JP2017020579A - 調節弁 - Google Patents

Abstract

【課題】動作の安定性が高い調節弁を提供する。【解決手段】本発明に係る調節弁は、第１流路（１ａ）および第２流路（１ｂ）が形成された弁箱（１）と、第１流路と第２流路との境界（１ｃ）に設けられた第１絞り部（２０）を有するケージ（２）と、ケージの内側に摺動可能に挿入された第２絞り部（４２）を有するプラグヘッド（４０）と、プラグヘッドを保持するプラグガイド（４１）を摺動可能に保持するガイドリング（３）とを備え、調節弁の閉状態において、第１絞り部の貫通孔（２０ｂ＿１）とプラグヘッドの他端側の端部（４ｂｅ）との間の距離（Ｌ１）は、第２絞り部の貫通孔（４２ａ＿１）とケージの開口した一端側の端部（２ｂｅ）との間の距離（Ｌ２）よりも短いことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、調節弁に関し、例えば、ケージ型の単座調節弁に関する。

従来から、汎用的な単座調節弁（例えば特許文献１、２参照）において、調節弁内部を通過する液体の差圧が大きい場合にキャビテーションが発生することが知られている。キャビテーションとは、調節弁内部を液体が通過するときの圧力差により、液体中に気泡が発生し、発生した気泡が消滅する現象である。キャビテーションが発生した場合、調節弁として許容できない振動や騒音が発生するとともに、気泡が消滅するときに生じる高い衝撃圧によって調節弁の内壁が損傷する（エロージョン）おそれがある。

このような調節弁におけるキャビテーションの発生を抑制するための従来技術として、例えば特許文献３に、多孔を有する固定ケージ部と、開孔面積が可変である多孔を有する２つの可変ケージ部とを設けることにより、高圧流体を減圧するケージ型減圧装置が開示されている。

特開２０１０−０５４０１９号公報 特開２０００−８１１６６３号公報 特開２０１１−２３６９６２号公報

しかしながら、特許文献３に示されるような複数の可変ケージ部（以下、「可変絞り部」とも称する。）によって減圧する構成の調節弁では、夫々の可変絞り部を開口する順番によっては、調節弁の動作が不安定となることが、本願発明者による本願に先立って行われた検討により明らかとなった。すなわち、特許文献３の同文献の図４に示されるように、流体の流れに対して後段の可変絞り部が前段の可変絞り部よりも先に開く構成の調節弁では、振動や騒音が発生し、不安定な挙動を示すおそれがある。

図１１は、従来の２つの可変絞り部を有する調節弁の流体反力の特性を示す図である。
ここで、流体反力とは、調節弁に流体が導入されたときに調節弁が流体から受ける力である。同図において、縦軸は調節弁におけるプラグに対する流体反力を表し、横軸は調節弁の弁開度を表している。また、同図には、複数の可変絞り部を有し、後段の可変絞り部が前段の可変絞り部よりも先に開く構成を有する従来の調節弁の流体反力の特性が示されている。

複数の可変絞り部を有する調節弁において後段の可変絞り部を前段の可変絞り部よりも先に開いた場合、図１１の参照符号５００に示されるように、弁開度に対する流体反力の勾配が大きく“正”となる状態が現れる。この流体反力の正の勾配が調節弁の操作器の剛性に対して大きい場合、振動や騒音が発生し、調節弁の動作が不安定となる可能性が高い。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、動作の安定性が高い調節弁を提供することにある。

本発明に係る調節弁は、第１流路（１ａ）および第２流路（１ｂ）が形成された弁箱（１）と、一端が開口し他端に底部（２ａ）を有する筒状に形成され、底部を有する他端側の側壁（２ｃ）を貫通する貫通孔（２０ａ，２０ｂ）を含む第１絞り部（２０）を有し、開口した一端（２ｂ）が第２流路内に配置され、底部を有する他端が第１流路内に配置されるケージ（２）と、筒状に形成され、一端（４ａ）側の側壁（４ｃ）を貫通する貫通孔（４２ａ）を含む第２絞り部（４２）を有し、ケージの内側に挿入されて、他端（４ｂ）側をケージの底部側にして摺動可能に設けられたプラグヘッド（４０）と、プラグヘッドを保持するプラグガイド（４１）とを有するプラグ（４）と、筒状に形成され、一端（３ａ）が弁箱の第２流路側に固定され、側壁（３ｃ）の内側にプラグガイドを摺動可能に保持するガイドリング（３）とを有し、第１絞り部（２０）がプラグヘッドの他端側の側壁（４ｃ）によって閉塞されるとともに、第２絞り部（４２）がケージの開口した一端側の側壁（２ｃ）によって閉塞された閉状態において、第１絞り部の貫通孔（２０ｂ＿１）とプラグヘッドの他端側の端部（４ｂｅ）との間の距離（Ｌ１）は、第２絞り部の貫通孔（４２ａ＿１）とケージの開口した一端側の端部（２ｂｅ）との間の距離（Ｌ２）よりも短いことを特徴とする。

上記調節弁において、ケージは、ケージの底部（２ａ）を貫通する貫通孔から成る第３絞り部（２１）を更に有し、第３絞り部は、プラグヘッドの摺動によらず開口していてもよい。

上記調節弁において、第１絞り部（２０）は、千鳥配置された複数の貫通孔（２０ａ，２０ｂ）から構成されていてもよい。

上記調節弁において、第２絞り部（４２）は、千鳥配置された複数の貫通孔（４２ａ，５２ｂ）から構成されていてもよい。

上記調節弁において、ガイドリングは、他端（３ｂ）がケージの開口した一端（２ｄ）と接するとともに、他端側の側壁（３ｃ）を貫通する貫通孔（３０ａ）を含む第４絞り部（３０）を有し、ガイドリングの第４絞り部が形成された側壁の内周面とプラグとの間には隙間（８）が形成されていてもよい。

なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を、括弧を付して記載している。

以上説明したことにより、本発明によれば、動作の安定性が高い調節弁を提供することができる。

図１は、実施の形態１に係る調節弁の断面構造を模式的に示す図である。 図２は、図１に示される調節弁の要部（トリム）の断面構造を模式的に示す図である。 図３は、実施の形態１に係る調節弁におけるケージ側の固定絞り部の平面構造を示す図である。 図４は、実施の形態１に係る調節弁における可変絞り部の平面構造を模式的に示す図である。 図５Ａは、プラグヘッドの摺動に伴うケージ側の可変絞り部とプラグヘッド側の可変絞り部の開口状態を示す図である。 図５Ｂは、プラグヘッドの摺動に伴うケージ側の可変絞り部とプラグヘッド側の可変絞り部の開口状態を示す図である。 図５Ｃは、プラグヘッドの摺動に伴うケージ側の可変絞り部とプラグヘッド側の可変絞り部の開口状態を示す図である。 図６は、実施の形態１に係る調節弁の弁開度に対するケージおよびプラグヘッドの絞り部の開口面積の変化を示す図である。 図７は、実施の形態１に係る調節弁の流体反力の特性を示す図である。 図８は、実施の形態２に係る調節弁の断面構造を模式的に示す図である。 図９は、実施の形態３に係る調節弁の断面構造を模式的に示す図である。 図１０は、図９に示される調節弁の要部（トリム）の断面構造を模式的に示す図である。 図１１は、従来の２つの可変絞り部を有する調節弁の流体反力の特性を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

≪実施の形態１≫
図１は、実施の形態１に係る調節弁の断面構造を模式的に示す図である。
図２は、図１に示される調節弁の要部（トリム）の断面構造を模式的に示す図である。
図１に示される調節弁１００は、一方の流路から他方の流路への流体の流れを制御するケージ型の単座調節弁である。調節弁１００は、上記２つの流路間に設けられた２つの可変絞り部を有し、弁体としてのプラグヘッドの摺動に応じて、初段の可変絞り部を一部開口させた後に、初段および後段の可変絞り部の開口面積を連続的に変化させることにより、一方の流路に流れる流体の圧力を減圧して他方の流路に流すものである。

なお、本実施の形態では、調節弁１００が、流路１ａに導入された流体を流路１ｂから放出するものとして説明するが、これに限定されるものではない。また、調節弁１００に導入される流体は、液体であってもよいし、気体であってもよく、特に限定されない。

図１に示されるように、調節弁１００は、弁箱１、ケージ２、ガイドリング３、プラグ４、ステム５、および蓋体６を備えている。これらの調節弁１００を構成する機能部は、流体の流通による変形や腐食を防止する可能な材料（例えば、金属）で形成されている。

弁箱（本体）１は、内部に２つの流路１ａ，１ｂが形成され、流路１ａと流路１ｂとの間の境界部分１ｃはケージ２が載置可能な形状を有している。

ケージ２は、一端が有底の筒形状に形成されている。図１、２に示されるように、ケージ２は、ケージ２の一端としての底部２ａが流路１ａ内に、ケージ２の他端としての開口部２ｂが流路１ｂ内に配置されるように、弁箱１の境界部分１ｃに固定されている。なお、ケージ２と弁箱１との間には、適宜、シートガスケットを挟んでもよい。

ケージ２は、流体を流路１ａからケージ２の内側へ流量を絞って導くための可変絞り部２０および固定絞り部２１を有する。可変絞り部２０は、ケージ２の側壁２ｃを貫通する貫通孔から構成されており、後述するプラグヘッド４０の摺動に応じてその開口面積（貫通孔の総開口面積）が可変となる。なお、可変絞り部２０の詳細については後述する。

一方、固定絞り部２１は、ケージ２の底部２ａを貫通する貫通孔から構成されており、プラグヘッド４０の摺動によらず、その開口面積が一定となる。
図３は、ケージ側の固定絞り部２１の平面構造を示す図である。
図３には、図１におけるケージ２の底部２ａをケージ２の外側から見たときの固定絞り部２１の平面構造が示されている。

図３に示すように、固定絞り部２１は、例えば、ケージ２の側壁２ｃと同心円の円周上に形成された、底部２ａを貫通する複数の貫通孔２１ａによって実現することができる。ケージ２の底面２ａにおける貫通孔２１ｃが形成された領域は、プラグヘッド４０の摺動によらずその開口面積が一定となるように、プラグヘッド４０の摺動によってプラグヘッド４０と接触しないように構成されている。

プラグ４は、図２に示されるように、弁体としてのプラグヘッド４０と、プラグヘッド４０を支持するプラグガイド４１とを有する。なお、図１、２では、プラグヘッド４０とプラグガイド４１とが一体形成されている例を示しているが、これに限定されず、プラグヘッド４０とプラグガイド４１とが別個の部材によって形成され、互いに結合されていてもよい。

プラグヘッド４０は、筒形状に形成されている。図１、２に示されるように、プラグヘッド４０は、一端４ａがケージ２の開口部２ｂ側に、他端の開口部４ｂがケージ２の底部２ａ側になるように、ケージ２の内側に摺動可能に挿入されている。プラグヘッド４０は、流体をプラグヘッド４０の内側から流路１ｂへ流量を絞って導くための可変絞り部４２を有する。可変絞り部４２は、プラグヘッド４０の一端４ａ側の側壁４ｃを貫通する貫通孔から構成されており、後述するプラグヘッド４０の摺動に応じてその開口面積（貫通孔の総開口面積）が可変となる。なお、可変絞り部４２の詳細については後述する。

ガイドリング３は、ステム５の進退動に応じたプラグ４の動きをガイドする部材であり、筒状に形成され、側壁３ｃの内側にプラグガイド４１を摺動可能に保持する。

また、ガイドリング３の一端側の開口部３ａは、弁箱１の流路１ｂ側に固定されている。具体的には、図１に示すように、ガイドリング３の一端側の開口部３ａの縁が断面視Ｌ字状に形成され、そのＬ字状部分が弁箱１の上部に形成された溝部１ｄに載置されている。なお、ガイドリング３と溝部１ｄとの間にはガスケットを挟んでもよい。

一方、ガイドリング３の他端側の開口部３ｂは、ケージ２の開口部２ｂに接して配置されている。具体的には、図１、２に示すように、ケージ２の開口部２ｂに形成された凸部２ｄを、ガイドリング３の開口部３ｂの内縁部分によって外側から嵌合することで、ガイドリング３とケージ２とが接合される。

また、ガイドリング３における開口部３ｂ側の側壁３１には、流体をガイドリング３の内側から流路１ｂへ流量を絞って導くための固定絞り部３０が形成されている。固定絞り部３０は、ガイドリング３における開口部３ｂ側の側壁３ｃを貫通する複数の貫通孔３０ａから構成されている。

固定絞り部３０は、プラグヘッド４０の摺動によらず、その開口面積が一定となるように構成されている。具体的には、ガイドリング３の開口部３ｂ側の側壁３ｃの内周面とプラグガイド４１との間に隙間（空間）８を形成することにより、プラグヘッド４０の摺動によって固定絞り部３０の貫通孔が閉塞しないように構成されている。隙間８を形成する方法としては、例えば、図２に示すように、ガイドリング３における開口部３ｂ側の側壁３ｃを開口部３ａ側の側壁３ｄよりも薄く形成することにより、側壁３ｃの内径を側壁３ｄの内径よりも大きくすればよい。

上記のようにガイドリング３を構成することにより、プラグ４の摺動によらず、ガイドリング３の内側と流路１ｂとの間で固定絞り部３０を介して流体が移動可能となる。

ステム５は、弁体１に挿通し、プラグ４と連結された棒状の部材である。ステム５の一端は、プラグガイド４１に形成された凹部４ｄに挿入されて固定され、ステム５の他端は、調節弁１００のプラグ４を操作するための操作部（図示せず）と接続されている。上記操作部がステム５を一方向に進退動させることにより、ステム５に連結されたプラグ４が、ケージ２およびガイドリング３の内側をＹ軸方向に摺動する。

蓋体６は、弁箱１の上部の開口部を覆うように配置される。具体的には、図１に示されるように、蓋体６は、弁箱１（溝部１ｄ）との間でガイドリング３を挟持するように、弁箱１の上部にボルト７によって固定される。

次に、可変絞り部２０、４２について詳細に説明する。
可変絞り部２０、４２は、上述したように、流路１ａから流路１ｂに流れる流体の流量を調節するための機能部である。
図４は、可変絞り部２０の平面構造を模式的に示す図である。
同図には、ケージ２の側壁２ｃを外側から見たときの可変絞り部２０の一部の平面構造が示されている。
なお、本実施の形態では、可変絞り部２０と可変絞り部４２とは、同様の構成を有するものとし、以下では代表的に可変絞り部２０について説明する。

図４に示されるように、可変絞り部２０は、例えば千鳥配置された複数の貫通孔２０ａ，２０ｂから構成されている。具体的には、複数の貫通孔２０ａから成る一列の貫通孔群２０Ａと、複数の貫通孔２０ｂから成る一列の貫通孔群２０Ｂとが、互いの貫通孔２０ａ，２０ｂの中心軸をずらして交互に配置されている。夫々の貫通孔２０ａ，２０ｂの形状は、図４に示すように円形状であってもよいし、多角形状であってもよく、特に制限はない。

また、可変絞り部２０の貫通孔２０ａ，２０ｂは、ケージ２の底部２ａ側の側壁２ｃに形成され、可変絞り部４２の貫通孔４２ａ，４２ｂは、プラグヘッド４０の底部４ａ側の側壁４ｃに形成されている。
具体的には、図２に示されるように、可変絞り部２０がプラグヘッド４０の他端側の側壁４ｃによって閉塞されるとともに、可変絞り部４２がケージ２の開口した開口部２ｂの側壁２ｃによって閉塞された閉状態において、可変絞り部２０の貫通孔２０ａ，ｂとプラグヘッド４０の開口部４ｂ側の端部４ｂｅとの間の距離が可変絞り部４２の貫通孔４２＿１とケージ２の開口部２ｂの端部２ｂｅとの間の距離よりも短くなる位置に、可変絞り部２０、４２の貫通孔が夫々形成されている。

ここで、可変絞り部２０の貫通孔２０ａ，ｂとプラグヘッド４０の開口部４ｂ側の端部４ｂｅとの間の距離とは、図２に示すように、可変絞り部２０を構成する複数の貫通孔２０ａ，２０ｂのうち、Ｙ軸方向に最も底部２ａ側に形成された貫通孔２０ｂ＿１と、プラグヘッド４０の端部４ｂｅとの間の距離Ｌ１である。また、可変絞り部４２の貫通孔４２＿１とケージ２の開口部２ｂの端部２ｂｅとの間の距離とは、図２に示すように、可変絞り部４２を構成する複数の貫通孔４２ａ，４２ｂのうち、Ｙ軸方向に最もプラグガイド４１側に形成された貫通孔４２ａ＿１と、ケージ２の端部２ｂｅとの間の距離Ｌ２である。

これによれば、プラグヘッド４０をＹ軸の正方向に摺動させたとき、最初に可変絞り部２０の貫通孔２０ａ，２０ｂが開口し、貫通孔２０ａ，２０ｂの一部が開口した後に、可変絞り部４２の貫通孔４２ａ，４２ｂが可変絞り部２０の貫通孔２０ａ，２０ｂとともに開口する。

次に、実施の形態１に係る調節弁１００による流体の制御について説明する。
図５Ａ〜図５Ｃは、プラグヘッドの摺動に伴うケージ側の可変絞り部とプラグヘッド側の可変絞り部の開口状態を示す図である。
図５Ａには、可変絞り部２０および可変絞り部４２がともに閉塞しているときの調節弁１００の要部の状態が示され、図５Ｂには、可変絞り部２０の一部が開口し、可変絞り部４２が閉塞しているときの調節弁１００の要部の状態が示され、図５Ｃには、可変絞り部２０および可変絞り部４２がともに開口しているときの調節弁１００の要部の状態が示されている。

図６は、実施の形態１に係る調節弁の弁開度に対するケージおよびプラグヘッドの絞り部の開口面積の変化を示す図である。図６において、参照符号１４０は、調節弁１００の弁開度に対するケージ２側の絞り部（可変絞り部２０および固定絞り部２１）の全開口面積を表し、参照符号１４１は、調節弁１００の弁開度に対するプラグヘッド４０側の絞り部（可変絞り部１４０）の全開口面積を表している。

先ず、図５Ａに示すように、調節弁１００の弁開度が０％の閉状態では、可変絞り部２０がプラグヘッド４０の他端側の側壁４ｃによって閉塞されるとともに、可変絞り部４２がケージ２の開口した開口部２ｂの側壁２ｃによって閉塞される。具体的には、ケージ２側の可変絞り部２０の全ての貫通孔２０ａ，２０ｂがプラグヘッド４０の側壁４ｄによって閉塞されるとともに、プラグヘッド４０側の可変絞り部４２の貫通孔４２ａ，４２ｂがケージ２の側壁２ｃによって閉塞される。

この閉状態（図６における弁開度Ｐ０）において、ケージ２側では、可変絞り部２０は閉塞しているが、固定の絞り部２１が開口しているため、図６に示すように、ケージ２側の絞り部の全開口面積は、固定絞り部２１の開口面積に応じた一定の面積“Ｓ１”となる。一方、プラグヘッド４０側の絞り部の開口面積はゼロである。したがって、この状態では、流路１ａから流路１ｂへの流体の移動は遮断されている。

次に、図５Ｂに示すように、上記閉状態からプラグヘッド４０をケージ２の底面２ａから離れる方向（Ｙ軸の正方向）に摺動させると、プラグヘッド４０側の可変絞り部４２が閉塞した状態で、ケージ２側の可変絞り部２０が徐々に開口し始める。

この状態（図５における弁開度Ｐ０からＰ１の区間）において、ケージ２側では、上述したようにプラグヘッド４０の摺動に応じて可変絞り部２０が徐々に開口するため、図６に示すように、ケージ２側の絞り部の全開口面積は“Ｓ１”から連続的に増加する。一方、プラグヘッド４０側の可変絞り部４２は閉塞しているので、プラグヘッド４０側の絞り部の開口面積はゼロである。したがって、この状態では、流路１ａから流路１ｂへの流体の移動は遮断されている。

その後、図５Ｃに示すように、プラグヘッド４０をケージ２の底面２ａから離れる方向に更に摺動させると、ケージ２側の可変絞り部２０とともに、プラグヘッド４０の可変絞り部４２が徐々に開口し始める。

この状態（図６における弁開度Ｐ１以降の区間）において、ケージ２側では、プラグヘッド４０の摺動に応じて可変絞り部２０が更に開口するため、ケージ２側の絞り部の全開口面積が引き続き連続的に増加する。同様に、プラグヘッド４０側では、上述したようにプラグヘッド４０の摺動に応じて可変絞り部４２が徐々に開口するため、プラグヘッド４０側の絞り部の全開口面積が徐々に増加する。これにより、流路１ａと、ケージ２の内側（プラグヘッド４０の内側）と、ガイドリング３の内側と、流路１ｂとが、可変絞り部２０、固定絞り部２１、可変絞り部４２、および固定絞り部３０を介して連通するため、流路１ａから流路１ｂに向かって流体が流れ、可変絞り部２０、４２の開口面積の増加に伴い、流路１ｂに流れ込む流量が増加する。

なお、図６に示すように、プラグヘッド４０の摺動によって、２つの可変絞り部２０、４２をともに開口させているときの夫々の可変絞り部２０、４２の開口面積の変化率、すなわち、弁開度（プラグヘッド４０のリフト量）に対する開口面積の変化の割合を等しくすることが望ましいが、これに限定されず、要求される調節弁の性能等（例えば、動作の安定性等）に応じて、夫々の可変絞り部２０、４２の開口面積の変化率を相互に異なる値にしてもよい。

次に、実施の形態１に係る調節部１００の効果について説明する。
図７は、実施の形態１に係る調節弁の流体反力の特性を示す図である。同図において、縦軸は調節弁１００の流体反力としてプラグ４が流体から受ける流体反力を表し、横軸は調節弁１００の弁開度を表している。

図７に示されるように、実施の形態１に係る調節弁１００によれば、プラグ４に対する流体反力は、弁開度が０％である閉状態において最も大きい値を示す。その後、弁開度を上げて、初段の可変絞り部２０の一部を開口させてから後段の可変絞り部４２を前段の可変絞り部２０ともに連続的に開口させることにより、プラグ４に対する流体反力は徐々に低下する。そして、弁開度を更に上げて、可変絞り部２０、４２がともに全開となると、流体反力は一定値となる。このように、実施の形態１に係る調節弁１００によれば、弁開度に対する流体反力を緩やかに低下させることができる。すなわち、弁開度に対する流体反力の勾配が“正”にならないようにすることができる。

したがって、実施の形態１に係る調節弁１００によれば、流体反力の勾配が調節弁の操作器の剛性に対して大きくなることがないので、振動や騒音の発生を抑制することができ、調節弁の動作の安定性を高めることができる。

また、実施の形態１に係る調節弁１００によれば、調節弁の動作の安定性を高めるために、弁開度に対する流体反力の勾配を考慮して調節弁の操作器の剛性を高くする必要がないので、操作器の製造コストを下げることができる。

なお、図６に示すような弁開度に対する流体反力の特性を得るためには、少なくとも、前段の可変絞り部２０の開口面積と後段の可変絞り部４２の開口面積がともに連続的に変化する状態をつくる必要があるため、例えば、前段の可変絞り部２０が全開となった後に、後段の絞り部４２が開口し始める構成とならないようにする必要がある。

また、プラグヘッド４０側の可変絞り部４２が開口し始めるときのケージ２側の絞り部の全開口面積（図６における弁開度Ｐ１でのケージ２側の開口面積Ｓ１）は、要求される調節弁の性能（例えば動作の安定性等）に応じて適宜設定すればよい。

このとき、本実施の形態に係る調節弁１００のように、ケージ２側の絞り部として、可変絞り部２０に加えて固定絞り部２１を設けることにより、プラグヘッド４０側の可変絞り部４２が開口し始めるときのケージ２側の絞り部の全開口面積を必要な量だけ確保することが容易となる。例えば、弁箱１のサイズの規定により、ケージ２のＹ軸方向のサイズが制限されており、ケージ２の可変絞り部２０を構成するための貫通孔を十分に設けることができない場合を考える。この場合に、ケージ２の底面に固定絞り部２１を設けることにより、ケージ２のＹ軸方向のサイズを大きくすることなく、ケージ２側の絞り部の開口面積を予めかさ上げしておくことができる。これにより、プラグヘッド４０の可変絞り部４２が開口し始めるときのケージ２側の絞り部に必要な開口面積を確保することが容易となる。

なお、ケージ２のＹ軸方向のサイズに余裕がある場合には、ケージ２の底面に固定絞り部２１を設けずに可変絞り部２０の貫通孔を増やすことにより、プラグヘッド４０の可変絞り部４２が開口し始めるときのケージ２側の絞り部に必要な開口面積を確保してもよい。

更に、実施の形態１に係る調節弁１００によれば、可変絞り部２０、４２を千鳥配置された複数の貫通孔によって形成することにより、プラグ４を摺動させて弁開度を上げる際に流体の圧力の変動を抑えることができる。これにより、弁開度に対して、調節弁１００が受ける流体反力を更に滑らかに低下させることができる。

≪実施の形態２≫
図８は、実施の形態２に係る調節弁の断面構造を模式的に示す図である。
図８に示される調節弁１０１は、各絞り部を多孔ではなく窓形状の貫通孔によって構成する点において、実施の形態１に係る調節弁１００と相違する一方、その他の点においては、実施の形態１に係る調節弁１００と同様である。

これによれば、実施の形態１に係る調節弁１００と同様に、調節弁の動作の安定性を高めることができ、且つ調節弁の操作器の製造コストを下げることができる。

≪実施の形態３≫
図９は、実施の形態３に係る調節弁の断面構造を模式的に示す図である。
図１０は、図９に示される調節弁の要部（トリム）の断面構造を模式的に示す図である。
図９に示される調節弁１０２は、流体の経路が直角形状となるアングル型の単座調節弁であり、実施の形態１に係る調節弁１００と同様に、開口するタイミングが相違する２つの可変絞り部を有している。調節弁１０２によれば、流路１１ａに導入された流体は、Ｘ軸の正方向に流れ、調節弁１０２の要部を経由してＹ軸の負方向に向きを変え、流路１１ｂから放出される。なお、調節弁１０２に導入される流体は、液体であってもよいし、気体であってもよく、特に限定されない。

具体的に、調節弁１０２は、弁箱１１、ケージ１２、ガイドリング１３、プラグ１４、ステム１５、および蓋体１６を備えている。これらの調節弁１０２を構成する機能部は、流体の流通による変形や腐食を防止する可能な材料（例えば、金属）で形成されている。

弁箱（本体）１１は、内部に２つの流路１１ａ，１１ｂが形成されている。夫々の流路１１ａ，１１ｂは、互いの中心軸が直角となるように配置されている。また、流路１１ａと流路１１ｂとの間の境界部分１１ｃは、ケージ１２が載置可能な形状を有している。

ケージ１２は、一端が有底の筒状に形成されている。図９に示されるように、ケージ１２は、ケージ１２の一端側の開口部１２ｂが流路１１ａ内に配置され、ケージ１２の他端側の底部１２ａが流路１１ｂ内に配置されるように、弁箱１１の境界部分１１ｃに固定されている。なお、ケージ１２と弁箱１１との間には、シートガスケットを挟んでもよい。

ケージ１２は、流体をケージ１２の内側から流路１１ｂへ流量を絞って導くための固定絞り部１２０，１２１を有する。固定絞り部１２０は、ケージ１２の側壁１２ｃを貫通する貫通孔１２０ａ，１２０ｂから構成されており、後述するプラグヘッド１４０の摺動によらず、その開口面積が一定となる。また、固定絞り部１２１は、ケージ１２の底部１２ａを貫通する貫通孔１２１ａから構成されており、固定絞り部１２０と同様にプラグヘッド１４０の摺動によらず、その開口面積が一定となる。
なお、ケージ１２の上記絞り部は、プラグヘッド１４０の摺動によらず、その開口面積が一定であればよく、図９に示す構造に限定されるものではない。例えば、ケージ１２の側面と底面の双方に固定絞り部１２０、１２１を設けるのではなく、ケージ１２の側面と底面の何れか一方にのみ固定絞り部を設けてもよい。

プラグ１４は、弁体としてのプラグヘッド１４０と、プラグヘッド１４０を支持するプラグガイド１４１とを有する。

プラグヘッド１４０は、筒状に形成され、その一端１４ａ側がケージ１２の開口部１２ｂ側に、他端側の開口部１４ｂがケージ１２の底部１２ａ側になるように、ケージ１２の内側に摺動可能に挿入されている。

プラグヘッド１４０の側壁１４ｃには、流体を流路１１ａ側からプラグヘッド１４０の内側に流量を絞って導くための可変絞り部１４２が形成されている。可変絞り部１４２は、プラグヘッド１４０の側壁１４ｃを貫通する貫通孔１４２ａ，１４２ｂから構成されており、プラグヘッド１４０の摺動に応じてその開口面積（貫通孔の総開口面積）が可変となる。なお、可変絞り部１４２の詳細については、後述する。

プラグガイド１４１は、プラグヘッド１４０と同軸にプラグヘッド１４０と接合された棒状の部材であり、例えば、プラグヘッド１４０と一体に形成されている。プラグガイド１４１は、一端がプラグヘッド１４０と接合され、他端はステム１５によって保持されている。また、図１１に示されるように、プラグガイド１４１の外径Ｄ２は、プラグヘッド１４０の外径Ｄ１よりもよりも大きい。

ガイドリング１３は、ステム１５の進退動に応じたプラグ１４の動きをガイドする部材であり、筒形状に形成され、その内側にプラグガイド１４１を摺動可能に保持する。

また、ガイドリング１３の一端側の開口部１３ａは、弁箱１１の流路１１ａ側に固定されている。具体的には、図９に示すように、ガイドリング３の一端側の開口部１３ａの縁が断面視Ｌ字状に形成され、そのＬ字状部分が弁箱１１の上部に形成された溝部１１ｄに載置されている。なお、ガイドリング１３と溝部１１ｄとの間にはガスケットを挟んでもよい。

一方、ガイドリング１３の他端側の開口部１３ｂがケージ１２の開口部１２ｂに接して配置されている。具体的には、図９に示すように、ケージ１２の開口部１２ｂに形成された凸部１２ｄを、ガイドリング１３の開口部１３ｂの内縁部分によって外側から嵌合することで、ガイドリング１３とケージ１２とが接合されている。

また、ガイドリング１３における開口部１３ｂ側の側壁１３ｃには、流体を流路１１ａからガイドリング１３の内側へ流量を絞って導くための固定絞り部１３０が形成されている。固定絞り部１３０は、ガイドリング１３における開口部１３ｂ側の側壁１３ｃを貫通する複数の貫通孔１３０ａ，１３０ｂから構成されている。なお、固定絞り部１３０の詳細については後述する。

上述したように、プラグガイド１４１の外径がプラグヘッド１４０の外径よりも大きく、且つガイドリング１３の側壁１３１の内側にプラグガイド１４１が摺動可能に保持される。これにより、プラグヘッド１４０をＹ軸の正方向に摺動させ続けると、ガイドリング１３の側壁１３ｃの内周面とプラグ１４（プラグヘッド１４０）との間に空間が形成され、流路１１ａからガイドリング１３の内側に流体を導入することができる。

ステム１５は、弁体１１に挿通し、プラグ１４と連結した棒状の部材である。ステム１５の一端は、プラグガイド１４１に形成された凹部１４ｄに挿入されて固定され、ステム１５の他端は、調節弁１０２の操作部（図示せず）と接続される。上記操作部がステム１５を一方向に進退動させることにより、ステム１５に連結されたプラグ１４を、ガイドリング１３およびケージ１２の内側をＹ軸方向に摺動させる。

蓋体１６は、弁箱１１の上部の開口部を覆うように配置される。具体的には、図１０に示されるように、蓋体１６は、弁箱１１の上部に形成された溝部１１ｄとの間でガイドリング１３を挟持するように、ボルト１７によって弁箱１１の上部に固定される。

ここで、ガイドリング１３側の可変絞り部１３０とプラグヘッド１４０側の可変絞り部１４２について詳細に説明する。
上述したように、可変絞り部１３０および可変絞り部１４２は、流路１１ａから流路１１ｂに流れる流体の流量を調節するための機能部であり、上述の実施の形態１に係る調節弁１００における可変絞り部２０、４２と同様に、千鳥配置された複数の貫通孔によって構成されている。

また、図９、図１０に示されるように、可変絞り部１３０の貫通孔１３０ａ，１３０ｂは、ガイドリング１３の開口部１３ｂ側の側壁１３１に形成され、可変絞り部１４２の貫通孔１４２ａ，１４２ｂは、プラグヘッド１４０の側壁１４ｃに形成されている。

具体的には、図１０に示されるように、可変絞り部１３０がプラグガイド１４１のプラグヘッド１４０側の側壁１４ｅによって閉塞されるとともに、可変絞り部１４２がケージ１２の開口部１２ｂ側の側壁２ｃによって閉塞された閉状態において、可変絞り部１３０の貫通孔１３０ａ，１３０ｂとプラグガイド１４１のプラグヘッド１４０側の端部１４１ｅとの間の距離が、可変絞り部１４２の貫通孔１４２ａ，１４２ｂとケージ１２の開口部１２ｂの端部１２ｂｅとの間の距離よりも短くなる位置に、可変絞り部１３０、１４２の貫通孔が夫々形成されている。

ここで、可変絞り部１３０の貫通孔１３０ａ，１３０ｂとプラグガイド１４１のプラグヘッド１４０側の端部１４１ｅとの間の距離とは、可変絞り部１３０を構成する複数の貫通孔１３０ａ，１３０ｂのうち、Ｙ軸方向に最もケージ１２側に形成された貫通孔１３０ａ＿１と、プラグガイド１４１の端部１４１ｅとの間の距離Ｌ３である。また、可変絞り部１４２の貫通孔１４２ａ，１４２ｂとケージ１２の開口部１２ｂの端部１２ｂｅとの間の距離とは、可変絞り部１４２を構成する複数の貫通孔１４２ａ，１４２ｂのうち、Ｙ軸方向に最もプラグガイド１４１側に形成された貫通孔１４２ａ＿１と、ケージ１２の端部１２ｂｅとの間の距離Ｌ４である。

これによれば、プラグヘッド１４０をＹ軸の正方向に摺動させたとき、最初に可変絞り部１３０の貫通孔１３０ａ，１３０ｂが開口し、貫通孔１３０ａ，１３０ｂの一部が開口した後に、可変絞り部１４２の貫通孔１４２ａ，１４２ｂが可変絞り部１３０の貫通孔１３０ａ，１３０ｂとともに開口する。

次に、調節弁１０２による流体の制御について説明する。
先ず、調節弁１０２の弁開度が０％の閉状態では、可変絞り部１３０がプラグガイド１４１のプラグヘッド１４０側の側壁１４ｅによって閉塞されるとともに、可変絞り部１４２がケージ１２の開口部１２ｂ側の側壁２ｃによって閉塞されている。具体的には、可変絞り部１３０を構成する全ての貫通孔１３０ａ，１３０ｂがプラグガイド１４１の側壁１４ｅによって閉塞されるとともに、可変絞り部１４２を構成する全ての貫通孔１４２ａ，１４２ｂがケージ１２の開口部１２ｂ側の側壁によって閉塞されている。このとき、ケージ１２の固定絞り部１２０，１２１が開口しているため、流路１１ｂと、プラグヘッド１４０の内側とは、ケージ１２の固定絞り部１２０，１２１を介して連通している。

この閉状態では、ガイドリング１３側の可変絞り部１３０の開口面積およびプラグヘッド１４０側の可変絞り部１４２の開口面積がともにゼロであり、流路１１ａから流路１１ｂへの流体の流通は遮断されている。

次に、上記閉状態からプラグヘッド１４０を、ケージ１２の底面１２ａから離れる方向（Ｙ軸の正方向）に摺動させると、プラグヘッド１４０側の可変絞り部１４２の全ての貫通孔が閉塞した状態で、ガイドリング１３側の可変絞り部１３０の貫通孔が徐々に開口し始める。

この状態では、ガイドリング１３側の可変絞り部１３０の開口面積が連続的に増加する一方、プラグヘッド１４０側の可変絞り部１４２開口面積はゼロであるため、流路１１ａから流路１１ｂへの流体の流通は遮断されている。

その後、更に、プラグヘッド１４０をケージ１２の底面１２ａから離れる方向に摺動させると、ガイドリング１３側の可変絞り部１３０の貫通孔の一部が開口した後に、プラグヘッド１４０の可変絞り部１４２の貫通孔が徐々に開口し始める。

この状態では、ガイドリング１３の可変絞り部１３０の開口面積およびプラグヘッド１４０の可変絞り部１４２の開口面積がともに連続的に増加する。これにより、流路１１ａと、ガイドリング１３の内側と、プラグヘッド１４０の内側（ケージ１２の内側）と、流路１１ｂとが連通するため、流路１１ａから流路１１ｂに向かって流体が流れ始め、可変絞り部１３０、１４２の開口面積が増加するにつれて流路１１ｂに流れ込む流量が増加する。

なお、実施の形態１に係る調節弁１００と同様に、プラグヘッド１４０の摺動によって、２つの可変絞り部１３０、１４２をともに開口させているときの、夫々の可変絞り部１３０、１４２の開口面積の変化率を等しくすることが望ましいが、これに限定されず、要求される調節弁の性能等に応じて、夫々の可変絞り部１３０、１４２の開口面積の変化率を相互に異なる値にしてもよい。

以上のように、実施の形態３に係る調節弁１０２によれば、実施の形態１に係る調節弁１００と同様に、初段の可変絞り部１３０の一部を開口させてから後段の可変絞り部１４２を前段の可変絞り部１３０ともに連続的に開口させるので、弁開度に対する流体反力の勾配が“正”にならないようにすることができる。

したがって、実施の形態３に係る調節弁１０２によれば、実施の形態１に係る調節弁１００と同様に、調節弁の動作の安定性を高めることができ、且つ調節弁の操作器の製造コストを下げることができる。

また、実施の形態３に係る調節弁１０２によれば、実施の形態１に係る調節弁１００と同様に、可変絞り部１３０、１４２を千鳥配置された複数の貫通孔によって形成しているので、プラグ１４を摺動させて弁開度を上げる際に、流体の圧力の変動を抑えながら流体の圧力を滑らかに低下させることができる。

以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、実施の形態１において、可変絞り部２０が２つの貫通孔群２０Ａ、２０Ｂから成る場合を例示したが（図４参照）、これに限られず、３つ以上の貫通孔群から形成することも可能である。例えば、貫通孔群を３つ用意し、夫々の貫通孔群を構成する貫通孔の中心軸を隣り合う貫通孔群の貫通孔と中心軸をずらすとともに、３つの貫通孔群を周期的に並べて配置することにより、上述した貫通孔群が２つの場合に比べて、流体の圧力をより滑らかに低下させることができる。

また、実施の形態１において、ケージ２に形成された固定絞り部２１は、プラグヘッド４０の摺動に応じて開口面積が変化しない構成であればよく、例示した上記構成（図３参照）に限定されるものではない。例えば、固定絞り部２１を構成するための貫通孔の数や貫通孔の面積、貫通孔の形状、貫通孔を形成する位置等を変更してもよい。

また、実施の形態１において、ガイドリング３に固定絞り部３０を設ける場合を例示したが、流体の圧力を適切に減圧することができるのであれば、固定絞り部３０を設けなくてもよい。例えば、ガイドリング３を、側壁３ｃを取り除き、上部側の側壁３ｄだけを残した形状とすることにより、流路１ｂとプラグヘッド４０の内部とが、固定絞り部３０を介さずに、直接連通するようにしてもよい。

１００，１０１，１０２…調節弁、１，１１…弁箱、２，１２…ケージ、３，１３…ガイドリング、４，１４…プラグ、４０，１４０…プラグヘッド、４１，１４１…プラグガイド、５，１５…ステム、６，１６…蓋体、１ａ，１ｂ，１１ａ，１１ｂ…流路、１ｃ，１１ｃ…境界部分、２０，４２，１３０，１４２…可変絞り部、２１，３０，１２０，１２１…固定絞り部，２０ａ，２０ｂ，４２ａ，４２ｂ，１３０ａ，１４２ａ，２１ａ，３０ａ，１２０ａ，１２０ｂ，１２１ａ…貫通孔。

特開２０１０−０５４０１９号公報 特開２０００−０８１１６３号公報 特開２０１１−２３６９６２号公報

Claims (6)

1. 第１流路および第２流路が形成された弁箱と、
   一端が開口し他端に底部を有する筒状に形成され、底部を有する前記他端側の側壁を貫通する貫通孔を含む第１絞り部を有し、開口した前記一端が前記第２流路内に配置され、底部を有する前記他端が前記第１流路内に配置されるケージと、
   筒状に形成され、一端側の側壁を貫通する貫通孔を含む第２絞り部を有し、前記ケージの内側に挿入されて、他端側を前記ケージの底部側にして摺動可能に設けられたプラグヘッドと、前記プラグヘッドを保持するプラグガイドとを有するプラグと、
   筒状に形成され、一端が前記弁箱の前記第２流路側に固定され、側壁の内側に前記プラグガイドを摺動可能に保持するガイドリングとを有し、
   前記第１絞り部が前記プラグヘッドの前記他端側の側壁によって閉塞されるとともに、前記第２絞り部が前記ケージの開口した前記一端側の側壁によって閉塞された閉状態において、前記第１絞り部の前記貫通孔と前記プラグヘッドの前記他端側の端部との間の距離は、前記第２絞り部の前記貫通孔と前記ケージの開口した前記一端側の端部との間の距離よりも短い
   ことを特徴とする調節弁。
2. 請求項１に記載の調節弁において、
   前記ケージは、前記ケージの底部を貫通する貫通孔を含む第３絞り部を更に有し、
   前記第３絞り部は、前記プラグの摺動によらず開口している
   ことを特徴とする調節弁。
3. 請求項１または２に記載の調節弁において、
   前記第１絞り部は、千鳥配置された複数の貫通孔から構成されている
   ことを特徴とする調節弁。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の調節弁において、
   前記第２絞り部は、千鳥配置された複数の貫通孔から構成されている
   ことを特徴とする調節弁。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の調節弁において、
   前記ガイドリングは、他端が前記ケージの開口した前記一端と接するとともに、前記他端側の側壁を貫通する貫通孔を含む第４絞り部を有し、
   前記ガイドリングの前記第４絞り部が形成された前記側壁の内周面と前記プラグとの間には隙間が形成されている
   ことを特徴とする調節弁。
6. 第１流路および第２流路が形成された弁箱と、
   一端が開口し他端に底部を有する筒状に形成され、前記底部および当該底部を有する前記他端側の側壁の少なくとも一方を貫通する貫通孔を含む第１絞り部を有し、開口した前記一端が前記第１流路内に配置され、底部を有する前記他端が前記第２流路内に配置されるケージと、
   筒状に形成され、側壁を貫通する貫通孔を含む第２絞り部を有し、前記ケージの内側に摺動可能に挿入されたプラグヘッドと、前記プラグヘッドの外径よりも大きい外径を有し、前記プラグヘッドと同軸に前記プラグヘッドと接合された棒状のプラグガイドとを有するプラグと、
   筒状から成り、一端が前記ケージの開口した前記他端に接するとともに、他端が前記弁箱の前記第２流路側に固定され、前記一端側の側壁を貫通する貫通孔を含む第２絞り部を有し、側壁の内側に前記プラグガイドを摺動可能に保持するガイドリングとを備え、
   前記第２絞り部が前記ケージの開口した前記一端側の側壁によって閉塞されるとともに、前記第３絞り部が前記プラグヘッドの側壁によって閉塞された閉状態において、前記第３絞り部の前記貫通孔と前記プラグガイドの前記プラグヘッド側の端部との間の距離は、前記第２絞り部の前記貫通孔と前記ケージの開口した前記一端側の端部との間の距離よりも短い
   ことを特徴とする調節弁。

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