JPH1151218A - 弁、ポペット、流体の流れを制御する弁装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 弁体、弁体内のピストン、及び弁座との相互
作用により弁を通る流体流を調節するためにピストンに
連結されるローリング式ダイアフラム・ポペットから成
る弁装置。 【解決手段】 弁体は流体入口通路を形成する弁座を含
む弁室を有する。ピストンは室内に配置され、作動手段
により軸変位する。ポペットはワンピース構造であり、
ピストンの一端に連結される。ポペットは流体流を制御
する円形断面ヘッドを持つ。このヘッドはピストンの一
端に連結できる裏面も持つ。ポペットはヘッド周縁から
軸方向に伸びる非蛇腹構造の円筒形スリーブを含む。フ
ランジはポペット周縁を形成し、弁体と耐漏出シートを
形成する手段を含む。ピストンの軸移動に応じたポペッ
ト・ヘッドの軸変位はピストン壁面と弁体内の同心壁面
間でのスリーブの軸方向の転動による。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、弁部材の劣化を生
じずに腐食性液体にまた液体に有害な影響を与えずに化
学的に純粋な液体に使用できる流体処理装置及びポペッ
トに関し、更に具体的には同様のポペット・ストローク
長を持つ従来のポペットまたはダイアフラム式弁構造よ
り弁をコンパクトサイズにすることができ、かつ化学的
に活動的な液体及び化学的に純粋な液体を劣化すること
なくまた液体に有害な影響を及ぼすことなく移送するた
めに設計されたローリング（転動）式ダイアフラム・ポ
ペットを持つ弁装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】流量制御弁は、弁内部が腐食性の酸性ま
たは苛性の液体に暴される用途、または弁を流れる液体
の純度を維持しなければならない用途に使用される。こ
のような用途の一例は、顕微鏡レベルで生じる汚染を避
けるために制御弁を通じて分配されるプロセス薬品が高
い化学的純度を維持しなければならない半導体製造産業
である。この種の弁は、比較的不活性の材料例えばフル
オロポリマーまたはその他のポリマー材で作られるか、
流れる液体と接触するまたは液体と接触する可能性のあ
る弁の表面が上記の不活性材料で被覆される。

【０００３】当分野において知られている流量制御弁
は、通常、ばね力で閉状態にされ、ソレノイド・アクチ
ュエータによりまたは空気圧または油圧などで操作され
る作動手段により開状態にされる。この種の弁に一般に
使用される弁閉鎖ばねは、金属材料で作られ、弾性作用
をもたらす形態に作られる。この種の流体制御弁は、ま
た、その弁の弁室内に少なくともひとつダイアフラムを
備えている。ダイアフラムは、液体と接触して、流体が
弁室から弁運動機構へそして環境へ漏出するのを防ぐ役
割を果たす。弁棒は、室内で軸上に配置され、ダイアフ
ラムは弁棒の一端に連結されて、弁・ポペット組立体を
形成する。ダイアフラムの周縁部は、弁体の相対する各
端で、隣接する弁体の壁と係合する。

【０００４】弁閉鎖ばねは、一般に、弁を通じて分配さ
れるプロセス流体に暴されない弁・ダイアフラムの面に
隣接して配置される。弁を流れるプロセス流体の流れ
は、室内における弁座に対する弁棒の作動により制御さ
れる。弁棒の動きは、部分的にはダイアフラムの制御さ
れた変形によって調整される。このように組み立てられ
た制御弁は、最終的に生じるダイアフラムの破損の可能
性及びこの種の構造に付随する漏出経路の数の多さによ
り故障を生じやすい。このように組み立てられた弁は、
弁室内の流体が弁運動機構または環境に漏出する場合の
漏出経路または潜在的通路を2 つ持っている。漏出経路
のひとつは、ダイアフラムと弁棒の端間の連結点に形成
され、他の漏出経路は各ダイアフラムの周縁と弁体の壁
の間に形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は次の問題を解
決することを課題とする。ダイアフラムが破損したり漏
出経路から流体が漏出すると、弁室に送られるプロセス
薬品が弁体に流れるかも知れず、ここで腐食性または苛
性薬品が弁ばねと接触して、プロセス薬品のイオン汚染
の源となり、他の下流化学処理ユニットにこれが伝わる
可能性があるので、望ましくない。代わりに、ダイアフ
ラムの破損または漏出の結果、弁室から弁体を経て地面
または環境にプロセス薬品が漏出するかも知れず、特定
のプロセス薬品は、環境への危険または付近にいるオペ
レータの健康に対する危険を生じるかも知れない。

【０００６】ダイアフラムの破損または漏出の可能性
は、高いプロセス圧力または高いプロセス温度の用途に
おいてこの種の弁を使用できる範囲を制限する。この種
の弁に使用されるダイアフラムは、弁棒運動を行うのに
望ましい程度の弾性変形を可能にしかつ弁室から弁運動
室への望ましくないプロセス流体の移動を防ぐためのバ
リアとなるよう設計される。ダイアフラムの究極のバリ
ア機能は、その厚みを最大限大きくすることにより得ら
れるが、最大ダイアフラム厚は、弁棒運動を確実に行う
ために望ましい量の弾性変形を行うことのできるダイア
フラムを備えるという、これと匹敵する必要性に左右さ
れる。弁が安全に運動できる温度及び圧力を制限するの
も、このダイアフラムを変形可能に維持する必要性から
であり、弁に対する最大運動圧力及び温度が関係するこ
とは明らかである。

【０００７】弁棒のストローク長はダイアフラムの直径
と密接に関係するので、前記のような弁棒及びダイアフ
ラム部材を使って組み立てられたポペット組立体を持つ
流量制御弁の構造は、弁自体のサイズに影響を及ぼす。
一般的に言って、望ましい弁棒のストローク長が長くな
れば、それだけ、このストローク長を可能にするダイア
フラムの直径は大きくなる。更に、ある一定の最大圧力
及び温度に合わせた運動に適する特定の弁のサイズは、
特に、適切な変形及びバリア性能特性を持つために必要
とされるダイアフラムのサイズに左右される。一般的に
言って、弁の定格が高く、すなわち流量が多ければ、こ
の流量に耐えるのに適するサイズのダイアフラムが必要
なので、それだけ弁自体が大きくなる。

【０００８】流体処理システムにおいて流体処理装置ま
たは弁装置が占めるスペースが重視されるような流体の
取り扱いにおいては、弁装置がコンパクトであること、
すなわち小さいサイズであることが望ましい。プロセス
液を使って製造される製品の品質を望ましいレベルにす
るために化学的純度が維持されなければならず、環境へ
の工程用液の漏出が望ましくない液体の取り扱いにおい
ては、弁装置が、(1)弁を通じて工程用液を分配する際
弁要素と工程用液が接触することにより生じる汚染物質
がそのプロセスに入り込む可能性を排除し、かつ(2) 工
程用液が弁室から弁の他の部分または環境に漏出する可
能性を最小限に抑えるように、作られることが望まし
い。

【０００９】弁装置は、同じ流量条件で運転するために
設計される従来のダイアフラム式またはポペット式弁よ
り小さい、コンパクト・サイズの構造であることが望ま
しい。弁装置は、腐食性または苛性薬品などと接触する
ことによる劣化に耐えるために高い耐薬品性及び耐熱性
を持つ材料で作られることが望ましい。弁装置は、本質
的に漏出経路を減少して薬品が環境に漏出する可能性を
最小限に抑える結果となる方法で組み立てられることが
望ましい。弁装置は、弁の故障または薬品の漏出の危険
なしに高温及び高圧で運動できることが望ましい。ま
た、弁装置は、弁の製造コストを減らすために従来の製
造原則を使って入手可能な材料で作られることが望まし
い。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明による弁は、弁座を含む流体室が中に配置され
ている流体移送ハウジング；前記流体移送ハウジングと
接続されかつピストン室を持つピストン・ハウジング；
前記ピストン室に配置されたピストン；前記ピストンの
一端に連結されかつ流体室内に配置されたポペット；及
び弁内で前記ピストン並びに前記ポペットを軸方向に作
動するための手段から成り、前記ポペットはヘッドと前
記弁座との間の流体の流れを制御するために前記弁座と
相互作用するのに適したヘッド；前記ヘッドから軸方向
に伸び薄肉構造を持つスリーブ；及び前記スリーブから
半径方向に伸びて前記ポペットの周縁を形成し、前記流
体移送ハウジングと前記ピストン・ハウジングとの間に
挟まれるフランジを含み、前記ピストンの壁面と弁の同
心面との間でスリーブがローリング運動することによ
り、前記スリーブが前記弁内における前記ポペットの軸
方向変位を可能にする構成であることを特徴とする。

【００１１】好適形態において、前記移送ハウジングに
流体が流れないようにするために前記ポペットは前記弁
座との間で閉鎖位置を形成したとき、前記スリーブが前
記ピストンの一端でピストンの壁面の周りに配される構
成である。好適形態において、前記流体移送ハウジング
の流体移送室に溝が配され、かつ前記フランジは、前記
流体移送ハウジングと前記ピストン・ハウジングとの間
に挟まれるとき溝内に配されるトングを持っていて、前
記流体移送ハウジングと前記ピストン・ハウジングとの
間の耐漏出シールを形成する。

【００１２】好適形態において、前記流体移送ハウジン
グに流体が流れるようにするために前記ポペットが前記
弁座との間で開放位置を形成するときに、前記スリーブ
が前記ピストンと同心の弁の壁面に配される構成であ
る。前記ポペットはフルオロポリマー材で作られ、ワン
ピース構造であることが望ましい。

【００１３】好適形態において、前記ポペットが前記弁
座と接触するとき弁座を半径方向に移動させることがで
きるように前記流体移送ハウジングは前記弁座の周りに
同心的に配した溝を持つ。好適形態において、前記ポペ
ットを通り越して流出する流体を検出するために、前記
ピストン・ハウジングを貫通し、前記ポペットの弁座と
反対の側に隣接して位置する漏出検出口を含む。

【００１４】好適形態において、前記ヘッドは、半径方
向に配置されヘッドの自由端から軸方向に伸びるノッチ
を少なくともひとつ持ち、かつ前記ノッチが露出しない
ようにヘッドが挿入されるとき弁座がヘッドと耐漏出フ
ィットするように、また弁座により前記ノッチの一部が
露出するとき流体が流れるようにヘッドが弁座内で締ま
りばめを形成するサイズである。

【００１５】本発明は流体移送装置用のポペットを提供
する。このポペットは、円形半径断面を持つ一体ヘッ
ド；前記ヘッドの周縁から軸方向に伸び、同心の流体移
送装置表面との間で軸方向にローリングする構成の連続
薄肉構造を持つ円筒形スリーブ；及び前記スリーブから
半径方向に伸び、隣接する流体処理装置表面と接して耐
漏出フィットする構成のフランジから成り、かつワンピ
ース構造であることを特徴とする。前記スリーブは一定
の肉厚を有し蛇腹式ではないことが望ましい。

【００１６】本発明は更に流体の流れを制御するための
弁装置を提供する。この弁装置は、軸方向に伸びる室を
持つ弁体；及び前記室内に配置され、その室内で軸方向
に変位可能なピストンに一端で連結され、ワンピース構
造を持ち、かつ円形半径断面及び前記室を通る流体の流
れを制御するために前記室内で弁座と境界を接する構成
の前面を持つヘッド；前記ヘッドの周縁から軸方向に伸
びた非蛇腹構造を持つ円筒形スリーブ；及び前記スリー
ブから半径方向に伸び、ポペットの周縁を形成して弁体
と共に耐漏出シールを作るための手段を含むフランジか
ら成るポペットを含み、前記スリーブが、ピストン壁面
と弁体内の同心面との間で軸方向にローリングすること
により前記室内での前記ヘッドの軸方向変位を可能にす
ることを特徴とする。前記ポペットは、更に、前記ヘッ
ドの裏面から軸方向に突き出る、ポペットをピストンに
連結するための手段；及び前記スリーブに沿って軸方向
に伸び、前記スリーブの半径方向の支えとなるためにピ
ストンの端を配置するのに適した、前記連結手段と前記
スリーブとの間に挟まれる環状キャビティを更に含むこ
とが望ましい。前記弁体と共に耐漏出シールを作る手段
は、その周りに円周状に伸びそこから軸方向に突き出す
トングであり、前記弁体の対応する溝内にこれが配置さ
れていることが望ましい。前記ポペット・ヘッドは、半
径方向に予め決められた奥行きで配されヘッドの長さに
沿って軸方向に一定距離伸びるノッチを少なくともひと
つ持ち、このノッチは線形流量特性を与える長方形であ
ることが望ましい。

【００１７】本発明は更に流体の流量を制御するための
弁装置を提供する。この弁装置は、軸方向に伸びる室を
その中に持つ弁体；前記弁体内で軸上に配置されたピス
トン；前記室内で前記ピストンを軸方向に動かすための
手段；及び前記ピストンの一端に連結されかつ前記弁体
に据え付けられるポペットであって、そのポペットの周
縁を形成し、円形半径断面を持ち、かつ軸方向に伸びか
つ前記弁体の溝内に配されてこれと共に耐漏出シールを
形成するトングを持つフランジ；前記フランジの内径か
ら軸方向に伸び、薄肉構造及び非蛇腹形態を持ち、内径
がピストンの壁面に接するように配置されたスリーブ；
及び前記スリーブから半径方向に内向きに伸び、前記弁
体の弁座と共に耐漏出シールを形成するのに適し、かつ
その裏面で前記ピストンがポペットに連結されるヘッド
を含むワンピース・ポペットから成り、前記スリーブ
は、弁装置を通る流体の流れを制御するために、前記ピ
ストンの壁面と前記弁体の同心壁面間で軸方向にローリ
ングして、前記室内におけるヘッドの軸方向変位を可能
にする構成であることを特徴とする。

【００１８】好適形態において、前記室内で前記ピスト
ンを移動させるための手段は空気圧であり、前記弁体
は、更に、前記室内に配され、外径が前記室の壁面と耐
漏出境界面を形成するドーナッツ形の形態を持ち、前記
ピストンを配置するためにピストン開口部が軸方向に伸
びてその間に耐漏出境界面を形成するピストン・グラン
ドを含み、かつ前記ピストンは、更に、前記室の壁面と
耐漏出境界面を形成するためにそこから半径方向に伸び
るフレア部を含み、前記ピストン・グランド及び前記ピ
ストンのフレア部は前記弁体の室内に空気室を形成して
空気圧によりそのピストン弁室の軸方向移動を可能にす
る構成である。

【００１９】好適形態において、前記室内で前記ピスト
ンを移動させるための手段は、更に、前記室内の弁体と
前記ポペットと反対側の前記ピストンの端との間で軸方
向に配置されるばねを含むんでよい。前記室内で前記ピ
ストンを移動させるるための手段は前記ピストンの回転
運動であり、前記弁体は、更に、前記弁室の壁面に沿っ
たねじ切り部を含み、前記ピストンは、更に、前記壁面
とネジで螺合する壁面に沿ったねじ切り部を含み、かつ
前記ピストンを回転できるように前記弁体から軸方向に
伸びる前記ポペットと反対の端を持ち、かつ前記ピスト
ンは前記ポペットに回転可能に連結されて、前記弁体内
での前記ピストンの回転運動が前記ポペットの回転なし
に前記弁室内での前記ポペットの軸方向変位を生じる構
成であってよい。前記弁体は前記弁室から前記弁体の壁
を貫通する漏出検出口を含み、前記漏出検出口は前記弁
体内で前記弁体の弁座と反対の前記ポペットの側に隣接
して軸方向に配置されていてよい。

【００２０】本発明は更に流体処理装置を通る流体の流
れを制御するための方法を提供する。この方法は、流体
処理装置内でポペットを軸方向に移動し、円筒形の流体
処理装置表面から隣接する同心の円筒形の流体処理装置
表面まで軸方向にヘッドに接続された円筒形ポペット・
スリーブをローリングすることにより、流体処理装置の
流体室内でポペットのヘッドと弁座が境界を接するよう
にする工程から成り、前記スリーブが前記室と耐漏出非
回転連結を形成するポペット・フランジに反対端で連結
されることを特徴とする。

【００２１】好適方法において、流体処理装置内でポペ
ットに非回転式に連結されたピストンを回転することに
よりポペットを移動する工程を更に含み、回転したとき
ピストン及びポペットの軸方向の運動を生じるために、
ピストンが流体処理装置の対応するねじ切り壁部と螺合
するねじ切り壁部を有する。更に、線形流量制御のため
に弁座の直径にわたってポペット・ヘッドを軸方向に移
動する工程を含み、ポペット・ヘッドが半径方向に配さ
れるノッチを少なくともひとつ有することが好ましい。

【００２２】上記説明から理解されるように、本発明の
原則に従って組み立てられる流量制御装置は、一般に、
弁体、弁体内に配置されるピストン、及び弁体内におい
て弁座との相互作用により弁を通る流体の流れを調節す
るためにピストンに連結されるローリング式ダイアフラ
ム・ポペットから成る。更に具体的には、弁体は、その
中を中央室が貫通する1 つまたは2 つ以上の積み重ね部
材により形成することができる。室は、室への流体入口
通路を形成する弁座を一方の端に含んでいる。ピストン
は室内に配置され、作動手段によりその中で軸方向に変
位するのに適している。

【００２３】本発明に従ったローリング式ダイアフラム
・ポペットはピストンの一端に連結され、ワンピース構
造である。ポペットのヘッドは、円形半径断面を持ち、
その前面は室内で弁座と境界を接して室ーを通る流体の
流れを制御するのに適する。ヘッドは、またピストンの
一端と連結するのに適する裏面も持つ。ポペットは、ヘ
ッドの周縁から軸方向に伸びる非蛇腹構造の円筒形のス
リーブを含んでいる。フランジはスリーブから半径方向
に伸びて、ポペットの周縁を形成する。フランジは、弁
体と耐漏出シートを作るための手段を含んでいる。ピス
トンの軸方向運動に応じた室内でのポペット・ヘッドの
軸方向変位は、ピストン壁面と弁体内の同心壁面の間で
のスリーブの軸方向ローリング運動によってもたらされ
る。

【００２４】本発明のローリング式ダイアフラム・ポペ
ット及び流体処理装置は、(1) 比較的小さい直径のポペ
ットを使ってポペット・ストローク長さを長くするの
で、流体処理装置のサイズをコンパクトにすることがで
き、(2) ワンピース・ポペットなので流体処理装置全体
の及び（または）環境への漏出経路の数を減らし、それ
により環境に危険なあるいは付近にいるオペレータの健
康に危険となる可能性のある腐食性または苛性薬品の漏
出の可能性を減らし、(3) ポペット・スリーブがローリ
ング構造であるため、また純度の高い浸食性の化学工程
用液にフルオロポリマー材を使用するために、可動ダイ
アフラム部材の劣化による粒子状物質の発生を減らす
か、発生をなくし、かつ(4) 同等の能力の従来のダイア
フラム式弁を使用する場合より高い工程流量、流体温度
及び圧力での運転を可能にする。

【００２５】

【実施例】本発明の実施により組み立てられる弁装置
は、作動ピストンに連結されるローリング式ダイアフラ
ム・ポペットを含んでいる。ローリング式ダイアフラム
・ポペットは、ダイアフラム変形運動によってではなく
ポペットの軸方向ローリング運動により弁内で軸方向に
ポペットを変位させるので、弁装置をコンパクト・サイ
ズに組み立てることができ、同時に同一サイズの従来の
ダイアフラム式弁より長いポペット・ストロークを持ち
より大きなプロセス流量及び圧力で運転できるよう、組
み立てることができる。

【００２６】図1 を参照すると、本発明の実施により提
供される第一実施態様の弁装置10は、図1 の下から上に
向かって、土台14、土台14の上面に配置される流体移送
ハウジング（FTH ）16、FTH16 の上面に配置されるピス
トン・ハウジング18によって構成される弁体12から成
る。ネジ20またはその他の適切な連結手段がピストン本
体18及びFTH16 を貫通して、土台14にねじ込まれて、ピ
ストン本体及びFTH16 を土台に取り付ける。

【００２７】FTH16 は、その側壁の一方に流体吸い込み
口22及び反対の側壁に流体吐き出し口24（図2 に示され
ている）を持っている。弁装置の空気（または空気圧）
作動の実施態様においては、ピストン・ハウジング18
は、その側壁を貫通する吸気口26及び排気口すなわちベ
ント28を含んでいる。弁装置内における流体漏出の発生
を監視するために、FTH は、その側壁のひとつを貫通す
る漏出検出口30を持つ構成にすることもできる。

【００２８】図2 に示され、下に詳細に説明されるとお
り、ポペット組立体78は、ピストン・ハウジング18内に
配置され、その一端にローリング式ダイアフラム・ポペ
ット86を含んでいる。ポペット86は、FTH16 内で弁座と
相互作用してポペット組立体作動に応じてFTH を通る流
体の流れを制御し、かつFTH と耐漏出シールを作って外
部環境あるいはピストン・ハウジング18への流体の漏出
を防ぐよう設計される。弁を通る流体の流れを制御する
ためにローリング式ダイアフラム・ポペットを使用する
と、同じサイズの従来のダイアフラム式弁に比べて比較
的長いポペット・ストロークを持ち、より大きなプロセ
ス流体流量及び圧力を処理できる、コンパクトな弁の組
立が可能となる。

【００２９】図1 及び2 において図解され説明される弁
装置の実施態様は、空気圧作動のポペット組立体を持つ
設計である。ポペット組立体の他の作動手段、例えば機
械的手段、ソレノイド、油圧作動手段などに合わせるた
めに、発明の精神から逸脱することなく、弁装置の設計
を変更できることは言うまでもない。図2 を参照する
と、FTH16 は、流体吸い込み口22からFTH を軸方向に上
向きに伸びる流体入り口通路32を含んでいる。弁座34
は、流体入り口通路32の一端の周りに円周状に広がる。
FTH 内には弁座34と同心に溝36が設けられ、ポペットを
弁座34と接触させるときポペットに応じて弁座34が半径
方向に外側に動けるように設計される。FTH は、弁座34
からピストン・ハウジング18に面するFTH の端に向かっ
て上向きに伸びる流体室38を含んでいる。流体室は、流
体を弁座34を通り過ぎて流体出口通路40に、そして流体
吐き出し口24を通じてFTH の外に送るように設計され
る。FTH は、流体室38内の周縁に円周状に溝42を持つ。
溝42は、下にもっと詳しく説明する通り、ポペットの対
応するトング（凸部）を収めてポペットとの間の耐漏出
シールとなるよう設計される。

【００３０】FTH16 の一端にはピストン・ハウジング18
が連結される。ピストン・ハウジングは、FTH と境界を
接するピストン・ハウジングの開放端46からピストン・
ハウジングの反対側の閉鎖端48までピストン・ハウジン
グを軸方向に貫通するピストン室44を含んでいる。上に
述べたように、ピストン・ハウジングは、空気圧作動で
ポペット組立体を動かすよう作られる場合、それぞれピ
ストン・ハウジング側壁を貫通する吸気口26及び排気口
28を含んでいる。さらに、ピストン・ハウジングは、そ
の側壁を貫通する漏出検出口30を通じて漏出を検出する
ように構成することができる。望ましい実施態様におい
ては、ピストン室44は、環状半径断面を持ち、開放端46
から軸方向に一定距離伸びる第一直径部50及び第一直径
部50からピストン・ハウジングの閉鎖端48まで軸方向に
伸びるもっと小さい第二直径部52の両方を含んでいる。
ピストン室44は、その中にピストン・グランド（パッキ
ン押さえ）54を不動でまたは移動不能に配置できるよう
に、上記の通りに構成される。ピストン・グランドは、
空気作動ポペット組立体がピストン室内に気密加圧室を
作ることが望ましい用途において使用される。ピストン
・グランド54は、ポペット組立体・ピストン80を中に配
置できるように中央開口部56が軸方向に貫通するドーナ
ツ形環状構造を持つ。グランド54の外壁面は、ピストン
室の第一直径部50内に配置できるサイズの第一直径部5
8、及びピストン室の第二直径部52内に配置できるサイ
ズの第二直径部60を持つ。ピストン室44の開放端46に装
着される際、グランドの軸方向の最大位置は、それぞれ
ピストン室とグランドの第一及び第二直径部が接する時
ピストン室及びグランドに形成される相補的なショルダ
間の相互作用により制限される。グランド54の軸方向の
サイズは、ピストン室に装着されるとき開放端46を超え
ないように定められる。

【００３１】漏出検出が望まれる用途においては、グラ
ンド54は、中央開口部56から第一直径部58まで半径方向
に貫通する漏出通路64を持つ。ピストン室内に装着され
る場合、漏出通路64は、第一直径部58の環状溝との間で
流体の流れを伝達しており、前記の溝は、ピストン・ハ
ウジングの漏出検出口30との間で流体の流れを伝達し
て、プロセス流体が流体室38を超えてピストン室に漏出
した場合流体の流れを漏出口に流れやすくする。このよ
うに構成された弁を使用する漏出検出は、侵略的または
非侵略的漏出センサーまたは可視指示など従来の漏出検
出手段を使って行うことができる。

【００３２】ピストン・グランド54は、その外径面の周
りにひとつまたは複数の環状シールを持ち、隣接するピ
ストン室の壁面と耐漏出シールを形成する。望ましい実
施態様においては、グランドは、その第一直径部58の周
りに円周状に伸び溝68の中に配置される第一環状シール
66、及び第二直径部60の周りに円周状に伸び溝72の中に
配置される第二環状シール70を含んでいる。第一及び第
二環状シール66及び70は、漏出通路64がその間に位置す
るようにグランドに沿って軸方向に位置する。グランド
は、また、溝76内で中央開口部56表面に円周状に伸びる
第三環状シール74も含んでいる。第三環状シール74は、
第二環状シール70と同じ漏出通路64の側にグランドに沿
って軸方向に位置し、両方のシールは、流体室38からの
流体の漏れがグランドを超えてピストン室に流れるのを
防ぎ、漏出する流体を漏出検出のために漏出通路64に向
ける。第三環状シールは、また、空気作動ピストン運動
を生じるためにピストンに対して気密シールを形成す
る。第一、第二及び第三環状シールは、望ましい弾性特
性を持つ材料から作られるO リング形シールが望まし
い。耐薬品性も望まれる場合、O リング・シールは、ヴ
ァイトン（Viton)からまたはその他のタイプのフッ素エ
ラストマー材から造ることができる。

【００３３】ポペット組立体78は、ピストン室44内で軸
上に配置される。ポペット組立体78は、軸方向の一端に
ヘッド部82を持ち軸方向の反対端にテイル部84を持つピ
ストン80、及びそのヘッド部に連結されるローリング式
ダイアフラム・ポペット86から成る。ピストン80は、一
般的に円筒形で、ヘッド部82から軸方向に一定距離伸び
る中空通路88を含んでいる。中空通路88は、ポペット86
のステム部分118 をその中に収め、これと連結するため
の構造を持つ。ピストン80の外面は、ヘッド部から軸方
向に一定距離伸びる第一直径90、及びそこから軸方向に
一定距離伸びる第一直径部より多少大きい第二直径部92
を持つ。ピストン80の第二直径部92は、ピストン・グラ
ンド54の中央開口部56内にぴったりはまるサイズなの
で、ピストンと第三環状シール74の間に耐漏出シールが
形成される。ピストンの第一直径部90をピストンの第二
直径部92より小さいサイズにする理由については、下で
ポペットに関連して説明する。

【００３４】ピストン80は、第二直径部92から半径方向
に伸び、ピストン室44第二直径部52内にぴったりはまる
サイズの外径を持つフレア部を含んでいる。フレア部94
は軸方向でピストンの真ん中付近に位置し、ピストン室
の壁面に面する位置にある外面の周りに円周状に溝96を
持っている。環状シール98がこの溝の中に配置され、ピ
ストンとピストン室の間の耐漏出シールとなる。環状シ
ール98は、第一、第二及び第三環状シールについて上に
説明したのと同じタイプの材料で作ることができる。フ
レア部94の裏面100 、すなわちピストンのテイル部84向
きのフレア部の面は、その上に弁ばね102 の一端を配置
するのに適している。

【００３５】軸方向にピストン84のフレア部94からテイ
ル部84に向かうと、ピストンは、フレア部94からテイル
部84まで軸方向に伸びる第三直径部104 を持つ。第三直
径部104 は、ポペット組立体が作動されるときばねと巻
き付かないようにするために弁ばね102 のコイル内には
まるサイズである。望ましい実施態様においては、ピス
トンの第三直径部102 は、第二直径部92より多少小さい
サイズである。ピストン80のテイル部84は、第三直径部
104 から軸方向に一定距離伸びて、ピストンの一端を形
成する。テイル部84の直径は、第三直径部104 より小さ
いサイズなので、移行点にショルダ106 が形成される。

【００３６】ピストン80は、テイル部84が開口部108 内
でピストン・ハウジング18の閉鎖端48を通り抜けて配置
されるようにピストン室44に装着される。テイル部は、
その外面の周りに円周状に伸びる溝110 及び溝110 内に
配置される環状シール112 を含んでおり、ピストン・テ
イル部と開口部108 との間に耐漏出シールが形成され
る。弁ばね102 は、ピストン・ハウジング18の閉鎖端48
とピストンのフレア部94の裏面100 の間に、第三直径部
104 及びピストン・テイル部84の周りに同心になるよう
配置される。ポペット・グランド54は、グランド中央開
口部56とピストン第二直径部92の間に耐漏出シールが形
成されるようにピストンの周りに配置される。

【００３７】図2 及び3 を参照すると、ポペット86はロ
ーリング式ダイアフラムの形であり、従って、ローリン
グ式ダイアフラム・ポペットと呼ぶことができる。ポペ
ットは、中央に位置し、弁座34と接触してこれとの間に
耐漏出シールを形成するのに適した前面116 を持つヘッ
ド114 を含んでいる。ポペット・ヘッド114 は、平らな
前面116 を持つように構成することもできるし、非平面
の前面を持つよう構成することもできる。例えば、図2
及び3 に示される通り、ポペット・ヘッドを半径方向内
向きに面取りされた縁部を持つよう構成することができ
る。このような実施例においては、ポペット・ヘッドの
縁部を約45度の角度で内側に面取りすることができる。

【００３８】ポペット・ステム118 は、ヘッド114 の裏
面から反対側に軸方向に突き出し、ピストンのヘッド部
82の中空通路88にぴったりはまって連結するの構成であ
る。一実施態様においては、ポペット・ステム118 は、
ピストン・ヘッド部82の中空通路88内の対応するネジ山
と螺合するようにねじ切りされる。その代わりに、ポペ
ット・ステム118 を、ピストン・ヘッド部の中空通路と
の間で締まりばめなどになるように構成して、これに連
結することができる。例えば、図4 を参照すると、相補
的形状を持つピストン・ヘッド部82の中空通路88にパチ
ッとはまる矢形のステム118 を持つ形にすることができ
る。

【００３９】所望により、軸方向の構造的剛性が強化さ
れたピストンを形成するために、ピストン・インサート
（図示されていない）を配置できるようにするために、
ピストンの中空通路88をポペット・ステム118 より大き
な深さを持つ形にすることができる。ピストン・インサ
ートは、ピストンを構造的に強化できるセラミック材な
どの不活性材料で作ることができる。ピストン・インサ
ートの望ましい使用時の例としては、高温または高圧プ
ロセス流体用に弁装置を使用する場合すなわち強化され
たピストン剛性が望ましい場合がある。

【００４０】ヘッド114 から半径方向に移動すると、ポ
ペットは、ヘッドからポペット・フランジ122 まで半径
方向に伸びる、ポペット・ヘッド114 と一体のスリーブ
120を持っている。本発明のローリング式ダイアフラム
・ポペットの重要な特徴は、ワンピース構造として構成
されていることである。この種のワンピース・ポペット
構造は、弁全体の潜在的漏出経路の数を最小限に抑える
ことによりトランスポート室38からピストン室44への流
体漏出の可能性を最小限に抑えるので、非常に望まし
い。従来のダイアフラム式弁においては、一般に弁棒が
ダイアフラムの孔または開口部に配置される。この種の
マルチピース構造においては、弁棒とダイアフラムとの
間に内在的に漏出経路が生じ、これを通ってプロセス流
体が弁から出ていく可能性がある。本発明のローリング
式ダイアフラム・ポペットのワンピース構造は、この漏
出経路を取り除くことにより、弁を通じてのまたは弁か
らの望ましくない流体漏出の可能性を低くする。

【００４１】スリーブ120 は、ヘッド114 とフランジ12
2 間に伸びる連続薄肉構造の形状であり、スリーブの軸
方向のローリング及び非ローリング運動により固定フラ
ンジ122 に対するヘッドの軸方向移動を可能にする。ス
リーブは非蛇腹構造であることを指摘しておく必要があ
る。スリーブは、円筒形または円錐形の断面図を持つ形
態、すなわち一定または先細の直径を持つ形態であるこ
とが望ましい。スリーブが一定の肉厚を持つことも望ま
れる。スリーブは、蛇腹形スリーブが与えるようなアコ
ーディオン式のスタッキング運動によるのでなく軸方向
のローリング運動によりポペット・ヘッドの軸方向の移
動を容易にする。下で論じる通り、この設計の主要な特
徴は、スリーブがいつでもその内面に沿ってそれぞれピ
ストン及びピストン・グランド中央開口部により支持さ
れていることである。この設計は、可動部の無支持変形
が無いので、この種の無支持変形による破損またはその
他の故障の危険がないため、弾性変形によりポペットを
動かす無支持ダイアフラムを組み込む従来の弁設計より
優れている。スリーブのこのような支持ローリング作用
により、ポペットは、従来のダイアフラム式弁より高い
プロセス流体温度及び圧力で機能することが可能にな
る。

【００４２】再び図2 及び3 を参照すると、フランジ12
2 の軸方向の厚みは、空気作動弁を実現するためにFTH1
6 とピストン・ハウジング18間、更に特定して言うとFT
H とピストン・グランド54間の連結構造となるために、
スリーブ120 より大きい。フランジ122 の前面は、流体
室38の溝42内にぴったりはまるサイズのトング124 を含
んでいる。トング124 は、ポペット86がピストン・ハウ
ジング18とFTH16 の間に挟まれるときFTH16 の上に安定
してフランジ122 を配置できるように段付き構造を持つ
ことが望ましい。フランジ122 は、トング124 からフラ
ンジの裏面まで軸方向に伸び、かつFTH 及びピストン・
ハウジング第一直径部50の両方にぴったりはまるサイズ
の直径を持つ平らな外径面126 を持つ。ポペット・フラ
ンジの主要な特徴は、トング124 のサイズが流体室38の
溝を完全に埋める半径方向の幅及び軸方向の長さを持っ
ていて、FTH 内の残留液量を排除すると同時にFTH とピ
ストン・ハウジングの間の耐漏出シールを提供すること
である。

【００４３】ポペット・フランジ122 の裏面は平らであ
り、空気作動弁の場合ピストン・グランド54とまたはピ
ストン・ハウジングと境界を接するために相補的な面を
持つ。円形のキャビティ128 は、ヘッド114 の裏面の周
り、ステム118 とスリーブ128 の間に伸び、スリーブを
ステムから分離すると同時にピストンのヘッド部82をそ
の中に配置することができる。図2 に示される通り、ピ
ストン・ヘッド部82は、ポペット・ステム118 がピスト
ン中空通路88に入れられこれに連結されるとき、キャビ
ティ128 内にぴったりはまり、これを完全に満たす。

【００４４】図2 及び3 に図解されるような実施例にお
いては、高さ約177 ミリメートル（土台の底面からピス
トン・ハウジング最上部まで測って）及び幅約60ミリメ
ートル（流体吸い込み口から吐き出し口まで測って）の
弁装置内にぴったりはまる構造のポペット86のフランジ
122 の直径は約33ミリメートル、半径幅約7 ミリメート
ル、軸方向長さ約6 ミリメートル、ヘッド直径約14ミリ
メートル、スリーブ120 肉厚約0.4 ミリメートル、スリ
ーブ長さ約6 ミリメートル、ステム直径約9 ミリメート
ル、及びステム118 長さ約20ミリメートルで、キャビテ
ィ128 半径幅は約2 ミリメートルである。

【００４５】ポペット86は、ピストン及び弁ばね102 が
ピストン・ハウジング18に装着され、ピストン・グラン
ド54がピストンに被せて配置されピストン室44内に位置
決めされた後、ピストン80に連結される。次に、ポペッ
ト組立体78を含むピストン・ハウジング18が、ポペット
のトング124 が流体室の溝42にぴったりはまるようにFT
H の上に据え付けられる。図2 に示される通り、ポペッ
ト組立体78は、ポペット86のヘッド114 が弁座34に接す
るように配置されるとき閉状態になり、流体入口通路32
内の流体が流体室38に入るのを防ぐ。弁ばね102 により
与えられるばね圧の作用により、ポペット組立体は、上
記の閉状態に維持される。すなわち、弁装置は通常は閉
鎖動作するように構成される。代わりに、ピストンのフ
レア部の前面とグランド54の裏面との間に弁ばね102 を
挟んで、弁を通常は開放動作するように構成されてよ
い。

【００４６】ポペット組立体が閉状態の時、ポペット・
スリーブ120 は流体室38の中に向かって軸方向に伸び、
ピストン・ヘッド部82の壁面がスリーブ120 の内面を支
える。ポペット86が閉状態のときスリーブ120 の内面を
支えるためのヘッド部82の設計は、比較的薄いスリーブ
が高いプロセス流体圧力及び／又は温度作用により変形
するのを防ぐので、主要な設計上の特徴である。

【００４７】図5 に示される通り、吸気口26を通じてピ
ストン室のピストンのフレア部94とピストン・グランド
54の間にある空気室130 に、弁ばね102 により加わるば
ね圧と均衡しこれを凌ぐのに充分な量の空気圧が送られ
ると、ピストン80は、ピストン室44内で閉鎖端48に向か
って軸方向に移動する。ピストンは、ピストン・ハウジ
ング閉鎖端48からピストンに向かって軸方向に一定距離
突き出る縁部130 にピストン・ショルダ106 が接するま
で、ピストン室44内で軸方向に移動する。ピストンがピ
ストン室内で軸方向に動くとき、ピストンのフレア部94
とピストン・ハウジング閉鎖端48との間にあるピストン
室内の空気は、排気口28を通じてそこから移動する。す
なわち排気される。

【００４８】ピストン室内でピストン80が軸方向に変位
すると、ポペット・ヘッド114 が弁座34から外れるの
で、流体入口通路32内の流体が、流体室38に入り、流体
出口通路40を通じて流体吐き出し口までFTH 内を通過で
きる。また、ピストン室内におけるピストン80の軸方向
の変位により、ポペット・スリーブ120 は、ピストンか
ら隣接するピストン・グランド中央開口部56の同心内面
に軸方向にローリングする。

【００４９】スリーブの上記のローリング作用及び隣接
する弁表面間例えばピストンとピストン・グランド開口
部の間でのスリーブの移動を可能にするために、スリー
ブのローリング直径を収めるのに充分な空隙が表面間に
存在することが重要である。例えば、図2 に示される望
ましい弁装置の実施態様において、ピストン第一直径部
90はピストン・グランド中央開口部56より小さいサイズ
であり、その間に約1.2 ミリメートルの空隙を作る。こ
の空隙は、約0.4 ミリメートルの肉厚を持つポペット・
スリーブがローリングするのに充分である。

【００５０】上に述べたように、本発明の主要な特徴
は、(1) ワンピース構造を持ち、(2)弁座に対して耐漏
出シールとなり、(3)FTH16との間で耐漏出シールとな
り、かつ(4) 破損またはその他の種類の変形関係の故障
を生じる危険なしに軸方向のローリング運動により比較
的長いポペット・ストロークを可能にする、ローリング
式ダイアフラム・ポペットの設計である。ポペットの別
の望ましい特徴は、その設計及び構造材料のおかげで、
これを使用することにより、可動部（すなわちスリー
ブ）の劣化から生じる粒子状物質の発生が防止されるこ
とである。

【００５１】ローリング式ダイアフラム・ポペットの重
要な特徴は、流体室内でのポペット・ストロークを比較
的長くすることができる一方、ポペット直径が比較的小
さいことである。従来のダイアフラム式弁の場合には、
ポペットまたは弁棒のストロークを長くするためには、
もっと大きい直径のダイアフラムを使用する必要があ
る。これは、ダイアフラム破損の可能性を最小限に抑え
るために弁棒運動中ダイアフラム変形量を制御する必要
があるためである。本発明のポペットは、ダイアフラム
変形ではなくスリーブの軸方向のローリングによりポペ
ット移動を可能にするので、ポペット直径を増大せずに
ポペット・スリーブの軸方向の長さを変動することによ
り長いストローク長に合わせることができる。この設計
特徴により、このようなポペットを組み込んだ弁を、従
来のダイアフラム技術を使って可能なサイズよりコンパ
クトなサイズで構成することが可能となる。

【００５２】本発明のポペットが、特定的に上に説明さ
れ図1 及び2 において図解されるものとは異なる設計の
流量制御弁に使用できること、及び上記の流量制御弁の
実施態様は参考として示されたことは明白である。例え
ば、本発明のポペットは、手動またはソレノイド操作の
流量制御弁に使用できる。このような実施態様において
は、ピストン・ハウジングを図2 に示されるのとは異な
る設計にすることができる。例えば、このような非空気
作動の実施態様において、ピストン室は、ピストン・グ
ランドを含まず（空気室を作るまたはこれを持つ必要が
ないので）、ピストンはフレア部をもつ必要がない（ピ
ストン室内に気密シールを作るまたはこれを持つ必要が
ないので）。前記の実施態様においては、ピストン室
は、(1) ピストンをこれに配置できるようにするために
ピストンより多少大きいサイズの内径を持ち、(2) ポペ
ットが開状態へ移動するときポペット・スリーブの支持
体となり、かつ(3) ポペット・フランジの裏面と当接す
る。

【００５３】本発明に従って構成されるポペットは、弁
以外の流体処理装置に使用することもできる。例えば、
本発明に従ったローリング式ダイアフラム・ポペットを
往復ポンプの加圧部材として働くように構成することが
できる。このような実施態様において、ポペットは、往
復ピストンに連結され、弁付き圧力室内で往復して、圧
力室内でのポペットの往復軸方向変位と同期して圧力室
からの及び圧力室への流体の継続的出入りを可能にす
る。

【００５４】本発明のポペットは、流量を正確に制御す
るために設計されるニードル弁またはプラグ弁の組立に
使用できる。図6 は、本発明の原則に従って組み立てら
れ、流体吸い込み口136 、流体入口通路138 及び流体吐
き出し口が配置されるFTH134を含む、プラグ弁132 の形
をとる第二の実施態様の弁装置を図解している。ピスト
ン・ハウジング142 は、FTH134の上に配置され、これに
ねじ込み式に連結される。ポペット組立体144 は、ピス
トン・ハウジング142 のピストン室146 及びFTH の流体
室148 内に軸上に配置され、ピストン150 及びローリン
グ式ダイアフラム・ポペット152 を含む。

【００５５】ピストン150 は、その軸方向の一端にテイ
ル部154 及び反対側の端にヘッド部156 を持つ。ヘッド
部156 には、そこから軸方向に一定距離伸びる突起158
が含まれる。突起158 は、ポペット152 裏面の対応する
キャビティ160 と協動してこれと連結するように構成さ
れる。ヘッド部156 は、ピストン150 に沿って軸方向に
一定距離伸びる第一直径部162 を持つ。第一直径部より
大きい第二直径部164は、第一直径部162 から半径方向
に突き出たフレア部166 まで、ピストン150 に沿って軸
方向に伸びる。第二直径部164 は、ピストン室146 内に
おけるその軸方向の変位を容易にするために、ピストン
室146 の第一直径部168 内にぴったりはまるサイズとす
る。

【００５６】フレア部166 の直径は、ピストン室146 内
におけるその軸方向の変位を容易にするために、ピスト
ン室146 の第二直径部170 内にぴったりはまるサイズで
ある。ピストン150 は、フレア部166 から軸方向に一定
距離伸び、かつ第二直径部164 のサイズより大きくフレ
ア部166 のサイズより小さい、第三直径部172 を持つ。
ピストン室の第二直径部170 は、ピストンに向かって円
周状に内向きに突き出る縁部174 を含むので、ピストン
のフレア部166 の軸方向の移動をピストン室の第二直径
部内に制限する。

【００５７】ピストンの第三直径部から軸方向に動く
と、ピストンは、ピストン室の隣接するねじ切り部178
と相補的なサイズ及び形状を持つねじ切り部176 を持
つ。ピストンは、ねじ切り部176 からテイル部154 まで
軸方向に一定距離伸び、かつ第三直径部172 と同じ直径
を持つ第四直径部180 を含む。ピストンのテイル部154
には、ピストン室のねじ切り部178 より直径の大きい、
半径方向に突き出るノブ182 があり、指の間にピストン
をつかみこれを回しやすくする。

【００５８】ローリング式ダイアフラム・ポペット152
は、ピストンのヘッド部156 に連結され、そのヘッド18
4 の前面は、ポペットがFTH 流体室内で閉状態にされる
とき（図5 に示される通り）FTH 流体室148 の弁座188
と接触するのに適している。上で説明され、図2 、3 及
び4 に示される通り、ヘッド186 から半径方向に移動す
ると、ポペットは、ヘッドからフランジ192 まで軸方向
に伸びるスリーブ190を持っている。スリーブ190 は、
ポペットがFTH 内で閉状態にあるときピストンの隣接す
る同心第一直径部162 上で、あるいはポペットがFTH 内
で開状態にあるときピストン室146 の隣接する第一直径
部168 上で軸方向にローリングできるように、薄肉構造
を持つように設計される。

【００５９】ポペット・フランジ192 は、上に説明され
図2 から4 において図解されるのと同じように組み立て
られる。FTH 流体室148 には、フランジ・トング196 を
配置できるようにその周りに円周状に溝194 が配置され
る。トング196 及びフランジ194 は、上に説明されると
おり、その中の残留液を排除し、かつフランジ192 がFT
H とピストン・ハウジングの間に挟まれるとき耐漏出シ
ールとなるサイズとする。

【００６０】プラグ弁132 は、ピストンのフレア部166
がピストン室の縁部174 を越えてピストン室第二直径部
170 に進むようにピストン150 をピストン室に配置する
ことにより組み立てられる。ポペット152 は、ピストン
・ヘッド部に被せて配置され、突起158 が、ポペット・
ヘッド184 の裏側に用意されるキャビティ160 に差し込
まれる。ポペット・フランジ192 は、そのトング196 が
流体トランスポート室の溝194 内に配置されるようにFT
H 流体室に入れられ、ピストン・ハウジング／ピストン
組立体は、ピストン・ハウジングとFTH の間の螺合によ
りFTH に連結される。

【００６１】ポペット・スリーブ190 は、ピストン及び
ピストン室の両方に沿って軸方向にローリングすること
により、流体室内におけるポペットの軸方向の変位を可
能にする。ピストン及びピストン室は共に、スリーブの
内面の支えとなるので、スリーブの望ましくない変形を
防ぐ。ピストンのテイル部154 を第一の方向に回転する
ことにより、ピストンとピストン室のネジ協動を通じて
ピストン150 はFTH に向かって動き、ポペット・ヘッド
184 は弁座188 と接触して、ポペット152 は、FTH 流体
室内で閉状態になる。ピストンは、ピストンの突起158
とポペットのキャビティ160 の間に形成されるルーズ・
フィットによりポペット内で回転するように構成され
る。ピストンのテイル部154 を第一方向と逆の第二方向
に回転させて、ピストンをFTH と反対側に動かし、ポペ
ット・ヘッドを弁座188 から離すことにより、ポペット
152 は開状態になる。

【００６２】上に説明され図6 に図解される通り構成さ
れる、本発明のローリング式ダイアフラム・ポペットを
含むプラグ弁は、図2 に図解される弁装置について上に
説明したのと同じ主要な特徴を持っている。図7 は、定
められた流量を超える流体の流れを正確に制御するよう
に構成されたローリング式ダイアフラム・ポペット198
を含む第二実施態様の弁装置を図解している。特に、ポ
ペット198 のヘッド200 は、一般に円筒形半径断面を持
ち、流体入口通路202 内に低許容差ではまるサイズとす
る。ポペット・ヘッドと流体入口通路の間の低許容差フ
ィットすなわち締まりばめは、入口通路内でポペットを
安定させることにより、その中でのポペットの側面方向
の動き及びこれに関連する流量の変動を排除する主要な
設計特徴である。

【００６３】ポペット・ヘッド200 は、ヘッドの前面20
6 からヘッドに沿って軸方向に向かい、ヘッドに向かっ
て半径方向内向きに突き出るノッチ204 を持っている。
ノッチは多様な幾何学的形状を持つことができる。例え
ば、図8 に示されるように、ノッチ204 はヘッド200 前
面すなわち自由端から見て、前面から軸方向に一定距離
でゼロになる（すなわち、ヘッドの円筒形の外面と融合
する）傾斜深度を持つV 形構造にすることができる。そ
の代わりに、ノッチを、ポペット・ヘッドの一部をその
軸に対して一定角度で半径方向にスライスすることによ
り作られる三日月形にすることができる。各実施態様に
おいて、前記のスライスは、ポペット・ヘッドの自由端
から軸方向に予め決められた距離まで達し、自由端から
半径方向外向きに伸びる。

【００６４】ノッチは、また、弁が線形流量特性を持つ
ように構成することもできる。ここで使われる線形流量
とは、FTH を通る流体の流量が流体入口通路202 内での
ポペットの軸方向の変位に対して線形に変化することを
意味する。例えば、図9 を参照すると、ノッチ204 は、
線形流量特性を持つ長方形である。ヘッド200 の前面か
ら見ると、ノッチ204 は、定められた幅及び半径方向の
奥行きを持ち、ポペット・ヘッドに沿って前面から軸方
向に一定距離伸びる軸方向高さを持つ。ノッチの正確な
サイズ及びポペット・ヘッドに配置されるノッチの数
は、特定の弁用途に望まれる流体流量の範囲に応じて変
えることができる。

【００６５】特に弁が線形流量特性を持つように設計さ
れるポペット・ヘッドの実施態様の重要な特徴は、幾何
級数的（すなわち非線形）流量特性を持つ従来のニード
ル弁と比較して、低い流量状態で流体流量に対する制御
を強化できることである。前記のような幾何級数的流量
特性を生じる弁の使用は、一定範囲の流量に対して正確
な流量制御及び流量調整が望ましいまたはこれが必要な
用途においては、望ましくない。

【００６６】更に図7 を参照すると、ノッチ204 が完全
に弁座212 の下に配置されるように、ポペット198 は、
ポペット・ヘッド200 が流体入口通路202 内で充分な深
さに位置するようにFTH 流体室208 内に配置される。ピ
ストン214 を回転、あるいはFTH から軸方向に離れるよ
うに動かすと、ポペット・ヘッド200 は、流体入口通路
202 から退いて、ノッチ204 は弁座212 を通り越して移
動するので、流体の流れがポペット・ヘッド200 を越え
て流体室208 に流れ込み、流体出口通路214 に流れ始め
る。

【００６７】上に説明され図7 から9 までに図解される
通りのポペットが流量特性に対する弁の制御を改良でき
るようにする主要な特徴は、FTH へのポペットの固定ま
たは回転不能連結である。流体入口通路202 内における
ポペット・ヘッド200 のこの非回転軸方向移動は、従来
の回転式流量制御部材によって生じることが知られてい
る望ましくない流量効果または変動を排除する。従来の
ニードル弁においては、流量制御部材は、弁を通る流体
の流量を調節するために流体室内で軸方向に移動すると
き、流体室内で回転可能である。この種の流量制御部材
の回転は、弁の流量特性に変動を来たし、一定の流量範
囲に対して正確な流量制御を行う弁の能力を阻害するこ
とが知られている。FTH 内におけるポペットの非回転式
連結は、このような回転により引き起こされる流量特性
の変動を排除する。

【００６８】ポペットを安定させるための流体入口通路
内におけるポペット・ヘッドの締まりばめ及びFTH への
ポペットの非回転式連結は、共に、弁内でのポペットの
配置を安定させ、これを制御するよう作用するので、従
来のニードル弁においてこれまで可能であったより高い
水準の流体流量に対する制御を可能にする。更に、本発
明の弁が線形流量特性を持つように構成されるポペット
を含む場合、流体流量に対する制御は更に強化される。

【００６９】本発明の原則に従って組み立てられる弁装
置は、あらゆるタイプの流体を移送し調節する用途に非
常に適している。この種の弁装置の特別な用途は、例え
ば半導体産業において使用されるプロセス薬品の流量の
制御である。この種の用途においては、FTH 及びポペッ
トすなわち湿潤弁部材が高い耐薬品特性及び耐熱特性を
示す材料から作られることが望ましい。弁装置が半導体
製造産業または腐食性薬品が弁に流されるその他の産業
または弁に流されるプロセス薬品の高い化学的純度を維
持することが望ましいその他の産業において使用される
場合、前記の特性が望ましい。半導体製造産業において
は、エッチング作業中強い無機酸、強い無機塩、強い溶
剤及び過酸化物など腐食性の強いプロセス薬品が使わ
れ、薬品のエッチング作用を強化してエッチング作業の
効率を高めるためにこの種の薬品が加熱されることがよ
くある。従って、前記のようなプロセス薬品の流量を制
御するための弁及びこれに含まれるポペットは、弁から
の腐食性薬品及びこれに関連する蒸気の漏出を生じ環境
に対する危険及び／又は付近にいるオペレータに対する
危険を生じるおそれのある弁の故障なしに信頼できる運
転が行われるために、薬品にも熱にも強いことが重要で
ある。

【００７０】更に、プロセス薬品と接触したとき劣化し
て化学的に純粋な工程用液を汚染しないように、弁が耐
薬品性であることが重要である。上記のような汚染物質
が入り込むとプロセス薬品で処理中の半導体のバッチに
何十万ドルもの損害を与えるかも知れない。この種の用
途において、FTH 及びポペットは、ポリテトラフルオロ
エチレン（PTFE）、フッ化エチレンプロピレン（FEP
）、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（PFA ）、ポ
リクロロトリフルオロエチレン（PCTFE ）、エチレン・
クロロトリフルオロエチレン・コポリマー（ECTFE ）、
エチレン・テトラフルオロエチレン・コポリマー（ETF
E）、ポリフッ化ビニリデン（PVDF）、ポリフッ化ビニ
ル（PVF ）などを含めたフルオロポリマー基から選ばれ
るフルオロポリマー配合物から作られるのが望ましい。
特に望ましい材料は、デラウェア州ウィルミントンのデ
ュポン社が提供するテフロンPFA またはテフロンPTFEで
ある。前記の材料は、腐食性、酸性または苛性液体によ
って損傷せず、化学的に純粋な液体を汚染しない。非湿
潤弁部材例えばピストン・ハウジング及びピストンは適
切な構造材から作ることができる。この種の弁部材は、
工程用流体によって濡れないので、ポリプロピレンなど
特定の用途に適した構造的剛性を与えるプラスティック
材で作ることができる。弁全体に耐薬品特性が望まれる
場合には、非湿潤部材を上に説明するのと同じフルオロ
ポリマーで作ることができ、この場合ピストン・ハウジ
ング及びピストンにとって望ましい耐薬品性材料は、デ
ュポン社のテフゼルETFEである。

【００７１】FTH 、ピストン・ハウジング及びポペット
から成る各弁部材は、選ばれる材料のタイプ並びにプロ
ジェクト予算に応じてモールドによるか機械加工により
形成することができる。例えば、望ましい実施態様にお
いて、ポペットは選択される材料の性質上機械加工によ
りテフロンPTFEで作られる。テフロンPTFEは、耐疲労特
性が優れているのでポペットの望ましい材料である。し
かし、ローリング式ダイアフラム・ポペットはテフロン
PFA で作ることもできる。この場合、この材料の特性は
異なるので、型成形によって作られる。

【００７２】図1 及び2 において図解される流量制御弁
として実現される弁装置を使って、周囲温度約25℃以上
の時最高約180 ℃の温度条件及び約150psig の圧力条件
でFTH を通る流体あるいはガスの分配を高い信頼度で制
御することができる。従って、添付の特許請求の範囲内
で、本発明の原則に従って構成される弁装置及びローリ
ング式ダイアフラム・ポペットは、本明細書において特
定的に説明した以外に具体化できることは明らかであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施により提供される弁装置の第一実
施態様の側面斜視図である。

【図２】流体の流れを制御するために閉鎖運転状態にあ
る図1 の弁装置の側面断面図である。

【図３】図2 の弁装置における第一実施態様のローリン
グ式ダイアフラム・ポペットの側面断面図である。

【図４】図2 の弁装置における第二実施態様のローリン
グ式ダイアフラム・ポペットの側面断面図である。

【図５】開状態のポペット組立体を図解する、図1 及び
2 の弁装置の側面断面図である。

【図６】本発明の実施により提供される弁装置の第二実
施態様の側面断面図である。

【図７】流量制御特性を改良するように構成されたロー
リング式ダイアフラム・ポペットを含む第二実施態様の
弁装置の一部の拡大側面断面図である。

【図８】図7 の第二実施態様の弁装置におけるローリン
グ式ダイアフラム・ポペットの側面斜視図である。

【図９】線形流量特性を持たせるために図7 の第二実施
態様の弁装置に使用できる代替ローリング式ダイアフラ
ム・ポペットの側面斜視図である。

【符号の説明】

１０…弁装置 １２…弁体 １６…流体移送ハウジング １８…ピストン・ハウジング ２２…流体吸い込み口 ２４…流体吐き出し口 ３４…弁座 ４４…ピストン室 ５４…ピストン・グランド ７８…ポペット組立体 ８０…ピストン ８６…ポペット １１８…ポペット・テスム １１４…ポペット・ヘッド １２０，１２８…スリーブ １２２…フランジ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マリオ（エヌエムアイ）フレゴソ アメリカ合衆国，カリフォルニア 90605, ウィッティアー，サンシャイン アベニュ 13418 (72)発明者 アンソニー ケー．ティー．チャン アメリカ合衆国，カリフォルニア 91775, サン ガブリエル，バインヤード ドライ ブ 1016 (72)発明者 デビッド アール．マルティネツ アメリカ合衆国，カリフォルニア 91720, コロナ，ジルコン ストリート 1108

Claims (29)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 次の構成から成る弁：弁座を含む流体室
   が中に配置されている流体移送ハウジング；流体移送ハ
   ウジングと接続され、ピストン室を持つピストン・ハウ
   ジング；前記ピストン室に配置されたピストン；前記弁
   座との間の流体の流れを制御するために前記弁座と相互
   作用するヘッド；前記ヘッドから軸方向に伸び薄肉構造
   を持つスリーブ；及び前記スリーブから半径方向に伸び
   てポペットの周縁を形成し、前記流体移送ハウジングと
   前記ピストン・ハウジングとの間に挟まれるフランジか
   ら成る、前記ピストンの一端に連結されかつ前記流体室
   内に配置されたポペット；及び前記弁内で前記ピストン
   及び前記ポペットを軸方向に作動するための手段；を含
   み、 前記ピストンの壁面と前記弁の同心面との間で前記スリ
   ーブがローリング運動することにより、前記スリーブが
   前記弁内における前記ポペットの軸方向変位を可能にす
   る構成であることを特徴とする。
2. 【請求項２】 前記流体移送ハウジングに流体が流れな
   いようにするために前記ポペットが前記弁座との間で閉
   鎖位置におかれるとき、前記スリーブは前記ピストンの
   一端でピストンの壁面の周りに配されることを特徴とす
   る、請求項1に記載の弁。
3. 【請求項３】 前記流体移送ハウジングの流体トランス
   ポート室に溝が配されていて、かつ前記フランジが、前
   記流体移送ハウジングと前記ピストン・ハウジングの間
   に挟まれるときに前記溝内に配されるトングを持ってい
   て、前記流体移送ハウジングと前記ピストン・ハウジン
   グ間の耐漏出シールとなることを特徴とする、請求項1
   に記載の弁。
4. 【請求項４】 前記流体移送ハウジングに流体が流れる
   ようにするために前記ポペットが前記弁座との間で開放
   位置におかれるときに、前記スリーブが前記ピストンと
   同心の弁の壁面に配されることを特徴とする、請求項1
   に記載の弁。
5. 【請求項５】 前記ポペットがワンピース構造であるこ
   とを特徴とする、請求項1 に記載の弁。
6. 【請求項６】 前記ポペットがフルオロポリマー材で作
   られていることを特徴とする、請求項5 に記載の弁。
7. 【請求項７】 前記ポペットが前記弁座と接触するとき
   に前記弁座を半径方向に移動させることができるように
   前記流体移送ハウジングは前記弁座の周りに同心的に配
   された溝を持つことを特徴とする、請求項1 に記載の
   弁。
8. 【請求項８】 前記ポペットを通り越して流出する流体
   を検出するために、前記ピストン・ハウジングを貫通
   し、前記ポペットの弁座と反対の側に隣接して位置する
   漏出検出口を含むことを特徴とする、請求項1 に記載の
   弁。
9. 【請求項９】 前記ヘッドは半径方向に配置されヘッド
   の自由端から軸方向に伸びるノッチを少なくともひとつ
   持ち、かつ前記ノッチが露出しないように前記ヘッドが
   挿入されるときに前記弁座が前記ヘッドと耐漏出フィッ
   トするようにまた前記弁座により前記ノッチの一部が露
   出するときに流体が流れるように前記ヘッドは前記弁座
   内で締まりばめを形成するサイズであることを特徴とす
   る、請求項1 に記載の弁。
10. 【請求項１０】 円形半径断面を持つ一体ヘッド；前記
    ヘッドの周縁から軸方向に伸び、同心の流体トランスポ
    ート装置表面間で軸方向にローリングするのに適した連
    続薄肉構造を持つ円筒形スリーブ；及び前記スリーブか
    ら半径方向に伸び、隣接する流体処理装置表面と接して
    耐漏出フィットするのに適するフランジ、から成り、か
    つワンピース構造であることを特徴とする、流体移送装
    置用のポペット。
11. 【請求項１１】 前記スリーブが一定の肉厚であり蛇腹
    式ではないことを特徴とする、請求項10に記載のポペッ
    ト。
12. 【請求項１２】 前記ポペットは、 前記ヘッドの裏面から軸方向に突き出る、ポペットを作
    動ピストンに連結するための手段；及び前記スリーブの
    内面を支えるためにピストンの端を配置するために、ス
    リーブと連結手段の間に配置される環状キャビティを更
    に含むことを特徴とする、請求項10に記載のポペット。
13. 【請求項１３】 前記フランジは流体処理装置表面の対
    応する溝内にぴったりはまって、これと耐漏出シールを
    作るのに適するトングを持つことを特徴とする、請求項
    10に記載のポペット。
14. 【請求項１４】 軸方向に伸びる室を持つ弁体；及び前
    記室内に配置され、その室内で軸方向に変位可能なピス
    トンに一端で連結され、ワンピース構造を持ち、かつ円
    形半径断面及び前記室を通る流体の流れを制御するため
    に前記室内で弁座と境界を接する構成の前面を持つヘッ
    ド；前記ヘッドの周縁から軸方向に伸びた非蛇腹構造を
    持つ円筒形スリーブ；及び前記スリーブから半径方向に
    伸び、ポペットの周縁を形成して弁体と共に耐漏出シー
    ルを作るための手段を含むフランジから成るポペットか
    ら成り、 前記スリーブが、ピストン壁面と弁体内の同心面との間
    で軸方向にローリングすることにより前記室内での前記
    ヘッドの軸方向変位を可能にすることを特徴とする、流
    体の流れを制御するための弁装置。
15. 【請求項１５】 前記ポペットは、更に、前記ヘッドの
    裏面から軸方向に突き出る、ポペットをピストンに連結
    するための手段；及び前記スリーブに沿って軸方向に伸
    び、前記スリーブの半径方向の支えとなるためにピスト
    ンの端を配置するのに適した、前記連結手段と前記スリ
    ーブとの間に挟まれる環状キャビティを更に含むことを
    特徴とする、請求項14に記載の弁装置。
16. 【請求項１６】 前記弁体と共に耐漏出シールを作る手
    段は、その周りに円周状に伸びそこから軸方向に突き出
    すトングであり、前記弁体の対応する溝内にこれが配置
    されていることを特徴とする、請求項15に記載の弁装
    置。
17. 【請求項１７】 前記ポペットはフルオロポリマー材か
    ら作られていることを特徴とする、請求項14に記載の弁
    装置。
18. 【請求項１８】 前記ポペット・ヘッドは、半径方向に
    予め決められた奥行きで配されヘッドの長さに沿って軸
    方向に一定距離伸びるノッチを少なくともひとつ持つこ
    とを特徴とする、請求項14に記載の弁装置。
19. 【請求項１９】 前記ノッチは線形流量特性を与える長
    方形であることを特徴とする、請求項18に記載の弁装
    置。
20. 【請求項２０】 軸方向に伸びる室をその中に持つ弁
    体；前記弁体内で軸上に配置されたピストン；前記室内
    で前記ピストンを軸方向に動かすための手段；及び前記
    ピストンの一端に連結されかつ前記弁体に据え付けられ
    るポペットであって、 そのポペットの周縁を形成し、円形半径断面を持ち、か
    つ軸方向に伸びかつ前記弁体の溝内に配されてこれと共
    に耐漏出シールを形成するトングを持つフランジ；前記
    フランジの内径から軸方向に伸び、薄肉構造及び非蛇腹
    形態を持ち、内径がピストンの壁面に接するように配置
    されたスリーブ；及び前記スリーブから半径方向に内向
    きに伸び、前記弁体の弁座と共に耐漏出シールを形成す
    るのに適し、かつその裏面で前記ピストンがポペットに
    連結されるヘッドを含むワンピース・ポペットから成
    り、 前記スリーブは、弁装置を通る流体の流れを制御するた
    めに、前記ピストンの壁面と前記弁体の同心壁面間で軸
    方向にローリングして、前記室内におけるヘッドの軸方
    向変位を可能にする構成であることを特徴とする、流体
    の流量を制御するための弁装置。
21. 【請求項２１】 前記弁体は、更に、 流体入口通路の一端を形成する室内の弁座；及び前記弁
    体内において前記弁座の周りに同心で配置されて、前記
    ポペットのヘッドと接触するときに前記弁座の半径方向
    の動きを可能にする溝を含むことを特徴とする、請求項
    20に記載の弁装置。
22. 【請求項２２】 前記室内で前記ピストンを移動させる
    ための手段は空気圧であり、 前記弁体は、更に、 前記室内に配され、外径が前記室の壁面と耐漏出境界面
    を形成するドーナッツ形の形態を持ち、前記ピストンを
    配置するためにピストン開口部が軸方向に伸びてその間
    に耐漏出境界面を形成するピストン・グランドを含み、
    かつ前記ピストンは、更に、前記室の壁面と耐漏出境界
    面を形成するためにそこから半径方向に伸びるフレア部
    を含み、前記ピストン・グランド及び前記ピストンのフ
    レア部は前記弁体の室内に空気室を形成して空気圧によ
    りそのピストン弁室の軸方向移動を可能にすることを特
    徴とする、請求項21に記載の弁装置。
23. 【請求項２３】 前記室内で前記ピストンを移動させる
    ための手段は、更に、前記室内の弁体と前記ポペットと
    反対側の前記ピストンの端との間で軸方向に配置される
    ばねを含むことを特徴とする、請求項22に記載の弁装
    置。
24. 【請求項２４】 前記室内で前記ピストンを移動させる
    るための手段は前記ピストンの回転運動であり、 前記弁体は、更に、前記弁室の壁面に沿ったねじ切り部
    を含み、 前記ピストンは、更に、前記壁面とネジで螺合する壁面
    に沿ったねじ切り部を含み、かつ前記ピストンを回転で
    きるように前記弁体から軸方向に伸びる前記ポペットと
    反対の端を持ち、かつ前記ピストンは前記ポペットに回
    転可能に連結されて、前記弁体内での前記ピストンの回
    転運動が前記ポペットの回転なしに前記弁室内での前記
    ポペットの軸方向変位を生じることを特徴とする、請求
    項21に記載の弁装置。
25. 【請求項２５】 前記ヘッドは実質的に円筒形の半径断
    面を持ち、かつその中に半径方向に配置され所定の奥行
    きを持ち前記ヘッドに沿ってヘッドの自由端から軸方向
    に伸びるノッチを少なくともひとつ含むことを特徴とす
    る、請求項24に記載の弁装置。
26. 【請求項２６】 前記弁体は前記弁室から前記弁体の壁
    を貫通する漏出検出口を含み、前記漏出検出口は前記弁
    体内で前記弁体の弁座と反対の前記ポペットの側に隣接
    して軸方向に配置されていることを特徴とする、請求項
    21に記載の弁装置。
27. 【請求項２７】 流体処理装置内でポペットを軸方向に
    移動し、円筒形の流体処理装置表面から隣接する同心の
    円筒形の流体処理装置表面まで軸方向にヘッドに接続さ
    れた円筒形ポペット・スリーブをローリングすることに
    より、流体処理装置の流体室内でポペットのヘッドと弁
    座が境界を接するようにする工程から成り、前記スリー
    ブが前記室と耐漏出非回転連結を形成するポペット・フ
    ランジに反対端で連結されることを特徴とする、流体処
    理装置を通る流体の流れを制御するための方法。
28. 【請求項２８】 流体処理装置内でポペットに非回転式
    に連結されたピストンを回転することによりポペットを
    移動する工程を更に含み、 回転したときピストン及びポペットの軸方向の運動を生
    じるために、ピストンが流体処理装置の対応するねじ切
    り壁部と螺合するねじ切り壁部を持つことを特徴とす
    る、請求項27に記載の方法。
29. 【請求項２９】 線形流量制御のために弁座の直径にわ
    たってポペット・ヘッドを軸方向に移動する工程を更に
    含み、 ポペット・ヘッドが半径方向に配されるノッチを少なく
    ともひとつ持っていることを特徴とする、請求項27に記
    載の方法。