(57)【要約】      （修正有）【課題】流量制御弁において、制御上の有効ストローク幅をより大きくし、分解能をより高くするとともに、それに伴い、外乱等によるストロークの微小変動に対しての許容幅も大きくする。【解決手段】流量制御弁１に、内部に入口側流路３及び出口側流路４を有する弁ボディ２と、この弁ボディ２の入口側流路３と出口側流路４との間に設けられ、前記入口側流路３に連通する横孔５ａを設けてなる筒状のスリーブ５と、このスリーブ５の内部を進退可能である球状の弁体６とを具備し、この弁体とスリーブの横孔との隙間を流体が通過する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口側流路と出口側流路との間に設けられ、前記入口側流路に連通する横孔を設けてなる筒状のスリーブと、このスリーブの内部を進退可能であるとともに赤道が前記スリーブの内壁に接する球状の弁体とを具備することを特徴とする流量制御弁。
【請求項２】
前記横孔の径又は個数のうち少なくとも一方が異なる複数のスリーブを選択的に付け替え可能である請求項１記載の流量制御弁。
【請求項３】
内部に直径が異なる弁体をそれぞれ収納してなる複数のスリーブを選択的に付け替え可能である請求項１又は２記載の流量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流量を制御すべく設けられる流量制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体の流量を制御すべく設けられる流量制御弁においては、固定シートと可動弁体とを有し、弁体を移動させることによりシートと弁体との間の円環状の微小流路を変化させ、この微小流路を通過する流量を制御する構成が広く用いられている。このような流量制御弁の弁体として、ポペット、ボール、ニードル等が挙げられる（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
ところで、このような流量制御弁の弁体のストローク及び流路面積を設定するためのパラメータは、シート径と、弁体角度又は弁体径とのみであり、種々の開度特性やその他固有の特色を与えることが困難である。
【０００４】
また、従来の流量制御弁の構成では、弁体とシートとが同軸に配置されているので、流路が円環状である。そのため、特に弁体としてポペットやボールを用いる場合、弁体のストロークに対する流路面積の変化率が比較的大きく、制御上の有効ストローク幅は小さくなる。それに伴い、外乱等によるストロークの微小変動に対しての許容幅が小さくなる。また、分解能の限界点も低くなり、ハンチングが発生するという不具合も起こり得る。
【０００５】
加えて、上述した従来の流量制御弁の弁体の構成では、いずれも弁体とシートとが噛み込む形で接触して流れを遮断するようにしているので、弁体とシートとが線接触する。従って、片当りを防ぐべく、弁体とシートとを同軸に配置する際に精度を高くする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】登録実用新案公報第３１４４０２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は以上の点に着目し、少なくとも、制御上の有効ストローク幅をより大きくし、分解能をより高くするとともに、それに伴い、外乱等によるストロークの微小変動に対しての許容幅も大きくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち本実施形態に係る流量制御弁は、入口側流路と出口側流路との間に設けられ、前記入口側流路に連通する横孔を設けてなる筒状のスリーブと、このスリーブの内部を進退可能であるとともに赤道が前記スリーブの内壁に接する球状の弁体とを具備することを特徴とする。
【０００９】
このようなものであれば、弁体が球状であり、この弁体とスリーブの横孔との間の隙間を流体が通過するので、従来の流量制御弁の構成と比較して、弁体のストロークに対する流量の変化量を小さくできる。従って、制御上の有効ストローク幅をより大きくし、分解能をより高くするとともに、それに伴い、外乱等によるストロークの微小変動に対しての許容幅も大きくすることができる。
【００１０】
上述した課題に加えて、種々の特性を有する流量制御弁を容易に実現させるという課題を解決するための構成として、前記横孔の径又は個数のうち少なくとも一方が異なる複数のスリーブを選択的に取り付け可能であるものが挙げられる。このようなものであれば、弁体のストローク及び流路面積を設定するためのパラメータとして、弁体の径だけでなく、前記横孔の径又は個数のうち少なくとも一方を有するので、これらのパラメータを変化させることにより、弁体の移動距離に対する流量の変化量を種々に設定できるからである。
【００１１】
一方、内部に直径が異なる弁体をそれぞれ収納してなる複数のスリーブを選択的に付け替え可能であるものであっても、弁体の径を変化させることにより、弁体の移動距離に対する流量の変化量を種々に設定できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る流量制御弁の構成によれば、弁体を球状とし、弁体の赤道がスリーブの空間の内壁に接しつつ該空間内を進退可能にし、この弁体とスリーブの横孔との間の隙間を流体が通過するようにしているので、従来の流量制御弁の構成と比較して、弁体のストロークに対する流量の変化量を小さくできる。従って、制御上の有効ストローク幅をより大きくし、分解能をより高くするとともに、それに伴い、外乱等によるストロークの微小変動に対しての許容幅も大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る流量制御弁を示す概略図。
【図２】同実施形態の流量制御弁の弁体及びスリーブを示す中央縦断面図。
【図３】同実施形態の流量制御弁の弁体及びスリーブを示す概略斜視図。
【図４】同実施形態の流量制御弁の弁体とスリーブとの間の隙間の形成態様を示す概略縦断面図。
【図５】同実施形態の流量制御弁の弁体とスリーブとの間の隙間の形成態様を示す概略横断面図。
【図６】同実施形態の流量制御弁の弁体の移動距離と開口面積との関係を示す図。
【図７】同実施形態の流量制御弁の弁体の移動距離と開口面積との関係を示す図。
【図８】本発明の他の実施形態に係る流量制御弁を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本実施形態に係る流量制御弁１は、図１〜図３に示すように、入口側流路３及び出口側流路４を内部に形成してなる弁ボディ２と、弁ボディ２の入口側流路３と出口側流路４との間に配してなり側面に横孔５ａを有する筒状のスリーブ５と、スリーブ５内に進退移動可能に収納してなり、赤道６ａが前記スリーブ５の横孔５ａより出口側流路寄り４に位置した状態で入口側流路３と出口側流路４との間を遮断するとともに進退移動により横孔５ａとの間に空隙を形成して流量を調整するための球状の弁体６と、この弁体６を出口側流路４に向けて付勢する付勢手段たる弁体付勢ばね７と、この弁体付勢ばね７の付勢力に抗して前記弁体６を入口側流路３に向けて移動させるための作用を与えるためのダイヤフラム９、このダイヤフラム９と一体に設けられこのダイヤフラム９と前記弁体６とを接続するロッド１０、前記ダイヤフラム９に一端部を接続してなる圧力調整ばね１１、この圧力調整ばね１１の他端部に接続してなるとともに前記ダイヤフラム９に対向させて設けたプレート１２、及びこのプレート１２に接続してなり該プレート１２を進退移動させることによりダイヤフラム９から弁体６に与える作用を調整するための調整ねじ１３を備えた圧力調整機構８とを具備する。
【００１５】
より具体的には、前記弁ボディ２は、上述したように、流体の供給を受ける入口側流路３と、流体の排出口に連通する出口側流路４と、これら入口側流路３及び出口側流路４の間に設けてなり、前記スリーブ５を収納するためのスリーブ収納空間２ａと、前記圧力調整機構８を収納するための機器収容空間２ｂとを内部に有する。
【００１６】
前記スリーブ５は、前記図１〜図３に示すように、円柱状をなし、側面に入口側流路３と連通する横孔５ａを有するとともに基端部を前記スリーブ収納空間２ａに収納させてなるスリーブ本体１４、及びこのスリーブ本体１４の位置決めを行うべくこのスリーブ本体１４の出口側流路４側に設けてなる鍔部１５を具備する。また、このスリーブ５は、前記弁体６の赤道６ａとスリーブ本体１４とが摺接可能である。すなわち、この弁体６の直径と一致する直径の筒状の弁体収納空間１４ｓをスリーブ本体１４の内部に有する。また、本実施形態では、スリーブ本体１４に前記横孔５ａを複数設けている。これら複数の横孔５ａは、直径及び長手方向位置がすべて同一である。さらに本実施形態では、横孔５ａの個数、横孔５ａの直径、及び前記弁体収納空間１４ｓの直径がそれぞれ異なる複数のスリーブ５を用意し、これら複数のスリーブ５のうち１つを選択的にスリーブ収納空間２ａ内に取り付け可能にしている。
【００１７】
一方、前記弁体６は、球状をなす金属製の部材で、上述したように、また、前記図１、図２に示すように、その赤道６ａが前記スリーブ５の弁体収納空間１４ｓの周壁１４ａに摺接する。また、この弁体６は、上述したように弁体付勢ばね７によって出口側流路４に向かう付勢力を受けている。そして、この弁体６が前記付勢力に抗して出口側流路４から遠ざかる方向に移動し、この弁体６の赤道６ａが前記スリーブ５の横孔５ａの下流側端縁と上流側端縁との間の位置をとると、この弁体６と前記横孔５ａとの間に弓形の隙間が形成される。また、本実施形態では、直径が異なる複数の弁体６を用意しているとともに、上述したように、弁体収納空間１４ｓの直径が異なるスリーブ５を複数用意できるようにしている。そして、これら複数のスリーブ５を選択的に付け替え可能にしている。
【００１８】
前記圧力調整機構８のダイヤフラム９は、前記図１に示すように、前記弁ボディ２内を、作動流体の流路を形成し、前記入口側流路３、前記出口側流路４、及び前記スリーブ５内の弁体収納空間１４ｓからなる流路空間と、作動流体が流通せず前記圧力調整ばね１１等の部品を調整する機器収容空間２ｂとに仕切るものである。
【００１９】
前記圧力調整ばね１１は、前記図１に示すように、前記ダイヤフラム９に自由端を接続してなるとともに、前記プレート１２に固定端を接続していて、前記ダイヤフラム９を流路空間側に向けて付勢している。
【００２０】
前記プレート１２は、前記図１に示すように、前記ダイヤフラム９に対向するように設けていて、ダイヤフラム９に向かう側と反対側を前記調整ねじ１３に突き当てている。
【００２１】
前記調整ねじ１３は、前記図１に示すように、前記弁ボディ２に螺合させているとともに、プレート１２に対して螺進退可能であり、その先端をプレート１２に衝き当てている。また、この調整ねじ１３を螺進退させることにより、前記圧力調整ばね１１の付勢力を調整するようにしている。
【００２２】
すなわち、この圧力調整機構８は、ダイヤフラム９の流路空間側の面である受圧面と流路空間と反対側の面との間の差圧により発生する力と、前記圧力調整ばね１１の付勢力とが釣り合うまで、ロッド１０を介して前記弁体６を出口側流路に対して接離する方向に動作させるための機構である。すなわち、この圧力調整機構８は、ダイヤフラム９の両側の差圧に応じて発生するダイヤフラム９の上下動を弁体６の往復動作すなわち開閉動作に変換するものである。
【００２３】
ここで、上述した調整ねじ１３に操作が加えられると、前記弁体６は、弁体付勢ばね７の付勢力に抗して入口側流路３に向けて移動するか、或いは弁体付勢ばね７の付勢力を受けて出口側流路４に向けて移動する。また、上述したようにダイヤフラム９の両側の差圧が変化した場合も、前記弁体６は入口側流路３又は出口側流路４のいずれかに向けて移動する。
【００２４】
すると、弁体６の赤道６ａがスリーブ５の内壁、より具体的には弁体収納空間１４ｓの周壁１４ａと接触する位置が変化し、弁体６とスリーブ５との間に形成される開口の幅も変化する。
【００２５】
ここで、図４及び図５に示すように、弁体６の開閉動作の方向をｚ軸、このｚ軸に直交する２つの線分をｘ軸及びｙ軸とした場合において、横孔５ａの中心から弁体６の中心
Ｏ’から横孔５ａの開口端縁上の点Ｘに向かう線分とｚ軸とがなす角度をθとするとともに、弁体６の半径をＲ１、横孔５ａの半径をＲ２、弁体６の中心Ｏ’から前記点Ｘまでの距離をＲ３、横孔５ａの中心Ｏと弁体６の中心Ｏ’との間のｚ軸方向の距離をΔｚとすると、前記距離Ｒ３のｘ成分及びｙ成分はＲ１に等しく、前記距離Ｒ３のｚ成分は以下の式（１）を満たす。
【００２６】
Ｒ３＝｛Ｒ１2＋（Ｒ２ｃｏｓθ−Δｚ）2｝1/2                    （１）
従って、横孔５ａの中心と前記点Ｘとの間の距離ｄは以下の式（２）を満たす。
【００２７】
ｄ＝Ｒ３−Ｒ１＝｛Ｒ１2＋（Ｒ２ｃｏｓθ−Δｚ）2｝1/2−Ｒ１    （２）
そして、弁体６の外周と、横孔５ａの開口端縁と、横孔５ａの中心から前記点Ｘに向かう線分と、横孔５ａの中心を起点とし横孔５ａの中心から前記点Ｘに向かう線分となす角度がｄθである線分とにより囲まれた区画の面積ｄＡは、以下の式（３）で表される。
【００２８】
ｄＡ＝（Ｒ３−Ｒ１）Ｒ２ｄθ                                    （３）
そして、各横孔５ａと弁体６との間の隙間の面積すなわち流路面積は、前記ｄＡを、弁体６と横孔５ａとの間に隙間が存在する範囲すなわち図５の範囲Ｒｎにおいて角度θにより積分することにより算出される。
【００２９】
ここで、弁体６の赤道６ａが横孔５ａの出口側流路より端縁となる位置からの弁体６の移動距離と流路面積との関係を示すグラフを図６及び図７に示す。
【００３０】
なお、前記図６において、実線Ｌａ４１２、実線Ｌａ４１４、実線Ｌａ４１６、及び実線Ｌａ４１８は、それぞれ弁体６の直径が４ｍｍ、横孔５ａの直径が１ｍｍであり、横孔５ａを２個、４個、６個、及び８個それぞれ設けた場合を示す。また、同図において、破線Ｌａ４２２及び破線Ｌａ４２４は、それぞれ弁体６の直径が４ｍｍ、横孔５ａの直径が２ｍｍであり、横孔５ａを２個及び４個それぞれ設けた場合を示す。そして、同図において、二点鎖線Ｌｘ４２５及び二点鎖線Ｌｘ４３は、直径４ｍｍの球状の弁体を利用するとともに、この弁体を着座させるべき弁体の直径を２．５ｍｍ及び３ｍｍとした従来の流量調整弁の場合を示す。
【００３１】
一方、前記図７において、破線Ｌａ４２２及び破線Ｌａ４２４は、それぞれ弁体の直径が４ｍｍ、横孔５ａの直径が２ｍｍであり、横孔５ａを２個及び４個それぞれ設けた場合を示す。また、同図において、実線Ｌａ６２２及び実線Ｌａ６２４は、それぞれ弁体の直径が６ｍｍ、横孔５ａの直径が２ｍｍであり、横孔５ａを２個及び４個それぞれ設けた場合を示す。そして、同図において、二点鎖線Ｌｘ４３及び二点鎖線Ｌｘ６３は、直径４ｍｍ及び６ｍｍの球状の弁体をそれぞれ利用するとともに、この弁体を着座させるべき弁体の直径を３ｍｍとした従来の流量調整弁の場合を示す。
【００３２】
すなわち、前記図６及び図７に示すように、このような流量制御弁１の弁体６が移動すると、従来の流量制御弁と比較して、同一の移動距離に対して流量は小さくなる。また、弁体６が横孔５ａから完全に入口側流路側に離間すると、この流量制御弁１は全開状態となるが、全閉状態から全開状態まで変化させるのに必要な弁体６の移動量すなわち制御上の有効ストローク幅は大きくなる。
【００３３】
以上に述べたように、本実施形態に係る流量制御弁１の構成によれば、弁体６が球状であり、この弁体６とスリーブ５の横孔５ａとの間の隙間を流体が通過するので、従来の流量制御弁の構成と比較して、弁体６のストロークに対する流量の変化量を小さくできる。従って、制御上の有効ストローク幅をより大きくし、分解能をより高くするとともに、それに伴い、外乱等によるストロークの微小変動に対しての許容幅も大きくすることができる。
【００３４】
また、前記横孔５ａの径又は個数のうち少なくとも一方が異なる複数のスリーブ５を弁ボディ２に選択的に付け替え可能であるので、弁体６のストローク及び流路面積を設定するためのパラメータとして、前記横孔５ａの径又は個数のうち少なくとも一方を変化させることにより、弁体６の移動距離に対する流量の変化量を種々に設定できる。従って、種々の特性を有する流量制御弁１を容易に実現できる。
【００３５】
さらに、内部に直径が異なる弁体６をそれぞれ収納してなる複数のスリーブ５を選択的に取り付け可能であるので、弁体６の径を変化させることによっても、弁体６の移動距離に対する流量の変化量を種々に設定できる。
【００３６】
なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らない。
【００３７】
例えば、図８に示すように、入口側流路Ｘ３に連通する横孔Ｘ５ａ、作動液供給対象であるアクチュエータＡに作動液を供給するため出口側流路Ｘ４に連通する第１の作動液吐出口Ｘ５ｂ、及び図示しないタンクに作動液を戻すための流路に連通する第２の作動液吐出口Ｘ５ｃを有する筒状のスリーブＸ５と、このスリーブＸ５の内部を進退可能であるとともに赤道Ｘ６ａが前記スリーブＸ５の内壁に接する球状の弁体Ｘ６と、この弁体を前記第１の作動液吐出口Ｘ５ｂから離間する方向に付勢する付勢手段である圧縮コイルばねＸ７と、この圧縮コイルばねＸ７の付勢力に抗して弁体Ｘ６を前記第１の作動液吐出口Ｘ５ｂ側に移動させるための作用を与えるための送りねじによる直動機構Ｘ８とを備える構成の流量調整弁Ｘ１が考えられる。ここで、前記直動機構Ｘ８は、先端部を前記弁体Ｘ６に衝き当たててなるとともに基端部に雄ネジ部Ｘ９ａを形成してなるロッドＸ９と、このロッドＸ９の雄ネジ部に螺合させてなり、該ロッドＸ９が回転動作した際に該ロッドＸ９を螺進退させるための回転動作不能な雌ネジ部Ｘ１０と、前記ロッドＸ９に回転動作力を付与するための動力源である図示しないモータとを備えている。
【００３８】
この流量調整弁Ｘ１では、弁体Ｘ６により、スリーブＸ５の内部空間は、前記第１の作動液吐出口Ｘ５ｂを経て出口側流路Ｘ４に連通するアクチュエータ側空間Ｘ５ｓと、前記第２の作動液吐出口Ｘ５ｃを経て前記タンクに連通するタンク側空間Ｘ５ｔとに区画される。そして、前記圧縮コイルばねＸ７の付勢力及び前記直動機構Ｘ８のロッドＸ９からの作用により弁体Ｘ６を進退させることにより開度を変化させることができる。
【００３９】
このような構成の流量調整弁Ｘ１でも、弁体Ｘ６が球状であり、この弁体Ｘ６とスリーブＸ５の横孔Ｘ５ａとの間の隙間を流体が通過するので、従来の流量制御弁の構成と比較して、弁体Ｘ６のストロークに対する流量の変化量を小さくできる。従って、制御上の有効ストローク幅をより大きくし、分解能をより高くするとともに、それに伴い、外乱等によるストロークの微小変動に対しての許容幅も大きくすることができる。さらに、横孔Ｘ５ａの径、横孔Ｘ５ａの数、及び内部に収納させるべき弁体Ｘ６の径がそれぞれ異なる複数のスリーブを選択的に取り付け可能なものであれば、種々の特性を有する流量制御弁Ｘ１を容易に実現できる。なお、弁体Ｘ６を移動させるための作用を与える機構として、前記直動機構Ｘ８に替え、例えば、ソレノイドを利用してロッドＸ９を進退させるもの等、他の構成のものを用いてもよい。
【００４０】
また、上述した実施形態のスリーブは円筒状に形成しているが、例えば、縦断面視円弧状をなすとともに横断面視円形状をなす形状にスリーブを形成し、弁体が円弧上を進退する構成を採用してもよい。
【００４１】
さらに、上述した実施形態では付勢手段であるバネの弾性力により弁体を上方に付勢し、この弾性力に抗して弁体を下方に移動させることにより流量が増大するように構成しているが、例えば、弁体の自重を利用して弁体を下方に付勢し、弁体の自重に抗して弁体を上方に移動させることにより流量が増大する構成等、他の構成を採用してもよい。
【００４２】
加えて、上述した実施形態では複数の横孔の長手方向位置を全て一致させているが、それぞれ長手方向位置が異なる横孔を複数設けてもよい。
【００４３】
そして、スリーブの内部空間は円筒状のものに限らず、例えば弁体が進退する際に弁体の中心が描く軌跡が円弧状となるもの等、他の形状であってもよい。
【００４４】
その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変形してよい。
【符号の説明】
【００４５】
１、Ｘ１…流量調整弁
３、Ｘ３…入口側流路
４、Ｘ４…出口側流路
５、Ｘ５…スリーブ
５ａ、Ｘ５ａ…横孔
６、Ｘ６…弁体
６ａ、Ｘ６ａ…弁体の赤道
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2011123572.tif 000007
【図６】
2011123572.tif 000008
【図７】
2011123572.tif 000009
【図８】
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