JPS6330671A - 流量の制御装置 - Google Patents

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〕 この発明は、流体の流量を制御する方法に関し、特に１
管路を流れる流体の流れを回転する弁体によって遮断又
は増減するようＫなした新規な原理に基づく流量の制御
方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、管路を流れる流体の流量を調節する手段としては
弁が用いられている。弁としては、仕切弁、玉形弁、ア
ングル弁、逆上弁、コック、ボール弁、プラグ弁などさ
まざまな種類がある。

第６図は、従来のフランジ形アングル弁の縦断面図であ
る。図において、１は流入路１ａと流出路１ｂとが備え
られている弁箱であシ、該弁箱１の上部にはふた２が嵌
合され、ボルト１３及びナツト１４によって弁箱１とふ
た２とが固定されている。ふた２の中央には弁棒５が挿
入され、該弁棒５の先端には弁押え６が装着され、さら
に、弁押え６の先端には弁体３がねじ込まれている。弁
体３は弁棒５の他端に取付けられた・・ンドル車７を回
転することによって弁棒５の軸方向へ移動するものであ
るが、前進した場合、流入路１ａの末端に固設された弁
座４の内周面と弁体３の外周面とが接触し、流入路１ａ
と派出路１ｂとの液の連絡を断つことができるようにな
っている。ふた２と弁箱１との間には、取扱う液に応じ
た材質のガスケット１１が介在されておシ、ふた２と弁
箱１との間からの液もれかないようになっている。また
弁棒５とふた２との間も、ふたはめ輪８とパツキン押え
輪９との間にパツキン１２が収容され液体が漏れること
がない。図中、１０はねじはめ輪である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記した従来の弁は、弁座４と弁体３とが直接固体接触
することによって液体や気体の流れを遮断するものであ
った。

従って、弁の開閉に際して、弁体３と弁座４とが固体接
触するたびに、これら弁体３と弁座４との表面から僅か
ではあるが摩耗粉が発生し、液体中に混入する。また、
弁棒５とパツキン２２との摺擦部においては、弁棒５が
上下動するたびに弁棒５及びパツキン２２が摩耗し、そ
の摩耗粉が同様に流体中に混入する。

即ち、従来の弁にあっては、弁を作動させるたびに摩耗
粉が発生し、流体中に混入する欠点があった。

このととは、前記第６図に示したアングル弁と異なる形
式の弁である仕切弁、ボール弁、玉形弁、逆止弁等にお
いても全く同様にいえることでちゃ、超純水や医薬品等
の清浄な流体を取扱う工程においては、弁から発生する
摩耗粉がプロセスに大きな障害を与えることが報告され
ている。

本発明の目的は、管路内を流れる流体の流れを開閉又は
調節するに際し、前述の摩耗粉の発生を極力低減させた
新規な流量の制御方法を提供することであり、且つ結晶
などの固体が含まれている流体であっても取扱うことが
できる流量の制御方法を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、流体の流入口又は流出口く形成された弁座と
該弁座と対向して配備された弁体との相対位置の変位に
よって流体の流量を制御する方法において、該弁座と該
弁体とが対向する面のいずれか一方の面に動圧発生用の
溝を形成すると共に、該弁体を任意の位置で一方向にの
み回転可能とした流量の制御方法であシ、 本発明の２番目の発明は、流体の流入口又は流出口に形
成された弁座と該弁座と対向して配備された弁体との相
対位置の変位によって流体の流量を制御する方法におい
て、該弁座と該弁体とが対向する閏のいずれか一方の面
及び該弁体と該弁体の位置をｖＭ節する位置調節機構と
が対向する面のいずれか一方の面にそれぞれ動圧発生用
の溝を形成すると共に核弁体を任意の位置で一方向にの
み回転可能とした流量の制御方法である。

〔作　用〕

本発明の流量の制御方法においては、流体の流量は弁座
と弁体との位置によって規制されるものであるが、この
弁座と弁体とが対向する面のいずれか一方の面に動圧発
生用の溝が形成され、かつ、弁体が回転するものである
から、流体の流れを絞るために弁座と弁体とを接近させ
た場合、動圧発生用の溝によって流体の動圧が生じ弁座
と弁体との固体接触は生じない。

さらに、本発明の２番目の発明によれば、回転する弁体
とこの弁体の位置を調節する位置調節機構とが対向する
面においても、いずれか一方の面に動圧発生用の溝が形
成されているので、弁体と位置調節機構との間において
も固体接触を生じることはない。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面によシ説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す縦断面図である。図
中、第６図に記載した符号と同一〇符号は同類部分を示
すものとする。

図において、１は弁箱、ｌａは流体の流入路、１ｂは流
体の流出路である。流入路１ａ側にセラミックス製の弁
座２４が接着され、該弁座２４の弁体２３に対向する面
２４ａは、うねシが少なく、且つ平滑な平面に仕上げら
れている。弁座２４と対向する位置に配置されている弁
体２３は、環状に６極の着磁がなされた円板状の永久磁
石３０の外周全体をセラミックスの背面板３１と表面板
３２とによって被覆したもので、背面板３１及び表面板
３２０表面には後述する動圧発生用の溝が形成されてい
る。

弁箱１の上部にはふた２がボルト・ナツト１３．１４に
よって固定されさらに、ふた２の中央に設けられた弁棒
５のための貫通口の近傍にねじはめ輪１０がボルト３３
によって固定されている。弁棒５の先端中央には、頭部
を球面に加工したネジ３４がねじ込まれ、弁押え２６が
弁棒５によって上下方向の変位がなされるようになって
いる。

弁押え２６は、弁体２３と対向する面に配置された硬質
のセラミックス円板からなる摺動板２６ａと、該摺動板
２６ａの背面に接着された積層シートコイル２６ｂと、
該積層シートコイル２６ｂの背面を補強すると共に前記
弁棒５の先端にねじ込まれたネジ３４の頭部を押える支
持板２６ｃとが積層されて接着されたものの周囲を、シ
リコンゴム、ネオプレンゴムなどの弾性体２６ｄで接着
・被覆したものであり、該積層シートコイル２６ｂと支
持板２６ｃの中央は前記ネ：）３４の頭部と同様の球面
の形状をした凹部が形成され、回転しつつ上下方向の変
位を行う弁棒５と一体罠なって上下動するものである。

また、弁押え２６と弁棒５との接合部に流体の侵入を防
止するため、ふた２と弁箱１との接合面と弁押え２６の
背面との間にわたってふっ素樹脂の蛇腹３５が設けであ
る。図中、３６は蛇腹３５を弁押え２６に抑圧固定する
押えリングであシ、３７は押えリング３６を弁押え２６
に固定するピンである。また、３８は、積層シートコイ
ル２６ｂへ電気を供給するリード線である。

第２図＜ａ）〜（ｄ）は、弁体２３の表面（図で下面）
及び背面（図で上面〕の摺動部を形成するそれぞれの面
の正面図である。

第２図（ａ）は弁座２４の表面２４ａであり、ＳｉＣ。

５ｉｓＮ４　、　Ａｌ２Ｏ５などの硬質のセラミックス
材料からなる弁座２４の表面２４ａは、面全体のうね夛
が１μｍ以下でかつ、その面粗度（最大面粗さ）が１μ
ｍ以下となるような平滑な平面に仕上げられている。ま
た、弁座２４の中央は流体の流入口１ａとなる。

第２図（ｂ）は弁体２３の弁座２４に対向する面、即ち
、弁体２３の表面板３２の表面の正面図であシ、矢印４
０は弁体２３が回転する方向を示す。

表面板３２は、同様に８ＩＣ，５ｉ５Ｎ４　、　Ａｌ２
Ｏ５などの硬質のセラミックス材料で構成され、その表
面全体がうねシが少なく（１μｍ以下）且つ、面粗度が
小さい（１μｍ以下）平滑な平面に仕上げると共に深さ
が３〜５０μｍの動圧発生用の溝４１（黒塗シの部分）
が多数形成されている。中央部４２及び溝４１に隣接す
るスパイラル部分４３は、表面が前述の如く平滑な平面
であるランドとなっている。

第２図（Ｃ）は弁体２３の背面板３１の正面図であって
、前記同図（ｂ）と同様に、硬質のセラミックス材料の
表面をうねシが少なく（１μｍ以下）且つ、面粗度が小
さい（’ｆ？ｔｎａｘ　＝　１μｍ以下）平滑な平面に
動圧発生用の深さ３〜５０μｍの溝４４を形成したもの
であ〕、中央部４５は溝４４の内周端と連らなった均圧
部である。？＃４４と隣接するスパイラル部分はランド
４Ｇであう、前記の平滑に仕上げられた平面の部分であ
る。

第２図（ｄ）は弁体２３の背面板３１と対向する弁押え
２６の摺動板２６ａを弁体２３から見た図であシ、摺動
板２６ａの周囲は弾性体２６ｄによって被〜されている
。この摺動板２６ａも、前記背面板３１゜や表面板３２
と同じく、ＳｉＣ，Ｓｉ３Ｎ４　＋　Ａｌ２Ｏ５などの
硬質のセラミックス材料で構成され、また、うねりが少
なく（１μｍ以下〕、面粗度が小さい（１μｍ以下）表
面に仕上げられた上に、弾性体２６ｄに被覆される部分
はサンドブラストによって、梨地に仕上げて接着強度が
強まるようにしである。

第３図は、弁体２３の水子断面図であって、該弁体２３
の中心部には永久磁石３０が配置され、その外周は表面
板３２によって覆われている。永久磁石３０は６極に着
磁され、積層シートコイル２６ｂによって形成される回
転磁界に同期して回転する。

上記した第１図〜第３図に示した実施例において、リー
ド線３８から積層シートコイル２６ｂｌＣ電力を投入す
ると、弁体２３は積層シートコイル２６ｂが形成する回
転磁界に同期して回転する。この時の回転磁界及び弁体
２３の回転方向は矢印４０の方向である。ここで、弁体
２３は回転磁界によって回転トルクを与えられると同時
に回転面と直角方向の吸引力も受けるが、弁体２３の背
面板３１と摺動板２６ａとの摺動部においては、背面板
３１に形成された動圧発生用の溝４４の作用によって周
囲の流体が摺動部の中心に押し込まれる力が働き、その
流体の圧力によって、弁体２３は摺動板２６ａと固体接
触することなく回転する。このように弁体２３が回転し
ている状態で図示しないノ・ンドル車を回転させて弁棒
５を転動させると、核弁ｎ５は軸方向に移動し、弁棒５
の先端に固設したネジ３４によって弁押え２６が軸方向
へ移動する。

弁体２３は、回転しつつ弁押え２６と共に軸方向に移動
し、弁座２４との相対位置が変化し、これに伴ない流入
路（ロ）ｌａを通過する流体の流量は変化する。そして
流量を小さくする場合は、弁ｎ５によって弁押え２６及
び弁体２３を押し下げて弁体２３を回転させつつ弁座２
４に接近させる。

また、流体の流れを遮断する場合いは、弁棒５、及び弁
押え２６によって弁体２３を弁座２４に押圧するもので
あるが、弁体２３の弁座２４に対向する面には動圧発生
用の溝が形成されているので、弁体２３と弁座２４とが
接近すると、弁座２４の表面２４ａと弁体２３の表面板
３２との間には流体の動圧が発生する。この時の動圧の
大きさは、弁押え２６が弁体２３を弁座２４へ押しつけ
る力と等しいものであるが、極めて大きな力で弁体２３
を弁座２４へ押しつけても弁体２３と弁座２４とは固体
接触せず、また、その際の摺動抵抗も小さい。従って、
弁体２３と弁座２４との間には僅かなすきまが形成され
た状態で流体の流れを実質的に遮断することができる。

この時の弁体２３と弁座２４とのすきまは、流体の粘性
、弁体２３の回転速度、弁押え２６による押付は力、或
いは流体の圧力差などによって決るものであるが、弁箱
１内を流れる流体が水や油のようなものであれば、３〜
１０μｍ程度となる。

従って、流体の流れを実質的に遮断した状態においても
、弁体２３は弁押え２６及び弁座２４とは直接固体接触
することがないので、弁からの摩耗粉の発生は皆無とな
る。

第４図は、第１図における弁体２３の弁座２４に対向す
る面の動圧発生用の溝の模様、即ち、第２図（ｂ）の別
の実施態様であって、溝４７の形状をヘリングボーンと
したものである。この実施例にあっては、溝４７（黒塗
りの部分）は内周溝４７ａと外周溝４７ｂとからなるも
のであって、外周溝４７ｂは流体を内周側に押圧し、ま
た内周溝４７ａは流体を外周側に押圧するものであるか
ら内周溝４７ａと外周溝４７ｂとの境界に沿った円周に
最大の動圧が生じる。４８は平滑な平面であるランドで
ある。

第５図は、本発明の別の実施例の要部を示す部分断面図
であって、弁体１０３と弁座１０４（仮想線で示す〕と
の対向する面が円錐形となっているものである。図にお
いて、弁体１０３は、図示しない弁押えの側（図で下側
）が前記背面板３１と同じく動圧発生用の溝を形成され
ている硬質のセラミックス材料からなる背面板１３１と
、弁体１０３の中にあって全体をセラミックス材料で被
覆されている銅や銀などの導電性材料１３０と、弁座１
０４に対向する円錐面に動圧発生用の４１４１が形成さ
れている硬質のセラミックス材料からなる表面板１３２
とからなシ、図示しない回転磁界を発生するコイルによ
って導電性材料１３０にうず電流を発生させて、矢印１
４０の方向へ弁体１３０を回転させるようになっている
。図示しない弁押えによって弁体１３０を上下方向に移
動させると、弁座１０４と弁体１０３との相対位置が変
化し、その位置に応じた流量の流体が通過することとな
る。

以上の実施例においては、弁体２３と弁座２４とのすき
まを変えることで流量の調節が行われるものであるが弁
体と弁座との対向する面を第１図のように平面とし、弁
体を回転させつつ弁座に押付け、弁押えをこの平面と平
行に移動させて流体の流入口又は流出口の開口面積を変
化させることによっても流体のｆｌｔｆ、量を調節する
ことができる。

上記した実施例において、弁体を回転させるための回転
磁界を形成する手段として積層シートコイルを用いたが
、エナメル線を同様に巻回した軸方向ギャップ形のコイ
ルであってもよく、また、永久磁石や電磁石をモーター
によって回転させるようにしてもよい。

さらに、本発明において流入口又は流出口における流体
の圧力を検出するか又は予め設定し、弁体を弁座に押し
つける力を調節することも有効である。

即ち、本発明の方法で、流体を遮断する場合、弁体と弁
座との間には常にすきまが存在しているものであり、弁
体又は弁座のいずれかの面に形成された動圧発生用の溝
で高圧側の流体を封じ込むことになるが、この時、弁体
と弁座との間の動圧が極端に大きければ、他めて少ない
量ではあるが流体が高圧側へ逆流することＫなシ、他方
、弁体と弁座との間の動圧が小さければ、高圧の流体を
封じ込むことはできない。従って、弁体の回転によって
発生する動圧を高めた）、低めたシすることは見掛上の
流量をゼロにするためには必要なことである。それ故、
流体の差圧に応じて適切な動圧効果を発現させるために
弁押えの押しつける力を調節し、動的なつりあいのもと
に流体の流れを実質的に′ａ断するものである。また、
弁押えの押付は力を調節するのと同時、若しくは独立し
て弁体の回転数を調節することも有効である。即ち、弁
開度が大きい時の弁体の回転速度を低速とし、弁体が弁
座に強い力で押圧される時の弁体の回転速度を高速とす
れば、大きな抑圧に対しても動圧発生用の溝の動圧効果
を高めて固体接触が生じることもなく、また、消費電力
も少なくなる。

なお、本発明において、弁体の位置を調節する手段とし
ては、第１図の手動式の弁棒の他に電気式、空気式、液
圧式等の弁棒を用いることができ、さらに、直接、空気
、液体などＫよって弁押えの位置を調節することも可能
である。

〔発明の効果〕 本発明の流量の制御方法は、流体の流入口又は流出口に
形成された弁座と該弁座と対向して配備された弁体との
相対位置の変位によって流体の流量を制御する方法にお
いて、弁座と弁体とが対向する面のいずれか一方の面に
動圧発生用の溝を形成すると共に、該弁体を任意の位置
で回転可能としたものであるから、弁体が弁座の近傍に
おいて回転する時には弁体と弁座との間に流体の動圧が
発生して、互いに固体接触することがない。従つて、弁
体と弁座とが固体接触をしない状態において、実質的に
流体の流れを遮断できるので、弁体と弁座との固体接触
に基づく摩耗粉の発生がなく、流体を汚染することもな
い。さらに、本発明の流量の制御方法によれば、簡単な
構成で流体の流量を制御できるので、安価な流量の制御
方法を提供することができる。

まだ、本発明において弁体と弁座との間ぺおける動圧の
発生を良好にするには、それぞれ硬質のセラミックス材
料を用いるのがよく、このセラミックス材料は耐食性、
耐摩耗性が優れていることから本発明の方法を実施する
装置の耐久性は優れたものとなる。

そして、本発明の第２番目の発明によれば、弁体は弁座
と固体接触することなく回転するばかシでなく、弁体を
所定の位置に保持するための位置調節機構との間におい
ても同様に流体の動圧が発生して相互の固体接触を断つ
ものであるから、弁体が他の部材と固体接触するのは起
動及び停止時だけであシ、消費動力も少ないことから長
時間作動させることも可能であるから、実質的に摩耗粉
の問題は解消される。

このように本発明のＲ，ｆの制御方法によれば、簡単な
構成で、耐久性に富むと共に流体を汚染しない流量の制
御が安価に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の実施例を示すものであシ
、第１図は本発明を適用した弁の縦断面図、第２図（ａ
）ないしくｄ）は第１図の弁体の両側の貼動部を形成す
る各面の正面図、第３図は弁体の水平断面図、第４図は
第２図（ｂ）の他の実施例を示す正面図、第５図は本発
明の別の実施例を示す部分断面図、第６図は従来例の縦
断面図である。 １・・・弁箱＋　　ｌａ・・・流入路、　　ｌｂ・・・
流出路。 １５・・・弁棒、　　２３，１０３・・・弁体、　　２
４，１０４・・・弁座。 ２６・・・弁押え、２６ａ・・・摺動板、・２６ｂ・・
・積層シートコイル、２６ｃ・・・支持板、２６ｄ・・
・弾性体。 ３０・・−永久磁石、　　３１．１３１・・・背面板、
　　３２，１３２・・・表面板、３８・・・リード線、
　　４１．４４，４７，１４１・・・溝、　　４３，４
６．４８・・・ランド。 第２図 第３図　　　　　第４図 第５図 手続補正書（目元） 昭和６１年１０月　７日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体の流入口又は流出口に形成された弁座と該弁座
   と対向して配備された弁体との相対位置の変位によつて
   流体の流量を制御する方法において、該弁座と該弁体と
   が対向する面のいずれか一方の面に動圧発生用の溝を形
   成すると共に、該弁体を任意の位置で一方向にのみ回転
   可能としたことを特徴とする流量の制御方法。 ２、流体の流入口又は流出口に形成された弁座と該弁座
   と対向して配備された弁体との相対位置の変位によつて
   流体の流量を制御する方法において、該弁座と該弁体と
   が対向する面のいずれか一方の面及び該弁体と該弁体の
   位置を調節する位置調節機構とが対向する面のいずれか
   一方の面にそれぞれ動圧発生用の溝を形成すると共に、
   該弁体を一方向にのみ回転可能としたことを特徴とする
   流量の制御方法。 ３、前記弁座と前記弁体との対向する面を構成する部材
   が硬質のセラミックス材料である特許請求の範囲第１項
   又は第２項記載の流量の制御方法。 ４、前記弁体と前記位置調節機構とが対向する面を構成
   する部材がそれぞれ硬質のセラミックス材料である特許
   請求の範囲第２項又は第３項記載の流量の制御方法。 ５、前記弁体が永久磁石、導電性材料又はシステリヒス
   材料を硬質のセラミックス材料で被覆した特許請求の範
   囲第１項ないし第４項の何れか１項記載の流量の制御方
   法。