特開 2024-102515 制御弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024102515

(43)【公開日】2024-07-31

(54)【発明の名称】制御弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 17/30 20060101AFI20240724BHJP

【ＦＩ】

F16K17/30 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023006448

(22)【出願日】2023-01-19

(71)【出願人】

【識別番号】000227803

【氏名又は名称】ＮＡＣＯＬ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002169

【氏名又は名称】彩雲弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】杉村 健

(72)【発明者】

【氏名】下山 弘高

【テーマコード（参考）】

3H060

【Ｆターム（参考）】

3H060AA02

3H060BB06

3H060CC29

3H060CC40

3H060DD04

3H060DD05

3H060DD13

3H060EE05

3H060HH03

(57)【要約】

【課題】制御弁の作動流体が水又は水に性質が近い液体（水様液）であったとしても、より粗雑な加工でも圧力室内の作動流体が漏出することを防止可能な制御弁を提供する。
【解決手段】第１のポート３と、第２のポート４と、ピストン部６と、圧力室２と、を備える制御弁１において、第１のポート３と第２のポート４とを、弁部１１が設けられた流路７を介して連通させ、ピストン部６を、受圧部１７と、弁部１１を構成する弁体１８と、受圧部１７を押圧可能に設けられた付勢手段１９と、を有するものとし、圧力室２に、圧力室２の内圧をピストン部６に伝達する圧力伝達手段２０を設け、圧力伝達手段２０を、付勢手段１９とは、逆方向に、圧力室２内の作動流体の流体圧に応じて、受圧部１７を直接的又は間接的に押圧可能に設けられると共に圧力室２のピストン部６側を封止する様に設ける。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のポートと、第２のポートと、ピストン部と、圧力室と、を備える制御弁であって、
該第１のポートと該第２のポートとは、弁部が設けられた流路を介して連通し、
該ピストン部は、受圧部と、該弁部を構成する弁体と、該受圧部を押圧可能に設けられた付勢手段と、を有しており、
該圧力室には、該圧力室の内圧を該ピストン部に伝達する圧力伝達手段が設けられ、
該圧力伝達手段は、該付勢手段とは、逆方向に、該圧力室内の作動流体の流体圧に応じて、該受圧部を直接的又は間接的に押圧可能に設けられると共に該圧力室の該ピストン部側を封止する様に設けられていることを特徴とする制御弁。

【請求項2】

前記ピストン部は、第２のピストン部として設けられ、
前記弁部は、第２の絞りとして設けられており、
第１のピストン部を、更に備え、
前記第１のポートは、側路を介して、前記圧力室と連通し、
前記流路には、前記第１のポート側に設けられた第１の絞りと、前記第２のポート側に設けられた該第２の絞りと、が設けられ、
該第１のピストン部は、該第１の絞りの大きさを調整可能に設けられ、
該第２のピストン部が摺動することで、前記作動流体の流体圧に応じて、該第２の絞りの大きさを調整可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。

【請求項3】

前記圧力室は、第３のポートと接続され、
該第３のポートを介して、前記作動流体を前記圧力室に供給することで、前記弁部を開弁可能に設けられ、それにより、該作動流体を、前記流路内を逆流可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。

【請求項4】

前記圧力伝達手段は、ダイアフラムであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の制御弁。

【請求項5】

前記作動流体は、水又は水様液であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の制御弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、制御弁に関し、より詳細には、圧力伝達手段を備えた制御弁に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、制御弁の一種として、例えば、水を作動流体とする圧力補償型流量制御弁がある（例えば、非特許文献１を参照）。圧力補償型流量制御弁は、供給ポートから排出ポートまでの流路の絞りを調整可能に設けられた可変絞り弁と、発条により押圧された圧力補償弁と、を有しており、可変絞り弁と、圧力補償弁によって、流路に流れる作動流体の流量が、既定の流量に保持可能となっている。

【0003】

具体的に述べると、圧力補償型流量制御弁は、流路の供給ポート側と、排出ポート側に２箇所の絞りが設けられており、可変絞り弁の開閉度合によって、供給ポート側の絞りを調整することにより流路に流れる作動流体に流量が規定される。

【0004】

そして、圧力補償弁は、発条による付勢力と、供給用ポートから分岐された圧力補償用管路を介して供給される圧力室内の作動流体の流体圧とが釣り合う位置に位置する様に設けられており、それによって、圧力補償弁が、作動流体の流体圧の変化に応じて摺動することで、供給ポート側の絞りが調整され、作動流体の流体圧の変動によって生じる流量変動が吸収されるため、流路に流れる作動流体の流量が、既定の流量に保持される様になっている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】白井 敦，外３名，“水圧用圧力補償型流量制御弁の流動特性解析”，計測自動制御学会東北支部 第１８５回研究集会 講演資料，社団法人計測自動制御学会 東北支部，１９９９年，資料番号１８５－１１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

圧力補償型流量制御弁は、圧力補償弁が作動流体の流体圧に応じて摺動する様になっている以上、圧力補償弁と内壁との間には、どうしても僅かな隙間が生まれることになる。一方、圧力補償型流量制御弁は、圧力室内の作動流体が、該隙間から漏出しないことが要求されるため、そのため、該隙間は、作動流体が漏出しない程度の隙間とする必要がある。作動流体が水である場合、隙間寸法の許容範囲が狭く、従来の圧力補償型流量制御弁においては、精密な加工が求められ、それ故に、コスト高となるという問題があった。

【0007】

又、この問題は、常時は、逆流を防止し、一次的に流路を逆流可能とするために、圧力室に作動流体を供給することで、弁体を押し上げて開弁可能に設けられているパイロットチェック弁等の、同種の構造を有する他の制御弁でも起こり得ることである。

【0008】

そこで、本発明は、制御弁の作動流体が水又は水に性質が近い液体（水様液）であったとしても、より粗雑な加工でも圧力室内の作動流体が漏出することを防止可能な制御弁を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、第１のポートと、第２のポートと、ピストン部と、圧力室と、を備える制御弁であって、該第１のポートと該第２のポートとは、弁部が設けられた流路を介して連通し、該ピストン部は、受圧部と、該弁部を構成する弁体と、該受圧部を押圧可能に設けられた付勢手段と、を有しており、該圧力室には、該圧力室の内圧を該ピストン部に伝達する圧力伝達手段が設けられ、該圧力伝達手段は、該付勢手段とは、逆方向に、該圧力室内の作動流体の流体圧に応じて、該受圧部を直接的又は間接的に押圧可能に設けられると共に該圧力室の該ピストン部側を封止する様に設けられていることを特徴とする制御弁である。

【0010】

そして、本発明は、前記ピストン部を、第２のピストン部として設け、前記弁部を、第２の絞りとして設け、第１のピストン部を、更に備えるものとし、前記第１のポートを、側路を介して、前記圧力室と連通させ、前記流路に、前記第１のポート側に設けられた第１の絞りと、前記第２のポート側に設けられた該第２の絞りと、を設け、該第１のピストン部を、該第１の絞りの大きさを調整可能に設け、該第２のピストン部を摺動することで、前記作動流体の流体圧に応じて、該第２の絞りの大きさを調整可能に設けることが可能である。

【0011】

更に、本発明は、前記圧力室を、第３のポートと接続し、該第３のポートを介して、前記作動流体を前記圧力室に供給することで、前記弁部を開弁可能に設け、それにより、該作動流体を、前記流路内を逆流可能に設けることが可能である。又、本発明は、前記圧力伝達手段を、ダイアフラムとすることが可能である。又、本発明は、前記第１のポートを、供給ポートと、前記第２のポートを、排出ポートとすることが可能である。又、本発明は、前記作動流体を、水又は水様液とすることが可能である。

【0012】

尚、本発明において、「第１の」、「第２の」、「第３の」という表現を用いているが、該表現は、各構成を区別するために使用しているに過ぎず、その数字や順番には特に意味はないものである。

【発明の効果】

【0013】

本発明は、圧力室に、該圧力室の内圧をピストン部に伝達する圧力伝達手段を設け、該圧力伝達手段を、該圧力室の該ピストン部側を封止する様に設けたことによって、制御弁の作動流体が水又は水に性質が近い液体（水様液）であったとしても、より粗雑な加工でも圧力室内の作動流体が漏出することを防止可能な制御弁を提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第１実施形態の部分断面図である。

【図2】本発明の第２実施形態の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明の第１実施形態を、図１に基づき説明する。本実施形態は、本発明を、水又は水様液を作動流体とする圧力補償型流量制御弁に適用した一例である。制御弁１は、少なくとも２つのポートと、少なくとも２つのピストン部と、圧力室２と、を備えている。

【0016】

本実施形態において、前記２つのポートの内、第１のポートは、供給ポート３として、第２のポートは、排出ポート４として、設けられており、該２つのピストン部の内、第１のピストン部は、オリフィスピストン５として、第２のピストン部は、圧力補償ピストン６として設けられている。

【0017】

供給ポート３は、制御弁１に作動流体を供給するために設けられ、弁部が設けられた流路７を介して排出ポート４と連通されていると共に側路８が分岐して設けられており、側路８を介して、圧力室２と連通している。排出ポート４は、前記作動流体を、制御弁１外に排出するために設けられており、流路７を介して供給ポート３と連通している。又、排出ポート４は、排出ポート４側に規定以上の流体圧が加わった際に、前記作動流体を供給ポート３側への逆流させるためのチャック弁９と接続されている。

【0018】

本実施形態において、流路７は、少なくとも２箇所に絞りが設けられており、その内、第１の絞りは、供給ポート３側に設けられ、第２の絞りは、排出ポート４側に設けられる（以下、第１の絞りを供給側絞り１０と、第２の絞りを排出側絞り１１と表記する）。本実施形態においては、排出側絞り１１が、前記弁部として設けられている。

【0019】

又、流路７は、供給ポート３と接続された導入路部１２と、導入路部１２の２次側が接続される共に排出ポート４が接続された摺動管部１３と、からなっており、導入路部１２と摺動管部１３との間に、供給側絞り１０が、摺動管部１３と排出ポート４との間に、排出側絞り１１が設けられている。摺動管部１３は、オリフィスピストン５及び圧力補償ピストン６が摺動可能に保持されている。そのため、摺動管部１３の内壁１とオリフィスピストン５及び圧力補償ピストン６との間には、僅かな隙間が設けられている。

【0020】

オリフィスピストン５は、供給側絞り１０の大きさを調整可能に設けられている。本実施形態において、オリフィスピストン５は、摺動管部１３を摺動可能に設けられ、供給側絞り１０を構成する弁体１４（以下、弁体１８との区別を明確にするために、供給側弁体１４と表記する）と、供給側弁体１４が立設された基部１５と、基部１５と結合され、供給側弁体１４を移動させ、供給側絞り１０の大きさを調整し、流量を設定するための調整つまみ１６と、を有している。又、基部１５は、後述する圧力補償ピストン６の受圧部１７と共に後述する付勢手段１９を保持可能に設けられている。

【0021】

圧力補償ピストン６は、摺動管部１３内を摺動可能に設けられ、供給ポート３より供給される前記作動流体の流体圧に応じて、排出側絞り１１の大きさを調整可能に設けられている。圧力補償ピストン６は、受圧部１７と、弁体１８（以下、弁体１４との区別を明確とするために排出側弁体１８と表記する）と、付勢手段１９と、を有している。弁体１８は、前記弁部である排出側絞り１１を構成しており、付勢手段１９は、受圧部１７を押圧可能に設けられている。

【0022】

本実施形態において、圧力補償ピストン６は、摺動管部１３内を摺動することで、前記作動流体の流体圧に応じて、排出側絞り１１の大きさを調整可能に設けられており、略筒状の弁体１８が受圧部１７に立設されている。又、付勢手段１９は、発条、例えば、コイルバネ、として設けられており、オリフィスピストン５の基部１５と圧力補償ピストン６の受圧部１７とで挟持される形で、摺動管部１３内に設けられている。

【0023】

圧力室２は、ピストン部（本実施形態においては、圧力補償ピストン６）を前記作動流体の流体圧に応じて、摺動させるために設けられており、側路８を介して供給ポート３と接続され、圧力伝達手段２０が設けられている。又、圧力室２は、側路８によって、減衰はするものの、その内圧は、供給ポート３内の前記作動流体の流体圧に対応するものとなっている。

【0024】

本実施形態において、圧力室２には、圧力伝達手段２０が圧力室２内に必要以上押し込まれることを防止するためにパイロットピストン２１が設けられている。尚、パイロットピストン２１と圧力室２の内壁との間には、前記作動流体が流入可能な隙間（図示せず）が設けられている。

【0025】

圧力伝達手段２０は、圧力室２内の内圧を、ピストン部（本実施形態においては、圧力補償ピストン６）に伝達するために設けられており、付勢手段１９とは、逆方向に、圧力室２内の前記作動流体の流体圧に応じて、受圧部１７を、直接的又は間接的に押圧可能に設けられている。又、圧力伝達手段２０は、封止手段を兼ねており、圧力室２より前記作動流体が漏出しない様に圧力室２の圧力補償ピストン６側を封止している。

【0026】

本実施形態において、圧力伝達手段２０は、ダイアフラムとして設けられており、圧力伝達手段２０は、受圧部１７を直接的に押圧可能に設けられている。又、圧力伝達手段２０は、パイロットピストン２１が、前記作動流体に流体圧で押し上げられることによって、圧力補償ピストン６に圧力室２の内圧を伝達可能となっている。

【0027】

制御弁１は、供給ポート３に、前記作動流体が供給されると、該作動流体が流路７へと流れると共に側路８を介して圧力室２にも供給される。そうすると、該作動流体の流体圧に応じて、圧力伝達手段２０によって、圧力補償ピストン６の受圧部１７が押圧され、付勢手段１９の付勢力と釣り合う形で、圧力補償ピストン６が保持される。

【0028】

供給ポート３に供給される前記作動流体の流体圧が高くなった場合、それに応じて、圧力室２の内圧も高まり、圧力補償ピストン６が、圧力伝達手段２０より、更に押し上げられるため、排出側絞り１１の大きさ（断面積）がより小さくなる。それにより、排出ポート４より排出される該作動流体の流量は、供給ポート３側の流体圧が高くなった分、流路７の断面積が小さくなることになるため、設定した流量に保持される。

【0029】

逆に、供給ポート３に供給される前記作動流体の流体圧が低くなった場合、それに応じて、圧力室２の内圧も小さくなり、圧力補償ピストン６が、付勢手段１９により、押し下げられるため、排出側絞り１１の大きさ（断面積）がより大きくなる。それにより、排出ポート４より排出される該作動流体の流量は、供給ポート３側の流体圧が小さくなった分、流路７の断面積が大きくなることになるため、同様に、設定した流量に保持される。

【0030】

従って、本実施形態の制御弁１においては、圧力伝達手段２０によって、圧力室２から圧力補償ピストン６側への前記作動流体の漏出が防止されると共に圧力伝達手段２０によって、圧力室２内の該作動流体の流体圧は、圧力補償ピストン６と伝達されるため、より粗雑な加工でも圧力室２内の作動流体が漏出することを防止可能となっている。

【0031】

本発明の第２実施形態を図２に基づき説明する。本実施形態は、本発明を、水又は水様液を作動流体とするパイロットチェック弁に適用した例である。

【0032】

制御弁２２は、少なくとも３つのポートと、ピストン部２３と、圧力室２４と、を備えている。本実施形態において、前記３つのポートの内、第１のポートは、供給ポート２５として、第２のポートは、排出ポート２６として、第３のポートは、パイロットポート２７として、設けられており、供給ポート２５と排出ポート２６とは、弁部２８が設けられた流路２９を介して連通している。流路２９には、摺動管部３０が設けられている。

【0033】

供給ポート２５は、常時において、制御弁２２に作動流体を供給するために設けられ、排出ポート２６は、常時において、前記作動流体を、制御弁２２外に排出するために設けられている。詳細については後述するが、制御弁２２は、常時において、作動流体は供給ポート２２から排出ポート２６に向けて流れる様になっており、弁部２８によって、逆流が防止されているが、パイロットポート２７に作動流体を供給することにより、逆流させることが可能となっている。

【0034】

ピストン部２３は、受圧部３１と、弁体３２と、付勢手段３３と、を有しており、本実施形態においては、受圧部３１に連結されたピストンロッド３４を更に有し、摺動管部３０を摺動可能に設けられている。弁体３２は、弁部２８を構成しており、常時は、供給ポート２５から供給された前記作動流体の流体圧によって、ピストン部２３が、付勢手段３３の付勢力に抗して、持ち上げられることによって、流路２９を開閉可能となっている。又、付勢手段３３は、受圧部３１を押圧可能に設けられている。

【0035】

本実施形態において、ピストン部２３は、弁体３２が、受圧部３１に立設されている。又、付勢手段３３は、発条、例えば、コイルバネとして設けられており、受圧部３１の周囲を囲う様に設けられ、受圧部３１には、その外周縁部に、付勢手段３３が嵌入可能に設けられた溝部３５が設けられ、付勢手段３３によって溝部３５の底部が押圧される様になっている。

【0036】

圧力室２４は、パイロットポート２７と接続されており、圧力伝達手段３６が設けられている。圧力室２４は、排出ポート２６から供給ポート２５へと、前記作動流体を逆流させる際に、パイロットポート２７から、該作動流体を供給することで、弁部２８を開弁するために設けられている。

【0037】

本実施形態において、圧力室２４には、圧力伝達手段３６が圧力室２４内及び摺動管部３０内に必要以上押し込まれることを防止するために、圧力伝達手段３６を挟持する形で２つのパイロットピストン３７が設けられている。尚、パイロットピストン３７と圧力室２４の内壁との間には、前記作動流体が流入可能な隙間（図示せず）が設けられている。

【0038】

圧力伝達手段３６は、パイロットピストン３７より前記作動流体が圧力室２４に供給された際に、その流体圧をピストン部２３に伝達するために設けられており、付勢手段３３とは、逆方向に、受圧部３１を直接的又は間接的に押圧可能に設けられている。又、圧力伝達手段３６は、封止手段を兼ねており、圧力室２４よりピストン部２３側に該作動流体が漏出しない様に圧力室２のピストン部２３側を封止している。

【0039】

本実施形態において、圧力伝達手段３６は、ダイアフラムとして設けられており、圧力伝達手段３６は、パイロットピストン３７に挟持されている関係上、受圧部３１を間接的に押圧可能に設けられている。又、圧力伝達手段３６は、圧力室２４内のパイロットピストン３７が、前記作動流体に流体圧で押し上げられると共に圧力伝達手段３６によって、摺動管部１内のパイロットピストン３７が押し上げられることによって、ピストン部２３に圧力室２４の内圧を伝達可能となっている。

【0040】

制御弁２２は、常時は、供給ポート２５より排出ポート２６に前記作動流体が流れる様になっているが、パイロットポート２７に該作動液体を供給することにより、ピストン部２３を、圧力伝達手段３６を介して、持ち上げることで、前記弁部を開弁することが可能となっている。排出ポート２６より供給ポート２５へと該作動流体を逆流させることが可能となっている。

【0041】

一方、圧力室２４のピストン部２３側は、圧力伝達手段３６によって封止されているため、前記作動流体が漏出することが防止されている。従って、本実施形態の制御弁２２においても、第１実施形態と同様の効果を奏することが可能となっている。

【0042】

本発明を、上記実施形態に基づき説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更可能である。

【0043】

（１）上記実施形態において、作動流体を、水又は水様液としたが、本発明は、油や空気等を作動流体とする制御弁にも適用可能である。

【0044】

（２）上記実施形態は、本願発明が適用可能な制御弁の一例であり、圧力補償型流量制御弁やパイロットチェック弁以外の同種の構造を備える種々の制御弁にも本発明を適用可能である。

【符号の説明】

【0045】

１ 制御弁 ２ 圧力室 ３ 供給ポート
４ 排出ポート ５ オリフィスピストン ６ 圧力補償ピストン
７ 流路 ８ 側路 ９ チャック弁
１０ 供給側絞り １１ 排出側絞り １２ 導入路部
１３ 摺動管部 １４ 供給側弁体 １５ 基部
１６ 調整つまみ １７ 受圧部 １８ 排出側弁体
１９ 付勢手段 ２０ 圧力伝達手段 ２１ パイロットピストン
２２ 制御弁 ２３ ピストン部 ２４ 圧力室
２５ 供給ポート ２６ 排出ポート ２７ パイロットポート
２８ 弁部 ２９ 流路 ３０ 摺動管部
３１ 受圧部 ３２ 弁体 ３３ 付勢手段
３４ ピストンロッド ３５ 溝部 ３６ 圧力伝達手段
３７ パイロットピストン

【図1】

【図2】