JP2012123466A

JP2012123466A - 減圧弁

Info

Publication number: JP2012123466A
Application number: JP2010271635A
Authority: JP
Inventors: Makoto Ninomiya; 誠二宮; Kaoru Nomichi; 薫野道; Yutaka Suzuki; 豊鈴木
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2012-06-28
Anticipated expiration: 2030-12-06
Also published as: CN103119530A; JP5453227B2; WO2012077312A1

Abstract

【課題】過大な押圧力が加わることによる減圧ピストン又は弁座部分の変形を抑制でき、信頼性及び耐久性に優れた減圧弁を提供する。
【解決手段】減圧弁１は、ハウジング２を備え、ハウジング２は、一次ポート１４と二次ポート１５とに繋がる弁通路１８と突起片２５とを有している。また、ハウジング２内には、減圧ピストン３と駆動ピストン４とが設けられている。減圧ピストン３は、ハウジング２の突起片２５に着座して弁通路１８を閉じる閉位置と弁通路１８を開く開位置との間で移動するようになっている。駆動ピストン４は、減圧ピストン３から離して設けられ、第２ばね部材８による付勢力に抗して二次圧Ｐ２を減圧ピストン３に向かって受圧している。また、駆動ピストン４と減圧ピストン３との間には、弾性変形可能な緩衝ばね１０が設けられており、この緩衝ばね１０によって駆動ピストン４が受けた二次圧が押付力として減圧ピストン３に伝達されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、一次圧をそれより低圧の二次圧に減圧する減圧弁に関する。

従来から一次圧をそれより低圧の二次圧へと減圧する減圧弁が知られている。減圧弁は、ハウジングとピストンとを備え、ハウジングには、一次ポート及び二次ポートに繋がる弁通路が形成されている。また、ハウジング内には、ピストンが移動可能に設けられており、このピストンを移動させることで弁通路の開度が調節されるようになっている。

ピストンは、二次圧を受圧可能に配置されており、二次圧を受圧することで弁通路を閉じる閉方向に移動するようになっている。また、ピストンには、ばね部材が設けられている。ばね部材は、ピストンを二次圧に抗する方向、即ち弁通路を開く開方向に付勢するようになっており、ピストンは、ばね部材の付勢力と二次圧とが釣り合う位置に移動して弁通路の開度を調整して二次圧を一定圧にするようになっている（例えば特許文献１参照）。

また、特許文献１に記載される減圧弁は、ピストンが２つに分割されており、一方のピストンである減圧ピストンにより弁通路の開度を調整し、他方のピストンである駆動ピストンにより二次圧を受圧するようになっている。減圧ピストンと駆動ピストンとは、互いに当接しており、駆動ピストンが受圧する二次圧に応じて減圧ピストンを押して弁通路の開度を調整するようになっている。

特開２００６−１４６７７６号公報

特許文献１に記載の減圧弁では、減圧ピストンの先端部にシート部材が設けられ、またハウジングのシート部材に対向する位置に突起片が設けられており、シート部材が突起片に着座することで弁通路が閉じられるようになっている。この減圧弁は、駆動ピストンと減圧ピストンとが互いに当接しており、駆動ピストンが受けた二次圧を直接減圧ピストンに伝達するようになっている。それ故、サージ圧力のような大きな衝撃圧が生じて二次圧が不意に上昇すると、その二次圧に応じた予期せぬ過大な駆動力が駆動ピストンから減圧ピストンに作用する。このような駆動力が作用すると、減圧ピストンの先端部にあるシート部材が突起片に大きな押圧力で押し付けられ、シート部材に突起片が食い込んでシート部材が大きく変形する。そうすると、減圧ピストンの位置と弁通路の開度との関係が変わり、制御バランスが崩れ、二次圧が当初設定した値から変化する。それ故、減圧弁に過大な二次圧が負荷された場合、その信頼性及び耐久性が低い。

そこで本発明は、過大な押圧力が加わることによる減圧ピストン又は弁座部分の変形を抑制でき、信頼性及び耐久性に優れた減圧弁を提供することを目的としている。

本発明の減圧弁は、一次ポートと二次ポートとに繋がる弁通路と、弁座とを有するハウジングと、前記ハウジング内に設けられ、前記弁座に着座して前記弁通路を閉じる閉位置と前記弁通路を開く開位置との間で移動して前記弁通路の開度を調整する減圧ピストンと、前記ハウジング内に移動可能に且つ前記減圧ピストンから離して設けられ、前記減圧ピストンに向かう方向に二次圧を受圧する駆動ピストンと、前記二次圧に抗する付勢力を前記駆動ピストンに与える付勢部材と、前記減圧ピストンと前記駆動ピストンとの間に配置され、前記駆動ピストンに作用する前記二次圧による駆動力を前記減圧ピストンに伝達して前記減圧ピストンを前記開位置から前記閉位置に向かって押している弾性変形可能な押付部材と、を備えるものである。

本発明に従えば、駆動ピストンは、受圧する二次圧が上昇すると、付勢力に抗して減圧ピストンに向かって移動し、二次圧による駆動力及び付勢力に応じた力で押付部材を介して減圧ピストンを閉位置に向かって押す。これにより、弁通路の開度を二次圧に応じた開度に調整することができる、即ち付勢力に応じた設定圧に二次圧を調圧することができる。

また、本発明では、二次ポート側にサージ圧等の衝撃圧が導かれて二次圧が高くなった場合、駆動ピストンにより押された減圧ピストンが弁座に着座し、その後、押付部材が弾性変形し始める。このように押付部材が弾性変形することで、減圧ピストンに伝達される押付力を押付部材の弾性復元力（元の形状に復帰しようとする力）に抑えることができ、押付力を前記衝撃圧による作用力よりも低い力に抑えることができる。これにより、減圧ピストン及び弁座部分にかかる押圧力を抑えることができ、減圧ピストン及び弁座部分の変形を抑制することができる。このように減圧ピストン及び弁座の変形を抑制することで、制御バランスのくずれを抑えることができ、信頼性及び耐久性に優れた減圧弁を実現することができる。

上記発明において、前記押付部材は、前記付勢部材の弾性係数より大きい弾性係数を有していることが好ましい。

上記構成に従えば、押付部材より先に付勢部材が変形するので、過大な二次圧が作用していない通常状態における押付部材の弾性変形量を抑えることができる。これにより、駆動ピストンに作用する力をそのまま減圧ピストンに伝えることができるので、調圧時における応答性が優れた減圧弁を実現することができる。

上記発明において、前記減圧ピストン及び弁座のうち一方は、環状の突起片を有し、前記減圧ピストン及び弁座のうち他方は、前記減圧ピストンが閉位置に移動すると前記突起片に当接して前記弁通路を閉じるシート部材を有し、前記押付部材は、前記シート部材の弾性係数より小さい弾性係数を有していることが好ましい。

上記構成に従えば、押付部材は、シート部材に比べて小さな力でより大きく変形するようになっている。そのため、押付部材は、着座後の押付力を吸収することができ、減圧ピストンの移動量を極めて小さくすることができ、シート部材の変形を防ぐことができる。

上記発明において、前記ハウジングに設けられ、前記駆動ピストンの前記減圧ピストンに向かう方向の移動を規制するストッパを有し、前記ストッパは、前記減圧ピストンが閉位置に位置するときに前記押付部材の変形を許容しつつ、前記駆動ピストンが前記減圧ピストンに当接しないように前記駆動ピストンの移動を止めるようになっていることが好ましい。

上記構成に従えば、減圧ピストンが弁座に着座した後に駆動ピストンが減圧ピストンに直接当接することを防ぐことができる。これにより、押付部材の弾性復元力より大きな力が減圧ピストンに作用することを抑えることができ、シート部材の変形を防ぐことができる。また、押付部材の弾性変形を予め定めた所定量に制限することで押付部材の弾性復元力（すなわち減圧ピストンに伝達する押付力）を制限でき、シート部材の変形を防ぐことができる。

上記発明において、前記ハウジングには、前記駆動ピストンを貫通し且つ前記減圧ピストンに挿入される挿入部材が設けられ、前記弁通路は、前記減圧ピストンにより前記一次ポートに繋がる一次側圧力室と、前記二次ポートに繋がる二次側圧力室とに仕切られ、前記減圧ピストンは、前記挿入部材により閉塞されている背圧力室と、前記背圧力室と前記一次側圧力室とを繋ぐ連絡路とを有しており、前記背圧力室は、そこに導かれた一次圧が前記減圧ピストンに対して前記一次側圧力室の一次圧に抗する方向に作用するように形成されていることが好ましい。

上記構成に従えば、背圧力室の一次圧により、減圧ピストンが受圧する一次側圧力室の一次圧を打ち消すことができ、一次圧の圧力変動による影響を抑えることができる。これにより、一次圧の圧力変動に関わらず二次圧を一定圧にて略正確に調圧することができる。これにより、減圧弁の調圧精度を向上させることができる。

上記発明において、前記挿入部材は、ベースロッドとロッドとを有しており、前記ベースロッドは、前記ハウジングに固定され、且つ前記駆動ピストンを挿通しており、前記ロッドは、ばね部材により付勢されて前記ベースロッドに当接し、且つ前記減圧ピストンに挿入されていることが好ましい。

ロッドとベースロッドが一体的に構成されている場合、挿入部材と減圧ピストンとの軸ずれや傾きによる接触、片当たりを抑制するために高い加工精度、組立精度が要求される。これに比べ、上記構成に従えば、高い加工精度、組立精度を必要とせずとも片当たりを抑制できる。これにより部品の加工コストを抑え、且つ、減圧ピストンの摺動摩擦を低減することができ、減圧ピストンの応答性を向上させることができる。

本発明によれば、過大な押圧力が加わることによる減圧ピストン又は弁座部分の変形を抑制でき、耐久性及び信頼性に優れた減圧弁を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る減圧弁を示す断面図である。図１に示す減圧弁の各構成に作用する力と二次圧との関係を示すグラフである。図１に示す減圧弁の各構成の変位量と二次圧との関係を示すグラフである。本発明の第２実施形態に係る減圧弁を示す断面図である。本発明の第３実施形態に係る減圧弁を示す断面図である。

以下では、前述する図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る減圧弁１，１Ａ，１Ｂを説明する。なお、実施形態における上下の方向の概念は、説明の便宜上使用するものであって、減圧弁１，１Ａ，１Ｂに関して、それらの構成の配置及び向き等をその方向に限定することを示唆するものではない。また、以下に説明する減圧弁１，１Ａ，１Ｂは、本発明の一実施形態に過ぎず、本発明は実施の形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、及び変更が可能である。

＜第１実施形態＞
［減圧弁の構成］
減圧弁１は、作動流体、主に高圧ガスを使用圧や大気圧に減圧する場合に用いられる弁であり、高圧タンク等のガス供給源に繋がる供給流路や、大気に繋がる排出流路等に介在させて使用される。この減圧弁１は、ハウジング２、減圧ピストン３、駆動ピストン４、ロッド５、ベースロッド６、第１ばね部材７、第２ばね部材８、第３ばね部材９及び緩衝ばね１０を含んで構成される。

ハウジング２は、第１ハウジング部１１及び第２ハウジング部１２によって構成されている。第１ハウジング部１１には、挿入孔１３と一次ポート１４と二次ポート１５とが形成されている。挿入孔１３は、上方に開口する断面円形状の孔である。この挿入孔１３を規定する底部には、一次側通路１６が形成されており、この一次側通路１６を介して挿入孔１３と一次ポート１４とが繋がっている。また、挿入孔１３を規定する側面部には、二次側通路１７が形成されており、この二次側通路１７を介して挿入孔１３と二次ポート１５とが繋がっている。このように構成される一次側通路１６及び二次側通路１７は、後述する一次側領域２８と二次側領域２９（共に挿入孔１３に含まれる領域）と共に弁通路１８を構成しており、この弁通路１８を介して一次ポート１４と二次ポート１５とが繋がっている。また、挿入孔１３には、その開口を閉じるように上方から第２ハウジング部１２が挿入されている。

第２ハウジング部１２は、大略的には有底円筒状になっており、その先端部分２１が残余の部分である本体部分２２に対して小径になっている。第２ハウジング部１２は、この先端部分２１を挿入孔１３にシールを達成した状態で螺合することで第１ハウジング部１１に装着されている。また、先端部分２１の上部には、大略円筒状のシール部２３が一体的に形成されている。シール部２３は、本体部分２２内に位置しており、先端部分２１の内側開口を囲むように設けられている。また、先端部分２１の内周面には、ガイド部２４が形成されている。ガイド部２４は、その他の残余の部分より小径に形成されて先端側に位置しており、そこに減圧ピストン３が上下方向に移動可能に挿入されている。

減圧ピストン３は、有底円筒状になっており、その中間部分３ａが上下方向に移動可能にガイド部２４に挿入されている。減圧ピストン３の先端部分であるシート部３ｂは、中間部分３ａより小径になっており、ガイド部２４から下方に突出して一次側通路１６の開口に対向している。一次側通路１６の開口の周りには、それを外囲するように円環状の突起片２５が形成されている。他方、シート部３ｂは、突起片２５に対向する位置に円環状のシート部材２６を有している。このシート部材２６は、ゴムや合成樹脂、軟金属等の突起片２５より軟らかい材料から成り、シート部材２６が弁座である突起片２５に着座する（つまり、減圧ピストン３が閉位置に位置する）ことで、弁通路１８が閉じられる。また、減圧ピストン３が上方に移動してシート部材２６が突起片２５から離れる開位置に位置することで弁通路１８が開き、シート部材２６と突起片２５との間にオリフィス２７が形成される。このオリフィス２７によって、挿入孔１３がオリフィス２７の内側にある一次側領域２８と外側にある二次側領域２９とに分けられている。

このように弁通路１８を開閉する減圧ピストン３の基端部分３ｃは、その外周面にフランジ部３ｄを有している。このフランジ部３ｄは、基端部分３ｃの周方向全周にわたって延在しており、半径方向に突出して先端部分２１の内周面に向かって張り出している。このフランジ部３ｄは、ガイド部２４より上方に離れて位置しており、ガイド部２４とフランジ部３ｄとの間に円筒状の第１ばね収容空間３０が形成されている。この第１ばね収容空間３０には、第１ばね部材７が収容されている。

圧縮コイルばねである第１ばね部材７は、減圧ピストン３に外装されており、その下端がガイド部２４に支持され、上端がフランジ部３ｄに支持されている。このように配置されている第１ばね部材７は、圧縮されており、弁通路１８を開くべく開位置の方向、即ち上方に減圧ピストン３を付勢している。この減圧ピストン３の上方には、その間に後述する緩衝ばね１０を介在させるべく間隔をあけて駆動ピストン４が設けられている。

駆動ピストン４は、大略的に円筒状になっており、第２ハウジング部１２の本体部分２２内に上下方向に移動可能に設けられている。具体的には、駆動ピストン４は、その先端側部分（即ち、下端側の部分）３１がシール部２３内にシールを達成した状態で挿通されており、シール部２３内を上下方向に移動可能に配置されている。

また、駆動ピストン４の中間部分３２から基端部３３側（即ち上端側）の部分は、シール部２３から突出しており、その中間部分３２がシール部２３の内孔よりも半径方向外側に張り出している。そのため、駆動ピストン４が減圧ピストン３に向かって（即ち、下方に）移動すると、中間部分３２がシール部２３の上端部に当たって駆動ピストン４の移動が規制されるようになっている。この際、駆動ピストン４の先端が閉位置に位置する減圧ピストン３に当たらないようにシール部２３の長さが調整されている。このようにシール部２３は、駆動ピストン４が減圧ピストン３に当たらないようにするためのストッパの役割を果たしている。

更に、駆動ピストン４の基端部３３の外周部には、周方向全周にわたって延在するフランジ部３４が形成されている。フランジ部３４は、半径方向外方に突出しており、その外周部が本体部分２２の内周部まで達している。フランジ部３４には、シール部材３５が設けられており、このシール部材３５によって本体部分２２の内周部とフランジ部３４との間がシールされている。

また、第２ハウジング部１２は、このフランジ部３４に対向する位置に円環状のばね受部３６を有している。このばね受部３６は、フランジ部３４と上下方向に離れて位置している。そのため、フランジ部３４とばね受部３６との間には、円筒状の第２ばね収容空間３７が形成されており、第２ばね収容空間３７には、第２ばね部材８が収容されている。圧縮コイルばねである第２ばね部材８は、圧縮された状態でシール部２３に外装されており、その下端がばね受部３６に支持され、上端がフランジ部３４に支持されている。そのため、駆動ピストン４は、第２ばね部材８により減圧ピストン３から離すように上方に付勢されている。このように上方に付勢される駆動ピストン４の内孔には、上方からベースロッド６が挿通されている。

ベースロッド６は、大略円柱状になっており、その基端部６ａが第２ハウジング部１２の天井部分に固定されている。また、ベースロッド６の基端部６ａは、駆動ピストン４のストッパの役割を果たしており、駆動ピストン４の基端部３３が第２ハウジング部１２の天井部分に当たらないようになっている。このように構成される基端部６ａに対して先端側部分６ｂは、小径になっており、駆動ピストン４に向かって突出して、そして駆動ピストン４の内孔の基端部３３側に挿入されている。ベースロッド６の先端は、部分球面状になっており、この先端面に当接するようにロッド５が設けられている。

ロッド５は、大略円柱状になっており、ベースロッド６よりも小径に形成されている。ロッド５は、ベースロッド６の下方に位置しており、ロッド５の基端側部分は、駆動ピストン４の先端側部分３１内に挿通されている。ロッド５の基端部は、フランジ部５ａを有している。フランジ部５ａは、前記基端部の周方向全周にわたって延在しており、半径方向外方に突出している。このフランジ部５ａの下方には、第３ばね収容空間３８が形成されている。第３ばね収容空間３８は、ロッド５の基端側部分を囲むように大略円筒状になっており、この第３ばね収容空間３８には、第３ばね部材９が収容されている。第３ばね部材９は、ロッド５の基端側部分に外装されており、フランジ部５ａを上方に付勢している。これによりロッド５の基端部がベースロッド６の先端に押し付けられ、ロッド５とベースロッド６とが当接している。

他方、ロッド５の先端側部分は、駆動ピストン４から下方に突出しており、減圧ピストン３内に挿入されている。減圧ピストン３の内周部には、シール部材３９が設けられており、このシール部材３９によって挿入されたロッド５と減圧ピストン３との間がシールされている。また、減圧ピストン３の内周部には、ロッド５の先端、減圧ピストン３内の底面との間に背圧力室４０が形成されている。この背圧力室４０は、断面円形状に形成されており、その孔径が突起片２５の先端径（つまり、オリフィス径）と略一致している。また、減圧ピストン３のシート部３ｂには、連絡路４１が形成されており、この連絡路４１により背圧力室４０と一次側領域２８とが繋がっている。

このように構成される減圧ピストン３及び駆動ピストン４は、上下方向に離され、且つ減圧ピストン３の基端部及び駆動ピストン４の先端部が対向するように位置している。また、減圧ピストン３の基端部及び駆動ピストン４の先端部には、凹部４２、４３が夫々形成されており、凹部４２，４３は、互いに対向するように位置している。具体的には、凹部４２は、減圧ピストン３の内孔の周りに円筒状に形成され、凹部４３は、駆動ピストン４の内孔の周りに円筒状に形成されている。これら凹部４２、４３によって、ロッド５の周りには、円筒状の緩衝ばね収容空間４４が形成され、この緩衝ばね収容空間４４に緩衝ばね１０が収容されている。

押付部材である緩衝ばね１０は、弾性変形可能になっており、例えば、圧縮コイルばね又は複数の皿ばねを上下方向に重ねたばね部材によって構成されている。この緩衝ばね１０は、その下端及び上端が凹部４２、４３の上下に互いに対向する面、即ちばね受座４５，４６によって支持されており、減圧ピストン３と駆動ピストン４との間に配置される。このように配置される緩衝ばね１０は、第１ばね部材７により付勢された減圧ピストン３により駆動ピストン４に押し付けられ、駆動ピストン４に作用する下方に向かう駆動力を減圧ピストン３に伝達するようになっている。

また、緩衝ばね１０のばね定数（ばねの伸縮に関する弾性係数に相当）は、第２ばね部材８のばね定数（ばねの伸縮に関する弾性係数に相当）より大きくなっており、またシート部材２６の弾性係数（ばね定数に相当）より小さくなっている。つまり、緩衝ばね１０は、単位荷重当りの変形量が第２ばね部材８より小さく、シート部材２６よりも大きくなっている。そのため、緩衝ばね１０は、駆動ピストン４に大きな駆動力が発生した時に自らが変形してシート部材２６の変形を吸収し、シート部材２６が変形することを防いでいる。

このように構成される減圧弁１では、駆動ピストン４の基端部３３と第２ハウジング部１２の天井部分との間が空いており、その間の空間が二次圧力室５０になっている。二次圧力室５０は、ベースロッド６に形成される連絡孔５１により、駆動ピストン３３の基端部がベースロッド６に当接した時でも第３ばね収容空間３８に繋がるようになっており、この第３ばね収容空間３８は、通路５２に繋がっている。通路５２は、ロッド５と駆動ピストン４の先端側部分の内周部との間に形成されている円筒状の流路であり、駆動ピストン４の先端側の内径よりロッド５の外径を若干小さくすることで形成される。この通路５２は、第３ばね収容空間３８から凹部４３まで延在しており、この通路５２によって第３ばね収容空間３８と緩衝ばね収容空間４４とが繋がっている。また、緩衝ばね収容空間４４は、通路５３に繋がっている。

通路５３は、ロッド５と減圧ピストン３の内周部分との間に形成されている円筒状の通路であり、減圧ピストン３の基端部側の内径よりロッド５の外径を若干小さくすることで形成される。この通路５３は、凹部４２から下方に向かって延在しており、その下端部分がシール部材３９より上方に位置し、その下端部分には挿通孔５４が繋がっている。挿通孔５４は、減圧ピストン３に形成されており、半径方向外方に延在して第１ばね収容空間３０に繋がっている。更に、第２ハウジング部１２の先端部分２１には、連通孔５５が形成されており、この連通孔５５により第１ばね収容空間３０と二次側領域２９とが繋がっている。

このように形成される連通孔５５、挿通孔５４、通路５３、通路５２及び連絡孔５１は、第１ばね収容空間３０、緩衝ばね収容空間４４及び第３ばね収容空間３８と共に連絡通路５６を構成しており、この連絡通路５６によって二次側圧力室５０と二次側領域２９とが接続される。これにより、二次圧力室５０に二次圧Ｐ２が導かれ、二次圧力室５０に導かれた二次圧Ｐ２を駆動ピストン４が基端部３３の二次圧力室５０に臨む面である二次圧受圧面５７で受圧するようになっている。これにより、この二次圧Ｐ２に応じた駆動力により駆動ピストン４が下方に押されている。

［減圧弁の動作］
以下では、一次ポート１４に導かれた作動流体、例えば高圧ガスを減圧するときの減圧弁１の動作について、図１乃至３を参照しながら説明する。なお、図２のグラフは、各構成（駆動ピストン４、第２ばね部材８、及び緩衝ばね１０）に作用する力と二次圧Ｐ２との関係を示すものであり、縦軸が各構成に作用する力の絶対値を示し、横軸が二次圧Ｐ２の絶対値を示している。また、図３のグラフは、各構成（駆動ピストン４、減圧ピストン３及び緩衝ばね１０）の変位量（緩衝ばね１０に関しては、変形量）と二次圧Ｐ２との関係を示すものであり、縦軸が各構成の変位量の絶対値を示し、横軸が二次圧Ｐ２の絶対値を示すものである。

減圧弁１は、減圧ピストン３が第１ばね部材７によって開位置の方向に付勢され、且つ駆動ピストン４が第２ばね部材８によって開位置の方向に付勢されているので、ノーマルオープンとなっている。一次ポート１４に高圧ガスが導かれると、一次ポート１４に導かれた高圧ガスがオリフィス２７を通って二次側領域２９に導かれる。この際、高圧ガスが一次圧Ｐ１から低圧の二次圧Ｐ２に減圧され、更に減圧された低圧の二次圧Ｐ２が二次側通路１７及び二次ポート１５を通って下流側の機器に供給、又は排出口から排出される。

減圧された低圧のガスは、二次側通路１７だけでなく連絡通路５６を介して二次圧力室５０にも導かれる。これにより、駆動ピストン４の二次圧受圧面５７に二次圧Ｐ２が作用し、二次圧Ｐ２により駆動ピストン４が減圧ピストン３に向かって（即ち、下方）に押される。二次圧Ｐ２が最低駆動圧ｐ１を越えて二次圧Ｐ２による駆動力が第２ばね部材８の付勢力を上回ると、駆動ピストン４が減圧ピストン３に向かって移動し、駆動ピストン４に作用する下方への押付力が緩衝ばね１０を介して減圧ピストン３に伝達される。それに伴って減圧ピストン３がオリフィス２７を閉じる方向、即ち閉位置の方向に移動する。これにより、弁通路１８の開度が小さくなり、二次圧Ｐ２が低下する。そして二次圧Ｐ２による駆動力と、第１ばね部材７及び第２ばね部材８による付勢力、並びにその他の減圧ピストン３及び駆動ピストン４に作用する力が釣り合う位置まで減圧ピストン３及び駆動ピストン４が移動する。

例えば、二次圧Ｐ２が減少して駆動力が低下し、第２ばね部材８による付勢力が二次圧Ｐ２による駆動力を上回ると、駆動ピストン４が減圧ピストン３から離れる方向（即ち、上方）に移動する。第１ばね部材７によって駆動ピストン４に向かって（即ち、上方に向かって）付勢されている減圧ピストン３は、駆動ピストン４に連動して開位置の方向に移動する。これにより、オリフィス２７が開き、二次圧Ｐ２が上昇して第１ばね部材７及び第２ばね部材８の付勢力に応じた設定圧に保持される。

このようにして二次圧Ｐ２を設定圧に維持される減圧弁１において、下流側の機器の故障やシステムの不具合等により二次ポート１５に過大なサージ圧が発生して二次圧Ｐ２が急激且つ過剰に高くなる場合がある。減圧弁１では、二次圧Ｐ２が規定圧力ｐ２になると駆動ピストン４により押された減圧ピストン３が閉位置に移動して、シート部材２６が突起片２５に着座する。二次圧Ｐ２が規定圧力ｐ２（＞ｐ１）より高圧になると、緩衝ばね１０が弾性変形し始める。このように緩衝ばね１０が自ら弾性変形することにより、緩衝ばね１０を介して減圧ピストン３に伝達される押付力を緩衝ばね１０からの反力であるばね力に抑えることができ、前記押付力を前記サージ圧による駆動力よりも極めて低い力に抑えることができる。それ故、シート部材２６と突起片２５との間に作用する押圧力を抑えることができ、シート部材２６の変形を抑えることができる。換言すると、緩衝ばね１０が自ら弾性変形することにより、二次圧Ｐ２の押付力に伴う駆動ピストン４の変位を緩衝ばね１０により吸収して、着座する減圧ピスト３の移動量を抑えることができる。これにより、シート部材２６の変形を抑えることができる。

特に、本実施形態では、緩衝ばね１０のばね定数がシート部材２６の弾性係数より小さくなっているので、シート部材２６に対して緩衝ばね１０は、小さな力でより大きく変形するようになっている。そのため、二次圧Ｐ２が規定圧力ｐ２より高圧になっても駆動ピストン４の変位が緩衝ばね１０により吸収されるので、減圧ピストン３の移動量を極めて小さくにすることができ、シート部材２６の変形を防ぐことができる。

他方、緩衝ばね１０のばね定数が第２ばね部材８のばね定数よりも大きく設定されているので、通常の状態（即ち、二次ポート１５に過大な二次圧が作用していない状態）では、緩衝ばね１０が殆ど弾性変形することがない。それ故、駆動ピストン４に作用する下方への駆動力をそのまま減圧ピストン３に伝えることができ、緩衝ばね１０を設けても調圧時の応答性を維持することができる。これにより、応答性に優れた減圧弁１を実現することができる。

更に、二次圧Ｐ２が許容駆動圧ｐ３（＞ｐ２）より高圧の場合は、緩衝ばね１０の変形量が所定量となって駆動ピストン４の中間部分３２がシール部２３に当たって駆動ピストン４の下方への移動が規制される。これにより、駆動ピストン４が減圧ピストン３に直接当接することを防ぐことができる。このように駆動ピストン４の移動を規制することなく駆動ピストン４と減圧ピストン３とが当たると、緩衝ばね１０により押付力を吸収できなくなるため、駆動ピストン４に作用する力の全てが減圧ピストン３に作用する。それ故、シート部材２６が突起片２５から大きな押圧力を受けることになり、シート部材２６が大きく変形し、その変形量が大きくなると塑性変形して元の形状に復帰しなくなる。しかし、減圧弁１では、駆動ピストン４の移動を規制して駆動ピストン４が減圧ピストン３に直接当接することを防ぐことでこのような不具合をなくし、シート部材２６の変形を防ぐことができる。また、駆動ピストン４の移動量規制値を予め設定することで緩衝ばね１０の変形量を制限できる。これにより緩衝ばね１０の弾性復元力（すなわち減圧ピストン３に伝達する押付力）を制限でき、更にシート部材２６の変形を防ぐことができる。

なお、緩衝ばね１０を設けずにシール部２３によるストッパだけが設けられている場合、減圧ピストン３が着座する際の駆動ピストン４の位置と駆動ピストン４が規制されている位置とのバランスをとることが難しい。というのも、例えば２つの位置の間隔が大きいとシート部材２６の変形量が大きくなってしまい、２つの位置の間隔を短くすると、減圧ピストン３を突起片２５にきちんと着座させるために加工精度を高くする必要が生じるからである。それ故、緩衝ばね１０を設けつつシール部２３を設けることで、初めて前述するような機能を達成することができる。

また、減圧弁１では、減圧ピストン３にロッド５を挿入することで、減圧ピストン３内に背圧力室４０が形成されている。この背圧力室４０には、連絡路４１を介して一次側領域２８から一次圧Ｐ１が導かれており、この一次圧Ｐ１により減圧ピストン３が受圧する一次側領域２８の一次圧Ｐ１を打ち消されるようになっている。それ故、二次圧Ｐ２の調圧に関して一次圧Ｐ１の圧力変動による影響を略なくすことができ、一次圧Ｐ１の圧力変動に関わらず二次圧Ｐ２を一定圧に略正確に調圧することができる。これにより、減圧弁１の調圧精度を向上させることができる。

ロッド５とベースロッド６が一体的に構成されている場合、これらロッド５とベースロッド６に対して、減圧ピストン３の軸ずれや傾きによる接触、片当たりを抑制するために高い加工精度、組立精度が要求される。これに比べ、ロッド５とベースロッド６を別体にすることで、高い加工精度、組立精度を必要とせずとも片当たりを抑制できる。これにより部品の加工コストを抑え、かつ、減圧ピストン３の摺動摩擦を低減することができ、減圧ピストン３の応答性を向上させることができる。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る減圧弁１Ａは、第１実施形態に係る減圧弁１と構成が類似している。そこで、第２実施形態に係る減圧弁１Ａの構成について、第１実施形態に係る減圧弁１の構成と異なる構成についてだけ説明し、同一の構成については説明を省略する。後述する第３実施形態に係る減圧弁１Ｂについても同様である。

減圧弁１Ａは、図４に示すように一次側通路１６の開口の周りに、その開口を外囲するように円環状のシート部材２６Ａが形成され、減圧ピストン３Ａの先端部分であるシート部３ｂは、このシート部材２６Ａに対向する位置に突起片２５Ａを有している。弁座であるシート部材２６Ａに突起片２５Ａが着座することで、弁通路１８が閉じられるようになっている。

減圧弁１Ａは、緩衝ばね１０に代えて緩衝部材１０Ａを備えている。押付部材である緩衝部材１０Ａは、ゴム又は合成樹脂等の弾性変形可能な部材から成る円筒状の部材であり、ロッド５に外装された状態で凹部４２，４３の間に設けられている。緩衝部材１０Ａは、シート部材２６Ａよりも小さい弾性係数を有し、且つ第２ばね部材８のばね定数より大きい弾性係数を有している。

このように構成される第２実施形態の減圧弁１Ａは、第１実施形態の減圧弁１と同様の作用効果を奏する。

＜第３実施形態＞
第３実施形態に係る減圧弁１Ｂは、図５に示すようにロッド５及びベースロッド６を備えておらず、減圧ピストン３Ｂが背圧力室４０及び連絡路４１を有していない。また、二次ポート１５Ｂに繋がる二次側通路１７Ｂが第２ハウジング部１２の天井部分に形成されており、一次側通路１６と二次側通路１７Ｂとが同軸上に形成されている。
第３実施形態に係る減圧弁１Ｂは、背圧力室４０を備えていないため、一次側領域２８に導かれる一次圧Ｐ１を打ち消すことができずその影響を受けやすいが、その点を除いて、第１実施形態の減圧弁１と同様の作用効果を奏する。

＜その他の実施形態＞
第１乃至第３実施形態の減圧弁１，１Ａ，１Ｂは、押付部材である緩衝ばね１０又は緩衝部材１０Ａが駆動ピストン４の先端側部分３１に内装されているが、これらの部材１０，１０Ａを外装して駆動ピストン４と減圧ピストン３との間に配置してもよい。この場合であっても、第１実施形態の減圧弁１と同様の作用効果を奏する。なお、押付部材が駆動ピストン４と減圧ピストン３との間に配置されるとは、駆動ピストン４と減圧ピストン３との間で挟持されていることに限定されず、少なくとも押付部材の一部分が駆動ピストン４と減圧ピストン３とを離すようにそれらの間に介在していればよい。

第１、第２実施形態において、第３実施形態と同様に一次側通路１６と二次側通路１７とが同軸上に形成されていてもよく、第１、第３実施形態において、第２実施形態と同様に緩衝ばね１０をゴム又は合成樹脂から成る緩衝部材１０Ａに置き換えたり、シート部材２６と突起片２５の位置関係を入れ換えたりしてもよい。またその逆も同様に成り立つ。

１，１Ａ，１Ｂ減圧弁
２ハウジング
３，３Ａ，３Ｂ減圧ピストン
４駆動ピストン
５ロッド
６ベースロッド
８第２ばね部材
１０緩衝ばね
１０Ａ緩衝部材
１４一次ポート
１５二次ポート
１８弁通路
２３シール部
２５，２５Ａ突起片
２６，２６Ａシート部材
４０背圧力室
４１連絡路
５７二次圧受圧面

Claims

一次ポートと二次ポートとに繋がる弁通路と、弁座とを有するハウジングと、
前記ハウジング内に設けられ、前記弁座に着座して前記弁通路を閉じる閉位置と前記弁通路を開く開位置との間で移動して前記弁通路の開度を調整する減圧ピストンと、
前記ハウジング内に移動可能に且つ前記減圧ピストンから離して設けられ、前記減圧ピストンに向かう方向に二次圧を受圧する駆動ピストンと、
前記二次圧に抗する付勢力を前記駆動ピストンに与える付勢部材と、
前記減圧ピストンと前記駆動ピストンとの間に配置され、前記駆動ピストンに作用する前記二次圧による駆動力を前記減圧ピストンに伝達して前記減圧ピストンを前記開位置から前記閉位置に向かって押している弾性変形可能な押付部材と、を備える、減圧弁。
前記押付部材は、前記付勢部材の弾性係数より大きい弾性係数を有している、請求項１に記載の減圧弁。
前記減圧ピストン及び弁座のうち一方は、環状の突起片を有し、
前記減圧ピストン及び弁座のうち他方は、前記減圧ピストンが閉位置に移動すると前記突起片に当接して前記弁通路を閉じるシート部材を有し、
前記押付部材は、前記シート部材の弾性係数より小さい弾性係数を有している、請求項１又は２に記載の減圧弁。
前記ハウジングに、前記駆動ピストンの前記減圧ピストンに向かう方向の移動を規制するストッパを有し、
前記ストッパは、前記減圧ピストンが閉位置に位置するときに前記押付部材の変形を許容しつつ、前記駆動ピストンが前記減圧ピストンに当接しないように前記駆動ピストンの移動を止めるようになっている、請求項１乃至３のうちいずれか１つに記載の減圧弁。
前記ハウジングには、前記駆動ピストンを貫通し且つ前記減圧ピストンに挿入される挿入部材が設けられ、
前記弁通路は、前記減圧ピストンにより前記一次ポートに繋がる一次側圧力室と、前記二次ポートに繋がる二次側圧力室とに仕切られ、
前記減圧ピストンは、前記挿入部材により閉塞されている背圧力室と、前記背圧力室と前記一次側圧力室とを繋ぐ連絡路とを有しており、
前記背圧力室は、そこに導かれた一次圧が前記減圧ピストンに対して前記一次側圧力室の一次圧に抗する方向に作用するように形成されている、請求項１乃至４の何れか１つに記載の減圧弁。
前記挿入部材は、ベースロッドとロッドとを有しており、
前記ベースロッドは、前記ハウジングに固定され、且つ前記駆動ピストンを挿通しており、
前記ロッドは、ばね部材により付勢されて前記ベースロッドに当接し、且つ前記減圧ピストンに挿入されている、請求項５に記載の減圧弁。