專利名稱：真空閥用波紋管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種為了在真空閥中對(duì)驅(qū)動(dòng)閥構(gòu)件的驅(qū)動(dòng)部和設(shè)置在真空氣氛中的主流路進(jìn)行劃分而使用的真空閥用波紋管。
背景技術(shù)：
以往，作為高真空L型閥，例如公知如日本特許公開2004 - 340344號(hào)公報(bào)中公開的那樣，利用成形波紋管劃分閥構(gòu)件的驅(qū)動(dòng)部與設(shè)置在真空氣氛中的主流路之間的真空閥。該高真空L型閥除波紋管的詳細(xì)結(jié)構(gòu)以外，與圖3所示的真空閥實(shí)質(zhì)相同。進(jìn)一步詳細(xì)地說明該真空閥的結(jié)構(gòu)，該真空閥包括第I主接口和第2主接口，該第I主接口與真空泵及真空腔的一方相連接，該第2主接口與真空泵及真空腔的另一方相連接；圓環(huán)狀的閥座，其形成于在外殼內(nèi)連結(jié)上述兩主接口的主流路中；盤形的閥構(gòu)件，其 抵接或離開該閥座而開閉上述主流路；驅(qū)動(dòng)部，其通過沿軸線方向驅(qū)動(dòng)與該閥構(gòu)件相連結(jié) 的桿，使上述閥構(gòu)件進(jìn)行開閉動(dòng)作；為了劃分上述閥構(gòu)件的驅(qū)動(dòng)部和設(shè)置在真空氣氛中的上述外殼內(nèi)的主流路，在上述外殼與上述盤形的閥構(gòu)件的周邊之間，以圍繞上述桿的周圍的方式設(shè)有伸縮自如的成形波紋管。通常，在由液密地封閉了兩端的金屬筒構(gòu)成的原料管的周圍以等間隔配置許多個(gè)環(huán)狀的模具，將高壓的液體導(dǎo)入到該原料管內(nèi)，使該原料管的外周的不與上述環(huán)狀的模具抵接的部分向外側(cè)鼓出，并且縮小上述許多個(gè)環(huán)狀的模具間的間隔，從而制造上述已知的真空閥用波紋管，將利用該液壓脹形使原料管向外側(cè)呈環(huán)狀鼓出的部分作為峰部，將不鼓出的環(huán)狀的部分作為谷部。該成形波紋管通常以同等程度形成上述峰部的截面處的曲率半徑(稱作峰R)和上述谷部的截面處的曲率半徑(稱作谷R)，在將該成形波紋管安裝在真空閥中而進(jìn)行使用時(shí)，有隨著該波紋管的伸縮，與作用于上述峰部的應(yīng)力相比作用于谷部的應(yīng)力成為疲勞破壞的原因的傾向，因此，通常在快到使用壽命的階段，在該谷部的波紋管中心側(cè)面(圖I的部位a)發(fā)生龜裂。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決在上述的成形波紋管的谷部發(fā)生疲勞破壞的問題，本發(fā)明人對(duì)通過改變波紋管的峰部數(shù)量、構(gòu)成波紋管的金屬筒的板厚、波紋管的端部的保持部的板厚而進(jìn)行的變形性的調(diào)整等各種參數(shù)的變更所對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的最大應(yīng)力、該最大應(yīng)力的分布的變化等，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)或利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行了模擬，結(jié)果確定為了使在上述真空閥用波紋管伸縮時(shí)作用于外側(cè)的環(huán)狀的峰部和內(nèi)側(cè)的環(huán)狀的谷部的應(yīng)力盡可能地均等化而謀求該波紋管的長(zhǎng)壽命化，相互調(diào)整上述谷部和峰部的各截面上的曲率半徑(谷R及峰R)是簡(jiǎn)單有效的方法。本發(fā)明基于該見解，其技術(shù)性的課題在于，通過將上述谷部和峰部的各截面處的曲率半徑設(shè)定在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，使在上述真空閥用波紋管伸縮時(shí)作用于內(nèi)側(cè)的環(huán)狀的谷部和外側(cè)的環(huán)狀的峰部的應(yīng)力盡可能地均等化，謀求該波紋管的長(zhǎng)壽命化。
另外，真空閥用波紋管本來將閥構(gòu)件位于與閥座抵接了的位置時(shí)的該波紋管的軸線方向長(zhǎng)度作為該波紋管的自由長(zhǎng)度，或者將閥構(gòu)件位于與閥座抵接了的位置時(shí)的上述波紋管的軸線方向長(zhǎng)度用作從該自由長(zhǎng)度伸長(zhǎng)至上述閥構(gòu)件與閥座抵接的位置的長(zhǎng)度，所以在上述任一情況下，都優(yōu)選使在波紋管伸縮時(shí)作用于該谷部和峰部的應(yīng)力盡可能地均等化，研究了由本發(fā)明人進(jìn)行的上述計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果，確定在尋求使上述谷部和峰部的各截面處的曲率半徑的比(谷R/峰R)適當(dāng)?shù)姆秶鷷r(shí)，參照在閥構(gòu)件進(jìn)行開閉動(dòng)作的期間的谷部和峰部的應(yīng)力振幅的這一做法，如以下詳述的那樣無論在閥構(gòu)件位于與閥座抵接了的位置時(shí)的波紋管的伸長(zhǎng)的程度(后述的壓縮比)如何，對(duì)由交變應(yīng)力引發(fā)的金屬疲勞的程度的均等化都是有效的。本發(fā)明的另一技術(shù)性的課題在于，基于該見解獲得上述谷R與上述峰R的適當(dāng)?shù)谋?。為了解決上述課題，根據(jù)本發(fā)明，真空閥用波紋管為了劃分主流路和驅(qū)動(dòng)部而以圍繞桿的周圍的方式配設(shè)于真空閥中，該真空閥具備上述主流路，盤形的閥構(gòu)件通過抵接 或離開閥座而開閉該主流路；驅(qū)動(dòng)部，其借助上述桿驅(qū)動(dòng)上述閥構(gòu)件，該真空閥用波紋管的特征在于，在金屬筒的周壁上沿該金屬筒的軸線方向交替地連續(xù)形成向該金屬筒的內(nèi)側(cè)鼓出的環(huán)狀的谷部、和向該金屬筒的外側(cè)鼓出的環(huán)狀的峰部，從而構(gòu)成上述波紋管，在來自上述桿的外力未作用于該波紋管的狀態(tài)下，在將上述谷部的截面的曲率半徑設(shè)為谷R，將上述峰部的截面的曲率半徑設(shè)為峰R時(shí)，作為該谷R與峰R的比的谷R/峰R處于I. 15 I. 70的范圍內(nèi)。更優(yōu)選在上述真空閥用波紋管中，上述R比率設(shè)定在I. 20 I. 55的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的真空閥用波紋管的優(yōu)選實(shí)施方式中，上述閥構(gòu)件位于與閥座抵接了的位置時(shí)的上述波紋管的軸線方向長(zhǎng)度是該波紋管的自由長(zhǎng)度，在上述閥構(gòu)件位于全開位置時(shí)，上述波紋管自該波紋管的自由長(zhǎng)度以總位移量進(jìn)行壓縮。另外，在本發(fā)明的真空閥用波紋管的另一優(yōu)選實(shí)施方式中，在上述閥構(gòu)件位于與閥座抵接了的位置時(shí)，上述波紋管處于自該波紋管的自由長(zhǎng)度伸長(zhǎng)直到上述閥構(gòu)件與閥座抵接的位置的狀態(tài)，在上述閥構(gòu)件位于全開位置時(shí)，上述波紋管自該波紋管的自由長(zhǎng)度以總位移量被壓縮。在該情況下，可以使在上述閥構(gòu)件位于與閥座抵接了的位置時(shí)上述波紋管伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度與在上述閥構(gòu)件位于全開位置時(shí)該波紋管壓縮的長(zhǎng)度相等或在該壓縮的長(zhǎng)度以下。此外，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，通過對(duì)不銹鋼制的金屬薄板進(jìn)行深拉深加工，形成了構(gòu)成上述波紋管的金屬筒。采用以上詳述的本發(fā)明，利用將真空閥用波紋管的上述谷部和峰部的各截面上的曲率半徑相互調(diào)整，將這些曲率半徑的比設(shè)定在上述適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)而使金屬筒液壓脹形的這一簡(jiǎn)單方法，能夠使在上述真空閥用波紋管伸縮時(shí)作用于谷部和峰部的應(yīng)力盡可能地均等化，實(shí)現(xiàn)該波紋管的長(zhǎng)壽命化。另外，采用本發(fā)明，在尋求使上述谷部和峰部的曲率半徑的比(谷R/峰R)適當(dāng)?shù)姆秶鷷r(shí)，參照在閥構(gòu)件進(jìn)行開閉動(dòng)作的期間的谷部和峰部的應(yīng)力振幅，無論在閥構(gòu)件位于與閥座抵接了的位置時(shí)的波紋管的伸長(zhǎng)的程度(壓縮比)如何，都能獲得由交變應(yīng)力引發(fā)的金屬疲勞的程度均等的波紋管。


圖I是表示本發(fā)明的真空閥用波紋管的實(shí)施例的主要部分縱剖視圖。圖2是上述實(shí)施例中的主要部分剖視立體圖。圖3是具有上述實(shí)施例的真空閥用波紋管的高真空L型閥的剖視圖。圖4是在與R比率的關(guān)聯(lián)上表示表I所示的波紋管的應(yīng)力振幅的數(shù)據(jù)的曲線圖。圖5是在與R比率的關(guān)聯(lián)上表示表2所示的壓縮比75%的波紋管的應(yīng)力振幅的數(shù)據(jù)的曲線圖。圖6是在與R比率的關(guān)聯(lián)上表示表3所示的壓縮比50%的波紋管的應(yīng)力振幅的數(shù)據(jù)的曲線圖。
圖7是在與R比率的關(guān)聯(lián)上表示使壓縮比不同的波紋管的最大應(yīng)力的曲線圖。
具體實(shí)施例方式圖I和圖2表示本發(fā)明的真空閥用波紋管的一實(shí)施例，圖3例示具有該波紋管的真空閥的結(jié)構(gòu)。首先，參照?qǐng)D3對(duì)安裝使用上述真空閥用波紋管的真空閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。該真空閥包括第I主接口 3和第2主接口 4，該第I主接口 3與真空泵及真空腔的一方相連接，該第2主接口 4與真空泵及真空腔的另一方相連接；圓環(huán)狀的閥座5，其形成于在外殼I內(nèi)連結(jié)兩主接口 3、4的主流路2中；盤形的閥構(gòu)件6，其抵接或離開該閥座5而開閉上述主流路2 ;桿7，其與該閥構(gòu)件6相連結(jié)；驅(qū)動(dòng)部10，其通過沿軸線方向驅(qū)動(dòng)該桿7，使上述閥構(gòu)件6進(jìn)行開閉動(dòng)作。下面說明用上述驅(qū)動(dòng)部10借助上述桿7驅(qū)動(dòng)閥構(gòu)件6的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。在該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，在上述閥構(gòu)件6的背面中央部安裝有驅(qū)動(dòng)用的上述桿7的前端部，利用上述驅(qū)動(dòng)部10沿軸線方向驅(qū)動(dòng)該桿7，由于需要?jiǎng)澐掷蒙鲜鐾鈿自主流路2劃分出來的上述驅(qū)動(dòng)部10，和通過上述閥構(gòu)件6抵接或離開閥座5而進(jìn)行開閉的該閥構(gòu)件6周邊的主流路2，所以圍繞上述桿7的周圍地配設(shè)有伸縮自如的波紋管8。因此，在上述真空泵工作時(shí)，形成主流路2的波紋管8的外側(cè)處于真空氣氛中，相對(duì)于此，波紋管的內(nèi)側(cè)處于大氣壓下。另夕卜，在上述閥構(gòu)件6的背面與上述驅(qū)動(dòng)部10的隔壁11之間，設(shè)有向閉閥方向?qū)υ撻y構(gòu)件6施力的螺旋狀的復(fù)位彈簧9。上述桿7在外殼I的內(nèi)部沿該殼體I的中心軸線延伸，該桿7的基端將劃分形成上述驅(qū)動(dòng)部10的隔壁11貫穿而與缸室12內(nèi)的活塞13相連結(jié)。另外，在安裝于上述閥構(gòu)件6的背面的上述桿7的周圍固定有筒狀的限動(dòng)部17，該限動(dòng)部17的前端部與上述隔壁11的中心筒部Ila抵接而限制閥構(gòu)件6的全開位置，由此設(shè)定上述閥構(gòu)件6的行程。此外，在上述活塞13與上述隔壁11之間劃分形成壓力室14，該壓力室14朝向開口于缸體15的側(cè)面的操作口 16開口，所以通過從外部向該操作口 16供給壓力流體，沿自閥座5與該閥座5分開的方向驅(qū)動(dòng)上述閥構(gòu)件6。在上述閥構(gòu)件6的背面?zhèn)龋試@上述桿7及復(fù)位彈簧9的周圍的方式設(shè)有伸縮自如的上述波紋管8。該波紋管8的一端氣密地安裝于上述閥構(gòu)件6的背面，另一端安裝于支承板8a，該支承板8a設(shè)在外殼I的端部與上述隔壁11之間。該波紋管8是將通過對(duì)不銹鋼制的金屬薄板進(jìn)行深拉深加工而獲得的金屬筒作為原料，形成為在該金屬筒的周壁上，使向外側(cè)鼓出的環(huán)狀的谷部21和朝向內(nèi)側(cè)的環(huán)狀的峰部22沿該金屬筒的軸線方向交替地連續(xù)的狀態(tài)的成形波紋管。如上所述，在以往的使用成形波紋管的真空閥中，有隨著該波紋管的伸縮，作用于谷部的應(yīng)力高于作用于峰部的應(yīng)力的傾向，因此，通常在快到使用壽命的階段，在谷部發(fā)生疲勞破壞，但在基于本發(fā)明的成形波紋管8中，基于將作為上述谷R與上述峰R的比的R比率設(shè)定在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)的做法能夠有效解決上述疲勞破壞的問題的見解，根據(jù)后述那樣的實(shí)驗(yàn)或計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果，將該R比率設(shè)定在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，即，設(shè)定在能夠使在上述波紋管伸縮時(shí)作用于內(nèi)側(cè)的谷部21和外側(cè)的峰部22的應(yīng)力盡可能地均等化的范圍內(nèi)。 結(jié)論為在來自上述桿7的外力不作用于波紋管8本身的狀態(tài)(自由長(zhǎng)度)下使上述R比率處于I. 15 I. 70的范圍內(nèi)，對(duì)使作用于谷部21和峰部22的應(yīng)力盡可能地均等化是有效的，此外更優(yōu)選上述R比率處于I. 20 I. 55的范圍內(nèi)。在將上述波紋管8組裝在真空閥的桿7的周圍的情況下，將閥構(gòu)件6位于與閥座5 抵接了的位置時(shí)的波紋管8的軸線方向長(zhǎng)度設(shè)定為波紋管8本身的自由長(zhǎng)度。因此，在該閥構(gòu)件6位于全開位置時(shí)的波紋管8的軸線方向長(zhǎng)度是從波紋管8的自由長(zhǎng)度中減去總位移量后得到的長(zhǎng)度，該波紋管8處于自其自由長(zhǎng)度以總位移量進(jìn)行了壓縮的狀態(tài)。接下來說明的涉及R比率等的數(shù)據(jù)是進(jìn)行了上述組裝的情況下的數(shù)據(jù)。另外，通過將上述閥構(gòu)件6位于與閥座5抵接了的位置時(shí)的波紋管8的軸線方向長(zhǎng)度作為自該波紋管8的自由長(zhǎng)度伸長(zhǎng)直到上述閥構(gòu)件6與閥座5抵接的位置的長(zhǎng)度，將該閥構(gòu)件位于全開位置時(shí)的波紋管的軸線方向長(zhǎng)度作為處于自該波紋管的自由長(zhǎng)度以總位移量進(jìn)行了壓縮的狀態(tài)的長(zhǎng)度，也能設(shè)定上述波紋管的自由長(zhǎng)度，關(guān)于這些操作的更詳細(xì)內(nèi)容見后述。接下來，利用實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)模擬確認(rèn)到的結(jié)果，基于實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)模擬所用的數(shù)據(jù)，具體說明上述R比率等設(shè)定在上述數(shù)值范圍內(nèi)是有效的。首先，使用外徑D1為120. O Φ_、內(nèi)徑D2為94. 5 Φ_、峰部高度為12. 8mm>自由長(zhǎng)度L為160mm、板厚為O. 22mm、峰部數(shù)量為19的試驗(yàn)用波紋管,在使該試驗(yàn)用波紋管的內(nèi)側(cè)的氣氛的壓力為大氣壓、使外側(cè)壓力為真空的條件下，如表I中模型I 14所示，使試驗(yàn)用波紋管根據(jù)谷R、峰R及谷R與峰R的曲率半徑而具有O. 54 2. 08的R比率，求出這些模型的下述的應(yīng)力等。關(guān)于各試驗(yàn)用波紋管，求出在沿中心軸線方向施加了 40mm的壓縮位移的狀態(tài)下、以及在使該試驗(yàn)用波紋管處于自由長(zhǎng)度的狀態(tài)下只使內(nèi)外的壓力差發(fā)揮作用的狀態(tài)下的、作用于上述谷部21的中心側(cè)部位a及外周側(cè)部位b、峰部22的中心側(cè)部位c及外周側(cè)部位d的應(yīng)力值(模擬值)，此外，關(guān)于各R比率的試驗(yàn)用波紋管，求出在施加了上述壓縮位移的情況和處于上述自由長(zhǎng)度的狀態(tài)的情況下的a d的各部位的各應(yīng)力及其變動(dòng)幅度、即在閥構(gòu)件6進(jìn)行閥座5的開閉動(dòng)作的期間的上述各部位的應(yīng)力振幅，將這些數(shù)據(jù)表示在表I中。另外，在表中用負(fù)值表示壓縮應(yīng)力。上述應(yīng)力振幅表示在閥構(gòu)件6進(jìn)行開閉動(dòng)作時(shí)的a d的各部位上的應(yīng)力的變動(dòng)幅度，該變動(dòng)幅度在a d的所有部位上都變大的情況由于相差較多的應(yīng)力反復(fù)作用而成為金屬疲勞的原因，所以不理想，但是即使該變動(dòng)幅度較小，也并非能容許應(yīng)力值本身為一定的限度以上，所以優(yōu)選采用上述應(yīng)力的變動(dòng)幅度比較小且最大應(yīng)力值本身未超過一定的上限值的R比率。圖4是在與R比率的關(guān)聯(lián)上將上述表I中的a d的各部位的各應(yīng)力振幅描畫成曲線圖的圖。在該圖中，在R比率為I. 15 1.70的范圍內(nèi)，a d的任一部位上的應(yīng)力振幅均為比較小的值，而且，在R比率為上述R比率的范圍的下限值時(shí)，以往的波紋管中發(fā)生由金屬疲勞引發(fā)的破損的a部位的應(yīng)力振幅與比較不容易破損的c部位的應(yīng)力振幅大致相等，此外，發(fā)生金屬疲勞的可能性僅次于上述a部位高的d部位的應(yīng)力振幅變得充分小，所以從避免由交變應(yīng)力引發(fā)的金屬疲勞的觀點(diǎn)出發(fā)，可以說優(yōu)選R比率為上述范圍的下限值。
權(quán)利要求
1.一種真空閥用波紋管，該真空閥用波紋管為了劃分主流路和驅(qū)動(dòng)部而以圍繞桿的周圍的方式配設(shè)于真空閥中，該真空閥具備所述主流路，盤形的閥構(gòu)件通過抵接或離開閥座而開閉該主流路；所述驅(qū)動(dòng)部，其借助所述桿驅(qū)動(dòng)所述閥構(gòu)件，該真空閥用波紋管的特征在于， 在金屬筒的周壁上沿該金屬筒的軸線方向交替地連續(xù)形成向該金屬筒的內(nèi)側(cè)鼓出的環(huán)狀的谷部和向該金屬筒的外側(cè)鼓出的環(huán)狀的峰部，從而構(gòu)成所述波紋管，在來自所述桿的外力未作用于該波紋管的狀態(tài)下，在將所述谷部的截面的曲率半徑設(shè)為谷R，將所述峰部的截面的曲率半徑設(shè)為峰R時(shí)，作為該谷R與峰R的比的谷R/峰R處于I. 15 I. 70的范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的真空閥用波紋管，其特征在于， 作為所述谷R與峰R的比的谷R/峰R處于I. 20 1.55的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的真空閥用波紋管，其特征在于， 所述閥構(gòu)件位于與閥座抵接了的位置時(shí)的所述波紋管的軸線方向長(zhǎng)度是該波紋管的自由長(zhǎng)度，在所述閥構(gòu)件位于全開位置時(shí)，所述波紋管自該波紋管的自由長(zhǎng)度以總位移量被壓縮。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的真空閥用波紋管，其特征在于， 在所述閥構(gòu)件位于與閥座抵接了的位置時(shí)，所述波紋管處于自該波紋管的自由長(zhǎng)度伸長(zhǎng)直到所述閥構(gòu)件與閥座抵接的位置的狀態(tài)，在所述閥構(gòu)件位于全開位置時(shí)，所述波紋管自該波紋管的自由長(zhǎng)度以總位移量被壓縮。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的真空閥用波紋管，其特征在于， 使在所述閥構(gòu)件位于與閥座抵接了的位置時(shí)所述波紋管伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度，與在所述閥構(gòu)件位于全開位置時(shí)該波紋管被壓縮的長(zhǎng)度相等或在該被壓縮的長(zhǎng)度以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求I 5中任意一項(xiàng)所述的真空閥用波紋管，其特征在于， 構(gòu)成所述波紋管的金屬筒是通過對(duì)不銹鋼制的金屬薄板進(jìn)行深拉深加工而形成的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種真空閥用波紋管，在金屬筒的周壁上沿該金屬筒的軸線方向交替地連續(xù)形成向該金屬筒的內(nèi)側(cè)鼓出的環(huán)狀的谷部、和向該金屬筒的外側(cè)鼓出的環(huán)狀的峰部，從而構(gòu)成波紋管，該波紋管為了劃分主流路和驅(qū)動(dòng)部而以圍繞桿的周圍的方式配設(shè)，閥構(gòu)件通過抵接或離開閥座而開閉所述主流路，所述驅(qū)動(dòng)部借助所述桿驅(qū)動(dòng)所述閥構(gòu)件，在將所述谷部的截面的曲率半徑設(shè)為谷R，將所述峰部的截面的曲率半徑設(shè)為峰R時(shí)，作為該谷R與峰R的比的谷R/峰R在1.15～1.70的范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)F16K51/02GK102777679SQ201210145210
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者神坂育男 申請(qǐng)人:Smc株式會(huì)社