JPH07509300A - 枢動ダイヤフラム式流量制御弁 - Google Patents

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、概ね枢動式流体弁組立体に関し、より詳細にはバルブヘッドを支持す る細長いピボットアームが、バルブヘッドがバルブシートに当接及び離接するよ うにピボットアームを枢動軸線において枢動自在に支持し且つその平衡を保つ可 撓性及び弾性を有するダイヤフラムシールを介して枢動自在に取り付けられてい る弁組立体に関する。

発明の背景 枢動式流体弁組立体は、幅広い用途を有していることで当該技術分野において良 く知られている。例えば、ポールソケット装置の回りを枢動可能な細長いアーム が末端の内部端において弁室内部に配置されたバルブシールヘッドに連結された 弁構造が従来の技術において開示されている。細長いアームの基端の外部端を操 作することで、該アームが中間点の回りを枢動させられて、バルブシールヘッド が弁室内部への流入口または内部からの流出口を形成するバルブシートに係合ま たは離脱する。バルブヘッドがバルブシートから離脱すると、流体は弁室を自在 に流通するが、バルブシールヘッドがバルブシートに係合して口が密閉されると 流体の流れが停止される。

この分野における従来の技術の代表的なものは、米国特許第２．　３２３．　１ ２８号（デンステン（Ｄｅｎｓｔｅｎ））である。デンステンの特許にはその一 方の端において球状弁部材１６連結された細長いアーム７（図１乃至図４を参照 ）がゴムまたは同様の弾性材料から形成されたカップ状の洗浄装置またはノール 要素５に噛合する中間半球状ピボット６の回りを枢動する器具水栓用の流体制御 弁が開示されている。これは、本質的には、摩耗して最終的には弁故障に繋がる 機械公差を増大するボールソケット装置である。従って、デンステンの構成では 、二方向（前後）のみに枢動する代わりに、アーム７が本質的には３６０度回転 し、デンステンによれば、これは、バルブ要素が「そのバルブシートに対して多 くの異なる面を提供可能となり、これにより、バルブ要素がバルブ上の一点にお いて繰り返しバルブシートに当接することから生じる溝や変形が回避できる」こ とから有利である（第１欄、１２乃至１６行目）。

米国特許第３，７８５，５６３号（メープル（Ｍａ　ｐ　ｌ　ｅ）　）には、移 動スプリンクラ−装置用の遮断装置が開示されている。図工及び図２で最も良く 分がるように、この装置の弁部は、一方の端で球状弁部材に連結された細長いア ーム３４を備えており、該アームが環状保持部材５２及びＯリングシール５４内 に着座された中間球状ピボット３６の回りを枢動する。デンステンの特許と同様 に、これは、本質的には、摩耗して機械公差を増大し、最終的には弁組立体の故 障に繋がるボールソケット装置である。

米国特許第１．．７９４，７０３号（メサディ（Ｍｅ　ｔｈｕｄｙ））には、キ ャップ１０及び「革または同等品として機能するその他の任意の材料または物質 等の可撓性及び柔軟性を有するダイヤフラムまたはソール１２」を貫通して伸長 する細長いバルブステム９を備えたバルブが開示されている（１ページ、５９乃 至６５行目）。メサディの「ダイヤフラム」はカップの形状をしており、カップ 状表面の凸または外側部がバルブの内部に向かって内側に突出している。バルブ ステム９は枢動せず、寧ろ、ハンドル２３を操作することで上下に移動してバル ブが開閉される。更に、メサディの特許においては、ソール１２がバルブ内部か らの漏れを防止することのみに機能し、バルブステム９を何れの方法にても支持 することはない。代わりに、バルブステム９がディスク部材１７により壁４及び ５に支持されるねじ１９上に支持されている。

（１）バルブシートとして機能するダイヤフラム及び（２）該ダイヤフラムを貫 通して伸長するピボットアームを含む弁組立体がカリフォルニア州、オレンジ郡 のバーカートコントローマチック（Ｂｕｒｋｅｒｔ　Ｃｏｎｔｒｏ−ｍａｔｉＣ ）社よりバーカートタイプ（Ｂｕｒｋｅｒｔ　Ｔｙｐｅ）３００として市販され ている製品中に設けられる。このバルブは、そのピボットアームが、ダイヤフラ ム上方の枢動輪線の回りで流出口がベントロに接続した開位置と、ベントロが閉 鎖され、流入口が流出口に接続された閉位置との間で移動自在となる二位買弁で ある。該ピボットアームは、電機子ソレノイド装置により前記間及び閉位置間を 移動される。ダイヤフラムは、バルブを流通する材料がソレノイドと干渉しない ことを確実にするソールとしてのみに使用されている。コイルスプリング（中圧 に対して圧力放出口を閉じたままにしておくのに使用される）を含んだダイヤフ ラム上方（流体室の外側）に設けられた別個の構造体がアームがその回りを枢動 し、従って、摩耗して、公差を拡大させる枢動軸線を画定する。更に、該構造体 は、前記間及び閉の三位置間での流速を正確に制御することはせず、また、それ をするには十分なものではないようである。加えて、ピボットアームの端部を覆 うような形状にされたダイヤフラムの構造は、その尋常でない形状がらエラスト マーダイヤフラム、またはコストの高い金属で形作られたダイヤフラムの使用を 必要とし且つ弁室内での押しのけ浸水面積を増大する。

米国特許第４，３５９．２０４号（ウィリアムス（Ｗｉ　Ｉ　Ｉ　ｉ　ａｍｓ） 　）には、プソソユロツドにより操作される一体のエラストマーバルブスプリン グシール部材を特徴とするダイヤフラムにより起動される棒により操作される弁 組立体が開示されている。米国特許第２．８５２．０４１号（スティンワン（Ｓ ｔｉｎｓ。

ｎ））には、複数の流体源から流体を試料として取り出すバルブ状の装置が開示 されている。枢動流体バルブの技術分野がらは幾分かけはなれてはいるが、米国 特許第４．９９５．５８９号（アディシャンその他（Ａｄｉｓｈｉａｎ　ｅｔａ ｌ、））には、ベローズ弁が、米国特許第４，８３２．０７８号（ゼクリーその 他（Ｓｚｅｋｅｌｙ　ｅｔ　ａｌ’、））には、急動弁糸、及び米国特許第２゜ ７０９．４．３１号（カーティス（Ｃｕｒｔｉｓ））には、手で保持する身体マ ツサージ装置がそれぞれ開示されている。

上記の従来技術の組立体における可動部品間の摩擦は、結果的に多くの用途にお いて許容不可能なまでに公差を増大させることになる。ピボットアームがその回 りを移動して流体の流れを制御するピボットの摩擦がなければ、ライフサイクル の長い組立体が可能となる。汚染せずに且つ弁室内の押しのけ浸水面積を可能な 限り最小にした腐食性または有毒材料の取り扱いを含めた用途には摩擦なしピボ ット支持が可能である。

発明の目的 本発明の王たる目的は、腐食性及び有毒材料を含む広範囲の異なる流体と共に使 用されるようにされた枢動式流体流量制御弁を提供することである。

本発明の別のより具体的な目的は、内部部品が少なく且つ腐蝕または劣化に強い 部品を備えた長寿命の流体弁組立体を提供することである。

本発明の更に別の目的は、ピボットアームが摩擦のないピボットまたはヒンジポ イントの回りを移動するようにピボットアームを支持し且つその平衡を保ち、力 の平衡を保つ機構を提供し、且つ、摩擦のない流体シールを提供する流体弁組立 体用の多目的ダイヤフラムピボットを提供することである。

本発明の別の目的は、ピボット軸線の回りのダイヤフラムピボットに加わる力の 平衡を保つことで供給圧力がコンドロールビボンドアームを位置決めするのに使 用される動力を圧倒するのを防止する流量制御弁組立体構造を提供することであ る。

本発明の更に別の目的は、様々な機動手段の中の任意の手段により容易に起動可 能な枢動流体弁を提供することである。

更に、本発明の別の目的は、常時開または常時閉弁として構成可能な枢動流量制 量流体弁組立体を提供することである。

本発明の別の目的は、行程または力における機械上の利点がピボットアームの長 さを偏らせることで達成可能な枢動流量制御弁組立体を提供することである。

本発明の別の目的は、ピボット軸線がダイヤフラムの偏心位置に設けられて、流 体が流通するオリフィスに働（供給圧力の平衡を保つ枢動流量制御流体弁組立体 を提供することである。

本発明の更に別の目的は、ダイヤフラムピボットをひだ状にして特定の構成にし 、ピボットポイント周辺の応力を分配減少させてダイヤフラムの可使時間の向上 を可能にする枢動流量制御弁組立体を提供することである。

本発明の別の目的は、様々な金属対金属シールまたはポリマーソール技術が（用 途に応じて）容易に使用できて、弁室を適切にソール可能な枢動流量制御流体弁 組立体を提供することである。

本発明の更に別の目的は、弁を流通する流体に晒される押しのけ浸水面積が小さ く維持されて、本発明を超クリーンな半導体への用途に適合させる枢動流量制御 弁組立体を提供することである。

本発明の別の目的は、弁組立体を耐薬品性ポリマー等の特殊材料を使用して限定 数量製造するのが可能となるように単純な構造を有する枢動流量制御流体弁組立 体を提供することである。

本発明の更に別の目的は、流体が流通するオリフィスが容易に相互交換可能とな って、共通のバルブプラットホーム内における一切の流体流量範囲変更を可能に する枢動流量制御弁組立体を提供することである。

本発明の別の目的は、流路の外側でオリフィスソールの正確な位置決めを可能に する調整自在のダイヤフラムピボット位置を有する枢動流量制御流体弁組立体を 提供することである。

本発明のその他の目的は、一部では自明となり、また、一部では以下において明 白さなる。従って、本発明は、以下の詳細な開示において例示される構造、要素 の組み合わせ及び部品の配置を有する装置から成り、該装置の応用の範囲は特許 請求の範囲において示される。

発明の概要 本発明の流体弁組立体は、少なくとも一個のオリフィスを画定するバルブシート を有する弁室と、該弁室の外側から内部へ伸長し、且つ、可撓性、弾性及び耐腐 食性を育するダイヤフラム内で枢動して、弁本体または栓を前記オリフィスに向 かって移動または該オリフィスから離間させるように前記ダイヤフラムを介して 取り付けられた細長いピボットアームと、該ピボットアームを制御して、前記オ リフィスを貫通する流体流量を制御する流量調整手段とを備えていることを装本 発明の性質及び目的を完全に理解するためには、以下の詳細な説明を添付図面と 一緒に参照することであり、該添付図面中、図ＩＡは、完全な「閉」位置の状態 に示された音声コイル起動枢動ダイヤフラム流量制御弁組立体の形態を取った本 発明の第一の実施例の正面断面図であり、図ＩＢは、図ＩＡの弁組立体の部分破 断頂面図であり、図ＩＣは、図ＩＡの弁組立体の左側面断面図であり、図２は、 「開」位置の状態に示された図ＩＡ乃至図ＩＣの音声コイル起動弁組立体の正面 断面図であり、 図３Ａは、マスフローコンドローランステムの一部として作動する図ＩＡ乃至図 ＩＣ及び図２の音声コイル起動弁組立体の正面断面図であり、図３Ｂは、図３Ａ のマスフローコントローラシステムの頂面断面であり、図４Ａは、「閉」位置の 状態に示されたソレノイド起動枢動ダイヤフラム流量制御弁組立体の形態を取っ た本発明の第二の実施例の正面断面図であり、図４Ｂは、図４Ａの弁組立体の左 側面断面図であり、及び図５は、「開」位置の状態に示された図４Ａ及び図４Ｂ のソレノイド起動弁組立体の正面断面図である。

図面の簡単な説明 図ＩＡ乃至図ＩＣは、本発明の枢動ダイヤフラム流量制御弁の一実施例の全体構 造を示している。弁組立体１０は、弁を介して流体の流量を調整する弁起動流量 調整手段３８と共に示されており、該調整手段は、本実施例においては音声コイ ル組立体である。弁組立体１０は、概ね、それぞれ内部室１４の対向する端に設 けられ且つ該内部室と流体連通している開口部１３及び１７を有しているバルブ ハウジング１２を備えている。カップ状の形状にされたインサート１５がハウジ ング１２内に固着され、且つ、該インサートは、内部室１４と連通した寸法の正 確なオリフィス１６を含んでバルブシートを画定している。オリフィス１６の寸 法により弁組立体１０の流量の範囲が決定される。オリフィスプラグまたは弁体 １８がリターンスプリング２０（の中央に）に取り付けられており、該リターン スプリングは、図ＩＣにおいて最も良く分かるように、平らなディスクスプリン グの形態を取ることが好ましい。弁組立体を比較的低い流量範囲を制御するのに 使用する場合には、制御量を低減するために開口部１３を流入口、開口部１７を 流出口として使用して、弁組立体の流量制御能力を向上させるのが好ましい。

反対に、該弁組立体を比較的高い流量範囲を制御するのに使用する場合には、量 制御は問題ではない。従って、後者の場合には、開口部１７を流入口として使用 するのが好適であり、開口部１３を流出口として使用して、これにより創出され た内部圧力及び力を利してオリフィスプラグ１８をオリフィス１６に密接させる 一助とする。

リターンスプリング２０は、インサート内でカウンタボアにより形成された環状 肩部と該カウンタボア内に圧力嵌めされた保持リング１９の間でインサート１５ に固着されており、これらはすべて内部室１４内に配置されている。ピボットア ーム２２は、枢動自在にダイヤフラム２４内に取り付けられており、該ピボット アームの末端の内部端はリンケージスプリング２６を介してプラグ１８に連結さ れて、該プラグがオリフィス１６を画定しているバルブシートに係合離脱するの を可能にしている。シール手段がピボットアーム２２とダイヤフラム２４の間に 設けられており、これによりダイヤフラムが内部室１４の一表面を形成すること からピボットアーム−ダイヤフラム界面に沿って漏れ防止シールが維持される。

様々な金属シール技術を有利に使用して、金またはニッケルＣシール及びＶＣＲ タイプの丸み（ｒａｄｉｕｓ）及び溶接ソール等のビボットアームーダイヤフラ ムシールを達成することが可能である。図ＩＡに示すように、環状のダイヤフラ ムリングシール２８が、バルブハウジング１２の環状リップ３０の内側環状肩部 にダイヤフラム２４の外周を密接するのに使用される。

ダイヤフラム２４は、弁組立体を使用して制御する流体により可撓性及び弾性並 びに耐腐蝕性及び耐溶剤性を有した材料から形成される。該ダイヤフラムを金属 または金属合金で形成しても良い。ダイヤフラムを形成するのに適した金属は、 ３１、６　Ｌ　Ｓ　Ｓ、ビムバー（ＶｉｍＶａｒ（真空誘導溶融体、真空アーク 溶融体（Ｖａｃｕｕｍ　Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　Ｍｅｌｔ、Ｖａｃｕｕｍ　Ａｒｃ 　Ｍｅ　Ｉ）　）　）の製品名で販売されているステンレススチール等のステン レススチールまたはインコアロイズ　インタナソヨナル（Ｉｎｃｏ　ＡＩ　ｊｏ ｙｓ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）によりインコネル（Ｉｎｃｏｎｅ　ｌ）の 製品名で製造されている合金等の合金を含んでいる。これに代えて、ダイヤフラ ムをプラウエア（ＤＥ　（Ｄｅ　ｌ　ａｗａ　ｒ　ｅ）　）州つイルミントン（ Ｗｉ　Ｉｍｉｎｇｔｏｎ）のデュポン社（Ｄｕｐｏｎｔ、Ｉｎｃ）によりテフロ ン（Ｔｅｆｌｏｎ）の商標名で製造販売されている材料等の耐薬品性ポリマーで 形成することも可能である。ダイヤフラム２４は、ピボットアーム２２を支持す るために十分な構造的結合性を有していなけらばならず、また、ピボットアーム がダイヤフラムを貫通するピボット軸線の回りでピボットアームが繰り返し枢動 するのに対応するために十分な弾性を有していなければならない。ピボットアー ムのピボット軸線は、ダイヤフラムの平面内にあって、ピボットアームがピボッ ト軸線の回りを回転する時にダイヤフラムが反対方向に捩れて摩擦のない回転ま たは枢動中心が創出される。ダイヤフラムの適切な厚さは、弁起動手段３８によ りもたらされる力、即ち、バルブシートにおけるプラグの所望の着座力（弁組立 体が使用される流体圧力及びダイヤフラムにおけるピボットアームのピボット中 心位置と、ピボットアームの並進力が弁起動手段により加えられる点及び力がオ リフィス１６に向かってプラグ１８に加えられる点の各々との間の距離の取り方 によりもたらされる力により決定される）により約０．０２５４ｍｍ（１ミル） から０．２５４ｍｍ　（１０ミル）の範囲であって良い。図ＩＡに示すような好 適な実施例では、ダイヤフラム２４はひだ状の構造にされて強度及び弾性が高め られている。該好適な実施例では、ピボットアームはダイヤフラムの中心を通っ て固着されており、且つ、斯かるダイヤフラムのひだは該中心に対して同心とな っている。本発明では、ひだを楕円等の異なる形状にして、枢動点の回りの応力 を分配減少させることによりダイヤフラムの使用時間を向上させることが可能で あると考えられる。更に、ピボットアームをダイヤフラムの中心から外れた位置 に（偏心させてン取り付けてデづファレン／ヤルバルブとなし、オリフィス１６ に加わる供給圧力の平衡を保つことが可能である。この状況においては、ダイヤ フラム平面のピボットアームの枢動点はダイヤフラムの中心よりは弁体１８及び バルブシートを画定しているオリフィス１６に近接して配置される。内部室１４ 内において供給圧力が高まると、ダイヤフラムは膨張する。ダイヤフラムが膨張 すると、ピボットアームの一方の側（プラグ１８及びオリフィス１６から反対の ）表面積が他方の側（プラグ１８及びオリフィス１６寄りの）表面積に対して大 きくなり、ピボットアームがそのピボット軸線の回りに回転して、プラグ１８が オリフィス１６から離間して流量が増大するために不均一な力がピボットアーム に対して加えられることになる。同様に、ダイヤフラム上の圧力が低減して、ダ イヤフラムが内部室１４に向かって内側に移動すると、ピボットアームがそのピ ボット軸線の回りに回転して、プラグがオリフィス１６に向かって移動されて流 量が低下する。

ピボットアーム２２は、筒状または円筒状軸であって、ダイヤフラム２４を貫通 し且つ自身が枢動する点においてダイヤフラム２４により枢動自在に支持される のが好適である。本書において使用される場合には、ピボットアーム２２の基端 または外側端は、ダイヤフラム２４から内部室１４の外側へ伸長する外部アーム 部分を意味し、一方、ピボットアーム２２の末端または内側端は、ダイヤフラム ２４から内部室１４の内側へ伸長する内部アーム部分を意味する。図ＩＡに示す ように、ピボットアーム２２は、リンケージアーム２６の開口と噛合するように された末端から突出したビンまたはニップル３４を含んでいる。ピボットアーム ２２とリンケーンアーム２６を結合する代替手段、即ち、ねじまたはリベットタ イプの締付は具は当業者には明白であり、且つ、それらは本発明の範囲内のもの である。

ピボットアーム２２は、金属で構成されるのが好適であり、少なくとも内部室１ ４内の該アームの内側部分の露出表面が耐腐食性及び耐溶剤性の金属から形成さ れるのが好適である。同様に、インサート１５、プラグ１８、保持リング１９、 リターンスプリング２０及びリンケージアーム２６の露出表面はすべて耐腐食性 及び耐溶剤性の金属から形成されるのが好適である。例えば、スプリングは、イ リノイ（Ｉ　Ｉ　Ｉ　１ｎｏｉｓ）州エルシン（Ｅｌｇｉｉｌ＞のエルジＯ−ｒ 社（Ｅｌｇｉ　ｊｏｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ）が製造する合金であるエルジロイ（Ｅ ｌｇｉｌｏｙ）より形成することが可能であり、一方、その他の部品は、３１６ ＬＳＳステンレスチールより形成することが可能である。このように、本発明の ダイヤフラム弁組立体の構造は、エラストマー材料を弁室１４内に収容されたま たは該弁室を流通する流体に晒すのを回避している。他方では、ある一定の条件 下では、プラウエア州つイルミントンのデュポン社により製造販売されているテ フロンまたはミネソタ（Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）州ミネアポリス（Ｍｉｎｎｅａｐ ｏ　ｌ　ｉ　ｓ）のスリーエム社（３Ｍ　Ｃｏ）により製造販売されているケル エフ（Ｋｅｌ−Ｆ）等の耐薬品性ポリマーが使用される。その結果、本発明の弁 は、腐蝕性または有機性成分を含有する広範囲の流体と共に効果的に使用するこ とが可能となる一方で、シール劣化や故障の可能性のリスクを最小限にすること が可能となる。同様の理由から、本発明の弁は、オリフィスがエラストマー分解 粒子で目詰まりしたり、弁を流通する流体が汚染されて非密閉または漏水状態を 生じるといった問題点を実質的に排除している。

適切な起動手段３８が使用されて、ピボットアーム２２を起動してオリフィス１ ６により画定されたバルブノートに対してプラグ１８を移動する原動力がちたら される。図ＩＡでは、弁起動手段３８は、音声コイル組立体４ｏを備えている。

該音声コイル組立体４０は、従来のデザインのものであり、コイルが移動可能と なる空隙を含んだ磁気回路を画定する手段を含んでいる。更に詳細に説明すれば 、該組立体４０は、磁気的導電性ケース４２及び該ケースに磁気的導電性要素４ ６で固着された永久磁石４４を含んでいる。当該技術では公知のように、磁気的 導電性ポール片４８が該磁石４４の円周に隔置されて空隙５ｏを画定している。

図示した好適な実施例では、実際にはその他の幾何的構成とすることが可能であ るが、該空隙は円筒状である。磁気的導電性シリンダ５４に巻き付けられたコイ ル５２は、空隙５０内に位置決めされて、該コイルを介してもたらされる電流に 応答して該コイルの円筒状軸線に沿って前記空隙を通して移動自在とされている 。

音声コイル組立体４０の７リンダ５４はコントロールアーム５６に固着されてお り、該コントロールアームは、スポット溶接（図示なし）等の適切な手段により ピボットアーム２２の基端にコントロールアーム５２を固着する保持ディスク５ ８に固着されている。図１゜Ｂ及び図ＩＣで最も良く分かるように、曲げピン６ ０がディスク５８を貫通して直径方向に伸長している。アーム６ｏの対向端はそ れぞれ平坦な垂直に配置された面を有して形成されており、各アームの端が対応 する平らな曲げスプリング６２の同様な平坦な垂直に配置された面に固着されて 該スプリング６２が所定位置に保持されるようにされている。各スプリング６２ は曲げピン６４に固着されるかまたは該曲げビン６４と一体に形成されており、 曲げピン６４はハウジング１２内に固着されており、また、該二つのビンは内部 室１４の両側に配置されている。止めねじ６６（図ＩＣにおいて仮想線で示した ）は、それぞれビン６４に係合して、該ビンを保持し、以て、該ピンにより保持 された構造体が内外部圧力を問わず該圧力により摺動じて上下するのを防止して いる。

本発明の枢動ダイヤフラム弁の動作は図ＩＡ及び図２を参照すれば理解できる。

図ＩＡでは、弁組立体は常時閉弁であり、「閉」位置の状態で図示されており、 音声コイル組立体４０のコイル５２に電流が存在しない場合には、オリフィスプ ラグ１８が十分な力でオリフィス１６を完全に密閉して確実な遮断がもたらされ ている。止めねじ６６はダイヤフラム平面内でピボット軸線の位置を調節するの に使用されて、プラグ１８が完全開位置及び完全閉位置完でオリフィス１６に対 して適切に位置決めされる。弁組立体を開いて、該弁組立体を介して所定の流量 をもたらす場合には、所定の量の力が起動手段３８によりピボットアーム２２の 末端に加えられて、プラグ１８がリターンスプリング２ｏによりもたらされるカ に抗してオリフィス１６（図２で分かるように）から所定量離間して、所定の流 量が得られる。前記所定量の力は、音声コイル組立体４ｏのコイル５２に印加さ れる電流量により制御される。核力はピボットアーム２２の末端によりリンケー ジアーム２６に伝達され、これにより、ダイヤフラム２４の平面を貫通して伸長 する軸線の回りにピボットアーム２２が本質的に摩擦なしに枢動動作を行うこと でプラグ１８に伝達される。ピボットアームの末端及び基端の長さを偏らせるこ と、即ち、基端を末端より長くすることで機械的効果を得ることが可能である。

ピボットアーム２２がダイヤフラム２４上で枢動する結果、ピボットアーム２２ の基端に加えられた力カげラグ１８をオリフィスｉ６がら離間させ、流体が所定 の流量で内部室１４内へ流入する。リターンスプリング２ｏは、プラグ１８を押 し戻してオリフィス１６により画定されたバルブソート当接させる外に、プラグ でおく機能を果たしている。リターンスプリング２ｏは、また、プラグ１８がそ の着座位置から変位するのを防止する一部を果たす一方で、同時にプラグ１８が 軸線方向に限定された量変位するのを可能にしている。

図２に示すように、起動手段によりピボットアーム２２の基端に加えられる力を 解除または減少させると、流入流体力がプラグ１８を軸線方向に駆動して、図２ に示すように、オリフィス１６との密閉係合が解除されて、流体が内部室１４内 へ流入可能となり、ピボットアーム２２が第一の方向へ枢動される。このように 、プラグ１８が軸線方向に変位すると、再度図２で分かるように、リターンスプ リング２０が伸長または膨張される。

図ＩＡ乃至図ＩＣ及び図２に示した弁組立体は常時閉のデザインのものである。

このデザインは、常時開のデザインに容易に変更可能なものであり、その場合、 起動手段３８がプラグ１８をオリフィスから隔置された位置から該プラグがオリ フィス１６を画定するバルブシートに係合し、該オリフィスに密閉係合して確実 な遮断をもたらす位置へ移動する方向に力を発生させる。斯かる構成では、リタ ーンスプリング２０はプラグ１８を完全開位置に戻すのに使用され、流量調整手 段３８はプラグをオリフィス１６に向かって移動するのに使用される。止めねじ ６６がダイヤフラム平面内でピボット軸線の位置を調節するのに再度使用されて 、プラグ１８がオリフィス１６に対して適切に位置決めされる。常時開のデザイ ンでは、起動手段３８は、内部弁流体圧力及びスプリング手段の抵抗を圧倒して 、ピボットアーム２２を枢動してオリフィス１６に係合させ弁を「閉じる」のに 十分な力を提供しなければならない。図ＩＡ乃至図ＩＣ及び図２に示した装置は 、また、容易に変更が可能であって、弁を流通する流体の流量の調整を行わずに 簡単な遮断弁として機能させることも可能である。

図３Ａ及び図３Ｂは、図ＩＡ乃至図ＩＣ及び図２の枢動弁組立体をマスフローコ ントロールシステム７０中へ如何に取り付けるかを図示したものである。枢動ダ イヤフラム弁組立体１０及び流ｆｆｌ調整手段がジエームズ・Ｈ・エウィング等 （Ｊａｍｅｓ　Ｈ，Ｅｗｉｎｇ　ｅｔ　ａｌ、）に１９８４年８月１４日に発行 され、現在の譲受人に譲渡された米国特許第４．４６４．９３２号に開示された ものの如きマスフロー測定システム８０に接続された状態で図示されている。該 マスフロー測定システム８０は検出されたマスフローの関数として電気信号を発 生させる。この電気信号は適切に基準化されて音声コイル組立体４０のコイル５ ２に印加される。

流量は、音声コイル組立体４０により制御される。代替の機械的動力装置を使用 してピボットアーム２２の位置を制御し、弁室１４を介して流体の流量を調整す ることが可能である。例えば、図４Ａ及び図４Ｂでは、ソレノイド調整装置９０ がピボットアームの枢動位置を制御している。本実施例では、コイル９２が磁気 導電性ケース９６の一部を形成する磁気導電性コア９４の回りに設けられている 。磁気ギヤツブ９８が創出される。磁性材料で形成されたブロック１００が該ギ ヤノブ９８内でピボットアーム２２の基端の外側端に固着されて、コイル９２に 電流が印加されると力がブロック１００に加えられて、ピボットアームがダイヤ フラムの平面を貫通して伸長する軸線の回りに枢動される。

その池の流量調整手段は、空気式装置、圧電、圧電空気式及びバイメタル装置、 及びステッパまたはＤＣモータ駆動を含む。これらの装置の全ては、エネルギー を機械的運動に変換する手段として当業界では公知のものである。

上記に述べたように、本発明の利点は、耐腐食性及び有毒材料を含んだ広範囲の 異なる流体と共に使用可能なように適合でき且つ寿命の長い、内部部品が少なく 且つ該内部部品が耐腐食性または耐劣化性のものである枢動流体流量制御弁組立 体提供できることである。本発明の主たる利点は、ピボットアームが（１）摩擦 のないピボットまたはヒンジ点の回りに移動し、（２）力平衡機構をもたらし、 且つ（３）摩擦のない流体シールをもたらすことができるようにピボットアーム を支持し且つその平衡を保つ多目的ダイヤフラムピボットにより達成される。好 適な電気機械式流量調整手段を使用することにより、オリフィス１６内の供給圧 力がピボット軸線の回りのダイヤフラムピボットに働く力の平衡を保つことでコ ンドロールビボンドアームを位置決めするのに使用される動力を圧倒するのが防 止される。ピボットアームダイヤフラムの構造は図面に示された音声コイル組立 体３８及びソレノイド組立体９０を含んださまざまな起動手段の中の任意のもの で容易に作動可能である。弁組立体は、図３Ａ及び図３Ｂに示したような流量測 定及び制御装置内に使用できるように容易に適合できる。枢動流量制御流体弁組 立体は、常時開または常時閉設計に容易に構成することが可能である。枢動流量 制御弁組立体は、行程または力に関す８機械的利点がピボットアームの全長を偏 らせることで容易に達成できるように構成できる。ピボットアーム２２の枢動軸 線は、ダイヤフラムの偏心位置、または、上記したように中心から外れて設けて 、オリフィス１６上の供給圧力の平衡を保つことが可能である。ダイヤフラムを 特定の形状にひだ状にして、枢動軸線の回りの応力を分配または低減することで ダイヤフラムの使用時間を長くすることが可能である。本発明では、用途に応じ て、さまざまな金属対金属シールまたはポリマーシール技術の使用が容易となっ て、弁室１・４を適切に密閉することが可能である。本発明では、弁を流通する 流体に晒される押しのけ浸水表面積が小さくなり、以て、本発明を超クリーン半 導体に応用するのが適切となる。流体弁組立体は、簡単な構造を有しており、弁 組立体を耐薬品性ポリマー等の特別な材料で限定数量製造することが可能となる 。オリフィス１６の寸法により決定される流量の範囲は、インサート１５を（異 なるすイズのオリフィスと）相互交換することで容易に取り替えられて、共通の バルブプラットホームにおいて流体の流量範囲の変更が可能となる。最後に、弁 組立体は、調節自在のダイヤフラムピボット位置を有しており、流路の外側でオ リフィスシールを正確に位置決めすることが可能となる。

本書に記した本発明の範囲を逸脱することなく上記の装置及び方法にその他の変 更を加えることが可能であることから、上記の説明に含まれる一切のことは例示 のためのものであり、本発明を限定するものではない。

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. １．流体が流通する少なくとも一つのオリフィスを画定する手段を有する弁室を 画定するハウジング手段と、 前記弁室の少なくとも一つの表面を画定するダイヤフラム手段と、前記ダイヤフ ラム手段が枢動自在に支持できるように前記弁室の外側から該弁室の内部へ伸長 するピボット手段を含んでいる、前記オリフィスを流通する流体の流量を制御す る弁制御手段と を備えていることを特徴とする流体の流量を制御する弁組立体。
2. ２．前記ピボット手段がそれぞれ前記弁室の外部及び内部へ伸長する基端及び末 端を有する細長いピボットアームを備えていることを特徴とする請求項１に記載 の弁組立体。
3. ３．前記ピボット手段かプラグ手段を含み、該プラグ手段が（ａ）該プラグ手段 が前記オリフィスと密接に係合して、確実に遮断を行う第一の位置と、（ｂ）該 プラグ手段が前記オリフィスから離脱して、流体か前記弁室を流通するのを可能 にする第二の位置との間で移動自在となることを特徴とする請求項２に記載の弁 組立体。
4. ４．前記プラグ手段を前記オリフィスに軸線方向に整列させておく一方で、前記 プラグ手段が軸線方向に限定変位するのを可能にするスプリング手段を更に含ん でいることを特徴とする請求項３に記載の弁組立体。
5. ５．前記ピボットアームの末端を前記プラグ手段に連結するリンケージ手段を更 に備えていることを特徴とする請求項３に記載の弁組立体。
6. ６．前記リンケージ手段が一方の端で前記プラグ手段に、及び、他方の端で前記 ピボットアームの末端に固着されていることを特徴とする請求項５に記載の弁組 立体。
7. ７．前記弁制御手段が前記ピボットアームの基端に連結された起動手段を更に備 えていることを特徴とする請求項２に記載の弁組立体。
8. ８．前記起動手段が前記ピボットアームにある一定の範囲の力を加えて、前記オ リフィスを流通する流体の流量を制御することを特徴とする請求項７に記載の弁 組立体。
9. ９．前記起動手段が音声コイル組立体であることを特徴とする請求項８に記載の 弁組立体。
10. １０．前記起動手段がソレノイド組立体であることを特徴とする請求項８に記載 の弁組立体。
11. １１．前記ダイヤフラム手段が本質的には金属、金属合金または耐腐食性ポリマ ーから成ることを特徴とする請求項１に記載の弁組立体。
12. １２．前記金属または金属合金がステンレステール、インコネル及びビムバーか ら成る一群より選択されることを特徴とする請求項１１に記載の弁組立体。
13. １３．前記ダイヤフラム手段がひだ状構造を有することを特徴とする請求項１１ に記載の弁組立体。
14. １４．前記ダイヤフラム手段が略円形であることを特徴とする請求項１１に記載 の弁組立体。
15. １５．前記ダイヤフラム手段か前記コントロールアームの回りのひだを含むこと を特徴とする請求項１４に記載の弁組立体。
16. １６．前記ひだが前記コントロールアームと同心であることを特徴とする請求項 １５に記載の弁組立体。
17. １７．前記ひだが楕円形であることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
18. １８．前記ピボットアームが前記ダイヤフラム手段の略中心を貫通して取り付け られていることを特徴とする請求項１１に記載の弁組立体。
19. １９．前記ピボットアームが前記ダイヤフラム手段の中心に対して偏心して該ダ イヤフラム手段を貫通して取り付けられていることを特徴とする請求項１１に記 載の弁組立体。
20. ２０．少なくとも一つのオリフィスを画定する前記手段が前記オリフィスを画定 する要素であり、且つ、前記ハウジングに挿入自在となって、所望の流量範囲に 応じて異なるサイズのオリフィスを有する要素を容易に置換できることを特徴と する請求項１に記載の弁組立体。
21. ２１．マスフロー測定及び制御装置であって、前記装置は、 流体が流通する少なくとも一つのオリフィスを画定する手段を有する弁室を画定 するハウジング中段と、 前記弁室の少なくとも一つの表面を画定するダイヤフラム手段と、前記ダイヤフ ラム手段が枢動自在に支持できるように前記弁室の外側から該弁室の内部へ伸長 するピボット手段を含んでいる前記オリフィスを流動する流体の流量を制御する 弁制御手段と、前記ピボットアームにある一定の範囲の力を加えて、前記オリフ ィスを流動する流体の流量を制御信号の関数として調整する起動手段とを有する オリフィスを流動する流体の流量を調整する弁組立体と、前記弁組立体へ流入す る流体の流量を測定し且つ前記制御信号を前記測定した流量の関数として発生さ せる手段と を備えていることを特徴とするマスフロー測定及び制御装置。