JP7128849B2 - 可変流量ポペット弁 - Google Patents

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本出願は、２０１７年６月２３日に出願された「可変流量ポペット弁」という名称の米国仮特許出願第６２／５２３，８４５号の優先権を主張し、その開示は、その全体が本明細書に組み込まれる。

本開示は、概して弁に関する。より具体的には、本開示は、流体分配システムのための可変流量ポペット弁に関する。

自動車工場で油及び他の潤滑剤を分配するために使用されるような流体分配システムは、分配ノズルを利用して加圧流体の分配を制御する。分配ノズルは、流れを制御するために使用者によって作動される内側弁を含む。使用者は、トリガーを押し下げることによって、閉鎖位置と開放位置との間で内側弁を機械的に作動させる。弁の上流側の流体は加圧されており、弁が開放位置にあるとき、当該流体圧力は、弁を越えて下流側に流体を駆動する。上流側の流体圧力は、閉鎖位置から開放位置への弁の移動に対抗するものであって、その結果、使用者は、上流側の流体圧力を克服して弁を開放位置に作動させるために大きな力を及ぼす必要がある。さらに、弁は、典型的には、弁が開いているときに流体が流れているか、または弁が開いていないときに流体が流れていないかのいずれかであるバイナリ流量（binary flow rates）を提供する。弁が２段式弁である場合、弁は、２つの別個の流量、すなわち、第１段部が開いている場合の低流量と、第２段部が開いている場合の高流量とを提供する。

本開示の一態様によれば、可変流量弁は、外側弁プラグと、ブッシングと、内側弁プラグと、キャップとを含んでいる。外側弁プラグは、弁プラグ本体とプラグ通路とを含んでおり、弁プラグ本体は、上流部分と当該上流部分から延びる外側プラグテーパ部分とを有しており、プラグ通路は、弁プラグ本体を通って延びている。プラグ通路は、第１セグメントと第２セグメントとを含んでおり、第１セグメントは、弁プラグ本体の上流部分内に延在し且つ第１段座を含んでおり、第２セグメントは、第１セグメントから延在している。ブッシングは、第２セグメント内に配置され、シャフト開口部を有する上流端と、下流端と、半径方向内側に延在する肩部であって上流端と下流端との間に配置された肩部とを含んでいる。内側弁プラグは、プラグ通路内に配置され、シャフト開口部を通ってブッシング内に延びている。内側弁プラグは、第１段座と接合するように構成された内側プラグテーパ部分を有する頭部と、頭部からシャフト開口部を通って延びる軸部とを含んでいる。キャップは、軸部に取り付けられ、ブッシング内に配置されている。キャップは、第１段閉鎖位置と第１段開放位置との間で内側弁プラグを作動させるように構成されており、ブッシングの肩部に係合して第２段閉鎖位置と第２段開放位置との間で外側弁プラグを作動させるように構成されている。

本開示の別の態様によれば、流体を分配するためのノズルは、上流側流体チャンバ及び下流側流体チャンバを画定するノズル本体と、上流側流体チャンバと下流側流体チャンバとの間でノズル本体から半径方向内向きに延在する外側弁座と、ノズル本体内に配置された可変流量弁とを含んでいる。可変流量弁は、全閉鎖位置と、部分開放位置と、全開放位置との間で移動可能である。可変流量弁は、外側弁プラグと、上流側流体チャンバ内に配置された第２段ばねであって外側弁プラグを外側弁座に向かって付勢するように構成された第２段ばねと、ブッシングと、内側弁プラグと、キャップと、第１段ばねとを含んでいる。外側弁プラグは、弁プラグ本体とプラグ通路とを含んでおり、弁プラグ本体は、上流部分と、上流部分から延在し且つ外側弁座と接合するように構成された外側プラグテーパ部分とを有しており、プラグ通路は、弁プラグ本体を通って延在し、第１段座を含んでいる。ブッシングは、プラグ通路内に配置されている。内側弁プラグは、プラグ通路内に配置され、ブッシング内に延びている。内側弁プラグは、第１段座と接合するように構成された内側プラグテーパ部分を有する頭部と、当該頭部からブッシング内に延びる軸部とを含んでいる。キャップは、軸部に取り付けられ、ブッシング内に配置されている。第１段ばねは、ブッシング内で軸部の周りに配置され、ブッシングの上流端とキャップとの間を延在している。キャップは、可変流量弁を全閉鎖位置から、内側弁プラグが第１段座から変位される部分開放位置に作動させるように構成されており、且つ、可変流量弁を部分開放位置から、外側弁プラグが外側弁座から変位される完全開放位置に作動させるように構成されている。

ノズルアセンブリの断面図である。 閉鎖位置にある可変流量ポペット弁を示す、図１Ａの詳細部Ｚの拡大断面図である。 部分開放位置にある図１Ｂの可変流量ポペット弁の断面図である。 全開放位置にある図１Ｂの可変流量ポペット弁の断面図である。 可変流量ポペット弁の分解図である。 図２Ａの可変流量ポペット弁の下流端の立面図である。 図２Ａの可変流量ポペット弁の断面図である。 別の可変流量ポペット弁の断面図である。

図１Ａは、ノズル１０の断面図であり、ノズル１０は、オイル、不凍液、トランスミッション液、及び／又は潤滑剤などの加圧流体を、他の部品の間で分配するように構成されている。図１Ｂは、閉鎖位置にある可変流量ポペット弁（ＶＦＰＶ）１２を示す、図１Ａの詳細部Ｚの拡大断面図である。図１Ｃは、部分開放位置にあるＶＦＰＶ１２を示す断面図である。図１Ｄは、完全開放位置にあるＶＦＰＶ１２の断面図である。図１Ａ－１Ｄは、まとめて説明される。

ノズル１０は、ＶＦＰＶ１２と、ノズル本体１４と、流入側取り付け部１６（図１Ａ）と、排出側取り付け部１８（図１Ａ）と、トリガー２０（図１Ａ）と、カム２２（図１Ａ）と、プッシュロッド２４とを含んでいる。ＶＦＰＶ１２は、第１段部２６、第２段部２８、ブッシング３０、及びキャップ３２を含んでいる。第１段部２６は、内側弁プラグ３４と第１段ばね３６とを含んでいる。内側弁プラグ３４は軸部３８と頭部４０を含んでおり、頭部４０は、円錐台状であり、第１テーパ面４２を含んでいる。第２段部２８は、外側弁プラグ４４と第２段ばね４６とを含んでいる。外側弁プラグ４４は、外側プラグ本体４８及びプラグ通路５０を含んでいる。外側プラグ本体４８は、第２テーパ面５２と上流部分５４とを含んでいる。プラグ通路５０は、第１セグメント５６と第２セグメント５８とを含んでいる。第１セグメント５６は、第１段座６０と中間部分６２とを含んでいる。ブッシング３０は、上流端６４と、下流端６６と、軸部開口６８と、肩部７０とを含んでいる。ノズル本体１４は、上流側流体チャンバ７２と、下流側流体チャンバ７４と、第２段座７６とを含んでいる。上流側矢印及び下流側矢印は、それぞれ上流方向及び下流方向を示している。

流入側取り付け部１６はノズル本体１４に取り付けられ、上流側流体チャンバ７２に流体を供給する。排出側取り付け部１８はノズル本体１４に取り付けられ、下流側流体チャンバ７４から流体を受け取る。ＶＦＰＶ１２は、ノズル本体１４内で上流側流体チャンバ７２と下流側流体チャンバ７４との間に配置され、上流側流体チャンバ７２と下流側流体チャンバ７４との間の流体の流れを制御するように構成されている。プッシュロッド２４は、下流側流体チャンバ７４内に配置され、閉鎖位置（図１Ｂに示す）、部分開放位置（図１Ｃに示す）、及び完全開放位置（図１Ｄに示す）の間でＶＦＰＶ１２を作動させる。キャップ３２は、内側弁プラグ３４に取り付けられ、ブッシング３０の下流端６６内に延びている。プッシュロッド２４は、キャップ３２と相互作用し、キャップ３２を上流方向に駆動するように構成されている。プッシュロッド２４はキャップ３２と相互作用するように記載されているが、一例では、キャップ３２の下流端がプッシュロッド２４に取り付けられていることが理解される。キャップ３２は、任意の所望の方法でプッシュロッド２４に固定することができる。例えば、キャップ３２は、プッシュロッド２４のねじ山と螺合するように構成されたねじ山を含むことができる。しかし、キャップ３２は、プレス嵌め接続、接着剤、または溶接などの任意の所望の方法で、プッシュロッド２４に永久的に、または取り外し可能に取り付けることができることを理解されたい。一例では、キャップ３２はプッシュロッド２４と一体であってもよい。トリガー２０は、ノズル本体１４に旋回可能に取り付けられ、カム２２に連結されている。カム２２は、ノズル本体１４内に配置されて回転するように構成されており、これにより、プッシュロッド２４を上流方向に駆動してＶＦＰＶ１２を作動させる。

第２段座７６は、ノズル本体１４から延在し、ノズル本体１４と一体である。第２段座７６は、ノズル本体１４において面取りされたボアである。第２段座７６は、ノズル本体１４と一体として記載されているが、第２段座７６は、ノズル本体１４とは別個に形成され、ノズル本体１４内に設置されてもよいことが理解される。外側弁プラグ４４は、ノズル本体１４内に配置され、閉鎖位置にあるときに第２段座７６に当接するように構成されている。外側プラグ本体４８の上流部分５４は、外側弁プラグ４４をノズル本体１４内に整列させる。第２テーパ面５２は、上流部分５４から下流に延び、第２段座７６と接合するように構成されている。第２段ばね４６は、上流側流体チャンバ７２内に配置され、流入側取り付け部１６と外側弁プラグ４４の上流部分５４との間に延びている。

プラグ通路５０は、外側プラグ本体４８を通って延び、第１段部２６を通って流れる流体のための流路を画定している。プラグ通路５０の第１セグメント５６は、プラグ通路５０の第２セグメント５８の上流側に配置されている。第１段座６０は、第１セグメント５６の面取りされた部分であり、第１セグメント５６の上流端に配置されている。中間部分６２は、第１段座６０からプラグ通路５０の第２セグメント５８まで下流方向に延びている。第２セグメント５８は、中間部分６２よりも大きな直径を有している。ブッシング３０は、プラグ通路５０の第２セグメント５８内に配置されている。軸部開口６８は、ブッシング３０の上流端６４を貫通して延び、一例では、軸部開口６８は、中間部分６２と実質的に同じ直径を有する。肩部７０は、上流端６４と下流端６６との間でブッシング３０から半径方向内方に延びている。

内側弁プラグ３４は、プラグ通路５０を通って延び、軸部開口６８を通ってブッシング３０内に入る。頭部４０は、第１テーパ面４２を含んでおり、第１テーパ面４２は、第１段座６０と接触するように構成されている。軸部３８は、頭部４０から下流方向に延びている。軸部３８は、中間部分６２を通って延び、軸部開口６８を通ってブッシング３０内に入る。軸部３８の下流端はキャップ３２に接続されている。軸部３８は、ねじ接続または圧入接続などの任意の所望の方法でキャップ３２に接続することができる。第１段ばね３６は、ブッシング３０内において軸部３８の周囲に配置されている。第１段ばね３６は、ブッシング３０の上流端６４とキャップ３２との間に延びている。

ノズル本体１４は、他の選択肢の中でもアルミニウムまたはステンレス鋼などの金属から鋳造されている。外側弁プラグ４４はエラストマー材料から形成されており、これにより、外側弁プラグ４４が第２段座７６に係合したときに、外側弁プラグ４４はノズル本体１４と流体密なシールを形成する。外側弁プラグ４４は、分配される流体に適合し且つ熱可塑性エラストマーのような第２段座７６とのシールを形成し得る任意の所望のエラストマーから形成することができる。例えば、外側弁プラグ４４は、Santoprene（登録商標）などのエチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）ゴムから形成することができる。内側弁プラグ３４は、アルミニウム又はステンレス鋼のような、外側弁プラグ４４と流体密なシールを形成するように構成された金属材料から形成される。

ＶＦＰＶ１２の第１段部２６は、第２段部２８が開放位置に作動する前に開放位置に作動するように構成されている。第１段ばね３６は、第２段ばね４６よりも低いばね定数を有しており、これにより、外側弁プラグ４４が開放位置に移動する前に内側弁プラグ３４が開放位置に移動することを保証する。作動中、ＶＦＰＶ１２は、最初は図１Ｂに示す完全閉鎖位置にある。使用者は、トリガー２０を用いてノズル１０を通る流体の流れを制御する。ノズル１０を通る流体の流れを開始するために、使用者はトリガー２０を押し下げ、これにより、カム２２が回転し、プッシュロッド２４を上流方向に駆動する。キャップ３２とプッシュロッド２４との接続により、プッシュロッド２４はキャップ３２を上流方向に駆動する。キャップ３２は、内側弁プラグ３４を上流方向に駆動し、これにより、頭部４０は第１段座６０から係合解除し、第１段ばね３６がキャップ３２とブッシング３０の上流端との間で圧縮される。第１段座６０から離脱する頭部４０は、第１テーパ面４２と第１段座６０との間の流路を開放し、流体はプラグ通路５０を通って下流に流れ始める。流体は、第１テーパ面４２と第１段座６０との間の流路を通って流れ、中間部分６２を通って流れ、軸部開口６８を通ってブッシング３０に入る。図２Ａ～２Ｃに関して以下でより詳細に説明するように、流体は、ブッシング３０を通って流れ、キャップ３２を通ってＶＦＰＶ１２を出る。

頭部４０が第１段座６０から変位すると、第１テーパ面４２と第１段座６０との間の流路の容積が増大する。流路の容積が増加するにつれて、第１段部２６を通る流量も同様に増加する。第１テーパ面４２及び第１段座６０の輪郭は可変流量を提供し、これにより、第１段部を通る流れは、バイナリ（binary）ではなく、その代わりに使用者によって制御され得る。トリガー２０を押し下げて頭部４０が第１段座６０から変位される距離を制御することによって、使用者は下流側流体チャンバ７４への流体の流量を制御する。第１段部２６を開くと、上流側流体チャンバ７２内の圧力降下も生じる。上流側流体チャンバ７２内の流体圧力は、第１段部２６を通る流量が増加するにつれて低下し続ける。上流側流体チャンバ７２内の流体圧力が減少することにより、図１Ｄに示す完全開放位置にＶＦＰＶ１２を作動させるのに必要な力がかなり小さくなる。

キャップ３２がブッシング３０の肩部７０に係合するまで、プッシュロッド２４はキャップ３２を上流方向に駆動し続ける。キャップ３２が肩部７０に係合すると、第１段部２６は完全に開放する。第１段部２６の作動中、第２テーパ面５２は第２段座７６と係合したままであり、これにより、第２段部２８は閉じられている。従って、図１Ｃに示す部分開放位置におけるＶＦＰＶ１２により、流体は第１段部２６を通って流れるが、第２段部２８を通って流れることは防止される。

図１Ｃに示す部分開放位置から図１Ｄに示す完全開放位置にＶＦＰＶ１２を作動させることによって、使用者は、ＶＦＰＶ１２を通る流量をさらに増加させることができる。使用者は、トリガー２０をさらに押し下げることによって、ＶＦＰＶ１２を完全開放位置に作動させる。カム２２は、プッシュロッド２４をさらに上流側に駆動する。キャップ３２は、ブッシング３０の肩部７０に力を及ぼし、それによって外側弁プラグ４４を上流方向に駆動する。第２テーパ面５２が第２段座７６から係合解除されると、第２テーパ面５２と第２段座７６との間の第２段部２８を通る流路が開放される。流体は、第１段部２６及び第２段部２８の両方を通って上流側流体チャンバ７２から下流側流体チャンバ７４へ流れる。第１段部２６を通る流量と同様に、第２段部２８を通る流量は、トリガー２０を押し下げることによって外側弁プラグ４４が第２段座７６から変位する距離を制御することで制御される。上述したように、上流側流体チャンバ７２内の流体圧力は、第１段部２６が開放されたときに減少し、これにより、第２段部２８を開放位置に作動させるのに必要な力が少なくなる。第２段部２８を開放位置に作動させるのに必要な力が少ないので、使用者は第２段部２８の作動に対するより大きな制御性を有する。

流体分配が完了した後、ＶＦＰＶ１２は、図１Ｂに示す完全閉鎖位置に戻る。使用者はトリガー２０を解放し、これにより、カム２２が図１Ａに示す位置に戻る。第２段ばね４６は、外側弁プラグ４４を図１Ｄに示す位置から図１Ｃに示す位置に駆動し、これにより、第２テーパ面５２が第２段座７６と係合して第２段部２８を通る流路を閉鎖する。第１段ばね３６は、キャップ３２従ってプッシュロッド２４を上流方向に駆動し、図１Ｂに示す位置に戻す。軸部３８とキャップ３２との接続により、キャップ３２は内側弁プラグ３４を図１Ｂに示す閉鎖位置に引き戻す。頭部４０は第１段座６０と再係合し、それによって第１段部２６を通る流路を閉鎖する。頭部４０が第１段座６０と係合し且つ第２テーパ面５２が第２段座７６と係合すると、ＶＦＰＶ１２は完全閉鎖位置になり、上流側流体チャンバ７２から下流側流体チャンバ７４への流体の流れが防止される。

ＶＦＰＶ１２は重要な利点を提供する。第１段ばね３６は第２段ばね４６よりも低いばね定数を有し、これにより、第２弁プラグが開放位置に移動する前に内側弁プラグ３４が開放位置に移動することを確実にする。内側弁プラグ３４を開放位置に移動させると、上流側流体チャンバ７２内の圧力降下が生じ、これにより、外側弁プラグ４４を開放位置に移動させるのに必要な力が減少する。したがって、使用者は、第２段部２８を通る流量に対するより大きな制御性を有する。さらに、外側弁プラグ４４はノズル本体１４を直接密封し、内側弁プラグ３４は外側弁プラグ４４を直接密封し、それによって部品の数を減らし、製造及び組立を単純化する。内側弁プラグ３４は第１テーパ面４２を含んでおり、当該第１テーパ面４２は、頭部４０と第１段座６０との間の距離を制御することによって使用者が第１段部２６を通る流量を可変的に制御することを可能にする。外側弁プラグ４４は第２テーパ面５２を含んでおり、当該第２テーパ面５２は、第２テーパ面５２と第２段座７６との間の距離を制御することによって使用者が流量を可変に制御することを、可能にする。したがって、ＶＦＰＶ１２は、使用者がノズル１０を通る流量を正確に制御することを可能にし、当該ノズル１０は、より良好な制御を提供し、使用者の信頼性を高め、材料の浪費を低減する。

図２Ａは、ＶＦＰＶ１２の分解図である。図２Ｂは、ＶＦＰＶ１２の端面図である。図２Ｃは、ＶＦＰＶ１２の断面図である。図２Ａ～図２Ｃは、一緒に説明される。ＶＦＰＶ１２は、第１段部２６（図２Ａ及び図２Ｃ）、第２段部２８（図２Ａ及び図２Ｃ）、ブッシング３０、及びキャップ３２を含んでいる。第１段部２６は、内側弁プラグ３４′、第１段ばね３６（図２Ａ及び図２Ｃ）、環状流路７８ａ（図２Ｃ）、及び環状流路７８ｂ（図２Ｃ）を含む。内側弁プラグ３４′は、軸部３８′（図２Ａ及び図２Ｃ）及び頭部４０（図２Ａ及び図２Ｃ）を含んでおり、頭部４０は、第１テーパ面４２（図２Ａ及び図２Ｃ）及びスロット８０（図２Ａ及び図２Ｃ）を含んでいる。軸部３８′は、段部８２（図２Ａ及び図２Ｃ）、取付部８４、及びフランジ部８６（図２Ａ及び図２Ｃ）を含んでいる。第２段部２８の外側弁プラグ４４が示されている。外側弁プラグ４４は、外側プラグ本体４８及びプラグ通路５０を含んでいる。外側プラグ本体４８は、第２テーパ面５２、上流部分５４（図２Ａ及び図２Ｃ）、及びベーン８８を含んでいる。プラグ通路５０は、第１セグメント５６（図２Ｃ）及び第２セグメント５８（図２Ｃ）を含んでいる。第１セグメント５６は、第１段座６０（図２Ｃ）及び中間部分６２（図２Ｃ）を含んでいる。ブッシング３０は、上流端６４（図２Ａ及び図２Ｃ）、下流端６６（図２Ａ及び図２Ｃ）、軸部開口６８（図２Ｃ）、及び肩部７０（図２Ｂ及び図２Ｃ）を含む。キャップ３２は、キャップ本体９０と、中央ボア９２と、複数のリブ９４とを含む。複数のリブ９４及びブッシング３０は、ギャップ９６（図２Ｂ）を規定する。図２Ｃに示す上流矢印及び下流矢印は、それぞれ上流方向及び下流方向を表す。

プラグ通路５０は、外側プラグ本体４８を通って延びている。第１セグメント５６はプラグ通路５０の上流端に配置され、第２セグメント５８はプラグ通路５０の下流端に配置されている。第１段座６０は、第１セグメント５６の面取りされた部分であり、第１セグメント５６の上流端に配置されている。中間部分６２は、第１段座６０と第２セグメント５８との間に延び、これらの間に流路を提供する。第２セグメント５８は、第１セグメント５６よりも大きな直径を有する。ブッシング３０は、第２セグメント５８の下流端を通って第２セグメント５８内に延びている。肩部７０は、ブッシング３０から半径方向内方に延びている。軸部開口６８は、ブッシング３０の上流端６４を通って延びている。

外側弁プラグ４４の上流部分５４は、第１段座６０から第２テーパ面５２まで下流方向に半径方向に広がる。第２テーパ面５２は、上流部分５４から外側弁プラグ４４の下流端まで下流方向に収束する。ベーン８８は、上流部分５４から半径方向に延び、ノズル本体１４内で外側弁プラグ４４を案内するように構成される（図１Ａ～図１Ｄ）。

内側弁プラグ３４′は、プラグ通路５０内に配置されている。頭部４０の第１テーパ面４２は、第１段部２６が閉鎖位置にあるときに第１段座６０と接触する（図２Ｃに最も良く示されている）。軸部３８′は、頭部４０から中間部分６２を通って下流に延びており、軸部３８′は、軸部開口６８を通ってブッシング３０内に延びている。フランジ部８６は、軸部３８′から半径方向に延びており、内側弁プラグ３４′がキャップ３２に取り付けられたときにキャップ３２の上流端に当接するように構成されている。段部８２は、頭部４０とフランジ部８６との間の軸部３８′に配置され、軸部３８′の断面積を減少させている。環状流路７８ａは、段部８２の上流の軸部３８′の部分とプラグ通路５０の内壁との間に配置され、環状流路７８ｂは、段部８２の下流の軸部３８′の部分とプラグ通路５０の内壁との間に配置される。内側弁プラグ３４′は単一の段部８２を含むものとして示されているが、内側弁プラグ３４′は所望のより多数または少数の段部を含みこれにより第１段部２６を通るより大きな流量制御性を提供し得ることを理解されたい。

取付部８４は、フランジ部８６から下流に延びる軸部３８′の一部であり、取付部８４は、キャップ３２の中央ボア９２内に延びて、内側弁プラグ３４′とキャップ３２とを接続する。ある例では、取付部８４は雄ねじを含んでおり、中央ボア９２は、取付部８４の雄ねじと螺合するように構成された雌ねじを含む。しかしながら、取付部８４は、圧入接続などの任意の所望の方法で中央ボア９２内に固定され得ることを理解されたい。別の例では、取付部８４は、接着剤などで中央ボア９２内に永久的に固定することができる。スロット８０は、頭部４０内に延在しており、内側弁プラグ３４′とキャップ３２との連結を容易にするように構成されている。例えば、取付部８４とキャップ３２とが互いに噛み合うねじ山を有する場合、スロット８０は、使用者がキャップ３２に対して内側弁プラグ３４′を回転させて、ねじ回しなどでそれらの間の連結を容易にすることを可能にする。スロット８０は、マイナス（slotted）、Phillips（登録商標）、Torx（登録商標）、クラッチ、Pozidriv（登録商標）、正方形、六角形、または任意の他の所望の駆動構成など、取り付けを容易にするための任意の所望の駆動構成として構成することができる。

キャップ３２は、ブッシング３０の下流端６６を通ってブッシング３０内に延びている。複数のリブ９４は、キャップ本体９０から半径方向に延び、キャップ３２をブッシング３０内に整列させるように構成されている。さらに、複数のリブ９４は、それらの間にギャップ９６を画定し、当該ギャップ９６は、流体がＶＦＰＶ１２の第１段部２６から下流に流れるための流路を提供する。リブ９４は、更にブッシング３０の肩部７０に係合するように構成されており、これにより第２段部２８を閉鎖位置（図１Ｂ及び図１Ｃに示す）と開放位置（図１Ｄに示す）との間で作動させる。中央ボア９２の下流端は、プッシュロッド２４（図１Ａ～図１Ｄ）の一部を受け入れてキャップ３２をプッシュロッド２４に固定するように構成されている。例えば、中央ボア９２は、プッシュロッド２４の雄ねじと螺合するように構成された雌ねじを含むことができる。第１段ばね３６は、ブッシング３０内に配置され、内側弁プラグ３４′の軸部３８′を取り囲んでいる。第１段ばね３６は、キャップ３２とブッシング３０の上流端６４との間に延びている。

動作中、第１段部２６は、第２段部２８が開放位置に作動される前に、開放位置に作動される。流体の分配を開始するために、キャップ３２は上流方向に駆動され、キャップ３２は内側弁プラグ３４′を上流方向に押し、頭部４０は第１段座６０から係合解除する。キャップ３２が上流に移動すると、第１段ばね３６は、キャップ３２とブッシング３０の上流端６４との間で圧縮される。頭部４０が第１段座６０から係合解除すると、第１テーパ面４２と第１段座６０との間の流路が開き、流体が第１段部２６を通って下流に流れ始める。流体は、第１テーパ面４２と第１段座６０との間に開放された流路を通り、中間部分６２を通って下流側に流れ、軸部開口６８を通ってブッシング３０に入る。流体は、ブッシング３０を通って下流側に流れ、キャップ３２の複数のリブ９４の間に配置されたギャップ９６を通ってＶＦＰＶ１２を出る。

内側弁プラグ３４′が上流側に移動される距離を制御することによって、使用者は第１段部２６を通る流量を制御する。頭部４０と第１段座６０との間の距離が増加すると、第１段部２６を通る流量は同様に増加する。段部８２は、さらなる流量制御を提供する。軸部３８′は、段部８２の上流においてより大きな断面積を有し、段部８２の下流においてより小さな断面積を有する。内側弁プラグ３４′が上流側に移動するにつれて、環状流路７８ａの長さは減少し、環状流路７８ｂの長さは増加する。環状流路７８ｂが環状流路７８ａよりも大きな断面積を有するので、環状流路７８ａの長さを減少させ、同時に環状流路７８ｂの長さを増加させると、第１段部２６を通る流量が増加する。従って、段部８２は、使用者に対し増加した流量の制御を提供し、内側弁プラグ３４′が上流側に変位される距離を制御することによって、使用者が流量をさらに変化させることを可能にする。使用者は、肩部７０に係合する複数のリブ９４などによってキャップ３２が肩部７０に係合するまで、キャップ３２したがって内側弁プラグ３４′を上流側に変位させ続ける。キャップ３２が肩部７０に係合すると、第１段部２６は完全に開放する。

第２段部２８を開くように作動させることによって、使用者は第１段部２６の容量を超えて流量をさらに増加させることができる。キャップ３２は肩部７０と係合し、ブッシング３０を介して外側弁プラグ４４に駆動力を加える。キャップ３２は、外側弁プラグ４４を上流方向に駆動して、これにより、第２テーパ面５２が第２段座７６から係合解除する（図１Ｂ～図１Ｄに最も良く示されている）。外側弁プラグ４４が第２段座７６から変位される距離を制御することによって、使用者はＶＦＰＶ１２の第２段部２８を通る流量を制御する。第２段部２８が完全閉鎖位置と完全開放位置との間で作動されるとき、第１段部２６は完全開放位置を維持する。

分配が完了した後、ＶＦＰＶ１２は、完全閉鎖位置に戻る。第２段ばね４６（図１Ａ～図１Ｄ）は外側弁プラグ４４を閉鎖位置に戻し、この場合、第２テーパ面５２が第２段座７６と係合する。第１段ばね３６はキャップ３２に作用し、第１テーパ面４２が第１段座６０に係合するまでキャップ３２、従って内側弁プラグ３４′を下流側に駆動する。

ＶＦＰＶ１２は重要な利点を提供する。第２段部２８が開放する前に第１段部２６を開放することにより、ＶＦＰＶ１２の上流側における圧力降下が生じる。ＶＦＰＶ１２の上流側において減少した圧力は、ＶＦＰＶ１２を完全開放位置に移動するのに必要な力の量を減少させ、この場合、第１段部２６及び第２段部２８の両方が完全に開放している。第１段部２６を通る流量が増加するにつれて、ＶＦＰＶ１２の上流側の圧力は減少する。圧力の減少、及び第２段部２８の作動に必要な力の減少は、ＶＦＰＶ１２を通る流量に関して使用者に向上した制御性を提供する。段部８２は、第１段部２６を通る、向上した流量制御性及び流量可変性を提供する。環状流路７８ｂの長さを増加させる一方で環状流路７８ａの長さを減少させることにより、中間部分６２を通る流路の容積が増加する。流路の容積を増加させると、第１段部２６を通る流量が増加する。

図３は、第１段部２６、第２段部２８、ブッシング３０、及びキャップ３２を含むＶＦＰＶ１２の断面図である。第１段部２６は、内側弁プラグ３４′′及び第１段ばね３６を含む。内側弁プラグ３４′′は、軸部３８及び頭部４０′を含む。頭部４０′は、第１テーパ面４２′及びスロット８０を含む。軸部３８は、取付部８４及びフランジ部８６を含む。第２段部２８の外側弁プラグ４４が示されている。外側弁プラグ４４は、外側プラグ本体４８及びプラグ通路５０′を含む。外側プラグ本体４８は、第２テーパ面５２、上流部分５４、及びベーン８８を含む。プラグ通路５０′は、第１セグメント５６′及び第２セグメント５８を含む。第１セグメント５６′は、第１段座６０′を含む。ブッシング３０は、上流端６４と、下流端６６と、軸部開口６８と、肩部７０とを含む。キャップ３２は、キャップ本体９０と、中央ボア９２と、複数のリブ９４とを含む。上流矢印及び下流矢印は、それぞれ上流方向及び下流方向を表す。

外側弁プラグ４４の上流部分５４は、第１段座６０′から第２テーパ面５２まで下流側に半径方向に広がっている。第２テーパ面５２は、上流部分５４から外側弁プラグ４４の下流端まで下流方向に収束している。ベーン８８は、上流部分５４から半径方向に延びており、ノズル本体１４（図１Ａ～図１Ｄ）内で外側弁プラグ４４を案内するように構成される。

プラグ通路５０′は、外側プラグ本体４８を通って延びている。第１セグメント５６′は、プラグ通路５０′の上流端に配置され、第２セグメント５８は、プラグ通路５０′の下流端に配置される。第１段座６０′は、第１セグメント５６′の面取りされた部分である。第１段座６０′は、第１セグメント５６′の大部分を通って延びており、これにより、第１段座６０′の下流端が第２セグメント５８に近接して配置される。ブッシング３０は、プラグ通路５０′の第２セグメント５８内に配置されている。肩部７０は、ブッシング３０から半径方向内方に延びている。軸部開口６８は、ブッシング３０の上流端６４を通って延び、第１段座６０′の下流端に近接して配置される。

内側弁プラグ３４′′は、外側弁プラグ４４内に配置されている。内側弁プラグ３４′′は、第１段座６０′を通って延び、軸部開口６８を通ってブッシング３０内に入る。頭部４０′の第１テーパ面４２′は、内側弁プラグ３４′′が閉鎖位置にあるときに第１段座６０′に当接するように構成されている。第１テーパ面４２′は、軸部３８との交差部まで下流側に延びている。第１テーパ面４２′及び第１段座６０′は、細長く形成されている。第１テーパ面４２′は、第１段座６０′を越えて下流に延びており、内側弁プラグ３４′′が閉鎖位置にある状態で軸部開口６８内に入る。スロット８０は、頭部４０′内に延び、内側弁プラグ３４′′とキャップ３２との接続を容易にするように構成されている。軸部３８は、頭部４０′からキャップ３２に向かって下流方向に延びている。取付部８４は、中央ボア９２内に延び、内側弁プラグ３４′′をキャップ３２に固定する。フランジ部８６は、軸部３８から半径方向に延びており、内側弁プラグ３４′′がキャップ３２に固定されたときにキャップ３２の上流端に当接するように構成されている。

キャップ３２は、ブッシング３０の下流端６６を通ってブッシング３０内に延びている。複数のリブ９４は、キャップ本体９０から半径方向に延びており、キャップ３２をブッシング３０内に整列させるように構成されている。さらに、複数のリブ９４は、それらの間にギャップ９６を画定しており、当該ギャップ９６は、流体がＶＦＰＶ１２の第１段部２６から下流に流れるための流路を提供する。リブ９４は、ブッシング３０の肩部７０と係合するように構成されており、これにより、第２段部２８を閉鎖位置（図１Ｂ及び図１Ｃに示す）と開放位置（図１Ｄに示す）との間で作動させる。中央ボア９２の下流端は、プッシュロッド２４（図１Ａ～図１Ｄ）の一部を受け入れるように構成されており、これにより、キャップ３２をプッシュロッド２４に固定する。

動作中、第２段部２８が開放位置に作動される前に、第１段部２６は開放位置に作動される。流体の分配を開始するために、キャップ３２は上流方向に駆動され、キャップ３２は内側弁プラグ３４′′を上流方向に押し、これにより、頭部４０′は第１段座６０′から係合解除する。キャップ３２が上流に移動すると、第１段ばね３６は、キャップ３２とブッシング３０の上流端６４との間で圧縮される。頭部４０′が第１段座６０′から離脱すると、第１テーパ面４２′と第１段座６０′との間の流路が開放され、流体は第１段部２６を通って下流に流れ始める。流体は、第１テーパ面４２′と第１段座６０′との間に開口する流路を通って流れ、軸部開口６８を通ってブッシング３０に入る。流体は、ブッシング３０を通って下流に流れ、キャップ３２を通ってＶＦＰＶ１２を出る。

第１テーパ面４２′及び第１段座６０′の輪郭は、使用者が第１段部２６を通る流量を可変的に制御することを可能にする。頭部４０′が第１段座６０′から離れるように変位されるほど、第１テーパ面４２′及び第１段座６０′の間で開放される流路の容積が大きくなる。流路の容積が増加するにつれて、第１段部２６を通る流量も増加する。したがって、使用者は、第１テーパ面４２′と第１段座６０′との間の距離を変化させることによって、第１段部２６を通る流量を変化させる。第１テーパ面４２′及び第１段座６０′の細長い輪郭は、第１テーパ面４２′と第１段座６０′との間に細長い流路を画定する。細長い流路は、第１段部２６が供給することができる流量のより大きな可変性を提供し、したがって、第１テーパ面４２′及び第１段座６０′の細長い輪郭は、第１段部２６を通る流量の向上した制御性を使用者に提供する。

使用者は、第２段部２８を開くように作動させることによって、第１段部２６の容量を超えて流量をさらに増加させることができる。キャップ３２は、ブッシング３０の肩部７０と係合し、ブッシング３０を介して外側弁プラグ４４に駆動力を及ぼす。キャップ３２は、外側弁プラグ４４を上流方向に駆動し、これにより、第２テーパ面５２は第２段座７６から係合解除する（図１Ｂ～図１Ｄに最も良く示されている）。使用者は、外側弁プラグ４４が第２段座７６から変位される距離を制御することによって、ＶＦＰＶ１２の第２段部２８を通る流量を制御する。第１段部２６は、第２段部２８が作動して開くとき、完全開放位置を維持する。

分配が完了した後、ＶＦＰＶ１２は完全閉鎖位置に戻る。第２段ばね４６（図１Ａ～図１Ｄ）は、外側弁プラグ４４を、第２テーパ面５２が第２段座７６と係合する閉鎖位置に戻す。第１段ばね３６はキャップ３２に作用し、第１テーパ面４２′が第１段座６０′に係合するまでキャップ３２、従って内側弁プラグ３４′′を下流側に駆動する。

ＶＦＰＶ１２は重要な利点を提供する。第１テーパ面４２′及び第１段座６０′は、細長く形成されており、それらの間に細長い流路を画定する。細長い流路は、使用者が第１段部２６を通る流量に対する精密な制御をすることを可能にする。第２段部２８を開放させる前に第１段部２６を開放させることは、ＶＦＰＶ１２の上流の流体圧力を低下させ、それによって、第２段部２８を開放するのに必要な力が減少し、第２段部２８の作動に対する使用者の制御性を向上させる。加えて、第１テーパ面４２′及び第２テーパ面５２は、ＶＦＰＶ１２を通る流量に対してより大きな制御性を使用者に提供する。

本発明は好ましい実施形態に関して説明されているが、当業者であれば、様々な変更が本発明の精神及び範囲から逸脱することなく形式上及び細部になされてもよいことは認識できる。

Claims (20)

1. 上流部分と該上流部分から延びる外側プラグテーパ部分とを有する弁プラグ本体と、該弁プラグ本体を通って延びるプラグ通路であって、前記弁プラグ本体の前記上流部分内に延び第１段座を含む第１セグメントと該第１セグメントから延びる第２セグメントとを有するプラグ通路と、を備える外側弁プラグと、
   軸部開口を有する上流端であって前記軸部開口が通って延びる上流端と、下流端と、前記上流端と前記下流端との間に配置されて半径方向内方に延びる肩部と、を備え、前記第２セグメント内に配置されているブッシングと、
   前記プラグ通路内に配置され且つ前記軸部開口を通って前記ブッシング内に延びる内側弁プラグであって、前記第１段座と接合するように構成された内側プラグテーパ部分を有する頭部と、前記軸部開口を通って前記頭部から延びる軸部と、を備える内側弁プラグと、
   前記軸部に取り付けられて前記ブッシング内に配置されているキャップと、を備え、
   前記キャップは、第１段閉鎖位置と第１段開放位置との間で前記内側弁プラグを作動させるように構成されており、且つ、前記ブッシングの前記肩部に係合して第２段閉鎖位置と第２段開放位置との間で前記外側弁プラグを作動させるように構成されている、可変流量弁。
2. 前記軸部は、該軸部から半径方向に延び且つ前記キャップの上流端に当接するように構成されたフランジ部を更に備える、請求項１記載の可変流量弁。
3. 前記内側弁プラグは、前記フランジ部から前記キャップの中央ボア内に延びる取付部を更に備える、請求項２記載の可変流量弁。
4. 前記プラグ通路の前記第１セグメントは、前記第１段座と前記第２セグメントとの間を延びる中間部分を更に備える、請求項１記載の可変流量弁。
5. 前記軸部は段部を含んでおり、前記軸部は、前記段部と前記キャップとの間よりも、前記頭部と前記段部との間において大きな断面積を有している、請求項４記載の可変流量弁。
6. 前記外側弁プラグはエラストマーを含み、前記内側弁プラグは金属を含み、前記内側プラグテーパ部分は、前記内側弁プラグが前記第１段閉鎖位置にある状態で、前記第１段座と直接接触するように構成されている、請求項１記載の可変流量弁。
7. 前記キャップは、キャップ本体と、該キャップ本体を通って延びるキャップボアであって前記内側弁プラグの前記軸部を収容するように構成されたキャップボアと、前記キャップ本体から半径方向外方に延びる複数のリブと、を備える、請求項１記載の可変流量弁。
8. 前記ブッシング内において前記軸部の周囲に配置される第１段ばねであって、前記ブッシングの前記上流端と前記キャップとの間を延びる第１段ばねを更に備える、請求項１記載の可変流量弁。
9. 前記外側弁プラグの前記上流部分は、該上流部分から半径方向外方に延びる複数のベーンを有する、請求項１記載の可変流量弁。
10. 上流側流体チャンバと下流側流体チャンバとを画定するノズル本体と、
    前記上流側流体チャンバと前記下流側流体チャンバとの間において前記ノズル本体から半径方向内方に延びる外側弁座と、
    前記ノズル本体内に配置された可変流量弁であって、完全閉鎖位置、部分開放位置、及び完全開放位置の間を移動可能な可変流量弁と、を備え、
    該可変流量弁は、
    上流部分と該上流部分から延びる外側プラグテーパ部分であって前記外側弁座と接合するように構成された外側プラグテーパ部分と、を有する弁プラグ本体と、該弁プラグ本体を通って延び第１段座を含むプラグ通路と、を備える外側弁プラグと、
    前記上流側流体チャンバ内に配置され、前記外側弁プラグを前記外側弁座に向かって付勢するように構成された第２段ばねと、
    前記プラグ通路内に配置されたブッシングと、
    前記プラグ通路内に配置され且つ前記ブッシング内に延びる内側弁プラグであって、前記第１段座と接合するように構成された内側プラグテーパ部分を有する頭部と、前記頭部から前記ブッシング内に延びる軸部と、を備える内側弁プラグと、
    前記軸部に取り付けられて前記ブッシング内に配置されているキャップと、
    前記ブッシング内において前記軸部の周囲に配置され、前記ブッシングの上流端と前記キャップとの間を延びる第１段ばねと、を備え、
    前記キャップは、
    前記可変流量弁を、前記完全閉鎖位置から前記部分開放位置に作動させ、且つ、前記部分開放位置から前記完全開放位置に作動させるように構成されており、前記部分開放位置において前記内側弁プラグは前記第１段座から変位しており、前記完全開放位置において前記外側弁プラグは前記外側弁座から変位している、流体分配用のノズル。
11. 前記プラグ通路は、前記弁プラグ本体の前記上流部分内に延び第１段座を含む第１セグメントと、該第１セグメントから延びる第２セグメントであって前記ブッシングが内部に配置されている第２セグメントと、を備える請求項１０記載のノズル。
12. 前記プラグ通路の前記第１セグメントは、前記第１段座と前記第２セグメントとの間を延びる中間部分を更に備える、請求項１１記載のノズル。
13. 前記軸部は段部を含んでおり、前記軸部は、前記段部と前記キャップとの間よりも、前記頭部と前記段部との間において大きな断面積を有している、請求項１２記載のノズル。
14. 前記ブッシングは、軸部開口を有する上流端であって前記軸部開口が通って延びる上流端と、下流端と、前記上流端と前記下流端との間に配置されて半径方向内方に延びる肩部と、を備え、前記内側弁プラグは、前記軸部開口を通って前記ブッシング内を延びている請求項１０記載のノズル。
15. 前記外側弁座は前記ノズル本体と一体である、請求項１０記載のノズル。
16. 前記ノズル本体及び前記外側弁座は金属を含み、
    前記外側弁プラグはエラストマーを含み、
    前記内側弁プラグは金属を含み、
    前記外側プラグテーパ部分は、前記可変流量弁が前記完全閉鎖位置及び前記部分開放位置にある状態で、前記外側弁座と直接接触するように構成されており、前記内側プラグテーパ部分は、前記可変流量弁が前記完全閉鎖位置にある状態で、前記第１段座と直接接触するように構成されている、請求項１０記載のノズル。
17. 前記軸部は、該軸部から半径方向に延びるフランジ部であって、前記キャップの上流端に当接するように構成されたフランジ部を有する、請求項１０記載のノズル。
18. 前記内側弁プラグは、前記フランジ部から前記キャップのキャップボア内に延びる取付部を有する、請求項１７記載のノズル。
19. 前記第２段ばねは前記第１段ばねよりも高いバネ定数を有する、請求項１０記載のノズル。
20. 前記ノズル本体に取り付けられたトリガーと、
    前記ノズル本体を通って延びるカムであって前記トリガーに連結されたカムと、
    前記下流側流体チャンバ内に配置されたプッシュロッドであって前記キャップに連結されたプッシュロッドと、を備え、
    前記トリガーは、前記カムを回転駆動するように構成されており、
    前記カムは、前記プッシュロッドを前記上流側流体チャンバに向かって変位させるように構成されており、
    前記プッシュロッドは、前記キャップを変位させて、前記可変流量弁を前記完全閉鎖位置から前記部分開放位置に且つ前記部分開放位置から前記完全開放位置に作動するように構成されている、請求項１０記載のノズル。

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