(57)【要約】【課題】  比較的安価、簡単かつコンパクトな構成でありながら、加工容易で生産性に優れ、微少流量を定量制御する場合であっても、目詰まり等の発生を抑制してメンテナンスフリーとしつつ、高精度に定量制御を行うことができる定流量制御装置を提供する。【解決手段】  定流量装置１００においては、上流側の流体通路１１０から第一室１２０へ流入した流体は、開口部１５２を介して絞り部１５０内に配設されている絞り要素２００へ流入する。絞り要素２００では、パイプ状部材２４０〜２４２の順番で流体を通過させて所定に減圧した後、第二室側部材１５４の下端壁１５６に設けられている連通路１５７を介して、記第二室１４０へ流体を流出する。その後、流体は、一定流量になるように所定の絞り効果をもった弁座１７０Ａと弁体１５０Ａとの間隙を通過して、出口通路１７０延いては下流側の流体通路１１０へ流出される。【選択図】図１
2008232196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体通路に介装され、当該流体通路を流れる流体の流量を所定流量に制御する定流量制御装置であって、
上流側流体通路から流体が流入される第一室と、
下流側流体通路に連通される第二室と、
前記第一室と前記二室とを画成するダイヤフラムと、
前記第一室と前記第二室とを連通し、前記第一室と前記第二室との間に圧力差を生じさせる絞り部と、
前記ダイヤフラムに一体的に取り付けられる弁体と、
前記第二室と下流側流体通路とを連通する通路に臨んで設けられ、前記弁体に対応して設けられる弁座と、
前記ダイヤフラム或いは前記弁体の少なくとも一方を所定の弾性力で付勢する弾性部材と、
を含んで構成されると共に、
絞り部を通過する流体の流量は絞り部の有効断面積に比例するという関係に従わず、前記絞り部の有効断面積を所定以上に維持しつつ前記所定流量に制御可能に、前記絞り部が構成されたことを特徴とする定流量制御装置。
【請求項２】
前記絞り部が、前記絞り部の流体の流れ方向長さを調整することにより、前記絞り部の有効断面積を所定以上に維持しつつ前記所定流量に制御可能に構成されたことを特徴とする請求項１に記載の定流量制御装置。
【請求項３】
前記絞り部が、流体が流入されるパイプ状部材を含んで構成されることを特徴とする請求項２に記載の定流量制御装置。
【請求項４】
前記絞り部は、
流体が流入されるパイプ状部材と、
該パイプ状部材から流出する流体を収容する容器と、
該容器から流体を流出する別のパイプ状部材と、
を少なくとも一組含んで構成されることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一つに記載の定流量制御装置。
【請求項５】
前記絞り部は、
複数のパイプ状部材と
複数のパイプ状部材のうちの一本を当該パイプ状部材の長手方向において貫通して収容する第一貫通収容部と、残りのパイプ状部材のうちの２本をこれらパイプ状部材の長手方向において貫通しない範囲で同時に収容する少なくとも一つの第一非貫通収容部と、を有する第一部材と、
前記第一部材に対向して設けられ、前記第一貫通収容部に収容されているパイプ状部材或いは前記第一非貫通収容部の一つに収容されるパイプ状部材のうちの一本と前記第一非貫通収容部の他の一つに収容されるパイプ状部材のうちの一本とをこれらパイプ状部材の長手方向において貫通しない範囲で同時に収容する少なくとも一つの第二非貫通収容部と、前記第二非貫通収容部に収容されず前記第一非貫通収容部に収容されているパイプ状部材を当該パイプ状部材の長手方向において貫通して収容する第二貫通収容部と、を有する第二部材と、
を含んで構成され、
前記第一貫通収容部に収容されているパイプ状部材から流入した流体が、前記第二非貫通収容部と、前記第二非貫通収容部に収容されるパイプ状部材と、第一非貫通収容部と、前記第一非貫通収容部に収容されるパイプ状部材と、を順に通過して、前記第二貫通収容部に収容されているパイプ状部材から流出するように構成されることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１つに記載の定流量制御装置。
【請求項６】
前記絞り部は、パイプ状部材が連続した状態で折り返される或は巻回される構成を有することを特徴とする請求項３に記載の定流量制御装置。
【請求項７】
前記絞り部が、前記絞り部の流体の流れ方向に所定間隔をもって並ぶ複数の絞り部を含んで構成されることにより、前記絞り部の有効断面積を所定以上に維持しつつ前記所定流量に制御可能に構成されたことを特徴とする請求項１に記載の定流量制御装置。
【請求項８】
前記複数の絞り部は、流体の流れ方向に所定間隔をもって並ぶ仕切り板に設けた開口であることを特徴とする請求項７に記載の定流量制御装置。
【請求項９】
隣接する開口が、流体の流れ方向から見たときに所定にオフセットして配設されることを特徴とする請求項８に記載の定流量制御装置。
【請求項１０】
流体の温度が変化した場合に、前記第一室と前記第二室との間の圧力差を変更して前記所定流量に制御することができるように、前記ダイヤフラム或いは前記弁体の少なくとも一方に作用する付勢力を変更する温度補償手段を備えて構成したことを特徴とする請求項１〜請求項９の何れか一つに記載の定流量制御装置。
【請求項１１】
流体の温度が変化した場合に、当該変化に従って前記第一室と前記第二室との間の圧力差を変更して前記所定流量を変更するように、前記ダイヤフラム或いは前記弁体の少なくとも一方に作用する付勢力を変更する流量変更手段を備えて構成したことを特徴とする請求項１〜請求項９の何れか一つに記載の定流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定流量制御装置に関し、詳しくは使用環境等の変化による影響を受け難いと共に、微少流量でも高精度に安定して流体の流量を制御することができる定流量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体の流量を制御する場合は、絞り部（或いは絞り要素）としてのオリフィスの上流側にガバナー等の減圧手段を配設し、当該減圧手段によりオリフィス入口の流体圧を略一定に調整することで、オリフィスを通過する流体の流量を一定に制御するようにしていた。
【０００３】
しかしながら、このようなガバナー等の減圧手段を使用する流量制御装置においては、コストが著しく上昇すると共に装置が大型化するなどの問題があった。
【０００４】
このため、従来より、種々の流量制御装置が提案されているが、例えば、特許文献１には、以下のような定流量弁が記載されている。
すなわち、特許文献１に記載されている定流量弁は、流体通路１に介装され、図６に示すように、流体通路１の上流側より流体が流入する第一室２と、流体通路１の下流側と連通される第二室４と、前記第一室２と前記第二室４とを画成するダイヤフラム３と、前記ダイヤフラム３をバイパスして前記第一室２と前記第二室４とを連通するオリフィス５と、を含んで構成されている。
【０００５】
更に、前記定流量弁においては、前記ダイヤフラム３には弁体３Ａが略一体的に取り付けられ、当該弁体３Ａと、該弁体３Ａに対応して、前記第二室４と下流側の流体通路１とを連通する出口通路７の入口部に設けられる弁座７Ａと、の相対位置の変化により流路面積を所定に制御可能に構成されると共に、前記第一室２と前記第二室４との圧力差に抗するように、当該ダイヤフラム３或いは前記弁体３Ａを所定に付勢する弾性部材としてコイルスプリング６が配設されている。
【０００６】
このような構成を有する定流量弁においては、上流側の流体通路１から第一室２へ流入した流体は、オリフィス５で減圧されて第二室４へ流入し、一定流量となるように所定の絞り効果をもった弁座７Ａと弁体３Ａとの間隙を通過して、出口通路７延いては下流側の流体通路１へ流出する。
【０００７】
そして、かかる定流量弁は、以下のように作用して当該定流量弁を通過する流体の流量を所定流量に制御する。
すなわち、上流側の流体通路１から第一室２への流体の流入流量と、弁座７Ａと弁体３Ａとの間を通過して流出する流出流量と、が等しい状態から、例えば、第一室２へ流入する流体の圧力が上昇して第二室４の流体の圧力との圧力差が設定差圧より大きくなると、ダイヤフラム３及び弁体３Ａはコイルスプリング６の弾性力に抗して閉弁方向（図６において下方）へ移動される。その結果、弁座７Ａと弁体３Ａとの間隙が小さくなって、第一室２へ流入する流体の圧力と、第二室４の流体の圧力と、の圧力差が一定に保たれることにより、流体の圧力の上昇に伴って当該間隙を通過する流体の通過流量が増加するのを抑制して、前記流出流量を一定に維持するように機能する。
【０００８】
この逆に、第一室２へ流入する流体の圧力が低下すると、ダイヤフラム３及び弁体３Ａは開弁方向（図６において上方）へ移動する。その結果、弁座７Ａと弁体３Ａとの間隙が大きくなって、第一室２へ流入する流体の圧力と、第二室４の流体の圧力と、の圧力差が一定に保たれることにより、流体の圧力の低下に伴って当該間隙を通過する流体の通過流量が減少するのを抑制して、前記流出流量を一定に維持するように機能する。
【特許文献１】特開平５−９９３５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、上述したような従来の定流量弁における流量と、絞り部（或いは絞り要素）であるオリフィス径（オリフィスの有効断面積）と、の関係について、図５に示す模式図を参照しつつ説明する。
【００１０】
図５に示したように、第一室２の流体圧をＰ１、第二室４の流体圧をＰ２、弁座７Ａを通過した流体の圧力をＰ３、ダイヤフラム３の有効受圧面積をＡＤ、コイルスプリングのバネ荷重をＦＳ、オリフィス５の有効断面積をＳ、出口通路７（弁座７Ａ）の有効断面積をＡＮとすると、以下の関係式が成り立つことが一般に知られている。
【００１１】
Ｐ１・ＡＤ＝Ｐ２・（ＡＤ−ＡＮ）＋Ｐ３・ＡＮ＋ＦＳ
（Ｐ１−Ｐ２）・ＡＤ＝ＦＳ−（Ｐ２−Ｐ３）・ＡＮ
Ｐ１−Ｐ２＝ΔＰとすると、
ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２＝（ＦＳ−（Ｐ２−Ｐ３）・ＡＮ）／ＡＤ
＝  ＦＳ／ＡＤ−ＡＮ／ＡＤ・（Ｐ２−Ｐ３）
となる。
【００１２】
ここで、ＡＮがＡＤに比べて十分に小さい場合、ＡＮ／ＡＤ項は無視することができる。更に、ＦＳは、微小変位の場合に、ＦＳ／ＡＤ＝ｃｏｎｓｔと言える。
よって、
ΔＰ≒ＦＳ／ＡＤ＝ｃｏｎｓｔ  となる。
従って、流量Ｑ＝ｋＳ（ΔＰ）１／２＝ｃｏｎｓｔ  ｋ：比例定数
流量Ｑ ∝ Ｓ（ΔＰ）１／２  ∝ Ｓ  を得る。
【００１３】
すなわち、流量Ｑは定流量（ｃｏｎｓｔ）であり、オリフィス５の有効断面積Ｓに比例する関係にある。従って、微少流量を定量制御する場合、オリフィス５の有効断面積Ｓは微小となることが理解される。
【００１４】
このため、特許文献１に記載されるような従来の定流量弁を利用して、微少流量を制御しようとした場合には、オリフィス５の有効断面積が非常に小さなものとなり、例えば、毎分１ミリリットルレベルの流量を制御する場合には、ダイヤフラム有効径およびコイルスプリングのバネ荷重を略同一とすると、より小径のオリフィスを採用しなければならない場合があり（例えばダイヤフラム有効径をφ３０ｍｍ程度のサイズで設計した場合、安定した流量制御を達成するためには一定以上のコイルスプリングのバネ荷重を必要とするため、毎分１ミリリットルレベルの流量に制御する場合には、φ０．１ｍｍ以下といった小径のオリフィスの採用が必要になる）、かかる場合にはスケール、スライム、異物、塵等により目詰まり等が発生し易く、例えば定期的なメンテナンスが必要となるなど信頼性に劣るといった惧れがある。
【００１５】
また、このような小径のオリフィスは、加工が困難であると共に、加工精度に流量が敏感に反応するため歩留まりも悪く、生産性に劣るといった問題がある。
【００１６】
本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、比較的安価、簡単かつコンパクトな構成でありながら、加工容易で生産性に優れ、微少流量を定量制御する場合であっても、目詰まり等の発生を抑制してメンテナンスフリーとしつつ、高精度に定量制御を行うことができ、以って生産性、信頼性の確保と定流量制御の高精度化との両立を図ることができる定流量制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するために、本発明に係る定流量制御装置は、
流体通路に介装され、当該流体通路を流れる流体の流量を所定流量に制御する定流量制御装置であって、
上流側流体通路から流体が流入される第一室と、
下流側流体通路に連通される第二室と、
前記第一室と前記二室とを画成するダイヤフラムと、
前記第一室と前記第二室とを連通し、前記第一室と前記第二室との間に圧力差を生じさせる絞り部と、
前記ダイヤフラムに一体的に取り付けられる弁体と、
前記第二室と下流側流体通路とを連通する通路に臨んで設けられ、前記弁体に対応して設けられる弁座と、
前記ダイヤフラム或いは前記弁体の少なくとも一方を所定の弾性力で付勢する弾性部材と、
を含んで構成されると共に、
絞り部を通過する流体の流量は絞り部の有効断面積に比例するという関係に従わず、前記絞り部の有効断面積を所定以上に維持しつつ前記所定流量に制御可能に、前記絞り部が構成されたことを特徴とする。
【００１８】
前記絞り部は、前記絞り部の流体の流れ方向長さを調整することにより、前記絞り部の有効断面積を所定以上に維持しつつ前記所定流量に制御可能に構成されることを特徴とすることができる。
【００１９】
前記絞り部は、流体が流入されるパイプ状部材を含んで構成されることができる。
【００２０】
前記絞り部は、
流体が流入されるパイプ状部材と、
該パイプ状部材から流出する流体を収容する容器と、
該容器から流体を流出する別のパイプ状部材と、
を少なくとも一組含んで構成されることを特徴とすることができる。
【００２１】
前記絞り部は、
複数のパイプ状部材と
複数のパイプ状部材のうちの一本を当該パイプ状部材の長手方向において貫通して収容する第一貫通収容部と、残りのパイプ状部材のうちの２本をこれらパイプ状部材の長手方向において貫通しない範囲で同時に収容する少なくとも一つの第一非貫通収容部と、を有する第一部材と、
前記第一部材に対向して設けられ、前記第一貫通収容部に収容されているパイプ状部材或いは前記第一非貫通収容部の一つに収容されるパイプ状部材のうちの一本と前記第一非貫通収容部の他の一つに収容されるパイプ状部材のうちの一本とをこれらパイプ状部材の長手方向において貫通しない範囲で同時に収容する少なくとも一つの第二非貫通収容部と、前記第二非貫通収容部に収容されず前記第一非貫通収容部に収容されているパイプ状部材を当該パイプ状部材の長手方向において貫通して収容する第二貫通収容部と、を有する第二部材と、
を含んで構成され、
前記第一貫通収容部に収容されているパイプ状部材から流入した流体が、前記第二非貫通収容部と、前記第二非貫通収容部に収容されるパイプ状部材と、第一非貫通収容部と、前記第一非貫通収容部に収容されるパイプ状部材と、を順に通過して、前記第二貫通収容部に収容されているパイプ状部材から流出するように構成されることができる。
【００２２】
前記絞り部は、パイプ状部材が連続した状態で折り返される或は巻回される構成を有することができる。
【００２３】
前記絞り部は、前記絞り部の流体の流れ方向に所定間隔をもって並ぶ複数のオリフィスを含んで構成されることにより、前記絞り部の有効断面積を所定以上に維持しつつ前記所定流量に制御可能に構成されたことを特徴とすることができる。
【００２４】
前記複数のオリフィスは、流体の流れ方向に所定間隔をもって並ぶ仕切り板に設けた開口であることを特徴とすることができる。
また、前記複数のオリフィスは、隣接する開口が流体の流れ方向から見たときに所定にオフセットして配設されることを特徴とすることができる。
【００２５】
本発明は、流体の温度が変化した場合に、前記第一室と前記第二室との間の圧力差を変更して前記所定流量に制御することができるように、前記ダイヤフラム或いは前記弁体の少なくとも一方に作用する付勢力を変更する温度補償手段を備えて構成されることができる。
また、本発明は、流体の温度が変化した場合に、当該変化に従って前記第一室と前記第二室との圧力差を変更して前記所定流量を変更するように、前記ダイヤフラム或いは前記弁体の少なくとも一方に作用する付勢力を変更する流量変更手段を備えて構成されることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、比較的安価、簡単かつコンパクトな構成でありながら、加工容易で生産性に優れ、微少流量を定量制御する場合であっても、目詰まり等の発生を抑制してメンテナンスフリーとしつつ、高精度に定量制御を行うことができ、以って生産性、信頼性の確保と定流量制御の高精度化との両立を図ることができる定流量制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に、本発明に係る定流量制御装置の実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
以下の実施の形態に係る定流量制御装置の流量制御の対象物である流体は、非圧縮性流体、圧縮性流体のいずれにも適用可能である。また、水道水、純水等の液体は勿論、気体にも適用可能である。
【００２８】
本発明の第一の実施の形態に係る定流量制御装置（定流量弁）１００は、図１に示すように、流体通路１１０に介装され、該流体通路１１０の上流側より流体が流入される第一室１２０と、流体通路１１０の下流側と連通する第二室１４０と、前記第一室１２０と前記第二室１４０とを画成するダイヤフラム１３０と、前記ダイヤフラム１３０に一体的に設けられ前記第一室１２０と前記第二室１４０とを連通する絞り部１５０と、を含んで構成されている。
【００２９】
前記絞り部１５０の前記第二室１４０側における外部形状は、弁体１５０Ａとしての形状を有している。
前記第二室１４０と下流側の流体通路１１０とを連通する出口通路１７０の入口部には、当該弁体１５０Ａに対応する弁座１７０Ａが設けられており、当該弁座１７０Ａに対する前記弁体１５０Ａの相対位置の変化により流路面積を所定に制御可能に構成されている。
【００３０】
また、前記第一室１２０と前記第二室１４０との圧力差ΔＰに抗するように（前記ダイヤフラム１３０延いては前記弁体１５０Ａの変位に抗するように）、当該ダイヤフラム１３０延いては前記弁体１５０Ａを所定に付勢する弾性部材としてコイルスプリング１６０及びコイルスプリング１８０が配設されている。
【００３１】
ここで、本実施の形態に係る絞り部１５０について詳細に説明する。
既述したように、この種の定流量弁を利用して微少流量を制御しようとした場合には、絞り部であるオリフィスの有効断面積が非常に小さなものとなり、スケール、スライム、異物、塵等により目詰まり等が発生し易く、例えば定期的なメンテナンス等が必要となるといった惧れがある。また、このような小径のオリフィスは、加工が困難であると共に、加工精度に流量が敏感に反応するため歩留まりも悪く、生産性に劣るといった問題がある。
【００３２】
このため、本発明者等は、目詰まり等を発生させることなく定流量制御を高精度に達成しつつ同時に生産性も確保することができる定流量制御装置を提供すべく、種々の調査及び研究実験を繰り返した結果、以下の知見を得た。
すなわち、本発明者等は、第一室１２０、ダイヤフラム１３０、第二室１４０、第一室１２０と第二室１４０とを連通する絞り部１５０を備える種類の定流量制御装置であっても、目詰まり等を発生させることなく定流量制御を高精度に達成しつつ同時に生産性も確保することができる絞り部の構造を見い出した。
具体的には、本発明は、その根拠を「ハーゲン−ポアズイユの法則」に求めている。
つまり、
流量Ｑ＝（πｒ４／８η）×（ΔＰ／Ｌ）
ｒ：管の内径、η：流体の粘度、ΔＰ：圧力損失、Ｌ：流れ方向の長さ
なる関係に基づけば、同じ流量Ｑを得る場合、η及びΔＰが変わらないとすれば、Ｌ（流れ方向の長さ）を大きくすることで、ｒ（管の内径）を大きくすることができ、以って目詰まり等を発生させることなく定流量制御を高精度に達成しつつ同時に生産性も確保することができる定流量制御装置に適した絞り部を提供可能であるという知見を得た。
【００３３】
かかる知見に基づいて、本実施の形態に係る絞り部１５０は、流体の流れ方向の長さＬを長くする構成が採用されている。
詳細には、本実施の形態に係る絞り部１５０は、図１に示したように、第一室１２０側には、ダイヤフラム１３０の略中央部に取り付けられ開口部１５２を有する円板状部材１５１が配設されている。そして、この円板状部材１５１のダイヤフラム１３０を挟んで反対側（すなわち、第二室１２０側）には、前記コイルスプリング１６０の内側を図中下方に延伸し、先端部に弁体１５０Ａを有する第二室側部材１５４が配設されている。
【００３４】
前記第二室側部材１５４には、図１において上方が開口され下端側が下端壁１５６によって閉じられた内筒部（空間）１５５と、前記下端壁１５６の一部に開口され前記第二室１４０と連通する連通路１５７と、が設けられると共に、図１において下方に向かって延伸するように下端壁１５６から前記弁体１５０Ａが所定に突出して配設されている。
【００３５】
そして、前記内筒部１５５には図２に示すような絞り要素２００が挿入され、当該絞り要素２００は、図１に示したように、前記円板状部材１５１と前記第二室側部材１５４とがアッセンブリされたときに、前記円板状部材１５１の凹部１５３と、前記第二室側部材１５４の内筒部１５５と、に収容され、例えば、図１において上下方向から押圧されることで固定されるようになっている。
【００３６】
なお、本実施の形態に係る絞り要素２００は、図２の（Ａ）にその斜視図で示すように、第一部材２１０と、例えば、ゴム、ウレタン、シリコン等の樹脂系材料からなるシール部材２２０と、前記第一部材２１０の前記シール部材２２０を挟んで反対側に配設される第二部材２３０と、を含んで構成される。
【００３７】
前記シール部材２２０には、図２の（Ｂ）に示すように、オリフィスとして機能するパイプ状部材２４０、２４１、２４２が、例えば、使用流体が水である場合は、前記シール部材２２０とパイプ状部材２４０、２４１、２４２との間に所定の水密性をもって挿通されて保持される。ただし、シール部材２２０は、使用流体に応じた所定のシール性（水密性、油密性、或いは気密性など）を達成できる場合には金属製等とすることも可能である。
【００３８】
前記第一部材２１０は、例えば、金属材料、或はプラスチック等の樹脂系材料からなる中実（ソリッド）の円柱部材に、入口側通路２１１が上面２１０Ａから下面２１０Ｂまで貫通して形成されると共に、凹部２１２が下面２１０Ｂ側から開口され上面２１０Ａを貫通しない所定の深さ（例えば、パイプ状部材２４１、２４２が底突き等しない深さ：図１、図２（Ａ）参照）をもって形成されている。
【００３９】
そして、図２の（Ａ）に示したように、入口側通路２１１にはパイプ状部材２４０が挿入される。
前記凹部２１２は、所定間隔で前記シール部材２２０に保持されているパイプ状部材２４１、２４２を同時に挿入可能に、パイプ状部材２４１、２４２の挿入方向と略直交する平面で切断した断面形状が例えば長円状に形成されている。
【００４０】
一方、前記第二部材２３０は、前記第一部材２１０と同様に、例えば、金属材料、或はプラスチック等の樹脂系材料からなる中実（ソリッド）の円柱部材を用いて形成されており、凹部２３１が上面２３０Ａ側から所定深さ（例えば、パイプ状部材２４０、２４１が底突き等しない深さ：図１、図２（Ａ）参照）をもって下面２３０Ｂを貫通することなく形成され、出口側通路２３２が上面２３０Ａから下面２３０Ｂまで貫通して形成されている。
【００４１】
そして、前記凹部２３１は、所定間隔で前記シール部材２２０に保持されているパイプ状部材２４０、２４１を同時に挿入可能に、パイプ状部材２４０、２４１の挿入方向と略直交する平面で切断した断面形状が例えば長円状に形成されており、出口側通路２３２にはパイプ状部材２４２が挿入されるようになっている。
【００４２】
すなわち、本実施の形態に係る絞り要素２００は、第一部材２１０と、シール部材２２０と、第二部材２３０と、を、図２の（Ａ）及び図１に示すようにアッセンブリして使用されるが、当該絞り要素２００においては、第一室１２０内の流体が、前記円板状部材１５１の開口部１５２を介して、図２（Ａ）で矢印で示すように、前記第一部材２１０に形成されている入口側通路２１１延いてはパイプ状部材２４０に流入する。
【００４３】
その後、流体はパイプ状部材２４０を通って、前記第二部材２３０に形成されている凹部２３１に流入する。更に、流体は凹部２３１に臨んで配設されているパイプ状部材２４１に流入し、前記第一部材２１０に形成されている凹部２１２に流入することになる。
【００４４】
そして、凹部２１２に流入した流体は、凹部２１２に臨んで配設されているパイプ状部材２４２に流入し、当該パイプ状部材２４２を通って前記第二部材２３０に形成されている出口側通路２３２から流出されることになる。
【００４５】
ここで、図１の全体構成図に戻って、本実施の形態に係る定流量制御装置１００の流量制御の対象物である流体の全体的な流れについて説明する。
本実施の形態に係る定流量制御装置１００においては、上流側の流体通路１１０から第一室１２０へ流入した流体は、開口部１５２を通って絞り要素２００の入口側通路２１１へ流入する。その後、絞り要素２００では、前述したように、パイプ状部材２４０、２４１、２４２の順番で流体を通過させて所定に減圧した後、出口側通路２３２から流体を流出する。この絞り要素２００を通過した流体は、前記内筒部１５５へ流出した後、前記第二室側部材１５４の下端壁１５６に設けられている連通路１５７を介して、前記第二室１４０へ流出される。そして、流体は、一定流量になるように所定の絞り効果をもった弁座１７０Ａと弁体１５０Ａとの間隙を通過して、出口通路１７０延いては下流側の流体通路１１０へ流出されることになる。
【００４６】
また、本実施の形態に係る定流量制御装置１００における一定流量になるような所定の絞り効果は、以下のように作用して、当該定流量制御装置１００を通過する流体の流量を所定流量（目標流量）に制御する。
すなわち、上流側の流体通路１１０から第一室１２０への流体の流入流量と、弁座１７０Ａと弁体１５０Ａとの間を通過して流出する流出流量と、が等しい状態から、例えば、第一室１２０へ流入する流体の圧力が上昇して、第二室１４０との圧力差が設定差圧より高くなると、ダイヤフラム１３０及び弁体１５０Ａはコイルスプリング１６０（及びコイルスプリング１８０（当該コイルスプリング１８０については後述する））の弾性力に抗して閉弁方向（図１において下方）へ移動される。その結果、弁座１７０Ａと弁体１５０Ａとの間隙が小さくなって、第一室１２０へ流入する流体の圧力と、第二室１４０の流体の圧力と、の圧力差が一定に保たれることにより、流体の圧力の上昇に伴って当該間隙を通過する流体の通過流量が増加するのを抑制して、前記流出流量を一定に維持するように機能する。
【００４７】
この逆に、第一室１２０へ流入する流体の圧力が低下すると、ダイヤフラム１３０及び弁体１５０Ａは開弁方向（図１において上方）へ移動する。その結果、弁座１７０Ａと弁体１５０Ａとの間隙が大きくなって、流体の圧力の低下に伴って当該間隙を通過する流体の通過流量が減少するのを抑制して、前記流出流量を一定に維持するように機能する。
【００４８】
このように、本実施の形態に係る定流量制御装置１００によれば、絞り要素２００において、パイプ状部材２４０、２４１、２４２を設け、流体をこれらを順番に通過させることで、流体が通過する絞り要素２００における流体の流れ方向長さを稼ぐことができるようにしたので、同一の流量に制御をする場合に、図６に示すような従来の定流量弁に比べて、絞り部１５０の絞り要素２００の有効断面積を大きくすることができる。
【００４９】
このため、本実施の形態に係る定流量制御装置１００によれば、微少流量に制御する場合、オリフィス径が小さく、スケール、スライム、異物、塵等により目詰まり等が発生し易く、例えば定期的なメンテナンスが必要になるなどといった惧れを効果的に抑制することができる。なお、目詰まり等に対しては、絞り要素２００内流路における流体の流れ方向に略直交する平面で切断した断面の断面形状は円形状であることが、異物等とのクリアランスの点で有利であるが、これに限定されるものではない。また、従来の小径のオリフィスを用いた定流量弁では、特に純水の場合、細菌等が混入すると増殖してオリフィスを詰まらせてしまうなどの惧れもあるが、このような惧れも効果的に抑制することができる。
【００５０】
また、本実施の形態によれば、絞り部（或いは絞り要素）の径を大きくできるので、加工を容易なものとすることができると共に、例えば、小径で短尺な従来の絞り部としてのオリフィスに比べ大径で長尺な絞り部（或いは絞り要素）は加工精度に対する流量変化が鈍化されるため歩留まり性も良く、生産性や製品品質等の向上を図ることができると共に、延いては低コスト化を促進することができる。
【００５１】
特に、毎分１００ミリリットルレベル以下といった微少流量を目標制御流量とするような場合には、ダイヤフラムを同一サイズとすると、従来の定流量弁ではオリフィス径が微小になり過ぎて上記欠点が顕著になるため、このような微少流量を目標制御流量とするような領域において本発明は極めて有益なものとなる。例えば、従来の定流量弁ではオリフィス径をφ０．１ｍｍ以下となるような場合でも、本実施の形態によれば、ダイヤフラムを従来の定流量弁と同一サイズとしても、絞り要素の内径をφ０．１ｍｍより大きく、例えばφ０．４ｍｍ程度まで広げることができる（後述する他の実施の形態においても同様）。
【００５２】
ところで、本実施の形態では、絞り要素２００を、３本のパイプ状部材２４０、２４１、２４２と、一のパイプ状部材から他のパイプ状部材に流体を送るための通路（容器）を、前記第一部材２２０及び第二部材２３０にそれぞれ設けた凹部２１１、２３１と、シール部材２２０と、で形成する構成としたので、絞り部を長尺化しつつ絞り部の小型・短小化を図れると共に、加工や加工精度の維持が難しい小径の絞り要素の曲げ加工等を必要としないため、生産性や製品の信頼性等を高いレベルで維持することができると共に、低コスト化を促進することができる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、絞り要素２００を、３本のパイプ状部材２４０、２４１、２４２に分割して説明したが、これに限定されるものではなく、２本のパイプ状部材に分割する場合にも適用でき、更には絞り要素２００の流体の流れ方向長さをより一層長くしたい場合や軸方向においてより小型化を図りたいような場合には、４本以上のパイプ状部材を配設し、これらに対応するように凹部２１２、２３１を少なくとも一つ以上設けるように構成することもできるものである。
【００５４】
ところで、本実施の形態では、コイルスプリング１８０が、コイルスプリング１６０のダイヤフラム１３０を挟んで反対側に配設され、ダイヤフラム１３０延いては弁体１５０Ａに対して前記コイルスプリング１６０とは逆方向から所定に弾性力を付与するようになっている。
【００５５】
当該コイルスプリング１８０は、温度に応じて横弾性係数（ばね常数）が変化する形状記憶合金で形成されており、本発明に係る温度補償手段として、以下のように機能する。
すなわち、制御の対象物である流体の温度が変化すると流体の粘度が変化するため、流体の絞り部に対する通過特性が変化し、以って制御流量が変化してしまうといった惧れがあるが、このような温度変化に起因する制御精度の低下を防止するために、コイルスプリング１８０は配設されている。
【００５６】
つまり、コイルスプリング１８０を備えていない場合には、例えば、流体が液体の場合、第一室１２０へ流入する流体の温度が上昇すると、流体の粘性が上昇するため、絞り要素２００を流体は通過し易くなって、弁座１７０Ａと弁体１５０Ａとの間隙を通過する流体の通過流量が増加することになる。
【００５７】
しかし、コイルスプリング１８０は前記温度上昇分だけ横弾性係数（ばね常数）が大きくなるように作用して、流体の粘度変化による流量変化を補正する分だけΔＰを補正すべく、コイルスプリング１６０の弾性力に抗してダイヤフラム１３０及び弁体１５０Ａを図中下方へ押し下げることになる。これにより、流体の温度上昇に伴って当該間隙を通過する流体の通過流量が増加するのを抑制して、前記流出流量を一定に維持するように機能する。
【００５８】
この逆に、第一室１２０へ流入する流体（液体）の温度が低下すると、流体の粘性が増加するため、絞り要素２００を流体は通過し難くなって、弁座１７０Ａと弁体１５０Ａとの間隙を通過する流体の通過流量が減少することになる。
【００５９】
しかし、コイルスプリング１８０は前記温度低下分だけ横弾性係数（ばね常数）が小さくなるように作用して、流体の粘度変化による流量変化を補正する分だけΔＰを補正すべく、ダイヤフラム１３０及び弁体１５０Ａを図１中上方へ移動させることになる。これにより、流体の温度低下に伴って当該間隙を通過する流体の通過流量が低下するのを抑制して、前記流出流量を一定に維持するように機能する。
なお、流体が気体の場合には、液体の場合とは逆で、気体の温度が上昇するほど気体の粘度は高くなり、気体の温度が低下するほど気体の粘度が低くなるため、温度に対する弁体１５０Ａの動きは、上述した液体の場合と逆になる。ただし、流体の粘度変化による流量変化を補正する分だけΔＰを補正するように弁体１５０を移動させることで、流出流量を一定に維持するように機能する点では同じである。
【００６０】
従って、温度補償用のコイルスプリング１８０を備えた本実施の形態に係る定流量制御装置１００によれば、制御の対象物である流体の温度に変化が生じた場合でも、高精度に定流量制御を行うことができることになる。
ところで、上記では、流体の温度に変化が生じた場合においても温度変化前と同じ所定流量に流量を制御できるようにした場合について説明したが、温度に応じて横弾性係数（ばね常数）が変化する形状記憶合金で形成されたコイルスプリングを用いて、温度変化に応じて前記所定流量を変更させるような制御を行わせることも可能である。
すわなち、流体の温度変化に応じて、所定流量が得られるΔＰとなるように、コイルスプリングの横弾性係数（ばね常数）の変化を利用して弁体１５０を移動させるように構成すれば、温度変化前の目標流量に対して、温度変化に伴うΔＰの変化分に応じた流量を付加すること或いは減ずることができ、従って温度変化後の新たな目標流量に流量を制御することができることになる。かかる場合における、温度に応じて横弾性係数（ばね常数）が変化する形状記憶合金で形成されたコイルスプリングは、本発明に係る流量変更手段に相当することになる。
【００６１】
なお、ここでは、形状記憶合金を用いて温度補償或いは流量変更を行うものとして説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、コイルスプリング１８０のスプリングシート部等を図１中上下方向に可動な構成とし、当該スプリングシート部を温度に応じて作動するワックスペレット型のアクチュエータやバイメタル等を用いて図中上下方向に移動させる構成などとして温度補償或いは流量変更させることも可能である。
【００６２】
次に、本発明の第二の実施の形態について説明する。
第二の実施の形態は、第一の実施の形態において説明した定流量制御装置１００に対して、絞り部１５０に備えられる絞り要素の構成が異なっている。
従って、当該構成が異なる絞り要素について詳細に説明することとして、第一の実施の形態と同様の要素については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６３】
第二の実施の形態では、第一の実施の形態に係る絞り要素２００の代わりに、図３に示すような長尺のパイプを複数回巻回して形成したコイル状の絞り要素（キャピラリオリフィス）３００を用いている。符号３０１は、絞り要素３００を収容し、前記絞り部１５０の内筒部１５５に収容される収容部材である。
【００６４】
なお、本実施の形態においても、「ハーゲン−ポアズイユの法則」に基づいて、絞り部の流体の流れ方向長さＬを長くすることで、絞り部の有効断面積Ｓを大きくする、という思想を利用している点では、第一の実施の形態と同様である。
【００６５】
かかる長尺のコイル状の絞り要素３００を備えた第二の実施の形態によれば、第一の実施の形態と同様に、従来の定流量弁に対して流体が通過する絞り要素の流体の流れ方向長さを長くできるので、同一の流量に制御をする場合に、従来の定流量弁と比べて、絞り要素の有効断面積を大きくすることができる。このため、微少流量に制御する場合、オリフィス径が小さく、スケール、スライム、異物、塵等により目詰まり等が発生し易く、例えば定期的なメンテナンスが必要になるなどといった惧れを効果的に抑制することができる。また、従来の小径のオリフィスを用いた定流量弁では、特に純水の場合、細菌等が混入すると増殖してオリフィスを詰まらせてしまうなどの惧れもあるが、このような惧れも効果的に抑制することができる。
【００６６】
続けて、本発明の第三の実施の形態について説明する。
第三の実施の形態は、第一の実施の形態において説明した定流量制御装置１００に対して、絞り部１５０に備えられる絞り要素の構成が異なっている。
従って、当該構成が異なる絞り要素について詳細に説明することとして、第一の実施の形態と同様の要素については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６７】
すなわち、第三の実施の形態では、第一の実施の形態に係る絞り要素２００の代わりに、図４に示すような多段オリフィス４００を用いている。
なお、本実施の形態においては、流体がオリフィスを通過するときに圧力（延いてはエネルギ）を損失することを利用し、オリフィスを多段に設けることでその圧力（エネルギ）損失を大きなものとすることで、同一流量であれば、各オリフィスの有効断面積Ｓを大きくすることができる、という特性を利用している。
【００６８】
詳細には、本実施の形態に係る多段オリフィス４００は、図４に示すように、円筒部４０１の軸方向に並んで複数段の仕切り板４０２を配設して構成されている。
そして、図４中最上段の仕切り板４０２には、上流側の流体通路１１０から第一室１２０へ流入した流体を、開口部１５２を介してオリフィス４００内に導くための導入口４０３が当該仕切り板４０２の外周部近傍に開口されている。
また、図４中上から２段目の仕切り板４０２には、開口部４０４が、前記導入口４０３の開口位置と軸方向から見たときに完全に重複しないように、前記導入口４０３の開口位置に対して周方向に所定のズレをもって開口されている。
更に、図中上から３段目の仕切り板４０２には、開口部４０５が、前記開口部４０４の開口位置と軸方向から見たときに完全に重複しないように、前記開口部４０４の開口位置に対して周方向に所定のズレをもって開口されている。
【００６９】
すなわち、開口部４０４〜４１１は、隣り合う開口部同士が、軸方向から見たときに完全に重複しないように、隣接する開口部の開口位置に対して所定のズレ（オフセット）をもって開口される。
なお、図中最下段の仕切り板４０２には、上流側の開口部４１１から流入した流体を、内筒部１５５へ流出させ第二室側部材１５４の下端壁１５６に設けられている連通路１５７を介して第二室１４０へ流出させるための導出口４１２が、当該仕切り板４０２の外周部近傍に開口されている。かかる導出口４１２は、隣接する開口部４１１と軸方向から見たときに完全に重複しないように、開口部４１１の開口位置に対して周方向に所定のズレをもって開口される。
【００７０】
このように、導入口４０３、開口部４０４〜４１１、導出口４１２は、隣接するもの同士が軸方向から見たときに完全に重複しないように所定のズレ（オフセット）をもって開口されているが、これはこのように互い違いに配設することにより、これらを同一直線上で完全に重複するように配設する場合に比べ、より一層圧力損失を大きくすることができ、各オリフィスの有効断面積Ｓをより大きくすることができるためである。
【００７１】
なお、要求度合いに応じて、多段オリフィスの段数を変更可能であることは勿論であるし、各開口部の一部或は全部を互い違いに配設せず同一直線上で重複するように配設することも可能である。また、全部或いは一部の開口の大きさや形状を異ならせることもできるものである。
【００７２】
かかる多段オリフィス４００を備えた第三の実施の形態によれば、第一の実施の形態と同様に、同一の流量に制御をする場合に、従来の定流量弁と比べて、オリフィスの有効断面積を大きくすることができる。このため、微少流量に制御する場合、オリフィス径が小さく、スケール、スライム、異物、塵等により目詰まり等が発生し易く、例えば定期的なメンテナンスが必要になるなどといった惧れを効果的に抑制することができる。また、従来の小径のオリフィスを用いた定流量弁では、特に純水の場合、細菌等が混入すると増殖してオリフィスを詰まらせてしまうなどの惧れもあるが、このような惧れも効果的に抑制することができる。
【００７３】
ところで、上記の実施の形態においては、弾性部材としてコイルスプリング１６０を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、例えば、ダイヤフラムの中心軸の複数の放射方向に板バネ形状のものを所定間隔で配設したり、ゴムなどを利用することができる。また、コイルスプリング１８０も、コイルスプリング１６０と同様で、温度変化に従って反りや長さなどが変化する板バネ形状のもの等を用いることができるものである。
【００７４】
また、前記第一部材２１０に設けられる凹部２１２、前記第二部材２３０に設けられる凹部２３１は、例えば、フライス加工等による機械加工、放電加工、或いは鋳造、ダイキャスト、射出成形等の成形加工などにより形成することができるが、第一部材２１０や第二部材２３０の凹部２１２や凹部２３１に相当する部分を機械加工等により貫通し、その後、凹部２１２や凹部２３１の形状となるように蓋部材等でその貫通箇所を閉じるようにして形成することもできるものである。
【００７５】
なお、以上で説明した実施の形態は、本発明を説明するための例示に過ぎず、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。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、比較的安価、簡単かつコンパクトな構成でありながら、加工容易で生産性に優れ、微少流量を定量制御する場合であっても、目詰まり等の発生を抑制してメンテナンスフリーとしつつ、高精度に定量制御を行うことができ、以って生産性、信頼性の確保と定流量制御の高精度化との両立を図ることができ、浄水システム、浴室サウナ装置、気体溶解装置、純水提供装置、水質調査装置、半導体製造装置、燃料電池システム等に利用される流体を所定流量に制御する定流量制御装置として有益である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係る定流量制御装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】同上実施の形態に係るオリフィスの構成例を示す斜視図である。
【図３】本発明の第二の実施の形態に係るオリフィスの構成例を示す図である。
【図４】本発明の第三の実施の形態に係るオリフィスの構成例を示す図である。
【図５】定流量弁における流量とオリフィス径との関係について説明するための模式図である。
【図６】従来の定流量弁の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１００            定流量制御装置
１１０            流体通路
１２０            第一室
１３０            ダイヤフラム
１４０            第二室
１５０            絞り部
１５０Ａ          弁体
１６０            コイルスプリング
１７０Ａ          弁座
１８０            温度補償用コイルスプリング（温度補償手段）
２００            絞り要素
２１０            第一部材
２１１            入口側通路
２１２            凹部
２２０            シール部材
２３０            第二部材
２３１            凹部
２３２            出口側通路
２４０〜２４２    パイプ状部材
３００            コイル状のオリフィス（キャピラリオリフィス）
４００            多段オリフィス
【図１】
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【図２】
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【図３】
2008232196.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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