流量調整装置、圧力設定装置及びこれらを組み合わせた高圧レギュレータ
【課題】非常に耐久性に優れるとともに、圧力の設定を簡易、かつ、細かく行うことができ、省エネルギーに資する流量調整装置、圧力設定装置及びこれらを組み合わせた高圧レギュレータを提供する。
【解決手段】本体２ａと、本体２ａに形成され、流体供給源から供給される流体Ｆを導入する導入口２ｄと、導入口２ｄと連通し流体が導出する導出口２ｅとを備える流路２ｆと、流路２ｆの途中にあって本体２ａの上方から下方に向けて流体Ｆの圧力が掛かるとともに、上下動可能に取り付けられる調整ピストン２ｇと、調整ピストン２ｇの軸心と同軸上に連結されるステム２ｈと、本体２ａに収納され、本体２ａの下方から上方に向けて付勢部材２ｕによって付勢されるとともに、ステム２ｈの先端部に接し、流路２ｆの途中においてステム２ｈの動きに合わせて開放位置と閉止位置との間を移動可能とされるジスク２ｌとを備える。
【解決手段】本体２ａと、本体２ａに形成され、流体供給源から供給される流体Ｆを導入する導入口２ｄと、導入口２ｄと連通し流体が導出する導出口２ｅとを備える流路２ｆと、流路２ｆの途中にあって本体２ａの上方から下方に向けて流体Ｆの圧力が掛かるとともに、上下動可能に取り付けられる調整ピストン２ｇと、調整ピストン２ｇの軸心と同軸上に連結されるステム２ｈと、本体２ａに収納され、本体２ａの下方から上方に向けて付勢部材２ｕによって付勢されるとともに、ステム２ｈの先端部に接し、流路２ｆの途中においてステム２ｈの動きに合わせて開放位置と閉止位置との間を移動可能とされるジスク２ｌとを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の減圧を行う流量調整装置、圧力設定装置及びこれらを組み合わせた高圧レギュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より使用されている高圧から低圧へと流体の減圧を行う高圧レギュレータの例として、以下の非特許文献１に記載されているような高圧レギュレータを挙げることができる。図８は非特許文献１に示されている高圧レギュレータを模式的に示したものである。この高圧レギュレータ１００は、本体１０１に流体の導入口１０２と導出口１０３とが設けられ、この導入口１０２と導出口１０３との間に流体の流路が形成される。高圧レギュレータ１００においては、図８において左側から右側に向けて矢印に示す方向に流体が流路内を流れることになる。
【０００３】
本体１０１内には、この流路の途中において流体の流れを開放或いは閉止する弁１０４が設けられている。この弁１０４は、高圧レギュレータ１００の下から上に向けて付勢部材１０５によって付勢されており、バルブシートユニット１０６と弁１０４のテーパ部分が密着することによって、流体の流れを閉止する。
【０００４】
また、弁１０４の上部はバルブ１０７に連結されており、このバルブ１０７はダイアフラム１０８を挟むピストン１０９と連結されている。ピストン１０９の上部はドーム状に空間Ｄが設けられており、この空間Ｄ内の圧力によってピストン１０９は下向きの力を受けている。
【０００５】
高圧レギュレータ１００は、まず導入口１０２から設定圧力を備える空気を導入し、図示しないニードルバルブを開放して空間Ｄ内に導く。空間Ｄ内に空気が導入されるとこのニードルバルブを閉止し、空間Ｄに空気を封入する。この際に導出口１０３から導出される流体の圧力を設定する。空間Ｄ内に導入され設定された空気の圧力によってピストン１０９は下向きの圧力を受け、ダイアフラム１０８も押し下げられる。すなわち、ダイアフラム１０８下向きに凸状となる。
【０００６】
この圧力によって、バルブ１０７も下向きに押し下げられ、弁１０４がバルブシートユニット１０６から離れて弁１０４が開放状態となる。弁１０４の開放状態は、ピストン１０９に印加される圧力によって変化する。そして弁１０４が開放状態となることで導入口１０２から導出口１０３に向けて流路内を設定圧にまで減圧された流体が通過する。
【非特許文献１】「グローブ ポリークター ドーム レギュレータ ベーシックモデル ２００＆３００ Ｇ＆Ｈデザイン 動作とメンテナンスの取扱説明書 （GROVE POWREACTOR DOME REGULATORS BASIC MODELS 200 & 300, G & H DESIGNS OPERATING AND MAINTENANCE INSTRUCTIONS）」、グローブ バルブ ＆ レギュレーター カンパニー（GROVE VALVE & REGULATOR COMPANY）、１９８０年１２月３０日改訂、ｐ．１３−１５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の非特許文献１に開示されている高圧レギュレータでは、いくつかの問題点が散見される。
【０００８】
まず、ニードルバルブの先端にはシートが設けられておりニードルバルブを閉止し、その先端がシートに密着することによって空間Ｄ内に導入された空気が気密に封止される。但し、圧力調節のためにニードルバルブの開閉を繰り返していると徐々にシート面がつぶれてしまい、その結果空間Ｄ内を気密に封止することができなくなってしまう。
【０００９】
すなわち、空間Ｄ内の空気が徐々に漏れる（リーク）することになり、設定した圧力が低下して最終的に圧力のコントロールが不可能となってしまう。このシートは本体１０１に取り付けられているため、シートを交換するためには本体１０１、つまり、高圧レギュレータ１００自体を交換する必要が出てくる。その上、シートの寿命も短いため高圧レギュレータ１００の耐久性は低くなる。
【００１０】
さらに、この高圧レギュレータ１００はその機構上、導入口１０２から導入される流体と導出口１０３から導出される流体の圧力差がおよそ１０％以上必要とされている。従って、微妙な圧力差をもって減圧することができず、使い勝手が悪い。また、換言すれば導出口から導出される流体の圧力と大きな圧力差を有する流体を導入口に導入しなければならず、圧縮機等の流体供給源において設定される吐出圧はより大きなものになる。このことは電力消費量が多くなることにつながるため省エネの観点からは看過しえない。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、非常に耐久性に優れるとともに、圧力の設定を簡易、かつ、細かく行うことができ、省エネルギーに資する流量調整装置、圧力設定装置及びこれらを組み合わせた高圧レギュレータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、流量調整装置において、本体と、本体に形成され、流体供給源から供給される流体を導入する導入口と、導入口と連通し流体が導出する導出口とを備える流路と、流路の途中にあって本体の上方から下方に向けて流体の圧力が掛かるとともに、上下動可能に取り付けられる調整ピストンと、調整ピストンの軸心と同軸上に連結されるステムと、本体に収納され、本体の下方から上方に向けて付勢部材によって付勢されるとともに、ステムの先端部に接し、流路の途中においてステムの動きに合わせて開放位置と閉止位置との間を移動可能とされるジスクとを備える。
【００１３】
本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、圧力設定装置において、本体と、本体に形成され、流体供給源から供給される流体を導入する導入口と、導入口と連通し流体が導出する導出口とを備える流路と、流路の途中にあって本体の上方から下方に向けて付勢部材によって付勢されるとともに、上下動可能に取り付けられる圧力設定ピストンと、圧力設定ピストンの下部に嵌め込まれるジスクと、本体に収納され、本体の下方から上方に向けて付勢部材によって付勢されるとともに、圧力設定ピストンの軸心と同軸上であってジスクにその先端部が接し、流路の途中において流体の圧力に応じて開放位置と閉止位置との間を移動可能となるように本体に収納されるニードルバルブとを備える。
【００１４】
本発明の実施の形態に係る第３の特徴は、高圧レギュレータにおいて、請求項１に記載の流量調整装置と、流量調整装置に連結される請求項２に記載の圧力調整装置と、からなり、流量調整装置と圧力設定装置とは、流量調整装置の導入口から供給された流体を圧力設定装置の導入口に導入する第１の連通管と、圧力設定装置において減圧され圧力設定装置の導出口から導出された流体を流量調整装置の調整ピストン上に供給する第２の連通管とを備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、非常に耐久性に優れるとともに、圧力の設定を簡易、かつ、細かく行うことができ、省エネルギーに資する流量調整装置、圧力設定装置及びこれらを組み合わせた高圧レギュレータを提供することができる。また、流体供給源（元圧）の1次側空気圧力と供給圧2次側圧力との差圧が0.05から0.1Mpa程度あれば2次側へ安定した空気供給が可能となり、省エネとなる。従来に比較して約5％の電力削減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施の形態における高圧レギュレータ１の全体構成を示す平面図である。高圧レギュレータ１は、流量調整装置２と圧力設定装置３とが管Ｐを介して連結されることで構成される。流体は図１の実線で示す矢印が表わしているように、左方から右方に向けて流れる。図１では高圧レギュレータ１の接続状態を理解する際の一助とするために、流量調整装置２だけではなくその導入口にインポート管Ｉが、また、導出口にアウトポート管Ｏが接続された状態を示している。
【００１８】
図２は、高圧レギュレータ１の右側面図である。すなわち、アウトポート管Ｏ側から高圧レギュレータ１を見た状態を示している。図１及び図２からは、流量調整装置２の正面と圧力設定装置３の背面とが管Ｐ１によって接続され、圧力設定装置３の正面と流量調整装置２の上面とが管Ｐ２によって接続されている状態とされていることがわかる。
【００１９】
図３は図１に示す流量調整装置２をＸ−Ｘ線で切断して示す流量調整装置２の断面図である。流量調整装置２は、内部に設けられた弁（ジスク）の開閉によって流体の流量を調整する装置である。流量調整装置２は、本体２ａと、本体２ａの上面を塞ぐトップカバー２ｂと、本体２ａの底面を塞ぐボトムカバー２ｃと、大きく３つの部分から構成される。トップカバー２ｂとボトムカバー２ｃとは本体２ａにボルトＢによって止められている。ボルトＢとしては、例えばキャップスクリュー等が好適に使用される。なお、以下の説明では便宜上、図３に示す矢印において示されている＋Ｙ方向を上、−Ｙ方向を下と表わす。
【００２０】
本体２ａには、流体供給源から供給される流体Ｆを導入する導入口２ｄと、導入口２ｄと連通し流体Ｆが導出する導出口２ｅとを備える流路２ｆが形成される。流路２ｆは、図３の実線の矢印に示されているように、−Ｘ方向から＋Ｘ方向へと、流体Ｆが流れるように形成されている。流体Ｆは導入口２ｄから導入され、後述する流体Ｆの流入量を調整する弁であるジスク２ｌの空間及び後述するステム２ｈの空間を流通し導出口２ｅから導出される。
【００２１】
流路２ｆの途中には、トップカバー２ｂ内において本体２ａの上方から下方に向けて前記流体の圧力が掛かるとともに、上下動可能に取り付けられる調整ピストン２ｇと、この調整ピストン２ｇの軸心と同軸上に連結されるステム２ｈとが設けられている。調整ピストン２ｇの上部には、トップカバー２ｂを貫通して設けられる貫通孔２ｉが設けられている。この貫通孔２ｉには、図１或いは図２に示すように、圧力設定装置３からの管Ｐ２が接続され圧力設定装置３において設定された圧力を備える流体Ｆが導入される。また、調整ピストン２ｇは、図３に示すようにその上部が凹状に窪んでおり、連結されるステム２ｈを固定する固定具２ｊを収容するとともに、トップカバー２ｂとの間において空間Ｓを構成する。
【００２２】
貫通孔２ｉを介して圧力設定装置３から設定された圧力を備える流体Ｆが導入されると、その圧力によって調整ピストン２ｇが下向きに移動する。調整ピストン２ｇにはステム２ｈが連結されており、ステムガイドホルダ２ｋによってガイドされ調整ピストン２ｇの移動に伴って上下動を行う。また、ステム２ｈの上下動に伴ってジスク２ｌも上下動を行う。但し、ジスク２ｌはステム２ｈとは固定されていない。
【００２３】
ステム２ｈの先端部にはジスク２ｌが接している。ジスク２ｌは、上からジスク本体２ｍと、ジスクエンドキャップ２ｎと、ジスクシールハウジング２ｏと、ジスクボトム２ｐとから構成されている。ジスク本体２ｍの上部においては、２段にわたって窪みが形成されており、１段目の窪みにはシートリング２ｑが嵌め込まれている。このシートリング２ｑが本体２ａのボディシート２ａ１と接することによって、流路２ｆ内における流体Ｆの流れを遮断する。２段目の窪みには、ステム２ｈとジスク本体２ｍとを固定するとともに、シートリング２ｑをジスク本体２ｍに固定するシートリング押さえ２ｒが嵌め込まれている。ステム２ｈの先端部は直接的にはこのシートリング押さえ２ｒに接している。
【００２４】
ジスク本体２ｍとジスクエンドキャップ２ｎとシートリング押さえ２ｒとは、貫通孔ボルト２ｓによって連結されている。このときジスク本体２ｍとジスクエンドキャップ２ｎとの間にはジスクシールハウジング２ｏが挟まれている。ジスクエンドキャップ２ｎの下方にはジスクボトム２ｐが連結されている。さらにジスク２ｌは、バルブジスクシリンダ２ｔの貫通孔に挿入され、ステム２ｈが上下に移動する際にはこのバルブジスクシリンダ２ｔの貫通孔内をジスク２ｌが開放位置と閉止位置との間を上下に移動する。
【００２５】
ジスク２ｌとバルブジスクシリンダ２ｔとの間には付勢部材２ｕが設けられており、この付勢部材２ｕによってジスク２ｌは上方に向けて力がかかった状態、すなわち、シートリング２ｑがボディシート２ａ１に押しつけられた状態となっている。この位置がジスク２ｌの閉止位置である。ジスク２ｌがこの位置にあると、流路２ｆが遮断された状態になり、流路２ｆ内を流体Ｆが通ることはない。
【００２６】
上述したように、ステム２ｈが下方に移動するのに合わせてジスク２ｌも下方へと移動する。従って、ボトムカバー２ｃにはこの移動に伴ってジスクボトム２ｐが移動する移動分の座グリ穴が設けられている。またジスクボトム２ｐにはジスク２ｌがステム２ｈに連動して上方に移動した際に、バルブジスクシリンダ２ｔに接触してジスク２ｌが規定された位置よりも上方に移動することを防止する突起部が設けられている。
【００２７】
なお、導入口２ｄから導入された高圧の流体Ｆは、流量調整装置２に導入された直後に設けられた供給口２ｖから圧力設定装置３へも供給される。
【００２８】
図４は図１に示す圧力設定装置３をＹ−Ｙ線で切断して示す圧力設定装置３の断面図である。圧力設定装置３は、内部に設けられた弁（ジスク）の開閉、開度によって流体の圧力を設定した圧力にまで下げる役割を果たす装置である。圧力設定装置３は、本体３ａと、本体３ａの上面を塞ぐスプリングカバー３ｂと、本体３ａの底面を塞ぐボトムカバー３ｃと、大きく３つの部分から構成される。スプリングカバー３ｂとボトムカバー３ｃとは本体３ａにボルトＢによって止められている。ボルトＢとしては、例えばキャップスクリュー等が好適に使用される。なお、以下の説明では便宜上、図４に示す矢印において示されている＋Ｙ方向を上、−Ｙ方向を下と表わす。
【００２９】
本体３ａには、流体供給源から供給される流体Ｆを導入する導入口３ｄと、導入口３ｄと連通し流体Ｆが導出する導出口３ｅとを備える流路３ｆが形成される。流路３ｆは、図４の実線の矢印に示されているように、＋Ｘ方向から−Ｘ方向へと、流体Ｆが流れるように形成されている。流体Ｆは導入口３ｄから導入され、後述する流体Ｆの圧力を減圧させる弁であるニードルバルブ３ｐが設けられている空間及び後述する圧力設定ピストン３ｌ及びジスク３ｏの下面の空間を流通し導出口３ｅから導出される。
【００３０】
流路３ｆの途中であって、スプリングカバー３ｂ内には、付勢部材３ｇがその上部に付勢部材受け３ｈを載せた状態で収納されている。また、付勢部材受け３ｈは、スプリングカバー３ｂ上部及びロックナット３ｉを貫通してクランピングボルト３ｊと接している。クランピングボルト３ｊを回転させて下方に向けて押し込むことで付勢部材受け３ｈを介して付勢部材３ｇが押し込まれる。クランピングボルト３ｊは、ロックナット３ｉを挟んで押し込んでいるので、クランピングボルト３ｊは押し込んだその位置に止まり、付勢部材３ｇの上方に向けての圧力が開放されることはない。
【００３１】
付勢部材３ｇによる下方への圧力は、付勢部材３ｇが接するピストンホルダー３ｋ及び、このピストンホルダー３ｋと一体で移動可能に保持される圧力設定ピストン３ｌに掛かる。通常ピストンホルダー３ｋは、図４に示すように、付勢部材３ｇからの圧力もあって本体３ａに当接し、その位置で止まっている。但し、この位置においてピストンホルダー３ｋの上面とこのスプリングカバー３ｂとの間には、移動可能な空間Ａが設けられているのでピストンホルダー３ｋ及び圧力設定ピストン３ｌは、上方に向けて移動することができるようにされている。
【００３２】
圧力設定ピストン３ｌは、その中心軸上に貫通孔３ｍが形成されている。後述するように、圧力設定装置３に規定圧力以上の圧力が掛かった場合には、この貫通孔３ｍ及びスプリングカバー３ｂに設けられた貫通孔３ｎを介してその圧力が開放される。圧力設定ピストン３ｌの下部には、圧力設定ピストン３ｌの下面と面一となるようにジスク３ｏが接合されている。従って、ジスク３ｏもピストンホルダー３ｋ及び圧力設定ピストン３ｌと一体に上下動を行う。
【００３３】
また、圧力設定ピストン３ｌと同軸であり、ジスク３ｏにその先端領域が接するようにニードルバルブ３ｐが位置している。ニードルバルブ３ｐは、図４に示すように、やじりのような形状をしており、第１のテーパ面３ｑはニードルバルブ３ｐの先端に形成されジスク３ｏに接する。また、第２のテーパ面３ｒはニードルバルブ３ｐの中間部に形成され本体３ａのボディシート３ａ１に接する。第２のテーパ面３ｒがボディシート３ａ１に接する位置がニードルバルブ３ｐの閉止位置である。ニードルバルブ３ｐがこの位置にあると、第２のテーパ面３ｒがボディシート３ａ１に接することによって流体Ｆの流れは遮断される。
【００３４】
ニードルバルブ３ｐは、その中間部以下が中空となり終端部（ニードルバルブ３ｐにおいてジスク３ｏと接する先端部とは反対の端部）が開口される形状に形成されている。この中空部内に付勢部材３ｓが収納され、付勢部材３ｓの一端部はニードルバルブ３ｐの下部であってボトムカバー３ｃ上に載置されたガイドベース３ｔと接する。この付勢部材３ｓによって、ニードルバルブ３ｐは上向きに付勢される。また、ニードルバルブ３ｐは、ブッシュ３ｕを挟みバルブガイド３ｖに形成された貫通孔内に収納されているので、バルブガイド３ｖに沿って開放位置と閉止位置との間を上下方向に移動可能とされている。
【００３５】
ニードルバルブ３ｐには、その中間部であってバルブガイド３ｖよりも高い位置において中空部と導入口３ｄをつなぐ貫通孔３ｗが形成されている。この貫通孔３ｗが設けられていることによって、貫通孔３ｗが設けられていない場合に導入された流体Ｆの圧力によってニードルバルブ３ｐに下向きに圧力が掛かり、ジスク３ｏに接する第１のテーパ面３ｑ及びボディシート３ａ１に接する第２のテーパ面３ｒが離れ、常に開放状態となることを防止している。
【００３６】
本発明の第１の実施の形態における高圧レギュレータ１は、上述した構成を採用する流量調整装置２と圧力設定装置３とから構成される。次に、高圧レギュレータ１の作用について説明する。
【００３７】
まず、インポート管Ｉから高圧の流体Ｆが供給され、流量調整装置２の導入口２ｄから流量調整装置２内に導入される。この状態では、ジスク２ｌは付勢部材２ｕによって上方に向けて付勢されているので、シートリング２ｑとボディシート２ａ１とは密着しており導入口２ｄから供給された流体Ｆは流路２ｆ内を通過して導出口２ｅからアウトポート管Ｏへと流れることはない。
【００３８】
但し、流量調整装置２の供給口２ｖは開放されているので、この供給口２ｖから管Ｐ１を通って圧力設定装置３へと流体Ｆが供給される。圧力設定装置３の導入口３ｄから導入された流体Ｆは、流路３ｆを流れる。ここで圧力設定装置３は事前に流量調整装置２から導出される流体Ｆの圧力に合わせて圧力が設定されている。圧力設定装置３における圧力の設定は、クランピングボルト３ｊを回転させつつ下向きに押し込み、圧力設定ピストン３ｌを下向きに付勢する。圧力の設定は、圧力設定ピストン３ｌに対する付勢の力、すなわち、実際にはクランピングボルト３ｊをどの程度押し込むかによって決定することができ、圧力を細かく設定することが可能である。
【００３９】
圧力設定ピストン３ｌが下向きに付勢されることによって、付勢部材３ｓによって上向きに付勢されているニードルバルブ３ｐは、第１のテーパ面３ｑと接するジスク３ｏとの間で密着する。この状態にある限り、導入された流体Ｆが圧力設定ピストン３ｌの貫通孔３ｍを通ってスプリングカバー３ｂの貫通孔３ｎから外部へと漏れることはない。
【００４０】
圧力設定ピストン３ｌが押し下げられることによって第１のテーパ面３ｑがジスク３ｏと接するニードルバルブ３ｐは、下向きに押し込まれることになる。ニードルバルブ３ｐが下向きに押し込まれると、第２のテーパ面３ｒとボディシート３ａ１との距離が離れる。圧力設定装置３へ供給された流体Ｆは、ニードルバルブ３ｐと本体３ａとの間の開口部を通過し、さらに、圧力設定ピストン３ｌの下面と本体３ａとの間に形成される空間を通過して、導出口３ｅから導出される。図４には、実線の矢印で流路３ｆ内を流れる流体Ｆの流れを示している。
【００４１】
圧力設定装置３の導出口３ｅは、図１或いは図２に示されているように、管Ｐ２を介して流量調整装置２の貫通孔２ｉと接続されている。従って、流体Ｆは、導出口３ｅを導出し、管Ｐ２を通過して貫通孔２ｉから流量調整装置２の空間Ｓに供給される。上述したように、この空間Ｓは、トップカバー２ｂと調整ピストン２ｇの上面との間に形成されることから、供給された流体Ｆの圧力が調整ピストン２ｇに掛かる。調整ピストン２ｇは、流体Ｆの圧力によって下向きに移動する。調整ピストン２ｇには固定具２ｊによってステム２ｈが連結されているため、ステム２ｈも下向きに移動する。
【００４２】
ステム２ｈが下向きに移動すると、ステム２ｈの先端部に接するジスク２ｌが下向きに押し下げられ、シートリング２ｑとボディシート２ａ１とが離れる。シートリング２ｑとボディシート２ａ１とが離れることによって、インポート管Ｉから供給された流体Ｆは流路２ｆ内を通過して導出口２ｅからアウトポート管Ｏへと導出される。アウトポート管Ｏへと導出される流体Ｆの圧力は、圧力設定装置３において設定された圧力まで減圧されている。
【００４３】
図５は、インポート管Ｉに所定の圧力よりも高い圧力を持つ流体Ｆ（以下、このような流体Ｆを「流体Ｆｈ」と表わす。）が流れた場合の圧力設定装置３の内部の状態を示す断面図である。
【００４４】
通常圧力設定装置３においては供給される流体Ｆの持つ圧力の上限が定められている。そのため、規定値以上の圧力を持つ流体Ｆｈが供給されると、圧力設定装置３の損壊を防止するため、規定値以上の圧力を開放する。詳しくは図５に示すように、ニードルバルブ３ｐの位置はそのままに圧力設定ピストン３ｌとジスク３ｏが上方に持ち上がる。すなわち、第１のテーパ面３ｑによって接しているニードルバルブ３ｐとジスク３ｏとの間が開くことによって流体Ｆｈが流れる流路が形成され、圧力設定ピストン３ｌ内の貫通孔３ｍ及びスプリングカバー３ｂの貫通孔３ｎを通って大気に開放される。圧力設定ピストン３ｌがこのように動くことによって、この貫通孔３ｎから高い圧力を持った流体Ｆｈの圧力が逃がされ、導出口３ｅ側の圧力が設定圧力以上にならないように圧力を下げることができる。すなわち貫通孔３ｎが形成されることによって、流体供給源から供給される流体Ｆの圧力をコントロールし、流体供給源における圧力変動を緩和させることが可能となる。 このように従来の高圧レギュレータのようにダイアフラムを使用するのではなく、ピストンを利用して流体の導入、導出を行う機構を採用することによって、非常に耐久性に優れるとともに、圧力の設定を簡易、かつ、細かく行うことができ、省エネルギーに資する流量調整装置、圧力設定装置及びこれらを組み合わせた高圧レギュレータを提供することができる。
【００４５】
特に、導入側の圧力と導出側の圧力との圧力差が小さくて済むため（例えば、０．０５Ｍｐａないし、０．１Ｍｐａ程度）、高圧レギュレータに流体を導入するコンプレッサ等の流体供給源にかかる負荷を小さくし、かかる電力の消費量を削減することが可能となる（発明者の試算では従来の電力量よりも約５％の削減が可能となる）。このことは、高圧レギュレータを備えるシステム全体の省エネルギーに資するとともに、その耐久性をも向上させることにつながる。
【００４６】
併せて、圧力設定ピストンとニードルバルブとが導入される流体の圧力に同調して連動するので、導入される流体の圧力にきめ細かく対応し、常に設定された圧力の流体を導出させることが可能となる。
【００４７】
（第２の実施の形態）
次に本発明における第２の実施の形態について説明する。なお、第２の実施の形態において、上述の第１の実施の形態において説明した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、同一の構成要素の説明は重複するので省略する。
【００４８】
第２の実施の形態において第１の実施の形態と相違する点は、第１の実施の形態において示したように流量調整装置２と圧力設定装置３とを管Ｐ１及びＰ２を介して連結するのではなく、流量調整装置に圧力設定装置を直接連結し、両者が一体となった高圧レギュレータを提供する点である。
【００４９】
但し、第２の実施の形態で示す流量調整装置２０と圧力設定装置３０の多くの構成及び作用は第１の実施の形態において説明した流量調整装置２及び圧力設定装置３と同一である。従って、流量調整装置２０と圧力設定装置３０が一体となって構成される高圧レギュレータ１０の作用、効果は第１の実施の形態における高圧レギュレータ１と同一である。流量調整装置２０と圧力設定装置３０、流量調整装置２と圧力設定装置３との相違点は両者を一体としたことに伴うものである。
【００５０】
図６は、第２の実施の形態における高圧レギュレータ１０の底面図である。図６に示すように、流量調整装置２０に圧力設定装置３０が一体となるように接続されている。また、図７は、図６におけるＺ−Ｚ線で切断して示す断面図である。
【００５１】
図７において図示されないインポート管Ｉから流量調整装置２０に導入された流体Ｆは、同じく図示されない導入口２０ｄを介してその一部が排気管２０ｗから圧力設定装置３０へと排気（供給）される。流体Ｆはこの排気管２０ｗに接続する（一体となす）圧力設定装置３０の導入口３０ｄへと流れ（以下、排気管２０Ｗと導入口３０ｄまでの流体の通路を「第１の連通管Ｃ」と表わす。）、ニードルバルブ３０ｐの第２のテーパ面３０ｒとボディーシート３０ａ１の間を抜けて圧力設定ピストン３０ｌの下面と本体３０ａとによって構成される空間に導入される。
【００５２】
第２の実施の形態における圧力設定装置３０では、流体Ｆの導出口３０ｅが形成される向きは導入口３０ｄと同一面、すなわち、流量調整装置２０と接続される側に設けられている。導出口３０ｅがこのような向きに設けられているため、圧力設定装置３０へと導入された流体Ｆは、再度導出口３０ｅに接続する（一体となす）吸気管２０ｘに導入される（以下、吸気管２０ｘと導出口３０ｅまでの流体の通路を「第２の連通管Ｅ」と表わす）。図７に示す流量調整装置２０に明らかなように、圧力設定装置３０から供給された流体Ｆは、流量調整装置２の調整ピストン２０ｇ及びトップカバー２０ｂとで形成される空間Ｄに供給される。
【００５３】
空間Ｄに供給された流体Ｆの圧力によって調整ピストン２０ｇが下向きに押し込まれ合わせてステム２０ｈが下向きに移動することによって、ジスク２０ｌが下向きに移動しインポート管Ｉから導入された流体Ｆが導出口２０ｅを介してアウトポート管Ｏへと導出される。
【００５４】
このように従来の高圧レギュレータのようにダイアフラムを使用するのではなく、ピストンを利用して流体の導入、導出を行う構成を採用することによって、非常に耐久性に優れるとともに、圧力の設定を簡易、かつ、細かく行うことができ、省エネルギーに資する流量調整装置、圧力設定装置及びこれらを組み合わせた高圧レギュレータを提供することができる。
【００５５】
併せて、第２の実施の形態における高圧レギュレータ１０のように流量調整装置２０と圧力設定装置３０とを一体に形成し、第１の連通管Ｃ、第２の連通管Ｅとを介して流体を流通させることにより、スペース効率に優れた高圧レギュレータを提供することができる。
【００５６】
なお、この発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、本発明の実施の形態を説明するにあたっては、１つの流量調整装置を１つの圧力設定装置で制御する構成をもつ高圧レギュレータを例に挙げたが、１つの圧力設定装置を利用して複数の流量調整装置を制御する構成を採用することも可能である。
【００５７】
また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る高圧レギュレータの全体構成を示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る高圧レギュレータの全体構成を示す右側面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る流量調整装置を図１に示すＸ−Ｘ線で切断して示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る圧力設定装置を図１に示すＹ−Ｙ線で切断して示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る圧力設定装置において、高い圧力の流体が流れた場合の内部の状態を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る高圧レギュレータの底面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る高圧レギュレータを図６に示すＺ−Ｚ線で切断して示す断面図である。
【図８】従来の高圧レギュレータの内部構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ 高圧レギュレータ
２ 流量調整装置
２ａ 本体
２ａ１ ボディシート
２ｂ トップカバー
２ｃ ボトムカバー
２ｄ 導入口
２ｅ 導出口
２ｆ 流路
２ｇ 調整ピストン
２ｈ ステム
２ｉ 貫通孔
２ｊ 固定具
２ｋ ステムガイドホルダ
２ｌ ジスク
２ｍ ジスク本体
２ｎ ジスクエンドキャップ
２ｏ ジスクシールハウジング
２ｐ ジスクボトム
２ｑ シートリング
２ｒ シートリング押さえ
２ｓ 貫通孔ボルト
２ｔ バルブジスクシリンダ
２ｕ 付勢部材
２ｖ 供給口
３ 圧力設定装置
３ａ 本体
３ａ１ ボディシート
３ｂ スプリングカバー
３ｃ ボトムカバー
３ｄ 導入口
３ｅ 導出口
３ｆ 流路
３ｇ 付勢部材
３ｈ 付勢部材受け
３ｉ ロックナット
３ｊ クランピングボルト
３ｋ ピストンホルダ
３ｌ 圧力設定ピストン
３ｍ 貫通孔
３ｎ 貫通孔
３ｏ ジスク
３ｐ ニードルバルブ
３ｑ 第１のテーパ面
３ｒ 第２のテーパ面
３ｓ 付勢部材
３ｔ ガイドベース
３ｕ ブッシュ
３ｖ バルブガイド
３ｗ 貫通孔
１０ 高圧レギュレータ
２０ 流量調整装置
３０ 圧力設定装置
Ａ 移動可能距離
Ｂ ボルト
Ｄ 空間
Ｆ 流体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の減圧を行う流量調整装置、圧力設定装置及びこれらを組み合わせた高圧レギュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より使用されている高圧から低圧へと流体の減圧を行う高圧レギュレータの例として、以下の非特許文献１に記載されているような高圧レギュレータを挙げることができる。図８は非特許文献１に示されている高圧レギュレータを模式的に示したものである。この高圧レギュレータ１００は、本体１０１に流体の導入口１０２と導出口１０３とが設けられ、この導入口１０２と導出口１０３との間に流体の流路が形成される。高圧レギュレータ１００においては、図８において左側から右側に向けて矢印に示す方向に流体が流路内を流れることになる。
【０００３】
本体１０１内には、この流路の途中において流体の流れを開放或いは閉止する弁１０４が設けられている。この弁１０４は、高圧レギュレータ１００の下から上に向けて付勢部材１０５によって付勢されており、バルブシートユニット１０６と弁１０４のテーパ部分が密着することによって、流体の流れを閉止する。
【０００４】
また、弁１０４の上部はバルブ１０７に連結されており、このバルブ１０７はダイアフラム１０８を挟むピストン１０９と連結されている。ピストン１０９の上部はドーム状に空間Ｄが設けられており、この空間Ｄ内の圧力によってピストン１０９は下向きの力を受けている。
【０００５】
高圧レギュレータ１００は、まず導入口１０２から設定圧力を備える空気を導入し、図示しないニードルバルブを開放して空間Ｄ内に導く。空間Ｄ内に空気が導入されるとこのニードルバルブを閉止し、空間Ｄに空気を封入する。この際に導出口１０３から導出される流体の圧力を設定する。空間Ｄ内に導入され設定された空気の圧力によってピストン１０９は下向きの圧力を受け、ダイアフラム１０８も押し下げられる。すなわち、ダイアフラム１０８下向きに凸状となる。
【０００６】
この圧力によって、バルブ１０７も下向きに押し下げられ、弁１０４がバルブシートユニット１０６から離れて弁１０４が開放状態となる。弁１０４の開放状態は、ピストン１０９に印加される圧力によって変化する。そして弁１０４が開放状態となることで導入口１０２から導出口１０３に向けて流路内を設定圧にまで減圧された流体が通過する。
【非特許文献１】「グローブ ポリークター ドーム レギュレータ ベーシックモデル ２００＆３００ Ｇ＆Ｈデザイン 動作とメンテナンスの取扱説明書 （GROVE POWREACTOR DOME REGULATORS BASIC MODELS 200 & 300, G & H DESIGNS OPERATING AND MAINTENANCE INSTRUCTIONS）」、グローブ バルブ ＆ レギュレーター カンパニー（GROVE VALVE & REGULATOR COMPANY）、１９８０年１２月３０日改訂、ｐ．１３−１５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の非特許文献１に開示されている高圧レギュレータでは、いくつかの問題点が散見される。
【０００８】
まず、ニードルバルブの先端にはシートが設けられておりニードルバルブを閉止し、その先端がシートに密着することによって空間Ｄ内に導入された空気が気密に封止される。但し、圧力調節のためにニードルバルブの開閉を繰り返していると徐々にシート面がつぶれてしまい、その結果空間Ｄ内を気密に封止することができなくなってしまう。
【０００９】
すなわち、空間Ｄ内の空気が徐々に漏れる（リーク）することになり、設定した圧力が低下して最終的に圧力のコントロールが不可能となってしまう。このシートは本体１０１に取り付けられているため、シートを交換するためには本体１０１、つまり、高圧レギュレータ１００自体を交換する必要が出てくる。その上、シートの寿命も短いため高圧レギュレータ１００の耐久性は低くなる。
【００１０】
さらに、この高圧レギュレータ１００はその機構上、導入口１０２から導入される流体と導出口１０３から導出される流体の圧力差がおよそ１０％以上必要とされている。従って、微妙な圧力差をもって減圧することができず、使い勝手が悪い。また、換言すれば導出口から導出される流体の圧力と大きな圧力差を有する流体を導入口に導入しなければならず、圧縮機等の流体供給源において設定される吐出圧はより大きなものになる。このことは電力消費量が多くなることにつながるため省エネの観点からは看過しえない。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、非常に耐久性に優れるとともに、圧力の設定を簡易、かつ、細かく行うことができ、省エネルギーに資する流量調整装置、圧力設定装置及びこれらを組み合わせた高圧レギュレータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、流量調整装置において、本体と、本体に形成され、流体供給源から供給される流体を導入する導入口と、導入口と連通し流体が導出する導出口とを備える流路と、流路の途中にあって本体の上方から下方に向けて流体の圧力が掛かるとともに、上下動可能に取り付けられる調整ピストンと、調整ピストンの軸心と同軸上に連結されるステムと、本体に収納され、本体の下方から上方に向けて付勢部材によって付勢されるとともに、ステムの先端部に接し、流路の途中においてステムの動きに合わせて開放位置と閉止位置との間を移動可能とされるジスクとを備える。
【００１３】
本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、圧力設定装置において、本体と、本体に形成され、流体供給源から供給される流体を導入する導入口と、導入口と連通し流体が導出する導出口とを備える流路と、流路の途中にあって本体の上方から下方に向けて付勢部材によって付勢されるとともに、上下動可能に取り付けられる圧力設定ピストンと、圧力設定ピストンの下部に嵌め込まれるジスクと、本体に収納され、本体の下方から上方に向けて付勢部材によって付勢されるとともに、圧力設定ピストンの軸心と同軸上であってジスクにその先端部が接し、流路の途中において流体の圧力に応じて開放位置と閉止位置との間を移動可能となるように本体に収納されるニードルバルブとを備える。
【００１４】
本発明の実施の形態に係る第３の特徴は、高圧レギュレータにおいて、請求項１に記載の流量調整装置と、流量調整装置に連結される請求項２に記載の圧力調整装置と、からなり、流量調整装置と圧力設定装置とは、流量調整装置の導入口から供給された流体を圧力設定装置の導入口に導入する第１の連通管と、圧力設定装置において減圧され圧力設定装置の導出口から導出された流体を流量調整装置の調整ピストン上に供給する第２の連通管とを備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、非常に耐久性に優れるとともに、圧力の設定を簡易、かつ、細かく行うことができ、省エネルギーに資する流量調整装置、圧力設定装置及びこれらを組み合わせた高圧レギュレータを提供することができる。また、流体供給源（元圧）の1次側空気圧力と供給圧2次側圧力との差圧が0.05から0.1Mpa程度あれば2次側へ安定した空気供給が可能となり、省エネとなる。従来に比較して約5％の電力削減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施の形態における高圧レギュレータ１の全体構成を示す平面図である。高圧レギュレータ１は、流量調整装置２と圧力設定装置３とが管Ｐを介して連結されることで構成される。流体は図１の実線で示す矢印が表わしているように、左方から右方に向けて流れる。図１では高圧レギュレータ１の接続状態を理解する際の一助とするために、流量調整装置２だけではなくその導入口にインポート管Ｉが、また、導出口にアウトポート管Ｏが接続された状態を示している。
【００１８】
図２は、高圧レギュレータ１の右側面図である。すなわち、アウトポート管Ｏ側から高圧レギュレータ１を見た状態を示している。図１及び図２からは、流量調整装置２の正面と圧力設定装置３の背面とが管Ｐ１によって接続され、圧力設定装置３の正面と流量調整装置２の上面とが管Ｐ２によって接続されている状態とされていることがわかる。
【００１９】
図３は図１に示す流量調整装置２をＸ−Ｘ線で切断して示す流量調整装置２の断面図である。流量調整装置２は、内部に設けられた弁（ジスク）の開閉によって流体の流量を調整する装置である。流量調整装置２は、本体２ａと、本体２ａの上面を塞ぐトップカバー２ｂと、本体２ａの底面を塞ぐボトムカバー２ｃと、大きく３つの部分から構成される。トップカバー２ｂとボトムカバー２ｃとは本体２ａにボルトＢによって止められている。ボルトＢとしては、例えばキャップスクリュー等が好適に使用される。なお、以下の説明では便宜上、図３に示す矢印において示されている＋Ｙ方向を上、−Ｙ方向を下と表わす。
【００２０】
本体２ａには、流体供給源から供給される流体Ｆを導入する導入口２ｄと、導入口２ｄと連通し流体Ｆが導出する導出口２ｅとを備える流路２ｆが形成される。流路２ｆは、図３の実線の矢印に示されているように、−Ｘ方向から＋Ｘ方向へと、流体Ｆが流れるように形成されている。流体Ｆは導入口２ｄから導入され、後述する流体Ｆの流入量を調整する弁であるジスク２ｌの空間及び後述するステム２ｈの空間を流通し導出口２ｅから導出される。
【００２１】
流路２ｆの途中には、トップカバー２ｂ内において本体２ａの上方から下方に向けて前記流体の圧力が掛かるとともに、上下動可能に取り付けられる調整ピストン２ｇと、この調整ピストン２ｇの軸心と同軸上に連結されるステム２ｈとが設けられている。調整ピストン２ｇの上部には、トップカバー２ｂを貫通して設けられる貫通孔２ｉが設けられている。この貫通孔２ｉには、図１或いは図２に示すように、圧力設定装置３からの管Ｐ２が接続され圧力設定装置３において設定された圧力を備える流体Ｆが導入される。また、調整ピストン２ｇは、図３に示すようにその上部が凹状に窪んでおり、連結されるステム２ｈを固定する固定具２ｊを収容するとともに、トップカバー２ｂとの間において空間Ｓを構成する。
【００２２】
貫通孔２ｉを介して圧力設定装置３から設定された圧力を備える流体Ｆが導入されると、その圧力によって調整ピストン２ｇが下向きに移動する。調整ピストン２ｇにはステム２ｈが連結されており、ステムガイドホルダ２ｋによってガイドされ調整ピストン２ｇの移動に伴って上下動を行う。また、ステム２ｈの上下動に伴ってジスク２ｌも上下動を行う。但し、ジスク２ｌはステム２ｈとは固定されていない。
【００２３】
ステム２ｈの先端部にはジスク２ｌが接している。ジスク２ｌは、上からジスク本体２ｍと、ジスクエンドキャップ２ｎと、ジスクシールハウジング２ｏと、ジスクボトム２ｐとから構成されている。ジスク本体２ｍの上部においては、２段にわたって窪みが形成されており、１段目の窪みにはシートリング２ｑが嵌め込まれている。このシートリング２ｑが本体２ａのボディシート２ａ１と接することによって、流路２ｆ内における流体Ｆの流れを遮断する。２段目の窪みには、ステム２ｈとジスク本体２ｍとを固定するとともに、シートリング２ｑをジスク本体２ｍに固定するシートリング押さえ２ｒが嵌め込まれている。ステム２ｈの先端部は直接的にはこのシートリング押さえ２ｒに接している。
【００２４】
ジスク本体２ｍとジスクエンドキャップ２ｎとシートリング押さえ２ｒとは、貫通孔ボルト２ｓによって連結されている。このときジスク本体２ｍとジスクエンドキャップ２ｎとの間にはジスクシールハウジング２ｏが挟まれている。ジスクエンドキャップ２ｎの下方にはジスクボトム２ｐが連結されている。さらにジスク２ｌは、バルブジスクシリンダ２ｔの貫通孔に挿入され、ステム２ｈが上下に移動する際にはこのバルブジスクシリンダ２ｔの貫通孔内をジスク２ｌが開放位置と閉止位置との間を上下に移動する。
【００２５】
ジスク２ｌとバルブジスクシリンダ２ｔとの間には付勢部材２ｕが設けられており、この付勢部材２ｕによってジスク２ｌは上方に向けて力がかかった状態、すなわち、シートリング２ｑがボディシート２ａ１に押しつけられた状態となっている。この位置がジスク２ｌの閉止位置である。ジスク２ｌがこの位置にあると、流路２ｆが遮断された状態になり、流路２ｆ内を流体Ｆが通ることはない。
【００２６】
上述したように、ステム２ｈが下方に移動するのに合わせてジスク２ｌも下方へと移動する。従って、ボトムカバー２ｃにはこの移動に伴ってジスクボトム２ｐが移動する移動分の座グリ穴が設けられている。またジスクボトム２ｐにはジスク２ｌがステム２ｈに連動して上方に移動した際に、バルブジスクシリンダ２ｔに接触してジスク２ｌが規定された位置よりも上方に移動することを防止する突起部が設けられている。
【００２７】
なお、導入口２ｄから導入された高圧の流体Ｆは、流量調整装置２に導入された直後に設けられた供給口２ｖから圧力設定装置３へも供給される。
【００２８】
図４は図１に示す圧力設定装置３をＹ−Ｙ線で切断して示す圧力設定装置３の断面図である。圧力設定装置３は、内部に設けられた弁（ジスク）の開閉、開度によって流体の圧力を設定した圧力にまで下げる役割を果たす装置である。圧力設定装置３は、本体３ａと、本体３ａの上面を塞ぐスプリングカバー３ｂと、本体３ａの底面を塞ぐボトムカバー３ｃと、大きく３つの部分から構成される。スプリングカバー３ｂとボトムカバー３ｃとは本体３ａにボルトＢによって止められている。ボルトＢとしては、例えばキャップスクリュー等が好適に使用される。なお、以下の説明では便宜上、図４に示す矢印において示されている＋Ｙ方向を上、−Ｙ方向を下と表わす。
【００２９】
本体３ａには、流体供給源から供給される流体Ｆを導入する導入口３ｄと、導入口３ｄと連通し流体Ｆが導出する導出口３ｅとを備える流路３ｆが形成される。流路３ｆは、図４の実線の矢印に示されているように、＋Ｘ方向から−Ｘ方向へと、流体Ｆが流れるように形成されている。流体Ｆは導入口３ｄから導入され、後述する流体Ｆの圧力を減圧させる弁であるニードルバルブ３ｐが設けられている空間及び後述する圧力設定ピストン３ｌ及びジスク３ｏの下面の空間を流通し導出口３ｅから導出される。
【００３０】
流路３ｆの途中であって、スプリングカバー３ｂ内には、付勢部材３ｇがその上部に付勢部材受け３ｈを載せた状態で収納されている。また、付勢部材受け３ｈは、スプリングカバー３ｂ上部及びロックナット３ｉを貫通してクランピングボルト３ｊと接している。クランピングボルト３ｊを回転させて下方に向けて押し込むことで付勢部材受け３ｈを介して付勢部材３ｇが押し込まれる。クランピングボルト３ｊは、ロックナット３ｉを挟んで押し込んでいるので、クランピングボルト３ｊは押し込んだその位置に止まり、付勢部材３ｇの上方に向けての圧力が開放されることはない。
【００３１】
付勢部材３ｇによる下方への圧力は、付勢部材３ｇが接するピストンホルダー３ｋ及び、このピストンホルダー３ｋと一体で移動可能に保持される圧力設定ピストン３ｌに掛かる。通常ピストンホルダー３ｋは、図４に示すように、付勢部材３ｇからの圧力もあって本体３ａに当接し、その位置で止まっている。但し、この位置においてピストンホルダー３ｋの上面とこのスプリングカバー３ｂとの間には、移動可能な空間Ａが設けられているのでピストンホルダー３ｋ及び圧力設定ピストン３ｌは、上方に向けて移動することができるようにされている。
【００３２】
圧力設定ピストン３ｌは、その中心軸上に貫通孔３ｍが形成されている。後述するように、圧力設定装置３に規定圧力以上の圧力が掛かった場合には、この貫通孔３ｍ及びスプリングカバー３ｂに設けられた貫通孔３ｎを介してその圧力が開放される。圧力設定ピストン３ｌの下部には、圧力設定ピストン３ｌの下面と面一となるようにジスク３ｏが接合されている。従って、ジスク３ｏもピストンホルダー３ｋ及び圧力設定ピストン３ｌと一体に上下動を行う。
【００３３】
また、圧力設定ピストン３ｌと同軸であり、ジスク３ｏにその先端領域が接するようにニードルバルブ３ｐが位置している。ニードルバルブ３ｐは、図４に示すように、やじりのような形状をしており、第１のテーパ面３ｑはニードルバルブ３ｐの先端に形成されジスク３ｏに接する。また、第２のテーパ面３ｒはニードルバルブ３ｐの中間部に形成され本体３ａのボディシート３ａ１に接する。第２のテーパ面３ｒがボディシート３ａ１に接する位置がニードルバルブ３ｐの閉止位置である。ニードルバルブ３ｐがこの位置にあると、第２のテーパ面３ｒがボディシート３ａ１に接することによって流体Ｆの流れは遮断される。
【００３４】
ニードルバルブ３ｐは、その中間部以下が中空となり終端部（ニードルバルブ３ｐにおいてジスク３ｏと接する先端部とは反対の端部）が開口される形状に形成されている。この中空部内に付勢部材３ｓが収納され、付勢部材３ｓの一端部はニードルバルブ３ｐの下部であってボトムカバー３ｃ上に載置されたガイドベース３ｔと接する。この付勢部材３ｓによって、ニードルバルブ３ｐは上向きに付勢される。また、ニードルバルブ３ｐは、ブッシュ３ｕを挟みバルブガイド３ｖに形成された貫通孔内に収納されているので、バルブガイド３ｖに沿って開放位置と閉止位置との間を上下方向に移動可能とされている。
【００３５】
ニードルバルブ３ｐには、その中間部であってバルブガイド３ｖよりも高い位置において中空部と導入口３ｄをつなぐ貫通孔３ｗが形成されている。この貫通孔３ｗが設けられていることによって、貫通孔３ｗが設けられていない場合に導入された流体Ｆの圧力によってニードルバルブ３ｐに下向きに圧力が掛かり、ジスク３ｏに接する第１のテーパ面３ｑ及びボディシート３ａ１に接する第２のテーパ面３ｒが離れ、常に開放状態となることを防止している。
【００３６】
本発明の第１の実施の形態における高圧レギュレータ１は、上述した構成を採用する流量調整装置２と圧力設定装置３とから構成される。次に、高圧レギュレータ１の作用について説明する。
【００３７】
まず、インポート管Ｉから高圧の流体Ｆが供給され、流量調整装置２の導入口２ｄから流量調整装置２内に導入される。この状態では、ジスク２ｌは付勢部材２ｕによって上方に向けて付勢されているので、シートリング２ｑとボディシート２ａ１とは密着しており導入口２ｄから供給された流体Ｆは流路２ｆ内を通過して導出口２ｅからアウトポート管Ｏへと流れることはない。
【００３８】
但し、流量調整装置２の供給口２ｖは開放されているので、この供給口２ｖから管Ｐ１を通って圧力設定装置３へと流体Ｆが供給される。圧力設定装置３の導入口３ｄから導入された流体Ｆは、流路３ｆを流れる。ここで圧力設定装置３は事前に流量調整装置２から導出される流体Ｆの圧力に合わせて圧力が設定されている。圧力設定装置３における圧力の設定は、クランピングボルト３ｊを回転させつつ下向きに押し込み、圧力設定ピストン３ｌを下向きに付勢する。圧力の設定は、圧力設定ピストン３ｌに対する付勢の力、すなわち、実際にはクランピングボルト３ｊをどの程度押し込むかによって決定することができ、圧力を細かく設定することが可能である。
【００３９】
圧力設定ピストン３ｌが下向きに付勢されることによって、付勢部材３ｓによって上向きに付勢されているニードルバルブ３ｐは、第１のテーパ面３ｑと接するジスク３ｏとの間で密着する。この状態にある限り、導入された流体Ｆが圧力設定ピストン３ｌの貫通孔３ｍを通ってスプリングカバー３ｂの貫通孔３ｎから外部へと漏れることはない。
【００４０】
圧力設定ピストン３ｌが押し下げられることによって第１のテーパ面３ｑがジスク３ｏと接するニードルバルブ３ｐは、下向きに押し込まれることになる。ニードルバルブ３ｐが下向きに押し込まれると、第２のテーパ面３ｒとボディシート３ａ１との距離が離れる。圧力設定装置３へ供給された流体Ｆは、ニードルバルブ３ｐと本体３ａとの間の開口部を通過し、さらに、圧力設定ピストン３ｌの下面と本体３ａとの間に形成される空間を通過して、導出口３ｅから導出される。図４には、実線の矢印で流路３ｆ内を流れる流体Ｆの流れを示している。
【００４１】
圧力設定装置３の導出口３ｅは、図１或いは図２に示されているように、管Ｐ２を介して流量調整装置２の貫通孔２ｉと接続されている。従って、流体Ｆは、導出口３ｅを導出し、管Ｐ２を通過して貫通孔２ｉから流量調整装置２の空間Ｓに供給される。上述したように、この空間Ｓは、トップカバー２ｂと調整ピストン２ｇの上面との間に形成されることから、供給された流体Ｆの圧力が調整ピストン２ｇに掛かる。調整ピストン２ｇは、流体Ｆの圧力によって下向きに移動する。調整ピストン２ｇには固定具２ｊによってステム２ｈが連結されているため、ステム２ｈも下向きに移動する。
【００４２】
ステム２ｈが下向きに移動すると、ステム２ｈの先端部に接するジスク２ｌが下向きに押し下げられ、シートリング２ｑとボディシート２ａ１とが離れる。シートリング２ｑとボディシート２ａ１とが離れることによって、インポート管Ｉから供給された流体Ｆは流路２ｆ内を通過して導出口２ｅからアウトポート管Ｏへと導出される。アウトポート管Ｏへと導出される流体Ｆの圧力は、圧力設定装置３において設定された圧力まで減圧されている。
【００４３】
図５は、インポート管Ｉに所定の圧力よりも高い圧力を持つ流体Ｆ（以下、このような流体Ｆを「流体Ｆｈ」と表わす。）が流れた場合の圧力設定装置３の内部の状態を示す断面図である。
【００４４】
通常圧力設定装置３においては供給される流体Ｆの持つ圧力の上限が定められている。そのため、規定値以上の圧力を持つ流体Ｆｈが供給されると、圧力設定装置３の損壊を防止するため、規定値以上の圧力を開放する。詳しくは図５に示すように、ニードルバルブ３ｐの位置はそのままに圧力設定ピストン３ｌとジスク３ｏが上方に持ち上がる。すなわち、第１のテーパ面３ｑによって接しているニードルバルブ３ｐとジスク３ｏとの間が開くことによって流体Ｆｈが流れる流路が形成され、圧力設定ピストン３ｌ内の貫通孔３ｍ及びスプリングカバー３ｂの貫通孔３ｎを通って大気に開放される。圧力設定ピストン３ｌがこのように動くことによって、この貫通孔３ｎから高い圧力を持った流体Ｆｈの圧力が逃がされ、導出口３ｅ側の圧力が設定圧力以上にならないように圧力を下げることができる。すなわち貫通孔３ｎが形成されることによって、流体供給源から供給される流体Ｆの圧力をコントロールし、流体供給源における圧力変動を緩和させることが可能となる。 このように従来の高圧レギュレータのようにダイアフラムを使用するのではなく、ピストンを利用して流体の導入、導出を行う機構を採用することによって、非常に耐久性に優れるとともに、圧力の設定を簡易、かつ、細かく行うことができ、省エネルギーに資する流量調整装置、圧力設定装置及びこれらを組み合わせた高圧レギュレータを提供することができる。
【００４５】
特に、導入側の圧力と導出側の圧力との圧力差が小さくて済むため（例えば、０．０５Ｍｐａないし、０．１Ｍｐａ程度）、高圧レギュレータに流体を導入するコンプレッサ等の流体供給源にかかる負荷を小さくし、かかる電力の消費量を削減することが可能となる（発明者の試算では従来の電力量よりも約５％の削減が可能となる）。このことは、高圧レギュレータを備えるシステム全体の省エネルギーに資するとともに、その耐久性をも向上させることにつながる。
【００４６】
併せて、圧力設定ピストンとニードルバルブとが導入される流体の圧力に同調して連動するので、導入される流体の圧力にきめ細かく対応し、常に設定された圧力の流体を導出させることが可能となる。
【００４７】
（第２の実施の形態）
次に本発明における第２の実施の形態について説明する。なお、第２の実施の形態において、上述の第１の実施の形態において説明した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、同一の構成要素の説明は重複するので省略する。
【００４８】
第２の実施の形態において第１の実施の形態と相違する点は、第１の実施の形態において示したように流量調整装置２と圧力設定装置３とを管Ｐ１及びＰ２を介して連結するのではなく、流量調整装置に圧力設定装置を直接連結し、両者が一体となった高圧レギュレータを提供する点である。
【００４９】
但し、第２の実施の形態で示す流量調整装置２０と圧力設定装置３０の多くの構成及び作用は第１の実施の形態において説明した流量調整装置２及び圧力設定装置３と同一である。従って、流量調整装置２０と圧力設定装置３０が一体となって構成される高圧レギュレータ１０の作用、効果は第１の実施の形態における高圧レギュレータ１と同一である。流量調整装置２０と圧力設定装置３０、流量調整装置２と圧力設定装置３との相違点は両者を一体としたことに伴うものである。
【００５０】
図６は、第２の実施の形態における高圧レギュレータ１０の底面図である。図６に示すように、流量調整装置２０に圧力設定装置３０が一体となるように接続されている。また、図７は、図６におけるＺ−Ｚ線で切断して示す断面図である。
【００５１】
図７において図示されないインポート管Ｉから流量調整装置２０に導入された流体Ｆは、同じく図示されない導入口２０ｄを介してその一部が排気管２０ｗから圧力設定装置３０へと排気（供給）される。流体Ｆはこの排気管２０ｗに接続する（一体となす）圧力設定装置３０の導入口３０ｄへと流れ（以下、排気管２０Ｗと導入口３０ｄまでの流体の通路を「第１の連通管Ｃ」と表わす。）、ニードルバルブ３０ｐの第２のテーパ面３０ｒとボディーシート３０ａ１の間を抜けて圧力設定ピストン３０ｌの下面と本体３０ａとによって構成される空間に導入される。
【００５２】
第２の実施の形態における圧力設定装置３０では、流体Ｆの導出口３０ｅが形成される向きは導入口３０ｄと同一面、すなわち、流量調整装置２０と接続される側に設けられている。導出口３０ｅがこのような向きに設けられているため、圧力設定装置３０へと導入された流体Ｆは、再度導出口３０ｅに接続する（一体となす）吸気管２０ｘに導入される（以下、吸気管２０ｘと導出口３０ｅまでの流体の通路を「第２の連通管Ｅ」と表わす）。図７に示す流量調整装置２０に明らかなように、圧力設定装置３０から供給された流体Ｆは、流量調整装置２の調整ピストン２０ｇ及びトップカバー２０ｂとで形成される空間Ｄに供給される。
【００５３】
空間Ｄに供給された流体Ｆの圧力によって調整ピストン２０ｇが下向きに押し込まれ合わせてステム２０ｈが下向きに移動することによって、ジスク２０ｌが下向きに移動しインポート管Ｉから導入された流体Ｆが導出口２０ｅを介してアウトポート管Ｏへと導出される。
【００５４】
このように従来の高圧レギュレータのようにダイアフラムを使用するのではなく、ピストンを利用して流体の導入、導出を行う構成を採用することによって、非常に耐久性に優れるとともに、圧力の設定を簡易、かつ、細かく行うことができ、省エネルギーに資する流量調整装置、圧力設定装置及びこれらを組み合わせた高圧レギュレータを提供することができる。
【００５５】
併せて、第２の実施の形態における高圧レギュレータ１０のように流量調整装置２０と圧力設定装置３０とを一体に形成し、第１の連通管Ｃ、第２の連通管Ｅとを介して流体を流通させることにより、スペース効率に優れた高圧レギュレータを提供することができる。
【００５６】
なお、この発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、本発明の実施の形態を説明するにあたっては、１つの流量調整装置を１つの圧力設定装置で制御する構成をもつ高圧レギュレータを例に挙げたが、１つの圧力設定装置を利用して複数の流量調整装置を制御する構成を採用することも可能である。
【００５７】
また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る高圧レギュレータの全体構成を示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る高圧レギュレータの全体構成を示す右側面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る流量調整装置を図１に示すＸ−Ｘ線で切断して示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る圧力設定装置を図１に示すＹ−Ｙ線で切断して示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る圧力設定装置において、高い圧力の流体が流れた場合の内部の状態を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る高圧レギュレータの底面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る高圧レギュレータを図６に示すＺ−Ｚ線で切断して示す断面図である。
【図８】従来の高圧レギュレータの内部構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ 高圧レギュレータ
２ 流量調整装置
２ａ 本体
２ａ１ ボディシート
２ｂ トップカバー
２ｃ ボトムカバー
２ｄ 導入口
２ｅ 導出口
２ｆ 流路
２ｇ 調整ピストン
２ｈ ステム
２ｉ 貫通孔
２ｊ 固定具
２ｋ ステムガイドホルダ
２ｌ ジスク
２ｍ ジスク本体
２ｎ ジスクエンドキャップ
２ｏ ジスクシールハウジング
２ｐ ジスクボトム
２ｑ シートリング
２ｒ シートリング押さえ
２ｓ 貫通孔ボルト
２ｔ バルブジスクシリンダ
２ｕ 付勢部材
２ｖ 供給口
３ 圧力設定装置
３ａ 本体
３ａ１ ボディシート
３ｂ スプリングカバー
３ｃ ボトムカバー
３ｄ 導入口
３ｅ 導出口
３ｆ 流路
３ｇ 付勢部材
３ｈ 付勢部材受け
３ｉ ロックナット
３ｊ クランピングボルト
３ｋ ピストンホルダ
３ｌ 圧力設定ピストン
３ｍ 貫通孔
３ｎ 貫通孔
３ｏ ジスク
３ｐ ニードルバルブ
３ｑ 第１のテーパ面
３ｒ 第２のテーパ面
３ｓ 付勢部材
３ｔ ガイドベース
３ｕ ブッシュ
３ｖ バルブガイド
３ｗ 貫通孔
１０ 高圧レギュレータ
２０ 流量調整装置
３０ 圧力設定装置
Ａ 移動可能距離
Ｂ ボルト
Ｄ 空間
Ｆ 流体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と、
前記本体に形成され、流体供給源から供給される流体を導入する導入口と、前記導入口と連通し前記流体が導出する導出口とを備える流路と、
前記流路の途中にあって前記本体の上方から下方に向けて前記流体の圧力が掛かるとともに、上下動可能に取り付けられる調整ピストンと、
前記調整ピストンの軸心と同軸上に連結されるステムと、
前記本体に収納され、前記本体の下方から上方に向けて付勢部材によって付勢されるとともに、前記ステムの先端部に接し、前記流路の途中において前記ステムの動きに合わせて開放位置と閉止位置との間を移動可能とされるジスクと、
を備えることを特徴とする流量調整装置。
【請求項２】
本体と、
前記本体に形成され、流体供給源から供給される流体を導入する導入口と、前記導入口と連通し前記流体が導出する導出口とを備える流路と、
前記流路の途中にあって前記本体の上方から下方に向けて付勢部材によって付勢されるとともに、上下動可能に取り付けられる圧力設定ピストンと、
前記圧力設定ピストンの下部に嵌め込まれるジスクと、
前記本体に収納され、前記本体の下方から上方に向けて付勢部材によって付勢されるとともに、前記圧力設定ピストンの軸心と同軸上であって前記ジスクにその先端部が接し、前記流路の途中において前記流体の圧力に応じて開放位置と閉止位置との間を移動可能となるように前記本体に収納されるニードルバルブと、
を備えることを特徴とする圧力設定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の流量調整装置と、
前記流量調整装置に連結される請求項２に記載の圧力調整装置と、からなり、
前記流量調整装置と前記圧力設定装置とは、前記流量調整装置の導入口から供給された流体を前記圧力設定装置の導入口に導入する第１の連通管と、
前記圧力設定装置において減圧され前記圧力設定装置の導出口から導出された流体を前記流量調整装置の調整ピストン上に供給する第２の連通管と、
を備えることを特徴とする高圧レギュレータ。
【請求項１】
本体と、
前記本体に形成され、流体供給源から供給される流体を導入する導入口と、前記導入口と連通し前記流体が導出する導出口とを備える流路と、
前記流路の途中にあって前記本体の上方から下方に向けて前記流体の圧力が掛かるとともに、上下動可能に取り付けられる調整ピストンと、
前記調整ピストンの軸心と同軸上に連結されるステムと、
前記本体に収納され、前記本体の下方から上方に向けて付勢部材によって付勢されるとともに、前記ステムの先端部に接し、前記流路の途中において前記ステムの動きに合わせて開放位置と閉止位置との間を移動可能とされるジスクと、
を備えることを特徴とする流量調整装置。
【請求項２】
本体と、
前記本体に形成され、流体供給源から供給される流体を導入する導入口と、前記導入口と連通し前記流体が導出する導出口とを備える流路と、
前記流路の途中にあって前記本体の上方から下方に向けて付勢部材によって付勢されるとともに、上下動可能に取り付けられる圧力設定ピストンと、
前記圧力設定ピストンの下部に嵌め込まれるジスクと、
前記本体に収納され、前記本体の下方から上方に向けて付勢部材によって付勢されるとともに、前記圧力設定ピストンの軸心と同軸上であって前記ジスクにその先端部が接し、前記流路の途中において前記流体の圧力に応じて開放位置と閉止位置との間を移動可能となるように前記本体に収納されるニードルバルブと、
を備えることを特徴とする圧力設定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の流量調整装置と、
前記流量調整装置に連結される請求項２に記載の圧力調整装置と、からなり、
前記流量調整装置と前記圧力設定装置とは、前記流量調整装置の導入口から供給された流体を前記圧力設定装置の導入口に導入する第１の連通管と、
前記圧力設定装置において減圧され前記圧力設定装置の導出口から導出された流体を前記流量調整装置の調整ピストン上に供給する第２の連通管と、
を備えることを特徴とする高圧レギュレータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１３４６９１（Ｐ２０１０−１３４６９１Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０９８８５（Ｐ２００８−３０９８８５）
【出願日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【出願人】（５０９２８３４４３）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【出願人】（５０９２８３４４３）
【Ｆターム（参考）】
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