特許 6335926 溶接されたダイヤフラム弁座担体を有するダイヤフラム弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6335926

(24)【登録日】2018年5月11日

(45)【発行日】2018年5月30日

(54)【発明の名称】溶接されたダイヤフラム弁座担体を有するダイヤフラム弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 7/12 20060101AFI20180521BHJP

   F16K 7/16 20060101ALI20180521BHJP

   F16K 7/17 20060101ALN20180521BHJP

【ＦＩ】

   F16K7/12 B

   F16K7/16 D

   F16K7/16 C

   F16K7/16 Z

   !F16K7/17 B

【請求項の数】24

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-556147(P2015-556147)

(86)(22)【出願日】2014年1月31日

(65)【公表番号】特表2016-505125(P2016-505125A)

(43)【公表日】2016年2月18日

(86)【国際出願番号】US2014013998

(87)【国際公開番号】WO2014120997

(87)【国際公開日】20140807

【審査請求日】2017年1月26日

(31)【優先権主張番号】61/759,705

(32)【優先日】2013年2月1日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500120266

【氏名又は名称】スウエイジロク・カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(72)【発明者】

【氏名】グライム， ウィリアム エイチ．

【審査官】 加藤 昌人

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−３４１５６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／００４２４５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０３０８６５５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１３−５３４９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６３−１４５０６４（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｋ ７／００−７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ダイヤフラム弁であって、
弁空洞と、第１のポートと、第２のポートとを備える弁体であって、前記第１のポートおよび前記第２のポートは、前記弁空洞に開放する、弁体と、
前記弁空洞を密閉するために配置された弁アセンブリであって、前記弁アセンブリは、弁座と、弁座担体と、ダイヤフラムとを備え、前記弁座は、前記弁座担体と、前記弁座担体の第１の側に取着された前記ダイヤフラムと保定され、前記弁座は、前記第１のポートを囲繞するように配置され、前記ダイヤフラムは、前記ダイヤフラムの周縁を中心とする溶接によって前記弁座担体に取着されている、弁アセンブリと、
前記弁体と組み立てられ、かつ環状ビーズを含むねじ山付き部材であって、前記環状ビーズは、完全に前記溶接の内に前記ダイヤフラムの非湿潤表面に直接に接触して、完全に前記溶接の内に前記ダイヤフラムに圧縮荷重を印加することにより、前記溶接を隔離する、ねじ山付き部材と
を備える、ダイヤフラム弁。

【請求項2】

前記ダイヤフラムは、ドーム状円形ディスクを備える、請求項１に記載のダイヤフラム弁。

【請求項3】

前記弁座担体は、外側リムと、前記外側リムから中心開口部に半径方向内向きに延在するウェブとを有する、環状体を備え、前記中心開口部は、前記弁アセンブリが前記弁体内に設置されると、前記第１のポートと整合される、請求項１に記載のダイヤフラム弁。

【請求項4】

前記ウェブは、前記中心開口部を中心とするランド部によって分離された複数の流動通路を備える、請求項３に記載のダイヤフラム弁。

【請求項5】

前記弁座は、前記弁座の円周方向壁と前記中心開口部を画定する前記ウェブの壁との間の締まり嵌めによって、前記弁座担体と保定されている、請求項３に記載のダイヤフラム弁。

【請求項6】

前記ウェブは、前記ウェブが、前記ダイヤフラムから外方を向く前記弁座の表面を、前記第１のポートを囲繞する前記弁体の密閉表面と接触するよう付勢するように可撓性である、請求項３に記載のダイヤフラム弁。

【請求項7】

隣接する対の前記流動通路間の各前記ランド部は、前記ランド部が前記第２のポートを覆うとき、流動の閉塞を低減させるように、前記第２のポートの断面積未満の表面積を有する、請求項４に記載のダイヤフラム弁。

【請求項8】

前記ダイヤフラムは、ドーム状円形ディスクを備え、前記ドーム状円形ディスクは、前記ドーム状円形ディスクの周縁を中心とする前記溶接によって前記弁座担体に取着され、前記ダイヤフラムは、前記ねじ山付き部材の前記環状ビーズと、前記弁座担体の前記第１の側上の表面と間に圧縮される、請求項１に記載のダイヤフラム弁。

【請求項9】

前記第２のポートは、前記弁空洞を画定する、前記弁体の表面内に提供され、前記弁座担体は、外側リムと、前記外側リムから中心開口部に半径方向内向きに延在するウェブとを有する、環状体を備え、前記ウェブは、前記ウェブの下側表面と前記弁体の前記表面との間に間隙を提供するように配置されている、請求項１に記載のダイヤフラム弁。

【請求項10】

前記ダイヤフラムの表面を前記弁座と接触させ、かつ接触から外すよう移動させるように動作可能である、弁アクチュエータと組み合わせた、請求項１に記載のダイヤフラム弁。

【請求項11】

前記ダイヤフラムは、ステンレス鋼から成り、前記弁座担体は、ステンレス鋼から成り、前記弁座は、ポリマーまたはプラスチックから成る、請求項１に記載のダイヤフラム弁。

【請求項12】

前記ダイヤフラムは、前記第１のポートと前記第２のポートとの間で流動を開閉するように動作可能であり、前記ダイヤフラムは、前記弁座と接触し、前記第１のポートと前記第２のポートとの間の流動を閉鎖するように移動可能である、請求項１に記載のダイヤフラム弁。

【請求項13】

前記弁座担体は、ばね定数１００，０００ポンド／インチ（１７．５Ｎ／μｍ）未満を有する、請求項１に記載のダイヤフラム弁。

【請求項14】

前記弁座担体は、ばね定数８０，０００ポンド／インチ（１４Ｎ／μｍ）未満を有する、請求項１２に記載のダイヤフラム弁。

【請求項15】

前記弁座担体は、ばね定数約２０，０００ポンド／インチ（３．５Ｎ／μｍ）を有する、請求項１４に記載のダイヤフラム弁。

【請求項16】

前記間隙は、前記第２のポートの流動面積と略同一またはそれより大きい流動面積を呈する、請求項９に記載のダイヤフラム弁。

【請求項17】

前記ウェブは、概して、平面であり、ばね定数１００，０００ポンド／インチ（１７．５Ｎ／μｍ）未満を有する、請求項１６に記載のダイヤフラム弁。

【請求項18】

前記圧縮荷重は、前記ダイヤフラムの撓曲に起因する応力から前記溶接を隔離する、請求項１に記載のダイヤフラム弁。

【請求項19】

前記弁座は、前記第１のポートと流体連通する流動通路を備える、請求項１に記載のダイヤフラム弁。

【請求項20】

前記ウェブは、前記弁座と前記密閉表面との間に約５０〜１００ポンド（２２２．４〜４４４．８Ｎ）の荷重を印加する、請求項６に記載のダイヤフラム弁。

【請求項21】

前記弁体と組み立てられた弁アクチュエータをさらに備え、前記弁アクチュエータは、前記ダイヤフラムの表面を前記弁座と接触させ、かつ接触から外すよう移動させるように動作可能であり、前記弁アクチュエータは、前記ねじ山付き部材から分離され、前記弁アクチュエータは、前記弁体から前記ねじ山付き部材を除去することなしに、前記弁体から除去可能である、請求項１に記載のダイヤフラム弁。

【請求項22】

前記弁アクチュエータは、前記ねじ山付き部材によって前記弁体に固着されている、請求項２１に記載のダイヤフラム弁。

【請求項23】

前記ねじ山付き部材は、内側ねじ山付き部分を備える、請求項１に記載のダイヤフラム弁。

【請求項24】

前記ねじ山付き部材の前記内側ねじ山付き部分と螺合して組み立てられた弁アクチュエータをさらに備える、請求項２３に記載のダイヤフラム弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願）
本出願は、２０１３年２月１日に出願された「ＤＩＡＰＨＲＡＧＭ ＶＡＬＶＥ ＷＩＴＨ ＷＥＬＤＥＤ ＤＩＡＰＨＲＡＧＭ ＳＥＡＴ ＣＡＲＲＩＥＲ」という米国仮特許出願第６１／７５９，７０５号の利益を主張する。上記文献の全部の内容は、参照することによって本明細書において完全に援用される。

【0002】

（技術分野）
本開示は、概して、弁に関し、より具体的には、ダイヤフラム弁に関する。

【背景技術】

【0003】

（本開示の背景）
弁は、一般に、流体流動を制御するために使用される。ダイヤフラム弁は、ガス、液体、および他の流体の流動を制御するために多くの産業において使用される、流動制御弁の実施例である。基本的ダイヤフラム弁は、ダイヤフラムを弁座と接触させるように移動させることによって、流動を閉鎖するように動作する。ダイヤフラムおよび弁座は、弁の耐用年数の間、時々交換される必要がある、摩耗品であり得る。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

（本開示の要約）
本明細書に提示される本発明の第１の概念は、ダイヤフラム、弁座、または両方の交換を促進する、アセンブリまたはカートリッジを伴う、ダイヤフラム弁を提供する。ある実施形態では、アセンブリは、ダイヤフラム弁のための離散サブアセンブリまたはカートリッジを提供するように組み合わせられる、ダイヤフラム、弁座担体、および弁座を有する、弁アセンブリであってもよい。離散カートリッジとしてのアセンブリは、ダイヤフラムまたは弁座または両方を入れ替えるために、容易に除去および交換されることができる。代替実施形態では、アセンブリは、ダイヤフラム、弁座担体、および弁座を有する、弁アセンブリであってもよく、弁座は、弁座担体と、弁座担体に溶接されるダイヤフラムと保定される。

【0005】

本明細書に提示される本発明の別の概念は、弁座、弁座担体、およびダイヤフラムを有する、弁アセンブリを提供し、弁座は、弁座担体と、溶接によって弁座担体に取着されるダイヤフラムと保定される。

【0006】

別の実施形態では、弁アセンブリは、弁座、弁座担体、およびダイヤフラムを含み、弁座は、弁座担体の第１の側と、溶接によって弁座担体の別の側に取着されるダイヤフラムとに保定される。

【0007】

本発明の別の概念は、ダイヤフラム弁のためのダイヤフラムまたは弁座または両方を設置および交換する方法を想定する。ある実施形態では、設置するための方法は、ダイヤフラムを弁座担体の片側に溶接し、弁アセンブリを弁体の中に設置することにより、弁座、弁座担体、およびダイヤフラム弁を組み合わせることによって、弁アセンブリを形成することを含む。交換するための方法の実施形態は、設置するための方法と同一のステップと、弁体から以前に使用された弁アセンブリを除去し、以前に使用された弁アセンブリと交換用弁アセンブリを交換するステップとを含んでもよい。

【0008】

本発明のこれらおよび他の概念ならびに本明細書に記載される種々の実施形態の付加的側面および利点は、以下の発明を実施するための形態および付随の図面から、当業者によって容易に理解および認識されるであろう。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
ダイヤフラム弁であって、
弁空洞と、第１のポートと、第２のポートとを備える弁体であって、前記第１のポートおよび前記第２のポートは、前記弁空洞に開放する、弁体と、
前記弁空洞を密閉するために配置された弁アセンブリであって、前記弁アセンブリは、弁座と、弁座担体と、ダイヤフラムとを備え、前記弁座は、前記弁座担体と、溶接によって前記弁座担体の第１の側に取着された前記ダイヤフラムと保定され、前記弁座は、前記第１のポートを囲繞するように配置され、前記弁座は、前記第１のポートと流体連通する流動通路を備える、弁アセンブリと
を備える、ダイヤフラム弁。
（項目２）
前記ダイヤフラムは、ドーム状円形ディスクを備え、前記ダイヤフラムの周縁を中心として前記弁座担体に溶接されている、項目１に記載のダイヤフラム弁。
（項目３）
前記弁座担体は、外側リムと、前記外側リムから中心開口部に半径方向内向きに延在するウェブとを有する、環状体を備え、前記中心開口部は、前記弁アセンブリが前記弁体内に設置されると、前記第１のポートと整合される、項目１に記載のダイヤフラム弁。
（項目４）
前記ウェブは、前記中心開口部を中心とするランド部によって分離された複数の流動通路を備える、項目３に記載のダイヤフラム弁。
（項目５）
前記弁座は、前記弁座の円周方向壁と前記中心開口部を画定する前記ウェブの壁との間の締まり嵌めによって、前記弁座担体と保定されている、項目３に記載のダイヤフラム弁。
（項目６）
前記ウェブは、前記ウェブが、前記ダイヤフラムから外方を向く前記弁座の表面を、前記第１のポートを囲繞する密閉表面と接触するよう付勢するように可撓性である、項目５に記載のダイヤフラム弁。
（項目７）
隣接する対の前記流動通路間の各前記ランド部は、前記ランド部が前記第２のポートを覆うとき、流動の閉塞を低減させるように、前記第２のポートの断面積未満の表面積を有する、項目４に記載のダイヤフラム弁。
（項目８）
前記ダイヤフラムは、前記ダイヤフラムの周縁を中心とする溶接によって前記弁座担体に取着されているドーム状円形ディスクを備え、前記ダイヤフラム弁は、前記弁座保定器に対して、前記溶接の半径方向内向きに、前記ダイヤフラムに圧縮荷重を印加する、ねじ山付き部材をさらに備える、項目１に記載のダイヤフラム弁。
（項目９）
前記第２のポートは、前記弁空洞を画定する、前記弁体の表面内に提供され、前記弁座担体は、外側リムと、前記外側リムから中心開口部に半径方向内向きに延在するウェブとを有する、環状体を備え、前記ウェブは、前記ウェブの下側表面と前記弁体の表面との間に間隙を提供するように配置されている、項目１に記載のダイヤフラム弁。
（項目１０）
前記ダイヤフラムの表面を前記弁座と接触させ、かつ接触から外すよう移動させるように動作可能である、弁アクチュエータと組み合わせた、項目１に記載のダイヤフラム弁。
（項目１１）
前記ダイヤフラムは、ステンレス鋼から成り、前記弁座担体は、ステンレス鋼から成り、前記弁座は、ポリマーまたはプラスチックから成る、項目１に記載のダイヤフラム弁。
（項目１２）
弁座と、弁座担体と、ダイヤフラムとを備える、弁アセンブリであって、前記弁座は、前記弁座担体と、溶接によって前記弁座担体の第１の側に取着された前記ダイヤフラムと保定される、弁アセンブリ。
（項目１３）
前記弁座担体は、外側リムと、前記外側リムから前記ウェブ内の中心開口部に半径方向内向きに延在するウェブとを有する、環状体を備える、項目１２に記載の弁アセンブリ。
（項目１４）
前記ウェブは、前記中心開口部を中心とするランド部によって分離された複数の流動通路を備える、項目１３に記載の弁アセンブリ。
（項目１５）
前記弁座は、前記弁座の円周方向壁と前記中心開口部を画定する前記弁座担体の壁との間の締まり嵌めによって、前記弁座担体と保定されている、項目１３に記載の弁アセンブリ。
（項目１６）
前記ウェブは、可撓性である、項目１５に記載の弁アセンブリ。
（項目１７）
隣接する対の前記流動通路間の各前記ランド部は、各流動通路の断面積未満の表面積を有する、項目１４に記載の弁アセンブリ。
（項目１８）
前記ダイヤフラムは、ドーム状円形ディスクを備え、前記ダイヤフラムの周縁を中心として前記弁座担体に溶接されている、項目１２に記載の弁アセンブリ。
（項目１９）
前記ダイヤフラムは、ステンレス鋼から成り、前記弁座担体は、ステンレス鋼から成り、前記弁座は、ポリマーまたはプラスチックから成る、項目１８に記載の弁アセンブリ。（項目２０）
前記ダイヤフラムは、前記第１のポートと前記第２のポートとの間で流動を開閉するように動作可能であり、前記ダイヤフラムは、前記弁座と接触し、前記第１のポートと前記第２のポートとの間の流動を閉鎖するように移動可能である、項目１に記載のダイヤフラム弁。
（項目２１）
前記弁座担体は、ばね定数１００，０００ポンド／インチ（１７．５Ｎ／μｍ）未満を有する、項目１に記載のダイヤフラム弁。
（項目２２）
前記弁座担体は、より好ましくは、ばね定数８０，０００ポンド／インチ（１４Ｎ／μｍ）未満を有する、項目２１に記載のダイヤフラム弁。
（項目２３）
前記弁座担体は、より好ましくは、ばね定数約２０，０００ポンド／インチ（３．５Ｎ／μｍ）を有する、項目２２に記載のダイヤフラム弁。
（項目２４）
前記弁座担体は、ばね定数１００，０００ポンド／インチ（１７．５Ｎ／μｍ）未満を有する、項目１２に記載の弁アセンブリ。
（項目２５）
前記弁座担体は、より好ましくは、ばね定数８０，０００ポンド／インチ（１４Ｎ／μｍ）未満を有する、項目２４に記載の弁アセンブリ。
（項目２６）
前記弁座担体は、より好ましくは、ばね定数約２０，０００ポンド／インチ（３．５Ｎ／μｍ）を有する、項目２５に記載の弁アセンブリ。
（項目２７）
前記間隙は、前記第２のポートの流動面積以上の流動面積を呈する、項目９に記載のダイヤフラム弁。
（項目２８）
前記ウェブは、概して、平面であり、ばね定数１００，０００ポンド／インチ（１７．５Ｎ／μｍ）未満を有する、項目２７に記載のダイヤフラム弁。
（項目２９）
ダイヤフラム弁内のダイヤフラムまたは弁座または両方を交換する方法であって、
前記ダイヤフラムの周縁を弁座担体の外側リムに溶接することにより、前記ダイヤフラムを前記弁座担体に取着することによって、弁座、前記弁座担体、およびダイヤフラムを備える、交換用弁アセンブリを形成することと、
前記弁座を前記弁座担体と前記溶接されたダイヤフラムと保定することと、
弁体から以前に使用された弁アセンブリを除去し、前記以前に使用された弁アセンブリと前記交換用弁アセンブリを交換することと
を含む、方法。
（項目３０）
前記弁座担体の表面を前記弁体の表面に対して圧縮することによって、荷重を前記弁体内の弁アセンブリに印加し、本体密閉を形成するステップを含む、項目２９に記載の方法。
（項目３１）
ダイヤフラムまたは弁座または両方をダイヤフラム弁の中に設置する方法であって、
前記ダイヤフラムの周縁を弁座担体の外側リムに溶接することにより、前記ダイヤフラムを前記弁座担体に取着することによって、弁座、前記弁座担体、およびダイヤフラムを備える、弁アセンブリを形成することと、
前記弁座を前記弁座担体と前記溶接されたダイヤフラムと保定することと、
前記弁アセンブリを弁体の中に設置することと
を含む、方法。
（項目３２）
前記弁座担体の表面を前記弁体の表面に対して圧縮することによって、荷重を前記弁体内の弁アセンブリに印加し、本体密閉を形成するステップを含む、項目３１に記載の方法。
（項目３３）
ダイヤフラム弁であって、
弁空洞と、第１のポートと、第２のポートとを備える、弁体であって、前記第１のポートおよび前記第２のポートは、前記弁空洞に開放する、弁体と、
前記弁空洞を密閉するように配置された可撤性弁アセンブリであって、前記弁アセンブリは、弁座、弁座担体、およびダイヤフラムを備え、前記弁座は、前記弁座担体と、溶接によって前記弁座担体の第１の側に取着された前記ダイヤフラムと保定され、前記弁アセンブリは、前記第１のポートおよび前記第２のポートと流体連通する、密閉された流動チャンバを提供する、弁アセンブリと
を備える、ダイヤフラム弁。
（項目３４）
前記可撤性弁アセンブリは、前記弁座担体の第２の側に、前記弁体の表面に対して圧縮され、前記密閉された流動チャンバ内に流体を含有するように本体密閉を形成する表面を備える、項目３３に記載のダイヤフラム弁。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本明細書の教示による、縦方向断面におけるダイヤフラム弁およびアクチュエータアセンブリを図示する。

【図2】図２は、図１の円形部分の拡大図である。

【図3】図３は、図２の円形部分の拡大図である。

【図4】図４は、図１の実施形態において使用される例示的弁座担体の平面図である。

【図5】図５は、分解斜視図および部分的断面図に示される、２つ以上のダイヤフラム弁およびアクチュエータアセンブリのためのマニホールドを図示する。

【発明を実施するための形態】

【0010】

（例示的実施形態の説明）
ダイヤフラム弁は、ガスおよび液体流体のための流動制御デバイスとして使用される。半導体作業では、例えば、プロセスシステムガスは、ダイヤフラム弁を使用して制御される。ダイヤフラム弁は、表面搭載技術を使用する、マニホールドまたは基板上に搭載されることを含む、多くの異なる方法において、プロセスシステムの中に設置されてもよい。そのような弁を使用するツールの占有面積を低減させるために、ダイヤフラム弁は、さらにより小さい弁体内に含有されるように設計されている。本発明は、例えば、依然として、例えば、約０．２Ｃｖの比較的に高流量を達成しながら、表面搭載マニホールド上に２０ミリメートル占有面積（４００平方ミリメートル）以内で嵌合する、例示的弁を実現するために使用されてもよい。現在の最先端技術は、約２８．５ｍｍ（８１２平方ミリメートル）の占有面積である。本発明はまた、容易に加工され得る弁を提供する。すなわち、ダイヤフラムおよび弁座等の重要な摩耗構成要素は、製造施設または現場のいずれかにおいて、便宜的に除去および交換され得る、サブアセンブリまたはカートリッジの中に組み合わせられる。

【0011】

図１および２を参照すると、ある実施形態では、ダイヤフラム弁およびアクチュエータアセンブリ１０は、ダイヤフラム弁１２と、アクチュエータ１４とを含む。ダイヤフラム弁１２は、基板またはマニホールド１６上に組み立てるために構成されてもよい。マニホールド１６は、付加的弁または他の構成要素のための付加的搭載部位を含んでもよい（図５参照）。代替として、ダイヤフラム弁およびアクチュエータアセンブリ１０は、基板上の表面搭載構成を使用する、独立型アセンブリであってもよい。しかし、表面搭載構成またはマニホールド構成は、要求されず、代替として、ダイヤフラム弁１２は、必要に応じて、適切なポート類を伴う他の流動制御システムの中に設置されてもよい。

【0012】

アクチュエータ１４は、この場合、加圧されたガスが、１つ以上のアクチュエータピストン１８を軸方向に押勢し、アクチュエータステム２０を移動させる、空気圧アクチュエータであってもよい。アクチュエータステム２０は、随意に、ダイヤフラム２６の非湿潤側または表面２４に接触する、ボタン２２に接触する（図２）。加圧されたガスは、公知の様式において、アクチュエータ１４の空気入口２８に提供されてもよい。アクチュエータ１４は、ダイヤフラム弁１２を開閉するための例示的手段として以外、本開示のいずれの部分も形成しない。多くの異なるアクチュエータ設計および構成が、必要に応じて、使用されてもよい。表面搭載構成の場合、アクチュエータ１４は、典型的には、本明細書の例示的実施形態に示されるように、ダイヤフラム弁１２の上部に位置付けられる、または積層される。本明細書に教示されるような弁は、代替として、手動アクチュエータと併用されてもよい。

【0013】

ダイヤフラム弁１２は、弁体３０を含む。弁体３０は、独立型構成要素であってもよいが、本明細書の例示的実施形態では、弁体３０は、基板１６の一部として形成されてもよい。弁体３０は、表面、例えば、陥凹表面またはくりぬき３４と、右側円筒壁３５（図３）とによって画定される、弁空洞３２を含む。第１のポート３６および第２のポート３８は、陥凹表面３４内に提供されてもよい。弁座４０は、好ましくは、必ずしもではないが、陥凹表面３４の中心に配置される、第１のポート３６を囲繞する。ダイヤフラム２６が、アクチュエータ１４の動作によって、弁座４０と密閉接触するように移動されると、ダイヤフラム弁１２は、閉鎖位置に来て、ダイヤフラム２６が、弁座４０との接触から外れると、ダイヤフラム弁１２は、開放位置に来る。流動は、入口ポートとしての役割を果たす第１のポート３６から、出口ポートとしての役割を果たす第２のポート３８へであってもよいが、しかしながら、流動方向はまた、逆転されてもよい。

【0014】

ダイヤフラム２６の移動は、アクチュエータ１４の動作によって、加圧されたガスに応答して、ダイヤフラム弁１２を開閉するように、アクチュエータステム２０および随意のボタン２２をダイヤフラム２６に向かって、かつそこから離れるように移動させるように制御される。ダイヤフラム弁１２を閉鎖するために、アクチュエータステム２０は、第１のポート３６と第２のポート３８との間の流体流動が遮断されるように、ダイヤフラム２６を弁座４０と接触するよう偏向させる。ダイヤフラム弁１２を開放するために、アクチュエータステム２０は、ダイヤフラム２６から離れるように移動し、これは、第１のポート３６と第２のポート３８との間の流体流動が可能にされるように、ダイヤフラム２６が、弁座４０との密閉接触から外れることを可能にする。ダイヤフラム２６は、その自然状態が弁座４０から離れた位置に戻るという点において、ドーム状ダイヤフラムであってもよい。ダイヤフラムは、単一片の金属ダイヤフラムであってもよく、または代替として、金属の複数の層から作製されてもよい。第１および第２のポート３６、３８は、必要に応じて、それぞれ、入口または出口ポートまたはその逆として作用してもよい。

【0015】

本開示の本発明の別の概念のある実施形態によると、ダイヤフラム２６および弁座４０は、離散弁アセンブリ４２として組み合わせられる。実施例として、弁アセンブリ４２は、ダイヤフラム弁のための交換可能弁サブアセンブリまたはカートリッジとして利用されてもよい。別の実施形態では、図２、３、および４を参照すると、環状弁座担体４４は、外側リム４６を有する、ディスク状部品であってもよい。外側リム４６は、第１のポート３６および第２のポート３８を包囲するように、十分な直径である。外側リム４６は、陥凹表面３４に対して面密閉の形態で圧縮された本体密閉を形成する、第１の表面４８を呈する。外側リム４６は、第１の表面４８と反対に面する、第２の表面５０を呈する。ダイヤフラム２６は、溶接Ｗに沿って、外側リム４６の第２の表面５０に溶接され得る、周辺縁部分５２を含む。好適な公知の溶接プロセスは、一実施例を挙げると、高速レーザ溶接である。圧縮された本体密閉は、弁アセンブリ４２が、ダイヤフラム弁１２とともに、容易に除去および容易に設置されることを可能にする。

【0016】

弁座担体４４はさらに、外側リム４６から半径方向内向きに延在する、ウェブ５４を含む。ウェブ５４は、中心開口部または孔５６を具備する。好ましくは、必ずしもではないが、ウェブ５４は、概して、平面または平坦であり、外側リム４６の軸方向高さ未満の厚さを有してもよい。弁アセンブリ４２が、弁空洞３２内に設置されると、中心開口部５６は、好ましくは、第１のポート３６と同軸方向に整合する。参照目的のために、軸方向とは、図２および３に表されるように、弁座４０の縦軸Ｘを指す。

【0017】

弁座４０は、好ましくは、第１のポート３６と同軸である位置にあるように、ウェブ５４によって支持される。弁座４０は、それを通して中心流動通路６０を伴う、環状弁座体５８を含んでもよい。中心流動通路６０は、好ましくは、軸Ｘと整合されてもよい。弁座体５８は、概して、弁座体５８の一端に下端フランジ６２を伴う円筒形またはリングとして成形されてもよい。弁座体５８は、フランジ６２から軸方向に延在し、ウェブ５４内の中心開口部５６内に近接して受容され、かつそれを通して延在するように定寸される直径を有する、円周方向壁６４を有してもよい。好ましくは、弁座体円周方向壁６４は、締まり嵌めが、弁座４０と弁座担体４４を保定するために使用され得るように、中心開口部５６を画定する壁であるような円筒形である。代替として、弁座４０の上側部分は、ウェブ５４の中心開口部を通してスナップ留めし、弁座４０と弁座担体４４をより緩く保定する、半径方向に延在する外向き辺縁（図示せず）を含んでもよい。フランジ６２は、ウェブ５４の中心開口部５６の直径を上回る直径を伴う、円周方向壁６６を有する。ウェブ５４は、好ましくは、ウェブ５４が可撓性であることを可能にする、厚さ６８（図３）を有する。本可撓性ウェブは、弁座４０が、弁座担体４４によって支持されるような位置にスナップ留めまたは押動されることを可能にする。弁座４０は、それに対してダイヤフラム２６の湿潤表面２６ａが、弁１２を閉鎖するために、アクチュエータ１４の動作によって圧接される、密閉表面を呈する、上側表面４０ａを含む。

【0018】

フランジ６２の下側表面７０は、弁座担体４４が弁１２内に設置されると、弁体の陥凹表面３４に接触し、それに対して密閉するであろう。好ましくは、フランジ６２の上側表面７２は、ウェブ５４の下側表面７４に接触する。フランジ６２の厚さまたは軸方向長は、間隙（９８）とともに、弁アセンブリが弁空洞３２の中に完全に設置されると、ウェブ５４下側表面７４とフランジ上側表面７２との間に締まり嵌め（図３の重複７６によって表される）が存在するように選択されてもよい。ウェブ５４は、ある程度の可撓性を有するため、ウェブ５４は、ダイヤフラム２６が弁開放位置にあるとき、フランジ６２を下向きに付勢し、弁座４０を陥凹表面３４に対して定位置に保持し、弁座密閉を形成するのに役立つように、ばね状作用を用いて上向きに偏向するであろう。弁が閉鎖されると、アクチュエータ印加力が、ダイヤフラムを弁座上側表面４０ａに対して圧接し、フランジの下側表面７０と弁体の陥凹表面３４との間に弁座密閉を産生する。

【0019】

着目されるように、ウェブ５４の弁座フランジ６２に対する付勢は、弁が開放位置にあるとき、フランジの下側表面７０と弁体の陥凹表面３４との間に弁座密閉を維持するのに役立つ。付勢は、ある実施形態では、好ましくは、可撓性ウェブ５４を有する弁座担体４４をばね状様式で撓曲させるように設計することによって実現されてもよい。弁座担体４４が、弁空洞３２の中に設置され、定位置に圧着されると（以下に説明される）、弁座担体４４のフランジ６０とウェブ５４の接触下側表面７４との間の軸方向干渉は、ウェブ５４を若干上向きに偏向または変位させるであろう（本変位は、わずか千分の数インチ（数十μｍ）であり得、本明細書の図面の尺度では、小さすぎて判別できない）。本偏向は、部分的に、ウェブが、その外側周縁において、外側リム４６に係留または固定されることによるものであり、好ましくは、弁が開放位置にあるあとき、ウェブ５４が付勢力を弁座４０に対して印加し、弁座密閉を陥凹表面３４に対して維持するように、弾性偏向である。本付勢は、活荷重または動的荷重としての役割を果たし、例えば、弁座４０（例えば、ポリマー材料）、ダイヤフラム２６、および弁座担体４４の相対的熱膨張および材料変形特性に対応することができる（後者の２つは、金属であり、必ずしも、同一の金属でなくてもよい）。弁座密閉を弁体（例えば、陥凹表面３４）に対して維持することは、流量が最大流量未満の値に意図的に制御される（例えば、公知のように、流動制限デバイスと弁座４０を併用して）用途において有用であり得る。弁が開放するとき、弁座４０が、陥凹表面３４から離昇することが可能である場合、流体流動は、制限を回避し得る。完全流動下で動作するであろう弁の場合、弁座密閉は、弁が開放位置にあるとき、有意な考慮点とはなり得ない。

【0020】

ウェブ５４の撓曲の性質を理解する方法は、ばね定数の観点から考えることである。ウェブ５４を薄化する、すなわち、より低い荷重にあるとき、より多くの変位を有することを可能にする材料を除去することによって、弁座担体４４は、ある程度の「ばね反応性」を呈し得る。従来の設計は、より嵩張りまたはより厚く、その結果、堅すぎる。弁座４０は、従来の堅い非可撓性ウェブを支えることができる、約１００ポンド（４４４．８Ｎ）の抵抗力では、撓曲の０．００１インチ（２５．４μｍ）未満を変位させ、変位は、熱膨張不一致に対応するために十分ではない。ウェブ５４の可撓性は、限定ではないが、ウェブの材料、ウェブの薄さ、撓曲を提供するために使用され得る幾何学的および寸法特徴等のうちの１つ以上を含む、いくつかの要因および変数によって判定され得る。

【0021】

本明細書の教示によると、ある実施形態では、ウェブ５４は、約０．００５インチ（１２７μｍ）の偏向時、約５０〜１００ポンド（２２２．４〜４４４．８Ｎ）の弁座４０への送達荷重を誘発する、ウェブからのＢｅｌｌｅｖｉｌｌｅ型ばね作用を呈するように設計されてもよい。本実施例は、約２０，０００ポンド／インチ（３．５Ｎ／μｍ）の有効ばね定数に相当する。選択されるばね定数は、特定の弁設計および動作ニーズに依存するであろうが、しかし、多くの弁の場合、弁座担体４４の有効ばね定数は、中心荷重から軸Ｘに沿ったその中心変位（例えば、ウェブ５４が弁座フランジ６２に接触する）および固定周縁に対して、１００，０００ポンド／インチ（１７．５Ｎ／μｍ）を下回る、より好ましくは、８０，０００ポンド／インチ（１４Ｎ／μｍ）を下回り得る。ばね定数は、所望の撓曲を産生するために利用され得る、全幾何学的および材料変数を考慮する。

【0022】

弁座担体外側リム４６は、好ましくは、弁座担体４４が弁空洞３２内に近接して受容されるような直径を有する。これは、弁座担体４４が、弁座４０の中心流動通路６０が第１のポート３６と同軸方向に整合されるように自己整合することを可能する。

【0023】

前述のように、ダイヤフラム２６は、弁座担体４４に溶接または別様に固着され、液密密閉を形成してもよい。弁座４０が設置され、弁座担体４４と保定されると、組み合わせられたダイヤフラム２６、弁座担体４４、および弁座４０は、弁１２の保守および修理のための統合されたサブアセンブリまたはカートリッジとして容易に交換され得る、弁アセンブリ４２を形成する。

【0024】

本時点では、弁アセンブリ４２は、事実上、ダイヤフラム弁のための交換可能かつ容易に設置される自給式弁機構および流動空洞を提供する、一体型サブアセンブリまたはカートリッジであるものの実施形態であることに留意されたい。アセンブリ４２は、ダイヤフラム２６の形態における弁機構と、弁座４０の形態における弁閉鎖機構と、弁アセンブリ４２が、弁体の中に完全に着座および圧着されると（以下に説明されるように）、弁座担体４４の片側において、溶接されたダイヤフラム２６によって、かつ弁座担体の反対側において、陥凹表面３４の形態における弁体３０によって密閉される、流体流動空洞とを提供する。アセンブリ４２は、組立後、第１のポート３６と第２のポート３８との間に流体流路を密閉して含有するように定寸されてもよい。これは、特に、現場交換または修理動作として、それによってダイヤフラムおよび弁座の共通摩耗アイテムが容易に交換され得る、単純かつ簡単な構造を提供する。離散ダイヤフラムおよび弁座設置を有する従来のダイヤフラム弁と異なり、本発明は、弁座およびダイヤフラムが、カートリッジの組立時点、例えば、製造施設において、適切に整合されるように、一体型構造を提供する。これは、そうでなければ、その別個の設置のため、特に、現場において、離散部品の交換の間、従来の設計に生じ得る、弁座またはダイヤフラムの不整合の機会を除去する。

【0025】

弁座アセンブリ４２を弁空洞３２内にしっかりと搭載するために、ある実施形態では、環状ナット７８または他の好適な保定器は、弁体３０の内部ねじ山８２との螺合接続を提供する、外側ねじ山８０を含む。ナット７８は、弁アセンブリ４２の周縁の周囲近傍に緊締されてもよい。これは、外側リム４６の第１の表面４８を弁体の陥凹表面３４に対して圧縮し、前述の本体密閉を形成する。図３に最も良く図示されるように、ナット７８は、周辺溶接Ｗ内の８６とマークされた面積内のダイヤフラム非湿潤表面２４に接触するように定寸される、ビーズ８４を含む。ナット７８は、ナット７８が弁空洞３２の中に緊締されると、ビーズ８４と弁座担体４４の外側リム４６の第２の表面５０との間に狭入される、ダイヤフラム２６に対して圧縮荷重を印加する。本荷重は、好ましくは、溶接Ｗ内に印加され、したがって、弁が開閉されるとき、ダイヤフラム２６の撓曲および移動を生じさせる応力から溶接Ｗを隔離するために使用されてもよい。ナットビーズ８４は、荷重を弁アセンブリ４２に印加し、ダイヤフラムを圧着し、かつ本体密閉を生成するため、ビーズ８４の場所は、溶接Ｗ内であるが、ナット７８が弁体３０の中に緊締されると、弁座担体４４の歪曲を防止または低減させるであろうように選択されることが好ましい。圧縮荷重は、本体密閉を形成するために使用されるため、ユニットまたはカートリッジとしての弁アセンブリは、ナット７８が除去された後、ダイヤフラム弁１２から容易に除去されることができる。

【0026】

ナット７８はまた、アクチュエータ１４を弁体３０上に設置するために、アクチュエータ１４のねじ山９０と噛合する、内側ねじ山８８を具備してもよい。

【0027】

図４を参照すると、弁座担体４４は、ウェブ５４内に形成される付加的流動通路９２を含んでもよい。これらの流動通路９２は、好ましくは、中心開口部５６を中心として均一に分布する。流体が、第１のポート３６と第２のポート３８との間を流動するために、流体は、付加的流動通路９２の一部または全部を通して通過するであろう。付加的流動通路９２は、したがって、弁１２のためにより高い流量を提供するのに役立つ。好ましくは、付加的流動通路９２は、それぞれ、（アセンブリ４２がダイヤフラム弁の中に設置されると、ウェブ５４の角位置に応じて、第２のポート３８を覆い得る、各ランド部９４の部分内に）、第２のポート３８の直径より小さい、隣接する対の流動通路９２間の寸法９６を有する、ランド部９４によって相互に分離されるように十分に大きい。好ましくは、寸法９６は、第２のポート３８の直径の半分未満であり、より好ましくは、第２のポート３８の直径の１／５未満であってもよい。これは、ランド部９４が第２のポート３８を覆い得るかどうかにかかわらず、弁座アセンブリ４２が、任意のランダム半径方向または角配向に設置されることを可能にする。各ランド部９４は、好ましくは、第２のポート３８の直径より小さい寸法９６を有するため、それを覆うランド部９４は、弁１２の流体流量を不利となるように減少させないであろう。寸法９６を含む、より小さいランド部９４の使用は、より大きい流動通路９２の使用を促進し、これは、弁アセンブリ４２、故に、ダイヤフラム弁１２の流量を増加させる。

【0028】

さらに、より多い流量を提供するために、弁座担体４４は、弁空洞３２の中に設置されると、ウェブ５４の下側表面７４と弁体の陥凹表面３４との間のスタンドオフまたは間隙９８が存在するように定寸されてもよい。本間隙９８は、ある実施形態では、ウェブ５４を外側リム４６の軸方向中間点の上方に位置付けることによって提供されてもよい（図２参照）。本間隙９８は、好ましくは、弁が開放すると、付加的流動通路９２を通して、第１のポート３６と第２のポート３８との間を通過する流体のより高い流率を提供するために十分な大きさに作製される。ウェブ５４は、その周囲を流体が流動通路９２を通して第２のポート３８に流動しなければならない、表面積を流動通路９２の間に呈する。流量を増加させるために、間隙９８の高さ×ランド部９４の半径方向寸法または幅（図４における線９６に垂直な軸に沿って画定される幅）によって定義されるような流動面積は、第２のポート３８の流動面積以上であることが好ましい。間隙９８はまた、第２のポート３８と付加的流動通路９２との間に付加的流動空間を提供することによって、ランド部９４が第２のポート３８を覆う場合、それを補償するのに役立つ。一例として、間隙９８は、（断面で見ると）、第１のポート３６の正方形面積以上の弁座担体ウェブ５４と弁体陥凹表面３４との間の空間によって画定される流動面積を提供するように定寸されてもよい。別の代替として、間隙９８は、ウェブ５４の下方に延在する、外側リム４６の下側部分の軸方向長を延在させることによって、より大きく作製されてもよい。別の代替として、溝、トレンチ、または陥凹が、陥凹表面またはくりぬき３４の中に機械加工されてもよい。平坦リムまたは肩部が、次いで、弁座担体の第１の表面４８が、それに対して支承し、本体密閉を提供するために使用され得る。

【0029】

例えば、第２のポートが、流動面積０．０１８インチ^２（１１．６×１０^６μｍ^２）を有すると仮定する。したがって、好ましくは、ウェブ５４（より具体的には、ウェブ５４の下側表面７４）と弁体陥凹表面３４との間の流動面積は、略同一またはより大きいはずである。例えば、流動面積は、幅０．１８インチ（４５７２μｍ）を伴って実現されてもよく、間隙９８は、０．１８インチ（４５７２μｍ）×０．１インチ（２５４０μｍ）が流動面積０．０１８インチ^２（１１．６×１０^６μｍ^２）に等しくなるように、０．１インチ（２５４０μｍ）であってもよい。

【0030】

図５を参照すると、ダイヤフラム弁およびアクチュエータアセンブリ１０（分解断面に示される）は、マニホールド１００（図１におけるマニホールド１６であってもよい）上に設置されてもよい。本実施例では、マニホールド１００は、弁１２の第１のポート３６および第２のポート３８内外への流体流動のために、第１および第２のマニホールド流動通路１０２、１０４を伴う側方ポート式であってもよい。図５の例示的マニホールド１６（図１）およびマニホールド１００は、弁１２の第１のポート３６および第２のポート３８が弁空洞３２と同一平面であるという点において、表面搭載技術を組み込む。他のポート類構成および弁体構成も、特定の用途のために、必要に応じて、使用されてもよい。

【0031】

本発明の別の概念によると、ダイヤフラム弁内のダイヤフラムまたは弁座または両方を設置および交換する方法が、提供される。ある実施形態では、ダイヤフラムまたは弁座または両方を設置するための方法は、１）ダイヤフラムの周縁を弁座担体の外側リムに溶接することにより、ダイヤフラムを弁座担体に取着することによって、弁座、弁座担体、およびダイヤフラムを有する弁アセンブリを形成するステップと、２）弁座と弁座担体および溶接されたダイヤフラムを保定するステップと、３）弁アセンブリを弁体の中に設置するステップとを含んでもよい。

【0032】

別の実施形態では、ダイヤフラムまたは弁座または両方を交換するための方法は、１）ダイヤフラムの周縁を弁座担体の外側リムに溶接することにより、ダイヤフラムを弁座担体に取着することによって、弁座、弁座担体、およびダイヤフラムを備える、交換用弁アセンブリを形成するステップと、２）弁座と弁座担体および溶接されたダイヤフラムを保定するステップと、３）弁体から以前の弁アセンブリを除去するステップと、４）以前の弁アセンブリと交換用弁アセンブリを交換するステップとを含んでもよい。本方法は、随意に、ダイヤフラム、弁座、または両方を弁体の中に設置するための方法と組み合わせられてもよく、設置される弁アセンブリは、続いて、前述のダイヤフラムまたは弁座または両方を交換するための方法を使用して交換される。

【0033】

設置の方法および交換の方法の両方に対して、各方法は、弁座担体の表面を弁体の表面に対して圧縮することによって、荷重を弁体内の弁アセンブリに印加し、本体密閉を形成するステップを含んでもよい。

【0034】

本発明の側面および概念が、例示的実施形態を参照して説明された。修正および改変は、本明細書の熟読および理解に応じて、当業者に想起されるであろう。添付の請求項またはその均等物の範囲内である限り、全てのそのような修正および改変が含まれることが意図される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】