JP2006172123A - 調圧弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 ピストン型調圧弁のシールの耐久性とダンパ作用を得る。
【解決手段】 本発明の調圧弁(10)は、ケース部(21,26)内の一次室(17)と二次室(19)の間を連通又は遮断するように移動する弁移動体(11,14)を備えた調圧弁において、ケース部と弁移動体の間に複数の中間部材(20,25)を配置すると共に、複数の中間部材を互いに異なる材質とした、ことを特徴とする。材質の異なる中間部材を配置することで、中間部材によるダンパ作用とシール耐久性の両立が可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は流体の圧力を調整する調圧弁に関する。

気体を減圧する調圧弁としては、例えば、特許文献１に記載の減圧弁がある。この減圧弁は、調圧バネ、シリンダ中を移動するピストン、弁体、戻しバネなどを備えた構成としている。そして、ピストンとシリンダ間をＵ字型シールでシールしている。
実開平１−１７８２８５号公報

しかしながら、一般的にシールとしてとして使用されるゴムシールは耐久性が低いという問題点がある。また、耐久性の高い硬質樹脂シール材を用いると、ゴムシール材による弁の移動（振動、オーバーシュート）に対するダンパ作用（減衰作用）を十分に得ることができないため、調圧弁の二次圧の変動が大きくなる。

よって、本発明は、弁部材（ピストン）と弁部材のケース（シリンダ）間のシール材の耐久性と弁体の振動やオーバーシュートを抑制するためのダンパ作用とを両立させ得る調圧弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の調圧弁は、ケース部内の一次室と二次室の間を連通又は遮断するように移動する弁移動体を備えた調圧弁において、上記ケース部と上記弁移動体の間に複数の中間部材を配置すると共に、上記複数の中間部材を互いに異なる材質とした、ことを特徴とする。

材質の異なる中間部材を配置することで、ダンパ作用とシール耐久性の両立が可能となる。

好ましくは、上記複数の中間部材の材質は摺動抵抗が互いに異なるように選定される。

摺動抵抗の異なる中間部材を配置することで、ダンパ作用とシール耐久性の両立が可能となる。摺動抵抗の大きい中間部材（例えば、ゴムシール材）はピストン部の振動やオーバーシュートに対してダンパ作用（減衰作用）を有し、摺動抵抗の小さい硬質の中間部材（例えば、テフロン（登録商標）系樹脂等）は耐久性が高い。

好ましくは、上記複数の中間部材は少なくとも上記弁移動体の側面と上記ケース部の内壁との間に設けたシール部材と、上記弁移動体の移動量を減衰させるダンパ部材である。

かかる構成によれば、ダンパ部材はピストン部の移動の際に摩擦力によって移動エネルギを減衰させる機能を有し、ピストン部の移動時の振動やオーバーシュートを抑制する。それによって、調圧弁の下流側（２次側）のガス圧変動を小さくすることができる。

好ましくは、上記弁移動体はピストン部と弁体部を含み、上記ピストン部の側面と上記ケース部の内壁との間に上記シール部材と上記ダンパ部材を配置している。

好ましくは、上記弁移動体はピストン部と弁体部を含み、上記ピストン部の一端が上記二次室に接し、他端が基準圧室に接するものであって、上記ピストン部の側面と上記ケース部の内壁との間に上記複数の中間部材を配置した。

好ましくは、上記ピストン部の上記二次室側に位置する中間部材は上記基準室側の中間部材より摺動抵抗が低い。

好ましくは、上記ピストン部の上記二次室側に位置する中間部材は上記基準室側の中間部材より流体に対するシール性が高い。

好ましくは、上記ピストン部の上記基準室側に位置する中間部材は上記二次室側の中間部材より上記弁移動体の移動力を減衰させる機能が低い。

好ましくは、上記複数の中間部材が流体をシールする少なくとも二つのシール部材であって、一方のシール部材が他方のシール部材より相対的に摺動抵抗が高い。

好ましくは、上記ピストン部の側面、上記ケース部の内壁及び上記複数の中間部材によって画定される空間と上記基準室とを連通する連通手段を有する。

かかる連通手段を設けることで空間と基準室とが連通され、ピストン部の移動時の空間の圧力値を調整することができる。また、連通手段を利用して製造時や弁異常検知時に中間部材のシール状態をチェックすることができる。

好ましくは、上記連通手段は上記ピストン部または上記ケース部の内壁の少なくとも一方に形成される。

好ましくは、上記連通手段は上記基準室側に配置された中間部材またはケース内部の壁と中間部材との接触面の間に形成される。

好ましくは、上記複数の中間部材のうちの一つが上記弁移動体の移動量を減衰させる機能が高いダンパ部材であって、このダンパ部材が上記ケース部の内壁と上記弁体部との間または上記ケース部の内壁と上記ピストン部の間のうち少なくとも一方に配置される。

好ましくは、上記弁移動体は弁体部及びピストン部とを含んで上記ケース部内に第１及び第２の付勢手段を両側に介して配置され、上記ダンパ部材は、上記ケース部と上記第１の付勢手段間、上記第１の付勢手段間と上記弁体部間、上記弁体部と上記ピストン部間、上記ピストン部と上記第２の付勢手段間、上記第２の付勢手段と上記ケース部間のうちの少なくともいずれかに配置される。

また、本発明の調圧弁は高圧ガス用の調圧に好適である。また、水素ガスの調圧用にに好適である。

以下に最良の実施の形態について説明する。

以下、本発明の調圧弁１０の第１の実施例について図１を参照して説明する。

同図において、１１はポペット弁、１２はポペット弁の付勢手段であるバネ、１３はシート、１４はピストン、１５はピストンの付勢手段であるバネ、１６は高圧ガス通路（流入通路）、１７は調圧弁の一次室、１８は通路、１９は調圧弁の二次室、２０はリング型シール、２１はシリンダ（ケース）、２２は参照圧室（基準圧室）、２３は隙間空間、２４は通路、２５はダンパ、２６は調圧弁ケース、２７は低圧ガス通路（流出通路）を示している。

調圧弁内は、大別して、一次室１７、二次室１９及び参照圧室２２に分けられる。この一次室１７、二次室１９及び参照圧室２２内に、バネ１２、ポペット弁１１、シート１３、ピストン１４、バネ１５が直列に配置されている。ポペット弁１１は、バネ１２によってシート１３に押しつけられる。ピストン１４はバネ１５によって押し上げられる。

ピストン１４の外周にはこれを一周する凹溝が設けられ、溝内に高分子材リング型シール２０が配置されている。シール２０はピストン１４とシリンダ２１の内壁との隙間をシール（遮蔽）している。シール２０は、例えば、樹脂などの高分子材を主体とした材料であって、一例としてテフロン（登録商標）系のシールを使用する。また、ピストン１４の外周にはこれを一周する凹溝が設けられ、この溝内に高分子材リング型ダンパ２５が配置されている。ダンパ２５はシリンダ２１の内壁と接触している。ダンパ２５は、例えば、ゴム系材料を主体とした材料である。

環状のシール２０、環状のダンパ２５、シリンダ２１及びピストン１４によって画定される空間２３と参照圧室２２とは通路２４を介して連通している。通路２４を設けることで空間２３と参照室２２（例えば、大気と連通した空間）とが連通され、ピストンの移動時の空間２３の圧力値を調整することができる。また、通路２４を利用して、製造時や弁異常検知時にシール２０のシール状態をチェックすることに利用してもよい。なお、通路２４は省略してもよい。

かかる構成において、高圧ガス（流体）は、図示しない外部のガス供給源から高圧ガス通路１６を通って一次室１７に流入する。そして、高圧ガスはポペット弁１１とシート１３間の通路１８を通って二次室１９に流入し、低圧ガス通路２７から調圧弁外部に流出する。ピストン１４はバネ１５の付勢力に抗して二次室のガス圧によって押し下げられる。

調圧弁下流のガスが消費されると、二次室１９の圧力が低下する。それにより、ピストン１４がバネ１５の付勢力によって上昇し、ポペット弁１１が上昇する。ポペット弁１１がシート１３から離れ、一次室１７からガスが二次室１９に流れ込む。この流れ込みによって二次室の圧力が上昇してピストン１４が再び押し下げられる。ポペット弁１１がシート１３に着座し、ガス流量が減る。

調圧弁１０は、このような動作を繰り返し、二次室１９下流のガス圧を調整する。

かかる調整において、高分子材リング型ダンパ２５は高分子材リング型シール２０よりもシリンダ２１内壁との接触抵抗が大きく設定されており、高分子材リング型ダンパ２５はピストン１４の急激な動きをコントロールすることができる。すなわち、ダンパ２５はピストン１４の移動の際に摩擦力によってピストン１４の移動エネルギを減衰させる機能を有し、ピストン１４の移動に伴う振動やオーバーシュートを抑制する。それによって、調圧弁１０の下流側（２次側）のガス圧変動を小さくすることができる。

また、上述した本発明の実施例によれば、摺動抵抗の異なるシール材を配置することで、ダンパ作用（減衰作用）とシール耐久性の両立が可能となる。摺動抵抗の大きいゴムシール材はピストンの振動に対してダンパ作用（減衰作用）を有し、摺動抵抗の小さい硬質の樹脂シール材（既述テフロン（登録商標）系樹脂等）は耐久性が高いという効果を有する。

図２は、本発明の第２の実施例を概略的に示している。同図において図１と対応する部分には同一符号を付し、かかる説明を省略する。

この実施例においては、高分子材リング型シール２０に環状のバックアップリング３１を重ねて配置している。バックアップリング３１を設けることでシールの確実さが増す。

図３は、本発明の第３の実施例を示している。同図（ａ）は、高分子材リング型ダンパ２５の他の構成例を概略的に示しており、同図（ｂ）は、同図（ａ）中のＡ−Ａ’方向における一部の断面を上方から見た例を示している。なお、図４において図１と対応する部分には同一符号を付し、かかる説明を省略する。

この例では、ピストン１４の通路２４の代りにダンパ２５のシリンダ２１の内壁面に対する接触面に微小な凹凸３２を形成し、あるいは表面を粗く形成してガスが隙間空間２３と参照室２２間で連通するようにしている。

図４は、本発明の第３の実施例を示している。同図において図１と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。

この実施例は、図１の場合と異なり、通路２４をシリンダ２１側に形成している。なお、ピストン１４の移動時、通路２４とシール２５が重ならないように通路２４を形成することが好ましい。

図５は、本発明の第５の実施例を示している。同図（ａ）は、リング形ダンパ２５部分の他の構成例を概略的に示しており、同図（ｂ）は、同図（ａ）中のＢ−Ｂ’方向における一部の断面を上方から見た例を示している。なお、図５において図１と対応する部分には同一符号を付し、かかる説明を省略する。

この例では、ピストン１４の通路２４の代りにダンパ２５が接するシリンダ２１の内壁面に微小な凹凸３２を形成し、あるいは表面を粗く形成してガスが隙間空間２３と参照圧室２２間で連通するようにしている。

図６は、本発明の第６の実施例を示している。同図において図１と対応する部分には同一符号を付し、かかる説明を省略する。

この実施例では、第１の実施例に対して、ピストン１４に配置されたシール２０及びダンパ２５の位置を逆にしている。これに対応して通路２４も、二次室１９と、ピストン側壁のシール２０及びダンパ２５間の隙間空間２３とを連通するようにしている。

図７は、本発明の第７の実施例を示している。同図において図１と対応する部分には同一符号を付し、かかる説明を省略する。

この実施例では、高分子材リング型ダンパ２５が一次室１７側に存在するポペット弁１１のピストンと反対側の領域１１ａの側部に形成された凹溝１１ｃ内に配置されている。一次室１７に設けられたダンパ２５のガイド部４２には通気用の通路４１が設けられている。

図８は、本発明の第８の実施例を示している。同図において図１と対応する部分には同一符号を付し、かかる説明を省略する。

この実施例では、高分子材リング型ダンパ２５を二次室１９側に存在するポペット弁１１の領域１１ｂの側部に形成された凹溝１１ｃ内に配置している。二次室１９に設けられたダンパ２５のガイド部４２には通気用の通路４１が設けられている。

図９（ａ）及び同図（ｂ）は、本発明の第９の実施例を示している。同図において図１と対応する部分には同一符号を付し、かかる説明を省略する。

図９（ａ）は、移動体（ピストン１４、ポペット弁１１等）側に高分子材リング型シールや高分子材リング型ダンパが配置される例を示している。

図９（ｂ）は、固定体（シリンダ２１、ケース２６等）側に高分子材リング型シールや高分子材リング型ダンパが配置される例を示している。何れの配置であっても良く、調圧弁の構造や特性に応じて適宜に選択される。

図１０（ａ）及び同図（ｂ）は、本発明の第１０の実施例を示している。同図において図１と対応する部分には同一符号を付し、かかる説明を省略する。なお、図示されていないが、ピストン１４の側面（外周）には高分子材リング型シールを設けることができる。

図１０（ａ）に示す実施例では、バネ１５を内部に位置させて筒状のダンパ２５ａを参照圧室２２の底部とピストン１４と間に配置している。ダンパ２５ａはピストン１４の移動の際に弾力性（伸縮性）によって移動エネルギを減衰させる機能を有し、ピストン１４の移動に伴うポペット弁１１の振動やオーバーシュートを抑制する。

図１０（ｂ）に示す実施例では、筒状のダンパ２５ｂを一次室１７の天井部１７ａとポペット弁１１の領域１１ａとの間に配置している。ダンパ２５ｂはポペット弁１１（あるいはピストン１４）の移動の際に弾力性（伸縮性）によって移動エネルギを減衰させる機能を有し、ポペット弁１１の移動に伴う振動やオーバーシュートを抑制する。

図１０（ａ）及び同図（ｂ）の構成では、ポペット弁１１の側面に凹溝１１ｃを形成しないのでダンパを簡単に配置することができる。

図１１（ａ）及び同図（ｂ）は、本発明の第１１の実施例を示している。同図において図１と対応する部分には同一符号を付し、かかる説明を省略する。なお、図示されていないが、ピストン１４の側面（外周）には高分子材リング型シールを設けることができる。

図１１（ａ）に示す実施例では、バネ１５の軸心に位置するように柱状のダンパ２５ｃを参照圧室２２の底部２２ａとピストン１４との間に配置している。ダンパ２５ｃはピストン１４の移動の際に弾力性（伸縮性）によって移動エネルギを減衰させる機能を有し、ピストン１４の移動に伴うポペット弁１１の振動やオーバーシュートを抑制する。

図１１（ｂ）に示す実施例では、バネ１２の軸心に位置するように柱状のダンパ２５ｄを一次室１７の天井部とポペット弁１１との間に配置している。ダンパ２５ｄはポペット弁１１の移動の際に弾力性（伸縮性）によって移動エネルギを減衰させる機能を有し、ピストン１４の移動に伴うポペット弁１１の振動やオーバーシュートを抑制する。

図１１（ａ）及び同図（ｂ）の構成も、ポペット弁１１の側面に凹溝１１ｃを形成しないのでダンパを簡単に配置することができ、また、ダンパが柱状であるため製造が簡単である。

図１２は、本発明の第１２の実施例の要部を概略的に示している。同図において図１と対応する部分には同一符号を付し、かかる説明を省略する。同図では省略されているが、ケース部２２，２６は図１と同様に構成される。

図１２に示す実施例は、調圧弁の移動体側においてシート状の弾性体のダンパ２５ｅ〜２５ｉの配置可能な位置を示している。すなわち、調圧弁ケース２６とバネ１２との間、バネ１２とポペット弁１１との間、ポペット弁１１とピストン１４との間、ピストン１４とバネ１５との間、バネ１５とシリンダ２１の底部２５との間、のうちのいずれかの位置又は複数の位置に配置可能である。各ダンパはポペット弁１１（あるいはピストン１４）の振動やオーバーシュートを抑制する。

なお、上述した実施例では、ピストン１４の側面とシリンダ（ケース）２１の内壁面の空間に、高分子材リング型シール２０と高分子材リング型ダンパ２５をピストン１４の軸方向に所定距離をおいて配置したが、この構成に限定されない。シール２０は圧力の調圧対象となる流体（気体、液体）の種類に対応して適宜選定すればよい。特に、流体が水素ガスの場合は、水素に対する不透過な材料を選ぶことが好ましい。更に、シール及びダンパはそれぞれ複数個配置してもよいし、それらの形状を全て同一としてもよく、また、異ならせてもよい。

また、ダンパ２５はシール機能を有するように配置してもよい。この場合、二つのシールと材料や特性（例えば、摺動抵抗）が異なる二つのシールを配置することが好ましい。

また、弁移動体（ピストン、ポペット）または弁ケース（シリンダ）の少なくとも一方に設けた通路２４，４１は省略してもよい。

また、上述した各実施例は適宜に組み合わせるとが可能である。

また、本発明の調圧弁は、高圧気体（ガス）の減圧に、特に、燃料電池などに用いられる水素ガスの調圧弁として用いて好適である。

本発明の第１の実施例を概略的に説明する説明である。 本発明の第２の実施例を概略的に説明する説明である。 本発明の第３の実施例を概略的に説明する説明である。 本発明の第４の実施例を概略的に説明する説明である。 本発明の第５の実施例を概略的に説明する説明である。 本発明の第６の実施例を概略的に説明する説明である。 本発明の第７の実施例を概略的に説明する説明である。 本発明の第８の実施例を概略的に説明する説明である。 本発明の第９の実施例を概略的に説明する説明である。 本発明の第１０の実施例を概略的に説明する説明である。 本発明の第１１の実施例を概略的に説明する説明である。 本発明の第１２の実施例を概略的に説明する説明である。

符号の説明

１１ ポペット弁、１２ ばね、１３ シート、１４ ピストン、１５ ばね、１６ 高圧ガス通路、１７ 調圧弁一次室、１８ 通路、１９ 調圧弁二次室、２０ リング型シール、２１ シリンダ（ケース）、２２ 参照圧室（基準圧室）、２３ 隙間空間、２４ 通路、２５ ダンパ、２６ バルブボデー、２７ 通路

Claims (16)

1. ケース部内の一次室と二次室の間を連通又は遮断するように移動する弁移動体を備えた調圧弁であって、
   前記ケース部と前記弁移動体の間に複数の中間部材を配置すると共に、前記複数の中間部材を互いに異なる材質とした、ことを特徴とする調圧弁。
2. 前記複数の中間部材の材質は摺動抵抗が互いに異なるように選定される、請求項１に記載の調圧弁。
3. 前記複数の中間部材は少なくとも前記弁移動体の側面と前記ケース部の内壁との間に設けたシール部材と、前記弁移動体の移動量を減衰させるダンパ部材である、請求項１に記載の調圧弁。
4. 前記弁移動体はピストン部と弁体部を含み、前記ピストン部の側面と前記ケース部の内壁との間に前記シール部材と前記ダンパ部材を配置した、請求項３に記載の調圧弁。
5. 前記弁移動体はピストン部と弁体部を含み、前記ピストン部の一端が前記二次室に接し、他端が基準圧室に接するものであって、
   前記ピストン部の側面と前記ケース部の内壁との間に前記複数の中間部材を配置した、請求項１に記載の調圧弁。
6. 前記ピストン部の前記二次室側に位置する中間部材は前記基準室側の中間部材より摺動抵抗が低い、請求項５に記載の調圧弁。
7. 前記ピストン部の前記二次室側に位置する中間部材は前記基準室側の中間部材より流体に対するシール性が高い、請求項５に記載の調圧弁。
8. 前記ピストン部の前記基準室側に位置する中間部材は前記二次室側の中間部材より前記弁移動体の移動力を減衰させる機能が高い、請求項５に記載の調圧弁。
9. 前記複数の中間部材が流体をシールする少なくとも二つのシール部材であって、一方のシール部材が他方のシール部材より相対的に摺動抵抗が高い、請求項５に記載の調圧弁。
10. 前記ピストン部の側面、前記ケース部の内壁及び前記複数の中間部材によって画定される空間と前記基準室とを連通する連通手段を有する、請求項５に記載の調圧弁。
11. 前記連通手段は前記ピストン部または前記ケース部の内壁の少なくとも一方に形成される、請求項１０に記載の調圧弁。
12. 前記連通手段は前記基準室側に配置された中間部材またはケース内部の壁と中間部材との接触面の間に形成される、請求項１０に記載の調圧弁。
13. 前記複数の中間部材のうちの一つが前記弁移動体の移動量を減衰させる機能が高いダンパ部材であって、このダンパ部材が前記ケース部の内壁と前記弁体部との間または前記ケース部の内壁と前記ピストン部の間のうち少なくとも一方に配置される、請求項５に記載の調圧弁。
14. 前記弁移動体は弁体部及びピストン部とを含んで前記ケース部内に第１及び第２の付勢手段を両側に介して配置され、
    前記ダンパ部材は、前記ケース部と前記第１の付勢手段間、前記第１の付勢手段間と前記弁体部間、前記弁体部と前記ピストン部間、前記ピストン部と前記第２の付勢手段間、前記第２の付勢手段と前記ケース部間のうちの少なくともいずれかに配置される、請求項３に記載の調圧弁。
15. 高圧ガス用の調圧に使用される請求項１乃至１４のいずれかに記載の調圧弁。
16. 水素ガス用の調圧に使用される請求項１乃至１５のいずれかに記載の調圧弁。
    
    

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