JP3663463B2 - 弁座内のハードなチューブの流体チャンネルとフレシブルな密封ダイアフラムとを有するソレノイドバルブ - Google Patents

Description

【０００１】
［関連出願の相互参照事項］
この出願は、１９９８年１月２日に出願された米国仮出願第６０／０７０，３４０の優先権を主張する。
【０００２】
［連邦援助の研究又は開発に関する声明］
適用なし
【０００３】
この発明は、流体の流れをコントロールするバルブに関し、さらに詳しくはソレノイドにより流体通路を開閉するように作動される弾性のダイアフラム又は類似の部材を有するバルブに関するものである。
【０００４】
【従来の技術】
ソレノイドにより作動されるバルブは、各種形式の流体分与システムに広く使用され、流体の流れをコントロールするようになっている。これらのバルブは多くの場合弾性マテリアルから作ったダイアフラム又は類似の部材を使用して、バルブを閉じたとき、バルブ内の一つ又は複数の流体通路を望み通りに密封するようになっている。このダイアフラムの開放位置と閉止位置との間の動きは、ソレノイドによりコントロールされ、これは、多様のコントロール回路からの適切な電気信号を受ける。例えば、前記ソレノイドは、プロセスコントロールプロフラムを遂行するワークステーションからのアウトプットによりコントロールされる。一つのバルブ構成においては、ダイアフラムは、弁座に押圧されてバルブを閉じる。この位置においては、前記ダイアフラムは、前記弁座に形成された一つ又は複数の開口を密接封止し、これによって、前記開口に通じる通路間の流体流れを阻止する。前記ダイアフラムは、前記弁座から引き離されてバルブを開放し、この位置にあっては、前記開口を塞がず、通路間に流体が流れるようにする。
【０００５】
流体コントロールシステムのいくつかのものにおける流体は、該流体にそって前記システム内をサスペンションの状態で移動する小さな粒子を含んでいる。これらの粒子は、好ましい成分又は沈殿物のような好ましくない副産物である。いずれの場合にあっても、前記粒子は、前記流体処理設備にとって悪影響を及ぼしてしまう。例えば、上記したバルブ内において、前記粒子類は、前記バルブが閉じているとき、前記ダイアフラムと前記弁座との間で圧縮される。これら粒子によって、前記ダイアフラムと前記弁座との間に形成されたシールの有効性が減殺され、その結果、バルブの加圧された作動が中途半端になってしまう。また、前記粒子で前記バルブのダイアフラム、弁座その他の要素の摩耗（例えば、くぼみ、スクラッチなど）を招いてしまう。この生じる摩耗により、耐用寿命が短くなり、不具合の率が高まることになる。損傷が直らなければ、バルブ通路に漏洩生じたり、及び／又は、動作の間バルブが閉塞してしまったりする。
【０００６】
多くのバルブにおける別の欠点は、保守が比較的困難である点である。バルブによっては、損傷を受けやすいパーツを交換するにはバルブを部分的に分解又は全部分解したり、このための特別な工具や装置又は他の配慮しなければならない構造になっている。これらの難点により、バルブの耐用期間にわたり保守の費用が嵩んでしまう。
【０００７】
粒子を含む流体に使用されるバルブを流体圧送の間効率良く作動させ、バルブの構成要素に対する流体に含まれる粒子の摩耗作用をなくし、バルブの耐用期間の延命を図り、不具合発生率を抑えることができるようにバルブを改良することが望まれている。さらに、バルブの管理のトータルコストを低減するために、バルブの保守の改善が望まれる。
【０００８】
この発明によれば、開示されているバルブは、加圧流体システムに使用されることができ、流体に含まれる粒子により生じる不具合及び摩耗に対する抵抗力が改善されたものである。
【０００９】
記載されているバルブにおいては、バルブハウジングは、弁座を形成する凹所領域を有し、さらにまた、該弁座内に形成された一対の流体チャンネルを有していて、該チャンネルは、前記弁座の中央の平坦な領域に端部を有している。一対のリジッドなチューブが前記弁座における流体チャンネル内にそれぞれ配置されており、各チューブは、対応する流体チャンネルのリムを液密に封止する。前記チューブは、所定のクリアランスをもって前記弁座の面から僅かに突出している。
【００１０】
弾性がある不浸透性のマテリアルから作られたダイアフラムが前記弁座を覆う。このダイアフラムの周縁のエッジは、前記弁座の周縁と液密に密接封止係合する。前記ダイアフラムは、前記弁座に対する閉止位置と、前記弁座から離れる開放位置との間を動く中央部を有する。このダイアフラムの中央部の動きは、弁座領域における前記ダイアフラムの上位に配置されたソレノイドによりコントロールされる。前記ダイアフラムの中央部が閉止位置のとき、該中央部は、前記チューブの突出した端部を封止被覆すると共に前記ダイアフラムと前記弁座の面との間に所定のクリアランスが維持される。前記ダイアフラムの中央部が開放位置にあるとき、該中央部は、前記チューブの端部を覆わず、それらの間を流体が流れる。
前記バルブの構造により、閉止位置にあるときは、前記ダイアフラムは、前記弁座に対し押圧されないから、流体にサスペンドされている粒子が前記弁座と前記ダイアフラムとの間に留められたり、圧縮されたりされなくなる。したがって、加圧シールを行う前記バルブの性能が改善される。また、前記バルブは、摩耗しなくなり、不具合になることもなくなる。
【００１１】
この発明の他のアスペクト、特徴及び利点は、以下の詳細な記述に開示されている。
【００１２】
図１の六方向バルブアッセンブリーにおいては、バルブハウジング１０は、６個のソレノイド１２がその周辺にとりつけられている。これらソレノイド１２は、対応する対の配線１４により作動されるもので、該配線は、バルブアッセンブリーのコントローラ（図１には示されていない）へ接続されるようになっている。バルブハウジング１０は、成形又は機械加工されたテフロンから作られている。バルブハウジング１０の面には、共有される開口１６が中央に位置し、又、ハウジング１０には、６つの個々の開口１８それぞれが対応するソレノイド１２の近くに位置している。各開口１６，１８には、ねじ溝がきってあり、バルブアッセンブリーと他の流体処理設備（図１には示されていない）との間を流体を運ぶチューブへの連結具を受けるようになっている。一対の補助開口２０を用いて、使用の際必要になるホルダーに前記バルブアセンブリーを装着する。
【００１３】
図２を参照すると、各ソレノイド１２は、一体のがっちりしたボディ２２とトップカバー２３とを有している。ボルト２４がハウジング１０の表面に埋設されたねじ溝タップに螺合する。各トップカバー２３は、ボルト２６によりそれぞれのボディに取り付けられる。各トップカバー２３の開口２７を介して配線１４が各ソレノイド１２内の電気コイル（図２には示されていない）から抜け出るようになっている。
【００１４】
操作の間、各ソレノイド１２は、励磁又は励磁解除されて、ハウジング１０内に形成された６本の流体通路の対応する１本をそれぞれ開放又は閉止する。この操作については、詳しく後記する。
【００１５】
図３は、各ソレノイド１２にワイヤーコイル３２と前記コイル３２内に配置されたシリンドリカルの磁性案内シャフト３０とが含まれていることを示す。この案内シャフト３０は、ソレノイドのボディ２２の開口を通って延びている。コイルスプリング３４が各案内シャフト３０の外側端部にある凹部に位置し、トップカバー２３を受けている。６本のチャンネル３６がハウジング１０の中央で互いに連通している。各チャンネル３６は、図１の共有の開口１６とバルブハウジング１０の表面における対応する弁座における開口との間の通路を形成する。前記弁座の詳細は、後記する。
【００１６】
各スプリング３４が対応する案内シャフト３０を対応する弁座に向けて付勢し、前記バルブを閉止する。コイル３２が励磁されると、案内シャフト３０は、前記弁座からソレノイド１２の外側端部方向へ引き上げられるようにして離れ、前記バルブが開放される。
【００１７】
図４と図５とは、ソレノイド１２を離したバルブハウジング１０を示す。ハウジング１０の六つの側面それぞれには、弁座４０が形成されている。各弁座４０は、それぞれの側面に設けられた概ねシリンドリカルの形状をした凹部であって、フラットな内面又は底面４２を有している。各弁座４０の底面４２には、二つの孔４４，４６が形成されている。孔４４は、対応する配分されたチャンネル３６の終点であり、該チャンネルは、孔４４とハウジング１０の面における共有する開口１６（図１）とを連通させる。孔４６は、対応する個々のチャンネル４８（図５に示す）の終点であり、このチャンネルは、孔４６とハウジング１０の面の対応する個々の開口１８（図１）と連通させている。
【００１８】
図６は、弁座領域４０に対しソレノイド１２が当接する態様の概略を示す。各チャンネル３６，４８には、ステンレススチールのチューブ６０が内蔵されている。該チューブ６０は、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）のような硬いプラスイチック又はその他のしっかりした不活性マテリアルズから作られていてもよい。各チューブ６０の外側面は、対応するチャンネル３６，４８の周面に対し液密に接する圧縮状態のシールを形成する。各チューブ６０の一端は、所定のクリアランスをもって弁座４０の底面から僅かに突出している。このクリアランスは、以下のようにして選定される。
【００１９】
フレキシブルなダイアフラム６２が案内シャフト３０のねじ溝つき凹所に位置されている。このダイアフラム６２を図７，図８に示す。ダイアフラム６２は、小柱状の中央部６３を有し、これは、案内シャフト３０のねじ溝つき凹所にねじこまれている。ダイアフラム６２は、フレキシブルで、不活性であり、弾性があるマテリアルで作られている。好ましいマテリアルには、テフロン及び「ＣＨＥＭＲＡＺ（登録商標）（Ｇｒｅｅｎｅ，Ｔｗｅｅｄ ＆ Ｃｏ．，Ｉｎｃ．から入手可能）又はＫＡＬＲＥＺ（登録商標）（ＤｕＰｏｎｔ，Ｉｎｃ．から入手可能）のようなパーフルオロエラストマーが含まれる。
【００２０】
ダイアフラム６２は、下位中央部６４と周辺のシーリングエッジ６６とを有し、このエッジは、弁座４０の周縁に形成されたノッチ６８にほぼ合致するようになっている。シーリングエッジ６６は、ソレノイドボディ２２の環状突部７０でノッチ６８に押し込まれる。ダイアフラム６２の中央部６４とシーリングエッジ６６とは、比較的薄く、フレキシブルな部分７２で結合されていて、この部分によって中央部６４が弁座４０に近接したり、離れたりするようになると一方シーリングエッジ６８は、ソレノイドボディ２２とバルブハウジング１０との間に固定される。
【００２１】
前記バルブの閉止位置が図６に示されており、開放位置が図９に示されている。前記バルブは、案内シャフト３０がコイル３２の作動により弁座４０から強制的に離されているとき開いている（図３）。前記バルブが開いているとき、前記チューブ６０の端部は、覆われておらず、流体がチャンネル３６，４８の間に流れるようになる。前記コイル３２が励磁されていないときは、前記バルブは閉じ、その結果、案内シャフト３０は、コイルスプリング３４に付勢されて弁座４０へ動かされる（図３参照）。前記バルブが閉止しているとき、ダイアフラム６２の中央部６４がチューブ６０の端部を密接に覆い、前記チャンネル３６，４８の間に流体が流れなくなる。ダイアフラム６２と弁座底面４２との間には、所定のクリアランスが保たれている。このクリアランスは、前記チューブ６０が前記底面４２から上方へ突出する突出量と実質的に等しいものである。この値は、前記バルブの閉止時、前記流体により運ばれる粒子が前記ダイアフラム６２と前記底面４２との間で圧縮されることを防ぐように選定される。
【００２２】
ソレノイド操作のバルブアッセンブリーが記載されている。上記したバルブアッセンブリー装置のモディフィケーション及びバリエーションがここに記載の発明コンセプトを逸脱することなく可能であることは、当業者にとって明らかなことである。したがって、この発明は、添付の特許請求の範囲の範囲と精神によってのみ専ら解釈されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による六方向バルブアッセンブリーの表面図。
【図２】 図１のバルブアッセンブリーの端面図。
【図３】 図２のバルブアッセンブリーの３−３線にそう断面図。
【図４】 図１のバルブアッセンブリーに使用されているバルブハウジングの端面図。
【図５】 図４のバルブアッセンブリーの５−５線にそう断面図。
【図６】 バルブが”閉止”状態あるときの図１のバルブアッセンブリーにおける弁座領域の断面図。
【図７】 図６の弁座領域に配置されたダイアフラムの上側の斜視図。
【図８】 図７のダイアフラムの底面側の斜視図。
【図９】 バルブが”開放”状態あるときの図１のバルブアッセンブリーにおける弁座領域の断面図。

Claims (10)

1. 以下を備えるバルブ：
   バルブハウジング１０であって、このハウジング１０は、弁座４０を形成する凹所領域を有し、この弁座４０は、その中央領域４２が実質的に平坦で、その周縁にそってシーリングエッジ６８を有しており、前記バルブハウジング１０は、その内部に第１と第２の流体チャンネル３６、４８を有し、これらチャンネル３６、４８は、前記弁座４０の中央領域４２にある開口４４、４６で終端となるもの；
   前記弁座４０の流体チャンネル３６、４８の開口４４、４６にそれぞれ配置されている一対のチューブ６０であって、各チューブ６０は、対応する開口４４、４６の周縁を液密にシールする構成であり、各チューブ６０の一端は、前記弁座４０の中央領域４２から僅かに突出しているもの；
   前記弁座４０を覆うダイアフラム６２であって、このダイアフラム６２は、弾性がある不浸透性のマテリアルから作られており、前記弁座４０のシーリングエッジ６８と液密に密接封止係合する周縁のシーリングエッジ６６を有し、前記ダイアフラム６２は、前記弁座４０に対する閉止位置と前記弁座４０から離れる開放位置との間を動く中央部６４を有する一方前記ダイアフラム６２と前記弁座４０のそれぞれのエッジ６６、６８間の密接封止係合は維持され、前記ダイアフラム６２の中央部６４は、閉止位置のとき、前記弁座４０に向けて十分に伸びて、前記チューブ６０の突出端部を封止カバーすると共に前記中央部６４は、開放位置にあるとき、前記チューブ６０の突出端部を覆われないように前記弁座４０から離れるように伸びる構成のもの；および
   前記ダイアフラム６２の中央部６４に結合されたソレノイド１２であって、このソレノイド１２は、該ソレノイド１２に作用する電気信号の働きで、前記ダイアフラム６２の中央部６４を閉止位置と開放位置の両位置に保つように作動するものであり、前記ソレノイド１２は、閉止位置にあるときは、前記ダイアフラム６２の中央部６４に十分な力を作用させて、前記バルブの加圧された作動の間前記ダイアフラム６２と前記一対のチューブ６０の突出した端部との間を同時にそれぞれ封止する構成のもの。
2. 前記ソレノイド１２は、前記弁座４０に対し垂直な軸にそって延び、前記ダイアフラム６２に対面する凹所を有する案内シャフト３０を含み、該案内シャフト３０は、前記ソレノイド１２に作用する電気信号に応答して第１と第２の位置との間を動くことができるものであり、前記第１と第２の位置は、前記バルブの開放位置と閉止位置とにそれぞれ対応するもので、このような構成において、前記ダイアフラム６２は、前記弁座４０から離れる方向へ前記中央部６４から延びている柱状の部分６３を有し、この柱状の部分６３は、前記案内シャフト３０の凹所内に保持され、これによって、前記ダイアフラム６２の中央部６４は、前記案内シャフト３０が前記第１と第２の位置とのいずれかへ動くにつれ、前記開放位置と閉止位置とのいずれかへ動く構成である請求項１によるバルブ。
3. 前記ソレノイド１２が以下を備える請求項２によるバルブ：
   前記案内シャフト３０を内蔵するボディ；
   前記案内シャフト３０と前記ボディとの間に配置のスプリング３４であって、このスプリング３４は、前記ソレノイド１２が励磁されていないときは、前記案内シャフト３０を前記第２の位置に保持するように作動し、これによって前記バルブが前記閉止位置に付勢される構成のもの；及び
   前記案内シャフト３０を囲むコイル３２であって、このコイル３２は、前記ソレノイド１２が励磁されて前記バルブを開放するとき、前記案内シャフト３０を前記第１の位置へ動かすように動作する構成のもの。
4. 前記弁座４０のシーリングエッジ６８は、前記ダアイアフラム６２のシーリングエッジ６６が圧縮されて位置する断面ノッチ状部分をなす請求項１によるバルブ。
5. 前記ソレノイド１２は、弁座４０を囲むボディ部分２２を含み、該部分の隆起部７０が前記ノッチに延びて前記ダイアフラム６２のシーリングエッジ６６を前記弁座４０のシーリングエッジ６８に対し保持する請求項４によるバルブ。
6. 前記ノッチは、断面がＪ形状をしていて、前記ダイアフラム６２のシーリングエッジ６６が対応する形状をしていて、前記ノッチに入り、前記弁座４０のシーリングエッジ６８と密接係合する請求項５によるバルブ。
7. 前記弁座４０のシーリングエッジ６８は、ノッチ状断面をしており、これに前記ダイアフラム６２のシーリングエッジ６６が圧縮されて位置し、前記ソレノイド１２は、前記弁座４０に対し垂直な軸にそって延び、前記ダイアフラム４０に対面する凹所を有する案内シャフト３０を含み、該案内シャフト３０は、前記ソレノイド１２に作用する電気信号に応答して第１と第２の位置との間を動くことができるものであり、前記第１と第２の位置は、前記バルブの開放位置と閉止位置とにそれぞれ対応するものであり、前記案内シャフト３０は、前記ダイアフラム６２に取り付けられて、前記ダイアフラム６２は、前記案内シャフト３０が前記第１と第２の位置との間を動くに連れ、前記開放位置と閉止位置との間を動き、そしてさらに、前記ソレノイド１２と前記ハウジング１０との間に案内シャフト３０のホルダー２２を備え、この案内シャフト３０のホルダー２２は、前記案内シャフト３０が通る中央開口を有し、前記案内シャフト３０のホルダー２２は、前記中央開口を囲み、前記弁座４０の切り込まれたシーリングエッジ６８に達する隆起部７０を有して、前記ダイアフラム６２のシーリングエッジ６６を前記弁座４０のシーリングエッジ６８に対し保持する請求項１によるバルブ。
8. 前記ソレノイド１２は、ノーマルには、前記ダイアフラム６２の中央部６４を閉止位置に保ち、電気駆動信号の前記ソレノイド１２への作用に応答して、前記ダイアフラム６２の中央部６４を開放位置に動かすように動作する請求項１によるバルブ。
9. 前記ダイアフラム６２と弁座面の中央領域４２との間隔が、前記バルブの閉止時に流体により運ばれることがある粒子を圧縮しないように選定されることを特徴とする請求項１によるバルブ。
10. 以下を備えるバルブ：
    バルブハウジング１０であって、このハウジング１０は、平坦な面と、この面の周辺にそって対称的に配置された前記面に対し直角な平坦な複数の側面とを有し、前記平坦な面４２は、共通の開口４４と個々の開口４６とを有し、前記共通の開口４４は、前記面の中央に位置し、各個々の開口４８は、前記側面の内の対応する一つの側面近くに位置していて、各側面は、弁座４０を形成する凹所領域を形成し、この弁座４０は、その中央領域４２が実質的に平坦で、その周縁にそってシーリングエッジ６８を有しており、前記バルブハウジング１０は、その内部に共通する複数の流体チャンネル３６のセットと個々の複数の流体チャンネル４８のセットを形成し、各共通するチャンネル３６のそれぞれは、前記共通する開口４４と、対応する弁座の第１の開口との間に延びており、各個々のチャンネル４８は、対応する個々の開口４６と、対応する弁座の第２の開口との間に延びているものであり；
    複数の対になった複数のチューブ６０であって、各対における前記複数のチューブ６０は、対応する弁座４０の第１と第２の開口４４、４６にそれぞれ配置され、各対における各チューブ６０は、対応する開口４４、４６の周縁を液密にシールするもので、各チューブ６０の一端は、対応する弁座４０の中央領域４２から僅かに突出しているもの；
    複数のダイアフラム６２であって、各ダイアフラム６２は、対応する弁座４０を覆うもので、各ダイアフラム６２は、弾性がある不浸透性のマテリアルから作られており、前記弁座４０のシーリングエッジ６８と液密に密接封止係合する周縁のシーリングエッジ６６を有し、前記ダイアフラム６２は、前記弁座４０に対する閉止位置と、前記弁座４０から離れる開放位置との間を動く中央部６４を有する一方前記ダイアフラム６２と弁座４０のそれぞれのエッジ６６，６８との間の密接封止係合は維持され、前記中央部６４は、閉止位置のとき、前記弁座４０に向けて十分に伸びて、前記チューブ６０の突出端部を封止カバーすると共に前記中央部６４は、開放位置にあるとき、前記チューブ６０の突出端部を覆われないように前記弁座４０から離れるように伸びる構成のもの；および
    ソレノイド１２であって、各ソレノイド１２は、前記弁座４０の内の対応する一つにおいて前記ハウジング１０に取り付けられており、かつ、前記対応するダイアフラム６２の中央部６４に結合される可動の案内シャフト３０を有し、各ソレノイド１２は、該ソレノイド１２に作用する電気信号の働きで、前記ダイアフラム６２の中央部６４を閉止位置と開放位置の両位置に保つように動作し、前記ソレノイド１２は、閉止位置にあるときは、前記ダイアフラム６２の中央部６４に十分な力を作用させて、前記ダイアフラム６２と前記チューブ６０の突出した端部との間をそれぞれ封止するシールを保つように動作するもの。

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