JP5896350B2 - バルブ - Google Patents

Description

本発明は、バルブに関する。

従来から、流路を複数の方向に切り替えられるバルブが知られている。例えば、特許文献１では、空気の流路を多方向へ切り替えられるバルブが提案されている。特許文献１に記載されたバルブでは、複数の流路が連通されたシリンダ内に設けられるピストンを移動させて当該流路の連結を切り替えることができるようになっている。また、ピストンによって流路を切り替えるバルブとして、非特許文献１及び２に記載されているような、地球深部探査船のＢＯＰ（噴出防止装置）に使用されているバルブがある。

特開２００２−２５０４５５号公報

"ＳＰＭ Ｖａｌｖｅ"、［online］、Ｇｉｌｍｏｒｅ Ｖａｌｖｅ Ｃｏｍｐａｎｙ、［平成２３年１１月１７日検索］、インターネット＜URL:http://www.gilmorevalve.com/products/smp_valves.asp＞ "サーボ弁"、［online］、ＭＯＯＧ、［平成２３年１１月１７日検索］、インターネット＜URL:http://www.moog.co.jp/japanese/products/servovalves-servo-proportional-valves/＞

引用文献１に記載されたバルブのピストンの軸方向は、バルブに流体が出入りする流路の方向と垂直になっている。また、ピストンの一方の端部側にピストンを移動させるための駆動源が設けられている。従って、ピストンの軸方向には、ピストンが動くための領域と駆動源を設けるための領域とが必要となる。また、非特許文献１及び２に記載されたバルブも、ピストンの軸方向とバルブに流体が出入りする流路の方向とが垂直になっている。

ところで、海底地盤の調査等では、地盤を掘削した後の検層等で用いられるワイヤラインダウンホールツールの一部（部品）として高圧流体を複数の方向に送り込むバルブが必要となる。ワイヤラインダウンホールツールの一部（部品）としてのバルブは、掘削された穴に入れられるため小型化が必要になる。しかしながら、特許文献１に記載されたバルブのような構成では、上述したように流路と垂直な方向にピストンが動くための領域と駆動減を設けるための領域とが必要となるため小型化することが難しい。また、非特許文献１及び２に記載されたバルブのような構成でも、上述したように流路と垂直な方向にピストンが動くための領域が必要となるため小型化することが難しい。

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、ワイヤラインダウンホールツールの一部（部品）等として利用可能なように小型化が可能であるバルブ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に、本発明に係るバルブは、ピストンと、当該ピストンを軸線方向に移動可能に収容するピストン用孔が設けられたバルブ本体とを備えるバルブであって、バルブ本体には、ピストンの軸線方向に沿って延びて当該バルブ本体に開口部を有すると共に流体が流れることが可能な複数の流路と、当該流路それぞれと連通すると共にピストンの軸線方向において互いに異なる位置においてピストン用孔と連通する複数の連通路とが設けられており、ピストンには、当該ピストンとピストン用孔との間をシールすると共にピストン用孔における複数の連通路との連通部分の間隔に応じた間隔で設けられる少なくとも２つのシール部材が設けられ、ピストンにおけるシール部材の間の外面とピストン用孔との間には隙間がある。

本発明のバルブでは、ピストン用孔内においてピストンが移動されて、シール部材によってシールされる位置が変動することによって、シール部材が設けられた位置の間の隙間で連通される連通路が変更され流体の方向を制御することができる。また、本発明のバルブでは、バルブ本体において流路が延びる方向と、流体の方向を制御するためのピストンの軸線方向とが同じ方向であるため、バルブにおける当該方向と垂直な方向の大きさを小さくすることができる。これにより、本発明のバルブは、ワイヤラインダウンホールツールの一部（部品）等として利用可能なように小型化が可能である。

バルブ本体のピストン用孔には、連通路との連通部分に溝が設けられていることとしてもよい。この構成によれば、ピストン用孔内においてピストンを移動しやすくすることができる。

複数の連通路それぞれは、ピストン用孔に対して３０度〜７０度の角度で接続されている。この構成によれば、バルブ内の流体を流れやすくすることができる。

複数の連通路それぞれは、バルブ本体の外面とピストン用孔とを貫通する孔であって、当該孔のバルブ本体の外面側の開口がプラグで塞がれた構成となっている。この構成によれば、連通路を容易に構成できると共にバルブ内の流体の圧力に耐えうるものにすることができる。

ピストンにおけるシール部材の間には窪みが設けられていることとしてもよい。この構成によれば、ピストン用孔内において流体を流れやすくすることができる。

シール部材は、ＯリングとＯリングの両側に設けられたバックアップリングとを含んで構成されていることとしてもよい。この構成によれば、容易かつ確実にシール部材を構成することができる。

ピストンは、低摩耗性及び硬度を向上させる表面処理がなされていることとしてもよい。この構成によれば、高圧高温の環境下でも利用可能なバルブを構成することができる。

バルブは、ピストンを軸線方向に移動させる駆動部を更に備えることとしてもよい。この構成によれば、ピストンを移動させることができ確実にバルブとして機能させることができる。

駆動部は、リードスクリューを介してピストンを移動させるステッピングモータであることとしてもよい。この構成によれば、確実かつ瞬時にピストンを移動させると共にバルブの小型化を図ることができる。

本発明のバルブでは、ピストン用孔内においてピストンが移動されて、シール部材によってシールされる位置が変動することによって、シール部材が設けられた位置の間で連通される連通路が変更され流体の方向を制御することができる。また、本発明のバルブでは、バルブ本体において流路が延びる方向と、流体の方向を制御するためのピストンの軸線方向とが同じ方向であるため、バルブにおける当該方向と垂直な方向の大きさを小さくすることができる。これにより、本発明のバルブは、ワイヤラインダウンホールツールの一部（部品）等として利用可能なように小型化が可能である。

本発明の実施形態に係るバルブの斜視図である。 本発明の実施形態に係るバルブの上面図、断面図及び下面図である。 バルブ本体の開口部が設けられた面を示す図である。 バルブ本体のプラグが設けられる部分の加工及び溶接プラグを説明するための図である。 バルブに用いられるピストンを示す図である。 本発明の実施形態に係るバルブの動作を模式的に示す図である。

以下、図面と共に本発明に係るバルブの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

図１に、本実施形態に係るバルブ（バルブ機構）１０を示す。また、図２（ａ）にバルブ１０の上面図、図２（ｂ）にバルブ１０の断面図、図２（ｃ）にバルブ１０の下面図をそれぞれ示す。バルブ１０は、例えば、ワイヤラインダウンホールツールの一部（部品）として地盤の掘削（掘削孔に入れられる）等に用いられる。バルブ１０は、多方向バルブであり、例えば、複数の流体の吐出口が設けられており、バルブ１０に流入した流体の吐出口を切り替えるものである。バルブ１０が、海底地盤の調査等のワイヤラインダウンホールツールの一部（部品）として用いられる場合は、バルブ１０に流入する流体は１５０ＭＰａの非常に高圧の流体である。また、そのような場合、バルブ１０が用いられる環境は、高圧（例えば、１５０ＭＰａ）及び高温（例えば、１５０℃）となる。

バルブ１０は、円柱形状のバルブ本体１２を備えている。バルブ本体１２は、バルブ１０として十分な硬度を有する金属によって形成される。例えば、ステンレス鋼材が用いられる。バルブ本体１２には、流体の出入口となる複数の開口部１４が設けられている。本実施形態に示すバルブ１０は、円柱状のバルブ本体１２の一方の面に一つの開口部１４ａと、他方の面に二つの開口部１４ｂ，１４ｃとが設けられている。これらの開口部１４ａ，１４ｂ，１４ｃが設けられる面は、後述するようにバルブ１０が備えるピストン１６の軸線方向と垂直となっている。バルブ１０は、開口部１４ａに流入させた流体を、開口部１４ｂ，１４ｃの何れかから吐出する。図３（ａ）にバルブ本体１２における開口部１４ａが設けられた面（図２におけるバルブ本体１２の左側の面）、図３（ｂ）にバルブ本体１２における開口部１４ｂ，１４ｃが設けられた面（図２におけるバルブ本体１２の右側の面）を示す。

図２（ｂ）に示すように、バルブ１０は、バルブ本体１２に収容されるピストン（ピストンシリンダ）１６を備えている。バルブ本体１２には、ピストン１６を軸線方向Ａに移動可能に収容するピストン用孔１８が設けられている。ピストン用孔１８は、その断面の形状がピストン１６の最も太い部分の断面の形状（具体的には円形）と同様の形状であり、その断面の大きさがピストン１６の最も太い部分の断面よりもわずかに大きい。即ち、ピストン用孔１８を構成する内周が、ピストン１６の最も太い部分の径よりもわずかに大きくなっている。これにより、ピストン用孔１８に収容されたピストン１６が軸線方向Ａのみ（図２の左方向及び右方向）に動けるような形状となっている。また、このピストン用孔１８は、後述するように流体の通り道ともなる。

バルブ本体１２の内部には、ピストン１６の軸線方向に沿って延びると共に流体が流れることが可能な複数の流路２０ａ，２０ｂ，２０ｃが設けられている。各流路２０ａ，２０ｂ，２０ｃの軸線方向Ａと垂直の断面は、ピストン用孔１８よりも径が小さい円形となっている。各流路２０ａ，２０ｂ，２０ｃの直径は、バルブ１０の用途に応じて適宜定めることができる。例えば、上記のワイヤラインダウンホールツールの一部（部品）として利用する場合には、各流路２０ａ，２０ｂ，２０ｃの直径は、細くすることができる（例えば、５ｍｍ程度以下）。

これらの流路２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、一方の端部にバルブ本体１２における開口部１４ａ，１４ｂ，１４ｃを有している。なお、図３に開口部１４ａ，１４ｂ，１４ｃの位置が示されているように、各流路２０ａ，２０ｂ，２０ｃそれぞれは、円柱形状のバルブ本体１２の周方向における互いに異なる位置に設けられている。具体的には、図３（ａ）の向きに見た場合、流路２０ａはピストン用孔１８の上の位置に、流路２０ｂはピストン用孔１８の右下の位置（図３（ｂ）の向きに見た場合左下の位置となる）に、流路２０ｃはピストン用孔１８の左下の位置（図３（ｂ）の向きに見た場合右下の位置となる）にそれぞれピストン１６（ピストン用孔１８）の軸線方向に沿って延びている。

なお、図２（ｂ）の図は、流路２０ａに沿った断面であるので流路２０ａしか示されていないが、別の位置に流路２０ｂ，２０ｃが設けられている。また、流路２０ａは図２においてバルブ本体１２の左方向に開口部１４ａを有しているが、流路２０ｂ，２０ｃは図２においてバルブ本体１２の右方向に開口部１４ｂ，１４ｃを有している。

また、バルブ本体１２には、流路２０ａ，２０ｂ，２０ｃのそれぞれと、ピストン用孔１８と連通していると共に流体が流れることが可能な複数の連通路２２ａ，２２ｂ，２２ｃが設けられている。連通路２２ａ，２２ｂ，２２ｃそれぞれは、バルブ本体１２の周方向における連通路２２ａ，２２ｂ，２２ｃの位置と同様の位置に設けられている（例えば、図２（ｂ）参照）。また、連通路２２ａ，２２ｂ，２２ｃそれぞれは、ピストン用孔１８の内周からバルブ本体１２の径方向に延びて、流路２０ａ，２０ｂ，２０ｃそれぞれの開口部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ側でない端部と連通している。連通路２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、例えば、断面が流路２０ａ，２０ｂ，２０ｃと同程度の径の大きさの円形となっている。

また、バルブ１０内を流れる流体が流れやすいように、連通路２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、流路２０ａ，２０ｂ，２０ｃとはピストン用孔１８に向かって、９０度を超える角度で接続されている（図２（ｂ）に示す角度θ１が９０度を超える角度）ことが望ましい。また、同様に、連通路２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、ピストン用孔１８に対して斜めに、より具体的には３０度〜７０度の角度で接続されている（図２（ｂ）に示す角度θ２が３０度〜７０度）ことが望ましい。本実施形態の例では、設計上のスペースを考慮して、連通路２２ａ，２２ｂ，２２ｃはピストン用孔１８に対して４５度の角度で接続されている。

また、流路２０ａ，２０ｂ，２０ｃのそれぞれは、ピストン１６の軸線方向Ａにおいて互いに異なる位置においてピストン用孔１８と連通している。流路２０ａ，２０ｂ，２０ｃのそれぞれとピストン用孔１８との連通位置２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、図２（ｂ）に示す位置関係において右側から順に連通位置２４ｂ、連通位置２４ａ、連通位置２４ｃの順番になっている。即ち、ここでは、流体を流入させる連通路２２ａの連通位置２４ａが、流体を吐出させる連通路２２ｂ，２２ｃの連通位置２４ｂ、２４ｃの間に位置するようになっている。なお、各連通位置２４ａ，２４ｂ，２４ｃの間の間隔は、同程度の広さであり、後述するように各連通位置２４ａ，２４ｂ，２４ｃの間をピストン１６に設けられるシール部材でピストン１６とピストン用孔１８との間をシールできるような広さとなっている。

また、バルブ本体１２のピストン用孔１８における各連通位置（連通部分）２４ａ，２４ｂ，２４ｃには溝（凹部）が設けられており、この部分のピストン用孔１８の径が他の部分と比べてわずかに大きくなっている。なお、ピストン用孔１８に設けられる溝は、ピストン用孔１８の内周に渡って設けられていてもよいし、連通路２２の連通部分２４にのみ設けられていてもよい。これは、後述するようにピストン１６には、径が太い部分と細い部分とがあるため、ピストン１６がピストン用孔１８内を移動する際に連通位置２４ａ，２４ｂ，２４ｃで引っかかることを防止して、スムーズに移動できるようにしたものである。また、連通路２２の連通部分２４のエッジは、ピストン１６及び後述するシール部材との損傷をなくすため曲率をつけておくことが望ましい。

また、連通路２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、バルブ本体１２の外周面からピストン用孔１８に貫通する孔を開けてバルブ本体１２の外周面側の開口をプラグ２６ａ，２６ｂ，２６ｃで塞いで形成することとしてもよい。なお、プラグ２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、バルブ本体１２と同じ材質を用いることとすればよい。また、プラグ２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、バルブ本体１２に対して溶接で接合することが望ましい。具体的には、溶接は電子溶接（ＥＢＷ）とすることができる。この場合、図４に示すようにバルブ本体１２の径を予め大きく形成しておき、プラグ２６を電子溶接で接合した後、バルブ本体１２の表面を削ることによって、プラグ２６が接合されたバルブ本体１２を形成してもよい。上記の構成によって、連通路２２ａ，２２ｂ，２２ｃを容易に構成できると共にバルブ１０内の流体の圧力に耐えうるものにすることができる。また、溶接は、電子溶接以外でもよく、例えばティグ溶接でもよい。

図５（ａ）にピストン１６の左側面図、図５（ｂ）にピストン１６の正面図、図５（ｃ）にピストン１６の右側面図、図５（ｄ）にピストン１６の軸方向に沿った断面図を示す。ピストン１６は、細長い円柱状の部材であり、少なくとも各連通位置２４ａ，２４ｂ，２４ｃの間の間隔を超える長さを有している。

ピストン１６には、ピストン１６とピストン用孔１８との間をシールすると共にピストン用孔１８における複数の連通路との連通部分２４ａ，２４ｂ，２４ｃの間隔に応じた間隔で設けられる少なくとも２つのシール部材が設けられる。具体的には、個々のシール部材は、Ｏリング２８とＯリング２８の両側に設けられた２つのバックアップリング３０とを含んで構成されている。ピストン１６のＯリング２８と２つのバックアップリング３０とが設けられる部分（軸線方向Ａの位置）には、環状の溝（凹部）３２が設けられており、当該溝内にＯリング２８と２つのバックアップリング３０が収容される。

ピストン１６における（４つあるうちの内側）２つのシール部材２８ａ，３０ａの間の部分３４は、ピストン１６の外周面とピストン用孔との間に隙間ができるような径の大きさ（太さ）となっている。この隙間には、後述するように流体が流れる。従って、流体が流れやすいようにこの部分３４は、ピストン１６の他の部分よりも径が小さく（細く）なっている、即ち、当該部分には窪みが設けられていることが望ましい。また、流体を流れやすくするため、ピストンの細くなっている部分３４の両端側３４ａは、２つのシール部材２８ａ，３０ａが設けられている部分に近くなるにつれて大きくなるテーパー状の形状となっていることが望ましい。

ピストン１６の窪み部分３４の両側のシール部材２８ａ，３０ａが設けられている部分の外側には、更にシール部材２８ｂ，３０ｂが設けられていてもよい。これは、ピストン１６とピストン用孔１８との間をより確実にシールすると共に流体が流れない連通路２２に流体が流れ込まないようにするためである。

２つのシール部材２８ａ，３０ａの間の間隔は、ピストン用孔１８における連続した２つの連通位置２４ｃ，２４ａ又は連通位置２４ａ，２４ｂの間隔よりも大きく構成されている。これによって、ピストン１６の右側のシール部材２８ａ，３０ａが右側の連通位置２４ｂよりも左にある場合（図２（ｂ）に示す状態）には、連通路２２ａと連通路２４ｃとが、ピストン１６の窪み部分３４を介して接続された状態（流体が流れえる状態）となる。また、ピストン１６の左側のシール部材２８ａ，３０ａが左側の連通位置２４ｃよりも右にある場合には、連通路２２ａと連通路２４ｂとが、ピストン１６の窪み部分３４を介して接続された状態（流体が流れえる状態）となる。

ピストン１６は、高強度な材料が必要である。例えば、耐食性、高強度材であるチタン合金が用いられる。また、上述したようにピストン１６には細くなっている部分３４があるため、高温及び高圧環境下でも適切にバルブが動作するように低摩耗性及び高度を向上させる表面処理がなされていることが望ましい。具体的には、目的に応じた材質の微粒子を圧縮性の気体に混合して、高速衝突させて微細で靭性に富む緻密な組織が形成され表面を強化し、摩擦磨耗特性を向上させる粒子を材料表面に当てた処理を行うこととするのがよい。

Ｏリング２８の材料としては、例えば、フッ素ゴムが用いられる。バックアップリング３０の材料としては、例えば、テフロン等のプラスチックが用いられる。また、上述した高圧及び高温環境下では、例えば、１５０ＭＰａの圧力及び９０Ｄの硬度のＯリング２８を用いることが望ましい。

バルブ１０は、ピストン１６を軸線方向Ａに移動させる駆動部を更に備えていてもよい。具体的には、バルブ本体１２のピストン用孔１８の開口がある一方の面（図２におけるバルブ本体１２の右側の面）側に、ブラケット（シリンダシャフトカバー）３６を介して、駆動部としてのステッピングモータ３８がピストン１６の軸線方向Ａ上に取り付けられている。ブラケット３６は、バルブ本体１２の上記の面にねじ止めされて固定されており、ステッピングモータ３８は、ブラケット３６にねじ止めされて固定されている。

ピストン１６は、ピストン１６と軸線方向を共にするリードスクリュー４０に接続されており、リードスクリュー４０はステッピングモータ（ギヤードモータ、パルスモータ）３８に回転されるように接続されている。ブラケット３６には、バルブ本体１２のピストン用孔１８に連通する孔が設けられており、その孔にピストン１６とリードスクリュー４０とが配置される。また、リードスクリュー４０には、ボールベアリングが接続されており、ボールねじ構造を構成している。ステッピングモータ３８がリードスクリュー４０を回転させることによって、ピストン１６は軸線方向Ａの前後に移動することができる。また、ステッピングモータ３８は、減速機と一体となっている。

このようなボールねじ構造を取ることによって、例えば、１５０ＭＰａの圧力及び９０Ｄの硬度のＯリング２８でシールを行った場合でも十分な推進力を有する。また、このような構成をとることによって、ピストン１６を瞬時に移動させることができる。これにより、瞬時（１秒強）に流体の開閉や流路変更が可能になる。また、時間をかけて開閉することもできる。

スペースを削減するため、ステッピングモータ３８は、図２に示すようにモータの中心部にボールねじが通せる、中空タイプのものを用いることとするのがよい。ステッピングモータ３８の中央に空洞を設けているので、減速機とステッピングモータ３８の接続関係を小さくすることができる。また、ステッピングモータ３８は、例えば、最大環境温度１５０℃の高温対応のものを用いることが望ましい。また、ステッピングモータ３８は、外部からの制御信号により動作させられる。また、ピストン１６がステッピングモータ３８によって動かされたときにピストン１６が所定の範囲を超えて動かないように、あるいはピストン１６の位置決めを行うために、バルブ１０内にストッパが設けられていてもよい。

また、図２に示すように、バルブ本体１２の開口部１４には、バルブ１０に流入する流体、又はバルブ１０から吐出する流体を通すための配管４２が接続されてもよい。

引き続いて、図６を用いて本発明の実施形態に係るバルブ１０の動作を説明する。動作を分かりやすくするため図６ではバルブ１０の断面を模式的に示す（図２に示したバルブでは、図６のように各流路２０ａ，２０ｂ，２０ｃは同一断面上には位置していない。但し、図６のように各流路２０ａ，２０ｂ，２０ｃは同一断面上には位置するような構成であってもよい）。

まず、図６（ａ）に示す位置（中央）にピストン１６が位置していた場合には、開口部１４ａから流路２０ａに流入した流体は、連通路２２ａを通って、ピストン用孔１８におけるピストン１６のシール部材の間の部分３４に流入する。当該部分３４の両側は、シール部材でシールされているので、流体はピストン１６の当該部分３４の周りを通って、連通路２２ｂに流入して、流路２０ｂを通って開口部１４ｂから吐出される。即ち、この場合、流路２０ａ、連通路２２ａ、ピストン用孔１８、連通路２２ｂ及び流路２０ｂの順に流体が通るフローラインができる。

一方で、図６（ｂ）に示す位置（左側）にピストン１６が位置していた場合には、開口部１４ａから流路２０ａに流入した流体は、連通路２２ａを通って、ピストン用孔１８におけるピストン１６のシール部材の間の部分３４に流入する。当該部分３４の両側は、シール部材でシールされているので、流体はピストン１６の当該部分３４の周りを通って、連通路２２ｃに流入して、流路２０ｂを通って開口部１４ｃから吐出される。即ち、この場合、流路２０ａ、連通路２２ａ、ピストン用孔１８、連通路２２ｃ及び流路２０ｃの順に流体が通る図６（ａ）の場合とは別のフローラインができる。

このように、ピストン１６を駆動部によって軸線方向に前後に動かすことによって、フローライン（流体の流れ）を瞬時に変えることができる。

本実施形態に係るバルブ１０では、上述したように、ピストン用孔１８内においてピストン１６が移動されて、シール部材２８，３０によってシールされる位置が変動することによって、シール部材２８，３０が設けられた位置の間の隙間で連通される連通路２２が変更され流体の方向を制御することができる。また、本実施形態に係るバルブ１０では、バルブ本体１２において流路２０が延びる方向と、流体の方向を制御するためのピストン１６の軸線方向とが同じ方向であるため、バルブ１０における当該方向と垂直な方向の大きさを小さくすることができる。即ち、バルブ１０（バルブ本体１２）の径方向の大きさを小さくすることができ、小口径のバルブ１０を実現することができる。例えば、上述した本実施形態のバルブ１０の例では、直径が１００ｍｍ以下のバルブ１０を実現することができる。

これにより、本実施形態に係るバルブ１０は、掘削孔等の比較的小さい穴に入れることができ、ワイヤラインダウンホールツールの一部（部品）等として利用可能である。具体的には、海底地盤の圧力の調査等に用いることができる。

また、上述したように本実施形態に係るバルブ１０は、部品点数が少ないため、組立に特殊工具を必要とせず、メンテナンス性がよい。また、交換部品が少なく経済性の点でも優れている。また、上述したように損傷箇所が少なくなるように構成することが可能である。

また、本実施形態のようにバルブ本体１２のピストン用孔１８には、連通路２２との連通部分２４に溝を設けることとするのが望ましい。この構成によれば、ピストン１６及びピストン１６に設けられたシール部材２８，３０が移動する際に連通部分２４で引っかかることを防止して、ピストン用孔１８内においてピストン１６を移動しやすくすることができる。

また、本実施形態のように連通路２２は、ピストン用孔１８に対して斜めに接続されていることが望ましい。具体的には、３０度〜７０度の角度で接続されていることが望ましい。この構成によれば、バルブ１０内の流体を流れやすくすることができる。特に、流体が比較的高い粘度を有する液体であっても流れやすくすることができる。

また、本実施形態のように連通路２２は、バルブ本体１２の外面の開口を溶接（電子溶接、ティグ溶接等）されたプラグで塞いだ構成とすることが望ましい。この構成によれば、連通路２２を容易に構成できると共にバルブ１０内の流体の圧力に耐えうるものにすることができる。

また、ピストン１６における流体が通過する、シール部材２８ａ，３０ａが設けられた間部分３４には、窪みが設けることとしてもよい。この構成によれば、ピストン用孔１８内において流体が流れることができるスペースが広がり、流体を流れやすくすることができる。

また、本実施形態のようにシール部材は、Ｏリング２８とＯリング２８の両側に設けられたバックアップリング３０とを含んで構成されていることとしてもよい。この構成によれば、容易かつ確実にシール部材を構成することができる。但し、ピストン１６とピストン用孔１８との間をシールすることができればよく、シール部材として上記以外の構成をとることとしてもよい。

また、ピストン１６は、低摩耗性及び硬度を向上させる表面処理がなされているこの構成によれば、高圧高温の環境下でも利用可能なバルブ１０を構成することができる。

また、本実施形態のようにピストン１６を軸線方向Ａに移動させる駆動部であるステッピングモータ３８を備えていることが望ましい。この構成によれば、ピストンを瞬時に移動させることができ確実かつ瞬時にバルブとして機能させることができる。また、中心部にリードスクリュー４０を通すステッピングモータ３８を用いることによって、バルブ１０の小型化を図ることができる。なお、駆動部はピストン１６を移動させることができれば、上述した構成以外のものが用いられてもよい。例えば、以下のような場合に瞬時に開閉ができるシステムが必要となる。水圧を用いて、地盤に開けられた孔井の孔内壁に割れを作る場合高水圧を必要とする。科学的調査として、流体の流れを瞬時に止めて計測が必要になる。孔井内の流体圧を変化させて、その後の流体圧変化から地層の水理特性（浸透率等）を推定する際、変化させる流体圧変化が瞬時でないと、その後の流体圧変化に影響する。また、水圧破砕による応力測定では、流体圧により破砕を行い、その際の流体圧変化から応力を算出するため、瞬時の流体圧制御が必要になる。

なお、上述したバルブ１０は、流体が流入あるいは吐出する開口部１４が３つあったが、４つ以上の開口部がある構成としてもよい。即ち、３方向バルブではなく、４方向以上の切替バルブとして構成することとしてもよい。その場合も、開口部１４に連通している連通路２２とピストン用孔１８との接続部分２４を軸線方向Ａにずらして配置して、ピストン１６の位置に応じてシール部材によってピストンとピストン用孔１８との間をシールすることで、フローライン（流体の流れ）の切替が可能になる。

また、本実施形態では、バルブ１０に流入した流体の吐出口１４ｂ，１４ｃを切り替えるものであったが、複数の流入口を設けてバルブ１０に流入可能な流入口を切り替えるものであってもよい。

本発明のバルブは、環境（例えば、ガス・蒸気・水力タービン、石油精製プラント、天然ガス処理プラント、火力・水力発電プラント、蒸気発電プラント、地熱発電プラント、原子力発電プラント、原子力再処理プラント、泥水プラント、海洋深層水プラント、真空輸送プラント、上下水道、サブシー機器（海底設置用））、科学（例えば、地下探査機器、高温高圧試験水槽）、運輸（例えば、自動車（燃料制御、サスペンション、等）、船舶、航空機、潜水艦、鉄道）、製造（例えば、プラスチック成型、ロボット、射出成型、金属成形、ウォータージェット）、医療（例えば、救助用圧力マット）、半導体（例えば、半導体プラント）、食品（例えば、食品プラント、ソフトアイスクリーム製造器）等の分野での応用が期待できる。

１０…バルブ、１２…バルブ本体、１４…開口部、１６…ピストン、１８…ピストン用孔、２０…流路、２２…連通路、２６…プラグ、２８…Ｏリング、３０…バックアップリング、３６…ブラケット、３８…ステッピングモータ、４０…リードスクリュー、４２…配管。

Claims (8)

1. ピストンと、当該ピストンを軸線方向に移動可能に収容するピストン用孔が設けられたバルブ本体とを備えるバルブであって、
   前記バルブ本体には、前記ピストンの軸線方向に沿って延びて当該バルブ本体に開口部を有すると共に流体が流れることが可能な複数の流路と、当該流路それぞれと連通すると共にピストンの軸線方向において互いに異なる位置においてピストン用孔と連通する複数の連通路とが設けられており、
   前記ピストンには、当該ピストンと前記ピストン用孔との間をシールすると共にピストン用孔における複数の連通路との連通部分の間隔に応じた間隔で設けられる少なくとも２つのシール部材が設けられ、
   前記ピストンにおける前記シール部材の間の外面と前記ピストン用孔との間には隙間があり、
   前記複数の連通路それぞれは、前記ピストン用孔に対して３０度〜７０度の角度で接続されているバルブ。
2. ピストンと、当該ピストンを軸線方向に移動可能に収容するピストン用孔が設けられたバルブ本体とを備えるバルブであって、
   前記バルブ本体には、前記ピストンの軸線方向に沿って延びて当該バルブ本体に開口部を有すると共に流体が流れることが可能な複数の流路と、当該流路それぞれと連通すると共にピストンの軸線方向において互いに異なる位置においてピストン用孔と連通する複数の連通路とが設けられており、
   前記ピストンには、当該ピストンと前記ピストン用孔との間をシールすると共にピストン用孔における複数の連通路との連通部分の間隔に応じた間隔で設けられる少なくとも２つのシール部材が設けられ、
   前記ピストンにおける前記シール部材の間の外面と前記ピストン用孔との間には隙間があり、
   前記複数の連通路それぞれは、前記バルブ本体の外面とピストン用孔とを貫通する孔であって、当該孔の前記バルブ本体の外面側の開口がプラグで塞がれた構成となっているバルブ。
3. 前記バルブ本体のピストン用孔には、前記連通路との連通部分に溝が設けられている請求項１又は２に記載のバルブ。
4. 前記ピストンにおける前記シール部材の間には窪みが設けられている請求項１〜３の何れか一項に記載のバルブ。
5. 前記シール部材は、ＯリングとＯリングの両側に設けられたバックアップリングとを含んで構成されている請求項１〜４の何れか一項に記載のバルブ。
6. 前記ピストンは、低摩耗性及び硬度を向上させる表面処理がなされている請求項１〜５の何れか一項に記載のバルブ。
7. 前記ピストンを軸線方向に移動させる駆動部を更に備える請求項１〜６の何れか一項に記載のバルブ。
8. 前記駆動部は、リードスクリューを介してピストンを移動させるステッピングモータである請求項７に記載のバルブ。

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