JPS63172077A - 遮断開閉弁 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は断路開閉弁に関する。

〔従来技術とその問題点〕

圧力下の流体は一般に、弁座と、この弁座に対して制御
可能に位置決めすることができる相手要素とを有する弁
によって制御される。しかしながら、弁内における弁座
に対する相手要素の位置は代表的には弁を通って突出す
る可動要素の成る部分を取囲む摺動または回転シールに
より弁の外側から制御される。

圧力下の有毒流体を制御する弁は、その内部部品の作動
を制御するために外部から加えられる磁束に頼ることに
よって摺動または回転シールを不要にすることが知られ
ている。種々の種類の磁気作動弁が文献に開示されてい
る（例えば、米国特許第３．７８３，８８７号；第４．
３３１．１７１号；第４，３８２，４４９号；第４，１
１４，８５２号；第１．１３２．５７０号；第３、８７
７．４７８号；第３，７７４．８７８号；第３．２１２
．７５１号；第４．５０６．７０１号；第４．３５０．
１８２号；第４．３４９．０４２号；第４．０１８．４
１９号参照）。

〔発明の概要〕

本発明の好適な実施例によれば、単動および複動弁要素
を弁胴の外側の位置から磁気で制御して流体装置と周囲
との間の摺動または回転シールの可能性のある危険を伴
なわずに流体の流れの制御および流体装置の遮断を行う
ことができる。かくして、本発明による弁装置は内部の
磁気応答性弁要素に加えられる外部磁界の強さおよび配
向を調節するだけで圧力下の流体を有利に制御すること
ができる。本発明の一実施例によって単動弁は流体を流
体供給源から下流方向に流すために磁気で作動すること
ができる圧力増強常閉弁として機能する０本発明の他の
実施例による複動弁は、外部の制御用磁界によって磁気
で作動されるまでは、例えば過度の背圧条件下で両方向
の流体の流れを防ぐ圧力増強遮断弁として機能する。

〔実施例〕

第１図を参照すると、金属弁胴９内の円筒形弁の横断面
図が示されており、弁胴９は一体の流体ボート１１．１
３を有している。変更例として、ねじ部、フランジおよ
び他の不連続部や、これらと関連した漏れの可能性をな
くすために、電子ビーム溶接技術等を使用して流体ボー
ト１１．１３を弁胴９に溶接してもよい。流体ボート１
１．１３の各々は夫々内部チャンネル１５．１７に連結
されており、これらのチャンネルは孔１９を介して互い
に連結されている。弁を通る流体の流れは孔１９を取囲
む密封表面２１と可動要素２５に支持される弾性弁シー
ル２３との間の間隔または係合によって制限される。要
素２５は円筒形であって、弁シール２３を孔１９の密封
表面２１と密封係合させたり、はずしたりするように移
動させる方向に流体チャンネル１５内を摺動可能に設け
られている。要素２５は細長い円筒形の密封内室２７を
有しており、この室２７はこの中を一端から他端まで摺
動自在である円筒形磁石２９を収容している。

流体チャンネル１７に配置される端キャップ３３の中に
他の磁石３１を封入するのがよい。この磁石３１は磁石
２９にきわめて接近してかつ磁石２９に引きつけられる
配向で孔１９の近くに位置決めされている。漏れる可能
性のある接合部を回避するために、電子ビーム溶接技術
等を使用して、端キャップ３３を弁胴９の下端に、また
端板３５を弁胴９の上端に封止するのがよい。か（して
、弁胴９および関連要素１１．１３．３３．３５はすべ
てステンレス鋼、アルミニウム、プラスチックまたは漏
れないようにビーム溶接したり、他の方法で封止したり
し得る他の適当な非磁性材料で形成するのがよい。

第１図に示す弁の実施例は要素２５の弾性シール２３を
孔１９を取囲む弁胴９の密封表面２１と密封係合するよ
うに移動させる磁石２９．３１間の磁気吸引力により常
閉モードで作動する。シール２３はパーフルオロエラス
トマーのウェーハ（デュポン社からカーレソツ（Ｋａｌ
ｒｅｚ）として市販されている）または他の適当な化学
的に不活性な材料で形成するのがよく、図示のように、
フランジ３７をウェーハ２３上に内方に冷間圧延するこ
とによって要素２５の端部に成形するかあるいは封入す
るのがよい。流体を流体ボート１１からチャンネル１５
に圧送した場合、シール２３および表面２１によりこれ
ら両者間に形成される流体密封は孔１９の横断面領域に
作用するチャンネル１５．１７間の差圧によって強めら
れる。弁を流体が流れるように開くためには、この圧力
増強密封力および磁気吸引密封力に打勝たなければなら
ない。

第２図を参照すると、第１図の実施例の弁が外部磁気ア
クチュエータ３９の制御下で開弁位置で作動している場
合について示されている。この磁石３９は制御用磁束を
もたらし、手押し式押ボタン４１内に封入されている。

この押ボタン４１は円筒形ガイド４３によって弁胴９の
外側に留められていて、ばね４５により第１図に示す遠
方位置すなわち非作動位置へ付勢されている。磁石３９
は磁石２９より大きい場合について示しであるが、磁石
３９からの磁束が磁石２９を磁石３１に極めて接近した
室２７内のその下方位置く孔１９を密封する）位置から
磁石３９に極めて接近した室２７内のその上方位置まで
引離すのに十分でなければならないことは理解すべきで
ある。この上方位置では、要素２５とシール２３は密封
表面２１から上方に遠ざかって孔１９を開け、流体をこ
の孔に流すことができる。また、磁石２９がこの上方位
置にある場合、磁石３１に対する磁石２９の吸引は可成
り低下され、従って磁石３９はこれが端板３５に接近し
て位置決めされているかぎり、弁の作動を制御し続ける
。磁石３９を支持する押ボタン４１は、ガイド４３の内
向きフランジ４７をボタン４１の頂部近くの肩部４９と
係合させることによってこの制御位置に係止し得る。も
ちろん、押ボタン４１の磁石３９以外の手段を使用して
弁を制御してもよいことは理解すべきである。例えば、
電磁石を公知の方法で弁胴に取付けて電気制御下で必要
な吸引磁界を選択的に形成してもよい。

同様に、空気作動プランジャを公知の方法で弁胴９およ
び磁石３９に取付けて空気圧制御下で磁石３９を端板３
５の近くに選択的に位置決めしてもよい。かくして、本
発明のこの実施例の弁を通る流体の流れは相対移動可能
な密封要素を磁気で引きつけて密封係合させることによ
って、また密封要素で支持される可動磁石を（付勢磁石
へのその間隔の密な求引により）その一方の密封係合位
置から、制御用吸引磁石に極めて隣接しかつ付勢磁石か
ら可成り間隔をへたてた他の位置へ位置度えすることに
よって外部から制御される。

本発明の成る流体の流れ制御用途では、弁の出口側に作
用する背圧が磁気増強、圧力増強密封に打勝つことがな
くかつ流体を弁中で逆流させることがないようにするこ
とが重要である。このような用途では、第３図に示すよ
うに本発明の他の実施例により弁孔１９の入口側および
出口側の両方を密封することが有利である。第３図では
、第１図に示す要素と同じ要素は同一符号が付いている
。

注意すべきこととして、第３図に示す実施例では、（要
素２５に支持された磁石２９を引きつけて密封係合させ
るための）磁石３２がそれ自身、弾性シール２４を有す
る可動密封要素３４に封入されている。かくして、磁石
２９．３２を吸引配向で配置しかつそれらの夫々の密封
要素２５．３４で支持した場合、孔１９は包囲上面２１
に係合するシール２３および包囲下面２２に係合するシ
ール２４によって両側から密封される。これらの磁気増
強シールはチャンネル１５内の正味流体圧力（シール２
１．２３を増強する）またはチャンネル１７内の正味流
体圧力（シール２２．２４を増強する）によって更らに
増強され、それにより孔１９に通じる流体ボートとチャ
ンネルとの完全な遮断を確保する。端キヤツプ３６内に
は、他の磁石３８（比較的レベルの低い磁束源を示すた
めに小さく示しである）が磁石３２に引きつけられる配
向で封入されており、端キャップ３６は接合部および漏
れの可能性をなくすために前述のように弁胴９にビーム
溶接されている。かくして、レベルの低い磁束の磁石３
８はシールを付勢閉鎖する磁石２９．３２間の吸引力に
打勝つことができず、弁は上記のように常時閉鎖して作
動する。

第４図を参照すると、第３図の実施例の弁が本発明によ
り作動されて孔１９を開いた場合について示されている
。詳細には、（ボタン４１０作動により磁石３９が端板
３５に極めて近接して位置度えされるとき）磁石２９．
３９間の磁気吸引により磁石２９を室２７内の上方位置
まで位置度えし、要素２５およびシール２３を密封表面
２１との保合から離れる方向に移動させる。このように
磁石３２から離れて磁石２９を位置度えすることにより
、両磁石間の吸引力は可成り小さくなり、磁石３２をよ
り大きな正味力で磁石３８に引き寄せる。かくして、磁
石３２およびシール２４を支持する要素３４をシール２
４゛と表面２２との密封係合から離してかつ磁石３８に
極めて接近して摺動可能に位置度えする。

弁は磁石３９から磁束の制御を受けて図示のように開弁
モードで作動し続ける。磁石３９を一担端板３５から遠
（に位置度えすると（あるいは同等の電磁石の磁束を低
下させると）、磁石２９．３４間の正味吸引力は再び復
帰され、磁石２９を孔に極めて隣接して室２７内に位置
度えし、夫々の要素２５．３４およびシール２３．２４
を孔１９の両密封表面２１．２２と接触状態に位置度え
する。磁石３８．３２間の吸引力は小さくなり、磁石２
９．３２間の吸引力に負けて第３図に示すように弁を常
閉作動に復帰させる。かくして、本発明のこの実施例の
弁を通る流体の流れは、孔の各側に配置された可動密封
要素で支持された可動の吸引磁石を孔と密封係合する夫
々の位置から、孔との密封係合からはずれかつ他方の夫
々の吸引磁石に極めて近接する夫々の要素の他方の位置
へ位置度えすることによって更らに制御される。

本発明の弁は、流体供給の過加圧状態で開弁しないよう
に安全限界を確保していることを注意すべきである。前
述のような流体の流れに対する圧力増強密封、および要
素２５．３４を作動させるのに内部で有効な制限された
磁力により最大圧力を形成し、この最大圧力以上では弁
を開くことができない。これは、弁を過剰の流体圧力に
より破壊したり損傷したりするガラスまたは石英容器（
半導体製造装置では普通であるような）の上流の系に設
置する場合には特に重要である。かくして、手動制御下
で、あるいは十分な空気圧または電磁力を弁に加えるこ
とによって開けられる在来の弁とは対照的に、過圧力供
給状態における本発明の弁の作動は、弁を開くように不
注意に加えられるかも知れない外部からの付加力の影響
を受けない。ボタン４９をより強く押し下げても、弁を
開（のに、磁石２９．３９の磁気吸引が付与することが
できる以上の力を加えない。従って、これらの磁石から
の有効な力は孔の有効面積に作用する成る制限供給量の
流体圧に打ち勝つだけである。

孔がより大きくかつ同一磁石２９．３０の場合、弁を開
くのにより低い供給圧のみしか負けない。

従って、第５ａ図および第５ｂ図を参照すると、第３図
および第４図の弁の他の実施例の断面図が示されており
、この実施例では、孔の壁部は、弁座表面２１．２２が
流入圧、流出圧および背圧の作用する異なる領域をなす
ようにテーバになっている。本発明のこの特徴によれば
、弁は入口側が比較的高い供給圧に抗して開き、出口側
がより低い流出圧または背圧に抗して開くだけであるよ
うに構成し得る。

第６図に示す実施例によれば、シール２３．２４は変更
密封表面に対するそれらの横方向移動を制限するように
変更されている。より詳細には、各シール２３．２４は
夫々外方に向いた球状ボタンすなわちドーム形表面５４
．５６を有している。

これらのドーム形表面は好ましくは変更密封表面２１．
２２に受入れられる。図示のように、密封表面は孔１９
を相接して取囲む切頭円錐形凹部５８．６０を有してい
る。このようにシールおよび密封表面を変更することに
より、シールと密封表面との密封関係を確保し、かつそ
うでなければシールをその関連密封表面から移動させる
傾向がある水平方向の力の作用を制限する。

更らに、汚染物を厳密に制御しなければならないような
きわめて清潔な環境での弁の使用は可動要素２５および
密封要素３４の構成を変えることによって高められる。

第３図および第４図の実施例で明らかなように、要素２
５．３４はチャンネル１５．１７の側壁部との間隔が密
である。この種の構成は要素と側壁部との間欠的な接触
および摩擦が起りやすく、それにより流体を汚染する微
細粒子の形成を促進する。側壁部との接触を抑制しよう
とする場合、第６図の実施例の要素２５．３４の横寸法
を減小させる。この寸法減小により要素と側壁部との間
に環状の隙間を形成し、それによりいずれの接触の可能
性をも著しく減らす。

可動要素２５の垂直方向および水平方向整合を保つのに
、一対の対向した付勢手段、例えば、ばね７０．７２を
使用する。第１ばねすなわち上方ばね７０は端板３５と
可動要素２５との間に介在されている。好ましくは、ば
ね７０の一部が端板３５および弁胴により形成される接
合部に溶接されている。このばねの他の部分は要素２５
にスポット溶接されている。同様に、第２ばねすなわち
下方ばね７２はチャンネル１５内の半径方向に延びる肩
部７４に受けられていて、フランジ３７に沿って可動要
素２５にスポット溶接されている。

かくして、可動要素はチャンネル内で浮動関係で付勢さ
れている。閉弁位置では、この要素と端板との接触が防
止され、密封表面２１との密着が保たれる。

同様に、密封要素３４は対向した上端および下端でばね
７６．７８によって付勢されている。ばね７６はフラン
ジ３７に沿ってこの要素３４にスポット溶接されていて
、チャンネル１７の半径方向に延びる壁部８０に係合し
ている。他方、ばね７８は端キャップ３６と密封要素の
表面８２との間に介在されている。この構成もまた密封
要素３４をチャンネル１７内に浮動関係に保つが、ドー
ム形表面５６と密封表面２２との密封接触に干渉しない
、他のあらゆる点で、第６図の弁装置は第３図および第
４図の実施例と同等に機能する。

〔発明の効果〕

従って、本発明による流体の流れ遮断／制御装置は、内
部流体チャンネルと周囲との間に摺動シールまたはベロ
ーズを必要としないで磁気手段によって外部から制御す
ることができる信顛性のある常閉作動を行うことができ
る。また、本発明によれば、複動密封要素を単一の磁束
の制御下に孔の両側に設けることによって弁を通る逆流
を防ぐ一体性を保つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は常閉状態で作動する本発明の一実施例による円
筒形弁の断面図；第２図は流体を圧送するために作動モ
ードすなわち開弁モードで作動する場合について示す第
１図の実施例の断面図；第３図は第１図の実施例と同様
であって、常閉作動で２方向の流体の流れを防ぐ密封を
行う本発明の他の実施例の断面図；第４図は流体を圧送
するために作動モードすなわち開弁モードで作動する場
合について示す第３図の実施例の断面図；第５Ａ図およ
び第５Ｂ図は弁を開ける流体圧の異なる限度を設定する
ために孔の壁部がテーパになっている第３図の弁の実施
例の断面図；第６図は常開位置における本発明の更らに
他の実施例の垂直断面図である。 ９−弁胴 １１．１３−流体ポート １５．１７−内部チャンネル １９−・一孔 ２１−密封表面 ２３・−弁シール ２５−・可動要素 ２７−・室 １９．３１．３２．３８．３９−・磁石３３一端キャッ
プ ３５一端板 ４１−・押ボタン ４５−ばね Ｊ西−２ 】面一５Ｂ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、孔を介して互いに選択連通する流体入口および流体
   出口を有する弁胴と； 上記孔の第１側で上記流体入口および流体出口のうちの
   一方と作動的に関連した第１チャンネルと； 上記孔の第２側で上記流体入口および流体出口のうちの
   他方と作動的に関連した第２チャンネルと； 上記第１チャンネルに受入れられた第１弁部材とを備え
   、該第１弁部材は上記孔と選択的に閉鎖係合するように
   なっている外方に延びるドーム形表面を持つ密封表面を
   有しており； 上記第１弁部材には、第１の所定寸法を有する室が形成
   されており； 上記室には、第２の所定寸法の第１磁石が受入れられて
   おり、上記第２寸法は上記第１寸法より可成り小さくて
   上記第１磁石が上記第１弁部材の開弁位置および閉弁位
   置に相当する第１および第２位置間で上記室内を移動す
   ることができるようになっており； 上記第２チャンネルには、上記第１磁石を上記第１およ
   び第２位置のうちの一方に磁気で付勢する第２磁石が配
   置されており； 上記第１磁石を上記第１および第２位置のうちの他方ま
   で磁気で押圧する磁石手段を上記第１および第２チャン
   ネルから遠く隔てて配置したことを特徴とする弁。 ２、閉弁位置で上記ドーム形表面を受けるための切頭円
   錐形領域を上記孔に隣接して設けたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の弁。 ３、上記第１弁部材を上記第１チャンネル内で浮動関係
   に付勢する装置を更らに備えていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の弁。 ４、上記付勢装置は上記第１弁部材の両端に作動的に係
   合する第１および第２ばねを有することを特徴とする特
   許請求の範囲第３項に記載の弁。 ５、上記第２チャンネルには、更らに、上記孔と選択に
   閉鎖係合するようになっている密封表面を有する第２弁
   部材が配置されており、上記第２磁石は上記第２弁部材
   内に配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の弁。 ６、上記第２弁部材の上記密封表面は外方に延びるドー
   ム形表面を有していることを特徴とする特許請求の範囲
   第５項に記載の弁。 ７、閉弁位置で上記第２弁部材の上記ドーム形表面を受
   ける切頭円錐形領域を上記孔に隣接して設けたことを特
   徴とする特許請求の範囲第６項に記載の弁。 ８、上記第２弁部材を上記第２チャンネル内で浮動関係
   に付勢する第２装置を上記孔に隣接して設けたことを特
   徴とする特許請求の範囲第５項に記載の弁。 ９、上記第２付勢装置は上記第２弁部材の両端に作動的
   に係合する第１および第２ばねを有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第８項に記載の弁。 １０、第２磁石を上記第１磁石の磁気作用から離れる方
   向に付勢する第３磁石を更らに備えていることを特徴と
   する特許請求の範囲第９項に記載の弁。 １１、孔を介して選択的に連通される第１および第２流
   体通路を有する弁胴と； 上記弁胴の第１チャンネルに配置された第１弁部材とを
   備え、該第１弁部材は上記孔を選択的に封鎖する表面を
   有しており； 上記第１弁部材には、第１の所定寸法を有する室が形成
   されており； 上記室には、上記第１寸法より実質的に小さい第２の所
   定寸法を有する第１磁石が第１弁部材の開弁および閉弁
   位置と関連した上記室の両端の第２および第２位置間を
   移動可能に受け入れられており； 上記第１弁部材を上記第１チャンネル内で該チャンネル
   との接触を制限するために浮動関係に付勢する装置と； 上記孔の上記第１チャンネルと反対の側に第２チャンネ
   ルに配置された第２磁石とを備え、該第２磁石は上記第
   １磁石を上記開弁位置および閉弁位置のうちの一方に向
   けて付勢しており；上記第１弁部材を上記開弁位置およ
   び閉弁位置のうちの他方に磁気で引き寄せる装置を設け
   たことを特徴とする弁。 １２、上記付勢装置は上記第１弁部材の両端に配置され
   た第１および第２ばねを有していることを特徴とする特
   許請求の範囲第１１項に記載の弁。 １３、上記第１弁部材の表面は上記孔に隣接した切頭円
   錐形領域と選択的に協働するドーム形状を有しているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１１項に記載の弁。 １４、上記第２磁石を受入れかつ上記孔を封鎖する表面
   を有する第２弁部材を更らに備えていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１１項に記載の弁。 １５、上記第２弁部材の表面は上記孔に隣接した切頭円
   錐形領域と選択的に協働するドーム形状を有しているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１４項に記載の弁。 １６、上記第２弁部材を上記第２チャンネル内で浮動関
   係に付勢する第２装置を更らに備えていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１５項に記載の弁。 １７、上記第２磁石を開弁位置に向けて付勢する第３磁
   石を更らに備えていることを特徴する特許請求の範囲第
   １１項に記載の弁。