JPH05149467A

JPH05149467A - 流体制御弁

Info

Publication number: JPH05149467A
Application number: JP3342388A
Authority: JP
Inventors: Michinori Iwamoto; 三千範岩本; Takefumi Kanazawa; 武文金澤
Original assignee: Stec KK
Current assignee: Stec KK
Priority date: 1991-12-01
Filing date: 1991-12-01
Publication date: 1993-06-15

Abstract

(57)【要約】【目的】例えば10ｌ／min といった小流量から1000ｌ
／min といった大流量の流体まで、広い範囲にわたって
流体を、応答性よくしかも精度よく制御することができ
るコンパクトな流体制御弁を提供すること。【構成】流体Ｆが流れる流路中に、ダイヤフラム30で
仕切られた２つの室31, 32を設け、一方の室31内に、ダ
イヤフラム30の変位を伝える弁ロッド33を設けると共
に、この弁ロッド33に、オリフィス34を開閉する弁体35
を設け、他方の室32内にダイヤフラム30を変位させるた
めの制御用流体ｆを供給するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気体や液体などの流体
流量を制御するマスフローコントローラや、流体の圧力
を調整するや調圧弁などの流体を制御する弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記流体制御弁は、その弁体を駆動する
方式別に、熱膨張を利用したサーマルバルブ、電磁
力を利用したソレノイドバルブ、圧電歪力を利用した
ピエゾバルブなどに分類される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、サーマ
ルバルブは、熱膨張部材が所定量膨張するの一定の時間
がかかるため、それほど応答性がよくないと共に、制御
精度もそれほどよくないと云った欠点がある。そして、
ソレノイドバルブは、コイルやプランジャなどが必要で
あり、大流量の流体を制御する場合、これらのコイルや
プランジャなども大型化するため、バルブの構成が大掛
かりになるといった欠点がある。また、ピエゾバルブ
は、サーマルバルブやソレノイドバルブのような欠点は
ないものの、弁体の変位量（ストローク）が例えば60μ
ｍ程度と極めて小さく、従って、大流量の流体制御には
不向きであると云った欠点がある。

【０００４】本発明は、上述の事柄に留意してなされた
もので、その目的とするところは、例えば10ｌ／min と
いった小流量から1000ｌ／min といった大流量の流体ま
で、広い範囲にわたって流体を、応答性よくしかも精度
よく制御することができるコンパクトな流体制御弁を提
供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る流体制御弁は、流体が流れる流路中
に、ダイヤフラムで仕切られた２つの室を設け、一方の
室内に、ダイヤフラムの変位を伝える弁ロッドを設ける
と共に、この弁ロッドに、オリフィスを開閉する弁体を
設け、他方の室内にダイヤフラムを変位させるための制
御用流体を供給するようにしている。

【０００６】

【作用】本発明においては、従来のピエゾバルブに比べ
て弁体のストロークが大きく、従って、小流量の流体は
勿論のこと、大流量の流体を早い応答性をもって極めて
精度よく制御することができると共に、コンパクトな流
体制御弁を得ることができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照しなが
ら説明する。

【０００８】図１〜図３は、本発明の一実施例を示す。
図１において、１は弁本体で、３つの中空の弁ブロック
２，３，４（以下、第１弁ブロック２、第２弁ブロック
３、第３弁ブロック４と云う）からなる。隣接する第１
弁ブロック２と第２弁ブロック３および第２弁ブロック
３と第３弁ブロック４はそれぞれ、シール部材５，６を
介装した状態で例えばねじ部材（図外）によって分離自
在に結合されている。なお、各弁ブロック２，３，４
は、例えばステンレス鋼など耐薬品性、耐腐食性に優れ
た材料より構成されている。

【０００９】第１弁ブロック２の一端には気体や液体な
どの流体Ｆが流入する流入口７が開設されている。８は
流入口７を経て第１弁ブロック２内に流入する流体Ｆの
流れを均一化するための整流板で、図２に示すように、
その平面には例えば互いに大きさの等しい４つの貫通孔
９が開設されており、流体Ｆの流れる方向と直交するよ
うに第１弁ブロック２の流体流通空間2a内に設けられて
いる。

【００１０】10はバイパスで、後述するセンサ部17への
流体流量とバイパス10を通過する流体流量とを一定の比
率で分流するもので、図２に示すように、平面に複数の
互いに同径の小孔11を開設したステンレス鋼など耐薬品
性、耐腐食性に優れた金属板12を複数毎積層して、この
積層方向に複数の互いに平行かつ独立した流体流路13を
形成してなる。そして、このバイパス10は、流体Ｆの流
れる方向と直交する（流体流路13は流体Ｆの流れる方向
と平行）ように流体流通空間2a内に設けられている。ま
た、この実施例においては、内径が小孔11に対して圧損
が無視できる程度に大きいパイプよりなる流体取込み管
14がその上流側の流体取込み口 14aをバイパス10の上流
側の端面とほぼ同一になるようにして流体流路13と平行
に設けられている。なお、15は整流板８およびバイパス
10を保持するための保持部材で、第２弁ブロック３内の
環状の肉圧部16上に支持されている。

【００１１】17は第２弁ブロック３の外側に設けられた
センサ部で、図２に示すように、第２弁ブロック３の外
側に取付けベース18が設けられ、この取付けベース18を
覆うセンサケース19内に、小孔11と同一内径のパイプで
形成されたセンサ流路20がほぼ逆Ｕ字の状態で設けられ
ると共に、このセンサ流路20の水平な部分の外側に２つ
のセンサコイル21, 22が互いに独立した状態で巻設され
ている。そして、センサ流路20の上流側は、肉厚部16内
に形成された導入流路23を介して流体取込み管14の下流
側とを接続されており、また、センサ流路20の下流側
は、肉厚部16内に形成された導出流路24を介して第２弁
ブロック３の流体流通空間3aと連通されている。なお、
25, 26はシール部材である。

【００１２】27はオリフィス板28および隔壁部材29によ
って形成された弁室で、この弁室27は流路を遮断するよ
うに設けられるダイヤフラム30によって２室31, 32（以
下、第１室31, 第２室32と云う）に区画されている。一
方の室31内には、ダイヤフラム30の変位を伝える弁ロッ
ド33が設けられると共に、この弁ロッド33にオリフィス
板28に形成されたオリフィス34を開閉する弁体35が設け
られている。また、第２室32内にはダイヤフラム30を変
位させるための制御用流体（例えば空気）ｆが供給され
るように構成されている。

【００１３】すなわち、前記オリフィス板28は、図３に
示すように、平面部36と、これの周縁からこれに対して
ほぼ垂直に延設された胴部37とからなる。そして、平面
部36の中央に流体Ｆを流通させるためのオリフィス34が
開設され、このオリフィス34の周辺の端面38は、平面部
36よりもやや突出し、シール面に仕上げられている。ま
た、胴部37にはその周面に適宜の間隔をおいて流体Ｆの
流通路となる開口部39が形成されている。一方、隔壁部
材29には、図１に示すように、後述する電磁弁55からの
空気ｆを第２室32内に導入するための導入口40および第
２室32内から空気ｆを導出するするための導出口41が開
設されている。

【００１４】前記弁ロッド33は、ダイヤフラム30の軸方
向（流体Ｆの流れる方向と平行な方向）の変位を弁体35
に伝達するもので、図３に示すように、円環部42と、そ
の中央に位置し、先端に、後述するオリフィス遮蔽部50
の小孔51に係入する係入突部43を備えたロッド部44が立
設されたロッド保持部45と、円環部42とロッド保持部45
とを橋絡する複数の橋絡片46と、複数の長孔47とからな
り、厚さ方向に適宜弾性変形ができるように形成され、
円環部42がオリフィス板28と隔壁部材29とによって挟持
され、ロッド保持部45がダイヤフラム30に当接するよう
に設けられている。そして、この弁ロッド33は、常時は
弁体35がオリフィス34を閉止するように、弁体35に作用
している。

【００１５】前記弁体35は、図３に示すように、円環部
48と、その中央に位置し、ほぼ中央に小孔51を備えたオ
リフィス遮蔽部50と、円環部48とオリフィス遮蔽部50と
を橋絡する複数の橋絡片52と、流体Ｆの流通孔として機
能する複数の長孔52とからなり、厚さ方向に適宜弾性変
形ができるように形成され、円環部48がオリフィス板28
の平面部36に固定されると共に、オリフィス遮蔽部50が
弁ロッド33によって保持され、常時はオリフィス遮蔽部
50をオリフィス板28の平面部36に密着させ、オリフィス
34を閉止するように構成されている。

【００１６】そして、図１に示すように、オリフィス板
28および隔壁部材29の外部には、第１室31を第３弁ブロ
ック４内の流体流通空間4aと連通させるための流通路53
が周設されており、流体流通空間4aは、第３弁ブロック
４の端部に形成された流体Ｆ流出用の流出口54に連なっ
ている。

【００１７】55は第３弁ブロック４の外側に設けられた
制御用の電磁弁で、図外の空気供給源に接続されると共
に、第３弁ブロック４内に形成された導入路56を介して
隔壁部材29に形成された導入口40に接続され、第２室32
内に所定圧力の空気ｆを供給するものである。すなわ
ち、この電磁弁55は、コイル57に囲まれて配置された磁
性体製の固定コア58の中心に流体流通用の貫通孔59を形
成すると共に、常時はばね部材（図外）によって弁座60
に形成された弁口（図外）を閉止し、固定コア58の磁力
を受けてばね部材に抗して移動して弁口を開く可動コア
61にも流体流通用の流通路（図外）を形成してなるもの
で、このような電磁弁55として例えば特願平２−128587
号がある。なお、図１において、62は第３弁ブロック４
内に形成された排気路で、隔壁部材29に形成された導出
口41を大気と連通させている。

【００１８】上記構成の流体制御弁においては、電磁弁
55のコイル57に通電されていないときは、所定圧力の空
気ｆが電磁弁55を経て第２室32内に供給されないので、
弁体35はそれ自身の弾性力および弁ロッド33の弾性力に
よって、オリフィス板28のオリフィス34を閉止してい
る。従って、流入口７を経て流体制御弁内に流入した流
体Ｆは、整流板８の貫通孔９およびバイパス10の流体流
路13を通過しても、オリフィス34を通過することはでき
ない。

【００１９】そして、前記コイル57に通電が行われる
と、固定コア58が磁化され、この磁力を受けて可動コア
61がばね部材に抗して移動して弁口が開かれ、これによ
って、所定圧力の空気ｆが電磁弁55を経て第２室32内に
流入する。この第２室32内への空気ｆの流入により、第
２室32内の圧力が上昇してダイヤフラム30が第１室31側
に変位し、この変位に伴って、弁ロッド33が同方向に変
位する。そして、オリフィス板28の平面部36に密着する
ことによりオリフィス34を閉止していた弁体35が弁ロッ
ド33の変位により平面部36から離れ、図１に示すよう
に、僅かな隙間ｇが生じる。これによって、オリフィス
34より上流側で止めおかれていた流体Ｆは、隙間ｇおよ
びオリフィス34を経て第１室31に入り、さらに、オリフ
ィス34の開口部39、流通路53および第３弁ブロック４内
の流体流通空間4aを通って、流出口54から流出する。

【００２０】この場合、流体Ｆの一部は、流体取込み管
14を経てセンサ部17のセンサ流路20を通過した後、第２
弁ブロック３の流体流通空間3a内に合流するが、このと
きのセンサ流路20を流れる流体の流量に比例した出力が
センサ部17から出力され、この出力およびバイパス10に
おける分流比などを考慮に入れて信号処理することによ
り流体Ｆの流量を求めることができる。そして、このと
き検出された流量が設定値と比較し、その比較結果に基
づいて、第２室32内へ供給される空気ｆの圧力または流
量あるいはこれの双方を適宜変えることにより、オリフ
ィス34における開度を調整することができ、所望の流体
流量とすることができる。

【００２１】そして、前記オリフィス34の開度調節のた
めの空気ｆの量は極く僅かでよく、この僅かの空気ｆに
よってダイヤフラム30を大きく変位させることができ、
弁体35を大きく変位させることができるから、大流量の
流体制御を極めて容易に行うことができる。そして、制
御用の空気ｆの圧力や流量の調整は容易であるから、制
御精度が高く、また、流量変化に対して素早く対応する
ことができる。

【００２２】さらに、構造が簡単であり、特に、流体Ｆ
が流通する流路が従来の流体制御弁に比べて単純である
から、流体の溜まりがなく、仮に流体Ｆ中に異物が混入
していても、流体Ｆの流れによってこれを流し出してし
まうので、流体制御弁内に異物が溜まることがない。

【００２３】そして、上述の実施例においては、弁本体
１を３つの中空の弁ブロック２，３，４で構成していた
ので、組立やメンテナンスが容易であるが、これに限ら
れるものではないことは云うまでもない。また、上述の
実施例では、オリフィス34が常時閉止されている所謂常
閉タイプの流体制御弁であったが、本発明はこれに限ら
れるものでなく、オリフィス34が常時開放されている所
謂常開タイプの流体制御弁に適用することもできる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来のピエゾバルブなどに比べて弁体のストロークが大
きく、従って、例えば10ｌ／min といった小流量から10
00ｌ／min といった大流量の流体まで、広い範囲にわた
って流体を、応答性よくしかも精度よく制御することが
できる。また、小型で取扱いやすいといった利点もあ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る流体制御弁を示す縦断面図であ
る。

【図２】整流板、バイパスおよびセンサ部の一例を示す
図である。

【図３】オリフィス板、弁ロッドおよび弁体の一例を示
す分解斜視図である。

【符号の説明】

30…ダイヤフラム、31, 32…室、33…弁ロッド、35…弁
体、34…オリフィス、Ｆ…流体、ｆ…制御用流体。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体が流れる流路中に、ダイヤフラムで
仕切られた２つの室を設け、一方の室内に、ダイヤフラ
ムの変位を伝える弁ロッドを設けると共に、この弁ロッ
ドに、オリフィスを開閉する弁体を設け、他方の室内に
ダイヤフラムを変位させるための制御用流体を供給する
ようにしたことを特徴とする流体制御弁。