(57)【要約】【課題】モータへの負担のないシャフト径を確保できると共に、開度を大きくした際の流路断面積を大きくとることができる流量調整弁を提供する。【解決手段】流入口と流出口とに開口する流路４が形成されたボディ５と、流路４の途中に設けられたオリフィス６と、弁体２付きのシャフト３とを備える。シャフト３は、オリフィス穴６Ａに対し進退して、オリフィス穴６Ａとの隙間を増減させる。シャフト３には、弁体２側の先端部を開口する中空穴３Ａが形成されると共に、この中空穴３Ａと流路４との連通口３Ｂが側壁に形成されている。シャフト３の進退に伴い、流路４に対する連通口３Ｂの開口面積を変更可能とされる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入口と流出口とに開口する流路が形成されたボディと、
前記流路の途中に設けられたオリフィスと、
弁体を備え、オリフィス穴に対し進退して、前記オリフィス穴との隙間を増減させるシャフトを備え、
前記シャフトには、前記弁体側の先端部を開口する中空穴が形成されると共に、この中空穴と前記流路との連通口が側壁に形成されており、
前記シャフトの進退に伴い、前記流路に対する前記連通口の開口面積を変更可能とされた
ことを特徴とする流量調整弁。
【請求項２】
前記シャフトは、中空パイプから形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の流量調整弁。
【請求項３】
前記シャフトの最大退避位置から押し出しに伴い、まずは前記連通口が閉鎖された状態で、前記オリフィス穴と前記弁体との隙間を増大させ、その後、前記連通口を開口させてその開口面積を増大させる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流量調整弁。
【請求項４】
前記シャフトの押し出しに伴い前記連通口の流量が比例的に増加するように、前記連通口の形状が設定されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の流量調整弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種流体の流量調整弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記特許文献１に開示されるように、バーナへのガス供給路に、二重の遮断弁と流量調整弁とが設けられたボイラが知られている。流量調整弁は、流路の途中にオリフィスが設けられ、そのオリフィスの軸方向（オリフィス穴の径方向と直交方向）にシャフトが進退可能とされ、そのシャフトの先端部には外周面がテーパ状に形成された弁体が設けられている。従って、オリフィス穴に対しシャフトにより弁体を進退させることで、オリフィス穴と弁体との隙間を増減させて、流量を調整することができる。
【０００３】
この種の流量調整弁において、最大流量を大きく確保するには、オリフィス穴の径は大きい方が好ましいが、流量を絞るには、オリフィス穴の径は小さい方が好ましい。たとえば、ボイラへのガス流量の調整に用いる場合、高燃焼時の流量を確保するには、オリフィス穴の径は大きい必要があるが、低燃焼時まで流量を絞るためには、オリフィス穴の径は小さい必要がある。
【０００４】
オリフィス穴にシャフトを突入させるほど流量が増す構造の流量調整弁では、最大限に流量を確保した状態でも、オリフィス穴にシャフトが貫通した状態で残ることになる。そのため、オリフィス穴の径を変えずに、全開時における流路面積（オリフィス穴と弁体付きシャフトとの隙間面積）を大きくするには、シャフト径を細くしておくことも考えられる。その場合、ガス供給圧の受圧面積（図６に示すようにシャフト３´の軸方向と直交する面に投影した弁体への受圧面積Ｓ３）が大きくなってしまい、シャフトを進退させるモータにかかるトルクが大きくなり、脱調や摺動部の摩耗が大きくなる不都合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２１８９５０号公報（段落００２４、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、モータへの負担のないシャフト径を確保できると共に、開度を大きくした際の流路断面積を大きくとることができる流量調整弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、流入口と流出口とに開口する流路が形成されたボディと、前記流路の途中に設けられたオリフィスと、弁体を備え、オリフィス穴に対し進退して、前記オリフィス穴との隙間を増減させるシャフトを備え、前記シャフトには、前記弁体側の先端部を開口する中空穴が形成されると共に、この中空穴と前記流路との連通口が側壁に形成されており、前記シャフトの進退に伴い、前記流路に対する前記連通口の開口面積を変更可能とされたことを特徴とする流量調整弁である。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、オリフィス穴と弁体との隙間だけでなく、シャフト内の流路を介しても、流量を調整可能とされる。そのため、モータへの負担のないシャフト径を確保しつつ、開度を大きくした際の流路断面積を大きくとることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記シャフトは、中空パイプから形成されることを特徴とする請求項１に記載の流量調整弁である。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、シャフトとして中空パイプを用いることで、簡易に構成することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記シャフトの最大退避位置から押し出しに伴い、まずは前記連通口が閉鎖された状態で、前記オリフィス穴と前記弁体との隙間を増大させ、その後、前記連通口を開口させてその開口面積を増大させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流量調整弁である。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、比較的小流量域では、シャフト内の流路を用いずに、オリフィス穴と弁体との隙間の増減だけで、流量を容易に調整することができる。一方、比較的大流量域では、シャフト内の流路も用いることで、大流量の調整が可能となる。
【００１３】
さらに、請求項４に記載の発明は、前記シャフトの押し出しに伴い前記連通口の流量が比例的に増加するように、前記連通口の形状が設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の流量調整弁である。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、シャフトの押し出しに伴い連通口の流量が比例的に増加するので、使い勝手の良い流量調整弁となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、モータへの負担のないシャフト径を確保できると共に、開度を大きくした際の流路断面積を大きくとることができる流量調整弁を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例の流量調整弁を示す概略図であり、一部を断面にして示している。
【図２】図１の流量調整弁の一部を拡大した縦断面図であり、弁を最も閉じた状態を示している。
【図３】図１の流量調整弁の一部を拡大した縦断面図であり、弁を中途まで開いた状態を示している。
【図４】図１の流量調整弁の一部を拡大した縦断面図であり、弁を最も開いた状態を示している。
【図５】図４の状態での流量調整弁について、（ａ）は流路断面積を示す図であり、（ｂ）は弁体にかかるガス供給圧の受圧面積を示す図である。
【図６】従来の流量調整弁について、流路断面積、且つ弁体にかかるガス供給圧の受圧面積を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例の流量調整弁１を示す概略図であり、一部を断面にして示している。また、図２は、図１の一部を拡大して示す図である。
【００１８】
以下、説明の便宜上、図１の状態での上下および左右として方向をいうことがあるが、流量調整弁１の使用時の姿勢を限定する趣旨ではない。また、弁体２を可動させるシャフト３について、図１の下方を先端側、図１の上方を基端側ということがある。
【００１９】
本実施例の流量調整弁１は、流路４が形成されたボディ５と、このボディ５内の流路４に設けられたオリフィス６と、このオリフィス６に対し弁体２を進退させるシャフト３と、このシャフト３を進退させる作動装置７とを備える。
【００２０】
ボディ５は、流入口４Ａと流出口４Ｂとに開口する流路４が形成されて、オリフィス６や弁体２を収容する弁箱である。図示例では、ボディ５は、上方へ開口した中空部４Ｃを備え、その上部開口は蓋材８（作動装置７のケース下壁）で閉塞される。また、上下方向へ沿う中空部４Ｃと連通して、ボディ５には、上方の左側壁へ開口して流入口４Ａが形成される一方、下方の右側壁へ開口して流出口４Ｂが形成されている。このようにして、ボディ５には、流入口４Ａおよび流出口４Ｂを備えた中空部４Ｃにより、流路４が形成される。なお、流入口４Ａおよび流出口４Ｂにおいて、ボディ５にはフランジ５Ａ，５Ｂが形成されており、このフランジ５Ａ，５Ｂを用いて、ボディ５を各種配管などに接続可能とされる。
【００２１】
ボディ５内の流路４には、前記中空部４Ｃの上下方向中央部に水平面と平行な環状のオリフィス取付部４Ｄが形成されている。このオリフィス取付部４Ｄに、オリフィス６の外周部が上方からねじ込まれるなどして、固定される。流入口４Ａは、オリフィス取付部４Ｄよりも上方に形成され、流出口４Ｂは、オリフィス取付部４Ｄよりも下方に形成されている。
【００２２】
オリフィス６は、オリフィス穴６Ａが形成された環状の板材から形成されている。図示例では、オリフィス６の内周部（つまりオリフィス穴６Ａ）は、上方へ行くに従って拡径するように、略円弧状に形成されている。
【００２３】
オリフィス穴６Ａには、弁体２を備えたシャフト３が進退可能とされる。本実施例では、シャフト３は、先端面へ開口する中空パイプ（典型的には丸パイプ）から形成され、先端部の外周面に弁体２が固定されている。弁体２は、外周面がシャフト３の基端側（図１の上方）へ行くに従って縮径するように、テーパ状に形成されている。このテーパ面は、オリフィス穴６Ａの形状との関係で、後述するように、シャフト３の押し出しに伴いオリフィス穴６Ａとの隙間を介した流量が比例的に増加（逆にいえば、シャフト３の引き戻しに伴いオリフィス穴６Ａとの隙間を介した流量が比例的に減少）する形状に形成されるのが好ましい。
【００２４】
シャフト３は、中空穴３Ａが、先端部へ開口するが、基端部において閉塞されている。また、詳細は後述するが、シャフト３の側壁には、中空穴３Ａと流路４との連通口３Ｂが形成されている（図３）。
【００２５】
シャフト３は、ボディ５の蓋材８を気密に貫通すると共に、オリフィス穴６Ａに対し進退可能に設けられる。図示例では、蓋材８には、ボディ５内へ突出して案内筒９が一体形成されており、その案内筒９の内穴にシャフト３が進退可能に通される。その際、案内筒９の内周面とシャフト３の外周面との隙間は、案内筒９の下端部に設けたＯリング１０のようなシール材により封止される。また、作動装置７内のモータ（図示省略）は、キャンド構造（つまりキャンドモータ）とされるので、流量調整弁１の使用時、流路４を通る流体が外部へ漏れ出るおそれはない。
【００２６】
作動装置７は、モータを備え、このモータの正逆回転により、シャフト３をボディ５内の中空部４Ｃ（言い換えればオリフィス穴６Ａ）に対し、進退可能とされる。モータは、本実施例では、ステッピングモータとされ、制御器（図示省略）により制御される。制御器は、センサにより、少なくとも、弁の閉鎖位置（図２）での原点確認が可能とされる。
【００２７】
次に、本実施例の流量調整弁１の動作について説明する。なお、流量調整弁１に通される流体は、特に問わないが、ここでは気体である。たとえば、流量調整弁１は、バーナへのガス流量を調整するために用いられ、二重の遮断弁の下流に設けられる。この場合、流量調整弁１のボディ５は、流入口４Ａが各遮断弁を介してガス供給源に接続され、流出口４Ｂがバーナに接続される。以下、流体は、ガスであるとして、説明するが、その他の流体の場合も同様である。
【００２８】
図２から図４は、本実施例の流量調整弁１の使用状態を示す図であり、図２は、弁を最も閉じた状態（開度０％）、図３は、弁を中途まで開いた状態（たとえば開度７５％）、図４は、弁を最も開いた状態（開度１００％）を示している。なお、これらの図では、図１の流量調整弁１の主要部のみを拡大して示している。
【００２９】
図２は、弁体２を作動装置７側へ最も引き戻した状態（シャフト３の最大退避位置）を示し、弁体２の下端部外周面が、オリフィス穴６Ａの下端部内周面に、当接または近接する。この際、弁体２とオリフィス穴６Ａとの隙間を完全になくして、流路４を全閉（流量をゼロに）してもよいが、本実施例では、この状態でも、弁体２とオリフィス穴６Ａとの間に僅かな隙間が確保され、全閉不能な構成（最低流量でガスが漏れる構成）とされている。この場合、バーナへのガスの供給を完全に遮断するには、流量調整弁１と直列に設けられた遮断弁を閉鎖すればよい。なお、図２の状態では、シャフト３の連通口３Ｂ（図３）は、案内筒９の下端部（より詳細にはＯリング１０）よりも上方に配置され、シャフト３内の中空穴３Ａにはガスは流れない。
【００３０】
図２の状態から、作動装置７内のモータを正転させると、それに伴い、弁体２付きのシャフト３が下方へ押し出される。シャフト３の押し出しに伴い、まずは、依然としてシャフト３の連通口３Ｂを閉鎖した状態のまま（つまり連通口３Ｂを案内筒９内に配置した状態のまま）、オリフィス６と弁体２との隙間が徐々に広がって、流量を増加させる。この際、シャフト３の押し出しに伴い、オリフィス６と弁体２との隙間を介した流量が比例的に増加する（つまり押出量と流量とが比例関係になる）ように、弁体２およびオリフィス穴６Ａの形状が設定されるのが好ましい。
【００３１】
図２のシャフト３の最大退避位置から設定以上、シャフト３を押し出すと、図３に示すように、シャフト３の側壁の連通口３Ｂが、案内筒９の下端部よりも下方へ徐々に露出して、流路４に開口する。これにより、シャフト３の中空穴３Ａを介しても、流入口４Ａからのガスが流出口４Ｂへ流通可能とされる。この際、シャフト３の押し出しに伴い、連通口３Ｂを介した流量が比例的に増加するように、連通口３Ｂの形状が設定されているのが好ましい。さらに好ましくは、シャフト３の押し出しに伴い、流入口４Ａから流出口４Ｂへの全流量（オリフィス穴６Ａと弁体２との隙間を介した流量＋シャフト３の中空穴３Ａを介した流量）とが比例的に増加するように、弁体２、オリフィス穴６Ａおよび連通口３Ｂの形状が設定されるのがよい。
【００３２】
図４は、弁体２を最も押し出した状態（シャフト３の最大伸長位置）を示し、弁体２の全体がオリフィス穴６Ａを通過し終えて、オリフィス穴６Ａと対応した箇所には、シャフト３が通された状態となる。この状態では、オリフィス穴６Ａの内周面とシャフト３の外周面との隙間を介して、ガスが流通する。また、この状態では、シャフト３の側壁の連通口３Ｂの全体が、案内筒９よりも下方に露出して開口された状態となる。従って、シャフト３の中空穴３Ａを介した流量も最大限に確保される。
【００３３】
一方、上記いずれの段階においても、モータを逆転させることで、弁体２付きのシャフト３を上方へ引き戻して、流量を絞ることができる。たとえば、図４の全開位置からシャフト３の引き戻しに伴い、連通口３Ｂの流路４への開口部が徐々に小さくなると共に、それと並行してあるいはその後、オリフィス穴６Ａと弁体２との隙間が徐々に小さくなることで、流量調整弁１を通過するガス流量を徐々に絞ることができる。
【００３４】
本実施例の流量調整弁１によれば、オリフィス穴６Ａと弁体２との隙間だけでなく、シャフト３の中空穴３Ａを介しても、流量を調整可能とされる。大流量を確保するためにシャフト３を細くしなくても、モータへの負担のないシャフト径を確保しつつ、開度を大きくした際の流路断面積を大きくとることができる。この点につき、具体的に説明すると、次のとおりである。
【００３５】
図５は、本実施例の流量調整弁１の全開時における流路断面積Ｓ１と、弁体２にかかるガス供給圧の受圧面積Ｓ２を示す図である。具体的には、シャフト３の軸方向と直交する面で観察した場合を示し、（ａ）は流路断面積Ｓ１を示す図であり、（ｂ）は弁体２にかかるガス供給圧の受圧面積Ｓ２を示す図である。また、図６は、従来の流量調整弁（シャフト３´が中実軸である流量調整弁）について、流路断面積Ｓ３、且つ弁体２にかかるガス供給圧の受圧面積Ｓ３を示す図である。
【００３６】
流量調整弁１の全開時、図５（ａ）におけるシャフト３の内外の斜線部Ｓ１が、ガスが流れる有効断面積となる。たとえば、オリフィス６の内径（最内径）が１８ｍｍ、シャフト３の外径が８ｍｍ、シャフト３の内径が６ｍｍである場合、ガスが流れる有効断面積は約２２７ｍｍ２となる。また、この状態でのガス供給圧の受圧面積Ｓ２は、図５（ｂ）におけるシャフト３外の斜線部の面積Ｓ２となる。たとえば、上記の例の場合、ガス供給圧の受圧面積Ｓ２は約１９９ｍｍ２となる。
【００３７】
一方、従来の流量調整弁の場合、図６に示すように、中実のシャフト３´の外側の斜線部の断面積Ｓ３が、全開時におけるガスが流れる有効断面積となり、これはガス供給圧の受圧面積でもある。たとえば、オリフィス６の内径が１８ｍｍ、シャフト３´の外径が５ｍｍである場合、これら面積は約２２９ｍｍ２となる。
【００３８】
本実施例の流量調整弁１と従来の流量調整弁との前記各面積Ｓ１〜Ｓ３を比較すると、本実施例の流量調整弁１では、ガス供給圧の受圧面積Ｓ２を従来と比較して小さくしつつ、ガスが流れる有効断面積Ｓ１は同等を確保することができることになる。このようにして、本実施例の流量調整弁１によれば、シャフト３の径を細くすることなく、ひいては弁体２にかかるガス供給圧の受圧面積Ｓ２を大きくすることなく、モータへの負担を抑制して、流量の増大が可能となる。
【００３９】
本発明の流量調整弁１は、前記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。特に、（ａ）流入口４Ａと流出口４Ｂとに開口する流路４が形成されたボディ５と、（ｂ）流路４の途中に設けられたオリフィス６と、（ｃ）弁体２を備え、オリフィス穴６Ａに対し進退して、オリフィス穴６Ａとの隙間を増減させるシャフト３を備え、（ｄ）シャフト３には、弁体２側の先端部を開口する中空穴３Ａが形成されると共に、この中空穴３Ａと流路４との連通口３Ｂが側壁に形成されており、（ｅ）シャフト３の進退に伴い、流路４に対する連通口３Ｂの開口面積を変更可能とされるのであれば、その他の構成は、適宜に変更可能である。
【００４０】
たとえば、前記実施例では、シャフト３は、中空パイプから構成されたが、シャフト３の先端部と側壁とに開口する中空穴３Ａを備えるのであれば、必ずしもパイプ状に形成される必要はない。
【００４１】
また、前記実施例において、シャフト３に設ける連通口３Ｂの形状、個数、形成位置は、適宜に変更可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  流量調整弁
２  弁体
３  シャフト（３Ａ：中空穴、３Ｂ：連通口）
４  流路（４Ａ：流入口、４Ｂ：流出口、４Ｃ：中空部、４Ｄ：オリフィス取付部）
５  ボディ（５Ａ：フランジ、５Ｂ：フランジ）
６  オリフィス（６Ａ：オリフィス穴）
７  作動装置
８  蓋材
９  案内筒
１０  Ｏリング
【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】
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【図６】
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