JPH03103683A - 比例流量弁 - Google Patents

比例流量弁

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JPH03103683A
JPH03103683A JP2234620A JP23462090A JPH03103683A JP H03103683 A JPH03103683 A JP H03103683A JP 2234620 A JP2234620 A JP 2234620A JP 23462090 A JP23462090 A JP 23462090A JP H03103683 A JPH03103683 A JP H03103683A
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tube
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0686—Braking, pressure equilibration, shock absorbing
    • F16K31/0693—Pressure equilibration of the armature

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Magnetically Actuated Valves (AREA)
  • Fluid-Driven Valves (AREA)
  • Containers And Packaging Bodies Having A Special Means To Remove Contents (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気ソレノイド・アクチュエークによって作動
する弁、一層詳しくは、この形式の比例流量弁に関する
。
比例流量弁というのは、弁を通る流体の流量をアクチュ
エータのソレノイドに加えられる電流の量に比例させて
弁を制御するものである。この形式の構造では、アクチ
ュエータは線形に作動する。すなわち、ソレノイド接極
子の発生する力がソレノイドに加えられる電流に正比例
する、その結果、ソレノイド接極子は、弁部材を弁座に
向かって常時押圧している閉鎖ばねに抗して線形に作動
する。こうして、弁部材が弁座から離れるように動かさ
れる距離がソレノイドに加えられる電流の量に比例する
ことになる。
比例流量弁は混合作用や測定作業に用途を見出す。たと
えば、比例流量弁を用いて、異種のガソリンを正確に混
合して所望の特性、たとえば、特別のオクタン価を得る
ことができる。また、比例流量弁を用いて弁を徐々に開
き、流体（たとえば、天然ガス）の流れを制御しながら
ゆっくりと開始させ、その後に、弁を完全に開くことが
できる。
代表的には、ソレノイド・アクチュエータに加えられる
電力は急速ばるす化直流であり、電流の量はパルスの「
オン」、「オフ」時間の長さに応じて変化する。
本発明の目的は、圧力部材が入口流体圧力を受けて弁を
閉ざそうとする入口流体圧力の効果とつり合い、次いで
、ソレノイド・アクチュエータが弁閉鎖用ばねに抗して
作動して弁部材の位置、それ故、弁を通る流体の流量を
調節する比例流量弁を提供することにある。
本発明の別の目的は、ソレノイド・アクチュエータの故
障の場合、ならびに、弁閉鎖用ばねの破損の場合でも、
弁が入口流体圧力で閉じることになるフエイルセイフ式
比例流量弁を提供することにある。
本発明のまた別の目的は、圧力部材を加圧するための、
入口ポートからの流体の流量を制御するパイロット弁を
包含する上記形式の弁を提供することにある。
本発明のまたさらに別の目的は、単一の中空弁軸が、（
１）パイロット弁および主弁の両方を開くようにソレノ
イド接極子の動きを伝えるように作用し、（２）圧力部
材の動きを主弁に伝えるように作用し、（３）弁入口ポ
ートから圧力部材へ高圧流体を流す流路を提供するよう
に作用する上記形式の弁を提供することにある。
本発明の他の特徴および利点は以下の添付図面を参照し
ての説明から明らかとなろう。
第ｌ図を参照して、本発明を説明すべく選んだ比例流量
弁１３は、流体入口ポート４４、流体出口ポート４５お
よび主オリフィス４９（第４図）を囲んでこれらのポー
ト間に設けた主弁座とを有する弁体を包含する。弁体１
７には適当な留め具（図示せず）によってボンネット４
７が取り付けてあり、このボンネットと弁体の間の漏洩
防止結合をシール４８が行っている。
弁体１７を取り囲んでソレノイド・アクチュエータ９が
設けてある。このアクチュエータは、非導電性非磁性材
料で作ったスブールｌ１に巻き付けた導電性ワイヤ１０
のコイルを包含する。コイルを付勢するための電流源に
接続すべく適当な端子（図示せず）が設けてある。
非磁性材料のコア・チューブ１２がコイル１０、スプー
ルｌｌ内に設置してある。コア・チューブ１２は、その
中間部で段付き形態となっており、下部１２ａがスプー
ル１１内に密着嵌合しており、上部Ｌ２ｂがスブールか
ら半径方向内方に隔たつ，ている。コア・チューブの上
部１２ｂはコイル１ｏを越えて上方へ突出しており、そ
の上端を頂壁１２ｃで塞がれている。コア・チューブｌ
２の下端は外方へ突出するフランジ１２ｄで終わってい
る。参照符号１２ａ〜！２ｄで示す、コア・チューブ１
２のすべての部分は、好ましくは、適当な非磁性金属の
ような単一の材料片で形成される。
コア・チューブ１２の下部１２ａ内には、磁性材料の固
定した接極子またはプラグナット１５がある。プラグナ
ットの下端は外方突出のフランジ１５ａを備え、このフ
ランジはコア・チューブ１２のフランジ１２ｄの下に位
置する。フランジ１２ｄ、１５ａに設けた孔をボルト１
６が貫いており、コア・チューブおよびプラグナットを
相互に固着しており、ボルトは弁１３の弁体ｌ７に螺合
している。プラグナット１５の下面および弁体１７の上
面は、間にチャンバ２１を構成するような形状となって
いる。
磁性材料の円筒形ヨーク１８がコイル１・０およびフラ
ンジ１２ｄ、１５ａを囲んでいる。ヨーク１８の下端に
は、内向きの肩部１９が形成してあり、この肩部はプラ
グナット１５のフランジ１５ａの表面に形成したアンダ
カット２０の下に嵌合している。その結果、肩部１９は
アンダカット２０と弁体１７の上面の間に捕らえられ、
ボルトｌ６がヨーク１８をプラグナットおよび弁体に固
着するのに役立つ。
ヨークｌ８の上端には内ねじが切ってあり、この内ねじ
は磁性材料で作ったキャップまたは磁束スリーブ２３に
設けた外ねじと協働する。ねじ部分のすぐ上で、キャッ
プ２３には外向きのフランジ２４が形成してあり、この
フランジはヨークｌ８の上縁と係合する。キャップ２３
のねじ部分からカラー２５が延びており、このカラーは
スブールｌ１とコア・チューブｌ２の上部１２ｂの間の
スペース内に収容される。フランジ２４のレベルより上
方で、キャップはコア・チューブ１２の上端を完全に囲
むような形状となっている。明らかなように、プラグナ
ットｌ５、ヨーク１８およびキャップ２３はコイル１０
を囲む磁気回路を形成する。
コア・チューブ１２の上部１２ｂ内には′、軸線方向に
摺動できるように磁性材料の可動接極子２８が装着して
ある。この接極子２８には軸線方向の孔２９が形成して
あり、この孔は接極子２８の上面から接極子２８の下端
付近の拡大ボア３０まで延びている。プラグナット１５
はその上部に対応する拡大ボア３ｌが形成してある．ボ
ア３０、３ｌ内には圧縮ばね３２が着座しており、これ
は可動接極子２８をプラグナット１５から離れるように
上方へ常時押圧している。したがって、コイルｌＯが消
勢されると、ばね３２は接極子２８をコア・チューブ１
２の頂壁１２ｃ（第１図）に対して保持する。
本発明の目的のためには、任意適当なソレノイド・アク
チュエータが役立つ。上述した特定のアクチュエータは
、本発明者が本願と同じ日に出願した、「ソレノイド・
アクチュエータ」なる名称の出願に一層詳しく記載され
ている。
弁ｌ３に言及すれば、可撓性材料の主，弁部材５ｌは弁
座４６に向かったり、また、そこから離れたり軸線方向
に移動することができる。弁部材５ｌはニップル５２（
第５、６図）によって支持されており、バックアップ・
ワッシャ５３を備えている。このワッシャに対して閉鎖
用ばね５４が圧力をかけて弁部材５１を弁座４６に向か
って押圧する。こうして、コイル１０が消勢されると、
ばね５４が主弁部材５ｌを主弁座４６に押し付けて弁を
閉ざす。
弁部材５ｌの、ワッシャ５３と反対の側の面に対して、
カップ状のガイド５７が配置してあり、このガイドはニ
ップル５２の上端に螺合したなっと５８によって所定位
置に固着されている。ガイド５７には開口５６（第５図
）が穿たれており、したがって、弁部材５１が弁座４６
から離れるように動かされたとき、入口４４からガイド
５７の開口５６を通って出口ポート４５へ流体が流れる
ことができる。
ニップル５２には軸綿方向のボア５９（第１、６図）が
形成してあり、このボアはニップルの下部で比較的大き
な直径で、上部で比較的小さい直径となっている。ボア
の大小の直径部分の間は、外向き下方のテーパが付けて
あり、パイロット弁座６０を構成している．弾性ボール
６１の形をしたパイロット弁部材がパイロット閉鎖用ば
ね６２によって弁座５０に押圧されている。ばね６２の
下端はボア５９の下端に固定したリング６４に着座して
おり、このリングはそこを通して流体を流すように開い
ている。スリーブ６９（第ｌ、６図）がばね６２を囲ん
でおり、これは上端でかしめられてばね６２の上端と係
合しており、ばねの上端がパイロット弁部材６ｌにかみ
込んで壊れる可能性を防いでいる。
ニップル５２のボア５９の上部内には、剛性チューブ６
５の下端が軸線方向に摺動自在に収容されている。この
剛性チューブ６５は連続した長平方向のボア６６を有す
る。チューブ５４の底には、いくつかの短い長手方向の
スロット６３（第１、６図）が形成してある。ニップル
５２の上方で、チューブ６５は拡大した外径部を有し、
下向きの肩郎６７と、上向きの肩ｆｆｌ６８とを与えて
いる。チューブは肩部６８の上方にやや小さい外径部を
有する。チューブ６５は弁体１７の孔７０、プラグナッ
ト１５の軸線方向孔７１を貫いて摺動自在に接極子２８
のボア３０内へ延びており、チューブ６４の上端はボア
３０の頂壁に着座している。ばね３２がチューブ６５の
上部を囲んでいる。
ソレノイド・アクチュエータ９が消勢されると（第１図
）、チューブ６５の肩部６７がニップル５２の上端から
上方に隔てられる。０リング・シール７２がチューブ６
５の小径部を囲んでおりかつ肩部６７と係合している。
シール７２とニップル５２の間で，チューブ６５は側方
孔７３を備えており、この側方孔を通して、チューブの
内部流路６６が出口ポート４５と連通ずる。
チャンバ２ｌ内でチューブ６５の上向きの肩部６８上に
はディスク状の支え７６が着座しており、この支え上に
はローリング・ダイアフラム７７が被せ、てある。この
ダイアフラムは任意適当なゴム状材料で作り得るが、マ
サチュセッツ州、バーリントン市のＢｅｌｌｏｆｒａｍ
　（：ａｒｐ．から入手できるポリエステル補強ローリ
ング・ダイアフラムが好ましい。
ダイアフラム７７の中央部は支え７６上に乗り、環状の
周縁部は弁体１７とプラグナット１５の間にはさまれて
おり、この周縁部とＯリング７８が協働して弁体とプラ
グナットの間に漏洩防止シールを与える。ダイアフラム
７７の、その中央部と周縁部の間の部分は、支え７６の
周縁とチャンバ２１の壁との間の環状空間内で折り曲げ
られている。グイアフラム７７のすぐ上でワッシャ７９
がチューブ６５を囲んでおり、スナップ・リング８０が
チューブに形成した環状満に着座している。スナップ・
リングと肩部６８の協働で、支え７６とダイアフラム７
７の中央部がチューブ６５に対して固定され、その結果
、ダイアプラムがチューブと一緒に動ける。
スナップ・リング８０の上方で、チューブ６５は側方孔
８２を備え、この側方孔を通して、チューブの内部流路
６６がダイアフラム７７上方のチャンバ２ｌの領域、す
なわち、ダイアフラムの、主弁部材５ｌに面する側と反
対の側に露出したチャンバ２１の領域と連通ずることが
できる。
側方孔８２の流れ面積はチューブの側方孔７３の流れ面
積よりかなり大きくなっている。
第ｌ図において、弁１３は閉ざされている。すなわち、
主弁部材５１が主弁座４６と係合し、コイル１０は消勢
されている。このコイルが付勢されると、接極子２８が
プラグナット１５に向かって動き始め、そのときに、チ
ューブ６５を下方へ摺動させる。この初期移動時に、す
なわち、肩部６７（もっと正確には、シール７２）がニ
ツブル５２の上端と係合する前に、チューブ６５の下端
がパイロット弁部材６１と係合し、このパイロット弁部
材をパイロット弁座６０から離れるように移動させてパ
イロット弁を開く。
パイロット弁が開くと（第２図）、人口ポート４４から
の高圧流体がパイロット弁を通ってチューブ６５の流路
６６に流入する。チューブの下端にスロット６３が設け
てあるため、パイロツト弁部材６１がチューブの端を塞
いでいても、流体は確実に流路に流入できる。流体は流
路６６から孔８２を通ってダイアフラム７７上方のチャ
ンパ２ｌの領域に流入し、ダイアフラムを加圧する。
高圧流体を受けるダイアフラム７７の面積は主弁オリフ
ィス４９の面積にほぼ等しく、チャンバ２ｌ内で流体圧
力によって生じた、ダイアフラムヘの下向きの力は、主
弁部材５ｌの流体圧力によって生じた正味上向き力と等
しくなり、それと釣り合う。ダイアフラム７７がチュー
ブ６５と一緒に軸線方向に移動すると、ダイアフラムは
支え７６とチャンバ２ｌの壁の間で折れ曲がる。こうし
て、ダイアフラムは伸びることがなく、高圧流体にさら
される表面積が常に同じに留まる。
接極子２８の継続した下向き移動の結果として、チュー
ブ６５がさらに下向きに移動すると、肩部６７がニップ
ル５２の上端と係合す番．この時点で、パイロット主弁
部材５ｌは主弁座４６から離れるように動かされ、弁を
開き（第３図）、入口ポート４４からオリフィス４９を
通して出口ポート４５へ流体が流れるのを許す。接極子
２８がさらに下降すると、弁部材５ｌが弁座４６からさ
らに離れるように移動し（第４図）、それによって、弁
を通しての流体の流量をさらに増大させる。この構成は
次の通りである。接極子２８は弁閉鎖用ばね５４および
ばね３２に向かって作動し、より多くの電流がコイル１
０に供給されるにつれて、接極子２８はプラグナットｌ
５により接近し、その結果、弁部材５ｌはコイル１０に
供給される電流量に比例して弁座４６から離れる。
一層詳しく言えば、コイル１０はパルス幅変調技術を用
いて付勢されるのが好ましい。この技術によれば、コイ
ル１０に印加される直流電圧が非常に速い率で、たとえ
ば、２００〜４００Ｈｚでオン、オフされる。電圧の「
オン」、「オフ」時間を変えることによって、ソレノイ
ドに与えられる動力がゼロから全力までほとんど無段階
で変えられ得る。
電圧はオン、オフされているが、コイルを流れる電流は
コイルのインダクタンスにより比較的安定している。イ
ンダクタンスは電流がゼロから最大値まで電圧に瞬時に
追従するのを防ぐ。代わりに、電流は電圧のオン時間の
平均値に比例する。
こうして、電圧が５０％の時間オン、５０％の時間オフ
とされた場合、コイルを流れる電流は最大値の５０％と
なる。電圧が７５％の時間オン、２５％の時間オフとな
るように電圧切り換えが行われた場合、コイルを流れる
電流は最大値の７５％となる。
本実施例では、弁閉鎖用ばね５４は、コイルｌＯの付勢
時、接極子２８に加えられる力と釣り合うように設計さ
れている。その結果、弁開度の割合はコイル１０に印加
される電圧のｒオン」時間の割合に一致することになる
。こうして、弁を通って入口ポート４４から出口ポート
４５へ許される流量は、ソレノイドのｒオン」時間にほ
ぼ比例することになる。たとえば、コイル１０に印加さ
れる電圧の「オン」時間が３３％であるならば、接極子
２８は第１図の位置から第２図の位置までの最大ストロ
ークの３分の１移動することになる。同時に、主弁部材
５１がばね５４の力に抗してその最大ストロークの約３
分の１移動し、弁を通して最大流量の３分の１の流量を
許すことになる。コイル１０に印加される電圧の「オン
」時間が６６％まで延ばされると、接極子２８はそのス
トローク（第３図）の約３分の２移動し、弁部材５ｌを
弁座４６からの最大距離の約３分の２動かし、主弁を通
して最大流量の約３分の２の流量を許すことになる。
コイル１０が消勢されると、ばね３２は接極子２８をそ
の出発位置まで上向きに戻し、壁１２ｃ（第１図）と係
合させる。閉鎖用ばね５４は弁部材５１を弁座４６と係
合する位置まで戻し、ばね３２はパイロット弁部材５１
をパイロット弁座６０と係合する位置まで戻す。肩部６
７がニップ）Ｌ！５２の上端から離れるように移動する
と、側方孔７３が露出し、チャンパ２１内の高圧流体を
孔８２、流路６６、孔７３を通して出ロポート４５へ流
出させる。ダイアフラム′７７上方でのこの急速圧力解
放は弁が急速に閉じるのを助ける。チューブ６５の初期
下降中、孔７３がニップル５２内へ移動し、Ｏリング７
２がニツプルの上端をシールし、流路６６を流れる高圧
流体が孔７３を通って出口ポート４５へ流れるのを防ぐ
。
本発明をほんの例示の意味で好ましい形態について図示
し、説明してきたが、本発明の範囲内で多くの変更を行
うことができる。したがって、発明を任意特定の形態あ
るいは実施態様に限定せず、その限界は特許請求の範囲
にのみ含まれるものであることは了解されたい。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による比例流量弁の断面図であり、ソレ
ノイド・アクチュエータを消勢した状態で、弁を閉じた
状態で示す図である。 第２、３、４図は第１図と同様の図であり、弁を徐々に
開いて弁を通る流体の流量を増大．させる状態を示す図
である。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）、比例流量弁であって、 入口ポート、出口ポートおよびこれらポート間の弁座を
    包含し、この弁座がオリフィスを囲んでいる弁体と、 弁座との係合、離脱を行って弁を閉じたり、開いたりす
    るように動くことができる弁部材であり、入口ポートか
    らの流体の圧力で弁座と係合するように押圧されて弁を
    閉ざす弁部材と、弁座に対して動くことのできる圧力部
    材と、 この圧力部材の動きを弁部材に伝える手段と、 入口ポートからの流体で圧力部材を選択的に加圧して弁
    部材を弁座から離脱するように移動させる傾向のある方
    向へ圧力部材を押圧し、圧力部材を弁を閉じようとする
    入口ポートからの流体圧力に対抗させる手段と、 弁部材を弁座に向かって常に押圧している弾性手段と、 この弾性手段の力に抗して弁部材を弁座から離脱するよ
    うに動かすソレノイド・アクチュエータであり、弁部材
    が弁座から移動する距離がこのアクチュエータに加えら
    れる電流の量に比例するようにしたソレノイド・アクチ
    ュエータとを包含する比例流量弁。
  2. （２）、請求項１記載の比例流量弁において、入口ポー
    トからの流体圧力を受ける圧力部材の面積が弁座によっ
    て囲まれたオリフィスの面積にほぼ等しく、圧力部材が
    加圧されたときに、この圧力部材が弁部材にかかる入口
    流体圧力にほぼ釣り合うことを特徴とする比例流量弁。
  3. （３）、請求項１記載の比例流量弁において、圧力部材
    がローリング・ダイアフラムであることを特徴とする比
    例流量弁。
  4. （４）、請求項１記載の比例流量弁において、弁部材に
    圧力部材の動きを伝える手段が、弁体に対して摺動する
    剛性要素であり、圧力部材がこの剛性要素に固定してあ
    ることを特徴とする比例流量弁。
  5. （５）、請求項１記載の比例流量弁において、圧力部材
    を選択的に加圧する手段が、入口ポートからの高圧流体
    がそこを通って圧力部材まで流れることのできる流路と
    、この流路を閉ざすことのできるパイロット弁と、ソレ
    ノイド・アクチュエータの付勢に応答してパイロット弁
    を開き、入口ポートから圧力部材へ流体を流す手段とを
    包含することを特徴とする比例流量弁。
  6. （６）、請求項５記載の比例流量弁において、ソレノイ
    ド・アクチュエータが、可動の接極子と、弁体に対して
    摺動できる剛性チューブとを包含し、チューブの内部が
    流体が入口ポートから圧力部材へ流れる流路を構成して
    おり、チューブが、ソレノイド・アクチュエータの付勢
    時に接極子の初期の動きに応答してパイロット弁を開き
    、接極子のさらなる動きがチューブによって弁部材に伝
    えられる比例流量弁。
  7. （７）、請求項６記載の比例流量弁において、圧力部材
    がチューブ上にそれと一緒に動けるように装着してあり
    、圧力部材がチューブの長さ方向に沿って弁部材から隔
    たっており、また、チューブの、弁部材に面する側と反
    対の圧力部材側に側方孔が設けてあり、この側方孔を通
    して高圧流体がチューブから流出して圧力部材を加圧す
    ることを特徴とする比例流量弁。
  8. （８）、請求項７記載の比例流量弁において、圧力部材
    と弁部材との間でチューブに第２の側方孔が設けてあり
    、この第２側方孔を通してチューブの内部が出口ポート
    と連絡しており、さらに、ソレノイド・アクチュエータ
    の初期の付勢に応答して第２側方孔を閉ざす手段を設け
    たことを特徴とする比例流量弁。
  9. （９）、請求項６記載の比例流量弁において、弁部材を
    支持する中空ニップルを包含し、パイロット弁がこのニ
    ップル内に形成したパイロット弁座と、このパイロット
    弁座に対して係合、離脱を行ってパイロット弁を閉じた
    り、開いたりするように動くことのできるパイロット弁
    部材とを包含し、ソレノイド・アクチュエータの付勢時
    に接極子の初期移動に応答して、このパイロット弁部材
    の弁軸の、接極子と反対の側の端が、ニップル内を摺動
    してパイロット弁部材をパイロット弁座から離脱させる
    ように動かすようになっていることを特徴とする比例流
    量弁。
  10. （１０）、請求項９記載の比例流量弁において、弁部材
    に対面してチューブに肩部が設けてあり、この肩部が、
    ソレノイド・アクチュエータが消勢されたときに、ニッ
    プルから隔てられ、ソレノイド・アクチュエータの初期
    移動後に肩部がニップルと係合し、接極子のそれ以上の
    動きを弁部材に伝えるようになっていることを特徴とす
    る比例流量弁。
  11. （１１）、請求項１０記載の比例流量弁において、圧力
    部材がチューブ上にそれと一緒に動けるように装着して
    あり、弁部材に面する側と反対の圧力部材側でチューブ
    に側方孔が設けてあり、この側方孔を通してチューブの
    内部が弁部材に面する側と反対の圧力部材側と連絡して
    おり、肩部とニップルの間でチューブに第２の側方孔が
    設けてあり、この第２側方孔を通して、チューブの内部
    が出口ポートと連絡しており、ソレノイド・アクチュエ
    ータの付勢時に接極子の初期移動中に第２側方孔が中空
    ニップル内へ移動することを特徴とする比例流量弁。
JP2234620A 1989-09-08 1990-09-06 比例流量弁 Expired - Fee Related JP3044563B2 (ja)

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US404945 1989-09-08
US07/404,945 US4921208A (en) 1989-09-08 1989-09-08 Proportional flow valve

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