JP2005284645A - ガバナの差圧設定方法、および差圧用スプリングを含むガバナ - Google Patents

Abstract

【課題】
設定すべき差圧が異なる場合でも、ガバナ１０のハウジングを共通化しつつ差圧を設定することができる技術の提供。
【解決手段】
シリンダ孔５５０の中に、主ばね２２０のばね力を受けるピストン２１０と、差圧用スプリング１２０のばね力を受ける補助ピストン３１０とがある。ピストン１２０は、エア入口１０２のエア圧を受けることによって、軸線方向に移動可能である。その移動に応じて、ガバナ開閉弁を閉じたり開いたりする。ガバナ開閉弁が閉のとき、エア入口１０２からのエア圧はエア出口１０４側に加わらないし、差圧用スプリング１２０のばね力はピストン２１０側に加わらない。しかし、ガバナ開閉弁が開くことに応じて、エア入口１０２からのエア圧はエア出口１０４側に加わり、また、差圧用スプリング１２０のばね力は、補助ピストン３１０を通してピストン２１０側に加わる。
【選択図】 図３

Description

この発明は、エア入口とエア出口との間を連絡／遮断する開閉弁をもつガバナ（エアガバナあるいはプレッシャガバナとも呼ばれる）において、その開閉弁の開弁圧と閉弁圧とに所定の差圧を設定する上で有効な技術に関する。

この種のガバナは、エア回路中、エアタンクに連絡する部分に位置し、エアタンク内のエア圧を規定の大きさに保つ作用をする。ガバナのエア入口は、エアタンク側に連絡し、エアタンクのエア圧の圧力変化に応じて、ピストンを移動させる。ガバナの開閉弁は、このピストンの動きに応じて開閉する。開閉弁が開くとき、ガバナは、エア出口からエアコンプレッサのアンロ−ド弁や、エアドライヤのパ−ジ弁などに圧力指令を出す。この圧力指令を時間的に適正化するためには、開閉弁の開弁圧（弁が開くときの圧力）と、閉弁圧（弁が閉じるときの圧力）との間に所定の差圧をもたせることが必要である。なぜなら、差圧がなかったり小さすぎれば、アンロ−ド弁を余りにも頻繁に作動してしまうことになるし、必要な時間パ−ジ弁を開くことができなくなり、また、差圧が大きすぎれば、アンロ−ド弁やパ−ジ弁の作動時間を長くしすぎてしまう。

車両のエア強給システムを示す特許文献１は、配管途中に設けたガバナからの圧力指令によって、エアドライヤのパ−ジ弁を開き、エアドライヤの乾燥剤の再生をしたり、エアコンプレッサのアンロ−ド弁を作動したりすることを示している。また、特許文献２は、ガバナをエアドライヤのハウジングの内部に取り付け、パ−ジ弁を開くようにすることを示している。
特開平８‐３０１１００号公報 特許第３３２２３３７号公報

図５は、先行するガバナの断面構造を示す図である。ハウジングのシリンダ孔の中にピストン１があり、主ばね２がピストン１を押している。それにより、ピストン１内の開閉弁３のバルブ３ａは、ステム４から離れ、開閉弁３を閉じている。増大したエア圧がエア入口から入ると、主ばね２をたわめつつピストン１を移動させ、それに伴いバルブ３ａがステム４に当たることにより開閉弁３を開にする。開になった開閉弁３は、エア入口からのエア圧をエア出口側に送る。このとき、ピストン１には、大径部１ｂと小径部１ｓとがあり、開閉弁３が閉の状態ではピストン１の受圧面積は小径部１ｓで定まり、開閉弁３が開いた後、ピストン１の受圧面積は大径部１ｂで定まる。このように、今までのガバナでは、ピストン１が定める受圧面積差に基づいて開閉弁３の開弁圧と閉弁圧とに所定の差圧を設定していた。

さて、開閉弁３に設定する差圧は、エアタンク内のエア圧の１／１０オ−ダ−の小さな値であるが、その適正値は、ガバナを使用するエア回路によって異なる。そのため、異なるエア回路ごとに、差圧を変更することが求められる。この求めに応じるため、今までのガバナにおいては、ハウジングのシリンダ孔の内径、およびピストン１の大小径部１ｂ，１ｓを変更せざるをえなかった。そのような変更は、手間および余分なコスト増を来すし、ガバナのハウジングを共通化するなどに対し、障害となる。また、小さな差圧を高精度に設定するためには、ピストン１の径をある程度大きくせざるを得ず、ガバナの小型化が困難であるし、また、たとえば、ガバナをエアドライヤのハウジングに一体化するような場合、ガバナの配置や取付けスペ−スなどの点で制約を受けるおそれもある。

そこで、この発明は、設定すべき差圧が異なる場合でも、ガバナのハウジングを共通化しつつ差圧を設定することができる技術を提供することを目的とする。
また、この発明は、ピストンの受圧面積差によって差圧設定をしていた今までのガバナに比べて、ガバナをより小型化することができる技術を提供することを他の目的とする。
この発明のその他の目的については、今後の説明から明らかになるであろう。

この発明では、差圧用のスプリングを用いることにより、開閉弁の開弁圧と閉弁圧との間の差圧を設定する。具体的には、エア入口のエア圧を受けるピストンに隣り合う部分に補助ピストンを配置し、その補助ピストンに差圧用スプリングの力を加える構成とする。そして、ピストンが閉状態の開閉弁を開状態にしようとする動きをするときには、補助ピストンに加わる差圧用スプリングのばね力をピストン側に加えることなく、ピストンが開状態の開閉弁を閉状態にしようとする動きをするときには、補助ピストンに加わる差圧用スプリングのばね力をピストン側に加えることとし、差圧用スプリングによって所定の差圧を設定する。したがって、異なる差圧に対応する場合には、差圧用スプリングを置き換えるだけで良く、ガバナのハウジングを共通に用いることができる。しかもまた、差圧用スプリングのばね定数などの諸元を変更することにより、ねらいとする差圧を設定することができるので、今までのように差圧設定の精度を高めるためにシリンダ孔の内径を大きくすることは不要である。

好適な態様では、補助ピストンは、シリンダ孔の中で、ピストンに対し、そのピストンを押す主ばねの反対側に位置する。その補助ピストンは、ピストンに臨む一方の端にエア入口からのエア圧を受け、その反対側の他方の端に、差圧用スプリングから差圧相当のばね力を受ける。ガバナの開閉弁は、エア入口とエア出口との間を連絡／遮断する。その開閉弁が閉の状態ではエア入口からのエア圧は補助ピストンの他方の端には供給されないが、開閉弁が開になると、エア入口からのエア圧が補助ピストンの他方の端にも供給される。それにより、補助ピストンに加わる差圧用スプリングのばね力が、補助ピストンを通してピストン側に加わらない状態と、加わる状態とを得ることができる。この場合、補助ピストンの他端に凹部を設け、その凹部の中に差圧用スプリングの少なくとも一部を入り込ませるように配置することができる。そうすれば、ガバナの軸線方向の長さをより小さくすることができる。

この発明のガバナは、全体が小型化し、それに応じて取付けスペ−スも今までのものに比べて小さいので、エアドライヤなどのエア機器に一体化する上で有利である。しかし、この発明は、配管途中に配置するガバナにも適用することができるのは勿論である。

図１は、この発明によるガバナを用いたエア回路の一例であり、エアドライヤを含む圧力源装置を示している。ガバナは、エアドライヤ５０のベ−スに内蔵され、エアドライヤ５０のパ−ジ弁６０の開閉を制御する。エアドライヤ５０の入口５２は、エアコンプレッサ７０に連絡し、そのエアコンプレッサ７０から加圧エアを供給される。エアドライヤ５０の出口５４は、４−サ−キットプロテクションバルブ８０を通して、４つのエアタンク９１，９２，９３，９４に連絡する。４−サ−キットプロテクションバルブ８０が、各エアタンク９１〜９４を含む系を独立化させることはいうまでもない。したがって、それら４つの系の一つにたとえ配管故障などの不具合が生じたとしても、それが他の系に悪影響を及ぼすことがない。このエア回路のエアコンプレッサ７０には、アンロ−ド弁がなく、ガバナからエアを供給されることもない。このエア回路は、いわゆるデリバリアンロ−ドタイプであり、ガバナは、パ−ジ弁６０の開閉によって、各エアタンク９１〜９４内のエア圧を規定の大きさに保つ。

図２は、エアドライヤ５０の一部（ガバナ周辺の部分）を示す断面図である。エアドヤイヤ５０は、ベ−ス５００の上面に、乾燥器５１０およびパ−ジタンク５３０を支持する。内側の乾燥器５１０は、その下部にオイルフィルタ５１１、そのオイルフィルタ５１１の上方に再生可能な乾燥剤５１３をそれぞれ支持する。ベース５００の一側の入口５２から入る加圧エアは、オイルフィルタ５１１によってオイルミストを除去され、ついで、乾燥剤５１３によって水分を除去され、パ−ジタンク５３０およびそれに続くエアタンク９１〜９４へと送られる。ベ−ス５１０の下部中央部分にパ−ジ弁６０がある。パ−ジ弁６０は、コントロ−ルピストン６２とともに動く弁体６４を備える。ベ−ス５００には、ガバナ１０も内蔵され、ガバナ１０のエア出口１０４からのエア圧が、ベ−ス内部通路１１０を通してパ−ジ弁６０側のコントロ−ル室６１０に加わるようになっている。パ−ジ弁６０は、通常は閉じているが、ガバナ１０側から指令圧を受けると、コントロ−ルピストン６２を動かし、弁を開く。また、ガバナ１０側の指令圧がなくなると、パ−ジ弁６０は、弁ばねのばね力により弁を閉じる。このようなパ−ジ弁６０の開閉作用に伴って、乾燥剤５１３が保持した水分を除湿して乾燥剤５１３を再生し、しかもまた、各エアタンク９１〜９４内のエア圧を規定の圧力に保つ。なお、パ−ジ弁６０下方のサイレンサ６８は、パ−ジ弁６０が生じるドレン排出音を低減する。

図３が、ベ−ス５００に設けたシリンダ孔５５０内のガバナ１０の構造を明らかにしている。シリンダ孔５５０は、ベ−ス５００の側面に開口し、開口側から孔の奥に向かって、大径孔部分５５７、中径孔部分５５５、小径孔部分５５３と順次続き、その小径孔部分５５３のさらに奥にスプリング収容室（収容孔）５５１がある。これらの大中小径孔部分５５７，５５５，５５３およびスプリング収容室５５１は、同じ軸線をもち、一直線上に延びている。このようなシリンダ孔５５０に対し、小径孔部分５５３寄りの中径孔部分５５５の端近く（段差近く）にエア入口１０２、また、スプリング収容室５５１の底部にエア出口１０４がそれぞれ位置する。エア入口１０２は、ベ−ス５００内の図示しない通路を通してエアドライヤ５０のパ−ジタンク５３０側に連絡している。

エア入口１０２の開口が臨む中径孔部分５５５には、ピストン２１０が移動可能にはまり合っている。ピストン２１０は、その外周にＯリング２１２を保持し、Ｏリング２１２のシ−ル機能によって、小径孔部分５５３側と大径孔部分５５７側とを区画している。また、中径孔部分５５５に隣り合う小径孔部分５５３には、補助ピストン３１０がやはり移動可能にはまり合っている。この補助ピストン３１０もまた、その外周にＯリング３１２を保持し、Ｏリング３１２のシ−ル機能によって、中径孔部分５５５側とスプリング収容孔５５１側とを区画している。互いに隣接するピストン２１０および補助ピストン３１０は、Ｏリング２１２，３１２によって、両ピストンの間に入口室１０６を区画する。ピストン２１０および補助ピストン３１０は、さらに、中心部を貫通する貫通孔２１４，３１４をもつ。それらの貫通孔２１４，３１４には、ガイドロッド４００がはまり合い、ピストン２１０および補助ピストン３１０をガイドする構成である。ガイドロッド４００によるガイド機能を確かなものにするため、ガイドロッド４００は、シリンダ孔５５０の底部側の端部がベ−ス５００側の支持孔１０４０にはまり合っている。

ガイドロッド４００は、軸線方向に延びる内部通路４１０をもつ。内部通路４１０の一端はガイドロッド４００の端部に開口している。この端部は、ベ−ス５００側の支持孔１０４０にはまり合う部分であり、内部通路４１０は、支持孔１０４０の部分を通してエア出口１０４に連絡している。また、内部通路４１０の反対側の他端はガイドロッド４００の軸線方向途中の弁孔４２０に連絡している。弁孔４２０は、軸線に直交する方向の孔であり、内部通路４１０とガイドロッド４００の外部とを連絡する孔である。ここで、ガイドロッド４００にはまり合うピストン２１０および補助ピストン３１０は、内周側（つまり、貫通孔２１４，３１４の内周面）にもＯリング２１２ｉ，３１２ｉを保持している。そのため、ガイドロッド４００の弁孔４２０は、ピストン２１０内周のＯリング２１２ｉとの位置関係により、エア入口１０２側とエア出口１０４側とを連絡したり遮断したりする。すなわち、弁孔４２０は、ピストン２１０の内周側と相俟って、ガバナ１０の開閉弁を構成する。

シリンダ孔５５０の大径孔部分５５７は、主ばね２２０を収容する室である。その室には、主ばね２２０を含むばね装置２３０が入っている。ばね装置２３０は、一対のばね受け２３１，２３２と、両ばね受け２３１，２３２を連結し主ばね２２０に所定のばね力を与えるばね力調整ロッド２３４とを備える。主ばね２２０には、ばね装置２３０によって、所定のばね力が調整される。そのばね力は、ピストン２１０対し、エア入口１０２側のエア圧に対抗しうる大きさである。なお、ばね装置２３０のある室は、ベ−ス５００に取り付けた安全弁５８側に連絡している。

さて、ガバナ１０は、シリンダ孔５５０の奥のスプリング収容室５５１の中に差圧用スプリング１２０をもつ。差圧用スプリング１２０は、差圧相当のばね力を生じるコイルスプリングであり、そのばね力は主ばね２２０の１／１０程度である。その差圧用スプリング１２０によるばね力については、コイルスプリングの諸元を変更することにより、所要の差圧を設定することができる。したがって、エアドライヤ５０のベ−ス５００自体の仕様を変更せずに、差圧用スプリング１２０だけを変更することにより、求められるあらゆる差圧に対応可能である。

図３は、ガバナ１０の開閉弁が閉じ、エア入口１０２側とエア出口１０４側とが遮断された状態を示している。その閉じた状態では、パ−ジ弁６０は閉状態である。エアコンプレッサ７０が圧縮エアを供給すると、そのエア圧がエア入口１０２を通して入口室１０６に入る。そのエア圧により、補助ピストン３１０は、その位置を保持する一方、ピストン２１０は、エア圧に応じて主ばね２２０を縮めながら軸線方向に動く。その動きにより、ピストン２１０の内周側のＯリング２１２ｉが、ガイドロッド４００の弁孔４２０を越えると（すなわち、ガバナ開閉弁が開くと）、エア出口１０４からエア圧がパ−ジ弁６０側に出力される。また、ガバナ開閉弁が開くことにより、補助ピストン３１０の両端に作用する圧力が同じになるため、補助ピストン３１０は、差圧用スプリング１２０のばね力によってピストン２１０側に向かって動き、ピストン２１０の一端に当たる。そして、エアの消費に応じて、エア入口１０２からのエア圧が低下するが、それに伴って、ピストン２１０と補助ピストン３１０とは、互いに接触し当たった状態で主ばね２２０のばね力（戻し力）を受けて、ガバナ開閉弁が閉じる元の状態に復帰する。

図４は、この発明によるガバナの他の例を示している。補助ピストンを中心に示す図４から分かるように、この例は、ガバナの軸線方向の長さをより短くした例である。スプリング収容室５５１に面する補助ピストン３１０の端部に凹部３５０があり、その凹部３５０の中に差圧用スプリング１２０の一部を入り込ませるようにしている。

この発明によるガバナを用いたエア回路の一例を示す配管図である。 エアドライヤの一部を示す断面図である。 エアドライヤに内蔵したガバナの断面図である。 ガバナの他の例を示す断面図である。 先行するガバナの断面構造を示す図である。

符号の説明

１０ ガバナ
１０２ エア入口
１０４ エア出口
１２０ 差圧用スプリング
２１０ ピストン
２２０ 主ばね
３１０ 補助ピストン
３５０ 凹部
４００ ガイドロッド
４１０ 内部通路
４２０ 弁孔
５５０ シリンダ孔

Claims (8)

1. 軸線に沿うシリンダ孔、ならびにそのシリンダ孔に連絡するエア入口およびエア出口を含むハウジングと、そのハウジングのシリンダ孔にはまり合い、前記エア入口から入るエア圧の圧力変化に応じて軸線方向に移動するピストンと、そのピストンの移動に応じて前記エア入口と前記エア出口との間を連絡／遮断する開閉弁とを備えるガバナにおいて、前記開閉弁の開弁圧と閉弁圧とに所定の差圧を設定するに際し、前記ピストンに隣り合う部分に補助ピストンを配置し、その補助ピストンに差圧用スプリングの力を加える構成とし、前記ピストンが閉状態の開閉弁を開状態にしようとする動きをするときには、前記補助ピストンに加わる差圧用スプリングのばね力を前記ピストン側に加えることなく、前記ピストンが開状態の開閉弁を閉状態にしようとする動きをするときには、前記補助ピストンに加わる差圧用スプリングのばね力を前記ピストン側に加えることとし、前記差圧用スプリングによって前記所定の差圧を設定するようにした、ガバナにおける差圧設定方法。
2. 前記差圧用スプリングを置き換えることにより、設定すべき差圧を変えるようにした、請求項１の差圧設定方法。
3. 軸線に沿うシリンダ孔、ならびにそのシリンダ孔に連絡するエア入口およびエア出口を含むハウジングと、そのハウジングのシリンダ孔にはまり合い、軸線方向の第１端に前記エア入口から入るエア圧を受けるピストンと、そのピストンの第１端とは反対側の第２端の側に位置し、第１端に加わるエア圧に対抗しうるだけのばね力をもつ主ばねと、前記エア入口から入るエア圧の圧力変化に応じて前記ピストンが移動することにより前記エア入口と前記エア出口との間を連絡／遮断する開閉弁とを備えるガバナであり、前記開閉弁の開弁圧と閉弁圧とに所定の差圧を設定するために、次の構成および特徴をさらに備えるガバナ。
   （Ａ）前記シリンダ孔の中で、前記ピストンをはさんで前記主ばねの反対側に位置し、一方の端に前記ピストンと同様、前記エア入口から入るエア圧を受ける補助ピストン
   （Ｂ）前記補助ピストンの一方の端とは反対側の他方の端に、差圧相当のばね力を加える差圧用スプリング
   （Ｃ）前記ピストンが閉状態の開閉弁を開状態にしようとする動きをするときには、前記補助ピストンに加わる差圧用スプリングのばね力は前記ピストン側に加えることなく、前記ピストンが開状態の開閉弁を閉状態にしようとする動きをするときには、前記補助ピストンに加わる差圧用スプリングのばね力が前記ピストン側に加わり、前記差圧用スプリングによって前記所定の差圧が設定される
4. 前記差圧用スプリングは、前記補助ピストンの前記他方の端と、前記ハウジングのシリンダ孔の底部との間に支持されている、請求項３のガバナ。
5. 前記補助ピストンは、前記他方の端に凹部をもち、その凹部の中に差圧用スプリングの少なくとも一部を入り込ませる、請求項４のガバナ。
6. 前記差圧用スプリングのばね力は、前記主ばねのばね力の１／１０オ−ダ−の大きさである、請求項３のガバナ。
7. 前記エア入口は、前記シリンダ孔に対し、前記ピストンと前記補助ピストンとの間に位置する部分に開口し、また、前記エア出口は、前記シリンダ孔の底部に開口しており、さらに、前記シリンダ孔の中心部には、そのシリンダ孔の底部から軸線方向に延びるガイドロッドがあり、そのガイドロッドによって、前記ピストンおよび補助ピストンの動きをガイドする、請求項３のガバナ。
8. 前記ガイドロッドは、軸線方向に延びる内部通路、およびその内部通路をガイドロッドの外部に連絡する弁孔とをもつ、請求項７のガバナ。

Images