KR20200051524A - 밸브 장치, 펌프 헤드 및 펌프 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 1형태에 따른 밸브 장치는 밸브 시트와, 밸브 부재와, 고정구를 구비한다. 상기 밸브 시트는 접속 구멍이 형성된 바닥부를 가지고, 상기 접속 구멍의 주위에 복수의 통기공이 형성된 뿔꼴형상의 오목면으로 이루어진다. 상기 밸브 부재는 상기 바닥부에 대향하는 지지부와, 상기 지지부의 외측으로부터 직경방향으로 연장되는 복수의 슬릿을 가져 상기 복수의 통기공에 대향하는 탄성 변형 가능한 복수의 밸브부를 가진다. 상기 고정구는 상기 접속 구멍에 접속되고, 상기 지지부를 상기 밸브 시트에 고정한다.

Description

밸브 장치, 펌프 헤드 및 펌프 장치

본 발명은 흡배기용 밸브 장치, 펌프 헤드 및 이것을 구비한 펌프 장치에 관한 것이다.

용적 이송식 펌프의 일종인 다이어프램 펌프는 다이어프램의 왕복운동과, 유체의 유통로의 개폐 제어를 하는 밸브 기구를 조합시켜서 유체를 이동시킨다. 밸브기구에서는 체크밸브가 사용되고, 체크밸브로서 밸브-혀 구조의 판상 밸브(이하, '혀(tongue) 밸브' 라고 부른다.)나 원형구조의 원형 밸브가 사용되는 경우가 많다.

혀 밸브에는 강 등의 용수철 응력(spring stress)이 비교적 강한 재료가 일반적으로는 사용된다.

혀 밸브를 사용한 밸브기구에서는 혀 밸브의 한쪽 끝은 고정 나사에 의해 밸브 시트에 고정된다. 혀 밸브의 다른쪽 끝은 자유단이고, 밸브 시트의 밸브 시트면에 접한 닫힘 위치와 밸브 시트면에서 떨어진 열림 위치 사이를 쌍방향으로 이동 가능하게 되어 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조. ) .

일본 공개특허공보 2005-282483호

최근, 이 종류의 펌프 장치에서는 도달 진공도의 거듭된 향상이 요구되고 있다. 그렇지만, 종래의 밸브기구에서는 데드 스페이스의 삭감을 도모할 수 없고, 도달 진공도의 향상이 곤란하다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 도달 진공도의 향상을 도모할 수 있는 밸브 장치, 펌프 헤드 및 이것을 구비한 펌프 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 1형태에 따른 밸브 장치는 밸브 시트와, 밸브 부재와, 고정구를 구비한다.

상기 밸브 시트는 접속 구멍이 형성된 바닥부를 가지고, 상기 접속 구멍의 주위에 복수의 통기공이 형성된 뿔꼴형상의 오목면으로 이루어진다.

상기 밸브 부재는 상기 바닥부에 대향하는 지지부와, 상기 지지부의 외측으로부터 직경방향으로 연장되는 복수의 슬릿을 가지고 상기 복수의 통기공에 대향하는 탄성 변형 가능한 복수의 밸브부를 가진다.

상기 고정구는 상기 접속 구멍에 접속되고, 상기 지지부를 상기 밸브 시트에 고정한다.

상기 밸브 부재는 합성수지 재료로 구성된 원형의 판재로 구성되고, 상기 복수의 밸브부는 상기 복수의 통기공에 각각 대응해서 배치될 수도 있다.

상기 복수의 통기공은 상기 접속 구멍과 동심적인 원호형상을 가질 수 있다.

상기 복수의 슬릿은 상기 지지부측의 단부에 확폭부를 가질 수 있다.

본 발명에 1형태에 따른 펌프 헤드는 베이스 부재와, 흡기 밸브 장치와, 배기 밸브 장치를 구비한다.

상기 베이스 부재는 제1 면과, 상기 제1 면과는 반대측의 제2 면을 가진다.

상기 흡기 밸브 장치는 상기 제1 면에 설치된다.

상기 배기 밸브 장치는 상기 제2 면에 설치된다.

상기 흡기 밸브 장치 및 상기 배기 밸브 장치는 각각, 밸브 시트와, 밸브 부재와, 고정구를 가진다.

상기 밸브 시트는 접속 구멍이 형성된 바닥부를 가지고, 상기 접속 구멍의 주위에 복수의 통기공이 형성된 뿔꼴형상의 오목면으로 이루어진다.

상기 밸브 부재는 상기 바닥부에 대향하는 지지부와, 상기 지지부에서 직경방향으로 연장되는 복수의 슬릿을 가져 상기 복수의 통기공에 대향하는 탄성 변형 가능한 복수의 밸브부를 가진다.

상기 고정구는 상기 접속 구멍에 접속되고, 상기 지지부를 상기 밸브 시트에 고정한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 도달 진공도의 향상을 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명에 1실시형태에 따른 펌프 장치의 전체를 나타내는 사시도이다.
도 2는 상기 펌프 장치의 요부의 종단면도이고, 다이어프램이 상사점에 있을 때의 형태를 나타낸다.
도 3은 상기 펌프 장치에서의 펌프 헤드를 구성하는 베이스 부재를 나타내는 도면으로, (A)는 평면도, (B)는 저면도, (C)는 단면도이다.
도 4는 상기 펌프 헤드를 나타내는 도면으로, (A)는 평면도, (B)는 저면도, (C)는 단면도이다.
도 5는 상기 베이스 부재에 장착되기 전의 밸브 부재의 자연상태를 나타내는 평면도이다.
도 6은 상기 베이스 부재에 장착했을 때의 밸브 부재의 사시도이다.
도 7은 상기 펌프 헤드에서의, 유통로의 형상, 유통로와 밸브체의 위치관계를 설명하기 위한 밸브 부재의 평면도이다.
도 8은 상기 펌프 헤드에서의 흡기 밸브 장치의 부분 단면도이고, 밸브체의 개폐 기구를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 상기 펌프 헤드에서의 데드 스페이스를 설명하기 위한 부분 단면도 및 평면도이다.
도 10은 제1 비교예 에 따른 펌프 헤드에서의 데드 스페이스를 설명하기 위한 부분 단면도 및 평면도이다.
도 11은 제2 비교예에 따른 펌프 헤드에서의 데드 스페이스를 설명하기 위한 부분 단면도 및 평면도이다.
도 12는 본 발명에 1실시형태 에 따른 펌프 장치의 펌프 헤드에서의 데드 스페이스를 설명하기 위한 펌프 장치의 부분 단면도이다.
도 13은 제3 비교예에 따른 펌프 장치의 펌프 헤드에서의 데드 스페이스를 설명하기 위한 펌프 장치의 부분 단면도이다.
도 14는 제1 비교예에 따른 밸브 장치를 설명하기 위한 펌프 헤드의 부분 단면도이다.
도 15는 제2 비교예에 따른 밸브 장치를 설명하기 위한 펌프 헤드의 부분 단면도이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태를 설명한다.

[펌프 장치]

도 1은 본 발명의 1실시형태에 따른 펌프 장치를 나타내는 도면이다.

본 실시형태의 펌프 장치(1)는 제1 펌프부(11)와, 제2 펌프부(12)를 가지고, 제1 펌프부(11)와 제2 펌프부(12)는 접속관(13)에 의해 펌프실에 직렬로 접속된다. 유체로서의 기체는 펌프 장치(1)에 의해, 제2 펌프부(12)에 접속되는 흡입기관(14)을 통해서 흡기되고, 제1 펌프부(11)에 접속되는 배기관(15)을 통해서 배기된다.

펌프 장치(1)는 용적 이송식 펌프로서 구성되고, 본 실시형태에서는 다이어프램을 사용한 다이어프램 펌프이다. 펌프 장치(1)는 예를 들면, 원심 증발기에서의 진공처리에 사용된다.

제1 및 제2 펌프부(11, 12)는 각각 진공펌프로서 구성된다.

제1 및 제2 펌프부(11, 12)는 전형적으로는 공통인 구성을 가지고 있는데, 본 실시형태에서는 다이어프램 펌프 등으로서 구성된다.

도 2는 제1 펌프부(11)의 구성을 나타내는 종단면도이다. 도 2에서 X축, Y축 및 Z축은 서로 직교하는 3축 방향을 각각 나타내고 있다. 도 2는 다이어프램이 상사점에 있을 때의 형태를 나타낸다. 또, 제2 펌프부(12)는 제1 펌프부(11)와 동일하게 구성되어 있기 때문에, 여기에서는 제1 펌프부(11)를 주로 설명한다.

펌프 장치(1)은, 펌프 본체(10)와, 송풍 유닛(300)을 가진다.

펌프 본체(10)는 모터(M)와, 변환기구(200)와, 펌프 케이스(100)와, 다이어프램(61)과, 받침대(109)와, 펌프 헤드(60)와, 펌프 헤드 커버(113)를 가진다. 펌프 케이스(100)는 모터(M) 및 변환기구(200)를 수용한다

펌프 본체(10)에서, 펌프 케이스(100), 받침대(109), 펌프 헤드(60), 펌프 헤드 커버(113)는 Z축 방향으로 겹쳐 쌓을 수 있다.

받침대(109)는 알루미늄 합금 등의 금속재료로 구성되고, 그 평면 형상은 거의 직사각형으로 형성된다. 받침대(109)는 펌프 케이스(100)와 펌프 헤드(60) 사이에 배치된다. 다이어프램(61)은 받침대(109)와 펌프 헤드(60)에 의해 형성되는 공간에 변형 자유롭게 수용된다.

펌프 헤드(60)는 알루미늄 합금 등의 금속재료로 구성되고, 다이어프램(61) 측에 위치하는 제1 면(60a)과, 당해 제1 면(60a)과는 반대측의 제2 면(60b)을 가지는 평면 형상이 거의 직사각형의 판상부재이다.

펌프 헤드(60)는 받침대(109)의 상면에 배치된다. 펌프 헤드(60)는 다이어프램(61)과의 사이에 펌프실(66)을 형성한다. 펌프 헤드(60)는 다이어프램(61)과 펌프 헤드 커버(113) 사이에 배치되고, 밸브체로서의 흡기 밸브(41) 및 배기 밸브(51)을 각각 가진다. 펌프 헤드(60)의 상세에 대해서는 후술한다.

다이어프램(61)은 금속제의 코어(코어재)(67)를 내부에 감싸도록 원형 박판상으로 형성된다. 다이어프램(61)은 그 주연을 따른 영역에 소정의 폭의 변형부(61a)를 가진다.

다이어프램(61)은 고무, 합성수지 등으로 구성된다. 다이어프램(61)은 받침대(109)와 펌프 헤드(60)에 의해 형성되는 공간 내에서 왕복동 가능한 왕복동 헤드이다. 다이어프램(61)은 그 주연부가 받침대(109)와 펌프 헤드(60) 사이에 협지된다.

다이어프램(61)은 펌프 헤드(60)와의 사이에 설치되는 펌프실(66)의 부피를, 왕복동작에 의해 유체를 이동시켜서 변화시킨다. 다이어프램(61)은 Z축 방향으로 평행한 방향으로 변형하면서 왕복이동하고, 흡기 밸브(41) 및 배기 밸브(51)를 통해서 펌프실(66)을 교호로 흡기 해 및 배기함으로써, 소정의 펌프 작용을 실시한다.

펌프실(66)에는 펌프 헤드(60)와 다이어프램(61) 사이에 형성되는 주실(661)(도 12 참조)과, 펌프 헤드(60)에서의, 흡기측 밸브 시트(71)의 원뿔대 형상 오목부(75)의 영역과, 배기측 유통로(52a, 52b)의 영역이 포함된다.

코어(67)는 다이어프램(61)이 상사점(도 2 참조)에 있을 때에 다이어프램(61)의 펌프 헤드(60)측의 면이 펌프 헤드(60)의 제1 면(60a)을 따르도록 구성된다.

또, 코어(67)의 펌프 헤드(60)측의 면과 대향하는 면측에는 후술하는 커넥팅 로드(210)의 제1 단부(211)에 코어(67)를 장착 가능하도록, 제1 단부(211)에 설치된 볼트(68)과 나사 결합하는 너트 구멍(67a)을 가지는 보스부(67b)가 일체적으로 형성되어 있다.

펌프 헤드 커버(113)는 펌프 헤드(60) 상에 배치된다. 펌프 헤드 커버(113)는 펌프 헤드(60)와 함께, 접속관(13)에 연통하는 흡기실(72)과, 배기관(15)에 연통하는 배기실(82)을 형성한다.

변환기구(200)는 커넥팅 로드(210)와, 편심부재(220)를 가진다. 변환기구(200)는 모터(M)의 구동축(131)에 연결되고, 모터(M)의 구동축(131)의 회전을 다이어프램(61)의 왕복이동으로 변환한다.

커넥팅 로드(210)는 다이어프램(61)과 편심부재(220) 사이를 서로 연결한다. 커넥팅 로드(210)는 다이어프램(61)과 일체적인 코어(67)와 접속되는 제1 단부(211)와, 편심부재(220)와 접속되는 제2 단부(212)를 가진다. 커넥팅 로드(210)의 제2 단부(212)는 편심부재(220)와 끼워맞추는 끼워 맞춤 구멍(213)이 형성되어 있다.

펌프 본체(10)는 제1 베어링(B1) 및 제2 베어링(B2)을 가진다. 제1 베어링(B1)은 끼워 맞춤 구멍(213)의 내주면에 장착되고, 편심부재(220)를 회전 가능하게 지지한다. 제2 베어링(B2)은 펌프 케이스(100)에 고정되고, 모터(M)의 구동축(131)을 회전 가능하게 지지한다.

편심부재(220)는 구동축(131)의 회전 중심에 대하여 편심해서 형성된다. 편심부재(220)는 고정 나사(223)에 의해 구동축(131)에 고정되어 있다. 편심부재(220)는 카운터웨이트(222)를 가진다. 카운터웨이트(222)는 구동축(131)의 회전에 동반하는 커넥팅 로드(210)의 편심부재(220) 주위의 회전 시에에 발생하는 진동을 없애기 위한 것으로, 구동축(131)에 대하여 편심부재(220)의 편심방향과는 역방향으로 편의(기울어진) 위치에 배치된다.

제1 펌프부(11)는 송풍 유닛(300)을 추가로 가진다. 송풍 유닛(300)은 팬(31)과, 팬 커버(32)를 가진다. 송풍 유닛(300)은 팬(31)이 회전하는 것에　의해, 펌프 케이스(100)의 내부에 외기(공기)를 도입함으로써, 운전 중의 펌프 장치(1)를 냉각하도록 구성된다.

펌프 케이스(100)의 송풍 유닛(300)이 배치되는 일측면에는 공기의 흡입구가 되는 송풍구(115)가 형성된다. 송풍구(115)는 원형상의 개구이고, 일부에는 팬 커버(32)를 장착하기 위한 걸어맞춤부(115a)가 형성되어 있다. 팬(31)은 송풍구(115)에 배치되고, 후술하는 편심부재(220)로부터 돌출하는 구동축(131)의 단부(131a)와 일체로 회전하는 공기 흡입용의 팬으로서 구성된다.

제2 펌프부(12)는 제1 펌프부(11)와 동일하게 구성된다. 제2 펌프부(12)는 제1 펌프부(11)와 동시에 공통의 모터(M)에 의해 구동된다. 구동축(131)은 제2 펌프부(12)측에도 연장하고, 제2 펌프부(12)의 편심부재(미도시)에 연결된다.

본 실시형태에서는 제1 펌프부(11)와 제2 펌프부(12)가 다른 위상으로 구동된다. 예를 들면, 제1 펌프부(11)의 다이어프램(61)이 상사점에 위치할 때, 제2 펌프부(12)의 다이어프램이 하사점에 위치하도록, 각 펌프부(11, 12)의 편심부재가 설정된다.

본 실시형태에서는 제1 펌프부(11)와 제2 펌프부(12)가 다른 위상으로 구동된다. 예를 들면, 제1 펌프부(11)의 다이어프램(61)이 상사점에 위치할 때, 제2 펌프부(12)의 다이어프램이 하사점에 위치하도록, 각 펌프부(11, 12)의 편심부재가 설정된다.

[펌프 장치의 동작]

이상과 같이 구성되는 본 실시형태의 펌프 장치(1)의 동작에 대해서 설명한다. 여기에서는 제1 펌프부(11)를 중심으로 설명한다.

모터(M)의 구동에 의해, 편심부재(220)는 구동축(131)로부터의 편심량에 대응하는 반경을 가지는 원주를 따라서 구동축(131)의 주위를 공전한다. 편심부재(220)에 연결된 커넥팅 로드(210)는 구동축(131)의 회전을 다이어프램(61)의 왕복운동으로 변환한다. 이것에 의해 펌프실(66)의 흡기 및 배기가 교호로 실시됨으로써, 제1 펌프부(11)에 의한 소정의 진공 배기 작용이 수득된다.

다이어프램(61)이 구동될 때의 펌프실(66)의 압력에 의해, 흡기 밸브(41)는 흡기 시에 열리고, 배기 밸브(51)는 배기 시에 열리게 되어 있다.

즉, 다이어프램(61)이 도 2에 나타낸 상사점에 도달한 상태에서는, 펌프실(66)의 압력이 가장 높아지고, 배기실(82)보다 고압이 되기 때문에, 흡기 밸브(41)가 닫히고, 흡기실(72)보다 고압이 되기 때문에, 배기 밸브(51)가 열린다. 이것에 의해, 배기실(82)을 통해서 배기관(15)에 기체가 토출된다.

또, 다이어프램(61)이 하사점에 도달한 상태에서는, 펌프실(66)의 압력이 가장 낮아지고, 배기 밸브(51)가 닫히고, 흡기 밸브(41)가 열리고, 접속관(13)으로부터 흡기실(72) 내로 기체가 흡입된다.

[펌프 헤드]

다음에, 펌프 헤드(60)의 상세에 대해서 설명한다.

(펌프 헤드의 개략적인 구성)

도 2에 나타나 있는 바와 같이 펌프 헤드(60)는 제2 면(60b)에 펌프 헤드 커버(113)가 설치되고, 펌프 헤드 커버(113)와의 사이에서 흡기실(72)과 배기실(82)을 형성한다. 펌프 헤드(60)는 제1 면(60a) 측에 다이어프램(61)이 배치되고, 다이어프램(61)과의 사이에 펌프실(66)을 형성한다.

펌프 헤드(60)는 베이스 부재(600)와, 흡기 밸브(41)와, 배기 밸브(51)를 가진다. 베이스 부재(600)는 제1 면(60a)과, 제2 면(60b)을 가진다. 흡기 밸브(41)는 제1 면(60a)에 설치되고, 배기 밸브(51)는 제2 면(60b)에 설치된다.

도 3(A)∼(C)는 베이스 부재(600)의 평면도 및 단면도이다. 도 3 (A)는 베이스 부재(600)를 제2 면(60b) 측에서 본 평면도이다. 도 3(B)는 베이스 부재(600)를 제1 면(60a) 측에서 본 평면도이다. 도 3(C)는 베이스 부재(600)의 단면도이다.

도 4(A)∼(C)은 흡기 밸브(41) 및 배기 밸브(51)를 가지는 펌프 헤드(60)의 평면도 또는 단면도이다. 도 4(A)는 펌프 헤드(60)를 제2 면(60b) 측에서 본 평면도이다. 도 4(B)는 펌프 헤드(60)를 제1 면(60a) 측에서 본 평면도이다. 도 4(C)는 펌프 헤드(60)의 단면도이다.

도 4(C)에 나타나 있는 바와 같이, 펌프 헤드(60)는 흡기측 유통로(42a, 42b)와, 배기측 유통로(52a, 52b)와, 흡기측의 밸브 부재인 흡기 밸브(41)와, 배기측의 밸브 부재인 배기 밸브(51)와, 흡기 밸브(41)를 수용하는 오목부(75)를 형성하는 흡기측 밸브 시트(71)와, 배기 밸브(51)를 수용하는 오목부(85)를 형성하는 배기측 밸브 시트(81)를 가진다.

흡기측 유통로(42a, 42b)와, 흡기 밸브(41)와, 흡기측 밸브 시트(71)는 흡기 밸브 장치(70)를 구성한다. 흡기측 밸브 시트(71)에는 흡기측 유통로(42a, 42b)가 설치된다.

배기측 유통로(52a, 52b)와, 배기 밸브(51)와, 배기측 밸브 시트(81)는 배기 밸브 장치(80)를 구성한다. 배기측 밸브 시트(81)에는 배기측 유통로(52a, 52b)가 설치된다.

흡기측 유통로(42a, 42b) 및 배기측 유통로(52a, 52b)는, 기체의 유통로이고, 펌프 헤드(60)의 두께 방향을 관통하는 통기공이다.

흡기 밸브(41)는 펌프 헤드(60)의 제1 면(60a)측에 설치되고, 흡기측 유통로(42a, 42b)를 개폐한다.

배기 밸브(51)는 펌프 헤드(60)의 제2 면(60b)측에 설치되고, 배기측 유통로(52a, 52b)를 개폐한다.

도 4(A)에 나타나 있는 바와 같이, 펌프 헤드(60)(혹은 베이스 부재(600))의 제2 면(60b)에는 평면 형상이 반원상의 흡기측 오목부(73)와, 배기측 오목부(83)가 서로 이간해서 설치되어 있다. 흡기측 오목부(73)는 펌프 헤드 커버(113)와 함께, 흡기실(72)을 구성한다. 배기측 오목부(83)는 펌프 헤드 커버(113)와 함께, 배기실(82)을 구성한다.

도 3(C) 및 도 4(C)에 나타나 있는 바와 같이, 펌프 헤드(60)의 제2 면(60b)에 설치되는 배기측 오목부(83) 내에는 평면 형상이 원형의 오목부(84)가 설치되고, 추가로 당해 오목부(84)의 바닥부에, 뿔꼴형상(본 예에서는 원뿔대 형상)의 오목면(85)이 설치되어 있다. 배기측 밸브 시트(81)는 이 원뿔대 형상의 오목면(85)으로 이루어지고, 배기 밸브(51)를 수용한다. 원뿔대 형상의 오목면(85)은 펌프 헤드(60)의 제1 면(60a) 측으로부터 제2 면(60b) 측을 향해서 개구가 넓어지도록 형성된다.

한편, 펌프 헤드(60)(혹은 베이스 부재(600))의 제1 면(60a)에는 뿔꼴형상(본 예에서는 원뿔대 형상)의 오목면(75)이 설치되어 있다. 흡기측 밸브 시트(71)는 이 원뿔대 형상의 오목면(75)으로 이루어지고, 흡기 밸브(41)를 수용한다. 원뿔대 형상의 오목부(75)는 펌프 헤드(60)의 제2 면(60b)측에서 제1 면(60a) 측을 향해서 개구가 넓어지도록 형성된다.

흡기 밸브 장치(70)는 흡기 밸브(41)를 흡기측 밸브 시트(71)에 고정하는 고정구로서의 나사(46)를 가진다. 동일하게, 배기 밸브 장치(80)는 배기 밸브(51)를 배기측 밸브 시트(81)에 고정하는 고정구로서의 나사(56)를 가진다.

흡기 밸브 장치(70) 및 배기 밸브 장치(80)는 각각 동일한 구조를 가진다.

또, 배기측 밸브 시트(81)는 제2 면(60b)에 설치되는 배기측 오목부(83) 내에 설치된 오목부(84)의 바닥부에 설치되어 있다. 이에 대하여 흡기측 밸브 시트(71)는 제1 면(60a)에 직접, 설치되어 있다. 이것에 의해, 배기측 유통로(52a, 52b)의 펌프 헤드(60)의 두께 방향에서의 길이는 흡기측 유통로(42a, 42b)보다도 짧게 되어 있다.

(밸브 시트의 구조)

우선, 흡기측 밸브 시트(71) 및 배기측 밸브 시트(81)의 상세에 대해서 설명한다. 흡기측 밸브 시트(71) 및 배기측 밸브 시트(81)는 동일한 구성을 가지기 때문에, 이하, 이들을 밸브 시트(71(81))라고도 하고, 구성요소의 괄호 내의 부호는 대응하는 배기 밸브 장치(80) 측의 구성요소 부호를 나타내는 것으로 한다(도 5∼도 7에 대해서도 동일하다).

도 3(C)에 나타나 있는 바와 같이, 밸브 시트(71(81))는 원형이 평탄한(평면 형상의) 기준면(711(811))과, 기준면(711(811))에 대하여 둔각의 각도로 경사지는 밸브 시트면(712(812))을 가진다. 원뿔대 형상의 오목면(75(85))의 바닥부(혹은 정상부)가 기준면(711(811))에 대응하고, 측면이 밸브 시트면(712(812))에 대응한다.

밸브 시트면(712(812))은 기준면(711(811))부터 오목면(75(85))의 개구 끝을 향해서 서서히 개구 면적이 커지도록 구성된다.

기준면(711(811))의 중심에는 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))를 밸브 시트(71(81))에 장착할 때에 사용하는 나사(46(56))를 나사 결합하기 위한 나사구멍(접속 구멍)(45(55))이 설치되어 있다. 나사(46(56))는 나사구멍(45(55))에 접속되는 나사 결합부와, 후술하는 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))의 지지부(411(511))에 접촉하는 머리부를 가진다. 기준면(711(811))의 크기는, 나사(46(56))의 머리부와 거의 같다. 흡기측 유통로(42a, 42b)(배기측 유통로(52a, 52b))는 도 4(A), (B)에 나타나 있는 바와 같이 나사구멍(45(55))과 동심적인 원호 형상을 가진다.

밸브 시트면(712(812))은 후술하는 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))의 밸브부(412(512))와 밀착하여 접착 가능하게 형성된다. 밸브부(412(512))는 밸브 시트면(712(812))에 설치된 흡기측 유통로(42a, 42b)(배기측 유통로(52a, 52b))에 대향하고, 밸브부(412(512))가 탄성 변형하는 것에 의해서, 흡기측 유통로(42a, 42b)(배기측 유통로(52a, 52b))를 개폐한다.

제1 면(60a) 측에 형성되는 밸브 시트면(712)의 펌프 헤드(60)의 두께 방향(Z축방향)의 높이 (혹은 깊이)는 흡기 밸브(41)를 고정하는 나사(46)의 머리부가 돌출하지 않도록, 설정된다. 후술하는 데드 스페이스의 삭감 관점으로부터 나사(46)에는 머리부가 낮은 저두 나사를 사용하는 것이 바람직하다.

( 밸브체의 구조)

흡기 밸브(41)와 배기 밸브(51)는 동일한 구조를 가진다.

도 5는 베이스 부재(600)에 장착하기 전의(자연상태의) 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))의 평면도이다. 도 6은 베이스 부재(600)에 장착했을 때의 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))의 사시도이다.

도 5에 나타나 있는 바와 같이, 펌프 헤드(60)에 장착되기 전의 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))는 평탄한 형상을 가지는 판재로 형성되고 있고, 평면 형상이 거의 원형이 되고 있다.

흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))는 당해 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))의 중심으로 위치하는 지지부(411(511))와, 지지부(411(511))를 둘러싸도록 위치하는 밸브부(412(512))를 가진다. 도 5에서는 지지부(411(511))를 점선에서 둘러싸서 나타내고 있다.

지지부(411(511))는 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))가 밸브 시트(71(81))에 장착되었을 때에 나사(46(56))에 의해, 흡기측 밸브 시트(71)(배기측 밸브 시트(81))의 기준면(711(811))에 고정된다.

또, 지지부(411(511))의 중심에는 나사(46(56))가 지나는 관통구멍 415(515)이 설치되어 있다.

밸브부(412(512))는 지지부(411(511))의 외측으로부터 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))의 주연부(414(514))를 향해서 직경방향으로 연장되어 V자 모양으로 잘라져서 이루어지는 슬릿(413(513))을 가진다. 슬릿(413(513))은 2개 형성되고, 이것들은 지지부(411(511))를 통해서 대향 배치된다. 슬릿(413(513))은 지지부(411(511))까지는 도달하지 않고 있다.

슬릿(413(513))은 거의 예각 부채상의 예각 부채 형상부(4131(5131))와, 원형상의 확폭부(4132(5132))가 이어져 있는 형상을 가진다.

예각 부채 형상부(4131(5131))는 주연부(414(514))로부터 중심을 향해서 슬릿(413(513))이 연장되는 방향과 직교하는 방향에서의 폭이 점차 좁아지는 형상을 가진다.

확폭부(4132(5132))는 예각 부채 형상부(4131(5131))의 지지부(411(511))에 가까운 단부에 이어서 설치된다. 확폭부(4132(5132))가 형성되는 것에　의해, 슬릿(413(513))은 슬릿(413(513))이 연장되는 방향과 직교하는 방향의 슬릿 폭이, 지지부(411(511))에 가까운 단부에서 넓게 되도록 구성된다.

2개의 슬릿(413(513))에 의해, 밸브부(412(512))는 2개의 거의 둔각 부채상의 부채상 밸브부(412a(512a)), (412b(512b)로 나눌 수 있다.

베이스 부재(600)로의 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))의 장착은 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))의 지지부(411(511))를 밸브 시트(71(81))에 꽉 누르면서 나사(46(56))로 고정하는 것에 의해 수행된다. 이것에 의해, 밸브부(412(512))는 흡기측 밸브 시트(71)(배기측 밸브 시트(81))의 밸브 시트면(712(812))을 따라서 변형하고, 도 6 에 나타나 있는 바와 같은 원뿔대 형상이 된다.

베이스 부재(600)로의 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))의 장착 시에, 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))에는 슬릿(413(513))이 형성되어 있기 때문에, 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))의 변형의 발생이 억제되어서, 밸브 시트면(712(812))에 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))를 밀접시킬 수 있다. 이것에 의해, 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))의 밀봉성을 향상시킬 수 있다.

도 6에 나타나 있는 바와 같이, 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))는 펌프 헤드(60)에 장착된 상태에서는 지지부(411(511))를 정상부로 하고, 밸브부(412(512))를 측면으로 하는 거의 원뿔대 형상을 형성한다. 밸브부(412(512))는 지지부(411(511))에 대하여 둔각으로 경사진다.

도 5 및 도 6에 나타나 있는 바와 같이, 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))는 베이스 부재(600)의 거의 원뿔대 형상의 오목면(75(85))을 형성하는 흡기측 밸브 시트(71)(배기측 밸브 시트(81))에 장착되는 것에　의해, 슬릿(413(513))의 열림 정도가 장착 전보다도 작게 되도록 변형한다.

밸브부(412(512))는 닫힘 위치에서, 밸브 시트면(712(812))에 접하고, 흡기측 유통로(42a, 42b)(배기측 유통로(52a, 52b))를 막는다. 또, 밸브부(412(512))는 열림 위치에서, 밸브 시트면(712(812))로부터 떨어지도록 변형하고, 흡기측 유통로(42a, 42b)(배기측 유통로(52a, 52b))를 개방한다.

이렇게, 밸브부(412(512))는 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))의 개폐 동작으로 반복해서 변형하기 때문에, 슬릿(413(513))의 지지부(411(511))에 가까운 단부에 응력이 걸리기 쉽다. 본 실시형태에서는 슬릿(413(513))의 지지부(411(511))에 가까운 단부에 확폭부(4132(5132))가 형성되어 있기 때문에, 응력이 일점에 집중하는 경우 없이 분산된다. 이것에 의해, 슬릿(413(513))의 단부를 기점으로 해서 밸브부(412(512))가 깨지게 되는 것이 억제되고, 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))의 내구성이 향상한다.

흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))에는 펌프 헤드(60)로의 장착으로 평탄한 형태로부터 원뿔대 형상의 형태로 변형하는 것에　의해, 응력이 걸린다. 상세에 대해서는 후술하지만, 펌프 헤드(60)에 장착했을 때에, 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))에 굽힘응력이 걸리도록 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))가 형성되는 것이 바람직하다.

흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))에는 펌프 헤드(60)에 장착했을 때에, 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))에 적절한 굽힘응력을 제공할 수 있는 탄성재료를 사용하는 것이 바람직하고, 불소수지 등의 수지계 재료, 고무계 재료, 금속계 재료 등을 사용할 수 있다. 또 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))의 두께는 밸브의 개폐 동작이 가능하며, 적절한 굽힘응력을 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))에 제공하는 것이 가능하도로 적당하게 설정된다. 본 실시형태에서는 일례로서, 두께 0.4mm의 불소수지로 이루어지는 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))를 사용했다.

( 유통로의 형상, 배치 위치)

도 7은 펌프 헤드(60)에서의 흡기측 유통로(42a, 42b)(배기측 유통로(52a, 52b))와 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))의 위치관계를 설명하기 위한 평면도이다.

도 7에 나타나 있는 바와 같이, 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))는 닫힘 위치에 있어서, 부채상 밸브부(412a(512a))가 흡기측 유통로(42a)(배기측 유통로(52a))를, 부채상 밸브부(412b(512b))가 흡기측 유통로(42b)(배기측 유통로(52b))를 덮도록 배치된다. 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))는 슬릿(413(513))과 흡기측 유통로(42a)(배기측 유통로(52a))가 겹치지 않도록 배치된다.

본 실시형태에서는 복수의 부채상 밸브부가 복수의 유통로(통기공)에 각각 대응해서 배치된다. 즉, 1개의 부채상 밸브부에 대하여 1개의 유통로가 배치된다.

또, 본 실시형태와 같이, 1개의 부채상 밸브부에 대하여 1개의 유통로를 설치하는 구성 이외에, 1개의 부채상 밸브부에 대하여 복수의 유통로를 설치하는 구성으로 할 수도 있다. 그렇지만, 밸브 시트면에서의 유통로가 차지하는 총면적이 동일한경우, 1개의 부채상 밸브부에 대하여 1개의 유통로를 설치하는 구성으로 하는 것이, 복수의 유통로를 설치하는 구성보다도, 밸브 시트면의 면적을 작게 할 수 있다. 이것에 의해, 후술하는 데드 스페이스(90)의 부피를 더욱 작게 할 수 있다.

본 실시형태에서는 부채상 밸브부의 수는 밸브부에 설치되는 슬릿의 수와 동일하다. 따라서 상기와 같은 밸브부 지지면의 소면적화에는 유통로의 수를 슬릿의 수와 동일하게 하는 것이 바람직하다.

(밸브 장치의 동작)

다음에, 본 실시형태에서의 흡기 밸브(41), 배기 밸브(51)의 움직임에 대해서 설명한다.

도 8은 본 실시형태에서의 펌프 헤드(60)의 흡기 밸브 장치(70)의 부분 단면도이고, 흡기 밸브(41)의 개폐 기구를 설명하기 위한 도면이다. 도 8(A)는 닫힘 위치에서의 부분 단면도, 도 8(B)는 열림 위치에서의 부분 단면도이다.

또, 배기 밸브 장치(80)에서는 배기 밸브(51)는 펌프 헤드(60)의 제2 면(60b) 측에 설치된다. 배기 밸브 장치(80)는 도 8에 나타내는 흡기 밸브 장치(70)를 반전시킨 구조를 가진다.

다이어프램(61)이 상사점에 도달한 상태에서는 펌프실(66)이 흡기실(72) 및 배기실(82)보다 고압이 된다. 이러한 상태에서는, 도 8(A)에 나타나 있는 바와 같이, 흡기 밸브(41)의 밸브부(412)는 밸브 시트면(712)에 밀접하고, 흡기측 유통로(42a, 42b)를 닫는다(담힘 밸브 상태). 또, 이 상태에서는 펌프실(66)로부터 배기측 유통로(52a, 52b)를 통해서 배기실(82)에 흐르는 기체에 의해, 배기 밸브(51)의 밸브부(512)는 밸브 시트면(812)으로부터 떨어지도록 밀어 올려져서 변형하고, 배기측 유통로(52a, 52b)를 연다(열림 밸브 상태).

이것에 의해, 펌프실(66)로부터 배기실(82)을 통해서 배기관(15)에 기체가 토출된다.

다이어프램(61)이 하사점에 도달한 상태에서는 펌프실(66)이 흡기실(72) 및 배기실(82)보다 저압이 된다. 이 상태에서는 도 8(B)에 나타나 있는 바와 같이, 흡기실(72)로부터 흡기측 유통로(42a, 42b)를 통해서 펌프실(66)에 흐르는 기체에 의해, 흡기 밸브(41)의 밸브부(412)는 밸브 시트면(712)으로부터 떨어지게 밀어 내려져서 변형한다. 이것에 의해, 흡기측 유통로(42a, 42b)가 열린다(열림 밸브 상태). 또, 이 상태에서는 배기 밸브(51)의 밸브부(512)는 밸브 시트면(812)에 밀접하고, 배기측 유통로(52a, 52b)가 닫힌다(닫힘 밸브 상태).

이것에 의해, 접속관(13)로부터 흡기실(72) 내에 기체가 흡입된다.

(작용, 효과의 설명)

본 실시형태에서는 전술한 바와 같이, 기준면과, 당해 기준면에 대하여 둔각의 범위로 경사지는 밸브 시트면을 가지는 오목면을 형성하는 밸브 시트가 설치되는 것에　의해, 데드 스페이스를 감소시킬 수 있고, 펌프 장치(1)의 압축비를 높일 수 있다. 데드 스페이스는 펌프 장치(1)에서 다이어프램(61)이 상사점에 있을 때 기체가 남는 스페이스다.

이하, 비교예와 함께 데드 스페이스에 대해서 설명한다.

도 9는 본 실시형태의 펌프 헤드(60)에서의 흡기 밸브 장치(70)측의 데드 스페이스(90)의 영역을 설명하는 도면으로, (A)는 펌프 헤드(60)의 흡기 밸브 장치(70)측의 부분 확대 단면도, (B)는 데드 스페이스(90)의 평면 영역을 나타내는 도면이다.

도 10은 제1 비교예로서, 흡기 밸브에 혀(tongue) 밸브(302)를 사용한 펌프 헤드(361)에서의 데드 스페이스(91)의 영역을 설명하는 도면으로, (A)는 펌프 헤드(361)의 부분 확대 단면도, (B)는 데드 스페이스(91)의 평면 영역을 나타내는 도면이다.

도 11은 제2 비교예로서, 흡기 밸브에 원형 밸브(312)를 사용한 펌프 헤드(362)에서의 데드 스페이스(92)의 영역을 설명하는 도면으로, (A)는 펌프 헤드(362)의 부분 확대 단면도, (B)는 데드 스페이스(92)의 평면 영역을 나타내는 도면이다.

도 9∼도 11에서 펌프 헤드에서의 데드 스페이스의 영역은 도트로(회색으로) 나타내고 있다.

본 실시형태에서는 도 9에 나타나 있는 바와 같이, 흡기 밸브(41)를 수용하는 원뿔대 형상의 오목면(75)의 영역이 데드 스페이스(90)가 된다.

도 10에 나타내는 제1 비교예에서는 펌프 장치에 결합했을 때에 펌프 헤드(361)의 다이어프램(61) 측에 위치하는 제1 면(360a)에 직주체상의 오목부(304)가 설치되고 있다. 오목부(304)는 혀 밸브(302)를 수용한다.

혀 밸브(302)는 평면이 직사각 형상의 얇은 판상을 가진다. 오목부(304)를 구성하는 평탄한 저면이 밸브 시트(305)가 된다. 혀 밸브(302)의 한쪽 끝은 밸브 시트(305)에 나사(303)에 의해 고정된다. 혀 밸브(302)의 다른쪽 끝은 자유단이고, 밸브 시트(305)에 설치되는 흡기측 유통로(301)을 덮도록 배치된다.

제1 비교예에서의 펌프 헤드(361)에서는 데드 스페이스(91)는 직주체상의 오목부(304)의 영역이다. 데드 스페이스(91)의 부피는 혀 밸브(302)의 평면 면적에 오목부(304)의 높이(펌프 헤드(361)의 두께 방향에서의 치수)를 곱한 것과 거의 같다. 오목부(304)의 높이는 혀 밸브(302) 및 나사(303)의 머리부(303a)가 펌프 헤드(361)에 의해 형성되는 공간보다도 외측으로 나오지 않도록 설정되기 때문에, 데드 스페이스(91)의 높이는 어느 정도의 높이가 필요하게 된다.

제1 비교예와 같이 밸브체를 수용하는 오목부가 직주체상의 경우와 비교해서, 밸브체의 평면 면적이 동등할 경우, 본 실시형태와 같이 원뿔상으로 하는 것이 데드 스페이스의 부피를 작게 할 수 있다.

계속해서, 도 11에 나타내는 제2 비교예에서는 펌프 헤드(362)와 펌프 헤드 커버(313) 사이에, 원형 밸브(312)를 수용하고, 원형 밸브(312)의 상하 방향으로 이동 가능한 공간(309)이 형성되고 있다. 또 펌프 헤드(362)에는 공간(309)과 주실(펌프실) 사이를 이동하는 기체의 유로(307)가 설치되고 있다. 공간(309) 내에서는 도면 상, 원형 밸브(312)의 하측에 기체가 유입될 수 있도록 경사면(308)이 설치되어 있다.

펌프 헤드(362)에는 원형 밸브(312)를 위치 결정하는 위치결정 핀(306)이 설치되어 있다. 원형 밸브(312)의 중심에는 위치결정 핀(306)이 관통하고 있고, 원형 밸브(312)는 위치결정 핀(306)을 따라서 상하로 이동 가능하게 되어 있다. 닫힘 위치에서, 원형 밸브(312)는 펌프 헤드(362)에 설치되는 평탄한 밸브 시트(305)에 설치되는 흡기측 유통로(301)를 덮도록 배치된다.

제2 비교예에서의 펌프 헤드(362)에서는 데드 스페이스(92)는 공간(309)과 유로(307)의 영역이다. 공간(309)의 높이는 원형 밸브(312)의 상하 이동분, 경사면(308)의 설치분을 고려해서 결정할 수 있기 때문에 공간(309)은 어느 정도의 높이가 필요하게 된다. 또, 공간(309)의 크기는 원형 밸브(312)의 크기에도 의존한다.

제2 비교예에 대해서, 본 실시형태에서는 원형 밸브(312) 아래를 기체가 통과하도록 경사면(308)을 설치할 필요가 없다. 이것에 의해, 본 실시형태에서는 제2 비교예와 비교해서 데드 스페이스(90)의 부피를 작게 할 수 있다.

다음에, 본 실시형태의 펌프 헤드(60)를 탑재한 펌프 장치(1)에서의 데드 스페이스가 종래의 펌프 장치와 비교해서 어느 정도 삭감할 수 있었는지의 여부를 도 12 및 도 13을 사용하여 설명한다. 도 12 및 도 13에서, 펌프 헤드에서의 데드 스페이스의 영역은 도트로(회색으로) 나타내고 있고, 주실(661)(펌프실)에서의 데드 스페이스에는 도트를 넣지 않고 있다(회색으로 나타내지 않음).

도 12는 상기한 본 실시형태에 따른 펌프 장치(1)와 동일한 구조를 가지는 펌프 장치(1A)의 부분 단면도이다. 펌프 장치(1A)는 ULVAC, Inc.의 다이어프램형 드라이 진공펌프 형식 DA-121D에 탑재되는 펌프 헤드를, 본 실시형태에 따른 펌프 헤드(60)로 치환한 것에 상당한다.

도 13은 제3 비교예로서의 펌프 장치(310)의 부분 단면도이다. 제3 비교예의 펌프 장치(310)로서 ULVAC, Inc.의 다이어프램형 드라이 진공펌프, 형식 DA-121D에 대응하는 구성을 가진다.

도 12에 나타내는 펌프 장치(1A)와 도 13에 나타내는 펌프 장치(310)는 펌프 헤드의 형상이 다른 점에서 다르다. 도 13에서 도 12와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략한다.

도 13에 나타나 있는 바와 같이, 제3 비교예에서의 펌프 장치(310)의 펌프 헤드(363)는 제2 비교예와 동일한 밸브구조를 가진다. 펌프 헤드(363)는 다이어프램(61)측에 위치하는 제1 면(360a)과, 당해 제1 면(360a)과는 반대측의 제2 면(360b)을 가진다. 펌프 헤드(363)의 흡기 밸브 장치(370) 및 배기 밸브 장치(380) 각각에 사용되는 원형 밸브(314)는 모두 펌프 헤드(363)의 제2 면(360b) 측에 배치된다.

흡기 밸브 장치(370)에서는 제2 면(360b) 측에 원형 밸브(314)를 수용하는 오목부(371)가 설치되어 있다. 당해 오목부(371)는 그 중심부터 주연부를 향해서 점차적으로 오목부의 깊이가 깊어지는 경사면을 가진다. 흡기 밸브 장치(370)에서의 원형 밸브(314)는 열림 위치에서, 밸브부가 오목부(371) 내에 위치하도록 움직인다. 오목부(371)는 흡기측 유통로(340)와 연통하고 있다.

배기 밸브 장치(380)에서는 평탄한 제2 면(360b)에 원형 밸브(314)가 배치되고, 당해 원형 밸브(314)에 대응해서 배기측 유통로(350)가 설치되어 있다. 도면에 나타내는 것은 생략하지만, 배기 밸브 장치(380)에는 원형 밸브(314)의 도에서 바로 위의 위치에, 상기한 오목부(371)에 대응하는 형상의 볼록부를 가지는 펌프 헤드 커버가 설치되고 있다.

도 13에 나타내는 제3 비교예에서의 펌프 헤드(363)에서는 오목부(371)와, 흡기측 유통로(340)와, 배기측 유통로(350)의 영역이 데드 스페이스(93)가 된다.

이에 대하여 본 실시형태의 펌프 장치(1A)의 펌프 헤드(60)에서는 도 12에 나타나 있는 바와 같이, 원뿔대 형상의 오목면(75)과, 배기측 유통로(52a, 52b)의 영역이 데드 스페이스(90)가 된다.

본 실시형태의 펌프 헤드(60)에서는 흡기 밸브 장치(70)에서, 흡기 밸브(41)를 제1 면(60a) 측에 배치하는 것에 의해 흡기측 유통로 분의 데드 스페이스를 삭감할 수 있다.

또 제1 면(60a) 측에 흡기 밸브(41)를 수용하는 오목면(75)가 설치되므로, 흡기 밸브(41)가 열림 밸브 시에서, 오목면(75)에 의해 형성되는 공간 외로 돌출하는 경우가 없다. 따라서 오목면(75)을 설치하지 않고 제1 면(60a)에 흡기 밸브를 배치하는 경우와 비교해서 본 실시형태에서는 상사점의 다이어프램(61)의 위치를 펌프 헤드(60)에 더욱 가까이 할 수 있고, 펌프실(66)의 일부를 구성하는 주실(661)에서의 데드 스페이스를 삭감할 수 있다.

게다가, 밸브 시트(71)를 형성하는 오목면(75)은 기준면(711)으로부터 개구 끝을 향해서 개구 면적이 점차 커지도록 기준면(711)에 대하여 둔각으로 경사지는 밸브 시트면(712)를 가지고 있다. 이것에 의해, 도 10에 나타나 있는 바와 같은 직주체상의 오목부를 설치하는 경우와 비교해서 오목부의 부피를 작게 할 수 있고, 데드 스페이스의 부피를 더욱 삭감할 수 있다.

또, 본 실시형태의 펌프 헤드(60)에서는 배기 밸브 장치(80)에서, 상기한 바와 같이, 배기측 오목부(83)의 바닥부에 배기측 밸브 시트(81)가 설치되어 있기 때문에, 배기측 유통로(52a, 52b)의 펌프 헤드(60)의 두께 방향에서의 길이는 흡기측 유통로(42a, 42b)보다도 짧아지고 있다.

따라서 배기측 유통로(52a, 52b)에 의한 데드 스페이스(90)의 부피를, 도 13에 나타내는 제3 비교예에서의 배기 밸브 장치(380)의 배기측 유통로(350)에 의한 데드 스페이스(93)보다도 삭감시킬 수 있다.

또, 전술한 바와 같이, 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))에 대응하는 유통로의 수를 슬릿의 수와 동일하게 하는 것에　의해, 밸브 시트면의 소면적화가 가능하게 되고, 데드 스페이스(90)의 부피를 삭감할 수 있다.

도 13에 나타내는 제3 비교예의 펌프 장치(310)에서는 데드 스페이스(93)는 4912, 949㎣이었다. 이에 대하여 도 12에 나타내는 본 실시형태의 펌프 장치(1A)에서는 데드 스페이스(90)는 883, 718㎣이었다. 이렇게, 본 실시형태의 펌프 장치(1A)는 제3 비교예에서의 펌프 장치(310)보다도, 데드 스페이스(90)의 부피를 약 82%로 대폭 삭감할 수 있었다.

이렇게, 데드 스페이스(90)의 부피를 작게 하는 것에　의해, 다이어프램(61)의 이동 용량에 대하여 데드 스페이스(90)를 더욱 작게 할 수 있으므로, 펌프 장치(1A)의 압축비를 높일 수 있다. 압축비는 펌프 헤드(60) 내부의 총용량을 V, 다이어프램(61)의 실제 이동용량을 V'라고 하면, V/ (V-V')로 나타낼 수 있다.

그리고 압축비가 높아지는 것에　의해 고유량을 얻을 수 있다. 이것에 의해, 열림 위치로부터 닫힘 위치로의 밸브체의 리턴이 빨라지고, 밸브체의 밀봉성이 향상하고, 도달 압력을 낮게 하는 것이 가능하게 된다.

또, 상기한 바와 같이, 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))는 펌프 헤드(60)에 장착되어 있는 상태에서, 응력이 걸리게 설치되는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 밸브체(흡기 밸브(41), 배기 밸브(51))의 밀봉성을 향상시킬 수 있다. 이하, 설명한다.

우선, 도 14 및 도 15를 사용해서 상술한 제1 비교예와 같은 혀 밸브를 사용하는 경우와 제2 비교예와 같은 원형 밸브를 사용할 경우에 대해서 설명한다.

도 14는 흡기 밸브로서의 혀 밸브(302)의 개폐에 대해서 설명하는 도면으로, (A)는 닫힘 위치일 때, (B)는 열림 위치일 때를 각각 나타낸다. 도 14는 상기한 도 10에 상당하고, 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략하는 경우가 있다.

도 14(B)에 나타나 있는 바와 같이 열림 위치에서는, 도면에 나타나 있지 않은 흡기실에서 흡기측 유통로(301)를 통해서 펌프실에 흐르는 기체에 의해, 혀 밸브(302)의 다른쪽 끝은 기체가 진행되는 방향으로 눌려서 밸브 시트(305)로부터 떨어지게 이동하고, 혀 밸브(302)가 열린다.

혀 밸브(302)는 강 등의 용수철 응력(spring stress)이 비교적 강한 재료로 구성되고 있고, 열림 위치로부터 닫힘 위치로의 이동은 혀 밸브(302) 자체의 용수철 응력에 의존한다. 이 때문에, 예를 들면, 흡기측 기구에서는 다이어프램(61)이 하사점에 도달하기 전에 용수철 응력에 의해 혀 밸브(302)가 닫힘 위치으로 되돌아가기 쉽고, 충분하게 흡기 되기 전에 밸브가 닫혀버리게 된다.

도 15는 흡기 밸브로서의 원형 밸브의 개폐에 대해서 설명하는 도면으로, (A)는 닫힘 위치일 때, (B)는 열림 위치일 때를 각각 나타낸다. 도 15는 상기한 도 11에 상당하고, 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략하는 경우가 있다

도 15(B)에 나타나 있는 바와 같이 열림 위치에서는, 흡기실로부터 흡기측 유통로(301)를 통해서 펌프실에 흐르는 기체에 의해, 원형 밸브(312)는 기체가 진행되는 방향으로 눌려서 밸브 시트(305)로부터 떨어지게 이동하고, 원형 밸브(312)가 열린다.

도 15에 나타내는 원형 밸브(312)를 사용하는 밸브 장치에서는 기체 이송시에 밸브의 표리에 걸리는 압력 차이에 의하여 밸브의 개폐가 이루어진다. 즉, 원형 밸브(312)의 열림 위치로부터 닫힘 위치로의 이동은, 펌프실과 대기의 차압에 의존한다. 원형 밸브(312)에는 금속 이외의 수지 등이 사용된다. 이렇게, 도 15에 나타내는 밸브 장치에서는 차압에 의해 원형 밸브의 개폐가 이루어지므로, 압축비를 크게 할 수 없고, 원형 밸브가 열림 위치부터 닫힘 위치로 되돌아가기 어렵다.

이것들 비교예에 대하여, 본 실시형태의 밸브 장치에서는 흡기 밸브(41), 배기 밸브(51)의 열림 위치로부터 닫힘 위치로의 이동은, 펌프실과 대기의 차압과, 흡기 밸브(41), 배기 밸브(51)에 걸리는 응력의 양쪽에 의존한다. 이것에 의해, 상기에 2개의 비교예와 비교해서, 효율적으로 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))의 밀봉성을 향상시킬 수 있다.

즉, 상기한 바와 같이, 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))는 펌프 헤드(60)에 장착된 상태에서 응력이 걸린 상태에 있고, 장착 전의 평탄한 상태로 되돌아가려고 하는 힘이 작용한다. 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))는 닫힘 위치에서 응력이 걸린 상태에 있고, 열림 위치에서는, 닫힘 위치일 때보다도 더욱 응력이 걸린 상태가 된다.

이렇게, 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))는 열림 위치에서, 닫힘 위치일 때보다도 응력이 걸린 상태가 되어 있으므로, 열림 위치로부터 닫힘 위치로 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))는 되돌아가기 쉽게 되어 있고, 도달 압력을 낮게 할 수 있다.

또 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))는 닫힘 위치에서 응력이 걸린 상태에 있으므로, 닫힘 위치에서 밸브부(412(512))는 흡기측 밸브 시트(71)(배기측 밸브 시트(81))를 향해서 눌리게 되고, 흡기 밸브(41)(배기 밸브(51))의 밀봉성이 향상하고, 도달 압력을 낮게 할 수 있다.

또 본 실시형태에서는 흡기 밸브(41), 배기 밸브(51)의 열림 위치로부터 닫힘 위치로의 이동은, 흡기 밸브(41), 배기 밸브(51)에 걸리는 응력에 부가해서 펌프실과 대기와의 차압에도 의존하므로, 밀봉성이 더욱 향상하고, 도달 압력을 낮게 할 수 있다.

이상과 같이, 데드 스페이스의 부피 삭감에 부가해서, 응력이 걸린 상태의 밸브체(흡기 밸브(41), 배기 밸브(51))를 사용해서 밸브 장치가 구성되는 것에　의해, 밸브체의 밀봉성을 더욱 향상시킬 수 있고, 도달 압력을 낮게 할 수 있다.

또, 본 실시형태의 펌프 헤드(60)에서는 흡기측 밸브 시트(71)(배기측 밸브 시트(81))에서, 밀봉면이 되는 밸브 시트면(712(812))이 기준면(711(811))에 대하여 둔각으로 경사져 있기 때문에, 밸브 시트가 평탄한 경우와 비교해서 펌프 작동 시의 밸브부가 들어 올려지고 되돌아갈 때까지의 거리(리프트 스트로크)를 작게 할 수 있다. 이것에 의해, 밸브체의 리턴이 이루어지고, 밸브체의 밀봉성이 향상하고, 도달 압력을 낮게 하는 것이 가능하게 된다.

[ 실시예 ]

본 실시형태에 따른 펌프 헤드(60)를 탑재한 펌프 장치의 도달 압력의 측정결과를 종래품의 펌프 장치에서의 측정결과와 함께 표 1에 나타낸다.

하기 표 1에서, 종래품에 1단 압축구조의 펌프 장치로서, ULVAC, Inc.의 다이어프램형 드라이 진공펌프 형식 DA-241S를 준비했다.

본 실시형태에서의 펌프 헤드(60)를 탑재한 1단 압축구조의 펌프 장치로서, ULVAC, Inc.의 다이어프램형 드라이 진공펌프 형식 DA-241S의 펌프 헤드를, 본 실시형태에 따른 펌프 헤드(60)로 치환한 것을 준비했다.

종래품에 2단 압축구조의 펌프 장치로서, ULVAC, Inc.의 다이어프램형 드라이 진공펌프 형식 DA-121D를 준비했다.

본 실시형태에서의 펌프 헤드(60)를 탑재한 2단 압축구조의 펌프 장치로서, ULVAC, Inc.의 다이어프램형 드라이 진공펌프 형식 DA-121D의 펌프 헤드를, 본 실시형태 에 따른 펌프 헤드(60)로 치환한 것을 준비했다.

어느 쪽의 장치에서도 모터(M)의 전원 주파수를 50Hz로 했을 때와 60Hz로 했을 때 각각에서의 도달 압력을 측정했다.

표 1에 나타나 있는 바와 같이 본 실시형태 에 따른 펌프 헤드(60)를 사용하는 것에　의해, 종래품과 비교해서 도달 압력을 낮게 할 수 있었다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상에 의거하여 여러 가지의 변형이 가능한다.

예를 들면, 이상의 실시형태에서는 원뿔대 형상의 오목면을 형성하는 밸브 시트를 예를 들었지만, 형상은 이것에 한정되지 않는다. 기준면에 대하여 둔각으로 경사지는 밸브 시트면을 가지는 형상이라면 좋다. 예를 들면 원추형, 피라미드상, 각뿔대 형상의 오목면을 형성하는 밸브 시트일 수도 있다. 이러한 구성에서도 밸브체에는 슬릿이 설치되어 있기 때문에, 밸브체의 변형 발생을 억제해서 밸브 시트면에 밸브체를 따르게 할 수 있다.

또, 이상의 실시형태에서는 본발명에 따른 밸브 장치 및 펌프 헤드를 다이어프램 펌프에 적용한 예를 설명했지만, 이것에 한정되지 않고, 피스톤 펌프 등의 다른 펌프 장치에서의 밸브 장치 혹은 펌프 헤드에도 적용가능하다.

또, 본 발명에 따른 밸브 장치는 흡배기용의 밸브 장치에 한정되지 않고, 체크 기능을 가지는 범용의 개폐 밸브에도 동일하게 적용 가능하다.

1, 1A: 펌프 장치
41: 흡기 밸브(밸브체, 흡기측 밸브체)
42a, 42b: 흡기측 유통로(유통로)
46, 56: 나사
51: 배기 밸브(밸브체, 배기측 밸브체)
52a, 52b: 배기측 유통로(유통로)
60: 펌프 헤드
60a: 제1 면
60b: 제2 면
61: 다이어프램(왕복동 헤드)
66: 펌프실
71: 흡기측 밸브 시트(밸브 시트)
75, 85: 오목면
81: 배기측 밸브 시트(밸브 시트)
411, 511: 지지부
412, 512: 밸브부
413, 513: 슬릿
414, 514: 주연부
600: 베이스 부재
711, 811: 기준면
712, 812: 밸브 시트면
M: 모터

Claims (6)

1. 접속 구멍이 형성된 바닥부를 가지고, 상기 접속 구멍의 주위에 복수의 통기공이 형성된 뿔꼴형상의 오목면으로 이루어지는 밸브 시트와,
   상기 바닥부에 대향하는 지지부와, 상기 지지부의 외측으로부터 직경방향으로 연장되는 복수의 슬릿을 가지고 상기 복수의 통기공에 대향하는 탄성 변형 가능한 복수의 밸브부를 가지는 밸브 부재와,
   상기 접속 구멍에 접속되고, 상기 지지부를 상기 밸브 시트에 고정하는 고정구를 구비하는 밸브 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 밸브 부재는 합성수지 재료로 구성된 원형의 판재로 구성되고, 상기 복수의 밸브부는 상기 복수의 통기공에 각각 대응해서 배치되는 밸브 장치.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 복수의 통기공은 상기 접속 구멍과 동심적인 원호형상을 가지는 밸브 장치.
4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 슬릿은 상기 지지부측의 단부에 확폭부를 가지는 밸브 장치.
5. 제1 면과, 상기 제1 면과는 반대측의 제2 면을 가지는 베이스 부재와,
   상기 제1 면에 설치된 흡기 밸브 장치와,
   상기 제2 면에 설치된 배기 밸브 장치를 구비하고,
   상기 흡기 밸브 장치 및 상기 배기 밸브 장치는 각각,
   접속 구멍이 형성된 바닥부를 가지고, 상기 접속 구멍의 주위에 복수의 통기공이 형성된 뿔꼴형상의 오목면으로 이루어지는 밸브 시트와,
   상기 바닥부에 대향하는 지지부와, 상기 지지부에서 직경방향으로 연장되는 복수의 슬릿을 가지고 상기 복수의 통기공에 대향하는 탄성 변형 가능한 복수의 밸브부를 가지는 밸브 부재와,
   상기 접속 구멍에 접속되고, 상기 지지부를 상기 밸브 시트에 고정하는 고정구를 가지는 펌프 헤드.
6. 제5 항에 기재된 펌프 헤드를 구비한 펌프 장치.

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