JP4614103B2

JP4614103B2 - 微圧用減圧弁

Info

Publication number: JP4614103B2
Application number: JP2006225972A
Authority: JP
Inventors: 秀一小林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-08-23
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2026-08-23
Also published as: JP2008052381A

Description

本発明は、一次側から供給される高圧ガスを微圧力に調圧し、二次側に出力する小型の微圧用減圧弁に関するものである。

従来技術に係る減圧弁を図3に示す。一次側ポート51と二次側ポート52との間に形成された弁穴54の開口部に弁座55を設け、この弁座55を開閉する弁体56を弁軸57に設けるとともに、弁軸57の上端部にリリーフ機構を備えたダイヤフラム58が配置されている。

このダイヤフラム58は中央をリリーフシート59とリテーナ61に挟まれ一体となっている。リテーナ61上部には弁体56を開く方向にバネ力を付勢するとともにそのバネ力を変化させて二次側圧力を調整するための調圧バネ66、調圧ネジ64が設けられている。またダイヤフラム58により区画形成されたダイヤフラム室62は連通路72により二次側ポート52に通じている。

本体下部には弁座55の口径に相当する内径の室67が設けられその内壁を弁軸57下部は摺動する。シール70は一次側圧力が室67に漏れるのを防止し、二次側ポート52と室67は連通路71で通じて弁軸57への一次側圧力の影響を避ける構造となっている。また、弁軸57下部には弁体56を閉じる方向に圧縮バネ68が配置されている。

この減圧弁の概略動作を説明すると、調圧ネジ64を加圧方向に回転させ調圧バネ66による付勢力をダイヤフラム58に与えると、ダイヤフラム58は弁軸57上端部を押圧しながら下降し、弁体56は弁座55を離れ一次側ポート51の高圧ガスは弁体56と弁座55の間を流れ弁穴54を通過し二次側ポート52に至る。室67及びダイヤフラム室62とも連通路71、72を通じて二次側ポート52と同圧となる。二次側圧力が上昇してくるとその圧力を受けダイヤフラム58が上昇し、それに応じて弁軸57も上昇、弁体56は弁座55を閉じはじめてついには完全に閉じる。このときの二次側圧力が設定圧である。

二次側圧力が設定圧を超えたときは、ダイヤフラム58に作用するガス圧の力が調圧バネ66による付勢力に勝り、弁体56が弁座55に圧接した状態のもとでダイヤフラム58は上昇し、これによりリリーフシート59は弁軸57上端部より離れリリーフ穴60が開通し、ダイヤフラム室62のガスは大気圧室63及び通気穴73を通り外部へ排出され、その結果二次側圧力は設定圧に戻される。

本形式による減圧弁の出力流量は弁座55口径面積より弁軸57断面積を減じた値に比例する。従って要求される減圧弁出力流量が僅かの場合に備え、弁座55附近のガス通過面積を小さくして減圧弁全体形状の小型化を図っても、弁座55穴の中を弁軸57が貫通する隙間構造なので、紙上の計算としては成立するが加工上の問題や使用上弁座55周辺の詰りで一定の限界がある。つまり小流量用には不向きな構造である。また室67が二次側ポート52と通じて一次圧変化の影響を受けない構造としても、シール70、74は弁軸57に対し摺動抵抗となり、本形式による減圧弁を微圧用減圧弁として使用する場合は誤差の要素となる。

減圧弁を使用する機器の減圧弁に対する要求が小流量な微圧出力である場合、従来の減圧弁では小型化に限界があり「大は小を兼ねる」の認識のもと仕様過剰で高価なものでも使用せざるを得なかった。
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、小型化が容易で安価な微圧用減圧弁を提供するものである。

請求項１記載の発明は、一次側ポートと二次側ポートに通じるダイヤフラム室とを連通させる円筒状弁穴が形成された非磁性の基体と、
前記弁穴の端部に形成された非磁性の弁座に接触する円筒軸方向に移動自在な円形磁石を内蔵の非磁性の主弁と、
リング磁石ホルダを介してリング磁石と一体化したダイヤフラムとを有し、
前記ダイヤフラムのリング磁石ホルダの円筒開部に前記円筒状弁穴が一部に入り込む構造とすることにより、
調圧バネの付勢力に対抗して二次側圧力により発生する前記ダイヤフラムの作動力でリン
グ磁石を従動させリング磁石と前記円形磁石内蔵の主弁との間に磁気吸引力が働き、
前記円筒状弁穴内にて前記主弁の開閉を行わせる調圧機構とを具備する微圧用減圧弁。

請求項1記載の発明によれば、調圧ネジによる付勢力と対抗する二次側圧力により発生するダイヤフラムの作動力を、磁力伝動である吸引力を利用することにより、隔壁を介した主弁を切換えることが可能となる。従って従来の減圧弁における伝動軸としての弁軸と軸シールは不要となり、かつ弁軸より生ずる摺動抵抗は生じません。その結果、一次側圧力を微圧力に調圧し、二次側に出力する微圧用減圧弁が可能となる。
また請求項1記載の発明による減圧弁によれば、弁座内の軸が貫通しない構造なので、従来の弁座穴の中を弁軸が貫通する構造に比べ加工上の問題や使用上の弁座の詰りで一定の限界があった弁座口径よりも小径な弁座を採用でき、流量出力を小さくした小型の微圧減圧弁も可能となる。

本発明の実施の形態を図1及び図2に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の一実施の形態である減圧弁の断面図であり、非磁性体の基体1中央下部に、円筒状の弁穴5と上端部には気密用のパッキン9とネジ結合の非磁性体による弁座10を設け、その弁穴5内にパッキン6、円形磁石7を接着内蔵した非磁性六角棒部材より成る主弁8を設ける。円形磁石7は図中上下方向に磁極を有するものである。また主弁8は摺動自在で弁座10とキャップ2により上下移動を一定の範囲に規制されている。

基体1の上部にはダイヤフラム11がカバー24と止め輪25により取付けられ、下側はダイヤフラム室12、上側は大気圧室13を区画形成している。このダイヤフラム11には通気穴15の開いた非磁性部材によるリング磁石ホルダ14とリテーナ17がダイヤフラム11を挟んだ状態で固着され、なお中央にはリリーフ弁座19も固着されている。リング磁石ホルダ14の下部には厚み方向に磁極を有するリング磁石16が固着されダイヤフラム11の動きに従動する。このリング磁石16と主弁8に内蔵の円形磁石7との磁極の関係はダイヤフラム11の上下移動ストローク内では、常時「吸引」動作の関係とする。この磁気伝動によりダイヤフラム11が上下移動ストローク内の上方にあるときは主弁8を閉じ、下方にあるときは主弁8を開く。

リリーフ弁座19に形成された弁穴20の開口部側端面はリリーフ弁18の弁座を形成し、弁穴20の上部側壁には通気穴21を設け、かつ最上部はリリーフ弁18の弁軸が摺動自在に形成されている。リリーフ弁18は弁部がリリーフ弁座19に一定の力で付勢されるようリリーフ弁座19を貫通したリリーフ弁18の弁軸に圧縮バネ22を通しナット部材23で圧縮量を一定の値に規制する。

カバー24中心に上下移動をストッパー28で規制された調圧ネジ29が回転自在に取付けられ、この調圧ネジ29に回り止め30により回転を規制されたバネ受け31がネジ結合している。このバネ受け31とダイヤフラム11上部のリテーナ17との間に圧縮コイルバネが調圧バネ32として装着されている。従って調圧ネジ29を回転させるとバネ受け31が軸方向へ移動し調圧バネ29の圧縮量を変化させる。この調圧バネ29の圧縮による力がダイヤフラム11を下方向に付勢する。付勢力が「０」のとき、すなわち調圧ネジ29が減圧方向に回転し、バネ受け31が移動範囲上限に達したときは装着された調圧バネ32は自由長に復帰する。このときの上下移動ストローク内に於けるダイヤフラム11位置は中間附近とし、そして磁気伝動により主弁8を閉じている位置とする。

また調圧ネジ29中心にはリリーフ弁18を作動させる押ネジ33がネジ結合されている。
ダイヤフラム室12の二次側圧力が何らかの原因で設定圧を越え上昇したとき、ダイヤフラム11は設定圧に於ける位置より上昇する。押ネジ33が適当な位置にあると、リリーフ弁18弁軸端を押ネジ33最下端が押圧するかたちになり、リリーフ弁18が作動する。押ネジ33位置を調整することによりリリーフ圧力は一定の範囲で調整可能になる。

設定圧に於けるダイヤフラム11の位置とリリーフ弁18が作動するダイヤフラム11の位置は異なるので、当然双方の圧力も異なる。双方の圧力を生じるダイヤフラム11の位置の差をLとし、リリーフ圧力と設定圧力との差をΔP、リリーフ弁18への圧縮バネによる付勢力をFr、リリーフ弁18に作用する二次側ガス圧力による付勢力をFp、調圧バネ32のバネ定数をk1、圧縮バネ22のバネ定数をk2、リリーフ弁18の有効弁ストロークをΔL、
ダイヤフラム11の有効受圧面積をＡ、とすれば次なる式が成立する。

[数１]
ΔP＝｛Fr＋Fp＋k1(L+ΔL)＋k2・ΔL｝／Ａ

次に実施例の作動について説明する。

二次側ポート27に圧力計を接続後、一次側ポート4に高圧ガスを供給する。調圧ネジ29を加圧方向に回転させると、調圧バネ32の下向き付勢力によりダイヤフラム11が下降する。ダイヤフラム11に従動するリング磁石16も下降し、磁気伝動により円形磁石7内蔵の主弁8も弁座10を離れ下降、弁開状態となりダイヤフラム室12に高圧ガスが流れる。
二次側ポート27の圧力増大に伴いダイヤフラム11は上昇する。その結果リング磁石16は主弁8を磁気伝動により吸引しながら上昇し、ついには弁座10を閉じる位置まで上昇する。これにより高圧ガスの流入がなくなりダイヤフラム11の上昇も停止し、二次側圧力は安定する。この圧力が設定圧である。

二次側ポート27のガスが消費されることにより圧力が低下すると、ダイヤフラム11に対する付勢力と二次側圧力とのバランスがくずれ、ダイヤフラム11は下降し主弁8を開きダイヤフラム室12へ高圧ガスを流入させ設定圧へ復帰する。

任意の設定圧において、リリーフ弁18を作動させる押ネジ33を下方向へ回転移動させていくと、安定した設定圧を明示する圧力計指針が大きく変動する位置がある。このときの位置を原点とし押ネジ33を上方向に距離Ｌ上昇させナット34でロックする。この距離Ｌは（1）式に於いて記述された“位置の差Ｌ”である。一般に設定圧とリリーフ圧は接近しているのが望ましく、位置の差Ｌを極力小さくしたいが設定圧位置とリリーフ位置が重合すると減圧弁は不安定になる。これを考慮し位置の差Ｌは、リリーフ弁18の有効弁ストロークΔLの1.2〜1.5倍以内として、押ネジ33調整の容易な値とする。

またリリーフ圧は（1）式で求めることが可能なΔＰを設定圧に加えた値である。任意の圧力に設定された減圧弁の二次側圧力が何らかの原因で設定圧を超えΔＰ上昇するとダイヤフラム11の位置も上昇し、押ネジ33の下端がリリーフ弁18の弁軸端を押圧しリリーフ弁18が作動、二次側圧力を大気圧室13及び通気穴26を通じて大気に開放しそれ以上の圧力上昇を防止する。

従来の減圧弁のリリーフ機構は二次側圧力が設定圧を超えると作動し、二次側圧力が設定圧に復帰するまで作動する。これに対し本発明のリリーフ機構は、設定圧とは別の設定圧を一定の値超えたリリーフ圧が存在し、二次側圧力がそのリリーフ圧以上に上昇するのを防止するものである。

本発明の一実施の形態で設定圧が「0」の状態の断面図である。リリーフ弁周辺部の詳細断面図である。従来の減圧弁の概略断面図である。

3シール
5弁穴
6パッキン
7円形磁石
8主弁
10弁座
16リング磁石
18リリーフ弁
19リリーフ弁座
20弁穴
21通気穴
22圧縮バネ
50基体
53カバー
65バネ受け
69キャップ

Claims

一次側ポートと二次側ポートに通じるダイヤフラム室とを連通させる円筒状弁穴が形成された非磁性の基体と、
前記弁穴の端部に形成された非磁性の弁座に接触する円筒軸方向に移動自在な円形磁石を内蔵の非磁性の主弁と、
リング磁石ホルダを介してリング磁石と一体化したダイヤフラムとを有し、
前記ダイヤフラムのリング磁石ホルダの円筒開部に前記円筒状弁穴が一部に入り込む構造とすることにより、
調圧バネの付勢力に対抗して二次側圧力により発生する前記ダイヤフラムの作動力でリン
グ磁石を従動させリング磁石と前記円形磁石内蔵の主弁との間に磁気吸引力が働き、
前記円筒状弁穴内にて前記主弁の開閉を行わせる調圧機構とを特徴とする微圧用減圧弁。