JPH0617967A - 自動制御機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ダイヤフラム栓体を用いた流体制御用の自動
制御機器に於いて、制御機器の大幅な小形化と流路抵抗
の減少、制御性の向上等を図る。 【構成】 栓室の底面に栓座を設けた筐体と、栓座の上
方に配設され、外周端縁を栓座とほぼ同じ水平高さ位置
で挾持することにより栓室の上方開口を密封すると共
に、弾性変形により中央部が下降して直接に栓座へ接当
する断面形状が弧状で上方へ膨出したステンレス鋼製又
は高クロム鋼製のダイヤフラムと、ダイヤフラムの上方
に配設され、栓座の内径よりも大きな外径の押圧部を有
するダイヤフラム押えと、ダイヤフラム押えの上方に配
設されてこれを下方へ押圧する形状記憶合金製のスプリ
ングと、前記スプリングの温度を調整する温度制御器と
から自動制御機器を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は化学装置や機械装置等の
流体用管路に於いて使用する自動制御機器の改良に係
り、栓室の上方開口を密閉する断面形状が弧状の上方へ
膨出した金属薄板製のダイヤフラムを直接に栓座へ接当
させると共に、機器の駆動源に形状記憶合金製コイルバ
ネの出力を利用するようにした流体制御用の自動制御機
器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、従来の流体制御用の自動制御機
器に於いては、例えば図２に示す如くパルスモータ１等
を用いて栓棒２の回動を制御したり、或いは電磁作動器
や空気圧シリンダ（図示省略）を用いて栓棒２の昇降を
制御する構造が多く採用されている。尚、図２におい
て、３は筐体、４は栓座、５は栓体、６はダイヤフラ
ム、７は復帰用スプリングである。然し乍ら、前記パル
スモータや電磁作動器、空気圧シリンダ等により機器の
開閉を制御する構成の機器は、必然的にスピンドルの駆
動部が大形になると共にその構造も複雑になり、製造コ
ストの高騰や保守の繁雑さを招くと云う難点がある。

【０００３】また、図２の如き従来の自動制御機器にお
いては、ダイヤフラム６の下方の栓室内へ栓体５、復帰
用スプリング７等を配設しているため、必然的に栓室の
内容積が大きくなり、その結果筐体３が大きくなって機
器の小型化が困難となったり、栓室内に部材の移動によ
る摩擦粉塵を生ずることになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従前の流体
制御用自動制御機器における上述の如き問題、即ちスピ
ンドル駆動部の構造が複雑で大型化すると共に、栓室内
へ栓体や復帰用スプリングを配設するため、摩擦粉塵を
生じるのみならず栓筐も大形となり、機器の小型化及び
製造コストの引き下げが図れないという問題を基本的に
解決せんとするものであり、機器の大幅な小型化と製造
コストの引き下げ並びに粉塵汚損の防止を可能とした自
動制御機器を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、流体入口９と
流体出口１０に連通する栓室２３の底面に栓座１３を設
けた筐体８と、栓座１３の上方に配設され、その外周端
縁を前記栓座１３とほぼ同じ水平高さ位置で栓室２３の
側壁へ挾持することにより栓室２３の上方開口を密封す
ると共に、弾性変形により中央部が下降して直接に栓座
１３へ接当する断面形状が弧状の上方へ膨出したステン
レス鋼製又は高クロム鋼製のダイヤフラム１５と、ダイ
ヤフラム１５の上方に配設され、栓座１３の内径よりも
大きな外径の押圧部を有するダイヤフラム押え１６と、
ダイヤフラム押え１６の上方に配設されてこれを下方へ
押圧する形状記憶合金製のスプリング１８と、該形状記
憶合金製のスプリング１８の温度を調整する温度制御器
２２とを発明の基本構成とするものである。

【０００６】

【作用】ダイヤフラムの上方に配設した記憶合金製のス
プリングを加熱し、その温度をＭｓ変態温度近傍の温度
に上昇せしめると、該スプリングの出力が増大してダイ
ヤフラムを下方へ押圧し、ダイヤフラムが弾性変形して
その下面側が直接に栓座へ接当することにより、機器の
流体通路は閉鎖状態となる。また、前記スプリングの温
度を下降せしめると、スプリングの出力が減少し、下方
へ押圧されたダイヤフラムがダイヤフラム自体の有する
弾性力（若しくは当該弾性力と流体圧）によって上方へ
押し上げられ、機器は開放状態となる。その結果、流体
圧が無い場合でも、ダイヤフラムは確実に元の状態に復
元することができ、流体通路が開放される。更に、スプ
リングの温度を調整自在とすることにより、機器開度は
所望の値に制御される。

【０００７】

【実施例】図１は、本発明の実施例に係る流体制御用の
自動制御機器の縦断面図であり、図に於いて、８はステ
ンレス鋼製の筐体、９は流体入口、１０は流体出口、１
１及び１２は流体通路、１３は栓座、１５はダイヤフラ
ム、１６はダイヤフラム押え、１８は形状記憶合金製ス
プリング、１９は袋ナット、２０はスプリング挿入筒、
２１は調整ねじ、２２は温度制御器、２３は栓室、２５
は合成ゴムである。

【０００８】前記栓座１３は栓室２３の底面に形成した
取付孔に交換自在に螺着されており、金属若しくは合成
樹脂により形成されている。また、当該栓座１３の上端
面は、後述するダイヤフラム１５の外周端縁の挾圧支持
部とほぼ同じ高さ位置に設定されており、これにより、
ダイヤフラム１５の中央部が過度に下方へ押圧されて所
謂ひっくり返りの状態になるのを防止している。その結
果、流体圧が極く低い場合でも、ダイヤフラム１５の膨
出部はその弾性力によって常に元の状態に復元すること
ができ、スプリング１８の弾性力を取り除くことによ
り、流体通路は確実に開放されることになる。

【０００９】前記ダイヤフラム１５はステンレス鋼又は
インコネル等の高クロム鋼の薄板によって形成されてお
り、中央部が上方へ膨出した断面形状が弧状の所謂逆皿
形に形成されている。

【００１０】当該ダイヤフラム１５は、その外周端部が
栓箱８の栓室２３を形成する側壁の段部と、スプリング
挿入筒２０の下端面の間で気密状に挾圧保持されてお
り、膨出部を上方にした姿勢で支持固定されている。ま
た、栓室２３の上方開口は、当該ダイヤフラム１５によ
って気密に密封されている。

【００１１】前記ダイヤフラム押え１６は記憶合金製ス
プリング１８の弾性力をダイヤフラム１５へ伝達するも
のであり、そのダイヤフラム１５と接触する押圧部の外
径は、栓座１３の内径よりも大きく設定されている。

【００１２】前記形状記憶合金製スプリング１８は、Ｎ
ｉ５０％−Ｔｉ５０％の記憶合金（Ｍｓ変態温度約４０
℃）を使用して形成されており、３５℃〜４０℃に於い
て２０〜２５ｋｇの出力即ちダイヤフラム押え１６を下
方へ押圧する力を発生するように設定されている。スプ
リング１８の加熱は、温度制御器２２からの電流をスプ
リング１８へ流すことにより行われており、加熱用の電
流値を調整することにより、スプリング温度が制御され
ている。

【００１３】尚、本実施例に於いては、スプリング１８
の材質としてＴｉ−Ｎｉ系の記憶合金線を利用している
が、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ系やＣｕ−Ａｌ−Ｂｅ系、Ｃｕ−
Ａｌ−Ｎｉ系の記憶合金でもよいことは勿論である。ま
た、本実施例に於いては、スプリング１８自体へ通電す
ることにより、これを加熱するようにしているが、適宜
のヒータをスプリング挿入筒２０内へ配設する構成とし
てもよい。更に、本実施例に於いては、加熱したスプリ
ング１８の冷却を自然冷却に依っているが、制御性を高
めるためにはスプリング１８の冷却装置を別に設ける方
が望ましい。

【００１４】次に、本実施例に係る流体制御用の自動制
御機器の作動について説明する。先ず、機器を閉鎖する
場合には、スプリング１８へ温度制御器２２から適宜の
電流を通し、これを合金素材のＭｓ変態温度近傍の温度
（３５℃〜４０℃）に加熱する。これにより、予かじめ
調整ねじ２１によって適宜量の圧縮歪みを与えたスプリ
ング１８の出力（下方向への押圧力）が増加し、ダイヤ
フラム押え１６を介してダイヤフラム１５を押し下げ
る。これにより、逆皿形のダイヤフラム１５は弾性変形
をし、その中央部の下面側が栓座１３へ接当することに
より、流体通路が閉鎖される。

【００１５】一方、閉止状態から開放状態とする場合に
は、スプリング１８への通電を遮断してその温度を下げ
る。これによりスプリング１８の出力が減少し、ダイヤ
フラム１５の弾性力（若しくはダイヤフラムの弾性力と
流体圧）により、中央部が下方へ押圧変形されたダイヤ
フラム１５が元の状態に復元し、流体通路が開放される
ことになる。

【００１６】尚、スプリング１８の加熱温度を制御して
その出力を調整することにより、ダイヤフラム押え１６
を適宜の中間開度位置に保持することが出来る。また、
本実施例では、栓座２３の上端部とダイヤフラム外周縁
の挾圧支持部とをほぼ同じ高さ位置となるようにしてい
るが、流体圧を常時利用できる管路に使用するような場
合には、前記栓座２３の上端部の位置をダイヤフラムの
挾圧支持部よりも下方に位置せしめることができる。

【００１７】

【発明の効果】本発明では、ダイヤフラム１５をステン
レス鋼又は高クロム鋼の薄板により、上方部へ膨出した
断面形状が弧状の逆皿形に形成し、当該ダイヤフラム１
５の下面側を栓座２３へ直接に押圧接当させることによ
り、流体通路を閉鎖する構成としている。その結果、従
前の流体制御機器のように、所謂栓体を栓室２３の内方
に設けることが不要となり、栓室２３の内容積を大幅に
減少させることが可能となる。

【００１８】また、本発明では、栓座１３へ接当せしめ
るダイヤフラム１５の形状を前述の如く逆皿形としてい
るため、弾性変形をする前のダイヤフラムの下面側と栓
座１３との間隙が平板状のダイヤフラムの場合よりも大
きくすることができる。その結果、流体通路の全開時に
於ける栓座１３部分に於ける流路抵抗を少なくすること
ができ、従前の平板状の銅やアルミニウム等の薄板を栓
座側へ押し付ける構成の制御機器に比較して、流体抵抗
が大幅に減少する。

【００１９】更に、本発明では、ダイヤフラム１５の外
周縁の挾圧支持部と栓座１３の上端部との水平高さ位置
をほぼ同等とし、逆皿形のダイヤフラム１５をその弾性
変形の範囲内で押圧変形させる構成としている。その結
果、流路内の流体圧が極く低い場合でも、スプリング１
８の押圧力を解除することにより、ダイヤフラム１５は
その弾性力によって元の状態に復元することができ、流
体通路が確実に開路されることになる。

【００２０】加えて、本発明では、機器の開閉機能を掌
るダイヤフラムの駆動源として記憶合金製のスプリング
を使用し、該スプリングの温度を調整してスプリングの
出力を制御することにより、機器の開閉並びに開度の制
御を行うようにしているため、機器の駆動部を著しく小
型に出来ると共に、機器自体の構造も簡単になり、製造
コストの大幅な引下げが可能となる。また、スプリング
の熱容量が比較的少ないため、機器の制御応答性も比較
的高く、極めて正確な開度制御が行なえる。

【００２１】本発明は上述の通り、流体制御用の自動制
御機器の大幅な小型化が図れると共に流路抵抗が少な
く、しかも無圧状態でも確実に流体通路を開放すること
ができると云う優れた実用的効用を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自動制御機器の縦断面図である。

【図２】従前の自動制御機器の縦断面図である。

【符号の説明】

８は栓箱、１３は栓座、１５はダイヤフラム、１６はダ
イヤフラム押え、１８は形状記憶合金製スプリング、１
９は袋ナット、２０はスプリング支持筒、２１は調整ね
じ、２２は温度制御器、２３は栓室。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体入口（９）と流体出口（１０）に連
   通する栓室（２３）の底面に栓座（１３）を設けた筐体
   （８）と；栓座（１３）の上方に配設され、その外周端
   縁を前記栓座（１３）とほぼ同じ水平高さ位置で栓室
   （２３）の側壁へ挾持することにより栓室（２３）の上
   方開口を密封すると共に、弾性変形によりその中央部が
   下降して直接に栓座（１３）へ接当する断面形状が弧状
   の上方へ膨出したステンレス鋼製又は高クロム鋼製のダ
   イヤフラム（１５）と、ダイヤフラム（１５）の上方に
   配設され、栓座（１３）の内径よりも大きな外径の押圧
   部を有するダイヤフラム押え（１６）と、ダイヤフラム
   押え（１６）の上方に配設されてこれを下方へ押圧する
   形状記憶合金製のスプリング（１８）と、該形状記憶合
   金製のスプリング（１８）の温度を調整する温度制御器
   （２２）とから構成した自動制御機器。