(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に第一の弁室、第一の弁室の上部に設けられた段差部及び第一の弁室と連通する流体流入口を有する円筒状の本体と、第二の弁室とそれに連通する流体流出口とを有し本体上部に接合される蓋体と、周縁部に設けられた環状突部が第一の弁室の上部周縁に設けられた接合部と接合された第一のダイヤフラムと、周縁部に設けられた環状突部が本体と蓋体とによって挟持された第二のダイヤフラムと、第一及び第二のダイヤフラムの中央に設けられた両環状接合部に接合され軸方向に移動自在となっているスリーブと、第一の弁室の底部に固定され該スリーブの下端部との間に流体制御部を形成しているプラグとからなり、また本体の段差部の内周面と第一及び第二のダイヤフラムとに包囲された気室を有し、第二のダイヤフラムの受圧面積が第一のダイヤフラムの受圧面積より大きく構成され、前記気室に連通するエア供給口が本体に設けられていることを特徴とする定圧レギュレータ。
【請求項２】
第一及び第二のダイヤフラム、スリーブ及び本体が一体で形成されていることを特徴とする請求項１記載の定圧レギュレータ。
【請求項３】
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ことを特徴とする請求項１又は２に記載の定圧レギュレータ。
【請求項４】
第二の弁室とそれに連通した流体流出口との間にオリフィス部を設けていることを特徴とする請求項１，２，３のうちの１項に記載の定圧レギュレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一次側（上流側）の流体圧力が変動しても二次側（下流側）の流体圧力を一定に保つ定圧レギュレータ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で好適に用いられるコンパクトで安定した圧力制御が得られ、且つ発塵が少ない定圧レギュレータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の定圧レギュレータは図５に示すようなものが一般的であった。図において３０は本体であり下部には第一弁室３５が設けられており、側面に第一弁室３５と連通した流体流入口３７及び後記第二弁室３６と連通した流出口３８が設けられている。本体３０の上部はダイヤフラム３２と共に第二弁室３６を形成している。３１は蓋体でありダイヤフラム３２とで気室３９を形成しており、上部に気室３９と連通したエア口４２を有している。尚、気室３９には常に一定のエア圧が加えられている。ダイヤフラム３２の中央にはロッド３３が接合されており、該ロッド３３の先端には本体３０の流路４１の径より大径なるプラグ３４が接合されている。
【０００３】
このような定圧レギュレータにおいて第二弁室３６の流体圧力はダイヤフラム３２に加わる力の釣り合いにより、気室３９に与えられた圧力とほぼ同じに保たれている。一次側の流体圧力が増大した場合、二次側の圧力も増大し、気室３９の圧力より流体圧の方が大きくなるためダイヤフラム３２は上方へ押し上げられる。このときダイヤフラム３２と接合されたロッド３３及びプラグ３４もこれにともなって上方へ移動し、プラグ３４と本体との間で形成された制御部４０の開口面積が小さくなり、制御部４０を通過する流体の圧力損失が大きくなり、第二弁室３６では再び気室内の圧力とほぼ同じ圧力にまで二次圧が低下する。一方、一次側の圧力が低下した場合では、流体圧より気室内の圧力の方が大きくなるので、ダイヤフラム３２は下方へ押し下げられ、前記の場合とは逆に制御部４０の開口面積が大きくなって、流体の圧力損失が小さくなり、第二弁室内の流体圧は再び気室内の圧力とほぼ同じ圧力にまで上昇する。以上のようにして従来の定圧レギュレータでは一次圧が変動しても二次圧が一定に保たれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の定圧レギュレータでは、流路内をロッドが貫通する構造となっているため、一次側の流体圧力の変動が頻繁に起こる場合や、圧力変動が大きな場合では、ロッドが傾いて圧力制御が不安定になったり、ロッドと本体が接触して摩耗や発塵が起こるという問題があった。また、微少流量に対応するためには、流路の径を小さくする必要があるが、このような構造では流路の径を小さくすれば、ロッドの径も細くしなければならず、ロッドの強度不足、加工・組立が困難であるといった問題もあった。
【０００５】
本発明は上記従来の定圧レギュレータの問題点に鑑みなされたもので、腐食性の高い薬液ラインや発塵を嫌う薬液ラインにおいても使用可能なコンパクトで高精度な定圧レギュレータを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の構成は内部に第一の弁室、第一の弁室の上部に設けられた段差部及び第一の弁室と連通する流体流入口を有する円筒状の本体と、第二の弁室とそれに連通する流体流出口とを有し本体上部に接合される蓋体と、周縁部に設けられた環状突部が第一の弁室の上部周縁に設けられた接合部と接合された第一のダイヤフラムと、周縁部に設けられた環状突部が本体と蓋体とによって挟持された第二のダイヤフラムと、第一及び第二のダイヤフラムの中央に設けられた両環状接合部に接合され軸方向に移動自在となっているスリーブと、第一の弁室の底部に固定され該スリーブの下端部との間に流体制御部を形成しているプラグとからなり、また本体の段差部の内周面と第一及び第二のダイヤフラムとに包囲された気室を有し、第二のダイヤフラムの受圧面積が第一のダイヤフラムの受圧面積より大きく構成され、前記気室に連通するエア供給口が本体に設けられていることを特徴とする。
【０００７】
また、前記第二の弁室とそれに連通した流体流出口との間にオリフィス部を設けたことを特徴とする。
【０００８】
【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。
【０００９】
図１は本発明の定圧レギュレータの縦断面図である。図２は本発明の定圧レギュレータにおいて一次圧が上昇した状態を示す縦断面図である。
【００１０】
図において、１は円筒状の本体であり、側面には本体１の内部に設けられた第一の弁室９と連通している流体流入口７と後記気室１１と連通しているエア供給口１２とが設けられており、第一の弁室９の上部周縁には後記第一のダイヤフラム３の環状突部１７が接合される接合部（環状切欠部）１３を有している。更に第一の弁室９の上部には後記第一及び第二のダイヤフラムとともに後記気室１１を形成する段差部２１が設けられている。尚、該段差部２１は本体１と必ずしも一体で形成する必要はなく、円環状の別部品で形成しても構わない。
【００１１】
２は蓋体であり、内部に第二の弁室１０を有し外周側面には該第二の弁室１０と連通した流出口８を有し、本体１の上端部とボルト等（図示せず）で接合されている。下端部の第二の弁室１０の周縁部には後記第二のダイヤフラム４の環状突部１８が嵌合される環状溝部１４が設けられている。
【００１２】
３はドーナツ状に形成されたＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製の第一のダイヤフラムであり、中央部には環状接合部１５が設けられており、また、外周縁部には断面矩形状の環状突部１７が設けられている。第一のダイヤフラム３の環状接合部１５の内周面には後記スリーブ５が螺着され、一方、環状突部１７は本体１の内部に設けられた接合部１３に接合されている。
【００１３】
４は同じくＰＴＦＥ製の第二のダイヤフラムであり、前記第一のダイヤフラム３と同様に中央部には環状接合部１６、外周縁部には断面矩形状の環状突部１８が設けられている。環状突部１８は蓋体２の環状溝部１４に嵌合され且つ、蓋体２を本体１の上端面に接合させることにより、本体１と蓋体２とによって挟持されている。尚、第二のダイヤフラム４の受圧面積は前記第一ダイヤフラム３よりも十分に大きくなるように設計されている。
【００１４】
５は円筒状のスリーブであり、外周面には螺合部１９が設けられており、該螺合部１９が前記第一及び第二のダイヤフラム３，４の環状接合部１５，１６と螺着されることによって、両ダイヤフラムを一体化し、且つ軸方向に移動可能に保持されている。また、スリーブ５の内部は流体流路となっている。
【００１５】
６はプラグであり、第一の弁室９の底部に螺着等により固定されている。プラグ６の先端は、スリーブ５の下端面との間で流体制御部２０を形成しており、スリーブ５の上下動にともなって流体制御部２０の開口面積が変化し、第二の弁室１０内部の圧力すなわち、二次圧を一定に保つよう設計されている。
【００１６】
１１は本体１の段差部２１及び第一、第二のダイヤフラム３，４の三者で囲まれて形成された気室である。気室１１の内部には前記エア供給口１２から圧縮空気または不活性ガス等が導入され、常に一定の圧力に保たれている。
【００１７】
以上の説明からわかるごとく、スリーブ５で一体化された第一、第二のダイヤフラム３，４は本体１に設けられた段差部２１と蓋体２に設けられた第二の弁室１０とに囲まれた空間に配置され、又、それにより気室１１が形成された構造になっている。
【００１８】
尚、本体等の材質はＰＴＦＥ，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、ポリプロピレン等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。また第一及び第二のダイヤフラムの材質は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。
【００１９】
次に本実施態様の定圧レギュレータの作動について説明する。
【００２０】
図１の状態において、第一のダイヤフラム３は第一の弁室９内部の圧力すなわち一次圧による上向きの力と、気室１１内部の圧力による下向きの力を受けている。一方、第二のダイヤフラム４は第二の弁室１０内部の圧力すなわち二次圧による下向きの力と、気室１１内部の圧力による上向きの力を受けており、これら４つの力の釣り合いによって第一及び第二のダイヤフラム３，４と接合されているスリーブ５の位置が決定されている。スリーブ５はプラグ６との間に流体制御部２０を形成しており、その面積によって二次側の流体圧力を制御している。
【００２１】
この状態において一次側の圧力が上昇した場合、一時的に二次側の圧力及び流量も増大する。このとき流体圧により第一のダイヤフラム３には上向きの力、第二のダイヤフラム４には下向きの力が働くが、第二のダイヤフラム４の受圧面積は第一のダイヤフラム３に比べ十分に大きく設計されているため、下向きの力の方が大きくなり、結果としてスリーブ５を下方へ押し下げることとなる（図２の状態）。これによって、流体制御部２０の開口面積は減少し、二次側の流体圧力は瞬時に元の圧力まで低下し、再び気室１１の内圧と流体圧による力の釣り合いが保たれる。通常、本発明の定圧レギュレータの下流側には、図示しない固定絞り或いはバルブが取り付けられている。固定絞り或いはバルブの下流側を大気開放としておけば、固定絞り或いはバルブ前後の差圧は常に一定に保たれることになり、固定絞り或いはバルブの流量係数に見合った流量が常に保たれることとなる。
【００２２】
一方、図２の状態において一次側の圧力が低下した場合、一時的に二次側の圧力及び流量も低下する。このとき第一及び第二のダイヤフラム３，４には気室１１の内圧によってそれぞれ下向き及び上向きの力が働くが、この場合でも受圧面積は第二のダイヤフラム４の方が大きいため、上向きの力の方が優勢となって、スリーブ５の位置を上方へ押し上げることとなる。これによって、流体制御部２０の開口面積は増大し（図１の状態）、二次側の流体圧力は瞬時に元の圧力まで上昇し、再び気室１１の内圧と流体圧による力の釣り合いが保たれ、元の流量も保たれる。
【００２３】
以上のように一次圧が増減しても、瞬時にスリーブ５の位置が変化して、常に二次側の圧力が一定に保たれ、従って設定した流量を得ることができる。
【００２４】
尚、気室１１の内圧を変更すれば、二次圧はそれに対応した値に保たれるため、下流側に設置された固定絞り或いはバルブに変更がなければ、設定流量を変更することができる。
【００２５】
次に本発明における定圧レギュレータの特性について説明する。
【００２６】
図６は本発明の定圧レギュレータの下流側に固定絞り（オリフィス径２mm）を設置し、レギュレータの一次側圧力を変化させたとき、二次側圧力がどのように変化するかを測定した結果を示している。図において実線及び破線は気室内の圧力をそれぞれ０．０４MPa 及び０．０８MPa とした場合を示している。どちらの場合も一次圧が上昇しても、二次圧は気室内の圧力とほぼ同じ圧力で一定となっている。
【００２７】
図３は本発明の第二の実施態様を示した縦断面図である。前記第一の実施態様と異なる点は第一及び第二のダイヤフラムとスリーブと本体とを全て一体で形成している点である。ここで、気室を形成している本体の段差部２１は本体とは別部品としている。弁の作動については前記と同一であるので説明は省略する。
【００２８】
図４は本発明の第三の実施態様を示した縦断面図である。前記第一の実施態様と異なる点は第二の弁室１０とそれに連通した流体流出口８との間にオリフィス部２２を設けている点である。オリフィス部２２の下流側を大気開放としておけば、一次側の圧力が変動してもオリフィス部前後の差圧は常に一定に保たれるため、オリフィス部２２を通過する流量は一定となり、定流量弁として使用することができる。弁の作動については前記と同一であるので説明は省略する。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の定圧レギュレータ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によって以下の優れた効果が得られる。
【００３０】
（１）従来品のようなロッド部がないので、動作中のロッドの傾きによる制御不良がなく、安定した圧力制御が得られる。
【００３１】
（２）接液する部材は全て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、その場合は不純物の溶出や薬液の汚染が極めて少ない。
【００３２】
（３）ロッド部がないので、摩耗・発塵がなく、コンパクトな製品でも、十分な部品強度が得られため、微少流量にも対応でき、且つ加工・組立も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の定圧レギュレータの縦断面図である。
【図２】図１において一次圧が上昇した状態を示す縦断面図である。
【図３】第一及び第二のダイヤフラムとスリーブと本体とを全て一体で形成した第二の実施態様を示す縦断面図である。
【図４】第二の弁室とそれに連通した流体流出口との間にオリフィス部を設けた第三の実施態様を示す縦断面図である。
【図５】従来の定圧レギュレータの縦断面図である。
【図６】本発明の定圧レギュレータの特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１…本体
２…蓋体
３…第一ダイヤフラム
４…第二ダイヤフラム
５…スリーブ
６…プラグ
７…流体流入口
８…流体流出口
９…第一弁室
１０…第二弁室
１１…気室
１２…エア供給口
１３…接合部
１４…環状溝部
１５…環状接合部
１６…環状接合部
１７…環状突部
１８…環状突部
１９…螺合部
２０…流体制御部
２１…段差部
２２…オリフィス部
【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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