JP4160010B2 - 流体制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、流体制御弁の圧力損失低減構造に関するものである。

＜従来技術１＞
流体制御弁の従来技術として、図７に示すような特許文献１における流体制御弁１０１が存在する。
流体制御弁１０１の構成を説明する。
流体制御弁１０１は、パイロット機構部と弁機構部とから構成され、弁機構部は弁本体１１１、弁体１１２により構成される。弁本体１１１には、入口ポート１４１、弁孔１４２、出口ポート連通部１４３、出口ポート１４４、弁座１４５、流路面１４７が形成されている。なお、弁孔１４２が入口ポート１４１の内径内の高さに位置するため、入口ポート１４１から供給された流体の一部を弁孔１４２に誘導する必要があり、流路壁１４６が設けられている。

次に流体制御弁１０１の作用を説明する。
特許文献１には具体的な記載はないが、パイロット機構の作用により弁体１１２と弁座１４５が離間し流体制御弁１０１が開弁状態にあるときには、入口ポート１４１から流体を供給すると、流体は流路壁１４６に当たってあるいは直接に、弁孔１４２及び出口ポート連通部１４３を経由して、出口ポート１４４へ流れるものと考えられる。
実公平６−３６３７４（［実施例］等、第１図）

＜従来技術２＞
その他、一般的には図８に示すような流体制御弁２０１が従来より存在する。
流体制御弁２０１の構成を説明する。
流体制御弁２０１は、パイロット機構部と弁機構部とから構成され、弁機構部は弁本体２１１、弁体２１２により構成される。弁本体２１１には、入力ポート２４１、弁孔２４２、出力ポート連通部２４３、出力ポート２４４、弁座２４５、流路面２４７が構成される。

また、図８のＡ−Ａ断面において、弁本体２１１は、図９に示すような形状を有している。図９に示すように、出力ポート連通部２４３は、円形に形成された弁孔２４２の外周と同心円の環状形状に形成された第１部分２４３ａとその他の第２部分２４３ｂとにより、弁孔２４２に対し弁座２４５を介して構成される。

流体制御弁２０１の作用を説明する。
前記した特許文献１と同様に、パイロット機構部の作用により弁体２１２と弁座２４５が離間し流体制御弁２０１が開弁状態にあるときには、入力ポート２４１から供給された流体は、弁孔２４２及び出力ポート連通部２４３を経由して、出力ポート２４４へ流れる。

しかしながら、従来技術１、２には以下の問題点が存在する。
従来技術１である特許文献１の流体制御弁１０１では、入口ポート１４１から供給された流体の一部は、流路壁１４６付近でよどむため、その流速が小さくなってしまう。
また、図７に示すように流路面１４７の部分は円周状に形成されているが、その円周を形成する半径が小さいため、この部分においても流体のよどみが生じやすく流速が小さくなる。
そのため、流路内に流速の大きい部分と小さい部分が混在し、流速が大きい部分に流れが集中し流速の小さい部分は流れの効率が悪くなり、流路内全体の流速のバランスが悪くなる。

従来技術２の流体制御弁２０１においても、図８に示すように流路面２４７の部分は円周状に形成されているが、その円周を形成する半径が小さいため、図１０に示すようにこの部分にて流体のよどみが生じやすく流速が小さくなる。そのため、流路内に流速の大きい部分と小さい部分が混在し、流速が大きい部分に流れが集中し流速の小さい部分は流れの効率が悪くなり、流路内全体の流速のバランスが悪くなる。

また、入力ポート２４１から弁孔２４２を経由して出力ポート連通部２４３に流体を供給すれば、弁孔２４２から流出した流体は出力ポート連通部２４３内において、図１１に示すように出力ポート２４４に近づくにつれて徐々に流量が大きくなり、弁孔２４２から出力ポート連通部２４３内の全体に均等に流れずに直接出力ポート２４４へ流れようとする。ここで、図１１では矢印の太さが流量の大きさを表している。
このような流れになるのは、弁孔２４２の断面の外周と出力ポート連通部２４３の第１部分２４３ａの環状断面とが同心円となるように形成されることによるものと考えられる。

つまり、図１１に示すように特に出力ポート連通部２４３の第１部分２４３ａは流路壁２４８に阻まれその断面積が小さく、流体が滞留しやすい。その一方で、弁孔２４２から直接出力ポート２４４へ向かう部分の開口部が広いため、流速が大きくなり流れやすくなる。
流体の性質から、流速が大きく流れやすい部分が存在すればその部分に集中して流れやすくなるので、弁孔２４２の外周全体に分散して出力ポート連通部２４３内へ供給された流体の一部が出力ポート２４４へ流れ込むことができなくなる。従って、弁孔２４２から出力ポート連通部２４３へ供給する流体全体の供給効率のバランスが悪くなり、結果として弁孔２４２から供給される流体の流量が減少して流体圧が低下してしまう。

以上のことから、結果として弁孔１４２，２４２からの流量が低下して出口ポート１４４，出力ポート２４４における流体圧が低下してしまう。そのため、例えば、工作機械の切削液の制御のためにこれらの流体制御弁を使用すると、工作機械の排出ノズル（不図示）に達した時には、切粉を排除するために必要な流量を確保することができなかった。
従って、必要な流量を確保するために、ポンプ（不図示）の出力を上げたり、配管径を大きくするなどの必要があり、ポンプや配管径などの大型化により多大なエネルギーを費やし、省エネルギー対策に反する事態を生じさせる原因となっていた。

そこで本発明は以上の課題を解決するために、流体圧の低下を低減させる流体制御弁の構造を実現させることにより、ポンプや配管径などの小型化を図って少量のエネルギーで必要な流量が確保でき、省エネルギー対策および製造ラインの省スペース化に貢献する流体制御弁を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために請求項１に係る発明では、入力ポートと、前記入力ポートに連通し前記入力ポートの流路方向と垂直に形成される略中空円筒形状の弁孔と、前記弁孔を内部に有する略中空円筒形状の出力ポート連通部と、出力ポートとが形成される弁本体を有する流体制御弁において、前記弁孔の中心は出力ポートの中心軸線上にあること、前記略中空円筒形状の出力ポート連通部の中心軸が前記略中空円筒形状の弁孔の中心軸に対して前記入力ポート側に前記中心軸線上で偏芯していること、を特徴とする。

前記目的を達成するために請求項２に係る発明では、請求項１の流体制御弁において、前記弁孔を取り巻く弁座の外周上に凸部が形成され、かつ前記出力ポート連通部の外周上に凸部が形成されることを特徴とする。

本発明の流体制御弁は、入力ポートに連通し入力ポートの流路方向と垂直に形成される弁孔が設けられ、入力ポートと弁孔とを連通させる流路が設けられた弁本体を有する流体制御弁において、入力ポートから弁孔にわたって面積がほぼ均一の横断面により形成される流路を有するので、流路内全体の流速バランスが取れて流れの効率が良くなり、流体制御弁による流体圧の低下が低減される。

本発明の流体制御弁は、さらに、入力ポートの中心軸と弁孔の中心軸とを有する平面における流路の断面には、弁孔の入力ポート側端面の入力ポート側端部を中心とし弁孔の入力ポート側端面における流路の内径を半径とする円形状の外周が形成されるので、より確実に流路内全体の流速バランスが取れて流れの効率が良くなり、流体制御弁による流体圧の低下が低減される。

本発明の流体制御弁は、入力ポートと、入力ポートに連通し入力ポートの流路方向と垂直に形成される略中空円筒形状の弁孔と、弁孔を内部に有する略中空円筒形状の出力ポート連通部と、出力ポートとが形成される弁本体を有する流体制御弁において、略中空円筒形状の出力ポート連通部の中心軸が略中空円筒形状の弁孔の中心軸に対して入力ポート側に偏芯しているので、流速は出力ポート連通部の断面内にわたりほぼ均等になり、弁孔から流出した流体は出力ポート連通部の断面内にわたりほぼ均等に流れて流れの効率がよくなり、弁孔から供給された流体は滞留することなく出力ポートへ流れて高いＣｖ値が得られ、流体制御弁による流体圧の低下が低減される。

本発明の流体制御弁は、さらに、弁孔を取り巻く弁座の外周に凸部が形成され、かつ出力ポート連通部の外周に凸部が形成されるので、流体はぶつかることなく２分されて出力ポート連通部内の全体にバランスよく流体が流れ、２分された流体は互いに衝突することなく出力ポートへ送り出されて流速の変化が少なく流体の流れの効率が良くなり、弁孔から供給された流体は滞留することなく出力ポートへ流れて高いＣｖ値が得られ、流体制御弁による流体圧の低下が低減される。

以下に、本発明の実施例を説明する。

本発明の実施例１として、図１に示すような流体制御弁１を説明する。
まず、流体制御弁１の構成を説明する。
この流体制御弁１は、パイロット機構部と弁機構部とから構成され、弁機構部は弁本体１１と弁体１２が構成される。弁本体１１には、入力ポート４１、弁孔４２、出力ポート連通部４３、出力ポート４４、弁座４５が構成される。入力ポート４１側の流路には、半径Ｒで形成される流路面４７が形成されている。弁孔４２が入力ポート４１の流路面の高さに位置するため、従来技術１の流体制御弁１０１における流路壁１４６のようなものは存在しない。

次に、前記構成を有する流体制御弁１の作用を説明する。
パイロット機構部の作用により弁体１２と弁座４５が離間し流体制御弁１が開弁状態にあるときには、入力ポート４１から流体を供給すると、流体は弁孔４２、出力ポート連通部４３を経由して出力ポート４４から排出される。
ここで、入力ポート４１から弁孔４２の間の流路は横断面の面積がほぼ均一となるように形成され、従来技術１の流体制御弁１０１における流路壁１４６のようなものはないので、流体がスムーズに流れ、流路内全体の流速バランスが取れて流れの効率が良くなる。
また、従来技術１の流体制御弁１０１における流路面１４７や従来技術２の流体制御弁２０１における流路面２４７の円周半径と異なり、図１に示すように大きな半径Ｒで流路面４７を形成しているので、さらに流体がスムーズに流れやすく、流路内全体の流速バランスが取れて流れの効率が良くなる。

以上のような構成及び作用を有する本発明の流体制御弁１により、以下の効果が得られる。
本発明の流体制御弁１は、入力ポート４１に連通し入力ポート４１の流路方向と垂直に形成される弁孔４２が設けられ、入力ポート４１と弁孔４２とを連通させる流路が設けられた弁本体１１を有する流体制御弁において、入力ポート４１から弁孔４２にわたって面積がほぼ均一の横断面により形成される流路を有するので、流路内全体の流速バランスが取れて流れの効率が良くなり、流体制御弁による流体圧の低下が低減される。
従って、この流体が例えば工作機械の切削液である場合には、敢えてポンプや配管径などの大型化を図るまでもなく工作機械の排出ノズルに達した時にも切粉を排除するために必要な流量を確保することができ、省エネ対策および製造ラインの省スペース化にも貢献することができる。

本発明の流体制御弁１は、さらに、入力ポート４１の中心軸と弁孔４２の中心軸とを有する平面における流路の断面には、弁孔４２の入力ポート４１側端面の入力ポート４１側端部を中心とし弁孔４２の入力ポート４１側端面における流路の内径を半径Ｒとする円形状の外周が形成されるので、より確実に流路内全体の流速バランスが取れて流れの効率が良くなり、流体制御弁による流体圧の低下が低減される。
従って、この流体が例えば工作機械の切削液である場合には、敢えてポンプや配管径などの大型化を図るまでもなく工作機械の排出ノズルに達した時にも切粉を排除するために必要な流量を確保することができ、省エネ対策および製造ラインの省スペース化にも貢献することができる。

本発明の実施例２として、図２および図３に示すような弁本体２１を構成する流体制御弁２を説明する。図２および図３は図１におけるＡ−Ａ断面図に相当する。
まず、弁本体２１の構成を説明する。
図２に示すようにこの弁本体２１には、入力ポート４１、弁孔４２、出力ポート連通部４３、出力ポート４４、弁座４５が構成される。出力ポート連通部４３は、第１部分４３ａと第２部分４３ｂとにより構成される。図３に示すように第１部分４３ａの外周は、弁孔４２の中心点Ｏ０から入力ポート４１側に偏芯させた点Ｏ１を中心とする円形状により形成される。

次に、前記構成を有する弁本体２１の作用を説明する。
入力ポート４１から供給された流体は、弁孔４２より弁座４５を介して出力ポート連通部４３に流れ出て出力ポート４４より排出される。
ここで、図２および図３に示すように第１部分４３ａの外周は、弁孔４２の中心点Ｏ０から入力ポート４１側に偏芯させた点Ｏ１を中心とする円形状により形成されるので、出力ポート連通部４３から出力ポート４４への開口部（第２部分４３ｂ）の面積が絞られ、第１部分４３ａの面積は第２部分４３ｂとほぼ同等の大きさとなる。そのため、入力ポート４１から弁孔４２を介して出力ポート連通部４３に流体を供給すれば、第１部分４３ａ内および第２部分４３ｂ内にわたり流速はほぼ均等になる。従って、弁孔４２から流出した切削液は、図４に示すように出力ポート連通部の第１部分４３ａおよび第２部分４３ｂにわたりほぼ均等に流れる。ここで、図４では矢印の太さが流量の大きさを示している。なお、第１部分４３ａの外周の中心と弁孔４２の中心とは、実験の結果から前記効果を得るためには、第１部分４３ａの外周の直径に対し約１０％の偏芯量を確保させることが望ましいことが分かっている。

以上のような構成及び作用を有する本発明の流体制御弁２により、以下の効果が得られる。
本発明の流体制御弁２は、入力ポート４１と、入力ポート４１に連通し入力ポート４１の流路方向と垂直に形成される略中空円筒形状の弁孔４２と、弁孔４２を内部に有する略中空円筒形状の出力ポート連通部４３と、出力ポート４４とが形成される弁本体１１を有する流体制御弁において、略中空円筒形状の出力ポート連通部４３の中心軸が略中空円筒形状の弁孔４２の中心軸に対して入力ポート４１側に偏芯しているので、出力ポート連通部４３から出力ポート４４への開口部（第２部分４３ｂ）の面積が絞られる一方で、出力ポート連通部４３の第１部分４３ａの面積が広がり、流速は出力ポート連通部４３の断面内にわたりほぼ均等になり、弁孔４２から流出した流体は出力ポート連通部４３の断面内にわたりほぼ均等に流れて流れの効率がよくなり、弁孔４２から供給された流体は滞留することなく出力ポート４４へ流れて高いＣｖ値が得られ、流体制御弁による流体圧の低下が低減される。
従って、この流体が例えば工作機械の切削液である場合には、敢えてポンプや配管径などの大型化を図るまでもなく工作機械の排出ノズルに達した時にも切粉を排除するために必要な流量を確保することができ、省エネ対策および製造ラインの省スペース化にも貢献することができる。

本発明の実施例３として、図５に示すような弁本体３１を構成する流体制御弁３を説明する。図５は図１におけるＡ−Ａ断面図に相当する。
まず、弁本体３１の構成を説明する。
この弁本体３１は、実施例２の弁本体２１と同様に第１部分４３ａの外周が弁孔４２の中心点Ｏ０から入力ポート４１側に偏芯させた点Ｏ１を中心とする円形状により形成される構成され、その他の構成も同じである。しかし、図５に示すように第１部分４３ａの外周には凸部５１が形成され、弁座４５の外周には凸部５２が形成されている。

次に、前記構成を有する弁本体３１の作用を説明する。
入力ポート４１から供給された流体は、弁孔４２より弁座４５を介して出力ポート連通部４３に流れ出て出力ポート４４より排出される。
ここで、図５において弁孔４２から流体を供給すれば、図６に示すように流体は凸部５１により両側に互いにぶつかることはなく出力ポート連通部４３内に均等に振り分けられ、その後、凸部５２により流れがぶつかることなく出力ポート４４へ誘導されて排出される。

以上のような構成及び作用を有する本発明の流体制御弁により、以下の効果が得られる。
本発明の流体制御弁３は、実施例２の流体制御弁２において、弁孔４２を取り巻く弁座４５の外周に凸部５２が形成され、かつ出力ポート連通部４３の外周に凸部５１が形成されるので、流体はぶつかることなく２分されて出力ポート連通部４３内の全体にバランスよく流体が流れ、２分された流体は互いに衝突することなく出力ポート４４へ送り出されることから、流速の変化が少なく流体の流れの効率が良くなり、弁孔４２から供給された流体は滞留することなく出力ポート４４へ流れて高いＣｖ値が得られ、流体制御弁による流体圧の低下が低減される。
従って、この流体が例えば工作機械の切削液である場合には、敢えてポンプや配管径などの大型化を図るまでもなく工作機械の排出ノズルに達した時にも切粉を排除するために必要な流量を確保することができ、省エネ対策および製造ラインの省スペース化にも貢献することができる。

なお、本発明の流体制御弁は、前記実施例に限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で油圧制御弁や空気圧制御弁などにも対応可能である。

本発明の実施例１の流体制御弁の断面図を示す。 本発明の実施例２の弁本体の断面図を示す。 本発明の実施例２の弁本体の出力ポート連通部の外周における偏芯状態を示す断面図である。 本発明の実施例２の弁本体内の流体の流れの様子を示す断面図である。 本発明の実施例３の弁本体の断面図を示す。 本発明の実施例３の弁本体内の流体の流れの様子を示す断面図である。 特許文献１の流体制御弁の断面図を示す。 従来の流体制御弁の断面図を示す。 従来の流体制御弁の弁本体の断面図（図８のＡ−Ａ断面図）を示す。 従来の流体制御弁における流体のよどみの問題点を示す断面図である。 従来の流体制御弁の弁本体内の流体の流れの様子を示す断面図である。

符号の説明

１ 流体制御弁
１１ 弁本体（実施例１）
２１ 弁本体（実施例２）
３１ 弁本体（実施例３）
４１ 入力ポート
４２ 弁孔
４３ 出力ポート連通部
４４ 出力ポート
４７ 流路面

Claims (2)

1. 入力ポートと、前記入力ポートに連通し前記入力ポートの流路方向と垂直に形成される略中空円筒形状の弁孔と、前記弁孔を内部に有する略中空円筒形状の出力ポート連通部と、出力ポートとが形成される弁本体を有する流体制御弁において、
   前記弁孔の中心は出力ポートの中心軸線上にあること、
   前記略中空円筒形状の出力ポート連通部の中心軸が前記略中空円筒形状の弁孔の中心軸に対して前記入力ポート側に前記中心軸線上で偏芯していること、
   を特徴とする流体制御弁。
2. 請求項１の流体制御弁において、
   前記弁孔を取り巻く弁座の外周上に凸部が形成され、かつ前記出力ポート連通部の外周上に凸部が形成されることを特徴とする流体制御弁。
   
   

Images