JPH05500414A - 漏れ検出及び封じ込めを伴なう流体制御弁及びシステム - 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】 漏れ検出及び封じ込めを伴なう流体制御弁及びシステム本発明は、一般に、流体 流量制御弁に関し、特に、漏れ検出手段及び漏れ封じ込めの設備を有する改良さ れた弁アセンブリに関する。

従来の技術の簡単な説明 流体の流量制御を適用する用途は数多くあり、その場合には、腐食性、苛性又は 化学的に純正な流体の流れを制御しなければならず、これまでに、そのような目 的に適する適切な空気圧弁や電気作動式弁を提供するために様々な試みがなされ ている。そのような弁の１つはＤｅ　Ｌｏｒｅｎｚｏ他の米国特許第４．ｏｌｏ 、７８９号の主題であり、この特許に開示される弁は、閉鎖部材を弁座に対して 接離するように移動させるためにソレノイド、空気弁又はその他の手段などの作 動手段により移動自在であるプランジャを含む。−次ダイアフラム又はシールを 通る漏れ、特に、作動手段に入り込む漏れに対する安全を確保するために、弁の 流体処理部分は二次ダイアフラム、０リング又は他の形態の密封構造により作動 手段から密封される。漏れが第１の密封手段を通過した場合には、第１の密封手 段と第２の密封手段との間の空間に液体が流入することにより、排出通路を通る 流体の外方への流れが起こり、それにより、第１の密封手段を通過した漏れが指 示されるので、漏れのあることがわかり、作動手段又はシステム自体の損傷が起 こる前に第１の密封手段を交換できる。

この弁はダイアフラムの故障の検出を可能にするのには適しているが、アクチュ エータ機構又は流体自体の腐食又は汚染を厳密に制限しなければならない用途に は向いていない。たとえば、半導体製造の分野では、流れが汚染物の面と瞬間的 に接触しただけでも重大な事態が起こりつるので、処理用化学薬品や消イオン水 の供給をできる限り純正に保たなければならない。Ｄａ　Ｌｏｒｅｎｚｏの図１ に示されている弁閉鎖部材はテフロン製であると指示されているが、その周囲の 弁本体と関連する部品は金属製であると思われ、そのため、ダイアフラムの故障 がほぼ直ちに制御される液体の汚染を引起こすおそれのある用途には適してぃな いであろう。さらに、Ｄｅ　Ｌｏｒｅｎｚｏの発明の目標は、流体の汚染の防止 に向いているのではなく、作動機構を偶発的に制御される流体にさらされる状況 から保護するということである。その上に、弁装置それ自体は、逆流圧力によっ てゲートが弁座に安定しなくなり、さらには、ゲートの閉鎖までも阻止される可 能性もある種類のゲート弁である。そして、最後に、ダイアフラムの故障を自動 的に検出する手段は設けられて〜）ない。

Ｄｅ　Ｌｏｒｅｎｚｏ他により開示されている種類の弁と関連するもう１つの問 題点は、密封面の摩擦係合が弁の有効寿命に悪影響を与え、また、長期間にわた る閉鎖の後では、密封面は残留変形しがちであるために、装置の密封能力が限定 されてしまうことである。５ｔａｃｋの米国特許第４．５３８．８３８号、Ｂｏ ｔａｌａｒの米国特許第３．４０７．８３８号＋ＭｃＦａｒｌａｎｄの米国特許 第３，５４２．２８６号及びＰｒ１ｅｓｓの米国特許第３，４５１．４２３号は 、そのような用途にはせき形弁がより適していることを開示している。しかしな がら、そのような装置は、漏れの結果としての流体汚染の問題及びダイアフラム 故障の自動的な即時検出の必要性に取組むのに適合するものではなかった。

本発明の概要 従って、本発明の主な目的は、弁の故障の場合に制御される流体の汚染を回避す る手段を育する改良された流体流量制御システムを提供すること゛である。

本発明の別の目的は、ダイアフラム故障の即時検出を実行する手段を含む前述の 種類の装置を提供することである。

本発明の別の目的は、漏れ封じ込め機能を有する前述の種類の装置を提供するこ とである。

本発明のさらに別の目的は、大きな摩擦接触なく係合する密封面を有する前述の 種類の装置を提供することである。

簡単にいえば、本発明の好ましい実施例は、アクチェエータと、せき形弁及び関 連する弁ハウジングと、１対の互いに離間するダイアフラムとを含み、その一方 のダイアフラムはせき形弁の閉鎖部材として働き、他方のダイアプラムは、制御 される流体の汚染を直ちに防止し、作動機構を保護し且っ弁閉ｒａｍ陣の即時検 出を可能にする封じ込めチャンバの限界を規定する二次シールを構成するような 流量制御装置を１つ又は複数内蔵する流体処理システムから成る。チャンバの内 部に配置されたピストン部材は２つのダイアプラムと結合し、流体検出装置は２ つのダイアフラムの間に形成された密封封じ込めチャンバと連通して配置されて いる。システムは、その検出装置に応答して、故障が検出された場合にはシステ ムを瞬時に動作停止させるように動作する電子制御装置を含む。

本発明の重要な利点は、ダイアフラム故障の場合であっても、弁と封じ込めチャ ンバの構成要素の濡れる全ての面は化学的に不活性の材料から成るか又はそのよ うな材料によって被覆されているので、汚染は全く起こらないことである。

本発明の別の利点は、ダイアプラム故障の場合に、ダイアフラムがらの漏れが２ つのダイアプラムの間の空間の中に封じ込められることである。

本発明のさらに別の利点は、流体供給系の即時動作停止を実行できるようにダイ アフラム故障を直ちに検出する手段が設けられていることである。

本発明の上記の目的及び利点並びにその他の目的及び利点は、図面のいくつかの 図に示されている好ましい実施例の以下の詳細な説明を読んだ後には、当業者に は確実に明白になるであろう。

匡匡土 図１は、本発明に従った弁装置を含む流体制御システムを示す部分切取り正面図 である。

図２は、図１に示す実施例の構成要素をさらに示す展開斜視図である。

好ましい実施例の詳細な説明 そこで、図面の図１を参照すると、本発明に従った流体流量制御システム及び制 御弁装置が示されている。さらに詳細にいえば、ブロック線図の形態で概略的に 示すように、弁アセンブリ１０は流体供給源１４からポンプ１２により流体使用 機器１６へ送り出される液体又は気体の形態をとる流体の流量を制御する。弁ア センブリ１０とポンプ１２の作動制御を行うのは制御装置１８であり、検出器２ ０は弁アセンブリ１０の内部の漏れに応答して、制御装置ｌ１８へ信号を出力し 、制御装置１８は直ちにポンプシステムを停止させる。さらに、システムは、破 線２１により示すように、同様に制御装＠１８へ信号を送信することができる適 切な圧力検出器又は汚染検出器を含むインラインフィルタを含んでいても良い。

アセンブリｌＯの構成部品はせき形弁２２と、アクチュエータ機構２４と、アク チュエータアセンブリを弁本体に物理的に結合し、封じ込めチャンバ２７を形成 する機構ハウジング２６とを含むことがわかるであろう。

アクチュエータ機構２４は電気的、油圧式又は空気圧式のいずれかの適切な種類 の線形アクチェエータであれば良（、アクチュエータロッド３２によってプラン ジャ３ｏに装着された電機子２８を含む。電機子２８のねじ付き延出部３４はダ イアフラム３６にある開口３５を通って延出しアクチュエータロフト３２の上端 部に螺合するが、このアクチュエータロッド３２自体はプランジャ３０にねじ結 合している。ダイアフラム３６はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）など の不活性可撓性プラスチック材料から製造されているのが好ましく、ダイアフラ ム分３７が形成されている。アクチュエータロッド３２は３０４型ステンレス鋼 ポリフルオロアロキシル（ＰＦＡ）から製造されているのが好ましく、上端部に 、電機子２８のねじ付き端部３４を受入れるための雌ねじ孔を有する。下端部は ３８で指示するように雌ねじ付き部分であり、ＰＴＦＥ密封リング４０を貫通し て、以下にさらに説明するプランジャ３０の軸方向に連続する孔の中に螺合受入 れされることになる。

プランジャ３０は丸い下面４２を有するほぼ円筒形の本体であり、図示されてい る弁閉鎖位置と、点線３０′により表されてＩ＋）る弁解数位置との間で移動自 在である。プランジャ３０の両側から延出しているガイドリプ４４は、プランジ ャ３０が上下動するときのプランジャの回転を阻止するために、ハウジング２６ の内壁４６に形成されている溝穴（図２に示す）に係合する。

ハウジング２６は成形不活性プラスチック材料又はＰＦＡで被覆した３０４ステ ンレス鋼のいずれかから製造されているほぼ矩形の本体として形成され、それを 貫通する円筒形の形状の軸方向の孔４６を有する。孔４６には、その両便に形成 されて、プランジャ３０のリプ４４を受入れ、プランジャ３０が孔４６の中で長 手方向に動くときにプランジャを案内し且つその回転を阻止しする働きをする溝 穴（図示する通り）が設けられている。ハウジング２６には、横方向に延出して 孔４６と連通ずるねじ付き孔５０も設けられている。孔５０は適切な漏れ追跡検 出プローブ５２のねじ付き端部を受入れる。

一般に弁２２は先に述べた従来の特許の中のいくつかに開示されているせき形で あり、ＰＦＡから製造された成形弁本体５６から構成されており、横方向に向い た入口開口５８及び出口開口６０と、内部せき６２とを有し、その内部せきの上 部は弁溝穴を形成する。−次ダイアフラムアセンブリ６４は、実際には、２つの ダイアフラム部材６５及び６６から構成されている。部材６５はＰＴＦＥから製 造された成形部材であり、弁の一次閉鎖ダイアフラムを形成する。６７で指示す るように、この部材は、弁がその閉鎖状態にあるときにせき６２の上面と密封係 合する一体に形成されたリプ６７を含む。ダイアフラム６５の上方にすぐ隣接し て配設されている支持ダイアフラムアセンブリ６６は、接合複合構成から成り、 それぞれＰＴＦＥ、ＶＩＴＯＮ、ＰＴＦＥから製造された３つの層６６．８８及 び７０を含むと共に、以下に説明するように、プランジャ３０に装着される中心 部分７２が形成されている。アセンブリ６６には、それを貫通して、ダイアフラ ムが万一故障した場合にも流体をチャンバ２７へ流通させる通路を形成する開ロ ア１が設けられている。

上述の弁とアクチュエータアセンブリは、保持板８０と、弁本体５６．ダイアフ ラム６５及び６８．ハウジング２６並びにダイアフラム３６にある開口を通って 、アクチュエータアセンブリ２４の下部に設けられたねじ付き孔の中に螺合受入 れされる４本の保持ボルト８２とにより所定の場所に保持される。

漏れ追跡検出プローブ５２は、光フアイバ心線５３に結合する光学検出器を含む のが好ましく、孔４６により形成されるチャンバ２７に対向する円錐形の先端部 ５１から構成されている。先端部５１は、周囲が空気であるときは高レベルの内 面反射を示すが、液体と接触しているときには実質的に異なる反射特性を示す屈 折率を有する。その結果、心線５３の１本又は複数本のファイバを通って先端部 ５１へ伝達され、そこで反射されて他の受光ファイバに戻る光のレベルは検出閾 値を下回り、漏れが報知される。

あるいは、ここでは５２として示されている光学漏れ追跡プローブの代わりに、 適切な抵抗性、容量性又は他の適切な種類のプローブを使用することもできるで あろう。

次に、図面の図２を参照すると、一般に好ましい実施例の詳細がさらに示されて いる。たとえば、二次ダイアフラム３６はほぼ矩形の形状であり、四隅には、保 持ボルトを受入れて、それらをアクチュエータアセンブリ２４のハウジングにあ るねじ付き開口２５に螺合させるための開口３９が設けられていることである。

また、先に説明したように、電機子２８のねじ付き延出部３４がロブド３２の上 端部に螺合できるように貫通する中心開口３５にも注意のこと。ロブド３２のね じ付き部分３８は、プランジャ３０のねじ付き孔３９を貫通して密封座金７６を ロブド３２の先端部３２と、ダイアフラムアセンブリ６４の上面の中央部分に装 着されているかみ合い面７７との間に挟持するのに十分な長さを有する。それと 一体に形成され且つ上方へ（ｒｇＪ２では右側のほうへ）延出しているねじ付き 差込み軸７４は、座金７６にある開ロア９を通って、さらにはロブド３２のねじ 付き孔４１に螺合する。

ハウジング２６に関しては、面２７はくぼんでおり、ダイアフラム６６及び６５ のアライメントタブ６３及び６９をそれぞれ受入れるように３１及び３３で指示 する通りの切欠きが形成されているリップ２９により取囲まれていることである 。これにより、ダイアフラムは確実に正しく、適正な向きで設置されるので、リ プ６７はせき６２と適正にアライメントされる。

図面に示すように、構成要素２６．６Ｂ、６５．５６及び８０は、その四隅に、 保持ボルト８２の１つを受れるために形成された開口をそれぞれ有している。

二次ダイアフラム３６と保持板８０との間にある全ての構成部品はプラスチック 材料から製造されているか、又はプラスチック材料で被覆したステンレス鋼から 製造されているのでダイアフラムが故障した場合に濡れるか又は濡れるかもしれ ない面は、いずれも、流体の汚染を引起こさないことがわかるであろう。

支持ダイアフラムアセンブリ６６に関しては、アセンブリ全体を貫いている開口 の内面が、Ｖｉｔｏｎ履６８との流体接触を阻止するために、ＰＴＦＥなどのプ ラスチックで被覆されていることを指摘すべきであろう。

組立て後、動作中には、弁アセンブリ１０を使用して、１４で示すような何らか の供給源から図１に１６で示すような何らかの使用機器へ向かう流体の流量を正 確に制御することができる。何らかの理由によって一次ダイアフラム６５が万一 故障した場合には、そこを通って漏れ出る流体は直ちに支持ダイアフラムアセン ブリ６６の開口６６を通ってチャンバ２７に入り、そこでプローブ５２の端部５ １と接触し、その結果、検出器２０は漏れの存在を感知して、ポンプを停止させ ると共に、システムを通る流体の流れを止めるためにプランジャ３０を下方へ駆 動させるように、信号により制御装置１８に報知する。二次ダイアフラム３６は チャンバ２７の上端部を密封させるので、漏れはその内部に収容され、また、チ ャンバ２７の全ての内面は不活性プラスチックから形成されているか又は不活性 プラスチックで被覆されているかのいずれかであるので、流体の汚染は起こらな い。−次ダイアフラム６５に先立って二次ダイアフラム３６が故障しないように 保証するために、設計時には二次ダイアフラムのサイクル寿命がダイアフラム６ ５より実質的に長（なるように保証するための配慮をする。

１つの好ましい実施例によって本発明を開示したが、この開示を読んだ後では本 発明の数多（の変形や変更が当業者には明白になるであろうということが予想さ れる。従って、添付の請求の範囲は本発明の真の趣旨に含まれるそのような全て の変更及び変形を包含すると広い意味で解釈されるものとする。

浄書（内容に変更なし） 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 （国際出願番号）第ＰＣＴ／ＵＳ９０１０３４０４号平成２年特許願　第５０９ ５６３号 ２、発明の名称 漏れ検出及び封じ込めを伴なう流体制御弁及びシステム３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 民　名　システムズ働ケミストリイ・ インコーホレーテッド ４、代理人 居　所　東京都千代田区永田町２丁目４番２号秀和溜池ビル８階 山川国際特許事務所内 （１）特許法第１８４条の５第１項の規定による書面の

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 〔請求項１〕制御手段と、それに応答して、供給源と使用機器との間の流体の流 量を制御する弁手段とを含む流体制御システムにおいて、弁座と、第１のダイア フラム手段により支持され、前記弁座に係合して弁を通る流れを終止させる閉鎖 手段とを含み、前記弁座はせきの上部により形成されており、前記閉鎖手段は、 前記第１のダイアフラム手段の表面に形成されて、前記せきの両側に前記第１の ダイアフラム手段のほぼ等しい表面領域が配置されるように前記第１のダイアフ ラム手段の直径に沿って延出するリブを含み、前記リプは前記弁座と係合して、 弁を通る流体流路の閉座を起こさせるような弁と；前記第１のダイアフラム手段 と共動して、閉鎖封じ込めチャンバを形成する二次ダイアフラム手段及びハウジ ング手段と；前記チャンバを通って延出し、前記閉鎖手段を開放状態と閉鎖状態 との間で選択的に移動させるアクチュエータ手段と；前記チャンバと密封連通状 態で配設されて、前記チャンバに流入する流体の有無を検出し、前記チャンバヘ の漏れを直ちに指示するために使用されることができる漏れ検出信号を発生する ように動作し、前記漏れ検出信号に応答して、前記アクチュエータ手段に前記弁 を閉鎖させ、前記供給源から前記使用機器への流体の流れを終止させて、チャン バ内の汚染物が流体の流れに侵入するのを阻止する漏れ検出器手段とを具備する 改良された弁手段。
2. 〔請求項２〕前記漏れ検出器手段は、前記ハウジングの壁にある開口を通って延 出して、前記テャンバ内における流体の有無を光学的に検出する光学センサであ る請求項１記載の流体制御システム。
3. 〔請求項３〕前記チャンバを形成している又は前記チャンバの中に位置している 全ての面は、前記チャンバの中へ漏れる流体の汚染を防ぐように不活性プラスチ ック材料で被覆されている請求項１記載の流体制御システム。
4. 〔請求項４〕前記第１のダイアフラム手段は、前記テヤンバの内部に前記第１の ダイアフラム手段に隣接して配置されたダイアフラム支持部材を含み、前記第１ のダイアフラム手段を通過する流体を前記チャンバの中まで進ませるために、前 記支持部材には開口が形成されている請求項１記載の流体制御システム。
5. 〔請求項５〕前記支持部材は、相対的に伸縮性に欠ける材料から成るシートの両 面に接合される第１の相対的に可撓性の不活性プラスチック材料と、第２の相対 的に可撓性の不活性材料とから構成される多層ダイアフラムアセンブリであり、 前記ダイアフラムアセンブリは前記第１のダイアフラム手段に対して相対的に剛 性ではあるが、可撓性をも示す支持体を形成している請求項４記載の流体制御シ ステム。
6. 〔請求項６〕条件応答弁制御手段を含む無汚染流体システムで使用するための電 気的に作動可能な弁手段において、入口と、出口と、弁座とを形成する手段と； 前記弁座と係合して、前記入口から前記弁手段を通って前記出口に至る流れを終 止させる閉鎖手段を形成する第１のダイアフラム手段と；二次ダイアフラム手段 と； 前記第１のダイアフラム手段及び前記二次ダイアフラム手段と共動して、閉鎖封 じ込めチャンバを形成するハウジング手段と；前記チャンバの内部に前記第１の ダイアフラム手段に隣接して配置され、前記第１のダイアフラム手段を通過する 流体を前記チャンバの中へ進ませるために開口が形成されているダイアフラム支 持手段と；前記チャンバと密封通信状態で配置されて、前記チャンバに入る流体 の有無を検出し、前記チャンバの中への漏れを直ちに指示するために使用される ことができる漏れ検出信号を発生するように動作する漏れ検出器手段と；前記第 １のダイアフラム手段及び前記二次ダイアフラム手段に接続し、前記チヤンバを 通うて廷出して、前記閉鎖手段を開放状態と閉鎖状態との間で移動させ、前記漏 れ検出信号に応答して、前記弁手段を閉鎖させ、前記弁手段を通過する流体の流 れを終止させることにより、チャンバ内の汚染物が流体の流れに侵入するのを阻 止するように動作するアクチュエータ手段とを具備する電気的に作動可能な弁手 段。
7. 〔請求項７〕前記弁はせきを含み、前記閉鎖部材は、前記第１のダイアフラム手 段の表面に形成され、前記せきの表面に係合して、前記弁を通る流体の流路の閉 鎖を生じさせるリブを含む請求項６記載の電気的に作動可能な弁手段。
8. 〔請求項８〕前記漏れ検出器手段は、前記ハウジングの壁にある開口を通って廷 出して、前記チャンバの内部における流体の有無を光学的に検出する光学センサ である請求項６期載の電気的に作動可能な弁手段。
9. 〔請求項９〕前記チャンバを形成している又は前記チャンバの中に位置している 全ての面は、前記チャンバの中ヘ漏れる流体の汚染を防ぐように不活性プラスチ ック材料で被覆されている請求項６記載の電気的に作動可能な弁手段。
10. 〔請求項１０〕前記支持部材は、相対的に伸縮性に欠ける材料から成るシートの 両面に接合される第１の相対的に可撓性の不活性プラスチック材料と、第２の相 対的に可撓性の不活性材料とから構成される多層ダイアフラムアセンブリであり 、前記ダイアフラムアセンブリは前記第１のダイアフラムに対して相対的に剛性 ではあるが、可撓性をも示す支持体を形成している請求項６記載の電気的に作動 可能な弁手段。