JPS6170280A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は１合成ピストンを弁栓とする弁に関するもの
でめる。

〔従来の技術〕

＄６図は従来のピストンを弁栓とする弁を示す断面図で
あり、図において、２は弁１のピストンで、このピスト
ン２がシリンダー３内に摺動自在に移動できるように嵌
装されている。ピストン２に弁棒４が取り付けられ、こ
の弁棒４を支持し、案内するように軸受５が設けられて
いる。６は流入口、７．８はノズル、９．１０は流出口
、１１はピストン２とシリンダー３の間の空間である。

従来のピストンを弁栓とする弁は上記のように構成され
ており、駆動機構（図示てれず）によって弁棒４を移動
し、ピストン２によってノズル７．８を開閉する。ピス
トン２が第６図に示すように矢印方向（左方向）に動く
と、流入口６に対してノズル７が開、ノズル８が閉とな
り、流体が流入口６がら空間１１を通ってノズル７から
流出口９へ流出され、ピストン２を右方向に移動すると
、ノズル８が開、ノズル７が閉となり、流体が流入口６
から空間１１を通ってノズル８から流出口１０へ流出で
れるようになっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来のピストンを弁栓とする弁では、ノズ
ル７　、８ｔ−ピストン２によって開閉するので、流体
がノズル１，８とピストン２の間から漏れないようにピ
ストン２ｔノズル７゜８に圧接しているためすべり抵抗
がめるとか、ピストン２を軸受５によってシリンダー３
の中心軸に沿って支持し、案内するので、摩擦によるエ
ネルギー損失があるという問題点があった。

これは第６図に示す弁のほか、弁栓としてピストン、弁
体としてシリンダーを用いた弁にＳいては共通したこと
がらである。

この発明は、かかる問題点を解決するためにナサしたも
ので、無視しうる程度のエネルギー損失でノズルを開閉
するとともに、ピストンをシリンダーの中心軸に自動的
に求心させうる弁を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る弁は、２箇の深溝型ダイヤフラムを、２
箇のピストンと１箇のりテーナーで、このリテーナ−の
両側に相対して固締した合成ピストンを弁栓としたもの
である。

〔作用〕

この発明においては、シリンダーと合成ピストンの間に
、深溝型ダイヤフラムの内側に閉じ切られた空間を有し
、この空間に圧力流体を流入するから、深溝型ダイヤフ
ラムは正常な姿勢を常に保つことができ、深溝型ダイヤ
フラムの損傷、作動不良が防止される。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例の弁を示す断面図であり、
符号１〜１１は従来の弁と同一のものである。

図にふいて、１２はリテーナ−で、このリテーナ−１２
と２箇のピストン２．２′の間に、２箇の深溝型ダイヤ
フラム１３　、１３’の内周が。

ボルト１４Ｖｃよって固く締め付けられ、１箇の集合体
（以下合成ピストンという）１５が構成され、深溝型ダ
イヤフラム１３　、１３’の外周はそれぞれ２箇のピス
トン２，２′と中間円筒部１６の間に挾でまれ、シリン
ダー３．３′蓋部材１７　、１７’を介して、ボルト１
８、ナツト１９により固く締め付けられている。深溝型
ダイヤフラム１３　、１３’、リテーナ−１２および中
間円筒部１６によって閉じ切られた密閉空間２ｏはは合
成ピストン１５の外側空間２１　、２１’に対して完全
にシールてれる。２２　、２２’はシール部材である。

また中間円筒部１６には、流体注入器２３が取り付けら
れており、この流体注入器２３に注入きれる流体には空
気、窒素などの気体または比較的粘度が小さい液体が用
いられる。この流体を、中間円筒部１６に取り付けた流
体注入器２３の流体注入口２４から密閉空間２０に注入
し、所定の圧力になったとき、閉じ切り弁２５によって
完全に閉じ切り、密閉空間２０を所定の圧力に保持する
ようになっているｃ、２６はこの流体の供給管、２７は
作動流体の流路である。

さらにシリンダー３′に°流体が噴出するノズル７が設
けられており、このノズル７が合成ピストン１５の移動
に伴ない、深溝型ダイヤフラム１３′により開閉される
ようになっている。この場合、密閉空間２０内の圧力が
高く保持されているので、深溝型ダイヤフラム１３′は
シリンダー３′の内面に密着して動き、ノズル７を閉じ
たとき深溝型ダイヤフラム１３′とシリンダー３′の内
面との間には全く漏洩はない。なお、ノズル７の面積は
深溝型ダイヤフラム１３′が密閉空間２０の内圧によっ
てノズルＴに強く喰い込まないように小さく作られてい
る。

以上から判るように１合成ピストン１５は弁栓とするこ
とができるものである。

作用について説明する。

合成ピストン１５を第１図に示すＹ−Ｙ’方向に作動さ
せるための作動流体を、駆動装Ｗｌ（図示されず）に上
り流路２γかも外側空間にみちびき１合成ピストン１５
を移動し、深溝型ダイヤフラム１′によってノズル７ｆ
−開閉する。ノズル７が開のとき、流体がノズル７から
外側空間２１′に噴出し流出口９から流出し、ノズル７
が閉のとき、流体がノズル７から噴出しないので流出口
９から流出されないようになっている。

密閉空間２０の圧力が外部空間の圧力より高いほど、深
溝型ダイヤフラム１３　、１３’で支えられる合成ピス
トン１５の中心軸はシリンダー３゜３′の中心軸と自動
的に合致するように求心力が作用する。このことけっぎ
のように説明される。

いま、何等かの原因で合成ピストン１５がεだけ中心軸
から偏心したときの求心力Ｆは、ピストン２，２′の直
径をＤ、外部空間２１．２１’の圧力よりも高い流体圧
力をｐとすると、シリンダー３，３′の中心軸を含む断
面における深溝型ダイヤフラム１３　、１３’の折曲部
が半円形になることから１次式のように表わされる。

ｔ’＝、ｏｐε このことから、求心力Ｆは流体圧力ｐが大きいほど、ま
た合成ピストン１５の偏心６が大きくなるほど大きくな
り、合成ピストン１５の中心軸がシリンダー３．３′の
中心軸と自動的に合致するように作用することがわかる
。

また合成ピストン１５の中心軸が水平であっても、その
自重によって生じる偏心を防ぐことが可能となる。した
がって、合成ピストン１５の軸を支える案内機構を設け
る必要がなく、常に正しい中心軸の位置を保ちうるとと
もに、深溝型ダイヤフラムが作動不良とか損傷が防止さ
れる。

この合成ピストン１５を弁栓とする弁では、弁栓のスト
ロークは、深溝型ダイヤフラム１３゜１３′のストロー
クの許容値である許容ストロークＬに支配されるので、
これ以下でなければならない。

さらに第１図に示すように合成ピストン１５が中心軸の
方向Ｙ　、　Ｙ’に移動するとさ、外側空間２１　、２
１’間の漏洩は全く生じない、。

さらにまた合成ピストン１５が中心・柚の方向に移動す
るとき、深溝型ダイヤフラム１３，１３′はローリング
動作を行なうので摺動による摩擦損失を生じない。その
ため０−リングなどを用いる場合と異なり、ピストンの
移動に要する力はきわめて小さく、駆動エネルギーが僅
小である。

しかして合成ピストン１５の移動に際して。

０−リングなどを用いる場合と異なり、ばね作用が全く
存在しないので、この合成ピストン１５はきわめて一様
な安定した動作を行なり。

この発明の一実施例の弁は、第１図に示すように、深溝
型ダイヤフラム１３　、１３’が同径に作られ、弁栓で
ある合成ピストン１５が、外側空間２１．２１’の圧力
差によって、密閉空間２０の内圧とは無関係に、移動さ
れる。たとえば。

気圧、水圧または油圧による合成ピストン１５の駆動装
置を備え１合成ピストン１５を弁栓とする自動弁である
。

第２図はこの発明の他の実施例を示す断面図で、外側空
間２１を大気に開放し１合成ピストン１５を弁棒４に連
結し、この弁棒４を手動、流体圧あるいはソレノイドま
たはモーターなどの外部駆動装置に結合し、ノズル７の
開閉を行えることは明らかである。この例に２いては合
成ピストン１５に用いである２箇の深＃Ｉ＃型ダイヤフ
ラム１３　、１３’はグランドシールの役割をしている
ほか上記のこの発明の一実施例の弁と同様な作用・効果
を奏しつる。

第３図は、この発明のさらに他の実施例を示す断面図で
あって、直径がＤであるシリンダーの円周上に１箇以上
のノズル７　、７’　、　７”・・・が設けられている
。

このように多数のノズルを設けるとき、ノズルγの入口
側にヘッダー２８を設ける必要かめるので、シリンダー
３′とは別体の円筒部材２９が設けられている。３０．
３１はシール部材である。ノズルＴを設ける位置は深溝
型ダイヤフラム１３′の許容ストローク内であれば自由
に選ぶことができ、第４図は多数のノズル７に一シリン
ダー３′に設けたときの展開図である。各ノズルγの断
面積を等しくするとき、ノズルを、許容ストロークＬの
関数となるように配置することができ、この関数により
弁特性がきめられるので、ノズルの配置によって望まし
い流量特性が得られる。

第５図はノズル７を弁栓自体に設けた。この発明の別の
実施例の断面図であり、ナツト３２によって２５の深溝
型ダイヤフラム１３　、１３’の内周が、２箇のピスト
ン２．２′とリテーナ−１２の間に固く締め付けられて
いる。深溝型ダイヤフラム１３　、１３’の外周を、２
箇のシリンダー２．７と中間円筒部１６の間にポルト３
３゜３３で固く締め付けて、密閉空間２０を構成してい
る。この密閉空間２０に流体注入器２３から高圧流体を
注入し、密閉空間２０の内圧によって深溝型ダイヤフラ
ム１３　、１３’をピストン２．７とシリンダー３．３
′の側面に密考させ、空間が閉じ切られるようになって
いる。この実施例では、シリンダー３に設けた流入口３
４から流入した流体は、ピストン２に設けた流路３５．
３６を経て、ピストン２′に設けたノズル３７　、３７
’、　３７”、　・を通９ｒＩｉ、出口９から流出され
る。弁棒４が下降し、ノズル７が深溝型ダイヤフラム１
３′から開放されるとき、ノズル７は開となり、弁棒４
が上昇し、ノズルγが深溝型ダイヤフラム１３′により
シールされるとき閉となる。３８は合成ピストンをグラ
ンドシールとして用いたものである。

上記のように、この発明の弁は、ピストンあるいはシリ
ンダーにノズルを設け、深溝型ダイヤフラムをピストン
あるいはシリンダーの表面に沿って、密閉空間の内圧に
よって密着式せながら作動させ、ノズルを開閉するもの
で、関連した項で説明したほか１次のような特徴がある
。

（【）弁栓が弁座につきあたる構造の弁とは異なり、弁
栓の中心軸方向の動作には、抵抗または障害になるもの
がないので、弁の開閉時に衝撃を生じることがない。

）２）多数のノズルを、たとえば流量に関連がある諸因
子を変数とする関数を満足するように配置することによ
り、弁特性を自由にきめることができる。このことは弁
特性が異なる弁栓あるいはシリンダーを取り換えて使用
しうろことであり、一般の自動制御弁がこの自由度が小
さいことと比べて都合が良い。

（３）シリンダーあるいはピストンに加わる機械的な荷
重がきわめて小嘔いので、セラミックス。

テフロンあるいは合成樹脂のような非金属材料も使用が
可能であるので、高耐蝕性の弁を容易に作れる。

（４）たとえば１０ＭＰａ（約１０２にｐ／ｃＩｌ）の
高圧に耐える深溝型グイヤフラムを作ることが可能でめ
るので、密閉空間の内圧を１０ＭＰＨとしても良く、こ
の弁はｌＱＭＰａ程度の高圧流体にも応用できる。

（５）温度変化による影響については、使用材料が熱膨
張によって伸縮しても、構造の上には問題はない。

（６）弁の圧力損失は、ノズルの設計によってきまり、
流量の大小はノズル数による。

（７）またさらに第１図に示すノズル７をシリンダー３
′の周上に数ケ所設け、そのうちの１つを流入ノズルと
して、また°ほかの複数筒のノズルを吐出用として使用
するとき、一種の分配弁となる。このように、この弁は
数多くの応用ができる特殊性を持つものである。

１８）この発明による自動弁は、ノズルの面積を小さく
できるので、微小流量用の制御弁として有効である。

（９）以上の説明はシリンダーあるいは合成ピストンの
一方にだけノズルを設けた弁についてのものであるが、
さらにこれらの両者にノズルを設けることにより特殊な
切替弁あるいけ混合弁とすることができる。

すなわち、第５図のシリンダー３′に、第１図に示すシ
リンダー３′にあるノズル７を設けた弁は、弁栓たる合
成ピストン１５が下降するとき、シリンダー３′に設け
たノズル７は開から閉へ、合成ピストン１５に設けたノ
ズル３７は閉から開となるので、両ノズル１１．３７ｔ
−重なり合わないように配置しておけば、切替弁となる
。

また第５図のシリンダー３′に、第４図に示すように多
数のノズル７　、７１　、７１１．・・・を設け１合成
ピストン１５に設けた多数のノズル３７．３７’　、　
３７″、・・・と対応させると、弁栓たる合成ピストン
１５がらる位置にあるとき開の状態におるノズル数をシ
リンダー側ＮＣ，合成ピストン側Ｎｐとすると、弁栓の
動きによりＮｃが増のときＮｐは減となり、Ｎｃが減の
ときＮｐは増となるように両ノズルを配置することがで
きる。

ノズルから流れる流体のｉ量が開のノズル数に比例する
とき、両ノズルから流れる２つの流体の混合比を、弁栓
すなわち合成ピストン１５の位置で決めることができる
。弁棒４を自動的に駆動すれば自動混合弁となる。たと
えば第４図に示すようにノズルを配置することによりＮ
ｃ／Ｎｐはある関数関係とすることができるので。

いろいろな混合流量特性をもつ自動混合弁となる。

嘔らにこの混合弁は開口面積が小さいノズルから流体を
噴出させることができるので、シリンダーと合成ピスト
ン間の比較的狭い空間で２流体が衝突し、良い混合効果
が得られるという特徴がある。

これらの切替弁、自動混合弁は、上記の一般的な特徴を
随伴しているものである。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、深溝型ダイヤフラムを
用いた合成ピストンを作動してノズルを開閉するという
簡単な構造により、摩擦が無視でき、弁を軽く作動でき
、応答性が良いという効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の一実施例を示す断面図。 第２図はこの発明の他の実施例金示す断面図、第３図は
この発明のさらに他の実施例を示す断面図、第４図は同
多数のノズルをシリンダーに設けたときの展開図、第５
図はノズルを弁栓に設けたこの発明の別の実施例の断面
図、第６囚は弁栓に従来のピストンを弁栓とする弁を示
す断面図である。 図において、２．２′はピストン、３．３′はシリンダ
ー、７．７’、γ″、・・・はノズル、１２はリテーナ
−１１３、１３’は深溝型ダイヤフラム。 １５は合成ピストン、１６は中間円筒部、２０は密閉空
間、２１．２１’は外側空間、２３は流体注入器、２５
は閉じ切り弁、３７．３７’、３７″、・・・けノズル
、Ｌけ許容ストローク。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 纂　１　区 第３図 第４図 第５図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）同径、異径にかかわらず、２箇の深溝ダイヤフラ
   ムを、２箇のピストンと１箇のリテーナーで、このリテ
   ーナーの両側に相対して固締した合成ピストンを弁栓と
   する弁。
2. （２）２箇の深溝型ダイヤフラムの外周を２箇のシリン
   ダーと１箇の中間円筒部により挾み固締し、両深溝型ダ
   イヤフラムの外側空間をこれらの深溝型ダイヤフラムで
   遮断し、合成ピストンとシリンダーにより構成される密
   閉空間を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の弁。
3. （３）合成ピストンが、これとシリンダーにより構成さ
   れる密閉空間の内圧を深溝型ダイヤフラムの外側空間の
   圧力よりも高くし、２箇の深溝型ダイヤフラムの作動を
   常に正常に保つものであり、シリンダーを弁体とするこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の弁。
4. （４）合成ピストンとシリンダーにより構成される密閉
   空間に高圧流体を供給する圧力流体注入器および閉じ切
   り弁を備えた中間円筒部を有するシリンダーを弁体の一
   部としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   弁。
5. （５）流動流体に接するシリンダーの、深溝型ダイヤフ
   ラムの許容ストローク範囲内に１箇または複数箇のノズ
   ルを設け、このノズルの開閉を合成ピストンの移動に伴
   なう深溝型ダイヤフラムの動作により行なうことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の弁。
6. （６）弁体であるシリンダーもしくは弁栓であるピスト
   ンまたはこれらのシリンダーおよびピストンの両者の側
   面に、１箇または複数箇のノズルを設け、合成ピストン
   の移動に伴なう深溝型ダイヤフラムの位置と、ノズルの
   箇数との間に、特定の関数関係を与え、これを弁の変位
   −流量特性とすることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の弁。
7. （７）合成ピストンとシリンダーの間において深溝型ダ
   イヤフラムにより閉じ切られた高内圧の密閉空間を有す
   る構造体によりシールを行なうことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の弁。
8. （８）流動流体に接しない側の空間に、機械式、流体式
   または電気式の駆動装置を設け、合成ピストンを駆動す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の弁。