(57)【要約】  気体混合器（１）は、パイロット減圧弁（２）と、等圧弁（３）と、を備える。パイロット減圧弁（２）は、パイロットハウジング（２１）と、パイロットバルブ軸（２２）と、第２パイロットハウジング（２３）と、パイロットシール部材（２４）と、パイロット弁体（２６）と、を含む。パイロットバルブ軸（２２）が軸方向に往復することにより、パイロット弁体（２６）と第２パイロットハウジング（２３）とが接触する状態と離れた状態とが実現される。パイロット弁体（２６）と第２パイロットハウジング（２３）とが接触する状態において、パイロットハウジング（２１）内には、第１圧力空間（２１Ａ）と、第２圧力空間（２１Ｂ）と、第３圧力空間（２１Ｃ）と、が形成される。第３圧力空間（２１Ｃ）と第２圧力空間（２１Ｂ）とは連通している。パイロットシール部材（２４）は、パイロットハウジング（２１）に対して固定されている。
2018073945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入するパイロット気体の圧力をパイロット圧力に減圧して吐出するパイロット減圧弁と、
前記パイロット減圧弁に接続され、前記パイロット減圧弁から吐出される前記パイロット気体の前記パイロット圧力に基づいて、導入される第１気体および第２気体の圧力を等圧に減圧して吐出する等圧弁と、
前記等圧弁から吐出された前記第１気体と前記第２気体とが流入し、前記第１気体と前記第２気体とを混合して吐出する混合部と、を備え、
前記パイロット減圧弁は、
パイロットハウジングと、
前記パイロットハウジング内に配置され、軸方向に往復可能なパイロットバルブ軸と、
前記パイロットハウジング内に、前記パイロットハウジングに対して固定して配置される第２パイロットハウジングと、
前記パイロットバルブ軸の外面と前記パイロットハウジングの内面とに接触して配置され、前記パイロットバルブ軸と前記パイロットハウジングとの間の気密を維持するパイロットシール部材と、
前記パイロットバルブ軸に接触して配置され、前記パイロットバルブ軸を軸方向に押圧するパイロット押圧部材と、
前記パイロットバルブ軸に設置されるパイロット弁体と、を含み、
前記パイロットバルブ軸が軸方向に往復することにより、前記パイロット弁体と前記第２パイロットハウジングとが接触する状態と離れた状態とが実現され、
前記パイロットハウジングには、前記パイロット気体が流入するパイロット流入路と、パイロット圧力に減圧された前記パイロット気体が流出するパイロット流出路とが形成され、
前記パイロット弁体と前記第２パイロットハウジングとが接触する状態において、前記パイロットハウジング内には、
前記パイロットバルブ軸、前記パイロットハウジングおよび前記第２パイロットハウジングにより取り囲まれ、前記パイロット流入路に接続される第１圧力空間と、
前記パイロット弁体から見て前記第１圧力空間とは反対側に配置され、前記パイロット流出路に接続される第２圧力空間と、
前記パイロットシール部材から見て前記第１圧力空間とは反対側であって、前記パイロットバルブ軸の端部に接触するように配置される第３圧力空間と、が形成され、
前記第３圧力空間と前記第２圧力空間とは連通しており、
前記パイロットシール部材は、前記パイロットハウジングに対して固定されている、気体混合器。
【請求項２】
前記等圧弁は、
等圧ハウジングと、
前記等圧ハウジング内に配置され、軸方向に往復可能な第１等圧バルブ軸と、
前記等圧ハウジング内に配置され、軸方向に往復可能な第２等圧バルブ軸と、
前記等圧ハウジング内に配置され、前記パイロット減圧弁に接続される空間であるパイロット気体室の壁面の一部を構成し、前記第１等圧バルブ軸に接触して前記第１等圧バルブ軸を軸方向に押圧する第１等圧押圧部材と、
前記等圧ハウジング内に配置され、前記パイロット気体室の壁面の他の一部を構成し、前記第２等圧バルブ軸に接触して前記第２等圧バルブ軸を軸方向に押圧する第２等圧押圧部材と、
前記第１等圧バルブ軸に設置される第１軟質弁体と、
前記第２等圧バルブ軸に設置される第２軟質弁体と、
前記第１等圧バルブ軸に対して軸方向に往復可能に設置される第１硬質弁体と、
前記第２等圧バルブ軸に対して軸方向に往復可能に設置される第２硬質弁体と、を含み、
前記等圧ハウジング内には、
前記第１気体が流入する第１気体流入路と、
前記第１気体が吐出される第１気体吐出路と、
前記第１気体流入路と前記第１気体吐出路とを接続する第１気体中間路と、
前記第２気体が流入する第２気体流入路と、
前記第２気体が吐出される第２気体吐出路と、
前記第２気体流入路と前記第２気体吐出路とを接続する第２気体中間路と、が形成されており、
前記第１気体流入路と前記第１気体中間路との接続部に第１軟質弁体が配置され、
前記第１気体中間路と前記第１気体吐出路との接続部に第１硬質弁体が配置され、
前記第２気体流入路と前記第２気体中間路との接続部に第２軟質弁体が配置され、
前記第２気体中間路と前記第２気体吐出路との接続部に第２硬質弁体が配置される、請求項１に記載の気体混合器。
【請求項３】
前記第１等圧押圧部材および前記第２等圧押圧部材は、
弾性部材と、
前記弾性部材よりも剛性が高い材料からなり、前記弾性部材を支持する支持部材と、を含み、
前記弾性部材は、
円盤状の形状を有するベース部と、
前記ベース部の外周を取り囲むように配置され、前記パイロット気体室が広がる方向に突出する突出部と、を含み、
前記ベース部が全域にわたって前記支持部材により支持されている、請求項２に記載の気体混合器。
【請求項４】
前記混合部は、
前記等圧弁から吐出される前記第１気体と前記第２気体との混合比を調整し、前記第１気体および前記第２気体を、それぞれ第１気体流路および第２気体流路から吐出する混合比調整器と、
前記第１気体流路および前記第２気体流路に接続され、前記第１気体および前記第２気体が流れる方向に垂直な断面積が前記第１気体流路および前記第２気体流路よりも大きい合流室を有する合流器と、を含む、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の気体混合器。
【請求項５】
前記第１気体流路から前記合流器への前記第１気体の吐出方向は、前記第２気体流路から前記合流器への前記第２気体の吐出方向に沿ったものとなっている、請求項４に記載の気体混合器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は気体混合器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
異なる２種類の気体を混合して供給するために、気体混合器が用いられる場合がある。気体混合器は、たとえば減圧弁によって一次圧力の気体を所定の二次圧力に等圧に減圧して混合する構造を有している（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３４９０３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
気体混合器においては、応答性が高いことが好ましい。本発明の目的は、応答性に優れた気体混合器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に従った気体混合器は、パイロット減圧弁と、等圧弁と、混合部と、を備える。パイロット減圧弁は、流入するパイロット気体の圧力をパイロット圧力に減圧して吐出する。等圧弁は、パイロット減圧弁に接続され、パイロット減圧弁から吐出されるパイロット気体のパイロット圧力に基づいて、導入される第１気体および第２気体の圧力を等圧に減圧して吐出する。混合部は、等圧弁から吐出された第１気体と第２気体とが流入し、第１気体と第２気体とを混合して吐出する。パイロット減圧弁は、パイロットハウジングと、パイロットバルブ軸と、第２パイロットハウジングと、パイロットシール部材と、パイロット押圧部材と、パイロット弁体と、を含む。パイロットバルブ軸は、パイロットハウジング内に配置され、軸方向に往復可能である。第２パイロットハウジングは、パイロットハウジング内において、パイロットハウジングに対して固定して配置される。パイロットシール部材は、パイロットバルブ軸の外面とパイロットハウジングの内面とに接触して配置され、パイロットバルブ軸とパイロットハウジングとの間の気密を維持する。パイロット押圧部材は、パイロットバルブ軸に接触して配置され、パイロットバルブ軸を軸方向に押圧する。パイロット弁体は、パイロットバルブ軸に設置される。パイロットバルブ軸が軸方向に往復することにより、パイロット弁体と第２パイロットハウジングとが接触する状態と離れた状態とが実現される。パイロットハウジングには、パイロット気体が流入するパイロット流入路と、パイロット圧力に減圧されたパイロット気体が流出するパイロット流出路とが形成される。パイロット弁体と第２パイロットハウジングとが接触する状態において、パイロットハウジング内には、第１圧力空間と、第２圧力空間と、第３圧力空間とが形成される。第１圧力空間は、パイロットバルブ軸、パイロットハウジングおよび第２パイロットハウジングにより取り囲まれ、パイロット流入路に接続される。第２圧力空間は、パイロット弁体から見て第１圧力空間とは反対側に配置され、パイロット流出路に接続される。第３圧力空間は、パイロットシール部材から見て第１圧力空間とは反対側であって、パイロットバルブ軸の端部に接触するように配置される。第３圧力空間と第２圧力空間とは連通している。パイロットシール部材は、パイロットハウジングに対して固定されている。【０００６】
本発明の気体混合器においては、パイロット減圧弁に接続され、パイロット減圧弁から吐出されるパイロット気体のパイロット圧力に基づいて、導入される第１気体および第２気体の圧力を等圧に減圧して吐出する等圧弁を含む。これにより、パイロット減圧弁から吐出されるパイロット気体のパイロット圧力を調整することで、第１気体および第２気体の圧力を調整することができる。【０００７】
また、本発明の気体混合器においては、パイロット減圧弁の第３圧力空間と第２圧力空間とが連通することにより、パイロットバルブ軸に掛かる第３圧力空間と第２圧力空間との差圧に対応する力が軽減される。しかしながら、第３圧力空間と第１圧力空間との差圧に対応する軸方向の力が、パイロットシール部材に掛かる。ここでパイロットバルブ軸には、パイロット弁体と第２パイロットハウジングとが接触する状態を維持するために、パイロット弁体を第２パイロットハウジングに押し付ける向きの軸方向の力（押しつけ荷重）が加えられる。【０００８】
パイロットシール部材がパイロットバルブ軸に固定されている場合には、第３圧力空間と第１圧力空間との差圧に対応する力がパイロットバルブ軸に掛かるようになる。その結果、パイロット弁体と第２パイロットハウジングとが接触する状態を維持するために、パイロットバルブ軸には、上記押しつけ荷重に加えて、第３圧力空間と第１圧力空間との差圧に対応する力を付与する必要がある。【０００９】
具体的には、例えば第３圧力空間と第１圧力空間との最大差圧が０．４５ＭＰａ、第３圧力空間と第１圧力空間との最小差圧が０．１５ＭＰａ、パイロットシール部材の軸方向に垂直な面における断面積が１８．８ｍｍ２、上記押しつけ荷重が５．８９Ｎである場合に、パイロット弁体と第２パイロットハウジングとが接触する状態を維持するためにパイロットバルブ軸に付与される力は、以下のように設定される。【００１０】
パイロットシール部材に掛かる力は、第３圧力空間と第１圧力空間との差圧に、パイロットシール部材の軸方向に垂直な面における断面積を乗じることで得られる。第３圧力空間と第１圧力空間との差圧およびパイロットシール部材の断面積が上記の通りである場合、第３圧力空間と第１圧力空間との差圧が最大差圧となるときにパイロットシール部材に掛かる力は、８．４６Ｎとなる。一方で、最小差圧となるときには、パイロットシール部材に掛かる力は、２．８２Ｎとなる。このように、第３圧力空間と第１圧力空間との差圧の変化に伴って、パイロットシール部材に掛かる力は変化する。【００１１】
パイロット弁体と第２パイロットハウジングとが接触する状態を維持するために、パイロットバルブ軸には、第３圧力空間と第１圧力空間との差圧が最大差圧となるときに対応した力、すなわち上記押しつけ荷重５．８９Ｎに８．４６Ｎを加えた１４．３５Ｎの力を付与する必要がある。しかしながら、第３圧力空間と第１圧力空間との差圧が低くなると、パイロットバルブ軸には、過剰な力が掛かることとなる。第３圧力空間と第１圧力空間との差圧が最小の状態で、パイロット弁体と第２パイロットハウジングとが接触する状態を維持するために必要な力は、上記押しつけ荷重５．８９Ｎに２．８２Ｎを加えた８．７１Ｎとなる。つまり、第３圧力空間と第１圧力空間との差圧が最小差圧となるときに、パイロットバルブ軸には５．６４Ｎの過剰な力が掛かることとなる。【００１２】
すなわち、パイロットバルブ軸は、第３圧力空間と第１圧力空間との差圧が低くなる時に、上記の過剰な力の範囲において無反応となる。その結果、パイロットバルブ軸にパイロットシール部材を固定した場合には、パイロット減圧弁の応答性が低下する。【００１３】
これに対して、本発明の気体混合器においては、パイロットシール部材が、パイロットハウジングに対して固定されている。このようにすることで、パイロットシール部材にかかる第３圧力空間と第１圧力空間との差圧に対応する力は、パイロットハウジングが受け持つようにすることができる。そのため、パイロットバルブ軸には、第３圧力空間と第１圧力空間との差圧に対応する力を加える必要がなくなる。その結果、第２圧力空間の圧力の変化に対して、パイロットバルブ軸が無反応となる範囲が少なくなり、パイロット減圧弁の応答性を向上させることができる。【００１４】
このように、本発明の気体混合器によれば、応答性が優れる気体混合器を提供することができる。【００１５】
上記気体混合器において、等圧弁は、等圧ハウジングと、第１等圧バルブ軸と、第２等圧バルブ軸と、第１等圧押圧部材と、第２等圧押圧部材と、第１軟質弁体と、第２軟質弁体と、第１硬質弁体と、第２硬質弁体と、を含んでいてもよい。第１等圧バルブ軸および第２等圧バルブ軸は、等圧ハウジング内に配置され、軸方向に往復可能である。第１等圧押圧部材は、等圧ハウジング内に配置され、パイロット減圧弁に接続される空間であるパイロット気体室の壁面の一部を構成し、第１等圧バルブ軸に接触して第１等圧バルブ軸を軸方向に押圧する。第２等圧押圧部材は、等圧ハウジング内に配置され、パイロット気体室の壁面の他の一部を構成し、第２等圧バルブ軸に接触して第２等圧バルブ軸を軸方向に押圧する。第１軟質弁体は、第１等圧バルブ軸に設置される。第２軟質弁体は、第２等圧バルブ軸に設置される。第１硬質弁体は、第１等圧バルブ軸に対して軸方向に往復可能に設置される。第２硬質弁体は、第２等圧バルブ軸に対して軸方向に往復可能に設置される。等圧ハウジング内には、第１気体流入路と、第１気体吐出路と、第１気体中間路と、第２気体流入路と、第２気体吐出路と、第２気体中間路と、が形成される。第１気体流入路には、第１気体が流入する。第１気体吐出路からは、第１気体が吐出される。第１気体中間路は、第１気体流入路と第１気体吐出路とを接続する。第２気体流入路には、第２気体が流入する。第２気体吐出路からは、第２気体が吐出される。第２気体中間路は、第２気体流入路と第２気体吐出路とを接続する。第１軟質弁体は、第１気体流入路と第１気体中間路との接続部に配置される。第１硬質弁体は、第１気体中間路と第１気体吐出路との接続部に配置される。第２軟質弁体は、第２気体流入路と第２気体中間路との接続部に配置される。第２硬質弁体は、第２気体中間路と第２気体吐出路との接続部に配置される。【００１６】
このようにすることで、等圧バルブ軸に設置された硬質弁体を軸方向に往復させ、気体中間路と気体吐出路との接続部を開閉することで、気体流入路から気体吐出路へ流れる気体の微小流量の制御を安定して行うことができる。また、等圧バルブ軸に対して固定された軟質弁体によって気体中間路と気体流入路との間を閉塞したときには、気体吐出路との間が軟質弁体によってシールされるので、気体流入路と気体吐出路との間が密閉された状態を安定して保つことができる。その結果として、気体の微小流量の制御と確実な密閉状態を両立することができる。上記のような等圧弁を採用することにより、応答性に優れたパイロット減圧弁と、気体の微小流量の制御と確実な密閉状態を両立することができる等圧弁とを組み合わせることで高性能な気体混合器を提供することができる。なお、硬質弁体は、閉塞時に実質的に変形しない材料、例えば金属からなる。また、軟質弁体は、閉塞時に変形可能な材料、例えば樹脂やゴム等からなる。【００１７】
上記気体混合器において、第１等圧押圧部材および第２等圧押圧部材は、弾性部材と、支持部材と、を含んでいてもよい。支持部材は、弾性部材よりも剛性が高い材料からなり、弾性部材を支持する。弾性部材は、ベース部と、突出部と、を含む。ベース部は、円盤状の形状を有する。突出部は、ベース部の外周を取り囲むように配置され、パイロット気体室が広がる方向に突出する。ベース部は、全域にわたって支持部材により支持されている。このようにすることで、弾性部材における損失を抑制しつつパイロット圧力を等圧バルブ軸に伝えることができる。【００１８】
上記気体混合器において、混合部は、混合比調整器と、合流器と、を含んでいてもよい。混合比調整器は、等圧弁から吐出される第１気体と第２気体との混合比を調整し、第１気体および第２気体を、それぞれ第１気体流路および第２気体流路から吐出する。合流器は、第１気体流路および第２気体流路に接続され、第１気体および第２気体が流れる方向に垂直な断面積が第１気体流路および第２気体流路よりも大きい合流室を有する。このようにすることで、第１気体と第２気体とを均一かつ高い混合精度で混合することができる。【００１９】
上記気体混合器において、第１気体流路から合流器への第１気体の吐出方向は、第２気体流路から合流器への第２気体の吐出方向に沿ったものとなっていてもよい。このようにすることで、等圧弁から吐出された第１気体と第２気体とがぶつかり合って混合精度が低下することを防止することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上の説明から明らかなように、本発明の気体混合器によれば、応答性が優れる気体混合器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】気体混合器の構造を示す概略図である。
【図２】パイロット減圧弁の構造を示す概略断面図である。
【図３】等圧弁の構造を示す概略断面図である。
【図４】等圧弁の要部を拡大して示す概略断面図である。
【図５】パイロット減圧弁の動作を説明するための概略断面図である。
【図６】パイロット減圧弁の動作を説明するための概略断面図である。
【図７】等圧弁の動作を説明するための概略断面図である。
【図８】等圧弁の動作を説明するための概略断面図である。
【図９】等圧弁の動作を説明するための概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００２３】
図１を参照して、実施の形態１における気体混合器１は、パイロット減圧弁２と、等圧弁３と、混合部５と、流量調整弁６とを備える。
【００２４】
等圧弁３には、第１配管９１と、第２配管９２と、第３配管９３と、第４配管９４とが接続される。第１配管９１は、第１気体流入路３１Ａと接続される。第２配管９２は、第２気体流入路３１Ｄと接続される。第３配管９３は、第１気体吐出路３１Ｂと接続される。第４配管９４は、第２気体吐出路３１Ｅと接続される。
【００２５】
パイロット減圧弁２には、第５配管９５と、第６配管９６とが接続される。第５配管９５の一方の端部は、パイロット減圧弁２のパイロット流入路２７と接続される。第５配管９５の他方の端部は、第２配管９２と接続される。第６配管９６の一方の端部はパイロット流出路２８と接続される。第６配管９６の他方の端部は、等圧弁３の等圧ハウジング３１内のパイロット気体室３４に接続される。
【００２６】
混合部５は、合流器５１と、混合比調整器５３と、を含む。混合比調整器５３には、第３配管９３および第４配管９４が接続される。合流器５１と、混合比調整器５３とは、第７配管９７および第８配管９８により接続される。第７配管９７は、第１気体流路５１Ａと接続される。第８配管９８は、第２気体流路５１Ｂと接続される。混合部５と流量調整弁６との間には、第９配管９９が配置される。
【００２７】
図２を参照して、パイロット減圧弁２は、パイロットハウジング２１と、パイロットバルブ軸２２と、第２パイロットハウジング２３と、パイロットシール部材２４と、パイロット押圧部材２５と、パイロット弁体２６と、を備える。
【００２８】
パイロットハウジング２１は、第１外枠部２１１と、第２外枠部２１２とを備える。第２外枠部２１２は、一方の端部に底部２１２Ｂを有し、他方の端部において開口部を有する多段円筒状の内部空間を有する。第２外枠部２１２の内部空間は、上記一方の端部に近づくに従って直径が小さくなる。第１外枠部２１１は、両端部に開口部を有する多段円筒状のパイロット内部空間２１Ｄを有する。第１外枠部２１１のパイロット内部空間２１Ｄは、一方の端部に近づくに従って直径が小さくなる。第１外枠部２１１の他方の端部の外周面と第２外枠部２１２の他方の端部の内周面とが接触するように嵌め合うことで、第１外枠部２１１と第２外枠部２１２とは接続される。
【００２９】
第１外枠部２１１の一方の端部を貫通するように、調整軸２１１Ｃが配置される。調整軸２１１Ｃの一方の端部には、調整部２１１Ｂが接続される。調整軸２１１Ｃの他方の端部は、パイロット内部空間２１Ｄ内に位置する。
【００３０】
パイロット減圧弁２は、パイロット内部空間２１Ｄ内にパイロットスプリング２５１を含む。パイロットスプリング２５１の一方の端部は、第１支持部２１１Ｄに接触する。第１支持部２１１Ｄのパイロットスプリング２５１に接触する側とは反対側に、調整軸２１１Ｃの上記他方の端部が接触する。
【００３１】
パイロット押圧部材２５は、ダイヤフラム２５２と、支持部２５３と、押圧部２５４とを備える。第１外枠部２１１と第２外枠部２１２の間に挟まれるように、中央部に貫通孔を有するダイヤフラム２５２が支持される。ダイヤフラム２５２は、外周部にパイロット内部空間２１Ｄ側に突出する突出部２５２Ａを備える。押圧部２５４は、円盤状の本体部と、本体部から軸方向に突出する突出部とを含む形状を有する。押圧部２５４の本体部はダイヤフラム２５２から見て第２外枠部２１２側に位置し、突出部がダイヤフラム２５２の貫通孔を貫通することにより第１外枠部２１１側に進入する。支持部２５３は、中央に貫通孔を有する円盤状の形状を有する。支持部２５３は、ダイヤフラム２５２から見て第１外枠部２１１側に配置される。そして、押圧部２５４の突出部が支持部２５３の貫通孔に挿入される状態で、ダイヤフラム２５２は押圧部２５４と支持部２５３とに接触して挟まれる。支持部２５３は、パイロットスプリング２５１の他方の端部に接触して配置される。
【００３２】
パイロットバルブ軸２２は、第２外枠部２１２内に配置される。パイロットバルブ軸２２には、一方の端部において開口し、軸方向に延在するとともに、パイロット弁体２６よりも他方の端部に近い位置で径方向に貫通する貫通孔２２Ａが形成されている。パイロットバルブ軸２２は、他方の端部において押圧部２５４に接触する。パイロットバルブ軸２２は、軸方向に移動可能に設置される。
【００３３】
第２パイロットハウジング２３は、パイロットバルブ軸２２の外周の一部を取り囲むように設置される。第２パイロットハウジング２３とパイロットバルブ軸２２との間には、軸受部２３２が配置される。第２パイロットハウジング２３は、第２外枠部２１２の中央部の内周面にＯリング２３１を挟んで気密に固定されている。第２パイロットハウジング２３には、第２圧力空間２１Ｂと第１圧力空間２１Ａとをつなぐハウジング流路２３Ａが形成されている。パイロットバルブ軸２２の貫通孔２２Ａは、ハウジング流路２３Ａに連通する。その結果、第３圧力空間２１Ｃと第２圧力空間２１Ｂとは連通する。
【００３４】
パイロット弁体２６は、円環状の形状を有する。パイロット弁体２６に、パイロットバルブ軸２２が挿入されることにより、パイロット弁体２６はパイロットバルブ軸２２に対して固定される。パイロットバルブ軸２２が軸方向に往復することにより、パイロット弁体２６と第２パイロットハウジング２３とが接触する状態と離れた状態とが実現される。パイロット弁体２６の外周部を覆うように円筒状の形状を有する弁体固定部２６１が配置される。
【００３５】
パイロットシール部材２４は、第１シール固定部２４１と、Ｏリング２４２と、第２シール固定部２４３とを備える。パイロットシール部材２４は、パイロット弁体２６から見て第２パイロットハウジング２３とは反対側の第２外枠部２１２の内周面に固定される。第２シール固定部２４３と弁体固定部２６１の間には、コイルスプリング２６２が配置されている。コイルスプリング２６２の一方の端部は第２シール固定部２４３に接触する。コイルスプリング２６２の他方の端部は、弁体固定部２６１に接触する。Ｏリング２４２は、第１シール固定部２４１および第２シール固定部２４３に挟まれるように配置される。パイロットバルブ軸２２の外周面と第２外枠部２１２の内周面とに接触するように、Ｏリング２４２は配置される。パイロットバルブ軸２２と第２外枠部２１２は、Ｏリング２４２によりシールされる。
【００３６】
パイロットハウジング２１内には、パイロットバルブ軸２２、パイロットハウジング２１および第２パイロットハウジング２３により取り囲まれた第１圧力空間２１Ａが形成される。第１圧力空間２１Ａは、パイロット流入路２７と接続される。第２圧力空間２１Ｂは、パイロット弁体２６から見て第１圧力空間２１Ａとは反対側に配置され、パイロット流出路２８に接続される。パイロットシール部材２４から見て第１圧力空間２１Ａとは反対側であって、パイロットバルブ軸２２の端部に接触するように配置される第３圧力空間２１Ｃが形成される。第３圧力空間２１Ｃは、第２圧力空間２１Ｂと連通している。
【００３７】
図３、図４を参照して、等圧弁３は、等圧ハウジング３１と、第１等圧バルブ軸３２と、第１等圧押圧部材３５と、第１軟質弁体３７１と、第１硬質弁体３７２とを含む第１減圧弁３０１と、第２等圧バルブ軸３３と、第２等圧押圧部材３６と、第２軟質弁体３８１と、第２硬質弁体３８２とを含む第２減圧弁３０２と、を備える。第１減圧弁３０１と第２減圧弁３０２とは、互いに軸方向に対向するように対にして配置される。第１等圧押圧部材３５は、等圧ハウジング３１内に配置され、パイロット減圧弁２に接続される空間であるパイロット気体室３４の壁面の一部を構成する。また、第２等圧押圧部材３６は、パイロット気体室３４の壁面の他の一部を構成する。
【００３８】
第１減圧弁３０１と第２減圧弁３０２の間には、第１等圧押圧部材３５と、第２等圧押圧部材３６と、等圧ハウジング３１とに取り囲まれたパイロット気体室３４が形成される。パイロット気体室３４は、パイロット流出路２８と接続される。
【００３９】
第１減圧弁３０１と第２減圧弁３０２とは、同様の構造を有しているため、以下、第２減圧弁３０２を中心に説明する。図４を参照して第２減圧弁３０２は、第１弁ハウジング３１１と、第２弁ハウジング３１２と、を備える。第１弁ハウジング３１１は、両端部に開口部を有する多段円筒状の内部空間を有する。第２弁ハウジング３１２は、一方の端部に底部を有し、他方の端部に開口部を有する多段円筒状の内部空間を有する。
【００４０】
第２等圧押圧部材３６は、ダイヤフラムである弾性部材３５１と、支持部材３５２と、固定部３５３、押圧部３５４とを、含む。弾性部材３５１は、中央に貫通孔を有する円盤状の形状を有する。弾性部材３５１の外周部は、等圧ハウジング３１と接続される。弾性部材３５１は、円盤状の形状を有するベース部３５１Ａと、突出部３５１Ｂと、を含む。突出部３５１Ｂは、ベース部３５１Ａの外周を取り囲むように配置され、パイロット気体室３４が広がる方向に突出する。ベース部３５１Ａは、全域にわたって一対の支持部材３５２により挟まれて支持されている。
【００４１】
第２等圧バルブ軸３３は、第１弁ハウジング３１１内に配置される。第２等圧バルブ軸３３には、一方の端部において開口し、他方の端部に向けて延在するとともに、他方の端部付近で径方向に貫通する貫通孔３３Ａが形成されている。第２等圧バルブ軸３３の一方の端部は、押圧部３５４に接触する。第２等圧バルブ軸３３の一方の端部の外周面は、軸受部３２２によって第１弁ハウジング３１１の一方の端部に対して径方向に支持される。第２等圧バルブ軸３３の外周面には、径方向に突出する係合部３２１が固定されている。第２等圧バルブ軸３３は、軸方向に移動可能に設置される。
【００４２】
第２硬質弁体３８２は、中空円筒状の形状を有する。第２硬質弁体３８２と係合部３２１との間には、軸方向に所定の間隙Ｔが形成されている。第２硬質弁体３８２には、第２等圧バルブ軸３３が挿入される。第２硬質弁体３８２は、一方の端部に向かって外径が小さくなるテーパー面３８２Ａを含む。第２硬質弁体３８２と第２等圧バルブ軸３３との間は、Ｏリング４２によりシールされる。第２硬質弁体３８２は、第２等圧バルブ軸３３に対して相対的に軸方向に移動可能に設置される。第２硬質弁体３８２のテーパー面３８２Ａと第１弁ハウジング３１１が接触する状態と、テーパー面３８２Ａと第１弁ハウジング３１１が接触しない状態を取り得るように、第２硬質弁体３８２は設置される。
【００４３】
第１弁ハウジング３１１の他方の端部には、弁座４３が配置される。弁座４３は、円環状の形状を有する。弁座４３は、第１弁ハウジング３１１と第２弁ハウジング３１２に挟まれた状態で配置される。弁座４３は、コイルスプリング４１の一方の端部に接触する。コイルスプリング４１の他方の端部は、第２硬質弁体３８２に接触する。
【００４４】
第２軟質弁体３８１は、円環状の形状を有する。第２軟質弁体３８１には、第２等圧バルブ軸３３が挿入される。第２軟質弁体３８１は、コイルスプリング４１が接触する側とは反対側の弁座４３の面に接触可能となっている。第２軟質弁体３８１の外周面を覆うように円筒状の形状を有する弁体固定部４４が配置される。第２軟質弁体３８１は、第２等圧バルブ軸３３と一体に軸方向に移動可能となっている。
【００４５】
第２等圧バルブ軸３３の他方の端部の外周面と第２弁ハウジング３１２との間には、Ｏリング４７が配置される。Ｏリング４７を軸方向に挟むように円環状の形状を有する第１固定部４６および第２固定部４８が配置される。第１固定部４６は、コイルスプリング４５の一方の端部と接触する。コイルスプリング４５の他方の端部は、弁体固定部４４と接触する。
【００４６】
さらに、図３を参照して等圧ハウジング３１内には、第１気体Ａが流入する第１気体流入路３１Ａと、第１気体Ａが吐出される第１気体吐出路３１Ｂと、第１気体流入路３１Ａと第１気体吐出路３１Ｂとを接続する第１気体中間路３１Ｃと、第２気体Ｂが流入する第２気体流入路３１Ｄと、第２気体Ｂが吐出される第２気体吐出路３１Ｅと、第２気体流入路Ｄと第２気体吐出路Ｅとを接続する第２気体中間路３１Ｆと、が形成されている。第１気体流入路３１Ａと第１気体中間路３１Ｃとの接続部に第１軟質弁体３７１が配置される。第１気体中間路３１Ｃと第１気体吐出路３１Ｂとの接続部に第１硬質弁体３７２が配置される。第２気体流入路３１Ｄと第２気体中間路３１Ｆとの接続部に第２軟質弁体３８１が配置される。第２気体中間路３１Ｆと第２気体吐出路３１Ｅとの接続部に第２硬質弁体３８２が配置される。
【００４７】
図１を参照して、混合部５は、混合比調整器５３と、合流器５１とを含む。合流器５１は、第１気体流路５１Ａおよび第２気体流路５１Ｂに接続され、第１気体Ａおよび第２気体Ｂが流れる方向に垂直な断面積が第１気体流路５１Ａおよび第２気体流路５１Ｂよりも大きい合流室５２を有する。第１気体流路５１Ａから合流器５１への第１気体Ａの吐出方向は、第２気体流路５１Ｂから合流器５１への第２気体Ｂの吐出方向に沿った（より具体的には一致する）ものとなっている。
【００４８】
次に気体混合器１の動作について説明する。まず、パイロット減圧弁２が起動する。図２を参照して、パイロット圧力の設定は、調整部２１１Ｂを回転して調整軸２１１Ｃを軸方向に移動させて、パイロットスプリング２５１を軸方向に圧縮させることで行われる。
【００４９】
図２および図５を参照して、第２配管９２および第５配管９５を介して第２気体Ｂ（たとえば二酸化炭素）がパイロット流入路２７に供給される。設定されたパイロット圧力に対して第２圧力空間２１Ｂの圧力が高い場合には、パイロット弁体２６は閉じられた状態となる。一方で、図２および図６を参照して、設定されたパイロット圧力に対して第２圧力空間２１Ｂの圧力が低くなった場合には、パイロット押圧部材２５によって、パイロットバルブ軸２２は軸方向のパイロットシール部材２４側に移動させられる。これにより、パイロット弁体２６と第２パイロットハウジング２３との間には隙間Ｓが形成される。形成された隙間Ｓから、気体が第２圧力空間２１Ｂに流れ込む。これにより、第２圧力空間２１Ｂ内の圧力が、設定圧力であるパイロット圧力に調整される。図１を参照して、パイロット減圧弁２から吐出されるパイロット気体は、第６配管９６を通じて、パイロット気体室３４に流入する。その結果、パイロット気体室３４内の圧力がパイロット圧力に調整される。
【００５０】
図１、図４および図７を参照して、等圧弁３には、第１配管９１を介して第１気体Ａ（たとえばアルゴン）が供給される。等圧弁３には、第２配管９２を介して第２気体Ｂ（たとえば二酸化炭素）が供給される。以下、第２気体Ｂの圧力調整について説明する。第１気体Ａは、第２気体Ｂと同様の機構により第２気体Ｂと等圧に減圧されるため、説明を省略する。パイロット圧力に対して、第２気体吐出路３１Ｅの圧力が高い場合は、第２硬質弁体３８２と第２軟質弁体３８１は閉じられた状態となる。一方で、図４および図８を参照して、パイロット圧力に対して第２気体吐出路３１Ｅの圧力が低くなっている場合は、第２等圧押圧部材３６によって第２等圧バルブ軸３３が、軸方向の第２弁ハウジング３１２の底部側に移動する。この時、第２等圧バルブ軸３３の係合部３２１が第２硬質弁体３８２に接触するまでは、第２等圧バルブ軸３３のみが軸方向に移動する。これにより、第２等圧バルブ軸３３と一体的に第２軟質弁体３８１が軸方向の第２弁ハウジング３１２の底部側に移動させられる。よって、第２軟質弁体３８１と弁座４３との間には、隙間Ｕが形成される。隙間Ｕによって、第２気体流入路３１Ｄと第２気体中間路３１Ｆとの間が解放される。
【００５１】
図４および図９を参照して、その後第２等圧バルブ軸３３の係合部３２１が第２硬質弁体に接触し、第２等圧バルブ軸３３と一体的に第２硬質弁体３８２が第２弁ハウジング３１２の底部側に移動する。これにより第２硬質弁体３８２と第１弁ハウジング３１１との間には、隙間Ｐが形成される。隙間Ｐによって、第２気体中間路３１Ｆと第２気体吐出路３１Ｅとの間が連通する。これにより、所望の圧力に減圧された第２気体Ｂが第４配管９４を介して混合部５に供給される。
【００５２】
そして、混合部５においては、第２気体Ｂと、第２気体Ｂと同様の機構により等圧に減圧された第１気体Ａとが混合される。具体的には、混合比調整器５３において第１気体Ａと第２気体Ｂとが所望の混合比となるように流量が調整され、合流器５１において合流し混合ガスとされる。その後、流量調整弁６において混合ガスの流量が調整され、供給対象に対して混合ガスが供給される。
【００５３】
ここで、本実施の形態の気体混合器１においては、パイロット減圧弁２において、パイロットシール部材２４が、パイロットハウジング２１に対して固定されている。このようにすることで、パイロットシール部材２４にかかる第３圧力空間と第１圧力空間との差圧に対応する力は、パイロットハウジング２１が受け持つようにすることができる。そのため、パイロットバルブ軸２２には、第３圧力空間と第１圧力空間との差圧に対応する力を加える必要がなくなる。その結果、第２圧力空間の圧力の変化に対して、パイロットバルブ軸２２が無反応となる範囲が少なくなり、パイロット減圧弁２の応答性を向上させることができる。
【００５４】
また、等圧弁３において、第２等圧バルブ軸３３に設置された第２硬質弁体３８２を軸方向に往復させ、第２気体中間路３１Ｆと第２気体吐出路３１Ｅとの接続部を開閉することで、第２気体流入路３１Ｄから第２気体吐出路３１Ｅへ流れる気体の微小流量の制御を安定して行うことができる。また、第２等圧バルブ軸３３に対して固定された第２軟質弁体３８１によって第２気体中間路３１Ｆと第２気体流入路３１Ｄとの間を閉塞したときには、第２気体吐出路３１Ｅとの間が第２軟質弁体３８１によってシールされるので、第２気体流入路３１Ｄと第２気体吐出路３１Ｅとの間が密閉された状態を安定して保つことができる。その結果として、気体の微小流量の制御と確実な密閉状態を両立することができる。
【００５５】
また、等圧弁３における弾性部材３５１は、ベース部３５１Ａが全域にわたって支持部材３５２により支持されている。このようにすることで、弾性部材３５１における損失を抑制しつつパイロット圧力を第２等圧バルブ軸３３に伝えることができる。
【００５６】
また、混合部５における合流器５１は、第１気体Ａおよび第２気体Ｂが流れる方向に垂直な断面積が第１気体流路５１Ａおよび第２気体流路５１Ｂよりも大きい合流室５２を有する。このようにすることで、第１気体Ａと第２気体Ｂとを均一かつ高い混合精度で混合することができる。
【００５７】
また、第１気体流路５１Ａから合流器５１への第１気体Ａの吐出方向は、第２気体流路５１Ｂから合流器５１への第２気体Ａの吐出方向に沿ったものとなっている。このようにすることで、等圧弁３から吐出された第１気体Ａと第２気体Ｂとがぶつかり合って混合精度が低下することを防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の気体混合器は、高い応答性が求められる気体混合器に、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００５９】
１  気体混合器、２  パイロット減圧弁、２１  パイロットハウジング、２１１  第１外枠部、２１１Ｂ  調整部、２１１Ｃ  調整軸、２１１Ｄ  第１支持部、２１２  第２外枠部、２１２Ｂ  底部、２１Ａ  第１圧力空間、２１Ｂ  第２圧力空間、２１Ｃ  第３圧力空間、２１Ｄ  パイロット内部空間、２２  パイロットバルブ軸、２２Ａ  貫通孔、２３  第２パイロットハウジング、２３１  Ｏリング、２３２  軸受部、２３Ａ  ハウジング流路、２４  パイロットシール部材、２４１  第１シール固定部、２４２  Ｏリング、２４３  第２シール固定部、２５  パイロット押圧部材、２５１  パイロットスプリング、２５２  ダイヤフラム、２５２Ａ  突出部、２５３  支持部、２５４  押圧部、２６  パイロット弁体、２６１  弁体固定部、２６２  コイルスプリング、２７  パイロット流入路、２８  パイロット流出路、３  等圧弁、３０１  第１減圧弁、３０２  第２減圧弁、３１  等圧ハウジング、３１１  第１弁ハウジング、３１２  第２弁ハウジング、３１Ａ  第１気体流入路、３１Ｂ  第１気体吐出路、３１Ｃ  第１気体中間路、３１Ｄ  第２気体流入路、３１Ｅ  第２気体吐出路、３１Ｆ  第２気体中間路、３２  第１等圧バルブ軸、３２１  係合部、３２２  軸受部、３３  第２等圧バルブ軸、３３Ａ  貫通孔、３４  パイロット気体室、３５  第１等圧押圧部材、３５１  弾性部材、３５１Ａ  ベース部、３５１Ｂ  突出部、３５２  支持部材、３５３  固定部、３５４  押圧部、３６  第２等圧押圧部材、３７１  第１軟質弁体、３７２  第１硬質弁体、３８１  第２軟質弁体、３８２  第２硬質弁体、３８２Ａ  テーパー面、４１  コイルスプリング、４３  弁座、４４  弁体固定部、４６  固定部、４７  Ｏリング、４８  固定部、５  混合部、５１  合流器、５１Ａ  第１気体流路、５１Ｂ  第２気体流路、５２  合流室、５３  混合比調整器、６  流量調整弁、９１  第１配管、９２  第２配管、９３  第３配管、９４  第４配管、９５  第５配管、９６  第６配管、９７  第７配管、９８  第８配管、９９  第９配管、Ａ  第１気体、Ｂ  第２気体。
【図１】
2018073945.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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2018073945.tif 000014
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