JP2003013862A - ダイアフラムを有する空圧機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ダイアフラムを用いた空圧機器において、平
板状のダイアフラムを用いながら、実質的に成形ダイア
フラムを用いるのと同等の作用が得られる空圧機器を得
る。 【構成】 平板状の円形ダイアフラムに、周縁挟着部の
内側に意図的に環状のしわを生じさせて変形の自由度を
与え、実質的に成形ダイアフラムと同様の作用が得られ
るようにしたダイアフラムを有する空圧機器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、ダイアフラムを有する空圧機器
に関する。

【０００２】

【従来技術およびその問題点】空圧機器においては、異
なる圧力が及ぼされる室をダイアフラムによって区画形
成することが行われる。ダイアフラムはその表裏の圧力
差によって変位（変形）するため、圧力差によるストロ
ークが大きい用途では、ストロークによって受圧面積の
変化しないローリングダイアフラムや、自由状態で変形
部分に曲率を与えた成形ダイアフラムが用いられる。し
かし、ローリングダイアフラムや成形ダイアフラムは、
特別な成形型によって加硫成形しなければならないため
高価である。

【０００３】これに対し、平板状のダイアフラムは、ダ
イアフラム素材を所定形状（例えば円形）に切り出せば
よいから、安価であるが、反面、ストロークの大きい用
途には用いることができない。ストロークの大きい用途
に、平板状のダイアフラムを用いると、ダイアフラムが
過度に変形して耐久性が損なわれるばかりか、ストロー
ク中に有効受圧面積が大きく変化して所望の性能が得ら
れない。

【０００４】

【発明の目的】本発明は、ダイアフラムを用いた空圧機
器において、平板状のダイアフラムを用いながら、実質
的に成形ダイアフラムを用いるのと同等の作用が得られ
る空圧機器を得ることを目的とする。別言すると、平板
状のダイアフラムを用いながら、単純に平板状ダイアフ
ラムを用いる場合に比較して大きいストロークが得られ
る空圧機器を得ることを目的とする。

【０００５】

【発明の概要】本発明は、平板状のダイアフラムに意図
的に環状のしわを生じさせて変形の自由度を与えれば、
実質的に成形ダイアフラムと同様の作用が得られるとい
う事実を見出してなされたものである。すなわち、本発
明によるダイアフラムを有する空圧機器は、外側筒状部
と、この外側筒状部に直交する環状受け面とを有する第
一ボディ；この第一ボディの外側筒状部内に挿入されて
該第一ボディに結合される内側筒状部と、この内側筒状
部の端面に形成された、環状受け面に対応する押圧面と
を有する第二ボディ；及びこの第一ボディの環状受け面
と第二ボディの押圧面との間に挟着され、第一ボディと
第二ボディ内に区画された室を形成するダイアフラム；
を有し、ダイアフラムは、自由状態で円形の平板状をな
していて、該自由状態における外径が第一ボディの外側
筒状部の内径より大径であり、このダイアフラムを弾性
変形させて第一ボディの外側筒状部内に挿入し、第一ボ
ディの環状受け面と第二ボディの押圧面との間に挟着支
持することにより、該環状受け面と押圧面の内径側に環
状にしわを生じさせたことを特徴としている。

【０００６】第一ボディの環状受け面とダイアフラムの
間と、第二ボディの押圧面とダイアフラムの間との少な
くとも一方には、気密を保持する環状ガスケットを介在
させることが好ましい。特に、第一ボディの外側筒状部
と第二ボディの内側筒状部とをねじ結合させるときに
は、環状ガスケットを介在させると、該環状ガスケット
を滑り部材として作用させ、ダイアフラムの捩れ変形を
防止することができる。

【０００７】

【発明の実施形態】図示実施形態は、本発明を小流量用
（例えば数ｃｃ〜数リットル／分）の減圧弁（レギュレ
ータ）に適用した実施形態である。この減圧弁は、本出
願人が別途特許出願（特願２００１‐９３６０５号）し
ているもので、最初にこの減圧弁の全体構造及び作用を
説明する。図１、図２に示すように、ハウジング１１
は、第一ボディ１１ａと第二ボディ１１ｂとからなって
おり、第一ボディ１１ａには、同一軸線上の一対の一次
圧力導入口１２と二次圧力取出口１３とが開口してい
る。一次圧力導入口１２と二次圧力取出口１３の間は、
通路１４によって連通しており、この通路１４の一次圧
力導入口１２側の下面拡径部が、小径の弁座１４ａを構
成している。弁体１５は、この弁座１４ａに接離して通
路１４を開閉するもので、弁座１４ａと弁体１５は、軸
線を中心とする回転対称形状をなしている。

【０００８】軸線を中心とする回転対称形状の弁体１５
は、図３ないし図５に示すように、軸線上に位置する中
心ロッド（部）１５ａと、この中心ロッド１５ａとは別
体で構成した本体部１５ｂと、Ｏリング１５ｃとを有し
ている。本体部１５ｂは、中心ロッド１５ａとＯリング
１５ｃとを装着する前には、軸心に位置する中心挿入穴
１５ｄと、この中心挿入穴１５ｄに直交して延びる環状
平面部１５ｆと、この環状平面部１５ｆの最外径側から
中心ロッド１５ａと同軸に延びる筒状部１５ｇとを有し
ている。

【０００９】弁体１５を組み立てる際には、中心ロッド
１５ａを本体部１５ｂの中心挿入穴１５ｄに圧入固定し
て環状空間１５ｈを形成し、この環状空間１５ｈ内に、
Ｏリング１５ｃを挿入する。この状態で、筒状部１５ｇ
を内方にかしめると、筒状部１５ｇが截頭円錐形状とな
り、Ｏリング１５ｃが抜け止められる。このときのＯリ
ング１５ｃの有効径（受圧面積径）φＢは、Ｏリング１
５ｃの自由状態における有効径φＡより小さくなる（φ
Ｂ＜φＡ、図５参照）。すなわち、簡単に受圧面積径の
小さい弁体１５を得ることができる。例えば、中心径が
１ｍｍの市販のＯリングを用いれば、０．８ｍｍ程度の
受圧径の弁体１５が簡単に得られる。

【００１０】以上の弁体１５は、中心ロッド１５ａが通
路１４内に隙間をもって位置し、本体部１５ｂが通路１
４より図の下方の大径部１７内に隙間をもって位置して
いる。図では、嵌合関係にある部材の間隔を誇張して描
いている。第一ボディ１１ａには、大径部１７を塞ぐプ
ラグ１８が螺合されており、このプラグ１８には、本体
部１５ｂを摺動自在に嵌合させる筒状部１８ａが一体に
設けられている。筒状部１８ａは、本体部１５ｂを空気
の出入りに抵抗を与える僅かな隙間で嵌合させており、
本体部１５ｂとの間に振動防止用の空気溜まり室１９を
形成する。弁体１５は、圧縮ばね１６の力によって常時
そのＯリング１５ｃが弁座１４ａに密着し、通路１４を
閉じている。

【００１１】第一ボディ１１ａ内には、通路１４及び大
径部１７と同一軸線上に延びるリテイナ受入穴２１と、
二次圧力室２２が形成されており、二次圧力室２２と二
次圧力取出口１３は、別にアスピレータ通路２３によっ
て連通している。

【００１２】第一ボディ１１ａと第二ボディ１１ｂの間
には、ダイアフラム２５の周縁部が環状ガスケット２６
を介して挟着支持されている。二次圧力室２２は、この
ダイアフラム２５によって閉じられた室となる。ダイア
フラム２５の第一ボディ１１ａ側には、リテイナ受入穴
２１内に摺動可能な隙間をもって挿入されるリテイナ２
７が位置し、第二ボディ１１ｂ側には、ピストン２８が
位置する。リテイナ２７は、上端部がダイアフラム２５
に接し、他端部が弁体１５の中心ロッド１５ａに接す
る。

【００１３】第二ボディ１１ｂには、ピストン２８に形
成した筒状部２８ａを隙間をもって受け入れる穴部２９
が形成されている。この筒状部２８ａと穴部２９の関係
は、筒状部１８ａと弁体１５の本体部１５ｂとの関係と
同様であり、穴部２９は、筒状部２８ａを空気の出入り
に抵抗を与える僅かな隙間で嵌合させており、筒状部２
８ａとの間に振動防止及び二次圧のオーバーシュート防
止用の空気溜まり室３０を形成する。

【００１４】ピストン２８は、圧縮ばね３１により、下
方に、つまりダイアフラム２５を介して二次圧力室２２
の容積を小さくする方向に付勢されており、その付勢力
は、調圧ねじ３２によって調節することができる。第二
ボディ１１ｂには、ダイアフラム２５の二次圧力室２２
とは反対側の室を大気に連通させる大気連通穴３３が形
成されている。

【００１５】上記構成の減圧弁は、次のように作用す
る。二次圧力取出口１３側の圧力（二次圧力室２２内の
圧力）が上がり、圧縮ばね３１の力に打ち勝ってダイア
ラム２５及びピストン２９を押し上げる程高くなると、
圧縮ばね１６の力及び一次圧力と二次圧力の差により弁
体１５が上昇し、そのＯリング１５ｃが弁座１４ａに着
座して通路１４を閉じる。つまり、一次圧力導入口１２
側の高圧が二次圧力取出室１３側に流れることはない。
逆に、二次圧力取出口１３側の圧力が下がり、圧縮ばね
３１の力によって、ピストン２８及びダイアフラム２５
が下降すると、リテイナ２７が弁体１５の中心ロッド１
５ａを押して、Ｏリング１５ｃを弁座１４ａから離す。
その結果、一次圧力導入口１２側の流体が通路１４を通
って二次圧力取出口１３側に流れる。以上の動作が二次
圧力取出口１３側の圧力の大小によって連続して行われ
る結果、一次圧力導入口１２の圧力を減圧して二次圧力
取出口１３側に取り出すことができる。アスピレータ通
路２３は、二次圧力取出口１３を流れる流体の流速が増
して静圧が下がると、二次圧力室２２の圧力を下げて、
より多くの流量を流す作用をする。

【００１６】以上の減圧作用は、ダイアフラム２５とピ
ストン２８の受圧面積と、弁体１５のＯリング１５ｃの
受圧面積との差が大きいほど、良好に行われる。弁体１
５のＯリング１５ｃは、簡単な構成で小受圧面積化（小
径化）が図られているため、小流量で減圧特性に優れた
減圧弁を得ることができる。

【００１７】また、弁体１５とプラグ１８との間に空気
溜まり室１９が形成され、ピストン２８と穴部２９との
間に空気溜まり室３０が形成されているため、弁体１５
とピストン２８（ダイアフラム２５）をゆっくりと動作
させることができる。このため、急激な圧力変動が発生
しても振動の発生を防止し小流量を安定して流すことが
できる。

【００１８】本発明によるダイアフラムを有する空圧機
器は、例えば以上の構成を有する減圧弁のダイアフラム
２５の支持構造に適用されている。第一ボディ１１ａに
は、図８（図１、図６）に示すように、外側筒状部１０
１と、この外側筒状部１０１内に位置する、外側筒状部
１０１の軸線と直交する環状受け面１０２とが形成され
ている。また第二ボディ１１ｂには、外側筒状部１０１
内に挿入される内側筒状部１０３が形成されていて、こ
の内側筒状部１０３の内端面が、環状受け面１０２と対
向する押圧面１０４を構成している。外側筒状部１０１
の内周面と内側筒状部１０３の外周面にはそれぞれ、両
者の結合手段として雌ねじ１０１ｔと雄ねじ１０３ｔが
形成されている。

【００１９】ダイアフラム２５は、図７に示すように、
平板状のダイアフラム素材２５１を例えばパンチ２５２
によって円形に打ち抜いて形成される。このダイアフラ
ム２５の自由状態における外径Ａは、外側筒状部１０１
の内径ａより大きい。これに対し環状ガスケット２６の
外径は、外側筒状部１０１の内径ａに対応している。ダ
イアフラム素材２５１は、例えば基布の表裏少なくとも
一面にゴム組成物を加硫成形してなる周知の材料であ
る。基布のないゴムのみのものもある。

【００２０】以上のダイアフラム２５は、組立にあたっ
て、第一ボディ１１ａの外側筒状部１０１内に、外径を
縮めるように弾性変形させて挿入され、環状受け面１０
２上に載置される。次に、このダイアフラム２５の上に
環状ガスケット２６を載せてから、外側筒状部１０１の
雌ねじ１０１ｔに、第二ボディ１１ｂの内側筒状部１０
３の雄ねじ１０３ｔを螺合させると、やがて押圧面１０
４と環状受け面１０２との間に、ダイアフラム２５の周
縁部が気密に挟着保持される（図１、図６）。環状ガス
ケット２６は、第一ボディ１１ａ（外側筒状部１０１）
と第二ボディ１１ｂ（内側筒状部１０３）を相対回転さ
せて結合するとき、ダイアフラム２５に捩れ変形を生じ
させない作用をするもので、図２に示すように、ダイア
フラム２５の下面にあってもよい。

【００２１】このように第一ボディ１１ａの環状受け面
１０２と、第二ボディ１１ｂの押圧面１０４との間に、
外側筒状部１０１の内径ａより大きい外径Ａを有するダ
イアフラム２５を挟着支持すると、ダイアフラム２５に
は、環状受け面１０２と押圧面１０４の内側（環状ガス
ケット２６の内側）に、図１、図６に示すように、環状
のしわ２５Ｓが生じる。ダイアフラム２５の外径Ａは、
環状受け面１０２と押圧面１０４に挟着される部分に気
密を損なうような有害なしわ（変形）が生じることがな
く、環状受け面１０２と押圧面１０４の内側に環状しわ
２５Ｓを生じるように定める。

【００２２】ダイアフラム２５に環状しわ２５Ｓが存在
すると、恰もダイアフラム２５に予め自由状態で曲率を
与えたのと同様の作用が得られる。すなわち、ダイアフ
ラム２５が平面状をなしている場合に比して、ダイアフ
ラム２５に耐久性を損なうような大きな変形を与えるこ
となく、大きいストロークを確保することができる。し
たがって、ピストン２８のストロークを大きく確保し、
減圧弁としての性能を高めることができる。

【００２３】以上の実施形態では、ダイアフラム２５の
表裏にピストン２８とリテイナ２７が当接しているが、
ダイアフラム２５の表裏に当接させる要素の有無及びそ
の態様は問わない。また本発明は、図示実施形態のよう
な減圧弁に限らず、ダイアフラムを有する空圧機器一般
に適用できる。

【００２４】以上の実施形態では、第一ボディ１１ａの
外側筒状部１０１と、第二ボディ１１ｂの内側筒状部１
０３とをねじ結合させたが、例えばフランジとボルトナ
ットを用いた締結機構等により、外側筒状部１０１と内
側筒状部１０３を相対回転を与えることなく結合するこ
とも可能である。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、ダイアフラムを用いた
空圧機器において、平板状のダイアフラムを用いなが
ら、単純に平板状ダイアフラムを用いる場合に比較して
大きいストロークが得られ、実質的に成形ダイアフラム
を用いたのと同等の空圧機器が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した減圧弁の一実施形態を示す縦
断面図である。

【図２】図１の減圧弁の分解斜視図である。

【図３】開閉弁用弁体の製造工程の一部を示す斜視図で
ある。

【図４】同完成状態の弁体と、該弁体との間に空気溜ま
りを作るプラグとの分解斜視図である。

【図５】開閉弁用弁体の製造工程のを示す断面図であ
る。

【図６】図１の減圧弁のピストン体（ダイアフラム）部
分の拡大断面図である。

【図７】ダイアフラム素材から平板状のダイアフラムを
切り出す状態を示す断面図である。

【図８】同ダイアフラムを第一ボディと第二ボディの間
に挟着する前の状態を示す要部の断面図である。

【符号の説明】

１１ ハウジング １１ａ 第一ボディ １１ｂ 第二ボディ １２ 一次圧力導入口 １３ 二次圧力取出口 １４ 通路 １４ａ 弁座 １５ 弁体 １５ａ 中心ロッド １５ｂ 本体部 １５ｃ Ｏリング １５ｄ 中心挿入穴 １５ｆ 環状平面部 １５ｇ 筒状部 １６ 圧縮ばね １７ 大径部 １８ プラグ１８ １８ａ 筒状部 １９ 空気溜まり室 ２１ リテイナ受入穴 ２２ 二次圧力室 ２３ オリフィス ２５ ダイアフラム ２５Ｓ 環状しわ ２５１ ダイアフラム素材 ２６ 環状ガスケット ２７ リテイナ ２８ ピストン ２８ａ 筒状部 ２９ 穴部 ３０ 空気溜まり室 ３１ 圧縮ばね ３２ 調圧ねじ ３３ 大気連通穴 １０１ 外側筒状部 １０１ｔ 雌ねじ １０２ 環状受け面 １０３ 内側筒状部 １０３ｔ 雄ねじ １０４ 押圧面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外側筒状部と、この外側筒状部内に位置
   する環状受け面とを有する第一ボディ；この第一ボディ
   の外側筒状部内に挿入されて該第一ボディに結合される
   内側筒状部と、この内側筒状部の端面に形成された、上
   記環状受け面に対応する押圧面とを有する第二ボディ；
   及びこの第一ボディの環状受け面と第二ボディの押圧面
   との間に挟着され、上記第一ボディと第二ボディ内に区
   画された室を形成するダイアフラム；をする空圧機器に
   おいて、 上記ダイアフラムは、自由状態で円形の平板状をなして
   いて、該自由状態における外径が第一ボディの外側筒状
   部の内径より大径であり、 このダイアフラムを弾性変形させて第一ボディの外側筒
   状部内に挿入し、第一ボディの環状受け面と第二ボディ
   の押圧面との間に挟着支持することにより、該環状受け
   面と押圧面の内径側に環状にしわを生じさせたことを特
   徴とするダイアフラムを有する空圧機器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の空圧機器において、第一
   ボディの環状受け面とダイアフラムの間と、第二ボディ
   の押圧面とダイアフラムの間との少なくとも一方に、環
   状ガスケットが介在しているダイアフラムを有する空圧
   機器。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の空圧機器におい
   て、第一ボディの外側筒状部と第二ボディの内側筒状部
   とはねじ結合しているダイアフラムを有する空圧機器。