JP4633292B2 - 流体制御弁 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を制御する流体制御弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、流体を制御するものとして、例えば、図１５の流体制御弁１００がある。図１５の流体制御弁１００は、カバー１及びシリンダチューブ２からなる駆動部３と、流路が形成されたボディ４が、一体的に構成されている。
【０００３】
カバー１には、調整ボルト５が進退可能に螺合されて設けられ、この調整ボルト５は、ロックナット６により位置決め固定されるようになっている。そして調整ボルト５の下方には、シリンダチューブ２内を摺動するピストン７が配設されている。このピストン７の下端部には、ダイアフラム弁体８が連結されている。このダイアフラム弁体８は、シリンダチューブ２とボディ４に狭持され、後述する連通流路１０１，１０２を密閉している。
【０００４】
一方、ボディ４は、第１開口部９と第２開口部１０が対向側面に形成されている。そして、ボディ４の中央部には、第１開口部９に連通する流路１１を備える突起部１２が設けられ、その突起部１２の周りに、第２開口部１０に連通する連通流路１０１，１０２が形成されている。この連通流路１０１，１０２は、第２開口部１０から突起部１２の左右両側に形成され、その底面１０１ａ，１０２ａは、第１開口部９を回避するために、第２開口部１０側から第１開口部９側に向かって同一角度で斜め上がりに形成されている。そのため、連通流路１０１，１０２は、突起部１２を挟んで対称形状をなしている。そして、突起部１２の上側面には、弁座１３が配設され、その弁座１３には、流路１１に連通する弁孔１３ａが形成されている。従って、第１開口部９は、流路１１、弁座１３の弁孔１３ａ、連通流路１０１，１０２を介して、第２開口部１０に連通している。
【０００５】
そこで、図１５の流体制御弁１００においては、「第１開口部９を入力ポート、第２開口部１０を出力ポートとして使用する場合」には、調整ボルト５を所定位置に移動させてからロックナット６で位置決め固定することにより、第１開口部９から第２開口部１０に供給する流体の圧力値を調整し、流体を第１開口部９から流路１１にまで入力させる。そして、ピストン７が駆動部３内を上昇し、ダイアフラム弁体８が弁座１３から所定量離間されると、第１開口部９から流路１１にまで流れた流体が、弁座１３の弁孔１３ａから連通流路１０１，１０２に流出し、第２開口部１０に設定圧力で供給される。
【０００６】
また、図１５の流体制御弁１００においては、「第２開口部１０を入力ポート、第１開口部９を出力ポートとして使用する場合」には、調整ボルト５で第２開口部１０から第１開口部９に供給する流体の圧力を調整し、第２開口部１０から連通流路１０１，１０２に流体を流入させる。そして、ピストン７が駆動部３内を上昇し、ダイアフラム弁体８が弁座１３から所定量離間されると、第２開口部１０から連通流路１０１，１０２に流入した流体が、弁座１３の弁孔１３ａに流れ込み、流路１１を介して第１開口部９に設定圧力で供給される。
【０００７】
従って、図１５の流体制御弁１００は、ダイアフラム弁体８と弁座１３との離間距離を調整することにより、第１開口部９から第２開口部１０、又は、第２開口部１０から第１開口部９に供給する流体の圧力を制御することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
（１）しかしながら、図１５の流体制御弁１００では、連通流路１０１，１０２の第１開口部９側の内壁付近に、滞留部が発生する場合があった。
すなわち、「第１開口部９を入力ポート、第２開口部１０を出力ポートとして使用する場合」には、図１６及び図１７の流線Ｌ１〜Ｌ５に示すように、弁座１３の弁孔１３ａから連通流路１０１，１０２に流出した流体は、突起部１２の外周面及び連通流路１０１，１０２に沿って流れ、第２開口部１０に供給されていた。このとき、流体は、最短距離を流れようとして、図１６及び図１７の流線Ｌ１を流れる流量が、図１６及び図１７の流線Ｌ４，Ｌ５を流れる流量より多くなり、連通流路１０１，１０２の第１開口部９側の内壁付近に、よどみを生じる場合があった。そのため、連通流路１０１，１０２の第１開口部９側の内壁付近には、液溜まりや気泡溜まり等の滞留部Ｐ１が発生する場合があった。
【０００９】
一方、「第２開口部１０を入力ポート、第１開口部９を出力ポートとして使用する場合」には、図１８及び図１９の流線Ｌ６〜Ｌ１０に示すように、弁座１３の弁孔１３ａから連通流路１０１，１０２に流入した流体は、連通流路１０１，１０２に沿って流れて、弁座１３の弁孔１３ａに流れ込み、流路１１を介して第１開口部９に供給されていた。このとき、流体は、最短距離を流れようとして、図１８及び図１９の流線Ｌ６を流れる流量が、図１８及び図１９の流線Ｌ９及びＬ１０を流れる流量より多くなるとともに、突起部１２の左右両側に分岐して流れ、連通流路１０１，１０２の第１開口部９側の内壁付近で合流するため、連通流路１０１，１０２の第１開口部９側の内壁付近によどみを生じる場合があった。そのため、連通流路１０１，１０２の第１開口部９側の内壁付近には、液溜まりや気泡溜まり等の滞留部Ｐ２が発生する場合があった。
【００１０】
この点、特に、連通流路１０１，１０２の第１開口部９側の内壁付近に発生する滞留部Ｐ１，Ｐ２は、流体の性質を変化させたり、流体と一緒に下流に流れ出すことにより図１５の流体制御弁１００の流体制御の精度を低下させるおそれがあるため、発生した場合には重要な問題である。
【００１１】
（２）また、図１５の流体制御弁１００では、連通流路１０１，１０２の第２開口部１０側の内壁付近に、乱流部が発生する場合があった。
すなわち、「第１開口部９を入力ポート、第２開口部１０を出力ポートとして使用する場合」には、弁座１３の弁孔１３ａから第２開口部１０に最短距離で流れる流体は、図１６及び図１７の流線Ｌ１に示すように、弁座１３の弁孔１３ａから上向きに流出すると、下向きに流れの向きを変化されて、第２開口部１０に供給されていた。そのため、流体の流れる方向が、弁座１３付近において略１８０度も変化され、弁座１３付近に乱流部Ｒ１が発生する場合があった。
【００１２】
一方、「第２開口部１０を入力ポート、第１開口部９を出力ポートとして使用する場合」には、第２開口部１０から弁座１３の弁孔１３ａに最短距離で流れる流体は、図１８及び図１９の流線Ｌ６に示すように、第２開口部から流入すると、突起部１２の外周面に沿って上向きに流れ、弁座１３の弁孔１３ａに沿って下向きに流れの方向を変化されてから、弁座１３の弁孔１３ａに流れ込み、流路１１を介して第１開口部９に供給されていた。そのため、流体の流れる方向が、弁座１３付近において略１８０度も変化され、弁座１３の弁孔１３ａ付近に乱流部Ｒ２が発生する場合があった。
【００１３】
この点、特に、弁座１３付近に発生した乱流部Ｒ１、及び、弁座１３の弁孔１３ａ付近に発生した乱流部Ｒ２は、摩擦損失を増大させ、速度係数（以下、「Ｃｖ値」という。）を低下させるため、発生した場合には重要な問題である。
【００１４】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、連通流路の内壁付近に滞留部が発生することを減少させることができるとともに、弁座付近に乱流部が発生することを減少させることができる流体制御弁を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願請求項１に記載の流体制御弁は、流体が入力又は出力される第１開口部及び第２開口部と、第１開口部に連通する流路が中央部に設けられた突起部と、突起部の端面に設けられるとともに、流路に連通する弁孔が形成された弁座と、突起部の片側から螺旋状に形成されて、弁座の弁孔と第２開口部とを連通させる連通流路と、弁座に当接又は離間する弁体と、を有すること、連通流路は、流路形成方向に対して直交する底部の断面が円弧状であること、前記連通流路と前記第２開口部との連通部分に、カーブを備える壁が設けられていること、前記弁体が、前記弁座に当接又は離間する弁体部と、前記弁体部の周りに沿って設けられた薄膜部を備えるダイアフラム弁体であって、前記連通流路の始端部と終端部との間に、前記弁座より低い位置に水平に形成されたひけを有すること、を特徴とする。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明であって、前記連通流路が、前記突起部の周りを２４０乃至３６０度回転するように設けられていること、を特徴とする。
【００２０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載する流体制御弁において、前記弁座の片側に設けられた前記第２開口部に接続される流路は、前記弁座の外周を前記弁座の開閉面との水平距離を広げながら周回するものであること、を特徴とする。
【００２１】
上記構成を有する本発明の流体制御弁においては、「第１開口部を入力ポート、第２開口部を出力ポートにした場合」には、弁体が弁座から離間すると、第１開口部から突起部の流路にまで入力された流体が、弁座の弁孔から連通流路に流出し、突起部の片側のみを流れて、第２開口部に供給される。このとき、連通流路を流れる流体が、渦巻き状の流れを形成するため、弁座の弁孔から連通流路に流出した流体は、連通流路の内壁付近の流体を巻き込みながら連通流路を流れ、第２開口部に供給される。よって、連通流路の内壁付近に滞留部が発生しにくくなる。また、弁座の弁孔から連通流路に流出した流体は、連通流路を流れるときに、外径方向の力を発生して、一定方向の流れを形成する。そのため、弁座の弁孔から連通流路に流出した流体は、その一定方向の流れに沿って、弁座付近で流れの方向を緩やかな角度で変化されてから連通流路を流れ、第２開口部に供給される。よって、弁座付近に乱流部が発生しにくくなる。
【００２２】
一方、「第２開口部を入力ポート、第１開口部を出力ポートにした場合」には、弁体が弁座から離間すると、第２開口部から連通流路に流入した流体が、突起部の片側のみを流れて、弁座の弁孔に流れ込み、突起部の流路を介して第１開口部に供給される。このとき、連通流路を流れる流体は、渦巻き状の流れを形成するため、連通流路の内壁付近の流体を巻き込みながら弁座の弁孔にまで流れる。よって、連通流路の内壁付近に滞留部が発生しにくくなる。また、第２開口部から連通流路に流入した流体は、連通流路を流れるときに、外径方向の力を発生して、一定方向の流れを発生する。そのため、第２開口部から連通流路に流入した流体は、弁座付近まで流れると、その一定方向の流れに沿って、弁座付近で流れの方向を緩やかな角度で変化されてから、弁座の弁孔に流れ込む。よって、弁座の弁孔付近に乱流部が発生しにくくなる。
【００２３】
従って、本発明の流体制御弁では、流体が、連通流路内を渦巻き状の流れを発生させながら一定方向に流れるため、連通流路の内壁付近に滞留部が発生することを減少させることができるとともに、弁座付近に乱流部が発生することを減少させることができる。そのため、連通流路において滞留した流体の性質が変化したり、滞留部に滞留した流体が新しい流体と一緒に下流に流れ出すことにより流体制御の精度を低下させるおそれが少なくなる。また、第１開口部を入力ポート、第２開口部を出力ポートとして使用する場合には、本発明の流体制御弁は、摩擦損失を小さくして、「Ｃｖ値」を大きくすることができる。
【００２４】
ここで、連通流路が突起部の片側から２４０〜３６０度回転するように設けられている場合には、流体は、連通流路の第１開口部側の内壁に衝突して突起部の周りを旋回するように流れるため、連通流路内を遠心力を発生させながら流れる。そのため、流体は、その遠心力に吸引されて弁座の弁孔から流出し、又は、弁座の弁孔に流入するので、弁座付近で急激に流れの方向を変化されにくくなり、乱流部を発生しにくくなる。また、弁体付近の流体が、連通流路を流れる流体に巻き込まれるので、連通流路の内壁付近や弁体付近に滞留部が発生しにくくなる。この点、突起部の周りを１８０度周回するように連通流路を形成した場合には、流体が連通流路の第１開口部側の内壁に衝突しても、その後に突起部の周りを旋回するように流れないため、連通流路内を遠心力を発生させながら流れることができず、弁座付近で流れの方向が急激に変化され、乱流部を発生しやすい。また、弁体付近の流体が、連通流路を流れる流体に巻き込まれにくいので、弁体付近に滞留部が発生しやすい。
従って、本発明の流体制御弁では、連通流路の内壁付近や弁体付近に滞留部が発生することを減少させることができるとともに、弁座付近に乱流部が発生することを減少させることができ、流体制御の精度を向上させることができる。
【００２５】
また、連通流路を螺旋状の滑らかな面で形成した場合には、連通流路を流れる流体と連通流路の底面との間に生じる摩擦損失が小さいため、流体が連通流路をスムーズに流れることができ、連通流路に乱流部が発生しにくくなる。
従って、本発明の流体制御弁では、連通流路に乱流部が発生することを減少させて、「Ｃｖ値」を大きくすることができる。
【００２６】
また、連通流路を螺旋階段状に形成した場合には、流体が、第２開口部と弁座の弁孔との間を直接流れにくくなるので、連通流路に乱流部が発生しにくくなる。
従って、本発明の流体制御弁では、連通流路に乱流部が発生することを減少させて、「Ｃｖ値」を大きくすることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る流体制御弁の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施の形態の流体制御弁は、従来技術の欄で説明した図１５の流体制御弁１００と連通流路１０１，１０２の形状が相違している。従って、図１５の流体制御弁１００の概要は、従来技術の欄で既に説明しているので、その詳細な説明は省略する。また、従来技術の欄で使用した図１５の符号は、本欄の説明においても使用するものとする。
【００２８】
図１の流体制御弁２０は、ボディ２１が、駆動部３と一体に構成されている。ボディ２１には、図１及び図２に示すように、第１開口部９と第２開口部１０が対向側面に形成されている。ボディ２１の中央部には、第１開口部９に連通する流路１１を備える突起部１２が設けられ、その突起部の周りに、第２開口部に連通する連通流路２２が設けられている。
【００２９】
その連通流路２２は、突起部１２の周りに螺旋状に形成されている。具体的には、連通流路２２は、底面２２ａが、図３及び図４に示すように、第２開口部１０から第１開口部９に向かって斜め上がりに形成され、さらに、図４及び図５に示すように、第１開口部９から第２開口部１０に向かって斜め上がりに形成されている。そのため、図６に示すように、連通流路２２は、第２開口部１０から突起部１２の周りを略３６０度回転する螺旋状に形成されている。そして、第２開口部１０と連通流路２２との連通部分には、壁２２ｂが設けられ、その壁２２ｂには、第２開口部１０に対して流体を流れやすくするために、カーブが設けられている。従って、連通流路２２は、底面２２ａと弁座１３との水平距離を広げるように第２開口部１０から突起部１２の周りに形成される。尚、第２開口部１０から第１開口部９に向かって形成される底面２２ａの傾斜角度と、第１開口部９から第２開口部１０に向かって形成される底面２２ａの傾斜角度とは、同一であってもよいし、異なってもよい。
【００３０】
そこで、「第１開口部９を入力ポート、第２開口部１０を出力ポートとして使用する場合」の図１の流体制御弁２０の作用について説明する。この場合のように、「第１開口部９を入力ポート、第２開口部１０を出力ポートとして使用する場合」には、図１の流体制御弁２０では、調整ボルト５で第１開口部９から第２開口部１０に供給される流体の圧力値を調整してから、流体を第１開口部９から流路１１にまで入力させる。
【００３１】
このとき、ピストン７が下降し、ダイアフラム弁体８を弁座１３に当接させていれば、第１開口部９から流路１１にまで入力した流体は、弁座１３の弁孔１３ａから連通流路２２に流出しない。
【００３２】
しかし、ピストン７が上昇して、ダイアフラム弁体８が弁座１３から所定量離間されると、第１開口部９から流路１１にまで流れた流体が、弁座１３の弁孔１３ａから連通流路２２に流出する。
【００３３】
このとき、連通流路２２を流れる流体は、図７及び図８の流線Ｍ１〜Ｍ５のように、突起部１２の周りを略３６０度回転するように流れるため、連通流路２２と突起部１２との外径差によって渦巻き状の流れを形成する。そのため、流体が、弁座１３の弁孔１３ａから連通流路２２の第１開口部９側に流出しても、その流体は、図７及び図８の流線Ｍ５のように、連通流路２２を流れる流体の渦巻き状の流れに巻き込まれて、第２開口部１０にまで流れるため、連通流路２２の内壁付近によどみを発生させない。よって、連通流路２２の第１開口部９側の内壁付近に滞留部が発生しにくくなる。
【００３４】
また、連通流路２２を流れる流体は、図７及び図８の流線Ｍ１〜Ｍ５のように、突起部１２の周りを略３６０度回転するように流れるときに、遠心力を発生する。そのため、流体が、弁座１３の弁孔１３ａから連通流路２２の第２開口部１０側に流出しても、その流体は、図７及び図８の流線Ｍ１のように、連通流路２２を流れる流体の遠心力に吸引されて、弁座１３付近で流れの方向を緩やかな角度で変化されてから、連通流路２２に沿って突起部１２の周りを略３６０度回転するように流れて、第２開口部１０に供給される。よって、弁座１３の弁孔１３ａから流出した流体は、流れの方向が弁座１３付近で急激に変化されにくいので、弁座１３付近に乱流部が発生しにくくなる。
【００３５】
従って、図１の流体制御弁２０において、「第１開口部９を入力ポート、第２開口部１０を出力ポートとして使用する場合」には、流体が、連通流路２２を渦巻き状の流れを形成しながら弁座１３の弁孔１３ａから第２開口部２０に流れるので、連通流路２２の第１開口部９側の内壁付近に液溜まりや気泡溜まり等の滞留部が発生することを減少させることができるとともに、弁座１３付近に乱流部が発生することを減少させることができる。そのため、液溜まりや気泡溜まりなどの滞留部において液体や気体の性質が変化したり、液溜まりや気泡溜まりなどが流体と一緒に第２開口部１０に流れ出すことが少なくなるので、流体制御の精度を向上させることができる。また、図１の流体制御弁２０において、「第１開口部９を入力ポート、第２開口部１０を出力ポートとして使用する場合」には、同様の弁構造を備える従来の流体制御弁１００（図１５参照）と比較して、摩擦損失を小さくすることにより「Ｃｖ値」を約１．１５倍に大きくすることができ、流体制御の精度を向上させることができる。
【００３６】
ここで、図１の流体制御弁２０では、ダイアフラム弁体８の薄膜部が上向きに湾曲しているため、ダイアフラム弁体８の薄膜部付近の流体の流れが悪い場合がある。しかし、連通流路２２に流入した流体は、突起部１２の周りを約３６０度回転して流れるときに、遠心力を発生するとともに、渦巻き状の流れを形成している。そのため、流体は、ダイアフラム弁体８の薄膜部付近の流体を巻き込みながら連通流路２２を流れるため、ダイアフラム弁体８の付近に滞留部が発生しにくくなる。従って、本実施の形態の流体制御弁２０では、ダイアフラム弁体８付近に滞留部が発生することを減少させることができ、流体制御の精度を向上させることができる。
【００３７】
そして、図１の流体制御弁２０では、上述したように、連通流路２２に滞留部や乱流部が発生しにくいので、装置を停止したときに、連通流路２２に流体が残存しにくくなる。そのため、図１の流体制御弁２０が複数種類の流体を制御する場合において、流体を切り替えたときに、流体が混在する時間が短くなる。従って、図１の流体制御弁２０は、流体の切り替えを短時間で行うことができ、流体の置換性を向上させることができる。
【００３８】
また、連通流路２２の底面２２ａが滑らかな螺旋状の面で形成されているので、連通流路２２を流れる流体と連通流路２２の底面２２ａとの間に生じる摩擦損失が小さい。また、流体が、連通流路２２の底面２２ａに案内されて、弁座１３の弁孔１３ａから第２開口部１０に向かって突起部１２の周りを緩やかに下るように流れる。そのため、流体が連通流路２２をスムーズに流れることができ、連通流路２２に乱流部が発生しにくくなる。従って、本実施の形態の流体制御弁２０では、連通流路２２に乱流部が発生することを減少させることができ、「Ｃｖ値」を大きくすることができる。
【００３９】
さらに、図１の流体制御弁２０では、使用初期に、弁座１３の弁孔１３ａから連通流路２２に流出した流体に気泡が混入していたり、流体圧力によって連通流路２２に気泡が発生する場合がある。しかし、図１の流体制御弁２０では、連通流路２２に気泡が発生しても、連通流路２２を流れる流体が、連通流路２２に発生した気泡を巻き込んで第２開口部１０に流れるため、気泡抜けがよい。従って、図１の流体制御弁２０では、使用初期時に発生する気泡を早期に第２開口部１０に流すことができ、短時間で装置を立ち上げることができる。
【００４０】
次に、「第２開口部１０を入力ポート、第１開口部９を出力ポートとして使用する場合」の図１の流体制御弁２０の作用について説明する。この場合のように、「第２開口部１０を入力ポート、第１開口部９を出力ポートとして使用する場合」には、図１の流体制御弁２０では、調整ボルト５で第２開口部１０から第１開口部９に供給される流体の圧力値を調整してから、第２開口部１０から連通流路２２に流体を流入させる。
【００４１】
このとき、ピストン７が下降し、ダイアフラム弁体８を弁座１３に当接させていれば、第２開口部１０から連通流路２２に流入した流体は、弁座１３の弁孔１３ａに流れ込まない。
【００４２】
しかし、ピストン７が上昇して、ダイアフラム弁体８が弁座１３から所定量離間されると、第２開口部１０から連通流路２２に流入した流体が、弁座１３の弁孔１３ａに流れ込み、流路１１を介して第１開口部９に供給される。
【００４３】
このとき、連通流路２２を流れる流体は、図９及び図１０の流線Ｍ６〜Ｍ１０のように、突起部１２の周りを略３６０度回転するように流れるため、連通流路２２と突起部１２との外径差によって渦巻き状の流れを形成する。そのため、第２開口部１０から連通流路２２に流入した流体は、図９及び図１０の流線Ｍ１０のように、連通流路２２に形成された渦巻き状の流れに巻き込まれて、弁座１３にまで流れるので、連通流路２２の内壁付近によどみを生じさせない。よって、連通流路２２の第１開口部９側の内壁付近に滞留部が発生しにくくなる。
【００４４】
また、連通流路２２を流れる流体は、図９及び図１０の流線Ｍ６〜Ｍ１０のように、突起部１２の周りを略３６０度回転するように流れるときに、遠心力を発生する。そのため、第２開口部１０から連通流路２２に流入した流体は、図９及び図１０の流線Ｍ６のように、連通流路２２を流れる流体の遠心力に吸引されて、連通流路２２に沿って突起部１２の周りを略３６０度回転するように流れて、弁座１３まで流れると、弁座１３付近で流れの方向を緩やかな角度で変化されてから、弁座１３の弁孔１３ａに流れ込み、流路１１を介して第１開口部９に供給される。よって、第２開口部１０から連通流路２２に流入した流体は、弁座１３付近で流れの方向が急激に変化されにくいので、弁座１３の弁孔１３ａ付近に乱流部が発生しにくくなる。
【００４５】
従って、図１の流体制御弁２０において、「第２開口部１０を入力ポート、第１開口部９を出力ポートとして使用する場合」には、流体が、連通流路２２を渦巻き状の流れを形成しながら第２開口部１０から弁座１３の弁孔１３ａに流れるので、連通流路２２の第１開口部９側の内壁付近に液溜まりや気泡溜まり等の滞留部が発生することを減少させることができるとともに、弁座１３の弁孔１３ａ付近に乱流部が発生することを減少させることができる。そのため、液溜まりや気泡溜まりなどの滞留部において液体や気体の性質が変化したり、液溜まりや気泡溜まりなどが流体と一緒に弁座１３の弁孔１３ａに流れ出すことが少なくなるので、流体制御の精度を向上させることができる。
【００４６】
ここで、図１の流体制御弁２０では、ダイアフラム弁体８の薄膜部が上向きに湾曲しているため、ダイアフラム弁体８の薄膜部付近の流体の流れが悪い場合がある。しかし、連通流路２２に流入した流体は、突起部１２の周りを約３６０度回転して流れるときに、遠心力を発生するとともに、渦巻き状の流れを形成している。そのため、流体は、ダイアフラム弁体８の薄膜部付近の流体を巻き込みながら連通流路２２を流れるため、ダイアフラム弁体８の付近に滞留部が発生しにくくなる。従って、本実施の形態の流体制御弁２０では、ダイアフラム弁体８付近に滞留部が発生することを減少させることができ、流体制御の精度を向上させることができる。
【００４７】
そして、図１の流体制御弁２０では、上述したように、連通流路２２に滞留部や乱流部が発生しにくいので、装置を停止したときに、連通流路２２に流体が残存しにくくなる。そのため、図１の流体制御弁２０が複数種類の流体を制御する場合において、流体を切り替えたときに、流体が混在する時間が短くなる。従って、図１の流体制御弁２０は、流体の切り替えを短時間で行うことができ、流体の置換性を向上させることができる。
【００４８】
また、連通流路２２の底面２２ａが滑らかな螺旋状の面で形成されているので、連通流路２２を流れる流体と連通流路２２の底面２２ａとの間に生じる摩擦損失が小さい。また、流体が、連通流路２２の底面２２ａに案内されて、第２開口部１０から弁座１３の弁孔１３ａに向かって突起部１２の周りを緩やかに上るように流れる。そのため、流体が連通流路２２をスムーズに流れることができ、連通流路２２に乱流部が発生しにくくなる。従って、本実施の形態の流体制御弁２０では、連通流路２２に乱流部が発生することを減少させることができ、「Ｃｖ値」を大きくすることができる。
【００４９】
さらに、図１の流体制御弁２０では、使用初期に、第２開口部１０から連通流路２２に流入した流体に気泡が混入していたり、流体圧力によって連通流路２２に気泡が発生する場合がある。しかし、図１の流体制御弁２０では、連通流路２２に気泡が発生しても、連通流路２２を流れる流体が、連通流路２２に発生した気泡を巻き込んで弁座１３の弁孔１３ａに流れるため、気泡抜けがよい。従って、図１の流体制御弁２０では、使用初期時に発生する気泡を早期に弁座１３の弁孔１３ａに流すことができ、短時間で装置を立ち上げることができる。
【００５０】
なお、本実施の形態は、単なる例示にすぎず本発明を何ら限定するものではない。従って、本発明は、当然に、その要旨を逸脱しない範囲内での種々の変形、改良が可能である。
【００５１】
すなわち、例えば、上記実施の形態では、連通流路２２を突起部１２の周りに略３６０度設けているが、２４０度〜３６０度の範囲であれば、上記実施の形態と同様の作用効果が得られる。
つまり、例えば、図１１〜図１４に示すように、突起部１２の周りを略２７０度回転する螺旋状の連通流路３０を形成されたボディ３１を流体制御弁に使用する場合において、第１開口部９を入力ポート、第２開口部１０を出力ポートとして使用すると、弁座１３の弁孔１３ａから流出した流体は、第１開口部９側の連通流路３０の内壁に衝突して突起部１２の周りを旋回するように流れ、連通流路３０内に遠心力を発生させる。そのため、弁座１３から流出した流体は、弁座１３付近で流れの方向を緩やかに変化されてから、連通流路３０の第１開口部９側の内壁付近の流体及びダイアフラム弁体８の薄膜部付近の流体を巻き込んで第２開口部１０に流れる。一方、第２開口部１０を入力ポート、第１開口部を出力ポートとして使用すると、第２開口部１０から連通流路３０に流入した流体は、第１開口部９側の連通流路３０の内壁に衝突して突起部１２の周りを旋回するように流れ、連通流路３０内に遠心力を発生させる。そのため、第２開口部１０から連通流路３０に流入した流体は、連通流路３０の第１開口部９側の内壁付近の流体及びダイアフラム弁体８の薄膜部付近の流体を巻き込んで弁座１３まで流れると、流れの方向を弁座１３付近で緩やかに変化されてから、弁座１３の弁孔１３ａに流入する。従って、流体制御弁は、突起部を２４０〜３６０度周回するように連通流路３０を形成することにより、流体が旋回方向の力を発生しながら連通流路を流れるため、連通流路３０の内壁付近やダイアフラム弁体８付近に滞留部が発生しにくくなるとともに、弁座１３付近に乱流部が発生しにくくなる。
これに対して、連通流路が突起部の周りを１８０度回転するように形成されたボディを流体制御弁に使用する場合には、流体制御弁は、流体が、第１開口部側の連通流路の内壁に衝突しても、その後に突起部の周りを旋回するように流れないため、連通流路内に遠心力が発生せず、弁座付近に乱流部を発生しやすくなったり、第１開口部側の連通流路の内壁付近やダイアフラム弁体付近に滞留部を発生しやすくなる。
尚、図１１〜図１４に示す流体制御弁のボディ３１には、連通流路３０の始端部と終端部の間に、ひけ３２が弁座１３より低い位置に水平に形成されている。これにより、ダイアフラム弁体８が変位したときに、ダイアフラム弁体８の薄膜部等がボディ３１に干渉することを防止することができる。ここで、図１１〜図１４に示すひけ３２は、連通流路３０における流体の渦巻き状の流れをそのまま維持できるように、上面にカーブを設けているが、平坦に設けても良い。
【００５２】
また、例えば、上記実施の形態では、連通流路２２の底面２２ａを滑らかな螺旋状の面で形成したが、連通流路の底面を螺旋階段状に設けてもよい。
また、例えば、上記実施の形態では、連通流路２２を第２開口部１０から突起部１２の右側に形成したが、第２開口部１０から突起部１２の左側に形成してもよい。
また、例えば、上記実施の形態では、連通流路２２の壁２２ｂにカーブを設けているが、カーブの大きさはこれに限定されず、また、直線状に形成してもよい。
【００５３】
また、例えば、上記実施の形態では、第１開口部と第２開口部を対向する位置に設けた。しかし、例えば、第１開口部９を第２開口部から９０度ずらした位置に設けてもよい。また、第１開口部９と第２開口部１０を同一軸線上に設けなくてもよい。
また、例えば、上記実施の形態では、第１開口部９と流路１１が直交しているが、第１開口部９と流路１１を一直線上に設けても良い。
また、例えば、上記実施の形態では、第２開口部１０が、連通流路２２に対して弁座１３より低い位置で連通している。しかし、第２開口部１０は、弁座１３と同じ高さで連通していてもよいし、弁座１３より高い位置において連通していてもよい。
【００５４】
また、例えば、上記実施の形態では、駆動部としてエアオペレイトバルブを使用しているが、電動バルブや電磁弁等を使用してもよい。
また、例えば、上記実施の形態では、ダイアフラム弁体８を使用したが、ポペット弁等を使用してもよい。
また、例えば、上記実施の形態では、ボディ２１を駆動部３より下側に配置して使用しているが、ボディ２１を駆動部３より上側に配置して、上下逆さにして使用してもよいし、斜めに配置して使用してもよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の流体制御弁によれば、流体が入力又は出力される第１開口部及び第２開口部と、第１開口部に連通する流路が中央部に設けられた突起部と、突起部の端面に設けられるとともに、流路に連通する弁孔が形成された弁座と、突起部の片側の一部から形成されて、弁座の弁孔と第２開口部とを連通させる連通流路と、弁座に当接又は離間する弁体と、を有するので、流体が、連通流路内を渦巻き状の流れを発生させながら一定方向に流れ、連通流路の内壁付近に滞留部が発生することを減少させることができるとともに、弁座付近に乱流部が発生することを減少させることができる。
【００５６】
また、本発明の流体制御弁によれば、対向する位置に設けられた第１開口部及び第２開口部と、第１開口部に連通する流路が中央部に設けられた円筒凸部と、円筒凸部の端面に設けられるとともに、流路に連通する弁孔が形成された弁座と、円筒凸部の周りを略３６０度回転する螺旋形の底面を有するとともに、弁座の弁孔と第２開口部を連通させる連通流路と、弁座に当接又は離間する弁体と、を有するので、流体が、連通流路内を遠心力及び渦巻き状の流れを発生させながら一定方向に流れ、連通流路の内壁付近やダイアフラム弁体付近に滞留部が発生することを減少させることができるとともに、弁座付近に乱流部が発生することを減少させることができる。
【００５７】
また、本発明の流体制御弁によれば、流体が入力又は出力される第１開口部及び第２開口部と、第１開口部に連通する流路が中央部に設けられた突起部と、突起部に設けられた流路を開閉する弁座と弁体とを有する流体制御弁において、突起部に設けられた弁座の外周の一部から設けられた第２開口部に接続される流路は、弁座の外周を弁座の開閉面との水平距離を広げながら周回するので、流体が、連通流路内を渦巻き状の流れを発生させながら一定方向に流れ、連通流路の内壁付近や弁体付近に滞留部が発生することを減少させることができるとともに、弁座付近に乱流部が発生することを減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態において、流体制御弁の縦断面図である。
【図２】同じく、流体制御弁に使用されるボディの上面図である。
【図３】同じく、図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】同じく、図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】同じく、図２のＣ−Ｃ断面図である。
【図６】同じく、ボディの要部概念斜視図である。
【図７】同じく、流体制御弁の要部拡大断面図であって、第１開口部から第２開口部に流れる流体の流れを示す図である。
【図８】同じく、流体制御弁の流路の上面図であって、第１開口部から第２開口部に流れる流体の流れを示す図である。
【図９】同じく、流体制御弁の要部拡大断面図であって、第２開口部から第１開口部に流れる流体の流れを示す図である。
【図１０】同じく、流体制御弁の流路の上面図であって、第２開口部から第１開口部に流れる流体の流れを示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態で使用されるボディの変更例の上面図である。
【図１２】同じく、図１１のＤ−Ｄ断面図である。
【図１３】同じく、図１１のＥ−Ｅ断面図である。
【図１４】同じく、図１１のＦ−Ｆ断面図である。
【図１５】従来の流体制御弁の縦断面図である。
【図１６】従来の流体制御弁の要部拡大断面図であって、第１開口部から第２開口部に流体を供給する場合の流線を示す図である。
【図１７】従来の流体制御弁の流路の上面図であって、第１開口部から第２開口部に流体を供給する場合の流線を示す図である。
【図１８】従来の流体制御弁の要部拡大断面図であって、第２開口部から第１開口部に流体を供給する場合の流線を示す図である。
【図１９】従来の流体制御弁の流路の上面図であって、第２開口部から第１開口部に流体を供給する場合の流線を示す図である。
【符号の説明】
８ 弁体
９ 第１開口部
１０ 第２開口部
１１ 流路
１２ 突起部
１３ 弁座
１３ａ 弁孔
２０ 流体制御弁
２２ 連通流路
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を制御する流体制御弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、流体を制御するものとして、例えば、図１５の流体制御弁１００がある。図１５の流体制御弁１００は、カバー１及びシリンダチューブ２からなる駆動部３と、流路が形成されたボディ４が、一体的に構成されている。
【０００３】
カバー１には、調整ボルト５が進退可能に螺合されて設けられ、この調整ボルト５は、ロックナット６により位置決め固定されるようになっている。そして調整ボルト５の下方には、シリンダチューブ２内を摺動するピストン７が配設されている。このピストン７の下端部には、ダイアフラム弁体８が連結されている。このダイアフラム弁体８は、シリンダチューブ２とボディ４に狭持され、後述する連通流路１０１，１０２を密閉している。
【０００４】
一方、ボディ４は、第１開口部９と第２開口部１０が対向側面に形成されている。そして、ボディ４の中央部には、第１開口部９に連通する流路１１を備える突起部１２が設けられ、その突起部１２の周りに、第２開口部１０に連通する連通流路１０１，１０２が形成されている。この連通流路１０１，１０２は、第２開口部１０から突起部１２の左右両側に形成され、その底面１０１ａ，１０２ａは、第１開口部９を回避するために、第２開口部１０側から第１開口部９側に向かって同一角度で斜め上がりに形成されている。そのため、連通流路１０１，１０２は、突起部１２を挟んで対称形状をなしている。そして、突起部１２の上側面には、弁座１３が配設され、その弁座１３には、流路１１に連通する弁孔１３ａが形成されている。従って、第１開口部９は、流路１１、弁座１３の弁孔１３ａ、連通流路１０１，１０２を介して、第２開口部１０に連通している。
【０００５】
そこで、図１５の流体制御弁１００においては、「第１開口部９を入力ポート、第２開口部１０を出力ポートとして使用する場合」には、調整ボルト５を所定位置に移動させてからロックナット６で位置決め固定することにより、第１開口部９から第２開口部１０に供給する流体の圧力値を調整し、流体を第１開口部９から流路１１にまで入力させる。そして、ピストン７が駆動部３内を上昇し、ダイアフラム弁体８が弁座１３から所定量離間されると、第１開口部９から流路１１にまで流れた流体が、弁座１３の弁孔１３ａから連通流路１０１，１０２に流出し、第２開口部１０に設定圧力で供給される。
【０００６】
また、図１５の流体制御弁１００においては、「第２開口部１０を入力ポート、第１開口部９を出力ポートとして使用する場合」には、調整ボルト５で第２開口部１０から第１開口部９に供給する流体の圧力を調整し、第２開口部１０から連通流路１０１，１０２に流体を流入させる。そして、ピストン７が駆動部３内を上昇し、ダイアフラム弁体８が弁座１３から所定量離間されると、第２開口部１０から連通流路１０１，１０２に流入した流体が、弁座１３の弁孔１３ａに流れ込み、流路１１を介して第１開口部９に設定圧力で供給される。
【０００７】
従って、図１５の流体制御弁１００は、ダイアフラム弁体８と弁座１３との離間距離を調整することにより、第１開口部９から第２開口部１０、又は、第２開口部１０から第１開口部９に供給する流体の圧力を制御することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
（１）しかしながら、図１５の流体制御弁１００では、連通流路１０１，１０２の第１開口部９側の内壁付近に、滞留部が発生する場合があった。
すなわち、「第１開口部９を入力ポート、第２開口部１０を出力ポートとして使用する場合」には、図１６及び図１７の流線Ｌ１〜Ｌ５に示すように、弁座１３の弁孔１３ａから連通流路１０１，１０２に流出した流体は、突起部１２の外周面及び連通流路１０１，１０２に沿って流れ、第２開口部１０に供給されていた。このとき、流体は、最短距離を流れようとして、図１６及び図１７の流線Ｌ１を流れる流量が、図１６及び図１７の流線Ｌ４，Ｌ５を流れる流量より多くなり、連通流路１０１，１０２の第１開口部９側の内壁付近に、よどみを生じる場合があった。そのため、連通流路１０１，１０２の第１開口部９側の内壁付近には、液溜まりや気泡溜まり等の滞留部Ｐ１が発生する場合があった。
【０００９】
一方、「第２開口部１０を入力ポート、第１開口部９を出力ポートとして使用する場合」には、図１８及び図１９の流線Ｌ６〜Ｌ１０に示すように、弁座１３の弁孔１３ａから連通流路１０１，１０２に流入した流体は、連通流路１０１，１０２に沿って流れて、弁座１３の弁孔１３ａに流れ込み、流路１１を介して第１開口部９に供給されていた。このとき、流体は、最短距離を流れようとして、図１８及び図１９の流線Ｌ６を流れる流量が、図１８及び図１９の流線Ｌ９及びＬ１０を流れる流量より多くなるとともに、突起部１２の左右両側に分岐して流れ、連通流路１０１，１０２の第１開口部９側の内壁付近で合流するため、連通流路１０１，１０２の第１開口部９側の内壁付近によどみを生じる場合があった。そのため、連通流路１０１，１０２の第１開口部９側の内壁付近には、液溜まりや気泡溜まり等の滞留部Ｐ２が発生する場合があった。
【００１０】
この点、特に、連通流路１０１，１０２の第１開口部９側の内壁付近に発生する滞留部Ｐ１，Ｐ２は、流体の性質を変化させたり、流体と一緒に下流に流れ出すことにより図１５の流体制御弁１００の流体制御の精度を低下させるおそれがあるため、発生した場合には重要な問題である。
【００１１】
（２）また、図１５の流体制御弁１００では、連通流路１０１，１０２の第２開口部１０側の内壁付近に、乱流部が発生する場合があった。
すなわち、「第１開口部９を入力ポート、第２開口部１０を出力ポートとして使用する場合」には、弁座１３の弁孔１３ａから第２開口部１０に最短距離で流れる流体は、図１６及び図１７の流線Ｌ１に示すように、弁座１３の弁孔１３ａから上向きに流出すると、下向きに流れの向きを変化されて、第２開口部１０に供給されていた。そのため、流体の流れる方向が、弁座１３付近において略１８０度も変化され、弁座１３付近に乱流部Ｒ１が発生する場合があった。
【００１２】
一方、「第２開口部１０を入力ポート、第１開口部９を出力ポートとして使用する場合」には、第２開口部１０から弁座１３の弁孔１３ａに最短距離で流れる流体は、図１８及び図１９の流線Ｌ６に示すように、第２開口部から流入すると、突起部１２の外周面に沿って上向きに流れ、弁座１３の弁孔１３ａに沿って下向きに流れの方向を変化されてから、弁座１３の弁孔１３ａに流れ込み、流路１１を介して第１開口部９に供給されていた。そのため、流体の流れる方向が、弁座１３付近において略１８０度も変化され、弁座１３の弁孔１３ａ付近に乱流部Ｒ２が発生する場合があった。
【００１３】
この点、特に、弁座１３付近に発生した乱流部Ｒ１、及び、弁座１３の弁孔１３ａ付近に発生した乱流部Ｒ２は、摩擦損失を増大させ、速度係数（以下、「Ｃｖ値」という。）を低下させるため、発生した場合には重要な問題である。
【００１４】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、連通流路の内壁付近に滞留部が発生することを減少させることができるとともに、弁座付近に乱流部が発生することを減少させることができる流体制御弁を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願請求項１に記載の流体制御弁は、流体が入力又は出力される第１開口部及び第２開口部と、第１開口部に連通する流路が中央部に設けられた突起部と、突起部の端面に設けられるとともに、流路に連通する弁孔が形成された弁座と、突起部の片側から螺旋状に形成されて、弁座の弁孔と第２開口部とを連通させる連通流路と、弁座に当接又は離間する弁体と、を有すること、連通流路は、流路形成方向に対して直交する底部の断面が円弧状であること、前記連通流路と前記第２開口部との連通部分に、カーブを備える壁が設けられていること、前記弁体が、前記弁座に当接又は離間する弁体部と、前記弁体部の周りに沿って設けられた薄膜部を備えるダイアフラム弁体であって、前記連通流路の始端部と終端部との間に、前記弁座より低い位置に水平に形成されたひけを有すること、を特徴とする。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明であって、前記連通流路が、前記突起部の周りを２４０乃至３６０度回転するように設けられていること、を特徴とする。
【００２０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載する流体制御弁において、前記弁座の片側に設けられた前記第２開口部に接続される流路は、前記弁座の外周を前記弁座の開閉面との水平距離を広げながら周回するものであること、を特徴とする。
【００２１】
上記構成を有する本発明の流体制御弁においては、「第１開口部を入力ポート、第２開口部を出力ポートにした場合」には、弁体が弁座から離間すると、第１開口部から突起部の流路にまで入力された流体が、弁座の弁孔から連通流路に流出し、突起部の片側のみを流れて、第２開口部に供給される。このとき、連通流路を流れる流体が、渦巻き状の流れを形成するため、弁座の弁孔から連通流路に流出した流体は、連通流路の内壁付近の流体を巻き込みながら連通流路を流れ、第２開口部に供給される。よって、連通流路の内壁付近に滞留部が発生しにくくなる。また、弁座の弁孔から連通流路に流出した流体は、連通流路を流れるときに、外径方向の力を発生して、一定方向の流れを形成する。そのため、弁座の弁孔から連通流路に流出した流体は、その一定方向の流れに沿って、弁座付近で流れの方向を緩やかな角度で変化されてから連通流路を流れ、第２開口部に供給される。よって、弁座付近に乱流部が発生しにくくなる。
【００２２】
一方、「第２開口部を入力ポート、第１開口部を出力ポートにした場合」には、弁体が弁座から離間すると、第２開口部から連通流路に流入した流体が、突起部の片側のみを流れて、弁座の弁孔に流れ込み、突起部の流路を介して第１開口部に供給される。このとき、連通流路を流れる流体は、渦巻き状の流れを形成するため、連通流路の内壁付近の流体を巻き込みながら弁座の弁孔にまで流れる。よって、連通流路の内壁付近に滞留部が発生しにくくなる。また、第２開口部から連通流路に流入した流体は、連通流路を流れるときに、外径方向の力を発生して、一定方向の流れを発生する。そのため、第２開口部から連通流路に流入した流体は、弁座付近まで流れると、その一定方向の流れに沿って、弁座付近で流れの方向を緩やかな角度で変化されてから、弁座の弁孔に流れ込む。よって、弁座の弁孔付近に乱流部が発生しにくくなる。
【００２３】
従って、本発明の流体制御弁では、流体が、連通流路内を渦巻き状の流れを発生させながら一定方向に流れるため、連通流路の内壁付近に滞留部が発生することを減少させることができるとともに、弁座付近に乱流部が発生することを減少させることができる。そのため、連通流路において滞留した流体の性質が変化したり、滞留部に滞留した流体が新しい流体と一緒に下流に流れ出すことにより流体制御の精度を低下させるおそれが少なくなる。また、第１開口部を入力ポート、第２開口部を出力ポートとして使用する場合には、本発明の流体制御弁は、摩擦損失を小さくして、「Ｃｖ値」を大きくすることができる。
【００２４】
ここで、連通流路が突起部の片側から２４０〜３６０度回転するように設けられている場合には、流体は、連通流路の第１開口部側の内壁に衝突して突起部の周りを旋回するように流れるため、連通流路内を遠心力を発生させながら流れる。そのため、流体は、その遠心力に吸引されて弁座の弁孔から流出し、又は、弁座の弁孔に流入するので、弁座付近で急激に流れの方向を変化されにくくなり、乱流部を発生しにくくなる。また、弁体付近の流体が、連通流路を流れる流体に巻き込まれるので、連通流路の内壁付近や弁体付近に滞留部が発生しにくくなる。この点、突起部の周りを１８０度周回するように連通流路を形成した場合には、流体が連通流路の第１開口部側の内壁に衝突しても、その後に突起部の周りを旋回するように流れないため、連通流路内を遠心力を発生させながら流れることができず、弁座付近で流れの方向が急激に変化され、乱流部を発生しやすい。また、弁体付近の流体が、連通流路を流れる流体に巻き込まれにくいので、弁体付近に滞留部が発生しやすい。
従って、本発明の流体制御弁では、連通流路の内壁付近や弁体付近に滞留部が発生することを減少させることができるとともに、弁座付近に乱流部が発生することを減少させることができ、流体制御の精度を向上させることができる。
【００２５】
また、連通流路を螺旋状の滑らかな面で形成した場合には、連通流路を流れる流体と連通流路の底面との間に生じる摩擦損失が小さいため、流体が連通流路をスムーズに流れることができ、連通流路に乱流部が発生しにくくなる。
従って、本発明の流体制御弁では、連通流路に乱流部が発生することを減少させて、「Ｃｖ値」を大きくすることができる。
【００２６】
また、連通流路を螺旋階段状に形成した場合には、流体が、第２開口部と弁座の弁孔との間を直接流れにくくなるので、連通流路に乱流部が発生しにくくなる。
従って、本発明の流体制御弁では、連通流路に乱流部が発生することを減少させて、「Ｃｖ値」を大きくすることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る流体制御弁の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施の形態の流体制御弁は、従来技術の欄で説明した図１５の流体制御弁１００と連通流路１０１，１０２の形状が相違している。従って、図１５の流体制御弁１００の概要は、従来技術の欄で既に説明しているので、その詳細な説明は省略する。また、従来技術の欄で使用した図１５の符号は、本欄の説明においても使用するものとする。
【００２８】
図１の流体制御弁２０は、ボディ２１が、駆動部３と一体に構成されている。ボディ２１には、図１及び図２に示すように、第１開口部９と第２開口部１０が対向側面に形成されている。ボディ２１の中央部には、第１開口部９に連通する流路１１を備える突起部１２が設けられ、その突起部の周りに、第２開口部に連通する連通流路２２が設けられている。
【００２９】
その連通流路２２は、突起部１２の周りに螺旋状に形成されている。具体的には、連通流路２２は、底面２２ａが、図３及び図４に示すように、第２開口部１０から第１開口部９に向かって斜め上がりに形成され、さらに、図４及び図５に示すように、第１開口部９から第２開口部１０に向かって斜め上がりに形成されている。そのため、図６に示すように、連通流路２２は、第２開口部１０から突起部１２の周りを略３６０度回転する螺旋状に形成されている。そして、第２開口部１０と連通流路２２との連通部分には、壁２２ｂが設けられ、その壁２２ｂには、第２開口部１０に対して流体を流れやすくするために、カーブが設けられている。従って、連通流路２２は、底面２２ａと弁座１３との水平距離を広げるように第２開口部１０から突起部１２の周りに形成される。尚、第２開口部１０から第１開口部９に向かって形成される底面２２ａの傾斜角度と、第１開口部９から第２開口部１０に向かって形成される底面２２ａの傾斜角度とは、同一であってもよいし、異なってもよい。
【００３０】
そこで、「第１開口部９を入力ポート、第２開口部１０を出力ポートとして使用する場合」の図１の流体制御弁２０の作用について説明する。この場合のように、「第１開口部９を入力ポート、第２開口部１０を出力ポートとして使用する場合」には、図１の流体制御弁２０では、調整ボルト５で第１開口部９から第２開口部１０に供給される流体の圧力値を調整してから、流体を第１開口部９から流路１１にまで入力させる。
【００３１】
このとき、ピストン７が下降し、ダイアフラム弁体８を弁座１３に当接させていれば、第１開口部９から流路１１にまで入力した流体は、弁座１３の弁孔１３ａから連通流路２２に流出しない。
【００３２】
しかし、ピストン７が上昇して、ダイアフラム弁体８が弁座１３から所定量離間されると、第１開口部９から流路１１にまで流れた流体が、弁座１３の弁孔１３ａから連通流路２２に流出する。
【００３３】
このとき、連通流路２２を流れる流体は、図７及び図８の流線Ｍ１〜Ｍ５のように、突起部１２の周りを略３６０度回転するように流れるため、連通流路２２と突起部１２との外径差によって渦巻き状の流れを形成する。そのため、流体が、弁座１３の弁孔１３ａから連通流路２２の第１開口部９側に流出しても、その流体は、図７及び図８の流線Ｍ５のように、連通流路２２を流れる流体の渦巻き状の流れに巻き込まれて、第２開口部１０にまで流れるため、連通流路２２の内壁付近によどみを発生させない。よって、連通流路２２の第１開口部９側の内壁付近に滞留部が発生しにくくなる。
【００３４】
また、連通流路２２を流れる流体は、図７及び図８の流線Ｍ１〜Ｍ５のように、突起部１２の周りを略３６０度回転するように流れるときに、遠心力を発生する。そのため、流体が、弁座１３の弁孔１３ａから連通流路２２の第２開口部１０側に流出しても、その流体は、図７及び図８の流線Ｍ１のように、連通流路２２を流れる流体の遠心力に吸引されて、弁座１３付近で流れの方向を緩やかな角度で変化されてから、連通流路２２に沿って突起部１２の周りを略３６０度回転するように流れて、第２開口部１０に供給される。よって、弁座１３の弁孔１３ａから流出した流体は、流れの方向が弁座１３付近で急激に変化されにくいので、弁座１３付近に乱流部が発生しにくくなる。
【００３５】
従って、図１の流体制御弁２０において、「第１開口部９を入力ポート、第２開口部１０を出力ポートとして使用する場合」には、流体が、連通流路２２を渦巻き状の流れを形成しながら弁座１３の弁孔１３ａから第２開口部２０に流れるので、連通流路２２の第１開口部９側の内壁付近に液溜まりや気泡溜まり等の滞留部が発生することを減少させることができるとともに、弁座１３付近に乱流部が発生することを減少させることができる。そのため、液溜まりや気泡溜まりなどの滞留部において液体や気体の性質が変化したり、液溜まりや気泡溜まりなどが流体と一緒に第２開口部１０に流れ出すことが少なくなるので、流体制御の精度を向上させることができる。また、図１の流体制御弁２０において、「第１開口部９を入力ポート、第２開口部１０を出力ポートとして使用する場合」には、同様の弁構造を備える従来の流体制御弁１００（図１５参照）と比較して、摩擦損失を小さくすることにより「Ｃｖ値」を約１．１５倍に大きくすることができ、流体制御の精度を向上させることができる。
【００３６】
ここで、図１の流体制御弁２０では、ダイアフラム弁体８の薄膜部が上向きに湾曲しているため、ダイアフラム弁体８の薄膜部付近の流体の流れが悪い場合がある。しかし、連通流路２２に流入した流体は、突起部１２の周りを約３６０度回転して流れるときに、遠心力を発生するとともに、渦巻き状の流れを形成している。そのため、流体は、ダイアフラム弁体８の薄膜部付近の流体を巻き込みながら連通流路２２を流れるため、ダイアフラム弁体８の付近に滞留部が発生しにくくなる。従って、本実施の形態の流体制御弁２０では、ダイアフラム弁体８付近に滞留部が発生することを減少させることができ、流体制御の精度を向上させることができる。
【００３７】
そして、図１の流体制御弁２０では、上述したように、連通流路２２に滞留部や乱流部が発生しにくいので、装置を停止したときに、連通流路２２に流体が残存しにくくなる。そのため、図１の流体制御弁２０が複数種類の流体を制御する場合において、流体を切り替えたときに、流体が混在する時間が短くなる。従って、図１の流体制御弁２０は、流体の切り替えを短時間で行うことができ、流体の置換性を向上させることができる。
【００３８】
また、連通流路２２の底面２２ａが滑らかな螺旋状の面で形成されているので、連通流路２２を流れる流体と連通流路２２の底面２２ａとの間に生じる摩擦損失が小さい。また、流体が、連通流路２２の底面２２ａに案内されて、弁座１３の弁孔１３ａから第２開口部１０に向かって突起部１２の周りを緩やかに下るように流れる。そのため、流体が連通流路２２をスムーズに流れることができ、連通流路２２に乱流部が発生しにくくなる。従って、本実施の形態の流体制御弁２０では、連通流路２２に乱流部が発生することを減少させることができ、「Ｃｖ値」を大きくすることができる。
【００３９】
さらに、図１の流体制御弁２０では、使用初期に、弁座１３の弁孔１３ａから連通流路２２に流出した流体に気泡が混入していたり、流体圧力によって連通流路２２に気泡が発生する場合がある。しかし、図１の流体制御弁２０では、連通流路２２に気泡が発生しても、連通流路２２を流れる流体が、連通流路２２に発生した気泡を巻き込んで第２開口部１０に流れるため、気泡抜けがよい。従って、図１の流体制御弁２０では、使用初期時に発生する気泡を早期に第２開口部１０に流すことができ、短時間で装置を立ち上げることができる。
【００４０】
次に、「第２開口部１０を入力ポート、第１開口部９を出力ポートとして使用する場合」の図１の流体制御弁２０の作用について説明する。この場合のように、「第２開口部１０を入力ポート、第１開口部９を出力ポートとして使用する場合」には、図１の流体制御弁２０では、調整ボルト５で第２開口部１０から第１開口部９に供給される流体の圧力値を調整してから、第２開口部１０から連通流路２２に流体を流入させる。
【００４１】
このとき、ピストン７が下降し、ダイアフラム弁体８を弁座１３に当接させていれば、第２開口部１０から連通流路２２に流入した流体は、弁座１３の弁孔１３ａに流れ込まない。
【００４２】
しかし、ピストン７が上昇して、ダイアフラム弁体８が弁座１３から所定量離間されると、第２開口部１０から連通流路２２に流入した流体が、弁座１３の弁孔１３ａに流れ込み、流路１１を介して第１開口部９に供給される。
【００４３】
このとき、連通流路２２を流れる流体は、図９及び図１０の流線Ｍ６〜Ｍ１０のように、突起部１２の周りを略３６０度回転するように流れるため、連通流路２２と突起部１２との外径差によって渦巻き状の流れを形成する。そのため、第２開口部１０から連通流路２２に流入した流体は、図９及び図１０の流線Ｍ１０のように、連通流路２２に形成された渦巻き状の流れに巻き込まれて、弁座１３にまで流れるので、連通流路２２の内壁付近によどみを生じさせない。よって、連通流路２２の第１開口部９側の内壁付近に滞留部が発生しにくくなる。
【００４４】
また、連通流路２２を流れる流体は、図９及び図１０の流線Ｍ６〜Ｍ１０のように、突起部１２の周りを略３６０度回転するように流れるときに、遠心力を発生する。そのため、第２開口部１０から連通流路２２に流入した流体は、図９及び図１０の流線Ｍ６のように、連通流路２２を流れる流体の遠心力に吸引されて、連通流路２２に沿って突起部１２の周りを略３６０度回転するように流れて、弁座１３まで流れると、弁座１３付近で流れの方向を緩やかな角度で変化されてから、弁座１３の弁孔１３ａに流れ込み、流路１１を介して第１開口部９に供給される。よって、第２開口部１０から連通流路２２に流入した流体は、弁座１３付近で流れの方向が急激に変化されにくいので、弁座１３の弁孔１３ａ付近に乱流部が発生しにくくなる。
【００４５】
従って、図１の流体制御弁２０において、「第２開口部１０を入力ポート、第１開口部９を出力ポートとして使用する場合」には、流体が、連通流路２２を渦巻き状の流れを形成しながら第２開口部１０から弁座１３の弁孔１３ａに流れるので、連通流路２２の第１開口部９側の内壁付近に液溜まりや気泡溜まり等の滞留部が発生することを減少させることができるとともに、弁座１３の弁孔１３ａ付近に乱流部が発生することを減少させることができる。そのため、液溜まりや気泡溜まりなどの滞留部において液体や気体の性質が変化したり、液溜まりや気泡溜まりなどが流体と一緒に弁座１３の弁孔１３ａに流れ出すことが少なくなるので、流体制御の精度を向上させることができる。
【００４６】
ここで、図１の流体制御弁２０では、ダイアフラム弁体８の薄膜部が上向きに湾曲しているため、ダイアフラム弁体８の薄膜部付近の流体の流れが悪い場合がある。しかし、連通流路２２に流入した流体は、突起部１２の周りを約３６０度回転して流れるときに、遠心力を発生するとともに、渦巻き状の流れを形成している。そのため、流体は、ダイアフラム弁体８の薄膜部付近の流体を巻き込みながら連通流路２２を流れるため、ダイアフラム弁体８の付近に滞留部が発生しにくくなる。従って、本実施の形態の流体制御弁２０では、ダイアフラム弁体８付近に滞留部が発生することを減少させることができ、流体制御の精度を向上させることができる。
【００４７】
そして、図１の流体制御弁２０では、上述したように、連通流路２２に滞留部や乱流部が発生しにくいので、装置を停止したときに、連通流路２２に流体が残存しにくくなる。そのため、図１の流体制御弁２０が複数種類の流体を制御する場合において、流体を切り替えたときに、流体が混在する時間が短くなる。従って、図１の流体制御弁２０は、流体の切り替えを短時間で行うことができ、流体の置換性を向上させることができる。
【００４８】
また、連通流路２２の底面２２ａが滑らかな螺旋状の面で形成されているので、連通流路２２を流れる流体と連通流路２２の底面２２ａとの間に生じる摩擦損失が小さい。また、流体が、連通流路２２の底面２２ａに案内されて、第２開口部１０から弁座１３の弁孔１３ａに向かって突起部１２の周りを緩やかに上るように流れる。そのため、流体が連通流路２２をスムーズに流れることができ、連通流路２２に乱流部が発生しにくくなる。従って、本実施の形態の流体制御弁２０では、連通流路２２に乱流部が発生することを減少させることができ、「Ｃｖ値」を大きくすることができる。
【００４９】
さらに、図１の流体制御弁２０では、使用初期に、第２開口部１０から連通流路２２に流入した流体に気泡が混入していたり、流体圧力によって連通流路２２に気泡が発生する場合がある。しかし、図１の流体制御弁２０では、連通流路２２に気泡が発生しても、連通流路２２を流れる流体が、連通流路２２に発生した気泡を巻き込んで弁座１３の弁孔１３ａに流れるため、気泡抜けがよい。従って、図１の流体制御弁２０では、使用初期時に発生する気泡を早期に弁座１３の弁孔１３ａに流すことができ、短時間で装置を立ち上げることができる。
【００５０】
なお、本実施の形態は、単なる例示にすぎず本発明を何ら限定するものではない。従って、本発明は、当然に、その要旨を逸脱しない範囲内での種々の変形、改良が可能である。
【００５１】
すなわち、例えば、上記実施の形態では、連通流路２２を突起部１２の周りに略３６０度設けているが、２４０度〜３６０度の範囲であれば、上記実施の形態と同様の作用効果が得られる。
つまり、例えば、図１１〜図１４に示すように、突起部１２の周りを略２７０度回転する螺旋状の連通流路３０を形成されたボディ３１を流体制御弁に使用する場合において、第１開口部９を入力ポート、第２開口部１０を出力ポートとして使用すると、弁座１３の弁孔１３ａから流出した流体は、第１開口部９側の連通流路３０の内壁に衝突して突起部１２の周りを旋回するように流れ、連通流路３０内に遠心力を発生させる。そのため、弁座１３から流出した流体は、弁座１３付近で流れの方向を緩やかに変化されてから、連通流路３０の第１開口部９側の内壁付近の流体及びダイアフラム弁体８の薄膜部付近の流体を巻き込んで第２開口部１０に流れる。一方、第２開口部１０を入力ポート、第１開口部を出力ポートとして使用すると、第２開口部１０から連通流路３０に流入した流体は、第１開口部９側の連通流路３０の内壁に衝突して突起部１２の周りを旋回するように流れ、連通流路３０内に遠心力を発生させる。そのため、第２開口部１０から連通流路３０に流入した流体は、連通流路３０の第１開口部９側の内壁付近の流体及びダイアフラム弁体８の薄膜部付近の流体を巻き込んで弁座１３まで流れると、流れの方向を弁座１３付近で緩やかに変化されてから、弁座１３の弁孔１３ａに流入する。従って、流体制御弁は、突起部を２４０〜３６０度周回するように連通流路３０を形成することにより、流体が旋回方向の力を発生しながら連通流路を流れるため、連通流路３０の内壁付近やダイアフラム弁体８付近に滞留部が発生しにくくなるとともに、弁座１３付近に乱流部が発生しにくくなる。
これに対して、連通流路が突起部の周りを１８０度回転するように形成されたボディを流体制御弁に使用する場合には、流体制御弁は、流体が、第１開口部側の連通流路の内壁に衝突しても、その後に突起部の周りを旋回するように流れないため、連通流路内に遠心力が発生せず、弁座付近に乱流部を発生しやすくなったり、第１開口部側の連通流路の内壁付近やダイアフラム弁体付近に滞留部を発生しやすくなる。
尚、図１１〜図１４に示す流体制御弁のボディ３１には、連通流路３０の始端部と終端部の間に、ひけ３２が弁座１３より低い位置に水平に形成されている。これにより、ダイアフラム弁体８が変位したときに、ダイアフラム弁体８の薄膜部等がボディ３１に干渉することを防止することができる。ここで、図１１〜図１４に示すひけ３２は、連通流路３０における流体の渦巻き状の流れをそのまま維持できるように、上面にカーブを設けているが、平坦に設けても良い。
【００５２】
また、例えば、上記実施の形態では、連通流路２２の底面２２ａを滑らかな螺旋状の面で形成したが、連通流路の底面を螺旋階段状に設けてもよい。
また、例えば、上記実施の形態では、連通流路２２を第２開口部１０から突起部１２の右側に形成したが、第２開口部１０から突起部１２の左側に形成してもよい。
また、例えば、上記実施の形態では、連通流路２２の壁２２ｂにカーブを設けているが、カーブの大きさはこれに限定されず、また、直線状に形成してもよい。
【００５３】
また、例えば、上記実施の形態では、第１開口部と第２開口部を対向する位置に設けた。しかし、例えば、第１開口部９を第２開口部から９０度ずらした位置に設けてもよい。また、第１開口部９と第２開口部１０を同一軸線上に設けなくてもよい。
また、例えば、上記実施の形態では、第１開口部９と流路１１が直交しているが、第１開口部９と流路１１を一直線上に設けても良い。
また、例えば、上記実施の形態では、第２開口部１０が、連通流路２２に対して弁座１３より低い位置で連通している。しかし、第２開口部１０は、弁座１３と同じ高さで連通していてもよいし、弁座１３より高い位置において連通していてもよい。
【００５４】
また、例えば、上記実施の形態では、駆動部としてエアオペレイトバルブを使用しているが、電動バルブや電磁弁等を使用してもよい。
また、例えば、上記実施の形態では、ダイアフラム弁体８を使用したが、ポペット弁等を使用してもよい。
また、例えば、上記実施の形態では、ボディ２１を駆動部３より下側に配置して使用しているが、ボディ２１を駆動部３より上側に配置して、上下逆さにして使用してもよいし、斜めに配置して使用してもよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の流体制御弁によれば、流体が入力又は出力される第１開口部及び第２開口部と、第１開口部に連通する流路が中央部に設けられた突起部と、突起部の端面に設けられるとともに、流路に連通する弁孔が形成された弁座と、突起部の片側の一部から形成されて、弁座の弁孔と第２開口部とを連通させる連通流路と、弁座に当接又は離間する弁体と、を有するので、流体が、連通流路内を渦巻き状の流れを発生させながら一定方向に流れ、連通流路の内壁付近に滞留部が発生することを減少させることができるとともに、弁座付近に乱流部が発生することを減少させることができる。
【００５６】
また、本発明の流体制御弁によれば、対向する位置に設けられた第１開口部及び第２開口部と、第１開口部に連通する流路が中央部に設けられた円筒凸部と、円筒凸部の端面に設けられるとともに、流路に連通する弁孔が形成された弁座と、円筒凸部の周りを略３６０度回転する螺旋形の底面を有するとともに、弁座の弁孔と第２開口部を連通させる連通流路と、弁座に当接又は離間する弁体と、を有するので、流体が、連通流路内を遠心力及び渦巻き状の流れを発生させながら一定方向に流れ、連通流路の内壁付近やダイアフラム弁体付近に滞留部が発生することを減少させることができるとともに、弁座付近に乱流部が発生することを減少させることができる。
【００５７】
また、本発明の流体制御弁によれば、流体が入力又は出力される第１開口部及び第２開口部と、第１開口部に連通する流路が中央部に設けられた突起部と、突起部に設けられた流路を開閉する弁座と弁体とを有する流体制御弁において、突起部に設けられた弁座の外周の一部から設けられた第２開口部に接続される流路は、弁座の外周を弁座の開閉面との水平距離を広げながら周回するので、流体が、連通流路内を渦巻き状の流れを発生させながら一定方向に流れ、連通流路の内壁付近や弁体付近に滞留部が発生することを減少させることができるとともに、弁座付近に乱流部が発生することを減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態において、流体制御弁の縦断面図である。
【図２】同じく、流体制御弁に使用されるボディの上面図である。
【図３】同じく、図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】同じく、図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】同じく、図２のＣ−Ｃ断面図である。
【図６】同じく、ボディの要部概念斜視図である。
【図７】同じく、流体制御弁の要部拡大断面図であって、第１開口部から第２開口部に流れる流体の流れを示す図である。
【図８】同じく、流体制御弁の流路の上面図であって、第１開口部から第２開口部に流れる流体の流れを示す図である。
【図９】同じく、流体制御弁の要部拡大断面図であって、第２開口部から第１開口部に流れる流体の流れを示す図である。
【図１０】同じく、流体制御弁の流路の上面図であって、第２開口部から第１開口部に流れる流体の流れを示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態で使用されるボディの変更例の上面図である。
【図１２】同じく、図１１のＤ−Ｄ断面図である。
【図１３】同じく、図１１のＥ−Ｅ断面図である。
【図１４】同じく、図１１のＦ−Ｆ断面図である。
【図１５】従来の流体制御弁の縦断面図である。
【図１６】従来の流体制御弁の要部拡大断面図であって、第１開口部から第２開口部に流体を供給する場合の流線を示す図である。
【図１７】従来の流体制御弁の流路の上面図であって、第１開口部から第２開口部に流体を供給する場合の流線を示す図である。
【図１８】従来の流体制御弁の要部拡大断面図であって、第２開口部から第１開口部に流体を供給する場合の流線を示す図である。
【図１９】従来の流体制御弁の流路の上面図であって、第２開口部から第１開口部に流体を供給する場合の流線を示す図である。
【符号の説明】
８ 弁体
９ 第１開口部
１０ 第２開口部
１１ 流路
１２ 突起部
１３ 弁座
１３ａ 弁孔
２０ 流体制御弁
２２ 連通流路
Claims (3)
- 流体が入力又は出力される第１開口部及び第２開口部と、
前記第１開口部に連通する流路が中央部に設けられた突起部と、
前記突起部の端面に設けられるとともに、前記流路に連通する弁孔が形成された弁座と、
前記突起部の片側から螺旋状に形成されて、前記弁座の弁孔と前記第２開口部とを連通させる連通流路と、
前記弁座に当接又は離間する弁体と、を有すること、
前記連通流路は、流路形成方向に対して直交する底部の断面が円弧状であること、
前記連通流路と前記第２開口部との連通部分に、カーブを備える壁が設けられていること、
前記弁体が、前記弁座に当接又は離間する弁体部と、前記弁体部の周りに沿って設けられた薄膜部を備えるダイアフラム弁体であって、
前記連通流路の始端部と終端部との間に、前記弁座より低い位置に水平に形成されたひけを有すること、
を特徴とする流体制御弁。 - 請求項１に記載する流体制御弁であって、
前記連通流路が、前記突起部の周りを２４０乃至３６０度回転するように設けられていること、を特徴とする流体制御弁。 - 請求項１に記載する流体制御弁において、
前記弁座の片側に設けられた前記第２開口部に接続される流路は、前記弁座の外周を前記弁座の開閉面との水平距離を広げながら周回するものであること、
を特徴とする流体制御弁。
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