(57)【要約】  弁体内を上流側と下流側に分割する仕切壁２により分割された一方の室内に固定されかつ周壁に複数個の流量制御窓１３を有するケージ７と、このケージ７内を摺動してケージ７の流量制御窓１３を開閉する弁プラグ１５とを備えたケージ弁において、ケージ７の下端周面にケージ内壁との隙間を有する低開度流量特性部３１を設け、簡易な構造で、且つ、小流量から大流量まで幅広い流量において、用いることのできる高レンジアビリティに優れた小型のケージ弁を提供する。
2007046379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁本体内を上流側と下流側に分割する隔壁により分割された一方の室内に固定されかつ周壁に複数個の窓を有するケージと、このケージ内を摺動して前記ケージの窓を開閉する弁プラグとを備えたケージ弁において、
前記弁プラグの下端周面にケージ内壁との隙間を有する低開度流量特性部を設けたことを特徴とするケージ弁。
【請求項２】
請求項１に記載されたケージ弁において、
前記弁プラグの下端周面の低開度流量特性部とケージ内壁間の隙間が低開度の範囲内で開度が大きくなるにつれて広くなるとともに、前記弁プラグ周面の低開度流量特性部の上端にシート部が設けられていることを特徴とするケージ弁。
【請求項３】
弁本体内を上流側と下流側に分割する隔壁により分割された一方の室内に固定されかつ周壁に複数個の窓を有するケージと、このケージ内を摺動して前記ケージの窓を開閉する筒状の弁プラグとを備えたケージ弁において、
前記弁プラグの下端周面に弁プラグ外面と内面とを連通する低開度流量特性部を設けるとともに、前記弁プラグ周面の低開度流量特性部の上端にシート部が設けられていることを特徴とするケージ弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、周壁に流量制御窓を有するケージとこのケージ内で昇降動作し流量制御窓の開口面積を制御することにより流体の流量を制御する弁プラグとを備えたケージ弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ケージ弁の流量調節はケージ周壁に複数設けられた流量制御窓の開口面積を変化させることで行っている。この流量制御窓を変化させる機構として、ケージ内部に円筒状または円形パイプ状の弁プラグを装着し、弁プラグを操作器等によって上下に往復動させることにより、弁プラグによって流量制御窓の開口面積を変化させる方法が一般的に用いられている。【０００３】
このような機構を持つケージ弁では、流体圧力を著しく減圧する場合若しくは流速が速い場合、弁の絞り部分で発生する流れの乱れによって異常に高い騒音が発生する、キャビテーションが発生するといったことがあり、弁の性能、耐久性などを著しく低下させることがあった。また、ケージ弁の下部流出口から勢いよく流出した液体が弁下流側の弁内底面に激しく衝突することによっても弁の損傷、振動、騒音、キャビテーションを招く虞があった。【０００４】
このような問題を解決するために、プラグ、ケージに均圧溝を設けたり、隙間流れ防止のピストンリングを装着したり、プラグ下部にデバイダーを装着する対策提案がなされている。
しかしながら、これらの対策は中間開度での対策であり、低開度（０〜１５％程度）での振動に対しては効果が小さかった。今まではケージ弁の通常使用範囲を多くの場合中開度程度から使用しており、低開度での問題は実用上深刻な問題とはなっていなかった。
近年、ケージ弁の仕様も低騒音、耐キャビテーション、高差圧仕様、大口径化、耐食材料の使用、高レンジアビリティ、低シートリーク、極低温などの要求が多くなる傾向にあり、特に低開度での制御性についても効果的な対策をとることが迫られてきている。
このようなケージ弁における低開度での制御性を改善することを目的とした先行技術文献として次のものがある。【０００５】
【特許文献１】特公平７−３２６３号公報
【０００６】
特許文献１に開示されたケージ弁の要部断面図を図１１に示す。図１１に示した断面図は、低開度の状態を示すものである。入口流路１０１と出口流路１０２を備えるケーシング１０３と、ケーシング１０３内の入口流路１０１と出口流路１０２の間に設けられたポート１０４、１１４を備えるケージ１０５と、ケージ１０５内に挿入され、ケーシング１０３及びケージ１０５に対して移動でき、ケージ１０５の各ポート１０４、１１４を開閉する複数のディスク部１０６、１１６と、複数のディスク部１０６、１１６と連結された弁棒１０７が設けられている。
そして、弁棒１０７を開閉操作することにより、複数のディスク部１０６、１１６が各ポート１０４、１１４の流体通過面積を増減し、入口流路側の流体を連続的に減圧調整できるようにしている。
弁棒１０７に沿って上側に流れる高抵抗流路１２０は複数段の高抵抗流路用ポート１１４を流れる。また、弁棒１０７の下方に流れる低抵抗流路１２１は、高抵抗流路用ポート１１４より少ない段数の低抵抗流路用ポート１０４を流れるようになっている。
なお、図１１に示すものは低開度の状態であるため低抵抗流路用ポート１０４は閉弁状態にあり低抵抗流路１２１は形成されていない。
上記構成を採用することにより、入口流路側の流体を、低開度領域では高抵抗流路側に導き、中、高開度領域では高抵抗流路側とともに低抵抗流路側にも導くよう構成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の特許文献１に記載された弁装置では、弁体中に高抵抗流路１２０と低抵抗流路１２１の２系統の流路を設けるために弁体や弁機構（ケージ・プラグ等）が複雑になるとともに弁体も大きくなるという問題があった。【０００８】
本発明は上記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、簡易な構造で、且つ、小流量から大流量まで幅広い流量において、用いることのできる高レンジアビリティに優れた小型のケージ弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るケージ弁は、弁本体内を上流側と下流側に分割する隔壁により分割された一方の室内に固定されかつ周壁に複数個の窓を有するケージと、このケージ内を摺動して前記ケージの窓を開閉する弁プラグとを備えたケージ弁において、前記弁プラグの下端周面にケージ内壁との隙間を有する低開度流量特性部を設けたものである。【００１０】
この発明に係るケージ弁は、前記プラグの下端周面の低開度流量特性部とケージ内壁間の隙間が低開度の範囲内で開度が大きくなるにつれて広くなるとともに、前記プラグ周面の低開度流量特性部の上端にシート部が設けられているものである。【００１１】
この発明に係るケージ弁は、弁本体内を上流側と下流側に分割する隔壁により分割された一方の室内に固定されかつ周壁に複数個の窓を有するケージと、このケージ内を摺動して前記ケージの窓を開閉する筒状の弁プラグとを備えたケージ弁において、
前記弁プラグの下端周面に弁プラグ外面と内面とを連通する低開度流量特性部を設けるとともに、前記弁プラグ周面の低開度流量特性部の上端にシート部が設けられているものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、低開度において、流体はケージ内壁とプラグ下端周面の低開度流量特性部との間の間隙を流れることにより、複雑な構成及び大型化を伴うことなく、低開度時の低流量の制御性の向上を図ることができる。また、低開度での制御が安定することから、振動が減少し、信頼性が向上し、低応力設計ができると共に、長寿命化につながる。【００１３】
この発明によれば、プラグ周面の低開度流量特性部の上端にシート部が設けられていることから、全閉時のシールを確実にすることができる。また、弁プラグの下端を加工することにより、簡易な構成で低開度流量特性部を設けることができる。【００１４】
この発明によれば、プラグ周面の低開度流量特性部の上端にシート部が設けられていることから、全閉時のシールを確実にすることができる。また、弁プラグの下端に弁プラグ外面と内面とを連通する低開度流量特性部を設けることにより、簡易な構成で低開度流量特性部を設けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１はこの実施の形態１による弁装置がほぼ全開の状態を示す要部縦断面図である。また、図２−（１）は同弁装置のプラグの断面図及びＡ部分の拡大図、図２−（２）は比較例である弁装置のプラグの断面図及びＢ部分の拡大図である。図３（１）、（２）はプラグの寸法を示す図である。図４−（１）は開度５％の状態のプラグ及びケージの断面図を示す図である。図４−（２）は、図４−（１）Ｅ部分の拡大図を示す図である。図５−（１）は開度０％の状態のプラグ及びケージの断面図、図５−（２）は開度１０％の状態のプラグ及びケージの断面図及びＣ部分の拡大図、図５−（３）は開度１００％の状態のプラグ及びケージの断面図である。図６は比較例と実施の形態１の０〜１００％開度までの流量特性曲線である。図７は比較例と実施の形態１の０〜１４％開度までの流量特性曲線である。【００１６】
図１において、弁本体１は隔壁である仕切壁２により内部が上流側流路３と下流側流路４に仕切られている。弁本体１の上端開口部２９を閉鎖する上蓋５と仕切壁２との間には円筒状のケージ７が設けられている。上蓋５はボルト２７により弁本体１に固定されている。図示されていないが、上蓋５とケージ７の間にはガスケットが、ケージ７と弁本体１の間にはガスケットがそれぞれ嵌装されている。【００１７】
ケージ７は、上側ケージ７ａと下側ケージ部７ｂとに分割可能に設けられている。また、下側ケージ部７ｂの上側外周及び仕切壁２に設けられた孔には螺旋が設けられており、下側ケージ部７ｂが仕切壁２に着脱自在に螺着されている。
下側ケージ部７ｂと上側ケージ部７ａとは、下側ケージ部７ｂに設けた嵌合溝３４と上側ケージ部７ａに設けた突起３５を噛み合わせることにより回動不可能に固定されている。
また、本実施の形態１では、上側ケージ部７ａを更に上下に２分割可能とし、上側ケージ部７ａの上部に設けた突起３７と下部に設けた嵌合溝３６を噛み合わせることにより、回動不可能に固定している。【００１８】
ケージ７は、仕切壁２の中央に開設された通孔にガスケット１０を介して嵌め込まれ、弁本体１の上端開口部２９と仕切壁２の間に固定されている。
上側ケージ部７ａの周壁には下流側流路４とケージ内部とを連通させる複数個の円形の流量制御窓１３が開設されている。また、下側ケージ部７ｂの周壁及び下部には上流側流路３とケージ内部とを連通させる複数個の円形の開口３３が開設されている。【００１９】
ケージ上部７ａには、その内周壁面に沿って、弁プラグ１５が摺動自在に嵌め込まれている。そして、下側ケージ部７ｂの内周壁面には、流量制御窓１３の下方に位置する弁座１４が形成されている。弁プラグ１５にシート面１９が設けられ、シート面１９は弁座１４に対向している。弁棒５は、図示しないパッキン等を介し、弁本体１に対し上下方向に移動可能に固定されており、弁プラグ１５と弁棒１８とは、溶接等の手段により一体化されており、弁本体１に対し上下方向に移動可能となっている。【００２０】
図２−（１）に示すように、弁プラグ１５には、ケージ７の下端周面にケージ内壁との隙間を有するための低開度流量特性部３１が設けられている。
弁プラグ１５の周面の低開度流量特性部３１の上端に若干の長さのストレート部３９を介してシート面１９が設けられており、弁プラグ１５の下端周面の低開度流量特性部３１とケージ内壁間の隙間が低開度の範囲内で開度が大きくなるにつれて広くなるように、低開度流量特性部３１は、ケージ７と摺動する弁プラグ１５の外周面に対して、非常に小さな角度をなし形成されている。
即ち、低開度流量特性部３１の最下端部の外周径に対し、低開度流量特性部３１の最上端部の外周径が若干大きくなるように、低開度流量特性部３１の外周面は、弁プラグ１５とケージ７の接触面と平行ではなく、若干の角度をなすように設けられているのである。
なお、ストレート部３９は低開度流量特性部３１の寸法安定性を確保するために設けたものであって、必ずしも必要ではなく、ストレート部３９を介さずに低開度流量特性部３１の上端にシート面１９を設けてもよい。【００２１】
図３に本実施の形態１のプラグの寸法の一例を表したものを示す。
弁プラグ１５のケージ７と摺動する外周面の外径が２６７ｍｍに対し、低開度流量特性部３１の最下端部の外周径は２６０．５ｍｍ、また、低開度流量特性部３１の最上端部の外周径は２６４ｍｍとなっている。低開度流量特性部３１は低開度において、極少量の流体を流すためのもので、ケージ７の内周面と弁プラグ１５の低開度流量特性部３１との間隙は、最大でも弁プラグ１５の径に対し、数％のオーダの長さにする。これによって、流体は弁プラグ１５とケージ７の内周面とのクリアランス間隙、及び、ケージ７の内周面と弁プラグ１５の低開度流量特性部３１との最狭間隙で二重に紋られることになる。更に好ましくは、図４（１）及び（２）に示すように、開度５％前後での、ケージ７の内周面と弁プラグ１５の低開度流量特性部３１との最狭間隙ａ−ａでの流路面積が弁プラグ１５とケージ７の内周面とのクリアランス間隙ｂ−ｂの面積以下となるように設計する。このように設計すると、低開度流量特性部３１にて高いＲｂ（調整可能な最大流量Ｃｖｍａｘと最小流量Ｃｖｍｉｎとの比Ｃｖｍａｘ／Ｃｖｍｉｎ）を実現できるので、ケージ７の最下端の流量制御窓１３の位置をケージのシート部近傍に配置でき、低開度におけるケージ内周面７と弁プラグ１５のクリアランス間際で隙間流れが生じるのを大幅に防ぐことができ、この隙間流れによって引き起こされる振動発生も大幅に抑えることが可能となる。
また、弁プラグ１５シート面１９から低開度流量特性部３１の下端までの長さは、弁プラグ１５が最大開度から最小開度まで移動する距離の２０％程度の長さとするのが好ましい。
これにより、高いレンジアビリティが実現でき、低開度での制御性の向上と高開度でのＣｖ値確保の両立が可能となる。
なお、ストレート部３９は弁プラグ１５の低開度流量特性部３１の上端とシート面１９との間に１〜２ｍｍ程度の長さを有すればよい。
但し、この具体的な寸法は、あくまで一例を示したもので、最大流量、差圧、流体の種類等に応じ、適宜設定するものである。【００２２】
次に動作について説明する。図５−（１）は開度０％の状態のプラグ及びケージの断面図、図５−（２）は低開度の状態のプラグ及びケージの断面図及びＣ部分の拡大図、図５−（３）は開度１００％の状態のプラグ及びケージの断面図を示す。
図５−（１）の開度０％の状態から、図示しない操作部もしくは手動により、弁軸１８を上方に操作すると、弁プラグ１５により流量制御窓１３が閉塞し、弁プラグ１５のシート面１９が弁座１４に着座し密着していた状態から、徐々に弁プラグ１５が上方へと移動する。【００２３】
すると、流量制御窓１３と低開度流量特性部３１が徐々に連通し、弁プラグ１５によって閉塞していた流量制御窓１３が開弁していく。図５−（２）は、流量制御窓１３と低開度流量特性部３１が連通し、低開度の状態を示すものである。図５−（２）の拡大図Ｃに示すように、最下端の流量制御窓１３のみ低開度流量特性部３１と連通し、低開度流量特性部３１とケージ７の内壁との間に形成される非常に細い流路を介し、流路抵抗が大きい状態で、上流側流路３から下流側流路４へと流体が流れるようになる。【００２４】
更に弁プラグ１５を上方へと操作すると、より多くの流量制御窓１３が開弁した状態となり、低開度流量特性部３１を介さずとも流体が流れることのできる流路が確立され、流路抵抗が小さくなり、大流量が流れるようになる。最終的には、図５−（３）に示す１００％開度に達すると、大多数の流量制御窓１３が開弁した状態となる。
図６は比較例と実施の形態１の０〜１００％開度までの流量特性曲線を示す。また、図７は比較例と実施の形態１の０〜１４％開度までの流量特性曲線を示す。【００２５】
ここで比較例の弁装置について説明する。図２−（２）に比較例である弁装置のプラグの断面図及び拡大図を示す。
上述した実施の形態１の弁装置との相違点は、弁プラグの形状のみで、比較例の弁プラグ１１５には実施の形態１の低開度流量特性部３１が存在せず、シート面１１９が弁プラグ最下端部に設けられている。弁棒１８、ケージ７等他の部分は実施の形態１と全て同じように設けられている。【００２６】
比較例の弁装置の動作について説明する。弁プラグ１１５のシート面１１９と、ケージ７の弁座１４が接触した状態から離れた状態になり、最下端の流量制御窓１３が開弁した状態となると、実施の形態１の弁装置のように低開度流量特性部３１が設けられていないため、実施の形態１の弁装置に比べ低開度領域において流量が一気に増す。更に開度を大きくし、高開度領域になると、弁プラグ１５、１１５の操作量と流量の増加量の関係は、実施の形態１の弁装置と比較例の弁装置ともあまり変わりがなくなる。【００２７】
上述した理由により、図６、７に示すように、高開度領域においては、実施の形態１の弁装置と比較例の弁装置の勾配がほぼ同じ傾きとなる。そして、低開度領域において、実施の形態１の弁装置が比較例の弁装置に比べ、同じ操作量であっても流量が一気に増加しない。実施の形態１は、低開度において、流体はケージ内壁とプラグ下端周面の低開度流量特性部３１との間の間隙を流れることにより、複雑な構成及び大型化を伴うことなく、低開度時の低流量の制御性の向上を図ることができる。
また、低開度での制御が安定し、振動が減少することから、信頼性が向上すると共に、振動の減少により、低応力設計ができる。更には、長寿命化を図ることもできる。
特に本実施の形態１によると、図７に示すように開度が０％から１４％程度の開きはじめの流量特性において、顕著な効果を得ることができる。
実施の形態１では、流量制御窓１３及び開口３３を円形とする例を示したが、流量制御窓１３及び開口３３の形状は円形に限られるものではなく、楕円、長方形等の形状としてもよい。
また、ケージ７を三分割に設ける例を示したが、分割不可能に設けても良いし、更に複数個に分割可能に設けてもよい。
また、ケージ７と弁本体１とを螺着する例を示したが、螺着することなく他の固定手段で弁本体にケージ７を固定するようにしてもよい。
またケージ７の内壁と摺動する弁プラグ１５の外周との接触断面の形状を円形にする例を示したが、ケージ７と弁プラグ１５が密着した状態で摺動可能であれば、その形状は楕円等、別の形状であってもよい。
また、流れ方向について、弁プラグ１５の下方から上方に向かって流れる例を示したが、逆の流れ、即ち、弁プラグ１５の上方から下方に向かって流れるように流れ方向を設定してもよい。【００２８】
実施の形態２．
図８（１）に本願実施の形態２である弁装置のプラグの断面図、図８（２）は図８（１）のＥ部分の拡大図、図８（３）は図８（１）を下方向から見た図を示す。
上述した実施の形態１の弁装置との相違点は、弁プラグの形状のみで、実施の形態２の弁プラグ３１５の低開度流量特性部３３２と実施の形態１の低開度流量特性部３１との形状が異なっているが、弁棒１８、ケージ７等他の部分は全て実施の形態１の弁装置と同じように設けられている。【００２９】
図８（１）、（２）、（３）に示すように、実施の形態２の弁装置の低開度流量特性部３３２は、弁プラグ３１５の下端部、シート面３１９の下方に設けられている。
シート面３１９の下方の弁プラグ３１５の外径は、ケージ外周と接触する径より小さいものの、ほぼ一定の値で、実施の形態１のように勾配が形成されておらず、弁軸３１８と平行にストレートになっている。そして、ケージ７の流量制御窓１３が設けられている箇所に対応する位置に略三角形状に切り欠き部が設けられ、低開度流量特性部３３２が形成されている。低開度流量特性部３３２である切り欠き部は、弁プラグ３１５の外周面から内周面まで貫通している。【００３０】
次に動作について説明する。開度０％の状態から、図示しない操作部もしくは手動により、弁軸３１８を上方に操作すると、弁プラグ３１５により流量制御窓１３が閉塞し、弁プラグのシート面３１９が弁座１４に着座し密着していた状態から、徐々に弁プラグ３１５が上方へと移動する。【００３１】
すると、流量制御窓１３と低開度流量特性部３３２が徐々に連通し、弁プラグ３１５によって閉塞していた流量制御窓１３が開弁していく。実施の形態２によれば、ケージ７の流量制御窓１３が設けられている箇所に対応する位置に略三角形状に切り欠き部を設けている。よって、低開度において、低開度流量特性部３３２である略三角形状の切り欠き部の頂点が、最初に流量制御窓１３と連通するので、急激に流量が増加することなく、プラグ下端内周面と外周面とを連通することにより、複雑な構成及び大型化を伴うことなく、低開度時の低流量の制御性の向上が図ることができる。実施の形態１と同様に本実施の形態２によると、図７に示すように開度が０％から１４％程度の開きはじめの流量特性において、顕著な効果を得ることができる。
なお、実施の形態２では切り欠き部の形状を略三角形とした例を示したが、切り欠き部の形状は、略長方形、半円、台形等、低開度において急激に流量が増加することなく、弁プラグ３１５下端の内周面と外周面とを連通させることのできる形状を採用することができる。【００３２】
実施の形態３．
図９（１）に本願実施の形態３である弁装置のプラグの断面図、図９（２）は図９（１）のＦ部分の拡大図、図９（３）は図９（１）を下方向から見た図、図９（４）に実施の形態３のプラグの側面図を示す。
上述した実施の形態１の弁装置との相違点は、弁プラグの形状のみで、実施の形態３の弁プラグ４１５の低開度流量特性部４３２と実施の形態１の低開度流量特性部３１との形状が異なっているが、弁棒１８、ケージ７等他の部分は全て実施の形態１の弁装置と同一に設けられている。【００３３】
図９（１）、（２）、（３）、（４）に示すように、実施の形態３の弁装置の低開度流量特性部４３２は、弁プラグ４１５の下端部、シート面４１９の下方に設けられている。
シート面４１９の下方の弁プラグ４１５の外径は、ケージ外周と接触する径より小さいものの、ほぼ一定の値で、実施の形態１のように勾配が形成されておらず、弁軸４１８と平行にストレートになっている。そして、ケージ７の流量制御窓１３が設けられている箇所に対応する位置に略長方形状に切り欠き部が設けられ、低開度流量特性部４３２が形成されている。低開度流量特性部４３２である切り欠き部は、弁プラグ４１５の内周面までは貫通されておらず、弁プラグ４１５の下端になるほど、切り欠き部の深さが深くなるように設けられている。【００３４】
次に動作について説明する。開度０％の状態から、図示しない操作部もしくは手動により、弁軸４１８を上方に操作すると、弁プラグ４１５により流量制御窓１３が閉塞し、弁プラグのシート面４１９が弁座１４に着座し密着していた状態から、徐々に弁プラグ４１５が上方へと移動する。【００３５】
すると、流量制御窓１３と低開度流量特性部４３２が徐々に連通し、弁プラグ４１５によって閉塞していた流量制御窓１３が開弁していく。実施の形態３によれば、低開度流量特性部４３２である切り欠き部は、弁プラグ４１５の内周面までは貫通されておらず、弁プラグ４１５の下端になるほど、切り欠き部の深さが深くなるように設けられている。よって、低開度において、切り欠き部の上端部分の深さが浅い部分が、最初に流量制御窓１３と連通するので、急激に流量が増加することなく、プラグ下端の低開度流量特性部３３２とケージ７の内壁面の間の間隙を流れることにより、複雑な構成及び大型化を伴うことなく、低開度時の低流量の制御性の向上が図ることができる。実施の形態１と同様に本実施の形態３によると、図７に示すように開度が０％から１４％程度の開きはじめの流量特性において、顕著な効果を得ることができる。【００３６】
実施の形態４．
図１０（１）に本願実施の形態４である弁装置のプラグの断面図、図１０（２）は図１０（１）のＧ部分の拡大図、図１０（３）は図１０（１）を下方向から見た図、図１０（４）に実施の形態４のプラグの側面図を示す。
上述した実施の形態１の弁装置との相違点は、弁プラグの形状のみで、実施の形態４の弁プラグ５１５の低開度流量特性部５３２と実施の形態１の低開度流量特性部３１との形状が異なっているが、弁棒１８、ケージ７等他の部分は全て実施の形態１の弁装置と同一に設けられている。【００３７】
図１０（１）、（２）、（３）、（４）に示すように、実施の形態４の弁装置の低開度流量特性部５３２は、弁プラグ５１５の下端部、シート面５１９の下方に設けられている。
シート面５１９の下方の弁プラグ５１５の外径は、ケージ外周と接触する径より小さいものの、ほぼ一定の値で、実施の形態１のように勾配が形成されておらず、弁軸５１８と平行にストレートになっている。そして、ケージ７の流量制御窓１３が設けられている箇所に対応する位置に略三角形状に切り欠き部が設けられ、低開度流量特性部５３２が形成されている。低開度流量特性部５３２である切り欠き部は、弁プラグ５１５の内周面までは貫通されておらず、弁プラグ５１５の下端になるほど、切り欠き部の深さが長くなるように設けられている。【００３８】
次に動作について説明する。開度０％の状態から、図示しない操作部もしくは手動により、弁軸５１８を上方に操作すると、弁プラグ５１５により流量制御窓１３が閉塞し、弁プラグのシート面５１９が弁座１４に着座し密着していた状態から、徐々に弁プラグ５１５が上方へと移動する。【００３９】
すると、流量制御窓１３と低開度流量特性部５３２が徐々に連通し、弁プラグ５１５によって閉塞していた流量制御窓１３が開弁していく。実施の形態４によれば、ケージ７の流量制御窓１３が設けられている箇所に対応する位置に略三角形状に切り欠き部を設けられ、且つ、低開度流量特性部５３２である切り欠き部は、弁プラグ４１５の内周面までは貫通されておらず、弁プラグ４１５の下端になるほど、切り欠き部の深さが長くなるように設けられている。よって、低開度において、切り欠き部の略三角形の頂点であって深さが浅い部分から、最初に流量制御窓１３と連通するので、実施の形態２、３に比べてもより、急激に流量が増加することなく、プラグ下端の低開度流量特性部５３２とケージ７の内周面の間の間隙を流れることにより、複雑な構成及び大型化を伴うことなく、低開度時の低流量の制御性の向上が図ることができる。実施の形態１と同様に本実施の形態４によると、図７に示すように開度が０％から１４％程度の開きはじめの流量特性において、顕著な効果を得ることができる。
なお、実施の形態３、４では切り欠き部の形状を略三角形、略長方形とした例を示したが、切り欠き部の形状は半円、台形等、低開度において急激に流量が増加することなく、プラグ下端の低開度流量特性部４３２、５３２とプラグ外周面との間の間隙を流すことのできる形状を採用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、この発明に係るケージ弁は、小流量から大流量まで幅広い流量を制御する弁に用いるのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明の実施の形態１による弁装置がほぼ全開の状態を示す要部縦断面図である。
【図２−（１）】この発明の実施の形態１のプラグの断面図及びＡ部分の拡大図である。
【図２−（２）】この発明の比較例である弁装置のプラグの断面図及びＢ部分の拡大図である。
【図３】この発明の実施の形態１のプラグの寸法を示す図である。
【図４】図４−（１）はこの発明の実施の形態１において開度５％の状態のプラグ及びケージの断面図を示す図である。図４−（２）は図４−（１）Ｅ部分の拡大図を示す図である。
【図５−（１）】この発明の実施の形態１において開度０％の状態のプラグ及びケージの断面図を示す図である。
【図５−（２）】この発明の実施の形態１において開度１０％の状態のプラグ及びケージの断面図及び、Ｃ部分の拡大図を示す図である。
【図５−（３）】この発明の実施の形態１において開度１００％の状態のプラグ及びケージの断面図を示す図である。
【図６】この発明の比較例と実施の形態１の０〜１００％開度までの流量特性曲線である。
【図７】この発明の比較例と実施の形態１の０〜１４％開度までの流量特性曲線である。
【図８】図８−（１）は本願実施の形態２である弁装置のプラグの断面図、図８−（２）は図８−（１）のＥ部分の拡大図、図８−（３）は図８−（１）を下方向から見た図である。
【図９】図９−（１）は本願実施の形態３である弁装置のプラグの断面図、図９−（２）は図９−（１）のＦ部分の拡大図、図９−（３）は図９−（１）を下方向から見た図、図９−（４）は実施の形態３のプラグの側面図である。
【図１０】図１０−（１）は本願実施の形態４である弁装置のプラグの断面図、図１０−（２）は図１０−（１）のＧ部分の拡大図、図１０−（３）は図１０−（１）を下方向から見た図、図１０−（４）は実施の形態４のプラグの側面図である。
【図１１】従来例のケージ弁を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  弁本体
２  仕切壁
７  ケージ
７Ａ  上側ケージ部
７Ｂ  下側ケージ部
１３  流量制御窓
１５、２１５、３１５、４１５、５１５  弁プラグ
３１、２３２、３３２、４３２、５３２  低開度流量特性部
【図１】
2007046379.tif 000003
【図２−（１）】
2007046379.tif 000004
【図２−（２）】
2007046379.tif 000005
【図３】
2007046379.tif 000006
【図４】
2007046379.tif 000007
【図５−（１）】
2007046379.tif 000008
【図５−（２）】
2007046379.tif 000009
【図５−（３）】
2007046379.tif 000010
【図６】
2007046379.tif 000011
【図７】
2007046379.tif 000012
【図８】
2007046379.tif 000013
【図９】
2007046379.tif 000014
【図１０】
2007046379.tif 000015
【図１１】
2007046379.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成19年3月8日(2007.3.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁本体内を上流側と下流側に分割する隔壁により分割された一方の室内に固定されかつ周壁に複数個の窓を有するケージと、このケージ内を摺動して前記ケージの窓を開閉する弁プラグとを備えるとともに、この弁プラグの下端周面にケージ内壁との隙間を有する低開度流量特性部を設けたケージ弁において、
前記弁プラグの下端周面の低開度流量特性部とケージ内壁間の隙間が低開度の範囲内で開度が大きくなるにつれて広くなるとともに、前記弁プラグ周面の低開度流量特性部の上端にシート部が設けられ、かつ、前記弁プラグのシート部から前記低開度流量特性部の下端までの長さが、前記弁プラグが最大開度から最小開度まで移動する距離の２０％の長さであることを特徴とするケージ弁。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、周壁に流量制御窓を有するケージとこのケージ内で昇降動作し流量制御窓の開口面積を制御することにより流体の流量を制御する弁プラグとを備えたケージ弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  ケージ弁の流量調節はケージ周壁に複数設けられた流量制御窓の開口面積を変化させることで行っている。この流量制御窓を変化させる機構として、ケージ内部に円筒状または円形パイプ状の弁プラグを装着し、弁プラグを操作器等によって上下に往復動させることにより、弁プラグによって流量制御窓の開口面積を変化させる方法が一般的に用いられている。【０００３】  このような機構を持つケージ弁では、流体圧力を著しく減圧する場合若しくは流速が速い場合、弁の絞り部分で発生する流れの乱れによって異常に高い騒音が発生する、キャビテーションが発生するといったことがあり、弁の性能、耐久性などを著しく低下させることがあった。また、ケージ弁の下部流出口から勢いよく流出した液体が弁下流側の弁内底面に激しく衝突することによっても弁の損傷、振動、騒音、キャビテーションを招く虞があった。【０００４】  このような問題を解決するために、プラグ、ケージに均圧溝を設けたり、隙間流れ防止のピストンリングを装着したり、プラグ下部にデバイダーを装着する対策提案がなされている。
しかしながら、これらの対策は中間開度での対策であり、低開度（０〜１５％程度）での振動に対しては効果が小さかった。今まではケージ弁の通常使用範囲を多くの場合中開度程度から使用しており、低開度での問題は実用上深刻な問題とはなっていなかった。
近年、ケージ弁の仕様も低騒音、耐キャビテーション、高差圧仕様、大口径化、耐食材料の使用、高レンジアビリティ、低シートリーク、極低温などの要求が多くなる傾向にあり、特に低開度での制御性についても効果的な対策をとることが迫られてきている。
このようなケージ弁における低開度での制御性を改善することを目的とした先行技術文献として次のものがある。【０００５】
【特許文献１】特公平７−３２６３号公報
【０００６】  特許文献１に開示されたケージ弁の要部断面図を図１１に示す。図１１に示した断面図は、低開度の状態を示すものである。入口流路１０１と出口流路１０２を備えるケーシング１０３と、ケーシング１０３内の入口流路１０１と出口流路１０２の間に設けられたポート１０４、１１４を備えるケージ１０５と、ケージ１０５内に挿入され、ケーシング１０３及びケージ１０５に対して移動でき、ケージ１０５の各ポート１０４、１１４を開閉する複数のディスク部１０６、１１６と、複数のディスク部１０６、１１６と連結された弁棒１０７が設けられている。
そして、弁棒１０７を開閉操作することにより、複数のディスク部１０６、１１６が各ポート１０４、１１４の流体通過面積を増減し、入口流路側の流体を連続的に減圧調整できるようにしている。
弁棒１０７に沿って上側に流れる高抵抗流路１２０は複数段の高抵抗流路用ポート１１４を流れる。また、弁棒１０７の下方に流れる低抵抗流路１２１は、高抵抗流路用ポート１１４より少ない段数の低抵抗流路用ポート１０４を流れるようになっている。
なお、図１１に示すものは低開度の状態であるため低抵抗流路用ポート１０４は閉弁状態にあり低抵抗流路１２１は形成されていない。
上記構成を採用することにより、入口流路側の流体を、低開度領域では高抵抗流路側に導き、中、高開度領域では高抵抗流路側とともに低抵抗流路側にも導くよう構成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  従来の特許文献１に記載された弁装置では、弁体中に高抵抗流路１２０と低抵抗流路１２１の２系統の流路を設けるために弁体や弁機構（ケージ・プラグ等）が複雑になるとともに弁体も大きくなるという問題があった。【０００８】  本発明は上記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、簡易な構造で、且つ、小流量から大流量まで幅広い流量において、用いることのできる高レンジアビリティに優れた小型のケージ弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  この発明に係るケージ弁は、弁本体内を上流側と下流側に分割する隔壁により分割された一方の室内に固定されかつ周壁に複数個の窓を有するケージと、このケージ内を摺動して前記ケージの窓を開閉する弁プラグとを備えるとともに、この弁プラグの下端周面にケージ内壁との隙間を有する低開度流量特性部を設けたケージ弁において、前記弁プラグの下端周面の低開度流量特性部とケージ内壁間の隙間が低開度の範囲内で開度が大きくなるにつれて広くなるとともに、前記弁プラグ周面の低開度流量特性部の上端にシート部が設けられ、かつ、前記弁プラグのシート部から前記低開度流量特性部の下端までの長さが、前記弁プラグが最大開度から最小開度まで移動する距離の２０％の長さであるものである。
【発明の効果】
【００１０】  この発明によれば、低開度において、流体はケージ内壁とプラグ下端周面の低開度流量特性部との間の間隙を流れることにより、複雑な構成及び大型化を伴うことなく、低開度時の低流量の制御性の向上を図ることができる。また、低開度での制御が安定することから、振動が減少し、信頼性が向上し、低応力設計ができると共に、長寿命化につながる。【００１１】  この発明によれば、プラグ周面の低開度流量特性部の上端にシート部が設けられていることから、全閉時のシールを確実にすることができる。また、弁プラグの下端を加工することにより、簡易な構成で低開度流量特性部を設けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】実施の形態１．
図１はこの実施の形態１による弁装置がほぼ全開の状態を示す要部縦断面図である。また、図２−（１）は同弁装置のプラグの断面図及びＡ部分の拡大図、図２−（２）は比較例である弁装置のプラグの断面図及びＢ部分の拡大図である。図３（１）、（２）はプラグの寸法を示す図である。図４−（１）は開度５％の状態のプラグ及びケージの断面図を示す図である。図４−（２）は、図４−（１）Ｅ部分の拡大図を示す図である。図５−（１）は開度０％の状態のプラグ及びケージの断面図、図５−（２）は開度１０％の状態のプラグ及びケージの断面図及びＣ部分の拡大図、図５−（３）は開度１００％の状態のプラグ及びケージの断面図である。図６は比較例と実施の形態１の０〜１００％開度までの流量特性曲線である。図７は比較例と実施の形態１の０〜１４％開度までの流量特性曲線である。【００１３】  図１において、弁本体１は隔壁である仕切壁２により内部が上流側流路３と下流側流路４に仕切られている。弁本体１の上端開口部２９を閉鎖する上蓋５と仕切壁２との間には円筒状のケージ７が設けられている。上蓋５はボルト２７により弁本体１に固定されている。図示されていないが、上蓋５とケージ７の間にはガスケットが、ケージ７と弁本体１の間にはガスケットがそれぞれ嵌装されている。【００１４】  ケージ７は、上側ケージ７ａと下側ケージ部７ｂとに分割可能に設けられている。また、下側ケージ部７ｂの上側外周及び仕切壁２に設けられた孔には螺旋が設けられており、下側ケージ部７ｂが仕切壁２に着脱自在に螺着されている。
下側ケージ部７ｂと上側ケージ部７ａとは、下側ケージ部７ｂに設けた嵌合溝３４と上側ケージ部７ａに設けた突起３５を噛み合わせることにより回動不可能に固定されている。
また、本実施の形態１では、上側ケージ部７ａを更に上下に２分割可能とし、上側ケージ部７ａの上部に設けた突起３７と下部に設けた嵌合溝３６を噛み合わせることにより、回動不可能に固定している。【００１５】  ケージ７は、仕切壁２の中央に開設された通孔にガスケット１０を介して嵌め込まれ、弁本体１の上端開口部２９と仕切壁２の間に固定されている。
上側ケージ部７ａの周壁には下流側流路４とケージ内部とを連通させる複数個の円形の流量制御窓１３が開設されている。また、下側ケージ部７ｂの周壁及び下部には上流側流路３とケージ内部とを連通させる複数個の円形の開口３３が開設されている。【００１６】  ケージ上部７ａには、その内周壁面に沿って、弁プラグ１５が摺動自在に嵌め込まれている。そして、下側ケージ部７ｂの内周壁面には、流量制御窓１３の下方に位置する弁座１４が形成されている。弁プラグ１５にシート面１９が設けられ、シート面１９は弁座１４に対向している。弁棒５は、図示しないパッキン等を介し、弁本体１に対し上下方向に移動可能に固定されており、弁プラグ１５と弁棒１８とは、溶接等の手段により一体化されており、弁本体１に対し上下方向に移動可能となっている。【００１７】  図２−（１）に示すように、弁プラグ１５には、ケージ７の下端周面にケージ内壁との隙間を有するための低開度流量特性部３１が設けられている。
弁プラグ１５の周面の低開度流量特性部３１の上端に若干の長さのストレート部３９を介してシート面１９が設けられており、弁プラグ１５の下端周面の低開度流量特性部３１とケージ内壁間の隙間が低開度の範囲内で開度が大きくなるにつれて広くなるように、低開度流量特性部３１は、ケージ７と摺動する弁プラグ１５の外周面に対して、非常に小さな角度をなし形成されている。
即ち、低開度流量特性部３１の最下端部の外周径に対し、シート面１９の最下端、即ち、低開度流量特性部３１の最上端部の外周径が若干大きくなるように、低開度流量特性部３１の外周面は、弁プラグ１５とケージ７の接触面と平行ではなく、若干の角度をなすように設けられているのである。
なお、ストレート部３９は低開度流量特性部３１の寸法安定性を確保するために設けたものであって、必ずしも必要ではなく、ストレート部３９を介さずに低開度流量特性部３１の上端にシート面１９を設けてもよい。【００１８】  図３に本実施の形態１のプラグの寸法の一例を表したものを示す。
弁プラグ１５のケージ７と摺動する外周面の外径が２６７ｍｍに対し、低開度流量特性部３１の最下端部の外周径は２６０．５ｍｍ、また、低開度流量特性部３１の最上端部の外周径は２６４ｍｍとなっている。低開度流量特性部３１は低開度において、極少量の流体を流すためのもので、ケージ７の内周面と弁プラグ１５の低開度流量特性部３１との間隙は、最大でも弁プラグ１５の径に対し、数％のオーダの長さにする。これによって、流体は弁プラグ１５とケージ７の内周面とのクリアランス間隙、及び、ケージ７の内周面と弁プラグ１５の低開度流量特性部３１との最狭間隙で二重に紋られることになる。更に好ましくは、図４（１）及び（２）に示すように、開度５％前後での、ケージ７の内周面と弁プラグ１５の低開度流量特性部３１との最狭間隙ａ−ａでの流路面積が弁プラグ１５とケージ７の内周面とのクリアランス間隙ｂ−ｂの面積以下となるように設計する。このように設計すると、低開度流量特性部３１にて高いＲｂ（調整可能な最大流量Ｃｖｍａｘと最小流量Ｃｖｍｉｎとの比Ｃｖｍａｘ／Ｃｖｍｉｎ）を実現できるので、ケージ７の最下端の流量制御窓１３の位置をケージのシート部近傍に配置でき、低開度におけるケージ内周面７と弁プラグ１５のクリアランス間際で隙間流れが生じるのを大幅に防ぐことができ、この隙間流れによって引き起こされる振動発生も大幅に抑えることが可能となる。
また、弁プラグ１５シート面１９から低開度流量特性部３１の下端までの長さは、弁プラグ１５が最大開度から最小開度まで移動する距離の２０％程度の長さとするのが好ましい。
これにより、高いレンジアビリティが実現でき、低開度での制御性の向上と高開度でのＣｖ値確保の両立が可能となる。
なお、ストレート部３９は弁プラグ１５の低開度流量特性部３１の上端とシート面１９との間に１〜２ｍｍ程度の長さを有すればよい。
但し、この具体的な寸法は、あくまで一例を示したもので、最大流量、差圧、流体の種類等に応じ、適宜設定するものである。【００１９】  次に動作について説明する。図５−（１）は開度０％の状態のプラグ及びケージの断面図、図５−（２）は低開度の状態のプラグ及びケージの断面図及びＣ部分の拡大図、図５−（３）は開度１００％の状態のプラグ及びケージの断面図を示す。
図５−（１）の開度０％の状態から、図示しない操作部もしくは手動により、弁軸１８を上方に操作すると、弁プラグ１５により流量制御窓１３が閉塞し、弁プラグ１５のシート面１９が弁座１４に着座し密着していた状態から、徐々に弁プラグ１５が上方へと移動する。【００２０】  すると、流量制御窓１３と低開度流量特性部３１が徐々に連通し、弁プラグ１５によって閉塞していた流量制御窓１３が開弁していく。図５−（２）は、流量制御窓１３と低開度流量特性部３１が連通し、低開度の状態を示すものである。図５−（２）の拡大図Ｃに示すように、最下端の流量制御窓１３のみ低開度流量特性部３１と連通し、低開度流量特性部３１とケージ７の内壁との間に形成される非常に細い流路を介し、流路抵抗が大きい状態で、上流側流路３から下流側流路４へと流体が流れるようになる。【００２１】  更に弁プラグ１５を上方へと操作すると、より多くの流量制御窓１３が開弁した状態となり、低開度流量特性部３１を介さずとも流体が流れることのできる流路が確立され、流路抵抗が小さくなり、大流量が流れるようになる。最終的には、図５−（３）に示す１００％開度に達すると、大多数の流量制御窓１３が開弁した状態となる。
図６は比較例と実施の形態１の０〜１００％開度までの流量特性曲線を示す。また、図７は比較例と実施の形態１の０〜１４％開度までの流量特性曲線を示す。【００２２】  ここで比較例の弁装置について説明する。図２−（２）に比較例である弁装置のプラグの断面図及び拡大図を示す。
上述した実施の形態１の弁装置との相違点は、弁プラグの形状のみで、比較例の弁プラグ１１５には実施の形態１の低開度流量特性部３１が存在せず、シート面１１９が弁プラグ最下端部に設けられている。弁棒１８、ケージ７等他の部分は実施の形態１と全て同じように設けられている。【００２３】  比較例の弁装置の動作について説明する。弁プラグ１１５のシート面１１９と、ケージ７の弁座１４が接触した状態から離れた状態になり、最下端の流量制御窓１３が開弁した状態となると、実施の形態１の弁装置のように低開度流量特性部３１が設けられていないため、実施の形態１の弁装置に比べ低開度領域において流量が一気に増す。更に開度を大きくし、高開度領域になると、弁プラグ１５、１１５の操作量と流量の増加量の関係は、実施の形態１の弁装置と比較例の弁装置ともあまり変わりがなくなる。【００２４】  上述した理由により、図６、７に示すように、高開度領域においては、実施の形態１の弁装置と比較例の弁装置の勾配がほぼ同じ傾きとなる。そして、低開度領域において、実施の形態１の弁装置が比較例の弁装置に比べ、同じ操作量であっても流量が一気に増加しない。実施の形態１は、低開度において、流体はケージ内壁とプラグ下端周面の低開度流量特性部３１との間の開隙を流れることにより、複雑な構成及び大型化を伴うことなく、低開度時の低流量の制御性の向上を図ることができる。
また、低開度での制御が安定し、振動が減少することから、信頼性が向上すると共に、振動の減少により、低応力設計ができる。更には、長寿命化を図ることもできる。
特に本実施の形態１によると、図７に示すように開度が０％から１４％程度の開きはじめの流量特性において、顕著な効果を得ることができる。
実施の形態１では、流量制御窓１３及び開口３３を円形とする例を示したが、流量制御窓１３及び開口３３の形状は円形に限られるものではなく、楕円、長方形等の形状としてもよい。
また、ケージ７を三分割に設ける例を示したが、分割不可能に設けても良いし、更に複数個に分割可能に設けてもよい。
また、ケージ７と弁本体１とを螺着する例を示したが、螺着することなく他の固定手段で弁本体にケージ７を固定するようにしてもよい。
またケージ７の内壁と摺動する弁プラグ１５の外周との接触断面の形状を円形にする例を示したが、ケージ７と弁プラグ１５が密着した状態で摺動可能であれば、その形状は楕円等、別の形状であってもよい。
また、流れ方向について、弁プラグ１５の下方から上方に向かって流れる例を示したが、逆の流れ、即ち、弁プラグ１５の上方から下方に向かって流れるように流れ方向を設定してもよい。【００２５】参考例１．
図８（１）に本願参考例１である弁装置のプラグの断面図、図８（２）は図８（１）のＥ部分の拡大図、図８（３）は図８（１）を下方向から見た図を示す。
上述した実施の形態１の弁装置との相違点は、弁プラグの形状のみで、参考例１の弁プラグ３１５の低開度流量特性部３３２と実施の形態１の低開度流量特性部３１との形状が異なっているが、弁棒１８、ケージ７等他の部分は全て実施の形態１の弁装置と同じように設けられている。【００２６】  図８（１）、（２）、（３）に示すように、参考例１の弁装置の低開度流量特性部３３２は、弁プラグ３１５の下端部、シート面３１９の下方に設けられている。
シート面３１９の下方の弁プラグ３１５の外径は、ケージ外周と接触する径より小さいものの、ほぼ一定の値で、実施の形態１のように勾配が形成されておらず、弁軸３１８と平行にストレートになっている。そして、ケージ７の流量制御窓１３が設けられている箇所に対応する位置に略三角形状に切り欠き部が設けられ、低開度流量特性部３３２が形成されている。低開度流量特性部３３２である切り欠き部は、弁プラグ３１５の外周面から内周面まで貫通している。【００２７】  次に動作について説明する。開度０％の状態から、図示しない操作部もしくは手動により、弁軸３１８を上方に操作すると、弁プラグ３１５により流量制御窓１３が閉塞し、弁プラグのシート面３１９が弁座１４に着座し密着していた状態から、徐々に弁プラグ３１５が上方へと移動する。【００２８】  すると、流量制御窓１３と低開度流量特性部３３２が徐々に連通し、弁プラグ３１５によって閉塞していた流量制御窓１３が開弁していく。参考例１によれば、ケージ７の流量制御窓１３が設けられている箇所に対応する位置に略三角形状に切り欠き部を設けている。よって、低開度において、低開度流量特性部３３２である略三角形状の切り欠き部の頂点が、最初に流量制御窓１３と連通するので、急激に流量が増加することなく、プラグ下端内周面と外周面とを連通することにより、複雑な構成及び大型化を伴うことなく、低開度時の低流量の制御性の向上が図ることができる。実施の形態１と同様に本参考例１によると、図７に示すように開度が０％から１４％程度の開きはじめの流量特性において、顕著な効果を得ることができる。
なお、参考例１では切り欠き部の形状を略三角形とした例を示したが、切り欠き部の形状は、略長方形、半円、台形等、低開度において急激に流量が増加することなく、弁プラグ３１５下端の内周面と外周面とを連通させることのできる形状を採用することができる。【００２９】参考例２．
図９（１）に本願参考例２である弁装置のプラグの断面図、図９（２）は図９（１）のＦ部分の拡大図、図９（３）は図９（１）を下方向から見た図、図９（４）に参考例２のプラグの側面図を示す。
上述した実施の形態１の弁装置との相違点は、弁プラグの形状のみで、参考例２の弁プラグ４１５の低開度流量特性部４３２と実施の形態１の低開度流量特性部３１との形状が異なっているが、弁棒１８、ケージ７等他の部分は全て実施の形態１の弁装置と同一に設けられている。【００３０】  図９（１）、（２）、（３）、（４）に示すように、参考例２の弁装置の低開度流量特性部４３２は、弁プラグ４１５の下端部、シート面４１９の下方に設けられている。
シート面４１９の下方の弁プラグ４１５の外径は、ケージ外周と接触する径より小さいものの、ほぼ一定の値で、実施の形態１のように勾配が形成されておらず、弁軸４１８と平行にストレートになっている。そして、ケージ７の流量制御窓１３が設けられている箇所に対応する位置に略長方形状に切り欠き部が設けられ、低開度流量特性部４３２が形成されている。低開度流量特性部４３２である切り欠き部は、弁プラグ４１５の内周面までは貫通されておらず、弁プラグ４１５の下端になるほど、切り欠き部の深さが深くなるように設けられている。【００３１】  次に動作について説明する。開度０％の状態から、図示しない操作部もしくは手動により、弁軸４１８を上方に操作すると、弁プラグ４１５により流量制御窓１３が閉塞し、弁プラグのシート面４１９が弁座１４に着座し密着していた状態から、徐々に弁プラグ４１５が上方へと移動する。【００３２】  すると、流量制御窓１３と低開度流量特性部４３２が徐々に連通し、弁プラグ４１５によって閉塞していた流量制御窓１３が開弁していく。参考例２によれば、低開度流量特性部４３２である切り欠き部は、弁プラグ４１５の内周面までは貫通されておらず、弁プラグ４１５の下端になるほど、切り欠き部の深さが深くなるように設けられている。よって、低開度において、切り欠き部の上端部分の深さが深くない部分が、最初に流量制御窓１３と連通するので、急激に流量が増加することなく、プラグ下端の低開度流量特性部３３２とケージ７の内壁面の間の間隙を流れることにより、複雑な構成及び大型化を伴うことなく、低開度時の低流量の制御性の向上が図ることができる。実施の形態１と同様に本参考例２によると、図７に示すように開度が０％から１４％程度の開きはじめの流量特性において、顕著な効果を得ることができる。【００３３】参考例３．
図１０（１）に本願参考例３である弁装置のプラグの断面図、図１０（２）は図１０（１）のＧ部分の拡大図、図１０（３）は図１０（１）を下方向から見た図、図１０（４）に参考例３のプラグの側面図を示す。
上述した実施の形態１の弁装置との相違点は、弁プラグの形状のみで、参考例３の弁プラグ５１５の低開度流量特性部５３２と実施の形態１の低開度流量特性部３１との形状が異なっているが、弁棒１８、ケージ７等他の部分は全て実施の形態１の弁装置と同一に設けられている。【００３４】  図１０（１）、（２）、（３）、（４）に示すように、参考例３の弁装置の低開度流量特性部５３２は、弁プラグ５１５の下端部、シート面５１９の下方に設けられている。
シート面５１９の下方の弁プラグ５１５の外径は、ケージ外周と接触する径より小さいものの、ほぼ一定の値で、実施の形態１のように勾配が形成されておらず、弁軸５１８と平行にストレートになっている。そして、ケージ７の流量制御窓１３が設けられている箇所に対応する位置に略三角形状に切り欠き部が設けられ、低開度流量特性部５３２が形成されている。低開度流量特性部５３２である切り欠き部は、弁プラグ５１５の内周面までは貫通されておらず、弁プラグ５１５の下端になるほど、切り欠き部の深さが長くなるように設けられている。【００３５】  次に動作について説明する。開度０％の状態から、図示しない操作部もしくは手動により、弁軸５１８を上方に操作すると、弁プラグ５１５により流量制御窓１３が閉塞し、弁プラグのシート面５１９が弁座１４に着座し密着していた状態から、徐々に弁プラグ５１５が上方へと移動する。【００３６】  すると、流量制御窓１３と低開度流量特性部５３２が徐々に連通し、弁プラグ５１５によって閉塞していた流量制御窓１３が開弁していく。参考例３によれば、ケージ７の流量制御窓１３が設けられている箇所に対応する位置に略三角形状に切り欠き部を設けられ、且つ、低開度流量特性部５３２である切り欠き部は、弁プラグ４１５の内周面までは貫通されておらず、弁プラグ４１５の下端になるほど、切り欠き部の深さが長くなるように設けられている。よって、低開度において、切り欠き部分が略三角形の頂点であり、且つ部分の深さが深くない部分から、最初に流量制御窓１３と連通するので、参考例１、２に比べてもより、急激に流量が増加することなく、プラグ下端の低開度流量特性部５３２とケージ７の内周面の間の間隙を流れることにより、複雑な構成及び大型化を伴うことなく、低開度時の低流量の制御性の向上が図ることができる。実施の形態１と同様に本参考例３によると、図７に示すように開度が０％から１４％程度の開きはじめの流量特性において、顕著な効果を得ることができる。
なお、参考例２、３では切り欠き部の形状を略三角形、略長方形とした例を示したが、切り欠き部の形状は半円、台形等、低開度において急激に流量が増加することなく、プラグ下端の低開度流量特性部４３２、５３２とプラグ外周面との間の間隙を流すことのできる形状を採用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】  以上のように、この発明に係るケージ弁は、小流量から大流量まで幅広い流量を制御する弁に用いるのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の実施の形態１による弁装置がほぼ全開の状態を示す要部縦断面図である。
【図２−（１）】この発明の実施の形態１のプラグの断面図及びＡ部分の拡大図である。
【図２−（２）】この発明の比較例である弁装置のプラグの断面図及びＢ部分の拡大図である。
【図３】この発明の実施の形態１のプラグの寸法を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１において開度５％の状態のプラグ及びケージの断面図を示す図である。図４−（２）は、図４−（１）Ｅ部分の拡大図を示す図である。
【図５−（１）】この発明の実施の形態１において開度０％の状態のプラグ及びケージの断面図を示す図である。
【図５−（２）】この発明の実施の形態１において開度１０％の状態のプラグ及びケージの断面図及び、Ｃ部分の拡大図を示す図である。
【図５−（３）】この発明の実施の形態１において開度１００％の状態のプラグ及びケージの断面図を示す図である。
【図６】この発明の比較例と実施の形態１の０〜１００％開度までの流量特性曲線である。
【図７】この発明の比較例と実施の形態１の０〜１４％開度までの流量特性曲線である。
【図８】図８−（１）は本願参考例１である弁装置のプラグの断面図、図８−（２）は図８−（１）のＥ部分の拡大図、図８−（３）は図８−（１）を下方向から見た図である。
【図９】図９−（１）は本願参考例２である弁装置のプラグの断面図、図９−（２）は図９−（１）のＦ部分の拡大図、図９−（３）は図９−（１）を下方向から見た図、図９−（４）は参考例２のプラグの側面図である。
【図１０】図１０−（１）は本願参考例３である弁装置のプラグの断面図、図１０−（２）は図１０−（１）のＧ部分の拡大図、図１０−（３）は図１０−（１）を下方向から見た図、図１０−（４）は参考例３のプラグの側面図である。
【図１１】従来例のケージ弁を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３９】  １  弁本体
２  仕切壁
７  ケージ
７Ａ  上側ケージ部
７Ｂ  下側ケージ部
１３  流量制御窓
１５、２１５、３１５、４１５、５１５  弁プラグ
３１、２３２、３３２、４３２、５３２  低開度流量特性部
【手続補正書】
【提出日】平成20年4月21日(2008.4.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁本体内を上流側と下流側に分割する隔壁により分割された一方の室内に固定されかつ周壁に複数個の窓を有するケージと、このケージ内を摺動して前記ケージの窓を開閉する弁プラグとを備えるとともに、この弁プラグの下端周面にケージ内壁との隙間を有する低開度流量特性部を設けたケージ弁において、
前記弁プラグの下端周面の低開度流量特性部とケージ内壁間の隙間が低開度の範囲内で開度が大きくなるにつれて広くなり、かつ、開度５％前後での、ケージの内周面と弁プラグの低開度流量特性部との最狭間隙での流路面積が弁プラグとケージの内周面とのクリアランス間隙の面積以下であって、前記弁プラグ周面の低開度流量特性部の上端にシート部が設けられ、かつ、前記弁プラグのシート部から前記低開度流量特性部の下端までの長さが、前記弁プラグが最大開度から最小開度まで移動する距離の２０％の長さであることを特徴とするケージ弁。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この発明に係るケージ弁は、弁本体内を上流側と下流側に分割する隔壁により分割された一方の室内に固定されかつ周壁に複数個の窓を有するケージと、このケージ内を摺動して前記ケージの窓を開閉する弁プラグとを備えるとともに、この弁プラグの下端周面にケージ内壁との隙間を有する低開度流量特性部を設けたケージ弁において、前記弁プラグの下端周面の低開度流量特性部とケージ内壁間の隙間が低開度の範囲内で開度が大きくなるにつれて広くなり、かつ、開度５％前後での、ケージの内周面と弁プラグの低開度流量特性部との最狭間隙での流路面積が弁プラグとケージの内周面とのクリアランス間隙の面積以下であって、前記弁プラグ周面の低開度流量特性部の上端にシート部が設けられ、かつ、前記弁プラグのシート部から前記低開度流量特性部の下端までの長さが、前記弁プラグが最大開度から最小開度まで移動する距離の２０％の長さであるものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
図２−（１）と図３−（２）に示すように、弁プラグ１５には、ケージ７の下端周面にケージ内壁との隙間を有するための低開度流量特性部３１が設けられている。
弁プラグ１５の周面の低開度流量特性部３１の上端に若干の長さのストレート部３９を介してシート面１９が設けられており、弁プラグ１５の下端周面の低開度流量特性部３１とケージ内壁間の隙間が低開度の範囲内で開度が大きくなるにつれて広くなるように、低開度流量特性部３１は、ケージ７と摺動する弁プラグ１５の外周面に対して、非常に小さな角度をなし形成されている。
即ち、低開度流量特性部３１の最下端部の外周径に対し、シート面１９の最下端、即ち、低開度流量特性部３１の最上端部の外周径が若干大きくなるように、低開度流量特性部３１の外周面は、弁プラグ１５とケージ７の接触面と平行ではなく、若干の角度をなすように設けられているのである。
なお、ストレート部３９は低開度流量特性部３１の寸法安定性を確保するために設けたものであって、必ずしも必要ではなく、ストレート部３９を介さずに低開度流量特性部３１の上端にシート面１９を設けてもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
１  弁本体
２  仕切壁
７  ケージ
７Ａ  上側ケージ部
７Ｂ  下側ケージ部
１３  流量制御窓
１５、１１５、３１５、４１５、５１５  弁プラグ
３１、２３２、４３２、５３２  低開度流量特性部
【国際調査報告】
2007046379.tif 000017
2007046379.tif 000018
2007046379.tif 000019
2007046379.tif 000020