(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流量測定のためのセンサおよびこのセンサに応答するアクチュエータを有する流量コントローラであって、
流体入口と貫通流路を備えた流入側パイプ構造体と、該流入側パイプ構造体からの流体を受け、それを流せる貫通流路を備えた中間パイプ構造体と、該中間パイプ構造体からの流体を受け、それを流せる貫通流路と流体出口を備えた流出側パイプ構造体と、前記中間パイプ構造体に取り付けられたバルブシートと、該バルブシートと協働するバルブゲート部材と、該ゲート部材を支承保持し且つそれを所望流速が得られる適正位置に位置させるゲート部材コントローラとを備えたものに於いて、
前記流入側、中間、流出側パイプ構造体は互いに直列に連結されて接続し、
前記ゲート部材コントローラは、ゲート部材制御部分、取付部分および作動部分をこの順に有するコントローラロッド構造体と、該ロッド構造体を取付けるためのダイヤフラムを含む取付構造体とを備え、前記コントローラロッド構造体は、その取付部分で前記ダイヤフラムに、該部分を基点とするピボット運動可能に、接続され、そして、該作動部分およびゲート部材制御部分が前記アクチュエータに応答して前記取付構造体位置を基準として互いの対向方向の多数の別の位置に移動でき、それにより流体を多数の別の流量に調節できると共に前記ダイヤフラムが前記コントローラロッド構造体の構造的に支持された全重量を実質的に支持するように構成されていることを特徴とする流量コントローラ。
【請求項２】
前記ダイヤフラムが金属ダイヤフラムである請求項１記載の流量コントローラ。
【請求項３】
前記ダイヤフラムがほぼ円形である請求項２記載の流量コントローラ。
【請求項４】
前記コントローラロッド構造体の作動部分およびゲート部材制御部分が互いの対向位置方向に移動するのに対応して前記ダイヤフラムが伸縮する請求項１記載の流量コントローラ。
【請求項５】
前記コントローラロッド構造体の前記取付部分が前記ダイヤフラムの作動部分側に位置する第１部分と、前記ダイヤフラムのゲート部材制御部分側に位置する第２部分とを含み、前記第１部分と第２部分とは該部分の他方よりも一方の曲げを容易にするよう、曲げに対する強度が異なっている請求項１記載の流量コントローラ。
【請求項６】
前記第１部分と第２部分とがほぼ円筒形である請求項５記載の流量コントローラ。
【請求項７】
前記バルブシートが、前記流入側パイプ構造体を貫通する流路とほぼ一直線に通る流体開口部を有する請求項１記載の流量コントローラ。
【請求項８】
前記バルブシートが、前記流入側パイプ構造体および前記流出側パイプ構造体を貫通する流路とほぼ一直線に通る流体開口部を構成している請求項１記載の流量コントローラ。
【請求項９】
前記コントローラロッド構造体と前記ダイヤフラムとが一体である請求項１記載の流量コントローラ。
【請求項１０】
前記コントローラロッド構造体が、実質的に前記ダイヤフラムにピボット状に取付られ、前記アクチュエータに応答して前記取付構造体位置を基準に枢動状に対向方向の多数の別の位置に移動でき、及び
前記ダイヤフラムは、該ダイヤフラムのゲート部材制御部分側に面する第１の面とダイヤフラムの作動部分側に面する第２の面を有し、且つ、前記ダイヤフラムが、前記ピボット状取付部分に隣接する第２の面側では固定支持されない請求項１記載の流量コントローラ。
【請求項１１】
流量測定すべき流体の入口、出口とその間を貫通するテーパー状の主流路を備えたパイプ構造体と、
前記テーパ状主流路に沿って流体の圧力低下を生じさせるように前記テーパ状流路内に収容配置され、コア構造体と、該構造体と前記主流路との間に流れ方向にコア構造体表面に沿って取付けられた複数条ワイヤよりなるワイヤ構造体とからなる流量制限器と、
前記主流路の流体圧力低下に対応する量のセンサ導管流を生じるように前記主流路のセンサ流入口開口部と出口開口部に接続され、該主流路に並行な流路を構成するセンサ流路導管を備えた流体センサとからなる流量計であって、
前記ワイヤ構造体が前記テーパー状主流路の内壁とコア構造体との間で変形されて保持されていることを特徴とする流量計。
【請求項１２】
前記コア構造体が球形である請求項１１記載の流量計。
【請求項１３】
前記コア構造体が円錐形である請求項１１記載の流量計。
【請求項１４】
前記ワイヤ構造体が３本のワイヤからなる請求項１１記載の流量計。
【請求項１５】
前記ワイヤ構造体が４本のワイヤからなる請求項１１記載の流量計。
【請求項１６】
前記コア構造体は前記主流路のテーパー形状に整合するテーパー形状部を有し、前記ワイヤ構造体は前記テーパー状のパイプ構造体開口とそれに整合する前記コア構造体のテーパー形状部分との間に嵌め込まれている請求項１１記載の流量計。
【請求項１７】
前記複数のワイヤは、前記コア構造体とテーパー状主流路内壁の間のワイヤ構造体の軸方向係止位置の近傍では、前記コア構造体に密着していない請求項１１記載の流量計。
【請求項１８】
前記ワイヤ構造体は、前記テーパー状開口内での前記流量制限器の軸方向係止位置に対応した度合いで変形し、前記テーパー状主流路での所望圧低下の度合いに応じて、前記変形度合いを、前記コア構造体とテーパー状主流路内壁の間の空隙変化により調節変化させる請求項１１記載の流量計。
【請求項１９】
センサ導管流の流体入口、出口とその間の流路を構成するセンサ流路導管を備えた流体センサと、
流量測定すべき流体の入口、出口とその間を前記センサ導管流路に並行に貫通する主流路を備え、前記センサ流路導管の入口、出口端部としての各開口部を有するパイプ構造体と、
前記パイプ構造体のセンサ流路入口開口部内に延び、及び、少なくとも該開口貫通方向に沿う表面部が丸められた入口側金属シーラー構造体であって、該センサ流路導管の入口端末としての貫通孔を備えたものと、
前記パイプ構造体のセンサ流路出口開口部内に延び、及び、少なくとも該開口貫通方向に沿う表面部が丸められた出口側金属シーラー構造体であって、該センサ流路導管の出口端末としての貫通孔を備えたものとからなる流量計。
【請求項２０】
前記入口側、出口側シーラー構造体が、球形に形成された表面部分を有しすると共に対応するセンサ流路開口内に延びる請求項１９記載の流量計。
【請求項２１】
前記入口、出口シーラー構造体の夫々が、平坦な表面部分を有する請求項２０記載の流量計。
【請求項２２】
前記入口、出口シーラー構造体に前記センサ流路導管が取り付けられている請求項１９記載の流量計。
【請求項２３】
前記入口、出口シーラー構造体の夫々が、前記各センサ流路開口内に摩擦嵌合で取付けられている請求項１９記載の流量計。
【請求項２４】
前記パイプ構造体が、センサ流入口近傍に一対の入口コーナー部とセンサ流出口近傍に一対の出口コーナー部を有し、更に、前記入口シーラー構造体と前記入口コーナー部との間で曲げられた入口ワッシャー構造体と前記出口シーラー構造体と前記出口コーナー部との間で曲げられた出口ワッシャー構造体とを備えた請求項１９記載の流量計。
【請求項２５】
センサ導管流の流体入口、出口とその間の流路を構成するセンサ流路導管を備えた流体センサと、
流量測定すべき流体の入口、出口とその間を前記センサ導管流路に並行に貫通する主流路を備え、前記センサ流路導管の入口、出口端部としての各開口部を有するパイプ構造体と、
前記パイプ構造体のセンサ流路導管入口開口部内に延び、該開口方向に沿って表面部が丸められた入口側金属シーラー構造体であって、前記入口開口内に於いて球形の表面部分を有すると共に該センサ流路導管の入口端末としての貫通孔を備えたものと、
前記パイプ構造体のセンサ流路導管出口開口部内に延び、該開口方向に沿って表面部が丸められた出口側金属シーラー構造体であって、前記出口開口内に於いて球形の表面部分を有すると共に該センサ流路導管の出口端末としての貫通孔を備えたものとからなる流量計。
【請求項２６】
前記入口、出口シーラー構造体の夫々が、平坦な表面部分を有する請求項２５記載の流量計。
【請求項２７】
前記入口、出口シーラー構造体に前記センサ流路導管が取り付けられている請求項２５記載の流量計。
【請求項２８】
前記入口、出口シーラー構造体の夫々が、前記各センサ流路開口内に摩擦嵌合で取付けられている請求項２５記載の流量計。
【請求項２９】
前記パイプ構造体が、センサ導管流入開口近くに一対の入口コーナー部とセンサ導管流出開口近くに一対の出口コーナー部とを有すると共に前記入口シーラー構造体と前記入口コーナー部との間で曲げられた入口ワッシャー構造体と前記出口シーラー構造体と前記出口コーナー部との間で曲げられた出口ワッシャー構造体を備えている請求項２５記載の流量計。
【発明の詳細な説明】
関連出願
本願は１９９４年１２月２９日に出願された米国特許出願第０８／３６５８６１号の一部継続出願である。
発明の分野
本発明の分野は、流量コントローラ、流量コントローラの部品およびかかる物品を製造する方法に関する。
発明の背景
ガスの質量流量コントローラはガスの温度または圧力とほぼ無関係にガスの質量流量を検出し、測定値を出力し、よってかかる流量を計測し、かかる検出および計測に基づき、所望どおり質量流量を調節するようになっている。熱交換の原理に基づき作動するかかるタイプのコントローラはこれまで広く採用されてきた。
一般的な業務用タイプのガス用質量流量センサは小径チューブを内蔵し、この小径チューブの外側には互いに接近した状態で２つのワイヤコイルが巻かれている。これらコイルは抵抗値が温度によって影響を受ける金属材料から形成される。
センサに組み込まれるブリッジタイプの電気回路では、ガス流がない場合に抵抗値を等しくし、ブリッジタイプの回路のためのバランスのとれた状態すなわちゼロ出力信号を発生するように電流によってこれらコイルを加熱できる。
次に、チューブ内をガスが流れるとセンサの対応する測定レンジ内でガスの冷却効果により上流側コイルの温度は低下し、流体によって伝達される上流側コイルからの熱により下流側コイルの温度は上昇する。このような温度差はチューブを通過して流れる単位時間当たりの分子数に比例する。従って、温度によるコイルの抵抗値の既知の変化に基づき、ブリッジ回路の出力信号はガス流量の測定値すなわちメータ信号を出力する。
一般にこの小径チューブはコントローラを通る主要流体流路と平行になっている。この平行流路は主要流路に沿って圧力低下を生じさせるある種の部分的な流体流ブロックを使用して設定される。
所定レベルでの流量測定値および異なるレベルに設定される所望流量により差を除くことができる。すなわち主要流量流路内のバルブにより質量流量を制御できる。
一般に、質量流量コントローラでは主要流体流路は多少屈曲しており、リニア状に開閉されるバルブスリーブ内にバルブシート（弁座）を取り付けできるようになっている。従って、バルブにより流体流量を増減するように移動される部材は一般に流体流の方向（バルブシートの開口部を貫通する方向）に沿って加えられる力により移動される。バルブシートに抗して作用する部材はソレノイドまたはピエゾ電気機構によって位置が制御される構造体によって移動され、金属ダイヤフラムに取り付けられることが多い。かかる屈曲した流路およびリニア機構は、特別注文の導管部品や、好ましい機構よりもより大きな、および／またはより強力な機構を必要とする傾向がある。これら機構は主要流路内の背圧効果の影響を受け易く、これによりバルブの機械的動作が複雑となることがある。
これらすべてに多少関連するが、このことが主要流体流路内にバルブシートを含むスリーブの取り付けに関連して生じ得る製造上の条件である。特にスリーブを所定位置に押し込む際、主要流体流路に沿って引っ掻き傷ができないようにすることが必要である。例えば圧入作業を行う場合、流体が流れる間に流体と接触しない壁の表面に沿って必ず不可避的な引っ掻き傷が生じるはずである。
小径チューブセンサを貫通する平行流路を設けることに関連し、主要流体流路をある程度ブロックする必要があることに関連し、これまで種々のブロック素子が使用され、試みられてきた。この必要条件としては、例えばテーパを有する主要流体流路およびスプリング状取り付け機構により所定位置に位置決めし、保持できる、テーパ付きブロック構造を使用することが挙げられる。すべてが重要であるが、センサチューブに平行な流路の位置の近くにでかなりスムーズで、一般に層流状態を維持すること、および主要流路を通る流量に対するセンサチューブを通る流量の比を調節するよう、ブロック量を調節する能力を有することが必要である。このような調節能力により所定センサ信号が表示する流量を所定レンジ内で較正できるようになる。かかる較正のフレキシビリティは種々の用途および個別化された条件を満たす上で重要である。
これによれば、流体流のブロックおよび調節に関連し、ブロック装置として長手方向に沿ってワイヤ状構造体を有するほぼ円筒形のプラグ部分を備えた、ほぼ円筒形の流路部分が知られている。同じような形状の流路部分内に配置される円筒形ブロック部分の長手方向部分は、ブロックの程度を制御する手段として使用できる。
上記一般的タイプの質量流量コントローラでは、別の領域での試みおよび関心は小径センサチューブと主要流体流路とをインターフェース化することにあった。当然ながら、このインターフェース化は主要流体流路内のブロック素子の近くで行われる。かかるインターフェース化を行うには小径チューブが必要であり、かついずれかの端部で主要流体流路に対する開口部とシールされた状態で連通する必要がある。このような条件に対する従来の対応例は、センサハウジングと、この近くにおいて主要流体流路が孔開けされている金属導管ブロックとの間に金属取り付けブロックを組み込むことである。かかるブロックは内部に形成されたほぼ円筒形の開口部を有し、センサチューブが主要流体流路に接続する導管ブロック内の開口部の直前で、その両端において円筒形開口部を通過するようになっている。次にこれら開口部に一対の金属部品を圧入する。かかる部品には入力または出力の小径センサチューブ端部に対する中間部を貫通する小径開口部が孔開けされている。形状がほぼ円筒形となっているかかる金属部品は、導管ブロック側の面に形成された、例えば円形エッジを有することができる。インターフェース取り付けブロックとセンサチューブの両端近くにおいてセンサチューブの周りにある導管ブロックとの間に流体を密閉するシールを形成するよう、協働する円形エッジを有するワッシャー状の素子を圧縮できる。金属インターフェース部品はセンサパイプの両端を部品に溶接するための好ましい形状となるように、同じ面に沿って高くされた構造を有することができる。例えばインターフェース構造の細部およびインターフェース取り付けブロックによる空間の使用は、注目すべき事柄である。
質量流量コントローラに関し、流量コントローラバルブを通過する流量を制御するのにピエゾ電気またはソレノイド機構よりも熱機構を使用したい要望がある場合、充分な力を発生する必要があることが一般に条件となっていた。これによれば、ワイヤを電気的に加熱し、その周辺のチューブを加熱することは、過去の試みおよび開発の主題となっていた。熱を加えることにより膨張する際の、または熱を除去することにより収縮する際のチューブの質量を、必要な大きさの力の発生源とすることができたが、他方、応答時間が低速となる要因ともなっていた。
本発明は作動を容易にし、かつ効率的にするだけでなく、多数の領域に関連し、製造を容易にし、かつ効率的にするものである。これらとしてバルブ作動の機構、主要流体流路の指向性特性、センサ流路に対する主要流路の流量の制限、センサハウジングの取り付け、およびセンサ流路と主要流路との間の関連するインターフェース、並びに主要流体流路にバルブシートを取り付けることが挙げられる。
発明の概要
本発明のバルブ機構の特徴によれば、流体流量を測定するためのセンサおよびセンサに応答するアクチュエータを有する流体流量コントローラが提供される。この流体流量コントローラは入力パイプ構造体と、中間パイプ構造体と、出力パイプ構造体とを含む。このコントローラは中間パイプ構造体に取り付けられたバルブシートと、バルブシートに連動するバルブゲート部材と、ゲート部材コントローラも含む。入力パイプ構造体は所定の流量を有する流体を受けるための入り口を構成し、更にこの構造体を貫通する流体流開口部を構成する。中間パイプ構造体は、入力パイプ構造体から下流で流体を受け、この構造体を貫通する流体流開口を構成する。出力パイプ構造体は中間パイプ構造体から下流で流体を受け、同じようにかかる構造体を貫通する流体流開口部を形成する。ゲート部材コントローラはコントローラロッド構造体と、ダイヤフラムを含む取り付け構造体とを含む。コントローラロッド構造体はゲート部材制御部分と、取り付け部分と、作動部分とを有する。コントローラロッド構造体の取り付け部分に沿ってダイヤフラムにコントローラロッド構造体が接続され、ロッド構造体の作動部分およびゲート部材に接触する部分は流量コントローラアクチュエータに応答して、取り付け構造体の位置を基準に対向する方向に多数の別の位置へ移動でき、流体流量を多数の別の流体流量に調節でき、ダイヤフラムはコントローラロッド構造体の構造的に支持された重量のほぼすべてを支持する。
コントローラロッド構造体は実質的に枢着されており、コントローラロッド構造体の作動部分およびゲート部材制御部分が対向する方向に移動する際に、ダイヤフラムは伸びたり伸びなかったりする。このダイヤフラムは金属ダイヤフラムであり、実質的に曲げられていない形状でほぼ円形となっている。
コントローラロッド構造体の取り付け部分はダイヤフラムの作動部分側に設けられた部分と、ダイヤフラムのゲート部材制御側に設けられた別の部分とを備え、これら部分は円筒形であり、一方の部分に対する他方の部分の曲げを容易にするよう、曲げに対する強度が異なっている。
中間パイプ構造に取り付けられたバルブシートは入力および出力パイプ構造体を貫通する流体流開口部にほぼ整合する流体流開口部を構成する。
本発明の別のバルブ機構の特徴によれば、流体流量を測定するセンサおよびセンサに応答するアクチュエータを有する流体流量コントローラは、最初に説明したように、入力パイプ構造体と、中間パイプ構造体と、出力パイプ構造体と、バルブシートと、バルブゲート部材とを含む。ゲート部材コントローラはコントローラロッドと、取り付け構造体と、細長いステムロッドとを含む。コントローラロッド構造体はゲート部材制御部分と、取り付け部分と、作動部分とを有する。コントローラロッド構造体はコントローラロッド構造体の取り付け部分に沿って取り付け構造体に接続されており、コントローラロッド構造体の作動部分およびゲート部材接触部分は流量コントローラのアクチュエータに応答し、取り付け構造体の位置を基準に対向する方向に多数の別の位置へ移動自在であり、流体流量を多数の別々の流量に調節でき、ダイヤフラムはコントローラロッド構造体の構造的に支持された重量のほぼすべてを支持する。ゲート部材には細長いステムロッドが接続されており、このロッドはコントローラロッド構造体の制御部分の側であってゲート部材から離れた側にも取り付けられている。
この細長いステムロッドはコントローラロッド構造体のゲート部材側から離間するゲート部材の位置の距離の２倍よりも長い距離だけ制御ロッド構造体のゲート部材側から離間して取り付けられている。細長いステムロッドを中心とし、コントローラロッド構造体の作動部分および細長いステムロッドに固定されたスリーブは、制御ロッド構造体のゲート部材制御部分のゲート部材と反対側まで伸びる。
本発明のバルブアクチュエータ兼バルブコントローラの特徴によれば、流体流量制御バルブのゲート部材のためのアクチュエータ兼コントローラ機構は、作動部分およびゲート部材を有するゲート部材コントローラロッド構造体と、感温性アクチュエータワイヤ構造体と、アクチュエータワイヤ構造体の温度を制御するアクチュエータ制御回路とを含む。アクチュエータワイヤ構造体はコントローラロッド構造体の作動部分に連動するように接続されており、温度変化に応答して膨張したり収縮したりし、ロッド構造体のゲート部材制御部分を移動させ、実質的にかかる膨張および収縮のみに応答してバルブを通る流体流量を調節する。
ワイヤ構造体には、このワイヤ構造体のあたりに配置され、コントローラロッド構造体の作動部分の一方の側まで伸びるチューブ状構造体が接続されており、このチューブ状構造体はワイヤ構造体の膨張および収縮によってほぼ移動することはない。コントローラロッド構造体にはワイヤ構造体のあたりに配置され、コントローラロッド構造体の作動部分の反対側まで伸びる別のチューブ状構造体が固定されており、このチューブ状構造体はワイヤ構造体に連動自在に接続され、ワイヤ構造体の膨張および収縮に応答してコントローラロッド構造体の作動部分を移動させる。コントローラロッド構造体の作動部分は開口部を有し、ワイヤ構造体はコントローラロッド構造体に接触することなく開口部を貫通するように取り付けられている。コントローラロッド構造体に加えられる力を発生するようにスプリングが取り付けられている。
本発明の主要およびセンサ流体流路の特徴によれば、流体流量計は測定すべき流量を有する流体のための入口および出口を有するパイプ構造体と、かかる構造体を貫通するテーパ付き主要流体流路開口部とを含む。更にこの流量計は、開口部に沿って流体の圧力低下を生じるよう、かかる開口部内に設けられた流量制限器と、主要流体流路開口部と平行なセンサ流体流路開口部と、圧力低下に応答するセンサ導管流体流量を発生するように設けられた入口および出口開口部を有するセンサ導管を内蔵する流体流量センサも含む。この流量制限器はコア構造体と、テーパ付き開口部内のコア構造体とパイプ構造体との間に位置するコア構造体に沿って配置されたワイヤ構造体とを含む。
ワイヤ構造体の長さは、コア構造体とパイプ構造体との間で変化する。コア構造体は例えば球形構造体または円錐形構造体でよく、種々の選択例として３本または４本のワイヤ構造体を含むことができる。
本発明の他の主要およびセンサ流体流路の特徴によれば、流体流量計は入口および出口を有し、更にここを貫通するセンサ流体流路を有する流体流量センサ導管を内蔵する流体流路センサと、測定すべき流量を有する流体のための入口および出口を有しセンサ流体流路開口部と平行な主要流体流路開口部を有するパイプ構造体を含む。パイプ構造体はセンサ導管の入口端部のためのセンサ導管入口開口部と、センサ導管の出口端部のセンサ導管出口開口部も有する。センサ導管入口開口部内には入口金属シーラー構造体が延び、センサ導管出口開口部内には出口金属シーラー構造体が延びる。シーラー構造体の各々は、シーラー構造体が進入するセンサ導管開口部を貫通する方向に沿って丸くされており、各々はセンサ導管の連動する端部のためのシーラー構造体を貫通する開口部を有する。
入口および出口シーラー構造体の各々はパイプ構造体の関連するセンサ導管開口部内を延びる球状の表面部分を含み、各々は平らな表面部分も含む。シーラー構造体の各々にはセンサ導管が取り付けられている。
パイプ構造体がセンサ導管入口開口部近くに一対の入口コーナーを有することができ、センサ導管出口開口部近くに一対の出口コーナーを有することができる。入口シーラー構造体と、かかる入口コーナーとの間で入口ワッシャー構造体を曲げ、出口シーラー構造体とかかる出口コーナーとの間で出口ワッシャー構造体を曲げることができる。
本発明のバルブシート取り付けの特徴によれば、パイプ構造体内にバルブシートを取り付ける方法が提供される。流体流のためのブッシングを貫通する開口部を有し、ブッシングを貫通する方向に対して横方向の端面と別の端面を有し、別の端面の近くにバルブシートの取り付けられたバルブシートブッシングを設ける。このブッシングをパイプ構造体内に挿入し、ブッシングを貫通する方向へのブッシングの移動を阻止する。第１端面には１つの構造体が当接し、この端面を変形し、ブッシングの外側壁表面をパイプ構造体の内側壁表面に対して押圧し、ブッシングをパイプ構造体内に固定する力をこの構造体に加える。
横方向の第１端面は変形前には円錐形を含む形状となっており、かかる変形後は球形を含む形状となる。変形中、かかる端面に当接する構造体は球形を含む。ブッシングによる移動を阻止する際に端面の間のブッシング表面をアンビル構造体に当接する。
【図面の簡単な説明】
図１は、コントローラの内外への流体流接続部を備えた本発明に係わる流量コントローラの斜視図である。
図２は、図１の２−２線に沿った図１の流量コントローラの横断面図である。
図３は、流量コントローラのセンサの種々の部品を示す、図１の３−３線に沿った横断面図である。
図４は、図２の種々のバルブ制御およびアクチュエータ部品を示す、一部破断拡大横断面図である。
図５は、図２の種々のバルブ制御部品を更に示す破断拡大横断面図である。
図６は、主要流体流路内の流量制限器の取り付けを示す、図２の６−６線に沿った一部破断拡大横断面図である。
図７は、流量制限器の斜視図である。
図８は、流量制限器の一部を示す一部破断斜視図である。
図９は、センサ導管と接続用シーラー構造体を含む主要流体流路との間の接続部を示す、図２の９−９線に沿った一部破断拡大横断面図である。
図１０は、シーラー構造体を含む、図９の部品のうちの一部を示す拡大破断図である。
図１１は、図面に示したブリッジタイプの測定回路における、図１のセンサのコイルを示す略図である。
図１２は、図示された温度変動回路内で抵抗器としての作動する流量コントローラのアクチュエータワイヤを示す略図である。
図１３は、大きな回路内に図１１および１２の回路の部品をどのように取り付けるかを示す。
図１４および１５は、図１の流量コントローラのバルブシートの制御コントローラ内の所定位置への取り付けを示す。
図１６は、図２に示されたバルブ制御およびアクチュエータの種々の部品の別の実施例であり、図１６は常開バルブの実施例であり、図２は常閉バルブの実施例である。
図１７は、図７の流量制限器の別の実施例の斜視図である。
図１８は、図１７の流量制限器の一部を示す一部破断斜視図である。
図１９は、主要流体流路内の所定位置に設けられた、図１７の流路制限器の横断面図である。図６と対比できる。
図２０は、センサ導管と主要流体流路との間の接続部の別の実施例を示す破断横断面図である。図１０と対比できる。
図２１は、種々のパイプ部分、流量制限器およびセンサ導管シーラー部品の別の実施例を示す横断面図である。図２と対比できる。
図２２は、シーラー構造体を含む、図２１の部品の一部を示す、図２１の２２−２２線に沿った一部破断拡大横断面図である。
図２３は、図２１の流量制限器の斜視図である。
図２４は、図２に示された種々のバルブ制御およびアクチュエータ部品の別の常閉実施例である。
図２５は、細長いステムロッドおよびステムロッドスリーブを含む、図２４の部品の一部を示す破断拡大図である。
図２６は、図１６に示されたバルブ制御およびアクチュエータの種々の部品の別の常開実施例である。
図２７は、組み立て位置に挿入する前の、図２２のシーラー構造の横断面図である。
詳細な説明
本明細書の導入部および概要により、図１には流体流システムへの入力側接続部３４および出力側接続部３６を備えた質量流量コントローラ３２が示されている。図１および２に示されるようにこの流量コントローラは入力パイプ部分４０と中間パイプ部分４２と出力パイプ部分４４とを有する。図２に示されるように、ブッシングにバルブシート４８が圧入されたバルブシートブッシング４６が中間パイプ部分４２に取り付けられている。ボール５０はバルブシートと連動してバルブに対するゲート部材として働き、バルブを通過する流体流量を調節するようになっている。
図示するように、例えば図２および５では金属ダイヤフラム５４に実質的に枢着されたコントローラロッド５２によりゲート部材のボール５０の位置が制御される。次に、所望の流量に従って変化する温度を有するアクチュエータワイヤ５６の膨張と収縮により、このコントローラロッド５２の位置調節が完了する。（例えば図４も参照のこと）。
図２を参照し続ける。流量コントローラ３２の入力パイプ部分４０は流体入口６０と、この部分を貫通する入力部分流体流開口部６２とを有する。同様に、中間パイプ部分は中間部分の流体流開口部６４を有し、出力パイプ部分４４は出力部分の流体流開口部６５を有する。
入力部分の流体流開口部６２には球状をした流量制限器６６が密に設けられている（図６も参照）。図２、７および８に示されるようにこの流量制限器はコア７０と、このコアに沿って配置された細長いワイヤ７２を有する。このワイヤ７２は制限器が所定位置にある時に入力パイプ部分４０の内壁とコアとの間に圧縮されるようになっている。
この流量制限器６６は当然ながらその両端で圧力を低下させる。図２に示されるように、入力部分の流体流開口部６２に対して横方向の入口センサ導管開口部７４が入口パイプ部分を貫通し、流量制限器６６の上流側に設けられている。同様に、流量制限器の下流側には入口パイプ部分を貫通する連動する横方向センサ導管出口開口部７６が設けられている。
図２ではセンサ導管の入口端部８０はこの入口開口部７４と連通し、センサ導管の出口端部８２は出口開口部７６と連通していることが理解できる。図９には入口端部８０の構造が拡大して示されており、当然ながら出口端部８２の構造も同様な外観となっている。
図３にはセンサ導管８４の本体がセンサハウジング８６内に配置された状態に示されている。図３に示されるように、この質量流量センサは上流側の感温性抵抗ワイヤコイル９０と下流側の感温性抵抗ワイヤコイル９２に対する、センサ導管を通過するガス流の効果を利用し、センサ導管を通過する流体流量を測定する周知のタイプのものとなっている。このセンサ導管は当該流体流量レンジで主流体流路を通過する流体流量はほぼ一定となっている。
回路素子として上流側センサコイル９０と下流側センサコイル９２とを備えた、図１１のブリッジタイプの回路は、マス流体流量を示す出力電圧を発生する電子センサ回路となっている。図１に示されるように種々の電子部品が設けられたプリント回路基板９４は必要なセンサ回路を内蔵している。回路基板は従来の他の回路素子と共に図１２に略図で示されるように、アクチュエータワイヤ５６の温度を変えるアクチュエータ回路も内蔵し、従来の他の回路素子は電子センサおよびアクチュエータ素子と相互作用したり、および／または流量コントローラ３２が外部電子回路と相互作用することを求めることができる。
既に述べたように、センサ導管８４の入口端部８０および出口端部８２とセンサ導管の入口開口部７４および出口開口部との間を連通させるのに、同様な金属製シーラー部材が使用されている。このことは上記図９以外に、図１０に示されている。図１０では入口開口部７４内の所定位置に入口シーラー部材９６が設けられている。このシーラー部材は球形の表面部分１００を有することが理解できよう。当然ながら図２にも同様な出口シーラー部材９８が示されている。
流体流路内のガスの流れを効率的にし、純粋な状態とするため中間パイプ部分４２内にバルブシート（弁座）ブッシング４６を取り付ける際には、このパイプ部分の内壁表にスクラッチができるのを防止することが重要である。例えば図２にはブッシングにバルブシート４８が圧入されたブッシングを見ることができる。図１４および１５にはこのスクラッチを回避するための取り付け方法が示されている。この方法はラジアル膨張嵌合方法と称すことができる。より詳細に説明すれば、取り付け前にバルブシートブッシング４６は円錐形を含む形状を有するブッシングを通過する方向に、横方向の上流側端面１０２を有する。特に円錐形の端面部分１０４を有する。ブッシング４６を取り付ける際にアンビル１０６に対向して中間パイプ部分４２にこのブッシングを挿入する。アンビルが上流側端面１０２と下流側端面１１０の間に形成されたブッシングの環状表面１０８に当接した状態で、上流側端面の円錐形表面部分１０４に抗して変形ボール１１２を設置し、番号１１６で示される変形装置を介して加えられる矢印１１４で示される変形力を、この変形ボール１１２に加える。この結果、図１５に示されるように円錐形表面部分は球状表面部分に変形する。この変形中のこの表面部分は図１５では番号１２０で示されている。例えば図２には、最終結果であるブッシング４６が所定位置に位置した球面部分１２２が示されている。当然ながら、力を加え、変形することによりブッシングの外側壁に沿う力が中間パイプ部分４２の内壁に加えられる。このような拡大およびこれに関連する変形によって変形が生じる結果、放射状に膨張することによってブッシングはパイプ部分内にきつく、かつ安定に冠号される。
当然ながらマス流体流量コントローラ３２はガス状の流体の流量の制御に特に適す。既に述べたように、主要流体流路を通過する非転向流体流量に対するセンサ導管８４を通過する転向流体流量の比をほぼ一定に維持するには、制限器はこれに沿う流体の流れをスムーズに維持しなければならない。このことは、一般的には制限器に沿って層状タイプの流体流が発生しなければならないことを意味している。これに関連し、図２および６〜８に示されるように、球状流量制限器６６は特に比較的低いレンジの流量に適す。他方、図１７に示されるような円錐形の流量制限器１２４はより高いレンジの流体流量の特に適す。この図１７の特定の実施例では円錐形（切頭円錐）のコア１２６のテーパ角は入口部分の流体流開口部６２（図２）のテーパ角と同じである。
流量コントローラ３２ではセンサハウジング８６は、入口パイプ部分４０に層脚部１３０とハウジングの下方の脚部１３２を有するＬ字形ブラケット１２８に従来どおり取り付けられている（例えば図１、２および９参照）。このパイプ部分の脚部１３０は図１および１０に示されるようにシーラー部材９６および１００に対してきつく取り付けられている。しかしながら、流量コントローラ３２ではこのようなきつい取り付けはシーラー部材を所定位置に保持する上で実際には必要でない。シーラー部材の形状に関連して行われる圧入により、ブラケットの脚部１２８から別の力を加えることなく、きつく、かつ安定な嵌合が行われる。しかしながら、他の組み立ておよび安定性の理由からブラケット脚部をきつく嵌合することが好ましい。
他方、図１０と対比される図２０に示される変形例では、図２および１０の入口シーラー部材９６および出口シーラー部材１００と同じになっているシーラー部材が入口パイプ部分に沿って設けられたＬ字形ブラケットの脚部１２８の保持力を必要とするように使用されている。かかる入口シーラー部分１３４は図２０では入口ワッシャー部材１３６に押し付けられるように示されており、入口ワッシャー部材１３６は力によりシーラー部材のためのセンサ導管入口開口部７４に対する入口にて一対の入口コーナー１４０のまわりに曲げられている。
図２および４に示されるような、図１の流量コントローラ３６のバルブコントローラおよびアクチュエータ構造は、バルブを常閉作動させるようになっている。図１６に示される別の構造は、常開タイプの別の構造となっている。
図２１には所定位置に設けられた別の円錐形流量制限器１５０と一対の同様な別の入口シーラー部材１５２および出口シーラー部材１５４と共に、別の入力パイプ部分の実施例１４６が示されており、入口シーラー部分１５２と出口シーラー部分１５４は図１の入口開口部７４および出口開口部７６と多少形状の異なるセンサ導管の入口開口部１５６および出口開口部１５８内に嵌合されている。従って、これら別の部品は図１に示された相当する部品と置換できる。図２７は組み立て位置に挿入する前のこれら対のシーラー構造のうちの１つを示す。
図２４には、図１、２および４の相当する部品と置換できる別の常閉バルブ制御部品およびアクチュエータ部品が示されている。フローティングゲート部材ボール構造ではないこれら別の部品は取り付けられたゲート部材ボール１６０と、この部材ボールに固定された細長いステムロッド１６２と、コントローラのロッド構造およびステムロッドに固定されたステムロッドスリーブ１６４を内蔵する。ステムロッドはコントローラロッド構造体の上流側からから離間するゲート部材ボールの位置の距離よりもほぼ長く距離だけコントローラロッド構造の上流側のゲート部材から離間してスリーブの下流側端部１６６に取り付けられている。このような取り付け構造により、取り付け位置の近くを除きスリーブに接触しないステムロッドは、実際にバルブシートに対しボールを位置決めするための補助部材として曲がることが可能となっている。ステムロッドおよびそのスリーブを備えたこのような取り付けボール構造は図２５により詳細に示されている。
図２６には図１６の相当する部品と置換できる別の常閉バルブ制御部品およびアクチュエータ部品が示されている。この装置は図２４のボール取付装置の常開タイプのものである。
図面と関連した上記導入部および発明の概要の説明は流量コントローラ３２、その部品および作動ならびにかかる部品および作動の変形例についてのかなりにわたる細部を述べている。
更に別の詳細な特徴に関し、とりわけ部品のうちでもセンサハウジング８６と、例えば図３に示されるようなセンサ導管８４と、図１１に略図で示されるようなセンサ電気回路を含む質量流量センサは「姿勢の影響を少なくした流体の質量流量メータ装置」を発明の名称とする米国特許第5,191,793号の要旨となっている一般的なタイプのものである。１９９３年３月９日に発行されたこの特許をここに参考例として引用する。
この特許に実質的に説明されているように、ハウジング８６は金属製ハウジングであり、このハウジングはセンサ導管８４およびこの導管のまわりの上流側コイル９０および下流側コイル９２のための、ハウジングを貫通する開口部１４２を有する。このハウジングは２つの部品すなわち図３から判るような本体と、所定位置に圧入するように形成された、本体のためのカバーとから形成されている。
センサコイル９０および９２からの４本のリード線１７０は、ハウジング内のコネクタリード線１７２に接続され、図１１に示されるようなセンサ回路にコイルを電気的に接続している。図１１の電気回路例に関してコイル９０および９２はこのようなブリッジタイプの回路となるように接続されている。このようなブリッジタイプの回路および他の種々のブリッジタイプの回路の動作は、当業者に周知であり、よく理解されている。直流電流源１７４はスイッチ１７６を閉じた後に、センサ導管をガス流が流れていない場合、回路の２つの出力ターミナル１８０と１８２との間にベース出力電圧を発生する。コイル９０および９２を通る電流は、コイルのワイヤを同じレベルまで加熱し、２つのコイルの温度を同一温度とする。２つのブリッジ抵抗器１８４および１８６が同一の抵抗値を有している場合、当然ながら、ベース出力電圧はゼロであり、ブリッジタイプの回路はバランスする。
しかしながらガス流がある場合、上流側センサコイル９０はガス流によって冷却され、その熱の一部をガス流に与え、下流側接続コイル９２はガスに与えられた熱の一部を取り込んで加熱される。従って、コイル９０と９２との間に温度差が発生し、この結果、出力ターミナル１８０と１８２との間に電圧が生じる。当然ながらこの電圧は温度によるコイルの抵抗値の変化に起因するものである。
装置のレンジ内でのコイル間の温度差は、ガス分子の数の尺度すなわち導管を通過して流れるガスの質量の尺度となる。同様に、コイルの抵抗値の差はコイル間の温度差の尺度となる。このような抵抗差によって出力電圧が決定される場合、出力電圧はガスの質量流量の尺度となる。
コイル間の抵抗値の差に比例する出力電圧を発生するには２つのブリッジ抵抗器１８４および１８６の抵抗値はコイルの抵抗値よりもかなり大きい値でなければならない。更に、広範な温度でブリッジ回路を正確にするには電流源１７４およびブリッジ抵抗器は温度変化から独立していなければならない。
これまで述べたように、種々の環境条件からの独立性を実現する種々の変形例を含むブリッジタイプの回路は周知であり、よく理解されている。当然ながら温度に抵抗値が比例する回路用のコイル材料および質量流量に比例する温度差を生じるこの材料から成るコイルとの関連性もある。この点に関し、一般にセンサのレンジの充分外側ではガスの流れは上流側コイル９０および下流側コイル９２の双方を充分急速に冷却する。
上記説明および参考例として引用した特許は、センサに関する細部が述べられているが、センサ自体およびその作動の詳細は本発明の一部を構成するものではない。
図１の流量コントローラ３２の入力部分の流体流開口部６２内の流体の流量制限に説明を戻す。圧力低下を生じるように所定位置に設けられた球形の流量制限器６６により、センサ導管８４を通過する質量流量と入口部分の流体流開口部を含む主要流体流路を通過する質量流量との比が決まる。このような一般的な技術については周知であり、よく理解されているものである。このような一般的事実に従い、制限器は主要流体流路内の圧力低下と流体流量との間の特性と、センサ導管内における圧力低下と流体流量との間の特性とが類似するようになっていなければならない。大きな部品では、このことは制限器に沿う主要流体流路内、更にセンサ導管内で（乱流とは異なる）層流が維持されることを一般に意味している。
球形流量制限器６６はこれら条件を満たすようになっており、更にあるレンジ内では２つの流路の間で決まる流体流量を変えることができるようにしたいという要求も満たすようになっている。更に、この制限器は好ましく、かつ効率的にこのことを達成するようになっている。
より詳細に説明すれば、制限器のコア７０は、例えば包括名称３１６の付いたステンレススチール材料から成るボールベアリング構造体から形成できる。かかるボールベアリング構造体は高品位の公差となるように大量生産されている。コアの上流端に、例えば同じ材料の同様な形状の制限器把手１８０を溶接し、下流端に例えば同じ材料の小さい突起１９０を溶接することができる。当然ながらコア、把手および突起は１つの一体的ユニットとして形成してもよいし、溶接以外の方法で取り付けてもよい。この把手は制限器を入力パイプ部分の流体流開口部６２内に移動させる装置により制限器を保持する手段、または制限器を所定位置に移動するための装置によって叩くことができる部品として使用できる。この把手および突起は共にワイヤを所定位置に設置し、コア７０に沿って３本のワイヤ７２を設けるのにも使用できる。例えば把手１８８とコア７０との接合部のまわりを包み、この接合部を数回突起１９０に溶接し、更に例えば１回上記接合部領域に溶接する十分な長さのワイヤを使用できる。しかしながら当然、所望のワイヤ配置とする多数の代替例が容易に明らかとなろう。更に、所望するとおり、または実際的に、ワイヤの数を１本と少なくしたり、それよりも多くしたりすることが可能である。
入力部分の流体流開口部６２は入口部６０からスタートして大径から次第に小径となるようにテーパが付いている（図２）。１度のテーパが代表的な例であるが、特定の条件に応じて種々の変形例を採用できる。当然ながらこのテーパをつけた結果、ワイヤ７２と開口部の内壁との最初の接触点を越えてテーパ付き開口部内に流量制限器６６を挿入するにつれ、嵌合が次第にきつくなり、ワイヤもその長手方向の部分に沿って次第に圧縮される。当然ながらかかる圧縮により、図６に示されるようにワイヤがコア７０と開口部の壁との間に圧縮されるワイヤ部分の横断面が次第に引き延ばされる。圧縮によるかかる引き延ばしとは別に、当然ながらワイヤの横断面は円形である。制限器が内側に押し込まれるにつれて、コア７０がきつく嵌合され、更にワイヤの横断面が変化することによって生じる変化は、当然センサ導管８４の近くの流体の流れ特性に影響を与える。従って、入口部分の開口部６２における流体流量すなわち開口部が一部となっている主要流路における流体流量に対するセンサ導管内の流量の比に影響がある。従って、流れ制限器を内側に押したり外側に引いたりする操作を、この流量比を調節する機構およびあるレンジ内でのターミナル１８０および１８２（図１１）の両端のセンサ電圧の較正を調節する手段としてある程度使用できる。このような機能およびそのレンジに影響するように、開口部のテーパ、コアの大きさ対開口部の関係およびワイヤの径を変えることができる。しかしながらこれに関連し、０．００６の径を有する、例えば３１６ステンレスから成るワイヤは、球形の流れ制限器６６に対して好ましく、かつ効率的であると見なされている。
図１９では、図１の入口パイプ部分４０に対する別の円錐形流量制限器１２４が球形流量制限器６６の代替物として所定位置に示されている。図１７の円錐形流量制限器の斜視図および図１８のコア単独の図では、かなり拡大されている。従って、図示された特定のコア１２６の長さは入力パイプ構造体４０のセンサ導管入口開口部７４とセンサ導管出口開口部７６との空間に容易に嵌合するような値となっている。しかしながら、このようなケースとする必要はない。変形例によれば、コアは入口開口部と出口開口部との間の距離より長くてもよく、かかる開口部の一方または双方を越えて延びていてもよい。図６の横断面と類似して図１９の円錐形流量制限器の場合の横断面は、コア１２６に沿ったワイヤがコアと入口パイプ構造体の内側壁との間に圧縮される点に位置する。
図１７および１８に示されるように、円錐形流量制限器１２４は球形流量制限器６６の類似構造と類似する目的のために働く把手１９２および突起１９４を有する。例として円錐形流量制限器と同じように把手および突起を使用して取り付けできる４本のワイヤ１９６を有する円錐形制限器が示されているが、この制限器は３本でなく４本のワイヤに対して変形されている。好ましくは、円錐形コア１２６のテーパは入力パイプ部分の開口部６２の場合と同じにできる。例えば１度とすることができる。別の機能を提供するために流量制限器のテーパを変えてもよい。いずれのケースにせよ球形制限器に関して説明したのと同じように、センサ導管８４と入力パイプ部分の流体流開口部６２との間の流体流量比を設定し、従ってターミナル１８０と１８２（図１１）との間のセンサ電圧の較正値を設定する際に円錐形流量制限器を使用できる。球形流れ制限器と同じように、円錐形流量制限器を所定位置に挿入したり抜き出したりする際に把手１９２を装置によって保持したり、装置によって叩くことができる。円錐形流量制限器を使用する場合、約０．１５ｍｍ（０．００６インチ）または約０．０３ｍｍ（０．００１２インチ）の径を有する、例えば３１６ステンレススチールのワイヤが便利で、かつ効率的であると考えられている。ここで再びワイヤの本数は所望するように、かつ実際的であるように、１本と少なくしてもよいし、それより多くてもよい。
球形流量制限器６６は、一般に例えば標準毎分約５００立方センチまでの比較的低いマス流体流量レンジに適す。しかしながら変動値に応じ、この値は例えば毎分約２００標準立方センチまで低くてもよいし、または例えば標準毎分約８００立方センチまで高くてもよい。他方、図１７の円錐形流量制限器は特に中間のマス流体流量レンジ、例えば球形流量制限器の上限から種々の設計上の選択に応じた標準毎分約２５００立方センチから標準毎分約５０００立方センチの範囲内の上限までの範囲に適合する。
これら比較的低いレンジおよび中間レンジを越えるマス流体流量が問題となる場合、かかる高いレートに適した、当業者によりこれまで実現されていた形状を容易に利用することができる。
次に、バルブゲート部材５０のためのアクチュエータおよびコントローラ機構について説明をする。図１、２、４および５には図１の流量コントローラ３２の常閉バルブ機構の機械部品が最良に示されている。かかる図を参照すると、コントローラロッド５２は作動部分２００と、取り付け部分２０２と、ゲート部材制御部分２０４とを有する。作動部分の周辺の詳細は図面からほぼ明らかであるが、これについては後により詳細に説明する。この目的のため、制御ロッドの作動部分はアクチュエータワイヤの温度上昇およびそれによって生じるワイヤの膨張によって反時計回りに枢動することを理解しなければならない。他方、ワイヤが冷却されることによってワイヤが収縮すると、枢動は時計回り方向に行われる。
かかる枢動は本質的にはこのような膨張および収縮にのみ応答するものである。この点に関し、このバルブは完全に熱により作動されるバルブとなっている。更に、膨張したり収縮したりする必要があるのはほぼワイヤだけであるということが重要である。当然ながらかかるワイヤは質量が小さいので、大きな質量よりも急速に加熱または冷却できる。このような小質量であるという特徴により応答時間が比較的高速となっている。質量が１０倍または１００倍大きくなると応答時間は一般に１０倍または１００倍遅くなる。
コントローラロッド５２の作動部分２００が反時計回り方向または時計回り方向に移動する場合、ゲート部材制御部分２０４も同じように反時計回り方向または時計回り方向に移動する。理解できるように、反時計回り方向に移動するとゲート部材のボール５０はより広く開いた位置に調節され、流体流量を大きくできる。時計回りの移動によりゲート部材ボールはより密の状態に位置決めされ、流体流量を小さくするように働く。図２には完全に閉じた静止位置が示されており、この位置は図４では破線によって示されている。多少開いた位置は図４の連続線で示されている。
制御ロッドを取り付けるため金属ダイヤフラム５４には取り付け部分２０２に沿った制御ロッド５２が取り付けられている。この金属製ダイヤフラムの形状はほほ円形である。このダイヤフラムは曲がった形状、例えば波形形状とはなっていない。このダイヤフラムは広がったり、しぼんだりして流体流量を調節するための制御ロッドの反時計回りの運動および時計回りの運動に対する実質的な枢着部となっている。
コントローラロッド５２の取り付け部分２０２に沿ってダイヤフラム５２の作動部分側まで延びる取り付け部分の円筒形部分２０６が設けられている。ダイヤフラムを貫通する取り付け開口部２１０内にはダイヤフラムのゲート部材側まで延びる円筒形部分２０８が設けられている。図５から最良に理解できるように、これら部分のうちの円筒形部分２０６は円筒形部分２０８よりも径が大きく、よって曲げに対する強度も大きくなっている。これに関連し、ダイヤフラム５４にはダイヤフラムの作動側面に沿って環状ステップ部分２１２も形成されており、このステップ部分２１２はダイヤフラムに沿ってダイヤフラムの開口部２１０から外側に延びている。コントローラロッド５２およびダイヤフラム５４は、例えば３１６ステンレススチールから構成し、溶接または鑞付けにより取り付けることが好ましく、かつ効率的である。
径が異なり、よって曲げ強度の異なるコントローラロッド５２の円筒形部分２０６および２０８は特定の目的に役立つ。コントローラロッド５２が取り付けられているダイヤフラムが、例えば中間パイプ構造体４２とダイヤフラムより上にあるコントローラロッド部分のためのチューブ状ケーシング２１４との間の所定位置に溶接されている場合、制御ロッド、特にゲート部材制御部分２０４の位置が常閉構造に好ましい位置から若干ずれることがある。しかしながらコントローラロッドのゲート部材収縮部分および／または作動部分２００の種々の部品に沿って正しく力が加えられると、ダイヤフラムより下にあるコントローラロッド部分はダイヤフラムおよびコントローラロッドの他の部分に対し若干その角度を変えるよう、若干屈曲できる。
図５から理解できるように、ダイヤフラム５４を貫通する取り付け開口部２１０はダイヤフラムにコントローラロッド５２を取り付ける際に上方円筒形部分２０６によって設けられたショルダーがダイヤフラムに載るような大きさとなっている。しかしながら、当業者には容易に明らかであり、かつ図２４および２６を参照すれば明らかとなるように、所望の構造にし、所望の結果が得られるようにコントローラロッドおよびダイヤフラムの別の種々の形態も可能である。例えばダイヤフラムの近くを含む外側の構造を同一にしながら、コントローラロッドとダイヤフラムとを一体的に形成できる。同様に、ダイヤフラムに開口部を設けず、例えば開口部の位置を通るステップ部分を設けることも可能である。これに関連し、コントローラロッドはダイヤフラムの両側に２つの別個の部品を有してもよく、これら別個の部品はロッド構造体を不連続にするものと見なされるか、またはダイヤフラムの中心部分と共にロッド構造体となる。このような構造では、下方の円筒形部分はダイヤフラムの下面に溶接または鑞付けされた円形端部を有し、上方円筒形部分はダイヤフラム構造体に同じように溶接または鑞付けされた下端部を有する。従って、種々の容易に明らかな別の実施例も存在する。
次に図１、２および４を参照し、常閉バルブ動作に焦点を合わせてアクチュエータについて更に詳細に説明する。アクチュエータワイヤ５６はコントローラロッド５２の作動部分２００を貫通するねじ切りされた開口部２１６を通っている。一端部に雄ネジを有するチューブ２２０をねじ切りされた開口部２１６にねじ込むと、コントローラロッドの作動部分にチューブ２２０が取り付けられる。主要流体流路を通る流体の流れの方向を基準にすると、このチューブはワイヤ構造を中心に配置されており、コントローラロッドの作動部分の入力側まで延びている。他方、作動部分の出力側にはワイヤ５６の他の部分に沿って別のチューブ２２２が同様に配置されている。この出力側のチューブは雄ネジを有し、雄ネジはダイヤフラム５４の上にあるコントローラロッド部分のためのチューブ状ケーシング２１４に沿ったある位置に設けられた開口部２２４に設けられた雌ネジにねじ込まれるようになっている。この出力側のチューブ２２２にはケーシングにきつく締められるロックナット２２６も設けられている。
出力側チューブ２２２の出力端には電気絶縁を良好にするよう、例えばセラミックまたはマイカ材料から構成された圧入ワッシャー２２８を受けるためのソケットが形成されている。本明細書ではこのような圧入が行われるが、ワイヤにかかる張力によってワッシャーは所定位置に維持されるので、このような圧入は必要ではない。アクチュエータワイヤ５６は出力側の金属製接点ボール２３０を貫通する開口部を通っている。ワイヤはこの開口部を通った後に、例えば溶接またはハンダ付けにより接点ボールに取り付けられている。同様に、図１２に示されるような作動回路にワイヤ５６の出力側を接続するため、ボールに電気リード線２３２が取り付けられている。入力側チューブ２２０の入力端の構造も同じであり、同様な絶縁圧入ワッシャー（図示せず）が設けられている。しかしながらこのワッシャーは圧入する必要はない。更にアクチュエータワイヤ５６の他端を図２に示されるようなアクチュエータ回路に接続するため、同様な金属製接点ボール２３４および同様なリード線２３６も設けられている。
再度、流体の流れ方向を基準にすると、アクチュエータワイヤ５６の出力端は出力側接点ボール２３０に固定されており、接点ボール２３０は出力側チューブ２２２に対して固定位置にきつく保持されている。このような保持はワイヤの張力だけで行うことが可能となっている。この出力側チューブは流量コントローラが作動する間、基本的には移動できないコントローラロッドの上方部分の周りのケーシング２１４に固定されているので、ワイヤのこの端部の位置はワイヤが膨張したり収縮しても変わらない。他方、入力側チューブ２２０はコントローラロッド５２の移動自在な作動部分２００に固定されているので、ワイヤが膨張したり収縮したりするとワイヤのこの端部およびその接点ボール２３４は移動し、コントローラロッドの作動部分はワイヤの膨張に対しては反時計回り方向、ワイヤの収縮に対しては時計回り方向に移動される。このようなコントローラロッドの作動中およびゲート部材制御部分の反時計回り方向の移動または時計回り方向の移動中には、当然ながらこれら部分は実質的な枢着部によって、ダイヤフラム５４の位置に対して反対方向に移動する。しかしながら、図示されているようにアクチュエータワイヤの張力によりそれぞれの絶縁ワッシャーに対し各接点ボールを固定することは必要ではない。
図１、２および４を参照すると、バルブのためのアクチュエータ機構にはスプリングアセンブリ２４０が含まれる。実際にこのスプリングアセンブリはアクチュエータワイヤ５６の膨張に応答してコントローラロッド５２の移動に抗してロッドにスプリング力を加え、ワイヤの収縮によって可能となる運動を助けるようなスプリング力を与える。作動中、ワイヤには張力がかかっているので、このようなスプリングアセンブリは必要ではないが、このスプリングアセンブリは運動および作動をスムーズにするのに役立つ。より重要なことは、組み立て中にアクチュエータワイヤの長さを設定する際に、このスプリング力は組み立てを容易にするように働く力となる。これに関連し注目すべきことは、組み立て中、正しい位置決めの通常のばらつき、部品のはめ込み、例えば溶接の作用およびその他の要因のために、コントローラロッド５２の常閉静止位置は垂直方向に整合した正しい位置とならないことがあるが、このようなスプリングアセンブリ２４０が設けられていることにより組み立て中の所望位置の設定が容易となる。
理解できるように、スプリングアセンブリ２４０は従来のタイプのものとなっている。雄ネジが切られたスプリングケース２４２が設けられており、この雄ネジは回転して開口部の雌ネジに螺合し、コントローラロッド５２の上方部分を中心とするチューブ状ケーシング２１４内に進入する。次にアクチュエータスプリング２４４はスプリングの力によりコントローラロッド５２の作動部分２００に当接するノーズ２４６を押圧する。当然、このスプリングはケーシングの後方端近くに収容されている。次にスプリングのケース２４２を内側にねじ込むと、コントローラロッドを押圧するスプリングの力が増す。逆に、スプリングケースのネジを外側に外すと当然スプリングの力は減少する。こうしてスプリングの力を所望の大きさに調節できる。
ワイヤ５６に張力がかかっていることに関連し組み立て中にこれを行うために入力側チューブ２２０を反時計回り方向に回転し、低温時にバルブを完全に閉じるにはワイヤの張力は不十分である。ワイヤを加熱すると、バルブが最大限解放された位置にあるか、完全に閉じた位置にあるか、または両者の間の任意の位置にあるかによらず、張力がワイヤに残った状態で、ワイヤはバルブを解放するように働く。
図１２に示したアクチュエータ回路内のアクチュエータワイヤ５６は電気的に抵抗器として働く。必要なタイプのワイヤはこれまで入手できたものである。基本的にはワイヤの長さの条件は加熱および冷却による膨張および収縮に対しワイヤの両端の電圧またはワイヤを通る電力を予想できる長さとなっているということである。よって図２のアクチュエータ回路例ではスイッチ２５２が閉じている場合の可変ＤＣ電源２５０の電圧は所望の流体流量レベルを表示するオペレータのコマンドと共に、図１１のターミナル１８０と１８２との間の、マス流体流量を示す電圧によって制御できる。図１３におけるブロック２５４は単に説明のため図１１のターミナル１８０および１８２、および図１２の可変ＤＣ電源２５０とは別に、流量コントローラの電気回路全体を示している。更に説明するため、ブロック２１６には特定の素子、例えばポテンショメータ２５６も示されている。ターミナル１８０と１８２との間の電圧と所望の流量を示すオペレータからのコマンドとの関係に応答するかかるポテンショメータは、電源２５０の可変電圧出力を制御できる。例えばＡＣ電源またはパルス幅変調を行う電源に基づく回路以外の可変ＤＣ電源に基づく回路の使用を含むかかる回路の特徴は、これまで容易に実現されており、特定の条件、要素または選択に従って可変できる流量コントローラ３２の電気的特徴を示している。例えば図示された説明上の回路のための、可変電源から利用できる特定の電圧レベル機能を除く、かかる回路の詳細は、現在質量流量コントローラで一般に使用されているか、または質量流量コントローラでの使用に適した回路と異なるものではなく、かかる詳細は本発明の一部を形成するものではない。アクチュエータワイヤ５６に使用できるワイヤの一例として、ニッケル−クロム材料から製造され、カリフォルニアファインワイヤカンパニーによりステーブルオーム（Stable Ohm）なる名称で販売されているワイヤがある。
図１６では図１の流量コントローラ３２のアクチュエータ部品は変更されているが、他は同じものである。これらアクチュエータ部品はバルブが常閉状態で作動するように変更されている。従って、このケースではアクチュエータワイヤ２６２の一部の周りに変更された入力側チューブ２５８および変更された出力側チューブ２６０が設けられている。この場合、出力側チューブ２６０はコントローラロッド５２の作動部分２００に固定され、その雄ネジはかかる作動部分２００を貫通するねじ切りされた開口部の雌ネジに螺合される。他方、入力側チューブ２５８はコントローラロッドの上方部分のためのチューブ状ケーシング２６４に取り付けられており、その雌ネジはケーシングの入力側のケーシング開口部２６６の雌ネジに螺合されている。絶縁ワイヤ、金属接点ボールおよび電気リード線を使用することによるチューブ２５８および２６０の両端でのアクチュエータワイヤの接続は、図４を参照して説明した場合と同じである。更に図４に示されるように、図示された実施例ではワッシャーの圧入取り付けを行っているが、作動中、ワイヤには張力がかかるので、このようなワッシャーの圧入取り付けは必要ではない。図４に示されるように、スプリングアセンブリ２７０も設けられており、コントローラロッドの作動部分２００の出力側に作用するようになっている。このケースではスプリングアセンブリは常開バルブの時計回り方向の閉鎖運動に関する力を加えるが、ワイヤには張力がかかるのでこのような力を加えることは不要である。更に重要なことは、図４に示されるように、スプリングおよびスプリングアセンブリはバルブの常開位置の初期調節を容易にするのに使用できる。更に図１６では、図４の出力側ロックナットと異なり入力側チューブ２５８のねじ切りされたアタッチメントをロックする際に当然ロックナット２７２が使用される。
図１６を参照し、更に図４の常閉動作の従来の説明を参照する。図１６ではアクチュエータワイヤ２６２が膨張すると、出力側チューブ２６０は時計回り方向に移動するコントローラロッド５２の作動部分２００と共にこれに沿って移動し、バルブをより閉じた状態にし、流量を小さくするように働くことが容易に理解できよう。他方、アクチュエータワイヤが収縮すると、作動部分２００は反時計回り方向に移動でき、バルブに逆の作用をする。このタイプの動作によれば、当然ながら信号すなわち所望する設定流量を示す電圧レベルと実際の流量を示す信号との相互作用は、図１２の可変ＤＣ電源２５０の出力がアクチュエータワイヤ２６２を収縮するように流量の所望する増加分に従って増加し、アクチュエータワイヤを膨張するように流体流量の所望する減少分に従って増加するような関係となっている。これに関連し、図１２および１３よりも詳細な従来の詳細なレベルで、実施の際に完全な従来の変更をしながら図１２および１３の電気略図を適用できる。
図１６のアクチュエータワイヤ２６２に張力が加えられていることに関連し、図４の状況類似させれば、組み立て中にこれを行うには、出力側チューブ２６０を反時計回り方向に回転し、冷却時にバルブを通過する流量を最大にできるようにするには張力は不充分である。次に、バルブが完全に閉じるか、最大の開放位置にあるか、またはその中間の任意の場所にあるかいずれにせよ張力がワイヤに加えられたままの状態でワイヤを加熱すると、バルブが閉じられるように働く。
常閉または常開のいずれかによらず、これまで説明し図示したバルブアクチュエータおよびコントローラ機能に関し、種々の有利な結果に注目すべきである。まず第１に、バルブの枢動作動により直線状の主要流体流路を実現することが容易となる。従って、入力パイプ部分４０を貫通する流体流開口部６２と、バルブシート４８を貫通する流体流開口部３２と、中間パイプ部分４２を貫通する流体流開口部６４と、出力パイプ部分４４を貫通する流体流開口部６６とが整合される。このことはバルブ動作の背圧による影響を少なくしたり、または解消する上で重要である。このことは例えば、入力パイプ部分４０、中間パイプ部分４２および出力パイプ部分４４のための主要流体流路を設ける場合に溶接される在庫部品の活用も促進でき、これにより製造効率を大幅に高めることができる。
第２に、直線状動作と異なる枢動動作を利用していることにより、一般にアクチュエータが可能にすべき力の大きさを低減できる。このことはアクチュエータワイヤを使用する熱動作を採用する上で重要である。当然ながら当業者には容易に明らかなように、従来の変形例に従い枢着されたコントローラロッドと共に従来のソレノイドおよびピエゾ電気タイプのアクチュエータを容易に使用することも可能となる。実際にレバーアームを変えることによりゲート部材の制御端部にてコントローラロッドを所定量移動させるのに必要なアクチュエータの移動量を変えることができる。例えばピエゾ電気アクチュエータは一般に、移動量が比較的小さいが、ピエゾ電気アクチュエータを枢着点の近くに接続すると、その小さい移動でもコントローラロッドのゲート部材端部でより大きな移動量が生じ得る。当然、従来理解されている機械的な原理によれば、これがすべてである。
図１の質量流量コントローラ３２では、図２、９および１０に例示されるように、入口パイプ部分の流体流開口部６２へのセンサ導管入口開口部７４およびセンサ導管出口開口部７６と連通するようにセンサ導管８６を接続することは、従来技術の説明および図面から実質的に容易に明らかである。しかしながら、注目に値する多数の別の特徴がある。このことは、まずセンサ導管の入口開口部７４に圧入された入口金属シーラー部材９６が示されている図１０を参照することによって行うことができる。これに関し既に示したように、出口金属シーラー部材１００は入口金属部材と同一であり、出口センサ導管開口部７６内へのその取り付けは入口開口部への入口金属部材の取り付けに類似しており、センサ導管８６の出口端部８２におけるこの取り付けはセンサ導管の入口端部８０における入口金属部材の取り付けに類似している。
図１０に焦点を合わせると、既に説明したように入口部材９６はその構造体を所定位置に保持するのに、圧入取り付けにより実際にはＬ字形ブラケットの脚部１３０の力は必要としない。部材９６は例えば３１６ステンレススチール製の在庫のボールベアリングから好ましくかつ効率的に形成できる。この部材は圧力嵌合するようにセンサ導管入口開口部７４内まで延びる球面部分９８を有する。センサ導管８６の入口端部８０のための開口部２７４がこの部材を貫通するように形成されている。この開口部は導管の端部近くで狭くなっている。更に部材の２つのステップ領域を提供するように、導管の端部近くには３つの平らな環状表面部分が形成されている。従って、平らなベース表面部分２７６と、平らな中間表面部分２７８と、平らなピーク表面部分２８０が設けられ、中間ステップ領域２８２およびピークステップ領域２８４が形成されている。このタイプの形状はセンサ導管の入口端部８０の強度および取り付けの双方の点で好ましく、かつ効率的である。従って、センサ導管の端部をシーラー部材９６に溶接する場所としてピークステップ領域２８４を好ましくかつ効率的に使用できる。
次に図２０を参照する。既に説明したように、この図はセンサ導管８の入口端部を示す図１０に相当する別の実施例の図である。図１０のシーラー部材１３４は図１０のシーラー部材９６と同じである。図１０に示されているように、センサ導管の端部は同じ溶接場所に溶接されている。しかしながらこのケースでは、入口センサ導管開口部７４の入口コーナー１４０の周りに曲げられた入口ワッシャー部材１３６に対して強固にシーラー部材を所定場所に保持するにはＬ字形ブラケットの脚部１３０の力が必要である。よってこのケースでは、流体シールを行うのにワッシャー部材１３６が必要である。
図１の質量流量コントローラではこれまでの説明および図面、特に図１４および１５から中間パイプ部分４２内にバルブシートブッシング４６を取り付けるラジアル膨張嵌合方法が明らかである。しかしながら注目すべき別の特徴がある。特に図１４および１５では円錐形表面部分１０４に力を加えることによってブッシング４６の球形表面部分１２０が形成されている。しかしながらこのような円錐形表面部分１０４がなく、変形前のブッシングの上流側端面１０２はかかる表面部分を有しないが、ブッシングを通過する方向に垂直な全面に沿っている場合、変形ボール１１２の形状からこのような球形への変形が生じる。しかしながら力を大きくするか、および／またはより長い時間にわたって力を加えることが必要となり得る。
図１の質量流量コントローラ３２に関連し、図２１に示された連動するプリ入力パイプ部分３００を備えた別の入力パイプ部分１４６は、図１の入力パイプ部分の代替部品となり得る。この場合、図２１および２３の別の円錐形流量制限器１５０は、図１、６〜８および１７〜１９に示された球形制限器６６および円錐形制限器１７４の替わりとなり得る。図２１に示された入口シーラー部材１５２と出口シーラー部材１５４の別の同様な対は、図１、９および１０に示された入口シーラー部材８０および出口シーラー部材８２の同様な対の代替部品となり得る。
この別の入口パイプ部分１４６を貫通する流体流開口部３０２は、中間均一テーパ付き部分３０４と、前方の無テーパの円筒形部分３０６と、後方の無テーパの円筒形部分３１０とを有する。例えばドリルビットを使用することにより単に加工の便宜上、前方または後方部分と中間部分との間に極めて小さいテーパの付いた移行部分を設けてもよい。図２１には後方部分のためのかかる小さい移行部分３１２が示されている。図２１から理解できるように、流体流開口部３０２の前方の無テーパ部分３０６はセンサ導管８６のための入口開口部１５６に沿って延び、後方の無テーパ部分３１０はセンサ導管のための出口開口部１５８に沿って延びる。入口および出口開口部に関して、入口パイプ部分１４６を通る角度位置は当然ながらセンサ部分８４の入口端部８０および出口端部８２をどこに位置させるかに応じて決まるにすぎない。当然ながらこの角度位置と共にセンサ導管８４を支持するセンサハウジング８６の入力パイプの構造も特定の条件または都合に従って容易に変えることができる。
図２１および２３に示された別の円錐形流量制限器１３８は、他の円錐形流量制限器１２６と同じようにそのコア３１６に沿って延びる４本のワイヤ３１４を有する。同様に、入口パイプ部分を貫通する流体流開口部３０２内のこの流量制限器の位置決め、すなわち圧縮される場所のワイヤの横断面の延びおよび圧縮力が増しながら制限器が押し込まれる程度を流体流量コントローラの較正に使用できる。また、制限器がセンサ導管のための入口開口部１５６または出口開口部１５８に沿って延びるかどうかとは関係ない制限器の長さ、そのテーパおよび流体流開口部の中間部分３０４のテーパのいずれも特定のニーズに従って変えることができる。双方のためのテーパは１度が一般的である。しかしながらこの別の実施例の円錐形流量制限器およびそれに連動する入力パイプ部分の構造は、それらの入力パイプ部分の構造における球形の流量制限器６６および他の円錐形流量制限器１２４の双方によってカバーされる流量レンジにほぼ匹敵する流量レンジをカバーするようになっているので、例えば制限器のテーパを２度とする本ケースでは係数を更に変えることが予想される。
この別の実施例の円錐形流量制限器のコア３１６に４本のワイヤ３１４を設けるようワイヤの一部をラッピングすることは、当然ながらこれまで他の円錐形流量制限器１２６に対して説明されたのとほぼ同じように達成できる。しかしながらここでは適用することも可能な変形例としてコアのより小さい端部（図示せず）に直接ワイヤが溶接またはハンダ付けされ、突起は設けられていない。図２１および２３から理解できるように、流量制限器の把手３１８は他の円錐形流量制限器のための把手１９２と多少異なり、テーパ付き形状を含む。
図２１の別の実施例の流体流入力装置における同様なシーラー部材１５２および１５４の対およびセンサ導管のための同様な入口開口部１５６および出口開口部１５８の対の形状は、先に説明した構造の変形例であることが図２１、２２および２７から容易に明らかであろう。図２２に詳細に示されている入口シーラー部材１５２および入口開口部１５６を参照すると、このケースでは入口シーラー部材は同じような外側部分を除いた球形の基本的な形態の中心部分を有する。センサ導管８６の入口端部８０のための部材を貫通するように入口開口部３２０が形成されている。この開口部は導管の端部近くで狭くなりステップ領域３２２を貫通している。このステップ領域はセンサ導管の端部の溶接場所として好ましく、かつ効率的に使用される。当然ながら、他のシーラー部材形状と同じように、２つのステップ領域を設けることも可能である。
入力シーラー部材１５２はこの部材の球形外側表面が開口部の外側部分の壁に密着するように、入口開口部１５６の拡大外側部分３２４に圧入されている。このシーラー部材および開口部の外側部分は図２２に示されるようにシーラー部材が入口開口部の外側部分の壁に圧入された状態にて、シーラー部材の外側環状表面３２６が入力パイプ部分１４６の外側壁と面一となるような寸法および形状になっている。パイプ部分の脚部１３０は入口パイプ部分およびシーラー部材と面一にできるが、シーラー部材を圧入することにより、このシーラー部材はこの脚部を用いることなく所定位置に保持される。当然ながらこのような面一であるという特徴は必要でなく、シーラー部材の外側の環状表面は入口開口部の外側部分の内部にあってもよいし、これより突出していてもよい。
図２７には、組み立て状態となるように挿入される前の入口シーラー部材１５２が示されている。図２７の部材と図２２の挿入後の部材とを比較すると、シーラー部材１５２および１５４に関連した特定の特徴が理解できよう。
これら図２２および入口部材ならびに入口開口部１５６を参照すると、入口開口部の外側部分３２４は円筒形側壁３２７と入口開口部の内側部分の円筒形壁３２８との間の移行部としてテーパの付いた切頭円錐形壁部分３２５を有する。このことは、ドリルビットによる孔開けにより入口開口部の外側部分を形成することと一貫している。入口開口部にシーラー部材を圧入する際、シーラー部材の内側コーナー形成部３２９（図２７）は入口開口部のテーパ付き壁部分に対して圧縮され、シーラー部材の小さいほぼ切頭円錐形の当接壁部分３３０を形成する。挿入力はシーラー部材の円錐形表面部分を外側に押圧し、圧入部の密着性を高めるようにも働く。バルブシートブッシングの取り付けと同じように、このこともラジアル膨張嵌合取り付けと称すことができる。しかしながら当然、組み立て後もシーラー部材のためのほぼ球形をした表面部分が残る。
既に述べたように、組み立て部分に挿入する前後の別の出口シーラー部材１５４は、別の入口シーラー部材１５２とほぼ同一であり、この別の入力パイプ構造における出口開口部１５８は入口開口部１５６とほぼ同一である。従って、入口部材および開口部の説明は出口シーラー部材および開口部にも同じように当てはまる。シーラー部材の他の対と同じように、この対も例えば３１６ステンレススチールから成る在庫品であるボールベアリングから形成できる。
図１の流量コントローラ３２内の中間パイプ部分４２および出口パイプ部分４４と置換できるように、図２４の別の常閉バルブおよびアクチュエータ部品が示されている。このことは、部品の多数が図２４の部品と同じとなっている図２５の別の常閉バルブおよびアクチュエータ部品についても言える。しかしながら当然、図１と異なる図２１に示された流体流入力と関連してこれまで説明した上記別の実施例も図２４または２５のバルブおよびアクチュエータ部品と共に容易に使用できる。
次に図２４の常閉タイプの別の実施例を説明すると、この実施例の構造および作動はこれまで説明した他の常閉構造と多くの点で類似している。
このケースにおける別のコントローラロッド構造体３３２には、ダイヤフラム３３４が一体的に形成されている。このダイヤフラムはダイヤフラムの上方のコントローラロッド構造体の部品を中心に配置されたチューブ状ケーシング３３６と中間パイプ部分４４との間の所定位置に溶接される。コントローラロッド構造体は作動部分３３８と、ダイヤフラムのすぐ近くに位置する取り付け部分３４０と、ゲート部材の制御部分３４２とを有する。
アクチュエータワイヤ３４４と、コントローラロッド構造体の作動部分を貫通するように設けられた雌ネジの切られた開口部３５０に螺合された入力側チューブ３４６と、例えばセラミックまたはマイカ製であり、ボールを貫通後ハンダ付けまたは溶接されたアクチュエータワイヤ３５２を有する金属製の入口側接点ボール３５４と共にチューブの端部に圧入された入力側ワッシャー３５２は、これまで説明した図１、２および４の他の常閉構造における類似する部品と同じような役割を果たす。連動するロックナット３６０と共にチューブ状ケーシングの開口部３５８に螺合され、よってケーシングに固定された比較的短い出力側チューブ３５６と、例えばセラミックまたはマイカ製であって出力側チューブの端部に圧入された出力側ワッシャー３６２と、アクチュエータワイヤ３４２が貫通しこのワイヤは溶接またはハンダ付けされた金属製出力側接点ボール３６４についても同じ類似が当てはまる。従って、コントローラロッド構造体に接触しないアクチュエータワイヤが加熱により膨張すると、この常閉バルブのアクチュエータおよびバルブ部品は更に開かれた位置へ移動され、冷却によりワイヤが収縮するとアクチュエータおよびバルブ部品は更に閉じた位置に向かって移動される。
図２４におけるスプリング装置は図１、２および４の他の常閉構造における機能と類似する初期組み立ておよび整合機能を果たすことができる。しかしながらこれに関し、スプリング装置のかかる機能のみならず、他の作動上の機能は常閉バルブを閉じるように押圧する装置として常閉バルブが開くように押圧するスプリング力を発生する装置によって容易に満足できることも重要である。実際にこのような別の例は図２４内に含まれている。
より詳細に説明すれば、スプリング装置３６６は開口部に螺合され、ナット３７２によって保持されたコントローラロッド構造体３３２の作動部分３３８に固定されたスタッド３７０を含む。ケーシングを貫通する開口部に雄ネジを螺合することによりチューブ状ケーシング３３６には大きな中空ナット３７４が固定されている。この中空ナットに関連してロッキングナット３７６が使用されており、スプリング装置の入力側においてスタッドの端部にはワッシャー３７９に当接する端部ナット３７８が螺合されている。ワッシャーと中空ナットの内側端部との間にて、スタッドを中心にして配置されたスプリング３８０は、常閉バルブ装置を開状態に押圧するように働く。
図２４の一体的コントローラロッド構造体３３２とダイヤフラム３３４では、ダイヤフラムが形成されている場所のすぐ上およびすぐ下のコントローラロッド構造体の取り付け部分３４０は、径が異なっていない円筒形状となっている。従って、ここでは初期の組み立て時の整合の補助手段として他の常閉装置におけるより小さい径の部分に沿って曲げやすいようにする強度差は設けられていない。
更に図２４の常閉装置、特に図２５に拡大して示されたゲート部材ボール１６０のための取り付け構造を説明する。当初説明したものよりもより詳細な特徴について留意すべきである。
これに関し細長いステムロッド１６０と同じように、ホルダの他端からボールホルダ３８２内にゲート部材ボール１６０を好ましく圧入できる。次にコントローラロッド構造体３３２のゲート部材制御部分３４２を貫通するスリーブ取り付け開口部３８４にステムロッドスリーブ１６４を圧入できる。これとは異なりスリーブ取り付け開口部内に溶接することにより、コントローラロッド部分にスリーブを固定することもできる。スリーブの出力端部１６６にてステムロッドはロッド用のスリーブ端部開口部３８６内にスライドし、スリーブ端部開口部の後部にてその出力端部が溶接される。スリーブの出力端部側にはスリーブを貫通する一組の出口開口部３８７が設けられており、ガスがスリーブを通って流れることができるようになっている。
先に判断したように、この装置はステムロッド１６２およびゲート部材ボール１６０を含む、ステムロッドが支持する部品の屈曲タイプの運動を可能にし、コントローラロッド構造体３３２がバルブを開閉するようほぼ枢動状の前後への移動を行う際に、バルブシート３８８に対するバルブの適性な位置決めを促進する。このほかにこの装置は、ボール１６０をコントローラロッド構造体の軸線近くに維持し、この軸線の垂直に近い運動を維持できる。コントローラロッド構造体のゲート部材の制御部分のゲート部材側面３９０を基準点として使用する場合、代表的な構造におけるボール１６０の位置（すなわちその中心）は、このゲート部材側面３９０の約３．８ｍｍ（約０．１５０インチ）前方にあり、スリーブ１６０の出力端はゲート部材側面の約１２．７ｍｍ（約０．５００インチ）後方に位置する。このようにいずれのケースにおいても、このゲート部材側面とボール１６０との間の距離の２倍より長い距離だけ、このゲート部材側面３９０から離間させて細長いロッドを取り付けると有利である。ロッドの取り付けのための開始点がこれを満足する場合、ステムロッドをスリーズ端部の開口部３８６に挿入し始める時にもこのことは確かに当てはまる。
更に図２４および２５を参照し続ける。バルブシート３９２は先に述べたバルブシートブッシング４６と同じ形状を有し、同一の方法を使って取り付けられているが、バルブシート３８８は他の常閉装置に示されたバルブシート４８と異なる形状となっている。当然ながらこのことはこれまで図示し、説明した構造に類似した構造で多数の異なる変形されたバルブシートを使用したり、ここで使用できるように適合できることを示している。同様に、図２４および２５の構造のケースではないが、バルブが作動する際にボールホルダが実際にバルブシートに当接できる構造を実現できる。
細長いステムロッド１６２のための代表的な寸法例は長さが約１５．２４ｍｍ（約０．６００インチ）であり、径が約０．５８ｍｍ（約０．０２３インチ）である。しかしながら当然、特定の条件に従って広く種々の値を採用できる。
図２６に示された別の常開タイプの実施例では、図２４の別の常開タイプの実施例と同じコントローラロッド構造体３３２およびダイヤフラム３３４と、同じ細長いステムロッド１６２と、ゲート部材ボール１６０と、ボールホルダ３８２と、ブッシング３９２内の同じバルブシート３８８を使用し、存在している。同様に、スタッド３９４とこれに連動するナット３９６と、中空ナット３９８と、それに連動するロックナット４００と、連動するワッシャー４０３を備えた端部ナット４０２と、スプリング４０４とを含む図２４内の部品と多数の部品が同一となっている。コントローラロッド構造体３３２の作動部分およびチューブ状ケーシング４０６と関連するこれら部品の取り付けおよび関係は、実質的には別の常閉タイプの構造と逆であり、常閉タイプの構造のこれまでの説明および図２５から容易に明らかであろう。ここで、初期の組み立ておよび整合に使用され、バルブが機能する間にも作動するスプリング４０４は、バルブを閉じるように働く力を発生する。
図２５の常開装置では、アクチュエータワイヤ４１０、入力側接点ボール４１２、出力側接点ボール４１４、所定位置に圧入される入力側ワッシャー４１６および出力側ワッシャー４１８は、図２４の相当する部品と同一である。しかしながら常開動作によれば、雄ネジを有する入力側チューブ４２０はケーシングを貫通する雌ネジの切られた開口部４２１に螺合することによりチューブ状ケーシング４０６に固定され、出力側チューブ４２２はコントローラロッド構造体内のチューブ取り付け開口部４２４に螺合され、チューブをコントローラ構造体に固定し、アクチュエータワイヤの膨張および収縮によってコントローラ構造体を前後に移動させるようになっている。
これまで図示し、説明した構造の更なる細部および／またはその変形例に関し、流量コントローラの多数の部品に対し、例えば３１６ステンレススチール材料を使用することを指摘した。この材料は他の種々の部品、例えばゲート部材ボール、アクチュエータチューブ、主要流体流路パイプ部分、ダイヤフラムより上のコントローラロッド部分を中心とするケーシング、細長いステムロッド、ステムロッド用スリーブ、ボールホルダ並びにコントローラロッドおよびダイヤフラム構造体に対しても使用できる。当然ながら他の種々のこれまで利用でき使用されている金属製材料も使用できる。例としては、ハステロイおよびインコネルなる名称で販売されている金属合金がある。流体流路部品の伝統的な販売業者、例えばパーカーハニファンおよびケイジョンがある種のパイプ部分の供給源となっている。アクチュエータチューブに関連するワッシャーと同じように、バルブシートはゲート部材ボールの別の材料例でもあるセラミックまたはマイカ材料から好ましく製造できる。
図４および１６の構造における低レベルの流量に対しては、約０．７６ｍｍ（約０．０３０インチ）のダイヤフラムの厚みが代表的なものであり、これより高いレベルの流量に対しては約０．３５ｍｍ（０．０１４インチ）の厚みが代表的なものである。これら構造のためのロッドの取り付け部分に沿うコントローラロッドの２つの円筒形部分の横断面の代表的な径は、約２．３ｍｍ〜約２．５ｍｍ（約０．０９０〜０．１００インチ）とすることができ、特定の用途および条件に応じたばらつきは約１．１４ｍｍおよび１．２７ｍｍ（約０．０４５および０．０５インチ）から約４．６ｍｍおよび約５．１ｍｍ（約０．１８０および０．２００インチ）となる。センサ導管の代表的な外径は約０．２５ｍｍ〜１．２７ｍｍ（０．０１０インチ〜０．０５０インチ）の範囲内とすることができる。アクチュエータワイヤを加熱するには例えば空気中では１インチ当たり約０．３〜３ワットの範囲の利用可能な電力が必要となる。単なる例として示したこれらの材料および変形例は、すべて当業者の従来の実施能力の範囲内にある。
これまでいくつかのコントローラロッドとダイヤフラムの構造および関係について示し、種々の容易に明らかな別の実施例を利用できることについて言及した。しかしながらこれらに関する更に別の見解も可能である。
まず、各ケースにおいてダイヤフラムはコントローラロッド構造体の単独の構造的な支持体を実質的に構成するものであることが、アクチュエータおよびバルブ部品の種々の実施例の図面およびそれらの説明から明らかである。しかしながら、作動中は当然付随的な結果として生じるガス流の力がダイヤフラムのこの構造上の支持体にも加わることがある。更に各ケースではダイヤフラムは曲げられておらず、かつ波形となっていない。これにより製造および作動上の双方の見地から有利となっている。
第２に、図２４および２６を参照すると、ダイヤフラム３３４はダイヤフラムを取り付ける際の補助手段として薄くされた円周方向の突起を有するように形成されている。これに関する変形例、例えば溶接中に補助手段としてダイヤフラムが当接するチューブ状ケーシングのアングル付きエッジに一致するよう、外側エッジにおけるアングル付き形状を容易に採用することも可能である。図５に示されているような外側エッジ以外のエッジにて厚さを変えることも、製造、取り付けまたは作動上の理由から有効である。一般的には約１．０ｍｍ（約０．０４０インチ）の最大ダイヤフラムの厚みおよび約０．３３ｍｍ（約０．０１３インチ）の最小厚みが適当である。
第３に、図面（例えば図４および１６）に示されたコントローラロッドとダイヤフラムの構造の１つには、コントローラロッド構造体の取り付け部分の片側に設けられたコントローラロッド構造体のテーパが付けられている。図面（図２４および２６）に示された別の構造では、両側においてかかるテーパが付けられている。
従って、当業者には特定の製造または作動上の条件または要求を満たすため、コントローラロッドとダイヤフラムの構造に関連する多数の実施例および変形例が明らかとなろう。
常閉バルブ構造および常開バルブ構造、並びにそれらの作動に関し、図４および１６のそれぞれによれば、スプリングアセンブリ２４０および２７０の主目的は各ケースにおいて組み立て中のコントローラロッド５２の調節を容易にすることにあることが既に判っている。しかしながらこの結果、これら構造では既に述べたようにスプリングアセンブリはコントローラロッドの一方向への移動に抗する多少の抵抗力を発生するように作動中に作用し、更にコントローラの他方向への移動を助ける多少の推進力を発生するようにも働く。アクチュエータワイヤ５６および２６２には張力がかけられているので、実際にはこのような機能は不要である。
主目的によりかつ副次的に生じる機能の必要性がないことにより、これらケースのいずれにおいてもスプリングアセンブリは実際にはダイヤフラムより上のコントローラロッド部分のためにそれぞれチューブ状ケーシング２１４または２６４のいずれかの側に実際に取り付けできる。従って、各ケースではスプリングアセンブリはチューブ状ケーシングの反対側に鏡像と同じように取り付けでき、この場合、図示するよりもむしろかかる反対側にアセンブリのための開口部が設けられる。当然ながら副次的な結果として、図示される抵抗力と反対にある程度の抵抗力および図示されている推進力と反対の推進力が発生するが、この結果生じる機能は、ワイヤに張力がかかっているので、不要である。実際に既に述べたように、図２４および２６の別の常閉構造および常開構造において、このような逆の解決案も採用されている。このような反対の方法では、抵抗力はアクチュエータワイヤの収縮によって生じた運動に反するように働き、推進力はアクチュエータワイヤの膨張によって生じた運動を助ける。
枢着されたコントローラロッド構造、例えば本明細書では該当する形状と共に熱アクチュエータでなく従来のソレノイドおよびピエゾ電気タイプのアクチュエータを使用することは、既に本説明の要旨となっている。例えばかかるソレノイドの作動に関し、制御ロッドに接触することなくコントローラロッド内の作動部分の開口部を貫通する細いロッドを使用することは、従来の方法の一部である。このロッドの両端はボールに固定することができ、これらボールはコントローラロッドを含む他のアクチュエータ部品に当接できる。当然ながら、選択できる多数の方法のうちの１つにすぎない。
明細書の説明全体にわたって図面で繰り返し示されるが、特に示され、ここに説明された調節自在なバルブは当然ながら流量を制御し、多数の流量能力を制御するアクチュエータおよびバルブ部品に対する多数の位置を有するタイプとなっていると明示的に述べることも可能である。
本発明の精神または範囲から逸脱することなく、これまで詳細に述べた実施例において多数の変形、変更を行うことができることは、当然、当業者には明らかとなる。
【図１】
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【図３】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２５】
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【図２７】
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【図２４】
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【図２６】
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