JPWO2020111148A5 - - Google Patents

Description

このような流体制御弁３００では、第２の加圧室３０９に圧縮空気が供給されていない状態では、第１の加圧室３０８のバネ３１３による圧力で第１のダイヤフラム部３０５を介して弁部３０４を弁座３１２ａに押し付けて流体の流通を遮断し、第２の加圧室３０９に圧縮空気を供給することによって、バネ３１３による圧力に抗して弁部３０４を弁座３１２ａから離間させ、流体の流量又は圧力を予め定められた値に設定する。流量又は圧力が一旦定められると、第１のダイヤフラム部３０５及び第２のダイヤフラム部３０６には常時内向きの一定圧力が加えられることとなり、一次側（上流側）の流体圧力の変動は、常時内向きの一定圧力を加えられた第１のダイヤフラム部３０５及び第２のダイヤフラム部３０６に対する背圧変動すなわち外向きの圧力の変動として現れ、第１の加圧室３０８及び第２の加圧室３０９による一定の内向きの設定圧力と一次側の外向きの変動圧力とが釣り合いを保とうとして、弁体３０７を移動させる。この弁体３０７の移動の結果、弁部３０４が弁座３１２ａに対して移動し、弁部３０４と弁座３１２ａとの間の開口量が変化して、流量又は圧力の変動が抑制される。

加圧ユニット１４は、弁本体１１の下部に取り付けられ、弁本体１１の第１の弁室１６側に取り付けられた第１のダイヤフラム２４の弁体部２４ａを弁座２３へ向かって押し付けるように第１のダイヤフラム２４を加圧するために使用されるものであり、複数の部品を組み立てて、図３に示されているように、一つのユニットとして一体化された状態で扱うことができるようになっている。加圧ユニット１４は、内部に第１の加圧室３４を形成するように組み立てられる第１のユニット筐体３５及び第２のユニット筐体３６と、第１の加圧室３４内で第１の弁室１６へ接近及び離反する方向に移動する可動体３７と、加圧ユニット１４から外部へ突出するように可動体３７から延びるステム３８とを含んでおり、第１の弁室１６内に配置された第１のダイヤフラム２４の弁体部２４ａがステム３８の先端部に連結される。また、加圧ユニット１４では、可動体３７が第１の加圧手段で第１の弁室１６へ向けて加圧されるようになっている。加圧ユニット１４は、このように第１の加圧手段で可動体３７を加圧することによって、ステム３８を介して可動体３７と連動する弁体部２４ａに、弁座２３に押し付ける方向の力を常時付与している。

図１に示されている実施形態では、第１のユニット筐体３５が筒状本体３５ａを備えており、筒状本体３５ａには、貫通孔３９が形成されている。貫通孔３９は、第１のダイヤフラム２４に面する側に形成された小径部３９ａと、小径部３９ａよりも大きく肩部を形成するように小径部３９ａと接続されて形成された大径部３９ｂとを含んでおり、小径部３９ａと反対側の大径部３９ｂの端部を第２のユニット筐体３６で塞ぐように第１のユニット筐体３５に概略平板形状の第２のユニット筐体３６と連結することによって第１の加圧室３４を形成するようになっている。第２のユニット筐体３６には、第１のユニット筐体３５の貫通孔３９内に開口するように呼吸口４０が設けられており、第１の加圧室３４内の空気の出入りが可能となっている。第１の加圧室３４内に配置される可動体３７は、小径部３９ａより僅かに小さく小径部３９ａの周壁に沿って移動する縮小部３７ａと、大径部３９ｂより僅かに小さく且つ小径部３９ａよりも大きく大径部３９ｂの周壁に沿って移動する拡大部３７ｂとを含んでおり、縮小部３７ａと拡大部３７ｂとの間に段差部が形成されている。可動体３７の拡大部３７ｂが第１のユニット筐体３５の貫通孔３９の小径部３９ａよりも大きいため、第１の加圧室３４内に可動体３７を配置した状態で、第１のユニット筐体３５と第２のユニット筐体３６とが連結されると、段差部が肩部に干渉して、可動体３７は第１の加圧室３４内に保持されるようになる。第１の実施形態では、可動体３７はバネ受け部材として形成されており、拡大部３７ｂの底面には、第２のユニット筐体３６と可動体３７との間に第１の加圧手段として配置された付勢バネ４１の少なくとも一端部を受容する環状バネ溝４２が形成されており、付勢バネ４１によって可動体３７を第１の弁室１６へ向けて常時付勢している。この結果、第１の加圧室３４内で付勢バネ４１によって可動体３７が第１の弁室１６へ向けて付勢されて第１の加圧室３４内で周壁に沿って移動しようとするのに伴って、可動体３７のステム３８の先端に連結された第１のダイヤフラム２４の弁体部２４ａが弁座２３に押し付けられる方向の力を常時付与される。

なお、ダイヤフラム弁１０を開くときには、作動流体供給口２８を通して第２の加圧室３１内に作動流体を供給して第２の加圧室３１内の圧力を増加させることによって、第２のダイヤフラム２５に支持される押圧部２５ａを下降させて弁体部２４ａに当接させ、弁座２３から離反させる方向の力を弁体部２４ａに付与する。こうして、加圧ユニット１４によって弁体部２４ａに常時付与される弁座２３に押し付ける方向の力に抗して、弁体部２４ａが弁座２３から離間し、第１の弁室１６から第２の弁室２０へ流体が流通するようになる。また、第２の加圧室３１内の圧力を調整して、弁座２３と弁体部２４ａとの隙間を変化させることによって、流量の調整を行うことが可能となる。

また、図示されている第１の実施形態では、第１のユニット筐体３５は、第２のユニット筐体３６の外形と同じ外形となるように筒状本体３５ａの周壁の上端部より下側から外方に突出して延びる鍔部３５ｂをさらに備えている。鍔部３５ｂは、加圧ユニット１４を弁本体１１の下方に取り付けるときに、第２のユニット筐体３６と弁本体１１との間に配置されて、弁本体１１の下側凹部１５に取り付けられた第１のダイヤフラム２４の外縁部に位置する水平支持部２４ｄを弁本体１１の環状段差部１８との間に挟持する。また、鍔部３５ｂは、筒状本体３５ａの周壁の上端部より下側に設けられており、筒状本体３５ａは、鍔部３５ｂよりも上方に突出した突出部３５ｃを有している。突出部３５ｃは、加圧ユニット１４を弁本体１１に取り付けるときに、弁本体１１の下側凹部１５に挿入されて、弁本体１１の下側凹部１５に取り付けられた第１のダイヤフラム２４の垂直支持部２４ｃを下側凹部１５の外周面と第１のユニット筐体３５の突出部３５ｃの外周面との間に挟持する。このような状態で、第１のユニット筐体３５の鍔部３５ｂと第２のユニット筐体３６とを貫通して延びる取付穴４３に図２に示されているようにボルトなどの締結具４４を通して加圧ユニット１４を弁本体１１に固定することによって、第１のダイヤフラム２４がダイヤフラム弁１０に固定される。

図１に示されている実施形態では、バヨネット構造を利用して第１のユニット筐体３５と第２のユニット筐体３６とが連結されている。以下、図示されている実施形態のバヨネット構造を詳細に説明する。図４に示されているように、第１のユニット筐体３５の筒状本体３５ａの下端部には、鍔部３５ｂよりも下方に溝部を形成することによって、溝部よりも外方に突出した形態で周方向に延びる複数のバヨネット爪４５（図４では四つのバヨネット爪４５）が第１の係合部として設けられている。一方、第２のユニット筐体３６には、図５に示されているように、第１のユニット筐体３５の筒状本体３５ａの鍔部３５ｂより下方の部分を受容する受容穴３６ａが形成されており、受容穴３６ａの上端部には、受容穴３６ａの内周面から内方に突出して周方向に延びる複数のバヨネット爪４６（図５では四つのバヨネット爪４６）が第２の係合部として設けられている。筒状本体３５ａの複数のバヨネット爪４５と受容穴３６ａの複数のバヨネット爪４６とは、筒状本体３５ａの複数のバヨネット爪４５が受容穴３６ａの複数のバヨネット爪４６の間を通過することができ且つ受容穴３６ａの複数のバヨネット爪４６が筒状本体３５ａの複数のバヨネット爪４５の間を通過することができるような長さ及び間隔で設けられている。したがって、筒状本体３５ａ内に可動体３７と付勢バネ４１と収容した状態で、筒状本体３５ａの複数のバヨネット爪４５を受容穴３６ａの複数のバヨネット爪４６の間に配置して互いを通過させて、鍔部３５ｂより下方の筒状本体３５ａの部分を受容穴３６ａに挿入した後に第１のユニット筐体３５と第２のユニット筐体３６とを互いに対して回動させることによって、筒状本体３５ａのバヨネット爪４５と受容穴３６ａのバヨネット爪４６とが互いに係止されて、可動体３７と付勢バネ４１とを第１の加圧室３４内に保持した状態で、ボルトなどの締結具を用いることなく、第１のユニット筐体３５と第２のユニット筐体３６とが連結される。これによって、加圧ユニット１４を一つのユニットとして一体化された状態で扱うことが可能となる。

加圧ユニット１４の可動体３７の縮小部３７ａからは、ステム３８が第１のユニット筐体３５の貫通孔３９の小径部３９ａを通って加圧ユニット１４から突出して延びている。ステム３８の先端は、弁本体１１への加圧ユニット１４の取り付けのために加圧ユニット１４の第１のユニット筐体３５の突出部３５ｃを弁本体１１の下側凹部１５に挿入するときに、第１のダイヤフラム２４の弁体部２４ａに連結される。ステム３８の先端と弁体部２４ａとの連結方法は、特に限定されるものではない。しかしながら、ステム３８と弁体部２４ａにネジ部を形成することなく、ステム３８の先端を弁体部２４ａに圧入嵌合するのみで連結されるようにすることが好ましい。第１の実施形態では、図６に詳細に示されているように、ステム３８の接続端に拡径された係止部４７が設けられており、弁体部２４ａに設けられた相補形状の連結穴４８にステム３８の接続端（係止部４７）を圧入嵌合することによって、ステム３８の先端部に弁体部２４ａが連結される。この場合、ステム３８の接続端の収縮変形を容易にするために、係止部４７に切欠き部を設けてもよい。ステム３８の接続端に雄ネジ部を設けると共に弁体部２４ａの連結穴４８に対応する雌ネジ部を設けて互いを螺合させる場合、螺合のための回転による摩擦でステム３８及び弁体部２４ａの材料の粒子が発生し、この粒子が作業者の手に付着するなどして接液領域の汚染の原因となり得る。しかしながら、第１の実施形態のダイヤフラム弁１０のように圧入嵌合によりステム３８の接続端の係止部４７に弁体部２４ａが連結されるようになっていれば、粒子の発生による接液領域の汚染を抑制することができる。また、押し込み動作のみでステム３８と弁体部２４ａが連結されるので、組み立て作業が容易となり、組み立て作業時間の短縮につながる。

次に、第１の実施形態のダイヤフラム弁１０の組み立て手順について説明する。
加圧ユニット１４は別の工程で予め組み立てておく。加圧ユニット１４の組み立ては、第１のユニット筐体３５の筒状本体３５ａの貫通孔３９の小径部３９ａに可動体３７の縮小部３７ａを挿入し且つ貫通孔３９の大径部３９ｂに可動体３７の拡大部３７ｂを挿入すると共に可動体３７の拡大部３７ｂの環状バネ溝４２内に付勢バネ４１の端部を挿入した状態で、第１のユニット筐体３５の鍔部３５ｂより下側の部分を第２のユニット筐体３６の受容穴３６ａ内に挿入する。このとき、筒状本体３５ａの複数のバヨネット爪４５を受容穴３６ａの複数のバヨネット爪４６の間に配置して互いを通過させて、鍔部３５ｂより下方の筒状本体３５ａの部分を受容穴３６ａに挿入した後に第１のユニット筐体３５と第２のユニット筐体３６とを互いに対して回動させることによって、筒状本体３５ａのバヨネット爪４５と受容穴３６ａのバヨネット爪４６とが互いに係止されて、第１のユニット筐体３５と第２のユニット筐体３６とが連結される。これによって、図３に示されているように、加圧ユニット１４を一つのユニットとして一体化された状態で扱うことが可能となる。第１の加圧室３４内に配置された可動体３７の拡大部３７ｂは第１のユニット筐体３５の貫通孔３９の小径部３９ａよりも大きいので、可動体３７は第１の加圧室３４内に保持される。必要に応じて、加圧ユニット１４の外側を洗浄して粒子等を除去するようにしてもよい。

次に、加圧ユニット１４から突出して延びるステム３８の係止部４７を弁本体１１の下部に取り付けられた第１のダイヤフラム２４の弁体部２４ａの連結穴４８に圧入嵌合してステム３８と弁体部２４ａとを連結させた上で、第１のユニット筐体３５と第２のユニット筐体３６とを貫通して設けられた取付穴４３に通したボルト等の締結具４４で加圧ユニットを弁本体１１に固定する。このとき、加圧ユニット１４の第１のユニット筐体部３５の鍔部３５ｂより上方の部分である突出部３５ｃが弁本体１１の下側凹部１５に挿入される。これにより、突出部３５ｃの外周面と下側凹部１５の内周面との間で第１のダイヤフラム２４の垂直支持部２４ｃが挟持されると共に、弁本体１１と加圧ユニット１４の第２のユニット筐体３６との間に挟持される鍔部３５ｂと弁本体１１の環状段差部１８との間で第１のダイヤフラム２４の水平支持部２４ｄが挟持される。また、弁本体１１の上部には、ボルトなどの締結具３０によってボンネット１３が固定される。このとき、ボンネット１３の突出部２６が弁本体１１の上側凹部１９に挿入されて、弁本体１１の上側凹部１９の内周面とボンネット１３の突出部２６の外周面との間で第２のダイヤフラム２５の筒状支持部２５ｃを挟持する。以上のようにして、ダイヤフラム弁１０が組み立てられる。

この状態で、上流側の流体圧力が増加すると、瞬間的に第２の弁室２０の圧力も増加する。すると、第２のダイヤフラム２５の上面が第２の加圧室３１内の作動流体から受ける力より、第２のダイヤフラム２５の下面が流体から受ける力の方が大きくなり、第２のダイヤフラム２５は上方へと移動する。これに伴って、押圧部２５ａも上方へ移動すると共に第１のダイヤフラム２４に支持されて付勢バネ４１によって弁座２３へ向けて加圧される弁体部２４ａも上方へ移動するため、弁座２３と弁体部２４ａとの間の開口面積が減少し、第２の弁室２０内の圧力を減少させる。最終的に、付勢バネ４１によって可動体３７及びステム３８を介して弁体部２４ａに付与される力と、第２のダイヤフラム２５の下面を流体圧力により押し上げる力と第２のダイヤフラム２５の上面を第２の加圧室３１内の作動流体の圧力で押し下げる力との合力で押圧部２５ａにより弁体部２４ａに付与される力とが釣り合う位置で、弁体部２４ａが静止する。このとき第２の加圧室３１内の作動流体による圧力が大きく変わらなければ、第２のダイヤフラム２５の上面が受ける力は不変であるため、第２のダイヤフラム２５の下面が受ける力は略不変となる。したがって、第２のダイヤフラム２５の下面の流体圧力、すなわち、第２の弁室２０内の流体圧力は、上流側の圧力が増加する前とほぼ同じ圧力となる。

一方、設定された流量となっている状態から、上流側の圧力が減少すると、瞬間的に第２の弁室２０の圧力も減少する。すると、第２のダイヤフラム２５の上面が第２の加圧室３１内の作動流体から受ける力より、第２のダイヤフラム２５の下面が流体から受ける力の方が小さくなり、第２のダイヤフラム２５は下方へと移動する。これに伴って、押圧部２５ａも下方へ移動すると共に第１のダイヤフラム２４に支持されており押圧部２５ａに当接する弁体部２４ａも下方へ移動するため、弁座２３と弁体部２４ａとの間の開口面積が増加し、第２の弁室２０内の圧力を増加させる。最終的に、付勢バネ４１によって可動体３７及びステム３８を介して弁体部２４ａに付与される力と、第２のダイヤフラム２５の下面を流体圧力により押し上げる力と第２のダイヤフラム２５の上面を第２の加圧室３１内の作動流体の圧力で押し下げる力との合力で押圧部２５ａにより弁体部２４ａに付与される力とが釣り合う位置で、弁体部２４ａが静止する。したがって、上流側圧力が増加した場合と同様に、第２の弁室２０内の流体圧力は、上流側の圧力が増加する前とほぼ同じ圧力となる。

第３の実施形態のダイヤフラム弁６０は、第１の実施形態のダイヤフラム弁１０と同様に、弁本体１１と、弁本体１１内に設けられる弁機構１２と、弁本体１１の上部に取り付けられるボンネットと１３と、弁本体１１の下部に取り付けられる加圧ユニット６１とを備え、弁機構１２によってダイヤフラム弁６０の開閉を行うようになっている。第３の実施形態のダイヤフラム弁６０の弁本体１１、弁機構１２、ボンネット１３の構造は、第１の実施形態のダイヤフラム弁１０のものと同じであるので、ここでは説明を省略する。一方、第３の実施形態のダイヤフラム弁６０の加圧ユニット６１では、第１の加圧室３４がシリンダ室になっていると共に、第１の実施形態のダイヤフラム弁１０の加圧ユニット１４の可動体３７に代えて、ピストン６２が第１の加圧室３４内に配置されており、第２のユニット筐体３６に設けられた作動流体供給口６３から第１の加圧室３４内に第１の加圧手段としての作動流体を供給することによって弁体部２４ａを弁座２３に押し付ける方向にピストン６２を常時付勢するようになっている点において、第１の実施形態のダイヤフラム弁１０の加圧ユニット１４と異なっている。ピストン６２は、可動体３７と同様に、縮小部６２ａと拡大部６２ｂとを含んでいるが、拡大部６２ｂの外周面が第１のユニット筐体３５の貫通孔３９の大径部３９ｂの内周面と摺動するようになっており、ピストン６２の外周面と貫通孔３９の大径部３９ｂの内周面との間を封止するシール部材６４が設けられている点で可動体３７と異なっている。なお、第１のユニット筐体３５には、第１の加圧室３４においてピストン６２を挟んで作動流体供給口６３が開口する空間とは反対側の空間に開口するように呼吸口（図示せず）が設けられている。また、図８に示されている実施形態では、弁体部２４ａを弁座２３に押し付ける方向にピストン６２を付勢する付勢バネ４１が第１の加圧室３４内に設けられているが、付勢バネ４１は設けなくてもよい。ダイヤフラム弁６０における第１のユニット筐体３５と第２のユニット筐体３６との連結のためのバヨネット構造などの他の構造や、ダイヤフラム弁６０の組み立て方法や動作などは、第１の実施形態のダイヤフラム弁のものと実質的に同じであるので、ここでは説明を省略する。

Claims (1)

1. 前記第１のユニット筐体の第１の係合部と前記第２のユニット筐体の第２の係合部とがバヨネット構造である、請求項５に記載のダイヤフラム弁。