JP7448947B2 - ニードルバルブ - Google Patents

Description

本発明は、流量制御に用いられるニードルバルブに関する。

従来、ニードル弁体を移動させることによって流量を変化させることができるニードルバルブが知られている（例えば、特許文献１参照）。

実用新案登録第３２２２０９３号公報

従来のニードルバルブでは、ニードル弁体の先端をオリフィスに対して離接することによって流量を変化させることができるが、閉弁時に流体を完全遮断しようとすると、ニードル弁体の先端がオリフィスの内周面に食い込んでしまい、焼き付きが発生するという問題があった。一方、そのような食い込みを回避しようとすると、流量を変化させることはできても、閉弁時の流体の完全遮断を実現できず、流体の漏れが生じるという問題があった。

また、従来のニードルバルブでは、ニードル弁体の基端側への流体の漏れを防止することが困難であるという問題もあった。このことについて、図１０を参照して説明する。図１０は、従来のニードルバルブ１０１の一例を示す断面図である。従来のニードルバルブ１０１は、入力ポート１１１、出力ポート１１２、及び両ポートを繋ぐ略円柱形状の弁室１１３を有するバルブ本体１１０と、弁室１１３に配置され、流路１１６ａ及びオリフィス１１６ｂの設けられた略円筒形状の筒体１１６と、オリフィス１１６ｂに先端が離接するニードル弁体１３０と、筒体１１６の入力ポート１１１と反対側の端部に配置されたポリテトラフルオロエチレン製のワッシャ２０２，２０４、及びステンレス製のワッシャ２０３と、ワッシャ２０２～２０４を筒体１１６側に押し付けるスペーサ２０１と、弁室１１３の開口付近の外周側に設けられたねじ山に対応するねじ穴を有するバルブカバー１５１とを有している。バルブカバー１５１を締め付けることによって、スペーサ２０１と筒体１１６との間でワッシャ２０２，２０４が潰れて、ワッシャ２０２，２０４とニードル弁体１３０及び弁室１１３との隙間がなくなり、流体がニードル弁体１３０の基端側に漏れることを防止することができる。一方、ワッシャ２０２，２０４の内周面とニードル弁体１３０の外周面とはニードル弁体１３０を移動させる際に擦れるため、ワッシャ２０２，２０４の内周面が摩耗して、ワッシャ２０２，２０４とニードル弁体１３０との間の気密性が低くなり、漏れが生じることがある。例えば、超臨界状態の二酸化炭素などの流量をニードルバルブ１０１で制御している場合には、ニードル弁体１３０の基端側への流体の漏れが発生すると、ニードル弁体１３０のねじ部分の油が流されて、焼き付きの原因になるという問題があった。なお、そのような漏れが生じた場合には、バルブカバー１５１を少しだけ締め付けることによって、気密性を回復することができる。しかしながら、この作業には熟練が必要であり、適切な締め付けを行うことができなかった場合には、漏れが発生したり、逆にニードル弁体１３０が移動しなくなったりするため、再度の調整が必要になるという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その一つの目的は、熟練していない作業者が組み立てたとしても、ニードル弁体の基端側への流体の漏れが起こらないようにすることができるニードルバルブを提供することである。

また、本発明の他の目的は、ニードル弁体の先端における焼き付きを発生させることなく、閉弁時の流体の完全遮断を実現することができるニードルバルブを提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の一態様によるニードルバルブは、第１のポートと、第２のポートと、第１のポート及び第２のポートを繋ぐ略円柱形状の弁室とを有するバルブ本体と、弁室内において移動され、円柱形状の軸部を有しているニードル弁体と、軸部の外周面と、弁室の内周面との間に配置された略円筒形状のスリーブと、スリーブの外周面と弁室の内周面との間をシールする、スリーブと同軸に配置された円環状の第１のシール部と、スリーブの内周面と軸部の外周面との間をシールする、スリーブと同軸に配置された円環状の第２のシール部と、を備え、第１のポートに連通したオリフィスにニードル弁体の先端が離接することによって流量が調整され、第１及び第２のシール部は、円環状の溝部が形成されており、断面がＵ字形状である円環状のシール部材を有しており、シール部材の溝部の開口部がオリフィス側となるように配置されている、ものである。

このような構成により、スリーブの内周側及び外周側を介して流体がニードル弁体の基端側に流れることを阻止することができる。その結果、ニードル弁体の基端側への流体の漏れを防止することができる。また、第１及び第２のシール部を配置することによって流体の漏れを防止することができるため、細かい調整などは不要であり、熟練者ではない作業者が組み立てたとしても、流体の漏れを適切に防止することができる。

また、本発明の一態様によるニードルバルブでは、第１及び第２のシール部は、シール部材の溝部に配置され、溝部の側壁をそれぞれ外方側に付勢する円環状の付勢部材を有していてもよい。

このような構成により、付勢部材によっても溝部の両側壁が外方側に付勢されるため、よりシール性が高まることになる。

また、本発明の一態様によるニードルバルブでは、オリフィスを有しており、オリフィスが第１のポートと連通するように弁室に配置されるオリフィス部をさらに備え、ニードル弁体の軸部より先端側には、オリフィスと略同径の円柱形状の円柱部、及び軸部から円柱部に向かって軸に垂直な断面が小さくなる錐台部が設けられており、オリフィス部は、オリフィスにおける第１のポートと反対側の端部から、第１のポートと反対側に向かって径方向の外側に広がるように傾斜するオリフィス傾斜面を有しており、オリフィス傾斜面には、オリフィスと同軸の円環状の突出部が形成されており、突出部の断面は円弧形状であり、閉弁時には、円柱部がオリフィスに挿入され、突出部と錐台部とが当接してもよい。

このような構成により、オリフィス傾斜面に設けられた突出部と、ニードル弁体の錐台部とが当接することによって、ニードル弁体の先端における焼き付きを発生させることなく、適切に閉弁することができるようになる。また、開弁時に、突出部と錐台部とが離れたとしても、オリフィス内に円柱部が存在する場合には、流体が突出部に勢いよく当たることを防止することができ、突出部が急激な流体の流れによって削れることを防止することができる。

また、本発明の一態様によるニードルバルブでは、突出部は、オリフィス傾斜面にＯリングを装着することによって形成されていてもよい。

このような構成により、弾性限界の大きいゴムなどによって構成されたＯリングと、錐台部とが接触することによって、気密性の高い閉弁を実現することができる。

また、本発明の一態様によるニードルバルブでは、突出部は、オリフィス傾斜面と一体的に形成されていてもよい。

このような構成により、オリフィス部の構成を簡単なものにすることができ、ニードルバルブを製造する際の作業性を向上させることができる。

また、本発明の一態様によるニードルバルブでは、ニードル弁体と、オリフィス部とは、異なる材料によって構成されていてもよい。

このような構成により、ニードル弁体の先端における焼き付きを防止することができる。

また、本発明の一態様によるニードルバルブでは、オリフィスの開口を囲むように配置された、オリフィス部と弁室との間をシールするための円環状の第３のシール部をさらに備えてもよい。

このような構成により、オリフィス部において、流体がオリフィス以外を介して流れることを防止することができ、より確実な閉弁を実現することができるようになる。

本発明の一態様によるニードルバルブによれば、スリーブの内周側及び外周側に円環状のシール部を設けることによって、ニードル弁の基端側に流体が漏れることを防止することができる。また、本発明の一態様によるニードルバルブによれば、オリフィス部のオリフィス傾斜面に形成された円環状の突出部とニードル弁体の錐台部とが当接することによって閉弁することにより、焼き付きを生じさせることなく、より確実な流体の遮断を実現することができる。

本発明の実施の形態によるニードルバルブの全体の構成を示す断面図 同実施の形態によるニードルバルブの弁室の拡大断面図 同実施の形態によるニードルバルブの弁室の拡大断面図 同実施の形態によるニードルバルブのオリフィス部の拡大断面図 同実施の形態によるニードルバルブのオリフィス部の拡大断面図 同実施の形態によるニードルバルブのオリフィス部の拡大断面図 同実施の形態によるニードルバルブのオリフィス部の拡大断面図 同実施の形態によるニードルバルブのオリフィス部の拡大断面図 同実施の形態によるニードルバルブのオリフィス部の他の一例を示す拡大断面図 従来のニードルバルブの構成を示す断面図

以下、本発明によるニードルバルブについて、実施の形態を用いて説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素は同一または相当するものであり、再度の説明を省略することがある。本実施の形態によるニードルバルブは、弁室とニードル弁体の軸部との間に配置されたスリーブの内周側及び外周側にシール部を配置することによって、ニードル弁体の基端側への流体の漏れを防止するものである。また、オリフィスの一端側のオリフィス傾斜面に形成された円環状の突出部と、ニードル弁体の錐台部とを当接させることによって、確実な閉弁を実現すると共に、ニードル弁体の先端における焼き付きの発生を防止することができるものである。

図１は、本実施の形態によるニードルバルブ１の全体の構成を示す断面図である。図２、図３は、図１における破線の楕円の部分の拡大断面図である。図４～図８は、図２における破線の矩形の部分の拡大断面図である。

本実施の形態による流量調整バルブ１００は、ニードルバルブ１と、駆動部２とを備える。ニードルバルブ１は、第１のポート１１、第２のポート１２、及び弁室１３を有するバルブ本体１０と、弁室１３内に設けられたスペーサ１４、スリーブ１５、筒体１６、オリフィス部４０と、ニードル弁体３０及びねじ軸３５と、弁室１３の開口を覆うようにバルブ本体１０に取り付けられるバルブカバー５１と、ケース５２と、ケースカバー５３と、ジョイント５４と、ボールねじユニット５５と、カップリング５６と、ボールスプラインユニット５７と、ベアリング５８とを備える。

バルブ本体１０が有する弁室１３は、略円柱形状をしており、第１のポート１１と、第２のポート１２とを繋いでいる。本実施の形態では、第１のポート１１が弁室１３の軸方向の一端側に同軸状に形成されており、第２のポート１２が弁室１３の内周面の一部から外方に延びるように形成されている場合について主に説明する。また、本実施の形態では、第１のポート１１が流体の入り口である入力ポートであり、第２のポート１２が流体の出口である出力ポートである場合について主に説明する。第１のポート１１及び第２のポート１２は、通常、円柱形状をしている。なお、第１のポート１１及び第２のポート１２は、例えば、内径の異なる複数の円柱形状によって構成されていてもよい。弁室１３の第１のポート１１と反対側の端部は開口している。そして、弁室１３の開口付近の外周側は、弁室１３の中心軸と同軸となる円柱形状をしており、その外周表面にはねじ山が設けられている。そのねじ山に対応するねじ穴を有するバルブカバー５１によって、弁室１３の開口は閉じられている。バルブ本体１０は、ステンレス鋼や真鍮によって構成されてもよく、その他の金属によって構成されてもよい。バルブカバー５１は、ステンレス鋼によって構成されてもよく、その他の金属によって構成されてもよい。

弁室１３には、第１のポート１１側の端部から順番に、オリフィス部４０、筒体１６、スリーブ１５、スペーサ１４が配置されており、その中心にニードル弁体３０が配置されている。

次に、ニードル弁体３０を軸方向に移動させる機構について説明する。中空の円筒形状のケース５２の一端側にバルブカバー５１が接続されており、他端側にはベアリング５８を介してケース５２内部で回転可能となるようにジョイント５４が設けられている。また、ケース５２のバルブ本体１０と反対側の端部がケースカバー５３によって閉じられている。ジョイント５４に接続されている駆動部２によって、ジョイント５４はケース５２内部で回転される。駆動部２は、例えば、モータ等であってもよい。ジョイント５４の駆動部２と反対側の端部にはボールねじユニット５５が固定されており、ボールねじユニット５５の中心をねじ軸３５が貫通している。駆動部２によってジョイント５４及びボールねじユニット５５が回転されることによって、ねじ軸３５が、その軸方向（図１では左右方向）に移動される。また、ねじ軸３５のバルブ本体１０側の端部には、カップリング５６によってニードル弁体３０の基端部が連結されている。なお、本実施の形態によるニードル弁体３０の基端側は、バルブカバー５１に固定されたボールスプラインユニット５７を貫通している。また、ニードル弁体３０の基端側のうち、ニードル弁体３０が移動する際にボールスプラインユニット５７を通過する範囲はスプライン軸となっている。したがって、ニードル弁体３０及びねじ軸３５は、長手方向にのみ移動することになり、回転しないことになる。バルブカバー５１に設けられた貫通孔５１ａを介して、ニードル弁体３０がケース５２内から弁室１３内に延びている。なお、ニードル弁体３０のスプライン軸よりも先端側には、円柱形状の軸部３４が存在するものとする。

次に、弁室１３内の構成について説明する。弁室１３内には、スペーサ１４と、スリーブ１５と、弁室１３から第２のポート１２への周方向の流路１６ａ及び径方向の流路１６ｂを有する筒体１６と、オリフィス４１を有するオリフィス部４０とが配置されている。それらはそれぞれ略円柱形状をしており、それらの中心部分にニードル弁体３０が通っている。そして、第１のポート１１に連通したオリフィス４１にニードル弁体３０の先端が離接することによって、第１のポート１１から第２のポート１２への流体の流量が調整される。図２で示されるように、ニードル弁体３０の先端のオリフィス４１へ挿入の程度が大きくなるほど流量が少なくなり、図３で示されるように、ニードル弁体３０の先端がオリフィス４１から離れて弁室１３の開口側に移動するほど流量が多くなる。

スペーサ１４は、バルブカバー５１のねじ穴の底部に一端が当接している。そのねじ穴がバルブ本体１０に締め付けられることによって、スペーサ１４は、スリーブ１５等を弁室１３の第１のポート１１側の端部に押し付けることになる。スリーブ１５は、ニードル弁体３０の円柱形状の軸部３４の外周面と、弁室１３の内周面との間に配置された略円筒形状の部材である。すなわち、弁室１３内にスリーブ１５が配置されており、そのスリーブ１５の内周側をニードル弁体３０が通っている。スリーブ１５の外周面には円環状の第１のシール部２１が配置されており、スリーブ１５の内周面には円環状の第２のシール部２２が配置されている。第１のシール部２１は、スリーブ１５の外周面と弁室１３の内周面との間をシールするものであり、スリーブ１５と同軸に配置されている。また、第２のシール部２２は、スリーブ１５の内周面と軸部３４の外周面との間をシールするものであり、スリーブ１５と同軸に配置されている。ある部材と他の部材とが同軸に配置されるとは、両部材の中心軸が同一直線上になるように両部材が配置されることである。第１及び第２のシール部２１，２２の中心軸とは、円環状の第１及び第２のシール部２１，２２の中心を通り、第１及び第２のシール部２１，２２を含む平面に垂直な方向の直線であってもよい。第１及び第２のシール部２１，２２は、いわゆるラジアルシールとして用いられることになる。

第１及び第２のシール部２１，２２は、円環状のシール部材２１ａ，２２ａと、円環状の付勢部材２１ｂ，２２ｂとを有する。シール部材２１ａ，２２ａには、周方向に沿って円環状の溝部が形成されている。また、シール部材２１ａ，２２ａの断面はＵ字形状である。なお、その断面は、円環状の第１及び第２のシール部２１，２２の円周方向に垂直な平面における断面である。付勢部材２１ｂ，２２ｂは、それぞれシール部材２１ａ，２２ａの溝部に配置され、その溝部の側壁をそれぞれ外方側に付勢する。溝部の側壁とは、溝部において対向している２個の側面のことである。また、本実施の形態では、スリーブ１５のスペーサ１４側の端部の外周側に設けられた、外径が少し小さくなった段部１５ａに第１のシール部２１が配置されており、スリーブ１５のオリフィス４１側の端部の内周側に設けられた、内径が少し大きくなった段部１５ｂに第２のシール部２２が配置されている場合について主に説明する。第１及び第２のシール部２１，２２は、それぞれ断面がＵ字形状である溝部の開口部がオリフィス４１側となるように配置されている。

シール部材２１ａの溝部の両側壁は、付勢部材２１ｂによって、スリーブ１５の段部１５ａの外周面及び弁室１３の内周面に押し付けられることになる。また、オリフィス４１側からの流体が溝部に浸入することにより、溝部の両側壁がスリーブ１５の外周面及び弁室１３の内周面により強く押し付けられることになり、シール性が向上することになる。また、シール部材２２ａの溝部の両側壁は、付勢部材２２ｂによって、スリーブ１５の段部１５ｂの内周面及びニードル弁体３０の軸部３４の外周面に押し付けられることになる。また、オリフィス４１側からの流体が溝部に浸入することにより、溝部の両側壁がスリーブ１５の内周面及びニードル弁体３０の外周面により強く押し付けられることになり、シール性が向上することになる。なお、ニードル弁体３０が軸方向（図中の左右方向）に移動されたとしても、第２のシール部２２と接するニードル弁体３０の箇所は、円柱形状である軸部３４から外れないものとする。

弁室１３におけるスリーブ１５の箇所では、スリーブ１５とニードル弁体３０の外周面との間、及びスリーブ１５と弁室１３の内周面との間にのみ流体の通路が存在するが、両方とも、第１及び第２のシール部２１，２２によって密閉されているため、第１のポート１１からの流体がスペーサ１４側に移動することはできない。その結果、ニードル弁体３０の基端側への流体の漏れを確実に防止することができる。

筒体１６は、スリーブ１５のオリフィス４１側に配置されており、内側をニードル弁体３０が通っている。また、ニードル弁体３０の外周面と、筒体１６の内周面とは所定の間隔を有するように隔たっている。また、筒体１６の外周面には、第２のポート１２と繋がるように周方向の流路１６ａが設けられている。また、筒体１６の内側と流路１６ａとを繋ぐ径方向の流路１６ｂが、ニードル弁体３０の中心軸方向から見て略十字形状となるように４つ設けられている。

スペーサ１４、スリーブ１５、及び筒体１６はそれぞれ、ステンレス鋼によって構成されてもよく、その他の金属によって構成されてもよく、強度の高いその他の材料によって構成されてもよい。

オリフィス部４０は、オリフィス４１を有しており、オリフィス４１が第１のポート１１と同軸状に連通するように弁室１３に配置される。また、オリフィス部４０は、オリフィス４１の第１のポート１１と反対側の端部から、第１のポート１１と反対側に向かって径方向の外側に広がるように傾斜するオリフィス傾斜面４２を有している。そして、そのオリフィス傾斜面４２に、オリフィス４１と同軸の円環状のＯリング４３が配置されている。すなわち、オリフィス４１の中心軸とＯリング４３の中心軸とが同軸になっている。そのＯリング４３は、オリフィス傾斜面４２の一部に設けられた円環状の凹部に装着されていてもよい。Ｏリング４３の少なくとも一部がオリフィス傾斜面４２から突出していることによって、オリフィス傾斜面４２にオリフィス４１と同軸の円環状の突出部が形成されることになる。Ｏリング４３の断面は円形状であるため、オリフィス傾斜面４２から突出している突出部の断面は円弧形状となる。突出部の断面が円弧形状であるとは、厳密には突出部の外周面の断面形状が円弧形状であることである。その断面は、円環形状であるＯリング４３や突出部の円周方向に垂直な平面における断面である。Ｏリング４３は、例えば、ゴムやその他のエラストマーなどによって構成されてもよい。

オリフィス部４０のＯリング４３以外の部分は、例えば、高強度の樹脂によって構成されてもよい。高強度の樹脂は、例えば、エンジニアリングプラスチックであってもよく、スーパーエンジニアリングプラスチックであってもよい。エンジニアリングプラスチックは、例えば、１００℃以上の環境において、４９ＭＰａ以上の引っ張り強度と、２．５ＧＰａ以上の曲げ弾性率を持ったものであってもよい。スーパーエンジニアリングプラスチックは、例えば、ＰＥＥＫ（Poly-Ether-Ether-Ketone，ポリエーテルエーテルケトン）材であってもよく、ポリイミド樹脂であってもよく、その他の高強度の樹脂であってもよい。

また、オリフィス部４０の第１のポート１１側の端面には、オリフィス４１の開口を囲むように円環状の溝部４０ａが設けられており、その溝部４０ａに、第３のシール部２３が挿入されている。第３のシール部２３は、オリフィス４１の開口を囲むように配置された、オリフィス部４０と弁室１３との間をシールするための円環状のものである。第３のシール部２３は、第１及び第２のシール部２１，２２と同様に、円環状の溝部が形成されており、断面がＵ字形状である円環状のシール部材２３ａと、溝部に配置され、溝部の側壁をそれぞれ外方側に付勢する円環状の付勢部材２３ｂと、を有している。なお、第３のシール部２３では、溝部の開口部が内周側を向いている。そのため、付勢部材２３ｂによって、シール部材２３ａの溝部の両側壁は、溝部４０ａの底面、及びその底面と対向する弁室１３の端面に押し付けられることになる。また、オリフィス４１側からの流体が溝部４０ａに浸入することにより、シール部材２３ａの溝部の両側壁が溝部４０ａの底面、及びその底面と対向する弁室１３の端面により強く押し付けられることになり、シール性が向上することになる。第３のシール部２３は、いわゆるフェイスシールとして用いられることになる。溝部４０ａは、例えば、その円環形状の中心が、オリフィス４１の中心軸上に位置するように設けられてもよい。

なお、第１～第３のシール部２１～２３は、それぞれＯＭＮＩＳＥＡＬ（登録商標）であってもよい。また、シール部材２１ａ～２３ａはそれぞれ、例えば、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂であってもよく、グラファイトやグラスファイバーを含む樹脂であってもよく、耐摩耗性に優れたその他の樹脂であってもよい。また、付勢部材２１ｂ～２３ｂはそれぞれ、例えば、ステンレス鋼であってもよく、コバルトやクロム、ニッケル等の合金であってもよく、優れた弾性を有するその他の金属等であってもよい。なお、付勢部材２１ｂ～２３ｂは、断面がＵ字形状やＶ字形状である円環状の部材であってもよく、らせん状のスプリングが円環形状に繋げられたものであってもよい。断面がＵ字形状やＶ字形状である付勢部材２１ｂ～２３ｂは、開口の向きが、シール部材２１ａ～２３ａの溝部の開口の向きと同じになるように、シール部材２１ａ～２３ａの溝部に配置されてもよい。

ニードル弁体３０は、駆動部２によって弁室１３内において軸方向に移動される。ニードル弁体３０は、軸方向の少なくとも一部に円柱形状の軸部３４を有している。ニードル弁体３０の軸部３４より先端側には、オリフィス４１と略同径の円柱形状の円柱部３２、及び軸部３４から円柱部３２に向かって軸に垂直な断面が小さくなる錐台部３３が設けられている。本実施の形態では、錐台部３３の基端が軸部３４の先端に繋がっており、錐台部３３の先端が円柱部３２の基端に繋がっている場合について説明する。ニードル弁体３０の中心軸を含む平面における、その中心軸と錐台部３３の傾斜面とのなす傾斜角は特に限定されるものではないが、例えば、２０度から７０度の範囲内であってもよく、３０度から６０度の範囲内であってもよい。なお、錐台部３３における傾斜面の傾斜角は、オリフィス傾斜面４２の傾斜角と同じであってもよく、または、異なっていてもよい。前者の場合には、Ｏリング４３を外してニードル弁体３０の先端を第１のポート１１側に移動させた際に、錐台部３３の表面とオリフィス傾斜面４２とが面接触することになる。なお、オリフィス４１と円柱部３２とは、例えば、隙間ばめになっていてもよい。また、ニードル弁体３０の基端側は、上記のように、スプライン軸となっていてもよい。円柱部３２よりも先端側は、先端に向かって軸に垂直な断面が小さくなる円錐部３１となっている。ニードル弁体３０は、スプライン軸の箇所を除いて、長手方向の軸を中心とする回転体形状であってもよい。すなわち、ニードル弁体３０の円錐部３１、円柱部３２、錐台部３３、及び軸部３４の中心軸に垂直な断面は円形状であってもよい。

ニードル弁体３０は、例えば、ステンレス鋼によって構成されてもよく、その他の金属によって構成されてもよく、強度の高いその他の材料によって構成されてもよい。ニードル弁体３０と、オリフィス部４０とは、異なる材料によって構成されていることが好適である。そのようにすることで、ニードル弁体３０と、オリフィス部４０との焼き付きの発生を回避することができる。

本実施の形態によるニードルバルブ１では、スリーブ１５の内周側及び外周側における流体の漏れを防止することによって、流体がニードル弁体３０の基端側に漏れないようにしている。そのため、バルブカバー５１をバルブ本体１０に対して締め付ける力と関係なく流体の漏れを防止できることになり、ニードルバルブ１を熟練者でない作業者が組み立てたとしても、流体の漏れを適切に防止できることになる。例えば、バルブカバー５１を、バルブ本体１０に対して所定のトルクで締め付けるようにしてもよい。

次に、ニードルバルブ１が閉弁状態から開弁状態になるまでについて説明する。図２、図４は、閉弁状態のニードルバルブ１を示している。図４で示されるように、オリフィス４１に円柱部３２が挿入され、錐台部３３における傾斜面と、オリフィス傾斜面４２に装着されたＯリング４３とが当接することによって、第１のポート１１から第２のポート１２への流体の流れが完全に止められることになる。なお、オリフィス部４０と弁室１３との間に第３のシール部２３が配置されていることにより、流体がオリフィス４１以外を通って第２のポート１２に流れることを防止することができ、閉弁時における流体の完全な遮断を実現することができる。

次に、駆動部２によってジョイント５４を回転させ、ねじ軸３５及びニードル弁体３０を図１の左側に移動させたとする。そして、図５で示される状態になったとする。この状態では、錐台部３３における傾斜面と、Ｏリング４３とは離れているが、円柱部３２の一部がまだオリフィス４１に挿入されているため、第１のポート１１から第２のポート１２にはほとんど流体が流れない。

駆動部２によってさらにニードル弁体３０がオリフィス４１から離れる方向に移動されることによって、図６で示される状態になったとする。すると、ニードル弁体３０の先端とオリフィス４１との間において流体が流れることになる。なお、流体が流れ始める際には、第１のポート１１側と第２のポート１２側との圧力差があるため、流体が勢いよく流れ始めることになる。特に、閉弁時の第１のポート１１側と第２のポート１２側との圧力差が大きい場合には、そのことが顕著になる。そのように流体が高速で移動する場合には、硬い材料であっても削れることがある。しかしながら、本実施の形態によるニードルバルブ１においては、錐台部３３の傾斜面と、Ｏリング４３との隙間において流体が流れ始めるのではなく、円柱部３２の先端側及び円錐部３１の基端側と、オリフィス４１のバルブカバー５１側の端部との隙間において、流体が流れ始めることになる。そのため、オリフィス部４０のＯリング４３以外の部分やニードル弁体３０と比較して柔らかい材料で構成されているＯリング４３が、そのような高速な流体（例えば、図６の破線の矢印で示される箇所を流れる流体）によって削られることを防止することができ、Ｏリング４３を長期間にわたって使用することができるようになる。ニードル弁体３０がさらにオリフィス４１から離れると、図７で示される状態となり、その後に図３、図８で示される全開状態となる。

なお、ここでは、全閉状態から全開状態になるまでニードル弁体３０が移動される場合について説明したが、これは一例であり、それ以外の制御が行われてもよい。例えば、第２のポート１２側の流体の圧力が所定の値となるように、駆動部２が制御されてもよい。そのような場合には、流量調整バルブ１００は、圧力調整バルブとして用いられることになる。

以上のように、本実施の形態によるニードルバルブ１によれば、スリーブ１５の外周側及び内周側に配置された第１及び第２のシール部２１，２２によって、ニードル弁体３０の基端側への流体の漏れを防止するため、熟練していない作業者がニードルバルブ１を組み立てたとしても、そのような漏れを適切に防止することができるようになる。また、閉弁時には、円柱部３２がオリフィス４１に挿入され、オリフィス部４０のオリフィス傾斜面４２に装着されたＯリング４３である突出部と、ニードル弁体３０の錐台部３３とが当接することによって、閉弁時におけるオリフィス部４０とニードル弁体３０との間の流体の漏れを完全に防止することができる。また、オリフィス部４０と弁室１３との間を第３のシール部２３によってシールすることにより、閉弁時に、オリフィス４１以外の部分を介して、流体が第１のポート１１から第２のポート１２に漏れることを回避することができる。

また、閉弁状態から開弁状態に移行する際に、Ｏリング４３と錐台部３３とが離れた後も、オリフィス４１に円柱部３２が挿入されている状態になることによって、Ｏリング４３と錐台部３３との間で流体が流れ始めることを回避でき、Ｏリング４３が流れ始めの高速な流体によって削られたり、摩耗したりすることを防止することができる。なお、閉弁時の漏れを防止する観点からは、Ｏリングをニードル弁体側に設けることも考えられる。しかしながら、Ｏリングをニードル弁体側に設けた場合には、閉弁状態から開弁状態に移行する状況において流体が高速で流れ始めた際に、Ｏリングが装着されている溝と、Ｏリングとの間に流体が流れ込み、Ｏリングを外側に広げる力が働くことになり、Ｏリングが切れる可能性がある。一方、本実施の形態によるニードルバルブ１のように、オリフィス部４０側にＯリング４３を装着し、閉弁状態から開弁状態に移行する際の高速な流体がＯリング４３に直接当たらないようにすることによって、Ｏリング４３の破損の可能性を低減することができる。

また、本実施の形態によるニードルバルブ１は、例えば、二酸化炭素などの超臨界流体の流量制御や圧力制御のために用いられてもよい。超臨界流体がニードル弁体３０の基端側に漏れた場合には、油が流されて焼き付きが発生することがありうるが、本実施の形態によるニードルバルブ１のように、ニードル弁体３０の基端側への流体の漏れを防止できることによって、そのようなことが発生しないようにすることができる。また、流体が超臨界流体である場合であって、超臨界流体の排出路にニードルバルブ１が用いられる場合には、通常、ニードルバルブ１を超臨界流体が通過する際に断熱膨張によって温度が低下することになる。その場合には、オリフィス４１の直径が大きくなり、円柱部３２の直径が小さくなるため、オリフィス４１と円柱部３２との間での焼き付きが発生しないことになる。なお、ニードルバルブ１によって流量の制御等が行われる流体の種類は問わない。例えば、超臨界流体であってもよく、水やオイルなどの液体であってもよく、気体であってもよい。

なお、本実施の形態では、第３のシール部２３が、シール部材２３ａと付勢部材２３ｂとを有している場合について説明したが、そうでなくてもよい。第３のシール部２３は、円環状のその他のシールであってもよい。第３のシール部２３は、例えば、Ｏリング等であってもよい。

また、本実施の形態においては、第１及び第３のシール部２１～２３が、溝部に配置される付勢部材２１ｂ～２３ｂを有する場合について説明したが、そうでなくてもよい。第１及び第３のシール部２１～２３はそれぞれ独立して、付勢部材２１ｂ～２３ｂを有していなくてもよい。その場合であっても、シール部材２１ａ～２３ａの溝部に流体が流入することにより、溝部の両側壁が外方側に押圧されることになり、漏れを防止することができる。

また、本実施の形態では、第１及び第２のシール部２１，２２を装着するための段部１５ａ，１５ｂがスリーブ１５に設けられている場合について説明したが、そうでなくてもよい。例えば、スリーブ１５には、段部１５ａが形成されておらず、第１のシール部２１を装着するための溝部が弁室１３の内周面に設けられていてもよい。また、例えば、スリーブ１５には、段部１５ｂが形成されておらず、第２のシール部２２を装着するための溝部がニードル弁体３０の外周面に設けられていてもよい。

また、本実施の形態では、第１のシール部２１が弁室１３の開口側に設けられ、第２のシール部２２がオリフィス４１側に設けられる場合について説明したが、そうでなくてもよい。第１及び第２のシール部２１，２２はそれぞれ独立して、スリーブ１５の中心軸方向の任意の箇所に設けられてもよい。

また、本実施の形態では、駆動部２によってニードル弁体３０を移動させる場合について説明したが、そうでなくてもよい。例えば、手動によってニードル弁体３０を移動させるようにしてもよい。

また、本実施の形態では、ねじ軸３５、ボールねじユニット５５、ボールスプラインユニット５７などの移動機構を用いてニードル弁体３０が移動される場合について説明したが、そうでなくてもよい。それら以外の移動機構によって、ニードル弁体３０がオリフィス４１に近づいたり離れたりする方向に移動されてもよい。なお、その移動の際に、ニードル弁体３０は回転しないことが好適である。第１及び第２のシール部２１，２２やＯリング４３の破損や摩耗を防止するためである。また、ニードルバルブ１は、そのような移動機構を有していなくてもよい。

また、本実施の形態では、オリフィス傾斜面４２における円環状の突出部が、Ｏリング４３によって形成される場合について説明したが、そうでなくてもよい。図９で示されるように、オリフィス傾斜面４２と一体的に突出部４４が形成されていてもよい。この場合であっても、円環状の突出部４４と、ニードル弁体３０の錐台部の表面とが接することにより、閉弁時の流体の漏れを防止することができる。また、Ｏリング４３の場合と同様に、閉弁状態から開弁状態への移行時に、突出部４４が削れたり摩耗したりすることを防止することができる。

また、本実施の形態では、筒体１６が、周方向の流路１６ａと、径方向の４つの流路１６ｂとを有する場合について説明したが、そうでなくてもよい。径方向の流路１６ｂの個数は４つ以外であってもよい。また、周方向の流路１６ａはなくてもよい。例えば、筒体１６は、オリフィス４１と第２のポート１２とを繋ぐＬ字形状の流路を有するものであってもよい。

また、本実施の形態では、ニードル弁体３０において、円柱部３２の先端側に円錐部３１が設けられている場合について説明したが、そうでなくてもよい。円柱部３２の先端側には円錐部３１が設けられていなくてもよく、または、円錐部３１に代えて、先端に向かって断面が小さくなる錐台部が設けられていてもよい。

また、本実施の形態では、閉弁時には、ニードル弁体３０の錐台部３３と、オリフィス傾斜面４２に形成された突出部とが当接することによって、第１のポート１１から第２のポート１２への流体の流れを完全に止めることができる場合について説明したが、そうでなくてもよい。ニードル弁体３０の基端側への流体の漏れを防止するだけでよい場合、例えば、本実施の形態によるニードルバルブ１を流量調整にのみ用いる場合には、ニードル弁体３０やオリフィス部４０の構成は、上記説明とは異なるものであってもよい。

また、本実施の形態では、スリーブ１５の外周側及び内周側において流体が流れないように第１及び第２のシール部２１，２２によってシールすることによって、ニードル弁体３０の基端側に流体が流れないようにする場合について説明したが、そうでなくてもよい。流量制御と閉弁時の完全遮断とを実現できるだけでよい場合には、スリーブ１５の外周側及び内周側に第１及び第２のシール部２１，２２が配置されていなくてもよい。この場合には、ニードルバルブは、次のようなものであってもよい。すなわち、ニードルバルブは、第１のポートと、第２のポートと、前記第１のポート及び前記第２のポートを繋ぐ略円柱形状の弁室とを有するバルブ本体と、前記弁室内において移動されるニードル弁体と、前記オリフィスを有しており、当該オリフィスが前記第１のポートと連通するように前記弁室に配置されるオリフィス部とを備え、前記第１のポートに連通したオリフィスに前記ニードル弁体の先端が離接することによって流量が調整され、前記ニードル弁体の前記軸部より先端側には、前記オリフィスと略同径の円柱形状の円柱部、及び前記軸部から前記円柱部に向かって軸に垂直な断面が小さくなる錐台部が設けられており、前記オリフィス部は、前記オリフィスにおける前記第１のポートと反対側の端部から、前記第１のポートと反対側に向かって径方向の外側に広がるように傾斜するオリフィス傾斜面を有しており、当該オリフィス傾斜面には、前記オリフィスと同軸の円環状の突出部が形成されており、当該突出部の断面は円弧形状であり、閉弁時には、前記円柱部が前記オリフィスに挿入され、前記突出部と前記錐台部とが当接する、ものであってもよい。

また、本実施の形態では、第１のポート１１が入力ポートであり、第２のポート１２が出力ポートである場合について主に説明したが、そうでなくてもよい。第２のポート１２が入力ポートとなり、第１のポート１１が出力ポートとなるようにニードルバルブ１が用いられてもよい。例えば、二酸化炭素の超臨界流体の排出路においてニードルバルブ１が用いられる場合には、二酸化炭素の断熱膨張によってドライアイスが発生することがある。そのような場合であっても、第２のポート１２から第１のポート１１の方向に流体を流すと、ドライアイスの詰まりを低減することができる。このように、状況によっては、第２のポート１２が入力ポートとなり、第１のポート１１が出力ポートとなるようにニードルバルブ１が用いられてもよい。なお、第２のポート１２が入力ポートとなり、第１のポート１１が出力ポートとなるようにニードルバルブ１が用いられる場合には、第３のシール部２３のシール部材２３ａは、溝部の開口部が外周側を向くものであることが好適である。

また、本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。

以上より、本発明の一態様によるニードルバルブによれば、例えば、ニードル弁体の基端側への流体の漏れを防止できるという効果が得られ、ニードルバルブとして有用である。

１ ニードルバルブ
１０ バルブ本体
１１ 第１のポート
１２ 第２のポート
１３ 弁室
１５ スリーブ
２１ 第１のシール部
２２ 第２のシール部
２３ 第３のシール部
２１ａ、２２ａ、２３ａ シール部材
２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ 付勢部材
３０ ニードル弁体
３２ 円柱部
３３ 錐台部
３４ 軸部
４０ オリフィス部
４１ オリフィス
４２ オリフィス傾斜面
４３ Ｏリング
４４ 突出部
１００ 流量調整バルブ

Claims (7)

1. 第１のポートと、第２のポートと、前記第１のポート及び前記第２のポートを繋ぐ略円柱形状の弁室とを有するバルブ本体と、
   前記弁室内において移動され、円柱形状の軸部を有しているニードル弁体と、
   前記軸部の外周面と、前記弁室の内周面との間に配置された略円筒形状のスリーブと、
   前記スリーブの外周面と前記弁室の内周面との間をシールする、前記スリーブと同軸に配置された円環状の第１のシール部と、
   前記スリーブの内周面と前記軸部の外周面との間をシールする、前記スリーブと同軸に配置された円環状の第２のシール部と、を備え、
   前記第１のポートに連通したオリフィスに前記ニードル弁体の先端が離接することによって流量が調整され、
   前記第１及び第２のシール部は、円環状の溝部が形成されており、断面がＵ字形状である円環状のシール部材を有しており、当該シール部材の溝部の開口部が前記オリフィス側となるように配置されている、ニードルバルブ。
2. 前記第１及び第２のシール部は、前記シール部材の溝部に配置され、前記溝部の側壁をそれぞれ外方側に付勢する円環状の付勢部材を有している、請求項１記載のニードルバルブ。
3. 前記オリフィスを有しており、当該オリフィスが前記第１のポートと連通するように前記弁室に配置されるオリフィス部をさらに備え、
   前記ニードル弁体の前記軸部より先端側には、前記オリフィスと略同径の円柱形状の円柱部、及び前記軸部から前記円柱部に向かって軸に垂直な断面が小さくなる錐台部が設けられており、
   前記オリフィス部は、前記オリフィスにおける前記第１のポートと反対側の端部から、前記第１のポートと反対側に向かって径方向の外側に広がるように傾斜するオリフィス傾斜面を有しており、
   当該オリフィス傾斜面には、前記オリフィスと同軸の円環状の突出部が形成されており、
   当該突出部の断面は円弧形状であり、
   閉弁時には、前記円柱部が前記オリフィスに挿入され、前記突出部と前記錐台部とが当接する、請求項１または請求項２記載のニードルバルブ。
4. 前記突出部は、前記オリフィス傾斜面にＯリングを装着することによって形成されている、請求項３記載のニードルバルブ。
5. 前記突出部は、前記オリフィス傾斜面と一体的に形成されている、請求項３記載のニードルバルブ。
6. 前記ニードル弁体と、前記オリフィス部とは、異なる材料によって構成されている、請求項３から請求項５のいずれか記載のニードルバルブ。
7. 前記オリフィスの開口を囲むように配置された、前記オリフィス部と前記弁室との間をシールするための円環状の第３のシール部をさらに備えた、請求項３から請求項６のいずれか記載のニードルバルブ。

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