JPH03209073A - ダイアフラム弁 - 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） 本発明はダイアフラム弁に関する。

（従来技術） 従来において、流れる流体の通過を選択的に許容し或は
阻止するためにダイアフラム弁が提供された。ダイアフ
ラムＪＦの一つの形式において、ハウジングは、出口開
口を有するチャンバと、ヂャンバ内に流れる流体を受け
るためにヂャンバとハウジングの外側との間を連通する
入口通路と、流れる流体をチャンバからかつハウジング
の外側に排出するために出口開口と、ハウジングの外側
との間を連通する出口通路とが設けられている。ハウジ
ングは、また、チャンバ内に伸びかつ環状の密封面を有
する突起が設けられ、その環状の密封面は出口開口を匝
みかつ出口開口から弁座に傾斜している。加えて、リセ
スを有しエラストマのダイアフラムがリセスを被ってい
る弁体がチャンバ内に配置されている。弁体は閉じ位置
と開き位置との間で弁座に向かって或はそれから離れて
移動するようになっている。閉じ位置において、ダイア
フラムは突起によりリセス内に曲げられ、流れる流体が
ハウジングを通過するのを阻止するためにシート面とぴ
ったりとかつ密封的に接触して出口開口を被う。開き位
置において、ダイアフラムはブ「座から隔てられかつ出
口開口は被われないで流れる流体がハウジングを通過す
るのを許容する。

エラストマのダイアフラムを備えるダイアフラム弁の問
題は、ダイアフラムを形成するエラストマ材料がある流
体と化学的に反応することである。

このような化学的な反応により、不純物すなわち反応か
らの化学製品及びエラストマの細かな粒子が、流体の流
れの中に発生される。その結果、エラストマのダイアフ
ラムを備えたダイアフラム弁は流体の純度が保持されな
ければならない用途には適しない。

他の形式の従来のダイアフラム弁の設計において、ダイ
アフラムは、ダイアフラム弁が高い純度の応用に使用で
きるように流れる流体と化学的に反応しない金属で作ら
れている。このような弁の設計例が米国特許第４，８２
８，２１９号に示されている。

この特許の弁において、ハウジング内に限定されたチャ
ンバは金属ダイアフラムにより一対の弁チャンバと駆動
ヂャンバとに分割されている。流体は入口通路を介して
弁チャンバ内へ及び出口通路の出口開口を介して弁チャ
ンバの外へ流れる。弁チャンバ内に設けられた弁座は出
口開口を囲んでいる。

弁チャンバ内に配置された弁ステムは、出口開口をシー
ルしかつそれによって弁ハウジングを通して流体が流れ
るのを阻止するために、ダイアフラムに対して駆動され
てダイアフラムを弁座に対して駆動する。

上記米国特許に示されているようにな金属ダイアフラム
弁におけるシールを実施するために、比較的高い弁閉鎖
力が要求される。例えば、上記特許の一つの実施例にお
いて、ステムをダイアフラムに対して偏倚するためにハ
ンドルが設けられている。上記特許の高い閉鎖力は、迅
速な弁の動作及び／又は軽い弁閉鎖力を要求する用途に
は特に適しない。従来技術において、迅速な弁の動作は
電磁作動によって発生され、その電磁作動は上記米国特
許の弁を閉鎖するのに十分な力を発生しない。上記のよ
うなエラストマのダイアフラムを有するダイアフラム弁
の設計において、エラストマを変形した状態にして出口
開口に着座するために軽い力が要求されるので、比較的
低い弁閉鎖力が要求される。迅速な作動時間及び軽い井
閉鎖力を有する金属ダイアフラム弁を製造するために、
エラストマダイアフラム弁のエラストマのダイアフラム
を単に金属ダイアフラムを取り替えることは不可能であ
る。もしそれが行われると、金属ダイアフラムがブト座
に接触したとき、その金属ダイアフラムが弁座上で西が
って或はしわができ、それ故井座とダイアフラムとの間
でシールが行われない。しわの発生を阻止するために弁
閉鎖力を増加しようとすると、ダイアフラムが永久に変
形して弁の再度のシールができなくなる。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は上記従来技術の問題を解決したダイアフ
ラムｔｐを提供することである。

（課題を解決するための装置） 本発明は、出口開口を有するチャンバ、ハウジング及び
ｉｉＱ記チャンバ内に流れる流体それぞれ通す一対の入
口及び出口装置及び前記チャンバ内に伸びかつ弁座を形
成するように前記出口開口を囲みかつその出口開口から
傾斜している環状の密封面を有する突起を含むハウジン
グと、前記チャンバ内に配置されかつ一端においてリセ
スと前記リセスを囲んでいる可撓性ダイアフラムとを有
するｔｐ体であって、前記ダイアフラムが前記リセス内
に曲げられて前記密封面とぴったりと密封的に接触しか
つ！’Ｉ’Ｊ　＋ｉ己出口開Ｌ１を閉じる閉じ位訳と１
１４記ダイアフラムが前記弁座から隔てられかつ前記出
口開口が閉鎖されないで前記ハウジングを介して流体が
流れるのを許容する開き位置との間で前記弁座に向かっ
て或はそれから離れて移動するようになっているＪＦ体
と、前記弁体をその閉じ位置と開き位置との間で動かす
作動装置とを備えた形式のダイアフラム弁にいおて、前
記ダイアフラムが流体の純度を保つために流れる流体と
化学的に反応しない可撓性の金属シートから形成されか
つ前記弁体によって前記金属シートの変形及び前記金属
ソートの前記密封面との調和してた接触を許容するよう
に前記リセスを横切って予め引き伸ばされて構成されて
いる。

（作用） 本発明は、ハウジング、弁体及びｆｐ体を開き位置と閉
じ位置との間で移動するための装置を有するダイアフラ
ム弁を提供する。ハウジングは出口開口を有するチャン
バと、一対の入口装置及び出口装置と、ヂャンバ内に伸
びている突起とを有している。対の人］コ及び出Ｄ装置
は流れる流体をハウジング及びチャンバ内に並びに出口
開口及びハウジングの外にそれぞれ通す。突起は出口開
口を囲みかつその出口開口から離れる方向に傾斜する環
状の密封面を有する。ヂャンバ内に配置された弁体はリ
セス及びリセスを被っている可撓性のダイアフラムを有
する。弁体は閉じ位置と開き位置との間で弁座に向かっ
て並びにそれから離れて移動するようになっている。閉
じ位置において、ダイアフラムは突起によってリセス内
に曲げられ、密封面とぴったりとかつ密封可能に接触し
かつ流れる流体がハウジングを通るのをｌｌＩＩ　＋ｌ
　′４“るために出口開口を被う。開き位置において、
ダイアフラムは弁座から隔てられかつ出口開口は被われ
ておらず、流れる流体がハウジングを通過するのを許容
する。

本発明によれば、ダイアフラムは流れる流体と化学的に
反応しな，い可撓性の金属シートで形成され、流体の純
度を保持する。加えて、可撓性の金属シートは、弁座に
よって変形されかつ弁座の上でしわが上せられるのでな
くて密封面とぴったりと接触するようにリセスを横切っ
て予め引き伸ばされる。その結果、本発明は、従来のエ
ラストマダイアフラム弁と金属ダイアフラム弁との利点
を有するダイアフラム弁を提供する。

（実施例） 以下、図面を参韻して本発明の実施例について説明する
。

第１図及び第２図において、本発明による好ましいダイ
アフラム井が技術的に知られている質量流量制御器、特
に本出願人であるビーオーシー（ＢＯＣ）グループイン
コーボレーテッドのエドワード高真空国際部（Ｅｄｖａ
ｒｄｓ　ｌｌｉｇｈ　Ｖａｃｗｕｍ　ＩｎＬｅｒｎａＬ
ｉｏｎａｌ　ｄｉｖｉｓｉｏｎ）によってつくられたデ
ータメトリック型（ＤＡＴＡＭＥＴＲＩＣＳ　Ｔｙｐｅ
）　　８２５、８３１及び８３２質量流量制御器に使．
用するように示されている。しかしながら、後述するよ
うに、好ましいダイアフラム弁は適当に変形してあらゆ
る用途に使用できかつマスフロー制御器とは関係のない
環境下で機能し得る。

ダイアフラム弁ＩＯは直列流れ型でありかつ三つの直列
部分１４、ｌ６及びｌ８のセットによって形成されたハ
ウジングＩ２を有する。部分ｌ８は部分Ｉ９の一部に接
続されるように示されている。部分＋９において、矢印
２０によって示される流れるガスの質量流量に参照でき
る信号を発生するためにガスの側流（　ｓｉｄｅｓｔｒ
ｅａｓ）が抽出される。

ハウジングｌ２は弁チャンバ２２と弁チャンバ２２内の
ガス２０を受けるための人口通路２４とが設けられてい
る。オリフィス２８を受けるためのオリフィスチャンバ
２６が弁ヂャンバ２２と列を成してかつそれと連通して
設けられている。オリフィス２８は弁ヂャンバ２２を閉
鎖しかつ一対のＯリング３０及び３２により適所に保持
されている。第８図において、オリフィス２８はＬｌ１
央の出口開口３４とオリフィス２８の突起部分によって
形成された弁座３６とが設けられている。井座３６は基
本的に円錐台形でかつ出口開口３４を囲むように傾斜し
、環状の密封面３８を与える。球形の遷移区域４０が傾
斜する密封面３８の主要部と出口開口３４を限定するオ
リフィス２８の縁との間に設けられている。

ガス２０は、大きな部分４ｌと狭い郎分４３とを有する
オリフィス２８の第１の出口通路４２を設けることによ
って、弁座３６の出口開口３４を介してチャンバ２２か
ら排出される。ガス２０はオリフィスチャンバ２６から
第２の出口通路４４を介してハウジング１２の外に流れ
る。ねじ付き継手４６が、ガス２０を排出するために、
示されない排出ラインに接続するようにハウジングｌ２
の端部に形成されている。この点に関して、郎分ｌ８は
、弁ｌＯが質量流量制御器と独立の環境で機能するよう
に入口ラインからのガスを取り入れるために、部分ｌ９
に接続される代わりに、継手４６と同様の継手が形成さ
れ得る。

電磁式の動作可能井が設けられている。弁はコイル５０
に対するアーマチュアとして作用する弁体４８を備えて
いる。弁体４８は３１６ステンレススヂールの層５６に
被われた軟鉄のコア５２によって形成されている。被っ
ている層５６はリセス６０を有する弁体４８の前端５８
及び後端６２を限定している。弁体４８の前端５８は被
っている層５６と一体に形成されたリング状のリブ６５
が設けられている。

ダイアフラム６４がリング状のリブ６５に接続されてい
る。ダイアフラム６４はほぼ０．０１５２４ミリメート
ルと０．０２５４ミリメートルとの間の３１６ステンレ
ススチールのシートによって形成される。

このような材料は最も腐食性の強いガスでさえも化学的
に反応しない。ダイアフラム６４は前述のシートをリブ
６５上でかつそれによってリセス６０上で引っ張ること
によって形成される。このように引っ張ったのちシート
はリプ６５にステッチ溶接され（　ｓｔｉｔｃｈ−ｗｅ
ｌｄｅｄ）かつあらゆる過剰の材料はＸ−ＡＣＴＯナイ
フによって取り除かれて固形の予め引っ張ぼられたダイ
アフラムを形成する。弁体４８にダイアフラムを取り付
けるときに汚染物はリセス６０内に閉じ込められる。更
に、質量流量制御器の共通の応用において、一連のガス
は化学的反応中に各時間に測定される。その結果、この
ような化学的反応におけるガスの測定中に、前に測定さ
れたガスはリセス６０内に閉じ込められ、測定されるべ
きガスを汚す。このような汚染の閉じ込めを阻止するた
めに、ダイアフラム６４がリセス６０を密封的にシール
する。

弁体４８は閉じ位置と開き位置との間で弁座３６に向か
って又はそれから離れて移動するようになっている。図
に示された閉じ位置において、出口開口３４はシールさ
れてハウジング１２を通してガス２０が流れるのを阻止
する。開き位置において、ｉ１ｉ１．Ｉ開１１３４１よ
披われておらず、ガス２０がハウジングｌ２の外に流れ
るのを許容する。弁体４８のこのような動作はコイル５
０によって制御され、そのコイルはリード線６８に電流
が流されたとき弁体４８を磁気吸引力によって開き位置
に動かず。

弁体４８が閉じ位置にあると、ダイアフラム６４は弁座
３６によってリセス６０内にたわみ、弁座３６の密封面
３８及びカバーの出口開口３４に適合してかつ密封的に
接触し、それによって出口開口３４をシールする。ダイ
アフラム６４は弁体４８への取り付けに先立って予め引
き伸ばされているので密封面３８に一致する。もしダイ
アフラム６４が予め引き伸ばされずに弁体４８に単に取
り付けられると、弁座３６及び密封面３８と接触すると
きしわが寄る。選択された材料の実際の厚さによりこの
ようなしわ寄りによりダイアフラムは破損し或は永久に
変形する。いずれにしろ、金属ダイアフラムの潜在的な
しわ寄りはシールを行えなくする。弁体４８が開き位置
に引っ込められると、ダイアフラム６４は出目開口３４
から隔てられた元の平らな状態に戻り、ガス２０がハウ
ジング１２を通して流れるのを許容する。

ダイアフラム６４と弁体３６との間で最適のシールの可
能性を得るために、ダイアフラム６４はしわがあっては
ならない。更に、ダイアフラム６４及び密封面３８の両
者は、あらゆるかき傷が同心になるように、旋盤で研磨
されるべきである。

研磨化合物は仕上げを可能な限り滑らかにするために非
埋め込み（　ｎｏｎ−ｅｍｂｅｄｄｉｎｇ）でかつ細か
な砂粒（ｇｒｉｔ）であるべきである。最終の研磨は、
ダイアフラム６４を密封面３８に接触させてＪＦ体４８
及びオリフィス２８を反対方向に回転することによって
行われる。

ガス２０は弁体４８の回りの穴のあけられた後郎ばね板
７０を通してかつ穴のあけられた前郎ばね板８０を通し
て出口開口３４に流れる。第５図ないし第７図を参照し
て、後部ばね板７０は周辺が後方に聞げられた弥性の金
属ディスクによって形成されている。後部ばね板７０は
弁チャンバ２２を形成するハウジング■２の内面と周辺
でブＦチャンバ２２内の中央の弁体４８まで引っ込む。

後部ばね板７０はガス２０を通すための三つの螺旋穴７
２が設けられかつスポット溶接７４により弁体５２の後
端６２に接続されている。示されたダイアフラム弁１０
はノルマルクローズ型である。コイル５０が附勢される
ときまで、弁体４８は前部ばね板８０によって閉じ位置
に保たれている。前部ばね板８０は後郎ばね板７０と設
計が同じであり、ガス２０を通すための三つの螺旋六８
２が設けられかつスポット溶接８４によりダイアフラム
６４上でリブ６５に取り付けられる。

第８図において、前部ばね板８０及び弁体４８はスポッ
ト溶接９２によりオリフィス２８に溶接された環状のフ
ィンガプレート９０によって適所に保持されている。フ
ィンガプレート９０は複数のフィンガ９４が設けられ、
そのフィンガはフィンガプレートの平面から約６０度の
角度で萌げられて前部ばね板８０に円周方向で接してお
りかつぱね板８０を弁ヂャンバ２２の肩部９６に対して
適所に保持している。

第３図において、弁体４８′は、弁体４８の代わりに使
用させるべき本発明にしたがった弁体の変形例を示して
いる。弁体４８゜は、前端５８′後端６２゜及びリセス
６０゜を限定する環状のリブ６５′を形成している被い
層５６′によって被われている軟鉄のコア５２゜を有し
ている。ダイアフラム６４゜はリセス６０゜を横切って
引き伸ばされている。前部ばね板８０゛は弁体４８゛を
通常閉じ位置に偏倚するのに使用されている。後部ばね
板７０゜は弁空洞すなわち弁チャンバ２２内で弁体４８
゜を中心決めする。

弁体４８゜及びそれに関連する総ての要素、後部ばね板
７０′及び前郎ばね板８０゜は弁体４８に関して述べた
同じ要素と基本的に同じである。

しかしながら、弁体４８゛と弁体４８との間には重要な
相違がある。弁体４８゜はリセス６０゛と後端６２′と
の間を連通する軸穴１００が設けられている。加えて、
後部ばね板７０゜は軸穴ｌ００の軸線に関して同心に配
置された開口７８が設けられている。弁体４８゜Ｃよ前
端５８゜とリセス６０゜との間を連通する一つ又はそれ
以上の半径方向穴１０２が設けられている。このような
実施例において、流れる流体２０は、流れるガスすなわ
ち流体２０が連続してリセス６０゜を洗い流すように、
後部ばね板７０゜の同心の開口７８を通して、軸穴１０
０を通してリセス６０゛内にかつ半径方向穴１０２の外
に流れる。このような連続的な洗い流しはごみが本発明
に従って弁体のリセス山に閉じ込められないようにする
代わりの方法である。この点に関して、示されていない
が、ごみが弁体のリセ久から逃げれるようにするために
、１００のような軸穴なしで１０２のような一連の半径
方向穴を単に設けた他の実施例も可能である。

第４図において、本発明による他の実施例が示されてい
る。弁１１０は出口開口１２４を有する弁チャンバ１２
２を備えたハウジング１２０が設けられた直立弁である
。入口通路１２６は弁チャンバ１２２とハウジング１２
０の外側とを連通する。出口通路１２８はハウジング１
２０からの流れる流体＋２７を排出するために開口＋２
４とハウジングの外側とを連通する。

円錐台形の弁慮１３０は弁チャンバ１２２内に伸びてい
る突起によって設けられている。弁座Ｉ３０の円錐台形
は出口開口１２４を囲む密封面を提供する。弁体１３２
はリセス１３４が設けられている。金属ダイアフラム！
３６が、弁座１３０によって与えられる密封面に順応し
て接触しかつ出口開口１２４を被いそれによって流体１
２７が出口開口＋２４を通して流れるのを阻止するよう
に、リセス１３４を横切って引き伸ばされている。

弁体１３２は通常ダイアフラム１３６が出口開口１２４
を被いかつ弁座１３０によって与えられる傾斜している
密封面に順応して接触する閉じ位置に偏倚されている。

これは前ばね板１３７によって達成されている。後ばね
板１３８は弁チャンバ１２２内で弁体１３２を中心決め
するために設けられる。汚染物が閉じ込められるのを防
止するために、弁体１３２の前部に単一の半径方向通路
１４０が設けられている。前ばね板１３７は、汚染物が
リセス１３４内に閉じ込められるのを１１＋１止するた
めに流体ｌ２・７を半径方向通路１４０を通して流して
リセス１３４を洗い流すように、複数の穴１４１が形成
されている。弁体１３２は強磁性の材料のコア１４２を
有しかつ弁体１３２を開き位置に動かずようにフィール
ドコイル１４４によって引き付けられる。

本発明は質量流量制御器及びノルマルクローズ梨で電磁
作動装式を使用する直立式井に使用するように図面で示
されてきたが、本発明はその説明だけに限定されない。

本発明による弁はノルマルオーブン型或は開き位置又は
閉じ位置のいずれにも偏倚されない弁でもよい。更に、
他の良く知られた非電磁弁作動装置も使用できる。最後
に、ダイアフラムは本発明の教示にしたがって、ガスの
代わりに流体の流れを選択的に阻止し又は許容するのに
使用ように作られ得る。

好ましい実施例が詳細に示されたが、本発明の範囲内で
多くの削除、変更及び追加が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図（よ質ｍ流ｍ制御なの設計に取り入れられた本発
明によるダイアフラム弁の断面図、第２図は第１図のダ
イアフラム弁の部分拡大断面図、第３図は本発明による
弁体の他の実施例の断面図、第４図は本発明のダイアフ
ラム弁の他の実施例の断面図、第５図は第Ｉ図に示され
たダイアフラム図に示された質量流量制御器に使用され
ているオリフィス及びそれに取り付けられたフィンガプ
レートの前面図である。 】０：ダイアフラム弁　Ｉ２：ハウジング２２：弁チャ
ンバ　　　２４：入口通路２６：オリフィスチャンバ ２８：オリフィス　　　３４：出口開口３８：密封面 ３６：弁座 ４４：出口通路 ４８、４８゜　：弁体　　５２：コア ５６、５６゜　：ＦＪ　　　　６０、６０゜６４、６４
′　：ダイアフラ人 ６５、６５゛　：リブ　　７０、 ８０、８０゜　：ばね板 ７　０′ ：リセス ：ばね板 ＦＩＧ． ４ １２８ １３０ １３４ １２Ｉ５ ＦＩＧ． ８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、出口開口を有するチャンバ、ハウジング及び前記チ
   ャンバ内に流れる流体それぞれ通す一対の入口及び出口
   装置及び前記チャンバ内に伸びかつ弁座を形成するよう
   に前記出口開口を囲みかつその出口開口から傾斜してい
   る環状の密封面を有する突起を含むハウジングと、前記
   チャンバ内に配置されかつ一端においてリセスと前記リ
   セスを囲んでいる可撓性ダイアフラムとを有する弁体で
   あって、前記ダイアフラムが前記リセス内に曲げられて
   前記密封面とぴったりと密封的に接触しかつ前記出口開
   口を閉じる閉じ位置と前記ダイアフラムが前記弁座から
   隔てられかつ前記出口開口が閉鎖されないで前記ハウジ
   ングを介して流体が流れるのを許容する開き位置との間
   で前記弁座に向かって或はそれから離れて移動するよう
   になっている弁体と、前記弁体をその閉じ位置と開き位
   置との間で動かす作動装置とを備えた形式のダイアフラ
   ム弁にいおて、 前記ダイアフラムが流体の純度を保つために流れる流体
   と化学的に反応しない可撓性の金属シートから形成され
   かつ前記弁体によって前記金属シートの変形及び前記金
   属シートの前記密封面との調和してた接触を許容するよ
   うに前記リセスを横切って予め引き伸ばされることを特
   徴とするダイアフラム弁。 ２、前記リセス内に汚染物が閉じ込めらるのを阻止する
   ためも前記リセスが前記ダイアフラムによって密封的に
   シールされている請求項１に記載のダイアフラム弁。 ３、前記弁体が、前記リセス内への汚染物の閉じ込めを
   防止するために前記リセスとその外側面との間で通じる
   少なくとも一つの半径方向通路を備えている請求項１に
   記載のダイアフラム弁。 ４、前記ダイアフラム弁がインライン流れ型であり、前
   記弁体が、更に、流れる流体が前記リセスを流れるのを
   許容して汚染物が前記リセス内に閉じ込められないよう
   にするために弁体の端部の他方と前記リセスとの間を連
   通する軸方向の穴を有する請求項３に記載のダイアフラ
   ム弁。