JP2008151260A - 流体制御用バルブユニット及び流体圧力検出機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内部に流体を連通する流路を有する流路ブロック40と、弁体を駆動することで流体を制御する流体制御部20と、を備えた流体制御用バルブユニット10において、流路ブロック40の流体制御部20の下流側に、流体圧力検出部30を連設して備え、流体圧力検出部30には、流路ブロック40に設けられた圧力検出室44と、圧力検出室44に面する可撓膜31aを備えた圧力検出体31と、圧力検出体31と接続されたシャフト33と、シャフト33に当接しシャフト33に付勢する圧力検出用バネ34と、シャフト33が移動した場合にその移動を検出するフォトマイクロセンサ37と、を備える。
【選択図】図1
Description
流体制御バルブが正常に動作しているかどうかを確認するためには、圧力計を流体制御バルブの下流に設けることが一般的に行われている。
特許文献1には、半導体装置用電子制御レギュレータに関する技術が開示されている。上流側に電子レギュレータを配置し、下流側に圧力センサを配置してユニット化され、圧力センサからセンサケーブルを電子レギュレータに接続してフィードバック制御を行っている。
特許文献2には、薬液用エアオペレイトバルブに関する技術が開示されている。薬液用エアオペレイトバルブの、弁体に連結されたシャフトが上部に貫通しており、ダイアフラムバルブの上下に伴い、薬液用エアオペレイトバルブの上部に配置したフォトセンサを遮光することで弁開、弁閉を確認している。
特許文献4には、弁体の作動検出機構を備えた開閉弁に関する技術が開示されている。弁体に連結された可動部の動きを検出する作動検出部材(光電センサ)を備え、弁開、弁閉を確認している。
特許文献5には、レギュレータに関する技術が開示されている。レギュレータの下流に液圧測定部(プレッシャーゲージ)を設置してユニット化し、レギュレータの調整のために液圧の測定を行っている。
特許文献6には、混合弁及び混合装置が開示されている。混合弁の下流に圧力センサが設けられてユニット化されており、流体の圧力の検出を行っている。
このように、バルブユニット化して下流側に圧力センサを取り付ける部分を設けることで、圧力を検出している。
一方、特許文献2乃至特許文献4に公開される技術では、流体制御弁本体にフォトマイクロセンサ、近接センサ、光電センサ、及び荷重センサなどを設けて、弁体に接続するシャフトの移動で弁体の作動状態を確認している。
(1)圧力計が高価なので、コストが高くなってしまう。
特許文献1、特許文献5、及び特許文献6に用いられる圧力センサ又は圧力ゲージは、いずれも圧力をリニアに測定可能なセンサである。
しかし、単純に弁の開閉を確認したい場合に、このような圧力センサ又は圧力ゲージを設けると、リニアに圧力を検出可能な圧力センサが高価であるため、必然的にバルブユニットの価格も高くなってしまう。特に、薬液用の圧力センサは接液部に耐薬品性のある部材を用いる必要があり、また構造が複雑になるために圧力センサが高価になる傾向になる。場合によっては、流体制御バルブよりも高価になってしまう。
このような高価な圧力センサ又は圧力ゲージを用いることは、流体制御バルブが特許文献1や特許文献5のようにレギュレータであり、圧力がリニアに検出可能である必要がある場合や、特許文献6のように、混合装置に用いられ、圧力を検出することで混合比を確認できるような場合には有効であるが、単に動作の確認程度に用いるにはオーバースペックであり、必要以上にコストがかかる結果となり好ましくない。
一方、圧力センサ又は圧力ゲージを用いない方式としては、特許文献2乃至特許文献4の方法がある。特許文献2乃至特許文献4の方法であれば、高価な圧力センサを用いる必要はない。
ただし、流体制御バルブ本体に各種センサを設ける必要がある為に、流体制御バルブ自体を専用設計にする必要がある。また、特許文献2又は特許文献3の方法のように、弁体と連結するシャフトを弁上部にセンサで検出可能に突出させる必要がある。つまり、弁開状態で所定の位置に被検出部が到達する必要がある。
このような構造では、流量調整機能付きの流体制御バルブ等のバルブ上部に機能部品を備えるバルブには不向きである。
特許文献4についても、被検出部が所定の位置に到達する必要がある点に変わりはないので、流量良性機能付きの流体制御バルブ等に適用することは困難である。
このように、特許文献2乃至特許文献4に開示されるように、流体制御バルブに直接センサを設ける構成では、設計的制約が大きくなるという問題がある。
(1)内部に流体を連通する流路を有する流路ブロックと、弁体を駆動することで前記流体を制御する流体制御部と、を備えた流体制御用バルブユニットにおいて、
前記流路ブロックの前記流体制御部の下流側に、流体圧力検出部を連設して備え、前記流体圧力検出部には、前記流路ブロックに設けられた圧力検出室と、前記圧力検出室に面する可撓膜を備えた圧力検出体と、前記圧力検出体と接続されたシャフトと、前記シャフトに付勢する弾性体と、前記シャフトが移動した場合にその移動を検出するセンサと、を備え、前記圧力検出室内の前記流体の圧力変化に伴う前記圧力検出体の変位によって前記シャフトが移動したことを前記センサで捉え、前記流体制御部の動作による前記流路ブロック内の流路の圧力変化として検出することを特徴とする。
前記流体圧力検出部のシリンダボディに備える蓋体が締結手段で固定され、前記弾性体は、前記蓋体に当接して前記シャフトを付勢することを特徴とする。
(3)(1)又は(2)に記載の流体制御用バルブユニットにおいて、
前前記圧力検出体は、前記流体制御部に用いられる前記可撓膜が形成された弁体と同一であり、前記流体圧力検出部に用いるシリンダボディと、前記流体制御部に用いられるシリンダボディとが同一であることを特徴とする。
(4)弁体を駆動することで前記流体を制御する流体制御部を備えた流体制御用バルブの下流側に接続され、流路ブロックに設けられた圧力検出室と、前記圧力検出室に面する可撓膜を備えた圧力検出体と、前記圧力検出体と接続されたシャフトと、前記シャフトに付勢する弾性体と、前記シャフトが移動した場合にその移動を検出するセンサと、を備えることを特徴とする。
シリンダボディに備える蓋体が締結手段で固定され、前記弾性体は、前記蓋体に当接して前記シャフトを付勢することを特徴とする。
まず、(1)に記載する発明は、流路ブロックの流体制御部の下流側に、流体圧力検出部を連設して備え、この流体圧力検出部には、流路ブロックに設けられた圧力検出室と、圧力検出室に面する可撓膜を備えた圧力検出体と、圧力検出体と接続されたシャフトと、シャフトに付勢する弾性体と、シャフトが移動した場合にその移動を検出するセンサと、を備える構成となっている。
圧力検出室内の流体の圧力変化に伴う圧力検出体の変位によって、シャフトが移動し、シャフトの移動をセンサで捉え、流体制御部の動作による流路ブロック内の流路の圧力変化として検出する。つまり、シャフトの動きをセンサが検出することで、流体制御部が動作していることを示す。
このように、流体圧力検出部は単純な構造であるため、コンパクトで安価な流体制御用バルブユニットが実現可能である。
また、流体制御部と流体圧力検出部を別に設けていることで、流体制御部にセンサを直接設ける必要がなく、設計的制約を課す必要がない。
よって、安価で設計的制約が少ない作動確認機構を備える流体制御用バルブユニットの提供が実現できる。
弾性体は、シャフトを介して圧力検出体に対して付勢しており、圧力検出室内部の流体圧力が一定以上になるまで、圧力検出体の動きを規制している。つまり、一定圧以上が流体制御部以降の流路にかかっているかどうかを決定する。したがって、この弾性体の弾性力を変更することで、検出圧力の設定を変更することが可能となる。
このような弾性体の交換が、蓋体の締結手段を外すことで容易に行えるので、検出圧力の設定変更が容易となる。弾性体の弾性力の変更で、流体制御部以降の流路に所定の圧力がかかっているかどうかを確認できるため、単に流体制御部が動作しているかどうかだけでなく、一定以上の流体圧力が働いているかどうかの検出も可能となる。
(4)に記載する発明は、流体圧力検出機器には、流路ブロックに設けられた圧力検出室と、圧力検出室に面する可撓膜を備えた圧力検出体と、弁体と接続されたシャフトと、シャフトに付勢する弾性体と、シャフトが移動した場合にその移動を検出するセンサと、を備えるので、既設の流体制御バルブの下流に流体圧力検出機器を付加し、安価な作動確認機構を備える流体圧検出バルブを実現し、流体制御用バルブユニットと同等の機能を実現することが可能となる。
弾性体は、(2)と同様にシャフトを介して圧力検出体に対して付勢しており、圧力検出室内部の流体圧力が一定以上になるまで、圧力検出体の動きを規制している。つまり、一定圧以上が既設の流体制御バルブ以降の流路にかかっているかどうかを決定する。したがって、この弾性体の弾性力を変更してやることで、検出圧力を変更することが可能となる。
このような弾性体の交換が、蓋体の締結手段を外すことで容易に行えるので、検出圧力の変更が容易となる。弾性体の弾性力の変更で、所定の圧力が既設の流体制御バルブ以降の流路にかかっているかどうかを確認できるため、単に流体制御部が動作しているかどうかだけでなく、一定以上の圧力が働いているかどうかの検出も可能となる。
まず、初めに本実施例の構成について説明する。
図1に、弁閉状態の流体制御用バルブユニット10の断面図を示す。図2には、流体制御用バルブユニット10の流体制御部20側から見た側面図を示す。図3には、流体制御用バルブユニット10の上面視図を示す。
流体制御用バルブユニット10は、図1に示すように流体制御部20と、流体圧力検出部30と、流路ブロック40とで構成されている。
まず、流体制御部20の構成から説明する。
流体制御部20は、ダイアフラム膜である可撓膜21aを備えたダイアフラム弁体21と、流路ブロック40に接続されるシリンダボディ22と、シリンダボディ22内部を摺動するピストン23aを備えたシャフト23と、シャフト23に当接して付勢するバネ24と、蓋体25とからなる。
シリンダボディ22は、操作エアポート22aが形成され、シャフト23が摺動する摺動面を備えている。シリンダボディ22はPFA等の耐薬品性の高い素材で作られている。そして、シリンダボディ22は流路ブロック40にはめ込まれるような凸部を備え、ダイアフラム弁体21を挟んで流路ブロック40に固定される。
シャフト23は、ダイアフラム弁体21と接続されており、シリンダボディ22と摺動する部分を備えている。また、シャフト23にはピストン23aが形成されており、シリンダボディ22の操作エアポート22aから操作エアが供給されると、ピストン23aの一面が操作エアの圧力を受ける。
蓋体25は、シリンダボディ22に締結手段であるボルト45で固定可能であり、蓋体25の一部はシャフト23に備えられるピストン23aのストッパーも兼ねている。図3に示すように、ボルト45は、流体制御部20の四隅に設けられて蓋体25を貫通してボトムプレート46に締結される。また、蓋体25には呼吸孔25aが設けられており、ピストン23aの動作によって蓋体25とピストン23aで構成される空間からの空気の通り道となっている。図1に示すように蓋体25とシリンダボディ22は、Oリングによってシールされている。
流体制御用バルブユニット10に並んで設けられる流体圧力検出部30は、図1に示すように、ダイアフラム膜である可撓膜31aを備えた圧力検出体31と、流路ブロック40に接続されるシリンダボディ32と、シリンダボディ32内部を摺動するピストン33bを備えたシャフト33と、シャフト33に当接して付勢する圧力検出用バネ34と、孔付蓋体35と、孔付蓋体35に取り付けられたブラケット36に固定されるフォトマイクロセンサ37とからなる。
圧力検出体31はダイアフラム弁体21と同じものを使用している。また、シリンダボディ32についてもシリンダボディ22と同じものを使用している。つまり、この2点は共通部品とすることができる。そして、シリンダボディ32は流路ブロック40にはめ込まれるような凸部を備え、圧力検出体31を挟んで流路ブロック40に固定される。
圧力検出用バネ34は、一端がピストン33bに当接しており、他端が孔付蓋体35に当接している。圧力検出用バネ34は、所定のバネ定数の圧縮バネであり、所定の力を受けることで圧縮する。
孔付蓋体35は、シリンダボディ32にボルト45で固定可能であり、孔付蓋体35の一部はシャフト33に備えられるピストン33bのストッパーを兼ねている。また、孔付蓋体35の中央には貫通孔が設けられ、孔付蓋体35をシリンダボディ32に固定した状態で、シャフト33に形成される被検出部33aが貫通可能となっている。
なお、孔付蓋体35は、蓋体25と類似した形状をしているので、例えば蓋体25を追加工することで孔付蓋体35となるように、部品の配置を決定しても良い。
次に、流路ブロック40の構成を説明する。
流路ブロック40は、入力ポート40aと出力ポート40bを備えており、その内部に入力ポート40aに連通する第1連絡路41と、第1連絡路41と連通する流体制御部弁室42と、流体制御部弁室42に面して設けられた弁座26及び、弁座26の中心に設けられた弁孔27と、弁孔27と連通する第2連絡路43と、第2連絡路43に連通する圧力検出室44とを備えている。第2連絡路43は出力ポート40bと連通している。
図4に、弁開状態の流体制御用バルブユニット10の断面図を示す。
流体制御用バルブユニット10はノーマルクローズの流体制御部20を備えているので、定常状態では図1に示すような弁閉状態にある。
弁閉状態の流体制御用バルブユニット10は、外部に接続される入力ポート40aから流入する薬液などの流体をダイアフラム弁体21と弁座26が当接することによって遮断している。
この状態では、流体圧力検出部30に備える圧力検出体31は、圧力検出用バネ34に付勢されている。したがって被検出部33aは、フォトマイクロセンサ37の検出部37aに備える光軸37bを遮光せず、弁閉状態であることが分かる。
したがって、圧力検出体31が流体の圧力を受けて圧力検出用バネ34の付勢する力に打ち勝つことにより、図4に示すように圧力検出体31は上昇する。これに伴い、シャフト33が上昇し、被検出部33aが図4上方向に移動するので、被検出部33aが光軸37bを遮光し、弁開状態を検出する。
このように、流体の圧力検出は被検出部33aの動作によって判断され、被検出部33aは、圧力検出体31と連動しているので、すなわち流体の圧力を被検出部33aの位置変位に変換して、弁閉、弁開の状態を判断しうる。
図5に、流体制御用バルブユニット10の流体圧力検出部30を分解した断面図を示す。
流体圧力検出部30に備える圧力検出用バネ34は、上述するように片方の端部を孔付蓋体35によって、押さえられている。孔付蓋体35はボトムプレート46にボルト45で固定されているので、図5に示すように、ボルト45を緩めることで取り外しが可能である。
圧力検出用バネ34は、実質的に圧力検出室44にかかる圧力の検出値を決定している。したがって、バネ定数の違う圧力検出用バネ34を用意して、必要に応じて圧力検出値を変更することができる。また、圧力検出用バネ34の巻きのピッチに変化を付けるなどして、シャフト33の被検出部33aが一定圧力以上では急激に動くようにしても良い。
まず、1つ目の効果として、流体制御用バルブユニット10に備える流体制御部20の弁開、弁閉状態を、流体圧力検出部30に備えたフォトマイクロセンサ37によって、シャフト33の被検出部33aを検出することで、確認することが可能であることが挙げられる。
一定の圧力を受けた圧力検出体31は移動し、圧力検出体31に接続されるシャフト33も移動することで、被検出部33aがフォトマイクロセンサ37の光軸37bを遮光することで、所定の圧力を受けたと判断できる。つまり、流体制御部20が弁開状態であると認識することが可能である。
このように圧力検出用バネ34を交換することで、圧力検出値を変更できれば、ユーザーが任意の検出圧力値を設定することが可能である。圧力検出用バネ34に例えば色を付けて区別し、検出流体圧力を0.1MPa刻みで用意することで、流体制御用バルブユニット10を取り付けたユーザーによって、流体制御用バルブユニット10を配管回路に組み込んだ状態で、圧力検出値を変更できる。
圧力検出値を任意に変更できれば、簡易な圧力計の代替品として利用可能である。配管内に流れている流体は、大抵の場合一定圧力で供給されることが必要とされる。したがって、規定圧力以上の流体圧力が流体制御部20の下流にかかっているかどうかを判断できることはユーザーにとってもメリットが高い。
流体制御用バルブユニット10に備える流体圧力検出部30は、圧力検出体31とシリンダボディ32とシャフト33と圧力検出用バネ34と孔付蓋体35とブラケット36とフォトマイクロセンサ37とからなり、圧力検出体31の移動をフォトマイクロセンサ37で検出して、流体制御部20の弁開状態を判断可能であるという単純な構造になっている。
さらに、流体制御部20のダイアフラム弁体21と流体圧力検出部30の圧力検出体31、シリンダボディ22とシリンダボディ32は、同じ設計になっており、同じものを流用可能である。また、蓋体25と孔付蓋体35も似た形状になっているので、同じ部品から追加工することで製作可能である。
このように同じ部品を流用できることで、コストダウンを図ることが可能である。
従来技術のように、専用の圧力計、圧力センサを用いたり、バルブを専用設計にしたりする場合には、コストがかさんでしまう虞があるが、このように同じ部品を流用して流体制御部20の弁開状態及び弁閉状態のどちらにあるかを確認可能となるので、非常にコストメリットが高くなる。
さらに、流体制御用バルブユニット10のサイズも、流体制御部20と流体圧力検出部30がほぼ同じ大きさであるので、コンパクトにまとめることが可能であり、設備の小型化に貢献する。
図6に、流体制御用バルブユニット10を流体制御部20と流体圧力検出部30のそれぞれ分離した様子を示す。
流路ブロック40は、流体制御部20の制御部ブロック401と、流体圧力検出部30の検出部ブロック402に分けられて、それぞれ継手が付けられる。図6は詳細を省略しているが、継手とホースによって流体制御部20を備えるバルブと流体圧力検出部30を備えるバルブを接続しても良いし、継手を設けずに嵌合部分を設けて制御部ブロック401と検出部ブロック402をボルトで接続しても良い。
こうすることで、既設の流体制御部20を備えたバルブの動作確認に流体圧力検出部30を備えた流体圧力検出機器を用いることができ、実質的に本発明の流体制御用バルブユニット10の機能を実現することが可能である。
(1)内部に流体を連通する流路を有する流路ブロック40と、弁体を駆動することで流体を制御する流体制御部20と、を備えた流体制御用バルブユニット10において、流路ブロック40の流体制御部20の下流側に、流体圧力検出部30を連設して備え、流体圧力検出部30には、流路ブロック40に設けられた圧力検出室44と、圧力検出室44に面する可撓膜31aを備えた圧力検出体31と、圧力検出体31と接続されたシャフト33と、シャフト33に当接しシャフト33に付勢する圧力検出用バネ34と、シャフト33が移動した場合にその移動を検出するフォトマイクロセンサ37と、を備える構成となっている。
圧力検出室44内の流体の圧力変化に伴う圧力検出体31の変位によって、シャフト33が移動し、シャフト33の移動をフォトマイクロセンサ37で捉え、流体制御部20の動作による流路ブロック40内の流路の圧力変化として検出する。つまり、シャフト33の動きをフォトマイクロセンサ37が検出することで、流体制御部20が動作していることを示す。
このように、流体圧力検出部30は単純な構造であるため、コンパクトで安価な流体制御用バルブユニット10が実現可能である。
また、流体制御部20と流体圧力検出部30を別に設けていることで、流体制御部20にセンサを直接設ける必要がなく、設計的制約を課す必要がない。
よって、安価で設計的制約が少ない作動確認機構を備える流体制御用バルブユニット10の提供が実現できる。
圧力検出用バネ34は、シャフト33を介して圧力検出体31に対して付勢しており、圧力検出室44内部の流体圧力が一定以上になるまで、圧力検出体31の動きを規制している。つまり、一定圧以上が流体制御部20以降の流路にかかっているかどうかを決定する。したがって、この弾性体の弾性力を変更してやることで、検出圧力を変更することが可能となる。
このような圧力検出用バネ34の交換が、孔付蓋体35のボルト45を外すことで容易に行えるので、検出圧力の変更が容易となる。
例えば、流体制御用バルブユニット10の流体圧力検出部30に設けているフォトマイクロセンサ37であるが、特にこれに限定することなく、近接スイッチであっても良いし、接触式のセンサであっても良い。要は被検出部33aの移動が確認できる確認手段を備えていれば、どの様なセンサを用いても本発明は実現される。
また、本実施例では、流体制御部20と流体圧力検出部30の弁体であるダイアフラム弁体21と圧力検出体31、シリンダボディであるシリンダボディ22とシリンダボディ32を共通部分としているが、この他にも摺動するパッキンやその他の部品も共用部品としても良い。
また、可撓膜は、本実施例ではダイアフラム弁体21にダイアフラム膜を用いているが、ベローズにしても良い。ダイアフラム弁体21の作動距離などと合わせて適宜判断すべきである。
20 流体制御部
21 ダイアフラム弁体
21a 可撓膜
22 シリンダボディ
22a 操作エアポート
23 シャフト
23a ピストン
24 バネ
25 蓋体
25a 呼吸孔
26 弁座
27 弁孔
30 流体圧力検出部
31 圧力検出体
31a 可撓膜
32 シリンダボディ
33 シャフト
33a 被検出部
33b ピストン
34 圧力検出用バネ
35 孔付蓋体
36 ブラケット
37 フォトマイクロセンサ
37a 検出部
37b 光軸
40 流路ブロック
40a 入力ポート
40b 出力ポート
41 第1連絡路
42 流体制御部弁室
43 第2連絡路
44 圧力検出室
45 ボルト
46 ボトムプレート
Claims (5)
- 内部に流体を連通する流路を有する流路ブロックと、弁体を駆動することで前記流体を制御する流体制御部と、を備えた流体制御用バルブユニットにおいて、
前記流路ブロックの前記流体制御部の下流側に、流体圧力検出部を連設して備え、
前記流体圧力検出部には、
前記流路ブロックに設けられた圧力検出室と、
前記圧力検出室に面する可撓膜を備えた圧力検出体と、
前記圧力検出体と接続されたシャフトと、
前記シャフトに付勢する弾性体と、
前記シャフトが移動した場合にその移動を検出するセンサと、
を備え、
前記圧力検出室内の前記流体の圧力変化に伴う前記圧力検出体の変位によって前記シャフトが移動したことを前記センサで捉え、前記流体制御部の動作による前記流路ブロック内の流路の圧力変化として検出することを特徴とする流体制御用バルブユニット。 - 請求項1に記載の流体制御用バルブユニットにおいて、
前記流体圧力検出部のシリンダボディに備える蓋体が締結手段で固定され、
前記弾性体は、前記蓋体に当接して前記シャフトを付勢することを特徴とする流体制御用バルブユニット。 - 請求項1又は請求項2に記載の流体制御用バルブユニットにおいて、
前記圧力検出体は、前記流体制御部に用いられる前記可撓膜が形成された弁体と同一であり、
前記流体圧力検出部に用いるシリンダボディと、前記流体制御部に用いられるシリンダボディとが同一であることを特徴とする流体制御用バルブユニット。 - 弁体を駆動することで前記流体を制御する流体制御部を備えた流体制御用バルブの下流側に接続され、
流路ブロックに設けられた圧力検出室と、
前記圧力検出室に面する可撓膜を備えた圧力検出体と、
前記圧力検出体と接続されたシャフトと、
前記シャフトに付勢する弾性体と、
前記シャフトが移動した場合にその移動を検出するセンサと、
を備えることを特徴とする流体圧力検出機器。 - 請求項4に記載の流体圧力検出機器において、
シリンダボディに備える蓋体が締結手段で固定され、
前記弾性体は、前記蓋体に当接して前記シャフトを付勢することを特徴とする流体圧力検出機器。
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