JPH03503671A - 流体用の金属製弁座 - 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】 発明の名称 流体用の金属製弁座 発明の背景 １、発明の分野 本発明は、流体の流ｆＬ調節弁の弁慶に関する。

２、従来の技術 流量調節用サーボ制御弁のような流量調節弁は、通常、弾性を有するエラストマ ー性（例えば合成ゴム）の円板つまりシールを有する可動弁座を具備している。

前記弁座は、中にオリフィスを備えた弁本体の端面に対応して動き、前記オリフ ィスを通る流体の調節を行うと共に、弁本体へ着座して流れを完全に停止させる 。エラストマー性の合成ゴムまたはプラスチックのシール材料は、シール材料と 流体媒体（ｍｅｄｉａｍ）との不適合性を理由に適応が制限される。前記適合性 の問題を解消するための弁座として、堅固な金属円板が使用された例があるが、 弁座を着座させるために非常に大きな力を与えなければ完全に遮断させることが できない。

発明の概要 本発明は、流量調節弁のための従来の弁座に代わる弁座であり、薄くて比較的可 撓性のある金属円板をシール部材として使用している。前記の薄い金属円板つま り隔板は、この円板に適合する支持部材としての、流体で充たされたチャンノ〈 の上を覆って配設される。前記薄い金属円板は、前記オリフィスを囲む面に適合 することができ、必要な場合にオリフィスを閉塞し、かつ前記オリフィスを通る 流れを計測するための流量調節を行う。薄円板および支持用流体（好ましくは液 体）の適合性が良いために、弁本体に当接させる場合に過大な閉塞力を使用する ことなくオリフィスの密封性が得られる。

前記弁座は種々の方法によって構成される。薄金属円板は、静止状態では実質的 に平坦、凸型または凹型にすることができ、閉塞されたチャンバの中における流 体の流動性によって、さらに薄金属円板を適当に裏から支持することによって、 必要に応じて密封性を与えるように動作する。

円板が適合しなければならない若干の不規則性は、固定的な取付け（ｐｅｒｏ＋ ａｎｅｎｌ　５ｅｔ）を使用しないでも、あるいは常時の押圧力なしに吸収され て密封性を提供できる。金属を使用可能とすることにより、制御される流体との 接触による劣化がなくなって弁座の寿命および信頼性は共に向上する。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の弁座および流体通路に設置された弁本体を示す典型的な弁組立 体の部分断面図、第２図は第１図に示された弁座および弁本体の拡大部分断面図 、第３図は弁座面を形成する金属円板の異なった形態を示す本発明の変形例を示 す断面図、第４図は本発明の他の変形例を示す断面図、第５図は本発明の金属円 板および弁座ハウジングの変形構造例を示す断面図である。

好ましい実施例の詳細な説明 第１図において、全体を１０で示したソレノイド弁は主弁ブロック１１を有し、 その中には弁チャンバ１３に通じる流入通路１２が形成されている。弁チャンバ １３の一方には、弁チャンバ１３に突出したネック１６を有し、適当に位置決め されてねじ込まれた弁本体１５が設けられている。ネック１６は弁本体１５を貫 通して伸びる通路１７に通じるオリフィス１６Ａを有している。前記通路１７は 弁ブロツク内の流出通路２０に向けて開口している。

オリフィス１６Ａおよび通路１７を通過する流れは、コイル１４で駆動される中 央アクチュエータ２４を有するサーボ弁アクチュエータ２３によって制御される 。弁座組立体２５がチャンバ１３に突出したアクチュエータ２４の端部上に取付 けられている。弁座組立体２５とサーボ弁アクチュエータ２３とは、弁ブロック を通過して弁チャンバ１３内に突出シている部分で、弁座組立体がその中心軸に 沿って滑動できるように適当なシール隔膜４２によって密封されている。弁座組 立体の前記中心軸と通路１７の軸とは一直線上にある。

前記弁座組立体２５は弁座ハウジング２８を有する。弁本体１５に近接し、対向 している弁座ハウジング２８の端部にチャンバ２７が形成されている。薄金属円 板つまり隔板（ダイアフラム）２６がチャンバ２７の開口端部上に配設されてい る。チャンバ２７は外側縁面３１を有する環状壁部３０で輪郭が形成され、前記 縁面上には符号３２で示すように薄金属円板２６が密封して装着されている。こ うしてチャンバ２７は好適に囲繞閉塞される。円板２６は壁３０の縁面３１に連 続溶接によって接合することができる。チャンバ２７には流体、好ましくは実質 的に非圧縮性の流体（適当な油）が充填されている。そして、第１および第２図 に示したように、円板２６は実質上平坦であり、通路１７に通じるオリフィス１ ６Ａを囲むネック１６の面３３（第２図）を密封する。

アクチュエータ２４は、弁座組立体２５を弁本体１５の方向に付勢するためのば ね４１によって動作し、その結果、オリフィス１６Ａを囲んでいるネック１６の 面３３を円板２６で密封させる。弁組立体の位置は制御装置４０からアクチュエ ータ２３に供給される電流によって制御される。弁座の円板２６の位置によって 通路１７への流体通路の有効寸法が調節され、流入通路１２から流出通路２０へ の流量が制御される。

チャンバ２７の中の流体充填物によって薄金属円板２６は支持され、その結果、 薄金属円板２６は、通路１７の周囲を取囲んでいるネック１６の端部上の面３３ に密封力が与えられるように適切に背面支持される。流体充填物が圧縮性であれ ば、必要な場合に適切な背面支持圧力を与えるための圧力に調節できる。密封面 ３３がわずかに反っていたり、芯が真っ直ぐでなかったり、あるいは粗い面や不 規則な面である場合でも、円板２６はそれらの影響を受けず、歪むことによって 密封面３３に適合することができる。

実質上非圧縮性の流体が使用されたならば、この実質上非圧縮性の流体（油）は 流動性があるものの、その体積は一定に維持されるので適切な支持力を供給でき 、したがって、たとえ円板部２６の一部が平坦な位置から歪んだとしても密封の ための合理的な力が与えられる。圧縮性の流体が使用された場合は、円板２６の 歪みによってチャンバ２７内の圧力は増大し、支持圧力が与えられる。円板２６ は適当な合金で作られ、その厚みは実際の使用状況および弁座の直径によって変 化させることができる。円板の厚みは、約０．００３〜０．００５インチ（０， ０７８〜０．１２７ｍｍ）で十分なことが分かっている。

チャンバ５２がその中に形成された弁座ハウジング５１゜およびチャンバ５２の 周囲に形成された環状の壁部５４上に密着して装着された薄金属円板つまり隔板 ５３を含む弁座組立体５０を備えた本発明の変形例を第３図に示す。この例では 、円板５３はこの円板５３と共に用いられる弁本体に対向する凸型外面を形成し ている。前記凸形状は、図示されたように、円板を支持するのに十分な、チャン バ５２の中の圧縮性を有しない適当な充填物、または加圧された圧縮性の流体に よって維持される。弁本体５５はその中に通路５７を有し、さらに円板５３の前 記凸型外面にほぼ適合して対向する凹型面の密封面５８を有する。

本発明のこの形態では、チャンバ５２内の流体の充填物（油）は、弁座ハウジン グの中に設けられ、チャンバ５２に開口していて、弁座ハウジング装着用の差込 部６１を貫通する充填用通路６０を通して供給される。前記通路６０は、その外 端部の拡大されたネック部６２を有しており、図示された鋼球６３のような密封 用栓手段をこのネック部の中にプレス嵌めて制約に押込むことができるので、流 体（好ましくは油）がチャンバ５２および通路６０に充填された後、この鋼球６ ３によって通路６０およびチャンバ５２は密封される。

チャンバ５２、通路６０、およびネック部６１が初期状態で充満されていたなら ば、図示の位置まで鋼球６３を内側に押込むことによって、充填されたあらゆる 流体の圧力は変化し、特に油が使用されている場合、この圧力の変化は円板５３ を所望の量だけ外側に弓なりに曲げるのを確実なものとする。このように、流体 の上での円板の実際の支持レベルは初期の充填後変更調整することができる。

この弁座組立体は第１および第２図に示した形態のものと同様に動作し、薄金属 円板５３の凸型外面と弁本体５５の凹型密封面５８との間は、金属対金属による 密封が利用されている。金属と金属とによる密封は簡便かつ確実である。同様に 、通路５７の実効的な開口の調節は、第１図に示されたようなサーボ駆動システ ムを利用することによって制御される。

第４図は、さらに変形された弁座組立体６５を示す。この弁座組立体６５は、環 状壁６８によってその一端に形成された内部チャンバ６７を有する弁座ハウジン グ６６を備えている。前記チャンバ６７は、その上を覆う薄金属円板つまり隔板 ７０を有し、この隔板７０は壁６８の外部縁面に対し、符号７１で示されたよう に周囲が適当な接合手段によって密封される。

弁座ハウジングの外側から出入れできる充填用チューブ７２が、チャンバ６７に 通じる通路に設けられる。この充填用チューブ７２は、チャンバ６７の中に所望 のレベルまで流体を充填するのに使用され、その後、充填用チューブ７２は、差 圧センサにおける隔離用キャビティへの充填に通常使用される手法によって挾み 潰されて密封される。

本発明のこの形態では、薄金属円板７０は凹型に支持された外面を有する。凹型 外側弁座面は弁本体７４の凸型端部密封面７３と対になる密封面である。弁本体 ７４はその中に通路７５を有していて、この通路７５は面７３と薄金属円板７０ の凹型外面との間の金属対金属の密封によって遮断できる。

円板７０は、充填量の変化、特に非圧縮性の流体を使用した場合の極端な温度変 化に起因する変化に適応できるように、環状の渦巻つまり波形のひだ（コルゲー ション）７６を有している。

弁座ハウジングの上に金属の円板つまり隔板を取付ける手段の変形例を第５図に 示す。弁座組立体７９は、中央チャンバ８２を取囲む環状壁８１を有し、全体が 符号８０で示された弁座ハウジングを備えている。ハウジング８ｏは、サーボ弁 と共に作動させるための、駆動手段への取付用差込部８３を有し、成型された薄 金属密封カップ８４が環状壁８１の上に図示のように配置されている。カップ８ ４はその直径が壁８１の外径より大きいので、壁８１の周囲に張出している。

金属の保持リング８６が円板８４の縁に滑り被せられ、この縁が圧縮されて環状 壁８１の外面に対して密封される。保持リング８６は、使用に際しても弁ハウジ ング８０の上の定位置に残したままにできる。

保持リング８６は、チャンバ８２に流体が充填された後、カップ８４を所定の位 置に保持するため、弁ハウジングに対して収縮させることができる。こうして、 本発明の第１の形態のようにチャンバ８２は囲繞つまり密封される。

以上に示した本発明のすべての形態では、変形しない装置または合成ゴムのよう なエラストマー封止によってもたらされるような弁座に対するシール部材の固定 的な取付け（ｓｅｔ）や抑圧なしで、また、分厚い金属のワッシャが合成ゴム（ エラストマー）ワッシャの代りに使用されたならば密封のために必要とされる大 きな密閉力を用いることなしに、弁本体に対する金属対金属の密封効果がもたら される。チャンバの中の流体が金属円板の内面に支持力を与えるので、適当なシ ールを提供するだけの十分な力で密封面を押圧し、さらに円板が歪んで十分に適 合するので大きな密封力を要しない。実質的な歪みなしに金属円板を支持するこ とができるので、非圧縮性の流体の使用が望ましい。

温度変化によって生ずる、充填された非圧縮性流体の体積変化に適応する円板の 歪を許容するため、圧力感知隔膜において使用されるような、第４図に示された 渦巻状コルゲーションを円板に形成することができる。

薄円板は接着剤またはその他周知の密封手段で弁座ハウジングに密封できる。流 体チャンバは別の方法で形成できる。

例えば、本体の端部に四部を機械加工し、その四部に油を充填した後、薄円板で カバーをすることによって形成できる。

本発明を好ましい実施例を参照して説明したが、当該技術に精通している技術者 によれば、本発明の思想および範囲から逸脱しない形状および詳細の変更ができ ることは明らかである。

国際調査報告

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．弁本体の中に設けられた通路を通る流量を調節するための密封面を有する弁 本体に関する相対的流量を調節するための弁座において、 弁座ハウジングと、前記弁座ハウジングに形成され、開口面を有しているチャン バ手段と、前記開口面の上を覆うように配役されて前記弁座ハウジングに密封さ れ、前記チャンバ手段を囲繞する円板手段と、前記チャンバ手段に対向している 円板手段の面に接し、弁座ハウジングに対して前記円板手段を支持するように選 択された前記チャンバ手段内の流体の充填物とを具備することを特徴とする弁座 。
2. ２．前記円板手段が、厚さ０．００３インチ（０．０７６ｍｍ）程度で、当該弁 座が使用される流体に適合する金属で製作されていることを特徴とする請求項１ 記載の弁座。
3. ３．前記円板手段が金属で、その周囲は前記弁座ハウジングに溶接されて前記チ ャンバ手段を囲繞し、前記流体の充填物は、前記円板手段を支持し、外側に向い て前記弁座ハウジングに適合している面を実質上保持していることを特徴とする 請求項１記載の弁座。
4. ４．前記流体の充填物は、その外面が凹型になるように円板手段を支持するため に十分なものであることを特徴とする請求項１記載の弁座。
5. ５．前記チャンバ手段内の流体の充填物は、円板手長を凸型外面が形成されるよ うな形状にさせる量であることを特徴とする請求項１記載の弁座。
6. ６．前記流体充填物は実質上非圧縮性の流体であり、円板手段が弁座ハウジング に対して密封された後、この流体を弁差ハウジング内のチャンバ手段に充填する ための手段は、弁座ハウジングの中の通路を通ってチャンバ手段に開口された充 填用チューブを有し、前記充填用チューブは非圧縮性流体を供給できると共に、 チャンバ手段に所望量の流体が充填された後、密封されてこのチャンバ手段を閉 塞し得るものであることを特徴とする請求項１記載の弁座。
7. ７．非圧縮性の流体でチャンバ手段を満たすための手段は、弁座ハウジングのチ ャンバ手段と外面との間の通路と、通路弁座ハウジング外面に隣接して設けられ た前記通路の拡張部と、前記拡張部の中に摩擦接触状態で嵌込まれている密封栓 とを具備すると共に、前記密封栓の位置に対応してチャンバ手段内の流体の支持 レベルを変化するため、前記密封栓は前記拡張部の長手方向に沿って移動できる ことを特徴とする請求項１記載の弁座。
8. ８．前記弁座ハウジングは、実質上円筒形で、チャンバ手段を取囲む周囲壁を有 し、前記円板手段はチャンバ手段を取囲む周囲壁よりも外周の寸法が大きく、前 記円板手段は前記周囲壁の外部縁を覆って形成されると共に、弁座ハウジングの 周囲壁の外部縁の周囲に円板手段の一部を弁座ハウジングに関連して保持するた めの締付リング手段を具備していることを特徴とする請求項２記載の弁座。
9. ９．チャンバに充填されている流体が、実質的に非圧縮性の流体であることを特 徴とする請求項１記載の弁座。
10. １０．流入口および流出口を有する通路と、前記流入口および流出口の間の前記 通路に設けられた弁本体とを有し、前記弁本体はその内部に弁通路を有すると共 に、さらに前記通路を取囲む密封面を有する流量調節弁において、さらに前記弁 本体および前記弁本体の通路を取囲む密封面に対して移動可能に取付けられた升 座と、前記弁本体に対向する側に形成されたチャンバを有する弁座ハウジングと 、前記チャンバを覆うように配役されてこれを囲繞する薄円板とを具備すると共 に、前記円板は前記弁本体の密封面に整列された外面を形成し、チャンバの中へ の実質的に非圧縮性流体の充填物は、弁座が前記弁本体の密封面と係合するため に移動された際に、円板の外面にかかる力に逆らって前記非圧縮性流体の上の円 板を支持することを特徴とする流量調節弁。
11. １１．前記円板が金属であることを特徴とする請求項１０記載の流量調節弁。
12. １２．前記金属円板の厚みが０．００３インチ（０．０７６ｍｍ）程度であるこ とを特徴とする請求項１１記載の流量調節弁。
13. １３．前記円板が弁本体の通路を流れる流体に適合する材料で製作されているこ とを特徴とする請求項１０記載の流量調節弁。
14. １４．前記弁座ハウジングはアクチュエータに装着され、前記弁本体に対する弁 座ハウジングの位置を調節するための前記アクチュエータの制御手段を具備した ことを特徴とする請求項１０記載の流量調節弁。
15. １５．前記非圧縮性流体の量が、前記円板を支持して凹型外面を形成させる量で あることを特徴とする請求項１０記載の流量調節弁。
16. １６．前記チャンバ内の非圧縮性の流体の量が、前記円板を支持し、該円板の外 面を凸型に維持させる量であることを特徴とする請求項１０記載の流量調節弁。