JP2001525909A - 高圧作動型金属座着ダイヤフラム弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 全金属製のダイヤフラム弁１０が提供される。この弁は流入路１４と流出路３０を備え、その各々が弁室２０と連通するハウジング１２を備える。この流入路１４の前記弁室２０に入っている部分は円環シールビード２８に取囲まれている。前記弁１８は皿ばね状になり、そして不偏向状態で前記円環シールビード２８から離間突出する。したがって流体は前記流入路１４を通り、弁室を通って流入し、そして流出路３０から流出する。弁ステム７４の作動は金属ダイヤフラム４０を前記円環シールビード２８とのシール係合できるように撓む。前記円環シールビード２８と係合する前記ダイヤフラム４０の面は極めて硬質の金属合金で形成されている。しかしながら前記ダイヤフラム４０の隣接層５２、５４は可撓性の金属で形成される。

Description

【発明の詳細な説明】 高圧作動型金属座 着ダイヤフラム弁 発明の背景 １．技術分野 本発明は、実施的に金属材料で形成されたダイヤフラム弁であって、それを通 るガスを確実に浄化する弁に関するものである。 ２．背景技術 先行技術によるダイヤフラム弁は弁室で形成された弁ハウジングを備える。流 入ならびに流出路はこの弁ハウジングを通って伸びて前記弁室と連通する。可撓 性のダイヤフラムにより先行技術による弁室の片方の壁体が形成され、弁室に入 る流入路の入口に対向して位置している。 先行技術によるダイヤフラム弁はダイヤフラムアクチュエータを備え、ダイヤ フラムの前記弁室の外側と連通する。このアクチュエータはピストン、ばね、加 圧流体もしくはそのいくつかの組合わせからなることができる。前記アクチュエ ータにより加えられた力は、このダイヤフラムを撓ませて弁ハウジングの前記流 入路を前記弁室に対し取囲む部分と封止係合に入れることができる。ピストンの 前記弁室から離間させる運動はダイヤフラムを流入路から離間させて移動させ、 また流体をこの流入路から前記弁室を通って前記流出路に流入させる。いくつか の先行技術によるダイヤフラム弁は開放位置に付勢されたダイヤフラムを備える 。したがってアクチュエータの弁室から離間した運動はダイヤフラムに固有の変 更をさせ、弁室に至る流入路を開放する。 ガス流れ系の先行技術によるダイヤフラム弁は典型的例として、移動してダイ ヤフラムを撓ませ、それにより弁を開閉させることができる弁装置を備える。い くつかのこのような先行技術による弁は手動で操作でき、弁上のボンネット内に 係合されたねじ込み弁ステムを備える。このねじ込み弁ステムの手動回転は弁ス テムをボンネット内で軸方向に移動させてダイヤフラムを撓ませ、弁の開閉をさ せる。いくつかの先行技術による手動ダイヤフラム弁は短い円筒状部材を前記ね じ込み弁ステムとダイヤフラムの間に備える。この短い円筒状部材はダイヤフラ ムを弁ステムの回転運動から分離させ、それによりダイヤフラム上での摩耗を減 少させる。しかしながらこの短い円筒状部材は弁の価格を増大させ、またアセン ブリーを複雑にする。したがってこのような短い円筒状部材を弁ステムのダイヤ フラムに対する摩擦が問題でない状況で備える明白な理由がない。 いくつかの先行技術によるダイヤフラム弁は自動アクチュエータを備える。こ の自動アクチュエータは前記弁ステムを回転させることなく軸方向に駆動させる 。これにより自動的に操作されるダイヤフラム弁の弁ステムはダイヤフラム上で の摩擦はない。したがっていくつかの先行技術によるダイヤフラム弁に用いられ ている短い円筒状部材はダイヤフラムと、先行技術による自動操作され、また軸 方向に駆動される弁ステムの間には配設されなかった。 効果的なシールは事実上あらゆる弁にとって重要な要求条件である。シールは 典型的な例として弾性もしくはプラスチック製材料をシール界面が形成される一 方あるいは両方の部材上で用いることで強化される。例えばいくつかの先行技術 によるダイヤフラム弁は流入路の弁部材に入る入口と取囲む弁座とシール係合し て押圧することができる弾性ダイヤフラムを備える。他のダイヤフラム弁は流入 路を取囲み、またダイヤフラムによる結合を構成された弾性もしくはプラスチッ ク製弁座を備える。弾性もしくはプラスチック製シール部材は多数の流体流量弁 、例えば水搬送用弁もしくは金属と反応する液体薬品搬送用弁で極めて具合よく 作動する。 数多くの工業プロセス、例えば半導体ならびにマイクロプロセッサー産業で実 施されるプロセスは、高純度のガスの存在を必要とする。このガスは典型的例と して、オフサイト場所で生産されて、加圧容器に入れられて適当な製造設備に搬 送される。この容器はその後製造設備内で使用上必要とされる配管系との連通に 配置される。この配管系にある弁は高純度ガスの流れの周期的停止、始動もしく は制御に用いられる。 高純度ガスを製造設備において搬送するための配管系はこの設備に搬送される ガスの高い純度を保持する構成にされる必要がある。詳述すれば、ガス搬送系の あらゆる部品は特定のガス暴露に応ずるガス拡散、吸湿ならびに寸法変化を防ぐ 材料で構成される必要がある。ガス拡散と吸湿は多数のプラスチックならびにゴ ム製材料と関連している。さらに特定のプラスチックは特定のガスに対する暴露 で膨潤することが公知である。さらに多くのプラスチックは高温のガス流れに暴 露されると急速に分解することになる。その結果多数の流体流れの応用に適する プラスチックもしくはゴム製のガスケットならびに継手は典型的例として高純度 ガス流れの系では避けられている。 ガスのプラスチック製部材への拡散もしくはそれを通る拡散の極少化ならびに 吸湿の極少化のため、高純度ガスの流れ系に用いる多数の弁に、これらの問題を 事実上極少化するプラスチックで形成された弁座および／または弁部材を配設す る。例えば高純度ガスの流れ系に用いられる先行技術によるダイヤフラム弁は金 属製ダイヤフラムと、弁に至る流入路を取囲むポリクロロテトラフルオロエチレ ン（ＰＣＴＦＥ）製弁座を用いることができる。ＰＣＴＦＥは極めて良好なシー ル特性の提供と、最小限のガス拡散ならびに吸湿問題の減少で公知である。これ らのダイヤフラム弁は過去においてはかなり具合良く作動したが、搬送されるガ スの純度をさらに高める要望がある。したがって以前はＰＣＴＦＥのような適格 のプラスチックを含むプラスチックを用いない弁の配設の要望がある。 プラスチック製部材を先行技術による弁から単純に排除することはガスの拡散 ならびに吸湿に関連する問題を排除することになる。しかしながらこれらの弁を 用いる工業的プロセスは弁を閉鎖した状態でガスの流れを敢えて停止させる必要 がある。このようにして技術者は２分法に直面させられた。先行技術による弁は 少なくともいくつかのプラスチック製の部材で形成されて有効なシールを提供す るが、ガス拡散ならびに吸湿に対する要望は存在する。換言すれば、先行技術に よる弁はプラスチック製部材なしに形成して、ガスの拡散と吸湿は防げてもシー ル性能は最適条件に比べその近似の確実性において劣る。 先行技術はシールされるべき２つの部材間の有効なぬぐい取り（wiping）作用 に依存する全金属製弁を含む。このぬぐい取り作用は一方の平面が捩られて、流 入もしくは流出路を備える第２の平面と密に係合するにしたがって、いくつかの 先行技術による弁で起こっている。他の先行技術による弁にあっては、このぬぐ い取り作用は円錐状部材が円筒状開口部に滑入されるにしたがって起こっている 。この種のぬぐい取り作用は摩擦屑を必ず発生させ、その粒子がガス流に入る原 因となる。これらの粒子はガスの純度に著しく影響し、またガスと共存して行わ れる製造工程に悪影響を及ぼし得る。 ダイヤフラム弁により達成されるシールの特性は部分的には様々な部材の位置 決めと整合に左右される。例えばダイヤフラムの中心に完全に整合されていない 弁ステムはダイヤフラムの不均一な撓みを生じて完全なシールを行うことができ ない。さらに弁ステムの不適当な整合はダイヤフラムの一方の部分に他方の部分 に対する以上の応力を発生させることにより、より急速な摩耗に繋がり得る。ダ イヤフラム弁の部材は完全整合を確実にする許容度を極めて高くして製造できる 。しかしながら完全に近い整合の達成に必要な品質管理は製造原価を著しく増大 させる。 シールの特性も弁を通るガスの圧力と、弁ステムによりダイヤフラムに印加さ れる力に左右される。閉止ダイヤフラムを横切る比較的高いガスの差圧は先行技 術による弁ステムにより印加されて適当なシールを達成するためには比較的強い 力を必要とする。手動回転のできる弁ステムにより印加された力は必要に応じて 変化させ適切なシールを達成できる。したがっていくつかの手動作動のし易いダ イヤフラム弁は密閉ダイヤフラムを横切るガスの差圧が約３０００ｐ．ｓ．ｉ． である時、弁内の高品質のシールを達成できる。自動作動ダイヤフラム弁内の良 好なシールの達成は、弁ステムに印加さられる力が総体的に調整できないからさ らに困難である。したがって自動作動ダイヤフラム弁は閉止ダイヤフラムを横切 る圧力５００ｐ．ｓ．ｉ．のガス差圧を用いることは滅多になかった。より高い 圧力をごく日常的にダイヤフラムに印加するためアクチュエータが使用できるで あろう。しかしながらこんな高い圧力で作動にかけると、先行技術によるダイヤ フラムが強いられたダイヤフラムもしくはシール面の損傷の可能性をつくり出す 。 上記を考慮すると、本発明の目的は有効なシールを、弁を通るガス流れの純度 に悪影響を及ぼすことなく達成することにある。 本発明の別の目的は、効率のよいシールのできる全金属製のダイヤフラム弁の 提供にある。 さらに本発明は実質的に粒子の発生を防ぐ全金属製の弁を提供することを目的 としている。 特別の目的は高圧のガスが共存する時、長時間運転できる弁を提供することで ある。 本発明のさらなる目的は事実上すべてのガスが共存していても寸法的に安定し た弁を提供することである。 それだけではない。本発明は高圧ガスの効率のよいシールのできる全金属製自 動作動ダイヤフラム弁を提供することである。 発明の開示 本発明は中を通るガス流れに暴露された金属製のみからなる部材を備えるダイ ヤフラム弁に関するものである。本発明のこのダイヤフラム弁は片持ち弁室を備 える弁ハウジングを備える。流入ならびに流出路がこの弁ハウジングを通って前 記弁室に延長する。前記金属弁ハウジングの前記流入路を取囲み前記弁室に延長 する部分により前記流入路と同軸で、かつ前記弁ハウジングと単一になることが できる円環シールビードが形成される。 本発明のダイヤフラム弁はさらに、前記弁室の壁体が形成される金属製ダイヤ フラムを備える。この金属製ダイヤフラムは前記弁室への流入路の入口を取囲む 前記円環シールビードに並置できる。前記金属製ダイヤフラムの中心部分を皿ば ね状の構成にできる。ダイヤフラムのこの皿ばね状の部分は、前記流入路から離 間して突出し、弁の開放状態が形成される。ダイヤフラムの皿ばねの形状は弁閉 鎖にはより長い行程が必要となるので、したがってより大きいガス流量が適応で きるようなより広い弁室を顕著な特徴とする。この皿ばねの形状は以下さらに詳 しく説明されるように、アクチュエータにより引張開放されることなく反復開放 させる弾性を提供する。 本発明のダイヤフラム弁は前記金属製ダイヤフラムの凸面側を弁室に対向係合 させる作動手段をさらに備える。この作動手段は前記金属製ダイヤフラムに対し 接近離間の移動ができる弁ステムからなる。この弁ステムは自動アクチュエータ と機能的に作用できるよう係合して、前記弁ステムを金属製ダイヤフラムとの接 近・離間を予め決められた力を用いて強行させることができる。このアクチュエ ータは公知の構造にして、弁ステムの直線移動を対応する回転移動をさせること なく実施可能とすることができる。 この作動手段は弁ステムとダイヤフラムの間に配置された作動ボタンをさらに 備える。この作動ボタンは弁ステムの一端に隣接して移動自在に配置される。弁 ステムより、離間して対向するこの作動ボタンの端部はアーチ状の凸形であるが 、球面状に構成することが好ましい。作動手段のこのアセンブリーを用いると、 アクチュエータは弁ステムと作動ボタンを駆動し前記金属製ダイヤフラムの凸状 側面と係合させ、この金属製ダイヤフラムを流入路の方に撓ませて前記円環シー ルビードと前記弁室に入る流入路の入口で密にシール係合することになる。詳述 すれば、弁ステムの作動は金属製ダイヤフラムが前記円環シールビードと円形の シール接触線を達成させる。前記円環シールビードにより可能となった円形の接 触線がプラスチックもしくはゴム製材料が、シールが形成される相互係合面のい ずれかの上に無くても高品質のシールを達成する。前記作動手段は流入路より離 間して対向するダイヤフラムの面が当初凸型形状であったものを僅かに凹型形状 に撓ませることになる。したがってダイヤフラムの部分が前記円環シールビード により流入口の回りから弁室まで形成される平面を横切って撓むことになる。こ の凹型形状になる撓みが作動ボタンを弁ステムに対し半径方向に浮動させ、回り に円環シールビードが生成される軸線上に事実上中心を置いた位置につかせる。 このようにして、ダイヤフラム弁の作動毎に、前記作動ボタンが前記円環シール ビードの軸線と、程度の高い精度を達成する努力に通常関連する高い原価をかけ ることなく、極めて正確な同軸的な整合をとることになる。この実施例では、弁 ステムは回転しないために、作動ボタンはダイヤフラムを回転運動から分離する 機能を行わない。 ダイヤフラムは互いに積層した隣接関係にある複数の金属層で形成される。詳 述すれば、このダイヤフラムは弁を通って流れるガスに反応性のない硬質金属材 料で形成された外側金属層を備えることができる。このダイヤフラムの硬質の金 属外層は比較的可撓性のさらに伸び性を有する金属材料の少くとも１つの内層の 回りにサンドイッチにすることができる。しかしながらこの硬質金属外層は前記 可撓性の内層に接着されないので、硬質層の可撓性の層に対する少くとも局部的 な摺動の僅かな量の移動を可能にする。前記硬質金属外層は弁作動の回数が著し い後でさえも、摩耗屑の発生を防ぐことができる。さらに硬質金属外層はダイヤ フラムの所望の弾性を付与し、規定の性能を長い耐用年数に亘り確実にできる。 前記外層間の可撓性で一層伸び性のある金属材料は、ダイヤフラムと円環シール ビードの間の高品質シールの達成に必要な管理されたダイヤフラムの微細移動な らびに変形を可能にする。この管理された微細移動と変形はダイヤフラムが変形 してダイヤフラムにもあるいは円環シールビードにも僅かな表面の切れ目をつく ることが可能である。ダイヤフラムの外層は硬度ＨＲＣが４０以上の金属合金で 形成できる。ダイヤフラムの内側部分は銅もしくは銀めっき銅で形成できる。こ の銀めっきはダイヤフラムの隣接層間の微細移動を容易にさせる。 図面の簡単な説明 図１は本発明に係る弁の断面図である。 図２は開放状態にある弁を示す拡大断面図である。 図３は図２と同様の断面図であるが閉止状態にある弁を示す図である。 図４はダイヤフラムの平面図である。 図５は図１に示されたダイヤフラムの分解断面図である。 発明を実施するための最良の形態 本発明による弁は図１において図面参照番号１０により総体的に示される。こ の弁１０は金属材料、好ましくはステンレス鋼から単一的に成形および／または 機械加工した金属製弁ハウジング１２を備える。この弁ハウジング１２は図１で 図面参照番号１４により総体的に示された流入路を備える。この流入路１４は垂 直方向に整合された上流と下流セグメント１６と１８とをそれぞれ備える。前記 流入路１４の下流セグメントは弁室２０で終端する。この流入路１４は規定のガ スを最高３０００ｐ．ｓ．ｉ．の圧力で前記弁室に送込む。 前記弁室２０は流入路１４の下流セグメントと同軸の短円筒状側壁２２を備え る。この弁室２０は前記側壁２２から内側に前記流入路１４の下流セグメントに 向って伸びる総体的に環状底壁２４により形成される。この底壁２４は流入路１ ４の下流セグメント１８の軸線に対し垂直であり、また前記側壁２２に対しても 垂直である。環状ダイヤフラム受座２６は前記側壁２２の前記底壁２４から遠隔 の部分から半径方向の外側方向に伸びる。前記ダイヤフラム受座２６は流入路１ ４の下流セグメント１８の軸線と同軸であり、かつ前記弁室２０の底壁２４に事 実上平行している。 円環シールビード２８は流入路１４の下流セグメント１８と弁室２０の底壁２ ４の間の界面を形成する。前記円環シールビード２８により流入路１４の下流セ グメントの軸線の回りを回転させられる半円形が定まる。前記円環シールビード ２８の内周部分は前記流入路１４の下流セグメントが形成される円筒状側壁から 連続して、また事実上接線方向に伸びる。前記円環シールビード２８により前記 側壁２２の高さに事実上等しい底壁２４から測定した高さが定まる。したがって 流入路１４の下流セグメント１８の軸線に垂直で、かつ円環シールビード２８に 接線となる平面はダイヤフラム受座２１と共通面となる。 流出路３０が弁ハウジング１２内に形成され前記弁室２０から弁ハウジング１ ２上の外側位置に伸びる。詳述すれば流出路３０は流入路１４の下流セグメント １８に事実上平行に伸びる上流セグメント３２を備える。流出路３０の上流セグ メント３２は弁室２０の底壁２４と前記円環シールビード２８と弁室２０の側壁 ２２の中間の位置で交差する。流出路３０はさらに流入路１４の上流セグメント １６と事実上同一線上に伸びる下流セグメント３４をさらに備える。 図１に最も明白に示されているように、前記流入路１６の最上流端部と、流出 路３０の最下流端部により他の管もしくは継手が接続できるニップルが形成され る。 前記弁ハウジング１２が前記流入路１６の下流セグメントの軸線の回りを同軸 に伸びる短円筒ダイヤフラム位置決め壁３６によりさらに形成される。このダイ ヤフラム位置決め壁３６により弁１０と共に用いられるダイヤフラムの直径に事 実上等しい直径が定まる。前記ダイヤフラム位置決め壁３６の高さはこの明細書 でさらに述べられるように弁１０に用いられるダイヤフラムの厚さを上回わる。 弁ハウジング１２の弁室２０を取囲む外側部分が外側ねじ山の列で形成され、 この明細書でさらに述べられるボンネットナットをねじ込み式に収容する。 弁１０は図４と図５に示されているように金属ダイヤフラム４０をさらに備え る。このダイヤフラム４０は事実上平面環状周辺部分４２と弾性をもたせた皿ば ね状の中間部分４４を備える。この平面環状周辺部４２により定まる直径は前記 弁ハウジング１２のダイヤフラム位置決め壁３６により定まる直径より僅かに小 さく、また前記円筒状ダイヤフラム位置決め壁３６の高さより小さい厚さが定ま る。さらに前記平面環状周辺部分４２によりそれは前記ダイヤフラム４０の皿ば ね状の部分４４に隣接する内径が形成され、弁室２０の側壁２２により定まる直 径にほぼ等しい。したがって前記ダイヤフラム４０の平面周辺部分４２が前記円 筒状ダイヤフラム受座２６上、かつ前記ダイヤフラム位置決め壁３６内に配置さ れる。 前記皿ばね状の中間部分４４は当初凹型である内面４６と、当初は凸型である 外面４８を備える。前記ダイヤフラム４０は前記皿ばね状の部分４４の当初凹型 の内面４６が弁室２０に面するように配設されている。反対に、当初凸型の外面 ４８は弁ハウジング１２から離れて面している。 図５に最も明瞭に示されているように、ダイヤフラムは積層構成になっていて 、ダイヤフラム層５１乃至５５で形成されている。これらの層５１、５３および ５５は相対的に硬質で、不活性かつ弾性の材料で形成されているのに対し、層５ ２と５４は相対的に可撓性の材料で形成されている。好ましい実施例では前記層 ５１、５３ならびに５５は硬度ＨＲＣが４５乃至６０を示す金属合金で形成され る。前記ダイヤフラム層５１、５３と５５はコバルトクロム−ニッケル合金、例 えば３９％乃至４１％コバルト；１９乃至２１％クロム、１４％乃至１６％ニッ ケル、１．５％乃至２．５％マンガン、最高０．１５％炭素、最高０．１０％ベ リリウムと残部鉄（約１６％）からなる合金で形成されることが好ましい。この ような合金の実施例はＥＬＧＩＬＯＹ ＬＰ社により市販されているＥＬＧＩＬ ＯＹ（商品名：登録商標）である。前記ダイヤフラム５０の層５２と５４は可撓 性でさらに伸び性のある金属材料、例えば銅、特に銀めっきした銅で形成される ことが好ましい。積層ダイヤフラム４０のそれぞれの層５１乃至５５は互いに接 着されていない。したがって隣接層の変形と関連する微細移動は可能で、前記円 環シールビード２８に存在することもある面のむらに適応できる。 図１を参照すると、前記弁は大径の第１端部５８と小径の第２端部６０ならび に支承肩部６２をその間に備えたダイヤフラムブッシュ５６をさらに備える。前 記ブッシュ５６の第１端部５８により前記ダイヤフラム４０の直径に事実上等し い外径が定まる。したがって前記大径の第１端部５８は前記ダイヤフラム位置決 め壁３６内に密接に収容できる。前記ブッシュ５６の第１端部５８は前記ダイヤ フラム４０の平面外周部分４２を係合するような寸法を有する総体的に平面外周 面６４を有する端面を備える。前記ブッシュ５６の端面は前記ダイヤフラム４０ の皿ばね状の部分４４より僅かに曲率半径の大きな凹型中心部分６４をさらに備 えてそれとの干渉の発生を防いでいる。前記ブッシュ５６は全体をそれに通して 伸びる非ねじ込み中心開口部６８を備える。 ステンレス鋼製ダイヤフラムアクチュエーターボタン７０は前記非ねじ込み中 心開口部６８内の軸方向に移動できるよう滑動自在に収納されている。このダイ ヤフラムアクチュエーターボタン７０は前記中心開口部６８の前記ブッシュ５６ を通る断面より断面的に小さい。したがってこのダイヤフラムアクチュエーター ボタン７０は前記ブッシュ５６の中心開口部６８内で横方向運動もしくは浮動が 不可能である。前記ダイヤフラムボタン７０は前記ダイヤフラム４０上の皿ばね 状の部分４４の凸型面４８に隣接して配置された球状に構成された凸型作動面７ ２を備える。このダイヤフラムアクチュエーターボタン７０はさらに、前記ブッ シュ５６にある中心開口部６８の軸線に対し事実上垂直に整合された対向端部７ ３を備える。この端部７３は平面で円滑に仕上げされている。 前記弁１０は前記ブッシュ５６にある中心開口部６８と滑動自在に係合された 非ねじ込み弁ステムを備える。前記弁ステム７４の内端７５は円滑に仕上げされ 、前記中心開口部６８の軸線に対し事実上垂直に整合されている。したがって前 記ダイヤフラムアクチュエーターボタン７０の円滑平面端部７３は弁ステム７４ の円滑平面内端７５により係合されることになる。弁ステム７４の外端７６は弁 ステム７４を前記弁室２０に選択的かつ回転不能に強制的に接近もしくは離間さ せる機能をもつアクチュエーター７８と係合させてある。前記弁ステム７４の前 記弁ハウジング１２に接近させる運動は前記円滑平面内端７５を前記アクチュエ ーターボタン７０の円滑平面端部７３に強制的に押圧する。これらの力は前記ダ イヤフラムアクチュエーターボタン７０の凸型作動面７２をダイヤフラム４０の 当初凸型外面４８に強制的に押圧することになって、ダイヤフラム４０の撓みを こ の明細書にさらに述べるように前記弁室２０に及ぼす原因になる。逆にいえば、 前記弁ステム７４の弁ハウジング１２から離間させるねじ込み運動は前記ダイヤ フラムアクチュエーターボタン７０により前記ダイヤフラム４０の凸型面４８上 に加えられた（印加された）力を開放することになって、図１と２に示されてい るように前記ダイヤフラムの撓まない位置への弾性戻りを可能にする。 前記弁１０は前記弁ハウジング１２上のねじ山３８にねじ込み自在に係合させ たボンネットナット８２をさらに備える。このボンネットナット８２は内側方向 に伸びるフランジ８４を備え、それは前記ブッシュ５６の小径部分を取囲み、ま た前記肩部６２を前記ブッシュ５６の小径と大径の部分６０と５８の間の肩部を 係合する。したがって前記ボンネットナット８２を弁ハウジング上にねじ締めす ると、前記ブッシュ５６の大径端部５８を強制的にダイヤフラム４０と確実に掴 み係合して押圧してダイヤフラム４０の前記平面外周部分４２を前記ダイヤフラ ム受座２６に対して確実に固定させる。 図１と２に示されているように、前記弁ステム７４は弁ハウジング１２から比 較的遠隔の位置にある。この位置で前記ダイヤフラム４０の本質的に弾性の硬質 合金層５１、５３および５５が前記円滑平面端部７３のダイヤフラムアクチュエ ーターボタン７０を弁ステム７４の端部７５に対して外側方向に、前記円環シー ルビード２８とダイヤフラム４０の凹型面４６の間に間隔ができるように強制的 に押出す。このようにしてガスの流体流れが弁室２０を通る流入路１４を通り本 質的な妨害もなく前進し、かつ流出路３０を出る。前記弁１０は前記弁ステムを さらにブッシュ５６に、また前記ハウジング１２に向い、前記アクチュエーター ７０により発生させた力がかかって前進させることで閉鎖される。弁ステム７４ の前記ハウジングに接近するこの移動は力を前記ダイヤフラムアクチュエーター ボタン７０に伝達することになる。前記ダイヤフラムアクチュエーターボタン７ ０の球面状に構成された凸型面７２は前記ダイヤフラム４０の皿ばね状の部分４ ４の当初凸型外面４８に対ししっかりと押付けられることになる。これらの力は ダイヤフラム４０の皿ばね状の部分４４を図３に示された向きに撓ませる原因と なる。この構成では、前記ダイヤフラムアクチュエーターボタン７０の球面状に 構成された凸型面７２はダイヤフラム４０の当初凸型面外面４８の中心部だけ に接触し、前記ダイヤフラム４０の中心領域を前記円環シールビード２８を接線 状に横切って伸びる平面の対向側に押しやる。したがってシールダイヤフラム４ ０の外面４８の中心部が撓まされて、僅かに凹型形状をもつようになる。前記ダ イヤフラム４０の外面４８により形成された凹型形状は前記円環シールビード２ ８に対し事実上対称となる。多分前記ダイヤフラムアクチュエーターボタン７０ が当初前記円環シールビード２８の軸線と完全に整合されていないのかも知れな い。しかしながら前記ダイヤフラム４０の外面４８が図３に示されているように 撓んで凹型形状になるにしたがって、ダイヤフラムアクチュエータボタン７０は 、ダイヤフラム４０の外面４８により形成された凹型形状に関し中心になるよう に横方向に浮動することになる。この浮動は前記ダイヤフラムアクチュエータボ タン７０の球面状に構成された凸型面７２の前記ダイヤフラムの凹型外面に沿い 、また前記弁ステム７４により生成された力に対応して僅かな滑動で起こされる ことになる。横方向の浮動は、ダイヤフラムアクチュエータボタン７０の凸型面 ７２の中心がダイヤフラム４０の外面４８により形成された凹型部分の中心と一 致する。この浮動は前記円環シールビード２８が回りに生成される軸線に沿って 前記ダイヤフラムアクチュエータボタンの中心を一致させる。前記ダイヤフラム アクチュエータボタン７０と円環シールビード２８の同軸位置決めは結果として 前記ダイヤフラム４０に加えられる事実上均一の力となって前記円環シールビー ドを均一に取囲む高品質のシールをつくる。前記ダイヤフラム４０のダイヤフラ ム受座２６とダイヤフラムアクチュエータボタンの中心の間にある部分が前記円 環シールビード２８に対して著しい付勢力を加えることになる。これらの力によ って図３にいくぶん誇張して示されているように、接線平面における、あるいは それから僅かに内側方向における円形の接線が定まる。これらの付勢力がシール 界面で非金属材料の共存なしに高品質シールに貢献することになる。 弁１０の引続き起こる開閉は金属製ダイヤフラム４０を円環シールビード２８ 上の事実上同一位置に、ダイヤフラム４０の前記円環シールビード２８に接する 金属対金属の摺動なしに座着させることになる。さらに前記ダイヤフラムアクチ ュエータボタン７０は引続く作動中、滅多にないことだが前記円環シールビード の軸線との軸方向の整合から外れて浮動することになる。したがって上述の先行 技術による全金属製弁と違って、搬送されるガスの純度に影響の恐れのある摩擦 屑の発生もない。さらにダイヤフラム４０の層５１、５３および５５の極めて硬 質の合金が良好なばね特性と弾性を示すので、激しいシール力を前記円環シール ビード２８に対して加えることになる。可撓性の層５２および５４は隣接する硬 質層５１、５３および５５に対して微細移動を受け、隣接硬質層５１、５３およ び５５が僅かに変形とシールビード２８と、シール界面で存在することのある僅 かな顕微鏡的表面の凹凸にも拘らずシール係合させる。この硬質と可撓性の層の 間の微細移動は前記可撓性の層に銀めっきすることで促進される。 本発明は好ましい実施例に関し述べられてきたが、請求の範囲により規定され ている発明の範囲から逸脱することなく様々な変更ができることは明白である。 例えばダイヤフラムは金属の層を少くも多くもして形成できる。さらに材料の層 のダイヤフラム内の配置はこの明細書で示されたものとは異なる。しかしながら ダイヤフラムの層は極めて硬質の金属合金が円環シールビードと、この硬質層に 隣接する比較的可撓性の層との確実な係合が得られる配置にする必要がある。ま た弁ハウジングが、流入路と流出路に対し異なる相対的位置をとり、また本明細 書に示された手動ハンドルよりはむしろ油圧弁アクチュエーターを含む他の作動 手動を備えるような他の形態をとることもできる。その他の変更も当業者にとっ ては本開示を理解した後は明白になることであろう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年９月１日（１９９８．９．１） 【補正内容】 １．請求の範囲を下記の通り補正する。 「１．片持ち弁室、弁ハウジングを通って前記弁室に伸びる流入路、前記弁室 から前記弁ハウジングに伸びる流出路を備え、前記弁室内で前記流入路を取囲む 円環シールリードを備えるよう形成された金属弁ハウジングと、前記弁ハウジン グに固定されて前記片持ち弁室を事実上密閉し、また不撓状態にあっては前記円 環シールビードと並列関係におき、かつ前記不撓状態にあって前記円環シールビ ードから離間させて流体流れを前記弁室を通って流入させ、また流出路から流出 させる皿ばね状の中心部分を備え、また不撓状態にあって前記弁室から離間して 対向する凸型アーチ状面を備える弾性可撓性の金属ダイヤフラムと、前記弁室の 外側に配置されかつ前記ダイヤフラムに対し接近ならびに離間の選択的移動ので きる弁ステムと、前記弁ステムと前記ダイヤフラムの間に配置され、前記弁ステ ムに関して滑動自在に横方向に移動でき、前記ダイヤフラムの前記中心部分の当 初凸型面と係合した凸型面を備えて前記金属ダイヤフラムを前記円環シールビー ドと前記弁ステムの前記弁ハウジングに接近する移動に対応して密にシール係合 して選択的に撓み、前記弁ハウジングに対する流入と流出の流体流れを中断させ るダイヤフラムアクチュエータボタンと、からなり、前記ダイヤフラムアクチュ エータの前記弁ステムの前記軸線に対する横向きの前記滑動性移動が前記ダイヤ フラムアクチュエータボタンを適当な部分に浮動進入させて、前記ダイヤフラム により前記円環シールビード上への事実上均一な力の印加を達成することを特徴 とするダイヤフラム弁。 ２．前記ダイヤフラムアクチュエータボタンの凸型面が球面状に構成されるこ とを特徴とする請求項１記載のダイヤフラム弁。 ３．前記ダイヤフラムの前記当初凸型中心部分が前記円環シールビードに関し 配置され、そのため前記ダイヤフラムの前記アクチュエータボタンを係合させる 前記位置が前記ダイヤフラムを前記円環シールビードとシール係合させた時、凹 型形状をとらせることを特徴とする請求項１記載のダイヤフラム弁。 ４．前記ダイヤフラム弁が前記弁ステムの前記弁ハウジングに対し接近と離間 の選択的移動をさせるアクチュエータ手段からさらに成ることを特徴とする請求 項１記載のダイヤフラム弁。 ５．前記アクチュエータ手段が前記弁ステムを回転不能に移動させることを特 徴とする請求項１記載のダイヤフラム弁。 ６．前記アクチュエータ手段が自動的油圧アクチュエータであることを特徴と する請求項５記載のダイヤフラム弁。 ７．前記金属製ダイヤフラムが、互いに隣接する非接着関係に配置された金属 材料の少くとも３つの層からなり、前記層が前記円環シールビードと係合させる ため配置されたシール層と、前記ダイヤフラムアクチュエータボタンと係合させ るため配置された作動層と、少くとも１つのその間の内層からなり、前記内層が 前記シール層と前記作動層より可撓性の金属材料で形成され、かつ前記層の微細 移動および僅かな変形をさせて前記ダイヤフラムと前記円環シールビードのいず れか１つにある面のむらのシールをさせることを特徴とする請求項１記載のダイ ヤフラム弁。 ８．前記ダイヤフラムの外層がコバルトクロムニッケル合金で形成されること を特徴とする請求項７記載のダイヤフラム弁。 ９．前記少くとも１つの可撓性の内層が複数の可撓性の内層からなり、前記ダ イヤフラムが前記可撓性の内層の間に配置された少くとも１つの硬質内層を備え 、前記ダイヤフラムの硬質内層と外層が硬質コバルトクロムニッケル合金で形成 され、前記コバルトクロムニッケル合金層に隣接する前記ダイヤフラムの前記可 撓性の内層が銀めっきされた銅で形成されることを特徴とする請求項７記載のダ イヤフラム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ (72)発明者 アルドリッジ．ルイス．エル アメリカ合衆国．07950．ニュージャージ ー州．モリス．プレーンズ．ポンドビュ ー．ロード．39

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．単一金属製弁ハウジングであって、片持ち弁室、前記弁ハウジングを通っ て前記弁室に伸びる中心軸線を備える流入路、前記ハウジングを通って前記弁室 から伸びる流出路とを備え、前記弁室にありかつ前記流入路を取囲む円環シール ビードを備えるよう形成された単一金属製弁ハウジングと、前記弁ハウジングに 固定されて前記片持ち弁室を事実上密閉し、不撓状態にして凸型アーチ状面を前 記円環シールビードと並列関係にしてかつ前記不撓状態にある前記円環シールビ ードから離間させて、流体の前記弁室を通る流入路への流入と流出路からの流出 とを可能にして設けられた皿ばね状の部分を備える弾性可撓金属製ダイヤフラム と、前記流入路の中心軸線と軸方向に整合され、また前記ハウジングに関して移 動でき、かつ前記ダイヤフラムの凸型面の適切な部分を前記流路の中心軸線と同 軸に係合させる凸型アクチュエーターを備える弁ステムと、からなり、前記円環 シールビードが前記流入路の中心軸線の回りに回転させられる凸型アーチ状面と して形成され、前記ダイヤフラムが４５乃至６００の硬度ＨＲＣをもつ金属合金 の外層と、前記外層より可撓性があり金属材料で形成された少くとも１つの可撓 性の層とを含む複数の層で形成され、前記アクチュエーターが、前記流入路が機 能的に作用して前記金属製ダイヤフラムを前記円環シールビードと密にシール係 合して撓めて前記弁室への流体の流れの流入出を中断させるよう、また前記アク チュエーターの前記流入路から離れさせる移動が、前記ダイヤフラムを前記不撓 状態に弾性をもたせて戻されるような寸法を有するよう構成されることを特徴と するダイヤフラム弁。 ２．前記ダイヤフラムの外層がコバルトクロムニッケル合金で形成されること を特徴とする請求項１記載のダイヤフラム弁。 ３．前記少くとも１つの可撓性の内層が複数の可撓性の内層からなり、前記ダ イヤフラムが前記可撓性の内層間に配置された少くとも１つの硬質内層を備え、 前記ダイヤフラムの硬質内層と外層が硬質コバルトクロムニッケル合金で形成さ れ、前記コバルトクロムニッケル合金層に隣接する前記ダイヤフラム弁の前記可 撓性の内層が銀でめっきされた銅で形成されることを特徴とする請求項１記載の ダイヤフラム。 ４．前記弁ステムが前記ダイヤフラムの前記流入路と整合された中心部だけと 係合するよう構成され、前記弁ステムが前記ダイヤフラムの部分を前記円環シー ルビードを接線方向に横切って伸びる平面を介して押圧するよう機能的に作用し 、それにより前記ダイヤフラムが前記円環シールビードに対し付勢させられるこ とを特徴とする請求項１記載のダイヤフラム弁。 ５．単一金属製弁ハウジングであって、片持ち弁室、前記弁ハウジングを通っ て前記弁室に伸び、かつ中心軸線をもち前記弁室と連通する流入路、前記弁室に 連通する流出路、前記弁ハウジング内に形成され、前記弁室を前記流入路の中心 軸線と同軸に取囲むダイヤフラム受座とを備える単一金属製弁ハウジングと、前 記ダイヤフラム受座に固定され、前記弁室を横切って伸びる金属製ダイヤフラム と、前記流入路に事実上対向する前記ダイヤフラムの凸型面上の適所と係合させ た凸型ダイヤフラムアクチュエーターと、からなり、前記弁室の前記流入路を取 囲む部分により前記流入路と同軸で、前記流入路の中心軸線の回りに回転させら れる凸形アーチ状の面として定まる円環シールビードが形成され、前記弁座によ り前記流入路の中心軸線に対し垂直でかつ前記円環シールビードに対し接線とな る面が定まり、前記金属製ダイヤフラムが中心の弾性で可撓性の皿ばね状の部分 を備え、それにより不撓状態にあって前記円環シールビードに面する凹型面と前 記弁室から離間して面する凸型面が形成され、前記金属製ダイヤフラムが前記硬 質金属合金より可撓性の前記シール層に隣接する金属で形成されたシール層を備 える複数の金属層で形成され、前記アクチュエータが前記中心軸線に沿い、かつ 前記流入路の方に選択的に移動して前記ダイヤフラムを前記円環シールビードと 密にシール係合して撓み、そのため前記ダイヤフラムの中心部が前記ダイヤフラ ム受座により定まる平面を横切って前記円環シールビードにより境界のついた領 域に撓み、前記アクチュエータが前記流入路から離間して移動して、前記ダイヤ フラムを前記不撓状態の方に弾性をもって戻すことを特徴とするダイヤフラム弁 。 ６．前記ダイヤフラムの前記シール層の前記硬質金属合金がコバルトクロムニ ッケル合金であり、前記シール層に隣接する金属が銅から成ることを特徴とする 請求項５記載のダイヤフラム弁。 ７．前記ダイヤフラムの複数の金属層が前記硬質金属合金の３つの層と、前記 可撓性の金属の２つの層からなり、前記可撓性の層が前記硬質金属合金の前記層 の中間でかつ隣接して配置されていることを特徴とする請求項５記載のダイヤフ ラム弁。 ８．前記凸型ダイヤフラムアクチュエータと前記金属ダイヤフラムが前記弁ハ ウジング内で非回転性であって、前記ダイヤフラムに隣接する摩耗屑のぬぐい取 りと発生を防ぐことを特徴とする請求項７記載のダイヤフラム弁。 ９．単一金属製弁ハウジングであって、片持ち弁室、前記弁ハウジングを通っ て前記弁に延長し、中心軸線をもつ流入路、前記弁室から前記弁ハウジングを通 って伸びる流出路を備えかつ前記弁室にあって前記流入路を取囲む円環シールビ ードを備える単一金属製弁ハウジングと、前記弁ハウジングに固定されて前記片 持ち弁室を事実上密閉する弾性可撓金属製ダイヤフラムと、前記流入路の中心軸 線と整合し、前記弁ハウジングに関し移動可能で、かつ前記ダイヤフラムの凸型 面の適当な部分と軸方向に整合された弁ステムと、からなり、前記円環シールビ ードが前記流入路の中心軸線の回りを回転させられる凸型アーチ状面として形成 され、前記ダイヤフラムが不撓状態にあって前記円環シールビードと並列関係に あり、かつ前記不撓状態にあって前記円環シールビードから離間して流体流れを 前記弁室を通して前記流入路に流入させ、また前記流出路に流入させる凹型アー チ状面を備える皿ばね状の部分と、前記弁室から離間して面する凸型アーチ状面 をさらに備え、前記ダイヤフラムが硬度ＨＲＣで４５乃至６０の金属合金の外層 と、該外層より可撓性の金属材料で形成された少くとも１つの可撓性の内層を備 える複数の層で形成され、前記アクチュエータが前記金属製ダイヤフラムを、前 記円環シールビードを接線方向に横切って伸びる面から内側方向に配置された前 記円環シールビードの部分と密にシール係合して撓むような寸法を有するよう構 成され、それにより前記ダイヤフラムが前記円環シールリードに対し偏向され、 前記弁室に対する流体流れを中断させ、また前記アクチュエータの前記流入路か ら離間させる移動が前記ダイヤフラムを前記不撓状態に弾性をもって戻らせるこ とを特徴とするダイヤフラム。 １０．金属製弁ハウジングであって、片持ち弁室、前記弁ハウジングを通って 前記弁室に伸びる流入路、前記弁室から前記弁ハウジングを通って伸びる流出路 を備え、前記弁室内にあって前記流入路を取囲む円環シールビードを備えるよう 形成された金属弁ハウジングと、前記円環シールビードと並列関係にあって該円 環シールビードから離間し、流体流れを前記流入路に前記弁室を通って流入させ 、また前記流出路から流出させ、前記弁ハウジングに固定して前記片持ち弁室を 事実上密閉する金属製のダイヤフラムと、前記弁室の外側方向に配置され、かつ 前記ダイヤフラムに対し接近ならびに離間の選択的移動のできる弁ステムと、前 記弁ステムと前記ダイヤフラムの間に配置され、かつ前記弁ステムに関し滑動自 在に移動でき、また前記ダイヤフラムの中心部と係合して前記金属製ダイヤフラ ムを、前記弁ステムの前記弁ハウジングに接近させる移動に対応し前記円環シー ルビードと密にシール係合して撓んで前記弁室に対する流体流れの流入および流 出を中断させるダイヤフラムアクチュエータボタンと、からなることを特徴とす るダイヤフラム弁。 １１．前記アクチュエータボタンの凸型面は球面状に構成されていることを特 徴とする請求項１記載のダイヤフラム弁。 １２．前記ダイヤフラムアクチュエータボタンはステンレス鋼で形成されるこ とを特徴とする請求項１記載のダイヤフラム弁。 １３．前記金属ダイヤフラムの中心部が前記ダイヤフラムの不偏向の状態で皿 ばね状にして、前記ダイヤフラムの前記ダイヤフラムアクチュエータを係合する 部分が当初凸型にすることを特徴とする請求項１記載のダイヤフラム弁。 １４．前記ダイヤフラムの前記当初凸型の中心部分が前記円環シールビードに 関し前記ダイヤフラムの前記アクチュエータを係合する前記部分が、前記ダイヤ フラムを前記円環シールビードとシール係合した時、凹型構成をとるように配置 されることを特徴とする請求項１記載のダイヤフラム弁。 １５．前記ダイヤフラム弁が前記弁ステムを前記弁ハウジングに対し接近およ び離間の選択的移動をさせるアクチュエータ手段からさらになることを特徴とす る請求項１記載のダイヤフラム弁。 １６．前記アクチュエータ手段が前記弁ステムを回転不能に移動させることを 特徴とする請求項６記載のダイヤフラム弁。 １７．前記アクチュエータ手段が自動的油圧アクチュエータであることを特徴 とする請求項７記載のダイヤフラム弁。 １８．前記金属製ダイヤフラムが互いに隣接する非接着関係に配置された金属 材料の少くとも３つの層からなり、これらの層が前記円環シールビードと係合す るよう配置されたシール層と、前記アクチュエータボタンと係合するよう配置さ れた作動層と、その間の少くとも１つの内層とからなり、前記内層が前記シール 層と前記作動層より可撓性の金属材料で形成され、前記層の微細移動ならびに僅 かな変形をさせて前記ダイヤフラムと前記円環シールビードのいずれか一方にあ る面のむらのシールをすることを特徴とする請求項１記載のダイヤフラム弁。 １９．・金属製弁ハウジングであって、片持ち弁室、前記ハウジングを通って 前記弁室に伸びる流入路、前記弁室から前記ハウジングを通って伸びる流出路を 備え、前記弁室内で前記流入路を同軸に取囲む円環シールビードとを備えるよう 形成される金属製弁ハウジングと、前記円環シールビードと並列関係にありかつ 非偏向状態にあって前記弁室に面する凹型面と前記弁室から外側方向に面する凸 型面で皿ばね状の中心部分を備え、前記片持ち弁室を事実上密閉する前記弁ハウ ジングに取付けられた金属製ダイヤフラムと、前記弁ハウジングに関し前記ダイ ヤフラムに対し接近ならびに離間の軸方向移動のできる弁ステムと、前記弁ステ ムと前記ダイヤフラムの間に配置され、前記弁ステムと浮動自在に係合された外 面と、前記ダイヤフラムの前記外面に隣接する凸型内面とを備えるダイヤフラム アクチュエータボタンと、前記弁ステムを前記ダイヤフラムに対し接近ならびに 離間の選択的かつ回転不能の移動をさせるアクチュエータと、からなり、前記弁 ステムの前記ダイヤフラムに接近させる移動が前記ダイヤフラムの前記内面を前 記円環シールビードとのシール係合して押圧し、また前記ダイヤフラムの前記外 面を前記円環シールビード内に同軸に凹型形状に押圧し、前記ダイヤフラムアク チュエータボタンが前記ダイヤフラムの前記外面が前記凹型形状に撓むにしたが って前記円環シールビードと事実上同軸整合に浮動して入り、前記凹型面が前記 円環シールビードと事実上同軸にあって、前記流入路を通して気体流れを前記弁 室に流入させ、また前記流出路から流出させることを特徴とする自動作動型高圧 気体管路用ダイヤフラム弁。