(57)【要約】流体フローデバイスは、硬化された係合面または部分を有する第１の金属コンポーネント、および硬化された部分よりも軟らかい第２の金属コンポーネントを含む。第２の金属コンポーネントは、第１のコンポーネントと組み立てられ、それによって硬化された面は、第２の金属コンポーネントと係合し、塑性的にこれを変形させて密封を提供する。一実施形態において、硬化された係合部分は、それが押し当てられている金属コンポーネントに押し入り、これを塑性的に変形させて密封を形成し、一方別の実施形態においては、硬化された係合部分は、それが押し当てられている金属コンポーネントの突起部分またはコーナーを圧縮し、かつこれを塑性的に変形する。
2009505011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体カップリングであって、該流体カップリングは、
概ね環状の金属の密封ガスケットと、
第１の金属の結合コンポーネントおよび第２の金属の結合コンポーネントであって、該金属の結合コンポーネントは、負荷が該金属の結合コンポーネントによって該金属のガスケットにかけられるように、該金属の密封ガスケットの両側に組み立てられる、第１の金属の結合コンポーネントおよび第２の金属の結合コンポーネントと、
該金属の密封ガスケット、該第１の金属の結合コンポーネントおよび該第２の金属の結合コンポーネントのうちの少なくとも１つに含まれた概ね環状の硬化された密封ビードであって、該金属の密封ガスケット、該第１の金属の結合コンポーネントおよび該第２の金属の結合コンポーネントのうちの少なくとも１つに押し入り、塑性的に変形させてそれらの間に密封を形成する、概ね環状の硬化された密封ビードと
を備えている、流体カップリング。
【請求項２】
前記流体カップリングの中を流れる流体は、前記第１の金属の結合コンポーネントおよび前記第２の金属の結合コンポーネントならびに前記金属の密封ガスケットに接触する、請求項１に記載の流体カップリング。
【請求項３】
前記硬化された密封ビードは、前記第１の金属の結合コンポーネントに含まれ、該硬化された密封ビードは、前記金属のガスケットに押し入り、前記密封を形成する、請求項１に記載の流体カップリング。
【請求項４】
前記硬化された密封ビードは、低温侵炭処理を使用して硬化され、カーバイド沈殿物の形成なく、硬化された表面を生み出す、請求項３に記載の流体カップリング。
【請求項５】
前記硬化された密封ビードは、前記金属の密封ガスケットに含まれ、該硬化された密封ビードは、前記第１の金属の結合コンポーネントに押し入り、密封を形成する、請求項１に記載の流体カップリング。  
【請求項６】
前記硬化された環状の密封ビードは、低温侵炭処理を使用して硬化され、カーバイド沈殿物の形成なく、硬化された表面を生み出す、請求項５に記載の流体カップリング。
【請求項７】
第２の概ね環状の硬化された密封ビードをさらに含み、前記第１の金属の結合コンポーネントと前記第２の金属の結合コンポーネントとは、互いの方に向かってそれらから軸方向に延びる該硬化された密封ビードを含む向い合う半径方向に沿う端面を有し、該硬化された密封ビードは、前記ガスケットの両面のエリアに押し入りかつ塑性的にこれを変形して密封を形成する、請求項１に記載の流体カップリング。
【請求項８】
前記金属の密封ガスケットは、焼きなましされていないステンレススチールから作られる、請求項１に記載の流体カップリング。
【請求項９】
前記金属の結合コンポーネントおよび前記金属の密封ガスケットは、ステンレススチールから作られる、請求項１に記載の流体カップリング。
【請求項１０】
前記金属の結合コンポーネントおよび前記金属の密封ガスケットは、ステンレススチールから作られ、前記硬化された密封ビードは、拡散ベースの表面処理プロセスを使用して硬化される、請求項１に記載の流体カップリング。
【請求項１１】
前記拡散ベースの表面処理プロセスは、カーバイド沈殿物の形成なく、硬化された表面を生み出すための低温浸炭プロセスである、請求項１０に記載の流体カップリング。
【請求項１２】
前記密封は、１０００ｐｓｉよりも大きな圧力で、１ｃｃ／ｈｒ（ｓｔｄ．）の漏れ率またはこれよりも低い漏れ率で、軽いガスを保持することに対して効果的である、請求項１に記載の流体カップリング。
【請求項１３】
前記密封は、５０００ｐｓｉよりも大きな圧力で、１ｃｃ／ｈｒ（ｓｔｄ．）の漏れ率またはこれよりも低い漏れ率で、軽いガスを保持することに対して効果的である、請求項１に記載の流体カップリング。
【請求項１４】
ベローズバルブであって、該ベローズバルブは、
入口通路および出口通路ならびに該入口通路と該出口通路との間に配置されたバルブシートを有する金属のバルブ本体と、
バルブ本体によって受けられたバルブステムであって、該バルブステムは、該バルブシートとの選択的な密封係合に対して適合されている、バルブステムと、
第１の端および第２の端を有するベローズであって、該第１の端は、該バルブステムと密封的に接続されている、ベローズと、
バルブステムを受けるように適合された金属の閉鎖部材であって、該バルブステムは該金属の閉鎖部材の中を通り、該金属の閉鎖部材は、該ベローズの該第２の端に密封的に接続されている、金属の閉鎖部材と、
ボンネット部材であって、負荷が該バルブ本体および該ボンネット部材によって、該閉鎖部材にかけられるように、該ボンネット部材および該金属のバルブ本体は、該金属の閉鎖部材の両側に組み立てられる、ボンネット部材と、
該バルブ本体および該閉鎖部材のうちの一方から軸方向外側に延びる、概ね円周方向に連続する硬化されたビードであって、該バルブ本体および該閉鎖部材のうちの他方に位置する概ね平らな面に押し入り、塑性的に変形させて該バルブ本体と該閉鎖部材との間に密封を形成する、概ね円周方向に連続する硬化されたビードと
を備えている、ベローズバルブ。
【請求項１５】
前記硬化されたビードは、前記金属の閉鎖部材に位置し、前記バルブ本体に押し入り、密封を形成する、請求項１４に記載のベローズバルブ。
【請求項１６】
前記硬化されたビードは、前記バルブ本体に位置し、前記金属の閉鎖部材に押し入り、密封を形成する、請求項１４に記載のベローズバルブ。
【請求項１７】
前記硬化されたビードは、カーバイド沈殿物の形成なく、硬化された表面を生み出すための低温浸炭処理を使用して硬化される、請求項１４に記載のベローズバルブ。
【請求項１８】
前記硬化されたビードは、ステンレススチールから作られ、拡散ベースの表面処理プロセスを使用して硬化される、請求項１４に記載のベローズバルブ。
【請求項１９】
前記ボンネット、前記バルブ本体、前記閉鎖部材、および前記ベローズは、ステンレススチールから作られる、請求項１４に記載のベローズバルブ。
【請求項２０】
前記密封は、１０００ｐｓｉよりも大きな圧力で、１ｃｃ／ｈｒ（ｓｔｄ．）の漏れ率またはこれよりも低い漏れ率で、軽いガスを保持することに対して効果的である、請求項１４に記載のベローズバルブ。
【請求項２１】
前記密封は、５０００ｐｓｉよりも大きな圧力で、１ｃｃ／ｈｒ（ｓｔｄ．）の漏れ率またはこれよりも低い漏れ率で、軽いガスを保持することに対して効果的である、請求項１４に記載のベローズバルブ。
【請求項２２】
ダイアフラムバルブであって、該ダイアフラムバルブは、
バルブ本体およびボンネット部材と、
１つ以上のダイアフラムを含む金属のダイアフラム配列であって、該ボンネット部材および該バルブ本体は、該ボンネット部材および該バルブ本体によって、該金属のダイアフラム配列に負荷がかけられるように、金属のダイアフラム配列の両側に組み立てられる、金属のダイアフラム配列と、
該金属のダイアフラム配列、該ボンネット部材、および該バルブ本体のうちの少なくとも１つの外側周辺近くに含まれた硬化された係合部分であって、該硬化された係合部分は、該金属のダイアフラム配列、該ボンネット部材、および該バルブ本体のうちの少なくとも１つと係合し、塑性的に変形させてそれらの間に密封を形成する、硬化された係合部分と
を備えている、ダイアフラムバルブ。
【請求項２３】
前記金属のダイアフラムは、積層された配列で、複数のダイアフラムを備えている、請求項２２に記載のダイアフラムバルブ。
【請求項２４】
前記硬化された係合部分は、前記ダイアフラム配列と係合する、前記ボンネットの環状エッジを備えている、請求項２２に記載のダイアフラムバルブ。
【請求項２５】
前記バルブ本体および前記ボンネット部材の各々は、それらの各々の外側周辺の近くに概ね平らな表面を含み、該概ね平らな表面のうちの少なくとも１つは、それらの外側コーナーの近くにあり、前記ダイアフラムアセンブリは、該概ね平らな部分の間で締め付けられ、該ダイアフラムアセンブリは、該コーナーを覆うように曲がりかつ該コーナーにおいて密封する、該概ね平らな表面の近くに外側周辺部分を有する、請求項２２に記載のダイアフラムバルブ。
【請求項２６】
前記硬化された係合部分は、前記コーナーを備えている、請求項２５に記載のダイアフラムバルブ。
【請求項２７】
前記硬化された係合部分は、カーバイド沈殿物の形成なく、硬化された表面を生み出すための低温浸炭処理を使用して硬化される、請求項２２に記載のダイアフラムバルブ。
【請求項２８】
前記ボンネット、前記バルブ本体、および前記ダイアフラム配列は、ステンレススチールから作られる、請求項２２に記載のダイアフラムバルブ。
【請求項２９】
前記硬化された係合部分は、ステンレススチールから作られ、拡散ベースの表面処理プロセスを使用して硬化される、請求項２２のダイアフラムバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
この出願は、２００５年８月９日に出願された、米国仮特許出願第６０／７０６，８４６号「ＦＬＵＩＤ  ＦＬＯＷ  ＤＥＶＩＣＥＳ」の利益を主張し、その開示の全容が参考として本明細書に完全に援用されている、
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
様々な公知の流体フローデバイスは、第３の金属コンポーネントの両側に配置され、第３の金属コンポーネントを圧して密封を形成する、第１および第２の金属コンポーネントを含む。そのような公知の流体フローデバイスの例は、「Ｆｌｕｉｄ  Ｃｏｕｐｌｉｎｇ」と題する特許文献１、「Ｆｌｕｉｄ  Ｆｉｔｔｉｎｇ  Ｗｉｔｈ  Ｔｏｒｑｕｅ  Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ」と題する特許文献２、「Ｉｎｖｅｒｔｅｄ  Ｂｅｌｌｏｗｓ  Ｖａｌｖｅ」と題する特許文献３、「Ｄｉａｐｈｒａｇｍ  Ｖａｌｖｅ」と題する特許文献４、および「Ｖａｌｖｅ」と題する特許文献５に開示され、その全容が完全に本明細書に参考として援用されている。
【特許文献１】米国特許第４，５５２，３８９号明細書
【特許文献２】米国特許第６，６８５，２３４号明細書
【特許文献３】米国特許第４，６８７，０１７号明細書
【特許文献４】米国特許第６，１８９，８６１号明細書
【特許文献５】米国特許第４，６８４，１０６号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本開示は、１つ以上の金属コンポーネントを有する流体フローデバイスに広く向けられ、該流体フローデバイスは、少なくとも部分的に硬化され、硬化された部分よりも軟らかいデバイスの別の部分と密封を形成する。そのような流体フローデバイスの１つの例は、第３の金属コンポーネントの両側に組み立てられた第１および第２の金属コンポーネントを含む。第１および第２の金属コンポーネントによって負荷が、第３の金属コンポーネントにかけられる。硬化された係合部分が、金属コンポーネントのうちの少なくとも１つに含まれる。硬化された係合部分は、それが押し当てられている金属コンポーネントと係合し、かつ塑性的にこれを変形させて密封を形成する。一実施形態において、硬化された係合部分は、それが押し当てられている金属コンポーネントに押し入り、これを塑性的に変形させて密封を形成し、一方別の実施形態においては、硬化された係合部分は、それが押し当てられている金属コンポーネントの突起部分またはコーナーを圧縮し、かつこれを塑性的に変形する。別の実施形態において、流体フローデバイスは、流体カップリング、ダイアフラムバルブ、またはベローズバルブである。
【０００４】
この出願において開示された別の発明的局面は、流体フローデバイスの一部分を硬化し、硬化された部分よりも軟らかいデバイスの別の部分と密封を形成することに関する。一実施形態において、拡散ベースの表面処理、例えば低温浸炭が使用され、カーバイドの沈殿物の形成なく硬化された表面を生み出すために使用される。この開示において、「カーバイドの沈殿物の形成なく」硬化された表面を生み出すということは、形成されたカーバイドの沈殿物の量は、たとえあるとしても小さすぎて、硬化された部分の腐食抵抗に悪影響を与えることはできないことを意味する。
【０００５】
添付の図面と共に以下の記述および添付された特許請求の範囲を考えた後、さらなる利点および利益が当業者に明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本明細書に援用され、かつ本明細書の一部分を成す添付の図面において、本発明の実施形態が例示され、これらの実施形態は、上述の発明の一般的な記述、および以下の詳細な記述と共に、本発明の実施形態を例示することに役立つ。
【０００７】
（詳細な記述）
本出願は、金属対金属の密封を有する流体フローデバイスに広く向けられている。流体フローデバイスは、硬化された係合面または部分を有する第１の金属コンポーネント、および硬化された部分よりも柔らかい第２の金属コンポーネントを含む。第２の金属コンポーネントは、第１のコンポーネントと共に組み立てられ、その結果硬化された面は、第２の金属コンポーネントと係合し、かつこれを塑性的に変形させ、金属対金属の密封を提供する。
【０００８】
金属対金属の密封を形成するコンポーネントのうちの１つの少なくとも一部分が硬化される流体フローデバイスは、２つの硬化されていない金属コンポーネント間に金属対金属の密封を形成する流体フローデバイスと比較して特定の利点を有し得る。例えば、金属コンポーネントのうちの１つまたは両方を硬化することは、流体フローデバイスにおいて使用される材料のより大きな汎用性を可能にし得る。さらに、金属対金属の密封を形成するコンポーネントのうちの１つの少なくとも一部分を硬化することは結果として、より低い漏れ率を生じ得る。さらに、低温浸炭または他の硬化処理によって表面を硬化することは、表面の腐食抵抗を増加させ、これは、特定の用途において有利である。
【０００９】
本明細書に記述された例示的な実施形態は、流体フローデバイス、例えばベローズバルブ、ダイアフラムバルブ、および流体カップリングの関連で提示されるが、当業者は、本発明が、他の方法においても構成され得ることを容易に理解する。流体フローデバイスは、広く様々に異なる形式を取り得る。この出願において、流体フローデバイスは、流体が通って流れる任意のデバイスを指す。流体フローデバイスの例は、バルブ、取り付け具、連結器、計量器、およびポンプを含むが、これらに限定されない。これらの例および開示された例示的な実施形態は、本発明に広い用途を例示するように意図され、本発明に一切限定を提供しない。
【００１０】
本発明の様々な発明的局面、概念および特徴が、例示的な実施形態との組み合わせで実施されるものとして、本明細書に記述かつ例示され得るが、これら様々な局面、概念および特徴は、個別的に、またはそれらの様々な組み合わせおよび部分的組合わせ、多くの代替実施形態において使用され得る。本明細書において明確に除外されない限り、すべてのそのような組み合わせおよび部分的組合わせは、本発明の範囲内であると意図されている。さらに、本発明の様々な局面、概念および特徴に関する様々な代替の実施形態、例えば代替の材料、構造、構成、方法、回路、デバイスおよびコンポーネント、ソフトウエア、ハードウエア、制御論理、形成、適合および機能に関する代替などが本明細書に記述され得るが、そのような記述は、現在公知であろうと後に開発されようと、利用可能な代替の実施形態の完全なまたは網羅的なリストとは意図されていない。当業者は、１つ以上の発明的局面、外面または特徴を追加的な実施形態の中に容易に取り込み得、たとえそのような実施形態が明確に本明細書に開示されていない場合でも、本発明の範囲内で使用する。さらに、本発明の一部の特徴、概念または局面が本明細書に、好ましい配列または方法として記述され得るが、そのような記述は、そのような特徴が、明確にそのように述べられない場合は、要求されまたは必要であると示唆するとは意図されていない。さらに、本開示の理解を助けるために、例示的なまたは代表的な値および範囲が含まれ得るが、そのような値および範囲は、限定的な意味で解釈されるべきではなく、そのように明確に述べられる場合にのみ、臨界的な値または範囲であると意図される。さらに、様々な局面、特徴、および概念が、発明的または発明の一部分を形成するとして本明細書に明確に識別され得るが、そのような識別は排他的であるとしては意図されておらず、そのような特定の発明としてまたはその一部分として、明確に識別されずに、本明細書に完全に記述される発明的局面、概念および特徴があり得、発明は添付された特許請求の範囲に述べられている。例示的な方法またはプロセスの記述は、すべての場合において必要であるとしてすべてのステップを含むことに限定されず、またステップが提示される順序も、明確にそのように述べられない限り、要求されているかまたは必要であるとして解釈されるべきではない。
【００１１】
この開示において、「カーバイドの沈殿物の形成なく」ステンレススチールを浸炭することへの言及は、形成されたカーバイドの沈殿物の量は、たとえあるとしても小さすぎて、ステンレススチールの腐食抵抗に悪影響を与えることはできないことを意味する。
【００１２】
図１において、流体フローデバイス１２の例を概略的に例示する。流体フローデバイス１２は、金属の密封コンポーネント１４、および第１および第２の金属締め付けコンポーネント１６、１８を含む。締め付けコンポーネント１６、１８は、密封コンポーネント１４の両側に組み立てられる。締め付けコンポーネント１６、１８は、矢印２０、２２によって示されるように、共に圧される。第１および第２の締め付けコンポーネント１６、１８によって、密封コンポーネント１４に負荷がかけられる。図２〜図７を参照して、１つ上の硬化された係合部分１０が、密封コンポーネント１４、第１の締め付けコンポーネント１６、および／または第２の締め付けコンポーネント１８に含まれる。硬化された係合部分１０は、金属の密封コンポーネント１４、または金属締め付けコンポーネント１６、１８と係合し、塑性的にこれを変形させ、密封を形成する。図２〜図７において、硬化された係合部分１０は、密封コンポーネントまたは締め付けコンポーネントのうちの少なくとも１つから延びるかまたは突出し、それが押圧されているコンポーネントに食い込む一部分として例示されている。しかし、係合部分は、硬化されていない延長または突出部分と係合し、延びているかまたは突出している部分を圧縮し、それに食い込むことなく塑性的に変形させる硬化された部分または表面であり得る。
【００１３】
密封コンポーネント１４および締め付けコンポーネント１６、１８は、流体フローデバイス１２において様々に異なる形式を取り得る。密封コンポーネントの例は、ダイアフラムバルブに使用されたダイアフラム、ベローバルブに使用されたベロー、ベローバルブに使用されたベローサポート、および取り付け具に使用されたガスケットを含むが、これらに限定されない。締め付けコンポーネント１６、１８の例は、バルブ本体、例えばダイアフラムバルブ本体、およびベローバルブ本体、ならびに取り付けグランド部材を含むが、これらに限定されない。硬化された係合部分は、様々に異なる形を取り得る。例示的な実施形態において、硬化された係合部分１０は、拡散ベースの表面処理によって硬化された、環状の軸方向に延びる突起である。硬化された係合部分は、硬化された係合部分を含むコンポーネント全体を硬化させることによって形成され得るか、または硬化された係合部分を形成するコンポーネントの一部分のみを硬化させることによって形成され得る。硬化された係合部分は、例示的な実施形態においてそれが係合する金属流体フローデバイスコンポーネントよりも硬い。例えば、低温浸炭プロセスによって硬化されたステンレススチールは、より高い硬さの値、例えば約１４００ビッカースが達成されているが、約９００〜１１００ビッカースの通常の硬さを有し得る。一方、焼きなましていないステンレススチールは、約２５０〜３５０ビッカーズの硬さを有し得、焼きなまされたステンレススチールは約１２５〜１７５ビッカースの硬さを有し得る。硬化された係合部分とコンポーネントとの間の実際の硬さの相違は、ユーザによって選択可能である。
【００１４】
密封コンポーネント１４および締め付けコンポーネント１６、１８は、広く様々に異なる金属から作られ得る。例は、鉄、銅、ニッケル、チタン、マグネシウム、マンガン、これらの金属の合金、およびバルブ、バルブコンポーネントおよび他の流体フローデバイスを作る際に有用であるとして公知の任意の他の金属または合金を含む。一実施形態において、硬化された係合部分１０を画定する特定のコンポーネントまたはコンポーネント（複数）は、表面硬さを高めるためばかりでなく、必要ではないが、好ましくは、腐食抵抗も高めるために、低温浸炭または他の硬化プロセスによって硬化された金属または金属合金から作られる。
【００１５】
ステンレススチールの低温浸炭（「ＬＴＣ」）は、米国特許第５，７９２，２８２号、ＥＰＯ０７８７８１７、特願平０９−１４０１９号（特開平０９−２６８３６４号公報）、米国特許第６，１６５，５９７号および米国特許第６，５４７，８８８号を含む多くの公開に記述され、それらの開示は、参考として本明細書に完全に援用されている。この技術において、ワークピース（ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ）は、１０００°Ｆ（５３８°Ｃ）よりも下の高温で炭素含有ガスと接触する。結果として、元素の炭素の高い濃度が、カーバイド沈殿物の形成なく、ワークピースの表面の中に拡散する。その結果、ワークピースの表面硬さおよび腐食抵抗は、有意に高められる。
【００１６】
低温浸炭において、原子の炭素は、隙間に入ってワークピースの表面の中に拡散する。すなわち、炭素原子は、金属原子の間の空間を通って移動する。処理温度は低いので、これらの炭素原子は、ワークピースの表面の金属原子と固溶体を形成する。それらは、これらの金属原子と反応して他の化合物を形成することはない。従って、低温浸炭は、高温で実行される通常の浸炭とはことなる。高温で実行される通常の浸炭では、炭素原子は、反応してカーバイド沈殿物、すなわち、それらが含まれる金属母体から分離し、かつ離れた個別の段階の形式で配列されたＭ２３Ｃ６（例えばＣｒ２３Ｃ６またはクロムカーバイド）、Ｍ５Ｃ２などのような特定の金属化合物を形成する。
【００１７】
他のプロセスは、金属ワークピースの表面特性を変化させることで公知である。すなわち、金属ワークピースの硬さ、腐食抵抗、および／または他の表面特性が、原子がワークピースの表面の中の隙間に拡散し、個別の段階で新しい化合物を形成せずにその中の金属原子と固溶体を形成することによって変化させられ得る他の処理が公知である。幾つか名を挙げただけでも、例は、鉄の窒化、クロムおよび／またはニッケルを基礎とする合金、鉄の炭素−窒化、クロムおよび／またはニッケルを基礎とする合金、ならびにチタンを基礎とする合金の窒化を含む。便宜上、これらの処理のすべては、「拡散ベースの表面処理」と総称される。すべてのそのような拡散ベースの表面処理は、この開示の技術を使用して適用され得る。
【００１８】
この開示の技術において、硬化された係合部分１０は、拡散ベースの表面硬化処理に応答して、肌焼きすなわち表面が硬くなる金属または合金から、１つ以上のコンポーネント、またはコンポーネントの一部分を作ることによって形成され得る。コンポーネント、またはコンポーネントの一部分は次に、この硬化処理に晒され得る。例えば、硬化された係合部分１０が、低温浸炭によって締め付けコンポーネントにおいて形成される場合、締め付けコンポーネント１６全体、または硬化される部分だけが、この特定の拡散処理に対する硬化応答を示す金属または合金から作られ得る。
【００１９】
拡散ベースの表面処理に対して硬化応答を示す金属および合金が、公知である。例えば、低温浸炭に対する硬化応答を示す材料は、上記の米国特許第５，７９２，２８２号、米国特許第６，０９３，３０３号、米国特許第６，５４７，８８８号、ＥＰＯ０７８７８１７および特願平０９−１４０１９号（特開平０９−２６８３６４号公報）に記述され、それらの開示は、参考として本明細書に完全に援用されている。例は，幾つか名を挙げただけでも：５〜１０重量％Ｎｉ、好ましくは１０〜４０重量％Ｎｉを含むスチール；１０〜４０重量％Ｎｉおよび１０〜３５重量％Ｃｒを含む合金；ＡＩＳＩ３１６、３１６Ｌ、３１７、３１７Ｌおよび３０４ステンレススチールを含むＡＩＳＩ３００および４００シリーズスチールのようなステンレススチール；合金６００；合金６２５；合金８２５；合金Ｃ−２７６；合金Ｃ−２２および合金２０Ｃｂを含むが、これらに限定されない。
【００２０】
同じように、上述以外の他の拡散ベースの表面処理に対して硬化応答を示す材料も公知である。
【００２１】
図２〜図７は、密封コンポーネント１４、締め付け部材１６、１８、および硬化された係合部分１０の構成の例を例示する。図２〜図７によって例示された各例において、密封コンポーネント１４は、締め付け部材１６、１８間で締め付けられる。図２によって例示された例において、硬化された係合部分１０は、密封コンポーネント１４に含まれる。硬化された係合部分１０は、締め付けコンポーネント１６のうちの１つと係合し、塑性的にこれを変形させて密封を形成する。
【００２２】
図３によって例示された例において、硬化された係合部分１０は、締め付けコンポーネント１８のうちの１つに含まれる。硬化された係合部分１０は、密封コンポーネント１４と係合し、塑性的にこれを変形させて密封を形成する。
【００２３】
図４によって例示された例において、第１の硬化された係合部分１０は、密封コンポーネントの第１の側２３に形成され、第２の硬化された係合部分１０は、密封コンポーネントの第２の側２４に形成される。密封コンポーネントの第１および第２の側２３、２４の硬化された係合部分１０は、締め付けコンポーネント１６、１８を係合し、塑性的にこれを変形させて密封を形成する。
【００２４】
図５によって例示された例において、第１の硬化された係合部分１０は、第１の締め付けコンポーネント１６に形成され、第２の硬化された係合部分１０は、第２の締め付けコンポーネント１８に形成される。第１および第２の締め付けコンポーネントによって画定された硬化された係合部分１０は、密封コンポーネント１６、１８の第１および第２のサイド２３、２４を係合し、塑性的にこれを変形させて密封を形成する。
【００２５】
図６によって例示された例において、第１および第２の硬化された係合部分１０は、密封コンポーネント１４に形成される。密封コンポーネントによって画定された硬化された係合部分１０は、締め付けコンポーネント１６、１８のうちの１つと係合し、塑性的にこれを変形させて第１および第２の密封を形成する。
【００２６】
図７によって例示された例において、第１および第２の硬化された係合部分１０は、締め付けコンポーネント１６、１８のうちの１つに形成される。締め付けコンポーネントによって画定された硬化された係合部分１０は、密封コンポーネント１４と係合し、塑性的にこれを変形させて第１および第２の密封を形成する。
【００２７】
この開示によって、金属対金属の密封を形成するコンポーネントのうちの１つの少なくとも一部分を硬化することは、２つの硬化されていない金属コンポーネント間の流体フローデバイス密封と比較した場合、利点を有することが分かった。例えば、金属コンポーネントのうちの１つまたは両方を硬化することは、流体フローデバイスに使用され得る材料においてより大きな汎用性を可能にする。例えば、流体フローデバイス１２が、ステンレススチールから作られる硬化されていない締め付けコンポーネントを含む場合、密封コンポーネントは、より柔らかい材料、例えば焼きなましされたステンレススチールまたはニッケルから作られ、締め付けコンポーネントと密封コンポーネントとの間に硬さの差を提供する。一部の場合において、焼きなましされたステンレススチールは、ある場合には、焼きなましされていないステンレススチールよりも取り扱いが難しくあり得、ニッケルは、ステンレススチールよりも厳しい環境において腐食を受けやすい。締め付けコンポーネント１６、１８が、硬化された係合部分１０を含むとき、密封コンポーネント１４はより硬い材料、例えばステンレススチールから作られ得、なおも良好な密封を形成するための硬さの差を十分に有し得る。例えば、締め付けコンポーネント１６、１８は、ステンレススチールから作られ、処理されて１つ以上の硬化された係合部分１０を形成し、密封コンポーネントは、ステンレススチール、例えば３１６ステンレススチールから作られ得る。硬化された係合部分１０とステンレススチールとの間の硬さの差は、硬化された係合部分１０と密封コンポーネントとの間の密封を容易にする。別の例に従って、締め付けコンポーネントは、ステンレススチールから作られ得、密封コンポーネントは、硬化された係合部分または部分（複数）を含み得る。
【００２８】
硬化された係合部分１０とステンレススチールコンポーネントとの硬さの差は、焼きなましされていないステンレススチールと焼きなましされたステンレススチールまたはニッケルとの間の硬さの差よりも大きい。結果として、硬化された係合部分１０が含まれる場合、より低い漏れ率を有する密封が形成され得る。例えば、ステンレススチール面と、低温浸炭処理を使用して硬化された、硬化された係合部分１０との間に形成された密封は、ステンレススチールとニッケルとの間に形成された密封よりもより効果的に軽いガスを密封し得る。なぜならば、硬さの差がより大きいからである。軽いガスの例は、水素およびヘリウムを含む。ステンレススチール面と、低温浸炭処理を使用して硬化された、硬化された係合部分１０との間に形成された密封は、１０００ｐｓｉよりも大きな圧力、さらには５０００ｐｓｉよりも大きい圧力で、１ｃｃ／ｈｒ（ｓｔｄ．）よりも低い漏れ率で、軽いガスを保持する。
【００２９】
図８〜図１１は、硬化された係合部分を含み得る流体フローデバイス１２の例を例示する。米国特許第３，５２１，９１０号および米国特許第６，６８５，２３４号（本明細書では「’２３４特許」）は、密封部材の相対する面で密封する端を有する一対のグランド（ｇｌａｎｄ）を含む結合アセンブリを開示する。米国特許第３，５２１，９１０号および米国特許第６，６８５，２３４号は、本明細書にその全容が参考として援用されている。図８は、硬化された係合部分１０を含むように変更された’２３４特許の図１に示されたカップリング３０を例示する。カップリング３０は、第１および第２のグランド３２、３４またはカップリング部材、および密封部材３６またはガスケットを含む。グランドは、密封部材３６の端面４２、４４と密封係合される密封面３８、４０を有している。各密封面は、軸方向外側に延びて密封部材３６と係合する円周方向連続ビード４６を好ましくは含み得る。各ビード４６は硬化され、硬化された係合部分１０を形成する。一対のカップリングナット５０が、ねじで係合され得るか、または別の方法で接合され、グランドを促して密封部材３６と密封係合させる。結合のさらなる詳細が、’２３４特許を参照することによって得られ得る。一例示的な実施形態において、密封部材３６およびグランド３２、３４は、ステンレススチールから作られ、ビード４６は、低温浸炭処理を使用して硬化される。ビード４６は、ワッシャの中に押し入り塑性的にこれを変形させて密封を形成する。一実施形態において、硬化されたビード４６は、グランドではなく、密封部材３６に提供され、グランドは硬化されない。別の実施形態においてビード４６と接触するグランドまたは密封部材の表面、またはその接触部分が硬化され、ビードは硬化されない。従って、硬化された表面は、ビード４６を圧縮し、塑性的にこれを変形させて密封を形成する。
【００３０】
米国特許第４，６８７，０１７号（本明細書では「’０１７特許」）は、ベローバルブを開示する。米国特許第４，６８７，０１７号は、その全容が参考として本明細書に援用されている。図９は、硬化された係合部分１０を含むように変更された’０１７特許の図３に示されるベローバルブの密封配列を例示する。ベローバルブ６０は、バルブ本体６２、ボンネット６４、および取り付けられたベロー６８を有する閉鎖部材６６を含む。バルブボンネット６４は、バルブ本体６２から外側に延び、保持部材６７によってその上に保持される。例示的な実施形態において、バルブ本体６２、ボンネット６４、閉鎖部材６６、およびベロー６８は、ステンレススチールで構成される。例示的な実施形態において、ベロー６８は、選択的な軸方向の動きを調節するためにひだにされるか、または折られる。閉鎖部材６６は、バルブチャンバ開放端７２と重なるか、または閉じるように設計された直径の大きなフランジ７０を含む。さらに詳細には、直径の大きなフランジは、バルブチャンバ開放端７２の近くで、バルブ本体６２と密封的に係合するように適合される。
【００３１】
開放端７２におけるフランジ７０とバルブ本体５２との間の密封係合は、ビード密封配列の使用を介して提供される。好ましくは、連続的な丸いかまたは弧状の環ビード７４が、直径の大きなフランジ７０の下部表面に提供される。例示的な実施形態において、閉鎖部材６６は、ステンレススチールから作られ、ビード７４は、処理、例えば低温浸炭によって硬化され、硬化された係合部分１０を形成する。ビード７４は、バルブチャンバ開放端７２に対して円周方向に囲んで、バルブ本体６２上に形成された概ね平面のショルダー７６と嵌合係合するように設計され得る。硬化されたビード７４は、平面のショルダー７６に押し入り、これを塑性的に変形させ、バルブチャンバの開放端の周囲に流体に対する密封を提供する。それによって、加圧された流体、例えば軽いガスは、バルブチャンバの中に閉じ込められ、そこからの漏れは抑制される。理解されるように、ビード密封の向きは、すなわちバルブ本体に弧状ビードを置き閉鎖部材に関連する平面を有することによって反対にされ得る。別の実施形態において、ビードと接触する平面が、バルブ本体上にあろうと閉鎖部材上にあろうと、硬化され、ビードは硬化されないことがある。従って、表面はビードを圧縮し、かつこれを塑性的に変形させて密封を形成する。さらに、図９に示されたバルブの詳細は、’０１７特許を参照することによって得られ得る。
【００３２】
米国特許第６，１８９，８６１号（本明細書では「’８６１特許」）は、ダイアフラムバルブを開示する。米国特許第６，１８９，８６１号は、その全容が参考として本明細書によって援用される。図１０は、１つ以上の硬化された係合部分１０を含むように変更された’８６１特許の図５Ｂに示されたダイアフラムバルブの密封配列を例示する。ダイアフラム８０は、バルブ本体８２、ダイアフラム配列８４、およびボンネット８６を含む。ダイアフラム配列は、単一のダイアフラムを含み得るか、または図１０によって例示されているように複数のダイアフラムを含み得る。バルブ本体８２は、円周上で高くなったフランジまたはカラー９０を含む。
【００３３】
図１０は、フランジまたはカラー９０、ダイアフラム配列８４、およびボンネット８６の下部締め付けエッジ部分の間の関係について示す。ダイアフラム８４は、カラー９０の上平面９０ａに位置して示されている。ダイアフラム８４には、凸面のセンター部分および概ね平面の、半径方向に延びる周辺エッジ部分８４ａが提供されている。ボンネット８６は、コーナー８６ｃで終わる円筒状の壁８６ｂによって囲まれたフラット８６ａを含む、輪郭付けされた下部周辺面を有し得る。一例示的な実施形態において、フラット８６ａ、壁８６ｂ、および／またはボンネットのコーナー８６ｃは、硬化されている。図１０に示されるように、ボンネット８６が、締め付け係合されるとき、フラット８６ａは、図示のように、ダイアフラムアセンブリ８４の上面を締め付ける。コーナー８６ｃは、ダイアフラム８４の外側周辺部分を下向きにそらし、かつ曲げ、カラー９０のコーナー９２上に高い密封圧を生成する。例示的な実施形態において、コーナー９２は、硬化され、硬化された係合部分１０を形成し得る。別の例示的な実施形態において、バルブ本体８２およびボンネット８６は、ステンレススチールから作られ、コーナー９２は、低温浸炭処理を使用して硬化される。別の実施形態において、ダイアフラムが硬化されており、バルブ本体８２およびボンネット８６は、硬化されておらず、その結果ダイアフラムは、バルブ本体および／またはボンネット８６を塑性的に変形させる。
【００３４】
締め付け順序は以下のようなものである。ボンネットが最初の締め付け係合に駆り立てられるとき、コーナー８６ｃは、ダイアフラムの外側周辺部分８４ａを下向きであって、かつカラー９０のコーナー９２にかぶさるようにそらせ、かつ曲げる。フラット８６ａは次に、カラー９０の上平面９０ａに対してダイアフラム８４の上面を締め付け始める。例示的な実施形態において、カラー９０は硬化されており、ダイアフラム８４よりも実質的に硬く、ダイアフラム８４は、例えばＥｌｇｉｌｏｙ、３１６ステンレススチール、およびＩｎｃ  Ｘ  ７５０から作られ得る。コーナー８６ｃは、ダイアフラム８４周辺部分８４ａに対して作用し続け、このようにしてコーナー９２の周囲でダイアフラム８４を曲げかつちぢらし続ける。このメイクアップ（ｍａｋｅ−ｕｐ）処理間に与えられる力は、硬化されたコーナー９２に対してダイアフラム８４を塑性的に変形させるか、または降伏させるかするために十分であり、その間に一次的な本体密封を作成する。図１０に示されるバルブのさらなる詳細は、’８６１特許を参照することによって得られ得る。
【００３５】
米国特許第４，６８４，１０６号（本明細書では「’１０６特許」）は、ダイアフラムバルブを開示する。米国特許第４，６８４，１０６号は、その全容が参考として本明細書によって援用される。図１１は、１つ以上の硬化された係合部分１０を含むように変更された’１０６特許の図２に示されたダイアフラムバルブの密封配列を例示する。ダイアフラムバルブ１００は、金属のバルブ本体１０２、金属のダイアフラム１０４、およびボンネット１０６を含み得る。図１１は、本体１０２およびボンネット１０６の拡大された周辺エッジ部分を示し、ダイアフラム１０４がその間で軸方向に締め付けられている。バルブ本体１０２およびボンネット１０６は、隔てられて相対する平坦かつ平行な円周エリア１１６、１１８を有し得、その間で、ダイアフラム１０４の内側のまたは一次的な円周エリアが、内側円周エリア上で軸方向に締め付けられ得る。ボンネットナット（図示されず）を締め付けることは、締め付け面１１６、１１８を、互いの方に向かって動かし、その間でダイアフラム１０４を圧する。
【００３６】
バルブ本体１０２およびボンネット１０６は、一次的な締め付け面１１６、１１８から軸方向かつ半径方向に隔てられた二次的な平坦かつ平行な締め付け面１２０、１２２も含み得る。一次的な面１１６、１１８は、比較的鋭角なコーナー１２４、１２６によって、二次的な面１２０、１２２から分離され得、ダイアフラム１０４は、比較的鋭角なコーナー１２４、１２６をまたいで、軸方向に曲げられる。例示的な実施形態において、コーナー１２４、１２６は、硬化され、より軟らかい金属のダイアフラムを変形させて密封を形成する。コーナー１２４、１２６間の軸方向間隔は、ダイアフラム１０４の通常の軸方向の厚さよりも小さく、締め付け面１１６、１１８間の軸方向の間隔よりも小さい。結果として、コーナー１２４、１２６は、ダイアフラム１０４の両面に対して優れた密封を提供する。外側の円周フランジ１３０は、本体１０２上で二次的な締め付け面１２０から軸方向に延び、内側または一次的な締め付け面１１６を、バルブの処理、および組み立て中に切り傷および他の損傷から保護する。フランジ１３０の軸上の突起は、一次的な面と二次的な面１１６、１２０の間の軸方向の間隔よりも実質的に大きくあり得る。保護フランジ１３０と直接向き合って、ボンネット部材１０６には、開いて締め付けられていない状態で、ダイアフラム１０４の端末部分１３６を受けるための拡げられたリセス１３４が提供され得る。１４２、１４４として一般的に示される二次的なコーナーは、コーナー１２４、１２６間の軸方向の間隔よりも実質的に短い距離を互いから軸方向に隔てられ得、その結果、ダイアフラム１０４の外側端部分１３６は、コーナー１２４、１２６間の軸方向のその変形よりも大きな程度にまで軸方向に変形されている。例示的な実施形態において、コーナー１２４、１２６、１４２、１４４は硬化され、硬化された係合部分１０を形成する。コーナー１２４、１２６、１４２、１４４は、ダイアフラムよりも硬く、ダイアフラムを塑性的に変形し、１次的な、および２次的な密封を提供する。別の実施形態において、ダイアフラム１０４は硬化され、コーナー１２４、１２６、１４２、１４４は、硬化されておらず、その結果ダイアフラムは、コーナーを塑性的に変形して密封を形成する。
【００３７】
本発明は、好ましい実施形態を参照して記述された。この明細書を読み、かつ理解すると、他の者には、修正および変更が思いつく。添付された請求項またはその均等物の範囲内にある限り、本発明は、すべてのそのような修正および変更を含むものと意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、流体フローデバイスの一部分の概略的な例示である。
【図２】図２は、流体フローデバイスの密封エリアの概略的な例示である。
【図３】図３は、流体フローデバイスの密封エリアの概略的な例示である。
【図４】図４は、流体フローデバイスの密封エリアの概略的な例示である。
【図５】図５は、流体フローデバイスの密封エリアの概略的な例示である。
【図６】図６は、流体フローデバイスの密封エリアの概略的な例示である。
【図７】図７は、流体フローデバイスの密封エリアの概略的な例示である。
【図８】図８は、取り付け具の断面図である。
【図９】図９は、ベローズバルブの密封エリアの断面図である。
【図１０】図１０は、ダイアフラムバルブの密封エリアの断面図である。
【図１１】図１１は、ダイアフラムバルブの密封エリアの断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【国際調査報告】
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