JP6491877B2 - 流体制御器 - Google Patents

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Description

この発明は、流体制御器に関し、特に、開閉に伴うステムの上下移動量を規制することで流量を調整する用途で使用されるのに好適な流体制御器に関する。
開閉に伴うステムの上下移動量を規制することで流量を調整する用途で使用されるのに好適な流体制御器として、流体通路が設けられたボディと、ボディの上方に設けられたケーシングと、流体通路を開閉する弁体と、上昇または下降することにより弁体を開または閉方向に移動させるステムと、ステムを上下移動させるアクチュエータと、開閉に伴うステムの上下移動量を調整するステム上下移動量調整手段とを備えているものが知られている（特許文献１）。
特許文献１のものでは、ステム上下移動量調整手段は、ハンドルのめねじ部とアクチュエータのケーシングに設けられたおねじ部とがねじ合わされており、ハンドルを回転させてストッパの位置を調節することで、開閉に伴うステムの上下移動量を調整するものとされている。
特開２００３−１４１５５号公報
上記特許文献１の流体制御器では、ハンドルのねじ部とエアシリンダのハウジング本体に設けたねじ部との螺合回転によって、ストッパの位置を調整することから、螺合回転によって生じる回転方向の力がストッパ、ステム、ベローズなどの流体制御器構成部材に作用することになる。そのため、ねじ部が緩んだり、ねじり応力が作用したりすることで、ねじ部の緩みに起因する精度の低下およびねじり応力に起因する耐久性の低下、破損等の恐れがあった。
この発明の目的は、ねじ部の緩みに起因する精度の低下およびねじり応力に起因する耐久性の低下を防止した流体制御器を提供することにある。
この発明による流体制御器は、流体通路が設けられたボディと、ボディの上方に設けられたケーシングと、流体通路を開閉する弁体と、上昇または下降することにより弁体を開または閉方向に移動させるステムと、ステムを上下移動させるアクチュエータと、開閉に伴うステムの上下移動量を調整するステム上下移動量調整手段とを備えている流体制御器において、ステム上下移動量調整手段は、ケーシングに回転可能に支持されたハンドルと、ハンドルの内周にねじ合わされた移動体と、移動体のケーシングに対する回転を防止するとともに上下方向への移動を可能とする案内手段とを備えるとともに、ケーシングに固定されたハンドル押さえリングをさらに備えており、ハンドル押さえリングは、ハンドルに設けられたフランジに摩擦低減部材を介して受け止められていることを特徴とするものである。
このステム上下移動量調整手段によると、ハンドルの回転が移動体の上下移動に変換されて、上下移動量が調整される。このため、ハンドルを回転させることでハンドルと一体に移動体が回転しながら上下移動するものでは、回転によってねじ部が緩む可能性や、ベローズ等にねじり応力が発生することによる破損の可能性があったのに対し、その可能性がなくなり、ねじ部の緩みに起因する精度の低下およびねじり応力に起因する耐久性の低下および破損がが防止される。
ステム上下移動量調整手段には、さらに、ステム上下移動量設定後の移動体の移動を阻止する移動体固定手段が設けられることがある。移動体固定手段は、例えば、１または複数本の止めねじとされる。
ステムと一体とされたアクチュエータ駆動軸の上端部が、移動体に設けられた軸挿入孔に挿入されており、軸挿入孔の下方に位置する駆動軸の部分に、フランジ部が設けられており、駆動軸のフランジ部の上面と移動体の下面との距離がステム上下移動量とされていることがある。
案内手段は、移動体に設けられた上下方向にのびる案内溝と、ケーシングに固定されて先端部が案内溝に嵌め入れられた案内ピンとを有していることがある。
また、ケーシングに固定されたハンドル押さえリングをさらに備えており、ハンドル押さえリングは、ハンドルに設けられたフランジに摩擦低減部材を介して受け止められていることが好ましい。
流体制御器は、例えばメタルダイヤフラム弁とされるが、これに限定されるものではない。また、流体制御器は、通常時閉の状態のものであってもよく、通常時開の状態のものであってもよい。
この発明の流体制御器によると、ハンドルによる回転運動をディスクの上下運動に変換することで、ねじ部の緩みに起因する精度の低下およびねじり応力に起因する耐久性の低下が防止される。
図１は、この発明による流体制御器の第１実施形態を示す縦断面図である。 図２は、図１の要部であるステム上下移動量調整手段の拡大縦断面図である。 図３は、図２の状態からステム上下移動量調整手段によってステム上下移動量を変化させた状態を示す拡大縦断面図である。
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。以下の説明において、上下は図の上下をいうものとする。
図１から図３までは、この発明による流体制御器の第１実施形態を示している。
流体制御器(1)は、ダイレクトタッチ型メタルダイヤフラム弁と称されているもので、図１に示すように、流体流入通路(2a)、流体流出通路(2b)および上方に向かって開口した凹所(2c)を有しているブロック状ボディ(2)と、ボディ(2)の凹所(2c)上部に下端部がねじ合わされて上方にのびる円筒状ボンネット(3)と、ボンネット(3)上方に設けられたケーシング(4)と、流体流入通路(2a)の周縁に設けられた環状の合成樹脂製シート(5)と、シート(5)に押圧または離間されて流体流入通路(2a)を開閉する金属製ダイヤフラム（弁体）(6)と、ダイヤフラム押さえ(7)を介してダイヤフラム(6)をシート(5)に押圧・離間させるステム(8)と、ケーシング(4)に収納されてステム(8)を上下移動させるアクチュエータ(9)と、ステム上下移動量の上限値を設定するステム上下移動量上限値設定手段(10)と、ステム上下移動量を上限値以下の範囲で変化させるステム上下移動量調整手段(11)とを備えている。
ボンネット(3)は、ステム(8)を上下移動可能に挿通させる貫通孔(21a)が中央部に設けられた頂壁(21)を有している。貫通孔(21a)の周縁部には、下方に突出する円筒状の下方突出縁部(21b)が設けられている。貫通孔(21a)および下方突出縁部(21b)の内周には、めねじ(21c)が設けられている。
ケーシング(4)は、下ケーシング部(22)と、下端部が下ケーシング部(22)にねじ合わされた上ケーシング部(23)とからなる。
下ケーシング部(22)は、ステム(8)を上下移動可能に挿通させる貫通孔(24a)が中央部に設けられた底壁(24)と、円筒状の周壁(25)とを有している。貫通孔(24a)の周縁部には、下方に突出する円筒状の下方突出部(26)が設けられている。下方突出部(26)の下部の外周には、おねじ部(26a)が設けられており、おねじ部(26a)の上部にロックナット(27)がねじ合わされている。おねじ部(26a)の下部は、ボンネット(3)の頂壁(21)に設けられためねじ(21c)にねじ合わされている。
上ケーシング部(23)は、円筒状の周壁(28)と、頂壁(29)とを有している。頂壁(29)の中央部には、貫通孔(29a)が設けられている。貫通孔(29a)の周縁部には、上方に突出する円筒状の上方突出部(30)が設けられている。
ボンネット(3)下端面とボディ(2)の凹所(2c)底面との間に、押さえアダプタ(12)が配置されており、ダイヤフラム(6)の外周縁部は、押さえアダプタ(12)とボディ(2)の凹所(2c)底面との間で保持されている。
ダイヤフラム(6)は、上に凸の円弧状が自然状態の球殻状とされている。ダイヤフラム(6)は、例えば、ニッケル合金薄板からなるものとされ、円形に切り抜き、中央部を上方へ膨出させた球殻状に形成される。ダイヤフラム(6)は、ステンレス鋼薄板からなるものや、ステンレス鋼薄板とニッケル・コバルト合金薄板との積層体よりなるものとされることがある。
ステム(8)の下端近くにフランジ(8a)が設けられており、フランジ(8a)とボンネット(3)の頂壁(21)の外周縁部との間に、ステム(8)を下方に付勢する圧縮コイルばね（付勢部材）(13)が配置されている。圧縮コイルばね(13)によって、流体制御器(1)は、通常時（アクチュエータ(9)の非作動時）は閉状態に保たれる。
アクチュエータ(9)は、下端部がステム(8)の上端部にねじ合わされることでステム(8)に固定された駆動軸(31)と、外周面がケーシング(4)の内周面に密接し、内周面が駆動軸(31)の外周面に密接して摺動可能な上下のピストン(32)(33)と、その中間に配置されたカウンタプレート(34)とを有している。上下のピストン(32)(33)の下側が操作エア導入室(35)(36)とされており、駆動軸(31)には、操作エア導入室(35)(36)に操作エアを送るための軸方向通路(31a)および径方向通路(31b)(31c)が設けられている。
ステム(8)の外径は、駆動軸(31)の外径より大きくなされており、ステム(8)の上端面(8b)は、駆動軸(31)の外径よりも径方向外側に張り出している。ステム(8)は、ステム(8)の上端面(8b)と下ケーシング部(22)の下方突出部(26)の下面との間にステム上下移動量Ａがあるように、その寸法（上下方向の長さなど）が設定されている。
ステム(8)の上方への移動に際し、ステム(8)の上端面(8b)が下ケーシング部(22)の下方突出部(26)の下面に当接することで、それ以上のステム(8)の上方への移動が阻止される。ロックナット(27)を緩めた状態で、下ケーシング部(22)を回転させることで、ステム上下移動量Ａ、すなわち、ステム(8)の上方への移動量の上限値を所要値に設定することができる。おねじ部(26a)が設けられたケーシングの下方突出部(26)、ボンネット(3)の頂壁(21)に設けられためねじ(21c)およびロックナット(27)によって、ステム上下移動量Ａの上限値を設定するステム上下移動量上限値設定手段(10)が構成されている。
ステム上下移動量Ａの上限値として、所要の耐久性が確保できる値が設定される。ここで、ステム上下移動量Ａは、流量（Ｃｖ値）と相関関係があり、したがって、所要のＣｖ値を得るためには、ステム上下移動量Ａの変更が必要となる。ステム上下移動量上限値設定手段(10)によって得られるステム上下移動量Ａを変更することで、Ｃｖ値の調整が可能であるが、この場合には、耐久性も合わせて変化することになる。そこで、ステム上下移動量上限値設定手段(10)によって得られらステム上下移動量Ａを変更することなく、所要のＣｖ値を得るためのステム上下移動量の変更を可能とするために、ステム上下移動量調整手段(11)が使用される。
ステム上下移動量調整手段(11)は、図２および図３にも示すように、円筒状のハンドル(41)と、ハンドル(41)の回転に伴って上下移動させられる円筒状の移動体(42)と、移動体(42)のケーシング(4)に対する回転を防止するとともに上下方向への移動を可能とする案内手段(43)と、ハンドル(41)を回転可能にケーシング(4)に支持させるハンドル押さえリング(44)と、ステム上下移動量設定後の移動体(42)の移動を阻止する１または複数本（図示は２本）の止めねじ(45)（移動体固定手段）とを備えている。
ハンドル(41)は、下端部にフランジ部(41a)を有しており、ハンドル(41)の上部の内周には、めねじ部(41b)が設けられている。ハンドル(41)の下部は、上ケーシング部(23)の上方突出部(30)の外周に若干の間隙をおいて嵌められており、ハンドル(41)の下端は、上ケーシング部(23)の頂壁(29)の上面で受け止められている。
移動体(42)は、上側の大径部(46)と、大径部(46)と内径が同じで外径が小さい下側の小径部(47)とからなり、大径部(46)の下面が上ケーシング部(23)の上方突出部(30)の上面で受け止められている。
大径部(46)の内周には、操作エアを導入するための配管接続部(46a)が設けられている。大径部(46)の外周には、ハンドル(41)のめねじ部(41b)にねじ合わされているおねじ部(46b)が設けられている。大径部(46)には、上下方向に貫通する２つのねじ孔が設けられており、各ねじ孔に移動体固定手段としての止めねじ(45)がねじ合わされている。
小径部(47)の内周には、駆動軸(31)の上端部(31d)が挿入される貫通孔（軸挿入孔）(47a)が配管接続部(46a)に連なるように設けられている。小径部(47)の外周に、上下方向にのびる案内溝(48)が設けられている。
上ケーシング部(23)の上方突出部(30)に、案内溝(48)を径方向外方から臨むように、上下方向に直交する方向にのびる軸を有する案内ピン(49)が設けられている。案内ピン(49)の先端部を除いた外周には、おねじが設けられており、上ケーシング部(23)の上方突出部(30)に設けられたねじ孔にねじ合わされることによって、案内ピン(49)が上ケーシング部(23)に固定されている。案内ピン(49)の先端部は、案内溝(48)に嵌め入れられており、これにより、移動体(42)は、上ケーシング部(23)に対して回転不可能にかつ上下方向移動可能になされている。こうして、案内溝(48)と案内ピン(49)とにより、移動体(42)のケーシング(4)に対する回転を防止するとともに上下方向への移動を可能とする案内手段(43)が構成されている。
ハンドル押さえリング(44)は、下側の薄肉部(50)と、薄肉部(50)と外径が等しく内径が小さい上側の厚肉部(51)とからなる。薄肉部(50)の内周には、めねじ(50a)が設けられている。厚肉部(51)の上端部には、径方向の内方に突出する環状突出縁部(51a)が設けられている。ハンドル押さえリング(44)は、上ケーシング部(23)の周壁(28)にねじ合わされて、厚肉部(51)の下面が上ケーシング部(23)の頂壁(29)の上面で受け止められている。
流体制御器(1)の開状態（操作エアによって加圧された状態）においては、ハンドル(41)操作が重たくなるが、フッ素樹脂コーティングワッシャ(52)が設けられていることで、開状態での操作性がよいものとなっている。なお、コーティングする素材は、フッ素樹脂等ではなく、金属製のワッシャでもよく、また、ワッシャ(52)に代えて、スラストベアリングなどの摩擦低減部材を使用することもできる。さらに、ボールベアリング等を使用することで、摩擦係数を低減させる構造でもよい。
流体制御器(1)の開状態（操作エアによって加圧された状態）においては、ハンドル(41)操作が重たくなるが、フッ素樹脂コーティングワッシャ(52)が設けられていることで、開状態での操作性がよいものとなっている。ワッシャ(52)に代えて、スラストベアリングなどの摩擦低減部材を使用することもできる。
図１および図２に示す状態では、移動体(42)の大径部(46)の各ねじ孔に止めねじ(45)がねじ合わされて、各止めねじ(45)の下端が上ケーシング部(23)の上方突出部(30)の上面に当接している。したがって、移動体(42)の上下移動が阻止されている。各止めねじ(45)を緩めることで、移動体(42)は、上下移動可能となる。
移動体(42)の小径部(47)の内周に設けられた貫通孔(47a)に駆動軸(31)の上端部(31d)が挿入されている状態において、駆動軸(31)の上端部(31d)近傍、すなわち、貫通孔(47a)の下方に位置する駆動軸(31)の部分に、フランジ部(53)が設けられている。これにより、駆動軸(31)のフランジ部(53)の上面と移動体(42)の小径部(47)の下面との間に、図２にＢで示すステム上下移動量（図１にＡで示すものとは異なる場所に異なる値で設定されたステム上下移動量）が設定されている。
ステム(8)の上方への移動に際し、駆動軸(31)のフランジ部(53)の上面が移動体(42)の小径部(47)の下面に当接することで、それ以上のステム(8)の上方への移動が阻止される。止めねじ(45)を緩めた状態で、ハンドル(41)を回転させることで、図３に示すように、ステム上下移動量（ステム(8)の上方への移動量の上限値）を所要値Ｂ’に（例えば図２に比べて小さい値に）設定することができる。
ここで、ステム上下移動量ＢおよびＢ’の大きさは、ステム上下移動量Ａの大きさ以下に設定される。設定に際しては、まず、流体制御器(1)の出荷時において、ステム上下移動量Ａが、使用条件および必要流量には無関係に、高耐久バルブとして耐久性が確認できる最大値に設定され、次いで、使用条件および必要流量を考慮して、ステム上下移動量ＢまたはＢ’が設定される。
流体制御器(1)の使用者は、使用ガスラインごとのＣｖ値を合わすなどの目的のために、ステム上下移動量の調整を行う必要があり、この際には、ステム上下移動量Ａは変更せずに、ステム上下移動量ＢまたはＢ’を調整するものとする。これにより、耐久性が設定値を下回ることがない状態で、Ｃｖ値を精度よく調整することができる。移動体(42)のおねじ部(46b)およびハンドル(41)のめねじ部(41b)のねじのピッチは、調整が容易なように、例えば０．５〜０．７５とされる。
上記のように、ステム上下移動量調整手段(11)によるステム上下移動量ＢまたはＢ’の調整は、ハンドル(41)の回転を移動体(42)の上下移動に変換して行うものであるので、移動体が回転することでステム上下移動量の調整を行うものに比べて、ねじ部が緩む可能性や、ベローズ等にねじり応力が発生する可能性がなくなり、ねじ部の緩みに起因する精度の低下およびねじり応力に起因する耐久性の低下が防止される。
なお、上記において、流体制御器(1)として、エア駆動式のダイレクトタッチ型メタルダイヤフラム弁を例示したが、上記のステム上下移動量上限値設定手段(10)およびステム上下移動量調整手段(11)の適用対象は、これに限定されるものではなく、ステム上下移動量の調整が必要な各種弁などに適用することができる。また、ハンドルは手動で回転させる構造としているが、これを自動で回転させる構造としてもよい。
(1)：流体制御器、(2)：ボディ、(2a)：流体流入通路、(2b)：流体流出通路、(2c)：凹所、 (4)：ケーシング、(6)：ダイヤフラム（弁体）、(8)：ステム、(9)：アクチュエータ、(10)：上下移動量上限値設定手段、(11)：ステム上下移動量調整手段、(31)：駆動軸、(31d)：上端部、 (41)：ハンドル、(41b)：めねじ部、(42)：移動体、(43)：案内手段、(44)：ハンドル押さえリング、 (46b)：おねじ部、(47a)：貫通孔（軸挿入孔）、 (48)：案内溝、 (49)：案内ピン、 (53)：フランジ部、(52)：ワッシャ（摩擦低減部材）

Claims (3)

  1. 流体通路が設けられたボディと、ボディの上方に設けられたケーシングと、流体通路を開閉する弁体と、上昇または下降することにより弁体を開または閉方向に移動させるステムと、ステムを上下移動させるアクチュエータと、開閉に伴うステムの上下移動量を調整するステム上下移動量調整手段とを備えている流体制御器において、
    ステム上下移動量調整手段は、ケーシングに回転可能に支持されたハンドルと、ハンドルの内周にねじ合わされた移動体と、移動体のケーシングに対する回転を防止するとともに上下方向への移動を可能とする案内手段とを備えるとともに、
    ケーシングに固定されたハンドル押さえリングをさらに備えており、ハンドル押さえリングは、ハンドルに設けられたフランジに摩擦低減部材を介して受け止められていることを特徴とする流体制御器。
  2. ステムと一体とされたアクチュエータ駆動軸の上端部が、移動体に設けられた軸挿入孔に挿入されており、軸挿入孔の下方に位置する駆動軸の部分に、フランジ部が設けられており、駆動軸のフランジ部の上面と移動体の下面との距離がステム上下移動量とされていることを特徴とする請求項１の流体制御器。
  3. 案内手段は、移動体に設けられた上下方向にのびる案内溝と、ケーシングに固定されて先端部が案内溝に嵌め入れられた案内ピンとを有していることを特徴とする請求項１の流体制御器。
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