JP2007508503A - 弁組立体 - Google Patents

Abstract

流れ制御弁は、そこを通って流体が弁に対して出入りする入口及び出口を有する。弁プランジャは、ガイドバネがプランジャと弁オリフィスとの間に位置するように、それに取り付けたガイドバネを有する。プランジャ従ってガイドバネは弁を通る流体流れを制御するようにオリフィスに関して移動できる。ガイドバネ及びガイドバネに隣接するオリフィス表面は、弁が閉じたときに互いに対してシールを行う共面の表面を画定する。

Description

この開示は一般に流体流れ制御弁に関する。

流れ制御の用途は既存のソレノイド弁の能力をますます越えるようになってきた。このような用途はしばしば明確ではないか又は作動中に変化する圧力状態を含む。例えば、既知のソレノイド弁は過剰な内部漏洩を起こすことがある。最適な性能を達成するためには、弁の隙間塞ぎが必要である。調和しない開口電圧及び制御範囲がしばしば必要であり（常態では閉じている弁(normally closed valves)）、製品流れ範囲をカバーするために多数のオリフィス寸法が必要である。

開示される装置は従来技術に関連する欠点を処理する。

この開示の態様によれば、弁組立体は第１の表面を画定するオリフィス部材を有する。プランジャはオリフィス部材に対して可動であり、ガイドバネはオリフィス部材とプランジャとの間に位置する。ガイドバネの一部は、ガイドバネ及びオリフィスが弁の入口と出口との間の流体流れを阻止するために互いに対してシールを行う共面の表面を画定するように、プランジャの第１の端部に取り付けられる。平坦なバネとすることもできる第２のガイドバネはプランジャの他端に取り付けられる。

本発明の他の目的及び利点は次の詳細な説明を読み、図面を参照することにより明らかとなろう。

［関連出願に対するクロス・リファレンス］
この出願は、参照のためにここに組み込まれる、２００３年１０月９日に出願された米国仮特許出願第６０／４８１，４９５号の仮でない部分である。

本発明は種々の修正及び変形が可能であるが、その特定の実施の形態を例として図面に示し、ここで詳細に説明する。しかし、特定の実施の形態のここでの記載は開示される特定の形に本発明を限定する意図のものではなく、逆に、本発明は本発明の精神及び要旨内にあるすべての修正、等価及び変更をカバーすることを理解すべきである。

本発明の例示的な実施の形態を以下に説明する。明確にするため、実際の履行におけるすべての特徴をこの明細書で述べることはしない。もちろん、任意のこのような実際の実施の形態の開発として、履行毎に変わる装置に関連しビジネスに関連する束縛に対する迎合性のような開発者の特定の目標を達成するために、多数の履行に対して特殊の決断を行わなければならないことを認識されたい。更に、このような開発努力は複雑で時間を浪費することがあるが、それにも拘らず、この開示の利益を有する当業者にとっては決まりきった仕事となることを認識されたい。

図１はこの開示のある教示に係る弁１００の部分の断面図である。図示の例示的な弁１００は常態では閉じている弁である。弁１００は流れ本体１０２と、流れ制御部分１０４とを有する。流れ本体１０２は流体入口１０６及び流体出口１０８を画定する。流れ制御部分１０４はオリフィス部材１１２に関して可動な弁プランジャ１１０を有する。弁ステム組立体１１４はプランジャ１１０及びオリフィス１１２を取り巻く保持ブロック部分１１５と、所望に応じて弁１００を作動させるためにコイル１１８により支持される磁極片１１６とを有する。プランジャ１１０及び弁ステム１１４は軟質の磁性材料で作られる。

図２は流れ制御部分１０４の部分を一層詳細に示す。弁プランジャ１１０は、ガイドバネ１３０がプランジャ１１０とオリフィス１１２との間に位置するように、これに取り付けた第１の下方のガイドバネ１３０を有する。プランジャ１１０従って第１のガイドバネ１３０は弁１００を通る流体の流れを制御するためにオリフィス１１２に関して移動することができる。第１のガイドバネ１３０及び第１のガイドバネ１３０に隣接する（図１、２に示すような）オリフィス１１２の上表面は、弁１１０が閉じたときに互いに対してシールを行う表面を画定する。

従って、弁はガイドバネ１３０の囲まれた表面に対してシールを行う囲まれたオリフィス表面を組み込んでいる。弁保持ブロック１１５が流れ本体１０２と同一面になるように締め付けられたとき、囲まれたバネ表面はオリフィス１１２の頂部の囲まれた表面に対して押し付けられる。これらの２つの表面が同じ面内にある（共面）ため、バネ１３０及びオリフィス１１２のシール領域は互いに接触する。このデザインの特徴はいくつかの利点を生じさせる。例えば、互いに接触する２つの平坦な表面はシール表面間の非並行のいかなる結果をも実質上排除する。互いに接触する２つの平行な囲まれた表面は極めて低い漏洩率値を生じさせる。囲まれたシール表面は、制御された下方への力と一緒に、弁の開閉サイクル時に座及びオリフィスの変形を減少させる。これは、金属の変形を伴う粒子の発生を減少させる。

ある実施の形態においては、第１のガイドバネ１３０は２つの小さなスポット溶接を介してプランジャ１１０に取り付けられる。溶接中の囲まれたバネ表面の歪みを減少させるため、２つの盲の平坦な底開口１３２がバネ１３０内でエッチング加工される。これらの開口１３２は、バネアームがエッチング加工されるときに、形成される。開口１３２の深さはバネ１３０の厚さに応じて変化する。これは、溶接を行う一層薄い区分を提供し、溶接を遂行するのに必要なパワーを減少させ、従って、溶接部のまわりの熱効果区域を減少させる。

第２の上方のガイドバネ１４０はプランジャ１１０の上表面に取り付けられる。図示の実施の形態においては、平坦なバネ１４０はプランジャ１１０の上表面に溶接される。図示の実施の形態においては、第２のガイドバネ１４０はバネアームを特定の長さに恒久的に変形させるように固定具内で伸ばされる。これは、第２のバネ１４０の上表面が極片１１８の隣接する表面に接触し、摩擦無し支持部材を生じさせることを保証する。図１、２に示す常態では閉じている弁においては、バネ１４０はすべての弁装着位置における遮断を保証するために小さな下向きの力をプランジャ１１０に提供する。バネ１４０はまた、プランジャ１１０が半径方向で支持され、弁１００の作動中に極１１８の方へ引っ張られる際にプランジャ１１０の半径方向の運動を阻止することを保証する。正味の結果は、弁開放電流における一層大きな密度へと変換される制御された／予測できる初期の下向きの力である。別の実施の形態においては、プランジャ１１０へプレロード力を提供するために、低バネ定数の螺旋状の圧縮バネが平坦なバネ１４０の代わりに使用される。

ニッケル製のシールワッシャ１４４はオリフィス１１２と流れ本体１０２との間の漏洩密シールを提供し、また、オリフィス１１２と保持ブロック１１５との間で第１のバネ１３０を剛直に保持する力を付加する機能を果たす。ニッケルシール１４４の利点は、その円周のまわりでの不均一性を変形させることができ、従って、部品のいかなる非並行性をも吸収できることである。他の実施の形態においては、シールワッシャ１４４はニッケル以外の材料から作られる。例えば、ワッシャ１４４は、プロセス流体がニッケルと両立しないようなある応用に対しては、十分に焼き戻されたステンレス鋼から作ることができる。第２のニッケル製のシールワッシャ１４５は保持ブロック１１５と流れブロック１０２との間に漏洩密シールを提供する。このシール１４５はプロセス流体が外部の環境へ漏洩するのを阻止する。ニッケルと両立しないプロセス流体を含む応用に対しては、このシール１４５は耐腐食エラストマー材料と交換することができる。

第２のガイドバネ１４０はプランジャ１１０にプレロード力を付加する低いバネ定数を有する。プランジャ１１０の長さは、オリフィス１１２の寸法に応じて、プランジャ１１０と極１１８との間の空気ギャップを制御するように変更することができる。下方のガイドバネ１３０の厚さは弁制御範囲を最適化するように変更することができる。典型的には、一層小さなオリフィスは一層大きなバネ定数を有する一層厚い下方のガイドバネ１３０を使用し、一方、一層大きなオリフィスは一層小さなバネ定数を有する一層薄い下方のガイドバネを使用する。

図示の実施の形態におけるプランジャ１１０は長さが短い。その理由は、プランジャが弁コイル１１６内へ侵入しないからである。この短い長さは、上方のガイドバネ１４０により提供される半径方向の支持と組み合わさって、弁が種々の装着姿勢で作動するときに、プランジャ１１０が半径方向に移動しないことを保証する。

弁の内部素子は、保持ブロック１１５が本体１０２と同一面になるように締め付けられたときに、一緒にクランプされる。従って、内部のネジ部は必要でない。内部のネジ部は超清潔な製品のために機械的に研磨することが困難である。内部のネジ部は粒子、湿気及び炭化水素汚物を発生させることがある。

図３、４はプランジャ１１０及び下方のガイドバネ１３０のための別の形状を示す。図示の組立体はプランジャ１１０により画定された開口１５２内に受け入れられるモールド成形されたエラストマー挿入部材(elastomeric insert)１５０を使用する。下方のバネ１３０がプランジャ１１０に溶接されたときに、挿入部材１５０は開口１５２内に保持される。バネ１３０を通過して延びる過剰なゴムは、共面の表面を生じさせるために、バネ１３０と同一面になるように、研磨される。

図４はこの開示の教示に係る常態では開いている弁(normally open valve)１０１の部分を示す。常態では開いている弁１０１においては、コイル１１６が励磁されたときに、プランジャ１１０は極片１１８の方へ引っ張られる。パワー無しに、下方のバネ１３０はその平坦な位置へ戻る。スペーサ１６０は下方のバネ１３０とオリフィス１１２の外側ランド部との間に設置されて、パワー無しの状態中、流れの通過を許容する。

ここでの教示の利益を有する当業者にとっては明らかな、異なるが等価の方法で本発明を修正及び実践できるので、上で開示した特定の実施の形態は単なる例示である。更に、特許請求の範囲に記載したもの以外の、ここに示した構成又はデザインの詳細に限定されることを意図するものではない。それ故、上で開示した特定の実施の形態は変更又は修正できることは明らかであり、すべてのそのような変更は本発明の要旨及び精神内にあるものと考えられる。

この開示のある教示に従って構成された弁の部分を示す断面図である。 図1に示す弁の部分を一層詳細に示す拡大断面図である。 この開示の教示に係るプランジャ組立体を示す図である。 図３のIV−IV線における断面図である。 この開示の教示に係る常態では開いている弁の部分を示す断面図である。

Claims (10)

1. 弁組立体において、
   第１の表面を画定し、入口及び出口を有するオリフィス部材と；
   上記オリフィス部材に対して可動なプランジャと；
   上記オリフィス部材と上記プランジャとの間に位置し、当該プランジャの第１の端部に取り付けられた部分を有し、上記入口と上記出口との間の流体流れを阻止するために上記第１の表面に対してシールを行うことのできる第２の表面を画定する第１のガイドバネと；
   を有することを特徴とする弁組立体。
2. 上記第１のバネがスポット溶接により上記プランジャの上記第１の端部に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の弁組立体。
3. 上記第１のバネがその中に開口を画定し、当該第１のバネが上記開口とは反対側で上記プランジャに溶接されることを特徴とする請求項２に記載の弁組立体。
4. 上記プランジャの第２の端部に取り付けられた第２のガイドバネを更に有することを特徴とする請求項１に記載の弁組立体。
5. 弁本体と；
   上記オリフィスと上記流れ本体との間に位置するシール部材と；
   を更に有することを特徴とする請求項１に記載の弁組立体。
6. 上記シール部材がニッケルワッシャを有することを特徴とする請求項５に記載の弁組立体。
7. 上記プランジャにより画定された開口内に受け入れられるエラストマー挿入部材を更に有することを特徴とする請求項１に記載の弁組立体。
8. 上記弁が常態では閉じていることを特徴とする請求項１に記載の弁組立体。
9. 上記弁が常態では開いていることを特徴とする請求項１に記載の弁組立体。
10. 上記第２のガイドバネが平坦なバネであることを特徴とする請求項４に記載の弁組立体。
    

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