(57)【要約】【課題】  流量調整が容易で、かつ遠隔操作も可能であり、耐腐食性に優れ、コンパクトで部品コストを削減できる調節弁を提供する。【解決手段】第一ダイヤフラム４を、ロッド７の下部に嵌合固定される取り付け部１９、弁体５が固定される接合部３１、肩部１８から径方向に延出した薄膜部２０、薄膜部２０に続く厚肉部２１および厚肉部２１の周縁部に設けられたシール部２２により一体的に形成する。一方、第二ダイヤフラム６を、中央穴２３を有し、その周辺の厚肉部２４から径方向に延出した薄膜部２５およびその周縁部に設けられたシール部２６により一体的に形成する。第二ダイヤフラム６をロッド７の肩部２８にダイヤフラム押え８により中央穴２３を貫通して挟持固定し、ロッド７の下方部をシリンダー２底部の貫通孔１５内に遊嵌状態に配置し、シリンダー２の段差部３４とロッド７の肩部２８下面との間に嵌合されたスプリング９で支承する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部に弁室（１０）と弁室（１０）に各々が連通している入口流路（１１）および出口流路（１２）とを有し、弁室底部中央に出口流路（１２）が連通している開口部（１３）が設けられた本体（１）と、
底部中央に貫通孔（１５）と側面に呼吸口（１６)が設けられ、本体（１）と第一ダイヤフラム（４）を挟持固定しているシリンダー（２）および上部に作動流体連通口（１７）が設けられ、シリンダー（２）と第二ダイヤフラム（６）の周縁部を挟持固定しているボンネット（３）が一体的に固定されており、
第一ダイヤフラム（４）は、肩部（１８）と、肩部（１８）の上に位置し後記ロッド（７）の下部に嵌合固定される取り付け部（１９）、肩部（１８）の下に位置し後記弁体（５）が固定される接合部（３１）、肩部（１８）から径方向に延出した薄膜部（２０）と、薄膜部（２０）に続く厚肉部（２１）および厚肉部（２１）の周縁部に設けられたシール部（２２）が一体的に形成され、
接合部（３１）には弁室（１０）の開口部（１３）に後記ロッド（７）の上下動に伴って出入りする弁体（５）が固定されており、
一方、第二ダイヤフラム（６）は中央穴（２３）を有し、その周辺の厚肉部（２４）と、厚肉部（２４）から径方向に延出した薄膜部（２５）および薄膜部（２５）の周縁部に設けられたシール部（２６）が一体的に形成され、底部に第一ダイヤフラム（４）の取り付け部（１９）が固定されているロッド（７）の上部に位置する肩部（２８）にダイヤフラム押え（８）により中央穴（２３）を貫通して挟持固定されており、また、
ロッド（７）は、その下方部がシリンダー（２）底部の貫通孔（１５）内に遊嵌状態に配置され、かつ、シリンダー（２）の段差部（３４）とロッド（７）の肩部（２８）下面との間に径方向への移動が防止された状態で嵌合されたスプリング（９）で支承されていることを特徴とする調節弁。
【請求項２】
第一ダイヤフラム（４）の接合部（３１）に弁体（５）が着脱自在に固定されていることを特徴とする請求項１記載の調節弁。
【請求項３】
第一ダイヤフラム（４）がポリテトラフロエラエチレンから形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の調節弁。
【請求項４】
第一ダイヤフラム（４）のシール部（２２）が、厚肉部（２１）の周縁部から軸線方向に断面Ｌ字状に突出して設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の調節弁。
【請求項５】
本体（１）の入口流路（１１）側の開口部（１４）の横断面形状が略三日月状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の調節弁。
【請求項６】
スプリングの全表面がフッ素系樹脂で被覆され、また、その他の材質がフッ素系樹脂であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の調節弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流量の調整が必要とされる流体輸送配管に使用される調節弁に関するものである。さらに詳しくは、主として半導体産業における超純水ラインや各種化学薬液ラインに好適に使用され、流量調整が容易にできる調整弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の流量制御弁の例として、図９に示すような微小流量制御弁がある（例えば、特許文献１参照。）。その構成を図９にもとづいて説明すると、弁座３６に対し当接・離間する環状に形成された弁体３７と弁座３６の中心位置に穿設されたオリフィス３８内に挿入可能なニードル３９とが、外膜４０と内膜４１との２膜で構成された薄膜によって一体に形成されたダイヤフラム弁４２と、弁体３７を弁座３６に対し当接・離間させる操作手段と、ニードル３９の位置を調整する調整ねじ４３が設けられているものであった。
【０００３】
その作用は、前記操作手段によって弁体３７を弁座３６から離間させた状態で、調整ねじ４３によってニードル３９をオリフィス３８内に所定量挿入することで、オリフィス３８を流れる制御流体の流量を調整するものであった。
【０００４】
【特許文献１】特許第２９９９４２９号公報（第５頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の流量制御弁では以下の問題点があった。
（１）ニードル位置の調整を調整ねじ４３で行うため微開領域において、調整ねじ４３を少し回転させるだけで流量が変化してしまうので、調整が非常に難しい。
（２）調整は必ず現場で行わなければならず、流量制御弁の用途と設置場所が限定されてしまう。
（３）外部から供給される圧縮エアーの圧力を調整することで、流量制御を行うことも可能ではあるが、構造からもわかるように、ピストン４４の摺動抵抗が大きく影響するため、即応性、ヒステリシスともに悪く、高精度の流量制御には不向きである。
（４）ピストン４４に付勢力を働かせるためにスプリング４５が嵌装されているが、流体が薬液の場合、このスプリング４５が薬液により腐食され動作不良が起こる。また、操作手段はソレノイドを利用した電磁弁によって構成された場合もあるが、こちらも腐食による動作不良が起こる。
【０００６】
本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、流量調整が容易で、かつ遠隔操作も可能であり、耐腐食性に優れ、コンパクトで部品コストを削減できる調節弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上部に弁室１０と弁室１０に各々が連通している入口流路１１および出口流路１２とを有し、弁室底部中央に出口流路１２が連通している開口部１３が設けられた本体１と、底部中央に貫通孔１５と側面に呼吸口１６が設けられ、本体１と第一ダイヤフラム４を挟持固定しているシリンダー２および上部に作動流体連通口１７が設けられ、シリンダー２と第二ダイヤフラム６の周縁部を挟持固定しているボンネット３が一体的に固定されており、第一ダイヤフラム４は、肩部１８と、肩部１８の上に位置し後記ロッド７の下部に嵌合固定される取り付け部１９、肩部の下に位置し後記弁体５が固定される接合部３１、肩部１８から径方向に延出した薄膜部２０と、薄膜部２０に続く厚肉部２１および厚肉部２１の周縁部に設けられたシール部２２が一体的に形成され、接合部３１には弁室１０の開口部１３に後記ロッド７の上下動に伴って出入りする弁体５が固定されており、一方、第二ダイヤフラム６は中央穴２３を有し、その周辺の厚肉部２４と、厚肉部２４から径方向に延出した薄膜部２５および薄膜部２５の周縁部に設けられたシール部２６が一体的に形成され、底部に第一ダイヤフラム４の取り付け部１９が固定されているロッド７の上部に位置する肩部２８にダイヤフラム押え８により中央穴２３を貫通して挟持固定されており、また、ロッド７はその下方部がシリンダー２底部の貫通孔１５内に遊嵌状態に配置され、かつ、シリンダー２の段差部３４とロッド７の肩部２８下面との間に径方向への移動が防止された状態で嵌合されたスプリング９で支承されていることを第一の特徴とする。
【０００８】
また、第一ダイヤフラム４の接合部３１に弁体５が着脱自在に固定されていることを第二の特徴とし、第一ダイヤフラム４がＰＴＦＥから形成されていることを第三の特徴とする。さらには、第一ダイヤフラム４のシール部２２が、厚肉部２１の周縁部から軸線方向に断面Ｌ字状に突出して設けられていることを第四の特徴とする。また、本体１の入口流路１１側の開口部１４の横断面形状が略三日月状であることを第五の特徴とし、スプリングの全表面がフッ素系樹脂で被覆され、また、その他の材質がフッ素系樹脂であることを第六の特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は以上説明したような構造をしているので、以下のような優れた効果が得られる。
（１）作動流体の圧力を任意に増減することにより、広い範囲にわたり流体を所望の流量に調節することが可能である。
（２）第一ダイヤフラムの薄膜部の受圧面積が第二ダイヤフラムの薄膜部の受圧面積よりも非常に小さいため、流体圧の影響を受けにくく、入口流路からの流体の圧力が上昇してもハンチングが生じにくい。
（３）ロッドの下方部がシリンダー底部の貫通孔に遊嵌されているため作動流体の増減に対する流量制御の応答性が優れている。
（４）作動流体のみによって流量を調整できるので、遠隔操作することができる。
（５）本体と弁体以外の部品を共通化することでコンパクトにでき、かつ、製品コストを下げることができる。
（６）弁体が薬液などで腐食された時に容易に交換できる。
（７）ダイヤフラムのシール部を断面Ｌ字状に突出して設けることによりシール性が向上する。
（８）シリンダーに呼吸口を設けることで内部に発生したガスを排出し、スプリングをフッ素系樹脂で被覆するなど、部品を腐食しにくい構造と構成にすることにより、耐腐食性に優れた調節弁にすることができる。
（９）摺動部がないので、摩擦による擦れやそれが原因で生じる摺動カスが出ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明するが、本発明が本実施形態に限定されないことは言うまでもない。
【００１１】
図１は本発明の調節弁の一実施形態の開状態を示す縦断面図である。図２は図１における中間開状態を示す縦断面図である。図３は図１における閉状態を示す縦断面図である。図４は図１における本体の平面図、図５は本発明の調節弁の他の実施形態を示す本体の平面図である。図６、図７、図８は弁体形状の他の実施形態を示す縦断面図である。
【００１２】
図において１はポリテトラフロエラエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す）製の本体であり、上部に円筒状の弁室１０が設けられており、その弁室１０に連通して入口流路１１及び出口流路１２が各々下部に設けられている。弁室底部中央には出口流路１２に繋がる開口部１３が、開口部１３の周辺部には入口流路１１に繋がる開口部１４が設けられている。開口部１４の横断面形状は図４のように円形であるが、広い流量範囲にわたり流量の制御を行うために開口部１３を大きくした場合は、図５に示すように弁室底部中央に設けられた開口部１３を中心とした周辺部に略三日月状に形成されていることが望ましい。本体１の上面には第一ダイヤフラム４のシール部が嵌合される環状溝２９が設けられている。
【００１３】
２はポリ塩化ビニル（以下、ＰＶＣと記す）製のシリンダーであり、底部中央に貫通孔１５と底部内面に段差部３４を有し側面に呼吸口１６が設けられている。シリンダー２は、本体１と第一ダイヤフラム４の周縁部を挟持固定し、ボンネット３と第二ダイヤフラム６の周縁部を挟持固定している。シリンダー２の側面に設けられた呼吸口１６は、流体がガスとなって第一ダイヤフラム４を透過した場合に、そのガスを排出するために設けられている。
【００１４】
３はＰＶＣ製のボンネットであり、上部に空気や油などの作動流体を導入する作動流体連通口１７が設けられている。本実施形態では作動流体連通口１７はボンネット３の上部に設けられているが、側面に設けても良い。また周側部の下部には第二ダイヤフラム６のシール部２６が嵌合される環状溝３０が設けられている。以上説明した本体１、シリンダー２およびボンネット３はボルト、ナット（図示しない）によって一体的に固定されている。
【００１５】
４はＰＴＦＥ製の第一ダイヤフラムであり、肩部１８を中心に肩部１８の上の位置にロッド７に嵌合固定される取り付け部１９が、また、下の位置には弁体５が固定される接合部３１が一体的にかつ突出して設けられており、また肩部１８から径方向に延出した部分には薄膜部２０、薄膜部２０に続く厚肉部２１および厚肉部２１の周縁部にシール部２２が設けられており、これらは一体的に形成されている。薄膜部２０の膜厚は厚肉部２１の厚さの１／１０程度に設けられている。ロッド７と取り付け部１９の固定の方法は嵌合だけでなく螺合でも接着でもよい。接合部３１と弁体５の固定は螺合が好ましい。第一ダイヤフラム４の外周縁部に位置するシール部２２は軸線方向に断面Ｌ字状に形成されており、Ｏ−リング３５を介して本体１の環状溝２９に嵌合され、シリンダー２の底部に設けられた環状突部２７に押圧されて挟持固定されている。
【００１６】
５はＰＴＦＥ製の弁体であり、第一ダイヤフラム４の下部に設けられた接合部３１に螺合固定されている。また、弁体５は本実施形態のような形状に限らず図６及び図７に示すように所望の流量特性に対して球状弁体５ａまたは円錐形状弁体５ｂでも良い。さらには摺動抵抗を極力少なくした状態で全閉を行う為には、図８のような外周リブ付き弁体５ｃが好適に用いられる。
【００１７】
６はエチレンプロピレンジエン共重合体（以下、ＥＰＤＭと記す）製の第二ダイヤフラムであり、中央穴２３を有し、その周辺の厚肉部２４、厚肉部の上部には環状突部２７、厚肉部２４から径方向に延出した薄膜部２５および薄膜部２５の周縁部に設けられたシール部２６が一体的に形成され、底部に第一ダイヤフラム４の取り付け部１９が固定されているロッド７の上部に位置する肩部２８にダイヤフラム押え８により中央穴２３を貫通して挟持固定されている。尚、本実施形態では材質がＥＰＤＭ製を用いているがフッ素系のゴムまたはＰＴＦＥ製でも良い。
【００１８】
７はＰＶＣ製のロッドであり、上部には拡径された肩部２８が設けられている。肩部２８の中央にはダイヤフラム押え８の接合部３３が螺合され、第二ダイヤフラム６を挟持固定している。下方部はシリンダー２底部の貫通孔１５内に遊嵌状態に配置され、下端部には第一ダイヤフラム４の取り付け部１９が固定されている。また、ロッド７の肩部２８の下面とシリンダー２の段差部３４との間にはスプリング９が嵌合されている。
【００１９】
８はＰＶＣ製のダイヤフラム押えであり、下面中央にはロッド７と螺合にて接続される接合部３３が設けられている。また、下面には第二ダイヤフラム６の環状突部２７と嵌合される環状溝３２が設けられている。
【００２０】
９はＳＵＳ製のスプリングであり、ロッド７の肩部２８の下面とシリンダー２の段差部３４との間に径方向への移動が防止された状態で嵌合され支承されている。また、肩部２８の下面を常に上方へ付勢している。スプリング９の全表面はフッ素系樹脂で被覆されている。尚、スプリング９は調節弁の口径や使用圧力範囲によってバネ定数を変えて適宜使用でき、複数本使用してもよい。
【００２１】
尚、本発明の調節弁において、弁体５を着脱自在に固定できるようにすることにより、弁体５の大きさや形状が変えられ、これに対応して本体１内部も設計変更しなければならないが、その他の部分は共通して使えるため弁体５と本体１を変更した製品でもコストを下げることができる。
【００２２】
次に本実施形態の作用について説明する。
【００２３】
図１の調節弁は、ボンネット３の上部に設けられた作動流体連通口１７から供給される圧縮空気がゼロの状態、すなわち開状態であり、流体の流量が最大の場合を示している。この時、弁体５はシリンダー２の段差部３４とロッド７の肩部２８の下面との間に嵌合されたスプリング９の反発力により、ロッド７の上部に接合されているダイヤフラム押え８の上部が、ボンネット３の底面に接して停止する位置で静止している。
【００２４】
この状態において、作動流体連通口１７から供給される圧縮空気の圧力を高くしていくと、シール部２６がボンネット３に嵌合されている第二ダイヤフラム６の薄膜部２５とボンネット３によってボンネット３の内部は密閉されているため、圧縮空気はダイヤフラム押え８と第二ダイヤフラム６を下方に押し下げ、ロッド７と第一ダイヤフラム４を介して弁体５が開口部１３の間に挿入されていく。ここで、作動流体連通口１７から供給される圧縮空気の圧力を一定にすると弁体５は、スプリング９の反発力と第一ダイヤフラム４の薄膜部２０の下面と弁体５の下面が流体から受ける圧力と釣り合う位置にて静止する（図２参照）。したがって、開口部１３は挿入される弁体５により開口面積が減少するため、流体の流量も減少する。
【００２５】
図２の状態でさらに作動流体連通口１７から供給される圧縮空気の圧力を高くしていくと、弁体５はさらに押し下げられ、ついには開口部１３と接触し全閉状態となる（図３参照）。
【００２６】
また、図３の状態で、作動流体連通口１７から圧縮空気を排出していくと、シール部２６がボンネット３に嵌合されている第二ダイヤフラム６の薄膜部２５とボンネット３によって密閉されているボンネット３の内部は圧力が下がり、スプリング９の反発力の方が大きくなりロッド７を押し上げる。ロッド７が上昇することにより、第一ダイヤフラム４を介して固定されている弁体５も上昇し、調節弁は開状態となる（図１参照）。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の調節弁の一実施形態の開状態を示す縦断面図である。
【図２】図１における中間開状態を示す縦断面図である。
【図３】図１における閉状態を示す縦断面図である。
【図４】図１における本体の平面図である。
【図５】本体の他の実施形態を示す平面図である。
【図６】弁体形状のその他の実施形態を示す縦断面図である。
【図７】弁体形状のその他の実施形態を示す縦断面図である。
【図８】弁体形状のその他の実施形態を示す縦断面図である。
【図９】従来技術を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…本体
２…シリンダー
３…ボンネット
４…第一ダイヤフラム
５ａ…弁体
５ｂ…弁体
５ｃ…弁体
６…第二ダイヤフラム
７…ロッド
８…ダイヤフラム押え
９…スプリング
１０…弁室
１１…入口流路
１２…出口流路
１３…開口部
１４…開口部
１５…貫通孔
１６…呼吸口
１７…作動流体連通口
１８…取り付け部及び接合部の肩部
１９…取り付け部
２０…薄膜部
２１…厚肉部
２２…シール部
２３…中央穴
２４…厚肉部
２５…薄膜部
２６…シール部
２７…環状突部
２８…ロッドの肩部
２９…環状溝
３０…環状溝
３１…接合部
３２…環状溝
３３…接合部
３４…段差部
３５…Ｏ−リング
３６…弁座
３７…弁体
３８…オリフィス
３９…ニードル
４０…外膜
４１…内膜
４２…ダイヤフラム弁
４３…調節ねじ
４４…ピストン
４５…スプリング
【図１】
2006070946.tif 000003
【図２】
2006070946.tif 000004
【図３】
2006070946.tif 000005
【図４】
2006070946.tif 000006
【図５】
2006070946.tif 000007
【図６】
2006070946.tif 000008
【図７】
2006070946.tif 000009
【図８】
2006070946.tif 000010
【図９】
2006070946.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成16年10月13日(2004.10.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
第一ダイヤフラム（４）がポリテトラフルオロエチレンから形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の調節弁。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
図において１はポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す）製の本体であり、上部に円筒状の弁室１０が設けられており、その弁室１０に連通して入口流路１１及び出口流路１２が各々下部に設けられている。弁室底部中央には出口流路１２に繋がる開口部１３が、開口部１３の周辺部には入口流路１１に繋がる開口部１４が設けられている。開口部１４の横断面形状は図４のように円形であるが、広い流量範囲にわたり流量の制御を行うために開口部１３を大きくした場合は、図５に示すように弁室底部中央に設けられた開口部１３を中心とした周辺部に略三日月状に形成されていることが望ましい。本体１の上面には第一ダイヤフラム４のシール部が嵌合される環状溝２９が設けられている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2006070946.tif 000012
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2006070946.tif 000013