JP5113774B2

JP5113774B2 - 流体制御弁

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Publication number: JP5113774B2
Application number: JP2009012729A
Authority: JP
Inventors: 立視鍋井
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2009-01-23
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2029-01-23
Also published as: JP2010169200A

Description

本発明は、流体の圧力を制御する流体制御弁に関する。

ダイアフラムに連結された弁体の変位を調節することにより流出口側（二次側）の流体の圧力を制御する流体制御弁がある（例えば、特許文献１参照）。図６に示すように、この特許文献１に記載の流体制御弁８２０は、弁本体を構成する中間体８３０において流入口８２１から流出口８２２に至る流路８２３に弁座部８２５が形成されている。そして、ダイアフラム８２７に連結された弁体８２４の変位を調節することにより、弁座部８２５と弁体８２４との間隔を調節して流出口８２２側（二次側）の流体の圧力を制御している。

特開２００８−２０２６５４号公報特開２０００−１９３１０６号公報

ところで、特許文献１に記載の流体制御弁８２０は、ダイアフラム８２７と弁体８２４とを連結しているため、流出口８２２側（二次側）の流体の圧力が上昇した場合にダイアフラム８２７が弁体８２４を引っ張る力が増大して、弁座部８２５に弁体８２４が過度に押付けられるおそれがある。特に、流体制御弁８２０が腐食性を有する薬液の圧力を制御する場合には、中間体８３０及び弁体８２４がフッ素系合成樹脂で形成される。このため、弁座部８２５に弁体８２４が過度に押付けられた場合には、中間体８３０及び弁体８２４が傷付いたり変形したりするおそれがある。その結果、弁体８２４による流体のシール性が低下するおそれがある。

これに対して、ダイアフラムと弁体とが分離可能に嵌合された流体制御弁がある（例えば、特許文献２参照）。図７に示すように、この特許文献２に記載の流体制御弁９２０では、流出口９２２側（二次側）の流体の圧力が上昇してダイアフラム９２７を弁体９２４と反対側に変位させる力が作用した場合に、ダイアフラム９２７と弁体９２４とが分離するように構成されている。このため、弁座部９２５に弁体９２４が過度に押付けられることを抑制することができる。しかしながら、ダイアフラム９２７と弁体９２４とが分離する構成においては、ばね９３２の付勢力のみによって弁体９２４が弁座部９２５に押付けられるため、弁体９２４による流体のシール性が低下するおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、弁座部に弁体が過度に押付けられることを抑制するとともに、弁体による流体のシール性を保持することのできる流体制御弁を提供することを主たる目的とするものである。

上記課題を解決するために、第１の発明は、内部に流体の流路を有するとともにその流路の途中に弁座部が設けられた弁本体と、前記弁本体内を前記流路と操作室とに区画するダイアフラムと、前記ダイアフラムに対してその可撓部分よりも内周側に一体化されるとともに前記弁座部に着座した状態から離間した状態まで変位する弁体とを備え、二次側の流体の圧力が上昇したときに前記ダイアフラムの前記可撓部分が前記流路側から前記操作室側へ変位して前記弁体が前記弁座部へ着座する方向へ変位するとともに、前記操作室から前記ダイアフラムに印加される圧力に基づいて前記ダイアフラム及び前記弁体を変位させることにより二次側の流体を制御する流体制御弁において、前記ダイアフラムの前記可撓部分における外周縁と内周縁との中間部と一体になって変位するとともに、前記弁体が前記弁座部に着座した状態において前記可撓部分の前記中間部が前記流路側から前記操作室側へ規制位置よりも変位することを規制する中間規制部を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、前記操作室から前記ダイアフラムに印加される圧力に基づいて前記ダイアフラム及び前記弁体を変位させることにより、弁座部と弁体との相対位置を調節して二次側の流体の圧力や流量を制御することができる。また、中間規制部は、前記ダイアフラムの前記可撓部分における外周縁と内周縁との中間部と一体になって変位し、この状態では中間部の変位が規制されることなく、ダイアフラム全体に印加される圧力に基づいて二次側の流体を制御することができる。

二次側の流体の圧力が上昇したときには前記ダイアフラムの可撓部分が前記流路側から前記操作室側へ変位して前記弁体が前記弁座部へ着座する方向へ変位するため、前記弁体に作用する前記弁座部へ着座させる方向の力が増大する。そして、前記弁体が前記弁座部に着座した状態になると、前記可撓部分の前記中間部が前記流路側から前記操作室側へ規制位置よりも変位することが中間規制部によって規制される。中間部の変位が規制された状態では、流路内の流体により可撓部分の中間部よりも外周側の部分に印加される圧力が弁体に伝達されることは中間規制部によって抑制され、可撓部分の中間部よりも内周側の部分に印加される圧力はその内周側の部分によって弁体に伝達される。ここで、可撓部分における中間部よりも内周側の部分に印加される圧力により弁体が引っ張られる力は、可撓部分の全体に印加される圧力により弁体が引っ張られる力よりも小さくなる。その結果、二次側の流体の圧力が上昇した場合であっても、弁座部に弁体が過度に押付けられることを抑制するとともに、弁体による流体のシール性を保持することができる。

ダイアフラムの可撓部分において、撓み部分の頂部よりも内周側の面積が弁体を変位させるための力を生じさせる有効受圧面積となる。そして、この有効受圧面積が大きいほど流体制御弁が流体を制御する精度が高くなる。

この点、第２の発明は、第１の発明において、前記中間規制部に連結され、前記弁体が前記弁座部から離間した状態において前記弁体の変位方向で前記弁体と互いに押圧する状態となる一方、前記弁体が前記弁座部に着座した状態において前記弁体の変位方向で前記弁体と互いに押圧しない状態となる押圧切替部を備えることを特徴とする。

第２の発明によれば、中間規制部に押圧切替部が連結され、前記弁体が前記弁座部から離間した状態において前記弁体の変位方向で押圧切替部と前記弁体とが互いに押圧する状態となるため、弁体の変位方向において可撓部分の中間部と弁体との相対変位が制限される。このため、可撓部分において中間部よりも内周側の部分はダイアフラムとして機能せず、可撓部分において中間部よりも外周側の部分がダイアフラムとして機能する。したがって、中間部よりも内周側に存在する可撓部分が有効受圧面積を小さくすることを抑制して、ダイアフラムの有効受圧面積を中間部よりも外周側の部分まで大きくすることができる。その結果、流体制御弁が流体を制御する精度が低下することを抑制することができる。

また、前記弁体が前記弁座部に着座した状態において前記弁体の変位方向で押圧切替部と前記弁体とが互いに押圧しない状態となるため、流路内の流体により可撓部分に印加される圧力が押圧切替部を介して弁体に伝達されることはない。そして、前記弁体の変位方向で押圧切替部と前記弁体とが互いに押圧しない状態では、弁体の変位方向において可撓部分の中間部と弁体との相対変位を許容することができる。この相対変位によって可撓部分の中間部が流路側から操作室側へ変位する幅が大きくなると、上述したように、可撓部分の中間部が流路側から操作室側へ規制位置よりも変位することが中間規制部によって規制される。したがって、二次側の流体の圧力が上昇した場合であっても、弁座部に弁体が過度に押付けられることを抑制するとともに、弁体による流体のシール性を保持することができる。

第３の発明は、第２の発明において、前記弁体に一体化された前記操作室側の端部と前記押圧切替部とには、前記弁体の変位方向に相対摺動可能な状態で嵌合している摺動部が設けられているため、弁体の変位方向における弁体と押圧切替部との相対変位を許容しつつ、弁体に一体化された操作室側の端部と押圧切替部とが弁体の変位方向に直交する方向へ相対移動することを抑制することができる。ここで、押圧切替部は中間規制部に連結されており、ダイアフラムの中央部よりも外周縁寄りに設けられた中間規制部は中央部よりも変位が小さくなる。このため、弁体に一体化された操作室側の端部が弁体の変位方向に直交する方向にずれることを抑制することができ、弁体の姿勢を安定させることができる。その結果、流体制御弁が流体の圧力を制御する精度が低下することを抑制することができる。

第４の発明は、第１〜第３のいずれかの発明において、前記操作室には、前記可撓部分の前記中間部が前記流路側から前記操作室側へ前記規制位置まで変位したときに前記中間規制部と当接して前記中間部が前記規制位置よりも変位することを規制する当接部が設けられていることを特徴とする。

第４の発明によれば、中間規制部が可撓部分の中間部と一体になって変位したときに、操作室に設けられた当接部に中間規制部が当接することによって、可撓部分の中間部の変位が規制位置で規制される。したがって、簡易な構成によって可撓部分の中間部の変位を規制することができる。

第５の発明は、第１〜第４のいずれかの発明において、前記中間規制部は、前記可撓部分における外周縁と内周縁との中間部に円環状に配置されているため、ダイアフラムの可撓部分に印加される圧力を中間規制部の全周にわたって受け止めることができる。その結果、中間規制部から可撓部分に作用する圧力を低下させることができるため、ダイアフラムの可撓部分が損傷することを抑制することができる。

第６の発明は、第１〜第５のいずれかの発明において、前記弁体の変位方向に垂直な投影面において、前記可撓部分の前記中間部よりも内周側の面積は、前記弁座部と前記弁体との当接部よりも内周側の面積よりも大きく設定されているため、二次側の流体の圧力が上昇した場合にそれらの面積の差に相当する力が弁体を弁座部に着座させる力として作用する。その結果、可撓部分の中間部が流路側から操作室側へ変位することが規制された状態であっても、弁体による流体のシール性を適切に保持することができる。

パイロットレギュレータを示す断面図。図１のパイロットレギュレータの動作を示す断面図。パイロットレギュレータの変形例を示す断面図。図３のパイロットレギュレータの動作を示す断面図。レギュレータの変形例を示す断面図。従来のパイロットレギュレータを示す断面図。従来の他のパイロットレギュレータを示す断面図。

以下、薬液の圧力を制御するパイロットレギュレータに具現化した一実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、パイロットレギュレータ２０（流体制御弁）は第１カバー３５と第２カバー３６とを備え、それらカバー３５，３６の間に中間体３０が組付けられている。中間体３０には、薬液が流入される流入口２１と薬液が流出される流出口２２とが形成されている。薬液に接触する中間体３０は腐食されにくいように例えばフッ素系合成樹脂により成形され、薬液に接触しないカバー３５，３６は例えばポリプロピレン樹脂により成形されている。なお、第１カバー３５、第２カバー３６、及び中間体３０によって弁本体が構成される。

中間体３０の略中央部には、流入口２１と流出口２２とを連通する弁室２３としての貫通孔が第１カバー３５と第２カバー３６との組み付け方向に延びるように形成されている。弁室２３は、この組み付け方向の中間において孔径が小さくなっている。換言すれば、弁室２３の内壁面が中間で内側へ突出しており、この突出した部分により弁座部２５が形成されている。そして、弁室２３は、薬液の流れ方向において弁座部２５よりも上流側（一次側）が上流側弁室２３ａとなっており、弁座部２５よりも下流側（二次側）が下流側弁室２３ｂとなっている。上流側弁室２３ａは、流入通路２１ａによって流入口２１に接続されている。また、下流側弁室２３ｂよりも下流側には孔径が大きく形成された円形通路２３ｃが形成されている。円形通路２３ｃは、流出通路２２ａによって流出口２２に接続されている。なお、流入通路２１ａ、上流側弁室２３ａ、下流側弁室２３ｂ、円形通路２３ｃ、及び流出通路２２ａによって流路が構成される。

弁室２３には、第１カバー３５と第２カバー３６との組み付け方向に往復動可能な円柱状の弁体２４が収容されている。弁体２４には、２つのダイアフラム２７,２９が連結されており、弁体２４とダイアフラム２９とは一体に成形されている。弁体２４とダイアフラム２７の中央部２７ａとが締結されており、弁体２４はダイアフラム２７の中央部２７ａと一体化されている。ダイアフラム２７の固定部２７ｄは第１カバー３５と中間体３０とで挟持されることにより固定されている。ダイアフラム２７において、中央部２７ａと固定部２７ｄとの間部分が圧力に応じて撓む可撓部分２７ｇとなっている。なお、薬液に接触する弁体２４及び各ダイアフラム２７,２９は、腐食されにくいように例えばフッ素系合成樹脂により成形されている。

弁体２４には、その軸線方向の中間に他の部分よりも径の大きい拡径部２８が形成されている。弁座部２５に対向する拡径部２８の端部は、弁座部２５の内径よりも大きく形成されており、弁座部２５と当接可能になっている。したがって、弁体２４がダイアフラム２７の方向へ移動すると、拡径部２８の端部が弁座部２５に当接し、流入口２１と流出口２２との連通が遮断される。上記円形通路２３ｃ内の薬液の圧力（二次圧）が上昇した場合には、ダイアフラム２７に印加される圧力が大きくなるため、拡径部２８の端部が弁座部２５に当接する力が大きくなる。一方、弁体２４がダイアフラム２９の方向へ移動すると、拡径部２８の端部が弁座部２５から離間し、流入口２１と流出口２２とが連通される。

第２カバー３６には、ダイアフラム２９を挟んで弁室２３と反対側にばね収容室３１が形成されている。ばね収容室３１には圧縮コイルばね３２が収容されている。この圧縮コイルばね３２の付勢力により、弁体２４は常時ダイアフラム２７側へ付勢されている。これにより、弁体２４に形成された拡径部２８の端部が弁座部２５に当接する状態が保持されることとなる。

ダイアフラム２７を挟んで弁室２３と反対側には、パイロットレギュレータ２０の外部からのエアが導入される操作室３３が形成されている。すなわち、ダイアフラム２７は、弁本体内を薬液の流路とエアの導入される操作室３３とに区画している。操作室３３には、ダイアフラム２７が操作室３３側へ変位した場合に、ダイアフラム２７の膨らみ方向が反対になることを抑制するための整形部３３ｂが形成されている。具体的には、整形部３３ｂはダイアフラム２７の膨らみ方向（弁室２３側に凸方向）と同じ方向に湾曲する湾曲部３３ｄを有し、湾曲部３３ｄは円環状に形成されている。このため、ダイアフラム２７が整形部３３ｂの湾曲部３３ｄに当接したときにダイアフラム２７を湾曲部３３に沿う形状とすることができ、ダイアフラム２７の膨らみ方向が反対（操作室３３側に凸方向）になることを抑制することができる。また、操作室３３は、第１カバー３５に形成された導入ポート３４に連通されている。導入ポート３４には、エア通路を通じてエアが導入される。そして、操作室３３のエアの圧力（操作圧）を制御することにより、弁体２４の位置が調節される。

ここで、本実施形態では、以下に説明するように、弁座部２５に弁体２４の拡径部２８の端部が過度に押付けられることを抑制するとともに、弁体２４による薬液のシール性を保持するための構成を備えている。

ダイアフラム２７の操作室３３側の面において、ダイアフラム２７の上記可撓部分２７ｇにおける外周縁（可撓部分２７ｇと固定部２７ｄとの境界）と内周縁（可撓部分２７ｇと中央部２７ａとの境界）との中間部２７ｍに中間規制部２７ｂが設けられている。中間規制部２７ｂは、ダイアフラム２７と一体に成形されており、ダイアフラム２７の径方向において可撓部分２７ｇの略中央に円環状に形成されている。このため、中間規制部２７ｂは全周にわたって可撓部分２７ｇに接続されており、可撓部分２７ｇが変位する際に可撓部分２７ｇの中間部２７ｍ（可撓部分２７ｇにおける中間規制部２７ｂが設けられた部分）と一体になって変位する。

円環状をなす中間規制部２７ｂの径は、弁体２４と弁座部２５との円環状の当接部の径よりも大きく設定されている。すなわち、弁体２４の変位方向に垂直な投影面において、可撓部分２７ｇの中間部２７ｍよりも内周側の面積は、弁座部２５と弁体２４との当接部よりも内周側の面積よりも大きく設定されている。

また、可撓部分２７ｇにおいて中間規制部２７ｂが設けられた中間部２７ｍは、ダイアフラム２７の径方向において所定の幅を有している。この中間部２７ｍの幅は、可撓部分２７ｇと中間規制部２７ｂとに互いに力が作用する場合に、可撓部分２７ｇが中間規制部２７ｂによって損傷されることを抑制することのできる値に設定されている。換言すれば、中間部２７ｍの幅が狭すぎる場合には、可撓部分２７ｇと中間規制部２７ｂとに互いに力が作用する場合に、可撓部分２７ｇが中間規制部２７ｂによって損傷されるおそれがある。

中間規制部２７ｂは円環状をなすとともに、ダイアフラム２７の面に略垂直な方向に延びている。中間規制部２７ｂの内周にはリング状のリング部材４０（押圧切替部）が配置されている。リング部材４０は、その外周面が中間規制部２７ｂの内周面に固定されている。中間規制部２７ｂとリング部材40とは、中間規制部２７ｂの内周面に形成されたねじ山と、リング部材４０の外周面に形成されたねじ山とによって締結されている。

そして、中間規制部２７ｂとリング部材４０とが締結された状態において、中間規制部２７ｂ及びリング部材４０のダイアフラム２７と反対側の端面が共に同一平面上に位置している。このため、中間規制部２７ｂ及びリング部材４０が操作室３３の壁面３３ａの方向へ移動した場合に、中間規制部２７ｂ及びリング部材４０の端面４０ｂが操作室３３の壁面３３ａ（当接部）に全面で当接することとなる。したがって、中間規制部２７ｂ及びリング部材４０を操作室３３の壁面３３ａに安定して当接させることができ、この当接状態において中間規制部２７ｂ及びリング部材４０が傾いたり変形したりすることを抑制することができる。なお、上記と同様の形状となるように中間規制部２７ｂ及びリング部材４０を一体で成形してもよい。

リング部材４０の中央部には円形断面の貫通孔４０ａが弁体２４の変位方向に延びるように形成されている。ダイアフラム２７の中央部２７ａにおいて操作室３３側の端部、すなわち弁体２４に一体化された操作室３３側の端部には、弁体２４の変位方向に延びる円柱状の凸部２７ｃが形成されている。これらの貫通孔４０ａと凸部２７ｃとは、弁体２４の変位方向に相対摺動可能な状態で嵌合している。すなわち、弁体２４の変位方向において、弁体２４における弁座部２５との当接部から弁体２４に一体化された操作室３３側の端部（ダイアフラム２７の中央部２７ａにおける操作室３３側の端部）までの長さとリング部材４０の長さ（弁体２４の変位方向の厚み）とを合計した長さは、弁体２４における弁座部２５との当接部から操作室３３の壁面３３ａまでの長さよりも長く設定されている。換言すれば、弁体２４が弁座部２５に着座した状態において、弁体２４の変位方向で貫通孔４０ａと凸部２７ｃとが嵌合する長さは、弁体２４の変位方向でリング部材４０がダイアフラム２７の中央部から離間する方向へ移動可能な長さよりも長く設定されている。したがって、ダイアフラム２７の中央部２７ａの凸部２７ｃとリング部材４０の貫通孔４０ａとが摺動可能に嵌合した状態が維持されている。そして、弁体２４の変位方向における弁体２４とリング部材４０との相対変位が許容される。

また、ダイアフラム２７の中央部２７ａの凸部２７ｃとリング部材４０の貫通孔４０ａとが嵌合することにより、凸部２７ｃとリング部材４０とが弁体２４の変位方向に直交する方向へ相対移動することが抑制される。ここで、リング部材４０は中間規制部２７ｂに締結されており、ダイアフラム２７の中央部２７ａよりも外周縁寄り（可撓部分２７ｇの中間部２７ｍ）に設けられた中間規制部２７ｂは中央部２７ａよりも変位が小さくなる。このため、凸部２７ｃが弁体２４の変位方向に直交する方向にずれることを抑制することができ、弁体２４の姿勢を安定させることができる。すなわち、弁体２４の中心軸を傾けるような力が作用した場合には、リング部材４０によって凸部２７ｃの移動を抑制することができる。

ダイアフラム２７の可撓部分２７ｇとリング部材４０との間には隙間が形成されている。そして、ダイアフラム２７の中央部２７ａ、中間規制部２７ｂ、及びリング部材４０によって空間３３ｃが区画されている。弁体２４の変位方向においてダイアフラム２７の中央部２７ａとリング部材４０とが当接している状態では、空間３３ｃへの貫通孔４０ａを通じたエアの流入出が行われにくくなる。これに対して、空間３３ｃにエアを流入出させる連通孔４０ｃがリング部材４０に形成されている。このため、空間３３ｃの容積が変化した場合に連通孔４０ｃを通じてエアを円滑に流入出させることができる。なお、ダイアフラム２７の中央部２７ａの凸部２７ｃ及びリング部材４０の貫通孔４０ａによって摺動部が構成される。

弁体２４が弁座部２５に着座した状態において、弁体２４の変位方向でダイアフラム２７の中央部２７ａとリング部材４０とが互い押圧する状態では、リング部材４０及び中間規制部２７ｂのダイアフラム２７とは反対側の端面４０ｂと操作室３３の壁面３３ａとの間に隙間が形成されている。この状態において上記円形通路２３ｃ内の薬液の圧力（二次圧）によってダイアフラム２７、中間規制部２７ｂ及びリング部材４０が操作室３３側へ変位すると、弁体２４の円形通路２３ｃ側から操作室３３側への変位は弁座部２５によって規制されているため、弁体２４の変位方向においてリング部材４０がダイアフラム２７の中央部２７ａから離間する方向へ移動した状態、すなわち弁体２４の変位方向でダイアフラム２７の中央部２７ａとリング部材４０とが互いに押圧しない状態となる。このため、操作室３３のエアの圧力（操作圧）によりダイアフラム２７を円形通路２３ｃ側へ変位させる力よりも円形通路２３ｃ内の薬液の圧力によりダイアフラム２７を円形通路２３ｃ側から操作室３３側へ変位させる力が大きくなった場合に、ダイアフラム２７を円形通路２３ｃ側から操作室３３側へ変位させる力が弁体２４に伝達されることを抑制することができる。

そして、中間規制部２７ｂ及びリング部材４０が操作室３３の壁面３３ａの方向へ更に変位すると、中間規制部２７ｂ及びリング部材４０の端面４０ｂが壁面３３ａに当接してそれ以上の変位が規制される。すなわち、中間規制部２７ｂ及びリング部材４０の端面４０ｂが壁面３３ａに当接したときの中間規制部２７ｂの位置が規制位置となる。このため、ダイアフラム２７において中間規制部２７ｂよりも外周側の部分に作用する力を中間規制部２７ｂ及びリング部材４０を介して操作室３３の壁面３３ａによって受け止めることができる。

このように構成されたパイロットレギュレータ２０の動作について図１及び図２を参照して説明する。

操作室３３に操作圧が作用しておらず且つ流出口２２側の薬液の圧力（二次圧）が低い初期状態では、圧縮コイルばね３２の付勢力により弁体２４の拡径部２８の端部が弁座部２５に当接し、上流側弁室２３ａと下流側弁室２３ｂとの連通が遮断されている。これにより、流入口２１から流出口２２への薬液の流通が阻止される。また、弁体２４の変位方向においてダイアフラム２７の中央部２７ａとリング部材４０とは互いにわずかに押圧する状態、あるいは互いに押圧する力が略零の状態となっている。

これに対し、操作室３３にエアが導入されると、リング部材４０によってダイアフラム２７の中央部２７ａが押圧され、中央部２７ａに連結された弁体２４は圧縮コイルばね３２の付勢力に抗してダイアフラム２９側へ変位する。このため、上流側弁室２３ａと下流側弁室２３ｂとが連通され、流入口２１から流出口２２への薬液の流通が許容される。また、操作室３３の操作圧に応じて、拡径部２８の端部と弁座部２５との距離が変化する。これにより、上流側弁室２３ａから下流側弁室２３ｂへ流れる薬液の流量が増減し、円形通路２３ｃ内の薬液の圧力が制御される。

ここで、弁体２４の拡径部２８の端部が弁座部２５から離間した状態では、弁体２４の変位方向においてダイアフラム２７の中央部２７ａとリング部材４０とが互いに押圧する状態が維持される。すなわち、上記ばね収容室３１に収容された圧縮コイルばね３２の付勢力により、弁体２４は常時ダイアフラム２７側へ付勢されているため、ダイアフラム２７の中央部２７ａが可撓部部分２７ｇの中間部２７ｍに接続する中間規制部２７ｂ及びリング部材４０を押圧することとなる。このため、弁体２４、ダイアフラム２７の中央部２７ａ、リング部材４０、及び中間規制部２７ｂが一体になって変位する。なお、ダイアフラム２７の中央部２７ａの凸部２７ｃとリング部材４０の貫通孔４０ａとが嵌合した状態となっている。このため、上述したように、凸部２７ｃが弁体２４の変位方向に直交する方向にずれることを抑制することができ、弁体２４の姿勢を安定させることができる。

また、ダイアフラムの可撓部分においては、撓み部分の頂部よりも内周側の面積が弁体を変位させるための力を生じさせる有効受圧面積となる。そして、この有効受圧面積が大きいほど流体制御弁が薬液を制御する精度が高くなる。

本実施形態では、弁体２４が弁座部２５から離間した状態において、ダイアフラム２７の中央部２７ａ、リング部材４０、及び中間規制部２７ｂが一体になって変位する。このため、可撓部分２７ｇにおいて中間部２７ｍよりも内周側の内周部２７ｆはダイアフラムとして機能せず、可撓部分２７ｇにおいて中間部２７ｍよりも外周側の外周部２７ｅがダイアフラムとして機能する。したがって、ダイアフラム２７の有効受圧面積を中間部２７ｍよりも外周側の外周部２７ｅまで大きくすることができる。具体的には、外周部２７ｅの撓みの頂部よりも内周側の面積が弁体２４を変位させる力を生じさせる有効受圧面積となり、図６に示した従来の流体制御弁８２０と同等の有効受圧面積を確保することができる。

操作室３３に操作圧が作用している状態において、操作圧による力と圧縮コイルばね３２の付勢力及び二次圧による力との釣り合いにより、弁体２４の拡径部２８の端部が弁座部２５に当接した状態となると、上流側弁室２３ａと下流側弁室２３ｂとの連通が遮断される。この状態では、操作室３３に操作圧が作用しているため、流出口２２側の薬液の圧力がある程度高くなるまでは、弁体２４の変位方向においてダイアフラム２７の中央部２７ａとリング部材４０とが互いに押圧する状態が維持される。

ここで、弁体２４が弁座部２５に着座した状態において、流出口２２側の薬液の圧力が上昇すると、図２に示すようにダイアフラム２７を円形通路２３ｃ側から操作室３３側へ変位させる力が大きくなり、弁体２４の変位方向においてリング部材４０がダイアフラム２７の中央部２７ａから離間する方向へ移動した状態となる。すなわち、弁体２４の変位方向においてダイアフラム２７の中央部２７ａとリング部材４０とが互いに押圧しない状態となる。このとき、中央部２７ａの凸部２７ｃとリング部材４０とが嵌合した状態で摺動することにより、リング部材４０がダイアフラム２７に垂直な方向（弁体２４の変位方向）へ案内される。したがって、ダイアフラム２７の中央部２７ａとリング部材４０とが連結されている構成では可撓部分２７ｇ（内周部２７ｆ、中間部２７ｍ及び外周部２７ｅ）に作用する圧力がリング部材４０を介して弁体２４に伝達されるのに対して、この圧力がリング部材４０を介して弁体２４に伝達されることを抑制することができる。

ダイアフラム２７の可撓部分２７ｇが整形部３３ｂの湾曲部３３ｄに当接してダイアフラム２７が湾曲部３３に沿う形状とされているため、ダイアフラム２７の膨らみ方向が反対（操作室３３側に凸方向）になることを抑制することができる。ダイアフラム２７の可撓部分２７ｇが整形部３３ｂの湾曲部３３ｄに当接した状態では、円形通路２３ｃ内の薬液により可撓部分２７ｇの中間部２７ｍよりも外周側の外周部２７ｅに印加される圧力が弁体２４に伝達されることが整形部３３ｂによっても抑制されている。

また、ダイアフラム２７、ダイアフラム２７の中央部２７ａ、中間規制部２７ｂ、及びリング部材４０によって区画される空間３３ｃの容積が拡大する際に連通孔４０ｃを通じてエアが流入するため、リング部材４０及び中間規制部２７ｂを円滑に移動させることができる。

そして、リング部材４０及び中間規制部２７ｂの端面４０ｂが操作室３３の壁面３３ａに当接すると、リング部材４０及び中間規制部２７ｂの変位が規制される。このため、ダイアフラム２７の可撓部分２７ｇにおいて外周部２７ｅに作用する圧力は、中間規制部２７ｂ及びリング部材４０を介して操作室３３の壁面３３ａによって受け止めることとなる。したがって、外周部２７ｅに作用する圧力が弁体２４に伝達されることが中間規制部２４ｂによって抑制される。

このとき、ダイアフラム２７の可撓部分２７ｇにおいて内周部２７ｆに作用する圧力はダイアフラム２７の中央部２７ａに伝達され、弁体２４を操作室３３側へ引っ張る力として作用する。すなわち、可撓部分２７ｇ全体に作用する圧力のうち、内周部２７ｆに作用する圧力が弁体２４を弁座部２５に着座させる圧力として作用する。このため、弁体２４の拡径部２８の端部が弁座部２５に適度に押付けられることとなり、弁体２４による薬液のシール性を保持することができる。

また、弁体２４の変位方向に垂直な投影面において、可撓部分２７ｇの中間部２７ｍよりも内周側の内周部２７ｆの面積は、弁座部２５と弁体２４との当接部よりも内周側の面積よりも大きく設定されている。このため、弁体２４の拡径部２８に作用して弁体２４を弁座部２５から離間させようとする力よりも、可撓部分２７ｇの内周部２７ｆに作用して弁体２４を弁座部２５に着座させようとする力を大きくすることができる。したがって、弁体とダイアフラムとが分離する従来の構成と比較して、ダイアフラム２７が弁体２４を着座させる力を残すことができる。

なお、リング部材４０及び中間規制部２７ｂが操作室３３側から円形通路２３ｃ側へ移動して上記空間３３ｃの容積が縮小する際には連通孔４０ｃを通じてエアが流出するため、リング部材４０をダイアフラム２７の中央部２７ａに迅速に当接させることができる。その結果、弁体２４を移動させる際の応答性を高めることができるため、流出口２２側の薬液の圧力を迅速に上昇させることができる。

以上詳述した本実施形態の構成によれば、以下の優れた効果が得られる。

操作室３３からダイアフラム２７に印加される操作圧に基づいてダイアフラム２７及び弁体２４を変位させることにより、弁座部２５と弁体２４との相対位置を調節して二次側の薬液の圧力や流量を制御することができる。また、中間規制部２７ｂは、ダイアフラム２７の可撓部分２７ｇにおける外周縁と内周縁との中間部２７ｍと一体になって変位し、この状態では中間部２７ｍの変位が規制されることなく、ダイアフラム２７全体に印加される操作圧に基づいて二次側の薬液を制御することができる。

二次側の薬液の圧力が上昇したときにはダイアフラム２７の可撓部分２７ｇが円形通路２３ｃ側から操作室３３側へ変位して弁体２４が弁座部２５へ着座する方向へ変位するため、弁体２４に作用する弁座部２５へ着座させる方向の力が増大する。そして、弁体２４が弁座部２５に着座した状態になると、可撓部分２７ｇの中間部２７ｍが円形通路２３ｃ側から操作室３３側へ規制位置よりも変位することが中間規制部２７ｂによって規制される。中間部２７ｍの変位が規制された状態では、円形通路２３ｃ内の薬液により可撓部分２７ｇの中間部２７ｍよりも外周側の外周部２７ｅに印加される圧力が弁体２４に伝達されることは中間規制部２７ｂによって抑制され、可撓部分２７ｇの中間部２７ｍよりも内周側の内周部２７ｆに印加される圧力はその内周部２７ｆによって中央部２７ａを介して弁体２４に伝達される。ここで、可撓部分２７ｇの内周部２７ｆに印加される圧力により弁体２４が引っ張られる力は、可撓部分２７ｇの全体（内周部２７ｆ、中間部２７ｍ及び外周部２７ｅ）に印加される圧力により弁体２４が引っ張られる力よりも小さくなる。その結果、弁体２４が弁座部２５に着座した状態において、二次側の薬液の圧力が上昇した場合であっても、弁座部２５に弁体２４が過度に押付けられることを抑制するとともに、弁体２４による薬液のシール性を保持することができる。

中間規制部２７ｂにリング部材４０が締結され、弁体２４が弁座部２５から離間した状態において弁体２４の変位方向でリング部材４０と弁体２４とが互いに押圧する状態となるため、弁体２４の変位方向において可撓部分２７ｇの中間部２７ｍと弁体２４との相対変位が制限される。このため、可撓部分２７ｇにおいて中間部２７ｍよりも内周側の内周部２７ｆはダイアフラムとして機能せず、可撓部分２７ｇにおいて中間部２７ｍよりも外周側の外周部２７ｅがダイアフラムとして機能する。したがって、中間部２７ｍよりも内周側に存在する内周部２７ｆが有効受圧面積を小さくすることを抑制して、ダイアフラム２７の有効受圧面積を中間部２７ｍよりも外周側の外周部２７ｅまで大きくすることができる。その結果、パイロットレギュレータ２０が薬液を制御する精度が低下することを抑制することができる。

また、弁体２４が弁座部２５に着座した状態において弁体２４の変位方向でリング部材４０と弁体２４とが互いに押圧しない状態となるため、円形通路２３ｃ内の薬液により可撓部分２７ｇに印加される圧力がリング部材４０を介して弁体に伝達されることはない。そして、弁体２４の変位方向でリング部材４０と弁体２４とが互いに押圧しない状態では、弁体２４の変位方向において可撓部分２７ｇの中間部２７ｍと弁体２４との相対変位を許容することができる。この相対変位によって可撓部分２７ｇの中間部２７ｍが操作室３３側から円形通路２３ｃ側へ変位する幅が大きくなると、上述したように、可撓部分２７ｇの中間部２７ｍが円形通路２３ｃ側から操作室３３側へ規制位置よりも変位することが中間規制部２７ｂによって規制される。

弁体２４に一体化された操作室３３側の端部（ダイアフラム２７の中央部２７ａにおける操作室３３側の端部）とリング部材４０とには、弁体２４の変位方向に相対摺動可能な状態で嵌合している凸部２７ｃ及び貫通孔4０ａが設けられているため、弁体２４の変位方向における弁体２４とリング部材４０との相対変位を許容しつつ、凸部２７ｃとリング部材４０とが弁体２４の変位方向に直交する方向へ相対移動することを抑制することができる。ここで、リング部材４０は中間規制部２７ｂに締結されており、ダイアフラム２７の中央部２７ａよりも外周縁寄りに設けられた中間規制部２７ｂは中央部２７ａよりも変位が小さくなる。このため、凸部２７ｃが弁体２４の変位方向に直交する方向にずれることを抑制することができ、弁体２４の姿勢を安定させることができる。その結果、パイロットレギュレータ２０が薬液の圧力を制御する精度が低下することを抑制することができる。

中間規制部２７ｂが可撓部分２７ｇの中間部２７ｍと一体になって変位したときに、操作室３３に設けられた壁面３３ａに中間規制部２７ｂが当接することによって、可撓部分２７ｇの中間部２７ｍの変位が規制位置で規制される。したがって、簡易な構成によって可撓部分２７ｇの中間部２７ｍの変位を規制することができる。

中間規制部２７ｂは、可撓部分２７ｇにおける外周縁と内周縁との中間部２７ｍに円環状に配置されているため、ダイアフラム２７の可撓部分２７ｇに印加される圧力を中間規制部２７ｂの全周にわたって受け止めることができる。その結果、中間規制部２７ｂから可撓部分２７ｇに作用する圧力を低下させることができるため、ダイアフラム２７の可撓部分２７ｇが損傷することを抑制することができる。

弁体２４の変位方向に垂直な投影面において、可撓部分２７ｇの中間部２７ｍよりも内周側の内周部２７ｆの面積は、弁座部２５と弁体２４との当接部よりも内周側の面積よりも大きく設定されているため、二次側の薬液の圧力が上昇した場合にそれらの面積の差に相当する力が弁体２４を弁座部２５に着座させる力として作用する。その結果、可撓部分２７ｇの中間部２７ｍが円形通路２３ｃ側から操作室３３側へ変位することが規制された状態であっても、弁体２４による薬液のシール性を適切に保持することができる。

上記実施形態に限定されず、例えば次のように実施することもできる。

上記実施形態では、ダイアフラム２７の中央部２７ａがリング部材４０に当接するようにしたが、弁体２４をダイアフラム２７よりも操作室３３側に突出させることにより、弁体２４がリング部材４０に当接するようにすることもできる。このような構成により、弁体２４の変位方向で弁体２４とリング部材４０とが互いに押圧するようにしてもよい。

上記実施形態では、中間規制部２７ｂは、可撓部分２７ｇの中間部２７ｍにおいて円環状に配置されるようにしたが、この円環状の中間規制部２７ｂの一部を省略することもできる。このような構成であっても、弁体２４が弁座部２５に着座した状態において、円形通路２３ｃ内の薬液の圧力が上昇した場合に、ダイアフラム２７が弁体２４を円形通路２３ｃ側から操作室３３側に引っ張る力を減少させることができる。

上記実施形態では、ダイアフラム２７の中央部２７ａにおける操作室３３側の端部に凸部２７ｃを形成するとともにリング部材４０に貫通孔４０ａを形成したが、ダイアフラム２７の中央部２７ａにおける操作室３３側の端部に凹部を形成するとともにリング部材４０の中央部に凸部を形成してこれらを摺動可能に嵌合させてもよい。また、これらの凸部や貫通孔および凹部を省略して、ダイアフラム２７の中央部２７ａにおける操作室３３側の端部とリング部材４０とが平面同士で当接するようにすることもできる。

上記実施形態では、薬液に接触するダイアフラム２７に操作圧が直接印加されるようにしたが、図３及び図４に示すように、操作圧がダイアフラム１２９に印加されるとともにダイアフラム１２９及び円板部材１４０を介して弁体２４が押圧されるようにしてもよい。この場合も、中間規制部１２７ｂが形成されるとともに、ダイアフラム１２７の中央部１２７ａと円板部材１４０とには、弁体２４の変位方向に相対摺動可能な状態で嵌合している凸部１２７ｃ及び凹部１４０ａが設けられている。中間規制部１２７ｂと円板部材１４０とは別体で形成されており、互いに当接した状態となっている。

また、円板部材１４０の外周にはフランジ１４０ｂが形成され、操作室１３３の内壁面が内側に突出されてフランジ１４０ｂに対向する突出部１３３ａが形成されている。弁体２４が弁座部２５に着座した状態において、弁体２４の変位方向においてダイアフラム１２７の中央部１２７ａと円板部材１４０とが互いに押圧する状態では、円板部材１４０のフランジ１４０ｂと操作室１３３の突出部１３３ａとの間に隙間が形成されている。

そして、弁体２４が弁座部２５に着座した状態において、流出口２２側の薬液の圧力が上昇すると、図４に示すようにダイアフラム１２７を円形通路２３ｃ側から操作室１３３側へ変位させる力が大きくなり、弁体２４の変位方向においてダイアフラム１２７の中央部１２７ａと円板部材１４０とが互いに押圧しない状態となる。円板部材１４０のフランジ１４０ｂが操作室１３３の突出部１３３ａに当接すると、円板部材１４０及び中間規制部１２７ｂの変位が規制される。このような構成であっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

上記実施形態では、操作室３３に導入されるエアの圧力を制御することにより薬液の圧力を制御するようにしたが、図５に示すように、円板部材２４０に印加される圧力を手動で調節してもよい。この場合は、円板部材２４０にばね２３２が当接されており、ハンドル２３８を回すことによりばね押さえ２３７及びばね２３２を介して円板部材２４０に印加される圧力が調節される。また、円板部材２４０の外周縁から円板の面に垂直な方向にリブ２４０ｂが延びており、円柱状の空間として形成された操作室２３３には孔径が変化する部分において段部２３３ａがリブ２４０ｂに対向して形成されている。弁体２４が弁座部２５に着座した状態において、弁体２４の変位方向においてダイアフラム１２７の中央部１２７ａと円板部材２４０とが互いに押圧する状態では、円板部材２４０のリブ２４０ｂと操作室２３３の段部２３３ａとの間に隙間が形成されている。このような構成であっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。また、円板部材２４０に印加される圧力を電磁アクチュエータにより制御する構成にすることもできる。

２０…流体制御弁としてのパイロットレギュレータ、２３ｃ…円形通路、２４…弁体、２５…弁座部、２７…ダイアフラム、２７ｂ…中間規制部、２７ｇ…可撓部分、２７ｍ…中間部、３３…操作室。

Claims

内部に流体の流路を有するとともにその流路の途中に弁座部が設けられた弁本体と、前記弁本体内を前記流路と操作室とに区画するダイアフラムと、前記ダイアフラムに対してその可撓部分よりも内周側に一体化されるとともに前記弁座部に着座した状態から離間した状態まで変位する弁体とを備え、二次側の流体の圧力が上昇したときに前記ダイアフラムの前記可撓部分が前記流路側から前記操作室側へ変位して前記弁体が前記弁座部へ着座する方向へ変位するとともに、前記操作室から前記ダイアフラムに印加される圧力に基づいて前記ダイアフラム及び前記弁体を変位させることにより二次側の流体を制御する流体制御弁において、
前記ダイアフラムの前記可撓部分における外周縁と内周縁との中間部と一体になって変位するとともに、前記弁体が前記弁座部に着座した状態において前記可撓部分の前記中間部が前記流路側から前記操作室側へ規制位置よりも変位することを規制する中間規制部を備えることを特徴とする流体制御弁。
前記中間規制部に連結され、前記弁体が前記弁座部から離間した状態において前記弁体の変位方向で前記弁体と互いに押圧する状態となる一方、前記弁体が前記弁座部に着座した状態において前記弁体の変位方向で前記弁体と互いに押圧しない状態となる押圧切替部を備えることを特徴とする請求項１に記載の流体制御弁。
前記弁体に一体化された前記操作室側の端部と前記押圧切替部とには、前記弁体の変位方向に相対摺動可能な状態で嵌合している摺動部が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の流体制御弁。
前記操作室には、前記可撓部分の前記中間部が前記流路側から前記操作室側へ前記規制位置まで変位したときに前記中間規制部と当接して前記中間部が前記規制位置よりも変位することを規制する当接部が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体制御弁。
前記中間規制部は、前記可撓部分における外周縁と内周縁との中間部に円環状に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の流体制御弁。
前記弁体の変位方向に垂直な投影面において、前記可撓部分の前記中間部よりも内周側の面積は、前記弁座部と前記弁体との当接部よりも内周側の面積よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の流体制御弁。