(57)【要約】  高圧弁は、高圧での弁の開閉の制御を容易にするために、レバー２および可変力発生装置を含む。この高圧弁は、第１のポート４２と第２のポート５４の間の流体連通を提供するチャンバ４１と、チャンバ４１内において開位置と閉位置との間で移動可能なピン２０とを有するハウジング４０、５０、３０を含む。レバー２の第１の端部１１０はピン２０に結合されており、レバー２の第２の端部１１２は可変力発生装置に結合されている。レバー２は、枢動点を軸にして枢動する。可変力発生装置に結合された制御装置４００は、可変力発生装置によってレバー２の第２の端部１１２に加えられる力を調整して、開位置と閉位置の間のピン２０の移動を制御するように構成されている。
2018526596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、流体がその中を通って流れることを可能にするように構成された第１のポートと、流体がその中を通って流れることを可能にするように構成された第２のポートとを有し、前記チャンバが、前記第１のポートと前記第２のポートの間の流体連通を提供するハウジングと、
前記チャンバ内において、前記第１のポートと前記第２のポートが流体連通した開位置と前記第１のポートと前記第２のポートが流体連通していない閉位置との間で移動可能なピンと、
前記ピンに結合された第１の端部、および第２の端部を有し、前記ハウジングに枢動可能に固定された枢動点を有するレバーと、
前記レバーの前記第２の端部に接続され、前記ピンを前記開位置と前記閉位置の間で移動させるように構成された可変力発生装置と、
前記可変力発生装置に結合され、前記可変力発生装置によって前記レバーの前記第２の端部に加えられる力を調整して、前記開位置と前記閉位置の間の前記ピンの前記移動を制御するように構成された制御装置と
を備えることを特徴とする高圧弁。
【請求項２】
請求項１に記載の高圧弁であって、前記ピンが前記開位置へ付勢されており、前記レバーの前記第１の端部における力が、前記ピンを前記閉位置に移動させるのに十分な力となるように、前記可変力発生装置が構成されていることを特徴とする高圧弁。
【請求項３】
請求項２に記載の高圧弁であって、空気圧とばねのうちの一方によって、前記ピンが前記開位置へ付勢されていることを特徴とする高圧弁。
【請求項４】
請求項２に記載の高圧弁であって、
前記第１のポートにおいて第１の圧力を感知するように構成された第１のセンサと、
前記第２のポートにおいて第２の圧力を感知するように構成された第２のセンサと
をさらに備え、
前記制御装置が、前記第１の圧力と前記第２の圧力の差に基づいて前記力を調整するように構成されている
ことを特徴とする高圧弁。
【請求項５】
請求項１に記載の高圧弁であって、前記ハウジングに固定された座をさらに備え、前記ピンが、前記座と係合して、前記第１のポートと前記第２のポートの間の流体連通を調整するように構成されており、前記座が、前記ピンが前記閉位置にあるときに前記ピンと封止可能に係合するように構成されていることを特徴とする高圧弁。
【請求項６】
請求項１に記載の高圧弁であって、前記可変力発生装置が、制御された外部空気圧が作用する空気ピストンであることを特徴とする高圧弁。
【請求項７】
請求項１に記載の高圧弁であって、前記可変力発生装置が電気機械式装置であることを特徴とする高圧弁。
【請求項８】
請求項７に記載の高圧弁であって、前記電気機械式装置が、ボイスコイルアクチュエータとステッパモータのうちの一方であることを特徴とする高圧弁。
【請求項９】
請求項１に記載の高圧弁であって、前記ピンがセラミックボールと係合しており、前記セラミックボールが、前記ピンが前記閉位置にあるときに前記ハウジングに固定された座と封止可能に係合するように構成されていることを特徴とする高圧弁。
【請求項１０】
請求項１に記載の高圧弁であって、前記チャンバ内で測定して少なくとも２０，０００ｐｓｉの圧力で動作するように構成されていることを特徴とする高圧弁。
【請求項１１】
請求項１に記載の高圧弁であって、前記枢動点が、前記レバーの前記第２の端部よりも前記レバーの前記第１の端部の方により近い位置にあることを特徴とする高圧弁。
【請求項１２】
請求項１に記載の高圧弁であって、前記レバーの前記第１の端部における力が、前記可変力発生装置によって前記レバーの前記第２の端部に加えられた力の少なくとも５倍になるように、前記レバーが構成されていることを特徴とする高圧弁。
【請求項１３】
チャンバと、流体がその中を通って流れることを可能にするように構成された第１のポートとを有する第１のハウジングと、
流体がその中を通って流れることを可能にするように構成された第２のポートを有する第２のハウジングと、
前記第１のハウジングの前記チャンバ内において、前記第１のポートと前記第２のポートが流体連通した開位置と前記第１のポートと前記第２のポートが流体連通していない閉位置との間で移動可能なピンと、
レバーを有する第３のハウジングであり、前記レバーが、前記ピンに結合された第１の端部、および第２の端部を有し、前記レバーが、前記第３のハウジングに枢動可能に固定された枢動点を有する第３のハウジングと
を備える高圧弁であって、
前記第１のハウジング、前記第２のハウジングおよび前記第３のハウジングが一緒に固定可能であり、
前記高圧弁がさらに、
前記レバーの前記第２の端部に接続され、前記ピンを前記開位置と前記閉位置の間で移動させるように構成された可変力発生装置と、
前記可変力発生装置に結合され、前記可変力発生装置によって前記レバーの前記第２の端部に加えられる力を調整して、前記開位置と前記閉位置の間の前記ピンの前記移動を制御するように構成された制御装置と
を備えることを特徴とする高圧弁。
【請求項１４】
請求項１３に記載の高圧弁であって、前記ピンが前記開位置へ付勢されており、前記レバーの前記第１の端部における力が、前記ピンを前記閉位置に移動させるのに十分な力となるように、前記可変力発生装置が構成されていることを特徴とする高圧弁。
【請求項１５】
請求項１４に記載の高圧弁であって、空気圧とばねのうちの一方によって、前記ピンが前記開位置へ付勢されていることを特徴とする高圧弁。
【請求項１６】
請求項１３に記載の高圧弁であって、
前記第１のポートにおいて第１の圧力を感知するように構成された第１のセンサと、
前記第２のポートにおいて第２の圧力を感知するように構成された第２のセンサと
をさらに備え、
前記制御装置が、前記第１の圧力と前記第２の圧力の差に基づいて前記力を調整するように構成されている
ことを特徴とする高圧弁。
【請求項１７】
請求項１３に記載の高圧弁であって、前記第２のハウジングに固定された座をさらに備え、前記ピンが、前記座と係合して、前記第１のポートと前記第２のポートの間の流体連通を調整するように構成されており、前記座が、前記ピンが前記閉位置にあるときに前記ピンと封止可能に係合するように構成されていることを特徴とする高圧弁。
【請求項１８】
請求項１３に記載の高圧弁であって、前記可変力発生装置が、制御された外部空気圧が作用する空気ピストンであることを特徴とする高圧弁。
【請求項１９】
請求項１３に記載の高圧弁であって、前記可変力発生装置が電気機械式装置であることを特徴とする高圧弁。
【請求項２０】
請求項１９に記載の高圧弁であって、前記電気機械式装置が、ボイスコイルアクチュエータとステッパモータのうちの一方であることを特徴とする高圧弁。
【請求項２１】
請求項１３に記載の高圧弁であって、前記ピンがセラミックボールと係合しており、前記セラミックボールが、前記ピンが前記閉位置にあるときに前記第２のハウジングに固定された座と封止可能に係合するように構成されていることを特徴とする高圧弁。
【請求項２２】
請求項１３に記載の高圧弁であって、前記チャンバ内で測定して少なくとも２０，０００ｐｓｉの圧力で動作するように構成されていることを特徴とする高圧弁。
【請求項２３】
請求項１３に記載の高圧弁であって、前記枢動点が、前記レバーの前記第２の端部よりも前記レバーの前記第１の端部の方により近い位置にあることを特徴とする高圧弁。
【請求項２４】
請求項１３に記載の高圧弁であって、前記レバーの前記第１の端部における力が、前記可変力発生装置によって前記レバーの前記第２の端部に加えられた力の少なくとも５倍になるように、前記レバーが構成されていることを特徴とする高圧弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、流体の流れを停止、開始または調整する必要があるコンパクトな高圧弁内での高圧液体の流れの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、あらゆる目的のために本願に引用してその内容の全体を援用する２０１５年９月１１日に出願されたＵＬＴＲＡＨＩＧＨ  ＰＲＥＳＳＵＲＥ  ＣＯＭＰＡＣＴ  ＶＡＬＶＥ  ＷＩＴＨ  ＴＨＲＯＴＴＬＩＮＧ  ＣＡＰＡＢＩＬＩＴＹという名称の米国特許仮出願第６２／２１７，６３４号の優先権を主張するものである。
【０００３】
高圧（例えば２０，０００ｐｓｉよりも大きな圧力）用途は、科学および産業の多くの分野で発展している。流れを停止および開始させる必要性は、多くの用途に必須の制御要件である。これらの用途は、ｍｌ／分またはｇａｌ／秒の流れを含むことがある。高圧オン−オフ弁は通常、ピンを穴に押し込んで流れを停止させる装置である。単純な弁の一例は、ねじ１０１０を回し、ピン１０２０を穴（座（ｓｅａｔ））１０３０に押し込んで流れを停止させる、図１に示された手動操作弁１０００である。
【０００４】
弁を遠隔操作するために、通常は、ピンと同調したアクチュエータによってピン上に力を発生させる。市販のさまざまな高圧弁は、ばね、空気および油圧式の力発生装置の組合せを使用する。機械式ばねおよび空気圧（空気）による弁の制御が一般的である。典型的な弁は、ばねを使用して弁を閉じることができ、空気圧を使用してばねの力を打ち消して、弁を開くことができる。
【０００５】
弁を閉じるのに必要な力は、座内のピンの断面積に正比例する。例えば、１００，０００ｐｓｉにおいて座／ピンの接触径が０．１００インチである場合には、少なくとも７８５ポンドの閉鎖力が必要となるであろう。一般的な９０ｐｓｉの空気圧供給源を用いる場合には、少なくとも３．５インチの空気ピストン内径が必要となろう。摩擦および安全率を考慮して、直径が少なくとも４から５インチの空気ピストンを選択することができる。多くのプロセスにおいてこのような物理的に大きな弁は非実用的である。加えて、いくつかのロボット用途では、空間的制約のため、コンパクトな弁を使用する必要がある。ベンチトップ（ｂｅｎｃｈｔｏｐ）装置は、機器キャビネットに収まりうるコンパクトな弁を必要とする。
【０００６】
空気ピストンのサイズ問題を解決するため、高圧（例えば２，０００ｐｓｉ）作動流体を使用することができる。しかしながら、これには、より複雑な装置（油圧ポンプおよび油圧式調節弁）がさらに必要であり、取扱いが面倒な作動流体も必要となる。また、油圧動力は通常不便であるため、この手法は、小規模用途のベンチトップには適さない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
物理的に小さく、アクチュエータ、好ましくは小さな直接電気制御アクチュエータによって小さな力で動作する、コンパクトな高圧弁システムが求められている。
【０００８】
さらに、オン−オフ機能以上の機能を必要とする新たな高圧用途も開発されている。これらの用途は、定流量条件下または定圧条件下での流れの精確な制御を必要とする。
【０００９】
例えば、高速液体クロマトグラフィ（Ｈｉｇｈ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ：ＨＰＬＣ）システムで使用される固定ｒｐｍクランクケースポンプは、一定の流量を送達する定容量型ポンプ（ｃｏｎｓｔａｎｔ  ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  ｐｕｍｐ）の代表であろう。このポンプは、ゼロ圧力からポンプの設計圧力限界まで、一定の流量を供給する。達成される圧力は、ポンプの流路内の絞り（ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ）の配置によって決まる。定流量ポンプにはそのほか、機械クランク駆動式の容積型ホモジナイザ（ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  ｈｏｍｏｇｉｎｉｚｅｒ）がある。これらのポンプの一部は、４０，０００ｐｓｉまでの圧力で流れを駆動することができる。
【００１０】
別のタイプのポンプが、増圧ポンプ（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ  ｐｕｍｐ）である。増圧ポンプは、流量ではなく一定の圧力を出力する。増圧ポンプは、ゼロ流量からポンプの設計流量限界まで、一定の圧力を供給する。例えば、空気圧を動力とする増圧器ベースのホモジナイザは定圧ポンプである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示の１つの態様は、チャンバ（ｃｈａｍｂｅｒ）と、流体がその中を通って流れることを可能にするように構成された第１のポートと、流体がその中を通って流れることを可能にするように構成された第２のポートとを有し、チャンバが、第１のポートと第２のポートの間の流体連通を提供するハウジングと；チャンバ内において、第１のポートと第２のポートが流体連通した開位置と第１のポートと第２のポートが流体連通していない閉位置との間で移動可能なピンと；ピンに結合された第１の端部、および第２の端部を有し、ハウジングに枢動可能に固定された枢動点を有するレバーと；レバーの第２の端部に接続され、ピンを開位置と閉位置の間で移動させるように構成された可変力発生装置と；可変力発生装置に結合され、可変力発生装置によってレバーの第２の端部に加えられる力を調整して、開位置と閉位置の間のピンの移動を制御するように構成された制御装置とを備える高圧弁を対象としている。
【００１２】
いくつかの実施形態では、ピンが開位置へ付勢されており、レバーの第１の端部における力が、ピンを閉位置に移動させるのに十分な力となるように、可変力発生装置が構成されている。
【００１３】
いくつかの実施形態では、空気圧とばねのうちの一方によって、ピンが開位置へ付勢されている。
【００１４】
いくつかの実施形態では、高圧弁が、第１のポートにおいて第１の圧力を感知するように構成された第１のセンサと、第２のポートにおいて第２の圧力を感知するように構成された第２のセンサとをさらに備え、制御装置が、第１の圧力と第２の圧力の差に基づいて前記力を調整するように構成されている。
【００１５】
いくつかの実施形態では、高圧弁が、ハウジングに固定された座をさらに備え、ピンが、座と係合して、第１のポートと第２のポートの間の流体連通を調整するように構成されており、座が、ピンが閉位置にあるときにピンと封止可能に係合するように構成されている。
【００１６】
いくつかの実施形態では、可変力発生装置が、制御された外部空気圧が作用する空気ピストンである。
【００１７】
いくつかの実施形態では、可変力発生装置が電気機械式装置である。
【００１８】
いくつかの実施形態では、電気機械式装置が、ボイスコイルアクチュエータとステッパモータのうちの一方である。
【００１９】
いくつかの実施形態では、ピンがセラミックボールと係合しており、セラミックボールが、ピンが閉位置にあるときにハウジングに固定された座と封止可能に係合するように構成されている。
【００２０】
いくつかの実施形態では、高圧弁が、チャンバ内で測定して少なくとも２０，０００ｐｓｉの圧力で動作するように構成されている。
【００２１】
いくつかの実施形態では、枢動点が、レバーの第２の端部よりもレバーの第１の端部の方により近い位置にある。
【００２２】
いくつかの実施形態では、レバーの第１の端部における力が、可変力発生装置によってレバーの第２の端部に加えられた力の少なくとも５倍になるように、レバーが構成されている。
【００２３】
本開示の別の態様は、チャンバと、流体がその中を通って流れることを可能にするように構成された第１のポートとを有する第１のハウジングと；流体がその中を通って流れることを可能にするように構成された第２のポートを有する第２のハウジングと；第１のハウジングのチャンバ内において、第１のポートと第２のポートが流体連通した開位置と第１のポートと第２のポートが流体連通していない閉位置との間で移動可能なピンと；レバーを有する第３のハウジングであり、レバーが、ピンに結合された第１の端部、および第２の端部を有し、レバーが、第３のハウジングに枢動可能に固定された枢動点を有する第３のハウジングとを備え、第１のハウジング、第２のハウジングおよび第３のハウジングが一緒に固定可能である高圧弁であって、高圧弁がさらに、レバーの第２の端部に接続され、ピンを開位置と閉位置の間で移動させるように構成された可変力発生装置と；可変力発生装置に結合され、可変力発生装置によってレバーの第２の端部に加えられる力を調整して、開位置と閉位置の間のピンの移動を制御するように構成された制御装置とを備える高圧弁を対象としている。
【００２４】
いくつかの実施形態では、ピンが開位置へ付勢されており、レバーの第１の端部における力が、ピンを閉位置に移動させるのに十分な力となるように、可変力発生装置が構成されている。
【００２５】
いくつかの実施形態では、空気圧とばねのうちの一方によって、ピンが開位置へ付勢されている。
【００２６】
いくつかの実施形態では、高圧弁が、第１のポートにおいて第１の圧力を感知するように構成された第１のセンサと、第２のポートにおいて第２の圧力を感知するように構成された第２のセンサとをさらに備え、制御装置が、第１の圧力と第２の圧力の差に基づいて前記力を調整するように構成されている。
【００２７】
いくつかの実施形態では、高圧弁が、第２のハウジングに固定された座をさらに備え、ピンが、座と係合して、第１のポートと第２のポートの間の流体連通を調整するように構成されており、座が、ピンが閉位置にあるときにピンと封止可能に係合するように構成されている。
【００２８】
いくつかの実施形態では、可変力発生装置が、制御された外部空気圧が作用する空気ピストンである。
【００２９】
いくつかの実施形態では、可変力発生装置が電気機械式装置である。
【００３０】
いくつかの実施形態では、電気機械式装置が、ボイスコイルアクチュエータとステッパモータのうちの一方である。
【００３１】
いくつかの実施形態では、ピンがセラミックボールと係合しており、セラミックボールが、ピンが閉位置にあるときに第２のハウジングに固定された座と封止可能に係合するように構成されている。
【００３２】
いくつかの実施形態では、高圧弁が、チャンバ内で測定して少なくとも２０，０００ｐｓｉの圧力で動作するように構成されている。
【００３３】
いくつかの実施形態では、枢動点が、レバーの第２の端部よりもレバーの第１の端部の方により近い位置にある。
【００３４】
いくつかの実施形態では、レバーの第１の端部における力が、可変力発生装置によってレバーの第２の端部に加えられた力の少なくとも５倍になるように、レバーが構成されている。
【００３５】
添付図面が一定の尺度で描かれることは意図されていない。図面では、さまざまな図に示されている同一の構成要素またはほぼ同一の構成要素がそれぞれ、同様の符号によって表されている。分かりやすくするため、全ての図面の全ての構成要素に符号が付けられているわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】手動操作弁の断面図である。
【図２】モジュール弁設計を示す、本開示の一実施形態のコンパクトな超高圧弁の透視図である。
【図３】図２に示された弁の断面図である。
【図４】ボイスコイルアクチュエータによって動作する、本開示の別の実施形態のコンパクトな超高圧弁の透視図である。
【図５】図４に示された弁の断面図である。
【図６】ステッパモータによって動作し、変位センサによってモニタリングされる、本開示の別の実施形態のコンパクトな超高圧弁の透視図である。
【図７】図２に示された弁の分解透視図である。
【図８】制御システムのブロック図である。
【図９】絞りアセンブリの一実施形態の別の断面図である。
【図１０】絞りアセンブリの他の実施形態の別の断面図である。
【図１１】絞りアセンブリの別の実施形態の断面図である。
【図１２Ａ】絞りアセンブリのインサート（ｉｎｓｅｒｔ）の一実施形態の断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａの実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本開示は、動作圧が２０，０００ｐｓｉよりも大きく、高い液体剪断応力を発生させるために液体の流れを規定された圧力差で停止、開始または制御する必要がある、コンパクトな超高圧弁の設計に関する。高い液体剪断応力は通常、圧力エネルギーを散逸させるため、液体に懸濁した材料を均質化、混合もしくは破壊するため、または液体の温度を急速に上昇させるために使用される。
【００３８】
より詳細には、本開示は、弁を動作させるのに必要な力の発生をレバーを利用して低減させるコンパクトな弁設計に関する。
【００３９】
本開示は、少なくとも５：１の力増倍効果を有するレバー増幅式の力発生装置を含む高圧弁を備える。増幅された力は、より高い弁圧、より小さな作動力で弁が動作することを可能にする。このことは、空気圧で動作する弁では、より小径の空気ピストンで済むことを意味する。空気ピストンは最大の物理構成要素であるため、これは、弁のサイズの重要な低減である。
【００４０】
本開示の弁のモジュール構造は、異なる弁機能を達成するために、異なる組合せの構成要素を取り付けることを可能にする。例えば、オン−オフ用途のため、または制御された流れ動作のために、弁構成要素を厳密に取り付けることができる。
【００４１】
定流量型のポンプと定圧型のポンプの両方に対して、本開示は、開始流れ、停止流れおよび制御流れを規定された圧力差で動的に確立することができる弁を提供する。定圧ポンプシステムでは、この弁が、最大ポンプ出力に達する前に可能な最大流量を可能にする。定流量ポンプシステムでは、この弁が、最大出力に達する前に可能な最大圧力を可能にする。
【００４２】
図２は、本開示の一実施形態の高圧弁アセンブリを示す。この高圧弁アセンブリは全体が１００で示されている。弁アセンブリ１００は、第１のハウジング４０、第２のハウジング５０および第３のハウジング３０を含む。第３のハウジング３０は、内部空気シリンダ（ｉｎｔｅｒｎａｌ  ａｉｒ  ｃｙｌｉｎｄｅｒ）と、レバー２の装着位置とを含み、レバー２の取付け位置は枢動支持体を含む。第３のハウジング３０は、高圧を封じ込めるハウジング（ｈｉｇｈ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  ｈｏｕｓｉｎｇ）（第１のハウジング４０および第２のハウジング５０）に接続されている。第１のハウジング４０および第２のハウジング５０を、弁アセンブリ１００の高圧部分と呼ぶこともできる。本明細書でさらに詳細に論じるように、第１のハウジング４０、第２のハウジング５０および第３のハウジング３０は一緒に固定されて高圧弁アセンブリ１００を形成している。
【００４３】
図３は、第１のハウジング４０が、チャンバ４１および第１のポート（または第１のグランド（ｇｌａｎｄ））４２を有すること、および、流体が第１のポート４２を通ってチャンバ４１まで流れることを第１のポート４２が可能にするように、第１のポート４２がチャンバ４１と流体連通していることを示している。第２のハウジング５０は第２のポート（または第２のグランド）５４を有し、第２のポート５４は、弁アセンブリ１００が開いているときに流体がチャンバ４１から第２のポート５４を通り抜けて流れることを可能にするように構成されている。弁アセンブリ１００を選択的に開閉するため、ピン２０は、第１のハウジング４０のチャンバ４１内において、第１のポート４２と第２のポート５４が流体連通した開位置と第１のポート４２と第２のポート５４が流体連通していない閉位置との間で移動可能である。図３は、閉位置にあるピン２０を示している。
【００４４】
第１のポート４２および第２のポート５４は、処理される前または処理された後の流体を蓄えまたは集めるために、弁アセンブリ１００を外部管または外部装置に接続することができる。処理する材料は、源（図示せず）から第１のグランド４２に供給することができる。
【００４５】
高圧弁アセンブリ１００は、第２のハウジング５０に固定された座４５を含む。ピン２０は、座４５と選択的に係合して、第１のポート４２と第２のポート５４の間の流体連通を調整するように構成されている。この弁アセンブリ１００の実施形態では、ピン２０が閉位置にあるときにピン２０と封止可能に係合するように、座４５が構成されている。ピン２０が開位置にあるときにはピン２０と座４５の間に間隙（ｇａｐ）が画定される。
【００４６】
ピン２０は、バックアップリング支持体１２によって支持されたバックアップリング（ｂａｃｋ−ｕｐ  ｒｉｎｇ：ＢＵＲ）１４によって案内される。バックアップリング１４の下方で、ピン２０はさらに、エラストマーＯリング１７を含む高圧シール１６の内径に通される。高圧シール１６の下方のピン２０の下端の近くで、ピン２０は、レバー２の枢動によってピンが上げ下げされたときに金属案内ブシュ１８の内径を通って移動する。
【００４７】
機械ねじ（ｍａｃｈｉｎｅ  ｓｃｒｅｗ）５２を使用して第２のハウジング５０を第１のハウジング４０に固定することによって、および機械ねじ５３を使用して第２のハウジング５０を第３のハウジング３０に固定することによって、座４５は所定の位置に保持されている。円錐形の座４５とブロック４０の円錐形のレセプタクル（ｒｅｃｅｐｔａｃｌｅ）４７との間の小さな角度差の結果としての高い金属−金属接触応力とねじ５２の力とによって、座４５は、円周接触点４４において、上ブロック（第１のハウジング）４０に対して封止されている。一例では、座４５の垂直軸から測定したときの座４５の円錐台形の中心部分の円錐角が３６度であり、第１のハウジング４０の垂直軸から測定したときの第１のハウジング４０の円錐形のレセプタクル４７の円錐角が４０度である。弁アセンブリ１００のチャンバ４１を円周接触点４４において封止するのに十分な接触応力を発生させるため、ねじ５２、５３は、７から１０フートポンドの間のトルクで締められている。
【００４８】
チャンバ４１内が高圧になると、ピン２０と金属案内ブシュ１８の間の隙間（ｃｌｅａｒａｎｃｅ）を通って高圧流体が漏れる可能性がある。このような高い圧力により、比較的に軟かい高圧シール１６はバックアップリング１４を押す。ピン２０の周囲にシールを形成してハウジング漏れを防ぐため、図３では、高圧シール１６が、その上端に、球形の端部幾何形状（ｅｎｄ  ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を有する。高圧シール１６の球形の端部は、バックアップリング１４によって支持されており、図３では、バックアップリング１４が、その下面に、整合する凹形の幾何形状を有し、バックアップリングの内径とピン２０の間の隙間嵌め（ｃｌｅａｒａｎｃｅ  ｆｉｔ）は狭い（＜０．０００１インチ）。高圧シール１６の球形の端部幾何形状およびバックアップリング１４の凹形の幾何形状は、バックアップリング１４の外径縁の膨張によって、バックアップリング１４の外径上のはみ出し間隙（ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ  ｇａｐ）が低減することを可能にする。湾曲した形状はさらに、ピン２０とバックアップリング１４の間の境界面に高圧シール１６を集中させて、高圧シール１６が高圧にさらされたときにピン２０の上端の周囲のエリアを封止する。高圧シール１６の凸形の形状およびバックアップリング１４の凹形の形状により、バックアップリング１４の凹形部分の外径壁が外側へ広がり、同時に、高圧シール１６がその上端で内側へ変形して、ピン２０とバックアップリング１４の間の隙間間隙（ｃｌｅａｒａｎｃｅ  ｇａｐ）を封止する。
【００４９】
いくつかの実施形態では、高圧シール１６の端部幾何形状を、完全な球形ではない次第に細くなる幾何形状または湾曲した幾何形状とすることができる。
【００５０】
いくつかの実施形態では、高圧シール１６の上端が、球形ではない凸形である。
【００５１】
図２および３の実施形態では、ピン２０が、高強度ステンレス鋼、通常は４４０Ｃステンレス鋼から作られている。座４５は、１７−４ｐｈステンレス鋼から作られており、高圧シールは、ＵＨＭＷＰＥから作られており、エラストマーＯリングと組み合わされている。バックアップリングは、軸受け等級のニッケル青銅である。大きな荷重を作動体に伝えるため、１７−４ｐｈステンレス鋼バックアップリング支持体１２が使用される。圧力を封じ込めるハウジング（第１のハウジング４０および第２のハウジング５０）は１７−５ｐｈステンレス鋼から作られている。第３のハウジング３０は６０６１−Ｔ６アルミニウムから作られている。バックアップリング支持体１２の材料は、バックアップリング１４の大きな荷重下で第３のハウジング３０の比較的に弱いアルミニウムが変形することを防ぐように選択される。
【００５２】
レバー２および接続ピン１１５も高強度ステンレス鋼から作られている。１本の接続ピン１１５が、枢動点１１４においてレバー２を第３のハウジング３０に連結している。別の接続ピン１１５が、レバー２をピンホルダ１０に連結している。別の接続ピン１１５が、レバー２をシャフト４に連結している。
【００５３】
ピン２０を移動させるため、第３のハウジング３０は、ピン２０に結合された第１の端部１１０と可変力発生装置に結合された第２の端部１１２とを有するレバー２を有する（第２の端部１１２は例えば、第２の端部１１２をシャフト４に結合することによって可変力発生装置に結合される）。レバー２は、第３のハウジング３０に枢動可能に固定された枢動点１１４を有する。図２および３では、枢動点１１４が、レバー２の第２の端部１１２よりもレバー２の第１の端部１１０の方により近い位置にある。このことは、レバー２の第１の端部１１０によってピン２０に加えられる力が、ピストン６およびピストンシャフト４によってレバー２の第２の端部１１２に加えられる力よりも大きくなるような機械的利点を提供する。
【００５４】
いくつかの実施形態では、レバー２の第１の端部１１０における力が、可変力発生装置によってレバー２の第２の端部１１２に加えられた力の少なくとも５倍になるように、高圧弁アセンブリ１００が構成されている。
【００５５】
チャンバ４１内で測定して少なくとも２０，０００ｐｓｉの圧力で動作するように、高圧弁アセンブリ１００を構成することができる。
【００５６】
可変力発生装置は、レバー２の第２の端部１１２に接続されており、開位置と閉位置の間でピン２０を移動させるように構成されている。本明細書において論じられている力発生装置など、さまざまなタイプの力発生装置を使用することが可能である。
【００５７】
図３の実施形態では、ピストン６を備える空気シリンダ２１が可変力発生装置として使用されている。ピン２０を閉位置に移動させるためには、ポート８を介して内部空気シリンダ２１に空気圧をかける。この空気圧は、ピストン６に作用し、空気シリンダ２１の下端のベース９に対してピストン６を移動させる。ピストンシャフト４がレバー２の第２の端部１１２を押し上げ、レバー２の第２の端部１１２は、枢動点１１４を軸にして枢動し、その結果、レバー２の第１の端部１１０が、ピン２０に結合されたピンホルダ１０に作用し、それによってピンを最終的に閉位置に移動させる。
【００５８】
高圧弁アセンブリ１００のいくつかの実施形態では、空気圧および／またはばね５によって、ピン２０が開位置へ付勢されている。図３は、ばね５によって、ピン２０が開位置へ付勢されている高圧弁アセンブリ１００を示している。可変力発生装置は、レバー２の第１の端部１１０における力が、ピン２０を閉位置に移動させるのに十分な力となるように構成されている。空気圧がポート８から除去されると、内部ばね５が、レバー２の第２の端部１１２を下方へ引っ張り、それによってレバーの第１の端部１１０が、ピン２０を、弁座４５から離れる方向に引っ張ることによって、弁が開く。
【００５９】
いくつかの実施形態では、ばねバイアスの代わりにまたはばねバイアスに加えて、弁アセンブリ１００を開位置へ付勢するために、または、ピストン６を下方へ移動させ、ピストン６が、レバー２の第２の端部１１２を下方へ引っ張るようにすることによって、弁アセンブリを選択的に開くために、ポート７を通してピストンの頂部に直接に空気圧をかけることができる。
【００６０】
本開示のさまざまな実施形態では、作動力源を代替源に変更することができる。図３では、可変力発生装置が、制御された外部空気圧が作用する空気ピストンである。図４〜６では、可変力発生装置が電気機械式装置である。
【００６１】
本開示は、高い可制御性を有する力発生装置の使用を可能にする。従来の空気シリンダは、力を精確に制御する空気シリンダの能力がピストンシールの摩擦によって制限されている。ピストンシールの摩擦は、力を制御する空気シリンダの能力を制限する。この制御の制限は、シールの静止摩擦によって規定される。摩擦の小さい力発生装置または摩擦のない力発生装置は、より小さな最小変位（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）で弁を制御することを可能にする。例えば、ボイスコイルアクチュエータ（ｖｏｉｃｅ  ｃｏｉｌ  ａｃｔｕａｔｏｒ：ＶＣＡ）、例えば本開示において論じられているＶＣＡの使用は、より精確な制御を可能にする。ＶＣＡには内部シールがないため、摩擦を非常に小さくすることができる。ＶＣＡはさらに、制御された力をより高速に変動させることを可能にすることができる。このことを使用して、構成要素の高圧疲労試験などのある種の用途に関して、弁を高速に開閉することができる。レバーの使用は、低出力のＶＣＡの使用を可能にする。力増幅レバー２がなければ、はるかに大きなＶＣＡが必要となり、コストおよびサイズが増大するであろう。
【００６２】
あるいは、小さな力を発生させる別の装置を使用して弁アセンブリを動作させることもできる。例えば、フィードバック有りのまたはフィードバック無しのステッパモータおよび送りねじ（ｌｅａｄ  ｓｃｒｅｗ）を使用して、単純なオン−オフ弁を動作させることができる。加えて、精密位置モニタリングとともに使用すると、ピン位置を精確に設定することによって、制御された流量を達成することができる。図６では、可変力発生装置がステッパモータである。
【００６３】
図４および５は、可変力発生装置がボイスコイルアクチュエータ（ＶＣＡ）６０である本開示の別の実施形態の弁アセンブリを示す。この弁アセンブリは全体が２００で示されている。実施形態２００では、空気シリンダ２１の代わりにＶＣＡを支持するように第３のハウジング３０が構成されていることを除き、第３のハウジング３０およびレバー２は、図３の実施形態１００の第３のハウジング３０およびレバー２と同じものである。実施形態２００では単純に、ねじ付きボルト６２を有する調整可能なクランプ６１によって、ＶＣＡ６０が、第３のハウジング３０上の所定の位置に保持されている。摩擦がゼロに近いＶＣＡ６０は、精確に制御された力がピン２０に作用することを可能にする。ＶＣＡ６０によってレバー２の第２の端部１１２に加えられる力は、ディジタル回路またはアナログ回路およびソフトウェアによって、弁の前と後の両方にある圧力センサからのデータに基づいて制御される。このことは、圧力差の非常に高速な閉ループ制御を可能にする。このようなセンサについては、図８に関してさらに詳細に論じる。
【００６４】
ＶＣＡ６０などの電気機械式アクチュエータのデューティサイクルを低下させるため、バイアスばね６３を使用して、レバー２に一定の力を供給することができる。バイアスばね６３は、ＶＣＡ６０の電力消費量を低減させる。
【００６５】
いくつかの実施形態、例えば図５に示された弁アセンブリ２００では、ピン２０ａが、セラミックボール２２と係合した端部６６を含み、セラミックボール２２は、ピン２０ａおよびボール２２が閉位置にあるときに、第１のハウジング４０と第２のハウジング５０の間に固定された座６５と封止可能に係合するように構成されている。このような実施形態では、図２および３の以前のピン２０および座４５の代わりに、弁座６５の上端の凹んだ穴の中のボール２２と係合したピン２０ａなど、別の形態の閉鎖手段が使用される。ボール２２に加わる力をピン２０ａの下端６６によって制御することによって、第２のグランド５４の圧力に対して第１のグランド４２の圧力によって測定したとき、弁内に、制御された圧力降下を生み出すことができる。圧力降下は、液体剪断応力および流体加熱を生み出す。液体剪断応力は例えば、液体に懸濁した組織、血球、ＤＮＡなどの細胞状物質を破断（破砕）する目的に使用される。壊食（ｅｒｏｓｉｏｎ）を低減させるため、相転移強化ジルコニア（ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ−ｔｏｕｇｈｅｎｅｄ  Ｚｉｒｃｏｎｉａ：ＴＴＺ）などの高靭性セラミックからボール２２を製作することができる。セラミックボール２２は、一定の壊食力に対して、金属ピンよりも良好な抵抗性を有する。
【００６６】
圧力降下が比較的に大きいと、液体温度の上昇が、特定の効果を達成するかなり大きなものとなりうる。例えば、圧力が十分に高いときには、微生物学的な不活性化および液状食物の滅菌などのための非常に急速な液体加熱を生み出すことができる。
【００６７】
図５では、ねじ５２を使用して第２のハウジング５０を第１のハウジング４０に固定することによって、およびねじ５３を使用して第２のハウジング５０を第３のハウジング３０に固定することによって、座６５が所定の位置に保持されている。円錐形の座とブロック４０の円錐形のレセプタクルとの間の小さな角度差の結果としての高い金属−金属接触応力とねじ５２、５３の力とによって、座６５は、円周接触点６４において、上ブロック（第１のハウジング）４０に対して封止されている。一例では、座６５の垂直軸から測定したときの座６５の円錐台形の中心部分の円錐角が３６度であり、第１のハウジング４０の垂直軸から測定したときの第１のハウジング４０の円錐形のレセプタクル６７の円錐角が４０度である。弁のチャンバ４１を円周接触点６４において封止するのに十分な接触応力を発生させるため、ねじ５２は、７から１０フートポンドの間のトルクで締められている。
【００６８】
チャンバ４１内が高圧になると、ピン２０ａと金属案内ブシュ１８の間の隙間を通って高圧流体が漏れる可能性がある。このような高い圧力により、比較的に軟かい高圧シール１６はバックアップリング１４を押すことができる。ピン２０ａの周囲にシールを形成してハウジング漏れを防ぐため、図５では、高圧シール１６が、その上端に、球形の端部幾何形状を有する。高圧シール１６の球形の端部は、バックアップリング１４によって支持されており、図５では、バックアップリング１４が、その下面に、整合する凹形の幾何形状を有し、バックアップリングの内径とピン２０ａの間の隙間嵌めは狭い（＜０．０００１インチ）。高圧シール１６の球形の端部幾何形状は、バックアップリング１４の外径縁の膨張によって、バックアップリング１４の外径上のはみ出し間隙が低減することを可能にする。湾曲した形状は、ピン２０とバックアップリング１４の間の境界面に高圧シール１６を集中させて、ピン２０ａの上端の周囲のエリアを封止する。
【００６９】
高圧シール１６の凸形の形状およびバックアップリング１４の凹形の形状により、バックアップリング１４の凹形部分の外径壁が外側へ広がり、同時に、高圧シール１６がその上端で内側へ変形して、ピン２０ａとバックアップリング１４の間の隙間間隙を封止する。
【００７０】
いくつかの実施形態では、高圧シール１６の端部幾何形状を、完全な球形ではない次第に細くなる幾何形状または湾曲した幾何形状とすることができる。
【００７１】
いくつかの実施形態では、高圧シール１６の上端が、球形ではない凸形である。
【００７２】
別の実施形態では、図６に示された弁アセンブリが、送りねじ７２を備えるステッパモータアクチュエータ７０を含む。この弁アセンブリは全体が３００で示されている。ステッパモータアクチュエータ７０を可変力発生装置として使用して、レバー２を枢動させることによって弁を動作させるのに必要な力を発生させることができる。レバー２の使用は、アクチュエータ７０の位置精度（ｐｏｓｉｔｉｏｎａｌ  ａｃｃｕｒａｃｙ）を向上させる。
【００７３】
図６に示された弁アセンブリ３００の実施形態には、高感度外部位置センサ７４が示されている。高感度外部位置センサ７４は、フィードバック制御のためにピン２０の正確な位置を測定する目的に使用される。例えば、位置センサ７４を使用して、ピン自体、レバー２の第１の端部１１０またはピンホルダ１０の位置を感知することができる。センサ７４はセンサハウジング７５に固定されており、センサハウジング７５は第３のハウジング３０に固定されている。図６の実施形態のステッパモータ７０内に組み込まれた内蔵センサまたは図４および５の実施形態のＶＣＡ６０内に組み込まれた内蔵センサから位置情報を得ることができることも理解される。
【００７４】
図２〜７に示された弁アセンブリのそれぞれの実施形態では、第１のハウジング４０、第２のハウジング５０および第３のハウジング３０が一緒に固定可能である。図３は、ねじ５３が、第３のハウジング３０を第２のハウジング５０に固定することを示している。別のねじ５２が、第１のハウジング４０を第２のハウジング５０に固定する。図７は、図２および３の高圧弁の分解図を示す。第１のハウジング４０、第２のハウジング５０および第３のハウジング３０を固定された空間関係で固定するため、ねじ５３が、第１のハウジング４０および第２のハウジング５０を通って延び、第３のハウジング３０の中に受け取られている。
【００７５】
可変力発生装置を制御するため、可変力発生装置に制御装置（制御システム）４００が結合されている。図８は、ＶＣＡ動作弁実施形態２００のＶＣＡ６０に結合された制御装置４００を示す。制御装置４００は、弁実施形態２００ではＶＣＡ６０である可変力発生装置によってレバー２の第２の端部１１２に加えられる力を調整して、開位置と閉位置の間のピン２０ａの移動を制御するように構成されている。制御装置４００は、第１のセンサ４０２および第２のセンサ４０４によって提供される圧力情報に基づいて動作する。一実施形態では、第１のセンサ４０２が、第１のポート４２において第１の圧力を感知するように構成されており、第２のセンサ４０４が、第２のポート５４において第２の圧力を感知するように構成されている。制御装置４００は、第１の圧力と第２の圧力の差に基づいて、レバー２の第２の端部１１２に加えられる力を調整するように構成されている。
【００７６】
第１のグランド４２と第２のグランド５４の間の生成物の流れを制御するために、空気圧を調整することによって、または（ＶＣＡなどの）アクチュエータへの電力を調整することによって、レバー２に加えられる力の量を変化させることができる。弁の入口側と出口側の両方で圧力変換器を使用して、圧力差を測定することができる。図８は、第１の圧力センサ４０２が第２の圧力センサ４０４の上流にあることを示している。下流の圧力が実質的に大気圧である場合には、圧力変換器が１つだけ必要である。同様に、弁の入口（例えば第１のポート４２）と出口（例えば第２のポート５４）の両方で温度センサを使用して、エネルギー散逸の指標である温度差を測定することができる。
【００７７】
同様に、弁の入口（例えば第１のポート４２）と出口（例えば第２のポート５４）の両方で圧力センサを使用して、エネルギー散逸の指標である圧力差を測定することができる。
【００７８】
制御システム４００を使用して、図２および３の実施形態１００、図４および５の弁アセンブリ２００または図６の弁アセンブリ３００を制御することができる。
【００７９】
可変力発生装置が、第１のポート４２と第２のポート５４の間の流れを可能にし、妨げ、または変化させるように、制御システム４００を構成することができる。可変力発生装置が、ピン２０と弁座４５の間の一定の間隙を達成するように、制御システム４００を構成することができる。それに加えてまたはその代わりに、可変力発生装置が、第１のポート４２と第２のポート５４の間の一定の圧力差を達成するように、制御システム４００を構成することもできる。
【００８０】
図８では、制御システム４００が、処理装置、記憶構成要素、電源、および記憶構成要素上に記憶された命令を含む。この命令は、ボイスコイル動作弁アセンブリ２００のボイスコイルアクチュエータ６０に作動信号を供給するよう制御システム４００の処理装置に命じる。
【００８１】
いくつかの実施形態では、第１のハウジング４０および第２のハウジング５０のユーザに、第３のハウジング３０を独立して提供することができる。モジュール構造をとっているため、ピンによって封止することができる弁を含むさまざまな構成要素とともに第３のハウジング３０を使用することができる。
【００８２】
図面は、別々に形成された第１のハウジング４０、第２のハウジング５０および第３のハウジング３０を示しているが、別の実施形態では、このモジュール構造をとらないハウジングを提供することが可能である。例えば、いくつかの実施形態では、第２のハウジング５０と第３のハウジング３０を一体として形成することができる。
【００８３】
本明細書で使用されるとき、可変力発生装置は、ピストン、ボイスコイルアクチュエータ、送りねじ、または荷重を加える他の装置とすることができる。
【００８４】
本開示の高圧弁アセンブリの実施形態では、流量が非常に小さい高圧の液体の流れを精確に制御する追加の方法を使用することができる。
【００８５】
（増圧ポンプなどの）定圧源が使用される場合、流量を制御する能力は、流体が通過する開口を調整する能力に依存する。円形開口（オリフィス）のような固定された開口を使用すると、特定の圧力で流量は固定される。穴の上のピンを使用すると、理想化されたケースでは、開口間隙が調整されると流量が調整される。開口が小さいほど流量も小さくなる。
【００８６】
（高速液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）ポンプのような定容量型ポンプなどの）定流量源が使用される場合、圧力を制御する能力は、流体が通過する開口を調整する能力に依存する。理想化されたケースでは、開口が小さいほど圧力は高くなる。
【００８７】
流体が通過する開口を調整する方法は、単純な金属ピンを金属穴に押し付ける方法から、金属穴に対してセラミックボールを保持する方法までさまざまでありうる。追加の方法も可能である。セラミックのような硬い材料は、高圧ポンプに関連した非常に高エネルギーの流体の流れにさらされたときに金属よりも良好な耐摩耗性を有しうる。高エネルギーの流れは通常、キャビテーション（ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ）および他の壊食性の力を発生させる。これらは、鋼などの軟かい材料を急速に摩耗させうる。開口の前後の圧力差が大きいほど壊食力も大きくなる。流量または圧力を制御する能力は通常、絞りと呼ばれる。
【００８８】
図９の絞りアセンブリ５００、図１０の絞りアセンブリ６００および図１１の絞りアセンブリ７００はそれぞれ、図３の座４５およびピン２０ならびに図５の座６５、ピン２０ａおよびボール２２の代わりに使用することができる。
【００８９】
図９に示された絞りアセンブリの一実施形態５００では、チャンバ５４１内にセラミックボール５１０が配置されており、セラミックボール５１０は、セラミックインサート５３０と選択的に係合し、セラミックボール５１０とセラミックインサート５３０の間の間隙５２０を調整することによって、セラミックインサート５３０上のセラミック円形開口を封止する。絞りアセンブリ５００の一実施態様では、図３の金属座４５の代わりに、セラミックインサート５３０を含む金属インサートホルダ５４０が使用され、図３のピン２０の代わりに、セラミックボール５１０と係合するピン５０５が使用される。セラミックインサート５３０とボール５１０の間の接触面は両面ともセラミック材料であり、このようにすると、セラミックインサート５３０およびボール５１０の流体壊食を防ぎまたは低減させることができる。金属インサートホルダ５４０内にセラミックインサート５３０を固定するため、セラミックインサート５３０は、圧力ばめ（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｆｉｔ）（または熱収縮）によって形成された、金属座に画定されたインサートレシーバ（ｒｅｃｅｉｖｅｒ）の内径とセラミックインサート５３０の外径との間の締りばめ（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  ｆｉｔ）によって取り付けられている。セラミックインサート５３０の外径と金属インサートホルダ５４０との間の接触応力は、予想される最大流体圧力の大きさの少なくとも１．５倍であることが好ましい。この高い圧縮力は、セラミックインサート５３０の内径に高い圧縮応力を与え、この高い圧縮応力が、セラミックインサート５３０の壊食損傷をさらに低減させる。
【００９０】
図１０に示された絞りアセンブリの別の実施形態６００では、テーパの付いた内面を有するセラミック管インサート５５０の内側に、セラミックボール５１５が配置されている。一般に、流体通路開口を非常に細かく制御するためには、セラミックボール５１５（または別の障害物）と座の表面との間に精確な間隙が必要である。このボールオンシート（ｂａｌｌ  ｏｎ  ｓｅａｔ）手法では、座から離れる方向の非常に小さな距離のボールの移動が、ボールと座の間の間隙を大幅に増大させる。絞りアセンブリ６００内で流れを非常に細かく制御するため、セラミックボール５１５は、テーパの付いたセラミック管インサート５５０内で軸方向に移動可能である。テーパの付いたセラミック管インサート５５０の内面のテーパの角度が小さい場合、テーパの付いたセラミック管インサート５５０の縦軸に沿ったセラミックボール５１５の移動は、セラミックボール５１５の外面とテーパの付いたセラミック管インサート５５０の内面との間の間隙を緩やかに増大させるだけである。所与の量だけ間隙を変化させるのにセラミックボール５１５をより大きく移動させる必要があるため、これによって流体の流れの細かな制御は改良される。テーパの付いたセラミック管インサート５５０は、金属インサートホルダ５６０の内側に締りばめによって保持されている。この締りばめは圧縮残留応力を生み出し、この圧縮残留応力が、テーパの付いたセラミック管インサート５５０の内面の壊食損傷をさらに防ぐ。インサートホルダ５６０は、第１のハウジング４０との封止を確立するために使用されている。セラミック管インサート５５０に荷重が加えられていないとき、セラミック管インサート５５０は、テーパの付いた内面を持たない幾何形状を有することができる。このような例では、セラミック管インサート５５０に対するインサートホルダ５６０の不均一な圧縮によって、テーパの付いたセラミック管インサート５５０の内面のテーパが生み出される。セラミック管インサート５５０に圧縮応力を与えることにより、機械加工によっては形成するのが難しいであろう緩やかなテーパを、セラミック管インサート５５０の内面に提供することができる。例えば、セラミック管インサート５５０の周囲の圧縮応力を調整することによって、１インチ当たり０．００００１インチまたはそれよりも大きな、制御されたテーパを生み出すことができる。例えば、まっすぐな管の中央部分を圧縮することによって、管の内面を「砂時計（ｈｏｕｒ  ｇｌａｓｓ）」形の形状にすることができる。このテーパの付いたセラミック管インサート５５０内でのセラミックボール５１５の直線的移動は、流れを精確なレベルに絞る。例えば、ピン５２５を使用して、「砂時計」形の形状の狭くなった領域にセラミックボール５１５を一方向から近づけ、それによって流れを絞ることができる。
【００９１】
図１１に示された絞りアセンブリの別の実施形態７００では、テーパの付いた内面を有するテーパの付いたセラミック管５８０内で、セラミックロッド５７０が軸方向に移動可能である。テーパの付いたセラミック管５８０は、金属インサートホルダ５９０の内側に締りばめによって保持されている。ある種の状況において、弁内の所望の圧力降下が瞬間的であってはならないときには、セラミックボールの代わりにセラミックロッド５７０を、テーパの付いたセラミック管５８０内の障害物として使用することができる。形成される開口は、環状隙間間隙のそれであり、環状隙間間隙の長さの何倍もの長さを有する。この開口は、環状隙間間隙内で層流であり続ける流れを生み出し、この環状隙間間隙内でのキャビテーションを回避する。このことは、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）などの長い分子鎖を有する物質を破砕しようとするときに特に重要である。別の状況では、セラミックロッド５７０を使用すると、ボールを使用するのに比べて、単純に、弁の寿命をより長くすることができる。これは、より大きなゾーンにわたって流体エネルギーが散逸し、壊食がより小さくなるためである。
【００９２】
図１２Ａおよび１２Ｂを参照する。絞りアセンブリの別の実施形態では、内径が一定のセラミック管８２０内でセラミックロッド８１０が軸方向に移動可能である。外径１．９８５ｍｍのロッド８１０および内径２．０００ｍｍのセラミック管８２０では、セラミックロッド８１０とセラミック管８２０の間に７．５μｍの隙間８３０を提供することができる。ある種の状況では、セラミック管の内側のセラミックロッドの長さを使用して流れを制御することができる。図１２Ａと図１２Ｂの間で隙間間隙の長さをＬ１からＬ２まで短くすると、障害がより小さくなり、したがって流れを制御することができる。この発想を、図１１の絞りアセンブリ７００と組み合わせることもできる。
【００９３】
異なる方法を使用して、図９のセラミックインサート５３０、図１０のセラミック管インサート５５０および図１１のセラミック管インサート５８０を軸方向に不均一に圧縮することができる。これらは、セラミック管インサートと対応するそれぞれのインサートホルダとの間の直接の締りばめを含む。一例では、セラミック管インサートの外径が、インサートホルダ内に画定されたインサートレシーバの内径よりも０．００２インチ大きい。インサートホルダ内に画定されたインサートレシーバ内にセラミック管インサートを降ろすと、締りばめによって、挿入されたセラミック管インサートの内径が、セラミック管インサートの下端において０．０００８インチだけ収縮する。代替の方法は、インサートホルダを弁内へ取り付ける間にインサートホルダに圧縮応力を加えることを含む。例えば、インサートホルダ５４０の円錐台形の外面のテーパと第１のハウジング４０のレセプタクル４７のテーパとの間には差があるため、レセプタクル４７内へインサートホルダ５４０を前進させることによって、またはレセプタクルからインサートホルダ５４０を後退させることによって、円周接触点４４におけるテーパの付いたこれらの表面間の接触の圧縮力を調整することができる。同様に、インサートホルダ５６０の円錐台形の外面のテーパと第１のハウジング４０のレセプタクル４７のテーパとの間には差があるため、レセプタクル４７内へインサートホルダ５６０を前進させることによって、またはレセプタクルからインサートホルダ５６０を後退させることによって、円周接触点４４におけるテーパの付いたこれらの表面間の接触の圧縮力を調整することができる。同様に、インサートホルダ５９０の円錐台形の外面のテーパと第１のハウジング４０のレセプタクル４７のテーパとの間には差があるため、レセプタクル４７内へインサートホルダ５９０を前進させることによって、またはレセプタクルからインサートホルダ５９０を後退させることによって、円周接触点４４におけるテーパの付いたこれらの表面間の接触の圧縮力を調整することができる。インサートホルダの外面の圧縮力は、インサートホルダ内に装着されたセラミック管インサートに伝わり、それによってセラミック管インサートの内面が変形し、その結果、セラミック管インサートの長さに沿ってセラミック管インサートの内面にテーパが付く。
【００９４】
実施形態は、それらの適用において、以上の説明に記載された構造の詳細もしくは構成要素の配置または図面に示された構造の詳細もしくは構成要素の配置だけに限定されない。さらに、本明細書で使用される言い回しおよび用語は、説明が目的であり、限定を意図したものと考えるべきではない。本明細書における「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」およびこれらの異形の使用は、その後に記載されたアイテムおよびそれらの等価物、ならびに追加のアイテムを包含することを意味する。
【００９５】
少なくとも一実施形態のいくつかの態様を記載したが、当業者ならば、さまざまな変更、変形および改良を容易に思いつくことが理解される。そのような変更、変形および改良は、本開示の部分であることが意図されており、本開示の範囲に含まれることが意図されている。したがって、以上の説明および図面は例として示しただけである。
【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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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【国際調査報告】
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