JP3022240B2 - ケージ弁及びケージ弁の加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、配管中の流体の流量
を調節するケージ弁とそのケージ弁の加工方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のケージ弁として、例えば特開昭５
７−１９２６７７号公報に開示されたものがある。以
下、かかる従来のケージ弁を図について説明する。図９
は従来のケージ弁を示す縦断面図、図１０は従来のケー
ジ弁の要部を示す縦断面図である。図において、ケージ
弁１は弁本体２とその上端開口部にボルト３で接合され
た上蓋４とを備えており、弁本体２の内部には隔壁５に
よって２つの流路６と７とが隔成されている。そして、
両方の流路６，７は図示しない管路と鍔部で接合されて
おり、流体は図に矢印Ａで示す方向から流路６内へ流入
するように構成されている。

【０００３】円筒状に形成されたケージ１０の下端外周
縁部は、隔壁５に開口された弁座口８にはめ込まれてお
り、上端部は弁本体２と上蓋４とに挟持されて設けられ
ている。また、かかるケージ１０の下端部には、上流側
の流路６と連通する流入口１１が該ケージ１０と同軸に
開口されており、ケージ１０の側壁には下流側の流路７
と連通する複数個の流出口１２が開口されている。

【０００４】この流出口１２の上下には、それぞれ上部
弁座１３及び下部弁座１４がケージ１０の内周壁に沿っ
て形成されている。

【０００５】上蓋４には、複数個のパッキン２１がパッ
キン押え２２で押圧されて設けられており、弁軸２３は
このパッキン２１を介して上蓋４に上下動自在に軸支さ
れている。そして、この弁軸２３の上端部には、図示し
ない駆動部に連結されて弁軸２３を上下動させる軸ボタ
ン２４がナット２５で固定され、弁軸２３の下端部に
は、弁プラグ２６がノックピン２７で固定されてはめ合
わされている。

【０００６】この弁プラグ２６は、下方へ向かって開口
する有底円筒状に形成され、ケージ１０の内周壁と所定
間隙を有して該ケージ内１０に進退自在に支持されてい
る。また弁プラグ２６には、前記ケージ１０に形成され
た上部弁座１３と下部弁座１４にそれぞれ係合可能な着
座部２６ａ，２６ｂが形成されている。なお、弁プラグ
２６の開口端内側面２６ｃは、大きく面取りされて全体
をラッパ状に形成されている。さらに弁プラグ２６の天
井面には、ケージ１０の内部と連通する貫通孔２８が穿
設されている。

【０００７】次に動作について説明する。上記のように
形成されたケージ弁１において、流入口１１からケージ
１０内へ流入した流体は、流出口１２から下流側の流路
７へ流出し、この流量の調節は弁プラグ２６を上下動さ
せて流出口１２の開口面積を変化させることによって行
われる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のケージ弁１は以
上のように構成されているので、ケージ１０内で弁プラ
グ２６を進退自在とするためには、その構造上、ケージ
１０と弁プラグ２６との間に所定のクリアランスを必要
とし、かかるクリアランスのために弁プラグ２６を完全
に閉じたときであっても、流体の漏れ（以下、「クリア
ランス・フロー」という。）が生じてしまうという問題
点があった。

【０００９】かかる問題点を解消するために、上記クリ
アランスをケージ１０の内周壁若しくは弁プラグ２６の
外周壁の全域に渡ってさらに狭くする手段も提供された
が、ケージ１０と弁プラグ２６との間隙にゴミや異物が
かみ込んでしまい、ケージ１０内で弁プラグ２６が進退
できなくなるという問題点があった。

【００１０】一方、弁プラグ２６の開度が１００％の場
合における、ケージ１０の下部弁座１４と弁プラグ２６
の下端部とがなすストローク長さＬの１０％程度に相当
する範囲に渡って、クリアランスを狭くする場合にあっ
ては、流動抵抗（圧力損失）が小さいため、クリアラン
ス・フローを抑制し難いという問題点があった。

【００１１】さらに、上記両問題点を解消すべく、図１
１に示されるケージ弁も提供された。ここで図１１は従
来の他のケージ弁の要部を示す部分断面図である。すな
わち、かかるケージ弁は、弁プラグ２６の先端部に延設
部２６ｄを設けることによって、当該部分でのはめ合い
を高めようとするものである。

【００１２】しかしながら、かかる手段にあっては弁プ
ラグ２６の全長が長くなり、最大開度における弁通過流
量の値（以下、「Ｃｖ値」という。）が減少したり、ま
た、高速の流体ジェットが延設部２６ｄに衝突し、剥離
や再付着等の流れの不安定性が繰り返し励起され、その
結果、ステムの振動が発生するという問題点があった。

【００１３】以上に述べたように、従来からステムの振
動を回避しつつ、Ｃｖ値の高い、しかもクリアランス・
フローの低減されたケージ弁を提供することに苦慮して
いた。

【００１４】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、ステムの振動を回避しつつ、Ｃ
ｖ値の高い、しかもクリアランス・フローの低減された
ケージ弁を得ることを目的とする。

【００１５】また、そのようなケージ弁を得るためのケ
ージ弁の加工方法を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係るケ
ージ弁は、ケージの内周壁と弁プラグの外周壁との間隙
が該ケージの下部弁座付近においてのみ小さくなるよう
に、該ケージの下部弁座付近の内直径を該ケージの下部
弁座付近以外の内直径よりも小さく形成したものであ
る。

【００１７】請求項２の発明に係るケージ弁は、ケージ
の内周壁と弁プラグの外周壁との間隙が該ケージの下部
弁座付近においてのみ小さくなるように、該ケージの下
部弁座付近の内直径を該ケージの下部弁座付近以外の内
直径よりも小さく形成し、かつ、該弁プラグの下部付近
の外直径を該弁プラグの下部付近以外の外直径よりも大
きく形成したものである。

【００１８】請求項３の発明に係るケージ弁は、請求項
１又は請求項２記載のケージ弁において、ケージの下部
弁座から上方に厳公差形成長さに相当する範囲に渡って
該ケージの内直径を小さく形成し、若しくは該弁プラグ
の下端部から上方に厳公差形成長さに相当する範囲に渡
って該弁プラグの外直径を大きく形成したものである。

【００１９】請求項４の発明に係るケージ弁は、請求項
１乃至請求項３記載のケージ弁において、流体通用窓の
下端部を、ストローク長さの５％程度に相当する長さ分
だけ、ケージの下部弁座から上方に位置させたものであ
る。

【００２０】請求項５の発明に係るケージ弁の加工方法
は、ケージの内直径を小さく形成し始める位置又は弁プ
ラグの外直径を大きく形成し始める位置に周方向の加工
用溝を設けた後、該加工用溝を境界として所定の径に加
工するものである。

【００２１】

【作用】請求項１の発明におけるケージ弁は、ケージの
下部弁座付近の内直径が該ケージの下部弁座付近以外の
内直径よりも小さく形成されるので、ケージの内周壁と
弁プラグの外周壁との間隙が該ケージの下部弁座付近に
おいてのみ小さくなり、このため、クリアランス・フロ
ーが低減され、Ｃｖ値を高く維持できると共に、ステム
の振動をも回避することができる。

【００２２】請求項２の発明におけるケージ弁は、ケー
ジの下部弁座付近の内直径が該ケージの下部弁座付近以
外の内直径よりも小さく形成され、かつ、該弁プラグの
下部付近の外直径が該弁プラグの下部付近以外の外直径
よりも大きく形成されるので、ケージの内周壁と弁プラ
グの外周壁との間隙が該ケージの下部弁座付近において
のみ小さくなり、ステムの振動を回避しつつ、Ｃｖ値の
高い、しかもクリアランス・フローの低減されたケージ
弁を得る。

【００２３】請求項３の発明におけるケージ弁は、ケー
ジの下部弁座から上方に厳公差形成長さに相当する範囲
に渡って該ケージの内直径を小さく形成され、若しくは
該弁プラグの下端部から上方に厳公差形成長さに相当す
る範囲に渡って該弁プラグの外直径を大きく形成される
ので、ケージの内周壁と弁プラグの外周壁との間隙が当
該範囲においてのみ小さくなり、ステムの振動を回避し
つつ、Ｃｖ値の高い、しかもクリアランス・フローの低
減されたケージ弁を得る。

【００２４】請求項４の発明におけるケージ弁は、流体
通用窓の下端部を、ストローク長さの５％程度に相当す
る長さ分だけ、ケージの下部弁座から上方に位置させた
ので、ストローク長さの５％程度に相当する弁開度まで
流体通用窓が閉じられ、クリアランス・フローの低減さ
れたケージ弁を得る。

【００２５】請求項５の発明におけるケージ弁の加工方
法は、ケージの内直径を小さく形成し始める位置又は弁
プラグの外直径を大きく形成し始める位置に周方向の加
工用溝を設けた後、該加工用溝を境界として所定の径に
加工するので、該境界箇所での加工が容易となる。

【００２６】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１はケージの公差と弁プラグの公差との関係を
示す平面図、図２はこの発明の一実施例によるケージ弁
の要部を示す縦断面図、図３は弁プラグの弁開度を示す
要部縦断面図、図４はこの発明の一実施例によるケージ
弁の流量特性を示すグラフ図であり、従来技術である図
９乃至１０に示した相当部分には同一符号を付しその説
明を省略し、異なる構成部分について説明する。

【００２７】ケージ１０の公差と弁プラグ２６の公差と
の関係は、図１に示されるようになっており、上記各図
において、Ｄはケージ１０の内直径、ｄは弁プラグ２６
の外直径、α，β，εは公差である。また、Ｌは図３に
示すように、弁プラグ２６の開度が１００％の場合にお
けるケージ１０の下部弁座１４と弁プラグ２６の着座部
２６ｂとがなす「ストローク長さ」である。

【００２８】この実施例は、ケージ１０の下部弁座１４
から上方にストローク長さＬの５分の１に相当する範囲
に渡ってのみ、ケージ１０の内直径Ｄを小さく形成した
ものである。すなわち、弁プラグ２６の外直径ｄを、−
α〜−βの公差範囲で形成した場合に、１／５Ｌに相当
する範囲以外のケージ１０の内直径Ｄを、＋ε〜０の公
差範囲で形成し、さらに１／５Ｌに相当する範囲のケー
ジ１０の内直径Ｄを、＋（ε−β）／２〜−α／２の公
差範囲で形成したものである。

【００２９】なお、この実施例においては、ケージ１０
の内直径Ｄを小さく形成する範囲として、上記１／５Ｌ
に相当する範囲としたが、この実施例に限らず、１／５
Ｌ乃至１／３Ｌに相当する長さである「厳公差形成長
さ」の範囲としてもよい。

【００３０】かかる「厳公差形成長さ」の範囲としたの
は、次の理由による。すなわち、上述したように、１／
３Ｌ〜Ｌの範囲で公差を狭くすれば、ケージ１０と弁プ
ラグ２６との間隙にゴミや異物がかみ込んでしまい、ケ
ージ１０内で弁プラグ２６が進退できなくなるからであ
り、また１／５Ｌ未満の範囲で公差を狭くしても、流動
抵抗（圧力損失）が小さいため、クリアランス・フロー
の抑制効果が期待できないからである。

【００３１】次に動作について説明する。上記のように
形成されたケージ弁１において、流入口１１からケージ
１０内へ流入した流体は、流出口（流体通用窓）１２か
ら下流側の流路７へ流出し、この流量の調節は弁プラグ
２６を上下動させて流出口１２の開口面積を変化させる
ことによって行われる。

【００３２】また、この実施例によれば、図４に示すよ
うな流量特性を得ることができる。すなわち、破線で示
す従来技術によるものが低レンジアビリティー（Ｒｂ
３０：１）であるのに対し、実線で示す高レンジアビリ
ティー（Ｒｂ ７５：１）性能のものを得ることができ
る。

【００３３】以上に説明したように、１／５Ｌに相当す
る範囲でケージ１０の内直径Ｄを小さく形成してあるの
で、弁プラグ２６の開度が０％（Ｌ＝０）の場合であっ
ても、該部分からのクリアランス・フローを低減するこ
とができる。また、従来技術のように、クリアランス・
フローを低減すべく、弁プラグ２６の先端部に延設部２
６ｄを設ける必要がないので、Ｃｖ値を高めることがで
きると共に、ステムの振動をも回避できる。

【００３４】実施例２．次に、他の実施例を図について
説明する。図５はこの発明の他の実施例によるケージ弁
の要部を示す縦断面図である。この実施例は、弁プラグ
２６の着座部２６ｂから上方にストローク長さＬの５分
の１に相当する範囲に渡ってのみ、弁プラグ２６の外直
径ｄを大きく形成したものである。すなわち、ケージ１
０の内直径Ｄを＋ε〜０の公差範囲で形成した場合に、
弁プラグ２６の外直径ｄを、１／５Ｌに相当する範囲以
外において−α〜−βの公差範囲で形成し、１／５Ｌに
相当する範囲において、−（β−ε）／２〜−α／２の
公差範囲で形成したものである。

【００３５】なお、上記説明にあっては、弁プラグ２６
の外直径ｄを大きく形成する範囲として、上記１／５Ｌ
に相当する範囲として説明したが、この実施例に限ら
ず、１／５Ｌ乃至１／３Ｌに相当する長さである「厳公
差形成長さ」の範囲としてもよい。

【００３６】以上に説明したようにこの実施例によれ
ば、１／５Ｌに相当する範囲で弁プラグ２６の外直径ｄ
を大きく形成してあるのでクリアランスを小さくでき、
従って、弁プラグ２６の開度が０％（Ｌ＝０）の場合で
あっても、該部分からのクリアランス・フローを低減す
ることができる。また、実施例１の場合と同様に、Ｃｖ
値を高めることができると共に、ステムの振動をも回避
できる。

【００３７】実施例３．さらに、他の実施例を図につい
て説明する。図６はこの発明の他の実施例によるケージ
弁の要部を示す縦断面図である。この実施例は、ケージ
１０の下部弁座１４から上方にストローク長さＬの５分
の１に相当する範囲に渡ってのみ、ケージ１０の内直径
Ｄを小さく形成し、かつ、弁プラグ２６の着座部２６ｂ
から上方にストローク長さＬの５分の１に相当する範囲
に渡ってのみ、弁プラグ２６の外直径ｄを大きく形成し
たものである。すなわち、１／５Ｌに相当する範囲のケ
ージ１０の内直径Ｄを、＋β／２〜０の公差範囲で形成
し、かつ、１／５Ｌに相当する範囲の弁プラグ２６の外
直径ｄを、−β／２〜−α／２の公差範囲で形成したも
のである。

【００３８】なお、上記説明にあっては、ケージ１０の
内直径Ｄを小さく形成し、かつ、弁プラグ２６の外直径
ｄを大きく形成する範囲として、上記１／５Ｌに相当す
る範囲として説明したが、この実施例に限らず、１／５
Ｌ乃至１／３Ｌに相当する長さである「厳公差形成長
さ」の範囲としてもよい。

【００３９】以上に説明したようにこの実施例によれ
ば、１／５Ｌに相当する範囲でケージ１０の内直径Ｄを
小さく形成し、かつ、弁プラグ２６の外直径ｄを大きく
形成してあるので、該部分のみでのクリアランスを小さ
くでき、従って、弁プラグ２６の開度が０％（Ｌ＝０）
の場合であっても、該部分からのクリアランス・フロー
を低減することができる。また、Ｃｖ値を高めることが
できると共に、ステムの振動をも回避できる。

【００４０】実施例４．次に、他の実施例を図について
説明する。図７はこの発明の他の実施例によるケージ弁
の流出口の配設位置を示す側面図である。この実施例
は、流出口１２の下端部を、前記ストローク長さＬの５
％程度に相当する長さ分だけ、ケージ１０の下部弁座１
４から上方に位置させたものである。

【００４１】この実施例によれば、流出口１２が弁プラ
グ２６によって、ストローク長さＬの５％程度に相当す
る弁開度まで閉じられ、クリアランス・フローが低減さ
れる。

【００４２】従ってこの実施例によれば、図４に示すよ
うな流量特性を得ることができる。すなわち、破線で示
す従来技術によるものが低レンジアビリティー（Ｒｂ
３０：１）であるのに対し、一点鎖線で示す高レンジア
ビリティー（Ｒｂ １００：１）性能のものを得ること
ができる。

【００４３】実施例５．図８はこの発明の一実施例によ
る弁プラグを示す縦断面図である。この実施例は、ケー
ジ１０の内直径Ｄを小さく形成し始める位置に周方向の
加工用溝３０を設けた後、該加工用溝３０を境界として
弁プラグ２６を所定の径に加工するケージ弁の加工方法
に係るものである。この加工用溝３０は、弁プラグ２６
の着座部２６ｂから上方に１／５Ｌ程度に相当する位置
に設けられ、Ｒ１〜Ｒ３程度の大きさに形成される。

【００４４】この実施例によれば、加工用溝３０を境界
として、弁プラグ２６を所定の径に容易に機械加工する
ことができる。

【００４５】なおこの実施例は、上記実施例１乃至実施
例４において用いることができる。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、ケージの下部弁座付近の内直径を該ケージの下部弁
座付近以外の内直径よりも小さく形成するように構成し
たので、ケージの内周壁と弁プラグの外周壁との間隙が
該ケージの下部弁座付近においてのみ小さくなり、この
ため、クリアランス・フローが低減され、Ｃｖ値を高く
維持できると共に、ステムの振動をも回避可能なケージ
弁を得ることができるという効果がある。

【００４７】請求項２の発明によれば、ケージの下部弁
座付近の内直径を該ケージの下部弁座付近以外の内直径
よりも小さく形成し、かつ、弁プラグの下部付近の外直
径を該弁プラグの下部付近以外の外直径よりも大きく形
成して構成したので、ケージの内周壁と弁プラグの外周
壁との間隙が該ケージの下部弁座付近においてのみ小さ
くなり、ステムの振動を回避しつつ、Ｃｖ値の高い、し
かもクリアランス・フローの低減されたケージ弁を得る
ことができる。

【００４８】請求項３の発明によれば、請求項１又は請
求項２記載のケージ弁において、ケージの下部弁座から
上方に厳公差形成長さに相当する範囲に渡って該ケージ
の内直径を小さく形成し、若しくは該弁プラグの下端部
から上方に厳公差形成長さに相当する範囲に渡って該弁
プラグの外直径を大きく形成して構成したので、ケージ
の内周壁と弁プラグの外周壁との間隙が当該範囲におい
てのみ小さくなり、ステムの振動を回避しつつ、Ｃｖ値
の高い、しかもクリアランス・フローの低減されたケー
ジ弁を得ることができる。

【００４９】請求項４の発明によれば、請求項１乃至請
求項３記載のケージ弁において、流体通用窓の下端部
を、ストローク長さの５％程度に相当する長さ分だけ、
ケージの下部弁座から上方に位置させて構成したので、
ストローク長さの５％程度に相当する弁開度まで流体通
用窓が閉じられ、クリアランス・フローの低減されたケ
ージ弁を得ることができる。

【００５０】請求項５の発明によれば、ケージの内直径
を小さく形成し始める位置又は弁プラグの外直径を大き
く形成し始める位置に周方向の加工用溝を設けた後、該
加工用溝を境界として所定の径に加工するので、該境界
箇所での加工が容易となるケージ弁の加工方法を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ケージの公差と弁プラグの公差との関係を示す
平面図である。

【図２】この発明の一実施例によるケージ弁の要部を示
す縦断面図である。

【図３】弁プラグの弁開度を示す要部縦断面図である。

【図４】この発明の一実施例によるケージ弁の流量特性
を示すグラフ図である。

【図５】この発明の他の実施例によるケージ弁の要部を
示す縦断面図である。

【図６】この発明の他の実施例によるケージ弁の要部を
示す縦断面図である。

【図７】この発明の他の実施例によるケージ弁の流出口
の配設位置を示す側面図である。

【図８】この発明の一実施例による弁プラグを示す縦断
面図である。

【図９】従来のケージ弁を示す縦断面図である。

【図１０】従来のケージ弁の要部を示す縦断面図であ
る。

【図１１】従来の他のケージ弁の要部を示す部分断面図
である。

【符号の説明】

１ ケージ弁 １０ ケージ １２ 流出口（流体通用窓） １３ 上部弁座 １４ 下部弁座 ２６ 弁プラグ ２６ａ 着座部 ２６ｂ 着座部 ３０ 加工用溝 Ｄ ケージの内直径 ｄ 弁プラグの外直径 Ｌ ストローク長さ

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周壁に穿設された流体通用窓と該流体通
   用窓の上下に設けられた上部弁座及び下部弁座を有する
   円筒状のケージと、該ケージ内周壁と所定間隙を有して
   該ケージ内に進退自在に配設され前記両弁座にそれぞれ
   着離可能な着座部を有する弁プラグとを備えたケージ弁
   において、前記ケージの内周壁と前記弁プラグの外周壁
   との間隙が該ケージの前記下部弁座付近においてのみ小
   さくなるように、該ケージの下部弁座付近の内直径を該
   ケージの下部弁座付近以外の内直径よりも小さく形成し
   たことを特徴とするケージ弁。
2. 【請求項２】 周壁に穿設された流体通用窓と該流体通
   用窓の上下に設けられた上部弁座及び下部弁座を有する
   円筒状のケージと、該ケージ内周壁と所定間隙を有して
   該ケージ内に進退自在に配設され前記両弁座にそれぞれ
   着離可能な着座部を有する弁プラグとを備えたケージ弁
   において、前記ケージの内周壁と前記弁プラグの外周壁
   との間隙が該ケージの前記下部弁座付近においてのみ小
   さくなるように、該ケージの下部弁座付近の内直径を該
   ケージの下部弁座付近以外の内直径よりも小さく形成
   し、かつ、該弁プラグの下部付近の外直径を該弁プラグ
   の下部付近以外の外直径よりも大きく形成したことを特
   徴とするケージ弁。
3. 【請求項３】 前記弁プラグの開度が１００％の場合に
   おける前記ケージの下部弁座と該弁プラグの下端部とが
   なすストローク長さの５分の１乃至３分の１に相当する
   長さを「厳公差形成長さ」とした場合に、該ケージの下
   部弁座から上方に厳公差形成長さに相当する範囲に渡っ
   て該ケージの内直径を小さく形成し、若しくは該弁プラ
   グの下端部から上方に厳公差形成長さに相当する範囲に
   渡って該弁プラグの外直径を大きく形成したことを特徴
   とする請求項１又は請求項２記載のケージ弁。
4. 【請求項４】 前記流体通用窓の下端部を、前記ストロ
   ーク長さの５％程度に相当する長さ分だけ、前記ケージ
   の下部弁座から上方に位置させたことを特徴とする請求
   項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のケージ
   弁。
5. 【請求項５】 周壁に穿設された流体通用窓と該流体通
   用窓の上下に設けられた上部弁座及び下部弁座を有する
   円筒状のケージと、該ケージ内周壁と所定間隙を有して
   該ケージ内に進退自在に配設され前記両弁座にそれぞれ
   着離可能な着座部を有する弁プラグとを備えたケージ弁
   の加工方法において、前記ケージの下部弁座付近の内直
   径を該ケージの下部弁座付近以外の内直径よりも小さく
   形成し、又は前記弁プラグの下部付近の外直径を該弁プ
   ラグの下部付近以外の外直径よりも大きく形成するため
   に、該ケージの内直径を小さく形成し始める位置又は該
   弁プラグの外直径を大きく形成し始める位置に周方向の
   加工用溝を設けた後、該加工用溝を境界として所定の径
   に加工することを特徴とするケージ弁の加工方法。