JPH08506165A - ボール式又はプラグ式流量制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 回転軸１４まわりに回転するボール１３、遮断部１５、及び流量制御部１６を備え、流量制御部１６は、回転軸１４とおおむね直交する面に設けられた一連の凹入溝１６０及び突起部１６１を備えており、バルブの開き始めでは、凹入溝１６０と導入管１７との接触面は小さい。凹入溝１６０及び突起部１６１で摩擦が生じ、負荷のロスが大きい。バルブが開き終わると、凹入溝１６０と導入管１７との接触面は大きい。流体は、渦を生じないで、平面的に流れ、負荷のロスは小さい。（選択図： 図７）用途： 圧力流体供給回路、高差動圧力回路、減圧回路、圧力均衡回路。

Description

【発明の詳細な説明】 ボール式又はプラグ式流量制御弁 本発明は、バルブのボデイの軸線上にある導入管と排出管に連通している受孔 に、バルブボデイの軸線と直交する面にある回転軸まわりに回転する、ボール又 はプラグを備えており、このボール又はプラグは、前記バルブボデイの受孔の内 面に位置する少なくとも１つの遮断部を備え、遮断部が導入管と向かい合うと、 閉位置になるようになっており、かつ前記受孔の残りの内面と向かい合う流量制 御部を有し、遮断部の一部と流量制御部の一部が、導入管と向かい合うと、ボー ル又はプラグが制御位置になり、かつ流量制御部が導入管と向かい合うと、ボー ル又はプラグが開位置になるようになっている流量制御弁に関する。 公知の流量制御弁は、通常、流路とプラグを備えるボデイを有し、プラグによ り流路を閉じたり、開いたりしうるようになっている。流路は、通常円形であり 、かつプラグは、円錐形である。円錐形プラグを円形の孔に挿入することにより 、バルブボデイを通過する流体を制御するようになっている。 この形式のバルブは、コントロールストロークが非常に短く、確実な制御はで きないという一大欠点がある。またこの形式のバルブは、バルブの開き始めで、 圧力が低下しないという別の欠点がある。 バルブの開き始めに、潜在エネルギーが突如運動エネルギーに変り、流体は高 速になり、腐食と流体の乱れを生じる。この現象はまた、バルブに振動を生じさ せて、ノイズを発生し、機械的疲労が大きくなる。 遮断板やニードルにおける腐食は一様ではないので、短期間の内に、バルブの 確実性が失われてしまう。 公知の別の流量制御弁では、ボデイに、ピストンが動く受孔を設けてある。 バルブボデイにおけるピストンの移動軸線と直交する面に、一連の平行なデイ スクが間隔を置いて設けられている。 バルブが閉じると、ピストンは、バルブの流路を完全に密閉する。 バルブが開き始めると、ピストンにより、第１の平行をなす２つのデイスクの 間の間隔がなくなる。 ピストンが更に進むと、次の２つの平行をなすデイスクの間の第２間隔がなく なり、次に第３間隔等がなくなる。従って制御操作は、段階的で不連続なものと なり、満足のいかない場合がある。また、バルブの開き始めにおける、圧力の低 下は、ほんの僅かであるので、上記の問題、特に腐食、振動、機械的疲労、及び ノイズの問題は解決されていない。 公知の別の流量制御弁は、球形の挿入体を有するボールを備えている。 この挿入体は、球形キャップと、互いに平行で、球形キャップの面とおおむね 平行な一連の平らな板とからなっている。この球形キャップは、バルブが導入管 と向かい合う時、完全に密閉して、流体が前記バルブを通過するのを防止するよ うな寸法とした固形部を備えている。 またこの球形キャップの、周縁には、バルブの開き始めにおいて、流体がバル ブを通過できるようにする開口が設けられている。 固形板には、その表面と直交するオリフィスがあいており、バルブの開き始め において、流体がバルブを通過するようになっている。固形板は、バルブが開き きると分離し、その間の間隔内を流体が通過する。 バルブが開いた時の、圧力の低下は、かなり大きく、比較的長い間、流量を制 御できる。 しかし、この形式のバルブの欠点は、少からぬ機械的加工が必要であり、部品 の取り付けが難しく、製造コストが高くつくことである。 公知の別の流量制御弁は、ドイツ国特許公開第２４ ５７ ２２６号の明細書 に記載されている。これは、バルブの制御機能を改良するため、中央または周縁 に切り欠きを設けたボールバルブである。 この形式のバルブの欠点は、バルブの開き始めで、圧力を大きく低下させたい 場合には、切り欠きを小さくしなければならず、そのようにすると、流量が減る ことである。 本発明の目的は、これらの欠点を克服し、長い制御ストロークを有し、バルブ が開く時に圧力が確実に大きく低下し、かつ容易に、経済的に製造しうる流量制 御弁を提供することである。 本発明によると、上記目的は、冒頭で述べたような流量制御弁において、ボー ル又はプラグが、その表面に、いくつかの凹入溝を備え、それらは、導入管の断 面より小さな断面と、ボール又はプラグの回転軸と直交する面を有し、前記凹入 溝の内端は、ボール又はプラグが開位置の時、バルブの中心軸とおおむね平行で あるようにしたことにより達成される。 凹入溝における回転軸とおおむね直交する面に、いくつかの波形を設けてある のがよい。 凹入溝の一部を平面に、他の一部を波形とすることもある。 凹入溝が、次第に厚さを増す拡開形の断面を有しているのもよい。 凹入溝が、他の部分より厚い突起部を備えているのもよい。 この突起部が、おおむね方形の断面を有する少なくとも１つの直交する溝を形 成しているのがよい。 突起部が、いくつかの直交する溝を形成しているのもよい。 突起部が、おおむね三角形の断面を有する直交する溝を形成していることもあ る。 凹入溝が、少なくとも１つの直交する防波部を備えていることもある。 またボール又はプラグは、側方向の切り込み部を有し、バルブが開位置にある 時、その一部は、導入管と直接連通し、他の部分は、排出管と連通するようにな っているのがよい。 本発明の構成とその利点は、添付図面に基づく実施例の説明により明らかにな ると思う。 図１は、本発明によるバルブの閉位置における縦断面図である。 図２は、図１のバルブの開位置における縦断面図である。 図３は、図１の切断線Ａ−Ａにおける横断面図である。 図４ａ〜図４ｇは、本発明によるボール又はプラグにおける凹入溝の展開斜視 図である。 図５ａ〜図５ｆは、本発明によるバルブ用ボールの実施例の斜視図である。 図６は、本発明によるバルブ用プラグの実施例の斜視図である。 図７は、本発明によるバルブの別の実施例の閉位置における縦断面図である。 図１〜図３に示すように、バルブ１０のボデイ１１における受孔１２には、ボ ール１３が収容されている。 ボール１３は、回転軸１４まわりに回転し、その一例は、遮断部１５に、他側 は流量制御部１６になっている。 遮断部１５は、流体が、ボデイ１１の一側に接続されている導入管１７から、 ボデイ１１の他側に接続されている排出管１８へ流出するのを防止する。 導入管１７と排出管１８は、ボデイの軸線上に並んでいる。 流量制御部１６は、流体が、導入管１７から排出管１８へ流れるのを許す。 流量制御部１６は、回転軸１４とおおむね直交する、複数の平らな平行な面か らなる凹入溝１９を備えている。 図３に示すように、ボール１３は、回転軸１４まわりに、開角度α回転させる ことができる。 開角度αとは、ボデイ１１の軸線に対するボール１３の中心と遮断部１５の中 心を結ぶ直線のなす角度のことである。 開角度αは、ボール１３が閉位置にある時ゼロになる。ボール１３が開位置に ある時、開角度αは、９０度又はそれ以上であり、ボール１３が流量制御位置に ある時は、０度と９０度以上との間で変化する。 この実施例では、開角度αがゼロの時、遮断部１５は、導入管１７を閉鎖し、 導入管１７内の流体は、ボデイ１１を通過することはできない。 ボール１３が回転軸１４まわりに回転する時、凹入溝１９の一部は、徐々に導 入管１７と連通する。開角度αが小さい時は、凹入溝１９のごく一部のみが導入 管１７と連通するので、バルブを通過できる流量は小さい。 開角度αが大きくなると、凹入溝１９と導入管１７との連通面積は大となり、 バルブを通過する流量は大きくなる。 開角度αを制御することにより、バルブを通過する流量を正確に制御できる。 開角度αが小さくなると、凹入溝１９の面積は小さくなり、摩擦が大きくなる ので、圧力は大きく低下し、バルブを急速に開いた時に生じる問題点を回避でき る。 図４ａは、ボールの凹入溝の第１実施例を示す。 この凹入溝３０は、折り曲げ部３１と平面部３２の繰り返しからなる波形であ る。折り曲げ部３１は、前面３３と後面３４とからなっている。 この凹入溝３０では、流体は次のように流れる。 バルブが開き始めると、流体は凹入溝３０の形に従って流れ、まず平面部３２ を通り、前部３３で僅かに膨張し、後面３４で僅かに圧縮される。この膨張と圧 縮の繰り返しにより、バルブの開き始めにおける圧力は、かなり低下させられる 。 バルブが開き終わると、流体は、１枚のシーツのようになり、平面部３２を横 切って流れる。バルブが開き終わると、圧縮も膨張もなくなり、圧力の低下は生 じない。 凹入溝を、例えば波形や正弦曲線のようにし、ねじれたシーツのようにしても よい。 図４ｂは、ボールの凹入溝の第２実施例を示す。 この構成は、バルブを通過する流体が圧縮性のものである場合に特に効果があ る。 この凹入溝４０は、前面４１、後面４２、長手方向に次第に厚くなる細長い側 面４３、及び平面部４４からなる波形である。 この実施例では、バルブの開き始めで、圧力の低下は大きく、バルブが開きき ると、圧力はほとんどなくなる。 凹入溝４０は、次第に高さが大となる拡開形の断面であるので、ボールが制御 位置にあると、導入管１７に連なるバルブの一部の流体にかかる圧力は、排出管 １８に連なるバルブの一部の流体にかかる圧力よりも大きい。 また凹入溝４０は、次第に高さを増す拡開形の断面であるので、流体の膨張は 次第に大となる。 図４ｃは、ボールの凹入溝の第３実施例を示す。 図４ｂの場合のように、この実施例のものは、特に、圧縮性の流体がバルブを 流れる場合に効果的である。 凹入溝１１０は、次第に高さを増す拡開形の断面であるので、流体は膨張する 。 図４ｄは、ボールの凹入溝の第４実施例を示す。 高さが一定の凹入溝１２０には、直交する三角形の山形防波突状１２１が設け られているので、バルブの開き始めで、流体がバルブを直撃するのが防止される 。 バルブが開き終わると、流体は、図４ａで説明したように、シート状に流れる 。 図４ｅは、ボールの凹入溝の第５実施例を示す。 高さが一定の凹入溝１３０には、直交する角突状形の突起部１３１があり、お おむね方形の断面を有する直交する溝１３２が形成されている。 バルブが開き始めると、流体は、凹入溝１３０を流れて、突起部１３１に達す ると、膨張する。 さらに、突状１３１から平らな凹入溝１３０の部分へ進むと、圧縮される。 バルブの開き始めで、膨張と圧縮とにより、圧力は低下させられる。 図４ｆによる実施例は、図４ｅで説明したものと同様であるが、図４ｆのもの では、切込溝１４０における突起部１４１は、複数の直交する溝１４２を有し、 膨張と圧縮を繰り返す回数が増えている。従って、バルブの開き始めで、圧力の 低下は大きくなる。 図４ｇによる実施例では、切込溝１５０の突起部１５１は、おおむね三角形の 直交する溝１５２を有している。この実施例も、バルブの開き始めで、流体に膨 張と縮小を生じさせ、圧力を低下させる。 図５ａ〜図５ｆは、バルブに取り付けらるボールのいくつかの実施例を示す。 図５ａのものでは、ボール５０の切込溝５１は、互いに平行な平面からなり、 ボール５０の周縁から内方へ向かっている。バルブが開位置にある時、切込溝５ １の内端５２がバルブの中心軸とおおむね平行となるようになっている。 この実施例では、バルブの開き始めで、切込溝５１の小さな面積の個所のみが 、導入管１７と連通している。バルブが完全に開くと、切込溝５１の全面積が、 導入管１７と連通する。 バルブの開き始めでは、切込溝５１と導入管１７との連通面積は小さく、渦を おこすので、圧力はかなり低下する。バルブが開き終わると、流体は、ボールを 容易に通過し、圧力の低下は生じない。 図５ｂのものでは、ボール５５は、次第に高さが大となる拡開形の断面の平ら な切込溝５６を有している。この形の切込溝５６により、図４ｃで述べたように 、圧縮性流体は膨張させられる。 図５ｃのものでは、ボール６２は、図４ａで示したような切込溝６０を備えて いる。 この切込溝６０は、ボール６２の回転軸６１に対しておおむね直交する面では 波形になっている。この切込溝は、破線状、シノソイド状、又はその他の波形と してもよい。 図５ｃの切込溝６０の波形の目的は、圧力を更に下げることにある。ボールが 開き始めると、流体は、切込溝を長手方向に流れる。流体の一部が波形の部分に 当たるごとに、流体は圧縮させられる。流体は、波形部分を通過するやいなや、 膨張する。 膨張と圧縮を繰り返すことにより、圧力は大きく低下する。 ボールが開位置にある時、流体は、切込溝を横切って流れる。流体は面で動く 。従って、膨張と縮小の繰り返しがなく、圧力低下もない。 図５ｄのものでは、切込溝７０は、ボールの外周から内側方を向く第１部、す なわち、ボール７２の回転軸７１とおおむね直交する面では、波形となっており 、かつボールの外周の方を向く第２部では、おおむね平らな面となっている。こ の実施例は、図５ａと図５ｃに示す実施例の組み合わせと考えうる。 切込溝７０の波形により、バルブの開き始めで、圧力が、確実にかなり低下す る。 切込溝の平らな部分では、バルブの出口側を向く、おおむね層流となる。 バルブが開き終わると、切込溝７０の形にかかわらず、流体は平面シート状を なして流れる。 図５ｅのものでは、ボール８０の側面には、切り込み部８１が設けられている 。その寸法や位置は、ボールが開位置の時、流体が導入管１７から排出管１８へ 、直接流れように定められている。 この実施例では、ボール８０が開き始めると、切込溝のみにより、導入管１７ と排出管１８とは連通される。開き始めると、圧力は確実に低下する。 開角度αがより大きくなると、側面の切り込み部８１は、また導入管１７と排 出管１８間を連通して、圧力を低下させ、流量を増す。 図５ｆに示すのボール９０は、図４ａで述べたような波形の切込溝９３を有し 、圧縮性流体の場合に使用される。 本発明によるバルブは、図６に示すようなプラグ１００を備えていてもよい。 このプラグ１００は、外周に、回転軸１０２とおおむね直交する平行面からな る凹入溝１０１を備えている。 この実施例では、プラグ１００の開き始めには、切込溝１０１の有効面積の一 部のみが導入管１７と連通し、プラグ１００がより大きく開くと、前記切込溝の 大部分が、導入管１７と排出管１８とを連通させるようになっている。 従って、回転軸１０２まわりに回転するプラグ１００は、バルブを通過する流 量を確実に制御できる。 図７は、図１同様の実施例において、図１における方形の切込溝を、図４ｆに 示す形式の突起部１６１を有する切込溝と置き替えたものである。 これら各種の実施例は、すべて同様に作用して、本発明の目的を達成できる。 本発明は、前記実施例に限定されず、当業者ならすぐ思いつくいかなる変形例 をもふくんでいる。特に、ボール又はプラグのいずれにおいても、切込溝や凹入 部を様々に変形することができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年１０月１１日 【補正内容】 請求の範囲 １．バルブボデイの軸線と整列する導入管と排出管に連通している受孔に、バル ブボデイの軸線と直交する面にある回転軸まわりに回転する、ボール又はプラグ を備えており、このボール又はプラグは、前記バルブのボデイの受孔の内面に面 する少なくとも１つの遮断部を備え、遮断部が導入管と向かい合う時、閉位置に となり、かつ受孔の残りの内面と向い合う流量制御部を備え、遮断部の一部と流 量制御部の一部が、導入管と向かい合う時、制御位置になり、かつボール又はプ ラグは、流量制御部が導入管と向かい合う時、開位置になるようにした流量制御 弁において、 ボール（１３）（５０）（５５）（６２）（７２）（８０）（９０）又はプラ グ（１００）が、そこを通過するいくつかの凹入溝（１９）（３０）（４０）（ ５１）（５６）（６０）（７０）（９１）（１０１）を備え、各凹入溝は、導入 管（１７）の断面より小さな断面を有し、互いにおおむね平行で、かつボール又 はプラグの回転軸（１４）（６１）（７１）（１０２）と直交する中央平面を有 し、前記凹入溝の内端は、バブル又はプラグが開位置の時、バルブの軸線とおお むね平行であり、かつ前記凹入溝は、流れる流体の軸線と平行となるようになっ ている ことを特徴とする流量制御弁。 ２．凹入溝（３０）（４０）（６０）（９１）が、回転軸（６１）とおおむね直 交する面において、いくつかの波形になっていることを特徴とする請求項１記載 の流量制御弁。 ３．凹入溝（７０）の一部が平面で、他が波形であることを特徴とする請求項１ 記載の流量制御弁。 ４．凹入溝（４０）（５６）（９１）が、次第に厚さを増す拡開形の断面を有し ていることを特徴とする請求項１記載の流量制御弁。 ５．凹入溝（１３０）（１４０）（１５０）（１６０）が、他の部分より厚い突 起部（１３１）（１４１）（１５１）（１６１）を備えていることを特徴とする 請求項１記載の流量制御弁。 ６．突起部（１３１）（１４１）（１５１）（１６１）が、おおむね方形の断面 を有する少なくとも１つの直交する溝（１３２）（１４２）を形成していること を特徴とする請求項５記載の流量制御弁。 ７．突起部（１４１）（１６１）が、いくつかの直交する溝（１４２）を形成し ていることを特徴とする請求項６記載の流量制御弁。 ８．突起部（１５１）が、おおむね三角形の断面を有する直交する溝（１５２） を形成していることを特徴とする請求項５記載の流量制御弁。 ９．凹入溝（１２０）が、少なくとも１つの直交する防波突状（１２１）を備え ていることを特徴とする請求項１記載の流量制御弁。 １０．ボール（８０）又はプラグは、側面に切り込み部（８１）を有し、バルブ が開位置にある時、その一部は、導入管（１７）と直接連通し、その他の部分は 、排出管（１８）と連通するようになっていることを特徴とする請求項１記載の 流量制御弁。 バルブが開き始めると、ピストンにより、第１の平行をなす２つのデイスクの 間の間隔がなくなる。 ピストンが更に進むと、次の２つの平行をなすデイスクの間の第２間隔がなく なり、次に第３間隔等がなくなる。従って制御操作は、段階的で不連続なものと なり、満足のいかない場合がある。また、バルブの開き始めにおける、圧力の低 下は、ほんの僅かであるので、上記の問題、特に腐食、振動、機械的疲労、及び ノイズの問題は解決されていない。 公知の別の流量制御弁は、球形の挿入体を有するボールを備えている。 この挿入体は、球形キャップと、互いに平行で、球形キャップ面とおおむね平 行な一連の平らな板とからなっている。この球形キャップは、バルブが導入管と 向かい合う時、完全に密閉して、流体が前記バルブを通過するのを防止するよう な寸法とした固形部を備えている。 またこの球形キャップの周縁には、バルブの開き始めにおいて、流体がバルブ を通過できるようにする開口が設けられている。 固形板には、その表面と直交するオリフィスがあいており、バルブの開き始め において、流体がバルブを通過するようになっている。固形板は、バルブが開き きると分離し、その間の間隔内を流体が通過する。バルブが開いた時の圧力の低 下は、かなり大きく、比較的長い間、流量を制御できる。 しかし、この形式のバルブの欠点は、少なからぬ機械的加工が必要であり、部 品の取り付けが難しく、製造コストが高くつくことである。 公知の別の流量制御弁は、ドイツ国特許公開第２４ ５７ ２２６号の明細書 に記載されている。これは、バルブの制御機能を改良するため、中央または周縁 に切り欠きを設けたボールバルブである。 この形式のバルブの欠点は、バルブの開き始めで、圧力を大きく低下させたい 場合には、切り欠きを小さくしなければならず、そのようにすると、流量が減る ことである。 フランス国特許公開第１ ５１７ ００３号の明細書に記載されているバルブ は、気体の種類に応じて、気体の流れを測定できるようになっている。 円錐台形のボデイは、気体の供給管と排出管と直交して連結されており、互い に平行をなす各種寸法のスロットを備えている。気体用には、ボデイと協動する プラグがあり、スロットの一部を遮断するようになっている。 このバルブは、気体の測定上の問題を解決するためのものであって、液体の流 れを制御することはできない。 本発明の目的は、これらの欠点を克服し、長い制御ストロークを有し、バルブ が開く時に、圧力が確実に大きく低下し、かつ製造が容易に、経済的に製造しう る流量制御弁を提供することである。 本発明は、冒頭で述べたような流量制御弁において、ボール又はプラグの表面 に、いくつかの凹入溝を設けてあり、各凹入溝は、導入管の断面より小さな断面 を有し、互いにおおむね平行で、かつボール又はプラグの回転軸と直交する中央 面を有し、前記凹入溝の内端は、バルブ又はプラグが開位置の時、バルブの中心 軸とおおむね平行であり、さらに流れる流体の軸線と平行であるようになってい ることを特徴としている。 凹入溝の大体の方向を定める面は、中央面と呼ばれ、導入管と排出管の軸線と 平行で、ボール又はプラグの回転軸と直交している。 それはまた、前記凹入溝の対称面となっている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．バルブの軸線と整列する導入管と排出管が接続されているボデイの受孔に、 バルブの軸線と直交する面にある回転軸まわりに回転する、ボール又はプラグが 収容されており、ボール又はプラグは、前記バルブの表面にある少なくとも１つ の遮断部を有し、遮断部が導入管と向かい合う時、閉位置になり、かつバルブの 残りの表面に流量制御部を有し、遮断部の一部と流量制御部の一部が、導入管と 向かい合う時、制御位置になり、かつボールは、流量制御部が導入管と向かい合 う時、開位置になるようにした流量制御弁において、 ボール（１３）（５０）（５５）（６２）（７２）（８０）（９０）又はプラ グ（１００）は、その表面にいくつかの凹入溝（１９）（３０）（４０）（５１ ）（５６）（６０）（７０）（９１）（１０１）を備え、それらは、導入管（１ ７）の断面より小さな断面と、ボール又はプラグの回転軸（１４）（６１）（７ １）（１０２）と直交する面を有し、かつ前記凹入溝の内端は、バブル又はプラ グが開位置の時、バルブの軸線とおおむね平行となるようにしたことを特徴とす る流量制御弁。 ２．凹入溝（３０）（４０）（６０）（９１）が、回転軸（６１）とおおむね直 交する面において、いくつかの波形になっていることを特徴とする請求項１記載 の流量制御弁。 ３．凹入溝（７０）の一部が平面で、他が波形であることを特徴とする請求項１ 記載の流量制御弁。 ４．凹入溝（４０）（５６）（９１）が、次第に厚さを増す拡開形の断面を有し ていることを特徴とする請求項１記載の流量制御弁。 ５．凹入溝（１３０）（１４０）（１５０）（１６０）が、他の部分より厚い突 起部（１３１）（１４１）（１５１）（１６１）を備えていることを特徴とする 請求項１記載の流量制御弁。 ６．突起部（１３１）（１４１）（１５１）（１６１）が、おおむね方形の断面 を有する少なくとも１つの直交する溝（１３２）（１４２）を形成していること を特徴とする請求項５記載の流量制御弁。 ７．突起部（１４１）（１６１）が、いくつかの直交する溝（１４２）を形成し ていることを特徴とする請求項６記載の流量制御弁。 ８．突起部（１５１）が、おおむね三角形の断面を有する直交する溝（１５２） を形成していることを特徴とする請求項５記載の流量制御弁。 ９．凹入溝（１２０）が、少なくとも１つの直交する防波突状（１２１）を備え ていることを特徴とする請求項１記載の流量制御弁。 １０．ボール（８０）又はプラグは、側面に切り込み部（８１）を有し、バルブ が開位置にある時、その一部は、導入管（１７）と直接連通し、その他の部分は 、排出管（１８）と連通するようになっていることを特徴とする請求項１記載の 流量制御弁。