JP4222821B2

JP4222821B2 - 定流量弁

Info

Publication number: JP4222821B2
Application number: JP2002343689A
Authority: JP
Inventors: 研郎吉野; 昭博続
Original assignee: Asahi Organic Chemicals Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Yukizai Corp
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2022-11-27
Also published as: TW200521364A; TWI302970B; JP2004176812A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弁上流側および下流側の流体圧力が変動しても流量を一定にする定流量弁に関するものであり、さらに詳しくは発塵防止のために摺動部が無く、即応性に優れた定流量弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の定流量弁は種々提案されているが、その一つとして特開平５−９９３５４に開示されているタイプのものがある。その構造は図８に示すように、流路１０１中に設けられた弁座１０２と、それに対向する弁体１０３を有するダイヤフラム１０４とでダイヤフラム室１０５を設け、またダイヤフラム１０４にバネ１０６を介して開弁方向の力を作用させ、さらに入口側流体をダイヤフラム室１０５に流入させるようダイヤフラム１０４に連絡路１０７を有している。
【０００３】
これらによって、入口側より流入した流体はダイヤフラム１０４を弁閉方向に加圧し、連絡路１０７で減圧されダイヤフラム室１０５に入る。ダイヤフラム室１０５に流入した流体は、ダイヤフラム１０４を弁開方向に加圧し、弁座１０２とダイヤフラム１０４の弁体１０３との間の流体制御部１０８を通るときさらに減圧されて出口側へと流出していく。
【０００４】
また、ダイヤフラム１０４に作用する弁閉方向の力と弁開方向の力の差は、ダイヤフラム１０４を弁開方向に付勢しているバネ１０６と釣りあった状態となっている。
【０００５】
そのため、入口側の流体圧力が増加するか、もしくは、出口側の流体圧力が減少すると、ダイヤフラム１０４に作用する弁閉方向の力が増加し流体制御部１０８の開口面積が減少しダイヤフラム室１０５の流体圧力を増加させる。これによって、ダイヤフラム１０４に作用する弁開方向の力も増加し、ダイヤフラム１０４に作用する弁閉方向と弁開方向の力の差は再度バネの１０６の力と釣り合うこととなる。
【０００６】
一方、入口側の流体圧力が減少するか、出口側の流体圧力が増加すると、流体制御部１０８の開口面積は増加するため、やはり、ダイヤフラム１０４に作用する弁閉方向と弁開方向の力の差はバネ１０６の力と釣り合うこととなる。
【０００７】
したがって、ダイヤフラム１０４に作用する入口側流体圧力とダイヤフラム室１０５の流体圧力の差は一定に保たれるため、連絡路１０７の前後の差圧が一定となり、流量を一定に保つことができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−９９３５４号公報（第５図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バネ１０６の加重を分解することなく変更することができないため、連絡路１０７前後の差圧を変えることが出来ず、流量の設定をバルブ配管後に変更することが出来ない。
【００１０】
また、バネ１０６が接液しているため流体への金属の溶出や薬液による腐食が懸念される。
【００１１】
さらに、完全に弁閉することができないため流体を遮断するためには別途バルブを接続する必要がある。
【００１２】
本発明は以上のような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、バルブ配管後でも簡単に流量の設定変更が可能で、金属の溶出や薬液による腐食の心配が無い、弁閉可能な定流量弁を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の構成を図１にもとづいて説明すると、流体の入口流路２３、出口流路３０及び、入口流路２３及び出口流路３０が連通するチャンバ６とから形成された本体部１、弁体４３と第一ダイヤフラム部８を有する弁部材７、弁部材７の下部および上部に位置し第一ダイヤフラム部８より有効受圧面積が小さい第二ダイヤフラム部９および第三ダイヤフラム部１０を有し、弁部材７及び各ダイヤフラム部８，９，１０が各ダイヤフラム部の外周部を本体部１に固定されることによりチャンバ６内に取りつけられ、かつ前記各ダイヤフラム部によってチャンバ６を第一加圧室１１、第二弁室１２、第一弁室１３及び第二加圧室１８に区分し、第一加圧室１１は第二ダイヤフラム部９に対して常時内向きの一定の力を加える手段を有し、第一弁室１３は入口流路２３と連通し、第二弁室１２は、弁部材７の弁体４３に対応する弁座２７を有し、弁座２７に対して第一ダイヤフラム部８側に位置し、第一ダイヤフラム部８に設けられた連通孔４０にて第一弁室１３と連通している下部第二弁室１４と、第二ダイヤフラム部９側に位置し、前記出口流路３０と連通している上部第二弁室１５とに分かれて形成され、弁部材７の上下動により弁体４３と弁座２７との間の開口面積が変化して下部第二弁室１４の流体圧力が制御される流体制御部４６を有し、第二加圧室１８は、第三ダイヤフラム部１０に対して常時内向きの一定の力を加える手段を有することを第一の特徴としている。
【００１４】
また、一定の力を加える手段がバネ装置または加圧流体であることを第二の特徴としている。
【００１５】
さらにまた、第二ダイヤフラム部９に、第一加圧室１１に設けられた第四ダイヤフラム部５９を介して一定の力が加えられていることを第三の特徴としている（図７参照）。
【００１６】
【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。
【００１７】
図１は本発明の定流量弁の一実施態様を示す縦断面図である。図２は、図１に他の表示を追加した図である。図３は本体の一部の半割斜視図である。図４は本体の他の一部の半割斜視図である。図５は各ダイヤフラム部の半割斜視図である。図６は図１において上流側圧力が減少もしくは下流側圧力が増加した場合の状態を示す縦断面図である。図７は本発明の定流量弁の他の実施態様を示す縦断面図である。
【００１８】
図において１は本体部であり、内部に第一加圧室１１、第二弁室１２、第一弁室１３及び第二加圧室１８に区切られるチャンバ６と、流体が外部からチャンバ６へ流入するための入口流路２３及びチャンバ６から外部へと流出するための出口流路３０とを有し、上から本体Ｃ４、本体Ｂ３、本体Ａ２、本体Ｄ５に分かれており、これらを一体に組みつけて構成されている。
【００１９】
本体Ａ２は本体部１の内側に位置しＰＴＦＥ製であり、図３に示すように上部に平面円形状の段差部１９が設けられ、段差部１９の中央には段差部１９より小径の、下部第一弁室１６となる開孔部２０が、また、開孔部２０の下には開孔部２０の径より大径の平面円形状の下部段差部２１が連続して設けられている。本体Ａ２の上面部、すなわち段差部１９の周縁部には環状凹溝２２が設けられ、また、側面から本体Ａ２の開孔部２０に連通する入口流路２３が設けられている。
【００２０】
本体Ｂ３は本体Ａ２の上面に係合固定されＰＴＦＥ製であり、図４に示すように上部に平面円形状の段差部２４が設けられ、段差部２４の中央には段差部２４より小径の上部第二弁室１５となる開孔部２５が設けられている。また、開孔部２５の下には開孔部２５の径より小径の開口部２６と、本体Ａ２の段差部１９と同じ径の平面円形状の下部段差部２８が連続して設けられている。開口部２６の下端周囲は弁座２７となっている。本体Ｂ３の下面部すなわち下部段差部２８の周縁部には本体Ａ２の環状凹溝２２と相対する位置に環状凹溝２９が設けられ、また、本体Ａ２の入口流路２３と反対側に位置する本体Ｂ３の側面から開孔部２５に連通する出口流路３０が設けられている。
【００２１】
本体Ｃ４は本体Ｂ３の上部に嵌合固定されＰＶＤＦ製であり、上部中央にはボルト３１が螺合される雌ネジ部３２が設けられ、その下には第一加圧室１１となる開孔部３３（図２）が連続に設けられている。本体Ｃ４の側面にはそこから開孔部３３に連通する小径の呼吸孔３５（図２）が設けられ、また、下端面には本体Ｂ３の段差部２４に嵌合される環状突部３４が開孔部３３を中心にして設けられている。
【００２２】
本体Ｄ５は本体Ａ２の底部に嵌合固定されＰＶＤＦ製であり、中央部には上面に開口した、第二加圧室１８となる開孔部３６（図２）が設けられ、開孔部３６上面の周囲には、本体Ａ２の下部段差部２１に嵌合固定される環状突部３７が設けられている。また、本体Ｄ５の側面には、そこから開孔部３６に連通する小径の呼吸孔３８が設けられている。
【００２３】
以上説明した本体部１を構成する４つの本体Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはボルト・ナット（図示せず）で挟持固定されている。
【００２４】
７はＰＴＦＥ性の弁部材であり、中央に鍔状に設けられた肉厚部３９と肉厚部３９を貫通して設けられた連通孔４０、肉厚部３９の外周面から径方向に延出して設けられた円形状の薄膜部４１及び薄膜部４１の外周縁部に上下に突出して設けられた環状リブ部４２を有する第一ダイヤフラム部８と、第一ダイヤフラム部８の上部中央に設けられ逆すり鉢状の弁体４３と、弁体４３の上部より上方に突出して設けられ、上端部が半球状に形成された上部ロッド４４及び肉厚部３９の下端面中央部より下方に突出して設けられ、下端部が半球状に形成された下部ロッド４５を有し、かつ、一体的に形成されている。第一ダイヤフラム部８の外周縁部に設けられた環状リブ部４２は本体Ａ２と本体Ｂ３に設けられた両環状凹溝２２，２９に嵌合され、本体Ａ２と本体Ｂ３に挟持固定されている。また、弁体４３の傾斜面と本体Ｂ３の開口部２６（図４）の下端面周縁部との間に形成される空間は流体制御部４６になっている。
【００２５】
９はＰＴＦＥ製の第二ダイヤフラム部であり、中央に円柱状の肉厚部４７と肉厚部４７の下端面から径方向に延出して設けられた円形状の薄膜部４８、及び薄膜部４８の外周縁部に設けられた環状シール部４９を有し、かつ一体的に形成されている。また、薄膜部４８の周縁部の環状シール部４９は本体Ｂ３の上部の段差部２４と、本体Ｃ４の環状突部３４とに挟持固定されている。
【００２６】
尚、第二ダイヤフラム部９の受圧面積は、第一ダイヤフラム部８のそれよりも小さく設ける必要がある。
【００２７】
１０はＰＴＦＥ製の第三ダイヤフラム部で、形状は第二ダイヤフラム部９と同一になっており、上下逆にして配置されている。肉厚部５０の上端面は弁部材７の下部ロッド４５と接触しており、また、薄膜部５１の周縁部の環状シール部５２は本体Ａ２の下部段差部２１と本体Ｄ５の環状突部３７とに挟持固定されている。
【００２８】
尚、第三ダイヤフラム部１０の受圧面積も上記と同様に第一ダイヤフラム部８のそれよりも小さく設ける必要がある。
【００２９】
５３は本体Ｃ４の開孔部３３内に配置され、第二ダイヤフラム部９の肉厚部４７に嵌合されているＰＶＤＦ製のバネ受けである。バネ受け５３は、本体Ｃ４の雌ネジ部３２に螺合されたボルト３１との間に配置されたバネ５４により、常に第二ダイヤフラム部９を内向き（図１では下方向）に加圧している。本実施態様では、バネ５４とバネ受け５３とで加圧手段が形成されているが、本体Ｃ４の開孔部３３に加圧空気などの流体を導入することによる手段でもかまわない。
【００３０】
５５および５６は本体Ｄ５の開孔部３６に配置されたＰＶＤＦ製のバネ受けとＳＵＳ製のバネである。両者は上記と同じ作用で第三ダイヤフラム部１０を内向き（図１では上向き）に加圧している。その他については上記と同様であるため説明は省略する。
【００３１】
以上説明した各構成により本体部１の内部に形成されたチャンバ６は上から、第二ダイヤフラム部９と本体Ｃ４の開孔部３３とから形成された第一加圧室１１、第一ダイヤフラム部８と本体Ｂ３の下部段差部２８との間に形成された下部第二弁室１４と第二ダイヤフラム部９と本体Ｂ３の開孔部２５とから形成された上部第二弁室１５との両者からなる第二弁室１２、第三ダイヤフラム部１０と本体Ａ２の開孔部２０とで形成された下部第一弁室１６と第一ダイヤフラム部８と本体Ａ２の段差部１９とで形成された上部第一弁室１７とからなる第一弁室１３、及び第三ダイヤフラム部１０と本体Ｄ５の開孔部３６とで形成された第二加圧室１８に区分されていることがわかる。
【００３２】
上記の構成からなる第一の実施態様の定流量弁の作動は次のとおりである。
【００３３】
本体Ａ２の入口流路２３より第一弁室１３に流入した流体は、弁部材７の連通孔４０を通ることで減圧され下部第二弁室１４に流入する。さらに、流体は、下部第二弁室１４から流体制御部４６を通り上記第二弁室１５に流入する際に流体制御部４６での圧力損失により再度減圧され出口流路３０から流出する。ここで、連通孔４０の直径は充分小さく設けてあるため、弁を流れる流量は連通孔４０前後の圧力差によって決まっている。
【００３４】
このとき、各ダイヤフラム部８，９，１０が流体から受ける力を見ると、第一ダイヤフラム部８は第一弁室１３と下部第二弁室１４内の流体圧力差により上方向の、第二ダイヤフラム部９は上部第二弁室１５の流体圧力により上方向の、第三ダイヤフラム部１０は第一弁室１３内の流体圧力により下方向の力を受けている。ここで、第一ダイヤフラム部８の受圧面積は、第二ダイヤフラム部９及び第三ダイヤフラム部１０の受圧面積よりも充分大きく設けてあるため、第二、第三ダイヤフラム部９，１０に働く力は、第一ダイヤフラム部８に働く力に比べてほとんど無視することができる。したがって、弁部材７が、流体から受ける力は、第一弁室１３と下部第二弁室１４内の流体圧力差による上方向の力となる。
【００３５】
また、弁部材７は、第一加圧室１１の加圧手段により下方へ付勢されており、同時に第二加圧室１８の加圧手段により上方へ付勢されている。第一加圧室１１の加圧手段の力を第二加圧室１８の加圧手段の力より大きく調整しておけば、弁部材７が各加圧手段から受ける合力は下方向の力となる。
【００３６】
したがって、弁部材７は、各加圧手段による下方向の合力と、第一弁室１３と下部第二弁室１４内の流体圧力差による上方向の力とが釣り合う位置に安定する。つまり、各加圧手段による合力と流体圧力差による力が釣り合うように、下部第二弁室１４の圧力が流体制御部４６の開口面積により自立的に調整される。
【００３７】
したがって、各加圧手段による下向きの合力に変化が無ければ、第一弁室１３と下部第二弁室１４内の流体圧力差は一定となり、連通孔４０の前後の差圧は一定に保たれる。よって、弁を流れる流量は常に一定に保たれる。
【００３８】
以上の作動により、本定流量弁前後の流体圧に変化があっても流量を一定に保つことができる。
【００３９】
また、本定流量弁は、弁部材７に働く各加圧手段の合力と、第一弁室１３と下部第二弁室１４との圧力差による力とが釣り合って作動するため、弁部材７に働く各加圧手段の合力を調整変更すれば、第一弁室１３と下部第二弁室１４との流体圧力差はそれに対応した値となる。したがって、連通孔４０前後の差圧を変更調整することができるため、バルブを分解することなく流量を変更調整することができる。
【００４０】
さらにまた、第一加圧室１１の加圧手段による力を第二加圧室１８の加圧手段による力より小さく調整すれば、弁部材７に働く合力は上方向のみとなり、弁部材７の弁体４３を本体Ｂ３の開口部２６の弁座２７に押圧するかたちとなり、流体を遮断することができる。すなわち、定流量弁は閉塞状態となる。
【００４１】
図７は本定流量弁の第二の実施態様を示す縦断面図である。本実施態様は加圧手段がバネに替わって圧縮空気による手段になっている。
【００４２】
本体Ａ２、本体Ｂ３、本体Ｄ５、弁部材７、第二ダイヤフラム部９、第三ダイヤフラム部１０、及び、第三ダイヤフラム部１０に対して加圧する手段構造は図１の定流量弁と同じであり、作動も同様であるため説明は省略する。
【００４３】
図において、５７は本体Ｂ３の上部に嵌合固定されている本体Ｅであり、中央に本体Ｅ５７の上下端面を貫通し上部で拡径した平面円形状のダイヤフラム室６０と、ダイヤフラム室６０と外部とを連通する呼吸孔６１、及び下端面に本体Ｂ３の段差部２４に嵌合される環状突部６２がダイヤフラム室６０を中心として設けられている。
【００４４】
５８は本体Ｅ５７の上部に位置する本体Ｆであり、下部に気室６３と、気室６３と上端面とを貫通して設けられ外部から気室６３へと圧縮空気などを導入するための給気孔６４とが設けられている。
【００４５】
５９は第四ダイヤフラム部であり、周縁部に外径が本体Ｅ５７のダイヤフラム室６０と略同径の円筒形リブ６５と、中央に円柱部６６、及び円筒形リブ６５の下端面内周と円柱部６６の上端面外周とをつないで設けられた膜部６７を有する。円筒形リブ６５は本体Ｅ５７のダイヤフラム室６０に嵌合固定されるとともに、本体Ｂ３と本体Ｅ５７の間で挟持固定され、円柱部６６はダイヤフラム室６０の中で上下動自在となっている。また、円柱部６６の下部は、第二ダイヤフラム９の肉厚部４７（図２）が嵌合されている。
【００４６】
上記構成より、第二ダイヤフラム部９と本体Ｅ５７のダイヤフラム室６０及び本体Ｆ５８の気室６３とから第一加圧室１１（図１）が形成されており、第四ダイヤフラム部５９上面が圧縮空気などの圧力を受けることにより第二ダイヤフラム部９は常に内向き（図６では下方向）に加圧されている。
【００４７】
作動については、第一実施態様と同じであるので説明は省略する。加圧手段に圧縮空気を使用する構成にすることにより、圧縮空気の圧力を調整変更することで第二ダイヤフラム部９を内向き（図６では下方向）に加圧する力を調整変更することができる。そのため、圧縮空気の圧力を電動空気圧式レギュレータ等で調整すれば遠隔操作にて流量の変更、遮断を行なうことができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上の構成より設けられた本定流量弁は以下の優れた特徴を有する。
【００４９】
（１）第一加圧室の加圧手段による内向きの力を変更することで流量を変更することができるため、バルブを分解することなく流量を変更できる。
【００５０】
（２）バネ等の金属の接液がないため金属の溶出による流体の汚染を防ぐことができる。
【００５１】
（３）第一加圧室の加圧手段による内向きの力を、第二加圧室の加圧手段による内向きの力より小さく調整すると流体を遮断することができるため、別途流体遮断用のバルブを接続する必要がない。
【００５２】
（４）第一加圧室の加圧手段を圧縮空気によるものにすれば、電動空気圧式レギュレータ等を使って遠隔操作にて流量の変更、遮断を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の定流量弁の一実施態様を示す縦断面図である。
【図２】図１に他の表示を追加した図である。
【図３】図１の本体の一部の半割斜視図である。
【図４】図１の本体の他の一部の半割斜視図である。
【図５】各ダイヤフラム部の半割斜視図である。
【図６】図１において上流側圧力が減少もしくは下流側圧力が増加した場合の状態を示す縦断面図である。
【図７】本発明の定流量弁の他の実施態様を示す縦断面図である。
【図８】従来の定流量弁の縦断面図である。
【符号の説明】
１…本体部
２…本体Ａ
３…本体Ｂ
４…本体Ｃ
５…本体Ｄ
６…チャンバ
７…弁部材
８…第一ダイヤフラム部
９…第二ダイヤフラム部
１０…第三ダイヤフラム部
１１…第一加圧室
１２…第二弁室
１３…第一弁室
１４…下部第二弁室
１５…上部第二弁室
１６…下部第一弁室
１７…上部第一弁室
１８…第二加圧室
１９…段差部
２０…開孔部
２１…下部段差部
２２…環状凹溝
２３…入口流路
２４…段差部
２５…開孔部
２６…開口部
２７…弁座
２８…下部段差部
２９…環状凹溝
３０…出口流路
３１…ボルト
３２…雌ネジ部
３３…開孔部
３４…環状突部
３５…呼吸孔
３６…開孔部
３７…環状突部
３８…呼吸孔
３９…肉厚部
４０…連通孔
４１…薄膜部
４２…環状リブ部
４３…弁体
４４…上部ロッド
４５…下部ロッド
４６…流体制御部
４７…肉厚部
４８…薄膜部
４９…環状シール部
５０…肉厚部
５１…薄膜部
５２…環状シール部
５３…バネ受け
５４…バネ
５５…バネ受け
５６…バネ
５７…本体Ｅ
５８…本体Ｆ
５９…第四ダイヤフラム部
６０…ダイヤフラム室
６１…呼吸孔
６２…環状突部
６３…気室
６４…給気孔
６５…円筒形リブ
６６…円柱部
６７…膜部

Claims

流体の入口流路、出口流路及び、入口流路及び出口流路が連通するチャンバから形成された本体部、弁体と第一ダイヤフラム部を有する弁部材、該弁部材の下部及び上部に位置し第一ダイヤフラム部より有効受圧面積が小さい第二ダイヤフラム部及び第三ダイヤフラム部を有し、前記弁部材及び各ダイヤフラム部が各ダイヤフラム部の外周部を前記本体部に固定されることにより前記チャンバ内に取りつけられ、かつ前記各ダイヤフラム部によって前記チャンバを第一加圧室、第二弁室、第一弁室、及び第二加圧室に区分し、前記第一加圧室は前記第二ダイヤフラム部に対して常時内向きの一定の力を加える手段を有し、前記第一弁室は前記入口流路と連通しており、前記第二弁室は、前記弁部材の弁体に対応する弁座を有し、また該弁座に対して第一ダイヤフラム部側に位置し前記第一ダイヤフラム部に設けられた連通孔にて前記第一弁室と連通している下部第二弁室と、前記第二ダイヤフラム部側に位置し前記出口流路と連通して設けられた上部第二弁室とに分かれて形成され、前記弁部材の上下動により前記弁体と弁座との間の開口面積が変化して前記下部第二弁室の流体圧力が制御される流体制御部を有し、前記第二加圧室は、前記第三ダイヤフラム部に対して常時内向きの一定の力を加える手段を有することを特徴とする定流量弁。
一定の力を加える手段がバネ装置または加圧流体であることを特徴とする請求項１記載の定流量弁。
前記第二ダイヤフラム部に、前記第一加圧室に設けられた第四ダイヤフラム部を介して一定の力が加えられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の定流量弁。