JPS63502688A - 流体の流れを遮断・制御する装置および方法 - 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】 ゞ　のゝ１れを２１１．　・　′するＵおよび　法又漣盗■ 本願は、「流体の流れ制御バルブおよび流れ制御方法」の名称に係る１９８４年 １１月２８日付米国特許出願第６７５，８２５号（該米国特許出願第６７５，８ ２５号は、「流れ制限バルブ」の名称で１９８２年７月１６日付で出願された米 国特許出願第３９８．８４５号の一部継続出願である）の一部継続出願である。

光里■互景 一般に加圧流体は、バルブシートと、該バルブシートに対する位置を制御するこ とのできる相手要素とを備えたバルブ手段により制御される。しかしながら、バ ルブ内におけるバルブシートに対する相手要素の位置は、バルブから突出してい る可動要素の成る部分を包囲しているスライドシール又は回転シールを介して、 バルブの外側から制御するのが一般的な方法である。

有毒な加圧流体を制御するバルブとして、バルブの外部がら磁場を作用させるこ とによりパルプ内の部品の作動を制御するように構成し、スライドシールや回転 シールを不要にしたバルブが知られている０種々の形式の磁力作動形バルブが文 献（例えば、上記関連出願に引用された米国特許第３，７８３，８８７号、第４ ，３３１．１７１号、第４．３８２．４４９号、第４，１１４，８５２号、第１ ，１３２．５７０号、第３，８７７．４７８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４，０１８，４１９号の各明細書）に開示されている。

登匪ｑ塁！ 本発明の好ましい実施例によれば、バルブの外部の位置から単一作動形および複 動形のバルブ要素を磁力で制御するように構成スライドシールおよび回転シール のもつ潜在的な危険性がなく流体の流れ制御および流体装置の遮断を行ない得る ようにしたものである。従って本発明のバルブ装置および方法によれば、パルプ 内で磁気的に応答するバルブ要素に対しバルブ外から作用させる磁場の強さおよ び配向を単に調節することにより、加圧流体を具合良く制御することができる０ 本発明の１つの実施例による単一作動形バルブは、シール性すなわちシール力を 圧力により増強するように構成した常時閉鎖形パルプ（常閉形バルブ）として作 用し、磁力によってバルブを作動させて、流体をその供給側から下流方向に流す ようになっている０本発明の別の実施例による複動形バルブは、シール力を圧力 により増強するように構成した遮断バルブとして作用し、例えば過大な背圧が生 じた場合でも、バルブの外部から磁場を制御することによってバルブを磁力で操 作しない限り、流体がいずれの方向にも流れないように防止できるものである。

則１紹Ｉ【吸 第１図は、本発明の１つの実施例によるほぼ円筒状をなすバルブであって、常閉 状態で作動するバルブを示す断面図である。

第２図は、第１図のバルブが作動状態すなわち加圧流体を通すべく開放状Ｂ（開 放モード）にあるところを示す断面図である。

第３図は、常状作動時に流体の両方向の流れを遮断するように構成した第１図の 実施例のバルブと同様な別の実施例のバルブを示す断面図である。

第４図は、第３図のバルブが作動状態すなわち加圧流体を通すべく開放モードに あるところを示す断面図である。

第５Ａ図および第５Ｂ図は、第３図の実施例のバルブの孔の壁面にテーパを形成 し、バルブを開放するときの抵抗力となる流体圧力を孔の両側で異ならせるよう に構成した別の実施例のバルブを示す断面図である。

ましい　の量′ 第１図は金属製のボディ９内に収容されたほぼ円筒状をなすバルブの断面図であ り、ボディ９は一体に形成された流体ポート１１．１３を備えている。別の方法 として、流体ポー）１１．１３は電子ビーム溶接技術等を用いてボディ９に溶接 することもでき、これによりねじ、フランジその他の不連続部分およびこれらの 不連続部分により生じる可能性のある漏洩を無くすことができる。

各流体ボー）１１．１３は、それぞれ内方のチャンネル１５．１７に連通してお り、これらのチャンネル１５．１７は孔１９を介して互に連通している。バルブ を通る流体の流景は、孔１９を取り囲んでいるシール面２１と、可動要素２５に 支持された弾力性のあるバルブシール２３との間の間隙又は保合により制御され る。

可動要素２５は全体として円筒状をなしており、バルブシール２３が孔１９のシ ール面２１とシール係合する方向又はシール面２１から離れる方向にバルブシー ル２３を移動させるべく流体チャンネル１５内で摺動自在に取付けられている。

可動要素２５は密封された長い円筒状のチャンバ２７を備えており、該チャンバ ２７内には、その一端がら他端まで自由にスライドできるほぼ円筒状の磁石２９ が収容されている。

流体チャンネル１７内に配置された端キヤツプ３３内には、別の磁石３１が収容 されている。この磁石３１は孔１９にきわめて近接した位置に配置されており、 磁石２９を引き付ける方向に配向されている。端キャップ３３はボディ９の下端 部に封止されておりかつ端プレート３５はボディ９の上端部に封止されており、 これらの封止は、漏洩が生じないようにするため電子ビーム溶接技術等を用いて 行なうのがよい、バルブボディ９および該ボディ９に関連する要素すなわち流体 ボート１１．１３、端キャップ３３および端プレート３５は、すべて、ステンレ ス鋼、アルミニウム、プラスチック又は他の適当な非磁性材料で作ることができ 、漏洩を招くことがないようにビーム溶接されるかシールされる。

第１図に示すバルブの実施例は、ボディ９のシール面２１に対して弾性シールす なわち可動要素２５をシール係合させる方向に可動要素を移動させる磁石２９と 磁石３１との間の磁気的吸引力によって、常時閉鎖モード（常閉モード）で作動 する。バルブシール２３はペルフルオロエラストマ（例えばデュポン社から「カ ルシＪ　（Ｋａｌｒｅｚ）の商品名で市販されているもの）又は化学的に不活性 な他の適当な材料で作られたウェーハとして形成することができる。また、この ウェーハすなわちバルブシール２３は、可動要素２５に一体成形するかあるいは 図示のようにフランジ３７を冷間加工によってウェーハ２３の上に内側に曲げる ことにより可動要素２５の端部に取付けることができる。流体ボート１１を介し てチャンネル１５に加圧流体が作用すると、バルブシール２３とシール面２１と の間の流体のシール性は、孔１９の横断面領域に作用するチャンネル１５とチャ ンネル１７との間の圧力差によって高められる。シール性を高めるべく作用する 圧力と磁石による吸引力とは、バルブを開放して流体が通り得るようにするとき には打ち負かされる程度の大きさでなくてはならない。

第２図には、外部の磁石アクチュエータ３９を制御することによって第１図の実 施例に示すバルブが開放された状態を示すものである。磁石３９はその磁束を制 御することができ、手動で押し下げることができるブツシュボタン４１内に収容 されている。ブツシュボタン４１は円筒状のガイド４３によりバルブボディ９の 外側に取付けられており、かつ、ばね４５によって第１図に示す非作動位置すな わちシール面２１から遠去かる方向に押圧されている。磁石３９は磁石２９より も大きなものとして図示されており、磁石３９からの磁束は、磁石２９をチャン バ２７内でその下端位置（磁石３１に近接した位置であって孔２９をシールする 位置）から、磁石３９に近接した上端位置まで引き付けるのに充分な強さを有す るものであ纂と理解すべきである。磁石２９がチャンバ２７内で上端位置にある とき、可動要素２５はシール面２１から離れて上方に移動して孔１９を開放し、 流体が線孔１９を通って流れ得るようにする。また磁石２９が上端位置にあると き、磁石３１に対する磁石２９の吸引力は実質的に減少され、このため、磁石３ ９が端プレート３５に近接した位置にある間は、磁石３９によりバルブ操作を制 御することができる。磁石３９を支持しているブツシュボタン４１は、該ブツシ ュボタン４１の頂部付　・近に設けた肩部４９を、ガイド４３の内側に向いたフ ランジ４７に係止させることによって、磁石３９をその制御位置に保持すること ができる。もちろん、バルブを制御するのに、ブツシュボタン４１に磁石３９を 支持した上記形式以外の他の手段を採用することができる０例えば、公知の方法 でバルブボディ９に電磁石を取付けておき、電気的に制御することにより所望の 磁場を選択的に発生させるように構成してもよい、同様に、公知と方法で空気圧 式のプランジャをバルブボディ９および磁石３９に取付けておき、空気圧制御を 行なうことにより磁石３９を端プレート３５に近接した位置に選択的に位置決め することもできる。かくして、本発明のこの実施例のバルブを通って流れる流体 の流れは、相対的に移動することのできるシール要素をシール係合させることに より、また、シール要素により支持された可動磁石を、シール係合する１つの位 置（付勢磁石に近接した位置）から制御磁石に近接した別の位置（付勢磁石から 間隔を隔てた位置）に位置決めすることにより、外部から制御することができる 。

流れ制御についての本発明の成る応用例においては、バルブの出口側に作用する 背圧によっては、磁力により増強されたシール力および流体の圧力により増強さ れたシール力が打ち負かされることがなく、従ってバルブを通って流体が逆流し ないようにすることが重要である。かような応用例の場合においては、第３図に 示す本発明の別の実施例のように、孔１９の入口側および出口側の両方をシール できるように構成するのがよい、第３図の実施例においては、第１図に示した要 素と同様な要素については同じ参照番号を用いである。この実施例においては、 磁石３２（ｉＸＥｆｆ石３２は可動要素２５に支持された磁石２９を引き付ける ためのものである）は、弾性シール２４を備えた可動シール要素３４内に収容さ れている。かくして、磁石２９．３２をそれぞれの可動シール要素２５．３４内 で互に吸引力が生じる方向に配置しておけば、孔１９の上方のシール面２１がシ ール２３と係合し、下方のシール面２２がシール２４と係合することによって、 孔１９の両側がシールされる。磁力的に増強されたシール力は、チャンネル１５ 内の正味流体圧力により更に増強され（この場合、シール面２１とシール２３と の間のシール力が増強される）、あるいはチャンネル１７内の正味流体圧力によ り更に増強される（この場合、シール面２２とシール２４との間のシール力が増 強される）、これにより、孔１９と連通している流体ボート１１と１３との間お よびチャンネル１５と１７との間を完全に遮断することができる。

別の磁石３８（比較的低レベルの磁束をもつものとして、図面には小さく表現し である）が、磁石３２と引き合う方向に配向して端キヤツプ３６内に収容されて いる。端キャンプ３６は、前述のようにボディ９に対しビーム溶接されており、 流体の漏洩が生じる可能性のある接合部が形成されないようにしである。低レベ ルの磁束をもつ磁石３８は、磁石２９と３２との間に作用する引き付は力（シー ルを閉じるように作用する引き付は力）に打ち勝つものではなく、このため、第 ３図のバルブも前述のように常閉モードで作動する。

第４図は、第３図の実施例のバルブが孔１９を開放すべく作動している状態を示 すものである。すなわち、ブツシュボタン４１を操作して磁石３９を端プレート ３５に近接させたとき、磁石２９と３９との間に働らく吸引力によって磁石２９ がチャンバ２７内で上端位置に移動し、可動要素２５およびシール２３をシール 面２１との保合から離れる方向に移動させる。磁石２９が磁石３２から離れる方 向に移動すると両者の間に働らく吸引力が減少し、磁石３２はその大きな正味吸 引力によって磁石３８に向って引き付けられる。このため、磁石３２とシール２ ４とを支持している可動要素３４が、シール２４とシール面２２との間のシール 係合から離れる方向に摺動し、磁石３８に近接した位置に移動する。

磁石β９からの磁束を制御することにより、バルブは、図示の開放モードで作動 し続ける。磁石３９を端プレート３５から離れる方向に移動することにより（又 は磁石３９と等価の電磁石の磁束を減少させることにより）、磁石２９と３２と の間に働らく正味吸引力が再び回復され、磁石２９がチャンバ２７丙で孔１９に 近接した位置に移動し、それぞれの可動要素２５．３４およびシール２３．２４ が孔１９の両ンール面２１，２２に係合する。Ｔｊ！Ｌ石３８と３２との間に働 らく吸引力は、磁石２９と３２との間に働らく吸引力により減少されかつ打ち負 かされて、バルブは第３可動シール要素２５．３４により支持された磁石２９． ３２を、孔１９とシール係合する位置からシール係合しない他の位置に移動させ て、更に他の磁石３９．３８に近接させることによって制御することができる。

本発明のバルブは、過大圧力状態の流体を供給するときにバルブが開放してしま わないようにする安全性が大きいものである。

前述のように、流体の流れに対して圧力により増強されたシールと、可動要素２ ５．３４をパルプ内に入れたまま操作できる制限された磁力とによって、バルブ が開くことのない最大圧力を確立することができる。このことは、過大な流体圧 力により破裂又は損傷を受け易いガラス又は水晶型の容器（これらの容器は半導 体製造装置においてよく用いられる）の上流側の装置にバルブを設けた場合に特 に重要である０手動制御により又はバルブに加えられる充分な空気圧あるいは電 磁力によって強制的に開放される従来のバルブに比べ、過大圧力供給状態におけ る本発明のバルブは、バルブを開放しようとして乱暴に加えられることのある外 部からの力に対して影響を受けることがない、すなわち、本発明のバルブでは、 ブツシュボタン４９を乱暴に押したとしても、バルブを開放させるための力とし て、磁石２９．３９により付与される以上の大きな力が作用することはない。従 って、これらの磁石２９゜３９から得られる力は、孔１９の有効面積に作用する 一定限度内の流体圧力に打ち勝つに過ぎない、同一の磁石２９．３９を用いて孔 １９を大径化した場合でも、低レベルの供給圧力のみを打ち負かしてバルブを開 放することができる。第５Ａ図および第５Ｂ図には、第３図および第４図のバル ブの別の実施例が示しである。

第５Ａ図および第５Ｂ図の実施例では、孔１９の壁がテーパ状に形成されており 、このため入口圧力、出口圧力又は、背圧が作用するバルブシート面２ｆ、２２ の面積を異ならせている０本発明のこの特徴により、比較的高い供給圧力に抗し て入口側を開放する反面、出口側を低レベルの出口圧力又は背圧に抗して開放す るように設計することができる。

従って本発明による流体の流れの遮断・制御装置および遮断・制御方法は信転性 ある常閉作動を行なうことができ、本発明によればバルブ内の流体チャンネルと バルブ外の環境との間に摺動シール又はベローズを設ける必要なくして、磁石手 段により外部から制御することができるものである。更に本発明によれば、孔の 両側に複動シール要素を設けて単一磁束源の単一制御を行なうことによって、流 体がバルブを通って逆流しないように保つことができる。

ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、５Ｂ 国際調を報告

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．第１の流体チャンネルおよび第２の流体チャンネルと、これらの第１および 第２の流体チャンネルの間に形成された孔とを備えたボディと、 前記第１の流体チャンネル内に取付けられた要素であって、前記孔と係合する方 向および孔から離れる方向に選択的に移動して孔との流体密封シールを選択的に 形成する要素とを有し、該要素内には、該要素の移動方向と実質的に同じ方向に 長くなっているチャンバが設けてあり、 前記孔に隣接した第１の位置と前記孔から離れた第２の位置との間で移動できる ように前記チャンバ内に摺動自在に配置された第１の磁石と、 前記第２の流体チャンネル内に配置された第２の磁石であって、磁力によって前 記第１の磁石を前記第１の位置に向って付勢しかつ前記要素を前記孔と係合させ る方向に付勢する第２の磁石と、 前記第１および第２の流体チャンネルの外部に配置された磁石手段であって、前 記チャンバ内で前記第１の磁石を前記第２の位置の方向にかつ前記要素を前記孔 との係合から離れる方向に磁力により選択的に移動させる磁石手段とを有するこ とを特徴とする加圧流体の流れを制御する装置。
2. ２．前記磁石手段が前記第１および第２のチャンネルの外部に配置された第３の 磁石を備えており、該第３の磁石は、前記要素に隣接する位置および前記要素か ら離れた位置に選択的に位置決めすることができかつ前記第１の磁石に対し吸引 力が生じる方向に配向されており、更に前記第３の磁石は、該第３の磁石が前記 要素に隣接する位置に位置決めされたときに、前記第１の磁石を前記第２の位置 に引き付けかつ前記要素を前記孔とのシール係合から離すべく引き付けるのに充 分な磁束強度を有していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
3. ３．前記第２の磁石が、シール手段を備えた補助要素により支持されており、該 補助要素は前記第２の流体チャンネル内に配置されていて、前記孔との流体密封 シールを選択的に形成すべく前記孔とシール係合する方向およびシール係合から 離れる方向に選択的に移動でき、前記第２の磁石および第１の磁石は、これらが 前記第１の位置にあるときに前記要素および前記補助要素を前記孔と流体密封シ ール係合した状態に維持するのに充分な磁気吸引力を傭えていることを特徴とす る請求の範囲第１項に記載の装置。
4. ４．前記第２の磁石の近くには第４の磁石が配置されており、該第４の磁石は前 記第２の磁石および該第２の磁石を支持する前記補助要素を、該補助要素と前記 孔との係合から離れる方向に付勢し、前記第４の磁石は、前記第１の磁石が前記 第２の位置にあるときに、前記補助要素と前記孔とのシール係合から離れる方向 に前記補助要素および該補助要素に支持された前記第２の磁石を付勢するのに充 分な磁気吸引力を有すると共に、前記第１の磁石が前記第１の位置にあるときに 、第１の磁石と第２の磁石との間に作用する吸引力に打ち勝つには不充分な磁気 吸引力を有することを特徴とする請求の範囲第３項に記載の装置。
5. ５．剛体のボディ内の第１の流体チャンネルと第２の流体チャンネルとの間で相 対運動することができるシール要素を通る流体の流れを制御する方法において、 前記ボディ内で一方のシール要素に対して他方のシール要素を位置決めして、両 シール要素の間に選択的にシール係合を確立し、 前記他方のシール要素の運動方向と実質的に同じ方向に間隔を隔てた位置に前記 他方のシール要素を選択的に位置決めさせる磁場源を確立し、 補助磁場源に近接した１つの位置に配置された磁場源と相互作用させるべく両シ ール要素に対して補助磁場源を位置決めして、両シール要素をシール係合させ、 前記磁場源を前記補助磁場源から遠去かる方向に位置決めできる磁力強度と磁力 線の方向とを有する磁場を付与して、補助磁場源との相互作用を低下させかつ両 シール要素をそれらのシール係合が離れる方向に付勢することを特徴とする流体 の流れを制御する方法。
6. ６．前記補助磁場源を位置決めする工程において、補助シール手段を備えた補助 磁場源を摺動自在に取付けて前記孔と選択的にシール係合させ、補助シール手段 を備えた補助磁場源をシール係合から離れる方向に弾性的に付勢させ、前記磁場 源が前記孔に近接した位置にあるとき、磁場源および補助磁場源の磁気吸引力が 弾性付勢力に打ち勝ち、前記要素および補助要素をそれぞれ前記孔とシール係合 されるように引き付けることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の方法。
7. ７．前記孔は前記第２の流体チャンネルに向って外方に拡がるようにテーパして いて、第１の流体チャンネル側における孔の断面積よりも第２の流体チャンネル 側における孔の断面積を大きくしたことを特徴とする請求の範囲第３項に記載の 装置。