JP2001514770A - 流量制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 流量制御弁はボア（２）内を移動する“バケット”形状の弁素子（１）を含む本体（２０）からなる。弁素子（１）は排出オリフィス（８）を有し、それを通してニードル弁（９）が突出している。ボア（２）内の弁素子（１）の移動はオリフィス（８）とニードル（９）間の環状間隙を調節し、それにより弁素子（１）を横切る圧力低下及び弁を通る主流量の速度を変える。本体（２０）への入口（４ａ）は弁素子の壁に隣接して設けられているこぼし口（７）を有する弁素子（１）の上流に設けられている。この配置により、こぼし流速はボア（２）内の弁素子（１）の移動により調節される。しかし、全ての場合において流体の主流量はボア（２）を通して弁素子（１）のオリフィス（８）を通って出口（１０）へ通過し、それにより流量制御弁のボア（２）内の流体のよどんだ“貯まり”の形成を避けている。

Description

【発明の詳細な説明】 流量制御弁 本発明は流量制御弁に関し、特に改善された出力流速と圧力をもたらす改善さ れた流量制御特性を持つ流量制御弁に関する。この弁は特に優勢的に液体を含む 流体をポンプ輸送するポンプに適している。 公知のポンプ装置においては、ポンプエレメントからの排出物はボア内でわず かに浮動する弁素子を有する弁装置に流れる。弁装置はキャビテイを含み、その 中にポンプエレメントからの排出物は流れる。キャビティは排出オリフィスを含 み、それを通して排出オリフィスを横切って確立された圧力低下を持って流体は キャビティから流れる。キャビティはボア中への更なる別個の開口を有し、ボア 内で弁素子は“浮動（floating）”している。排出オリフィスの下流側に、弁素 子に関してキャビティから遠い方のボアの側に通路が走っている。かくして、弁 素子は二つの圧力、つまり一端に作用する（キャビティ内の流体の）ポンプ圧力 及び他端に付与される（排出オリフィスにより決定される）排出圧力、で釣り合 いを保っている。ばねの形の偏倚部材がまた弁素子をキャビティの方へ偏倚する ために設けられており、一方弁素子を横切る圧力差が弁素子をキャビティから離 れる方に偏倚するように作用する。この方式において弁装置はボア内に設けられ ており、このボアはキャビティの排出オリフィスを横切って連通しており、この ことは弁素子は排出オリフィスから分離されていることを意味する。 この配置では、もしポンプ圧力が予め決められた量より大きく排出圧力を越え ると、弁素子はそのゼロ変位位置（すなわち弁素子を横切る圧力差がないときの その位置）から十分に変位させられ、流体をキャビティからポンプの入口に戻す こぼし口への通路を開く。この配置の持つ困難性はポンプ輸送速度と圧力に関し て、排出オリフィスからの排出流速の不十分な制御である。事実、このような配 置では、排出流速はポンプ輸送速度と圧力の両方と一緒に増大する傾向にある。 通常の弁配置を持つ上述の不利益は弁素子の前方に小さな凹所を形成すること によりかつこぼし口の適当な形状によりある範囲に軽減することができる。更に 、弁配置は弁素子の端部に“ニードル”（ある輪郭形状を持つ棒）を設け、これ を弁素子と整合した排出プラグ内に形成された排出オリフィス内で動かし、かく してニードルと排出オリフィスの周囲との間の環状面積がボア内の弁素子の移動 と共に変わることにより改善される。この配置の持つ問題はニードル位置が弁素 子の位置に関して固定されていること、ニードルの製造費が高いこと、そして排 出圧力が作用するボア内の領域が殆どよどんだ流体の貯まりを持ち、汚染の問題 が発生することである。また弁素子は更に複雑性を増すに違いない。なぜなら弁 素子内に出力過剰負荷の際に圧力をポンプ入口に逃がすように設定されている高 圧力（例えばほぼ５０−７０バール）で開く圧力逃がし弁を組み入れる必要があ るからである。 本発明は上に明らかにした不利益にねらいを定めたかつ引用した先行技術の改 良を提供する流量制御弁を提供することを目的とする。 本発明によれば本体；第一と第二軸方向端を有するボア（このボアは弁本体内 に形成されている）；ボア内に移動可能に設けられた弁素子；ボアの第一軸方向 端と連通している入口；ボアの第二軸方向端と連通している出口；ボア内の弁素 子の位置により流量制御弁を通る流体の少なくとも一つの流通特性を調節するた めの調節手段；及びボアの第一と第二軸方向端間の弁素子を横切る圧力差を確立 するために弁素子内に形成された排出オリフィス；を含む流量制御弁が提供され る。 従って、本発明では、弁素子は、弁素子内の排出オリフィスと組み合わせて、 排出流体のための出口への弁を通る主ルートを提供する。すなわち弁を通る流体 の主流量は入口から排出オリフィスを経由して弁素子中へ通過し、弁素子からそ の開口端を経由して出口へ通過する。これは弁素子の上流または下流のいずれへ の流体のよどんだ貯まりの形成を避ける。というのも流体の大部分が一般的に流 量制御弁の主軸に沿って流れ側方通路中にそれないからである。 調節手段は好ましくはボアの第一軸方向端中への開口を有するこぼし口を含み 、弁素子がボア内でこぼし口の開口が弁素子により塞がれる第一位置と、ボアの 第一軸方向端からこぼし口への開口が弁素子により塞がれない第二位置との間に 軸方向にスライドできるようになっている。この方式により、排出オリフィスを 横切る実質的に一定の圧力低下が維持される。 これに代え、または追加的に、調節手段は排出オリフィスを通って突出するよ うに位置したニードルを含むことができ、かくしてボア内の弁素子の移動が排出 オリフィスとニードル間の相対的移動を起こし、この相対的移動がニードルと排 出オリフィス間の隙間を変える。この関係において、ニードルは可変閉鎖部材と して機能し、この可変閉鎖部材に関して弁素子、即ち排出オリフィスは弁素子と 可変閉鎖部材間の相対的移動が排出オリフィスを通って秒当たりに流れる流体の 容積を変えるように移動する。可変閉鎖部材が外形断面積がその長さに沿って変 わる形状化棒の形を取り、この棒の自由端が排出オリフィスを通って突出するよ うに取り付けられており、かくして弁素子とこの棒間の軸方向の相対的移動がこ の棒と排出オリフィス間の環状隙間の寸法を変えて秒当たりに隙間を通って流れ ることのできる流体の容積を変えるであろうことは一般的に観察される。 弁素子（かくして本発明では排出オリフィス）がニードルに関して移動するよ うにニードルを取り付けることにより、ニードルが弁素子に付属する必要がない というようなニードルの設計変更の範囲に更に大きな融通性が存在する。例えば 、ニードルは排出オリフィスと同心的または偏心的に堅く固定されてもよく、ま た流通制限の一貫性を改善するために排出オリフィスの一方側に傾斜させられて もよく、また排出オリフィスを通る流体の流速の制御のために利用できる変数を 増やすために（ばね、パッドまたは他の弁のような装置により）軸方向及び／ま たは半径方向に融通性を持って取り付けられてもよい。また本発明の配置にはボ アの第二軸方向端での流体のよどみに近い領域を避けるというような他の利益も あり、またニードルは製造が更に安くかつ容易である。流量制御弁の出力または 排出は弁素子内では排出オリフィスを通して直線状であり、先行技術の場合のよ うに、連通通路が排出オリフィスの下流側からボアの第二軸方向端へ作られる必 要がないので、流体、即ちその結果として生じる圧力損失が減少させられる。 ニードルを通って穿孔された小さな穴を設けることにより安全圧力逃がし弁を 閉鎖プラグ内またはボアから遠いいかなる便利な位置にも位置させることができ 、この安全圧力逃がし弁はボアの第二軸方向端内の流体圧力、言い換えれば流量 制御弁の排出または出力圧力を感知する。この安全逃がし弁の作動は排出オリフ ィスを通る流体の流れを増やしかつ弁素子をその第二位置の方に移動させ、かく してこぼし口を開き弁素子自身内の複雑で高価な圧力逃がし弁の必要なく如何な る過剰圧力確立をも一般的に防ぐ。ニードルを通って穿孔された穴の寸法は穴の 一端から他端へ圧力低下を提供するように選択されることができ、この圧力低下 はボアの第一軸方向端からこぼし口中への流体のこぼし流中の安全圧力逃がし弁 の制御特性を定めるために有用である。安全圧力逃がし弁はそれが排出オリフィ スの下流側と連通しているならば弁本体のいずれに固定されてもよい。好ましく は安全圧力逃がし弁は安全圧力逃がし弁を通る流体を直接ポンプの入口中へこぼ すように配置され、このポンプにより流量制御弁の入口への流体の排出が駆動さ れる。かくして、安全圧力逃がし弁は直接ボアの第二軸方向端と連通するように 弁ボア内に（ニードル穴はその時は必要ない）、または出力流から安全圧力逃が し弁への顕著な圧力低下が存在しない流量制御弁の出力に沿ったある他の場所に 固定されることができる。しかし、このような配置では圧力低下により提供され る追加の制御選択権が失われる。 本発明がより良く理解されるようにその実施例が例としてのみの添付図面、図 １に関して説明される。図１は本発明による流量制御弁の断面図である。添付図 に示された弁は液体ポンプの出口の流量制御弁として使用するのに適している。 特に、この弁は、軸と一緒に回転するように軸上に取り付けられたキャリヤー、 このキャリヤー内またはキャリヤー上に半径方向に伸長可能に取り付けられた複 数のポンプエレメント、カムリング（軸、キャリヤー及びポンプエレメントがこ のカムリングに関して回転するときカムリングの内表面がポンプエレメントによ って追随され、かつキャリヤーと共軸的ではない）、ポンプ入口及びポンプ出口 を有する形式のポンプと共に使用することができ、更にこの流量制御弁はこのポ ンプ出口に連結される。 弁本体２０は“バケット（bucket）”形状の弁素子１を含み、この弁素子は密 接適合ボア２内を動く。流体は半径方向通路２５中にそしてスペーサ４の穴４ａ を通してボア２の第一軸方向端のキャビティ３中にポンプ輸送され、この穴４ａ はかくして流量制御弁のキャビティ３への入口を形成する。ポンプ輸送された加 圧流体は弁素子１を予め圧縮されたばね５の力に対抗してキャビティ３内の流体 が戻しまたはこぼし口７中に入口６を通してこぼれ始めるまで動かすことができ る。固定ニードル９が弁の本体２０内に取り付けられており、弁素子１内に形成 されたキャビティ排出オリフィス８を通って突出している。ボア２内の弁素子１ の移動がキャビティ排出オリフィス８と固定ニードル９間の先細り輪郭を持つ環 状隙間の断面積の変化を起こさせ、かくしてボア２の第一軸方向端２１からボア ２の第二軸方向端２２への弁素子１を横切る圧力低下が変化する。弁素子１の移 動はまた入口６を通して戻り口７中へのこぼし流速を変化させる。ニードル９の 輪郭及び戻し口７への入口６の形状を適当に選ぶことにより弁の出口を形成する キャビティ１０を経由する希望の流出速度が達成される。 また図１に示されているのはニードル９を通してくり抜かれた毛細管孔１１で あり、これはプラグ１３内に取り付けられた安全圧力逃がし弁２３を経由してキ ャビティ１２に圧力を供給し、かくして毛細管孔１１を通る逃がし流が排出弁８ を通る流速を増加させる。同時に、ボア２の第二軸方向端２２内の圧力の減少が ボア２の第一軸方向端２１とボア２の第二軸方向端２２間の圧力低下を増加し、 これが逆に弁素子１をキャビティ３から離れる方へ動かし、かくして入口６の弁 縁を戻し口７の方へ大きな範囲で開き、それが逆にキャビティ３からの過剰流体 のバルクを流量制御弁から、適当な通路（図示せず）を経由してポンプ戻しに流 すことを可能とする。 プラグ１３は流量制御弁装置及びばね５をボア２内に固定する。弁の流通特性 を制御するためにその寸法を変えることのできる流量制御弁の最も重要な要素は 排出オリフィス８、毛細管孔１１、戻し口７への開口６及びニードル９の輪郭の 相対的寸法であり；弁を通してポンプ輸送される流体の粘度もまた弁の流通特性 に影響するであろう。 図には示されていないけれども、ニードル９は弁の本体に取り付けられている 柔軟なプラットフォーム上に取り付けることができる。柔軟なプラットフォーム は弁を通る流速の更なる制御としてニードルを軸方向に、半径方向にまたはその 両方向に動かすために使用されることができる。また、ニードルはボアまたは排 出オリフィスのいずれとも同心的である必要はない。偏心的配置は流量制限の改 良された精度を与えるかもしれない。 当業者には請求の範囲に記載されたところの本発明の範囲から逸脱することな く弁概念の代替装置が採用しうることは明らかであろう。特に、ニードルの形状 は必要により調節することができる。弁素子１は“シール”することのみが必要 で（排出オリフィス８とニードル９間の環状隙間を通って流れる値と較べて容認 しうる値に洩れを減らす）、それ故弁素子はそれが軸方向に自由に動きうるなら ばボア形状と一致する如何なる形状も取ることができる。出口キャビティ１０は 出口継手に連結することができ、それはボーリング及びばね取り付けを容易とす るために第二キャップを組み入れてもよい。用いられる材料の選択は本質的に流 量制御弁の種々の要素の強度、加工費用及び流体適合性に依存するが、鉄、鋼ま たはアルミニウム合金が好ましい。機械力装置がコイルばねとして最も好都合で あるが、それに限定されない。弁排出オリフィス形状は通常一定直径の孔である が、他の可変形状であることもできる。弁素子はばねのような機械力装置を用い ることに加えてまたはその代わりに圧力によって制御される電気または機械装置 で動かされることもできる。最後に、用語“流体”は恐らく自由ガスを含む如何 なる液体も含む包括的な意味で使用されるが、実際には低摩擦摩耗用の潤滑流体 が好ましいであろう。安全圧力逃がし弁の詳細及びその配置はそれらが流量制御 弁を作動させるのに如何なる機能を必要とするかを除き重要ではない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年１２月２日（１９９８．１２．２） 【補正内容】 請求の範囲 1. 本体；第一と第二軸方向端を有するボア（このボアは弁本体内に形成され ている）；ボア内に移動可能に設けられた弁素子；ボアの第一軸方向端と連通し ている入口；ボアの第二軸方向端と連通している出口；ボア内の弁素子の位置に より流量制御弁を通る流体の少なくとも一つの流通特性を調節するための調節手 段；及びボアの第一と第二軸方向端間の弁素子を横切る圧力差を確立するために 弁素子内に形成された排出オリフィス；を含む流量制御弁であって、調節手段が ボアの第一軸方向端中への開口を有するこぼし口を含み、弁素子が、入口と出口 の間のボア内で、こぼし口の開口が弁素子により塞がれる第一位置とボアの第一 軸方向端からこぼし口への開口が弁素子により塞がれない第二位置との間で、軸 方向にスライドでき、この弁が更に弁素子を前記第一位置の方へ偏倚するための 偏倚手段を含み、前記偏倚手段が弁内のよどみ領域を減少するように排出オリフ ィスと出口の間に配置されていることを特徴とする流量制御弁。 2. 調節手段が更に可変閉鎖部材を含み、弁素子がこの可変閉鎖部材に関して 移動するように配置されておりそれにより排出オリフィスの開口面積が変えられ ることを特徴とする請求の範囲１に記載の流量制御弁。 3. 可変閉鎖部材が排出オリフィスを通って突出するように位置したニードル の形であり、排出オリフィスに関するニードルの配置が、ボア内の弁素子の移動 が排出オリフィスとニードル間の相対的移動を起こすようなものであり、かくし てニードルと排出オリフィス間の隙間を変えるようになっていることを特徴とす る請求の範囲２に記載の流量制御弁。 4. ニードルの外形断面積がその長さに沿って変わることを特徴とする請求の 範囲３に記載の流量制御弁。 5. ニードルが弁本体に取り付けられた柔軟なプラットフォーム上に取り付け られていることを特徴とする請求の範囲３または４に記載の流量制御弁。 6. 柔軟なプラットフォームが排出オリフィスを通る流体の流速を制御するの に必要とされるようにニードルを軸方向、半径方向または両方向に動かすことを 可能とするばね、柔らかいパッド、圧力制御装置または同様装置を含むことを特 徴とする請求の範囲５に記載の流量制御弁。 7. 前記ニードルが穿孔された穴を有し、それによりボアの第二軸方向端内の 圧力が安全圧力逃がし弁に連通されることができ、弁内に危険な高圧力が発生す ることを防ぐことを特徴とする請求の範囲３から６のいずれか一つに記載の流量 制御弁。 8. 更にボアの第二軸方向端と連通する安全圧力逃がし弁を含み、それにより 安全圧力逃がし弁が開いたとき排出オリフィスを通る流体流が増加させられて流 量制御弁を更に開くこととなり入口とこぼし口間の連通を増加させることにより 第二逃がし弁として作用することを特徴とする請求の範囲１から６のいずれか一 つに記載の流量制御弁。 9. 請求の範囲１から８のいずれか一つに記載の流量制御弁を含むポンプ装置 において、前記ポンプ装置が軸と一緒に回転するように軸上に取り付けられたキ ャリヤー、キャリヤー内またはキャリヤー上に半径方向に伸張可能に取り付けら れた複数のポンプエレメント、カムリング（軸、キャリヤー及びポンプエレメン トがこのカムリングに関して回転するときこのカムリングの内表面がポンプエレ メントによって追随され、かつキャリヤーと共軸ではない）、ポンプ入口及びポ ンプ出口を含む形式のものであること、そして流量制御弁がこのポンプ出口に連 結されていることを特徴とするポンプ装置。 10. 本体；第一と第二軸方向端を有するボア（このボアは弁本体内に形成され ている）；ボア内に移動可能に設けられた弁素子；ボアの第一軸方向端と連通し ている入口；ボアの第二軸方向端と連通している出口；ボア内の弁素子の位置に より流量制御弁を通る流体の少なくとも一つの流通特性を調節するための調節手 段；及びボアの第一と第二軸方向端間の弁素子を横切る圧力差を確立するために 弁素子内に形成された排出オリフィス；を含む流量制御弁であって、流体の大部 分が実質的にボアの主軸に沿って排出オリフィスを通って出口に流れること；こ の弁が更に弁素子を偏倚するための偏倚手段を含み、前記偏倚手段が弁内のよど んだ領域を減少するように排出オリフィスと出口間に配置されていることを特徴 とする流量制御弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 本体；第一と第二軸方向端を有するボア（このボアは弁本体内に形成され ている）；ボア内に移動可能に設けられた弁素子；ボアの第一軸方向端と連通し ている入口；ボアの第二軸方向端と連通している出口；ボア内の弁素子の位置に より流量制御弁を通る流体の少なくともーつの流通特性を調節するための調節手 段；及びボアの第一と第二軸方向端間の弁素子を横切る圧力差を確立するために 弁素子内に形成された排出オリフィス；を含む流量制御弁であって、調節手段が ボアの第一軸方向端中への開口を有するこぼし口を含み、弁素子が、入口と出口 の間のボア内で、こぼし口の開口が弁素子により塞がれる第一位置とボアの第一 軸方向端からこぼし口への開口が弁素子により塞がれない第二位置との間で、軸 方向にスライドできることを特徴とする流量制御弁。 2. 調節手段が更に可変閉鎖部材を含み、弁素子がこの可変閉鎖部材に関して 移動するように配置されておりそれにより排出オリフィスの開口面積が変えられ ることを特徴とする請求の範囲１に記載の流量制御弁。 3. 可変閉鎖部材が排出オリフィスを通って突出するように位置したニードル の形であり、排出オリフィスに関するニードルの配置が、ボア内の弁素子の移動 が排出オリフィスとニードル間の相対的移動を起こすようなものであり、かくし てニードルと排出オリフィス間の隙間を変えるようになっていることを特徴とす る請求の範囲２に記載の流量制御弁。 4. ニードルの外形断面積がその長さに沿って変わることを特徴とする請求の 範囲３に記載の流量制御弁。 5. ニードルが弁本体に取り付けられた柔軟なプラットフォーム上に取り付け られていることを特徴とする請求の範囲３または４に記載の流量制御弁。 6. 柔軟なプラットフォームが排出オリフィスを通る流体の流速を制御するの に必要とされるようにニードルを軸方向、半径方向または両方向に動かすことを 可能とするばね、柔らかいパッド、圧力制御装置または同様装置を含むことを特 徴とする請求の範囲５に記載の流量制御弁。 7. 前記ニードルが穿孔された穴を有し、それによりボアの第二軸方向端内の 圧力が安全圧力逃がし弁に連通されることができ、弁内に危険な高圧力が発生す ることを防ぐことを特徴とする請求の範囲３から６のいずれか一つに記載の流量 制御弁。 8. 更にボアの第二軸方向端と連通する安全圧力逃がし弁を含み、それにより 安全圧力逃がし弁が開いたとき排出オリフィスを通る流体流が増加させられるこ とを特徴とする請求の範囲１から６のいずれか一つに記載の流量制御弁。 9. 請求の範囲１から８のいずれか一つに記載の流量制御弁を含むポンプ装置 において、前記ポンプ装置が軸と一緒に回転するように軸上に取り付けられたキ ャリヤー、キャリヤー内またはキャリヤー上に半径方向に伸張可能に取り付けら れた複数のポンプエレメント、カムリング（軸、キャリヤー及びポンプエレメン トがこのカムリングに関して回転するときこのカムリングの内表面がポンプエレ メントによって追随され、かつキャリヤーと共軸ではない）、ポンプ入口及びポ ンプ出口を含む形式のものであること、そして流量制御弁がこのポンプ出口に連 結されていることを特徴とするポンプ装置。 10. 本体；第一と第二軸方向端を有するボア（このボアは弁本体内に形成され ている）；ボア内に移動可能に設けられた弁素子；ボアの第一軸方向端と連通し ている入口；ボアの第二軸方向端と連通している出口；ボア内の弁素子の位置に より流量制御弁を通る流体の少なくとも一つの流通特性を調節するための調節手 段；及びボアの第一と第二軸方向端間の弁素子を横切る圧力差を確立するために 弁素子内に形成された排出オリフィス；を含む流量制御弁であって、流体の大部 分が実質的にボアの主軸に沿って排出オリフィスを通って出口に流れることを特 徴とする流量制御弁。 11. 本体；閉鎖端と開放端を有する実質的にバケット形状の弁素子；及び本体 内に形成されたボア（その非常に多くの空間内を弁素子がスライド可能に移動で きる）；を含む、入口と出口を有する流量制御弁であって、弁素子がボアを流量 制御弁への入口と直接連通している入口キャビティと流量制御弁からの出口と直 接連通している出口キャビティとに分割する作用をしており、弁素子の閉鎖端が 入口キャビテイの方に対面し弁素子の開放端が出口キャビティの方に対面してお り入口キャビティと出口キャビティとの間の弁素子を横切る圧力差を確立するた めに排出オリフィスが弁素子の閉鎖端内に形成されていること；ボア中への開口 を有するこぼし口が本体内に形成されていること；そして流量制御弁の配置が、 弁素子がこぼし口の開口が弁素子によって塞がれる第一位置とこぼし口への開口 が弁素子によって塞がれない第二位置との間で軸方向にスライドできるようにな っており、流量制御弁の配置が全体として弁を通る流体の主流量が入口から排出 オリフィスを経由して弁素子中へそしてその開口端を経由して弁素子から出口へ 通過するようになっていること；を特徴とする流量制御弁。