JPH0830332A - 精密圧力制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い応答性や一定の特性を獲得し得るように
する。 【構成】 制御用空間３８を二つのダイアフラム４５，
４６により均圧室４７と大気室４８と制御室４９に仕切
って、制御室４９に供給された制御用エア６１の圧力と
均圧室４７に流入する出口部３３側のガス７３との釣合
いにより、弁棒５７を介して弁体４３の開度を決定し、
出口部３３側の圧力が一定に制御されるようにする。こ
の際、制御圧力を、空気圧で設定することにより、ガス
７３の流量変化に対して高い応答性を得られるようにす
る。又、一定圧力の制御用エア６１により、ガス７３の
流量や入口部３２側の圧力に拘らず一定の特性を得て、
高い制御精度が得られるようにする。更に、均圧室４７
と制御室４９との間に大気室４８を形成して、ダイアフ
ラム４５又は４６が破損しても、制御用エア６１とガス
７３が混合するのを防止させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス流量の精密測定や
ガス検査機器などに用いられる精密圧力制御弁に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図２は、従来の自力式の精密圧力制御弁
を示すものである。

【０００３】一端に一次側ガス供給管１を接続するため
の入口部２を有し、他端に二次側ガス排出管３を接続す
るための出口部４を有するガス通路５を内部に備え、ガ
ス通路５の途中に弁座６及び弁体７から成るノズル部８
を形成された弁本体９を設ける。

【０００４】該弁本体９の外側部分に弁本体９との間で
制御用空間１０を形成する弁カバー１１を取付け、弁本
体９と弁カバー１１との間に圧力制御用ダイアフラム１
２を挾持して、制御用空間１０を２つの室１３，１４に
仕切る。

【０００５】そして、圧力制御用ダイアフラム１２と弁
体７とを弁棒１５で連結し、ガス通路５のノズル部８よ
りも出口部４側の部分に室１３へ連通する通気孔１６を
形成すると共に、弁カバー１１の室１４側に形成された
雌ネジ空間１７に調整用スプリング１８を介して調整用
ネジ１９を螺着する。

【０００６】更に、室１３内に凹部２０を形成し、該凹
部２０に押リング２１を当接固定すると共に、凹部２０
と押リング２１との間に弁座６と同一面積のバランスダ
イアフラム２２を挾持して室２３を形成し、バランスダ
イアフラム２２を弁棒１５に連結すると共に、ガス通路
５のノズル部８よりも入口部２側の部分に室２３へ連通
する通気孔２４を形成する。

【０００７】更に、二次側ガス排出管３の途中に、開閉
弁２５を形成する。

【０００８】尚、２６はガス、２７は弁カバー１１の雌
ネジ空間１７に取付けたキャップ、２８は弁本体９に取
付けたカバー、２９は止ネジである。

【０００９】上記精密圧力制御弁を作動する場合、先
ず、開閉弁２５を開き、一次側ガス供給管１に得ようと
する圧力よりも高い圧力のガス２６を供給する。

【００１０】すると、ガス２６は、入口部２からガス通
路５内へ入り、ノズル部８で弁体７を押下げると共に減
圧されて、出口部４から二次側ガス排出管３へ排出され
る。

【００１１】この際、ガス通路５のノズル部８よりも出
口部４側の部分には、室１３へ連通する通気孔１６が形
成されているので、出口部４側の圧力が圧力制御用ダイ
アフラム１２にかかり、室１３内の圧力が調整用スプリ
ング１８の加重と釣合うように弁棒１５を駆動して、弁
体７の開度を決定する。これにより、出口部３３側に所
望の圧力が得られるようになっている。

【００１２】尚、ガス通路５のノズル部８よりも入口部
２側の部分に、室２３へ連通する通気孔２４を形成した
ことにより、入口部２側の圧力が弁座６と同一面積のバ
ランスダイアフラム２２にかかり、弁体７が動く力と相
殺されるので、入口部２側の圧力の変動に対して安定し
た出口部４側の圧力が得られるようになっている。

【００１３】この状態で、入口部２側のガス２６の流量
が一時的に増大した場合、ノズル部８における圧力損失
が増大して出口部４側の圧力が低下しようとするので、
調整用スプリング１８の加重によって弁棒１５が下が
り、弁体７が開いてガス２６の通過量が増大されること
となるため、出口部４側の圧力が一定に保持される。

【００１４】同様に、入口部２側のガス２６の流量が一
時的に低減した場合、ノズル部８における圧力損失が低
下して出口部４側の圧力が上昇しようとするので、調整
用スプリング１８の加重に打勝って弁棒１５が上がり、
弁体７が開いてガス２６の通過量が減少されることとな
るため、出口部４側の圧力が一定に保持される。

【００１５】このように、入口部２側のガス２６の流量
の変化に拘らず、出口部４側に一定の圧力が得られるよ
うになっている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の自力式の精密圧力制御弁には、以下のような問題が
あった。

【００１７】即ち、圧力設定を調整用スプリング１８を
用いて機械的に行わせているため、ガス２６の流量変化
に対して充分な追随性が得られず、応答が悪い。

【００１８】又、自力式の精密圧力制御弁は、通常、図
３に示すような標準特性曲線が付いていることからもわ
かる通り、流量に対する特性が一定でなく、精密な測定
を行うためには、調整用スプリング１８を微調整する作
業が不可欠であり、煩雑で自動化に向かないという側面
がある。

【００１９】尚、図３は、ガス２６の流量に対する出口
部４の圧力を、入口部２側の圧力を様々に変えて示した
ものである。

【００２０】更に、圧力制御用ダイアフラム１２は、弁
棒１５を貫通させて固定しているため、ガス漏れのおそ
れがあり、ガス漏れにより制御精度が低下するという問
題がある。

【００２１】加えて、開閉弁２５が別体となっているた
め、ガス２６の圧力制御を行う度に、開閉弁２５を操作
しなければならない。

【００２２】本発明は、上述の実情に鑑み、高い応答性
や一定の特性を獲得し得るようにした精密圧力制御弁を
提供することを目的とするものである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の第一の手段は、
弁本体の内部に、入口部及び出口部を有するガス通路
と、制御用空間とを設け、ガス通路の途中に弁座及び弁
体から成るノズル部を形成すると共に、制御用空間を二
つのダイアフラムを用いて、ガス通路に対し離れた側か
ら順に、制御用エアが供給される制御室と、大気に開放
される大気室と、ガス通路の出口部側へ連通される均圧
室の三つの室に仕切り、ガス通路の入口部側と均圧室と
の間に貫通部を形成すると共に、貫通部にバランスダイ
アフラムを取付け、弁体と各ダイアフラムとの間を弁棒
で連結したことを特徴とする精密圧力制御弁にかかるも
のである。

【００２４】上記構成に対し、本発明の第二の手段で
は、制御用空間を制御室と大気室と均圧室に仕切る二つ
のダイアフラムを、一体成形された一体型ダイアフラム
とし、一体型ダイアフラムの連結軸部に弁棒の端部を貫
通させないように挿入固定している。

【００２５】又、本発明の第三の手段では、制御用空間
を制御室と大気室と均圧室に仕切る二つのダイアフラム
を、互いに異径としている。

【００２６】更に、本発明の第四の手段では、弁棒の弁
体側に、ノズル部が閉じた状態で弁棒の動きを拘束可能
なストッパ機構を設けている。

【００２７】

【作用】本発明の作用は以下の通りである。

【００２８】先ず、制御室へ制御用エアを供給する。

【００２９】この時、ストッパ機構を解除して、弁棒を
自由に動けるようにする。

【００３０】そして、この状態から、入口部に、得よう
とする圧力よりも高い圧力のガスを供給する。

【００３１】すると、ガスは、入口部からガス通路内へ
入り、ノズル部で弁体を押下げると共に減圧されて、出
口部から排出される。

【００３２】この際、ガス通路のノズル部よりも出口部
側の部分は、均圧室へ連通されているので、出口部側の
圧力が均圧室のダイアフラムにかかり、均圧室内の圧力
が制御室内の制御用エアの圧力と釣合うように弁棒を駆
動して、弁体の開度を決定する。これにより、出口部側
に所望の圧力が得られるようになっている。

【００３３】尚、ガス通路の入口部側の貫通部に、バラ
ンスダイアフラムを取付けることにより、入口部側の圧
力がバランスダイアフラムにかかり、弁体が動く力と相
殺されるので、入口部側の圧力の変動に対して安定した
出口部側の圧力が得られるようになっている。

【００３４】本発明では、制御圧力設定を、空気圧を利
用して行っているため、ガスの流量変化に対して高い応
答性を得ることができる。

【００３５】又、一定圧力の制御用エアは得ることが容
易なので、ガスの流量や入口部側の圧力に拘らず一定の
特性を得ることが可能となり、高い制御精度を得ること
ができる。

【００３６】更に、ダイアフラムを連結軸部で連結した
一体型ダイアフラムとし、且つ、弁棒を連結軸部に貫通
させずに取付ける構造としているため、シール性が完全
となり、制御用エアやガスが大気室側へ漏れることが防
止される。

【００３７】しかも、均圧室と制御室との間に大気室を
形成しているため、ダイアフラムのどちらかが破損した
場合でも、制御用エアとガスの混合が防止される。

【００３８】又、均圧室と制御室との間に大気室を形成
しているため、ダイアフラムの大きさを変えることが可
能となり、ダイアフラムの径をダイアフラムよりも小径
とすることにより、比較的圧力の高い制御用エアを用い
て、ガスを低い圧力に制御させることができるようにな
るので、制御用空気供給源の最適使用範囲を利用するこ
とが可能となって、特性が向上され制御精度を上げるこ
とが可能となる。

【００３９】加えて、ストッパ機構を内蔵することによ
り、精密圧力制御弁を使用しない時に、それ自身で強制
的にノズル部を閉止状態としておくことができる。

【００４０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。

【００４１】図１は、本発明の一実施例である。

【００４２】軸心位置３０に貫通穴３１を備え、側部に
貫通穴３１へ連通する入口部３２及び出口部３３を二段
に備えて、内部にガス通路３４を形成する弁ブロック３
５を設け、弁ブロック３５の入口部３２側の端面に形成
した囲壁３６に、貫通穴３１の貫通部３７と連通する制
御用空間３８を形成する、囲い状の中間ブロック３９及
び弁カバー４０を取付けて、弁本体４１を構成する。

【００４３】貫通穴３１における入口部３２と出口部３
３との中間位置に、弁座４２、及び、出口部３３側へ開
閉可能な弁体４３から成るノズル部４４を形成する。

【００４４】同時に、弁ブロック３５と中間ブロック３
９との間、及び、中間ブロック３９と弁カバー４０との
間に、それぞれダイアフラム４５，４６を挾持させて、
制御用空間３８を均圧室４７と大気室４８と制御室４９
に仕切る。

【００４５】ここで、二つのダイアフラム４５，４６
は、連結軸部５０を介して一体となるよう成形された、
一体型ダイアフラム５１とする。

【００４６】又、中間ブロック３９の弁ブロック３５側
の当接部５２と弁カバー４０側の当接部５３との間に段
差５４を設けて、ダイアフラム４５よりもダイアフラム
４６が小径となるようにする。

【００４７】更に、貫通穴３１の貫通部３７に押リング
５５を用いてバランスダイアフラム５６を取付ける。

【００４８】そして、弁体４３と各ダイアフラム４５，
４６，５６との間を、貫通穴３１の軸心方向へ延びる弁
棒５７で連結する。

【００４９】この時、弁棒５７は、一体型ダイヤラムの
連結軸部５０に対し、貫通しないように挿入固定する。

【００５０】更に、弁ブロック３５に、均圧室４７とガ
ス通路３４の出口部３３側の部分との間を連通する連通
路５８を形成する。

【００５１】又、中間ブロック３９に、大気室４８を大
気へ開放する開放孔５９を形成する。

【００５２】弁カバー４０に、空電レギュレータなどの
制御用空気供給源６０からの制御用エア６１を、制御用
エア流路６２を介して供給する空気供給孔６３を形成す
る。

【００５３】加えて、貫通穴３１の出口部３３側の貫通
部６４に、閉止用空気供給源６５からの閉止用エア６６
によりピストン６７を収縮動可能なストッパ用シリンダ
６８を挿入固定し、ピストン６７の先端に取付けたフラ
ンジ６９とシリンダ本体７０との間に突出用バネなどの
付勢装置７１を介装して、ノズル部４４が閉じた状態で
弁棒５７の動きを拘束可能なストッパ機構７２を設け
る。

【００５４】尚、７３はガス、７４は大気である。

【００５５】又、閉止用空気供給源６５は制御用空気供
給源６０と連動して作動するよう構成され、制御用空気
供給源６０は制御圧を自在に設定できるようになってい
る。

【００５６】次に、作動について説明する。

【００５７】先ず、空電レギュレータなどの制御用空気
供給源６０を作動し、制御用エア流路６２及び空気供給
孔６３を介して制御室４９へ制御用エア６１を供給す
る。

【００５８】この時、制御用空気供給源６０と連動して
閉止用空気供給源６５が作動され、閉止用エア６６がス
トッパ用シリンダ６８に送られて、ピストン６７が突出
用バネなどの付勢装置７１に抗して収縮動され、弁棒５
７が自由に動けるようになる。

【００５９】そして、この状態から、入口部３２に、得
ようとする圧力よりも高い圧力のガス７３を供給する。

【００６０】すると、ガス７３は、入口部３２からガス
通路３４内へ入り、ノズル部４４で弁体４３を押下げる
と共に減圧されて、出口部３３から排出される。

【００６１】この際、ガス通路３４のノズル部４４より
も出口部３３側の部分には、均圧室４７へ連通する連通
路５８が形成されているので、出口部３３側の圧力がダ
イアフラム４５にかかり、均圧室４７内の圧力が制御室
４９内の制御用エア６１の圧力と釣合うように弁棒５７
を駆動して、弁体４３の開度を決定する。これにより、
出口部３３側に所望の圧力が得られるようになってい
る。

【００６２】尚、貫通穴３１の入口部３２側の貫通部３
７に、バランスダイアフラム５６を取付けることによ
り、入口部３２側の圧力がバランスダイアフラム５６に
かかり、弁体４３が動く力と相殺されるので、入口部３
２側の圧力の変動に対して安定した出口部３３側の圧力
が得られるようになっている。

【００６３】この状態で、入口部３２側のガスの流量が
一時的に増大した場合、ノズル部４４における圧力損失
が増大して出口部３３側の圧力が低下しようとするの
で、制御室４９内の制御用エア６１の圧力によって弁棒
５７が下がり、弁体４３が開いてガス７３の通過量が増
大されることとなるため、出口部３３側の圧力が一定に
保持される。

【００６４】同様に、入口部３２側のガスの流量が一時
的に低減した場合、ノズル部４４における圧力損失が低
下して出口部３３側の圧力が上昇しようとするので、制
御室４９内の制御用エア６１の圧力に打勝って弁棒５７
が上がり、弁体４３が開いてガス７３の通過量が減少さ
れることとなるため、出口部３３側の圧力が一定に保持
される。

【００６５】このように、入口部３２側のガス７３の流
量の変化に拘らず、出口部３３側に一定の圧力が得られ
るようになっている。

【００６６】そして、精密圧力制御弁の使用を停止する
場合、制御用空気供給源６０と連動して閉止用空気供給
源６５が停止され、閉止用エア６６のストッパ用シリン
ダ６８への供給が停止されて、ピストン６７が突出用バ
ネなどの付勢装置７１によって突出動され、自動的に弁
棒５７の動きが拘束される。

【００６７】このように本発明では、制御圧力設定を、
空気圧を利用して行っているため、ガス７３の流量変化
に対して高い応答性を得ることができる。

【００６８】又、空電レギュレータなどの制御用空気供
給源６０は、一定圧力の制御用エア６１を供給すること
ができるので、ガス７３の流量や入口部３２側の圧力に
拘らず一定の特性を得ることが可能となり、高い制御精
度を得ることができる。

【００６９】更に、ダイアフラム４５，４６を連結軸部
５０で連結した一体型ダイアフラム５１とし、且つ、弁
棒５７を連結軸部５０に貫通させずに取付ける構造とし
ているため、シール性が完全となり、制御用エア６１や
ガス７３が大気室４８側へ漏れることが防止される。

【００７０】しかも、均圧室４７と制御室４９との間に
大気室４８を形成しているため、ダイアフラム４５，４
６のどちらかが破損した場合でも、制御用エア６１とガ
ス７３の混合が防止される。

【００７１】又、均圧室４７と制御室４９との間に大気
室４８を形成しているため、ダイアフラム４５，４６の
大きさを変えることが可能となり、ダイアフラム４６の
径をダイアフラム４５よりも小径とすることにより、比
較的圧力の高い制御用エア６１を用いて、ガス７３を低
い圧力に制御させることができるようになるので、制御
用空気供給源６０の最適使用範囲を利用することが可能
となって、特性が向上され制御精度を上げることが可能
となる。

【００７２】加えて、ストッパ機構７２を内蔵すること
により、精密圧力制御弁を使用しない時に、自身で強制
的にノズル部４４を閉止状態としておくことができる。

【００７３】この際、制御用エア６１の圧力は閉止用エ
ア６６の圧力と比べてかなり低い値であるので、制御用
エア６１で閉止を行わせようとすると、制御精度に悪影
響が及ぼされるおそれがあるが、制御用空気供給源６０
と閉止用空気供給源６５を別系統とすることにより、制
御精度に悪影響を生じるのが防止される。

【００７４】尚、本発明は、上述の実施例にのみ限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内に
おいて種々変更を加え得ることは勿論である。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
以下のような優れた効果を奏し得る。

【００７６】制御圧力設定を、空気圧を利用して行うよ
うにしたことにより、ガスの流量変化に対して高い応答
性を得ることができる。又、一定圧力の制御用エアは得
ることが容易なので、ガスの流量や入口部側の圧力に拘
らず一定の特性を得ることが可能となり、高い制御精度
を得ることができる。しかも、均圧室と制御室との間に
大気室を形成しているため、ダイアフラムのどちらかが
破損した場合でも、制御用エアとガスの混合が防止され
る。

【００７７】又、ダイアフラムを連結軸部で連結した一
体型ダイアフラムとし、且つ、弁棒を連結軸部に貫通さ
せずに取付ける構造としているため、シール性が完全と
なり、制御用エアやガスが大気室側へ漏れることが防止
される。

【００７８】更に、均圧室と制御室との間に大気室を形
成しているため、ダイアフラムの大きさを変えることが
可能となり、ダイアフラムの径をダイアフラムよりも小
径とすることにより、比較的圧力の高い制御用エアを用
いて、ガスを低い圧力に制御させることができるように
なるので、制御用空気供給源の最適使用範囲を使用する
ことが可能となって、特性が向上され制御精度を上げる
ことが可能となる。

【００７９】加えて、ストッパ機構を内蔵することによ
り、精密圧力制御弁を使用しない時に、それ自身で強制
的にノズル部を閉止状態としておくことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の概略側方断面図である。

【図２】従来例の概略側方断面図である。

【図３】図２の標準特性曲線である。

【符号の説明】

３２ 入口部 ３３ 出口部 ３４ ガス通路 ３７ 貫通部 ３８ 制御用空間 ４１ 弁本体 ４２ 弁座 ４３ 弁体 ４４ ノズル部 ４５，４６， ダイアフラム ４７ 均圧室 ４８ 大気室 ４９ 制御室 ５０ 連結軸部 ５１ 一体型ダイアフラム ５６ バランスダイアフラム ５７ 弁棒 ６１ 制御用エア ７２ ストッパ機構 ７４ 大気

【手続補正書】

【提出日】平成６年７月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】追加

【補正内容】

【図３】

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁本体の内部に、入口部及び出口部を有
   するガス通路と、制御用空間とを設け、ガス通路の途中
   に弁座及び弁体から成るノズル部を形成すると共に、制
   御用空間を二つのダイアフラムを用いて、ガス通路に対
   し離れた側から順に、制御用エアが供給される制御室
   と、大気に開放される大気室と、ガス通路の出口部側へ
   連通される均圧室の三つの室に仕切り、ガス通路の入口
   部側と均圧室との間に貫通部を形成すると共に、貫通部
   にバランスダイアフラムを取付け、弁体と各ダイアフラ
   ムとの間を弁棒で連結したことを特徴とする精密圧力制
   御弁。
2. 【請求項２】 制御用空間を制御室と大気室と均圧室に
   仕切る二つのダイアフラムを、一体成形された一体型ダ
   イアフラムとし、一体型ダイアフラムの連結軸部に弁棒
   の端部を貫通させないように挿入固定した請求項１記載
   の精密圧力制御弁。
3. 【請求項３】 制御用空間を制御室と大気室と均圧室に
   仕切る二つのダイアフラムを、互いに異径とした請求項
   １及び請求項２記載の精密圧力制御弁。
4. 【請求項４】 弁棒の弁体側に、ノズル部が閉じた状態
   で弁棒の動きを拘束可能なストッパ機構を設けた請求項
   １乃至請求項３記載の精密圧力制御弁。