流量調整弁
【課題】流量調整弁において、高精度に流量を調整することである。
【解決手段】流量調整弁１０は、設定装置２０と弁本体部３０とで構成される。設定装置２０は、流量の設定を行う設定操作盤２２と、設定された流量に対応して、弁本体部３０の調整部３４を移動させるアクチュエータ部２４を含んで構成される。弁本体部３０は、筐体部３２と、筐体部３２の内部の流量調整室４０に配置される複数の平板可動子５０と、流量調整室４０の体積を縮小拡大するための調整部３４とを含んで構成される。平板可動子５０は、中央部に支持穴５２を有し、支持穴５２の外側に第１くぼみ５６と、第１くぼみ５６の外側に第２くぼみ５８と、第２くぼみ５８から外周側に向かって放射状に延びる浅溝部としての複数の細溝６０を含んで構成される。
【解決手段】流量調整弁１０は、設定装置２０と弁本体部３０とで構成される。設定装置２０は、流量の設定を行う設定操作盤２２と、設定された流量に対応して、弁本体部３０の調整部３４を移動させるアクチュエータ部２４を含んで構成される。弁本体部３０は、筐体部３２と、筐体部３２の内部の流量調整室４０に配置される複数の平板可動子５０と、流量調整室４０の体積を縮小拡大するための調整部３４とを含んで構成される。平板可動子５０は、中央部に支持穴５２を有し、支持穴５２の外側に第１くぼみ５６と、第１くぼみ５６の外側に第２くぼみ５８と、第２くぼみ５８から外周側に向かって放射状に延びる浅溝部としての複数の細溝６０を含んで構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量調整弁に係り、特に精密な流量の調整が可能な流量調整弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体供給回路において、管路の圧力調整や流量調整には、ポペットバルブ等、種々の形式の制御弁が用いられている。ポペットバルブとは、主として内燃機関に用いられ、構造的には、弁体が弁座シート面から直角方向に移動する形式のバルブである。
【０００３】
本発明に関連する技術として、特許文献１には、高圧・大流量の気体用の制御弁であるが、衝撃波による騒音を抑制する手動操作制御弁が述べられている。ここでは、バルブハウジング内に収容された弁は、中心に円穴を開けた環状円盤と弾性ゴム等の弾性体スペーサを交互に積層し、最上層に中心穴のない円盤を載置して、周方向のスリットを形成している。ここで、弾性スペーサは、円盤の盤面とバルブシートの周囲に一定角度で放射状に配列した凹部に装着される。そして、弁はバルブシートの上にセットされ、上部円盤はバルブハウジングの上部スリーブに嵌合し、上部スリーブのネジ穴にねじ込んだハンドル付調整ネジが上部円盤のステムに接している。
【０００４】
この構造においては、１次側管路の圧力気体は、環状円盤の中心穴から円盤間のスリットを通じて２次側に排出される。そして、円盤間のスリットを通過する圧力気体は、スリットの整流作用により断面が線状の薄い層流として全周方向へ放射状に排出され、流れを攪乱する渦流や乱流の発生が極めて少なく、気体のバルブ通過騒音はほとんど発生しないと述べられている。
【０００５】
そして、ハンドル付調整ネジを、例えば時計方向に回転すると、上部円盤が下方に押圧され、弾性体スペーサを圧縮して各円盤の間のスリット幅が縮小し、スリット開口面積が減少する。逆に、ハンドル付調整ネジを反時計方向に回転すれば、弁は弾性スペーサの復元力により伸長して各円盤の間のスリット幅が拡大し、ハンドル操作により流量を調整できると述べられている。
【０００６】
なお、本発明と同じ発明者は、特許文献２に示すように、作動範囲の広い高精度の微小移動を可能とする気体圧制御アクチュエータを発明している。この気体圧制御アクチュエータは、筒状の案内部と、案内部の底面に取り付けられる支持軸と、支持軸に軸方向に整列配置されて支持される複数の平板可動子を含んで構成される。平板可動子は、薄板円板の中央部に支持穴を有し、支持穴の外側に板厚を薄くした第１くぼみと、第１くぼみの外側に第１くぼみよりも板厚が厚いが、やはり最外周側の板厚よりも薄い第２くぼみと、第２くぼみから外周側に向かって放射状に延びる複数の細溝を含んで構成される。第１くぼみには、軸方向に貫通して気体が通ることができる貫通穴が複数設けられる。この構造によって、気体圧を制御することで、平板可動子の間の隙間を精密に変化させ、そして、先端側の平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１６９７９２号公報
【特許文献２】特開２００９−６３０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
管路の圧力調整や流量調整に用いられるポペットバルブ等は、流量の精密な調整には限度がある。特許文献１の構造を用いると、ハンドル付調整ネジの操作によって弾性体スペーサを圧縮または復元して各円盤の間のスリット幅を変更でき、これによって流量を調整できる。しかし、弾性体スペーサを用いているので、そのバラつき等によって、流量のばらつきが生じ得る。
【０００９】
本発明の目的は、新しい概念で、高精度に流量を調整することが可能な流量調整弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
特許文献２に開示されている気体圧アクチュエータは、制御された気体圧を入力として、微小変位が出力となっている。この構造における入力と出力を逆にして、変位を入力とし、気体圧あるいは流量を出力とすれば、精密に流量調整が行えるのではないかと考えられる。この場合に、変位を変化させて、複数の平板可動子の間の隙間が、その変位の変化に応じて均等に変化するかどうかがカギである。
【００１１】
つまり、複数の平板可動子は、流量がゼロのときは互いに隙間なしで重なっている状態である。この状態で、気体を流すと、複数の平板可動子が、互いに均等な隙間で、浮上するかどうかである。実験を進めたところ、外周側に向かって放射状に延びる複数の細溝があることで、気体を流さない状態から、気体を流すと、複数の平板可動子が、互いに均等な隙間で浮上し、変位を変化させることで、その隙間間隔が変化し、これによって流量が精密に調整されることが分かった。以下の手段は、かかる知見を具体化するものである。
【００１２】
すなわち、本発明に係る流量調整弁は、流体入力ポートと、流体出力ポートとを有する筐体部と、筐体部において、流体入力ポートを底部側に、流体出力ポートを側面側に配置されるように設けられる流量調整室と、流量調整室の内壁に沿って底部側から、あるいは底部側に向かって、移動可能に案内され、流量調整室の内部空間の体積を縮小拡大する調整部と、流量調整室の内部空間において、調整部の移動方向に垂直な方向に平板面を平行に揃えて配置される複数の平板状可動子であって、平板面の中央部に設けられ、流体入力ポートからの流体が流れることができる窓部と、窓部から径方向に延びる複数の浅溝部とを有する複数の平板可動子と、を備え、流体入力ポートからの流体は、流量調整室において調整部の移動量によって規定される内部空間内で、複数の平板可動子の窓部から複数の浅溝部に沿って隣接する平板可動子の間の隙間を流れ、外径側の端部で平板面に溢れ出て、流体出力ポートから出力されることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る流量調整弁において、浅溝部は、隣接する平板可動子の間の隙間において、静圧気体軸受として働く絞り構造であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る流量調整弁において、浅溝部は、径方向に延びて端部を有する有端浅溝部、または、径方向に延びて段差を有する段付浅溝部、または径方向に延びて外径側に行くほど溝深さが浅くなるテーパ浅溝部のいずれか１であることが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る流量調整弁において、流量調整室の内部空間における平板可動子の径方向の移動と平板面に垂直な軸周りの回転とを規制する規制部を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成により、流量調整弁は、筐体内の内部空間である流量調整室に複数の平板可動子が配置され、流量調整室の内部空間の体積を縮小拡大する調整部が設けられる。複数の平板可動子は、平板面を平行に揃えて配置され、各平板可動子は、流体入力ポートからの流体が流れることができる窓部と、窓部から径方向に延びる複数の浅溝部とを有する。流体入力ポートからの流体は、流量調整室において調整部の移動量によって規定される内部空間内で、複数の平板可動子の窓部から複数の浅溝部に沿って隣接する平板可動子の間の隙間を流れ、外径側の端部で平板面に溢れ出て、流体出力ポートから出力される。
【００１７】
この構造によって、上記のように、気体を流さない状態から、気体を流すと、複数の平板可動子が、互いに均等な隙間で浮上し、調整部によって流量調整室の内部空間の体積を変化させることで、その隙間間隔が変化し、これによって流量を精密に調整できる。
【００１８】
また、流量調整弁において、浅溝部は、隣接する平板可動子の間の隙間において、静圧気体軸受として働く絞り構造であるので、気体を流すことで、隣接する平板可動子の間に隙間が形成される。
【００１９】
また、流量調整弁において、浅溝部は、径方向に延びて端部を有する有端浅溝部、径方向に延びて段差を有する段付浅溝部、径方向に延びて外径側に行くほど溝深さが浅くなるテーパ浅溝部のいずれかである。これによって、気体を流さない状態から、気体を流すと、複数の平板可動子が、互いに均等な隙間で浮上し、精密な流量調整が可能となる。
【００２０】
また、流量調整弁において、平板可動子の径方向の移動と平板面に垂直な軸周りの回転とが規制される。これによって、各平板可動子の間の隙間の流れが安定し、精密な流量調整が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る実施の形態の流量調整弁の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の流量調整弁における流量調整室の構成を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の流量調整弁における平板可動子を示す図である。
【図４】図３の平板可動子の断面図である。
【図５】本発明に係る実施の形態の流量調整弁の流量特性として、調整部の移動量と流量の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、平板可動子は、円形の外形を有し、中央に支持軸に遊合支持される支持穴を有するものとして説明するが、平面寸法に比較して板厚の薄い平板であればよく、外形は円形でなくてもよい。例えば多角形の外形、楕円の外形、曲面の外形を有する平板であってもよい。また、以下で述べる材質、寸法等は、説明のための一例であり、気体圧制御アクチュエータの仕様に適合する材質、寸法等を適宜選択できる。
【００２３】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２４】
図１は、流量調整弁１０の構成を示す図である。流量調整弁１０は、管路等を流れる流体の流量を精密に調整するために用いられる調整弁であり、例えば、流量設定を行い、その流量を表示する流量計として用いることができる。
【００２５】
流量調整弁１０は、設定装置２０と弁本体部３０とで構成される。設定装置２０は、流量の設定を行う設定操作盤２２と、設定された流量に対応して、弁本体部３０の調整部３４を移動させるアクチュエータ部２４を含んで構成される。なお、図１で、弁本体部３０は断面図で示されている。
【００２６】
設定操作盤２２は、流量の設定値を増減するための増加スイッチ２６と減少スイッチ２７と、設定された流量値を表示する表示盤２８を含んで構成される。ユーザは、表示盤２８の表示を見ながら、増加スイッチ２６を押すことで、設定流量値を増加させることができ、設定流量値が所望値より多すぎるときは、減少スイッチ２７を押すことで、設定流量値を減少させることができる。
【００２７】
アクチュエータ部２４は、軸方向に精密に移動するフォースモータと、フォースモータを駆動する駆動回路と、設定操作盤２２で設定された設定流量値に対応する移動量になるように駆動回路を制御する制御回路を含む。制御回路は、弁本体部３０の流量特性に対応する流量と移動量の関係を予めメモリに記憶し、その関係に基づいて、設定操作盤２２で設定された設定流量値に対応する移動量を求め、その移動量になるように、駆動回路を制御して、フォースモータを駆動する。なお、フォースモータに代えて、精密ステッピングモータ等を用いることもできる。
【００２８】
このように、アクチュエータ部２４は、流量を設定するための機構である。アクチュエータ部２４としては、上記のフォースモータのように、力を与えて流量を設定する手段であってもよく、上記のステッピングモータのように、変位を与えて流量を設定する手段であってもよい。モータによる力、変位に代えて、バネによる力、変位を用いてもよく、圧力その他の力を用いてもよい。モータを用いる場合は、位置決め制御を用いるものとしてもよい。
【００２９】
弁本体部３０は、筐体部３２と、筐体部３２の内部の流量調整室４０に配置される複数の平板可動子５０と、流量調整室４０の体積を縮小拡大するための調整部３４とを含んで構成される。図２は、弁本体部３０の部分拡大断面図である。
【００３０】
筐体部３２は、上部側に調整部３４が配置される開口部を有する上部開口の筒状形状の部材である。
【００３１】
筐体部３２の底部側に設けられる流体入力ポート１２は、図示されていない流体管路から流体が供給される流体供給口である。筐体部３２の側面側に設けられる流体出力ポート１４は、弁本体部３０から調整された流量で流体が出力される流体出力口である。流体管路の流量を調整するために流量調整弁１０が用いられるときは、流体管路の途中に直列に弁本体部３０が取り付けられる。すなわち、流体管路の上流側取付部に流体入力ポート１２が取り付けられ、流体管路の下流側取付部に流体出力ポート１４が取り付けられ、流体は、弁本体部３０を経由して流体管路の中を流れる。
【００３２】
流量調整室４０は、底面と側面を筐体部３２の筒状空間の底部壁と側面壁で規定され、上方側を調整部３４の底部壁で規定される筐体部３２の内部空間である。流体入力ポート１２は、流量調整室４０を規定する筐体部３２の底部壁に設けられ、流体出力ポート１４は、流量調整室４０を規定する筐体部３２の側面壁に設けられる。
【００３３】
ここで、底部壁、側面壁は、重力方向と関係なく、単に、筐体部３２の筒状空間の底部の壁を底部壁とし、筒状内側面の壁を側面壁と呼ぶことにしただけである。図１では、紙面の下方側を底部側、左右側を側壁側となっているが、これは、弁本体部３０を重力方向に対し縦置きにすることを意味せず、弁本体部３０を重力方向に対し横置きにしてもよく、斜め置きとしてもよく、平置きとしても構わない。
【００３４】
流量調整室４０の底部側に設けられる入口室３６は、流体入力ポート１２から供給された流体が導かれ、適当な体積空間を有する緩衝室である。この入口室３６に適当な絞り部を設けて、流体の流れを滑らかなものとしてもよい。流体入力ポート１２から供給された流体は、入口室３６を経て流量調整室４０の内部空間に流れ込む。
【００３５】
流量調整室４０の側面側に設けられる出口室３８は、流量調整室４０において流量調整された流体が導き出され、適当な体積空間を有する緩衝室である。流量調整室４０からの流体は、出口室３８を経て、流体出力ポート１４に流れ出る。
【００３６】
調整部３４は、筐体部３２の円筒状の内側面壁に案内され、アクチュエータ部２４によって、底部側から、あるいは底部側に向かって移動可能な筒部材である。調整部３４の移動によって、流量調整室４０の内部空間に設けられる後述の複数の平板可動子５０の隙間量を調整することができる。
【００３７】
調整部３４の移動方向に沿って平行に流量調整室４０に設けられる中心軸４２は、複数の平板可動子５０の軸回りの回転と、径方向の移動を規制する規制軸である。中心軸４２は、一方端が筐体部３２の底部壁に固定され、他方端は、その先端部が調整部３４の底部壁側に向かって延び、調整部３４の底部に接触しないように寸法関係が設定され、自由端となる。
【００３８】
流量調整室４０に配置される複数の平板可動子５０は、中心軸４２によって、軸方向に整列配置されて支持される。図３、図４は、平板可動子５０の構成を示す図で、これらの図には、中心軸４２もあわせて示されている。図３は、平板可動子５０の側面図と正面図で、図４は、図３におけるＡ−Ａ線に沿った断面図で、厚み方向を拡大して示す部分図である。
【００３９】
平板可動子５０は、薄板円板の中央部に支持穴５２を有し、支持穴５２の外側に板厚を薄くした第１くぼみ５６と、第１くぼみ５６の外側に第１くぼみ５６よりも板厚が厚いが、やはり最外周側の板厚よりも薄い第２くぼみ５８と、第２くぼみ５８から外周側に向かって放射状に延びる浅溝部としての複数の細溝６０を含んで構成される。そして、第１くぼみ５６には、軸方向に貫通して気体が通ることができる貫通穴５４が複数設けられる。
【００４０】
支持穴５２は、中心軸４２との間で遊合隙間を有する穴である。図３の例では、中心軸４２の外形が四角軸であるので、支持穴５２も四角穴の内径形状を有している。これによって、平板可動子５０が中心軸４２の軸方向周りに回転することを抑制する。すなわち、四角軸と四角穴との組合せによって、回転止めを構成している。回転止めのためには、四角軸と四角穴との組合せ以外のものを用いてもよい。例えば、支持軸と支持穴に楕円形状の組合せ、多角形形状の組合せ等を用いることができる。
【００４１】
遊合隙間とは、軸外形寸法に対し穴内径寸法が大きく、軸外形と穴内径との間に必ず隙間があり、軸方向に沿って、穴と軸とが相対的に移動可能である隙間状態のことである。しかしながら、軸外形と穴内径との寸法差があまりに大きくて、穴と軸とが相対的にかなり傾きながら移動可能である場合を含まない。すなわち、遊合隙間とは、穴と軸との間の相対的傾きがほとんどない状態で、軸方向に沿って、穴と軸とが相対的に移動可能である隙間状態のことである。したがって、遊合隙間の具体的な隙間量は、中心軸４２の外形寸法あるいは支持穴５２の内径寸法と、平板可動子５０の第１くぼみ５６における板厚によって、その大きさが異なってくる。一例をあげると、支持穴５２の外形寸法を約１ｍｍ角とし、平板可動子５０の第１くぼみ５６における板厚を約０．１ｍｍとして、中心軸４２の外形と支持穴５２の内径との間の隙間を、約１０μｍ程度とすることができる。この例では、遊合隙間が約１０μｍとなる。
【００４２】
上記では、複数の平板可動子５０のそれぞれの中心が１つの軸に揃うセンタリング手段として、各平板可動子５０のそれぞれに設けられる支持穴５２と、これに対応する中心軸４２を説明した。ここでは、各平板可動子５０と中心軸４２は、遊合隙間によって、軸方向に移動可能にセンタリングを行うことができる。センタリング手段としては、このような遊合隙間を用いるほかに、平板可動子５０と中心軸４２との間を、軸方向の剛性が低く、径方向の剛性が高いバネを用いて接続する構成を用いてもよい。このようなバネを用いることで、平板可動子５０が中心軸４２の軸方向周りに回転することを抑制することができる。このようなバネとしては、薄板に雲形のように蛇行する貫通隙間を形成した雲形バネを用いることができる。
【００４３】
第１くぼみ５６に設けられる貫通穴５４は、複数の平板可動子５０が中心軸４２に整列配置されたときに、中心軸４２の軸方向に沿って気体が流れることができる気体貫通流路としての機能を有する。その意味で、貫通穴５４は、流体が通る窓部である。貫通穴５４は、図３に示されるように、第１くぼみ５６において、支持穴５２を中心穴として、中心穴から同一半径上で、周方向に沿って均等な間隔で複数個設けられる。図３の例では、８個の貫通穴５４が設けられている。貫通穴５４の穴径は、適当な大きさであればよい。
【００４４】
第１くぼみ５６は、離散的に配置される貫通穴５４を通って気体の流れを平均化する機能を有する空間である。
【００４５】
第２くぼみ５８と細溝６０は、平板可動子５０の表面に沿って径方向に気体が流れるときに、絞り効果を奏するように設けられる。すなわち、平板可動子５０の平板面が、他の面と対向し、２つの面の間の隙間に気体が流れて、この第２くぼみ５８及び細溝６０を流れる気体が細溝６０の終端等で平板面にあふれるときに、流路が狭くなって絞られ、いわゆる表面絞りとなる。この表面絞りの効果により、２つの面の間の流れが安定し、２つの面の間の間隔も安定する。勿論、場合によって、第２くぼみを設けないものとしてもよい。
【００４６】
かかる平板可動子５０としては、例えば、セラミックを成形したものを用いることができる。これにより、平板可動子５０の隙間調整等における電磁的な影響を排除することができる。勿論、用途によっては、ＳＵＳ等の金属円板を加工して得られるものを平板可動子として用いてもよい。
【００４７】
上記では、表面絞りとして、径方向に延びて端部を有する有端浅溝部である細溝６０を説明した。表面絞りは、隣接する平板可動子の間の隙間において、静圧気体軸受として働く絞り構造であればよい。表面絞りとして働く浅溝部としては、有端浅溝部以外にも、径方向に延びて段差を有する段付浅溝部、あるいは、径方向に延びて外径側に行くほど溝深さが浅くなるテーパ浅溝部を用いることができる。
【００４８】
また、上記では、平板可動子の片側の表面にのみ表面絞りを形成することを述べたが、表裏の両面にそれぞれ表面絞りを設けた平板可動子を用いてもよい。また、表面絞りを有する平板可動子と、表面絞りを有さない平坦面の平板可動子を交互に軸方向に沿って配置して用いてもよい。
【００４９】
複数の平板可動子５０を流量調整室４０に配置したときの流体の流れは次のようになる。すなわち、流体入力ポート１２からの流体は、入口室３６を通り、流量調整室４０において調整部３４の移動量によって規定される内部空間内で、複数の平板可動子５０の窓部である貫通穴５４から複数の浅溝部である細溝６０に沿って、隣接する平板可動子５０の間の隙間を流れ、外径側の端部で平板可動子５０の平板面に溢れ出る。その際に、調整部３４の移動量によって規定される隣接する平板可動子５０の間の隙間間隔で流量が調整される。流量が調整された流体は、出口室３８を通って、流体出力ポート１４から出力される。
【００５０】
流量調整室４０に配置される複数の平板可動子５０は、流体が流れ込むまでは、互いの表裏面を合わせた態様で、積層された状態である。流体が流体入力ポート１２から供給されると、その流体は、窓部である貫通穴５４から第１くぼみ５６、第２くぼみ５８、細溝６０を通って流れ、そのときの流体圧で、各平板可動子５０は、隣接する平板可動子５０に対し、流体的に浮上し、隣接する平板可動子５０の間に隙間を形成する。この隙間形成の原理は、流体理論によって定まる流体軸受の原理と同じである。
【００５１】
隣接する平板可動子５０の間の隙間の間隔は、複数の平板可動子５０において形成される各隙間において、同じ間隔となる。例えば、平板可動子５０がＮ枚あると、流量調整室４０内に、細溝６０を流れる流体によってＮ個の隙間が形成される。
【００５２】
各平板可動子５０が接触しているときの状態を基準とし、調整部３４の移動量設定で定まる最先端側の平板可動子５０と調整部３４の底部壁までの距離をΔＺとすると、ΔＺは、Ｎ個の隙間量の合計量となる。すなわち、ΔＺ＝Ｎ×（隣接する平板可動子５０の間の隙間量）である。このΔＺを流れる流体の流量は、流体の圧力と、細溝６０等を流れるときの流体抵抗等によって定まる。流体の圧力と、細溝６０等を流れるときの流体抵抗等が流量によって変化しないとすれば、流量調整室４０を流れる流体の流量は、ΔＺで一意的に定まることになる。
【００５３】
図５は、弁本体部３０を流れる流体の流量Ｑと、調整部３４の移動量Ｚとの間の流量特性図である。このように、移動量Ｚを変更することで、流量Ｑを調整することができる。この流量特性は、予め計算で、あるいは実験的に求めることができる。
【００５４】
なお、特許文献１における構成も、ハンドル付調整ネジの回転量の設定によって、各円盤の間のスリット幅を変更するものである。特許文献１の円盤には、細溝等の表面絞りが設けられていない。したがって、そのままでは、流体が流れる前の状態において各円盤は相互に接触し、流体が供給されても、各円盤の間に流体が流れない。そこで、特許文献１では、弾性スペーサを用い、各円盤の間の初期隙間を確保し、ハンドル付調整ネジによって、弾性スペーサを圧縮しあるいは復元させて、この初期隙間を変更する。このように、特許文献１では、弾性スペーサの厚さを調整することで、円盤間の初期隙間を変更する。
【００５５】
これに対し、図１から図４の構成では、細溝６０等の表面絞りを用いるので、弾性スペーサを要せず、また、各平板可動子５０の間の隙間量は、調整部３４の移動量を設定すれば、流体の圧力によって流体軸受の原理によって自動的に定まる。流体軸受の原理による隙間と流量の関係は、理論で定まるもので、具体的には、実験によって精密に求めることができる。また、隣接する平板可動子５０の間には、ゴム等のスペーサが設ける必要がないので、流量がほぼゼロのところから、流量調整が可能である。このように、図１から図４の構成は、表面絞りを用いた流体軸受の作用を用いることで、調整部３４の移動量設定に対応して流量を精密に調整することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明に係る流量調整弁は、気体等の流体の精密流量計として用いることができる。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 流量調整弁、１２ 流体入力ポート、１４ 流体出力ポート、２０ 設定装置、２２ 設定操作盤、２４ アクチュエータ部、２６ 増加スイッチ、２７ 減少スイッチ、２８ 表示盤、３０ 弁本体部、３２ 筐体部、３４ 調整部、３６ 入口室、３８ 出口室、４０ 流量調整室、４２ 中心軸、５０ 平板可動子、５２ 支持穴、５４ 貫通穴、５６ 第１くぼみ、５８ 第２くぼみ、６０ 細溝。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量調整弁に係り、特に精密な流量の調整が可能な流量調整弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体供給回路において、管路の圧力調整や流量調整には、ポペットバルブ等、種々の形式の制御弁が用いられている。ポペットバルブとは、主として内燃機関に用いられ、構造的には、弁体が弁座シート面から直角方向に移動する形式のバルブである。
【０００３】
本発明に関連する技術として、特許文献１には、高圧・大流量の気体用の制御弁であるが、衝撃波による騒音を抑制する手動操作制御弁が述べられている。ここでは、バルブハウジング内に収容された弁は、中心に円穴を開けた環状円盤と弾性ゴム等の弾性体スペーサを交互に積層し、最上層に中心穴のない円盤を載置して、周方向のスリットを形成している。ここで、弾性スペーサは、円盤の盤面とバルブシートの周囲に一定角度で放射状に配列した凹部に装着される。そして、弁はバルブシートの上にセットされ、上部円盤はバルブハウジングの上部スリーブに嵌合し、上部スリーブのネジ穴にねじ込んだハンドル付調整ネジが上部円盤のステムに接している。
【０００４】
この構造においては、１次側管路の圧力気体は、環状円盤の中心穴から円盤間のスリットを通じて２次側に排出される。そして、円盤間のスリットを通過する圧力気体は、スリットの整流作用により断面が線状の薄い層流として全周方向へ放射状に排出され、流れを攪乱する渦流や乱流の発生が極めて少なく、気体のバルブ通過騒音はほとんど発生しないと述べられている。
【０００５】
そして、ハンドル付調整ネジを、例えば時計方向に回転すると、上部円盤が下方に押圧され、弾性体スペーサを圧縮して各円盤の間のスリット幅が縮小し、スリット開口面積が減少する。逆に、ハンドル付調整ネジを反時計方向に回転すれば、弁は弾性スペーサの復元力により伸長して各円盤の間のスリット幅が拡大し、ハンドル操作により流量を調整できると述べられている。
【０００６】
なお、本発明と同じ発明者は、特許文献２に示すように、作動範囲の広い高精度の微小移動を可能とする気体圧制御アクチュエータを発明している。この気体圧制御アクチュエータは、筒状の案内部と、案内部の底面に取り付けられる支持軸と、支持軸に軸方向に整列配置されて支持される複数の平板可動子を含んで構成される。平板可動子は、薄板円板の中央部に支持穴を有し、支持穴の外側に板厚を薄くした第１くぼみと、第１くぼみの外側に第１くぼみよりも板厚が厚いが、やはり最外周側の板厚よりも薄い第２くぼみと、第２くぼみから外周側に向かって放射状に延びる複数の細溝を含んで構成される。第１くぼみには、軸方向に貫通して気体が通ることができる貫通穴が複数設けられる。この構造によって、気体圧を制御することで、平板可動子の間の隙間を精密に変化させ、そして、先端側の平板可動子が気体層を介して駆動対象物に駆動力を及ぼす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１６９７９２号公報
【特許文献２】特開２００９−６３０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
管路の圧力調整や流量調整に用いられるポペットバルブ等は、流量の精密な調整には限度がある。特許文献１の構造を用いると、ハンドル付調整ネジの操作によって弾性体スペーサを圧縮または復元して各円盤の間のスリット幅を変更でき、これによって流量を調整できる。しかし、弾性体スペーサを用いているので、そのバラつき等によって、流量のばらつきが生じ得る。
【０００９】
本発明の目的は、新しい概念で、高精度に流量を調整することが可能な流量調整弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
特許文献２に開示されている気体圧アクチュエータは、制御された気体圧を入力として、微小変位が出力となっている。この構造における入力と出力を逆にして、変位を入力とし、気体圧あるいは流量を出力とすれば、精密に流量調整が行えるのではないかと考えられる。この場合に、変位を変化させて、複数の平板可動子の間の隙間が、その変位の変化に応じて均等に変化するかどうかがカギである。
【００１１】
つまり、複数の平板可動子は、流量がゼロのときは互いに隙間なしで重なっている状態である。この状態で、気体を流すと、複数の平板可動子が、互いに均等な隙間で、浮上するかどうかである。実験を進めたところ、外周側に向かって放射状に延びる複数の細溝があることで、気体を流さない状態から、気体を流すと、複数の平板可動子が、互いに均等な隙間で浮上し、変位を変化させることで、その隙間間隔が変化し、これによって流量が精密に調整されることが分かった。以下の手段は、かかる知見を具体化するものである。
【００１２】
すなわち、本発明に係る流量調整弁は、流体入力ポートと、流体出力ポートとを有する筐体部と、筐体部において、流体入力ポートを底部側に、流体出力ポートを側面側に配置されるように設けられる流量調整室と、流量調整室の内壁に沿って底部側から、あるいは底部側に向かって、移動可能に案内され、流量調整室の内部空間の体積を縮小拡大する調整部と、流量調整室の内部空間において、調整部の移動方向に垂直な方向に平板面を平行に揃えて配置される複数の平板状可動子であって、平板面の中央部に設けられ、流体入力ポートからの流体が流れることができる窓部と、窓部から径方向に延びる複数の浅溝部とを有する複数の平板可動子と、を備え、流体入力ポートからの流体は、流量調整室において調整部の移動量によって規定される内部空間内で、複数の平板可動子の窓部から複数の浅溝部に沿って隣接する平板可動子の間の隙間を流れ、外径側の端部で平板面に溢れ出て、流体出力ポートから出力されることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る流量調整弁において、浅溝部は、隣接する平板可動子の間の隙間において、静圧気体軸受として働く絞り構造であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る流量調整弁において、浅溝部は、径方向に延びて端部を有する有端浅溝部、または、径方向に延びて段差を有する段付浅溝部、または径方向に延びて外径側に行くほど溝深さが浅くなるテーパ浅溝部のいずれか１であることが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る流量調整弁において、流量調整室の内部空間における平板可動子の径方向の移動と平板面に垂直な軸周りの回転とを規制する規制部を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成により、流量調整弁は、筐体内の内部空間である流量調整室に複数の平板可動子が配置され、流量調整室の内部空間の体積を縮小拡大する調整部が設けられる。複数の平板可動子は、平板面を平行に揃えて配置され、各平板可動子は、流体入力ポートからの流体が流れることができる窓部と、窓部から径方向に延びる複数の浅溝部とを有する。流体入力ポートからの流体は、流量調整室において調整部の移動量によって規定される内部空間内で、複数の平板可動子の窓部から複数の浅溝部に沿って隣接する平板可動子の間の隙間を流れ、外径側の端部で平板面に溢れ出て、流体出力ポートから出力される。
【００１７】
この構造によって、上記のように、気体を流さない状態から、気体を流すと、複数の平板可動子が、互いに均等な隙間で浮上し、調整部によって流量調整室の内部空間の体積を変化させることで、その隙間間隔が変化し、これによって流量を精密に調整できる。
【００１８】
また、流量調整弁において、浅溝部は、隣接する平板可動子の間の隙間において、静圧気体軸受として働く絞り構造であるので、気体を流すことで、隣接する平板可動子の間に隙間が形成される。
【００１９】
また、流量調整弁において、浅溝部は、径方向に延びて端部を有する有端浅溝部、径方向に延びて段差を有する段付浅溝部、径方向に延びて外径側に行くほど溝深さが浅くなるテーパ浅溝部のいずれかである。これによって、気体を流さない状態から、気体を流すと、複数の平板可動子が、互いに均等な隙間で浮上し、精密な流量調整が可能となる。
【００２０】
また、流量調整弁において、平板可動子の径方向の移動と平板面に垂直な軸周りの回転とが規制される。これによって、各平板可動子の間の隙間の流れが安定し、精密な流量調整が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る実施の形態の流量調整弁の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の流量調整弁における流量調整室の構成を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の流量調整弁における平板可動子を示す図である。
【図４】図３の平板可動子の断面図である。
【図５】本発明に係る実施の形態の流量調整弁の流量特性として、調整部の移動量と流量の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、平板可動子は、円形の外形を有し、中央に支持軸に遊合支持される支持穴を有するものとして説明するが、平面寸法に比較して板厚の薄い平板であればよく、外形は円形でなくてもよい。例えば多角形の外形、楕円の外形、曲面の外形を有する平板であってもよい。また、以下で述べる材質、寸法等は、説明のための一例であり、気体圧制御アクチュエータの仕様に適合する材質、寸法等を適宜選択できる。
【００２３】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２４】
図１は、流量調整弁１０の構成を示す図である。流量調整弁１０は、管路等を流れる流体の流量を精密に調整するために用いられる調整弁であり、例えば、流量設定を行い、その流量を表示する流量計として用いることができる。
【００２５】
流量調整弁１０は、設定装置２０と弁本体部３０とで構成される。設定装置２０は、流量の設定を行う設定操作盤２２と、設定された流量に対応して、弁本体部３０の調整部３４を移動させるアクチュエータ部２４を含んで構成される。なお、図１で、弁本体部３０は断面図で示されている。
【００２６】
設定操作盤２２は、流量の設定値を増減するための増加スイッチ２６と減少スイッチ２７と、設定された流量値を表示する表示盤２８を含んで構成される。ユーザは、表示盤２８の表示を見ながら、増加スイッチ２６を押すことで、設定流量値を増加させることができ、設定流量値が所望値より多すぎるときは、減少スイッチ２７を押すことで、設定流量値を減少させることができる。
【００２７】
アクチュエータ部２４は、軸方向に精密に移動するフォースモータと、フォースモータを駆動する駆動回路と、設定操作盤２２で設定された設定流量値に対応する移動量になるように駆動回路を制御する制御回路を含む。制御回路は、弁本体部３０の流量特性に対応する流量と移動量の関係を予めメモリに記憶し、その関係に基づいて、設定操作盤２２で設定された設定流量値に対応する移動量を求め、その移動量になるように、駆動回路を制御して、フォースモータを駆動する。なお、フォースモータに代えて、精密ステッピングモータ等を用いることもできる。
【００２８】
このように、アクチュエータ部２４は、流量を設定するための機構である。アクチュエータ部２４としては、上記のフォースモータのように、力を与えて流量を設定する手段であってもよく、上記のステッピングモータのように、変位を与えて流量を設定する手段であってもよい。モータによる力、変位に代えて、バネによる力、変位を用いてもよく、圧力その他の力を用いてもよい。モータを用いる場合は、位置決め制御を用いるものとしてもよい。
【００２９】
弁本体部３０は、筐体部３２と、筐体部３２の内部の流量調整室４０に配置される複数の平板可動子５０と、流量調整室４０の体積を縮小拡大するための調整部３４とを含んで構成される。図２は、弁本体部３０の部分拡大断面図である。
【００３０】
筐体部３２は、上部側に調整部３４が配置される開口部を有する上部開口の筒状形状の部材である。
【００３１】
筐体部３２の底部側に設けられる流体入力ポート１２は、図示されていない流体管路から流体が供給される流体供給口である。筐体部３２の側面側に設けられる流体出力ポート１４は、弁本体部３０から調整された流量で流体が出力される流体出力口である。流体管路の流量を調整するために流量調整弁１０が用いられるときは、流体管路の途中に直列に弁本体部３０が取り付けられる。すなわち、流体管路の上流側取付部に流体入力ポート１２が取り付けられ、流体管路の下流側取付部に流体出力ポート１４が取り付けられ、流体は、弁本体部３０を経由して流体管路の中を流れる。
【００３２】
流量調整室４０は、底面と側面を筐体部３２の筒状空間の底部壁と側面壁で規定され、上方側を調整部３４の底部壁で規定される筐体部３２の内部空間である。流体入力ポート１２は、流量調整室４０を規定する筐体部３２の底部壁に設けられ、流体出力ポート１４は、流量調整室４０を規定する筐体部３２の側面壁に設けられる。
【００３３】
ここで、底部壁、側面壁は、重力方向と関係なく、単に、筐体部３２の筒状空間の底部の壁を底部壁とし、筒状内側面の壁を側面壁と呼ぶことにしただけである。図１では、紙面の下方側を底部側、左右側を側壁側となっているが、これは、弁本体部３０を重力方向に対し縦置きにすることを意味せず、弁本体部３０を重力方向に対し横置きにしてもよく、斜め置きとしてもよく、平置きとしても構わない。
【００３４】
流量調整室４０の底部側に設けられる入口室３６は、流体入力ポート１２から供給された流体が導かれ、適当な体積空間を有する緩衝室である。この入口室３６に適当な絞り部を設けて、流体の流れを滑らかなものとしてもよい。流体入力ポート１２から供給された流体は、入口室３６を経て流量調整室４０の内部空間に流れ込む。
【００３５】
流量調整室４０の側面側に設けられる出口室３８は、流量調整室４０において流量調整された流体が導き出され、適当な体積空間を有する緩衝室である。流量調整室４０からの流体は、出口室３８を経て、流体出力ポート１４に流れ出る。
【００３６】
調整部３４は、筐体部３２の円筒状の内側面壁に案内され、アクチュエータ部２４によって、底部側から、あるいは底部側に向かって移動可能な筒部材である。調整部３４の移動によって、流量調整室４０の内部空間に設けられる後述の複数の平板可動子５０の隙間量を調整することができる。
【００３７】
調整部３４の移動方向に沿って平行に流量調整室４０に設けられる中心軸４２は、複数の平板可動子５０の軸回りの回転と、径方向の移動を規制する規制軸である。中心軸４２は、一方端が筐体部３２の底部壁に固定され、他方端は、その先端部が調整部３４の底部壁側に向かって延び、調整部３４の底部に接触しないように寸法関係が設定され、自由端となる。
【００３８】
流量調整室４０に配置される複数の平板可動子５０は、中心軸４２によって、軸方向に整列配置されて支持される。図３、図４は、平板可動子５０の構成を示す図で、これらの図には、中心軸４２もあわせて示されている。図３は、平板可動子５０の側面図と正面図で、図４は、図３におけるＡ−Ａ線に沿った断面図で、厚み方向を拡大して示す部分図である。
【００３９】
平板可動子５０は、薄板円板の中央部に支持穴５２を有し、支持穴５２の外側に板厚を薄くした第１くぼみ５６と、第１くぼみ５６の外側に第１くぼみ５６よりも板厚が厚いが、やはり最外周側の板厚よりも薄い第２くぼみ５８と、第２くぼみ５８から外周側に向かって放射状に延びる浅溝部としての複数の細溝６０を含んで構成される。そして、第１くぼみ５６には、軸方向に貫通して気体が通ることができる貫通穴５４が複数設けられる。
【００４０】
支持穴５２は、中心軸４２との間で遊合隙間を有する穴である。図３の例では、中心軸４２の外形が四角軸であるので、支持穴５２も四角穴の内径形状を有している。これによって、平板可動子５０が中心軸４２の軸方向周りに回転することを抑制する。すなわち、四角軸と四角穴との組合せによって、回転止めを構成している。回転止めのためには、四角軸と四角穴との組合せ以外のものを用いてもよい。例えば、支持軸と支持穴に楕円形状の組合せ、多角形形状の組合せ等を用いることができる。
【００４１】
遊合隙間とは、軸外形寸法に対し穴内径寸法が大きく、軸外形と穴内径との間に必ず隙間があり、軸方向に沿って、穴と軸とが相対的に移動可能である隙間状態のことである。しかしながら、軸外形と穴内径との寸法差があまりに大きくて、穴と軸とが相対的にかなり傾きながら移動可能である場合を含まない。すなわち、遊合隙間とは、穴と軸との間の相対的傾きがほとんどない状態で、軸方向に沿って、穴と軸とが相対的に移動可能である隙間状態のことである。したがって、遊合隙間の具体的な隙間量は、中心軸４２の外形寸法あるいは支持穴５２の内径寸法と、平板可動子５０の第１くぼみ５６における板厚によって、その大きさが異なってくる。一例をあげると、支持穴５２の外形寸法を約１ｍｍ角とし、平板可動子５０の第１くぼみ５６における板厚を約０．１ｍｍとして、中心軸４２の外形と支持穴５２の内径との間の隙間を、約１０μｍ程度とすることができる。この例では、遊合隙間が約１０μｍとなる。
【００４２】
上記では、複数の平板可動子５０のそれぞれの中心が１つの軸に揃うセンタリング手段として、各平板可動子５０のそれぞれに設けられる支持穴５２と、これに対応する中心軸４２を説明した。ここでは、各平板可動子５０と中心軸４２は、遊合隙間によって、軸方向に移動可能にセンタリングを行うことができる。センタリング手段としては、このような遊合隙間を用いるほかに、平板可動子５０と中心軸４２との間を、軸方向の剛性が低く、径方向の剛性が高いバネを用いて接続する構成を用いてもよい。このようなバネを用いることで、平板可動子５０が中心軸４２の軸方向周りに回転することを抑制することができる。このようなバネとしては、薄板に雲形のように蛇行する貫通隙間を形成した雲形バネを用いることができる。
【００４３】
第１くぼみ５６に設けられる貫通穴５４は、複数の平板可動子５０が中心軸４２に整列配置されたときに、中心軸４２の軸方向に沿って気体が流れることができる気体貫通流路としての機能を有する。その意味で、貫通穴５４は、流体が通る窓部である。貫通穴５４は、図３に示されるように、第１くぼみ５６において、支持穴５２を中心穴として、中心穴から同一半径上で、周方向に沿って均等な間隔で複数個設けられる。図３の例では、８個の貫通穴５４が設けられている。貫通穴５４の穴径は、適当な大きさであればよい。
【００４４】
第１くぼみ５６は、離散的に配置される貫通穴５４を通って気体の流れを平均化する機能を有する空間である。
【００４５】
第２くぼみ５８と細溝６０は、平板可動子５０の表面に沿って径方向に気体が流れるときに、絞り効果を奏するように設けられる。すなわち、平板可動子５０の平板面が、他の面と対向し、２つの面の間の隙間に気体が流れて、この第２くぼみ５８及び細溝６０を流れる気体が細溝６０の終端等で平板面にあふれるときに、流路が狭くなって絞られ、いわゆる表面絞りとなる。この表面絞りの効果により、２つの面の間の流れが安定し、２つの面の間の間隔も安定する。勿論、場合によって、第２くぼみを設けないものとしてもよい。
【００４６】
かかる平板可動子５０としては、例えば、セラミックを成形したものを用いることができる。これにより、平板可動子５０の隙間調整等における電磁的な影響を排除することができる。勿論、用途によっては、ＳＵＳ等の金属円板を加工して得られるものを平板可動子として用いてもよい。
【００４７】
上記では、表面絞りとして、径方向に延びて端部を有する有端浅溝部である細溝６０を説明した。表面絞りは、隣接する平板可動子の間の隙間において、静圧気体軸受として働く絞り構造であればよい。表面絞りとして働く浅溝部としては、有端浅溝部以外にも、径方向に延びて段差を有する段付浅溝部、あるいは、径方向に延びて外径側に行くほど溝深さが浅くなるテーパ浅溝部を用いることができる。
【００４８】
また、上記では、平板可動子の片側の表面にのみ表面絞りを形成することを述べたが、表裏の両面にそれぞれ表面絞りを設けた平板可動子を用いてもよい。また、表面絞りを有する平板可動子と、表面絞りを有さない平坦面の平板可動子を交互に軸方向に沿って配置して用いてもよい。
【００４９】
複数の平板可動子５０を流量調整室４０に配置したときの流体の流れは次のようになる。すなわち、流体入力ポート１２からの流体は、入口室３６を通り、流量調整室４０において調整部３４の移動量によって規定される内部空間内で、複数の平板可動子５０の窓部である貫通穴５４から複数の浅溝部である細溝６０に沿って、隣接する平板可動子５０の間の隙間を流れ、外径側の端部で平板可動子５０の平板面に溢れ出る。その際に、調整部３４の移動量によって規定される隣接する平板可動子５０の間の隙間間隔で流量が調整される。流量が調整された流体は、出口室３８を通って、流体出力ポート１４から出力される。
【００５０】
流量調整室４０に配置される複数の平板可動子５０は、流体が流れ込むまでは、互いの表裏面を合わせた態様で、積層された状態である。流体が流体入力ポート１２から供給されると、その流体は、窓部である貫通穴５４から第１くぼみ５６、第２くぼみ５８、細溝６０を通って流れ、そのときの流体圧で、各平板可動子５０は、隣接する平板可動子５０に対し、流体的に浮上し、隣接する平板可動子５０の間に隙間を形成する。この隙間形成の原理は、流体理論によって定まる流体軸受の原理と同じである。
【００５１】
隣接する平板可動子５０の間の隙間の間隔は、複数の平板可動子５０において形成される各隙間において、同じ間隔となる。例えば、平板可動子５０がＮ枚あると、流量調整室４０内に、細溝６０を流れる流体によってＮ個の隙間が形成される。
【００５２】
各平板可動子５０が接触しているときの状態を基準とし、調整部３４の移動量設定で定まる最先端側の平板可動子５０と調整部３４の底部壁までの距離をΔＺとすると、ΔＺは、Ｎ個の隙間量の合計量となる。すなわち、ΔＺ＝Ｎ×（隣接する平板可動子５０の間の隙間量）である。このΔＺを流れる流体の流量は、流体の圧力と、細溝６０等を流れるときの流体抵抗等によって定まる。流体の圧力と、細溝６０等を流れるときの流体抵抗等が流量によって変化しないとすれば、流量調整室４０を流れる流体の流量は、ΔＺで一意的に定まることになる。
【００５３】
図５は、弁本体部３０を流れる流体の流量Ｑと、調整部３４の移動量Ｚとの間の流量特性図である。このように、移動量Ｚを変更することで、流量Ｑを調整することができる。この流量特性は、予め計算で、あるいは実験的に求めることができる。
【００５４】
なお、特許文献１における構成も、ハンドル付調整ネジの回転量の設定によって、各円盤の間のスリット幅を変更するものである。特許文献１の円盤には、細溝等の表面絞りが設けられていない。したがって、そのままでは、流体が流れる前の状態において各円盤は相互に接触し、流体が供給されても、各円盤の間に流体が流れない。そこで、特許文献１では、弾性スペーサを用い、各円盤の間の初期隙間を確保し、ハンドル付調整ネジによって、弾性スペーサを圧縮しあるいは復元させて、この初期隙間を変更する。このように、特許文献１では、弾性スペーサの厚さを調整することで、円盤間の初期隙間を変更する。
【００５５】
これに対し、図１から図４の構成では、細溝６０等の表面絞りを用いるので、弾性スペーサを要せず、また、各平板可動子５０の間の隙間量は、調整部３４の移動量を設定すれば、流体の圧力によって流体軸受の原理によって自動的に定まる。流体軸受の原理による隙間と流量の関係は、理論で定まるもので、具体的には、実験によって精密に求めることができる。また、隣接する平板可動子５０の間には、ゴム等のスペーサが設ける必要がないので、流量がほぼゼロのところから、流量調整が可能である。このように、図１から図４の構成は、表面絞りを用いた流体軸受の作用を用いることで、調整部３４の移動量設定に対応して流量を精密に調整することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明に係る流量調整弁は、気体等の流体の精密流量計として用いることができる。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 流量調整弁、１２ 流体入力ポート、１４ 流体出力ポート、２０ 設定装置、２２ 設定操作盤、２４ アクチュエータ部、２６ 増加スイッチ、２７ 減少スイッチ、２８ 表示盤、３０ 弁本体部、３２ 筐体部、３４ 調整部、３６ 入口室、３８ 出口室、４０ 流量調整室、４２ 中心軸、５０ 平板可動子、５２ 支持穴、５４ 貫通穴、５６ 第１くぼみ、５８ 第２くぼみ、６０ 細溝。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体入力ポートと、流体出力ポートとを有する筐体部と、
筐体部において、流体入力ポートを底部側に、流体出力ポートを側面側に配置されるように設けられる流量調整室と、
流量調整室の内壁に沿って底部側から、あるいは底部側に向かって、移動可能に案内され、流量調整室の内部空間の体積を縮小拡大する調整部と、
流量調整室の内部空間において、調整部の移動方向に垂直な方向に平板面を平行に揃えて配置される複数の平板状可動子であって、平板面の中央部に設けられ、流体入力ポートからの流体が流れることができる窓部と、窓部から径方向に延びる複数の浅溝部とを有する複数の平板可動子と、
を備え、
流体入力ポートからの流体は、流量調整室において調整部の移動量によって規定される内部空間内で、複数の平板可動子の窓部から複数の浅溝部に沿って隣接する平板可動子の間の隙間を流れ、外径側の端部で平板面に溢れ出て、流体出力ポートから出力されることを特徴とする流量調整弁。
【請求項２】
請求項１に記載の流量調整弁において、
浅溝部は、隣接する平板可動子の間の隙間において、静圧気体軸受として働く絞り構造であることを特徴とする流量調整弁。
【請求項３】
請求項２に記載の流量調整弁において
浅溝部は、径方向に延びて端部を有する有端浅溝部、または、径方向に延びて段差を有する段付浅溝部、または径方向に延びて外径側に行くほど溝深さが浅くなるテーパ浅溝部のいずれか１であることを特徴とする流量調整弁。
【請求項４】
請求項１に記載の流量調整弁において、
流量調整室の内部空間における平板可動子の径方向の移動と平板面に垂直な軸周りの回転とを規制する規制部を有することを特徴とする流量調整弁。
【請求項１】
流体入力ポートと、流体出力ポートとを有する筐体部と、
筐体部において、流体入力ポートを底部側に、流体出力ポートを側面側に配置されるように設けられる流量調整室と、
流量調整室の内壁に沿って底部側から、あるいは底部側に向かって、移動可能に案内され、流量調整室の内部空間の体積を縮小拡大する調整部と、
流量調整室の内部空間において、調整部の移動方向に垂直な方向に平板面を平行に揃えて配置される複数の平板状可動子であって、平板面の中央部に設けられ、流体入力ポートからの流体が流れることができる窓部と、窓部から径方向に延びる複数の浅溝部とを有する複数の平板可動子と、
を備え、
流体入力ポートからの流体は、流量調整室において調整部の移動量によって規定される内部空間内で、複数の平板可動子の窓部から複数の浅溝部に沿って隣接する平板可動子の間の隙間を流れ、外径側の端部で平板面に溢れ出て、流体出力ポートから出力されることを特徴とする流量調整弁。
【請求項２】
請求項１に記載の流量調整弁において、
浅溝部は、隣接する平板可動子の間の隙間において、静圧気体軸受として働く絞り構造であることを特徴とする流量調整弁。
【請求項３】
請求項２に記載の流量調整弁において
浅溝部は、径方向に延びて端部を有する有端浅溝部、または、径方向に延びて段差を有する段付浅溝部、または径方向に延びて外径側に行くほど溝深さが浅くなるテーパ浅溝部のいずれか１であることを特徴とする流量調整弁。
【請求項４】
請求項１に記載の流量調整弁において、
流量調整室の内部空間における平板可動子の径方向の移動と平板面に垂直な軸周りの回転とを規制する規制部を有することを特徴とする流量調整弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−７２４８６（Ｐ２０１３−７２４８６Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１１８２１（Ｐ２０１１−２１１８２１）
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（５０３０９４０７０）ピー・エス・シー株式会社 (36)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（５０３０９４０７０）ピー・エス・シー株式会社 (36)
【Ｆターム（参考）】
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