JP3953865B2 - 流量調整弁 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、薬液等の流量を制御する流量調整弁に関する。
【0002】
【従来の技術】
図9は、従来の流量調整弁を用いた図である。流体流路に流量調整弁20が介装されている。この流量調整弁20は、図10のように複数の薬液の流量を精密に調整して調合する場合のラインなどに用いられるものである。
図11に、この流量調整弁20について具体的に示した。この図において、符号20は流量調整弁であり、21はこの流量調整弁20の基体となるハウジングである。このハウジング21は、フッ素樹脂材料から成形されており、内部には流体入口22、およびこの流体入口22に連通する第1の室23、およびこの第1の室23に連通する第2の室24、およびこの第2の室24に連通する流体出口25が形成されている。また、第2の室24と流体出口25の間にはオリフィス26が固定状態に配設されている。このオリフィス26は、その孔径が目的とする流量に合わせて一定に形成されたもので、オリフィスプレート26よりも下流側の流路ブロック21bが止めねじ21cによって固定されていることにより、ハウジング21から着脱して交換できるようになっている。
【0003】
一方、第2の室24には、この第2の室24を二つに区画する圧力調整膜27が固定され、この圧力調整膜27には、第1の室23および第2の室24に亘って配置されたニードル28が固定されている。このニードル28は、ハウジング21の壁部27aとの間でテーパ部28aによって流体の流路面積を決定する。一方、前記オリフィスプレート26よりも下流位置には、流体出口25に向かう流体の一部を前記流路ブロック21bを介して圧力調整膜27の背面部に供給する流路29が設けられ、第2の室24に流入する流体との間で圧力変動を相殺し、圧力を一定に維持し得るようになっている。また、ハウジング21には第2の室24の上方に位置して、圧力調整膜27の膨縮位置を調整する調整機構30が設けられている。
【0004】
この調整機構30は、ハウジング21の外部に露出して設けられた操作部31と一体的に構成されている。操作部31は、ハウジング21に固定された基部31cと、該基部31cに螺合するツマミ31dとを備えている。基部31cの外周面とツマミ31dの内周壁とにはねじ溝が切られており、互いに螺合していることにより、ツマミ31dを回転させるとツマミ31dが上下方向に移動するようになっている。ツマミ31dには棒状体31aが直接固定されており、ツマミ31dの上下移動と共に棒状体31aが上下に移動するようになっている。
基部31cには、ツマミ31dの移動による圧力の調整状況が判断しやすいように、目盛31bが付されている。
棒状体31aの下方には、第1キャップ30bを介してスプリング30cが連設され、このスプリング30cの下方には、これを受ける第2キャップ30dが第2の室24と一体的に配設されている。また、符号32はハウジング21が固定される基台を示す。
【0005】
次に、上記のような構成からなる流量調整弁20の使用例について説明する。この流量調整弁20は、例えば半導体の製造過程において必要とされる高純度薬品に対応して管路に一部に配設して使用されるものとする。この場合においては、外部の管および他の外部の管にそれぞれ流体入口22および流体出口25を連結し、ハウジング21の内部に液体を流入する。すなわち、流体入口22から流入した液体は、第1の室23から第2の室24を通過し、さらにオリフィスプレート26を通過して流体出口25から他の外部の管内へ流出される。
【0006】
このようにして、液体は他の外部の管から排出される。このとき、その液体の流量を的確な量に調整するため、操作部31(ツマミ31d)を回動させる。これによって、棒状体31aが移動し、連設されたスプリング30cの弾性力によって第2キャップ30dが第2の室24内の流体圧力を増加あるいは減少させ、第2の室24内の圧力を調整する。この操作に関して、例えば排出する流量を少なくする場合は、圧力を増加させるために目盛31bの数値が小さくなるように操作部31を回動する。これによって圧力調整膜27は図1の上方へ移動し、したがってニードル28のテーパ部28aとハウジング21の壁部27aとの間の流路面積が小さくなり、第2の室24内へ流入する液体の流量が減少し、流体出口25から流出される液体の量も減少する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上記流量調整弁20は、図9、図10に示すように、流量調整弁20の下流に設けられたメイン開閉弁40を開閉することで、図12のように薬液の供給をON/OFFしている。
しかし、実際にはメイン開閉弁40がOFFとなった瞬間、流量調整弁20とメイン開閉弁40との間の流路の圧力が水撃作用によって上がる。メイン開閉弁40がOFF状態の間、この圧力(バックプレッシャー)が圧力調整膜27の背面側に作用し、ニードル28のテーパ部28aとハウジング21の壁部27aとの間の流路面積が広がっている。したがって、OFFからONに切り替わった瞬間、図13のように瞬間的に高い流量となってしまう。また、バックプレッシャーのもう一つの原因として、メイン開閉弁40を閉として流体の供給を停止した場合でも、上流側からの流体供給圧が作用し続けるため、圧力調整膜27の背面側に圧力が作用するということが挙げられる。
このため、このバックプレッシャーを改善し、より高い精度を得ることが課題となっていた。
【0008】
上記事情に鑑み、本発明においては正確な流量調整を行うことができる流量調整弁を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、ハウジング内に、流体入口に連通する第1の室と、この第1の室および流体出口に連通する第2の室とが形成されていることによって、流体入口から、第1の室、第2の室、および流体出口につながる流体流路が形成され、前記第2の室内に、この第2の室を二つに区画する圧力調整膜が固定され、この圧力調整膜に、前記第1および第2の室内に亘って配置されたニードルが固定され、前記流体入口から前記第2の室に導入された流体の圧力に応じて前記圧力調整膜が変位することにより、前記ニードルと前記ハウジングの壁部との間の流路面積が変位して、前記第2の室および前記流体出口側の流体圧力が調整される構成であって、さらに、前記第2の室から流出した流体を絞る絞り手段が設けられ、該絞り手段より下流側の前記流体流路に前記流体の一部が分岐する分岐部が設けられ、該分岐部において分岐された前記流体の一部が前記圧力調整膜の背面側に導入される構成とされた流量調整弁において、前記絞り手段より上流側に、前記流体流路を開閉する一次側開閉弁が設けられていることを特徴とする。
【0010】
この発明においては、下流に設けられているメイン開閉弁を閉じて流体の供給を停止する際に、一次側開閉弁も閉じることにより、上流側の流体から受ける圧力を遮断することができる。これにより、圧力調整膜に対して上流側の流体圧力が作用して高圧となることが防止される。
【0011】
請求項2に記載の発明は、ハウジング内に、流体入口に連通する第1の室と、この第1の室および流体出口に連通する第2の室とが形成されていることによって、流体入口から、第1の室、第2の室、および流体出口につながる流体流路が形成され、前記第2の室内に、この第2の室を二つに区画する圧力調整膜が固定され、この圧力調整膜に、前記第1および第2の室内に亘って配置されたニードルが固定され、前記流体入口から前記第2の室に導入された流体の圧力に応じて前記圧力調整膜が変位することにより、前記ニードルと前記ハウジングの壁部との間の流路面積が変位して、前記第2の室および前記流体出口側の流体圧力が調整される構成であって、さらに、前記第2の室から流出した流体を絞る絞り手段が設けられ、該絞り手段より下流側の前記流体流路に前記流体の一部が分岐する分岐部が設けられ、該分岐部において分岐された前記流体の一部が前記圧力調整膜の背面側に導入される構成とされた流量調整弁において、前記分岐部から前記圧力調整膜の背面側に至るまでの流路を開閉する二次側開閉弁が設けられていることを特徴とする。
【0012】
この発明においては、下流に設けられているメイン開閉弁を閉じて流体の供給を停止する際に、二次側開閉弁を閉じる。これにより、水撃作用による圧力の伝達が圧力調整膜の背面側に至ることを防止することができる。
【0013】
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の流量調整弁において、前記絞り手段より上流側に、前記流体流路を開閉する一次側開閉弁が設けられていることを特徴とする。
【0014】
この発明においては、メイン開閉弁を閉じて流体の供給を停止する際に、一次側開閉弁も閉じることにより、上流側の流体から受ける圧力を遮断することができる。これにより、圧力調整膜に対して上流側の流体圧力が作用して高圧となることが防止される。
【0015】
請求項4に記載の発明は、ハウジング内に、流体入口に連通する第1の室と、この第1の室および流体出口に連通する第2の室とが形成されていることによって、流体入口から、第1の室、第2の室、および流体出口につながる流体流路が形成され、前記第2の室内に、この第2の室を二つに区画する圧力調整膜が固定され、この圧力調整膜に、前記第1および第2の室内に亘って配置されたニードルが固定され、前記流体入口から前記第2の室に導入された流体の圧力に応じて前記圧力調整膜が変位することにより、前記ニードルと前記ハウジングの壁部との間の流路面積が変位して、前記第2の室および前記流体出口側の流体圧力が調整される構成であって、さらに、流体出口から吐出される流体の流動が、後流に設けられるメイン開閉弁によって開閉される流量調整弁において、前記メイン開閉弁が閉じられる際のバックプレッシャーの伝達が防止された流体が前記圧力調整膜の背面側に導入されるバイパス流路孔が前記ハウジングに形成されていることを特徴とする。
【0016】
この発明においては、例えば流量調整弁の後流であってメイン開閉弁に至る前において、流体を絞る絞り手段を設け、該絞り手段より下流側の流体流路に前記流体の一部が分岐する分岐部を設け、該分岐部において分岐された前記流体の一部が、前記バイパス流路孔を経て前記圧力調整膜の背面側に導入されるようにする。そして、前記分岐部から前記圧力調整膜の背面側に至るまでの流路を開閉する二次側開閉弁を設ける。
このような場合において、メイン開閉弁を閉じて流体の供給を停止する際に、二次側開閉弁を閉じる。これにより、水撃作用によるバックプレッシャーの伝達が圧力調整膜の背面側に至ることを防止することができる。
また、絞り手段より上流側に流体流路を開閉する一次側開閉弁を設けることにより上流側からのバックプレッシャーを防止するようにした装置と接続してもよい。
【0017】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第1実施形態について説明する。
図1に示したものは、本実施形態に係る流量調整弁50の概略構成を示した図である。本実施形態において、流体流路51に、流量調整弁本体52、一次側開閉弁53、オリフィス(絞り手段)54、開閉弁55が介装された構成となっている。
次に、図2および図3を参照して流量調整弁50の具体的な構造について説明する。
流量調整弁50は、流体入口22と流体出口25との間の流体流路51に、上記の流量調整弁本体52、一次側開閉弁53、オリフィス54、開閉弁55が設けられている。
流体調整弁本体52は、ハウジング21内に、流体入口22に連通する第1の室23と、この第1の室23および流体出口25に連通する第2の室24とが形成されている。第2の室24内に、この第2の室24を二つに区画する圧力調整膜27が固定され、この圧力調整膜27に、前記第1および第2の室23,24内に亘って配置されたニードル28が固定され、前記流体入口22から前記第2の室24に導入された流体の圧力に応じて前記圧力調整膜27が変位することにより、前記ニードル28と前記ハウジング21の壁部27aとの間の流路面積が変位して、前記第2の室24および前記流体出口25側の流体圧力が調整される構成となっている。
さらに、前記第2の室24から流出した流体は、一次側開閉弁53を通過した後でオリフィス54によって絞られる構成となっている。該オリフィス54より下流側であって開閉弁55の上流において、前記流体流路51から前記流体の一部が分岐する分岐部57が設けられている。該分岐部57において分岐された前記流体の一部が前記圧力調整膜27の背面側に導入される構成となっている。圧力調整膜27の背面側に導入された流体は、下流側の圧力変動を伝達することにより、圧力調整膜27を適宜移動させ、下流側の圧力変動に関わらず流体調整弁50から流出する流体流量が一定に調整される構成となっている。
【0018】
一次側開閉弁53、オリフィス54、開閉弁55は、図3に示したように一体化されて一つのハウジング58内に収容されている。また、一次側開閉弁53および開閉弁55はエア駆動式であって、エアのON/OFFで開閉されるように構成されている。このエアは、一次側開閉弁53と開閉弁55とに共通のエアポート68から与えられるようになっている。
【0019】
図2に示したように、一次側開閉弁53には、弁座60に対して弁体61が離間接触することで、流体流路51が開閉されるようになっている。一方、開閉弁55においても同様に弁座62に対して弁体63が離間接触することで、流体流路51が開閉される。ただし、図4に示したように、まず弁座62周囲の空間65に流体が流入し、弁座62中央の流路66を経て流体が下流に流れるようになっているが、弁座62周囲の空間65にはまた、分岐部57として分岐流路67が開口している。分岐流路67は、図2および図3に示すようにハウジング21に形成されたバイパス流路孔69を経て圧力調整膜27の背面側に導入されるようになっている。これにより、弁座62周囲の空間65に流れ込んだ流体は、弁体63が弁座62と接しているか否かに関わらず、少なくともその一部が分岐流路67を経て圧力調整膜27の背面側に導入されるようになっている。
【0020】
なお、流量調整弁本体52において、他の構成は上記従来の構成における流量調整弁20と同様であるので同一の符号を用いてその説明を省略する。また、流量調整弁50よりも下流側に、従来の構成と同じようにメイン開閉弁40が設けられている。
【0021】
このように構成された流量調整弁において、開閉タイミングについて説明する。
メイン開閉弁40は、従来と同様に図12のようなタイミングで開閉される。
メイン開閉弁40が閉じる際には、メイン開閉弁40が閉じるよりも先に、開閉弁53,55を閉じる。閉じる場合には、それぞれ共通したエアポート68からエアを供給することで、同時に閉じることができる。
なお、開閉弁53,55を閉じるタイミングは、メイン開閉弁40と同時でもよい。また、少なくともメイン開閉弁40が閉じる際に発生する水撃作用が流量調整弁50に伝達するより先に閉じるようにすればよい。
このように一次側開閉弁53を閉じることで、上流側の流体から受ける圧力を遮断することができる。これにより、圧力調整膜27に対して上流側の流体圧力が作用して高圧となることが防止される。
また、開閉弁55を閉じることで、水撃作用による圧力の伝達が圧力調整膜27の背面側に至ることを防止することができる。
【0022】
以上のことにより、メイン開閉弁40が閉じられても、圧力調整膜27の背面側の圧力は高くならず、再びメイン開閉弁40を開いたときに、図13のような一時的な大流量は発生せず、精密に流量を制御することができる。
また、一次側開閉弁53、オリフィス54、開閉弁55が、図3に示したように一体化しているため、コンパクトである。またエアポート68も一つでよい。
【0023】
次に、第2実施形態について説明する。
図5に示したものは、本実施形態に係る流量調整弁80の概略構成を示した図である。本実施形態において、流体流路51に、流量調整弁本体52、一次側開閉弁53およびオリフィス(絞り手段)54が介装され、さらにオリフィス54下流側で分岐した分岐流路67に二次側開閉弁81が介装された構成となっている。
次に、図6及び図7を参照して流量調整弁80の構造について説明する。図6は流量調整弁80の平面図であり、図7は流量調整弁80の正面図である。なお、流量調整弁本体52の構造は上記第1実施形態と同一であるため、同一の符号を用いてその説明を省略する。
流量調整弁本体52の下流には、一次側開閉弁53が設けられ、その更に下流の位置Aにおいてオリフィス54が設けられている。更に下流に分岐部83が設けられ、流体の一部が分岐して分岐流路67を通り、二次側開閉弁81を経て前記圧力調整膜27の背面側に導入されるようになっている。
【0024】
このように構成された流量調整弁において、開閉タイミングについて説明する。
メイン開閉弁40は、従来と同様に図12のようなタイミングで開閉される。
メイン開閉弁40が閉じる際には、メイン開閉弁40が閉じるよりも先に、開閉弁53,81を閉じる。
なお、開閉弁53,81を閉じるタイミングは、メイン開閉弁40と同時でもよい。また、少なくともメイン開閉弁40が閉じる際に発生する水撃作用が流量調整弁80に伝達するより先に閉じるようにすればよい。
このように一次側開閉弁53を閉じることで、上流側の流体から受ける圧力を遮断することができる。これにより、圧力調整膜27に対して上流側の流体圧力が作用して高圧となることが防止される。
また、二次側開閉弁81を閉じることで、水撃作用による圧力の伝達が圧力調整膜27の背面側に至ることを防止することができる。
【0025】
以上のことにより、メイン開閉弁40が閉じられても、圧力調整膜27の背面側の圧力は高くならず、再びメイン開閉弁40を開いたときに、図13のような一時的な大流量は発生せず、精密に流量を制御することができる。
また、オリフィス54を取り出して容易に交換等の作業を行うことができる。
【0026】
なお、上記各実施形態においては、流量調整弁本体52は手動式であるが、図8のように空気駆動式の流量調整弁本体90としてもよい。図8において、符号91は第2圧力調整膜である。この第2圧力調整膜91は、ハウジング21に設けられた空気導入口92から圧縮空気を第2圧力調整膜91の背面に導入することで、背圧を与えることができるようになっている。そして第2圧力調整膜91の背圧を変化させることで、圧力調整膜27を介して第2の室24内の流体圧力を増加あるいは減少させ、第2の室24内の圧力を調整して流量を変化させることができる。
【0027】
また、上記各流量調整弁本体52,90をユーザ側における設備に対して接続してもよい。この場合は、流量調整弁本体52,90を、ユーザ側の開閉弁53,55,81等に接続して使用する。
また、一次側開閉弁53と開閉弁55、または一次側開閉弁53と二次側開閉弁81とは必ずしも両方必要でなく、どちらか一方のみ使用してもよい。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の流量調整弁においては、以下の効果を有する。
請求項1に記載の発明によれば、メイン開閉弁を閉じて流体の供給を停止する際に、一次側開閉弁も閉じることにより、上流側の流体から受ける圧力を遮断することができる。これにより、圧力調整膜に対して上流側の流体圧力が作用して高圧となることを防止することができ、メイン開閉弁を開いたときに一時的な大流量は発生せず、精密に流量を制御することができる。
請求項2に記載の発明によれば、メイン開閉弁を閉じて流体の供給を停止する際に、二次側開閉弁を閉じる。これにより、水撃作用による圧力の伝達が圧力調整膜の背面側に至ることを防止することができ、メイン開閉弁を開いたときに一時的な大流量は発生せず、精密に流量を制御することができる。
請求項3に記載の発明によれば、メイン開閉弁を閉じて流体の供給を停止する際に、一次側開閉弁も閉じることにより、上流側の流体から受ける圧力を遮断することができる。これにより、圧力調整膜に対して上流側の流体圧力が作用して高圧となることを防止することができ、メイン開閉弁を開いたときに一時的な大流量は発生せず、精密に流量を制御することができる。
請求項4に記載の発明によれば、バックプレッシャーの発生が防止された流体を圧力調整膜の背面側に導入することができるため、メイン開閉弁を開いたときに一時的な大流量は発生せず、精密に流量を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態として示した流量調整弁の概略構成図である。
【図2】 同流量調整弁の構成を示した断面図である。
【図3】 同流量調整弁の平面図である。
【図4】 同流量調整弁に用いられる開閉弁の弁座近傍を示した図である。
【図5】 本発明の第2実施形態として示した流量調整弁の概略構成図である。
【図6】 同流量調整弁の平面図である。
【図7】 同流量調整弁の正面図である。
【図8】 流量調整弁本体の変形例である。
【図9】 従来の流量調整弁の概略構成を示した図である。
【図10】 同流量調整弁の使用例を示した図である。
【図11】 従来の流量調整弁の構成を示した図である。
【図12】 流量調整弁を用いて供給される流体の流量と時間との関係を示した図である。
【図13】 従来の流量調整弁を用いた場合において、流体の流量を開とした瞬間の一時的な流量の増大を示した図である。
【符号の説明】
21 ハウジング
23 第1の室
24 第2の室
50 流量調整弁
51 流体流路
52 流量調整弁本体
53 一次側開閉弁
54 オリフィス
55 開閉弁
69 バイパス流路孔
81 二次側開閉弁
90 流量調整弁本体
Claims (4)
- ハウジング内に、流体入口に連通する第1の室と、この第1の室および流体出口に連通する第2の室とが形成されていることによって、流体入口から、第1の室、第2の室、および流体出口につながる流体流路が形成され、前記第2の室内に、この第2の室を二つに区画する圧力調整膜が固定され、この圧力調整膜に、前記第1および第2の室内に亘って配置されたニードルが固定され、前記流体入口から前記第2の室に導入された流体の圧力に応じて前記圧力調整膜が変位することにより、前記ニードルと前記ハウジングの壁部との間の流路面積が変位して、前記第2の室および前記流体出口側の流体圧力が調整される構成であって、さらに、前記第2の室から流出した流体を絞る絞り手段が設けられ、該絞り手段より下流側の前記流体流路に前記流体の一部が分岐する分岐部が設けられ、該分岐部において分岐された前記流体の一部が前記圧力調整膜の背面側に導入される構成とされた流量調整弁において、
前記絞り手段より上流側に、前記流体流路を開閉する一次側開閉弁が設けられていることを特徴とする流量調整弁。 - ハウジング内に、流体入口に連通する第1の室と、この第1の室および流体出口に連通する第2の室とが形成されていることによって、流体入口から、第1の室、第2の室、および流体出口につながる流体流路が形成され、前記第2の室内に、この第2の室を二つに区画する圧力調整膜が固定され、この圧力調整膜に、前記第1および第2の室内に亘って配置されたニードルが固定され、前記流体入口から前記第2の室に導入された流体の圧力に応じて前記圧力調整膜が変位することにより、前記ニードルと前記ハウジングの壁部との間の流路面積が変位して、前記第2の室および前記流体出口側の流体圧力が調整される構成であって、さらに、前記第2の室から流出した流体を絞る絞り手段が設けられ、該絞り手段より下流側の前記流体流路に前記流体の一部が分岐する分岐部が設けられ、該分岐部において分岐された前記流体の一部が前記圧力調整膜の背面側に導入される構成とされた流量調整弁において、
前記分岐部から前記圧力調整膜の背面側に至るまでの流路を開閉する二次側開閉弁が設けられていることを特徴とする流量調整弁。 - 請求項2に記載の流量調整弁において、
前記絞り手段より上流側に、前記流体流路を開閉する一次側開閉弁が設けられていることを特徴とする流量調整弁。 - ハウジング内に、流体入口に連通する第1の室と、この第1の室および流体出口に連通する第2の室とが形成されていることによって、流体入口から、第1の室、第2の室、および流体出口につながる流体流路が形成され、前記第2の室内に、この第2の室を二つに区画する圧力調整膜が固定され、この圧力調整膜に、前記第1および第2の室内に亘って配置されたニードルが固定され、前記流体入口から前記第2の室に導入された流体の圧力に応じて前記圧力調整膜が変位することにより、前記ニードルと前記ハウジングの壁部との間の流路面積が変位して、前記第2の室および前記流体出口側の流体圧力が調整される構成であって、さらに、流体出口から吐出される流体の流動が、後流に設けられるメイン開閉弁によって開閉される流量調整弁において、
前記メイン開閉弁が閉じられる際のバックプレッシャーの伝達が防止された流体が前記圧力調整膜の背面側に導入されるバイパス流路孔が前記ハウジングに形成されていることを特徴とする流量調整弁。
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JP2003294158A (ja) | 2003-10-15 |
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