JP5965047B1 - 調圧弁 - Google Patents

Abstract

【課題】弁開度が小さいとき、つまり弁口に対する弁体の変位量が小さいときにおいても、十分な絞り抵抗を発生可能とする。【解決手段】開口面積Ｓが所定面積以下の状態において、開口面積Ｓを流体通路Ｌａの最小通路断面積Ｓ１より小さくする。これにより、開口面積Ｓが所定面積以下の状態、つまり弁開度が小さいときには、連通溝１４Ｂのうち収装部から突出して流入室１１Ａに向けて開口状態となった部分で絞り抵抗（圧力損失）が発生するとともに、当該部分（以下、絞り部）で圧力が低下した流体が流体通路Ｌａに流れ込む。このため、調圧弁による減圧作用の殆どは絞り部で発生し、当該絞り部より下流側では殆ど減圧作用は発生しない。つまり、絞り部より下流側の圧力は、流出室１１Ｂ内の圧力と略同一となる。したがって、弁開度が小さいときに、十分な絞り抵抗を発生させることができる。【選択図】図６

Description

本発明は、流体圧を調整するための調圧弁に関する。

例えば、特許文献１に記載の調圧弁は、弁口より流入室側（高圧側）に突出した弁部を有する弁体を備えられている。

特開２０１４−２３４８８４号公報

本発明は、弁開度が小さいとき、つまり弁口に対する弁体の変位量が小さいときにおいても、十分な絞り抵抗を発生可能な調圧弁を提供することを目的とする。

本願では、流体圧を調整するための調圧弁において、流入口に連通する流入室（１１Ａ）、流出口に連通する流出室（１１Ｂ）、及び流入室（１１Ａ）から流出室（１１Ｂ）に連通する円柱状の空間（以下、収装部（１２Ａ）という。）を有する本体部（１１）と、少なくとも一部が収装部（１２Ａ）に挿入された弁体（１４）であって、当該挿入された部位（以下、挿入部（１４Ａ）という。）が収装部（１２Ａ）の内周面と滑り接触しながら当該収装部（１２Ａ）の中心軸線と平行な方向（以下、変位方向という。）に変位する弁体（１４）と、流入室（１１Ａ）側から流出室（１１Ｂ）側に向けて弁体（１４）を押圧する力を発揮するバネ（１５）とを備え、挿入部（１４Ａ）の外周面には、変位方向に沿って延びる連通溝（１４Ｂ）が設けられ、連通溝（１４Ｂ）が収装部（１２Ａ）に対して出没変位することにより、流入室（１１Ａ）側と流出室（１１Ｂ）側との連通状態が調整され、さらに、連通溝（１４Ｂ）のうち収装部（１２Ａ）から突出して流入室（１１Ａ）に向けて開口状態となった部分の面積を開口面積（Ｓ）とし、連通溝（１４Ｂ）のうち収装部（１２Ａ）内に位置している部分を流体通路（Ｌａ）としたとき、開口面積（Ｓ）が予め設定された所定面積（Ｓｏ）以下の状態においては、開口面積（Ｓ）は、流体通路（Ｌａ）の最小通路断面積（Ｓ１）より小さい。

これにより、本願では、開口面積（Ｓ）が予め設定された所定面積（Ｓｏ）以下の状態、つまり弁開度が小さいときには、連通溝（１４Ｂ）のうち収装部（１２Ａ）から突出して流入室（１１Ａ）に向けて開口状態となった部分（以下、絞り部という。）で絞り抵抗（圧力損失）が発生するとともに、当該絞り部にて圧力が低下した流体が流体通路（Ｌａ）に流れ込む。

このため、調圧弁による減圧作用の殆どは絞り部で発生し、当該絞り部より下流側では殆ど減圧作用は発生しない。つまり、絞り部より下流側の圧力は、流出室（１１Ｂ）内の圧力と略同一となる。

ところで、仮に、開口面積（Ｓ）が所定面積（Ｓｏ）以下の状態において、開口面積（Ｓ）が流体通路（Ｌａ）の最小通路断面積（Ｓ１）より大きい場合には、調圧弁による減圧作用の殆どは絞り部より下流側、つまり、流体通路（Ｌａ）のうち通路断面積が最小となる部位（以下、最小部という。）で発生し、絞り部で減圧作用は調圧弁の減圧作用に大きく貢献しない。

そして、最小部で大きな減圧作用が発生すると、最小部より上流側の圧力は流入室（１１Ａ）内の圧力と略同一となる。このため、連通溝（１４Ｂ）のうち収装部（１２Ａ）から突出して流入室（１１Ａ）と直接的に連通した部分に作用する圧力は、バネ（１５）が発揮する力、つまり流入室（１１Ａ）側から流出室（１１Ｂ）側に向けて弁体（１４）を押圧する力と逆向きの力を弁体（１４）に作用させる。

したがって、仮に、開口面積（Ｓ）が所定面積（Ｓｏ）以下の状態において、開口面積（Ｓ）が流体通路（Ｌａ）の最小通路断面積（Ｓ１）より大きい場合には、開口面積（Ｓ）を増大させる向きの力が弁体（１４）に作用するので、弁開度が大きくなってしまう。

つまり、開口面積（Ｓ）が所定面積（Ｓｏ）以下の状態において、開口面積（Ｓ）が流体通路（Ｌａ）の最小通路断面積（Ｓ１）より大きい場合には、弁開度が小さいときに、十分な絞り抵抗を発生させることができない。

これに対して、本願では、調圧弁による減圧作用の殆どは絞り部で発生し、当該絞り部より下流側では殆ど減圧作用は発生しないので、弁開度が小さいときに、十分な絞り抵抗を発生させることができる。

因みに、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的構成等との対応関係を示す一例であり、本発明は上記括弧内の符号に示された具体的構成等に限定されるもではない。

本発明の第１実施形態に係る調圧弁１０の断面図である。 Ａはスリーブ１２の断面図である。Ｂは蓋部１３の断面図である。Ｃはハウジング１０Ａの挿入穴１０Ｂを示す図である。 Ａは弁体１４の正面図である。Ｂは図３Ａの左側面図である。 本発明の第１実施形態に係る調圧弁１０が閉じた状態を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係る調圧弁１０が開いた状態を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係る調圧弁１０が開いた状態を示す説明図である。 弁体１４のストロークと開口面積Ｓ及び最小通路断面積Ｓ１との関係を示すグラフである。

以下に説明する「発明の実施形態」は実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的構成や構造等に限定されるものではない。

少なくとも符号を付して説明した部材又は部位は、「複数」や「２つ以上」等の断りをした場合を除き、少なくとも１つ設けられている。以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。

（第１実施形態）
１．調圧弁の構成
調圧弁１０は、図１に示すように、少なくとも本体部１１、弁体１４及びバネ１５等を有して構成される。本実施形態に係る本体部１１は、スリーブ１やハウジング１０Ａ等を有して構成される。スリーブ１２は、ハウジング１０Ａに設けられた挿入穴１０Ｂ（図２Ｃ参照）に嵌め込まれている。

スリーブ１２は、略円筒状の部材であって、弁体１４と滑り接触（以下、摺接ともいう。）する摺動面を構成する。なお、本実施形態に係るスリーブ１２は、構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ等）や熱間圧延鋼材（ＳＳ４００等）の鉄系金属に切削加工を施すことにより製造されたものである。

本体部１１は、図１に示すように、流入室１１Ａ、流出室１１Ｂ及び収装部１２Ａ等の空間を構成する。流入室１１Ａは流入口（図示せず。）に連通する空間である。流出室１１Ｂは流出口（図示せず。）に連通する。

収装部１２Ａは、流入室１１Ａから流出室１１Ｂに連通する円柱状の空間である。本実施形に係る収装部１２Ａは、図２Ａに示すように、スリーブ１２に形成された円柱状の貫通穴により構成されている。

弁体１４は、流入室１１Ａと流出室１１Ｂとの連通状態を調節するための可動部材である。弁体１４の先端側には、図３Ａに示すように、挿入部１４Ａが設けられている。挿入部１４Ａは、その一部が収装部１２Ａに変位可能に挿入された部位である（図１参照）。

具体的には、挿入部１４Ａは、収装部１２Ａの内径と略同一の外径寸法を有する円柱状又は円筒状の部位であって、その外周面が収装部１２Ａの内周面と滑り接触しながら中心軸線Ｌ１（図２Ａ参照）と平行な方向（以下、変位方向という。）に変位可能である。

挿入部１４Ａの外周面には、図３Ｂに示すように、変位方向に沿って延びる連通溝１４Ｂが少なくとも１つ設けられている。本実施形態では、２つの連通溝１４Ｂが設けられている。それら一対の連通溝１４Ｂは、挿入部１４Ａの中心軸線Ｌ２（図３Ｂ参照）に対して対称の位置に設けられている。

各連通溝１４Ｂは流出側端面１４Ｃまで延びている。流出側端面１４Ｃとは、挿入部１４Ａのうち流出室１１Ｂに面する端面（図３Ａでは、挿入部１４Ａの下端面）をいう。そして、一対の連通溝１４Ｂが収装部１２Ａに対して出没変位することにより、流入室１１Ａ側と流出室１１Ｂ側との連通状態が調整される。

すなわち、一対の連通溝１４Ｂが収装部１２Ａに没した状態（図４参照）では、流入室１１Ａ側と流出室１１Ｂ側との連通が遮断された状態となる。一対の連通溝１４Ｂの少なくとも一部が収装部１２Ａから突出して流入室１１Ａに向けて開口状態となると（図５参照）、流入室１１Ａ側と流出室１１Ｂ側とが連通した状態となる。

以下、各連通溝１４Ｂのうち収装部１２Ａから突出して流入室１１Ａに向けて開口状態となった部分の面積を開口面積Ｓ（図６参照）という。各連通溝１４Ｂのうち収装部１２Ａ内に位置している部分を流体通路Ｌａ（図６参照）という。

そして、各開口面積Ｓが予め設定された所定面積Ｓｏ以下の状態においては、各開口面積Ｓが当該開口面積Ｓに対応する流体通路Ｌａの最小通路断面積Ｓ１より小さくなるように、各連通溝１４Ｂ等が構成されている。

「開口面積Ｓに対応する流体通路Ｌａ」とは、同一の連通溝１４Ｂにおいて開口面積Ｓとして定義される部分と直接的に連通する流体通路Ｌａをいう。つまり、所定面積Ｓｏとは、各連通溝１４Ｂにより構成された一対の開口面積Ｓの和ではなく、連通溝１４Ｂ毎に設定される値である。

本実施形態に係る連通溝１４Ｂは、図６に示すように、流出側端面１４Ｃから離間するほど、溝深さＤが小さくなる溝形状である。このため、流体通路Ｌａのうち最小通路断面積Ｓ１となる部位は、流体通路Ｌａのうち流入室１１Ａ側での通路断面となる。つまり、最小通路断面積Ｓ１となる部位は、連通溝１４Ｂのうち流体通路Ｌａと開口面積Ｓとの境界部である。

本実施形態に係る連通溝１４Ｂは、流出側端面１４Ｃからフライス加工等の切削加工により形成されている。各連通溝１４Ｂの溝幅Ｗ（図３Ａ参照）は、連通溝１４Ｂの延び方向略全域に亘って一定である。

このため、本実施形態に係る開口面積Ｓの変化量は、弁体１４（挿入部１４Ａ）の変位量（以下、ストロークともいう。）に比例して変化する。なお、ストロークとは、開口面積Ｓが０の状態を越える時を基準とした弁体１４（挿入部１４Ａ）の変位量をいう。

各連通溝１４Ｂの溝断面は、開口面積Ｓが所定面積Ｓｏより大きい状態においては、開口面積Ｓが流体通路Ｌａの最小通路断面積Ｓ１以上となるように構成されている。つまり本実施形態では、開口面積Ｓの大きさと最小通路断面積Ｓ１の大きさとが逆転する開口面積Ｓが所定面積Ｓｏとなる（図７参照）。

バネ１５は、図１に示すように、流入室１１Ａ側から流出室１１Ｂ側に向けて弁体１４（挿入部１４Ａ）を押圧する力（以下、閉力という。）の一部を発揮する。弁体１４には、挿入穴１０Ｂを流入室１１Ａと背圧室１１Ｃとに区画するピストン部１４Ｄが設けられている。

本実施形態に係る調圧弁１０では、挿入穴１０Ｂにスリーブ１２が挿入されている。このため、ピストン部１４Ｄの外周面は挿入穴１０Ｂの内周面に直接的に摺接せず、当該外周面はスリーブ１２の内周面に摺接する。

弁体１４には、流出室１１Ｂ内の圧力を背圧室１１Ｃに導く導入口１４Ｅが設けられている。このため、本実施形態に係る閉力は、流入室１１Ａと背圧室１１Ｃ（流出室１１Ｂ）との差圧による力にバネ１５の弾性力が加算された大きさである。

そして、流入室１１Ａの圧力が上昇し、当該圧力による力（以下、開力という。）が閉力を越えたときに、弁体１４が開力の向きに変位して調圧弁１０が開く。したがって、バネ１５の弾性力（以下、初期荷重という。）を調節することにより、弁体１４が変位し始める圧力を調整できる。

調整部１５Ａは初期荷重（プリロード）を調節する部材である。調整部１５Ａは、蓋部１３に設けられた雌ネジにねじ結合されている。蓋部１３は挿入穴１０Ｂを閉塞するとともに、スリーブ１２にねじ結合されている。

ロックナット１５Ｂは調整部１５Ａが回転変位することを規制する。なお、調整部１５Ａの先端には、六角穴又は二面幅が設けられている。作業者は、六角穴又は二面幅を利用して初期荷重を調整した後、ロックナット１５Ｂを締め込むことにより調整した状態を保持する。

３．本実施形態に係る調圧弁の特徴
本実施形態に係る調圧弁１０は、開口面積Ｓが所定面積Ｓｏ以下の状態においては、開口面積Ｓは、流体通路Ｌａの最小通路断面積Ｓ１より小さい。

これにより、本実施形態では、開口面積Ｓが予め設定された所定面積Ｓｏ以下の状態、つまり弁開度が小さいときには、連通溝１４Ｂのうち収装部１２Ａから突出して流入室１１Ａに向けて開口状態となった部分（以下、絞り部という。）で絞り抵抗（圧力損失）が発生するとともに、当該絞り部にて圧力が低下した流体が流体通路Ｌａに流れ込む。

このため、調圧弁による減圧作用の殆どは絞り部で発生し、当該絞り部より下流側では殆ど減圧作用は発生しない。つまり、絞り部より下流側の圧力は、流出室１１Ｂ内の圧力と略同一となる。

ところで、仮に、開口面積Ｓが所定面積Ｓｏ以下の状態において、開口面積Ｓが流体通路Ｌａの最小通路断面積Ｓ１より大きい場合には、調圧弁による減圧作用の殆どは絞り部より下流側、つまり、流体通路Ｌａのうち通路断面積が最小となる部位（以下、最小部という。）で発生し、絞り部で減圧作用は調圧弁の減圧作用に大きく貢献しない。

そして、最小部で大きな減圧作用が発生すると、最小部より上流側の圧力は流入室１１Ａ内の圧力と略同一となる。このため、連通溝１４Ｂのうち収装部１２Ａから突出して流入室１１Ａと直接的に連通した部分に作用する圧力は、開力を弁体１４に作用させる。

したがって、仮に、開口面積Ｓが所定面積Ｓｏ以下の状態において、開口面積Ｓが流体通路Ｌａの最小通路断面積Ｓ１より大きい場合には、開口面積Ｓを増大させる向きの力が弁体１４に作用するので、弁開度が大きくなってしまう。

つまり、開口面積Ｓが所定面積Ｓｏ以下の状態において、開口面積Ｓが流体通路Ｌａの最小通路断面積Ｓ１より大きい場合には、弁開度が小さいときに、十分な絞り抵抗を発生させることができない。

これに対して、本実施形態では、調圧弁１０による減圧作用の殆どは絞り部で発生し、当該絞り部より下流側では殆ど減圧作用は発生しないので、弁開度が小さいときに、十分な絞り抵抗を発生させることができる。

なお、所定面積Ｓｏは調圧弁１０に求められる仕様毎に異なる値である。このため、本実施形態では、初期荷重を調整することにより、上記仕様を満たす「所定面積Ｓｏ」を実験的に決定している。

本実施形態では、連通溝１４Ｂは、流出側端面１４Ｃまで延びている。これにより、連通溝１４Ｂ、つまり流体通路Ｌａで大きな圧力損失（減圧作用）が発生することを抑制できる。したがって、流体通路Ｌａで発生する減圧作用を小さくできるので、弁開度が小さいときに、確実に十分な絞り抵抗を発生させることができる。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、連通溝１４Ｂが２つ設けられていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、１つ又は３つ以上の連通溝１４Ｂが設けられていてもよい。

上述の実施形態では、開口面積Ｓが所定面積Ｓｏより大きい状態においては、開口面積Ｓが流体通路Ｌａの最小通路断面積Ｓ１以上となったが、本発明はこれに限定されるものではない。

すなわち、例えば、（１）開口面積Ｓの大きさと最小通路断面積Ｓ１の大きさとが逆転することなく同一の大小関係を維持する構造、又は（２）開口面積Ｓが所定面積Ｓｏより大きい状態においては、開口面積Ｓの大きさと最小通路断面積Ｓ１の大きさとが同一となる構造等であってもよい。

上述の実施形態では、本体部１１がスリーブ１２及びスリーブ１２が挿入された挿入穴１０Ｂが設けられた部材（ハウジング１０Ａ）等を有して構成されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばスリーブ１２を廃止して挿入穴１０Ｂに収装部１２Ａ等を形成してもよい。

上述の実施形態に係るバネ１５は、弁体１４に直接的に弾性力を作用させていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、間接的に弁体１４に弾性力を作用させる構成であってもよい。

上述の実施形態に係る調圧弁１０は直動方式であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、パイロット方式の調圧弁にも適用可能である。
上述の実施形態では、各連通溝１４Ｂの溝幅Ｗは連通溝１４Ｂの延び方向略全域に亘って一定であったが、本発明はこれに限定されるものではない。

すなわち、例えば、（１）ストロークの増加に応じて「開口面積Ｓを構成する部分の溝幅Ｗ（以下、溝幅Ｗと略す。）が大きくなる構成、又は（２）所定のストロークに到達するまで溝幅Ｗを一定とし、その後、所定のストロークに到達する以前の溝幅Ｗに比べて溝幅Ｗが大きくなる構成等であってもよい。

１０… 調圧弁 １１… 本体部 １１Ａ… 流入室 １１Ｂ… 流出室
１１Ｃ… 背圧室 １２… スリーブ １２Ａ… 収装部 １２Ｂ… 溝部
１３… 蓋部 １４… 弁体 １４Ａ… 挿入部 １４Ｂ… 連通溝
１４Ｃ… 流出側端面 １４Ｄ… ピストン部 １４Ｅ… 導入口
１５… バネ １５Ａ… 調整部 １５Ｂ… ロックナット

Claims (2)

1. 流体圧を調整するための調圧弁において、
   流入口に連通する流入室、流出口に連通する流出室、及び前記流入室から前記流出室に連通する円柱状の空間（以下、収装部という。）を有する本体部と、
   少なくとも一部が前記収装部に挿入された弁体であって、当該挿入された部位（以下、挿入部という。）が前記収装部の内周面と滑り接触しながら当該収装部の中心軸線と平行な方向（以下、変位方向という。）に変位する弁体と、
   前記流入室側から前記流出室側に向けて前記弁体を押圧する力を発揮するバネとを備え、
   前記挿入部の外周面には、前記変位方向に沿って延びる連通溝が設けられ、
   前記連通溝が前記収装部に対して出没変位することにより、前記流入室側と前記流出室側との連通状態が調整され、
   さらに、前記連通溝のうち前記収装部から突出して前記流入室に向けて開口状態となった部分の面積を開口面積とし、前記連通溝のうち前記収装部内に位置している部分を流体通路としたとき、
   前記開口面積が予め設定された所定面積以下の状態においては、前記開口面積は、前記流体通路の最小通路断面積より小さく、
   前記挿入部のうち前記流出室に面する端面を流出側端面としたとき、前記連通溝は、前記流出側端面まで延びていることを特徴とする調圧弁。
2. 前記開口面積が前記所定面積より大きい状態においては、前記開口面積は、前記流体通路の最小通路断面積以上となることを特徴とする請求項１に記載の調圧弁。

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