JPH0276902A - 流体コントロールバルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、流体が放出される放出ポートを通る流体の
流れを、該放出ポートを開閉する閉塞体により制御して
、バルブコントロールを行なうようにした構造の流体コ
ントロールバルブに関するものである。

（従来の技術） 前記したバルブにおいては、放出ポートの上流側の流路
にコントロールオリフィスを設け、このオリフィスの口
径を放出ポートのそれよりも細く形成して、前記コント
ロールオリフィスと放出ポートとの間の流体の圧力を閉
塞体により制御する放出ポートからの流れのレートで調
整するようになっている。このような構造においては、
放出ポートとコントロールオリフィスとの間の流体圧力
でバルブ部材を、例えば、ダブルアクションのピストン
の一方側またはバルブ部材のアクチュエータとしてのダ
イアフラムへの作用によって、駆動する。

（発明が解決しようとする課題） 前記した流体コントロールバルブにおいては、放出ポー
トは、閉塞体に対面する凸状面に形成されたオリフィス
を有し、該凸状面は、製造上の便宜の点から、その形状
が決定される。しかしながら、この面の形状は、閉塞体
の位置と、放出ポートに対し閉塞体が接近している状態
の放出ポートの直近の上流の流体圧力との間の関係に影
響し、この影響を利用してバルブのパフォーマンスを改
善できる。

放出ポートの直近の上流の流体圧力、例えば、放出ポー
トと、より小径の上流のコントロールオリフィスとの間
の圧力を閉塞体の各種の位置で測定すれば、このバック
プレッシャーは、閉塞体が放出ポートを閉止したとき、
最大であり、閉塞体が放出ポートから、その直径の約１
７３に相当する距離で離れているとき、最低となる。こ
のような結果を表にプロットしてみると、バックプレッ
シャーと閉塞体の位置との間の関係は、規則的であり、
プロットは、スムーズな曲線を描く。しかしながら、あ
る範囲においては、前記関係は、不規則性を帯び、該曲
線に急激な変化が生ずる部分がある。この不規則性は、
閉塞体に接面し、かつ、放出ポートが形成されている面
の形状に基づく。

偶然ではあるにせよ、放出ポートに凸状面をもつシャー
プなエツジが設けられ、その面が例えば、円錐面で、閉
塞体に対面する面であれば、前記の不規則性は、低下し
、曲線の落ちこぶ部分もなくなる。この点に関しては、
１９７３年９月スコツトランド、イーストキルブライド
において開催のナショナル・エンジニアリング・ラボラ
トリ−のファースト・ヨーロッピアン・フリュード・パ
ワー・コンファレンスにおける資料Ｎｏ、２１の゛低圧
ジェット感知技術の発展”を参照されたい。

（課題を解決するための手段） この発明は、前記した不規則性を利用して、前記構造の
バルブの特性を大幅に改善するものである。この発明に
よる流体コントロールバルブは、放出ポートを囲み、閉
塞体に対面する面の形状を選択して、前記不規則性を増
加するようにしたものである。さらに、この発明の実施
例においては、閉塞体は、放出ポートを流れる流体によ
る静的で動的な力に応答し、前記圧力の不規則性の効果
を補足する。

したがって、この発明は、放出ポートと、この放出ポー
トに対し当接ならびに離去するように可動な閉塞体とを
備え、この放出ポートのオリフィスが環状の壁部により
外方から囲まれていることを特徴とする流体コントロー
ルバルブを提供するものである。

°実際において、放出ポートの前記形状は、凸状面にお
けるオリフィスの形状に相当し、バックプレッシャーと
１Ｍ１体の位置関係における不規則性を最大のものとし
、バルブに極めて有利なパフォーマンスを与えるもので
ある。しかしながら１、　　凸状面をもつコンベンショ
ナルなオリフィスの形状は、閉塞体によるシールの際の
スラストが低いという、迅速応答装置に好ましい利点が
あり、したがって、この発明においては、放出ポートの
構造に、シールしやすい凸状面の形状と、凹んだ面の形
状とを併用し、機能の向上を図っている。

したがって、この発明においては、放出ポートには、壁
部により囲まれた凸状面（半円球または円錐形）にオリ
フィスが形成され、該凸状面と壁部との間にフラットな
環状の窪み、または、縁部が形成されている。

さらに、好ましくは、オリフィスは、前記壁部の先端か
ら外方へ突出する構造になっている。

そして、オリフィスの口縁は、シャープなエツジになっ
ている。

この発明においては、閉塞体は、種々の構造のものが採
用され、ピボットレバー（公知のレバーブリード制御サ
ーボバルブにおけるような）を含み、機械的または電磁
・機械的手段（ソレノイドなど）により操作される。ま
た、閉塞体は、放出ポートからの流体の流れによるスラ
ストに応答して移動可能である。

（実施例） 第１図は、この発明が実施される型式の流体調節バルブ
の説明図であ°る。図示されている型式の特定のバルブ
は、符号１０で示されるダブルパイロットの５ポートバ
ルブであり、スプールまたは均等構造を有し、第１の端
部位置において示された点線接続と、第２の端部位置に
おいて示された実線接続とを構成し、これら端部位置間
のスイッチングは、このスプールの両端に作用する力の
バランスを変化させることによって達成される。この特
定型式のバルブにおいて、力のバランスは、パイロット
ポート１１．１２に作用するサーボ圧力から生ずるもの
で、同じサーボ圧力がポート１１．１２それぞれに作用
したとき、ポート１２におけるサーボ圧力がポート１１
に作用する同じ圧力よりもより大きな力をスプールに発
生させるようにする結果として、スプールが第１の端部
位置ヘシフトするような構成である。このような結果は
、例えば、当業者の既成技術により良く理解されるよう
に、デフレンシャル領域効果またはスプリング付勢力に
より達成される。このような構成の帰結は、コンスタン
トなサーボ圧力をポート１１に維持することにより、バ
ルブ１０は、ポート１２におけるサーボ圧力を調節すれ
ば、二つの端部位置の間をスイッチすることが可能とな
ることである。第１図は、サーボ圧力源１３をパイロッ
トポート１１に直接接続し、パイロットポート１２とは
、スロットルまたはコントロールオリフィス１４を介し
て間接接続した大標的な接続例を示し、この例において
は、パイロットポート１２は、また、放出ポート１５に
対し近接または離去する方向に移動可能な閉塞体１６に
よりコントロールされる放出ポート１５に接続されてい
る。放出ボ−ト１５は、コントロールオリフィス１４の
オリフィスの断面領域よりも大きな断面領域のオリフィ
スを有し、閉塞体１６が放出ポートから充分離れたどき
、パイロットポート１２の圧力が効率良くゼロに落ちる
ようになっている。

第２図は、第１図に示されたバルブ構成における放出ポ
ートに対する閉塞体１６の関係を示すものであって、図
示のように、サーボ圧力源１３から供給されたサーボ圧
力は、コントロールオリフィス１４を通り放出ポート１
５へ達する構成になっているが、第１図の構成のパイロ
ットポート１２へ至る分岐接続点１７がコントロールオ
リフィス１４の下流位置に設けられている。第２図に示
すように、閉塞体１６が放出ポート１６から離れている
とき、放出ポートから放出される流体は閉塞体に衝突し
、流れの向きを側方に変えるもので、分岐接続点１７に
おける圧力が放出ポート１５に対する閉塞体１６の相対
位置（距離）に対しプロットされるとき、変則効果を生
じさせるのが前記閉塞体面による流体の偏向と該閉塞体
面に対する流れである。

第３図は、分岐接続点１７における放出ポートから離れ
た閉塞体に対する圧力−パバックプレッシャー″−のプ
ロットを示すもので、距離ゼロにおいて、即ち、閉塞体
１６が放出ポート１５を完全にシールしたとき、バック
プレッシャーは、最大となり、第１．２図に示された構
成における一圧力１１３における圧力と等しくなること
が分る。

概ね、閉塞体がポート１５から離れてゆくにつれ、バッ
クプレッシャーは、滑らかな曲線を描いて規則的に低下
し、閉塞体が放出ポートのオリフィスの直径の約１７３
に相当する距離寸法をもってポート１５から離れると、
バックプレッシャーの値は、１　はぼゼロになる。

しかしながら、ポート１５からの閉塞体の距離が短い範
囲においては、バックプレッシャーと閉塞体の位置の関
係は、不規則である。第３図に示すように、ポート１５
からの閉塞体の距離が図の２から４ユニツトの範囲にわ
たり不規則性の部分が発生し、この不規則性の部分は、
ｗＪ塞体の位置に対するバックプレッシャーの他のスム
ーズな曲線部分における“変則こぶ部分″となっている
。

このような不規則性が生ずる閉塞体の位置の範囲、ここ
では、これを“クリチカルな距離範囲”とよぶが、この
ような範囲においては、バックプレッシャーは、該範囲
のほぼ中間点において、即ち、第３図に示す例では、閉
塞体の放出ポートから離れた位置が約３ユニツトの位置
において、最低値となる。これを、ここでは、′平均ク
リチカル距離″とよぶ。

バックプレッシャ一対閉塞体位置の相関関係における不
規則性または“変則こぶ部分″は、放出ポートのオリフ
ィスを囲み、閉塞体に対面する構造的面の形状に依存す
る。第２図は、放出ポート１５のコンベンショナルな構
造を示しており、この構造においては、凸状になったシ
ャープなエツジ２１で囲まれた円形のオリフィス２０が
設けられ、オリフィス２０を囲む部分は、円錐面２２を
構成している。このような形状により、バックプレッシ
ャ一対閉塞体位置の相関関係における不規則性は、低減
されることが生ずる。

説明の便宜上、第２図に示す構成においては、閉塞体１
６は、放出ポート１５から充分に距離をおいた位置にあ
るが、閉塞体が放出ポートに接近しているとき、即ち、
オリフィス２０の直径の約１７１０の接近距離にあると
き、前記の不規則性が発生する。

前記の不規則性は、放出ポートを流れる流体の流れがラ
ジアル方向であり、閉塞体と前記オリフィスの口縁であ
るエツジ２１との間の間隙による狭いスロートを流れる
ことによる“ベンチュリ″効果によるものであると考え
られる。流体は、前記間隙を介して加速し、ついで、面
２２の形状による間隙の幅の広がりにより減速する。流
体の加速は、ベルヌーイの定理（大数の法則）による圧
力低下、即ち、閉塞体の閉塞効果の緩和を結果するもの
と推測される。

しかしながら、理由がどのようなものであれ、閉塞体に
面する放出ポートの面の構造が第２図の図示構造のもの
から変化すると、前記不規則性は、さらに−層顕著にな
ってくる。表面２２の凸状形状がゆるくなれば、不規則
性は、−層顕著になり、オリフィス２０を囲む顕著な幅
の凸面の場合に、最大の不規則性が示される。

この発明のコントロールバルブは、前記不規則性を利用
して、望ましい操作特性を達成するようにしたものであ
る。

この発明が実施される形式のコントロールバルブは、閉
塞体の僅かな動きに即座に応答することを要求される頻
度が高い。第１図のバルブ構成において、放出ポートを
シールする位置から閉塞体が離れるとき、パイロットポ
ート１２におけるサーボ圧力は、閉塞体の動きの開始に
したがい、急速に低下する。このことは、放出ポートを
介しての流体の流れの急速な高まりを意味し、パイロッ
トポート１２と関連のパイロットシステムにおける流体
ボリュームを含め、放出ポートとコントロールオリフィ
スとの間にトラップされていた流体を放出する。

バックプレッシャ一対閉塞体位置の相関関係における不
規則性を増進することによって、閉塞体が放出ポートか
ら離れてクリチカル距離範囲に達すると、放出ポートの
バックプレッシャーは、大きく低下し、閉塞体が放出ポ
ートからさらに一層離れた位置に達する前に、放出ポー
トから流体は、急速に流れ出すもので、その−層離れた
位置においては、コンベンシミナルな構成では、同じバ
ックプレッシャーとなることが理解される。即ち、前記
のクリチカル距離範囲において生ずる異常に低い背圧（
バックプレッシャー）が差圧（ダイフレンシャルな圧力
）を発生させ、放出ポートからの流体の流出を加速させ
る。

さらに、放出ポートから流体が流れ出すと、そのダイナ
ミック作用が閉塞体の開放運動を助け、さらに、バルブ
の応答特性を向上させるように利用できる。

第４図は、この発明を構成するコントロールバルブの放
出ポートの一つの好ましい構造の例を示すもので、この
例においては、放出ポートは、断面が円形の本体３０を
備え、軸方向にボア３１が貫通し、このボアの一端にオ
リフィス３２が形成されている。オリフィス３２は、シ
ャープなエツジ３３で囲まれ、このエツジの周面は、コ
ンベンショナルな構造（第２図）と同じく円錐面（傘形
面）３４となっている。しかしながら、この円錐面３４
の周側縁には、フラットな環状の縁部３５が形成されて
おり、該縁部３５を環状の壁部３６が外方から囲む構造
になっている。

図示のように、オリフィス３２は、壁部３６の前端から
前方へ突き出しており、エツジ３３が閉塞体のフラット
なシーリング面に当接したとき、閉塞体と壁部３６との
間に間隙が残るように構成されている。

第４図に示された構造のプロポーションは、通常のサイ
ズで、コンベンショナルな構造のコントロールバルブに
適用されるものであるが、そのようなプロポーションは
、用途に応じ種々変更される。

第４図に示された放出−ポートの寸法関係について説明
すると、第４図において、（ａ）はオリフィスの直径、
（ｂ）は壁部３６の内径、（Ｃ）は壁部３６の前端から
のオリフィス３３の突き出し寸法、（ｄ）は壁部３６の
高さ、（ｅ）は壁部３６の外径をそれぞれ示す。図示の
ようなプロポーションをもつ構造においては、前記した
寸法関係は、次のような範囲になる。

（ａ）　　　０．９〜３．０ｒａｒｌ （ｂ）　　　２．０〜１０ｆｆ１０ ｆｆ１　　０．０５〜０．５ｍｍ （ｄ）　　　０．４〜２．０ｍ＋ｎ （ｅ）３〜１２ｍｍ したがって、例えば、代表的な一つの寸法例を示すと、
前記の（ａ）＝　０．９５＋＋ｍ　；　（ｂ）＝２．８
ｍｍ；（Ｃ）＝０．２５＋ｎ＋ｌｌ；　（ｄ）＝０．４
５ｍｆｆ１；（ｅ）＝３．２５ｍｍとなる。そして、壁
部３６の放射方向の厚さは、製造と材料ストレスを考慮
して、できるかぎり小さくすべきである。これは、壁部
の前端は、閉塞体に接面するシャープなエツジとして＾
能するようになっているからである。バルブポートを人
形にするときは、壁部の前端を面取りしてもよい。

この発明が実施される形式のコントロールバルブにおい
ては、放出ポートからの放出流体の圧力による閉塞体に
かかるスラストは、放出ボー１〜領域と閉塞体による閉
塞度合の関数となるが、この発明による構造の放出ポー
トを有するバルブにおいては、放出された流体は、オリ
フィス３２とこれを囲む壁部３６との間の領域に入り、
閉塞体へのスラストは、ついで閉塞体のより広い領域に
作用する流体圧力の結果として、増加する。

したがって、閉塞体の構造において、バネ力の弱いスプ
リングその他の均等物により放出ポートに着座させ、こ
れをシールするため、閉塞体にピボットレバーを設ける
ような構造など、閉塞体に軽いバネ力を作用させて放出
ポートの閉塞を行なうような構造にした場合、バルブの
すき間として発生した余分なスラストは、ある荷重スラ
ス１へ分とカンタ−バランスし、かくして閉塞体の開放
を助ける。閉塞体が閉塞体に対し発生したスラストに応
答しなくてもよければ、閉塞体の最初の開き運動が閉塞
体に対する放出流体のスラストによる開放運動またはリ
フト運動により補充される効果となる。適当な構造によ
り、スナップ作用が達成される。

この発明は、機械的に動作される閉塞体を有するコント
ロールバルブに適用できるが、液体圧力、または、ソレ
ノイド制御バルブのように、磁力作用で動作する閉塞体
を備えた流体コントロールバルブにも有効に適用できる
。即ち、このような構造のものは、放出流体によるスラ
ストを利用して、バルブの応答レートを開放信号にする
ことができる。

第５図乃至第７図は、この発明の応用例を示す。第５図
は、この発明をレバーブリードバルブに実施した例であ
って、閉塞体としてのレバー５０がピボット５１に枢支
され、フレキシブルな弁座５２を有して、該弁座が第４
図に示す特徴的な壁部３６を有する構造の放出ポート５
３に着座する。レバー５０は、弱いスプリング５４に付
勢され、弁座５２が放出ポートのオリフィスを囲むエツ
ジに当接し、バルブは、閉止状態にある。

第６図の例は、閉塞体６０がフレキシブルなダイアフラ
ムの構造のものであって、適当なエンクロージュア−６
２の内部に形成されたチャンバ６１を閉止し、前記チャ
ンバには、ポート６３を介して作動流体が出入できるよ
うになっている。

閉塞体６０には、裏板６４とフレキシブルな弁座６５が
設けられており、該弁座が第４図に示す構造の放出ポー
ト６６に当接する。この構造においては、閉塞体は、ス
プリング６７により、弁座６５が放出ポート６６から離
されて、バルブ開放位置にとどまるようにう付勢されて
いる。

第７図の例は、ソレノイドにより制御される閉塞体７０
を有する流体コントロールバルブに、この発明を実施し
た例であり、閉塞体７０は、ソレノイドの電機子であっ
て、この閉塞体７０には、第４図に示す構造のもので、
特徴的な壁部３６を有する放出ポート７２と係合するフ
レキシブルな弁座７１が設けられている。該閉塞体は、
スプリング７３によりバルブ閉止位置に付勢されている
。

この発明をソレノイド制御バルブに適用することは、極
めて有利なことである。これは、特に、小型で、高速動
作のバルブにおいては、作動力、力／電機子の位置など
が拘束され、ソレノイドの特性で高速動作が明言される
からである。したがって、図示のような構造のバルブの
バルブ閉止位置におけるように、電機子がのびたときの
ソレノイドによる力は、最低であるが、電機子がコイル
側に移動するにつれ、増加する。第７図に示すような構
造においては、バルブ開放動作の開始において、放出ポ
ート７２から閉塞体７０を離すようにする磁力は、前記
ポートから放出される流体の静的ならびに動的スラスト
により補充され、閉塞体の開放運動を早める。

かくして、この発明による放出ポート構造により、バッ
クプレッシャー／閉塞体位置関係の不規則性または落ち
こんだこぶを利用して、閉塞体の開放初期の放出ポート
を介する流体の流れを加速することができ、これによっ
て、閉塞体の開放運動に応答するバルブのレートを高め
、一方、放出流体による閉塞体へのスラストに応答する
閉塞体を構成し、バルブリスポンスの増進が達成できる
。

この発明の原理は、流体コントロールバルブに広く適用
でき、例えば、単純なポペットバルブに適用できる。特
に、閉塞体と放出ポートの構造により、第１図に示した
構成におけるようなサーボ圧力制御機能よりも流体の流
れの制御機能が得られる。

（発明の効果） この発明によれば、流体コントロールバルブのパフォー
マンスが向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明が実施される形式の流体コントロー
ルバルブの説明図、 第２図は、第１図に示されたバルブにおいて、コントロ
ールオリフィス、放出ポート、閉塞体の関係を示す説明
図、 第３図は、第１図に示されるバルブにおいて、閉塞体の
位置に対するバックプレッシャーの変化をプロットした
グラフ、 第４図は、この発明の一実施例における放出ポートの略
図的説明図、 第５図は、この発明を構成するバルブのレバータイプの
閉塞体の斜視図、 第６図は、フレキシブルなダイアフラムを有する閉塞体
を示す説明図、 第７図は、ソレノイド駆動の閉塞体の説明図である。 １０・・・・・・スプール １１．１２・・・パイロットポート １３・・・・・・サーボ圧力源 １４・・・・・・コントロールオリフィス１５・・・・
・・放出ポート １６・・・・・・閉塞体 １７・・・・・・分岐接続点 ３０・・・・・・円形の本体 ３１・・・・・・ボア ３２・・・・・・オリフィス ３３・・・・・・エツジ ３４・・・・・・円錐面 ３５・・・・・・フラットな環状の縁部３６・・・・・
・壁部 手続補正書鴎式） １．事件の表示 平成１年　特　許　願　第１６２４７２号２、発明の名
称 流体コントロールバルブ ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名　称　　エフ・エックス・ケイ・バテンツ・リミテッ
ド４、代理人 住　所　　東京都港区南青山−丁目１番１号５、補正命
令の日付く　　） （発送臼）平成１年９月２６日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）放出ポートと、この放出ポートに対し当接ならび
   に離去するように可動な閉塞体とを備え、この放出ポー
   トのオリフィスが環状の壁部により外方から囲まれてい
   ることを特徴とする流体コントロールバルブ。 （２）前記放出ポートのオリフィスが前記壁部により囲
   まれた凸状面に形成されている特許請求の範囲第１項に
   よる流体コントロールバルブ。 （３）前記凸状面がオリフィスを囲み、周縁が前記壁部
   で囲まれていることを特徴とする特許請求の範囲第２項
   による流体コントロールバルブ。 （４）前記凸状面が円錐面と、該円錐面と前記壁部との
   間のフラットな環状部とを有している特許請求の範囲第
   ２項または第３項による流体コントロールバルブ。 （５）前記放出ポートのオリフィスが前記壁部の先端よ
   りも外方に突き出ていることを特徴とする前記特許請求
   の範囲のいずれかの項による流体コントロールバルブ。 （６）前記オリフィスの口縁がシャープなエッジになっ
   ている前記特許請求の範囲のいずれかの項による流体コ
   ントロールバルブ。 （７）放出ポートから放出される流体から得られるスラ
   ストに応答して動く閉塞体を有することを特徴とする前
   記特許請求の範囲のいずれかの項による流体コントロー
   ルバルブ。（８）弾性部材により付勢されているレバー
   を前記閉塞体が備えている特許請求の範囲第７項による
   流体コントロールバルブ。 （９）閉塞体が流体の圧力により可動なフレキシブルな
   ダイフラムを備えている特許請求の範囲第７項による流
   体コントロールバルブ。 （１０）閉塞体がソレノイドの電機子からなる特許請求
   の範囲第７項による流体コントロールバルブ。