減圧弁
【課題】１次側に供給された流体の圧力変動に起因する２次側の流体圧力の変動域を所望の範囲に設定できる減圧弁を提供する。
【解決手段】１次圧をＰ１、２次圧をＰ２、ピストン３５が圧力室５１内の流体から受ける圧力の受圧面積をＡ１、弁体２６が連通路１６内の流体から受ける圧力の受圧面積をＡ２、弁体２６が１次側流体通路内の流体から受ける圧力の受圧面積をＡ３、弁体２６の外圧受圧面３４の面積をＡ４、荷重スプリング４５のバネ荷重をＦ１、バルブスプリング３３のバネ荷重をＦ２とすると、次式が成り立つ。
上記式中、２次圧Ｐ２が１次圧Ｐ１によって影響を受ける因子は、Ｐ１×（Ａ３−Ａ４）であるから、この因子を制御することにより、所望の２次圧特性を得ることができる。
【解決手段】１次圧をＰ１、２次圧をＰ２、ピストン３５が圧力室５１内の流体から受ける圧力の受圧面積をＡ１、弁体２６が連通路１６内の流体から受ける圧力の受圧面積をＡ２、弁体２６が１次側流体通路内の流体から受ける圧力の受圧面積をＡ３、弁体２６の外圧受圧面３４の面積をＡ４、荷重スプリング４５のバネ荷重をＦ１、バルブスプリング３３のバネ荷重をＦ２とすると、次式が成り立つ。
上記式中、２次圧Ｐ２が１次圧Ｐ１によって影響を受ける因子は、Ｐ１×（Ａ３−Ａ４）であるから、この因子を制御することにより、所望の２次圧特性を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１次側に供給された流体の圧力変動に起因する２次側の流体圧力の変動域を所望の範囲に設定することができる、減圧弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２００３−１０４４９５号公報には、ガスボンベを有する一次側の圧力の変動が飲料容器を含む二次側に影響を与えることのないコンパクトな減圧弁が提案されている（同公報００１１段落参照）。この減圧弁は、二次側回路の圧力を所定の圧力に維持するために、一次側回路から供給されるガスの量を制御する減圧弁であって、その一次側シリンダ（２２）には、その内外を貫通する開放孔（３６）が形成され、弁体（２８）はこの開放孔（３６）の内部に摺動可能に挿入され、この弁体（２８）が一次側シリンダ（２２）の外部雰囲気に接触するように構成されている（同公報００１２段落参照）。
【０００３】
この減圧弁によれば、ガス供給源と連通している一次側シリンダ（２２）の内圧が弁体（２８）だけでなく外部雰囲気側にも作用するため、弁体（２８）に作用する一次側シリンダ（２２）の内圧と、外部雰囲気に作用する差内圧とが相互に相殺されるから、ガス供給源から一次側シリンダ（２２）までの一次側回路の圧力変動が二次側に影響することがなく、ディスペンサ（１，５０）は、常に、安定した条件の下で飲料容器（２）に収容された飲料を抽出することができる（同公報００１３段落参照）。
【０００４】
そして、上記ディスペンサ（１，５０）の減圧弁（２０，６６）において、開放孔（３６）に挿入される弁体（２８）の部分（３０）が開放孔（３６）内におけるその横断面積が連通路（２６）の横断面積と同値になるように形成することで、弁体（２８）に作用する一次側シリンダ（２２）の内圧と、外部雰囲気側に作用する差内圧とを確実に相殺させることができる（同公報００１４段落参照）。したがって、これら二つの横断面積に差異があるときには、前述の内圧と差内圧とは相殺されず、一次側の圧力変動が二次側に影響すると理解される。
【特許文献１】特開２００３−１０４４９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願の出願人は、流体通路の１次側に供給された流体の圧力が弁体を弁座に密着させようとする力と、流体通路の１次側に供給された流体の圧力が弁体を弁座から離隔させようとする力とが互いに打ち消し合うように、弁体に流体通路の外部の圧力が作用する外圧受圧面を形成したことを特徴とする、圧力制御弁を提案した（特願２００５−３１９５２０号）。しかしながら、圧力制御弁の使用目的によっては、これらの２方向の力が厳密に打ち消される必要がない場合がある。例えば、この圧力制御弁を、エア工具に圧縮空気を供給するために、空気圧縮機のエアタンクの吐出口に取り付けられる、減圧弁として使用する場合である。このような減圧弁では、１次側の流体圧力が変動したとき、２次側の流体圧力の変動域を所定の範囲に収めれば、エア工具の駆動に支障を生じない場合が多い。
【０００６】
本発明の目的は、１次側に供給された流体の圧力変動に起因する２次側の流体圧力の変動域を所望の範囲に設定することができる減圧弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の減圧弁は、１次側に供給された流体を２次側に導く流体通路と、前記流体通路に形成された弁座と、前記流体通路の１次側に配置され、かつ、前記弁座と協働して前記流体通路の断面積の大きさを規制する、弁体と、前記弁体と前記弁座のシート圧力を規制するバルブスプリングと、前記流体通路の２次側に配置され、かつ、前記流体通路の２次側の圧力変動に応じて前記弁体を前記弁座に関して変位させる、弁体駆動部材と、前記弁体駆動部材を前記弁体に向けて付勢する荷重スプリングとを有し、前記流体通路の１次側に供給された流体を減圧して２次側に吐出する、減圧弁において、前記流体通路の１次側に供給された流体の圧力によって前記弁体が前記弁座に押し付けられる力を減殺するように、前記弁体に前記流体通路の外部の圧力が作用する外圧受圧面を形成し、これにより、前記１次側に供給された流体の圧力変動に起因する前記２次側の流体圧力の変動域を所定の範囲に規制したことを特徴とする。
【０００８】
本発明の減圧弁は、また、前記１次側に供給された流体の圧力変動に起因する前記２次側の流体圧力の変動域を、前記弁体が前記弁座に密着したときに当該密着部の外縁によって画成される面積と前記外圧受圧面の面積との差によって規制することを特徴とする。
【０００９】
本発明の減圧弁は、更に、前記荷重スプリングのバネ荷重を変化させる２次圧設定機構を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の減圧弁は、更に、前記荷重スプリングのバネ荷重を変化させる２次圧設定機構を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の減圧弁は、１次側に供給された流体の圧力変動に起因する２次側の流体圧力の変動域を所定の範囲に規制することができるから、汎用性の高い減圧弁を提供することができる。
【００１２】
本発明の減圧弁は、閉弁時に弁体と弁座の密着部の外縁によって画成される面積と弁体の外圧受圧面の面積との差によって、１次側の流体圧力が弁体を弁座に関して相対変位させようとする力を制御するから、弁体が１次側の流体圧力によって受ける開弁方向又は閉弁方向の力を正確に設定することができる。よって、減圧弁の２次側の流体圧力の変動域を所望の範囲に正確に設定することができる。
【００１３】
また、減圧弁の２次側の流体圧力は、弁体が１次側の流体圧力によって受ける開弁方向又は閉弁方向の力と、荷重スプリング及びバルブスプリングのバネ荷重とによって定めることができるから、これらの力のうち、弁体が１次側の流体圧力によって受ける力を正確に設定することができれば、荷重スプリング及びバルブスプリングのバネ荷重の設定が容易になる。これにより、減圧弁の２次側の流体圧力の変動域を正確にかつ容易に設定することができる。
【００１４】
更に、本発明の減圧弁では、弁体と弁体駆動部材とを別体とし、弁体と弁体駆動部材とを互いに別個に変位可能に構成することができる。したがって、２次側の流体圧力が予め設定された２次圧の変動域よりも高圧になったときに、弁体駆動部材が弁体から離隔して単独で変位し、弁体駆動部材に形成されたリリーフ通路が開放して、２次側の流体通路を大気中に連通させるように構成すれば、減圧弁を使用する上での安全性を高めることができる。
【００１５】
本発明のその他の特徴は、図を参照して記述された、以下の実施例の説明から明らかになる。
【実施例１】
【００１６】
図１乃至４は、本発明の第一実施例の直動型減圧弁１を示す。
【００１７】
図１及び２に示すように、減圧弁１の器体は、基底部材２、シリンダ部材３、弁体支持部材４及び荷重スプリング用ハウジング５を基本的な構成部材として組立てられている。
【００１８】
基底部材２の中心部には軸線方向に延在する貫通孔６が形成され、基底部材２の側面には、流体供給源（図示せず。）に連結される１次側ポート７と、流体機器等（図示せず。）に連結される２次側ポート８が開口する。１次側ポート７は貫通孔６に連通し、２次側ポート８は、基底部材２の上面に形成された凹部９の底面に開口部を有する縦方向穴１０に連通する。
【００１９】
基底部材２の下面には、貫通孔６に螺合した弁体支持部材４が装着され、弁体支持部材４は貫通孔６の下端の開口部を閉塞する。弁体支持部材４の軸心に沿って弁体挿入孔１１が形成され、弁体挿入孔１１の軸心と貫通孔６の軸心とは一致する。弁体支持部材４は貫通孔６に螺合しているから、弁体支持部材４を回転させることにより、基底部材２に関し弁体支持部材４を軸心方向に相対的に変位させることができる。
【００２０】
基底部材２の上面に形成された凹部９にはシリンダ部材３が嵌合する。このとき、シリンダ部材１４の底部の中央部に形成された突起部１２は、貫通孔６の上端の開口部に嵌合する。基底部材２とシリンダ部材３の間にはシールリング１３、１４が介装され、基底部材２とシリンダ部材３の間隙は気密状態に保持される。シリンダ部材３の内面にはシリンダ部１５が形成されている。シリンダ部１５の軸心は貫通孔６の軸心と一致する。突起部１２の軸心に沿って連通孔１６が形成され、連通孔１６は貫通孔６とシリンダ部１５の間に延在する。連通孔１６の軸心は貫通孔６の軸心と一致する。シリンダ部１５の底部には貫通路１７が形成され、貫通路１７は縦方向穴１０に連通する。
【００２１】
基底部材２の上面には荷重スプリング用ハウジング５が複数本のボルト１８、１９によって固定される。ハウジング５は、その下面に開口部２０を有する中空体で構成される。ハウジング５の開口部２０の周縁部にはフランジ部２１が形成される。ハウジング５をボルト１８、１９で基底部材２に固定すると、フランジ部２１の下面がシリンダ部材３の上面に係合し、これによってシリンダ部材３は基底部材２の凹部９の内部に固定される。ハウジング５の天井部２１の中心部にはネジ孔２２が形成される。ネジ孔２２の軸線はハウジング５の軸線に一致すると共に連通孔１６の軸線及び貫通孔６の軸線に一致する。ハウジング５の側面部２３には、ハウジング５の内部空間２４を大気中に連通させる大気連通孔２５が形成される。
【００２２】
図３に示すように、貫通孔６に弁体２６を配置する。弁体２６は弁頭部２７と弁支持部２８とによって構成され、弁頭部２７は弁支持部２８に固定される。弁頭部２７は、減圧弁の使用目的に適合する材料によって構成され、シリンダ部材３の突起部１２の下面に形成された弁座２９に着座することができる。弁座２９は、突起部１２の下面から貫通路６の内部に向かって突出形成され、連通路１６の貫通孔６の側の開口部を囲繞して、環状に延在する。弁頭部２７の上面の中央部に凹部３０が形成され、弁頭部２７は凹部３０の外周部で弁座２９に着座する。弁体２６の弁支持部２８は貫通孔６の軸線に沿って延在する。弁支持部２８の下方部位に摺動部３１が形成され、摺動部３１は弁体支持部材４の弁体挿入孔１１に摺動自在に嵌合される。摺動部３１の周面にはシールリング３２が装着され、シールリング３２によって、摺動部３１と弁体挿入孔１１の間隙は気密状態を保持する。弁体２６の弁支持部２８と弁体支持部材４の間にバルブスプリング３３が介装され、弁体２６は、バルブスプリング３３の弾発力によって、弁頭部２７が弁座２９に着座する方向に常時付勢される。弁支持部２８の摺動部３１の下端面３４は弁体挿入孔１１から弁体支持部材４の外部に露出し、大気圧を受ける外圧受圧面を構成する。
【００２３】
図１及び３に示すように、シリンダ部材３のシリンダ部１５にはピストン３５が摺動自在に嵌合する。ピストン３５の周面にはシールリング３６が装着され、シールリング３６によって、ピストン３５の周面とシリンダ部１５の間隙は気密状態に保持される。ピストン３５の前面３７の中央部には突出部３８が形成され、突出部３８は、シリンダ部材３の連通孔１６を通って、弁体２６の弁頭部２７まで延在する。ピストン３５にはリリーフ通路３９が形成される。リリーフ通路３９はピストン３５の軸心に沿って延在し、突出部３８の先端面４０とピストン３５の背面４１とに開口する。図１に示すように、ハウジング５の天井部２１に形成されたネジ孔２２にはボルト４２が螺合し、ボルト４２の先端部はハウジング５に収容されたバネ受け４３の中央部に当接し、バネ受け４３を支持する。ピストン３５の背面４１に装着されたワッシャ４４とバネ受け４３の間には、荷重スプリング４５が介装され、荷重スプリング４５の弾発力によってピストン３５は弁体２６の方向に常時付勢される。
【００２４】
図１、２及び３に示すように、ハウジング５の天井部２１の外面には、減圧弁１で利用可能な設定圧が記載された圧力指示板４６が固定ネジ４７で固定されている。図４（ａ）の圧力指示板４６には０．０乃至１．０ＭＰａの範囲の設定圧が０．１ＭＰａごとに目盛られている。また、図４（ｂ）の圧力指示板４６には０．０乃至２．５ＭＰａの範囲の設定圧が０．２５ＭＰａごとに目盛られている。圧力指示板４６の上部には圧力設定つまみ４７が配置され、圧力設定つまみ４７は固定ネジ４９によってボルト４２に固定される。例えば、図４（ａ）の圧力指示板４６が装着された減圧弁１において、圧力設定つまみ４７を回転させ、圧力設定つまみ４８の指示線５０を圧力指示板４６の０．４ＭＰａに合わせると、圧力設定つまみ４７の回転に伴ってボルト４２が回転し、バネ受け４３がハウジング５の内部で上下動し、荷重スプリング４５の弾発力を変化させる。これにより、減圧弁１の設定圧は０．４ＭＰａとなり、２次側ポート８から流出する流体の圧力は０．４ＭＰａとなる。圧力指示板４６に目盛られた他の圧力値についても同様である。圧力指示板４６に記載された圧力値は２次側の目安値であり、２次側の流体圧力はこの目安値を含む変動域内で変動することができる。２次側の流体圧力の変動域は減圧弁毎に設定される。
【００２５】
以下、図４（ａ）の圧力指示板４６が装着された減圧弁１において、圧力設定つまみ４８の指示線５０を圧力指示板４６の０．４ＭＰａに合わせた場合について説明する。この状態において、減圧弁１のピストン３５は荷重スプリング４５の弾発力によって弁体２６の方向に変位し、ピストン３５の突出部３８を弁体２６に係合させている。すなわち、ピストン３５の突出部３８の先端面４０は、弁体２６の弁頭部２７に形成された凹部３０の底面に密着し、弁体２６をバルブスプリング３３の弾発力に抗して図３中の下方へ押し下げている。この結果、弁頭部２７は弁座２９から離隔し、１次側ポート７は連通孔１６を介して２次側ポート８に連通すると共に、リリーフ通路３９は弁頭部２７によって閉鎖される。ここで、１次側ポート７を空気圧縮機等の流体供給源（図示せず。）に連結し、２次側ポート８をエア工具等の流体機器（図示せず。）に連結して、この流体機器を作動させると、１次側ポート７に流入した流体は、弁頭部２７と弁座２９の間隙を通って連通路１６に流入し、次いで、ピストン３５の前面３７とシリンダ部１５によって画成される圧力室５１に流入する。圧力室５１に流入した流体は、貫通路１７及び縦方向穴１０を通って２次側ポート８に供給され、２次側ポート８に連結された流体機器で使用される。
【００２６】
このような流体機器の使用中に、又は、流体機器の停止及び再起動等により、圧力室５１の流体圧力が設定圧である０．４ＭＰａになると、ピストン３５は荷重スプリング４５の弾発力に抗して上方へ変位し、図１又は３に示すように、弁頭部２７が弁座２９に着座する。これによって、連通路１６は閉鎖され、圧力室５１の流体圧力の上昇は停止する。また、２次側ポート８の流体圧力が低下すると、ピストン３５は荷重スプリング４５の弾発力によって弁体２６の方向に変位し、ピストン３５の突出部３８が弁頭部２７を弁座２９から離隔させ、連通路１６を１次側ポート７に連通させる。これにより、圧力室５１に流体が流入し、圧力室５１の流体圧力が設定圧まで上昇する。この動作を繰り返すことにより、減圧弁１は、弁座２９から２次側ポート８まで延在する２次側流体通路の流体圧力を現在の設定圧である０．４ＭＰａを含む変動域内に保持しようとする。
【００２７】
なお、弁体２６の弁頭部２７が弁座２９に着座した状態で、圧力室５１の流体圧力が予め設定された変動域よりも高圧になったときには、ピストン３５が荷重スプリング４５の弾発力に抗して後退し、ピストン３５の突出部３８の先端面４０を弁頭部２７から離隔させる。これにより、リリーフ通路３９が開放し、圧力室５１を大気連通孔２５に連通させ、圧力室５１の流体圧力を変動域内まで低下させる。
【００２８】
弁座２９から２次側ポート８まで延在する２次側流体通路の流体圧力（以下、２次圧という。）は、１次側ポート７から弁座２９まで延在する１次側流体通路の流体圧力（以下、１次圧という。）の変動によって変化する。すなわち、１次圧をＰ１、２次圧をＰ２、ピストン３５が圧力室５１内の流体から受ける圧力の受圧面積をＡ１、弁体２６が連通路１６内の流体から受ける圧力の受圧面積をＡ２、弁体２６が１次側流体通路内の流体から受ける圧力の受圧面積をＡ３、弁体２６の下端面（外圧受圧面）３４の面積をＡ４、荷重スプリング４５のバネ荷重をＦ１、バルブスプリング３３のバネ荷重をＦ２とする。また、図３に示すように、ピストン３５の直径をＤ１、連通路１６の直径をＤ２、ピストン３５の突出部３８の外周の直径をＤ３、弁体２６の弁頭部２７が弁座２９に密着したときの密着部の外縁の径をＤ４、弁体２６の下端面（外圧受圧面）３４の直径をＤ５とする。
【００２９】
Ａ１は次の数式で表される。
【数１】
【００３０】
Ａ２は次の数式で表される。
【数２】
【００３１】
Ａ３は次の数式で表される。
【数３】
【００３２】
Ａ４は次の数式で表される。
【数４】
【００３３】
２次圧Ｐ２は次の数式で表される。
【数５】
【００３４】
数式５から、２次圧Ｐ２が１次圧Ｐ１によって影響を受ける因子は、数式５中のＰ１×（Ａ３−Ａ４）の項であることが解る。
【００３５】
すなわち、２次圧Ｐ２が１次圧Ｐ１から無関係に定まるためには、弁体２６の弁頭部２７が弁座２９に密着したときの密着部の外縁の径をＤ４と、弁体２６の下端面（外圧受圧面）３４の直径Ｄ５とを同値にすれば達成される。
【００３６】
同様に、１次圧Ｐ１と、弁体２６の弁頭部２７が弁座２９に密着したときの密着部の外縁の径をＤ４と、弁体２６の下端面（外圧受圧面）３４の直径Ｄ５とにより、数式５に従って、１次圧Ｐ１が２次圧Ｐ２に与える影響を正確に制御し、所望の２次圧特性を有する減圧弁１を提供することができる。
【００３７】
なお、弁体支持部材４を基底部材２に関して回転させ、これによって、バルブスプリング３３のバネ荷重を変化させることによって、弁体２６と弁座２９のシート圧力を設定することができる。
【実施例２】
【００３８】
図５は、本発明の減圧弁の第２実施例を示す。この実施例の減圧弁１００の特徴は、圧力設定つまみ５２の形状を変更して、減圧弁１００をより小型化すると共に、基底部材５３にシリンダ部５４を形成することにより、部品点数の減少を図ったことにある。圧力設定つまみ５２の形状を変更したことにより、第１実施例の圧力指示板４６を廃し、圧力指示板４６に記載されていた目盛りは荷重スプリング用ハウジング５５の外側面に記載される。その他の構成は、第１実施例の減圧弁１と同様であり、図５中、図１乃至４で使用された参照番号と同一の番号は、基本的に同一の機能を果たす構成要素を示す。
【実施例３】
【００３９】
図６及び７は、本発明の減圧弁の第３実施例を示す。この実施例の減圧弁２００の特徴は、回転式の圧力設定つまみの代わりにカム５６を利用した圧力設定レバー５７で構成すると共に、第１実施例の基底部材２とシリンダ部材３と荷重スプリング用ハウジング５を一体化した器体部材５８を用いた点にある。図中の参照番号５９は、圧力設定レバー５７の回転軸を示す。このような構成を採ることにより、部品点数の更なる減少を図ることができると共に、製品の組立効率が大幅に増加する。その他の構成は、第１実施例の減圧弁１と同様であり、図６及び図７中、図１乃至４で使用された参照番号と同一の番号は、基本的に同一の機能を果たす構成要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の減圧弁の縦断面図である。（実施例１）
【図２】図１の減圧弁の正面図である。（実施例１）
【図３】図１の要部を拡大した断面図である。（実施例１）
【図４】図４（ａ）は図１の減圧弁の上面図であり、図４（ｂ）は図１の減圧弁の変更例の上面図である。
【図５】本発明の減圧弁の他の実施例の縦断面図である。（実施例２）
【図６】本発明の減圧弁の更に他の実施例の縦断面図である。（実施例３）
【図７】図６の減圧弁の作用を示す縦断面図である。（実施例３）
【符号の説明】
【００４１】
４ 弁体支持部材
７ １次側ポート
８ ２次側ポート
１６ 連通路
２５ 大気連通孔
２６ 弁体
２７ 弁頭部
２８ 弁支持部材
２９ 弁座
３３ バルブスプリング
３４ 弁支持部材の下端面（外圧受圧面）
３５ ピストン
３９ リリーフ通路
４２ ボルト
４５ 荷重スプリング
４８ 圧力設定つまみ
４６ 圧力指示板
５１ 圧力室
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１次側に供給された流体の圧力変動に起因する２次側の流体圧力の変動域を所望の範囲に設定することができる、減圧弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２００３−１０４４９５号公報には、ガスボンベを有する一次側の圧力の変動が飲料容器を含む二次側に影響を与えることのないコンパクトな減圧弁が提案されている（同公報００１１段落参照）。この減圧弁は、二次側回路の圧力を所定の圧力に維持するために、一次側回路から供給されるガスの量を制御する減圧弁であって、その一次側シリンダ（２２）には、その内外を貫通する開放孔（３６）が形成され、弁体（２８）はこの開放孔（３６）の内部に摺動可能に挿入され、この弁体（２８）が一次側シリンダ（２２）の外部雰囲気に接触するように構成されている（同公報００１２段落参照）。
【０００３】
この減圧弁によれば、ガス供給源と連通している一次側シリンダ（２２）の内圧が弁体（２８）だけでなく外部雰囲気側にも作用するため、弁体（２８）に作用する一次側シリンダ（２２）の内圧と、外部雰囲気に作用する差内圧とが相互に相殺されるから、ガス供給源から一次側シリンダ（２２）までの一次側回路の圧力変動が二次側に影響することがなく、ディスペンサ（１，５０）は、常に、安定した条件の下で飲料容器（２）に収容された飲料を抽出することができる（同公報００１３段落参照）。
【０００４】
そして、上記ディスペンサ（１，５０）の減圧弁（２０，６６）において、開放孔（３６）に挿入される弁体（２８）の部分（３０）が開放孔（３６）内におけるその横断面積が連通路（２６）の横断面積と同値になるように形成することで、弁体（２８）に作用する一次側シリンダ（２２）の内圧と、外部雰囲気側に作用する差内圧とを確実に相殺させることができる（同公報００１４段落参照）。したがって、これら二つの横断面積に差異があるときには、前述の内圧と差内圧とは相殺されず、一次側の圧力変動が二次側に影響すると理解される。
【特許文献１】特開２００３−１０４４９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願の出願人は、流体通路の１次側に供給された流体の圧力が弁体を弁座に密着させようとする力と、流体通路の１次側に供給された流体の圧力が弁体を弁座から離隔させようとする力とが互いに打ち消し合うように、弁体に流体通路の外部の圧力が作用する外圧受圧面を形成したことを特徴とする、圧力制御弁を提案した（特願２００５−３１９５２０号）。しかしながら、圧力制御弁の使用目的によっては、これらの２方向の力が厳密に打ち消される必要がない場合がある。例えば、この圧力制御弁を、エア工具に圧縮空気を供給するために、空気圧縮機のエアタンクの吐出口に取り付けられる、減圧弁として使用する場合である。このような減圧弁では、１次側の流体圧力が変動したとき、２次側の流体圧力の変動域を所定の範囲に収めれば、エア工具の駆動に支障を生じない場合が多い。
【０００６】
本発明の目的は、１次側に供給された流体の圧力変動に起因する２次側の流体圧力の変動域を所望の範囲に設定することができる減圧弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の減圧弁は、１次側に供給された流体を２次側に導く流体通路と、前記流体通路に形成された弁座と、前記流体通路の１次側に配置され、かつ、前記弁座と協働して前記流体通路の断面積の大きさを規制する、弁体と、前記弁体と前記弁座のシート圧力を規制するバルブスプリングと、前記流体通路の２次側に配置され、かつ、前記流体通路の２次側の圧力変動に応じて前記弁体を前記弁座に関して変位させる、弁体駆動部材と、前記弁体駆動部材を前記弁体に向けて付勢する荷重スプリングとを有し、前記流体通路の１次側に供給された流体を減圧して２次側に吐出する、減圧弁において、前記流体通路の１次側に供給された流体の圧力によって前記弁体が前記弁座に押し付けられる力を減殺するように、前記弁体に前記流体通路の外部の圧力が作用する外圧受圧面を形成し、これにより、前記１次側に供給された流体の圧力変動に起因する前記２次側の流体圧力の変動域を所定の範囲に規制したことを特徴とする。
【０００８】
本発明の減圧弁は、また、前記１次側に供給された流体の圧力変動に起因する前記２次側の流体圧力の変動域を、前記弁体が前記弁座に密着したときに当該密着部の外縁によって画成される面積と前記外圧受圧面の面積との差によって規制することを特徴とする。
【０００９】
本発明の減圧弁は、更に、前記荷重スプリングのバネ荷重を変化させる２次圧設定機構を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の減圧弁は、更に、前記荷重スプリングのバネ荷重を変化させる２次圧設定機構を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の減圧弁は、１次側に供給された流体の圧力変動に起因する２次側の流体圧力の変動域を所定の範囲に規制することができるから、汎用性の高い減圧弁を提供することができる。
【００１２】
本発明の減圧弁は、閉弁時に弁体と弁座の密着部の外縁によって画成される面積と弁体の外圧受圧面の面積との差によって、１次側の流体圧力が弁体を弁座に関して相対変位させようとする力を制御するから、弁体が１次側の流体圧力によって受ける開弁方向又は閉弁方向の力を正確に設定することができる。よって、減圧弁の２次側の流体圧力の変動域を所望の範囲に正確に設定することができる。
【００１３】
また、減圧弁の２次側の流体圧力は、弁体が１次側の流体圧力によって受ける開弁方向又は閉弁方向の力と、荷重スプリング及びバルブスプリングのバネ荷重とによって定めることができるから、これらの力のうち、弁体が１次側の流体圧力によって受ける力を正確に設定することができれば、荷重スプリング及びバルブスプリングのバネ荷重の設定が容易になる。これにより、減圧弁の２次側の流体圧力の変動域を正確にかつ容易に設定することができる。
【００１４】
更に、本発明の減圧弁では、弁体と弁体駆動部材とを別体とし、弁体と弁体駆動部材とを互いに別個に変位可能に構成することができる。したがって、２次側の流体圧力が予め設定された２次圧の変動域よりも高圧になったときに、弁体駆動部材が弁体から離隔して単独で変位し、弁体駆動部材に形成されたリリーフ通路が開放して、２次側の流体通路を大気中に連通させるように構成すれば、減圧弁を使用する上での安全性を高めることができる。
【００１５】
本発明のその他の特徴は、図を参照して記述された、以下の実施例の説明から明らかになる。
【実施例１】
【００１６】
図１乃至４は、本発明の第一実施例の直動型減圧弁１を示す。
【００１７】
図１及び２に示すように、減圧弁１の器体は、基底部材２、シリンダ部材３、弁体支持部材４及び荷重スプリング用ハウジング５を基本的な構成部材として組立てられている。
【００１８】
基底部材２の中心部には軸線方向に延在する貫通孔６が形成され、基底部材２の側面には、流体供給源（図示せず。）に連結される１次側ポート７と、流体機器等（図示せず。）に連結される２次側ポート８が開口する。１次側ポート７は貫通孔６に連通し、２次側ポート８は、基底部材２の上面に形成された凹部９の底面に開口部を有する縦方向穴１０に連通する。
【００１９】
基底部材２の下面には、貫通孔６に螺合した弁体支持部材４が装着され、弁体支持部材４は貫通孔６の下端の開口部を閉塞する。弁体支持部材４の軸心に沿って弁体挿入孔１１が形成され、弁体挿入孔１１の軸心と貫通孔６の軸心とは一致する。弁体支持部材４は貫通孔６に螺合しているから、弁体支持部材４を回転させることにより、基底部材２に関し弁体支持部材４を軸心方向に相対的に変位させることができる。
【００２０】
基底部材２の上面に形成された凹部９にはシリンダ部材３が嵌合する。このとき、シリンダ部材１４の底部の中央部に形成された突起部１２は、貫通孔６の上端の開口部に嵌合する。基底部材２とシリンダ部材３の間にはシールリング１３、１４が介装され、基底部材２とシリンダ部材３の間隙は気密状態に保持される。シリンダ部材３の内面にはシリンダ部１５が形成されている。シリンダ部１５の軸心は貫通孔６の軸心と一致する。突起部１２の軸心に沿って連通孔１６が形成され、連通孔１６は貫通孔６とシリンダ部１５の間に延在する。連通孔１６の軸心は貫通孔６の軸心と一致する。シリンダ部１５の底部には貫通路１７が形成され、貫通路１７は縦方向穴１０に連通する。
【００２１】
基底部材２の上面には荷重スプリング用ハウジング５が複数本のボルト１８、１９によって固定される。ハウジング５は、その下面に開口部２０を有する中空体で構成される。ハウジング５の開口部２０の周縁部にはフランジ部２１が形成される。ハウジング５をボルト１８、１９で基底部材２に固定すると、フランジ部２１の下面がシリンダ部材３の上面に係合し、これによってシリンダ部材３は基底部材２の凹部９の内部に固定される。ハウジング５の天井部２１の中心部にはネジ孔２２が形成される。ネジ孔２２の軸線はハウジング５の軸線に一致すると共に連通孔１６の軸線及び貫通孔６の軸線に一致する。ハウジング５の側面部２３には、ハウジング５の内部空間２４を大気中に連通させる大気連通孔２５が形成される。
【００２２】
図３に示すように、貫通孔６に弁体２６を配置する。弁体２６は弁頭部２７と弁支持部２８とによって構成され、弁頭部２７は弁支持部２８に固定される。弁頭部２７は、減圧弁の使用目的に適合する材料によって構成され、シリンダ部材３の突起部１２の下面に形成された弁座２９に着座することができる。弁座２９は、突起部１２の下面から貫通路６の内部に向かって突出形成され、連通路１６の貫通孔６の側の開口部を囲繞して、環状に延在する。弁頭部２７の上面の中央部に凹部３０が形成され、弁頭部２７は凹部３０の外周部で弁座２９に着座する。弁体２６の弁支持部２８は貫通孔６の軸線に沿って延在する。弁支持部２８の下方部位に摺動部３１が形成され、摺動部３１は弁体支持部材４の弁体挿入孔１１に摺動自在に嵌合される。摺動部３１の周面にはシールリング３２が装着され、シールリング３２によって、摺動部３１と弁体挿入孔１１の間隙は気密状態を保持する。弁体２６の弁支持部２８と弁体支持部材４の間にバルブスプリング３３が介装され、弁体２６は、バルブスプリング３３の弾発力によって、弁頭部２７が弁座２９に着座する方向に常時付勢される。弁支持部２８の摺動部３１の下端面３４は弁体挿入孔１１から弁体支持部材４の外部に露出し、大気圧を受ける外圧受圧面を構成する。
【００２３】
図１及び３に示すように、シリンダ部材３のシリンダ部１５にはピストン３５が摺動自在に嵌合する。ピストン３５の周面にはシールリング３６が装着され、シールリング３６によって、ピストン３５の周面とシリンダ部１５の間隙は気密状態に保持される。ピストン３５の前面３７の中央部には突出部３８が形成され、突出部３８は、シリンダ部材３の連通孔１６を通って、弁体２６の弁頭部２７まで延在する。ピストン３５にはリリーフ通路３９が形成される。リリーフ通路３９はピストン３５の軸心に沿って延在し、突出部３８の先端面４０とピストン３５の背面４１とに開口する。図１に示すように、ハウジング５の天井部２１に形成されたネジ孔２２にはボルト４２が螺合し、ボルト４２の先端部はハウジング５に収容されたバネ受け４３の中央部に当接し、バネ受け４３を支持する。ピストン３５の背面４１に装着されたワッシャ４４とバネ受け４３の間には、荷重スプリング４５が介装され、荷重スプリング４５の弾発力によってピストン３５は弁体２６の方向に常時付勢される。
【００２４】
図１、２及び３に示すように、ハウジング５の天井部２１の外面には、減圧弁１で利用可能な設定圧が記載された圧力指示板４６が固定ネジ４７で固定されている。図４（ａ）の圧力指示板４６には０．０乃至１．０ＭＰａの範囲の設定圧が０．１ＭＰａごとに目盛られている。また、図４（ｂ）の圧力指示板４６には０．０乃至２．５ＭＰａの範囲の設定圧が０．２５ＭＰａごとに目盛られている。圧力指示板４６の上部には圧力設定つまみ４７が配置され、圧力設定つまみ４７は固定ネジ４９によってボルト４２に固定される。例えば、図４（ａ）の圧力指示板４６が装着された減圧弁１において、圧力設定つまみ４７を回転させ、圧力設定つまみ４８の指示線５０を圧力指示板４６の０．４ＭＰａに合わせると、圧力設定つまみ４７の回転に伴ってボルト４２が回転し、バネ受け４３がハウジング５の内部で上下動し、荷重スプリング４５の弾発力を変化させる。これにより、減圧弁１の設定圧は０．４ＭＰａとなり、２次側ポート８から流出する流体の圧力は０．４ＭＰａとなる。圧力指示板４６に目盛られた他の圧力値についても同様である。圧力指示板４６に記載された圧力値は２次側の目安値であり、２次側の流体圧力はこの目安値を含む変動域内で変動することができる。２次側の流体圧力の変動域は減圧弁毎に設定される。
【００２５】
以下、図４（ａ）の圧力指示板４６が装着された減圧弁１において、圧力設定つまみ４８の指示線５０を圧力指示板４６の０．４ＭＰａに合わせた場合について説明する。この状態において、減圧弁１のピストン３５は荷重スプリング４５の弾発力によって弁体２６の方向に変位し、ピストン３５の突出部３８を弁体２６に係合させている。すなわち、ピストン３５の突出部３８の先端面４０は、弁体２６の弁頭部２７に形成された凹部３０の底面に密着し、弁体２６をバルブスプリング３３の弾発力に抗して図３中の下方へ押し下げている。この結果、弁頭部２７は弁座２９から離隔し、１次側ポート７は連通孔１６を介して２次側ポート８に連通すると共に、リリーフ通路３９は弁頭部２７によって閉鎖される。ここで、１次側ポート７を空気圧縮機等の流体供給源（図示せず。）に連結し、２次側ポート８をエア工具等の流体機器（図示せず。）に連結して、この流体機器を作動させると、１次側ポート７に流入した流体は、弁頭部２７と弁座２９の間隙を通って連通路１６に流入し、次いで、ピストン３５の前面３７とシリンダ部１５によって画成される圧力室５１に流入する。圧力室５１に流入した流体は、貫通路１７及び縦方向穴１０を通って２次側ポート８に供給され、２次側ポート８に連結された流体機器で使用される。
【００２６】
このような流体機器の使用中に、又は、流体機器の停止及び再起動等により、圧力室５１の流体圧力が設定圧である０．４ＭＰａになると、ピストン３５は荷重スプリング４５の弾発力に抗して上方へ変位し、図１又は３に示すように、弁頭部２７が弁座２９に着座する。これによって、連通路１６は閉鎖され、圧力室５１の流体圧力の上昇は停止する。また、２次側ポート８の流体圧力が低下すると、ピストン３５は荷重スプリング４５の弾発力によって弁体２６の方向に変位し、ピストン３５の突出部３８が弁頭部２７を弁座２９から離隔させ、連通路１６を１次側ポート７に連通させる。これにより、圧力室５１に流体が流入し、圧力室５１の流体圧力が設定圧まで上昇する。この動作を繰り返すことにより、減圧弁１は、弁座２９から２次側ポート８まで延在する２次側流体通路の流体圧力を現在の設定圧である０．４ＭＰａを含む変動域内に保持しようとする。
【００２７】
なお、弁体２６の弁頭部２７が弁座２９に着座した状態で、圧力室５１の流体圧力が予め設定された変動域よりも高圧になったときには、ピストン３５が荷重スプリング４５の弾発力に抗して後退し、ピストン３５の突出部３８の先端面４０を弁頭部２７から離隔させる。これにより、リリーフ通路３９が開放し、圧力室５１を大気連通孔２５に連通させ、圧力室５１の流体圧力を変動域内まで低下させる。
【００２８】
弁座２９から２次側ポート８まで延在する２次側流体通路の流体圧力（以下、２次圧という。）は、１次側ポート７から弁座２９まで延在する１次側流体通路の流体圧力（以下、１次圧という。）の変動によって変化する。すなわち、１次圧をＰ１、２次圧をＰ２、ピストン３５が圧力室５１内の流体から受ける圧力の受圧面積をＡ１、弁体２６が連通路１６内の流体から受ける圧力の受圧面積をＡ２、弁体２６が１次側流体通路内の流体から受ける圧力の受圧面積をＡ３、弁体２６の下端面（外圧受圧面）３４の面積をＡ４、荷重スプリング４５のバネ荷重をＦ１、バルブスプリング３３のバネ荷重をＦ２とする。また、図３に示すように、ピストン３５の直径をＤ１、連通路１６の直径をＤ２、ピストン３５の突出部３８の外周の直径をＤ３、弁体２６の弁頭部２７が弁座２９に密着したときの密着部の外縁の径をＤ４、弁体２６の下端面（外圧受圧面）３４の直径をＤ５とする。
【００２９】
Ａ１は次の数式で表される。
【数１】
【００３０】
Ａ２は次の数式で表される。
【数２】
【００３１】
Ａ３は次の数式で表される。
【数３】
【００３２】
Ａ４は次の数式で表される。
【数４】
【００３３】
２次圧Ｐ２は次の数式で表される。
【数５】
【００３４】
数式５から、２次圧Ｐ２が１次圧Ｐ１によって影響を受ける因子は、数式５中のＰ１×（Ａ３−Ａ４）の項であることが解る。
【００３５】
すなわち、２次圧Ｐ２が１次圧Ｐ１から無関係に定まるためには、弁体２６の弁頭部２７が弁座２９に密着したときの密着部の外縁の径をＤ４と、弁体２６の下端面（外圧受圧面）３４の直径Ｄ５とを同値にすれば達成される。
【００３６】
同様に、１次圧Ｐ１と、弁体２６の弁頭部２７が弁座２９に密着したときの密着部の外縁の径をＤ４と、弁体２６の下端面（外圧受圧面）３４の直径Ｄ５とにより、数式５に従って、１次圧Ｐ１が２次圧Ｐ２に与える影響を正確に制御し、所望の２次圧特性を有する減圧弁１を提供することができる。
【００３７】
なお、弁体支持部材４を基底部材２に関して回転させ、これによって、バルブスプリング３３のバネ荷重を変化させることによって、弁体２６と弁座２９のシート圧力を設定することができる。
【実施例２】
【００３８】
図５は、本発明の減圧弁の第２実施例を示す。この実施例の減圧弁１００の特徴は、圧力設定つまみ５２の形状を変更して、減圧弁１００をより小型化すると共に、基底部材５３にシリンダ部５４を形成することにより、部品点数の減少を図ったことにある。圧力設定つまみ５２の形状を変更したことにより、第１実施例の圧力指示板４６を廃し、圧力指示板４６に記載されていた目盛りは荷重スプリング用ハウジング５５の外側面に記載される。その他の構成は、第１実施例の減圧弁１と同様であり、図５中、図１乃至４で使用された参照番号と同一の番号は、基本的に同一の機能を果たす構成要素を示す。
【実施例３】
【００３９】
図６及び７は、本発明の減圧弁の第３実施例を示す。この実施例の減圧弁２００の特徴は、回転式の圧力設定つまみの代わりにカム５６を利用した圧力設定レバー５７で構成すると共に、第１実施例の基底部材２とシリンダ部材３と荷重スプリング用ハウジング５を一体化した器体部材５８を用いた点にある。図中の参照番号５９は、圧力設定レバー５７の回転軸を示す。このような構成を採ることにより、部品点数の更なる減少を図ることができると共に、製品の組立効率が大幅に増加する。その他の構成は、第１実施例の減圧弁１と同様であり、図６及び図７中、図１乃至４で使用された参照番号と同一の番号は、基本的に同一の機能を果たす構成要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の減圧弁の縦断面図である。（実施例１）
【図２】図１の減圧弁の正面図である。（実施例１）
【図３】図１の要部を拡大した断面図である。（実施例１）
【図４】図４（ａ）は図１の減圧弁の上面図であり、図４（ｂ）は図１の減圧弁の変更例の上面図である。
【図５】本発明の減圧弁の他の実施例の縦断面図である。（実施例２）
【図６】本発明の減圧弁の更に他の実施例の縦断面図である。（実施例３）
【図７】図６の減圧弁の作用を示す縦断面図である。（実施例３）
【符号の説明】
【００４１】
４ 弁体支持部材
７ １次側ポート
８ ２次側ポート
１６ 連通路
２５ 大気連通孔
２６ 弁体
２７ 弁頭部
２８ 弁支持部材
２９ 弁座
３３ バルブスプリング
３４ 弁支持部材の下端面（外圧受圧面）
３５ ピストン
３９ リリーフ通路
４２ ボルト
４５ 荷重スプリング
４８ 圧力設定つまみ
４６ 圧力指示板
５１ 圧力室
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次側に供給された流体を２次側に導く流体通路と、前記流体通路に形成された弁座と、前記流体通路の１次側に配置され、かつ、前記弁座と協働して前記流体通路の断面積の大きさを規制する、弁体と、前記弁体と前記弁座のシート圧力を規制するバルブスプリングと、前記流体通路の２次側に配置され、かつ、前記流体通路の２次側の圧力変動に応じて前記弁体を前記弁座に関して変位させる、弁体駆動部材と、前記弁体駆動部材を前記弁体に向けて付勢する荷重スプリングとを有し、前記流体通路の１次側に供給された流体を減圧して２次側に吐出する、減圧弁において、前記流体通路の１次側に供給された流体の圧力によって前記弁体が前記弁座に押し付けられる力を減殺するように、前記弁体に前記流体通路の外部の圧力が作用する外圧受圧面を形成し、これにより、前記１次側に供給された流体の圧力変動に起因する前記２次側の流体圧力の変動域を所定の範囲に規制したことを特徴とする、減圧弁。
【請求項２】
請求項１に記載の減圧弁において、前記１次側に供給された流体の圧力変動に起因する前記２次側の流体圧力の変動域を、前記弁体が前記弁座に密着したときに当該密着部の外縁によって画成される面積と前記外圧受圧面の面積との差によって規制することを特徴とする、前記減圧弁。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の減圧弁において、前記減圧弁は、更に、前記荷重スプリングのバネ荷重を変化させる２次圧設定機構を有することを特徴とする、前記減圧弁。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の減圧弁において、前記減圧弁は、更に、前記バルブスプリングのバネ荷重を変化させるシート圧力設定機構を有することを特徴とする、前記減圧弁。
【請求項１】
１次側に供給された流体を２次側に導く流体通路と、前記流体通路に形成された弁座と、前記流体通路の１次側に配置され、かつ、前記弁座と協働して前記流体通路の断面積の大きさを規制する、弁体と、前記弁体と前記弁座のシート圧力を規制するバルブスプリングと、前記流体通路の２次側に配置され、かつ、前記流体通路の２次側の圧力変動に応じて前記弁体を前記弁座に関して変位させる、弁体駆動部材と、前記弁体駆動部材を前記弁体に向けて付勢する荷重スプリングとを有し、前記流体通路の１次側に供給された流体を減圧して２次側に吐出する、減圧弁において、前記流体通路の１次側に供給された流体の圧力によって前記弁体が前記弁座に押し付けられる力を減殺するように、前記弁体に前記流体通路の外部の圧力が作用する外圧受圧面を形成し、これにより、前記１次側に供給された流体の圧力変動に起因する前記２次側の流体圧力の変動域を所定の範囲に規制したことを特徴とする、減圧弁。
【請求項２】
請求項１に記載の減圧弁において、前記１次側に供給された流体の圧力変動に起因する前記２次側の流体圧力の変動域を、前記弁体が前記弁座に密着したときに当該密着部の外縁によって画成される面積と前記外圧受圧面の面積との差によって規制することを特徴とする、前記減圧弁。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の減圧弁において、前記減圧弁は、更に、前記荷重スプリングのバネ荷重を変化させる２次圧設定機構を有することを特徴とする、前記減圧弁。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の減圧弁において、前記減圧弁は、更に、前記バルブスプリングのバネ荷重を変化させるシート圧力設定機構を有することを特徴とする、前記減圧弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−２８２１９２（Ｐ２００８−２８２１９２Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１２５３８３（Ｐ２００７−１２５３８３）
【出願日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【出願人】（３０１０３６４４５）ダイセン株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【出願人】（３０１０３６４４５）ダイセン株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]