JPH0534521B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、気体圧作動機器の動作速度を制御
するための流量制御弁に係り、特に低流量域での
微調整が可能な流量制御弁に関する。

〔従来の技術〕

従来、例えば空気圧シリンダのように気体の圧
力によつて作動する機器の動作速度を制御しよう
とする場合には、速度制御弁あるいはスピードコ
ントローラーとも呼ばれる逆止め弁とニードル型
の絞り弁とを並列に一体構造として組み合わせた
流量制御弁が用いられている。この流量制御弁
は、正逆両方向への流れを通じさせる弁であつ
て、順方向（自由流）には逆止め弁を開いてでき
るだけ小さな抵抗で自由に気体を流し、これに対
して逆方向（制御流）の場合には、逆止め弁が閉
じて気体は絞り弁で所定の流量に絞られながら流
れることにより機器の速度制御を行うものであ
る。

そして、一般的な流量調整の方法としては、ニ
ードル部分の後端側に一体に設けられた調節ねじ
を、予め測定された流量特性（調節ねじの回転数
と流量との関係について測定した曲線）に基づい
て回すことにより行われる。このため、基準点で
ある調節ねじの全閉位置からの回転数と流量との
関係については、できるかぎり正確であることが
不可欠であり、また使用条件によつては、特定の
流量域のみ高い精度で調整できることも要求され
ている。なお、この種の流量制御弁の従来例とし
ては、例えば特開昭57−167574号、実公昭59−
22380号、実公昭60−2378号などが知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記従来例で絞り弁として使用され
ているニードル弁は、いずれも特別な形状ではな
く、その外周面は進入方向に先細のテーパー面に
形成されたものである。この場合、円筒状弁座の
内周面と、この弁座の内空部に進入するニードル
弁のテーパー面との間に形成される間〓の大きさ
は、ニードル弁と一体になつている調節ねじの回
転数（開度）により決定される。そして、この間
〓を通過する流体は、主として間〓の最も狭い部
分である弁座のニードル弁側の内周縁部分とそれ
に対向するニードル弁のテーパー面との間の通路
面積の大きさに応じて制御されるようになつてい
る。即ち、このような形状のニードル弁を使用す
る従来の流量制御弁において、弁を開放したとき
から全開に至る間では、ニードル弁の弁座に対す
る進入度に応じて流路の横面積（以下、通路面積
と称することもある。）が変化する構造になつて
いる。ここで、流量は通路面積のほぼ２乗に比例
するから、制御流の流量は、調節ねじの回転数に
対応して放射線的に増加する特性を有している。
したがつて、このようなニードル弁を使用する流
量制御弁では流量の微調整が難しく、流量変化率
の少ない低流量域であつても充分に対応できない
場合があり、特に低流量域において微調整が可能
な流量制御弁に対する要求が高まつていた。

また、この種の流量制御弁は、円筒状弁座のニ
ードル先端側の内周縁部に対して、ニードル弁の
テーパー面が円周上のすべての位置において完全
に接触するまで調節ねじを締め付けることにより
流体の流れを遮断する構造であり、この接触状態
の確認は使用者の手の感触に頼つている。そのた
め、特に、微調整を目的としてテーパー面のニー
ドル中心軸に対する傾斜角を小さくした場合に
は、調節ねじを徐々に締め付けてニードル弁のテ
ーパー面が弁座の内周縁部に当接して遮断可能な
状態になつても、その点が感触ではわかりにく
く、テーパー面に導かれて必要以上に奥まで入り
込みやすい傾向がある。したがつて、基準点（全
閉点）の位置が変動しやすくなり、あらかじめ用
意された流量曲線に基づいて調節ねじの回転数を
選択しても必要な流量が得られない場合が多く、
その改善が望まれていた。さらに、必要以上に調
節ねじを回してしまう全閉操作を何回か行ううち
には、ニードル弁のテーパー面または弁座の内周
縁部、あるいは両者の当接箇所に変形や損傷等が
生じて流体の完全な遮断ができなくなるなど、耐
久性の点においても問題があつた。

この発明は、これら従来技術の問題点を解消
し、低流量域における制御流の微調整が可能で、
しかも全閉点が明確で変動しにくく、流量調節を
行う際にあらかじめ用意された流量曲線に基づい
て簡単且つ精度よく所望の流量を得ることのでき
る流量制御弁の提供をその目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、この発明では、本体
に設けた気体の一方の流出入口と他方の流出入口
との間に気体の他方の流出入口から一方の流出入
口への流通を許容し且つ一方の流出入口から他方
の流出入口への流通を阻止する逆止め弁を設ける
と共に、前記一方の流出入口から送り込まれる気
体の流量を流路内に設けた弁座と該弁座に対して
進退自在に設けられたニードル弁とで制御するも
のにおいて、前記ニードル弁が前記弁座のニード
ル弁側周縁部に当接して気体の流れを遮断する遮
断用テーパー部と、この遮断用テーパー部のニー
ドル弁先端部に隣接して設けられ前記弁座に対し
軸心方向に一定の横断面積で開放時には気体の流
路となる微小間〓を残して嵌合すべく形成された
ストレート部と、このストレート部に隣接して設
けられる少なくとも一つの流路調節用テーパー部
とを備えたことを特徴としている。

この構成において、流量調節用テーパー部を隣
合う二つのテーパー部で構成し、この二つのテー
パー部のうちのストレート部に隣接する第一のテ
ーパー部の、ニードル弁の中心軸に対する傾斜角
を、第二のテーパー部の傾斜角よりも小さくなる
ように形成すれば、低流量域での微調整ができる
ばかりか、中流量域、高流量域での調整も無理な
く行うことができる。

〔作用〕

この発明による流量制御弁においては、ニード
ル弁として、上記のごとく遮断用テーパー部、ス
トレート部及び流量調節用テーパー部とを備えた
形状のものを使用している。そして、ニードル弁
の遮断用テーパー部が弁座の内周縁部に完全に当
接した状態である全閉点から、ニードル弁の後端
に一体に設けられている調節ねじを徐々に回して
ニードル弁を弁座から後退させていくと、流体
は、まずニードル弁のストレート部の外周面と弁
座の内周面との間に存在する円筒状の微小間〓を
制御流として通過するため、全閉点から開路した
初期の流量はごくわずかである。ここで、ニード
ル弁のストレート部が弁座内にあるうちは、円筒
状の微小間〓の横断面積に変化がなく、流路とし
ての微小間〓の軸心方向における長さのみが短く
なり、流体力学的にみれば、同一断面積の流路で
は、流量に対して反比例の関係にある流路内面の
面積が減少してその分だけ壁面に対する流体の摩
擦抵抗の総量のみが減少するので、流量は少しず
つ増加する。さらに調節ねじを回し、ニードル弁
のストレート部が弁座か完全に抜けてストレート
部に続く流量調節用テーパー部と弁座との間で制
御が行われるようになると、ニードル弁の後退に
伴つて通路面積が増加するから、流量はそのほぼ
２乗の割合で増加し、流体は流量調節用テーパー
部のニードル弁の中心軸に対する傾斜角に比例し
て前記ストレート部における流量変化に比べると
極めて大きな割合で（二次関数的に）流量が増加
するようになる。

したがつて、ニードル弁のストレート部の長さ
を適宜選択すれば低流量域での微調整が可能とな
り、さらにこのストレート部に続く流量調節用テ
ーパー部を例えば二つのテーパー部とし、ストレ
ート部に隣接する第一のテーパー部をニードル中
心軸に対して緩やかな傾斜角とすると共に、第二
のテーパー部を第一のテーパー部の傾斜角よりも
大きくなるように形成すれば、ニードル弁のスト
レート部が弁座から抜けた後に急激に流量が増加
することはないので、低流量域における微調整可
能な範囲に広がるばかりか、第二のテーパー部の
傾斜角を選択することにより、中流量域、あるい
は高流量域に至るまで無理なく制御することがで
きる。

また、従来の流量制御弁においては流体の流量
調節と遮断とをニードル弁の一つのテーパー部で
行つているから、流体を遮断するため調節ねじを
回したときに、テーパー面が弁座の内周縁部に対
して完全な接触状態となつても、ニードル弁がそ
のままテーパー面に導かれて必要以上に奥まで入
り込みやすく、全閉点（基準点）が変動しやす
い。しかも、ニードル弁の回転軸に偏心がある
と、テーパー面は、弁座の内周縁部に対して初め
に円周上の一部のみが当接し、ニードル弁の進入
度に応じて当接部分が増加することになるので、
円周上のすべての部分で当接する全閉点を手の感
触で判断することは極めて難かしい。

これに対して、この発明による流量制御弁で
は、ニードル弁を弁座に進入させていつたとき
に、ニードル弁のストレート部が弁座内に入つた
状態ではその外周面と弁座の内周面との間に微小
な間〓しかないから、ニードル弁の回転軸に若干
のずれがあつても弁座の内周面によつてそれが補
正される。これにより、ニードル弁の遮断用テー
パー部は、遮断時において弁座の内周縁部に対し
て円周上のほぼすべての位置で同時に当接するこ
とになる。このように、本発明ではニードル弁が
弁座の円周縁部に接触する際には、そのほぼ全周
で同時に当接するので、当接したときの感触が極
めて明確である。したがつて、必要以上に調節ね
じを回すことがなく、全閉点の位置が常に一定と
なるから、流量を設定する場合に既知の流量曲線
に基づいて簡単に必要な流量を得ることができ
る。特に、本発明ではニードル弁の遮断用テーパ
ー部は実質的に流量制御には関与しないから、こ
の遮断用テーパー部の中心軸に対する角度を大き
くすることにより、全閉点の位置をより明確にす
ることができる。

〔実施例〕

第１図はこの発明による流量制御弁の縦断面図
である。そして第２図はこの発明において使用す
るニードル弁の拡大側面図である。

図示の流量制御弁において、本体１は、その上
面から垂直下方に向けてねじ孔２と、断面が円形
の環状孔３を備えると共に、この環状孔３の下方
部には円筒状に成形された弁座４が圧入され、さ
らにその下方に気体の一方の流出入口５が形成さ
れている。また、本体１には上記ねじ孔２及び環
状孔３の軸心と直角に他方の流出入口６が形成さ
れ、この他方の流出入口６に連通すべく前記本体
１にシールリング７を介して管継手８が結合され
ている。上記ねじ孔２には、弁座４の軸心と一致
すべく先端にニードル弁９が設けられた調節ねじ
１０が螺着され、該ニードル弁９が弁座４に対し
て進退自在となつている。この調節ねじ１０の雄
ねじ部１１とニードル弁９の間の外周には、環状
孔３の内周面に接して封止保持するシールリング
１２が巻装され、さらに雄ねじ１１の本体１から
露出した部分にはロツクナツト１３が螺着されて
いる。また、上記弁座４の外周には、合成ゴム等
の弾性材料からなる逆止め弁１４がその開口部１
５を一方の流出入口５側に向けて巻装されて、そ
の舌片部１６が本体１の環状孔３の内周面に弾発
的に圧接した構成となつている。

ニードル弁９については、第２図を用いて詳し
く説明する。このニードル弁９は、流体を遮断す
る際に前記弁座４の内周縁部４ａに当接する円錐
台状の遮断用テーパー部９１と、この遮断用テー
パー部９１の小径部に隣接して設けられ、弁座４
に対して軸心方向に同一な横断面積の微小間〓を
残して嵌合すべく形成された円柱状のストレート
部９２と、このストレート部９２に続いて設けら
れた二つの流量調節用テーパー部９３，９４とを
備えた形状になつている。なお、上記実施例では
ストレート部９２に隣接する第一の流量調節用テ
ーパー部９３のニードル弁９の中心軸に対する傾
斜角は、第二流量調節用テーパー部９４の傾斜角
よりも小さくなるように形成されている。

次に、本実施例の作用について説明する。実施
例の流量制御弁において、例えば本体１に結合し
た管継手８にチユーブを接続し、圧縮空気源に連
結すると、他方の流出入口６から送り込まれた空
気は、主として本体１の環状孔３を通つて逆止め
弁１４の舌片部１６を押し開き、さらに弁座４に
設けられた流通孔４ｂを通過し、一方の流出入口
５からエアシリンダ等へと自由に通過する。

また、空気流が逆方向に流れるときには、逆止
め弁１４の舌片部１６が圧縮空気の圧力とそれ自
体の弾性とで環状孔３の内周面に押しつけられる
ため、空気流はあらかじめ所望の進入度に調節さ
れたニードル弁９と、これが進入している弁座４
の内周面との間〓の広さに応じて流量制御された
制御流として他方の流出入口６へと流通する。

これらの点については、基本的には従来のもの
と大差ないが、本発明による流量制御弁では、ニ
ードル弁９にストレート部９２を設けたことによ
り、従来のものにはない次のような作用効果が得
られる。

即ち、遮断用テーパー部９１が弁座４の内周縁
部４ａに対して完全な状態で当接した位置（全閉
点）から、調節ねじ１０を緩めて徐々に流路を開
いていくと、ストレート部９２においては、ニー
ドル弁９と弁座４との間に存在する円筒状微小間
〓の横断面積は変化せずに微小間〓の軸心方向に
おける長さが短くなるだけであるから、この間で
の流量の増加は、主として弁座４の内周面とニー
ドル弁のストレート部９２の外周面に対する流体
の摩擦抵抗の総量が減少することによるものであ
る。したがつて、その増加率は、流量が通路の表
面積に対してほぼ反比例の関係にあるので小さ
く、流量曲線を描いたときの立上がりは、一個の
テーパー部からなる従来のニードル弁を使用する
ものに比べるとかなり緩やかである。

さらに調節ねじ１０を緩め、ストレート部９２
が弁座４の内周縁部４ａから抜けて第一の流量調
節用テーパー部９３がそれに代わると、両者の間
に存在する間〓の横断面積が徐々に増加するよう
になる。この場合、流量は通路面積（間〓の横断
面積）のほぼ２乗に比例するから、ほぼ一次比例
の関係で増加するストレート部９２における流量
変化に比べて増加率が大きくなる。そして、第二
の流量調節用テーパー部９４においては、第一の
流量調節用テーパー部９３に比べて傾斜角が大き
いために間〓の断面積の増加率は第一の流量調節
用テーパー部９３の部分よりも大きくなり、その
結果、流量の増加率はさらに大きくなる。

このように、実施例では遮断用テーパー部９１
に隣接してストレート部９２を設けてあるから、
ニードル弁９を開いていつたときに、調節ねじ１
０の回転数が同じであつても低流量域における流
量の増加率が他の領域に比べて小さく、そのため
精密な流量調整が可能である。さらに、ストレー
ト部９２に続いて第一の流量調節用テーパー部９
３と第二の流量調節用テーパー部９４とが設けら
れているから、中流量域、交流量域へと無理なく
流量を増加することができるので、適用範囲の広
い流量制御弁となる。

また、弁座４に対して微小間〓を残して嵌合す
る外径のストレート部９２をニードル弁９に設け
たことにより、調節ねじ１０を回して遮断用テー
パー部９１と弁座４の内周縁部４ａとを当接させ
たときに、両者は円周上のほぼすべての位置にお
いて同時に当接するから、その状態を手の感触に
より確実に認識することができる。したがつて、
従来のように調節ねじを必要以上に締め付けるこ
とはなくなり、全閉状態における弁座４に対する
ニードル弁９の位置が常に一定で基準点が明確で
あるから、既知の流量曲線に基づいて調節ねじ１
０を回転させれば必要とする流量を確実に得るこ
とができ、従来のものに比べて極めて使い勝手の
よい流量制御弁となる。なお、上記実施例では流
量調節用テーパー部が二つ以上ある例について説
明したが、一つあるいは三つ以上であつてもよ
い。それらのニードル弁の中心軸に対する傾斜角
は適宜選択することができ、またストレート部と
流量調節用テーパー部との長さの割合を変えるこ
とも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明による流量制御
弁では、ニードル弁として、弁座の内周縁部に当
接して流体の流れを遮断するための遮断用テーパ
ー部と、この遮断用テーパー部の先端側に隣接し
て弁座内周面との間に軸心方向に同一な横断面積
の微小間〓を形成するストレート部と、このスト
レート部に続いて少なくとも一つの流量調節用テ
ーパー部とを備えた形状のものを使用するから、
低流量域での微調整が可能になり、さらに中流量
域あるいは高流量域での精度の高い調整も可能に
なる。

また、流体を遮断する際に調節ねじを手で締め
たとき、手の感触によつて全閉点を明確に知るこ
とができるので、必要以上に締めすぎるおそれが
ない。したがつて、ニードル弁の基準点（全閉
点）の位置が常に一定であるから、あらかじめ用
意された流量曲線に基づき、簡単に所望の流量を
得ることができる。さらに、ニードル弁の締め過
ぎ防止により、弁座やニードル弁が損傷しにくく
なり、耐久性の向上にもつながる。

なお、この発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、例えば流出入口の向きを同一方向にし
たりするなど、流路の方向は任意に変更すること
ができ、また実施例とは反対に給気側を制御する
メータイン方式の構造への変更、あるいは本体に
取り付ける管継手の構造の変更等、この発明の技
術思想内での種々の変更実施はもちろん可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による流量制御弁の縦断面
図、第２図は第１図実施例におけるニードル弁の
拡大側面図である。 １：本体、４：弁座、５：一方の流出入口、
６：他方の流出入口、８：管継手、９：ニードル
弁、９１：遮断用テーパー部、９２：ストレート
部、９３，９４：流量調節用テーパー部、１０：
調節ねじ、１４：逆止め弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 本体に設けた気体の一方の流出入口と他方の
   流出入口との間に気体の他方の流出入口から一方
   の流出入口への流通を許容し且つ一方の流出入口
   から他方の流出入口への流通を阻止する逆止め弁
   を設けると共に、前記一方の流出入口から送り込
   まれる気体の流量を流路内に設けた弁座と該弁座
   に対して進退自在に設けられたニードル弁とで制
   御するものにおいて、前記ニードル弁は前記弁座
   のニードル弁側内周縁部に当接して気体の流れを
   遮断する遮断用テーパー部と、この遮断用テーパ
   ー部のニードル弁先端側に隣接して設けられ前記
   弁座に対し軸心方向に一定の横断面積で開放時に
   は気体の流路となる微小間〓を残して嵌合すべく
   形成されたストレート部と、このストレート部に
   隣接して設けられる少なくとも一つの流量調節用
   テーパー部とを備えてなることを特徴とする流量
   制御弁。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の流量制御弁に
   おいて、流量調節用テーパー部は隣接する二つの
   テーパー部からなり、この二つのテーパー部のう
   ちのストレート部に隣接する第一のテーパー部
   は、ニードル弁の中心軸に対する傾斜角が第二の
   テーパー部のニードル弁の中心軸に対する傾斜角
   より小さいことを特徴とする流量制御弁。