JP4471541B2 - 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超純水ラインや各種化学薬液ラインにおいて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６に示すとおり、第１の弁室４０と入口流路４１とを有する本体４２と、第２の弁室４３と出口流路４４とを有する蓋体４５と、第１の弁室４０の上部周縁に固定された第１のダイヤフラム４６と、本体４２と蓋体４５とによって挟持された第２のダイヤフラム４７と、第１及び第２のダイヤフラム４６、４７の中央に設けた環状接合部４８に接合され軸方向に移動自在のスリーブ４９と、第１の弁室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の内周面と第１及び第２のダイヤフラム４６、４７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２のダイヤフラム４７の受圧面積を第１のダイヤフラム４６の受圧面積より大とした構造となっている。
【０００４】
【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では、第２のダイヤフラム４７の材質が、腐食性流体のラインに好適に使用されるポリテトラフルオロエチレン（以下ＰＴＦＥという）のようなクリープを起こしやすいものであれば、ダイヤフラム４７の環状突部５５がクリープを起こし経時的に第２の弁室４３のシール性能が低下することがあった。また、ゴム弾性体を使用すると、流体熱によりゴムが劣化し、やはりシール性能が低下することがあった。また、プラグ５２が本体４２に螺合される構造であったため、第１の弁室４０に長期の圧力変動や温度の変化が起こると、ゆがみや変形により接合部におけるシール性能が低下することがあった。
【０００５】
本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、長期にわたって弁室のシール性能を保持し、腐食性の高い薬液ラインにおいても使用可能な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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の構成をその実施態様を示す図１を参照して説明すると、本発明の定圧レギュレータは、本体１と、蓋体２と、本体１と蓋体２との間に挟持された気室形成用リング３と、上部と下部がそれぞれ蓋体２と本体１とに接合されたダイヤフラム４とを具備し、本体１には、上部にダイヤフラム４の下部が接合される接合部５と、底面中央より突出する円柱状のプラグ６を有する第１の弁室７と、第１の弁室７に連通する入口流路８と、ダイヤフラム４と本体１との間に形成された気室９に連通する通気孔１０とが設けられ、ダイヤフラム４には、中央部に前記プラグ６とで流体制御部１２を形成しプラグ６の外径より小さい内径を有する円筒部１３と、円筒部１３の上部に設けられた鍔部１４と、鍔部１４の径方向に延長して設けられかつその周縁に環状突部１５を有する第１の膜部１６と、円筒部１３の下端面に径方向に延長して設けられた第２の膜部１７と、第２の膜部１７に連続して設けられ本体１の接合部５に接合される環状接合部１８とが設けられ、蓋体２には、下端面周縁部にダイヤフラム４の環状突部１５が嵌合される環状溝１９と、環状溝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２の弁室２０と、第２の弁室２０に連通する出口流路２１とが設けられ、また前記気室形成用リング３は第２の弁室２０の内径とほぼ同じ内径を有し前記気室９を密封するよう本体１と蓋体２との間に挟持され、気室形成用リング３の上面にはダイヤフラム４の環状突部１５を裏打ちするシールリング２２が嵌挿される第１の凹所２３が設けられ、気室形成用リング３の下面には気室９を密封するシールリング２４が嵌挿される第２の凹所２５が設けられていることを特徴としている。
【０００７】
本発明の好ましい実施態様によれば、前記第１の凹所は気室形成用リング３の上面に形成された環状溝２２であり、第２の凹所は気室形成リング３の下面に形成された環状溝２５である。
【０００８】
また本発明の他の実施態様によれば、図５に示されるように、蓋体３０の本体１との接合部には気室形成用リング３１が内包される段差部３２が設けられ、シールリング２２が嵌挿される第１の凹所が気室形成用リング３１の外側周面と段差部３２との間に形成された環状切欠部３６であり、シールリング２４が嵌挿される第２の凹所が気室形成用リング３１の外周面と段差部３２との間に形成された環状切欠部３７となっている。
【０００９】
さらに、本発明の好ましい実施態様によれば、ダイヤフラム４の材質はＰＴＦＥである。
【００１０】
また、好ましい実施態様では通気孔１０は少なくとも２個設けられている。
【００１１】
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、ベースプレート２６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。
【００１２】
【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。
【００１３】
図１は、本発明の定圧レギュレータ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圧が低下した状態を示す縦断面図である。図３は、図１における本体の平面図である。図４は、図１におけるダイヤフラムの半割りの斜視図である。図５は、本発明の定圧レギュレータの他の実施態様を示す縦断面図である。
【００１４】
図において、１はＰＴＦＥ製の本体であり、内部に第１の弁室７を有し、側面には第１の弁室７と連通している入口流路８と、気室９と連通する通気孔１０及び１１とが設けられている。第１の弁室７の上部にはダイヤフラム４の下部に位置する環状接合部１８が接合される接合部５が設けられ、また、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。尚、通気孔１０及び１１は、吸気用、排気用として使用されるものであるが、一個でも用は足りるものであり特に数量は限定されるものではない。本体１の平面形状を参考までに図３に示した。
【００１５】
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１５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２の弁室２０と、側面には第２の弁室２０に連通する出口流路２１が設けられている。
【００１６】
３は第２の弁室２０の内径と略同じ内径を有するポリプロピレン製の気室形成用リングであり、上面にはダイヤフラム４の環状突部１５を裏打ちするゴム弾性体よりなるシールリング２２が嵌挿される環状溝２３と下面には気室９を密封する同シールリング２４が嵌挿される環状溝２５が設けられており、本体１と蓋体２の間に挟持されている。
【００１７】
ダイヤフラム４はＰＴＦＥ製であり、中央に前記プラグ６の外径よりも小さい内径を有する円筒部１３と、円筒部１３の上部に設けられた鍔部１４と、鍔部１４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１５を有する第１の膜部１６と、円筒部１３の下端面に径方向に延長して設けられた第２の膜部１７と、第２の膜部１７に連続して設けられ本体１の接合部５にＯリングを介して螺合される環状接合部１８が設けられている。円筒部１３の下端部は前記第１の弁室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１２を形成している。環状接合部１８の本体１の接合部５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。ダイヤフラム４の環状突部１５は蓋体２の環状溝１９に嵌合されるとともに、シールリング２２に裏打ちされることにより環状溝１９に押圧される。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２の膜部１７の受圧面積より大きく設けなければならい。
【００１８】
気室９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る。気室９の内部には前記通気孔１０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１１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１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２次側圧力を望む圧力に調整できる。
【００１９】
２６は補強用のポリプロピレン製のベースプレートであり、蓋体２、気室形成用リング３、及び本体１と共に、ボルト、ナット（図示せず）で挟持固定されている。例えば定圧レギュレータがＰＴＦＥやポリエチレン等のように強度が低くクリープをおこしやすい材質で作られている場合は、ボルト、ナットで挟持した際の変形や、経時的なボルト、ナットの緩みを防ぐため、ベースプレート２６で補強して変形やボルト、ナットの緩みを防止した方が良い。このベースプレート２６は定圧レギュレータの材質が十分強靭なもので形成されている場合は必ずしも必要ではない。
【００２０】
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。
【００２１】
図１の状態においては、第２の膜部１７は第１の弁室７内部の圧力すなわち定圧レギュレータ上流側（１次側）圧力による上向きの力と、気室９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２の弁室２０内部の圧力すなわちレギュレータ下流側（２次側）圧力による下向きの力を受け、ダイヤフラム４の上面に対応した第１の膜部１６と鍔部１４とが気室９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ダイヤフラム４と一体に設けられた円筒部１３の位置が決定されている。
【００２２】
図１の状態において１次側の圧力が低下した場合、一時的に２次側の圧力及び流量も減少する。そのため、第２の弁室２０の圧力が減少し、ダイヤフラム４の上面が受ける力も減少するが、第１の膜部１６及び鍔部１４が受ける気室９の内部圧力は不変であるため、第１の膜部１６及び鍔部１４が受ける気室９の内部圧力の方が大きくなり、円筒部１３を上方へ引き上げようとする。また、第１の弁室７の圧力も減少し、第２の膜部１７が流体から受ける力は減少するが、気室９の圧力は不変であるため、第２の膜部１７は円筒部１３を引き下げようとする。この時、第１の膜部１６及び鍔部１４の面積は、第２の膜部１７の面積より十分大きいため、結果として円筒部１３を上方へ引き上げることとなる（図２の状態）。これによって、流体制御部１２の開口面積は増加し、２次側の流体圧力は瞬時に元の圧力まで増加し、再び気室９内部の圧力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。
【００２３】
一方、図２の状態において１次側の圧力が増加した場合、一時的に２次側の圧力及び流量も増加する。したがって、第２の弁室２０の圧力は増加し、円筒部１３を押し下げようとする。また、第１の弁室７の圧力も増加するため第２の膜部１７は円筒部１３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２の膜部１７の面積より十分大きい為、円筒部１３は押し下げられる。これによって、流体制御部１２の開口面積は減少し（図１の状態）、２次側の流体圧力は瞬時に元の圧力まで減少し、再び気室９内部の圧力と流体圧力による力の釣り合いが保たれ、元の流量も保たれる。
【００２４】
以上のように１次圧が増減しても、瞬時にダイヤフラム４の円筒部１３の位置が変化して、常に２次側の圧力が一定に保たれ、したがって設定した流量を安定して保持することが出来る。
【００２５】
尚、気室９内部の圧力を変更すれば、２次側圧力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。
【００２６】
また、前記第２の弁室２０に達した流体はその圧力の作用によりダイヤフラム４の環状突部１５及び環状溝１９とのシール面を通過して定圧レギュレータ外部へと流出しようとするが、環状突部１５が気室形成用リングの上面に配置された環状溝２３に嵌挿されるシールリング２２によって蓋体２の環状溝１９に押圧されているので流体の定圧レギュレータ外部への流出は阻止される。
【００２７】
しかしながら、流体の圧力や温度が長期間にわたって変動することにより、ダイヤフラム４の環状突部１５や蓋体２の環状溝１９がクリープや歪みを発生したり、また、流体温度の頻繁な変化が起こると本体１、蓋体２、気室形成用リング３、ベースプレート２６を挟持しているボルトに緩みが発生したりし、ダイヤフラム４の環状突部１５を蓋体２の環状溝１９に押圧する力が減少しようとする。
【００２８】
本発明の定圧レギュレータでは、環状突部１５はシールリング２２の弾性作用によって蓋体２の環状溝１９に押圧されているため、環状突部１５を環状溝１９に押圧する力が低下せず、流体の定圧レギュレータ外部への流出は阻止される。
【００２９】
さらにまた、シールリング２２が流体の温度の影響で劣化しても、流体の温度が伝わりにくい位置である気室形成用リング３下部の環状溝２５に嵌挿されるシールリング２４の弾性作用によって、ダイヤフラム４の環状突部１５は蓋体２の環状溝１９に押圧されているため、流体の定圧レギュレータ外部への流出は阻止される。
【００３０】
図５は本発明の他の実施態様を示した縦断面図である。
【００３１】
図において、本体１、ダイヤフラム４、シールリング２２、２４、及びベースプレート２６については前記第１の実施態様と同一であるため同じ番号が付してある。
【００３２】
以下、図１と異なる点についてのみ説明する。
【００３３】
３０は蓋体であり、下部内面に気室形成用リング３１とシールリング２２及び２４を内包する段差部３２と、段差部３２の段差面に設けられダイヤフラム４の環状突部１５が嵌合される環状溝３３と、環状溝３３の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円形状の第２の弁室３４と、側面に第２の弁室３４とを連通する出口流路３５が設けられている。
【００３４】
３１は本体１と蓋体３０に挟持されている気室形成用リングであり、第２の弁室３４と略同じ内径を有し、上面外周側にシールリング２２が嵌挿される環状切欠部３６と、下面外周側にシールリング２４が嵌挿される環状切欠部３７が設けられている。環状切欠部３６は、シールリング２２を段差部３２の内周面と環状突部１５に押圧するよう設計されている。さらに、環状切欠部３７は、シールリング２４を段差部３２内周面と本体１上端面に押圧するよう設計されており、シールリング２２、２４は、気室９のシールとともにダイヤフラム４の環状突部１５の裏打ちとして使用される。
【００３５】
上記の構成からなる第２の実施態様の定圧レギュレータの作動は第１の実施態様と同一であるので省略するが、前記第２の弁室３４の流体が蓋体３０の環状溝３３とダイヤフラム４の環状突部１５とのシール面から流出しても、シールリング２２が蓋体３０の段差部３２内周面とダイヤフラム４の環状突部１５を押圧するように配置されているため、外部への流出は防がれる。
【００３６】
【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。
【００３７】
（１）シールリングにより弁室のシール部分の裏打ちを行うとともに、温度の伝わりにくい位置でさらに裏打ちを行っているため、長期にわたって確実なシール性能を保持する。
【００３８】
（２）第一弁室のプラグが本体と一体成形にて設けられているため、従来品に比較して第一弁室からの外部への流体漏れの心配が全くなくなった。
【００３９】
（３）コンパクトな構造でありかつ、安定した流体圧力制御が得られる。
【００４０】
（４）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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の定圧レギュレータの実施態様の縦断面図である。
【図２】 図１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】 本体の平面図である。
【図４】 ダイヤフラムの半割りの斜視図である。
【図５】 本発明の定圧レギュレータの他の実施態様の縦断面図である。
【図６】 従来の定圧レギュレータの縦断面図である。
【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…接合部
６…プラグ
７…第１弁室
８…入口流路
９…気室
１０…通気孔
１１…通気孔
１２…流体制御部
１３…円筒部
１４…鍔部
１５…環状突部
１６…第１膜部
１７…第２膜部
１８…環状接合部
１９…環状溝
２０…第２弁室
２１…出口流路
２２…シールリング
２３…環状溝
２４…シールリング
２５…環状溝
２６…ベースプレート
３０…蓋体
３１…気室形成用リング
３２…段差部
３３…環状溝
３４…第２弁室
３５…出口流路
３６…環状切欠部
３７…環状切欠部

Claims (5)

1. 本体（１）と、蓋体（２，３０）と、本体（１）と蓋体（２，３０）との間に挟持された気室形成用リング（３，３１）と、上部と下部がそれぞれ蓋体（２，３０）と本体（１）とに接合されたダイヤフラム（４）とを具備し、本体（１）には、上部にダイヤフラム（４）の下部が接合される接合部（５）と、底面中央より突出する円柱状のプラグ（６）を有する第１の弁室（７）と、第１の弁室（７）に連通する入口流路（８）と、ダイヤフラム（４）と本体（１）との間に形成された気室（９）に連通する通気孔（１０）とが設けられ、ダイヤフラム（４）には、中央部に前記プラグ（６）とで流体制御部（１２）を形成しプラグ（６）の外径より小さい内径を有する円筒部（１３）と、円筒部（１３）の上部に設けられた鍔部（１４）と、鍔部（１４）の径方向に延長して設けられかつその周縁に環状突部（１５）を有する第１の膜部（１６）と、円筒部（１３）の下端面に径方向に延長して設けられた第２の膜部（１７）と、第２の膜部（１７）に連続して設けられ本体（１）の接合部（５）に接合される環状接合部（１８）とが設けられ、蓋体（２，３０）には、下端面周縁部にダイヤフラム（４）の環状突部（１５）が嵌合される環状溝（１９，３３）と、環状溝（１９，３３）の内側に位置しダイヤフラム（４）の上下動を許容する第２の弁室（２０，３４）と、第２の弁室（２０，３４）に連通する出口流路（２１，３５）とが設けられ、また前記気室形成用リング（３，３１）は第２の弁室（２０，３４）の内径とほぼ同じ内径を有し前記気室（９）を密封するよう本体（１）と蓋体（２，３０）との間に挟持され、気室形成リング（３，３１）の上面にはダイヤフラム（４）の環状突部（１５）を裏打ちするシールリング（２２）が嵌挿される第１の凹所（２３，３６）が設けられ、気室形成リング（３，３１）の下面には気室（９）を密封するシールリング（２４）が嵌挿される第２の凹所（２５，３７）が設けられていることを特徴とする定圧レギュレータ。
2. シールリング（２２）が嵌挿される前記第１の凹所が気室形成用リング（３）の上面に形成された環状溝（２３）であり、シールリング（２４）が嵌挿される前記第２の凹所が気室形成リング（３）の下面に形成された環状溝（２５）である請求項１に記載の定圧レギュレータ。
3. 蓋体（３０）の本体（１）との接合部には気室形成リング（３１）が内包される段差部（３２）が設けられ、シールリング（２２）が嵌挿される前記第１の凹所が気室形成用リング（３１）の外側周面と段差部（３２）との間に形成された環状切欠部（３６）であり、シールリング（２４）が嵌挿される前記第２の凹所が気室形成用リング（３１）の外周面と段差部（３２）との間に形成された環状切欠部（３７）である請求項１に記載の定圧レギュレータ。
4. 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請求項１記載の定圧レギュレータ。
5. 通気孔（１０）が少なくとも二個設けられている請求項１に記載の定圧レギュレータ。

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