JPS58184381A - 制御弁 - 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】 本発明は高圧力流体を減圧する弁において、弁の開閉操
作に伴ない絞り部での局部的な高差圧が生ずるのを確実
に防止し得ると共に、弁子の移動に応じて流量を連続的
に加減して円滑に操作できるようにした制御弁に関する
ものである。

高圧力流体を取扱う制御弁にあっては、弁本体の流体入
口と流体出口との間において高差圧になる条件で使用さ
れることが多くあり、そのため弁の開閉に伴ない、或い
は差圧を生じさせる構造部分において局部的な高差圧の
発生に伴ない、非圧縮性流体においてギヤビテーション
やエロージョンが生じ、これが原因となって部分的に摩
耗が進行し、使用に制えられない状態となり、また圧縮
性流体においてはこの急激な圧力差に伴なう流体の移動
に際しその流体の移動速度が高速となることによくなど
いずれのときにも異常に高い騒音を生ぜしめ、かつ振動
を伴なうことがしばしばあり、当然これらが原因となっ
て弁とその取付は部周辺に支障を来たしたり、環境条件
に異常を来たすなどの多くの問題点がある。

そこで、これらの問題点を解決する手段として既に種々
の研究がなされその対策゛を講じたものが提案されてい
る。たとえば、特公昭５５−８７１８号にみられるよう
な減圧用ケージを多段に嵌め合せてなる型式の弁、或い
は特公昭５５−２５８１４号や特公昭５５−８１８５９
号により開示されているような非中心から放射状に流体
が移動する間に多くのオリフィスを通過させたり、流体
の方向を何度も変更させたりして、その間に多くの抵抗
を与えて次第に圧力降下させ、順次減圧せしめることに
より圧力を徐々に降下するようにしたディスク積層型式
の弁などがある。

しかし乍ら、前者の形式ではその構造上複数嵌め合わせ
たケージにそれぞれ穿孔するには当然のことながらその
数に限度があり、高圧側に位置するケージの各孔部では
やはり高速度で流体が通過する傾向にあるからその孔の
摩耗は避は難く、かつ減圧用ケージ内を摺動して上下す
るピストン型の弁子の移動に対して穿孔が断続的に開閉
されることになり、流体の流動量が弁の開度に対して比
例的に増減せず段階的になり、制御弁として円滑な流量
制御が期待できない。従って開度が少なくて流体入口と
流体出口との間の差圧が高いときには、開口した部分に
おいてやはり局部的に大きな差圧に伴なう流体の移動限
界となって従来の問題点が生じることになり、高差圧の
場合には未だ充分なるその解消を見ることができない。

まだ前記後者のディスク型式のものにあっては、減圧用
ケージ複合型のものに比べてディスクの積層部に形成さ
れる流通空間がより複雑化されており、かつ高圧側開口
部分では開口面積も多くなり、それだけ流動量は前者の
ものに比べて増加するから、この状轢では問題点の解決
に可成り役立ち得るが、この方式のものにあっても、そ
の積層部の弁子との摺動向における一Ｆ下方向での開口
部間には閉鎖区間が生じるので、やはり弁子の開閉時断
続的に流量が増減することになり、しかもディスク積層
部における減圧操作は単なる速度エネルギーに変換して
の摩擦による圧力損失を利用しようとするにとどまり、
また構造的にも複雑化するので実用上製作に多くの手数
を要して高価につくなど、従来の問題点解決上で不充分
である。

本発明は、先行技術において未解決であった種種の問題
点を解決して、極く簡単な構造で合理的に流体の拡散流
動を計り、その高圧側から低圧側への移動する範囲にお
いて、流体にオリフィス効果に加えて流体同士の向突効
果も有し、流路内での過流等による流動抵抗を付与し、
これらの組み合せにより圧力降下を促進せしめるように
なし、加えて弁子の移動に伴ない高圧側から低圧側への
流量が連続的にかつ円滑に増減できる機能を具備せしめ
た制御弁を提供することにある。

本発明にては、高圧側から低圧側への流体の流動拡散と
圧力降下全促進するだめの手段として、ピストン形をし
た弁子が中央部で摺動するようにした中央孔ヲ有する円
板には同心円で下面のみ、または上下両面にそれぞれ所
要の間隔で仕切り若しくは狭隘形成のだめの環状突起を
形成し、かつ該環状突起間において半径方向に円板積層
時各突起項で区画される空間ごとに上下方向に貫通する
小孔を穿設したものとなし、かかる円板を所要板数積層
して、ラビリンス効果と流体の流れ方向の変換による面
突などの流動抵抗との組み合せで圧力降下を合理的に行
なわしめるようにしたのである。

このような効果を有効に得るために、積層する円板は」
−下両側に形成する環状突起を有するものと、下面側の
みに環状突起を有するものとの二種のものを、交互に組
合せて、半径方向に全周にわたり平面的なラビリンス構
造が断続して形成されるようにし、その環状突起とこれ
に対応する面との間に形成される狭酸部の間隙寸法は、
中心から外方に向って順次大きくなる場合と、変らない
場合と、その中間の場合があり、その採用は流体の条件
により選定する。

更に、前記したラビリンス効果に付加する流れ方向の変
換を行なわせるために、狭繭部に対する開放空間は半径
方向に交互に仕切り環状突起によって区画し、この仕切
りによって形成される各環状空間部ごとに上下方向に貫
通する所要数の小孔により上下の異なる空間部に順次外
方へ流動でき・：： るようにして通ずるよう構成しだのである。

また、前記した各環状空間部を上下方向に連通ずるだめ
の小孔は半径方向に中心から外方に向つて流体の流動速
度が減じられるように開口面積が順次増加する場合と、
変らない場合と、その中間の場合とがあり、その採用は
流体の条件により選定する。

斯かる環状空間部における上下方向の連通小孔の穿設に
より流動連層の順次低減させる手段としては、半径方向
に中心から外方に向って小孔の穿設数を次第に多く穿設
していく方式と、半径方向に中心から外方に向って穿設
する小孔の直径を次第に大きくするように構成する方式
と、小孔を長孔にする方式とがある。

本発明にては、摺動する弁子に対する積層された円板と
の摺動部において、各円板の中央孔周面を僅かな摺動面
を残してその上下に適宜勾配で外周方向に傾斜面を形成
し、積層した上下の円板間に狭い間隙を形成確保するよ
う複数個所でスベー”ｊ　（！：　ｆｘ　’１　′＋）
ｋ　ｅ　７．：：　ＯＴ　ｈ　７）ｏ　ｊ　Ｏパ”ｊ　
ｉｉ。

全流路断面が同一となるようにする場合には扇形とし、
流路断面が下流側はど大きくなるようにする場合には細
長い什形とする。このスペーサーは省略することもでき
、この場合は積層した円板間での環状突起部による当接
間における歪により熱膨張等を該円板内部で吸収させる
ようにする効果を得ることができる。

なお、ピストン型の弁子の先端は細幅のシール面を形成
するよう、外周側を所要の勾配で切り削ぎ、かつ弁箱に
設けた積層円板の支持盤を兼ねた弁座を設けたのである
。

而して本発明にては、上記した圧力降下手段とて用いる
円板は、使用条件に応じて耐蝕鋼、硬質の鋼、硬質の表
面処理を施こした鋼又は銅合金などの金属製のほか、焼
結合金製、或いはセラミック製のように焼成によって得
られるものなどが採用できるのであり、殊にセラミック
製のものによれば貫通小孔も一挙に成型できることにな
るから製産性がよく、寸法精度も高く耐熱性並びに耐熱
函撃性、耐阜耗性を有し、しかも弁子との摺動面での滑
動を円滑にする等多くの利点を有する。

本発明の弁によれば、高圧流体を取扱う制御時において
、高圧側から低圧側への流体の流動が弁の開度に応じて
その流体流入部が局部的にならず開口量に対応して即拡
散流動でき、しかも流動が平面的なラビリンス効果と流
れの方向変換による鋤突作用との相乗効果によって有効
に圧力降下せしめることができ、従来の技術に比べてよ
り一層効果的に目的を達成できるのである。

更に、本発明の弁によれば、弁子の移動に伴ない流出す
る流体の量は断続すること々く連続的に流量の増減を行
なうことが可能となり、従って高圧流体を確実に制御で
きるのであり、しかも降圧操作部においてはその要素（
円板）の材質等を選択することによって耐久性を確保し
、長期使用に耐えて常時正常な運転と高圧流体の流量制
御に伴なう外部への障害を確実に消去することができる
ようになったのである。

以下本発明の弁について実施例図により詳述すれば次の
逼りである。

第１図に示すものは本発明の一具体例であって、弁本体
（ｌｊの流体入口側（２）と流体出口１１１！Ｉ　（３
１とを仕切る隔壁（４〕の上部には、流体制御部Ｍが設
けてあリ、この流体制御部（１１は隔壁（４）の中央に
嵌設した弁座シート面（６ｒを有する弁座（６）と弁本
体（１）の開口部（１どに嵌挿して弁本体カバー（５）
により固定される保持体（７）とによって、定位置に固
定しである。

而して流体制御部ＱＱは中央にピストン型の弁子（８）
が摺動する孔（９）を穿設されて同心円で所要の間隔に
て半径方向に環状突起を所要数形成すると共に多数の流
体流動小孔ａｈを所定位置に穿設してなる二種類の制御
円板Ｑυと０２１とを所要枚数交互に積層してなる。

この積層された二種類の制御円板０υと（６）とにより
、該流体制御部如の内部には第１図及び第２図にて示す
ような断面がジグザグの通路を構成するようになされて
おり、両制御円板ｄｌｌ（２）共にその中央部には弁子
（８ンと摺動面（１４）を中間に細幅で残して、その上
下両方にそれぞれ適宜角度の傾斜面（至）′（至）′を
付ｌ〜、各円板を積層したとき上下の傾斜面端が対向す
るように形成して統一さ′五１：た環状鍔（至）が設け
である。

而して前記制御円板（１１）（６）の構造は、まづ一方
の制御円板Ｃ１１）について説明するに、この円板は図
上上面０１どは平坦にして下面αｌ）ｒ複数の仕切用環
状突起（２）を同心円で前記内側の壌状銹叫を基準とし
て所要間隔で所定高さに突設し、該各仕切用項状突起−
形成部の両脇には板面に直交して（必ずしも直交してい
なくともよい）小孔Ｑθを所要のピッチで貫通穿設した
ものである。次に他方の制御円板部は下面に前記制御円
板０ηと同条件の仕切用環状突起（至）′を該前記円板
０υのものの配列の％ピッチずれた位置に同心円で配分
突設すると共に、その中間位置（丁度前記制御円板０υ
の仕切用環状突起と合致する位置）には積層時下側の円
板上面０１）′との間に狭隘部（ト）が形成されるよう
にした環状突起−を、該狭路部（ト）の間隙が半径方向
に中央から外方へ次第に広くなるよう、要するに中央寄
りから外方へ順次脚長が短かくなるように形成して突設
してあり乱かも上面ｒ′には仕切用環状突起（境′形成
位置の反対側に半径方向の中央から外方へ順次脚長が短
かくなるようにして環状突起０坤′が突設してあり、環
状突起０１、α呻′の間にはそれぞれ円板を貫通する小
孔−が穿設されている。しかし取扱う流体の条件によっ
ては、前記狭ト洛部（ト）の間隙を全般に一定にする場
合、或いは一定間隙と順次広くする間隙とを１１み合せ
る場合とがある。この制御円板（ロ）の外周部は前記要
領による上下両面に対しての仕切用環状突起（至）′と
狭隘部を形成するための環状突起Ｑｌ’とにより所要厚
みの周壁が構成されるようになっており、前記した二種
類の制御円板０η（２）を交互に積層すればすべての制
御円板Ｕυ（ロ）により、第２図によって示すように断
面が中央の孔（９１部から外部に到る間で環状突起ＯＩ
又はα錫′とこれに対向する面とにより構成される狭Ｆ
＆部（至）と仕切り用壊状突起（至）又は…夕′による
仕切如とによって孔（９Ｊ側から外周側に膨張室と狭隘
部そして膨張室と上又は下の膨張室とをつなぐ小孔（ト
）とによりジグザグ状の流路を構成し、短区間で圧力降
下するような内部構造を構成したのである。

なお、前記した狭隘部の間隙が中央から外側に向って広
くなるようにした各制御円板（ＩＩ）（２）における穿
設小孔ＯＱについては、半径方向に中央から外方に向け
その直径を次第に大きくするか、或いは半径方向に中央
から外方に向けてその穿設数を次第に多くするか、長孔
にして流速が低下するように配慮しである。

そして斯かる構成の流体制御部曲は、その下端部を弁本
体（１）の隔壁（４Ｊに嵌設する弁座（６）上面にも形
成した前記制御円板（６）と同様の環状突起＜６ｆとに
よりラビリンス効果とオリフィス効果とが得られるよう
になされており、また上端部においては下円 面にのみ仕切用環状突起（ユ１）を制御板ａ→と同様に
付設した補助円板翰を介在させて保持体（７）に付加さ
れる弁本体カバー（５）と弁本体（１）とのボルト締着
力で一定状態に固定される。なお、各制御円板ＱＩ）Ｃ
Ｉ２１の孔（９）寄りに高圧側流体入口となる上下円板
間の狭い間隙αηを一定に保持し得る役目をなすスペー
サＱ７／を複数個所に形成してなる。このスペーサー（
１７／は適宜幅のものを放射状に配しである。

本発明の制御弁は斯くの如く構成されているので、ピス
トン型の弁子（８）が最下位に位置したときには、その
先端が弁座シート面（６ｆに当接して閉止状態にあり、
弁子（３）を上昇させるにつれて流体入口側からの畠圧
流体は弁子（８）が上昇したことによりその摺動する中
央孔（９）に対する積層された制御円板（］υ（功の該
孔（９）部に対して開口した間隙部Ｏηから高圧流体が
制御円板積Ｆ＠部内に流入し、この流入した流体は１つ
の流路について説明すると第２図にて矢印で示すように
先づ入口の間隙部（１７７にて速度エネルギーに変換さ
れて環状鍔ａ４に隣接する環表空間部（ユタ）に入り、
次いで制御円板αυの上面（１１）’と第１査目の環状
突起Ｑｉ端との狭隘部（ト）を通り次の空間Ｑ（ｘｔ）
に入れば仕切用環状突起（ト）により直進を阻止される
ので、該空間部（λり）に連通ずる上下いずれか或いは
両方の小孔Ｑ５を通って、上又は下或いは両方の異なる
階位の空間部に移動し、当該空間部から次の空間部へ再
び狭ＦＡ部を通って移動する（次段の個所では操作が１
つずれる）。以後このような段階を複数回順次繰返して
外方へ流動し・： 、この操作が中央の孔（９）に開口する間隙部Ｑηから
放射状に拡散されつつ一★に行なわれ、この間に空間部
から隣接の空間部への狭隘を介してのラビリンス効果と
、階位の異なる空間部への小孔を通じての流動によるオ
リフィス効果と、更に空間部間の小孔を通じての移動に
よる流れの噛突なと、流体に表面摩擦と方向変換による
流体内部で流動抵抗を生起せしめることにより、この流
体制御部を一通過する間に目的とする流体のエネルギー
損失を行なわせ、圧力降下せしめて流体出口（３）に送
り出される。

而してこの流体制御部では前述のように内部に形成され
る迷路のような流路を高圧力の流体が通過することにな
るので、狭隘部分や小孔部分では流体の流れの速度が高
まり、それに伴ない摩擦抵抗による熱エネルギーへの変
換や摩擦による摩耗が制御円板に生じることになり、従
ってこの制御円板の熱膨張対策や耐摩耗性が必要となる
が、熱膨張についてはこの流体制御部が丁度弁本体内の
流体出口側に接がる擁、、、：、体内空間部に積層定置
されることになって半径方向にはフリーに支持されてい
るので、この半径方向での伸縮により自動的に処理でき
るのであり、耐摩耗性に対してはその構成材料の材質に
硬度の高い材料を選んで、或いは表面加工して硬度を高
めるようにすることで耐久性を持たせることができる。

これらの総合的な問題点を解決するだめの一手段として
セラミックを用いた制御円板にすれば、加工の容易性、
耐久性、耐薬品性、耐熱尚撃性等多くの問題点を解決で
きて効果的である。

次に、本発明制御弁にあっては、第８図で示す如く弁の
開閉操作に対【７て流体制御部αＯは、前記したように
その内周側、即ち弁子（８）の摺動孔（９）側は、細幅
の摺動面（１４）に形成されていて、その上下部分は傾
斜面Ｏ：ＶＶになされ、かつ弁子（８）の先端外周も適
宜先端に向は勾配を付したものになっている。いま弁子
（８）が弁座（６）のシート面（６７’からＩｌｌだけ
開弁方向に移動したとき、弁子（８）先端（２８）とシ
ート面（６ｆとの間隙（λυを通過する流体流量は丁度
飽和し、弁子先端Ｃ−”ｇ）が東に上方に移動しても、
弁座（６）と制御円板０１）との間隙α７１内へ流れる
流量は変らないようにしである。次に第８図にて示す弁
子（８）の先端部勾配形成開始４線（ｘ６亦、摺動面０
復の上端棟線（１４ｆより上方に移動すると、上部位置
での制御円板０υ（Ｐ４の間隙０ηへ流体が流入開始し
、第８図（ｂ）で示すように、間隙（１ｇ）が４となる
までその流量を増加させる形状、寸法としである。史に
弁子（８）が上方に移動しても制御円板（ｌｌ）（２）
の間隙Ｑ７＋へ流入する流体の流量は増加せず、この部
分は飽和となるため、次には更に上段の間隙へ流体が流
入することを開始する。このようにして順次連続して流
量は増加するのである。なおこの逆作動によって流量は
減することになるのである。

而して高圧側から低圧側（流体制御部内）への流体の流
動が途切れることなく連続的に流れ、しかも弁の開度が
少ない状態にあるときでも小孔を通じて段階的な流動拡
散もなされることになり、流体制御部で広範囲の流動に
より確実なエネルギー消失操作ができ、従来の間粗を解
決することが可能になったのである。

なお、本発明制御弁は本発明の要旨に則すれば上記実施
例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基
つく改変、転用等はすべて本発明の技術的範囲に楓する
ものであることは謂うまでもない。

本発明制御弁にては、各制御円板の積層部分におけるス
ペーサーの使用について必ずしもこれを要することはな
く、仕切用環状突起をこれに代えることができ、便用時
における弁軸方向の熱膨張を該制御円板のたわみにより
吸収させることで対処できるのに役立ち得る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明制御弁の一実施例を示すものであって、第
１図は本発明制御弁の賛部縦断面図、第２図は流体制御
部の一部拡大断面図、第８図（ａ）　（ｂ）は弁子と制
御円板との関係を示す説明図である。 （１）・・・・・・・・・弁本体、（４）・・・・・・
・・・隔壁、（５）・・・・・・・・・弁本体カバー（
ｔｉｔ・・・・・・・・・弁座、（ｔｉ／・・・・・・
・弁座シート面、（７）・・・・・・・・・保持体（８
）・・・・・・・・・弁子、（Ｉｌ＋・・・・・・・・
・孔、（１１）・・・・・・・・・流体制御部、０υ（
６）・・・・・・・・制御円板、ａ４・・・・・・・・
・環状鍔１、α→・・・・・・・・・摺動面、０均・・
・・・・・・・小孔、（１１１・Ｕｈ’ＱＩＩ　Ｏ’ｌ
・・・・・・・・・項状嬌起、ａη・・・・・・・・・
間隙Ｑ７／・・・・・・・・・スペーサ、（ト）・・・
・・・・・・狭路部、（λり片・・・・・・・空間部、
（２６）・・・・・・・・・弁子のＮ復線、（２７）（
パル・・・・・・・・間隙。 （］９） ４９０− （ａ） δ ３図 ｃｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高圧流体を制御する弁において、ピストン状の弁子
   が中央部で摺動するようにした孔を有し、その内周部に
   環状鍔を設けて、かつ同心円で下面のみ、または上下両
   面にそれぞれ所要間隔で仕切り若しくは狭蓬部形成のだ
   めの環状突起を突設してなる制御円板を複数枚積層固設
   し、これら制御円板の各環状突起と板面とで同心円の空
   間部と狭Ｔ各部とが所要の配分で形成されるようにする
   と共に、仕切られた空間部の上下別階位間はそれぞれ小
   孔により連通ずるよう各制御円板に複数の小孔を穿設し
   て、中央の孔に開口する間隙部から半径方向に流体が拡
   散して流動するよう構成してなる流体制御部を設けたこ
   とを特徴とする制御弁。 ２、高圧流体を制御する弁において、ピストン状の弁子
   が中央部で摺動するようにした孔を有し、その内周部に
   環状列を設けて、かつ同心円で下面のみ、または上下両
   面にそれぞれ所要の間隔で仕切り若しくは狭路部形成の
   だめの環状突起を突設してなる制御円板を複数枚積層固
   設し、これら制御円板の各環状突起と板面とで同心円の
   空間部と狭π表部とが所要の配分で形成されるようにす
   ると共に、仕切られた空間部の上下別階位間はそれぞれ
   小孔により連通ずるよう各制御円板に複数の小孔を穿設
   し、前記各制御円板の中央孔周面部は中間に細い弁子と
   の摺動面を残してその上下に適宜角度での傾斜面を形成
   し、この局面部の積層部分に形成される間隙部から半径
   方向に流体が拡散して流動するよう構成してなる流体制
   御部を設け、前記弁子の先端は適宜長さ先細りの勾配面
   を付したことを特徴とする制御弁。