JP2004316679A - Flow control valve - Google Patents

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Tokukazu Tsuji
徳和 辻
Shigeru Osugi
滋 大杉
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CKD Corp
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CKD Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent occurrence of water hammer while having a relatively simple structures of a diaphragm valve element and a valve seat. <P>SOLUTION: A flow control valve 1 is equipped with a valve seal 10 and valve hole 11 provided between an input port 7 and an output port 6, a diaphragm valve element 12 provided corresponding to the valve seat 10, and a piston 15 or the like for moving the diaphragm valve element 12 to the valve seat 10. By adjusting the minimum passage area between the diaphragm valve element 12 and the valve seat 10 by the piston 15 or the like, the flow rate of liquid flowing from the input port 7 to the output port 6 is controlled. In the flow control valve 1, the minimum passage area is gradually reduced from the beginning of the movement of the diaphragm valve element 12 by varying the gap between the valve seat 10 and the diaphragm valve element 12 in the process of bringing the diaphragm valve element 12 near to the valve seat 10 by specific shapes of the valve seat 10 and the diaphragm valve element 12. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液体の流量制御を行う流量制御弁に係り、詳しくは、閉弁時におけるウォータハンマ（水撃作用）の発生を防止するようにした流量制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、半導体製造設備等では、ウェハの洗浄や腐食用に純水や薬液等の液体を各種機器に配送するようにしている。この種の薬液は、その使用状況に応じて流量を制御する必要があり、その配管には流量制御弁が設けられる。
【０００３】
この種の流量制御弁における弁体と弁座につき比較的簡単な弁構造の一例を図１８に断面図により示す。弁座１００は、弁体１０１と当接する突端１０２と、突端１０２の外側に設けられた弁座１００と反対側が拡径される外周面１０３と、外周面１０３の外側に設けられた平坦面１０４とを含む。弁体１０１の下面１０５は、平坦に形成される。弁体１０１は、弁体駆動手段（図示略）により上下に移動することにより、弁座１００の突端１０２と弁体１０１の下面１０５との間隙を変化させる。
【０００４】
このような弁構造を有する弁座１００と弁体１０１を閉弁させたとき、配管内の液体の流速が急激に変化することにより異常圧力が発生し、振動と異音を伴うウォータハンマ（水撃作用）と呼ばれる現象が起きることがある。図１９に、この現象に係る圧力波形等をグラフに示す。ウォータハンマの振動は、弁座１００や弁体１０１、或いは配管内に衝撃を与え、その表面から異物を剥離させるおそれがある。この剥離した異物は、半導体製造上好ましくないパーティクルを液体中に混入させるおそれがある。また、ウォータハンマの異音は、外部からは不快な音として捉えられ、その程度によっては、作業者に流量制御弁の故障ではないかという不安を与えることにもなる。
【０００５】
そこで、このようなウォータハンマ等を防止する技術が、下記の特許文献１乃至５に記載され、開示されている。
【０００６】
特許文献１に記載のパイロット弁は、弁室を給役部と背圧部に区画し、排液部に設けられた弁座を開閉するダイアフラムと、ダイアフラムの背圧部側に固定されたダイアフラム板とを備える。ダイアフラムは、表裏を貫通する抽入孔を有する。ダイアフラム板は、抽入孔とは異なる位置にて表裏を貫通する抽出孔を有する。ダイアフラムとダイアフラム板との間の平面部に、抽入孔と抽出孔を連絡する減勢流路が設けられる。減勢流路には、その流路断面積を変化させる減勢手段が設けられる。この他、ダイアフラム板の中心には、背圧部と排液部とを連通させる貫通孔が設けられる。貫通孔の背圧部側の開口は、電磁コイルにより駆動されるプランジャの先端面により開閉される。また、このプランジャにより、ダイアフラム板及びダイアフラムが一体的に弁座へ向かって押圧される。上記構成によれば、弁座に対するダイアフラムの閉弁時に、抽入孔に入った液体のエネルギーが減勢流路の減勢手段により消費され、背圧部内の急激な圧力上昇が抑えられる。これにより、ダイアフラムの弁座に対する着座が遅れ、ウォータハンマの抑止が可能となる。
【０００７】
特許文献２に記載のパイロット式ダイアフラム弁は、特許文献１に記載のパイロット弁に近似した基本構成を備える。但し、このダイアフラム弁は、上記パイロット弁における抽入孔、抽出孔、減衰通路及び減衰手段が省略され、その代わりに、ダイアフラム板及びダイアフラムを貫通して給液部と背圧室（背圧部）との間を連通させる給液側通路が設けられる。また、この給液側通路の開口部を遮蔽する遮蔽部材が設けられる。そして、遮蔽部材と開口部との間に形成される間隙が、ダイアフラム弁が完全閉弁止の状態になるまでの間、徐々に小さくなるように構成される。上記構成によれば、閉弁時に背圧室に流入する液体の量が遮蔽部材により徐々に制限され、ウォータハンマの発生が防止される。
【０００８】
特許文献３に記載のパイロット弁は、特許文献２に記載のダイアフラム弁に近似した基本構成を備える。但し、このパイロット弁には、上記ダイアフラム弁における遮蔽部材が省略され、その代わりに、背圧室に増量調節手段が設けられる。この増量調節手段は、連通孔（供給側通路）から背圧室に流入する水による背圧室内における水量増加の度合いを緩やかにするために、背圧室内の水を連通孔からの流入量よりも少ない量ずつ排出するように構成される。これにより、連通孔から背圧室への水の流入量に対し、主弁体の主弁座に向けての移動速度を緩やかにしている。上記構成によれば、水の流通量がゆっくりと減少して遮断され、ウォータハンマが低減される。
【０００９】
特許文献４に記載の電磁弁は、特許文献１乃至３に記載の各弁とは異なり、ダイアフラムを持たない弁構造が記載される。即ち、この電磁弁は、中心にパイロット通路を有し、弁座を開閉する主弁と、主弁を弁座から引き離す開方向へ付勢する主弁バネと、ソレノイドのコイルへの通電時に吸引子に直接吸引されるプランジャと、プランジャとは別体に形成されたホルダと、ホルダに挿通されてプランジャに連結される弁部と、弁部に設けられて主弁のパイロット通路を開閉するニードル弁と、ニードル弁をパイロット通路の閉方向へ付勢するニードル弁バネとを備える。そして、ソレノイドのコイルへの通電によりプランジャに働く吸引力よりニードル弁バネの弾発力の方が上回るとき、ニードル弁と主弁のうちどちらかだけが、対応するパイロット通路と弁座のうちどちらかを半開し、他方を全閉にするようにしている。上記構成によれば、電磁弁の一次側と二次側との圧力差が一気に変動するのではなく、徐々に変動することとなり、弁座の開閉に伴う通過流体の急激な流量変化が抑えられ、ウォータハンマの発生が抑制される。
【００１０】
特許文献５に記載の流量制御弁は、特許文献１乃至４に記載の各弁とは異なり、弁体が弁座から離れる開弁時にキャビテーション発生等の現象を防止する弁構造が記載される。即ち、この流量制御弁は、弁座と弁体を特殊な形状とすることに特徴がある。具体的には、弁座の上端に、弁体と当接可能な当接端が形成される。弁座の当接端外側には、反弁体側が拡径される外周テーパ面が形成される。弁座の外周テーパ面の外側には、第１平坦面が形成される。弁体の下面には、当接端と当接可能な当接面が形成される。弁体の当接面の外側には、弁座側が拡径される内周テーパ面が形成される。弁体の内周テーパ面の外側には、第２平坦面が形成される。そして、弁体駆動手段により弁体を移動させて、弁座の当接端を弁体の当接面に近接させたときに、それらの隙間から流出した流体の流れの全部が、内周テーパ面に当たって折り曲げられ、流れの流速が抑制される。上記構成によれば、開弁時に、液体の急激な圧力変動が排除され、キャビテーション発生等の現象が防止される。
【００１１】
【特許文献１】
特開平５−１８７５７５号公報（第２〜４頁，図１〜８）
【特許文献２】
特開平７−１１９８６３号公報（第２〜４頁，図１〜８）
【特許文献３】
特開平７−１９８０５９号公報（第２〜５頁，図１〜６）
【特許文献４】
特開平１１−２３５６号公報（第２〜２８頁，図１〜２７）
【特許文献５】
特許第２６５３９７４号（第１〜６頁，図１〜４）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１に記載のパイロット弁では、ダイアフラムやダイアフラム板に抽入孔、抽出孔、減衰通路及び減衰手段を設けたり、ダイアフラム板に貫通孔を設けたりしているので、弁体であるダイアフラム及びダイアフラム板の構成が複雑になるという問題があった。また、上記各孔により給液部と背圧部との間が連通することから、各孔を流れる液体流量の分だけ、ダイアフラムと弁座との間を流れる液体流量に誤差が生じるおそれがあり、微量流量の制御が難しくなるという問題があった。
【００１３】
また、特許文献２に記載のダイアフラム弁では、ダイアフラム及びダイアフラム板に給液側通路や排液側通路が設けられることから、上記の特許文献１に記載のパイロット弁と同様、弁体であるダイアフラム及びダイアフラム板の構成が複雑となり、微量流量の制御が難しくなるという問題があった。
【００１４】
また、特許文献３に記載のパイロット弁では、ダイアフラム及びダイアフラム板に連通孔や透孔が設けられることから、上記の特許文献１及び２に記載のパイロット弁及びダイアフラム弁と同様、弁体であるダイアフラム及びダイアフラム板の構成が複雑となり、微量流量の制御が難しくなるという問題があった。加えて、背圧室側に設けられる増量調節手段により弁体の構成がより複雑なものとなっていた。
【００１５】
更に、特許文献４に記載の電磁弁は、ダイアフラム式の弁構造ではないことら、主弁に対して主弁バネを設けなければならず、やはり主弁を含む弁体の構成が複雑になるという問題があった。
【００１６】
一方、特許文献５に記載の流量制御弁では、ダイアフラム式の弁構造として、ダイアフラムに貫通孔等が設けられていないことから、ダイアフラム弁体の構成が簡単となり、微量流量の制御に適したものとなる。しかし、この弁構造では、キャビテーション発生等の現象防止を目的としたものであることから、ウォータハンマの防止に有効ではなかった。
【００１７】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ダイアフラム弁体及び弁座を比較的簡単な構成としながらウォータハンマの発生を防止することを可能とした流量制御弁を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、入力ポート及び出力ポートを含むボディと、ボディにて入力ポートと出力ポートとの間に設けられた弁座と、弁座の中心に設けられて入力ポートに通じる弁孔と、ボディにて弁座に対応して設けられたダイアフラム弁体と、弁座に対してダイアフラム弁体を移動するための弁体駆動手段とを備え、弁体駆動手段によりダイアフラム弁体と弁座との間の最小流路面積を調節することにより、前記入力ポートから出力ポートへ流れる液体流量を制御する流量制御弁において、弁座の上端に形成された当接端と、当接端の外側にて外方へ向かって傾斜するように弁座に形成された外周テーパ面と、外周テーパ面の外側にて弁座に形成された平坦面と、当接端の内側にて内方へ向かって傾斜するように弁座に形成された内周テーパ面と、ダイアフラム弁体の下面にて当接端と当接可能に形成された当接面と、当接面の内側にて弁孔に貫入可能にダイアフラム弁体に形成され、内周テーパ面に対向する外周面を含む凸部とを備え、当接面を当接端に当接するために、弁体駆動手段によりダイアフラム弁体を弁座に近付ける過程で、凸部を弁孔に貫入させて当接端と当接面との隙間並びに外周面と内周テーパ面との隙間を変化させることにより、ダイアフラム弁体の動き始めから最小流路面積を徐々に小さくすることを趣旨とする。
【００１９】
上記発明の構成によれば、弁体駆動手段によりダイアフラム弁体を弁座に対して離間又は近接させることにより、ダイアフラム弁体と弁座との間の最小流路面積が調節され、入力ポートから出力ポートへ流れる液体流量が制御される。ここで、当接面を当接端に当接するために、弁体駆動手段によりダイアフラム弁体が弁座に近付けられる過程では、ダイアフラム弁体の凸部が弁孔に徐々に貫入される。このとき、ダイアフラム弁体の当接面と弁座の当接端との隙間、並びにダイアフラム弁体の凸部の外周面と弁座の内周テーパ面との隙間は、ダイアフラム弁体の移動に伴って徐々に小さくなり、ダイアフラム弁体と弁座との間の最小流路面積が徐々に小さくなる。従って、ダイアフラム弁体と弁座との間を流れる液体の慣性力が徐々に弱められ、液体の高圧化が抑えられる。
【００２０】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、入力ポート及び出力ポートを含むボディと、ボディにて入力ポートと出力ポートとの間に設けられた弁座と、弁座の中心に設けられて入力ポートに通じる弁孔と、ボディにて弁座に対応して設けられたダイアフラム弁体と、弁座に対してダイアフラム弁体を移動するための弁体駆動手段とを備え、弁体駆動手段によりダイアフラム弁体と弁座との間の最小流路面積を調節することにより、入力ポートから出力ポートへ流れる液体流量を制御する流量制御弁において、弁体駆動手段は、ダイアフラム弁体を移動するためにボディにて所定のストロークだけ移動可能に設けられた移動部材と、移動部材をストロークの範囲で段階的に駆動するためにボディに設けられた段階駆動手段とを備え、ダイアフラム弁体を弁座に近付けて当接するために、段階駆動手段により移動部材を段階的に駆動することにより、ダイアフラム弁体の動き始めからその移動速度を段階的に低くすることを趣旨とする。
【００２１】
上記発明の構成によれば、段階駆動手段により移動部材を駆動して、ダイアフラム弁体を弁座に対して離間又は近接させることにより、ダイアフラム弁体と弁座との間の最小流路面積が調節され、入力ポートから出力ポートへ流れる液体流量が制御される。ここで、ダイアフラム弁体を弁座に近付けて当接するとき、段階駆動手段により移動部材を段階的に駆動することにより、ダイアフラム弁体の動き始めからその移動速度が段階的に低くなる。従って、ダイアフラム弁体と弁座との間を流れる液体の慣性力が段階的に弱められ、液体の高圧化が抑えられる。
【００２２】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、弁体駆動手段は、ダイアフラム弁体を移動するためにボディにて所定のストロークだけ移動可能に設けられた移動部材と、移動部材をストロークの範囲で段階的に駆動するためにボディに設けられた段階駆動手段とを備え、ダイアフラム弁体を弁座に近付けて当接するために、段階駆動手段により移動部材を段階的に駆動することにより、ダイアフラム弁体の動き始めからその移動速度を段階的に低くすることを趣旨とする。
【００２３】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、当接面を当接端に当接するとき、即ち、ダイアフラム弁体を弁座に近付けて当接するとき、段階駆動手段により移動部材を段階的に駆動することにより、ダイアフラム弁体の動き始めからその移動速度が段階的に低くなる。従って、ダイアフラム弁体と弁座との間の最小流路面積が徐々に小さくなることと相まって、ダイアフラム弁体と弁座との間を流れる液体の慣性力が段階的に弱められ、液体の高圧化が抑えられる。
【００２４】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、弁体駆動手段は、ボディに設けられたシリンダと、ダイアフラム弁体を移動するためにシリンダにて所定のストロークだけ往復動可能に設けられたピストンと、ダイアフラム弁体を弁座から離間するべくピストンを往動するためにシリンダに作動流体を供給する作動流体供給通路と、ダイアフラム弁体を弁座に当接するべくピストンを復動するためにシリンダから作動流体を排出する作動流体排出通路と、シリンダから作動流体を排出するときに作動流体の排出速度を低減するための絞り手段とを備え、当接面を当接端に当接するために、絞り手段によりシリンダからの作動流体の排出速度を低減することにより、ダイアフラム弁体の動き始めからその移動速度を相対的に低くすることを趣旨とする。
【００２５】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、シリンダ、ピストン、作動流体供給通路、作動流体排出通路及び絞り手段を協働させることにより、ダイアフラム弁体が弁座に対して離間又は近接し、ダイアフラム弁体と弁座との間の最小流路面積が調節され、入力ポートから出力ポートへ流れる液体流量が制御される。ここで、当接面を当接端に当接するために、絞り手段によりシリンダからの作動流体の排出速度を低減することにより、ダイアフラム弁体の動き始めからその移動速度が相対的に低くなる。従って、ダイアフラム弁体と弁座との間の最小流路面積が徐々に小さくなることと相まって、ダイアフラム弁体と弁座との間を流れる液体の慣性力が徐々に弱められ、液体の高圧化が抑えられる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の流量制御弁を具体化した第１の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
図１に、この実施の形態の流量制御弁１を断面図に示す。流量制御弁１は、ロワボディ２、ミドルボディ３及びアッパボディ４を組み付けてなるボディ５を備える。ロワボディ２は、左右に出力ポート６と入力ポート７を含む。ロワボディ２の上側に組み付けられたミドルボディ３は、第１操作ポート８を含む。ミドルボディ３の上側に組み付けられたアッパボディ４は、第２操作ポート９を含む。
【００２８】
ロワボディ２は、出力ポート６及び入力ポート７の他に、出力ポート６と入力ポート７との間の中央に円環形状に形成された弁座１０を含む。弁座１０は、その中心に弁孔１１を含む。弁孔１１は入力ポート７に通じる。弁座１０の外部は出力ポート６に通じる。弁座１０に対応して、ダイアフラム弁体１２が設けられる。ダイアフラム弁体１２が弁座１０に当接することにより、入力ポート７と出力ポート６との間が遮断される。ダイアフラム弁体１２が弁座１０から離間することにより、入力ポート７と出力ポート６との間が連通する。
【００２９】
概略円筒形状をなすミドルボディ３は、ロワボディ２の中央上側に組み付けられる。ミドルボディ３は、第１操作ポート８の他に、内部に小径シリンダ１３と大径シリンダ１４を含む。ミドルボディ３の内部には、略円柱形状をなすピストン１５が上下方向へ摺動可能に嵌合される。ピストン１５は、中央の大径部１５ａと、大径部１５ａの上下に位置する上小径部１５ｂ及び下小径部１５ｃとを含む。大径部１５ａは、ミドルボディ３の大径シリンダ１４に気密に嵌合される。下小径部１５ｃは、小径シリンダ１３に気密に嵌合される。大径部１５ａの下面１５ｄと、大径シリンダ１４の内壁とで区画された空間により第１操作室１６が形成される。第１操作室１６には、第１操作ポート８を通じて空気圧が印加又は開放されるようになっている。第１操作室１６に空気圧が印加されることにより、ピストン１５が上方へ押圧される。
【００３０】
ピストン１５の下小径部１５ｃの下端部には、前述したダイアフラム弁体１２が取り付けられる。ダイアフラム弁体１２は、中央に配置されたボス部１７と、ボス部１７の周囲に配置された膜部１８とを含む。膜部１８の周縁部はロワボディ２とミドルボディ３とにより挟持される。ダイアフラム弁体１２は、ピストン１５が上方へ移動して上方へ変位することにより、弁座１０から離間する。その反対に、ダイアフラム弁体１２は、ピストン１５が下方へ移動して下方へ変位することにより、弁座１０に当接する。
【００３１】
概略円筒形状をなすアッパボディ４は、ミドルボディ３の上側に組み付けられる。アッパボディ４は、第２操作ポート９の他に、その中央に小径シリンダ１９を含む。ピストン１５の上小径部１５ｂは、この小径シリンダ１９に気密に嵌合される。ピストン１５の大径部１５ａの上面１５ｅと、大径シリンダ１４の内壁と、アッパボディ４の内壁とで区画された空間により第２操作室２０が形成される。第２操作室２０には、第２操作ポート９を通じて空気圧が印加又は開放されるようになっている。第２操作室２０に空気圧が印加されることにより、ピストン１５が下方へ押圧される。アッパボディ４はバネ溝２１を含む。ピストン１５の上面１５ｅとバネ溝２１との間には、復帰バネ２２が介在される。復帰バネ２２は、ピストン１５を下方へ付勢する。
【００３２】
上記した第１及び第２の操作ポート８，９、小径シリンダ１３、大径シリンダ１４及びピストン１５等により、弁座１０に対してダイアフラム弁体１２を移動するための本発明の弁体駆動手段が構成される。この流量制御弁１は、ピストン１５を移動してダイアフラム弁体１２と弁座１０との間の最小流路面積を調節することにより、入力ポート７から出力ポート６へ流れる液体流量を制御するようになっている。
【００３３】
図２及び図３に、弁座１０とダイアフラム弁体１２を拡大断面図に示す。図２は、弁座１０からダイアフラム弁体１２が離れた開弁状態を示す。図３は、弁座１０にダイアフラム弁体１２が当接した閉弁状態を示す。図４に、図２を更に拡大して示す。図４に示すように、円環形状をなす弁座１０の上端には、平坦をなす当接端１０ａが形成される。当接端１０ａの外側には、外方へ向かって傾斜するように外周テーパ面１０ｂが形成される。外周テーパ面１０ｂの外側には、平坦をなす平坦面１０ｃが形成される。当接端１０ａの内側には、内方へ向かって所定角度θ１だけ傾斜するように内周テーパ面１０ｄが形成される。内周テーパ面１０ｄの下側には、垂直面１０ｅが形成される。内周テーパ面１０ｄは、弁孔１１の開口１１ａに位置する。この実施の形態で、所定角度θ１は「３０°」となっている。内周テーパ面１０ｄの最外縁における開口１１ａの内径Ｄ１は、この実施の形態では「１０．２ｍｍ」となっている。内周テーパ面１０ｄの最内縁における開口１１ａの内径Ｄ２は、この実施の形態では「１０．８ｍｍ」となっている。
【００３４】
ダイアフラム弁体１２のボス部１７の上側には、ピストン１５の下端部に連結される凹部１７ａが形成される。ダイアフラム弁体１２のボス部１７の下面には、弁座１０の当接端１０ａと当接可能をなす平坦な当接面１７ｂが形成される。当接面１７ｂの内側には、弁孔１１に貫入可能をなす凸部１７ｃが形成される。凸部１７ｃは、内周テーパ面１０ｄ及び垂直面１０ｅに対向する外周面１７ｄを含む。凸部１７ｃの下端周縁は、面取りされた所定角度θ２をなすテーパ面１７ｅとなっている。凸部１７ｃの下面中央は、円錐形に突出している。この実施の形態で、所定角度θ２は「４５°」となっている。この実施の形態で、凸部１７ｃの高さＨ１は「１．２ｍｍ」となっている。テーパ面１７ｅの最外縁における凸部１７ｃの外径Ｄ３は、この実施の形態では「１０ｍｍ」となっている。テーパ面１７ｅの最内縁における凸部１７ｃの外径Ｄ４は、この実施の形態では「９．４ｍｍ」となっている。図４において、「Ｌ１」は、ダイアフラム弁体１２の弁座１０に対するストロークである最大リフト量を意味する。この実施の形態で、最大リフト量Ｌ１は「３．５ｍｍ」となっている。
【００３５】
この実施の形態で、図２に示す開弁状態から図３に示す閉弁状態までの間で、ダイアフラム弁体１２と弁座１０との間の最小流路面積が変化する。図５に、ダイアフラム弁体１２のリフト量変化に対する最小流路面積変化をグラフに示す。この実施の形態では、図５に実線で示すように、開弁状態から閉弁状態に近付くに連れて最小流路面積が徐々に小さくなることが分かる。これに対し、従来例の弁座１００及び弁体１０１（図１８参照）では、図５に破線で示すように、開弁状態からリフト量が途中の所定値Ｌ２に達するまで最小流路面積は全く変化せず、その所定値Ｌ２を過ぎると閉弁状態へ向かって急激に減少することが分かる。
【００３６】
上記のように構成した流量制御弁１は、第１操作ポート８又は第２操作ポート９に、空気圧を印加することにより操作される。この空気圧の供給手段として、例えば、圧縮空気ボンベや空気圧ポンプ等が使用される。
【００３７】
第１及び第２の操作ポート８，９のいずれにも空気圧を印加しない場合、ピストン１５は、復帰バネ２２の付勢力のみを受ける。これにより、ピストン１５は、図３に示すように、その下端のダイアフラム弁体１２が弁座１０に当接する閉弁状態まで下方へ移動する。この状態では、弁座１０の弁孔１１にダイアフラム弁体１２の凸部１７が貫入し、弁座１０の当接端１０ａとダイアフラム弁体１２の当接面１７ｂとが互いに接触する。これにより、入力ポート７と出力ポート６との連通が遮断される。
【００３８】
第１操作ポート８に空気圧を印加すると、流量制御弁１の第１操作室１６が高圧となる。これにより、ピストン１５は、復帰バネ２２の付勢力に抗して上方へ移動し、上面１５ｅがアッパボディ４の下端４ａに当接して停止する。このピストン１５の移動に伴い、図２に示すように、ダイアフラム弁体１２が上方へ変位し、弁座１０の当接端１０ａとダイアフラム弁体１２の当接面１７ｂとの間に隙間が形成される。これにより、入力ポート７と出力ポート６とが連通する。
【００３９】
第１操作ポート８への空気圧の供給を停止し、第１操作室１６の圧力を開放すると、流量制御弁１は復帰バネ２２の付勢力により閉弁状態に戻る。このとき、第２操作ポート９に空気圧を印加すると、第２操作室２０が高圧となる。この圧力が復帰バネ２２の付勢力を助勢してピストン１５を下方へ押圧することになり、閉弁状態が確保される。
【００４０】
このように、ピストン１５等によりダイアフラム弁体１２を弁座１０に対して離間又は近接させることにより、ダイアフラム弁体１２と弁座１０との間の最小流路面積が調節され、入力ポート７から出力ポート６へ流れる液体流量が制御される。
【００４１】
ここで、弁座１０及びダイアフラム弁体１２は、上記したように互いに嵌合・接触し合う特殊な形状をなしており、その形状により特有の効果を奏することになる。即ち、弁座１０及びダイアフラム弁体１２が開弁状態から閉弁状態に切り替わるときには、図５に実線で示すように、両者１０，１２の間の最小流路面積は、開弁状態から徐々に小さくなり、閉弁状態に至る。つまり、ダイアフラム弁体１２の当接面１７ｂを弁座１０の当接端１０ａに当接するために、ピストン１５等によりダイアフラム弁体１２が弁座１０に近付けられる過程では、ダイアフラム弁体１２の凸部１７が弁孔１１に徐々に貫入される。このとき、ダイアフラム弁体１２の当接面１７ｂと弁座１０の当接端１０ａとの隙間、並びにダイアフラム弁体１２の凸部１７の外周面１７ｄと弁座１０の内周テーパ面１０ｄとの隙間は、ダイアフラム弁体１２の移動に伴って徐々に小さくなり、ダイアフラム弁体１２と弁座１０との間の最小流路面積が徐々に小さくなる。
【００４２】
従って、ダイアフラム弁体１２と弁座１０との間を流れる液体の慣性力が徐々に弱められ、液体の高圧化が抑えられる。このため、ダイアフラム弁体１２及び弁座１０を、上記したように比較的簡単な構成としながらウォータハンマ（水撃現象）の発生を防止することができる。この結果、弁座１０とダイアフラム弁体１２との間に急激な圧力変動がないことから、弁座１０及びダイアフラム弁体１２の液体が接触する面における異常摩耗や異物剥離等の発生を防止することができる。このため、流量制御弁１は、例えば、半導体製造設備において、純水や薬液配送等、流量制御を多用する用途に優れたものとなる。
【００４３】
図６に、ダイアフラム弁体１２の閉弁時における入力ポート７の圧力（入力側圧力）と出力ポート６の圧力（出力側圧力）の変化について予測結果をタイムチャートに示す。このチャートからも分かるように、ダイアフラム弁体１２の閉弁始めから閉弁終わりまでの間で、入力側圧力及び出力側圧力とも、閉弁終わり時の所定値へ向けて徐々に揺るやかに増大又は減少することになる。この結果、図１９に示す従来例のタイムチャートとは異なり、閉弁終了直後に大きな圧力振動が発生することはない。
【００４４】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の流量制御弁を具体化した第２の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００４５】
尚、この実施の形態を含む以下の各実施の形態において、第１の実施の形態と同等の構成要素については、第１の実施の形態と同一の符号を付して説明を省略し、以下には異なった点を中心に説明する。
【００４６】
図７〜９に、この実施の形態の流量制御弁３１の構成と作用を断面図に示す。この実施の形態では、ダイアフラム弁体３２及び弁座１０として、図１８に示す従来例のそれと同じ構成のものが使用される。この実施の形態では、ダイアフラム弁体３２を駆動するための弁体駆動手段が二段ピストン構造より構成される点で、第１の実施の形態と構成が異なる。
【００４７】
即ち、図７〜９に示すように、ミドルボディ３には、作動流体を供給及び排出するための一つの操作ポート３３が形成される。ミドルボディ３には、第１シリンダ３４が形成される。第１シリンダ３４には、略円筒形状をなす第１ピストン３５が上下方向へ摺動可能に気密に嵌合される。第１ピストン３５には、第２シリンダ３６と、底壁を貫通する貫通孔３７が形成される。第２シリンダ３６には、第２ピストン３８が上下方向へ摺動可能に設けられる。第２ピストン３８は、上側の大径部３８ａと、その下側の小径部３８ｂとを含む。大径部３８ａは、第２シリンダ３６にて気密に嵌合される。大径部３８ａの上面３８ｃと、アッパボディ４のバネ溝２１との間には、復帰バネ２２が介在される。復帰バネ２２は、第２ピストン３８を下方へ付勢する。小径部３８ｂは、貫通孔３７にて気密に嵌合される。小径部３８ｂの下端部に、ダイアフラム弁体３２が取り付けられる。
【００４８】
第１ピストン３５の下面３５ａと第１シリンダ３４の内壁とで区画された空間には、第１操作室３９が形成される。第１操作室３９には、操作ポート３３を通じて空気圧が印加又は開放されるようになっている。第１操作室３９に空気圧が印加されることにより、第１ピストン３５が上方へ押圧される。第２ピストン３８の大径部３８ａの下面３８ｄと第２シリンダ３６の内壁とで区画された空間には、第２操作室４０が形成される。第１ピストン３５の底壁には、第１操作室３９と第２操作室４０との間を通気させる通気孔４１が形成される。第２操作室４０には、操作ポート３３及び通気孔４１を通じて空気圧が印加又は開放されるようになっている。第２操作室４０に空気圧が印加されることにより、第２ピストン３８が上方へ押圧される。
【００４９】
この実施の形態では、第２ピストン３８が、ダイアフラム弁体３２を移動するためにミドルボディ３にて所定のストロークだけ移動可能に設けられた本発明の移動部材に相当する。また、この実施の形態では、操作ポート３３、第１シリンダ３４、第１ピストン３５、第２シリンダ３６、通気孔３７、第１操作室３９及び第２操作室４０により、移動部材である第２ピストン３８を上記ストロークの範囲で段階的に駆動するためにミドルボディ３に設けられた段階駆動手段が構成される。そして、これら操作ポート３３、第１シリンダ３４、第１ピストン３５、第２シリンダ３６、通気孔３７、第２ピストン３８、第１操作室３９及び第２操作室４０により、弁体駆動手段としての二段ピストン構造が構成される。
【００５０】
上記二段ピストン構造は、次のように作用する。即ち、図７には、流量制御弁３１のダイアフラム弁体３２が弁座１０に当接した閉弁状態を示す。この状態で、第１ピストン３５の上端３５ｂとアッパボディ４の下面４ｂとの間に、第１ストロークＳＴ１の分の隙間が存在する。
【００５１】
この閉弁状態から、操作ポート３３を通じて第１操作室３９に空気圧を印加することにより、復帰バネ２２の付勢力に抗して第１ピストン３５及び第２ピストン３８が一体的に、第１ストロークＳＴ１の分だけ上方へ移動し、図８に示す開弁状態となる。図８において、ダイアフラム弁体３２は、第１ストロークＳＴ１の分だけ、弁座１０から離間して開弁している。
【００５２】
図８に示す開弁状態で、第２ピストン３８の上面３８ｃとアッパボディ４の下端４ａとの間に、第２ストロークＳＴ２の分の隙間が存在する。この状態から、操作ポート３３、第１操作室３９及び通気孔４１を通じて第２操作室４０に空気圧を印加することにより、復帰バネ２２の付勢力に抗して第２ピストン３８が、第２ストロークＳＴ２の分だけ上方へ移動し、図９に示す全開状態となる。図９において、ダイアフラム弁体３２は、第１ストロークＳＴ１及び第２ストロークＳＴ２の分だけ弁座１０から離間して開弁している。
【００５３】
一方、図９に示す全開状態から、操作ポート３３への空気圧の供給を停止し、第１操作室３９及び第２操作室４０の圧力を開放する。これにより、先ず、第２ピストン３８が復帰バネ２２の付勢力により第２ストロークＳＴ２の分だけ下方へ移動し、流量制御弁３１が図８に示す開弁状態に戻る。引き続き、第１ピストン３５及び第２ピストン３８が一体的に、復帰バネ２２の付勢力により第１ストロークＳＴ１の分だけ下方へ移動し、流量制御弁３１が図７に示す閉弁状態に戻る。このように、流量制御弁３１の閉弁時には、ダイアフラム弁体３２を弁座１０に近付けて当接するために、上記の二段ピストン構造により第２ピストン３８を段階的に下方へ移動することにより、ダイアフラム弁体３２の動き始めからその移動速度を二段階に段階的に低くしている。
【００５４】
以上説明したこの実施の形態の流量制御弁３１によれば、二段ピストン構造により第２ピストン３８を駆動して、ダイアフラム弁体３２を弁座１０に対して離間又は近接させることにより、ダイアフラム弁体３２と弁座１０との間の最小流路面積が調節され、入力ポート７から出力ポート６へ流れる液体流量が制御される。ここで、ダイアフラム弁体３２を弁座１０に近付けて当接するとき、二段ピストン構造により第２ピストン３８を二段階に駆動することにより、ダイアフラム弁体３２の動き始めからその移動速度が二段階に段階的に低くなる。従って、ダイアフラム弁体３２と弁座１０との間を流れる液体の慣性力が二段階に段階的に弱められ、液体の高圧化が抑えられる。この結果、ダイアフラム弁体３２及び弁座１０を、従来例の弁体１０１と同様の比較的簡単な構成としながらウォータハンマの発生を防止することができる。この結果、弁座１０とダイアフラム弁体３２との間に急激な圧力変動がないことから、弁座１０及びダイアフラム弁体３２の液体が接触する面における異常摩耗や異物剥離等の発生を防止することができる。このため、流量制御弁３１は、例えば、半導体製造設備において、純水や薬液配送等、流量制御を多用する用途に優れたものとなる。
【００５５】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の流量制御弁を具体化した第３の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００５６】
図１０〜１２に、この実施の形態の流量制御弁５１の構成と作用を断面図に示す。この実施の形態では、ダイアフラム弁体３２を駆動するための弁体駆動手段である二段ピストン構造の構成の点で、第２の実施の形態と構成が異なる。
【００５７】
即ち、図１０〜１２に示すように、この実施の形態では、第２の実施の形態の流量制御弁３１において第１操作室３９と第２操作室４０との間に設けられた通気孔４１が除かれ、それに代わって、第２ピストン３８とアッパボディ４の構成が変えられる。この実施の形態で、第２ピストン３８は、大径部３８ａの上側に、上小径部３８ｅを更に含む。アッパボディ４は、その中央に形成される小径シリンダ１９の他に、小径シリンダ１９に連通する別の操作ポート５２を含む。上小径部３８ｅは、この小径シリンダ１９に気密に嵌合される。上小径部３８ｅの上面３８ｆと小径シリンダ１９の内壁とで区画される空間には、第３操作室５３が形成される。別の操作ポート５２には、作動流体が供給及び排出される。そして、第２ピストン３８には、第３操作室５３と第２操作室４０との間を通気させる通気孔５４が形成される。上小径部３８ｅの上面３８ｆの面積Ｓ１は、大径部３８ａの下面３８ｄの面積Ｓ２よりも小さくなっている。第３操作室５３には、別の操作ポート５２を通じて空気圧が印加又は開放されるようになっている。第３操作室５３に空気圧が印加又は開放されることにより、通気孔５４を通じて第２操作室４０にも、空気圧が印加又は開放されるようになっている。第３操作室５３及び第２操作室４０に空気圧が印加されることにより、上記の面積Ｓ１と面積Ｓ２との受ける空気圧の差により、第２ピストン３８が上方へ押圧される。
【００５８】
この実施の形態では、第２ピストン３８が、ダイアフラム弁体３２を移動するためにミドルボディ３にて所定のストロークだけ移動可能に設けられた本発明の移動部材に相当する。また、この実施の形態では、操作ポート３３、第１シリンダ３４、第１ピストン３５、第２シリンダ３６、第１操作室３９、第２操作室４０、別の操作ポート５２、第３操作室５３及び通気孔５４により、移動部材である第２ピストン３８を上記ストロークの範囲で段階的に駆動するためにミドルボディ３に設けられた段階駆動手段が構成される。そして、これら操作ポート３３、第１シリンダ３４、第１ピストン３５、第２シリンダ３６、通気孔３７、第２ピストン３８、第１操作室３９、第２操作室４０、別の操作ポート５２、第３操作室５３及び通気孔５４により、弁体駆動手段としての二段ピストン構造が構成される。
【００５９】
上記二段ピストン構造は、次のように作用する。即ち、図１０には、流量制御弁５１のダイアフラム弁体３２が弁座１０に当接した閉弁状態を示す。この状態で、第１ピストン３５の上端３５ｂとアッパボディ４の下面４ｂとの間に、第１ストロークＳＴ１の分の隙間が存在する。
【００６０】
この閉弁状態から、操作ポート３３を通じて第１操作室３９に空気圧を印加することにより、復帰バネ２２の付勢力に抗して第１ピストン３５及び第２ピストン３８が一体的に、第１ストロークＳＴ１の分だけ上方へ移動し、図１１に示す開弁状態となる。図１１おいて、ダイアフラム弁体３２は、第１ストロークＳＴ１の分だけ、弁座１０から離間して開弁している。
【００６１】
図１１に示す開弁状態で、第２ピストン３８の大径部３８ａの上面３８ｃとアッパボディ４の下端４ａとの間に、第２ストロークＳＴ２の分の隙間が存在する。この状態から、別の操作ポート５２、第３操作室５３及び通気孔５４を通じて第２操作室４０に空気圧を印加することにより、復帰バネ２２の付勢力に抗して第２ピストン３８が、第２ストロークＳＴ２の分だけ上方へ移動し、図１２に示す全開状態となる。図１２において、ダイアフラム弁体３２は、第１ストロークＳＴ１及び第２ストロークＳＴ２の分だけ弁座１０から離間して開弁している。
【００６２】
一方、図１２に示す全開状態から、別の操作ポート５２への空気圧の供給を停止し、第３操作室５３及び第２操作室４０の圧力を開放する。これにより、先ず、第２ピストン３８が復帰バネ２２の付勢力により第２ストロークＳＴ２の分だけ下方へ移動し、流量制御弁５１が図１１に示す開弁状態に戻る。引き続き、操作ポート３３への空気圧の供給を停止して第１操作室３９を開放することにより、第１ピストン３５及び第２ピストン３８が一体的に、復帰バネ２２の付勢力により第１ストロークＳＴ１の分だけ下方へ移動し、流量制御弁５１が図１０に示す閉弁状態に戻る。このように、流量制御弁５１の閉弁時には、ダイアフラム弁体３２を弁座１０に近付けて当接するために、上記の二段ピストン構造により第２ピストン３８を段階的に下方へ移動することにより、ダイアフラム弁体３２の動き始めからその移動速度を二段階に段階的に低くしている。
【００６３】
以上説明したこの実施の形態の流量制御弁５１によっても、第２の実施の形態と同様、二段ピストン構造により第２ピストン３８を駆動して、ダイアフラム弁体３２を弁座１０に対して離間又は近接させることにより、ダイアフラム弁体３２と弁座１０との間の最小流路面積が調節され、入力ポート７から出力ポート６へ流れる液体流量が制御される。そして、ダイアフラム弁体３２を弁座１０に近付けて当接するとき、二段ピストン構造により第２ピストン３８を二段階に駆動することにより、ダイアフラム弁体３２の動き始めからその移動速度が二段階に段階的に低くなる。従って、この実施の形態の流量制御弁５１によっても、第２の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。
【００６４】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の流量制御弁を具体化した第４の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００６５】
図１３〜１５に、この実施の形態の流量制御弁６１の構成と作用を断面図に示す。この実施の形態では、ダイアフラム弁体３２を駆動するための弁体駆動手段である二段ピストン構造の構成の点で、第２及び第３の実施の形態と構成が異なる。
【００６６】
即ち、図１３〜１５に示すように、ミドルボディ３には、作動流体を供給及び排出するための第１操作ポート６２及び第２操作ポート６３が形成される。また、ミドルボディ３の内部には、その上側にシリンダ６４が、下側に空洞部６５が形成される。シリンダ６４と空洞部６５との間の隔壁の中央には、孔６６が形成される。シリンダ６４には、一対をなす略円盤形状の第１ピストン６７及び第２ピストン６８が上下方向へ摺動可能に気密に嵌合される。第１及び第２のピストン６７，６８の中心には、それぞれ孔６７ａ，６８ａが形成される。これら孔６７ａ，６８ａに対して、１本の作動ピン６９が、上下方向へ摺動可能に気密に嵌合される。作動ピン６９の下部は、ミドルボディ３の孔６６を貫通して下方へ伸びる。作動ピン６９の下端部には、ダイアフラム弁体３２が取り付けられる。作動ピン６９の下部には、フランジ６９ａが形成される。このフランジ６９ａと空洞部６５の上側の底壁との間に、復帰バネ７０が介在される。復帰バネ７０は、作動ピン６９を下方へ付勢することにより、ダイアフラム弁体３２を弁座１０へ向けて押圧する。作動ピン６９の上部には、第１止め輪７１及び第２止め輪７２が固定される。第１止め輪７１は、第１ピストン６７と第２ピストン６８との間に配置される。第２止め輪７２は、上側の第２ピストン６８より上側に配置される。
【００６７】
第１ピストン６７の下面６７ｂとシリンダ６４の内壁とで区画される空間には、第１操作室７３が形成される。第１操作室７３には、第１操作ポート６１を通じて空気圧が印加又は開放されるようになっている。第１操作室７３に空気圧が印加されることにより、第１ピストン６７が上方へ押圧される。第１ピストン６７の上面６７ｃと、第２ピストン６８の下面６８ｂと、シリンダ６４の内壁とで区画される空間には、第２操作室７４が形成される。第２操作室７４には、第２操作ポート６２を通じて空気圧が印加又は開放されるようになっている。第２操作室７４に空気圧が印加されることにより、第１ピストン６７が下方へ押圧されると共に、第２ピストン６８が上方へ押圧される。
【００６８】
この実施の形態では、作動ピン６９が、ダイアフラム弁体３２を移動するためにミドルボディ３にて所定のストロークだけ移動可能に設けられた本発明の移動部材に相当する。また、この実施の形態では、第１及び第２の操作ポート６２，６３、シリンダ６４、第１及び第２のピストン６７，６８、第１及び第２の操作室７３，７４等により、移動部材である作動ピン６９を上記ストロークの範囲で段階的に駆動するためにミドルボディ３に設けられた段階駆動手段が構成される。そして、これら第１及び第２の操作ポート６２，６３、シリンダ６４、第１及び第２のピストン６７，６８、作動ピン６９、第１及び第２の止め輪７１，７２、第１及び第２の操作室７３，７４等により、弁体駆動手段としての二段ピストン構造が構成される。
【００６９】
上記二段ピストン構造は、次のように作用する。即ち、図１３には、流量制御弁６１のダイアフラム弁体３２が弁座１０に当接した閉弁状態を示す。この状態で、第２ピストン６８の上面６８ｃとアッパボディ４の下端４ａとの間に、第１ストロークＳＴ１の分の隙間が存在する。この第１ストロークＳＴ１は、図１３の状態から第２ピストン６８と共に作動ピン６９が上方へ移動できる間隔を意味する。また、図１３に示す状態で、第１ピストン６７の上端６７ｄと第２ピストン６８の下端６８ｄとの間に、第２ストロークＳＴ２の分の隙間が存在する。この第２ストロークＳＴ２は、図１３の状態から第１ピストン６７と共に作動ピン６９が上方へ移動できる間隔を意味する。
【００７０】
図１３に示す閉弁状態から、第２操作ポート６２を通じて第２操作室７４に空気圧を印加することにより、第１ピストン６７が下方へ押圧されると共に、復帰バネ７０の付勢力に抗して第２ピストン６８が作動ピン６９と一体的に第１ストロークＳＴ１の分だけ上方へ移動し、図１４に示す開弁状態となる。図１４において、ダイアフラム弁体３２は、第１ストロークＳＴ１の分だけ、弁座１０から離間して開弁している。
【００７１】
図１４に示す開弁状態から、第１操作ポート６２を通じて第１操作室７３に空気圧を印加すると共に、第２操作ポート６３を通じて第２操作室７４から空気圧を開放することにより、第１ピストン６７は、第１止め輪７１に当接するまで上方へ移動する。第１止め輪７１に当接した後、第１ピストン６７は、作動ピン６９と共に復帰バネ７０の付勢力に抗して第２ストロークＳＴ２の分だけ上方へ移動し、図１５に示す全開状態となる。
【００７２】
一方、図１５に示す全開状態から、第１操作ポート６２への空気圧の供給を停止し、第１操作室７３の圧力を開放する。これにより、作動ピン６９は、復帰バネ７０の付勢力により、第１ピストン６７と共に下方へ移動する。そして、第２止め輪７２が第２ピストン６８に当接した後は、作動ピン６９は、復帰バネ７０の付勢力により、第１ピストン６７及び第２ピストン６８と共に更に下方へ移動し、図１３に示す閉弁状態に戻る。このように、流量制御弁６１の閉弁時には、ダイアフラム弁体３２を弁座１０に近付けて当接するために、上記の二段ピストン構造により第１ピストン６７、第２ピストン６８及び作動ピン６９を段階的に下方へ移動することにより、ダイアフラム弁体３２の動き始めからその移動速度を二段階に段階的に低くしている。
【００７３】
以上説明したこの実施の形態の流量制御弁６１によれば、二段ピストン構造により第１ピストン６７、第２ピストン６８及び作動ピン６９を駆動して、ダイアフラム弁体３２を弁座１０に対して離間又は近接させることにより、ダイアフラム弁体３２と弁座１０との間の最小流路面積が調節され、入力ポート７から出力ポート６へ流れる液体流量が制御される。ここで、ダイアフラム弁体３２を弁座１０に近付けて当接するとき、二段ピストン構造により第１ピストン６７、第２ピストン６８及び作動ピン６９を二段階に駆動することにより、ダイアフラム弁体３２の動き始めからその移動速度が二段階に段階的に低くなる。従って、この実施の形態の流量制御弁６１によっても、第２及び第３の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。
【００７４】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の流量制御弁を具体化した第５の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００７５】
図１６に、この実施の形態の流量制御弁１を含む構成を断面図に示す。この実施の形態では、第１の実施の形態の流量制御弁１にスピードコントローラ８１等を付属した点で、第１の実施の形態と構成が異なる。
【００７６】
即ち、図１６に示すように、第１操作ポート８に対して空気圧を印加又は開放するための配管８２には、スピードコントローラ８１、切換弁８３及び逆止弁８４が設けられる。逆止弁８４は、スピードコントローラ８１に並列に接続される。スピードコントローラ８１は、流量制御弁１の第１操作室１６における空気圧を配管８２を通じて開放するときの開放速度を低減する。この実施の形態では、配管８２が、ダイアフラム弁体１２を弁座１０から離間するべくピストン１５を往動するために大径シリンダ１４の第１操作室１６に作動流体である空気を供給する本発明の作動流体供給通路に相当する。同じく、配管８２は、ダイアフラム弁体１２を弁座１０に当接するべくピストン１５を復動するために第１操作室１６から作動流体としての空気を排出する本発明の作動流体排出通路に相当する。また、スピードコントローラ８１は、第１操作室１６から空気を排出するときに空気の排出速度を低減するための本発明の絞り手段に相当する。これら、ピストン１５、大径シリンダ１４、スピードコントローラ８１及び配管８２により、本発明の弁体駆動手段が構成される。そして、ダイアフラム弁体１２の当接面１７ｂを弁座１０の当接端１０ａに当接するために、スピードコントローラ８１により大径シリンダ１４の第１操作室１６からの空気の排出速度を低減することにより、ダイアフラム弁体１２の動き始めからその移動速度を相対的に低くするようになっている。
【００７７】
以上説明したこの実施の形態の構成によれば、大径シリンダ１４、ピストン１５、スピードコントローラ８１及び配管８２を協働させることにより、ダイアフラム弁体１２が弁座１０に対して離間又は近接し、ダイアフラム弁体１２と弁座１０との間の最小流路面積が調節され、入力ポート７から出力ポート６へ流れる液体流量が制御される。
【００７８】
ここで、ダイアフラム弁体１２の当接面１７ｂを弁座１０の当接端１０ａに当接するために、スピードコントローラ８１により大径シリンダ１４の第１操作室１６からの空気の排出速度を低減することにより、ダイアフラム弁体１２の動き始めからその移動速度が相対的に低くなる。従って、ダイアフラム弁体１２と弁座１０との間の最小流路面積が徐々に小さくなることと相まって、ダイアフラム弁体１２と弁座１０との間を流れる液体の慣性力が徐々に弱められ、液体の高圧化が抑えられる。この結果、ダイアフラム弁体１２及び弁座１０を比較的簡単な構成としながらウォータハンマの発生を防止することができる。この実施の形態では、ダイアフラム弁体１２と弁座１０との間を流れる液体の慣性力が徐々に弱められる分だけ、スピードコントローラ８１を持たない第１の実施の形態の構成に比べ、流量制御弁１に対する負荷を低減することができる。
【００７９】
図１７に、ダイアフラム弁体１２の閉弁時における入力ポート７の圧力（入力側圧力）と出力ポート６の圧力（出力側圧力）の変化について実験結果をタイムチャートに示す。このチャートからも分かるように、ダイアフラム弁体１２の閉弁始めから閉弁終わりまでの間で、入力側圧力及び出力側圧力とも、図１９のチャートに比べ相対的に長い時間かけて閉弁終わり時の所定値へ向けて徐々に揺るやかに増大又は減少することになる。この結果、図１９に示す従来例のタイムチャートとは異なり、閉弁終了直後に大きな圧力振動が発生することはない。
【００８０】
尚、この発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して実施することもできる。
【００８１】
例えば、前記第２〜第４の実施の形態の流量制御弁３１，５１，６１では、ダイアフラム弁体３２及び弁座１０として、従来例の弁座１００及び弁体１０１と同じ構成のものを採用した。これに対し、ダイアフラム弁体及び弁座として、第１の実施の形態の弁座１０及びダイアフラム弁体１２を採用してもよい。この構成によれば、ダイアフラム弁体と弁座との間の最小流路面積が徐々に小さくなることと相まって、ダイアフラム弁体と弁座との間を流れる液体の慣性力が段階的に弱められ、液体の高圧化がより確実に抑えられることになる。この結果、第２〜第４の実施の形態における流量制御弁３１，５１，６１に係る効果に対し、より確実にウォータハンマの発生を防止することができる。
【００８２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明の構成によれば、ダイアフラム弁体と弁座との間を流れる液体の慣性力が徐々に弱められ、液体の高圧化が抑えられる。この結果、ダイアフラム弁体及び弁座を比較的簡単な構成としながらウォータハンマの発生を防止することができる。
【００８３】
請求項２に記載の発明の構成によれば、ダイアフラム弁体と弁座との間を流れる液体の慣性力が段階的に弱められ、液体の高圧化が抑えられる。この結果、ダイアフラム弁体及び弁座を比較的簡単な構成としながらウォータハンマの発生を防止することができる。
【００８４】
請求項３に記載の発明の構成によれば、ダイアフラム弁体と弁座との間の最小流路面積が徐々に小さくなることと相まって、ダイアフラム弁体と弁座との間を流れる液体の慣性力が段階的に弱められ、液体の高圧化が抑えられる。この結果、請求項１に記載の発明の効果に対して、より確実にウォータハンマの発生を防止することができる。
【００８５】
請求項４に記載の発明の構成によれば、ダイアフラム弁体と弁座との間の最小流路面積が徐々に小さくなることと相まって、ダイアフラム弁体と弁座との間を流れる液体の慣性力が徐々に弱められ、液体の高圧化が抑えられる。この結果、請求項１に記載の発明の効果に加え、絞り手段を持たない構成の場合と比べ、流量制御弁に対する負荷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係り、流量制御弁を示す断面図。
【図２】弁座とダイアフラム弁体を示す拡大断面図。
【図３】同じく弁座とダイアフラム弁体を示す拡大断面図。
【図４】図２を更に拡大して示す断面図。
【図５】ダイアフラム弁体のリフト量変化に対する最小流路面積変化を示すグラフ。
【図６】入力側圧力と出力側圧力の変化を示すタイムチャート。
【図７】第２の実施の形態に係り、流量制御弁を示す断面図。
【図８】同じく流量制御弁を示す断面図。
【図９】同じく流量制御弁を示す断面図。
【図１０】第３の実施の形態に係り、流量制御弁を示す断面図。
【図１１】同じく流量制御弁を示す断面図。
【図１２】同じく流量制御弁を示す断面図。
【図１３】第４の実施の形態に係り、流量制御弁を示す断面図。
【図１４】同じく流量制御弁を示す断面図。
【図１５】同じく流量制御弁を示す断面図。
【図１６】第５の実施の形態に係り、流量制御弁を示す断面図。
【図１７】入力側圧力と出力側圧力の変化を示すタイムチャート。
【図１８】従来例に係り、弁体と弁座の弁構造の一例を示す断面図。
【図１９】従来例に係り、圧力波形等を示すグラフ。
【符号の説明】
１ 流量制御弁
５ ボディ
６ 出力ポート
７ 入力ポート
８ 第１操作ポート
９ 第２操作ポート
１０ 弁座
１０ａ 当接端
１０ｂ 外周テーパ面
１０ｃ 平坦面
１０ｄ 内周テーパ面
１１ 弁孔
１２ ダイアフラム弁体
１３ 小径シリンダ
１４ 大径シリンダ
１５ ピストン
１６ 第１操作室
１７ｂ 当接面
１７ｃ 凸部
１７ｄ 外周面
２０ 第２操作室
２２ 復帰バネ
３１ 流量制御弁
３２ ダイアフラム弁体
３３ 操作ポート
３４ 第１シリンダ
３５ 第１ピストン
３６ 第２シリンダ
３７ 通気孔
３８ 第２ピストン（移動部材）
３９ 第１操作室
４０ 第２操作室
５１ 流量制御弁
５２ 別の操作ポート
５３ 第３操作室
５４ 通気孔
６１ 流量制御弁
６２ 第１操作ポート
６３ 第２操作ポート
６４ シリンダ
６７ 第１ピストン
６８ 第２ピストン
６９ 作動ピン
７１ 第１止め輪
７２ 第２止め輪
７３ 第１操作室
７４ 第２操作室
８１ スピードコントローラ（絞り手段）
８２ 配管（作動流体供給通路及び作動流体排出通路）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a flow control valve for controlling a flow rate of a liquid, and more particularly to a flow control valve for preventing the occurrence of a water hammer (water hammer action) when the valve is closed.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, in a semiconductor manufacturing facility or the like, a liquid such as pure water or a chemical solution is delivered to various devices for cleaning or corroding a wafer. It is necessary to control the flow rate of this type of chemical solution according to the usage conditions, and a flow control valve is provided in the piping.
[0003]
FIG. 18 is a sectional view showing an example of a relatively simple valve structure for a valve element and a valve seat in this type of flow control valve. The valve seat 100 has a protruding end 102 that contacts the valve body 101, an outer peripheral surface 103 provided outside the protruding end 102 on the opposite side to the valve seat 100, and a flat surface 104 provided outside the outer peripheral surface 103. And The lower surface 105 of the valve element 101 is formed flat. The valve body 101 is moved up and down by a valve body driving means (not shown) to change the gap between the protruding end 102 of the valve seat 100 and the lower surface 105 of the valve body 101.
[0004]
When the valve seat 100 and the valve body 101 having such a valve structure are closed, an abnormal pressure is generated due to a rapid change in the flow velocity of the liquid in the pipe, and a water hammer (vibration and abnormal noise) is generated. Phenomena). FIG. 19 is a graph showing a pressure waveform and the like relating to this phenomenon. The vibration of the water hammer may give an impact to the valve seat 100, the valve body 101, or the inside of the pipe, causing the foreign matter to be separated from the surface thereof. The peeled foreign matter may cause particles that are not preferable in semiconductor production to be mixed in the liquid. Further, the abnormal noise of the water hammer is perceived as an unpleasant sound from the outside, and depending on the degree thereof, the worker may be anxious that the flow control valve may be faulty.
[0005]
Thus, techniques for preventing such a water hammer and the like are described and disclosed in Patent Documents 1 to 5 below.
[0006]
The pilot valve described in Patent Literature 1 divides a valve chamber into a feeding part and a back pressure part, and opens and closes a valve seat provided in a drain part, and a diaphragm fixed to the back pressure part side of the diaphragm. And a plate. The diaphragm has an insertion hole penetrating the front and back. The diaphragm plate has an extraction hole that penetrates the front and back at a position different from the extraction hole. In a plane portion between the diaphragm and the diaphragm plate, a deenergizing flow path that connects the extraction hole and the extraction hole is provided. The energy-reducing channel is provided with energy-reducing means for changing the cross-sectional area of the channel. In addition, a through hole is provided at the center of the diaphragm plate to allow the back pressure part and the drain part to communicate with each other. The opening on the back pressure part side of the through hole is opened and closed by a tip end surface of a plunger driven by an electromagnetic coil. Further, the diaphragm plate and the diaphragm are integrally pressed by the plunger toward the valve seat. According to the above configuration, at the time of closing the diaphragm with respect to the valve seat, the energy of the liquid that has entered the extraction hole is consumed by the energy-reducing means of the energy-reducing flow path, and a rapid pressure increase in the back pressure portion is suppressed. As a result, seating of the diaphragm on the valve seat is delayed, and water hammer can be suppressed.
[0007]
The pilot-type diaphragm valve described in Patent Literature 2 has a basic configuration similar to the pilot valve described in Patent Literature 1. However, the diaphragm valve does not include the extraction hole, the extraction hole, the damping passage and the damping means in the pilot valve. Instead, the diaphragm valve and the diaphragm penetrate the diaphragm plate and the diaphragm to supply the liquid and the back pressure chamber (back pressure portion). ) Is provided. Further, a shielding member for shielding the opening of the liquid supply side passage is provided. The gap formed between the shielding member and the opening is configured to be gradually reduced until the diaphragm valve is completely closed. According to the above configuration, the amount of the liquid flowing into the back pressure chamber when the valve is closed is gradually limited by the shielding member, thereby preventing the occurrence of a water hammer.
[0008]
The pilot valve described in Patent Document 3 has a basic configuration similar to the diaphragm valve described in Patent Document 2. However, in this pilot valve, the shielding member in the diaphragm valve is omitted, and instead, a back pressure chamber is provided with an increasing amount adjusting means. This increasing amount adjusting means reduces the amount of water in the back pressure chamber from the amount of water flowing through the communication hole in order to moderate the degree of increase in the amount of water in the back pressure chamber due to water flowing into the back pressure chamber from the communication hole (supply side passage). Is also configured to be discharged in small amounts. Thereby, the moving speed of the main valve body toward the main valve seat is reduced relative to the amount of water flowing into the back pressure chamber from the communication hole. According to the above configuration, the flow rate of water is reduced and cut off slowly, and the water hammer is reduced.
[0009]
The electromagnetic valve described in Patent Document 4 differs from the valves described in Patent Documents 1 to 3 in that a valve structure having no diaphragm is described. That is, this solenoid valve has a pilot passage at the center, a main valve that opens and closes a valve seat, a main valve spring that urges the main valve in an opening direction to separate the main valve from the valve seat, and an attraction when energizing a solenoid coil. A plunger that is directly sucked into the plunger, a holder formed separately from the plunger, a valve portion that is inserted into the holder and connected to the plunger, and a needle that is provided in the valve portion and opens and closes a pilot passage of a main valve. A valve, and a needle valve spring for urging the needle valve in the closing direction of the pilot passage. Then, when the resilience of the needle valve spring exceeds the suction force acting on the plunger due to the energization of the solenoid coil, only one of the needle valve and the main valve is connected to the corresponding one of the pilot passage and the valve seat. Is half-opened and the other is fully closed. According to the above configuration, the pressure difference between the primary side and the secondary side of the solenoid valve does not fluctuate at once, but fluctuates gradually, and a sudden change in the flow rate of the passing fluid accompanying opening and closing of the valve seat is suppressed. The occurrence of water hammer is suppressed.
[0010]
The flow control valve described in Patent Literature 5 differs from the valves described in Patent Literatures 1 to 4 in that a valve structure that prevents cavitation and other phenomena when the valve element opens away from the valve seat is described. That is, this flow control valve is characterized in that the valve seat and the valve body have special shapes. Specifically, a contact end capable of contacting the valve body is formed at the upper end of the valve seat. On the outer side of the contact end of the valve seat, an outer peripheral tapered surface whose diameter is increased on the side opposite the valve body is formed. A first flat surface is formed outside the outer peripheral tapered surface of the valve seat. A contact surface that can contact the contact end is formed on the lower surface of the valve body. Outside the contact surface of the valve element, there is formed an inner peripheral tapered surface whose diameter is increased on the valve seat side. A second flat surface is formed outside the inner peripheral tapered surface of the valve element. When the valve body is moved by the valve body driving means to bring the contact end of the valve seat close to the contact surface of the valve body, all of the flow of the fluid flowing out of those gaps is reduced by the inner peripheral taper. It is bent against the surface, and the flow velocity of the flow is suppressed. According to the above configuration, when the valve is opened, a sudden change in pressure of the liquid is eliminated, and phenomena such as occurrence of cavitation are prevented.
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-5-187575 (pages 2 to 4, FIGS. 1 to 8)
[Patent Document 2]
JP-A-7-119863 (pages 2 to 4, FIGS. 1 to 8)
[Patent Document 3]
JP-A-7-198059 (pages 2 to 5, FIGS. 1 to 6)
[Patent Document 4]
JP-A-11-2356 (pages 2-28, FIGS. 1-27)
[Patent Document 5]
Patent No. 2653974 (pages 1 to 6, FIGS. 1 to 4)
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, the pilot valve described in Patent Document 1 is a valve body because a diaphragm or a diaphragm plate is provided with an extraction hole, an extraction hole, a damping passage and a damping means, or a diaphragm plate is provided with a through hole. There has been a problem that the configurations of the diaphragm and the diaphragm plate are complicated. Further, since the liquid supply section and the back pressure section communicate with each other through the holes, an error may occur in the liquid flow rate flowing between the diaphragm and the valve seat by an amount corresponding to the liquid flow rate flowing through each hole. However, there has been a problem that it is difficult to control the minute flow rate.
[0013]
Further, in the diaphragm valve described in Patent Literature 2, since the liquid supply side passage and the drainage side passage are provided in the diaphragm and the diaphragm plate, like the pilot valve described in Patent Literature 1, the diaphragm is a valve body. In addition, the configuration of the diaphragm plate becomes complicated, and it is difficult to control the minute flow rate.
[0014]
Further, in the pilot valve described in Patent Document 3, since a communication hole and a through hole are provided in the diaphragm and the diaphragm plate, the pilot valve is a valve body like the pilot valve and the diaphragm valve described in Patent Documents 1 and 2. There has been a problem that the configurations of the diaphragm and the diaphragm plate become complicated, and it becomes difficult to control the minute flow rate. In addition, the configuration of the valve body has become more complicated due to the increase amount adjusting means provided on the back pressure chamber side.
[0015]
Furthermore, since the solenoid valve described in Patent Document 4 does not have a diaphragm-type valve structure, a main valve spring must be provided for the main valve, which also complicates the configuration of a valve body including the main valve. There was a problem.
[0016]
On the other hand, in the flow control valve described in Patent Document 5, since the diaphragm type valve structure does not have a through-hole or the like in the diaphragm, the configuration of the diaphragm valve body is simplified and suitable for controlling a minute flow rate. It becomes. However, this valve structure is not effective in preventing water hammer since it aims at preventing phenomena such as cavitation.
[0017]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a flow rate control valve capable of preventing the occurrence of water hammer while having a relatively simple configuration of a diaphragm valve body and a valve seat. Is to do.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 includes a body including an input port and an output port, a valve seat provided between the input port and the output port in the body, and a center of the valve seat. A valve hole provided to the input port, and a diaphragm valve body provided in the body corresponding to the valve seat, and a valve body driving means for moving the diaphragm valve body with respect to the valve seat, A flow control valve that controls the flow rate of liquid flowing from the input port to the output port by adjusting the minimum flow area between the diaphragm valve element and the valve seat by the valve element driving means, and is formed at the upper end of the valve seat. Abutting end, an outer peripheral taper surface formed on the valve seat so as to be inclined outwardly outside the abutting end, and a flat surface formed on the valve seat outside the outer peripheral taper surface, Slant inward inside the abutment end An inner peripheral taper surface formed on the valve seat, a contact surface formed on the lower surface of the diaphragm valve body so as to be in contact with the contact end, and a diaphragm penetrating into the valve hole inside the contact surface. A step of bringing the diaphragm valve body closer to the valve seat by the valve body driving means in order to bring the contact surface into contact with the contact end, comprising a convex portion formed on the valve body and including the outer peripheral surface facing the inner peripheral taper surface. By changing the gap between the abutting end and the abutting surface and the gap between the outer peripheral surface and the inner peripheral taper surface by making the convex portion penetrate into the valve hole, the minimum flow passage area from the beginning of the movement of the diaphragm valve body is reduced. The purpose is to gradually reduce the size.
[0019]
According to the configuration of the invention described above, by separating or approaching the diaphragm valve body with respect to the valve seat by the valve body driving means, the minimum flow passage area between the diaphragm valve body and the valve seat is adjusted, and from the input port. The flow rate of the liquid flowing to the output port is controlled. Here, in the process of bringing the diaphragm valve body close to the valve seat by the valve body driving means so that the contact surface comes into contact with the contact end, the projection of the diaphragm valve body gradually penetrates into the valve hole. At this time, the gap between the contact surface of the diaphragm valve element and the contact end of the valve seat, and the gap between the outer peripheral surface of the convex portion of the diaphragm valve element and the inner peripheral taper surface of the valve seat are affected by the movement of the diaphragm valve element. Accordingly, the minimum flow path area between the diaphragm valve body and the valve seat gradually decreases. Therefore, the inertial force of the liquid flowing between the diaphragm valve body and the valve seat is gradually weakened, and the increase in the pressure of the liquid is suppressed.
[0020]
In order to achieve the above object, an invention according to claim 2 includes a body including an input port and an output port, a valve seat provided between the input port and the output port in the body, and a center of the valve seat. A valve hole provided to the input port, and a diaphragm valve body provided in the body corresponding to the valve seat, and a valve body driving means for moving the diaphragm valve body with respect to the valve seat, In a flow control valve for controlling a flow rate of a liquid flowing from an input port to an output port by adjusting a minimum flow area between a diaphragm valve body and a valve seat by a valve body driving means, the valve body driving means includes a diaphragm valve. A moving member provided to be movable by a predetermined stroke in the body to move the body, and a step driving means provided to the body to drive the moving member step by step within a range of the stroke. In order to bring the diaphragm valve body close to the valve seat and make contact therewith, the moving member is driven stepwise by the step driving means, so that the moving speed of the diaphragm valve body is gradually lowered from the start of movement. .
[0021]
According to the configuration of the above invention, the moving member is driven by the step driving means, and the diaphragm valve body is separated or brought close to the valve seat, so that the minimum flow passage area between the diaphragm valve body and the valve seat is reduced. The regulated flow rate of the liquid flowing from the input port to the output port is controlled. Here, when the diaphragm valve element is brought close to the valve seat and brought into contact with the valve seat, the moving member is driven stepwise by the step driving means, so that the moving speed of the diaphragm valve element gradually decreases from the start of movement. Accordingly, the inertial force of the liquid flowing between the diaphragm valve body and the valve seat is gradually reduced, and the increase in the pressure of the liquid is suppressed.
[0022]
In order to achieve the above object, according to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the valve body driving means is capable of moving the diaphragm valve body by a predetermined stroke to move the diaphragm valve body. A moving member provided on the body for stepwise driving the moving member within a stroke range, and a step driving means for bringing the diaphragm valve body close to the valve seat and in contact with the valve seat. By driving the moving member in a stepwise manner, the moving speed of the diaphragm valve body is gradually lowered from the start of the movement.
[0023]
According to the configuration of the present invention, in addition to the operation of the invention described in claim 1, step driving means when the contact surface comes into contact with the contact end, that is, when the diaphragm valve element comes into contact with the valve seat close to the valve seat. By driving the moving member stepwise, the moving speed of the diaphragm valve body gradually decreases from the start of movement. Therefore, the inertia force of the liquid flowing between the diaphragm valve body and the valve seat is gradually reduced, in combination with the fact that the minimum flow passage area between the diaphragm valve body and the valve seat gradually decreases, and the high pressure of the liquid is increased. Is suppressed.
[0024]
In order to achieve the above object, according to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the valve body driving means includes a cylinder provided on the body and a cylinder for moving the diaphragm valve body. A piston provided so as to be able to reciprocate only by a predetermined stroke, a working fluid supply passage for supplying working fluid to a cylinder to move the piston forward to separate the diaphragm valve body from the valve seat, and a valve valve for the diaphragm valve body. A working fluid discharge passage for discharging the working fluid from the cylinder in order to move the piston back to abut the seat, and a throttling means for reducing the discharge speed of the working fluid when discharging the working fluid from the cylinder; In order to bring the contact surface into contact with the contact end, the speed of discharging the working fluid from the cylinder is reduced by the throttle means, so that the diaphragm valve element starts moving from the beginning. And purpose to the dynamic rate relatively low.
[0025]
According to the configuration of the invention described above, in addition to the operation of the invention described in claim 1, the diaphragm valve body is attached to the valve seat by cooperating the cylinder, the piston, the working fluid supply passage, the working fluid discharge passage, and the throttle means. The minimum flow area between the diaphragm valve body and the valve seat is adjusted to adjust the flow rate of the liquid flowing from the input port to the output port. Here, in order to bring the contact surface into contact with the contact end, the speed of discharging the working fluid from the cylinder is reduced by the throttle means, so that the moving speed of the diaphragm valve body becomes relatively low from the beginning of movement. Accordingly, the inertia force of the liquid flowing between the diaphragm valve element and the valve seat is gradually weakened, and the pressure of the liquid is increased, in combination with the fact that the minimum flow passage area between the diaphragm valve element and the valve seat gradually decreases. Is suppressed.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of a flow control valve according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0027]
FIG. 1 is a sectional view showing a flow control valve 1 according to this embodiment. The flow control valve 1 includes a body 5 in which a lower body 2, a middle body 3, and an upper body 4 are assembled. The lower body 2 includes an output port 6 and an input port 7 on the left and right. The middle body 3 mounted on the upper side of the lower body 2 includes a first operation port 8. The upper body 4 mounted on the upper side of the middle body 3 includes a second operation port 9.
[0028]
The lower body 2 includes, in addition to the output port 6 and the input port 7, a valve seat 10 formed in an annular shape at the center between the output port 6 and the input port 7. The valve seat 10 includes a valve hole 11 at the center thereof. The valve hole 11 communicates with the input port 7. The outside of the valve seat 10 communicates with the output port 6. A diaphragm valve element 12 is provided corresponding to the valve seat 10. When the diaphragm valve body 12 abuts on the valve seat 10, the connection between the input port 7 and the output port 6 is shut off. When the diaphragm valve element 12 is separated from the valve seat 10, communication between the input port 7 and the output port 6 is established.
[0029]
The middle body 3 having a substantially cylindrical shape is mounted on the upper center of the lower body 2. The middle body 3 includes a small-diameter cylinder 13 and a large-diameter cylinder 14 in addition to the first operation port 8. A piston 15 having a substantially cylindrical shape is fitted inside the middle body 3 so as to be slidable in the vertical direction. The piston 15 includes a central large-diameter portion 15a, and an upper small diameter portion 15b and a lower small diameter portion 15c located above and below the large diameter portion 15a. The large-diameter portion 15a is airtightly fitted to the large-diameter cylinder 14 of the middle body 3. The lower small diameter portion 15c is fitted airtightly to the small diameter cylinder 13. A first operation chamber 16 is formed by a space defined by the lower surface 15d of the large diameter portion 15a and the inner wall of the large diameter cylinder 14. Air pressure is applied to or released from the first operation chamber 16 through the first operation port 8. When air pressure is applied to the first operation chamber 16, the piston 15 is pressed upward.
[0030]
The above-described diaphragm valve body 12 is attached to the lower end of the lower small diameter portion 15c of the piston 15. Diaphragm valve element 12 includes a boss 17 disposed at the center and a membrane 18 disposed around boss 17. The periphery of the film part 18 is sandwiched between the lower body 2 and the middle body 3. The diaphragm valve body 12 is separated from the valve seat 10 by the piston 15 moving upward and displacing upward. On the contrary, the diaphragm valve body 12 comes into contact with the valve seat 10 when the piston 15 moves downward and displaces downward.
[0031]
The upper body 4 having a substantially cylindrical shape is assembled above the middle body 3. The upper body 4 includes a small-diameter cylinder 19 at the center thereof in addition to the second operation port 9. The upper small diameter portion 15b of the piston 15 is fitted airtightly to the small diameter cylinder 19. The second operation chamber 20 is formed by a space defined by the upper surface 15 e of the large diameter portion 15 a of the piston 15, the inner wall of the large diameter cylinder 14, and the inner wall of the upper body 4. Air pressure is applied to or released from the second operation chamber 20 through the second operation port 9. When air pressure is applied to the second operation chamber 20, the piston 15 is pressed downward. The upper body 4 includes a spring groove 21. A return spring 22 is interposed between the upper surface 15 e of the piston 15 and the spring groove 21. The return spring 22 urges the piston 15 downward.
[0032]
Valve body driving means of the present invention for moving the diaphragm valve body 12 with respect to the valve seat 10 by the first and second operation ports 8 and 9, the small-diameter cylinder 13, the large-diameter cylinder 14, the piston 15, and the like. Is configured. The flow control valve 1 controls the flow rate of the liquid flowing from the input port 7 to the output port 6 by moving the piston 15 to adjust the minimum flow area between the diaphragm valve body 12 and the valve seat 10. It has become.
[0033]
2 and 3 show the valve seat 10 and the diaphragm valve element 12 in enlarged sectional views. FIG. 2 shows a valve-open state in which the diaphragm valve element 12 is separated from the valve seat 10. FIG. 3 shows a valve-closed state in which the diaphragm valve element 12 abuts on the valve seat 10. FIG. 4 is an enlarged view of FIG. As shown in FIG. 4, a flat contact end 10 a is formed at the upper end of the annular valve seat 10. An outer peripheral tapered surface 10b is formed outside the contact end 10a so as to be inclined outward. A flat surface 10c is formed outside the outer peripheral tapered surface 10b. An inner peripheral tapered surface 10d is formed inside the contact end 10a so as to be inclined inward by a predetermined angle θ1. A vertical surface 10e is formed below the inner peripheral tapered surface 10d. The inner peripheral tapered surface 10 d is located at the opening 11 a of the valve hole 11. In this embodiment, the predetermined angle θ1 is “30 °”. The inner diameter D1 of the opening 11a at the outermost edge of the inner peripheral tapered surface 10d is "10.2 mm" in this embodiment. The inner diameter D2 of the opening 11a at the innermost edge of the inner peripheral tapered surface 10d is "10.8 mm" in this embodiment.
[0034]
Above the boss portion 17 of the diaphragm valve body 12, a concave portion 17a connected to the lower end portion of the piston 15 is formed. On the lower surface of the boss portion 17 of the diaphragm valve body 12, a flat contact surface 17b is formed, which can make contact with the contact end 10a of the valve seat 10. A convex portion 17c that can penetrate into the valve hole 11 is formed inside the contact surface 17b. The convex portion 17c includes an outer peripheral surface 17d facing the inner peripheral tapered surface 10d and the vertical surface 10e. The lower peripheral edge of the convex portion 17c is a tapered surface 17e that is chamfered and forms a predetermined angle θ2. The center of the lower surface of the projection 17c protrudes in a conical shape. In this embodiment, the predetermined angle θ2 is “45 °”. In this embodiment, the height H1 of the projection 17c is "1.2 mm". The outer diameter D3 of the projection 17c at the outermost edge of the tapered surface 17e is "10 mm" in this embodiment. The outer diameter D4 of the protrusion 17c at the innermost edge of the tapered surface 17e is "9.4 mm" in this embodiment. In FIG. 4, “L1” means a maximum lift amount that is a stroke of the diaphragm valve body 12 with respect to the valve seat 10. In this embodiment, the maximum lift amount L1 is "3.5 mm".
[0035]
In this embodiment, the minimum flow passage area between the diaphragm valve element 12 and the valve seat 10 changes between the valve opening state shown in FIG. 2 and the valve closing state shown in FIG. FIG. 5 is a graph showing a change in the minimum flow passage area with respect to a change in the lift amount of the diaphragm valve element 12. In this embodiment, as shown by the solid line in FIG. 5, it can be seen that the minimum flow passage area gradually decreases as the valve is closed from the open state. On the other hand, in the conventional valve seat 100 and the valve element 101 (see FIG. 18), as shown by a broken line in FIG. It can be seen that there is no change at all, and when the value exceeds the predetermined value L2, the value rapidly decreases toward the valve closing state.
[0036]
The flow control valve 1 configured as described above is operated by applying air pressure to the first operation port 8 or the second operation port 9. As a means for supplying the air pressure, for example, a compressed air cylinder or an air pressure pump is used.
[0037]
When no air pressure is applied to any of the first and second operation ports 8 and 9, the piston 15 receives only the urging force of the return spring 22. As a result, the piston 15 moves downward as shown in FIG. 3 until the diaphragm valve body 12 at the lower end thereof comes into contact with the valve seat 10 to close the valve. In this state, the projection 17 of the diaphragm valve body 12 penetrates into the valve hole 11 of the valve seat 10, and the contact end 10a of the valve seat 10 and the contact surface 17b of the diaphragm valve body 12 contact each other. Thereby, the communication between the input port 7 and the output port 6 is cut off.
[0038]
When air pressure is applied to the first operation port 8, the first operation chamber 16 of the flow control valve 1 becomes high pressure. Accordingly, the piston 15 moves upward against the urging force of the return spring 22, and the upper surface 15e comes into contact with the lower end 4a of the upper body 4 and stops. With the movement of the piston 15, as shown in FIG. 2, the diaphragm valve body 12 is displaced upward, and a gap is formed between the contact end 10a of the valve seat 10 and the contact surface 17b of the diaphragm valve body 12. Is done. Thereby, the input port 7 and the output port 6 communicate.
[0039]
When the supply of air pressure to the first operation port 8 is stopped and the pressure in the first operation chamber 16 is released, the flow control valve 1 returns to the closed state by the urging force of the return spring 22. At this time, when air pressure is applied to the second operation port 9, the pressure in the second operation chamber 20 becomes high. This pressure assists the urging force of the return spring 22 and presses the piston 15 downward, so that the valve-closed state is ensured.
[0040]
As described above, by separating or approaching the diaphragm valve body 12 with respect to the valve seat 10 by the piston 15 or the like, the minimum flow passage area between the diaphragm valve body 12 and the valve seat 10 is adjusted. The flow rate of the liquid flowing to the output port 6 is controlled.
[0041]
Here, as described above, the valve seat 10 and the diaphragm valve element 12 have a special shape that fits and comes into contact with each other, and a special effect is exerted depending on the shape. That is, when the valve seat 10 and the diaphragm valve body 12 are switched from the open state to the closed state, as shown by the solid line in FIG. It becomes smaller and reaches the valve closed state. In other words, when the diaphragm valve body 12 is brought closer to the valve seat 10 by the piston 15 or the like so that the contact surface 17b of the diaphragm valve body 12 comes into contact with the contact end 10a of the valve seat 10, the convexity of the diaphragm valve body 12 is increased. The part 17 is gradually penetrated into the valve hole 11. At this time, the gap between the contact surface 17b of the diaphragm valve body 12 and the contact end 10a of the valve seat 10, and the gap between the outer peripheral surface 17d of the projection 17 of the diaphragm valve body 12 and the inner peripheral taper surface 10d of the valve seat 10 are formed. The gap gradually decreases as the diaphragm valve body 12 moves, and the minimum flow passage area between the diaphragm valve body 12 and the valve seat 10 gradually decreases.
[0042]
Therefore, the inertial force of the liquid flowing between the diaphragm valve body 12 and the valve seat 10 is gradually weakened, and the increase in the pressure of the liquid is suppressed. For this reason, the occurrence of water hammer (water hammer phenomenon) can be prevented while the diaphragm valve element 12 and the valve seat 10 have relatively simple configurations as described above. As a result, since there is no abrupt pressure fluctuation between the valve seat 10 and the diaphragm valve body 12, the occurrence of abnormal wear, foreign matter peeling, and the like on the surfaces of the valve seat 10 and the diaphragm valve body 12 where the liquid comes into contact is prevented. be able to. For this reason, the flow control valve 1 is excellent in applications where flow control is frequently used, for example, in a semiconductor manufacturing facility, such as delivery of pure water or a chemical solution.
[0043]
FIG. 6 is a time chart showing prediction results of changes in the pressure at the input port 7 (input side pressure) and the pressure at the output port 6 (output side pressure) when the diaphragm valve body 12 is closed. As can be seen from this chart, from the start of valve closing of the diaphragm valve body 12 to the end of valve closing, both the input side pressure and the output side pressure gradually fluctuate toward a predetermined value at the end of valve closing. Will increase or decrease. As a result, unlike the time chart of the conventional example shown in FIG. 19, a large pressure oscillation does not occur immediately after the closing of the valve.
[0044]
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0045]
In the following embodiments including this embodiment, the same components as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and description thereof will be omitted. Will be described focusing on different points.
[0046]
7 to 9 are sectional views showing the configuration and operation of the flow control valve 31 according to this embodiment. In this embodiment, the same configuration as that of the conventional example shown in FIG. 18 is used as the diaphragm valve body 32 and the valve seat 10. This embodiment differs from the first embodiment in that the valve body driving means for driving the diaphragm valve body 32 has a two-stage piston structure.
[0047]
That is, as shown in FIGS. 7 to 9, one operation port 33 for supplying and discharging the working fluid is formed in the middle body 3. The first cylinder 34 is formed in the middle body 3. A first piston 35 having a substantially cylindrical shape is airtightly fitted to the first cylinder 34 so as to be slidable in the vertical direction. The first piston 35 is formed with a second cylinder 36 and a through hole 37 penetrating the bottom wall. In the second cylinder 36, a second piston 38 is provided so as to be slidable in the vertical direction. The second piston 38 includes an upper large-diameter portion 38a and a lower small-diameter portion 38b. The large diameter portion 38a is fitted in the second cylinder 36 in an airtight manner. A return spring 22 is interposed between the upper surface 38c of the large diameter portion 38a and the spring groove 21 of the upper body 4. The return spring 22 urges the second piston 38 downward. The small-diameter portion 38 b is fitted airtightly through the through hole 37. The diaphragm valve body 32 is attached to the lower end of the small diameter portion 38b.
[0048]
A first operation chamber 39 is formed in a space defined by a lower surface 35a of the first piston 35 and an inner wall of the first cylinder 34. Air pressure is applied to or released from the first operation chamber 39 through the operation port 33. When air pressure is applied to the first operation chamber 39, the first piston 35 is pressed upward. A second operation chamber 40 is formed in a space defined by the lower surface 38d of the large diameter portion 38a of the second piston 38 and the inner wall of the second cylinder 36. On the bottom wall of the first piston 35, a ventilation hole 41 for ventilating between the first operation chamber 39 and the second operation chamber 40 is formed. Air pressure is applied to or released from the second operation chamber 40 through the operation port 33 and the ventilation hole 41. When the air pressure is applied to the second operation chamber 40, the second piston 38 is pressed upward.
[0049]
In this embodiment, the second piston 38 corresponds to a moving member of the present invention provided to be movable by a predetermined stroke in the middle body 3 to move the diaphragm valve body 32. In this embodiment, the operation port 33, the first cylinder 34, the first piston 35, the second cylinder 36, the vent 37, the first operation chamber 39, and the second operation chamber 40 serve as a moving member. Step driving means provided on the middle body 3 is configured to drive the piston 38 stepwise in the range of the stroke. The operation port 33, the first cylinder 34, the first piston 35, the second cylinder 36, the vent hole 37, the second piston 38, the first operation chamber 39, and the second operation chamber 40 serve as a valve body driving means. A two-stage piston structure is configured.
[0050]
The two-stage piston structure operates as follows. That is, FIG. 7 shows a closed state in which the diaphragm valve body 32 of the flow control valve 31 is in contact with the valve seat 10. In this state, a gap corresponding to the first stroke ST1 exists between the upper end 35b of the first piston 35 and the lower surface 4b of the upper body 4.
[0051]
From this closed state, by applying air pressure to the first operation chamber 39 through the operation port 33, the first piston 35 and the second piston 38 are integrally formed with the first stroke against the urging force of the return spring 22. It moves upward by ST1 and the valve is opened as shown in FIG. In FIG. 8, the diaphragm valve element 32 is separated from the valve seat 10 by the first stroke ST1 and opened.
[0052]
In the valve-open state shown in FIG. 8, a gap corresponding to the second stroke ST2 exists between the upper surface 38c of the second piston 38 and the lower end 4a of the upper body 4. From this state, by applying air pressure to the second operation chamber 40 through the operation port 33, the first operation chamber 39, and the ventilation hole 41, the second piston 38 is moved in the second stroke against the urging force of the return spring 22. It moves upward by ST2 and is in the fully open state shown in FIG. In FIG. 9, the diaphragm valve element 32 is opened apart from the valve seat 10 by the first stroke ST1 and the second stroke ST2.
[0053]
On the other hand, from the fully open state shown in FIG. 9, the supply of the air pressure to the operation port 33 is stopped, and the pressures in the first operation chamber 39 and the second operation chamber 40 are released. Thereby, first, the second piston 38 moves downward by the amount of the second stroke ST2 by the urging force of the return spring 22, and the flow control valve 31 returns to the valve-open state shown in FIG. Subsequently, the first piston 35 and the second piston 38 are integrally moved downward by the amount of the first stroke ST1 by the urging force of the return spring 22, and the flow control valve 31 returns to the closed state shown in FIG. As described above, when the flow control valve 31 is closed, the second piston 38 is moved stepwise downward by the above-described two-stage piston structure in order to bring the diaphragm valve body 32 close to and contact the valve seat 10. The movement speed of the diaphragm valve body 32 is gradually reduced in two stages from the start of movement.
[0054]
According to the flow rate control valve 31 of this embodiment described above, the second piston 38 is driven by the two-stage piston structure, and the diaphragm valve body 32 is moved away from or close to the valve seat 10, whereby the diaphragm valve is opened. The minimum flow area between the body 32 and the valve seat 10 is adjusted, and the flow rate of the liquid flowing from the input port 7 to the output port 6 is controlled. Here, when the diaphragm valve element 32 is brought close to the valve seat 10 and is brought into contact with the valve seat 10, the second piston 38 is driven in two steps by the two-stage piston structure, so that the moving speed of the diaphragm valve element 32 from the start of movement is two steps. Gradually lower. Therefore, the inertial force of the liquid flowing between the diaphragm valve body 32 and the valve seat 10 is gradually reduced in two stages, and the increase in the pressure of the liquid is suppressed. As a result, it is possible to prevent water hammer from occurring while the diaphragm valve body 32 and the valve seat 10 have a relatively simple configuration similar to the valve body 101 of the conventional example. As a result, since there is no rapid pressure fluctuation between the valve seat 10 and the diaphragm valve body 32, the occurrence of abnormal wear, foreign matter peeling, and the like on the surfaces of the valve seat 10 and the diaphragm valve body 32 where the liquid comes into contact is prevented. be able to. For this reason, the flow control valve 31 is excellent in applications where flow control is frequently used, for example, in a semiconductor manufacturing facility, such as delivery of pure water or a chemical solution.
[0055]
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0056]
10 to 12 are sectional views showing the configuration and operation of the flow control valve 51 according to this embodiment. This embodiment differs from the second embodiment in the configuration of a two-stage piston structure which is a valve driving means for driving the diaphragm valve 32.
[0057]
That is, as shown in FIGS. 10 to 12, in this embodiment, a vent 41 provided between the first operation chamber 39 and the second operation chamber 40 in the flow control valve 31 of the second embodiment. , And the configuration of the second piston 38 and the upper body 4 is changed instead. In this embodiment, the second piston 38 further includes an upper small diameter portion 38e above the large diameter portion 38a. The upper body 4 includes, in addition to the small-diameter cylinder 19 formed at the center thereof, another operation port 52 that communicates with the small-diameter cylinder 19. The upper small-diameter portion 38e is airtightly fitted to the small-diameter cylinder 19. A third operation chamber 53 is formed in a space defined by the upper surface 38f of the upper small diameter portion 38e and the inner wall of the small diameter cylinder 19. The working fluid is supplied to and discharged from another operation port 52. The second piston 38 is provided with a ventilation hole 54 for ventilating between the third operation chamber 53 and the second operation chamber 40. The area S1 of the upper surface 38f of the upper small diameter portion 38e is smaller than the area S2 of the lower surface 38d of the large diameter portion 38a. Air pressure is applied to or released from the third operation chamber 53 through another operation port 52. By applying or releasing the air pressure to the third operation chamber 53, the air pressure is also applied to or released from the second operation chamber 40 through the ventilation hole 54. When the air pressure is applied to the third operation chamber 53 and the second operation chamber 40, the second piston 38 is pressed upward due to the difference in the air pressure received between the area S1 and the area S2.
[0058]
In this embodiment, the second piston 38 corresponds to a moving member of the present invention provided to be movable by a predetermined stroke in the middle body 3 to move the diaphragm valve body 32. In this embodiment, the operation port 33, the first cylinder 34, the first piston 35, the second cylinder 36, the first operation chamber 39, the second operation chamber 40, another operation port 52, and the third operation chamber 53 are provided. The vent hole 54 constitutes a step driving means provided in the middle body 3 for driving the second piston 38 as a moving member step by step within the above-described stroke range. The operation port 33, the first cylinder 34, the first piston 35, the second cylinder 36, the ventilation hole 37, the second piston 38, the first operation chamber 39, the second operation chamber 40, another operation port 52, The three operation chamber 53 and the vent hole 54 constitute a two-stage piston structure as a valve body driving means.
[0059]
The two-stage piston structure operates as follows. That is, FIG. 10 shows a closed state in which the diaphragm valve body 32 of the flow control valve 51 is in contact with the valve seat 10. In this state, a gap corresponding to the first stroke ST1 exists between the upper end 35b of the first piston 35 and the lower surface 4b of the upper body 4.
[0060]
From this closed state, by applying air pressure to the first operation chamber 39 through the operation port 33, the first piston 35 and the second piston 38 are integrally formed with the first stroke against the urging force of the return spring 22. It moves upward by ST1 and enters the valve open state shown in FIG. In FIG. 11, the diaphragm valve element 32 is separated from the valve seat 10 by the first stroke ST1 and opened.
[0061]
In the valve-open state shown in FIG. 11, a gap corresponding to the second stroke ST2 exists between the upper surface 38c of the large-diameter portion 38a of the second piston 38 and the lower end 4a of the upper body 4. From this state, by applying air pressure to the second operation chamber 40 through another operation port 52, the third operation chamber 53, and the ventilation hole 54, the second piston 38 resists the urging force of the return spring 22, and It moves upward by two strokes ST2, and becomes the fully open state shown in FIG. In FIG. 12, the diaphragm valve element 32 is opened apart from the valve seat 10 by the first stroke ST1 and the second stroke ST2.
[0062]
On the other hand, from the fully open state shown in FIG. 12, the supply of air pressure to another operation port 52 is stopped, and the pressures in the third operation chamber 53 and the second operation chamber 40 are released. Accordingly, first, the second piston 38 moves downward by the amount of the second stroke ST2 by the urging force of the return spring 22, and the flow control valve 51 returns to the valve-open state shown in FIG. Subsequently, the supply of air pressure to the operation port 33 is stopped to open the first operation chamber 39, so that the first piston 35 and the second piston 38 are integrally formed by the biasing force of the return spring 22 in the first stroke ST 1. And the flow control valve 51 returns to the closed state shown in FIG. As described above, when the flow control valve 51 is closed, the second piston 38 is moved stepwise downward by the above-described two-stage piston structure in order to bring the diaphragm valve body 32 close to the valve seat 10 and make contact therewith. The movement speed of the diaphragm valve body 32 is gradually reduced in two stages from the start of movement.
[0063]
Similarly to the second embodiment, the flow rate control valve 51 of this embodiment described above drives the second piston 38 by the two-stage piston structure to separate the diaphragm valve body 32 from the valve seat 10. Or, by bringing them closer, the minimum flow passage area between the diaphragm valve element 32 and the valve seat 10 is adjusted, and the flow rate of the liquid flowing from the input port 7 to the output port 6 is controlled. When the diaphragm valve element 32 is brought close to the valve seat 10 and is brought into contact therewith, the two-stage piston structure drives the second piston 38 in two steps, so that the moving speed of the diaphragm valve element 32 from the start of movement becomes two steps. It gradually decreases. Therefore, the same operation and effect as in the second embodiment can be obtained by the flow control valve 51 of this embodiment.
[0064]
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0065]
13 to 15 are sectional views showing the configuration and operation of the flow control valve 61 of this embodiment. This embodiment is different from the second and third embodiments in the configuration of a two-stage piston structure which is a valve driving means for driving the diaphragm valve 32.
[0066]
That is, as shown in FIGS. 13 to 15, the first operation port 62 and the second operation port 63 for supplying and discharging the working fluid are formed in the middle body 3. Further, inside the middle body 3, a cylinder 64 is formed on the upper side, and a hollow portion 65 is formed on the lower side. A hole 66 is formed in the center of the partition wall between the cylinder 64 and the cavity 65. A pair of substantially disk-shaped first pistons 67 and second pistons 68 are airtightly fitted to the cylinder 64 so as to be slidable in the vertical direction. Holes 67a, 68a are formed in the centers of the first and second pistons 67, 68, respectively. One operating pin 69 is airtightly fitted to these holes 67a and 68a so as to be slidable in the vertical direction. The lower part of the operating pin 69 extends downward through the hole 66 of the middle body 3. The diaphragm valve 32 is attached to the lower end of the operating pin 69. A flange 69a is formed below the operating pin 69. A return spring 70 is interposed between the flange 69a and the upper bottom wall of the cavity 65. The return spring 70 presses the diaphragm valve body 32 toward the valve seat 10 by urging the operation pin 69 downward. A first retaining ring 71 and a second retaining ring 72 are fixed to an upper portion of the operation pin 69. The first retaining ring 71 is disposed between the first piston 67 and the second piston 68. The second retaining ring 72 is arranged above the upper second piston 68.
[0067]
A first operation chamber 73 is formed in a space defined by the lower surface 67b of the first piston 67 and the inner wall of the cylinder 64. Air pressure is applied to or released from the first operation chamber 73 through the first operation port 61. When the air pressure is applied to the first operation chamber 73, the first piston 67 is pressed upward. A second operation chamber 74 is formed in a space defined by an upper surface 67c of the first piston 67, a lower surface 68b of the second piston 68, and an inner wall of the cylinder 64. Air pressure is applied to or released from the second operation chamber 74 through the second operation port 62. When air pressure is applied to the second operation chamber 74, the first piston 67 is pressed downward, and the second piston 68 is pressed upward.
[0068]
In this embodiment, the operating pin 69 corresponds to a moving member of the present invention provided to be movable by a predetermined stroke in the middle body 3 to move the diaphragm valve body 32. In this embodiment, the moving member is formed by the first and second operation ports 62 and 63, the cylinder 64, the first and second pistons 67 and 68, the first and second operation chambers 73 and 74, and the like. Step driving means provided on the middle body 3 is configured to drive the operation pin 69 stepwise within the above-described stroke range. The first and second operation ports 62 and 63, the cylinder 64, the first and second pistons 67 and 68, the operation pin 69, the first and second retaining rings 71 and 72, the first and second A two-stage piston structure as a valve body driving means is constituted by the operation chambers 73, 74 and the like.
[0069]
The two-stage piston structure operates as follows. That is, FIG. 13 shows a closed state in which the diaphragm valve body 32 of the flow control valve 61 is in contact with the valve seat 10. In this state, a gap corresponding to the first stroke ST1 exists between the upper surface 68c of the second piston 68 and the lower end 4a of the upper body 4. The first stroke ST1 means an interval at which the operation pin 69 can move upward together with the second piston 68 from the state shown in FIG. In addition, in the state shown in FIG. 13, a gap corresponding to the second stroke ST2 exists between the upper end 67d of the first piston 67 and the lower end 68d of the second piston 68. The second stroke ST2 means an interval at which the operating pin 69 can move upward together with the first piston 67 from the state shown in FIG.
[0070]
By applying air pressure to the second operation chamber 74 through the second operation port 62 from the valve closed state shown in FIG. 13, the first piston 67 is pressed downward and the urging force of the return spring 70 is resisted. The second piston 68 moves upward by the amount of the first stroke ST1 integrally with the operation pin 69, and the valve is opened as shown in FIG. In FIG. 14, the diaphragm valve element 32 is separated from the valve seat 10 by the first stroke ST1 and opened.
[0071]
By applying air pressure to the first operation chamber 73 through the first operation port 62 and releasing air pressure from the second operation chamber 74 through the second operation port 63 from the valve open state shown in FIG. Moves upward until it contacts the first retaining ring 71. After contacting the first retaining ring 71, the first piston 67 moves upward together with the operating pin 69 by the amount of the second stroke ST2 against the urging force of the return spring 70, and moves to the fully opened state shown in FIG. Become.
[0072]
On the other hand, from the fully open state shown in FIG. 15, the supply of air pressure to the first operation port 62 is stopped, and the pressure in the first operation chamber 73 is released. As a result, the operating pin 69 moves downward together with the first piston 67 by the biasing force of the return spring 70. Then, after the second retaining ring 72 abuts on the second piston 68, the operating pin 69 moves further downward together with the first piston 67 and the second piston 68 by the urging force of the return spring 70, and FIG. The state returns to the closed state shown in FIG. As described above, when the flow control valve 61 is closed, the first piston 67, the second piston 68, and the operating pin 69 are moved by the above-described two-stage piston structure in order to bring the diaphragm valve body 32 close to the valve seat 10 and make contact therewith. By moving stepwise downward, the moving speed of the diaphragm valve body 32 is gradually lowered in two steps from the start of movement.
[0073]
According to the flow control valve 61 of this embodiment described above, the first piston 67, the second piston 68, and the operating pin 69 are driven by the two-stage piston structure to move the diaphragm valve body 32 to the valve seat 10. By separating or approaching, the minimum flow area between the diaphragm valve element 32 and the valve seat 10 is adjusted, and the flow rate of the liquid flowing from the input port 7 to the output port 6 is controlled. Here, when the diaphragm valve element 32 is brought close to the valve seat 10 and is brought into contact with the valve seat 10, the first piston 67, the second piston 68, and the operating pin 69 are driven in two stages by a two-stage piston structure. From the start of the movement, the moving speed gradually decreases in two steps. Therefore, the same operation and effect as those of the second and third embodiments can be obtained by the flow control valve 61 of this embodiment.
[0074]
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment embodying the flow control valve of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0075]
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a configuration including the flow control valve 1 of this embodiment. This embodiment differs from the first embodiment in that a speed controller 81 and the like are attached to the flow control valve 1 of the first embodiment.
[0076]
That is, as shown in FIG. 16, a speed controller 81, a switching valve 83, and a check valve 84 are provided in a pipe 82 for applying or releasing air pressure to the first operation port 8. The check valve 84 is connected to the speed controller 81 in parallel. The speed controller 81 reduces the opening speed when releasing the air pressure of the flow control valve 1 in the first operation chamber 16 through the pipe 82. In this embodiment, a pipe 82 supplies air as a working fluid to the first operation chamber 16 of the large-diameter cylinder 14 in order to move the piston 15 to move the diaphragm valve body 12 away from the valve seat 10. It corresponds to the working fluid supply passage of the invention. Similarly, the pipe 82 corresponds to a working fluid discharge passage of the present invention that discharges air as a working fluid from the first operation chamber 16 to return the piston 15 so that the diaphragm valve body 12 abuts on the valve seat 10. . Further, the speed controller 81 corresponds to a throttle unit of the present invention for reducing the speed of discharging air when discharging air from the first operation chamber 16. The piston 15, the large-diameter cylinder 14, the speed controller 81, and the pipe 82 constitute a valve body driving unit of the present invention. Then, in order to make the contact surface 17b of the diaphragm valve body 12 abut on the contact end 10a of the valve seat 10, the speed of discharging air from the first operation chamber 16 of the large-diameter cylinder 14 is reduced by the speed controller 81. Thus, the moving speed of the diaphragm valve body 12 is relatively reduced from the start of the movement.
[0077]
According to the configuration of the embodiment described above, the large-diameter cylinder 14, the piston 15, the speed controller 81, and the pipe 82 cooperate to separate or approach the diaphragm valve body 12 with respect to the valve seat 10, The minimum flow passage area between the diaphragm valve element 12 and the valve seat 10 is adjusted, and the flow rate of the liquid flowing from the input port 7 to the output port 6 is controlled.
[0078]
Here, in order to contact the contact surface 17b of the diaphragm valve body 12 with the contact end 10a of the valve seat 10, the speed of discharging air from the first operation chamber 16 of the large-diameter cylinder 14 is reduced by the speed controller 81. As a result, the moving speed of the diaphragm valve body 12 from the start of movement becomes relatively low. Accordingly, the inertial force of the liquid flowing between the diaphragm valve body 12 and the valve seat 10 is gradually weakened, in combination with the fact that the minimum flow passage area between the diaphragm valve body 12 and the valve seat 10 gradually decreases, High pressure of the liquid can be suppressed. As a result, the occurrence of water hammer can be prevented while the diaphragm valve element 12 and the valve seat 10 have relatively simple configurations. In this embodiment, as compared with the configuration of the first embodiment having no speed controller 81, the flow rate control is performed by the amount by which the inertial force of the liquid flowing between the diaphragm valve body 12 and the valve seat 10 is gradually weakened. The load on the valve 1 can be reduced.
[0079]
FIG. 17 is a time chart showing experimental results on changes in the pressure at the input port 7 (input side pressure) and the pressure at the output port 6 (output side pressure) when the diaphragm valve body 12 is closed. As can be seen from this chart, during the period from the start of valve closing of the diaphragm valve body 12 to the end of valve closing, both the input side pressure and the output side pressure take a relatively longer time than the chart of FIG. It gradually increases or decreases gradually toward a predetermined value at the time. As a result, unlike the time chart of the conventional example shown in FIG. 19, a large pressure oscillation does not occur immediately after the closing of the valve.
[0080]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and a part of the configuration can be appropriately changed and implemented without departing from the spirit of the invention.
[0081]
For example, in the flow control valves 31, 51, 61 of the second to fourth embodiments, the diaphragm valve body 32 and the valve seat 10 have the same configuration as the conventional valve seat 100 and the valve body 101. did. On the other hand, the valve seat 10 and the diaphragm valve body 12 of the first embodiment may be adopted as the diaphragm valve body and the valve seat. According to this configuration, the inertial force of the liquid flowing between the diaphragm valve body and the valve seat is gradually reduced, in combination with the fact that the minimum flow passage area between the diaphragm valve body and the valve seat gradually decreases. Thus, the increase in the pressure of the liquid can be suppressed more reliably. As a result, it is possible to more reliably prevent the occurrence of the water hammer with respect to the effects of the flow control valves 31, 51, and 61 in the second to fourth embodiments.
[0082]
【The invention's effect】
According to the configuration of the first aspect of the invention, the inertial force of the liquid flowing between the diaphragm valve body and the valve seat is gradually weakened, and the increase in the pressure of the liquid is suppressed. As a result, it is possible to prevent the occurrence of water hammer while making the diaphragm valve element and the valve seat relatively simple.
[0083]
According to the configuration of the second aspect of the invention, the inertial force of the liquid flowing between the diaphragm valve body and the valve seat is gradually reduced, and the increase in the pressure of the liquid is suppressed. As a result, it is possible to prevent the occurrence of water hammer while making the diaphragm valve element and the valve seat relatively simple.
[0084]
According to the configuration of the third aspect of the invention, the inertia of the liquid flowing between the diaphragm valve body and the valve seat is coupled with the fact that the minimum flow passage area between the diaphragm valve body and the valve seat is gradually reduced. The force is gradually reduced, and the pressure of the liquid is suppressed from increasing. As a result, it is possible to more reliably prevent the occurrence of the water hammer with respect to the effect of the first aspect of the present invention.
[0085]
According to the configuration of the invention described in claim 4, the inertia of the liquid flowing between the diaphragm valve body and the valve seat is combined with the fact that the minimum flow passage area between the diaphragm valve body and the valve seat is gradually reduced. The force is gradually weakened, and the increase in the pressure of the liquid is suppressed. As a result, in addition to the effect of the invention described in claim 1, the load on the flow control valve can be reduced as compared with the case of the configuration without the throttle means.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a flow control valve according to a first embodiment.
FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a valve seat and a diaphragm valve element.
FIG. 3 is an enlarged sectional view showing a valve seat and a diaphragm valve element.
FIG. 4 is a sectional view showing a further enlarged view of FIG. 2;
FIG. 5 is a graph showing a change in minimum flow path area with respect to a change in lift amount of a diaphragm valve element.
FIG. 6 is a time chart showing changes in input pressure and output pressure.
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a flow control valve according to the second embodiment.
FIG. 8 is a sectional view showing a flow control valve in the same manner.
FIG. 9 is a sectional view showing the flow control valve.
FIG. 10 is a sectional view showing a flow control valve according to a third embodiment.
FIG. 11 is a sectional view showing the flow control valve.
FIG. 12 is a sectional view showing the flow control valve.
FIG. 13 is a sectional view showing a flow control valve according to a fourth embodiment.
FIG. 14 is a sectional view showing the flow control valve.
FIG. 15 is a sectional view showing the flow control valve.
FIG. 16 is a sectional view showing a flow control valve according to a fifth embodiment.
FIG. 17 is a time chart showing changes in input pressure and output pressure.
FIG. 18 is a sectional view showing an example of a valve structure of a valve body and a valve seat according to a conventional example.
FIG. 19 is a graph showing a pressure waveform and the like according to a conventional example.
[Explanation of symbols]
1 Flow control valve
5 Body
6 output port
7 Input port
8 First operation port
9 Second operation port
10 Valve seat
10a Contact end
10b Outer circumference taper surface
10c flat surface
10d Inner circumference taper surface
11 Valve hole
12 Diaphragm valve body
13 Small-diameter cylinder
14 Large diameter cylinder
15 piston
16 First operation room
17b contact surface
17c convex part
17d outer peripheral surface
20 2nd operation room
22 Return spring
31 Flow control valve
32 Diaphragm valve
33 Operation port
34 1st cylinder
35 1st piston
36 2nd cylinder
37 Vent
38 2nd piston (moving member)
39 1st operation room
40 2nd operation room
51 Flow control valve
52 Different operation ports
53 3rd operation room
54 vents
61 Flow control valve
62 1st operation port
63 2nd operation port
64 cylinder
67 1st piston
68 2nd piston
69 Operating pin
71 First retaining ring
72 Second retaining ring
73 First operation room
74 2nd operation room
81 Speed controller (throttle means)
82 piping (working fluid supply passage and working fluid discharge passage)

Claims (4)

入力ポート及び出力ポートを含むボディと、
前記ボディにて前記入力ポートと前記出力ポートとの間に設けられた弁座と、
前記弁座の中心に設けられて前記入力ポートに通じる弁孔と、
前記ボディにて前記弁座に対応して設けられたダイアフラム弁体と、
前記弁座に対して前記ダイアフラム弁体を移動するための弁体駆動手段と
を備え、前記弁体駆動手段により前記ダイアフラム弁体と前記弁座との間の最小流路面積を調節することにより、前記入力ポートから前記出力ポートへ流れる液体流量を制御する流量制御弁において、
前記弁座の上端に形成された当接端と、
前記当接端の外側にて外方へ向かって傾斜するように前記弁座に形成された外周テーパ面と、
前記外周テーパ面の外側にて前記弁座に形成された平坦面と、
前記当接端の内側にて内方へ向かって傾斜するように前記弁座に形成された内周テーパ面と、
前記ダイアフラム弁体の下面にて前記当接端と当接可能に形成された当接面と、
前記当接面の内側にて前記弁孔に貫入可能に前記ダイアフラム弁体に形成され、前記内周テーパ面に対向する外周面を含む凸部と
を備え、前記当接面を前記当接端に当接するために、前記弁体駆動手段により前記ダイアフラム弁体を前記弁座に近付ける過程で、前記凸部を前記弁孔に貫入させて前記当接端と前記当接面との隙間並びに前記外周面と前記内周テーパ面との隙間を変化させることにより、前記ダイアフラム弁体の動き始めから前記最小流路面積を徐々に小さくすることを特徴とする流量制御弁。A body including an input port and an output port,
A valve seat provided between the input port and the output port in the body,
A valve hole provided at the center of the valve seat and communicating with the input port;
A diaphragm valve body provided in the body corresponding to the valve seat;
A valve body driving means for moving the diaphragm valve body with respect to the valve seat, by adjusting a minimum flow area between the diaphragm valve body and the valve seat by the valve body driving means. A flow control valve for controlling a flow rate of the liquid flowing from the input port to the output port,
A contact end formed at an upper end of the valve seat;
An outer tapered surface formed on the valve seat so as to be inclined outwardly outside the abutting end,
A flat surface formed on the valve seat outside the outer peripheral tapered surface,
An inner peripheral tapered surface formed on the valve seat so as to be inclined inward inside the contact end,
A contact surface formed on the lower surface of the diaphragm valve body so as to be able to contact the contact end;
A projection formed on the diaphragm valve body so as to be able to penetrate into the valve hole inside the contact surface and including an outer peripheral surface opposed to the inner peripheral tapered surface; In order to contact the diaphragm valve body by the valve body driving means, in the process of approaching the valve seat, the convex portion penetrates the valve hole, the gap between the contact end and the contact surface and the A flow control valve characterized in that the minimum flow passage area is gradually reduced from the start of movement of the diaphragm valve body by changing a gap between an outer peripheral surface and the inner peripheral taper surface. 入力ポート及び出力ポートを含むボディと、
前記ボディにて前記入力ポートと前記出力ポートとの間に設けられた弁座と、
前記弁座の中心に設けられて前記入力ポートに通じる弁孔と、
前記ボディにて前記弁座に対応して設けられたダイアフラム弁体と、
前記弁座に対して前記ダイアフラム弁体を移動するための弁体駆動手段と
を備え、前記弁体駆動手段により前記ダイアフラム弁体と前記弁座との間の最小流路面積を調節することにより、前記入力ポートから前記出力ポートへ流れる液体流量を制御する流量制御弁において、
前記弁体駆動手段は、
前記ダイアフラム弁体を移動するために前記ボディにて所定のストロークだけ移動可能に設けられた移動部材と、
前記移動部材を前記ストロークの範囲で段階的に駆動するために前記ボディに設けられた段階駆動手段と
を備え、前記ダイアフラム弁体を前記弁座に近付けて当接するために、前記段階駆動手段により前記移動部材を段階的に駆動することにより、前記ダイアフラム弁体の動き始めからその移動速度を段階的に低くすることを特徴とする流量制御弁。A body including an input port and an output port,
A valve seat provided between the input port and the output port in the body,
A valve hole provided at the center of the valve seat and communicating with the input port;
A diaphragm valve body provided in the body corresponding to the valve seat;
A valve body driving means for moving the diaphragm valve body with respect to the valve seat, by adjusting a minimum flow area between the diaphragm valve body and the valve seat by the valve body driving means. A flow control valve for controlling a flow rate of the liquid flowing from the input port to the output port,
The valve body driving means,
A moving member provided movably by a predetermined stroke in the body to move the diaphragm valve body;
A step driving means provided on the body for driving the moving member step by step in the range of the stroke, wherein the step driving means is used to bring the diaphragm valve body close to the valve seat and abut on the valve seat. A flow control valve wherein the moving speed of the diaphragm valve body is gradually reduced from the start of movement of the diaphragm valve body by driving the moving member stepwise. 前記弁体駆動手段は、
前記ダイアフラム弁体を移動するために前記ボディにて所定のストロークだけ移動可能に設けられた移動部材と、
前記移動部材を前記ストロークの範囲で段階的に駆動するために前記ボディに設けられた段階駆動手段と
を備え、前記ダイアフラム弁体を前記弁座に近付けて当接するために、前記段階駆動手段により前記移動部材を段階的に駆動することにより、前記ダイアフラム弁体の動き始めからその移動速度を段階的に低くすることを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。The valve body driving means,
A moving member provided movably by a predetermined stroke in the body to move the diaphragm valve body;
A step driving means provided on the body for driving the moving member step by step in the range of the stroke, wherein the step driving means is used to bring the diaphragm valve body close to the valve seat and abut on the valve seat. The flow control valve according to claim 1, wherein the moving speed of the diaphragm valve body is gradually reduced from the start of movement of the diaphragm valve body by driving the moving member stepwise. 前記弁体駆動手段は、
前記ボディに設けられたシリンダと、
前記ダイアフラム弁体を移動するために前記シリンダにて所定のストロークだけ往復動可能に設けられたピストンと、
前記ダイアフラム弁体を前記弁座から離間するべく前記ピストンを往動するために前記シリンダに作動流体を供給する作動流体供給通路と、
前記ダイアフラム弁体を前記弁座に当接するべく前記ピストンを復動するために前記シリンダから前記作動流体を排出する作動流体排出通路と、
前記シリンダから前記作動流体を排出するときに前記作動流体の排出速度を低減するための絞り手段と
を備え、前記当接面を前記当接端に当接するために、前記絞り手段により前記シリンダからの前記作動流体の排出速度を低減することにより、前記ダイアフラム弁体の動き始めからその移動速度を相対的に低くすることを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。The valve body driving means,
A cylinder provided on the body;
A piston provided to be able to reciprocate only a predetermined stroke in the cylinder to move the diaphragm valve element,
A working fluid supply passage for supplying working fluid to the cylinder to reciprocate the piston so as to move the diaphragm valve body away from the valve seat;
A working fluid discharge passage that discharges the working fluid from the cylinder to return the piston so that the diaphragm valve body contacts the valve seat;
Throttle means for reducing the discharge speed of the working fluid when discharging the working fluid from the cylinder, and in order to contact the contact surface with the contact end, 2. The flow control valve according to claim 1, wherein the moving speed of the diaphragm valve body is relatively reduced from the start of movement of the diaphragm valve body by reducing the discharge speed of the working fluid.
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