(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁箱の内部に、弁体と接続されたシャフトに対してその軸方向に軸力を付与するバネ部材と、前記シャフトに対して前記軸力に抗する力を付与し前記弁体を作動させる弁作動用圧力室と、が設けられた空圧作動バルブであって、
前記弁箱の外部から、前記弁箱の内部に挿通して設けられたネジ部材を介して、前記バネ部材の蓄勢の大きさを調整する軸力調整装置を有し、
前記バネ部材は、前記シャフトの軸周りに配置され、
前記ネジ部材は、前記バネ部材に対してその周方向等間隔に複数配置されている、ことを特徴とする空圧作動バルブ。
【請求項２】
前記弁箱の内部には、前記弁作動用圧力室と気密に隔てられ、前記バネ部材を収容するバネ収容室が設けられており、
前記ネジ部材は、前記弁箱の外部と前記バネ収容室との間を連通させるネジ孔に螺合している、ことを特徴とする請求項１に記載の空圧作動バルブ。
【請求項３】
前記バネ収容室にパージガスを導入し、前記ネジ部材と前記ネジ孔との隙間を介して前記バネ収容室内をガスパージするガスパージポートを有する、ことを特徴とする請求項２に記載の空圧作動バルブ。
【請求項４】
弁箱の内部に、弁体と接続されたシャフトに対してその軸方向に軸力を付与するバネ部材と、前記シャフトに対して前記軸力に抗する力を付与し前記弁体を作動させる弁作動用圧力室と、が設けられた空圧作動バルブであって、
前記弁箱の外部から、前記弁箱の内部に挿通して設けられたネジ部材を介して、前記バネ部材の蓄勢の大きさを調整する軸力調整装置を有し、
前記弁箱の内部には、前記弁作動用圧力室と気密に隔てられ、前記バネ部材を収容するバネ収容室が設けられ、
前記ネジ部材は、前記弁箱の外部と前記バネ収容室との間を連通させるネジ孔に螺合しており、
前記バネ収容室にパージガスを導入し、前記ネジ部材と前記ネジ孔との隙間を介して前記バネ収容室内をガスパージするガスパージポートを有する、ことを特徴とする空圧作動バルブ。
【請求項５】
前記弁箱の外部には、前記ネジ部材の回転角度を計測するための計測目盛が設けられている、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の空圧作動バルブ。
【請求項６】
弁箱の内部に、弁体と接続されたシャフトに対してその軸方向に軸力を付与するバネ部材と、前記シャフトに対して前記軸力に抗する力を付与し前記弁体を作動させる弁作動用圧力室と、が設けられた空圧作動バルブであって、
前記弁箱の外部から、前記弁箱の内部に挿通して設けられたネジ部材を介して、前記バネ部材の蓄勢の大きさを調整する軸力調整装置を有し、
前記弁箱の外部には、前記ネジ部材の回転角度を計測するための計測目盛が設けられている、ことを特徴とする空圧作動バルブ。
【請求項７】
前記弁箱の外部から、前記弁箱の内部に挿通して設けられた第２のネジ部材を介して、前記弁体の作動ストロークを調整する弁ストローク調整装置を有する、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の空圧作動バルブ。
【請求項８】
前記弁箱の内部には、前記弁作動用圧力室と気密に隔てられ、前記バネ部材を収容するバネ収容室が設けられており、
前記第２のネジ部材は、前記弁箱の外部と前記バネ収容室との間を連通させる第２のネジ孔に螺合している、ことを特徴とする請求項７に記載の空圧作動バルブ。
【請求項９】
前記弁箱の外部には、前記第２のネジ部材の回転角度を計測するための第２の計測目盛が設けられている、ことを特徴とする請求項７または８に記載の空圧作動バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空圧作動バルブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、宇宙開発において用いられるロケットエンジン向けの空圧作動バルブが開示されている。
このような空圧作動バルブにおいて、通常、入口配管より流入する流体（例えば推進剤）は、ポペットの開閉によって、その流れが制御される。
【０００３】
閉状態では、弁箱に内蔵されるスプリングによりポペットがシート面に規定の軸力で押し付けられることでシールされ、下流側への流体の漏洩を防ぐ。一方、開状態では、弁箱内の圧力室に規定の圧力にて作動用ガスが供給され、ダイアフラムが押し上げられることで、ポペットがシート面を離れ、下流側へと流体が流れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３０１３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
空圧作動バルブの下流側への内部漏洩量は、ポペットとシート面の押し付け力と相関関係にあり、流体種類・使用条件(温度・衝撃・振動など)によっては、強い押し付け力が必要となる。ただし、過大な押し付け力は、シート面をクリープさせる可能性もあり、シート面材質によって調整が必要である。
【０００６】
ところで、従来技術の空圧作動バルブでは、一度製造すると、面圧などの仕様を変更することができず、性能が固定されてしまっていた。このため、従来では、ロケットエンジンの作動条件などに合わせて、個別にバルブを開発、あるいは、バルブを一度分解して部品（スプリングなど）を交換する必要があり、手間、時間、コストの面で大きな制約があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バルブの仕様を容易に調整することができる空圧作動バルブの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、弁箱の内部に、弁体と接続されたシャフトに対してその軸方向に軸力を付与するバネ部材と、上記シャフトに対して上記軸力に抗する力を付与し上記弁体を作動させる弁作動用圧力室と、が設けられた空圧作動バルブであって、上記弁箱の外部から、上記弁箱の内部に挿通して設けられたネジ部材を介して、上記バネ部材の蓄勢の大きさを調整する軸力調整装置を有する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、弁箱の外部から内部に挿通して設けたネジ部材によって、軸力を付与するバネ部材の蓄勢の大きさを、弁箱の外部から調整することができる。このため、バルブを分解などすることなく、流体種類、使用条件に合わせた面圧設定が可能となる。
【０００９】
また、本発明においては、上記弁箱の内部には、上記弁作動用圧力室と気密に隔てられ、上記バネ部材を収容するバネ収容室が設けられており、上記ネジ部材は、上記弁箱の外部と上記バネ収容室との間を連通させるネジ孔に螺合している、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、バネ収容室に連通したネジ孔に、ネジ部材が螺合するため、ネジ部材とネジ孔との隙間から、弁作動用圧力室の作動用ガスがリークするといった不具合が発生することはない。
【００１０】
また、本発明においては、上記バネ収容室にパージガスを導入し、上記ネジ部材と上記ネジ孔との隙間を介して上記バネ収容室内をガスパージするガスパージポートを有する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ガスパージによって、ネジ部材とネジ孔との隙間を介した、外気の弁箱の内部への侵入を阻止することができる。このため、極低温流体を扱う場合などに、弁箱の内部における外気に含まれる水分が凍結するといった不具合が発生することはない。
【００１１】
また、本発明においては、上記弁箱の外部には、上記ネジ部材の回転角度を計測するための計測目盛が設けられている、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、弁箱の外部に計測目盛があるため、弁箱外部からの軸力調整が容易になる。
【００１２】
また、本発明においては、上記弁箱の外部から、上記弁箱の内部に挿通して設けられた第２のネジ部材を介して、上記弁体の作動ストロークを調整する弁ストローク調整装置を有する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、弁箱の外部から内部に挿通して設けた第２のネジ部材によって、弁箱の外部から弁体の作動ストロークを調整することができる。このため、バルブを分解などすることなく、流体の流量調整、機能部品の寿命調整が可能となる。
【００１３】
また、本発明においては、上記弁箱の内部には、上記弁作動用圧力室と気密に隔てられ、上記バネ部材を収容するバネ収容室が設けられており、上記第２のネジ部材は、上記弁箱の外部と上記バネ収容室との間を連通させる第２のネジ孔に螺合している、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、バネ収容室に連通した第２のネジ孔に、第２のネジ部材が螺合するため、第２のネジ部材と第２のネジ孔との隙間から、弁作動用圧力室の作動用ガスがリークするといった不具合が発生することはない。
【００１４】
また、本発明においては、上記弁箱の外部には、上記第２のネジ部材の回転角度を計測するための第２の計測目盛が設けられている、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、弁箱の外部に第２の計測目盛があるため、弁箱外部からの弁ストローク調整が容易になる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、バルブの仕様を容易に調整することができる空圧作動バルブが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態における空圧作動バルブの構成図である。
【図２】本発明の実施形態における空圧作動バルブの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る空圧作動バルブについて図面を参照して説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺などを適宜変更している。また、以下の実施形態においては、ロケットエンジン用の空圧作動バルブを例示して説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態における空圧作動バルブ１の構成図である。図２は、本発明の実施形態における空圧作動バルブ１の平面図である。
本実施形態の空圧作動バルブ１は、ロケットエンジン用の推薬弁であり、推進剤（酸化剤／燃料）の流体の流れを制御する構成となっている。
【００１９】
空圧作動バルブ１は、流体の流れを制御する弁体２が配置される流路部１０と、弁体２を作動させるアクチュエータ部２０と、バルブの仕様を調整する仕様調整部３０と、を有する。
流路部１０は、弁箱３の内部に設けられている。流体は、流路入口１１から流路部１０に流入し、流路出口１２から流出する。流路出口１２には、シート部材１３が設けられている。シート部材１３は、メインシールであり、弁体２が押し付けられるシート面１３ａを有する。
【００２０】
アクチュエータ部２０は、弁箱３の内部に設けられている。アクチュエータ部２０は、弁体２と接続されたシャフト４に対してその軸方向に軸力を付与するバネ部材２１を有する。バネ部材２１は、弁体２をシート面１３ａに規定の軸力で押し付ける。これにより、流路出口１２が液密にシールされ、下流側への流体の漏洩が防止される。本実施形態では、バネ部材２１としてコイルバネを採用している。
【００２１】
シャフト４は、ダイアフラム５と接続されている。弁箱３の内部には、ダイアフラム５を介しシャフト４に対して軸力に抗する力を付与し、弁体２を作動させる弁作動用圧力室２２が設けられている。弁作動用圧力室２２は、作動用ガスポート２３と連通している。作動用ガスポート２３は、作動用ガスを給排気する流路である。作動用ガスが供給され、弁作動用圧力室２２内が規定の圧力になると、ダイアフラム５が軸力に抗して押し上げられる。これにより、弁体２がシート面１３ａから離れ、下流側へと流体が流れる。
【００２２】
弁箱３の内部には、弁作動用圧力室２２と気密に隔てられ、バネ部材２１を収容するバネ収容室２４が設けられている。バネ収容室２４は、伸縮隔壁２５によって、弁作動用圧力室２２と隔てられている。伸縮隔壁２５は、伸縮自在な波型のベローズであり、バネ収容室２４を区画形成する。バネ収容室２４は、ダイアフラム５が作動すると、伸縮隔壁２５が軸方向に伸縮するため、空間容量が変化する。
【００２３】
仕様調整部３０は、弁箱３の外部から、弁箱３の内部に挿通して設けられた面圧調整ネジ（ネジ部材）３２を介して、バネ部材２１の蓄勢の大きさを調整する軸力調整装置３１を有する。
本実施形態の軸力調整装置３１は、面圧調整ネジ３２と、バネ押さえ３３と、回り止めナット３４と、を有する。面圧調整ネジ３２は、弁箱３に設けられたネジ孔３５に螺合するイモネジ（押しネジ）である。
【００２４】
ネジ孔３５は、弁箱３の外部とバネ収容室２４との間を軸方向において連通させる。面圧調整ネジ３２は、ネジ孔３５に螺合し、その一端が、弁箱３の内部のバネ収容室２４に突出して設けられている。面圧調整ネジ３２の一端は、バネ押さえ３３を介して面圧調整ネジ３２と接触する。バネ押さえ３３は、リング状の部材であり、複数の面圧調整ネジ３２（図２参照）とそれぞれ接触する。バネ押さえ３３は、面圧調整ネジ３２からの局所荷重を分散させ、バネ部材２１に対し均等な面圧荷重を付与する。
【００２５】
面圧調整ネジ３２の他端は、弁箱３の外部に露出している。面圧調整ネジ３２の他端には、図２に示すように、ネジ回し用の溝３２ａが形成されている。このため、弁箱３の外部から面圧調整ネジ３２の螺入量を調整することができる。回り止めナット３４は、面圧調整ネジ３２の回り止めに用いられ、螺入量調整後、弁箱３の外部において締め付けられる。
【００２６】
図１に戻り、仕様調整部３０は、さらに、弁箱３の外部から、弁箱３の内部に挿通して設けられたメカスト調整ネジ（第２のネジ部材）３７を介して、弁体２の作動ストロークを調整する弁ストローク調整装置３６を有する。
本実施形態の弁ストローク調整装置３６は、メカスト調整ネジ３７と、回り止めナット３９と、を有する。本実施形態のメカスト調整ネジ３７は、弁箱３に設けられたネジ孔（第２のネジ孔）４０に螺合する。
【００２７】
ネジ孔４０は、弁箱３の外部とバネ収容室２４との間を軸方向において連通させる。メカスト調整ネジ３７は、ネジ孔４０に螺合し、その一端が、弁箱３の内部のバネ収容室２４に突出して設けられている。メカスト調整ネジ３７の一端は、シャフト４と軸方向で対向して配置される。シャフト４の動きがメカスト調整ネジ３７との接触によって止まるまでのストローク量は、シート面１３ａから離れた弁体２までの間隙量となり、その大きさによってバルブを流れる流量が規定される。
【００２８】
メカスト調整ネジ３７の他端は、弁箱３の外部に露出している。メカスト調整ネジ３７の他端には、図２に示すように、ネジ回し用の溝３７ａが形成されている。このため、弁箱３の外部からメカスト調整ネジ３７の螺入量を調整することができる。回り止めナット３９は、メカスト調整ネジ３７の回り止めに用いられ、螺入量調整後、弁箱３の外部において締め付けられる。
【００２９】
図２に示すように、平面視で、メカスト調整ネジ３７は、弁箱３の中央に配置される。また、平面視で、面圧調整ネジ３２は、メカスト調整ネジ３７の周りに複数配置される。本実施形態の面圧調整ネジ３２は、３つ設けられている。面圧調整ネジ３２は、バネ部材２１（バネ押さえ３３）に対し均等に荷重を付与するため、周方向等間隔（本実施形態では１２０°間隔）に配置される。
【００３０】
弁箱３の外部には、面圧調整ネジ３２の回転角度を計測するための面圧調整用目盛（計測目盛）４１と、メカスト調整ネジ３７の回転角度を計測するためのメカスト調整用目盛（第２の計測目盛）４２と、が設けられている。面圧調整ネジ３２、メカスト調整ネジ３７には、不図示のマーキングやけがき線などが付されており、それらと各目盛４１，４２との位置関係で回転角度（仕様調整量）を計測することができる。なお、マーキングやけがき線などの代わりに、例えば溝３２ａのマイナス形状などを利用してもよい。
【００３１】
図１に示すように、バネ収容室２４は、ガスパージポート４３と連通している。ガスパージポート４３は、バネ収容室２４にパージガスＧを導入し、バネ収容室２４内をガスパージする。バネ収容室２４に導入されたパージガスＧは、面圧調整ネジ３２とネジ孔３５との微小な隙間を介して、弁箱３の外部に流出する。また、パージガスＧは、メカスト調整ネジ３７とネジ孔４０との微小な隙間を介して、弁箱３の外部に流出する。本実施形態ではパージガスＧとして、ヘリウムガスを採用している。なお、パージガスＧとしては、窒素ガスなどの他の不活性ガスを用いることもできる。
【００３２】
続いて、上記構成の空圧作動バルブ１の作用について説明する。
【００３３】
本実施形態の空圧作動バルブ１は、弁箱３の外部から、弁箱３の内部に挿通して設けられた面圧調整ネジ３２を介して、バネ部材２１の蓄勢の大きさを調整する軸力調整装置３１を有する。このため、本実施形態では、弁箱３の外部から内部に挿通して設けた面圧調整ネジ３２を、面圧調整用目盛４１を目視しつつ回すことによって、軸力を付与するバネ部材２１の蓄勢の大きさを、弁箱３の外部から容易に調整することができる。
【００３４】
このため、バルブを分解などすることなく、閉作動時のシート面圧が調整できる。バルブの下流への内部漏洩量は、弁体２とシート面１３ａの押し付け力と相関関係にあり、流体種類・使用条件によって調整が必要となる。また、過大な押し付け力は、シート面１３ａをクリープさせる可能性もあり、シート部材１３の材質によっても調整が必要となる。この軸力調整装置３１を設けることにより、例えば、バルブ組立後、流体種類・使用温度や条件などが変更となった場合、また、バルブ組立後、試験時に内部漏洩量が規定量より多いことが確認された場合などに、バルブの仕様（面圧設定）を容易に調整することができる。
【００３５】
また、本実施形態では、弁箱３の内部に、弁作動用圧力室２２と気密に隔てられ、バネ部材２１を収容するバネ収容室２４が設けられており、面圧調整ネジ３２は、弁箱３の外部とバネ収容室２４との間を連通させるネジ孔３５に螺合している。面圧調整ネジ３２とネジ孔３５との間には、微小な隙間が形成される。例えば、この隙間が、弁作動用圧力室２２に形成されてしまうと、そこから作動用ガスがリークし、圧力制御に影響する場合がある。一方、本実施形態では、バネ収容室２４に連通したネジ孔３５に、面圧調整ネジ３２が螺合するため、弁作動用圧力室２２の作動用ガスがリークするといった不具合の発生が防止される。
【００３６】
また、本実施形態の空圧作動バルブ１は、バネ収容室２４にパージガスを導入し、面圧調整ネジ３２とネジ孔３５との隙間を介してバネ収容室２４内をガスパージするガスパージポート４３を有する。流体として、極低温流体（例えば、液体水素）を扱う場合には、弁箱３自体も、例えば−２００度近くまで冷却される。そうすると、面圧調整ネジ３２とネジ孔３５との隙間を介してバネ収容室２４内に侵入したコンタミネーション（空気に含まれる水分など）が凍結してしまう不具合が生じる。
【００３７】
また、例えば、数十度からマイナス数百度まで弁箱３の温度が低下することによる圧力低下、また、ダイアフラム５の作動による容量変化による圧力低下によって、バネ収容室２４内には、ネジ隙間を介して外気が侵入し易い。本実施形態では、ガスパージポート４３によってガスパージを行い、常に、パージガスＧをネジ隙間から微少量、弁箱３の外部に流出させている。このため、外気の弁箱３の内部への外気の侵入が阻止され、極低温流体を扱う場合などに、弁箱３の内部における外気に含まれる水分が凍結するといった不具合の発生が防止される。
【００３８】
さらに、本実施形態の空圧作動バルブ１は、弁箱３の外部から、弁箱３の内部に挿通して設けられたメカスト調整ネジ３７を介して、弁体２の作動ストロークを調整する弁ストローク調整装置３６を有する。このため、本実施形態では、弁箱３の外部から内部に挿通して設けたメカスト調整ネジ３７を、メカスト調整用目盛４２を目視しつつ回すことによって、弁箱３の外部から弁体２の作動ストロークを調整することができる。
【００３９】
このため、バルブを分解などすることなく、開作動時のストローク量の調整が可能となる。ストローク量の変更は、開作動時の弁体２・シート面１３ａの間隙の変更となる。そうすると、バルブを流れる流量を調整することになるため、バルブの主要仕様の一つである流量係数（Ｃｖ値）が可変となる。また、ストローク量は、伸縮隔壁２５などのベローズ部品の寿命にも係わる。すなわち、寿命とＣｖ値とは逆比例関係にあり、流量を減らせば、寿命が延びる。このため、弁ストローク調整装置３６によって、バルブの仕様（流体の流量、機能部品の寿命）を容易に調整することができる。
【００４０】
また、メカスト調整ネジ３７は、弁箱３の外部とバネ収容室２４との間を連通させるネジ孔４０に螺合している。このため、面圧調整ネジ３２の場合と同様に、作動用ガスのリークの発生、コンタミネーションの凍結の発生が防止される。
【００４１】
したがって、上述の本実施形態によれば、バルブの仕様を容易に調整することができる空圧作動バルブ１が得られる。
【００４２】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４３】
例えば、上記実施形態では、バネ部材２１として、コイルバネを例示して説明したが、本発明はこの構成に限定されず、例えば、皿バネであってもよい。皿バネは、コイルバネと比較し、小さなスペース、小さいたわみ量で大きな荷重を付加させることが可能であるため、バルブの筺体（弁箱３）を小さくすることができ、また、小さくなった分、筐体の重量を軽くすることができる。すなわち、バネ単体ではコイルバネの方が軽いが、バルブ全体では皿バネを用いた方が軽くなる。また、その他の利点については、皿バネは、既に説明したコイルバネと同様に、バルブの使用の調整に好適に用いることができる。
【００４４】
また、例えば、上記実施形態では、ロケットエンジン用空圧作動バルブを例示して説明したが、本発明はこの用に限定されない。例えば、本発明を、ロケットエンジン試験用設備の供給系の空圧作動バルブに用いてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１…空圧作動バルブ、２…弁体、３…弁箱、４…シャフト、２１…バネ部材、２２…  弁作動用圧力室、２４…バネ収容室、３１…軸直調整装置、３２…面圧調整ネジ（ネジ部材）、３５…ネジ孔、３６…弁ストローク調整装置、３７…メカスト調整ネジ（第２のネジ部材）、４０…ネジ孔（第２のネジ孔）、４１…面圧調整用目盛（計測目盛）、４２…メカスト調整用目盛（第２の計測目盛）、４３…ガスパージポート、Ｇ…パージガス
【図１】
0006410489.tif 000002
【図２】
0006410489.tif 000003