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
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Description
[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)
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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***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。
- 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。
- 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***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。
- 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。
- 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。
- 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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