JP2007225085A - 圧力調整弁 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】凹部18が形成された弁本体10と、弁座16と、凹部18の開口部18aを覆うように取付けられ、シール部材26と連結され、又は連動するダイヤフラム21と、ダイヤフラム21を凹部18側に付勢する付勢手段30とを備え、シール部材26が接続部15を開閉する圧力調整弁1であって、弾性部材と、前記付勢手段30の移動部側に設けられ、前記付勢手段30の軸線O1に垂直な面に対して傾斜して形成された第1の支持部と、前記弁本体10側に設けられ、前記軸線O1に垂直な面に対して傾斜して形成された第2の支持部とを備え、前記弾性部材が、前記第1の支持部と前記第2の支持部との間に配置される振動抑制手段50を備えることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
特に、付勢手段であるコイルスプリング等が共振した場合、シール部材が弁座を頻繁に開閉されて、流体の圧力に振動が生じて圧力が不安定になる場合やシール部材の破損が生じる場合がある。
そこで、付勢手段の移動部とともに往復運動する筒状体に、Oリング等の摺動部材を設け、この筒状体を弁本体内部に形成されたシリンダ内に配置するとともに、Oリングとシリンダ内周面との間に摺動摩擦を発生させることにより、付勢手段の移動部の振動を抑制し、その結果、シール部材の振動を抑制する技術が実用化されている。
そこで、弁本体の凹部の開口部を覆うように設けられたダイヤフラムが凹部内の流体の圧力によって変形し、ダイヤフラムに連結され、又は連動するシール部材が弁座を開閉する上記構成の圧力調整弁を対象として、シール部材が振動するのを抑制するとともに流体圧力の振動を抑制するための技術が求められていた。
請求項1記載の発明は、1次側流体の流入路及び2次側流体の流出路を有するとともに前記流入路と前記流出路との間に凹部が形成された弁本体と、前記1次側流体と前記2次側流体との接続部を構成する弁座と、前記凹部の開口部を覆うように取付けられたダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに連結され、又は連動するシール部材と、前記ダイヤフラムを前記凹部側に付勢する付勢手段とを備え、前記シール部材が前記弁座から離間し、又は前記弁座に当接して前記接続部を開閉することにより流体の圧力を調整する圧力調整弁であって、前記シール部材の振動抑制手段を備え、該振動抑制手段は、弾性部材と、前記付勢手段の移動部側に設けられ、前記付勢手段の軸線に垂直な面に対して傾斜して形成された第1の支持部と、前記弁本体側に設けられ、前記軸線に垂直な面に対して傾斜して形成された第2の支持部とを備え、前記弾性部材は、前記第1の支持部と前記第2の支持部との間に配置される構成とされ、前記シール部材が前記弁座から離間する際に、前記第1の支持部が前記弾性部材と接触する第1の接触部と、前記第2の支持部が前記弾性部材と接触する第2の接触部とが形成されることを特徴とする。
また、弾性部材は、圧縮変形されるとともに前記接線方向の力によって大きく変形されるので、振動エネルギーが効率的に減衰され、シール部材の振動が抑制される。その結果、圧力調整弁に生じる流体圧力の振動が抑制される。
また、弾性部材に摺動がほとんど発生しないので、弾性部材への摩耗がほとんど生じることがない。
また、第1の接触部と第2の接触部とは、軸線からの距離と軸線方向位置とが、ともに異なるので、シール部材が弁座から離間する際に弾性部材に生じる圧縮変形と前記接線方向の力による変形を大きくすることができ、振動エネルギーを効率的に減衰させてシール部材の振動が抑制される。
また、環状弾性部材がOリングであるため、入手が容易かつ低コストである。
減圧弁1は、図1に示すように、弁本体10と、1次側流体と2次側流体との接続部15を構成する弁座16と、弁本体10に形成された凹部18の開口部18aを覆うように取付けられたダイヤフラム21と、ダイヤフラム21にロッド24を介して連結され、又は連動する弁体25と、ダイヤフラム21を凹部18側に付勢する付勢手段30とを備えており、凹部18内の2次側流体の圧力によって、ダイヤフラム21が付勢手段の軸線方向に変位することによって、弁体25に設けられたシール部材26が弁座16のシール部16aを開閉して2次側流体の圧力が調整されるようになっている。
また、減圧弁1は、シール部材26がシール部16aに密着して接続部15を開閉する際に、シール部材26が付勢手段30の振動にともなって振動するのを抑制する振動抑制手段50を備えている。
流出路14は、一方端が流路部材11の外部に連通されるとともに、他方端は凹部18に連通されている。
また、流入路12及び流出路14の先端側は、流路部材11の外部に延在する配管を有しており、これら配管には接続金具が設けられ、外部の配管等に接続可能とされている。
固定端側受皿32は、小径凸部32aと、円錐形状の凹部32bとを備えており、小径凸部32aにはコイルスプリング35の固定端の内周が配置され、凹部32bは圧力調整ネジ61の凸部61aにより支持されている。
円錐形状の凹部32bと圧力調整ネジ61の凸部61aとは、点接触することで付勢手段30は揺動自在とされている。
キャップ40の天面中央部には、付勢手段30の軸線O1と同心に雌ネジが形成され、その雌ネジに圧力調整ネジ61が螺合され、圧力調整ネジ61に接続されたハンドル62を回動することでコイルスプリング35の付勢力を変化させて、流出路14側の2次側流体が減圧弁1を作動させる圧力を調整可能としている。
第2の支持部40sは、キャップ40の第2のキャップ凹部43の開口部43a近傍の内周面に形成され、キャップ凹部43の開口部43aに近づくにつれて内周面が縮径されるとともに、軸線O1に垂直な面と軸線O1の径方向外方でなす角が角度θ2で傾斜する傾斜面として構成されている。
図3に示したのは、角度θ1、θ2が45°とし、Oリング51としてP−32(内径32mm、直径d=φ3.5mm)を使用した場合に、シール部材26が弁座16から0.8mm離間した際の、Oリング51の付勢手段30の軸線O1を含む断面(以下、断面Gという)における変形を示したものであり、この場合、圧縮変形量eは0.6mmとなる。
また、Oリング51は、この実施の形態において、デュロメータ硬さ70°(JIS K6253)とされ、デュロメータ硬さ50°から90°の範囲が好適である。
第1の実施形態の減圧弁1は、弁本体10、弁座16、弁体25、シール部材26及び振動抑制部材50の軸線は、付勢手段30の軸線O1と同心に構成されている。
まず、流出路14側の2次側流体の圧力が所定の値以下の場合には、凹部18内の2次側流体がダイヤフラム21に与える力がコイルスプリング35の付勢力以下とされ、コイルスプリング35の付勢力によってダイヤフラム21が弁座16側に変形し、その結果、シール部材26が弁座16のシール部16aから離間されるとともに接続部15が開放されて1次側流体が流出路14側に流入する。
シール部材26が弁座16から離間した場合は、Oリング51は、図4(b)に示すように、第1の接触部52及び第2の接触部53において、第1の支持部34s及び第2の支持部40sからの押圧力P1、押圧力P2により押圧、圧縮変形されて、Oリング51は図3に示すように、断面Gが楕円形状に変形される。
図5(b)は、微小区間51aのうち、Oリング51が捲られた場合に軸線O1方向に変位する部位(凹部18の反対側に位置する略半分)の中心線O2方向の変形を示したものであり、図5(c)は、Oリング51が捲られた場合に軸線O1から離間する方向に変位する部位(凹部18側に位置する略半分)の中心線O2方向の変形を示したものである。
また、Oリング51は、図3、図4に示すように、押圧力P1、P2の分力によって生じる回転モーメントM1によって中心線O2廻りに回動され、捲られるような変形が生じると推測され、この場合、Oリング51が捲られることによって、中心線O2は、矢印A方向に移動するとともに中心線O2の直径D1が縮径されると考えられる。
第1の実施形態において、中心線O2は、断面Gにおける、回転モーメントM1のモーメント中心を構成する。
図9(a)は、第1の実施形態の減圧弁1の振動レベルと、流量Qの改善効果を示したものであり、実線で示した振動レベルV1、経過時間に対する流量Q1は、改善後の状態を示し、破線で示した振動レベルV2、経過時間に対する流量Q2は、改善前の状態を示している。これによると、減圧弁1に生じる振動はほとんどなくなり、流量Qに関する応答性が向上されている。
また、Oリング51に生じる圧縮変形量eが、シール部材26の移動量よりも小さくされるので、Oリング51のつぶし代の許容範囲内に設定し易く、また、Oリング51に摺動摩耗が生じにくいので、Oリング51の寿命が延長される。
図6は、本発明の第2の実施の形態に係る圧力調整弁を示す図であり、符号2は背圧弁(圧力調整弁)を示している。以下、図6から図8に基づいて、背圧弁2について説明する。図6から図8は、付勢手段30の軸線O1を含む断面の縦断面図であり、第2の実施の形態において、第1の実施形態と同一の構成に関しては、第1の実施形態と同じ符号を付し、説明を省略する。
流出路14は、凹部18の底面側に形成された第1の流出路14aと、一方端が第1の流出路14aに連通され、他方端が流路部材11の外部に連通される第2の流出路14bとから構成されている。
この実施の形態において、シール部16aは、弁座16のダイヤフラム21側に形成されている。
その結果、コイルスプリング35の固定側端面35aと移動側端面35bの平行度に関係なく、コイルスプリング35の伸縮方向が弁体25の移動方向と一致するようになっている。
まず、流入路12側の1次側流体の圧力が所定の値以上の場合には、凹部18内の1次側流体によりコイルスプリング35の付勢力に抗してダイヤフラム21がコイルスプリング35を圧縮することで、シール部材26が弁座16のシール部16aから離間して接続部15が開放されて1次側流体が流出路14側に流入する。
また、図8に示すように、シール部材26が弁座16から離間する場合に、Oリング51が第1の接触部52及び第2の接触部53において、第1の支持部33s及び第2の支持部40sから押圧力P3、押圧力P4により押圧され、Oリング51は、断面Gにおいて、軸線O1方向及び軸線O1に垂直な方向に圧縮されるとともに、回転モーメントM2により、Oリング51が捲られる作用は、第1の実施形態の図4、図5に示した場合と同様に得られると推測される。
第2の実施形態におけるOリング51の作用については、Oリング51の第1の接触部52及び第2の接触部53との位置関係にともない変形の方向が異なる以外は、第1の実施形態と同様であり、その結果、背圧弁2の1次側流体の圧力の振動が抑制され、1次側流体の圧力を安定させることができる。
図9(b)は、第2の実施形態の背圧弁2の振動レベルと、流量Qの改善効果を示したものであり、実線で示した振動レベルV3、経過時間に対する流量Q3は、改善後の状態を示し、破線で示した振動レベルV4、経過時間に対する流量Q4は、改善前の状態を示している。これによると、背圧弁2に生じる振動はほとんどなくなり、流量Qに関する応答性が向上されている。
また、シール部26が弁座16に偏って密封するのが抑制されるので、1次側流体が流出路14側に吹き抜けるのが抑制され、1次側流体の圧力を安定させることができる。
また、弁体25のシール部材26が、弁座16に均一に接触するので、シール部材26の食込み変形深さが均一となり、変形や摩耗の偏りが抑制されることにより、シール部材26の寿命を延長することができる。
上記実施の形態においては、環状弾性部材としてOリング51を用いた場合について説明したが、環状弾性部材として、Oリング51に替えて、付勢手段30の軸線O1を含む断面の形状が、楕円形や、だるま型や、多角形等のものを用いてもよく、また、環状弾性部材の軸線O1を含む断面の形状や大きさが、環状弾性部材の周方向位置にともなって変化するように構成された環状弾性部材を用いてもよい。
G 軸線を含む断面
1 減圧弁(圧力調整弁)
2 背圧弁(圧力調整弁)
10 弁本体
11 流路部材(弁本体)
12 流入路
14 流出路
16 弁座
18 凹部
18a (凹部の)開口部
21 ダイヤフラム
26 シール部材
30 付勢手段
33 弁体取付板
34 移動側受皿
35 コイルスプリング
40 キャップ(弁本体)
50 振動抑制手段
51 Oリング(弾性部材、環状弾性部材)
52 第1の接触部
53 第2の接触部
Claims (5)
- 1次側流体の流入路及び2次側流体の流出路を有するとともに前記流入路と前記流出路との間に凹部が形成された弁本体と、
前記1次側流体と前記2次側流体との接続部を構成する弁座と、
前記凹部の開口部を覆うように取付けられたダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムに連結され、又は連動するシール部材と、
前記ダイヤフラムを前記凹部側に付勢する付勢手段とを備え、
前記シール部材が前記弁座から離間し、又は前記弁座に当接して前記接続部を開閉することにより流体の圧力を調整する圧力調整弁であって、
前記シール部材の振動抑制手段を備え、
該振動抑制手段は、
弾性部材と、
前記付勢手段の移動部側に設けられ、前記付勢手段の軸線に垂直な面に対して傾斜して形成された第1の支持部と、
前記弁本体側に設けられ、前記軸線に垂直な面に対して傾斜して形成された第2の支持部とを備え、
前記弾性部材は、前記第1の支持部と前記第2の支持部との間に配置される構成とされ、
前記シール部材が前記弁座から離間する際に、
前記第1の支持部が前記弾性部材と接触する第1の接触部と、前記第2の支持部が前記弾性部材と接触する第2の接触部とが形成されることを特徴とする圧力調整弁。 - 請求項1記載の圧力調整弁であって、
前記弾性部材は、前記軸線と同心に配置され、
前記第1の接触部と前記第2の接触部とは、
前記軸線からの距離と前記軸線方向位置とが、ともに異なることを特徴とする圧力調整弁。 - 請求項1又は請求項2に記載の圧力調整弁であって、
前記弾性部材は、前記軸線と同心に配置された環状弾性部材とされることを特徴とする圧力調整弁。 - 請求項3記載の圧力調整弁であって、
前記環状弾性部材は、Oリングであることを特徴とする圧力調整弁。 - 請求項1から請求項4のいずれかに記載の圧力調整弁であって、
前記シール部材が前記弁座から離間する際に、
前記弾性部材の前記付勢手段の軸線を含む断面に、回転モーメントが生じることを特徴とする圧力調整弁。
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