JPH03117788A

JPH03117788A - 定流量弁

Info

Publication number: JPH03117788A
Application number: JP1253762A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Yokoyama; 横山　郁生; Katsuhiro Onishi; 大西　勝弘
Original assignee: Asahi Organic Chemicals Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Yukizai Corp
Priority date: 1989-09-30
Filing date: 1989-09-30
Publication date: 1991-05-20
Anticipated expiration: 2011-07-10
Also published as: EP0452496B1; EP0452496A4; CA2042056A1; CA2042056C; ES2108015T3; US5174332B1; HK1004342A1; EP0452496A1; DE69031618T2; KR940007035B1; JP2515407B2; WO1991005194A1; US5174332A; KR920701737A; DE69031618D1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は定量供給が必要とされる上水、工業用水、農業
用水、石油または化学薬液などの流体輸送配管に使用さ
れる定流量弁に関するものである。

〔従来の技術〕

本出願人は先に、定流量制御を目的とした自動調整弁と
して、定流量制御機能、制御流量値の任意設定機能およ
びストップ弁としての開閉機能を同時に備えた定流量弁
を考案し出願した。該出願は、実開昭６２−９６１７３
号公報に「定流量弁」として開示されている。

前記実開昭６２−９６１７３号公報に開示されている「
定流量弁」は、ストップ弁型本体に下流側から上流側に
向って縮径された形状を有する開口部を設け、該開口部
とピストン弁の下端に取り付けられた弁体とによってオ
リフィスを形成し、その前後に発生する圧力差を該ピス
トン弁内部に設けられた圧力導入口およびバネ座に設け
られた圧力導入口からシリンダ内のピストンによって形
成される１次圧室と２次圧室に導通ずることによって増
幅し、該ピストン弁を該圧力差に応じて作動させ流量を
一定に保つとともに、該シリンダーを開口部軸線方向に
進退動可能に配設することで、前記弁体の開口部に対す
る初期作動位置を変化させ、制御流量値の任意設定を可
能にしている。又、前記シリンダー下端面にシール部が
設けられているため、シール部を弁座部に押圧させるこ
とで完全に流体を閉止させることができる。以上のよう
にこの定流量弁は、従来になかった「定流量制御」、「
制御流量値の任意設定」、および「止水弁」の３つの機
能を同時に併せもつものである。更に、流体の滞留しが
ちなシリンダー内部も、前記ピストン弁が摺動自在に嵌
合されていることから、流体が１次圧室から２次圧室、
出口流路へと流れて行くため、いわゆる「死水」が発生
しない構造となっている。そのため半導体製造分野を始
めとする化学工業分野では大きな利用価値がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この型式のものは流体を前記１次圧室か
ら２次圧室、出口流路へとリークさせる構造のために以
下の２つの欠点を有していることがわかった。■制御流
量の一部が出口流路へとリークするため、微小流量の制
御が困難である。したがって、制御流量値の範囲が制限
を受ける。

般に他の公知のものも含めて、レンジアビリティは４：
１〜８：１が現状である。■ゴミの非常に多いラインで
は、前記リークのためにピストンの摺動部にゴミが咬み
込まれ、作動に支障をきたすことがある。

本発明は、以上の様な実情に鑑みなされたもので、その
目的は「定流量制御」、「制御流量値の任意設定」、「
止水弁」の３つの機能を維持しながら、制御流量範囲が
大幅に拡大され、かつ、ゴミ等の異物による作動不良の
ない、構造が簡単でコンパクトな定流量弁を提供するこ
とである。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するための本発明の構成をその実施例
に対応する第１図を参照して説明する。

本発明の定流量弁は、内部に設けられた隔壁１により流
路がわん曲された入口流路２と、出口流路３と、さらに
入口流路２の軸線に対してある角度をもって配された軸
線を持ち、かつ、入口流路２と出口流路３との間に位置
する中空室４とを有するストップ弁型本体５　（以下、
弁本体と略記する。）、弁本体５内に設けられ出口流路
３と中空室４とを連通し、かつ、その内周面が上流側か
ら下流側に向かって縮径された形状を有する開口部７、
弁本体５に装着された蓋体１７、蓋体１７に支持され開
口部７の軸線にほぼ一致する軸線を有し、該軸線方向に
進退動可能なスピンドル９、スピンドル９の下端部に一
体的に設けられ、中空室４内に進退動可能に装着され、
かつ、その下端面が開口部７の弁座部６に当接可能なシ
リンダー１０、シリンダー１０内に遊嵌され開口部７と
ほぼ同一軸線上に位置する弁軸１２、弁軸１２の先端部
に装着され、開口部７との間にオリフィス１１を形成す
ることができるよう配設された弁体１３、弁体１３を開
口部７から離間させるよう付勢し、かつ、流体圧力の変
動に応じた伸縮作用の実質的開始時期が相互に異なるよ
うシリンダー１０内に配設されたバネ定数の異なる第１
のスプリング１４および第２のスプリング１５とを具備
してなるものである。なお、本発明の定流量弁の材質は
、プラスチックでも金属でも良く、特に限定されるもの
ではない。

〔作　用〕第１図において、流体を通過させると、入口流路２を通
って中空室４に達した流体は開口部７と弁体１３とで構
成されるオリフィス１１を通過し出口流路３へと流出す
る。流体がオリフィス１１を通過すると、その上流側と
下流側に圧力差ΔＰが発生する。圧力差ΔＰは弁体１３
の受圧有効面積Ａのみに作用するので、弁軸１２および
弁体１３はＡｘΔＰ［Ｋｇｆ］の荷重を受けて、圧力差
ΔＰの大きさに応じ第１スプリング１４、または第１ス
プリング１４と第２スプリング１５とを圧縮付勢しなが
ら開口部７方向へ、逆に第１スプリング１４、または第
１スプリング１４と第２スプリング１５とからの弾性反
発力を受けながら開口部７から離間させられる方向へと
移動する。このような弁体１３の移動に伴って弁体１３
と開口部７との間に形成されているオリフィス１１は拡
大または縮小される。それによって、オリフィス１１を
通過する流体の流量は弁本体５の上下流側の圧力が大幅
に変動しても予め設定された流量値へと自動的に制御さ
れる。次にスピンドル９およびシリンダー１０を開口部
７から離間させる方向へ移動させ固定すると、弁体１３
もそれに伴って移動するのでオリフィス１１は拡大され
る。この位置から弁体１３が作動すると、オリフィス１
１は相対的に拡大された範囲内で変化するので、制御流
量値は大となる。

逆に、スピンドル９およびシリンダー１０を開口部７方
向へ移動させ固定すると、弁体１３もそれに伴って移動
するので、弁体１３と開口部７との間に形成されている
オリフィス１１は縮小される。この位置から弁体１３が
作動すると、オリフィス１１は相対的に縮小された範囲
内で変化するので、制御流量値は小となる。

更に、スピンドル９およびシリンダー１０を開口部７方
向へ移動させ続けると、ついには、シリンダー１０の下
端面が弁座部６に当接し、更に押圧されるようになるの
で、中空室４と開口部７との間が完全に閉塞される。す
なわち、流体の流れは完全に止められるので、この定流
量弁は閉止状態となる。

〔実施例〕

本発明の実施例を第１図及び第３図を参照して説明する
。第１図は、本発明の第１の実施例を示し、この第１実
施例は、入口流路２の軸線に対し中空室４の軸線が上流
側に傾斜しているＹ型の定流量弁である。

第１図において、５は弁本体であって、内部に設けられ
た隔壁１により、流路がわん曲された入口流路２と出口
流路３およびこの入口流路２と出口流路３との間に位置
する中空室４を有している。

８は縮流管であって、その上部外周面にシール用の弁座
部６を嵌合接着して設けてあり、かつ縮流管８の内部に
は上流側から下流側に向かって縮径された曲面形状を有
する開口部７を有し、開口部７の軸線が中空室４の軸線
とほぼ一致し、中空室４と出口流路３とを連通ずるよう
、隔壁１および中空室４底部に位置する弁本体５の内壁
に、前記弁座部を挟み込むよう螺合接着されている。な
お本実施例では、開口部７は縮流管８の内部に設けたも
のを弁本体５内に螺合接着して設けられているが、中空
室４底部に位置する弁本体５の内壁部および隔壁１に直
接賦形させることによって設けてもよい。

１７は蓋体であり、その上端中央部に開口部１７ａを有
するシリンダー状であり、その下端部外周面に設けたネ
ジ部を弁本体５の中空室４上部に設けた内ネジ部に螺合
して締めつけることにより、弁本体５に固定されている
。蓋体１７の開口部１７ａには、開口８７の軸線にその
軸線をほぼ一致させたスピンドル９および、このスピン
ドル９に螺合されているスリーブ２４が保持されている
。１０はシリンダーであって、スピンドル９の下端部に
一体成形にて設けられ、内部に中空室１０ａを有してい
る。

このシリンダー１０は、開口部７の軸線にその軸線をほ
ぼ一致させ、その下方部分および下端シール面１０ｂが
弁本体５の中空室４内に、またその上方部分が蓋体１７
内に、それぞれ進退動自在に装着さている。シリンダー
１０の外周部には直径方向に相対して一対のガイド溝１
８．１９が設けられ、蓋体１７の下端内周面に固定され
た突起２０．２１と係合しており、したがって、シリン
ダー１０は上下動のみが可能となっている。１２は弁軸
であり、上端部にはピストン状の鍔１１２　ａを有し、
また下端部には円錐台状の弁体１３が接着固定して設け
られ、シリンダー１０内の中空室１０ａ内を進退動自在
に移動できるよう装着されている。弁体１３は、開口部
７とほぼ同一軸線上に位置しており、必要に応じて、開
口部７との間にオリフィス１１を形成できるよう配設さ
れている。なお、弁体１３の形状は円錐台状に限定され
るものではなく円板状のものでも、逆円錐台状のもので
も構わない。本実施例の形状は、その中の好適な形状の
一例を示したものである。

１４．１５は各々第１および第２スプリングであって、
バネ定数は第１〈第２となるよう、また自由長は第１〉
第２となるように設定しである。第１スプリング１４は
、前記弁軸１２の軸部１２ｂをその内部に挿入してあり
、その上端部は前記ピストン状鍔部１２ａの下面に設け
られたスプリング座州の溝１２Ｃに嵌入してあり、その
下端面は後記スプリング座１６に当接するよう装着され
ている。第２スプリングは、その内部に第１スプリング
１４が挿入してあり、その上端面と下端面は本定流量弁
の取り付は角度によって上端面が前記弁軸１２の鍔部１
２ａ下端面にあるいは、下端面が後記スプリング座１６
に当接するよう前記シリンダー中空室１０ａ内にフリー
な状態で装着されている。なお、上記弁軸１２の軸部１
２ｂ１第１スプリング１４、第２スプリング１５および
シリンダー１０の内周面は各々可及的に接触しないよう
に構成されている。

１６は内部に円形の開口部を有するリング状のスプリン
グ座であって、該開口部に前記弁軸１２が摺動自在に嵌
合され、かつ、シリンダー１０内中空室１０ａへの流体
の出入が可能なように複数の圧力導入口１６ａを有し、
シリンダー１０内に嵌合され、ストップリング２２によ
って固定されている。２３はスリーブ２４に固定されて
いるハンドルであり、スリーブ２４を介してスピンドル
９と係合している。第１図においては、ハンドル２３を
回転させるとそれに応じてスピンドル９およびシリンダ
ーｌＯは上下ｔされる構造となっている。

上記の構成からなる本実施例の作動を第１図及び第２図
を参照して説明する。第１図において、流体を流通させ
ると、入口流路２を通って中空室４に達した流体は、開
口部７と弁体１３とで形成されるオリフィス１１を通過
し出口流路３へと流出する。流体がオリフィス１１を通
過すると、その上流側と下流側に圧力差ΔＰが発生する
。今、第２図において、ＰＩはオリフィス１１よりも上
流側の圧力を示している。Ｐ、はオリフィス１１よりも
下流側の圧力を示している。図中、３１〜３７および３
１′〜３７′までの番号は弁軸１２および弁体１３の受
圧部を示している。Ｐ、は圧力導入口１６ａからシリン
ダー１０内に導入され弁軸１２の表面全体に作用するが
、３１と３１’　、３２と３２’、３４と３４′　およ
び３５と３５′は各々上面、下面からＰ、が作用するの
で圧力は相殺される。一方、３６と３６’　、３３と３
３′および３７と３７′には上面にＰｌｓ下面にＰ２が
作用している。今、３６．３３および３７の投影面積の
総和をＡとすると、Ａ＝３６’　＋３３’　＋３７’　
となることは明確であるから、結果的に前記圧力差ΔＰ
　（＝Ｐ、−Ｐ２）は弁軸１２および弁体１３表面にお
いて面積Ａのみに作用していることになる。従って、第
１図において、弁軸１２および弁体１３はＡ、ΔＰ　［
Ｋｇｆ］の荷重を受けて開口部７の軸線方向に作動する
。該圧力差ΔＰおよびその変動が比較的僅少である場合
には、弁軸１２は第１スプリング１４のみを圧縮付勢し
ながら開口部７方向へ、また逆に第１スプリング１４の
弾性反発力により付勢されながら開口部７から離間させ
られる方向へと作動するが、該圧力差ΔＰおよびその変
動が比較的大なる場合には、弁軸１２はある一定区間第
１スプリング１４を圧縮付勢しながら作動したあとは、
次に主として第２スプリング１５からの強力な弾性反発
力を受けながら開口部７方向へ、あるいはそれと逆の作
用で、開口部７から離間させられる方向へと作動する。

このような、圧力差ΔＰの変動に応じた弁軸１２および
それに連動する弁体１３の作動に従って開口部７と弁体
１３の間に形成されているオリフィス１１は拡大または
縮小される。今、何らかの原因で弁本体５に流通されて
いる流体の上流側圧力が、増大するかまたは下流側圧力
が減少して流量が増大した場合、前記圧力差ΔＰが大と
なる。それに伴って弁体１３は、前記作用により自動的
にオリフィス１１を縮小するので、流量は瞬時に減少し
て予め設定された流量へと制御される。逆に何らかの原
因で流体の上流側圧力が減少するかまたは下流側圧力が
増大して流量が減少した場合、前記圧力差ΔＰは小とな
る。それに伴って弁体１３は前記作用によりオリフィス
１１を自動的に拡大するので、流量は瞬時に増大して予
め設定された流量へと制御される。このような各部の作
用により、弁本体５の上流側と下流側の圧力差が変動し
ても流量は一定に維持される。なお、このような作用を
効果的にするために第１スプリング１４のバネ定数は第
２スプリング１５のバネ定数よりも可及的に小とするこ
とが必要である。開口部７は、広範囲な流量設定が可能
であるように、また弁体１３がどの位置から作動し始め
ても任意の定流量制御が可能であるようになめらかにわ
ん曲した形状になっている。ハンドル２３を閉方向に回
してスピンドル９およびシリンダー１０を開口部７方向
へ移動させ固定すると、それに従って弁体１３も移動す
る。開口部７は下流側へ行く程縮径された形状となって
いるから、オリフィス１１はそれに従って縮小される。

この位置から弁体１３が作動すると、オリフィス１１は
相対的に縮小された範囲内で変化して流体の制御に作用
する。すなわち、弁体の初期作動位置が流体を相対的に
小流量に制御できるよう変化する。逆にハンドル２３を
開方向に回してスピンドル９およびシリンダー１０を開
口部７から離間させる方向へ移動させ固定すると、上記
と逆の作用でオリフィス１１は拡大される。この位置か
ら弁体１３が作動すると、オリフィス１１は相対的に拡
大された範囲内で変化して、流体の制御に作用する。つ
まり、弁体の初期作動位置が流体を相対的に大流量に制
御できるように変化する。このように、スピンドル９お
よびシリンダー１０の移動は、制御流量値を大小任意に
変化させるよう作用する。

さらに、スピンドル９およびシリンダー１０を開口部７
方向へ移動させ、ついにはシリンダー１０の下端シール
面１０ｂが開口部７の弁座部６に当接し、押圧させるよ
うにすると、中空室４と出口流路３との間が完全閉塞さ
れるので、流体の流れは止められ、弁は完全な閉止状態
となる。

第３図は、本発明の第２の実施例を示したものである。

第１スプリング４０と第２スプリング４１とが移動スプ
リング座４２を介して直列に配置されているものである
。他の構成は、第１の実施例と同一のため説明を省略す
る。

第１のスプリング４０は、その上端部が弁軸１２のスプ
リング座州の溝１２ｃに嵌入され、その下端部が移動ス
プリング座４２の上面に当接するように配設され、第２
のスプリング４１は、その上端部が移動スプリング座４
２の下面に当接し、その下端部がスプリング座１６に当
接するよう配設されている。

移動スプリング座４２は、中央に開口部をもち、該開口
部に弁軸１２の軸部１２ｂが接触しないように挿入され
、かつ前記シリンダー１０内周面に摺動自在に嵌合され
ている。

上記の構成からなる本実施例の作動については、弁軸１
２、弁体１３、第１スプリング４０、第２スプリング４
１および移動スプリング座４２の関係についてのみ説明
し、その他については第１の実施例と同様であるから説
明を省略する。

第３図において、弁軸１２および弁体１３が、前記圧力
差ΔＰの変動によってＡｘΔＰ［Ｋｇｆ］の荷重を受け
て開口部７方向へ移動する際、該ΔＰおよびその変動が
比較的僅少なる時は、ある一定区間主に第１スプリング
４０を圧縮付勢しながら、あるいは逆に主に第１スプリ
ング４０から付勢されながら移動するが、該ΔＰおよび
その変動が大なる時は、弁軸の鍔部１２ａが移動スプリ
ング座４２の筒状突起部４２ａに当接した後は、主に第
２スプリング４１を圧縮付勢しながらあるいは逆に主に
第２スプリング４１から付勢されながら移動する。この
ように弁体１３は圧力差ΔＰの大小の変動に応じて作動
し、弁体１３と開口部７との間に形成されているオリフ
ィス１１を拡大または縮小するので、配管圧力の変動に
起因する流量の増減を自動的に瞬時に設定値へと制御す
る。このような作用を効果的にするために、第１のスプ
リング４０は第２のスプリング４１よりも可及的にバネ
定数の小なるものを適用することが必要である。

つぎに、第１図に示した構造を有する口径２５Ａの定流
量弁を使用して、下記条件にて実流試験を行った。その
結果の流量特性を第４図に示す。

〔条件〕　流体　〜　水温度　〜　２５℃ 弁の流量設定範囲　　１β／ｍｉｎ　〜３０　Ｉｌ／ｍ
ｉｎ弁前後の圧力差　　　０〜１．　ＯＫｇｆ　／　ｃ
ｎｆバネ定数第１スプリング　　０．３５　Ｋｇｆ／ｍｍ第２スプリ
ング　　０．９１　Ｋｇｆ／鮒以上の条件でテストした
結果は以下の通りであった。

精度　　　各設定値の±４〜±６％以内制御圧力差範囲（０，１〜０．１８）　〜１．　ＯＫｇｆ／ｃｉ圧力損
失　０．１〜０１１８　Ｋｇｆ／ｃｎｆレンジアビリテ
ィ３０：１（従来品　４：１〜８：１）第４図かられかるように、本定流量弁は大流量から微少
流量まで広範囲にわたって制御でき（レンジアビリティ
　３０：１）、制御精度も各設定値の±４〜±６％以内
と良好であった。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明したような構成および作用を有するも
のであるから、次のような効果を奏する。

■　微少流量から大流量まで極めて広範囲に渡って流量
制御が行える。すなわち、従来品のレンジアビリティが
４：１〜８：１であったのに対し本発明の定流量弁では
３０：１と大幅に拡大されている。

■　流体は、弁体と開口部とで形成されるオリフィスの
拡大・縮小の作用のみによって制御されるから、従来品
に比較して配管内のゴミ・異物等による作動不良がな（
、長期にわたって、安定した流量制御が可能である。

■　以上■、■の長所が新たに付加され、更に従来の「
定流量制御」、「制御流量値の任意設定」「止水弁」と
しての３つの機能を同時に具備している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の定流量弁の一実施例を示す縦断面図、
第２図は流体の圧力バランス説明用の要部縦断面図、第
３図は他の実施例を示す縦断面図、第４図は実流試験結
果を示す流量特性図である。図において１・・・隔壁、　　　　　　２・・・入口流路、３・・
・出口流路、　　　　４・・・中空室、５・・・弁本体
、　　　　　６・・・弁座部、７・・・開口部、　　　
　　８・・・縮流管、９・・・スピンドノベ　　　１０
・・・シリンダー１０ｂ・・・Ｔ［シール面、　１１・
・・オリフィス、１２・・・弁軸、　　　　　　１３・
・・弁体、１４・・・第１スプリング、　１５・・・第
２スプリング、１６・・・スプリング座、　　１７・・
・蓋体、２３・・・ハンドル、４０・・・第１スプリン
グ、４１・・・第２スプリング。 ′ｌ第２図７・・・開口部１０・・・シリンダ１６・・・スプリング座１６ａ・・・圧力導入口第４図手続補正書（自梵）平成２年１０月３日

Claims

【特許請求の範囲】

内部に設けられた隔壁により、流路がわん曲された入口
流路と出口流路を有し、さらに、該入口流路の軸線に対
してある角度をもって配された軸線を有し、かつ前記両
流路の間に位置し該入口流路とを連通するように配され
た中空室を有するストップ弁型本体、前記弁本体内に設
けられ前記出口流路と前記中空室とを連通し、かつ、そ
の内周面が上流側から下流側に縮径された形状を有する
開口部、前記弁本体に装着された蓋体、該蓋体に支持さ
れ前記開口部の軸線にほぼ一致する軸線を有し該軸線方
向に進退動可能なスピンドル、該スピンドルの下端部に
一体的に設けられ、前記中空室内に進退動可能に装着さ
れ、かつ、その下端面が前記開口部の弁座部に当接可能
なシリンダー、該シリンダー内に遊嵌され前記開口部と
ほぼ同一軸線上に配された弁軸、該弁軸の先端部に該開
口部との間にオリフィスを形成することができるよう装
着された弁体、及び前記シリンダー内に配設され該弁体
を前記開口部から離間させるよう付勢しかつ流体圧力の
変動に応じた伸縮作用の実質的開始時期が相互に時間差
をもって行われるよう配設されたバネ定数の異なる複数
のスプリングとを具備してなる定流量弁。