JP2006189117A - 流量調整装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 高温・高圧の流体の流量を安定して調整する。
【解決手段】 入口ポート（１１）に連通する第一室（２１）と、出口ポート（１２）に連通する第二室（２２）とを含むハウジング（１９）と、第二室内に延びていて第一室と第二室とを連通する筒状部（２５）と、該筒状部の先端（２５ａ）に設けられた弁座（６１）と、該弁座を開閉する弁体（３２）とを具備し、弁座および弁体のうちの少なくとも一方が、筒状部を形成する材料よりも熱変形量が小さい材料から形成されている流量調整装置が提供される。またハウジングには、第二室に連通していて圧力ポート（１８）を備えた圧力室（２９）が形成されており、第二室と圧力室とを分離する互いに連結された第一および第二の可撓性分離手段（４１、５１）とこれら分離手段の間に配置されるベッド（７５）とを具備してもよい。筒状部（２５）に補強部材（９０）が埋込まれていてもよい。
【選択図】 図２

Description

本発明は、流体、特に高温・高圧の蒸気の流量を調整する流量調整装置に関する。
半導体製造時、特にウェハーの洗浄時には、高純度流体、例えば塩酸等を所望の流量で供給することが必要とされている。このため、従来技術においては、図７に示されるような流量調整装置、すなわちレギュレータを用いて、供給すべき流体の流量を調整していた。
図７は、特許文献１に開示されるような従来技術の流量調整装置の断面図である。流量調整装置１００のハウジング１９０は樹脂材料により成形されており、この外側には流体の入口ポート１１０と流体の出口ポート１２０とがそれぞれ設けられている。ハウジング１９０の内部には入口ポート１１０に連通する第一室２１０と出口ポート１２０に連通する第二室２２０とが形成されている。また、第一室２１０と第二室２２０との間には弁座３１０と弁座３１０に対応する弁体３２０とが設けられている。図示されるように、弁体３２０に上端面にはダイヤフラム４１０が固定されており、また、弁体３２０を弁座３１０に押当てて付勢するバネ３９０が弁体３２０の下方端部に取付けられている。
ダイヤフラム４１０を挟んで第二室２２０の反対側、つまりダイヤフラム４１０の上方には密閉された圧力室２９０が形成されている。この圧力室２９０はハウジング１９０の頂面に形成された圧力導入ポート１８０に連通している。
そして、圧力導入ポート１８０からエア等が導入されると、圧力室２９０が加圧され、ダイヤフラム４１０がバネ３９０に抗して弁体３２０を下方に押し下げる。これにより、弁体３２０が弁座３１０から離間し、第一室２１０内の流体が第二室２２０に流入して、出口ポート１２０から排出されるようになる。圧力導入ポート１８０に導入されるエア圧力を調整することによってダイヤフラム４１０に基づく弁体３２０の移動距離が制御され、それにより、出口ポート１２０から排出される流体の流量を調整することができる。
特開２００４−１６２７７４公報（第１図）
しかしながら、特許文献１に開示されるような樹脂製の流量調整装置は常温でかつ常圧の流体の流量を調整することを想定しているので、高温・高圧の流体、例えば蒸気の流量を長期間にわたって調整するのに使用すると、流量調整装置の一部が破損する可能性がある。特に、流量調整装置の弁体は高温・高圧の流体内で往復運動するので、弁体および該弁体に対応する弁座は耐久性の面で最も不安のある部品である。弁体および／または弁座に生じた破損が軽微である場合であっても、流量調整装置により供給される流量が所望の流量から大幅に変化することにもなりかねない。
さらに、特許文献１に開示されるような流量調整装置においては、ダイヤフラムの一面に流量を調整すべき流体がさらされており、ダイヤフラムの他面に圧力室内の流体がさらされている。このため、高温・高圧の流体、例えば蒸気の流量を調整する場合には、高温・高圧の流体と圧力室内の流体とが比較的薄膜である単一のダイヤフラムを介して隣接することとなり、ダイヤフラムが破損することも想定される。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、高温・高圧の流体、例えば蒸気の流量を調整するのに使用する場合であっても、流量の調整を安定して行うことのできる流量調整装置を提供することを目的とする。
前述した目的を達成するために１番目に記載の発明によれば、入口ポートに連通する第一室と、出口ポートに連通する第二室とを含むハウジングと、前記第二室内に延びていて前記第一室と前記第二室とを連通する筒状部と、該筒状部の先端に設けられた弁座と、該弁座を開閉する弁体とを具備し、前記弁座および前記弁体のうちの少なくとも一方が、前記筒状部を形成する材料よりも熱変形量が小さい材料から形成されている流量調整装置が提供される。
すなわち１番目の発明においては、弁座および／または弁体の材料の熱変形量が小さいので、高温・高圧の流体、例えば蒸気の流量を調整するために１番目の発明に基づく流量調整装置を使用した場合であっても、弁座および／または弁体の耐久性が確保され、弁座および／または弁体が破損することなしに、流量の調整を安定して行うことができる。筒状部の材料が樹脂である場合には、弁体および／または弁座の材料は金属、例えばチタンまたはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）であるのが好ましい。
２番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記筒状部の先端周りを締付ける締付手段を具備する。
すなわち２番目の発明においては、筒状部を高温・高圧の流体が通過する場合に筒状部が半径方向に拡張して弁体と弁座との間に隙間が形成されるのを防止できる。
３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、さらに、前記弁座に接触する前記弁体の一部分には、弁体シール手段が設けられている。
すなわち３番目の発明においては、筒状部を高温・高圧の流体が通過して弁体と弁座との間の隙間がわずかながら形成された場合であっても、弁体シール手段、例えばＯリングによってこの隙間を吸収することが可能となる。
４番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明において、さらに、前記ハウジングには、前記第二室に連通していて圧力ポートを備えた圧力室が形成されており、前記第二室と前記圧力室とを封止可能に分離する互いに連結された第一および第二の可撓性分離手段を具備し、前記第一の可撓性分離手段は前記圧力室内の流体にさらされると共に前記第二の可撓性分離手段は前記第二室内の流体にさらされていて前記弁体に連結されており、さらに、前記第一および第二の可撓性分離手段の間に配置されるベッドを具備する。
すなわち４番目の発明においては、第一および第二の可撓性分離手段の間の空間が存在するので、第二室内の高温・高圧の流体と圧力室内の流体とが単一の可撓性分離手段を介して隣接することはなく、これら可撓性分離手段が高温・高圧の流体により破損するのが防止される。
５番目の発明によれば、４番目の発明において、前記第一の可撓性分離手段と前記ベッドとの間および前記第二の可撓性分離手段と前記ベッドとの間の少なくとも一方に、弾性部材が配置されている。
すなわち５番目の発明においては、弾性部材によって第一および第二の可撓性分離手段が損傷するのを防止できる。
６番目の発明によれば、４番目または５番目の発明において、前記第一および第二の可撓性分離手段の間において排気通路が前記ハウジングに形成されている。
すなわち６番目の発明においては、第一および第二の可撓性分離手段の間の空間を大気開放し、それにより、第一および第二の可撓性分離手段が熱変形するのを或る程度抑制することが可能となる。
７番目の発明によれば、４番目から６番目のいずれかの発明において、さらに、前記筒状部の基端を閉鎖する閉鎖部を具備し、前記弁体は前記閉鎖部に移動可能に連結されており、前記筒状部の内壁と前記閉鎖部との間および前記筒状部の基端縁部と前記閉鎖部との間の少なくとも一方に、シール手段が設けられている。
すなわち７番目の発明においては、筒状部を高温・高圧の流体が通過して筒状部が半径方向に拡張した場合に流体が閉鎖部と筒状部との間から漏洩するのを防止できる。例えば、前記筒状部の内壁と前記閉鎖部との間に設けられるシール手段はＯリングであり、前記筒状部の基端縁部と前記閉鎖部との間に設けられるシール手段は突起と該突起を受容する凹部である。
８番目の発明によれば、入口ポートに連通する第一室と、出口ポートに連通する第二室とを含むハウジングを具備し、前記ハウジングには、前記第二室に連通していて圧力ポートを備えた圧力室が形成されており、さらに、前記第二室内に延びていて前記第一室と前記第二室とを連通する筒状部と、該筒状部の先端に設けられた弁座と、該弁座を開閉する弁体と、前記第二室と前記圧力室とを封止可能に分離する互いに連結された第一および第二の可撓性分離手段とを具備し、前記第一の可撓性分離手段は前記圧力室内の流体にさらされると共に前記第二の可撓性分離手段は前記第二室内の流体にさらされていて前記弁体に連結されており、さらに、前記第一および第二の可撓性分離手段の間に配置されるベッドを具備する流量調整装置が提供される。
すなわち８番目の発明においては、第一および第二の可撓性分離手段の間の空間が存在するので、第二室内の高温・高圧の流体と圧力室内の流体とが単一の可撓性分離手段を介して隣接することはなく、これら可撓性分離手段が高温・高圧の流体により破損するのが防止される。
９番目の発明によれば、８番目の発明において、前記第一の可撓性分離手段と前記ベッドとの間および前記第二の可撓性分離手段と前記ベッドとの間の少なくとも一方に、弾性部材が配置されている。
すなわち９番目の発明においては、弾性部材によって第一および第二の可撓性分離手段が損傷するのを防止できる。
１０番目の発明によれば、８番目または９番目の発明において、前記第一および第二の可撓性分離手段の間において排気通路が前記ハウジングに形成されている。
すなわち１０番目の発明においては、第一および第二の可撓性分離手段の間の空間を大気開放し、それにより、第一および第二の可撓性分離手段が熱変形するのを或る程度抑制することが可能となる。
１１番目の発明によれば、８番目から１０番目のいずれかの発明において、さらに、前記筒状部の基端を閉鎖する閉鎖部を具備し、前記弁体は前記閉鎖部に移動可能に連結されており、前記筒状部の内壁と前記閉鎖部との間および前記筒状部の基端縁部と前記閉鎖部との間の少なくとも一方に、シール手段が設けられている。
すなわち１１番目の発明においては、筒状部を高温・高圧の流体が通過して筒状部が半径方向に拡張した場合に流体が閉鎖部と筒状部との間から漏洩するのを防止できる。例えば、前記筒状部の内壁と前記閉鎖部との間に設けられるシール手段はＯリングであり、前記筒状部の基端縁部と前記閉鎖部との間に設けられるシール手段は突起と該突起を受容する凹部である。
１２番目の発明によれば、８番目から１１番目のいずれかの発明において、前記筒状部には、該筒状部を形成する材料よりも熱変形量が小さい材料からなる補強部材が少なくとも部分的に埋込まれている。
すなわち１２番目の発明においては、筒状部を高温・高圧の流体が通過して筒状部が半径方向に拡張するのが、補強部材によって防止される。従って、供給される液体が接触する部分を全てフッ素樹脂から形成することができ、高温・高圧の薬液、特に高純度薬液を供給する場合であっても、薬液に接触する部分から金属イオンが流出するのを防止することができる。
１３番目の発明によれば、８番目から１１番目のいずれかの発明において、前記弁座および前記弁体のうちの少なくとも一方が、前記筒状部を形成する材料よりも熱変形量が小さい材料から形成されている。
すなわち１３番目の発明においては、弁座および／または弁体の材料の熱変形量が小さいので、高温・高圧の流体、例えば蒸気の流量を調整するために１番目の発明に基づく流量調整装置を使用した場合であっても、弁座および／または弁体の耐久性が確保され、弁座および／または弁体が破損することなしに、流量の調整を安定して行うことができる。
１４番目の発明によれば、８番目から１３番目のいずれかの発明において、さらに、前記筒状部の先端周りを締付ける締付手段を具備する。
すなわち１４番目の発明においては、筒状部を高温・高圧の流体が通過する場合に筒状部が半径方向に拡張して弁体と弁座との間に隙間が形成されるのを防止できる。
１５番目の発明によれば、８番目から１３番目のいずれかの発明において、さらに、前記弁座に接触する前記弁体の一部分には、弁体シール手段が設けられている。
すなわち１５番目の発明においては、筒状部を高温・高圧の流体が通過して弁体と弁座との間の隙間がわずかながら形成された場合であっても、弁体シール手段、例えばＯリングによってこの隙間を吸収することが可能となる。
１６番目の発明によれば、入口ポートに連通する第一室と、出口ポートに連通する第二室とを含むハウジングと、前記第二室内に延びていて前記第一室と前記第二室とを連通する筒状部と、該筒状部の先端に設けられた弁座と、該弁座を開閉する弁体とを具備し、前記筒状部には、該筒状部を形成する材料よりも熱変形量が小さい材料からなる補強部材が少なくとも部分的に埋込まれている流量調整装置が提供される。
すなわち１６番目の発明においては、筒状部を高温・高圧の流体が通過して筒状部が半径方向に拡張するのが、補強部材によって防止される。特に、筒状部を形成する材料がフッ素樹脂である場合には、高温・高圧の薬液を供給するのが可能となる。なお、補強部材の材料は金属、例えばチタンまたはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）であるのが好ましい。
各発明によれば、高温・高圧の流体、例えば蒸気の流量を調整するのに使用する場合であっても、流量の調整を安定して行うことができるという共通の効果を奏しうる。
さらに、２番目および１４番目の発明によれば、弁体と弁座との間に隙間が形成されるのを防止できるという効果を奏しうる。
さらに、３番目および１５番目の発明によれば、弁体シール手段によって弁体と弁座との間の隙間を吸収することが可能となるという効果を奏しうる。
さらに、４番目の発明によれば、可撓性分離手段が高温・高圧の流体により破損するのを防止することができるという効果を奏しうる。
さらに、５番目の発明によれば、弾性部材によって第一および第二の可撓性分離手段が損傷するのを防止できるという効果を奏しうる。
さらに、６番目の発明によれば、第一および第二の可撓性分離手段が熱変形するのを或る程度抑制することができるという効果を奏しうる。
さらに、７番目の発明によれば、流体が閉鎖部と筒状部との間から漏洩するのを防止できるという効果を奏しうる。
さらに、８番目の発明によれば、撓性分離手段が高温・高圧の流体により破損するのが防止できるという効果を奏しうる。
さらに、９番目の発明によれば、弾性部材によって第一および第二の可撓性分離手段が損傷するのを防止できるという効果を奏しうる。
さらに、１０番目の発明によれば、第一および第二の可撓性分離手段が熱変形するのを或る程度抑制することが可能となるという効果を奏しうる。
さらに、１１番目の発明によれば、流体が閉鎖部と筒状部との間から漏洩するのを防止できるという効果を奏しうる。
さらに、１２番目および１６番目の発明によれば、筒状部を高温・高圧の流体が通過して筒状部が半径方向に拡張するのが、補強部材によって防止されるという効果を奏しうる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１（ａ）は本発明の第一の実施形態に基づく流量調整装置の側面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示される流量調整装置の頂面図である。本発明の第一の実施形態に基づく流量調整装置１０のハウジング１９はハウジング蓋部１９ａ、ハウジング環状部１９ｂ、ハウジング胴部１９ｃおよびハウジング底部１９ｄの四つの部品より構成されている。ハウジング環状部１９ｂは後述する第一ダイヤフラム４１および第二ダイヤフラム５１を流量調整装置１０内に支持する役目を果たしている。また、ハウジング胴部１９ｃには外方に延びる入口ポート１１および出口ポート１２がそれぞれ形成されている。後述するように流量調整装置１０により供給される流体の通路はハウジング胴部１９ｃ内にのみ形成される。
ハウジング胴部１９ｃはポリプロピレン樹脂またはフッ素樹脂などの耐薬品性に優れた材料より形成されている。他の部品、すなわちハウジング蓋部１９ａ、ハウジング環状部１９ｂおよびハウジング底部１９ｄは強度を高める目的で金属材料、例えばステンレス材料より形成されているが、ハウジング胴部１９ｃと同一の材料から形成されていてもよい。
図１（ａ）および図１（ｂ）に示されるように、これらハウジング環状部１９ｂおよびハウジング胴部１９ｃはハウジング蓋部１９ａとハウジング底部１９ｄとにより挟み込まれるように配置される。これにより形成されるハウジング１９は全体で略円筒形状をなしている。
図２および図３は本発明の第一の実施形態に基づく流量調整装置の開弁状態および閉弁状態をそれぞれ示す側断面図である。図１から図３より分かるように、周方向に等間隔に設けられた複数のネジ９１がこれらハウジングの部品１９ａ〜１９ｄを締め付けるように支持している。なお、図示されるように、ハウジング環状部１９ｂとハウジング底部１９ｄとを別のネジ９２により締め付けることによっても、ハウジング環状部１９ｂとハウジング底部１９ｄとの間のハウジング胴部１９ｃが支持されている。図２におけるネジ９２の胴部周りにはパイプ９３が配置されているものとする。
図２および図３に示されるように、入口ポート１１はハウジング胴部１９ｃに一体的に形成された筒状部２５の第一室２１に連通している。また、出口ポート１２はハウジング胴部１９ｃに形成された第二室２２に連通している。筒状部２５は第二室２２内に延びている。図示されるように、筒状部２５の基端２５ｂは閉鎖部８０により閉鎖されている。一方、筒状部２５の先端２５ａには後述する弁座が設けられており、筒状部２５の弁座を通じて第一室２１と第二室２２とが連通している。さらに、この弁座に係合する弁体３２は第一室２１において筒状部２５の軸線方向に往復運動可能に配置されている。
本実施形態における弁体３２は筒状部２５と同一の材料から形成されている。前述したように筒状部２５はハウジング胴部１９ｃと同一の材料から形成されているので、筒状部２５の材料は例えばポリプロピレン樹脂またはフッ素樹脂である。ただし、弁体３２が筒状部２５よりも熱変形量が小さい材料、例えばチタンまたはＰＥＥＫなどから形成されていてもよい。
第一ダイヤフラム４１はハウジング蓋部１９ａとハウジング環状部１９ｂとを封止可能に分離している。第一ダイヤフラム４１はディスク状の本体周りに配置された環状薄膜部４５と、環状薄膜部４５周りに配置された環状縁部４３とからなる一体的な樹脂製部材である。環状薄膜部４５は第二室２２に向かって突出するようにわずかながら湾曲している。また、環状縁部４３はハウジング蓋部１９ａとハウジング環状部１９ｂとの両方に形成された凹溝に配置され、それにより、第一ダイヤフラム４１がハウジング蓋部１９ａとハウジング環状部１９ｂとの間に支持されるようになる。
第一ダイヤフラム４１はハウジング蓋部１９ａとハウジング環状部１９ｂとを封止可能に分離しているので、ハウジング蓋部１９ａと第一ダイヤフラム４１との間には、第二室２２から分離された圧力室２９が形成される。この圧力室２９は、ハウジング蓋部１９ａ頂部に形成された圧力導入ポート１８に連通している。
図示されるように、第一ダイヤフラム４１の底部には孔４２が形成されている。ベッド７５の突出端部７６が第一ダイヤフラム４１の孔４２に嵌合されている。嵌合後においては図示しないネジを嵌合部に通すことにより上部ダイヤフラム４１とベッド７５とを連結してもよい。ベッド７５はディスク状の本体周りに配置された環状湾曲部７７を含んでいる。図示されるように、環状湾曲部７７の上面は第一ダイヤフラム４１の環状薄膜部４５に対応する凹面になっており、環状湾曲部７７の下面はベッド７５の本体から下方に向かって湾曲している。環状湾曲部７７の下面は後述する第二ダイヤフラム５１の環状薄膜部５５に対応する形状になっている。
さらに、弾性部材、例えばゴムシート７１がベッド７５の環状湾曲部７７と第一ダイヤフラム４１の環状薄膜部４５との間に挟み込まれている。図示されるように、ベッド７５の突出端部７６がゴムシート７１に形成された孔に挿入されているので、ゴムシート７１は第一ダイヤフラム４１の本体とベッド７５の本体との間においても存在している。
さらに、第一ダイヤフラム４１と同様な構成の第二ダイヤフラム５１がベッド７５に連結されている。図示されるように第二ダイヤフラム５１の本体がベッド７５の環状湾曲部７７の内周面に挿入されている。また、第二ダイヤフラム５１の環状縁部５３はハウジング環状部１９ｂとハウジング胴部１９ｃとの両方に形成された凹溝に配置されて、それにより、第二ダイヤフラム５１がハウジング環状部１９ｂとハウジング胴部１９ｃとの間に支持されるようになる。さらに、図２および図３から分かるように、環状の弾性部材、例えばゴムシート７２がベッド７５の環状湾曲部７７と第二ダイヤフラム５１の環状薄膜部５５との間に挟み込まれている。また、図示されるように第二ダイヤフラム５１の下面に設けられた孔５２が、弁体３２の先端３３に螺合している。
ベッド７５が配置される空間は第一ダイヤフラム４１と第二ダイヤフラム５１とによって圧力室２９および第二室２２の両方から封止可能に隔離されている。従って、第一ダイヤフラム４１の上面は圧力室２９内の流体にさらされ、また第二ダイヤフラム５１の下面は第二室２２内の流体にさらされるようになっている。なお、第一ダイヤフラム４１は入口ポート１１から流入される流体に接しておらず、圧力導入ポート１８からの操作圧力が加えられるだけであるので、第一ダイヤフラム４１を排除すると共に、第一ダイヤフラム４１とゴムシート７１とが一体的になった形状の別のゴムシートを代わりに使用するようにしてもよい。
図２および図３において左方に示されるように、ハウジング環状部１９ｂに形成された通気口１７がベッド７５が配置される空間まで延びている。なお、第一ダイヤフラム４１の環状縁部４３周りには、シール部材、例えばＯリングが配置されるのが好ましく、それにより、圧力室２９とベッド７５の空間とをさらに完全に隔離できる。同様に、第二ダイヤフラム５１の環状縁部５３周りにも同様なシール部材を配置して、ベッド７５が配置される空間と第二室２２とをさらに完全に隔離するのが好ましい。
図４は流量調整装置の弁体を拡大して示す部分拡大図である。図４に示されるように弁体３２の下端に連結された連結部材３５が摺動部材３６に連結されている。これら連結部材３５および摺動部材３６は例えばポリプロピレン樹脂またはフッ素樹脂から形成されている。弁体３２がポリプロピレン樹脂またはフッ素樹脂から形成されている場合には、弁体３２と連結部材３５と摺動部材３６とを一体部品としてもよい。摺動部材３６の下方端部は閉鎖部８０を通って、ハウジング底部１９ｄに形成された摺動溝１５ａまで延びている。さらに摺動溝１５ａ内には凹部１５ｂが形成されており、弾性部材、例えばバネ３９が摺動部材３６の下方端部と凹部１５ｂとの間に配置されている。このバネ３９は通常は摺動部材３６を上方に付勢している。つまり、連結部材３５を介して摺動部材３６に連結された弁体３２がバネ３９によって通常は弁座に押し付けられている。また、弁座に係合する弁体３２の表面にはシール手段、例えばＯリング３８が設けられている。このＯリング３８は、特に高温・高圧の流体が筒状部２５を通過するときに弁体３２と弁座６１との間に生じうる隙間を吸収して閉弁時に弁孔を完全に閉鎖する役目を果たす。なお、摺動部材３６の側面に設けられたベローズ３７は、第一室２１内の流体が摺動部材３６と閉鎖部８０との間の隙間から漏洩するのを防止している。
図４に示されるように弁体３２に対応する弁座６１は弁体３２に係合する内側傾斜面６３を備えた略スリーブ状の部材である。また、弁座６１の外周部には半径方向内側に向かって段差部６４が形成されている。
図１から図４に示される第一の実施形態においては、弁座６１は筒状部２５よりも熱変形量が小さい材料から形成されている。前述したように筒状部２５はハウジング胴部１９ｃと同一の材料、例えばポリプロピレン樹脂またはフッ素樹脂から形成されているので、弁座６１の材料は例えばチタンまたはＰＥＥＫなどである。弁座６１は弁体３２と同一の材料から形成されているのが好ましいが、筒状部２５よりも熱変形量が小さい材料であれば弁座６１が弁体３２とは異なる材料から形成されていてもよい。
一方、筒状部２５の先端２５ａは半径方向内側に延びており、先端２５ａの外周面には半径方向内側に向かって段差部２６が形成されている。従って、図示されるように弁座６１の外周面６２は筒状部２５の内周面２５ｃに係合し、弁座６１の段差部６４は筒状部２５の半径方向内側に延びる部分２５ａの下面に係合する。なお、Ｏリング８１が弁座６１の段差部６４と筒状部２５の半径方向内側に延びる部分２５ａの下面との間に配置されている。Ｏリング８１は、第一室２１内の流体が弁座６１と部分２５ａとの間の隙間から漏洩して第二室２２に流入するのを防止する役目を果たす。
さらに、図４には筒状部２５の外周部を締付ける締付部材６５が示されている。締付部材６５も弁座６１と同様に、筒状部２５よりも熱変形量が小さい材料、例えばチタンまたはＰＥＥＫから形成されている。この締付部材６５は弁体３２および弁座６１と同一の材料から形成されているのが好ましいが、筒状部２５よりも熱変形量が小さい材料であれば締付部材６５が弁体３２および弁座６１とは異なる材料から形成されていてもよい。
締付部材６５を備えることなしに弁座６１が筒状部２５にネジ込まれている流量調整装置１０に高温・高圧の流体、例えば蒸気が供給されることを想定すると、筒状部２５が熱および圧力により変形するので、流体が筒状部２５の部分２５ａと弁座６１との間の隙間を通って漏洩する可能性がある。これに対し、締付部材６５を備える流量調整装置１０においては締付部材６５が筒状部２５を周りから締付けて筒状部２５が半径方向に拡張するのを防止する。このため、熱変形量が比較的小さい弁座６１に加えて、熱変形量が同様に小さい締付部材６５を使用するのが好ましく、それにより、流体が部分２５ａと弁座６１との間の隙間から漏洩することも防止できる。
略リング型の締付部材６５は下方に延びる延長部６６を有している。図示されるように、締付部材６５の下面は筒状部２５の先端２５ａの頂面に係合する。また、締付部材６５の延長部６６は筒状部２５の段差部２６に係合し、それにより、締付部材６５の外周面と筒状部２５の外周面とが同一平面になる。さらに、締付部材６５の内周面６８にはネジ山部が形成されており、このネジ山部は弁座６１の外周面に形成された対応するネジ山部と螺合している。なお、図４に示されるように締付部材６５は、締付部材６５に形成された孔を通るネジ６７によって筒状部２５の先端２５ａに固定されている。
従って、ハウジング胴部１９ｃ内部の部品を組み付けるときには、はじめに、弁座６１を筒状部２５の基端２５ｂから通して筒状部２５の先端２５ａに係合させる。次いで、閉鎖部８０と一緒に予め組み付けられた弁体３２を弁座６１の弁孔に通過させ、閉鎖部８０によって筒状部２５の基端２５ｂを閉鎖する。その後、締付部材６５を弁体３２の先端３３に挿入させて、締付部材６５を筒状部２５の先端２５ａに配置し、締付部材６５を回転させて締付部材６５と弁座６１とを螺合する。最終的に、ネジ６７によって締付部材６５を筒状部２５の先端２５ａに固定し、それにより、ハウジング胴部１９ｃの図４に示される部分が形成されるようになる。その後、ハウジング蓋部１９ａ、ハウジング環状部１９ｂおよびハウジング胴部１９ｃを適切に組み付けて、図１に示される流量調整装置１０を組み立てる。
流量調整装置１０の使用時には、入口ポート１１および出口ポート１２を所定の配管系に接続する。当初は弁体３２は弁座６１に係合した閉弁状態にある（図３を参照されたい）ので、配管系からの流体は入口ポート１１を通って第一室２１まで到達する。次いで、圧力導入ポート１８に他の流体、例えば空気を導入すると、圧力室２９が加圧される。これにより、第一ダイヤフラム４１が圧力室２９内の圧力により下方、つまり開弁方向に付勢される。前述したように第一ダイヤフラム４１はベッド７５を介して第二ダイヤフラム５１に連結されており、また、第二ダイヤフラム５１に連結された弁体３２の摺動部材３６の下端にはバネ３９が配置されている。従って、圧力室２９内の圧力が所定の圧力を越えると、第一ダイヤフラム４１とベッド７５と第二ダイヤフラム５１と弁体３２とがバネ３９に抗して一体的に開弁方向に移動する。
これにより、図２に示されるように弁体３２と弁座６１との間に環状の隙間、つまり弁孔が形成され、第一室２１内の流体はこの弁孔を通って第二室２２に流入する。次いで、第二室２２内の流体は流量調整装置１０の出口ポート１２から排出される。図２から分かるように、弁体３２と弁座６１との間の弁孔の面積は第一ダイヤフラム４１等を移動させればされるほど増大し、出口ポート１２から排出される流体の流量もこれに応じて増加する。すなわち、本発明に基づく流量調整装置１０においては、一体的に移動する第一ダイヤフラム４１とベッド７５と第二ダイヤフラム５１と弁体３２との移動量を調整することにより、出口ポート１２からの流体の流量を調整している。
前述したように本発明においては少なくとも弁座６１は筒状部２５よりも熱変形量の小さい材料から形成されている。従って、流量調整装置１０に高温・高圧の流体、例えば蒸気が供給される場合に筒状部２５が半径方向に拡張したとしても、弁座６１はほとんど熱変形しない。つまり、弁座６１が比較的熱変形量の小さい材料から形成されているために、弁座６１の耐久性が確保されることになる。
また、本発明の第一の実施形態においては締付部材６５が弁座６１周りに固定して配置されているので、筒状部２５が拡張するのに十分な温度になった場合でも、筒状部２５は実際にはほとんど熱変形しない。従って、弁体３２と弁座６１との間に余分な隙間が生ずることはなく、弁体３２および弁座６１が破損することもない。このような構成であるために、本発明の流量調整装置１０においては、高温・高圧の流体を供給する場合であっても流量の調整を安定して行うことができる。
なお、前述したように弁体３２を筒状部２５よりも熱変形量の小さい材料から形成した場合には、弁体３２の耐久性を確保することもできる。
図２および図３から分かるように、ゴムシート７１が第一ダイヤフラム４１の環状薄膜部４５とベッド７５の環状湾曲部７７との間に配置されており、さらに、ゴムシート７２がベッド７５の環状湾曲部７７と第二ダイヤフラム５１の環状薄膜部５５との間に配置されている。これらゴムシート７１、ゴムシート７２は第一ダイヤフラム４１とベッド７５との間、およびベッド７５とゴムシート７２との間の隙間を充填する役目を果たしている。
ゴムシート７１が存在していなくて第一ダイヤフラム４１とベッド７５との間に隙間が存在する場合には、圧力室２９の圧力が高まると環状薄膜部４５が下方に大幅に湾曲しうるので、長期間の使用により第一ダイヤフラム４１の環状薄膜部４５が破損する可能性がある。一方、第一ダイヤフラム４１とベッド７５とが隣接している場合には、第一ダイヤフラム４１の環状薄膜部４５はほとんど変化しない。
この点に関し、本発明においては、ベッド７５よりも柔軟なゴムシート７１、７２が前述したように配置されており、またこれらゴムシート７１、７２は適度な弾性を有しているので、第一および第二のダイヤフラム４１、５１が適度に変形できてベッド７５と一体的に移動でき、結果的に、ダイヤフラムの環状薄膜部４５、５５を保護することが可能となる。
また、本発明においては二つのダイヤフラム４１、５１を使用しているために、例えば供給される流体が蒸気または特定の薬液である場合であっても、これら流体が流れる第二室２２と圧力室２９とが単一のダイヤフラムを介して隣接することはない。すなわち、本発明においては二つのダイヤフラム４１、５１を用いることにより、ダイヤフラム４１、５１に掛かる負荷を可能な限り低減している。
また、図示されるように、第一ダイヤフラム４１と第二ダイヤフラム５１との間の空間は通気口１７により大気開放している。流量調整装置１０に供給される流体が蒸気である場合には第二室２２が高圧になり、また他の流体が導入される圧力室２９も高圧になる。このため、第一ダイヤフラム４１と第二ダイヤフラム５１との間の空間が両側から押圧されて比較的高圧になるが、本発明においては当該空間を通気口１７によって大気開放させている。従って、本発明においては第一ダイヤフラム４１と第二ダイヤフラム５１との間の空間が比較的高圧になることはなく、第一および第二ダイヤフラム４１，５１の動きがスムーズになり、圧力室２９の圧力を適度に弁体３２に伝達して弁体３２を摺動させられる。このような場合には第一ダイヤフラム４１と第二ダイヤフラム５１との間の空間も安定させられるので、当該空間に配置されるゴムシート７１、７２を結果的に保護することが可能となる。
特に、流量調整装置１０に供給される流体が高温・高圧の流体、例えば蒸気である場合には、第一ダイヤフラム４１および第二ダイヤフラム５１が熱変形する可能性があるものの、本発明においては第一ダイヤフラム４１と第二ダイヤフラム５１との間の空間を大気開放することにより、これらダイヤフラムの変形を或る程度抑制することが可能となっている。
また、通気口１７の先端付近にはネジ山部（図示しない）が形成されている。特に、比較的高温の流体を供給するために流量調整装置１０を使用する場合には、第一ダイヤフラム４１と第二ダイヤフラム５１との間の空間において結露が起こる可能性がある。このような場合には、ネジ山部を介して別の継手（図示しない）を通気口１７に取り付けることにより、第一ダイヤフラム４１と第二ダイヤフラム５１との間の空間に生じた結露を通気口１７に通して流量調整装置１０の外部まで排出することもできる。つまり、本発明においては、通気口１７を結露ドレンポートとして使用することも可能である。
なお、図２等に示されるように、流量調整装置１０のハウジング底部１９ｄには、バネ３９が配置されているバネ室１５ｃから外部まで延びる通気口２７が形成されている。通気口２７は、バネ室１５ｃを大気開放してバネ３９の動作をスムーズにする役目を果たしている。また、通気口１７の場合と同様に、通気口２７の先端付近にネジ山部（図示しない）を形成して別の継手を通気口２７に取り付けてもよい。これにより、比較的高温の流体を供給するときにバネ室１５ｃで生じうる結露を通気口２７に通して流量調整装置１０の外部まで排出することができる。
ところで、図５（ａ）は筒状部の基端を拡大して示す部分拡大図である。図５（ａ）に示されるように、筒状部２５の内周面に係合する閉鎖部８０の外周面には環状溝８３が形成されている。環状溝８３にはシール部材、例えばＯリング８２が配置されており、閉鎖部８０の外周面と筒状部２５の内周面との間を封止する。図示されるようにＯリング８２は筒状部２５の内周面によって半径方向内側に付勢されつつ閉鎖部８０の環状溝８３に挿入されている。
このため、閉鎖部８０の外周面と筒状部２５の内周面との間に微少な隙間が形成された場合にＯリング８２は半径方向外側に拡張してこの隙間を封止する。特に流量調整装置１０が高温・高圧の流体、例えば蒸気を供給する場合には筒状部２５が半径方向外側に拡張して閉鎖部８０と筒状部２５との間に隙間が形成される可能性がある。ところが、本発明においてはこのような隙間はＯリングの拡張によって吸収されるので、流体が筒状部２５と閉鎖部８０との間から漏洩するのを防止できる。また、流量調整装置１０が蒸気などを供給する場合には筒状部２５が上下方向にも変形する。図５に示されるように、Ｏリング８２は半径方向内側に付勢されているので、筒状部２５が上下方向に変形した場合であっても、Ｏリング８２はこの変形を吸収してシール性を保持することができる。
さらに、筒状部２５の基端２５ｂには凹溝２５ｄが形成されている。そして、凹溝２５ｄに対応した形状の環状突部８４が閉鎖部８０に設けられている。図示されるように、閉鎖部８０の環状突部８４は筒状部２５の凹溝２５ｄに係合している。このような構成であるために、筒状部２５が半径方向に変形することによって筒状部２５と閉鎖部８０との間から漏洩した流体がＯリング８２を越えて筒状部２５の基端２５ｂまで到達した場合であっても、流体の流れは環状突部８４により停止する。このため、凹溝２５ｄおよびこれに対応する環状突部８４を備えることによって、筒状部２５が半径方向に変動した場合に流体が筒状部２５と閉鎖部８０の間から漏洩するのをさらに防止してシール性を維持することが可能となる。
図５（ｂ）は筒状部の基端を拡大して示す他の部分拡大図である。図５（ｂ）に示される実施形態においては、筒状部２５の基端２５ｂに環状突部２５ｅが形成されており、これに対応した凹溝８４’が閉鎖部８０に設けられている。このような構成においても、前述したのと同様に筒状部２５と閉鎖部８０の間から流体が漏洩するのが防止され、半径方向のシール性を保持することができる。
図５（ａ）および図５（ｂ）には断面が矩形の環状突部８４、２５ｅおよびこれに対応した形状の凹溝２５ｄ、８４’が示されているが、環状突部および凹溝の断面が他の形状、例えば三角形状などであってもよい。また、環状突部８４、２５ｅを排除して、凹溝２５ｄ、８４’内に別のＯリングを配置するような構成にしてもよい。いずれの場合であっても、前述したのと同様な効果を得ることができる。
図６は本発明の第二の実施形態に基づく流量調整装置１０’の開弁状態を示す側断面図である。図６に示される第二の実施形態において前述したのと同一の参照符号により示される部材については説明を最小限にとどめるかまたは説明を省略する。本発明の第二の実施形態においては、弁体３２がハウジング胴部１９ｃと同様な材料、すなわちポリプロピレン樹脂またはフッ素樹脂から形成されている。さらに、図４を参照して説明したＯリング３８は流量調整装置１０’の弁体３２には設けられていない。
さらに、図６に示される流量調整装置１０’の弁座６１’の寸法は第一の実施形態における弁座６１と締付部材６５とを合計した寸法に概ね等しい。そして、弁座６１’は筒状部２５と一体的に形成されている。すなわち、流量調整装置１０’における弁座６１’はハウジング胴部１９ｃと同一の材料、すなわちポリプロピレン樹脂またはフッ素樹脂から形成されている。
さらに、図６に示されるように、弁座６１’にはリング型の補強部材９０が埋込まれている。この補強部材９０の材料は、例えばチタンまたはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）である。すなわち、図６に示される実施形態においては、ハウジング胴部１９ｃよりも熱変形量の少ない材料が補強部材９０の材料として選択されている。
図示されるように、補強部材９０の半径方向の寸法は弁座６１’の頂面の寸法よりも一回り小さい。また、補強部材９０は弁座６１’の頂面から内側傾斜面６３の終点付近まで軸線方向に延びている。つまり、弁体３２に接触する弁座６１’の表面の内側に、補強部材９０は埋込まれている。さらに、この補強部材９０はその全体が弁座６１’に埋込まれていて、図示されるように補強部材９０は第一室２１および第二室２２の両方に対して露出していない。
高温・高圧の流体、例えば蒸気が流量調整装置１０’に供給された場合を想定すると、弁座６１’が樹脂材料から形成されているものの、弁座６１’には補強部材９０が埋込まれているために、弁座６１’が半径方向に拡張することはない。つまり、流量調整装置１０’においても弁座６１’が破損することなしに、流量の調整を安定して行うことができる。さらに、前述したように弁体３２と弁座６１’とは互いに同様な樹脂材料から形成されているので、流量調整装置１０’の弁座６１’と弁体３２とが接触するときには、金属材料接触時に生じうる摩耗が生じることはない。
また、本発明の第二の実施形態においては金属材料が露出していない構成であるために、金属材料を腐食する流体、例えば特定の薬液などを使用する場合であっても、第二の実施形態に基づく流量調整装置１０’を採用することが可能となる。さらに、第一の実施形態の場合よりも熱変形量の少ない材料に関する使用量が小さくなるので、流量調整装置１０’は第一の実施形態に基づく流量調整装置１０よりも低費用にて作成することができる。なお、前述した態様のいくつかを適宜組み合わせることは本発明の範囲に含まれるものとする。
（ａ）本発明の第一の実施形態に基づく流量調整装置の側面図である。（ｂ）図１（ａ）に示される流量調整装置の頂面図である。 本発明の第一の実施形態に基づく流量調整装置の開弁状態を示す側断面図である。 本発明の第一の実施形態に基づく流量調整装置の閉弁状態を示す側断面図である。 流量調整装置の弁体を拡大して示す部分拡大図である。 （ａ）筒状部の基端を拡大して示す部分拡大図である。（ｂ）筒状部の基端を拡大して示す他の部分拡大図である。 本発明の第二の実施形態に基づく流量調整装置の開弁状態を示す側断面図である。 従来技術における流量調整装置の側断面図である。
符号の説明
１０、１０’ 流量調整装置
１１ 入口ポート
１２ 出口ポート
１５ａ 摺動溝
１５ｂ 凹部
１７ 通気口
１８ 圧力導入ポート
１９ ハウジング
１９ａ ハウジング蓋部
１９ｂ ハウジング環状部
１９ｃ ハウジング胴部
１９ｄ ハウジング底部
２１ 第一室
２２ 第二室
２５ 筒状部
２５ａ 先端
２５ｂ 基端
２５ｃ 内周面
２５ｄ 凹溝
２５ｅ 環状突部
２６ 段差部
２９ 圧力室
３２ 弁体
３３ 先端
３５ 連結部材
３６ 摺動部材
３７ ベローズ
３８ Ｏリング
３９ バネ
４１ 第一ダイヤフラム
４２ 孔
４３ 環状縁部
４５ 環状薄膜部
５１ 第二ダイヤフラム
５２ 孔
５３ 環状縁部
５５ 環状薄膜部
６１ 弁座
６２ 外周面
６３ 内側傾斜面
６４ 段差部
６５ 締付部材
６６ 延長部
６７ ネジ
６８ 内周面
７１、７２ ゴムシート
７５ ベッド
７６ 突出端部
７７ 環状湾曲部
８０ 閉鎖部
８１ Ｏリング
８２ Ｏリング
８３ 環状溝
８４ 環状突部
８４’ 凹溝
９０ 補強部材
９１ ネジ
９２ ネジ
９３ パイプ

Claims (16)

  1. 入口ポートに連通する第一室と、出口ポートに連通する第二室とを含むハウジングと、
    前記第二室内に延びていて前記第一室と前記第二室とを連通する筒状部と、
    該筒状部の先端に設けられた弁座と、
    該弁座を開閉する弁体とを具備し、
    前記弁座および前記弁体のうちの少なくとも一方が、前記筒状部を形成する材料よりも熱変形量が小さい材料から形成されている流量調整装置。
  2. さらに、前記筒状部の先端周りを締付ける締付手段を具備する請求項１に記載の流量調整装置。
  3. さらに、前記弁座に接触する前記弁体の一部分には、弁体シール手段が設けられている請求項１または２に記載の流量調整装置。
  4. さらに、前記ハウジングには、前記第二室に連通していて圧力ポートを備えた圧力室が形成されており、
    前記第二室と前記圧力室とを封止可能に分離する互いに連結された第一および第二の可撓性分離手段を具備し、前記第一の可撓性分離手段は前記圧力室内の流体にさらされると共に前記第二の可撓性分離手段は前記第二室内の流体にさらされていて前記弁体に連結されており、
    さらに、前記第一および第二の可撓性分離手段の間に配置されるベッドを具備する請求項１から３のいずれか一項に記載の流量調整装置。
  5. 前記第一の可撓性分離手段と前記ベッドとの間および前記第二の可撓性分離手段と前記ベッドとの間の少なくとも一方に、弾性部材が配置されている請求項４に記載の流量調整装置。
  6. 前記第一および第二の可撓性分離手段の間において排気通路が前記ハウジングに形成されている請求項４または５に記載の流量調整装置。
  7. さらに、前記筒状部の基端を閉鎖する閉鎖部を具備し、前記弁体は前記閉鎖部に移動可能に連結されており、
    前記筒状部の内壁と前記閉鎖部との間および前記筒状部の基端縁部と前記閉鎖部との間の少なくとも一方に、シール手段が設けられている請求項４から６のいずれか一項に記載の流量調整装置。
  8. 入口ポートに連通する第一室と、出口ポートに連通する第二室とを含むハウジングを具備し、前記ハウジングには、前記第二室に連通していて圧力ポートを備えた圧力室が形成されており、
    さらに、
    前記第二室内に延びていて前記第一室と前記第二室とを連通する筒状部と、
    該筒状部の先端に設けられた弁座と、
    該弁座を開閉する弁体と、
    前記第二室と前記圧力室とを封止可能に分離する互いに連結された第一および第二の可撓性分離手段とを具備し、前記第一の可撓性分離手段は前記圧力室内の流体にさらされると共に前記第二の可撓性分離手段は前記第二室内の流体にさらされていて前記弁体に連結されており、
    さらに、
    前記第一および第二の可撓性分離手段の間に配置されるベッドを具備する流量調整装置。
  9. 前記第一の可撓性分離手段と前記ベッドとの間および前記第二の可撓性分離手段と前記ベッドとの間の少なくとも一方に、弾性部材が配置されている請求項８に記載の流量調整装置。
  10. 前記第一および第二の可撓性分離手段の間において排気通路が前記ハウジングに形成されている請求項８または９に記載の流量調整装置。
  11. さらに、前記筒状部の基端を閉鎖する閉鎖部を具備し、前記弁体は前記閉鎖部に移動可能に連結されており、
    前記筒状部の内壁と前記閉鎖部との間および前記筒状部の基端縁部と前記閉鎖部との間の少なくとも一方に、シール手段が設けられている請求項８から１０のいずれか一項に記載の流量調整装置。
  12. 前記筒状部には、該筒状部を形成する材料よりも熱変形量が小さい材料からなる補強部材が少なくとも部分的に埋込まれている請求項８から１１のいずれか一項に記載の流量調整装置。
  13. 前記弁座および前記弁体のうちの少なくとも一方が、前記筒状部を形成する材料よりも熱変形量が小さい材料から形成されている請求項８から１１のいずれか一項に記載の流量調整装置。
  14. さらに、前記筒状部の先端周りを締付ける締付手段を具備する請求項８から１３のいずれか一項に記載の流量調整装置。
  15. さらに、前記弁座に接触する前記弁体の一部分には、弁体シール手段が設けられている請求項８から１４のいずれか一項に記載の流量調整装置。
  16. 入口ポートに連通する第一室と、出口ポートに連通する第二室とを含むハウジングと、
    前記第二室内に延びていて前記第一室と前記第二室とを連通する筒状部と、
    該筒状部の先端に設けられた弁座と、
    該弁座を開閉する弁体とを具備し、
    前記筒状部には、該筒状部を形成する材料よりも熱変形量が小さい材料からなる補強部材が少なくとも部分的に埋込まれている流量調整装置。
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