JP2014229159A - 流量制御弁及びそれを用いたマスフローコントローラ - Google Patents
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Abstract
弁が閉状態になってからのダイアフラムスペーサの余分な動作を解消し、応答時間の短縮化が可能な流量制御弁を提供する。
【解決手段】
環状の弁座115と、外周部が固定された薄板状の弾性体からなるダイアフラム116と、このダイアフラム117を挟み弁座115と反対側に位置するダイアフラムスペーサ117とを有し、弁座115とダイアフラム116とダイアフラムスペーサ117とが同軸上に配置されている。そして、環状弁座115は、その頭頂部に内周側へ傾斜する傾斜面123を有し、ダイアフラムスペーサ117の押圧力により、ダイアフラム116が弁座115の方向へ変位し、弁座115の頭頂部の傾斜面123とダイアフラム116が隙間なく当接する構造とする。
【選択図】 図3
Description
本実施形態においては、図1にその断面形状が示されるように、弁座115は、ダイアフラム116に向かい立設する筒状体で環状をなし、その頭頂部に傾斜面を有している。この傾斜面は、外周側から内周側に向かうに従い対向するダイアフラム116との間隔が増大する形状となっている。そして、ダイアフラムスペーサ117の押圧力によりダイアフラム116が弁座115の頭頂部に形成された傾斜面と当接すると、ダイアフラム116の当接面と弁座115の傾斜面(ダイアフラム116との当接面)との間に隙間がなくなり流量制御弁102は閉弁状態となる。これにより、ダイアフラム116が弁座115と接触してから、さらにダイアフラム116に対しダイアフラムスペーサ117による余分な押圧力を付加することを回避でき、流量制御弁102の応答時間を短縮することが可能となる。
図3(A)は、ダイアフラム116に荷重を加えていない状態(押圧力を付加していない状態)を示しており、ダイアフラム116の中央部は平面形状をなしている。弁座115の傾斜面123とダイアフラム116との間には隙間が存在し、流量制御弁102は開いた状態である。
図3(C)は、(B)の状態からさらに荷重を加えた状態であるが、(B)のときよりもダイアフラム全体の曲率半径が小さくなる方向に弾性変形し、ダイアフラム116の中央部がさらに弁座115の傾斜面123側に凸に変位している。弁座115の傾斜面123とダイアフラム116の隙間は一段と小さくなるが、依然として存在しており、流量制御弁102は開いた状態である。
図5は、ダイアフラムスペーサの押込量とダイアフラムの変位及び弁開度量の関係図である。この関係図は、ダイアフラムスペーサの押し込み量と、ダイアフラムの中央部の変位および流量制御弁の弁開度量の関係を示したシミュレーション結果を示している。このシミュレーション結果は、有限要素法を用いた汎用的な構造解析ツールANSYS(ANSYS社(米国)製ツール)によるダイアフラムの接触・大変形解析の結果であり、解析条件はダイアフラム、ダイアフラムスペーサともに、ヤング率21000kgf/mm2、接触部の摩擦係数は0としている。ダイアフラムの中央部変位は、弁座から離れる方向をプラス方向、弁座に近づく方向をマイナス方向で表現し、ダイアフラムに荷重が加わっていない状態を0とした。弁開度量は、弁座の頭頂部の内周側とダイアフラムとの間の、弁座およびダイアフラムの中心軸に対して平行な方向の距離である。
なお、本実施例においては、弁座の頭頂部の傾斜面123に対応する位置における、ダイアフラムスペーサ117のダイアフラム押さえ面124の形状も、弁座の傾斜面123と同様に同一の球体の一部として近似される形状としたが、これに限られるものではなく、他の形状であっても同様の効果が得られる。
図3と同様に、ダイアフラムスペーサ117を介して荷重を加えていったときの、ダイアフラム116の変形と流量制御弁202の開度の変化を(A)、(B)、(C)、(D)で順次示している。図3の流量制御弁102のうち、既に説明した図3に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
図3と同様に、ダイアフラムスペーサ117を介して荷重を加えていったときの、ダイアフラム116の変形と流量制御弁302の開度の変化を(A)、(B)、(C)、(D)で順次示している。図3の流量制御弁102のうち、既に説明した図3に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
また、発明の実施形態として、バルブ駆動電圧が印加されていないとき、流量制御弁が閉弁状態となるノーマリークローズ型のマスフローコントローラを説明したが、ばね部材120等の構造を変更したノーマリーオープン型のマスフローコントローラに置き換えることも可能である。
102 実施例1の流量制御弁
115 弁座
116 ダイアフラム
117 ダイアフラムスペーサ
123 弁座の頭頂部の傾斜面
124 ダイアフラムスペーサのダイアフラム押さえ面
125 ダイアフラム押さえ面の外径
126 弁座の頭頂部の傾斜面の外径
127 弁座の頭頂部の傾斜面の内径
202 実施例2の流量制御弁
302 実施例3の流量制御弁
402 比較例の流量制御弁
Claims (12)
- 環状の弁座と、
外周部が固定された薄板状の弾性体からなるダイアフラムと、
前記ダイアフラムを挟み前記弁座と反対側に位置するダイアフラムスペーサとを有し、
前記弁座、前記ダイアフラム及び前記ダイアフラムスペーサは同軸上に配置され、
前記弁座は、頭頂部に内周側へ傾斜する傾斜面を有し、前記ダイアフラムスペーサの押圧力により前記ダイアフラムが前記弁座の傾斜面と当接することを特徴とする流量制御弁。 - 請求項1に記載の流量制御弁において、
前記ダイアフラムとの当接面をなす前記弁座の傾斜面は、球面の一部として近似された形状又は円錐面の一部として近似された形状を有することを特徴とする流量制御弁。 - 請求項1に記載の流量制御弁において、
前記ダイアフラムスペーサのダイアフラム押さえ面の外径は、前記弁座の傾斜面の内径より大きく、且つ、前記弁座の傾斜面の外径より小さいことを特徴とする流量制御弁。 - 請求項2に記載の流量制御弁において、
前記ダイアフラムとの当接面をなす前記ダイアフラムスペーサのダイアフラム押さえ面の形状は、球面の一部として近似された形状又は円錐面の一部として近似された形状を有することを特徴とする流量制御弁。 - 請求項4に記載の流量制御弁において、
閉弁状態において、前記弁座の傾斜面と、当該傾斜面の位置に対応する前記ダイアフラムスペーサの押さえ面とが前記ダイアフラムを介して係合することを特徴とする流量制御弁。 - 請求項4に記載の流量制御弁において、
前記ダイアフラムスペーサのダイアフラム押さえ面の外径は、前記弁座の傾斜面の外径より大きいことを特徴とする流量制御弁。 - 請求項3に記載の流量制御弁において、
前記ダイアフラムスペーサのダイアフラム押さえ面の形状は、平坦面であることを特徴とする流量制御弁。 - 流体の流入流路と、所定の流量比に設定されたバイパス流路と、所定の流量が分流されるセンサ流路と、前記センサ流路内を流れる流体の質量流量を検出する流量センサ部と、前記センサ流路と前記バイパス流路を流れる流体が合流する中間流路と、前記中間流路と流出流路との間に位置する流量制御弁と、前記流量センサ部及び流量制御弁を制御する制御回路部とを備え、
前記流量制御弁は、環状の弁座と、外周部が固定された薄板状の弾性体からなるダイアフラムと、前記ダイアフラムを挟み前記弁座と反対側に位置するダイアフラムスペーサとを有し、前記弁座は、頭頂部に内周側へ傾斜する傾斜面を有し、前記ダイアフラムスペーサの押圧力により前記ダイアフラムが前記弁座の傾斜面と当接することを特徴とするマスフローコントローラ。 - 請求項8に記載のマスフローコントローラにおいて、
前記ダイアフラムとの当接面をなす前記弁座の傾斜面は、球面の一部として近似された形状又は円錐面の一部として近似された形状を有することを特徴とするマスフローコントローラ。 - 請求項8記載のマスフローコントローラにおいて、
前記ダイアフラムスペーサのダイアフラム押さえ面の外径は、前記弁座の傾斜面の内径より大きく、且つ、前記弁座の傾斜面の外径より小さいことを特徴とするマスフローコントローラ。 - 請求項9に記載のマスフローコントローラにおいて、
前記ダイアフラムとの当接面をなす前記ダイアフラムスペーサのダイアフラム押さえ面の形状は、球面の一部として近似された形状又は円錐面の一部として近似された形状を有することを特徴とするマスフローコントローラ。 - 請求項11に記載のマスフローコントローラにおいて
閉弁状態において、前記弁座の傾斜面と、当該傾斜面の位置に対応する前記ダイアフラムスペーサの押さえ面とが前記ダイアフラムを介して係合することを特徴とするマスフローコントローラ。
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