JP2005195068A - 流量制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 潤滑剤を用いることなくシール性を確保することが可能な流量制御弁を提供する。
【解決手段】 流量制御弁１０は、動力機構とニードル部３５との間にベロフラム５０を備え、このベロフラム５０は接触受部３２と保持部３６とに挟持される。そして、接触受部３２は、その上端面にボール３３が設けられて動力機構の回動部３１の下端面ところがり接触するようになっている。このように、動力機構と保持部３６側とを直結関係にするのでなく、ころがり接触する関係にして動力伝達を行うようにしたから、これにより、従来のように摺動させるシールリングに代えて摺動させる必要のないベロフラム５０を用いることができるので、潤滑剤を用いることなくシール性を確保することが可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流量制御弁に関する。

従来の流量制御弁は、例えば特許文献１に記載されたもののように、螺合動作によって上下動する駆動部の先端に弁体を備えるもので、駆動部の螺合動作に伴ない弁体を回転させながら上下動させて弁座の開閉量を調整するものであった。このものでは、流路から駆動部側への漏水を規制するため、弁体にシールリングを配設することで、弁体とケーシングとの間のシールを行っていた。
特開２００３−２０８２２９（第３図）

上述のように弁体を回転させながら上下動させるものであると、シールリングでのシールを保ちつつ上下動を可能としなければならない。これに対して、上述の従来のものでは、シールリングの外周摺接面にグリース等の潤滑剤を塗布して、シール性を保持しつつ摺動可能とする構成としていた。
しかしながら、潤滑剤を用いるものでは、流体に潤滑剤が混入する恐れがあるという欠点があった。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、潤滑剤を用いることなくシール性を確保することが可能な流量制御弁を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、内部に流体の流路が形成されたケーシングと、前記流路の途中に形成された弁座と、この弁座に対し接近あるいは離間することにより前記流体の通過面積を調整可能な弁体と、前記弁体を軸方向に沿って往復動可能とする動力機構とを備えると共に、前記動力機構は、前記ケーシングに前記軸方向に沿って形成されたねじ孔と、前記ねじ孔に対しねじ込まれる移動体と、前記ねじ孔内において前記移動体を螺進あるいは螺退可能とする駆動源とからなる流量制御弁であって、前記動力機構と前記弁体との間にはこれらの間を水密状態でシールするシール隔膜を供えるとともに、このシール隔膜は、その一部において弁体と係合する保持部材によって挟み込まれた状態で保持され、かつ、この保持部材は前記動力機構との間に、前記動力機構ところがり接触する接触部材が介在されて、前記移動体の螺進螺退動作と連動して前記軸方向に変位可能に構成されていることを特徴とするところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記接触部材は保持部材の端部に形成された受部内に遊動可能に嵌合された球体で構成されるところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のものにおいて、前記シール隔膜は、中心部には前記保持部材によって挟持される装着部が配され、この装着部の外周側には断面Ｕ字状の折り返しをもって前記シール隔膜の軸方向への撓み動作を許容する弛み部が配され、さらにこの弛み部の外周側には前記ケーシングによってシール隔膜全体の固定がなされる固定部が配されてなるところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
動力機構の移動体がねじ孔内を螺進或いは螺退する場合、動力機構はころがり接触する接触部材を介して保持部材側と連係され、この保持部材が軸方向に沿って移動することでシール隔膜に撓み動作を行わせつつ弁体を軸方向へ移動させ、もって流量調整を可能にしている。このように、動力機構と保持部材側（弁体側）とを直結関係にするのでなく、ころがり接触する関係にして動力伝達を行うようにしたから、これにより、従来のように摺動させるシールリングに代えて摺動させる必要のないシール隔膜を用いることができるので、潤滑剤を用いることなくシール性を確保することが可能となる。
また、接触部材と動力機構とはころがり接触するようにしたから、接触部材の偏摩耗も回避することができる。

＜請求項２の発明＞
回転手段が受部に遊嵌された球体であるので、回転手段はあらゆる方向に回転でき、偏摩耗が確実に回避される。

＜請求項３の発明＞
弛み部に断面Ｕ字状の折り返しを設けたので軸方向への移動量を大きく確保することができる。

本発明の一実施形態を図１ないし図７によって説明する。
本実施形態の流量制御弁１０は、図示しない上流側配管と下流側配管との間に接続されて流体の通過量を調整するものであり、ケーシング２０に対して弁部材３０と弁座部材４０とを組付けてなるものである。

ケーシング２０は弁部材装着孔２１と弁座部材装着孔２２とが上下方向に貫通形成されると共に、ケーシング２０の側面から穿孔されて弁部材装着孔２１に通じる上流側配管接続孔２３とケーシング２０の側面において前記上流側配管接続孔２３とは反対側から穿孔されて弁座部材装着孔２２に通じる下流側配管接続孔２４とが形成されている。
また、弁部材装着孔２１は、後述のナット部材２５が嵌入される機構室２１Ａとニードル部３５が嵌入される弁収容室２１Ｂとからなっている。

弁部材３０は駆動装置Ｍによって回動及び軸方向（図１の上下方向）に沿って移動可能となる回動部３１と、回動部３１からは軸方向に沿った押圧力のみを受ける接触受部３２と、接触受部３２からの押圧を受けてケーシング２０に組み付けられた弁座部材４０の開閉量の調整を行うニードル部３５とから構成される。

回動部３１は、全体略円柱状で、上半部がその外周面にセレーションが設けられた嵌合部３１Ａをなす一方、駆動装置Ｍの駆動軸Ｓも、内周面に嵌合部３１Ａのセレーション形状に合わせた溝が上下方向に亘って形成された略円筒形状をなしていて、これらがかみ合わされることにより回動部３１は、駆動軸Ｓと一体回転可能でかつ上下方向に移動可能となっている。
また、回動部３１の下半部がその外周面に雄ねじが螺設された螺合部３１Ｂをなす構成であり、螺合部３１Ｂはケーシング２０に固定されるナット部材２５に螺合されるようになっている。ナット部材２５は、内周に螺合部３１Ｂの雄ねじと螺合可能なねじ孔（雌ねじ）が形成された略筒状をなしていると共に、水平断目がＤ字形状に形成されてケーシング２０の機構室２１Ａ内に回転不能に固定されている。従って、回動部３１が回転すると螺合部３１Ｂはナット部材２５のねじ溝に沿って上下方向に螺旋移動されることで、回動部３１全体が上下動されるようになっている。
ところで、螺合部３１Ｂ及びナット部材２５にもうけた雄ねじ及び雌ねじはリード角を大きくした多条ねじとすることで、螺合部３１Ｂの軸方向の荷重を受けるとその荷重方向に沿って容易に螺進或いは螺退可能となっている。本実施形態では、リード角が１５度に設定されていると共に、後述の押し上げばね６０からの付勢力によって螺合部３１Ｂは上方への螺退動作が可能となっている。
その一方、駆動装置Ｍはブレーキ機構を備えたモータ（例えばギヤードモータ）が用いられており、駆動装置Ｍを停止させると駆動軸Ｓは回転不能に保持される。そして、回動部３１は嵌合部３１Ａがこの駆動軸Ｓと嵌合されて、駆動軸Ｓが回転しない限り嵌合部３１Ａの回転が規制されるようになっており、すなわち回動部３１は駆動装置Ｍによって回り止めされるようになっている。
尚、回動部３１を螺合したナット部材２５は、ケーシング２０の弁部材装着孔２１に挿入されてからビス止めされた蓋板２６によって抜止がされるようになっている（図１参照）。また、本実施形態において、駆動装置Ｍ、ナット部材２５及び回動部３１から本発明にかかる動力機構が構成される。

さて、回動部３１の下方には、回動部３１に当接する接触受部３２が配されている。
接触受部３２は全体略円柱状をなすと共に、上端面中央部には、円形断面の凹部３４Ａが設けられ、ここには金属製のボール３３が収容されている。凹部３４Ａの開口端には、ボール３３を収容する前には円筒状に押え壁３４Ｂが形成されていて、ボール３３が収容された後に、この押え壁３４Ｂがかしめられることにより、ボール３３は遊転が可能な状態で抜止がなされている。これにより、接触受部３２は回動部３１の下端面ところがり接触可能となり、接触受部３２は回転しながら下降する回動部３１から押圧されると、ボール３３が回転することにより軸回りの回転力を吸収するので、接触受部３２本体は回転することなくケーシング２０の下方へ移動するようになっている。

そして、接触受部３２は、ニードル部３５（詳細後述）の保持部３６との間にベロフラム（本発明に係る「シール隔膜」に相当）５０を挟み込んでいる。
ベロフラム５０は、ゴム製の膜状部材で、中心部には接触受部３２と保持部３６との間で挟持される装着部５１が形成され、この装着部の外周側には断面Ｕ字状の折り返しをもってベロフラム５０自身の軸方向への撓み動作を許容する薄膜状の弛み部５２が形成され、さらにこの弛み部５２の外周側には肉厚となってナット部材２５の下端とケーシング２０との間で圧縮状態で挟み付けられることでベロフラム５０を固定する固定部５３が形成されてなる。
ベロフラム５０は、弛み部５２でもって機構室２１Ａと弁収容室２１Ｂとを水密状態で区画することができるとともに、この弛み部５２には接触受部３２の外周部に十分な弛みを保有していて、接触受部３２の上下動に追従した変位が許容されるようになっている。
一方、保持部３６の上端面には上面凹部３６Ａが凹設されていて、ベロフラム５０の装着部５３と共に接触受部３２の下端部が嵌め込まれている。
また、保持部３６は、その下端側に配された後述する押し上げばね（付勢手段）６０の付勢力によって、ベロフラム５０及び接触受部３２と分離しないよう、一体的な関係（連動可能な関係）が保たれるようになっている。

ニードル部３５は、保持部３６内にニードル弁３７を組付けて構成される。
保持部３６は上部側を閉じた円筒形状をなし、内部が下方へ向けて開口する収容部３６Ｂとなっていて、収容部３６Ｂはその内部にニードル弁３７を収容可能となっている。
ニードル弁３７は、先端部に針状の弁部３７Ａが形成され、弁部３７Ａの上方には中央やや上方にフランジ３７Ｃを備えた円柱状部３７Ｂが連なる形状となっている。保持部３６内には衝撃吸収用即ちニードル弁３７が弁座４１Ａに突き当てられたときの衝撃を吸収するためのニードルバネ３８が収容されている。ニードルバネ３８はフランジ３７Ｃと保持部３６の奥壁との間に介在されていて、ニードル弁３７を下方へ付勢している。
尚、保持部３６はニードル弁３７を収容後、中央にニードル弁３７の挿通孔３９Ａが穿設された抑板３９でもって閉じられ、ニードル弁３７の抜止がなされるようになっている。具体的には、抑板３９はニードル保持部の下端面から下方に延出形成された円筒状の先端縁をかしめ付けることによって固着されるようになっている。

また、保持部３６の断面形状は、図５に示すように四隅が面取りされた形状となっていると共に、ケーシング２０の弁収容室２１Ｂのうちニードル部３５が収容される箇所の断面形状は図５の左右両面を保持部３６の面取り形状に合わせて内周側に突出させた平面部分が設けられているので、保持部３６はケーシング２０内で回転不能でかつ上下動のみ許容された状態で収容される。

弁座部材４０はケーシング２０への取付のための支持部４２とその上部側に連設された円筒部４１とからなっている。
支持部４２は弁座部材装着孔２２に対しシール用のＯリング４６を介して挿入されると共に、下端部に形成されたねじ部にロックナット４５を締め込むことによって弁座部材４０全体の固定がなされている。
また、円筒部４１の上端から軸心に沿って支持部４２に至るまでの所定深さ範囲に亘り、軸孔４１Ｍが穿孔されている。さらに、円筒部４１は支持部４２より小径に形成されていて、支持部４２との境界部周りには下流側配管接続孔２４に連通する下部連通空間２４Ａが環状に形成されている。これによって円筒部４１において等間隔毎に貫通して形成された４つの挿通孔部４４を介して、下部連通空間２４Ａと軸孔４１Ｍとがそれぞれ連通される。
また、円筒部４１において挿通孔部４４より上部側には案内管部４３が形成されている。ケーシング２０における案内管部４３の外周には上流側配管接続孔２３に連通する上部連通空間２３Ａが環状に設けられており、これによって、案内管部４３において等間隔毎に貫通して形成された４つの貫孔４３Ａを介して上部連結孔空間２３Ａとが連通している。

ところで、軸孔４１Ｍの上端からはニードル弁３７が同心で挿入されている。そして、案内管部４３はニードル弁３７の円柱状部３７Ｂがほぼ隙間なく挿入可能に形成され、このことによって、ニードル弁３７の昇降動作がガイドされるようになっている。
また、軸孔４１Ｍは貫孔４３Ａの下端部側に設けられた環状の段差面４１Ａによって径が大小変化している。ここには、ニードル弁３７の弁部３７Ａが挿入されるようになっており、ニードル弁３７の昇降動作がなされると、弁部３７Ａと段差面４６との間の環状の隙間の面積が変化する。即ち、上記した段差面４１Ａがニードル弁３７の弁座４１Ａを構成することになり、ニードル弁３７の昇降により、弁部３７Ａは弁座４１Ａの円周面と密着する状態と径方向内側へ所定間隔だけ離れた状態との間を変位して流体流量を制御する。

ここで、前述したように、螺合部３１Ｂとナット部材２５とは、ねじによる嵌め合いがなされている。
具体的には螺合部３１Ｂの外周面に雄ねじが形成され、ナット部材２５の内周面に雌ねじが形成されているが、厳密には雄ねじと雌ねじとの間には軸方向（上下方向）にクリアランスが保有されている。一方螺合部３１Ｂには、保持部３６、ベロフラム５０、接触受部３２及びボール３３を介して押し上げばね６０の付勢力が作用している。
このため、螺合部３１Ｂは常に上方へ押し上げられた状態に付勢されていることから、上記した雌雄のねじ間では下側にクリアランス（図７中符号Ｃにて示す箇所）を保有し、上側が密着した状態に常に保持される（図７参照）。また、螺合部３１Ｂのねじ込み方向（図７中矢印Ｐにて示す方向）に関してみれば、雄ねじのねじ込み方向の前面側が当接した状態となり、ねじ込み方向後面側にクリアランスを保有することとなる。さらに、螺合部３１Ｂに上方への付勢力が作用すると螺合部３１Ｂは上方への螺退動作を行うようになっているが、回動部３１の嵌合部３１Ａは駆動装置Ｍの駆動軸Ｓによって回り止めされていて、嵌合部３１Ａのセレーションは、図８に示すように駆動軸Ｓの図示Ｑの方向（螺合部３１Ｂを螺進動作させるための回転方向）側の面が当接した状態に常に保持される。従って、駆動装置Ｍの正逆転による螺合部３１Ｂの螺進・螺退のいずれの動作時においても、雌雄ねじ同士上下の位置関係は常に一定となる。
このことが、ひいては、駆動装置Ｍの正逆転に伴なってニードル弁３７の昇降動作にヒステリシスを生じさせない結果を生む。

続いて、本実施形態の流量制御弁１０の動作について説明する。
図１に示す状態から駆動装置Ｍの駆動軸Ｓを正転させると、回動部３０が駆動軸Ｓと共に正転し螺合部３１Ｂの螺進動作によって回動部３０が下方へ移動する。すると、回動部３０の下方への押圧力が接触受部３２、ベロフラム５０及びニードル部３５へ伝達することで弁部材３０全体が下降する。
ここで、回動部３０はナット部材２５内を螺進するので、回転しながら接触受部３２のボール３３へ当接して、ボール３３を下方へ押圧する。ところが、ボール３３は接触受部３２に遊転可能に取り付けられているので、回動部３０の回転に合わせてボール３３は回転するが、接触受部３２そのものは回転することなくボール３３から下方への押圧力を受けることになる。従って、ボール３３によって回動部３０の回転を吸収し接触受部３２は、下方への押圧力のみをベロフラム５０及びニードル部３５へ伝達することができる。
そして、ニードル弁３７の弁部３７Ａが弁座へ当接するまで、弁部材を下降させる（図４参照）。このとき、弁部材３０が最下端の位置にあって、ニードル弁３７の弁部３７Ａが円筒部４１の弁座４１Ａに当接した状態では、上流側から下流側への流体の通過は不能となっており、この状態が「閉弁状態」である。尚、本実施形態の流量制御弁１０では、ニードル弁３７が円筒部４１に当接した状態でも、ニードルバネ３８の弾性により上方への移動が可能であるので、ニードル弁３７の弁部３７Ａが円筒部４１の弁座４１Ａに当接して機械的にロックしてしまう、いわゆるメカニカルロックの回避が可能となっている。
一方、閉弁状態から駆動装置Ｍの駆動軸Ｓを逆転させると、回動部３１が駆動軸Ｓと共に逆転し螺合部３１Ｂの螺退動作によって回動部３０が上方へ移動する。すると、押し上げばね６０が上方への付勢力をニードル部３５に作用させ、ニードル部３５と受部３１との間でベロフラム５０を挟み込んだ状態を保持したまま弁部材３０は一体となって上昇する。弁部材３０が上昇すると、ニードル弁３７の弁部３７Ａと弁座４１Ａとの間に隙間が生じて流体が上流側から下流側へ通過可能となる（このときの状態を「開弁状態」という）。

このように、本実施形態に係る流量制御弁１０では、動力機構の回動部３１がナット部材２５のねじ孔内を螺進或いは螺退する場合、回動部３１はころがり接触する接触受部３２を介して保持部３６（ニードル部３５）側と連係され、この保持部３６が軸方向に沿って移動することでベロフラム５０に撓み動作を行わせつつ弁部材３０を軸方向へ移動させ、もって流量調整を可能にしている。このように、動力機構と保持部３６側とを直結関係にするのでなく、ころがり接触する関係にして動力伝達を行うようにしたから、これにより、従来のように摺動させるシールリングに代えて摺動させる必要のないベロフラム５０を用いることができるので、潤滑剤を用いることなくシール性を確保することが可能となる。
また、接触受部３２と回動部３１（動力機構）とはころがり接触するようにしたから、接触受部３２或いは回動部３１の偏摩耗も回避することができる。
さらに、本実施形態では弁収容室２１Ｂ側の流体が通過する領域と、機構室２１Ａ側の動力機構の領域とがベロフラム５０によって完全に分離されているので、動力機構からの磨耗粉やグリス等が流体に混入することも確実に規制できる。

また、本実施形態の流量制御弁１０では、弁部材３０が上昇又は下降のいずれの場合にも、弁部材３０には押し上げばね６０から上方への付勢力が作用しているので、図７に示すように、螺合部３１Ｂとナット部材２５との螺合において、雄ねじの上側面（ねじ込み方向に関する前面）と雌ねじの下側面とが常に当接した状態で螺進又は螺退動作が行われ、雄ねじと雌ねじとの間では軸方向下側（ねじ込み方向に関する後面側）にのみクリアランスを保有した状態となり、軸方向上側（及びねじ込み方向に関する前面側）にはクリアランスがほぼない状態となっている。さらに、押し上げばね６０から上方への付勢力が作用した螺合部３１Ｂは上方への螺退動作を行うようになっているが、駆動装置Ｍが回り止めとなっているので、駆動装置Ｍの駆動軸Ｓと回動部３１の嵌合部３１Ａとのセレーションの回動方向に関する嵌合面にも図８に示すようにクリアランスがほぼない状態となる。
これにより、駆動装置Ｍの正転時、逆転時のいずれの場合においても、回動部３１の高さ位置に差異が生じないことになり、即ち、このことが駆動装置Ｍの正逆転とニードル弁３７の高さ位置が変化しないことを意味する。従って、弁部材３０の上昇時と下降時との間に生ずるヒステリシスの抑制が可能となる。

さらに、本実施形態では、弁座部材４０がケーシング２０の弁座部材装着孔２２に対して螺合された構成となっており、弁座部材４０が弁座部材装着孔２２内において、螺進或いは螺退させることで、弁座部材４０が軸方向に沿って上下動可能となっている。これにより、弁座部材４０の高さ位置の調整ができ、弁部３７Ａと弁座４１Ａとの当接具合の微調整が可能となっている。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態では、ボール３３を接触受部３２に遊転可能に組付けたものであったが、これに限らず、少なくとも弁体の軸方向に沿って回転可能な構造のものであればよい。
（２）上記実施形態ではシール部５０にベロフラム５０を用いた構成であったが、ダイヤフラム等他の膜状のシール部材を用いたものであってもよい。
（３）上記実施形態では、ケーシング２０とは別体のナット部材２５を用いたが、ナット部材２５をケーシング２０と一体に形成したものであってもよい。
（４）上記実施形態では、弁座部材４０をケーシング２０と別体に設けたものであったが、弁座部材４０をケーシング２０に一体に形成したものであってもよい。
（５）上記実施形態では、螺合部３１Ｂの雄ねじとナット部材２５の雌ねじとのリード角が１５度に設定されていたが、これに限らず、螺合部３１Ｂに軸方向の荷重が作用た場合に荷重方向に沿って螺進或いは螺退可能なリード角であればよく、例えば、リード角が１５度以上のものであってもよい。

流量制御弁の断面図 流量制御弁の構成部品の断面図 流量制御弁の構成部品の断面図 流量制御弁の閉弁状態の断面図 図１のＸ−Ｘ’の断面図 弁座部材の部破断側面図 雄ねじと雌ねじの螺合状態を示す斜視図 駆動装置の駆動軸と回動部の嵌合部との嵌合状態を示す断面図

符号の説明

１０…流量制御弁
２０…ケーシング
２５…ナット部材（ねじ孔）
３１…回動部（移動体）
３２…接触受部（接触部材）
３３…ボール（球体）
３５…ニードル部（弁体）
３６…保持部（保持部材）
４０…弁座部材（弁座）
５０…ベロフラム（シール隔膜）
５１…装着部
５２…弛み部
５３…固定部
Ｍ…駆動装置（駆動源）

Claims (3)

1. 内部に流体の流路が形成されたケーシングと、前記流路の途中に形成された弁座と、この弁座に対し接近あるいは離間することにより前記流体の通過面積を調整可能な弁体と、前記弁体を軸方向に沿って往復動可能とする動力機構とを備えると共に、
   前記動力機構は、前記ケーシングに前記軸方向に沿って形成されたねじ孔と、前記ねじ孔に対しねじ込まれる移動体と、前記ねじ孔内において前記移動体を螺進あるいは螺退可能とする駆動源とからなる流量制御弁であって、
   前記動力機構と前記弁体との間にはこれらの間を水密状態でシールするシール隔膜を供えるとともに、このシール隔膜は、その一部において弁体と係合する保持部材によって挟み込まれた状態で保持され、かつ、この保持部材は前記動力機構との間に、前記動力機構ところがり接触する接触部材が介在されて、前記移動体の螺進螺退動作と連動して前記軸方向に変位可能に構成されていることを特徴とする流量制御弁。
2. 前記接触部材は接触部材の端部に形成された凹部内に遊転可能に嵌合された球体で構成されることを特徴とする請求項１記載の流量制御弁。
3. 前記シール隔膜は、中心部には前記保持部材によって挟持される装着部が配され、この装着部の外周側には断面Ｕ字状の折り返しをもって前記シール隔膜の軸方向への撓み動作を許容する弛み部が配され、さらにこの弛み部の外周側には前記ケーシングによってシール隔膜全体の固定がなされる固定部が配されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の流量制御弁。

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