(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と、
前記本体内に固定される弁座と、
ダイヤフラムの第１の面が前記弁座に対して押しつけられる閉位置とダイヤフラムの前記第１の面が前記弁座から解放される開位置との間で移動するダイヤフラムとを備え、
前記弁座が、前記本体内に固定される静的区間と、前記ダイヤフラムが前記閉位置にあるときに前記ダイヤフラムによって圧縮される動的区間とを備え、前記静的区間は弁座圧縮の間の座移動を防止し、
前記ダイヤフラムが前記開位置にあるときに、前記弁座の前記動的区間および前記本体が本体空洞逃げ空間を画定し、
前記ダイヤフラムが前記閉位置にあるときに、前記弁座の前記動的区間が圧縮して前記本体空洞逃げ空間を少なくとも部分的に満たす、高サイクル高速弁。
【請求項２】
前記弁座の前記静的区間が、基部と、前記基部から径方向外側に延在する鍔部と、を備え、
前記本体が、前記鍔部を受容して前記弁座の前記静的区間を前記本体内に保持する凹部を有する、請求項１に記載の高サイクル高速弁。
【請求項３】
前記弁座の前記動的区間または前記本体の少なくとも１つが、前記本体空洞逃げ空間を画定する傾斜平面を有する、請求項１に記載の高サイクル高速弁。
【請求項４】
前記弁座の前記動的区間および前記本体の各々が前記本体空洞逃げ空間を画定する傾斜平面を有する、請求項３に記載の高サイクル高速弁。
【請求項５】
前記ダイヤフラムの前記第１の面の反対側の前記ダイヤフラムの第２の面の少なくとも一部分と接触する接触面を有するキャップをさらに備え、
前記キャップの前記接触面が、前記キャップと前記ダイヤフラムの前記第２の面との間の乾燥潤滑剤として働く乾燥膜潤滑剤層を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の高サイクル高速弁。
【請求項６】
前記乾燥膜潤滑剤層が前記キャップの前記接触面上に被覆層として付けられる銀めっき層である、請求項５に記載の高サイクル高速弁。
【請求項７】
前記銀めっき層がニッケル下地めっきを使用して付けられる、請求項６に記載の高サイクル高速弁。
【請求項８】
前記乾燥膜潤滑剤が黒鉛またはモリブデンベースの被覆の少なくとも１つである、請求項５に記載の高サイクル高速弁。
【請求項９】
前記高サイクル高速弁が１つのダイヤフラムのみを有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の高サイクル高速弁。
【請求項１０】
アクチュエータ要素と、
前記第１の面の反対側の前記ダイヤフラムの第２の面の少なくとも一部分と接触しているボタンとをさらに備え、
前記アクチュエータが、前記ボタンを作動させて前記ダイヤフラムの前記第１の面を前記弁座に対して押しつけることによって、前記ダイヤフラムを前記閉位置に移動させて前記弁を閉じるように動作し、かつ前記アクチュエータが、前記ボタンを作動させて前記弁座からの前記ダイヤフラムの前記第１の面の解放をできるようにすることによって、前記ダイヤフラムが前記開位置に移動できるようにして前記弁を開くように動作する、請求項１から９のいずれか一項に記載の高サイクル高速弁。
【請求項１１】
前記アクチュエータ要素が空気圧式アクチュエータである、請求項１０に記載の高サイクル高速弁。
【請求項１２】
本体と、
前記本体内に固定される弁座と、
ダイヤフラムの第１の面が前記弁座に対して押しつけられる閉位置とダイヤフラムの前記第１の面が前記弁座から解放される開位置との間で移動するダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムの前記第１の面の反対側の前記ダイヤフラムの第２の面の少なくとも一部分と接触する接触面を有するキャップとを備え、
前記キャップの前記接触面が、前記キャップと前記ダイヤフラムの前記第２の面との間の乾燥潤滑剤として働く乾燥膜潤滑剤層を有し、
前記弁座は、前記本体内に固定される静的区間と、前記ダイヤフラムが前記閉位置にあるときに前記ダイヤフラムによって圧縮される動的区間とを備え、
前記ダイヤフラムが前記開位置にあるときに、前記弁座の前記動的区間および前記本体が本体空洞逃げ空間を画定し、
前記ダイヤフラムが前記閉位置にあるときに、前記弁座の前記動的区間が圧縮して前記本体空洞逃げ空間を少なくとも部分的に満たす、高サイクル高速弁。
【請求項１３】
前記乾燥膜潤滑剤層が前記キャップの前記接触面上に被覆層として付けられる銀めっき層である、請求項１２に記載の高サイクル高速弁。
【請求項１４】
前記銀めっき層がニッケル下地めっきを使用して付けられる、請求項１３に記載の高サイクル高速弁。
【請求項１５】
前記乾燥膜潤滑剤が黒鉛またはモリブデンベースの被覆の少なくとも１つである、請求項１２に記載の高サイクル高速弁。
【請求項１６】
前記高サイクル高速弁が１つのダイヤフラムのみを有する、請求項１２から１５のいずれか一項に記載の高サイクル高速弁。
【請求項１７】
アクチュエータ要素と、
前記ダイヤフラムの前記第２の面の少なくとも一部分と接触しているボタンとをさらに備え、
前記アクチュエータが、前記ボタンを作動させて前記ダイヤフラムの前記第１の面を前記弁座に対して押しつけることによって、前記ダイヤフラムを前記閉位置に移動させて前記弁を閉じるように動作し、かつ前記アクチュエータが、前記ボタンを作動させて前記弁座からの前記ダイヤフラムの前記第１の面の解放をできるようにすることによって、前記ダイヤフラムが前記開位置に移動できるようにして前記弁を開くように動作する、請求項１２から１６のいずれか一項に記載の高サイクル高速弁。
【請求項１８】
前記アクチュエータ要素が空気圧式アクチュエータである、請求項１０に記載の高サイクル高速弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高サイクル高速（Ｈｉｇｈ  Ｃｙｃｌｅ  ａｎｄ  Ｓｐｅｅｄ／ＨＣＳ）弁、特に比較的低圧操作のために高サイクルレートで作動される空気圧操作ダイヤフラムを含むＨＣＳ弁を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
高サイクル高速（ＨＣＳ）弁は超高純度（ＵＨＰ）市場向けの空気圧操作ダイヤフラム弁である。ＵＨＰ弁は、例えば半導体の製造において、原子層堆積（ＡＬＤ）として知られる工程で使用される。ＡＬＤ工程で使用されるガスは、結果として得られる半導体の機能を損なうであろう不純物がないことを必要とする。ＡＬＤ弁は約３１．７５ｋｇ（７０ポンド）の圧力の閉じ力で迅速に開閉することが必要とされる。空気圧式アクチュエータは、一般に、電子ソレノイド操作弁に関連する引火危険性のようなものがなく、必要な大きな閉じ力を小型パッケージで提供できるので、これらの弁を操作するために使用される。ＡＬＤ弁は短い期間に多くの作動サイクルを行うことが必要とされ、典型的に２０ミリ秒未満の応答時間を有する。そのような迅速な応答時間および関連の高サイクル動作は手動弁を非実用的なものとし、したがって空気圧作動弁が好まれる。
【０００３】
弁寿命、したがって弁信頼性の１つの尺度は当技術分野で平均故障寿命（ＭＴＴＦ）と称される。ＭＴＴＦは典型的に弁故障までのサイクル数として示される。従来のＨＣＳ弁はＭＴＴＦ尺度をおよそ１００万サイクル達成した。しかしながら、ＡＬＤ工程などにおけるＨＣＳ弁の高サイクル動作を考慮すれば、１００万サイクルのＭＴＴＦさえそのような弁の耐用年数を大幅に制約する。頻繁な弁交換または修理の必要が、特にＡＬＤおよび類似の工程で、ＨＣＳ弁の重大な性能問題として残る。
【０００４】
潜在的なＨＣＳ弁故障の１つの原因は弁座摩耗である。弁が閉位置にある場合、ダイヤフラムと接触する弁座の部分は、弁が閉じられるときにダイヤフラムの力のもとでわずかに圧縮して有効な密封面を提供する。そうでなければ、弁座は実質的に剛性であり、一般に広い意味で非可動であるとみなされる。しかしながら、実際にはそれどころか、弁座を収容する隣接する弁部品に対する弁座のわずかな移動および変位がある傾向があることが知られている。特に、弁の入口側からの高ガス圧は弁座を所定位置から移動させる傾向がある。例えば、ＡＬＤ工程用の従来のＨＣＳ弁では、弁座移動はサイクル当たりおよそ０．００２５４ｃｍ（０．００１インチ）である傾向がある。そのような繰り返される変位は時間とともに弁に損傷を与えるのに十分であり、というのは弁座が隣接する弁部品に対して移動するとき、摩擦が弁座摩耗を生じさせるからである。弁座摩耗は弁が閉じられるときでも存在する漏洩空間をもたらし、これは弁を通って流れる流体の外部漏洩を可能にする。ＨＣＳ弁の高サイクル動作によって、弁座のわずかな移動さえ弁寿命を減少させる著しい弁座摩耗を蓄積する。
【０００５】
潜在的なＨＣＳ弁故障の別の原因は、弁が十分に閉じることができなくなるダイヤフラムの疲労破壊である。これも弁を通って流れる流体の外部漏洩をもたらし得る。ダイヤフラムおよびダイヤフラムが押圧する関連のキャップを含めて、多くのＨＣＳ弁部品は、例えばステンレス鋼などの剛性金属材料で作られる。金属ダイヤフラムが隣接する金属部品に対して（例えば、弁キャップまたはさらにマルチダイヤフラム構成での別のステンレス鋼ダイヤフラムに対して）こすれることは、ダイヤフラムの有害な摩耗につながる。通例隣接する金属面がこすれることによって引き起こされるこの種類の摩耗は当技術分野で「フレッチング」と称される。フレッチングもダイヤフラムにわたって不規則に生じることがあり、フレッチングが集中される所ではダイヤフラムに亀裂が生じ得る。
【０００６】
弁座摩耗およびダイヤフラムフレッチングの両方に鑑みて、例えばＭＴＴＦで測定されるように、信頼性および弁寿命は高サイクル動作用途には不十分であると判明した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のＨＣＳ弁の上記欠点に鑑みて、当技術分野では、向上された弁寿命および信頼性、ならびに特により高いＭＴＴＦを有する改良されたＨＣＳ弁が必要とされる。本発明は、従来の構成では弁故障を通例引き起こす弁座摩耗およびダイヤフラムフレッチングの両方を大幅に削減する構成による向上された弁寿命および信頼性を有する高サイクル高速弁である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
例示的な実施形態において、ＨＣＳ弁は、弁座が下方静的区間および上側動的区間に分けられる非消耗の弁座を含む。下方静的区間は座保持機能を果たし、これは弁座圧縮の間、座移動を防止し、かつ微々たるまたは計り知れない変形を受ける。ＨＣＳ弁はさらに、今や座保持要件から独立した弁座の上側動的区間が、上側区間が弁本体と著しく接触することなく、密封工程の間、上側動的区間の圧縮を許可するのに十分な弁座と弁本体との間の間隙を有するように構成される。これは摩擦および結果として生じる弁座摩耗ならびに関連の故障モードを本質的に排除する。
【０００９】
さらなる例示的な実施形態において、ＨＣＳ弁は非フレッチングのダイヤフラム構成を含む。ＨＣＳ弁は単一のダイヤフラムのみを含み、これは互いに対してこすれる隣接するダイヤフラムによって引き起こされるフレッチングを回避する。加えて、乾燥膜潤滑剤がダイヤフラムと弁キャップとの間に付けられる。乾燥膜潤滑剤はダイヤフラムと接触する弁キャップの面上に被覆される銀めっきでよい。
【００１０】
したがって、本発明の態様は高サイクル高速（ＨＣＳ）弁を含む。例示的な実施形態において、ＨＣＳ弁は、本体、本体内に固定される弁座、およびダイヤフラムの第１の面が弁座に対して押しつけられる閉位置とダイヤフラムの第１の面が弁座から解放される開位置との間で移動するダイヤフラムを含む。弁座は、本体内に固定される静的区間、およびダイヤフラムが閉位置にあるときにダイヤフラムによって圧縮される動的区間を含む。弁座の静的区間は基部および基部から径方向外側に延在する鍔部を含んでよく、本体は鍔部を受容して弁座の静的区間を本体内に保持する凹部を有する。加えて、ダイヤフラムが開位置にあるときに、弁座の動的区間および本体は本体空洞逃げ空間を画定し、ダイヤフラムが閉位置にあるときに、弁座の動的区間は圧縮して本体空洞逃げ空間を少なくとも部分的に満たす。
【００１１】
例示的な実施形態において、ＨＣＳ弁は、ダイヤフラムの第１の面の反対側のダイヤフラムの第２の面の少なくとも一部分と接触する接触面を有するキャップを含む。キャップの接触面は、キャップとダイヤフラムの第２の面との間の乾燥潤滑剤として働く乾燥膜潤滑剤層を有する。乾燥膜潤滑剤層はキャップの接触面上に被覆層として付けられる銀めっきでよい。高サイクル高速弁は１つのみのダイヤフラムをさらに有する。
【００１２】
本発明のこれらのおよびさらなる特徴は以下の説明および添付の図面を参照すると明らかであろう。説明および図面において、本発明の特定の実施形態が、本発明の原理が利用されてよい方法のいくつかを表すとして詳細に開示されたが、しかし本発明はそれに応じてその範囲が限定されないことが理解される。むしろ、本発明は本明細書に添付される特許請求の範囲の趣旨および条件内に収まるすべての変化、変更および均等物を含む。１つの実施形態に関して記載および／または例示される特徴は、１つまたは複数の他の実施形態においておよび／または他の実施形態の特徴と組み合わせてもしくはその代わりに、同一方法でまたは同様の方法で使用されてよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に従う例示的な高サイクル高速（ＨＣＳ）弁の組立分解等角図を描く概略図である。
【図２】本発明の実施形態に従う例示的なＨＣＳ弁の側断面図を描く概略図である。
【図３】例示的なＨＣＳ弁の弁座の近くの部分の等角図を描く概略図である。
【図４】弁が閉弁位置にある、弁座の近くの例示的なＨＣＳ弁部分の側断面図を描く概略図である。
【図５】弁が開弁位置にある、図４のＨＣＳ弁部分を描く概略図である。
【図６】弁が閉弁位置にある、弁座の近くの図４の側断面図のより詳細な図を描く概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態がここで図面を参照して記載されるが、全体を通して類似の要素を参照するために類似の参照番号が使用される。図は必ずしも一定の比率であるわけではないことが理解されるであろう。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に従う例示的な高サイクル高速（ＨＣＳ）弁１０の組立分解等角図を描く概略図である。図２は、図１に描かれるＨＣＳ弁に類似の例示的なＨＣＳ弁１０の側断面図を描く概略図である。したがって、図１および２では類似の部品は共通の参照番号によって識別される。
【００１６】
ＨＣＳ弁１０は、他の弁部品を固定するためにハウジングとして作用する本体１２を含む。流体インタフェース１４および１６が、弁１０を通過し得る流体にそれぞれ流体入口および出口を提供する。流体インタフェース１４および１６は、ＨＣＳ弁１０を適切な流体源に取り付けるための、および流体流れ経路を提供するための任意の適切なパッキン押さえ、結合金具および類似の部品を含んでよい。例えば、活用される流体は、当技術分野で公知であるようなＡＬＤ処理に関連するガスでよい。図１および２の例では、ＨＣＳ弁が開いているときに、流体は入口流体インタフェース１４から、さらに後述されるようなＨＣＳ弁１０の内部部品を通って、出口流体インタフェース１６を通って外に流れる。
【００１７】
ＨＣＳ弁１０は、ダイヤフラム２４によって隔てられる弁座２０およびボタン２２をさらに含む。図２の断面図に特に見られるように、キャップ２６がボタン２２を包囲し、またボタン２２の直径外でダイヤフラム２４と接触する接触面２８を有する。締付ナット３０は、キャップおよびボタンを本体１２内に保持するための固定ナットとして作用する。例えば、本体１２および締付ナット３０は、本体１２を締付ナット３０に固定するために逆の協働ねじ山を含んでよい。キャップ２６の上端３２は締付ナット３０を越えて延在する。アクチュエータ組立体３４がキャップ２６の上端３２に固定される。例えば、キャップ２６の上端３２およびアクチュエータ組立体３４は、アクチュエータをキャップの上端に固定するために逆の協働ねじ山を含んでよい。アクチュエータ組立体は当技術分野で公知である。例示的な実施形態において、アクチュエータ組立体３４は、例えば半導体製造におけるＡＬＤ処理および類似の工程などの高サイクル高速用途に適切である空気圧式アクチュエータ組立体である。
【００１８】
弁部品は当技術分野で公知であるような任意の適切な材料で製造されてよい。例えば、本体、ダイヤフラム、ボタン、キャップおよび締付ナットは各種の硬化金属材料、特にステンレス鋼から機械加工されてよい。ダイヤフラムは高強度金属合金から製作されてもよい。弁座は、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）または同様の熱可塑性材料などの硬質または半硬質プラスチック材料から機械加工されてよい。弁座の材料は、有効な密封面を提供するために、上述のように弁が閉じられるときに、ダイヤフラムの力のもとである程度の圧縮を許可するように選択される。記載された材料は例であり、任意の適切な材料が弁部品のために利用されてよいことが理解されよう。
【００１９】
ＨＣＳ弁は一般に以下の通りに動作する。空気圧式アクチュエータ３４は弁を開閉するために動作する。アクチュエータ３４に関連して、弁がいつ開閉すべきかを所与の用途のために必要に応じて制御する検知要素および関連の制御電子機器（図示せず）があってよい。閉位置では、アクチュエータ３４はダイヤフラムの上面に対してボタンを押し下げるために動作する。これは次いでダイヤフラムを弁座に対して押しつけて弁を閉じ、その結果ダイヤフラムの底面は弁座の上部に対して圧縮される。上面及び底面への参照は図１および２の例に関連するものであることが理解されようが、しかし弁は任意の態様で配向され得ることが理解されよう。弁を開くとき、ボタンはアクチュエータによって上方に移動される。ボタンが上方に移動するにつれて弁が弁座から上方に解放するように、ダイヤフラムも上方に付勢され得る。しかしながら、必要とされる高サイクル動作のため、例示的な実施形態においては、ダイヤフラムの受動的な付勢は活用されない。むしろ、ボタンがダイヤフラムを弁座から能動的に引き離して弁を開くように、ダイヤフラムの上面はボタンに固着されてよい。
【００２０】
図３は、例示的なＨＣＳ弁の弁座の近くの部分の等角図を描く概略図である。図４は、弁が閉弁位置にある、弁座の近くの例示的なＨＣＳ弁部分の側断面図を描く概略図である。図５は、弁が開弁位置にある、図４のＨＣＳ弁部分を描く概略図である。図６は、弁が閉弁位置にある、弁座の近くの図４の側断面図のより詳細な図を描く概略図である。図１および２におけるように、図３〜６では類似の部品は共通の参照番号で識別される。
【００２１】
まず図３を参照すると、弁座２０が断面で図示される。弁座全体は、弁が開いているときに出口流体インタフェース１６と流体連通する、弁構造への流れ経路を提供する第１のまたは入口流体インタフェース１４の上端周辺に延在する環状部品である。弁座は以下さらに詳述されるように本体１２内に固定される。ダイヤフラム２４はキャップ２６の端部の下で弁座２０に対して圧縮される。
【００２２】
概して、例示的な実施形態において、ＨＣＳ弁は、本体、本体内に固定される弁座、およびダイヤフラムの第１の面が弁座に対して押しつけられる閉位置とダイヤフラムの第１の面が弁座から解放される開位置との間で移動するダイヤフラムを含む。弁座は、本体内に固定される静的区間、およびダイヤフラムが閉位置にあるときにダイヤフラムによって圧縮される動的区間を含む。
【００２３】
ここで、図４〜６の断面図が参照される。図１〜３と同等に、図４〜６では描かれるＨＣＳ弁部分の様々な部品にラベル付けされており、本体１２、弁への入口を提供する入口流体インタフェース１４、出口流体インタフェース１６、弁座２０、ボタン２２、ダイヤフラム２４およびキャップ２６が含まれる。上記参照される通り、図４および６の閉弁位置に見られるように、ボタンはダイヤフラムの第１の（上）面３６の少なくとも一部分に対して押し下げられ、これがダイヤフラムの第２の（底）面３８の少なくとも一部分を弁座に対して押しつけて弁を閉じた。さらにまた、上面及び底面への参照は図の例に関連するものであるが、しかし第１の面が弁座に対して押しつけられてまたそこから解放され、かつ第１の面の反対側の第２の面がキャップおよびボタンに向く、任意の態様で弁は配向され得ることが理解されよう。図５の開弁位置に見られるように、ボタンは上方に移動され、ダイヤフラムは、ボタンの上方への移動とともに、相応して弁座から上方に解放される。この開位置では、流体は入口流体インタフェース１４を通って、弁座によって画定される流れ経路の部分を通って、さらに出口流体インタフェース１６を下って移動できる。
【００２４】
図４〜６に見られるように、弁座２０は第１の静的区間４０および第２の動的区間４２を含む。この例では、動的区間は弁座の上側区間であり、静的区間は弁座の下方区間であるが、しかし概して弁の配向は変更されてよい。
【００２５】
弁座の特定の部分が図６のより詳細な図に最もよく見られる。そのような図では、点線は弁座２０の静的区間４０と動的区間４２との間の想像上の近似境界を表す。弁座２０は連続かつ一体片であることが理解されよう。したがって、境界線は弁座の２つの区間の間の正確な分割よりもむしろ例示的な構成をより表す。例示的な実施形態において、弁座の静的区間４０は基部４３および弁座の基部から径方向外側に延在する鍔部４４を含む。本体は、鍔部４４が凹部４６に適合するように鍔部４４を受容する協働凹部または空洞４６が形成される。凹部４６内の鍔部４４の協働は高出口圧による上方への力に対して弁座を所定位置に保持するが、そうでなければ座を所定位置から移動、または従来の構成で生じるように「浮」かせてしまうかもしれない。鍔部４４および本体１２上の対応する空洞４６はしたがって具体的には弁座２０の静的区間４０の座変形を最小化するように構成される。これは弁座と本体との間の接触面間の差動運動を本質的に排除する。
【００２６】
弁座の静的区間４０での保持機能の集中は、弁座の動的区間４２および本体１２上の対応する面の幾何学的調整および最適化を可能にする。ダイヤフラムが開位置にあるときに、弁座の動的区間および本体は本体空洞逃げ空間を画定し、ダイヤフラムが閉位置にあるときに、弁座の動的区間は圧縮して本体空洞逃げ空間を少なくとも部分的に満たす。特に、図６のより詳細な図に最もよく見られるように、弁座の動的区間に隣接して、本体１２は、そうでなければ弁座と接触するであろう直線面よりもむしろ傾斜平面５０を含む。傾斜平面５０はしたがって弁座の動的区間と本体との間に間隙を提供する本体空洞逃げ空間５２を画定する。例示的な実施形態において、本体空洞逃げ空間５２は、代わりにまたは加えて、弁本体に隣接して弁座の動的区間４２を先細りにすることによって形成される相応した第２の傾斜平面５４によって画定され得る。
【００２７】
本体面を傾斜平面５０で先細りにすることによって、および／または弁座面を傾斜平面５４で先細りにすることによって提供される弁座と弁本体との間の間隙のこの追加は、弁座の摩耗をさらに軽減する。上記参照される通り、弁が閉じられるときのダイヤフラムの力はダイヤフラムに隣接する弁座の材料を圧縮する傾向がある。この圧縮は図６に最もよく描かれており、動的区間４２の上部が図５の開弁位置と比較して変形される。本体空洞逃げ空間５２の間隙は、少なくとも部分的に、動的区間４２の材料が参照された圧縮のもとで満たす空間を提供する。従来の構成などにおいて、逃げ空間なしでは、ダイヤフラムの力のもとで圧縮される弁座材料との接触は弁座部品と弁本体部品との間の摩耗を引き起こし、弁座に対する摩耗は特に場合によっては微粒子破片を生成し、それはＡＬＤ工程などの超高純度用途での故障とみなされる。弁座の動的区間が圧縮できる空洞逃げ空間５２の付加の間隙を提供することによって、従来の構成に関連する摩耗は回避される。
【００２８】
図４〜６にまた見られるように、例示的な実施形態において、１つの単一のダイヤフラム２４のみが活用される。上記参照される通り、弁故障に関与する１つの要因は弁が閉じられるときにダイヤフラムに加えられる繰返し応力である。従来の複数ダイヤフラム構成では、２つ以上のダイヤフラムが弁組立体に使用されるときにこの疲労は加速される、というのは２つのダイヤフラムが互いに対してこすれるまたはすり減って、疲労亀裂の形成を加速するからである。本発明は、１つの単一のダイヤフラム２４のみを活用することによって、ダイヤフラム対ダイヤフラムのフレッチングの摩耗または疲労を回避する。
【００２９】
上記参照される通り、ダイヤフラムとキャップとの間のこすれによって引き起こされるフレッチングも疲労破壊に関与する。再び図４および５を参照すると、キャップ２６は、ダイヤフラム２４の第１のまたは上面３６と少なくとも部分的に接触する接触面５６を有する。弁が開位置にあるときに、ダイヤフラムは弁座から解放するので、上面３６の拡大した部分がキャップ１２の接触面５６と接触する。ダイヤフラムおよびキャップの面部分のこの反復的な接触／非接触は、特に関連する高サイクル速度では、ダイヤフラムのフレッチングにつながる。
【００３０】
そのようなフレッチングを軽減するために、例示的な実施形態において、キャップ２６の接触面５６は乾燥膜潤滑剤の薄被覆または層５８が設けられる。乾燥膜潤滑剤層５８はキャップとダイヤフラムとの間の乾燥潤滑剤として働き、これはフレッチングを実質的に軽減しかつ疲労亀裂形成の可能性を相応して軽減する。例示的な実施形態において、乾燥膜潤滑剤層５８は銀めっきの薄層または被覆であり、それは当技術分野で公知である銀めっき工程によって付けられ得る。銀めっきの潤滑効果は、従来のめっき工程で活用され得るような銅下地めっきまたはマットな下塗りも付けずに、銀めっきの前にニッケル下地めっきだけで銀めっきを付けるることによって向上され得る。したがって従来の銅下地めっきおよび／またはマットな下塗りを除去することは、銀めっきの乾燥潤滑性質を向上させ得る。例えば様々な黒鉛およびモリブデンベースの潤滑剤など、他の適切な乾燥膜潤滑剤が利用され得る。
【００３１】
したがって、一般に、弁座２０および弁本体１２の関連部分の構成は、従来の構成における弁故障に関与する弁座摩耗を実質的に回避するように動作する。まず、鍔部４４および協働凹部４６は弁座の静的区間４０を保持して、静的区間の弁座摩耗を防止する。加えて、傾斜平面５４および／または傾斜平面５６によって画定される本体空洞逃げ空間５２は弁座の動的区間４２の無制限の圧縮を可能にして、動的区間の弁座摩耗を防止する。弁性能は、弁キャップに付けられる銀めっき層などの、乾燥膜潤滑剤と連動して単一のダイヤフラムを使用することによってさらに向上される。これはダイヤフラムの追加的な摩耗またはフレッチングを回避し、そうでなければこれも従来の構成における弁故障に関与する。そのような向上によって、本発明のＨＣＳ弁は、従来の構成で達成される結果をはるかに上回るおよそ４０００万サイクルのＭＴＴＦを達成するものと示された。
【００３２】
上記に従って、本発明の態様は高サイクル高速弁を含む。例示的な実施形態において、高サイクル高速弁は、本体、本体内に固定される弁座、およびダイヤフラムの第１の面が弁座に対して押しつけられる閉位置とダイヤフラムの第１の面が弁座から解放される開位置との間で移動するダイヤフラムを含む。弁座は、本体内に固定される静的区間、およびダイヤフラムが閉位置にあるときにダイヤフラムによって圧縮される動的区間を含む。
【００３３】
高サイクル高速弁の例示的な実施形態において、弁座の静的区間は基部および基部から径方向外側に延在する鍔部を含み、本体は鍔部を受容して弁座の静的区間を本体内に保持する凹部を有する。
【００３４】
高サイクル高速弁の例示的な実施形態において、ダイヤフラムが開位置にあるときに、弁座の動的区間および本体は本体空洞逃げ空間を画定し、ダイヤフラムが閉位置にあるときに、弁座の動的区間は圧縮して本体空洞逃げ空間を少なくとも部分的に満たす。
【００３５】
高サイクル高速弁の例示的な実施形態において、弁座の動的区間または本体の少なくとも１つは本体空洞逃げ空間を画定する傾斜平面を有する。
【００３６】
高サイクル高速弁の例示的な実施形態において、弁座の動的区間および本体の各々は本体空洞逃げ空間を画定する傾斜平面を有する。
【００３７】
高サイクル高速弁の例示的な実施形態において、弁は、ダイヤフラムの第１の面の反対側のダイヤフラムの第２の面の少なくとも一部分と接触する接触面を有するキャップをさらに含み、キャップの接触面は、キャップとダイヤフラムの第２の面との間の乾燥潤滑剤として働く乾燥膜潤滑剤層を有する。
【００３８】
高サイクル高速弁の例示的な実施形態において、乾燥膜潤滑剤層はキャップの接触面上に被覆層として付けられる銀めっき層である。
【００３９】
高サイクル高速弁の例示的な実施形態において、銀めっき層はニッケル下地めっきを使用して付けられる。
【００４０】
高サイクル高速弁の例示的な実施形態において、乾燥膜潤滑剤は黒鉛またはモリブデンベースの被覆の少なくとも１つである。
【００４１】
高サイクル高速弁の例示的な実施形態において、高サイクル高速弁は１つのダイヤフラムのみを有する。
【００４２】
高サイクル高速弁の例示的な実施形態において、弁は、アクチュエータ要素、および第１の面の反対側のダイヤフラムの第２の面の少なくとも一部分と接触しているボタンをさらに含む。アクチュエータは、ボタンを作動させてダイヤフラムの第１の面を弁座に対して押しつけることによって、ダイヤフラムを閉位置に移動させて弁を閉じるように動作し、またアクチュエータは、ボタンを作動させて弁座からのダイヤフラムの第１の面の解放をできるようにすることによって、ダイヤフラムが開位置に移動できるようにして弁を開くように動作する。
【００４３】
高サイクル高速弁の例示的な実施形態において、アクチュエータ要素は空気圧式アクチュエータである。
【００４４】
付加の例示的な実施形態において、高サイクル高速弁は、本体、本体内に固定される弁座、およびダイヤフラムの第１の面が弁座に対して押しつけられる閉位置とダイヤフラムの第１の面が弁座から解放される開位置との間で移動するダイヤフラムを含む。弁は、ダイヤフラムの第１の面の反対側のダイヤフラムの第２の面の少なくとも一部分と接触する接触面を有するキャップをさらに含み、キャップの接触面は、キャップとダイヤフラムの第２の面との間の乾燥潤滑剤として働く乾燥膜潤滑剤層を有する。
【００４５】
高サイクル高速弁の例示的な実施形態において、乾燥膜潤滑剤層はキャップの接触面上に被覆層として付けられる銀めっき層である。
【００４６】
高サイクル高速弁の例示的な実施形態において、銀めっき層はニッケル下地めっきを使用して付けられる。
【００４７】
高サイクル高速弁の例示的な実施形態において、乾燥膜潤滑剤は黒鉛またはモリブデンベースの被覆の少なくとも１つである。
【００４８】
高サイクル高速弁の例示的な実施形態において、高サイクル高速弁は１つのダイヤフラムのみを有する。
【００４９】
高サイクル高速弁の例示的な実施形態において、弁は、アクチュエータ要素、およびダイヤフラムの第２の面の少なくとも一部分と接触しているボタンをさらに含む。アクチュエータは、ボタンを作動させてダイヤフラムの第１の面を弁座に対して押しつけることによって、ダイヤフラムを閉位置に移動させて弁を閉じるように動作し、またアクチュエータは、ボタンを作動させて弁座からのダイヤフラムの第１の面の解放をできるようにすることによって、ダイヤフラムが開位置に移動できるようにして弁を開くように動作する。
【００５０】
高サイクル高速弁の例示的な実施形態において、アクチュエータ要素は空気圧式アクチュエータである。
【００５１】
本発明はある好適な実施形態に関して図示および記載されたが、明細書を読み理解した上で均等物および変更が当業者に生じるであろうことが理解される。本発明はすべてのそのような均等物および変更を含み、また以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。
以下に本明細書が開示する形態のいくつかを記載しておく。
［形態１］
本体と、
前記本体内に固定される弁座と、
ダイヤフラムの第１の面が前記弁座に対して押しつけられる閉位置とダイヤフラムの前記第１の面が前記弁座から解放される開位置との間で移動するダイヤフラムとを備え、
前記弁座が、前記本体内に固定される静的区間と、前記ダイヤフラムが前記閉位置にあるときに前記ダイヤフラムによって圧縮される動的区間とを備える、高サイクル高速弁。
［形態２］
前記弁座の前記静的区間が、基部と、前記基部から径方向外側に延在する鍔部と、を備え、
前記本体が、前記鍔部を受容して前記弁座の前記静的区間を前記本体内に保持する凹部を有する、形態１に記載の高サイクル高速弁。
［形態３］
前記ダイヤフラムが前記開位置にあるときに、前記弁座の前記動的区間および前記本体が本体空洞逃げ空間を画定し、
前記ダイヤフラムが前記閉位置にあるときに、前記弁座の前記動的区間が圧縮して前記本体空洞逃げ空間を少なくとも部分的に満たす、形態１または２に記載の高サイクル高速弁。
［形態４］
前記弁座の前記動的区間または前記本体の少なくとも１つが、前記本体空洞逃げ空間を画定する傾斜平面を有する、形態３に記載の高サイクル高速弁。
［形態５］
前記弁座の前記動的区間および前記本体の各々が前記本体空洞逃げ空間を画定する傾斜平面を有する、形態４に記載の高サイクル高速弁。
［形態６］
前記ダイヤフラムの前記第１の面の反対側の前記ダイヤフラムの第２の面の少なくとも一部分と接触する接触面を有するキャップをさらに備え、
前記キャップの前記接触面が、前記キャップと前記ダイヤフラムの前記第２の面との間の乾燥潤滑剤として働く乾燥膜潤滑剤層を有する、形態１から５のいずれか一項に記載の高サイクル高速弁。
［形態７］
前記乾燥膜潤滑剤層が前記キャップの前記接触面上に被覆層として付けられる銀めっき層である、形態６に記載の高サイクル高速弁。
［形態８］
前記銀めっき層がニッケル下地めっきを使用して付けられる、形態７に記載の高サイクル高速弁。
［形態９］
前記乾燥膜潤滑剤が黒鉛またはモリブデンベースの被覆の少なくとも１つである、形態６に記載の高サイクル高速弁。
［形態１０］
前記高サイクル高速弁が１つのダイヤフラムのみを有する、形態１から９のいずれか一項に記載の高サイクル高速弁。
［形態１１］
アクチュエータ要素と、
前記第１の面の反対側の前記ダイヤフラムの第２の面の少なくとも一部分と接触しているボタンとをさらに備え、
前記アクチュエータが、前記ボタンを作動させて前記ダイヤフラムの前記第１の面を前記弁座に対して押しつけることによって、前記ダイヤフラムを前記閉位置に移動させて前記弁を閉じるように動作し、かつ前記アクチュエータが、前記ボタンを作動させて前記弁座からの前記ダイヤフラムの前記第１の面の解放をできるようにすることによって、前記ダイヤフラムが前記開位置に移動できるようにして前記弁を開くように動作する、形態１から１０のいずれか一項に記載の高サイクル高速弁。
［形態１２］
前記アクチュエータ要素が空気圧式アクチュエータである、形態１１に記載の高サイクル高速弁。
［形態１３］
本体と、
前記本体内に固定される弁座と、
ダイヤフラムの第１の面が前記弁座に対して押しつけられる閉位置とダイヤフラムの前記第１の面が前記弁座から解放される開位置との間で移動するダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムの前記第１の面の反対側の前記ダイヤフラムの第２の面の少なくとも一部分と接触する接触面を有するキャップとを備え、
前記キャップの前記接触面が、前記キャップと前記ダイヤフラムの前記第２の面との間の乾燥潤滑剤として働く乾燥膜潤滑剤層を有する、高サイクル高速弁。
［形態１４］
前記乾燥膜潤滑剤層が前記キャップの前記接触面上に被覆層として付けられる銀めっき層である、形態１３に記載の高サイクル高速弁。
［形態１５］
前記銀めっき層がニッケル下地めっきを使用して付けられる、形態１４に記載の高サイクル高速弁。
［形態１６］
前記乾燥膜潤滑剤が黒鉛またはモリブデンベースの被覆の少なくとも１つである、形態１３に記載の高サイクル高速弁。
［形態１７］
前記高サイクル高速弁が１つのダイヤフラムのみを有する、形態１３から１６のいずれか一項に記載の高サイクル高速弁。
［形態１８］
アクチュエータ要素と、
前記ダイヤフラムの前記第２の面の少なくとも一部分と接触しているボタンとをさらに備え、
前記アクチュエータが、前記ボタンを作動させて前記ダイヤフラムの前記第１の面を前記弁座に対して押しつけることによって、前記ダイヤフラムを前記閉位置に移動させて前記弁を閉じるように動作し、かつ前記アクチュエータが、前記ボタンを作動させて前記弁座からの前記ダイヤフラムの前記第１の面の解放をできるようにすることによって、前記ダイヤフラムが前記開位置に移動できるようにして前記弁を開くように動作する、形態１３から１７のいずれか一項に記載の高サイクル高速弁。
［形態１９］
前記アクチュエータ要素が空気圧式アクチュエータである、形態１１に記載の高サイクル高速弁。
【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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