JPH11270699A - 流量制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 弁座に対する弁頭の変位量が小さい場合で
も、装置を大型化することなく流体の流量を増加させる
ことができる流量制御弁を提供すること。 【解決手段】 弁頭２０と弁座３０には、径方向の位置
がずれていて軸方向に延びる貫通溝がそれぞれ形成され
ている。アクチュエータ３０２が作動しない状態で、弁
頭２０はスプリングＳによって上方向に付勢され弁座３
０との間に隙間が形成され、流体は弁座３０及び弁頭２
０に形成された貫通溝を介して流出路２０６に流過し、
アクチュエータ３０２が動作すると弁頭２０が下方向に
移動して、弁座３０と隙間なく接触するので、流体の流
れが阻止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流量制御弁
の技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来の典型的な流量制御弁９０の縦断面
図を図９に示す。この流量制御弁９０は、流体の流入路
２０４と流出路２０６が形成されたベース２００と、ベ
ース２００の上部に立設されたケース３００を具え、ケ
ース３００内部に保持された（ピエゾ）アクチュエータ
３０２の下端部に固定された弁頭９２によって、弁座９
４を介して流出路２０６を開閉するようになっている。
この流量制御弁９０は、通常状態において流入路２０４
から供給された流体は流出路２０６へと流過するが、ア
クチュエータ３０２に電圧が印加されるとアクチュエー
タ３０２が下方向に変位し、弁頭９２が流出路２０６を
閉塞して流体の流出を停止する。なお、弁頭９２とアク
チュエータ３０２との間にはダイアフラム９６が介在し
ていて、弁９０が開閉動作する部分からアクチュエータ
３０２の作動部への流体の流出が阻止されているが、こ
のダイアフラム９６は、その弾性力により、弁頭９２を
開く方向に常時付勢しており、いわゆる「ノーマリーオ
ープン」タイプの流量制御弁となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の構成から、従来
の流量制御弁９０は、弁頭９２と弁座９４との隙間の大
きさによって流体の流量が決定される。しかし、弁頭９
２はピエゾアクチュエータ３０２によって変位させてい
るので変位量は比較的小さい。そのため、流体流量を増
加させるためには、アクチュエータの作動部を長大化さ
せなければならず、装置の小型化が困難であるという問
題を有していた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、弁頭と該弁頭
に対向する弁座が平面同士で接離し、前記弁頭とそのア
クチュエータの間にダイアフラムが介在して流体の流出
が阻止されている流量制御弁において、前記弁頭と弁座
に、互いに径方向の位置がずれた径方向断面が円弧状で
軸方向に延びる貫通溝が形成されていて、前記対向する
平面同士が接したとき前記貫通溝が閉じられる流量制御
弁によって、前記の課題を解決した。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１に、本発明のノーマリーオー
プンタイプの第１実施形態の流量制御弁１０の縦断面図
を示す。この流量制御弁１０は、弁頭２０及び弁座３０
を配置するための開口部２０２を具え、且つ、内部に流
体の流入路２０４、及び流出路２０６が形成されたベー
ス２００と、ベース２００に形成された開口部２０２を
覆い、且つ、内部にアクチュエータ３０２を保持するケ
ース３００からなる。アクチュエータは、電磁式、圧電
（ピエゾ）式等が代表的なものである。

【０００６】ベース２００及びケース３００はねじ等
（図示せず。）によって一体となっていて、制御される
流体が外部に流出することがないように、ベース２００
とケース３００の間にはＯリング３０４が配置されてい
る。一体となったベース２００及びケース３００の内部
は、ケース３００に一体的に形成されたダイアフラム３
０６によって上方空間と下方空間に区切られ、上方空間
内にアクチュエータ３０２が保持され、下方空間内に弁
頭２０及び弁座３０が配置され、アクチュエータ３０２
の下端部はダイアフラム３０６の上面と接し、ダイアフ
ラム３０６の下面は弁頭２０の上面に形成された突部２
２と接している。上記の構成において、流入路２０４か
ら供給される流体は下方空間内を通過して流出路２０６
へ流出するが、ダイアフラム３０６により、上方空間内
に流体が流出することはない。

【０００７】ベース２００の開口部２０２底部には、Ｏ
リング２０８を介して弁座３０が固定されている。ケー
ス２００と弁座３０の間には、側面に複数の流通路Ｇ’
を具えた円筒形状のガイドＧが固定され、このガイドＧ
の内部には、スプリングＳによって常に図１の上方向に
付勢された弁頭２０が、軸方向に移動可能に保持されて
いる。

【０００８】図２は、図１の流量制御弁１０に使用され
る弁頭２０を示し、図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は
図２（ａ）のｂ−ｂ線縦断面図、図２（ｃ）は図２
（ｂ）のｃ−ｃ線横断面図である。弁頭２０は全体とし
て薄い円柱形状で、上面の中央部にダイアフラム３０６
と接する突部２２を具え、下面の中央部にスプリングＳ
を受け入れる凹部２６が形成されている。この弁頭２０
には、周に沿って、１本がほぼ半円周の長さを有する軸
方向に延びる貫通溝２４が同じ径について２本ずつ形成
され、さらにこれと同心で径の異なる貫通溝２４’が同
じように２本ずつ形成されており、これらの径が異なり
且つ隣合う周方向の貫通溝２４，２４’は、互いにほぼ
９０°ずつずれている。

【０００９】また、図３は、図１の流量制御弁１０に使
用される弁座３０を示し、図３（ａ）は斜視図、図３
（ｂ）は図３（ａ）のｂ−ｂ線断面図、図３（ｃ）は図
３（ｂ）のｃ−ｃ線横断面図である。上記の弁頭２０と
同様に、弁座３０も全体として薄い円柱形状であるがそ
の径は弁頭２０よりも大きく、下部の外周側には円筒状
の脚部３６が形成されている。この弁座３０には、図２
に示す弁頭２０と同様の軸方向に延びる貫通溝３４，３
４’が形成されている。

【００１０】さらに、弁頭２０に形成された貫通溝２
４，２４’と弁座３０に形成された貫通溝３４，３４’
は、互いに径が異なる場所に形成されているので、弁頭
２０と弁座３０が接すると、弁頭２０の貫通溝２４，２
４’と弁座３０の貫通溝３４，３４’とが互いに軸方向
に連通することはない（図１参照）。

【００１１】次に、この流量制御弁１０の動作を説明す
る。流量制御弁１０が開状態のときこの流量制御弁１０
において、アクチュエータ３０２が作動せず、弁頭２０
がスプリングＳによって図１の上方向に付勢されて弁座
３０と弁頭２０の間に隙間が形成された状態で、ベース
２００の流入路２０４から流入した流体は、弁座３０の
貫通溝３４，３４’、弁座３０と弁頭２０との隙間、弁
頭２０の外周面とガイドＧ内周面との隙間、及びガイド
Ｇに形成された流通路Ｇ’を経て、流出路２０６へ流過
するとともに、弁座３０の貫通溝３４、３４’、弁座３
０と弁頭２０との隙間、弁頭２０の溝貫通２４、２
４’、弁頭２０の外周面とガイドＧの内周面の隙間、及
びガイドＧに形成された流通路Ｇ’を経て流出路２０６
へ流過する。

【００１２】流量制御弁１０が閉状態のときピエゾアク
チュエータ３０２が作動して、弁頭２０が図１の下方向
へ変位すると、弁頭２０の下端面と弁座３０の上端面は
隙間なく接する。すなわち、弁頭２０と弁座３０は平面
同士で接離する。弁頭２０と弁座３０に形成された貫通
溝２４，２４’３４，３４’は、それぞれ径が異なるの
で、弁頭２０と弁座３０が接した状態において径方向の
位置が重なることがない。従って、弁頭２０と弁座３０
の貫通溝２４，２４’３４，３４’が互いに連通するこ
となく、且つ、弁頭２０と弁座３０の端面は隙間なく接
しているので、流出路２０６への流体の供給が停止され
る。

【００１３】次に、図４は本発明のノーマリークローズ
ドタイプの第２実施形態の流量制御弁１２の縦断面図を
示す。この流量制御弁１２において、第１実施形態のも
のと同様の構成については説明を省略する。

【００１４】ベース２００の開口部２０２底部にはＯリ
ング２０８を介して円筒状のガイドＧが固定され、ガイ
ドＧとケース３００の下端面の間に弁座６０が固定され
ている。円筒状のガイドＧ内部には、スプリングＳによ
って常に図の上方向に付勢された弁頭４０が、軸方向に
変位可能に保持されている。弁頭４０の中心部に伝達ピ
ン５０が連結され、この伝達ピン５０は弁座６０の中心
を貫通してダイアフラム３０６の下面に接している。

【００１５】図５は、図４の流量制御弁１２に使用され
る弁頭４０を示し、図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は
図５（ａ）のｂ−ｂ線縦断面図、図５（ｃ）は図５
（ｂ）のｃ−ｃ線横断面図である。この弁頭４０は、図
から理解されるように、図３に示した本発明の第１実施
形態で使用した弁座３０と同一の形状である。また、形
成された貫通溝４４，４４’も図３の弁座３０のものと
同一であるので、説明を省略する。

【００１６】図６は、図４の流量制御弁１２に使用され
る弁座６０を示し、図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は
図６（ａ）のｂ−ｂ線縦断面図、図６（ｃ）は図６
（ｂ）のｃ−ｃ線横断面図である。弁座６０の中心に
は、伝達ピン５０が貫通する孔６２が形成されている。
この弁座６０にも図５の弁頭４０と同様に、軸方向に貫
通する複数の溝６４，６４’が形成されているが、弁座
６０の最外周側には断面がＬ字状となるように厚みのほ
ぼ中心部分よりも上面側では軸方向に、下面側では周方
向に延びる連通孔６６が２箇所に形成されている（図６
（ｂ）参照）。なお、図６は弁座６０の２箇所に連通孔
６６を形成したものを示したが、連通孔６６の数はこれ
に限定されるものではない。また、連通孔６６の径の大
きさも、適宜選択することができる。

【００１７】この実施形態においても第１実施形態のも
のと同様に、弁頭４０に形成された貫通溝４４，４４’
と弁座６０に形成された貫通溝６４，６４’は、互いに
径が異なる場所に形成されており、弁頭４０と弁座６０
が当接すると、弁頭４４の貫通溝４４，４４’と弁座６
０の貫通溝６４，６４’が互いに軸方向に連通すること
はない（図４参照）。

【００１８】次に、この流量制御弁１２の動作を説明す
る。流量制御弁１２が閉状態のときこの流量制御弁１２
において、アクチュエータ３０２が作動せず、弁頭４０
が図４の上方向に付勢されて弁座６０と弁頭４０が隙間
なく接触した状態では、上述のとおり、弁頭４０の溝と
弁座６０の溝が互いに連通することがなく、流出路２０
６への流体の供給が停止される。

【００１９】流量制御弁１２が開状態のときアクチュエ
ータ３０２が作動して、ダイアフラム３０６及び伝達ピ
ン５０を介して弁頭４０が図４の下方向に押し下げられ
ると、弁頭４０と弁座６０の間には隙間が形成される。
この状態で、ベース２００の流入路２０４から流入した
流体は、弁頭４０の貫通溝４４，４４’、弁頭４０と弁
座６０との隙間、弁座６０の軸方向貫通溝６４，６
４’、及び弁座６０の最外周側に形成された連通孔６６
を経て、流出路２０６へ流過する。なお、ガイドＧと弁
頭４０の間の隙間から同様の経路で流過する流体も僅か
はある。

【００２０】上記の流量制御弁１２は、弁座６０に形成
した断面Ｌ字状の連通孔６６を介して、流体が流出路２
０６へ流過するようになっているが、連通孔６６以外の
手段によって弁座６０上面の空間と流出路２０６を連通
させれば、弁座６０に連通孔６６を設ける必要はない。
図７は、上記の連通孔６６以外の連通手段の一例であっ
て、図４の流量制御弁１２において、弁座上面の空間と
流出路を後述する連通溝によって連通させたものであ
り、図７（ａ）はケース３００に凹溝３１２を形成した
ものの縦断面要部拡大図、図７（ｂ）は弁座６００の表
面に凹溝６０２を形成したものの縦断面要部拡大図であ
る。この流量制御弁に使用される弁座６００には連通孔
６６が形成されていないが、孔６２、及び溝６４，６
４’は図６の弁座６０と同様に形成されている。また、
図７の流量制御弁において、ケース３００及び弁座６０
０に形成した凹溝３１２，６０２以外の構成は、図４の
ものと同様であるので説明を省略する。

【００２１】この流量制御弁は、弁座６００と当接する
ケース３００の端面、またはケース３００と当接する弁
座６００の上面に形成した凹溝３１２，６０２によっ
て、ケース３００と弁座６００の間に連通溝６６０が形
成され、この連通溝６６０を通って流体が流出路２０６
へ流過する。図７には、ケース３００または弁座６００
の一方に、それぞれ凹溝３１２，６０２を形成したもの
を示したが、ケース３００及び弁座６００の両方に凹溝
３１２，６０２を形成してもよい。

【００２２】上記の凹溝３１２，６０２は、ケース３０
０の端面または弁座６００の表面に形成されるので加工
が容易であり、弁座６００自体の厚みが小さく、断面Ｌ
字状の連通孔６６（図６参照）を形成することが困難な
場合にも好適である。

【００２３】本発明の流量制御弁１０，１２に使用され
る弁頭２０，４０及び弁座３０，６０に形成する溝は、
上記の図２、図３、図５及び図６に示す形状以外のもの
であってもよい。図８はその一例として、周方向の溝の
本数を増加させた場合の横断面図であり、これは、図１
に示す流量制御弁１０の弁頭２０及び弁座３０、図４に
示す流量制御弁１２の弁頭４０に適用される。

【００２４】以上のように、本発明の流量制御弁１０，
１２は、弁頭２０，４０及び弁座３０，６０，６００の
それぞれに、軸方向に貫通する溝を形成したので、弁頭
２０，４０と弁座３０，６０，６００の間のギャップが
微小であっても流体流量を大きくすることができる。

【００２５】また、本発明の流量制御弁１０，１２にお
いて、弁頭２０，４０及び弁座３０，６０，６００の断
面積に対する溝の面積の割合を大きくすれば、流体流量
をより大きくすることができる。そのためには、例え
ば、それぞれの溝幅を大きくしたり、溝の本数を多くす
ればよい。

【００２６】

【発明の効果】本発明の流量制御弁は、弁頭及び弁座に
軸方向に貫通する溝を形成したので、弁頭と弁座の間の
隙間が小さい場合でも、従来より流体流量を大きくする
ことができる。そのため、同じ面積の弁頭及び弁座と比
較して制御できる流体の流量を大きくすることができる
ので、装置を大型化することなく大きな流量を制御する
ことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態の流量制御弁の断面
図。

【図２】 図１の流量制御弁に使用される弁頭を示し、
図２（ａ）は斜視図、図２（ｂ）は図２（ａ）のｂ−ｂ
線縦断面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）のｃ−ｃ線横断面
図。

【図３】 図１の流量制御弁に使用される弁座を示し、
図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）のｂ−ｂ
線縦断面図、図３（ｃ）は図３（ｂ）のｃ−ｃ線横断面
図。

【図４】 本発明の第２実施形態の流量制御弁の断面
図。

【図５】 図４の流量制御弁に使用される弁頭を示し、
図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は図５（ａ）のｂ−ｂ
線縦断面図、図５（ｃ）は図５（ｂ）のｃ−ｃ線横断面
図。

【図６】 図４の流量制御弁に使用される弁座を示し、
図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）は図６（ａ）のｂ−ｂ
線縦断面図、図６（ｃ）は図６（ｂ）のｃ−ｃ線横断面
図。

【図７】 図４の流量制御弁において、連通溝によって
流体を流出路に流過させるものであり、図７（ａ）はケ
ースに凹溝を形成した流体制御弁の要部拡大縦断面図、
図７（ｂ）は弁座に凹溝を形成した流体制御弁の要部拡
大縦断面図。

【図８】 本発明の流量制御弁に使用される弁頭及び弁
座に形成される溝の他の例を示す横断面図。

【図９】 従来の流量制御弁の縦断面図。

【符号の説明】

１０，１２：流量制御弁 ３０２：アクチュエータ ２０，４０：弁頭 ２４，２４’３４，３４’４４，４４’：貫通溝 ３０，６０，６００：弁座

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁頭と該弁頭に対向する弁座が平面同士
   で接離し、前記弁頭とそのアクチュエータの間にダイア
   フラムが介在して流体の流出が阻止されている流量制御
   弁において、 前記弁頭と弁座に、互いに径方向の位置がずれた径方向
   断面が円弧状で軸方向に延びる貫通溝が形成されてい
   て、前記対向する平面同士が接したとき前記貫通溝が閉
   じられることを特徴とする、 流量制御弁。
2. 【請求項２】 前記弁頭にノーマリーオープン方向に付
   勢力が作用している、請求項１の流量制御弁。
3. 【請求項３】 前記弁頭にノーマリークローズド方向の
   付勢力が作用している、請求項１の流量制御弁。