JP2014005906A - 制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイヤフラム２を弁座１４ｂに押し付け、流体の設定した圧力によりダイヤフラム２が変形し始めて弁が開く構造を有する制御弁において、ダイヤフラム２の特性にばらつき等があっても、開弁開始圧力を精度よく設定する。
【解決手段】弁ポート１４ａを開閉するダイヤフラム２に対して、ダイヤフラム２のばね力と同じ方向に付勢力を加える開弁開始圧力調整機構３を設ける。ばね箱３１内にばね受け３２、コイルばね３４（圧縮ばね）、調整ねじ３３を設ける。ばね受け３２のロッド部３２ａの端部をダイヤフラム２当接する。ばね受け３２と調整ねじ３３との間にコイルばね３４を配置する。調整ねじ３３を回して軸線Ｘ方向の追い込み量によりコイルばね３４の圧縮量を調整する。弁ポートをダイヤフラム２と別部材の弁体で開閉するようにしてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイヤフラム等の反転板のばね力により弁体を弁座に押し付け、予め設定された流体の圧力（設定圧力）により反転板が変形し始めて弁が開く構造を有する制御弁に関する。

従来、この種の制御弁として、例えば特開２００２−７１０３７号公報（特許文献１）、特開２００４−１００７７１号公報（特許文献２）に開示されたものがある。

特許文献１の制御弁は、高圧制御弁等として用いるリリーフ弁であり、入口継手と出口継手を取り付けた弁ハウジングに、ストッパ押え部材と共に反転板組立体（ダイヤフラム）をかしめ固定し、この反転板組立体を弁座部のリリーフ弁ポートに対向させている。そして、弁室の圧力が所定値以下の場合には反転板組立体によりリリーフ弁ポートを塞ぎ、所定値以上の場合には反転板組立体を反転させてリリーフ弁ポートを開放するようにしている。

特許文献２の制御弁もリリーフ弁であるが、この特許文献２のものは、反転板（ダイヤフラム）としてスローアクション式に動作するものを用いている。そして、弁室の流体圧力が所定値以下の場合は反転板でリリーフ弁ポートを塞ぎ、流体圧力が所定値に達すると反転板が弁座部より離間し始めて、リリーフ弁ポートの弁開状態が開始され、さらに流体圧力が所定値に達したときに反転板を弁座部から完全に離間して弁全開状態とするよう構成されている。

なお、この種の制御弁は、例えば冷凍サイクルにおいて、圧力が設定した圧力を超えたときに作動するように保安的に使用される場合が多く、設定した圧力以下においては、冷凍能力の低下に直接つながるため、弁漏れが小さいものが要求される。

特開２００２−７１０３７号公報 特開２００４−１００７７１号公報

前記従来の制御弁に用いられているダイヤフラム等の反転板は、形状や材質の不均一性により、圧力により変形するときに僅かながらも不均一に変形することがある。特に、特許文献１の制御弁に用いられる反転板組立体は、不均一性の他に、個々の反転板の芯ずれ、形状のばらつきによって、弁開となる設定圧力を精度良く設定するのが困難であり、また、設定圧力以下の弁閉状態でも弁漏れ等が生じやすいという問題がある。

本発明は、ダイヤフラムの変形に不均一性があっても、弁開となる設定圧力を精度良く設定できると共に弁漏れを防止できる制御弁を提供することを課題とする。

請求項１の制御弁は、弁室を形成するとともに該弁室に連通する入口継手と出口継手を有する弁本体と、前記弁室と前記出口継手を連通する弁ポートを有する弁座部材と、前記弁ポートを開閉する弁体と、弁閉方向に付勢するばね性を有する反転板と、を備えた制御弁であって、前記反転板に対して該反転板を弁閉方向に付勢する圧縮ばねを備えた開弁開始圧力調整機構を設けたことを特徴とする。

請求項２の制御弁は、請求項１に記載の制御弁であって、前記開弁開始圧力調整機構が、前記圧縮ばねの圧縮量を調整する調整ねじを備えたことを特徴とする。

請求項３の制御弁は、請求項１または２に記載の制御弁であって、前記反転板自体が前記弁体であることを特徴とする。

請求項４の制御弁は、請求項３に記載の制御弁であって、前記反転板が、前記弁座部材に当接する平坦部であって当該制御弁に対して組み付け前の状態で平坦な形状である平坦部を備えたことを特徴とする。

請求項５の制御弁は、請求項１または２に記載の制御弁であって、前記反転板に対して弁棒を介して連結された前記弁体を備えたことを特徴とする。

請求項１の制御弁によれば、開弁開始圧力調整機構により、圧縮ばねの圧縮量を調整することができ、コイルばねが反転板に加える付勢力を調整することができ、反転板の特性にばらつき等があっても、開弁開始圧力（設定圧力）を所望の圧力に精度良く設定することができる。

請求項２の制御弁によれば、請求項１の効果に加えて、開弁開始圧力調整機構において調整ねじにより圧縮ばね（コイルばね）の圧縮量を調整することができ、開弁開始圧力（設定圧力）の調整を容易に行うことができる。また、圧縮ばねは反転板が弁閉方向に付勢するばね力と同じ方向に反転板を付勢するので、圧縮ばねに必要とされる荷重を小さくでき、圧縮ばね自体を小型化することができる。

請求項３の制御弁によれば、請求項１または２の効果に加えて、反転板自体を弁体としているので、部品点数を少なくすることができる。

請求項４の制御弁によれば、請求項３の効果に加えて、反転板が記弁座部材に当接する平坦部を備えているので、弁漏れ性が向上する。

請求項５の制御弁によれば、請求項１または２の効果に加えて、反転板と別部材の弁体を用いているので、弁ポートの径が反転板のサイズで制限されず、弁ポート、入口継手及び出口継手を大口径化することができる。

本発明の第１実施形態の制御弁の縦断面図である。 第１実施形態の制御弁のダイヤフラムの組み付け前の詳細を示す平面図及び断面図である。 第１実施形態の制御弁の要部拡大図である。 本発明の第２実施形態の制御弁の縦断面図である。

次に、本発明の制御弁の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は第１実施形態の制御弁の縦断面図、図２は第１実施形態の制御弁のダイヤフラムの組み付け前の詳細を示す平面図及び断面図、図３は第１実施形態の制御弁の要部拡大図である。

第１実施形態の制御弁は、下蓋１１と上蓋１２とにより弁本体１を構成しており、この弁本体１内には下蓋１１と上蓋１２とで挟まれた「反転板」としてのダイヤフラム２を備えている。下蓋１１は薄型円筒状であり、その内部はダイヤフラム２によって封止された弁室１１Ａとなっている。下蓋１１の下面一箇所には入口継手１３が取り付けられている。また、下蓋１１の中央には弁ポート１４ａを有する弁座部材１４が取り付けられており、この弁座部材１４には出口継手１５が取り付けられている。そして、入口継手１３は直接弁室１１Ａに連通され、出口継手１５は弁ポート１４ａを介して弁室１１Ａに連通されている。

弁ポート１４ａの弁室１１Ａ側の開口端部は弁座１４ｂとされ、この弁座１４ｂにダイヤフラム２が当接している。流体は入口継手１３から弁室１１Ａに流入し、弁室１１Ａ内の流体の圧力が設定圧力に達すると、ダイヤフラム２が弁座１４ｂから離間して弁ポート１４ａが開状態となり、弁室１１Ａの流体が弁ポート１４ａを介して出口継手１５から流出する。この設定圧力が開弁を開始する開弁開始圧力であり、後述の開弁開始圧力調整機構３によりこの開弁開始圧力を調整する。また、弁室１１Ａの流体の圧力が設定圧力以下の場合にはダイヤフラム２が弁座１４ｂに当接して弁ポート１４ａを閉状態とする。

弁本体１（上蓋１２）には開弁開始圧力調整機構３が取り付けられている。開弁開始圧力調整機構３は、略円筒形状のばね箱３１、ばね受け３２、調整ねじ３３、「圧縮ばね」としてのコイルばね３４及びはね板３５を有している。ばね箱３１のダイヤフラム２側には、弁ポート１４ａの軸線Ｘと同軸な挿通孔３１ａが形成されており、ばね受け３２のロッド部３２ａが挿通孔３１ａ内に挿通されている。なお、はね板３５はばね受け３２に対してその中心がロッド部３２ａに嵌合されており、ばね箱３１の内周に接する複数のはねによって、特に軸線X方向のダイヤフラム２の動きに摺動抵抗を与え、ダイヤフラム２の過敏な動作を抑制する。

ばね箱３１の上部内周面には雌ねじ部３１ｂが形成され、調整ねじ３３の外周には雄ねじ部３３ａが形成されている。そして、雄ねじ部３３ａを雌ねじ部３１ｂに螺合することにより、調整ねじ３３がばね箱３１に取り付けられている。また、調整ねじ３３は、頂部に溝等が形成された円筒部３３ｃを有し、この円筒部３３ｃに治具等を係合させて調整ねじ３３を回し、調整ねじ３３を軸線Ｘ方向に移動させることができる。

コイルばね３４はばね受け３２のボス部３２ｂと調整ねじ３３のボス部３３ｂとに嵌め込まれ、このばね受け３２と調整ねじ３３との間に圧縮状態で配設されている。そして、コイルばね３４のばね力により、ばね受け３２はダイヤフラム２側に付勢されており、ロッド部３２ａの端部がダイヤフラム２に当接されている。

図２に示すように、ダイヤフラム２は、円盤状の金属製板材の例えばプレス加工により形成した２枚の板ばね２ａ，２ｂを積層したものであり、略円錐台状で僅かに球面状の面をなす円錐部２１と、円錐部２１の内側中央に位置する平坦部２２と、円錐部２１の外周に位置するフランジ部２３とを有する。図１のようにダイヤフラム２が弁座１４ｂに着座する状態では、ダイヤフラム２が図２の状態に戻ろうとするばね力（主に円錐部２１と平坦部２２の弾性力）と、開弁開始圧力調整機構３のコイルばね３４の付勢力とが、平坦部２２から弁座１４ｂに作用する。

図２(B) に示すように、平坦部２２の径Ｄは弁座部材１４の弁座１４ｂの径より大きくなっている。また、図３に示すように、ばね受け３２のロッド部３２ａの端部には凹部３２ａ１が形成されている。これにより、ダイヤフラム２の着座状態で、平坦部２２の中央部は凹部３２ａ１内に変形（膨出）し、この平坦部２２は弁座１４ｂのシール面の外周縁１４ｂ１で線接触する。これにより、弁座１４ｂに対するダイヤフラム２の密着度が高まり、弁漏れ性が向上する。このように、この第１実施形態ではダイヤフラム２自体すなわち平坦部２２が「弁体」となっている。この平坦部２２は、図２に示す組み付け前の状態で平坦となるものであり、この構造により上記弁漏れ性が向上する。

以上のように、開弁開始圧力調整機構３において、調整ねじ３３を回して、調整ねじ３３の軸線Ｘ方向の追い込み量により、コイルばね３４の圧縮量を調整することができ、コイルばね３４がダイヤフラム２に加える付勢力を調整することができる。したがって、ダイヤフラム２がそのばね力によって弁座１４ａに作用する力が、そのダイヤフラム２特有の特性（ばらつき等）を持っていても、開弁開始圧力調整機構３とダイヤフラム２が弁座１４ｂに当接する力を所定の値に調整することができる。したがって、弁室１１Ａの流体の圧力の上昇により弁開が開始される圧力（設定圧力）を所望の圧力に精度良く設定することができる。設定後は、調整ねじ３３をかしめや接着により固定する。

また、コイルばね３４は、弁座１４ａに対してダイヤフラム２が加えるばね力と同じ方向にダイヤフラム２を付勢している。したがって、コイルばね３４に必要とされる荷重を小さくでき、コイルばね３４自体を小型化することができる。

第１実施形態では、ダイヤフラム２自体が弁体となっているので、部品点数を少なくすることができる。

図４は第２実施形態の制御弁の縦断面図であり、第１実施形態と同様な要素には図１乃至図３と同符号を付記して詳細な説明は省略する。第１実施形態ではダイヤフラム２自体が「弁体」であってこのダイヤフラム２が弁ポート１４ａを開閉するよう構成している。この第２実施形態では、ダイヤフラム２とは別部材のボール弁４が弁ポート１８ａを開閉するように構成している。

この第２実施形態の制御弁は、上蓋１２と共に弁本体１′を構成する下蓋１６が縦長の円筒形状であり、弁本体１′内には下蓋１６と上蓋１２とで挟まれた「反転板」としてのダイヤフラム２を備えている。また、弁本体１′の内部はダイヤフラム２によって封止された弁室１６Ａとなっている。下蓋１６の側部には弁室１６Ａに連通する入口継手１７が取り付けられている。また、下蓋１６の下部の小径部１６ａ内には弁座部材１８が取り付けられるとともに、この小径部１６ａの下端部に出口継手１９が取り付けられている。

弁座部材１８の中央には軸線Ｘを中心とする弁ポート１８ａが形成されるとともに、この弁ポート１８ａと同軸に上蓋１２側に延びるガイド孔１８ｂが形成され、弁ポート１８ａのガイド孔１８ｂ側の開口端部は弁座１８ｃとされている。さらに、弁座部材１８には弁ポート１８ａ及びガイド孔１８ｂを弁室１６Ａに連通する連通孔１８ｄが形成されている。

ガイド孔１８ｂ内には「弁体」としてのボール弁４と弁棒５が配設されている。ボール弁４は弁棒５の端部に固着されており、弁座１８ｃにボール弁４が当接している。弁座部材１８の回りには弁開ばね６が配設されている。弁棒５には鍔状のばね受け５１が固着されており、弁開ばね６は、弁座部材１８とばね受け５１との間で圧縮されている。これにより、弁開ばね６は弁棒５をダイヤフラム２に押し付けている。

以上の構成により、流体は入口継手１７から弁室１６Ａに流入し、弁室１６Ａ内の流体の圧力が設定圧力に達すると、ダイヤフラム２が変形し、弁開ばね６によって弁棒５がダイヤフラム２に押し付けられた状態でリフトして、ボール弁４が弁座１８ｃから離間して弁ポート１８ａが開状態となる。そして、弁室１６Ａの流体が導通路１８ｄ及び弁ポート１８ａを介して出口継手１９から流出する。また、弁室１６Ａの流体の圧力が設定圧力以下の場合にはボール弁４が弁座１８ｃに当接して弁ポート１８ａが閉状態となる。

この第２実施形態によれば、ボール弁４によって弁ポート１８ａを開閉する構成になっているので、この弁ポート１８ａ、入口継手１７及び出口継手１９を大口径化することができる。

この第２実施形態でも、開弁開始圧力調整機構３の作用効果は第１実施形態と同様であり、調整ねじ３３の軸線Ｘ方向の追い込み量により、弁室１６Ａの流体の圧力の上昇により弁開が開始される圧力（設定圧力）を所望の圧力に精度良く設定することができる。

なお、反転板としてのダイヤフラム２は、特許文献１のように設定圧力（開弁開始圧力）で反転するものでもよいし、特許文献２のようにスローアクション式に動作するものでもよい。

また、実施形態の反転板としてのダイヤフラム２は２枚の板ばね２ａ，２ｂを積層したものであるが、反転板は一枚の板ばねで構成したダイヤフラムでもよく、３枚以上の板ばねを積層したダイヤフラムでもよい。

１ 弁本体
１１ 下蓋
１１Ａ 弁室
１２ 上蓋
１３ 入口継手
１４ 弁座部材
１４ａ 弁ポート
１４ｂ 弁座
１５ 出口継手
２ ダイヤフラム（反転板）
２１ 円錐部
２２ 平坦部
２３ フランジ部
３ 開弁開始圧力調整機構
３１ ばね箱
３１ａ 挿通孔
３１ｂ 雌ねじ部
３２ ばね受け
３２ａ ロッド部
３３ 調整ねじ
３３ａ 雄ねじ部
３４ コイルばね（圧縮ばね）
３５ はね板
１′ 弁本体
１６ 下蓋
１６Ａ 弁室
１７ 入口継手
１８ 弁座部材
１８ａ 弁ポート
１８ｂ ガイド孔
１８ｃ 弁座
１９ 出口継手
４ ボール弁（弁体）
５ 弁棒
６ 弁開ばね
５１ ばね受け
Ｘ 軸線

Claims (5)

1. 弁室を形成するとともに該弁室に連通する入口継手と出口継手を有する弁本体と、
   前記弁室と前記出口継手を連通する弁ポートを有する弁座部材と、
   前記弁ポートを開閉する弁体と、
   弁閉方向に付勢するばね性を有する反転板と、
   を備えた制御弁であって、
   前記反転板に対して該反転板を弁閉方向に付勢する圧縮ばねを備えた開弁開始圧力調整機構を設けたことを特徴とする制御弁。
2. 前記開弁開始圧力調整機構が、前記圧縮ばねの圧縮量を調整する調整ねじを備えたことを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
3. 前記反転板自体が前記弁体であることを特徴とする請求項１または２に記載の制御弁。
4. 前記反転板が、前記弁座部材に当接する平坦部であって当該制御弁に対して組み付け前の状態で平坦な形状である平坦部を備えたことを特徴とする請求項３に記載の制御弁。
5. 前記反転板に対して弁棒を介して連結された前記弁体を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の制御弁。

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