| 【発明の名称】 |
洩れ検出付きダイアフラムバルブ |
| 【発明者】 |
【氏名】ケンジ エー．キングスフォード
【氏名】ヒ バ ヌギュエン
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| 【要約】 |
【課題】ダイヤフラム・バルブの洩れを防ぐこと。
【解決手段】バルブ本体の内部にバルブ・シートを設けその周囲に同心的な溝を設ける。また、ポペット・アセンブリと、一端にバルブ・プラグを有する無孔のバルブ・ステムを設ける。また、三方向の流れ用に二つのバルブ・シートを設け、上端に内部に無孔の可撓性の第１のダイヤフラムを設けたキャップを設けるバルブ・ステムの各端にはバルブ・プラグを設ける。ポペット・アセンブリと第１ダイヤフラムとの間に無孔の可撓性の第２のダイヤフラムを設け反対側端に付設されるベースとポペット・アセンブリの間に無孔の可撓性の第３のダイヤフラムを設け、夫々バルブ本体と漏洩防止シールを形成する。ベースと第３ダイヤフラムの間のスプリング手段は受け入れ体に封入される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 本体を貫通して延在する中央チャンバを有し、壁部分を貫通して設けられた流体導入口と流体排出口を有し、そして開放上端と開放下端を有するバルブ本体と、前記中央チャンバの縁に設けられ、その周囲にはこれと同心に溝が設けられているバルブ・シートと、前記バルブ本体の内部に設けられたポペット・アセンブリであって、前記中央チャンバ内に設けられた孔の空いていないバルブ・ステムと、前記バルブ・ステムの一端に取付けられた孔の空いていないバルブ・プラグとを具え、該バルブ・プラグは前記バルブ・シートに隣接して前記中央チャンバの外側に位置しているポペット・アセンブリと、前記バルブ本体の上端に取付けられたキャップと、該キャップの内部に設けられた孔の空いていない可撓性の第１ダイヤフラムと、前記バルブ本体の内部のポペット・アセンブリと第１ダイヤフラムとの間に設けられ、ポペット・アセンブリの一端に接続され、バルブ本体と共に漏洩防止シールを形成する孔の空いていない可撓性の第２ダイヤフラムと、バルブ本体の下端に取付けられたベースと、バルブ本体の内部のポペット・アセンブリとベースとの間に設けられ、第２ダイヤフラムと反対側のポペット・アセンブリの一端に接続され、バルブ本体と共に漏洩防止シールを形成する孔の空いていない可撓性の第３ダイヤフラムと、ベースと第３ダイヤフラムの間に設けられ、ポペット・アセンブリに付勢力を付与するためのスプリング手段とを具え、バルブ・プラグをバルブ・シートに対して押し付けることによって、流体導入口からバルブを通って流体排出口までの流体の移動を阻止する、バルブ・アセンブリ。
【請求項２】 更に、バルブ本体の内部の第１及び第２ダイヤフラムの間に設けられ、第１及び第２ダイヤフラムの間に漏れた流体の通路を形成する内周面から外周面まで貫通するチャンネルを有する第１環状バックアップ・リングと、バルブ本体の内部の第３ダイヤフラムとベースの間に設けられ、第３ダイヤフラムとベースの間に漏れた流体の通路を形成する内周面から外周面まで貫通するチャンネルを有する第２環状バックアップ・リングとを具えた請求項１に記載のバルブ・アセンブリ。
【請求項３】 前記スプリング手段が一対のスプリングを具え、第１スプリングは第２スプリングの内部に同心的に設置され、バルブ・アセンブリが、前記第２リングの内周面の内側に設けられたスプリング受け入れ体を具え、該スプリング受け入れ体が、スプリングを包み込んでこれを第２リングから隔離する中空チャンバを具え、前記スプリング受け入れ体が軸方向に変位してスプリングの圧縮と伸長を許容するように構成され、前記スプリング受け入れ体が、第２リングと共に漏洩防止シールを形成する外周縁を有する請求項２に記載のバルブ・アセンブリ。
【請求項４】 更に、第１及び第２ダイヤフラムの間の第１リングの外周面を取り囲む領域からバルブ本体を通ってバルブ本体の外周面まで延在し、第２ダイヤフラムを通って漏洩した流体の通路を形成する漏洩検出通路を具えた請求項２に記載のバルブ・アセンブリ。
【請求項５】 バルブ・ステムが第２ダイヤフラムと一体化されている請求項１に記載のバルブ・アセンブリ。
【請求項６】 バルブ・フラグが第３ダイヤフラムと一体化されている請求項５に記載のバルブ・アセンブリ。
【請求項７】 更に、バルブ本体を通る第２流体排出口と、第２ダイヤフラムと一体化されているバルブ・ステムの一端に一体化された第２バルブ・ステムと、バルブ本体の中央チャンバの各端の縁に設けられたバルブ・シートとを具え、各バルブ・プラグを各バルブ・シートに押し付けることによって、流体の流れをバルブ本体を通って流体導入口から流体排出口の一方へ指向させる請求項５に記載のバルブ・アセンブリ。
【請求項８】 （ａ）天面と底面とを有し、第１位置において側面を貫通している流体導入通路と、第２位置において側面を貫通している流体排出通路とを具えたバルブ本体と、（ｂ）バルブ本体の底面の方を向き、前記導入通路と排出通路の間に位置するバルブ本体のバルブ・シートと、（ｃ）バルブ本体の天面に取り外し可能に装着されたキャップと、（ｄ）キャップの内側に装着された孔の空いていない可撓性の第１ダイヤフラムと、（ｅ）バルブ・シートの上方にバルブ本体の上部を横断して装着された孔の空いていない可撓性の第２ダイヤフラムであって、第１ダイヤフラムの下方に間隔をあけて設けられ、バルブを通って流れる流体の上部遮断層を形成し、第１ダイヤフラムと第２ダイヤフラムとの間の空間が上部流体受け入れチャンバを形成している第２ダイヤフラムと、（ｆ）バルブ本体の底面に取り外し可能に装着されたベースと、（ｇ）バルブ・シートの下方にバルブ本体の下部を横断して装着された孔の空いていない可撓性の第３ダイヤフラムであって、第２ダイヤフラムの下方に間隔をあけて設けられ、バルブを通って流れる流体の下部遮断層を形成している第３ダイヤフラムと、（ｈ）第２ダイヤフラムと第３ダイヤフラムとの間に接続され、これらのダイヤフラムと共に動くポペット・アセンブリであって、該ポペット・アセンブリは（１）バルブ・シートに係合してバルブを通る流体の流れを遮断するように構成され、第３ダイヤフラムの上向き面に接続されたバルブ・プラグであって、バルブ本体はバルブ・シートの周囲にこれと同心に位置する溝を具え、この溝がバルブ・プラグに係合した場合にバルブ・シートが外向きに変形して、バルブ・プラグとバルブ・シートとが係合した場合に両者間に良好なシールが形成されるように構成されたバルブ・プラグと、（２）第２ダイヤフラムの下向き面に上端で接続され、バルブ本体の中央部分を貫通して下方に延在するバルブ・ステムであって、該バルブ・ステムの下端はバルブ・プラグに取り外し可能に接続されているバルブ・ステムとを具え、（ｉ）第３ダイヤフラムとベースとの間の空間に装着され、前記ポペット・アセンブリ及び接続された第２、第３ダイヤフラムを上方に付勢し、バルブ・プラグをバルブ・シートに係合させてバルブを閉じるスプリング手段と、（ｊ）前記上部流体受け入れチャンバに装着された環状バックアップ・リングであって、その内周面からそれを貫通して外周面まで達するチャンネルによって第２ダイヤフラムを通って該チャンネル内に漏洩した流体の通路を形成しているバックアップ・リングと、（ｋ）バックアップ・リングの外周面を取り囲む上部受け入れチャンネルの領域からバルブ本体を貫通して前記バルブ本体の外周面まで延在し、第２ダイヤフラムを通って上部受け入れチャンバに入った漏洩流体の通路を形成する漏洩検出通路とを具えているバルブ・アセンブリ。
【請求項９】 前記バルブ・ステムが、バルブプラグの補完的な開口内に解放可能なアタッチメントを形成するように構成された外面を有する閉鎖された先端を有する請求項８に記載のバルブ・アセンブリ。
【請求項１０】 更に、第３ダイヤフラムとベースとの間に設けられ、前記スプリング手段を包み込んでこれを第３ダイヤフラムを通過した漏洩流体から隔離するスプリング受け入れ体を具え、該スプリング受け入れ体は、スプリング手段の軸方向の圧縮・伸長を許容する薄壁スリーブを有する請求項８に記載のバルブ・アセンブリ。
【請求項１１】 前記キャップが、その中心を貫通するバルブを作動させる流体を導入するためのポートを有している請求項８に記載のバルブ・アセンブリ。
【請求項１２】 前記第１、第２及び第３ダイヤフラムが円形構造を有し、相互に一致して上下に配列されている請求項８に記載のバルブ・アセンブリ。
【請求項１３】 第３ダイヤフラムとベースとの間に形成された空間が、下部流体受け入れチャンバを形成している請求項８に記載のバルブ・アセンブリ。
【請求項１４】 前記バルブが、更に、下部受け入れチャンバからバルブ本体を貫通してその外周面まで延在する、第３ダイヤフラムを通って下部受け入れチャンバ内に入る漏洩流体の通路を形成する漏洩検出通路を具えている請求項１３に記載のバルブ・アセンブリ。
【請求項１５】 上部受け入れチャンバのバックアップ・リングが、第１及び第２ダイヤフラムの間に延在する外周部分を具え、前記リングの底面は第２ダイヤフラムの上向き面の環状セグメントに接触し、該環状セグメントは第２ダイヤフラムの外周縁から内側に所定の距離だけ延在している請求項８に記載のバルブ・アセンブリ。
【請求項１６】 バルブが閉じている時に第２ダイヤフラムの環状セグメントに接触する前記リングの底面部分が、水平面にある請求項１５に記載のバルブ・アセンブリ。
【請求項１７】 前記スプリング手段は一対のコイル・スプリングを具え、一方のスプリングは他方よりも大きな直径を有し、小さい方の直径を有するスプリングが大きい方の直径を有するスプリングの中に入れ子状に入っている請求項８に記載のバルブ・アセンブリ。
【請求項１８】 バルブ本体の上部と下部の内面が外側に傾斜しており、上向きの環状溝がバルブ本体の上部における傾斜のベースの周囲に形成され、下向きの環状溝がバルブ本体の下部における傾斜のベースの周囲に形成され、第２及び第３ダイヤフラムがその周縁から軸方向に延在するフランジを有し、第２ダイヤフラムのフランジは上向きの環状溝に装着され、第３ダイヤフラムのフランジは下向きの環状溝に装着され、第１及び第２ダイヤフラムの直径は環状溝の直径よりも所定の量だけ大きく、ダイヤフラムのフランジが環状溝に装着された場合に、ダイヤフラムの表面が弛むようになっている請求項８に記載のバルブ・アセンブリ。
【請求項１９】 バルブを流れる流体の圧力を受ける第２ダイヤフラムの表面積が、この流体の圧力を受ける第３ダイヤフラムの表面積と実質的に同じであり、この流体によって第２ダイヤフラムに付与される上向きの力が、この流体によって第３ダイヤフラムに付与される下向きの力とバランスしている請求項８に記載のバルブ・アセンブリ。
【請求項２０】 前記バルブ・プラグが第３ダイヤフラムと一体的に形成され、環状のＶ字型溝が前記プラグとダイヤフラムとの間にバルブ・プラグのベースの周囲に設けられている請求項８に記載のバルブ・アセンブリ。
【請求項２１】 更に、第３ダイヤフラムとベースとの間に規定された空間に装着された環状バックアップ・リングを具え、前記空間は下部流体受け入れチャンバであり、バックアップ・リングには第３ダイヤフラムの表面の弛みを無くす引き締め手段が設けられている請求項８に記載のバルブ・アセンブリ。
【請求項２２】 更に、第３ダイヤフラムとベースとの間に規定された空間に装着された環状バックアップ・リングを具え、前記空間は下部流体受け入れチャンバであり、前記リングはその内周面からこれを貫通して外周面まで延在するチャンネルを有し、第３ダイヤフラムを通って前記チャンバ内に入る流体の通路を形成し、前記リングの天面は第３ダイヤフラムの下向きの面の環状セグメントに接触し、該環状セグメントは第３ダイヤフラムの外周縁から半径方向に内側に所定の距離だけ延び、バルブが閉じた際に前記環状セグメントに接触する前記リングの天面の一部分は、リングの周縁から中心の方に向かって上方に傾斜している請求項８に記載のバルブ・アセンブリ。
【請求項２３】 （ａ）天面と底面とを有し、第１位置において側面を貫通している流体導入通路と、第２位置において側面を貫通している流体排出通路とを具え、前記第１位置は前記第２位置から半径方向に離れているバルブ本体と、（ｂ）バルブ本体の底面の方を向き、前記導入通路と排出通路の間に位置するバルブ本体のバルブ・シートと、（ｃ）バルブ本体の天面に取り外し可能に装着され、バルブを作動させる流体を導入するために中心を貫通して設けられたポートを有するキャップと、（ｄ）キャップの内側に装着された孔の空いていない可撓性の第１ダイヤフラムであって、該ダイヤフラムの上部表面とキャップの内面との間には空間が形成され、前記作動流体ポートが該空間に開口している第１ダイヤフラムと、（ｅ）バルブ・シートの上方にバルブ本体の上部を横断して装着された孔の空いていない可撓性の第２ダイヤフラムであって、バルブを通って流れる流体の上部遮断層を形成し、第１ダイヤフラムと一致して配置され、第１ダイヤフラムと第２ダイヤフラムとの間の空間が上部流体受け入れチャンバを形成している第２ダイヤフラムと、（ｆ）バルブ本体の底面に取り外し可能に装着されたベースと、（ｇ）バルブ・シートの下方にバルブ本体の下部を横断して装着された孔の空いていない可撓性の第３ダイヤフラムであって、バルブを通って流れる流体の下部遮断層を形成し、第１及び第２ダイヤフラムと一致して配置され、第３ダイヤフラムとベースとの間の空間が下部流体受け入れチャンバを形成している第３ダイヤフラムと、（ｈ）第２ダイヤフラムと第３ダイヤフラムとの間に接続され、これらのダイヤフラムと共に動くポペット・アセンブリであって、該ポペット・アセンブリは（１）バルブ・シートに係合してバルブを通る流体の流れを遮断するように構成され、第３ダイヤフラムの上向き面に接続された孔の空いていないバルブ・プラグと、（２）第２ダイヤフラムの下向き面に上端で接続され、バルブ本体の中央部分を貫通して下方に延在するバルブ・ステムであって、該バルブ・ステムの下端はバルブ・プラグに取り外し可能に接続されている孔の空いていないバルブ・ステムとを具え、（ｉ）前記下部受け入れチャンバに装着され、前記ポペット・アセンブリ及び接続された第２、第３ダイヤフラムを上方に付勢し、バルブ・プラグをバルブ・シートに係合させてバルブを閉じるスプリング手段と、（ｊ）前記上部流体受け入れチャンバに装着された第１環状バックアップ・リングであって、該第１リングの外側部分は第１及び第２ダイヤフラムの間に延び、該第１リングの底面は第２ダイヤフラムの上向きの面の環状セグメントに接触し、該環状セグメントは第２ダイヤフラムの外周縁から半径方向に内側に所定の距離だけ延び、前記第１リングは内周面から外周面までこれを貫通して、第２ダイヤフラムを通って前記チャンバ内に漏洩する流体の通路を形成するチャンネルを有する第１環状パックアップ・リングと、（ｋ）第１リングの外周面を取り囲む上部受け入れチャンネルの領域からバルブ本体を貫通してその外周面まで延在し、第２ダイヤフラムを通って上部受け入れチャンバに入った漏洩流体の通路を形成する漏洩検出通路と、（ｌ）下部受け入れチャンバに装着された第２環状バックアップ・リングであって、該第２リングは、その内周面からこれを貫通して外周面まで延びて第３ダイヤフラムを通って前記チャンバに漏洩した流体の通路を形成するチャンネルを有し、前記第２リングの天面は第３ダイヤフラムの下向きの面の環状セグメントに接触し、該環状セグメントは第３ダイヤフラムの外周縁から半径方向に内側に所定の距離だけ延び、バルブの閉鎖時に前記環状セグメントと接触する第２リングの天面部分は、周縁リングからその中心の方へ上方に傾斜している第２環状バックアップ・リングとを具えているバルブ・アセンブリ。
【請求項２４】 前記バルブ本体が、前記バルブ・シートの周囲にそれと同心的に設けられた溝を具え、バルブ・プラグと係合した場合にバルブ・シートが外側に変形し、両者の間に良好なシールが形成されるように構成された請求項２３に記載のバルブ・アセンブリ。
【請求項２５】 前記スプリング手段が第２リングの内周面の内側に設けられた受け入れ体の内部に封入され、該受け入れ体はスプリング手段の軸方向の変位を可能にするように構成され、その周縁に第２リングとの間に漏洩防止シールを形成して、第３ダイヤフラムを通って漏洩した液体からスプリング手段を隔離する請求項２３に記載のバルブ・アセンブリ。
【請求項２６】 バルブ・ステムの先端が、バルブ・プラグの内部の補完的な開口に解放可能にスナップ嵌合するように構成された外面を有する請求項２３に記載のバルブ・アセンブリ。
【請求項２７】 バルブ・プラグが、バルブ・シテムとの固着を解除する手段を具えている請求項２６に記載のバルブ・アセンブリ。
【請求項２８】 （ａ）天面及び底面と、一つの位置において側面を貫通する流体導入通路及び他の位置において側面を貫通する少なくとも一つの流体排出通路と、貫通する中央チャンバとを有するバルブ本体と、（ｂ）前記バルブ本体に前記中央チャンバの縁に設けられた少なくとも一つのバルブ・シートと、（ｃ）バルブ本体の天面に取り外し可能に装着されたキャップと、（ｄ）前記キャップの内側に装着された孔の空いていない可撓性の第１ダイヤフラムと、（ｅ）前記中央チャンバの上方にバルブ本体の上部を横断して装着された孔の空いていない可撓性の第２ダイヤフラムであって、該第２ダイヤフラムは第１ダイヤフラムの下方に間隔を空けて設けられ、バルブを通って流れる流体の上部遮断層を形成し、第１及び第２ダイヤフラムの間の前記空間は上部流体受け入れチャンバを形成している第２ダイヤフラムと、（ｆ）前記バルブ本体の底部に取り外し可能に装着されたベースと、（ｇ）前記中央チャンバの下方にバルブ本体の下部を横断して装着された孔の空いていない可撓性の第３ダイヤフラムであって、該第３ダイヤフラムは第２ダイヤフラムの下方に間隔を空けて設けられ、バルブを通って流れる流体の下部遮断層を形成している第３ダイヤフラムと、（ｈ）バルブ本体の内部に設けられ、第２及び第３ダイヤフラムの間に接続されてダイヤフラムと共に移動するポペット・アセンブリであって、（１）第１ダイヤフラムの下向きの面から軸方向に離れる方向に突出し、前記中央チャンバの内部に設けられた孔の空いていないバルブ・ステムと、（２）バルブ・ステムの一端に設けられ、バルブ・シートと係合してバルブを流れる液体を遮断する少なくとも一つのバルブ・プラグとを具えたポペット・アセンブリと、（ｉ）第３ダイヤフラムとベースとの間の空間に設けられ、ポペット・アセンブリ及び接続された第２及び第３ダイヤフラムを上方に付勢するスプリング手段と、（ｊ）前記スプリング手段を封入するために第３ダイヤフラムとベースとの間に設置された受け入れ体であって、スプリング手段の軸方向の変位を許容する薄壁構造を有し、ベースに対して漏洩防止シールを形成してスプリング手段を第３ダイヤフラムを通って漏洩した液体から隔離する受け入れ体と、（ｋ）上部流体受け入れチャンバに装着された環状バックアップ・リングであって、該リングは内周面からこれを貫通して外周面まで延在するチャンネルを有し、第２ダイヤフラムを通って前記チャンバに入る流体の通路を形成する環状バックアップ・リングと、（ｌ）バックアップ・リングの外周面を取り囲む上部受け入れチャンバの領域からバルブ本体を貫通してバルブ本体の外表面まで延在し、第２ダイヤフラムを通って上部受け入れチャンバに入る流体の通路を形成する漏洩検出通路とを具えたバルブ・アセンブリ。
【請求項２９】 前記バルブ本体がバルブ・シートの周囲にこれと同心的に設けられた溝を具え、各バルブ・シートとの係合時にバルブ・シートを外向きに変形させ、両者が係合した時にバルブ・プラグとシートの間に良好なシールを形成する請求項２８に記載のバルブ・アセンブリ。
【請求項３０】 少なくとも一つの前記バルブ・プラグが第２又は第３ダイヤフラムの一方と一体化されている請求項２８に記載のバルブ・アセンブリ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バルブの構成部品が劣化することなく腐食性液体に使用できると共に、化学的に純粋な液体にその純度を損なうことなく使用できるバルブに関する。更に詳しくは、本発明は、液体に接触するダイヤフラムと、該ダイヤフラムを通って漏洩するすべての液体を検出する構成部品とを組み込み、前記ダイヤフラムを通って漏洩するすべての液体から金属部品を隔離する改善されたダイヤフラム・バルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】バルブが腐食性の酸性液やアルカリ性液に接触する用途又はバルブを通じて流れる液体の純度を維持する必要がある用途に、種々のタイプの流体制御バルブが使用されている。このようなバルブは、フッ素ポリマーその他のポリマー材料等の比較的不活性な材料で構成されるか、又は流れる液体に接触したり、接触する可能性のあるバルブの表面が不活性材料でコーティングされている。こうした流れ制御バルブは、通常、スプリングの力によって付勢されて閉じられ、ソレノイド式のアクチュエータか空気圧又は油圧によって開かれる。バルブ閉鎖用のスプリングが使用される場合、バルブを閉じるのにスプリングによって印加される必要のある力が小さいことが肝要である。必要なスプリングの力を小さくすることによって、スプリングがバルブ構造に与えるストレスが少なくなり、したがってバルブの寿命が長くなる。
【０００３】流体制御バルブに流体に接触するダイヤフラムが設けられ、流体がバルブ作動機構内に漏れたり、大気中に漏れたりすることを防ぐ遮断層を提供することもある。或る構成によれば、この遮断用ダイヤフラムと組み合わされてバックアップ・ダイヤフラムが設けられ、遮断用ダイヤフラムを通じて漏洩した流体を受け入れるチャンバを提供している。このチャンバは漏洩ポートを具え、遮断用ダイヤフラムが破損した場合、該ダイヤフラムを通過してチャンバ内に入った流体をこれによって検出して適宜な対策を講じることができるように構成されている。
【０００４】例えば、米国特許4,010,769 には、バルブを流れる流体に接触する遮断用ダイヤフラムを組み込んだバルブが開示されている。バルブ内には、この第１のダイヤフラムの上方に第２のダイヤフラムが設けられ、漏洩ポートが両方のダイヤフラムの間に設けられている遮断用ダイヤフラムを通って漏洩した流体は、この漏洩ポートによって検出され、適宜な対策が講じられる。
【０００５】'769特許に開示されているように、システム中の流体に接するダイヤフラムがバルブに組み込まれ、このダイヤフラムがバルブ作動機構に連結されている場合、流体がダイヤフラムに及ぼすすべての力はバルブ作動機構に伝達され、バルブの操作に影響を与える。例えば、'769特許のバルブにおいては、スプリングの付勢力によってバルブが閉じられ、ソレノイドによってバルブが開かれる。システム中の流体によって遮断用ダイヤフラムに働くすべての力がバルブを開こうとする。したがって、バルブを開くようにダイヤフラムに作用する力が反対方向のもう一方の力によってバランスがとれるようにこのバルブを構成するには、バルブを閉鎖状態に維持するのに要するスプリングよりも大きなスプリングを必要とする。大きなスプリングを使用するために、必要以上に大きいストレスがバルブ構造に印加されてバルブの寿命を短くしてしまう。
【０００６】バルブを作動させる機構に取付けられてバルブが開閉する度に該機構と共に運動するダイヤフラムをバルブが具えている場合には、ダイヤフラムが疲労亀裂のために破損することがある。通常、ダイヤフラムが動く距離が大きいほど、各サイクルにおいてダイヤフラムに印加される伸長とストレスが大きくなり、少ないサイクルでダイヤフラムが破損する。したがって、バルブの寿命を長くするには、ダイヤフラムの運動距離とダイヤフラムに印加される歪みを小さくすることが重要である。
【０００７】米国特許5,261,422 には、バルブを開閉するのに要する力を小さくして、バルブの構成部品に印加されるストレスを減少させ、バルブの寿命を長くするように構成されたダイヤフラム・バルブが開示されている。図１を参照すると、'422特許に開示された三方向バルブの実施例１０は、頂部と底部１６を有するバルブ本体１２を具え、該バルブ本体１２の側面の第１位置にはこれを貫通する流体導入通路１８、バルブ本体の側面の第２位置にはこれを貫通する第１の流体排出通路２０、バルブ本体の側面の第３位置にはこれを貫通する第２の流体排出通路２２が設けられている。これらの第１、第２及び第３位置は、バルブ本体の周囲に互いに放射状に間隔を空けて設けられている。
【０００８】前記導入通路１８と第１排出通路２０との間のバルブ本体に、バルブ本体の天面１４に対面して上部バルブ・シート２４が設けられている。前記導入通路１８と第２排出通路２２との間のバルブ本体に、バルブ本体の底部１６に対面して下部バルブ・シート２６が設けられている。バルブ本体の頂部１４にはキャップ２８が取り外し可能に装着され、このキャップの内側には孔の空いていない第１の可撓性ダイヤフラム３０が装着されている。前記上向きバルブ・シート２４の上方には、バルブ本体の上部を横断して孔の空いていない第２のダイヤフラム３２が装着されている。この第２ダイヤフラム３２は、第１ダイヤフラム３０の下方に間隔を空けて設けられ、バルブを流れる流体の上部遮断層を形成する。第１及び第２ダイヤフラムの間の空間は、上部流体封鎖チャンバ３４を形成する。バルブ本体の底部１６の上に、取り外し可能にベース３６が装着されている。孔の空いていない第３のダイヤフラム３８が、下部バルブ・シート２６の下方のバルブ本体１２の下部を横断して装着されている。この第３ダイヤフラム３８は、バルブを流れる流体の下部遮断層を形成する。
【０００９】ポペット・アセンブリ４０が第２及び第３ダイヤフラムの間に接続されている。このポペット・アセンブリ４０は、第３ダイヤフラム３８の上向き面に接続された下部バルブ・プラグ４２と、第２ダイヤフラム３２の下向き面に接続された上部バルブ・プラグ４４とを具えている。下部バルブ・プラグ４２は下向きバルブ・シート２６と係合して、導入口１８から第２排出通路を通って流れる流体を遮断するように構成されている。上部バルブ・プラグ４４は上向きバルブ・シート２４と係合して、導入口１８から第１排出経路２０を通って流れる流体を遮断するように構成されている。
【００１０】一端が上部又は下部バルブ・プラグの一方に一体化されているバルブ・ステム４６がバルブ本体１２の中心部分を貫通して延在し、前記バルブ・ステムの他端は他方のバルブ・プラグに取り外し可能に接続されている。このバルブ・ステムとバルブ・プラグとの間の接続は、バルブ・ステムとバルブ・プラグとの間に流体漏洩防止シールを形成する。バルブ・ステム４６を貫通してボルト４８が設けられ、下部バルブ・プラグ４２を前者に取り付けるのに用いられ、第３ダイヤフラムを貫通して延在している。
【００１１】第３ダイヤフラム３８とベース３６との間の空間にはスプリング５０が設けられ、ポペット・アセンブリ４０と接続された第２、第３ダイヤフラムとを上方に付勢して下部バルブ・プラグ４２を下向き下部バルブ・シート２６に接触させ、導入口１８から第２排出通路２２を通って流れる流体を遮断し、同時に、上部バルブ・プラグ４４を上向き上部バルブ・シート２４から離し、導入口１８から第１排出通路２０を通って流体が流れることを可能にする。このスプリングの力に逆らってポペット・アセンブリ４０と接続された第２、第３ダイヤフラムとを下方に移動させ、上部バルブ・プラグ４４を上向きバルブ・シート２６に接触させて、導入口１８から第１排出通路２０を通って流れる流体を遮断するための手段が設けられている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】'422特許に開示されたバルブは、バルブの作動寿命が長くなるように、バルブを付勢するための力が少なくてすむと同時に、ダイヤフラムが動く距離とダイヤフラムにかかる歪みが小さくなるように構成されているが、それでもなお、次のようなこのバルブを改良する余地が残されている。（１）漏洩した流体が金属製のバルブのエレメントに接触して化学的に純粋な液体を汚染する可能性を更に小さくする。（２）各バルブ・プラグとバルブ・シートとの間に改善された漏洩防止シールを設ける。（３）バルブを通る潜在的な漏洩通路の数を更に少なくする。即ち、化学的に純粋な液体又は腐食性の液体のいずれかと共に使用される、このような改善された構成を有するダイヤフラム・バルブを業界に提供することが望まれている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】腐食性液体によって損傷を受けることなく、又は純粋な液体を汚染することなく、腐食性液体又は化学的に純粋な液体の流れを制御するバルブ・アセンブリが提供される。このバルブの構成の特長によれば、漏洩した液体が金属製のバルブ・エレメントに接触することによって化学的に純粋な液体が汚染される可能性が更に少なくなり、バルブ・プラグとバルブ・シートとの間に改善された漏洩防止シールが設けられ、バルブを通る漏洩通路の数が更に少なくなる。更に、このバルブ・アセンブリの構成の特長によれば、バルブを閉じるのに要するスプリング力が小さくなり、バルブ構成部品に加わるストレスが減少し、バルブの寿命が長くなる。その上、このバルブの独特な構成によれば、その製造・組立にエラストマータイプのＯリングによるシールなどを使用しなくても、バルブの一つの領域から他の領域への漏洩を防ぐことができる。
【００１４】本発明の原理によって構成されたバルブ・アセンブリはバルブ本体を具え、これを貫通して中央流体輸送チャンバが延びている。このバルブ本体は一つの流体入口と少なくとも一つの流体出口を具え、これらはそれぞれバルブ本体の壁部分を貫通して設けられている。バルブ本体は、開放された上端と開放された下端を有する。バルブ本体の内部には、前記中央チャンバの縁に少なくとも一つのバルブ・シートが設けられている。バルブ本体は、バルブ・シートの周囲にこれと同心に設けられた溝を具えている。
【００１５】バルブ本体の内部にはポペット・アセンブリが設けられ、前記中央流体輸送チャンバ内に設けられた孔の空いていないバルブ・ステムを具えている。前記バルブ・ステムの一端にはバルブ・プラグが設けられ、バルブ・シートに隣接して前記中央チャンバの外側に位置している。三方向バルブが望ましい場合には、前記バルブ本体は、前記中央チャンバの各縁にそれぞれ一つずつ、二つのバルブ・シートを具え、各バルブ・ステムの両端にはそれぞれバルブ・プラグが設けられている。バルブ・シートの周囲の溝は、各バルブ・プラグに接触した場合にバルブ・シートを半径方向に拡大させ、両者間の漏洩を防止する改善されたシールを提供すると共に、バルブの運動サイクルが繰り返された後のバルブ・シートの疲労と破損を少なくする。バルブ・プラグを各バルブ・シートに対して押し付けることによって、バルブを通って液体出口まで達する液体の移動が制御される。バルブ・ステムは孔の空いていない、即ち完全には穿孔されていない構成となっているので、バルブを通ってバルブの濡れていない領域や環境へ達する液体の潜在的な通路が無くなる。
【００１６】バルブ本体の上端にはキャップが取付けられ、該キャップ内に孔の空いていない第１の可撓性ダイヤフラムが設けられている。バルブ本体の内部には、ポペット・アセンブリと第１ダイヤフラムとの間に孔の空いていない第２の可撓性ダイヤフラムが設けられ、ポペット・アセンブリの一端と接続されている。この第２ダイヤフラムは、バルブ本体の漏洩防止シールを形成している。バルブ本体の下端にはベースが取付けられ、バルブ本体にはポペット・アセンブリとベースとの間に、孔の空いていない第３の可撓性ダイヤフラムが設けられている。この第３ダイヤフラムは、前記第２ダイヤフラムと反対側の前記ポペット・アセンブリの一端に接続され、バルブ本体の漏洩防止シールを形成している。
【００１７】ポぺット・アセンブリに付勢力を印加するために、ベースと第３ダイヤフラムとの間にスプリング手段が設けられ、このスプリング手段を入れるのに受け入れ体が使用され、第３ダイヤフラムを通過して漏洩する液体からこれを隔離している。この受け入れ体は、漏洩防止シールを形成し、バルブ本体内の前記スプリング手段の軸方向移動を許容する薄壁スリーブを有する。この受け入れ体を使用することによって、第３ダイヤフラムを通って漏洩した液体との接触が少なくなり、それによって、化学プロセス用の高純度の液体の汚染の可能性が更に小さくなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明のこれら及びその他の特長、態様及び利点は、次に述べる詳細な説明、請求の範囲並びに添付図面を参照して、更に明らかになるであろう。本発明のダイヤフラム・バルブは、番号を引用することによって本明細書に組み入れられている米国特許5,261,422 に開示され且つ図示されたダイヤフラム・バルブの改良である。
【００１９】図２と３には、本発明を実施することによって得られたバルブ・アセンブリ５２の好適実施例の模式的な側断面図が示されている。（このバルブ・アセンブリ５２の構成部品相互の位置と向きは、図に示されているように、以下に述べられている。）このバルブ・アセンブリは、ほぼ円筒形をなして上端部分５６と下端部分５８とを有するバルブ本体５４を具えている。図３に最も明らかに示されているように（そして図２に点線で示されているように）、流体導入通路６０がバルブ本体５４の側面の第１位置を貫通して設けられている。図２を参照すると、第１の流体排出通路６２がバルブ本体５４の側面の第２位置を貫通して設けられ、第２の流体排出通路６４がバルブ本体の側面の第３位置を貫通して設けられている。この導入口６０と第１及び第２排出口６２、６４は、バルブ本体の周縁に沿って相互に間隔を空けて放射状に設けられ、バルブ本体の高さの中央付近で該バルブ本体内に入っている。図示の実施例においては、前記第１及び第２の排出口はバルブ本体の両側に設けられ、前記導入口はこれら二つの排出口の間に両者から等しい距離の位置に設けられている。必要に応じて、導入口と排出口の間隔と位置はこれと異なっていてもよい。液体をこのバルブに導入し又はこれから排出するパイプやチューブを接続するための継手６６が、前記導入口と第１及び第２排出口に設けられている。
【００２０】導入通路６０は、バルブ本体の中央領域に位置する垂直な円筒形チャンバ６８内に続いている。上向きのほぼカップ形状をなした上部チャンバ７０がこの円筒形チャンバ６８の上方に設けられ、下方に延びたほぼカップ形状をなした下部チャンバ７２が前記円筒形チャンバの下方に設けられている。これらの上向き及び下向きのチャンバ７０と７２は実質的に同一である。
【００２１】バルブ本体５４には、前記円筒形チャンバ６８の上部に、導入通路６０と第１排出通路６２との間に、上向きのバルブ・シート７４が設けられている。バルブ本体５４には、前記円筒形チャンバ６８の下部に、導入通路６０と第２排出通路６４との間に、下向きのバルブ・シート７６が設けられている。
【００２２】バルブ本体５４の上部には、バルブ本体の外側面に設けられたねじ山８２に螺合する内側ねじ山８０によって、キャップ７８が取り外し可能に装着されている。バルブ本体５４、キャップ７８及びベース８４は、Wilmington, DelawareのDuPont Companyから提供されているテフロン（登録商標）ＰＦＡ又はテフロン（登録商標）ＦＥＰ等の不活性材料で成形されることが好ましい。これらの材料は腐食性の酸性又はアルカリ性液によって損傷を受けることなく、そして化学的に純粋な液を汚染物質で汚すこともない。所望に応じて、バルブ本体、キャップ及びベースを、金属や種々のポリマー等の他の材料で作ることもでき、また、バルブを流れる液体と接触するその表面をフッ素ポリマー等の不活性材料でコーティングしてもよい。
【００２３】バルブ・アセンブリ５２に組み込まれた作動機構は、キャップの内部に装着された孔の空いていない円形の第１の可撓性ダイヤフラム９０を具えている。この第１ダイヤフラムは、その外周縁の周囲に上方に延びたフランジ９２と、その中心から下方に延びた円筒形のプラグ９４とを具えている。前記キャップ７８の内側底面９８を取り囲んで環状溝９６が設けられ、前記ダイヤフラム９０は、そのフランジ９２をこのキャップの溝９６に圧入することによって、前記キャップに装着されている。ダイヤフラム９０の上面９０ａとキャップの内面９８との間に、ダイヤフラムに作用する作動流体即ち気圧流体や油圧流体を受け入れるための空間１００が形成されている。キャップ７８の中心を通って前記空間１００に至るポート１０２が設けられ、作動流体の導入・排出を可能にしている。
【００２４】上向きのバルブ・シート７４の上方には、バルブ本体の上部を横断して、孔の空いていない円形の第２の可撓性ダイヤフラム１０４が装着されている。この第２ダイヤフラム１０４は、その外周縁の周囲に下方に延びたフランジ１０６を具えている。バルブ本体の前記上向きのチャンバ７０の先端領域７０ａの内面は外向きの傾斜を有する。即ちバルブ本体の先端領域７０ａの内径はバルブの天面に近くなるほど大きくなっている。バルブ本体には、この傾斜の基部の周囲に上向きの環状溝１１０が設けられている。前記第２ダイヤフラム１０４は、その下方に延びたフランジ１０６をこの上向きの環状溝１１０に圧入することによって、前記バルブ本体に装着されている。この第２ダイヤフラムは前記第１ダイヤフラムの下方に間隔を置いて位置し、バルブを通って流れる流体の上部遮断層を形成している。第１及び第２ダイヤフラムの間の空間１１２は、前記第２ダイヤフラムを通ってシステムから漏洩してきた流体を受け入れるための上部チャンバを形成している。
【００２５】前記下向きのバルブ・シート７６の下方には、バルブ本体の下部を横断して、孔の空いていない円形の第３の可撓性ダイヤフラム１１４が装着されている。この第３ダイヤフラムは、その外周縁の周囲に上方に延びたフランジ１１６を具えている。下向きのバルブ本体のチャンバ７２の先端領域７２ａの内面は外向きの傾斜を有している。即ち、バルブ本体の先端領域７２ａの内径は、バルブの底面に近づくほど大きくなっている。下向きの環状溝１２０が、この傾斜の基部の周囲を取り囲んでいる。
【００２６】この第３ダイヤフラムは、上方に延びた第３ダイヤフラムのフランジ１１６を下向きの環状溝１２０に圧入することによって、バルブ本体に装着される。この第３ダイヤフラム１１４はバルブを通って流れる流体のための下部遮断層を形成し、第３ダイヤフラムとベースの内面との間の空間１２２は、第３ダイヤフラムを通ってシステムから漏洩する流体を受け入れるための下部チャンバを形成している。
【００２７】ポペット・アセンブリ１２４は前記第２ダイヤフラム１０４に接し、前記第３ダイヤフラム１１４に接続され、これらのダイヤフラムと共に移動する。このポペット・アセンブリ１２４は、下部バルブ・プラグ１２６と、上部バルブ・プラグ１２８と、これらのプラグ同士を連結するステム１３０とを具えている。下部バルブ・プラグ１２６は第３ダイヤフラムの上向きの面１１４ａと一体化され、下向きのバルブ・シート７６と係合して導入口６０から第２排出通路６４を通って流れる流体を遮断するように構成されている。下部バルブ・プラグは、第３ダイヤフラム１１４の下向きの面と一体化されてそこから所定の距離だけ軸方向に突出したガイド１３２を具えている。上部バルブ・プラグ１２８は第２ダイヤフラム１０４の下向きの面１０４ａと一体化され、上向きのバルブ・シート７４に係合して導入口６０から第１排出通路６２を通って流れる流体を遮断するように構成されている。好適実施例においては、プラグとそれに関連するダイヤフラムとの間に、バルブ・プラグ１２８と１２６のベースを取り囲んで、それぞれ環状溝１３４と１３６が設けられている。一端が上部又は下部バルブ・プラグの一方と一体的に形成されたバルブ・ステム１３０が、バルブ本体の中心部を貫通して、即ち円筒形チャンバ６８を通って延在している。このバルブ・ステムの他端は他方のバルブ・プラグに取り外し可能に接続され、バルブ・ステムとプラグとの間に流体漏洩防止シールが形成されている。図示の実施例においては、バルブ・ステム１３０はその上端が上部バルブ・プラグ１２８と一体化され、下端が下部バルブ・プラグ１２６に取り外し可能に接続されている。
【００２８】前記第１、第２及び第３ダイヤフラムは、テフロン（登録商標）ＰＦＡ、テフロン（登録商標）ＰＴＦＥ、テフロン（登録商標）ＦＥＰ等の不活性材料で作られることが望ましい。これらのダイヤフラムとこれに連携する構成部品、例えば上部ダイヤフラムとこれに連携するバルブ・プラグとステム、下部ダイヤフラムとこれに連携するバルブ・プラグは、必要に応じて機械加工によって製造することができる。成形などの他の工程を使用してもよい。
【００２９】上部プラグ・プラグ１２８の中心を通り、バルブ・ステム１３０の長さ方向の中心に沿って、相互に一線上に配置された垂直に延在する孔１３８と１４０が設けられている。このバルブ・ステムには孔が空いておらず、該バルブ・ステムを下部バルブ・プラグ１２６に接続している先端１４２で閉鎖されている。したがって、この孔１４０はバルブ・ステム１３０の一部分のみに延在しているので、前記バルブを通って液体が漏洩する可能性が減少する。この孔１４０は、挿入シャフト１４３を受け入れるように構成されている。この挿入シャフト１４３は、それ以外のポリマーで作られたバルブ・ステム１３０に対して所望の軸方向の剛性を与えるのに使用されている。この挿入シャフトは、高純度の化学プロセス用液体を汚染する恐れが無く且つ所望の構造的剛性を有する、セラミック等の不活性材料で形成されている。好適実施例においては、この挿入シャフトは水晶で形成されている。以上のように説明され図示されてはいるが、中実のバルブ・ステムによって充分な剛性が得られる場合には、本発明のバルブ・ステムはこのような孔１４０や挿入シャフト１４２を設けないで形成することもできる。
【００３０】バルブ・ステムの先端１４２の外側面には、これを取り囲んで円周方向に延在し半径方向に突出した隆起部１４４が設けられている。下部バルブ・プラグ１２６は、バルブ・ステムの先端１４２を受け入れるサイズを有する上向き面の内側に設けられたステム開口１４６を具えている。このステム開口１４６は、下部バルブ・プラグの長さに沿って途中まで軸方向に延びているがこれを完全には貫通しておらず、したがって下部バルブ・プラグには孔が空いていない。ステム開口１４６は、壁面に半径方向に設置されて円周方向に延在する溝１４８を具えている。この溝１４８はバルブ・ステムの隆起部１４４を受け入れ得るサイズを有し、バルブ・ステム１３０と下部バルブ・プラグ１２６とは取り外し可能にスナップ係合され、両者は相互に確実に保持される。好適実施例においては、前記ステムの先端１４２を下部バルブのプラグ・ステムの開口１４６に装着することによって、両者の間に液体が保持されることのない漏洩防止シールが形成される。
【００３１】下部バルブ・プラグのガイド１３２は、ねじやボルト等のねじ山付き部材（図示しない）を受け入れるようにねじ山を有する、下向き面から軸方向に所定の深さまで設けられた開口１５０を具えている。この開口１５０は、これと下部バルブ・プラグ１２６の反対側の端部に設けられたステムの開口１４６との間に薄壁１５２が存在するように設計されている。バルブが組み立てられた後に薄壁１５２がバルブ・ステムの先端の方に上方に充分に変形して、バルブ・ステムの端１４２を開口１４６から離すことができるように、前記ねじ付き部材がこの開口内に入れられる。この特長によって、比較的容易にバルブ・ステムを下部バルブ・プラグから離して、現場での保守や補修を行うことが可能になる。
【００３２】上下の流体受け入れチャンバに環状のバックアップ・リング１５４と１５６が取付けられる。上部チャンバのバックアップ・リング１５４はその中心を通る垂直な孔１５８を有し、内周面とほぼ垂直に延びる円筒形の外表面１６２とを規定している。図３に明らかに示されているように、水平の通路即ち孔１６４が上部バックアップ・リング１５４の内周面１５８から円筒形の外表面１６２まで貫通し、第２ダイヤフラム１０４を通って上部チャンバ内に漏洩する流体の通路を形成している。バックアップ・リング１５４の外周部分は第１及び第２ダイヤフラムのフランジ９２と１０６との間に延在し、第１ダイヤフラムのフランジ９２をキャップの溝９６に、そして第２ダイヤフラムのフランジ１０６を本体の溝１１０にそれぞれ確実に保持している。
【００３３】図３に示されているように、ほぼ垂直な漏洩検出通路又は孔１６６が、バックアップ・リングの円筒形外表面１６２を取り囲む上部受け入れチャンバ１１２の領域からバルブ本体を経てバルブ本体の外表面まで延び、第２ダイヤフラムを通って漏洩し上部受け入れチャンバに入る流体の通路を形成している。
【００３４】図２を見ると、下部受け入れチャンバのバックアップ・リング１５６は、その中心を通る垂直な孔１６８を有し、内周面とほぼ垂直に延びる円筒形の外表面１７２とを規定している。前記内周面１６８は、下方にベースの方に近づくにしたがって、下部受け入れチャンバのバックアップ・リングの前面から軸方向に所定距離だけ延在する第１直径セクション１７４と、下部受け入れチャンバのバックアップ・リングの後面の方に軸方向に延在する大きくなった第２直径セクション１７６とを具えている。前記第１直径セクション１７４は、下部バルブ・プラグのガイド１３２を受け入れると共に、これを軸方向に動かすことができるようなサイズを有する。次に詳細に述べるように、第２拡大直径セクション１７６は、スプリング受け入れ体１７８を収容することができるようなサイズを有する。
【００３５】図３に示されているように、水平通路即ち孔１８０が下部バックアップ・リングの孔１６８から円筒形外表面１７２まで下部バックアップ・リングを貫通し、第３ダイヤフラムを通して下部受け入れチャンバへ漏洩する流体の通路を形成している。ほぼ垂直な漏洩検出通路即ち孔１８２が、バックアップ・リング１５６の円筒形外表面１７２を取り囲む下部受け入れチャンバの領域から、バルブ本体を垂直に貫通してバルブ本体の外表面まで延在し、第３ダイヤフラムを通って下部受け入れチャンバに漏洩する流体の通路を形成している。図示の実施例においては、上部受け入れチャンバの領域から延在するこの漏洩検出通路１６６と下部受け入れチャンバから延在する漏洩検出通路１８２とはいっしょに流れ、漏洩検出ポート１８４を経てバルブ本体から外に出る。
【００３６】漏洩が検出された場合には適宜な修正対策をとることができるように、アラーム等が鳴るシステムを設けてもよい。このような修正対策としては、例えばそのバルブが使用されているシステムの他の構成部品を遮断したり、バルブの姿勢を変更したり、又はその他の適宜な操作を行うことができる。これらの修正対策は手動又は自動で行うことができる。漏洩の検出は目で見て行うこともできるし、センサーを使用してもよい。例えば、必要に応じて、光学手段、電気抵抗、超音波又はコンデンサ型の漏洩検出センサーを漏洩検出ポート１８４に直接に装着してもよい。
【００３７】上部及び下部バックアップ・リングは、テフロン（登録商標）ＰＦＡ、テフロン（登録商標）ＰＴＦＥ、テフロン（登録商標）ＦＥＰ等の不活性材料で成形又は機械加工によって形成することができる。ポリプロピレン等の他の比較的不活性なポリマー材料も同様に使用することができる。
【００３８】図２を見ると、第３ダイヤフラム１１４とベース８４との間の空間にスプリング手段１８６が取付けられ、ポペット・アセンブリ１２４及び連結された第２、第３ダイヤフラムを上方に付勢し、下部バルブ・プラグ１２６を下向きのバルブ・シート７６に係合させ、導入口６０から第２排出通路６４を通って流れる流体を遮断し、同時に上部バルブ・プラグ１２８を上向きのバルブ・シート７４から離して導入口６０から第１排出通路６２への流体の流れを可能にする。
【００３９】好適実施例においては、スプリング手段１８６は、第２大径セクション１７６の中の垂直に延在する下部バックアップ・リングの孔１６８に装着された一対のコイル・スプリングの形をなしている。第１のスプリング１８８は他方のスプリング１９０より大きい直径を有し、この小径のスプリングは大径のスプリングの中に入れ子状に入っている。これらのスプリングの下端は、ベース８４の凹部セクション１９２内に所定の長さだけ入っている。一実施例においては、小径スプリング１９０は一方の方向の巻きを有し、大径スプリング１８８は反対方向の巻きを有し、干渉の問題を解決している。これらの大小直径のスプリングは、テフロン（登録商標）その他のフッ素ポリマーでコーティングされた金属であることが望ましい。
【００４０】これらのスプリングは、スプリング受け入れ体１７８のチャンバ１９４内に設けられ、この受け入れ体は下部バックアップ・リングの孔１８０の第２大径セクション１７６内に設けられている。スプリング受け入れ体のチャンバ１９４は、ほぼ円筒形をなし、スプリングを完全に包み込むサイズを有し、これらのスプリングを第２ダイヤフラム１１４を通って漏洩する液体から隔離する。最外側の縁部から半径方向に内側に近づくにつれて、この受け入れ体１７８は上方に突出した舌状体１９６を具え、該舌状体は円形に延在して前記受け入れ体の外周縁を規定している。この舌状体１９６は、下部バックアップ・リング１５６の後面２００に設けられた溝１９８に嵌まり込むようなサイズを有している。
【００４１】このスプリング受け入れ体１７８は、前記舌状体１９６から軸方向に離れるように延在する円筒形のスリーブ２０２を具え、該スリーブはスプリング・チャンバ１９４の壁面を規定している。このスリーブ２０２は、スプリングの軸方向の圧縮・伸長によって軸方向に圧縮・伸長が可能なように薄壁構造を有する。好適実施例においては、スリーブ２０２は、バルブ内に設置された場合にスプリングとスプリング受け入れ体の圧縮運動に呼応するベローズを形成するように構成された薄壁構造を有している。一実施例においては、前記舌状体を横切って測定した直径がほぼ３０mmの場合には、スリーブは約０．１２〜１．５mmの範囲の厚さを有することが望ましく、更に好ましくは約０．２５mmである。
【００４２】スリーブ２０２は、スリーブの長さに沿って一つ以上の円周方向の一体的な隆起部を設けることによって、前記圧縮運動の際に一つ以上のベローズを形成するように構成されている。好ましい実施例においては、このスリーブは、舌状体１９６の近くの受け入れ体のベースに沿って設けられた第１隆起部２０４と、スリーブの長さの途中に設けられた第２隆起部２０６を具え、軸方向の圧縮の際にこのスリーブが二つのベローズを形成するように構成されている。第２隆起部２０６は、下部バックアップ・リングの孔１６８の第２大径セクション１７６の直径よりも僅かに小さい外径を有し、その軸方向の変位の際に第２大径セクション１７６に沿ってスリーブ２０２をガイドするように構成されている。上に述べたような実施例においては、第２隆起部２０６は約１．８mmの軸方向長さと約２．８mmの半径方法幅とを有することが望ましい。
【００４３】スリーブ２０２から半径方向に内側に向かって、スプリング受け入れ体１７８はスプリングの上端の上方に設けられた閉鎖端２０８を有する。この閉鎖端２０８は、下部バルブ・プラグのガイド１３２の下向き面２１２に隣接して位置し且つこれに接触する平坦な前面２１０を有している。閉鎖端２０８は、小径スプリング１９０の直径の中に適合するサイズを有する軸方向突出部分２１４を具えた後面を有し、スプリング受け入れ体チャンバ１７８内に小径スプリングと大径スプリングとを軸方向に一致させて収容することができるように構成されている。これらのスプリングは、連結された第２、第３ダイヤフラムとポペット・アセンブリとを上方に付勢し、下部バルブ・プラグ１２６を下向きのバルブ・シート７６に係合させる。
【００４４】スプリング受け入れ体１７８は、テフロン（登録商標）ＰＦＡ、テフロン（登録商標）ＦＥＰ等の不活性材料で形成されることが好ましい。このスプリング受け入れ体は、必要に応じて機械加工によって作ることもできる。成形などのその他の手段を使用することもできる。
【００４５】導入口６０から第１排出通路６２を通って流れる流体を遮断するには、バルブ・キャップ７８のポート１０２を通じて、第１ダイヤフラム９０とキャップの内面９８との間の空間１００に空気圧又は油圧を導入する。図４を参照すると、空間１００に作動流体が導入されると、流体圧がダイヤフラム９０に作用して該ダイヤフラムとプラグ９４を押し下げ、スプリング１８８と１９０の力に抗してポペット・アセンブリ１２４及び連結された第２、第３ダイヤフラム１０４と１１４をそれぞれ下方に押し下げる。この結果、上部バルブ・プラグ１２８は上向きのバルブ・シート７４に係合して、導入口６０から第１排出通路６２を通って流れる流体を遮断し、同時に、下部バルブ・プラグ１２６は下向きのバルブ・シート７６から離れて、導入口６０から第２排出通路６４を通って流体が流れることを許容する。
【００４６】本発明のこのバルブ・アセンブリ５２の重要な特長は、バルブ・シート７４、７６の独特な構成にあり、これによって、両者が係合すると該シートとバルブ・プラグとの間に緊密なシールが形成される。シート７４と７６は同じに構成されているので、その一方のみを次に説明する。例えば図２に示すように、バルブ・シート７４は、垂直に延在する円筒形のチャンバ６８の円形縁２１６と、この円形縁２１６の周囲にこれと同心に設けられた溝２１８とを具えている。バルブ・シートの円形縁の周囲のこのような溝を使用することによって、各バルブ・プラグが接触した場合にに所望の程度のバルブ・シートの弾性が生じ（即ちバルブ・シートが外側に変形可能となり）、両者間に良好な漏洩防止シールが形成されると共に、バルブが繰返作動した後もバルブ・シートの損傷や疲労を生じることなく、この所望の漏洩防止機能を維持することができる。前記円筒形チャンバ６８がほぼ１９mmの直径を有し、バルブ本体とバルブ・シート７４とがポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を機械加工して作製されている一実施例においては、溝２１８は円形縁から半径方向に約１mm離れた位置に設けられ、約０．４mmの半径方向の幅を有し、約１．３mmの軸方向の深さを有している。
【００４７】本発明のバルブ・アセンブリ５２のもう一つの重要な特長は、バルブ・ステム１３０の構成と、それに対する下部バルブ・プラグ１２６の取付けにある。第２、第３ダイヤフラムを通って漏洩した液体がバルブの濡れていない他の領域に入ったり、環境中に排出されたりする恐れのある、バルブからの漏洩の潜在的可能性を少なくするために、バルブ・ステム１３０は、それの途中まで延在している孔１４０を具えた（即ち孔の空いていない）構成を有し、その先端１４２は下部バルブ・プラグ１２６に取り外し可能に取付けられるスナップ型の係止手段を形成し、貫通ボルトを使用しなくてもよいように構成されている。バルブ・ステムと下部バルブ・プラグの孔同士を貫通して延在するボルトによる接続を廃止したので、バルブ・ステムを通る漏洩の潜在的可能性が無くなると共に、漏洩した液体がバルブに残ったりバルブの濡れていない領域に入ったりするリスクが少なくなり、高純度の化学プロセス用液体の金属による汚染が少なくなる。
【００４８】本発明のバルブ・アセンブリの更に他の重要な特長は、ダイヤフラムが破損した場合に第３ダイヤフラムを通して漏洩する液体からスプリング１８８と１９０を完全に隔離するスプリング受け入れ体の構成にある。スプリングを漏洩液体から隔離するこの構成によって、こうした漏洩による高純度の化学プロセス用の液体の金属汚染の潜在的可能性を少なくし、又は皆無にすることさえできる。
【００４９】本発明のバルブ・アセンブリ５２の構成の別の特長は、バルブ・プラグ１２６をシート７６に対して押し付けてバルブを閉じるのに要するスプリングの力が小さくてすむことにある。スプリングの力を小さくするための一手段は、下部バックアップ・リング１５６を設けて、ダイヤフラム１１４の下向きの面１１４ａの環状外周セグメントの選ばれた部分に係合させることである。バルブが図４に示された状態にある場合のように、下部バルブ・プラグ１２６がシート７６から離れると、導入口６０から排出口６４を通って流れる流体の圧力がダイヤフラム１１４に働く。しかし、この流体によって生じる下向きの力は、流体の圧力にバックアップ・リングに接していないダイヤフラムの面積を乗じたものに等しいのみである。これによって、スプリングの力に対抗する下向きの力が小さくなり、空間１００内の作動流体の圧力が解放された際にバルブを閉じるのに要する力を減少させることができる。
【００５０】バックアップ・リング１５６を設けることも、排出口６４からの背圧に対抗してバルブ・プラグ１２６をバルブ・シート７６に載ったままに維持するのに要するスプリング力を小さくする。例えば、バルブ・アセンブリ５２が図２に示されたような状態にある場合、排出口６４からの背圧がダイヤフラム１１４に働き、バルブ・プラグ１２６をバルブ・シート７６から離そうとするので、漏洩が生じる。しかし、バルブ・プラグをバルブ・シート７６に対して押し付けて閉じるのに要するスプリング力を小さくすることに関して前述した通り、流体によって生じる下向きの力は、排出ラインの背圧にバックアップ・リング１５６に接していないダイヤフラムの面積を乗じたものに等しいだけである。これによって、スプリング力に対抗して働く下向きの力が小さくてすみ、その結果、バルブ・プラグ１２６を背圧に抗して着座状態に維持するのに必要なスプリングのサイズを小さくすることができる。
【００５１】本発明のバルブ・アセンブリの更に他の特長は、スプリングによって持ち上げられるバルブの高さが小さくてすみ、同時にスプリングの力がうまく均一化されている点にある。これは、一つのスプリングの代わりに、入れ子状にした二つのスプリングを設けることによって達成される。入れ子状に組み合わせられたスプリングの力と同じ力を有し、且つ同じ高さを有する単一のスプリングを使用した場合には、作動範囲において、この単一スプリングは入れ子状のスプリングが提供するような一定のスプリング力を提供しないであろう。単一のスプリングによって入れ子状スプリングによって提供されるのと同じ一定性を有するスプリング力を得るには、この単一スプリングの高さを入れ子状スプリングの高さよも高くしなければならない。これはバルブを大きくし、不利益となる。
【００５２】本発明のバルブ・アセンブリ５２の更に別の特長は、バルブに水平に装着する場合にぴんと張る代わりに、予定された量の弛みを表面に与えるダイヤフラムを設けることである。一実施例においては、第２及び第３ダイヤフラムの直径は、ぴんと張った場合に１．９６５インチである。上下のバルブ・チャンバ７０と７２の外壁の傾斜１０８と１１８は、それぞれ、約４度である。この実施例では、上下チャンバ７０と７２の直径は、それぞれ、その天面と底面の高さ位置即ち開口部において、２．０３０インチであり、一方、ダイヤフラムのフランジ１０６と１１６が嵌合する上下のチャンバの溝１１０と１２０の直径は、１．９５５インチである。
【００５３】ダイヤフラムの直径よりも大きい直径を有するバルブ・チャンバの開口を設けることにより、チャンバの溝にダイヤフラムを装着することが容易となり、そうすることによって、ダイヤフラムは半径方向に内向き圧縮され、その表面が弛緩する。ダイヤフラムを装着するには、ダイヤフラムを半径方向に圧縮しながら、ダイヤフラムのフランジがそれに連携する溝に確実に装着されるまで各ダイヤフラムをそのテーパー付きのチャンバ壁に沿って滑らせればよい。ダイヤフラムの表面がぴんと張っていないので、少なくとも一部にはダイヤフラムの表面の弛みによって、上下いずれにもダイヤフラムを動かすことができる。これによって、ポペット・アセンブリと共に運動を繰り返す際にダイヤフラムに働くストレスを減らすことができ、ダイヤフラムの寿命が増大する。
【００５４】バルブの運動が繰り返されるにつれてダイヤフラムに加えられるストレスを更に減らすための本発明の特長は、プラグとダイヤフラムの間の各バルブ・プラグのベースの周囲にＶ字型の溝１３４と１３６を設けることである。一実施例においては、約０．３３mmの厚さと５０mmの設置前直径とを有するダイヤフラムが設けられている。高さの中央におけるバルブ・プラグの直径は約２０mmであり、ダイヤフラムとの接続点におけるプラグの直径は約１５mmである。これらの溝はほぼＶ字型をなし（ダイヤフラムが水平面におかれた場合）、Ｖの角度は約２７度であり、Ｖの頂点は０．５mmの半径の円によって形成されている。図３と５から明らかなように、ポペットが動かされる場合にダイヤフラムを引っ張る代わりに、Ｖのベースを形成しているダイヤフラムの材料は、バルブ・プラグのベースの方へ潰れるか、又はそれから離れて開く。この作用によって繰返運動の際にダイヤフラムに加わる引っ張り即ちストレスが減少し、ダイヤフラムが破損することなくバルブが作動可能なサイクルの回数が増加する。
【００５５】本発明のバルブの構造は簡単なので、バルブを動かすのに要する作動流体の圧力を容易に変えることができると共に、不都合なバルブの開きや漏れを生じることなく耐えることのできるように、容易に背圧を変えることができる。例えば、ダイヤフラムに接触しているバックアップ・リングの表面積を簡単に変えることができ、これによってシステム流体によってスプリング力に対抗して下向きに働く力、又はスプリング力と共に上向きに働く力を増減することができる。例えば図３を参照すると、ダイヤフラム１１４に作用する力を変える一つの簡単な構成変更は、バックアップ・リング１５６のリップ２２０の曲率半径を変えることで可能であり、このリップ２２０は、ダイヤフラムに接していないバックアップ・リングの部分であって、垂直孔１６８の内周面へ推移している領域である。例えば、バルブ・アセンブリ５２が図２に示された状態にある場合、他のすべての部品を変えずに、バックアップ・リングのリップ２２０の曲率半径を大きくすると、リップの半径が小さい場合に発生する力よりも大きい下向きの力が、排出口６４からの背圧によって発生する。なぜならば、半径が大きくなると、小さい半径のリップと接触するダイヤフラムの表面積に比べて、バックアップ・リングが接触するダイヤフラムの表面積が小さくなるからである。図３において、バックアップ・リングのリップ２２０の半径を小さくすると、スプリングは、バルブ・プラグ１２６をバルブ・シート７６上に維持しながら、より高い背圧に耐えることができる。逆に、曲率半径を大きくすると、小さい背圧にしか耐えられない。本発明のバルブ・アセンブリ５２の一実施例においては、下部バックアップ・リング１５６の曲率半径は０．０９３インチであり、ダイヤフラムの表面に接触するバックアップ・リングの角度は水平面から１２度である。
【００５６】本発明によって提供されるバルブ・アセンブリ５２の更に別の特長は、バルブを完全に分解することができ、しかも流体がシステムから下部受け入れチャンバ１２２に漏洩するのを防ぐのにＯリングによるシール等が不要なことである。余分なシールを要せずにバルブを分解できる能力は、前述のように、バルブ・ステム１３０と下部バルブ・プラグ１２６との間の連結を取り外し可能にしたことによって得られる。その代わりに、この連結は、バルブの組立・分解の都度、繰り返して行われ、次いで外すことができる。
【００５７】図５と６を見ると、本発明の実施によって得られたバルブ・アセンブリの第２の好適実施例の模式的な断面図が示されている。図２〜４に示された構成部品と同様の図５と６のバルブ・アセンブリの構成部品は、同じ符号にダッシュ（′）を付して示されている。この実施例のバルブ・アセンブリ５２′には、図２〜４に示された実施例の構成部品と基本的に同じ構成部品が組み込まれているが、図５と６の実施例は一つの導入口と排出口を具えた二方向バルブであり、一つのバルブ・プラグしか具えていない点が異なっている。
【００５８】このバルブ・アセンブリ５２′は上端部分５６′と下端部分５８′とを有するバルブ本体５４′を具えている。流体導入通路６０′が第１位置においてバルブ本体５４′の側面を貫通している。流体排出通路６２′が、前記第１位置から放射状に間隔を空けて設けられた第２位置においてバルブ本体の側面を貫通している。図示の実施例においては、導入口と排出口とはバルブ本体の互いに反対側に設けられている。導入口と排出口には、液体をこのバルブに導入し又はこれから排出するパイプやチューブを接続するための継手６６′が設けられている。
【００５９】導入通路６０′は、バルブ本体の中央領域に設けられた垂直に延在する円筒形のチャンバ６８′内に入っている。上向きのほぼカップ状をした上部チャンバ７０′がこの円筒形チャンバ６８′の上方に設けられ、下方に延在するほぼカップ状をした下部チャンバ７２′が前記円筒形チャンバの下方に設けられている。円筒形チャンバ６８′の下部の前記導入口６０′と排出口６２′との間に、下向きのバルブ・シート７６′が設けられている。
【００６０】バルブ本体５４′の上部にはキャップ７８′が取り外し可能に装着され、同様にバルブ本体の下部にはベース８４′が取り外し可能に装着されている。バルブ・アセンブリ５２′の作動機構は、図２〜４に示されたダイヤフラムをキャップに装着したのと同じようにキャップ７８′の内側に装着される孔の空いていない円形の第１の可撓性ダイヤフラム９０′を具えている。キャップ７８′の中心を貫通してポート１０２′が設けられ、該キャップとダイヤフラムとの間の空間１００′への作動流体の出入りを可能にしている。
【００６１】孔の空いていない円形の第２の可撓性ダイヤフラム１０４′がバルブ本体の上部を横断して装着されている。この第２ダイヤフラムは、図２〜４に示された第２ダイヤフラムの装着と同様に、バルブ本体に装着されている。下向きのバルブ・シート７６′の下方には、バルブ本体の下部を横断して孔の空いていない円形の第３のダイヤフラム１１４′が装着されている。この第３ダイヤフラムは、図２〜４に示されたバルブ本体に第３ダイヤフラムが装着されたのと同じように、バルブ本体に装着されている。
【００６２】ポペット・アセンブリ１２４′は図２〜４のポペット・アセンブリと似ているが、上部バルブ・プラグは設けられていない代わりに、ステム１３０′が第２ダイヤフラムの下向き面に直接的に接続されている。下部バルブ・プラグ１２６′は第３ダイヤフラムの上向きの面１１４ａ′と一体化され、下向きのバルブ・シート７６′に係合して、導入口６０′から排出通路６２′を通って流れる流体を遮断する。
【００６３】環状のバックアップ・リング１５４′と１５６′が、上下の流体受け入れチャンバにそれぞれ装着されている。図６に示されているように、孔６４′が上部バックアップ・リング１５４′を経て水平に延在し、ほぼ垂直な漏洩検出通路即ち孔１６６′がバックアップ・リングを取り囲む上部受け入れチャンバ１１２′の領域からバルブ本体を通ってバルブ本体の外面まで延在し、第２ダイヤフラムを通って漏洩して上部受け入れチャンバに入る流体の通路を形成している。
【００６４】下部受け入れチャンバの環状バックアップ・リング１５６′は、第３ダイヤフラム１１４′を通って下部受け入れチャンバに漏洩する流体の通路を形成する水平通路即ち孔１８０′を組み込んでいる。ほぼ垂直な漏洩検出通路即ち孔１８２′が、バックアップ・リング１５６′の円筒形外表面１７２′を取り囲む下部受け入れチャンバの領域から垂直にバルブ本体を通ってバルブ本体の外表面まで延在し、第３ダイヤフラムを通って下部受け入れチャンバ内に漏洩する流体の通路を形成している。図示の実施例においては、上部受け入れチャンバの領域から延在する漏洩検出通路１６６′と下部受け入れチャンバから延在する漏洩検出通路１８２′とは一緒になって洩検出ポート１８４′を通り、バルブ本体から出て行く。
【００６５】図５と６におけるこのバルブは、スプリング１８８′と１９０′がバルブ・プラグ１２６′をシート７６′に対して押し付け、導入口６０′から排出口６２′に至る流体の流れを遮断している状態を示している。
【００６６】図７から判るように、作動流体が空間１００′に入ると、流体圧がダイヤフラム９０′に作用し、ダイヤフラム９０′とこれに連携するプラグ９４′を下方に付勢し、連結された第２、第３ダイヤフラムとポペット・アセンブリ１２４′とをスプリング１８８′と１９０′の力に抗して押し下げる。その結果、バルブ・プラグ１２６′が下向きのバルブ・シート７６′から離れ、導入口６０′から排出通路６２′を通って流体を流すことができる。
【００６７】図８には、本発明のバルブ・アセンブリのもう一つの好ましい実施例が示されている。図２〜７に示されたのと同じ図８の装置の部品には、同じ符号に二重のダッシュ（″）を付して示している。図８の実施例は図５〜７の実施例と同じであるが、ポペット・アセンブリ１２４″が逆になっている。即ちバルブ・アセンブリ５２″は常時開の状態にあり、バルブ・プラグ１２８″はスプリング１８８″と１９０″とによってバルブ・シート７４″から離れるように付勢されている。
【００６８】上に述べた本発明のダイヤフラム・バルブの好適実施例の説明はあくまでも例示である。例えば、図２〜４を参照して述べた「三方向バルブ」は、ポート６０を排出口として使用し、ポート６２と６４を二つの別の流体の導入口として使用することもできる。当業者であれば種々の改変を行うことが可能なので、本発明は上述の実施例に限定されるべきでない。本発明の範囲は次に述べる請求の範囲によって規定されるものである。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９１１８９３１７
【氏名又は名称】フロン・カンパニー
【氏名又は名称原語表記】ＦＵＲＯＮ ＣＯＭＰＡＮＹ
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）７月１４日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 敬 （外４名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１１８０４８ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）４月３０日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−１９８９１４ |
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