CN1768226A - 流体控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种流体控制器，其中，主体(22)的凹部(25)包括接近开口的大直径部(25a)和通过台阶部部(25b)连接到大直径部(25a)的下方的小直径部(25c)。在凹部(25)配合流路形成圆盘(26)。流路形成圆盘(26)包括配合于凹部大直径部(25a)的大直径圆筒部(31)，支承于凹部台阶部(25b)的连接部(32)，及具有比凹部小直径部(25c)的内径小的外径、下端由凹部(25)的底面支承的小直径圆筒部(33)。在流路形成圆盘的连接部(32)形成连通小直径圆筒部外侧环状空间(S1)与大直径圆筒部内侧环状空间(S2)的多个贯通孔(34)。流体流入通道(23)连通到流路形成圆盘(26)的小直径圆筒部(33)下端，流体流出通道(24)连通到小直径圆筒部外侧环状空间(S1)。

Description

流体控制器
技术领域
本发明涉及一种流体控制器，特别是涉及一处适合于处理大流量的流体的流体控制器。
背景技术
作为本发明的对象的流体控制器被称为隔膜阀，广泛得到使用(例如参照专利文献1：日本特开2003-42314号公报)，图4示出其典型的构成。
该流体控制器1具有块状主体2、环状阀座3、隔膜4、阀体推压构件5、圆筒状的阀盖6、筒状外螺纹构件7、罩8、阀杆9、开闭手柄10、及压缩螺旋弹簧11，其中，该块状主体2具有流体流入通道2a、流体流出通道2b、及朝上方开口的凹部2c；该环状阀座3设于流体流入通道2a的周缘；该隔膜4被推压到环状阀座3或从其离开，从而开闭流体通道2a；该阀体推压构件5推压隔膜4，可上下移动；该圆筒状阀盖6将下端部插入到主体2的凹部2c，朝上方延伸；该筒状外螺纹构件7拧入到设于主体2的凹部2c内周的内螺纹部，而将阀盖6固定于主体2；该罩8覆盖处于筒状外螺纹构件7的上方的阀盖6；该阀杆9可上下自由移动地插入到阀盖6，下端接触于阀体推压构件5，上端部比罩8更朝上方突出；该开闭手柄10固定于阀杆9上端部，通过受到回转，从而使阀杆9上下移动；该压缩螺旋弹簧11支承于阀杆9下端部与阀盖6上端部之间，朝下方对阀杆9施加弹性力。
主体2的流体流入通道2a的一端朝左方开口，另一端在凹部2c的底面中央部开口，流体流出通道2b的一端朝右方开口，另一端在凹部2c的底面右部开口。
罩8形成为具有顶壁8a的圆筒状，在其顶壁8a设置有使阀杆9上端部插通的贯通孔。手柄10从平面观看时大体为长圆形，而且，在其纵向的中央部具有缩颈部10a。罩8通过将贯通其周壁的小埋头螺钉12拧入到设于阀盖6的内螺纹，从而固定于阀盖6。
阀杆9在下端部具有凸缘9a，在阀盖6的下端部设置有可使凸缘9a上下移动地对该凸缘9a进行引导的内周面和阻止凸缘9a朝预定位置上方移动的台阶部。在阀杆9的凸缘9a的上方的部分通过轴承16安装弹簧支承用环17。压缩螺旋弹簧11由该弹簧支承用环17和设于阀盖6上部的环状台阶部支承。
在罩8的顶壁与阀盖6的顶面之间设置间隙，在位于该间隙的阀杆9的部分，贯通水平轴13，在其两端部分别安装轴承14。在阀盖6的上端形成导向面15，该导向面15用于对这些轴承14进行引导，从平面观看为环状，而且在高度方向上形成为平滑的凹凸状。导向面15中的离开180°的位置的1对凸部15a对于轴承14进行支承。
阀杆9由压缩螺旋弹簧11时常朝下施加弹性力，由该弹性力将轴承14推压到导向面15。导向面15具有凹部15b，该凹部15b随着从凸部15a朝周向移动，高度逐渐减小，在从凸部15a朝周向移动90°的位置，高度最低。图中示出流路关闭的状态，导向面15中的1对凹部15b支承轴承14，这样，阀杆9位于下方即流体通道闭位置。当处于从图中的状态使阀杆9回转90°的状态时，在由压缩螺旋弹簧11的弹性力推压到导向面15的状态下，轴承14在导向面15上移动，回转90°后，由导向面15中的1对凸部15a支承轴承14，结果，阀杆9位于上方即流体通道开位置。这样，通过使手柄10回转90°，从而可切换闭与开。
在由图4示出一例的过去的流体控制器1中，使流体流入通道2a的凹部侧的开口处于环状阀座3的内侧，使流体流出通道2b的凹部侧的开口处于环状阀座3的外侧，这些开口的直径都由隔膜直径(凹部的直径)限制其最大值(隔膜直径的1/3左右)。为了增加流量系数或Cv值，需要随着各通道2a、2b的凹部侧开口的直径增大而增大隔膜4的直径，为此，需要使流体控制器1大尺寸化。可是，在现有的装置中，由于设置空间的问题的原因，不能使流体控制器大尺寸化的场合较多，大流量化较困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不增大流体控制器即可流过大流量的流体的流体控制器。
本发明的流体控制器具有块状主体和隔膜，其中，该块状主体具有流体流入通道、流体流出通道、及朝上方开口的凹部；该隔膜通过被推压到配置于主体的凹部内的环状阀座或从其离开而对流体通道进行开闭，其特征在于：凹部为由大直径部和小直径部构成的形状，该大直径部接近开口，该小直径部通过台阶部与大直径部的下方相连，同时，还具有嵌入到该凹部的流路形成圆盘；流路形成圆盘由大直径圆筒部、小直径圆筒部、及连接部构成，该大直径圆筒部流体密封地配合到凹部大直径部；该小直径圆筒部具有比凹部小直径部的内径小的外径，其下端由凹部的底面支承；该连接部连接大直径圆筒部的下端部与小直径圆筒部的上端部，而且由凹部台阶部支承；隔膜的周缘部固定于流路形成圆盘的大直径圆筒部的上端部，阀座设于流路形成圆盘的小直径圆筒部的上端部，由流路形成圆盘的大直径圆筒部内周、隔膜、阀座、及流路形成圆盘的连接部上表面形成大直径圆筒部内侧环状空间，在流路形成圆盘的连接部形成多个贯通孔，该多个贯通孔连通形成于流路形成圆盘的小直径圆筒部与凹部的小直径部周面之间的小直径圆筒部外侧环状空间与大直径圆筒部内侧环状空间；流体流入通道和流体流出通道的任一方连通到流路形成圆盘的小直径圆筒部下端，其另一方连通到小直径圆筒部外侧环状空间。
由流路形成圆盘，在流体流入通道与流体流出通道之间，形成由小直径圆筒部内、阀座～隔膜间、大直径圆筒部内侧环状空间、连接部贯通孔、及小直径圆筒部外侧环状空间构成的通道。其中，小直径圆筒部的截面积可比流体流入通道和流体流出通道双方的开口处于凹部底面的已有技术的通道开口大，另外，连接部贯通孔形成于小直径圆筒部的外侧的环状部分，所以，容易使其总截面积为与小直径圆筒部的截面积相符的程度，与已有技术相比，可增大通道截面积。
在按照本发明的流体控制器中，作为使隔膜压到阀座或从其离开的操作驱动部，可为由手动使阀杆上下移动的构成，也可为由压缩空气或螺线管等使其上下移动的构成。另外，流体控制器可为常开类型，也可为常闭类型。
连通到流路形成圆盘的小直径圆筒部下端的通道由从小直径圆筒部下端朝正下方延伸的短通道和从短通道的下端以锐角状朝外方延伸的长通道构成，连通到小直径圆筒部外侧环状空间的通道从小直径圆筒部外侧环状空间朝斜下方向外延伸。
另外，有时在主体的一侧面以突出状设置具有与长通道连通的倾斜状通道的接头部，在主体的另一侧面以突出状设置具有与连通到小直径圆筒部外侧环状空间的通道连通的倾斜状通道的接头部。
形成于流路形成圆盘的连接部的多个上下方向贯通孔的合计截面积最好为流路形成圆盘的小直径圆筒部的截面积的0.5～2.0倍。这样，可容易地获得小而且大流量的流体控制器。
在流路形成圆盘的下端面与主体的凹部的底面之间最好设置密封构件。在该场合，在流路形成圆盘的下端面和主体的凹部的底面最好形成分别与密封构件的上下面紧密接触的环状密封突起。
密封构件形成为金属制的密封垫圈，其维氏硬度最好为80～200Hv，为100～140Hv时更理想。流路形成圆盘的下端面与主体的凹部的底面的维氏硬度最好为250～450Hv，为3000～400Hv则更理想。另外，密封突起最好进行镜面加工，在密封垫圈最好形成特氟隆涂层。
按照本发明的流体控制器，可使通道截面积比过去的通道截面积大，所以，可在保持相同的流体控制器的大小的同时增加流量系数，或者，可在保持流量系数的同时实现流体控制器的小型化。
附图说明
图1为示出本发明的流体控制器的第1实施方式的纵截面图。
图2为示出本发明的流体控制器的第1实施方式的俯视图。
图3为示出本发明的流体控制器的第2实施方式的纵截面图。
图4为示出本发明的流体控制器为对象的过去的流体控制器的纵截面图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的实施方式。在以下的说明中，左右指图的左右。
图1和图2示出本发明的流体控制器的实施方式。
流体控制器21具有块状主体22、流路形成圆盘26、环状阀座27、隔膜28、及操作驱动部29，其中，该块状主体22具有流体流入通道23、流体流出通道24、及朝上方开口的凹部25；该流路形成圆盘26嵌入到主体22的凹部25；该环状阀座27设于流路形成圆盘26；该隔膜28被推压到阀座27或从其离开，从而开闭流体通道23；该操作驱动部29将隔膜28推压到阀座27或从其离开。
凹部25由接近开口的大直径部25a和通过台阶部25b与大直径部25a的下方相连的小直径部25c构成。
操作驱动部29具有隔膜推压构件41、圆筒状阀盖42、阀盖螺母43、阀杆44、及压缩螺旋弹簧45，其中，该隔膜推压构件41推压隔膜28的中央部分，可上下移动；该圆筒状阀盖42以朝下方推压隔膜28的周缘部的方式将下端部插入到主体22的凹部22c，并朝上方延伸；该阀盖螺母43螺纹接合到设于主体22的凹部22c外周的螺纹部，将阀盖42固定于主体22；该阀杆44可自由上下移动地插入到阀盖42内，下端接触于阀体推压构件5；该压缩螺旋弹簧45朝下方对阀杆44施加弹性力。
流路形成圆盘26包括大直径圆筒部31、小直径圆筒部33、及连接部32，其中，该大直径圆筒部31流体密封地配合于凹部大直径部25a；该小直径圆筒部33具有比凹部小直径部25c的内径小的外径，下端由凹部25的底面支承；该连接部32连接大直径圆筒部31的内侧面下端部与小直径圆筒部33的外侧面上端面，而且支承于凹部台阶部25b。这样，在流路形成圆盘26的小直径圆筒部33与凹部小直径部25c周面之间形成小直径圆筒部外侧环状空间S1。
阀座27设于流路形成圆盘26的小直径圆筒部33的上端面，其前端(上端)形成得与流路形成圆盘26的大直径圆筒部31的上端的高度大体相同。隔膜28将其外周缘部固定于流路形成圆盘26的大直径圆筒部31的上端部，同时，在由隔膜推压构件41朝下方推压的场合，在外周缘部的径向内侧的环状部分接触于阀座27的前端。这样，形成由流路形成圆盘26的大直径圆筒部31的内周、隔膜28、阀座27、及流路形成圆盘26的连接部32上表面围住的大直径圆筒部内侧环状空间S2。
在流路形成圆盘26的连接部32如图2所示那样，沿周向按相等间隔形成连通小直径圆筒部外侧环状空间S1与大直径圆筒部内侧环状空间S2的多个上下方向贯通孔34。
流体流入通道23包括从流路形成圆盘26的小直径圆筒部33下端开口朝正下方延伸的短通道23b和从短通道23b的下端以锐角状朝左方(外方)延伸的长通道23a，这样，流体流入通道23的凹部侧开口连通到流路形成圆盘26的小直径圆筒部33下端。在主体22的左侧面以突出状设置入口侧的接头部35，在该接头部35形成以延长状与流体流入通道23的长通道23a相连的倾斜状的接头构件内通道35a。
流体流出通道24从小直径圆筒部外侧环状空间S1的右面朝右下(斜下外方)延伸。在主体22的在侧面以突出状设置出口侧接头部36，在该接头部36形成以延长状与流体流出通道24相连的倾斜状的接头构件内通道36a。
在入口侧和出口侧的接头部35、36的外周设置外螺纹部。这些接头部35、36的形状不限于此，可为多种类型。
按照上述流体控制器21，在隔膜推压构件41移动到上方的流路开状态下，流体按接头部内通道35a、流体流入通道23、流路形成圆盘26的小直径圆筒部33、阀座27与隔膜28之间、大直径圆筒部内侧环状空间S2、流路形成圆盘26的连接部32的贯通孔34、小直径圆筒部外侧环状空间S1、流体流出通道24、接头构件内通道36a的顺序流动。此时，流体流入通道23和流体流出通道24的各凹部侧的开口的大小和这些开口相互的连通路截面积成为大流量化的瓶颈部分，但流体流入通道23的凹部侧的开口面积由于流体流出通道24未在凹部25的底面开口而可增大相应的量，另外，流体流出通道24的凹部侧的开口面积可在小直径圆筒部外侧环状空间S1的右面确保需要的大小。关于流体流入通道23和流体流出通道24的凹部侧开口相互的连通路截面积，通过在环状的连接部32形成多个贯通孔34，从而确保其总截面积，同时，通过使小直径圆筒部外侧环状空间S1和大直径圆筒部内侧环状空间S2都为环状，从而确保其截面积，与过去的构成相比，可获得较大的截面积。因此，可使大流量的流体流到流体控制器21。这样，不增加隔膜28的直径，即可增加流路面积，因此，可在将流体控制器21的大小保持为相同的同时，增加流量系数，或者，可在保持流量系数的同时实现流体控制器21的小型化。
在图1和图2所示流体控制器21中，作为将隔膜28推压到阀座27或使其离开的操作驱动部29，当然可为例如由图4所示那样的手动使阀杆上升移动的操作驱动部，但也可为由压缩空气或螺线管等使其上下移动的操作驱动部。另外，流体控制器21可为常开类型，也可为常闭类型。
在图3中，作为本发明的流体控制器的第2实施方式，示出内圆盘的下端部与主体部的对接部的更好的形式和操作驱动部的另一实施例。在以下的说明中，对与图1和图2相同的构成采用相同符号，省略其说明。
在图3中，该实施方式的流体控制器40的流路形成圆盘46包括：流体密封地配合于凹部大直径部25a的大直径圆筒部51，具有比凹部小直径部25c的内径小的外径、下端由凹部25的底面支承的小直径圆筒部53，及连接大直径圆筒部51的内侧面下端部与小直径圆筒部53的外侧面上端部而且由凹部台阶部25b支承的连接部52。这样，在流路形成圆盘46的小直径圆筒部53与凹部小直径部25c周面之间形成小直径圆筒部外侧环状空间S1。
阀座27设于流路形成圆盘46的小直径圆筒部53的上端面，其前端(上端)形成为与流路形成圆盘46的大直径圆筒部51的上端的高度大体相同。隔膜28将其外周缘部固定于流路形成圆盘46的大直径圆筒部51的上端部，同时，在由隔膜推压构件41朝下方推压的场合，在外周缘部的径向内侧的环状部分接触于阀座27的前端。这样，形成由流路形成圆盘46的大直径圆筒部51的内周、隔膜28、阀座27、及流路形成圆盘46的连接部52上表面围成的大直径圆筒部内侧环状空间S2。
在流路形成圆盘46的连接部52，与图2所示实施方式的流路形成圆盘26的连接部32的上下方向贯通孔34同样，沿周向按相等间隔形成贯通小直径圆筒部外侧环状空间S1和大直径圆筒部内侧环状空间S2的多个上下方向贯通孔54。
在该实施方式中，在流路形成圆盘46的下端面与主体22的凹部25的底面25d之间设置作为密封构件的短圆筒状的金属制密封垫圈47，在凹部25的底面25d形成紧密接触于密封垫圈47的下表面的环状密封突起48。另外，在流路形成圆盘46的小直径圆筒部53的下端面，分别形成嵌入了密封垫圈47的上端部的环状凹部49和紧密接触于密封垫圈47的上表面的环状密封突起50。
在密封垫圈47形成特氟隆涂层，其维氏硬度形成为100～140Hv，相比流路形成圆盘46的下端面和主体22的凹部25的底面25d的分别大于等于300Hv(约350Hv)的维氏硬度，为相对较小的硬度。当将流路形成圆盘46按预定的压力压入到主体22的凹部25时，相对较软的密封垫圈47在流路形成圆盘46与主体22之间夹住变形，这样，确保流路形成圆盘46的下端面与主体22的凹部25的底面25d之间的密封性。流路形成圆盘26的小直径圆筒部33的内径、短通道23b的直径和密封垫圈47的内径都相等，流体的平稳流动得到保证。
本实施方式的操作驱动部60为常闭类型，通过导入压缩空气而成为开状态，该操作驱动部60包括：配合于隔膜推压构件41并对其进行覆盖的阀盖61，设于主体22上部的下部壳体62，与下部壳体62连接的上部壳体63，配置于由上下壳体62、63形成的空间内、下端接触于隔膜推压构件41的阀杆64，一体地设于阀杆64的活塞65，及朝下方对活塞65施加弹性力的压缩螺旋弹簧66。
隔膜推压构件41形成为圆柱状，在下端具有凸缘部41a。
阀盖61形成为圆筒状，在其下端部内周形成具有比隔膜推压构件41的凸缘部29a稍大的内径的大直径部61a。阀盖61紧紧地嵌入到主体22的凹部大直径部25a，将隔膜28的外周部固定于流路形成圆盘46。隔膜推压构件41从下方松动地嵌入到阀盖61内，在图所示状态下(通道关闭的状态)下，不能朝下方移动，但可朝上方(打开通道的方向)移动。
下部壳体62包括底壁62a、以立起状设于底壁62a并在外周面形成外螺纹部的圆筒状壁62b、及从底壁62a下表面朝下方延伸而且在内周面形成内螺纹部的小直径圆筒状下方突出部62c。下部壳体62通过将下方突出部62c的内螺纹部螺纹接合到设于主体22的凹部大直径部25a的外周面的外螺纹部，从而固定于主体22。在阀盖61的上表面设置当紧固下部壳体62时作为限位构件起作用的环状的突出部61b。
在下部壳体62的底壁62a中央设置可上下移动地对阀杆64进行导向的贯通孔67。
上部壳体63包括顶壁63a和圆筒状周壁63b。在周壁63b的下部内周面形成内螺纹部，通过该内螺纹部螺纹接合于下部壳体62的周壁62b的外螺纹部，从而以在内部形成空间的方式将上部壳体63与下部壳体62一体化。在上部壳体63的顶壁63a形成在其中央部朝上开口的压缩空气导入管连接用内螺纹部68和与该内螺纹部68的下端相连的压缩空气导入用朝下通道69。上部壳体63的顶壁63a以使构成压缩空气导入用朝下通道69的其中央部比其它部分更朝下方突出一些的方式形成，在顶壁63a下表面以围住该中央部的方式形成环状的弹簧支承用凹部70。
阀杆64的下端部可自由滑动地嵌入到下部壳体62的中央贯通孔67，其上端部可自由滑动地嵌入到上部壳体63的顶壁63a的压缩空气导入用朝下通道69内。
活塞65可自由滑动地嵌入到下部壳体62。在活塞65的上表面，与设于上部壳体63的顶壁63a的环状的弹簧支承用凹部70相对地设置环状弹簧支承用凹部71。
这样，在活塞65的上表面与上部壳体63的顶壁63a下表面之间形成上部空间S3，在活塞65的下表面与下部壳体62的底壁62a上表面之间形成下部空间S4。
压缩螺旋弹簧66将其下端支承于活塞65的上表面的弹簧支承用凹部71，将其上端支承于上部壳体63的环状凹部70。
在阀杆64形成压缩空气通道72，该压缩空气通道72的上端连通到上部壳体63的顶壁63a的压缩空气导入用朝下通道69，下端连通到下部空间S4。压缩空气通道72在设于活塞65的下表面的凹部73开口，通过该凹部73连通到下部空间S4。
在活塞65与下部壳体62之间设置O形密封圈74，在阀杆64下端部与下部壳体62的中央贯通孔67的周面之间，以及阀杆64的上端部与上部壳体63的压缩空气导入用朝下通道69的内周面之间，都设置O形密封圈75，这样，可防止导入至压缩空气导入用朝下通道69的压缩空气流入到上部空间S3。
因此，当将压缩空气导入至上部壳体63的顶壁63a的压缩空气导入管连接用内螺纹部68时，压缩空气通过压缩空气导入用朝下通道69导入至下部空间S4。这样，阀杆64随着活塞65朝上方移动，容许隔膜推压构件41和隔膜28的开方向的移动。
按照本发明的流体控制器适合于处理大流量的流体，而且，可不相对过去的流体控制器增大，所以，可适用于各种流体控制装置。

Claims (6)

1.一种流体控制器，具有块状主体和隔膜，其中，该块状主体具有流体流入通道、流体流出通道、及朝上方开口的凹部；该隔膜通过被推压到配置于主体的凹部内的环状阀座或从其离开而对流体通道进行开闭，其特征在于：
凹部为由大直径部和小直径部构成的形状，该大直径部接近开口，该小直径部通过台阶部与大直径部的下方相连，同时，还具有嵌入到该凹部的流路形成圆盘；
流路形成圆盘由大直径圆筒部、小直径圆筒部、及连接部构成，该大直径圆筒部流体密封地配合到凹部大直径部；该小直径圆筒部具有比凹部小直径部的内径小的外径，其下端由凹部的底面支承；该连接部连接大直径圆筒部的下端部与小直径圆筒部的上端部，而且由凹部台阶部支承；
隔膜的周缘部固定于流路形成圆盘的大直径圆筒部的上端部，阀座设于流路形成圆盘的小直径圆筒部的上端部，由流路形成圆盘的大直径圆筒部内周、隔膜、阀座、及流路形成圆盘的连接部上表面形成大直径圆筒部内侧环状空间，在流路形成圆盘的连接部形成多个贯通孔，该多个贯通孔连通形成于流路形成圆盘的小直径圆筒部与凹部的小直径部周面之间的小直径圆筒部外侧环状空间与大直径圆筒部内侧环状空间；流体流入通道和流体流出通道的任一方连通到流路形成圆盘的小直径圆筒部下端，其另一方连通到小直径圆筒部外侧环状空间。
2.根据权利要求1所述的流体控制器，其特征在于：连通到流路形成圆盘的小直径圆筒部下端的通道构成包括：从小直径圆筒部下端朝正下方延伸的短通道和从短通道的下端以锐角状朝外方延伸的长通道，连通到小直径圆筒部外侧环状空间的通道从小直径圆筒部外侧环状空间朝斜下方向外延伸。
3.根据权利要求2所述的流体控制器，其特征在于：在主体的一侧面以突出状设置具有与长通道连通的倾斜状通道的接头部，在主体的另一侧面以突出状设置具有与连通到小直径圆筒部外侧环状空间的通道连通的倾斜状通道的接头部。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的流体控制器，其特征在于：形成于流路形成圆盘的连接部的多个上下方向贯通孔的合计截面积为流路形成圆盘的小直径圆筒部的截面积的0.5～2.0倍。
5.根据权利要求1所述的流体控制器，其特征在于：在流路形成圆盘的下端面与主体的凹部的底面之间设置密封构件。
6.根据权利要求5所述的流体控制器，其特征在于：在流路形成圆盘的下端面和主体的凹部的底面形成分别与密封构件的上下面紧密接触的环状密封突起。
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