JP2015170267A

JP2015170267A - 流量調整弁及びこれを備える流体制御装置

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Publication number: JP2015170267A
Application number: JP2014046354A
Authority: JP
Inventors: 吉野　研郎; Kenro Yoshino; 研郎吉野; 謙介増田; Kensuke Masuda
Original assignee: Asahi Organic Chemicals Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Yukizai Corp
Priority date: 2014-03-10
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2015-09-28
Anticipated expiration: 2034-03-10
Also published as: JP6238798B2

Abstract

【課題】一つの本体に流量調整部と圧力調整部を備えるとともに、コンパクトかつ流路の形成が容易な流量調整弁及びこれを備える流体制御装置を提供する。
【解決手段】流量調整弁は、第一弁室１２と、第一弁室１２の中心軸線と平行な中心軸線を有する第二弁室１７と、第一開口１３を有する第一流路１４と、第一弁室１２と第二弁室１７とを連通する連通流路１５と、第二開口２１を有する第二流路２２と、を備え、開口１３、２１と流路１４、１５、２２の流路軸線が同一平面上に配置された本体１と、本体１に固定されるボンネット２、３と、ボンネット２、３内に配置される駆動手段と、駆動手段により上下動され第二弁室１７の中心軸線と交差する第一ダイヤフラム７と、第一弁室１２の中心軸線と交差する第二ダイヤフラム８と、第二ダイヤフラム９を付勢する付勢手段と、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、化学工場、または半導体製造分野、液晶製造分野、食品分野などの各種産業に使用される流量調整弁及びこれを備える流体制御弁に関するものである。

従来、各種産業に使用される流量調整弁として、図５に示すような流量調整弁があった（例えば、特許文献１）。この流量調整弁は、本体１０１上部に配置され被制御流体の流量調整を行う流量調整弁部１０２と流量調整弁部１０２の直下に配置され被制御流体の圧力変動を抑制する圧力制御弁部１０３とを組み合わせた複合調整弁である。本体１０１には、流入流路１０４と、流入流路１０４に連通する流量調整弁部１０２の弁室１０５と、流出流路１０６と、流出流路１０６に連通する圧力制御弁部１０３の弁室１０７と、弁室１０５と弁室１０７を連通し弁室１０５から垂下する内部流路１０８が形成されている。弁室１０５には、弁室１０５内の流入流路１０４の開口部の開度を調整するダイヤフラム１０９が配置され、本体１０１上部には駆動軸１１０を介してダイヤフラム１０９を進退させる電気式駆動部１１１が配置されている。互いに異なる機能である流量調整弁部１０２と圧力制御弁部１０３とがひとつの本体１０１に組み込まれることによって、流量調整弁の容積を抑え、設置場所を少なくすることができる。

実用新案登録第３１６８５８８号公報

しかしながら、前記従来の流量調整弁では、弁室１０５の直下に弁室１０７が形成されていることから、流入流路１０４、内部流路１０８、流出流路１０６の配置によっては、流路１０４、１０６、１０８が互いに干渉する場合がある。また、それらの流路１０４、１０６、１０８を干渉しないように配置すると流量調整弁が嵩高くなるおそれがある。また、流入流路１０４の開口と流出流路１０６の開口の流路軸線が同一軸線上に存在せず段違いになることによって、流量調整弁の前後の配管の施工が煩雑になるというおそれがある。流路１０４、１０６、１０８の干渉や流入流路１０４の開口と流出流路１０６の開口の流路軸線が一致しないことは流路１０４、１０６、１０８を斜めに形成することによって回避することができるが、流路１０４、１０６、１０８を斜めに形成すると流路１０４、１０６、１０８の配置が複雑になりやすく、加工や成形方法が限定されるおそれがある。

本発明は、上記のような従来技術の課題に鑑みなされたものであり、一つの本体に流量を調整する部分と圧力を調整する部分を備えるとともに、コンパクトかつ流路の形成が容易な流量調整弁及びこれを備える流体制御装置を提供することを目的とする。

このため本発明は、上面に形成された第一弁室と、下面に形成され第一弁室の中心軸線と平行な中心軸線を有する第二弁室と、第一開口を有し前記第一弁室に連通する第一流路と、前記第一弁室と前記第二弁室とを連通する連通流路と、第二開口を有し前記第二弁室に連通する第二流路と、を備え、前記第一開口と前記第一流路と前記連通流路と前記第二流路と前記第二開口のそれぞれの流路軸線が同一平面上に配置された本体と、前記本体の上部に固定されるボンネットと、前記ボンネットの内部空間に配置される駆動手段と、下面に弁体を備え、前記駆動手段により上下動されることによって前記連通流路の開口面積を変化させ、第二弁室の中心軸線と交差する第一ダイヤフラムと、前記第二弁室の下方を覆い、第一弁室の中心軸線と交差する第二ダイヤフラムと、前記第二ダイヤフラムを前記本体と挟持固定する第二ダイヤフラム押さえと、前記第二ダイヤフラムを第二弁室方向に付勢する付勢手段と、を具備することを第一の特徴とする。

また、前記駆動手段が、前記ボンネットの内部空間に配置される電気式駆動部と、前記電気式駆動部と前記本体とを接続し、下部に駆動軸が貫通する貫通孔を有する取り付け台と、前記電気式駆動部と前記本体との間に配置され、前記電気式駆動部の作動により昇降する前記駆動軸と、を備え、前記駆動軸は、前記電気式駆動部の軸部に固定される第一軸部と、前記第一軸部に対して回動不能かつ上下動自在に接続された第二駆動軸と、を備え、前記第二駆動軸は鍔部と軸部とを有し、前記鍔部は、前記第二駆動軸の動作を回動不能に規制するガイド手段と、前記弁体の所定動作範囲外への移動を前記鍔部以外の部品に干渉させることによって制限する機械式制限手段と、前記弁体の所定動作範囲外への移動または所定動作範囲内における移動を前記鍔部の位置を少なくとも二か所で検出することによって制限するセンサ式制限手段と、を備え、前記センサ式制限手段は、それぞれ単独で取り付け位置を調整することができ、かつ水平方向に平行に配置された少なくとも二つのセンサを有し、前記軸部と前記取り付け台の前記貫通孔との間には隙間が形成され、前記第一ダイヤフラムと前記第二駆動軸に挟持固定され、前記第二駆動軸の先端部を内包し前記本体側にすぼまるすり鉢形状に形成され、前記本体と前記電気式駆動部とを隔てる第三ダイヤフラムを備え、前記第一ダイヤフラムと前記第三ダイヤフラムとの間には、前記第一ダイヤフラムの上面を底面とし、前記第三ダイヤフラムの下面を天井面とし、径方向に広がる環状空間が形成されていることを第二の特徴とする。

また、請求項１または請求項２に記載の流量調整弁と、流量計と、該流量計からの出力に応じて流量調整弁の制御を行う制御部とを備える流体制御装置を第三の特徴とする。

本発明によれば、流量を調整する弁室である第一弁室と圧力を調整する弁室である第二弁室が互いの中心軸線が平行になるように配置され、また、第一弁室と第二弁室が、第一弁室と第二弁室の中心軸線がそれぞれ第二ダイヤフラムと第一ダイヤフラムに交差するように配置されているので、一つの本体に二つの弁室が形成されているにも係らず、本体をコンパクトに形成することができる。また、第一開口と第一流路と連通流路と前記第二流路と第二開口のそれぞれの流路軸線が同一平面上に配置されているので、各種流路を単純なレイアウトで形成することができ、本体を簡単に形成することができる。

本発明の第一の実施形態に係る流量調整弁の概略構成を示す縦断面図である。本発明の第二の実施形態に係る流量調整弁の概略構成を示す縦断面図である。本発明の第二の実施形態に係る流量調整弁の上部ボンネットを外した状態の概略構成を示す斜視図である。本発明の流量調整弁を備えた流体制御装置の概略構成を示す縦断面図である。従来の流量調整弁を示す縦断面図である。

以下、図面を参照して、本発明による流量調整弁の実施の形態を説明するが、本発明が本実施形態に限定されないことは言うまでもない。最初に、図１を参照して第一の実施形態の流量調整弁の全体構成を説明する。

本体１はポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥ）製であり、略四角柱形状に形成されている。本体１の上面（図１では上側）には、下部ボンネット３の凸部３２を受容する第一凹部１０が形成され、第一凹部１０の底面外周縁には、第一ダイヤフラム７の断面Ｌ字形状の外周縁を受容する環状溝部１６が形成されている。第一凹部１０の中央部には第二凹部１１が形成され、第二凹部１１の内周面と第一ダイヤフラム７の下面とで形成される空間が第一弁室１２となる。第一弁室１２の底面中央から径方向に偏った位置には第一開口１３に連通する第一流路１４が形成されている。第一弁室１２の底面中央には連通流路１５が垂下して形成され、連通流路１５は第二弁室１７の底面（図１では上側）中央から径方向に偏った位置に連通している。第一弁室１２では、連通流路１５に第一ダイヤフラム７のニードル部３１が挿入され、ニードル部３１の位置の変化が連通流路１５の開口面積を変化させることによって、第一弁室１２を流れる流体の流量を調整している。

本体１の下面（図１では下側）には、第二ダイヤフラム押さえ９を受容する第三凹部１８が形成され、第三凹部１８の底面外周縁には、第二ダイヤフラム８の断面Ｌ字形状の外周縁を受容する環状溝部１９が形成されている。第三凹部１８の中央部には第四凹部２０が形成され、第四凹部２０の内周面と第二ダイヤフラム８の連通流路１５側の面とで形成される空間が第二弁室１７となる。第二ダイヤフラム８と第二ダイヤフラム押さえ９との間には、第二ダイヤフラム８を第二弁室側に付勢する付勢手段であるスプリング２３が配置されている。ここで、第二弁室１７は、第二弁室１７の中心軸線が第一弁室１２の中心軸線と平行になるように配置されている。また、第一弁室１２と第二弁室１７は、第一弁室１２と第二弁室１７の中心軸線がそれぞれ第二ダイヤフラム８と第一ダイヤフラム７に交差するように配置されている。第二弁室１７の底面中央から第一弁室１２側に偏った位置には第一弁室１２と第二弁室１７を連通する連通流路１５が接続されている。第二弁室１７の底面中央には第二開口２１に連通する第二流路２２が形成されている。第二弁室１７では、第二ダイヤフラム８およびスプリング２３が流体の圧力の変動を吸収することによって、第二弁室１７を流れる流体の圧力を調整している。

第一の実施形態では、第一弁室１２が本体１上面に形成され、第二弁室１７が本体１下面に形成されているが、第一弁室１２と第二弁室１７はそれぞれが本体１の対向する面に形成されていれば同様の効果を得ることができる。また、第一開口１３と第二開口２１はどちらからでも流体を流入させることができる。また、第一の実施形態では、連通流路１５が第一弁室１２底面中央から第二弁室１７の底面中央から径方向に偏った位置に連通しているが、連通流路１５の始点と終点はこれに限定されることはない。例えば、第一流路１４が第一弁室１２底面中央に連通している場合は、連通流路１５が第一弁室１２底面中央から第二弁室１７側に偏った位置から第二弁室１７の底面中央から第一弁室１２側に偏った位置に連通するように形成されてもよい。また、第一の実施形態では、連通流路１５は直線状に形成されているが、連通流路１５のニードル弁体３１が挿入される範囲以外は直線状に限定されることはなく、途中で屈曲させてもよい。また、例えば、第一流路１４が第一弁室１２底面中央に連通している場合は、連通流路１５にニードル弁体３１が挿入されないので、連通流路１５が斜めに形成されてもよい。

電気式駆動部５は取り付け台４の上部にボルト・ナット（図示せず）で固定されている。電気式駆動部５の内部にはステッピングモータが備えられ、ステッピングモータの下部にはモータ軸部２４が備えられている。電気式駆動部５のモータ軸部２４には軸部６の第一駆動軸２５が回動不能かつ上下動不能に固定されている。

軸部６は第一駆動軸２５と第二駆動軸２６を備える。第一駆動軸２５はステンレススチール（以下、ＳＵＳ）製であり、略円筒形状に形成されている。第一駆動軸２５の内部にはモータ軸部２４に嵌挿されるための貫通孔が形成され、下部には第二駆動軸２６と螺合するための雄ネジ部が形成されている。

第二駆動軸２６はＳＵＳ製であり、略円筒形状に形成されている。第二駆動軸２６の上部には第一駆動軸２５と螺合するための雌ネジ部が形成されている。また、第二駆動軸２６の上部には、平面視矩形状の鍔部２７が形成されている。鍔部２７の角には、取り付け台４に装着され、第二駆動軸２６の回動を規制するガイド２８が挿通する貫通孔が形成されている。第二駆動軸２６の下部には第一ダイヤフラム７と螺合するための雌ネジ部が形成されている。第二駆動軸２６は第一駆動軸２５に対して回動不能かつ上下動自在に螺合されており、電気式駆動部５の駆動により上下動する。

第一ダイヤフラム７はＰＴＦＥ製である。第一ダイヤフラム７の中央部は弁体部２９である。弁体部２９の上部には第二駆動軸２６と連結するための雄ネジ部が形成され、下部には垂下に突出し本体１方向にすぼまる円錐台形状のニードル部３１が形成されている。弁体部２９の中部からは、膜部３０が径方向に延設されている。膜部３０の中央部はすり鉢状に形成されたすり鉢状膜部であり、すり鉢状膜部の外周縁には電気式駆動部５方向に凸状に湾曲する湾曲膜部が延設されている。湾曲膜部３０の外周縁には平板状膜部が延設され、平板状膜部の外周縁には断面Ｌ字形状の円筒状膜部が延設されている。円筒状膜部の上面にはＯリングが装着されている。第一ダイヤフラム７は湾曲膜部より外周の部分を下部ボンネット３と本体１とによって水密状態で挟持固定されている。第一ダイヤフラム７は第二駆動軸２６、第一駆動軸２５を介して電気式駆動部５に連結されており、電気式駆動部５によってニードル部３１が上下動される。

ボンネットはポリ塩化ビニル（以後、ＰＶＣ）製であり、略四角筒形状に形成され、上部ボンネット２と下部ボンネット３とを備える。下部ボンネット３は本体１の上面にボルト・ナット（図示せず）で固定される。下部ボンネット３の下面には下方向に突出する階段状の凸部３２が形成され、凸部３２の中央部には下部ボンネット３と第二駆動軸２６が摺接することなく十分な隙間をもって挿通される貫通孔３３が形成されている。凸部３２の一部は本体１上面に形成された第一凹部１０に嵌合され、凸部３２の一部は本体１上面に当接している。上部ボンネット２は電気式駆動部５を覆い、下部ボンネット３の上面に水密状態で固定されている。上部ボンネット２の側面には導線（図示せず）を接続する配線孔が形成されている。

取り付け台４はＰＶＣ製であり、略四角筒形状に形成されている。取り付け台４は本体１に固定され、電気式駆動部５と本体１とを連結している。取り付け台４の対向する二つの側面は開口されている。取り付け台４の上面中央部には貫通孔が形成され電気式駆動部５のモータ軸部２４が貫通している。取り付け台４の下面中央部には貫通孔３９が形成され軸部６の第二駆動軸２６が隙間３８を形成して貫通している。取り付け台４の内側には第二駆動軸２６の回動を規制するガイド手段であるガイド２８が配置されている。

第二ダイヤフラム８はＰＴＦＥ製である。第二の中央部には弁体部３４が形成されている。弁体部３４の中部からは、膜部３５が径方向に延設されている。膜部３５の中央部には本体１方向にすぼまるすり鉢状膜部が形成されている。すり鉢状膜部の外周縁には第二ダイヤフラム押さえ９方向に凸状に湾曲する湾曲膜部が延設されている。湾曲膜部の外周縁には平板状膜部が延設され、平板状膜部の外周縁には断面Ｌ字形状の円筒状膜部が延設されている。円筒状膜部の上面にはＯリングが装着されている。第二ダイヤフラム８は湾曲膜部より外周側の部分を第二ダイヤフラム押さえ９と本体１とによって水密状態で挟持固定されている。

第二ダイヤフラム押さえ９はＰＴＦＥ製である。第二ダイヤフラム押さえ９は略円板形状であり、上面には凹部３６が形成されており、第二ダイヤフラム８の第二ダイヤフラム押さえ９側の面と凹部３６の内周面とで空間３７が形成されている。第二ダイヤフラム押さえ９の下面には空間３７に連通する呼吸孔が形成されている。空間３７には第二ダイヤフラム８を本体１方向に付勢する付勢手段であるスプリング２３が配置され、スプリング２３は第二ダイヤフラム８と第二ダイヤフラム押さえ９に挟持固定されている。

次に、第一の実施形態に係る流量調整弁の主な作用について説明する。図１に示すように、流量調整弁の第一開口１３から流入した流体は第一流路１４を経て第一弁室１２に流入する。第一弁室１２では、ニードル弁体３１の上下動による連通流路１５の開口面積の変化によって、流量を調整することができる。ここで、電気式駆動部５のステッピングモータが作動しモータ軸部２４および第一駆動軸２５が駆動（正転）すると、第二駆動軸２６がガイド２８に沿って下降し、第二駆動軸２６に伴って第一ダイヤフラム７のニードル部３１が下降する。このとき、連通流路１５の開口面積は小さくなるので、第一弁室１２を流れる流体の流量が減少する。また、モータ軸部２４および第二駆動軸２６が駆動（反転）すると、第二駆動軸２６が上昇し、第二駆動軸２６に伴って第一ダイヤフラム７のニードル部３１が上昇する。このとき、連通流路１５の開口面積は大きくなるので、第一弁室１２を流れる流体の流量が増加する。ここで、第二駆動軸２６と取り付け台４との間には隙間３８が形成されており、第二駆動軸２６外周面と取り付け台４の貫通孔３９、下部ボンネット２の貫通孔３３の内周面が摺接しないので、第二駆動軸２６の昇降に伴う摩擦抵抗を抑えることができ、電気式駆動部５の出力を小さくすることができる。電気式駆動部５の出力が小さくなると、電気式駆動部５の発熱量を抑えることができるので、樹脂製部品の寸法変化を抑え、寸法変化の流量制御に及ぼす影響を抑えることができる。第一の実施形態では、全閉状態は想定されていないが、全閉状態が必要な場合は、連通流路１５の周縁部を弁座とし、弁座と第一ダイヤフラム７の弁体部２９底面とを当接させてもよい。

第一弁室１２から流量を調整されて連通流路１５に流入した流体は第二弁室１７に流入し、さらに、第二流路２２を流れ、第二開口２１から流出する。このとき、第一弁室１２よりも下流側で圧力変動が生じる場合がある。第二弁室１７では、第二ダイヤフラム８の第二弁室１７側の面が受ける流体の圧力の変動を第二ダイヤフラム８の空間３７側の面が受けるスプリング２３の付勢力によって吸収することができ、圧力を一定に保持することができる。従って、例えば、第一弁室１２の下流側に生じた脈動などの圧力変動が第一ダイヤフラム７に伝わるのを防ぐことができる。このように、流量を調整する作用を有する第一弁室１２の下流側に、圧力を調整する作用を有する第二弁室１７を設けることによって、流量調整に及ぼす圧力変動の影響を小さくすることができ、正確かつ安定的に流量を調整することができる。

ここで、第一弁室１２と第二弁室１７は、互いの中心軸線が平行になるように配置されているので、一つの本体１に二つの弁室１２、１７が形成されているにも係らず、本体１を上下方向にコンパクトに形成することができる。また、第一弁室１２と第二弁室１７が、第一弁室１２と第二弁室１７の中心軸線がそれぞれ第二ダイヤフラム８と第一ダイヤフラム７に交差するように配置されているので、一つの本体１に二つの弁室１２、１７が形成されているにも係らず、本体１を水平方向にコンパクトに形成することができる。また、連通流路１５を第一弁室１２から第二弁室１７に向けて垂下して形成すると、第一弁室１２と第二弁室１７とをより近接して配置することができる。また、前記第一開口１３と前記第一流路１４と前記連通流路１５と前記第二流路２２と前記第二開口２１のそれぞれの流路軸線が同一平面上に配置されているので、各種流路１４、１５、２２をコンパクトかつ単純な配置で形成することができ、本体１をコンパクトかつ簡単に形成することができる。

次に、図２、図３を参照して第二の実施形態の流量調整弁の全体構成を説明する。なお、第一の実施形態と同様の箇所には同一の符号を付し、以下では第一の実施の形態との相違点を主に説明する。

第二駆動軸２６は先端部が本体１方向にすぼまる円錐台形状に形成されている。また、第二駆動軸２６の鍔部２７の側面には、上限位置センサ５１ａ、下限位置センサ５１ｂとなる透過型フォトセンサに対応する上限検出部５２ａ、下限検出部５２ｂが突出して形成されている。上限位置センサ５１ａ、下限位置センサ５１ｂは、第一ダイヤフラム７のニードル部３１があらかじめ設定された動作範囲よりも本体１方向または電気式駆動部５方向に移動しすぎないように、第二駆動軸２６の移動を規制するセンサ式制限手段である。また、鍔部２７の中央部近傍には棒状のストッパ５３が固定されている。ストッパ５３は端部を取り付け台４の天井面または底面に衝突させて、第一ダイヤフラム７のニードル部３１があらかじめ設定された動作範囲よりも本体１方向または電気式駆動部５方向に移動しすぎないように、第二駆動軸２６の移動を規制する機械式制限手段である。第二の実施形態では、機械式制限手段はセンサ式制限手段が機能しなかったときに機能するように配置されている。第二駆動軸２６の移動を規制する二つの制限手段は、主にニードル部３１が本体１に衝突することを防ぐために設けられている。センサ式制限手段と機械式制限手段の複数の制限手段が設けられることによって、ニードル弁体３１が本体１に衝突することを確実に防ぐことができる。また、第二駆動軸２６に鍔部２７を形成し、鍔部２７に複数の制限手段を設けたによって、流量調整弁をコンパクトにすることができる。

第三ダイヤフラム５４はＰＴＦＥ製である。第三ダイヤフラム５４の中央には貫通孔が形成されている。第三ダイヤフラム５４の中央部はすり鉢状に形成されたすり鉢状膜部であり、すり鉢状膜部は第二駆動軸２６の先端部を内包するように配置されているので、流量調整弁を上下方向にコンパクトに形成することができる。すり鉢状膜部の外周縁には平板状膜部が延設され、平板状膜部の外周縁には断面Ｌ字形状の円筒状膜部が延設されている。第三ダイヤフラム５４はすり鉢状膜部より外周の部分を取り付け台４と下部ボンネット３とによって水密状態で挟持固定されている。また、第三ダイヤフラム５４はすり鉢状膜部の貫通孔の周縁を第二駆動軸２６と第一ダイヤフラム７とによって水密状態で挟持固定されている。第一ダイヤフラム７と第三ダイヤフラム５４とを上下方向に並べて配置することによって、第一ダイヤフラム７を透過した流体の電気式駆動部５側への侵入を第三ダイヤフラム５４で防ぐことができるので、電気式駆動部５側と第一弁室１２とを効果的に隔離することができる。第三ダイヤフラム５４と第一ダイヤフラム７との間には、第一ダイヤフラム７の上面を底面とし、第三ダイヤフラム５４の下面を天井面とし、第一ダイヤフラム７と第三ダイヤフラム５４との間に他の部材を介在せず、径方向に広がる環状空間３７が形成されている。環状空間５６が形成されることによって、第一ダイヤフラム７と第三ダイヤフラム５４とを近接して配置することができるので、流量調整弁の高さを抑えることができる。

下部ボンネット３の凸部３２の上面には階段状の凹部５５が形成され、凹部５５には取り付け台４の階段状の凸部３２が受容される。また、下部ボンネット３の側面には貫通孔（図示せず）が形成され、第一ダイヤフラム７と第三ダイヤフラム５４との間に形成される環状空間５６と流量調整弁の外部とを連通している。

取り付け台４の下面には、階段状の凸部５９が形成され、凸部５９は下部ボンネット３の凹部５５に受容されている。また、取り付け台４には上限位置センサ５１ａ、下限位置センサ５１ｂの基板が固定されている。取り付け台４の内側に配置されたガイド２８には、上限位置センサ５１ａ、下限位置センサ５１ｂを取り付ける支持具５７が固定されている。支持具５７には上限位置センサ５１ａ、下限位置センサ５１ｂをそれぞれ取り付ける支持板５８ａ、５８ｂが水平方向に平行に固定されている。すなわち、上限位置センサ５１ａ、下限位置センサ５１ｂはそれぞれ単独で位置を調整することができ、かつ水平方向に平行に配置されている。このように位置センサ５１がそれぞれ単独で位置調整ができるように、位置センサ５１を支持板５８に固定することによって、位置センサ５１の微調整が容易になる。また、上限位置センサ５１ａ、下限位置センサ５１ｂが水平方向に平行に配置されることによって、狭隘な空間でも複数の位置センサ５１を取り付けることができる。

第二の実施形態では、センサ式制限手段として透過型フォトセンサを用いているが、センサはリミットスイッチやマグネットセンサでもよく、第二駆動軸２６の位置を検出することができるものであれば特に限定されない。また、第二の実施形態では、第二駆動軸２６の上限位置と下限位置に位置センサ５１を設けたが、あらかじめ設定された動作範囲内の位置、例えば、第二駆動軸２６の基準位置となる原点位置に位置センサを設けてもよい。また、第二の実施形態では上限位置センサ５１ａ、下限位置センサ５１ｂをそれぞれ異なる支持板５８ａ、５８ｂに取り付けたが、さらに位置センサ５１を加える場合は一つの支持板５８に二つの位置センサ５１を取り付けてもよい。第二の実施形態の他の構成は第一の実施形態と同様なので説明を省略する。

次に、図２、図３を用いて本発明の第二の実施形態に係る流量調整弁の作用について説明する。

図２に示す流量調整弁において、電気式駆動部５のステッピングモータが作動しモータ軸部２４および第二駆動軸２６が駆動（正転）すると、第二駆動軸２６が下降し、第二駆動軸２６に伴って第一ダイヤフラム７のニードル部３１が下降する。このとき、第二駆動軸２６に設けられた下限検出部５２ｂが下限位置センサ５１ｂに検出されると、第二駆動軸２６は下限位置で停止する。もし、下限位置センサ５１ｂが機能しなかった場合は、第二駆動軸２６がさらに下降するが、ストッパ５３が取り付け台４の底面に衝突することによって、第二駆動軸２６は機械的に停止する。また、モータ軸部２４および第二駆動軸２６が駆動（反転）すると、第二駆動軸２６が上昇し、第二駆動軸２６に伴って第一ダイヤフラム７のニードル部３１が上昇する。このとき、第二駆動軸２６に設けられた上限検出部５２ａが上限位置センサ５２ａに検出されると、第二駆動軸２６は上限位置で停止する。もし、上限位置センサ５２ａが機能しなかった場合は、第二駆動軸２６がさらに上昇するが、ストッパ５３が取り付け台４の天井面に衝突することによって、第二駆動軸２６は機械的に停止する。このように、第二駆動軸２６の位置を検出し第二駆動軸２６の移動を制限する制限手段が複数設けられることによって、第二駆動軸２６が、あらかじめ設定された動作範囲よりも本体１方向または電気式駆動部５方向に移動するのを確実に防ぐことができる。第二の実施形態の他の作用は第一の実施形態と同様なので説明を省略する。

次に、図４を参照して第一の実施形態の流量調整弁を用いた流体制御装置について説明する。なお、第一の実施形態と同一の箇所には同一の符号を付す。

図４は、本発明に係る流量調整弁７１を用いた流体制御装置の一例を示す図である。図では、流体制御装置は、第一の実施形態の流量調整弁７１と、流量調整弁７１を流れる流量を計測し、計測値を電気信号に変換して出力する流量計７２と、流量計７２からの電気信号に基づいて流量調整弁７１の開度をフィードバック制御する制御部７３とを備えている。なお、図４では、流量調整弁７１と流量計７２と制御部７３とをひとつのケーシングに収納している。

次に、図４を用いて本発明に係る流量調整弁７１を用いた流体制御装置の作用について説明する。図４に示すように、流体制御装置に流入した流体は流量計７２に流入し、流量計７２を通過した流体は、流量調整弁７１に流入する。流量計７２では流体の流量が計測される。計測された流量は電気信号に変換されて制御部７３内の演算部へ出力される。演算部で演算された流量は電気信号に変換されて制御部７３内のコントロール部に出力される。制御部７３内のコントロール部では任意の設定流量と計測器７２で計測された実流量との偏差を算出し、その偏差に応じた制御信号を流量調整弁７１の電気式駆動部５に出力し、流量調整弁７１の開度を制御（フィードバック制御）する。このとき、流量調整弁７１は流量を調整する第一弁室１２と圧力を調整する第二弁室１７とを備えているので、第一弁室１２の下流側における圧力変動の影響を小さくすることができる。また、本発明に係る流量調整弁７１を流体制御装置に組み込むことで、流量調整および圧力調整の二つの作用を有する流体制御装置をコンパクトにすることができる。

本発明に係る流量調整弁の本体１、上部ボンネット２、下部ボンネット３、取り付け台４、軸部６、第二ダイヤフラム押さえ９などの各部品の材質は、ＰＶＣ、ＰＴＦＥ、ポリプロピレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリエチレン、テトラフルオロ・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂などの樹脂、ＳＵＳ、鉄、アルミニウムなどの金属または合金、ガラスなど、各部品に要求される物性を有していればいずれでもよく、特に限定されない。また、本発明に係る流量調整弁の第一ダイヤフラム７、第二ダイヤフラム８、第三ダイヤフラム５４などの各部品の材質は、ＰＶＣ、ＰＴＦＥ、ポリプロピレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリエチレン、テトラフルオロ・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂などの樹脂、フッ素ゴム、シリコンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンジエンゴムなどのエラストマーなど、各部品に要求される物性を有していればいずれでもよく、特に限定されない。

なお、上記の第一の実施形態と第二の実施形態を任意に組み合わせて流量調整弁を構成してもよく、また、その流量調整弁を用いて流体制御装置を構成してもよい。すなわち、本発明の特徴および機能を実現できる限り、本発明は実施形態の流量調整弁および流体制御装置に限定されない。

１本体
３下部ボンネット
４取り付け台
５電気式駆動部
７第一ダイヤフラム
８第二ダイヤフラム
１２第一弁室
１５連通流路
１７第二弁室
２６第二駆動部
２８ガイド
３１ニードル部
５１位置センサ
５２検出部
５３ストッパ
５４第三ダイヤフラム
５６環状空間
７１流量調整弁
７２流量計
７３制御部

Claims

上面に形成された第一弁室と、下面に形成され第一弁室の中心軸線と平行な中心軸線を有する第二弁室と、第一開口を有し前記第一弁室に連通する第一流路と、前記第一弁室と前記第二弁室とを連通する連通流路と、第二開口を有し前記第二弁室に連通する第二流路と、を備え、前記第一開口と前記第一流路と前記連通流路と前記第二流路と前記第二開口のそれぞれの流路軸線が同一平面上に配置された本体と、前記本体の上部に固定されるボンネットと、前記ボンネットの内部空間に配置される駆動手段と、下面に弁体を備え、前記駆動手段により上下動されることによって前記連通流路の開口面積を変化させ、第二弁室の中心軸線と交差する第一ダイヤフラムと、前記第二弁室の下方を覆い、第一弁室の中心軸線と交差する第二ダイヤフラムと、前記第二ダイヤフラムを前記本体と挟持固定する第二ダイヤフラム押さえと、前記第二ダイヤフラムを第二弁室方向に付勢する付勢手段と、を具備することを特徴とする流量調整弁。
前記駆動手段が、前記ボンネットの内部空間に配置される電気式駆動部と、前記電気式駆動部と前記本体とを接続し、下部に駆動軸が貫通する貫通孔を有する取り付け台と、前記電気式駆動部と前記本体との間に配置され、前記電気式駆動部の作動により昇降する前記駆動軸と、を備え、前記駆動軸は、前記電気式駆動部の軸部に固定される第一軸部と、前記第一軸部に対して回動不能かつ上下動自在に接続された第二駆動軸と、を備え、前記第二駆動軸は鍔部と軸部とを有し、前記鍔部は、前記第二駆動軸の動作を回動不能に規制するガイド手段と、前記弁体の所定動作範囲外への移動を前記鍔部以外の部品に干渉させることによって制限する機械式制限手段と、前記弁体の所定動作範囲外への移動または所定動作範囲内における移動を前記鍔部の位置を少なくとも二か所で検出することによって制限するセンサ式制限手段と、を備え、前記センサ式制限手段は、それぞれ単独で取り付け位置を調整することができ、かつ水平方向に平行に配置された少なくとも二つのセンサを有し、前記軸部と前記取り付け台の前記貫通孔との間には隙間が形成され、前記第一ダイヤフラムと前記第二駆動軸に挟持固定され、前記第二駆動軸の先端部を内包し前記本体側にすぼまるすり鉢形状に形成され、前記本体と前記電気式駆動部とを隔てる第三ダイヤフラムを備え、前記第一ダイヤフラムと前記第三ダイヤフラムとの間には、前記第一ダイヤフラムの上面を底面とし、前記第三ダイヤフラムの下面を天井面とし、径方向に広がる環状空間が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流量調整弁。
請求項１または請求項２に記載の流量調整弁と、流量計と、該流量計からの出力に応じて流量調整弁の制御を行う制御部とを備えることを特徴とする流体制御装置。