JPH0635547A - 圧力制御弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】摺動シール機構がなく、コンパクト化が可能
で、しかも弁体に共振が発生するおそれのない、小型で
耐久性に優れた圧力制御弁装置を提供する。 【構成】圧力制御弁装置10は、ハウジング50内の流体通
路を横切って形成された環状の弁座26と、流体を弁座と
協動して制御する弁座下流の二次圧力を閉弁方向に受圧
する可動閉鎖部材28と、弁座上流の一次圧力を受圧する
べく弁座と同軸的にハウジングに配置された受圧部材56
と、弁座と同軸的に配置された弁軸32と、閉鎖部材を開
弁方向に付勢するスプリング44と、弁座とは反対方向に
閉鎖部材から延長し摺動自在にハウジングに案内された
スカート部36とを備えてなる。可動閉鎖部材28とスカー
ト部36とハウジング50とは可変容積室52を形成し、絞り
40/42;66を介して弁座下流の流体通路と連通し、可動閉
鎖部材28の振動を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の目的】

【産業上の利用分野】本発明は、水やガスなどの流体の
圧力を制御するための圧力制御弁装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術の典型的な減圧弁は、例えば、
実公昭57-27045号の第２図に記載されている。同図を参
照するに、一次側水路Ａと二次側水路Ｂとの間には弁座
５が形成してあり、この弁座５は弁体６によって開閉さ
れる。この弁体６は弁棒８によってダイヤフラム１１に
連結してあり、このダイヤフラム１１は二次側水路Ｂの
圧力を受圧して弁体６を閉弁方向に付勢する。他方、ダ
イヤフラム１１にはスプリング１３が作用しており、こ
のスプリング１３は弁体６を開弁方向に付勢するように
なっている。弁ハウジングの円筒部４にはＯリング１０
を備えたピストンが摺動自在に液密に嵌合してあり、弁
棒８の上下運動を許容しながらも円筒部４のところで一
次側水路Ａから二次側水路Ｂへと流体が漏れるのを防止
するようになっている。

【０００３】斯る従来技術の減圧弁の作動原理は次の通
りである。即ち、一次側水路Ａの圧力により弁体６に作
用する力とＯリング１０付きピストンに作用する力と
は、互いに逆向きであるので、これらの力は互いに相殺
される。また、二次側水路Ｂの圧力により弁体６に作用
する力とピストンに作用する力も互いに逆向きであるの
で、互いに相殺される。従って、弁体６が受ける力は、
二次側水路Ｂの圧力によりダイヤフラム１１に作用する
力と、スプリング１３による力のみであり、これらの力
は逆方向に働く。二次側水路Ｂの圧力が低く、二次側水
路Ｂの圧力によりダイヤフラム１１に作用する力がスプ
リング１３の力よりも小さい間は、スプリング１３の力
はダイヤフラム１１に作用する力に打ち勝って弁体６を
開弁させるので、流体は弁座５を介して一次側水路Ａか
ら二次側水路Ｂへと流れ、二次側水路Ｂの圧力が上昇す
るのを可能にする。二次側水路Ｂの圧力が上昇し、ダイ
ヤフラム１１に作用する力がスプリング１３の力に打ち
勝つと、弁体６は弁座５に係合し、二次側水路Ｂの圧力
が更に上昇するのを阻止する。従って、二次側水路Ｂの
圧力は基本的にスプリング１３の力によって定まるので
あり、スプリング１３の予荷重を調節することにより二
次側水路Ｂの圧力を設定することができる。

【０００４】このような従来の減圧弁の問題点は、ピス
トンのところで流体漏れが生じるのを防止するためＯリ
ング１０が使用してあるので、ピストンの摺動摩擦抵抗
が大きいということである。斯る大きな摺動摩擦抵抗に
抗して弁体６を開閉運動させるためには、ダイヤフラム
１１を充分に大きくしなければならないので、減圧弁全
体も大型となる。また、ピストンの摺動抵抗が大きいの
で、減圧弁のヒステリシスが大きいという不便がある。

【０００５】特開昭59-206911号には、他の形式の圧力
制御弁装置が開示されている。同公報の第１図に記載さ
れた構造においては、シリンダ２２に対して液密に摺動
するシール部材３４が設けてあるので、実公昭57-27045
号の構造と同様に摺動摩擦抵抗が大きいという難点があ
る。

【０００６】上記特開昭59-206911号の第２図に記載さ
れた構造においては、摺動シール部材３４はダイヤフラ
ム７６によって置換されており、摺動シールは実質的に
廃止されている。従って、この構造では、弁体のより速
やかな運動が可能になる利点があるものと考えられる。
しかしながら、摺動シールによる摺動摩擦抵抗から解放
された分だけ弁体の運動が自由になるので、弁体に振動
が発生し易いという新たな問題が生じる。このような弁
体の振動は、弁座を通過する流体によって弁体に対して
強制加振力が作用したときに弁体が共振することによっ
て発生するもので、流体の入来圧力が高い時には特に顕
著となり、圧力制御弁装置の寿命を悪化させる。

【０００７】また、特開昭59-206911号の第２図の構造
では、スプリング６４およびそれを収容する管体８２が
上方に突出しているので、装置が大型になるという難点
がある。更に、スプリング６４は弁軸３０の上端に作用
するようになっているので、ピストン７０と弁軸３０と
弁体２８との組立体が上下運動する際に弁軸３０がグラ
グラし、弁座２６に体する弁体２８の係合が不安定にな
り、その結果、二次圧力が不安定となるという問題があ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、摺動
シール機構がなく、従って、コンパクトに実現すること
が可能で、しかも弁体に共振が発生するおそれのない、
小型で耐久性に優れた圧力制御弁装置を提供することに
ある。

【０００９】

【発明の構成】

【課題を解決するための手段および作用】本発明の圧力
制御弁装置は、流体通路を有するハウジングと、この流
体通路を横切って形成された環状の弁座と、流体通路を
流れる流体を弁座と協動して制御するべく弁座の下流に
配置され弁座下流の二次圧力を閉弁方向に受圧する可動
閉鎖部材と、弁座上流の一次圧力を受圧するべく弁座と
同軸的にハウジングに配置された受圧部材と、弁座と同
軸的に配置され閉鎖部材と受圧部材とを作動的に連結す
る弁軸と、閉鎖部材を開弁方向に付勢するスプリング
と、弁座とは反対方向に閉鎖部材から延長し摺動自在に
ハウジングに案内されたスカート部、とを備えてなる。
可動閉鎖部材とスカート部とハウジングとは可変容積室
を形成しており、この可変容積室は絞りを介して弁座下
流の流体通路と連通している。

【００１０】弁座上流の一次圧力により可動閉鎖部材に
作用する力と該一次圧力により受圧部材に作用する力と
はほぼ相殺される。閉鎖部材には、弁座下流の二次圧力
による力が閉弁方向に作用すると共に、スプリングの力
が反対方向に作用する。従って、二次圧力は基本的にス
プリングの力によって定まり、弁座は二次圧力によって
閉鎖部材に作用する力によって閉鎖される。このよう
に、受圧部材に作用する力は一次圧力により閉鎖部材に
作用する力と相殺されるので、受圧部材に作用する力は
閉鎖部材による弁座の閉め切りに関与しない。また、本
発明の圧力制御弁装置は摺動シールを必要としない。従
って、受圧部材を小さくすることができ、圧力制御弁装
置をコンパクトに形成することができる。

【００１１】更に、本発明の圧力制御弁装置において
は、可動閉鎖部材とスカート部とハウジングとで可変容
積室を形成し、この可変容積室は絞りを介して弁座下流
の流体通路と連通してあるので、閉鎖部材が開閉運動を
行う際には可変容積室にはこの絞りを介して流体が出入
りする。その際、流体の流れはこの絞りにより制限され
るので、閉鎖部材の運動が緩衝される。従って、閉鎖部
材に強制加振力が作用した場合でも、閉鎖部材が共振す
るおそれがなく、圧力制御弁装置の耐久性を向上させる
ことができる。

【００１２】本発明の好ましい実施態様においては、上
記スプリングは、閉鎖部材に対する二次圧力の作用点に
関し弁座とは反対側においてスカート部に作用するべく
配置されている。このようにすれば、閉鎖部材に対する
スプリングの作用点と二次圧力の作用点との位置関係
は、閉鎖部材がスプリングの作用点から引きずられる所
謂“トレーリング”関係となる。その結果、閉鎖部材は
安定した開閉運動を行うので、二次圧力を安定した値に
制御することができる。

【００１３】本発明の上記特徴や効果、ならびに、他の
特徴や利点は、以下の実施例の記載に従い更に明らかと
なろう。

【００１４】

【実施例】図１の拡大図を参照するに、圧力制御弁装置
１０はケーシング１２を有し、このケーシング１２には
流体入口１４と流体出口１６を連通する流体通路１８が
形成されている。図示した実施例では、この流体通路１
８は、入口１４に連通する環状通路２０と、この開口通
路２０に連通する中央開口２２と、この中央開口２２と
出口１６とを連通する環状通路２４とを有する。流体通
路１８を横切ってケーシング１２の中央開口２２には環
状の弁座インサート２６が圧入してある。この弁座イン
サート２６は、入口１４および出口１６の軸線にほぼ垂
直な軸線を有する。

【００１５】流体通路１８を流れる流体の流れは、弁座
２６と協動する可動閉鎖部材２８によって制御されるも
ので、この閉鎖部材２８は弁座２６の下流においてナッ
ト３０を用いて弁軸３２の下端に締結されている。閉鎖
部材２８にはエラストマーからなる環状の弾性シール部
材３４が設けてあり、シール部材３４が弁座２６に弾力
的に係合して弁座２６を液密に閉め切るようになってい
る。

【００１６】閉鎖部材２８は一体のスカート部３６を有
し、このスカート部３６は、閉鎖部材２８から下向きに
延長する円筒部３８と、円筒部３８の下端から半径方向
外側に延長するフランジ４０を有する。このフランジ４
０は、弁座２６と同軸的にケーシング１２に形成された
ボア４２によって摺動自在に支承されており、もって、
弁軸３２の下端とそこに締結された閉鎖部材２８を軸方
向に案内するようになっている。フランジ４０の外径は
ボア４２の内径に対して若干小さく設定してあり、フラ
ンジ４０の外周とボア４２との間に所定の半径方向クリ
アランスが介在するようになっている。この半径方向ク
リアランスの存在により、フランジ４０はボア４２によ
る摩擦抵抗を実質的に受けることなくボア４２内で摺動
することができる。また、この半径方向クリアランスは
後述するように絞りとして作用するもので、フランジ４
０の外周とボア４２との間を流体が通過するのを許容す
ると共に、通過流体の量を制限する役割を果たす。

【００１７】閉鎖部材２８はスプリング４４によって開
弁方向に付勢されるもので、このスプリング４４の上端
は弁座２６の外側においてケーシング１２に形成した溝
４６内に支承されており、その下端はスカート部３６の
フランジ４０に支承されている。従って、スカート部３
６のフランジ４０はばね受けとしても機能するもので、
スプリング４４はフランジ４０に作用する。

【００１８】圧力制御弁１０の組立に際しては、弁軸３
２と閉鎖部材２８とスプリング４４との組立体をケーシ
ング１２のボア４２内に挿入した後、Ｏリング４８を介
して蓋４９がケーシング１２に液密にねじ止めされる。
ケーシング１２と蓋４９とは圧力制御弁装置１０のハウ
ジング５０を構成するもので、蓋４９をケーシング１２
に液密に固定することにより、閉鎖部材２８とスカート
部３６と蓋４９との間には可変容積室５２が形成され
る。前述したようにフランジ４０の外周とボア４２との
間には所定の半径方向クリアランスが設けてあり、流体
出口１６における流体圧力（二次圧力）はこのクリアラ
ンスを介して可変容積室５２内に導入されるので、可変
容積室５２は二次圧力を受圧する受圧室としても機能
し、閉弁部材２８は可変容積室５２内の二次圧力を受圧
して閉弁方向に付勢される。

【００１９】弁座２６の上流において、ケーシング１２
には弁座２８と同軸的な段付きボア５４が形成してあ
り、このボア５４の肩部には流体入口１４における一次
圧力を受圧するためのダイアフラム５６がリテーナ５８
により固定してある。ダイアフラム５６の有効受圧面積
は弁座２６の有効面積に等しくなるように設定してあ
る。従って、入口１４の一次圧力によって閉鎖部材２８
が受ける下向きの力は、該一次圧力によってダイアフラ
ム５６が上向きに受ける力に等しい。ダイアフラム５６
の中央部は弁軸３２の上端に螺合されたナット６０によ
って弁軸３２のフランジ６２に締結されている。このナ
ット６０は、リテーナ５８の中央ボア６４に摺動自在に
案内されており、弁軸３２の上端を軸方向に案内する作
用を果たすと共に、弁軸３２の移動に伴いダイアフラム
５６が撓む時にダイアフラム５６を案内してダイアフラ
ム５６の損傷を防止する役割を果たす。

【００２０】主として図２を参照してこの圧力制御弁装
置１０の作動原理を説明するに、図２に示したように閉
鎖部材２８の弾性シール部材３４が弁座２６に接触して
いる時には、流体入口１４における一次圧力Ｐ₁はダイ
アフラム５６に上向きに作用すると共に、閉鎖部材２８
に下向きに作用する。前述したように、ダイアフラム５
６の受圧面積と弁座２６の有効面積とは等しいので、一
次圧力Ｐ₁によってダイアフラム５６が受ける力と閉鎖
部材２８が受ける力とは等しく、弁軸３２を介して逆方
向に作用するこれらの力は互いに相殺される。

【００２１】他方、流体出口１６における二次圧力Ｐ₂
は、フランジ４０の外周とボア４２との間の前述した半
径方向クリアランスを介して可変容積室５２内に導入さ
れ、閉鎖部材２８には、二次圧力Ｐ₂が可変容積室５２
から作用する。この二次圧力Ｐ₂は弁座２６の有効面積
について閉鎖部材２８に作用し、閉鎖部材２８に上向き
の力を作用させる。同時に、閉鎖部材２８はスプリング
４４により下向きの力を受ける。従って、一義的には、
閉鎖部材２８の位置は、二次圧力Ｐ₂による上向きの力
とスプリング４４による下向きの力との釣り合いにより
定まる。図２に示したように閉鎖部材２８の弾性シール
部材３４が弁座２６に丁度接触している時には、二次圧
力Ｐ₂はスプリング４４の付勢力のみにより定まる。二
次圧力Ｐ₂がスプリング４４により定まる設定値より低
い間は、スプリング４４により閉鎖部材２８に作用する
力は可変容積室５２内の圧力により閉鎖部材２８に作用
する力に打ち勝ち、閉鎖部材２８を開弁方向（下向き）
に付勢するので、流体は弁座２６の下流に流れ、二次圧
力Ｐ₂の上昇を許容する。

【００２２】この反対に、二次圧力Ｐ₂がスプリング４
４により定まる設定値より高くなると、可変容積室５２
内の二次圧力により閉鎖部材２８に作用する力が増大
し、スプリング４４の作用に打ち勝って閉鎖部材２８を
より強く弁座２６に押圧する。二次圧力Ｐ₂が次第に高
くなるにつれて、閉鎖部材２８は益々強く弁座２６に押
圧され、図３に示したように弁座２６はエラストマー製
シール部材３４を弾性圧縮変形させながら次第に弾性シ
ール部材３４に食い込むであろう。これに伴い、閉鎖部
材２８は弾性シール部材３４の弾性圧縮変形に応じた力
を受ける。最終的には、可変容積室５２内の流体圧力に
より閉鎖部材２８に作用する力が、スプリング４４によ
る力とシール部材３４の弾性変形による力との和に釣り
合った時点で、閉鎖部材２８による弁座２６の閉め切り
が行われる。このように、この圧力制御弁装置１０の二
次圧力は若干のヒステリシスを示すが、弁座２６の閉め
切りが行われた時には弁座２６は図３に示したように十
分な力で弾性シール部材３４に弾力的に食い込んでいる
ので、弁座における流体漏れを十分に防止することがで
きる。従って、この圧力制御弁装置１０は、流体通路１
８を流体が流れている時の流動時圧力を制御するだけで
なく、閉鎖部材２８によって弁座２６の閉め切りが行わ
れた時にも、二次圧力を常に一定値に制限するべく作動
する。

【００２３】以上に述べた圧力制御弁装置１０の作動に
おいて、閉鎖部材２８の運動に伴い、可変容積室５２の
容積は増減し、流体はフランジ４０の外周とボア４２と
の間の前述の半径方向クリアランスを介して可変容積室
５２に出入りするであろう。その際、この管理された半
径方向クリアランスは可変容積室５２に出入りする流体
に対して絞りとして作用し、流体の過剰に急激な流れを
制限するので、閉鎖部材２８の運動が緩和される。この
ように、可変容積室５２は、ただ単に受圧室として作用
するだけでなく、半径方向クリアランスからなる前記絞
りと協動して、閉鎖部材２８の運動を緩衝する。従っ
て、弁座２６と閉鎖部材２８との間を流れる流体の作用
により大きな強制加振力が閉鎖部材２８に作用し得るよ
うな使用条件下においても、閉鎖部材２８が共振するの
を効果的に防止し、振動の発生を抑制することができ
る。

【００２４】なお、図示した実施例では、この絞りはフ
ランジ４０の外周とボア４２との間の半径方向クリアラ
ンスによって形成されるものとして説明したが、前述の
半径方向クリアランスに代えて、或いは、この半径方向
クリアランスに加えて、図１に示したようにスカート部
３６の円筒部３８に口径決めされたオリフィス６６を設
けることにより、可変容積室５２に出入りする流体を計
量し、もって、閉鎖部材２８の運動の緩衝を制御するこ
ともできる。

【００２５】また、図面からよく分かるように、スプリ
ング４４の下端はスカート部３６のフランジ４０に作用
し、従って、閉鎖部材２８に対するスプリング４４の作
用点はフランジ４０のところに位置する。他方、可変容
積室５２内の二次圧力による力は、この作用点よりも弁
座２６側において閉鎖部材２８に作用する。従って、閉
鎖部材２８は、スプリング４４の前記作用点から弁座２
６側に引きずられながら、可変容積室５２内の二次圧力
に応じて運動する格好になる。その結果、閉鎖部材２８
は安定した開閉動作を行い、その弾性シール部材３４は
円周方向に均一に弁座２６に係合するので、二次圧力は
安定した値に制御される。このように、スプリング４４
の下端をスカート部３６のフランジ４０で支承し、力の
作用点関係を所謂“トレーリング”構造にした場合に
は、かような好ましい効果が得られるが、斯る構造は本
発明の主たる目的を達成する上で不可欠ではなく、フラ
ンジ４０を省略すると共にボア４２を縮径し、スカート
部３６の円筒部３８をボア４２に摺動自在に嵌合するこ
ともできる。その場合には、スプリング４４は閉鎖部材
２８に直接作用するように配置することができよう。

【００２６】また、弁軸３２の上端はリテーナ５８の中
央ボア６４に対して摺動するナット６０によって軸方向
に案内されていると共に、弁軸３２の下端はボア４２に
対して摺動するフランジ４０によって軸方向に案内され
ているので、一層円滑な閉鎖部材２８の上下運動が確保
される。

【００２７】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明の圧力制御
弁装置１０においては、閉鎖部材２８とスカート部３６
とハウジング５０とで可変容積室５２が形成され、この
可変容積室５２は絞り（フランジ４０の外周とボア４２
との間の半径方向クリアランス、および／又は、オリフ
ィス６６）を介して弁座下流の流体通路と連通してある
ので、閉鎖部材２８の運動を緩衝し、共振による閉鎖部
材２８の振動を防止することができる。従って、圧力制
御弁装置１０の寿命を延長させ、その信頼性を向上させ
ることができる。

【００２８】同時に、本発明の圧力制御弁装置１０にお
いては、一次圧力Ｐ₁によりダイヤフラム５６に上向き
に作用する力と該一次圧力Ｐ₁により閉鎖部材２８に下
向きに作用する力とは互いに相殺され、従って、一次圧
力Ｐ₁によりダイヤフラム５６に作用する力が閉鎖部材
２８による弁座２６の閉め切りに関与することがないと
共に、本発明の圧力制御弁装置１０は従来技術の摺動シ
ールを必要としないので、ダイヤフラム５６を極めて小
さくすることができる。また、スプリング４４は流体通
路１８内に配置されているので、ケーシング１２から突
出することがない。これらの結果、本発明の圧力制御弁
装置１０は極めてコンパクトに形成することができる。

【００２９】本発明の好ましい実施態様に従い、閉鎖部
材２８に対する二次圧力の作用点に関し弁座２６とは反
対側において閉鎖部材２８に作用するべくスプリング４
４を配置した場合には、閉鎖部材２８の動作が安定し、
二次圧力を安定した値に制御することができる。

【００３０】また、本発明の圧力制御弁装置１０には摺
動シールがないので、ヒステリシスが小さいという利点
がある。

【００３１】更に、閉鎖部材２８に弾性シール部分３４
を設け、二次圧力により閉鎖部材２８に閉弁方向に作用
する力がスプリング４４の付勢力と弾性シール部分３４
の弾性変形による力との和に釣り合うことにより弁座２
６における流体の閉め切りが行われるようにした場合に
は、流体の閉め切りを完全に行うことができる。従っ
て、圧力制御弁装置１０の閉弁状態においても、弁座に
おける圧力の漏れを防止し、二次圧力を一定値に制限す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の圧力制御弁装置の拡大断面図
で、その全開位置を示す。

【図２】図２は、図１同様の拡大断面図で、圧力制御弁
装置の閉鎖部材が弁座に接触したところを示す。

【図３】図３は、図１および図２に示した圧力制御弁装
置の閉鎖部材と弁座の拡大断面図である。

【符号の説明】

１０： 圧力制御弁装置 １８： 流体通路 ２６： 弁座 ２８： 可動閉鎖部材 ３６： 閉鎖部材のスカート部 ４０／４２、６６： 絞り ５０： 圧力制御弁装置のハウジング ５６： ダイヤフラム（受圧部材）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体通路を有するハウジングと、前記通
   路を横切って形成された環状の弁座と、前記通路を流れ
   る流体を前記弁座と協動して制御するべく弁座の下流に
   配置され弁座下流の二次圧力を閉弁方向に受圧する可動
   閉鎖部材と、弁座上流の一次圧力を受圧するべく前記弁
   座と同軸的にハウジングに配置された受圧部材と、前記
   弁座と同軸的に配置され前記閉鎖部材と受圧部材とを作
   動的に連結する弁軸と、前記閉鎖部材を開弁方向に付勢
   するスプリングと、弁座とは反対方向に前記閉鎖部材か
   ら延長し摺動自在にハウジングに案内されたスカート
   部、とを備え、前記可動閉鎖部材とスカート部とハウジ
   ングとは可変容積室を形成し、前記可変容積室は絞りを
   介して弁座下流の流体通路と連通していることを特徴と
   する圧力制御弁装置。
2. 【請求項２】 前記スプリングは、前記閉鎖部材に対す
   る二次圧力の作用点に関し弁座とは反対側において前記
   スカート部に作用するべく配置されていることを特徴と
   する請求項１に基づく圧力制御弁装置。