(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を開閉する弁ステム；
この弁ステムに相対摺動可能に嵌めた相対移動ピストン体；
上記弁ステムに固定された一体移動ピストン体；
上記弁ステムと一体移動ピストン体を流路閉塞方向に移動付勢する付勢手段；
上記相対移動ピストン体が付勢手段による弁ステムの移動方向と反対の開弁方向に移動したとき、この相対移動ピストン体と一緒に弁ステムを開弁方向に移動させる、弁ステムに設けたストッパ；
相対移動ピストン体に開弁方向の圧力を及ぼすための相対移動圧力室；
一体移動ピストン体に開弁方向の圧力を及ぼすための一体移動圧力室；
相対移動圧力室にパイロット圧力を及ぼす第一開弁手段；および
一体移動圧力室にパイロット圧力を及ぼす第二開弁手段；を有し、
上記相対移動圧力室と一体移動圧力室とは、絞り弁を有する連通路により連通しており、上記パイロット圧力は、第一開弁手段を介して相対移動圧力室に与えられ、次に該絞り弁を有する連通路を介して一体移動圧力室に与えられる、
ことを特徴とする切換開閉弁。
【請求項２】
請求項１記載の切換開閉弁において、
さらに、弁ステムが流路閉塞位置から開弁方向に一定距離移動したとき、相対移動圧力室と一体移動圧力室とを絞り弁を介さずに連通させる直接連通路が備えられている切換開閉弁。
【請求項３】
請求項１または２記載の切換開閉弁において、
相対移動ピストン体の弁ステムに対する相対最大移動距離を調整する調整部材が備えられている切換開閉弁。
【請求項４】
請求項３記載の切換開閉弁において、
調整部材は、相対移動ピストン体および一体移動ピストン体を収納するシリンダに螺合させたリング状部材である切換開閉弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、同一の流路を用いて小流量と大流量とを切り換えることができる切換開閉弁、およびさらに小流量状態から大流量状態へ滑らかに移行させることができる切換開閉弁に関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
従来、小流量（例えば数ｍＬ／ｍｉｎ）と大流量（同数Ｌ／ｍｉｎ）を切り換える必要のある系では、小流量弁と大流量弁を並列に設け、一方を選択して開弁するのが普通であった。しかし、この従来装置は、小流量弁と大流量弁の２つの弁、並列管路、および並列管路の分岐部に設ける分岐コネクタ（チーズ）を不可欠とするから、部品代のみならず、多大の配管工賃とスペースを要し、コストが高い。
【０００３】
【発明の目的】
本発明は、従来装置についての以上の問題意識に基づき、単一の弁で、小流量と大流量、さらに小流量から大流量へ流量を変化させて流すことのできる切換開閉弁を得ることを目的とする。
【０００４】
【発明の概要】
本発明の切換開閉弁は、流路を開閉する弁ステム；この弁ステムに相対摺動可能に嵌めた相対移動ピストン体；上記弁ステムに固定された一体移動ピストン体；上記弁ステムと一体移動ピストン体を流路閉塞方向に移動付勢する付勢手段；上記相対移動ピストン体が付勢手段による弁ステムの移動方向と反対の開弁方向に移動したとき、この相対移動ピストン体と一緒に弁ステムを開弁方向に移動させる、弁ステムに設けたストッパ；相対移動ピストン体に開弁方向の圧力を及ぼすための相対移動圧力室；一体移動ピストン体に開弁方向の圧力を及ぼすための一体移動圧力室；相対移動圧力室にパイロット圧力を及ぼす第一開弁手段；および一体移動圧力室にパイロット圧力を及ぼす第二開弁手段；を有し、上記相対移動圧力室と一体移動圧力室とは、絞り弁を有する連通路により連通しており、上記パイロット圧力は、第一開弁手段を介して相対移動圧力室に与えられ、次に該絞り弁を有する連通路を介して一体移動圧力室に与えられることを特徴としている。これにより、同一の流路を用いて小流量から大流量へと滑らかに切り換えることができる。
【０００６】
さらにこの切換開閉弁において、弁ステムが流路閉塞位置から開弁方向に一定距離移動したとき、相対移動圧力室と一体移動圧力室とを絞り弁を介さずに連通させる直接連通路が備えられていると、流量を多段階に変化させることができる。
【０００７】
また、相対移動ピストン体の弁ステムに対する相対最大移動距離を調整する調整部材が備えられていると、小流量状態の流量を調整することができる。さらにこの調整部材を、相対移動ピストン体および一体移動ピストン体を収納する、シリンダに螺合させたリング状部材とすると実際的である。
【０００８】
【発明の実施形態】
図１ないし図４は、本発明による切換開閉弁の実施形態を示している。図１、図２および図３の下方に位置する流路ブロック１１には、流体通路１２が設けられ、その一部に、図の上下方向の軸を有する環状弁座１３が形成されている。流路ブロック１１には、環状弁座１３と同軸の弁ステム２０を摺動自在に案内するロッドホルダ１４がコネクタスリーブ１５を介して固定されており、このロッドホルダ１４の下端部と流路ブロック１１との間に、環状弁座１３を開閉する円板状の金属ダイアフラム１６の周縁が挟着されている。
【０００９】
ロッドホルダ１４の図の上端部には、シリンダ２２が固定されている。シリンダ２２は下端部がロッドホルダ１４によって閉塞され、上端部は開放されている。シリンダ２２の上端の開放部には弁ステム２０と同軸に、ストローク調整スリーブ（リング状部材）１９が螺合されている。このストローク調整スリーブ１９の図の上端の開放部にはキャップ１８が固定されている。
【００１０】
ロッドホルダ１４からシリンダ２２を貫通してさらに上方に延びている弁ステム２０には、一体移動ピストン体２４が固定されている。この一体移動ピストン体２４は、ストッパリング２５ａ、２５ｂ、リテーナ２６、ローリングダイアフラム２７および中心体２８とから構成されている。ストッパリング２５ａ、２５ｂは中心体２８を弁ステム２０に挟持している。この中心体２８にはリテーナ２６が同軸に固定されている。このリテーナ２６と中心体２８との間には、円板状のローリングダイアフラム２７の内縁が挟着されている。このローリングダイアフラム２７の周縁は、キャップ１８の下端部とストローク調整スリーブ１９との間に挟着されている。ローリングダイアフラム２７は一体移動ピストン体２４が動作しても受圧面積が変化しないダイアフラムとして知られ、一体移動ピストン体２４（弁ステム２０）に大きなストロークを確保することができる。
【００１１】
キャップ１８とリテーナ２６（一体移動ピストン体２４）との間には、弁ステム２０を図の下方に移動付勢し、該弁ステム２０と駒２１を介して金属ダイアフラム１６を環状弁座１３に向けて押圧する圧縮ばね１７が挿入されている。したがって、弁ステム２０は、金属ダイアフラム１６を介して環状弁座１３を閉じる方向に常時付勢されている。
【００１２】
一体移動ピストン体２４（弁ステム２０）の移動量は、リテーナ２６（一体移動ピストン体２４）の上端部がキャップ１８内部の端面と接触する間隔Ｄ２で決定される。一方、弁ステム２０と金属ダイアフラム１６の間に備えられた駒２１の移動は、駒２１のフランジ２１ａがロッドホルダ１４内部の端面と接触する間隔Ｄ１で決定される。この間隔はＤ２＞Ｄ１であるので、リテーナ２６とキャップ１８の接触（一体移動ピストン体の上方規制）によって弁の全開が妨げられることはない。
【００１３】
弁ステム２０の一体移動ピストン体２４の下方には、相対移動ピストン体２３が相対摺動可能に嵌められている。相対移動ピストン体２３は、圧縮ばね１７による弁ステム２０の移動方向と反対の開弁方向（図の上方）に移動したときには、ストッパリング２５ｂに当接して一体移動ピストン体２４（ストッパリング２５ｂ）を一緒に移動させ、弁ステム２０を開弁方向に移動させる作用をする。一方、相対移動ピストン体２３は弁ステム２０に対して図の下方に移動することができる。
【００１４】
ストローク調整スリーブ１９はシリンダ２２に対する螺合位置を調節できる調整部材であり、相対移動ピストン体２３の上方への移動量は、このストローク調整スリーブ１９と相対移動ピストン体２３との間隔ｄによって制限（制御）される。３６は、螺合位置の調整後、ストローク調整スリーブ１９をシリンダ２２に固定するための固定ねじである。
【００１５】
以上のシリンダ２２、相対移動ピストン体２３および弁ステム２０の間には、相対移動圧力室３４が形成されており、一体移動ピストン体２４、ストローク調整スリーブ１９および相対移動ピストン体２３の間には、一体移動圧力室３５が形成されている。この相対移動圧力室３４は、シリンダ２２に形成したパイロット圧通路３１および接続口３０に連通しており、パイロット圧接続口３０は、制御弁４０を介してパイロット圧源４１に接続されている。さらに、この相対移動圧力室３４は、シリンダ２２に形成した連通路３２ａから絞り弁３３を介し、弁ステム２０に形成した連通路３２ｂを経て、一体移動圧力室３５に連通している。
【００１６】
上記構成の本装置は、次のように作動する。パイロット圧を導入しない状態では、圧縮ばね１７の力により閉弁方向に付勢されている弁ステム２０は、金属ダイアフラム１６を環状弁座１３に押圧して流体通路１２を閉じている（図１）。この閉弁状態において、制御弁４０を介してパイロット圧接続口３０にパイロット圧力を及ぼすと、パイロット圧通路３１を介して相対移動圧力室３４にパイロット圧が導入され、相対移動ピストン体２３には図の上方への力が及ぼされる。したがって、相対移動ピストン体２３はストッパリング２５ｂを介して弁ステム２０を上昇させる。その上昇端は相対移動ピストン体２３がストローク調整スリーブ１９に当接する位置で規制される（図２）。相対移動ピストン体２３とストローク調整スリーブ１９との間隔ｄは、図では誇張して描いているが、実際には非常に小さく（することができ）、よって、このときの金属ダイアフラム１６と環状弁座１３との間に形成される隙間によって、数ｍＬ／ｍｉｎ程度の小流量を得ることができる（図５に示す初期作動段階）。
【００１７】
さらにパイロット圧力を及ぼし続けると、連通路３１、３２ａ、３２ｂを介して一体移動圧力室３５にパイロット圧が導入され（図２に示す流路ａ）、一体移動ピストン体２４に図の上方への力が及ぼされる弁全開作動段階（図５に示す区間ａ）となる。したがって、一体移動ピストン体２４は中心体２８とストッパリング２５ａを介して弁ステム２０を徐々に上昇させ、このときの金属ダイアフラム１６と環状弁座１３との間に形成される隙間は徐々に大きくなり、流量も徐々に増加する。
【００１８】
さらにパイロット圧力を及ぼし続けて弁ステム２０が上昇すると、弁ステム２０とシリンダ２２との機密を保持するＯリング２９がシリンダ２２から脱する（図３）。すると、図４に示すように弁ステム２０とシリンダ２２との間には摺動クリアランス３２ｃ（直接連通路）があるので、パイロット圧は絞り弁３３を介さずに連通路３２ｂ、３２ｃを介して一体移動圧力室３５に導入されるようになり（図３に示す流路ｂ、図４に示す区間ｂ）、弁ステム２０の上昇が速くなる。すなわち、流量の増大速度が速まり、最終的に数Ｌ／ｍｉｎ程度の最大流量に至らせることができる。
【００１９】
本実施形態によれば、図５に示すように、弁閉止状態から初期作動段階の初期微小流量を経て徐々に流量を増し、最大（全開）となる流量変化を、一定のパイロット圧によって切り換え操作を行うことなく得ることができる。さらに、弁ステム２０が移動し、固定されたＯリング２９がシリンダ２２から脱することにより、流量の変化速度を開弁途中に速めることができる。
【００２０】
以上の実施形態では、第一開弁手段と第二開弁手段は、相対移動圧力室から絞り弁を介して一体移動圧力室へ連続する一連の連通路であるが、独立させて設けてもよい。また、本実施形態では、弁ステム２０が環状弁座１３を開閉する金属ダイアフラム１６を押圧するタイプの開閉弁であるが、金属ベローズ弁や、弁ステム２０の下端部に直接弁体を設ける弁構造、あるいは弁ステム２０の動きを弁ステム２０とは別体の弁体に伝達する弁構造にも本発明は適用できる。また、弁ステム２０と金属ダイアフラム１６との間に種々の倍力構造を介在させれば、本発明は高圧ラインの開閉弁にも適用することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、単一の弁で、同一の流路を用いて、小流量状態から大流量状態へ滑らかに移行させることができる切換開閉弁を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による切換開閉弁の実施形態の、弁閉止状態を示す断面図である。
【図２】図１に示す実施形態の、初期作動段階を示す断面図である。
【図３】図１に示す実施形態の、弁全開作動段階を示す断面図である。
【図４】図３におけるIV−IV断面図である。
【図５】図１ないし図４に示す切換開閉弁の作動による、流量変化を示す図である。
【符号の説明】
１１  流路ブロック
１２  流体通路
１３  環状弁座
１４  ロッドホルダ
１５  コネクタスリーブ
１６  金属ダイアフラム
１７  圧縮ばね
１８  キャップ
１９  ストローク調整スリーブ（リング状部材）
２０  弁ステム
２１  駒
２１ａ  フランジ
２２  シリンダ
２３  相対移動ピストン体
２４  一体移動ピストン体
２５ａ  ２５ｂ  ストッパリング
２６  リテーナ
２７  ローリングダイアフラム
２８  中心体
２９  Ｏリング
３０  パイロット圧接続口
３１  パイロット圧通路
３２ａ  ３２ｂ  ３２ｃ  連通路
３３  絞り弁
３４  相対移動圧力室
３５  一体移動圧力室
３６  固定ねじ
４０  制御弁
４１  パイロット圧源
【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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