JPH06502009A - 高圧弁 - 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】 高圧弁 ［技術分野］ 本発明は、弁ケーシング内で弁スピンドルによって連動される円錐弁体を有し、 閉弁位置において、弁座を形成する硬質金属製特に鋼製のリングエツジに前記− 円錐弁体のシール面を当接させる形式の高圧弁に関するものである。

［従来の技術］ 前記形式の公知の高圧弁では、弁スピンドルと円錐弁体は焼入れ鋼から一体構成 されている。シール面には、良好な弁閉止を保証するために表面研磨が施される 。この作業工程は手間がかかりかつコスト高になる。

しかしながらシール面に前記の高価な表面処理を施してさえも、良好なシール作 用を得るためには充分ではないので、組付は時に円錐弁体が弁座内に打ち込まれ ねばならない、これは、この打ち込みに基づいて惹起される塑性変形によってシ ールギャップ内で充分なシール作用を得るためである。

焼入れ鋼製の円錐弁体を標準ｔ１４製の弁座リングエツジ内に打ち込むと、該リ ングエツジは円錐弁体の円錐頂点の方向へ鍔状に折り曲げられる。この結果、円 錐弁体のシール面が弁スピンドルの方に向くように該円錐弁体を装着した弁スピ ンドルの場合には、リングエツジ内径をスピンドル案内の内径に等しく、ひいて はスピンドル外径に等しく構成した弁ケーシングと相俟って、リングエツジ内径 が減径され、かつ弁スピンドルはもはや弁ケーシングから取外すことが不可能に なる。

シール面に前記のように表面研磨を施しかつ前記のように塑性変形を施したにも 拘らず、公知の高圧弁では千金なシール作用を得ることはできない、こうして公 知の弁は、例えば稼働圧が約２ＱＯｂａｒの場合には、１００　ｂ　ａ　ｒ　／ 　１５　ｍ　ｉ　ｎオーダーの圧力損失を有する。更に、鋼製弁スピンドルと鋼 製円錐弁体は材料比重に基づいて高い慣性を有しており、これに基づいて弁の周 期的な切換え動作時には約４〜５ｂａｒオーダーの動的な圧力損失が惹起される 。そればかりでなく運転中に弁スピンドルはその軸線を中心としてゆっくり回転 するので、これによって円錐弁体と弁座リングエツジとの間の塑性変形部がもは や互いに合致せず、時間の経過につれてシール作用が不良になる。

そこで本発明の課題は、冒頭で述べた内部構造をもった高圧弁を改良して、極度 に圧力密で、切換え動作時の動的慣性が僅かで、かつ弁スピンドルと円錐弁体を 藺便に交換できるような高圧弁を提供することである。

前記課題を解決するための本発明の構成手段は、円錐弁体の少な（ともシール面 が軟質金属、殊に有利にはアルミニウムから製造されている点にある。

本発明が講じた全く新規な手段は、円錐弁体シール面が比較的軟質の材料から製 造されるのに対して、弁座リングエツジが慣用のように硬質金屑から成っている ことである。このことは、摩耗を避けかつ摩耗の結果としてのシール作用の劣化 を避けるためには円錐弁体を、できるだけ硬質の材料、例えば焼入れ鋼から製造 せねばならないとする公知の思想に対して完全に背馳するものである。

従来全く不問に付されてきた弁製造上の伝統的な思想を放棄した点にこそ本発明 の発明力が存するものである。軟質金属から成る円錐弁体シール面は、最初の数 回の弁切換え動作で塑性変形によって硬質金属製のリングエツジに適合すること になり、これによってほぼ完璧なシール作用が得られる。本発明ではシール面は 塑性変形するがリングエツジは塑性変形することはないので、リングエツジの内 径も変化することはな（、従って弁スピンドルは所属の円錐弁体と一緒に任意の 時にかつ長時間１転後に交換することができる。

更に又、スピンドル軸線を中心とする弁スピンドルの回動がシール特性を変化す ることはない。それというのは軟質金属製シール面は、変化した弁座状態＋：ｉ 妙に適合するからである。注目に価いする点は、長時間運用後にもシール面はも はめそれ以上塑性変形しないことである６円雄弁体が初期の塑性変形を行なった のち顕著なシール作用は長時間にわたって不変的に維持される。

シール面のために軽量なアルミニウムを使用するのが特に有利であり、これによ って、弁スピンドルと円錐弁体とから成るユニットの動的質量が低減し、これに 伴って（制御弁が周期的に切換わる場合の）動的な圧力損失が低下される。

円錐弁体とシール面と弁スピンドルが軟質金属、殊に有利にはアルミニウムから 一体に製造されている場合には、動的に動かされる質量は一層減少し、製造も更 に簡単になる。円錐弁体と弁スピンドルとから成るユニット全体をアルミニウム から製造した場合には、アルミニウムの非磁性的特性に基づいて、弁スピンドル を作動するために必要な電磁石による円錐弁体と弁スピンドルとから成るユニッ トの磁化が排除されるという別の利点が得られる。この磁化は公知の鋼製スピン ドルの弁の場合には発生し、磁化された部材の吸着力に基づいて付加的な動的圧 力損失が惹起され、かつ、弁スピンドルの固有運動が妨害されることになる。

本発明の弁装置は圧力補償式高圧制御弁のために特に適している。このような弁 では、アルミニウム製シール面は全稼働圧でもフて鋼製リングエツジに圧着され るのではなくて、圧着力は、弁スピンドルに加えられる制御力のみによって生じ る。この場合には軟質金屑製シール面の長時間摩耗は同様に排除されているのは 明らかである。

［図面の簡単な説明］ 図面は本発明のパツキンユニットを装備した２ポート２位置切換え弁の縦Ｔｌｆ ｒ面図である。

［発明を実施するための最良の形態］ 次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。

２ポート２位置切換え弁は、２部構成の弁ケーシング１，２を有し、該弁ケーシ ングの上部部分１は螺合部位３で下部部分２に螺合締結されている。上部部分ｌ は上端部に末端フランジ４を有し、また下端部には外側寸法の標準化された雄ね じ山５を有しているので、上部部分ｌは、ねじ込まれた下部部分２と一緒に、弁 を収容するための標準化されたねじ孔内へねじ込むことができる。この場合フラ ンジパツキン６は前記の（図示を省いた）ねじ孔内における弁の圧力密な座着を 保証する。このケーシング構造を有する弁は、ねじ込み式カートリッジ弁とも呼 ばれる。

弁ケーシングの下部部分２は上部部分ｌよりも小さな外径を有し、従フてねじ込 まれた状態では、減径された下部弁区分７を形成し、該下部弁区分の下端部には 、周溝内に延びる０リング８が配置されている。該０リング８は、弁を収容する （図示を省いた）ねじ凡の減径された孔区分内で前記下部弁区分７の局面をシー ルするためのものである。

弁ケーシングの上下両部分１．２の結合部位は別のＯリング９によってシールさ れている。

弁ケーシングの上下両部分１．２は、複数回段付けされた中心孔によって貫通さ れており、該中心孔内では弁スピンドルｌＯが軸方向に摺動可能にガイドされて いる６該弁スピンドル１０は下端部に減径スピンドル区分１】を有し、該減径ス ピンドル区分は、拡径されたスピンドルヘッド１２で終っている。減径スピン− ドル区分１１に接するスピンドルヘッド１２の上縁には斜め面取りが施されてい るので、該上縁は截頭円錐面１３を形成しており、該截頭円錐面はスピンドルヘ ッド１２に円錐弁体の機能を与える。前記スピンドルヘッドつまり円錐弁体１２ は弁ケーシングの下部部分２の拡径孔区分１４内で運動しかつ弁の閉弁位置では 、シール面として作用する截頭円錐面１３によってリングエツジ１５に当接する 。該リングエツジ１５は、円錐弁体１２が内部を運動する拡径孔区分１４から弁 スピンドル１０の運動する軸方向孔区分への移行部によって形成される。

弁スピンドルｌＯは上端部に、クランブリング１６によって位置固定されたフラ ンジ１７を有し、該フランジはプレロードばね１８の位置を確定し、該プレロー ドばねの他端部は弁ケーシングの下部部分２の上端面に支持されている。このよ うにして弁スピンドルｌＯには上方に向かってプレロードがかけられているので 、円錐弁体１２のシール面としての截頭円錐面１３は、弁ケーシングの下部部分 ２のリングエツジ１５に圧着される。従って截頭円錐面１３とリングエツジ１５ との間の環状の弁ギャップは図示の不作用位置において閉じられる。

円錐弁体１２．Ａり下位の圧力室１９は弁の一方の圧力接続部を成し、また減径 スピンドル区分１１の領域で弁ギャップより上位に形成される環状室２０は、互 −いに対向した半径方向孔２１．２２を有し、両生径方向孔は弁の他方の圧力接 続部を成している。前記環状室２０内に生じる圧力は減径スピンドル区分】ｌの 上面と下面に同時に作用し、これによってスピンドルｌＯに対する圧力作用が補 償される。

一方の圧力室１９は、円錐弁体１２と弁スピンドル１０とを貫通している貫通孔 ２３を介して対抗圧力室２４と連通している。該対抗圧力室２４は、拡径孔区分 によって弁ケーシングの上部部分ｌ内に形成されかつプレロード機構１６〜１８ を含む弁スピンドル１０の上端部全体を収容している。このようにして一方の弁 接続部１９で生じる圧力は弁スピンドルの両便へ導かれて補償される。

弁接続部１９，２１．２２の圧力補償に基づいて、いずれの通流方向で弁が受圧 しても、弁スピンドルに対して軸方向力が作用することはない。従って閉弁力は プレロードばね１８のばね力のみによって発生され弁スピンドルを作動するため に、弁ケーシングの上部部分ｌ内では、弁スピンドル１０の上部端面に作用する ビン２５がガイドされている。該ビン２５の作動は例えば１図示を省いた電磁石 によって行なうことができる。

弁出口接続部つまり半径方向孔２１．２２を圧力室１９．２４に対してシールす るために滑りリングパツキン２６が設けられており、該滑りリングパツキンは弁 ケーシングの下部部分２内で半径方向孔２１．２２と対抗圧力室２↓との間の領 域において弁スピンドルＩＯを圧力密に包囲している。

以上の構成は、榎準化された外寸を有するねじ込み弐カートリッジ弁として市販 されている慣用の圧力補償式２ポート２位置切換え弁に相当している。

本発明によればシール面１３はアルミニウムから製造されて精密旋削が施されて いる。シール面１３は、截頭円錐形表面を有するアルミニウムリムによって形成 することができ、該アルミニウムリムは鋼製の慣用の弁スピンドル１０に嵌装さ れる。弁スピンドルと円錐弁体とから成るユニット全体をアルミニウムから製造 するのが有利である。アルミニウムの代わりに、例えば銅又は真鍮のような任意 の別の軟質金属を使用することも可能である。

シールギヤノブではアルミニウム製のシール面１３と１ｌＩＷＪのリングエツジ １５とが対向している。最初の数回の弁切換え動作でリングエツジ１５はシール 面１３内へ僅かに食い込んで顕著なシール作用を生せしめる。運転が長時間にわ たり弁切換え頻度が高い場合でさえも、アルミニウムはそれ以上変形することは ないので、長時間にわたって充分なシール作用が維持される。

改良された実施態様では、稼働圧が２００ｂａｒの場合、最大限で４　ｂ　ａ　 ｒ　／　２４　ｈの圧力損失が確認された。２００，０００回の切換え動作を伴 う長時間稼働のあとでも、依然として等しい圧力損失４ｂａｒ／２４ｈが確認さ れた。

弁スピンドル１０と円錐弁体１２とのための素材としては、引張り強さ３４ＯＮ ／ｍｍ’のアルミニウムが使用された。この材料は鋼に対比して著しく低い比重 を有し、これに伴ってまた著しく小さな慣性を有している。従って弁の周期的な 切換え時の動的な圧力損失は約１〜２ｂａｒに減少される。因みにアルミニウム は、その非磁性的特性に基づいて、弁スピンドルを作動させるために必要な電磁 石によって磁化されることがなく、これによって鋼製の弁スピンドルの場合の弁 切換え中に従来発生した幾多の妨害効果が排除されることを念のために付記して おく。

更に図示の実施例から判るように、弁スピンドル１０はクランブリング１６を取 外したのちに下方へ向かって取外されて交換することができる。従来使用されて いる鋼製の弁スピンドルでは、このような下方への取外し及び交換は不可能であ った。それというのは、従来技術では、弁座としてのリングエツジ１５内へ円錐 弁体１２を打ち込ませることによって弁の原著が最適化されており、これによっ て、焼入れｍ製のシール面１３はリングエツジ１５を内向き鍔状に変形させるこ とになり、ひいては弁スピンドルの取外しを不可能にしたからである。

本発明は、図示のねじ込み式２ポート２位置切換え弁のタイプでの使用に限定さ れるものでないのは勿論であり、円錐弁体が閉弁位置において、弁座を形成する リングエツジに当接するようなあらゆるタイプの弁において採用することができ る。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．弁ケーシング内で弁スピンドルによって連動される円錐弁体を有し、閉弁位 置において、弁座を形成する硬質金属製特に鋼製のリングエッジに前記円錐弁体 のシール面を当接させる形式の高圧弁において、円錐弁体（１２）の少なくとも シール面（１３）が軟質金属、殊に有利にはアルミニウムから製造されているこ とを特徴とする、高圧弁。
2. ２．円錐弁体（１２）とシール面（１３）と弁スピンドル（１０）が軟質金属、 殊に有利にはアルミニウムから一体に製造されている、請求項１記載の弁。
3. ３．弁が、圧力補償式高圧制御弁である、請求項１又は２記載の弁。