JP2004078292A - 減圧弁 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮流体のクリーン度を低下させることなく高く維持することができるとともに、弁体に生じるバイブレーションの防止することができ、更には構造が簡単で低コスト化を図ること。
【解決手段】弁本体１２には一次側流路１３ａと二次側流路１４ａとを互いに連通させる弁孔１５が形成されている。その弁孔１５の周囲に形成された弁座１６には弁体１９を接近又は離間可能に設けられ、その弁体１９の開度は圧力制御機構４５により調節される。このような減圧弁１１において、弁体１９には、一次側流路１３ａと二次側流路１４ａとを区画するとともに、同弁体１９に弾性力を付与する筒状ダンパー１８が設けられている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クリーンな圧縮流体を用いる減圧弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、図３に示す減圧弁８０は、流体供給源と流体圧機器との間に設けられる。この減圧弁８０は、流体供給源から一次側ポート８１を介して供給される圧縮流体が、流体圧機器に接続される二次側ポート８２から排出される。一次側ポート８１と二次側ポート８２との間に設けられた弁体８３によって一次側流路８１ａから二次側流路８２ａへ流れる圧縮流体の圧力が調節される。この弁体８３の下側には二次側流路８２ａに通じる二次側圧力バランス室８４が形成されており、その二次側圧力バランス室８４には弁棒８５に形成した通路８５ａを介して二次側圧縮流体を導入させることにより、弁体８３の両端面は二次側圧縮流体の圧力を受けている。つまり、弁体８３は二次側圧縮流体によってバランス状態を得ている。よって、圧縮流体の一次圧が変化しても二次圧への影響が少なくなり、二次側の圧力特性が低下するのを防止している。
【０００３】
この種の圧力バランスタイプの減圧弁８０においては、一次側ポート８１内の圧縮流体が二次側圧力バランス室８４内に流れ込むのを防ぐために、弁体８３の外周にはＯリング８６が装着されている。Ｏリング８６は弁体８３の開閉動作に伴い摺動する部材であるため、弁体８３の開閉動作が低下するのを防ぐ潤滑グリースが塗布されている。ところが、上述した減圧弁８０を半導体製造工場や食品工場などにおけるクリーンルームで使用すると、潤滑グリースが要因となって圧縮流体のクリーン度が低下する。又、二次側圧力バランス室８４内には、弁体８３を閉じる側にセット荷重を付与する圧縮コイルバネ８７が用いられているため、弁体８３の変位に伴い圧縮コイルバネ８７の当接部分から発生する塵埃が二次側圧縮流体に混入し、圧縮流体のクリーン度が低下する。
【０００４】
そこで、潤滑グリースを用いないようにするために、Ｏリング８６を省略した減圧弁９０が提案されている。図４に示すように、この減圧弁９０は、前記Ｏリング８６がないことから、弁体８３の下側に圧縮コイルバネ８７が収容されている空間部は、二次側圧力バランス室としての機能を果たさなくなる。そのため、弁体８３の上端面が二次側圧縮流体の圧力を受けているのに対し、下端面は一次側圧縮流体の圧力を受けている。つまり、弁体８３は二次側圧縮流体と一次側圧縮流体とによって弁体８３のバランス状態を得ている。
【０００５】
このノンバランスタイプの減圧弁９０は、前記図３に示すバランスタイプの減圧弁８０に比べ、二次側圧力が一定なる状態で、一次側圧力が変動すると、二次側圧力が設定値からずれてしまい、圧力特性が低下するデメリットがある。
【０００６】
又、弁体８３にＯリングが設けられていないため、弁体８３の摺動抵抗は小さくなり、圧縮コイルバネ８７が伸縮するのに伴い弁体８３に生じるバイブレーションを抑制しにくくなる。
【０００７】
更に、潤滑グリースを用いていないことから、図３に示す前記バランスタイプの減圧弁８０に比べればクリーンルームに適している。しかし、前記バランスタイプの減圧弁８０と同様に、弁体８３を閉じる側にセット荷重を付与する圧縮コイルバネ８７が依然として用いられている。そのため、圧縮コイルバネ８７の両端部の当たり部分で発生する塵埃が二次側圧縮流体に混入し、圧縮流体のクリーン度が低下する要因となっている。
【０００８】
以上述べたように、図３のバランスタイプの減圧弁８０は、二次側の圧力特性は優れているものの、圧縮流体のクリーン度が低い。それに対して、図４のノンバランスタイプの減圧弁９０は圧縮流体のクリーン度を低下させないが、二次側の圧力特性は低い。
【０００９】
従来、両タイプの減圧弁８０，９０のデメリットを解消するものが、例えば特開平９−２３０９４２号公報に開示されている。すなわち、この公報に記載された減圧弁は、一次側ポートに通じる一次側圧力バランス室と、弁体にセット荷重を付与する圧縮コイルバネの収容室とがダイヤフラムによって区画されている。このダイヤフラムは、弁体に一体化されており、弁体を調芯する役割があるため、弁体と圧縮コイルバネとが当接する部分から発塵するのを防止することができる。しかも、ダイヤフラムは潤滑グリースを用いずに済むことから、圧縮流体のクリーン度が低下するのを防止することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術で示した公報の減圧弁は、ダイヤフラムを設けたが圧縮コイルバネの当接部分からの発塵を完全には防止することはできず、二次側圧縮流体に混入し、圧縮流体のクリーン度を下げる。ダイヤフラムに対する弁体の組み付け精度が悪いと、圧縮コイルバネの発塵による問題は更に大きくなる。従って、圧縮流体のクリーン度を大幅に向上するに至っていない。
【００１１】
更に、ダイヤフラムの弾性力により圧縮コイルバネが伸縮するときに弁体に生じるバイブレーションをある程度抑制することはできるが、Ｏリングを設けた場合ほど大きな抑制効果は得られない。
【００１２】
又、ダイヤフラムの中央部は挟持部材により弁体に固定され、外周縁は別の挟持部材により減圧弁の弁本体に固定されているため、構造が複雑になる結果、組付け工数が増え、製造コストが上昇するという不具合もある。
【００１３】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、圧縮流体のクリーン度を低下させずに、弁体に生じるバイブレーションの防止することができ、更に構造が簡単で低コストな減圧弁を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の発明）
請求項１に記載の発明では、一次側ポートを含む一次側流路と二次側ポートを含む二次側流路とが形成された弁本体に、前記両流路を互いに連通させる弁孔を形成し、その弁孔の周囲に形成された弁座に弁体を接近又は離間可能に設け、前記弁体の開度を調節する圧力制御機構により、二次側流路に流れる圧縮流体の圧力が一定となるように減圧制御する減圧弁において、前記一次側流路と二次側流路とを区画するとともに、前記弁体が閉じられる方向に弾性力を付与する筒状の弾性体を同弁体に設けたことを要旨とする。
【００１５】
この発明によれば、弾性体は、筒状に形成されているため、弁体の開閉する際に摩耗する部分がほとんどなく、グリースなどの潤滑剤を使用せずに済む。そのため、圧縮流体のクリーン度が低下することはない。又、弾性体は筒状に形成されていることから防振性が高いため、弾性体が伸縮する際に生じる弾性反発力が弁体に作用しても、圧力調節はバイブレーションを起さない。これにより、弁体の開閉動作が安定する。更に、弾性体は、弁体が閉じられる方向に弾性力を付与することと、一次側流路と二次側流路とを区画することとを兼ねているため、部品点数が少なくて済む。よって、構造が簡単になり低コスト化を図ることができる。
【００１６】
（請求項２の発明）
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の減圧弁において、前記弾性体は、弁体の外周を覆うように同弁体に外挿され、弁体の一端部に突設されたストッパと弁本体に設けられたボトムプラグとの協働で挟持されていることを要旨とする。
【００１７】
この構成にすれば、弾性体の組み付けが簡単であるとともに、大がかりな設計変更をすることがなく既存の減圧弁に用いることができる。しかも、ボトムプラグによって弾性体が弁体のストッパに押し付けられることで、弁体に十分な弾性力を付与することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、減圧弁１１は弁本体１２を備えており、その弁本体１２には、一次側ポート１３と二次側ポート１４とが対峙するように形成されている。弁本体１２には、一次側ポート１３を含む一次側流路１３ａと二次側ポート１４を含む二次側流路１４ａとを互いに連通させる弁孔１５が形成されている。弁孔１５の下側における弁本体１２には、内端側の面が凹設されたボトムプラグ１７が装着されている。ボトムプラグ１７の支持凹部１７ａには、弾性体としての筒状ダンパー１８が設けられており、この筒状ダンパー１８内には弁体１９が嵌入されている。この状態では、弁体１９は、外周面が筒状ダンパー１８によって覆われている。弁体１９は、弁座１６から接近又は離間可能となっており、その開度量に応じて、一次側ポート１３から二次側ポート１４に流れる圧縮流体の流量が調節される。
【００１９】
筒状ダンパー１８の上端は、ボトムプラグ１７を装着することに伴って弁体１９の上端部（一端部）に突設されたストッパ１９ｂに押し付けられている。この押し付けにより、一次側ポート１３に圧縮流体が供給されていない状態では、筒状ダンパー１８が僅かに収縮され、その状態で生じる弾性力により弁体１９の上端面は、弁孔１５の周囲に形成された弁座１６に圧接されている。つまり、筒状ダンパー１８の弾性力により弁体１９のセット荷重が設定されている。
【００２０】
筒状ダンパー１８は、弾性力を持たせるためにブタジエン系ゴム、具体的にはＮＢＲ（ブタジエン・アクリロニトリル共重合物）製となっている。このＮＢＲは耐摩耗性が高いことから、筒状ダンパー１８の寿命を長くすることが可能になる。それ以外の形成材料としてハロゲン系の合成ゴム、具体的にはフッ素ゴムに変更することが可能である。或いは、圧縮永久歪みの小さいシリコンゴムに変更することも可能である。
【００２１】
ボトムプラグ１７の支持凹部１７ａの内底面には、二次側圧力バランス室２０が形成されている。この二次側圧力バランス室２０は、筒状ダンパー１８によって一次側流路１３ａと区画されている。つまり、二次側圧力バランス室２０は二次側流路１４ａ上にあることから、筒状ダンパー１８により一次側流路１３ａと二次側流路１４ａとが区画されていると言い換えることもできる。以上のように、筒状ダンパー１８は、一次側流路１３ａと二次側流路１４ａとを区画する区画壁としての役割と、弁体１９に対し弾性力を付与する弾性体としての役割との２つを兼ねている。
【００２２】
弁体１９の中心軸線に沿って形成された連通孔１９ａには上下方向に沿って延びる弁棒３０が嵌入され、その弁棒３０に形成された細孔３０ａと弁体１９の連通孔１９ａとによって、前記二次側圧力バランス室２０は二次側ポート１４及び二次側流路１４ａに常時通じている。弁棒３０の上端部は弁本体１２に固定された合成樹脂製のガイド筒２９に摺動可能に貫通されている。
【００２３】
前記弁本体１２には、ダイヤフラム室３１が連通路３２を介して二次側ポート１４に通じるように凹設されている。弁本体１２においてダイヤフラム室３１の上部に位置する箇所には、それを塞ぐようにダイヤフラム３３が取り付けられている。そして、ダイヤフラム室３１内の圧力が所定値よりも大きくなるとダイヤフラム３３が図１の上側に反るように変形し、圧力が所定値よりも小さくなるとダイヤフラム３３が図１の下側に反るように変形する。
【００２４】
弁本体１２の上部には、下部が開口されたカバー３５がダイヤフラム３３の外周縁を挟み込むように設けられている。ダイヤフラム３３の中央部には、それを挟持する１組のディスク部材３７，３８が上下方向に変位自在に設けられている。両ディスク部材３７，３８の中央部には、ダイヤフラム室３１に通じる逃がし通路３９が形成されている。ダイヤフラム室３１側における逃がし通路３９の端部周縁には弁シート３６が設けられ、この弁シート３６に前記弁棒３０の上端部が接離可能に突き付けられている。そして、弁シート３６から弁棒３０の上端部が離間することにより、ダイヤフラム室３１内にある余分な圧縮流体は、カバー３５の上部に形成されたリリーフポート４１を介して外部に排出されるようになっている。
【００２５】
カバー３５の上部には圧力調節ノブ４３が設けられ、この圧力調節ノブ４３に連結されたネジ棒４４の上部にはバネ押さえ部材４６が進退可能に螺合されている。カバー３５内には調圧バネ４２が収容され、その下端は上側のディスク部材３７に形成された係合凸部３７ａに外挿され、上端はバネ押さえ部材４６に形成された係合凸部４６ａに外挿されている。そして、圧力調節ノブ４３を回動操作することにより、バネ押さえ部材４６の上下位置が調節され、調圧バネ４２の弾性力を調節できるようになっている。
【００２６】
そして、ダイヤフラム室３１内の圧力変動によって調圧バネ４２の弾性力に抗してダイヤフラム３３、両ディスク部材３７，３８及び弁棒３０が上方向に変位することにより、弁体１９の開度が小さくなる。これに対して、ダイヤフラム３３、両ディスク部材３７，３８及び弁棒３０が下方向に変位することにより、弁体１９の開度が大きくなる。このように、弁体１９の開度が変えられることにより、二次側ポート１４における圧力が予め設定された圧力となるように減圧制御される。本実施形態では、ダイヤフラム室３１、弁棒３０、弁シート３６、調圧バネ４２などから圧力制御機構４５が構成されている。
【００２７】
次に、上記のように構成された減圧弁１１の作用について説明する。
圧力調節ノブ４３を回動操作し、調圧バネ４２の弾性力によって両ディスク部材３７，３８及び弁棒３０を下側に変位させ、弁座１６と弁体１９との間に隙間を形成する。この状態で、一次側ポート１３から圧縮流体が供給されると、その圧縮流体は一次側流路１３ａ、弁孔１５、二次側流路１４ａを介して二次側ポート１４から排出される。
【００２８】
ここで、二次側ポート１４内の圧力が設定圧力に近づくと、それに伴いダイヤフラム室３１内の圧力が高められてダイヤフラム３３が上側に反るように変形する。そして、調圧バネ４２の弾性力に抗して両ディスク部材３７，３８と弁棒３０とが一体的となって上側に変位する。これにより、弁座１６と弁体１９との隙間は狭められ、つまり弁体１９の開度が小さくなり、一次側ポート１３から二次側ポート１４へ流れる圧縮流体の供給量が少なくなるように調節される。二次側ポート１４の圧力が調節された後に、二次側ポート１４の圧力が設定圧力以上に上昇すると、ダイヤフラム室３１内にある余分な圧縮流体は、弁棒３０の上端部と弁シート３６との間から逃がし通路３９を介してカバー３５内に入り、更にリリーフポート４１から外部に排出される。
【００２９】
従って、本実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）一次側流路１３ａと、二次側圧力バランス室２０を含む二次側流路１４ａとが筒状ダンパー１８によって区画されており、筒状ダンパー１８は弁体１９とボトムプラグ１７とによって挟持されている。そのため、従来技術で示すダイヤフラムのように、それを挟持するために弁体１９以外の部材を複数用いる必要がないので、組み付け部品点数を少なくすることができ、その組み付け工数も少なくすることができる。従って、減圧弁１１の製造コストを低減することができる。
【００３０】
（２）筒状ダンパー１８は筒状に形成されているため、筒状ダンパー１８が伸縮する際に生じる弾性反発力が弁体１９に作用しても、弁体１９にバイブレーションが生じることがない。従って、弁体１９の開閉動作が安定することとなる。
【００３１】
（３）弁棒３０の上下変動に伴い筒状ダンパー１８が伸縮しても、筒状ダンパー１８と弁体１９とが当接する部分、或いは筒状ダンパー１８とボトムプラグ１７とが当接する部分から発塵が生じない。よって、圧縮流体のクリーン度が低下するのを防止することができる。従って、本実施形態の減圧弁１１は、食品工場や半導体製造工場などのようにクリーンルームで使用することに適している。
【００３２】
（別の実施形態）
本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
例えば、前記圧力制御機構４５を電気的に制御する電空式減圧弁５０に具体化してもよい。図２に示すように、弁本体１２の上部には、２つのブロック５１，５２に挟持されたダイヤフラム５３が設けられ、このダイヤフラム５３により上側のパイロット室５４と下側のダイヤフラム室５５とに仕切られている。ダイヤフラム５３の中央部を挟持する２枚の挟持板からなる可動体５６の中央部には、下方へ延びる弁棒５７が固定されている。弁棒５７はダイヤフラム３３の変位とともに上下動する。
【００３３】
弁本体１２には、図示しない排気ポート及び二次側流路１４ａを連通させる排気弁孔６１と、一次側流路１３ａ及び二次側ポート１４を連通させる給気弁孔６２とが形成されている。各弁孔６１，６２は間隔をおいて形成され、それらの周囲にある排気弁座６３と給気弁座６４には、弁棒５７に間隔をおいて固定された弁体としての排気弁６５及び給気弁６６とがそれぞれ接近又は離間可能に設けられている。排気弁６５と給気弁６６は弁棒５７の変位に伴い可動する。すなわち、排気弁６５が排気弁座６３に接触した後、給気弁６６は給気弁座６４から離間する。又、給気弁６６が給気弁座６４に接触した後、排気弁６５は排気弁座６３から離間する。
【００３４】
排気弁６５及び給気弁６６にはそれぞれ筒状ダンパー６７，６８がそれぞれ外挿され、これらの筒状ダンパー６７，６８により、各弁６５，６６は対応する弁座６３，６４に接近するように弾性力が付与されている。筒状ダンパー６７は、弁棒５７の内部に形成された連通路５７ａを介して二次側流路１４ａに通じていることから、筒状ダンパー６７の内側空間が二次側圧力バランス室となっている。又、他方の筒状ダンパー６８は、給気弁６６に形成された連通孔６６ａを介して二次側流路１４ａに通じていることから、筒状ダンパー６８の内側空間も二次側圧力バランス室となっている。
【００３５】
弁本体１２の上部には、図示しない給気バルブ、図示しない排気バルブ、二次側流路１４ａ内の圧力を検出する圧力センサ７３が設けられている。そして、圧力センサ７３により検出される圧力に基づいて、二次側流路１４ａの圧力が低下すれば、給気バルブが開くことで、弁棒５７は下側に変位する。すると、排気弁６５が閉じるとともに給気弁６６が開くため、二次側流路１４ａ内の圧力が上昇することとなる。反対に、二次側流路１４ａの圧力が上昇すれば、排気バルブが開くことで、弁棒５７は上側に変位する。すると、給気弁６６が閉じるとともに排気弁６５が開くため、二次側流路１４ａ内の圧力が低下することとなる。この電空式減圧弁５０においても本実施形態に示す減圧弁１１とほぼ同様に、圧縮流体のクリーン度を高く維持できるとともに、排気弁６５及び給気弁６６にバイブレーションが生じることがなく、更には構造の簡素化によって製造コストの低減を図ることができる。
【００３６】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に示す。
（１）　請求項１又は２、前記（１）のいずれかにおいて、前記弾性体は、ブタジエン系ゴムから形成されていることを特徴とする減圧弁。この構成にすれば、汎用性の高い材料で成形することができるのでコスト的にも安いばかりか、耐久性にも優れる。
【００３７】
（２）　請求項１又は２において、前記弾性体は、ハロゲン系の合成ゴムから形成されていることを特徴とする減圧弁。この構成にすれば、汎用性の高い材料で成形することができるのでコスト的にも安いばかりか、耐久性にも優れる。
【００３８】
（３）　請求項１又は２、前記（１）のいずれかにおいて、前記二次側流路上において弁体が弁座に接する端部とは反対側に二次側圧力バランス室が形成されていることを特徴とする減圧弁。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、圧縮流体のクリーン度を低下させることなく高く維持することができるとともに、弁体に生じるバイブレーションの防止することができ、更には構造が簡単で低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態における減圧弁の断面図。
【図２】別の実施形態における減圧弁の断面図。
【図３】従来技術における減圧弁の断面図。
【図４】図３とは異なる従来技術における減圧弁の断面図。
【符号の説明】
１１…減圧弁、１２…弁本体、１３…一次側ポート、１３ａ…一次側流路、１４…二次側ポート、１４ａ…二次側流路、１５，６１，６２…弁孔、１６，６３，６４…弁座、１７…ボトムプラグ、１８…筒状ダンパー（弾性体）、１９，６５，６６…弁体、１９ｂ…ストッパ、４５…圧力制御機構。

Claims (2)

1. 一次側ポートを含む一次側流路と二次側ポートを含む二次側流路とが形成された弁本体に、前記両流路を互いに連通させる弁孔を形成し、その弁孔の周囲に形成された弁座に弁体を接近又は離間可能に設け、前記弁体の開度を調節する圧力制御機構により、二次側流路に流れる圧縮流体の圧力が一定となるように減圧制御する減圧弁において、
   前記一次側流路と二次側流路とを区画するとともに、前記弁体が閉じられる方向に弾性力を付与する筒状の弾性体を同弁体に設けたことを特徴とする減圧弁。
2. 前記弾性体は、弁体の外周を覆うように同弁体に外挿され、弁体の一端部に突設されたストッパと弁本体に設けられたボトムプラグとの協働で挟持されていることを特徴とする請求項１に記載の減圧弁。

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