JP2009014155A - 圧力逃がし機能をもつ切換え弁 - Google Patents

Abstract

【課題】
切換え弁１０自体に、過剰な圧力を外部に逃がすセフティバルブ機能をもたせる。
【解決手段】
切換え弁１０は、内部通路４１０およびその内部通路４１０を筒の外側に連絡するポート４３０を含む筒状部材４００と、その筒状部材４００の外周にはまり合うリング型のピストン６００と、一対のシールリング６１０，６２０を含むシール手段とを備える。切換え弁１０は、軸線方向に見てシール手段がポート４３０のいずれの側をシールするかに応じてポート４３０を経由する流路を切り換える。筒状部材４００は、ポート４３０を越えた特定の位置に、凹部７００（シール無効部分）をもつ。内部の圧力が過剰になるとき、シール手段がシール無効部分に達し、シール手段によるシール機能を無効にし、過剰な圧力を外部に逃がすことができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、入口から出口に至る間にポートがあり、そのポートを連絡／遮断することにより、ポートを経由する流路を切り換える切換え弁に関し、特に、その切換え弁自体に、入口から入る過剰な流体の圧力を外部に逃がす、圧力逃がし機能（いわゆるセフティバルブ機能）をもたせた技術に関する。

この種の切換え弁を流体供給システムに用いるとき、異常に高い圧力がシステムに生じることを防ぐため、セフティバルブを併せてシステムに組み込むことが行われる。たとえば、特許文献１が示す圧縮空気供給システムにおいて、エアドライヤの基部材には、切換え弁としてのプレッシャガバナのほか、過剰な圧縮空気をシステムの外部に排気するセフティバルブも収容されている。
特開平１０−２９６０３８号公報

流体供給システムの中において、切換え弁およびセフティバルブは、エアドライヤの基部材という共通のハウジングに収容されてはいるが、それら弁あるいはバルブの各構成はそれぞれ独立であり、それぞれが独自の部品を必要としていた。

したがって、切換え弁およびセフティバルブがそれぞれの構成部品を必要とするため、部品の数も多くなるし、それらを収容するためのハウジングのスペースを余分に増やす傾向があった。

そこで、発明者は、切換え弁およびセフティバルブの部品の共用ができないか、あるいは、切換え弁自体にセフティバルブ機能をもたせることができないか、という発想を抱いた。すなわち、この発明は、切換え弁自体に、圧力逃がし機能あるいはセフティバルブ機能をもたせた技術を提供することを目的とする。
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。

対象とする切換え弁は、内部通路をもつ筒状であり、その内部通路を筒の外側に連絡するポートを含む筒状部材と、その筒状部材の外周にはまり合い、筒状部材の長手方向に移動可能なリング型のピストンと、互いにはまり合う筒状部材の外周とピストンの内周との間をシールするシール手段とを備える。そして、その切換え弁は、筒状部材の長手方向に見て、シール手段がポートの一方の側をシールするか、ポートの他方の側をシールするかに応じてポートを経由する流路を切り換える。

このような切換え弁は、たとえば流体の圧力が規定の第１の圧力を越えない段階では、シール手段がポートの一方の側をシールし、また、流体の圧力が規定の第１の圧力を越えた段階で、シール手段はポートの他方の側をシールする。そこで、セフティバルブ機能を働かせることが必要となる事態において、シール手段がシールする個所は、筒状部材の長手方向に見て、ポートの他方の側ではあるが、通常とは異なりポートからさらに遠ざかった所に位置する。

この発明では、セフティバルブ機能を働かせるべき時点におけるシール手段の位置が通常の場合と異なることに着目し、そのような特定の位置にシール無効部分を設ける。シール無効部分は、シール手段によるシール機能を無効にする部分であり、一般的には、筒状部材を加工することにより容易に得ることができる。たとえば、筒状部材の外側表面を部分的に抉った凹部、あるいは、ポートに連絡する筒状部材の内部通路とは別の第２の内部通路と筒状部材の外周側とを連絡する径方向通路、または、それらの組み合わせなどがシール無効部分となりうる。

なお、この発明は、一つのシールリングから構成されるシール手段を含む切換え弁（たとえば、特開２００５−２８４６４５号公報参照）は勿論のこと、少し距離をおいて隣り合わせに配列した第１および第２の一対のシールリングから構成されるシール手段を含む切換え弁（たとえば、特開２００５−３２５８８１号公報参照）にも適用することができる。

図１〜図３は、この発明の切換え弁の一実施例を示す断面図であって、各図はシール手段によるシール位置が互いに異なる状態を示している。この実施例の切換え弁１０は、エアドライヤの基部材に収容したエアガバナである。したがって、エアガバナである切換え弁１０のハウジング５００は、エアドライヤの基部材そのものである。ハウジング５００には、バルブの構成部品を収容するため、基部材の側面に開口したシリンダ孔５５０があり、その開口部分をキャップ５１０が被っている。キャップ５１０の内部およびシリンダ孔５５０の開口近くが、制御ばね２２０を入れる空間である。

シリンダ孔５５０は、キャップ５１０に面する開口側から孔の奥に向かって、大径孔部分５５５、中途の段部を含む中径孔部分５５３、小径孔部分５５１と順次続く。これらの大中小径孔部分５５５，５５３，５５１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に関連して、エアガバナである切換え弁１０に対するエア入口１０２、エア出口１０４および排気口１０６がそれぞれ連絡している。エア入口１０２は、エアドライヤによって異物除去および乾燥処理されたパージタンク内の加圧エアが供給される入口であり、中径孔部分５５３の底部近くに位置している。また、エア出口１０４は、エアドライヤのドレンバルブ（パージバルブ）を作動するための指令圧として加圧エアを送り出す出口であり、小径孔部分５５１の底部に位置している。さらに、排気口１０６は、
シリンダ孔５５０内の過剰なエア圧を外部に排出する通路口である。この排気口１０６は、それに隣り合う逆止弁１０８、および連絡孔１１０を通して大径孔部分５５５に連絡している。

連絡孔１１０が開口する大径孔部分５５５は、制御ばね２２０を含むばね装置２３０を収容する室である。ばね装置２３０は、コイルばねから構成される制御ばね２２０のほか、その制御ばね２２０を支持する一対のばね受け２３１，２３２と、一方のばね受け２３１に当たり両ばね受け２３１，２３２間の距離（つまりは、ばね長さ）を調整可能な調整ねじロッド２３４とを備える。調整ねじロッド２３４によって制御ばね２２０のばね長さを調整し、ばね装置２３０に所定のばね力を与えることができる。ここで、制御ばね２２０を含むばね装置２３０が入った大径孔部分５５５が、外部からは密閉されていることに留意されたい。すなわち、開口を閉じるキャップ５１０にシールリング５１０ｓが付属し、しかもまた、排気口１０６の内側に逆止弁１０８があり、大径孔部分５５５の内部からはエアを排出可能であるが、その逆に外部から大径孔部分５５５の内部へ水分や塵埃などが侵入することがない。それにより、ばね装置２３０などの耐久性の向上を図ることができる。

また、大径孔部分５５５に隣り合う中径孔部分５５３には、段付き形状のリング部材３００がはまり合っている。リング部材３００は、小径部３１０と大径部３２０とを含む。大径部３２０の内周は軸線方向に一様な内径をもつ。それに対し、その外周側は小径部３１０から離れた部分の肉厚が大きく（したがって、その部分の外径が大きく）、その肉厚の大きい部分に溝があり、その溝の中にシールリング３２０ｓを保持している。また、リング部材３００の小径部３１０には、小径部３１０の内外を連絡する連絡孔３１１がある。連絡孔３１１は、周方向の複数個所にあり、それぞれが径方向に延びている。このようなリング部材３００は、シリンダ孔５５０中、小径部３１０を小径孔部分５５１に向け、大径部３２０を大径孔部分５５５に向けて中径孔部分５５３に位置する。Ｃ型リングであるストッパ３３０が、リング部材３００の軸線方向の位置を規制する。

段付き形状のリング部材３００は、いくつかの役割を果たす。第１には、筒状部材４００を支持すること、第２には、リング型のピストン６００をガイドすること、第３には、筒状部材４００と協力し合って自らの外周面と中径孔部分５５３の内周面との間の入口室５５３１に、エア入口１０２から入る加圧エアを受け入れること、そして、第４には、入口室５５３１に受け入れた加圧エアを小径部３１０の連絡孔３１１を通してその内周側に通すこと、などである。

筒状部材４００は、一方の端部が他の部分よりも径が大きく、その径が大きな端部４２０は小径孔部分５５１にはまり合う大きさである。筒状部材４００は、端部４２０が小径孔部分５５１にはまり合い、その端部４２０の一面をリング部材３００によって押さえられ支持される。端部４２０の溝の中のシールリング４２０ｓが、小径孔部分５５１の内周面との間をシールし、入口室５５３１を区画する。筒状部材４００の他の部分はシリンダ孔５５０およびリング部材３００の各軸線に沿って大径孔部分５５５の中まで延びている。ばね装置２３０のばね受け２３２の中央孔２３２ｃは、筒状部材４００の端がすき間をもって入り込む大きさである。それによって、筒状部材４００とばね受け２３２との干渉を避ける。

筒状部材４００は、その外周にはまり合うリング型のピストン６００と協力し合って、切換え機能を生じる。その切換え機能について、明らかにしたい。筒状部材４００は、軸線方向に延びる内部通路４１０をもつ。内部通路４１０の一方の端は筒状部材４００の端部４２０の端面中央に開口している。端面中央の開口は、小径孔部分５５１に続く底穴５５１ｂに臨み、その底穴５５１ｂを通してエア出口１０４に連絡する。また、内部通路４１０の反対側の他端は、筒状部材４００の軸線方向途中のポート４３０に連絡している。ポート４３０は、軸線に直交する方向の孔であり、内部通路４１０と筒状部材４００の外部とを連絡する孔である。ポート４３０は、たとえば周方向に等間隔に４つあり、筒状部材４００の壁を軸線に直交するように貫通する貫通孔と、その貫通孔を取り囲むテーパ部分とを含む。

そのようなポート４３０をもつ筒状部材４００に対し、その外周にはまり合うピストン６００は、シール手段として、軸線方向に互いに隔てた二つのシールリング６１０，６２０を保持する。一方のシールリング６１０は、左右のランド高さを異ならせた装着溝の中に位置し、他方のシールリング６２０は、左右の片方をリテーナ６２２によって支持するようにしている。一方のシールリング６１０については、背の低いランド部分を乗り越えて溝内に装着可能であり、また、他方のシールリング６２０については、リテーナ６２２を取り付ける前に容易に装着することができる。リテーナ６２２は、止めリング６２３によって抜止めを図る。

さて、リング型のピストン６００には、ばね装置２３０の制御ばね２２０に基づく力と、エア入口１０２から入る加圧エアを受圧することに基づく力とが働く。エア入口１０２から入る加圧エアの圧力が、制御ばね２２０が定める切放し圧力以下の段階では、図１に示すように、シール手段の一方のシールリング６１０が筒状部材４００の外周を有効にシールしている。したがって、その段階においては、シール手段とポート４３０とによって構成される切換え弁は閉じ状態であり、エア入口１０２側はエア出口１０４側から遮断されている。

そのような状態から、エア入口１０２から入る加圧エアの圧力が高まると、リング型のピストン６００がばね装置２３０の制御ばね２２０をたわましながら大径孔部分５５５の側に作動する。その作動の結果、図２に示すように、二つのシールリング６１０，６２０がポート４３０の貫通孔の両側に位置し、有効であったシールリング６１０によるシール作用が失われる。すると、加圧エアは、ポート４３０から筒状部材４００の内部通路４１０を通りエア出口１０４へと吐き出され、それによって、エアドライヤのドレンバルブを開き、所定のパージ作用を行う。加圧エアが消費され、加圧エアの受圧に基づく力が低下すると、リング型のピストン６００はばね装置２３０の制御ばね２２０に基づく力によって図１の状態に復帰する。

そのような繰り返しの中、たとえば、エアドライヤのドレンバルブの作動に不都合が生じ、適正なパージ作用が行われないような場合、過剰な加圧エアの開放ができず、内部のエア圧がさらに高くなるおそれがある。そのような事態が生じると、リング型のピストン６００は、図２の状態から図３に示すように二つのシールリング６１０，６２０が両方ともにポート４３０を越えるように移動する。

この実施例では、筒状部材４００上、ポート４３０から離れた他方の側に凹部７００を設け、シールリング６２０がそこに達したとき、そのシールリング６２０と筒状部材４００の外周面との間のシール機能を無効にする。すなわち、凹部７００は、シールリング６２０内周の締代を失わせるシール無効部分を構成する。したがって、筒状部材４００に凹部７００を付加的に加工することにより、切換え弁１０に対しセフティバルブ機能を与えることができる。セフティバルブ機能が働くとき、過剰な加圧エアは、ばね装置２３０がある大径孔部分５５５から逆止弁１０８を通り、排気口１０６からハウジング５００の外部へと排出される。この際、スムーズな排出を行うため、筒状部材４００の近くのばね受け２３２には、中央孔２３２ｃのほか、周辺の部分にも連絡通路２３２ｐが設けられている。

図４は、この発明の切換え弁の他の実施例を示す図であって、一つのシールリングから構成されるシール手段を含む切換え弁に適用した例である。この切換え弁１０’でも、ハウジング５００’のシリンダ孔５５０’中、その中心部分に筒状部材４００’が位置する。筒状部材４００’は内部通路４１０’を含み、その内部通路４１０’の一方の端はエア出口１０４’に連絡し、他方の端はポート４３０’に連絡する。この筒状部材４００’の外周にリング型のピストン６００’が移動可能にはまり合う。リング型のピストン６００’は、エア入口１０２’からの加圧エアの圧力を受圧し、ばね装置２３０’のばね力に対向する力を加える。ピストン６００’の内周のシールリング６３０がシール手段として働き、軸線方向に見てそれがポート４３０’のいずれの側をシールするかに応じて切換え弁１０’の切換え状態を定める。図４に示す状態の切換え弁１０’は、エア入口１０２’とエア出口１０４’との間を遮断し、それに対し、シールリング６３０がポート４３０’の他方に位置するとき、エア入口１０２’とエア出口１０４’との間が連絡する。なお、ピストン６００’の隣りに補助ピストン６５０があるが、その補助ピストン６５０は差圧ばね６６０の力を受けて切換え弁１０’の開弁圧と閉弁圧との間の差圧を設定する。

切換え弁１０’では、大径孔部分５５５’に臨む筒状部材４００’の側に第２のポート８００（このポートは、ポート４３０’と同様の構成である）およびそれに連絡する第２の内部通路９００を設けるようにしている。第２のポート８００は、前記した最初の実施例の凹部７００に相当するシール無効部分である。この第２のポート８００は、第２の内部通路９００および大径孔部分５５５’を通して過剰な加圧エアを外部に排出するための逃げ口となる。過剰な加圧エアを開放するとき（つまり、切換え弁１０’がセフティバルブ機能を働かせるとき）ピストン６００’の内周のシールリング６３０は、ポート４３０’は勿論のこと第２のポート８００をも越えた所に位置する。したがって、シールリング６３０に対して加圧エアが与える力を考慮すると、シールリング６３０を装着するために両側に壁をもつ溝は不要であり、軸線方向の片方のみに壁を設けるようにすればよい。その点、シールリング６３０の支持用リテーナが不要であり、シールリング６３０の装着も容易である。

この発明の切換え弁の一実施例を示す断面図であって、切換え弁が閉じた状態を示す。 図１の切換え弁が開いた状態を示す。 図１の切換え弁がセフティバルブ機能を生じている状態を示す。 この発明の切換え弁の他の実施例を示す断面図である。

符号の説明

１０，１０’ 切換え弁（エアガバナ）
１０２，１０２’ エア入口
１０４，１０４’ エア出口
１０６ 排気口
２２０ 制御ばね
２３０ ばえ装置
３００ リング部材
４００，４００’ 筒状部材
４１０，４１０’ 内部通路
４３０，４３０’ ポート
５００，５００’ ハウジング
５５０，５５０’ シリンダ孔
６００，６００’ リング型ピストン
６１０，６２０ シールリング（シール手段）
６３０ シールリング（シール手段）
７００ 凹部（シール無効部分）
８００ 第２のポート（シール無効部分）
９００ 第２の内部通路

Claims (5)

1. 流体が供給される入口、その入口から入った流体が排出される出口、およびそれら出口と入口との間に位置し、軸線に沿うシリンダ孔を含むハウジングと、
   そのハウジングのシリンダ孔の中に、長手方向が前記軸線の方向に沿うように位置し、前記出口に連絡する内部通路をもつ筒状であり、その内部通路を筒の外側に連絡するポートを含む筒状部材と、
   その筒状部材の外周にはまり合い、前記シリンダ孔の中を前記軸線の方向に移動可能なリング型のピストンと、
   前記筒状部材の外周とそれにはまり合うピストンの内周との間をシールするシール手段とを備え、
   前記シール手段が、前記軸線の方向に見て、前記ポートの一方の側をシールするか、前記ポートの他方の側をシールするかに応じて前記ポートを経由する流路を切り換える切換え弁であって、
   前記筒状部材は、前記ポートから前記軸線の方向に離れた個所に、前記シール手段によるシール機能を無効にするシール無効部分を備え、それにより、前記シール手段が、前記軸線の方向に見て、前記ポートを越え前記シール無効部分に達するとき、前記入口から入る過剰な流体の圧力を前記シール無効部分を通して外部に逃がすことを特徴とする、圧力逃がし機能をもつ切換え弁。
2. 前記流体の圧力が規定の第１の圧力を越えない段階では、前記シール手段が前記ポートの一方の側をシールし、また、前記流体の圧力が規定の第１の圧力を越えた段階で、前記シール手段は前記ポートの他方の側をシールし、さらに、前記シール無効部分は、前記シール手段がシールするポートの他方の側の部分よりも前記軸線方向に沿って前記ポートから遠ざかった所に位置する、請求項１の切換え弁。
3. 前記シール無効部分は、前記シール手段によるシール機能を無効にし、前記入口から入った流体を外部に排出可能にするための部分であって、前記筒状部材の外側表面を部分的に抉った凹部、あるいは、前記筒状部材の前記内部通路とは別の第２の内部通路と前記筒状部材の外周側とを連絡する径方向通路、または、それら凹部および径方向通路の組み合わせのいずれかである、請求項２の切換え弁。
4. 前記シール手段は、前記軸線の方向に互いに隔てた第１および第２のシールリングから構成される、請求項１の切換え弁。
5. 前記シール手段は、一つのシールリングから構成される、請求項１の切換え弁。

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