JP3737050B2 - 定圧レギュレータ - Google Patents

Description

【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化学プラントなど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流体圧力制御が得られる定圧レギュレータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者等は先に、定圧レギュレータ内部での部品の接触による発塵や、微小流量での圧力制御性能の悪化などを解決した定圧レギュレータについて先行出願しており、その内容は特開２００１−１４１０８３号公報に開示されている。
【０００３】
その構造は図７に示すとおり、第一弁室４０と入口流路４１を有する本体４２と、第二弁室４３と出口流路４４を有する蓋体４５と、第一弁室４０の上部周縁に固定された第一ダイヤフラム４６と本体４２と蓋体４５とによって挟持された第二ダイヤフラム４７と、第一及び第二のダイヤフラム４６，４７の中央に設けた環状接合部４８，４８′に接合され軸方向に移動自在のスリーブ４９とから構成されるダイヤフラム５０と、第一弁室４０の底部に固定されスリーブ４９下端部との間に流体制御部５１を形成するプラグ５２とからなり、本体４２の内周面とダイヤフラム５０とに包囲された気室５３を有し、気室５３に連通するエア供給口５４が設けられ、第二ダイヤフラム４７の受圧面積が第一ダイヤフラム４６の受圧面積より大とした構造となっている。
【０００４】
上記の構成よりなる従来の定圧レギュレータは気室５３内に圧縮空気や不活性ガスを導入して使用され、その動作は次のようなものである。
【０００５】
ダイヤフラム５０は、第一ダイヤフラム４６下面において一次側の流体圧力を、第二ダイヤフラム４７上面において二次側の流体圧力を受け、さらに、第一ダイヤフラム４６上面と第二ダイヤフラム４７下面において気室５３内の空気や不活性ガスの圧力を受けている。したがって、ダイヤフラム５０には二次側流体圧による下向きの力と一次側流体圧による上向きの力、気室５３内圧力による上向きと下向きの力が働いており、ダイヤフラム５０のスリーブ４９は、これら四つの力が釣り合う位置に安定している。
【０００６】
ここで、例えば一次側の流体圧力が増加すると、瞬時に二次側の流体圧力も増加し、第一ダイヤフラム４６、第二ダイヤフラム４７ともに流体から受ける力は増加する。このとき、気室５３内の圧力は不変であり、さらに、第二ダイヤフラム４７の受圧面積は第一ダイヤフラム４６のものより大きく設計されているため、ダイヤフラム５０を押し下げる力が優勢となり、ダイヤフラム５０のスリーブ４９は下方に移動する。そのため、流体制御部５１の開口面積は減少し、前記四つの力が釣り合うまで二次側の流体圧力も減少する。
【０００７】
逆に、一次側の流体圧力が減少すると、同時に二次側の流体圧力も減少する。しかしながら、気室５３内の圧力は不変であるため、ダイヤフラム５０を押し上げる力が優勢となり、ダイヤフラム５０のスリーブ４９は上方へと移動し、流体制御部５１の開口面積は増加する。したがって、前記四つの力が釣り合うまで二次側の流体圧力も増加する。
【０００８】
以上のように一次側の流体圧が増減しても、瞬時にダイヤフラム５０のスリーブ４９の位置が変化して、常に二次側の圧力は気室５３内の圧力とほぼ同等に保たれるようになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の定圧レギュレータは、流体圧の低いライン用に好適なものとして開発されたものであり、流体圧の高いラインに使用した場合は、次のような課題があった。
【００１０】
流体圧の高いラインにおいては、当然のことながら二次側の流体圧力が高圧となっており、気室５３内の圧力は、それに釣り合うよう高く設定されている。この状態において、一次側に設けられたバルブを閉じたり、加圧ポンプを止めたりして、一次側の流体圧が気室５３内の圧力より低い状況になると、ダイヤフラム５０に働く前記四つの力は釣り合うことができず、気室５３内の圧縮空気や不活性ガスによりダイヤフラム５０は常に上方に押し上げられることとなる。これにより、ダイヤフラム５０の伸びや破損をまねき、ひいては圧力制御性能の劣化が起こることがあった。
【００１１】
また、二次側に設けられたバルブを閉じるなど、二次側を完全に遮断すると、必然的に二次側の流体圧力は一次側の流体圧力と同等まで増加し、気室５３内の圧力よりも大きくなる。そのため、ダイヤフラム５０が受ける力は釣り合うことができず、ダイヤフラム５０は下方へ押し下げられ、プラグ５２にスリーブ４９が押し付けられることとなる。これにより、プラグ５２にキズが入ったり、さらに悪い場合には座屈を引き起こしてしまう。また、スリーブ４９にもキズが入ることがあり、このキズや座屈によって圧力制御性能が悪化することがあった。
【００１２】
本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みて改良されたもので、長期にわたって弁室のシール性能を保持し、高圧の液体ラインにおいても使用可能で、コンパクトで安定した流体圧力制御が得られる定圧レギュレータを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の構成を図１にもとづいて説明すると、本体１、蓋体２、本体１と蓋体２の間に挟持された気室形成用リング３及び上部及び下部がそれぞれ蓋体２及び気室形成用リング３に係合されたダイヤフラム４を内部に備えた定圧レギュレータであって、本体１には、その中央部に位置し底面中央より突出して設けられた円柱状のプラグ６を有する第一弁室７と第一弁室７と連通した入口流路８とが設けられ、ダイヤフラム４には、中央に、前記プラグ６とで流体制御部１０を形成するプラグ６の外径よりも小さい内径を有する円筒部１１と円筒部１１の上部に設けられた鍔部１３と鍔部１３の径方向に延長して設けられかつその周縁部に環状突部１４を有する第一膜部１５と円筒部１１の下端面に径方向に延長して設けられた第二膜部１６と第二膜部１６に連続して設けられ、気室形成用リング３の接合部２４に接合される環状接合部１７とが設けられ、該環状接合部１７の底面は本体１の上面と密封状態で接触されており、蓋体２には、下端面周縁部にダイヤフラム４の環状突部１４が嵌合される環状溝１９と該溝１９の内側に位置しダイヤフラム４の上下動を許容する第二弁室２０と第二弁室２０上面より突出して設けられた前記ダイヤフラム４の上限位置を規定するストッパー２１と第二弁室２０に連通する出口流路２２とが設けられ、また、本体１と蓋体２の間に挟持され、ダイヤフラム４との間に気室５を形成する気室形成用リング３には、ダイヤフラム４の鍔部１３を内包する段差部２３とその下部にダイヤフラム４の環状接合部１７が接合される接合部２４とが連続して設けられ、また、前記気室５と外部とを連通する通気孔２５が設けられており、蓋体２と気室形成用リング３は気室形成用リング３の段差部２３の外側においてシールリング２８を介して接合され、本体１と気室形成用リング３は該リング３の接合部２４の外側においてシールリング９を介して接合されていることを第一の特徴とする。
【００１４】
また、ダイヤフラム４の環状接合部１７の外径が鍔部１３の外径より小さく設けられていることを第二の特徴とする。
【００１５】
ダイヤフラム４の環状突部１４の外周下面に環状切欠き部２７が設けられ、該切欠き部２７にシールリング２８が嵌挿されていることを第三の特徴とする。
【００１６】
気室５と外部とを連通する通気孔２５が少なくとも二個設けられたことを第四の特徴とする。
【００１７】
ダイヤフラム４の材質がＰＴＦＥであることを第五の特徴とする。
【００１８】
尚、本体１、蓋体２の材質はＰＴＦＥや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、ポリプロピレンなど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、気室形成用リング３は強度、耐熱性の観点からポリプロピレンが好適に使用されるが、同様に、その他のプラスチックや金属でも良く特に限定されない。さらに、ダイヤフラム４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】
【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。
【００２０】
図１は、本発明の定圧レギュレータの第一の実施態様を示す縦断面図である。図２は、本発明の定圧レギュレータにおいて一次側圧力が低下した状態を示す縦断面図である。図３は、本発明の定圧レギュレータにおいて図２の状態よりさらに一次側圧力が低下した状態を示す縦断面図である。図４は二次側の配管が遮断された場合を示す縦断面図である。図５は図１における蓋体の底面図である。図６は、本発明の定圧レギュレータの第二の実施態様を示す縦断面図である。
【００２１】
図において、１はＰＴＦＥ製の本体であり、内部に第一弁室７を有し、側面には第一弁室７と連通している入口流路８が設けられている。さらに、上面には第一弁室７よりも大径で、ダイヤフラム４の環状接合部１７底面に設けられた環状突部１８が嵌合される環状溝と、該溝よりさらに大径で、気室形成用リング３と本体１との間を密封するためのシールリング９が嵌挿される環状溝が設けられている。第一弁室７の底面中央には円柱状のプラグ６が突出して設けられている。
【００２２】
２はＰＴＦＥ製の蓋体であり、下端面周縁部にダイヤフラム４の環状突部１４が嵌合される環状溝１９と、該溝１９内側に位置しダイヤフラム４の上下動を許容する横断面形状が円形の第二弁室２０と、側面には第二弁室２０に連通する出口流路２２が設けられている。また、第二弁室２０の上面からは、横断面形状がＣ形のストッパー２１が突出して設けられている。ストッパー２１の形状は、第二弁室２０に開口しているため、ダイヤフラム４がストッパー２１に接触した場合でも、ダイヤフラム４の流体流通孔１２から第二弁室２０及び出口流路２２へ流れるようになっている（図５参照）。本実施態様では、ストッパー２１は流体の滞留を防ぐため横断面形状がＣ形に形成されているが、流体の流れを阻害しなければ一個あるいは複数個の柱状や円筒状でもよく、形状及び数量は限定されない。
【００２３】
気室形成用リング３はポリプロピレン製であり、ダイヤフラム４の鍔部１３を内包する段差部２３と、その下部にダイヤフラム４の環状接合部１７が接合される接合部２４が連続して設けられている。さらに、気室５と外部とを連通する通気孔２５，２６と、気室５を蓋体２との間で密封するためのシールリング２８が嵌挿される環状溝が段差部２３の外側に設けられている。なお、通気孔は吸気用と排気用の二個２５，２６が設けられているが、一個でも使用可能で数量は限定されない。
【００２４】
ダイヤフラム４はＰＴＦＥ製であり、中央に前記本体１のプラグ６の外径よりも小さい内径を有する円筒部１１と、円筒部１１の上部に設けられた鍔部１３と、鍔部１３の径方向に延長して設けられかつその周縁部に環状突部１４を有する第一膜部１５と、円筒部１１の下端面に径方向に延長して設けられた第二膜部１６と、第二膜部１６に連続して設けられ気室形成用リング３の接合部２４に螺合される環状接合部１７が設けられている。環状接合部１７の底面には、本体１の第一弁室７の外側に設けられた環状溝と嵌合する環状突部１８が設けられており、それによって、ダイヤフラム４と本体１との間で第一弁室７と気室５が密封されている。しかしながら、両者間の密封にはＯリングやプラスチック製のシールリングを用いてもよく、その方法は限定されない。円筒部１１の下端部は前記第一弁室７の中央部に設けられたプラグ６の上面との間に流体制御部１０を形成している。環状接合部１７の気室形成用リング３の接合部２４への接合方法は、螺合に限定されず他の接合方法を用いてもかまわない。尚、ダイヤフラム４の上面の受圧面積は、下面の受圧面積すなわち第二膜部１６の受圧面積より大きく設けなければならない。
【００２５】
気室５はダイヤフラム４と気室形成用リング３で囲まれて形成されている。気室５の内部には前記通気孔２５から、気体用レギュレータ等を用いて圧力調整された圧縮空気または不活性ガス等が導入され、また、通気孔２６からはそれらが微量に排出されながら一定圧力を保つよう調整される。また、空気またはガスの圧力を変更すれば、定圧レギュレータの二次側流体圧力はそれに対応した値に保たれるため、空気またはガスの圧力を調整することで、レギュレータの二次側圧力を望む圧力に調整できる。
【００２６】
上記の構成からなる本実施態様の定圧レギュレータの作動は次のとおりである。
【００２７】
図１の状態においては、第二膜部１６は第一弁室７内部の圧力すなわち上流側（一次側）圧力による上向きの力と、気室５内部の圧力による下向きの力を受けている。一方、ダイヤフラム４の上面は第二弁室２０内部の圧力すなわち下流側（二次側）圧力による下向きの力を、またダイヤフラム４の上面に対応した第一膜部１５及び鍔部１３の下面が気室５内部の圧力による上向きの力を受けており、これら４つの力が釣り合いによってダイヤフラム４と一体に設けられた円筒部１１の位置が決定されている。
【００２８】
今、図１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が降下する。そのため、第二弁室２０の圧力が低下するとともにダイヤフラム４の上面が受ける圧力も低下し、ダイヤフラム４が下向きに受ける力も減少する。一方、第一膜部１５及び鍔部１３が受ける気室５の内部圧力は不変であるためダイヤフラム４に上向きに働く力は変化しない。したがって、ダイヤフラム４に上向きに働く力の方が大きくなり、円筒部１１を上方へ引き上げようとする。また、第一弁室７の圧力も低下しているので、第二膜部１６が流体から受ける力は減少するが、気室５の圧力は不変であるため、第二膜部１６は円筒部１１を引き下げようとする。この時、第一膜部１５及び鍔部１３の面積は、第二膜部１６の面積より十分大きいため、結果として円筒部１１を上方へ引き上げることとなる（図３の状態）。これによって、流体制御部１０の開口面積は増加し、二次側の流体圧力は瞬時に元の圧力まで増加し、再び気室５内部の圧力と流体圧による力の釣り合いが保たれる。
【００２９】
一方、図３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も上昇する。したがって、第二弁室２０の圧力は上昇し、円筒部１１を押し下げようとする。また、第一弁室７の圧力も上昇するため第二膜部１６は円筒部１１を押し上げようとする。同様に、ダイヤフラム４の上面の面積は第二膜部１６の面積より十分大きいため、円筒部１１は押し下げられる。これによって、流体制御部１０の開口面積は減少し（図１の状態）、二次側の流体圧力は瞬時に元の圧力まで減少し、再び気室５内部の圧力と流体圧力による力の釣り合いが保たれる。
【００３０】
以上のように一次圧が増減しても、瞬時にダイヤフラム４の円筒部１１の位置が変化して、常に気室５内部の圧力と二次側の圧力はほぼ同等に保たれる。
【００３１】
ここで、図２の状態からさらに一次側の流体圧力が低下して、気室５内部の圧力よりも低くなると、当然二次側の流体圧力も一次側の流体圧力と同等まで低下する。したがって、ダイヤフラム４の上面が受ける力は減少する。このとき、ダイヤフラム４に対応する第一膜部１５及び鍔部１３が受ける気室５内部の圧力は不変であるためダイヤフラム４はさらに上方に押し上げられ、流体制御部１０の開口面積は大きくなる。しかし、一次側の流体圧力が低いため二次側の流体圧力も上昇せず、結果としてダイヤフラム４はさらに上方へ押し上げられることとなるが、蓋体２に設けられたストッパー２１にダイヤフラム４が接触することにより、ダイヤフラム４の上限位置が決定されているため、必要以上にダイヤフラム４が引き上げられることは防止されている（図３の状態）。そのため、ダイヤフラム４の伸びや破損が防止され、それによる圧力制御性能の劣化を防ぐことができる。
【００３２】
また、レギュレータの二次側に設けられたバルブを閉じるなどして、二次側の流路を遮断してしまうと、レギュレータの二次側圧力は必然的に一次側圧力と同等となってしまう。このとき、一次側の流体圧力が気室５内部の圧力より高ければ、当然、二次側の流体圧力も気室５内部の圧力より高くなる。ダイヤフラム４の上面の面積はそれに対応する第一膜部１５及び鍔部１３の面積より大きいため、ダイヤフラム４の上面が流体から下向きに受ける力は気室５内部の空気または不活性ガスから上向きに受ける力より大きくなり、ダイヤフラム４には常に下向きの力が働くこととなる。したがって、ダイヤフラム４の円筒部１１は、本体１のプラグ６に押し付けられるが、円筒部１１とプラグ６が接触するとほぼ同時にダイヤフラム４の鍔部１３が気室形成用リング３の段差部２３と接触しダイヤフラム４の下降は防止されるため、円筒部１１とプラグ６との必要以上の押圧が防がれる（図４の状態）。それによって、プラグ６のキズや座屈、円筒部１１のキズの発生などを防ぐことができ、流体圧力制御性能の劣化が防止される。
【００３３】
図６は本発明の第二の実施態様を示す縦断面図である。前記第一の実施態様と異なる点は、ダイヤフラム４の環状突部１４の外周下面に環状切欠き部２７が設けられ、さらに、環状切欠き部２７に本体１と気室形成用リング３の間を密封するシールリング２８が嵌挿されている点である。弁の動作については前記と同一であるので説明は省略する。
【００３４】
【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で以下の優れた効果が得られる。
【００３５】
（１）蓋体に設けられたストッパーにダイヤフラムが接触することにより、ダイヤフラムの上限位置が決定されており、必要以上にダイヤフラムが引き上げられることが無くなったため、流体圧の高いラインに使用しても、ダイヤフラムの伸びや破壊を防止することができる。
【００３６】
（２）定圧レギュレータの二次側流体圧が過大に上昇しても、ダイヤフラムの鍔部と気室形成用リングの段差部が接触しダイヤフラムを支承することにより、ダイヤフラムの円筒部がプラグに必要以上に押圧されることがなくなったため、プラグのキズや座屈及び円筒部のキズの発生を防止することができる。
【００３７】
（３）コンパクトな構造でありかつ、低圧の液体ラインから高圧の液体ラインにおいて、安定した流体圧力制御が得られる。
【００３８】
（４）接液する部材にＰＴＦＥ等の耐薬品性に優れた材質を用いると、不純物の溶出や薬液の汚染が極めて少ないため、腐食性の高い薬液ラインに好適に使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の定圧レギュレータの第一の実施態様を示す縦断面図である。
【図２】図１において一次側圧力が減少した状態を示す縦断面図である。
【図３】図２において一次側圧力がさらに減少した状態を示す縦断面図である。
【図４】図１において二次側の配管が完全に遮断された状態を示す縦断面図である。
【図５】蓋体の底面図である。
【図６】本発明の定圧レギュレータの第二の実施態様を示す縦断面図である。
【図７】従来の定圧レギュレータを示す縦断面図である。
【符号の説明】
１…本体
２…蓋体
３…気室形成用リング
４…ダイヤフラム
５…気室
６…プラグ
７…第一弁室
８…入口流路
９…シールリング
１０…流体制御部
１１…円筒部
１２…流体流通孔
１３…鍔部
１４…環状突部
１５…第一膜部
１６…第二膜部
１７…環状接合部
１８…環状突部
１９…環状溝
２０…第二弁室
２１…ストッパー
２２…出口流路
２３…段差部
２４…接合部
２５…通気孔
２６…通気孔
２７…環状切欠き部
２８…シールリング

Claims (5)

1. 本体（１）、蓋体（２）、本体（１）と蓋体（２）の間に挟持された気室形成用リング（３）及び上部及び下部がそれぞれ蓋体（２）及び気室形成用リング（３）に係合されたダイヤフラム（４）を内部に備えた定圧レギュレータであって、本体（１）には、その中央部に位置し底面中央より突出して設けられた円柱状のプラグ（６）を有する第一弁室（７）と第一弁室（７）と連通した入口流路（８）とが設けられ、ダイヤフラム（４）には、中央に、前記プラグ（６）とで流体制御部（１０）を形成するプラグ（６）の外径よりも小さい内径を有する円筒部（１１）と円筒部（１１）の上部に設けられた鍔部（１３）と鍔部（１３）の径方向に延長して設けられかつその周縁部に環状突部（１４）を有する第一膜部（１５）と円筒部（１１）の下端面に径方向に延長して設けられた第二膜部（１６）と第二膜部（１６）に連続して設けられ、気室形成用リング（３）の接合部（２４）に接合される環状接合部（１７）とが設けられ、該環状接合部（１７）の底面は本体（１）の上面と密封状態で接触されており、蓋体（２）には、下端面周縁部にダイヤフラム（４）の環状突部（１４）が嵌合される環状溝（１９）と該溝（１９）の内側に位置しダイヤフラム（４）の上下動を許容する第二弁室（２０）と第二弁室（２０）上面より突出して設けられ前記ダイヤフラム（４）の上限位置を規定するストッパー（２１）と第二弁室（２０）に連通する出口流路（２２）とが設けられ、また、本体（１）と蓋体（２）の間に挟持され、ダイヤフラム（４）との間に気室（５）を形成する気室形成用リング（３）には、ダイヤフラム（４）の鍔部（１３）を内包する段差部（２３）とその下部にダイヤフラム（４）の環状接合部（１７）が接合される接合部（２４）とが連続して設けられ、また、前記気室（５）と外部とを連通する通気孔（２５）が設けられており、蓋体（２）と気室形成用リング（３）は気室形成用リング（３）の段差部（２３）の外側においてシールリング（２８）を介して接合され、本体（１）と気室形成用リング（３）は該リング（３）の接合部（２４）の外側においてシールリング（９）を介して接合されていることを特徴とする定圧レギュレータ。
2. ダイヤフラム（４）の環状接合部（１７）の外径が鍔部（１３）の外径より小さく設けられていることを特徴とする請求項１に記載の定圧レギュレータ。
3. ダイヤフラム（４）の環状突部（１４）の外周下面に環状切欠き部（２７）が設けられ、該切欠き部（２７）にシールリング（２８）が嵌挿されていることを特徴とする請求項１，２のいずれかに記載の定圧レギュレータ。
4. 通気孔（２５）が少なくとも二個設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の定圧レギュレータ。
5. ダイヤフラム（４）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１〜４のいずれか１項に記載の定圧レギュレータ。

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