JPS63180704A - 多段階開度弁 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は液体ロケットエンジンの流量制御等に使用する
多段階開度弁に関するものである。

（従来の技術） 流量制御機能を有する多段階開度弁では、弁体駆動装置
に油圧サーボ機構を使用するか、第３図に示すピストン
及びリンク機構、または第４図に示す同軸多重ピストン
を使用している。

次に第３図に示す弁体駆動装置を具体的に説明すると、
（ａ）がボール弁（多段階開度弁）　、　（ａｌ）が同
ポール弁（ａ）の弁箱、　（ａ２）が同ポール弁（ａ）
の球状弁体、（ａ３）が同ポール弁（ａ）の入口、　　
（ａ、、）が同ポール弁（ａ）の出口、　　（ｂｔ）が
上記弁体（ａ２）に連結した第１リンク、　（ｂｚ）が
同第１リンク（ｂ、）に枢支した第２リンク、　（ｂ３
）が同第２リンク（ｂ２）に枢支した第３リンク、　（
ｂｔ）が同第３リンク（ｂ３）の一端部に枢支した第４
リンク、　（ｂｓ）が同第４リンク（ｂ４）に枢支した
第５リンク、　（ｂ６）が同第５リンク（ｂ５）の一端
部に枢支した第６リンク、　（ｃｌ）　（ｃ２）（Ｃ３
）が並列状態に設けた第１．第２．第３シリンダ、　（
ｄｔ）　（ｄｚ）　（ｄｚ）が同第１シリンダ〜第３シ
リンダ（ｃｌ）　（ｃ２）　（ｃ−）に嵌挿した第１．
第２．第３ピストンで、第１ピストン（ｄｌ）のピスト
ンロッドが第３リンク（ｂ３）の他端部に枢支され、第
２ピストン（ｄ２）のピストンロッドが第５リンク（ｂ
５）の他端部に枢支され、第３ピストン（ｄ３）のピス
トンロッドが第６リンク（ｂ６）に枢支されている。ま
た（ｅｌ）（ｅｚ）（ｅ：＋）（ｆｌ）（ｆｚ）（ｆｓ
）が第１シールリング〜第６シールリングで、第１〜第
３シールリング（ｅ、）（ｅ２）（ｅ３）が第１ピスト
ン〜第３ピストン（ｄｌ）　（ｄｚ）　（ａ３）の外周
面に設けた環状溝に嵌挿され５第４シールリング〜第６
シールリング（ｆｌ）　（ｆ２）　（ｆ３）が第１〜第
３ピストン（ｄｔ）　（ｄｚ）　（ｄ：＋）のピストン
ロッド貫通孔面に設けた環状溝に嵌挿されている。また
（ｇ＋）（ｇｚ）　（ｇ３）が第１ピストン〜第３ピス
トン（ｄｌ）（ｄｚ）（ｄ３）のヘッド側及びロッド側
に開口した第１．第２、第３ポートで、圧縮性流体（ガ
ス）を第１ピストン（ｄｌ）のヘッド側及びロッド側に
給排して。

第１ピストン（ｄ、）を第３図の位置から前進させると
、第３リンク（ｂ３）が右側の枢支点を中心に反時計方
向に回転し、その動きが第２リンク（ｂ２）及び第１リ
ンク（ｂｌ）を介して弁体（ａ２）に伝えられ、同弁体
（ａ２）が回転して、ボール弁（ａ）の開度が変えられ
る。またこの状態から、圧縮性流体を第２ピストン（ｄ
２）のヘッド側及びロッド側に給排して。

同第２ピストン（ｄ２）を第３図の位置から前進させる
と、第５リンク（ｂ５）が右側の枢支点を中心に反時計
方向に回転し、その動きが第４リンク〜第１リンク（ｂ
４）〜（ｂｌ）を介して弁体（ａ２）に伝えられ。

同弁体（ａ２）が回転して、ボール弁（ａ）の開度が変
えられる。またこの状態から、圧縮性流体を第３ピスト
ン（ｄ３）のヘッド側及びロッド側に給排して。

同第３ピストン（ｄ３）を第３図の位置から前進させる
と、第６リンク（ｂ６）が前進し、第５リンク（ｂ５）
が左側の枢支点を中心に時計方向に回転し、その動きが
第４リンク〜第１リンク（ｂ４）〜（ｂｌ）を介して弁
体（ａ２）に伝えられ、同弁体（ａ２）が回転して。

ボール弁（ａ）の開度がさらに変えられる。また第１ピ
ストン〜第３ピストン（ｄ３）　（ｄ２）　（ｄｌ）を
順次後退させると、ボール弁（ａ）の開度が上記と逆に
変えられて、前記当初の状態に戻るようになっている。

次に前記第４図の弁体駆動装置を具体的に説明すると、
（ａ）がボール弁（多段階開度弁）　、　（ａ、）が同
ボール弁（ａ）の弁箱、（ａ２）が同ボール弁（ａ）の
球状弁体、　（ａ３）が同ボール弁（ａ）の入口、　（
ａ４．）が同ボール弁（ａ）の出口、　（ｂ＋）が上記
弁体（ａ２）に連結した第１リンク、　（ｂｚ）が同第
１リンク（ｂ、）に枢支した第２リンク、（ｈ）がシリ
ンダ、　（ｉ）　（ｊ）（ｋ）が同シリンダ（ｈ）内に
同軸多重に嵌挿した第１、第２．第３ピストン、　（ｉ
、）が同第１シリンダ（ｉ）のピストンロッドで、同ピ
ストンロッド（１１）が第２リンク（ｂ２）に枢支され
ている。また（１）　（ｍ）（ｎ）　（ｏ）　（ｐ）　
（ｑ）　（ｒ）　（ｓ）が第１シールリング〜第８シー
ルリングで、第１シールリング〜第３シールリング（１
）　（ｍ）　（ｎ）が第１ピストン〜第３ピストン（ｉ
）（ｊ）（ｋ）の外周面に設けた環状溝に嵌挿され。

第４．第５シールリング（ｏ）　（ｐ）が第２ピストン
（ｊ）を支持するシリンダ（ｈ）側摺動面に設けた環状
溝に嵌挿され、第６．第７シールリング（ｑ）　（ｒ）
が第３ピストン（ｋ）を支持するシリンダ（ｈ）側摺動
面に設けた環状溝に嵌挿され、第８シールリング（ｓ）
がピストンロッド（ｉＩ）の貫通孔面に設けた環状溝に
嵌挿されている。また（ｔｌ）　（ｔ２）　（ｔ３）が
上記第１ピストン〜第３ピストン（ｉ）（ｊ）（ｋ）の
両側に開口したボートで、圧縮性流体を第３ピストン（
ｋ）の両側に給排して、第第３ピストン（ｋ）を第４図
の位置からシリンダ（ｈ）の段部に当接するまで前進さ
せると、その動きが第２ピストン（ｊ）　　と第１ピス
トン（ｉ）及びピストンロッド（ｉ、）と第２リンク（
ｂ２）と第１リンク（ｂ、）とを介して弁体（ａ２）に
伝えられ、同弁体（ａ２）が回転して、ボール弁（ａ）
の開度が変えられる。またこの状態から、圧縮性流体を
第２ピストン（ｊ）の両側に給排して。

同第２ピストン（ｊ）をシリンダ（ｈ）の段部に当接す
るまで前進させると、その動きが第１ピストン（ｉ）及
びピストンロッド（ｉ、）と第２リンク（ｂ２）と第１
リンク（ｂｌ）とを介して弁体（ａ２）に伝えられ。

同弁体（ａ２）が回転して、ボール弁（ａ）の開度が変
えられる。またこの状態から、圧縮性流体を第１ピスト
ン（ｉ）の両側に給排して、同第１ピストン（ｉ）を第
２ピストン（ｊ）の段部に当接するまで前進させると、
その動きがピストンロッド（１１）と第２リンク（ｂｚ
）と第１リンク（ｂｌ）とを介して弁体（ａ　　　　　
　’２）に伝えられ、同弁体（ａ２）が回転して、ボー
ル弁（ａ）の開度がさらに変えられる。また第１ピスト
ン〜第３ピストン（ｉ）（ｊ）（ｋ）を順次後退させる
と。

ボール弁（ａ）の開度が上記と逆に変えられて、前記当
初の状態に戻るようになっている。

（発明が解決しようとする問題点） 前記のように弁体駆動装置に油圧サーボ機構を使用する
場合には、閉帰還制御になるので、制御機構が複雑にな
る。また駆動装置の作動流体に非圧縮性流体（液体）を
使用するので、保温処置。

漏れに対する清浄度管理が必要になる。

また弁体駆動装置に第３図のピストン及びリンク機構、
または第４図の同軸多重ピストンを使用する場合には、
多数のシールリングが必要になるので、信頼性が低下す
る。また第３，４図の弁体駆動装置は２機構が複雑で、
剛性を確保し難く。

剛性を確保しようとすると１重量が増加するいう問題が
あった。

（問題点を解決するための手段） 本発明は前記の問題点に対処するもので、複数個のピス
トンを順次作動して、弁体の開度を多段階に変える弁体
駆動装置を具えた多段階開度弁において、前記各ピスト
ンを直列に且つ相対移動可能に組付けて、シリンダ内に
嵌挿するとともに。

反弁体側のピストンを同シリンダ内に所定のストローク
移動可能に支持し、同各ピストンに対する作動流体給徘
孔を上記シリンダ壁に設けたことを特徴とする多段階開
度弁に係わり、その目的とする処は５サ一ボ制御機構を
使用する必要がなくて。

弁体駆動装置を簡略化、軽量化できる。作動流体に圧縮
性流体を使用できで、保温処置、漏れに対する清浄度管
理を必要としない。さらにシールリングの数を減少でき
て、信頼性を向上できる改良された多段階開度弁を供す
る点にある。

（作用） 本発明の多段階開度弁は前記のように構成されており、
各ピストン間のシリンダ壁に設けたポートから作動流体
を給排すると、各ピストンが相対移動し、その動きが弁
体側のピストンがら弁体に伝えられて、弁体が予め設定
した各位置に停止する。

（実施例） 次に本発明の多段階開度弁を液体ロケットエンジンの流
Ｍ調整用ポール弁に適用した第１図に示す一実施例によ
り説明すると、（１）がボール弁。

（１ａ）が同ボール弁（１）の弁箱、　＜ｌｂ）が同ボ
ール弁（１）の球状弁体、　（ｌｃ）が同ボール弁（１
）の入口。

（１ｄ）が同ボール弁（１）の出口、（２）が上記弁体
（１ｂ）に連結した第１リンク、（３）が同第１リンク
（２）に枢支した第２リンク、（４）がピストンロッド
で、同ピストンロッド（４）の一端部には、小径ピスト
ン（５）が設けられ、同ピストンロッド（４）の他端部
には、同ピストン（５）によりも口径の大きい第１ピス
トン（６）が設けられている。また（７）が第２ピスト
ン、（８）が第３ピストンで、同第２ピストン（７）が
第１ピストン（６）にストローク（Ａ）だけ相対移動可
能に組み付けられ、また同第３ピストン（８）が同第２
ピストン（７）にストローク（Ｂ）だけ相対移動可能に
組み付けられると同時にシリンダ（１７）にストローク
（Ｃ）だけ移動可能に係合している。また上記各ピスト
ンがシリンダ（１７）の内周面の環状溝に嵌挿したシー
ルリング（９）　（１０）　（１１）　（１２）に接触
して、シリンダ（１７）内が圧力的に独立した室に分離
されており、同各室と　　　□対向するシリンダ（１７
）壁にポート（１３）　（１４）　（１５）　（１６）
が設けられ、上記第１〜第３ピストン（６）　（７）　
（８）は同じ受圧面積をもち、またピストン（５）の受
圧面積は第１ピストン（６）の受圧面積よりも小さくな
っている。

次に前記第１図に示す多段階開度弁の作用を具体的に説
明する。ポー）　（１３）に圧縮性流体を定常的に供給
している。このとき、ポート（１４）を大気に開放する
と、ピストン（５）とピストンロッド（４）と第１ピス
トン（６）とが第１図の位置よりも左方へ移動し、また
ポート（１４）に圧縮性流体を供給し、ポート（１５）
を大気に開放すると、第２ピストン（７）が第１図の位
置よりも左方へ移動し、またポー）　（１６）に圧縮性
流体を大気に開放すると。

第３ピストン（８）が第１図の位置よりも左方へ移動し
て、同第３ピストン（８）がシリンダ（１７）壁に当接
する。この各ポート（１４）　（１５）　（１６）を大
気に開放した状態を初期状態とすると、この状態から。

ポー）　（１６）に同じ圧力の圧縮性流体を供給した場
合、第３ピストン（８）の受圧面積の差により、同第３
ピストン（８）と第２ピストン（７）と第１ピストン（
６）とピストンロッド（４）とがストローク（Ｃ）に相
当する分だけ右方に押し戻されるが、それ以上右方に移
動できなくて、その位置に保持される”　このように各
ポートに圧縮性流体を供給したときの状態をＸαで表す
変数とすると（Ｘ：加圧時は１．大気開放時は０である
。またαはポート番号を表す添字である）と、ピストン
ロッド（４）の初期位置からの移動距離Ｚは１次の式に
より表すことができる。

Ｚ　＝　／’ｚａ＋　Ｂ　＋ｓ＋　Ｃ１ｂまたＸは、各
ポートに介して独立変数であるため。

Ｚは、最大２３−８種類の値をとり得る。このピストン
ロッド（４）の位置を第２リンク（３）及び第２リンク
（２）を介して球状弁体（１ｂ）に伝えることにより、
全開、全閉を含めて８種類の弁開度位置を選択できる。

なおフリーピストン（第１．２゜３ピストン（６）　（
７）　（８）　）の数をＫとすると、これを増加するこ
とにより、停止位置数が２（Ｋ″Ｉゝになるため、スト
ローク（遊び）の異なるフリーピストン数を増加させる
と、停止位置の数がさらに多い多段階開度弁になる。

また第２図は、ポペット弁に適用した他の実施例で、　
（１’）がポペット弁、　（ｌａ’）が同ポペット弁（
１゛）の弁箱、（ｌｂ’）が同ポペット弁（１゛）の弁
体、（１ｃ＋）が同ポペット弁（１′）の入口、　（ｌ
ｄ’）が同ポペット弁（１”）の出口で、第１ピストン
（６）が上記ポペット弁（１゛）の弁体（ｌｂ’）に直
結されている以外は、前記第１図の実施例と同様に構成
されており。

同様の作用が行われる。

（発明の効果） 本発明の他段階開度弁は前記のように各ピストンを直列
に且つ相対移動可能に組付けて、シリンダ内に嵌挿する
とともに１反弁体側のピストンを同シリンダ内に所定の
ストローク移動可能に支持し、同各ピストンに対する作
動流体給徘孔を上記シリンダ壁に設けており、各ピスト
ン間のシリンダ壁に設けたポートから作動流体を給排す
ると。

各ピストンが相対移動し、その動きが弁体側のピストン
から弁体に伝えられて、弁体が予め設定した各位置に停
止するので、サーボ制御機構を使用する必要がなくて、
弁体駆動装置を簡略化、軽量化できる。また作動流体に
圧縮性流体を使用できで、保温処置、漏れに対する清浄
度管理を必要としない。またシールリングをシリンダ壁
に各ピストンに対応して設ければよく、シールリングの
数を減少できて、多段階開度弁の信頼性を向上できる効
果がある。

以上本発明を実施例により説明したが、勿論本発明はこ
のような実施例だけに局限されるものでなく１本発明の
精神を逸脱しない範囲で種々の設計の改変を施しうるち
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる多段階開度弁を流量調整用ボー
ル弁に通用した一実施例を示す横断平面図、第２回はポ
ペット弁に適用した他の実施例を示す横断平面図、第３
図は従来の他段階開度弁の一例を示す横断平面図、第４
図は従来の他段階開度弁の他の例を示す横断平面図であ
る。 （１）（１’）　　・・・多段階開度弁、　（６）　（
７）　（８）・・・複数個のピストン、　（１３）　（
１４）　（１５）　（１６）・・・作動流体給徘孔、　
（１７）　　・・・シリンダ、（Δ）・・・ヒストン（
６）のストローク、（Ｂ）・・・ピストン（７）のスト
ローク、（Ｃ）・・・ピストン（８）のストローク。 復代理人弁理士岡本重文外２名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数個のピストンを順次作動して、弁体の開度を多段階
   に変える弁体駆動装置を具えた多段階開度弁において、
   前記各ピストンを直列に且つ相対移動可能に組付けて、
   シリンダ内に嵌挿するとともに、反弁体側のピストンを
   同シリンダ内に所定のストローク移動可能に支持し、同
   各ピストンに対する作動流体給徘孔を上記シリンダ壁に
   設けたことを特徴とする多段階開度弁。