(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体、蓋体、本体と蓋体の間に挟持された気室形成用リング、及び内部に上部及び下部がそれぞれ蓋体と本体に係合されたダイヤフラムを具備し、本体には、上端面周縁部にダイヤフラムの環状突部が嵌合される環状溝と、該環状溝の内側に位置しダイヤフラムの上下動を許容し底面中央より突出するプラグを有する第一弁室と、第一弁室に連通する入口流路とが設けられ、蓋体には、第二弁室と、第二弁室と連通した出口流路と、下部にダイヤフラムの上部が接合される接合部と、ダイヤフラムと本体とにより形成された気室に連通する通気孔とが設けられ、ダイヤフラムには、中央に本体のプラグとの間に流体制御部を形成するプラグの外径よりも小さい内径を有する円筒部と、円筒部の下部に設けられた鍔部と、鍔部の径方向に延長して設けられ、かつその周縁部に環状突部を有する第一膜部と、円筒部の上端面に径方向に延長して設けられた第二膜部と、第二膜部に連続して設けられ蓋体の接合部に接合される環状接合部とが設けられ、またダイヤフラムの下面の受圧面積が上面の受圧面積よりも大きく形成され、さらに、気室形成リングの上面には気室を密封するシールリングが嵌挿される第一の凹所が設けられ、気室形成用リングの下面には、ダイヤフラムの環状突部を裏打ちするシールリングが嵌挿される第二の凹所が設けられていることを特徴とする背圧弁。
【請求項２】
シールリングが嵌挿される第一の凹所が気室形成用リングの上面に形成された環状溝であり、シールリングが嵌挿される第二の凹所が気室形成リングの下面に形成された環状溝である請求項１に記載の背圧弁。
【請求項３】
本体の蓋体との接合部には気室形成リングが内包される段差部が設けられ、シールリングが嵌挿される第一の凹所が気室形成リングの外側周面と段差部との間に形成された環状切欠部であり、シールリングが嵌挿される第二の凹所が気室形成用リングの外周面と段差部との間に形成された環状切欠部である請求項１に記載の背圧弁。
【請求項４】
ダイヤフラムの材質がポリテトラフルオロエチレンである請求項１記載の背圧弁。
【請求項５】
通気孔が少なくとも二個設けられている請求項１に記載の背圧弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体流量が変動しても上流側の流体圧力を一定に保つ背圧弁に関するものであり、さらに詳しくは、主として超純水ラインや各種化学薬液ラインにおいて好適に用いられるコンパクトで安定した流体圧力制御が得られる背圧弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のダイヤフラムを使用した背圧弁としては図５に示すような背圧弁が知られている。その構造を図５にもとづいて説明すると、内部に気室５１と、該気室５１と外部とを連通する給気孔５２を有する第一蓋体５３と、上部に第一弁室５４と該第一弁室５４に連通した入口流路５５と下部に第二弁室５６と該第二弁室５６に連通した出口流路５７と第一弁室５４と第二弁室５６を連通し内部に弁座５８が設けられた連通流路５９とを有する本体６０と、中央に前記弁座５８との間で流体制御部６１を構成する先端がすり鉢状に縮径した円柱部６２と該円柱部６２上部に設けられた鍔部６３と該鍔部６３上端部を径方向に延長して設けられた膜部６４と該膜部６４の外周部に設けられ本体６０と第一蓋体５３により狭持される環状突部６５とを有するダイヤフラム６６と、本体６０を第一蓋体５３との間で狭持するよう設けられた第二蓋体６７とによって構成されている。前記気室５１内部には、一定の圧力に保たれた圧縮空気が給気孔５２を通じて供給されており、ダイヤフラム６６を下方へ押し下げるように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような背圧弁では、ダイヤフラム６６が上端部の鍔部６３及び膜部６４のみで円柱部６２を支承しているため円柱部６２が傾き、このような状態で上流側の流体圧が低くなると、流体制御部６１の開口面積の調整が難しくなりひいては圧力調整精度の低下やハンチングの原因となっていた。
【０００４】
本発明は以上のような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、コンパクトで安定した流体圧力制御が得られる背圧弁を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の構成をその実施態様を示す図１を参照して説明すると、本発明の背圧弁は、本体１、蓋体２、本体１と蓋体２の間に挟持された気室形成用リング３、及び上部と下部がそれぞれ蓋体２と本体１とに係合されたダイヤフラム４を備え、本体１には、上端面周縁部にダイヤフラム４の環状突部５が嵌合される環状溝６と、該溝６の内側に位置しダイヤフラム４の上下動を許容し底面中央より突出するプラグ７を有する第一弁室８と、第一弁室８に連通する入口流路９とが設けられ、蓋体２には、第二弁室１０と、第二弁室１０と連通した出口流路１１と、下部にダイヤフラム４の上部が接合される接合部１２と、ダイヤフラム４と本体１とにより形成された気室１３に連通する通気孔１４，１５とが設けられ、ダイヤフラム４には、中央に本体１のプラグ７との間に流体制御部１６を形成するプラグ７の外径よりも小さい内径を有する円筒部１７と、円筒部１７の下部に設けられた鍔部１８と、鍔部１８の径方向に延長して設けられ、かつその周縁部に環状突部５を有する第一膜部１９と、円筒部１７の上端面に径方向に延長して設けられた第二膜部２０と、第二膜部２０に連続して設けられ蓋体２の接合部１２に接合される環状接合部２１とが設けられ、またダイヤフラム４の下面の受圧面積が上面の受圧面積よりも大きく形成され、さらに前記気室形成リング３の上面には気室１３を密封するシールリング２２が嵌挿される第一の凹所２３が設けられ、気室形成用リング３の下面には、ダイヤフラムの環状突部５を裏打ちするシールリング２４が嵌挿される第二の凹所２５が設けられていることを特徴としている。
【０００６】
本発明の好ましい実施態様によれば、前記第一の凹所は気室形成用リング３の上面に形成された環状溝２３であり、第二の凹所は気室形成リング３の下面に形成された環状溝２５である。
【０００７】
また本発明の他の実施態様によれば、図３に示されるように、本体３０の蓋体２との接合部には気室形成リング３１が内包される段差部３２が設けられ、シールリング２２が嵌挿される前記第一の凹所が気室形成リング３１の外側周面と段差部３２との間に形成された環状切欠部３６であり、シールリング２４が嵌挿される前記第二の凹所が気室形成用リング３１の外周面と段差部３２との間に形成された環状切欠部３７となっている。
【０００８】
さらに、本発明の好ましい実施態様によれば、ダイヤフラム４の材質はＰＴＦＥである。
【０００９】
また、好ましい実施態様では通気孔１４は少なくとも２個設けられている。
【００１０】
尚、本体１、蓋体２の材質はＰＴＦＥやＰＦＡ等のフッ素樹脂が好適に使用されるが、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレンなどのその他のプラスチック或いは金属でも良く特に限定されない。また、気室形成用リング３は強度、耐熱性の観点からポリプロピレンが好適に使用されるが、同様に、その他のプラスチックや金属でも良く特に限定されない。さらに、ダイヤフラム４の材質はＰＴＦＥ等のフッ素樹脂が好適に使用されるが、ゴム及び金属でも良く特に限定されない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施態様について、図面を参照して説明するが、本発明が本実施態様に限定されないことは言うまでもない。
【００１２】
図１は、本発明の背圧弁の第一の実施態様を示す縦断面図である。図２は、本発明の背圧弁において上流側圧力が低下した場合の状態を示す縦断面図である。図３は、本発明の背圧弁の第二の実施態様を示す縦断面図である。
【００１３】
図において１はＰＴＦＥ製の本体であり、上端面周縁部にはダイヤフラム４の環状突部５が嵌合される環状溝６とが設けられている。８は該溝６の内側に位置し、気室形成リング３との組合せによりダイヤフラム４の上下動を許容する空間を形成している第一弁室であり、該弁室８の底面中央にはプラグ７が突出して設けられ、また側面には第一弁室８に連通する入口流路９が設けられている。
【００１４】
２はＰＴＦＥ製の蓋体であり、中央部に第二弁室１０と、下部に第二弁室１０の径より大きく設計されたダイヤフラム４の上部に位置する環状接合部２１が螺合される接合部１２が設けられ、また側面に第二弁室１０と連通した出口流路１１と、気室１３に連通する通気孔１４，１５がそれぞれ設けられている。尚、通気孔１４及び１５は、吸気用、排気用として使用されるものであり、必ずしも二個設ける必要はなく一個でも用は足りるものである。
【００１５】
気室形成用リング３は第一弁室８の内径と略同じ内径を有するポリプロピレン製のリングであり、本体１と蓋体２の間に挟持されている。該リング３の上面には蓋体２と前記ダイヤフラム４との間に形成される気室１３を密封するゴム弾性体よりなるシールリング２２が嵌挿される環状溝形状の第一の凹所２３と、下面にはダイヤフラム４の環状突部５を裏打ちするシールリング２４が嵌挿される第一の凹所と同形状の第二の凹所２５とが設けられている。
【００１６】
ダイヤフラム４はＰＴＦＥ製であり、中央に前記本体１のプラグ７の外径よりも小さい内径を有する円筒部１７と、円筒部１７の下部に設けられた鍔部１８と、鍔部１８の周側面下方部から径方向に延長して設けられかつその周縁部に環状突部５を有する第一膜部１９と、円筒部１７の上端面に径方向に延長して設けられた第二膜部２０と、第二膜部２０に連続して設けられ蓋体２の接合部１２にＯリングを介して螺合される環状接合部２１とが設けられている。円筒部１７の下端部は前記第一弁室８の中央部に設けられたプラグ７の上面との間に流体制御部１６を形成している。環状接合部２１の蓋体２の接合部１２への接合方法は、螺合に限定されず他の接合方法を用いてもかまわない。ダイヤフラム４の環状突部５は本体１の環状溝６に嵌合されるとともに、気室形成用リング３に嵌挿されているシールリング２４に裏打ちされることにより第二の凹所２５に押圧される。尚、ダイヤフラム４の下面の受圧面積すなわち第一膜部１９と鍔部４の受圧面積は、上面の受圧面積すなわち第二膜部２０の受圧面積より大きく設けなければならない。
【００１７】
１３はダイヤフラム４と気室形成用リング３とで囲まれて形成される気室である。気室１３の内部には前記蓋体２の通気孔１４から、気体用レギュレータ等を用いて圧力調整された圧縮空気または不活性ガス等が導入され、また、通気孔１５からはそれらが微量に排出されながら一定圧力を保つよう調整される。また、空気またはガスの圧力を変更すれば、背圧弁の上流側流体圧力はそれに対応した値に保たれるため、空気またはガスの圧力を調整することで、背圧弁の上流側圧力を設定値に調整できる。
【００１８】
蓋体２、気室形成リング３、及び本体１の三者は、ボルト、ナット（図示せず）で挟持固定されている。
【００１９】
上記の構成からなる本実施態様の背圧弁の作動は次のとおりである。
【００２０】
図１の状態においては、ダイヤフラム４の下面は第一弁室８内部の圧力すなわち弁上流側圧力による上向きの力を受け、またダイヤフラム４の下面に対応した第一膜部１９及び鍔部１８の上面が気室１３内部の圧力による下向きの力を受けており、これら２つの力の釣り合いによってダイヤフラム４と一体に設けられた円筒部１７の位置が決定されている。
【００２１】
今、図１の状態において上流側の圧力が低下した場合、第一弁室８内部の圧力が減少し、ダイヤフラム４の下面すなわち第一膜部１９及び鍔部１８の下面が受ける圧力も減少する。一方、第一膜部１９及び鍔部１８の上面が受ける気室１３の内部圧力は不変であるため、第一膜部１９及び鍔部１８の上面が受ける力の方が大きくなり、円筒部１７も下方へ押し下げられる（図２の状態）。従って、流体制御部１６の開口面積は減少し、上流側の流体圧力は瞬時に元の圧力まで上昇し、再び気室１３内部の圧力と上流側の流体圧が略等しく保たれるようになる。
【００２２】
一方、図２の状態において上流側の圧力が上昇した場合、第一弁室８内部の圧力は上昇し、ダイヤフラム４の下面が受ける力も上昇する。このとき、第一膜部１９及び鍔部１８が受ける気室１３の内部圧力は不変であるため、ダイヤフラム４の下面が受ける力の方が大きくなり、前記とは反対に円筒部１７が上方へ押し上げられる（図１の状態）。これによって、流体制御部１６の開口面積は増加し、上流側の流体圧力は元の圧力まで減少し、再び気室１３内部の圧力と略等しく保たれるようになる。
【００２３】
以上のように上流側の圧力が増減しても、瞬時にダイヤフラム４の円筒部１７の位置が変化して、常に上流側の圧力が一定に保持することができる。
【００２４】
尚、気室１３内部の圧力を変更すれば、上流側圧力はそれに対応した値に保たれる。つまり、気室１３内部の圧力を変更することにより上流側の圧力を任意に調整することができる。
【００２５】
また、流体制御部１６を形成する円筒部１７の上下両端部が、第一膜部１９及び鍔部１８と第二膜部２０とで二点により支承されているため、円筒部１７の傾きを防止でき、開口面積が小さくなったときでもハンチングや上流側圧力の制御性能の低下を防止できる。
【００２６】
図３は本発明の他の実施態様を示した縦断面図である。
【００２７】
図において、蓋体２、ダイヤフラム４、及びシールリング２２，２４については前記第一の実施態様と同一であるため同じ番号が付してある。
【００２８】
以下、図１と異なる点についてのみ説明する。
【００２９】
３０は本体であり、上部内面に気室形成用リング３１とシールリング２２及び２４を内包する段差部３２と、段差部３２の段差面に設けられダイヤフラム４の環状突部５が嵌合される環状溝３３と、環状溝３３の内側に位置しダイヤフラム４の上下動を許容する横断面円形状の第一の弁室３４と、側面に第一の弁室３４とを連通する入口流路３５が設けられている。
【００３０】
３１は本体３０と蓋体２に挟持されている気室形成用リングであり、第一の弁室３４と略同じ内径を有し、上面外周側にシールリング２２が嵌挿される環状切欠部３６と、下面外周側にシールリング２４が嵌挿される環状切欠部３７が設けられている。環状切欠部３６は、シールリング２２を段差部３２内周面と蓋体２下端面とに押圧するよう設計されている。さらに、環状切欠部３７は、シールリング２４を段差部３２の内周面と環状突部５の上面とに押圧するよう設計されており、シールリング２２，２４は、気室９のシールとともにダイヤフラム４の環状突部５の裏打ちとして使用される。
【００３１】
弁の作動については前記第一の実施態様と同一であるので説明は省略する。
【００３２】
図４は本発明の背圧弁が使用された純水やＣＭＰスラリー等の配管ラインを示したものである。メインラインは循環するようになっており、分岐ラインはそれぞれ装置等に接続されている。また、稼動している装置に接続された分岐バルブは開けられており、停止している装置に接続された分岐バルブは閉じられている。
【００３３】
ここで、装置の稼動状況が変化し、例えば全ての装置が稼動すると、分岐バルブは全て開けられ、メインラインからの流体の抜き取り量は増加する。したがって、メインラインの圧力は低下し、さらに、分岐ラインの圧力も低下するため、分岐ラインの流量すなわち装置へ送られる流量は減少する。
【００３４】
しかしながら、メインラインに配置された本発明の背圧弁の働きにより、背圧弁上流側の圧力は略一定に保たれるため、分岐ラインの流量も略一定に保たれ、装置へ送られる流量も略一定に保たれる。従って安定した操業を行うことができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の背圧弁は以上説明したような構造をしており、これを使用することで以下の優れた効果が得られる。
【００３６】
（１）流体制御部の開口面積を調整する円筒部を２点で支承しているため、円筒部の傾きが抑えられ、開口面積が小さいときでも精度良く流体圧力の調整ができる。
【００３７】
（２）コンパクトな構造でありかつ、安定した流体圧力制御が得られる。
【００３８】
（３）接液する部分の部材は全てＰＴＦＥ等の耐薬品性に優れた材質を用いることができるため、その場合は各種化学薬液ラインに好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の背圧弁の実施態様の縦断面図である。
【図２】図１において上流側圧力が上昇した状態を示す縦断面図である。
【図３】本発明の背圧弁の他の実施態様を示す縦断面図である。
【図４】本発明の背圧弁が使用された配管のライン図である。
【図５】従来の背圧弁の縦断面図である。
【符号の説明】
１…本体
２…蓋体
３…気室形成用リング
４…ダイヤフラム
５…環状突部
６…環状溝
７…プラグ
８…第一弁室
９…入口流路
１０…第二弁室
１１…出口流路
１２…接合部
１３…気室
１４…通気孔
１５…通気孔
１６…流体制御部
１７…円筒部
１８…鍔部
１９…第一膜部
２０…第二膜部
２１…環状接合部
２２…シールリング
２３…環状溝
２４…シールリング
２５…環状溝
３０…本体
３１…気室形成用リング
３２…段差部
３３…環状溝
３４…第一弁室
３５…入口流路
３６…環状切欠部
３７…環状切欠部
【図１】
0004776120.tif 000002
【図２】
0004776120.tif 000003
【図３】
0004776120.tif 000004
【図４】
0004776120.tif 000005
【図５】
0004776120.tif 000006