JP7160310B2 - バルブ - Google Patents

Description

本発明は、ノズルとニードルを備え、流体の流量を広範囲にわたって調節することができるバルブに関するものである。

流体の流通と停止とを切り替えるために、流路を開閉するバルブが用いられる。バルブはまた、流路の開閉度合いを調節することにより流体の流通量を調節することもでき、ある種のものにおいては流体の流通方向を切り替えることができるものもある。

バルブには、その形や仕組み、動作などによって、ゲートバルブ、ボールバルブ、バタフライバルブ、ニードルバルブ、ストップバルブ、チェックバルブ、スライドバルブ、ロータリーバルブなど、各種のものがある。

ほとんどの形式のバルブが、流体の流通量を調節することができる。しかし、従来のバルブは、それぞれの方式によって流体流通路の開閉度を調節するものであり、一つのバルブによって粗調整と微調整とを行うことはできない。したがって、大流量から微小な流量まで広範囲にわたって流量を調節することができるバルブは存在しない。

本発明は、後で詳細に説明するように、ノズルとニードルバルブを組み合わせることにより、大流量から微小な流量まで広範囲にわたって流量を調節可能なバルブを提供するものである。ノズルとニードルバルブを組み合わせたものとして、燃料噴射弁、塗布装置のノズル、射出成型機の射出ノズルなどが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特許文献１および特許文献２記載の発明は何れも、流体の出口すなわち噴出口あるいは射出口になっているノズルの先端部を、ニードルバルブによって開閉するもので、これらも一種のバルブといえる。

特表２００６－５１８２８９号公報 特開２００８－２９００２９号公報

特許文献１および特許文献２に記載されているノズルは、流体の噴出あるいは射出とその停止とを切り替えるものであり、流体の流量を、粗調整および微調整することはできない。

本発明は、流体の流量を広範囲にわたって調整可能なバルブを提供することを目的とする。

本発明に係るバルブは、
流体の流路を形成しているハウジングと、
前記ハウジングの流体の入口から流体の出口に至る経路中に着脱可能に装着され中心軸線に沿って流体流通孔を有するノズルと、
前記ノズルの前記流体流通孔に対し前記ノズルの一端側から進退するニードルと、を有し、
前記ニードルは、外部からの操作によって進退し前記ノズルの前記流体流通孔を通る流体の流量調整機構を構成していることを最も主要な特徴とする。

ハウジング内を入口から出口に向かって流れる流体の流量は、ノズルの流体流通孔によって制限される。ノズルの流体流通孔とニードルとでニードルバルブを構成しており、ニードルを進退させることにより、流体流通孔を通過した流体の流量を調整することができる。ノズルの流体流通孔による流量制限は流量の粗調整に相当し、前記ニードルバルブによる調整は微調整に相当する。

本発明に係るバルブの実施例を流体の出口側からみた側面図である。 前記実施例の図１に示す線Ａ－Ａに沿う断面図である。

以下、本発明に係るバルブの実施例について図面を参照しながら説明する。

図１、図２に示すように、例えば、金属を素材とするダイキャスト法による一体成形品であるハウジング１を主体としてバルブが構成されている。ハウジング１はほぼ円筒形状であって、流体の入口１１と流体の出口１２を有する。

流体の入口１１と出口１２は共通の中心軸線Ｏに沿って並んでいる。図２に示すハウジング１の態様では、上記中心軸線Ｏは水平方向になっている。流体の入口１１には流体の配管の上流側が接続され、流体の出口１２には流体の配管の下流側が接続される。本実施例に係るバルブを前記配管に接続するために、ハウジング１の入口１１側と出口１２側には、円筒形の内周面に雌ねじが形成されている。

本実施例に係るバルブは上記のように流体の流路となる配管の途中に装着された態様で使用される。流体は、一般的には液体または気体であり、場合によっては液体と気体の中間的なゼル状のもの、粉体あるいは微小な粒状のものなどがある。流体の入口１１側には、流体から固形物を取り除くために、ストレーナを装着してもよい。

ハウジング１内には、流体の入口１１と出口１２との間の上記中心軸線Ｏ方向のほぼ中央部に、ノズル装着部１５が形成されている。ノズル装着部１５は、ハウジング１の半径方向すなわちハウジング１の中心軸線Ｏに対し直交する方向に突出して上記入口１１と出口１２を区切るように、また、中心軸線Ｏ方向に厚みをもって形成されている。ノズル装着部１５には、図２において下側に、流体の連通路１３が、入口１１側から中心軸線Ｏ方向に、出口１２側の壁を残して途中まで形成されている。ノズル装着部１５には、図２において上側に、流体の連通路１４が、出口１２側から中心軸線Ｏ方向に、入口１１側の壁を残して途中まで形成されている。

ハウジング１には、その外周から中心軸線Ｏに直交する方向に、かつ、前記連通路１３および中心軸線Ｏを横切って、ノズル装着孔１５Ａが形成されている。ノズル装着孔１５Ａは円筒形状で、前記連通路１３と連通路１４を連通させている。ノズル装着孔１５Ａの内周面には雌ねじが形成され、この雌ねじにノズル５がねじ込まれることによって、ノズル装着部１５にノズル５が装着されている。

ノズル５は、ノズル５の中心軸線に沿ってノズル５を貫通した流体流通孔５１を有する。図２においては、ハウジング１の中心軸線Ｏが左右方向を向いているのに対し、ノズル５の流体流通孔５１は、上下方向に向いている。ノズル５は、流体流通孔５１の径が異なる複数の仕様のものが用意され、流体の流量に適合した仕様のものを選択して装着することができる。ノズル５の外径はノズル装着孔１５Ａの径に合わせて一定の外径である。

流体は、入口１１、連通孔１３、ノズル５の流体流通孔５１、連通孔１４、出口１２の順に流れる。図２においてノズル５は上下方向に向けて装着され、流体は流体流通孔５１を下から上に向かって流れる。

ハウジング１には、ノズル５の一端側と対向する位置にニードル保持部１６が形成されている。より具体的には、ノズル５の流体流通孔５１の流体排出端と対向する位置にニードル保持部１６が形成されている。ニードル保持部１６は、全体として円筒形状のハウジング１の長さ方向中心部において外周面から半径方向外方に向かって円筒形状に膨出している。

ニードル保持部１６の内周面には雌ねじが形成され、この雌ねじに、ニードル２０の外周のネジ部２２がねじ込まれることによってニードル２０が装着されている。ニードル２０は、その中心軸線の周りに回転させることにより、ネジ部２２が上記雌ねじにガイドされ、ニードル保持部１６において進退可能に保持されている。

ニードル２０は、図２において下端部に該当する先端部２１が鋭角的な円錐形状になっていて、先端部２１の一部がノズル５の上端部において流体流通孔５１に進入するとともに、流体流通孔５１に対して進退することができる。ニードル２０とノズル５とでニードルバルブを構成している。ノズル５の流体排出端は、ニードルバルブの円形の弁座に相当する。

上記弁座にニードル２０の円錐形状の先端部２１が進退することにより、ノズル５の流体流通孔５１の流体排出端側周壁とニードル２０の先端部２１との間に生じるリング状の間隙の面積が増減する。上記間隙の面積の増減によって、入口１１から出口１２に流れる流体の流量を調整することができる。すなわち、上記ニードルバルブは、ノズル５の流体流通孔５１を通る流体の流量調整機構を構成している。

ニードル２０は、図２において上端部が操作部２３になっていて、操作部２３を回転操作することにより、上記のとおりニードル２０を進退させることができる。ニードル２０は袋ナット３２を貫いている。袋ナット３２はニードル保持部１６の外周に形成されている雄ねじにねじ込まれている。ニードル２０とニードル保持部１６との間、袋ナット３２とニードル２０およびニードル保持部１６との間には適宜のシール材が介在していて、ハウジング１の内部が密閉されている。

ハウジング１は、ノズル２０を挟んでニードル保持部１６とは反対側に、ノズル交換用孔１８を有している。ノズル交換用孔１８の周壁には雌ねじが形成され、この雌ねじには蓋３０がねじ込まれている。ノズル交換用孔１８は蓋３０および適宜のシール材によって密閉されている。

以上説明したバルブの実施例は、例えば送水管の途中に接続する。送水管の上流側を入口１１に、送水管の下流側を出口１２に接続する。ハウジング１の入口１１から、連通孔１３、ノズル５の流体流通孔５１、連通路１４および出口１２の順に水が流れる。ノズル５を備えていることにより、水の流速、水圧および流量が軽減される。さらに、ニードル２０とノズル５で構成されているニードルバルブで水の流量が制限され出口１２から排出される。ノズル５に対してニードル２０を進退させることにより水の流量を調整することができる。

図１、図２は、バルブをニードル保持部１６が上、ノズル交換用孔１８が下になる態様で表している。しかし、バルブの装着姿勢は任意である。例えば、蓋３０が上側になるように、ハウジング１をその中心軸線の周りに回転させて設置することも可能であり、そうすることによってノズル５の交換が容易になる。蓋３０が上側になる上記の設置態様ではニードル２０の操作部２３がハウジング１の下側に位置することになるが、操作部２３の操作による流量調整は回転操作するだけであるから、操作に支障はない。ハウジング１の回転姿勢が、横向きあるいは斜め向きになってニードル２０の操作部２３が横あるいは斜めに位置しても、ノズル５の交換および操作部２３の操作性は良好である。

ノズル５の着脱は、蓋３０を取り外し、ノズル５に対向するハウジング１の位置を開放することにより容易に行うことができる。ノズル５は、流体流通孔５１の径が異なる複数の仕様の中から、流体の流量に適応した孔径のノズル５を選択して装着する。

ノズル５の仕様の選定は、流体の流量の粗調整ということができる。流体の流量の微調整は、ノズル５とニードル２０からなるニードルバルブによって行うことができる。ノズル５は排出孔が大きめのものを選定しておき、ニードルバルブによって流量を絞りながら微調整を行う。

上記実施例係るバルブによれば、比較的大きな流体流通孔５１を有するノズル５を装着しておき、流体の流量はニードルバルブを外部操作することにより微調整すすることができる。したがって、流体の流量を広範囲にわたり容易かつ迅速に行うことができる。また、ニードルバルブによって、流体の流量を、段階的にではなく連続的に、きめ細かく調節することができる。ニードルバルブを外部から操作するだけで、排出する流体の流量を微調整し、最も適した流量に設定することができる。

流体の流量の調整を、出口１２から排出される流体の様子を観察しながら行うことができるように、出口１２に接続される配管に観察窓を設け、あるいは、観察用の分岐管を設けてもよい。

仮に、ノズル５を仕様の異なるものに交換する必要性が生じた場合でも、蓋３０を取り外すことによってノズル５を容易に交換することができる。

流体の流量調整を行った後はニードル２０の調整位置を保持する。ニードル２０は調整する必要がある場合にのみ操作できればよい。そこで、ニードル２０の操作部２３はニードル２０に着脱できる構造にし、必要な場合にのみ操作部材を装着するようにするとよい。

図示の実施例では、ニードルバルブをノズル５の流体排出端側に配置していたが、ノズル５の流体流入端側に配置してもよい。その場合、ノズル５を挟んでニードル保持部とは反対側にノズル交換用孔を設け、このノズル交換用孔からノズル５を着脱するようにする。前記ノズル交換用孔は蓋によって塞ぐ。

ノズル５だけでなく、ニードル２０も複数の仕様のものを用意しておき、流体の流通条件に対応して最適なものを選択して装着するようにしてもよい。ニードル２０は、円錐形状の先端部２１の角度を異ならせることによって仕様を変えることができる。ニードル２０をその先端部２１が先鋭的な仕様のものを選択すると、ニードルの移動距離に対して、ノズル５の流体流通孔５１の周壁とニードル２０の先端部２１との間に生じる間隙の面積変化が微小になる。よって、流量をきめ細かく調整することができる。

前記実施例に係るバルブは、ノズルとニードルバルブを組み合わせることにより、流体の流量調整を広範囲にわたって調整することが可能であり、かつ、流体流量の微調整も可能になった。また、ノズルを利用してニードルバルブを構成したため、上記の流量調整が可能であるにもかかわらず、バルブの構成を簡略化することができる。

本発明に係るバルブは、例えば、プラントや各種装置などにおいて、各種流体の制御に利用することができる。

１ ハウジング
５ ノズル
１１ 流体の入口
１２ 流体の出口
１５ ノズル装着部
１６ ニードル保持部
１８ ノズル交換用孔
２０ ニードル

Claims (4)

1. 流体の流路を形成しているハウジングと、
   前記ハウジングの流体の入口から流体の出口に至る経路中に着脱可能に装着され中心軸線に沿って流体流通孔を有するノズルと、
   前記ノズルの前記流体流通孔に対し前記ノズルの一端側から進退するニードルと、を有し、
   前記ノズルは、一体成形品からなる前記ハウジングのノズル装着部にねじ込みによって装着され、
   前記ハウジングは、前記ノズルを挟んで前記ニードル保持部とは反対側にノズル交換用孔と、前記ノズル交換用孔を塞ぐ蓋を有し、
   前記ニードルは、外部からの操作によって進退し前記ノズルの前記流体流通孔を通る流体の流量調整機構を構成しているバルブ。
2. 前記ノズルは前記ハウジング内に装着され、前記ニードルは前記ハウジングのニードル保持部に装着されて前記ノズルの流体排出端側に進退可能に設けられている請求項１記載のバルブ。
3. 前記ハウジングの前記入口と前記出口の中心軸線は共通で、前記ノズルは前記流体流通孔が前記ハウジングの前記共通の中心軸線方向に対し直交する方向に向けて装着されている請求項１または２記載のバルブ。
4. 前記ノズルは、前記流体流通孔の大きさが異なる複数の仕様のものがあり、流体の流量に対応したノズルを選択して前記ノズル装着部に装着することができる請求項１乃至３のいずれかに記載のバルブ。
   

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