JP2008185077A - 流体制御器 - Google Patents

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Abstract

【課題】 圧力制御動作に影響を与えることなく、防振性を向上させた流体制御器を提供する。
【解決手段】 ダイヤフラム10にかかる流体圧力と圧力設定ばね13による弾性力とのバランスの変化によって弁体4が弁座3に対して移動することで流体の圧力が制御される。ダイヤフラム10と一体となって移動する円盤状可動部材12に、防振部材17が配置されている。防振部材17は、弾性体間に介在させられたおもりをケーシングに内蔵している。
【選択図】 図１

Description

この発明は、減圧弁などと称されている流体制御器に関し、特に、その防振性を向上させた流体制御器に関する。
流体制御器の振動抑制機構として、特許文献１には、流体制御器内部を弁室と調節室とに仕切るダイヤフラムの弁室側に、弁座および弁体が設けられ、同調節室側に、圧力設定ばねが設けられている流体制御器において、ダイヤフラムと圧力設定ばねとの間に、全体としてのばね定数および重量を変化させる防振用スプリングを介装させることが開示されている。
特公平４−１３５８６号公報（第１図）
上記特許文献１の流体制御器では、防振用スプリングの追加は、圧力設定ばねの仕様を変更することと同等の作用を奏し、ダイヤフラムの開閉すなわち圧力制御動作に影響を与えるという問題があった。
この発明の目的は、圧力制御動作に影響を与えることなく、防振性を向上させた流体制御器を提供することにある。
この発明による流体制御器は、流体制御器内部を弁室と調節室とに仕切るダイヤフラムと、弁室に設けられた弁座および弁体と、調節室に設けられた圧力設定ばねとを含み、ダイヤフラムにかかる流体圧力と圧力設定ばねによる弾性力とのバランスの変化によって、弁体が弁座に対して移動することで流体の圧力が制御される流体制御器において、ダイヤフラムと一体となって移動する可動部材に、防振部材が配置されており、防振部材は、弾性体間に介在させられたおもりをケーシングに内蔵していることを特徴とするものである。
ダイヤフラムは、例えば、外周縁部近くに環状の凸部を有する略円板状とされ、その外周縁部が流体制御器のケーシングに固定され、この外周縁部を除く部分が可動部とされる。
可動部材は、例えば、円盤状でかつダイヤフラムの可動部の外径とほぼ同じ大きさの外径を有しているものとされ、中央部が圧力設定ばねの受け部とされ、ダイヤフラムの環状の凸部に対応する部分に、防振部材が固定される。
防振部材は、ドーナツ型形状とされて１つだけ使用されることがあり、全体としてドーナツ型形状でかつ周方向に沿って複数個に分割されていることもある。また、複数個使用されて、それらが周方向に所定間隔で配置されることもある。周方向に所定間隔に配置される場合、防振部材の数は、２，４，８などとされる。
弾性体は、おもりの振動に追随して振動するものであればよく、コイルばねのような完全弾性体であってもよく、また、ジェルと称されている粘弾性体であってもよい。おもりの形状は、角柱状、円柱状、環状、球などとされる。ケーシングの形状は、断面方形または円形のドーナツ型形状とされたり、角筒状、円筒状などとされる。
防振部材の固有振動数は、ダイヤフラムおよび可動部材を含む可動部の固有振動数に対応するように調整され、これにより、ダイヤフラムの振動（高周波振動）に応じて、防振部材が振動し、両者の振動が打ち消し合うことで振動が低減される。圧力制御動作は、低周波の動きであるので、防振部材の振動によって、圧力制御動作機能が低下することはない。こうして、流体制御器の本来機能（減圧作用のための圧力制御動作機能）を損なうことなく、共振が防止され、これにより、低流量域から大流量域までの広い範囲で適正な調整ができる流体制御器が得られる。なお、上記の防振作用は、摩擦によって振動を吸収するものではないので、摩擦により動作感度が低下することはなく、流体制御器の小型化によってダイヤフラムの受圧面積が減少する場合であっても、小型化と高性能化の両立が可能となる。
防振部材は、ケーシング、ケーシング底壁側に配置された第１コイルばね、ケーシング頂壁側に配置された第２コイルばね、両コイルばね間に介在させられたおもりからなるものとされることがあり、また、防振部材は、ケーシングと、ケーシング内に密封されたジェルと、ジェル内に挿入されて底壁側および頂壁側からジェルに挟まれたおもりとを有しているものとされることがある。
いずれの場合でも、おもりの特性（重量など）と弾性体の特性（コイルばねのばね定数、ジェルの剛性および粘性など）とを変更することにより、防振部材の周波数（共振を防ぐ周波数）を容易に設定することができる。
この発明の流体制御器によると、防振部材は、弾性体間に介在させられたおもりをケーシングに内蔵させた構成とされているので、防振部材自体はダイヤフラムに直接弾性力を作用させることはなく、したがって、圧力制御動作に影響を与えることなく、防振性を向上させることができる。
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。以下の説明において、上下および左右は、図の上下および左右をいうものとする。
図１から図４までは、この発明の流体制御器の１実施形態を示している。
図１および図２に示すように、流体制御器(1)は、流体流入通路（高圧流体流入通路）(2a)および流体流出通路（低圧流体流出通路）(2b)を有している弁箱(2)と、流体流入通路(2a)の上向き開口の周縁に設けられた環状弁座(3)と、流体流入通路(2a)内に移動可能に配置されかつ環状弁座(3)に押圧（閉方向に移動）または離間（開方向に移動）されて流体流入通路(2a)を開閉するポペット（弁体）(4)と、流体流入通路(2a)内に配置されてポペット(4)を上向きに付勢するポペット付勢コイルばね(5)と、弁箱(2)の上端部にナット(7)によって下端部が固定されたケーシング(6)と、弁箱(2)およびケーシング(6)によって形成された略円柱状空間を下側の弁室(8)と上側の調節室(9)とに分けるダイヤフラム(10)と、弁室(8)内に弁座(3)開口から流体流出通路(2b)開口に通じる通路を形成する通路形成部材(11)と、ダイヤフラム(10)の上面にダイヤフラム(10)と一体となって上下移動するように取り付けられた円盤状可動部材(12)と、可動部材(12)とケーシング(6)上端部に移動可能に配置されたばね押さえ(14)との間に介装された圧力設定コイルばね(13)と、ケーシング(6)上端部に取り付けられてばね押さえ(14)を上下移動させる調節ねじ(15)と、調節ねじ(15)を上下移動させるハンドル(16)とを備えている。
ダイヤフラム(10)は、例えば、外周縁部近くに環状の凸部(10a)を有する略円板状とされ、その外周縁部がケーシング(6)下端面と通路形成部材(11)上面とによって挟持されている。ダイヤフラム(10)は、外周縁部を除く部分が可動部とされており、可動部材(12)は、ダイヤフラム(10)の可動部の外径とほぼ同じ大きさの外径を有しかつ底面形状がダイヤフラム(10)に沿うように形成されており、その中央部が凹まされて圧力設定ばね(13)の受け部とされ、ダイヤフラム(10)の環状の凸部(10a)に対応する部分に、防振部材(17)が固定されている。
図１および図２において、可動部材(12)以外の構成は、公知の減圧弁と同じ構成とされており、その減圧の原理も公知のものである。すなわち、図１は、流体流入通路(2a)側の流体圧力が通常（低圧）の状態を示すもので、圧力設定コイルばね(13)の下向きの付勢力とポペット付勢コイルばね(5)および流体圧力による上向きの付勢力とが、ポペット(4)およびダイヤフラム(10)が押し下げられた状態で釣り合っている。そして、図２は、流体流入通路(2a)側の流体圧力が高圧の状態を示すもので、圧力設定コイルばね(13)の下向きの付勢力とポペット付勢コイルばね(5)および流体圧力による上向きの付勢力とが、ポペット(4)およびダイヤフラム(10)が押し上げられた状態で釣り合っており、ポペット(4)が弁座(3)開口を閉鎖していることで、高圧の流体の流入が停止し、流体流出通路(2b)へは減圧された流体が送り出される。
このような減圧作用を奏する流体制御器(1)では、高圧流体が大流量で流体流入通路(2a)に流入した場合、圧力設定コイルばね(13)が流体圧の変動に共振し、安定した制御ができなくなることから、共振を防止することが課題となっている。そこで、この発明の流体制御器(1)では、この共振防止のために、可動部材(12)および防振部材(17)が付加されている。
防振部材(17)は、図３および図４に拡大して示すように、断面方形のドーナツ型形状のケーシング(31)と、ケーシング(31)の底壁(31a)に下端が固定された第１コイルばね(32)と、ケーシング(31)の頂壁(31b)に上端が固定された第２コイルばね(33)と、両コイルばね(32)(33)間に介在させられた金属製環状おもり(34)とからなる。各コイルばね(32)(33)は、ケーシング(31)の外径よりも若干径が小さいものとされて、１つだけ使用されている。図示省略するが、各コイルばね(32)(33)は、ケーシング(31)の内径と外径との距離の差にほぼ等しい大きさの径とされて、周方向に複数配置するようにしてもよい。
流体圧が変動することによって、ダイヤフラム(10)にこれを振動させるような外力が作用すると、ダイヤフラム(10)およびこれと一体の可動部材(12)が振動する。防振部材(17)は、そのケーシング(21)が可動部材(12)と一体に振動し、そのおもり(34)がケーシング(31)内でケーシング(31)に対して振動する。ここで、防振部材(17)の固有振動数は、ダイヤフラム(10)を含む可動部全体の固有振動数に等しくなるように設定され、この結果、ダイヤフラム(10)を含む可動部全体の振動の振幅を小さくすることができ、安定した制御が可能となる。
防振部材(17)は、弾性体(32)(33)間に介在させられたおもり(34)をケーシング(31)に内蔵させたものであれば、上記以外の構成とすることもでき、防振部材(17)は、例えば、図５に示すように、断面方形のドーナツ型形状のケーシング(36)と、ケーシング(36)内に密封されたジェル(37)と、ジェル(37)内に挿入されて底壁側および頂壁側からジェル(37)に挟まれた金属製環状おもり(38)とからなるものとされる。この場合でも、防振部材(17)の固有振動数をダイヤフラム(10)を含む可動部全体の固有振動数に等しくなるように設定することにより、ダイヤフラム(10)を含む可動部全体の振動の振幅を小さくすることができ、安定した制御が可能となる。
また、防振部材(17)は、１つに限られるものではなく、図示省略するが、図４および図５に示したそれぞれのタイプについて、全体としてドーナツ型形状でかつ周方向に分割された複数（２〜８程度）の扇形状部分からなるようにしてもよい。この場合、コイルばねを使用するタイプでは、各扇形状部分ごとにそれぞれ第１および第２コイルばねが配置される。
防振部材(17)は、周方向に所定間隔に（例えば、９０°おきに計４つ）配置されるようにしてもよく、この場合、１つの防振部材(17)は、図６に示すように、上下が閉鎖された円筒状ケーシング(21)と、ケーシング(21)の底壁(21a)に下端が固定された第１コイルばね(22)と、ケーシング(21)の頂壁(21b)に上端が固定された第２コイルばね(23)と、両コイルばね(22)(23)間に介在させられた金属製短円柱状おもり(24)とからなるものとされる。１つの防振部材(17)は、また、図７に示すように、円筒状ケーシング(26)と、ケーシング(26)内に密封されたジェル(27)と、ジェル(27)内に挿入されて底壁側および頂壁側からジェル(27)に挟まれた金属製短円柱状おもり(28)とからなるものとされることもある。
この発明による流体制御器の実施形態を示す断面図で、通常状態（低圧状態）を示している。 この発明による流体制御器の実施形態を示す断面図で、流入流体圧力が高圧となった状態を示している。 防振部材の斜視図である。 防振部材の１例を示す断面図である。 防振部材の他の例を示す断面図である。 防振部材のさらに他の例を示す断面図である。 防振部材のさらに他の例を示す断面図である。
符号の説明
(1) 流体制御器
(3) 弁座
(4) ポペット（弁体）
(8) 弁室
(9) 調節室
(10) ダイヤフラム
(12) 可動部材
(13) 圧力設定コイルばね
(17) 防振部材
(21)(31) ケーシング
(22)(32) 第１コイルばね
(23)(33) 第２コイルばね
(24)(34) おもり
(26)(36) ケーシング
(27)(37) ジェル
(28)(38) おもり

Claims (7)

  1. 流体制御器内部を弁室と調節室とに仕切るダイヤフラムと、弁室に設けられた弁座および弁体と、調節室に設けられた圧力設定ばねとを含み、ダイヤフラムにかかる流体圧力と圧力設定ばねによる弾性力とのバランスの変化によって、弁体が弁座に対して移動することで流体の圧力が制御される流体制御器において、ダイヤフラムと一体となって移動する可動部材に、防振部材が配置されており、防振部材は、弾性体間に介在させられたおもりをケーシングに内蔵していることを特徴とする流体制御器。
  2. 防振部材は、ケーシングと、ケーシング底壁側に配置された第１コイルばねと、ケーシング頂壁側に配置された第２コイルばねと、両コイルばね間に介在させられたおもりとを有している請求項１の流体制御器。
  3. 防振部材は、ケーシングと、ケーシング内に密封されたジェルと、ジェル内に挿入されて底壁側および頂壁側からジェルに挟まれたおもりとを有している請求項１の流体制御器。
  4. 可動部材は、円盤状の形状を有している請求項１に記載の流体制御器。
  5. 防振部材は、ドーナツ型形状を有している請求項１から３までのいずれかに記載の流体制御器。
  6. 防振部材は、周方向に沿って複数個に分割されている請求項５に記載の流体制御器。
  7. 防振部材は、円盤状可動部材に、周方向に所定間隔に配置されることを特徴とする請求項請求項１から３までのいずれかに記載の流体制御器。
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