JPH05500283A - 流体流量制御装置 - 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】 流体流量制御装置 主として流体、しかし必ずしも液体ではない流体の流量を制御して変化する流路 圧力の全域にわたり実質的に一定流量を与える装置は種々の応用で利用される。

決して全ての例を含むものではないが、代表的な例は、飲料ディスペンサー、衣 類の自動洗濯器又は自動食器洗い器、硬水軟化器、液圧および空気圧システム、 自動車用燃料噴射装置、ガス弁、空気圧機械工具および呼吸制御装置である。

これらの種々の装置に関して効果的であると知られる流量制御の１つのタイプは 、中央を穿孔したゴム製ワッシャであ番ハ　このワッシャは慣例的に構成できて 流路圧力における多様性の制限された範囲にわたり一定の流量を維持する。特定 の応用に拘らず、一般的にこのような流量制御用ワッシャはエラストマー材料を 特定することによって設計され、このエラストマー材料は必要な弾性係数、厚さ 、直径、輪郭および流路開口直径を有することにより、流量制御が必要とされる 特定の応用で遭遇しそうな供給圧力の範囲に関して所望の流量を与える。

このように、従来の実施による代表的な適用においては、流量制御装置は中央に 円形断面の流路を有する本質的に平らなゴム製ワッシャであり、その流路の下流 端又は両端は皿穴上に形成され得る０作用において、ワッシャはこのワッシャの ために設定された供給圧力の下端では実質的に応力のない状態にとどまる。しか し、もし圧力が上昇すると、ワッシャは流れ方向に曲がるか撓み、その結果とし てのゆがみがワッシャを通る流路の有効流量領域を減少させる。

注記した如く、このタイプの各流量ＩｒＩｇＩＪ装置は入口圧の限定された範囲 に関し効果的であり、このことは当業者によってこのような各制御装置を構成す る際に考慮される。しかし、Ｊｕｒｊｅｖｉｃ等の共有に係る米国特許第４，６ ０９，０１４号は流量制御アッセンブリを開示しており、このアッセンブリは制 御ワッシャと流体圧力の範囲用の公称流量を変える手段を含んでいる。

従来、この種のワッシャには硬質材、すなわち金属またはプラスチックのシート が使用されおり、このシートはワッシャと共働して通常特定のシート形状の流量 制御ワッシャとの相互作用により所望の流量を与える。こうして、流量制御ワッ シャの特性と、特定の装置に要求される流量特性を得るために流量制御ワッシャ と共働するシートの形状の双方を設計することが通常の方法である。

熱硬化性ゴムで構成される流量制御装置は上述のように広範囲の適用に対して極 めて多く利用されているが、留意されるべき点は、スクラップ又は不良品のゴム 材は簡単に再処理できず、通常は単に廃棄されるため、使用できるゴム製流量制 御装置の価格に対し必然的に影響を与えることである。

本発明の主目的は、概括的には上記のタイプの流量制御装置であるが、再利用可 能な材料で製造できて作用上共働しなければならない特定形状のシートをその下 流側に必要としない流量制御装置を提供することである。

この目的は、本発明によれば、流量制御ワッシャを、熱可塑性エラストマーまた は熱可塑性ゴムとして知られる新しく開発された材料の部類から選択されたエラ ストマー材料により作製することによって達成される。この種の材料は一般に上 記タイプのエラストマー流量制御装置に利用できると考えられるものより高い弾 性係数および硬さを有している。しかし、本発明に従えば、流量制御への使用に 対する明らかな不適性にもかかわらず、流量制御装置は特定の独創的な形状に構 成することにより、熱可塑性エラストマー又は熱可塑性ゴムから実際に形成する ことができる。

本発明の一態様によれば、流量制御装置は、下流側の内表面および上流側の外表 面を有する環状壁と、放射状平面を定める周縁および該平面から鉄壁の外表面の 方向に軸方向に変位された先端とを備える。軸方向の流体流路は鉄壁の先端を通 って延びており、鉄壁は４０シヨアーＡから５０シヨアーＤの範囲内の硬さを有 する熱可塑性エラストマーから成形され、これにより鉄壁の外表面に対して加え られる流体圧は、鉄壁の周縁の面に向かう鉄壁の先端の軸方向運動および該先端 を通る流体流路の領域の減少をもたらすこととなる。

より詳細には、本発明による代表的な流量制御装置は概括的には従来の制御ワッ シャよりもその容積と形状において皿ワツシヤに似たドーム形状を有するものと いうことができる。換言すれば、本発明による流量制御装置は比較的薄（、そし て通常は該装置の厚みの倍数と等しい距離だけ該装置のリムの平面から変位され た先端を与えるためにドーム又はボール形状とされる。これらの寸法の結果、熱 可塑性エラストマーの制限された硬さ係数特性にも拘らず、本発明の流量制御装 置はそのリムだけで取り付けられることができ、また供給圧力が変化するとき制 限された範囲だけで撓み、供給圧力が予期した以上の程度に増大した場合でさえ も該装置が裏返しにされることはない。

更に、熱硬化性ゴム製流量ｍａ装置と異なり、本発明による熱可塑性エラストマ ー製流量制御装置のためのシートは特殊な形状とする必要がなく、流量制御装置 の軸方向運動を可能としつつ、適所に該流量制御装置を維持することのみ必要で ある。

また、より硬い熱可塑性エラストマーおよびゴムからなる流量制御装置の不適性 の問題が製品形状の再構成により一旦克服されると、これら材料の付加的特性で ある再生利用性が付加的利点となることも理解されるであるう。

本発明の他の目的および利点、およびこれら目的および利点を達成しかつ提供す る本発明手段は下記の好ましい実施例の記載により指摘され或いは明らかになる であろう。

本発明がより容易に理解され得るように、添付図面が参照される０図面において 、 第１図は典型的な本発明による流量制御装置を図示する一部破断した斜視図、 第２図は第１図に示される流量制御装置を含むバルブアッセンブリ全体の断面図 であって、特に供給圧が低いときの流量制御装置の作用を示す断面図、そして第 ３図は高供給圧に対する流量制御装置の応答を示す第２図に類似の図である。

流量ｍｍワッシャ１０はドーム形状の輪郭を有する熱可塑性エラストマー材の環 状部材である６円形断面の流路１１はワッシャ１０の先端を通って延びており、 かつその上流端が延長筒状リップ部１２により囲まれている。

外周リム１３は実質的に平坦であり、そしてドーム形状壁１５がリム１３の内周 から流路１１まで上方に張り出しているので流量制御装置ｌＯの全体にわたる輪 郭はボールまたは皿ワツシヤの輪郭に類似している。

選択的に、壁１５は一体に成形された補強リブ１６を含んでもよ（、該リブは壁 １５の凹側上に円周状に間隔をおいた関係において流路１１から放射状に広がっ ている。第１図に示されるように、各リブ１６は流路１１に隣接するその最狭部 から幅が好ましくはテーバ状とされ、その好ましい厚みはエラストマー材の硬さ と流路制御装置の全体のサイズにより決定される。

流量制御装置１０の使用および作用が第２図及び第３図に図示されており、これ らの図は供給圧力の範囲にわたる供給ラインから送出ラインまでの流体の流量を 制御する本発明によるバルブアッセンブリ２０を示している。

バルブアッセンブリ２０はバルブボデー２２を含み、バルブボデーは金属又は成 形プラスチック材からなることもでき、また供給ラインとの連結用にその上流端 ２３で、また送出ラインとの連結用にその下流端２４でねじ切りされた貫通流路 を含んでいる。

バルブボデー２２の２つのねじ切り端部は、上流端に肩部２６を有する貫通流路 ２５によって連結されており。

該肩部は上流端部２３と対向している。肩部２６は、流量制御ワッシャ１０の凸 面側が上流側を向いた状態で該ワッシャ１０のリム１３の支持部を形成し、そし てバルブの組立は止め輸２７によって完成されるもので、該止め輪はそれ自体と 肩部２６との間でリム１３を保持している０代替的に、リム１３は一対の止め輪 の間に拘束することができるし、或いはリム１３は止め輪２７と同じ方法でスロ ット内に維持でき得る。

第２図は、連結部２３を通って入る流体の供給圧力が充分低いレベルのもので流 量制御装置１０のドーム部分１５にゆがみを与えないときの流量制御装置１０の 作用位置を示している。これらの状態では、流量制御装置１０の先端の流路１１ の有効流域はあたかも流量制御装置が使用されていない場合と同じであり、この ことは請求範囲で用いられる用語としての「通常」状態とみなされる。

第３図は、供給圧力が充分に増加して下流方向へのゆがみに対する流量制御装置 １０のいくらかの固有抵抗に打ち勝つときのバルブボデー２２内の状態を図示し ている。上記増加が比較的低いと、その結果、通常単純にリップ加分１２を圧縮 して流路１１の流域を収縮させる。

高圧では、図示されるようにドーム形状壁１５は圧縮され、この圧縮は供給圧力 の増加の程度に依存するゆがみおよび流域減少の範囲で流路１１の有効流域を本 質的に減少させる。

しかし、留意すべき重要な点は、流量制御装置１０の容積および硬さ係数は、第 ２図及び第３図に示す役割のとき、裏返しとなるように又はその先端１２がその リム１３で画成された放射状面内に押し込まれる程度にはゆがむことができない ようなものであることである。その結果、流量制御装置１０と共働するための特 別のシートをバルブアッセンブリに設ける理由がなくなるが、これは流量制御装 置がそのリム１３以外のいかなる部分も肩部２２の放射状面内でまたは該放射状 面から下流側でシートと接触できる程度までにはゆがむことができないからであ る。

既に指摘したように、本発明の成功の鍵は独特の形状の熱可塑性エラストマー材 の流量制御装置１０を形成した点にあり、これはこの種のより硬い材料を第２図 および第３図に関連して上述したように機能させることを可能にする。より詳細 には、流量制御ワッシャの製造において従来用いられていたタイプの比較的硬さ 係数の低いゴムとは反対に、流量制御装置１０は、今までこのタイプの装置には 不適当と考えられた材料である４０シヨアーＡから５０シヨアーＤまでの硬さ範 囲を有する熱可塑性エラストマーで成形されるにもかかわらず、成功裏に製造お よび使用され得ることが判る。

本発明に適した１つの熱可塑性エラストマー又はゴムは加硫ポリオレフィン材料 であり、該加硫ポリオレフィン材料のうちで、熱可塑材の連続マトリック全体を 通じて充分に加硫された１ミクロン又はそれ以下のゴム粒子が望ましい、このよ うな材料は商標名５ＡＮＴＯＰＲＥＮＥのもとにモンサンド社で販売されている 。

所望の弾性および硬さ特性を有することに加えて、熱可塑性エラストマーは本発 明の実施のために非常に実用的な利点を提供するものである、即ち、これら熱可 塑材を成形するのに必要な技術はゴムの成形よりも簡単であり、特に加硫が必要 でない、また、成形作業の間生じたいかなるスクラップも充分再使用できる、こ れは成形されるべき材料のその後のバッチの部分として再溶融され得るからであ り、これによりゴム成形作業からのスクラップは廃棄物を構成することはなくな る。

熱可塑性ゴムの硬さおよび弾性特性は従来の考えでは流量制御用装置としての使 用には不利益を構成するであろうが、本発明によれば、これらの同じ特性が実際 に有利に利用される。より詳細には、先行技術によって天然および合成ゴムから 製造された流量制御装置はこれらゴムの下流側の補足剛性シートと共働する必要 があるが、熱可塑性エラストマーから成形可能なドーム形状の流量制御装置はそ のリムが支持され且つ流量制御装置の縦方向運動のための構成がなされている限 り、バルブシートに依存することなく作用する。更に、本発明によればドーム形 状の流量制御装置を製造することは可能で実用的であり、これら流量制御装置は 同じ流量制御特性を提供するように設計されたゴムワッシャよりもかなり厚みの 少ないものであるので、材料必要量が少なくなる。

特定の例として、０．０１５インチの通常の直径を有する流路を通る所望の流量 を与えるための代表的なゴム製流量制御ワッシャは、直径が０．３００インチで 、厚さが０．１５０インチであり、そしてまたバルブアッセンブリ内で特定して 形状されるバルブシートを必要とする。これに対し、本発明による同じ外径と流 路を有する流量制御装置は約０．０４０インチの厚さのみを必要とするが、先端 １２からリム１３の下流側までのその総合軸方向寸法はほぼ０．３５０インチで あろう。

本発明の流量制御ワッシャの能力を更に説明すると、これらワッシャは５ｐｓｉ から１５０ｐｓｉまでの太きな範囲にわたる圧力を制御するために使用可能であ り、一方、図面に示されかつ前段で述べたように実質的に同じ相対寸法を維持し ている。

例えば、０．３００から０．５００インチまでの範囲内の外径を有する従来の流 量制御装置は０．１２０インチから０．２００インチの範囲の厚さを必要とし、 外径が０．７’５０インチから１．０００までの範囲では、厚さは０．１５０イ ンチから０．３００インチでなければならない、これに対して、本発明の流量制 御装置は０゜２５０インチから２．００インチまでの大きな範囲にわたる外径の ためにはたった０、０４０インチから０．　１００インチまでの厚さを有するこ とを必要とする。

第２図および第３図に示すように、これらの寸法関係の１つの結果は、その上流 側または下流側表面の何れかに沿って測定される流量制御装置１０を通る軸方向 断面を横切る縁から縁までの直線状距離が流路１１の直径を含んでも含まなくて もそのリム１２の外径より実質的に太き（なることである、これらの寸法と熱可 塑性エラストマーにより所有される硬さおよび弾性特性の組合せはドーム形状の 壁１５を流路１１の軸方向の実質的な距離にわたってゆがませ、結果として一定 の流量を維持するために必要とされるような流路１１の流域の多様性を伴う、し かし、この流量制御装置１０の容積および硬さはなお、その先端１２がリム１３ の面に達せず且つ決して裏返しとならないようなものであり、これによりこの流 量制御装置の下流側のバルブシートの必要性を除去する。

ここに記載される装置の形状は本発明の好ましい実施例を構成するが、本発明は 装置のこれらの詳細な形状に制限されないこと、そして添付の請求項に定義され るような発明の範囲から離れることな（これら形状において変更がなされ得るこ とが理解されるべきである。

ＰＣＴ／ＵＳ　８９１０４４６６ 国際調査報告 ＰＣＴ／ＵＳ　８９１０４４６６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．流量制御装置であって、 （ａ）下流側内側表面および上流側外側表面を有する環状壁（１５）と、放射状 平面を定める周縁（１３）と、前記周縁の平面から前記外側表面の方向に軸方向 に変位された先端（１２）と、 （ｂ）前記先端を通る軸方向の流体流路（１１）を定める手段とを備え、 （ｃ）前記壁（１５）が４０ショアーＡから５０ショアーＤまでの範囲内の硬さ を有する熱可塑性エラストマーにより成形されており、 （ｄ）これにより前記壁の前記外側表面に対して流体圧力が付与される結果とし て前記周縁の平面に向う前記先端の軸方向運動と前記流体流路の領域の減少をも たらすことを特徴とするもの。 ２．流量制御装置であって、 （ａ）放射状平面を定める外局リム（１３）と、先端（１２）、凹状下流側表面 および凸状上流側表面を与える前記リム内のドーム状輪郭とを有する環状部材を 備え、（ｂ）前記環状部材が、前記先端を通って延びる予め定められた通常の流 域の流体流路（１１）を有し、（ｃ）前記環状部材が４０ショアーＡから５０シ ョアーＤまでの範囲内の硬さを有する熱可塑性エラストマー材料により成形され 、これにより該環状部材の前記凸状表面に対して流体圧力が付与される結果、前 記リムの前記放射状平面に向う前記先端の軸方向運動および前記流路の流域の減 少をもたらすこととなり、そして（ｄ）該環状部材の前記下流側表面に沿って測 定される前記環状部材の断面寸法が前記リムを横切って測定される前記環状部材 の寸法より充分に大きくて前記環状部材が裏返しとなることを防ぐことを特徴と するもの。 ３．前記流路に対し放射状関係でかつ前記凹状表面上で互いに周方向に間隔を隔 てた関係で前記環状部材と一体に成形された一体形補強リブ（１６）を備えてい ることを更なる特徴とする請求項２の流量制御装置。 ４．前記先端（１２）の上流端から前記リム（１３）の下流側までの前記環状部 材の軸方向寸法が少なくとも前記環状部材の厚さの３倍であることを更なる特徴 とする請求２の流量制御装置。 ５．供給ラインから送出ラインまでの供給圧力の範囲にわたり流体の流量を制御 するパルプアッセンブリであって、 （ａ）供給ラインおよび送出ラインに対しそれぞれ連結されるように形成された 同軸の第１および第２の流路（２３、２４）を有するパルプボデー（２２）と、 （ｂ）前記流路（２３、２４）間のパルプボデー（２０）内に位置され、放射状 平面を定める外周リム（１３）と、先端（１２）、凹状内側表面および凸状外側 表面を与える前記リム内のドーム状輪郭とを有する環状部材を備えた前記流量制 御装置（１０）と、 （ｃ）前記環状部材が前記先端を通って延びる予め定められた通常の流域の流体 流路（１１）を有することと、（ｄ）前記パルプボデーに前記環状部材の前記凸 状側が前記第１の流路に面する状態で前記環状部材の前記リムを取り付ける手段 （２７）と、 （ｅ）前記環状部材が４０ショアーＡから５０ショアーＤまでの範囲内の硬さを 有する熱可塑性材から成形され、これにより環状部材の前記凸状表面に対して付 与された流体圧が前記リムの前記放射状面に向う前記先端の軸方向の運動および 前記流路の流域の減少をもたらす結果となることと、そして （ｆ）前記環状部材の凸状表面に沿って測定される前記環状部材の断面寸法は、 前記先端が前記リムと共面関係にゆがむことを防ぐために、前記リムを横切って 測定される前記環状部材の直径よりも十分に大きいこと、を特徴とするもの。 ６．前記流路に対し放射状関係でかつ前記回状表面上で互いに周方向に間隔を隔 てた関係で前記環状部材と一体に成形された一体形補強リブ（１６）を更なる特 徴とする請求項５のパルプアッセンブリ。 ７．前記先端（１２）の上流端から前記リム（１３）の下流側までの前記環状部 材の軸状寸法が少なくとも前記環状部材の厚さの３倍であることを更に特徴とす る請求５のパルプアッセンブリ。