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JP2552957B2 - 漏れ検出及び封じ込めを伴なう流体制御弁及びシステム - Google Patents
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JP2552957B2 - 漏れ検出及び封じ込めを伴なう流体制御弁及びシステム - Google Patents

漏れ検出及び封じ込めを伴なう流体制御弁及びシステム

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JP2552957B2 JP50956390A JP50956390A JP2552957B2 JP 2552957 B2 JP2552957 B2 JP 2552957B2 JP 50956390 A JP50956390 A JP 50956390A JP 50956390 A JP50956390 A JP 50956390A JP 2552957 B2 JP2552957 B2 JP 2552957B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、一般に、流体流量制御弁に関し、特に、漏
れ検出手段及び漏れ封じ込めの設備を有する改良された
弁アセンブリに関する。
従来の技術の簡単な説明 流体の流量制御を適用する用途は数多くあり、その場
合には、腐蝕性、苛性又は化学的に純正な流体の流れを
制御しなければならず、これまでに、そのような目的に
適する適切な空気圧弁や電気作動式弁を提供するために
様々な試みがなされている。そのような弁の１つはDe L
orenzo他の米国特許第4,010,769号の主題であり、この
特許に開示される弁は、閉鎖部材を弁座に対して接離す
るように移動させるためにソレノイド，空気弁又はその
他の手段などの作動手段により移動自在であるプランジ
ャを含む。一次ダイアフラム又はシールを通る漏れ、特
に、作動手段に入り込む漏れに対する安全を確保するた
めに、弁の流体処理部分は二次ダイアフラム,Oリング又
は他の形態の密封構造により作動手段から密封される。
漏れが第１の密封手段を通過した場合には、第１の密封
手段と第２の密封手段との間の空間に液体が流入するこ
とにより、排出通路を通る流体の外方への流れが起こ
り、それにより、第１の密封手段を通過した漏れが指示
されるので、漏れのあることがわかり、作動手段又はシ
ステム自体の損傷が起こる前に第１の密封手段を交換で
きる。
この弁はダイアフラムの故障の検出を可能にするのに
は適しているが、アクチュエータ機構又は流体自体の腐
蝕又は汚染を厳密に制限しなければならない用途には向
いていない。たとえば、半導体製造の分野では、流れが
汚染物の面と瞬間的に接触しただけでも重大な事態が起
こりうるので、処理用化学薬品や消イオン水の供給をで
きる限り純正に保たなければならない。De Lorenzoの図
１に示されている弁閉鎖部材はテフロン製であると指示
されているが、その周囲の弁本体と関連する部品は金属
製であると思われ、そのため、ダイアフラムの故障がほ
ぼ直ちに制御される流体の汚染を引起こすおそれのある
用途には適していないであろう。さらに、De Lorenzoの
発明の目標は、流体の汚染の防止に向いているのではな
く、作動機構を偶発的に制御される流体にさらされる状
況から保護するということである。その上に、弁装置そ
れ自体は、逆流圧力によってゲートが弁座に安定しなく
なり、さらには、ゲートの閉鎖までも阻止される可能性
もある種類のゲート弁である。そして、最後に、ダイア
フラムの故障を自動的に検出する手段は設けられていな
い。
De Lorenzo他により開示されている種類の弁と関連す
るもう１つの問題点は、密封面の摩擦係合が弁の有効寿
命に悪影響を与え、また、長期間にわたる閉鎖の後で
は、密封面は残留変形しがちであるために、装置の密封
能力が限定されてしまうことである。Stackの米国特許
第4,538,638号,Botelarの米国特許第3,407,838号,McFar
landの米国特許第3,542,286号及びPrieseの米国特許第
3,451,423号は、そのような用途にはせき形弁がより適
していることを開示している。しかしながら、そのよう
な装置は、漏れの結果としての流体汚染の問題及びダイ
アフラム故障の自動的な即時検出の必要性に取組むのに
適合するものではなかった。
本発明の概要 従って、本発明の主な目的は、弁の故障の場合に制御
される流体の汚染を回避する手段を有する改良された流
体流量制御システムを提供することである。
本発明の別の目的は、ダイアフラム故障の即時検出を
実行する手段を含む前述の種類の装置を提供することで
ある。
本発明の別の目的は、漏れ封じ込め機能を有する前述
の種類の装置を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、大きな摩擦接触なく係合
する密封面を有する前述の種類の装置を提供することで
ある。
簡単にいえば、本発明の好ましい実施例は、アクチュ
エータと、せき形弁及び関連する弁ハウジングと、１対
の互いに離間するダイアフラムとを含み、その一方のダ
イアフラムはせき形弁の閉鎖部材として働き、他方のダ
イアフラムは、制御される流体の汚染を直ちに防止し、
作動機構を保護し且つ弁閉鎖故障の即時検出を可能にす
る封じ込めチャンバの限界を規定する二次シールを構成
するような流量制御装置を１つ又は複数内蔵する流体処
理システムから成る。チャンバの内部に配置されたピス
トン部材は２つのダイアフラムと結合し、流体検出装置
は２つのダイアフラムの間に形成された密封封じ込めチ
ャンバと連通して配置されている。システムは、その検
出装置に応答して、故障が検出された場合にはシステム
を瞬時に動作停止させるように動作する電子制御装置を
含む。
本発明の重量な利点は、ダイアフラム故障の場合であ
っても、弁と封じ込めチャンバの構成要素の漏れる全て
の面は化学的に不活性の材料から成るか又はそのような
材料によって被覆されているので、汚染は全く起こらな
いことである。
本発明の別の利点は、ダイアフラム故障の場合に、ダ
イアフラムからの漏れが２つのダイアフラムの間の空間
の中に封じ込められることである。
本発明のさらに別の利点は、流体供給系の即時動作停
止を実行できるようにダイアフラム故障を直ちに検出す
る手段が設けられていることである。
本発明の上記の目的及び利点並びにその他の目的及び
利点は、図面のいくつかの図に示されている好ましい実
施例の以下の詳細な説明を読んだ後には、当業者には確
実に明白になるであろう。
図面中 図１は、本発明に従った弁装置を含む流体制御システ
ムを示す部分切取り正面図である。
図２は、図１に示す実施例の構成要素をさらに示す展
開斜視図である。
好ましい実施例の詳細な説明 そこで、図面の図１を参照すると、本発明に従った流
体流量制御システム及び制御弁装置が示されている。さ
らに詳細にいえば、ブロック線図の形態で概略的に示す
ように、弁アセンブリ10は流体供給源14からポンプ12に
より流体使用機器16へ送り出される液体又は気体の形態
をとる流体の流量を制御する。弁アセンブリ10とポンプ
12の作動制御を行うのは制御装置18であり、検出器20は
弁アセンブリ10の内部の漏れに応答して、制御装置18へ
信号を出力し、制御装置18は直ちにポンプシステムを停
止させる。さらに、システムは、破線21により示すよう
に、同様に制御装置18へ信号を送信することができる適
切な圧力検出器又は汚染検出器を含むインラインフィル
タを含んでいても良い。
アセンブリ10の構成部品はせき形弁22と、アクチュエ
ータ機構24と、アクチュエータアセンブリを弁本体に物
理的に結合し、封じ込めチャンバ27を形成する機構ハウ
ジング26とを含むことがわかるであろう。
アクチュエータ機構24は電気的、油圧式又は空気圧式
のいずれかの適切な種類の線形アクチュエータであれば
良く、アクチュエータロッド32によってプランジャ30に
装着された電機子28を含む。電機子28のねじ付き延出部
34はダイアフラム36にある開口35を通って延出しアクチ
ュエータロッド32の上端部に螺合するが、このアクチュ
エータロッド32自体はプランジャ30にねじ結合してい
る。ダイアフラム36はポリテトラフルオロエチレン（PT
FE）などの不活性可撓性プラスチック材料から製造され
ているのが好ましく、ダイアフラムには、電機子28及び
アクチュエータロッド32の軸方向運動に対応する中心部
分37が形成されている。アクチュエータロッド32は304
型ステンレス鋼ポリフルオロアロキシル（PFA）から製
造されているのが好ましく、上端部に、電機子28のねじ
付き端部34を受入れるための雌ねじ孔を有する。下端部
は38で指示するように雌ねじ付き部分であり、PTFE密封
リング40を貫通して、以下にさらに説明するプランジャ
30の軸方向に連続する孔の中に螺合受入れされることに
なる。
プランジャ30は丸い下面42を有するほぼ円筒形の本体
であり、図示されている弁閉鎖位置と、点線30′により
表されている弁解放位置との間で移動自在である。プラ
ンジャ30の両側から延出しているガイドリブ44は、プラ
ンジャ30が上下動するときのプランジャの回転を阻止す
るために、ハウジング26の内壁46に形成されている溝穴
（図２に示す）に係合する。
ハウジング26は成形不活性プラスチック材料又はPFA
で被覆した304ステンレス鋼のいずれかから製造されて
いるほぼ矩形の本体として形成され、それを貫通する円
筒形の形状の軸方向の孔46を有する。孔46には、その両
側に形成されて、プランジャ30のリブ44を受入れ、プラ
ンジャ30が孔46の中で長手方向に動くときにプランジャ
を案内し且つその回転を阻止しする働きをする溝穴（図
示する通り）が設けられている。ハウジング26には、横
方向に延出して孔46と連通するねじ付き孔50も設けられ
ている。孔50は適切な漏れ追跡検出プローブ52のねじ付
き端部を受入れる。
一般に弁22は先に述べた従来の特許の中のいくつかに
開示されているせき形であり、PFAから製造された成形
弁本体56から構成されており、横方向に向いた入口開口
58及び出口開口60と、内部せき62とを有し、その内部せ
きの上部は弁溝穴を形成する。第１のダイアフラムアセ
ンブリ64は、実際には、２つのダイアフラム部材65及び
66から構成されている。部材65はPTFEから製造された成
形部材であり、弁の一次閉鎖ダイアフラムを形成する。
67で指示するように、この部材は、弁がその閉鎖状態に
あるときに弁座を形成するせき62の上面と密封係合する
一体に形成されたリブ67を含む。ダイアフラム65の上方
にすぐ隣接して配設されている支持ダイアフラムアセン
ブリ66は、接合複合構成から成り、それぞれPTFE,VITO
N,PTFEから製造された３つの層66,68及び70を含むと共
に、以下に説明するように、プランジャ30に装着される
中心部分72が形成されている。アセンブリ66には、それ
を貫通して、ダイアフラムが万一故障した場合にも流体
をチャンバ27へ流通させる通路を形成する開口71が設け
られている。
上述の弁とアクチュエータアセンブリは、保持板80
と、弁本体56,ダイアフラム65及び66,ハウジング26並び
にダイアフラム36にある開口を通って、アクチュエータ
アセンブリ24の下部に設けられたねじ付き孔の中に螺合
受入れされる４本の保持ボルト82とにより所定の場所に
保持される。
漏れ追跡検出プローブ52は、光ファイバ心線53に結合
する光学検出器を含むのが好ましく、孔46により形成さ
れるチャンバ27に対向する円錐形の先端部51から構成さ
れている。先端部51は、周囲が空気であるときは高レベ
ルの内面反射を示すが、液体と接触しているときには実
質的に異なる反射特性を示す屈折率を有する。その結
果、心線53の１本又は複数本のファイバを通って先端部
51へ伝達され、そこで、反射されて他の受光ファイバに
戻る光のレベルは検出閾値を下回り、漏れが報知され
る。
あるいは、ここでは52として示されている光学漏れ追
跡プローブの代わりに、適切な抵抗性，容量性又は他の
適切な種類のプローブを使用することもできるであろ
う。
次に、図面の図２を参照すると、一般に好ましい実施
例の詳細がさらに示されている。たとえば、第２のダイ
アフラム36はほぼ矩形の形状であり、四隅には、保持ボ
ルトを受入れて、それらをアクチュエータアセンブリ24
のハウジングにあるねじ付き開口25に螺合させるための
開口39が設けられていることである。また、先に説明し
たように、電機子28のねじ付き延出部34がロッド32の上
端部に螺合できるように貫通する中心開口35にも注意の
こと。ロッド32のねじ付き部分38は、プランジャ30のね
じ付き孔39を貫通して密封座金76をロッド32の先端部32
と、ダイアフラムアセンブリ64の上面の中央部分に装着
されているかみ合い面77との間に挟持するのに十分な長
さを有する。それと一体に形成され且つ上方へ（図２で
は右側のほうへ）延出しているねじ付き差し込み軸74
は、座金76にある開口79を通って、さらにはロッド32の
ねじ付き孔41に螺合する。
ハウジング26に関しては、面27はくぼんでおり、ダイ
アフラム66及び65のアライメントタブ63及び69をそれぞ
れ受入れるように31及び33で指示する通りの切欠きが形
成されているリップ29により取囲まれていることであ
る。これにより、ダイアフラムは確実に正しく、適正な
向きで設置されるので、リブ67はせき62と適正にアライ
メントされる。
図面に示すように、構成要素26,66,65,56及び80は、
その四隅に、保持ボルト82の１つを受れるために形成さ
れた開口をそれぞれ有している。
第２のダイアフラム36と保持板80との間にある全ての
構成部品はプラスチック材料から製造されているか、又
はプラスチック材料で被覆したステンレス鋼から製造さ
れているのでダイアフラムが故障した場合に濡れるか又
は濡れるかもしれない面は、いずれも、流体の汚染を引
起こさないことがわかるであろう。
支持ダイアフラムアセンブリ66に関しては、アセンブ
リ全体を貫いている開口の内面が、Viton層68との流体
接触を阻止するために、PTFEなどのプラスチックで被覆
されていることを指摘すべきであろう。
組立て後、動作中には、弁アセンブリ10を使用して、
14で示すような何らかの供給源から図１に16で示すよう
な何らかの使用機器へ向かう流体の流量を正確に制御す
ることができる。何らかの理由によって第１のダイアフ
ラム65が万一故障した場合には、そこを通って漏れ出る
流体は直ちに支持ダイアフラムアセンブリ66の開口71を
通ってチャンバ27に入り、そこでプローブ52の端部51と
接触し、その結果、検出器20は漏れの存在を感知して、
ポンプを停止させると共に、システムを通る流体の流れ
を止めるためにプランジャ30を下方へ駆動させるよう
に、信号により制御装置18に報知する。第２のダイアフ
ラム36はチャンバ27の上端部を密封させるので、漏れは
その内部に収容され、また、チャンバ27の全ての内面は
不活性プラスチックから形成されているか又は不活性プ
ラスチックで被覆されているかのいずれかであるので、
流体の汚染は起こらない。第１のダイアフラム65に先立
って第２のダイアフラム36が故障しないように保証する
ために、設計時には第２のダアイフラムのサイクル寿命
がダイアフラム65より実質的に長くなるように保証する
ための配慮をする。
１つの好ましい実施例によって本発明を開示したが、
この開示を読んだ後では本発明の数多くの変形や変更が
当業者には明白になるであろうということが予想され
る。従って、添付の請求の範囲は本発明の真の趣旨に含
まれるそのような全ての変更及び変形を包含すると広い
意味で解釈されるものとする。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キャデイ，バイロン・シイ アメリカ合衆国 95020 カリフォルニ ア州・ジルロイ・サンタ バーバラ ド ライブ・7720 (56)参考文献 実開 昭63−17434（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4794940（ＵＳ，Ａ)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】制御手段と、それに応答して、供給源と使
    用機器との間の流体の流量を制御する弁手段とを含む流
    体制御システムにおいて、 せきの頂面により形成された弁座と、第１のダイアフラ
    ム手段により担持された閉鎖手段にして前記弁座に係合
    すると流れを止める閉鎖手段とを含み、この閉鎖手段に
    は、前記第１のダイアフラム手段の表面に直径に沿って
    延びるリブが含まれていて、前記第１のダイアフラム手
    段のリブの各側はほぼ同一の表面領域で前記せきの各側
    に対応しており、前記リブは前記弁座と係合すると前記
    弁手段を通る流体流路を閉鎖する弁と； 前記第１のダイアフラム手段と共動して、閉鎖封じ込め
    チャンバを形成する第２のダイアフラム手段及びハウジ
    ング手段と； 前記チャンバを通って延び、前記閉鎖手段を開放状態と
    閉鎖状態との間で選択的に移動させるアクチュエータ手
    段と； 前記チャンバに通じそれに密封状態に配設されいて、前
    記チャンバに流入する流体の有無を検出し、前記チャン
    バ内への流体の漏れを直ちに表示する漏れ検出信号を発
    生する漏れ検出器手段とを具備し； 前記制御手段は、前記漏れ検出信号に応答して、前記ア
    クチュエータ手段に前記弁を閉鎖させ、前記供給源から
    前記使用機器への流体の流れを終止させて、チャンバ内
    の汚染物が流体の流れに侵入するのを阻止し； 前記チャンバ内に形成された全ての表面は、前記チャン
    バの中へ漏れた流体が汚染されることを防ぐように不活
    性プラスチック材料で被覆されたものであることを特徴
    とする流体制御システム。
  2. 【請求項２】前記漏れ検出器手段は、前記ハウジングの
    壁中の開口を通って延び、前記チャンバ内における流体
    の有無を光学的に検出する光学センサである、請求項１
    記載の流体制御システム。
  3. 【請求項３】前記第１のダイアフラム手段は、前記チャ
    ンバ内において前記第１のダイアフラム手段に隣接して
    配置されたダイアフラム支持部材を含み、前記ダイアフ
    ラム支持部材には、前記第１のダイアフラム手段を通過
    した流体を前記チャンバの中まで進ませる開口が形成さ
    れている、請求項１記載の流体制御システム。
  4. 【請求項４】前記ダイアフラム支持部材は、伸縮性に欠
    ける材料から成るシートの両面に接合された、第１の可
    撓性のある不活性プラスチック材料および第２の可撓性
    のある不活性材料から構成される多層のダイアフラムア
    センブリであり、前記ダイアフラムアセンブリは前記第
    １のダイアフラム手段に比べて固いけれども、可撓性を
    有する支持体を形成している、請求項３記載の流体制御
    システム。
  5. 【請求項５】条件応答弁制御手段を含む無汚染流体シス
    テムで使用するための電気的に作動可能な弁装置におい
    て、 入口と、出口と、弁座とを形成する手段と； 前記弁座に係合すると、前記入口から前記弁装置を通っ
    て前記出口に至る流れを止める閉鎖手段を形成する第１
    のダイアフラム手段と； 第２のダイアフラム手段と； 前記第１のダイアフラム手段及び前記第２のダイアフラ
    ム手段と共動して、閉鎖封じ込めチャンバを形成するハ
    ウジング手段と； 前記チャンバ内において前記第１のダイアフラム手段に
    隣接して配置されていて、前記第１のダイアフラム手段
    を通過した流体を前記チャンバの中まで進ませる開口が
    形成されているダイアフラム支持手段と； 前記チャンバに通じそれに密封状態に配置されていて、
    前記チャンバに入る流体の有無を検出し、前記チャンバ
    の中への流体の漏れを直ちに表示する漏れ検出信号を発
    生する漏れ検出器手段と； 前記第１のダイアフラム手段及び前記第２のダイアフラ
    ム手段に結合し、前記チャンバを通って延び、前記閉鎖
    手段を開放状態と閉鎖状態との間で移動させるアクチュ
    エータ手段にして、前記漏れ検出信号に応答して、前記
    弁装置を閉鎖させ、前記弁装置を通過する流体の流れを
    終止させることにより、チャンバ内の汚染物が流体の流
    れに侵入するのを阻止するように動作するアクチュエー
    タ手段とを具備し； 前記チャンバ内に形成された全ての表面は、前記チャン
    バの中へ漏れた流体が汚染されることを防ぐように不活
    性プラスチック材料で被覆されたものである電気的に作
    動可能な弁装置。
  6. 【請求項６】前記弁装置はせきを含み、前記閉鎖部材
    は、前記第１のダイアフラム手段の表面に形成されたリ
    ブを含み、前記せきの表面に係合すると、前記弁装置を
    通る流体の流路の閉鎖させる、請求項５記載の電気的に
    作動可能な弁装置。
  7. 【請求項７】前記漏れ検出器手段は、前記ハウジングの
    壁中の開口を通って延び、前記チャンバの内部における
    流体の有無を光学的に検出する光学センサである、請求
    項５記載の電気的に作動可能な弁装置。
  8. 【請求項８】前記ダイアフラム支持部材は、伸縮性に欠
    ける材料から成るシートの両面に接合された、第１の可
    撓性のある不活性プラスチック材料および第２の可撓性
    のある不活性材料とから構成される多層のダイアフラム
    アセンブリであり、前記ダイアフラムアセンブリは前記
    第１のダイアフラム手段に比べて固いけれども、可撓性
    を有する支持体を形成している、請求項５記載の電気的
    に作動可能な弁装置。
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