JP4764348B2 - 導管内の流体の流れを制御するデバイスおよび方法 - Google Patents

Description

本出願は、２００３年１１月１０日に出願の米国仮特許出願第６０／５２３，１６５号（代理人整理番号０３−３７５）の優先権を主張するものである。これらの出願の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、導管内の流体の流れを制御するデバイスおよび方法に関する。そして特に、本発明の実施形態は、超高圧クロマトグラフィなどの高圧の用途に関するバルブに関する。

高圧バルブは、これまで特に分析処理およびクロマトグラフィックプロセスにおいて使用されている。より速い分離を達成し、処理能力を向上させるためにより高い圧力を加えることに関心が集まっている。しかし、超高圧では、バルブおよびその他の構成要素は信頼性が低くなる。

本明細書では、用語、「クロマトグラフィックプロセス」は、化合物がそのような相の中または周囲に移動すると、固定相に対する化合物の親和性においての違いの結果として、１つの化合物を別の化合物から分離するプロセスを指す。

用語、高圧クロマトグラフィは、１平方インチ当り４，０００ポンド（２７．５６ＭＰａ）以下の圧力を使用するクロマトグラフィックプロセスを指す。超高圧クロマトグラフィは、１平方インチ当り４，０００ポンド（２７．５６ＭＰａ）より多い圧力を使用するクロマトグラフィックプロセスを指す。

分析処理に使用されるポンプおよび検出器はより高圧で作動されると、そのような設備の構成要素は、より高い率で故障が発生する。シール部、軸受け要素、ばね、およびモータ上の荷重は、より大きくなる。シャフトおよび軸を回転させるのに必要なトルクは、より大きくなる。荷重が増加すると、流れ制御部およびシーリングフィーチャ（ｓｅａｌｉｎｇ ｆｅａｔｕｒｅｓ）の位置合わせおよび位置決めが、バルブ性能および耐用年数にとってより重要になる。

クロマトグラフィ用に非常に高い圧力で正確に高い信頼性で動作できるバルブを有することが望ましい。磨耗および劣化を受ける部品および構成要素を交換し、完全に機能的なままであるその他の要素を維持するように点検できるバルブを有することが望ましい。

本発明の実施形態は、導管内の流体の流れを制御するデバイスおよび方法、および、そのようなデバイスを作製し点検する方法を対象とする。デバイスおよび方法は、クロマトグラフィの領域での特定の用途を有する。しかし、流体工学の分野の技術者は、本発明のデバイスおよび方法の広範囲の用途を認識するであろう。

本発明の１つの実施形態が、導管内の流体の流れを制御するためのバルブなどのデバイスを対象とする。デバイスは、カートリッジハウジング、バルブシャフト、バルブシャフト軸受け、ロータ、ステータ、およびロータをステータに押し付けるための圧力手段を備える。

カートリッジハウジングは、内壁、外壁および端部壁を有する。内壁は、実質的に円筒のチャンバを定める。チャンバは、第１の端部、第２の端部、チャンバ軸、および少なくとも１つの直径を有する。端部壁は、端部のうちの１つにあり、軸受け開口部を有する。

バルブシャフトは、チャンバ内にある。バルブシャフトは回転可能であり、チャンバ軸と整列するバルブシャフトの回転軸を有する。バルブシャフト軸受けは、軸受け開口部に保持され、バルブシャフトを回転できるように受ける。

ロータは、バルブシャフトに回転できるように連結され、端部壁の反対側のチャンバの端部に配置されている。ロータは、１つまたは複数の流体チャネルを有するロータ軸受け面を有する。

ステータは、少なくとも１つのステータ外面と少なくとも１つのステータ内面を有する。ステータ内面は、ロータ軸受け面を受けるためのステータ軸受け面を有する。ロータ軸受け面とステータ軸受け面は、ロータ軸受け面がステータ軸受け面に対して回転できるように協働する。ステータは、端部壁の反対側でチャンバの端部の周囲に受けられ固定される。ステータは、少なくとも２つのステータ流体開口部を有する。各ステータ流体開口部は、ステータ外部からロータ軸受け面に延びる。ロータの前記１つまたは複数のチャネルと整列して、ロータが第１の位置を取ると、開口部が開口位置を定める。また、１つまたは複数のチャネルから外れてロータ軸受け面と整列して、ロータが第２の位置を取ると、開口部が閉鎖位置を有する。したがって、ロータおよびステータは、開口位置を定める第１の位置を有し、その位置では、流体がステータ流体開口部のうちの１つに受けられ、チャネルを通って流れ、第２のステータ流体開口部を出る。また、ステータおよびロータは閉位置を有し、その位置で流体は、ロータ軸受け面によって１つのステータ流体開口部から他のステータ流体開口部に流れるのを妨げられる。

デバイスは、バルブシャフトおよびロータの回転が、流体が１つのバルブシャフト位置に流れるのを可能にし、流体が第２のバルブシャフト位置に流れるのを不可能にするように、前記ロータ軸受け面を前記ハウジング軸受け面に押し付けるための圧力手段を有する。圧力手段は、前記端部壁およびバルブシャフトを係合する。好ましくは、圧力手段は、シーリングおよび圧力ばねを備える。

好ましくは、デバイスは、前記ステータをカートリッジハウジングに固定するステータ保持手段を有する。また、好ましくは、ステータ保持手段は、ロータ圧力手段およびシャフトがカートリッジハウジングチャンバに摺動可能に受けられ、ロータがシャフトに積み重ねられることができるように、ステータをカートリッジハウジングに解放可能に固定する。好ましいステータ保持手段は、クランプ、ねじ込み継手などから選択される。１つの好ましいステータ保持手段は、１つまたは複数のねじを備え、そのねじは、ステータ内で１つまたは複数のねじ開口部と協働し、カートリッジハウジング内で１つまたは複数のねじ山付きの開口部と協働する。

好ましくは、デバイスは、ロータピンをさらに備え、ロータはロータピン開口部を有し、ステータはステータピン開口部を有し、シャフトはシャフトピン開口部を有する。ロータのチャネルを前記ステータ流体開口部と整列させるために、ロータピンは、ロータ開口部を貫通し、シャフトピン開口部内に、またステータピン開口部に延びる。

好ましくは、ロータおよびシャフトはキー止めされる。たとえば、キー止め部（ｋｅｙｉｎｇ）は、端部ハブを有するシャフトを備え、前記ロータが前記ロータシャフトと共に回転するように、端部ハブがロータをキー止めするための手段を有することができる。キー止め部は、ロータおよび端部ハブから選択される群のうちの少なくとも１つにおける位置を有する少なくとも１つのキー開口部を備える。キー開口部は、ロータと関連付けられたキーピン、およびキー開口部を備えない端部ハブと協働しそれを受け、あるいはキー開口部はロータおよび端部ハブのキー開口を貫通して延びる。

好ましくは、前記ロータおよび前記シャフトから選択される群のうちの少なくとも１つが、ハウジングに対するロータの角度回転を防止するための制止手段を有する。これは、ロータを第１のおよび／または第２の位置に配置する手段を提供する。１つの制止手段がカートリッジハウジングの円筒形の壁から突出する制止要素を備える。ロータおよびシャフトのうちの少なくとも１つが、回転を防止するために制止要素に当接する制止当接面を有する。好ましくは、キーピンが制止当接面を有し、カートリッジハウジングが円筒形の壁から突出する制止要素を有する。また、好ましくは、当接面がカートリッジハウジングを貫通してチャンバ内に延びる整列ピンである。

好ましくは、ロータおよびシャフトから選択される群のうちの少なくとも１つが位置感知手段を有する。位置感知手段は、ロータが第１の位置または第２の位置にあるとき信号を生成する。また、さらにより好ましくは、位置感知手段が、ロータが第１の位置にあるとき第１の信号を生成し、前記ロータが第２の位置にあるとき第２の信号を生成する。位置感知手段は、制御手段と接続するためのものである。当分野の技術者は、適切なメモリ、およびソフトウェアを有するコンピュータプロセッシングユニット、ＣＰＵなどの制御手段に気付くであろう。制御手段は、ロータの位置を決定する信号を受け取る。

好ましい位置感知手段が、ハウジング、ならびにシャフトおよびロータから選択される群のうちの少なくとも１つと関連付けられた光センサおよび発光装置を備える。たとえば、シャフトおよびロータが、発光装置によって照射された場合にバーコードリーダの性質を持つ光センサによって検知可能なマーキングを有する。好ましい発光装置および光センサが、カートリッジハウジングの外部に固定され、カートリッジハウジングは、ロータまたはシャフトを照射した後に、光がチャンバに入りチャンバを出ることができるように、発光装置および光センサと連絡する少なくとも１つのウインドウ手段を有する。

好ましくは、圧力手段は少なくとも１つのばねおよび密封手段を備える。好ましくは、前記ばねは前記シャフトを実質的に取り囲む浮動ばねである。本明細書では、「浮動している」は、ばねがシャフトまたはハウジングに固定されず、回転に影響しないことを意味する。１つの好ましいばねは、ベルビル（ｂｅｌｌｅｖｉｌｌｅ）アセンブリである。ベルビルアセンブリは、円錐形を有する積み重ねられたばねワッシャを備え、そのばねワッシャは、圧縮されると円筒形の壁およびシャフトに内方向および外方向の密封力を働かせる。好ましくは、アセンブリは、ロータをステータからねじることのない回転を可能にするスラスト軸受けを備える。

好ましくは、シャフトは、ばね、またはベルビルアセンブリを受けるためのばねハブを有する。

好ましくは、圧力手段は調整可能である。本発明の１つの実施形態は、荷重調整スパイダ（ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｌｏａｄ ｓｐｉｄｅｒ）を備える調整手段を特徴として備える。荷重調整スパイダは、カートリッジハウジングの端部壁でスパイダ開口部と協働する脚部を有する。脚部および開口部は、協働するねじ山を有する。あるいは、その代わりに、調整手段は荷重調整スパイダを備え、ハウジングの端部壁は荷重ナット開口部を有する。ハウジングは、ばねの圧縮を調整するためにスパイダと連係している荷重ナットを受けるための手段を有する。たとえば、ハウジングは荷重ナット嵌凹部を有し、荷重ナット嵌凹部は前記荷重ナットを受けるためのねじ山を有する。荷重ナットは、ハウジングの端部壁のスパイダ開口部を通るスパイダの脚部を介してチャンバに保持されるばねの圧縮を調整するために、締め付けられまたは緩められる。圧力手段は、実質的に閉鎖されたシステムを４，０００ｐｓｉ（２７．５６ＭＰａ）以上の範囲の圧力に維持するために、ロータおよびステータに圧力を働かせる。本デバイスのいくつかの実施形態を用いて、４０，０００ｐｓｉ（２７５．６ＭＰａ）までの圧力が実現できる。

好ましくは、シャフトは、動力シャフト上に協働する歯付きカプリングを受けるための歯付きカプリングを有する。また、好ましくは、動力シャフトは、モータから動力を受けるための動力伝達手段と関連付けられている。本発明の１つの実施形態は、第１の区画および第２の区画を有する第２のハウジングを特徴として備える。第１の区画は、第１のハウジングを保持する。第２の区画は、少なくとも１つの内壁、１つの外壁、および１つの端部壁を備える。内壁は円筒形のチャンバを定め、端部壁はチャンバを終端させる。端部壁は、動力シャフトを受けるための開口部を有する。チャンバは、伝動装置の様式でモータから動力シャフトに回転力を伝達するような構造にされ配置にされた１つまたは複数の歯車を収容する。

好ましくは、デバイスはさらに、動力シャフトを回転させるための伝動装置に連結されるモータを備える。

好ましくは、シャフト感知手段は、エンコーダディスクおよびエンコーダを備える。エンコーダは、第２ハウジングの内壁に固定され、エンコーダディスクは、動力シャフトに受けられる。エンコーダディスクは、動力シャフトの位置を相関させる位置決めの表示を有する。好ましくは、エンコーダディスクは、そのようなエンコードされたディスクが軸方向に定位置に置かれることができるように、そのようなエンコーダチップが内壁に嵌合されると、エンコーダチップと協働するような寸法にされた窪み（ｉｎｄｅｎｔ）を有する。

好ましくは、デバイスの第２ハウジングは動力シャフト感知手段を収容する。動力シャフト感知手段は、動力シャフトの回転位置に反応して、１つまたは複数の信号を生成する。

好ましくは、デバイスは、バルブの動作を記録するメモリ手段を有する。メモリデバイスは、行われた動作の数を監視して、日常の保守の順番になると通知するようにコンピュータと連絡することが可能である。

本発明のさらなる実施形態は、導管内の流体の流れを制御するためのデバイスを作製する方法を含む。この方法は、内壁、外壁および端部壁を有するカートリッジハウジングを提供するステップを含む。内壁は実質的に円筒のチャンバを定める。チャンバは、第１の端部、第２の端部、チャンバ軸、および少なくとも１つの直径を有する。端部壁は、端部のうちの１つにあり、軸受け開口部を有する。この方法はさらに、バルブシャフト軸受けを軸受け開口部に嵌入させるステップを含む。次に、圧力手段がバルブシャフトの周りに嵌合される。またバルブシャフトは、チャンバ内に回転できるように配置される。バルブシャフトは回転可能であり、チャンバ軸と整列するバルブシャフト回転軸を有する。圧力手段は、バルブシャフトおよびロータの回転が、１つのバルブシャフト位置で流体が流れることができるようにし、第２のバルブシャフト位置で流体が流れることができないようにするように、ロータ軸受け面をステータ軸受け面に押し付けるためのものである。圧力手段は、前記端部壁および前記バルブシャフトを係合する。好ましくは、圧力手段はシーリングおよび圧力ばねを備える。次に、ロータは、端部壁の反対側のチャンバの端部のところに配置され、バルブシャフトに回転できるように連結されている。ロータは、１つまたは複数のチャネルを有するロータ軸受け面を有する。ステータは、カートリッジハウジングに嵌合されている。ステータは、少なくとも１つのステータ外面および少なくとも１つのステータ内面を有する。ステータ内面は、ロータ軸受け面を受けるためのステータ軸受け面を有する。ロータ軸受け面およびステータ軸受け面は、ロータ軸受け面がステータ軸受け面に対して回転できるように協働する。ステータは、端部壁の反対側のチャンバの端部の周囲に受けられ固定される。ステータは、少なくとも２つのステータ流体開口部を有する。各ステータ流体開口部は、ステータ外部からロータ軸受け面に延びる。前記１つまたは複数の、ロータのチャネルと整列して、ロータが第１の位置を取ると、開口部が開口位置を定める。また、ロータが第２の位置を取ると、１つまたは複数のチャネルから外れてロータ軸受け面と整列して、開口部は閉鎖位置を有する。したがって、ロータおよびステータは、開口位置を定める第１の位置を有し、その位置では流体がステータ流体開口部のうちの１つに受けられ、チャネルを通って流れ、第２のステータ流体開口部を出る。また、ステータおよびロータは、閉鎖位置を有し、その場所では、ロータ軸受け面によって、流体が一方のステータ流体開口部から、他方のステータ流体開口部に流れるのを防がれる。

好ましくは、この方法は、前記ステータをカートリッジハウジングに固定するステータ保持手段を使用する。また、好ましくは、ロータ圧力手段およびシャフトがカートリッジハウジングチャンバに摺動可能に受けられ、ロータがシャフトに積み重ねられるようにできるように、ステータ保持手段は、カートリッジハウジングにステータを解放可能に固定する。したがって、デバイスは点検のために解体することができる。

好ましくは、この方法はさらにロータピンを嵌合することを含む。この実施形態では、ロータはロータピン開口部を有し、ステータはステータピン開口部を有し、シャフトがシャフトピン開口部を有する。ロータのチャネルをステータ流体開口部と整列させるために、ロータピンがロータ開口部を貫通し、シャフトピン開口部内に、またステータピン開口部に延びる。

好ましくは、この方法はさらに、キーを嵌合させることにより、ロータおよびバルブシャフトを固定するステップを含む。たとえば、キー止め部は、端部ハブを有するシャフトを備え、前記ロータが前記ロータと共に回転するように、端部ハブはロータをキー止めするための手段を有することができる。好ましくは、キー止め部は、ロータおよび端部ハブから選択される群のうちの少なくとも１つにおける位置を有する少なくとも１つのキー開口部を備える。キー開口部は、ロータと関連付けられたキーピンおよびキー開口部を備えない端部ハブと協働しそれを受け、あるいはロータおよび端部ハブのキー開口部を貫通して延びる。

好ましくは、この方法は制止手段を嵌合するステップを含む。前記ロータおよび前記シャフトから選択される群のうちの少なくとも１つが、ハウジングに対するロータの角度回転を防止するための制止手段を有する。これは、ロータを第１のおよび／または第２の位置に配置する手段を提供する。１つの制止手段がカートリッジハウジングの円筒形の壁から突出する制止要素を備える。ロータおよびシャフトのうちの少なくとも１つが、回転を防止するために制止要素に当接する制止当接面を有する。好ましくは、キーピンが制止当接面を有し、カートリッジハウジングが円筒形の壁から突出する制止要素を有する。また、好ましくは、当接面がカートリッジハウジングを貫通してチャンバ内に延びる当接ピンである。

好ましくは、この方法はさらに、以下の１つまたは複数の、位置感知手段、制御手段、伝達手段、およびモータ手段を嵌合するステップを含む。

本発明のさらなる実施形態は、導管内の流体の流れを制御する方法を対象としている。この方法は、導管内でカートリッジハウジング、バルブシャフト、バルブシャフト軸受け、ロータ、ステータ、および上記のようにステータをロータに押し付けるための圧力手段を有するデバイスを提供するステップを含む。

本発明の、これらのおよびその他の特徴および利点は、図面および以下の詳細な説明を研究すると、当分野の技術者には明らかになるであろう。

本発明の実施形態は、導管内の流体の流れを制御するデバイスおよび方法として、また、そのようなデバイスを作製し修理する方法として詳細に説明される。デバイスおよび方法は、クロマトグラフィの領域での特定の用途を有する。しかし、流体工学の分野の技術者は、クロマトグラフィおよび分析プロセス以外の領域での本発明のデバイスおよび方法の広範囲の用途を認識するであろう。確かに、本発明の実施形態は、バルブが使用されるならどの場所でも用途を有する。

導管内の流体の流れを制御するためのバルブなどのデバイスを対象とする、本発明の実施形態は、図面に対して詳細に説明される。次に図１を参照すると、本発明の特徴を実施するデバイス１１が示される。デバイス１１は、カートリッジハウジング１３、バルブシャフト１５、バルブシャフト軸受け１７ＡおよびＢ、ロータ１９、ステータ２１、およびロータ１９をステータ２１に押し付けるための圧力手段２５を備える。

カートリッジハウジング１３は、内壁２７、外壁２９および端部壁３１を有する。内壁２７は、実質的に円筒のチャンバ３３を定める。チャンバ３３は、第１の端部３５、第２の端部３７、チャンバ軸４１、および少なくとも１つの直径４３を有する。端部壁３１は、端部３７のうちの１つにあり、軸受け開口部３９を有する。

バルブシャフト１５は、チャンバ３３内に保持される。バルブシャフト１５は回転可能であり、チャンバ軸４１と整列するバルブシャフトの回転軸を有する。バルブシャフト軸受け１７Ａは、軸受け開口部３９に保持され、バルブシャフト１５を回転できるように受ける。バルブシャフト軸受け７Ｂは、端部壁２７の反対側のチャンバ３３の端部３５に保持される。

バルブシャフト１５は、バルブシャフト軸受け１７ＡおよびＢに保持される。ロータ１９は、端部壁２７の反対側のチャンバ３３の端部３５のところに配置されて、回転のために、ステータ２１に近接してバルブシャフト１５に固定されている。図２を手短に参照すると、ロータ１９は、１つまたは複数のチャネル４７を有するロータ軸受け面４５を有し、チャネルのうちの１つのみが示される。

ステータ２１は、少なくとも１つのステータ外面５１と少なくとも１つのステータ内面５３を有する。ステータ内面５３は、ロータ軸受け面４５を受けるためのステータ軸受け面５５を有する。ロータ軸受け面４５とステータ軸受け面５５は、ロータ軸受け面４５がステータ軸受け面５５に対して回転できるように協働する。

ステータ２１は、端部壁３１の反対側でチャンバ３３の端部３５の周囲に受けられ固定される。ステータ２１は、少なくとも２つのステータ流体開口部５７を有し、そのうちの１つのみが図１に示される。各ステータ流体開口部５７は、ステータ外部５１からロータ軸受け面５５に延びる。ロータ１９の前記１つまたは複数のチャネル４７と整列して、ロータ１９が第１の位置を取ると、開口部５７が開口位置を定める。この第１の位置は、図２に示され、円５７ａがチャネル４７の端部で開口部５７を表す。

円５７ｂによって図２に示されるような、開口部５７が１つまたは複数のチャネルと連絡していないロータ軸受け面４５と整列して、ロータが第２の位置を取ると、開口部５７が閉位置になる。したがって、ロータ１９およびステータ２１は、開口位置を定める第１の位置を有し、その位置では、流体がステータ流体開口部５７のうちの１つに受けられ、チャネル４７を通って流れ、第２のステータ流体開口部５７を出る。また、ステータ２１およびロータ１９は閉位置を有し、そこで流体は、ロータ軸受け面４５によって１つのステータ流体開口部５７から他のステータ流体開口部５７に流れるのを妨げられている。

デバイス１１は、バルブシャフト１５およびロータ１９の回転が、１つのバルブシャフト位置で流体が流れるのを可能にし、第２のバルブシャフト位置で流体が流れるのを不可能にするように、前記ロータ軸受け面４５をステータ軸受け面５５に押し付けるための圧力手段２５を有する。圧力手段２５は、端部壁３１およびバルブシャフト１５を係合する。好ましくは、圧力手段２５は、軸受けおよびばねを備える。好ましくは、ばねは浮動しており、実質的にシャフトを取り囲んでいる。本明細書では、「浮動している」は、ばねがシャフトまたはハウジングに固定されず、回転に影響しないことを意味する。１つの好ましいばねおよびシールは、ベルビルアセンブリ（ｂｅｌｌｅｖｉｌｌｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ）６１である。ベルビルアセンブリ６１は、積み重ねばねワッシャ６３を備える。各ばねワッシャ６３は、圧縮されると、バルブシャフト１５に内方向の力を働かせ、荷重ナット７７に外方向の密封力を働かせる円錐形を有する。ベルビルアセンブリがロータ１９上で耐え、再アサートする（ｒｅａｓｓｅｒｔ）ことができる圧縮の量は、チャンバ３３のワッシャ６３の数および配置によって制御される。好ましくは、ベルビルアセンブリ６３は、過度の摩擦のないバルブシャフト１５の回転を可能にするスラスト軸受け６５を備える。

バルブシャフト１５は、ベルビルアセンブリ６１のばねワッシャ６３を受けるショルダ部７１を有する。

好ましくは、圧力手段２１は、調整可能である。本発明の１つの実施形態は、荷重調整ナット８７および荷重スパイダ７９を備える調整手段７７を特徴として備える。荷重調整ナット８７は、カートリッジハウジング１３のねじ山と協働するねじ山を有する。スパイダワッシャ７９は、カートリッジハウジング１３の端部壁３１にスロット８１と協働する脚部を有する。あるいは、示されるように、調整手段７７は、荷重調整スパイダ７９を備え、ハウジング１３の端部壁３１は荷重ナット開口部８５を有する。カートリッジハウジング１３は、ベルビルアセンブリ６１の圧縮を調整するために、荷重調整スパイダ７９と連係する荷重ナット８７を受けるためのねじ山付きの荷重ナット陥凹部（ｒｅｃｅｓｓ）８５を有する。荷重ナット８７は、チャンバに保持されるばね６３の圧縮を調整するために締め付けられまたは緩められる。圧力手段は、実質的に閉鎖されたシステムを４，０００ｐｓｉ（２７．５６ＭＰａ）以上の範囲の圧力に維持するために、ロータ１９およびステータ２１に圧力を働かせる。本デバイス１１のいくつかの実施形態を用いて、４０，０００ｐｓｉ（２７５．６ＭＰａ）までの圧力が実現できる。

ステータ保持手段９５は、ステータ２１をカートリッジハウジング１３に解放可能に固定する。ステータ保持手段９５は、クランプ（図示されない）、ねじ込み継手などから選択される。図示されるように、ステータ保持手段９５は、１つまたは複数のねじを備え、そのねじは、ステータ２１内で１つまたは複数のねじ開口部９７と協働し、カートリッジハウジング１３内で１つまたは複数のねじ山付きの開口部９９と協働する。ステータ保持手段は、圧力手段２５およびバルブシャフト１５がカートリッジハウジングチャンバ３３に摺動可能に受けられ、ロータ１９がバルブシャフト１５に積み重ねられることができるように、ステータ２１をカートリッジハウジング１３に解放可能に固定する。

ロータピン１０３がロータピン開口部１０５およびシャフトピン開口部１０９に受けられる。ロータ１９のチャネル４７を前記ステータ流体開口部５７と整列させるために、ロータピン１０３がロータ開口部１０５を通って延び、シャフトピン開口部１０９に入る。

ロータ１９およびシャフト１５は、一致して回転するためにキー止めされる。図１に示されるように、バルブシャフト１５が一体型端部ハブ１１１を有する。端部ハブ１１１は、少なくとも１つのハブキー開口部１１３を有し、ロータ１９は少なくとも１つのロータキー開口部１１５を有する。ハブキー開口部１１３およびロータキー開口部は、協働してキーピン１１７を受ける。あるいは、ロータ１９および端部ハブ１１１は、嵌め合いノブおよび窪みまたは歯などのその他のキー止め手段を有する。

図１に示されるように、ロータ１９およびバルブシャフト１５はカートリッジハウジング１３に対して角度回転するのを妨げるための抑止手段１２９を有する。抑止手段１２９は、第１および／または第２の位置にロータ１９を配置するのを容易にする。抑止手段１２９は、カートリッジハウジング１３の円筒壁３３から突出する抑止ピンを備える。ロータ１９およびバルブシャフト１５は、回転を防止するためのストップピン１２９に当接する抑止当接面を有する。キーピン１１３は、ストップピン１２９と協働するような構造にされ配列にされた抑止当接面を有する。好ましくは、ストップピン１２９は、ハウジング内でカートリッジアセンブリ１１の角度配置をもたらすために、カートリッジハウジング１３を通って外部に延びる。

バルブシャフト１５は、図３で最もよく分かるように、動力シャフト１２１上に、協働する歯付きカプリング１１９を受けるための歯付きカプリング１１７を有する。動力シャフト１２１は、モータ１７０から動力を受けるための動力伝達手段１２３と関連付けられている。図示されるように、デバイス１１はさらに、第１の区画１３３および第２の区画１３５を有する第２のハウジング１３１を備える。第１の区画１３３は、カートリッジハウジング１３を保持する。ロータ１９は、ハウジング１３１に向いた位置になっている。図３で最もよく分かるように、センタリングリング８３が第２のハウジング１３１内でカートリッジアセンブリ１１の中心位置を与える。第２の区画１３５は、伝動装置の様式でモータ１７１から動力シャフト１２１に回転力を伝達するような構造にされ配置にされた、１つまたは複数の歯車１２３を収容するための円筒形のチャンバ１３７を定める。

抑止ピン１１５は、第２のハウジング１３１でカートリッジハウジング１３の装着を容易にするために、第２のハウジング１３１内でセンタリンググルーブ１４６と協働する。センタリングリング１３９およびリングばね１３９ａが第２のハウジング１３１内でカートリッジハウジング１３をセンタリングし整列させる。センタリングリング１３９は、ねじ山（図示されない）またはねじ、およびねじ山付きの開口部（図示されない）を協働させることによって第２のハウジング１３１に固定されている。

第２のハウジングは、動力シャフト、ロータ、またはバルブシャフト感知手段を収容する。図３は、動力シャフト１２１の回転位置に反応して１つまたは複数の信号を生成するための動力シャフト感知手段１４１を示す。動力シャフト感知手段１４１は、エンコーダディスク１４３、およびエンコーダチップ１４５を備える。エンコーダチップ１４５は、エンコーダチップ支持部１４７に装着されている。動力シャフト感知手段１４１は、エンコーダカバー１４９によってカートリッジハウジング１３の残りの部分から遮蔽される。次に図６を参照すると、エンコーダディスク１４３が、動力シャフト１２１上にエンコーダディスク１４３の軸方向の挿入を可能にするような寸法にされ、エンコーダチップ１４５の下の位置に回転される窪み１４３ａを有する。

あるいは、ロータ１９およびバルブシャフト１５がロータ１９の位置を決定するための手段を有する。図４を参照すると、デバイス１１が第２のハウジング１３３と関連付けられた光センサおよび発光装置１５１を有して図示されている。光センサおよび発光装置１５１は、カートリッジハウジング１３内の開口部を貫通して延びる光ファイバのペア１５３と協働して、バルブシャフト１５上のマーキング（図示せず）を照射して読み取る。あるいは、光センサおよび発光装置１５１および光ファイバのペア１５３は、ロータ１９上のマーキング（図示されない）と協働する。当分野で知られたバーコードタイプのマーキングの形でのマーキングは、発光装置によって照射されると、光センサによって検出可能になる。

光センサおよび発光装置１５１は、ロータ１９が第１の位置にあるとき１つの信号を生成し、ロータが第２の位置にあるとき第２の信号を生成する。位置感知手段１４１、光センサおよび発光装置１５１は、制御手段と接続している（図示されない）。当分野の技術者は、適切なメモリ、およびソフトウェアを有するコンピュータプロセッシングユニット、ＣＰＵなどの制御手段に気付くであろう。制御手段は、ロータの位置を決定するための信号を受け取る。

次に図５を参照すると、デバイス１１がケーブル１６３によって取り付けられたメモリディスク１６１を有する。メモリディスク１６１は、行われた動作の数を更新し監視して、日常の保守の順番になると通知するようにコンピュータと連絡することが可能である。メモリディスク１６１は、Ｄａｌｌａｓ Ｓｅｍｉ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社などのいくつかの取り扱い業者によって販売されている。

本発明のさらなる実施形態は、導管内の流体の流れを制御するためのデバイス１１を作製する方法を含む。この方法は、内壁２７、外壁２９および端部壁３１を有するカートリッジハウジング１３を提供するステップを含む。内壁２７は実質的に円筒のチャンバ３３を定める。チャンバ３３は、第１の端部３５、第２の端部３７、チャンバ軸４１、および少なくとも１つの直径４３を有する。端部壁２９は、端部３７のうちの１つにあり、軸受け開口部３９を有する。この方法はさらに、バルブシャフト軸受け１７を軸受け開口部３９に嵌入させるステップを含む。次に、圧力手段２５がバルブシャフトの周りに嵌合され、バルブシャフト１５がチャンバ３３内に配置される。バルブシャフト１５は、回転可能であり、チャンバ軸４１と整列するバルブシャフト回転軸を有する。圧力手段２５は、端部壁３１、荷重ナット８７、およびバルブシャフト１５を係合する。次に、ロータ１９が、端部壁３１の反対側のチャンバ３３の端部３５のところに配置され、バルブシャフト１５に回転できるように連結されている。ロータ１９は、１つまたは複数のチャネル４７を有するロータ軸受け面４５を有する。ステータ２１は、カートリッジハウジング１３に嵌合されている。ステータ２１は、ロータ軸受け面４５を受けるためのステータ軸受け面５５を有する。ロータ軸受け面４５およびステータ軸受け面５５は、ロータ軸受け面４５がステータ軸受け面５５に対して回転できるように協働する。ステータ２１は、端部壁３１の反対側のチャンバ３３の端部の周囲に受けられ固定される。カートリッジハウジング１３は、第２のハウジング１３３およびモータ１７１に嵌合されている。

好ましくは、この方法は、前記ステータ２１をカートリッジハウジング１３に固定するステータ保持手段９５を使用する。また、好ましくは、ステータ保持手段９５は、カートリッジハウジング１３にステータ２１を解放可能に固定し、圧力手段２５およびバルブシャフト１５がチャンバ３３から摺動可能に受けられおよび／または取外されることを可能にする。したがって、デバイスは点検のために解体することができる。

好ましくは、この方法はさらにロータピン１０３および当接ピン１１５を嵌合することを含む。また、好ましくは、スパイダ７９は圧力手段２５内で適切な圧力を生成するように調整される。また、最後に、位置感知手段、伝達歯車１２３、およびモータ１７０を有する第２のハウジング１３３が、カートリッジハウジング１３に固定されている。

本発明のさらなる実施形態は、導管内の流体の流れを制御する方法を対象としている。この方法は、デバイス１１の動作と関連して説明されている。この方法は、カートリッジハウジング１３、バルブシャフト１５、バルブシャフト軸受け１７、ロータ１９、ステータ２１、および上述のようにステータをロータに押し付けるための圧力手段２５を有するデバイス１１を導管に提供するステップを含む。

ステータ２１は、少なくとも２つのステータ流体開口部５７を有する。各ステータ流体開口部５７は、ステータ外部５１からロータ軸受け面４５に延びる。ロータ１９の前記１つまたは複数のチャネル４７と整列して、ロータ１９が第１の位置を取ると、開口部５７が開口位置を定める。また、ロータが第２の位置を取ると、１つまたは複数のチャネル４７から外れてロータ軸受け面４５と整列して、開口部５７は、閉鎖位置を有する。したがって、ロータ１９およびステータ２１は、開口位置を定める第１の位置を有し、その位置では流体がステータ流体開口部５７のうちの１つに受けられ、チャネル４７を通って流れ、第２のステータ流体開口部５７を出る。また、ステータ２１およびロータ１９は、閉鎖位置を有し、その場所では、ロータ軸受け面４５によって、流体が一方のステータ流体開口部５７から、他方のステータ流体開口部５７に流れるのを妨げられる。

このように、本発明を好ましい実施形態に関して、本発明がそのような説明に限定されず、添付の特許請求の範囲の主題を包含するものであることの理解と共に説明してきた。

本発明の特徴を実施するデバイスの四半分区域の切断図である。 本発明の特徴を実施するロータを示す図である。 本発明の特徴を実施するデバイスの四半分区域の切断図である。 本発明の特徴を実施するデバイスの四半分区域の切断図である。 本発明の特徴を実施するデバイスの四半分区域の部分切断図である。 本発明の特徴を実施するデバイスの切断図である。

Claims (34)

1. 導管内の流体の流れを制御するためのデバイスであって、
   ａ．内壁と外壁を有する第１のハウジングであって、前記内壁が実質的に円筒形のチャンバを定め、前記チャンバが、第１の端部、第２の端部、およびチャンバ軸を有し、前記第１の端部および第２の端部のうちの少なくとも１つが軸受け開口部を備える端部壁を有する第１のハウジングと、
   ｂ．前記チャンバ内に配置されたバルブシャフトであって、前記バルブシャフトの回転軸が前記チャンバ軸と整列しており、前記バルブシャフトが前記バルブシャフトの回転軸の周りで回転することができるバルブシャフトと、
   ｃ．前記軸受け開口部に保持され、回転できるように前記シャフトを受けるバルブシャフト軸受けと、
   ｄ．前記端部壁の反対側の、前記第１の端部および第２の端部のうちの１つに配置された、前記シャフトに共に回転できるように連結されたロータであって、前記ロータが１つまたは複数のチャネルを有するロータ軸受け面を含むロータと、
   ｅ．ステータ外面およびステータ内面を有するステータであって、前記ステータ内面がステータ軸受け面を有し、前記ステータ軸受け面がロータ軸受け面を受け、前記ロータ軸受け面を前記ステータ軸受け面に対して回転可能にし、前記ステータは、前記軸受け開口部の反対側の前記チャンバの前記端部の周りに取り外し可能に受けられ、前記ステータが少なくとも２つのステータ流体開口部を有し、前記各ステータ流体開口部が、前記ステータ外部から前記ロータ軸受け面に延び、ロータが第１の位置を取ると、前記１つまたは複数のチャネルと整列して開口位置を定め、ロータが第２の位置を取ると、１つまたは複数のチャネルから外れてロータ軸受け面の部分と整列して閉鎖位置を定め、前記第１の位置が、流体が前記ステータ流体開口部のうちの１つに受けられ前記チャネルを通って流れ、第２のステータ流体開口部を出る開口位置、および流体がロータ軸受け面によって、一方のステータ流体開口部から他方のステータ流体開口部に流れるのを妨げられる閉鎖位置を定めるステータと、
   ｆ．バルブシャフトおよびロータの回転が、１つのバルブシャフト位置で流体が流れることを可能にし、第２のバルブシャフト位置で流体が流れることを阻止するように、前記ロータおよび前記ステータに圧力を加えて、前記ステータ軸受け面に前記ロータ軸受け面を押し付ける圧力手段であって、前記圧力手段が前記端部壁および前記バルブシャフトと係合しており、実質的に閉鎖されたシステムを４０００ｐｓｉ（２７．５６ＭＰａ）以上の範囲の圧力に維持する圧力手段と、
   ｇ．前記圧力手段によって加えられる圧力を調整する調整手段とを備えるデバイス。
2. 前記ステータを前記ハウジングに固定する、ステータ保持手段をさらに備える請求項１に記載のデバイス。
3. 前記ステータ保持手段が、前記ロータ圧力手段およびシャフトが前記ステータ開口部によって摺動可能に受けられることができるように、前記ステータを前記ハウジングに解放可能に固定する請求項２に記載のデバイス。
4. 前記ステータ保持手段が１つまたは複数のねじであり、前記ステータが１つまたは複数の前記ハウジング内のねじ山付きの開口部と協働する１つまたは複数のねじ開口部を有する請求項３に記載のデバイス。
5. ロータピンをさらに備え、前記ロータがロータピン開口部を有し、前記ハウジングのステータがステータピン開口部を有し、前記シャフトがシャフトピン開口部を有し、前記ロータの前記チャネルを前記ステータ流体開口部と整列させるように、前記ロータピンが前記ロータ開口部を貫通し、前記シャフトピン開口部内に、また前記ステータピン開口部に延びる請求項１に記載のデバイス。
6. 前記ロータおよびシャフトがキー止めされた請求項１に記載のデバイス。
7. 前記シャフトが端部ハブを有し、前記ロータが前記ロータのシャフトと共に回転するように、前記端部ハブが前記ロータをキー止めするための手段を有する請求項１に記載のデバイス。
8. キー止めするための前記手段が、ロータおよび端部ハブから選択される群のうちの１つにおける位置を有する少なくとも１つのキー開口部を備え、前記キー開口部がロータと関連付けられたキーピン、およびキー開口部を備えない端部ハブと協働しそれを受ける請求項７に記載のデバイス。
9. 前記ロータおよび前記シャフトから選択される群のうちの少なくとも１つが、ハウジングに対するロータの角度回転を防止するための制止手段を有する請求項１に記載のデバイス。
10. 前記制止手段が前記ハウジングの円筒形の壁から突出する制止要素を備え、前記ロータおよび前記シャフトのうちの少なくとも１つが、回転を防止するために前記制止要素に当接する制止当接面を有する請求項９に記載のデバイス。
11. 前記キーピンが制止当接面を有し、前記ハウジングが円筒形の壁から突出する制止要素を有する請求項９に記載のデバイス。
12. 前記当接面がハウジングを貫通して前記チャンバ内に延びる整列ピンである請求項９に記載のデバイス。
13. 前記ロータおよびシャフトのうちの少なくとも１つが位置感知手段を有し、前記位置感知手段が、前記ロータが前記第１の位置にあるとき１つの信号を生成し、前記ロータが第２の位置にあるとき第２の信号を生成する請求項１に記載のデバイス。
14. 前記位置感知手段と連係する制御手段をさらに備え、前記制御手段が前記信号を受けて前記ロータの位置を決定する請求項１３に記載のデバイス。
15. 前記位置感知手段が、前記ハウジングと関連付けられた光センサおよび発光装置を備え、前記シャフトおよびロータのうちの少なくとも１つが、前記発光装置によって照射された場合に前記光センサによって検知可能なマーキングを有する請求項１３に記載のデバイス。
16. 前記発光装置および光センサが前記ハウジングの外部に固定され、前記ハウジングが前記発光装置および光センサと連絡する少なくとも１つのウインドウ手段を有する請求項１５に記載のデバイス。
17. 前記圧力手段が少なくとも１つのばねを備える請求項１に記載のデバイス。
18. 前記ばねが、前記シャフトを実質的に取り囲む浮動ばねである請求項１７に記載のデバイス。
19. 前記ばねが２つのばね端部を有し、前記シャフトがばねハブを有し、前記ばねハブが前記ばね端部のうちの１つを受けるためのものである請求項１８に記載のデバイス。
20. 前記圧力手段が少なくとも１つのスラスト軸受けアセンブリをさらに備え、前記スラスト軸受けアセンブリ、および前記ハウジングと前記ロータの間に置かれたばねが、前記ハウジングに対する、前記ばねを拘束しないシャフトの回転を可能にする請求項１８に記載のデバイス。
21. 前記ハウジングおよびロータのうちの少なくとも１つが、前記調整手段を有しており、該調整手段が、前記ばね上の圧縮力を調整するばね調整手段である請求項２０に記載のデバイス。
22. 前記調整手段が荷重調整スパイダを備え、前記荷重調整スパイダがねじ山を有し、前記ハウジングの前記端部壁が、ばね圧縮の調整を可能にするように前記荷重調整スパイダを受けそれと協働する、ねじ山を有するスパイダ開口部を有する請求項２１に記載のデバイス。
23. 前記調整手段が荷重調整スパイダを備え、前記ハウジングの前記端部壁がスパイダ開口部を有し、前記ハウジングが、前記ばねの圧縮を調整するために前記スパイダと連係する荷重ナットを受けるための手段を有する請求項２１に記載のデバイス。
24. 前記ハウジングが荷重ナット嵌凹部を有し、前記荷重ナット嵌凹部が前記荷重ナットを受けるためのねじ山を有する請求項２３に記載のデバイス。
25. 前記シャフトが、動力シャフト上に、協働する歯付きカプリングを受けるための歯付きカプリングを有する請求項１に記載のデバイス。
26. モータと連結するための動力シャフトをさらに備え、前記動力シャフトが、前記シャフトの歯付きカプリングに受けられる、協働する歯付きカプリングを有する請求項２５に記載のデバイス。
27. モータから動力を受けるための伝達装置をさらに備える請求項２５に記載のデバイス。
28. 第１の区画および第２の区画を有する第２のハウジングをさらに備え、前記第１の区画が前記第１のハウジングを保持し、前記第２の区画が少なくとも１つの内壁、少なくとも１つの外壁、および少なくとも１つの端部壁を備え、前記内壁が円筒形のチャンバを定め、前記端部壁が前記チャンバを終端させ、前記端部壁が動力シャフトを受ける開口部を有し、１つまたは複数の歯車を収容する前記チャンバが、モータから前記動力シャフトに回転力を伝達する構造にされ配置にされた請求項１に記載のデバイス。
29. 前記動力シャフトを回転させるために前記伝達装置に連結されたモータに保持されたモータをさらに備える請求項２６に記載のデバイス。
30. 前記第２のハウジングが動力シャフト感知手段を収容し、前記動力シャフトの回転位置に感応して、前記動力シャフト感知手段が１つまたは複数の信号を生成する請求項２６に記載のデバイス。
31. 前記カートリッジハウジングを前記第２のハウジングに整列させ保持するためのセンタリングリングをさらに備える請求項２６に記載のデバイス。
32. 前記第１のハウジングがバルブの動作を記録するメモリ手段を有する請求項１に記載のデバイス。
33. 導管内の流体の流れを制御するためのデバイスを作製する方法であって、
    ａ．内壁と外壁を有する第１のハウジングであって、前記内壁が実質的に円筒形のチャンバを定め、前記チャンバが、第１の端部、第２の端部、およびチャンバ軸を有し、前記第１の端部および第２の端部のうちの少なくとも１つが軸受け開口部を備える端部壁を有する第１のハウジングと、
    ｂ．前記チャンバ内に配置されたバルブシャフトであって、前記バルブシャフトの回転軸が前記チャンバ軸と整列しており、前記バルブシャフトが前記バルブシャフトの回転軸の周りで回転することができるバルブシャフトと、
    ｃ．前記軸受け開口部に保持され、回転できるように前記シャフトを受けるバルブシャフト軸受けと、
    ｄ．前記端部壁の反対側の、前記第１の端部および第２の端部のうちの１つに配置された、前記シャフトに共に回転できるように連結されたロータであって、前記ロータが１つまたは複数のチャネルを有するロータ軸受け面を含むロータと、
    ｅ．ステータ外面およびステータ内面を有するステータであって、前記ステータ内面がステータ軸受け面を有し、前記ステータ軸受け面がロータ軸受け面を受け、前記ロータ軸受け面を前記ステータ軸受け面に対して回転可能にし、前記ステータは、前記軸受け開口部の反対側の前記チャンバの前記端部の周りに取り外し可能に受けられ、前記ステータが少なくとも２つのステータ流体開口部を有し、前記各ステータ流体開口部が、前記ステータ外部から前記ロータ軸受け面に延び、ロータが第１の位置を取ると、前記１つまたは複数のチャネルと整列して開口位置を定め、ロータが第２の位置を取ると、１つまたは複数のチャネルから外れてロータ軸受け面の部分と整列して閉鎖位置を定め、前記第１の位置が、流体が前記ステータ流体開口部のうちの１つに受けられ前記チャネルを通って流れ、第２のステータ流体開口部を出る開口位置、および流体がロータ軸受け面によって、一方のステータ流体開口部から他方のステータ流体開口部に流れるのを妨げられる閉鎖位置を定めるステータと、
    ｆ．バルブシャフトおよびロータの回転が、１つのバルブシャフト位置で流体が流れることを可能にし、第２のバルブシャフト位置で流体が流れることを阻止するように、前記ロータおよび前記ステータに圧力を加えて、前記ステータ軸受け面に前記ロータ軸受け面を押し付ける圧力手段であって、前記圧力手段が前記端部壁および前記バルブシャフトと係合しており、実質的に閉鎖されたシステムを４０００ｐｓｉ（２７．５６ＭＰａ）以上の範囲の圧力に維持する圧力手段と、
    ｇ．前記圧力手段によって加えられる圧力を調整する調整手段とをそれぞれ提供し組立てる各ステップを含む前記方法。
34. 導管内の流体の流れを制御する方法であって、
    ａ．内壁と外壁を有する第１のハウジングであって、前記内壁が実質的に円筒形のチャンバを定め、前記チャンバが、第１の端部、第２の端部、およびチャンバ軸を有し、前記第１の端部および第２の端部のうちの少なくとも１つが軸受け開口部を備える端部壁を有する第１のハウジングと、
    ｂ．前記チャンバ内に配置されたバルブシャフトであって、前記バルブシャフトの回転軸が前記チャンバ軸と整列しており、前記バルブシャフトが前記バルブシャフトの回転軸の周りで回転することができるバルブシャフトと、
    ｃ．前記軸受け開口部に保持され、回転できるように前記シャフトを受けるバルブシャフト軸受けと、
    ｄ．前記端部壁の反対側の、前記第１の端部および第２の端部のうちの１つに配置された、前記シャフトに共に回転できるように連結されたロータであって、前記ロータが１つまたは複数のチャネルを有するロータ軸受け面を含むロータと、
    ｅ．ステータ外面およびステータ内面を有するステータであって、前記ステータ内面がステータ軸受け面を有し、前記ステータ軸受け面がロータ軸受け面を受け、前記ロータ軸受け面を前記ステータ軸受け面に対して回転可能にし、前記ステータは、前記軸受け開口部の反対側の前記チャンバの前記端部の周りに取り外し可能に受けられ、前記ステータが少なくとも２つのステータ流体開口部を有し、前記各ステータ流体開口部が、前記ステータ外部から前記ロータ軸受け面に延び、ロータが第１の位置を取ると、前記１つまたは複数のチャネルと整列して開口位置を定め、ロータが第２の位置を取ると、１つまたは複数のチャネルから外れてロータ軸受け面の部分と整列して閉鎖位置を定め、前記第１の位置が、流体が前記ステータ流体開口部のうちの１つに受けられ前記チャネルを通って流れ、第２のステータ流体開口部を出る開口位置、および流体がロータ軸受け面によって、一方のステータ流体開口部から他方のステータ流体開口部に流れるのを妨げられる閉鎖位置を定めるステータと、
    ｆ．バルブシャフトおよびロータの回転が、１つのバルブシャフト位置で流体が流れることを可能にし、第２のバルブシャフト位置で流体が流れることを阻止するように、前記ロータおよび前記ステータに圧力を加えて、前記ステータ軸受け面に前記ロータ軸受け面を押し付ける圧力手段であって、前記圧力手段が前記端部壁および前記バルブシャフトと係合しており、実質的に閉鎖されたシステムを４０００ｐｓｉ（２７．５６ＭＰａ）以上の範囲の圧力に維持する圧力手段と、
    ｇ．前記圧力手段によって加えられる圧力を調整する調整手段とを備えるデバイスを前記導管内に配置するステップを含み、流体の流れが第１または第２の位置を取るロータによって制御されるようになる前記方法。

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