JP2016044813A - 開放力を補助するための溶接されたダイヤフラムを有するバルブ - Google Patents
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Abstract
【課題】開放力が補助されたダイヤフラムを有するバルブを提供する。【解決手段】ダイヤフラム100は、バルブを閉鎖するためにバルブシートと接触する表面102aを有するドーム形ダイヤフラム102と、バイアス部材104とのダイヤフラムアセンブリであり、バイアス部材104も、ドーム形ダイヤフラムであり得る。ダイヤフラム102は、例えば溶接によって、バイアス部材104が取り付けられた中央部分106を有する。ダイヤフラム102およびバイアス部材104は、相互にぴったりはめられ得、それぞれは、円形であり得、ドーム形部分を含み得る。好ましくは、ダイヤフラム102の頂点または幾何学的中心の付近のダイヤフラム102の中央部分106内が溶接される。【選択図】図3
Description
(関連出願)
本願は、「VALVE WITH WELDED DIAPHRAGM TO ASSIST OPENING FORCE」について2014年8月20日に出願された係属中の米国仮特許出願第62/039,543号の利益を主張し、その出願の開示全体が、参照により、本明細書に完全に援用される。
本願は、「VALVE WITH WELDED DIAPHRAGM TO ASSIST OPENING FORCE」について2014年8月20日に出願された係属中の米国仮特許出願第62/039,543号の利益を主張し、その出願の開示全体が、参照により、本明細書に完全に援用される。
(本発明の技術分野)
本発明は、流体の流れおよび送達のデバイスおよび方法に関連し、より具体的には、流体の流れおよび送達を制御するために使用されるダイヤフラムバルブに関連する。
本発明は、流体の流れおよび送達のデバイスおよび方法に関連し、より具体的には、流体の流れおよび送達を制御するために使用されるダイヤフラムバルブに関連する。
(本発明の背景)
ダイヤフラムバルブは、気体および液体流体送達に対する流れ制御デバイスとしての使用について周知である。半導体産業および他の産業において、様々な処置動作中のプロセスケミカルの送達がバルブ(例えば、高純度ダイヤフラムバルブ)を使用して制御される。ダイヤフラムバルブについてのより一般的な用途のうちのいくつかの用途は、化学蒸着(CVD)および原子層堆積(ALD)である。
ダイヤフラムバルブは、気体および液体流体送達に対する流れ制御デバイスとしての使用について周知である。半導体産業および他の産業において、様々な処置動作中のプロセスケミカルの送達がバルブ(例えば、高純度ダイヤフラムバルブ)を使用して制御される。ダイヤフラムバルブについてのより一般的な用途のうちのいくつかの用途は、化学蒸着(CVD)および原子層堆積(ALD)である。
(本発明の要旨)
本明細書に提示される第1の発明の概念は、ダイヤフラムに引き上げ力を適用するバイアス部材またはデバイスを有するダイヤフラムバルブを提供する。一実施形態において、ダイヤフラムは、(好ましくはダイヤフラムの中央領域に)溶接されたバイアス部材を備える。この概念の追加の実施形態が本明細書に提示されている。
本明細書に提示される第1の発明の概念は、ダイヤフラムに引き上げ力を適用するバイアス部材またはデバイスを有するダイヤフラムバルブを提供する。一実施形態において、ダイヤフラムは、(好ましくはダイヤフラムの中央領域に)溶接されたバイアス部材を備える。この概念の追加の実施形態が本明細書に提示されている。
本明細書に提示される第2の発明の概念は、ダイヤフラムバルブ用ダイヤフラムを提供し、ダイヤフラムは、ダイヤフラムに引き上げ力を適用するバイアス部材またはデバイスを備える。一実施形態において、ダイヤフラムは、(好ましくはダイヤフラムの中央領域に)溶接されたバイアス部材を備える。この概念の追加の実施形態が本明細書に提示されている。
本明細書に提示される第3の発明の概念は、ダイヤフラムバルブ用ダイヤフラムを提供し、ダイヤフラムは、ダイヤフラムに引き上げ力を適用するバイアス部材またはデバイスを備える。一実施形態において、ダイヤフラムは、ドーム形ダイヤフラムを含み、バイアス部材またはデバイスは、好ましくはドーム形ダイヤフラムの中央領域に溶接されている。この概念の追加の実施形態が本明細書に提示されている。
本明細書に提示される第4の発明の概念は、ダイヤフラムに引き上げ力を適用するバイアス部材またはデバイスを有するダイヤフラムバルブを提供する。一実施形態において、ダイヤフラムは、ドーム形ダイヤフラムを含み、バイアス部材またはデバイスは、好ましくはドーム形ダイヤフラムの中央領域に溶接されている。この概念の追加の実施形態が本明細書に提示されている。
本明細書に提示される第5の発明の概念は、ダイヤフラムバルブにおけるダイヤフラムに対する開放力を増大させる方法を提供する。一実施形態において、方法は、ダイヤフラムの好ましくは中央領域にバイアス部材またはデバイスを溶接または他の態様で取り付けるステップを含む。この概念の追加の実施形態が本明細書に提示されている。
本明細書に提示される第6の発明の概念は、ダイヤフラムに引き上げ力を適用するバイアス部材またはデバイスを有するダイヤフラムバルブを提供する。一実施形態において、ダイヤフラムは、(好ましくはダイヤフラムの中央領域に)取り付けられたバイアス部材またはデバイスを備える。この概念の追加の実施形態が本明細書に提示されている。
本明細書に提示される第7の本発明の概念は、ダイヤフラムバルブ用ダイヤフラムを提供し、ダイヤフラムは、ダイヤフラムに引き上げ力を適用するバイアス部材またはデバイスを備える。一実施形態において、ダイヤフラムは、ドーム形ダイヤフラムを含み、バイアス部材またはデバイスは、好ましくはドーム形ダイヤフラムの中央領域に取り付けられている。この概念の追加の実施形態が本明細書に提示されている。
本明細書に提示される第8の本発明の概念は、ダイヤフラムバルブ用ダイヤフラムを提供し、ダイヤフラムは、ダイヤフラムに引き上げ力を適用するバイアス部材またはデバイスを備える。一実施形態において、ダイヤフラムは、(好ましくはダイヤフラムの中央領域に)取り付けられたバイアス部材を備える。この概念の追加の実施形態が本明細書に提示されている。
本明細書に提示される別の本発明の概念は、ダイヤフラムの引き上げ力を適用する構造を有するダイヤフラムバルブ用ドーム形ダイヤフラムを提供する。一実施形態において、ドーム形ダイヤフラムは、上部または濡れていない表面構造を有する金属の単一のシートを備え、この構造は、この構造なしのダイヤフラムと比較してドーム形ダイヤフラムの引き上げ力を増大する。この概念の追加の実施形態が本明細書に提示されている。
本明細書の例示的な実施形態において、ダイヤフラムバルブは、好ましくは、1つのドーム形ダイヤフラムまたは2つ以上の積層ドーム形ダイヤフラムを使用するばねなしダイヤフラムバルブである。
これらまたは他の本発明の概念は、以下に完全に開示されており、添付されている図面を考慮して、例示的な実施形態の以下の詳細な説明から当業者によって容易に理解される。
例えば、本発明は、以下を提供する:
(項目1)
長手方向軸を有し、入口から出口までの流体のための流路を備えるバルブ本体と、
バルブシートと、
該入口と該出口との間で流れを遮断するために該バルブシートと接触する表面を備えるダイヤフラムと、該ダイヤフラムに取り付けられたバイアス部材であって、該バイアス部材は、該ダイヤフラムに取り付けられており、該ダイヤフラムに引き上げ力を適用する、バイアス部材と
を備える、ダイヤフラムバルブ。
(項目2)
前記ダイヤフラムは、ドーム形ダイヤフラムを含む、上記項目に記載のダイヤフラムバルブ。
(項目3)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目4)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの中央領域に取り付けられている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目5)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目6)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目7)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの中央領域に取り付けられている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目8)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目9)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの中央領域を含む位置において該ダイヤフラムに取り付けられている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目10)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目11)
アクチュエータとの組み合わせられた上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブであって、該アクチュエータは、前記バルブシートに前記ダイヤフラムの濡れた表面を押しつけるように該ダイヤフラムに力を適用する、ダイヤフラムバルブ。
(項目12)
前記アクチュエータは、前記バイアス部材が前記ダイヤフラムに取り付けられている該ダイヤフラムの領域上に前記力を適用する、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目13)
前記バイアス部材は、前記領域において前記ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目14)
ダイヤフラムバルブ用ダイヤフラムであって、該ダイヤフラムは、
該ダイヤフラムバルブにおいて使用されるときにバルブシートと接触する表面と、
バイアス部材と
を備え、
該バイアス部材は、該ダイヤフラムに取り付けられており、該ダイヤフラムに引き上げ力を適用する、ダイヤフラム。
(項目15)
前記ダイヤフラムは、ドーム形ダイヤフラムを含む、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目16)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目17)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの中央領域に取り付けられている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目18)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目19)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目20)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの中央領域に取り付けられている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目21)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目22)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの中央領域を含む位置において該ダイヤフラムに取り付けられている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目23)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目24)
ダイヤフラムバルブにおいて使用されるダイヤフラムの開放力を増大させる方法であって、該方法は、
ダイヤフラムを提供することと、
該ダイヤフラムの中央領域にバイアス部材を取り付けることと
を含む、方法。
(項目25)
ダイヤフラムを提供するステップは、ドーム形ダイヤフラムを提供するステップを含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目26)
前記バイアス部材は、前記中央領域において前記ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目27)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの幾何学的中心点を含む該ダイヤフラムの領域において該ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目28)
前記バイアス部材は、前記中央領域において前記ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目29)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの幾何学的中心点を含む該ダイヤフラムの領域において該ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目30)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの幾何学的中心点を含む位置において該ダイヤフラムに取り付けられている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目31)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの幾何学的中心点を含む位置において該ダイヤフラムに取り付けられている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(開示の要約)
ばねなしダイヤフラムおよび関係するダイヤフラムは、バルブを開放するための増大した引き上げ力を有する。一実施形態において、ダイヤフラムは、バルブを閉鎖するためにバルブシートと接触する表面を有するドーム形ダイヤフラムと、バイアス部材とのダイヤフラムアセンブリであり、バイアス部材も、ドーム形ダイヤフラムであり得る。ダイヤフラムは、例えば溶接によって、バイアス部材に取り付けられた中央部分を有する。ダイヤフラムおよびバイアス部材は、相互にぴったりはめられ得、それぞれは、円形であり得、ドーム形部分を含み得る。溶接は、好ましくは、ダイヤフラムの頂点または幾何学的中心の付近のダイヤフラムの中央部分内にある。
例えば、本発明は、以下を提供する:
(項目1)
長手方向軸を有し、入口から出口までの流体のための流路を備えるバルブ本体と、
バルブシートと、
該入口と該出口との間で流れを遮断するために該バルブシートと接触する表面を備えるダイヤフラムと、該ダイヤフラムに取り付けられたバイアス部材であって、該バイアス部材は、該ダイヤフラムに取り付けられており、該ダイヤフラムに引き上げ力を適用する、バイアス部材と
を備える、ダイヤフラムバルブ。
(項目2)
前記ダイヤフラムは、ドーム形ダイヤフラムを含む、上記項目に記載のダイヤフラムバルブ。
(項目3)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目4)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの中央領域に取り付けられている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目5)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目6)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目7)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの中央領域に取り付けられている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目8)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目9)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの中央領域を含む位置において該ダイヤフラムに取り付けられている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目10)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目11)
アクチュエータとの組み合わせられた上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブであって、該アクチュエータは、前記バルブシートに前記ダイヤフラムの濡れた表面を押しつけるように該ダイヤフラムに力を適用する、ダイヤフラムバルブ。
(項目12)
前記アクチュエータは、前記バイアス部材が前記ダイヤフラムに取り付けられている該ダイヤフラムの領域上に前記力を適用する、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目13)
前記バイアス部材は、前記領域において前記ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目14)
ダイヤフラムバルブ用ダイヤフラムであって、該ダイヤフラムは、
該ダイヤフラムバルブにおいて使用されるときにバルブシートと接触する表面と、
バイアス部材と
を備え、
該バイアス部材は、該ダイヤフラムに取り付けられており、該ダイヤフラムに引き上げ力を適用する、ダイヤフラム。
(項目15)
前記ダイヤフラムは、ドーム形ダイヤフラムを含む、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目16)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目17)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの中央領域に取り付けられている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目18)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目19)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目20)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの中央領域に取り付けられている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目21)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目22)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの中央領域を含む位置において該ダイヤフラムに取り付けられている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目23)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目24)
ダイヤフラムバルブにおいて使用されるダイヤフラムの開放力を増大させる方法であって、該方法は、
ダイヤフラムを提供することと、
該ダイヤフラムの中央領域にバイアス部材を取り付けることと
を含む、方法。
(項目25)
ダイヤフラムを提供するステップは、ドーム形ダイヤフラムを提供するステップを含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目26)
前記バイアス部材は、前記中央領域において前記ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目27)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの幾何学的中心点を含む該ダイヤフラムの領域において該ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目28)
前記バイアス部材は、前記中央領域において前記ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目29)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの幾何学的中心点を含む該ダイヤフラムの領域において該ダイヤフラムに溶接されている、上記項目のいずれかに記載の方法。
(項目30)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの幾何学的中心点を含む位置において該ダイヤフラムに取り付けられている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(項目31)
前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの幾何学的中心点を含む位置において該ダイヤフラムに取り付けられている、上記項目のいずれかに記載のダイヤフラムバルブ。
(開示の要約)
ばねなしダイヤフラムおよび関係するダイヤフラムは、バルブを開放するための増大した引き上げ力を有する。一実施形態において、ダイヤフラムは、バルブを閉鎖するためにバルブシートと接触する表面を有するドーム形ダイヤフラムと、バイアス部材とのダイヤフラムアセンブリであり、バイアス部材も、ドーム形ダイヤフラムであり得る。ダイヤフラムは、例えば溶接によって、バイアス部材に取り付けられた中央部分を有する。ダイヤフラムおよびバイアス部材は、相互にぴったりはめられ得、それぞれは、円形であり得、ドーム形部分を含み得る。溶接は、好ましくは、ダイヤフラムの頂点または幾何学的中心の付近のダイヤフラムの中央部分内にある。
(例示的な実施形態の説明)
図1を参照すると、例示的な実施形態において、バルブおよびアクチュエータアセンブリ10は、アクチュエータアセンブリ12とバルブアセンブリ14とを含み得る。アクチュエータアセンブリ12は、バルブを開閉するために、バルブアセンブリ14の上に積層され得るか、または他の態様でバルブアセンブリ14と動作可能に結合され得る。この例示的な実施形態は、手動式アクチュエータの使用を示しているが、代替的な実施形態は、自動式アクチュエータ(例えば、空気圧式アクチュエータ)を使用し得る。バルブアセンブリ14は、液体または気体などの流体の流れを制御するために使用され得る。
図1を参照すると、例示的な実施形態において、バルブおよびアクチュエータアセンブリ10は、アクチュエータアセンブリ12とバルブアセンブリ14とを含み得る。アクチュエータアセンブリ12は、バルブを開閉するために、バルブアセンブリ14の上に積層され得るか、または他の態様でバルブアセンブリ14と動作可能に結合され得る。この例示的な実施形態は、手動式アクチュエータの使用を示しているが、代替的な実施形態は、自動式アクチュエータ(例えば、空気圧式アクチュエータ)を使用し得る。バルブアセンブリ14は、液体または気体などの流体の流れを制御するために使用され得る。
アクチュエータアセンブリ12およびバルブアセンブリ14は、DPシリーズまたはDFシリーズのばねなしダイヤフラムバルブとして都合よく実現され得るがそのように実現される必要はない。そのダイヤフラムバルブは、Swagelok Company,Solon,Ohioから商業的に利用可能である。DPシリーズおよびDFシリーズのバルブは、さらに、オンラインで公的に利用可能であり他の態様でSwagelok Companyから利用可能である「SPRINGLESS DIAPHRAGM VALVES」および「HIGH FLOW SPRINGLESS DIAPHRAGM VALVES」というタイトルの製品カタログ内に示されており、それらの製品カタログは、参照により、本明細書に完全に援用される。しかしながら、多くの他のアクチュエータの設計およびダイヤフラムバルブの設計が代替的に使用され得る。
利便性のために、アクチュエータアセンブリ12は、DPシリーズまたはDFシリーズのダイヤフラムバルブとともに商業的に販売されるアクチュエータアセンブリであり得る。それゆえ、アクチュエータアセンブリ12の詳細な説明は、本発明を理解および実施するのに必要ではない。図面内の構成は、手動式アクチュエータアセンブリ用であるが、代替的に、バルブおよびアクチュエータアセンブリ10は、自動式アクチュエータ(例えば、空気圧式または油圧式あるいは電気機械式アクチュエータ)を用いて実施され得る。
例示的なアクチュエータアセンブリ12は、ボンネット16と、ボンネット16上に支持されかつボンネット16に対して回転されることが可能であるハンドル18とを含む。ハンドル18は、バルブアセンブリ14を開閉するために手動で回され得る。ハンドル18は、ハンドルの回転がドライブ部材20の回転を引き起こすようにドライブ部材20に動作可能に結合される。ドライブ部材20は、バルブステム22に螺合される。バルブステム22は、ダイヤフラム24の濡れていない面(24b)と接触する。縮尺によって図1において識別可能ではないが、ダイヤフラム24は、好ましくは、以下にさらに説明されるダイヤフラムおよびバイアス部材(例えば、第2のダイヤフラムまたは他の構造)を備える。止めねじ26が、バルブステム22がアクチュエータステム20とともに回るのを制限する。結果として、アクチュエータステム20の回転は、ハンドル18が回転される方向に応じて上下にバルブステム22の軸方向変位を引き起こす。閉鎖位置におけるバルブ14が図1に示されている。バルブ14を閉鎖するために、ハンドル18は、図面で見て時計回りに回され、これは、アクチュエータステム20を時計回りに回転させ、そして、バルブステム22を軸方向下向きに平行移動させて、ダイヤフラム24をバルブシート28に押しつけるようにする。ダイヤフラム24は、バルブ14を閉鎖するために押しつけられてバルブシート28と接触する表面24aを含み得る(これは、図1に示されている状態である)。本明細書の例示的な実施形態において、ダイヤフラム24が、好ましくは、ドーム形ダイヤフラムであるので、表面24aは、凹状表面である。バルブシートと接触する表面24aは、バルブ14を通って流れる作動流体にさらされ、本明細書において、濡れた表面24aとも呼ばれる。ばね30が提供され、ばね30はバルブステム22に閉鎖力を適用する。これは、ばね力に応じて、ダイヤフラム24に適用される閉鎖力を限定し、これにより、ハンドル18の締め付け過ぎがバルブシート28を傷つけることを妨げる。バルブ14を閉鎖するためにハンドル18が回されるとき、バルブステム22は、ダイヤフラム24の上面を押しつける。(ドーム形ダイヤフラムについて凸状表面である)ダイヤフラム24の上部面は、作動流体にさらされず、それゆえ、ダイヤフラムの濡れていない面24bと呼ばれる。
バルブ14を開放するために、ハンドル18は、図面で見て反時計回りに回される。これは、アクチュエータステム20を反時計回りに回らせ、バルブステム22を軸方向上向きに平行移動させ、ドーム形ダイヤフラムの例において、ダイヤフラム24がその自然なドーム形状に戻ることを可能にし、凹状の濡れた表面24aは、バルブシート28から分離し、それにより、バルブ14を開放して流れるようにする。
ダイヤフラム24は、好ましくは、ドーム形にされて、ダイヤフラム28の自然な無応力状態がそのドーム形湾曲形状(濡れた面24aが凹状であることを意味する)に戻るようにするという点でばねのような効果を有するようにされ得る。ダイヤフラム24は、バルブ14を通って流れる作動流体に適している任意の材料でできており得る。例えば、ダイヤフラム24は、その全体がステンレススチールでできており得るが、他の材料が、非金属ダイヤフラムを含む特定の用途に対して必要に応じて使用され得るか、またはダイヤフラムは、異なる材料でできている部分を含み得る。ダイヤフラム24(および後述されるバイアス部材)に適した材料は、少し例を挙げると、Elgiloy、MP35N、ステンレススチール、Hastalloyを含むがこれらに限定されない。しかしながら、本発明は、金属ダイヤフラムに限定されず、さらに、プラスチックダイヤフラムまたは複合ダイヤフラム(例えば、プラスチックおよび金属の混合物、異なる金属、またはセラミックなどの複合材料などを使用するダイヤフラム)とともに使用され得る。
アクチュエータアセンブリ12が、バルブ14を開放するためにダイヤフラム24を移動させる(ばねを介するなど、または他の態様で)力を適用する必要なく、ダイヤフラム24は、ダイヤフラム本来のばねのような作用により自然な無応力状態または形状に戻るので、ダイヤフラムバルブ14は、ばねなしダイヤフラムバルブとして一般的に公知である。これは、タイドダイヤフラムスタイルのバルブと対照的であり、このタイドダイヤフラムスタイルのバルブにおいては、ダイヤフラムは、バルブステムの移動がダイヤフラムの移動を強制するようにバルブステムに取り付けられ、バルブを閉鎖するためにバルブシートと接触するのがダイヤフラムの表面ではなくバルブステムである。本明細書に説明されているばねなしダイヤフラムバルブにおいて、バルブステムおよびダイヤフラムは、相互に取り付けまたは他の態様での接続はされない。
バルブアセンブリ14は、バルブ本体32を含み、バルブ本体を通る流体の流れのための2つ以上のポートを有し得る。バルブ本体32は、バルブシート28の中心線と同軸である長手方向軸Xを有する。軸Xは、バルブ本体32の中心長手方向軸であり得るがそうである必要はない。軸状および放射状の配向または方向への本明細書における全ての言及は、本明細書において他の態様で留意されない限り、軸Xに対して言及される。例えば上向きおよび下向きなどの方向性移動への本明細書における言及は、図面についての説明の利便性のためであるが、軸Xに対するバルブ14の特定の方向づけまたは配向を要求しない。
バルブ本体32は、第1のまたは入口ポート34(本明細書において入口とも呼ばれる)と、第2のまたは出口ポート36(本明細書において出口とも呼ばれる)とを含み得、それら両方は、バルブが開放しているときにバルブ空洞38と流体連通する。バルブシート28は、入口ポート34を囲っている。バルブ空洞38は、ダイヤフラム24およびバルブシート28によってシールされる。バルブステム22の下向き移動によってダイヤフラム24が(図面(具体的には図1)に見たときに)下向きに歪められるとき、ダイヤフラムの濡れた表面24aは、バルブシート28に押しつけられ、入口ポート34と出口ポート36との間で流れが遮断される。バルブステム22が(図面に見たときに)上向きに移動されるとき、バルブステム22によってダイヤフラム24の濡れていない面24bに適用される閉鎖負荷が減少して、ダイヤフラム24がばねのような作用に伴って自然な無応力状態の方へ戻り得るようにし、自然な無応力状態は、好ましくは、ドーム形状である。ドーム形ダイヤフラム24のこのばねのような作用は、本明細書においてダイヤフラム24の引き上げ力とも呼ばれ、引き上げ力は、ドーム形ダイヤフラム24の本来の特性であり、バルブシート28から離れる方へ引き上げてダイヤフラム24の自然な無応力状態に戻すようにドーム形ダイヤフラム24を補助する。ダイヤフラムが完全に無応力の状態に完全に戻ることが可能であるかどうかは、設計選択の問題であるが、これは、流体の流れを最大化するために好ましい。しかし、代替的に、ダイヤフラム24は、完全な無応力には満たないがそれにも拘わらずダイヤフラムバルブ14の入口と出口との間の流体の流れを遮断しない状態に戻り得る。バルブステム22がダイヤフラムをバルブシート28に向けて強制するときに幾分か平坦化されたプロファイル(図1参照)に変形され得るドーム形ダイヤフラム24は、無応力のドーム形のプロファイル(図3参照)およびバルブシート28との非接触状態にダイヤフラム24を戻すばね力または引き上げ力をもって作用する。自然な無応力状態へのダイヤフラム24のこの弛緩は、ダイヤフラムの濡れた表面24aがバルブシート28との非接触状態に移動する結果となり、入口ポート34および出口ポート36がバルブ空洞38を通して相互に流体連通するようにする。追加のポートが必要に応じて提供され得る。入口ポート34および出口ポート36への本明細書における言及は、単に説明の利便性のためなので、流体の流れは、第1のポート34と第2のポート36との間のいずれかの方向であり得る。
ハンドル18端部と反対側のボンネットの遠位端部16aは、フランジ40を含む。バルブ本体32上でボンネット16を把持および保持するためにボンネットナット42が使用され得る。例えば、バルブ本体32は、ボンネットナット42のねじ山部分46と嵌合するねじ山部分44を含み得る。ボンネットナット42は、さらに、フランジ48を含み、フランジ48は、ボンネットナット42がバルブ本体上へ締められるときにボンネットフランジ40が捕捉されてバルブ本体32のボンネットナットフランジ48と把持表面50との間で軸方向に装填されるようにボンネットのフランジ40を係合する。好ましくは、平坦または平面であり、さらに、好ましくは、円形として画定される円周を有するダイヤフラム24の外側周辺部分24cは、ボンネットフランジ40とバルブ本体32の把持表面50との間で把持され得る。これは、周囲環境への流体損失に備えてバルブ空洞38をシールする本体シールを提供する。ドーム形部分(図3における110)は、外側周辺部分24cによって円周方向に囲まれている。それゆえ、ドーム形部分(110)は、周辺部分24cの平面から離れて湾曲した型で延在する。したがって、ダイヤフラム24は、バルブシート28に面する濡れた表面24aと、バルブステム22に面する濡れていない表面24bとを提示し、ドーム形ダイヤフラムについての濡れた表面24aは、凹状表面であり、ドーム形ダイヤフラムについての濡れていない表面24bは、凸状表面である。
バルブシート28は、バルブ本体32のバルブシートレセス52内に配され得る。バルブシートレセス52は、入口ポート34を囲っており、バルブシートレセス52の範囲を定める環状支持壁54を含み得る。環状支持壁54は、示されているように、バルブシートレセス52内にバルブシート28を捕捉および固定するように内向きにオプションで積層され得る。したがって、支持壁54は、積層されるとき、テーパー状の円錐台形外側表面56を提示する。
バルブアセンブリ14は、多くの異なる材料でできており得る。DPシリーズおよびDFシリーズは、ステンレススチールでできているバルブ本体およびダイヤフラムを含む。バルブシート28は、一般的には、例えばPFA(パーフルオロアルコキシ)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PCTFE(ポリクロロトリフルオロエチレン)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン(polyetheretherkeytone))、PI(ポリイミド)およびエラストマーを含むがこれらに限定されない非金属材料でできている。
図2は、先行技術に従って、第1のまたは上部ドーム形ダイヤフラム60aと第2のまたは下部ドーム形ダイヤフラム60bとを有する従来の積層されたドーム形ダイヤフラムアセンブリ60の例を示しており、それらは、断面図に示されている(第2のダイヤフラム60bが濡れたダイヤフラムである)。ダイヤフラムアセンブリ60は、ボンネットフランジ40およびバルブ本体把持表面50によってダイヤフラムアセンブリ60の周辺部において把持されているので、アクチュエータの閉鎖力または負荷が取り除かれるとき、ドーム形ダイヤフラムアセンブリ60は、その無応力状態に戻すばね力を経験する。ドーム形ダイヤフラムアセンブリ60の各ダイヤフラムは、例えば、1インチ直径のダイヤフラム用に、より低い圧力のバルブ用に.004in.〜.005in.の厚さを有し得る。
据え付けられて、バルブを開放するためにアクチュエータ閉鎖力がダイヤフラムアセンブリ60から取り除かれた状況下のダイヤフラムアセンブリ60を図2に示す。しかし、示されているダイヤフラム、特にドーム形部分は、別個に移動することが可能であり、バルブが開放することが不可能であるように、上部ダイヤフラム60aがその本来のばね力により離れる方へ引き上がるが、下部ダイヤフラム60bがバルブシート28に付着されるかまたは他の態様でバルブシート28に保持されることが可能であるようにする。先行技術は、金属(例えば、ステンレススチール)の単一のシートまたは層あるいは金属の複層または複数シートのどちらかであり得るダイヤフラムを提供する。例えば、2つ以上のダイヤフラムは、複数ダイヤフラムの設計において、相互の上に垂直に積層され得る。図2などの先行技術の複数ダイヤフラムの設計において、ダイヤフラムアセンブリ60は、積層されるかまたは相互にぴったりはめられる2つ以上のダイヤフラムを含む。積層されたダイヤフラムは、さらに、それらの周辺縁部において溶接され得るが、個々のダイヤフラムは、それ以外では、特にドーム形部分の領域において相互に対して自由にスライドおよびシフトすることが可能であって、バルブを閉鎖するためにダイヤフラムが変形されるときに個々のダイヤフラムの屈曲を容易にするようにする。
複数ダイヤフラムの設計において、最内ダイヤフラムは、バルブシートに面し、バルブを閉鎖するためにバルブシートと接触する唯一のダイヤフラムである。バルブを開放するためにバルブステム閉鎖力が取り除かれるとき、積層体における全てのダイヤフラムは、それらの無応力ドーム形状態に戻らなければならない。しかしながら、最内ダイヤフラムは、バルブが吸引用途(すなわち、下流圧が上流圧と比較して負である)において使用されるとき、(例えば、流体との化学的相互作用、あるいは圧力または温度効果により)バルブシートに付着されることが可能であるか、またはバルブシートに保持され得る。積層体の周辺縁部が溶接などによって共に取り付けられるとしても、ダイヤフラム積層体における他のダイヤフラムがそれらの無応力状態に自由に戻ることが可能であるので、最内ダイヤフラムが閉鎖位置(図2)において付着されるようになるこの効果が生じる可能性がある。結果として、最内ダイヤフラムをその無応力状態に戻すためには、バルブシートから離れる方へ最内ダイヤフラムを移動または解放するように、より高い開放力または引き上げ力が最初に必要とされる。
図3〜5を参照すると、本明細書の教示および発明の実施形態において、先行技術のダイヤフラム60(図2のみ)は、(図1におけるダイヤフラム24に対応し得る)ダイヤフラムアセンブリ100と取り替えられ、ダイヤフラムアセンブリ100は、一実施形態において、ダイヤフラム102と、ダイヤフラム102に取り付けられるかまたは接続されるバイアス部材104とを含む。バイアス部材104は、ダイヤフラム102に取り付けられる構造またはデバイスを意味し、ダイヤフラム102は、バルブ14を閉鎖するために(すなわち、入口と出口との間の流れを遮断するために)バルブシート28と接触する表面102aを有する。それゆえ、一例として、複数ダイヤフラムの積層体において、バイアス部材は、好ましくは直接の取り付けによって、バルブシート28に面する最内ダイヤフラムに取り付けられる(そこで、2つ以上のダイヤフラムが使用され、バイアス部材104は、全てのダイヤフラムに取り付けられ得る)。
バイアス部材104は、ダイヤフラム102の自然な無応力状態へ戻るかまたは移動するようにダイヤフラム102を補助するためにダイヤフラム102に対する開放力または引き上げ力を増大させる。つまり、バイアス部材104は、バイアス部材104が取り付けられるダイヤフラム102に引き上げ力を適用する。バイアス部材104のこの引き上げ力は、好ましくは、バルブ14を開放して流れるようにするためにバルブシート28から離れる方へのダイヤフラム102の本来の引き上げ力に追加のものである。ダイヤフラム102は、好ましくは、アクチュエータ閉鎖力が取り除かれるときに完全に無応力な状態に戻るが、必ずしもそうではない。バイアス部材104の包含は、設計者が、ばねなしダイヤフラムの設計の利益および利点を有するダイヤフラムバルブを設計することを可能にする。これらの利点は、他もある中で、ストローク、サイクルライフを増大させるためにおよび流れを最大化するためにより薄いダイヤフラムおよびダイヤフラムの積層体を使用することを含む。しかし、より薄いダイヤフラムを使用することは、ダイヤフラムの引き上げ力を減少させ、その結果、本明細書の本発明は、バルブシートと接触するダイヤフラムに適用されるより高い引き上げ力を有するダイヤフラムおよびダイヤフラムの積層体についての構造および方法を提供する。
一実施形態において、ダイヤフラム102は、好ましくは、ドーム形ダイヤフラムであり、例えば前記DFおよびDPシリーズばねなしダイヤフラムバルブとともに使用される公知の設計のドーム形ダイヤフラムであり得るがそうである必要はない。ドーム形ダイヤフラムが好まれるが、ドーム形であることは、その用語が当業者によって理解されるように、要求されない。他のダイヤフラムが代替的に使用され得、適用される作動力により、ダイヤフラムは、バルブを閉鎖するために変形されるかまたは応力を加えられてバルブシートと接触し得るが、次いで、作動力がダイヤフラムから取り除かれるときに、バルブを開放するために、その自然な無応力状態に弛緩するかまたは戻る。例示的なダイヤフラム102は、平面においては円形であり得るが、円形状のダイヤフラム102は要求されない。例えば、ダイヤフラム102は、代替的にオーバル形であるか、またはより正方形の外観を有し得る。ダイヤフラムの積層体において、ダイヤフラム102は、バルブ14を通る流れを閉鎖または遮断するためにバルブシート28と接触する表面102aを有するダイヤフラムである。それゆえ、表面102aは、濡れた表面であり、これは、表面102aが、バルブアセンブリ14を通って流れる作動流体にさらされることを意味する。一実施形態におけるバイアス部材104は、第2のドーム形ダイヤフラムであり得る。例示的な実施形態において、ダイヤフラム102の中央部分106(本明細書において中央領域とも呼ばれる)が、(例えば溶接108の形での)取り付けによってバイアス部材104に取り付けられ得る。例示的な実施形態において、第1のダイヤフラム102および第2のドーム形ダイヤフラムの形のバイアス部材104は、積層されるかまたは相互にぴったりはめられるか他の態様で都合良く配置されて、溶接108が第1のダイヤフラム102の中央部分106に提供されることを可能にするようにし得る。
それゆえ、一実施形態におけるダイヤフラムアセンブリ100は、好ましくは、2つ以上のドーム形ダイヤフラムの積層体であり、各ダイヤフラムは、(ダイヤフラム102については110a、バイアス部材104については110bとして指し示される)主要ドーム形部分110を有し、主要ドーム形部分110は、第1のダイヤフラム102の幾何学的な中心点112から(図3において、ダイヤフラム102については114a、バイアス部材104については114bとして指し示される)好ましくは平坦な周辺リム部114まで放射状に延在する。リム部114は、平坦である必要はなく、好ましくは周囲が円形であるがそうである必要はまったくない。各リム部114は、ボンネット40とバルブ本体把持表面50との間で各ダイヤフラム102、104を把持するための安定した表面を提供する。本体シールを形成するようにダイヤフラムをバルブ本体に固定するために使用される把持配置のタイプに応じて他のリム部幾何学的形状が必要に応じて使用され得る。例えば、リム部114aおよび114bは、角部に跨って曲げられ得るか、または相互にだけでなく把持表面のうちの1つ以上の表面に溶接され得る。ドーム形部分110aおよび110bは、形が球形であり得るが、必ずしも形が球形ではなく、代替的には、2つ以上の半径を備える湾曲した表面であり得る。
ダイヤフラム102の中央部分106は、好ましくは、ダイヤフラム102の幾何学的中心点112を取り囲む表面領域である。好ましくは、溶接108(または他の適した取り付け技術)は、ダイヤフラム102の直径の10%の直径をおおよそ有する中央部分106内に位置づけられ、その中央部分内に幾何学的中心点112が含まれる。このことは、溶接108が、ダイヤフラム102およびバイアス部材104の歪み中に、上昇した剪断応力を受ける領域上に位置しないことを保証することを助ける。この中央部分106において(したがって、中心点112に近接する)、より好ましくは、中心点112において、ダイヤフラム102とバイアス部材104とを共に溶接することが好まれるが、そのようなことは、いつも要求されるわけではなくあり得、「中央」部分106、すなわちダイヤフラム102の中心点112またはその周囲と考えられ得るもの以外の他の溶接箇所が必要に応じて使用され得る。取り付けられたバイアス部材104の効果は、ドーム形ダイヤフラム102が自然な無応力状態に戻るときにドーム形ダイヤフラム102の本来の引き上げ力に追加のものである引き上げ力を生成することであるので、溶接108などの取り付けは、剪断応力を経験し得る。それゆえ、溶接108を損なうことなくバイアス部材104の引き上げ力によって誘引される応力に耐えるのに十分なサイズ、深さおよび強度を有する取り付け(例えば、溶接108)を設計することが好まれるが要求されない。しかし、好ましくは、さらに、ダイヤフラム102およびバイアス部材104の屈曲によって誘引される応力を減少させるために可能な限り小さい溶接108を有することが好まれるが要求されない。さらに、溶接処理によって生じる(特にダイヤフラム102の濡れた表面102a上の)熱影響域を最小化することが好まれる。
さらに、取り付けのために溶接が使用されるときに溶接108幾何的形状が、完全に充填される円形溶接の形であることが好まれるが、必ずしも要求されない。しかしながら、代替的には、溶接108幾何的形状は、さらに後述されるようにドーナツ形状またはトロイダル型の環の形であり得る。
溶接の好まれる使用に対する代替として、バイアス部材104は、必要に応じて、粘着、蝋付け接続、機械的接続(例えば、ねじ山接続またはスナップ接続)、嵌合表面などを含むがこれらに限定されない他の技術によってダイヤフラム102に取り付けられ得る。
溶接108は、好ましくは、ダイヤフラム102のドーム形部分110aの頂点に配され(この頂点は、ダイヤフラム102の幾何学的中心点112に対応し得る)、この頂点は、ダイヤフラム102の屈曲中のダイヤフラム102とバイアス部材104との間の減少した剪断応力の領域または節点である。
図5A〜5Dは、ダイヤフラム102およびバイアス部材104を共に取り付ける(拡大断面図に示されている)溶接108のために使用され得る溶接部タイプの例を示している。示されている各実施形態において、溶接108は、好ましくは、ダイヤフラムストローク中に溶接108上に作用する応力に対する溶接108の保持強度を提供するためにダイヤフラム102の中心線116に少なくとも浸透する。溶接108の溶接プールがダイヤフラム102内へ浸透することが好まれるが、ダイヤフラム102全体を通してではない。しかしながら、いくつかの用途において、溶接108がダイヤフラム102を通して浸透することは容認可能であり得る。レーザー溶接、Eビーム溶接、単一スポット浸透溶接、抵抗スポット溶接、円形走査ビーム溶接などを含むがこれらに限定されない多くの異なる溶接技術が使用され得る。抵抗溶接は、浸透する溶接ではないが、代わりに、2つの被溶接部材(本明細書の場合、ダイヤフラム102およびバイアス部材104)間の境界面において形成する。次いで、その境界面から、溶接が、ダイヤフラム102の濡れた表面102aの崩壊が最小であるかまたはまったくないようにダイヤフラム102およびバイアス部材104内へ延在する。
本明細書に教示されたような溶接されたダイヤフラムの概念は、既存のダイヤフラムバルブ内の事前に据え付けられたダイヤフラムの簡単な取り替えについて特に有利であり、各ダイヤフラムバルブは、在庫のまたはフィールド内のものである。この利益は、ダイヤフラムアセンブリ100が、インサイチュ取り替えのために先のダイヤフラムおよびダイヤフラムの積層体と同一の幾何的形状を有するように構成され得るという事実から発生する。
我々は、アクチュエータ力が取り除かれてダイヤフラムドーム形部分110aが自然な無応力状態に戻るときに、溶接108の使用がダイヤフラム102の本来の引き上げ力に有意に追加することを見出した。バイアス部材104によって提供されるこの追加的な引き上げ力は、特に、以下に限定するものではないが、吸引または負圧にさらされるダイヤフラムバルブであって、他の態様でダイヤフラム102をバルブシート28に保持する傾向がある可能性があり、一部の流体の化学的性質または他の原因によりダイヤフラム102をバルブシート28に付着させる場合があるダイヤフラムバルブにおいて有益である。
図6は、ダイヤフラム102の中心点112におけるポンド単位でのダイヤフラム引き上げ力対ダイヤフラムストロークの例示的なチャートである。このチャートは、従来の先行技術の単一のドーム形ダイヤフラムを、本明細書の教示に従って共に溶接されたダイヤフラム102とバイアス部材104とを有する溶接されたダイヤフラムアセンブリ100と比較する。このチャートは、本発明の中央溶接された2つの積層ダイヤフラム(グラフA)と従来の単一のダイヤフラム(グラフB)との間の引き上げ力の増大を劇的に示している。
例えばタック溶接によって、複数のダイヤフラムを共に融合または溶接することは、有効な開放力を増大させる。戦略的位置に(例えば、ダイヤフラムの中心点におけるノードまたはその周囲に)融合点を設置することは、サイクルライフおよびダイヤフラムストロークが維持されることが可能であるように融合アセンブリ100における応力集中を最小化する傾向がある。
ダイヤフラムドーム形部分110aの中央部分106内に(例えば、歪んでいるダイヤフラム102の低応力ノードに)タック溶接を設置することは、バルブシート28とのシール性を維持すること、および、ダイヤフラム102のサイクルライフへの最小の衝撃を有することの両方のために使用されることが可能である。これは、さらに、ダイヤフラムアセンブリ100を、以前に据え付けられたダイヤフラムの改造/取り替えおよびオリジナルの造りの両方についてエラープルーフの態様で据え付けることがより簡単である単一のユニットにする。
中心タック溶接された複数ダイヤフラムの積層体の概念は、増大した溶接強度のための円形溶接路を使用し得る(図4と、図5Dにおける例示的な断面図とを参照のこと)。このシナリオにおいて、溶接強度は、溶接の幅による影響を受ける。2次元円形溶接において、これは、円形の領域に相当する;円形が大きいほど溶接境界面領域が大きく、それにより、より大きい溶接につながる。このようなより大きい溶接への1つのアプローチは、溶接装置のスポットサイズを増大させることである。使用される溶接処理に応じて、これは、溶接を達成するのに要求されるパワー密度に達するための溶接パワーの増大につながる。
円形溶接路によって送達される全体のより低い溶接パワーに加えて、溶接の浸透深さが注意深く制御されることが可能である。レーザーまたは電子ビーム溶接機の場合、スポット溶接の浸透プロファイルは、溶接に送達されるパワーとビームのパワープロファイルとに依存する。単一のスポットの代わりに円形溶接路を使用する(例として図5D参照)ことによって、溶接浸透が、溶接の全体的な形状および境界面領域と独立して決定される。これは、適切な溶接浸透に対する制御を可能にし、好ましくは、ダイヤフラム102の濡れた表面102aを穿たず、用途に対して要求される強度を提供する適した溶接領域を達成するようにする。
単一のダイヤフラムが、従来のダイヤフラムと比較してより厚い断面を有するドーム形部分とともに代替的に使用され得ると思われる。これは、さらに、本質的により大きいばね力または引き上げ力を提供する。しかしながら、類似の直径およびドーム形高さのより厚いダイヤフラムは、従来のより薄いダイヤフラムと比較してはるかにより大きい曲げ応力を示す。このより高い応力は、永久的な変形およびそれによるストロークの損失か、またはより低い疲れ寿命のどちらかにつながる可能性がある。本明細書の発明の概念および教示は、より厚いダイヤフラムを提供することから発生する問題を避ける。
図7〜8は、ドーム形ダイヤフラムの引き上げ力を追加的に増大させるための追加の代替的な実施形態を示している。これらの実施形態において、アクチュエータ力が解放された後にダイヤフラムをその無応力の自然なドーム形状に戻すことを補助する追加のばね力を提供するために、ダイヤフラム自身が従来の滑らかなドーム形ダイヤフラムの構造的改変を含み得るか、または従来の滑らかなドーム形ダイヤフラムに追加の構造的引き上げ力部材あるいはデバイスが提供され得る。
図7の実施形態において、ダイヤフラム120は、好ましくは、平面において円形であるドーム形ダイヤフラムであり、そのダイヤフラムは、ダイヤフラム120の中心点124から好ましく平坦化された周辺リム部126まで外向きに放射状に延在するドーム形部分122を有する。リム部126は、平坦である必要はないが、好ましくは、平面において円である。リム部126は、(図1の例示的なバルブの実施形態についての)ボンネット40とバルブ本体把持表面50との間でダイヤフラム120を把持するのに安定した表面を提供する。上述されている本体シールを形成するようにダイヤフラムをバルブ本体に固定するために使用される把持配置のタイプに応じて他のリム部幾何的形状が必要に応じて使用され得る。ドーム形部分122は、形が球形であり得るが、必ずしもそうではなく、代替的には、2つ以上の半径により形成される湾曲した表面であり得る。
一実施形態においてはダイヤフラム120の表面128、示された実施形態においては凸状上部または濡れていない表面は、エッチングされるか、または他の態様で刻み目をつけられるかあるいは改変されて構造が提供され、その構造は、その構造を有しないダイヤフラムと比較してダイヤフラムの引き上げ力を増大させる。例えば、ドーム形部分122の屈曲を増大させる複数のエッチングされたセグメント130(明確にするために、全てのセグメント130が引き出し線を用いて表されているわけではない)の形の構造が提供され得る。さらに、表面128の一部は、(例えば、好ましくはドーム形部分122の中央点134から、外向きに放射状に延在するエッチングされていないリム部132を提供するために)エッチングされていない。これらのエッチングされていないリム部132は、エッチングされたリム部と異なる可撓性を示し、それゆえ、ダイヤフラム120の本来の引き上げ力を増大させるために使用され得るばね力を導入する。代替的に、エッチングは、ドーム形部分122の下側上の凸状の濡れた表面に適用され得、これは、事実上、ドーム形部分122を押してその無応力の自然なドーム形状に戻るように作用するばね力を導入する。
図8の実施形態において、ダイヤフラム140は、好ましくは、平面において円形であるドーム形ダイヤフラムであり、そのダイヤフラム層は、ダイヤフラム140の中心点144から好ましく平坦化された周辺リム部146まで外向きに放射状に延在する主要ドーム形部分142を有する。リム部146は、平坦である必要はないが、好ましくは、平面において円形である。リム部146は、(図1の例示的なバルブ実施形態についての)ボンネット40とバルブ本体把持表面50との間でダイヤフラム140を把持するのに安定した表面を提供する。上述されている本体シールを形成するようにダイヤフラムをバルブ本体に固定するために使用される把持配置のタイプに応じて他のリム部幾何的形状が必要に応じて使用され得る。ドーム形部分142は、形が球形であり得るが、必ずしもそうではなく、代替的には、2つ以上の半径により形成される湾曲した表面であり得る
材料の別個のストリップ148の形のバイアス部材は、ドーム形部分142の凸状の濡れていない表面150を覆っており、好ましくはドーム形部分142に取り付けられるが、必ずしもそうではない。例えば、ストリップ148は、ダイヤフラム140と類似または同一の材料または異なる材料を有し得、ダイヤフラム140の本来の引き上げ力に追加のものある引き上げ力を提供するストリップばねの本質の追加された剛度を提供する。例えば、ストリップ148は、ダイヤフラム140に対して使用される材料より厚い材料の一片であり得、追加される厚さは、ダイヤフラムのストロークのために必要とされるばね力または引き上げ力の量によって決定される。代替的に、ストリップまたはストリップばね148は、ドーム形部分142の凹状の濡れた下側表面上に提供され得る。ダイヤフラム140にストリップばね148を取り付けるための例示的な好まれる技術は、ドーム形部分142の中央部分154におけるスポット溶接152であるが、他の取り付け位置が代替的に必要に応じて使用され得る。ストリップばね148の残りの部分は、ダイヤフラム表面に取り付けられる必要はないが、ダイヤフラム表面に取り付けられ得る。ストリップばね148は、好ましくは、ダイヤフラムリム部146に延出し、上述されているようにバルブ本体とボンネットとの間でダイヤフラムリム部146と把持される。
図9Aおよび9Bの代替的な実施形態において、図9Aは、ダイヤフラムアセンブリ160の分解斜視図であり、図9Bは、ダイヤフラムアセンブリ160の斜視図である。ダイヤフラムアセンブリ160は、従来のダイヤフラム162を含み得、従来のダイヤフラム162は、好ましくは、ダイヤフラム162の中心点166から好ましく平坦化された周辺リム部168まで外向きに放射状に延在する主要ドーム形部分164を有するドーム形ダイヤフラムである。ここでも、リム部168は、平坦である必要はない。ダイヤフラムは、平面において円形であり得、好ましくは、平面において円形である。ドーム形部分164は、形が球形であり得るが、必ずしもそうではなく、代替的には、2つ以上の半径により形成される湾曲した表面であり得る。
好ましくは円形平坦であるが必ずしもそうではない皿ばね170が、エッチングまたは切欠きされた様々な部分を有する薄板の材料から形成され得、結果として誘引されたばね力により中央本体174が上下に屈曲することを可能にする一連のセグメントまたは脚172を残りの形状が提供するようにする。オプションの環状スペーサ176が、皿ばね170とダイヤフラム162の濡れた面178との間に配され得る。好ましくは、スペーサ176および皿ばね170は、ダイヤフラム162と同一の外径を有する。皿ばね170をダイヤフラム162に取り付けるための例示的な好まれる技術は、ドーム形部分164の中央部分182へのスポット溶接180であるが、他の取り付け位置が代替的に必要に応じて使用され得る。図9Bは、完成および溶接されたダイヤフラムアセンブリ160を示している。スペーサ176は、好ましくは、リム部168の幅と匹敵するかまたは同一である半径方向幅184を有する環状である。それゆえ、スペーサ176は、アクチュエータが力を皿ばね170およびダイヤフラム162に適用するときに可撓脚172がずらされるかまたは歪められることを可能にする開口中央領域186を示す。それゆえ、皿ばね170は、ダイヤフラム162の本来の引き上げ力に追加のものである引き上げ力を適用する。スペーサ176は、好ましくは、アクチュエータ力が取り除かれる(すなわち、バルブ開放状態)ときに皿ばね170が平坦または無応力状態に戻ることを可能にする。これは、好ましくは、アクチュエータ力が取り除かれてドーム形部分164も無応力状態であるときに、ドーム形部分164に適用されている下向きのバイアスを減少させるかまたは妨げる。一実施形態において、スペーサ176は、ドーム形部分164の高さと同一またはほとんど同一である高さを有する寸法にされ得る。皿ばね170およびスペーサ176は、代替的に、ダイヤフラム162の濡れた面上に提供され得る。
さらに、ダイヤフラムバルブにおいて使用されるダイヤフラムの引き上げ力を増大させる方法が提供される。一実施形態において、方法は、ダイヤフラムを提供することと、ダイヤフラムの中央領域にバイアス部材を取り付けることとを含む。好まれる実施形態において、バイアス部材は、ダイヤフラムに溶接されている。別の実施形態において、溶接部は、ダイヤフラムの幾何的中心点を含むダイヤフラムの領域内に形成される。
本発明は、本発明を実施するために開示されている特定の実施形態に限定されないが、本発明は、添付されている特許請求の範囲の範囲に入っている全ての実施形態を含むことが意図される。
ハンドル18端部と反対側のボンネットの遠位端部は、フランジ40を含む。バルブ本体32上でボンネット16を把持および保持するためにボンネットナット42が使用され得る。例えば、バルブ本体32は、ボンネットナット42のねじ山部分46と嵌合するねじ山部分44を含み得る。ボンネットナット42は、さらに、フランジ48を含み、フランジ48は、ボンネットナット42がバルブ本体上へ締められるときにボンネットフランジ40が捕捉されてバルブ本体32のボンネットナットフランジ48と把持表面50との間で軸方向に装填されるようにボンネットのフランジ40を係合する。好ましくは、平坦または平面であり、さらに、好ましくは、円形として画定される円周を有するダイヤフラム24の外側周辺部分24cは、ボンネットフランジ40とバルブ本体32の把持表面50との間で把持され得る。これは、周囲環境への流体損失に備えてバルブ空洞38をシールする本体シールを提供する。ドーム形部分(図3における110)は、外側周辺部分24cによって円周方向に囲まれている。それゆえ、ドーム形部分(110)は、周辺部分24cの平面から離れて湾曲した型で延在する。したがって、ダイヤフラム24は、バルブシート28に面する濡れた表面24aと、バルブステム22に面する濡れていない表面24bとを提示し、ドーム形ダイヤフラムについての濡れた表面24aは、凹状表面であり、ドーム形ダイヤフラムについての濡れていない表面24bは、凸状表面である。
Claims (31)
- 長手方向軸を有し、入口から出口までの流体のための流路を備えるバルブ本体と、
バルブシートと、
該入口と該出口との間で流れを遮断するために該バルブシートと接触する表面を備えるダイヤフラムと、該ダイヤフラムに取り付けられたバイアス部材であって、該バイアス部材は、該ダイヤフラムに取り付けられており、該ダイヤフラムに引き上げ力を適用する、バイアス部材と
を備える、ダイヤフラムバルブ。 - 前記ダイヤフラムは、ドーム形ダイヤフラムを含む、請求項1に記載のダイヤフラムバルブ。
- 前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、請求項2に記載のダイヤフラムバルブ。
- 前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの中央領域に取り付けられている、請求項2に記載のダイヤフラムバルブ。
- 前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、請求項4に記載のダイヤフラムバルブ。
- 前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、請求項1に記載のダイヤフラムバルブ。
- 前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの中央領域に取り付けられている、請求項1に記載のダイヤフラムバルブ。
- 前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、請求項7に記載のダイヤフラムバルブ。
- 前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの中央領域を含む位置において該ダイヤフラムに取り付けられている、請求項1に記載のダイヤフラムバルブ。
- 前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、請求項9に記載のダイヤフラムバルブ。
- アクチュエータとの組み合わせられた請求項1に記載のダイヤフラムバルブであって、該アクチュエータは、前記バルブシートに前記ダイヤフラムの濡れた表面を押しつけるように該ダイヤフラムに力を適用する、ダイヤフラムバルブ。
- 前記アクチュエータは、前記バイアス部材が前記ダイヤフラムに取り付けられている該ダイヤフラムの領域上に前記力を適用する、請求項11に記載のダイヤフラムバルブ。
- 前記バイアス部材は、前記領域において前記ダイヤフラムに溶接されている、請求項12に記載のダイヤフラムバルブ。
- ダイヤフラムバルブ用ダイヤフラムであって、該ダイヤフラムは、
該ダイヤフラムバルブにおいて使用されるときにバルブシートと接触する表面と、
バイアス部材と
を備え、
該バイアス部材は、該ダイヤフラムに取り付けられており、該ダイヤフラムに引き上げ力を適用する、ダイヤフラム。 - 前記ダイヤフラムは、ドーム形ダイヤフラムを含む、請求項14に記載のダイヤフラムバルブ。
- 前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、請求項15に記載のダイヤフラムバルブ。
- 前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの中央領域に取り付けられている、請求項15に記載のダイヤフラムバルブ。
- 前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、請求項17に記載のダイヤフラムバルブ。
- 前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、請求項14に記載のダイヤフラムバルブ。
- 前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの中央領域に取り付けられている、請求項14に記載のダイヤフラムバルブ。
- 前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、請求項20に記載のダイヤフラムバルブ。
- 前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの中央領域を含む位置において該ダイヤフラムに取り付けられている、請求項14に記載のダイヤフラムバルブ。
- 前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムに溶接されている、請求項22に記載のダイヤフラムバルブ。
- ダイヤフラムバルブにおいて使用されるダイヤフラムの開放力を増大させる方法であって、該方法は、
ダイヤフラムを提供することと、
該ダイヤフラムの中央領域にバイアス部材を取り付けることと
を含む、方法。 - ダイヤフラムを提供するステップは、ドーム形ダイヤフラムを提供するステップを含む、請求項24に記載の方法。
- 前記バイアス部材は、前記中央領域において前記ダイヤフラムに溶接されている、請求項25に記載の方法。
- 前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの幾何学的中心点を含む該ダイヤフラムの領域において該ダイヤフラムに溶接されている、請求項25に記載の方法。
- 前記バイアス部材は、前記中央領域において前記ダイヤフラムに溶接されている、請求項24に記載の方法。
- 前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの幾何学的中心点を含む該ダイヤフラムの領域において該ダイヤフラムに溶接されている、請求項24に記載の方法。
- 前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの幾何学的中心点を含む位置において該ダイヤフラムに取り付けられている、請求項1に記載のダイヤフラムバルブ。
- 前記バイアス部材は、前記ダイヤフラムの幾何学的中心点を含む位置において該ダイヤフラムに取り付けられている、請求項14に記載のダイヤフラムバルブ。
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