JPH11265216A

JPH11265216A - 圧力式流量制御装置

Info

Publication number: JPH11265216A
Application number: JP10089463A
Authority: JP
Inventors: Satoru Yasukochi; 悟安河内
Original assignee: Stec KK; Fujikin Inc
Current assignee: Stec KK; Fujikin Inc
Priority date: 1998-03-17
Filing date: 1998-03-17
Publication date: 1999-09-28

Abstract

(57)【要約】【課題】異なる多種の流量を簡単に得ることができる
圧力式流量制御装置を提供すること。【解決手段】流体制御弁５の下流側に絞り機構７を設
け、この絞り機構７の上流側の圧力を下流側の圧力の約
２倍以上に保持した状態でガスの流量制御を行う圧力式
流量制御装置において、前記絞り機構７を、大きさの異
なる複数の孔２３〜２５を一定方向に配列した状態で有
する第１の絞り機構部材２１と、前記孔２３〜２５より
大きい一つの孔２６を有するとともに、第１の絞り機構
部材２１に密着しながら前記配列方向に移動する第２の
絞り機構部材２２とによって構成し、第２の絞り機構部
材２２の孔２６の位置を第１の絞り機構部材２１の複数
の孔２３〜２５のうちの一つの位置に合わせることによ
り、絞り機構における孔径を設定するようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ガスなどの流体
の流量を制御する圧力式流量制御装置、特に、流体制御
弁の下流側に絞り機構を設け、この絞り機構の上流側の
圧力を下流側の圧力の約２倍以上に保持した状態でガス
の流量制御を行う圧力式流量制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ノズルを通るガス流の特徴の一つに、ノ
ズルの上流側圧力Ｐ₁と下流側圧力Ｐ₂の圧力比Ｐ₂／
Ｐ₁がガスの臨界圧力比（空気や窒素などの場合約０．
５）が０．５以下になると、ノズルを通るガスの流速が
音速となって、ノズル下流側の圧力変動が上流側に伝播
しなくなり、ノズル上流側の状態に相応した安定した質
量流量を得ることができるといった事象がある。

【０００３】上述の事象を応用した装置として、例えば
特開平８−３３５１１７号公報や特開平８−３３８５４
６号公報などに開示された圧力式流量制御装置がある。
この圧力式流量制御装置は、流体制御弁の下流側に絞り
機構を設け、この絞り機構の上流側の圧力を下流側の圧
力の約２倍以上に保持した状態で流体の流量制御を行う
もので、従来のマスフローコントローラなどの流体制御
装置に比べて、流量制御を高精度で行うことができると
いった利点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に記載されている圧力式流量制御装置においては、絞
り機構における孔径は単一であり、固定的であるので、
特定の流量にしか設定できないといった不都合があっ
た。

【０００５】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、異なる多種の流量を簡単に得る
ことができる圧力式流量制御装置を提供することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、流体制御弁の下流側に
絞り機構を設け、この絞り機構の上流側の圧力を下流側
の圧力の約２倍以上に保持した状態でガスの流量制御を
行う圧力式流量制御装置において、前記絞り機構を、大
きさの異なる複数の孔を一定方向に配列した状態で有す
る第１の絞り機構部材と、前記孔より大きい一つの孔を
有するとともに、第１の絞り機構部材に密着しながら前
記配列方向に移動する第２の絞り機構部材とによって構
成し、第２の絞り機構部材の孔の位置を第１の絞り機構
部材の複数の孔のうちの一つの位置に合わせることによ
り、絞り機構における孔径を設定するようにしている。

【０００７】上記構成の圧力式流量制御装置において
は、第２の絞り機構部材を適宜移動することにより、第
１の絞り機構部材の複数の孔のうちの一つの孔のみを択
一的に開放することができ、この孔の断面積に基づいて
設定される流量が得られる。

【０００８】請求項２に記載の発明では、流体制御弁の
下流側に絞り機構を設け、この絞り機構の上流側の圧力
を下流側の圧力の約２倍以上に保持した状態でガスの流
量制御を行う圧力式流量制御装置において、前記絞り機
構を、大きさの異なる複数の孔を有する第１の絞り機構
部材と、前記孔より大きい複数の孔を有するとともに、
第１の絞り機構部材に密着しながら移動する第２の絞り
機構部材とによって構成し、第２の絞り機構部材の孔の
位置を第１の絞り機構部材の複数の孔のうちの少なくと
も一つの位置に合わせることにより、絞り機構における
孔径を設定するようにしている。

【０００９】上記構成の圧力式流量制御装置において
は、第２の絞り機構部材を適宜移動することにより、第
１の絞り機構部材の複数の孔のうちの一つまたはこれら
を適宜組み合わせた状態で開放することができ、開放さ
れた孔の断面積の総和に基づいて設定される流量が得ら
れる。

【００１０】請求項３に記載の発明では、流体制御弁の
下流側に絞り機構を設け、この絞り機構の上流側の圧力
を下流側の圧力の約２倍以上に保持した状態でガスの流
量制御を行う圧力式流量制御装置において、前記絞り機
構を複数個互いに並列となるように形成し、各絞り機構
にそれぞれ開閉弁を直列に接続し、さらに、各開閉弁の
下流側を一つに合流させている。

【００１１】上記構成の圧力式流量制御装置において
は、開閉弁を開くことにより、一つまたは複数の絞り機
構を介してガスが流れるようになり、前記開状態の開閉
弁と直列に接続されている絞り機構の断面積の総和に基
づいて設定される流量が得られる。

【００１２】この発明の圧力式流量制御装置によれば、
異なる多数の流量を簡単に設定することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を図面を参照し
ながら説明する。図１および図２は、この発明の第１の
実施の形態を示す。まず、図１は、この発明の圧力式流
量制御装置の一例を示し、この図において、１は例えば
直方体状の本体ブロックで、耐化学薬品性を有する素
材、例えばステンレス鋼よりなる。この本体ブロック１
の左右両端には、それぞれ、ガスなど流体の導入用およ
び導出用の継手ブロック２，３が溶接によって一体的に
連設されている。これらの継手ブロック２，３も例えば
ステンレス鋼よりなる。

【００１４】前記本体ブロック１の内部には、上流側が
継手ブロック２に連なり、下流側が継手ブロック３に連
なるガス流路４が形成され、このガス流路４の途中にガ
ス流量を制御する流体制御弁５、圧力センサ６および絞
り機構７がこの順に設けられている。なお、前記流路４
は、継手ブロック２の入口から流体制御弁５までの流路
４ａと、流体制御弁５から絞り機構７までの流路４ｂ
と、絞り機構７から継手ブロック３の出口までの流路４
ｃとからなる。

【００１５】前記流体制御弁５は、次のように構成され
ている。すなわち、本体ブロック１の上面側に延設され
た上流側のガス流路４ａには、弁口８と、下流側のガス
流路４ｂに連なる流路９とを備えたオリフィスブロック
１０が設けられるとともに、弁頭部１１とプランジャ部
１２とからなり、弁口８の開度を調節する弁体１３が弁
頭部１１を弁口８に近接した状態で設けられている。そ
して、この弁体１３は、本体ブロック１の上部に設けら
れた弁ブロック１４の下部空間内に設けられた金属製の
ダイヤフラム１５によって、通常時、オリフィスブロッ
ク１０の上面との間に若干の隙間が形成されるように、
上下動自在に保持されている。

【００１６】１６は弁体１３を上下方向に押圧駆動する
圧電素子型アクチュエータで、弁ブロック１４に螺着さ
れた筒状のケース１７内に収容されている。この圧電素
子型アクチュエータ１６に所定の電圧を加えることによ
り、伝達部材としてのルビーボール１８を介して弁体１
３が押圧駆動され、これによって、弁口８の開度が調整
され、流体流路４を流れるガスの流量が制御される。

【００１７】前記圧力センサ６は、例えば歪みセンサよ
りなり、流体制御弁５の下流側の流路４ｂに形成された
凹部１９に臨むようにして設けられている。

【００１８】前記絞り機構７は、流路４ｂの下流側に設
けられている。この絞り機構７の構成を図２を参照しな
がら説明すると、同図（Ａ）において、２０は本体ブロ
ック１に対して着脱自在に設けられる絞り機構ブロック
で、この絞り機構ブロック２０に、本体ブロック１を上
方に向かう流路４ｂの終端部に臨むように立設される第
１の絞り機構部材２１と、この第１の絞り機構部材２１
と密着した状態でその立設方向に上下動し、流路４ｃに
臨むようにして設けられる第２の絞り機構部材２２とか
らなる絞り機構７が設けられている。

【００１９】前記第１の絞り機構部材２１と第２の絞り
機構部材２２の構成をより詳しく説明すると、まず、第
１の絞り機構部材２１は、適宜厚さの板状部材よりな
り、その厚み方向に、例えば３つの末窄まりのテーパ状
の孔２３，２４，２５が上下方向に一直線状に貫設され
ている。これらの孔２３〜２５は、図２（Ｂ）に示すよ
うに、第１の絞り機構部材２１の下流側の面２１ａにお
ける径が互いに異なっており、図示例では、孔２３が最
大で、孔２５が最小である。尤も、最大径の孔２３の径
は例えば０．５ｍｍ（流量Ａ）であり、最小径の孔２５
のそれは０．１ｍｍ（流量Ｃ）であり、中間の孔２４の
それは０．３ｍｍ（流量Ｂ）である。

【００２０】また、第２の絞り機構部材２２は、第１の
絞り機構部材２１の下流側の面２１ａに密着した状態で
矢印ＸまたはＹで示す上下方向にスライドするように構
成されている。すなわち、この第２の絞り機構部材２２
は、前記孔２３〜２５のいずれよりも大きい径の孔２６
を厚み方向に貫設した板状部２２Ａと、これの上部に連
なり、前記下流側の面２１ａと絞り機構ブロック２０の
ガイド面２０ａとによってガイドされる被ガイド部２２
Ｂとからなり、被ガイド部２２Ｂには、例えばソレノイ
ド型駆動装置など適宜の駆動装置２７の出力軸２７ａが
連結されている。

【００２１】上記構成の圧力式流量制御装置において
は、駆動装置２７を動作させて第２の絞り機構部材２２
を適宜上下方向に移動させることにより、例えば図２
（Ａ）に示すように、第２の絞り機構部材２２の孔２６
が第１の絞り機構部材２１の板状部２２Ａに形成された
複数の孔２３〜２５のうちの一つの孔２４と合致する。
これによって、孔２４のみが開状態となり、他の孔２
３，２５は板状部２２Ａによって閉止される。これによ
って、この孔２４の断面積によって定められる流量Ｂが
得られる。

【００２２】つまり、上記構成によれば、絞り機構７に
おける孔の径を択一的に設定することができ、この孔の
断面積に基づいて設定される流量Ａ，Ｂ，Ｃのいずれか
一つに設定することができる。

【００２３】そして、上記圧力式流量制御装置において
は、絞り機構７を流体制御弁５などが設けられる本体ブ
ロック１に設けるようにしているので、全体構成がコン
パクトになるといった実用的効果もある。

【００２４】上述の第１の実施の形態においては、絞り
機構７に設けられる孔は３個２３〜２５であり、３種類
の流量Ａ，Ｂ，Ｃのいずれか一つにしか流量設定できな
いものであったが、この発明はこれに限られるものでは
なく、孔を適宜数設け、さらに、それらの配置位置を適
宜設定することにより、より多くの種類の流量に設定す
ることができる。以下、これを、第２の実施の形態とし
て、図３を参照しながら説明する。

【００２５】図３に示すように、第１の絞り機構部材２
１に３個の孔２３〜２５を、それらの中心が正三角形の
頂点に位置するように貫設する。このとき、第２の絞り
機構部材２２において設けられる孔２６１〜２６８は、
少なくとも前記孔２３〜２５のうちの最大径の孔（この
場合、孔２５）より大きく開ける必要があるが、それら
は以下のように配置される。

【００２６】すなわち、孔２６１、２６２は、孔２３，
２５と対応するように中心間距離が設定されている。孔
２６２，２６３，２６４は、孔２５，２３，２４に対応
するように中心間距離が設定されている。孔２６３、２
６５は、孔２５，２４の位置関係となるように中心間距
離が設定されている。孔２６６は、孔２６５の上方に設
けられ、かつ、孔２６６，２６７は、孔２４，２３の位
置関係となるように中心間距離が設定されている。さら
に、孔２６８は、孔２４と合致する位置にあるとき、他
の孔２６１〜２６７が孔２３，２５の位置と合致しない
ように、孔２６６からやや離れた位置に設けられてい
る。

【００２７】なお、２８は孔２４の中心を通る水平な
線、２９は孔２６１、２６２の中心間を二等分する水平
な線、３０は孔２６４の中心を通る水平な線、３１は孔
２６５の中心を通る水平な線、３２は孔２６６の中心を
通る水平な線をそれぞれ示している。

【００２８】上述のように構成された絞り機構７におい
ては、第２の絞り機構部材２２を、図３において矢印
Ｘ，Ｙ方向にスライドさせることにより、以下の７種類
の流量を設定できる。

【００２９】第２の絞り機構部材２２をＸ方向に移
動して、第２の絞り機構部材２２において最下位に設け
られる孔２６１を孔２３と合致させることにより、孔２
３のみが開放され、孔２４，２５が閉止される。このと
きの流量はＡとなる。

【００３０】第２の絞り機構部材２２をＹ方向に移
動して、第２の絞り機構部材２２において最上位に設け
られる孔２６８を孔２４に合致させることにより、孔２
４のみが開放され、孔２３，２５が閉止される。このと
きの流量はＢとなる。

【００３１】第２の絞り機構部材２２をＹ方向に移
動して、孔２６７を孔２５に合致させることにより、孔
２５のみが開放され、孔２３，２４が閉止される。この
ときの流量はＣとなる。

【００３２】第２の絞り機構部材２２をＹ方向に移
動して、水平な線３２を水平な線２８に合致させると、
孔２６７，２６６が孔２３，２４とそれぞれ合致して孔
２３，２４が開放され、孔２５が閉止される。このとき
の流量はＡ＋Ｂとなる。

【００３３】第２の絞り機構部材２２を移動して、
水平な線３１を水平な線２８に合致させると、孔２６
５，２６３が孔２４，２５とそれぞれ合致して孔２４，
２５が開放され、孔２３が閉止される。このときの流量
はＢ＋Ｃとなる。

【００３４】第２の絞り機構部材２２を移動して、
水平な線２９を水平な線２８に合致させると、孔２６
１，２６２が孔２５，２３とそれぞれ合致して孔２５，
２３が開放され、孔２４が閉止される。このときの流量
はＣ＋Ａとなる。

【００３５】第２の絞り機構部材２２を移動して、
水平な線３０を水平な線２８に合致させると、孔２６
３，２６２，２６４が孔２３，２５，２４とそれぞれ合
致して全ての孔２３，２５，２４が開放される。このと
きの流量はＡ＋Ｂ＋Ｃとなる。

【００３６】上記第２の実施の形態によれば、複数（図
示例では７通り）の組合せが簡単に実現でき、それだけ
流量の選定幅が広がり、その設定もきわめて簡単に行な
える。

【００３７】また、この第２の実施の形態の圧力式流量
制御装置においても、絞り機構７を流体制御弁５などが
設けられる本体ブロック１に設けるようにしているの
で、全体構成がコンパクトになるといった実用的効果が
ある。

【００３８】上述の各実施の形態は、絞り機構７を第１
の絞り機構部材２１とこれに可動な第２の絞り機構部材
２２とを組合せた、所謂可動部材によって各種の流量を
実現するものであったが、絞り機構と開閉弁とを組み合
わせて静止形にも構成することができる。以下、これを
第３の実施の形態として、図４を参照しながら説明す
る。

【００３９】図４において、３３〜３５は本体ブロック
１のガス導出側の流路４ｃ側に本体ブロック１と一体的
に形成される継手ブロックで、一つの継手ブロック３３
が本体ブロック１の端部に、他の二つの継手ブロック３
４，３５が継手ブロック３３と直交する方向（上下方
向）に位置している。３６〜３８は流路４ｃの下流側の
点においてこれと連なるように設けられた互いに並列な
流路で、各流路の端部にはそれぞれ断面積が異なる絞り
機構３９〜４１が形成されている。

【００４０】そして、４２〜４４は互いに並列な絞り機
構３９〜４１にそれぞれ接続される流路で、各流路４２
〜４４には例えば電磁弁などの開閉弁４５〜４７が接続
されているとともに、流路４２〜４４は開閉弁４５〜４
７の下流側の点４８において一つに合流させてある。

【００４１】今、前記絞り機構３９〜４１によって設定
される流量をＡ，Ｂ，Ｃとするとき、開閉弁４５〜４８
を個々に開閉制御するとき、次の７つの流量に設定が可
能である。すなわち、開閉弁４５のみ開のとき流量Ａ開閉弁４６のみ開のとき流量Ｂ開閉弁４７のみ開のとき流量Ｃ開閉弁４５，４６開のとき流量Ａ＋Ｂ開閉弁４６，４７開のとき流量Ｂ＋Ｃ開閉弁４７，４５開のとき流量Ｃ＋Ａ開閉弁４５〜４７開のとき流量Ａ＋Ｂ＋Ｃとなる。

【００４２】上記第３の実施の形態においても、複数
（図示例では７通り）の組合せが簡単に実現でき、それ
だけ流量の選定幅が広がり、その設定もきわめて簡単に
行なえる。

【００４３】

【発明の効果】この発明の圧力式流量制御装置において
は、異なる多数の流量を簡単に設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態における圧力式流量制御装置
の構成を示す縦断面図である。

【図２】前記圧力式流量制御装置における絞り機構の構
成の一例を示す図で、（Ａ）は要部の断面図、（Ｂ）は
要部の説明図である。

【図３】第２の実施の形態における絞り機構の構成を概
略的に示す図である。

【図４】第３の実施の形態における絞り機構の構成を概
略的に示す図である。

【符号の説明】

５…流体制御弁、７…絞り機構、２１…第１の絞り機構
部材、２２…第２の絞り機構部材、２３，２４，２５，
２６，２６１，２６２，２６３，２６４，２６５，２６
７，２６８…孔、３９，４０，４１…絞り機構、４５，
４６，４７…開閉弁。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体制御弁の下流側に絞り機構を設け、
この絞り機構の上流側の圧力を下流側の圧力の約２倍以
上に保持した状態でガスの流量制御を行う圧力式流量制
御装置において、前記絞り機構を、大きさの異なる複数
の孔を一定方向に配列した状態で有する第１の絞り機構
部材と、前記孔より大きい一つの孔を有するとともに、
第１の絞り機構部材に密着しながら前記配列方向に移動
する第２の絞り機構部材とによって構成し、第２の絞り
機構部材の孔の位置を第１の絞り機構部材の複数の孔の
うちの一つの位置に合わせることにより、絞り機構にお
ける孔径を設定するようにしたことを特徴とする圧力式
流量制御装置。
【請求項２】流体制御弁の下流側に絞り機構を設け、
この絞り機構の上流側の圧力を下流側の圧力の約２倍以
上に保持した状態でガスの流量制御を行う圧力式流量制
御装置において、前記絞り機構を、大きさの異なる複数
の孔を有する第１の絞り機構部材と、前記孔より大きい
複数の孔を有するとともに、第１の絞り機構部材に密着
しながら移動する第２の絞り機構部材とによって構成
し、第２の絞り機構部材の孔の位置を第１の絞り機構部
材の複数の孔のうちの少なくとも一つの位置に合わせる
ことにより、絞り機構における孔径を設定するようにし
たことを特徴とする圧力式流量制御装置。
【請求項３】流体制御弁の下流側に絞り機構を設け、
この絞り機構の上流側の圧力を下流側の圧力の約２倍以
上に保持した状態でガスの流量制御を行う圧力式流量制
御装置において、前記絞り機構を複数個互いに並列とな
るように形成し、各絞り機構にそれぞれ開閉弁を直列に
接続し、さらに、各開閉弁の下流側を一つに合流させた
ことを特徴とする圧力式流量制御装置。