JP2009209975A - 圧力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 上流側の圧力とと下流側の圧力との圧力差の、ピストンの変位量に対する変化量を調整することのできる、汎用性の高い圧力制御装置を提供する。
【解決手段】 圧力制御装置１０は、ピストン１１と、シリンダ１２とを含んで構成される。シリンダ１２は、流体が流れる管路内に設けられ、ピストン１１を内部空間１４に収容する。シリンダ１２には、複数の連通孔１３が形成される。連通孔１３は、内部空間１４と外部空間１６とを連通る。複数の連通孔１３のうちの少なくとも一部は、個別に閉塞可能に形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流体が流れる管路内の流体の圧力を制御する圧力制御装置に関する。

図１０は、従来技術に係る圧力制御弁１の断面図である。従来技術に係る圧力制御装置である圧力制御弁１は、弁体２を駆動するピストンと、周面に複数の開口が穿設され、ピストンの下方に一体的に設けられるケージ３と、絞りとして機能するケージガイド４とを有する。圧力制御弁１において開口は、台形状に形成されており、弁体の移動量に応じて開口面積が増加する（たとえば特許文献１参照）。

特開平９−２６９８３６号公報

従来技術に係る圧力制御弁では、圧力制御弁の使用状況が異なる場合に、流体の弁体部通過抵抗の、ピストンの変位量に対する変化量を調整できないという問題点がある。

本発明の目的は、流体の弁体部通過抵抗のピストンの変位量に対する変化量を調整することのできる、汎用性の高い圧力制御装置を提供することである。

本発明に従えば、圧力制御装置は、ピストンと、シリンダとを含んで構成される。シリンダは、流体が流れる管路内に設けられ、ピストンを内部空間に収容する。シリンダには、複数の連通孔が形成される。連通孔は、内部空間と外部空間とを連通する。複数の連通孔のうちの少なくとも一部は、個別に閉塞可能に形成される。
また本発明に従えば、圧力制御装置は、閉塞部材をさらに含む。閉塞部材は、複数の連通孔のうちの少なくとも一部に装着され、装着されたときには装着された連通孔を閉塞する。
また本発明に従えば、連通孔を規定する部分には、雌ねじが形成され、閉塞部材には、前記雌ねじに螺合可能な雄ねじが形成される。

本発明によれば、複数の連通孔のうちの少なくとも一部は、個別に閉塞可能に形成される。これによって、連通孔を通過する流体の流れに対してシリンダが作用する通過抵抗の大きさを変化させることができる。これによって、シリンダよりも上流側における圧力と下流側における圧力との圧力差の、ピストンの変位量に対する依存性を、変化させることができる。したがって、汎用性の高い圧力制御装置を実現することができる。
また本発明によれば、連通孔の少なくとも一部は、閉塞部材が装着されることによって閉塞される。これによって、連通孔を通過する流体の流れに対してシリンダが作用する通過抵抗の大きさを変化させることができる。これによって、シリンダよりも上流側における圧力と下流側における圧力との圧力差の、ピストンの変位量に対する依存性を、変化させることができる。したがって、汎用性の高い圧力制御装置を実現することができる。
また本発明によれば、閉塞部材は、連通孔を規定する部分に螺合させることができる。これによって、閉塞部材は、連通孔を規定する部分に螺合することによって、連通孔を塞ぐことができる。したがって、シリンダの内部空間と外部空間とに圧力差が生じる場合に、連通孔を規定する部分から閉塞部材がひとりでに抜け落ちることを防止することができる。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。以下の説明においては、各形態に先行する形態ですでに説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力制御装置１０の断面図である。第１実施形態にかかる圧力制御装置１０は、流体が流れる管路内の流体の圧力を制御する。第１実施形態に係る圧力制御装置１０は、ピストン１１と、シリンダ１２とを含んで構成される。シリンダ１２は、流体が流れる管路内に設けられ、ピストン１１を内部空間１４に収容する。シリンダ１２には、複数の連通孔１３が形成される。連通孔１３は、内部空間１４と外部空間１６とを連通し、複数の連通孔１３のうちの少なくとも一部は、個別に閉塞可能に形成される。連通孔を通過する流体の通過抵抗は、ピストン１１の変位によって調整が可能である。

圧力制御装置１０は、ピストン棒１７と、Ｏリング１８と、管路構成体１９と、駆動部２２と、制御部２４とをさらに含んで構成される。シリンダ１２は、シリンダ円板２６およびシリンダ円筒部２７を含む。シリンダ円板２６は、外形が円形に形成される板状部材であり、ピストン棒１７が挿入される挿通孔が形成される。挿通孔は、外形の円の中心を通り、前記板状部材の厚み方向に延びる直線を軸線として形成され、シリンダ円板２６を貫通する円形の孔である。ピストン棒１７は、円柱状に形成され、シリンダ円板２６のうちの挿入孔を規定する部分に対して、円滑に摺動可能である。ピストン棒１７の円柱の軸線は、挿通孔の軸線に一致する。

第１実施形態において、ピストン棒１７の円柱の軸線を「摺動軸線」と称し、摺動軸線の方向を「摺動方向」と称する。摺動軸線に垂直に交わる直線のすべての方向を「半径方向」と称し、半径方向のうち摺動軸線から離れる向きを「半径方向外方」と称し、半径方向のうち摺動軸線に近づく向きを「半径方向内方」と称する。

シリンダ円筒部２７は、大略的に円筒状に形成され、シリンダ円筒部２７の円筒の軸線は、摺動軸線に一致する。シリンダ円筒部２７の摺動方向一方Ｚ１の端部は、シリンダ円板２６と接続される。シリンダ円筒部２７は、シリンダ円板２６と一体に形成される。シリンダ円筒部２７の側面には、半径方向に貫通する複数の連通孔１３が形成される。複数の連通孔１３は、シリンダ円筒部２７の摺動軸線まわりの周方向にも複数形成され、シリンダ円筒部２７の摺動方向Ｚにも複数形成される。連通孔１３を規定する部分を「連通孔規定部」と称する。

ピストン１１は、シリンダ円筒部２７に対して嵌合し、シリンダ円筒部２７の半径方向内方に設置される。ピストン１１は、大略的に円柱状に形成され、ピストン１１の円柱の軸線は、摺動軸線に一致する。ピストン１１の円柱の外径は、ピストン棒１７の円柱の外径よりも大きい。ピストン１１の摺動方向他方Ｚ２の端部のうち半径方向外方の周縁部には、摺動方向他方Ｚ２に全周にわたって突出する突出部１１ｂが形成される。ピストン１１は、ピストン棒１７よりも摺動方向他方Ｚ２に位置し、ピストン棒１７の摺動方向他方Ｚ２の端部は、ピストン１１の摺動方向一方Ｚ１の端部と接続される。ピストン１１は、ピストン棒１７とともに、シリンダ１２に対して摺動方向Ｚに変位する。

摺動軸線から半径方向外方のピストン１１の外周面には、矩形溝１１ａが形成される。矩形溝１１ａは、摺動軸線まわりの周方向に一周して形成される。ピストン１１に対する矩形溝１１ａの摺動方向Ｚの位置は、周方向に関わらず一定である。矩形溝１１ａは、摺動軸線に関して半径方向外方からピストン１１の一部を切り欠いて形成され、摺動軸線を含む平面でピストン１１を切断したときの矩形溝１１ａの断面形状は、長方形である。

矩形溝１１ａには、Ｏリング１８が嵌合する。Ｏリング１８は、たとえば樹脂を材料として形成され、シリンダ円筒部２７の半径方向内方から、シリンダ円筒部２７に対してしまりばめされる。Ｏリング１８の半径方向の寸法は、摺動軸線まわりの周方向に一様であり、矩形溝１１ａの半径方向の深さよりも大きく設定される。矩形溝１１ａに嵌合した状態で、Ｏリング１８は、ピストン１１の外周面から摺動軸線に関して半径方向外方にわずかに突出する。ピストン１１は、シリンダ円筒部２７の内方から、シリンダ円筒部２７に対してすきまばめされる。Ｏリング１８とシリンダ円筒部２７の内周面との隙間には、Ｏリング１８とシリンダ円筒部２７との摩擦を軽減するために、潤滑剤が塗布される。

管路構成体１９は、上流側フランジ３２、下流側フランジ３３および隔壁３４を含んで構成され、一体に形成される。管路構成体１９は、流体が流れる領域を構成する部材であり、内部空間１４を流れる流体を外囲する。流体は、例えば都市ガスであり、第１実施態において流体が流れる向きは、予め定められる。管路構成体１９の上流側端部は、管路構成体１９の上流側に隣接して管路構成体１９と接続される上流側配管３８と接続される。管路構成体１９の下流側端部は、管路構成体１９の下流側に隣接して管路構成体１９と接続される下流側配管３９と接続される。上流側フランジ３２は、上流側配管３８に対する固定および密閉を可能にするために、管路構成体１９の上流側に設けられる管継手である。下流側フランジ３３は、下流側配管３９に対する固定および密閉を可能にするために、管路構成体１９の下流側に設けられる管継手である。

管路構成体１９の上流側端部に規定される管路を流れる流体の流れ方向と、下流側端部に規定される管路を流れる流体の流れ方向とは、一致する。上流側端部および下流側端部に規定される管路内を流れる流体の流れ方向を「流路方向」と称する。流路方向Ｘのうち、上流側に向かう向きを「流路方向一方」と称する。流路方向Ｘに見て管路構成体１９の上流側端部および下流側端部は、円形に形成される。上流側配管３８および下流側配管３９も、上流側端部および下流側端部に対応して円形に形成され、上流側配管３８、下流側配管３９、管路構成体１９の上流側端部および下流側端部の内径は、それぞれ互いに同じ寸法に設定される。本実施形態において流路方向Ｘは、摺動方向Ｚに直交するものとする。

隔壁３４は、管路構成体１９の内部空間を流れる流体の流れ方向に関して、上流側と下流側との途中位置に設置され、上流側と下流側とを仕切って設けられる管路構成体１９の一部である。隔壁３４によって仕切られた内部空間のうち、上流側に位置する流体を「１次流体」と称し、下流側に位置する流体を「２次流体」と称する。第１実施形態において、上流側配管３８内の流体の圧力を「１次圧力」、下流側配管３９内の流体の圧力を「２次圧力」と称する。１次圧力は予め定められ、一定に保たれる。２次圧力には、目標となる圧力の大きさが予め定められ、本実施形態に係る圧力制御装置１０は、２次圧力を目標となる圧力に保つために圧力制御を行う。２次圧力として目標として定められる圧力を「目標２次圧力」と称する。

隔壁３４の一部には、開口４２が形成される。開口４２は、隔壁３４を摺動方向Ｚに貫通する孔であり、１次流体が位置する上流側空間と、２次流体が位置する、隔壁３４よりも下流側の空間とを連通する。管路構成体１９によって規定される空間のうち、１次流体が位置する、隔壁３４よりも上流側の空間を「上流側空間」と称する。隔壁３４のうち、開口４２を規定する部分を「開口部」と称する。開口部４６は、摺動方向Ｚに見て大略的に円形の板状部分であり、開口部４６の厚み方向は、摺動方向Ｚに一致する。開口４２を摺動方向Ｚに見ると、円形であり、摺動方向Ｚに見た開口４２の中心は、摺動軸線に一致する。管路構成体１９を流れる流体の流量が、予定される範囲内で最大であるときにも、開口部４６が流体の流れに対して有意な抵抗となることを防止するために、開口４２の内径は、充分に大きく設定される。

シリンダ円筒部２７の摺動方向他方Ｚ２の端部は、摺動軸線まわりの全周にわたって隔壁に接触して配置される。隔壁３４の摺動方向一方Ｚ１の表面部のうち、ピストン１１の突出部１１ｂに対応する部分には、合成ゴムまたは合成樹脂からなる密閉部３４ａが全周にわたって形成される。ピストン１１が最も摺動方向他方Ｚ２に変位したときに、ピストン１１の突出部１１ｂは、密閉部３４ａに当接する。これによって、開口４２は閉鎖され、流体の移動は阻止される。

ピストン１１よりも摺動方向他方Ｚ２、シリンダ円筒部２７よりも摺動軸線に関して半径方向内方に位置する空間を「ピストン空間」と称する。ピストン空間５１内において、流体は、ピストン１１の摺動方向他方Ｚ２の端面によって、摺動方向一方Ｚ１に移動することは阻止される。隔壁３４の開口４２は、充分に大きく形成され、開口部４６が流体の流れに対して抵抗となることは防止されるので、ピストン空間５１内の流体の圧力は、１次圧力である。ピストン１１が隔壁３４に接する状態から、摺動方向一方Ｚ１に変位し、シリンダ円筒部２７に形成される連通孔１３に規定される空間がピストン空間５１に連なると、ピストン空間５１内の流体は、連通孔１３を摺動軸線に関して半径方向外方に通過する。

ピストン空間５１に露出した連通孔規定部２８と、ピストン１１のうち連通孔規定部２８に接する部分とは、流体の流れに対して抵抗として作用するので、ピストン空間５１から摺動軸線に関してシリンダ円筒部２７よりも半径方向外方に移動した流体の圧力は、１次圧力よりも低い。

図２は、本発明の第１実施形態におけるシリンダ円筒部２７の斜視図である。図２において、シリンダ円板２６は、除いて図示している。図３は、本発明の第１実施形態におけるシリンダ円筒部２７を、摺動軸線を含む平面で切断して見た断面図である。図４は、本発明の第１実施形態における連通孔規定部２８と閉塞部材５２とを表す図である。図４（ａ）は、連通孔規定部２８を、摺動軸線を含む平面で切断して見た断面図であり、図４（ｂ）は、閉塞部材５２の側面図である。

圧力制御装置１０は、閉塞部材５２をさらに含んで構成される。閉塞部材５２は、複数の連通孔１３のうちの少なくとも一部に装着され、閉塞部材５２が装着されたときには、装着された連通孔１３を閉塞する。全ての連通孔１３は、個別に、閉塞部材５２を装着可能に形成される。したがって、複数の連通孔１３のうち、閉塞部材５２によって塞がれる連通孔１３は、任意に選択できる。連通孔１３を規定する部分には、雌ねじが形成され、閉塞部材５２には、前記雌ねじに螺合可能な雄ねじが形成される。

本実施形態において連通孔１３は、シリンダ円筒部２７の周方向および摺動方向Ｚの全範囲に、たとえば、均等に広がって形成される。シリンダ円筒部２７に形成される複数の連通孔１３は、螺旋状の線に沿って形成される。螺旋状の線は、摺動方向一方Ｚ１に向かうにつれて、シリンダ円筒部２７の周方向に、摺動軸線を中心に螺旋状に回転する線である。螺旋状の線上に隣合う連通孔１３の摺動方向Ｚの位置は、少なくとも一部が摺動方向Ｚに重なる。複数の連通孔１３がこのように形成されることによって、ピストン１１が摺動方向Ｚに変位したときに、ピストン１１の変位に伴って、流体がシリンダ円筒部２７を通過する量を連続的に変化させることができる。

連通孔１３は、シリンダ円筒部２７に対して数個〜数千個、たとえば１０個以上１０００個以下の範囲で形成される。連通孔１３の個数は、この範囲内において、数が多ければ多いほど、連通孔１３を通る流体に対する通過抵抗は、細かく設定できる。各連通孔１３の内径は、流体の粘性に応じて設定され、粘度が高ければ高いほど内径は大きく、粘度が低ければ低いほど内径は小さく設定されることが好ましい。各連通孔１３の内径は、たとえば１ミリメートル（millimeters, 略号「ｍｍ」）以上１０ｍｍ以下の範囲で設定される。連通孔１３の内径は、小さければ小さいほど、粘性を有する流体に対して通過抵抗が大きくなる。本実施形態において各連通孔１３の内径は互いに等しく設定され、３ｍｍに設定される。

形成されるすべての連通孔１３の連通孔規定部２８には、雌ねじが形成され、閉塞部材５２が螺合可能である。閉塞部材５２は、ビスまたは木ねじなどのねじ部品によって実現され、ねじ部品の頭部５４を摺動軸線に関して半径方向外方に、軸部５６を半径方向内方に向けて、シリンダ円筒部２７よりも半径方向外方から、連通孔１３に挿入され螺合する。閉塞部材５２が連通孔規定部２８に螺合すると、連通孔１３は閉塞され、シリンダ円筒部２７の半径方向内方の空間と半径方向外方の空間との連通は、遮断される。閉塞部材５２による連通孔１３の閉塞は、必ずしも完全な密閉が要求される訳ではなく、使用される圧力に関する条件下で、開放される連通孔１３の流量に対して閉塞される連通孔１３の流量が無視できる程度に流量を減少させることができればよい。

閉塞部材５２を連通孔１３内に配置した状態において、閉塞部材５２の半径方向内方の端部は、シリンダ円筒部２７よりも半径方向内方に突出することはなく、閉塞部材５２の半径方向内方の端部は、シリンダ円筒部２７の円筒の内周面よりも半径方向外方に位置する。したがって、シリンダ円筒部２７の内周面にピストン１１の外周面に設けられたＯリング１８が摺動するときに、Ｏリング１８と閉塞部材５２とが接触することを防止することができる。したがって、Ｏリング１８はシリンダ円筒部２７に対して滑らかに摺動することができる。

閉塞部材５２は、シリンダ円筒部２７の摺動方向他方Ｚ２の位置に応じて、その配置の疎密を調整することが可能である。たとえば端部近傍において閉塞部材５２を密に配置し、摺動方向一方Ｚ１に向かうにつれて疎に配置することができる。しかし閉塞部材５２が密に配置される領域においても、シリンダ円筒部２７の周方向に並ぶ複数の連通孔１３が、周方向全てにおいて閉塞されることは避けることが好ましい。本実施形態では、摺動方向Ｚのいずれの位置においても、周方向に並ぶ複数の連通孔１３のうちの少なくとも一つは、閉塞部によって閉塞されることなく、シリンダ１２の内部空間１４と外部空間１６とを連通する状態である。これによって、ピストン１１およびシリンダ１２の上流側の流体の圧力と下流側の流体の圧力との圧力差と、ピストン１１の摺動方向Ｚの変位とを関連させることができる。

ピストン１１およびシリンダ１２よりも上流側の圧力と下流側の圧力との圧力差は、シリンダ１２に対するピストン１１の位置に関わらず、１次圧力と２次圧力との圧力差である。２次圧力が目標２次圧力に保たれるときには、１次圧力は一定であるのでピストン１１およびシリンダ１２よりも上流側の圧力と下流側の圧力との圧力差は、一定に保たれる。したがって、閉塞部材５２が複数の連通孔１３に対して、摺動方向に均等に分布して配置される場合には、ピストン１１の変位量に対する単位時間当たりの流量は、ピストン１１の変位量に対して比例関係となる。

シリンダ円筒部２７の連通孔１３に対する閉塞部材５２の分布を、摺動方向他方Ｚ２の端部近傍では密に、摺動方向一方Ｚ１に向かうにつれて疎となる分布とすれば、ピストン１１がシリンダ１２の摺動方向他方Ｚ２の端部近傍において変位するときには、ピストン１１の変位量に対してピストン空間５１に露出する連通孔１３の量が少なく、流体の流量の増加量が少ない設定とすることができる。これによって、ピストン１１がシリンダ１２の摺動方向一方Ｚ１に変位するにしたがって、ピストン１１の変位量に対してピストン空間５１に露出する連通孔１３の量が次第に多くなり、流体の流量の増加量が次第に多くなる設定とすることができる。

シリンダ円筒部２７の連通孔１３に対する閉塞部材５２の分布を、摺動方向他方Ｚ２の端部近傍では疎に、摺動方向一方Ｚ１に向かうにつれて密となる分布とすれば、ピストン１１がシリンダ１２の摺動方向他方Ｚ２の端部近傍において変位するときには、ピストン１１の変位量に対してピストン空間５１に露出する連通孔１３の量が多く、流体の流量の増加量が多い設定とすることができる。これによって、ピストン１１がシリンダ１２の摺動方向一方Ｚ１に変位するにしたがって、ピストン１１の変位量に対してピストン空間５１に露出する連通孔１３の量が次第に少なくなり、流体の流量の増加量が次第に少なくなる設定とすることができる。

流体を輸送する主管を含む配管全体の中で、圧力制御装置１０の配置される位置が異なれば、同じ種類の圧力制御装置１０であっても、使用状況が異なる場合がある。使用状況とは、たとえば１次圧力、予め定める目標２次圧力、これらの圧力の変動幅、必要となる流量などである。使用状況が異なれば、ピストン１１の変位量に対する流量の変化量を調整する必要がある。連通孔１３を閉塞部材５２によって閉塞可能とし、シリンダ円筒部２７において閉塞部材５２によって塞がれる連通孔１３の分布を変更可能とすることによって、ピストン１１の変位量に対する流量の変化量を、変更することができる。したがって、異なる複数の使用状況に応じて、圧力制御装置１０を対応可能な状態とすることができる。

図５は、第１実施形態における駆動部２２および制御部２４の管路による接続関係を表す図である。駆動部２２は、ピストン１１をシリンダ１２に対して摺動方向Ｚに変位させる部分である。駆動部２２は、駆動部筐体５７と、主ダイヤフラム５８と、駆動ばね６２とを含んで構成される。主ダイヤフラム５８は、駆動部筐体５７内に設けられ、駆動部筐体５７の内部空間を駆動室６３と駆動部背後室６４とに仕切る。駆動室６３は、駆動部背後室６４よりも摺動方向他方Ｚ２に位置し、駆動部背後室６４は、駆動室６３よりも摺動方向一方Ｚ１に位置し、大気に開放されている。

主ダイヤフラム５８は、摺動方向Ｚを厚み方向として配置され、主ダイヤフラム５８を摺動方向Ｚに見たときの中央部は、摺動方向Ｚに変位可能である。主ダイヤフラム５８の中央部の摺動方向他方Ｚ２は、ピストン棒１７の摺動方向一方Ｚ１の端部に接続され、主ダイヤフラム５８の中央部の摺動方向一方Ｚ１には、駆動ばね６２が配置される。駆動ばね６２は、圧縮コイルばねによって実現され、駆動ばね６２の摺動方向一方Ｚ１の端部は、駆動部筐体５７に対して固定される。駆動ばね６２の摺動方向他方Ｚ２の端部は、主ダイヤフラム５８に固定され、主ダイヤフラム５８に対して、摺動方向他方Ｚ２に押圧する力を付与する。

制御部２４は、パイロット弁６６とパイロット駆動部６８とを含み、パイロット弁６６はパイロット管路６９、パイロットピストン７２およびパイロット弁座７４とを含んで構成される。パイロットピストン７２はパイロット弁座７４に対して、基準方向に変位可能であり、パイロットピストン７２が基準方向一方に変位することにより、パイロット弁座７４に形成される開口４２の開度は、減少する。これによってパイロット管路６９の流体の流量は、減少し、パイロット管路６９の一方、すなわちパイロット管路６９の下流側での流体の圧力は、低下する。駆動部２２の駆動室６３は、第１管路７６によってパイロット管路６９の一方に接続される。

パイロット駆動部６８は、パイロットピストン７２を基準方向に駆動する部分である。パイロット駆動部６８は、パイロット筐体７７、パイロットダイヤフラム７８および圧力設定ばね８１とを含んで構成される。パイロット筐体７７の内部空間は、パイロットダイヤフラム７８によってパイロットダイヤフラム室８２とパイロット背後室８４とに仕切られる。パイロット背後室８４は、パイロットダイヤフラム室８２よりも基準方向他方に位置し、大気に開放されている。パイロットダイヤフラム７８は、基準方向を厚み方向として配置され、パイロットダイヤフラム７８を基準方向に見たときの中央部は、基準方向に変位可能である。パイロットダイヤフラム７８の中央部の基準方向他方は、パイロットピストン棒８５の基準方向一方の端部に接続され、パイロットピストン棒８５の基準方向他方の端部は、パイロットピストン７２に接続される。

パイロットダイヤフラム７８は、パイロットピストン棒８５を基準方向に変位させることによって、パイロットピストン７２を変位させることができる。パイロットダイヤフラム７８よりも基準方向一方には、圧力設定ばね８１が配置される。圧力設定ばね８１は、圧縮コイルばねによって実現され、その基準方向一方の端部は、パイロット筐体７７に対して固定される。圧力設定ばね８１の基準方向他方の端部は、パイロットダイヤフラム７８の中央部に接続されている。パイロット駆動部６８のパイロットダイヤフラム室８２は、第２管路８６によって下流側配管３９に接続される。第２管路８６は下流側配管３９の２次圧力を、パイロットダイヤフラム室８２に伝える信号配管である。

第１管路７６の途中位置と第２管路８６の途中位置とは、第３管路８７によって接続される。第３管路８７の途中位置には、絞り８８が配置される。パイロット弁６６のパイロット管路６９の他方は、第４管路９２によって上流側配管３８に接続されている。第４管路９２は、上流側配管３８の１次圧力をパイロット弁６６に伝える信号配管である。下流側配管３９の２次圧力が、２次圧力の目標値として予め定められる目標２次圧力に一致し、上流側配管３８の１次圧力が一定であるとき、圧力制御装置１０のピストン１１、駆動部２２の主ダイヤフラム５８、パイロット弁６６のパイロットピストン７２およびパイロット駆動部６８のパイロットダイヤフラム７８は、変位することなく停止している。この状態を「目標状態」と称する。

目標状態から、２次圧力が上昇すると、２次圧力は、第２管路８６を介してパイロットダイヤフラム室８２に伝えられる。下流側配管３９の２次圧力が上昇することによって、パイロットダイヤフラム室８２内の圧力が上昇し、パイロットダイヤフラム７８の中央部は圧力設定ばね８１に抗して、基準方向一方に変位する。これによって、パイロットピストン７２は基準方向一方に変位し、パイロット弁座７４の開口４２の開度が減少する。これによってパイロット管路６９の一方の圧力が低下する。

パイロット管路６９の一方の圧力は、第１管路７６を介して駆動室６３の流体が第３管路８７より二次側へ流出するが、これを補う流体がパイロットより供給されないのでパイロット管路６９の一方の圧力が低下することによって、駆動室６３内の圧力が低下する。これによって主ダイヤフラム５８を摺動方向一方Ｚ１に押圧する力は減少するので、主ダイヤフラム５８の中央部は、駆動部背後室６４の大気圧と駆動ばね６２との押圧力によって、摺動方向他方Ｚ２に押圧されて変位する。これによって、圧力制御装置１０のピストン１１は、摺動方向他方Ｚ２に変位し、ピストン１１およびシリンダ１２よりも下流側の圧力は低下する。これによって上昇した２次圧力を低下させることができる。

下流側配管３９内の２次圧力が目標２次圧力よりも低下した場合には、低下した２次圧力が第２管路８６を介して、パイロット駆動部６８のパイロットダイヤフラム室８２に伝えられる。パイロットダイヤフラム室８２の圧力が低下すると、パイロットダイヤフラム７８を基準方向一方に押圧する力は小さくなり、パイロットダイヤフラム７８の中央部は、パイロット背後室８４内の大気圧および圧力設定ばね８１の押圧力によって、基準方向他方に押圧され、変位する。これによってパイロットピストン棒８５およびパイロットピストン７２は、基準方向他方に変位し、パイロット弁座７４の開口４２の開度が増大する。これによって、パイロット管路６９の一方の圧力は上昇し、第１管路７６を介して、駆動部２２の駆動室６３に伝えられる。

駆動室６３の圧力が上昇すると、主ダイヤフラム５８は摺動方向一方Ｚ１に押圧される。これによって、主ダイヤフラム５８の中央部は、駆動部背後室６４内の大気圧および駆動ばね６２の押圧力に抗して摺動方向一方Ｚ１に変位する。これによってピストン棒１７およびピストン１１は、摺動方向一方Ｚ１に変位され、ピストン１１およびシリンダ１２よりも下流側の流体の圧力は上昇する。これによって目標２次圧力よりも低下した２次圧力を上昇させることができる。目標２次圧力は、パイロット駆動部６８の圧力設定ばね８１のパイロットダイヤフラム７８に対する押圧力によって設定される。第３管路８７の途中位置に配置される絞り８８は、上流側配管３８からパイロット弁６６および第１管路７６を介して、駆動室６３に流入した流体をゆるやかに第２管路８６および下流側配管３９に流す。本実施形態において基準方向は、摺動方向Ｚに一致し、基準方向一方は、摺動方向一方Ｚ１に一致するものとする。

他の実施形態において駆動部を、たとえば電気モータを含んで構成し、制御部を、２次圧力を検出し、２次圧力を表す検出信号を出力する２次圧センサと、２次圧センサから出力される検出信号が入力され、入力される検出信号に基づいて、駆動部２２を制御するための制御信号を出力する制御回路と、制御回路から出力される制御信号に基づいて、駆動部２２を駆動させる電力を供給するモータ駆動回路とを含む構成とすることも可能である。

第１実施形態によれば、圧力制御装置１０は、ピストン１１と、シリンダ１２とを含んで構成される。シリンダ１２は、流体が流れる管路内に設けられ、ピストン１１を内部空間１４に収容する。シリンダ１２には、複数の連通孔１３が形成される。連通孔１３は、内部空間１４と外部空間１６とを連通し、ピストン１１の変位によって閉塞可能である。圧力制御装置１０は、閉塞部材５２をさらに含んで構成され、閉塞部材５２は、複数の連通孔１３のうちの少なくとも一部に装着される。閉塞部材５２が装着された連通孔１３は、閉塞される。

したがって、閉塞部材５２で連通孔１３の一部を塞ぐことによって、連通孔１３を通過する流体の流れに対して、シリンダ１２と閉塞部材５２とが作用する通過抵抗の大きさを変化させることができる。これによって、シリンダ１２よりも上流側における圧力と下流側における圧力との圧力差の、ピストン１１の変位量に対する依存性を、変化させることができる。したがって、汎用性の高い圧力制御装置１０を実現することができる。

また第１実施形態によれば、圧力制御装置は、閉塞部材５２をさらに含む。閉塞部材５２は、複数の連通孔１３のうちの少なくとも一部に装着され、装着されたときには装着された連通孔を閉塞する。本実施形態において、全ての連通孔１３は、閉塞部材５２を装着可能に形成される。したがって、複数の連通孔１３のうち、閉塞部材５２によって塞がれる連通孔１３は、任意に選択できる。閉塞部材５２によって塞がれる連通孔１３において、シリンダ１２の内部空間１４と外部空間１６との連通は、ピストン１１の変位に関わらず遮断される。したがって、ピストン１１の変位によって開閉される連通孔１３の位置を選択することができる。これによって、シリンダ１２よりも上流側における圧力と下流側における圧力との圧力差の、ピストン１１の変位量に対する依存性を、任意に決定することができる。したがって、圧力制御装置１０の使用状況が異なる場合に、圧力制御装置１０による圧力制御の程度を変化させることができる。したがって、汎用性の高い圧力制御装置１０を実現することができる。

また第１実施形態によれば、連通孔１３を規定する部分には、雌ねじが形成され、閉塞部材５２には、前記雌ねじに螺合可能な雄ねじが形成される。これによって、閉塞部材５２は、連通孔１３を規定する部分に螺合することによって、連通孔１３を塞ぐことができる。したがって、シリンダ１２の内部空間１４と外部空間１６とに圧力差が生じる場合に、連通孔１３を規定する部分から閉塞部材５２がひとりでに抜け落ちることを防止することができる。

シリンダ円筒部２７には、摺動方向Ｚの全範囲にわたって複数の連通孔１３が形成される。またピストン１１が摺動方向Ｚのいずれの位置にあっても、シリンダ１２の内部空間１４のうち、ピストン１１よりも摺動方向一方Ｚ１および摺動方向他方Ｚ２の空間の両方が、連通孔１３によって外部空間１６に連通される。

したがって、ピストン１１の摺動方向Ｚの変位によって、ピストン１１よりも摺動方向一方Ｚ１の、シリンダ１２の内部空間１４およびピストン１１よりも摺動方向他方Ｚ２の、シリンダ１２の内部空間１４のいずれかの体積が減少するときに、体積が減少した内部空間１４の中に位置していた流体が、連通孔１３を通過して外部空間１６に移動することができる。これによって、ピストン１１よりも摺動方向一方Ｚ１および摺動方向他方Ｚ２のいずれかの向きに位置する流体によって、ピストン１１の摺動方向Ｚの変位が阻止されることを防止することができる。

＜第２実施形態＞
図６は、本発明の第２実施形態に係る圧力制御装置１０の断面図である。第２実施形態に係る圧力制御装置１０は、第１実施形態に係る圧力制御装置１０に類似しており、以下、第１実施形態に対する第２実施形態の相違点を中心に説明する。第２実施形態においてピストン１１には、Ｏリング１８が設けられる。Ｏリング１８は、ピストン１１の摺動方向一方Ｚ１の端部近傍に配置される。

ピストン１１の摺動方向Ｚの長さは、シリンダ円筒部２７の内周面の摺動方向Ｚの長さの半分以下である。シリンダ円筒部２７に複数の連通孔１３が形成される領域の摺動方向Ｚの長さは、Ｏリング１８よりも摺動方向他方Ｚ２のピストン１１の長さよりも短い。複数の連通孔１３は、ピストン１１が最も摺動方向他方Ｚ２に位置するときの、Ｏリング１８よりも摺動方向他方Ｚ２のピストン１１の位置に対応する領域に形成される。ピストン１１には、ピストン１１の摺動方向他方Ｚ２の端面から摺動方向一方Ｚ１の端面まで貫通する貫通孔９３が形成される。貫通孔９３は、ピストン１１よりも摺動方向他方Ｚ２の空間と摺動方向一方Ｚ１の空間とを連通する。貫通孔９３は１つ形成される。

ピストン１１に形成される貫通孔９３は、ピストン１１よりも摺動方向他方Ｚ２の流体の圧力と摺動方向一方Ｚ１の流体の圧力とを同一にする。これによって、ピストン１１よりも摺動方向一方Ｚ１の流体が圧縮または膨張したときに、ピストン１１よりも摺動方向一方Ｚ１の流体と摺動方向他方Ｚ２の流体との圧力差が高くなることを防止することができる。したがって、流体からピストン１１に対して摺動方向Ｚの押圧力が付与されることを防止することができる。

シリンダ円筒部２７に形成される複数の連通孔１３は、ピストン１１が最も摺動方向他方Ｚ２に位置するときの、Ｏリング１８よりも摺動方向他方Ｚ２のピストン１１の位置に対応する領域に形成されるので、ピストン１１が最も摺動方向他方Ｚ２に位置するとき、全ての連通孔１３をピストン１１によって閉塞することができる。したがって、ピストン１１に形成される貫通孔９３によってピストン１１よりも摺動方向一方Ｚ１の空間と摺動方向他方Ｚ２の空間とが連通していても、貫通孔９３を通過する流体が連通孔１３を通過して、シリンダ１２よりも下流側に移動することを防止することができる。

ピストン１１の摺動方向Ｚの長さは、シリンダ円筒部２７の内周面の摺動方向Ｚの長さの半分以下であるので、ピストン１１が最も摺動方向一方Ｚ１に位置するときには、ピストン１１が最も摺動方向他方Ｚ２に位置する状態においてピストン１１によって塞がれていた連通孔１３は、全て開放可能となる。したがって、ピストン１１の摺動方向Ｚの位置によって全て閉塞させることのできる複数の連通孔１３を、全て開放することが可能となる。これによって、形成された全ての連通孔１３は、シリンダ１２よりも上流側と下流側との圧力差の調整に用いることが可能となる。シリンダ１２によって開閉されることのない連通孔１３を形成しないので、形成する連通孔１３の数が余剰となることを防止することができる。

ピストン１１の外周にはＯリング１８が、設けられるので、ピストン１１がシリンダ１２に対してすきま嵌めに配置され、ピストン１１とシリンダ１２との間に流体が流通可能な間隙が形成されるときにも、ピストン１１の貫通孔９３を摺動方向Ｚに通過した流体が、連通孔１３を通過してシリンダ１２よりも下流側に移動することを防止することができる。またＯリング１８は、ピストン１１の摺動方向一方Ｚ１の端部近傍に配置される。これによって、ピストン１１の変位によって塞ぐことのできる連通孔１３の摺動方向Ｚの範囲を、ピストン１１の摺動方向Ｚの長さのうち最大にすることができる。

すべての連通孔１３の連通孔規定部２８に雌ねじが形成され、閉塞部材５２を装着可能とすることは、第１実施形態と同様である。これによって、いずれの連通孔１３に対して閉塞部材５２を装着するかを選択することが可能となり、ピストン１１の変位量に対する上流側と下流側との圧力差の依存性を変更可能とすることができることについても、第１実施形態と同様である。

＜第３実施形態＞
図７は、本発明の第３実施形態に係る圧力制御装置１０の断面図である。第３実施形態に係る圧力制御装置１０は、第２実施形態に係る圧力制御装置１０に類似しており、以下、第２実施形態に対する第３実施形態の相違点を中心に説明する。第３実施形態に係る圧力制御装置１０において、シリンダ円筒部２７の少なくとも一部は、隔壁３４よりも摺動方向他方Ｚ２に配置される。シリンダ円板２６は、摺動方向一方Ｚ１から、隔壁３４に対して接触する。シリンダ円筒部２７の外径は、隔壁３４の開口４２の内径にほぼ等しく、かつ隔壁３４の開口４２の内径よりもわずかに小さく設定され、シリンダ円筒部２７は、隔壁３４の開口４２の内部および隔壁３４の開口４２よりも摺動方向他方Ｚ２に配置される。

シリンダ円板２６には、摺動軸線を中心として摺動方向に貫通する孔２６ａが形成される。この孔２６ａは、管路構成体１９を流れる流体の流量が、予定される範囲内で最大であるときにも、シリンダ円板２６の孔２６ａが流体の流れに対して有意な抵抗となることを防止するために、孔２６ａの内径は、充分に大きく設定される。

シリンダ円筒部２７の摺動方向他方Ｚ２の端部は、隔壁３４よりも摺動方向他方Ｚ２に位置する管路構成体１９に対して接続される。シリンダ円筒部２７の摺動方向他方Ｚ２の端部は、周方向全周にわたって管路構成体１９に密着して設置される。複数の連通孔１３は、ピストン１１がシリンダ円筒部２７の内部空間１４内で最も摺動方向一方Ｚ１に位置した状態における、２つのＯリング１８間の位置に対応して形成される。ピストン１１が最も摺動方向一方Ｚ１に位置した状態から、ピストン棒１７がピストン１１を摺動方向他方Ｚ２に変位させることによって、複数の連通孔１３のうち摺動方向一方Ｚ１の連通孔１３から次第に開かれ、ピストン１１の摺動方向Ｚの変位量に応じて連通孔１３を通過する流体の単位時間当たりの流量が決定される。これによって、シリンダ１２よりも上流側と下流側との圧力差が決定される。

ピストン１１の摺動方向Ｚの長さが、シリンダ円筒部２７の内周面の摺動方向Ｚの長さの半分以下に設定されること、複数の連通孔１３が形成される領域の摺動方向Ｚの長さが、摺動方向Ｚに離れる２つのＯリング１８間の距離よりも短いこと、ピストン１１に、摺動方向Ｚにピストン１１を貫通する貫通孔９３が形成されることなどの構成は、第２実施形態の構成と同様である。

＜第４実施形態＞
図８は、本発明の第４実施形態における連通孔規定部２８および閉塞部材５２を表す図である。図（ａ）は、シリンダ円筒部２７に形成される連通孔規定部２８を、摺動軸線を含む切断面で切断して見た断面図であり、図８（ｂ）は、シリンダ円筒部２７に形成される連通孔規定部２８を、連通孔１３の軸線方向に見たときの側面図であり、図８（ｃ）は、閉塞部材５２の斜視図である。第４実施形態に係る圧力制御装置１０は、第１実施形態に係る圧力制御装置１０に類似しており、以下、第１実施形態に対する第４実施形態の相違点を中心に説明する。

第４実施形態における閉塞部材５２は、連通孔１３に摺動軸線に関する半径方向外方から連通孔１３に挿入され、連通孔１３の軸線まわりに角度９０度、角変位させることによって、半径方向の位置が固定される。これによって、閉塞部材５２よりも半径方向内方の流体の圧力と半径方向外方の流体の圧力とに圧力差が生じても、閉塞部材５２が半径方向に変位することは防止される。

閉塞部材５２は、図８（ｃ）に示すように、頭部５４と軸部５６とを含む。軸部５６は、円柱状に形成され、円柱の２つの底部のうち一方は、頭部５４に接続される。円柱の軸線方向に見て、頭部５４の外径は、軸部５６の外径および連通孔１３の内径よりも大きく形成される。軸部５６の側面からは、円柱の軸線に関して半径方向に突出する凸部９５が形成される。凸部９５は、円柱の軸線に垂直に交わる直線方向の２つの向きに突出して形成される棒状の部分であり、凸部９５の棒の直径は、円柱の外径よりも小さく形成される。また凸部９５の棒の直径は、シリンダ円筒部２７の摺動軸線に関する半径方向の厚みよりも小さく設定される。

連通孔１３には、閉塞部材５２の軸部５６に対応して形成される孔に加えて、閉塞部材５２が予め定める姿勢で挿入されることを前提として、凸部９５が進入可能な溝が形成される。閉塞部材５２は、シリンダ円筒部２７に対して摺動方向Ｚに関する半径方向外方から、頭部５４を半径方向外方に向け、軸部５６を半径方向内方に向けた姿勢で、連通孔１３に挿入される。シリンダ円筒部２７の厚みのうち、摺動軸線に関する半径方向の中央部にまで凸部９５が挿入されると、凸部９５は、連通孔規定部２８に当接する。この状態から閉塞部材５２は、軸部５６の軸線まわりに角度９０度、角変位される。閉塞部材５２が角変位される向きは、軸部５６の周方向のうち予め定める向きであり、板状部には、凸部９５の進入に対応する内部の溝が形成される。

閉塞部材５２は、９０度角変位させることによって、シリンダ円筒部２７に対して装着されるので、閉塞部材５２を連通孔規定部２８に対して螺合させる場合に比べて、閉塞部材５２の装着のための閉塞部材５２の角変位量を小さくすることができる。したがって、閉塞部材５２をシリンダ円筒部２７に取付ける時間を短縮することができる。これによって、閉塞部を連通孔規定部２８に対して配置して調整することにかかる時間を短縮することができる。

＜第５実施形態＞
図９は、本発明の第５実施形態における連通孔１３と閉塞部材５２とを表す図である。図９（ａ）は、シリンダ円筒部２７に形成される連通孔規定部２８の斜視図であり、図９（ｂ）は、シリンダ円筒部２７に形成される連通孔規定部２８を摺動軸線に関する半径方向に見たときの断面図であり、図９（ｃ）は、閉塞部材５２の斜視図である。第５実施形態に係る圧力制御装置１０は、第１実施形態に係る圧力制御装置１０に類似しており、以下、第１実施形態に対する第５実施形態の相違点を中心に説明する。

第５実施形態における連通孔１３は、シリンダ円筒部２７を半径方向に貫通する長方形の孔として形成される。連通孔１３内の空間をシリンダ円筒部２７の厚み方向に見たときの面積を「開口面積」と称する閉塞部材５２は、連通孔１３の開口面積よりも大きな面積を有し、連通孔１３を塞ぐことのできる長方形の形状に形成される。連通孔規定部２８の摺動軸線に関する半径方向外方には、閉塞部材５２の半径方向の位置を固定するリブ９６が形成される閉塞部材５２が連通孔１３を半径方向外方から塞いだ状態において、閉塞部材５２の外縁部の一部は連通孔規定部２８の一部とリブ９６の一部とによって、半径方向に挟持される。具体的には、長方形のうちの短辺の一部は、閉塞部材５２を挿入可能に開かれており、残り３つの辺において、閉塞部材５２は挟持される。

流体に粘性があることを前提とすると、開口面積が同じであっても、各連通孔１３が小さければ小さいほど、また連通孔１３の形状が円の形状から大きく異なり、扁平であれば扁平であるほど、連通孔１３を通過する流体に対する連通孔規定部２８の抵抗は大きくなる。連通孔１３の形状を円形から扁平な長方形とすることによって、円形の連通孔１３を多数形成する場合に比べて、広い開口面積を１つの閉塞部でかつ１度の手順で塞ぐことが可能となる。

＜変形例＞
第１〜第５実施形態において駆動部２２は、ダイヤフラムとばねとを含む構成によって制御される構造としたけれども、他の実施形態においては、電力、２次圧力を検出する２次圧センサ、電気モータ、電気モータに駆動のための電力を供給する駆動回路、駆動の向きを決定する制御回路などを用いる構成とすることも可能である。

第１〜第５実施形態において、隔壁３４の開口４２内を流れる流体の流れ方向は、摺動方向一方Ｚ１であるものとしたけれども、他の実施形態において隔壁の開口内を流れる流体の流れ方向は、摺動方向他方Ｚ２に一致してもよい。この場合、第１〜第３実施形態における構成に対して、流体の上流側と下流側との向きが反対になるけれども、この場合においても、同様の効果を達成することができる。

第１〜第３実施形態において全ての連通孔１３の連通孔規定部２８には、雌ねじが形成され、いずれの連通孔１３にも閉塞部材５２を装着可能であるものとしたけれども、他の実施形態において、連通孔規定部に雌ねじが形成される連通孔は、複数の連通孔のうちの一部であってもよい。この場合においても、摺動方向Ｚの位置が同一であり、周方向に並ぶ複数の連通孔のうち少なくとも一部の連通孔の連通孔規定部には、閉塞部材が装着可能に雌ねじが形成されることが好ましい。これによってピストンの摺動方向の変位によって、連通孔を通過する流体の単位時間当たりの流量を、調整可能とすることができる。

第１〜第５実施形態において基準方向は摺動方向Ｚに一致し、基準方向一方は摺動方向一方Ｚ１に一致するものとしたけれども、基準方向と摺動方向Ｚとは独立していてよい。たとえば他の実施形態において基準方向は、摺動方向に対して角度を成す構成としてもよく、また基準方向と摺動方向とが一致し、基準方向一方と摺動方向他方とが一致する構成としてもい。

本発明の第１実施形態に係る圧力制御装置１０の断面図である。 本発明の第１実施形態におけるシリンダ円筒部２７の斜視図である。 本発明の第１実施形態におけるシリンダ円筒部２７を、摺動軸線を含む平面で切断して見た断面図である。 本発明の第１実施形態における連通孔規定部２８と閉塞部材５２とを表す図である。 第１実施形態における駆動部２２および制御部２４の管路による接続関係を表す図である。 本発明の第２実施形態に係る圧力制御装置１０の断面図である。 本発明の第３実施形態に係る圧力制御装置１０の断面図である。 本発明の第４実施形態における連通孔規定部２８および閉塞部材５２を表す図である。 本発明の第５実施形態における連通孔１３と閉塞部とを表す図である。 従来技術に係る圧力制御弁の断面図である。

符号の説明

１０ 圧力制御装置
１１ ピストン
１２ シリンダ
１３ 連通孔
１４ 内部空間
１６ 外部空間
２２ 駆動部
２４ 制御部
２８ 連通孔規定部
４２ 開口
５２ 閉塞部材

Claims (3)

1. ピストンと、
   流体が流れる管路内に設けられ、前記ピストンを内部空間に収容するシリンダであって、
   前記内部空間と外部空間とを連通する複数の連通孔が形成されるシリンダとを含み、前記複数の連通孔のうち少なくとも一部は、個別に閉塞可能に形成されることを特徴とする圧力制御装置。
2. 前記複数の連通孔のうちの少なくとも一部に装着され、装着されたときには装着された連通孔を閉塞する閉塞部材をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の圧力制御装置。
3. 前記連通孔を規定する部分には、雌ねじが形成され、
   閉塞部材には、前記雌ねじに螺合可能な雄ねじが形成されることを特徴とする請求項２記載の圧力制御装置。

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