JPH0729345Y2 - 微小流量調節弁 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の技術分野】本考案は、流量を微小に調整できる
微小流量調節弁に関する。

【０００２】

【考案の技術的背景】半導体製造関連、原子力関連など
においては、種々の弁が用いられているが、流量を微小
に調節できる微小流量調節弁が用いられることがある。
このような場合、超高真空で水分・炭酸ガスを除くため
にベーキング（例えば３００℃）に晒されることが多々
ある。このような条件下にあっても、流体の漏れを極力
少なくしたいという要請がある。つまり弁を完全に閉成
した状態において、ベーキングに晒されたとしても、流
体の漏れを完全になくしたいと要望されている。

【０００３】これに加えて、このようなベーキングに晒
される微小流量調節弁は、オールメタル製であり、弁体
と弁座との間に用いられるシール部材もメタル製であ
る。そのため、流体の漏れを完全になくすためには、弁
体を弁座に押圧する押圧力（締切力）も非常に高いもの
が要求される。このような非常に高い締切力を得るに
は、空気圧、油圧などを利用した弁体の駆動機構が考え
られるが、このような駆動機構を微小流量調節弁に適用
する場合には、弁全体の大型化を招来し、比較的小型で
あることを要求される微小流量調節弁に用いることは好
ましくない。

【０００４】したがって、従来、小型でありながら、弁
の閉成時に、非常に高い締切力を得ることができる微小
流量調節弁の出現が待望されている。

【０００５】

【考案の目的】本考案は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであって、小型でありながら、弁の閉成時に、
非常に高い締切力を得ることができる微小流量調節弁を
提供することにある。

【０００６】

【考案の概要】この目的を達成するため、本考案に係る
微小流量調節弁は、弁体を軸方向に往復動させて、弁体
を弁座に対して開閉する微小流量調節弁であって、前記
弁体の弁座から離れる側に固定され、ハウジング内に往
復動可能に配置された弁軸部材と、この弁軸部材と同軸
にハウジング内に往復動可能に配置され、弁座から離れ
る面に凹円錐面が形成された移動体と、この移動体の凹
円錐面に対向するように配置され、軸方向に対する傾斜
角が深い深テーパ部および軸方向に対する傾斜角が浅い
浅テーパ部からなる裁頭円錐部材と、前記移動体の凹円
錐面と、調整手段の裁頭円錐部の深テーパ部または浅テ
ーパ部との間に介装された複数のボールと、弁軸部材を
弁座から離れる方向に付勢するように弁軸部材とハウジ
ングとの間に介装され、比較的小さい付勢力を発生する
第１付勢手段と、弁軸部材と移動体との間に両方向に付
勢するように介装され、比較的大きい付勢力を発生する
第２付勢手段と、を具備することを特徴としている。

【０００７】このように構成した本考案によれば、先
ず、弁を閉成する際には、裁頭円錐部材を弁座に近づけ
る方向に移動させる。このとき、ボールは、移動体の凹
面と裁頭円錐部材の深テーパ部との間に位置している
（図５の状態）が、裁頭円錐部材の移動により、ボール
が、凹円錐面の小径側と裁頭円錐部材の深テーパ部の小
径側との間から凹円錐面の中間と裁頭円錐部材の深テー
パ部の大径側との間まで滑る。これにより、移動体から
第１付勢手段および第２付勢手段に力がかかるが、第１
付勢手段の付勢力の方が、第２付勢手段の付勢力より小
さいため、先ず、第１付勢手段の方が先に撓む。弁軸部
材および弁体を第１付勢手段の付勢力に抗して弁座方向
に移動する。これにより、弁体が弁座に対して閉成す
る。

【０００８】さらに、本考案では、この弁が閉成した状
態において、弁座に対する弁体の締切力を一層高めるこ
とができる。すなわち、ボールは、移動体の凹面と裁頭
円錐部材の浅テーパ部との間に位置しており（図４に示
す状態）、第１付勢手段が撓んだ状態において、さらに
裁頭円錐部材を弁座に近づける方向に移動させる。これ
により、ボールが、凹円錐面の中間と裁頭円錐部材の浅
テーパ部の小径側との間から凹円錐面の大径側と裁頭円
錐部材の浅テーパ部の大径側との間まで滑るとこれに伴
って、移動体が弁座方向に移動して第２付勢手段を押圧
し、その結果、第２付勢手段を撓ませ、弁軸部材と移動
体との間でより大きい付勢力を発生させる（図３の状
態）。その結果、この第２付勢手段の付勢力によって弁
軸部材および弁体が弁座に押圧される。このように、弁
が閉成した状態において、第２付勢手段のより大きい付
勢力によって弁体を押圧しているため、非常に大きい締
切力を得ることができる。また、このように２つの付勢
手段を利用していることから、駆動機構の大型化を招来
することがない。

【０００９】

【実施例】以下、本考案の一実施例を図面を参照しつつ
説明する。図１は、本考案の一実施例に係る流量微小調
節弁の全体の断面図である。図２は、図１に示す微小流
量調節弁の要部の拡大断面図であり、弁が閉成した状態
において弁体を弁座にさらに押圧しているときの駆動部
の図である。図３は、図１に示す微小流量調節弁の要部
の拡大断面図であり、弁がほぼ閉成した状態にあるとき
に駆動部の図である。図４は、図１に示す微小流量調節
弁の要部の拡大断面図であり、弁体が開成から閉成する
中間状態にあるときの駆動部の図である。

【００１０】図１に示すように、微量流量調節弁は、弁
座３に対して弁体２を開閉するための弁本体１と、この
弁体２を往復動させるための弁の駆動部１０とからなっ
ている。

【００１１】弁本体１では、本体ハウジング４に、一対
の流管部５が接続してあり、これの一側から他側に流体
を流すように構成してある。本体ハウジング４内に形成
された弁座３に対して、弁体２を往復動させて弁体２を
開閉するように構成してある。この弁体２は、駆動部１
０の環状ハウジング１１に固定された固定部材１２内に
延出しており、この固定部材１２に対して摺動可能とな
っている。さらに、弁体２と、この固定部材１２との間
には、駆動部１０内を流体に晒さないようにするため、
ベローズ６が装着してある。

【００１２】駆動部１０は、環状ハウジング１１に固定
された筒状ハウジング１を備えており、この筒状ハウジ
ング１３の上端には、小径部１３ａが形成してあり、こ
の小径部１３ａの外周面には螺子が形成してある。この
小径部１３ａに被覆するようにハンドル１４が設けてあ
り、このハンドル１４の内周面に形成された螺子と、小
径部１３ａの螺子とが螺合するように構成してある。こ
れにより、ハンドル１４を回転すると、後述する裁頭円
錐部材４０を上下動することができるように構成してあ
る。

【００１３】さて、図２〜４にもよく示すように、駆動
部１０の筒状ハウジング１内では、弁体２の上端に弁軸
部材１５がボルト１６により固定してあり、この弁軸部
材１５には、後述する第１付勢手段（第１皿バネ）Ａを
支持するための段部１５ａが形成してある。さらに、こ
の弁軸部材１５の上側には、移動体２０が設けてある。
この移動体２０の上面には、凹円錐面２１が形成してあ
り、後述するように、ボール３０の受け面としての役割
を果たす。さらに、移動体２０の下面には、後述する第
２付勢手段（第２皿バネ）Ｂを支持するための段部２２
が形成してある。

【００１４】さらに、弁軸部材１５の下面と、環状ハウ
ジング１１との間には、第１付勢手段（第１皿バネ）Ａ
が介装してあり、弁軸部材１５の上側の段部１５ａと、
移動体２０の下側の段部２２との間には、第２付勢手段
（第２皿バネ）Ｂが介装してある。第１皿バネＡの付勢
力は、第２皿バネＢの付勢力より小さく設定してあり、
第１皿バネＡは、後述するように、弁を開閉するために
働き、第２皿バネＢは、弁が閉成した状態でさらに弁体
２を弁座３に押圧する働きをする。

【００１５】さらに、移動体２０の上方には、裁頭円錐
部材４０が設けてある。この裁頭円錐部材４０は、軸方
向に対する傾斜が深い深テーパ部４１と、軸方向に対す
る傾斜が浅い浅テーパ部４２と、小径部１３ａの内孔を
摺動する摺動部４３と、螺子４５によりハンドル１４に
固定された支持部４４とを有している。さらに、筒状ハ
ウジング１３の上面の下側には、凹円錐面３６が形成さ
れた固定部材３５が固定してある。

【００１６】さらに、裁頭円錐部材４０の深テーパ部４
１または浅テーパ部４２と、移動体２０の凹円錐面２１
と、固定部材３５の凹円錐面３６との間には、複数のボ
ール３０が介装してある。後述するように、このボール
３０がこれらの間で滑ることにより、流量を微小に調節
することができると共に、弁が閉成した状態での弁体２
の締切力を大きくできる。

【００１７】次に、本実施例に係る微小流量調節弁の作
用について説明する。先ず、流量を微小に調節しながら
弁を開閉する作用について説明し、その後に、弁が閉成
した状態での弁体２の締切力を大きくできる作用につい
て説明する。即ち、図４に示す弁体２が開成から閉成す
る中間状態にあるときの駆動部の状態から、図３に示す
弁体２が弁座３にほぼ閉成した状態にある駆動部の状態
に変化するまでを説明し、その後、図３に示す状態か
ら、弁が閉成した状態において弁体を弁座にさらに押圧
しているときの駆動部の状態に変化するまでを説明す
る。

【００１８】先ず、弁を開成から閉成する際には、図４
に示すように、第１皿バネＡが伸びた状態にあり、第２
皿バネＢも伸びた状態にある。一方、ボール３０が、移
動体２０の凹円錐面２１と、裁頭円錐部材４０の深テー
パ部４１との間にある。

【００１９】この状態において、ハンドル１４を回転さ
せると、これに固定された裁頭円錐部材４０が下方に移
動する。これに伴って、ボール３０が図４から図３に示
す状態に移動する。即ち、ボール３０が、凹円錐面２１
の小径側と深テーパ部４１の小径側との間から凹円錐面
２１の中間と深テーパ部４１の大径側との間まで滑る。
これにより、移動体２０は、下方に移動されることにな
る。この移動体２０の力が、第１皿バネＡおよび第２皿
バネＢに加わるが、第１皿バネＡの付勢力が第２皿バネ
Ｂの付勢力より小さいため、図３に示すように、第１皿
バネＡの方が伸びた状態から撓んだ状態となる。これに
より、第２皿バネＢは、撓むことなく伸びた状態で力の
伝達部材としての役割を果たし、弁軸部材１５および弁
座が弁座方向に移動される。これにより、弁座に対して
弁体を閉成することができる。

【００２０】このとき、ハンドル１４を５回回転させる
ことにより、弁の開成状態から閉成状態に変化させてい
る。そのため、裁頭円錐部材４０は、非常にゆっくりと
下方に移動している。したがって、弁座に対する弁体の
開度を非常に微細に調節することができる。例えば、図
５のグラフに示すように、ハンドルを５回転することに
より、流量をほぼ１０³ から１０^-3ｍｂａｒ・ｌ／ｓま
で変化させることができる。このように非常に微細まで
流量を調整できる。

【００２１】次に、弁が閉成した状態からさらに締切力
をかける作用について説明する。図３に示すように、弁
がほぼ閉成した状態にあるときに、さらに、ハンドル１
４を回転させて（５回目から１０回目まで）、裁頭円錐
部材４０をさらに下方に移動する。これにより、ボール
３０が、移動体２０の凹円錐面２１の中間と裁頭円錐部
材４０の浅テーパ部４１の小径側との間から、凹円錐面
２１の大径側と裁頭円錐部材４０の浅テーパ部４１の大
径側との間まで滑る。これにより、移動体２０は下方に
移動され、移動体２０からの力が、第２皿バネＢおよび
第１皿バネＡに作用する。このとき、第１皿バネＡはす
でに撓んだ状態にあるため、付勢力の大きい方の第２皿
バネＢが撓む。これにより、第２皿バネＢは、大きな付
勢力を発生する。つまり、図６に示すように、ハンドル
１４を５回目から１０回目まで回転させる間には、第１
皿バネＡの付勢力は、一定の状態にあるのに対して、第
２皿バネＢは、回転数がすすむ程、これに比例して非常
に大きな付勢力を発生する。

【００２２】したがって、この第２皿バネＢの付勢力
が、弁軸部材１５を介して、閉成した状態にある弁体２
に伝達され、弁体２は非常に大きな締切力により弁座３
に押圧される。また、ハンドル１４を５回目から１０回
目まで回転させる間に、非常に大きな締切力を得ている
ため、非常にゆっくりと弁体２を弁座３に対して締め切
ることができる。

【００２３】例えば、図５に示すように、ハンドル１４
を５回から１０回回転させる間には、流量（即ち、流体
の漏れ）は、ほぼ１０^-3から１０^-9ｍｂａｒ・ｌ／ｓま
で変化するに過ぎない。このように、弁体２と弁座３と
の間の漏れはほぼ完全になくすことができる。また、図
面からも明らかなように、駆動部１０を非常に小型化す
ることができ、大型化を招来することがない。

【００２４】また、弁を閉成から開成する場合には、ハ
ンドル１４を閉成する場合と逆方向に回転させると、裁
頭円錐部材４０が上方に移動し、これにより、先ず、第
２皿バネＢが伸びて弁を締め切った状態が解除され、次
いで、第１皿バネＡが伸びて弁軸１５および弁体２が上
方に移動され、弁体２が弁座３から開成される。

【００２５】なお、本考案は、上述した実施例に限定さ
れないのは勿論であり、種々変形可能である。特に、第
１皿バネおよび第２皿バネは、皿バネに限定されず、そ
の他の付勢手段であってもよいことは勿論である。

【００２６】

【考案の効果】以上述べたように、本考案では、付勢力
の異なる２つの付勢手段（皿バネ）を利用すると共に、
裁頭円錐部材の深テーパ部と浅テーパ部とにボールを当
接させた構成をとっているため、弁が閉成した状態にお
いて、第２付勢手段のより大きい付勢力によって弁体を
締切ることができ、非常に大きい締切力を得ることがで
きる。また、このように２つの付勢手段を利用している
ことから、駆動機構の大型化を招来することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本考案の一実施例に係る流量微小調節
弁の全体の断面図である。

【図２】図２は、図１に示す微小流量調節弁の要部の拡
大断面図であり、弁が閉成した状態において弁体を弁座
にさらに押圧しているときの駆動部の図である。

【図３】図３は、図１に示す微小流量調節弁の要部の拡
大断面図であり、弁がほぼ閉成した状態にあるときに駆
動部の図である。

【図４】図４は、図１に示す微小流量調節弁の要部の拡
大断面図であり、弁体が開成から閉成する中間状態にあ
るときの駆動部の図である。

【図５】図５は、ハンドルの回転数と流量との関係を示
すグラフである。

【図６】図６は、ハンドルの回転数と２つの皿バネＡ，
Ｂ（付勢手段）の付勢力との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 弁本体 ２ 弁体 ３ 弁座 １５ 弁軸部材 ２０ 移動体 ３０ ボール ４０ 裁頭円錐部材 ４１ 深テーパ部 ４２ 浅テーパ部 Ａ 第１皿バネ（第１付勢手段） Ｂ 第２皿バネ（第２付勢手段）

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁体を軸方向に往復動させて、弁体を弁
   座に対して開閉する微小流量調節弁であって、 前記弁体の弁座から離れる側に固定され、ハウジング内
   に往復動可能に配置された弁軸部材と、 この弁軸部材と同軸にハウジング内に往復動可能に配置
   され、弁座から離れる面に凹円錐面が形成された移動体
   と、 この移動体の凹円錐面に対向するように配置され、軸方
   向に対する傾斜角が深い深テーパ部および軸方向に対す
   る傾斜角が浅い浅テーパ部からなる裁頭円錐部材と、 前記移動体の凹円錐面と、調整手段の裁頭円錐部の深テ
   ーパ部または浅テーパ部との間に介装された複数のボー
   ルと、 弁軸部材を弁座から離れる方向に付勢するように弁軸部
   材とハウジングとの間に介装され、比較的小さい付勢力
   を発生する第１付勢手段と、 弁軸部材と移動体との間に両方向に付勢するように介装
   され、比較的大きい付勢力を発生する第２付勢手段と、 を具備することを特徴とする微小流量調節弁。