| 【発明の名称】 |
制御弁 |
| 【発明者】 |
【氏名】飯塚 博道
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| 【要約】 |
【課題】内部の構造が簡単でしかも洗浄が容易で、コンタミネーションが発生せず、また高精度に入力圧または流量を制御することが可能な制御弁を提供することを目的とする。
【解決手段】ボディ３０内に凹部３１を設け、この凹部３１にダイヤフラム３２を配し、ダイヤフラム３２の上面に信号圧を印加するとともに、下側に入口ポート３３からの入力圧を印加し、ダイヤフラム３２とバルブシート３５との間に生ずる隙間によって流体の流動を制御する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】外部から印加される信号に応じて流体の圧力または流量を制御する制御弁において、流体が通過する通路にバルブシートを設けるとともに、該バルブシートに対して接触および離間可能にダイヤフラムを配し、前記ダイヤフラムの前記バルブシートと接触する面とは反対側の面に信号圧を印加するようにしたことを特徴とする制御弁。
【請求項２】入口ポートと出口ポートとを有する本体ボディを具備し、前記入口ポートと前記出口ポートとを連通するように流体の通路が前記ボディ内に形成されるとともに、該通路に前記バルブシートが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項３】パイロット圧が作動圧として加えられるノズルを具備し、該ノズルの先端部と対向するようにフラッパが配され、前記ノズルの先端部に対して前記フラッパの位置を変えることにより変化する前記ノズルの背圧が信号圧として前記ダイヤフラムに印加されることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項４】前記フラッパがリニアモータのコイルを巻装したボビンに連結され、前記コイルに流れる信号電流に応じて前記ノズルの先端部に対して前記フラッパが変位することを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項５】外部から印加される信号に応じて流体の圧力または流量を制御する制御弁において、流体が通過する通路にバルブシートを設けるとともに、該バルブシートに対して接触および離間可能に第１のダイヤフラムを配し、しかも前記第１のダイヤフラムと所定の距離を隔ててほぼ平行に第２のダイヤフラムを配し、前記第２のダイヤフラムの前記第１のダイヤフラムとは反対側の表面に信号圧を印加し、しかも前記第１のダイヤフラムと前記第２のダイヤフラムとの間に力を伝達する剛体を配するようにしたことを特徴とする制御弁。
【請求項６】前記第１のダイヤフラムと前記第２のダイヤフラムの有効面積が異なることを特徴とする請求項５に記載の制御弁。
【請求項７】前記剛体が配されている前記第１のダイヤフラムと前記第２のダイヤフラムの間の空間が外部と連通されて大気圧に維持されることを特徴とする請求項５に記載の制御弁。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は制御弁に係り、とくに外部から印加される信号に応じて流体の圧力または流量を制御する制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】純水の製造装置や塗料、あるいは医薬品の製造等のために、従来より出力圧または流量を制御するための制御弁が用いられている。図３はこのような目的に用いられている従来の制御弁を示すものであって、この制御弁はボディ１に入口ポート２と出口ポート３とを形成するとともに、内部にダイヤフラム４を取付けるようにしている。そしてダイヤフラム４の中心部には取付け板５を介してロッド６が固着されるとともに、このロッド６の先端部に取付けられているボール７が円錐状のばね８によって上方へ押圧されるようになっている。
【０００３】このような制御弁は、ダイヤフラム４の上面に加わる信号圧による下方への力と、ダイヤフラム４に加わる入力圧による上方への力とボール７を上方へ押すばね８の力の和とのバランスによってボール７とバルブシート９との間の隙間が決定され、このような隙間に応じた圧力または流量で入口ポート２から出口ポート３に流体が流れるようになる。
【０００４】図４は従来の別の制御弁を示しており、この制御弁のボディ１４には入口ポート１５と出口ポート１６とが形成されるとともに、中央には垂直に連通路１７が形成されている。そしてこの連通路１７の上端にバルブシート１８が形成されるようになっている。
【０００５】プランジャ２０の下端にはバルブ２１が取付けられ、このバルブ２１がバルブシート１８と接触したり離間したりするようになっている。そしてプランジャ２０はガイドスリーブ２２内において摺動可能に支持されている。プランジャ２０の上部にはストッパ２３が配されるとともに、プランジャ２０とストッパ２３の外周側にはコイル２４が巻装されている。
【０００６】このような制御弁は、コイル２４に流れる電流のパルス幅を制御し、これによって流体圧または流量の制御を行なうようにするものである。すなわちプランジャ２０のデューティ比を制御することによって圧力または流量を制御するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来のこのような制御弁を液体の圧力あるいは流量の制御に用いると、内部に液体の滞留を生ずることになる。また部品点数が多く、摩擦を発生する部分がある。さらにはコンタミネーションの可能性が大きく、このために純度の高い薬液の製造等に用いるのには不適当である。またとくに図４に示す構造は、プランジャ２０が激しく摺動しながら開閉動作を繰返すために、寿命と精度の点で問題がある。
【０００８】一般に純水や塗料、医薬品等の分野において使用される制御バルブは、洗浄が容易で、コンタミネーションの発生がないことが要求される。開放と遮断の２種類のモードをとるＯＮ・ＯＦＦバルブについてはこのような目的に副う製品が存在するものの、入力圧や流量を適宜調整することが可能なアナログ調整用の制御弁には、洗浄がし易くてコンタミネーションの発生がない制御弁が提供されていない。
【０００９】本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、内部の洗浄が容易で、コンタミネーションの発生がなく、しかも圧力または流量を任意に調整することが可能な制御弁を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本願の一発明は、外部から印加される信号に応じて流体の圧力または流量を制御する制御弁において、流体が通過する通路にバルブシートを設けるとともに、該バルブシートに対して接触および離間可能にダイヤフラムを配し、前記ダイヤフラムの前記バルブシートと接触する面とは反対側の面に信号圧を印加するようにしたことを特徴とする制御弁に関するものである。
【００１１】ここで入口ポートと出口ポートとを有する本体ボディを具備し、前記入口ポートと前記出口ポートとを連通するように流体の通路が前記ボディ内に形成されるとともに、該通路に前記バルブシートが設けられていてよい。またパイロット圧が作動圧として加えられるノズルを具備し、該ノズルの先端部と対向するようにフラッパが配され、前記ノズルの先端部に対して前記フラッパの位置を変えることにより変化する前記ノズルの背圧が信号圧として前記ダイヤフラムに印加されるものであってよい。また前記フラッパがリニアモータのコイルを巻装したボビンに連結され、前記コイルに流れる信号電流に応じて前記ノズルの先端部に対して前記フラッパが変位するものであってよい。
【００１２】本願の別の発明は、外部から印加される信号に応じて流体の圧力または流量を制御する制御弁において、流体が通過する通路にバルブシートを設けるとともに、該バルブシートに対して接触および離間可能に第１のダイヤフラムを配し、しかも前記第１のダイヤフラムと所定の距離を隔ててほぼ平行に第２のダイヤフラムを配し、前記第２のダイヤフラムの前記第１のダイヤフラムとは反対側の表面に信号圧を印加し、しかも前記第１のダイヤフラムと前記第２のダイヤフラムとの間に力を伝達する剛体を配するようにしたことを特徴とする制御弁に関するものである。
【００１３】ここで前記第１のダイヤフラムと前記第２のダイヤフラムの有効面積が異なるものであってよい。また前記剛体が配されている前記第１のダイヤフラムと前記第２のダイヤフラムの間の空間が外部と連通されて大気圧に維持されていてよい。
【００１４】
【作用】上記一発明によれば、ダイヤフラムはその一方の面に信号圧が印加され、他方の面に流体圧が印加される。従って両者の力がバランスする状態においてダイヤフラムとバルブシートとの間に隙間が形成され、このような隙間を通して入口ポートから出口ポートに向って流体が流動する。
【００１５】上記別の発明によれば、第１のダイヤフラムに流体圧が印加され、第２のダイヤフラムに信号圧が印加される。従って流体圧による力と信号圧による力がバランスする位置で第１のダイヤフラムおよび第２のダイヤフラムはその位置が定まり、このときに第１のダイヤフラムとバルブシートとの間の隙間を通って入口ポートから出口ポートに向って流体が流れるようになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施の形態の制御弁を示しており、この制御弁はボディ３０を有している。ボディ３０はその内部に閉空間を構成する凹部３１を備えており、この凹部３１内に凹部３１を上下に分割するようにダイヤフラム３２が配されている。そして凹部３１と連通するように入口ポート３３と出口ポート３４とがそれぞれボディ３０に形成されている。そして出口ポート３４と凹部３１との連通部の周囲の部分にはバルブシート３５が形成されており、このバルブシート３５とダイヤフラム３２との間の隙間によって流量の制御が行なわれるようになっている。
【００１７】ボディ３０内には上記凹部３１の上側に別の小さな凹部３９が形成されるとともに、この凹部３９に連通するように上方へ突出してノズル４０が配されている。そして凹部３９には補助ポート４１を通してパイロット圧が印加されるようになっている。また凹部３９は連通孔４２を通して凹部３１と連通されており、これによってノズル４０の背圧をダイヤフラム３２の上面に印加するようにしている。
【００１８】上記ノズル４０と対向するようにフラッパ４６が配されている。フラッパ４６はその外周側の部分であって下面を弾性支持板４７によって受けられるようになっており、このときにフラッパ４６はノズル４０に最も近接した状態になる。なお弾性支持板４７には開口４８が形成されており、この開口４８によって弾性支持板４７の上下の空間が互いに連通されるようになっている。
【００１９】次に上記フラッパ４６を軸線方向、すなわち上下方向に移動させるための機構について説明すると、カップ状をなすハウジング５１内にヨーク５２が収納されるとともに、ヨーク５２の内側であってその中央部には下方に突出するようにマグネット５３が形成されている。そしてこのマグネット５３にはセンタコア５４が固着されるとともに、このセンタコア５４の外周部にボビン５５が配されている。そしてボビン５５にはコイル５６が巻装されている。そして上記ボビン５５に可動板５７が取付けられるとともに、この可動板５７に上記フラッパ４６が取付けられるようになっている。また上記ヨーク５２の内側の空間はボディ３０に形成されている小孔５８を通して外部と連通されており、これによってこのヨーク５２の内側の空間が大気圧に維持されるようになっている。
【００２０】次にこのような制御弁の動作について説明する。このような制御弁は、０〜４ｋｇ／ｃｍ2 程度の比較的低圧の圧力制御と流量制御とに用いられるものである。そして入口ポート３３は流体源に、出力ポート３４は負荷に、それぞれ接続される。またパイロット圧が補助ポート４１に印加されるようになっており、これによってノズル４０の背圧が凹部３９内の圧力であって信号圧として取出されるようになっている。
【００２１】今コイル５６に流れる電流によってフラッパ４６が下方へ移動し、ノズル４０がほぼ閉じられた場合には、ノズル４０の背圧であって信号圧はパイロット圧にほぼ等しくなる。これに対してコイル５６に印加される信号電流によってフラッパ４６が上方に移動し、フラッパ４６とノズル４０との間のギャップが次第に大きくなると、信号圧がこれに伴って低下することになる。
【００２２】信号圧はノズル４０の背圧として凹部３９内にあらわれ、この圧力が連通孔４２を通って凹部３１内のダイヤフラム３２の上面に加えられる。これに対してダイヤフラム３２の下面には、入口ポート３３から出口ポート３４へ流動する流体の入力圧が加わっている。
【００２３】この制御弁はダイヤフラム３２に加わる上向きの力と下向きの力とが常に等しくなるように動作する力学的な平衡を利用するものである。今ダイヤフラム３２の有効面積をＡとし、信号圧をＰs とすると、下向きの力ｆd は、ｆd ＝Ｐs ・Ａとなる。またダイヤフラム３２に加わる流体の入力圧をＰi とすると、ダイヤフラム３２に加わる上向きの力ｆu ＝Ｐi ・Ａとなる。
【００２４】ダイヤフラム３２の両面に加わる力の平衡を利用するものであるから、次の式が成立する。
【００２５】Ｐs ・Ａ＝Ｐi ・ＡよってＰs ＝Ｐiこのように入口ポート３３から流入する流体がそれ自身の入力側の圧力によってダイヤフラム３２を押上げ、出力ポート３４より流出する。流量が大きい場合には、入力ポート３３に生ずる圧力は流体源のポンプとこの制御弁との間の配管ラインの圧力損失によって出力ポート３４の圧力に近い圧力まで低下する。そして上部に配されているリニアモータによって信号圧が上昇するとダイヤフラム３２が押下げられ、この制御弁から流出する流量が低下し、入口ポート３３の圧力が上昇する。このような動作によって上記の力の平衡が成立する。そして上記の式から明らかなように、入力ポート３３の圧力Ｐi が信号圧Ｐs に依存することから、入力ポートの圧力Ｐi を信号圧Ｐs によって調整することが可能になる。これが圧力調整の動作の原理である。
【００２６】次に流量制御の動作について説明する。出口ポート３４から流出する流量Ｑは、ポンプと入力ポート３３との間の配管抵抗をＣd とし、ポンプの圧力をＰp とし、入口ポート３３の圧力をＰi とすると、次式によって与えられる。
【００２７】
Ｑ＝Ｃd （Ｐp −Ｐi ）1/2 ＝Ｃd （Ｐp −Ｐs ）1/2従ってこの式から明らかなように、信号圧Ｐs を調整することによって、流量Ｑの制御が行なわれるようになる。
【００２８】このような構造の制御弁は、図１から明らかなように、液体の制御を行なう場合における接液する可動部がダイヤフラム３２のみであるために、洗浄が容易で、コンタミネーションの発生がない。また摩擦力の発生する部分にシールがなく、精度の高い制御が可能になるとともに、長い寿命も期待できる。また構造が極めて簡単なので、保守点検を短時間で達成することが可能になる。また上述の如く、流量調整用としても、また圧力調整用としても使用することが可能である。
【００２９】次に第２の実施の形態を図２によって説明する。この実施の形態は、ボディ３０の凹部３１の上側に別の凹部６２を形成し、この凹部６２内に第２のダイヤフラム６３を配するようにしたものである。ここでダイヤフラム６３の下面が受け板６４によって受けられるとともに、この受け板６４の下面に取付けられているセンタボス６５が第１のダイヤフラム３２の上面を押すようになっている。なお受け板６４は圧縮コイルばね６６によって上方へ押圧されるようになっている。なお凹部６２は小孔６７によって外部と連通されており、凹部６２の内部の圧力が大気圧に維持されている。
【００３０】なおそれ以外の構成は上記第１の実施例と同様であって、ダイヤフラム３２の下面に入口ポート３３から出口ポート３４へ流れる流体の入力圧が加えられる。また第２のダイヤフラム６３の上面には、ノズルフラッパ４０の背圧として得られる凹部３９の圧力が連通孔４２を介して加えられるようになっている。信号圧の調整は第１の実施例と同様に、フラッパ４６をコイル５６に通ずる信号電流によって軸線方向に移動させることにより調整される。
【００３１】このような制御弁は０〜２０ｋｇ／ｃｍ2 程度の比較的高圧の制御に用いられるものである。またここで補助ポート４１を介してノズル４０の作動圧として加えられるパイロット圧は工場ラインの通常の空気圧の使用が可能になっている。
【００３２】このような制御弁において、第１のダイヤフラム３２の有効面積をＡ1 とし、第２のダイヤフラム６３の有効面積をＡ2 とし、圧縮コイルばね６６の弾性復元力をＦとし、第１のダイヤフラム３２の上面と第２のダイヤフラム６３の下面に作用する大気圧をＰa とすると、Ｐi ・Ａ1 ＋Ｐa ・Ａ2 ＋Ｆ＝Ｐs ・Ａ2 ＋Ｐa ・Ａ１ここで上式の左辺が上向きの力を表わし、右辺が下向きの力を表わしている。従ってこの式から、Ｐｉ ＝Ｐs ・（Ａ2 ／Ａ1 ）＋Ｐa ・（Ａ1 −Ａ2 ）／Ａ1 −Ｆ／Ａ1従って信号圧に比べて大気圧が小さく右辺の第２項が省略でき、さらに圧縮コイルばね６６の力が弱くて第３項が省略できる場合には、Ｐi ＝Ｐs ・（Ａ2 ／Ａ1 ）
このように第２のダイヤフラムから成る増幅アダプタを使用することによって、ダイヤフラム３２が平衡する信号圧Ｐs と流体圧Ｐi との比率を変えることが可能になる。すなわち第２のダイヤフラム６３によって構成される増幅アダプタによって、信号圧Ｐi が増幅しＡ2 ／Ａ1 の比率で調整されることになる。なおこの制御弁の流量制御の動作は上記実施の形態と同様である。
【００３３】
【発明の効果】本願の一発明は、外部から印加される信号に応じて流体の圧力または流量を制御する制御弁において、流体が通過する通路にバルブシートを設けるとともに、該バルブシートに対して接触および離間可能にダイヤフラムを配し、ダイヤフラムのバルブシートと接触する面とは反対側の面に信号圧を印加するようにしたものである。
【００３４】従ってダイヤフラムに加えられる信号圧に応じて入力ポートに加えられる流体圧と通過する流体の流量とを制御することが可能になる。
【００３５】本願の別の発明は、外部から印加される信号に応じて流体の圧力または流量を制御する制御弁において、流体が通過する通路にバルブシートを設けるとともに、該バルブシートに対して接触および離間可能に第１のダイヤフラムを配し、しかも第１のダイヤフラムと所定の距離を隔ててほぼ平行に第２のダイヤフラムを配し、第２のダイヤフラムの第１のダイヤフラムとは反対側の表面に信号圧を印加し、しかも第１のダイヤフラムと第２のダイヤフラムとの間に力を伝達する剛体を配するようにしたものである。
【００３６】従ってこのような発明によれば、信号圧を第１のダイヤフラムと第２のダイヤフラムの面積比で増幅した流体圧に制御することが可能になるとともに、通過する流体の流量の制御を行なうことが可能になる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９１１２４５１４
【氏名又は名称】株式会社アサヒ・エンタープライズ
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| 【出願日】 |
平成１１年６月８日（１９９９．６．８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７８１４５
【弁理士】
【氏名又は名称】松村 修
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３４６２３３（Ｐ２０００−３４６２３３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１２月１５日（２０００．１２．１５） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１６１０１９ |
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