JP3724985B2 - 定流量弁 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の差圧によって動作する自力式の定流量弁に関するものであり、さらに詳しくは主として超純水ラインや各種化学薬液ラインで用いられるコンパクトで発塵が少ない定流量弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自力式定流量弁の一般的なものは特開平７−３３２５１７号に記載されているようなものであった。その例を図４に示す。図において３０は本体であり下流側にラッパ管３１が設けられている。３２は前記本体と同心状に配置された内筒であり、内部にバネ３３を有している。該バネ３３は前記内筒３２に設けられたバネ受座３４と、内筒３２内部で摺動自在なダンパー３５とにより係止されている。３６はシャフトであり、一端はダンパー３５に固定され、他端はバネ受座３４を摺動自在に貫通しており、突出した先端部にはディスク３７が固定されている。該ディスク３７は前記ラッパ管３１の内面で形成された縮流部３８内で変位するようになっている。
【０００３】
このような定流量弁において流体が流れるとディスク３７の前後で差圧が生じ、ディスク３７を下流側へ押す力が働くが、ディスク３７は内筒３２に内蔵されているバネ３５の働きによって常時上流側へ付勢されている。このため縮流部３８でのディスク３７の位置は差圧とバネの反発力とが釣り合いで決まることとなる。このとき流量が常に一定になるように縮流部３の開口面積を変化させるように縮流部３８の形状が設計されている。例えば、図４の状態において差圧が増大した場合、ディスク３７の位置は上方に移動する。このとき縮流部３８の開口面積は減少するように設計されているので、流量は増大することなく一定に保たれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の定流量弁では、バネが流体と接しているため、腐食性の薬液ラインや不純物の溶出を嫌うラインでは使用できず、長期間使用した場合、バネが劣化し、設定した流量が正しく得られないという問題がある。また、シャフト及びダンパーの摺動部からの発塵により流体を汚染することがあるので、純粋な水及び薬液が要求される半導体産業や医薬品産業では使用できない。また、スラリーを含む薬液ラインに使用した場合、シャフト及びダンパーの摺動部が摩耗し易くなるという問題もある。
【０００５】
本発明は上記従来の定流量弁の問題点に鑑みなされたもので、腐食性の高い薬液ラインや発塵を嫌うライン及びスラリーを含む薬液ラインにおいても使用可能な定流量弁を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、側面にエア供給口を有する円筒状の本体と、流入口を有し本体下部と接合する下部弁箱と、流出口を有し本体上部と接合する上部弁箱と、周縁部に設けられた環状突部を本体と下部弁箱によって挟持された第一ダイヤフラムと、周縁部に設けられた環状突部を本体と上部弁箱によって挟持された第二ダイヤフラムと、第一及び第二ダイヤフラムの中央に設けられた環状接合部に接合され軸方向に移動自在となっているスリーブと、上部弁箱の内部に固定され該スリーブの移動にともなってその開口面積が変化するように先端部が形成されたプラグとからなることを特徴とする。
【０００７】
また、上記定流量弁において第一及び第二ダイヤフラムの少なくとも一方とスリーブが一体に形成されていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施態様について図面を参照して説明するが、本発明が本実施態様に限定されないことは言うまでもない。
【０００９】
図１は本発明の定流量弁においてスリーブ前後の差圧が小さい状態を示す縦断面図である。図２は本発明の定流量弁においてスリーブ前後の差圧が大きい状態を示す縦断面図である。図３は一体に形成された第一及び第二ダイヤフラムとスリーブを使用した他の実施例を示す縦断面図である。
【００１０】
図において、１は円筒状の本体であり、側面にはエア供給口８が設けられており後記空隙１１と連通している。
【００１１】
２は下部弁箱であり、外周側面に流入口９を有し、本体１の下端部と接合され、第一弁室１２を形成している。上端部には後記第一ダイヤフラム４の環状突部１８と嵌合する環状段差部１４が設けられている。
【００１２】
３は上部弁箱であり、外周側面に流出口１０を有し、本体１の上端部と接合され、第二弁室１３を形成している。下端部には後記第二ダイヤフラム５の環状突部１９と嵌合する環状段差部１５が設けられている。内部中央には後記プラグ７が螺着により固定されている。
【００１３】
４はドーナツ状に形成されたＰＴＦＥ製の第一ダイヤフラムであり、中央部には環状接合部１６が設けられており、また、外周縁部には断面矩形状の環状突部１８が設けられている。第一ダイヤフラム４は環状接合部１６で後記スリーブ６の螺合部２０に螺着され、一方、環状突部１８は下部弁箱２の上端部に設けられた環状段差部１４に嵌合され、下部弁箱２を本体１の下端面に接合させることにより、本体１と下部弁箱２とによって挟持されている。
【００１４】
５は第二ダイヤフラムであり、本体１と上部弁箱３とによって挟持されている。第二ダイヤフラム５は前記第一ダイヤフラム４と同形状、同材質であるため説明は省略する。
【００１５】
６は円筒状のスリーブであり、外周面には螺合部２０が設けられており、該螺合部２０が前記第一及び第二ダイヤフラム４，５の環状接合部１６，１７と螺着されることによって、軸方向に移動可能に保持されている。また、内部は流体流路となっている。
【００１６】
７はプラグであり、上部弁箱３の内部中央にスリーブ６と同軸となるように固定されている。プラグ７の先端は、スリーブ６の移動量に合わせてその開口面積が変化するように設計されている。すなわち、本実施態様ではスリーブ６が上方へ移動するほど、その開口面積が減少するようにプラグ７の先端は弾頭形状となっている。
【００１７】
１１は本体１及び第一、第二ダイヤフラム４，５の三者で囲まれて形成された空隙である。空隙１１の内部は前記エア供給口８から圧縮空気または不活性ガスが導入され、常に一定の圧力に保たれており、空隙１１は空気バネとして働く。
【００１８】
尚、本体等の材質はＰＴＦＥ，ＰＦＡ等のフッ素樹脂が好適に使用されるが、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン等のその他のプラスチック或いは金属でも良く特に限定されない。また第一及び第二ダイヤフラムの材質はＰＴＦＥ等のフッ素樹脂が好適に使用されるが、ゴム及び金属でも良く特に限定されない。
【００１９】
次に本実施態様の弁の作動について説明する。
【００２０】
図１はある一定の流量における定流量弁の状態を表している。このとき第一弁室１２及び第二弁室１３での流体圧力をそれぞれＰ1 及びＰ2 とすると流量Ｑは一般に
【数１】
と表される。ここでａはスリーブ６の開口面積、Ｃは流量係数、ΔＰは差圧である。
【００２１】
このときダイヤフラムの受圧面積をＡとすると、第一ダイヤフラム４には上向きの力ＡＰ1 、第二ダイヤフラム５には下向きの力ＡＰ2 が作用するが、通常、上向きの力の方が大きいので両ダイヤフラムに接合されたスリーブ６はＡＰ1 −ＡＰ2 すなわちＡΔＰの力で上方へ移動させられる。スリーブ６の変位は差圧による力ＡΔＰと前記空気バネの反発力との釣り合いによって決定される。
【００２２】
空気バネの反発力はダイヤフラムの面積、形状及び空隙１１内の圧力等によって異なるが、一般的には変位の関数として表される。図５は本実施態様の空気バネの反発力と変位の関係を示した実験例である。この例では、ダイヤフラムの空隙側の受圧部の外径を４５mm、内径を３０mm、内部の圧力を０．３MPa として実験を行っている。
【００２３】
図１の状態で上流側の流体圧力が増大した場合、第一及び第二弁室１２，１３での流体圧力がそれぞれＰ1 ′及びＰ2 ′になったとすると、スリーブ６はさらに上方に押し上げられ、スリーブ６の開口面積がａ′に変化する。（図２の状態）。このときの流量は
【数２】
となる。プラグの先端形状はスリーブ６の開口面積が次式
【数３】
を満たすように形成されており、流量はＱ′＝Ｑとなる。
【００２４】
以上のようにスリーブ６前後の差圧によってスリーブ６の位置が変化し、これに伴ってスリーブ６の開口面積も変化し流量を常に一定に保つことができる。
【００２５】
図３は本発明の第二の実施態様を示した縦断面図である。前記第一の実施態様と異なる点は第一、第二両ダイヤフラム４，５とスリーブ６とがフッ素樹脂等で一体成形にて設けられている点である。こうすることにより各々のダイヤフラムの中央部はスリーブ６に接合する手間が省くことができ弁の組立作業が容易となる。尚、第一ダイヤフラム４とスリーブ６を一体成形にて形成し、第二ダイヤフラム５をスリーブ６に螺着させる組み合わせ構造にしてもかまわない。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の定流量弁は以上説明したような構造をしており、これを使用することによって以下の優れた効果が得られる。
【００２７】
（１）接液する部材は全てＰＴＦＥ等の耐薬品性に優れた材質を用いることができるため、不純物の溶出や薬液の汚染が極めて少ない。
【００２８】
（２）スリーブの位置決定には従来の金属製のバネではなく、空気バネを用いているため、バネ定数の微調整が容易であり、長期間の使用に際しても劣化が少ない。
【００２９】
（３）摺動部がないので、動作中の発塵がなく流体の汚染が防止される。
【００３０】
（４）摺動部がないので、スラリーを含む薬液にも使用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の定流量弁においてスリーブ前後の差圧が小さい状態を示す縦断面図である。
【図２】本発明の定流量弁においてスリーブ前後の差圧が大きい状態を示す縦断面図である。
【図３】一体で形成された第一及び第二ダイヤフラムとスリーブを使用した他の実施態様を示す縦断面図である。
【図４】従来の定流量弁の縦断面図である。
【図５】本発明の定流量弁における空気バネの特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１…本体
２…下部弁箱
３…上部弁箱
４…第一ダイヤフラム
５…第二ダイヤフラム
６…スリーブ
７…プラグ
８…エア供給口
９…流入口
１０…流出口
１１…空隙
１２…第一弁室
１３…第二弁室
１４…環状段差部
１５…環状段差部
１６…環状接合部
１７…環状接合部
１８…環状突部
１９…環状突部
２０…螺合部
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の差圧によって動作する自力式の定流量弁に関するものであり、さらに詳しくは主として超純水ラインや各種化学薬液ラインで用いられるコンパクトで発塵が少ない定流量弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自力式定流量弁の一般的なものは特開平７−３３２５１７号に記載されているようなものであった。その例を図４に示す。図において３０は本体であり下流側にラッパ管３１が設けられている。３２は前記本体と同心状に配置された内筒であり、内部にバネ３３を有している。該バネ３３は前記内筒３２に設けられたバネ受座３４と、内筒３２内部で摺動自在なダンパー３５とにより係止されている。３６はシャフトであり、一端はダンパー３５に固定され、他端はバネ受座３４を摺動自在に貫通しており、突出した先端部にはディスク３７が固定されている。該ディスク３７は前記ラッパ管３１の内面で形成された縮流部３８内で変位するようになっている。
【０００３】
このような定流量弁において流体が流れるとディスク３７の前後で差圧が生じ、ディスク３７を下流側へ押す力が働くが、ディスク３７は内筒３２に内蔵されているバネ３５の働きによって常時上流側へ付勢されている。このため縮流部３８でのディスク３７の位置は差圧とバネの反発力とが釣り合いで決まることとなる。このとき流量が常に一定になるように縮流部３の開口面積を変化させるように縮流部３８の形状が設計されている。例えば、図４の状態において差圧が増大した場合、ディスク３７の位置は上方に移動する。このとき縮流部３８の開口面積は減少するように設計されているので、流量は増大することなく一定に保たれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の定流量弁では、バネが流体と接しているため、腐食性の薬液ラインや不純物の溶出を嫌うラインでは使用できず、長期間使用した場合、バネが劣化し、設定した流量が正しく得られないという問題がある。また、シャフト及びダンパーの摺動部からの発塵により流体を汚染することがあるので、純粋な水及び薬液が要求される半導体産業や医薬品産業では使用できない。また、スラリーを含む薬液ラインに使用した場合、シャフト及びダンパーの摺動部が摩耗し易くなるという問題もある。
【０００５】
本発明は上記従来の定流量弁の問題点に鑑みなされたもので、腐食性の高い薬液ラインや発塵を嫌うライン及びスラリーを含む薬液ラインにおいても使用可能な定流量弁を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、側面にエア供給口を有する円筒状の本体と、流入口を有し本体下部と接合する下部弁箱と、流出口を有し本体上部と接合する上部弁箱と、周縁部に設けられた環状突部を本体と下部弁箱によって挟持された第一ダイヤフラムと、周縁部に設けられた環状突部を本体と上部弁箱によって挟持された第二ダイヤフラムと、第一及び第二ダイヤフラムの中央に設けられた環状接合部に接合され軸方向に移動自在となっているスリーブと、上部弁箱の内部に固定され該スリーブの移動にともなってその開口面積が変化するように先端部が形成されたプラグとからなることを特徴とする。
【０００７】
また、上記定流量弁において第一及び第二ダイヤフラムの少なくとも一方とスリーブが一体に形成されていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施態様について図面を参照して説明するが、本発明が本実施態様に限定されないことは言うまでもない。
【０００９】
図１は本発明の定流量弁においてスリーブ前後の差圧が小さい状態を示す縦断面図である。図２は本発明の定流量弁においてスリーブ前後の差圧が大きい状態を示す縦断面図である。図３は一体に形成された第一及び第二ダイヤフラムとスリーブを使用した他の実施例を示す縦断面図である。
【００１０】
図において、１は円筒状の本体であり、側面にはエア供給口８が設けられており後記空隙１１と連通している。
【００１１】
２は下部弁箱であり、外周側面に流入口９を有し、本体１の下端部と接合され、第一弁室１２を形成している。上端部には後記第一ダイヤフラム４の環状突部１８と嵌合する環状段差部１４が設けられている。
【００１２】
３は上部弁箱であり、外周側面に流出口１０を有し、本体１の上端部と接合され、第二弁室１３を形成している。下端部には後記第二ダイヤフラム５の環状突部１９と嵌合する環状段差部１５が設けられている。内部中央には後記プラグ７が螺着により固定されている。
【００１３】
４はドーナツ状に形成されたＰＴＦＥ製の第一ダイヤフラムであり、中央部には環状接合部１６が設けられており、また、外周縁部には断面矩形状の環状突部１８が設けられている。第一ダイヤフラム４は環状接合部１６で後記スリーブ６の螺合部２０に螺着され、一方、環状突部１８は下部弁箱２の上端部に設けられた環状段差部１４に嵌合され、下部弁箱２を本体１の下端面に接合させることにより、本体１と下部弁箱２とによって挟持されている。
【００１４】
５は第二ダイヤフラムであり、本体１と上部弁箱３とによって挟持されている。第二ダイヤフラム５は前記第一ダイヤフラム４と同形状、同材質であるため説明は省略する。
【００１５】
６は円筒状のスリーブであり、外周面には螺合部２０が設けられており、該螺合部２０が前記第一及び第二ダイヤフラム４，５の環状接合部１６，１７と螺着されることによって、軸方向に移動可能に保持されている。また、内部は流体流路となっている。
【００１６】
７はプラグであり、上部弁箱３の内部中央にスリーブ６と同軸となるように固定されている。プラグ７の先端は、スリーブ６の移動量に合わせてその開口面積が変化するように設計されている。すなわち、本実施態様ではスリーブ６が上方へ移動するほど、その開口面積が減少するようにプラグ７の先端は弾頭形状となっている。
【００１７】
１１は本体１及び第一、第二ダイヤフラム４，５の三者で囲まれて形成された空隙である。空隙１１の内部は前記エア供給口８から圧縮空気または不活性ガスが導入され、常に一定の圧力に保たれており、空隙１１は空気バネとして働く。
【００１８】
尚、本体等の材質はＰＴＦＥ，ＰＦＡ等のフッ素樹脂が好適に使用されるが、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン等のその他のプラスチック或いは金属でも良く特に限定されない。また第一及び第二ダイヤフラムの材質はＰＴＦＥ等のフッ素樹脂が好適に使用されるが、ゴム及び金属でも良く特に限定されない。
【００１９】
次に本実施態様の弁の作動について説明する。
【００２０】
図１はある一定の流量における定流量弁の状態を表している。このとき第一弁室１２及び第二弁室１３での流体圧力をそれぞれＰ1 及びＰ2 とすると流量Ｑは一般に
【数１】
【００２１】
このときダイヤフラムの受圧面積をＡとすると、第一ダイヤフラム４には上向きの力ＡＰ1 、第二ダイヤフラム５には下向きの力ＡＰ2 が作用するが、通常、上向きの力の方が大きいので両ダイヤフラムに接合されたスリーブ６はＡＰ1 −ＡＰ2 すなわちＡΔＰの力で上方へ移動させられる。スリーブ６の変位は差圧による力ＡΔＰと前記空気バネの反発力との釣り合いによって決定される。
【００２２】
空気バネの反発力はダイヤフラムの面積、形状及び空隙１１内の圧力等によって異なるが、一般的には変位の関数として表される。図５は本実施態様の空気バネの反発力と変位の関係を示した実験例である。この例では、ダイヤフラムの空隙側の受圧部の外径を４５mm、内径を３０mm、内部の圧力を０．３MPa として実験を行っている。
【００２３】
図１の状態で上流側の流体圧力が増大した場合、第一及び第二弁室１２，１３での流体圧力がそれぞれＰ1 ′及びＰ2 ′になったとすると、スリーブ６はさらに上方に押し上げられ、スリーブ６の開口面積がａ′に変化する。（図２の状態）。このときの流量は
【数２】
【数３】
【００２４】
以上のようにスリーブ６前後の差圧によってスリーブ６の位置が変化し、これに伴ってスリーブ６の開口面積も変化し流量を常に一定に保つことができる。
【００２５】
図３は本発明の第二の実施態様を示した縦断面図である。前記第一の実施態様と異なる点は第一、第二両ダイヤフラム４，５とスリーブ６とがフッ素樹脂等で一体成形にて設けられている点である。こうすることにより各々のダイヤフラムの中央部はスリーブ６に接合する手間が省くことができ弁の組立作業が容易となる。尚、第一ダイヤフラム４とスリーブ６を一体成形にて形成し、第二ダイヤフラム５をスリーブ６に螺着させる組み合わせ構造にしてもかまわない。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の定流量弁は以上説明したような構造をしており、これを使用することによって以下の優れた効果が得られる。
【００２７】
（１）接液する部材は全てＰＴＦＥ等の耐薬品性に優れた材質を用いることができるため、不純物の溶出や薬液の汚染が極めて少ない。
【００２８】
（２）スリーブの位置決定には従来の金属製のバネではなく、空気バネを用いているため、バネ定数の微調整が容易であり、長期間の使用に際しても劣化が少ない。
【００２９】
（３）摺動部がないので、動作中の発塵がなく流体の汚染が防止される。
【００３０】
（４）摺動部がないので、スラリーを含む薬液にも使用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の定流量弁においてスリーブ前後の差圧が小さい状態を示す縦断面図である。
【図２】本発明の定流量弁においてスリーブ前後の差圧が大きい状態を示す縦断面図である。
【図３】一体で形成された第一及び第二ダイヤフラムとスリーブを使用した他の実施態様を示す縦断面図である。
【図４】従来の定流量弁の縦断面図である。
【図５】本発明の定流量弁における空気バネの特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１…本体
２…下部弁箱
３…上部弁箱
４…第一ダイヤフラム
５…第二ダイヤフラム
６…スリーブ
７…プラグ
８…エア供給口
９…流入口
１０…流出口
１１…空隙
１２…第一弁室
１３…第二弁室
１４…環状段差部
１５…環状段差部
１６…環状接合部
１７…環状接合部
１８…環状突部
１９…環状突部
２０…螺合部
Claims (2)
- 側面にエア供給口を有する円筒状の本体と、流入口を有し本体下部と接合する下部弁箱と、流出口を有し本体上部と接合する上部弁箱と、周縁部に設けられた環状突部を本体と下部弁箱によって挟持された第一ダイヤフラムと、周縁部に設けられた環状突部を本体と上部弁箱によって挟持された第二ダイヤフラムと、第一及び第二ダイヤフラムの中央に設けられた環状接合部に接合され軸方向に移動自在となっているスリーブと、上部弁箱の内部に固定され該スリーブの移動にともなってその開口面積が変化するように先端部が形成されたプラグとからなる定流量弁。
- 第一及び第二ダイヤフラムの少なくとも一方とスリーブが一体で形成されていることを特徴とする請求項１記載の定流量弁。
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|---|---|---|---|
| JP17390599A JP3724985B2 (ja) | 1999-06-21 | 1999-06-21 | 定流量弁 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17390599A JP3724985B2 (ja) | 1999-06-21 | 1999-06-21 | 定流量弁 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001004045A JP2001004045A (ja) | 2001-01-09 |
| JP3724985B2 true JP3724985B2 (ja) | 2005-12-07 |
Family
ID=15969264
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17390599A Expired - Fee Related JP3724985B2 (ja) | 1999-06-21 | 1999-06-21 | 定流量弁 |
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| MX2008011599A (es) * | 2006-03-15 | 2009-02-10 | Norgren Gmbh | Valvula de diafragma de una pieza de membrana doble. |
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1999
- 1999-06-21 JP JP17390599A patent/JP3724985B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001004045A (ja) | 2001-01-09 |
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