JP2762094B2 - High precision adjuster - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は流量・圧力調整器の改良に係り、宇宙空間や
地底、海底等に於ける生命維持装置のO2・N2の供給用等
に利用する高精度調整器に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial application field) The present invention relates to an improvement of a flow rate / pressure regulator, for supplying O 2 · N 2 of a life support device in outer space, underground, sea floor, etc. And a high-precision adjuster used for
（従来の技術） 一般に流量・圧力調整器は、ダイヤフラムにかかる流
体圧と調圧用スプリングの弾性力との相関関係により、
所望の流体圧を得るように構成されている。(Prior art) Generally, a flow rate / pressure regulator uses a correlation between a fluid pressure applied to a diaphragm and an elastic force of a pressure adjusting spring.
It is configured to obtain a desired fluid pressure.
従って、流量・圧力調整器の調整精度を向上させるた
めには、先ず調圧用スプリングが第２図の曲線Ａに示す
如く、必要な出力を有し且つ変位に対する荷重の変化の
小さな特性を具備する必要がある。Therefore, in order to improve the adjustment accuracy of the flow rate / pressure regulator, first, the pressure adjusting spring has a required output and a characteristic of a small change in load with respect to the displacement as shown by a curve A in FIG. There is a need.
そのため、つる巻きバネＢと皿バネＣとを組合せ、両
者の複合により曲線Ａの如きスプリング特性とし、変位
−荷重変化の殆ど無い平坦なＡ′部を流量・圧力の調整
用に利用する様にした高精度調整器が開発されている。Therefore, the helical spring B and the disc spring C are combined, and a spring characteristic as shown by a curve A is obtained by combining the two. The flat A 'portion having almost no change in displacement-load is used for adjusting the flow rate and pressure. High-precision adjusters have been developed.
しかし、前記つる巻きバネＢと皿バネＣとの組合せに
係る複合形スプリングは、変位−荷重変化の少ない特性
範囲（平坦部Ａ′）が極めて狭いうえ、つる巻きバネや
皿バネの調整が著しく困難で、実用上多くの問題が残さ
れている。However, the composite spring according to the combination of the helical spring B and the disc spring C has an extremely narrow characteristic range (flat portion A ') where displacement-load change is small, and the adjustment of the helical spring and the disc spring is remarkable. Difficult and leaves many practical problems.
また、従前の高精度調整器においては、ダイヤフラム
上部の調圧用スプリングを収容する感圧室が高度な密閉
構造になっていないため、ダイヤフラムやスプリングが
環境圧力や環境温度の影響を直接に受けることになり、
調整値が調整器の使用環境によって変動するという問題
がある。In the conventional high-precision regulator, the pressure-sensitive chamber that houses the pressure-adjusting spring at the top of the diaphragm is not highly sealed, so that the diaphragm and spring are directly affected by the environmental pressure and temperature. become,
There is a problem that the adjustment value varies depending on the usage environment of the adjuster.
（発明が解決しようとする課題） 本発明は、従前の流量・圧力調整器に於ける上述の如
き問題、即ち複合型のスプリングを用いるため、利用
し得る変位−荷重曲線の範囲が極く狭いうえ、スプリン
グの弾性力の調整が著しく困難なこと、感圧室が気密
構造になっていないため、環境条件によって調整値が変
化し易いこと等の問題を解決せんとするものであり、調
圧用のスプリングの弾性力のセッティングが簡単且つ正
確に行なえると共に、調整器を使用する環境条件によっ
て調整値が悪影響を受けない様にした高精度調整器を提
供するものである。(Problems to be Solved by the Invention) The present invention has the above-mentioned problem in the conventional flow rate / pressure regulator, that is, the range of the displacement-load curve that can be used is extremely narrow due to the use of a compound spring. In addition, the adjustment of the elastic force of the spring is extremely difficult, and the pressure-sensitive chamber does not have an airtight structure. The present invention provides a high-precision adjuster which can easily and accurately set the elastic force of the spring and prevents the adjustment value from being adversely affected by environmental conditions in which the adjuster is used.
（課題を解決するための手段） 弁箱１にダイヤフラム室Ａと感圧室Ｂとを設け、前記
ダイヤフラム室Ａ内に設けたダイヤフラム５に、流体圧
Ｐと調圧用スプリング９の弾性力とを加えるようにした
ダイヤフラム式調整器に於いて、前記調圧用スプリング
９を、超弾性機能を有する形状記憶合金製にすると共
に、前記感圧室Ｂを真空にしたことを発明の基本構成と
するものである。(Means for Solving the Problems) A diaphragm chamber A and a pressure-sensitive chamber B are provided in the valve box 1, and the fluid pressure P and the elastic force of the pressure adjusting spring 9 are applied to the diaphragm 5 provided in the diaphragm chamber A. In the diaphragm type adjuster to be added, the basic configuration of the present invention is that the pressure adjusting spring 9 is made of a shape memory alloy having a superelastic function and the pressure sensing chamber B is evacuated. It is.
（作用） ダイヤフラム５にかかる流体圧Ｐと調圧用スプリング
９の弾性力との差でダイヤフラム５が上・下動し、これ
によって流体通路が開・閉され、二次側流体圧が設定値
に保持される。(Operation) The diaphragm 5 moves up and down due to the difference between the fluid pressure P applied to the diaphragm 5 and the elastic force of the pressure adjusting spring 9, whereby the fluid passage is opened and closed, and the secondary fluid pressure reaches the set value. Will be retained.
前記調圧用スプリング９は形状記憶合金の超弾性機能
により変位−荷重特性が略平坦になっている。その結
果、調圧用スプリング９の変位量が変わっても調圧用ス
プリング９の弾性力は変化せず、二次側の流体圧Ｐが常
に所定の設定調整値に高精度に保持されることになる。The pressure adjusting spring 9 has a substantially flat displacement-load characteristic due to the superelastic function of the shape memory alloy. As a result, even if the amount of displacement of the pressure adjusting spring 9 changes, the elastic force of the pressure adjusting spring 9 does not change, and the fluid pressure P on the secondary side is always maintained at a predetermined set adjustment value with high accuracy. .
また、感圧室Ｂ内が高真空度に保持されているため、
外部環境の圧力等が変化しても感圧室Ｂ内の圧力条件等
は一切変化せず、ダイヤフラムが常に所定の環境条件下
で作動されることになる。Further, since the inside of the pressure sensing chamber B is maintained at a high vacuum degree,
Even if the pressure or the like of the external environment changes, the pressure condition or the like in the pressure-sensitive chamber B does not change at all, and the diaphragm is always operated under predetermined environmental conditions.
（実施例） 以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図は本発明に係る調整器の縦断面図であり、図に
於いて１は弁箱、２は弁体、３はシート、４は弁体ガイ
ド、５はダイヤフラム、６はダイヤフラム押え、７はダ
イヤフラム受け、８は弁体下部のシール用Ｏリング、９
は調圧用スプリング、10はスプリングケース、11は蓋
体、12はゲッター、13はロータリー式シャットオフ弁で
ある。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an adjuster according to the present invention, in which 1 is a valve box, 2 is a valve element, 3 is a seat, 4 is a valve element guide, 5 is a diaphragm, 6 is a diaphragm holder, 7 is a diaphragm receiver, 8 is an O-ring for sealing below the valve body, 9
Is a pressure adjusting spring, 10 is a spring case, 11 is a lid, 12 is a getter, and 13 is a rotary shut-off valve.
前記弁箱１はステンレス鋼、アルミニウム合金又はア
ルミニウム合金表面処理材により形成されており、流体
入口1a、シャットオフ弁取付口1b、シャットオフ弁用弁
座1c、流体通路1d,1e、弁室1f、流体出口1g等が設けら
れている。The valve box 1 is formed of a stainless steel, aluminum alloy or aluminum alloy surface treatment material, and has a fluid inlet 1a, a shut-off valve mounting port 1b, a valve seat 1c for a shut-off valve, fluid passages 1d and 1e, and a valve chamber 1f. , A fluid outlet 1g, and the like.
また、弁箱１の上方部には前記弁室1fに連通するダイ
ヤフラム室Ａと感圧室Ｂとが設けられている。更に、前
記ダイヤフラム室Ａは、弁体ガイド４を配設するための
縮径部A1と、ダイヤフラム５を配設するための拡径部A2
とから夫々形成されている。A diaphragm chamber A and a pressure-sensitive chamber B communicating with the valve chamber 1f are provided above the valve box 1. Further, the diaphragm chamber A has a reduced diameter portion A 1 for disposing the valve body guide 4 and an enlarged diameter portion A 2 for disposing the diaphragm 5.
Respectively.
前記弁体２は、シート３に当接するディスク部2aと、
ディスク部2aより上方へ突出せしめた上部シャフト部2b
と、ディスク部2aより下方へ突出せしめた下部シャフト
部2cとから形成されており、弁箱１の下方より上部シャ
フト部2bを弁体ガイド４へ挿通せしめて弁室1f内へ挿通
され、スプリング14により上方へ常時付勢されている。
又、前記上部シャフト部2bの先端は後述する如くダイヤ
フラム受け７の受入孔7a内へ嵌合されており、該ダイヤ
フラム受け７を介して弁体２が上下動される。The valve body 2 includes a disk portion 2a that contacts the seat 3,
Upper shaft portion 2b protruding above disk portion 2a
And a lower shaft portion 2c protruding downward from the disk portion 2a. The upper shaft portion 2b is inserted into the valve body guide 4 from below the valve box 1 and inserted into the valve chamber 1f. It is constantly biased upward by 14.
The distal end of the upper shaft portion 2b is fitted into a receiving hole 7a of the diaphragm receiver 7 as described later, and the valve body 2 is moved up and down via the diaphragm receiver 7.
尚、2dは弁体２に設けた連通孔であり、円筒状の下部
シャフト部2cの空間2eと流体出口側通路1eとが、これに
より連通されており、空間2e内を流体通路1eと同圧とす
ることにより、弁体２の上・下動が円滑に行なえるよう
にしている。又、15は下部蓋体であり、Ｏリンク８によ
り弁体２の下部シャフト部2cと一次側通路1dとの間がシ
ールされている。Reference numeral 2d denotes a communication hole provided in the valve body 2, and the space 2e of the cylindrical lower shaft portion 2c and the fluid outlet side passage 1e are thereby communicated with each other, and the inside of the space 2e is the same as the fluid passage 1e. By using the pressure, the valve body 2 can be moved up and down smoothly. Reference numeral 15 denotes a lower lid, which is sealed by an O-link 8 between the lower shaft portion 2c of the valve body 2 and the primary side passage 1d.
前記シート３は合成樹脂性のリング体であり、弁室1f
の奥部に嵌着されている。The seat 3 is a ring body made of a synthetic resin and has a valve chamber 1f.
Is fitted in the back of the.
前記弁体ガイド４は中央部にガイド孔4aを穿設したリ
ング体であり、ダイヤフラム室Ａの縮径部A1内へ螺着さ
れている。The valve body guide 4 is a ring body bored a guide hole 4a at the center portion, it is screwed into the diaphragm chamber reduced diameter portion A 1 of A.
前記ダイヤフラム５は金属（若しくは合成樹脂）から
形成されており、前記ダイヤフラム押え６とダイヤフラ
ム受け７により挾持され、ダイヤフラム室Ａの拡径部A2
内に配設されている。The diaphragm 5 is formed of a metal (or a synthetic resin), is sandwiched between the diaphragm presser 6 and the diaphragm receiver 7, and has an enlarged diameter portion A 2 of the diaphragm chamber A.
It is arranged in.
調圧用スプリング９は、Ti−Ni系合金である所謂形状
記憶合金により形成されており、その変態擬弾性効果を
利用したものである。即ち、形状記憶合金は、母相→マ
ルテンサイト相の変態点と変形温度及び作用応力の相関
関係で形状記憶効果と超弾性機能の何れかを現出する
が、本発明に於ける形状記憶合金は超弾性機能を現出す
べく処理されている。The pressure adjusting spring 9 is formed of a so-called shape memory alloy, which is a Ti—Ni-based alloy, and utilizes the transformation pseudoelastic effect. That is, the shape memory alloy manifests either the shape memory effect or the superelastic function by the correlation between the transformation point of the parent phase → the martensite phase, the deformation temperature and the acting stress. Has been treated to provide a superelastic function.
その結果、当該調整用スプリング９は、変位に対する
荷重の変化が一定となり、スプリング９の歪み量が変化
しても応力は殆ど変化しない。尚、当該調圧用スプリン
グ９は、所定の温度下で所望の流体圧Ｐを得ることが出
来る弾性力を発揮するように予め製作されており、一旦
その弾性力（即ち流体の調整圧力）が設定されると、そ
の値はその後不変である。As a result, the adjustment spring 9 has a constant change in load with respect to the displacement, and the stress hardly changes even if the amount of distortion of the spring 9 changes. The pressure adjusting spring 9 is manufactured in advance so as to exhibit an elastic force capable of obtaining a desired fluid pressure P at a predetermined temperature, and the elastic force (that is, the adjusting pressure of the fluid) is set once. Once done, the value is then unchanged.
尚、本実施例では調圧用スプリング９としてTi−Ni合
金系の形状記憶合金を使用しているが、Cu−Zn−Al系の
形状記憶合金を利用してもよいことは勿論である。In this embodiment, a Ti-Ni alloy-based shape memory alloy is used as the pressure adjusting spring 9, but it is a matter of course that a Cu-Zn-Al-based shape memory alloy may be used.
前記調圧用スプリング９は、スプリングケース10を介
して弁箱１へビーム溶接Ｅした蓋体11によりその上端部
が保持されており、これによりその引張り変位量に対応
する弾性力がダイヤフラム５ヘ印加される。The pressure adjusting spring 9 is held at its upper end by a lid 11 which is beam-welded E to the valve box 1 via a spring case 10, whereby an elastic force corresponding to the amount of tensile displacement is applied to the diaphragm 5. Is done.
尚、ダイヤフラム５上方のスプリングケース10と蓋体
11とで形成された感圧室Ｂは、後述する如く10-4torr程
度の真空に保持されており、蓋体11の裏面に固着したゲ
ッター（吸着材）12をビーム照射によって加熱活性化す
ることにより、真空度の保持が図られている。The spring case 10 and the lid above the diaphragm 5
The pressure-sensitive chamber B formed by the step 11 is maintained at a vacuum of about 10 -4 torr as described later, and the getter (adsorbing material) 12 fixed to the back surface of the lid 11 is heated and activated by beam irradiation. Thereby, the degree of vacuum is maintained.
前記ロータリー式シャットオフ弁13は弁箱１のシャッ
トオフ弁取付口1bへ袋ナット13aを介して螺着されてお
り、ハンドル13bを回動することにより弁棒13cを介して
弁体13dを弁座1cへ当離座させ、流体入口1aと流体通路1
d間を開・閉する。The rotary shut-off valve 13 is screwed into a shut-off valve mounting opening 1b of the valve box 1 via a cap nut 13a. By rotating a handle 13b, a valve 13d is opened via a valve rod 13c. To the fluid inlet 1a and the fluid passage 1
Open and close between d.
次に、本件調整器の組立について説明する。 Next, the assembly of the present adjuster will be described.
先ず弁箱１へ、弁体２、シート３、弁体ガイド４、ダ
イヤフラム５、調圧用スプリング９及びスプリングケー
ス10等を組付ける。First, the valve body 2, the seat 3, the valve body guide 4, the diaphragm 5, the pressure adjusting spring 9, the spring case 10, and the like are attached to the valve box 1.
次に、内部を10-4torr程度の真空度に保持した真空槽
（図示省略）の内部で、ゲッター12を固着した蓋体11を
スプリングケース10の上方へ螺着し、所定の締込量に調
整する。Next, in a vacuum chamber (not shown) holding the inside at a degree of vacuum of about 10 -4 torr, the lid 11 to which the getter 12 is fixed is screwed over the spring case 10 to a predetermined tightening amount. Adjust to
その後、ビーム溶接方法により、真空槽の内部に於い
て前記感圧室Ｂの螺着部E,E…を溶接し、これにより感
圧室Ｂ内を真空下で密封する。Thereafter, the threaded portions E, E,... Of the pressure-sensitive chamber B are welded inside the vacuum chamber by a beam welding method, thereby sealing the inside of the pressure-sensitive chamber B under vacuum.
また、同時に蓋体11の裏面側に固着したゲッター12の
周辺部へビームを照射して約300℃程度に加熱し、これ
を活性化する。At the same time, the periphery of the getter 12 fixed to the back surface of the lid 11 is irradiated with a beam and heated to about 300 ° C. to activate it.
次に、本件調整器の作動について説明する。 Next, the operation of the present adjuster will be described.
ダイヤフラム５には、予かじめ設定されたスプリング
９の弾性力が下方へ向けて常時付加されており、これに
より弁体２は下降し、流体通路1d,1e間が連通してい
る。A predetermined elastic force of a spring 9 is constantly applied downward to the diaphragm 5, whereby the valve body 2 descends, and the fluid passages 1 d and 1 e communicate with each other.
シャットオフ弁13を開放すると、流体Ｄが流入し、流
体通路1d,1eを通して流通する。二次側流体圧Ｐが上昇
し、所定の設定値に達すると、ダイヤフラム５がスプリ
ング９の弾性力に打ち勝って上方へ押し上げられ、弁体
２がシート３へ当座して流体Ｄの流通が遮断される。When the shutoff valve 13 is opened, the fluid D flows and flows through the fluid passages 1d and 1e. When the secondary fluid pressure P rises and reaches a predetermined set value, the diaphragm 5 overcomes the elastic force of the spring 9 and is pushed upward, the valve body 2 abuts on the seat 3 and the flow of the fluid D is cut off. Is done.
二次側の流体圧Ｐは連通孔2dを通して弁体２の下部シ
ャフト部2cの空間2e内へ導入されており、下部シャフト
部2cと二次側流体圧Ｐとの圧力差が相殺され、弁体２は
円滑に作動する。The fluid pressure P on the secondary side is introduced into the space 2e of the lower shaft portion 2c of the valve body 2 through the communication hole 2d, so that the pressure difference between the lower shaft portion 2c and the secondary fluid pressure P is offset, and the valve P The body 2 operates smoothly.
尚、弁体２は上部シャフト部2bと下部シャフト部2cの
両方でガイドされており、下部シャフト部2cと一次側流
体通路1d間のシールはＯリング８により行なわれてい
る。The valve body 2 is guided by both the upper shaft portion 2b and the lower shaft portion 2c, and a seal between the lower shaft portion 2c and the primary fluid passage 1d is provided by an O-ring 8.
（発明の効果） 本発明に於いては、圧力調整用のスプリングを形状記
憶合金の擬弾性特性を利用したスプリングとしているた
め、スプリングの変形量が変わってもスプリングの弾性
力が殆んど変化せず、その結果、常に所定の弾性力をダ
イヤフラムに掛けることが出来、極めて高精度な圧力調
整が可能となる。(Effect of the Invention) In the present invention, since the spring for pressure adjustment is a spring utilizing the pseudoelastic property of the shape memory alloy, the elastic force of the spring changes substantially even if the amount of deformation of the spring changes. As a result, a predetermined elastic force can always be applied to the diaphragm, and extremely high-precision pressure adjustment becomes possible.
また、本発明に於いては感圧室Ｂ内を高度な真空空間
にする構成としているため、ダイヤフラムに掛かる外気
圧が略零となって環境圧力の影響が完全に排除され、外
気圧の変動による誤差等が皆無となる。Further, in the present invention, since the inside of the pressure sensing chamber B is formed as a high vacuum space, the external pressure applied to the diaphragm becomes substantially zero, and the influence of the environmental pressure is completely eliminated, and the fluctuation of the external pressure is reduced. And no error due to the error.
更に、感圧室Ｂ内を真空空間としているため、スプリ
ングへの伝熱も固体熱伝導のみとなる。その結果、環境
温度が大きく変化しても、スプリングやダイヤフラムの
温度が急激に変化することは無く、温度変化による調整
圧の狂いが殆んど無視し得る程度となる。Further, since the inside of the pressure sensing chamber B is a vacuum space, the heat transfer to the spring is only solid heat conduction. As a result, even if the environmental temperature changes significantly, the temperature of the spring or the diaphragm does not change suddenly, and the deviation of the adjustment pressure due to the temperature change is almost negligible.
そのうえ、ビーム溶接そのものの環境が10-4torr程度
であるため、特別な作業を要することなく感圧室Ｂ内を
所望の真空度下に密封できると共に、ゲッターの加熱活
性化もビームを利用して同時に行なうことが出来、調整
器の製造コストの大幅な引下げを図り得る。In addition, since the environment of the beam welding itself is about 10 -4 torr, the inside of the pressure-sensitive chamber B can be sealed under a desired degree of vacuum without any special operation, and the beam is also used for heat activation of the getter. Can be performed at the same time, and the manufacturing cost of the regulator can be significantly reduced.
本発明は上述の通り優れた実用的効果を奏するもので
ある。The present invention has excellent practical effects as described above.
第１図は、本発明に係る調整器の縦断面図である。 第２図は、複合型スプリングの変位−荷重特性曲線の一
例を示すものである。 １……弁箱 ２……弁体 ３……シート ４……弁体ガイド ５……ダイヤフラム ９……調圧用スプリング 10……スプリングケース 11……蓋体 12……ゲッター 13……シャットオフ弁 Ａ……ダイヤフラム室 Ｂ……感圧室 Ｐ……流体圧 Ｄ……流体FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a regulator according to the present invention. FIG. 2 shows an example of a displacement-load characteristic curve of the composite spring. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Valve box 2 ... Valve element 3 ... Seat 4 ... Valve element guide 5 ... Diaphragm 9 ... Spring for pressure regulation 10 ... Spring case 11 ... Lid 12 ... Getter 13 ... Shut-off valve A: Diaphragm chamber B: Pressure sensitive chamber P: Fluid pressure D: Fluid
Claims (1)
室（Ｂ）とを設け、前記ダイヤフラム室（Ａ）内に設け
たダイヤフラム（５）に、流体圧（Ｐ）と調圧用スプリ
ング（９）の弾性力とを加えるようにしたダイヤフラム
式調整器に於いて、前記調圧用スプリング（９）を、超
弾性機能を有する形状記憶合金製のスプリングとすると
共に、前記感圧室（Ｂ）を真空槽内でシール部をビーム
溶接して成る真空の感圧室とし、且つ感圧室（Ｂ）内に
ビーム照射による加熱により活性化したゲッター（12）
を配設したことを特徴とする高精度調整器。A diaphragm (A) and a pressure-sensitive chamber (B) are provided in a valve box (1), and a diaphragm (5) provided in the diaphragm chamber (A) is adjusted to a fluid pressure (P). In a diaphragm type regulator for applying the elastic force of a pressure spring (9), the pressure adjusting spring (9) is a spring made of a shape memory alloy having a superelastic function, and the pressure-sensitive chamber is formed. (B) a vacuum pressure-sensitive chamber formed by beam-welding a seal portion in a vacuum chamber, and a getter (12) activated by heating by beam irradiation in the pressure-sensitive chamber (B).
A high-precision adjuster characterized by having a.
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