JP6272316B2 - バルブのための油圧機構 - Google Patents

Description

本開示は、一般的にバルブに関し、より詳細には、衛生制御バルブを作動させるための油圧機構に関する。

衛生制御バルブは、一般的に洗浄または無菌処理を必要とするバイオテクノロジーおよび薬学的用途に使用される。標準的な衛生制御バルブは、アクチュエータ部および制御部を含む。アクチュエータ部は、縦に配列されたアクチュエータステムに連結されたアクチュエータダイヤフラムを含み、作動室内に導き入れられた圧縮流体が、ダイヤフラムに作用して作動ステムをその軸に沿って動かす。

アクチュエータステムが下向きに動かされると、アクチュエータステムの遠位端が、そこに旋回可能に固定された一対の係合アームを有する結合本体に係合し、それによって、アクチュエータステムが係合アームを旋回させると、係合アームが外側に動く。各係合アームの遠位端に配置されたローラが、圧縮板を下向きに動かすような下向きの力を圧縮板に対して与える。係合アームが結合本体に旋回可能に連結されているため、アームは、圧縮板の上面に加えられる下向きの力を増大するレバーとして作用する。圧縮板は制御ダイヤフラムに係合する底部表面を有し、圧縮板の下向きの移動によって、制御ダイヤフラムの一部分が弁座に係合することによって、バルブ入口からバルブ出口への流れを防ぐ。その後、アクチュエータステムが上向きに動かされると、バネが、制御ダイヤフラムが弁座と縦方向に間隔をあけるように圧縮板を上向きに付勢する。それによって、バルブ入口からバルブ出口への流れを可能にする。

そのような構成では、圧縮板の上部に堆積した破片またはくずが、ローラが圧縮板に係合するときに、長期にわたって圧縮板および／またはローラを損傷することがある。そのような損傷は、圧縮板に与えられる力の増大を大幅に低減することがあり、対応してダイヤフラムの密封性を低減することがある。加えて、結合本体アセンブリが多数の可動部品を有し、損傷および損耗した部分の保守および交換によって、バルブの点検にかかる費用および時間が増大する。

バルブアセンブリはバルブステムを含み、これは縦方向軸に沿って延伸する第一の端部および第二の端部を有し、縦方向軸に沿って動くように構成される。バルブアセンブリは、バルブステムの第一の端部に連結された第一のピストン部材をさらに含む。第一のピストン部材は、第一の領域を画定する外周囲を有する。バルブアセンブリは、加えて、圧縮部材を含み、これは圧縮部材に連結されたダイヤフラムおよび第二のピストン部材に係合するように構成されている。第二のピストン部材は第二の領域を画定する外周囲を有する。第一のピストン部材と第二のピストン部材とは、縦方向に分離して位置することができる。バルブアセンブリは、加えて、一以上の内面によって画定された第一のボアを有する第一の室を含む。第一のボアは、第一のピストン部材が第一の室と相対的に第一のボア内において縦方向に移動可能なように、第一のピストン部材を受け入れるように構成される。第一のピストン部材は、第一のピストン部材の底部、および第一のボアを画定する一以上の内面が、第一の内部容積を少なくとも部分的に画定するように、第一のボアを画定する一以上の内面に密封的に係合する。バルブアセンブリは、加えて、縦方向軸に沿って延伸し、かつ一以上の内面によって画定された第二のボアを有する第二の室を含む。第二の
ボアは、第二のピストン部材が第二の室と相対的に第二のボア内において縦方向に移動可能なように、第二のピストン部材を受け入れるように構成される。第二のピストン部材は、第二のピストン部材の上部、および第二のボアを画定する一以上の内面が、第二の内部容積を少なくとも部分的に画定するように、第二のボアを画定する一以上の内面に密封的に係合する。導管部が、第一の内部容積と第二の内部容積とが流体連絡するように第一の室から第二の室に延伸する。油圧流体が第一の内部容積、導管部および第二の内部容積内に配置され、これにより第一の室と相対的な第一のピストン部材の下向きの移動によって、油圧流体が第二のピストン部材の上部に圧力を与えて、第二のピストン部材を下向きに動かす。

バルブアセンブリは、バルブステムの第一の端部に連結された第一のピストン部材も含むことができる。第一のピストン部材は、第一の室の第一のボア内に移動可能に配置できる。第一のピストン部材は、第一の領域を画定する外周囲を有することができる。バルブアセンブリは、バルブ閉鎖要素に連結された第二のピストン部材も含むことができる。第二のピストン部材は、第二の室の第二のボア内に移動可能に配置できる。第二のピストン部材は、第二の領域を画定する外周囲を有することができる。このような構成では、第一の室と相対的な第一のピストン部材の縦方向の移動によって、第一の室の密封された容積内に配置された油圧流体が第二のピストン部材に作用する。これにより第二のピストン部材が縦方向に動き、バルブ閉鎖要素が弁座に密封的に係合して、バルブ入口からバルブ出口への流れを防ぐ。加えて、第二の領域が第一の領域よりも大きく、これにより第二のピストン部材によって与えられた下向きの力が、第一のピストン部材によって与えられた下向きの力よりも大きくなる。

加えて、制御バルブを作動させる方法は、第一のピストン部材をバルブアクチュエータに連結することと、第一のピストン部材を第一の室の第一のボア内において移動可能に配置することと、を含む。方法は、第二のピストン部材をバルブ閉鎖要素に連結することと、第二のピストン部材を第二の室の第二のボア内において移動可能に配置することと、をさらに含む。第一の室の第一のボアの一部分は、第二の室の第二のボアの一部分と流体的に連結されており、これにより第一のピストン部材の移動によって、流体が第二のピストン部材に作用する。それによって、バルブ閉鎖要素を弁座に密封的に係合させる第二のピストン部材の対応する移動が生じ、バルブ入口からバルブ出口への流れを防ぐ。方法は、第二のピストン部材に作用する力が、第一のピストン部材に作用する力よりも大きくなるように、第一のピストン部材および第二のピストン部材をサイズ調整することも含む。

閉鎖位置におけるバルブを示す、バルブアセンブリの実施形態の断面正面図である。簡潔さのためにバルブアクチュエータは省略する。 バルブアクチュエータを含む、図１Ａに図示する実施形態の断面正面図である。 開放位置におけるバルブを備えた図１Ａに図示する実施形態の部分断面正面図である。 次は、バルブが閉鎖位置にあるときのバルブアセンブリの第一の室および第二の室の部分断面正面図である。簡潔さのためにダイヤフラム、バルブ本体およびボンネットは省略する。 次は、バルブが開放位置にあるときのバルブアセンブリの第一の室および第二の室の部分断面正面図である。簡潔さのためにダイヤフラム、バルブ本体およびボンネットは省略する。

図１Ａに図示するように、バルブアセンブリ１０はバルブステム１２を含み、バルブス
テム１２は第一の端部１４および第二の端部１６を有し、縦方向軸１８に沿って延伸し、そして縦方向軸１８に沿って動くように構成される。バルブアセンブリ１０は、バルブステム１２の第一の端部１４に連結された第一のピストン部材２０をさらに含む。第一のピストン部材２０は、第一の領域Ａ１を画定する外周囲２２を有する。バルブアセンブリ１０は、加えて、圧縮部材２４を含み、これは、圧縮部材２４に連結されたダイヤフラム２６および第二のピストン部材２８に係合するように構成されている。第二のピストン部材２８は、第二の領域Ａ２を画定する外周囲３０を有する。図２Ａおよび図２Ｂを参照するように、バルブアセンブリ１０は、加えて、一以上の内面３６によって画定された第一のボア３４を有する第一の室３２を含む。第一のボア３４は、第一のピストン部材２０が第一の室３２と相対的に第一のボア３４内において縦方向に移動可能なように、第一のピストン部材２０を受け入れるように構成される。第一のピストン部材２０は、第一のピストン部材２０の底部３８、および第一のボア３４を画定する一以上の内面３６が、第一の内部容積４０を少なくとも部分的に画定するように、第一のボア３４を画定する一以上の内面３６に密封的に係合する。

図２Ａおよび図２Ｂをなおも参照するように、バルブアセンブリ１０は、加えて、一以上の内面４６によって画定された第二のボア４４を有する第二の室４２を含む。第二のボア４４は、第二のピストン部材２８が第二の室４２と相対的に第二のボア４４内において縦方向に移動可能なように、第二のピストン部材２８を受け入れるように構成される。第二のピストン部材２８は、第二のピストン部材２８の上部４８、および第二のボア４４を画定する一以上の内面４６が、第二の内部容積５０を少なくとも部分的に画定するように、第二のボア４４を画定する一以上の内面４６に密封的に係合する。導管部５２が、第一の内部容積４０と第二の内部容積５０とが流体連絡するように第一の室３２から第二の室４２に延伸する。油圧流体５４が、第一の内部容積４０、導管部５２および第二の内部容積５０内に配置され、これにより第一の室３２と相対的な第一のピストン部材２０の下向きの移動によって、油圧流体５４の一部が第二のピストン部材２８の上部４８に圧力を与えて、第二のピストン部材２８を下向きに動かす。油圧流体５４は、食品用の油圧オイルなどの任意の適切な油圧液体でもよい。

このような構成では、衛生バルブアセンブリ１０は、パックレスであり、可動部品が従来の衛生バルブよりも少ない。加えて、圧力を受けた油圧流体によって、第二のピストン部材２８がバルブアセンブリ１０を開閉するようにダイヤフラム２６を動かすため、バルブコンポーネント内部の破片またはくずがバルブ性能に影響を与えることがない。それ故に、開示したバルブアセンブリ１０は、従来のバルブよりも運転および保守費用が低く、その上、一定かつ正確な閉鎖力をもたらし、かつ運用年数がより長くなる。

バルブアセンブリ１０をより詳細に参照すると、図１Ａに図示するように、バルブアセンブリ１０は、バルブ本体５６およびバルブ本体５６の上部に連結されたボンネット５８を含む。バルブ本体５６は、入口５９および出口６０ならびにそれらの間を延伸する通路６２を含む。入口５９は水平に配置してもよく、出口６０は垂直に配置してもよい。本明細書に使用するような「水平」という用語は、図１Ａの基準座標系におけるＸ軸と平行またはそれと同軸上の方向を指し、「垂直」という用語は、図１Ａの基準座標系におけるＹ軸と平行またはそれと同軸上の方向を指す。代替的な実施形態では、入口５９および出口６０は、任意の適切な方位を有することができる。例えば、入口５９および出口６０は、共に水平に配置してもよい。出口６０と入口５９とが交わるところに形成された出口６０の周囲縁が、弁座６４を形成できる。円形ボンネット開口部６６を、バルブ本体５６の弁座６４と対向して配置でき、ボンネット５８を、ボンネット開口部６６を覆うようにバルブ本体５６に固定できる。ボンネット５８は、ボンネット５８がバルブ本体５６に隣接した第一の端部６８および第一の端部６８と反対側の第二の端部７０を有することができるように、縦方向軸１８に沿って延伸できる。ボンネット５８は、一以上の内面によって画
定できる中空内部７２を有することができる。例えば、ボンネット５８は、内部７２が円筒形内壁７４によって画定されるように、縦方向軸１８の周りに対称的にまたは略対称的に形成できる。このような構成では、ボンネット５８は、円筒形内壁７４によって部分的に画定された中空内部７２に開放された第一の端部６８を持つ、シリンダの概略の形状を有する。ボンネット５８は、第二の端部７０に隣接した上部７６を有することができる。上部７６は、バルブステム１２を摺動自在に受け入れるように構成されたステム開口部７８を含むことができる。それ故に、ステム開口部７８は、バルブステム１２の断面形状に略対応する形状を有することができる。例えば、ステム開口部７８は、円形断面形状を有するバルブステム１２を受け入れるような円形状を有することができる。ステム開口部７８は、図１Ａに図示するように、上壁部８０または上壁部８０から上向きに突出するステム突出部８２に形成できる。加えて、Ｏリングなどのシール（図示せず）を、ステム開口部７８にまたはそこに隣接して配置し、ステム１２を密封係合して、破片がステム開口部７８を通じてボンネット５８の内部７８に入ることを防ぐことができる。

図１Ｂを参照するように、バルブアセンブリ１０のステム１２は、バルブアクチュエータアセンブリ８４に連結できる。バルブアクチュエータアセンブリ８４は、上方アクチュエータケーシング８６および上方アクチュエータケーシング８６に連結された下方アクチュエータケーシング８８を有することができる。下方アクチュエータケーシング８８は、その内部にコイルバネ９２を少なくとも部分的に配置するバネ凹部９０を含むことができ、この配置ではコイルバネ９２の下部がバネ凹部９０の底部に接触する。アクチュエータダイヤフラム９４を、上方アクチュエータケーシング８６と下方アクチュエータケーシング８８との間に配置できる。バルブアクチュエータアセンブリ８４は、アクチュエータダイヤフラム９４と下方アクチュエータケーシング８８との間に配置されたダイヤフラム板９６も含む。アクチュエータダイヤフラム９４の下面９７は、ダイヤフラム板９６の上面９８に係合する。アクチュエータステム９９は、アクチュエータステム９９がダイヤフラム板９６の底部表面１００から下向きに延伸する（すなわち、図１Ｂの基準座標系のＹ軸と反対の方向に延伸する）ように、ダイヤフラム板９６に連結できる。コイルバネ９２は、コイルバネ９２がアクチュエータステム９９の上部を取り巻くように、アクチュエータステム９９と同軸上に位置合わせできる。このような構成では、コイルバネ９２の上部はダイヤフラム板９６の底部表面１００に係合し、これによりコイルバネ９２はダイヤフラム板９６を上向きの方向（すなわち、図１Ｂの基準座標系のＹ軸の方向）に付勢できる。アクチュエータステム９９の底部は、バルブステム１２の第二の端部１６に連結し、これによりダイヤフラム板９６の垂直移動によって、バルブステム１２が対応して垂直移動できる。

図１Ｂをなおも参照するように、ヨーク部１０２を、バルブアセンブリ１０とバルブアクチュエータアセンブリ８４との間に配置できる。より具体的には、ヨーク部１０２は、第一の端部１０４および第一の端部１０４と縦方向の反対側に位置する第二の端部１０６を含むことができる。ヨーク部１０２の第一の端部１０４は、ボンネット５８の上壁部８０に固定され、ヨーク部１０２の第二の端部１０６は、下方アクチュエータケーシング８８の外部に固定できる。

図１Ａおよび図１Ｂを参照するように、バルブアセンブリ１０のバルブステム１２は、縦方向軸１８に沿って延伸し、第一の端部１４および第一の端部１４と縦方向の反対側に位置する第二の端部１６を含む。先に記載したように、バルブステム１２の第二の端部１６は、ダイヤフラム板９６の垂直移動によってバルブステム１２が縦方向軸１８に沿って対応して移動するように、アクチュエータステム９９の底部に連結できる。図２Ａに図示するように（類似の図２Ｂは、簡潔さのためにバルブ本体５６、ダイヤフラム２６およびボンネット５８を省略している）、第一のピストン部材２０はバルブステム１２の第一の端部１４に連結でき、第一のピストン部材２０の外周囲２２が第一の領域Ａ１を画定でき
る。外周囲２２は、縦方向軸１８に沿う方向から見たときに、第一のピストン部材２０の外縁によって画定できる。外周囲２２は、任意の適切な形状を有することができる。一実施形態では、第一のピストン部材２０は、バルブステム１２の第一の端部１４に隣接して配置された上部１０８を有し、上部１０８と反対側に配置された底部３８を備えた円盤の形状（すなわち、円筒形状）を有することができる。上部１０８および底部３８の各々は、平面から成ることができる。あるいは、上部１０８および底部３８の一つまたは両方は、輪郭に合わせてまたは部分的に輪郭に合わせて形成できる。側部１１０が、上部１０８と底部３８との間を延伸できる。側部１１０は、円筒形または略円筒形状を有することができる。このような構成では、側部１１０と底部３８との交点によって形成される円形縁が、第一のピストン部材２０の外周囲２２を形成できる。この例では、第一のピストン部材２０の外周囲２２によって画定される第一の領域Ａ１は、π（Ｒ１）^２であり得る。ここで、Ｒ１は、円形外周囲２２の半径である。円形外周囲２２の半径Ｒ１は、第一の室３２の第一のボア３４の円筒形内面３６の半径よりも若干短くてもよい。

第一のピストン部材２０は、任意の適切な様式でバルブステム１２の第一の端部１４に連結できる。例えば、バルブステム１２の第一の端部１４は、第一のピストン部材２０に直接的または間接的に機械的に留めることができる。より具体的には、図２Ａに図示するように、バルブステム１２の第一の端部１４は、ねじ山を付けることができる。ねじ山を付けられた第一の端部１４は、第一のピストン部材２０の上部１０８から上向きに延伸する突出部１１２内に配置された対応するねじ山を付けたボアにねじ山により係合できる。あるいは、個々の留め部材が、バルブステム１２の第一の端部１４を第一のピストン部材２０に固定できる。または、バルブステム１２の第一の端部１４を、第一のピストン部材２０に直接的または間接的に溶接できる。加えて、シール１１４が第一のピストン部材２０の周囲に固定されて、図２Ａに図示するように、第一のピストン部材２０が第一のボア３４の内部に配置されているときに、第一のピストン部材２０の側部１１０と第一の室３２の内面３６との間を流体が流れることを防ぐ。例えば、シール１１４はＯリングでもよい。Ｏリングは、第一のピストン部材２０の側部１１０に形成された円周溝（図示せず）に少なくとも部分的に配置できる。単一シール１１４の代わりに、二つ以上のシール１１４を使用してもよい。

図２Ａを参照するように、バルブアセンブリ１０は、第一の室３２も含む。第一の室３２は、縦方向軸１８に沿って延伸する第一のボア３４を含む。第一の室３２は、一以上の内面が第一のボア３４を画定するような任意の適切な形状を有することができる。例えば、第一の室３２は、全体的に円筒形状を有することができる。第一の室３２は、円筒形外面１１８および円筒形内面３６を含む側壁１１６を含むことができる。内面３６は、第一のボア３４を画定できる。側壁１１６は、剛性を保持し、以下により詳細に記載する様式で、第一のピストン部材２０および第二のピストン部材２８が油圧流体５４に圧力をかけるときに実質的に変形しない任意の適切な厚さを有することができる。円筒形内面３６の縦方向軸は、縦方向軸１８に沿って延伸できる。円筒形内面３６の縦方向軸は、縦方向軸１８と同軸上に位置合わせしてもよい。上部壁１２０が、第一の室３２の第一の端部１２２にまたはそこに隣接して配置できる。上部壁１２０は、平面または略平面でもよい。ステムアパーチャ１２４が、上部壁１２０を貫いて延伸できる。ステムアパーチャ１２４は、ステム１２よりも若干大きい外形寸法に形成できる。ステムアパーチャ１２４は、ステム１２に略対応した形状に形成できる。例えば、ステム１２が円形断面を有する場合には、ステムアパーチャ１２４も円形を有することができる。ステムアパーチャ１２４の縦方向軸は、縦方向軸１８と同軸上に位置合わせしてもよい。第一のピストン部材２０が第一のボア３４の内部に配置されているときに、ステム１２は、ステム１２の第二の端部１６が第一のボア３４（および、第一の室３２）の外側に配置されるように、ステムアパーチャ１２４を貫いて延伸できる。

図２Ａをなおも参照するように、底壁１２６が、第一の室３２の第二の端部１２８にまたはそこに隣接して配置できる。底壁１２６は、平面または略平面でもよい。第一の導管アパーチャ１３０が、上部壁１２０を貫いて延伸できる。第一の導管アパーチャ１３０は、任意の適切な形状を有することができる。例えば、第一の導管アパーチャ１３０は、円形の形状を有してもよい。第一の導管アパーチャ１３０の直径は、第一のピストン部材２０の外周囲２２の直径よりも短くてもよい。底壁の厚さは、側壁１１６の厚さに一致または略一致してもよい。

第一の室３２は、ボンネット５８に固定できる。第一の室３２は、任意の適切な様式または任意の適切な方位においてボンネット５８に連結できる。例えば、第一の室３２は、第一の室３２の上部壁１２０の外面が、ボンネット５８の上壁部８０の内面に隣接またはそれと接触できるように、ボンネット５８に固定できる。第一の室３２は、例えば、機械的締め付け、溶接または接着剤によってボンネット５８に固定できる。第一の室３２は、ステンレス鋼などの任意の適切な材料から製造できる。

このような構成では、第一のピストン部材２０は、第一の室３２と相対的に第一のボア３４内において縦方向に移動可能（すなわち、縦方向軸１８に沿って移動可能）であってもよい。先に説明したように、シール（または、複数のシール）１１４が、側壁１１６の内面３６に密封的に係合する。この密封係合は、第一のピストン部材２０が第一のボア３４内において縦方向に動くときにも維持される。それ故に、第一のピストン部材２０は、第一のピストン部材２０の底部３８、および第一のボア３４を画定する一以上の内面が、第一の内部容積４０を少なくとも部分的に画定するように、第一のボア３４を画定する一以上の内面に密封的に係合する。例えば、第一のピストン部材２０の底部３８、側壁１１６の内面３６、および底壁１２６の上表面が、協同して第一の内部容積４０を部分的に画定できる。第一のピストン部材２０は、ステンレス鋼などの任意の適切な材料から製造できる。

図２Ａを参照するように、バルブアセンブリ１０は、第二の室４２も含む。第二の室４２は、縦方向軸１８に沿って延伸する第二のボア４４を含む。第二の室４２は、一以上の内面が第二のボア４４を画定するような任意の適切な形状を有することができる。例えば、第二の室４２は、全体的に円筒形状を有することができる。第二の室３２は、円筒形外面１３４および円筒形内面４６を含む側壁１３２を含むことができる。内面４６は、第二のボア４４を画定できる。円筒形内面４６の直径は、第一の室３２の円筒形内面３６の直径よりも相当長くてもよい。側壁１３２は、剛性を保持し、以下により詳細に記載する様式で、第二のピストン部材２０および第二のピストン部材２８が油圧流体５４に圧力をかけるときに実質的に変形しない任意の適切な厚さを有することができる。円筒形内面４６の縦方向軸は、縦方向軸１８に沿って延伸できる。円筒形内面４６の縦方向軸は、縦方向軸１８と同軸上に位置合わせしてもよい。上部壁１３６が、第二の室４２の第一の端部１３８にまたはそこに隣接して配置できる。上部壁１３６は、平面または略平面でもよい。第二の導管アパーチャ１４０が、上部壁１３６を貫いて延伸できる。第二の導管アパーチャ１４０は、第一の導管アパーチャ１３０と同じ形状およびサイズを有することができる。例えば、第一の導管アパーチャ１３０が円形の形状である場合には、第二の導管アパーチャ１４０の直径は、第一の導管アパーチャ１３０の直径と同じ長さでもよい。第二の導管アパーチャ１４０の縦方向軸は、縦方向軸１８と同軸上に位置合わせしてもよい。第二の室４２の第二の端部１４２は開放されており、これにより第二のピストン部材２８の全てまたは一部が、開放された第二の端部１４２を通じて挿入され、第二のボア４４内に受け入れることができる。このような構成では、第二のピストン部材２８は、第二の室４２と相対的に第二のボア３６内において縦方向に移動可能（すなわち、縦方向軸１８に沿って移動可能）であってもよい。第二の室４２は、任意の適切な様式または任意の適切な方位においてボンネット５８に固定できる。例えば、第二の室４２は、第二の室４２の側壁
１３２の外面１３４が、ボンネット５８の内壁７４に隣接またはそれと接触できるように、ボンネット５８に固定できる。第二の室４２は、例えば、機械的締め付け、溶接または接着剤によってボンネット５８に固定できる。第二の室４２は、第一の室３２と同じ材料または複数の材料から製造できる。

図２Ａを参照するように、バルブアセンブリ１０は、圧縮部材２４に連結された第二のピストン部材２８も含む。より具体的には、第二のピストン部材２８の底部１４４は、任意の適切な様式で圧縮部材２４の上部１４６に連結、さもなければ不動に固定できる。例えば、第二のピストン部材２８の底部１４４は、圧縮部材２４の上部１４６に機械的に連結できる。あるいは、第二のピストン部材２８は、例えば、接着剤を使用してまたは溶接によって圧縮部材２４に連結できる。加えて、第二のピストン部材２８は、圧縮部材２４に間接的に連結でき、一以上の中間部材または中間部（例として、縦に配列されたステム）を、第二のピストン部材２８の底部１４４と圧縮部材２４の上部１４６との間に配置できる。

第二のピストン部材２８の外周囲３０は、縦方向軸１８に沿う方向から見たときに、第二のピストン部材２８の上部４８の外縁によって画定でき、外周囲３０は任意の適切な形状を有することができる。一実施形態では、第二のピストン部材２８は、円盤の形状（すなわち、円筒形状）を有することができる。上部４８は平面を含むことができる。あるいは、上部１０８は、輪郭に合わせてまたは部分的に輪郭に合わせて形成できる。側部１４８が、上部４８と底部１４４との間を延伸できる。側部１４８は、円筒形または略円筒形状を有することができる。このような構成では、側部１４８と上部４８との交点によって形成される円形縁が、第二のピストン部材２８の外周囲３０を形成できる。この例では、第二のピストン部材２８の外周囲３０によって画定される第二の領域Ａ２は、π（Ｒ２）^２であり得る。ここで、Ｒ２は、円形外周囲３０の半径である。円形外周囲３０の半径Ｒ２は、第二の室４２の第二のボア４４の円筒形内面４６の半径よりも若干短くてもよい。第二のピストン部材２８の第二の領域Ａ２は、好ましくは、第一のピストン部材２０の第一の領域Ａ１よりも大きい。第二のピストン部材２８は、第一のピストン部材２０と同じ材料または複数の材料から製造できる。

加えて、シール１５０が、第二のピストン部材２８の周囲に固定されて、第二のピストン部材２８が第二のボア４４の内部に配置されているときに、第二のピストン部材２８の側部１４８と第二の室４２の内面４６との間を流体が流れることを防ぐことができる。例えば、シール１５０はＯリングでもよい。Ｏリングは、第二のピストン部材２８の側部１４８に形成された円周溝（図示せず）に少なくとも部分的に配置できる。単一シール１５０の代わりに、二つ以上のシール１５０を使用してもよい。

第二のピストン部材２８が第二の室４２と相対的に第二のボア３４内において縦方向に動く（すなわち、縦方向軸１８に沿って動く）ときに、シール（または、複数のシール）１５０が、側壁１３２の内面４６に密封的に係合する。それ故に、第二のピストン部材２８は、第二のピストン部材２８の上部４８、および第二のボア４４を画定する一以上の内面が、第二の内部容積５０を少なくとも部分的に画定するように、第二のボア４４を画定する一以上の内面に密封的に係合する。例えば、第二のピストン部材２８の上部４８、側壁１３２の内面４６、および上部壁１３６の下面が、協同して第二の内部容積５０を部分的に画定できる。

図２Ａを参照するように、バルブアセンブリ１０は、導管部５２も含む。導管部５２は、内面１５４および外面１５６を有する側壁１５２を含むことができる。側壁１５２は剛体でもよい。導管部５２は、任意の適切な断面形状を有することができる。例えば、導管部５２は、側壁１５２が中空シリンダとなるような円形断面形状を有することができる。
導管部５２の縦方向軸は、縦方向軸１８に沿って延伸できる。円筒形導管部５２の縦方向軸は、縦方向軸１８と同軸上に位置合わせしてもよい。第一の室３２の第一の導管アパーチャ１３０、および第二の室３２の第二の導管アパーチャ１４０が、側壁１５２の内面１５４を部分的に画定できる。このような構成では、導管部５２の内部容積１５８が、第一の内部容積４０および第二の内部容積５０の各々と流体連絡することができる。それ故に、第一の内部容積４０および第二の内部容積５０の内部に配置された油圧流体５４が、導管部５２の内部容積１５８を通って第一の内部容積４０と第二の内部容積５０との間を移動することができる。

導管部５２は、第一の室３２および第二の室４２と同じ材料で作ることができる。そして、任意の適切な様式（例として、機械的締め付け、溶接、接着剤など）で、第一の室３２および第二の室４２に固定できる。側壁１５２は、剛性を有する代わりに、可撓性のあるものでもよい。例えば、導管部５２は、第一の室３２の第一の導管アパーチャ１３０と、第二の室３２の第二の導管アパーチャ１４０との間を延伸する可撓性チューブでもよい。

図１Ａ、図２Ａおよび図２Ｂに図示するように、バルブアセンブリ１０は、圧縮部材２４も含む。以前に説明したように、第二のピストン部材２８の底部１４４は、圧縮部材２４の上部１４６に連結、さもなければ不動に固定でき、これにより第二のピストン部材２８の縦方向の移動によって圧縮部材２４が対応して縦方向に移動する。圧縮部材２４は、輪郭に合わせた下部１６０を有することができる。下部１６０は、縦方向軸１８と同軸上に位置合わせしてもよい軸を中心にして対称的な丸い先端１６２を含むことができる。先端１６２の内側部分は、縦方向軸１８と同軸上に位置合わせしてもよい軸を中心にして対称的な中央くぼみ１６４を画定できる。圧縮部材２４の外側周縁部は、フランジ１６６を形成できる。フランジ１６６は、第二の室４２の外面１３４の直径よりも長い直径を有する円形外縁を有することができる。

第二のピストン部材２８が第二のボア４４内に配置された状態では、図１Ａおよび図２Ａに図示するように、波形バネなどの付勢部材１６８が、フランジ１６６に隣接した圧縮部材２４の底部１６０に作用して、圧縮部材２４を第二の室４２の上部壁１３６の方に付勢することができる。付勢部材１６８は、任意の適切な様式で付勢部材１６８に関連する定位置に固定できる。例えば、付勢部材１６８は、ボンネット５８の第一の端部６８に隣接したボンネット５８の内面に形成された溝内に固定された静止した止め輪１７０によって所定位置に保持できる。図１Ａに図示するように、圧縮部材２４は、圧縮部材２４と弁座６４との間に配置されたダイヤフラム２６に係合するように構成できる。具体的には、ダイヤフラム２６は、上部１７２および底部１７４を含む。上部１７２は、圧縮部材２４の底部１６０の形状に一致するように構成され、これにより圧縮部材２４の底部１６０の輪郭が、ダイヤフラム２６の上部１７２の対応する輪郭に係合し、それに受け入れられる。ダイヤフラム２６の上部１７２は、ダイヤフラム２６の底部１７４と概して均一にオフセットし、そのような底部１７４の概略の形状は、圧縮部材２４の底部１６０の概略の形状と一致する。つまり、ダイヤフラム２６の底部１７４は、縦方向軸１８と同軸上に位置合わせしてもよい軸を中心にして対称的な丸い先端１７６を含むことができる。先端１７６の内側部分は、縦方向軸１８と同軸上に位置合わせしてもよい軸を中心にして対称的な中央くぼみ１７８を画定できる。ダイヤフラム２６の外側周縁部は、フランジ部１８０を形成できる。フランジ部１８０は、圧縮部材２４の円形外縁の直径よりも長い直径を有することができる。

図１Ａをなおも参照するように、フランジ部１８０は、ボンネット５８がバルブ本体５６に固定されているときには、ボンネット５８の第一の端部６８と、ボンネット開口部６６に隣接したバルブ本体５６との間に捕捉できる。このように固定すると、ダイヤフラム
２６は、流体がバルブ本体５６の通路６２を通り流れ、さもなければボンネット開口部６６の中に入ることを防ぐシールとして作用する。第二のピストン部材２８が、図１Ａ、図１Ｂおよび図２Ａに図示するような第一の位置（すなわち、バルブ閉鎖位置）にあるときには、ダイヤフラム２６の先端１７６の頂点が、弁座６４を画定するバルブ本体５６の表面に密封的に係合する。これにより入口６８に入る流体が、通路６２に入り、最終的に出口６０に流れることがダイヤフラム２６によって防がれる。しかしながら、第二のピストン部材２８が、図１Ｃおよび図２Ｂに図示するような第二の位置（すなわち、バルブ開放位置）にあるときには、ダイヤフラム２６の先端１７６の頂点が、弁座６４を画定するバルブ本体５６の表面と縦方向にオフセットし、従って、入口６８に入る流体は、通路６２内を流れ、出口６０に流れ続ける。

運転中、図１Ｂに図示するように、バルブアセンブリ１０がバルブ開放位置からバルブ閉鎖位置に動くと、公知の様式で加圧流体をバルブアクチュエータ８４の上方アクチュエータケーシング８６の内部空洞内に提供できる。この加圧流体の圧力は、ダイヤフラム板９６を下向きに動かすようにアクチュエータダイヤフラム９４に作用する。アクチュエータダイヤフラム９４が下向きに動かされると、アクチュエータステム９９およびバルブステム１２も下向きに動かされる。その結果、第一のピストン部材２０が第一の室３２内において下向きに移動する。この第一の室３２内の第一のピストン部材２０の下向きの移動によって、第一の内部容積４０内の油圧流体５４が、導管部５２の１５８の内部容積に入り、そして第二の内部容積５０内に入る。油圧流体５４が非圧縮性または実質的に非圧縮性であるため、第一のピストン部材２０の移動に起因して第二の内部容積５０に入る油圧流体５４が、第二のピストン部材２８の上部４８に圧力を加える。結果生じた下向きの力によって、第二のピストン部材２８は、付勢部材１６８によって圧縮部材２４に与えられる上向きの付勢力に対抗して下向きに動かされる。第二のピストン部材２８が下向きに動かされると、第二のピストン部材２８は、第二の位置（バルブ開放位置）から第一の位置（バルブ閉鎖位置）に動く。第一の位置では、ダイヤフラム２６の先端１７６の頂点が、弁座６４を画定するバルブ本体５６の表面に密封的に係合する。これにより入口６８に入る流体が、通路６２に入り、最終的に出口６０に流れることがダイヤフラム２６によって防がれる。

バルブアセンブリ１０を開放するために（すなわち、第二のピストン部材２８を第一の位置から第二の位置に動かすために）、バルブアクチュエータ８４の上方アクチュエータケーシング８６の内部空洞内の加圧流体を大気に放出し、そしてバネ９２がダイヤフラム板９６を上向きに押し進める。この上向きの移動によって第一のピストン部材２０が、静止した第一の室３２内において上向きに動かされる。付勢部材１６８が上向きの力を圧縮部材２４およびそこに固定された第二のピストン部材２８に与えるため、第一のピストン部材２０が上向きに動くにつれて、油圧流体５４によって第二のピストン部材２８に与えられる圧力が低減するため、第二のピストン部材２８が上向きに動く。この第二のピストン部材２８の上向きの移動によって、油圧流体５４が第二の内部容積５０から外に押し出され、導管部５２の１５８の内部容積を通り、第一の内部容積４０の中に入る。付勢部材１６８の力および縦方向の移動距離は、バルブアセンブリ１０が第二の位置にあるときに、第一のピストン部材２０の底部３８が油圧流体５４に確実に接触するように選択される。当業者は、バルブアクチュエータ８４の上方アクチュエータケーシング８６の内部空洞内に所望の圧力を与えることによって、第一の位置と第二の位置との間の中間位置を維持でき、その結果、第一の位置に対応するダイヤフラム板９６の下向きの移動よりも小さく、かつ（もしあれば）第二の位置に対応するダイヤフラム板９６の下向きの移動よりも大きい、ダイヤフラム板９６の所望の下向きの移動がもたらされることを理解するであろう。

以前に説明したように、第一のピストン部材２０は、第一の領域Ａ１を画定する外周囲
２２を有し、第二のピストン部材２８は、第二の領域Ａ２を画定する外周囲３０を有する。第二のピストン部材２８の第二の領域Ａ２は、好ましくは、第一のピストン部材２０の第一の領域Ａ１よりも大きい。このような構成では、バルブアクチュエータ８４が、バルブアクチュエータ８４が第一のピストン部材２０を下向きに動かすときに、第一のピストン部材２０に下向きの力を与える。この下向きの力が、第一の内部容積４０内の油圧流体５４に第一の圧力を生じさせる。この圧力は、第一の領域Ａ１によって分け与えられるアクチュエータの下向きの力とほぼ等しい。当業者は、第一のピストン部材２０の下向きの移動によって生じる圧力が、第二のピストン部材２８にも作用し、従って、第二のピストン部材２８に作用する下向きの力が、第二の領域Ａ２と第一の領域Ａ１との比率に比例することを理解するであろう。つまり、第二の領域Ａ２が第一の領域Ａ１の２倍の大きさである場合には、第二のピストン部材２８に作用する力は、第一のピストン部材２０によって与えられる力（転じて、バルブアクチュエータ８４の下向きの力によって与えられる力）の２倍となる。第二の領域Ａ２と第一の領域Ａ１との比率は、任意の適切な値を有することができる。例えば、第二の領域Ａ２と第一の領域Ａ１との比率は、１．５〜１０でもよい（すなわち、第二の領域Ａ２は、第一の領域Ａ１よりも１．５〜１０倍大きくてもよい）。それ故に、そのような油圧システムは、ダイヤフラム２６と弁座６４との間の結合力を増大する、力を増加するものとして作用する。

記載したように構成すると、衛生バルブアセンブリ１０は、少数の可動部品しか有さない。その結果、従来の衛生バルブよりも損耗または損傷箇所がより少なくなり、保守費用が少なくなり、バルブのダウンタイムが短くなり、運用年数がより長くなる。さらに、開示した油圧システムは、圧縮部材２６に正確な閉鎖力を与え、その結果、ボンネット５８の内部７２における破片の存在にかかわらず、ダイヤフラム２６と弁座６４との間の安定した密封性をもたらす。加えて、ダイヤフラム２６がボンネット５８の内部７２を、通路６２を通り流れるプロセス流体と分離するように作動するため、衛生バルブアセンブリ１０はパックレスである。当業者は、そのようなパックレス衛生バルブアセンブリ１０が保守費用を低減し、バルブのダウンタイムを最小化することを理解するであろう。

さまざまな実施形態を先に記載したが、本開示は、それに限定されることを意図しない。添付の請求項の範囲内になおもある開示した実施形態に変更を為すことができる。例えば、本開示のバルブアクチュエータアセンブリ１０は、任意の適切な制御バルブとともに使用できる。

Claims (18)

1. 縦方向軸に沿って延伸する第一の端部および第二の端部を有し、前記縦方向軸に沿って動くように構成されたバルブステムと、
   前記バルブステムの前記第一の端部に連結されており、第一の領域を画定する外周囲を有する第一のピストン部材と、
   ダイヤフラムに係合するように構成された圧縮部材と、
   前記圧縮部材に連結されており、第二の領域を画定する外周囲を有する第二のピストン部材と、
   一以上の内面によって画定された第一のボアを有する第一の室であって、前記第一のピストン部材が前記第一の室と相対的に前記第一のボア内において縦方向に移動可能なように、前記第一のボアが前記第一のピストン部材を受け入れるように構成されており、前記第一のピストン部材の底部、および前記第一のボアを画定する前記一以上の内面が、第一の内部容積を少なくとも部分的に画定するように、前記第一のピストン部材が前記第一のボアを画定する前記一以上の内面に密封的に係合する、第一の室と、
   一以上の内面によって画定された第二のボアを有する第二の室であって、前記第二のピストン部材が前記第二の室と相対的に前記第二のボア内において縦方向に移動可能なように、前記第二のボアが前記第二のピストン部材を受け入れるように構成されており、前記第二のピストン部材の上部、および前記第二のボアを画定する前記一以上の内面が第二の内部容積を少なくとも部分的に画定するように、前記第二のピストン部材が前記第二のボアを画定する前記一以上の内面に密封的に係合する、第二の室と、
   前記第一の内部容積と前記第二の内部容積とが流体連絡するように、前記第一の室および前記第二の室から延伸する導管部と、
   前記第一の内部容積、前記導管部および前記第二の内部容積内に配置された油圧流体であって、これにより前記第一の室と相対的な前記第一のピストン部材の下向きの移動によって、前記油圧流体の一部分が前記第二のピストン部材の前記上部に圧力を与えて、前記第二のピストン部材を下向きに動かす、油圧流体と
   前記圧縮部材を前記第一のピストン部材の方に付勢し、これにより前記第一のピストン部材が前記第一の室と相対的に上向きに動かされたときに、前記第二のピストン部材が前記第一のピストン部材の方に動かされて、前記第一のピストン部材の前記底部と前記油圧流体との接触を維持する弾性部材と
   を備えた、バルブアセンブリ。
2. 前記第二のピストン部材の前記第二の領域が、前記第一のピストン部材の前記第一の領域よりも大きい、請求項１に記載のバルブアセンブリ。
3. 前記第二の領域が前記第一の領域よりも１．５〜１０倍大きい、前記請求項のいずれか１項に記載のバルブアセンブリ。
4. 前記第二のピストン部材が前記圧縮部材の上部に連結し、前記圧縮部材の底部が前記ダイヤフラムに係合するように構成された、前記請求項のいずれか１項に記載のバルブアセンブリ。
5. 前記第一の室、前記第二の室、前記第一のピストン部材、および前記第二のピストン部材の各々が、円形断面形状を有する、前記請求項のいずれか１項に記載のバルブアセンブリ。
6. 前記第一の室、前記第二の室、前記第一のピストン部材、前記第二のピストン部材、および前記バルブステムの各々が、前記縦方向軸と同軸上に位置合わせされた、前記請求項のいずれか１項に記載のバルブアセンブリ。
7. 前記導管部が、前記第一の室の底部と前記第二の室の上部との間に配置された、前記請求項のいずれか１項に記載のバルブアセンブリ。
8. 第一のＯリングが、前記第一のピストン部材の周囲に配置され、前記第一の室の前記ボアを画定する前記一以上の内面に密封的に係合し、第二のＯリングが、前記第二のピストン部材の周囲に配置され、前記第二の室の前記ボアを画定する前記一以上の内面に密封的に係合する、前記請求項のいずれか１項に記載のバルブアセンブリ。
9. 前記第一のボアが前記縦方向軸に沿って延伸し、前記第二のボアが前記縦方向軸に沿って延伸する、前記請求項のいずれか１項に記載のバルブアセンブリ。
10. バルブステムの第一の端部に連結されており、第一の室の第一のボア内に移動可能に配置され、第一の領域を画定する外周囲を有する第一のピストン部材と、
    バルブ閉鎖要素に連結されており、第二の室の第二のボア内に移動可能に配置され、第二の領域を画定する外周囲を有する第二のピストン部材と
    前記第二のピストン部材に連結されており、ダイヤフラムに係合するように構成された圧縮部材と
    前記圧縮部材を前記第一のピストン部材の方に付勢し、これにより前記第一のピストン部材が前記第一の室と相対的に上向きに動かされたときに、前記第二のピストン部材が前記第一のピストン部材の方に動かされて、前記第一のピストン部材の底部と油圧流体との接触を維持する弾性部材と
    を備えており、
    前記第一の室と相対的な前記第一のピストン部材の縦方向の移動によって、前記第二のピストン部材が縦方向に動き、前記バルブ閉鎖要素が弁座に密封的に係合して、バルブ入口からバルブ出口への流れを防ぐように、前記第一の室の密封された容積内に配置された前記油圧流体が前記第二のピストン部材に作用し、
    前記第二の領域が前記第一の領域よりも大きく、これにより前記第二のピストン部材によって与えられた下向きの力が、前記第一のピストン部材によって与えられた下向きの力よりも大きい、バルブアセンブリ。
11. 前記第一のピストン部材が、前記第一のボアを画定する前記第一の室の内面に密封的に係合し、前記第二のピストン部材が、前記第二のボアを画定する前記第二の室の内面に密封的に係合する、請求項１０に記載のバルブアセンブリ。
12. 前記バルブステムの第二の端部がバルブアクチュエータに連結された、前記請求項のいずれか１項に記載のバルブアセンブリ。
13. 前記第一の室、前記第二の室、前記第一のピストン部材、および前記第二のピストン部材の各々が、円形断面形状を有する、前記請求項のいずれか１項に記載のバルブアセンブリ。
14. 前記第一の室、前記第二の室、前記第一のピストン部材、および前記第二のピストン部材の各々が、縦方向軸と同軸上に位置合わせされた、前記請求項のいずれか１項に記載のバルブアセンブリ。
15. 前記第一の室の前記密封された容積が前記第二の室の密封された容積と流体連絡するように、導管部が前記第一の室と前記第二の室とに連結し、前記第二の室の前記密封された容積内の前記油圧流体が、前記第二のピストン部材を縦方向に動かすように前記第二のピストン部材に作用する、前記請求項のいずれか１項に記載のバルブアセンブリ。
16. 前記第二のピストン部材が、前記バルブ閉鎖部材として作用するダイヤフラムに連結された、前記請求項のいずれか１項に記載のバルブアセンブリ。
17. 前記第二のピストン部材が圧縮部材の上部に連結し、前記圧縮部材の底部が前記ダイヤフラムに係合する、前記請求項のいずれか１項に記載のバルブアセンブリ。
18. 制御バルブを閉鎖する方法であって、
    バルブステムに連結されたダイヤフラムに流体によって力を加えることによって、前記バルブステムを下向きに動かすことと、
    前記バルブステムの前記下向きの移動によって、前記バルブステムに連結された第一のピストン部材を下向きに動かすことと、
    前記第一のピストン部材の前記下向きの移動によって油圧流体に圧力を加えることと、これにより前記油圧流体が前記圧力を第二のピストン部材に伝達して前記第二のピストン部材を下向きに動かし、前記第二のピストン部材が前記第一のピストン部材よりも大きい領域を有し、これにより前記第二のピストン部材にかかる下向きの力が、前記第一のピストン部材に作用する下向きの力よりも大きいことと、
    前記第二のピストン部材に連結されたバルブ閉鎖部材を下向きに動かすことによって、前記バルブ閉鎖部材を弁座に密封的に係合することと
    を含む、方法。

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