(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体収容部を有するハウジングと、前記弁体収容部内に回動可能に設けられた弁体と、前記弁体の外周面の一部に周設され且つ周方向に断面積が変化する流量調整溝と、前記ハウジングの弁体収容部内に向けて開口された流入孔及び流出孔であって前記流量調整溝と共に流路を形成する流入孔及び流出孔と、を備え、前記弁体を回転させることによって、前記流路を遮断し又は流量を調整することができる流量調整装置に於いて、
前記流入孔及び流出孔の開口中心が、前記弁体の回転中心とは位置ずれしており、
前記流入孔及び流出孔は、その開口中心が、前記流量調整溝の大断面積部分に於いて流量調整溝の溝底に外接する接線上に略一致するように開口されていることを特徴とする流量調整装置。
【請求項２】
前記流量調整溝の断面積が、その一端部から他端部に向かって徐々に小さくなっており、前記流入孔及び流出孔の各断面積が、前記流通調整溝の一端部の断面積と略同じ大きさに形成されている請求項１に記載の流量調整装置。
【請求項３】
前記流量調整溝が、弁体の中心角２７０度〜３４０度に対応する外周範囲に形成されている請求項１又は２に記載の流量調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流量を調整する流量調整装置に関し、更に詳しくは、周方向に断面積の変化する流量調整溝が設けられた弁体を回転させることにより、流量を調整することができる流量調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、周方向に断面積の変化する流量調整溝が設けられた弁体を回転させることによって流量を調整することができる流量調整装置としては、（１）一対の流出入ポートを有する筒状ホルダーと、このホルダーに回動自在に嵌装されたコックとからなり、コックが、漸次縮径する外周面部を有し、一対の流出入ポートが、コックの回転中心点を通る直線上に対向して設けられている液体の流量調整装置（特許文献１）や、（２）弁箱内に弁体を軸回りに回動可能に軸支し、弁体の外周面の一部に断面積が回転角度に比例して円周方向に変化する連通溝を形成し、水平な上流側流路と垂直な下流側流路を連通溝を介して連通可能に形成した可変流量弁（特許文献２）が知られている。
【０００３】
上記（１）の流量調整装置は、一方の流出入ポートから流入した液体が、コックの外周面部を介して対向配置された他方の流出入ポートから流出し、このコックを回転させることによって流路の断面積を変化させ、流出入ポートから流れる液体の量を調整することができる。上記（２）の可変流量弁は、上流側流路から流入する液体が、弁体の連通溝を介して下流側流路に流れ、弁体を回転させることによって流路の断面積を変化させ、下流側流路に流れる液体の量を調整することができる。
【０００４】
しかしながら、（１）の流量調整装置は、一対の流出入ポートがコックの回転中心点を通る直線上に対向して設けられているので、一方の流出入ポートからホルダー内へ流入した液体は、コックに当たった後、漸次縮径する外周面部に沿ってコックの外周面を回り込むように流れて、更に向きを変えて他方の流出ポートから流れ出る。このように流入した液体がコックの外面に当たり、コックの外周面部に沿って向きを変えて流れると、液体の流れ抵抗が大きくなって流圧が変わり、液体の流量に影響を与える。特に、液体が比較的粘性の高い場合には、流量変化の問題が顕著である。一方、（２）の可変流量弁は、上流側流路が弁箱に水平に配置され、且つ下流側流路が弁箱に垂直に配置されている、すなわち上流側流路と下流側流路は直交するように配置されているので、上流側流路から流入した液体は、弁体の外面に当たった後、連通溝に沿って弁体の外面を曲がり、下流側流路へと流れ出る。従って、（２）の可変流量弁も同様に、液体の流れ抵抗が大きくなって流圧が変わり、精密な流量調整を行うことができない。
【０００５】
さらに、上記（２）の可変流量弁は、概ね弁体の回転角１８０度相当であり（特許文献２の明細書第３頁など）、流量調整を広範に行うことができない。これは、上記（１）の流量調整装置についても同様である。
【０００６】
【特許文献１】特開平１−１２１７９号公報
【特許文献２】実開平４−５６９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、正確な流量調整が行え、更に、流量調整範囲が広い流量調整装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、弁体収容部を有するハウジングと、弁体収容部内に回動可能に設けられた弁体と、弁体の外周面の一部に周設され且つ周方向に断面積が変化する流量調整溝と、ハウジングの弁体収容部内に向けて開口された流入孔及び流出孔であって流量調整溝と共に流路を形成する流入孔及び流出孔と、を備え、弁体を回転させることによって、流路を遮断し又は流量を調整することができる流量調整装置に於いて、流入孔及び流出孔の開口中心が、弁体の回転中心とは位置ずれしており、流入孔及び流出孔は、その開口中心が、前記流量調整溝の大断面積部分に於いて流量調整溝の溝底に外接する接線上に略一致するように開口されている流量調整装置を提供する。
【０００９】
上記流量調整装置は、流入孔及び流出孔の開口中心が、前記流量調整溝の大断面積部分に於いて流量調整溝の溝底に外接する接線上に略一致するように開口されているので、流入孔から弁体収容部内へ流れ込む流体は、流れ方向が変わらず、流入孔から流量調整溝を経由して流出孔へと略直線状に流れ得る。更に、上記流量調整装置は、流入孔及び流出孔の開口中心が、弁体の回転中心とは位置ずれしており、流入孔及び流出孔の開口中心が、前記流量調整溝の大断面積部分に於いて流量調整溝の溝底に外接する接線上に略一致するように開口されているので、流体は、流量調整溝を最短経由して流れる。
従って、上記流量調整装置は、流量調整溝に流れ込んだ流体の流圧が実質的に変化せず、流量調整溝の断面積に従い、正確な流量調整を行うことができる。
また、流体が、流量調整溝を最短経由して流れるため、弁体の外周面の周方向に流量調整溝を比較的長く形成することができ、流量調整範囲の広い流量調整装置を提供することができる。
【００１０】
本発明の好ましい態様では、上記流量調整溝の断面積が、その一端部から他端部に向かって徐々に小さくなっており、上記流入孔及び流出孔の各断面積が、上記流通調整溝の一端部の断面積と略同じ大きさに形成されている上記流量調整装置に係る。
さらに、本発明の好ましい態様では、上記流量調整溝が、弁体の中心角２７０度〜３４０度に対応する外周範囲に形成されている上記流量調整装置に係り、かかる流量調整装置は、流量調整範囲が非常に広く、例えば、微妙な流量調整を行う場合でも、本発明の流量調整装置一台で行うことも可能とある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の流量調整装置は、弁体の周方向に断面積の変化する流量調整溝が設けらているので、弁体を回転させることによって流量を変えることができる。この流量調整装置は、流入孔が弁体の接線方向に開口され、流出孔が流入孔の延長線上に開口されているので、広い範囲に亘る流量調整を正確に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明について図面を参照しつつ説明する。
図１は、一実施形態の流量調整装置を示す上面図、図２は、同側面図、図３は、流入通路及び流出通路に沿って全体を縦に切断した状態を示す一部省略縦断面図、図４（ａ）は、流量調整溝に沿って弁体及びハウジングを水平に切断した状態を示す一部省略横断面図である。
図１〜図４（ａ）に於いて、１は、弁体収容部２１を有するハウジング２と、弁体収容部２１内に回動可能に設けられた弁体３と、弁体３の外周面の一部に周設され且つ周方向に断面積が変化する流量調整溝４と、ハウジング２の弁体収容部２１内に向けて開口された流入孔５及び流出孔６と、を備える流量調整装置を示し、流入孔５及び流出孔６は、弁体３の接線Ｘ方向に沿って対向し、且つ弁体３の流量調整溝４と共に流路を形成しており、弁体３を回転させることによって流量を調整することができるものである。
【００１３】
具体的には、ハウジング２は、ステンレスなどの金属や硬質合成樹脂などの機械的強度に優れた部材からなる（尚、特に断らない限り、他の部材についても同様）。このハウジング２の略中央部には、弁体３の外周面が気密状に面接触可能な弁体収容部２１が形成されている。弁体収容部２１は、上方が円状に開口され且つ下方に向かうに従って徐々に縮径する逆円錐状に形成されており、該弁体収容部２１の下方には、弁体３の回転軸３３が挿通される挿通孔が形成されている。
【００１４】
弁体３は、弁体収容部２１内に収容され且つ弁体収容部２１の内周面に気密状に面接触しうる本体部３１と、この本体部３１の上方に形成され且つハウジング２の上面から露出する操作部３２と、本体部３１の下方から突設され且つハウジング２の挿通孔に挿通される回転軸３３と、を備え、本体部３１の外周面の一部には、流量調整溝４が周設されている。
本体部３１は、その外周面が下方に向かうに従って徐々に縮径する逆円錐状に形成されている。操作部３２は、その上面にドライバーなどの操作用具の係合可能な係合溝が形成されている。回転軸３３は、横断面円状の本体部３１の回転中心Ｙの延長線上に形成されており、ハウジング２の下面から突出する長さに形成されている。この回転軸３３の外周面には、雄ネジが刻設されている。
【００１５】
かかる弁体３は、ハウジング２の上面側から弁体収容部２１内に嵌められ、ハウジング２の下面から突出する回転軸３３にナットなどの固着部材７４を取着することで、ハウジング２に着脱可能に取り付けられている。該弁体３は、その本体部３１が弁体収容部２１に対して気密状態で摺動可能で、回転軸３３回りに回転させることができる。
【００１６】
次に、流量調整溝４は、弁体３の本体部３１の外周面の一部に周方向（回転方向）に周設されている。流量調整溝４は、流量調整を広い範囲で行なうことができることから、周方向に比較的長い範囲に亘って形成されていることが好ましい。この点、流量調整溝４の非形成面（流量調整溝の一端部４１と他端部４２の間）によって、流入孔５（又は流出孔６）を閉塞すれば流路の遮断を行うことができることから、図４（ｂ）に示すように、弁体３の外周面のうち、流入孔５（又は流出孔６）の一側縁５ａ及び他側縁５ｂの間に於ける弁体３の外周範囲Ｚを除く弁体３の外周面に流量調整溝４を形成すれば、流量調整溝４の形成範囲が最大となる。
もっとも、このように流量調整溝４の非形成面が、流入孔５に略一致するように流量調整溝４を形成すると、流路遮断操作時に遊びがなく、非実用的であることから、例えば、図４（ａ）に示すように、弁体３の回転中心Ｙの中心角θ約２７０度〜３４０度に対応する円周範囲に形成することが好ましく、更に、中心角θ約３００度〜３３０度に対応する円周範囲に形成することがより好ましい。
【００１７】
また、流量調整溝４は、その断面積が周方向に徐々に小さくなるように形成されている。従って、流量調整溝４の一端部４１の断面積が最も大きく、流量調整溝４の他端部４２の断面積が最も小さく形成されており、この一端部４１と他端部４２の間（流量調整溝４の非形成面）に於いて、弁体収容部２１に気密状に面接触する。
【００１８】
尚、このように流量調整溝４の断面積を小さくする手法としては、図５（ａ）や（ｃ）に示すように、溝の断面形状を相似形としてその相似形の面積を徐々に小さくする形成する手法、同図（ｂ）に示すように、溝の深さを徐々に浅く形成する手法、その他、溝の深さを一定にして溝幅を徐々に狭くする手法などが挙げられる。
【００１９】
流量調整溝４の断面形状は、特に限定されず、図５（ａ）に示すように略Ｖ字状、略Ｕ字状（図示せず）、同図（ｂ）に示すように略半円状、略四角状（図示せず）など適宜に形成することができ、図５（ａ）や（ｃ）に示す形状が好ましい。また、同図（ｃ）に示すように、流量調整溝４の深さが下方側に向かって徐々に浅くなるように形成した場合、（成形する弁体の）上下方向に可動する金型を用いて弁体を樹脂成形することができるので、硬質合成樹脂製の弁体３を精度良く成形することができる。
【００２０】
次に、流入孔５及び流出孔６は、ハウジング２の弁体収容部２１内に開口され、弁体３の流量調整溝４を通じて流入孔５から流出孔６へ流路が形成されるように、弁体３の流量調整溝４に連通している。流出孔６は、流入孔５に対向するように、流入孔５の延長線上に開口されている。さらに、流入孔５及び流出孔６は、弁体３の接線Ｘ方向に向かってそれぞれ開口されている。従って、流入孔５及び流出孔６は、その開口中心が弁体３の接線Ｘ上に略一致するように開口されている。より具体的には、図４（ａ）に示すように、流入孔５及び流出孔６は、その開口中心が、流量調整溝４の大断面積部分に於いて流量調整溝４の溝底に外接する接線Ｘ上に略一致するように開口されている。
【００２１】
この流入孔５及び流出孔６は、ハウジング２に貫通された流入通路５１及び流出通路６１を介してハウジング２外部に伸びている。尚、流入通路５１及び流出通路６１も同様に、弁体３の接線Ｘ上に略一致するように左右に延設されている。
流入孔５及び流出孔６（流入通路５１及び流出通路６１を含む）は、断面円状に形成されているが、断面多角形状などに形成されていても構わない。
また、流入孔５及び流出孔６は、その開口直径が、流通調整溝４の一端部４１の溝深さ（流通調整溝４の最も深い部分）と略同じ長さに形成されており、更に、流入孔５及び流出孔６は、その断面積が流通調整溝４の一端部４１の断面積（流通調整溝４の最大断面積）と略同じ大きさに形成されていることが好ましい。
【００２２】
尚、５２，６２は、流入通路５１及び流出通路６１に接続された流入管及び流出管（この管は、金属製などの機械的強度に優れた部材でも良いし、柔軟な部材で構成されていてもよい）を示す。７１，７１は、流入管５２及び流出管６２を固定するリング継ぎ手を示す。７２，７２は、リング継ぎ手７１を変形させる押圧部材を示す。７３，７３は、押圧部材７２をハウジング２側へと押し出すネジなどからなる締付部材を示す。
この締付部材７３をハウジング２に螺合することにより、押圧部材７２とハウジング２の間に介装されたリング継ぎ手７１が、押圧部材７２にて押圧されて塑性変形し、その結果、流入管５２及び流出管６２に噛み合い、該リング継ぎ手７１を介して流入管５２及び流出管６２が固定されている。
【００２３】
上記流量調整装置１は、流入管５２を通じて液体などの流体が供給される。図６（ａ）に示すように、弁体３の流量調整溝４が流入孔５及び流出孔６に対面していると、流入孔５から流入する流体は、流量調整溝４を介して流出孔６へと流れ出る。次に、弁体３を回し、同図（ｂ）に示すように、流量調整溝４の他端部４２が流出孔６に対面すると、流出孔６から流出する流体が絞られ、流量が非常に少なくなる。また、同図（ｃ）に示すように、流量調整溝４の非形成面が、流入孔５又は流出孔６の何れかに対面すると、流路が塞がれ、流体は流れなくなる。
【００２４】
本発明の流量調整装置１は、流入孔５及び流出孔６が対向し、それぞれ弁体３の接線Ｘ方向に開口されているので、流入孔５から弁体収容部２１内へ流れ込む流体は、流れ方向が変わらず、流入孔５から流量調整溝４を経由して流出孔６へと略直線状に流れる。
従って、流圧が実質的に殆ど変化せず、弁体３に形成された流量調整溝４に従い、正確な流量調整を行うことができる。かかる流量調整装置１は、粘性の高い流体を流しても、正確な流量調整を行うことができる。
また、弁体の外周面に流量調整溝を形成してなるこの種の流量調整装置に於いては、流体は、上述のように流量調整溝を経由して流れるが、本発明の流量調整装置１では、流入孔５が弁体３の接線Ｘ方向に開口されているので、流体は、流量調整溝４を最短に経由して流れることとなる。従って、弁体３の周方向に流量調整溝４を比較的長く（例えば、弁体３の中心角θ：３３０度に対応する外周範囲）形成することができ、流量調整範囲を非常に広くすることもできる。
【００２５】
また、弁体３は、円錐状に形成され且つナットなどの固着部材７４を用いてハウジング２に取り付けられているので、固着部材７４を外すことで、簡単にハウジング２から取り外すことができる。従って、流量調整溝４に付着した付着物をブラッシングで除去するなど、メンテナンスを容易に行うことができる。
さらに、弁体３にアクチュエーターなどを取り付けることにより、弁体３の回転操作（流量調整）を自動で行うことも可能である。
【００２６】
本発明の流量調整装置１は、水耕栽培装置などの液肥混入・農薬自動散布装置などの農薬混入などの農業用途、医療用途、半導体・薬品・化学プラントなどの各種工業分野に於ける流体の制御などに好適に使用できる。
特に、本発明の流量調整装置１は、構造が簡易でありながら、非常に正確な流量調整を行うことができることから、所謂マイクロ装置のバルブとして好適に使用できる。
ここで、マイクロ装置とは、極小領域で働くポンプ、バルブ、各種センサーなどを含む装置類であって、化学実験、化学操作などをコンパクトに集積化した極めて小規模な装置類と言える。マイクロ装置は、試薬量・廃液量を削減でき、省スペース・携帯性に優れて持ち運びができ、反応時間の短縮化などを実現できる。かかるマイクロ装置は、例えば、製品開発などに於ける各種実験、個々の患者に適合する医薬品の調合、各種検査、半導体などの小さな製品の製造などの用途に効率的に利用できる。
本発明の流量調整装置１をマイクロ装置に使用する場合には、流入孔５や流出孔６は、例えば、直径０．５〜１．０ｍｍ程度の極小径に形成される（これに伴い、流量調整溝４を含めた弁体３なども小さく形成される）が、このように極小径に形成しても、本発明の流量調整装置１は、流量調整溝４の断面積に従い、正確な流量調整を行うことが可能である。
【００２７】
尚、上記実施形態では、逆円錐状の弁体３を例示したが、弁体３の本体部３１の形状はこれに限られず、例えば、円柱状、紡錘形状などに形成された本体部３１を有する弁体３を用いることもできる。
【００２８】
また、上記実施形態では、弁体３は、回転軸３３に固着部材７４を取着してハウジング２に取り付ける構造を例示したが、これに限られず、例えば、図７に示すように、弁体３を弁体収容部２１に嵌め、弁体３と着脱自在な蓋部材７５の間に弾性部材７６（例えば、板バネやスプリングバネなど）を介在させて、弁体３を下方側へ常時付勢するようにして、弁体３をハウジング２に回動可能に取付ける構造でもよい。尚、図７に於いて、上記実施形態と同様の構成部分については、同一の図番を表している。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】一実施形態に係る流量調整装置を示す一部省略上面図。
【図２】同右側面図。
【図３】図１のＡ−Ａ線で切断した縦断面図。但し、弁体及び固着部材は、断面で表示せず。
【図４】（ａ）は、図２のＢ−Ｂ線で切断した横断面図であって、必要な部分（弁体及びハウジング）のみを表している。（ｂ）は、弁体の流量調整溝の形成範囲を模式図的に示す参考図。
【図５】（ａ）〜（ｃ）共に、弁体の各種実施形態を示す側面図。
【図６】流量調整装置の使用状態を示す参考断面図。
【図７】他の実施形態に係る流量調整装置を示す一部省略縦断面図。
【符号の説明】
【００３０】
１…流量調整装置
２…ハウジング、２１…弁体収容部
３…弁体、３１…本体部、３２…操作部、３３…回転軸
４…流量調整溝、４１…一端部、４２…他端部
５…流入孔、５１…流通通路、５２…流入管
６…流出孔、６１…流出通路、６２…流出管
７１…リング継ぎ手、７２…押圧部材、７３…締付部材、７４…固着部材、７５蓋部材、７６…弾性部材
Ｘ…弁体の接線
Ｙ…弁体の回転中心
θ…弁体の中心角
【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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