(57)【要約】【課題】ダイアフラム弁体及び弁座を比較的簡単な構成としながらウォータハンマの発生を防止すること。【解決手段】流量制御弁１は、入力ポート７と出力ポート６との間に設けられた弁座１０及び弁孔１１と、弁座１０に対応して設けられたダイアフラム弁体１２と、弁座１０にダイアフラム弁体１２を移動するためのピストン１５等とを備え、ピストン１５等によりダイアフラム弁体１２と弁座１０との間の最小流路面積を調節して、入力ポート７から出力ポート６へ流れる液体流量を制御する。この流量制御弁１は、弁座１０とダイアフラム弁体１２の特定形状により、ダイアフラム弁体１２を弁座１０に近付ける過程で、両者１０，１２の隙間を変化させて同弁体１２の動き始めから最小流路面積を徐々に小さくするようにしている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力ポート及び出力ポートを含むボディと、
前記ボディにて前記入力ポートと前記出力ポートとの間に設けられた弁座と、
前記弁座の中心に設けられて前記入力ポートに通じる弁孔と、
前記ボディにて前記弁座に対応して設けられたダイアフラム弁体と、
前記弁座に対して前記ダイアフラム弁体を移動するための弁体駆動手段と
を備え、前記弁体駆動手段により前記ダイアフラム弁体と前記弁座との間の最小流路面積を調節することにより、前記入力ポートから前記出力ポートへ流れる液体流量を制御する流量制御弁において、
前記弁座の上端に形成された当接端と、
前記当接端の外側にて外方へ向かって傾斜するように前記弁座に形成された外周テーパ面と、
前記外周テーパ面の外側にて前記弁座に形成された平坦面と、
前記当接端の内側にて内方へ向かって傾斜するように前記弁座に形成された内周テーパ面と、
前記ダイアフラム弁体の下面にて前記当接端と当接可能に形成された当接面と、
前記当接面の内側にて前記弁孔に貫入可能に前記ダイアフラム弁体に形成され、前記内周テーパ面に対向する外周面を含む凸部と
を備え、前記当接面を前記当接端に当接するために、前記弁体駆動手段により前記ダイアフラム弁体を前記弁座に近付ける過程で、前記凸部を前記弁孔に貫入させて前記当接端と前記当接面との隙間並びに前記外周面と前記内周テーパ面との隙間を変化させることにより、前記ダイアフラム弁体の動き始めから前記最小流路面積を徐々に小さくすることを特徴とする流量制御弁。
【請求項２】
入力ポート及び出力ポートを含むボディと、
前記ボディにて前記入力ポートと前記出力ポートとの間に設けられた弁座と、
前記弁座の中心に設けられて前記入力ポートに通じる弁孔と、
前記ボディにて前記弁座に対応して設けられたダイアフラム弁体と、
前記弁座に対して前記ダイアフラム弁体を移動するための弁体駆動手段と
を備え、前記弁体駆動手段により前記ダイアフラム弁体と前記弁座との間の最小流路面積を調節することにより、前記入力ポートから前記出力ポートへ流れる液体流量を制御する流量制御弁において、
前記弁体駆動手段は、
前記ダイアフラム弁体を移動するために前記ボディにて所定のストロークだけ移動可能に設けられた移動部材と、
前記移動部材を前記ストロークの範囲で段階的に駆動するために前記ボディに設けられた段階駆動手段と
を備え、前記ダイアフラム弁体を前記弁座に近付けて当接するために、前記段階駆動手段により前記移動部材を段階的に駆動することにより、前記ダイアフラム弁体の動き始めからその移動速度を段階的に低くすることを特徴とする流量制御弁。
【請求項３】
前記弁体駆動手段は、
前記ダイアフラム弁体を移動するために前記ボディにて所定のストロークだけ移動可能に設けられた移動部材と、
前記移動部材を前記ストロークの範囲で段階的に駆動するために前記ボディに設けられた段階駆動手段と
を備え、前記ダイアフラム弁体を前記弁座に近付けて当接するために、前記段階駆動手段により前記移動部材を段階的に駆動することにより、前記ダイアフラム弁体の動き始めからその移動速度を段階的に低くすることを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。
【請求項４】
前記弁体駆動手段は、
前記ボディに設けられたシリンダと、
前記ダイアフラム弁体を移動するために前記シリンダにて所定のストロークだけ往復動可能に設けられたピストンと、
前記ダイアフラム弁体を前記弁座から離間するべく前記ピストンを往動するために前記シリンダに作動流体を供給する作動流体供給通路と、
前記ダイアフラム弁体を前記弁座に当接するべく前記ピストンを復動するために前記シリンダから前記作動流体を排出する作動流体排出通路と、
前記シリンダから前記作動流体を排出するときに前記作動流体の排出速度を低減するための絞り手段と
を備え、前記当接面を前記当接端に当接するために、前記絞り手段により前記シリンダからの前記作動流体の排出速度を低減することにより、前記ダイアフラム弁体の動き始めからその移動速度を相対的に低くすることを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液体の流量制御を行う流量制御弁に係り、詳しくは、閉弁時におけるウォータハンマ（水撃作用）の発生を防止するようにした流量制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、半導体製造設備等では、ウェハの洗浄や腐食用に純水や薬液等の液体を各種機器に配送するようにしている。この種の薬液は、その使用状況に応じて流量を制御する必要があり、その配管には流量制御弁が設けられる。
【０００３】
この種の流量制御弁における弁体と弁座につき比較的簡単な弁構造の一例を図１８に断面図により示す。弁座１００は、弁体１０１と当接する突端１０２と、突端１０２の外側に設けられた弁座１００と反対側が拡径される外周面１０３と、外周面１０３の外側に設けられた平坦面１０４とを含む。弁体１０１の下面１０５は、平坦に形成される。弁体１０１は、弁体駆動手段（図示略）により上下に移動することにより、弁座１００の突端１０２と弁体１０１の下面１０５との間隙を変化させる。
【０００４】
このような弁構造を有する弁座１００と弁体１０１を閉弁させたとき、配管内の液体の流速が急激に変化することにより異常圧力が発生し、振動と異音を伴うウォータハンマ（水撃作用）と呼ばれる現象が起きることがある。図１９に、この現象に係る圧力波形等をグラフに示す。ウォータハンマの振動は、弁座１００や弁体１０１、或いは配管内に衝撃を与え、その表面から異物を剥離させるおそれがある。この剥離した異物は、半導体製造上好ましくないパーティクルを液体中に混入させるおそれがある。また、ウォータハンマの異音は、外部からは不快な音として捉えられ、その程度によっては、作業者に流量制御弁の故障ではないかという不安を与えることにもなる。
【０００５】
そこで、このようなウォータハンマ等を防止する技術が、下記の特許文献１乃至５に記載され、開示されている。
【０００６】
特許文献１に記載のパイロット弁は、弁室を給役部と背圧部に区画し、排液部に設けられた弁座を開閉するダイアフラムと、ダイアフラムの背圧部側に固定されたダイアフラム板とを備える。ダイアフラムは、表裏を貫通する抽入孔を有する。ダイアフラム板は、抽入孔とは異なる位置にて表裏を貫通する抽出孔を有する。ダイアフラムとダイアフラム板との間の平面部に、抽入孔と抽出孔を連絡する減勢流路が設けられる。減勢流路には、その流路断面積を変化させる減勢手段が設けられる。この他、ダイアフラム板の中心には、背圧部と排液部とを連通させる貫通孔が設けられる。貫通孔の背圧部側の開口は、電磁コイルにより駆動されるプランジャの先端面により開閉される。また、このプランジャにより、ダイアフラム板及びダイアフラムが一体的に弁座へ向かって押圧される。上記構成によれば、弁座に対するダイアフラムの閉弁時に、抽入孔に入った液体のエネルギーが減勢流路の減勢手段により消費され、背圧部内の急激な圧力上昇が抑えられる。これにより、ダイアフラムの弁座に対する着座が遅れ、ウォータハンマの抑止が可能となる。
【０００７】
特許文献２に記載のパイロット式ダイアフラム弁は、特許文献１に記載のパイロット弁に近似した基本構成を備える。但し、このダイアフラム弁は、上記パイロット弁における抽入孔、抽出孔、減衰通路及び減衰手段が省略され、その代わりに、ダイアフラム板及びダイアフラムを貫通して給液部と背圧室（背圧部）との間を連通させる給液側通路が設けられる。また、この給液側通路の開口部を遮蔽する遮蔽部材が設けられる。そして、遮蔽部材と開口部との間に形成される間隙が、ダイアフラム弁が完全閉弁止の状態になるまでの間、徐々に小さくなるように構成される。上記構成によれば、閉弁時に背圧室に流入する液体の量が遮蔽部材により徐々に制限され、ウォータハンマの発生が防止される。
【０００８】
特許文献３に記載のパイロット弁は、特許文献２に記載のダイアフラム弁に近似した基本構成を備える。但し、このパイロット弁には、上記ダイアフラム弁における遮蔽部材が省略され、その代わりに、背圧室に増量調節手段が設けられる。この増量調節手段は、連通孔（供給側通路）から背圧室に流入する水による背圧室内における水量増加の度合いを緩やかにするために、背圧室内の水を連通孔からの流入量よりも少ない量ずつ排出するように構成される。これにより、連通孔から背圧室への水の流入量に対し、主弁体の主弁座に向けての移動速度を緩やかにしている。上記構成によれば、水の流通量がゆっくりと減少して遮断され、ウォータハンマが低減される。
【０００９】
特許文献４に記載の電磁弁は、特許文献１乃至３に記載の各弁とは異なり、ダイアフラムを持たない弁構造が記載される。即ち、この電磁弁は、中心にパイロット通路を有し、弁座を開閉する主弁と、主弁を弁座から引き離す開方向へ付勢する主弁バネと、ソレノイドのコイルへの通電時に吸引子に直接吸引されるプランジャと、プランジャとは別体に形成されたホルダと、ホルダに挿通されてプランジャに連結される弁部と、弁部に設けられて主弁のパイロット通路を開閉するニードル弁と、ニードル弁をパイロット通路の閉方向へ付勢するニードル弁バネとを備える。そして、ソレノイドのコイルへの通電によりプランジャに働く吸引力よりニードル弁バネの弾発力の方が上回るとき、ニードル弁と主弁のうちどちらかだけが、対応するパイロット通路と弁座のうちどちらかを半開し、他方を全閉にするようにしている。上記構成によれば、電磁弁の一次側と二次側との圧力差が一気に変動するのではなく、徐々に変動することとなり、弁座の開閉に伴う通過流体の急激な流量変化が抑えられ、ウォータハンマの発生が抑制される。
【００１０】
特許文献５に記載の流量制御弁は、特許文献１乃至４に記載の各弁とは異なり、弁体が弁座から離れる開弁時にキャビテーション発生等の現象を防止する弁構造が記載される。即ち、この流量制御弁は、弁座と弁体を特殊な形状とすることに特徴がある。具体的には、弁座の上端に、弁体と当接可能な当接端が形成される。弁座の当接端外側には、反弁体側が拡径される外周テーパ面が形成される。弁座の外周テーパ面の外側には、第１平坦面が形成される。弁体の下面には、当接端と当接可能な当接面が形成される。弁体の当接面の外側には、弁座側が拡径される内周テーパ面が形成される。弁体の内周テーパ面の外側には、第２平坦面が形成される。そして、弁体駆動手段により弁体を移動させて、弁座の当接端を弁体の当接面に近接させたときに、それらの隙間から流出した流体の流れの全部が、内周テーパ面に当たって折り曲げられ、流れの流速が抑制される。上記構成によれば、開弁時に、液体の急激な圧力変動が排除され、キャビテーション発生等の現象が防止される。
【００１１】
【特許文献１】
特開平５−１８７５７５号公報（第２〜４頁，図１〜８）
【特許文献２】
特開平７−１１９８６３号公報（第２〜４頁，図１〜８）
【特許文献３】
特開平７−１９８０５９号公報（第２〜５頁，図１〜６）
【特許文献４】
特開平１１−２３５６号公報（第２〜２８頁，図１〜２７）
【特許文献５】
特許第２６５３９７４号（第１〜６頁，図１〜４）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１に記載のパイロット弁では、ダイアフラムやダイアフラム板に抽入孔、抽出孔、減衰通路及び減衰手段を設けたり、ダイアフラム板に貫通孔を設けたりしているので、弁体であるダイアフラム及びダイアフラム板の構成が複雑になるという問題があった。また、上記各孔により給液部と背圧部との間が連通することから、各孔を流れる液体流量の分だけ、ダイアフラムと弁座との間を流れる液体流量に誤差が生じるおそれがあり、微量流量の制御が難しくなるという問題があった。
【００１３】
また、特許文献２に記載のダイアフラム弁では、ダイアフラム及びダイアフラム板に給液側通路や排液側通路が設けられることから、上記の特許文献１に記載のパイロット弁と同様、弁体であるダイアフラム及びダイアフラム板の構成が複雑となり、微量流量の制御が難しくなるという問題があった。
【００１４】
また、特許文献３に記載のパイロット弁では、ダイアフラム及びダイアフラム板に連通孔や透孔が設けられることから、上記の特許文献１及び２に記載のパイロット弁及びダイアフラム弁と同様、弁体であるダイアフラム及びダイアフラム板の構成が複雑となり、微量流量の制御が難しくなるという問題があった。加えて、背圧室側に設けられる増量調節手段により弁体の構成がより複雑なものとなっていた。
【００１５】
更に、特許文献４に記載の電磁弁は、ダイアフラム式の弁構造ではないことら、主弁に対して主弁バネを設けなければならず、やはり主弁を含む弁体の構成が複雑になるという問題があった。
【００１６】
一方、特許文献５に記載の流量制御弁では、ダイアフラム式の弁構造として、ダイアフラムに貫通孔等が設けられていないことから、ダイアフラム弁体の構成が簡単となり、微量流量の制御に適したものとなる。しかし、この弁構造では、キャビテーション発生等の現象防止を目的としたものであることから、ウォータハンマの防止に有効ではなかった。
【００１７】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ダイアフラム弁体及び弁座を比較的簡単な構成としながらウォータハンマの発生を防止することを可能とした流量制御弁を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、入力ポート及び出力ポートを含むボディと、ボディにて入力ポートと出力ポートとの間に設けられた弁座と、弁座の中心に設けられて入力ポートに通じる弁孔と、ボディにて弁座に対応して設けられたダイアフラム弁体と、弁座に対してダイアフラム弁体を移動するための弁体駆動手段とを備え、弁体駆動手段によりダイアフラム弁体と弁座との間の最小流路面積を調節することにより、前記入力ポートから出力ポートへ流れる液体流量を制御する流量制御弁において、弁座の上端に形成された当接端と、当接端の外側にて外方へ向かって傾斜するように弁座に形成された外周テーパ面と、外周テーパ面の外側にて弁座に形成された平坦面と、当接端の内側にて内方へ向かって傾斜するように弁座に形成された内周テーパ面と、ダイアフラム弁体の下面にて当接端と当接可能に形成された当接面と、当接面の内側にて弁孔に貫入可能にダイアフラム弁体に形成され、内周テーパ面に対向する外周面を含む凸部とを備え、当接面を当接端に当接するために、弁体駆動手段によりダイアフラム弁体を弁座に近付ける過程で、凸部を弁孔に貫入させて当接端と当接面との隙間並びに外周面と内周テーパ面との隙間を変化させることにより、ダイアフラム弁体の動き始めから最小流路面積を徐々に小さくすることを趣旨とする。
【００１９】
上記発明の構成によれば、弁体駆動手段によりダイアフラム弁体を弁座に対して離間又は近接させることにより、ダイアフラム弁体と弁座との間の最小流路面積が調節され、入力ポートから出力ポートへ流れる液体流量が制御される。ここで、当接面を当接端に当接するために、弁体駆動手段によりダイアフラム弁体が弁座に近付けられる過程では、ダイアフラム弁体の凸部が弁孔に徐々に貫入される。このとき、ダイアフラム弁体の当接面と弁座の当接端との隙間、並びにダイアフラム弁体の凸部の外周面と弁座の内周テーパ面との隙間は、ダイアフラム弁体の移動に伴って徐々に小さくなり、ダイアフラム弁体と弁座との間の最小流路面積が徐々に小さくなる。従って、ダイアフラム弁体と弁座との間を流れる液体の慣性力が徐々に弱められ、液体の高圧化が抑えられる。
【００２０】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、入力ポート及び出力ポートを含むボディと、ボディにて入力ポートと出力ポートとの間に設けられた弁座と、弁座の中心に設けられて入力ポートに通じる弁孔と、ボディにて弁座に対応して設けられたダイアフラム弁体と、弁座に対してダイアフラム弁体を移動するための弁体駆動手段とを備え、弁体駆動手段によりダイアフラム弁体と弁座との間の最小流路面積を調節することにより、入力ポートから出力ポートへ流れる液体流量を制御する流量制御弁において、弁体駆動手段は、ダイアフラム弁体を移動するためにボディにて所定のストロークだけ移動可能に設けられた移動部材と、移動部材をストロークの範囲で段階的に駆動するためにボディに設けられた段階駆動手段とを備え、ダイアフラム弁体を弁座に近付けて当接するために、段階駆動手段により移動部材を段階的に駆動することにより、ダイアフラム弁体の動き始めからその移動速度を段階的に低くすることを趣旨とする。
【００２１】
上記発明の構成によれば、段階駆動手段により移動部材を駆動して、ダイアフラム弁体を弁座に対して離間又は近接させることにより、ダイアフラム弁体と弁座との間の最小流路面積が調節され、入力ポートから出力ポートへ流れる液体流量が制御される。ここで、ダイアフラム弁体を弁座に近付けて当接するとき、段階駆動手段により移動部材を段階的に駆動することにより、ダイアフラム弁体の動き始めからその移動速度が段階的に低くなる。従って、ダイアフラム弁体と弁座との間を流れる液体の慣性力が段階的に弱められ、液体の高圧化が抑えられる。
【００２２】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、弁体駆動手段は、ダイアフラム弁体を移動するためにボディにて所定のストロークだけ移動可能に設けられた移動部材と、移動部材をストロークの範囲で段階的に駆動するためにボディに設けられた段階駆動手段とを備え、ダイアフラム弁体を弁座に近付けて当接するために、段階駆動手段により移動部材を段階的に駆動することにより、ダイアフラム弁体の動き始めからその移動速度を段階的に低くすることを趣旨とする。
【００２３】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、当接面を当接端に当接するとき、即ち、ダイアフラム弁体を弁座に近付けて当接するとき、段階駆動手段により移動部材を段階的に駆動することにより、ダイアフラム弁体の動き始めからその移動速度が段階的に低くなる。従って、ダイアフラム弁体と弁座との間の最小流路面積が徐々に小さくなることと相まって、ダイアフラム弁体と弁座との間を流れる液体の慣性力が段階的に弱められ、液体の高圧化が抑えられる。
【００２４】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、弁体駆動手段は、ボディに設けられたシリンダと、ダイアフラム弁体を移動するためにシリンダにて所定のストロークだけ往復動可能に設けられたピストンと、ダイアフラム弁体を弁座から離間するべくピストンを往動するためにシリンダに作動流体を供給する作動流体供給通路と、ダイアフラム弁体を弁座に当接するべくピストンを復動するためにシリンダから作動流体を排出する作動流体排出通路と、シリンダから作動流体を排出するときに作動流体の排出速度を低減するための絞り手段とを備え、当接面を当接端に当接するために、絞り手段によりシリンダからの作動流体の排出速度を低減することにより、ダイアフラム弁体の動き始めからその移動速度を相対的に低くすることを趣旨とする。
【００２５】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、シリンダ、ピストン、作動流体供給通路、作動流体排出通路及び絞り手段を協働させることにより、ダイアフラム弁体が弁座に対して離間又は近接し、ダイアフラム弁体と弁座との間の最小流路面積が調節され、入力ポートから出力ポートへ流れる液体流量が制御される。ここで、当接面を当接端に当接するために、絞り手段によりシリンダからの作動流体の排出速度を低減することにより、ダイアフラム弁体の動き始めからその移動速度が相対的に低くなる。従って、ダイアフラム弁体と弁座との間の最小流路面積が徐々に小さくなることと相まって、ダイアフラム弁体と弁座との間を流れる液体の慣性力が徐々に弱められ、液体の高圧化が抑えられる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の流量制御弁を具体化した第１の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
図１に、この実施の形態の流量制御弁１を断面図に示す。流量制御弁１は、ロワボディ２、ミドルボディ３及びアッパボディ４を組み付けてなるボディ５を備える。ロワボディ２は、左右に出力ポート６と入力ポート７を含む。ロワボディ２の上側に組み付けられたミドルボディ３は、第１操作ポート８を含む。ミドルボディ３の上側に組み付けられたアッパボディ４は、第２操作ポート９を含む。
【００２８】
ロワボディ２は、出力ポート６及び入力ポート７の他に、出力ポート６と入力ポート７との間の中央に円環形状に形成された弁座１０を含む。弁座１０は、その中心に弁孔１１を含む。弁孔１１は入力ポート７に通じる。弁座１０の外部は出力ポート６に通じる。弁座１０に対応して、ダイアフラム弁体１２が設けられる。ダイアフラム弁体１２が弁座１０に当接することにより、入力ポート７と出力ポート６との間が遮断される。ダイアフラム弁体１２が弁座１０から離間することにより、入力ポート７と出力ポート６との間が連通する。
【００２９】
概略円筒形状をなすミドルボディ３は、ロワボディ２の中央上側に組み付けられる。ミドルボディ３は、第１操作ポート８の他に、内部に小径シリンダ１３と大径シリンダ１４を含む。ミドルボディ３の内部には、略円柱形状をなすピストン１５が上下方向へ摺動可能に嵌合される。ピストン１５は、中央の大径部１５ａと、大径部１５ａの上下に位置する上小径部１５ｂ及び下小径部１５ｃとを含む。大径部１５ａは、ミドルボディ３の大径シリンダ１４に気密に嵌合される。下小径部１５ｃは、小径シリンダ１３に気密に嵌合される。大径部１５ａの下面１５ｄと、大径シリンダ１４の内壁とで区画された空間により第１操作室１６が形成される。第１操作室１６には、第１操作ポート８を通じて空気圧が印加又は開放されるようになっている。第１操作室１６に空気圧が印加されることにより、ピストン１５が上方へ押圧される。
【００３０】
ピストン１５の下小径部１５ｃの下端部には、前述したダイアフラム弁体１２が取り付けられる。ダイアフラム弁体１２は、中央に配置されたボス部１７と、ボス部１７の周囲に配置された膜部１８とを含む。膜部１８の周縁部はロワボディ２とミドルボディ３とにより挟持される。ダイアフラム弁体１２は、ピストン１５が上方へ移動して上方へ変位することにより、弁座１０から離間する。その反対に、ダイアフラム弁体１２は、ピストン１５が下方へ移動して下方へ変位することにより、弁座１０に当接する。
【００３１】
概略円筒形状をなすアッパボディ４は、ミドルボディ３の上側に組み付けられる。アッパボディ４は、第２操作ポート９の他に、その中央に小径シリンダ１９を含む。ピストン１５の上小径部１５ｂは、この小径シリンダ１９に気密に嵌合される。ピストン１５の大径部１５ａの上面１５ｅと、大径シリンダ１４の内壁と、アッパボディ４の内壁とで区画された空間により第２操作室２０が形成される。第２操作室２０には、第２操作ポート９を通じて空気圧が印加又は開放されるようになっている。第２操作室２０に空気圧が印加されることにより、ピストン１５が下方へ押圧される。アッパボディ４はバネ溝２１を含む。ピストン１５の上面１５ｅとバネ溝２１との間には、復帰バネ２２が介在される。復帰バネ２２は、ピストン１５を下方へ付勢する。
【００３２】
上記した第１及び第２の操作ポート８，９、小径シリンダ１３、大径シリンダ１４及びピストン１５等により、弁座１０に対してダイアフラム弁体１２を移動するための本発明の弁体駆動手段が構成される。この流量制御弁１は、ピストン１５を移動してダイアフラム弁体１２と弁座１０との間の最小流路面積を調節することにより、入力ポート７から出力ポート６へ流れる液体流量を制御するようになっている。
【００３３】
図２及び図３に、弁座１０とダイアフラム弁体１２を拡大断面図に示す。図２は、弁座１０からダイアフラム弁体１２が離れた開弁状態を示す。図３は、弁座１０にダイアフラム弁体１２が当接した閉弁状態を示す。図４に、図２を更に拡大して示す。図４に示すように、円環形状をなす弁座１０の上端には、平坦をなす当接端１０ａが形成される。当接端１０ａの外側には、外方へ向かって傾斜するように外周テーパ面１０ｂが形成される。外周テーパ面１０ｂの外側には、平坦をなす平坦面１０ｃが形成される。当接端１０ａの内側には、内方へ向かって所定角度θ１だけ傾斜するように内周テーパ面１０ｄが形成される。内周テーパ面１０ｄの下側には、垂直面１０ｅが形成される。内周テーパ面１０ｄは、弁孔１１の開口１１ａに位置する。この実施の形態で、所定角度θ１は「３０°」となっている。内周テーパ面１０ｄの最外縁における開口１１ａの内径Ｄ１は、この実施の形態では「１０．２ｍｍ」となっている。内周テーパ面１０ｄの最内縁における開口１１ａの内径Ｄ２は、この実施の形態では「１０．８ｍｍ」となっている。
【００３４】
ダイアフラム弁体１２のボス部１７の上側には、ピストン１５の下端部に連結される凹部１７ａが形成される。ダイアフラム弁体１２のボス部１７の下面には、弁座１０の当接端１０ａと当接可能をなす平坦な当接面１７ｂが形成される。当接面１７ｂの内側には、弁孔１１に貫入可能をなす凸部１７ｃが形成される。凸部１７ｃは、内周テーパ面１０ｄ及び垂直面１０ｅに対向する外周面１７ｄを含む。凸部１７ｃの下端周縁は、面取りされた所定角度θ２をなすテーパ面１７ｅとなっている。凸部１７ｃの下面中央は、円錐形に突出している。この実施の形態で、所定角度θ２は「４５°」となっている。この実施の形態で、凸部１７ｃの高さＨ１は「１．２ｍｍ」となっている。テーパ面１７ｅの最外縁における凸部１７ｃの外径Ｄ３は、この実施の形態では「１０ｍｍ」となっている。テーパ面１７ｅの最内縁における凸部１７ｃの外径Ｄ４は、この実施の形態では「９．４ｍｍ」となっている。図４において、「Ｌ１」は、ダイアフラム弁体１２の弁座１０に対するストロークである最大リフト量を意味する。この実施の形態で、最大リフト量Ｌ１は「３．５ｍｍ」となっている。
【００３５】
この実施の形態で、図２に示す開弁状態から図３に示す閉弁状態までの間で、ダイアフラム弁体１２と弁座１０との間の最小流路面積が変化する。図５に、ダイアフラム弁体１２のリフト量変化に対する最小流路面積変化をグラフに示す。この実施の形態では、図５に実線で示すように、開弁状態から閉弁状態に近付くに連れて最小流路面積が徐々に小さくなることが分かる。これに対し、従来例の弁座１００及び弁体１０１（図１８参照）では、図５に破線で示すように、開弁状態からリフト量が途中の所定値Ｌ２に達するまで最小流路面積は全く変化せず、その所定値Ｌ２を過ぎると閉弁状態へ向かって急激に減少することが分かる。
【００３６】
上記のように構成した流量制御弁１は、第１操作ポート８又は第２操作ポート９に、空気圧を印加することにより操作される。この空気圧の供給手段として、例えば、圧縮空気ボンベや空気圧ポンプ等が使用される。
【００３７】
第１及び第２の操作ポート８，９のいずれにも空気圧を印加しない場合、ピストン１５は、復帰バネ２２の付勢力のみを受ける。これにより、ピストン１５は、図３に示すように、その下端のダイアフラム弁体１２が弁座１０に当接する閉弁状態まで下方へ移動する。この状態では、弁座１０の弁孔１１にダイアフラム弁体１２の凸部１７が貫入し、弁座１０の当接端１０ａとダイアフラム弁体１２の当接面１７ｂとが互いに接触する。これにより、入力ポート７と出力ポート６との連通が遮断される。
【００３８】
第１操作ポート８に空気圧を印加すると、流量制御弁１の第１操作室１６が高圧となる。これにより、ピストン１５は、復帰バネ２２の付勢力に抗して上方へ移動し、上面１５ｅがアッパボディ４の下端４ａに当接して停止する。このピストン１５の移動に伴い、図２に示すように、ダイアフラム弁体１２が上方へ変位し、弁座１０の当接端１０ａとダイアフラム弁体１２の当接面１７ｂとの間に隙間が形成される。これにより、入力ポート７と出力ポート６とが連通する。
【００３９】
第１操作ポート８への空気圧の供給を停止し、第１操作室１６の圧力を開放すると、流量制御弁１は復帰バネ２２の付勢力により閉弁状態に戻る。このとき、第２操作ポート９に空気圧を印加すると、第２操作室２０が高圧となる。この圧力が復帰バネ２２の付勢力を助勢してピストン１５を下方へ押圧することになり、閉弁状態が確保される。
【００４０】
このように、ピストン１５等によりダイアフラム弁体１２を弁座１０に対して離間又は近接させることにより、ダイアフラム弁体１２と弁座１０との間の最小流路面積が調節され、入力ポート７から出力ポート６へ流れる液体流量が制御される。
【００４１】
ここで、弁座１０及びダイアフラム弁体１２は、上記したように互いに嵌合・接触し合う特殊な形状をなしており、その形状により特有の効果を奏することになる。即ち、弁座１０及びダイアフラム弁体１２が開弁状態から閉弁状態に切り替わるときには、図５に実線で示すように、両者１０，１２の間の最小流路面積は、開弁状態から徐々に小さくなり、閉弁状態に至る。つまり、ダイアフラム弁体１２の当接面１７ｂを弁座１０の当接端１０ａに当接するために、ピストン１５等によりダイアフラム弁体１２が弁座１０に近付けられる過程では、ダイアフラム弁体１２の凸部１７が弁孔１１に徐々に貫入される。このとき、ダイアフラム弁体１２の当接面１７ｂと弁座１０の当接端１０ａとの隙間、並びにダイアフラム弁体１２の凸部１７の外周面１７ｄと弁座１０の内周テーパ面１０ｄとの隙間は、ダイアフラム弁体１２の移動に伴って徐々に小さくなり、ダイアフラム弁体１２と弁座１０との間の最小流路面積が徐々に小さくなる。
【００４２】
従って、ダイアフラム弁体１２と弁座１０との間を流れる液体の慣性力が徐々に弱められ、液体の高圧化が抑えられる。このため、ダイアフラム弁体１２及び弁座１０を、上記したように比較的簡単な構成としながらウォータハンマ（水撃現象）の発生を防止することができる。この結果、弁座１０とダイアフラム弁体１２との間に急激な圧力変動がないことから、弁座１０及びダイアフラム弁体１２の液体が接触する面における異常摩耗や異物剥離等の発生を防止することができる。このため、流量制御弁１は、例えば、半導体製造設備において、純水や薬液配送等、流量制御を多用する用途に優れたものとなる。
【００４３】
図６に、ダイアフラム弁体１２の閉弁時における入力ポート７の圧力（入力側圧力）と出力ポート６の圧力（出力側圧力）の変化について予測結果をタイムチャートに示す。このチャートからも分かるように、ダイアフラム弁体１２の閉弁始めから閉弁終わりまでの間で、入力側圧力及び出力側圧力とも、閉弁終わり時の所定値へ向けて徐々に揺るやかに増大又は減少することになる。この結果、図１９に示す従来例のタイムチャートとは異なり、閉弁終了直後に大きな圧力振動が発生することはない。
【００４４】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の流量制御弁を具体化した第２の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００４５】
尚、この実施の形態を含む以下の各実施の形態において、第１の実施の形態と同等の構成要素については、第１の実施の形態と同一の符号を付して説明を省略し、以下には異なった点を中心に説明する。
【００４６】
図７〜９に、この実施の形態の流量制御弁３１の構成と作用を断面図に示す。この実施の形態では、ダイアフラム弁体３２及び弁座１０として、図１８に示す従来例のそれと同じ構成のものが使用される。この実施の形態では、ダイアフラム弁体３２を駆動するための弁体駆動手段が二段ピストン構造より構成される点で、第１の実施の形態と構成が異なる。
【００４７】
即ち、図７〜９に示すように、ミドルボディ３には、作動流体を供給及び排出するための一つの操作ポート３３が形成される。ミドルボディ３には、第１シリンダ３４が形成される。第１シリンダ３４には、略円筒形状をなす第１ピストン３５が上下方向へ摺動可能に気密に嵌合される。第１ピストン３５には、第２シリンダ３６と、底壁を貫通する貫通孔３７が形成される。第２シリンダ３６には、第２ピストン３８が上下方向へ摺動可能に設けられる。第２ピストン３８は、上側の大径部３８ａと、その下側の小径部３８ｂとを含む。大径部３８ａは、第２シリンダ３６にて気密に嵌合される。大径部３８ａの上面３８ｃと、アッパボディ４のバネ溝２１との間には、復帰バネ２２が介在される。復帰バネ２２は、第２ピストン３８を下方へ付勢する。小径部３８ｂは、貫通孔３７にて気密に嵌合される。小径部３８ｂの下端部に、ダイアフラム弁体３２が取り付けられる。
【００４８】
第１ピストン３５の下面３５ａと第１シリンダ３４の内壁とで区画された空間には、第１操作室３９が形成される。第１操作室３９には、操作ポート３３を通じて空気圧が印加又は開放されるようになっている。第１操作室３９に空気圧が印加されることにより、第１ピストン３５が上方へ押圧される。第２ピストン３８の大径部３８ａの下面３８ｄと第２シリンダ３６の内壁とで区画された空間には、第２操作室４０が形成される。第１ピストン３５の底壁には、第１操作室３９と第２操作室４０との間を通気させる通気孔４１が形成される。第２操作室４０には、操作ポート３３及び通気孔４１を通じて空気圧が印加又は開放されるようになっている。第２操作室４０に空気圧が印加されることにより、第２ピストン３８が上方へ押圧される。
【００４９】
この実施の形態では、第２ピストン３８が、ダイアフラム弁体３２を移動するためにミドルボディ３にて所定のストロークだけ移動可能に設けられた本発明の移動部材に相当する。また、この実施の形態では、操作ポート３３、第１シリンダ３４、第１ピストン３５、第２シリンダ３６、通気孔３７、第１操作室３９及び第２操作室４０により、移動部材である第２ピストン３８を上記ストロークの範囲で段階的に駆動するためにミドルボディ３に設けられた段階駆動手段が構成される。そして、これら操作ポート３３、第１シリンダ３４、第１ピストン３５、第２シリンダ３６、通気孔３７、第２ピストン３８、第１操作室３９及び第２操作室４０により、弁体駆動手段としての二段ピストン構造が構成される。
【００５０】
上記二段ピストン構造は、次のように作用する。即ち、図７には、流量制御弁３１のダイアフラム弁体３２が弁座１０に当接した閉弁状態を示す。この状態で、第１ピストン３５の上端３５ｂとアッパボディ４の下面４ｂとの間に、第１ストロークＳＴ１の分の隙間が存在する。
【００５１】
この閉弁状態から、操作ポート３３を通じて第１操作室３９に空気圧を印加することにより、復帰バネ２２の付勢力に抗して第１ピストン３５及び第２ピストン３８が一体的に、第１ストロークＳＴ１の分だけ上方へ移動し、図８に示す開弁状態となる。図８において、ダイアフラム弁体３２は、第１ストロークＳＴ１の分だけ、弁座１０から離間して開弁している。
【００５２】
図８に示す開弁状態で、第２ピストン３８の上面３８ｃとアッパボディ４の下端４ａとの間に、第２ストロークＳＴ２の分の隙間が存在する。この状態から、操作ポート３３、第１操作室３９及び通気孔４１を通じて第２操作室４０に空気圧を印加することにより、復帰バネ２２の付勢力に抗して第２ピストン３８が、第２ストロークＳＴ２の分だけ上方へ移動し、図９に示す全開状態となる。図９において、ダイアフラム弁体３２は、第１ストロークＳＴ１及び第２ストロークＳＴ２の分だけ弁座１０から離間して開弁している。
【００５３】
一方、図９に示す全開状態から、操作ポート３３への空気圧の供給を停止し、第１操作室３９及び第２操作室４０の圧力を開放する。これにより、先ず、第２ピストン３８が復帰バネ２２の付勢力により第２ストロークＳＴ２の分だけ下方へ移動し、流量制御弁３１が図８に示す開弁状態に戻る。引き続き、第１ピストン３５及び第２ピストン３８が一体的に、復帰バネ２２の付勢力により第１ストロークＳＴ１の分だけ下方へ移動し、流量制御弁３１が図７に示す閉弁状態に戻る。このように、流量制御弁３１の閉弁時には、ダイアフラム弁体３２を弁座１０に近付けて当接するために、上記の二段ピストン構造により第２ピストン３８を段階的に下方へ移動することにより、ダイアフラム弁体３２の動き始めからその移動速度を二段階に段階的に低くしている。
【００５４】
以上説明したこの実施の形態の流量制御弁３１によれば、二段ピストン構造により第２ピストン３８を駆動して、ダイアフラム弁体３２を弁座１０に対して離間又は近接させることにより、ダイアフラム弁体３２と弁座１０との間の最小流路面積が調節され、入力ポート７から出力ポート６へ流れる液体流量が制御される。ここで、ダイアフラム弁体３２を弁座１０に近付けて当接するとき、二段ピストン構造により第２ピストン３８を二段階に駆動することにより、ダイアフラム弁体３２の動き始めからその移動速度が二段階に段階的に低くなる。従って、ダイアフラム弁体３２と弁座１０との間を流れる液体の慣性力が二段階に段階的に弱められ、液体の高圧化が抑えられる。この結果、ダイアフラム弁体３２及び弁座１０を、従来例の弁体１０１と同様の比較的簡単な構成としながらウォータハンマの発生を防止することができる。この結果、弁座１０とダイアフラム弁体３２との間に急激な圧力変動がないことから、弁座１０及びダイアフラム弁体３２の液体が接触する面における異常摩耗や異物剥離等の発生を防止することができる。このため、流量制御弁３１は、例えば、半導体製造設備において、純水や薬液配送等、流量制御を多用する用途に優れたものとなる。
【００５５】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の流量制御弁を具体化した第３の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００５６】
図１０〜１２に、この実施の形態の流量制御弁５１の構成と作用を断面図に示す。この実施の形態では、ダイアフラム弁体３２を駆動するための弁体駆動手段である二段ピストン構造の構成の点で、第２の実施の形態と構成が異なる。
【００５７】
即ち、図１０〜１２に示すように、この実施の形態では、第２の実施の形態の流量制御弁３１において第１操作室３９と第２操作室４０との間に設けられた通気孔４１が除かれ、それに代わって、第２ピストン３８とアッパボディ４の構成が変えられる。この実施の形態で、第２ピストン３８は、大径部３８ａの上側に、上小径部３８ｅを更に含む。アッパボディ４は、その中央に形成される小径シリンダ１９の他に、小径シリンダ１９に連通する別の操作ポート５２を含む。上小径部３８ｅは、この小径シリンダ１９に気密に嵌合される。上小径部３８ｅの上面３８ｆと小径シリンダ１９の内壁とで区画される空間には、第３操作室５３が形成される。別の操作ポート５２には、作動流体が供給及び排出される。そして、第２ピストン３８には、第３操作室５３と第２操作室４０との間を通気させる通気孔５４が形成される。上小径部３８ｅの上面３８ｆの面積Ｓ１は、大径部３８ａの下面３８ｄの面積Ｓ２よりも小さくなっている。第３操作室５３には、別の操作ポート５２を通じて空気圧が印加又は開放されるようになっている。第３操作室５３に空気圧が印加又は開放されることにより、通気孔５４を通じて第２操作室４０にも、空気圧が印加又は開放されるようになっている。第３操作室５３及び第２操作室４０に空気圧が印加されることにより、上記の面積Ｓ１と面積Ｓ２との受ける空気圧の差により、第２ピストン３８が上方へ押圧される。
【００５８】
この実施の形態では、第２ピストン３８が、ダイアフラム弁体３２を移動するためにミドルボディ３にて所定のストロークだけ移動可能に設けられた本発明の移動部材に相当する。また、この実施の形態では、操作ポート３３、第１シリンダ３４、第１ピストン３５、第２シリンダ３６、第１操作室３９、第２操作室４０、別の操作ポート５２、第３操作室５３及び通気孔５４により、移動部材である第２ピストン３８を上記ストロークの範囲で段階的に駆動するためにミドルボディ３に設けられた段階駆動手段が構成される。そして、これら操作ポート３３、第１シリンダ３４、第１ピストン３５、第２シリンダ３６、通気孔３７、第２ピストン３８、第１操作室３９、第２操作室４０、別の操作ポート５２、第３操作室５３及び通気孔５４により、弁体駆動手段としての二段ピストン構造が構成される。
【００５９】
上記二段ピストン構造は、次のように作用する。即ち、図１０には、流量制御弁５１のダイアフラム弁体３２が弁座１０に当接した閉弁状態を示す。この状態で、第１ピストン３５の上端３５ｂとアッパボディ４の下面４ｂとの間に、第１ストロークＳＴ１の分の隙間が存在する。
【００６０】
この閉弁状態から、操作ポート３３を通じて第１操作室３９に空気圧を印加することにより、復帰バネ２２の付勢力に抗して第１ピストン３５及び第２ピストン３８が一体的に、第１ストロークＳＴ１の分だけ上方へ移動し、図１１に示す開弁状態となる。図１１おいて、ダイアフラム弁体３２は、第１ストロークＳＴ１の分だけ、弁座１０から離間して開弁している。
【００６１】
図１１に示す開弁状態で、第２ピストン３８の大径部３８ａの上面３８ｃとアッパボディ４の下端４ａとの間に、第２ストロークＳＴ２の分の隙間が存在する。この状態から、別の操作ポート５２、第３操作室５３及び通気孔５４を通じて第２操作室４０に空気圧を印加することにより、復帰バネ２２の付勢力に抗して第２ピストン３８が、第２ストロークＳＴ２の分だけ上方へ移動し、図１２に示す全開状態となる。図１２において、ダイアフラム弁体３２は、第１ストロークＳＴ１及び第２ストロークＳＴ２の分だけ弁座１０から離間して開弁している。
【００６２】
一方、図１２に示す全開状態から、別の操作ポート５２への空気圧の供給を停止し、第３操作室５３及び第２操作室４０の圧力を開放する。これにより、先ず、第２ピストン３８が復帰バネ２２の付勢力により第２ストロークＳＴ２の分だけ下方へ移動し、流量制御弁５１が図１１に示す開弁状態に戻る。引き続き、操作ポート３３への空気圧の供給を停止して第１操作室３９を開放することにより、第１ピストン３５及び第２ピストン３８が一体的に、復帰バネ２２の付勢力により第１ストロークＳＴ１の分だけ下方へ移動し、流量制御弁５１が図１０に示す閉弁状態に戻る。このように、流量制御弁５１の閉弁時には、ダイアフラム弁体３２を弁座１０に近付けて当接するために、上記の二段ピストン構造により第２ピストン３８を段階的に下方へ移動することにより、ダイアフラム弁体３２の動き始めからその移動速度を二段階に段階的に低くしている。
【００６３】
以上説明したこの実施の形態の流量制御弁５１によっても、第２の実施の形態と同様、二段ピストン構造により第２ピストン３８を駆動して、ダイアフラム弁体３２を弁座１０に対して離間又は近接させることにより、ダイアフラム弁体３２と弁座１０との間の最小流路面積が調節され、入力ポート７から出力ポート６へ流れる液体流量が制御される。そして、ダイアフラム弁体３２を弁座１０に近付けて当接するとき、二段ピストン構造により第２ピストン３８を二段階に駆動することにより、ダイアフラム弁体３２の動き始めからその移動速度が二段階に段階的に低くなる。従って、この実施の形態の流量制御弁５１によっても、第２の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。
【００６４】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の流量制御弁を具体化した第４の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００６５】
図１３〜１５に、この実施の形態の流量制御弁６１の構成と作用を断面図に示す。この実施の形態では、ダイアフラム弁体３２を駆動するための弁体駆動手段である二段ピストン構造の構成の点で、第２及び第３の実施の形態と構成が異なる。
【００６６】
即ち、図１３〜１５に示すように、ミドルボディ３には、作動流体を供給及び排出するための第１操作ポート６２及び第２操作ポート６３が形成される。また、ミドルボディ３の内部には、その上側にシリンダ６４が、下側に空洞部６５が形成される。シリンダ６４と空洞部６５との間の隔壁の中央には、孔６６が形成される。シリンダ６４には、一対をなす略円盤形状の第１ピストン６７及び第２ピストン６８が上下方向へ摺動可能に気密に嵌合される。第１及び第２のピストン６７，６８の中心には、それぞれ孔６７ａ，６８ａが形成される。これら孔６７ａ，６８ａに対して、１本の作動ピン６９が、上下方向へ摺動可能に気密に嵌合される。作動ピン６９の下部は、ミドルボディ３の孔６６を貫通して下方へ伸びる。作動ピン６９の下端部には、ダイアフラム弁体３２が取り付けられる。作動ピン６９の下部には、フランジ６９ａが形成される。このフランジ６９ａと空洞部６５の上側の底壁との間に、復帰バネ７０が介在される。復帰バネ７０は、作動ピン６９を下方へ付勢することにより、ダイアフラム弁体３２を弁座１０へ向けて押圧する。作動ピン６９の上部には、第１止め輪７１及び第２止め輪７２が固定される。第１止め輪７１は、第１ピストン６７と第２ピストン６８との間に配置される。第２止め輪７２は、上側の第２ピストン６８より上側に配置される。
【００６７】
第１ピストン６７の下面６７ｂとシリンダ６４の内壁とで区画される空間には、第１操作室７３が形成される。第１操作室７３には、第１操作ポート６１を通じて空気圧が印加又は開放されるようになっている。第１操作室７３に空気圧が印加されることにより、第１ピストン６７が上方へ押圧される。第１ピストン６７の上面６７ｃと、第２ピストン６８の下面６８ｂと、シリンダ６４の内壁とで区画される空間には、第２操作室７４が形成される。第２操作室７４には、第２操作ポート６２を通じて空気圧が印加又は開放されるようになっている。第２操作室７４に空気圧が印加されることにより、第１ピストン６７が下方へ押圧されると共に、第２ピストン６８が上方へ押圧される。
【００６８】
この実施の形態では、作動ピン６９が、ダイアフラム弁体３２を移動するためにミドルボディ３にて所定のストロークだけ移動可能に設けられた本発明の移動部材に相当する。また、この実施の形態では、第１及び第２の操作ポート６２，６３、シリンダ６４、第１及び第２のピストン６７，６８、第１及び第２の操作室７３，７４等により、移動部材である作動ピン６９を上記ストロークの範囲で段階的に駆動するためにミドルボディ３に設けられた段階駆動手段が構成される。そして、これら第１及び第２の操作ポート６２，６３、シリンダ６４、第１及び第２のピストン６７，６８、作動ピン６９、第１及び第２の止め輪７１，７２、第１及び第２の操作室７３，７４等により、弁体駆動手段としての二段ピストン構造が構成される。
【００６９】
上記二段ピストン構造は、次のように作用する。即ち、図１３には、流量制御弁６１のダイアフラム弁体３２が弁座１０に当接した閉弁状態を示す。この状態で、第２ピストン６８の上面６８ｃとアッパボディ４の下端４ａとの間に、第１ストロークＳＴ１の分の隙間が存在する。この第１ストロークＳＴ１は、図１３の状態から第２ピストン６８と共に作動ピン６９が上方へ移動できる間隔を意味する。また、図１３に示す状態で、第１ピストン６７の上端６７ｄと第２ピストン６８の下端６８ｄとの間に、第２ストロークＳＴ２の分の隙間が存在する。この第２ストロークＳＴ２は、図１３の状態から第１ピストン６７と共に作動ピン６９が上方へ移動できる間隔を意味する。
【００７０】
図１３に示す閉弁状態から、第２操作ポート６２を通じて第２操作室７４に空気圧を印加することにより、第１ピストン６７が下方へ押圧されると共に、復帰バネ７０の付勢力に抗して第２ピストン６８が作動ピン６９と一体的に第１ストロークＳＴ１の分だけ上方へ移動し、図１４に示す開弁状態となる。図１４において、ダイアフラム弁体３２は、第１ストロークＳＴ１の分だけ、弁座１０から離間して開弁している。
【００７１】
図１４に示す開弁状態から、第１操作ポート６２を通じて第１操作室７３に空気圧を印加すると共に、第２操作ポート６３を通じて第２操作室７４から空気圧を開放することにより、第１ピストン６７は、第１止め輪７１に当接するまで上方へ移動する。第１止め輪７１に当接した後、第１ピストン６７は、作動ピン６９と共に復帰バネ７０の付勢力に抗して第２ストロークＳＴ２の分だけ上方へ移動し、図１５に示す全開状態となる。
【００７２】
一方、図１５に示す全開状態から、第１操作ポート６２への空気圧の供給を停止し、第１操作室７３の圧力を開放する。これにより、作動ピン６９は、復帰バネ７０の付勢力により、第１ピストン６７と共に下方へ移動する。そして、第２止め輪７２が第２ピストン６８に当接した後は、作動ピン６９は、復帰バネ７０の付勢力により、第１ピストン６７及び第２ピストン６８と共に更に下方へ移動し、図１３に示す閉弁状態に戻る。このように、流量制御弁６１の閉弁時には、ダイアフラム弁体３２を弁座１０に近付けて当接するために、上記の二段ピストン構造により第１ピストン６７、第２ピストン６８及び作動ピン６９を段階的に下方へ移動することにより、ダイアフラム弁体３２の動き始めからその移動速度を二段階に段階的に低くしている。
【００７３】
以上説明したこの実施の形態の流量制御弁６１によれば、二段ピストン構造により第１ピストン６７、第２ピストン６８及び作動ピン６９を駆動して、ダイアフラム弁体３２を弁座１０に対して離間又は近接させることにより、ダイアフラム弁体３２と弁座１０との間の最小流路面積が調節され、入力ポート７から出力ポート６へ流れる液体流量が制御される。ここで、ダイアフラム弁体３２を弁座１０に近付けて当接するとき、二段ピストン構造により第１ピストン６７、第２ピストン６８及び作動ピン６９を二段階に駆動することにより、ダイアフラム弁体３２の動き始めからその移動速度が二段階に段階的に低くなる。従って、この実施の形態の流量制御弁６１によっても、第２及び第３の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。
【００７４】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の流量制御弁を具体化した第５の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００７５】
図１６に、この実施の形態の流量制御弁１を含む構成を断面図に示す。この実施の形態では、第１の実施の形態の流量制御弁１にスピードコントローラ８１等を付属した点で、第１の実施の形態と構成が異なる。
【００７６】
即ち、図１６に示すように、第１操作ポート８に対して空気圧を印加又は開放するための配管８２には、スピードコントローラ８１、切換弁８３及び逆止弁８４が設けられる。逆止弁８４は、スピードコントローラ８１に並列に接続される。スピードコントローラ８１は、流量制御弁１の第１操作室１６における空気圧を配管８２を通じて開放するときの開放速度を低減する。この実施の形態では、配管８２が、ダイアフラム弁体１２を弁座１０から離間するべくピストン１５を往動するために大径シリンダ１４の第１操作室１６に作動流体である空気を供給する本発明の作動流体供給通路に相当する。同じく、配管８２は、ダイアフラム弁体１２を弁座１０に当接するべくピストン１５を復動するために第１操作室１６から作動流体としての空気を排出する本発明の作動流体排出通路に相当する。また、スピードコントローラ８１は、第１操作室１６から空気を排出するときに空気の排出速度を低減するための本発明の絞り手段に相当する。これら、ピストン１５、大径シリンダ１４、スピードコントローラ８１及び配管８２により、本発明の弁体駆動手段が構成される。そして、ダイアフラム弁体１２の当接面１７ｂを弁座１０の当接端１０ａに当接するために、スピードコントローラ８１により大径シリンダ１４の第１操作室１６からの空気の排出速度を低減することにより、ダイアフラム弁体１２の動き始めからその移動速度を相対的に低くするようになっている。
【００７７】
以上説明したこの実施の形態の構成によれば、大径シリンダ１４、ピストン１５、スピードコントローラ８１及び配管８２を協働させることにより、ダイアフラム弁体１２が弁座１０に対して離間又は近接し、ダイアフラム弁体１２と弁座１０との間の最小流路面積が調節され、入力ポート７から出力ポート６へ流れる液体流量が制御される。
【００７８】
ここで、ダイアフラム弁体１２の当接面１７ｂを弁座１０の当接端１０ａに当接するために、スピードコントローラ８１により大径シリンダ１４の第１操作室１６からの空気の排出速度を低減することにより、ダイアフラム弁体１２の動き始めからその移動速度が相対的に低くなる。従って、ダイアフラム弁体１２と弁座１０との間の最小流路面積が徐々に小さくなることと相まって、ダイアフラム弁体１２と弁座１０との間を流れる液体の慣性力が徐々に弱められ、液体の高圧化が抑えられる。この結果、ダイアフラム弁体１２及び弁座１０を比較的簡単な構成としながらウォータハンマの発生を防止することができる。この実施の形態では、ダイアフラム弁体１２と弁座１０との間を流れる液体の慣性力が徐々に弱められる分だけ、スピードコントローラ８１を持たない第１の実施の形態の構成に比べ、流量制御弁１に対する負荷を低減することができる。
【００７９】
図１７に、ダイアフラム弁体１２の閉弁時における入力ポート７の圧力（入力側圧力）と出力ポート６の圧力（出力側圧力）の変化について実験結果をタイムチャートに示す。このチャートからも分かるように、ダイアフラム弁体１２の閉弁始めから閉弁終わりまでの間で、入力側圧力及び出力側圧力とも、図１９のチャートに比べ相対的に長い時間かけて閉弁終わり時の所定値へ向けて徐々に揺るやかに増大又は減少することになる。この結果、図１９に示す従来例のタイムチャートとは異なり、閉弁終了直後に大きな圧力振動が発生することはない。
【００８０】
尚、この発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して実施することもできる。
【００８１】
例えば、前記第２〜第４の実施の形態の流量制御弁３１，５１，６１では、ダイアフラム弁体３２及び弁座１０として、従来例の弁座１００及び弁体１０１と同じ構成のものを採用した。これに対し、ダイアフラム弁体及び弁座として、第１の実施の形態の弁座１０及びダイアフラム弁体１２を採用してもよい。この構成によれば、ダイアフラム弁体と弁座との間の最小流路面積が徐々に小さくなることと相まって、ダイアフラム弁体と弁座との間を流れる液体の慣性力が段階的に弱められ、液体の高圧化がより確実に抑えられることになる。この結果、第２〜第４の実施の形態における流量制御弁３１，５１，６１に係る効果に対し、より確実にウォータハンマの発生を防止することができる。
【００８２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明の構成によれば、ダイアフラム弁体と弁座との間を流れる液体の慣性力が徐々に弱められ、液体の高圧化が抑えられる。この結果、ダイアフラム弁体及び弁座を比較的簡単な構成としながらウォータハンマの発生を防止することができる。
【００８３】
請求項２に記載の発明の構成によれば、ダイアフラム弁体と弁座との間を流れる液体の慣性力が段階的に弱められ、液体の高圧化が抑えられる。この結果、ダイアフラム弁体及び弁座を比較的簡単な構成としながらウォータハンマの発生を防止することができる。
【００８４】
請求項３に記載の発明の構成によれば、ダイアフラム弁体と弁座との間の最小流路面積が徐々に小さくなることと相まって、ダイアフラム弁体と弁座との間を流れる液体の慣性力が段階的に弱められ、液体の高圧化が抑えられる。この結果、請求項１に記載の発明の効果に対して、より確実にウォータハンマの発生を防止することができる。
【００８５】
請求項４に記載の発明の構成によれば、ダイアフラム弁体と弁座との間の最小流路面積が徐々に小さくなることと相まって、ダイアフラム弁体と弁座との間を流れる液体の慣性力が徐々に弱められ、液体の高圧化が抑えられる。この結果、請求項１に記載の発明の効果に加え、絞り手段を持たない構成の場合と比べ、流量制御弁に対する負荷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係り、流量制御弁を示す断面図。
【図２】弁座とダイアフラム弁体を示す拡大断面図。
【図３】同じく弁座とダイアフラム弁体を示す拡大断面図。
【図４】図２を更に拡大して示す断面図。
【図５】ダイアフラム弁体のリフト量変化に対する最小流路面積変化を示すグラフ。
【図６】入力側圧力と出力側圧力の変化を示すタイムチャート。
【図７】第２の実施の形態に係り、流量制御弁を示す断面図。
【図８】同じく流量制御弁を示す断面図。
【図９】同じく流量制御弁を示す断面図。
【図１０】第３の実施の形態に係り、流量制御弁を示す断面図。
【図１１】同じく流量制御弁を示す断面図。
【図１２】同じく流量制御弁を示す断面図。
【図１３】第４の実施の形態に係り、流量制御弁を示す断面図。
【図１４】同じく流量制御弁を示す断面図。
【図１５】同じく流量制御弁を示す断面図。
【図１６】第５の実施の形態に係り、流量制御弁を示す断面図。
【図１７】入力側圧力と出力側圧力の変化を示すタイムチャート。
【図１８】従来例に係り、弁体と弁座の弁構造の一例を示す断面図。
【図１９】従来例に係り、圧力波形等を示すグラフ。
【符号の説明】
１      流量制御弁
５      ボディ
６      出力ポート
７      入力ポート
８      第１操作ポート
９      第２操作ポート
１０    弁座
１０ａ  当接端
１０ｂ  外周テーパ面
１０ｃ  平坦面
１０ｄ  内周テーパ面
１１    弁孔
１２    ダイアフラム弁体
１３    小径シリンダ
１４    大径シリンダ
１５    ピストン
１６    第１操作室
１７ｂ  当接面
１７ｃ  凸部
１７ｄ  外周面
２０    第２操作室
２２    復帰バネ
３１    流量制御弁
３２    ダイアフラム弁体
３３    操作ポート
３４    第１シリンダ
３５    第１ピストン
３６    第２シリンダ
３７    通気孔
３８    第２ピストン（移動部材）
３９    第１操作室
４０    第２操作室
５１    流量制御弁
５２    別の操作ポート
５３    第３操作室
５４    通気孔
６１    流量制御弁
６２    第１操作ポート
６３    第２操作ポート
６４    シリンダ
６７    第１ピストン
６８    第２ピストン
６９    作動ピン
７１    第１止め輪
７２    第２止め輪
７３    第１操作室
７４    第２操作室
８１    スピードコントローラ（絞り手段）
８２    配管（作動流体供給通路及び作動流体排出通路）
【図１】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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