JP3971840B2

JP3971840B2 - 圧力式流量制御装置

Info

Publication number: JP3971840B2
Application number: JP08946298A
Authority: JP
Inventors: 悟安河内
Original assignee: Fujikin Inc; Horiba Stec Co Ltd
Current assignee: Fujikin Inc; Horiba Stec Co Ltd
Priority date: 1998-03-17
Filing date: 1998-03-17
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2018-03-17
Also published as: JPH11265215A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガスなどの流体の流量を制御する圧力式流量制御装置、特に、流体制御弁の下流側に絞り機構を設け、この絞り機構の上流側の圧力を下流側の圧力の約２倍以上に保持した状態でガスの流量制御を行う圧力式流量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ノズルを通るガス流の特徴の一つに、ノズルの上流側圧力Ｐ₁と下流側圧力Ｐ₂の圧力比Ｐ₂／Ｐ₁がガスの臨界圧力比（空気や窒素などの場合約０．５）が０．５以下になると、ノズルを通るガスの流速が音速となって、ノズル下流側の圧力変動が上流側に伝播しなくなり、ノズル上流側の状態に相応した安定した質量流量を得ることができるといった事象がある。
【０００３】
上述の事象を応用した装置として、例えば特開平８−３３５１１７号公報に開示された圧力式流量制御装置がある。この圧力式流量制御装置は、流体制御弁の下流側に音速ノズルのような絞り機構を設け、この絞り機構の上流側の圧力を下流側の圧力の約２倍以上に保持した状態で流体の流量制御を行うもので、従来のマスフローコントローラなどの流体制御装置に比べて、流量制御を高精度で行うことができるといった利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載されている圧力式流量制御装置においては、絞り機構における孔を機械加工によって形成しており、しかも、その径は固定的に定められるものであった。このため、機械加工のばらつきが即、流量や差圧の個体差に結びつき、安定した制御が行えないことがある。そして、絞り機構における孔径が固定的であるため、特定の流量にしか設定できないといった不都合があった。
【０００５】
また、前記絞り機構における孔の径は、例えば０．１〜０．７ｍｍ程度と微細であり、このような微細な孔は、放電、プレス、エッチングなどの特殊な加工方法によらねばならず、製作の面でも煩わしいものであった。
【０００６】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、所望の孔径に簡単に設定することができ、安定した流量制御を行うことができるようにした圧力式流量制御装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明は、流体制御弁の下流側に絞り機構を設け、この絞り機構の上流側の圧力を下流側の圧力の約２倍以上に保持した状態でガスの流量制御を行うとともに、前記絞り機構が、流体制御弁が設けられる本体ブロックに着脱自在に接続される継手ブロックの内部に着脱自在に設けられている圧力式流量制御装置であって、
前記継手ブロックに形成された凹部に組み込まれる絞り機構ブロックと、
この絞り機構ブロックに収容され前記絞り機構を構成する絞り機構部材と、
絞り機構ブロック内の前記絞り機構部材を押圧して、前記絞り機構部材の絞り部分を変形させる押圧部材とを有し、
さらに、前記絞り機構ブロックの内部には、本体ブロック側の流路に連通する導入路と、雌ねじ部と、この雌ねじ部に連なり半球状部とその先端の筒部とからなる規制部とが形成されている一方、
前記絞り機構部材は、弾力性を有する素材よりなり、前記規制部の表面と対応する外形を呈し、内部の開口は先端ほど細くなるように形成され、その先端側に前記絞り部分によって孔が形成されており、
前記押圧部材は、前記雌ねじ部と螺合するよう外周に形成された雄ねじ部を有するとともに、前記押圧部材の内部には絞り機構部材の前記開口と絞り機構ブロックの前記導入路を連通する連通孔が形成され、
前記押圧部材のねじ込み具合を調整して前記絞り部分を変形させることにより、前記絞り部分の孔径の大きさを変えられるように構成してある。
【０００８】
上記圧力式流量制御装置においては、絞り機構における絞り部分を変形させることにより、孔径の大きさを変えられるようにしているので、絞り機構における孔径を機械加工を厳密に行うことなく、所望の孔径に設定することができ、安定した流量制御を行うことができる。
【０００９】
前記継手ブロックに組み込む前の前記絞り機構ブロックに対して、前記絞り機構部材を前記規制部内に収容し、前記押圧部材を螺着した状態で、スクリュードライバなどの適宜の部材を前記押圧部材に形成してある溝部に嵌め込んで、前記押圧部材を回転させることにより、前記押圧部材が前進して、前記絞り機構部材が圧縮され、この圧縮によって、前記絞り機構部材の先端の前記絞り部分は、前記規制部の形状に沿うようにして、前記孔が縮径するように変化する一方、前記押圧部材を反対の方向に回転させることにより、前記絞り部分は、前記孔が拡径するように変化すべく構成するのが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１〜図４は、この発明の一つの実施の形態を示す。まず、図１は、この発明の圧力式流量制御装置の一例を示し、この図において、１は例えば直方体状の本体ブロックで、耐化学薬品性を有する素材、例えばステンレス鋼よりなる。この本体ブロック１の一端側には、ガスなど流体の導入用の継手ブロック２が溶接によって一体的に連設され、他端側には、流体導出用の継手ブロック３がねじ４によって着脱自在に連設されている。この継手ブロック３も例えばステンレス鋼よりなり、内部に絞り機構５が設けられている。なお、この絞り機構５については、後で詳しく説明する。
【００１１】
前記本体ブロック１の内部には、上流側が継手ブロック２に連なり、下流側が継手ブロック３に連なるガス流路６が形成され、このガス流路６の途中にガス流量を制御する流体制御弁７と圧力センサ８が設けられている。
【００１２】
前記流体制御弁７は、次のように構成されている。すなわち、本体ブロック１の上面側に延設された上流側のガス流路６ａには、弁口９と、下流側のガス流路６ｂに連なる流路１０とを備えたオリフィスブロック１１が設けられるとともに、弁頭部１２とプランジャ部１３とからなり、弁口９の開度を調節する弁体１４が弁頭部１２を弁口９に近接した状態で設けられている。そして、この弁体１４は、本体ブロック１の上部に設けられた弁ブロック１５の下部空間内に設けられた金属製のダイヤフラム１６によって、通常時、オリフィスブロック１１の上面との間に若干の隙間が形成されるように、上下動自在に保持されている。
【００１３】
１７は弁体１４を上下方向に押圧駆動する圧電素子型アクチュエータで、弁ブロック１５に螺着された筒状のケース１８内に収容されている。この圧電素子型アクチュエータ１７に所定の電圧を加えることにより、伝達部材としてのルビーボール１９を介して弁体１４が押圧駆動され、これによって、弁口９の開度が調整され、流体流路６を流れるガスの流量が制御される。
【００１４】
前記圧力センサ８は、例えば歪みセンサよりなり、流体制御弁７の下流側の流路６ｂに形成された凹部２０に臨むようにして設けられている。
【００１５】
次に、継手ブロック３およびこれに設けられる絞り機構５について、図２〜図４をも参照しながら説明する。まず、継手ブロック３は、図１に示すように、一端部側（上流側）に本体ブロック１の下流側の端面に対応するフランジ部２１が形成され、他端側（下流側）の外周にねじ部２２が形成されている。そして、この継手ブロック３の内部上流側には、ザグリ部を有するとともに、絞り機構ブロック２３（その構成については後述する）を着脱自在に設けるための雌ねじ部２４（図３参照）を有する凹部２５と、この凹部２５に連なり、継手ブロック３の下流側端面に開口を有する末広がり状態の流路２６が形成されている。
【００１６】
前記絞り機構ブロック２３は、図２および図３に示すように、円筒体形状で、その上流側の外周には、前記雌ねじ部２４と螺合する雄ねじ部２７が形成されるとともに、下流側の外周には二条の凹溝２８が形成され、シール部材としてのＯリング２９が嵌め込まれている。そして、絞り機構ブロック２３の内部には、本体ブロック１側の流路６ｂと同径の導入路３０と、雌ねじ部３１と、この雌ねじ部３１に連なり半球状部３２ａとその先端の筒部３２ｂとからなる規制部３２とが形成されている。なお、この絞り機構ブロック２３は、例えばステンレス鋼よりなる。
【００１７】
そして、３３は絞り機構５を構成する絞り機構部材で、例えば四フッ化エチレン樹脂などの耐薬品性および弾力性を有する素材よりなり、図３および図４に示すように、前記規制部３２の表面と対応する外形を呈し、内部の開口３４は先端ほど細くなるように形成され、その先端側に絞り部分３３Ａによって絞り機構としての孔５が形成されている。この孔５の径Ｄは、０．１〜０．７ｍｍ程度である。また、３５は絞り機構部材３３を押圧して、孔５の大きさを変化させる押圧部材で、例えばステンレス鋼よりなり、その外周には雌ねじ部３１と螺合する雄ねじ部３６が形成されているとともに、内部には前記開口３４の上流側の直径とほぼ等しい孔３７が貫設され、さらに、その上流側の端面には細い溝部３８が形成されている。
【００１８】
上記構成の圧力式流量制御装置においては、絞り機構５を構成するには、継手ブロック３に組み込む前の絞り機構ブロック２３に対して、図４（Ａ）に示すように、絞り機構部材３３を規制部３２内に収容し、押圧部材３５を螺着する。そして、同図（Ｂ）において、スクリュードライバなど適宜の部材を溝部３８に嵌め込んで、押圧部材３５を矢印３９方向に回転させると、押圧部材３５が図中の矢印４０方向に前進して、絞り機構部材３３が矢印４０方向に圧縮される。この圧縮によって、絞り機構部材３３の先端の絞り部分３３Ａは、絞り機構ブロック２３の規制部３２の形状に沿うようになり、その孔５を縮径するように変化する。逆に、押圧部材３５を矢印３９と反対の方向に回転させると、前記孔５の径は広がる。
【００１９】
つまり、押圧部材３５のねじ込み具合を調整することにより、絞り機構部材３３における絞り部分３３Ａを変形させることができ、孔径の大きさを変えることができる。したがって、絞り機構５における孔径の大きさは、ねじ式の押圧部材３５のねじ込みを加減するといったきわめて簡単な手法で、絞り機構５における孔径を所望の大きさに設定することができ、安定した流量制御を行うことができるのである。
【００２０】
前記孔径の調整を行った後、絞り機構ブロック２３を継手ブロック３に螺着する。そして、この継手ブロック３を、流体制御弁７および圧力センサ８を組み込んだ本体ブロック１に対してねじ止めすることにより、所望の圧力式流量制御装置を得ることができる。
【００２１】
そして、上記実施の形態においては、絞り機構５を構成する絞り機構部材３３を着脱自在に組み込んだ絞り機構ブロック２３が、継手ブロック３に対して着脱自在に設けられ、さらに、この継手ブロック３が、流体制御弁７などが設けられる本体ブロック１に着脱自在に接続されるように構成してあるので、絞り機構５における孔径の調整を簡単に行うことができるのは勿論のこと、絞り機構５や継手ブロック３の点検やメンテナンスを簡単に行うことができる。また、ガスの種類に最適な継手ブロック３や絞り機構５を選択して本体ブロック１と組み合わせることができる。
【００２２】
【発明の効果】
この発明の圧力式流量制御装置は、絞り機構における絞り部分を変形させることにより、孔径の大きさを変えられるようにしているので、絞り機構における孔径を機械加工を厳密に行うことなく、所望の孔径に設定することができ、安定した流量制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の圧力式流量制御装置の一例を示す縦断面図である。
【図２】前記圧力式流量制御装置に用いられる絞り機構を組み込んだ継手ブロックの一例を示す断面図である。
【図３】前記継手ブロックの要部を示す分解斜視図である。
【図４】絞り機構とこれを押圧する部材の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１…本体ブロック、３…継手ブロック、５…孔（絞り機構）、６ｂ…流路、７…流体制御弁、２３…絞り機構ブロック、２５…凹部、３０…導入路、３１…雌ねじ部、３２…規制部、３２ａ…半球状部、３２ｂ…筒部、３３…絞り機構部材、３４…開口、３３Ａ…絞り部分、３６…雄ねじ部、３７…孔（連通孔）、Ｄ…孔径。

Claims

流体制御弁の下流側に絞り機構を設け、この絞り機構の上流側の圧力を下流側の圧力の約２倍以上に保持した状態でガスの流量制御を行うとともに、前記絞り機構が、流体制御弁が設けられる本体ブロックに着脱自在に接続される継手ブロックの内部に着脱自在に設けられている圧力式流量制御装置であって、
前記継手ブロックに形成された凹部に組み込まれる絞り機構ブロックと、
この絞り機構ブロックに収容され前記絞り機構を構成する絞り機構部材と、
絞り機構ブロック内の前記絞り機構部材を押圧して、前記絞り機構部材の絞り部分を変形させる押圧部材とを有し、
さらに、前記絞り機構ブロックの内部には、本体ブロック側の流路に連通する導入路と、雌ねじ部と、この雌ねじ部に連なり半球状部とその先端の筒部とからなる規制部とが形成されている一方、
前記絞り機構部材は、弾力性を有する素材よりなり、前記規制部の表面と対応する外形を呈し、内部の開口は先端ほど細くなるように形成され、その先端側に前記絞り部分によって孔が形成されており、
前記押圧部材は、前記雌ねじ部と螺合するよう外周に形成された雄ねじ部を有するとともに、前記押圧部材の内部には絞り機構部材の前記開口と絞り機構ブロックの前記導入路を連通する連通孔が形成され、
前記押圧部材のねじ込み具合を調整して前記絞り部分を変形させることにより、前記絞り部分の孔径の大きさを変えられるように構成したことを特徴とする圧力式流量制御装置。
前記継手ブロックに組み込む前の前記絞り機構ブロックに対して、前記絞り機構部材を前記規制部内に収容し、前記押圧部材を螺着した状態で、スクリュードライバなどの適宜の部材を前記押圧部材に形成してある溝部に嵌め込んで、前記押圧部材を回転させることにより、前記押圧部材が前進して、前記絞り機構部材が圧縮され、この圧縮によって、前記絞り機構部材の先端の前記絞り部分は、前記規制部の形状に沿うようにして、前記孔が縮径するように変化する一方、前記押圧部材を反対の方向に回転させることにより、前記絞り部分は、前記孔が拡径するように変化すべく構成してある請求項１に記載の圧力式流量制御装置。