JP2020112206A

JP2020112206A - 複合弁

Info

Publication number: JP2020112206A
Application number: JP2019003235A
Authority: JP
Inventors: 達人青山; Tatsuto Aoyama
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2019-01-11
Publication date: 2020-07-27
Anticipated expiration: 2039-01-11
Also published as: CN111434963A; US20200224787A1; US11067194B2; KR20200087676A; CN111434963B; JP7227770B2

Abstract

【課題】弁体と弁座が離間している場合にハンドルを回転させる力を、簡単な構造で、小さくすることができる複合弁を提供すること。【解決手段】弁座１３と、ダイアフラム弁体１６と、空気圧を用いてダイアフラム弁体１６を弁座１３に自動的に当接又は離間させるパイロット機構１０１と、ダイアフラム弁体１６と弁座１３が当接している状態を空気圧の供給に関わらず保持する手動機構１０２と、を備える複合弁１００において、ダイアフラム弁体１６と弁座１３が離間している状態で手動ステム３１を弁座方向に移動させるようにハンドル３０が回転された場合に、ピストンロッド２６が、空気圧により反弁座方向に加圧されている第１ピストン２０及び第２ピストン２１に対して相対的に弁座方向に移動するように、ピストンロッド２６を設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、パイロット弁機構と手動機構とを一体化した複合弁に関する。

例えば、半導体製造装置のようなガス設備では、パイロット弁がガス配管に配設され、ガスの制御を行っている。パイロット弁は、例えばガス配管を交換する作業中に誤動作によりガス漏洩を発生させることを防ぐため、安全装置が必要とされる。一方、ガス設備をコンパクトにするため、ガス設備を構成する装置には小型化が要求されている。そこで、従来、パイロット弁機構と、パイロット弁機構の誤動作を防ぐ安全装置として動作する手動機構とを一体化した複合弁が、ガス設備に用いられている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。

例えば特許文献１に記載される複合弁は、付勢部材により弁座方向に付勢されているピストンが空気圧により反弁座方向に加圧され、弁体と弁座を離間させている場合に、ハンドルが回転されると、ハンドルに結合された手動ステムが、ネジ部によって弁座方向に移動し、サブロッドに当接する。サブロッドは、手動ステムの弁座方向への移動に応じて、ピストンに一体的に取り付けられたピストンロッドを押し下げ、弁体を弁座に当接させる。この状態において、ピストンロッドが手動ステムによって反弁座方向へ移動することを制限されているので、複合弁は、空気圧の供給に関わらず、弁体と弁座が当接している状態が保持される。

例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４に記載される複合弁は、パイロット機構の加圧室に操作エアを供給して弁体と弁座を離間させている場合に、ハンドルを操作すると、加圧室の操作エアが排出される。加圧室の内圧が低下すると、操作エアにより加圧されていたピストンがスプリングの付勢力によって弁座方向に移動し、ピストンロッドを介して弁体を弁座に当接させる。ハンドルが回転されると、ハンドルに結合された手動ステムが弁座方向に移動してピストンロッドの移動を制限し、操作エアの供給に関わらず、弁体と弁座が当接している状態を保持する。

特許第４２６１２８２号公報米国特許第８６５６９５３号明細書特許第３７５２５８６号公報特許第４１０８５９６号公報

しかしながら、上記従来技術には、以下の問題があった。すなわち、特許文献１に記載される複合弁は、弁体が弁座から離間している状態でハンドルを回転させる場合、ピストンに作用する反弁座方向の空気圧が、ピストンロッドを介してネジ部に作用する。そのため、特許文献１に記載される複合弁は、空気圧に抗してハンドルを回転させなければならず、ハンドルを回す際に大きな力が必要であった。

特許文献２、特許文献３、特許文献４に記載される複合弁は、ハンドルを回転させる際に、加圧室の操作エアを排出して加圧室の内圧を低下させているため、特許文献１に記載される複合弁より小さい力でハンドルを回すことができる。しかし、ハンドルの操作に応じて加圧室の操作エアを排出するための流路や部材が必要となり、複合弁の構造が複雑になってしまっていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、弁体と弁座が離間している場合にハンドルを回転させる力を、簡単な構造で、小さくすることができる複合弁を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、次のような構成を有している。（１）弁座と、弁体と、空気圧を用いて前記弁体を前記弁座に自動的に当接又は離間させるパイロット機構と、前記弁体と前記弁座が当接している状態を前記空気圧の供給に関わらず保持する手動機構と、を備える複合弁において、前記パイロット機構は、ピストンと、前記ピストンを弁座方向に付勢する第１付勢部材と、前記ピストンに摺動可能に貫き通され、前記第１付勢部材の付勢力を前記ピストンから伝達されて前記弁体を前記弁座に当接させるピストンロッドと、を有すること、前記手動機構は、前記ピストンロッドと同軸上に配置された手動ステムと、前記手動ステムに結合されるハンドルと、前記ハンドルの回転に応じて前記手動ステムを軸線方向に移動させるネジ部と、を有すること、前記ピストンロッドは、前記弁体と前記弁座が離間している状態で前記手動ステムを弁座方向に移動させるように前記ハンドルが回転された場合、前記ピストンに対して相対的に弁座方向に移動するように配置されていること、を特徴とする。

上記構成の複合弁は、弁体が弁座から離間している場合に、ハンドルを回転させて、ピストンロッドを弁座方向に移動させるとき、空気圧が反弁座方向に作用しているピストンからピストンロッドが切り離されるので、ピストンに作用している空気圧がピストンロッドを介してネジ部に作用しない。よって、複合弁は、ピストンロッドがピストンに一体的に設けられ、ピストンに作用している空気圧がピストンロッドを介してネジ部に作用する従来の複合弁（例えば特許文献１参照）より、ハンドルを回す力が小さくなる。また、複合弁は、ピストンに作用する空気圧を低下させるための流路や部材を必要としないので、構造が簡単である。よって、上記構成の複合弁によれば、弁体と弁座が離間している場合にハンドルを回転させる力を、簡単な構造で、小さくすることができる。

（２）（１）に記載に記載する複合弁において、前記ピストンロッドは、前記ピストンの弁座側に位置する面に当接又は離間することが可能である当接部を有すること、前記第１付勢部材より付勢力が小さく、前記ピストンロッドを反弁座方向に付勢する第２付勢部材を有すること、が好ましい。

上記構成の複合弁によれば、パイロット機構を用いて弁体と弁座を当接又は離間させる場合に、ピストンロッドがピストンに追従して移動するので、流体を応答性良く制御することができる。また、上記構成の複合弁によれば、第２付勢部材の付勢力が第１付勢部材の付勢力より小さいので、弁体と弁座が離間している場合にハンドルを回転させる力を小さくすることができる。

（３）（２）に記載する複合弁において、前記ピストンは、反弁座方向に突状に設けられた凹部を有すること、前記第２付勢部材は、前記凹部の内側に配置されていること、が好ましい。

上記構成の複合弁によれば、第２付勢部材をコンパクトに配置し、バルブサイズを抑制することができる。

（４）（１）乃至（３）の何れか１つに記載する複合弁において、前記手動ステムは、ハンドルと一体的に回転動作のみ行うように配置された第１ステムと、前記ネジ部のねじ送りにより軸線方向に移動する第２ステムと、前記第１ステムを前記第２ステムに係合させる係合部と、を有すること、前記係合部に遊びが設けられていること、が好ましい。

上記構成の複合弁によれば、ハンドルの操作に遊びを設け、誤作動を防止することができる。

本発明によれば、簡単な構造で、弁体と弁座が離間している場合にハンドルを回転させる力を小さくすることができる複合弁を提供することができる。

本発明の実施形態に係る複合弁の断面図であって、手動機構が安全機構解除状態、パイロット機構が自動閉状態、弁機構が弁閉状態である複合弁を示す。図１に示す複合弁の平面図である。図１のＡ部拡大図である。図１のＢ−Ｂ断面図である。複合弁の断面図であって、手動機構が安全機構解除状態、パイロット機構が自動開状態、弁機構が弁開状態である複合弁を示す。複合弁の断面図であって、手動機構が安全機構セット状態、パイロット機構が自動開状態、弁機構が弁閉状態である複合弁を示す。図６に示す複合弁の平面図である。複合弁の断面図であって、手動機構が安全機構セット状態、パイロット機構が自動閉状態、弁機構が弁閉状態である複合弁を示す。

以下に、本発明に係る複合弁の実施形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る複合弁１００の断面図であって、手動機構１０２が安全機構解除状態、パイロット機構１０１が自動閉状態、弁機構１０３が弁閉状態である複合弁１００を示す。図２は、図１に示す複合弁１００の平面図である。図３は、図１のＡ部拡大図である。図４は、図１のＢ−Ｂ断面図である。図５は、複合弁１００の断面図であって、手動機構１０２が安全機構解除状態、パイロット機構１０１が自動開状態、弁機構１０３が弁開状態である複合弁１００を示す。図６は、複合弁１００の断面図であって、手動機構１０２が安全機構セット状態、パイロット機構１０１が自動開状態、弁機構１０３が弁閉状態である複合弁１００を示す。図７は、図６に示す複合弁１００の平面図である。図８は、複合弁１００の断面図であって、手動機構１０２が安全機構セット状態、パイロット機構１０１が自動閉状態、弁機構１０３が弁閉状態である複合弁を示す。尚、本形態において、「上方」とは複合弁１００のハンドル３０側、「下方」とは複合弁１００の弁本体１側を指すものとする。また、図２に示すハンドル３０の位置を「自動開閉可能位置」、図７に示すハンドル３０の位置を「自動開閉不可能位置」とする。

（複合弁の全体構成）
図１に示すように、複合弁１００は、弁本体１、下部カバー４、下部シリンダ２、上部シリンダ３、上部カバー７が一体になって構成されている。複合弁１００は、流体の流れを制御する弁機構１０３と、空気圧を用いて弁機構１０３を自動的に開閉するパイロット機構１０１と、弁機構１０３の弁閉状態を空気圧の供給に関わらず保持し、パイロット機構１０１の誤動作を防ぐ安全装置として機能する手動機構１０２と、を備える。

（弁機構の構成）
弁機構１０３は、弁本体１と、ダイアフラム弁体１６と、弁座１３と、入力ポート１１と、出力ポート１２を備える。弁本体１は、入力ポート１１と出力ポート１２が連通部１４を介して連通するように形成されている。ダイアフラム弁体１６は、弁本体１とステム保持体５との間で外縁部を挟持され、弁座１３に当接又は離間する。弁本体１と下部カバー４とは、ダイアフラム弁体１６により気密に区画され、連通部１４を流れる流体が下部カバー４側に漏れない。

ステム６は、筒状のステム保持体５の内部に揺動可能に配置されている。ステム６の下面は、ダイアフラム弁体１６に当接している。ダイアフラム弁体１６は、ステム６により下方（弁座方向）に付勢されない場合には弁座１３と離間し、ステム６により下方に付勢される場合には弁座１３に当接するように、配置されている。

（パイロット機構の構成）
パイロット機構１０１は、下部シリンダ２と、上部シリンダ３と、上部カバー７と、第１ピストン２０と、第２ピストン２１と、ピストンロッド２６と、第１スプリング２４ｂと、第２スプリング２４ａを備える。第１ピストン２０と第２ピストン２１は、「ピストン」の一例である。第１スプリング２４ｂと第２スプリング２４ａは、「第１付勢部材」の一例である。尚、本形態のパイロット機構１０１は、ピストンを２つ備えるが、ピストンをスプリングと対で１個又は３個以上備えていてもよい。

下部シリンダ２と上部シリンダ３は、分離部２８によって気密に分離されている。第１ピストン２０は、上部シリンダ３に摺動可能に装填されている。上部シリンダ３の内部空間は、第１ピストン２０により上下２室に気密に分割され、下室が第１加圧室２２ａとされている。第２ピストン２１は、下部シリンダ２に摺動可能に装填されている。下部シリンダ２の内部空間は、第２ピストン２１により上下２室に気密に区画され、下室が第２加圧室２２ｂとされている。

上部カバー７は、操作エアを給排気するための操作ポート２３が開設され、継手４６が操作ポート２３に装着されている。操作ポート２３は、下部ステム２９に形成された連通流路５３、ピストンロッド２６に形成された中央流路５４、第１バイパス流路５５を介して第１加圧室２２ａに連通し、さらに、ピストンロッド２６に形成された第２バイパス流路５６を介して第２加圧室２２ｂに連通している。

第１スプリング２４ｂは、第１ピストン２０の上方に縮設され、第１ピストン２０を下方へ常時付勢している。また、第２スプリング２４ａは、第２ピストン２１の上方に縮設され、第２ピストン２１を下方へ常時付勢している。

ピストンロッド２６は、第１ピストン２０と第２ピストン２１に上下方向に摺動自在に貫き通されている。ピストンロッド２６は、第１軸受４４ｂを介して上部シリンダ３の上部貫通穴３９に上下方向に移動可能に保持され、第２軸受４４ａを介して下部シリンダ２の下部貫通穴２７に上下方向に移動可能に保持されている。ピストンロッド２６は、Ｏリング２５ｂを介して上部貫通穴３９に嵌挿され、Ｏリング２６ａを介して下部貫通穴２７に嵌挿されており、上部シリンダ３内と下部シリンダ２内を気密に摺動する。ピストンロッド２６は、下端部が弁本体１側まで延び、先端部がステム６の近傍に配置される。

図３に示すように、ピストンロッド２６は、第１ピストン２０の下側（弁座１３側）となる位置に段差部２６２が設けられ、第２ピストン２１の下側となる位置に当接部２６１が設けられている。ピストンロッド２６は、第１スプリング２４ｂに付勢された第１ピストン２０が段差部２６２に当接し、第２スプリング２４ａに付勢された第２ピストン２１が当接部２６１に当接しており、第１スプリング２４ｂのばね力と第２スプリング２４ａのばね力との合力によって下方に付勢されている。段差部２６２と当接部２６１は、「当接部」の一例である。

ピストンロッド２６は、当接部２６１と下部シリンダ２との間に第３スプリング６１が縮設され、第３スプリング６１のばね力によって上方（弁座１３と反対方向である反弁座方向）に付勢されている。第３スプリング６１のばね力は、第１スプリング２４ｂのばね力と第２スプリング２４ａのばね力の合力より小さい。第３スプリング６１は、「第２付勢部材」の一例である。そのため、ピストンロッド２６は、第１加圧室２２ａと第２加圧室２２ｂが加圧されていない場合、下方に移動し、ステム６を介してダイアフラム弁体１６を弁座１３に当接させている。

第２ピストン２１は、中央部が上方に突き出した凹状に形成され、凹部２１２を備える。凹部２１２の中央部には、中央貫通穴２１５が形成されている。ピストンロッド２６は、当接部２６１を凹部２１２の内壁に当接させるように、Ｏリング２５ｅを介して中央貫通穴２１５に嵌挿され、第２ピストン２１を気密に摺動することができる。凹部２１２は、第３スプリング６１を収容する収容空間２１３を形成する。

下部シリンダ２は、上方に突出するように設けられたボス部２ａを備え、ボス部２ａが凹部２１２の内側に配置されている。ボス部２ａの外径は、凹部２１２の内径より小さくなるように設定され、凹部２１２の内側面とボス部２ａの外周面との間に空隙部２１４が環状に設けられている。ピストンロッド２６は、当接部２６１より下側に第２バイパス流路５６が形成されている。そのため、操作エアは、第２ピストン２１の上方に漏れないように、第２バイパス流路５６から収容空間２１３と空隙部２１４と第２加圧室２２ｂに充填され、第２ピストン２１を上方に加圧する。

（手動機構の構成）
図１に示すように、手動機構１０２は、手動ステム３１と、ハンドル３０と、ネジ部４１を備える。手動ステム３１は、カム部材３３と上部ステム３２と下部ステム２９により構成されている。上部ステム３２は「第１ステム」の一例であり、下部ステム２９は「第２ステム」の一例である。

上部ステム３２は、上部カバー７の挿通穴４８に挿通され、下部ステム２９の上方に配置されている。上部ステム３２は、Ｃリング４３，４２を介して上部カバー７に取り付けられ、回転動作のみを行うように挿通穴４８に配置されている。

図６に示すように、カム部材３３は、上部カバー７から突出する上部ステム３２の上端部に、止めネジ４７を用いて固定されている。図７に示すように、ハンドル３０は、カム部材３３に対して回転止めされた状態で連結されている。よって、上部ステム３２とカム部材３３とハンドル３０は、一体的に回転する。図１及び図６に示すように、上部ステム３２は、係合部７０を介して下部ステム２９に係合され、ハンドル３０の回転に応じて下部ステム２９を回転させる。

図１に示すように、上部ステム３２は、上部カバー７に形成された有底孔部５２内に突き出す下端部に、係合片７２が下方に突出するように設けられている。下部ステム２９は、弁座１３と反対側に位置する上面に係合溝７１が形成され、係合片７２が係合溝７１に遊嵌されている。係合片７２と係合溝７１により、係合部７０が構成されている。

例えば、図４に示すように、係合溝７１と係合片７２はマイナス形状に設けられ、上部ステム３２と下部ステム２９が一体的に回転できるように係合される。係合部７０は、係合溝７１の内壁と係合片７２との間にクリアランスが設けられ、上部ステム３２の回転を下部ステム２９に伝達しない遊びの領域を備える。

図１に示すように、上部シリンダ３の上面には、上部貫通穴３９と同軸となるように、開口部４０が形成されている。下部ステム２９は、開口部４０の内部に配置され、ネジ部４１を介して上部シリンダ３に上下方向に移動可能に取り付けられている。下部ステム２９は、弁座１３側に位置する下面の中央部に、ストッパ部２９１が突設されている。ストッパ部２９１は、上部貫通穴３９に摺動可能に嵌め合わされ、上部貫通穴３９の内部にてピストンロッド２６の上部に当接できるように配置されている。

下部ステム２９は、連通流路５３が軸線方向に貫通して形成されている。連通流路５３は、上部貫通穴３９を介して、ピストンロッド２６の上端部に開口する中央流路５４に連通している。上述したように、係合溝７１の内壁と係合片７２との間にはクリアランスが設けられている。そのクリアランスを利用して、連通流路５３は、有底孔部５２と連通している。操作ポート２３から有底孔部５２に供給された操作エアが外部に漏れないようにするために、上部カバー７と上部シリンダ３との間にはＯリング２５ｃが配設され、上部カバー７と上部ステム３２との間にはＯリング２５ｄが配設されている。

図２及び図７に示すように、カム部材３３は、上部カバー７の上面に立設されたピン３８に係止されることにより、手動機構１０２の回転を制限するカム面３４を備える。カム面３４は、ピン３８に係止される第１停止部３６と第２停止部３７を有する。図１及び図２に示すように、第１停止部３６は、弁機構１０３が弁閉状態である場合に下部ステム２９に設けられたストッパ部２９１の下面をピストンロッド２６の上端面から離間させる安全機構解除位置Ｒにて、ハンドル３０の回転を制限する位置に、設けられている。図６及び図７に示すように、第２停止部３７は、弁機構１０３が弁閉状態である場合に下部ステム２９に設けられたストッパ部２９１の下面をピストンロッド２６の上端面に当接させる安全機構セット位置Ｓにて、ハンドル３０の回転を制限する位置に、設けられている。

（動作説明：通常動作）
図１では、ハンドル３０が自動開閉可能位置に配置され、下部ステム２９がピストンロッド２６から所定量離間している。このように、弁機構１０３が弁閉状態の時に、下部ステム２９とピストンロッド２６とを離間させ、ストッパ部２９１を安全機構解除位置Ｒに配置する手動機構１０２の状態を、「安全機構解除状態」と定義する。

図１では、第１ピストン２０と第２ピストン２１が、第１スプリング２４ｂと第２スプリング２４ａにより下方に付勢されている。ピストンロッド２６は、段差部２６２と当接部２６１が第１ピストン２０と第２ピストン２１によって下方に押圧され、第３スプリング６１を圧縮した状態でステム６に当接している。ダイアフラム弁体１６は、ステム６によって弁座１３に当接する。従って、連通部１４がダイアフラム弁体１６によって遮断され、入力ポート１１に入力した流体が出力ポート１２に流れない。

このように、第１ピストン２０と第２ピストン２１が第１スプリング２４ｂと第２スプリング２４ａに付勢されて下方に移動しているパイロット機構１０１の状態を、「自動閉状態」と定義する。また、ダイアフラム弁体１６を弁座１３に当接させている弁機構１０３の状態を、「弁閉状態」と定義する。

図５に示すように、手動機構１０２を安全機構解除状態にして、ダイアフラム弁体１６を弁座１３から離間させる場合、操作ポート２３に操作エアが供給される。操作エアは、操作ポート２３から有底孔部５２、連通流路５３、中央流路５４へと流れる。そして、操作エアは、中央流路５４から第１バイパス流路５５を介して第１加圧室２２ａに流入し、第１加圧室２２ａの内圧を上昇させる。また、操作エアは、中央流路５４から第２バイパス流路５６を介して第２加圧室２２ｂに流入し、第２加圧室２２ｂの内圧を上昇させる。

第１加圧室２２ａの内圧と第２加圧室２２ｂの内圧が上昇することにより、第１ピストン２０と第２ピストン２１は、上部シリンダ３内と下部シリンダ２内をそれぞれ摺動し、第１スプリング２４ｂと第２スプリング２４ａの付勢力に抗して上昇する。

第１ピストン２０と第２ピストン２１の上昇に伴い、ピストンロッド２６は、下方への付勢力が緩和される。すると、第３スプリング６１が伸張する。これにより、ピストンロッド２６は、段差部２６２を第１ピストン２０に当接させ、当接部２６１を第２ピストン２１に当接させた状態で、第１ピストン２０と第２ピストン２１に追従して上昇する。第１ピストン２０と第２ピストン２１は、ピストンロッド２６の上端面を下部ステム２９のストッパ部２９１の下面に当接させる位置まで上昇すると、上部シリンダ３と分離部２８に当接し、それ以上、上昇できなくなる。

ピストンロッド２６が上昇してステム６から離間すると、ダイアフラム弁体１６は、下方に付勢されなくなり、弁座１３から離間する。これにより、入力ポート１１と出力ポート１２が連通部１４を介して連通し、入力ポート１１に入力した流体が出力ポート１２に流れるようになる。

このように、第１ピストン２０と第２ピストン２１が空気圧によって第１スプリング２４ｂと第２スプリング２４ａに抗して反弁座方向に移動しているパイロット機構１０１の状態を、「自動開状態」と定義する。また、ダイアフラム弁体１６を弁座１３に離間させている弁機構１０３の状態を、「弁開状態」と定義する。

第１加圧室２２ａと第２加圧室２２ｂにある操作エアが、第１バイパス流路５５、第２バイパス流路５６、中央流路５４、連通流路５３、有底孔部５２、操作ポート２３を介して排出されると、第１加圧室２２ａと第２加圧室２２ｂの内圧が低下する。すると、第１ピストン２０と第２ピストン２１は、第１スプリング２４ｂの付勢力と第２スプリング２４ａの付勢力によって上部シリンダ３内と下部シリンダ２内を下方に摺動する。ピストンロッド２６は、第３スプリング６１のばね力によって段差部２６２と当接部２６１をそれぞれ第１ピストン２０と第２ピストン２１の弁座側に位置する下面に当接させている。そのため、ピストンロッド２６は、第１ピストン２０と第２ピストン２１に追従して弁座方向に移動して、ステム６を下方に付勢し、ダイアフラム弁体１６を弁座１３に当接させる。

よって、手動機構１０２が安全機構解除状態である場合には、パイロット機構１０１は、空気圧によって弁機構１０３を応答性良く作動させることができる。

次に、図５に示すように弁機構１０３が弁開状態であるときに、図６に示すように、手動機構１０２によって弁機構１０３を弁閉状態にする場合について説明する。

ハンドル３０は、図２に示す自動開閉可能位置から、図７に示す自動開閉不可能位置まで、ハンドル３０の上面から見て時計回りに回転される。上部ステム３２は、カム部材３３を介してハンドル３０と一体的に回転する。下部ステム２９は、係合部７０を介して上部ステム３２から回転力を付与されると、ネジ部４１のねじ送りによって下方に移動し、ストッパ部２９１の下面を安全機構解除位置Ｒから安全機構セット位置Ｓまで移動させ、ピストンロッド２６を下方に押圧する。

図６に示すように、ピストンロッド２６は、下部ステム２９から受ける下向きの力によって、操作エアにより加圧されている第１ピストン２０と第２ピストン２１の位置を変えずに、第３スプリング６１を圧縮させながら下方に押し下げられ、ステム６を下方に付勢する。ダイアフラム弁体１６は、ピストンロッド２６から受ける力により弁座１３に当接する。これにより、ダイアフラム弁体１６によって連通部１４が遮断され、入力ポート１１から出力ポート１２に流体が流れなくなる。

図７に示すように、ハンドル３０は、第２停止部３７をピン３８に当接させると、それ以上時計回りに回転できなくなる。よって、下部ステム２９は、安全機構セット位置Ｓを超えて下方に移動せず、ピストンロッド２６とステム６を介してダイアフラム弁体１６を弁座１３に過剰に押し付けない。これにより、弁機構１０３が破損したり、弁座１３がへったりすることが回避され、複合弁１００の耐久性が向上する。このように、ダイアフラム弁体１６と弁座１３が当接している状態で下部ステム２９のストッパ部２９１を安全機構セット位置Ｓまで移動させてピストンロッド２６に当接させる手動機構１０２の状態を、「安全機構セット状態」と定義する。

図５及び図６に示すように、パイロット機構１０１が自動開状態であるときに、手動機構１０２が、下部ステム２９を安全機構解除位置Ｒから安全機構セット位置Ｓまで下降させ、弁機構１０３を強制的に弁開状態から弁閉状態にする場合、ピストンロッド２６は、段差部２６２と当接部２６１が第１ピストン２０と第２ピストン２１からそれぞれ離間し、第１ピストン２０と第２ピストン２１から切り離された状態で下方に移動する。このため、ネジ部４１には、第３スプリング６１がピストンロッド２６を押し下げるばね力のみが作用する。第３スプリング６１のばね力は、第１スプリング２４ｂのばね力と第２スプリング２４ａのばね力との合力より小さい。よって、複合弁１００は、例えば特許文献１に記載されるように、ピストンを反弁座方向に加圧する空気圧がネジ部に作用する複合弁よりも、ネジ部４１に発生する摩擦抵抗が小さくなり、ハンドル３０を時計回りに回す力が小さくなる。

図６に示す状態の複合弁１００は、第１加圧室２２ａと第２加圧室２２ｂにある操作エアが排出されて、第１加圧室２２ａと第２加圧室２２ｂの内圧が低下すると、第１ピストン２０と第２ピストン２１が、第１スプリング２４ｂと第２スプリング２４ａによって下方に付勢される。ピストンロッド２６は、段差部２６２と当接部２６１が第１ピストン２０と第２ピストン２１とそれぞれ離間している。そのため、図８に示すように、パイロット機構１０１は、第１ピストン２０と第２ピストン２１がピストンロッド２６の位置を変えずに下方に移動し、自動閉状態になる。よって、複合弁１００は、ダイアフラム弁体１６を弁座１３に当接させるシール力を変動させずに、パイロット機構１０１を自動開状態から自動閉状態に遷移させることができる。

図８に示す状態の複合弁１００は、操作エアが第１加圧室２２ａと第２加圧室２２ｂに供給され、第１ピストン２０と第２ピストン２１が上方に加圧されても、ピストンロッド２６が下部ステム２９のストッパ部２９１に当接して上方への移動を制限されている。そのため、図６に示すように、第１ピストン２０と第２ピストン２１は、ピストンロッド２６の位置を変えずに上昇する。よって、複合弁１００は、空気圧が供給されても、ネジ部４１を負荷をかけずに弁機構１０３の弁閉状態を保持できる。

このように、複合弁１００は、手動機構１０２が安全機構セット状態である場合には、操作エアの供給に関わらずに弁機構１０３の弁閉状態を安定して維持することができる。また、複合弁１００は、手動機構１０２が安全機構セット状態である場合に、第３スプリング６１のばね力のみがネジ部４１に作用するので、ネジ部４１を小さくしてバルブサイズを小さくできる。

ところで、係合部７０には遊びが設けられている。そのため、図７に示す自動開閉不可能位置にハンドル３０が配置されている場合に、例えば、作業者の手が誤ってハンドル３０に当たり、ハンドル３０を回転させても、下部ステム２９が直ちに回転せず、弁機構１０３を弁閉状態から弁開状態に遷移させない。

尚、複合弁１００は、図１に示す状態において、ハンドル３０の上面から見て時計回りにハンドル３０を回転させることにより、図８に示すように、手動機構１０２を安全機構解除状態から安全機構セット状態に遷移させることができる。この場合も、複合弁１００が空気圧の供給に関わらず弁機構１０３の弁閉状態を保持できることは言うまでもない。

以上、説明したように、本形態の複合弁１００は、弁座１３と、ダイアフラム弁体１６と、空気圧を用いてダイアフラム弁体１６を弁座１３に自動的に当接又は離間させるパイロット機構１０１と、ダイアフラム弁体１６と弁座１３が当接している状態を空気圧の供給に関わらず保持する手動機構１０２と、を備える複合弁１００において、パイロット機構１０１は、第１ピストン２０及び第２ピストン２１と、第１ピストン２０及び第２ピストン２１を弁座方向に付勢する第１スプリング２４ｂ及び第２スプリング２４ａと、第１ピストン２０と第２ピストン２１に摺動可能に貫き通され、第１スプリング２４ｂと第２スプリング２４ａの付勢力を第２ピストン２１から伝達されてダイアフラム弁体１６を弁座１３に当接させるピストンロッド２６と、を有すること、手動機構１０２は、ピストンロッド２６と同軸上に配置された手動ステム３１と、手動ステム３１に結合されるハンドル３０と、ハンドル３０の回転に応じて手動ステム３１を軸線方向に移動させるネジ部４１と、を有すること、ピストンロッド２６は、ダイアフラム弁体１６と弁座１３が離間している状態で手動ステム３１を弁座方向に移動させるようにハンドル３０が回転された場合、第１ピストン２０及び第２ピストン２１に対して相対的に弁座方向に移動するように配置されていること、を特徴とする。

このような複合弁１００は、ダイアフラム弁体１６が弁座１３から離間している場合に、ハンドル３０を回転させて、ピストンロッド２６を弁座方向に移動させるとき、空気圧が反弁座方向に作用している第１ピストン２０及び第２ピストン２１からピストンロッド２６が切り離されるので、第１ピストン２０及び第２ピストン２１に作用している空気圧がピストンロッド２６を介してネジ部４１に作用しない。よって、複合弁１００は、ピストンロッドがピストンに一体的に設けられ、ピストンに作用している空気圧がピストンロッドを介してネジ部に作用する従来の複合弁（例えば特許文献１参照）より、ハンドル３０を回す力が小さくなる。また、複合弁１００は、第１ピストン２０及び第２ピストン２１に作用する空気圧を低下させるための流路や部材を必要としないので、構造が簡単である。よって、本形態の複合弁１００によれば、ダイアフラム弁体１６と弁座１３が離間している場合にハンドル３０を回転させる力を、簡単な構造で、小さくすることができる。

また、本形態の複合弁１００において、ピストンロッド２６は、第２ピストン２１の弁座側に位置する面２１７に当接又は離間することが可能である当接部２６１を有し、第３スプリング６１は、付勢力が第１スプリング２４ｂと第２スプリング２４ａの付勢力より小さく、ピストンロッド２６を反弁座方向に付勢している。

このような複合弁１００によれば、パイロット機構１０１を用いてダイアフラム弁体１６と弁座１３を当接又は離間させる場合に、ピストンロッド２６が第１ピストン２０と第２ピストン２１に追従して移動するので、流体を応答性良く制御することができる。また、本形態の複合弁１００によれば、第３スプリング６１の付勢力が第１スプリング２４ｂの付勢力と第２スプリング２４ａの付勢力との合力より小さいので、ダイアフラム弁体１６と弁座１３が離間している場合にハンドル３０を回転させる力を小さくすることができる。

また、本形態の複合弁１００において、手動ステム３１は、ハンドル３０と一体的に回転動作のみ行うように配置された上部ステム３２と、ネジ部４１のねじ送りにより軸線方向に移動する下部ステム２９と、上部ステム３２を下部ステム２９に係合させる係合部７０と、を有し、係合部７０に遊びが設けられている。よって、本形態の複合弁１００によれば、ハンドル３０の操作に遊びを設け、誤作動を防止することができる。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。

例えば、上部ステム３２と下部ステム２９とが一体に形成され、上部ステム３２を回転可能に且つ上下方向に移動可能に配置しても良い。但し、上部ステム３２と下部ステム２９とを分離して係合片７２と係合溝７１とを係合させて係合部７０を構成し、係合部７０に遊びを設けることにより、簡単な構造で、手動機構１０２の操作性を良好にすることができる。

例えば、係合片７２と係合溝７１は、上部ステム３２から下部ステム２９に回転力を伝達できる形状であれば、マイナス形状に限定されず、プラス形状や多角形形状などであってもよい。

例えば、操作ポート２３は、上部シリンダ３に設けても良い。但し、上記形態のように、上部カバー７の上面側から操作ポート２３に配管を接続できるようにすることにより、複合弁１００の配管スペースを小さくできる。また、操作ポート２３を手動ステム３１の上面に設け、手動ステム３１に操作ポートとピストンロッド２６の中央流路５４とを連通させる連通流路を形成しても良い。

例えば、上部ステム３２とハンドル３０とを直接結合し、カム部材３３を省いても良い。但し、カム部材３３を設け、ハンドル３０の回転を制限することにより、手動機構１０２を安全機構セット状態にした場合に、ダイアフラム弁体１６を弁座１３に過剰に押し付けることを回避し、複合弁１００の耐久性を向上させることができる。

例えば、複合弁１００は、ポペット弁でも良い。

例えば、下部シリンダ２にボス部２ａを設けなくても良い。しかし、ボス部２ａを設けることにより、下部シリンダ２の上下方向のサイズを変えずに、第２軸受４４ａをＯリング２５ａと並んで配設することができ、複合弁１００のバルブサイズを抑制できる。

１３弁座
１６ダイアフラム弁体
２０第１ピストン
２１第２ピストン
２４ｂ第１スプリング
２４ａ第２スプリング
２６ピストンロッド
２９下部ステム
３０ハンドル
３１手動ステム
３２上部ステム
６１第３スプリング
７０係合部
１００複合弁
１０１パイロット機構
１０２手動機構
１０３弁機構
２１２凹部
２１７面
２６１当接部

Claims

弁座と、弁体と、空気圧を用いて前記弁体を前記弁座に自動的に当接又は離間させるパイロット機構と、前記弁体と前記弁座が当接している状態を前記空気圧の供給に関わらず保持する手動機構と、を備える複合弁において、
前記パイロット機構は、
ピストンと、
前記ピストンを弁座方向に付勢する第１付勢部材と、
前記ピストンに摺動可能に貫き通され、前記第１付勢部材の付勢力を前記ピストンから伝達されて前記弁体を前記弁座に当接させるピストンロッドと、を有すること、
前記手動機構は、
前記ピストンロッドと同軸上に配置された手動ステムと、
前記手動ステムに結合されるハンドルと、
前記ハンドルの回転に応じて前記手動ステムを軸線方向に移動させるネジ部と、を有すること、
前記ピストンロッドは、前記弁体と前記弁座が離間している状態で前記手動ステムを弁座方向に移動させるように前記ハンドルが回転された場合、前記ピストンに対して相対的に弁座方向に移動するように配置されていること、
を特徴とする複合弁。
請求項１に記載する複合弁において、
前記ピストンロッドは、前記ピストンの弁座側に位置する面に当接又は離間することが可能である当接部を有すること、
前記第１付勢部材より付勢力が小さく、前記ピストンロッドを反弁座方向に付勢する第２付勢部材を有すること、
を特徴とする複合弁。
請求項２に記載する複合弁において、
前記ピストンは、反弁座方向に突状に設けられた凹部を有すること、
前記第２付勢部材は、前記凹部の内側に配置されていること、
を特徴とする複合弁。
請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載する複合弁において、
前記手動ステムは、
ハンドルと一体的に回転動作のみ行うように配置された第１ステムと、
前記ネジ部のねじ送りにより軸線方向に移動する第２ステムと、
前記第１ステムを前記第２ステムに係合させる係合部と、を有すること、
前記係合部に遊びが設けられていること、
を特徴とする複合弁。