JP2009014153A

JP2009014153A - 定流量弁

Info

Publication number: JP2009014153A
Application number: JP2007178905A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Tanaka; 啓一田中
Original assignee: Asahi Organic Chemicals Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Yukizai Corp
Priority date: 2007-07-06
Filing date: 2007-07-06
Publication date: 2009-01-22

Abstract

【課題】ピストンを素早く移動させ弁体を円滑に作動させ応答特性が良く急激に圧力変化に対しても設定流量を超過せず素早く流量制御できる定流量弁を提供すること。
【解決手段】ストップ弁型弁本体（５）は第一、二流路（２，３）の間に設けられた中空室（４）から第二流路側に向かって縮径された開口部（７）を有し、シリンダー（１０）は中空室内に進退動可能で下端面が開口部周縁の弁座部に当接可能である。弁軸（１２）の一端に開口部との間にオリフィスを形成可能な弁体（１３）を有し、シリンダー内を進退動可能な鍔部（１２ａ）が弁軸の他端に設けられ、鍔部とシリンダー部上部内周面とで鍔部上方空間（１０ｃ）が形成され、鍔部とシリンダー部下部内周面とで鍔部下方空間（１０ａ）が形成され、鍔部上方空間と鍔部下方空間を連通する連通路が鍔部に少なくとも一つ設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は定量供給が必要とされる上下水、工業用水、農業用水、石油または化学薬液などの流体輸送配管に使用される定流量弁に関するものである。

従来では定流量弁として図９に示すような定流量弁の構造があった（例えば、特許文献１参照）。その構成は、流入口１０１を有する流入管１０２と流出口１０３を有する流出管１０４との間に、上端部を開口し、かつ内部１０５を有する主弁部１０６をそれぞれ一体的に形成した本体１０７と、輪郭面１０８を有する縮流管１０９と、帽蓋１１０およびシリンダー１１１とからなるものであった。シリンダー１１１は、その外部から内部に貫通している弁軸１１２の一端に固定したピストン１１３と、閉蓋１１４との間にコイルバネ１１５を内在するとともに、シリンダー１１１の外部の他端には弁体１１６を固定し、かつシリンダー１１１の側壁に穿つた流孔１１７にはストレーナ１１８を覆被したもので、本体１０７の上端部から、縮流管１０９を流出管１０４内に密接固定するとともに、シリンダー１１１を内部１０５に設置し、さらに帽蓋１１０はシリンダー１１１の端部に接圧して上端部を密閉したものであった。このとき、シリンダー１１１とピストン１１３間には隙間１１９が形成され、ピストン１１３がシリンダー１１１内を摺動可能となるように形成されており、ピストン１１３によってシリンダー１１１内部をピストン上方空間１２０とピストン下方空間１２１に区分され、弁体１１６の移動に応じてピストン１１３がシリンダー１１１内を移動する際には、流孔１１７からシリンダー１１１内に流入した流体が、両空間の体積変化に応じて隙間１１９を通って流動することでシリンダー１１１内の両空間の圧力を一定にするものであった。その効果は、定流量弁の主要作動部材の点検、修理、交換などが可能であり、縮流管１０９、弁体１１６のいずれかを交換することにより設定流量の変更が可能となるものであった。

特公平４−５７９１４号公報

しかしながら、前記従来の定流量弁はピストン１１３がシリンダー１１１内を移動する際には、隙間１１９以外にシリンダー１１１内部の流体が流動できる箇所がないため、従来の定流量弁を流れる流体の圧力変化が緩やかであれば作動に問題はないものの、急激な流体の圧力変化が起こった場合の応答特性に問題があった。例えば従来の定流量弁の上流側の配管が閉止されてコイルバネ１１５によりピストン１１３がシリンダー１１１の上部端側に付勢されている状態から、上流側の配管が開放されて、本体１０７に流通されている流体の上流側圧力が高い圧力で急激に流れた場合、弁体１１６と輪郭面１０８で形成されるオリフィスの上流側と下流側に生じた圧力差により、弁体１１６を下流側へ急激に作動しようとして弁軸１１２を介してピストン１１３を下方へ急激に移動しようとする。しかし、シリンダー１１１とピストン１１３間の隙間１１９を通る流体の流動量は所定の量で上限となり、ピストン１１３の移動速度は追従できず、所定の速さ以上の移動速度が求められる急激な流体の圧力変化が起こった時には弁体１１９の作動によるオリフィス開口面積の制御が流体の流れに即応できない。そのため、ピストン１１３が移動して流量制御が対応できるようになるまでの間、設定流量を超過した流体が定流量弁から流出する恐れがあるという問題があった。また、何らかの原因でピストン１１３が急激に移動しようとする際にピストン１１３上方空間１２０が真空状態となり、ピストン１１３がシリンダー１１１天井面に吸い付いた状態となったり、急激に流れる流体が弁体１１６に当たることでピストン１１３がシリンダー１１１内周面に引っ掛ったりして、弁体１１６を下流側へ作動させることができなくなり、流量制御ができずに設定流量を超過した流体が定流量弁から流出したままになる恐れがあるという問題があった。

上記問題の対策案として、シリンダー１１１の内径を大きくしたりピストン１１３の外径を小さくして隙間１１９が大きくなるように形成し、流体を流動し易くする方法が考えられる。しかし、定流量弁は弁軸１１２がシリンダー１１１とピストン１１３間の摺動部と、弁軸１１２が貫通された閉蓋１１４の中央孔１２２と弁軸１１２間の摺動部とで各々保持されることにより、弁軸１１２をシリンダー１１１と略同一の軸線上に配置されている。そのため、隙間１１９が大きくなるとシリンダー１１１とピストン１１３間で弁軸１１２を保持できず、弁軸１１２の軸線がずれ易くなり、弁軸１１２の軸線がずれるとピストン１１３がシリンダー１１１内周面に引っ掛って動かなくなることで弁体１１６が作動しなくなり、流量制御ができなくなる恐れがあるという問題があった。

また、従来の定流量弁は縮流管１０９や弁体１１６を交換しないと設定流量の変更ができないため、設定流量を変更するには流体を一旦止めて部品を交換しなければならない問題や、流路の開閉を行う機構が設けられていないため、流路の開閉を行うには別途開閉弁を設ける必要があるという問題があった。

本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みなされたもので、シリンダー内のピストンを素早く移動させることで弁体を円滑に作動させ、流量制御の応答特性を向上させることができ、急激に圧力変化が起こっても設定流量を超過した流体を流すことなく素早く流量制御することができ、流路の開閉を行うことができる定流量弁を提供することを目的とする。

本発明の定流量弁は、流路が区画された第一流路と第二流路を有し、前記両流路の間に位置し該第一流路と連通するように配された中空室を有するストップ弁型弁本体、前記弁本体内に設けられ前記第二流路と前記中空室とを連通し、かつその内周面が中空室側から第二流路側に向かって縮径された形状を有する開口部、前記弁本体上部に装着された蓋体及び前記弁本体に内包され、前記中空室内に進退動可能に装着され、かつその下端面が前記開口部周縁の弁座部に当接可能なシリンダー、該シリンダー内に遊嵌され前記開口部と略同一軸線上に配された弁軸、該弁軸の一端部に該開口部との間にオリフィスを形成することができるように装着された弁体、及び前記シリンダー内に配設されたスプリングとを具備してなる定流量弁において、該鍔部と該シリンダー部上部内周面とで鍔部上方空間が形成され、該鍔部と該シリンダー部下部内周面とで鍔部下方空間が形成され、該鍔部上方空間と該鍔部下方空間を連通する連通路が該鍔部に少なくとも一つ設けられたことを第一の特徴とする。
また、前記スプリングが前記弁体を前記開口部から離間させるように付勢することを第二の特徴とする。
また、前記連通路の開口面積が３ｍｍ²以上であることを第三の特徴とする。
また、前記連通路が、前記鍔部外周に設けられた直線溝、該鍔部を貫通する貫通孔、該鍔部外周に設けられた面取り部のいずれかであることを第四の特徴とする。
また、前記スプリングが異なったバネ定数で複数設けられ、流体圧力の変動に応じた伸縮作用の実質的開始時期が相互に時間差をもって行われるよう配設されたことを第五の特徴とする。
さらに、前記弁軸を軸線方向に貫通する貫通孔が形成されたことを第六の特徴とする。

本発明の定流量弁は以上のような構造をしており、以下の優れた効果が得られる。
（１）微少流量から大流量まで極めて広範囲に亘って応答性の良い流量制御を行うことができる。
（２）流体の上流側圧力が高い圧力で急激に流れても、流体を鍔部の隙間と連通路を通って流動させることで鍔部を素早く移動させると共に、弁体を円滑に作動させ、設定流量を超過した流体を流すことなく素早く流量制御を行うことができる。
（３）弁体の作動の応答性が良くなることで、より安定して精度の良い流量制御を行うことができる。
（４）流体を定流量に制御する機能、制御流量値を任意に設定できる機能、流体の流れを閉止する止水弁としての機能の３つを同時に具備している。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明が本実施形態に限定されないことは言うまでもない。

図１は本発明の定流量弁の第一の実施形態を示す縦断面図である。図２は流体の圧力バランス説明用の要部縦断面図である。図３は本発明の定流量弁の第二の実施形態を示す縦断面図である。図４は本発明の定流量弁の第三の実施形態を示す縦断面図である。図５は本発明の定流量弁の第四の実施形態を示す縦断面図である。図６は圧力差が０．０６ＭＰａの流体を流した時の流量の経時変化を示す流量特性図である。図７は圧力差が０．０８ＭＰａの流体を流した時の流量の経時変化を示す流量特性図である。図８は圧力差が０．１０ＭＰａの流体を流した時の流量の経時変化を示す流量特性図である。

本発明の第一の実施形態を図１を参照して説明する。
５は弁本体であって、内部に設けられた隔壁１により、流路が湾曲された第一流路２と第二流路３およびこの第一流路２と第二流路３との間に位置する中空室４を有している。また、第一流路２の軸線に対し中空室４の軸線が５０°の角度となるように第一流路２側に傾斜してＹ型の定流量弁を構成されるように形成されている。なお、本実施形態においては第一流路２の軸線に対する中空室４の軸線が５０°の角度をもって構成されているが、４０°〜６０°に構成しても良く、９０°になるように構成しても良い。

８は縮流管であって、その上部外周面にシール用の弁座部６を嵌合接着して設けてあり、かつ縮流管８の内部には上流側から下流側に向かって縮径された曲面形状を有する開口部７を有し、開口部７の軸線が中空室４の軸線とほぼ一致し、中空室４と第二流路３とを連通するよう、隔壁１および中空室４底部に位置する弁本体５の内壁に、前記弁座部６を挟み込むよう螺合接着されている。なお本実施形態では、開口部７は縮流管８の内部に設けたものを弁本体５内に螺合接着して設けられているが、中空室４底部に位置する弁本体５の内壁部および隔壁１に直接賦形させることによって設けてもよい。

１７は下部が開口されたシリンダー状の蓋体であり、その上端中央部に蓋体１７内部に連通する貫通孔１７ａを有し、その下端部外周面に設けた雄ネジ部を弁本体５の中空室４上部に設けた雌ネジ部に螺合して締めつけることにより、弁本体５上部に固定されている。蓋体１７の貫通孔１７ａには、開口部７の軸線にその軸線をほぼ一致させたスピンドル９および、このスピンドル９に螺合されているスリーブ２４が貫通孔１７ａに回動自在に保持されている。

１０はシリンダーであって、蓋体１７及び弁本体５に内包されており、スピンドル９の下端部に一体成形にて設けられている。シリンダー１０の下部は開口されており、内部にシリンダー室を有している。このシリンダー１０は、開口部７の軸線にその軸線をほぼ一致させ、その下方部分および下端シール面１０ｂが弁本体５の中空室４内に、またその上方部分が蓋体１７内に、それぞれ進退動自在に装着されている。シリンダー１０の外周部には直径方向に相対して一対のガイド溝１８、１９が設けられ、蓋体１７の下端内周面に固定された突起２０、２１と係合しており、したがって、シリンダー１０は上下動のみが可能となっている。

１２は中実の弁軸、すなわち内部に貫通孔を有しない弁軸であり、上端部にはピストン状の鍔部１２ａを有し、また下端部には円錐台状の弁体１３が接着固定して設けられ、シリンダー１０内のシリンダー室を進退動自在に移動できるよう装着されている。

シリンダー１０内のシリンダー室は鍔部１２ａで区分され、鍔部１２ａ上面とシリンダー１０上部内周面とで鍔部上方空間１０ｃを形成し、鍔部１２ａ下面とシリンダー１０下部内周面と後記スプリング座１６上面とで鍔部下方空間１０ａを形成している。鍔部１２ａ外周面とシリンダー１０内周面の間には隙間２５が設けらており、鍔部１２ａの外周には鍔部上方空間１０ｃと鍔部下方空間１０ａとを連通する連通路２６が直線溝で軸対照の位置に二条設けられている。

連通路２６は鍔部上方空間１０ｃと鍔部下方空間１０ａとを連通して設けられていれば良く、本実施形態の直線溝の他には鍔部１２ａを貫通する貫通孔や鍔部１２ａ外周に設けられた面取り部などが好適なものとして挙げられる。また、貫通孔の場合、鍔部１２ａの弁軸から延設した箇所に貫通するように設けても良く、鍔部１２ａ上面の中央付近から弁軸１２の軸部１２ｂ内を通って弁軸１２側面に連通する孔を貫通孔として設けても良い。ここで、面取り部とは円盤状の鍔部１２ａ外周の一部を面取りすることで、鍔部上方空間１０ｃと鍔部下方空間１０ａとを連通する間隙を形成し、この間隙を連通路とした箇所のことである。

また、鍔部１２ａに設けられる連通路２６の数は特に限定されず、軸対照の位置や、外周に沿って等間隔の位置に設けられると良く、連通路２６の開口面積の合計が３ｍｍ²以上になるように設けられることが好ましい。これは、流体が連通路２６を流動性良く流れることで鍔部１２ａが素早く移動させるために連通路２６の開口面積の合計が３ｍｍ²以上である必要がある。また、定流量弁の口径は１０ｍｍ〜１５０ｍｍの範囲で主に用いられており、口径に応じて連通路２６の開口面積の合計が３ｍｍ²〜５０ｍｍ²の範囲にすることがより好ましい。また、連通路２６の開口面積は定流量弁の口径Ｄに対して０．２Ｄ〜０．４Ｄの範囲で形成することが望ましい。

弁体１３は開口部７と略同一軸線上に位置しており、必要に応じて、開口部７との間にオリフィス１１を形成できるよう配設されている。なお、弁体１３の形状は円錐台状に限定されるものではなく円板状のものでも、逆円錐台状のものでも構わない。

１４、１５は各々第一および第二スプリングであって、バネ定数は第一＜第二となるよう、また自由長は第一＞第二となるように設定してある。第一スプリング１４は、前記弁軸１２の軸部１２ｂをその内部に挿入してあり、その上端部は前記ピストン状鍔部１２ａの下面に設けられた後記スプリング座用の溝１２ｃに嵌入してあり、その下端面は後記スプリング座１６に当接するよう装着されている。第一スプリング１４によって鍔部１２ａを開口部７から離間する方向へ付勢し、弁体１３を開口部７から離間させるように付勢している。第二スプリングは、その内部に第一スプリング１４が挿入してあり、その上端面と下端面は本定流量弁の取り付け角度によって上端面が前記弁軸１２の鍔部１２ａ下端面にあるいは、下端面が後記スプリング座１６に当接するよう前記シリンダー室内にフリーな状態で装着されている。なお、上記弁軸１２の軸部１２ｂ、第一スプリング１４、第二スプリング１５およびシリンダー１０の内周面は各々可及的に接触しないように構成されている。通常、これらのスプリングは金属製が使用されるが、耐食性が要求される場合には、金属製スプリングにフッ素樹脂等を完全被覆させた被覆スプリングを使用するとよい。

１６は内部中央に円形の貫通孔を有するリング状のスプリング座であって、該貫通孔に前記弁軸１２が摺動自在に嵌合され、かつ、シリンダー１０内のシリンダー室への流体の出入が可能なように複数の圧力導入口１６ａを有している。スプリング座１６はシリンダー１０下部に嵌合され、ストップリング２２によって固定されている。

２３はスリーブ２４に固定されているハンドルであり、スリーブ２４を介してスピンドル９と係合している。ハンドル２３を回転させるとそれに応じてスピンドル９およびシリンダー１０は上下動される構造となっている。なお、ハンドル２３の上部には、スピンドル９の回動に応じてシリンダー１０の位置が表示される表示器を設けても良く、表示器の数値を調節することで設定流量に合わせることができる構成にしても良い。

本発明において、弁本体５、縮流管８、蓋体１７、シリンダー１０、弁軸１２、スプリング座１６、ハンドル２３の材質は定流量弁として必要な物性を有していれば、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリエチレン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂、ポリプロピレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレンなどの合成樹脂、鉄、銅、銅合金、真鍮、アルミニウム、ステンレスなどの金属、または磁器などのセラミック、いずれでも良い。

上記の構成からなる第一の実施形態の作動を図１及び図２を参照して説明する。第一の実施形態における流体の流れ方向は第一流路２から第二流路３に向かう方向（図１の矢印方向）である。

図１において、流体として水を流通させると、第一流路２を通って中空室４に達した流体は、開口部７と弁体１３とで形成されるオリフィス１１を通過し第二流路３へと流出する。中空室４の流体の一部はスプリング座１６の圧力導入口１６ａを通ってシリンダー１０内部の鍔部下方空間１０ａに流入し、鍔部下方空間１０ａから鍔部１２ａの隙間２５及び連通路２６を通って鍔部上方空間１０ｃに流入する。流体がオリフィス１１を通過すると、その上流側と下流側に圧力差ΔＰが発生する。オリフィス１１より上流側の流体圧力をＰ１、下流側の流体圧力をＰ２とすると、中空室４、鍔部下方空間１０ａ、鍔部上方空間１０ｃにはオリフィス１１より上流側の流体が流入しているのでＰ１の圧力が加わっている。また、オリフィス１１の下流側、すなわち弁体１３の下面にＰ２の圧力が加わっている。

今、図２において、Ｐ１はオリフィス１１よりも上流側の圧力を示している。Ｐ２はオリフィス１１よりも下流側の圧力を示している。図中、３１〜３７および３１’〜３７’までの番号は弁軸１２、鍔部１２ａおよび弁体１３の受圧部を示している。Ｐ１は圧力導入口１６ａからシリンダー１０内に導入され弁軸１２の表面全体に作用するが、３１と３１’、３２と３２’、３４と３４’および３５と３５’は各々上面、下面からＰ１が作用するので圧力は相殺される。一方、３６と３６’、３３と３３’および３７と３７’には上面にＰ１、下面にＰ２が作用している。今、３６、３３および３７の投影面積の総和をＡとすると、Ａ＝３７’＋３３’＋３７’となることは明確であるから、結果的に前記圧力差ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）は弁軸１２および弁体１３表面において面積Ａのみに作用していることになる。従って、図１において、弁軸１２および弁体１３はＡ×ΔＰ[Ｋｇｆ]の荷重を受けて開口部７の軸線方向に作動する。

該圧力差ΔＰおよびその変動が比較的僅少である場合には、弁軸１２は第一スプリング１４のみを圧縮付勢しながら開口部７方向へ、また逆に第一スプリング１４の弾性反発力により付勢されながら開口部７から離間させられる方向へと作動するが、該圧力差ΔＰおよびその変動が比較的大なる場合には、弁軸１２はある一定区間第一スプリング１４を圧縮付勢しながら作動したあとは、次に主として第二スプリング１５からの強力な弾性反発力を受けながら開口部７方向へ、あるいはそれと逆の作用で、開口部７から離間させられる方向へと作動する。このような、圧力差ΔＰの変動に応じた弁軸１２およびそれに連動する弁体１３の作動に従って開口部７と弁体１３の間に形成されているオリフィス１１は拡大または縮小される。

このように、弁本体５を流れる流体の圧力が低圧の場合には第一スプリング１４のみで流量制御を行い、流体の圧力が高圧の場合には第一、第二スプリング１４、１５によって流量制御を行うことができ、これより微小流量から大流量まで極めて広い範囲に亘って流量制御を行うことができる。なお、このような作用を効果的にするために、第一スプリング１４のバネ定数は第二スプリング１５のバネ定数よりも可及的に小とすることが必要である。

今、何らかの原因で弁本体５に流通されている流体の上流側圧力が、増大するかまたは下流側圧力が減少して流量が増大した場合、前記圧力差ΔＰが大となる。それに伴って弁体１３は、前記作用により自動的にオリフィス１１を縮小するので、流量は瞬時に減少して予め設定された流量へと制御される。逆に何らかの原因で流体の上流側圧力が減少するかまたは下流側圧力が増大して流量が減少した場合、前記圧力差ΔＰは小となる。それに伴って弁体１３は前記作用によりオリフィス１１を自動的に拡大するので、流量は瞬時に増大して予め設定された流量へと制御される。このような各部の作用により、弁本体５の上流側と下流側の圧力差が変動しても流量は一定に維持される。なお、開口部７は広い範囲での流量設定が可能になるように、また弁体１３がどの位置から作動し始めても任意の定流量制御が可能になるように、なめらかに湾曲した形状であることが好適である。

このとき、弁体１３の作動に合わせて鍔部１２ａはシリンダー１０内のシリンダー室を移動するが、鍔部１２ａの移動により鍔部上方空間１０ｃと鍔部下方空間１０ａの体積が変化するので、該空間の体積変化に合わせて流体が隙間２５に加えて連通路２６を通って流動することによりシリンダー室内の流体が鍔部１２ａの移動の妨げになることなく鍔部１２ａを素早く移動させることができ、応答特性の良い流量制御を行うことができる。ここで隙間２５は、弁軸１２を保持する関係で一定以上の大きさにすることができないため、連通路２６を設けることで一度に大量の流体を流動させることができる。

今、何らかの原因で弁本体５に流通されている流体の上流側圧力が高い圧力で急激に流れた場合、前記圧力差ΔＰにより弁体１３を急激に開口部７方向へ作動させてオリフィス１１を縮小しようとして、弁体１３の作動に合わせて鍔部１２ａがシリンダー１０内のシリンダー室を急激に移動しようとする。このとき鍔部上方空間１０ｃと鍔部下方空間１０ａの急激な体積変化に合わせて流体が隙間２５と連通路２６を通って流動させ、高い圧力の流体が急激に流れるのに即応して鍔部１２ａを素早く移動させることで弁体１３を円滑に作動させ、設定流量を超過した流体を流すことなく応答性良く流量制御することができる。さらに、弁本体５の上流側と下流側の圧力差が変動しても応答性良く流量は一定に維持され、より安定して精度の良い流量制御を行うことができる。

次に、ハンドル２３を閉方向に回してスピンドル９およびシリンダー１０を開口部７方向へ移動させ固定すると、それに従って弁体１３も移動する。開口部７は下流側へ行く程縮径された形状となっているから、オリフィス１１はそれに従って縮小される。この位置から弁体１３が作動すると、オリフィス１１は相対的に縮小された範囲内で変化して流体の制御をするように作用する。すなわち、弁体の初期作動位置が流体を相対的に小流量に制御できるよう変化する。逆にハンドル２３を開方向に回してスピンドル９およびシリンダー１０を開口部７から離間させる方向へ移動させ固定すると、上記と逆の作用でオリフィス１１は拡大される。この位置から弁体１３が作動すると、オリフィス１１は相対的に拡大された範囲内で変化して、流体の制御に作用する。つまり、弁体１３の初期作動位置が流体を相対的に大流量に制御できるように変化する。このように、スピンドル９およびシリンダー１０の移動は、制御流量値を大小任意に変化させるよう作用する。このようにハンドルを回動して制御流量値を変化させた場合においても、本発明の構成により流体に対して応答性良く流量の制御を行うことができる。

さらに、スピンドル９およびシリンダー１０を開口部７方向へ移動させ、ついにはシリンダー１０の下端シール面１０ｂが開口部７の弁座部６に当接し、押圧させるようにすると、中空室４と第二流路３との間が完全閉塞されるので、流体の流れは止められ、弁は完全な閉止状態となる。この弁の完全閉止状態において、開口部７が上流側から下流側に縮径されているため、オリフィスよりも上流側の高い流体圧力Ｐ１が外側から弁座部６に作用しシール部分をさらに密接に押圧するよう変形することでシール性を向上させ、漏れの発生を防止する。

次に、本発明の第二の実施形態を図３を参照して説明する。
第一スプリング４１と第二スプリング４２とが移動スプリング座４３を介して直列に配置されているものである。他の構成は、第一の実施形態と同一のため説明を省略する。

第一のスプリング４１は、その上端部が弁軸１２のスプリング座用の溝１２ｃに嵌入され、その下端部が移動スプリング座４３の上面に当接するように配設され、第二のスプリング４２は、その上端部が移動スプリング座４３の下面に当接し、その下端部がスプリング座１６に当接するよう配設されている。移動スプリング座４３は、中央に開口部をもち、該開口部に弁軸１２の軸部１２ｂが接触しないように挿入され、かつ前記シリンダー１０内周面に摺動自在に嵌合されている。

上記の構成からなる第二の実施形態の作動については、弁軸１２、弁体１３、第一スプリング４１、第二スプリング４２および移動スプリング座４３の関係についてのみ説明し、その他については第一の実施形態と同様であるから説明を省略する。第二の実施形態における流体の流れ方向は第一流路２から第二流路３に向かう方向（図３の矢印方向）である。

図３において、弁軸１２および弁体１３が、前記圧力差ΔＰの変動によってＡ×ΔＰ［Ｋｇｆ］の荷重を受けて開口部７方向へ移動する際、該ΔＰおよびその変動が比較的僅少なる時は、ある一定区間主に第一スプリング４１を圧縮付勢しながら、あるいは逆に主に第一スプリング４１から付勢されながら移動するが、該ΔＰおよびその変動が大なる時は、弁軸の鍔部１２ａが移動スプリング座４３の筒状突起部４４に当接した後は、主に第二スプリング４２を圧縮付勢しながらあるいは逆に主に第二スプリング４２から付勢されながら移動する。このように弁体１３は圧力差ΔＰの大小の変動に応じて作動し、弁体１３と開口部７との間に形成されているオリフィス１１を拡大または縮小するので、配管圧力の変動に起因する流量の増減を自動的に瞬時に設定値へと制御する。このとき、本発明の構成により流体に対して応答性良く流量の制御を行うことができる。また、このような作用を効果的にするために、第一のスプリング４１は第二のスプリング４２よりも可及的にバネ定数の小なるものを適用することが必要である。

次に、本発明の第三の実施形態を図４を参照して説明する。
弁軸４５に軸線方向に貫通する貫通孔が設けられたものである。他の構成は、第一の実施形態と同一のため説明を省略する。

４５は中空円筒状の弁軸、すなわち内部に貫通孔を有する弁軸であり、上端部にはピストン状の鍔部４６を有し、また下端部には円錐台状の弁体４７が接着固定して設けられ、鍔部４６上面中央と弁体４７下面中央に各々貫通孔の貫通口４８、４９が形成され、シリンダー１０内のシリンダー室内を進退動自在に移動できるよう装着されている。

上記の構成からなる第三の実施形態の作動について説明する。第三の実施形態における流体の流れ方向は第一、第二の実施形態と異なり、第二流路３から第一流路２に向かう方向（図４の矢印方向）である。

図４において、流体として水を流通させると、第二流路３を通って開口部７に達した流体は、その一部が弁体４７の貫通口４９から貫通孔を通ってシリンダー１０内の鍔部上方空間１０ｃに流入し、他部は開口部７と弁体４７とで形成されたオリフィス１１を通過し、弁本体５の中空室４を経て第一流路２へと流出する。中空室４を通過する流体の一部はスプリング座１６の圧力導入口１６ａを通ってシリンダー１０内の鍔部下方空間１０ａに流入する。流体がオリフィス１１を通過すると、その上流側と下流側に圧力差ΔＰが発生する。オリフィス１１より上流側の流体圧力をＰ１、下流側の流体圧力をＰ２とすると、鍔部上方空間１０ｃにはオリフィス１１より上流側の流体が流入しているのでＰ１の圧力が加わっており、オリフィスの上流側、すなわち弁体４７の下面にＰ１の圧力が加わっている。また、中空室４、鍔部下方空間１０ａにはオリフィス１１より上流側の流体が流入しているのでＰ２の圧力が加わっている。弁軸４５の各部の上面、下面に作用する同一の圧力は相殺されるので、鍔部４６下面に加わる圧力Ｐ２と、鍔部４６下面に対応した鍔部４６上面に加わる圧力Ｐ１による圧力差ΔＰが生じる。鍔部４６下面の投影面積の総和をＢとすると、前記圧力差ΔＰの変動によってＢ×ΔＰ［Ｋｇｆ］の荷重を受けて開口部７の軸線方向へ作動する。

該圧力差ΔＰおよびその変動が比較的僅少である場合には、弁軸４５は第一スプリング１４のみを圧縮付勢しながら開口部７方向へ、また逆に第一スプリング１４の弾性反発力により付勢されながら開口部７から離間させられる方向へと作動するが、該圧力差ΔＰおよびその変動が比較的大なる場合には、弁軸４５はある一定区間第一スプリング１４を圧縮付勢しながら作動したあとは、次に主として第二スプリング１５からの強力な弾性反発力を受けながら開口部７方向へ、あるいはそれと逆の作用で、開口部７から離間させられる方向へと作動する。このような、圧力差ΔＰの変動に応じた弁軸１２およびそれに連動する弁体４７の作動に従って開口部７と弁体１３の間に形成されているオリフィス１１は拡大または縮小される。このとき、本発明の構成により流体の流量の変化に対して鍔部４６を即応させて素早く移動させることで弁体４７を円滑に作動させて応答性良く流量制御を行うことができる。弁本体５に流通されている流体の流量が増大したり減少する場合の作動や、ハンドル２３を回動した時の作動は第一の実施形態と同様なので説明を省略する。

次に、本発明の第四の実施形態を図５を参照して説明する。
５５は弁本体であり、内部に設けられた隔壁５１により区画された第一流路５２と第二流路５３とを有し、かつ前記両流路の間に位置し該第一流路５２と連通するように配された中空室５４を有している。また、第一流路５２の軸線に対し中空室５４の軸線が９０°（垂直）の角度となるように定流量弁を構成されるように形成されている。

７１は縮流管であって、その上部外周面にシール用のゴム製弁座部６０が嵌合接着して設けてあり、かつその内部には中空室５４側から第二流路５３側へ向かってカーブ状に縮径された開口部５６を有し、該中空室５４と第二流路５３とを連通するよう隔壁５１にゴム製弁座部６０を挟み込んで螺合接着されている。なお、開口部５６および弁座部６０は、本実施形態の方法のほかに隔壁５１に直接それらを賦形させることによって設けても構わない。

５７は蓋体であり、その上部中央に貫通孔７２を有しキャップナット７３によって弁本体５５に挟持固定されている。５８はスピンドルであり、その軸線を開口部５６の軸線にほぼ一致させ、蓋体５７上部の貫通孔７２に回動自在に保持されたスリーブ７４に螺合されており、その下端部には後記シリンダー６１が一体的に形成されている。またスリーブ７４は、ハンドル７５に係合固定されており、ハンドル７５を回動させることにより回転運動のみが可能であるよう構成されている。また、ハンドル７５の回動に応じてスピンドル５８およびシリンダー６１は上下動される構造となっている。

６１は蓋体５７及び弁本体５５に内包されシリンダーである。シリンダー６１の下部は開口されており、内部にシリンダー室を有している。このシリンダー６１は、開口部５６の軸線にその軸線をほぼ一致させ、その下方部分および下端シール面５９が弁本体５５の中空室５４内に進退動自在になるように、キー７６を介して蓋体５７に移動自在に保持されている。

６３は中実の弁軸、すなわち内部に貫通孔を有しない弁軸であり、上端部にはピストン状の鍔部６２を有し、また下端部には円錐台状の弁体７７が接着固定して設けられ、シリンダー６１内のシリンダー室を進退動自在に移動できるよう装着されている。なお、弁軸６３には鍔部６３上面中央と弁体７７下面中央に貫通口を形成するように貫通孔（図示せず）を設けても良い。これは、中空室５４に流入した流体が貫通孔を通って鍔部上方空間６８、隙間６５及び連通路７７、鍔部下方空間６９、圧力導入口７０を通って中空室５４に流体が流れることになり、弁内部に滞留部が発生しないようにすることができる。

シリンダー６１内のシリンダー室は鍔部６２で区分され、鍔部６２上面とシリンダー６１上部内周面とで鍔部上方空間６８を形成し、鍔部６２下面とシリンダー６１下部内周面と後記スプリング座７８上面とで鍔部下方空間６９を形成している。鍔部６２外周面とシリンダー６１内周面の間には隙間６５が設けられており、鍔部６２の外周には鍔部上方空間６８と鍔部下方空間６９とを連通する連通路７７が直線溝で軸対照の位置に二条設けられている。

弁体６６は、開口部５６と略同一軸線上に位置しており、必要に応じて、開口部５６との間にオリフィス６４を形成できるよう配設されている。なお、弁体６６の形状は円錐台状に限定されるものではなく円板状のものでも、逆円錐台状のものでも構わない。

６７はスプリングであって、その上端部は鍔部６２の下面に当接し、その下端面は後記スプリング座７８に当接するよう装着されている。スプリング６７によって鍔部６２を開口部５６から離間する方向へ付勢することにより、弁体６６を開口部５６から離間させるように付勢している。なお、本実施形態ではスプリングは１つであるが、第一の実施形態のように異なったバネ定数のスプリングを複数設けても良い。

７８は内部中央に円形の貫通孔を有するリング状のスプリング座であって、該貫通孔に前記弁軸６３が摺動自在に嵌合され、シリンダー６１内のシリンダー室へ連通する圧力導入口７０を有している。スプリング座７８はシリンダー６１下部に嵌合され、ストップリング７９によって固定されている。

上記の構成からなる第四の実施形態の作動は、第一の実施形態と同様であるので説明を省略する。第四の実施形態における流体の流れ方向は第一流路５２から第二流路５３に向かう方向（図５の矢印方向）である。

本実施形態の構成は、第一流路５２の軸線に対し中空室５４の軸線が９０°（垂直）の角度とすることで、弁本体５５及び蓋体５７を小さく設けることができ、定流量弁をコンパクトに設けることができ、特に小口径の定流量弁に好適である。

次に、図１に示した構造を有する口径８０ｍｍの定流量弁を使用して、以下の要領で試験を行った。

（試験手順）
（１）定流量弁の上流側と下流側に各々開閉弁を設置して配管接続した流量試験装置において、各開閉弁を開放して、定流量弁の設定流量を設定した状態で、配管に流体を流す。
（２）流体の流れを調節して定流量弁の上流側と下流側の圧力差を設定する。
（３）定流量弁の上流側の配管の開閉弁を閉止して、定流量弁内の圧力をゼロにする。
（４）定流量弁の上流側の配管の開閉弁を開放して、開閉弁を開放した後の流量の径時変化を測定する。

＜実験例１＞
図１の定流量弁の鍔部に開口面積の合計が２８ｍｍ²となる連通路を形成し、流体に水を使用し、温度を２５℃として、定流量弁の流量設定値を５ｍ³／ｈ、１０ｍ³／ｈ、１５ｍ³／ｈに各々設定した場合において、定流量弁の上流側と下流側の圧力差を０．０６ＭＰａにしたときの流量特性を測定した。結果を図６に示す。
＜実験例２＞
実験例１の定流量弁の上流側と下流側の圧力差を０．０８ＭＰａにしたときの流量特性を測定した。結果を図７に示す。
＜実験例３＞
実験例１の定流量弁の上流側と下流側の圧力差を０．１０ＭＰａにしたときの流量特性を測定した。結果を図８に示す。

図６〜図８より、実験例１〜実験例３において精度は各設定値の±４〜±６％以内であり、流体が流れると応答性良く設定流量で流量制御を行うことができる。特に本発明の定流量弁は、実験例３のように定流量弁の上流側と下流側の圧力差が大きい状態で、上流側圧力が高い圧力で急激に流体が流れても、設定流量を超過した流体が流出することなく、圧力差が小さい実験例１や実験例２と同じように流量制御を行うことができる。

本発明の定流量弁の第一の実施形態を示す縦断面図である。流体の圧力バランス説明用の要部縦断面図である。本発明の定流量弁の第二の実施形態を示す縦断面図である。本発明の定流量弁の第三の実施形態を示す縦断面図である。本発明の定流量弁の第四の実施形態を示す縦断面図である。圧力差が０．０６ＭＰａの流体を流した時の流量の経時変化を示す流量特性図である。圧力差が０．０８ＭＰａの流体を流した時の流量の経時変化を示す流量特性図である。圧力差が０．１０ＭＰａの流体を流した時の流量の経時変化を示す流量特性図である。従来の定流量弁を示す縦断面図である。

符号の説明

１隔壁
２入口流路
３出口流路
４中空室
５弁本体
６弁座部
７開口部
８縮流管
９スピンドル
１０シリンダー
１０ａ鍔部下方空間
１０ｂ下端シール面
１０ｃ鍔部上方空間
１１オリフィス
１２弁軸
１２ａ鍔部
１３弁体
１４第一スプリング
１５第二スプリング
１６スプリング座
１７蓋体
２３ハンドル
２４スリーブ
２５隙間
２６連通路
４１第一スプリング
４２第二スプリング
４３移動スプリング座
４５弁軸
４６鍔部
４７弁体
５１隔壁
５２入口流路
５３出口流路
５４弁室
５５弁本体
５６開口部
５７蓋体
５８スピンドル
５９下端シール面
６０弁座部
６１シリンダー
６２鍔部
６３弁軸
６４オリフィス
６５隙間
６６弁体
６７スプリング
６８鍔部上方空間
６９鍔部下方空間
７０圧力導入口
７１縮流管
７４スリーブ
７４ハンドル
７７連通路
７８スプリング座

Claims

流路が区画された第一流路と第二流路を有し、前記両流路の間に位置し該第一流路と連通するように配された中空室を有するストップ弁型弁本体、
前記弁本体内に設けられ前記第二流路と前記中空室とを連通し、かつその内周面が中空室側から第二流路側に向かって縮径された形状を有する開口部、
前記弁本体上部に装着された蓋体及び前記弁本体に内包され、前記中空室内に進退動可能に装着され、かつその下端面が前記開口部周縁の弁座部に当接可能なシリンダー、
該シリンダー内に遊嵌され前記開口部と略同一軸線上に配された弁軸、
該弁軸の一端部に該開口部との間にオリフィスを形成することができるように装着された弁体、
及び前記シリンダー内に配設されたスプリングとを具備してなる定流量弁において、
該シリンダー内を進退動可能な鍔部が該弁軸の他端部に設けられ、
該鍔部と該シリンダー部上部内周面とで鍔部上方空間が形成され、該鍔部と該シリンダー部下部内周面とで鍔部下方空間が形成され、該鍔部上方空間と該鍔部下方空間を連通する連通路が該鍔部に少なくとも一つ設けられたことを特徴とする定流量弁。
前記スプリングが前記弁体を前記開口部から離間させるように付勢することを特徴とする請求項１記載の定流量弁。
前記連通路の開口面積が３ｍｍ²以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の定流量弁。
前記連通路が、前記鍔部外周に設けられた直線溝、該鍔部を貫通する貫通孔、該鍔部外周に設けられた面取り部のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の定流量弁。
前記スプリングが異なったバネ定数で複数設けられ、流体圧力の変動に応じた伸縮作用の実質的開始時期が相互に時間差をもって行われるよう配設されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の定流量弁。
前記弁軸を軸線方向に貫通する貫通孔が形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の定流量弁。