JP2019173947A - 流量制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】構成要素のレイアウトの自由度が高い流量制御弁を提供する。【解決手段】流量制御弁１００は、流体が流入する一次側流路１２と、流体が流出する二次側流路１４と、一次側流路１２と二次側流路１４との間に設けられた主弁座１８およびダイヤフラム式の主弁１６と、主弁１６の背面側に形成される背圧室２０と、一次側流路１２と背圧室２０とを連通するよう主弁１６に形成された連通孔２８と、背圧室２０に連通するパイロット流路３０と、パイロット流路３０の流路面積を調節するパイロット弁３２と、主弁１６の軸方向の移動に応じて、連通孔２８の流路面積を調節する流路面積調節部３４とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、流量制御弁に関し、特にパイロット型流量制御弁に関する。

従来より、所定の軸方向に移動するダイヤフラム弁と、軸方向に進退可能に設けられ、パイロット流路の流路面積を調節するパイロット弁と、ダイヤフラム弁の背面側に設けられる背圧室とを備えるパイロット型の流量制御弁が知られている。このような流量制御弁では、パイロット弁の軸方向位置を制御することで背圧室の圧力を調節してダイヤフラム弁の開度を変化させ、ダイヤフラム弁を通過する流量を制御することができる（例えば特許文献１参照）。

特開２０１６−７０３４０号公報

しかしながら、このような構成のパイロット型の流量制御弁の場合、パイロット流路の流路面積を調節するパイロット弁がダイヤフラム弁が移動する軸方向に設けられるため、構成要素のレイアウトの自由度が低いという課題があった。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、構成要素のレイアウトの自由度が高い流量制御弁を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の流量制御弁は、流体が流入する一次側流路と、流体が流出する二次側流路と、一次側流路と二次側流路との間に設けられた主弁座および主弁であって、主弁が所定の軸方向に移動することで主弁座に対する主弁の開度が調節される主弁座および主弁と、主弁の背面側に形成される背圧室と、一次側流路と背圧室とを連通するよう主弁に形成された連通孔と、背圧室に連通するパイロット流路と、パイロット流路の流路面積を調節するパイロット弁と、主弁の軸方向の移動に応じて、連通孔の流路面積を調節する流路面積調節部と、を備える。

本発明によれば、構成要素のレイアウトの自由度が高い流量制御弁を提供できる。

本発明の実施形態に係る流量制御弁の閉弁状態を示す概略断面図である。 本発明の実施形態に係る流量制御弁の開弁状態を示す概略断面図である。

以下、本発明を好適な実施形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

図１は、本発明の実施形態に係る流量制御弁１００の閉弁状態を示す概略断面図である。図２は、本発明の実施形態に係る流量制御弁１００の開弁状態を示す概略断面図である。流量制御弁１００は、例えば水栓装置に適用されてよい。

本実施形態に係る流量制御弁１００は、パイロット型の流量制御弁である。流量制御弁１００は、ハウジング１０と、一次側流路１２と、二次側流路１４と、主弁１６と、主弁座１８と、背圧室２０と、蓋部２２とを備える。

一次側流路１２および二次側流路１４はハウジング１０に形成される。一次側流路１２は、液体や気体などの流体が流入する流路であり、二次側流路１４は、流体が流出する流路である。一次側流路１２および二次側流路１４は、本実施形態に係る流量制御弁１００の流量制御対象の流体が流れる主流路を形成している。一次側流路１２の開口部１２ａはハウジング１０の側面に形成され、二次側流路１４の開口部１４ａはハウジング１０の底面に形成されている。

一次側流路１２と二次側流路１４との間には、主弁１６と、主弁１６が着座する主弁座１８が設けられている。主弁座１８は、環状の弁座であり、ハウジング１０内に形成された二次側流路１４を規定する円筒部１０ａの上端に形成される。

主弁１６は、ダイヤフラム式の弁であり、樹脂材料などによって形成される硬質の主弁本体２４と、ゴムなどの弾性材料によって形成されるダイヤフラム膜２６と、を含む。これらは略円板状の所定の形状を有する。主弁本体２４は、下向きに突出する環状の突出部２４ａを有し、この突出部２４ａがダイヤフラム膜２６に形成された貫通孔２６ａを挿通した状態でダイヤフラム膜２６に対して固定される。ダイヤフラム膜２６は、周縁部がハウジング１０の肩部１０ｂに載せられ、蓋部２２の周縁部の底面によって押圧されるようにしてハウジング１０の内部に取り付けられる。

蓋部２２は、主弁１６の背面を覆うように取り付けられる。蓋部２２は、主弁１６の背面側に背圧室２０を画成する。

弾性体であるダイヤフラム膜２６の中心部分とそこに固定された主弁本体２４とは、背圧室２０の圧力変動により、ダイヤフラム膜２６の外周部分がハウジング１０に固定された状態で所定の軸Ａｘの方向（上下方向）に移動する。この移動によって主弁１６と主弁座１８との距離が変化し、主流路が開閉する。具体的には、主弁１６が主弁座１８に着座することによって主流路が閉じ、主弁１６が主弁座１８から離れることによって主流路が開く。また、主弁１６と主弁座１８との距離に応じて開度が変化し、主流路を流れる流体の流量が変化する。

主弁１６には、主弁本体２４およびダイヤフラム膜２６を貫通して、背圧室２０と一次側流路１２とを連通する連通孔２８が形成されている。この連通孔２８は、一次側流路１２内の流体を背圧室２０に導いて、背圧室２０の圧力を増大させる。

本実施形態に係る流量制御弁１００はさらに、背圧室２０に連通するパイロット流路３０と、パイロット流路３０に設けられ、パイロット流路３０の流路面積を調節するパイロット弁３２とを備える。パイロット流路３０は、背圧室２０内の流体を抜いて背圧室２０の圧力を減少させる機能を有する。パイロット流路３０は、主弁１６を通ることなく迂回して二次側流路１４に連通してよい。

本実施形態では、パイロット流路３０は、背圧室２０から側方に向かって延びるように形成されているが、その形成位置、方向は特に限定されない。パイロット弁３２の駆動方式は特に限定されず、例えば電磁弁等の自動弁であってもよいし、手動弁であってもよい。

本実施形態に係る流量制御弁１００はさらに、流路面積調節部３４を備える。流路面積調節部３４は、主弁１６の軸方向の移動に応じて、連通孔２８の流路面積を調節する機能を有する。流路面積調節部３４は、円柱状の固定部３４ａと、固定部３４ａの先端に設けられたテーパ部３４ｂとを備える。テーパ部３４ｂは先端になるほど軸方向に垂直な断面が細くなるよう形成されている。流路面積調節部３４は、固定部３４ａがハウジング１０に形成された穴部１０ｃに埋め込まれることにより、流路面積調節部３４の中心軸と連通孔２８の中心軸が一致するように、ハウジング１０に固定される。

図１に示すように、パイロット弁３２が閉じられ、主弁１６が閉じられている（すなわち、主弁１６が主弁座１８に着座している）とき、流路面積調節部３４のテーパ部３４ｂは連通孔２８に挿入された状態となっている。このとき、連通孔２８の流路面積は、テーパ部３４ｂによってほぼ塞がれた状態となっている。

図２に示すように、パイロット弁３２が開かれると、パイロット流路３０にパイロット流が生じるため、背圧室２０の圧力が減少する。背圧室２０の圧力が減少すると、主弁１６は上方に移動して主弁座１８からダイヤフラム膜２６が離れるので、一次側流路１２から二次側流路１４に流体が流れる。このとき、主弁１６は、背圧室２０からパイロット流路３０に抜ける流量と、連通孔２８を介して一次側流路１２から背圧室２０に入る流量とが等しくなるように移動する。

本実施形態において、連通孔２８の流路面積は、流路面積調節部３４が設けられていることにより、一定ではなく、主弁１６の軸方向の移動に応じて変化する。具体的には、連通孔２８の流路面積は、主弁１６が主弁座１８に着座している（すなわち主弁１６が閉弁されている）ときに最も小さくなり、主弁１６が主弁座１８から離れるにつれて（すなわち主弁１６の開度が大きくなるにつれて）大きくなる。

パイロット弁３２の操作によりパイロット流路３０の流路面積を大きくすると、パイロット流路３０に抜ける流量が増加するので、一次側流路１２から背圧室２０に入る流量が増加する方向に主弁１６が移動する。すなわち、連通孔２８の流路面積が大きくなるように主弁１６は上方に移動する（主弁１６の開度は大きくなる）。一方、パイロット弁３２の操作によりパイロット流路３０の流路面積を小さくすると、パイロット流路３０に抜ける流量が減少するので、一次側流路１２から背圧室２０に入る流量が減少する方向に主弁１６が移動する。すなわち、連通孔２８の流路面積が小さくなるように主弁１６は下方に移動する（主弁１６の開度は小さくなる）。このように本実施形態に係る流量制御弁１００では、主弁１６の軸方向の移動に応じて連通孔２８の流路面積が変化するよう構成されているので、パイロット弁３２の操作によりパイロット流路３０の流路面積を調節することにより、主弁１６の開度を制御することができる。

例えば特許文献１に示すような従来のパイロット型の流量制御弁では、主弁が移動する軸方向にパイロット弁を配置するようレイアウトが制限されており、また流量制御弁の軸方向の大きさを抑制することが難しかった。本実施形態の流量制御弁１００によれば、単にパイロット流路３０の流路面積を変えることができればよいので、パイロット流路３０の流路面積を変えるためのパイロット弁３２を主弁１６が移動する軸方向に設ける必要はなく、軸方向の大きさを抑制できる。このように本実施形態の流量制御弁１００によれば、流量制御弁１００を適用する装置（例えば水栓装置など）に応じて構成要素のレイアウトを変えることができるなど、レイアウトの自由度が高い流量制御弁を実現できる。

流路面積調節部３４のテーパ部３４ｂは、主弁１６の開度が大きくなるにつれて連通孔２８の流路面積が大きくなる形状であればよい。テーパ部３４ｂは、例えば、円錐台や角錐台などの錐台形状や、円錐や角錐などの錐体形状であってよい。先端部の強度を考慮すると、錐台形状が好ましい。また、テーパ部３４ｂの傾斜角や長さは、所望の流量制御弁の特性に応じて適宜設定することができる。また、テーパ部３４ｂは、図１に図示されるように直線状であってもよいし、曲線状であってもよい。これらも、所望の流量制御弁の特性に応じて適宜設定することができる。

本実施形態では、連通孔２８に流路面積調節部３４が挿入される構成となっているが、これは、例えば流路面積調節部３４に異物が詰まった場合に、流路面積調節部３４で異物を押圧等して詰まりを解消する効果も有する。

上記実施形態では、流路面積調節部３４をハウジング１０とは別の部材として構成したが、流路面積調節部３４はハウジング１０と一体に構成されてもよい。流路面積調節部３４をそれが設けられるハウジング１０と別部材とした場合は、流路面積調節部３４を形成する材料の自由度が高まる。例えば、ハウジング１０を金属で形成する場合、流路面積調節部３４は弾性材料で形成されてもよい。この場合、例えば流路面積調節部３４に異物が接触した場合に、流路面積調節部３４を折れにくくすることができるという効果がある。

以上、本発明の実施形態をもとに説明した。これらの実施形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。

以上の記載から、下記の発明が認識される。

本発明のある態様の流量制御弁は、流体が流入する一次側流路と、流体が流出する二次側流路と、一次側流路と二次側流路との間に設けられた主弁座および主弁であって、主弁が所定の軸方向に移動することで主弁座に対する主弁の開度が調節される主弁座および主弁と、主弁の背面側に形成される背圧室と、一次側流路と背圧室とを連通するよう主弁に形成された連通孔と、背圧室に連通するパイロット流路と、パイロット流路の流路面積を調節するパイロット弁と、主弁の軸方向の移動に応じて、連通孔の流路面積を調節する流路面積調節部と、を備える。

この態様によると、単にパイロット流路の流路面積を変えることができればよいので、パイロットの流路面積を変えるためのパイロット弁を主弁が移動する軸方向に設ける必要はなく、レイアウトの自由度が高い流量制御弁を実現できる。

流路面積調節部は、主弁の開度が大きくなるにつれて、連通孔の流路面積が大きくなるよう形成されてもよい。流路面積調節部は、主弁が閉弁されているときに連通孔に挿入された状態となるテーパ部を有してもよい。

一次側流路および二次側流路が形成されるハウジングをさらに備え、流路面積調節部は、ハウジングとは別の部材として構成されてもよい。流路面積調節部とハウジングを別の部材とした場合、流路面積調節部を形成する材料の自由度を高めることができる。

流路面積調節部は、弾性材料で形成されてもよい。この場合、例えば流路面積調節部に異物が接触した場合に、流路面積調節部を折れにくくすることができる。

パイロット流路は、主弁を通ることなく二次側流路に連通していてもよい。このような構成とすることで、軸方向の大きさが小さい流量制御弁を実現できる。

１０ ハウジング、 １２ 一次側流路、 １４ 二次側流路、 １６ 主弁、 １８ 主弁座、 ２０ 背圧室、 ２２ 蓋部、 ２４ 主弁本体、 ２６ ダイヤフラム膜、 ２８ 連通孔、 ３０ パイロット流路、 ３２ パイロット弁、 ３４ 流路面積調節部、 １００ 流量制御弁。

Claims (6)

1. 流体が流入する一次側流路と、
   流体が流出する二次側流路と、
   前記一次側流路と前記二次側流路との間に設けられた主弁座および主弁であって、前記主弁が所定の軸方向に移動することで前記主弁座に対する前記主弁の開度が調節される主弁座および主弁と、
   前記主弁の背面側に形成される背圧室と、
   前記一次側流路と前記背圧室とを連通するよう前記主弁に形成された連通孔と、
   前記背圧室に連通するパイロット流路と、
   前記パイロット流路の流路面積を調節するパイロット弁と、
   前記主弁の軸方向の移動に応じて、前記連通孔の流路面積を調節する流路面積調節部と、
   を備えることを特徴とする流量制御弁。
2. 前記流路面積調節部は、前記主弁の開度が大きくなるにつれて、前記連通孔の流路面積が大きくなるよう形成されることを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。
3. 前記流路面積調節部は、前記主弁が閉弁されているときに前記連通孔に挿入された状態となるテーパ部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の流量制御弁。
4. 前記流路面積調節部が設けられるハウジングをさらに備え、
   前記流路面積調節部は、前記ハウジングとは別の部材として構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の流量制御弁。
5. 前記流路面積調節部は、弾性材料で形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の流量制御弁。
6. 前記パイロット流路は、前記主弁を通ることなく前記二次側流路に連通していることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の流量制御弁。

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