JPH0635548A

JPH0635548A - 圧力制御弁装置

Info

Publication number: JPH0635548A
Application number: JP21454692A
Authority: JP
Inventors: Yasuhide Kimura; 安秀木村; Osamu Tsutsui; 修筒井; Kinya Arita; 欽也有田; Yoshinobu Uchimura; 好信内村
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 1992-07-20
Filing date: 1992-07-20
Publication date: 1994-02-10

Abstract

(57)【要約】【目的】小型で、安定した動作をし、ヒステリシスの小
さな圧力制御弁装置を提供することを目的とする。【構成】流体通路（18）を有するハウジング（12）と、
この通路（18）を横切って形成された弁座（26）と、こ
の流体通路を流れる流体を弁座（26）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受圧
する可動閉鎖部材（28）と、この閉鎖部材（28）を開弁
方向に付勢するスプリング（42）と、弁座上流の一次圧
力を受圧して閉鎖部材（28）を閉弁方向に付勢する受圧
部材（54）とを備えた圧力制御弁装置（10）において、
スプリング（42）は、閉鎖部材（28）に対する該二次圧
力の作用点に関し弁座とは反対側において閉鎖部材（2
8）に作用するように配置したことを特徴とする。

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、ピストンの摺動抵抗が大
きいということである。斯る大きな摺動抵抗に抗して弁
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抵抗が大きいという難点がある。

【０００６】また、特開昭59-206911号の第２図に記載
された構造においては、摺動シールはダイヤフラム７６
に置換されているが、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。更に重要な問題点は、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るということである。そ
の結果、二次圧力が不安定となる。また、同公報第２図
の構造は、受圧ピストン７０の外にダイヤフラム７６を
要するので、構造が複雑となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、小型
で、安定した動作を果し、ヒステリシスの小さな圧力制
御弁装置を提供することにある。

【０００８】

【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、前記通
路を横切って形成された弁座と、前記通路を流れる流体
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受圧する可動閉鎖部材と、前記閉鎖
部材を開弁方向に付勢するスプリングと、弁座上流の一
次圧力を受圧して前記閉鎖部材を閉弁方向に付勢するダ
イヤフラムのような受圧部材とを有し、前記スプリング
は、弁座に関し受圧部材とは反対側において閉鎖部材に
作用するべく配置されている。

【０００９】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。

【００１０】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（例えば、ダイヤ
フラム）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】スプリングは閉鎖部材に対する該二次圧力
の作用点に関し弁座とは反対側において閉鎖部材に作用
するべく配置されているので、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。

【００１２】本発明の好ましい実施態様においては、可
動閉鎖部材は受圧部材とは反対方向に延長するスカート
部を有し、スプリングはこのスカート部に作用するよう
になっている。好ましくは、このスカート部は摺動自在
にハウジングに案内され、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する。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。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
して流体が出入りし、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、閉鎖部材が振動するおそれがない。

【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はハウジング１２を有し、このハウジング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を横切ってハウジング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は下向きに延長する一体のス
カート部３６を有し、このスカート部３６は半径方向外
側に延長するフランジ３８を有する。このフランジ３８
は、弁座２６と同軸的にハウジング１２に形成されたボ
ア４０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３８の外径はボ
ア４０の内径に対して若干小さく設定してあり、フラン
ジ３８の外周とボア４０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３８はボア４０による
摩擦抵抗を受けることなくボア４０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３８の外周と
ボア４０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４２によって開
弁方向に付勢されるもので、このスプリング４２の上端
は弁座２６の外側においてハウジング１２に形成した溝
４４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３８に支承されている。従って、スカート部３
６のフランジ３８はばね受けとしても機能するもので、
スプリング４２はフランジ３８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４２との組立体をハウジ
ング１２のボア４０内に挿入した後、Ｏリング４６を介
して蓋４８がハウジング１２に液密にねじ止めされる。
これにより、閉鎖部材２８とスカート部３６と蓋４８と
の間には、可変容積室５０が形成される。前述したよう
にフランジ３８の外周とボア４０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５０内に導入されるので、可変容積室５０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５０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、ハウジング１２
には弁座２８と同軸的な段付きボア５２が形成してあ
り、このボア５２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５４がリテーナ５６
により固定してある。ダイアフラム５４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５４が上向きに受ける力に等しい。ダイアフラム５４
の中央部は弁軸３２の上端に螺合されたナット５８によ
って弁軸３２のフランジ６０に締結されている。このナ
ット５８は、リテーナ５６の中央ボア６２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
５４が撓む時にダイアフラム５４を案内してダイアフラ
ム５４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５４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
４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５４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３８の外周とボア４０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５０内に導入さ
れ、閉鎖部材２８には、二次圧力Ｐ₂が可変容積室５０
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
４２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４２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４２の付勢力のみにより定まる。二
次圧力Ｐ₂がスプリング４２により定まる設定値より低
い間は、スプリング４２により閉鎖部材２８に作用する
力は可変容積室５０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
２により定まる設定値より高くなると、可変容積室５０
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４２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５０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４２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、スプリング４２の下端はスカート部３６のフラ
ンジ３８に作用し、従って、閉鎖部材２８に対するスプ
リング４２の作用点はフランジ３８のところに位置す
る。他方、可変容積室５０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４２の前記
作用点から弁座２６側に引きずられながら、可変容積室
５０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。

【００２４】また、弁軸３２の上端はリテーナ５６の中
央ボア６２に対して摺動するナット５８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４０に
対して摺動するフランジ３８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。

【００２５】閉鎖部材２８の運動に伴い、可変容積室５
０の容積は増減し、流体はフランジ３８の外周とボア４
０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５０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５０に出入りする
流体に対して絞りとして作用し、流体の急激な流れを制
限するので、閉鎖部材２８の運動は緩衝される。その結
果、閉鎖部材２８の振動が防止される。なお、上記半径
方向クリアランスに代えて、或いは、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に口
径決めされたオリフィス６４を設けることにより、可変
容積室５０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。

【００２６】

【発明の効果】以上に詳細に説明したように、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５４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５４
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５４を極めて小さくすることができる。また、
スプリング４２は流体通路１８内に配置されているの
で、ハウジング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。

【００２７】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、ヒステリシスは小さなものであ
る。

【００２８】更に、スプリング４２は、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に作用するべく配置されているので、
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。

【００２９】本発明の好ましい実施態様に従い、閉鎖部
材２８とスカート部３６とハウジング１２とで可変容積
室５０を形成し、この可変容積室５０を絞りを介して弁
座下流の流体通路と連通した場合には、閉鎖部材２８の
運動を緩衝し、閉鎖部材２８の振動を防止することがで
きる。

【００３０】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４２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１２：圧力制御弁装置のハウジング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４２：スプリング５４：ダイヤフラム（受圧部材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者有田欽也福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１号東陶機器株式会社内 (72)発明者内村好信福岡県北九州市小倉北区中島２丁目１番１号東陶機器株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【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弁座と、前記通路を流れる流体
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受圧する可動閉鎖部材と、前記閉鎖
部材を開弁方向に付勢するスプリングと、弁座上流の一
次圧力を受圧して前記閉鎖部材を閉弁方向に付勢する受
圧部材、とを備えた圧力制御弁装置において：前記スプ
リングは、前記閉鎖部材に対する該二次圧力の作用点に
関し弁座とは反対側において前記閉鎖部材に作用するべ
く配置されていることを特徴とする圧力制御弁装置。
【請求項２】前記可動閉鎖部材は前記受圧部材とは反
対方向に延長するスカート部を有し、前記スプリングは
前記スカート部に作用することを特徴とする請求項１に
基づく圧力制御弁装置。
【請求項３】前記スカート部は摺動自在にハウジング
に案内されていることを特徴とする請求項２に基づく圧
力制御弁装置。
【請求項４】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、前記絞りを介して
前記可変容積室に出入りする流体の流れが前記絞りによ
り制限されることにより可動閉鎖部材の運動が緩衝され
ることを特徴とする請求項３に基づく圧力制御弁装置。
【請求項５】前記受圧部材と閉鎖部材は弁軸によって
互いに連結され、前記弁軸のうち受圧部材側の端部は軸
方向運動自在にハウジングに案内されることを特徴とす
る請求項２に基づく圧力制御弁装置。
【請求項６】前記可動閉鎖部材は、更に、前記弁座に
係合するにつれて弾性的に圧縮変形する弾性シール部分
を有し、前記二次圧力により前記閉鎖部材に閉弁方向に
作用する力が前記スプリングの付勢力と前記弾性シール
部分の弾性変形による力との和に釣り合うことにより弁
座における流体の締め切りが行われ、もって、流体の締
め切りが行われた時には弾性シール部分は弾性的に弁座
に係合し、弁座における流体の漏れを阻止することを特
徴とする請求項１から５のいづれかに基づく圧力制御弁
装置。
【請求項７】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ダイヤフラム部材
と、前記弁座と同軸的に配置され前記閉鎖部材とダイヤ
フラム部材とを作動的に連結する弁軸と、前記弁軸をハ
ウジングに対して案内する案内手段と、前記閉鎖部材に
対する該二次圧力の作用点に関し弁座とは反対側におい
て前記閉鎖部材に作用するべくハウジングに配置され前
記閉鎖部材を開弁方向に付勢するスプリング、とを備え
たことを特徴とする圧力制御弁装置。