JP2005273555A - 高圧流体用レギュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】調圧バルブにおけるバルブ軸のシール構造において、シール性を確保するとともに、調圧特性の改善を図り、調圧の信頼性や調圧性能の向上を図る。更に、シール部材を境として高圧側部内の圧力が急激に低下した際に、低圧側部内に発生した準高圧によりシール部材が低圧化した高圧側部へ突き上げられることを防止する。
【解決手段】調圧バルブのバルブ軸に装着されるシール部材であって、該シール部材５０を、横断面形状が内部に溝５３を有するＵ字状に形成されたシール本体５１と、該シール本体５１の溝５３内に設けられてシール本体５１の両側片５１ａ，５１ｂを開き方向に付勢する金属ばね５２とで形成する。そのシール本体５１における溝５３の開口部が高圧側に開口するように設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は高圧流体用レギュレータに関する。

従来、圧縮天然ガスを自動車のエンジンの燃料として使用するために、自動車に搭載されたボンベ内の圧縮天然ガスを所定圧に減圧するレギュレータとして図５及び図６に示すような高圧流体用レギュレータが知られている（特許文献１参照）。

この図５及び図６に示す高圧流体用レギュレータ１について説明する。
ボデー２には高圧流体の流入口３と流出口４が形成されており、該流入口３から流入した高圧流体が、ハウジング５に形成したバルブ収納室６、シート７、流通路８、調圧室９を流通して流出口４からエンジン等へ供給されるようになっている。

前記ハウジング５のバルブ収納室６内には、調圧バルブ１０が軸方向に摺動可能に設けられ、該調圧バルブ１０がシート７に接離するようになっている。更に、該調圧バルブ１０の一端、すなわち、図の上端にはロッド１１が前記流通路８を貫通するように突設され、該ロッド１１の先端が、前記調圧室９に設けたダイアフラム１２に連結されている。

前記調圧バルブ１０の他端、すなわち図の下端にはバルブ軸１３が突設されており、該バルブ軸１３が前記バルブ収納室６内に収納されている。該バルブ収納室６の内周面とバルブ軸１３の外周面間にはリング１４が嵌合配置され、該リング１４と調圧バルブ１０との間にスプリング１５を介在して、該スプリング１５の付勢力により調圧バルブ１０を常時シート７側へ付勢している。

更に、バルブ軸１３の外周面には、ゴム製のＯリング１６が圧着状態に嵌装され、該Ｏリング１６の外周面がハウジング５の内周面、すなわちバルブ収納室６の内周面に圧着している。該Ｏリング１６は２種類のバックアップリング１７，１８で支持されている。更に、バルブ軸１３の下部、すなわち低圧側部分にはＯリング１９及びバックアップリング２０が装着されている。

前記Ｏリング１６を挟んで前記バルブ収納室６と反対側にはストッパ２１が設けられ、該ストッパ２１に空隙部２１ａが形成されており、該空隙部２１ａは通路２２によって前記調圧室９と連通している。

前記ダイアフラム１２は、前記調圧室９と大気圧室２３とを区画し、スプリング２４により常時所定荷重により下方へ付勢されている。

以上の構成により、高圧流体が流入口３からバルブ収納室６に作用している状態において、調圧室９内の圧力が所定値以下に低下すると、スプリング２４の荷重によりダイアフラム１２が下降して調圧バルブ１０がシート７より離間し、高圧流体が流通路８を通じて調圧室９内に流入する。

この調圧バルブ１０の開弁状態において、調圧室９内が昇圧すると、ダイアフラム１２が上昇し、その圧力が所定値になると調圧バルブ１０がシート７に当接し、高圧流体の調圧室９内への流入を遮断する。これにより、調圧室９内の圧力が所定の低圧値に調圧され、その調圧された流体が流出口４からエンジンなどに供給される。

また、前記の調圧室９内の低圧の流体は、通路２２を通じて空隙部２１ａ内に流入し、該空隙２１ａ内は低圧になる。
特開２０００−２４９００１号公報

前記従来のように、調圧バルブ１０におけるバルブ軸１３とハウジング５と間にゴム製のＯリング１６を圧着状に介在してシールするものにおいては、高圧流体が流入口３からバルブ収納室６内に作用している際に、空隙部２１ａが大気状態で低圧であると、流入口３側の高圧である一次側圧力がバルブ収納室６内においてＯリング１６の周囲を透過して、該Ｏリング１６とその下側のＯリング１９間の隙間部３０に印加され、該隙間部３０内の圧力が上昇し、隙間部３０内が、一次側圧力よりは低いが大気圧よりも高い準高圧になる。

このように、隙間部３０内が一定以上の高圧に達した後に、急激に一次側圧力を抜くモードがある場合、前記従来構造のようにＯリング１６と、バルブ軸１３及びハウジング５との摩擦抵抗が大きいと、隙間部３０内の準高圧がＯリング１６の周囲から急激には抜けず、隙間部３０の準高圧力の荷重によってＯリング１６を図６の矢印Ｘ方向へ突き上げ、Ｏリング１６の上部のリング１４を上方へ抜くことがある。そのため、前記の突き上げ荷重を押さえ込む構造が必要になり、構造の複雑化を招く問題がある。

更に、前記従来構造においては次のような問題も生じる。
高圧流体が流入して調圧バルブ１０が昇降する際には、その調圧バルブ１０のバルブ軸１３がＯリング１６を擦りながら昇降し、バルブ軸１３はＯリング１６によって大きな摺動抵抗を受ける。

この大きな摺動抵抗によって、バルブ軸１３の下降、すなわち調圧バルブ１０の開弁方向への移動時には、Ｏリング１６を下方へ圧縮する現象が生じて調圧バルブ１０の下降が、Ｏリング１６に生じる抵抗力により抑制され、また、バルブ軸１３の上昇、すなわち、調圧バルブ１０の閉弁方向への移動時には、前記のように圧縮されたＯリング１６に蓄力された復帰力により調圧バルブ１０の上昇が助長される。

そのため、高圧流体の流量に対する調圧特性が、調圧バルブ１０の下降時には図７のＡの特性となり、調圧バルブ１０の上昇時にはＢの特性となり、これらの間に大きなヒステリシスＣが生じ、調圧特性を劣化させる問題がある。

また、バルブ軸１３の昇降時には、バルブ軸１３とＯリング１６に大きな摺動抵抗力が生じることから、Ｏリング１６の摩耗も早くなり、耐久性も低下する問題がある。

更に、前記のように、ゴム製のＯリング１６では、Ｏリング１６のはみ出しを防止するための硬度の異なる２種類のバックアップリング１７，１８が必要であり、部品点数の増加やコスト上の問題がある。

そこで本発明は、前記の各問題を解消する高圧流体用レギュレータを提供することを目的とするものである。

前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、高圧側部から低圧側部への流路に調圧バルブを設け、該調圧バルブのバルブ軸の外周面と該バルブ軸を収納するバルブ収納室の内周面との間にシール部材を設け、該シール部材を境として前記高圧側部と反対側が低圧側部に構成された高圧流体用レギュレータであって、
前記シール部材を、横断面形状が内部に溝を有するＵ字状に形成されたシール本体と、該シール本体の溝内に設けられてシール本体の両側片を開き方向に付勢する金属ばねとで形成し、前記シール部材を、そのシール本体における溝の開口部が高圧部側に開口するようにして設けたことを特徴とするものである。

本発明において、シール部材をＵ字状のシール本体内に金属ばねを内蔵してシール本体の両側片を開き方向に付勢してバルブ軸の外周面とバルブ収納室の内周面間に装着したので、バルブ軸の摺動時においてもシール部材でのシール性を確保することができる。

更に、高圧側部の高圧流体がシール部材に作用する際には、シール部材におけるシール本体の両側片が高圧流体の圧力により開き方向に付勢されてシール性が一層確保され、しかも低圧側部が準高圧状態になった状態で高圧側部の圧力が急激に低下した場合には、低圧側部の準高圧流体が、シール部材におけるシール本体の両側片を閉じる方向に押して、低圧になった高圧側部へすみやかに流れる。したがって、低圧側部における準高圧流体の荷重によってシール部材が、低圧となった高圧側部へ突き上げられることを防止できる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記シール本体を低摺動抵抗材料で形成したものである。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記シール本体をフッ素樹脂で形成したものである。

請求項２及び３記載の発明は、更に、バルブ軸の摺動時においてバルブ軸とシール本体との摺動抵抗が極めて小さくなる。そのため、調圧バルブの開作動時と閉作動時との調圧特性のヒステリシスを小さくすることができ、調圧バルブの開閉作動による調圧特性を、従来のＯリングからなるシール部材に比べて改善することができる。

更に、前記のように摺動抵抗が小さいことから、シール部材の摩耗が低減されて耐久性が向上し、かつ、シール部材のバックアップリングも１種類でよい。

以上のようであるから、請求項１記載の発明によれば、高圧側部の流体が急激に低下した場合に、シール部材が突き上げられることを防止できる。したがって、このようなシール部材の突き上げを防止するために、低圧側部から高圧側部方向への荷重を押さえ込む構造が不要になり、コスト低減にも非常に有効である。

請求項２及び３記載の発明によれば、更に、従来のＯリングのシール部材に比べて調圧特性の改善を図り、調圧の信頼性や調圧性能の向上を図ることができる。

更に、シール部材の摩耗を低減して耐久性の向上を図ることができるとともに、シール部材のバックアップリングも１種類でよく、部品点数の低減を図り、コスト低減を図ることができる。

本発明を実施するための最良の形態を図１乃至図４に示す実施例に基づいて説明する。
図１は高圧流体用レギュレータの縦断面図、図２は図１における要部の拡大縦断面図、図３はシール部材の拡大横断面図、図４は図２におけるシール部材の平断面図である。

本発明は図２に示すシール構造部以外の構造は前記図５及び図６に示す構造と略同様であるため、この図５及び図６の構造と同様な部分には前記と同一符号を付して説明する。

高圧流体用レギュレータ１のボデー２には高圧側部である高圧流体の流入口３と低圧側部である流出口４が形成されており、該流入口３から流入した高圧流体が、ハウジング５に形成したバルブ収納室６、シート７、流通路８、調圧室９を流通して流出口４からエンジン等へ供給されるようになっている。

ハウジング５の高圧側部であるバルブ収納室６内には調圧バルブ１０が軸方向に摺動可能に設けられ、該調圧バルブ１０がシート７に接離するようになっている。更に、調圧バルブ１０の一端、すなわち図の上端にはロッド１１が前記流通路８を貫通するように突設され、該ロッド１１の先端が、前記低圧側部である調圧室９に設けられたダイアフラム１２に連結されている。

前記調圧バルブ１０の他端、すなわち、図の下端にはバルブ軸１３が突設されており、該バルブ軸１３が前記バルブ収納室６内に収納されている。該バルブ収納室６の内周面とバルブ軸１３の外周面間にはリング１４が嵌合配置され、該リング１４と調圧バルブ１０との間にスプリング１５を介在して該スプリング１５の付勢力により調圧バルブ１０を常時シート７側へ付勢している。

前記ハウジング５の下部にはストッパ２１が設けられ、該ストッパ２１に、前記バルブ軸１３の下端部が摺動可能に嵌合する空隙部２１ａが形成されている。該空隙部２１ａは、通路２２を通じて前記流出口４と調圧室９側の低圧側に連通されており、該空隙部２１ａが低圧側部になっている。

前記高圧側部であるバルブ収納室６と低圧側部である空隙部２１ａとの間には、空隙部２１ａ側に位置してＯリング１９が配設され、バルブ収納室６側に位置してシール部材５０が配設されている。

したがって、シール部材５０を境として、バルブ収納室６からなる高圧側部と反対側に空隙部２１ａからなる低圧側部が構成されている。

前記Ｏリング１９は、バルブ軸１３の外周面とハウジング５の内周面に密着するように設けられている。

前記シール部材５０の部分について図２乃至図４により詳述する。
シール部材５０は、シール本体５１と、該シール本体５１内に設けた金属ばね５２とからなる。シール本体５１は、平面形状が図４に示すように無端リング状で、横断面形状が、図３に示すように中央に上方が開口する溝５３を形成したＵ字状に形成されている。更に、シール本体５１は、その装着前の常態においては、その外径がハウジング５の内径Ｒ１より若干大きく、また内径がバルブ軸１３の外径より若干小径に形成されている。更に、該シール本体５１は、ゴム製、樹脂製などで形成されるが、摺動抵抗（摩擦係数）が極めて小さい低摺動抵抗材料で形成することが好ましく、実施例では低摺動抵抗性で、かつ耐熱性、耐寒性、耐薬品性、耐磨耗性等に優れたＰＴＦＥなどのフッ素樹脂で形成されている。

前記金属ばね５２は、平面形状が図４に示すように無端リング状で、横断面形状が図３に示すように中央に上方が開口する溝５４を形成したＵ字状に形成されており、その両側片５２ａ，５２ｂが径方向に弾性を有するようになっている。更に、金属ばね５２は、前記シール本体５１の溝５３内に嵌装されており、シール部材５０の装着前の常態においては、その両側片５２ａ，５２ｂにより、シール本体５１の外径がハウジング５の内径Ｒ１より若干大きく、またシール本体５の内径がバルブ軸１３の外径より若干小径になるように外側片５１ａと内側片５１ｂを押し開くようになっている。更に、該金属ばね５２はステンレス鋼で形成されている。

したがって、シール部材５０をハウジング５の内周面とバルブ軸１３の外周面間に図１及び図２のように装着した状態では、シール本体５１の両片５１ａ，５１ｂと金属ばね５２の両片５２ａ，５２ｂは、前記の常態より閉じた状態にあり、シール本体５１の外側片５１ａがハウジング５に圧接し、内側片５１ｂがバルブ軸１３に圧接している。

前記のシール部材５０の下部、すなわち前記Ｏリング１９側のハウジング５側には小径の段部５ａが形成されており、該段部５ａ上に１個の樹脂製のバックアップリング５５が配置され、該バックアップリング５５上に前記のシール部材５０が設けられている。

前記の構成により、高圧流体の流入口３及びバルブ収納室６側が一次側の高圧部となり、空隙部２１ａ側が２次側の低圧部となり、これらがシール部材５０で分離される。

次に作用について説明する。
以上の構成により、高圧流体が流入口３からバルブ収納室６に作用している状態において、調圧室９内の圧力が所定値以下に低下すると、スプリング２４の荷重によりダイアフラム１２が下降して調圧バルブ１０がシート７より離間し、高圧流体が流通路８を通じて調圧室９内に流入する。

この調圧バルブ１０の開弁状態において、調圧室９内が昇圧すると、ダイアフラム１２が上昇し、その圧力が所定値になると調圧バルブ１０がシート７に当接し、高圧流体の調圧室９内への流入を遮断する。これにより、調圧室９内の圧力が所定の低圧値に調圧され、その調圧された流体が流出口４からエンジンなどに供給される。

また、調圧室９内及び流出口４内の２次側の低圧流体は、流路２２を通じて空隙部２１ａに作用する。

前記の作用において、一次側の圧力、すなわちバルブ収納室６側の圧力が低い場合には、シール部材５０におけるシール本体５１の両側片５１ａ，５１ｂが、金属ばね５２の開き方向の付勢力によってハウジング５とバルブ軸１３側へそれぞれ押し広げられてシール作用をし、また、一次側の圧力、すなわちバルブ収納室６側の圧力が空隙部２１ａ側の２次側圧力よりも高い場合には、その高圧流体が、シール部材５０の溝５３，５４内に作用し、高圧流体自体の圧力によってシール本体５１の両側片５１ａ，５１ｂをハウジング５とバルブ軸１３側へそれぞれ押し広げ、シール作用をする。

高圧流体が流入口３から流入する際に空隙部２１ａが低圧であると、流入口３側の高圧である一次側圧力がバルブ収納室６内においてシート部材５０の周囲を透過して、そのシート部材５０とＯリング１９との間の隙間部３０に印加され、該隙間部３０の圧力が上昇し、該隙間部３０が、一次側圧力よりは低いが大気圧よりも高い準高圧部になる。

このように、隙間部３０内が一定以上の高圧に達した後に、急激に一次側圧力を抜くモードがあると、前記のように準高圧部になった隙間部３０内の流体が、一次側圧力との差圧により、シート部材５０の内外周部を通じてバルブ収納室６側へ透過する。このとき、シート部材５０におけるシート本体５１の両側片５１ａ，５１ｂが、前記透過する準高圧の流体圧によって溝５３側へ屈曲し、空隙部２１ａからバルブ収納室６側への流体の流れがスムーズに行われ、隙間部３０内の準高圧によってシート部材５０がバルブ収納室６側へ突き上げられることが防止される。一次側圧力を高圧にして長時間放置した後に一次側を脱圧した評価においても、従来のＯリング１６はリング１４を上方へ抜いてしまったのに対し、本発明のシール部材５０においては、リング１４の抜けは生じなかった。したがって、本発明においては、従来のような、突き上げ荷重を押さえ込む構造が不要になり、構造を従来のものと比べて簡易にできる特長がある。

また、前記のようなシール状態において、調圧バルブ１０の調圧作用によって、そのバルブ軸１３が昇降する際には、シール部材５０におけるシール本体５１が摺動抵抗の極めて小さいフッ素樹脂で形成されているため、バルブ軸１３は、その上昇時及び下降時においても大きな摺動抵抗を受けない。そのため、前記従来構造のＯリング１６のようにバルブ軸１３の下降時にその下降が抑制されたり、上昇時にその上昇が助長されることがない。

したがって、高圧流体の流量に対する調圧特性が、調圧バルブ１０の下降時には図７に示すＤの特性となり、調圧バルブ１０の上昇時には図７に示すＥの特性となり、これらの間のヒステリシスＦが前記従来構造のヒステリシスＣに比べて小さくなる。

実験の結果、本発明のヒステリシスＦは、前記従来構造のヒステリシスＣに比べて約３０％低減した。

そのため、調圧特性の劣化を改善できるとともに、シール部材５０の摩耗に対する耐久性も従来のＯリング１６に比べて向上させることができる。

更に、前記のようにシール部材５０を使用することにより、１種類で１個のバックアップリング５５でよく、従来構造のように、２種類で２個のバックアップリング１７，１８を設けるものに比べてバックアップリングの部品点数を低減できた。すなわち、従来のＯリング１６では、そのＯリング１６のはみ出しを防止するために硬度の異なる２種のバックアップリング１７，１８が必要であったが、本発明ではこのような必要性はなく、１個のバックアップリング５５で十分であることが実測結果で確認できた。

本発明の実施例を示す高圧流体用レギュレータの縦断面図。 図１における要部の拡大縦断面図。 図２におけるシール部材の拡大横断面図。 図２に示すシール部材の平断面図。 従来の高圧レギュレータを示す縦断面図。 図５における要部の拡大縦断面図。 本発明と従来構造の調圧特性のヒステリシスを示す図。

符号の説明

３ 高圧流体の流入口
４ 流出口
６ 高圧側部であるバルブ収納室
７ シート
１０ 調圧バルブ
１３ バルブ軸
５０ シール部材
５１ シール本体
５１ａ，５１ｂ 両側片
５２ 金属ばね
５３ 溝

Claims (3)

1. 高圧側部から低圧側部への流路に調圧バルブを設け、該調圧バルブのバルブ軸の外周面と該バルブ軸を収納するバルブ収納室の内周面との間にシール部材を設け、該シール部材を境として前記高圧側部と反対側が低圧側部に構成された高圧流体用レギュレータであって、
   前記シール部材を、横断面形状が内部に溝を有するＵ字状に形成されたシール本体と、該シール本体の溝内に設けられてシール本体の両側片を開き方向に付勢する金属ばねとで形成し、前記シール部材を、そのシール本体における溝の開口部が高圧部側に開口するようにして設けたことを特徴とする高圧流体用レギュレータ。
2. 前記シール本体を低摺動抵抗材料で形成した請求項１記載の高圧流体用レギュレータ。
3. 前記シール本体をフッ素樹脂で形成した請求項１記載の高圧流体用レギュレータ。

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