JPS5817900B2 - 弁構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の対象、産業上の利用分野 本発明は、配管を流れる水や空気等の流体の流量を制御
する分野で利用される。

本発明は、パイロット弁の弁開度に応じて、主弁の弁開
度が変化しそこを通過する流量が比例的に変化する、該
主弁の構造に関し、特に、流入口の周りに流出口を開口
させ、流入口と流出口の両開口に対面して、合成ゴム等
の可撓性の弾性材料で作った弁板を、該弁板の周囲を全
く拘束せずに配置した弁の構造に関する。

従来技術及びその問題と技術的分析 この様な弁構造が、特公昭４８−４５２０号公報に示さ
れている（第８図参照）。

すなわち、弁ケーシングで背の低い円柱形状の弁室８０
を形成する。

弁室の底壁には大径の流出口８１を形成する。

従って、流出口の縁から弁室の周囲壁に至る間に環状の
平面が形成され、この平面が外側弁座面８２となる。

流出口の中央に円筒状部材を配置する。

円筒状部材の孔は流入口８３を成し、その上端は流入口
を囲む環状の平面で内側弁座面８４を成す。

内側弁座面８４は外側弁座面８２よりも低い位置にある
。

流出口８１に対して流入口８３の面積は極めて小さい。

弁室８０の天井壁には円形の凹部を形成する。

従って、凹部の縁から弁室の周囲壁に至る間に環状の平
面が形成され、この平面が天井側弁座面８５走なる。

四部の中央に制御流体の出入口８１を形成する。

弁座８０に合成樹脂で作った薄くて軽いディスク状の弁
板８６を配置する。

弁板８６の径は流出口８１よりも大きく、かつ弁室８０
の天井の凹部よりも大きい。

上記の弁は、流出口８１を大気Ｐ２に連通し、流入口８
３を大気よりも高圧Ｐ１の流体系に接続し、制御流体の
出入口を通して弁板の背面に大気圧Ｐ２よりも高い微圧
Ｐ３を作用させて用いる。

すなわち、弁板８６の背面に作用する圧力が大気圧に等
しいときは、弁板８６は流入口８３からの噴流で吹き上
げられ、周辺部が天井側弁座８５に当って、天井に吸い
付けられる。

そして、流入口８３の流体は流出口８１に流れ去る。

弁板８６の背面に作用する圧力を少し高くするさ、弁板
８６は下降して、周辺部が外側弁座８２に、中央部が内
側弁座に８４当り、流入口８３と流出口８１は遮断され
る。

このようにして、弁板８６の背面の圧力を変化させると
、流入口８３と流出口８１の間が０Ｎ−ＯＦＦ開閉され
る。

この弁の弁板８６は可撓性の弾性材料で作られているの
で、背面の制御流体の圧力が低下すれば上方に凸の形状
に変形し、その変形の度合は制御流体の圧力Ｐ３に応じ
て変化するので、制御流体の圧力Ｐ３を変化させて流入
口８３から流出口８１に流れる流量Ｑを比例的に変化さ
せることができる。

しかし、このものを上記の比例制御弁として用いる場合
、制御流体圧力Ｐ３と流量Ｑの間の比例制御ができる圧
力Ｐ３の範囲が極めて狭く、更に大きい流量の比例制御
ができないという問題がある。

この理由は下記の通りである。

尚、弁板８６は上下面に働く力の差により全体として昇
降する。

弁板８６は各部分に於いて上下面に働く外力（ｐｌ。

ｐ２）と変形に伴う弾性力（ｆ）が釣合う様に湾曲する
。

以下ｆの垂直成分をｆｙで表わす。弁板８６が天井側弁
座８５に当接した状態（第８図Ｃ参照）から、制御流体
圧力Ｐ３を徐々に高めていくさ、弁板８６は上方に凸の
形状になって下降する（周辺部に於けるｆｙ＋ｐ２＝ｐ
ｌの関係に於いて、むとｐｌが徐々に増加する）。

このとき、弁板８６が下降すればするほど背面の流体が
弁板８６の外周を回って流出口８１に流出する量が多く
なるので（第８図Ｃ参照）、弁板８６の背面の圧力（ｐ
ｌ）上昇の度合が鈍くなり、流量Ｑは第９図の曲線５（
ｓｌから８２まで）の様に変化する。

そして、弁板８６の周辺部が外側弁座８２に近付き当接
すると（第８図Ｃ参照）、弁板８６の外周を回って上面
から下面に向かう流れが急に絞られ遮断されるので、弁
板８６の背面の圧力（ｐｌ）が急に上昇し、流量Ｑは第
９図の曲線５（Ｓ２から５３まで）の様に急に減少する
。

点ｓ３は弁板８６の外周部が外側弁座に接した状態を示
す。

更に制御流体圧Ｐ３を高めると、弁板８６は外周部が外
側弁座８２に当接したままで、湾曲の度合が変化し、流
量Ｑが制御流体圧力Ｐ３に比例して減少し第９図の曲線
５（ｓ３から８４間で）の様に変化し、終には第８図Ａ
の状態になる。

また、この閉弁状態から制御流体圧力Ｐ３を除徐に低め
ていくと、弁板８６の背面の圧力（ｐｌ）が低下し、弁
板８６は周辺部が外側弁座８２に当接したままで中央部
が上方に凸の形状に変形し、流量Ｑは第９図の曲線５（
Ｓ４から８３まで）に沿つて比例的に増加する。

更に制御流体圧力Ｐ３を低めると、周辺部が外側弁座８
２から離れるが、このとき、弁板８６の上面の流体が弁
板８６の外周を回って下面に流れ去るので、弁板８６の
上面の圧力（ｐｌ）が急に低下する。

すなわち、ｆｙ十ｐ２＝ｐｌの関係に於いて、ｐｌが急
に小さくなりこれに伴ってｆｙが小さくなる（弁板８６
の湾曲が緩かになる）。

従って、弁板８６は一気に上昇しく第９図の曲線Ｓのｓ
３からｓ２までの区間）、その後制御流体圧力Ｐ３の減
少と共に天井側弁座に吸い付けられる（第９図の曲線Ｓ
のｓ２からｓｌまでの区間）。

この様に、弁板８６の周辺部が外側弁座８２から離れる
と弁板８６の背面に作用する圧力（ｐｌ）が急に変化す
るために、弁板８６の周辺部が弁座からジャンプして流
量Ｑが急変するので、大流量の比例制御はできない。

従って、流量Ｑが制御流体圧力Ｐ３に比例して変化する
範囲は、弁板８６の周辺部が外側弁座８２に当接した状
態での狭い作動範囲（第９図の曲線ＳのＳ３からＳ４ま
での区間）に限られる。

本発明の技術的課題 本発明の技術的課題は、制御流体圧力の変化によって、
弁板の外周部が外側弁座に対して弁の開閉方向に変位し
ない様にすることである。

技術的手段 上記課題を解決するために講じた本発明の手段は次の通
りである。

（イ）弁板を流出口に吸い込まれない程度変形しにくい
可撓性の弾性材料で作る。

（呻環状の流入口に対してその外側に同心状に流出口を
配置し、該流出口を流入口に充分に近付けると共に、流
出口に対する流入口の開口面積の比率を充分に大きくす
る。

ぐ）弁室の弁板の背面に高圧系から制御流体を導入する
通路と、該背面の流体を低圧系に導出する通路を設ける
。

技術的手段の作用 上記技術的手段は次のように作用する（第１図参照）。

すなわち、弁室９０の弁板９１の背面には導入通路９２
を通して高圧系から制御流体が流入し、該背面の流体は
導出通路９３を通して低圧系に流出する。

弁室９０の弁板９１の背面に流入する流体の量Ｑ１と、
該背面から流出する流体の量Ｑ２の一方、あるいは両方
を変化させると、弁板９１の背面に作用する圧力（ｐｌ
）が変化する。

弁板９１の背面の圧力（ｐｌ）が所定値よりも大きいと
、弁板９１は内側弁座９４と外側弁座９５の両方に当接
している。

この状態から弁板９１の背面の圧力を徐々に小さくする
と、弁板９１は中央部が上方に脹れ出して上方に凸の形
状に変形するそして、弁板９１の中央部が内側弁座９４
から離れ、流入口９６の流体が流出口９７に向かって流
れる。

弁板９１の背面の圧力（ｐｌ）を更に小さくすると、弁
板９１の周辺部が外側弁座９５から微少離れる。

このさき、弁板９１の上下面全体に作用する力は釣合っ
て、弁板９１の周辺部は外側弁座９５から離れない。

すなわち、弁板９１の背面の圧力（ｐｌ）が低下して周
辺部が外側弁座９５から離れようとするさ、流入口９６
から流出口９７に向かう流体の一部が半径方向の運動エ
ネルギーで、外側弁座９５と弁板９１の下面の間を通り
外周を回り、上面に流れ込み、弁板９１の背面の圧力（
ｐｌ）を上昇させる。

これは、流出口９７を流入口９６に充分に近付けると共
に、流出口９７に対する流入口９６の開口面積の比率を
充分に大きくしたために、４弁板９１の周辺部下面に於
いて、排出流に強い運動エネルギーが残存しているから
である。

従って、弁板９１の周辺部は外側弁座９５の方向に押し
戻される。

また、弁板９１の周辺部では、上面に作用する圧力（ｐ
ｌ）が下面に作用する圧力（ｐ２）よりも高く、これら
が弁板９１の変形に伴う弾性力（ｆ）の垂直成分（ｐｙ
）と、ｐｙ＋ｐ ２＝ｐ １の関係で釣合って、弁板９
１は上方に凸の形状になる。

この弁板７１の湾曲変形の度合は、弁板９１の周辺部と
外側弁座９５の間の流量Ｑ３が上記の様に制限されるの
で、流入量Ｑ１を減少させ、あるいは流出量Ｑ２を増加
させて、背面の圧力（ｐｌ）を小さくすればするほど大
きくなり、流入口９６から流出口９７に向かう流量Ｑが
増大する。

このようにして、本発明では、弁板は周辺部が外側弁座
から離れないままで、背面に流入する流量と流出する流
量の割合に応じて、湾曲度合が変化して、流入口から流
出口に向かう流量を比例的に変化させることができる。

本発明の特有の効果 可動ダイヤフラム弁板を用いてパイロット制御圧力（Ｐ
３）に対する被制御流体の流量りを比例的に制御する弁
として、特開昭５０−６９６２０号公報に記載されてい
るものがあり、このものにおいても比較的広範囲のパイ
ロット制御圧（Ｐ３）によって流量（０を制御すること
ができるが、このものにおいては、可動ダイヤフラム弁
板がカラー（ケーシング）で、その外周を拘束されてい
るので、ダイヤフラム弁板の可動部と被固定部（外周）
との接点に於いて屈曲され、使用中、この屈曲部に於い
て亀裂破損を生じやすく、耐久性に於いて必ずしも浸れ
ていない。

これに対して、本発明に於いては、弁板はケーシングに
対して何等拘束されていないので、ダイヤフラム弁板の
耐久性の点に於いて優れている。

実施例 次に、上記技術的手段の具体例を示す図示の実施例を説
明する。

第１図ないし第３図に示す実施例に於いて、弁ケーシン
グ１で円柱状空間の弁室２を形成する。

弁室２の底面は円形平面の弁座面をなす。

弁座面の中央に環状の流入口３を、その周りに同上・円
の環状溝の流出口４を形成する。

流出口４は流入口３に充分に近付ける。

従って、流入口３と流出口４の間に内側弁座が、流出口
４から弁座２の周囲壁に至る間に外側弁座が形成される
。

流入口３に対する流出口４の開口面積の比率は、流入口
３から流出口４に向かう流体が外側弁座部分に於いて十
分な運動エネルギーを有する程度に充分に小さくする。

弁ケーシング１には、高圧流体系配管５に接続する入口
６と、低圧流体系配管７に接続する出口８を設ける。

入口６は流入口３に、出口８は流出口４に連通ずる。

弁室２に、合成ゴムでディスク状に作った弁板を、その
外周を弁ケーシング１に全く拘束しない自由状態で収容
して配置する。

弁板９は流出口４の外側まで広がった大きさである。

弁板９は流出口４に吸い込まれない程度の可撓性の弾性
を有する。

高圧配管系５の流体の一部を弁室２の弁板９の背面の空
間に導入する導入通路１０を設け、該背面空間の流体を
低圧系に導出する導出通路１１を設ける。

導入通路１０に導入パイロット弁１２を、導出通路１１
に導出パイ田ノド弁１３を取り付ける。

上記実施例の弁は次の様に作動する。

導入パイロット弁１２の開度を一定にして、導出パイロ
ツト弁１３の開度を変化させたり、両方のパイロット弁
をその逆に操作すれば、弁板９の背面に流入する流体の
量と、該背面から流出する流体の量の割合が変化し、弁
板９の背面に作用する圧力が変化する。

導入パイロット弁１２の弁開度合一定にし、導出パイロ
ット弁１３を閉じた状態から徐々に開いていく場合を考
える。

導出パイロット弁１３が閉じているとき、弁板９の背面
には流入口３と同じ大きさの圧力が作用しており、弁板
９は内側と外側の両方の弁座に当接している。

この状態から導出パイロット弁１３を徐々に開いていく
と、弁板９の背面の圧力が徐々に小さくなり、弁板９は
中央部が上方に脹れ出して上方に凸の形状に変形する。

そして、弁板９の中央部が内側弁座から離れ、流入口３
の流体が流出口４に向かって流れる。

導出パイロット弁１３の弁開度を更に大きくすると、弁
板９の背面の圧力が更に小さくなり、弁板９の周辺部が
外側弁座から微少離れる。

このとき、弁板９の周辺部の圧力は、静圧としては、上
面が下面よりも高いので、弁板９は上方に凸の形状に保
たれる。

背面の圧力が小さくなればなるほど、弁板９の変形の度
合が大きくなり、流入口３から流出口４に向かう流量が
増大する。

また、弁板９の周辺部が外側弁座から離れる度合が大き
くなり、流入口３から流出口４に向かう流体の半径方向
の運動エネルギーも大きくなる。

従って、該流体の一部が外側弁座と弁座９の下面の間を
通って、外周を回り、上面に流れ込む量が増大する。

そして、弁板９は、弁板９の背面に流入する制御流体の
量と、該背面から流出する流体の量の割合に応じて、あ
る一定の状態に安定する。

弁板９の背面に流入する制御流体の量と、該背面から流
出する流体の量の割合が一定のききは、弁板９が上方に
変位しようとすると、弁板９の周辺部の下面と外側弁座
の間の距離が大きくなる。

すると、弁板９の外周を回って上面に流れ込む流量が増
加し、弁板９の上面の圧力が増大するので、弁板９は下
方に押し戻される。

弁板９が下方に変位しようとすると、これとは逆の作用
で、上方に押し戻される。

このようにして、導出パイロット弁１３の弁開度を大き
くすれば、弁板９の周辺部が外側弁座から離れないまま
で、流入口３から流出口４に向かう流量が比例的に増加
し、これとは逆に、弁開度を小さくすれば流量が減少す
る。

そして、弁板９の背面が外側弁座から微少離れた状態で
も、弁板の周辺部と外側弁座の間を通って背面に回り込
む流量は上記の様に制限されるので、導出パイロット弁
１３の弁開度に応じて、流入口３から流出口４に向かう
流量を比例的に変化させることができる。

第４図ないし第６図には、発明を液面制御弁に適用した
、別の実施例を示す。

上部ケーシング６０にＯリングガスケット６１を介在し
て、ボルト（図示せず）で下部ケーシング６２に取り付
ける。

両方のケーシングの接合部に円柱状空間の弁室６３を形
成する。

弁室６３の天井、すなわち、上部ケーシング６０の下端
面は円形平面の弁座面を成し、中央に流入口６４を、そ
の周りの円周上に複数の流出口６５を形成する。

流入口６４は入口６６の終端を成し、流出口６５は全て
環状空室６７を通って出口６８に連通ずる。

従って、内側弁座と外側弁座は流出口６５の間の平面で
部分的に連続している。

流入口６４に対する流出口６５の全体の開口面積の割合
は、流入口６４から流出口６５に向かう流体が外側弁座
部分に於いて十分な運動エネルギーを有する程度にする
。

弁室６３に合成ゴムでディスク状に作った弁板６９を自
由状態で収容して配置する。

弁板６９は流入流出口６５に吸い込まれない程度の可撓
性の弾性を有する。

弁板６９の流入口６４に対面する部分にオリフィス７０
を形成する。

弁室６３の底壁を貫通して導出通路７１を設け、その下
端部に合成ゴムで作ったパイロット弁座を取り付ける。

下部ケーシング６２に形成したスカート部にフロート７
２を収容する。

フロート７２のパイロット弁座に対面する位置にパイロ
ット弁面７３を形成してお匂７４は通気孔、７５はフロ
ート脱落防止用のボルトである。

この実施例の液面制御弁の作動は次の通りである。

液体を供給すべき容器の液位が高いさ、第４図に示すよ
うに、フロート７２が浮上位置にあり、導出通路１１が
フロートのパイロット弁面７３で塞がれる。

従って、第１図ないし第３図の実施例と同様にして、弁
板６９が内側と外側の両方の弁座に当接して、流入口６
４が塞がれる。

容器の液量が減少して、液位と共にフロート７２が降下
すると、第５図に示す様に開弁状態になる。

すなわち、導出通路が７１が開かれると、前記実施例と
同様にして、弁板６９が変形し、弁座から離れ、入口６
６の流体が流入口６４から流出口６５に向かい、空室６
７を通り出口６８に流出し、容器に入る。

この実施例では、内側弁座と外側弁座が部分的に連続し
ているので、流入口６４から流出口６５に向かう流体の
、半径方向の運動エネルギーが強くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は、本発明の弁構造の一実施例の概
略を示すもので、第１図は閉弁状態の断面図、第２図は
開弁状態の断面図、第３図は第１図の■−■線断面図、
第４図ないし第６図は本発明を液面制御弁に適用した別
の実施例を示すもので、第４図は閉弁状態の断面図、第
５図は開弁状態の断面図、第６図は上部ケージジグの底
面図、第７図は本発明の詳細な説明するための参考図、
第８図（人ないしＤ）と第９図は従来技術の構造の概要
と作用を説明するための参考図であ□る。 ２・・・・・・弁室、３・・・・・・流入口、４・・・
・・・流出口、９・・・・・・弁板、１０・・・・・・
導入通路、１１・・・・・・導出通路、１２・・・・・
・導入パイロット弁、１３・・・・・・導出パイロット
弁、６９・・・・・・弁板、７０・・・・・・オリフィ
ス、７１・・・・・・導出通路、７２・・・・・・フロ
ート、９０・・・・・・弁室、９１・・・・・・弁板、
９６・・・・・・流入口、９７・・・・・・流出口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 流入口の周りに流出口を開口させ、流入口と流出口
   の両開口に対面して、合成ゴム等の可撓性の弾性材料で
   作った弁板を、該弁板の周囲を全く拘束せずに配置した
   弁構造に於いて、弁板を流出口に吸い込まれない程度変
   形しにくい可撓性の弾性材料で作り、流入口を環状に形
   成し、その外側に同心状に流出口を配置し、該流出口を
   流入口に充分に近付けると共に、流出口に対する流入口
   の開口面積の比率を充分に大きくし、弁室の弁板の背面
   に高圧系から制御流体を導入する通路と、該背面の流体
   を低圧系に導出する通路を設けた弁構造。