(57)【要約】【課題】十分に大きな応力が作用しても閉鎖部の耐久性のある精密な変位を可能にするガス供給バルブを提供する。【解決手段】ガス供給バルブはバルブシート（１）と、閉位置でバルブシート（１）に押し付けられる閉鎖部（２）と、閉鎖部（２）をバルブシート（１）に押し付ける揺動アーム（３）とを備えている。閉鎖部（２）とアーム（３）との間に、アーム（３）またはアームに配置した伝達要素（５）がアーム（３）の揺動時に伝達プレート（４）に沿ってスライドするように伝達プレート（４）を配置し、閉鎖部（２）が開位置から閉位置に変位可能とされている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブシートと、閉位置で前記バルブシートに押し付けられる閉鎖部と、前記閉鎖部を前記バルブシートに押し付ける揺動可能なアームとを備えるガス供給バルブであって、
前記閉鎖部と前記アームとの間に伝達プレートが配置され、前記アームが揺動するときに、前記アームまたは前記アームに設けられた伝達要素が前記伝達プレートに沿ってスライドすることにより前記閉鎖部が開位置から閉位置に変位可能とされていることを特徴とするガス供給バルブ。
【請求項２】
請求項１記載のガス供給バルブにおいて、
前記アームまたは前記伝達要素が弾性付勢力に対して沿面スライドするときに前記伝達プレートが前記バルブシートに向かう方向に変位可能とされていることを特徴とするガス供給バルブ。
【請求項３】
請求項２記載のガス供給バルブにおいて、
前記伝達プレートが弾性変形することにより弾性付勢力を生じることを特徴とするガス供給バルブ。
【請求項４】
請求項３記載のガス供給バルブにおいて、
前記伝達プレートが支持された縁部以外の範囲で、望ましくは中央部で前記バルブシート方向に変位可能となるように少なくとも縁部の範囲で支持されていることを特徴とするガス供給バルブ。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか１つに記載のガス供給バルブにおいて、
前記伝達プレートが板ばねまたは複数の板ばねの板ばねセットで構成されていることを特徴とするガス供給バルブ。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか１つに記載のガス供給バルブにおいて、
前記アームまたは前記伝達要素が平滑な面を有し、前記アームまたは前記伝達要素が前記伝達プレートに沿ってスライドすることを特徴とするガス供給バルブ。
【請求項７】
請求項１〜６のうちいずれか１つに記載のガス供給バルブにおいて、
前記伝達要素として、少なくとも球体もしくは軸支された球体、または、少なくともローラーもしくは軸支されたローラーが設けられていることを特徴とするガス供給バルブ。
【請求項８】
請求項１〜７のうちいずれか１つに記載のガス供給バルブにおいて、
前記アームが前記伝達プレートで沿面スライドするときに、前記閉鎖部が最大の開位置から閉位置まで移動する間、常に死点側に保持され、さらに閉位置でも死点から離れているように前記アームを配置していることを特徴とするガス供給バルブ。
【請求項９】
請求項１〜８のうちいずれか１つに記載のガス供給バルブにおいて、
前記アームが偏心配置されている揺動軸に軸支され、前記揺動軸は前記アームの前記アームの縦軸の側で前記アームに接していることを特徴とするガス供給バルブ。
【請求項１０】
請求項９記載のガス供給バルブにおいて、
前記揺動軸と前記アームの支持点との距離または前記揺動軸と前記伝達プレートにおける前記伝達要素の支持点との距離を調整するための調整装置を設けていることを特徴とするガス供給バルブ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のうちいずれか１つに記載のガス供給バルブにおいて、
前記伝達プレートと前記閉鎖部との間に補正装置が設けられ、前記補正装置が、前記バルブシートによって張られるレベルに対して垂直方向に垂直応力成分を伝達し、かつ、前記レベルに対して平行な平行応力成分が前記閉鎖部に伝達されないように補正することを特徴とするガス供給バルブ。
【請求項１２】
請求項１１記載のガス供給バルブにおいて、
前記補正装置が流路に収納した球体であることを特徴とするガス供給バルブ。
【請求項１３】
請求項１１または１２記載のガス供給バルブにおいて、
前記補正装置が前記閉鎖部に接触する平らな外面を有していることを特徴とするガス供給バルブ。
【請求項１４】
請求項１〜１３のうちいずれか１つに記載のガス供給バルブにおいて、
前記閉鎖部が開位置方向に付勢力を受けることを特徴とするガス供給バルブ。
【請求項１５】
請求項１〜１４のうちいずれか１つに記載のガス供給バルブにおいて、
前記閉鎖部が弾性変形して縁部で固定された膜で形成され、特に膜の縁部固定部が２つのハウジング部との間の気密シール部を形成していることを特徴とするガス供給バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブシートと、閉位置でバルブシートに押し付けられる閉鎖部と、バルブシートに閉鎖部を押し付けるための揺動アームとを備えるガス供給バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のガス供給バルブは、いわゆる真空技術分野で特に使用され、技術的に要求の高い製造プロセスで人工的に実現され、真空空間を維持する。この種のガス供給バルブは、例えば真空プロセスで連続的に反応ガス量を正確に供給したり、真空スペース内の圧力を一定レベルに保持するために必要である。このような課題に基づき、ガス供給バルブは高真空下でも信頼性が高く耐久性のある金属で気密性を保ち、その条件下でさらにガスの精密な供給を可能にしなければならない。このようなことから、ガス供給バルブの製造はきわめて精密な要求仕様が求められる。
【０００３】
従来技術では、例えば米国特許第４９０３９３８号によって、閉位置と開位置との間で閉鎖部を変位可能とするための直線的に移動する作用体が公知となっている。この技術は、材料の膨張性が大きいので温度の影響を受けやすく、また高精度の製作が求められるという欠点がある。
【０００４】
それを改良するために、例えばスイス特許第６００２２４号によって、バルブシートに閉鎖部を押し付けるための揺動アームを備えたガス供給バルブが公知となっている。揺動アームとアーム伝達部によって大きな応力を精密に調整できる変位で実現できる利点がある。もちろん揺動アームには、バルブシートに対して垂直であるという望ましい移動成分以外に、閉鎖部の望ましい移動方向に対して垂直の方向の移動・応力成分も生じるので、それを補正し、閉鎖部に作用しないようにしなければならないという問題がある。スイス特許第６００２２４号では、閉鎖部には望ましい方向成分の応力のみが伝達されるように、揺動アームと閉鎖部との間に両側先端部を軸支した圧力ピンを設けている。公知の先使用権として、その他に基本構造は同じであるが、圧力ピンの端部の先端に代えて球を設けた構造が公知となっている。このバルブは、例えばプファイファー・バキューム・ゲーエムベーハー（Ｐｆｅｉｆｅｒ  Ｖａｃｕｕｍ  ＧｍｂＨ）によってＵＤＶ  ０４０という商品名で販売されている。
【０００５】
先に挙げた従来技術より改善してはいるが、これまで公知となっている揺動アームのガス供給バルブは、きわめて高精度な製造が求められ、各部品が揺動するたびに圧力ピンまたは他のバルブ部品が損耗・摩耗し、再調整が必要になるという欠点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって本発明は、十分に大きな応力が作用しても閉鎖部の耐久性のある精密な変位を可能にするようにこの種のガス供給バルブを改善することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための本発明のガス供給バルブは、バルブシートと、閉位置で前記バルブシートに押し付けられる閉鎖部と、前記閉鎖部を前記バルブシートに押し付ける揺動可能なアームとを備えるガス供給バルブであって、
前記閉鎖部と前記アームとの間に伝達プレートが配置され、前記アームが揺動するときに、前記アームまたは前記アームに設けられた伝達要素が前記伝達プレートに沿ってスライドすることにより前記閉鎖部が開位置から閉位置に変位可能とされていることを特徴とする。
【０００８】
揺動アームを利用することによって、相応のアーム比を調整し、アームを手動またはアクチュエータで操作したときに比較的大きな変位を設け、伝達プレート側では比較的小さな変位に変えることを可能にしている。この方法には２つの利点がある。まず伝達プレート側に大きな応力が準備される。それに伝達プレートに残った変位と閉鎖部の閉変位も正確に調整することができる。アームまたはアームに配置された伝達要素が伝達プレートに沿って移動すると、固定ストッパーや制限部がなくても容易に予備変位（Ｗｅｇｒｅｓｅｒｖｅ）を確保することができる。そうすることにより、温度変化や損耗による各部品の長さ変化を、アームを操作したときの相応の大小変位によって調整することができ、ガス供給の精度が損なわれることはない。さらに、アームまたは伝達要素が伝達プレートを沿面スライドすることによって、ガス供給バルブを長期間使用しても各部品が損耗によって揺動することはない。本発明によって、強く同等の製作が可能で信頼性の高い精密作動のガス供給バルブを製造することができる。このガス供給バルブは、いわゆる高真空領域または超高真空領域で使用することができる。高真空領域は、圧力が１０-3ｍｂａｒ（ミリバール）以下の領域である。超高真空領域は、圧力が１０-8ｍｂａｒ以下の領域である。本発明によるガス供給バルブは、圧力が１０-3ｍｂａｒ以下、さらに１０−８ｍｂａｒ以下のガス供給に設計することができる。この値は、特にヘリウムで次に示すような供給率でも実施できる。供給率に関して、本発明によるガス供給バルブは、１０-3ｍｂａｒｌ／ｓ（ミリバールリットル／秒）以下の供給率に適するように設計することができる。しかも、１０-8ｍｂａｒｌ／ｓ以下の供給率に設計することができる。
【０００９】
ガス供給バルブを洗浄するときに加熱できるように、いわゆる全金属製バルブ仕様が望ましい。少なくとも供給ガスに触れる部品がすべて金属で製作される。ガス供給バルブの全部品を金属製にすると有利である。この種のガス供給バルブでは、バルブシートなどに金属でなくてセラミック部品を使用してもよい。特にバルブシートおよび／または閉鎖部の優先使用金属として、ニッケル合金または特殊鋼が挙げられる。例えばインコネルまたはナイモニックの商品名で適切なニッケル合金が販売されている。少なくとも供給ガスに触れるすべての部品、望ましくはガス供給バルブのすべての部品を特にニッケル合金または特殊鋼などの金属またはセラミックにより形成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
第１および第２実施形態において、ガス供給バルブは相互に連結してねじ締結されている２つのハウジング部１５、１６を有している。下側ハウジング部１６には、ガス流入路２０とガス流出路１９が設けられている。相当のフランジ１８を介して、ガス管とねじ止め、あるいは、別の方法で固定される。下側ハウジング部１６には、バルブシート１も設けられている。上側ハウジング部１５と下側ハウジング部１６との間に、膜形式で構成されている閉鎖部２が張られている。次にさらに詳細に説明する。
【００１１】
上側ハウジング部１５には、揺動可能なアーム３が上側ハウジング部１５の揺動軸６まわりに揺動するように配置されている。この揺動軸６は、本実施形態では揺動アーム３から偏心している。揺動軸６がアーム３の縦軸２２のそばに位置するように偏心している。アーム３はその上端部のアクチュエータ１４により駆動される。ただし、アーム３の駆動には、油圧式、空気圧式、電気式などあらゆる周知の形式のアクチュエータが採用されうる。揺動軸６の反対側においてアーム３は球状の伝達要素５によって伝達プレート４に接している。ここで明記しておくが、伝達要素５が省略され、アーム３自体をじかに伝達プレート４に沿ってスライドさせてもよい。いずれにしても、アーム３または伝達要素５が滑らかな表面を有し、伝達プレート４に沿ってスライドすれば有利である。もちろん、伝達要素５を球に代えて、回転式のローラーや別のスライド要素にしてもよい。
【００１２】
本実施形態では、揺動軸６から伝達プレート４における伝達要素５の接触点までの第１間隔２７と、アーム３に接するアクチュエータ１４の接触点から揺動軸６までの第２間隔２８との比率は約１２：８３とされている。この間隔比率は、変位の相応の伝達と、伝達要素５から伝達プレート４へ最終的にもたらされる応力伝達によって決定される。そういう意味では、前記間隔比率を少なくとも１：５にすることが好ましい。
【００１３】
本発明の好適な実施形態では、揺動軸６と伝達要素５の接触点との間で伝達プレート４に引いた接続線と、アーム３が揺動するときの閉鎖部２の運動方向（縦軸２５に平行）との間に、最大４５°望ましくは最大３０°の角度範囲を設けている。
【００１４】
アーム３または伝達要素５が沿面スライドするとき常に死点側に位置することが基本的に好ましい。本実施形態では、アーム３の縦軸２２がハウジング１５の縦軸２５を介して移動しないようになっていて、逆に閉位置でも死点から離れるか、最大でも死点まで達するようになっている（図３）。死点は伝達プレート４の最大変位点なので、アーム３の死点からの移動は伝達プレート４の開放で生じることを考慮しなければならない。予備変位をそのまま維持するためには、アーム３または伝達要素５が死点に達する前に閉鎖部２の閉位置に達していることが好ましい。この予備変位によって、各部品長さの熱または摩耗による変化に対応できるので、そのような場合でもアーム３を多少揺動させて予備変位を利用してバルブを完全に閉じることができる。
【００１５】
これを適切に調整できるように本実施形態では、セットスクリュー状の調整装置７を設け、中間ボルト１７を介して伝達プレート４における伝達要素５の接触点と揺動軸６との間の第１間隔２７を調整できるようにしている。一度調整した距離を固定するために、さらに同様のセットスクリュー状の止めボルト８がアーム３に設けられている。
【００１６】
伝達プレート４は、バルブシート１に向かう方向にアーム３または伝達要素５が沿面スライドするときに、主に弾性付勢力に返してされている。この付勢力は、アーム３に向かう方向、つまりバルブの開位置方向に作用する。本実施形態では、伝達プレート４自体を弾性変形可能な構造にすることによって付勢力を実現している。たとえば、本実施形態で示されているように、伝達プレート４を板ばねまたは複数の板ばねからなる板ばねセットにすることによって実現される。伝達プレート４は、本実施形態では縁部が上側ハウジング部１５に設けたショルダー２６によって支持されている。伝達プレート４は、支持された縁部の範囲内で−中央範囲で−バルブシート１方向に変位可能である。
【００１７】
伝達プレート４で伝達要素５またはアーム３が沿面スライドすることによって、バルブシート１から延設したレベル９にほぼ垂直に作用する応力成分のみが、バルブシート１方向に伝達される。ただし真空下、特に高真空下で利用する場合は、閉鎖部２の精密な閉鎖が問題となるので、本実施形態のように補正装置を設け、補正装置がレベル９に平行な平行応力成分が閉鎖部２に伝達されないように補正している。この補正装置は、図１〜図５の第１実施形態では流路１０に収納され、かつ、アーム３の反対側で伝達プレート４に接している球体１１により構成されている。球体１１は伝達プレート４によって、アームが揺動すると図１の開位置から図３に示したバルブシート１に向かう方向の閉位置に移動する。球体１１によって、伝達プレート４から伝達されるレベル９に平行の応力成分が流路１０の壁に逃がされ、打ち消されている。球体１１は、中間プレート２１には、バルブシート１から延設されたレベル９に対して垂直方向に作用する垂直応力成分のみ伝達する。特に図２と図４の詳細図で明らかなように、補正装置は、（ここでは中間プレート２１の形式で）閉鎖部２方向に閉鎖部と接触する平らな外面１２を設けている。この外面１２は、バルブシート１からレベル９に延設された面より大きな面で、閉鎖部２の全面がバルブシートに押し付けられるようにしている。閉鎖部がバルブシートに適切に押し付けられないと閉鎖部２とバルブシート１との間の気密性が得られないので、動的パッキンとみなせる。
【００１８】
既述したように、閉鎖部２は図の実施形態では金属膜で構成している。閉鎖部２が開位置（図１、図２）方向に付勢力が作用することが好ましい。図１〜図５の第１実施形態では、膜自体が開位置方向に弾性的作用することによって実現している。さらに膜は本実施形態では上側ハウジング部１５と下側ハウジング部１６との間の縁部で固定され、それとともに膜の縁部固定部１３は上側ハウジング部１５と下側ハウジング部１６との間の気密シールを形成している。そうすることにより、流入路２０からガス供給バルブに流入するガスが、バルブシート１において閉鎖部２の反対側に流れないようにしている。このシール部は不変なので、静的パッキンとみなせる。
【００１９】
静的パッキンおよび／または動的パッキンのシール面、特に閉鎖部２、膜、ハウジング部１５、１６の相応の範囲、バルブシート１も同様に、それぞれ対にコーティング処理し、望ましくは銀メッキまたは金メッキ処理する。
【００２０】
図６は本発明の他の実施形態である第２実施形態を示している。図２と同様の開位置の詳細図では、第１実施形態と相違する点のみ表わしている。第２実施形態によるガス供給バルブのその他の項目は、第１実施形態と同じである。
【００２１】
図６の第２実施形態では第１実施形態と異なり、閉鎖部２の付勢力を膜の張力ではなく追加止め輪２３によって実現している。この止め輪が閉鎖部２を図６の開位置に押し付けている。
【００２２】
さらにレベル９に平行に作用する応力成分を補正するために伝達プレート４と閉鎖部２との間に配置した補正装置が、第１実施形態と異なっている。図６の実施形態では曲げリンク２４を設け、閉鎖部２にはバルブシート１によって押し付けられたレベル９への垂直応力成分のみが伝達されるようにしている。もちろん、曲げリンクの代わりに別の適切な形態のリンクを使用してもよい。
【００２３】
もうひとつ明記しておくが、上側ハウジング部１５と下側ハウジング部１６との間の気密性、つまり静的パッキンは必ずしも膜として形成した閉鎖部２の側部固定に限られるものではない。上側ハウジング部１５と下側ハウジング部１６との閉鎖部２から離して相応のシール部を設けてもよい。たとえば、閉鎖部２を、上側ハウジング部に対して上下に変位可能なベローズを介して密閉し、剛性プレートとして形成することもできる。上側ハウジング部１５または下側ハウジング部１６に支持された相応のばねを介して付勢力が作用する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】開位置を示す本発明による第１実施形態を示す図
【図２】開位置を示す本発明による第１実施形態を示す図
【図３】閉位置を示す第１実施形態を示す図
【図４】閉位置を示す第１実施形態を示す図
【図５】第１実施形態の外側を示す図
【図６】第２実施形態としての本発明による別の形態図
【符号の説明】
【００２５】
１‥バルブシート、２‥閉鎖部、３‥アーム、４‥伝達プレート、５‥伝達要素、６‥揺動軸、７‥調整装置、８‥止めボルト、９‥レベル、１０‥流路、１１‥球体、１２‥平らな外面、１３‥縁部固定部、１４‥アクチュエータ、１５‥上側ハウジング部、１６‥下側ハウジング部、１７‥中間ボルト、１８  ‥接続フランジ、１９‥流出路、２０‥流入路、２１‥中間プレート、２２‥縦軸、２３‥追加止め輪、２４‥曲げリンク、２５‥縦軸、２６‥ショルダー、２７‥第１間隔、２８‥第２間隔
【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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