JPS63667B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は超高真空装置のメタルバルブのシール
構造に関するものである。 従来、陽子シンクロトロン等の加速器、ストー
レジリング、核融合装置、スペースチエンバー等
の超高真空装置には、Ｌ型バルブ、ゲート型バル
ブ、Ｓ型バルブ等のメタルバルブが使用されてい
るが、これ等のメタルバルブは超高真空を保つ必
要があるため、弁座と弁体の相対位置精度に関し
高度の精度が要求されていた。然し、この相対的
位置精度は、メタルバルブが大型であればあるほ
ど、高度の精度を得ることは困難であり、高精度
を得るためには多大の手間と時間を要し、著しく
経費が嵩む欠点があつた。また、従来、超高真空
用ベーカブルオールメタルバルブはあるが、特に
ゲート型バルブの密閉性が信頼性の高いものは殆
んどない。一方、大型で超高真空の陽子シンクロ
トロン等の加速器又は核融合装置等を要求される
場合には、信頼性の高い全金属性のゲート型バル
ブの需要が益々高まつている状況である。 さらに、従来の超高真空装置用のメタルバルブ
は密封する弁体の取付けに難点があり、そのため
に信頼性が乏しい欠点がある。 本発明は超高真空装置用のメタルバルブ、特に
大型の超高真空装置用のメタルバルブのシール構
造を提供することを目的とする。 本発明は大型の超高真空装置用の大型で信頼性
が高く且つ簡便なメタルバルブのシール構造を提
供することもを目的とする。 本発明の超高真空装置のメタルバルブのシール
構造は、弁体と弁座と両者の間に介在するガスケ
ツトとを具え、弁体の下面に半径方向に離間して
２個のナイフエツジを設け、弁体の下面に前記２
個のナイフエツジより中心寄りにガスケツト固定
装置を設け、ガスケツトを弁体の下面に半径方向
外方に延在して設け、前記ガスケツト固定装置に
よりガスケツトの半径方向内端部を固定し、弁座
に円滑な突起部を弁体の前記の２個のナイフエツ
ジの中間に位置するように設け、前記弁体を弁座
に対して押圧可能としたものである。 弁体と弁座はステンレス鋼等のバルブ用の硬い
金属から製することが好ましい。 ガスケツトは純粋アルミニウム又は無酸素銅
（OFHC）等の比較的柔い金属の平板リング状の
ものを用いる。或いはまた、弾性材料の両面に銅
メツキしたガスケツトを用いる。 弁体を弁座に対して押圧する手段は、既知のメ
タルバルブと同様である。 本発明を次に図面に示す実施例につきさらに詳
細に説明する。 第１図に示すメタルバルブのシール構造におい
ては、弁体１と弁座２はステンレス鋼から成り、
弁体１の下側には２個のナイフエツジ４，５を間
隔を置いて設けてある。無酸素銅製のガスケツト
３の半径方向内端部をガスケツト取付用のリング
状取付金具６に取付け、リング状金具６をスプリ
ング座金７を介してネジ８により弁体１の下面の
半径方向内方のネジ孔９に取付ける。ガスケツト
３の上面が２個のナイフエツジ４，５の先端にち
ようど当接するようにガスケツト３を弁体１の下
面に取付けると、ガスケツト３のリング状取付金
具に取付けられた個所と２個のナイフエツジの当
接する個所に余分の曲げ応力が加わらないため、
好都合である（第１図参照）。弁座２の半径方向
内方の上面には円滑な突起部１０（曲率半径約１
〜２mm）を設けてある。圧縮空気又はネジ等の機
械的手段によつて弁体１を下方に弁座２に向つて
押圧すると、ガスケツト３は弁座２に向つて押付
けられ、２個のナイフエツジ４，５の略々中間で
円滑な突起部１０によつて上方に向つて彎曲す
る。ガスケツト３が比較的柔い金属であるため、
この彎曲は若干弾性変形である。従つて、弁体１
と弁座２との垂直方向の相対的間隔が多少ずれて
いても円滑な突起部１０はガスケツト３に密接に
係合する。さらに、ガスケツト３が滑らかな突起
部１０と密接に係合するため、弁座２に対する弁
体１の押圧開始当初の水平方向位置決めに厳密な
精度を必要としない。弁体１の弁座２への押圧を
終了すると、ガスケツト３は弁体１と弁座２との
間にサンドイツチ状に挾まれ、弁座２に密接に押
圧され、弁座２の突起部１０で押しつぶされたよ
うな形で密接に押圧される。このとき、ナイフエ
ツジ４，５はステンレス鋼等の対摩耗性の硬い金
属であるため、ナイフエツジ４，５の先端は無酸
素銅等の比較的柔い金属製のガスケツト３の上面
に僅かに食い込む。従つて、弁体１と弁座２はガ
スケツト３とナイフエツジ４，５と突起部１０と
により容易に充分に密封される。密封が容易なた
め密封に要する機械的エネルギーは比較的小さ
い。スプリング座金７は弁体１のナイフエツジ
４，５がガスケツト３に過度に食い込んで遊びが
出るのを防ぐ作用をする。また、弁体１に２個の
ナイフエツジ４，５の中間に、弁体１の半径方向
の１〜２個所に、直径約２mmの貫通孔１１を設
け、ガスケツト３とナイフエツジ４，５との間の
空間のガスを排気するようにすると、超高真空の
密封が一そう容易に達成される。 本発明のメタルバルブのシール構造は、弁体１
と弁座２との垂直方向及び水平方向の相互位置関
係が厳密な高精度を要しないため、大型バルブで
も極めて容易に製作することができる。 また、加工精度又は組立の際の弁体のフランジ
の締付状態によつて弁座の軸線に対する弁体の軸
線の若干のずれが生じても、弁体を弁座に堅固に
密封することができ、密封に要するエネルギーは
殆んど変らない。従つて、従来困難とされていた
信頼性の高い大型の超高真空のバルブを製作する
ことができ、信頼性の高い大型の超高真空装置が
実現可能となる。この例では弁体１が弁座２に対
して移動するものとして説明したが、弁座２が弁
体１に対して移動するようにしても同じ効果が得
られる。また、弁体１に円滑な突起部を設け、弁
座２に２個ののナイフエツジを設けても同様な効
果が得られる。 本発明の一実施例においては、ナイフエツジの
高さを１〜1.5mm、先端角度を30゜とする。ナイフ
エツジは同心円状の二重のナイフエツジになつて
いる。ナイフエツジの間隔とガスケツトの厚さは
バルブの口径によつて適宜定める。例えば口径
100〜200mmのバルブの場合には、両ナイフエツジ
の間隔は約４〜６mm、ガスケツトの厚さは約1.5
mmが適当である。円滑な突起部の高さと巾は夫々
約2.5mmで、突起部の先端は曲率半径約1.25mmの
半球状にする。 次に本発明のシール構造をＬ型バルブ及びゲー
ト型バルブについて用いた例につき説明する。 第２図は一部分を破断して示した４吋Ｌ型バル
ブの側面図である。 Ｌ型バルブの場合、一般的には弁体と駆動シヤ
フトが直結されているが、本発明のバルブの弁体
とシヤフトは第３図に示す構造が最適である。第
３図において、駆動シヤフト１５の先端部１６は
半球状をなし、弁体１７はそれを受ける半球状に
なつている。駆動シヤフト１５と駆動シヤフト取
付金具１８との間には間隙１９を設けている。半
球状の表面には超高真空に耐える潤滑剤（例えば
爆片状の黒鉛、窒化ボロンの粉末）をアルコール
等で塗布して、摩擦力を小さくする。駆動シヤフ
ト１５とシヤフト取付金具１８との間隙１９によ
つて、弁体１７がこの間隙１９内では駆動シヤフ
ト軸１５に対し任意の位置にあつて、弁体１７を
弁座に締付けたとき常に弁体１７が弁座に平行に
なり、常にガスケツト面に一様な力を及ぼす。 第４図は本発明のシール構造を用いたゲート型
バルブの縦断面図、第５図はその平面図である。 ゲート型バルブは弁体が上下に駆動される型式
又は振子式に駆動される型式等がある。何れの型
式の場合も、ガスケツトに対する密封力として、
例えばベローズに内圧を加える。弁体上下駆動型
式を第６図に示し、振子式駆動型式を第７図に示
す。 第６図において、この二重ベローズ２１は圧縮
空気出入孔２３からの圧縮空気の出入により伸縮
する。弁体１を閉じたとき、弁体１はフランジ２
７の面で突張る。排気溝３１は通常は閉じていて
排気するときに開口する。 第７図において、駆動用パイプ３３は圧縮空気
の出入口を兼ねる。円板３５は弁体１が閉じてい
るとき、フランジ３９に突張る。４１はストツパ
ーである。 本発明のメタルバルブのシール構造を従来のメ
タルバルブのシール構造と比較すると、95％の確
率で密封するための弁座、弁体の相対位置精度
は、口径100〜150mmのバルブについては次の通り
の値である。

【表】 上掲の第１表から明らかな通り、本発明のメタ
ルバルブのシール構造は、従来弁座と弁体の最も
大きな相対位置精度が許されていた本出願人の従
来型のものに比べ、約2.5〜５倍も大きな弁座と
弁体の相対位置精度を可能とする。即ち、従来弁
座と弁体の相対位置精度に関して要求されていた
高度の精度は必要でない。その結果、信頼性の高
い大型のメタルバルブを容易に迅速に安価に製造
することができる。従つて、本発明は超高真空装
置特に大型の超高真空装置の製造に著しく貢献す
ることができ、産業上極めて有用である。 本発明を特定の例及び数値につき説明したが、
本発明の広汎な精神と視野を逸脱することなく種
種の変更と修整が可能なこと勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のメタルバルブのシール構造の
原理を示す線図的説明図、第２図は本発明による
Ｌ型バルブのシール構造を一部破断して示す側面
図、第３図はＬ型バルブの弁体と駆動シヤフトと
の最適な構造を示す線図的側面図、第４図は本発
明のシール構造を用いたゲート型バルブの縦断面
図、第５図はその平面図、第６図及び第７図はゲ
ート型バルブに用いるベローズに内圧を加える２
種類の型式を夫々示す線図的側面図である。 １……弁体、２……弁座、３……ガスケツト、
４，５……ナイフエツジ、６……ガスケツト取付
金具、７……スプリング座金、８……ネジ、９…
…弁体１のネジ孔、１０……弁座２の円滑な突起
部、１１……弁体１に設けた貫通孔、１５……駆
動シヤフト、１６……駆動シヤフト１５の半球状
先端部、１７……弁体、１８……駆動シヤフト取
付金具、１９……駆動シヤフト１５と駆動シヤフ
ト取付金具との間の間隙、２１……ベローズ、２
３……圧縮空気出入口、２５……排気溝、２７…
…フランジ、２９……弁ストツパー、３１……ベ
ローズ、３３……中間円板、３５……圧縮空気の
出入口も兼ねる弁駆動パイプ、３７……円板、３
９……フランジ、４１……弁ストツパー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超高真空装置のメタルバルブのシール構造に
   おいて、弁体と弁座と両者の間に介在するリング
   状のガスケツトとを具え、弁体の下面に半径方向
   に離間して２個のナイフエツジを同心円状の二重
   のナイフエツジとして設け、弁の下面に前記両ナ
   イフエツジより中心寄りにガスケツト固定装置を
   設け、ガスケツトを弁の下面に半径方向に延在し
   てガスケツトの上面が２個のナイフエツジの先端
   にちようど当接するように設け、前記ガスケツト
   固定装置によりガスケツトの半径方向内端部を固
   定し、弁座に曲率半径の小さな半球状の円滑な突
   起部を弁体の前記両ナイフエツジの中間に位置す
   るように設け、弁体に前記両ナイフエツジの中間
   にガスケツトと両ナイフエツジとの間の空間のガ
   スを排気する少くとも１個以上の貫通孔を設け、
   前記弁体を弁座に対して押圧可能としたことを特
   徴とする超高真空装置のメタルバルブのシール構
   造。 ２ 特許請求の範囲１記載のメタルバルブのシー
   ル構造において、ガスケツト固定装置がガスケツ
   ト固定部材、ガスケツト固定部材の下面に当接す
   るスプリング座金及びガスケツト固定部材及びス
   プリング座金の双方を挿通して弁体の下部のネジ
   孔と螺合するネジより成るもの。