(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体金属弁ハウジングと、弾性可撓性金属ダイヤフラムと、弁ステムとからなるダイヤフラム弁において、
・前記一体金属弁ハウジングは、
▲１▼片面開き弁室と、
▲２▼中心軸を有し且つ一体金属弁ハウジングを通って前記片面開き弁室に伸びる流入路と、
▲３▼前記前記片面開き弁室から伸び前記金属弁ハウジングを通る流出路からなり、
さらに前記一体金属弁ハウジングは前記片面開き弁室内に円環シールビードを備え、前記流入路を取り囲むよう形成され、
前記円環シールビードは流入路の中心軸を中心に回転する凸状円弧状面として規定され；
・前記弾性可撓性金属ダイヤフラムは、
前記片面開き弁室を密封するために前記弁ハウジングに固定（［secured］）し、
不撓状態において、前記円環シールビードと並置関係にある凹状円弧状面を有する凹状部分を含み、かつ、前記不撓状態において前記流出路から前記片面開き弁室を通り前記流入路への流体流れを可能にするために前記円環シールビードから離間して配置され、
前記片面開き弁室に離間して対向する凸状円弧状面を更に有し、
硬質の金属合金である外層と、前記外層より柔軟な金属材料から形成される少なくとも一層の可撓性の内層を含む複数の層から形成され；
・前記弁ステムは、
前記流入路の中心軸の軸方向に整列配置し、前記一体金属弁ハウジングに対して移動可能であり、
前記弾性可撓性金属ダイヤフラムの表面を、前記流入路の前記中心軸と同心の円環シールビードに対向して係合するための凸状面を備えたアクチュエータ（以下、「凸状アクチュエータ」という。）を備え、前記凸状アクチュエータは、▲１▼前記流入路に向かう前記アクチュエータの移動が、前記片面開き弁室の出入りにおける流体流れを遮断するために前記円環シールビードと堅固な密封係合するように選択的に前記弾性可撓性金属ダイヤフラムを撓めるために作用するような、また、▲２▼前記流入路と離間する前記アクチュエータの移動が、前記弾性可撓性金属ダイヤフラムを弾性的に前記不撓状態に戻すことを可能にするような、大きさを有して構成される
ことを特徴とするダイヤフラム弁。
【請求項２】
前記弾性可撓性金属ダイヤフラムの外層がコバルトクロムニッケル合金で形成されることを特徴とする請求項１記載のダイヤフラム弁。
【請求項３】
前記可撓性の内層が複数の可撓性の内層を構成し、
前記弾性可撓性金属ダイヤフラムが前記複数の可撓性の内層の間に配置された少なくとも１層の硬質内層を備え、
前記弾性可撓性金属ダイヤフラムの前記硬質内層と外層が硬質コバルトクロムニッケル合金で形成され、
前記硬質コバルトクロムニッケル合金層に隣接する前記ダイヤフラム弁の前記複数の可撓性の内層が銀めっきされた銅で形成される
ことを特徴とする請求項１記載のダイヤフラム。
【請求項４】
前記弁ステムが、
▲１▼前記流入路と位置が合う前記ダイヤフラムの中心部分のみに係合するよう構成され、且つ、
▲２▼前記ダイヤフラムが前記円環シールビード方向に偏るように、前記円環シールビードを覆って接線方向に広がる平面を介して前記ダイヤフラムの部分を圧接する
ことを特徴とする請求項１記載のダイヤフラム弁。
【請求項５】
一体金属弁ハウジングと、金属ダイヤフラムと、凸状ダイヤフラムアクチュエータとからなるダイヤフラム弁において、
・前記一体金属弁ハウジングは、
▲１▼片面開き弁室と、
▲２▼中心軸を有する流入路と、一体金属弁ハウジングを通って前記片面開き弁室に通じる前記流入路および流出路と、
▲３▼前記流入路と同心の円環シールビードを規定している前記流入路を取り囲み、前記流入路の前記中心軸を中心に回転する凸状円弧状面として規定される、前記片面開き弁室の一部と、
▲４▼前記一体金属弁ハウジング内に形成され、前記流入路の中心軸と同心で前記片面開き弁室を取り囲み、さらに、前記流入路の中心軸に対して直角で前記円環シールビードに接する平面を規定するダイヤフラムシート、
とからなり；
・前記金属ダイヤフラムは、
▲１▼前記ダイヤフラムシートに固着し、前記片面開き弁室を覆って伸び、
▲２▼不撓状態において、前記円環シールビードに対向する凹状面と、前記片面開き弁室に離間して対向する凸状面とを規定する中心弾性可撓性凹状部分を有し、
▲３▼前記円環シールビードと係合するための硬質金属合金と、シール層に隣接する前記硬質金属合金より柔軟な金属とから形成されたシール層を含む、複数の金属層から形成され；
・前記凸状ダイヤフラムアクチュエータは、
▲１▼前記流入路の反対側の前記ダイヤフラムの前記凸状面上の位置に係合し、
▲２▼前記円環シールビードと堅固な密閉係合のため前記金属ダイヤフラムを歪めるため、前記流入路の方に選択的に移動可能で前記中心軸に沿い、前記金属ダイヤフラムの中心部が、前記ダイヤフラムシートによって規定される前記平面全体を、前記円環シールビードにより囲まれている領域に撓めるようにし、さらに
▲３▼前記金属ダイヤフラムを弾性的に前記不撓状態に戻すことを可能にするために前記流入路と離間して可動である
ことを特徴とするダイヤフラム弁。
【請求項６】
前記ダイヤフラムの前記シール層の前記硬質金属合金がコバルトクロムニッケル合金であり、前記硬質金属合金からなるシール層に隣接する金属が銅からなることを特徴とする請求項５記載のダイヤフラム弁。
【請求項７】
前記ダイヤフラムの前記複数の金属層が、前記硬質金属合金である３層と、より柔軟な前記可撓性金属である２層からなり、より柔軟な前記可撓性金属層は前記硬質金属合金層と隣接し、かつ中間に配置されることを特徴とする請求項５記載のダイヤフラム弁。
【請求項８】
前記凸状ダイヤフラムアクチュエータと前記金属ダイヤフラムは、前記ダイヤフラムに隣接する磨耗屑の拭き取りおよび生成を防止するために、前記一体金属弁ハウジング内で回転不可能であることを特徴とする請求項５記載のダイヤフラム弁。
【請求項９】
一体金属弁ハウジングと、弾性可撓性金属ダイヤフラムと、弁ステムとからなるダイヤフラム弁において、
・前記一体金属弁ハウジングは、
▲１▼片面開き弁室と、
▲２▼中心軸を有し且つ一体金属弁ハウジングを通って前記片面開き弁室に伸びる流入路と、
▲３▼前記前記片面開き弁室から伸び前記金属弁ハウジングを通る流出路からなり、
さらに前記一体金属弁ハウジングは前記片面開き弁室内に円環シールビードを備え、前記流入路を取り囲むよう形成され、
前記円環シールビードは流入路の中心軸を中心に回転する凸状円弧状面として規定され；
・前記弾性可撓性金属ダイヤフラムは、
前記片面開き弁室を密封するために前記弁ハウジングに固定し、
不撓状態において、前記円環シールビードと並置関係にある凹状円弧状面を有する凹状部分を含み、かつ、前記不撓状態において前記流出路から前記片面開き弁室を通り前記流入路への流体流れを可能にするために前記円環シールビードから離間して配置され、
前記片面開き弁室に離間して対向する凸状円弧状面（凸型アーチ状面）を更に有し、
硬質の金属合金である外層と、前記外層より柔軟な金属材料から形成される少なくとも一層の可撓性の内層を含む複数の層から形成され；
・前記弁ステムは、
▲１▼前記流入路の中心軸の軸方向に整列配置し、前記一体金属弁ハウジングに対して移動可能であり、
▲２▼前記弾性可撓性金属ダイヤフラムの表面を、前記流入路の前記中心軸と同心の円環シールビードに対向して係合するための凸状面を備えたアクチュエータ（以下、「凸状アクチュエータ」という。）を備え、
前記凸状アクチュエータは、前記円環シールビードを覆って接線方向に広がる平面から内部に配置される前記円環シールビードの一部と堅固な密封係合するように選択的に前記弾性可撓性金属ダイヤフラムを撓めるための大きさを有して構成され、
前記片面開き弁室の出入りにおける流体流れを遮断するために前記ダイヤフラムが前記円環シールビード方向に偏り、また、
前記流入路と離間する前記アクチュエータの移動が、前記弾性可撓性金属ダイヤフラムを弾性的に前記不撓状態に戻すことを可能にする
ことを特徴とするダイヤフラム弁。
【発明の詳細な説明】
１．技術分野
本発明は、実施的に金属材料で形成されたダイヤフラム弁であって、それを通るガスを確実に浄化する弁に関するものである。
２．背景技術
先行技術によるダイヤフラム弁は弁室で形成された弁ハウジングを備える。流入ならびに流出路はこの弁ハウジングを通って伸びて前記弁室と連通する。可撓性のダイヤフラムにより先行技術による弁室の片方の壁体が形成され、弁室に入る流入路の入口に対向して位置している。
先行技術によるダイヤフラム弁はダイヤフラムアクチュエータを備え、ダイヤフラムの前記弁室の外側と連通する。このアクチュエータはピストン、ばね、加圧流体もしくはそのいくつかの組み合わせからなることができる。前記アクチュエータにより加えられた力は、このダイヤフラムを撓ませて弁ハウジングの前記流入路を前記弁室に対し取囲む部分と封止係合に入れることができる。ピストンの前記弁室から離間させる運動はダイヤフラムを流入路から離間させて移動させ、また流体をこの流入路から前記弁室を通って前記流出路に流入させる。いくつかの先行技術によるダイヤフラム弁は開放位置に付勢されたダイヤフラムを備える。したがってアクチュエータの弁室から離間した運動はダイヤフラムに固有の変更をさせ、弁室に至る流入路を開放する。
ガス流れ系の先行技術によるダイヤフラム弁は典型的例として、移動してダイヤフラムを撓ませ、それにより弁を開閉させることができる弁装置を備える。いくつかのこのような先行技術による弁は手動で操作でき、弁上のボンネット内に係合されたねじ込み弁ステムを備える。このねじ込み弁ステムの手動回転は弁ステムをボンネット内で軸方向に移動させてダイヤフラムを撓ませ、弁の開閉をさせる。いくつかの先行技術による手動ダイヤフラム弁は短い円筒状部材を前記ねじ込み弁ステムとダイヤフラムの間に備える。この短い円筒状部材はダイヤフラムを弁ステムの回転運動から分離させ、それによりダイヤフラム上での摩耗を減少させる。しかしながらこの短い円筒状部材は弁の価格を増大させ、またアセンブリーを複雑にする。したがってこのような短い円筒状部材を弁ステムのダイヤフラムに対する摩擦が問題でない状況で備える明白な理由がない。
いくつかの先行技術によるダイヤフラム弁は自動アクチュエータを備える。この自動アクチュエータは前記弁ステムを回転させることなく軸方向に駆動させる。これにより自動的に操作されるダイヤフラム弁の弁ステムはダイヤフラム上での摩擦はない。したがっていくつかの先行技術によるダイヤフラム弁に用いられている短い円筒状部材はダイヤフラムと、先行技術による自動操作され、また軸方向に駆動される弁ステムの間には配設されなかった。
効果的なシールは事実上あらゆる弁にとって重要な要求条件である。シールは典型的な例として弾性もしくはプラスチック製材料をシール界面が形成される一方あるいは両方の部材上で用いることで強化される。例えばいくつかの先行技術によるダイヤフラム弁は流入路の弁部材に入る入口と取囲む弁座とシール係合して押圧することができる弾性ダイヤフラムを備える。他のダイヤフラム弁は流入路を取囲み、またダイヤフラムによる結合を構成された弾性もしくはプラスチック製弁座を備える。弾性もしくはプラスチック製シール部材は多数の流体流量弁、例えば水搬送用弁もしくは金属と反応する液体薬品搬送用弁で極めて具合よく作動する。
数多くの工業プロセス、例えば半導体ならびにマイクロプロセッサー産業で実施されるプロセスは、高純度のガスの存在を必要とする。このガスは典型的例として、オフサイト場所で生産されて、加圧容器に入れられて適当な製造設備に搬送される。この容器はその後製造設備内で使用上必要とされる配管系との連通に配置される。この配管系にある弁は高純度ガスの流れの周期的停止、始動もしくは制御に用いられる。
高純度ガスを製造設備において搬送するための配管系はこの設備に搬送されるガスの高い純度を保持する構成にされる必要がある。詳述すれば、ガス搬送系のあらゆる部品は特定のガス暴露に応ずるガス拡散、吸湿ならびに寸法変化を防ぐ材料で構成される必要がある。ガス拡散と吸湿は多数のプラスチックならびにゴム製材料と関連している。さらに特定のプラスチックは特定のガスに対する暴露で膨潤することが公知である。さらに多くのプラスチックは高温のガス流れに暴露されると急速に分解することになる。その結果多数の流体流れの応用に適するプラスチックもしくはゴム製のガスケットならびに継手は典型的例として高純度ガス流れの系では避けられている。
ガスのプラスチック製部材への拡散もしくはそれを通る拡散の極少化ならびに吸湿の極少化のため、高純度ガスの流れ系に用いる多数の弁に、これらの問題を事実上極少化するプラスチックで形成された弁座および／または弁部材を配設する。例えば高純度ガスの流れ系に用いられる先行技術によるダイヤフラム弁は金属製ダイヤフラムと、弁に至る流入路を取囲むポリクロロテトラフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）製弁座を用いることができる。ＰＣＴＦＥは極めて良好なシール特性の提供と、最小限のガス拡散ならびに吸湿問題の減少で公知である。これらのダイヤフラム弁は過去においてはかなり具合良く作動したが、搬送されるガスの純度をさらに高める要望がある。したがって以前はＰＣＴＦＥのような適格のプラスチックを含むプラスチックを用いない弁の配設の要望がある。
プラスチック製部材を先行技術による弁から単純に排除することはガスの拡散ならびに吸湿に関連する問題を排除することになる。しかしながらこれらの弁を用いる工業的プロセスは弁を閉鎖した状態でガスの流れを敢えて停止させる必要がある。このようにして技術者は２分法に直面させられた。先行技術による弁は少なくともいくつかのプラスチック製の部材で形成されて有効なシールを提供するが、ガス拡散ならびに吸湿に対する要望は存在する。換言すれば、先行技術による弁はプラスチック製部材なしに形成して、ガスの拡散と吸湿は防げてもシール性能は最適条件に比べその近似の確実性において劣る。
先行技術はシールされるべき２つの部材間の有効なぬぐい取り（wiping）作用に依存する全金属製弁を含む。このぬぐい取り作用は一方の平面が捩られて、流入もしくは流出路を備える第２の平面と密に係合するにしたがって、いくつかの先行技術による弁で起こっている。他の先行技術による弁にあっては、このぬぐい取り作用は円錐状部材が円筒状開口部に滑入されるにしたがって起こっている。この種のぬぐい取り作用は摩擦屑を必ず発生させ、その粒子がガス流に入る原因となる。これらの粒子はガスの純度に著しく影響し、またガスと共存して行われる製造工程に悪影響を及ぼし得る。
ダイヤフラム弁により達成されるシールの特性は部分的には様々な部材の位置決めと整合に左右される。例えばダイヤフラムの中心に完全に整合されていない弁ステムはダイヤフラムの不均一な撓みを生じて完全なシールを行うことができない。さらに弁ステムの不適当な整合はダイヤフラムの一方の部分に他方の部分に対する以上の応力を発生させることにより、より急速な摩耗に繋がり得る。ダイヤフラム弁の部材は完全整合を確実にする許容度を極めて高くして製造できる。しかしながら完全に近い整合の達成に必要な品質管理は製造原価を著しく増大させる。
シールの特性も弁を通るガスの圧力と、弁ステムによりダイヤフラムに印加される力に左右される。閉止ダイヤフラムを横切る比較的高いガスの差圧は先行技術による弁ステムにより印加されて適当なシールを達成するためには比較的強い力を必要とする。手動回転のできる弁ステムにより印加された力は必要に応じて変化させ適切なシールを達成できる。したがっていくつかの手動作動のし易いダイヤフラム弁は密閉ダイヤフラムを横切るガスの差圧が約３０００ｐ．ｓ．ｉ．である時、弁内の高品質のシールを達成できる。自動作動ダイヤフラム弁内の良好なシールの達成は、弁ステムに印加さられる力が総体的に調整できないからさらに困難である。したがって自動作動ダイヤフラム弁は閉止ダイヤフラムを横切る圧力５００ｐ．ｓ．ｉ．のガス差圧を用いることは滅多になかった。より高い圧力をごく日常的にダイヤフラムに印加するためアクチュエータが使用できるであろう。しかしながらこんな高い圧力で作動にかけると、先行技術によるダイヤフラムが強いられたダイヤフラムもしくはシール面の損傷の可能性をつくり出す。上記を考慮すると、本発明の目的は有効なシールを、弁を通るガス流れの純度に悪影響を及ぼすことなく達成することにある。
本発明の別の目的は、効率のよいシールのできる全金属製のダイヤフラム弁の提供にある。
さらに本発明は実質的に粒子の発生を防ぐ全金属製の弁を提供することを目的としている。
特別の目的は高圧のガスが共存する時、長時間運転できる弁を提供することである。
本発明のさらなる目的は事実上すべてのガスが共存していても寸法的に安定した弁を提供することである。
それだけではない。本発明は高圧ガスの効率のよいシールのできる全金属製自動作動ダイヤフラム弁を提供することである。
発明の開示
本発明は中を通るガス流れに暴露された金属製のみからなる部材を備えるダイヤフラム弁に関するものである。本発明のこのダイヤフラム弁は片面開き弁室を備える弁ハウジングを備える。流入ならびに流出路がこの弁ハウジングを通って前記片面開き弁室に延長する。前記金属弁ハウジングの前記流入路を取囲み前記片面開き弁室に延長する部分により前記流入路と同軸で、かつ前記弁ハウジングと単一になることができる円環シールビードが形成される。
本発明のダイヤフラム弁はさらに、前記片面開き弁室の壁体が形成される金属製ダイヤフラムを備える。この金属製ダイヤフラムは前記片面開き弁室への流入路の入口を取囲む前記円環シールビードに並置できる。前記金属製ダイヤフラムの中心部分を皿ばね状の構成にできる。ダイヤフラムのこの皿ばね状の部分は、前記流入路から離間して突出し、弁の開放状態が形成される。ダイヤフラムの皿ばねの形状は弁閉鎖にはより長い行程が必要となるので、したがってより大きいガス流量が適応できるようなより広い片面開き弁室を顕著な特徴とする。この皿ばねの形状は以下さらに詳しく説明されるように、アクチュエータにより引張開放されることなく反復開放させる弾性を提供する。
本発明のダイヤフラム弁は前記金属製ダイヤフラムの凸面側を片面開き弁室に対向係合させる作動手段をさらに備える。この作動手段は前記金属製ダイヤフラムに対し接近離間の移動ができる弁ステムからなる。この弁ステムは自動アクチュエータと機能的に作用できるよう係合して、前記弁ステムを金属製ダイヤフラムとの接近・離間を予め決められた力を用いて強行させることができる。このアクチュエータは公知の構造にして、弁ステムの直線移動を対応する回転移動をさせることなく実施可能とすることができる。
この作動手段は弁ステムとダイヤフラムの間に配置された作動ボタンをさらに備える。この作動ボタンは弁ステムの一端に隣接して移動自在に配置される。弁ステムより、離間して対向するこの作動ボタンの端部はアーチ状の凸形であるが、球面状に構成することが好ましい。作動手段のこのアセンブリーを用いると、アクチュエータは弁ステムと作動ボタンを駆動し前記金属製ダイヤフラムの凸状側面と係合させ、この金属製ダイヤフラムを流入路の方に撓ませて前記円環シールビードと前記片面開き弁室に入る流入路の入口で密にシール係合することになる。詳述すれば、弁ステムの作動は金属製ダイヤフラムが前記円環シールビードと円形のシール接触線を達成させる。前記円環シールビードにより可能となった円形の接触線がプラスチックもしくはゴム製材料が、シールが形成される相互係合面のいずれかの上に無くても高品質のシールを達成する。前記作動手段は流入路より離間して対向するダイヤフラムの面が当初凸型形状であったものを僅かに凹型形状に撓ませることになる。したがってダイヤフラムの部分が前記円環シールビードにより流入口の回りから片面開き弁室まで形成される平面を横切って撓むことになる。この凹型形状になる撓みが作動ボタンを弁ステムに対し半径方向に浮動させ、回りに円環シールビードが生成される軸線上に事実上中心を置いた位置につかせる。このようにして、ダイヤフラム弁の作動毎に、前記作動ボタンが前記円環シールビードの軸線と、程度の高い精度を達成する努力に通常関連する高い原価をかけることなく、極めて正確な同軸的な整合をとることになる。この実施例では、弁ステムは回転しないために、作動ボタンはダイヤフラムを回転運動から分離する機能を行わない。
ダイヤフラムは互いに積層した隣接関係にある複数の金属層で形成される。詳述すれば、このダイヤフラムは弁を通って流れるガスに反応性のない硬質金属材料で形成された外側金属層を備えることができる。このダイヤフラムの硬質の金属外層は比較的可撓性のさらに伸び性を有する金属材料の少なくとも１つの内層の回りにサンドイッチにすることができる。しかしながらこの硬質金属外層は前記可撓性の内層に接着されないので、硬質層の可撓性の層に対する少なくとも局部的な摺動の僅かな量の移動を可能にする。前記硬質金属外層は弁作動の回数が著しい後でさえも、摩耗屑の発生を防ぐことができる。さらに硬質金属外層はダイヤフラムの所望の弾性を付与し、規定の性能を長い耐用年数に亘り確実にできる。前記外層間の可撓性で一層伸び性のある金属材料は、ダイヤフラムと円環シールビードの間の高品質シールの達成に必要な管理されたダイヤフラムの微細移動ならびに変形を可能にする。この管理された微細移動と変形はダイヤフラムが変形してダイヤフラムにもあるいは円環シールビードにも僅かな表面の切れ目をつくることが可能である。ダイヤフラムの外層は硬度ＨＲＣが４０以上の金属合金で形成できる。ダイヤフラムの内側部分は銅もしくは銀めっき銅で形成できる。この銀めっきはダイヤフラムの隣接層間の微細移動を容易にさせる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明に係る弁の断面図である。
図２は開放状態にある弁を示す拡大断面図である。
図３は図２と同様の断面図であるが閉止状態にある弁を示す図である。
図４はダイヤフラムの平面図である。
図５は図１に示されたダイヤフラムの分解断面図である。
発明を実施するための最良の形態
本発明による弁は図１において図面参照番号１０により総体的に示される。この弁１０は金属材料、好ましくはステンレス鋼から単一的に成形および／または機械加工した金属製弁ハウジング１２を備える。この弁ハウジング１２は図１で図面参照番号１４により総体的に示された流入路を備える。この流入路１４は垂直方向に整合された上流と下流セグメント１６と１８とをそれぞれ備える。前記流入路１４の下流セグメントは片面開き弁室２０で終端する。この流入路１４は規定のガスを最高３０００ｐ．ｓ．ｉ．の圧力で前記片面開き弁室に送込む。
前記片面開き弁室２０は流入路１４の下流セグメントと同軸の短円筒状側壁２２を備える。この片面開き弁室２０は前記側壁２２から内側に前記流入路１４の下流セグメントに向って伸びる総体的に環状底壁２４により形成される。この底壁２４は流入路１４の下流セグメント１８の軸線に対し垂直であり、また前記側壁２２に対しても垂直である。環状ダイヤフラム受座２６は前記側壁２２の前記底壁２４から遠隔の部分から半径方向の外側方向に伸びる。前記ダイヤフラム受座２６は流入路１４の下流セグメント１８の軸線と同軸であり、かつ前記片面開き弁室２０の底壁２４に事実上平行している。
円環シールビード２８は流入路１４の下流セグメント１８と片面開き弁室２０の底壁２４の間の界面を形成する。前記円環シールビード２８により流入路１４の下流セグメントの軸線の回りを回転させられる半円形が定まる。前記円環シールビード２８の内周部分は前記流入路１４の下流セグメントが形成される円筒状側壁から連続して、また事実上接線方向に伸びる。前記円環シールビード２８により前記側壁２２の高さに事実上等しい底壁２４から測定した高さが定まる。したがって流入路１４の下流セグメント１８の軸線に垂直で、かつ円環シールビード２８に接線となる平面はダイヤフラム受座２１と共通面となる。
流出路３０が弁ハウジング１２内に形成され前記片面開き弁室２０から弁ハウジング１２上の外側位置に伸びる。詳述すれば流出路３０は流入路１４の下流セグメント１８に事実上平行に伸びる上流セグメント３２を備える。流出路３０の上流セグメント３２は片面開き弁室２０の底壁２４と前記円環シールビード２８と片面開き弁室２０の側壁２２の中間の位置で交差する。流出路３０はさらに流入路１４の上流セグメント１６と事実上同一線上に伸びる下流セグメント３４をさらに備える。
図１に最も明白に示されているように、前記流入路１６の最上流端部と、流出路３０の最下流端部により他の管もしくは継手が接続できるニップルが形成される。
前記弁ハウジング１２が前記流入路１６の下流セグメントの軸線の回りを同軸に伸びる短円筒ダイヤフラム位置決め壁３６によりさらに形成される。このダイヤフラム位置決め壁３６により弁１０と共に用いられるダイヤフラムの直径に事実上等しい直径が定まる。前記ダイヤフラム位置決め壁３６の高さはこの明細書でさらに述べられるように弁１０に用いられるダイヤフラムの厚さを上回る。
弁ハウジング１２の片面開き弁室２０を取囲む外側部分が外側ねじ山の列で形成され、この明細書でさらに述べられるボンネットナットをねじ込み式に収容する。
弁１０は図４と図５に示されているように金属ダイヤフラム４０をさらに備える。このダイヤフラム４０は事実上平面環状周辺部分４２と弾性をもたせた皿ばね状の中間部分４４を備える。この平面環状周辺部４２により定まる直径は前記弁ハウジング１２のダイヤフラム位置決め壁３６により定まる直径より僅かに小さく、また前記円筒状ダイヤフラム位置決め壁３６の高さより小さい厚さが定まる。さらに前記平面環状周辺部分４２によりそれは前記ダイヤフラム４０の皿ばね状の部分４４に隣接する内径が形成され、片面開き弁室２０の側壁２２により定まる直径にほぼ等しい。したがって前記ダイヤフラム４０の平面周辺部分４２が前記円筒状ダイヤフラム受座２６上、かつ前記ダイヤフラム位置決め壁３６内に配置される。
前記皿ばね状の中間部分４４は当初凹型である内面４６と、当初は凸型である外面４８を備える。前記ダイヤフラム４０は前記皿ばね状の部分４４の当初凹型の内面４６が片面開き弁室２０に面するように配設されている。反対に、当初凸型の外面４８は弁ハウジング１２から離れて面している。
図５に最も明瞭に示されているように、ダイヤフラムは積層構成になっていて、ダイヤフラム層５１乃至５５で形成されている。これらの層５１、５３および５５は相対的に硬質で、不活性かつ弾性の材料で形成されているのに対し、層５２と５４は相対的に可撓性の材料で形成されている。好ましい実施例では前記層５１、５３ならびに５５は硬度ＨＲＣが４５乃至６０を示す金属合金で形成される。前記ダイヤフラム層５１、５３と５５はコバルトクロム−ニッケル合金、例えば３９％乃至４１％コバルト；１９乃至２１％クロム、１４％乃至１６％ニッケル、１．５％乃至２．５％マンガン、最高０．１５％炭素、最高０．１０％ベリリウムと残部鉄（約１６％）からなる合金で形成されることが好ましい。このような合金の実施例はＥＬＧＩＬＯＹ  ＬＰ社により市販されているＥＬＧＩＬＯＹ（商品名：登録商標）である。前記ダイヤフラム５０の層５２と５４は可撓性でさらに伸び性のある金属材料、例えば銅、特に銀めっきした銅で形成されることが好ましい。積層ダイヤフラム４０のそれぞれの層５１乃至５５は互いに接着されていない。したがって隣接層の変形と関連する微細移動は可能で、前記円環シールビード２８に存在することもある面のむらに適応できる。
図１を参照すると、前記弁は大径の第１端部５８と小径の第２端部６０ならびに支承肩部６２をその間に備えたダイヤフラムブッシュ５６をさらに備える。前記ブッシュ５６の第１端部５８により前記ダイヤフラム４０の直径に事実上等しい外径が定まる。したがって前記大径の第１端部５８は前記ダイヤフラム位置決め壁３６内に密接に収容できる。前記ブッシュ５６の第１端部５８は前記ダイヤフラム４０の平面外周部分４２を係合するような寸法を有する総体的に平面外周面６４を有する端面を備える。前記ブッシュ５６の端面は前記ダイヤフラム４０の皿ばね状の部分４４より僅かに曲率半径の大きな凹型中心部分６４をさらに備えてそれとの干渉の発生を防いでいる。前記ブッシュ５６は全体をそれに通して伸びる非ねじ込み中心開口部６８を備える。
ステンレス鋼製ダイヤフラムアクチュエーターボタン７０は前記非ねじ込み中心開口部６８内の軸方向に移動できるよう滑動自在に収納されている。このダイヤフラムアクチュエーターボタン７０は前記中心開口部６８の前記ブッシュ５６を通る断面より断面的に小さい。したがってこのダイヤフラムアクチュエーターボタン７０は前記ブッシュ５６の中心開口部６８内で横方向運動もしくは浮動が不可能である。前記ダイヤフラムボタン７０は前記ダイヤフラム４０上の皿ばね状の部分４４の凸型面４８に隣接して配置された球状に構成された凸型作動面７２を備える。このダイヤフラムアクチュエーターボタン７０はさらに、前記ブッシュ５６にある中心開口部６８の軸線に対し事実上垂直に整合された対向端部７３を備える。この端部７３は平面で円滑に仕上げされている。
前記弁１０は前記ブッシュ５６にある中心開口部６８と滑動自在に係合された非ねじ込み弁ステムを備える。前記弁ステム７４の内端７５は円滑に仕上げされ、前記中心開口部６８の軸線に対し事実上垂直に整合されている。したがって前記ダイヤフラムアクチュエーターボタン７０の円滑平面端部７３は弁ステム７４の円滑平面内端７５により係合されることになる。弁ステム７４の外端７６は弁ステム７４を前記片面開き弁室２０に選択的かつ回転不能に強制的に接近もしくは離間させる機能をもつアクチュエーター７８と係合させてある。前記弁ステム７４の前記弁ハウジング１２に接近させる運動は前記円滑平面内端７５を前記アクチュエーターボタン７０の円滑平面端部７３に強制的に押圧する。これらの力は前記ダイヤフラムアクチュエーターボタン７０の凸型作動面７２をダイヤフラム４０の当初凸型外面４８に強制的に押圧することになって、ダイヤフラム４０の撓みをこの明細書にさらに述べるように前記片面開き弁室２０に及ぼす原因になる。逆にいえば、前記弁ステム７４の弁ハウジング１２から離間させるねじ込み運動は前記ダイヤフラムアクチュエーターボタン７０により前記ダイヤフラム４０の凸型面４８上に加えられた（印加された）力を開放することになって、図１と２に示されているように前記ダイヤフラムの撓まない位置への弾性戻りを可能にする。
前記弁１０は前記弁ハウジング１２上のねじ山３８にねじ込み自在に係合させたボンネットナット８２をさらに備える。このボンネットナット８２は内側方向に伸びるフランジ８４を備え、それは前記ブッシュ５６の小径部分を取囲み、また前記肩部６２を前記ブッシュ５６の小径と大径の部分６０と５８の間の肩部を係合する。したがって前記ボンネットナット８２を弁ハウジング上にねじ締めすると、前記ブッシュ５６の大径端部５８を強制的にダイヤフラム４０と確実に掴み係合して押圧してダイヤフラム４０の前記平面外周部分４２を前記ダイヤフラム受座２６に対して確実に固定させる。
図１と２に示されているように、前記弁ステム７４は弁ハウジング１２から比較的遠隔の位置にある。この位置で前記ダイヤフラム４０の本質的に弾性の硬質合金層５１、５３および５５が前記円滑平面端部７３のダイヤフラムアクチュエーターボタン７０を弁ステム７４の端部７５に対して外側方向に、前記円環シールビード２８とダイヤフラム４０の凹型面４６の間に間隔ができるように強制的に押出す。このようにしてガスの流体流れが片面開き弁室２０を通る流入路１４を通り本質的な妨害もなく前進し、かつ流出路３０を出る。前記弁１０は前記弁ステムをさらにブッシュ５６に、また前記ハウジング１２に向い、前記アクチュエーター７０により発生させた力がかかって前進させることで閉鎖される。弁ステム７４の前記ハウジングに接近するこの移動は力を前記ダイヤフラムアクチュエーターボタン７０に伝達することになる。前記ダイヤフラムアクチュエーターボタン７０の球面状に構成された凸型面７２は前記ダイヤフラム４０の皿ばね状の部分４４の当初凸型外面４８に対ししっかりと押付けられることになる。これらの力はダイヤフラム４０の皿ばね状の部分４４を図３に示された向きに撓ませる原因となる。この構成では、前記ダイヤフラムアクチュエーターボタン７０の球面状に構成された凸型面７２はダイヤフラム４０の当初凸型面外面４８の中心部だけに接触し、前記ダイヤフラム４０の中心領域を前記円環シールビード２８を接線状に横切って伸びる平面の対向側に押しやる。したがってシールダイヤフラム４０の外面４８の中心部が撓まされて、僅かに凹型形状をもつようになる。前記ダイヤフラム４０の外面４８により形成された凹型形状は前記円環シールビード２８に対し事実上対称となる。多分前記ダイヤフラムアクチュエーターボタン７０が当初前記円環シールビード２８の軸線と完全に整合されていないのかも知れない。しかしながら前記ダイヤフラム４０の外面４８が図３に示されているように撓んで凹型形状になるにしたがって、ダイヤフラムアクチュエーターボタン７０は、ダイヤフラム４０の外面４８により形成された凹型形状に関し中心になるように横方向に浮動することになる。この浮動は前記ダイヤフラムアクチュエーターボタン７０の球面状に構成された凸型面７２の前記ダイヤフラムの凹型外面に沿い、また前記弁ステム７４により生成された力に対応して僅かな滑動で起こされることになる。横方向の浮動は、ダイヤフラムアクチュエーターボタン７０の凸型面７２の中心がダイヤフラム４０の外面４８により形成された凹型部分の中心と一致する。この浮動は前記円環シールビード２８が回りに生成される軸線に沿って前記ダイヤフラムアクチュエーターボタンの中心を一致させる。前記ダイヤフラムアクチュエーターボタン７０と円環シールビード２８の同軸位置決めは結果として前記ダイヤフラム４０に加えられる事実上均一の力となって前記円環シールビードを均一に取囲む高品質のシールをつくる。前記ダイヤフラム４０のダイヤフラム受座２６とダイヤフラムアクチュエーターボタンの中心の間にある部分が前記円環シールビード２８に対して著しい付勢力を加えることになる。これらの力によって図３にいくぶん誇張して示されているように、接線平面における、あるいはそれから僅かに内側方向における円形の接線が定まる。これらの付勢力がシール界面で非金属材料の共存なしに高品質シールに貢献することになる。
弁１０の引続き起こる開閉は金属製ダイヤフラム４０を円環シールビード２８上の事実上同一位置に、ダイヤフラム４０の前記円環シールビード２８に接する金属対金属の摺動なしに座着させることになる。さらに前記ダイヤフラムアクチュエーターボタン７０は引続く作動中、滅多にないことだが前記円環シールビードの軸線との軸方向の整合から外れて浮動することになる。したがって上述の先行技術による全金属製弁と違って、搬送されるガスの純度に影響の恐れのある摩擦屑の発生もない。さらにダイヤフラム４０の層５１、５３および５５の極めて硬質の合金が良好なばね特性と弾性を示すので、激しいシール力を前記円環シールビード２８に対して加えることになる。可撓性の層５２および５４は隣接する硬質層５１、５３および５５に対して微細移動を受け、隣接硬質層５１、５３および５５が僅かに変形とシールビード２８と、シール界面で存在することのある僅かな顕微鏡的表面の凹凸にも拘らずシール係合させる。この硬質と可撓性の層の間の微細移動は前記可撓性の層に銀めっきすることで促進される。
本発明は好ましい実施例に関し述べられてきたが、請求の範囲により規定されている発明の範囲から逸脱することなく様々な変更ができることは明白である。例えばダイヤフラムは金属の層を少くも多くもして形成できる。さらに材料の層のダイヤフラム内の配置はこの明細書で示されたものとは異なる。しかしながらダイヤフラムの層は極めて硬質の金属合金が円環シールビードと、この硬質層に隣接する比較的可撓性の層との確実な係合が得られる配置にする必要がある。また弁ハウジングが、流入路と流出路に対し異なる相対的位置をとり、また本明細書に示された手動ハンドルよりはむしろ油圧弁アクチュエーターを含む他の作動手動を備えるような他の形態をとることもできる。その他の変更も当業者にとっては本開示を理解した後は明白になることであろう。
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図２】
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【図３】
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