JP3871065B1 - 減圧弁 - Google Patents

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Abstract

【課題】調圧シャフトの往復動に伴って発生する摺動抵抗を低減させることができ、もって製品の小型化とともに製品特性の高精度化を実現する。
【解決手段】給水配管に用いられる減圧弁1であって、流出側2次圧Pとこれに対抗するよう配置した調圧スプリング15のバネ力との均衡点を求めて作動する調圧ダイアフラム14に連結されて往復動することにより弁体部20を弁座部21に対して接近離反させる調圧シャフト16を有し、シャフト16には2次圧Pが背圧として作用する減圧弁1において、シャフト16はホルダー22により摺動自在に支持されるとともにホルダー22はフローティング状態にて弁ケース2に保持される。また流入側1次圧Pが背圧室26に流入しないようシャフト16およびホルダー22間に設けられる内側シール32は、ホルダー22の内周面に設けた装着溝33に装着されてシャフト16の外周面に摺動自在に密接する。
【選択図】図1

Description

本発明は、弁装置の一種である減圧弁に係り、更に詳しくは、給水配管に用いられるのに適した減圧弁に関するものである。本発明の減圧弁は例えば、温水洗浄便座装置における給水配管に用いられる。
温水洗浄便座装置における給水配管にはその上流側から順に、ストレーナ、逆止弁、減圧弁、止水弁、熱交換器、流量調整弁およびノズルなどが配置されており、このうち減圧弁は、その下流側の止水弁に供給される給水圧力が常に一定となるように流出側2次圧を調整する機能を有している。
図3は、従来例に係る減圧弁51の一例を示している。
この減圧弁51は先ず、当該減圧弁51の流出側2次圧Pとこれに対抗するよう配置された調圧スプリング52のバネ力との均衡点を求めて作動する調圧ダイアフラム53を有しており、この調圧ダイアフラム53の遊動端部に調圧シャフト54が連結されている。この調圧シャフト54は、調圧ダイアフラム53の作動に伴って軸方向(図では上下方向)に往復動し、その外周面に一体に設けた弁体部55を弁座部56に対して接近離反させて弁孔57の開口面積を増減させる。したがって例えば、2次圧Pが大きくなると、調圧スプリング52との均衡により調圧ダイアフラム53の遊動端部が上昇し、これに伴って調圧シャフト54が上昇するので、弁体部55が弁座部56に接近し、弁孔57の開口面積が縮小され、流量が絞られて2次圧Pが減圧される。
また、上記減圧弁51では、低圧レベルでも調圧ダイアフラム53を容易に作動させることができるよう2次圧Pは、調圧シャフト54の図上下側に設けた背圧室58にも導入されるように構成されている。この背圧室58は、調圧シャフト54の下端軸部54aとこの下端軸部54aを摺動自在に支持する円筒状軸受部60を一体に設けた蓋部材59との間に設けられている。
また、流入側1次圧Pが背圧室58に流入しないよう調圧シャフト54の下端軸部54aと円筒状軸受60との間に内側シール61が設けられており、この内側シール61は、調圧シャフト54の外周面に設けた環状の装着溝62にOリング63を装着して、このOリング63を円筒状軸受部60の内周面に摺動自在に密接させる構造とされている。
また、蓋部材59は、所要数の組立ボルト64を用いて弁ケース65に固定されるが、1次圧Pが当該減圧弁51の外部へ流出しないよう円筒状軸受部60と弁ケース65との間に外側シール66が設けられており、この外側シール66は、円筒状軸受部60の外周面に設けた環状の装着溝67にOリング68を装着して、このOリング68を弁ケース65の内面に密接させる構造とされている。
ところで、昨今この種の減圧弁51には、製品の小型化とともに製品特性の高精度化が求められている。しかしながら、製品を小型化しても部品公差は小さくならないので、一般には製品を小型化すると製品特性は悪化する傾向にあり、よって製品の小型化はなかなか困難なものとされている。
この点につき、製品の小型化を図りつつ製品特性を改善するには、上記内側シール61の摺動抵抗を低減させることが有効であるが、上記従来技術には以下のような不都合があり、よって摺動抵抗を低減させるのは困難な状況とされている。
(イ)調圧シャフト54の外周面にOリング63を装着するための装着溝62が設けられているために、調圧シャフト54は必要な強度を確保すべくその径寸法が大きく形成されている。調圧シャフト54の径寸法が大きいと、これに装着されるOリング63にも径寸法の大きなものが用いられ、径寸法の大きなOリング63は摺動径が大きいので、摺動抵抗が大きい。
(ロ)装着溝62に装着されるOリング63は、その弾性変形について体積圧縮を伴う種類のシール(いわゆるスクィーズパッキン)であり、この種類のシールは上記体積圧縮により、摺動抵抗が大きい。
(ハ)調圧シャフト54を摺動自在に支持する円筒状軸受部60を設けた蓋部材59は、組立ボルト64により弁ケース65に対して完全固定される。したがって、調圧シャフト54とこれを支持する円筒状軸受部60との間に芯ずれが発生しても、そのままの状態で固定されてしまうことになり、このような芯ずれは摺動抵抗を大幅に増大させる要因となる。
また、上記従来技術によると、圧力変動に応じて作動する調圧シャフト54にOリング63を装着する構造であるために、蓋部材59の内周面(円筒状軸受部60の内径部)と調圧シャフト54の外径部の径差分に1次圧Pの影響を受ける(1次圧PがOリング63を介して調圧シャフト54に作用する)。したがって、1次圧Pの変動により調圧バランスが不均一になることがある(1次圧PがOリング63を介して調圧シャフト54に作用し、調圧シャフト54の調圧作動に影響を及ぼすことから、調圧シャフト54の作動を不安定となることがある)。
特開昭61−229037号公報(図1)
本発明は以上の点に鑑みて、減圧弁の構成要素である調圧シャフトの往復動に伴って発生する摺動抵抗を低減させることができ、もって製品の小型化とともに製品特性の高精度化を実現することができる減圧弁を提供することを目的とする。また、1次圧が内側シールを介して調圧シャフトの調圧作動に影響を及ぼすことがなく、もって調圧シャフトの作動を安定化させることができる減圧弁を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の請求項1による減圧弁は、給水配管に用いられる減圧弁であって、当該減圧弁の流出側2次圧とこれに対抗するよう配置した調圧スプリングのバネ力との均衡点を求めて作動する調圧ダイアフラムに連結されて往復動することにより弁体部を弁座部に対して接近離反させる調圧シャフトを有し、前記調圧シャフトには前記2次圧が背圧として作用する減圧弁において、前記調圧シャフトはホルダーにより摺動自在に支持されるとともに前記ホルダーはフローティング状態にて弁ケースに保持され、当該減圧弁の流入側1次圧が背圧室に流入しないよう前記調圧シャフトおよびホルダー間に設けられる内側シールは、前記ホルダーの内周面に設けた装着溝に装着されて前記調圧シャフトの外周面に摺動自在に密接することを特徴とする。
また、本発明の請求項2による減圧弁は、上記した請求項1の減圧弁において、ホルダーは、その外周側に配置した外側シールを介して弁ケースに保持されることにより、フローティング状態にて前記弁ケースに保持されることを特徴とする。
また、本発明の請求項3による減圧弁は、上記した請求項1または2の減圧弁において、内側シールとして、シールリップを1次圧側へ向けて配置されるリップパッキンを用いることを特徴とする。
上記構成を備えた本発明の請求項1による減圧弁においては先ず、当該減圧弁の流入側1次圧が背圧室に流入しないよう調圧シャフトおよびホルダー間に設けられる内側シールが、ホルダーの内周面に設けた装着溝に装着されて調圧シャフトの外周面に摺動自在に密接するものとされているために、調圧シャフトの外周面には内側シールを装着するための装着溝を設ける必要がない。したがって、従来対比で調圧シャフトの径寸法を小さくできることから、内側シールに径寸法の小さなものを用いることが可能となり、これにより摺動抵抗を低減させることが可能となる。
また、この請求項1による減圧弁によると併せて、調圧シャフトがホルダーにより摺動自在に支持されるとともにこのホルダーはフローティング状態にて弁ケースに保持されるものとされているために、調圧シャフトおよびホルダー間に芯ずれが発生すると、調圧シャフトにホルダーが追随することによって、この芯ずれを吸収することが可能とされている。したがって、調圧シャフトおよびホルダー間に芯ずれが発生するような状況となってもこれを解消できることから、摺動抵抗が大幅に増大するのを抑制することが可能となる。
尚、このようにホルダーをフローティング状態にて弁ケースに保持させるには、請求項2に記載したように、ホルダーをその外周側に配置した外側シールを介して弁ケースに保持させるのが好適であり、これによりホルダーは調圧シャフトの傾きや偏心に倣って作動することが可能となる。
また、従来のように調圧シャフトに内側シール(Oリング)を装着するのではなく、調圧シャフトを支持するホルダー側に内側シールを装着する構成としたために、1次圧が内側シールを介して調圧シャフトに作用することがない。したがって、1次圧が調圧シャフトの調圧作動に影響を及ぼすのを未然に防止することが可能となる。
更にまた、本発明の請求項3による減圧弁においては、内側シールとして、シールリップを1次圧側へ向けて配置されるリップパッキンを用いることにしたために、このシール自体ついても摺動抵抗を低減させることが可能とされている。すなわち、リップパッキンはシールリップの弾性バネにより相手面に密接する構造であって上記従来技術におけるOリング等のスクィーズパッキンのように体積圧縮によるものではないことから、発生する摺動抵抗はスクィーズパッキン対比で格段に小さくなる。したがってこの点からも、摺動抵抗を低減させることが可能となる。
本発明は、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明の請求項1または2による減圧弁においては、上記構成にもとづく調圧シャフトおよび内側シールの小径化ならびにホルダーの追従作動によって、発生する摺動抵抗が低減され、摺動抵抗が低減されれば、製品の高精度化が実現可能となる。したがって本発明所期の目的どおり、減圧弁の構成部品である調圧シャフトの往復動に伴って発生する摺動抵抗を低減させることができ、もって製品の小型化とともに製品特性の高精度化を実現する減圧弁を提供することができる。
また、従来のように内側シールを調圧シャフト側に装着すると、1次圧がこの内側シールを介して調圧シャフトに作用することから、調圧シャフトの円滑作動が阻害され、製品特性に影響を及ぼす虞があるが、本発明によれば、内側シールがホルダー側に装着されるために、1次圧が内側シールを介して調圧シャフトに作用することがない。したがって、1次圧が調圧シャフトの円滑作動を阻害することがなく、製品特性を安定化させることができる。
またこれに加えて、本発明の請求項3による減圧弁においては、リップパッキンよりなるシール自体の構造においても摺動抵抗が低減されるために、摺動抵抗の一層の低減を実現することができる。
また、リップパッキンは、その正面に作用する正面圧とその背面に作用する背面圧との圧力差に応じてシールリップの密接力が増減する、いわゆる自己増圧機能を有している。したがって、1次圧と2次圧の圧力差が大きいときはシールリップは強く密接し、圧力差が小さいときはシールリップは弱く密接するというように密接力が増減することから、必要以上の大きさの密接力は発生しにくいものである。したがってこの点からも、摺動抵抗の一層の低減を実現することができる。
また、従来技術におけるOリング等の外径シールから、シールリップ(リップパッキン)を用いた内径シールとしたことで、1次圧の影響を排除することが可能となるため、調圧性能を向上させることができる。
本発明には、以下の実施形態が含まれる。
構成・・・
(A)弁ケースがフローティング部材を摺動可能に支持し、更にフローティング部材が軸を摺動可能に支持する。
(B)軸に挿入するフローティング部材に環状溝を掘り込み、軸外面に溝を掘り込まない。
(C)弁ケースとフローティング部材の間はOリングでシールするが、摺動可能な程度で緊迫力は小さい。
効果・・・
(D)軸外面に溝を掘り込まないので軸をより小径とすることができ、摺動抵抗の低減が可能である。
(E)1次圧側と2次圧側の圧力差の環状溝への影響はフローティング部材が受けるが、軸と切り離しており、軸には直接影響受け難く、芯ずれ等の影響も受け難い。
(F)Yパッキンはリップ側が1次圧側(高圧)を受けるよう装着する。1次圧でYパッキンが径方向に開いてシールする機構なので、1次圧側と2次圧側の圧力差が小さいときはシール緊迫力は低下して、微妙な圧力調整がし易くなる。
(G)上記構造を採用することにより、小型化を図り、かつ高精度な減圧弁特性を得ることが可能となる。
他の実施形態・・・
(H)シャフト外径で摺動する構造としたため、シャフトの外径を小さくすることが可能であり、かつ1次圧による反力も全く加わらないため、特性の向上が望める。
(I)シール部位をOリングによる保持のみでフローティングさせたため、同軸ズレ等の悪影響が出難い。
(J)シャフトのシールをYパッキンとすることで更に摺動抵抗低減が図れる。
つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。
図1は、本発明の実施例に係る減圧弁(ダイアフラム型減圧弁)1の断面図を示している。当該実施例に係る減圧弁1は、温水洗浄便座装置における給水配管に用いられ、その下流側に配置される止水弁に供給される給水圧力が常に一定となるように流出側2次圧Pを調整する機能を有するものであって、以下のように構成されている。
すなわち先ず、ボディ3、カバー4および出力ブロック5の3部品が水密的に組み合わされて当該減圧弁1の弁ケース2が設けられており、この弁ケース2の内部に、調圧ダイアフラム14、調圧スプリング15および調圧シャフト16等の作動部品が組み込まれている。ボディ3には、流入側の1次側ポート6が設けられるとともに、出力ブロック5には、流出側の2次側ポート7が設けられており、両ポート6,7は、ボディ3に設けた流路8、弁室9、弁孔10およびダイアフラム室11、ならびにボディ3および出力ブロック5に設けた流路12,13を介して連通せしめられている。
上記ダイアフラム室11内において、ボディ3とカバー4との間には調圧ダイアフラム14が架設されている。この調圧ダイアフラム14は、当該減圧弁1の2次圧Pとこれに対抗するよう配置された調圧スプリング15のバネ力との均衡点を求めてその遊動端部が軸方向(図では上下方向)に移動するように構成されており、この調圧ダイアフラム14の遊動端部に調圧シャフト(軸とも称する)16がダイアフラムリテーナ(プレートとも称する)17およびスプリングリテーナ(ナットとも称する)18を用いて連結されている。調圧スプリング15は、カバー4にねじ込まれた調圧ネジ19とスプリングリテーナ17との間に弾性的に介装されており、調圧ネジ19のねじ込み量を加減することによってバネ力を調整可能とされている。
調圧シャフト16は、調圧ダイアフラム14の上記作動に伴って軸方向に往復動し、その外周面に一体に設けた円錐面状の弁体部20をボディ3の内部に設けた弁座部21に対して接近離反させることにより弁孔10の開口面積を増減させるものであって、その下端軸部16aをホルダー(フローティング部材とも称する)22により摺動自在に支持されている。
すなわち、ボディ3には、弁室9に連通するようにしてホルダー室23が設けられており、このホルダー室23にホルダー22がストッパ24とともに内挿され、このホルダー22が調圧シャフト16の下端軸部16aを摺動自在に支持している。ホルダー22は、その下方に配置したスペーサー25によりホルダー室23から抜け止めされており、スペーサー25は出力ブロック5内に配置されている。
また、調圧シャフト16には、2次圧Pが背圧として作用するように構成されており、このため、調圧シャフト16の下方には背圧室26が調圧シャフト16とホルダー22とに囲まれるようにして設けられている。また、この背圧室26へ2次圧Pを供給するようスペーサー25およびホルダー22にはそれぞれ連通孔27,28が設けられている。
ホルダー22は、有底円筒状に形成されてホルダー室23に挿入されており、このホルダー室23内においていわゆるフローティング状態となるようボディ3に揺動自在に保持されている。またこのホルダー22は、その外周側に配置した外側シール29を介してボディ3に保持されることによってボディ3に対して揺動自在とされており、外側シール29は、ホルダー22の外周面に設けた環状の装着溝30内に装着されたOリング31等のスクィーズパッキンにより構成されている。また、ホルダー22は、その外径寸法をホルダー室23の内径寸法よりも小さく設定されて径方向の遊び間隙(図示せず)を設定されるとともに、その軸方向長さをストッパ24およびスペーサー25間の軸方向距離よりも小さく形成されて軸方向の遊び間隙(図示せず)を併せ設定され、これらの遊び間隙の範囲内においてボディ3に対して揺動することが可能とされている。
更にまた、弁室9側の1次圧Pが背圧室26へ流入することがないよう調圧シャフト16およびホルダー22間に内側シール32が設けられており、この内側シール32は、ホルダー22の内周面に設けた環状の装着溝33に装着されたYパッキン34等のリップパッキンにより構成されている。このYパッキン34は、装着溝33底面に密接する外周側シールリップ34aを有するとともに、調圧シャフト16外周面に摺動自在に密接する内周側シールリップ34bを有しており、これらのシールリップ34a,34bを1次圧P側(図では上方)へ向けて配置されている。
上記構成の減圧弁1は、上記したようにその下流側に配置される止水弁に供給される給水圧力が常に一定となるように流出側の2次圧Pを調整するものであって、例えば2次圧Pが増大すると、調圧スプリング15との均衡により調圧ダイアフラム14の遊動端部が上昇し、これに伴って調圧シャフト16が上昇するので、弁体部20が弁座部21に接近し、弁孔10の開口面積が縮小され、流量が絞られて2次圧Pが減圧される。またこの状態から反対に、2次圧Pが低下すると、調圧スプリング15との均衡により調圧ダイアフラム14の遊動端部が下降し、これに伴って調圧シャフト16が下降するので、弁体部20が弁座部21から離れ、弁孔10の開口面積が拡大され、流量が増大されて2次圧Pが増圧される。したがって、このような調圧機能により2次圧Pを常に一定とすることが可能とされている。
また、上記減圧弁1は、上記構成により以下の作用効果を奏する点に特徴を有している。
上記構成の減圧弁1においては先ず、当該減圧弁1の1次圧Pが背圧室26に流入しないよう調圧シャフト16およびホルダー22間に設けられる内側シール32が、ホルダー22の内周面に設けた装着溝33に装着されて調圧シャフト16の外周面に摺動自在に密接するものとされているために、調圧シャフト16の外周面には、内側シール32を装着するための装着溝が設けられていない。したがって、従来対比で調圧シャフト16の径寸法を小さくできることから、内側シール32に径寸法の小さなものを用いることが可能となり、これにより摺動抵抗を低減させることが可能とされている。
また、調圧シャフト16がホルダー22に支持されるとともにこのホルダー22が弁ケース2の出力ブロック5に揺動自在に保持されるものとされているために、調圧シャフト16およびホルダー22間に芯ずれが発生すると、ホルダー22が揺動することによって、この芯ずれを吸収することが可能とされている。したがって、調圧シャフト16およびホルダー22間に芯ずれが発生する状況となってもこれを解消できることから、摺動抵抗が大幅に増大するのを抑制することが可能とされている。
したがって、このように調圧シャフト16および内側シール32の小径化ならびにホルダー22の揺動作動によって摺動抵抗が低減されることから、本発明所期の目的どおり、調圧シャフト16の摺動抵抗を低減させることができ、もって製品の小型化とともに製品特性の高精度化を実現する減圧弁1を提供することができる。
また、上記従来技術のように内側シール61が調圧シャフト54に装着される構成であると、1次圧Pがこの内側シール61を介して調圧シャフト54に作用する(1次圧Pが内側シール61を介してシャフト54を押し下げようとする)ことから、調圧シャフト54の円滑作動が阻害され、製品特性に影響を及ぼす(減圧弁の流量特性や圧力特性において、発生するヒステリシスが大きくなる)虞があるが、当該減圧弁1によれば、内側シール32がホルダー22に装着される構成であるために、1次圧Pが内側シール32を介して調圧シャフト16に作用することがない(内側シール32に作用する1次圧Pはホルダー22を押し下げようとし、シャフト16を押し下げようとはしない)。したがって、1次圧Pが調圧シャフト16の円滑作動を阻害することがないために、製品の作動特性を安定化させることができる(減圧弁の流量特性や圧力特性において、発生するヒステリシスが小さくなる)。
また、内側シール32として、シールリップ34a,34bを1次圧P側へ向けて配置したYパッキン34が用いられているために、シール32自体ついても摺動抵抗を低減させることが可能とされている。すなわち、Yパッキン34はシールリップ34a,34bの弾性バネにより相手面に密接する構造であって上記従来技術におけるOリング63等のスクィーズパッキンのように体積圧縮によるものではないことから、発生する摺動抵抗はスクィーズパッキン対比で格段に小さくなる。一般にYパッキンの摺動抵抗はOリングの1/3程度である。したがってこの点からも、摺動抵抗を低減させることができる。
また、Yパッキン34は、その受圧面(正面)に作用する正面圧とその背面に作用する背面圧との圧力差に応じてシールリップ34a,34bの密接力が増減する、いわゆる自己増圧機能を有している。したがって、1次圧Pと2次圧Pの圧力差が大きいときはシールリップ34a,34bは強く密接し、圧力差が小さいときはシールリップ34a,34bは弱く密接するというように密接力が増減することから、必要以上の大きさの密接力は発生しにくい。したがってこの点からも、摺動抵抗の一層の低減を実現することができる。
尚、上記実施例において、弁ケース2は、ボディ3、カバー4および出力ブロック5の組み合わせよりなるものとされているが、図2に示すように、ボディ3、カバー4および蓋部材(ベースプレート)35の組み合わせよりなるものとしても良く、この場合には、2次側ポート7が1次側ポート6とともにボディ3に設けられることになる。
本発明の実施例に係る減圧弁の断面図 本発明の他の実施例に係る減圧弁の断面図 従来例に係る減圧弁の断面図
符号の説明
1 減圧弁
2 弁ケース
3 ボディ
4 カバー
5 出力ブロック
6 1次側ポート
7 2次側ポート
8,12,13 流路
9 弁室
10 弁孔
11 ダイアフラム室
14 調圧ダイアフラム
15 調圧スプリング
16 調圧シャフト
16a 下端軸部
17 ダイアフラムリテーナ
18 スプリングリテーナ
19 調圧ネジ
20 弁体部
21 弁座部
22 ホルダー
23 ホルダー室
24 ストッパ
25 スペーサー
26 背圧室
27,28 連通孔
29 外側シール
30,33 装着溝
31 Oリング(スクィーズパッキン)
32 内側シール
34 Yパッキン(リップパッキン)
34a,34b シールリップ

Claims (3)

  1. 給水配管に用いられる減圧弁(1)であって、当該減圧弁(1)の流出側2次圧(P)とこれに対抗するよう配置した調圧スプリング(15)のバネ力との均衡点を求めて作動する調圧ダイアフラム(14)に連結されて往復動することにより弁体部(20)を弁座部(21)に対して接近離反させる調圧シャフト(16)を有し、前記調圧シャフト(16)には前記2次圧(P)が背圧として作用する減圧弁(1)において、
    前記調圧シャフト(16)はホルダー(22)により摺動自在に支持されるとともに前記ホルダー(22)はフローティング状態にて弁ケース(2)に保持され、
    当該減圧弁(1)の流入側1次圧(P)が背圧室(26)に流入しないよう前記調圧シャフト(16)およびホルダー(22)間に設けられる内側シール(32)は、前記ホルダー(22)の内周面に設けた装着溝(33)に装着されて前記調圧シャフト(16)の外周面に摺動自在に密接することを特徴とする減圧弁。
  2. 請求項1の減圧弁において、
    ホルダー(22)は、その外周側に配置した外側シール(29)を介して弁ケース(2)に保持されることにより、フローティング状態にて前記弁ケース(2)に保持されることを特徴とする減圧弁。
  3. 請求項1または2の減圧弁において、
    内側シール(32)として、シールリップ(34a)(34b)を1次圧(P)側へ向けて配置されるリップパッキン(34)を用いることを特徴とする減圧弁。
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