するように設計された少なくとも一つの排気可能な真空チャンバーを含む。この真空チャンバーは、半導体素子または他の基板が、そこを通って真空チャンバー内に搬入または外に搬出されることが可能な少なくとも一つの真空チャンバー開口部を有し、さらに、真空チャンバーを排気するための少なくとも一つの真空ポンプを含む。例えば、半導体ウエハーまたは液晶基板の製造プラントにおいて、非常に繊細な半導体または液晶素子は、複数のプロセス真空チャンバーに順次通され、プロセス真空チャンバー内に置かれた部品は、各機械加工装置によって機械加工される。上記プロセス真空チャンバー内での機械加工プロセス、およびチャンバー間の運搬の際は、非常に繊細である半導体素子または基板は、常に防護された雰囲気中、特に無気環境中になくてはならない。
【０００４】
この目的のため、一方では、吸気口または排気口の開閉用の外周弁（ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  ｖａｌｖｅｓ）が使用され、他方では、部品の導入および取り出しのための真空チャンバーの切換開口部の開閉用の切換弁が使用されている。
【０００５】
半導体部品が通過する真空弁は、上記利用分野およびそれに関連する寸法から真空切換弁とよばれ、その矩形開口断面から直角弁ともよばれ、その通常の作用方法からスライド弁、直角スライド弁または切換スライド弁ともよばれる。
【０００６】
外周弁は、特に、真空チャンバーと真空ポンプまたは別の真空チャンバーとの間の気流を制御または調節するために使用される。例えば、外周弁は、プロセス真空チャンバーまたは切換チャンバーと、真空ポンプ、大気または別のプロセス真空チャンバーとの間のパイプシステム内に見られる。ポンプ弁ともいわれるそのような弁の開口断面は、通常、真空切換弁における開口断面よりも小さい。外周弁は、利用分野に応じて、開口部を全開または全閉して使用されるだけでなく、開口断面を全開設定と気密閉鎖設定との間で連続的に調整することにより流速を制御または調節するためにも使用されることから、これらの弁は、調節弁ともよばれる。気流を制御または調節するための外周弁の一つにシャトル弁がある。
【０００７】
代表的なシャトル弁において、例えば、ＵＳ  ６，０８９，５３７（Ｏｌｍｓｔｅｄ）から公知のように、第１工程で、実質的に円形の弁体が、実質的に同様な円形の開口部を通って回転旋回し、開口部が開放された設定から開口部が覆われた中間設定へと旋回する。スライド弁の場合、例えば、ＵＳ  ６，４１６，０３７（Ｇｅｉｓｅｒ）またはＵＳ  ６，０５６，２６６（Ｂｌｅｃｈａ）に記載されているように、弁体は、開口部と同様に通常矩形状であり、この第１工程において、開口部が開放された設定から開口部が覆われた中間設定へと、直線的に摺動される。この中間設定において、シャトルまたはスライド弁の弁体は、開口部を取り囲む弁座と遠隔して対向している。第２工程において、弁体と弁座との間の距離が狭められ、弁体と弁座とが互いに均一に押圧されて、開口部が実質的に気密的に閉鎖される。この第２動作は、好ましくは弁座に対して実質的に垂直な方向で行われる。上記封止は、例えば、弁体の閉鎖側に設置されるリングであって、開口部周辺に延在する弁座上に押圧されるシールリング、または、弁座上のリングであって、弁体の閉鎖側が押圧されるシールリングを介して達成することができる。上記２工程の閉鎖操作の結果、第２工程での弁体の動きが実質的に弁座に対して垂直に直線的に起こるため、弁体と弁座との間のシールリングは、シールリングを破壊する可能性のあるせん断力をほとんど受けない。
【０００８】
先行技術より、開口部全体にわたる弁体の平行方向の動作、すなわち、シャトル弁の場合は平行回転動作、スライド弁の場合は平行並進動作と、開口部に対して実質的に垂直な並進動作との組み合わせを得るための異なる駆動システムが、例えば、シャトル弁についてはＵＳ  ６，０８９，５３７（Ｏｌｍｓｔｅｄ）、およびスライド弁についてはＵＳ  ６，４１６，０３７（Ｇｅｉｓｅｒ）から知られている。
【０００９】
弁体の弁座上への押圧は、所望の気密性が全圧力範囲で確実に得られ、かつ、シール媒体、特に、Ｏ−リング形状のシールリングが過度の圧力負荷により破損することが回避されるように行わなければならない。このことを確実にするために、公知の弁では、弁体の二つの側の間に存在する圧力差によって制御される、弁体の接触圧力の調節が行われる。しかしながら、特に、大きな圧力変動、または低圧から高圧への変化もしくは逆の変化の場合、必ずしもシールリング周囲の全体に沿って均一に力を分配することはできない。一般に、弁に存在する圧力に由来する支持力からシールリングを切り離す努力がなされている。ＵＳ  ６,６２９,６８２（Ｄｕｅｌｌｉ）では、この目的のために、シール媒体を有する真空弁が提案されている。この真空弁は、シールリングおよび隣接する支持リングから構成され、シールリングが実質的に支持力から解放されている。
【００１０】
必要に応じて高圧下および低圧下の両方で要求される気密性を達成するために、上記第２動作工程に加えて、またはそれに代えて、公知のシャトル弁またはスライド弁の一部では、弁体に対して垂直移動が可能で、開口部を取り囲む弁リングであり、弁を気密的に閉鎖するために弁体に押圧される弁リングが提供される。弁体に対して能動的に移動可能な弁リングを有するそのような弁は、例えば、ＤＥ  １  ２６４  １９１  Ｂ１、ＤＥ  ３４  ４７  ００８  Ｃ２、ＵＳ  ３，１４５，９６９（ｖｏｎ  Ｚｗｅｃｋ）およびＤＥ  ７７  ３１  ９９３ Ｕから公知である。ＵＳ  ５，５７７，７０７（Ｂｒｉｄａ）は、開口部を有する弁筺体を含み、さらにその開口部を通る流速を制御するために開口部全体にわたって平行旋回することが可能な弁体を含むシャトル弁を記載している。上記開口部を囲む弁リングは、複数のバネおよび圧縮空気シリンダーにより、弁体の方向に能動的に垂直移動することが可能である。このシャトル弁において考えられる改良が、ＵＳ  ２００５／００６７６０３  Ａ１（Ｌｕｃａｓら）に提案されている。
【００１１】
ＵＳ  ６，５６１，４８３（Ｎａｋａｇａｗａ）およびＵＳ  ６，５６１，４８４（Ｎａｋａｇａｗａら）は、分割弁体を含む真空弁を、異なる実施形態で開示している。軸方向シール部材を搭載する第１弁体部は、開口部を有している。第２弁体部は、伸縮体によって第１弁体部に接続されている。第１および第２弁体部の間にはアクチュエータが設置され、これら二つの弁体部を能動的に互いに近接または離反して動かすことができる。上記伸縮体は、ベローズとして構成されている。アクチュエータによって第１弁体部を弁座に押圧することができ、軸方向に封止する接触が得られる。ここで、第２弁体部は、特に、弁座側に高圧が存在する場合、必要に応じて、対向する弁筺体側で支持される。記載されている真空弁は、特に、部品の数が多く、第２弁体部から第１弁体部を封止するためにベローズを使用する必要があること、ならびに、場合によっては、ベローズ内の独立した駆動部のために、弁の構造が比較的複雑である。さらに、記載されている弁は、メンテナンスが困難であり、埃により汚染されやすい。さらに、軸方向シール部材は、弁に存在する差圧力から完全には解放されておらず、軸方向の接触押圧力がある程度変動する。これにより、特に、軸方向シール部材の接触圧力が低すぎる場合、軸方向シール部材の摩耗が増加し、あるいは漏れが生じる可能性がある。
【００１２】
能動的に調整可能な弁リングを有するそのような弁の他の問題点は、弁構造が比較的複雑で組付スペースが集中していること、複雑な接触押圧力の制御が必要であること、および流路に複数の作動部品が存在し、弁のメンテナンスおよびクリーニングがより困難となることである。
【００１３】
特に、シャトルおよびスライド弁は、長い製造プラントにおいてプロセスチャンバーと真空ポンプとの間で利用される分野であるため、例えば、部品またはガスの運搬経路を短く維持して内部ガスの全体積を小さく維持するため、さらに製造プラントの個々の構成要素を可能な限り互いに接近させて配置して、それにより製造プラントの建設をコンパクトにするために、開口部から開口部への距離に関して可能な限り平坦な弁構造とすることが必要とされる。弁、特に、能動的に調整可能な弁リングまたは弁体部を有する弁では、この多様な用途への要求は、不十分にしか満たされない。
【００１４】
流路を実質的に気密的に遮断するための弁、特に、シャトルまたはスライド弁は、ＵＳ  ２００７／０１３８４２４（Ｇｅｉｓｅｒ）およびＵＳ  ２００７／０１３８４２５（Ｇｅｉｓｅｒ）から公知である。上記弁は、第１開口部および第１弁座を有する第１壁部を有する弁筺体、シールリングを含む閉鎖側を有する弁体、および少なくとも一つの駆動部を含む。弁体は、駆動部により、開放位置から、第１弁座に対して実質的に平行に旋回可能または移動可能であり、弁体と第１弁座との間の垂直距離は、シールリングと第１弁座との間の軸方向に封止する接触により、閉鎖位置での流路が実質的に気密的に遮断されるように狭めることが可能である。弁体は、その後側に星形支柱機構が設置された外側弁体部を含み、この支柱機構は、第１開口部の中央軸の近傍に位置する中央領域において外側弁体部を、駆動部に接続されたアームに接続する。弁体は、シールリングを、第１弁座に対して垂直に固定している。さらに、弁体は、外周面を有する内側弁体部を有している。内側弁体部は、外側弁体部に対して、第１弁座と実質的に垂直な方向に可動となるように取り付けられている。外周面は、実質的に気密な内部封止が形成されるようにシールリングによって囲まれている。よって、シールリングは、二つの封止機能を果たす。一方では、シールリングは、内側弁体部および外側弁体部の間の接合部を放射状方向に封止し、他方では、弁の閉鎖位置において、弁座に対して外側弁体部を軸方向に封止する。よって、閉鎖位置において、弁体での圧力差は、実質的に内側弁体部に作用し、内側弁体部は、外側弁体部から垂直方向に切り離されて、弁筺体の一部、特に、第１弁座または側溝に支持される。この弁の利点の一つは、軸方向および放射状方向のシール部材としての二重機能を有する単一シール部材のみを使用することにある。問題点は、弁の構造が比較的複雑であり、軸方向の封止を確実にするために弁座上のシール部材に特定の軸方向の接触押圧力が必要であることにある。このため、傾くのを避けるために中央部分を通してアームに接続された後部支柱機構により、外側弁体部を比較的強固に作らなければならない。
【００１５】
したがって、本発明は、上記問題を解決すること、および可能な限り簡素でコンパクトに作られ、双方向に作用する高圧負荷に耐えることができ、大きい差圧および圧力変動に際してもシール部材の摩耗が低い特徴を有する、序文で述べた種類の弁を提供することを目的とする。
【００１６】
上記目的は、独立請求項の特徴を実現することにより達成される。本発明を代替的または有利な形で改良する特徴は、従属請求項から得ることができる。
【発明の概要】
【００１７】
本発明は、外側弁体部および内側弁体部を有する少なくとも二部型の弁体を提供すること、および上記二つの弁体部を、それらが放射状シール部材を形成するように設計することに基づいている。外側弁体部は、放射状に作用するメインシール部材を介して、弁筺体の弁座に接触することができる。そのような放射状方向のシール部材は、実質的に軸方向の支持をせず、他の要素で軸方向の支持をしなければならないが、そのことにより軸方向の力はシール部材に作用せず、それによりシール部材は保護される。外側弁体部内に設置される内側弁体部は、外側弁体部に対して軸方向に封止的、特に気密的に可動であるように取り付けられ、ここで、放射状方向に作用する二次的シール部材が弁体部間に設けられる。弁の閉鎖設定において、弁体での圧力差は、実質的に可動内側弁体部に作用し、内側弁体部は、実質的に外側弁体部から切り離されて、直接または間接的に弁筺体上に支持される。作用する差圧力に対して垂直方向に放射状に封止する二つの放射状方向のシール部材を使用することにより、放射状方向の両シール部材は、存在する差圧によるストレスを受けない状態を保ち、それによりシール部材の寿命が増加する。さらに、存在する差圧、または接触押圧力も、弁体の駆動装置に作用せず、駆動装置または駆動装置と外側弁体部との間の接続部分は、強い力に曝されない。このことにより、弁を、構成部品が比較的少ない、コンパクトで簡素な構造にすることが可能である。
【００１８】
流路を実質的に気密的に遮断するための本発明による弁は、第１壁部を有する弁筺体を含み、この壁部は、流路用の第１開口部を有する。第１開口部は、幾何学的開口軸、および第１開口部を囲む弁座を有している。換言すれば、弁座は、第１開口部を取り囲んでいる。第１開口部および弁座は、弁筺体の第１の側に配置されている。例えば、第１の側は、真空チャンバーを排気するための真空ポンプが接続される側であり、一方、弁筺体の第２の側は、その真空チャンバーに通じている。勿論、他の応用や配置も可能である。例えば、第１開口部は、円形もしくは楕円形断面、または角丸の矩形断面を有している。幾何学的開口軸は、特に、第１開口部の中心軸であり、例えば、開口部の長手方向の進路、開口部上に設置される接続部の進路、弁筺体に存在し得る第２開口部へ続く接続線、または弁座の表面領域によって定義される。弁座とは、一般的な機能表現として、封止面として機能し、さらに、別の封止面として機能する面がその面上に静止することができる第１壁部の一部と理解されるべきである。また、弁筺体は、壁部のみによって形成されていてもよい。流路は、ガス状または液状媒体が第１開口部、必要に応じて第２開口部、および弁を通過する、遮断可能な通常の流路である。
【００１９】
さらに、弁は、第１開口部を閉鎖および再開放することができる弁体を含む。弁体は、例えば、円形、楕円形または矩形断面を有している。弁体の寸法は、第１開口部およびその弁座上に弁体を重ねて装着することにより、第１開口部を閉鎖することを可能にする。弁体は、少なくとも二つの部からなる構成であり、二つの構成要素、すなわち、外側弁体部および内側弁体部に分割され、これらは、移動範囲内において互いに対して軸方向に移動可能である。
【００２０】
本発明の範囲において、放射状方向および軸方向、ならびに封止効果と記載する場合、これらの用語は、一般に、幾何学的開口軸に対して実質的に垂直な方向もしくはそれを横断する方向、または開口軸に対して実質的に平行な方向を意味する。実質的に、その面に対して開口軸が幾何学的垂線を形成する面上にある全ての方向または直線は、たとえそれらが直接開口軸を向いていない、もしくは開口軸から離れる方向を向いていない、または開口軸と交差せずに、例えば、開口軸に対して横に逸れて走っているとしても、放射状方向または直線と解釈されるべきである。それに対して、開口軸に対して実質的に平行に走る全ての方向または直線は、軸方向または直線と解釈されるべきである。よって、“放射状”という用語は、開口部または弁体の、それぞれの部分を含む円形断面だけでなく、他の断面、例えば、矩形断面のことも指す。後者の場合、放射状とは、例えば、開口軸に対して垂直に、またはそれを横断して内側から外側へ向かう、またはそれとは逆に向かう方向と理解されるべきであり、軸方向とは、開口軸に対して実質的に平行なあらゆる方向と理解されるべきである。可動な構成要素、特に弁体の場合、軸および放射状方向は、弁の閉鎖状態に関する。
【００２１】
外側弁体部は、特に、環状またはフレーム状に構成され、塞閉構成の内側弁体部を囲んで、または取り囲んでいる。塞閉弁体部とは、内側弁体部が、必要に応じて他の構成要素と共同して塞閉面を形成し、内側弁体部が、それを取り囲む外側弁体部と共同して閉鎖面を形成し、その閉鎖面により第１開口部を完全に覆い閉鎖することが可能であるものと理解されるべきである。
【００２２】
内側弁体部は、格納設定と延出設定との間を、開口軸と平行な方向に、外側弁体部に対して直線的に外側弁体部内を移動可能であるように密閉的、特に、気密的に取り付けられる。換言すれば、内側弁体部は、格納および延出設定の間を外側弁体部に対して自由に移動可能であり、これらの設定において、また、これらの設定間において、内側弁体部および外側弁体部の間に気密的な接合が存在する。再度換言すれば、内側弁体部は、開口軸方向の特定の移動範囲内において、外側弁体部から切り離されている。格納設定とは、一般的な用語として、外側弁体部に対する内側弁体部の第１設定と理解されるべきであり、一方、延出設定とは、そのような相対的な第２設定と理解されるべきである。好ましくは、格納設定は、内側弁体部が、その軸方向の範囲において、外側弁体部によって周囲をほぼ全体にわたって囲まれている設定であり、一方、延出設定は、内側弁体部が、その軸方向の範囲において、外側弁体部によって部分的にのみ囲まれている設定である。
【００２３】
外側弁体部は、放射状に内側を向き、開口軸に対して平行に延在する第２内面を有している。内側弁体部は、外側弁体部の第２内面と対応する面であり、放射状に外側を向き、開口軸に対して平行に延在する第２外面を有している。この第２外面およびこの第２内面は、介在する第２シール部材を介して放射状に封止する接触が、外側弁体部の第２内面と内側弁体部の第２外面との間に存在するように配置および構成されている。この放射状に封止する接触は、格納設定と延出設定との間の領域において確実になされる。これら二つの設定間の領域について通常言及する際、通常、これら二つの設定も共に含まれる。
【００２４】
弁体部間を放射状に封止する第２シール部材は、特に、Ｏ−リングまたは加硫シール部材として構成されている。この第２シール部材は、内側弁体部の第２外面との間で放射状に外側から封止する接触を形成するために外側弁体部の第２内面上に設置することができ、または、外側弁体部の第２内面との間で放射状に内側から封止する接触を形成するために内側弁体部の第２外面上に配置される。しかしながら、このシール部材が単に機能に基づいて存在し、第２内面における第２外面の封止案内部により形成されることも可能である。
【００２５】
第２シール部材は、重力を除いて内側弁体部に外部の力が作用していない状態、特に、弁での差圧の影響が無い状態において、内側弁体部が、弁の組立設定に応じて、その軸方向の各設定において外側弁体部内に保持されるように構成され、またそのように配置されている。換言すれば、第２シール部材は、外部からの機械的な影響または圧力の影響がない状態では内側弁体部がずれないような部材である。
【００２６】
さらに、弁は、少なくとも一つの駆動装置を含み、この駆動装置は、外側弁体部に接続され、この外側弁体部および間接的に内側弁体部を横移動および縦移動の両方により調整することができる。横移動とは、一般的な用語として、開口軸に対して実質的に垂直な、またはそれを横断する移動、すなわち、実質的にその面に対して開口軸が幾何学的垂線を形成する面内での移動であり、一方、縦移動とは、開口軸に対して実質的に平行な移動であると理解されるべきである。
【００２７】
一方では、駆動装置は、弁体が、開口軸を実質的に横断してなされる横移動によって開放設定と中間設定との間を旋回可能または移動可能なように構成されている。よって、この移動は、実質的に開口軸を横断する旋回移動、特に、円形軌道上の旋回移動、直線移動または他の移動であり得る。開放設定において、弁体は、第１開口部の隣に設置された保持部に置かれ、第１開口部および流路を開放する。この保持部は、弁筺体内の適当な部、特に、弁体のパーキング部、または、他のより抽象的な部とすることができる。中間設定において、弁体は、第１開口部上にわたって置かれ、第１開口部の開口断面を覆う。ここで、弁体は、弁座とは遠隔に対向して配置されている。換言すれば、中間設定において、弁体と弁座との間には開口軸の方向に距離が存在する。よって、中間設定において, 第１開口部は、弁体によって覆われているが、気密的に閉鎖されてはいない。
【００２８】
他方では、駆動装置は、弁体が、開口軸に対して平行になされる縦移動によって中間設定と閉鎖設定との間を移動可能なように構成されている。閉鎖設定において、第１開口部を密閉的、特に気密的に閉鎖して流路を遮断する密接触が外側弁体部と弁座との間に存在する。換言すれば、弁体と弁座との間の垂直距離は、閉鎖設定において、外側弁体部と弁座との間に密接触が存在するように狭められ、第１開口部は、外側弁体部と塞閉表面の内側弁体部との間の密接合により、完全に密閉された状態で閉鎖される。よって、閉鎖設定において、弁体での圧力差は、実質的に可動内側弁体部に作用する。内側弁体部の可動性が制限されていないため、圧力差が存在する場合、内側弁体部は、移動する。弁および弁体は、内側弁体部が、外側弁体部から実質的に切り離されて、開口軸と平行な方向において弁筺体上に直接または間接的に支持されるように構成されている。よって、差圧力は、内側弁体部を介して実質的に弁筺体に作用し、外側弁体部および駆動装置は、実質的に差圧力によるストレスを受けない状態を保つ。
【００２９】
さらに本発明では、弁座が第１内面を有し、この第１内面は、放射状に内側を向き、開口軸に対して平行に延在している。外側弁体部は、第１外面を有し、この第１外面は、放射状に外側を向き、開口軸に対して平行に延在している。この第１外面およびこの第１内面は、閉鎖設定において、介在する第１シール部材を介して放射状に封止する接触が第１内面と第１外面との間に存在するように配置および構成されている。外側弁体部と弁座との間に存在するこの放射状に封止する接触の結果、弁座の第１内面が外側弁体部の第１外面を囲んで、介在する第１シール部材が気密的な接合を形成するように外側弁体部の第１外面を弁座の第１内面内の領域に移動させることのみによって、気密閉鎖が実現される。よって、気密的な接触は、外側弁体部の第１外面が第１シール部材を介して弁座の第１内面内に配置されている限り確実に持続され、軸方向に僅かな相対的移動が起きても外側弁体部と弁座との間の気密的な接合は損なわれない。また、第１シール部材は、対応した密閉性を有する、第１内面における第１外面の案内部により機能的に形成されていてもよい。
【００３０】
実質的な差圧力が外側弁体部に作用せず、高い接触圧力を弁座上に維持する必要もないため、駆動装置、および弁体の取り付け部材は、大きな力を吸収することはなく、それ相応の寸法とすることができる。特に、外側弁体部は、アームによって上記少なくとも一つの駆動装置に接続することができ、このアームは、閉鎖設定において、開口軸に沿って幾何学的に突出する第１開口部の開口断面の外にアームが来るように外側弁体部の側に配置され、またそのように開口軸に対して垂直に延在している。換言すれば、弁体の後部に設置され、第１開口部の中心軸近傍の中央領域において外側弁体部を駆動装置に接続する支柱機構、特に、先行技術において必要とされるような星形支柱機構を省略することができる。これは、駆動アームによって大きな力を吸収する必要がないためである。本発明では、駆動アームが外側弁体部の側に設置されるのみである。
【００３１】
好ましくは、第１シール部材は、放射状に封止する接触を弁座の第１内面と形成するために、外側弁体部の第１外面上に固定される。このことは、弁が全開の時、第１シール部材が流れの領域の外にあり、よって、媒体により発生する汚染および弁中を流れる汚染からほぼ保護されるという利点を有する。しかしながら、上記に代えて、放射状に封止する接触を外側弁体部の外面の第１外面と形成するために、第１シール部材を弁座の第１内面上に固定することも可能である。第１シール部材を両方の部材上に配置することも可能である。第１シール部材は、特に、例えば溝中に保持されたＯ−リング、または加硫シール部材により形成される。
【００３２】
本発明の一改良において、外側弁体部は、環状に構成され、内側弁体部は、塞閉円板、特に、円柱状胴表面形状の横側面を有する塞閉円板の形状を有し、その胴表面上に第２外面が設置される。好ましくは、この実施形態または一般的な実施形態において、第１内面と第１外面、および／または第２内面と第２外面は、幾何学的な円柱状胴表面である。もしくは、これらが開口軸に平行に延在する実質的に円柱状の胴表面形状であり、基線が、円形ではなく、楕円形、多角形または他の形を有することも可能である。特に、弁は、シャトル弁であり、駆動装置は、好ましくは、弁体が第１開口部の断面全体にわたって実質的に平行で開口軸に対して垂直な横移動によって旋回可能であるように構成されている。しかしながら、弁がスライド弁または切換弁、例えば、Ｌ−型の弁であることも可能である。
【００３３】
図示するように、閉鎖設定において、弁体での圧力差は、実質的に可動内側弁体部に作用し、ここで内側弁体部は、実質的に外側弁体部から切り離されて、開口軸と平行な方向に、弁筺体上に直接または間接的に支持される。本発明の一改良において、内側弁体部は、一方向において、弁筺体上に外側弁体部を介して間接的に支持される。好ましくは、この目的のため、第１座面、特に、第１開口部を囲む第１座面が第１壁部に形成される。この第１座面および外側弁体部は、弁体の閉鎖設定において、外側弁体部が第１座面上に静止するように配置および構成されている。この目的のため、外側弁体部上に第１面が設けられ、この第１面は、中間設定において、第１座面とは遠隔に対向して置かれ、閉鎖設定において、第１の側の方向の第１座面上に静止する。第１壁部の第１座面および外側弁体部の第１面は、互いに対応する形状を有し、特に、これらは、それぞれ環形状を有する。一改良において、第１座面は、第１開口部における突起として構成され、この突起は、弁座の第１内面に隣接し、開口軸に対して実質的に垂直に延在する。この第１座面は、一方では、外側弁体部を定義される閉鎖設定に導くように駆動装置の移動を制限する部分としての機能を果たし、他方では、内側弁体部の間接支持面としての機能も追加的に果たすことができる。
【００３４】
本発明の一改良では、第１の側および第１開口部の方向における内側弁体部の相対的直線移動度を制限するために、外側弁体部と内側弁体部との間に係止部が設けられる。この係止部は、閉鎖設定において第１開口部の第１の側が相対的に低い圧力の状態となる時に、内側弁体部が外側弁体部上に格納設定で静止するように配置される。例えば、係止部は、内側弁体部の肩部として構成され、この肩部は、第２外面から放射状に外側を向いて延在する。よって、相対的に低い圧力が第１開口部に付加される時、内側弁体部が係止部によって外側弁体部上に支持され、その結果今度は、外側弁体部がその第１面によって第１座面上に支持されることが可能である。駆動装置、駆動アームおよび二つのシール部材は、この場合、実質的にストレスを受けない状態を保つ。
【００３５】
本発明の一改良によると、弁筺体は、第１の側と遠隔に対向して位置する第２の側に第２壁部を有する。この第２壁部において、流路用の第２開口部が、第１壁部および第１開口部と遠隔に、実質的に平行に対向して形成されている。この第２開口部は、第２開口軸を有し、この第２開口軸は、好ましくは、第１開口部の開口軸と対応する。第２壁部上には、第２座面が形成され、この第２座面は、特に、第２開口部を囲み、平行な距離を隔てて特に第１座面に対向して置かれる。第２座面および内側弁体部は、第２の側および第２開口部の方向における内側弁体部の相対的直線移動度を制限するために、閉鎖設定において第２開口部の第２の側が相対的に低い圧力の状態となる時に、内側弁体部が、第２の側の方向にある第２面を第２座面上に置いて延出設定で静止するように配置および構成されている。換言すれば、第２壁部上の第２座面および内側弁体部上の第２面の離間距離および位置は、弁体の閉鎖設定において第２開口部の第２の側が相対的に低い圧力の状態になるとほぼ同時に内側弁体部が第２の側の方向にある第２面を第２座面上に置いて支持されるような離間距離および位置である。内側弁体部が静止状態の時に第２座面上にあるこの設定は、内側弁体部の延出設定である。本発明で考えられる一実施形態において、内側弁体部の第２面は、第２外面から放射状に外側を向いて延在する肩部に設置される。特に、上記肩部は、内側弁体部の上記係止部としても機能する肩部である。
【００３６】
半導体製造プロセスに使用される真空弁に求められる基本的な要求は、摩擦粒子の回避である。弁の利用分野によっては、弁の開閉時に金属−金属間の接触が起こらないことが根本的に重要である場合がある。したがって、弁体を中間設定と開放設定との間で横方向に調整する際に内側弁体部が第２壁部の第２座面に摩擦接触するのを防ぐために、中間設定から開放設定へと弁体を横方向に調整するのに先立って、延出設定において第２座面上に静止している内側弁体部を格納設定に戻さなければならない。このことは、例えば、内側弁体部および外側弁体部の間で作用し、無負荷状態にある内側弁体部を格納設定に保持するバネを使用することにより実現することができる。この種類のバネの配置は、最も近い先行技術から公知である。そのようなバネの配置の欠点は、弁体構造の複雑さがさらに増し、バネにより弁のクリーニングがより困難になるという事実にある。さらに、バネの使用により、粒子発生の恐れが増加する。したがって、バネの代わりに、内側弁体部および外側弁体部との間で作用し、格納設定の方向に力を及ぼす他の弾性作用要素を本発明に用いることができる。
【００３７】
しかしながら、内側弁体部および外側弁体部の間にそのような弾性要素を全く使用しないことが好ましい。この目的のため、本発明では、特に、弁体を閉鎖設定から開放設定に調整するのに先立って、第１開口部の第１の側で弁に対して相対的に低い圧力を付加し、必要に応じて採用された延出設定から、または中間設定から、格納設定へと内側弁体部を移動させる。もしくは、第２の側において相対的に高い圧力を付加する。しかしながら、弁を開放するに先立って、そのような圧力比を作ることが不可能な場合、本発明では、弁筺体に案内部を設ける。この案内部は、弁体が中間設定から開放設定へと横方向に旋回する時に、内側弁体部が格納設定へと案内されるように弁筺体に配置される。
【００３８】
本発明の好ましい有利な改良において、内側弁体部を格納設定へ戻すために駆動装置が使用される。この目的のため、上記少なくとも一つの駆動装置は、弁体が、横移動により開放設定と中間設定との間を旋回可能または移動可能であり、さらに、縦移動により中間設定、閉鎖設定および初期化設定の間を移動可能であるように構成されている。初期化設定において、第２壁部からの外側弁体部の距離は、内側弁体部がその第２面を第２座面上に置いて静止し、格納設定に押し込まれる、特に、完全に押し込まれるように狭められる。中間設定は、閉鎖設定と初期化設定との間の位置にあり、初期化設定は、第２の側、すなわち、第２開口部側にあり、閉鎖設定は、第１の側、すなわち、第１開口部側にある。
【００３９】
無衝突開閉プロセスの自動化のため、本発明では、弁が制御システムを有する。この制御システムは、流路を気密的に遮断するために、駆動装置の横移動によって弁体を開放設定から中間設定へ調整可能であり、駆動装置の縦移動によって弁体を中間設定から閉鎖設定へ調整可能であるように構成され、またそのように駆動装置に接続、特に、制御接続されている。さらに、制御システムは、流路を完全に開放するために、駆動装置の縦移動によって弁体を閉鎖設定から初期化設定、引き続き中間設定へと調整可能であり、駆動装置の横移動によって弁体を中間設定から開放設定へ調整可能であるように構成され、またそのように駆動装置に接続、特に、制御接続されている。よって、弁を開放する前の時点では、内側弁体部は、格納設定と延出設定との間の任意の設定にあることができる。これは、弁体を閉鎖設定から初期化設定に調整することによって、内側弁体部が格納設定へと押し込まれる、特に、完全に押し込まれるためである。よって、内側弁体部と弁筺体、特に第２座面との間の摩擦接触または衝突、および結果として生じる粒子の発生が回避される。使用される駆動装置に応じて、電子的、電気的、機械的、空気圧、油圧または他の制御システムによって制御システムを構成することができ、ここで、適当な動力伝達装置も制御システムとして解釈されるべきである。特に、制御システムは、電気駆動装置と適切に電気信号接続された電子制御システムにより構成される。
【００４０】
図面に概略を示す具体的な実施形態に基づいて、本発明による弁を、単に例として以下にさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、中間設定にある本発明による弁を示す斜視図である。
【図２】図２は、中間設定にある図１の弁を示す斜視断面図である。
【図３ａ】図３ａは、内側弁体部が格納設定にある中間設定の図１の弁を示す側面断面図である。
【図３ｂ】図３ｂは、内側弁体部が格納設定にある閉鎖設定の弁を示す側面断面図である。
【図３ｃ】図３ｃは、内側弁体部が延出設定にある閉鎖設定の弁を示す側面断面図である。
【図３ｄ】図３ｄは、内側弁体部が格納設定にある初期化設定の弁を示す側面断面図である。
【図４ａ】図４ａは、図３ａの詳細を示す図である。
【図４ｂ】図４ｂは、図３ｂの詳細を示す図である。
【図４ｃ】図４ｃは、図３ｃの詳細を示す図である。
【図４ｄ】図４ｄは、図３ｄの詳細を示す図である。
【図５】図５は、内側弁体部が格納設定にある中間設定の弁の代替実施形態を示す詳細な側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図１〜４ｄは、異なる状態にある本発明による弁の実施形態を、共同して、異なる視野および異なる詳細度で示す。よって、これらの図は、共同で記載され、先行する図中においてすでに説明された参照符号および特徴は、場合によっては、再度説明しない。
【００４３】
図１〜４ｄは、本発明による弁の可能な一実施形態を、シャトル弁形状として示す。図２で矢印を用いて表される流路Ｆを実質的に気密的に遮断するための弁は、第１開口部３および対向する第２開口部７を有する弁筺体１を有している。開口部３および７は、共に円形断面を有する。図３ｂ、３ｃ、４ｂおよび４ｃに示す弁体８の閉鎖設定Ｃにおいて、二つの開口部３および７は、弁体８によって気密的に、互いから区切られている。一方、弁体８の開放設定Ｏにおいては、二つの開口部３および７は、互いに接続されている。弁体８の開放設定Ｏは、図１で曲線矢印を用いて示されている。
【００４４】
弁筺体１は、特に、第１開口部３が形成される第１壁部２、および第１壁部２に平行して存在し、第２開口部７が形成される第２壁部６から構成される。第１壁部２は、弁筺体１の第１の側２０に配置され、第２壁部６は、弁筺体１の第２の側２１に配置される。第２壁部６は、図２〜４ｄに示すように、第１壁部２および第１開口部３と遠隔に、実質的に平行に対向した、流路Ｆを形成する第２開口部７を有している。
【００４５】
開口部３および７は、共通の幾何学的直線状の開口軸４を有しており、その軸は、図１〜３ｄに示すように、円形開口部３および７の幾何学的中心点を通る。
【００４６】
第１開口部３は、弁座５によって囲まれている。この弁座５は、第１内面１４によって形成されており、この第１内面は、図２に示すように、放射状に内側を向き、開口軸４に対して平行に延在し、幾何学的な円柱状胴表面の形を有し、弁筺体１に形成されている。
【００４７】
さらに、上記弁は、図２〜４ｄに示すように、環状外側弁体部９および塞閉円板形状の内側弁体部１１を有する弁体８を有している。
【００４８】
外側弁体部９は、第１外面１５を有しており、この第１外面は、放射状に外側を向き、開口軸４に対して平行に延在し、幾何学的な円柱状胴表面の形を有している。この第１外面１５は、弁座５の第１内面１４に対応した形状を有しており、弁体８の外側弁体部９が閉鎖設定Ｃにある時に、第１シール部材１０によって第１内面１４と放射状に封止する接触が存在するように配置および構成されている。円形断面を有するＯ−リング形状をした第１シール部材１０は、放射状に封止する接触を弁座５の第１内面１４と形成するために、図２〜４ｄに示すように、外側弁体部９の第１外面１５上で外側弁体部９の周囲にわたって延在する溝中に固定されている。
【００４９】
内側弁体部１１は、格納設定Ａおよび延出設定Ｂの間で、外側弁体部９内を外側弁体部９に対して直線的に、開口軸３と平行な方向に可動であるように気密的に取り付けられている。この目的のため、環状外側弁体部９は、第２内面１６を有しており、この第２内面は、放射状に内側を向き、開口軸４に対して平行に延在し、幾何学的な円柱状胴表面の形を有している。外側弁体部９の第２内面１６および第１外面１５は、互いに同心円状に延在する。円板形状の内側弁体部１１は、第２外面１７を有しており、この第２外面は、放射状に外側を向き、開口軸４に対して平行に延在し、第２内面１６と対応し、同様に幾何学的な円柱状胴表面の形を有している。この第２外面１７と第２内面１６との間において、格納設定Ａおよび延出設定Ｂの間で、介在する第２シール部材１８を介して放射状に封止する接触が存在する。この第２シール部材１８は、円形断面を有するＯ−リングとして構成されている。図１〜４ｄに示す実施形態において、第２シール部材１８は、放射状に封止する接触を内側弁体部１１の第２外面１７と形成するために、外側弁体部９の第２内面１６上の内溝に固定されている。
【００５０】
それに対し、図５に示す代替実施形態は、第２シール部材１８が、放射状に封止する接触を外側弁体部９の第２内面１６と形成するために、内側弁体部１１の第２外面１７上の外溝に固定されている点において図１〜４ｄに示す実施形態と異なっている。
【００５１】
外側弁体部９は、外側弁体部９の側面に配置された、開口軸４に対して垂直に延在するアーム２８によって電気駆動装置１２に接続されている。弁体８の閉鎖設定Ｃにおいて、このアーム２８は、図１、２、３ｂおよび３ｃに見られるように、開口軸４に沿って突出する第１開口部３の開口断面の外に配置される。
【００５２】
対応する動力伝達装置３１の使用により、電気駆動装置１２は、以下のように構成される。すなわち、図１に示すように、弁体８が、シャトル弁において通常そうであるように、駆動装置１２の横移動ｘ、すなわち、開口軸４を横断し、実質的に第１開口部３の断面全体にわたって平行であって、開口軸４に対して垂直である、旋回軸３０を中心とした旋回動作の形態の移動によって開放設定Ｏと中間設定Ｉとの間を旋回可能であるように構成され、ならびに、図３ａ〜４ｄに示すように、開口軸４に対して平行な駆動装置１２の縦移動ｙによって弁体８が直線的に移動可能であるように構成される。開放設定Ｏにおいて、弁体８は、第１開口部３の隣に設置された保持部１３に配置され、第１開口部３および流路Ｆが開放される（図１を参照）。中間設定Ｉにおいて、図１、２、３ａおよび４ａに示すように、弁体８は、第１開口部３の全体にわたって配置され、第１開口部３の開口断面を覆う。閉鎖設定Ｃにおいて、図３ｂ、３ｃ、４ｂおよび４ｃに示すように、外側弁体部９の第１外面１５と弁座５の第１内面１４との間に気密的な接触が存在することにより、第１開口部３は、気密的に閉鎖され、流路Ｆが遮断される。
【００５３】
弁体８を、アーム２８を介して駆動装置１２に連結され、弁座５と気密的に接触することが可能な外側弁体部９と、外側弁体部９に対して開口軸４と平行な方向に実質的に自由に動くことが可能な内側弁体部１１とに分割することにより、閉鎖設定Ｃにおいて、弁体８での圧力差は、実質的に可動内側弁体部１１に作用する。開口軸４と平行な方向において、内側弁体部１１は、実質的に外側弁体部９から切り離されており、下記に記載するように、弁筺体１に直接または間接的に支持される。
【００５４】
第１壁部１上には、第１開口部３を囲む第１座面１９が弁筺体１に形成されている。この第１座面１９は、第１開口部３内の突起１９により形成され、この突起は、図３ａ〜４ｄに示すように、第１内面１４に隣接し、開口軸４に対して実質的に垂直または放射状に延在している。この突起１９は、第１開口部３の周囲に環状に配置され、幾何学的垂線である開口軸４に対しての幾何学的面に沿って延在している。よって、この突起１９は、外側弁体部９の方向を向いた、外側弁体部９の第１面２６に対する第１座面１９を構成する。突起１９および第１面２６は、互いに対応する形状を有し、第１面２６を第１座面１９上に載置することができる。よって、第１座面１９および外側弁体部９は、図３ｂ、３ｃ、４ｂおよび４ｃに示すように、閉鎖設定Ｃにおいて、第１の側２０の方向にある第１面２６を第１座面１９上に置いた状態で外側弁体部９が静止するように配置および構成されている。よって、第１壁部２の第１座面１９は、図３ａおよび４ａに示す中間設定Ｉにある外側弁体部９を開口軸４に沿って直線的に図３ｂおよび４ｂに示す閉鎖設定Ｃへと調整する際に、外側弁体部９の移動を制限する部分を形成する。よって、この第１座面は、外側弁体部９の閉鎖設定Ｃを規定する。
【００５５】
初期設定において、図３ａ、３ｂ、４ａおよび４ｂに示すように、内側弁体部１１は、外側弁体部９内への格納設定Ａにある。第１の側２０および第１開口部３の方向への内側弁体部１１の相対的直線移動度を制限するために、外側弁体部９および内側弁体部１１の間に係止部２２が設置されている。この係止部は、内側弁体部１１の肩部２２により形成され、内側弁体部１１の第２外面１７から放射状に外側に向かって延在する。外側弁体部９の閉鎖設定Ｃにおいて、第１開口部３の第１の側２０が相対的に低い圧力２３の状態となった場合、肩部２２は、図３ｂおよび４ｂに示すように、内側弁体部１１を外側弁体部９上に静止させて格納設定Ａとする。肩部２２は、外側弁体部１１に衝突することにより、図３ｂおよび４ｂに示すように、格納設定Ａを規定する。外側弁体部９がその第１面２６を第１座面１９の上に置いて静止している閉鎖設定Ｃにおいて、図３ｂおよび４ｂに示すように、第１開口部３の第１の側２０が相対的に低い圧力の状態となる場合、すなわち、第２開口部７の第２の側２１が相対的に高い圧力の状態となるとも理解されるべき場合において、内側弁体部１１は、第１の側２０および第１開口部３の方向に押し込まれる。内側弁体部１１は、格納設定Ａにおいて外側弁体部９上に静止し、内側弁体部１１の肩部２２が外側弁体部９上に支持される。よって、内側弁体部１１は、図３ｂおよび４ｂに示すように、弁筺体５の第１壁部２の第１座面１９上に間接的に、すなわち、外側弁体部９を介して支持される。この弁体８全体を弁筺体１上に支持する結果、全差圧が実質的に弁筺体１に作用するため、駆動装置１２のアーム２８および駆動装置１２自体は、低い圧力２３が存在することによる負荷を受けない。
【００５６】
閉鎖設定Ｃにおいて差圧の逆転が起き、第２開口部７の第２の側２１が相対的に低い圧力２５の状態となる場合、すなわち、第１開口部３の第１の側２０が相対的に高い圧力の状態となるとも理解されるべき場合において、力は、弁体８に対して第２開口部７および第２の側２１の方向に作用する。よって、可動内側弁体部１１は、格納設定Ａから延出設定Ｂへと第２の側２１の方向に移動する。この状況においても弁筺体１上で内側弁体部１１を支持するために、第２開口部７を完全に囲い、内側弁体部１１の座面として機能する第２座面２４が第２壁部６上に形成されている。この第２座面２４は、開口軸４に対して垂直または放射状に延在し、垂線である開口軸４に対しての幾何学的面に沿って延在している。内側弁体部１１の第２外面１７から放射状に外側に向かって延在する肩部２２、および第２座面２４は、内側弁体部１１の肩部２２が有する、第２の側２１を向いた第２面２７を第２座面２４上に載置することができるように対応した寸法を有し、またそのように配置され構成されている。よって、この肩部２１の第２面２７、および第２壁部６の第２座面２４は、第２の側２１および第２開口部７の方向への内側弁体部１１の相対的直線移動度を制限する機能を果たす。図３ｃおよび４ｃに示すように、外側弁体部９が閉鎖設定Ｃにあり、第２開口部７の第２の側２１が相対的に低い圧力２５の状態となる場合、内側弁体部１１は、延出設定Ｂへと移動し、第２の側２１の方向にある第２面２７を第２座面２４上に置いて静止する。よって、内側弁体部１１は、弁筺体１の第２壁部７の第２座面２４上に直接支持され、このような圧力比においても、駆動装置１２および駆動装置２８のアーム２８は、第２の側２１に低い圧力２５が存在することにより弁体８に作用する力の影響を実質的に受けない。
【００５７】
図３ｃおよび４ｃに示すように、閉鎖設定Ｃにおいて第２開口部７の第２の側２１が相対的に低い圧力の状態となり、内側弁体部１１が延出設定Ｂにある場合、弁体８を図３ａの中間設定Ｉから開放設定Ｏへと旋回させる前に、摩擦接触を防ぐために内側弁体部１１を格納設定Ａへと戻さなければならない。このような摩擦接触は、図１の横移動ｘを実行する際に内側弁体部１１および第２壁部６との間で摩擦粒子を発生させる。この目的のため、本発明の本実施形態において、駆動装置１２、特に、駆動装置１２の動力伝達装置３１は、弁体８が旋回軸３０を中心とした横移動ｘによって図１の開放設定Ｏと、図３ａおよび４ａの中間設定Ｉとの間を旋回可能なように構成され、ならびに、開口軸４に沿った縦移動ｙによって図３ａおよび４ａの中間設定Ｉと、図３ｂ、３ｃ、４ｂおよび４ｃの閉鎖設定Ｃと、図３ｄおよび４ｄの初期化設定Ｎとの間を直線的に移動可能なように構成されている。中間設定Ｉは、閉鎖設定Ｃと初期化設定Ｎとの間に存在する。
【００５８】
図３ｄおよび４ｄに示す初期化設定Ｎにおいて、第２壁部６から外側弁体部９への距離は、内側弁体部１１がその第２面２７を第２座面２４上に置いて静止して格納設定Ａに完全に押し込まれ、図３ｄおよび４ｄに示すように、初期化設定Ｎでの内側弁体部１１の肩部２２が外側弁体部９上に静止するように狭められる。弁を完全に開放するために、図３ｄおよび４ｄに示すこの初期化設定Ｎから開始して、内側弁体部１１が格納設定Ａにある状態で駆動装置１２によって弁体８を図３ａおよび４ａの中間設定Ｉへと直線的に調整し、そこから旋回する横移動ｘによって、内側弁体部１１と弁筺体１との間に衝突を起こすことなく開放設定Ｏへと旋回させることができる。
【００５９】
弁の自動開閉を可能とするために、弁は、電子制御システム２９を備える。この電子制御システムは、流路Ｆを気密的に遮断する目的、および流路Ｆを完全に開放する目的に対応して弁体８を調整することが可能なように構成され、またそのように駆動装置１２および動力伝達装置３１に接続されている。流路Ｆを気密的に遮断するために、弁体８は、制御システム２９によって、駆動装置１２の横移動ｘを介して図１の開放設定Ｏから図３ａおよび４ａの中間設定Ｉへ、ならびに、駆動装置１２の縦移動ｙを介して図３ａおよび４ａの中間設定Ｉから図３ｂおよび４ｂの閉鎖設定Ｃへ調整可能である。流路Ｆを完全に開放するために、弁体８は、制御システム２９によって、内側弁体部１１が図３ｂおよび４ｂの格納設定Ａと、図３ｃおよび４ｃの延出設定Ｂと、の間の任意の設定にある閉鎖設定Ｃから、内側弁体部１１を格納設定Ｂへ完全に押し込むための図３ｄおよび４ｄに示す初期化設定Ｎを介して、図３ａおよび４ａの中間設定Ｉへと、駆動装置１２の縦移動ｙを介して調整可能であり、さらにそこから、駆動装置１２の横移動ｘを介して図３ａおよび４ａの中間設定Ｉから図１の開放設定Ｏへと調整可能である。
【００６０】
あるいは、弁の閉鎖に際し、初期化設定Ｉを採用することも可能である。特に、制御システムが電子制御システムではない場合、上記のことは、制御システム構造の簡素化に有利であり得る。この場合、閉鎖操作における弁体８の一連の動きは、開放操作におけるものと対応する。
【００６１】
本実施形態において、駆動装置１２は、電気モーターとして構成され、ここで動力伝達装置３１は、駆動装置１２の駆動により横移動ｘまたは縦移動ｙが起こるように切換可能である。駆動装置１２および動力伝達装置３１は、制御システム２９により電子的に制御される。よって、調整方向、すなわち開放か閉鎖かを予め決定する、制御システムに送られる入力信号によって、弁体８の一連の動きを自動的に実行することが可能である。もしくは、個々の設定が、特に駆動装置１２の調整方向に応じて採用される動力伝達装置３１により制御システム２９を形成することも可能である。そのような動力伝達装置、特にゲートシフトを有するものは、先行技術から公知である。さらに、複数の駆動装置を用いて横移動ｘおよび縦移動ｙを起こし、制御システム２９に駆動装置の制御を行わせることも可能である。
【００６２】
上記シャトル弁は、調節弁として使用するのに特に適しており、横移動ｘを介して弁体８を開放設定Ｏと中間設定Ｉとの間で旋回調整することだけでなく、特に縦移動ｙを介して弁体８を中間設定Ｉと閉鎖設定Ｃと初期化設定Ｎとの間で開口軸４に沿って直線的に調整することによって流速の正確な調節が可能である。よって、上記シャトル弁は、正確な調節機能を目的としても使用することができる。層流ではなく分子流の場合、調節運転において弁体８に作用する力は、十分に小さいため、内側弁体部１１は、第２シール部材１８によって固定され、ずれない。弁体８の減衰、特に弾性シール部材１０および１８による減衰のため、内側弁体部１１の振動または揺れを防ぐことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図５】
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【外国語明細書】
2013032840000001.pdf