JPS5942192B2 - 制御弁 - Google Patents

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キャビテーション
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、使用に耐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はあり、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種
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
。

たとえは、特公昭５５−８７１．３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５５−２５３１４号や特公昭５５−３１３５９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。

また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、この状態では問題点の解決
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面における上下方向での開口部
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衝突効
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、しかも弁子の移動に伴ない高圧側から低圧側への
流体の流れが断続することなく、連続的にかつ円滑に流
量が制御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
圧力降下を促進するための手段として、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を有する円
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ための環状突起を
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で、しかも前記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
傾斜面を形成したものとなし、かかる円板を所要枚数積
層して、中央孔周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、弁子
の先端は適宜長さ先細りの勾配面を付したものにして、
流動を断続させることなく、ラビリンス効果と流体の流
れ方向の変換による衝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、積層する円板は上
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きれる狭隘部の間隙寸法は、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、狭隘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たのである
。

また、前記した各環状空間部を上下方向に連通ずるため
の小孔は半径方向に中心から外方に向って流体の流動速
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
より流動速度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
う複数個所でスペーサとなる部分を設けたのである。

このスペーサは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矩形とする。

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して用い
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
熱衝撃性、耐摩耗性を有し、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衝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な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
通りである。

第１図に示すものは本発明の一具体例であって、弁本体
１の流体入口側２と流体出口側３とを仕切る隔壁４の上
部には、流体制御部１０が設けてあり、この流体制御部
１０は隔壁４の中央に嵌設した弁座シート面６′を有す
る弁座６と弁本体１の開口部１′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１０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１５を所定位置に穿設してなる二種類の制御円板１１
と１２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１１と１２とにより、
該流体制御部１０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１１゜１２共にその中央部には弁子８
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１３’、１３“を付し、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
て統一された環状鍔１３が設けである。

而して前記制御円板ｌＬ１２の構造は、まづ一方の制御
円板１１について説明するに、この円板は図上上面１１
′は平坦にして下面１１“に複数の仕切用環状突起１６
を同心円で前記内側の環状鍔１３を基準として所要間隔
で所定高さに突設し、該各仕切用環状突起１６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１５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１２は下面に前記制御円板１１と同
条件の仕切用環状突起１６′を該前記円板１１のものの
配列％ピン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１１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１１′と
の間に狭隘部１８が形成されるようにした環状突起１９
を、該狭隘部１８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、しかも上
面１２′には仕切用環状突起１６′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１９′が突設してあり、環状突起１９ 、
１９’の間にはそれぞれ円板を貫通する小孔１５が穿設
されている。

しかし取扱う流体の条件によっては、前記狭隘部１８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
くする間隙とを組み合せる場合とがある。

この制御円板１２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１６′と狭隘部を形成するため
の環状突起１９′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１１．１
２を交互に積層すればすべての制御円板１１．１２によ
り、第２図によって示すように断面が中央の孔９部から
外部に到る間で環状突起１９又は１９′とこれに対向す
る面とにより構成される狭隘部１８と仕切り用環状突起
１６又は１６′による仕切りによって孔９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トラ
つなぐ小孔１５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ｌＬ１２における穿設小孔
１５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１０は、その下端部を弁
本体１の隔壁４に嵌設する弁座６上面にも形成した前記
制御円板１２と同様の環状突起６′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面にのみ仕切用環状突起２１
を制御円板フッと同様に付設した補助円板２０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ｌＬ１２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１７を一定に保持し得る役
目をなすスペーサ１７′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６′に当接して閉止状態にあり、弁子８
を上昇させるにつれて流体入口側からの高圧流体は弁子
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１１．１２の該孔９部に対して開口
した間隙部１７から高圧流体が制御円板積層部内に流入
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１７にて
速度エネルギーに変換されて環状鍔１３に隣接する環状
空間部２５に入り、次いで制御円板１１の上面１１′と
第１番目の環状突起１９端との狭隘部１８を通り次の空
間部２５に入れば仕切用環状突起１６により直進を阻止
されるので、該空間部２５に連通ずる上下いずれか或い
は両方の小孔１５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
再び狭隘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７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１７から放
射状に拡散されつつ一斉に行なわれ、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
る流れの衝突など、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７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本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ための一手段として
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、耐熱衝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３図で示す如く弁の
開閉操作に対して流体制御部１０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１
４に形成されていて、その上下部分は傾斜面１３’ 、
１３勺こなされ、かっ弁子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６′からΔｌだけ開弁方
向に移動したさき、弁子８先端２８とシート面６′との
間隙２７を通過する流体流量は丁度飽和し、弁子先端２
８が更に上方に移動しても、弁座６と制御円板１１との
間隙１７内へ流れる流量は変らないようにし７である。

次に第３図にて示す弁子８の先端部勾配形成開始稜線２
６が、摺動面１４の上端稜線１４′より上方に移動する
と、上部位置での制御円板ｌＬ１２の間隙１７へ流体が
流入開始し７、第３図すで示すように、間隙２８がｌと
なるまでその流量を増加させる形状、寸法と（７である
。

更に弁子８が上方に移動しても制御円板１１，１２の間
隙１７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、従来の問題を解
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、本発明ノ技術的思想に基
づく改変、転用等はすべて本発明の技術的範囲に属する
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、使用時
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要部縦断面図、第２図は流体制御
部の一部拡大断面図、第３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、６・・・・・
・・・・弁座、６′・・・・・・・・・弁座シート面、
７・・・・・・・・・保持体、８・・・・・・・・・弁
子、９・・・・・・・・・孔、１０・・・・・・・・・
流体制御部、ｌＬ１２・・・・・・・・・制御円板、１
３・・・・・・・・・環状鍔、１４・・・・・・・・・
摺動面、１５・・・・・・・・・小孔、１６ 、１６’
、 １９ 、１９’・・・・・・・・環状突起、１７・
・・・・・・・・間隙、１７′・・・・・・・・・スペ
ーサ、１８・・・・・・・・・狭隘部、２５・・・・・
・・・・空間部、２６・・曲・・・弁子の稜線、２γ、
２８・・・・・・・・・間隙。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高圧流体を制御する弁において、流体入口側と流体
   出口側との間に設けた積層構造の減圧する流体制御部と
   しては、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、該弁子挿通孔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の
   間隔で仕切り若しくは狭隘形成のた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隘部とが所
   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弁子と接する細い摺動面を残してそ
   の上下に適宜角度での傾斜面を形成し、この周面部の積
   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、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。