JP2015125061A - 流路シール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 オリフィスプレートやフィルタープレートを母材となるオリフィスベースやフィルターベースに溶接やカシメを行う工程を省略することができるとともに、いっそうの小型化を可能にするシール構造を提供する。
【解決手段】 本体流路１ａ、１ｂが形成された本体ブロック１と、本体ブロック１の側面に形成され内周面に雌螺子が形成された凹部１２，１３と、前記凹部の奥底に当接されて通孔が形成された薄板６，８と、薄板６，８に当接するガスケットリング１６，１７と、本体流路１ａ，１ｂと連通可能な内部流路と拡径部とを有し前記ガスケットリングに当接する押え配管２０，２１と、前記押え配管に外挿されるとともに前記雌螺子に螺入されて前記拡径部に当接して前記押え配管を押圧する締付螺子２２と、を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、流路シール構造に係り、詳しくは、圧力式流量制御装置等の本体ブロック内の流路にオリフィスプレートやフィルタープレート等の通孔が形成された薄板が介在された流路のシール構造に関する。

従来、例えば圧力式流量制御装置においては、図８に示すように、本体流路１ａ、１ｂが形成された本体ブロック１と、入口側流路２ａが形成された入口側ブロック２と、出口側流路３ａが形成された出口側ブロック３とを連結することにより、各流路２ａ、１ａ、１ｂ、３ａを連通させてある。本体流路１ａ、１ｂの間に介在された金属ダイヤフラム弁等の弁体４を、本体ブロック１に取り付けられた圧電式アクチュエータ５によって開閉操作できるようになっている（特許文献１参照）。

そして、出口側ブロック３と本体ブロック１との間に、流量制御のためのオリフィスプレート６が固定されたガスケット型オリフィス７を挟み込む構造（特許文献１）や、入口側ブロック２と本体ブロック１との間に、フィルタープレート８が固定されたフィルターガスケット９を挟み込む構造等が知られている（特許文献１〜４等）。

この種の圧力式流量制御装置１０では、オリフィスプレート６の下流側圧力Ｐ_２と上流側圧力Ｐ_１との間に（Ｐ_１／Ｐ_２）≧約２の所謂臨界膨張条件が保持されていると、オリフィスプレート６のオリフィスを流通するガス流量ＱがＱ＝ＫＰ_１（但しＫは定数）の関係となる。

このような関係を利用して、圧力検出器１１で検出される圧力Ｐ_１を制御することにより流量Ｑを高精度で制御することができ、しかも、弁体４の上流側ガスＧｏの圧力が大きく変化しても、制御流量値が殆ど変化しないという優れた特性を発揮することができる。

オリフィスガスケットやフィルターガスケットは、一般には、オリフィスベースやフィルターベースに溶接されて固定されている。溶接できない焼結フィルタープレートの場合は、フィルターベース等に環状のリップ部を設けておいて、該リップ部を内側に折り曲げて（カシメて）フィルタープレートを固定する方法も知られている（特許文献３等）。或いは、オリフィスベースやフィルターベースを互いに嵌合可能な半割形にして、両者を嵌合する際にそれらの間にオリフィスプレートやフィルタープレートを挟み込む形式のものもある（特許文献１、２、４等）。半割型のものでは、一方の側のオリフィスベース半体にオリフィスプレートやフィルタープレートをレーザー溶接することが一般的である。

特開２０１０‐１５１６９８号公報 特開２００７‐０５７４７４号公報 特開２００５‐１４９０７５号公報 特開２０００‐１６７３１８号公報

しかしながら、オリフィスプレートやフィルタープレートを溶接あるいはカシメにより固定するのは、それらのプレート自体が微細（例えば直径３．５ｍｍ）であり、溶接加工やカシメ加工が容易ではない。

また、近年では、装置の小型化・薄型化が急速に進んでおり、従来構造のもの、特に半割型のものは小型化・薄型化に限界があり、それらを適用することが困難となってきていた。

そこで、本発明は、オリフィスプレートやフィルタープレートを母材となるオリフィスベースやフィルターベースに溶接やカシメを行う工程を省略することができるとともに、いっそうの小型化を可能にするシール構造を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る流路シール構造は、本体流路が形成された本体ブロックと、前記本体ブロックに形成された凹部であって、該凹部の奥底に前記本体流路が開口するとともに、該凹部の内周面に雌螺子が形成された前記凹部と、前記凹部の奥底に当接されて通孔が形成された薄板と、前記薄板に当接するガスケットリングと、前記本体流路と連通可能な内部流路と拡径部とを有し前記ガスケットリングに当接する押え配管と、軸方向に挿通孔を有し該挿通孔を介して前記押え配管に外挿されるとともに前記雌螺子に螺入されて前記拡径部に当接して前記押え配管を押圧する締付螺子と、を備えることを特徴とする。

前記押え配管が前記締付螺子と共回りするのを防止する共回り防止機構を更に備えることが好ましい。

前記共回り防止機構は、前記拡径部に形成された被係合部と、前記本体ブロックに設けられて前記被係合部に係合する係合部と、を備えることが好ましい。

前記被係合部が前記拡径部の外周面に平坦面を切欠き形成された回り止め面であり、前記係合ピンがノックピンであることが好ましい。

もしくは、前記共回り防止機構は、前記拡径部と前記締付螺子との間に介在された共回り防止用部材を備えることが好ましい。

前記拡径部が前記ガスケットリングを押圧する押圧面を備えることが好ましい。

前記凹部の奥底及び前記ガスケットリングの少なくとも一方に、前記薄板を嵌入可能な薄板用凹所が形成されていることが好ましい。

前記薄板用凹所は、環状の座面と、該座面の外周縁に設けられた環状溝部とを有することが好ましい。前記座面は、平坦面とされていることが好ましい。

前記凹部の奥底に前記ガスケットリングの端部が嵌るガスケットリング用凹所が形成されており、前記薄板用凹所が該ガスケットリング用凹所に形成されていることが好ましい。

前記薄板がオリフィスプレートであり、前記本体流路の前記オリフィスプレートに臨む内面がテーパー状に拡開されていることが好ましい。

本発明によれば、オリフィスプレートやフィルタープレートのような孔付きの薄板を、本体ブロックの凹部の奥底とガスケットリングとに圧接させ、オリフィスプレート、フィルタープレートの両面をシール面として用いることにより、溶接工程やカシメ工程を省くことができる。また、本体ブロックに本体流路が開口する雌螺子付きの凹部を形成し、該凹部に、薄板、ガスケットリング、押え配管、締付螺子を順次収容することにより、小型化、薄型化が可能になる。

本発明に係る流路シール構造を採用した圧力式流量制御装置を示し、図１（ａ）は部分断面正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のｂ−ｂ視部分断面側面図である。 図１（ａ）の部分拡大図である。 図１（ａ）の構成部品の分解拡大断面図である。 図１（ａ）の構成部品の分解拡大断面図である。 図１（ａ）の構成部品の分解拡大断面図である。 図１（ａ）の構成部品の分解拡大断面図である。 本発明の構成要素である押え配管と締付螺子を示す斜視図である。 従来の流路シール構造を備える圧力式流量制御装置の縦断正面図である。

本発明に係る流路シール構造の実施形態について、以下に図１〜図７を参照して説明する。以下の説明において、弁体やアクチュエータ等の従来と同様の構成部分については、詳細な図示説明を省略する。なお、図１において圧電式アクチュエータはケース４０内に隠れていて図示されていない。また、上記した従来例と同様の構成部分には同符号を付した。

本体ブロック１の内部には、本体流路１ａ、１ｂが形成されている。本体ブロック１の両側の側面には、凹部１２、１３が形成されている。凹部１２、１３の奥底に本体流路１ｂ、１ａが開口するとともに、凹部１２の出口側及び凹部１３の入口側の内周面に雌螺子１２ａ、１３ａが形成されている。なお、図１，２において雌螺子１２ａ、１３ａの螺子山は省略図法により図示されている。

本体流路１ｂに設けられた凹部１２の奥底には、オリフィス（通孔）が形成された薄板であるオリフィスプレート６が当接されている。オリフィスプレート６は従来公知のものを用いることができる。

本体流路１ａに設けられた凹部１３の奥底には、複数の通孔が形成された薄板であるフィルタープレート８が当接されている。フィルタープレート８は従来公知のものを用いることができる。

凹部１２、１３の奥底に、薄板であるオリフィスプレート６、フィルタープレート８を其々嵌入可能な薄板用凹所１４、１５（図４、図６参照）が形成されている。薄板用凹所１４、１５は、オリフィスプレート６、フィルタープレート８の位置決めに役立つ。

其々の薄板用凹所１４、１５は、オリフィスプレート６、フィルタープレート８が当接する環状の座面１４ａ、１５ａの外周囲に環状溝部１４ｂ、１５ｂが形成されている。環状溝部１４ｂ、１５ｂを設けて座面１４ａ、１５ａの面積を小さくすることにより、座面１４ａ、１５ａから、オリフィスプレート６、フィルタープレート８にかかる圧力を増加することができる。一方、座面１４ａ、１５ａは、所望のシール性能を確保するため、平坦面とすることができる。

オリフィスプレート６は、公知の物を用いることができ、ステンレス鋼や合金等、例えばＨｖ２７０〜３５０の硬度のステンレス鋼で製造することができ、図示例では直径が３．５ｍｍ、厚みが５０μｍのステンレス鋼製薄板に直径１００μｍのオリフィスが形成されている。

フィルタープレート８は、公知の物を用いることができ、ステンレス鋼、合金、セラミック等で、例えば厚みが２０〜５０μｍの薄板の外周縁部を除く部分に多数の通孔（厚みと同程度の内径）が形成される。

オリフィスプレート６、フィルタープレート８に、其々、ガスケットリング１６、１７が当接している。ガスケットリング１６、１７は、例えばＨｖ１００〜１３０の硬度のステンレス鋼で製造することができ、図示例では焼鈍されたＳＵＳ３１６Ｌが用いられている。

本体ブロックは、例えば、硬度がＨｖ１３０〜２００のステンレス鋼等の金属又は合金で形成することができる。

凹部１２、１３の奥底に、ガスケットリング１６、１７の軸方向端部が嵌るガスケットリング用凹所１８、１９（図４、図６参照）が其々形成されている。薄板用凹所１４、１５は、ガスケットリング用凹所１８、１９の底に形成されている。図示例に於いて、座面１４ａ、１５ａとガスケットリング用凹所１８、１９との段差ｄ（図４、図６）は、オリフィスプレート６、フィルタープレート８の厚さと一致させてある。そのため、オリフィスプレート６、フィルタープレート８を其々の座面１４ａ、１５ａに当接させた時に、オリフィスプレート６、フィルタープレート８の其々の面とガスケットリング用凹所１８、１９の底面とが一致するようになっている。なお、段差ｄは、オリフィスプレート６、フィルタープレート８の厚さ以下であればよい。また、段差ｄが無くても同様のシール効果を発揮する事ができる。また、薄板用凹所１４、１５をガスケットリング用凹所１８、１９の底に設けるのに代えて、ガスケットリング１６，１７に薄板用凹所（図示省略）を設けても良い。さらに、図示しないが、ガスケットリング１６，１７とガスケットリング用凹所１８、１９の両方に、薄板用凹所を設けても良い。

また、円環状をしている座面１４ａ、１５ａの内径と、ガスケットリング１６、１７の内径とは、同じなるように形成されている。

本体流路１ｂのオリフィスプレート６に臨む内面１ｂｃ（図４）がテーパー状に拡開されている。これは、弁体４（図２）とオリフィスプレート６との間にある本体流路１ｂが、本体流路１ｂ内のガス置換性を向上させるために流路径を小径にされているためである。

ガスケットリング１６、１７の其々に押え配管２０、２１が当接している。押え配管２０、２１は、本体流路１ｂ、１ａと連通可能な内部流路２０ａ、２１ａを軸方向に有するとともに、拡径部２０ｂ、２１ｂを有している。

押え配管２０，２１は、例えば、硬度がＨｖ１３０〜２００のステンレス鋼等の金属又は合金で形成することができる。

図示例では、押え配管２０にも、ガスケットリング１６の軸方向端部が嵌るガスケットリング用凹所２０ｃが形成されている。ガスケットリング１６は、両側がガスケットリング用凹所１４とガスケットリング用凹所２０ｃとに嵌り、位置決めされ得る。なお、ガスケットリング用凹所１４か、ガスケットリング用凹所２０ｃのいずれかのみを設けても良い。

拡径部２０ｂ、２１ｂは、其々、ガスケットリング１６、１７を押圧する押圧面２０ｄ、２１ｄを備える。そのため、拡径部２０ｂ、２１ｂは、押え配管２０，２１の一端側に設けられている。押え配管２０，２１の寸法を小さく抑えるためには、図示例の如く拡径部２０ｂ、２１ｂを軸方向端部に設けることが好ましいが、後述するように拡径部２０ｂ、２１ｂが締付螺子２２を受ける鍔部として機能のみに着目すれば、押え配管２０，２１の軸方向端部以外（例えば軸方向中間部）に設けることもできる。

押え配管２０，２１の非拡径管状部２０ｅ、２１ｅに、締付螺子２２が外挿されている。締付螺子２２は、非拡径管状部２０ｅ、２１ｅに外挿するために軸方向に延びる挿通孔２２ａを有するとともに、雄螺子部２２ｂを備える。なお、図３及び図５において雄螺子部２２ｂは省略図法により図示されている。締付螺子２２は、凹部１２，１３の雌螺子１２ａ，１３ａに螺入されて、拡径部２０ｂ、２１ｂに当接し、押え配管２０，２１をガスケット１６，１７に押し付ける。締付螺子２２の頭部２２ｃは、一般的な六角ボルトと同様の六角形とすることができ、好ましくは、頭部２２ｃの最小外径（六角形の対向する２辺間の距離ｈ（図１（ｂ）））を、雄螺子部２２ｂの外径と同じにして、できるだけ頭部２２ｃの寸法を小さくなされる。非拡径管状部２０ｅ，２１ｅは、締付螺子２２より長尺であり、締付螺子２２から突き出している。非拡径管状部２０ｅ，２１ｅは、締付螺子２２から突き出している部分で、図示しない他の配管等と連結される。

締付螺子２２を螺入する際に押え配管２０，２１が共回りしないように、共回り防止機構２３が設けられている。押え配管２０，２１が共回りすると、ガスケットリング１６，１７を共回りさせ、共回りするガスケットリング１６，１７によって、高精度に加工されているオリフィスプレート６やフィルタープレート８を損傷させる恐れがあるからである。

共回り防止機構２３は、拡径部２０ｂ、２１ｂに形成された被係合部２３ａと、本体ブロック１に設けられて被係合部２３ａに係合する係合部２３ｂと、を備えることができる。

被係合部２３ａを、拡径部２０ｂ、２１ｂの外周面に平坦面を切欠き形成することにより形成された回り止め面（図７も参照）とし、係合部２３ｂを本体ブロック１の挿通孔１ｃに圧入されたノックピンとして、ノックピンを平坦面と平行に圧入し、平行ピンの側面を回り止め面に当接させることにより、係合させることができる。ノックピンは本体ブロック１に形成された挿入孔１ｃ(図１)に圧入して固定するため、施行性及び小型化に適している。係合部２３ｂは、他のノックピン、例えば、スプリングピン、ねじ込み用ストップピン等も用いられ得る。

共回り防止機構は、締付螺子２２による押え配管２０，２１の共回りを防ぐことができる機構であれば、機械部品の回り止めに用いられるその他の公知の回り止め機構を用いることもでき、例えば、拡径部の外形を六角形等の多角形にして、凹部１２，１３の内面で拡径部が嵌る部分の内周面形状を拡径部が嵌合する多角形としても良いし、キーとキー溝とが係合する構成としても良い。

或いは、共回り防止機構として、拡径部２０ｂ、２１ｂと締付螺子２２との間に、スラストベアリングや動摩擦係数が拡径部２０ｂ、２１ｂより小さいスラストリング等の摺動部材（図示省略）を介在させることにより、締付螺子２２を締付ける時に、ガスケットリング１６、１７やオリフィスプレート６、フィルタープレート８が締付螺子２２と共回りすることを防止することができる。

上記構成の流路シール構造を構成する構成部品を組み立てるには、例えば、本体ブロック１を凹部１２のガス出口側（図２の上側）が上側（奥底側が下側）になるようにして、凹部１２にオリフィスプレート６を挿入し、凹部１２の奥底に設けた座面１４ａにオリフィスプレート６を当接させる。その際、薄板用凹所１４にオリフィスプレート６を嵌めることにより位置決めすることができる。次に、ガスケットリング１６を本体ブロック１の凹部１２に挿入し、凹部１２の奥底のガスケット凹所１４にガスケットリング１６を収容し、ガスケットリング１６をオリフィスプレート６に当接させる。次いで凹部１２に押え配管２０を挿入し、ガスケットリング１６に当接させる。押え配管２０に共回り防止用の係合部２３ｂであるノックピンを非係合部２３ａである回り止め面に係合させる。係合部２３ｂであるノックピンは、押え配管２０を凹部１２に挿入する前に予めセットしておいても良い。最後に締付螺子２２を、凹部１２に挿入して凹部１２の雌螺子１２ａに螺入し、所定の締付トルクで締め付けて、ガスケットリング１６を押圧し、オリフィスプレート６の両面を、座面１４ａとガスケットリング１６とでシールする。図示例でガスケットリング１６は、オリフィスプレート６に当接すると同時に、ガスケットリング用凹所１８の底面１８ａにも当接し、ガスケットリング用凹所１８の底面１８ａ及びエッジ部分１８ｂでもシールがなされる。フィルタープレート８の場合もオリフィスプレート６と同様の方法で組み込まれる。雌螺子１２ａ，１３ａは、押え配管２０，２１がガスケットリング１６，１７を押え過ぎないように、所要深さまで螺刻されている。

上記構成を有する流路シール構造によれば、薄板であるオリフィスプレート６、フィルタープレート８を、本体ブロック１の凹部１２、１３の奥底とガスケットリング１６，１７とに圧接させ、オリフィスプレート６、フィルタープレート８の両面をシール面として用いることにより、溶接工程やカシメ工程を省くことができる。

押え配管２０，２１は、配管とガスケットリング１６，１７の押えとが一体になっているので、部品点数を減らし、小型化にも寄与する。また、本体ブロック１に凹部１２，１３を形成して凹部１２，１３に押え配管２０，２１を挿入し締結螺子２２を螺入していることも、小型化に寄与している。さらに、押え配管２０，２１を押圧するのに、押え配管２０，２１に外挿する締付螺子２２を用い、本体ブロック１の凹部１２，１３に形成した雌螺子１２ａ、１３ａに螺入するので、斯かる構成によっても小型化がなされ、特に、本体ブロック１の厚み寸法Ｗ（図１参照）を小さくして薄型化を図ることが可能となり、図示例では厚み寸法Ｗを１０ｍｍにしている。

本発明は上記実施形態に限定解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１ 本体ブロック
１ａ、１ｂ 本体流路
１２，１３ 凹部
１２ａ、１３ａ 雌螺子
６、８ 薄板
１４、１５ 薄板用凹所
１４ａ、１５ａ 座面
１４ｂ、１５ｂ 環状溝部
１６、１７ ガスケットリング
１８、１９ ガスケットリング用凹所
２０ａ、２１ａ 内部流路
２０ｂ、２１ｂ 拡径部
２０、２１ 押え配管
２２ａ 挿通孔
２２ 締付螺子
２３ 共回り防止機構
２３ａ 被係合部
２３ｂ 係合部
２０ｄ、２１ｄ 押圧面

Claims (11)

1. 本体流路が形成された本体ブロックと、
   前記本体ブロックに形成された凹部であって、該凹部の奥底に前記本体流路が開口するとともに、該凹部の内周面に雌螺子が形成された前記凹部と、
   前記凹部の奥底に当接されて通孔が形成された薄板と、
   前記薄板に当接するガスケットリングと、
   前記本体流路と連通可能な内部流路と、拡径部とを有し、前記ガスケットリングに当接する押え配管と、
   軸方向に挿通孔を有し、該挿通孔を介して前記押え配管に外挿されるとともに前記雌螺子に螺入されて、前記拡径部に当接して前記押え配管を押圧する締付螺子と、
   を備えることを特徴とする流路シール構造。
2. 前記押え配管が前記締付螺子と共回りするのを防止する共回り防止機構を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の流路シール構造。
3. 前記共回り防止機構は、前記拡径部に形成された被係合部と、前記本体ブロックに設けられて前記被係合部に係合する係合部と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の流路シール構造。
4. 前記共回り防止機構は、前記拡径部と前記締付螺子との間に介在された摺動部材を備えることを特徴とする請求項２に記載の流路シール構造。
5. 前記被係合部が前記拡径部の外周面に平坦面を切欠き形成された回り止め面であり、前記係合部が前記本体ブロックに圧入されたノックピンであることを特徴とする請求項３に記載の流路シール構造。
6. 前記拡径部が前記ガスケットリングを押圧する押圧面を備えることを特徴とする請求項１に記載の流路シール構造。
7. 前記凹部の奥底及び前記ガスケットリングの少なくとも一方に、前記薄板を嵌入可能な薄板用凹所が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流路シール構造。
8. 前記凹部の奥底に、前記薄板が当接する環状の座面と、該座面の外周縁に設けられた環状溝部とを有することを特徴とする請求項１に記載の流路シール構造。
9. 前記座面が平坦面とされていることを特徴とする請求項８に記載の流路シール構造。
10. 前記凹部の奥底に、前記ガスケットリングの端部が嵌るガスケットリング用凹所が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流路シール構造。
11. 前記薄板がオリフィスプレートであり、前記本体流路の前記オリフィスプレートに臨む内面がテーパー状に拡開されていることを特徴とする請求項１に記載の流路シール構造。
    
    

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