(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力補償型液体流量調整装置であって、
（Ａ）前センスオリフィスを設けた前面および後オリフィスを設けた後面を有して長手方向に延びた中空シリンダを形成しており、前記前センスオリフィスおよび前記後オリフィスが貫通液体通路を形成しているポペットと、
（Ｂ）中央開口を設けた前側壁面と、側部スロットを設けた後側壁面とを有し、該中央開口および側部スロットが貫通液体通路を形成しているリテーナ手段と、
（Ｃ）前記シリンダから間隔を置いてそれに面する閉鎖前面と、該前面の後方の側部通路と、下流側通路とを有し、前記側部通路および前記下流側通路が貫通液体通路を形成している座部材と、
（Ｄ）前記シリンダの前記前面の後部と前記リテーナとの間に配置されるバイアス手段であって、前記バイアス手段は、前記リテーナ手段によって少なくとも部分的に前記シリンダ内に維持されて、前記シリンダの前記前面の前記後部を前記リテーナ手段および前記座部材から離れる方向に付勢することによって、前記シリンダ後オリフィスを前記座部材から長手方向に離れる方向に付勢することができ、貫通液体通路を形成しているバイアス手段と、
（Ｅ）前記シリンダを摺動可能に収容すると共に、前記リテーナ手段および前記座部材を固定的に収容しており、液体流を前記座部材側部通路内へ送り込む中空ハウジングとを備えており、
前記座部材前面と前記シリンダ後オリフィスとの間の空間の大きさは、液体流量の大きさの逆関数として自動調整され、それによって、前記センスオリフィスの前後の圧力差の変動を補償することによって、ほぼ一定の流体流量が通るようにした流量調整装置。
【請求項２】
前記リテーナ手段は、前記バイアス手段を完全に前記シリンダ内に配置された状態に維持する請求項１記載の調整装置。
【請求項３】
前記シリンダ後オリフィスおよび前記リテーナ前側壁面間に、外向きのテーパを付けた環状空間が形成されている請求項１記載の調整装置。
【請求項４】
前記リテーナ手段は、前記バイアス手段を少なくとも部分的に前記シリンダ内に摺動可能に維持する請求項１記載の調整装置。
【請求項５】
前記シリンダ後面および前記シリンダ前面の外周がほぼ等しい請求項１記載の調整装置。
【請求項６】
前記ポペット前面および前記ポペット後オリフィスのそれぞれの外径によって定められた表面積がほぼ等しい請求項１記載の調整装置。
【請求項７】
前記ポペット前後表面間の圧力差は、前記ほぼ等しい表面積の単位当たりに前記バイアス手段が加える力にほぼ比例した大きさである請求項６記載の調整装置。
【請求項８】
前記圧力差は、前記ほぼ等しい表面積の単位当たりに前記バイアス手段が加える力に対して、大きさの点でほぼ等しいが、方向の点で逆である請求項７記載の調整装置。
【請求項９】
圧力補償型液体流量調整装置であって、
（Ａ）前センスオリフィスを設けた前面および外向きのテーパを付けた後オリフィスを設けた後面を有して長手方向に延びた中空シリンダを形成しており、前記前センスオリフィスおよび前記後オリフィスが貫通液体通路を形成しているポペットと、
（Ｂ）中央開口を設けた前側壁面と、側部スロットを設けた後側壁面とを有し、該中央開口および側部スロットが貫通液体通路を形成しており、前記前側壁面が、前記シリンダ後オリフィスとの間に環状空間を形成しているリテーナ手段と、
（Ｃ）前記シリンダから間隔を置いてそれに面する閉鎖前面と、該前面の後方の側部通路と、下流側通路とを有し、前記側部通路および前記下流側通路が貫通液体通路を形成している座部材と、
（Ｄ）前記シリンダの前記前面の後部と前記リテーナとの間に配置されるバイアス手段であって、前記バイアス手段は、前記リテーナ手段によって少なくとも部分的に前記シリンダ内に摺動可能に配置されて、前記シリンダの前記前面の前記後部を前記リテーナ手段および前記座部材から離れる方向に付勢することによって、前記シリンダ後オリフィスを前記座部材から長手方向に離れる方向に付勢することができ、また、貫通液体通路を形成しているバイアス手段と、
（Ｅ）前記シリンダを摺動可能に収容すると共に、前記リテーナ手段および前記座部材を固定的に収容しており、液体流を前記環状空間および前記側部スロットから前記座部材側部通路内へ送り込む中空ハウジングとを備えており、
前記ポペット前面および前記ポペット後オリフィスのそれぞれの外径によって定められた表面積がほぼ等しく、
前記ポペット前面および後オリフィス間の圧力差は、前記ほぼ等しい表面積の単位当たりに前記バイアス手段が加える力にほぼ比例した大きさであり、
これによって、前記座部材前面と前記シリンダ後オリフィスとの間の空間の大きさは、液体流量の大きさの逆関数として自動調整され、それによって、前記センスオリフィスの前後の圧力差の変動を補償することによって、ほぼ一定の流体流量が通るようにした流量調整装置。
【請求項１０】
前記シリンダ後オリフィスおよび前記シリンダ前面の外周がほぼ等しい請求項９記載の調整装置。
【請求項１１】
前記圧力差は、前記ほぼ等しい表面積の単位当たりに前記バイアス手段が加える力に対して、大きさの点でほぼ等しいが、方向の点で逆である請求項９記載の調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の背景］
本発明は、圧力補償型液体流量調整装置、特に短縮(reduced length)されたそのような調整装置に関する。
【０００２】
従来技術は、調整装置の前後の差圧に関係なく、液圧流量(hydraulic flow)を所定レベルに制御する液体流量調整装置を教示している。たとえば、そのような流量調整装置は、コネチカット州、ウェストブルックのthe Lee Company（ザ・リー・カンパニ）から５００Ｆｌｏｓｅｒｔ(フロサート)の商品名で入手できる。この製品は、固定または検出オリフィス(fixed or sensing orifice)の前後に一定の圧力低下を維持することによって、調整装置の前後の差圧に関係なく、液圧流量を所定レベルに維持する。流量調整装置のばねすなわちバイアス手段が、計量ポペットの外部に配置されており、したがって、調整装置用に限られた軸方向長さしか確保できない状況では、調整装置の使用が制限される。たとえば、流量調整装置用のスロットは、約２．５４ｃｍ（１インチ）未満の取り付け内孔長さでもよいが、従来型調整装置には約５．０８ｃｍ（２インチ）を超える取り付け内孔長さが必要である。したがって、取り付け内孔長さが約２．５４ｃｍ（１インチ）未満（従来型調整装置の取り付け内孔長さの約半分）、好ましくはわずか約２．２９ｃｍ（０．９インチ）の流量調整装置を設けることが望ましいであろう。
【０００３】
従来型流量調整装置は、特に要求が厳しいユーザ用途に使用できるように液体流量を十分に厳しい範囲に調整することができないため、使用の点で完全には満足できなかった。したがって、従来技術の装置は流量を約±１０％に調整するが、極めて重要な用途では、流量調整を約±３％（従来型調整装置の変動の１／３未満）、好ましくはわずか±０．７％にする必要がある。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、短縮圧力補償型液体流量調整装置を提供することである。
【０００５】
別の目的は、取り付け内孔長さが約２．５４ｃｍ（１インチ）未満、好ましくはわずか約２．２９ｃｍ（０．９インチ）のそのような調整装置を提供することである。
【０００６】
さらなる目的は、流量を約±３％、好ましくはわずか±０．７％に調整することができるそのような調整装置を提供することである。
【０００７】
本発明のさらなる目的は、製造、保守点検および使用が簡単かつ経済的であるそのような調整装置を提供することである。
【０００８】
［発明の概要］
本発明の上記および関連目的は、ポペット、リテーナ手段、座部材、バイアス手段およびハウジングを備えた短縮圧力補償型液体流量調整装置で達成できることがわかった。座部材前面とシリンダ後オリフィスとの間の空間の大きさは、液体流量の大きさの逆関数として自動調整され、それによって、センスオリフィスの前後の圧力差の変動を補償することによって、ほぼ一定の液体流量が調整装置を通るようにすることができる。
【０００９】
さらに具体的に言うと、ポペットが、前センスオリフィスを設けた前面および後オリフィスを設けた後面を有して長手方向に延びた中空シリンダを形成しており、これらのシリンダオリフィスが貫通液体通路を形成している。リテーナ手段が、バイアス手段を少なくとも部分的にシリンダ内に配置された状態に維持しており、中央開口を設けた前側壁面と、後側部スロットを設けた後側壁面とを有する。リテーナの中央開口および側部スロットが貫通液体通路を形成している。座部材が、シリンダから間隔を置いてそれに面する閉鎖前面と、座部材前面の後方の側部通路と、下流側通路とを有しており、これらの座部材通路が貫通液体通路を形成している。少なくとも部分的にシリンダ内に配置されたバイアス手段が、シリンダ後オリフィスを座部材から長手方向に離れる方向に付勢し、また、貫通液体通路を形成している。中空ハウジングが、シリンダを摺動可能に収容すると共に、リテーナ手段および座部材を固定的に収容しており、液体流を環状空間およびリテーナ側部スロットから座部材側部通路内へ送り込む。
【００１０】
好ましくは、リテーナ手段は、バイアス手段を完全にシリンダ内に配置された状態に摺動可能に維持し、座部材前面は平坦であり、シリンダ後面およびシリンダ前面の外周がほぼ等しい。
【００１１】
好適な実施形態では、ポペット前面および前記ポペット後オリフィスのそれぞれの外径によって定められた表面積がほぼ等しい。したがって、ポペット前後表面間の圧力差は、ほぼ等しい表面積の単位当たりにバイアス手段が加える力にほぼ比例した大きさである。好ましくは、圧力差は、ほぼ等しい表面積の単位当たりにバイアス手段が加える力に対して、大きさの点でほぼ等しいが、方向の点で逆である。
【００１２】
好ましくは、シリンダ後オリフィスおよびリテーナ前側壁面間に、外向きのテーパを付けた環状空間が形成されている。
【００１３】
本発明の上記および関連の目的、特徴および利点は、本発明の現時点で好適であるが説明的な実施形態の以下の詳細な説明を添付の図面と組み合わせて参照すれば、さらに十分に理解されるであろう。
【００１４】
［好適な実施形態の詳細な説明］
簡単に言うと、圧力補償型液体流量制御弁または調整装置は、高速液体流をバイアスポペットの絞りに流し、それによってポペットの前後に差圧が発生する。差圧によって結果的に生じた力がバイアス手段に逆らってバイアスポペットを移動させて、弁に入る入口または計量面積を減少させ、それによって絞りの前後の圧力差を減少させる。したがって、絞りの前後で差圧が制御され、それによって調整装置へ送られる流れの入口圧力に関係なく、一定の液体流量が維持される。
【００１５】
次に図面、特に図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、全体を参照番号１０で表した本発明による流量調整装置が図示されている。図示のように、流量調整装置１０は、全体を２０で表したポペットと、全体を２２で表したバイアス手段と、全体を２４で表したリテーナと、全体を２６で表した座部材と、全体を２８で表したハウジング（ハウジングは図２に最もわかりやすく示されている）とを備えている。調整装置を流れる流体流が、図１の矢印３０で示されている。流量調整装置１０の上記部材の各々について、以下にさらに詳細に説明する。
【００１６】
図３に最もわかりやすく示されているポペット２０は、長手方向に延びた中空シリンダ３２であって、前すなわち上流側面３４と後すなわち下流側面３６とを有する。前面３４は、それによって設けられている前センスオリフィス３８を除いて閉鎖されているのに対して、後面３６はほぼ開放し、後オリフィス４０の外周縁部３７を定めている。シリンダオリフィス３８、４０は、ポペット２０内を通る流体通路を形成している。前センスオリフィス３８は流量絞りとして作用するので、ポペット２０だけを考えると、それを通る液圧流のため、後オリフィス４０によって包囲された投影面積(projected area)に加わる圧力が前面３４より低くなる。（「上」および「下」は図１Ａおよび図１Ｂのポペット向きに関するものであって、図２および図３のポペット向きのそれぞれ「左」および「右」に対応する。）ポペットの製造を容易にする必要から、後面３６に狭い外方延出リップ４２が設けられているが、これは圧力計算ではポペットの一部と見なされない。図２および図３に最もわかりやすく示されているように、シリンダ前面３４の後に、ばねバイアス手段２２の前部を適当な位置にセンタリングするための肩部が設けられている。
【００１７】
一例であるが、軸方向すなわち内孔全長が０．５８５インチで、（リップ４２だけを除いた）ほぼ一定の外径が約１．０３ｃｍ（０．４０６インチ）のポペット２０は、直径が約０．２６４ｃｍ（０．１０４０インチ）の前センスオリフィス３８と、最大約１．０４ｃｍ（０．４０９０インチ）で、テーパ長さが約０．２１６ｃｍ（０．０８５インチ）の後オリフィス４０とを有することができる。そのようなポペット２０を有する流量調整装置１０は一般的に、約１．３８〜５．９３ＭＰａ（２００〜８６０ｐｓｉｄ（ポンド／平方インチ差））の圧力差に対して０〜約１０．６±約０．０７６Ｌ／分（０〜２．８０±０．０２ガロン／分）の液体流量を調整することができる。
【００１８】
次に、特に図１Ａ〜図２を参照すると、リテーナ２４は、バイアス手段すなわちばね２２を少なくとも部分的にシリンダ３２内に配置された状態に維持することができる形状および寸法を有する。図２に最もわかりやすく示されているように、リテーナ２４の前部４３は前方延出リップを有し、これによってばねバイアス手段２２の後部を適当な位置にセンタリングするための肩部が形成されている。したがって、ばね２２の移動が、一端ではシリンダ前面３４の後部で、他端ではリテーナ前部４３の前部で拘束されて位置決めされる。シリンダ前面３４の後部とリテーナ前部４３の前部との間にばね２２が捕らえられるが、ポペット２０は摺動可能である。好ましくは、ばね２２は、リテーナ２４によってシリンダ３２内に完全に維持されている、すなわち、ばね２２の両端部が（おそらくはリテーナ２４の少なくとも前面と共に）シリンダ３２内に位置している。
【００１９】
リテーナ２４は、前すなわち上流側壁面５２と、後すなわち下流側壁面５４とを有する。前側壁面５２に中央開口５６が貫設されており、後側壁面５４に後側部スロット５８が貫設されている。中央開口５６および側部スロット５８が協働して、リテーナ２４内を通る流体通路を形成しており、リテーナ前側壁面５２はシリンダ後オリフィス４０と協働して、リテーナ２４およびシリンダ３２間の環状空間を形成している。したがって、リテーナ２４は、ばね２２を載置できる受け台となるだけでなく、さまざまな流体通路を内部に形成している。
【００２０】
リテーナ２４の外周とシリンダ後オリフィス４０の内周との間の干渉および／または摩擦焼き付きを確実になくすために、シリンダ後面３６には好ましくは、シリンダ３２の下流側端部付近にオリフィス４０から内向きのテーパ（たとえば、約２０°）が付けられている。シリンダオリフィス４０およびリテーナ前部４３の干渉および／または摩擦焼き付きを排除するために別の手段が使用される場合、後オリフィス４０からのそのような内向きテーパは不必要である。（シリンダ後オリフィス４０からの内向きテーパとリテーナ２４の前端部との間に形成された）環状部分を流れる液体の実際の体積は、リテーナの中央開口５６を通る流れの体積と比べれば相当に少ない。
【００２１】
さらに、特に図１Ａ〜図２を参照すると、座部材２６は、シリンダ３２（特に、シリンダ３２の後面３６）から間隔を置いてそれに面した閉鎖前面６０および閉鎖座ぐり穴底部６１（図１Ａおよび図２で見られる）を有する。また、座部材の閉鎖前面６０の後方には、複数の円形側部通路６２と少なくとも１つの下流側通路６４とが設けられている。図示のように、下流側通路６４を中央に配置して、調整装置１０に流入する液体流に整合させてもよいが、それを閉鎖前面６０および側部通路６２の下流で座部材２６の側壁に配置してもよい。側部通路６２は、液体を閉鎖前面６０の下流側で座部材２６の中空部分内へ流入させることができる一方、下流側通路は、液体を座部材２６の中空部分から流出させることができる。したがって、側部通路６２および下流側通路６４が協働して、座部材２６を通る液体通路を形成している。座部材の前面６０は、好ましくは平坦である。
【００２２】
座部材２６は好ましくは、閉鎖前面６０内に設けられて閉鎖座ぐり穴底部６１まで続く座ぐり穴２７を有して、リテーナ２４の下側壁部分５４が座ぐり穴に中心を合わせて滑りばめされる。いずれにしても、ばね２２の影響を受けて、リテーナ２４は座部材２６に強く押しつけられている。特に図２を参照すると、ハウジング２８は中空であって、シリンダ３２を（実際にはポペット２０全体を）摺動可能に収容する一方、座部材２６およびリテーナ２４を固定的に収容している。ハウジング２８は、（リテーナ中央開口５６を経て）リテーナ側部スロット５８から、また、（シリンダの後オリフィス４０およびリテーナの前側壁面５２間の）環状空間から流出した液体流を座部材の側部通路６２内へ送り込むという非常に重要な機能を有する。
【００２３】
座部材前面６０とシリンダ後オリフィス４０を形成しているシリンダ縁部３７との間の空間の大きさは、液体流量の大きさの逆関数として自動調整され、それによって、ポペットの前面３４のセンスオリフィス３８の前後の圧力差の変動を補償することによって、ほぼ一定の液体流量が調整装置１０を通るようにすることができる。
【００２４】
好ましくは、シリンダ後面３６の内周とシリンダ前面３４の外周とがほぼ等しい（リップ４２の追加表面はほとんど重要でない）。さらに具体的に言うと、ポペット前面３４の円周および（ポペット後オリフィス４０を定める）縁部３７の円周それぞれによって囲まれた投影表面積がほぼ同じである。したがって、ポペット前後面３４、３６間の圧力差は、ほぼ等しい表面積の単位当たりにバイアス手段２２が加える力にほぼ比例した大きさである。好ましくは、圧力差は、ほぼ等しい表面積の単位当たりにバイアス手段２２が加える力に対して、大きさの点でほぼ等しいが、方向の点で逆である。
【００２５】
ポペット前面３４およびポペット後面３６にほぼ同一の表面積を使用することによって、使用するのに適したばね力の計算が簡単になることは、数学に長けた人(the mathematically inclined)には理解されるであろう。この面積平衡によって、ポペット位置がこの内圧差だけによって決まり、入口および出口圧力には左右されないようにすることができる。
【００２６】
本発明は、流量調整装置の長さを約２．５４ｃｍ（１インチ）未満、一般的にはわずか約２．２９ｃｍ（０．９インチ）にすると共に、流量調整を±３％以内、一般的には±０．７％程度の低さにすることができる。
【００２７】
当該技術分野の専門家には明らかなように、流体流にさらされる流量調整装置のすべての部材は、流体流に対してほぼ不活性の材料で形成されなければならない。すべての部材は好ましくは、重要な公差を維持するために相当に剛直であるが、ばねすなわちバイアス手段は例外で、これは好ましくは、適当なバイアス強さを有するステンレス鋼材製である。
【００２８】
図２に最もわかりやすく示されているように、流量調整装置１０の計量面積は、シリンダ６０の内周すなわち縁部３７で形成された仮想シリンダの表面であり、シリンダ３２およびリテーナ２４から半径方向外向きに流れて座部材２６に流入する流体流量の大きさを制御するのがこの面積であるからである。圧力差が増加すると、ポペット２０が固定座部材２６に対して下流側へ移動するため、計量面積が減少し、圧力差が減少すると、ばね２２の影響を受けてポペット２０が固定座部材２６に対して上流側へ移動するため、計量面積が増加する。
【００２９】
ポペット２０およびハウジング２８間の直径方向の隙間は好ましくは、バイパス漏れを最小限に抑えながら、ポペットが焼き付きを生じることなく調整装置の長手方向軸線に沿って円滑に移動できるようにする範囲に維持される。弁機能に悪影響を与える可能性がある圧力損失を最小限に抑えるため、各流体通路は、センスオリフィス３８および計量面積と比較して十分に大きくなければならない。所望の差圧面積平衡を得るために、計量面積の直径は好ましくは、ポペット２０の外径よりごくわずかに大きいだけである。
【００３０】
作用を説明すると、図１Ａに最もわかりやすく示されているように、液圧（液体）流がポペットシリンダ３２のセンスオリフィス３８を通り、コイルばね２２の中心を通って流れる。次に、それはリテーナ前側壁５２の中央開口５６を通ってから、後側壁面５４の側部スロット５８を通るか、好適な実施形態では、シリンダ３２の後オリフィス４０からテーパを付けたシリンダ面とリテーナの前側壁面５２との間の環状部分も通って進む。液圧流は次に、ハウジング２８によって座部材側部通路６２内へ送り込まれ、最終的に座部材下流側通路６４を通って流出する。
【００３１】
液圧流がセンスオリフィス３８を通過する時、それは（シリンダ前面３４の前後間に）内部差圧を生じる。この内部差圧が、面積平衡ポペット２０に作用する。液圧流量が設定点をわずかに超えると、差圧が増加し、それによってポペット２０に対して大きい下流向き力が加わり、ポペット２０がばね２２による上流向きバイアスに打ち勝つため、ポペット２０が下流側へ移動して、計量面積が減少する。このように計量面積が減少するため、液圧流（したがって、差圧）も減少する。液圧流量が設定点をわずかに下回ると、差圧が減少し、それによって、ポペット２０に加わる下流向き力が上流向きバイアスばね２２より小さくなるため、ポペット２０が上流側へ移動して、計量面積を増加させる。これによって計量面積が増加するため、液圧流（したがって、差圧）も増加する。このように、ポペット２０に作用する差圧とばね２２によって加えられる力との間に力の平衡が維持されるため、ほぼ一定の差圧が生じる。（固定センスオリフィス３８の前後で維持される）この差圧の一定性により、一定の流量を確実に維持することができる。
【００３２】
流量調整装置の長さを大幅に短縮するために、好ましくはばね２２が完全にポペットシリンダ３２内に配置される。
【００３３】
要約すると、本発明は、短縮圧力補償型液体流量調整装置を提供している。調整装置は、取り付け内孔長さが約２．５４ｃｍ（１インチ）未満、好ましくはわずか約２．２９ｃｍ（０．９インチ）（従来型調整装置の取り付け内孔長さの半分未満）であり、流量調整が約±３％、好ましくはわずか±０．７％（従来型調整装置の変動の１／３未満）である。調整装置は、製造、使用および保守点検が簡単かつ経済的である。
【００３４】
以上に本発明の好適な実施形態を詳細に示して説明してきたが、当該技術分野の専門家には、それに対するさまざまな変更および改良が容易に明らかになるであろう。したがって、本発明の精神および範囲は、幅広く解釈され、以上の明細書ではなく、併記の特許請求項のみによって制限されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  本発明に従った流量調整装置の一方側の上方から見た分解等角図である。
【図１Ｂ】  図１Ａに非常に似ているが、流量調整装置の反対側の底部から見た図である。
【図２】  組み立てられた流れ調整装置の断面図である。
【図３】  図１Ｂの３−３線に沿ったポペットの断面図である。
【図１Ａ】
0003937009.tif 000002
【図１Ｂ】
0003937009.tif 000003
【図２】
0003937009.tif 000004
【図３】
0003937009.tif 000005