JP2015087223A - 三方切換弁 - Google Patents

Abstract

【課題】流路の切り換えを高速化し、精度の高い校正を実現すると共に、振動や衝撃の少ない長寿命且つ安価な三方切換弁を提供する。【解決手段】三方切換弁１は、気体用基準流量計に接続され且つ気体用基準流量計から気体を取り込む流入口２と、流入口２から取り込んだ気体を排出する排出口３と、定積槽に接続され且つ流入口２から取り込んだ気体を定積槽に供給する定積槽接続口４と、排出口２の開閉を行う第１のエアシリンダ７ａと、定積槽接続口４の開閉を行う第２のエアシリンダ７ｂとを備え、第１のエアシリンダ７ａと第２のエアシリンダ７ｂとが独立して開閉動作することにより、流入口２から排出口３への流路と、流入口２から定積槽接続口４への流路とを切り換える。【選択図】図１

Description

本発明は、三方切換弁に関し、より詳細には、定積槽を用いて気体用基準流量計（音速ノズルなど）を校正する際に使用される三方切換弁に関する。

従来、家庭などで使用される膜式のガスメータなどは、工場を出荷するとき、各種の試験が行われ、試験に合格したガスメータが出荷される。主な試験項目としては、流量試験、最大流量時の流入口、流出口間の差圧試験及び洩れ試験などがある。流量試験は基準流量計との大気による比較試験であり、洩れ試験は、例えば、１０ｋｐａ（キロパスカル）の基準圧力の圧縮空気を、例えば、３分間印加したときの基準圧力からの圧力変化をみるものである。

基準流量となる流量の標準器としては、例えば、１次国家流量標準定積層などの特定標準器で校正された気体用基準流量計として、音速ノズル（ＳＶノズル：Sonic Venturi Nozzle）や湿式流量計が知られている。しかし、後者の湿式流量計は可動部を有し、大型で取り扱い難いなどの問題があるため、最近、多くは音速ノズルを流量の標準としている（例えば、特許文献１，２を参照）。

音速ノズルは、圧縮性流体を流したときに、スロート前後の圧力が臨界圧力以下になると、スロート部に流れる気体の速度がその状態における音速となり、一定な気体の質量流量が得られるという特徴を有している。この質量流量は、スロートの上流側の温度、圧力、及び湿度が一定であることが条件となっている。そして、この音速ノズルの校正に定積槽が用いられる。この際、定積槽に音速ノズルを流れた気体を取り入れて、音速ノズルの校正を行うが、取り入れ開始と終了を切り換えるために三方切換弁が使用される。

図６は、従来の三方切換弁を用いた音速ノズルを校正するシステムの概略構成を示す図である。図中、１００は三方切換弁、１１０は音速ノズル、１１１は定積槽を示す。この定積槽１１１に音速ノズル１１０を流れた気体を取り入れて音速ノズル１１０を校正するが、気体の取り入れ開始と終了を切り換えるために、音速ノズル１１０の下流側に三方切換弁１００が配置されている。従来の三方切換弁１００としては、例えば、ボールバルブ式が採用されており、これについて以下の図７〜図１０に基づき具体的に説明する。

図７〜図９は、従来のボールバルブ式を採用した三方切換弁１００の構造を示す図である。図７は三方切換弁１００の上面図、図８（Ａ）は三方切換弁１００の正面図、図８（Ｂ）は三方切換弁１００の側面図、図９は図８（Ｂ）のＡＡ断面図である。図中、１０１は電磁弁、１０２はアクチュエータ（エアシリンダ）、１０３ａ，１０３ｂはクイックエキゾーストバルブ（急速排気弁）、１０４ａ，１０４ｂはエア配管、１０５はボールバルブ、１０６ａ，１０６ｂはリードスイッチを示す。

電磁弁１０１は、外部の空気源から供給される空気に対して、電磁石（ソレノイド）の磁力を用いてプランジャと呼ばれる鉄片を動かすことにより、弁（バルブ）を供給側と排気側に切り換える。アクチュエータ１０２は、エアシリンダとして機能し、シリンダ内にピストン部材（後述の図１０を参照）を移動可能に収容する。電磁弁１０１とアクチュエータ１０２とは、クイックエキゾーストバルブ１０３ａ，１０３ｂ及びエア配管１０４ａ，１０４ｂを介して接続されている。電磁弁１０１が弁の給排気の切り換えを行うことで、空気圧によりアクチュエータ１０２のピストン部材が左右に移動する。アクチュエータ１０２のピストン部材は、ボールバルブ１０５と連結されており、図９に示すように、ピストン部材の動きに応じてボールバルブ１０５のボール１０５ａが回転するように構成されている。

図９（Ａ）は電磁弁１０１の通電時におけるボール１０５ａの状態を示し、図９（Ｂ）はボール１０５ａが４５度回転した中間位置にあるときの状態を示し、図９（Ｃ）は電磁弁１０１の非通電時におけるボール１０５ａの状態を示す。このように、ボール１０５ａは、流路がＴ字状に形成されており、アクチュエータ１０２のピストン部材の動きに応じてボール１０５ａが回転し流路が切り換わるように構成されている。なお、ボール１０５ａによる三方弁の開閉状態の判定は、機械的なリードスイッチ１０６ａ，１０６ｂにより行っている。

図１０は、電磁弁１０１によるアクチュエータ１０２の動作例を説明するための模式図である。本例の場合、通電時には電磁弁１０１のポートＡが排気側、ポートＢが給気側となり、外部の空気源からポートＢに供給された空気はクイックエキゾーストバルブ１０３ａを介してアクチュエータ１０２に送られる。このときの空気圧によりアクチュエータ１０２のピストン部材１０２ａが図中の左から右の方向に移動する。ピストン部材１０２ａは支持軸１０２ｂを介してボール１０５ａと連結されているため、ピストン部材１０２ａの移動に応じてボール１０５ａが回転する（図９を参照）。そして、ピストン部材１０２ａの移動により、アクチュエータ１０２内の空気が押し出され、押し出された空気がクイックエキゾーストバルブ１０３ｂを介して電磁弁１０１のポートＡに送られ、排気される。

また、非通電時には電磁弁１０１のポートＡが給気側、ポートＢが排気側となり、外部の空気源からポートＡに供給された空気はクイックエキゾーストバルブ１０３ｂを介してアクチュエータ１０２に送られる。このときの空気圧によりアクチュエータ１０２のピストン部材１０２ａが図中の右から左の方向に移動する。ピストン部材１０２ａは支持軸１０２ｂを介してボール１０５ａと連結されているため、ピストン部材１０２ａの移動に応じてボール１０５ａが回転する。そして、ピストン部材１０２ａの移動により、アクチュエータ１０２内の空気が押し出され、押し出された空気がクイックエキゾーストバルブ１０３ａを介して電磁弁１０１のポートＢに送られ、排気される。

特許第３１８４８８５号公報 特許第３３６６０７５号公報

しかしながら、上述の図７〜図１０で説明したボールバルブ式三方切換弁１００の場合、流路切換時に、瞬間的に三方向を完全閉にする必要があるため、ボール１０５ａのポート径を、ボールバルブ１０５の本体筐体のポート径の半分以下にしなくてはならない。このため、ボールバルブ１０５の本体筐体のポート径に対して、流量が小さく制限されてしまう。

また、ボールバルブ１０５の構造上、流路を切り換えるために９０度回転させなくてはならず、このため、流路の切り換えに時間（約０．１秒程度）がかかり、流路を高速に切り換えることが困難であった。これにより、音速ノズルの校正精度に悪影響を及ぼす可能性がある。

また、ボールバルブ１０５は、エアシリンダ（アクチュエータ１０２）により動作させるが、流路の切換時間を短くするために、高速でピストン部材１０２ａを移動させている。このため、ピストン部材１０２ａがシリンダ端面に衝突し、これにより大きな振動及び衝撃を発生させる。さらに、高速でピストン部材１０２ａを移動させることで、ボールバルブ１０５内のボール１０５ａも高速で回転するため、ボール表面を覆う樹脂製シートが激しく磨耗する。このように、構造的に劣化し易く、製品寿命が短い上に、トラニオン型（両持ち型）という複雑且つ特殊な弁構造であるため、高価であるという問題もある。

本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、流路の切り換えを高速化し、精度の高い校正を実現すると共に、振動や衝撃の少ない長寿命且つ安価な三方切換弁を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、定積槽を用いて気体用基準流量計を校正する際に、前記気体用基準流量計から前記定積槽への流路に配置される三方切換弁であって、前記気体用基準流量計に接続され且つ該気体用基準流量計から気体を取り込む流入口と、該流入口から取り込んだ気体を排出する排出口と、前記定積槽に接続され且つ前記流入口から取り込んだ気体を前記定積槽に供給する定積槽接続口と、前記排出口の開閉を行う第１のアクチュエータと、前記定積槽接続口の開閉を行う第２のアクチュエータとを備え、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとが独立して開閉動作することにより、前記流入口から前記排出口への流路と、前記流入口から前記定積槽接続口への流路とを切り換えることを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータは、それぞれピストン部材の一端をシリンダ内に移動可能に収容して有し、前記第１のアクチュエータのピストン部材の他端には、前記排出口に対向して樹脂製シートが取り付けられ、前記第２のアクチュエータのピストン部材の他端には、前記定積槽接続口に対向して樹脂製シートが取り付けられていることを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第２の技術手段において、前記ピストン部材のロッド部に取り付けられた作動位置検出板と、該作動位置検出板の位置を検出する検出手段とを備えたことを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第２または第３の技術手段において、前記第１のアクチュエータのピストン部材の他端と前記排出口との最大距離は、該最大距離に前記排出口の周囲長を乗じた値が、前記流入口の断面積の値以上となる値であり、前記第２のアクチュエータのピストン部材の他端と前記定積槽接続口との最大距離は、該最大距離に前記定積槽接続口の周囲長を乗じた値が、前記流入口の断面積の値以上となる値であることを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第１〜第４のいずれか１の技術手段において、前記排出口及び前記定積槽接続口が共に前記流入口の気体流れ方向と平行な方向に配置されている場合、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとは互いに平行な方向に配置されていることを特徴としたものである。

第６の技術手段は、第１〜第４のいずれか１の技術手段において、前記排出口及び前記定積槽接続口のうち少なくとも一方が前記流入口の気体流れ方向と直交する方向に配置されていることを特徴としたものである。

第７の技術手段は、第６の技術手段において、前記排出口が前記流入口の気体流れ方向と直交する方向に配置され、前記定積槽接続口が前記流入口の気体流れ方向と平行な方向に配置されている場合、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとは互いに直交する方向に配置されることを特徴としたものである。

第８の技術手段は、第６の技術手段において、前記排出口と前記定積槽接続口とが共に前記流入口の気体流れ方向と直交する方向に配置されている場合、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとは互いに対向する方向に配置されることを特徴としたものである。

第９の技術手段は、第６の技術手段において、前記排出口が前記流入口の気体流れ方向と平行な方向に配置され、前記定積槽接続口が前記流入口の気体流れ方向と直交する方向に配置されている場合、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとは互いに直交する方向に配置されることを特徴としたものである。

本発明によれば、流路の切り換えを高速化し、精度の高い校正を実現すると共に、振動や衝撃の少ない長寿命且つ安価な三方切換弁を提供することができる。

本発明による三方切換弁の構成例を示す図である。 本発明による三方切換弁の他の構成例を模式的に示した図である 本発明による三方切換弁の更に他の構成例を模式的に示した図である。 本発明による三方切換弁の更に他の構成例を模式的に示した図である。 本発明による三方切換弁の更に他の構成例を模式的に示した図である。 従来の三方切換弁を用いた音速ノズルを校正するシステムの概略構成を示す図である。 従来のボールバルブ式を採用した三方切換弁の構造を示す図で、三方切換弁の上面図である。 従来のボールバルブ式を採用した三方切換弁の構造を示す図で、三方切換弁の正面図及び側面図である。 従来のボールバルブ式を採用した三方切換弁の構造を示す図で、図８（Ｂ）のＡＡ断面図である。 電磁弁によるアクチュエータの動作例を説明するための模式図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の三方切換弁に係る好適な実施の形態について説明する。

図１は、本発明による三方切換弁の構成例を示す図である。図中、１は三方切換弁、２は流入口、３は排出口、４は定積槽接続口、５は制御ユニット、６ａ，６ｂは電磁弁、７ａ，７ｂはアクチュエータの一例であるエアシリンダ、８ａ，８ｂはピストン部材、９ａ，９ｂは樹脂製シート、１０ａ，１０ｂは作動位置検出板、１１ａ，１１ｂはレーザ検出器、１２は弁室部を示す。この弁室部１２は、例えば、断面Ｔ字状とされ、３方向のポートとして、流入口２、排出口３、及び定積槽接続口４がそれぞれ形成されている。図６のシステム構成において、本発明による三方切換弁１は、ボールバルブ式三方切換弁１００の代わりに、気体用基準流量計の一例である音速ノズル１１０から定積槽１１１への流路に配置される。

なお、ピストン部材８ａは、両端の２つのピストン部８１ａと、２つのピストン部８１ａを繋ぐロッド部８２ａとからなる。同様に、ピストン部材８ｂは、両端の２つのピストン部８１ｂと、２つのピストン部８１ｂを繋ぐロッド部８２ｂとからなる。

本発明の主たる目的は、流路の切り換えを高速化し、精度の高い校正を実現すると共に、振動や衝撃の少ない長寿命且つ安価な三方切換弁を提供することにある。このための構成として、三方切換弁１は、音速ノズル１１０に接続され且つ音速ノズル１１０から気体を取り込む流入口２と、流入口２から取り込んだ気体を排出する排出口３と、定積槽１１１に接続され且つ流入口２から取り込んだ気体を定積槽１１１に供給する定積槽接続口４とを備える。すなわち、気体用基準流量計として音速ノズル１１０を適用した場合、流入口２は、音速ノズル１１０からの気体を取り込むためのポートであり、排出口３は、定積槽１１１に気体を取り込む前に音速ノズル１１０を音速状態にするために排気を行うポートであり、定積層接続口４は、音速状態後に定積槽１１１に気体を供給するためのポートである。

また、三方切換弁１は、排出口３の開閉を行う第１のエアシリンダ７ａと、定積槽接続口４の開閉を行う第２のエアシリンダ７ｂとを備え、第１のエアシリンダ７ａと第２のエアシリンダ７ｂとが独立して開閉動作することにより、流入口２から排出口３への流路と、流入口２から定積槽接続口４への流路とを切り換えるように構成される。なお、排出口３及び定積槽接続口４の開閉を行うアクチュエータとして、空圧式のエアシリンダを適用した場合を例示して説明するが、これに限定されるものではなく、例えば、油圧式の油圧シリンダを適用してもよい。また、音速ノズル１１０からの気体は、流入口２から弁室部１２内に流入するが、このときの流入口２の気体流れ方向を矢印で示している。

図１に示す三方切換弁１では、排出口３及び定積槽接続口４が共に流入口２の気体流れ方向と平行な方向で且つ弁室部１２の下面側に配置されている。この場合、第１のエアシリンダ７ａと第２のエアシリンダ７ｂとは互いに平行な方向で且つ同じ向きに配置される。第１のエアシリンダ７ａのピストン部材８ａの他端及び第２のエアシリンダ７ｂのピストン部材８ｂの他端（下側のピストン部８１ａ，８１ｂ）は共に、弁室部１２内に収容され、排出口３及び定積槽接続口４それぞれの開閉動作を行う。なお、排出口３、定積槽接続口４、第１のエアシリンダ７ａ、及び第２のエアシリンダ７ｂの配置は、これに限定されるものではなく、後述の図２〜図５で例示するように各種の形態を採用することができる。

三方切換弁１の動作例について具体的に説明する。本例では、電磁弁６ａ，６ｂとして、一般的な４方向５ポート単動式電磁弁を例示しているが、これに限定されるものではない。まず、排出口３を“閉”、定積槽接続口４を“開”にする場合、通電（または非通電）により、第１の電磁弁６ａのポートＡａが給気、ポートＢａが排気、第２の電磁弁６ｂのポートＡｂが給気、ポートＢｂが排気となるように制御される。この制御は制御ユニット５により行われる。外部の空気源（約０．４ＭＰａ程度）から第１の電磁弁６ａ及び第２の電磁弁６ｂに空気が供給されると、この空気が第１の電磁弁６ａのポートＡａから第１のエアシリンダ７ａのシリンダ上室７１ａに送られ、さらに、第２の電磁弁６ｂのポートＡｂから第２のエアシリンダ７ｂのシリンダ下室７２ｂに送られる。

ここで、第１のエアシリンダ７ａは、ピストン部材８ａの一端（上側のピストン部８１ａ）をシリンダ内に移動可能に収容して有し、ピストン部材８ａの他端（下側のピストン部８１ａ）には、排出口３に対向して樹脂製シート９ａが取り付けられている。また、第２のエアシリンダ７ｂは、ピストン部材８ｂの一端（上側のピストン部８１ｂ）をシリンダ内に移動可能に収容して有し、ピストン部材８ｂの他端（下側のピストン部８１ｂ）には、定積槽接続口４に対向して樹脂製シート９ｂが取り付けられている。

樹脂製シート９ａ，９ｂとしては、例えば、シール効果の高いテフロン（登録商標）シートやウレタンシートなどを用いることができる。これら２つのピストン部材８ａ，８ｂがエアシリンダ７ａ，７ｂからの空気圧により上下方向に移動することにより、排出口３，定積槽接続口４の開閉が行われる。そして、閉時の際には樹脂製シートが密着し、これにより気体漏れを防止することができる。

つまり、第１のエアシリンダ７ａのシリンダ上室７１ａに送られた空気圧により、ピストン部材８ａの一端が下方に押し下げられ、ピストン部材８ａの他端が樹脂製シート９ａを介して排出口３を“閉”にする。そして、ピストン部材８ａの移動に伴いシリンダ下室７２ａから押し出された空気は、第１の電磁弁６ａのポートＢａに送られ、排気される。

一方、第２のエアシリンダ７ｂのシリンダ下室７２ｂに送られた空気圧により、ピストン部材８ｂの一端が上方に押し上げられ、ピストン部材８ｂの他端が定積槽接続口４から離れ、定積槽接続口４を“開”にする。そして、ピストン部材８ｂの移動に伴いシリンダ上室７１ｂから押し出された空気は、第２の電磁弁６ｂのポートＢｂに送られ、排気される。

次に、排出口３を“開”、定積槽接続口４を“閉”にする場合、非通電（または通電）により、電磁弁６ａ，６ｂの給排気をそれぞれ切り換えて、第１の電磁弁６ａのポートＢａが給気、ポートＡａが排気、第２の電磁弁６ｂのポートＢｂが給気、ポートＡｂが排気となるように制御される。上記と同様に、外部の空気源から第１の電磁弁６ａ及び第２の電磁弁６ｂに空気が供給されると、この空気が第１の電磁弁６ａのポートＢａから第１のエアシリンダ７ａのシリンダ下室７２ａに送られ、さらに、第２の電磁弁６ｂのポートＢｂから第２のエアシリンダ７ｂのシリンダ上室７１ｂに送られる。

第１のエアシリンダ７ａのシリンダ下室７２ａに送られた空気圧により、ピストン部材８ａの一端が上方に押し上げられ、ピストン部材８ａの他端が排出口３から離れ、排出口３を“開”にする。そして、ピストン部材８ａの移動に伴いシリンダ上室７１ａから押し出された空気は、第１の電磁弁６ａのポートＡａに送られ、排気される。

一方、第２のエアシリンダ７ｂのシリンダ上室７１ｂに送られた空気圧により、ピストン部材８ｂの一端が下方に押し下げられ、ピストン部材８ｂの他端が樹脂製シード９ｂを介して定積槽接続口４を“閉”にする。そして、ピストン部材８ｂの移動に伴いシリンダ下室７２ｂから押し出された空気は、第２の電磁弁６ｂのポートＡｂに送られ、排気される。

次に、排出口３を“開”、定積槽接続口４を“開”、すなわち、どちらも“開”にする場合についても、電磁弁６ａ，６ｂの給排気をそれぞれ切り換えて、第１の電磁弁６ａのポートＢａが給気、ポートＡａが排気、第２の電磁弁６ｂのポートＡｂが給気、ポートＢｂが排気となるように制御される。また、排出口３を“閉”、定積槽接続口４を“閉”、すなわち、どちらも“閉”にする場合についても、電磁弁６ａ，６ｂの給排気をそれぞれ切り換えて、第１の電磁弁６ａのポートＡａが給気、ポートＢａが排気、第２の電磁弁６ｂのポートＢｂが給気、ポートＡｂが排気となるように制御される。

このように、本発明による三方切換弁は、流入口、排出口、及び定積槽接続口の３つのポートを備え、排出口及び定積槽接続口の２つのポートを２つのエアシリンダにより直接開閉させて所望の流路を形成することができるため、従来のボールバルブ式と比べて、ポートの直径に制限を設ける必要がなく、流路の切り換えを高速に行える上に、シンプルな構造であるため製造コストを抑えることができる。

また、２つのエアシリンダを独立して動作させることで、ポートの開閉タイミングをそれぞれ調整することができる。これにより、より精度の高い校正を行うことができる。さらに、ポートの直径を大きく設計することで、エアシリンダのピストン部材を上下動させる際のストローク長を小さくできるため、各エアシリンダによる開閉時間の短縮が可能となり、流路の切り換えの高速化を図ることができる。

また、２つのエアシリンダは所謂計装空気圧（約０．４ＭＰａ程度）で動作するため、ピストン部材が移動したときの衝撃及び振動の発生を防止することができる。また、ポートの開閉に２つのエアシリンダを用いたシンプルな構造であるため、従来のボールバルブ式のようにボールの回転により樹脂製シートが磨耗することがなく、長期に渡って高いシール性を維持することができる。これにより、製品の劣化を抑え、長寿命化を図ることができる。

また、定積槽が加圧状態で計測終了した場合、２つのエアシリンダを同時に開動作させることで、定積槽内の圧力を排出することができるため、専用の排出弁（例えば、前述のクイックエキゾーストバルブなど）を設ける必要がない。

図１において、三方切換弁１は、ピストン部材８ａ，８ｂのロッド部８２ａ，８２ｂに取り付けられた作動位置検出板１０ａ，１０ｂと、作動位置検出板１０ａ，１０ｂの位置を検出する検出手段の一例であるレーザ検出器１１ａ，１１ｂとを備える。すなわち、ピストン部材８ａ，８ｂに取り付けられた作動位置検出板１０ａ，１０ｂの位置をレーザ検出器１１ａ，１１ｂで読み取る。制御ユニット５は、レーザ検出器１１ａ，１１ｂの読み取り結果に基づいて、排出口３及び定積槽接続口４の開閉に要する作動時間などを算出する。

なお、レーザ検出器１１ａ，１１ｂとしては、一般的なＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)レーザセンサを用いることができる。具体的には、作動位置検出板１０ａ，１０ｂの位置が変化すると、ＣＭＯＳ上の受光位置が移動するため、この受光位置を検出することで、作動位置検出板１０ａ，１０ｂの変位量（位置）を正確に計測することができる。

従来のボールバルブ式三方切換弁（図７、図８を参照）の場合、機械的なリミットスイッチを用いてシリンダ内のピストン部材の移動を検知することで各ポートが全開か全閉かを判定していた。しかしながら、リミットスイッチでピストン部材の移動を検知するタイミングと、各ポートが実際に全開または全閉となるタイミングとは完全に一致しておらず、各ポートの開閉に要する作動時間を正確に計測することは困難であった。これに対して、本発明では、作動位置検出板１０ａ，１０ｂ及びレーザ検出器１１ａ，１１ｂを用いることで、各ポートの開閉に要する作動時間を正確に計測することができるため、再現性を高め、より精度の高い校正を行うことができる。

また、上述したように、３つのポート（流入口２、排出口３、定積槽接続口４）の直径を大きくすることで、エアシリンダ７ａ，７ｂのピストン部材８ａ，８ｂを上下動させる際のストローク長（最大距離Ｌ１，Ｌ２に相当）を小さくできる。最大距離Ｌ１，Ｌ２の決め方について具体的に説明する。第１のエアシリンダ７ａのピストン部材８ａの他端と排出口３との最大距離Ｌ１は、最大距離Ｌ１に排出口３の周囲長を乗じた値が、流入口２の断面積の値以上となる値とし、第２のエアシリンダ７ｂのピストン部材８ｂの他端と定積槽接続口４との最大距離Ｌ２は、最大距離Ｌ２に定積槽接続口４の周囲長を乗じた値が、流入口２の断面積の値以上となる値とする。

ここで、流入口２、排出口３、及び定積槽接続口４のポート直径が同じであれば、流入口２、排出口３、及び定積槽接続口４の各ポートの断面積、周囲長は同じとなる。例えば、上記において、流入口２の断面積の値になるように、最大距離Ｌ１，Ｌ２を決定する場合、最大距離Ｌ１は、流入口２の断面積／排出口３の周囲長、により求まり、最大距離Ｌ２は、流入口２の断面積／定積槽接続口４の周囲長、により求まる。ここでは最大距離Ｌ１，Ｌ２は同じ値となる。

図２は、本発明による三方切換弁の他の構成例を模式的に示した図である。図中、２０は三方切換弁を示す。三方切換弁２０は、流入口２１と、排出口２２と、定積槽接続口２３と、排出口２２の開閉を行う第１のエアシリンダ２４ａと、定積槽接続口２３の開閉を行う第２のエアシリンダ２４ｂと、弁室部２５とを備える。なお、基本的な構成は図１の例と同様であるが、説明を簡略化するために、制御ユニット、電磁弁等の記載を省略している。

本例の場合、排出口２２及び定積槽接続口２３が共に流入口２１の気体流れ方向と平行な方向に配置されているが、排出口２２と定積槽接続口２３とが対角線上に配置されている点が図１の構成と異なる。この場合、第１のエアシリンダ２４ａと第２のエアシリンダ２４ｂとは互いに平行な方向で且つ逆向きで配置される。第１のエアシリンダ２４ａのピストン部材の他端及び第２のエアシリンダ２４ｂのピストン部材の他端は共に、弁室部２５内に収容され、排出口２２及び定積槽接続口２３それぞれの開閉動作を行う。このように、排出口２２、定積槽接続口２３、第１のエアシリンダ２４ａ，及び第２のエアシリンダ２４ｂの配置を、校正システムの設計等に合わせて、自在に変更することができる。

ここで、図２に示す弁室部２５は、気体が滞留し易いことからデッドボリュームとも呼ばれ、この保有容積Ｖは小さいほうが流路の切り換えをより高速に行うことができるため、好ましい。なお、保有容積Ｖは、流入口２１、排出口２２、及び定積槽接続口２３の各ポートを閉じたときの弁室部２５の内部容積に相当するもので、図１の構成例と図２の構成例では同じ保有容積となる。この保有容積をさらに小さくした三方切換弁の構成例について以下に説明する。

図３〜図５は、本発明による三方切換弁の更に他の構成例を模式的に示した図である。図中、３０は三方切換弁を示す。三方切換弁３０は、流入口３１と、排出口３２と、定積槽接続口３３と、排出口３２の開閉を行う第１のエアシリンダ３４ａと、定積槽接続口３３の開閉を行う第２のエアシリンダ３４ｂと、弁室部３５とを備える。なお、基本的な構成は図１の例と同様であるが、図２と同様、説明を簡略化するために、制御ユニット、電磁弁等の記載を省略している。

図３〜図５の構成例ではいずれも、排出口３２及び定積槽接続口３３のうち少なくとも一方が流入口３１の気体流れ方向と直交する方向に配置されている。図３の例では、排出口３２が流入口３１の気体流れ方向と直交する方向に配置され、定積槽接続口３３が流入口３１の気体流れ方向と平行な方向に配置されている。この場合、第１のエアシリンダ３４ａと第２のエアシリンダ３４ｂとは互いに直交する方向に配置される。第１のエアシリンダ３４ａのピストン部材の他端は、弁室部３５の外側であって排出口３２の流路内に収容され、第２のエアシリンダ３４ｂのピストン部材の他端は、弁室部３５内に収容され、排出口３２及び定積槽接続口３３それぞれの開閉動作を行う。このような配置にすることで、図１の構成例または図２の構成例と比べて、保有容積（Ｖ１＜Ｖ）を小さくすることが可能となる。

図４の例では、排出口３２と定積槽接続口３３とが共に流入口３１の気体流れ方向と直交する方向に配置されている。この場合、第１のエアシリンダ３４ａと第２のエアシリンダ３４ｂとは互いに対向する方向に配置される。第１のエアシリンダ３４ａのピストン部材の他端は、弁室部３５の外側であって排出口３２の流路内に収容され、第２のエアシリンダ３４ｂのピストン部材の他端は、弁室部３５の外側であって定積槽接続口３３の流路内に収容され、排出口３２及び定積槽接続口３３それぞれの開閉動作を行う。このような配置にすることで、図３の構成例と比べて、保有容積（Ｖ２＜Ｖ１）を小さくすることが可能となる。

図５の例では、排出口３２が流入口３１の気体流れ方向と平行な方向で且つ弁室部３５の上面側に配置され、定積槽接続口３３が流入口３１の気体流れ方向と直交する方向に配置されている。この場合、第１のエアシリンダ３４ａと第２のエアシリンダ３４ｂとは互いに直交する方向に配置される。第１のエアシリンダ３４ａのピストン部材の他端は、弁室部３５内に収容され、第２のエアシリンダ３４ｂのピストン部材の他端は、弁室部３５の外側であって定積槽接続口３３の流路内に収容され、排出口３２及び定積槽接続口３３それぞれの開閉動作を行う。このような配置にすることで、図３の例と同様に、図１の構成例または図２の構成例と比べて、保有容積（Ｖ３＜Ｖ）を小さくすることが可能となる。

このように、図３〜図５の構成例によれば、デッドボリュームとなる保有容積を小さくすることができるため、流路の切り換えをより高速に行うことを可能にすると共に、三方切換弁の大きさをよりコンパクトにすることができる。

１，２０，３０…三方切換弁、２，２１，３１…流入口、３，２２，３２…排出口、４，２３，３３…定積槽接続口、５…制御ユニット、６ａ…第１の電磁弁、６ｂ…第２の電磁弁、７ａ，２４ａ，３４ａ…第１のエアシリンダ、７ｂ，２４ｂ，３４ｂ…第２のエアシリンダ、８ａ，８ｂ…ピストン部材、９ａ，９ｂ…樹脂製シート、１０ａ，１０ｂ…作動位置検出板、１１ａ，１１ｂ…レーザ検出器、１２，２５，３５…弁室部、７１ａ，７１ｂ…シリンダ上室、７２ａ，７２ｂ…シリンダ下室、８１ａ，８１ｂ…ピストン部、８２ａ，８２ｂ…ロッド部。

Claims (9)

1. 定積槽を用いて気体用基準流量計を校正する際に、前記気体用基準流量計から前記定積槽への流路に配置される三方切換弁であって、
   前記気体用基準流量計に接続され且つ該気体用基準流量計から気体を取り込む流入口と、該流入口から取り込んだ気体を排出する排出口と、前記定積槽に接続され且つ前記流入口から取り込んだ気体を前記定積槽に供給する定積槽接続口と、前記排出口の開閉を行う第１のアクチュエータと、前記定積槽接続口の開閉を行う第２のアクチュエータとを備え、
   前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとが独立して開閉動作することにより、前記流入口から前記排出口への流路と、前記流入口から前記定積槽接続口への流路とを切り換えることを特徴とする三方切換弁。
2. 前記第１のアクチュエータ及び前記第２のアクチュエータは、それぞれピストン部材の一端をシリンダ内に移動可能に収容して有し、前記第１のアクチュエータのピストン部材の他端には、前記排出口に対向して樹脂製シートが取り付けられ、前記第２のアクチュエータのピストン部材の他端には、前記定積槽接続口に対向して樹脂製シートが取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の三方切換弁。
3. 前記ピストン部材のロッド部に取り付けられた作動位置検出板と、該作動位置検出板の位置を検出する検出手段とを備えたことを特徴とする請求項２に記載の三方切換弁。
4. 前記第１のアクチュエータのピストン部材の他端と前記排出口との最大距離は、該最大距離に前記排出口の周囲長を乗じた値が、前記流入口の断面積の値以上となる値であり、前記第２のアクチュエータのピストン部材の他端と前記定積槽接続口との最大距離は、該最大距離に前記定積槽接続口の周囲長を乗じた値が、前記流入口の断面積の値以上となる値であることを特徴とする請求項２または３に記載の三方切換弁。
5. 前記排出口及び前記定積槽接続口が共に前記流入口の気体流れ方向と平行な方向に配置されている場合、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとは互いに平行な方向に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の三方切換弁。
6. 前記排出口及び前記定積槽接続口のうち少なくとも一方が前記流入口の気体流れ方向と直交する方向に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の三方切換弁。
7. 前記排出口が前記流入口の気体流れ方向と直交する方向に配置され、前記定積槽接続口が前記流入口の気体流れ方向と平行な方向に配置されている場合、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとは互いに直交する方向に配置されることを特徴とする請求項６に記載の三方切換弁。
8. 前記排出口と前記定積槽接続口とが共に前記流入口の気体流れ方向と直交する方向に配置されている場合、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとは互いに対向する方向に配置されることを特徴とする請求項６に記載の三方切換弁。
9. 前記排出口が前記流入口の気体流れ方向と平行な方向に配置され、前記定積槽接続口が前記流入口の気体流れ方向と直交する方向に配置されている場合、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとは互いに直交する方向に配置されることを特徴とする請求項６に記載の三方切換弁。

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