JP2005024022A - 流体圧制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】ボール式の流体圧制御弁において、ボールの振動、騒音を防止する。
【解決手段】液体が流れる流路に介装されるシート４０と、このシート４０に対峙して液体の流れを制御する球状のボール２と、このボール２を支持するボールサポート３０と、このボールサポート３０を介してボール２をシート４０に押し付けるバネ５とを備えるボール式の流体圧制御弁１において、シート４０の上流側に画成される上流側圧力室７と、シート４０とボールサポート３０の間に画成される二次圧力室８と、ボールサポート３０の下流側に画成される下流側圧力室９と、ボールサポート３０に開口して二次圧力室８と下流側圧力室９を連通する連通路１０とを備え、二次圧力室８を通過する液体は、シート４０からボールサポート３０に開口した連通路１０に向かう流れとなり、ボールサポート３０の外周へと拡がることなく、ボール２から流れが剥離することが抑えられる構成とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弁体としてボールを用いるボール式の流体圧制御弁の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の流体圧制御弁として、例えば図５に示す流体圧制御弁１は、シート４０に対峙して流体の流れを制御する球状のボール２と、このボール２を支持するボールサポート３０と、このボールサポート３０を介してボール２をシート４０に押し付けるバネ５とを備える。ボール２の前後差圧が所定値を超えて上昇すると、ボール２がバネ５を圧縮しながらシート４０からリフトし、作動流体が図中矢印で示すようにシート４０を通って本体４内へと流れる。
【０００３】
ボールサポート３０にはシート４０との間に二次圧力室８を画成するつば部３２が形成され、このつば部３２の外周と本体４の間にサポートオリフィス３９が設けられる。ボール２のリフト時、二次圧力室８から流出する流体の流れに対してこのサポートオリフィス３９が抵抗を付与することによって、二次圧力室８の圧力が高められ、流体圧制御弁１の圧力と流量の関係を示すオーバライド特性を任意に設定することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３９４１２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の流体圧制御弁１において、二次圧力室８を通過する流体は、図６に示すように、ボール２から剥離してボールサポート３０の外周へと向かう流れとなり、その外側に渦が発生している。これにより、ボール２に対する流体の剥離位置が変化することや渦の発生に起因して、ボール２に沿った流体の流れが周方向について不均一になると、ボール２に不規則な励震力が作用し、ボール２またはボールサポート３０が振動して騒音等を発生する可能性があった。
【０００６】
また、サポートオリフィス３９がボールサポート３０の外周隙間として形成される構造のため、生産時にサポートオリフィス３９の開口面積を精度良く管理することが難しく、製品毎にオーバライド特性のバラツキが生じやすいという問題点があった。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ボール式の流体圧制御弁において、ボールの振動、騒音を防止することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、流体が流れる流路に介装されるシートと、このシートに対峙する弁体として流体の流れを制御する球状のボールと、このボールを支持するボールサポートと、このボールサポートを介してボールをシートに押し付けるバネとを備える流体圧制御弁に適用する。
【０００９】
そして、シートの上流側に画成される上流側圧力室と、シートとボールサポートの間に画成される二次圧力室と、ボールサポートの下流側に画成される下流側圧力室と、ボールサポートに開口してこの二次圧力室と下流側圧力室を連通する連通路とを備え、二次圧力室にてボールに沿って流れる流体が連通路へと向かう構成としたことを特徴とするものとした。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、連通路にその流路断面積を絞るサポートオリフィスを設けたことを特徴とするものとした。
【００１１】
第３の発明は、第１または第２の発明において、ボール及びボールサポートが収められる本体を備え、ボールサポートの外周面をこの本体の内壁面に摺接させる構成としたことを特徴とするものとした。
【００１２】
第４の発明は、第１から第３のいずれか一つの発明において、連通路をボールサポートを放射状に貫通する複数の通孔によって形成したことを特徴とするものとした。
【００１３】
第５の発明は、第１から第３のいずれか一つの発明において、ボールサポートにボールを着座させるボール座と、このボール座に対して凹状に窪んだ連通路を画成する溝とを形成したことを特徴とするものとした。
【００１４】
第６の発明は、第１から第５のいずれか一つの発明において、シートにボールを囲むようして円柱面状に延びる流路壁部を形成したことを特徴とするものとした。
【００１５】
第７の発明は、第１から第６のいずれか一つの発明において、ボールサポートにボールを囲むようして円柱面状に延びる流路壁部を形成したことを特徴とするものとした。
【００１６】
【発明の作用および効果】
第１の発明によると、ボールの前後差圧が所定値を超えて上昇すると、ボールがバネを圧縮しながらシートからリフトし、流体が上流側圧力室、二次圧力室、連通路、下流側圧力室を通って流れる。このとき、二次圧力室を通過する流体は、シートからボールサポートに開口した連通路に向かう流れとなり、ボールサポートの外周へと拡がることなく、ボールから流れが剥離することが抑えられる。これにより、ボールに対する流体の剥離位置が変化することが抑えられるとともに渦の発生を抑えられ、ボールに作用する不規則な励震力が排除されるため、ボールが径方向に振動して発生する騒音等を防止できる。
【００１７】
第２の発明によると、ボールのリフト時、二次圧力室から流出する流体の流れに対してこのサポートオリフィスが抵抗を付与することによって、二次圧力室の圧力を高められ、流体圧制御弁のオーバライド特性を制御することができる。
【００１８】
そして、連通路に設けられるサポートオリフィスは、ボールサポートに対する穴加工によって形成することが可能となり、ボールサポートの外周隙間として形成される従来構造に比べて、生産時にその開口面積を精度良く管理することができ、製品毎にオーバライド特性等のバラツキが生じることを抑えられる。
【００１９】
第３の発明によると、ボールのリフト時にボールサポートの外周面が本体の内壁面に摺接することにより、ボールサポートがシートと同軸上を移動するように案内される。これにより、ボールサポートが径方向に動くことが規制され、ボールサポートが径方向に振動して発生する騒音等を防止できる。
【００２０】
第４の発明によると、連通路はボールサポートを放射状に貫通する複数の通孔によって形成される構造のため、連通路をシートの中心線について対称的に形成することが可能となり、二次圧力室から連通路へと向かう流体の流れをボールの周方向について均一化し、円滑にすることができる。
【００２１】
第５の発明によると、連通路は各溝とボールの外周面とによって画成されるため、ボールのリフト時に二次圧力室からボールの外周面に沿って流れる流体は連通路に入ってからもボールの外周面に沿って流れる。これにより、ボールに対する流体の剥離位置が変化することや渦の発生を抑えられ、ボールの振動、騒音を防止する効果を高められる。
【００２２】
第６の発明によると、シートの流路壁部は、二次圧力室をボールを囲むように円柱状の流路として画成することにより、ボールのリフト時に二次圧力室を流れる流体がボールの外周面に沿って流れることを促し、ボールの振動、騒音を防止する効果を高められる。
【００２３】
第７の発明によると、ボールサポートの流路壁部は、二次圧力室をボールを囲む円柱状の流路として画成することにより、ボールのリフト時に二次圧力室を流れる流体がボールの外周面に沿って流れることを促し、ボールの振動、騒音を防止する効果を高められる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１の（ａ）に示すように、ボール式の流体圧制御弁１は、液体（流体）が流れる流路に介装されるシート４０と、このシート４０に対峙して液体の流れを制御する弁体として球状のボール２と、このボール２を支持するボールサポート３０と、このボールサポート３０を介してボール２をシート４０に押し付けるバネ５とを備える。
【００２６】
ボール式流体圧制御弁１は、筒状の本体４を備え、この本体４内にボール２とボールサポート３０及びバネ５等が収められるとともに、シート４０がスリーブ３９を介して固定される。
【００２７】
シート４０はこれを貫通するシート穴４１と、このシート穴４１の途中に形成されるシートオリフィス（絞り）４２と、シート４０が開口し円錐状に窪むシート面４３とを有し、このシート面４３にボール２が着座することにより、シート穴４１を通る液体の流れを止める。
【００２８】
バネ５は線状のバネ材を螺旋状に巻回して形成される。バネ５はボールサポート３０、ボール２、シート４０と同軸上に配置され、所定量だけ圧縮された状態で本体４とボールサポート３０の間に介装される。
【００２９】
ボールサポート３０はボール２を着座させる円錐状に窪むボール座３１と、バネ５の一端を着座させるバネ座３３を有する。
【００３０】
流体圧制御弁１において液体が流れる流路は、シート４０の上流側に画成される上流側圧力室７と、シート４０とボールサポート３０の間に画成される二次圧力室８と、ボールサポート３０の下流側に画成される下流側圧力室９とに分けられる。この上流側圧力室７と下流側圧力室９におけるボール２の前後差圧が所定値を超えて上昇すると、ボール２がバネ５を圧縮しながらシート４０からリフトし、液体が図中矢印で示すようにシート４０内の上流側圧力室７を通って本体４内の下流側圧力室９へと流れる。
【００３１】
しかし、上記ボール２のリフト時、ボール２に沿った液体の流れが周方向について不均一になると、ボール２及びボールサポート３０が径方向に振動する可能性があった。
【００３２】
これに対処して本発明は、ボールサポート３０にシート４０との間に二次圧力室８を画成するつば部３２と、このつば部３２に開口して二次圧力室８と下流側圧力室９を連通する連通路１０とを形成し、二次圧力室８をボール２の外周面に沿って流れる液体が連通路１０を通って下流側圧力室９へと向かう構成とする。
【００３３】
つば部３２はボールサポート３０のボール座３１より外周に位置する部位であり、その外径がボール２の外径より大きく形成される。
【００３４】
図１の（ｂ），（ｃ）にも示すように、連通路１０はボールサポート３０を放射状に貫通する複数の通孔１１によって形成される。
【００３５】
連通路１０は中心線Ｏについて対称的に形成される。すなわち、各通孔１１はボールサポート３０の中心線Ｏについて対称的に配置され、かつ各通孔１１はボールサポート３０の周方向に等間隔を持って形成される。
【００３６】
各通孔１１の上流側開口部１１ａはボール２の外周面に接し、ボール座３１の開口端とボールサポート３０の端面３４上で交わるように配置される。これにより、ボール２の外周面と各通孔１１の上流側開口部１１ａの間隔を無くし、ボール２のリフト時にボール２の外周面に沿って流れる液体が円滑に各通孔１１へと流入するようになっている。
【００３７】
これに対して、各通孔１１の上流側開口部１１ａをボール２の外周面（ボール座３１の開口端）から離れる位置に形成すると、ボール２のリフト時にボール２の外周面に沿って流れる液体がボールサポート３０の端面３４に当たってから各通孔１１へと流入することになるが、各通孔１１の上流側開口部１１ａとボール２の外周面との距離を小さくすることにより、液体の流れに生じる乱れを十分に小さくすることができる。したがって、各通孔１１の上流側開口部１１ａはボール２の外周面から離れる位置に形成しても良い。
【００３８】
連通路１０の下流端部、すなわち各通孔１１の下流側端部１１ｂはコイル状のバネ５の内側に開口し、連通路１０からの液体がコイル状のバネ５の内側を通るようになっている。
【００３９】
連通路１０の終端にその流路断面積を絞るサポートオリフィス３６が形成される。各通孔１１の下流側端部１１ｂは中心線Ｏを含むように互いに集合して開口し、この集合部によってサポートオリフィス３６が形成される。
【００４０】
なお、これに限らず、各通孔１１の下流側端部１１ｂを中心線Ｏの周りに独立して開口させても良い。
【００４１】
ボールサポート３０はその外周面３５が本体４の内壁面１ａに摺接する構成とする。ボール２のリフト時にこの外周面３５が本体４の内壁面１ａに摺接することにより、ボールサポート３０がシート４０と同軸上を移動するように案内される。
【００４２】
以上のように構成されて、ボール２の前後差圧が所定値を超えて上昇すると、ボール２がバネ５を圧縮しながらシート４０からリフトし、液体が図２に矢印で示すように上流側圧力室７、二次圧力室８、連通路１０、下流側圧力室９、通孔１２を通って本体４の外側へと流れる。
【００４３】
このとき、二次圧力室８を通過する液体は、シート４０からボール２の周りに開口した連通路１０に向かう流れとなり、この流れがボールサポート３０の外周へと拡がることなく、ボール２から剥離することが抑えられる。これにより、ボール２に対する液体の剥離位置が変化することや渦の発生を抑えられ、ボール２に作用する不規則な励震力が排除されるため、ボール２が径方向に振動して発生する騒音等を防止できる。
【００４４】
ボール２のリフト時、二次圧力室８から連通路１０を通って流出する液体の流れに対してサポートオリフィス３６が抵抗を付与することによって、二次圧力室８の圧力が高められ、流体圧制御弁１のオーバライド特性を制御することができる。
【００４５】
二次圧力室８の前後にシートオリフィス４２とサポートオリフィス３６が設けられているため、これらのオリフィス径等を変えることで二次圧力室８の圧力を広い範囲で調整でき、流体圧制御弁１のオーバライド特性の設定自由度をひろげられる。
【００４６】
そして、連通路１０に設けられるサポートオリフィス３６は、ボールサポート３０に対する穴加工によって形成される構造のため、ボールサポート３０の外周隙間として形成される従来構造に比べて、生産時にその開口面積を精度良く管理することができ、製品毎にオーバライド特性等のバラツキが生じることを抑えられる。
【００４７】
連通路１０はボールサポート３０を放射状に貫通する複数の通孔１１によって形成される構造のため、連通路１０を中心線Ｏについて対称的に形成することが可能となり、二次圧力室８から連通路１０へと向かう液体の流れをボール２の周方向について均一化し、円滑にすることができる。
【００４８】
ボール２のリフト時にボールサポート３０の外周面３５が本体４の内壁面１ａに摺接することにより、ボールサポート３０がシート４０と同軸上を移動するように案内され、ボールサポート３０が径方向に動くことが規制され、ボールサポート３０が径方向に振動して発生する騒音等を防止できる。
【００４９】
連通路１０がコイル状のバネ５の内側に開口し、連通路１０からの液体がコイル状のバネ５の内側を通る構成のため、バネ５と本体４の内壁面１ａの間に液体が流れる流路を確保する必要がない。このため、本体４の内壁面１ａはバネ５の外側に対峙し、バネ５の変形をその径方向について規制する構成とすることが可能となる。本実施の形態では、本体４の内壁面１ａはバネ５の外側にわずかなスキマを持って対峙しているが、これに限らず本体４の内壁面１ａはバネ５にスキマを持たずに摺接するように形成しても良い。
【００５０】
次に図３の（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す他の実施の形態を説明する。なお、前記実施の形態と同一構成部には同一符号を付す。
【００５１】
連通路１０はボール座３１に対して凹状に窪む４本の溝１５と、各溝１５と下流側圧力室９を結ぶ通孔１６とによって形成される。なお、溝１５の本数はこれに限らない。
【００５２】
図３の（ｂ）に示す正面図上において、各溝１５は扇形に形成される。連通路１０は中心線Ｏについて対称的に形成される。各溝１５はボールサポート３０の中心線Ｏについて対称的に配置され、かつ各溝１５はボールサポート３０の周方向に等間隔を持って形成される。
【００５３】
ボール座３１は各溝１５の間に４カ所が残され、通孔１６の開口端から放射状に延びている。ボール座３１はボール２の外周面に沿って球面状に湾曲して形成される。
【００５４】
以上のように構成されて、連通路１０は各溝１５とボール２の外周面とによって画成されるため、ボール２のリフト時に二次圧力室８からボール２の外周面に沿って流れる液体は連通路１０に入ってからもボール２の外周面に沿って流れる。これにより、ボール２に対する液体の剥離位置が変化することや渦の発生を抑えられ、ボール２の振動、騒音を防止する効果を高められる。
【００５５】
次に図４の（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す他の実施の形態を説明する。なお、前記実施の形態と同一構成部には同一符号を付す。
【００５６】
連通路１０はボール座３１に対して凹状に窪む４本の溝１７と、各溝１７と下流側圧力室９を結ぶ通孔１６と、この通孔１６に形成されるサポートオリフィス３６によって形成される。なお、各溝１７の本数はこれに限らない。
【００５７】
図３の（ｂ）に示す正面図上において、各溝１７は扇形に形成される。連通路１０は中心線Ｏについて対称的に形成される。各溝１７はボールサポート３０の中心線Ｏについて対称的に配置され、かつ各溝１７はボールサポート３０の周方向に等間隔を持って形成される。
【００５８】
ボール座３１は４カ所に残され、通孔１６の開口端から放射状に延びている。ボール座３１は円錐面状に形成される。
【００５９】
シート４０にはボール２を囲むようして円柱面状に延びる流路壁部４７が形成される。
【００６０】
ボールサポート３０にはボール２を囲むようして円柱面状に延びる流路壁部３７が形成される。この流路壁部３７はボール座３１の外周端から立ち上がり、シート４０の流路壁部４７と略同一径で形成される。
【００６１】
ボール２がシート４０のシート面４３に着座した閉弁状態で、両流路壁部４７と３７はそれぞれの内側に二次圧力室８を円柱状の流路として画成する。この閉弁状態で、両流路壁部４７と３７は互いにわずかな隙間を持ち、ボール２がボール座３１に確実に着座するようになっている。
【００６２】
以上のように構成されて、連通路１０は各溝１７とボール２の外周面とによって画成されるため、ボール２のリフト時に二次圧力室８からボール２の外周面に沿って流れる液体は連通路１０に入ってからもボール２の外周面に沿って流れる。これにより、ボール２に対する液体の剥離位置が変化することや渦の発生を抑えられる。
【００６３】
二次圧力室８はシート４０の流路壁部４７とボールサポート３０の流路壁部３７によりボール２を囲むように円柱状の流路として画成されるので、ボール２のリフト時に二次圧力室８を流れる液体がボール２の外周面に沿って流れることを促し、ボール２の振動、騒音を防止する効果を高められる。
【００６４】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示し、（ａ）は流体圧制御弁の断面図、（ｂ）はボールサポートの正面図、（ｃ）はボールサポートの断面図。
【図２】同じく流体圧制御弁の模式図。
【図３】他の実施の形態を示し、（ａ）は流体圧制御弁の断面図、（ｂ）はボールサポートの正面図、（ｃ）はボールサポートの断面図。
【図４】他の実施の形態を示し、（ａ）は流体圧制御弁の断面図、（ｂ）はボールサポートの正面図、（ｃ）はボールサポートの断面図。
【図５】従来例を示す流体圧制御弁の模式図。
【図６】同じく流体圧制御弁における流れを示す図。
【符号の説明】
１ 流体圧制御弁
２ ボール
４ 本体
５ バネ
７ 上流側圧力室
８ 二次圧力室
９ 下流側圧力室
１０ 連通路
１１ 通孔
１５ 溝
１７ 溝
３０ ボールサポート
３６ サポートオリフィス
３７ 流路壁部
４０ シート
４７ 流路壁部

Claims (7)

1. 流体が流れる流路に介装されるシートと、このシートに対峙する弁体として流体の流れを制御する球状のボールと、このボールを支持するボールサポートと、このボールサポートを介してボールをシートに押し付けるバネとを備える流体圧制御弁において、
   前記シートの上流側に画成される上流側圧力室と、シートと前記ボールサポートの間に画成される二次圧力室と、ボールサポートの下流側に画成される下流側圧力室と、ボールサポートに開口してこの二次圧力室と下流側圧力室を連通する連通路とを備え、二次圧力室にて前記ボールに沿って流れる流体が連通路へと向かう構成としたことを特徴とする流体圧制御弁。
2. 前記連通路にその流路断面積を絞るサポートオリフィスを設けたことを特徴とする請求項１に記載の流体圧制御弁。
3. 前記ボール及び前記ボールサポートが収められる本体を備え、
   ボールサポートの外周面をこの本体の内壁面に摺接させる構成としたことを特徴とする請求項１または２に記載の流体圧制御弁。
4. 前記連通路を前記ボールサポートを放射状に貫通する複数の通孔によって形成したことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の流体圧制御弁。
5. 前記ボールサポートに前記ボールを着座させるボール座と、このボール座に対して凹状に窪んだ前記連通路を画成する溝とを形成したことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の流体圧制御弁。
6. 前記シートに前記ボールを囲むようして円柱面状に延びる流路壁部を形成したことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の流体圧制御弁。
7. 前記ボールサポートに前記ボールを囲むようして円柱面状に延びる流路壁部を形成したことを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の流体圧制御弁。

Images