JPH0331957B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、流体輸送配管等において、定量供給
及び排出が必要とされる上水、工業用水、農業用
水、石油プラント、石油化学プラント、その他の
薬液等の配管及びガス配管等に使用される定流量
弁に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、定流量弁として種々の型式のものがある
が、その中に、特公昭49−13652号公報に開示さ
れているような、絞り弁と差圧調整弁とを備え、
絞り弁上下流側の圧力差を検知して作動する差圧
調整弁により、絞り弁の開口度に応じた一定流量
を維持するものや、特公昭54−39619号公報に開
示されているような、弁本体の流路通路に設けた
テーパ面を有する弁座に対して、外周部が軸方向
に撓み可能な弾性体からなる制御弁体を弁軸で支
持して配置し、流体圧力により制御弁体の撓みを
生ぜしめ制御弁外周部と弁座テーパ面との間〓を
拡大、縮小させることで一定流量を維持し、また
制御弁を外部からの操作で軸方向に変位させるこ
とによつて該間〓を変化させ設定流量を調節可能
にしたものなどがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし上記の定流量弁には次のような問題点が
ある。

すなわち、前者の定流量弁は、２個の弁体を流
体に関連させる配管構造が大変複雑で、特に差圧
調整弁は、絞り弁上下流側間の圧力差を増幅する
ため大きな面積のダイアフラムを備えなければな
らず、弁装置が大型となり、価格的にも大変高価
になるという問題がある。また後者の定流量弁
は、弾性体からなる制御弁体の老化、疲労が生じ
易く、したがつて制御弁としての耐久性がなく、
また該制御弁体に特に高流体圧力に耐えるだけの
肉厚や硬度を持たせることは精度的に困難をきわ
めると共に、偏肉や硬度のバラツキがあると弁の
全体にわたる撓みに不均衡が生じ、流量制御に悪
影響を及ぼす。このため、該制御弁体の偏肉や硬
度変化をなくすため高精度の管理が要求され、前
記老化の問題と相まつて製造原価が高くなる傾向
がある。また低流体圧力領域では、前記肉厚及び
硬度等の制約から一定流量がなかなか得られない
等の制御性能上の問題と、この型式のものは、流
体の完全閉塞ができない等の弁機能上の問題があ
る。

本発明は、上記の従来技術のの問題点に鑑み、
構造が簡単で大量生産に適し、上下流側の流体圧
力が大きく変動しても設定流量を正確に維持で
き、かつ設定流量を簡単に広範囲にわたつて調整
できると共に、弁閉鎖機能を有し、しかも弁開閉
操作が確実に行え、安価な耐久性のある定流量弁
を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記の課題を解決するために、内部に
流路を有する筒状本体と、該筒状本体の内周部に
その軸線方向に移動自在に装着されかつその内周
部に突起部を設けた円筒体と、該円筒体を前記軸
線方向に移動かつ固定させる駆動機構と、前記流
路の軸線上にその軸線が一致するよう支持された
固定シヤフトと、該固定シヤフトの軸線上にその
軸線が一致するように該固定シヤフト上に摺動自
在に嵌合されかつその最大外径部が前記円筒体内
周部の前記突起部により形成される開口部の口径
より大きく形成されると共に、該最大外径部より
下流側の外径が前記突起部との間にオリフイス部
を形成できるように上流側から下流側に向つて縮
径された形状を有する弁体と、該弁体に連結され
ると共に前記固定シヤフトに嵌挿され該弁体を弾
発させるスプリングと、前記弁体の上流側端面を
常に前記突起部よりも上流側に位置させる停止機
構；とを具備し、該停止機構は、前記弁体内部に
形成された中空部と該中空部内に位置するように
前記固定シヤフト上に設けられた鍔部とからな
り、前記弁体の移動に際し前記中空部の一方の端
面が前記鍔部に当接してその移動が停止するよう
構成されていることを特徴とする定流量弁を提供
する。

〔作用〕

上記の構成よりなる本発明の定流量弁は、流路
中を流体が流れると、弁体はその上流側端面で流
れを受け止めるので、その上流側と下流側との間
に圧力差を生じ、それによつて固定シヤフト上を
スプリングを付勢しながら下流側へと移動する。
弁体はこの移動により流路中の突起部が形成する
開口部に徐々に挿入され突起部との間に形成され
るオリフイス部の開口面積が順次縮小され、前記
圧力差とスプリングの弾発力がバランスしたとこ
ろで移動が停止し、設定された流量が得られる。
次に弁体の上流側圧力が減少するかまたは下流側
圧力が上昇する等して、前記圧力差が減少する
と、弁体はスプリングの弾発力と該圧力差とがバ
ランスするまで上流側に移動し、オリフイス部の
開口面積を大きくするため流量は減少することな
く設定流量を維持する。

このようにして上流側と下流側の流体圧力が大
幅に変動しても流路中を流れる流体は設定値に自
動的に制御される。

円筒体の駆動機構により該円筒体を流路軸線方
向下流側に移動させるとその突起部も同時に下流
側に移動するので、下流側に向つて縮径された弁
体の形状によりオリフイス部開口面積は大きくな
り、流量も増加する。この状態で、流体圧力が変
動しても前記と同様の各構成の作用により、新た
に設定された流量を維持することができる。

円筒体を前記と逆に上流側に移動させれば、オ
リフイス部の開口面積が小さくなるため流量も減
少する。この状態から流体圧力に変動が生じて
も、前記同様の各構成の作用により、新たに設定
された流量を維持することができる。このように
して、円筒体を移動させることにより、設定流量
を広範囲にわたつて変更することができる。

もしスプリングの弾性限界以上の流体圧力が弁
体にかかつた場合には、弁体中空部の上流側端面
が固定シヤフト鍔部に当たり弁体の移動をそこで
止めるので、弁体が前記開口部を閉塞して流体の
流れを止めたり、あるいは弁体の上流側端面が前
記開口部を通過してその下流側まで移動しオリフ
イス面積を急激に増大させ、流量制御に支障を起
したりすることのないように作用する。

流体の流れが停止した場合には、スプリングの
弾発力により弁体は上流側へ復帰し、中空部の下
流側端面が固定シヤフト鍔部に当つてその移動が
止まるので、弁体は予め設定された初期位置を維
持する。

さらに水撃等のように流体圧力が急激に大きく
変化した場合は、弁体中空部に存在する流体と固
定シヤフト鍔部とのダンパー作用により弁体の急
速移動を緩和し、スプリングに急激な力が加わる
ことが阻止され弁体は振動しない。

さらに流体の流れを完全に停止させる必要が生
じた場合には、円筒体を上流側に移動させその突
起部を弁体の最大外径部に当接させこれによつて
流体の流れの大部分を止め、さらに円筒体を上流
側に移動させることにより弁体中空部の下流側端
面を固定シヤフトの鍔部に押圧当接することによ
りこの部分で流体を完全にシールする。こ状態か
ら開の状態にするには円筒体を逆に下流側に移動
させて行くと、前記鍔部が弁体中空部の上流側端
面に当り、さらに円筒体を下流側へ移動させると
弁体は前記開口部から引き抜かれ、確実に開の状
態となる。

〔実施例〕

本発明の実施例について図面を参照して以下に
説明する。

第１図は本発明の実施例の、流体が流れている
状態を示している縦断面図である。同図において
１はその内部に直線状の流路６を有する筒状体１
ａ及び１ｂからなる筒状本体で、筒状体１ａには
流入口１９、筒状体１ｂには流出口２０が設けて
ある。２はスプリング３及び弁体４がその外周に
嵌挿されている固定シヤフトであつて、流路６の
軸線上にその軸線が一致するように、流入口１９
および流出口２０付近の筒状体１ａ及び１ｂの内
周面に螺着固定された支持体１２，１３によつて
２点支持されている。支持体１２，１３には第４
図に示すように流通口１２ａ，１３ａが設けられ
ると共に、流路６の軸線上に孔１２ｂ，１３ｂが
設けられ、固定シヤフト２は、その両端をそれぞ
れ孔１２ｂ，１３ｂに嵌入して固定されている。

固定シヤフト２には、その両端からほぼ等距離
の位置に、後述する弁体４の中空部４ａ内に常に
位置するような鍔部２ａが設けられている。この
鍔部２ａは、弁体４の円滑な摺動変位を妨げるこ
とのないように弁体中空部４ａの内周面との間
に、第２図に示すような狭い間〓４ｂを形成する
ように設けられ、後述する弁体中空部４ａ内の流
体との協同作用によるダンパー効果により、弁体
４が急速に移動するのを緩和しスプリング３が振
動しないようになつている。また鍔部２ａと中空
部４ａは、、弁体４の上流側端面が前記突起部５
よりも下流側へは変位しないよう弁体４の移動範
囲を規制して組付ける。

弁体４は固定シヤフト２の軸線とその軸線が一
致するように、固定シヤフト２の外周に摺動自在
に嵌入され、後述する突起部５により形成される
開口部付近に、その下流側端部が位置するように
装着され、弁体４が流体圧力を受けて前記開口部
内に挿入されオリフイス部６ａの開口面積を変え
得るようになつている。この弁体４の外形はその
外径が流路６の上流側から下流側に向つて順次縮
径された形状であり、円錐形状、円錐台形状でも
よいが、本実施例では最も好ましい、上流側末端
部に前記開口部の開口径よりも大きな最大外径部
とした鍔部４ｃが設けられた釣鐘状に形成されて
いる。弁体４の内部には円筒状の中空部４ａが設
けられ、この中空部４ａの長さは、前記固定シヤ
フト２の鍔部２ａとの位置関係により、弁体４の
上流側端面が突起部５付近までは移動できるが、
それよりも下流側へは移動できないように設定さ
れている。

スプリング３は固定シヤフト２の外周に嵌挿さ
れ、かつその一端が弁体４の下流側末端部と連結
され他端は固定シヤフト支持体１３に当接され弁
体４の移動に対し、それを弾発させる作用をして
いる。なおスプリング３の上記他端は固定シヤフ
ト２に固定してもよい。このスプリング３のバネ
定数は、前記弁体４の形状との関連で、弁体４の
前記開口部への挿入の度合に応じて逐次変化する
オリフイス部６ａの開口面積が所定の流量を維持
できるように、流体が弁体４に加える力等との関
連を十分に考慮して設定されている。さらにスプ
リング３と弁体４との連結方法は、図示の連結方
法以外に、スプリング３の一端を弁体４の上流側
端部、又は上下流側流端部に連結することが考え
られる。弁体４の上流側末端と連結する場合には
スプリング３の他端を固定シヤフト２又は上流側
の固定シヤフト支持体１２に固定し、弁体４の上
流側及び下流側に同時に連結する場合には、各ス
プリングの他端は固定シヤフト２又は上下流側の
固定シヤフト支持体１２，１３に固定する。

８は、筒状体１ａ及び１ｂの内周部にその軸線
方向に移動自在に装着された円筒体で、その内周
部中央付近には弁体４との間にオリフイス部６ａ
を形成する突起部５が一体的に設けられている。
この突起部５が設けられる位置は、該円筒体の上
流側端部の内周部でもよく、特に限定されるもの
ではない。また、突起部５の形状は本実施例では
断面三角形に形成されているが、この形状に限定
されるものではない。この円筒体８の外周面に
は、後述するウオームホイール１１の内周面に設
けた雌ネジ部１１ａと螺合する雄ネジ部８ａが設
けられている。さらに円筒体８の下流側端部外周
面には回転防止用リブ８ｂが、第３図に示すよう
に直径方向に90゜間隔に４個設けられており、筒
状体１ｂ内周部に、流路６の軸線方向に設けられ
たガイド溝７に摺動自在に嵌合されている。この
回転防止用リブ８ｂは、円筒体８の回転を防止
し、流路軸線方向だけに移動させる作用をしてい
る。また円筒体８の上流側端部外周面には環状溝
が設けられ、Ｏリング８ｃが嵌着されている。

９は流路６の軸線に対し直角方向に筒状本体１
の外部に回動自在に装着された回転シヤフトで、
ウオーム１０が一体的に設けられ、本体カバー２
１の中央部側面に設けられたウオームカバー２１
ａに保持されている。回転シヤフト９は、第２図
に示すようにＯリング１６によつてウオームカバ
ー２１ａ間のシールがなされている。ウオーム１
０は、筒状体１ａ及び１ｂに対してその軸線周り
に回動自在に挟持されたウオームホイール１１と
噛み合つている。なおこのウオームホイール１１
は図示のようにその両側面を筒状本体１により挾
持されているのでその軸線方向には移動できず、
上記軸線周りにのみ回動可能である。回転シヤフ
ト９を回転させることによりウオーム１０及びウ
オームホイール１１がそれに従つて回転し円筒体
８が流路６の軸線方向に移動させられる。この円
筒体８の移動範囲は、弁体４の移動範囲と等しい
か又はこれより大きくし、第５図に示すように少
なくとも上流側で前記突起部５が弁体４に当接す
ると共に、固定シヤフト２に設けられた鍔部２ａ
が弁体中空部４ａの下流側端面に押圧密着される
程度にまで設定する。

なお、円筒体８の移動伝達体としてカムを用い
る場合は、カムを回転シヤフトと一体的に設け、
円筒体８と上流側固定シヤフト支持体１２との間
に、円筒体８を弾発させるスプリングを装着し、
カムの回動変位に対して常に円筒体８の下流側端
面をカムに当接させながら、円筒体８を流路６の
軸線方向に移動させるようにする。

本体カバー２１の両端外周部には雄ネジ部が設
けられ、キヤツプナツト１７，１８と螺合するこ
とにより、シート１４，１５を介して筒状体１
ａ，１ｂをカバーし固定している。

上記のように構成された本実施例の定流量弁
は、筒状本体１の両端にフランジ（図示しない）
を装着し、パイプラインの管端フランジ（図示し
ない）とを接続することにより配管ライン中に装
着される。

上記の構成よりなる本実施例の作動は次のとお
りである。

筒状本体１の流路６を流体が流れると、弁体４
はその上流側端面で流れを受け止めるので、その
上流側と下流側との間に圧力差を生じ、それによ
り弁体４は固定シヤフト２上をスプリング３を圧
縮付勢しつつ下流側へ移動する。弁体４は上記の
移動に伴つて流路６中の突起部５が形成する開口
部へ徐々に挿入されて行くので釣鐘状の弁体形状
のため突部５との間に形成されるオリフイス部６
ａの開口面積は徐々に小さくなる。そして前記圧
力差とスプリングの弾発力とがバランスしたとこ
ろで弁体４の移動が止まり、設定した流量が得ら
れる。この状態から、更に弁体４上流側の流体圧
力が増加すると弁体４もそれに伴つて更に前記開
口部へ挿入され、、オリフイス部６ａの開口面積
がさらに小さくなるので、流量は増加することな
く、設定流量へと制御される。

次に、弁体４の上流側圧力が減少するか又は下
流側圧力が上昇する等して、前記圧力差が減少す
ると、弁体４はスプリング３の弾発力と圧力差が
バランスするまで上流側へと移動し、オリフイス
部６ａの開口面積を大きくするため、流量は減少
することなく設定流量を維持する。

このようにして、上流側と下流側の流体圧力が
大幅に変動してもそれに影響されることなく、流
量は設定値に自動的に制御される。

次に設定流量を大きくする場合には、回転シヤ
フト９を回転させてその回転をこれに一体に形成
したウオーム１０を介してウオームホイール１１
に伝達する。ウオームホイール１１の回転により
これに螺合する円筒体８は流路６の軸線方向下流
側へと移動する。これに伴い突起部５も下流側へ
移動するので、弁体４の形状との関連でオリフイ
ス部６ａの開口面積が大きくなり流量は増加す
る。この状態で、流体圧力が変動しても前記の各
構成の作用により新たに設定された流量を維持す
ることができる。一方設定流量を小さくする場合
には、回転シヤフト９を上記と逆方向へ回転させ
ると、同様にその回転が円筒体８に伝達され、円
筒体８は上流側へと移動される。したがつて、オ
リフイス部６ａの開口面積が小さくなるため流量
も減少する。この状態から、流体圧力に変動が生
じても、前記と同様に各構成の作用により新たに
設定された流量を維持することができる。このよ
うにして、回転シヤフトを回転させるという簡単
な操作により、設定流量を広範囲にわたつて変更
することができる。

もしスプリング３の弾性限界を超えた流体圧力
が弁体４にかかつた場合、この弁体４の移移動に
より、中空部４ａの上流側端面が固定シヤフト２
に設けた鍔部２ａに当つて、移動をそこで止める
ので、弁体４が前記開口部を通過してその下流側
にまで移動してオリフイス部６ａの開口面積を急
激に増大させ、流量制御に支障を起したりするこ
とのないように作用する。

また逆に流体の流れが停止した場合は、スプリ
ング３の弾発力によつて弁体４は上流側へと移動
するが、中空部４ａの下流側端面が鍔部２ａに当
つて、移動がそこで止るので、弁体は予め設定さ
れた初期位置を維持することができる。

さらに、もし水撃等のように流体圧力が急激に
大きく変化する場合は、弁体４も直ちにこれに追
従して急速に移動しようとする。しかし弁体中空
部４ａ内に存在する、鍔部２ａ上流側及び下流側
の流体が弁体４の移動に伴つて中空部４ａと鍔部
２ａとの間に形成された狭い間〓を通つて移動す
るため、その際に発生する流体抵抗が弁体４の急
速変位を緩和するいわゆるダンパー効果によつて
スプリング３には急激な力が加わることがなく、
したがつて弁体４は振動しない。

さらに流体の流れを完全に停止させる必要が生
じた場合には、回転シヤフト９を回転させ円筒体
８を、上流側へ移動させて行くと、ある程度変位
したところで突起部５に弁体４の鍔部４ｃが当接
しそのオリフイス部６ａの開口面積を０にするた
め、これによつて流体の流れの大部分を止めるこ
とが可能となる。しかし弁体４は固定シヤフト２
に嵌挿してあるため、この固定シヤフト２との摺
動部の間〓から流体が洩れることは避けられな
い。そこでさらに円筒体８を上流側に移動させて
行くと弁体中空部４ａの下流側端面が固定シヤフ
ト２に設けられた鍔部２ａに当つて押しつけられ
るため、この部分で流体の洩れを完全にシールす
る。

この状態から流路６を開の状態にするために
は、回転シヤフト９を逆方向に回転させ前記円筒
体８を下流側へ移動させて行くと鍔部２ａが弁体
中空部４ａの上流側端面に当り、さらに下流側へ
移動させると弁体４は突起部５との間にオリフイ
ス部６ａを形成し、確実に開の状態に移行する。

〔発明の効果〕 本発明は以上のような構成、作用を有するもの
であるから、定流量弁上流側及び下流側の流体圧
力が大幅に変動しても弁体の移動が自動的に制御
され、常に設定した流量が得られる。

また円筒体を流路の軸線方向に移動させること
ができるようにしたから、設定流量を広範囲にわ
たつて変更することができ、しかも変更された設
定流量は流体圧力の変動に影響されることなく一
定に制御されるものとなる。

もしスプリングの弾性限界を超えるような流体
圧力が弁体にかかつても弁体は停止機構によりそ
の移動が制限されるので、弁体がオリフイス部を
閉塞して流体の流れを止めたり、あるいはその上
流側端面がオリフイス部より下流側へ移動して流
量制御に支障を来たすことを阻止する。

また構造が簡単であるため補修等が容易で、か
つ特にプラスチツク材料を用いての射出成形等の
量産手段による製作に最適な構造であるので、従
来の定流量弁よりも格段の低価格で製造すること
ができる。

また弁体の移動を制限する停止機構を固定シヤ
フトに設けた鍔部と弁体内部に設けた中空部とに
より構成しているため、これら鍔部と中空部との
相互作用により、流体の流れの完全停止と開操作
が確実に行え、いわゆる調節弁の機能をを有する
ものとなるので、定流量とは別にオン−オフ弁を
備えなくても良く、配管末端部にも使用できるも
のとなる。

さらにこの場合、弁体中空部内の流体と固定シ
ヤフトの鍔部とが一種のダンパー作用をするの
で、流体圧力が急激に大きく変動しても、弁体が
直ちにこれに追従することがなく、弁体が振動し
たりすることがなく、常に安定した流量制御を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の縦断面図、第２図は
第１図のＡ−A′線に沿つた横断面図、第３図は
第１図のＢ−B′線に沿つた横断面図、第４図は
第１図における固定シヤフト支持体の内側側面
図、第５図は第１図に示す実施例の閉止状態を示
す要部の縦断面図である。 １……筒状本体、２……固定シヤフト、２ａ…
…鍔部、３……スプリング、４……弁体、４ａ…
…弁体中空部、５……突起部、６……流路、６ａ
……オリフイス部、７……ガイド溝、８……円筒
体、９……回転シヤフト、１０……ウオーム、１
１……ウオームホイール、１９……流入口、２０
……流出口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内部に流路を有する筒状本体と、該筒状本体
   の内周部にその軸線方向に移動自在に装着されか
   つその内周部に突起部を設けた円筒体と、該円筒
   体を前記軸線方向に移動かつ固定させる駆動機構
   と、前記流路の軸線上にその軸線が一致するよう
   支持された固定シヤフトと、該固定シヤフトの軸
   線上にその軸線が一致するように該固定シヤフト
   上に摺動自在に嵌合されかつその最大外径部が前
   記円筒体内周部の前記突起部により形成される開
   口部の口径より大きく形成されると共に、該最大
   外径部より下流側の外径が前記突起部との間にオ
   リフイス部を形成できるように上流側から下流側
   に向つて縮径された形状を有する弁体と、該弁体
   に連結されると共に前記固定シヤフトに嵌挿され
   該弁体を弾発させるスプリングと、前記弁体の上
   流側端面を常に前記突起部よりも上流側に位置さ
   せる停止機構；とを具備し、該停止機構は、前記
   弁体内部に形成された中空部と該中空部内に位置
   するように前記固定シヤフト上に設けられた鍔部
   とからなり、前記弁体の移動に際し前記中空部の
   一方の端面が前記鍔部に当接してその移動が停止
   するよう構成されていることを特徴とする定流量
   弁。 ２ 前記円筒状の駆動機構が、前記流路の軸線に
   対し直角方向に配設された回転シヤフトと、該回
   転シヤフトと前記円筒体とに当接するよう介在さ
   れた駆動伝達体と、該円筒体の回転阻止部材とか
   らなり、前記回転シヤフトの回転を前記駆動伝達
   体を介して前記円筒体に伝達するよう構成された
   特許請求の範囲第１項記載の定流量弁。 ３ 前記駆動伝達体がウオームとウオームホイー
   ルであり、前者は回転シヤフトに固定され、後者
   は該ウオームと噛み合いかつその内周に前記円筒
   体の外周のねじ部と螺合するねじ部を有し一定位
   置で前記流路の軸線周りに回転する、特許請求の
   範囲第２項記載の定流量弁。 ４ 前記中空部内の流体と前記鍔部とがダンパー
   機能を有する特許請求の範囲第１項記載の定流量
   弁。 ５ 前記円筒体の移動範囲を前記弁体の移動範囲
   以上となした特許請求の範囲第１項記載の定流量
   弁。