JPH0446284A - 弁装置 - Google Patents

弁装置

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Publication number
JPH0446284A
JPH0446284A JP15453190A JP15453190A JPH0446284A JP H0446284 A JPH0446284 A JP H0446284A JP 15453190 A JP15453190 A JP 15453190A JP 15453190 A JP15453190 A JP 15453190A JP H0446284 A JPH0446284 A JP H0446284A
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JP
Japan
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valve
valve body
movable valve
electromagnet
pole
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Application number
JP15453190A
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English (en)
Inventor
Hitoshi Kasai
仁 笠井
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Texas Instruments Japan Ltd
Original Assignee
Texas Instruments Japan Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0446284A publication Critical patent/JPH0446284A/ja
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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】 イ、産業上の利用分野 本発明は弁装置に関する。
口、従来技術 液体又は気体(以下流体と言う)の流れを操作するため
に弁装置が使用されるが、弁の機能別に概ね、(1)流
れを止める、(2)流路を切りかえる、(3)流れを調
節する、(4)圧力を逃がす、の四つに大別され、それ
ぞれの機能に応じて各種の弁がある。
そして、これらの弁装置の全では、弁座から離れ又は接
当して流体を通す又は止めるための可動弁体と、この可
動弁体の作動手段とが弁棒等を介して機械的に結合され
ている。このため流体の外部への漏れ防止のために−シ
ール材が用いられている。然しシール材は、弁装置の摺
動に伴い、摩耗、衰損により徐々にその機能を失うので
定期的に取換え又は補充が不可欠である。また、可動弁
体も弁座と共に摩耗し、機能の低下を招き取換えを余儀
なくされるものである。以下、従来の弁装置の代表的な
数例を列挙する。
第16図はボール弁の一例を示す断面図である。
貫通孔33aを有するボール状の可動弁体33は、ハン
ドル31を90°横方向へ回転させると弁棒32を介し
て同じ角度回転し、貫通孔33aは仮想線で示す状態と
なって流路を遮断する。図中、34は弁本体、35はガ
スケットである。
第17図はニードル弁の1例を示す断面図である。本体
44に筒状体46.47が固定され、筒状体47に螺嵌
された弁棒42は、ハンドル41を回動させることによ
って上下動する。したがって弁棒42の先端に連結され
た針状のステム43が、本体44のノズル部44aを閉
塞又は開口させる。図中、45はガスケットである。
第18図はダイヤフラム弁の1例を示す断面図である0
本体に筒状体57が螺嵌され、筒状体57に螺嵌された
弁棒52は、ハンドル51を回動させることによって上
下動する。したがって弁棒52の先端に連結された可動
弁体53が、本体54の弁座部54aに接当又は離間し
て流路を閉塞又は開口させるものである。更にこの弁装
置は、本体54と筒状体57との接続をユニオン構造に
してあって、弁棒52と可動弁体53との間に金属製薄
板のダイヤフラム56を設け、ダイヤフラム56の周縁
部を本体540組立て時に本体54とそのっぽ部54b
との間に挟み固定しているので、他の弁装置に比べて液
体又は気体の漏れ防止性能が優れ、流れを調節する機能
を備えている。図中、54cは本体のねじ部、59はガ
スケットである。
第19図はベローズ弁の1例を示す断面図である。これ
も機構的には前記3例と同じく、弁棒62は本体64に
螺嵌する筒状体65に螺嵌し、ハンドル61を回動させ
ることによって弁棒62が上下動する。したがって弁棒
62の先端に連結された可動弁体63が本体64の弁座
部64aに接当又は離れて流路を閉塞又は開口するもの
であり、前記第18図の例と似ている。ただ、この場合
、可動弁体63はベローズ状の金属66を介して弁棒6
2に取付けられているので、閉塞時にはベローズ66に
よって可動弁体63が弁座64aに圧設し、閉塞を確定
ならしめる。
弁装置には、上記のほか、開閉を遠隔操作で行う電動弁
やt磁弁がある。前者は、玉形弁、仕切弁等の弁棒をモ
ータの回転によって上下動させるものであり、後者は玉
形弁の弁体をソレノイド機構によって上下動させるもの
である。電磁弁は、第20図に示すように、ガスケット
78を介して本体゛14に気密に固定された蓋76に、
筒状鉄芯とソレノイドとからなる電磁石71が固定され
ていて、蓋76内に上下動可能に嵌装された弁棒72に
は可動鉄芯75が取つけられ、弁棒72にはコイルばね
77を介して可動弁体(弁押さえ)73が取付けられて
いる。閉塞時にはコイルばね77龜 付勢力によって可動弁体73が本体74の弁座部74a
に接当している。開口時には電磁石71のソレノイドに
通電して可動鉄芯75が電磁石71の固定鉄芯内に嵌入
して上昇し、これによって可動弁体73がコイルばね7
4の付勢力に抗して上昇して流体流路が開口する。
以上−船釣な数例の弁装置を挙げたが、何れも摺動部の
摩耗により生じる粉体や、摺動部に施すグリス等の潤滑
剤が流体に混入することにより流体の品質が保てない。
また、これらの弁機能が直線的ではなく、流路に曲りを
有し、殊に弁体付近に流体の溜り部を有しているため、
当該部に前記粉体等の異物が溜る傾向があることや、ガ
スケットの劣化に伴いシール部や螺合部から若干の流体
が外部へ漏れることも避は得ない等の問題がある。
このようにして外部へ漏れる掻く僅かな流体も、環境に
悪影響を及ぼさない物質であれば問題はないが、有毒ガ
スや毒性の強い、或いは爆発性のある流体等機微たりと
も外部への漏れが許されない物質の場合、従来の弁装置
は安全性に問題かある。
ハ0発明の目的 本発明は、長期間使用し−でも、外部に流体が漏れるこ
とのない弁装置の提供を目的とするものである。
二1発明の構成 本発明は、 透磁性材料からなり、l1r8ff弁装置本体内に封入
された可動弁体と、 この可動弁体を運動させるための磁石体とを有し、前記
可動弁体と前記磁石体との磁気的相互関係により、前記
弁装置本体内に設けられた弁座部に対して前記可動弁体
が接当及び離間のいずれかを選択するように構成された
弁装置に係る。
ホ、実施例 以下、本発明の詳細な説明する。
第1図及び第2図は弁装置(止め弁)の流体流路に沿う
断面図で、第1図は流体の導通が停止している状態を、
第2図は流体が導通している状態を夫々示している。第
3図は第1図の■−■線断面図である。
弁装置本体(以下、単に本体と言う)2は直管形状を呈
し、その中央部に大径部2aが設けられ、その上流側に
は小径部2bが、下流側には小径部2Cが夫々設けられ
ている。この例では、小径部2b12Cのサイズは、1
74インチとしているが、そのほか、3/8インチ、1
72インチ等各種の標準規格サイズとすることができる
。大径部2aの上流側位置にはこれを囲むように電磁石
6が外設され、大径部2aの下流側先端から下流側小径
部2Cに亘って本体2を囲むように電磁石7が外設され
ている。電磁石6.7のコイルは互いに逆方向に巻かれ
ていて、電磁石6.7の本体2に対向する側は逆極性に
なるようにしである。第1図では、電磁石6の本体2に
対向する側がN極に、!磁石7の本体2に対向する側が
S極になっている。
大径部2a内には丸棒状の永久磁石からなる可動弁体3
が封じ込まれていて、その上流側がS極に、下流側がN
極になっている。
以上の各部分によって弁装置1Aが構成される。
第1図では、可動弁体3は、そのS極が電磁石6のN極
に引かれ、そのN極が電磁石7のS極に引かれて大径部
2aの下流側に位置しており、本体2の内径が大径部2
aから小径部2Cへと連続的に縮径する縮径部の内周傾
斜面2dに可動弁体3の下流側傾斜面3aが強く当るよ
うに接当し、両頭斜面2d、3aの接当によって流体F
の導通が停止する。即ち、傾斜面2dは弁座として機能
する。
可動弁体3は、大径部2aで2分割された本体2に挿入
し、本体2を熔接または螺接で一体にしメント鋳造法に
よって最初から一体成形することができる。
両頭斜面2d、3aは、円錐台形の局面にて面接触して
流体Fの導通停止を確実ならしめるため、同じ傾斜角度
としてあり、共に鏡面仕上げを施しである。なお、本体
2は、耐蝕性に優れかつ透磁性を示す材料からなるもの
とするのが良く、マルテンサイト系又は析出硬化型ステ
ンレス鋼製とするのが良い、可動弁体3には上記と同様
のステンレス鋼、その他の耐蝕性、耐摩耗性に優れる材
料の被覆を施すのが良い、なお、傾斜面3aには柔軟性
と耐摩耗性とを示すポリイミド樹脂のコーティングを施
すのが一層好ましく、この場合は傾斜面3aの鏡面仕上
げは省略することも可能である。
以上は、後述の第4図以鋒の例にあっても同様である。
第2図では、切換えスイッチSSによって電源の正負を
第1図とは逆に切換えていて、電磁石6の本体2に対向
する側がS極に、電磁石7の本体2に対向する側がN極
になっている。第2図では、可動弁体3は、そのS極が
電磁石6のS極に反発し、そのN極が電磁石7のN極に
反発して大径部2aの上流側に移動し、本体大径部2a
から内方に突入するストッパ5に可動弁体3の環状突部
3bが接当して可動弁体3が停止する。二〇状聾で可動
弁体3は本体2の傾斜面(弁座部)2dから離れ、流体
Fが矢印のように導通する。環状突部3bは、切削加工
によって可動弁体3に一体に設けるが、丸棒状の可動弁
体の周面に溝を削設し、切り口を設けた形状記憶合金製
リングを原形復帰させて上記溝に嵌入させ、可動弁体に
固定させるようにもできる。
電磁石6.7間の配線及び電磁石6と切換えスイッチの
間を接続する配線80大径部2a近くの部分は図示しな
い綿テープによって大径部2aに固定させる。
可動弁体3が第1図の位置と第2図の位置との間で移動
する際に、これを案内するガイド4が本体大径部2aか
ら内方へ向けて設けられている。
ストッパ5も同様のガイドとしての機能を併せ持ってい
る。ガイド4及びストッパ5は切削加工によって本体2
に一体に設けているが、これらは熔接又は螺接によって
本体2に固着させても良い。
熔接又は螺接による場合は、固着後に仕上げ加工を施す
以上のような構造とすることにより、弁装置1Aは、切
換えスイッチSSによる遠隔操作によて流体Fの導通、
導通停止が瞬時に切換えられる。その上、可動弁体3は
、本体2の外部に露出する接続部分がなくて大径部2a
内に封入されているので、流体Fが本体2外に漏れるお
それがなく、流体の種類に関係なく安全が保証される。
また、本体を直管状にし、その中心軸線に沿って可動弁
体が運動するようにしているので、流体導通時には流体
流路が略直線状になって流体の澱みや乱流がな(、流体
がスムーズに流れる。
電磁石6.7は、本体2にモールド法によって固定され
る。但し、モールド材は図示省略しである。なお、必要
あれば電磁石6.7はモールド材の外側から磁気シール
ド材でカバーする。弁装置1A全体を磁気ジ−ドル材で
カバーしても良い。
本例では、弁装置1Aと管GPとの接続は、管用テーパ
ねじ2eの螺嵌によっているが、フランジ、熔接によっ
ても良く、その他、例えば、先端のつばと袋ナツトとの
間の0リング及び袋ナツトに螺合する中間の雄ねじ付き
管を用いるメカニカルな接続によっても良い。
第4図は、コイルばねを併用したものの要部断面図で、
ノーマル閉、作動時開きの弁装置(止め弁)IEIを示
す、即ち、コーイルばね11により可動弁体3は常時閉
じている。電磁石6.7に通電し反発する磁界(二点鎖
線で示すN、S)を与えることにより、可動弁体3は二
点鎖線矢印のように移動して流路を開放する。また、閉
状態で逆電流を通電して上記NXSとは逆極性にするこ
とにより更に強度の閉塞力を得ることもでき、波路は実
線、三点鎖線矢印の如く両方向可能である(後述の第5
図〜第9図の例にあっても同様)。その他は第1図〜第
3図の例におけると同様である。
第5図は第4図とは逆のノーマル開、作動時閉の弁装置
1Cの第4図と同様の要部断面図である。
即ち、コイルばね11により可動弁体3は常時開いてい
る。したがって電磁石6.7に通電して可動弁体3を吸
引する磁界(二点鎖線で示すN、S)を与えることによ
り可動弁体3は二点鎖線矢印のように移動して流路を遮
断するもので流路は両方向可能である。
第6図は電磁石の代りに流出口側のみに環状の永久磁石
12を設置した弁装置(止め弁)IDの要部断面図であ
る。永久磁石12はS極を可動弁体3のN極寄りに配置
し、空気圧又は油圧等の媒体によりスライド可能として
あり、自由に制御が可能である。即ち永久磁石12を二
点鎖線矢印のようにスライドさせて、可動弁体3のN極
を可動弁体3の磁界に入れたり、フリーにしたりするこ
とによって可動弁体3を機能させることが可能である。
そして、波路も両方向可能であり前記ノーマル閉、ノー
マル開、及び自由弁としての機能も可能である。
第7図、第8図は前記第4図及び第5図における電磁石
6.70代りに、第6図と同じく環状の永久磁石12を
採用した弁装置(止め弁)IE、1Fの要部断面図であ
る。したがって、第7図は第4図と、第8図は第5図の
場合と機能的には同じであるので細部の説明は省略する
第9図は、逆止弁の機能を付加し、逆止弁として使用す
るほかに止め弁として使用して意図的に逆止弁の機能を
停止することもできるようにした弁装置1Gの要部断面
図である。本例においては電磁石7を本体2の流入口側
のみに設け、流出口側には圧力センサー20を設置し、
前記電磁石7に対する配線の中間に変換器22及びスイ
ッチ23を配している。電磁石7へ通電していない状態
の時は、コイルばね11の力によって可動弁体3は閉塞
しているが、流体Fが実線矢印の方向に圧力を伴って流
れ、その圧力がコイルばね11の力に打ち勝つと可動弁
体3を押し開き同方向へ流体Fが流れる。そして、その
流れの圧力が低下し又は逆流(三点鎖線矢印)し始める
と、可動弁体3はコイルばね11によって自動的に閉塞
して逆止弁として機能する。この原理は従来の逆止弁と
変りはない。然し、本例は電磁石7による付加機能をも
たせたことにより、スイッチ23を閉じておき、例えば
流体が逆流し始めると圧力センサ20がこれを感知し、
変換器22を介して電磁石7を作動させ、電磁石7の吸
引力とコイルばね11の力とによって可動弁体3を引寄
せて逆止弁の機能を高める働きをする。更に、上記とは
反対に、電磁石のN、S極を逆にして可動弁体3を図に
おいて右方に移動させ(二点鎖線矢印)、流体Fを実線
矢印方向又は三点鎖線矢印方向に流すようにもできる。
また、電磁石7に替えて環状永久磁石を使用することも
できる。
この例では、圧力センサ20には、長野計器製作所社製
ZT21型圧カドランデューサを使用しているが、同社
製ZT21型又はその他の適宜の圧力センサを使用して
良い。後述の第10図、第12図の例についても同様で
ある。
第10図は、本発明をリリーフ弁(安全弁)IH適用し
た例を示す要部断面図である。
本例においても同じく、矢印方向の流れる流体の流入口
側に電磁石7を流出口側に圧力センサー20を設置し、
両者の間に変換器22を配して配線している。従来のリ
リーフ弁は流体の圧力が異常に上昇したときに、予め設
定した逃げ口のばね力以上の流体の圧力でばねを押開き
流体を放出するものである。本例においても機械的な構
造原理は従来のそれと同じであるが、電磁石7の併用に
よりリリーフ弁としての機能を高めることができる。即
ち、圧力センサ20が設定圧力以上の圧力を検知すると
、変換器22を介して電磁石7に通電し、仮想線で示す
ようにN極同士の反発によって可動弁体が仮想線矢印の
ように移動して流体Fが仮想線矢印のように配管外部に
放出される。従来のリリーフ弁にあっては、流体の流れ
に対して、リリーフ弁へ引き込む滞溜部を大きくするこ
とが必要であったが、本例では弁座部2dを接続管の直
近に設けて滞溜部Aを最少比にすることができる。
第11図は、第9図、第10図の電気的接続の概要を示
す概略回路図である。第9図、第10図の圧力センサ2
0に内蔵され、封止樹脂SPで封止された圧電素子PE
D、は、基準電圧を印加される比較増幅器30Aにアナ
ログ信号を送り、比較増幅器30Aの出力信号が変換器
22に入力し、変換器22のディジタル出力信号によっ
て電磁カフが作動するようにしている。第9図のスイッ
チ23は、第11図中に仮想線で示しである。
第12図は、本発明を圧力調整弁11に適用した例を示
す要部断面図である。
本例においては、第1図と同様の電磁石6.7の配置に
加え、流体の流入口側に圧力センサ21を流出口側に圧
力センサ20を設置して、双方の配線の間に演算器26
を電源24から電磁石6.7への配線の間に電圧調節器
25を配して演算器26とも結んでいる。これによって
流入口側の流体F、の圧力と流出口側の流体F2の圧力
とを検知し、電磁石6.7への電流を調節して可動弁体
3の位置を制御することにより、流出口側の流体F2の
圧力を一定にするように制御している。
第13図は第12図の電気的接続の概要を示す概略回路
図である。第12図の圧力センサ20の圧電素子PED
、及び圧力センサ21の圧電素子PEChの出力は、夫
々比較増幅器30A、30Bに入力しく以上、第11図
におけると同様)、比較増幅器30A、30Bの出力が
演算器26に入力し、これによって前述のような制御が
なされる。
従来の圧力調整には、ばねと金属薄板とを使用した機械
的構造の圧力調整弁を使用する機構、又はマスフローコ
ントローラ若しくは従来の圧力調整弁に圧力センサと演
算器を組合せた機構が採用されていた。これらは、いず
れも、可動弁体に接続する部品が弁外部に露出していて
長期間の使用中に漏れが起るという問題、流体流路が複
雑に屈曲して流体の澱みや乱流が避けられぬという問題
があった。この例にあっては、これらの問題が解消され
る。
第15図はCVD (化学的気相成長)装置の配管に本
発明に基づく弁装置を使用した例を示す概略図である。
CVD装置27は、石英製の反応管27A、その後端部
27Abと摺合せによって気密に接続する接続部27日
すを有する石英製のキャップ27日、及び被処理物を高
周波加熱するためのコイル28からなっている。反応管
27Aのガス導入部27Aaには、モノシラン(SiH
2)ガス、酸素(0□)及びキャリアガスとしての窒素
(N2)が並列に導入される。各ガスは、第12図の圧
力調整弁11、流量計FM及び第4図の弁装置1Bを順
次経由して圧力を調整されながらガス導入部27Aaに
導入される。反応管27A内には被処理物としてのウェ
ハWを載置してこれを加熱するためのサセプタ29がウ
ェハと共に装入され、コイル28への通電によってサセ
プタ29が高周波加熱されこれによってウェハWが昇温
する。そしてモノシランと酸素とが反応してシリカ(S
iO□)の被膜がウェハWの表面に堆積、形成される。
CVD処理に供されたガスGは、キャップ27日の排気
管27Baを経由して図示しないタンクに収容される。
モノシランは、有毒でかつ爆発性が極めて強いガスであ
るので、各装置外に漏れることは絶対に許されない。こ
の例では、各導入ガスは、前述した第12図の圧力調整
弁11及び第4図の弁装置1日を使用しているので、長
期間使用しても外部に漏れることがなく、安全かつ確実
にCVD処理が遂行される。弁装置1Bに替えて、第1
図〜第3図の弁装置1A、第5図〜第9図の弁装置1C
11E、1F、1Gを使用して良いことは言う迄もなく
、安全のために第10図のリリーフ弁1Hを併用するこ
ともできる。但し、リリーフ弁1Hを併設する場合は、
少なくともモノシランの排気ガスは大気中に放出するこ
となく、タンクに収容させる必要がある。
以上、本発明の詳細な説明したが、上記各側における電
磁石又は永久磁石の配置や形状等は、本発明の技術的思
想に基づいて、他の各種の態様が可能である。例えば、
電磁石又は永久磁石による本体への配置や形状も第14
A図、第148図、第14C図、第14D図のようにす
ることもでき、これ以外のものも採り得る。又弁の機能
を前記以外のものと組合せて多機能の弁装置とすること
も可能である。これらの図中、29A、29B、29C
129Dは電磁石又は永久磁石であり、これらの図では
これら磁石、本体及び可動弁体のみを図示している。
以上、本発明の詳細な説明したが、本発明の技術的思想
に基いてこれらの実施例に種々の変形を加えることがで
きる。例えば、可動弁体が本体の弁座部と接当する接当
面の形状は、円錐台形面のほか、球帯その他の適宜の形
状の面であって良く、球面と円閏との線接触としても良
い。そのほか、可動弁体を案内するガイドは、可動弁体
側に設けることもできる。本体、可動弁体の形状も他の
適宜の形状とすることもできる。
へ1発明の効果 本発明は、弁装置本体に封入され、透磁性材料からなる
可動弁体が、磁石体との磁気的相互関係によって弁装置
本体内の弁座部に対して接当又は離間するようにしてい
るので、可動弁体には弁装置外部に露出する附属部品を
必要とせず、従って、このような附属部品と弁装置本体
との間から流体が弁装置外部に漏れることがない。その
結果、毒性や爆発性のある流体の配管に長期間使用して
漏れが起らず長期間に亘って安全が保証される。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第15図は本発明の実施例を示すものであって
、 第1図は止め弁の流体流路閉塞時の断面図、第2図は同
流体流路開口時の断面図、 第3図は第1図のm−m線断面図、 第4図は他の例による止め弁の流体流路閉塞時の断面図
、 第5図は同流体流路開口時の断面図、 第6図は更に他の例による止め弁の流体流路閉塞時の断
面図、 第7図は更に他の例による止め弁の流体流路閉塞時の断
面図、 第8図は同流体流路開口時の断面図、 第9図は逆止弁と止め弁との機能を併せ持つ弁装置の断
面図、 第10図はリリーフ弁の断面図、 第11図は第9図、第10図の電気的接続を示す概略回
路図、 第12図は圧力調整弁の断面図、 第13図は第12図の電気的接続を示す概略回路図、 第14A図、第14日図、第14C図及び第14D図は
、夫々の他の例による可動弁体と磁石体との位置関係を
示す概略断面図、 第15図はCVD装置のガス導通路に各種弁装置を配し
た例の概略図 である。 第16図、第17図、第18図、第19図及び第20図
は、夫々従来の弁装置の断面図である。 なお図面に示された符号において IA  1B、1C11D、1E、1F、・・・・・・
・・・止め弁 G・・・・・・・・・止め弁蓋用の逆止弁H・・・・・
・・・・リリーフ弁 1・・・・・・・・・圧力調整弁 ・・・・・・・・・弁装置本体 a・・・・・・・・・大径部 2b、2c・・・・・・・・・小径部 2d・・・・・・・・・弁座部 3・・・・・・・・・可動弁体 3a・・・・・・・・・可動弁体の弁座部への接当面3
b・・・・・・・・・環状突部 4・・・・・・・・・ガイド 5・・・・・・・・・ストッパ 6.7・・・・・・・・・電磁石 8・・・・・・・・・導線 11・・・・・・・・・コイルばね 12.29A、29日、29C129D、・・・・・・
・・・永久磁石 20.21・・・・・・・・・圧力センサ22・・・・
・・・・・変換器 23、SS・・・・・・・・・スイッチ27・・・・・
・・・・反応管 F、F3、Fz・・・・・・・・・流体W・・・・・・
・・・被処理物(ウエノX)である。 第7図 第8図 第17図 第18図 第19図 第16図 3a

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、弁装置本体と、 透磁性材料からなり、前記弁装置本体内に封入された可
    動弁体と、 この可動弁体を運動させるための磁石体と を有し、前記可動弁体と前記磁石体との磁気的相互関係
    により、前記弁装置本体内に設けられた弁座部に対して
    前記可動弁体が接当及び離間のいずれかを選択するよう
    に構成された弁装置。
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