JP2005273708A - 流体制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧力損失低減構造を有し、かつコンパクトな流体制御弁を提供することである。
【解決手段】
本発明は、入力ポート２１に連通し入力ポート２１の流路方向と垂直に形成された弁孔２２と出力ポート連通部２３とが設けられた弁本体１１を有する流体制御弁１において、弁孔２２の出力ポート連通部２３側の端面における弁孔２２の断面積をＳ１とし出力ポート連通部２３の断面積をＳ２としたときに、Ｓ１：（Ｓ２−Ｓ１）＝１：（３〜４）が成立するので、工作機械の排出ノズルに達した時にも切粉を排除するために必要な流量を確保して省エネ対策に貢献し、かつ流体制御弁１のコンパクト化による製造ラインの省スペース化にも貢献することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧力損失低減構造を有する流体制御弁に関するものである。

工作機械等にて切削加工を行う際に使用される切削液の供給を制御する流体制御弁として、例えば図６に示すような特許文献１における流体制御弁１０１が使用されている。以下、この特許文献１における流体制御弁１０１について説明する。

流体制御弁１０１は、パイロット機構と弁機構から構成されるものであり、弁機構には、制御対象の流路が設けられた弁本体１１１が構成されている。弁本体１１１は、図６に示すように入口ポート１２１、弁孔１２２、出口ポート連通部１２３、出口ポート１２４、弁座１２５が設けられている。また、図６に示すように弁孔１２２が入口ポート１２１の内径内の高さに位置するため、入口ポート１２１から供給された流体の一部を弁孔１２２に誘導する必要があるので、流路壁１２６が設けられている。

以上のような構成を有する流体制御弁１０１は、パイロット機構の作用により流体制御弁１０１が開弁状態のときには、特許文献１に具体的な記載はないが、入口ポート１２１から供給された流体は、流路壁１２６に当たってあるいは直接に、弁孔１２２及び出口ポート連通部１２３を経由して、出口ポート１２４へ流れるものと考えられる。

そして、特許文献１には具体的な記載はないが、図６のＡ−Ａ断面において、一般的な流体制御弁を参考にすれば、弁本体１１１は、ほぼ図７に示すような形状を有していると考えられる。図７に示すように、出口ポート連通部１２３は、円形に形成された弁孔１２２の外周と同心円の環状形状に形成された第１部分１２３ａとその他の第２部分１２３ｂとにより、弁孔１２２に対し弁座１２５を介して構成される。出口ポート連通部１２３の外周には流路壁１２８が形成されている。
実公平６−３６３７４（［実施例］等、第１図）

特許文献１には、弁孔１２２の流路面積と出口ポート連通部１２３の流路面積の関係については何も記載がされていない。
そこで、一般的な流体制御弁の弁本体を参考にすれば、弁本体１１１は図８に示すように、弁孔１２２の断面積Ｓｏ１および出口ポート連通部１２３の断面積Ｓｏ２が、ほぼＳｏ１：Ｓｏ２＝１：（１〜２）で表されるように形成されているものと考えられる。
また、出口ポート連通部１２３の外周は、通常出口ポート１２４付近では図７の領域αに示すように凸部が形成されているものと考えられる。

そこで、入口ポート１２１から弁孔１２２を経由して出口ポート連通部１２３に切削液を供給すれば、弁孔１２２から流出した切削液は出口ポート連通部１２３内において、図９に示すように出口ポート１２４に近づくにつれて徐々に流量が大きくなり、弁孔１２２から出口ポート連通部１２３内の全体に均等に流れずに直接出口ポート１２４へ流れようとする。ここで、図９では矢印の太さが流量の大きさを表している。
このような流れになるのは、弁孔１２２の断面積Ｓｏ１および出口ポート連通部１２３の断面積Ｓｏ２が、ほぼＳｏ１：Ｓｏ２＝１：（１〜２）で表されるように形成されていること、および出口ポート１２４付近に図９の領域αに示すように凸部が形成されていることによるものと考えられる。

つまり、図９に示すように特に出口ポート連通部１２３の第１部分１２３ａは流路壁１２８に阻まれその断面積が小さく、また領域αには凸部が存在するので、これらの部分では切削液が滞留しやすい。その一方で、弁孔１２２から直接出口ポート１２４へ向かう部分の開口部が広いため切削液の流速が大きくなり流れやすくなる。
流体の性質から、流速が大きく流れやすい部分が存在すればその部分に集中して流れやすくなるので、弁孔１２２の外周全体に分散して出口ポート連通部１２３内へ供給された切削液の一部が出口ポート１２４へ流れ込むことができなくなる。従って、弁孔１２２から出口ポート連通部１２３へ供給する切削液全体の供給効率のバランスが悪くなり、結果として弁孔１２２から供給される切削液の流量が減少して切削液の圧力が低下してしまう。

さらに図６から分かるように、入口ポート１２１から供給された流体の一部は、流路壁１２６に当たって弁孔１２２へ流れるため、流路壁１２６に当たった際に流体圧が損失してしまう。

以上のことから、結果として弁孔１２２からの流量が減少して切削液の圧力が低下し、切削液が出口ポート１２４を経由して工作機械の排出ノズル（不図示）に達した時には、切粉を排除するために必要な流量を確保することができない。そこで、必要な流量を確保するために、ポンプ（不図示）の出力を上げる必要があり、多大なエネルギーを費やし、省エネ対策に反する事態を生じさせる原因となる。

そこで本発明は以上の課題を解決するために、流体圧の損失を低減させる流体制御弁の構造を実現させることにより少量のエネルギーで必要な流量を確保し省エネルギー対策に貢献し、かつ流体制御弁のコンパクト化による製造ラインの省スペース化にも貢献する流体制御弁を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために請求項１に係る流体制御弁では、入力ポートに連通し入力ポートの流路方向と垂直に形成された弁孔と出力ポート連通部とが設けられた弁本体を有する流体制御弁において、弁孔の出力ポート連通部側の端面における弁孔の断面積をＳ１とし出力ポート連通部の断面積をＳ２としたときに、Ｓ１：Ｓ２＝１：（３〜４）が成立することを特徴とする。

前記目的を達成するために請求項２に係る流体制御弁では、請求項１の流体制御弁において、端面における弁孔の断面の外周は円に形成され、端面における出力ポート連通部の断面は、外周と同心円の環状に形成された第１部分と、第１部分の外周の所定の位置における接線により出力ポートの流路内壁の端部と直線で繋がるように外周が形成された第２部分とから形成されることを特徴とする。

前記目的を達成するために請求項３に係る流体制御弁では、請求項１または請求項２の流体制御弁において、入力ポートの流体供給口から弁孔の入力ポート側端面までの流路が、略円筒形状に形成されることを特徴とする。

本発明は、入力ポートに連通し入力ポートの流路方向と垂直に形成された弁孔と出力ポート連通部とが設けられた弁本体を有する流体制御弁において、弁孔の出力ポート連通部側の端面における弁孔の断面積をＳ１とし出力ポート連通部の断面積をＳ２としたときに、Ｓ１：Ｓ２＝１：（３〜４）が成立するので、出力ポート連通部の外周に形成される流路壁に阻まれず、出力ポート連通部の断面積が広がり、流速は出力ポート連通部の断面内にわたりほぼ均等になり、弁孔から流出した切削液は出力ポート連通部の断面内にわたりほぼ均等に流れやすくなり、弁孔から供給された切削液は滞留することなく出力ポートへ流れて高いＣｖ値が得られ、工作機械の排出ノズルに達した時にも切粉を排除するために必要な流量を確保することができ省エネ対策にも貢献し、かつ流体制御弁のコンパクト化による製造ラインの省スペース化にも貢献することができる。

本発明は、さらに、弁孔の出力ポート連通部側の端面における弁孔の断面の外周は円に形成され、かかる端面における出力ポート連通部の断面は、外周と同心円の環状に形成された第１部分と、第１部分の外周の所定の位置における接線により出力ポートの流路内壁の端部と直線で繋がるように外周が形成された第２部分とから形成されるので、弁孔から供給された切削液はより確実に滞留することなく出力ポートへ流れて高いＣｖ値が得られ、工作機械の排出ノズルに達した時にも切粉を排除するために必要な流量をより確実に確保することができ、省エネ対策にも貢献することができる。

本発明は、さらに、入力ポートの流体供給口から弁孔の入力ポート側端面までの流路が、略円筒形状に形成されるので、入力ポートから供給された全ての流体は直接弁孔へ流れ、流体圧は損失せず、工作機械の排出ノズルに達した時に切粉を排除するために必要な流量をより確実に確保することができ、省エネ対策にも貢献することができる。

以下、本発明の流体制御弁について実施例を図１から図５に基づき説明する。

ここでは、本発明の流体制御弁１の構成について説明する。
図１に示すように、流体制御弁１は、パイロット機構と弁機構から構成されるものである。弁機構には、弁本体１１が構成されている。本発明は、この弁本体１１の構造に特徴を有するものであるので、以下弁本体１１について説明する。

弁本体１１は、入力ポート２１、弁孔２２、出力ポート連通部２３、出力ポート２４、弁座２５により構成されている。入力ポート２１の流体供給口２１ａと弁孔２２の入力ポート２１側端面との間には、流路２７が形成されている。流路２７は略円筒形状に形成され、特許文献１の流路壁１２６のようなものは存在しない。図１のＡ−Ａ断面を図２から図４に示す。

図３に示すように、弁孔２２の断面積Ｓ１と出力ポート連通部２３の断面積Ｓ２は、Ｓ１：Ｓ２＝１：（３〜４）で表すことができるように形成され、前記した特許文献１の場合に比べ、弁孔２２の断面積Ｓ１に対し出力ポート連通部２３の断面積Ｓ２は十分な大きさに形成されている。出力ポート連通部２３の断面は、円形に形成された弁孔２２の外周と同心円に環状形状に形成された第１部分２３ａとその他の第２部分２３ｂとにより、弁孔２２に対し弁座２５を介して構成されている。出力ポート連通部２３の外周を形成する流路壁２８のうち第２部分２３ｂにかかる流路壁２８は、第１部分２３ａの流路壁２８の所定の位置における接線により、出力ポート２４の流路内壁の端部と直線で繋がっている。

以上の構成を有する流体制御弁１の作用について説明する。
出力ポート連通部２３の第１部分２３ａの断面積は流路壁２８に阻まれることなく第２部分２３ｂとほぼ同等の大きさを有するため、入力ポート２１から弁孔２２を介して出力ポート連通部２３に流体を供給しようとすれば、流速は第１部分２３ａ内および第２部分２３ｂ内にわたりほぼ均等になる。従って、弁孔２２から流出した切削液は、図４に示すように出力ポート連通部２３の第１部分２３ａおよび第２部分２３ｂにわたりほぼ均等に流れる。ここで、図４では矢印の太さが流量の大きさを示している。
また、出力ポート連通部２３の外周を形成する流路壁２８のうち第２部分２３ｂにかかる流路壁２８は、第１部分２３ａの流路壁２８の所定の位置における接線により、出力ポート２４の流路内壁の端部と直線で繋がっているので、出力ポート連通部２３内の流体が滞留することなく出力ポート２４へ流れる。

さらに図１から分かるように、流路２７は略円筒形状に形成され、特許文献１の流路壁１２６のようなものは存在しないので、入力ポート２１から供給された全ての流体は直接弁孔２２へ流れ、流体圧は損失しない。

以上のことから、弁孔２２から出力ポート連通部２３へ供給される切削液全体の供給効率のバランスが良くなり、弁孔２２から供給される切削液の流量が維持されて図５に示すように前記の従来技術に比べて高いＣｖ値が得られる。そのため、入力ポート２１における切削液の圧力に対して出力ポート２４における切削液の圧力の低下が抑制されることがわかる。従って、切削液が出力ポート２４を経由して工作機械の排出ノズル（不図示）に達した時にも、切粉を排除するために必要な流量を確保することができる。

また、前記したように弁孔２２の断面積Ｓ１に対する出力ポート連通部２３の断面積Ｓ２の比率を大きくすれば、弁孔２２から出力ポート連通部２３へ供給される切削液全体の供給効率のバランスが良くなるので、図５に示すようにＣｖ値は大きくなる。しかし、前記の比率を４より大きな値とすることは弁本体が大型になり流体制御弁のコンパクト化が図れない。その一方、前記の比率を３以上とすることにより、図５に示す例において従来技術のＣｖ値（１１〜１３．５）に対して約１０％以上も高いＣｖ値（１４．８〜）を得ることができる。これは、従来技術においては弁本体の弁孔と出力ポートへの接続部分（本発明における出力ポート連通部）との断面積の比を視点において弁本体を構成させることにより高いＣｖ値を得る手法が存在しなかったことを考えると、本発明は従来の技術水準からは当業者が予測できたものとはいえない有利な効果を有することを示している。
そこで、弁孔の出力ポート連通部側の端面における弁孔の断面積をＳ１とし出力ポート連通部の断面積をＳ２としたときに、Ｓ１：Ｓ２＝１：（３〜４）と構成させることにより、弁孔２２から出力ポート連通部２３へ供給される切削液全体の供給効率のバランスを得つつ流体制御弁のコンパクト化が図れる効果が得られる。

以上のことから、入力ポート２１における切削液の圧力に対して出力ポート２４における切削液の圧力の低下が抑制される。従って、切削液が出力ポート２４を経由して工作機械の排出ノズル（不図示）に達した時にも、切粉を排除するために必要な流量を確保することができる。

以上のような構成及び作用を有する流体制御弁１により、以下の効果が得られる。
流体制御弁１は、弁孔２２の出力ポート連通部２３側の端面における弁孔２２の断面積をＳ１とし出力ポート連通部２３の断面積をＳ２としたときに、Ｓ１：Ｓ２＝１：（３〜４）が成立することを特徴とする弁本体１１を有するので、工作機械の排出ノズル（不図示）から排出される切削液について、切粉を排除するために必要な流量を確保することができ、かつ流体制御弁１のコンパクト化が図れる。
従って、工作機械等にて切削加工を行う際に多大なエネルギーを費やすことを要せず、省エネ対策に貢献することができ、かつ流体制御弁を構成する製造ラインの省スペース化にも貢献できる。

流体制御弁１は、図１のＡ−Ａ断面における弁孔２２の断面の外周は円に形成され、かつ出力ポート連通部２３の断面は弁孔２２の断面の外周と同心円の環状に形成された第１部分２３ａと、第１部分２３ａの外周の所定の位置における接線により出力ポート２４の流路内壁の端部２４ａと直線で繋がるように外周が形成された第２部分２３ａとから形成されているので、工作機械の排出ノズル（不図示）から排出される切削液について、切粉を排除するために必要な流量をより確実に確保することができる。
従って、工作機械等にて切削加工を行う際に多大なエネルギーを費やすことを要せず、より多大に省エネ対策に貢献することができる。

流体制御弁１は、入力ポート２１の流体供給口２１ａから弁孔２２の入力ポート２１側端面までの流路２７が、略円筒形状に形成されるので、入力ポート２１から供給された全ての流体は直接弁孔２２へ流れ、流体圧は損失せず、工作機械の排出ノズルに達した時に切粉を排除するために必要な流量をより確実に確保することができ、省エネ対策にも貢献することができる。

なお、本発明の流体制御弁は、前記実施例に限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で油圧制御弁や空気圧制御弁などにも対応可能である。

本発明の流体制御弁の断面図である。 本発明の流体制御弁の弁本体の構造を示す断面図である（図１のＡ−Ａ断面）。 本発明の流体制御弁の弁本体の断面積Ｓ１、Ｓ２を示す断面図である（図１のＡ−Ａ断面）。 本発明の流体制御弁の弁本体の流量分布を示す断面図である（図１のＡ−Ａ断面）。 流路面積比とＣｖ値の関係を示すグラフである。 特許文献１における流体制御弁の断面図である。 一般的な流体制御弁の弁本体の構造を示す断面図である（図６のＡ−Ａ断面）。 一般的な流体制御弁の弁本体の断面積Ｓｏ１、Ｓｏ２を示す断面図である（図６のＡ−Ａ断面）。 一般的な流体制御弁の弁本体の流量分布を示す断面図である（図６のＡ−Ａ断面）。

符号の説明

１ 流体制御弁
１１ 弁本体
２１ 入力ポート
２２ 弁孔
２３ 出力ポート連通部
２４ 出力ポート

Claims (3)

1. 入力ポートに連通し前記入力ポートの流路方向と垂直に形成された弁孔と出力ポート連通部とが設けられた弁本体を有する流体制御弁において、
   前記弁孔の出力ポート連通部側の端面における前記弁孔の断面積をＳ１とし前記出力ポート連通部の断面積をＳ２としたときに、Ｓ１：Ｓ２＝１：（３〜４）が成立することを特徴とする弁本体を有する流体制御弁。
2. 請求項１の流体制御弁において、
   前記端面における前記弁孔の断面の外周は円に形成され、
   前記端面における前記出力ポート連通部の断面は、前記外周と同心円の環状に形成された第１部分と、前記第１部分の外周の所定の位置における接線により前記出力ポートの流路内壁の端部と直線で繋がるように外周が形成された第２部分とから形成されることを特徴とする流体制御弁。
3. 請求項１または請求項２の流体制御弁において、
   前記入力ポートの流体供給口から前記弁孔の入力ポート側端面までの流路が、略円筒形状に形成されることを特徴とする弁本体を有する流体制御弁。

Images