JP2013152510A - 調圧弁 - Google Patents

Abstract

【課題】調圧弁の弁体の回転を抑制する。
【解決手段】調圧弁であって、内側に中空部２０２を有する弁体２００であって、前記弁体２００の外側の第１の点から前記中空部を経由して前記弁体の第２の点に向かって真っ直ぐに貫通する複数の貫通孔２０４、２０６を有する弁体２００と、前記弁体２００と当たる弁座と、を備え、前記複数の貫通孔は、前記弁体の中心軸と垂直な方向と平行であり、かつ、前記中心軸とねじれの位置にある孔であり、前記複数の貫通孔は太さが同じであり、前記複数の貫通孔の各々と前記中心軸との距離は、同じ大きさである、調圧弁。
【選択図】図４

Description

この発明は、調圧弁に関するものである。

調圧弁の弁体の内側と外側とを貫通する孔を有する調圧弁が知られている（特許文献１）。

特開昭６１−５４３５０号公報

従来の技術では、弁体が、弁体の軸周りに回転する場合があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、弁体の回転を抑制することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
調圧弁であって、内側に中空部を有する弁体であって、前記弁体の外側の第１の点から前記中空部を経由して前記弁体の第２の点に向かって真っ直ぐに貫通する複数の貫通孔を有する弁体と、前記弁体と当たる弁座と、を備え、前記複数の貫通孔は、前記弁体の中心軸と垂直な方向と平行で、かつ、前記中心軸とねじれの位置にある孔であり、前記複数の貫通孔は太さが同じであり、前記複数の貫通孔の各々と前記中心軸との距離は、同じ大きさである、調圧弁。
この適用例によれば、複数の貫通孔から放出される流体による弁体を時計回り方向に回転させる回転モーメントと、反時計回り方向に回転させる回転モーメントの大きさと、を同じに出来る。その結果、これらの回転モーメントを打ち消し合わせて、弁体を回転させる力を生じさせなくできる。

［適用例２］
適用例１に記載の調圧弁において、前記複数の貫通孔は、前記中心軸と垂直な同一平面上に設けられている、調圧弁。
この適用例によれば、複数の貫通孔は、中心軸と垂直な平面上に設けられているので、時計周り方向の回転モーメントと、反時計回り方向の回転モーメントを確実に同じにでき、弁体を回転させる力を 生じさせなくできる。

［適用例３］
適用例１または２に記載の調圧弁において、前記複数の貫通孔の数は偶数であり、前記複数の貫通孔は、前記中心軸を含む面に対して鏡映対称である、調圧弁。
この適用例によれば、前記複数の貫通孔の数は偶数であればよく、複数の貫通孔が、中心軸含む面に対して鏡映対称であれば、時計周り方向の回転モーメントと、反時計回り方向の回転モーメントを同じにでき、弁体を回転させる力を 生じさせなくできる。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、調圧弁の他、調圧弁の弁体等の形態で実現することができる。

本実施例の調圧弁を示す説明図である。 入力ポートにガスが供給され始めた状態を示す説明図である。 弁座から孔の近傍を拡大して示す説明図である。 孔を含む断面図である。 孔からガスが排出される様子を示す説明図である。 本実施例の変形例を示す説明図である。

図１は、本実施例の調圧弁を示す説明図である。調圧弁１０は、下部ケース２０と、上部ケース３０と、下部ピストン２００（「ポペット２００」とも呼ぶ。）と、上部ピストン３００と、弁座２５０と、円筒部材２６０と、入力ポート２２０と、出力ポート２７０と、バネ３５０を備える。下部ケース２０は、円筒形の凹部２２、２４と、側面孔２６と、を備える。下部ケース２０の側面には、中空部２７２を有する出力ポート２７０がネジ２８０により接続されており、中空部２７２は、側面孔２６と接続されている。なお、下部ケース２０と、出力ポート２７０との間には、Ｏリング２７５が設けられている。

凹部２２の中心軸と、凹部２４の中心軸と、下部ケース２０の中心軸は同じである。この中心軸を「中心軸Ｏ」と呼ぶ。凹部２４は、凹部２２よりも上流側に形成されており、凹部２４の直径は、凹部２２の直径よりも小さく、階段状に形成されている。凹部２２と凹部２４との段差部分に弁座２５０が配置されている。弁座２５０は中央部に中心軸Ｏと同軸の貫通孔２５５を有している。

凹部２４の内側には、入力ポート２２０と、下部ピストン２００とが配置されている。下部ピストン２００は、内部に上流側（図面下側）が開口した中空部２０２を有している。下部ピストン２００の下流側は、先が細くなる円錐形部分２１０を有している。この円錐形部分２１０が弁体として機能する。したがって、この円錐形部分２１０を「弁体２１０」とも呼ぶ。この中空部２０２には、入力ポート２２０が嵌合している。入力ポート２２０は、下部ピストン２００の端面にネジ２３０で固定されている。入力ポート２２０と下部ピストン２００の端面の間には、Ｏリング２２５が配置されている。入力ポート２２０は、中心軸Ｏに沿って貫通孔２２２を有しており、外部からこの貫通孔２２２に向かって高圧のガスが流入する。中空部２０２の下流側には、中空部２０２と、下部ピストン２００の外側とを連通する２つの孔２０４、２０６が形成されている。孔２０４、２０６については、後述する。

凹部２２の内側には、円筒部材２６０が配置されている。円筒部材２６０の外径は、凹部２２の内径とほぼ同じであるが、円筒部材２６０の長さは、凹部２２の深さよりも大きくなっており、下部ケース２０の上部ケース３０側の端面よりも上部ケース３０側に突き出ている。円筒部材２６０の内側には、上部ピストン３００の下部３０５が挿入されている。下部３０５は、先が細くなる円錐形部分３０７を有しており、円錐形部分３０７の先端は、下部ピストン２００の円錐形部分２１０の先端と接合されている。したがって、上部ピストン３００と下部ピストン２００は、一体として動作する。下部ピストン２００と、上部ピストン３００との接合部は、括れており、この括れに弁座２５０が配置されている。なお、この括れの太さは、弁座２５０の貫通孔２５５よりも細くなっている。

上部ピストン３００の上部３１０は、下部と反対側に円筒形の縁３１２を有する丸盆形状を有している。上部ケース３０は、上部ピストン３００を覆うように配置されている。上部ケース３０は、下部ケース２０に、ネジ３５で取り付けられており、上部ケース３０と、下部ケース２０と、の間には、Ｏリング３７が配置されている。上部ケース３０と、上部ピストン３００の上部３１０との間には、バネ３５０が配置されている。また、上部ピストン３００の３１２と、上部ケース３０との間には、Ｏリング３１５が配置されている。

下部ピストン２００の中空部２０２の内側を「空間４００」、下部ピストン２００の外側であり、弁座２５０よりも下部ピストン側を「空間４１０」、上部ピストン３００の下部３０５と円筒部材２６０との間を「空間４２０」、側面孔２６の内側を「空間４３０」と呼ぶ。

調圧弁１０の動作について説明する。入力ポート２２０にガスが供給されない場合、バネ３５０により、上部ピストン３００は、入力ポート２２０側に付勢されている。一方、円筒部材２６０は、下部ケース２０の上部ケース３０側の端面より上部ケース３０側に突き出ている。その結果、上部ピストン３００は、上部ピストン３００の上部３１０が円筒部材２６０に当たる位置で止まる。したがって、この状態では、空間４２０と空間４３０とは、繋がっていない。この状態では、弁座２５０の貫通孔２５５の位置に上部ピストン３００と、下部ピストンの接合部の括れた部分が位置している。括れの太さは、上述したように貫通孔２５５の内径よりも細いので、貫通孔２５５と括れとの間には隙間が生じている。したがって、空間４１０と、空間４２０は、この隙間を介して繋がっている。なお、空間４００と空間４１０とは、孔２０４、２０６を介して繋がっている。

図２は、入力ポートにガスが供給され始めた状態を示す説明図である。入力ポート２２０にガスが供給されると、ガスは、下部ピストン２００の中空部２０２の内側の空間４００に入り、孔２０４、２０６を通って空間４１０に流れる。このとき、流体の密度をρ、流体の流線に沿った流速をｖとすると、以下の式（１）で示される圧力損失ΔＰが生じる。なお、δは比例係数であり、０．２〜０．４の間の値を採る。

圧力損失ΔＰが生じる結果、空間４１０の圧力は、空間４００の圧力よりも低くなる。その圧力差により、下部ピストン２００は、上部ピストン３００とともに、上側に押し上げられ、上部ピストン３００と、円筒部材２６０との間には、隙間４４０が生じる。その結果、空間４２０のガスは、隙間４４０を通って、空間４３０に流れ、空間４２０の圧力は下がる。なお、下部ピストン２００が上側に押し上げられると、円錐形部分２１０（弁体）も押し上げられ、弁座２５０の貫通孔２５５と、円錐形部分２１０との間の隙間が狭くなる。入力ポート２２０から供給されたガスは、空間４００、孔２０４（２０６）、空間４１０、４２０、隙間４４０、空間４３０を通って、出力ポート２７０に出力される。

図３は、弁座から孔２０４（２０６）の近傍を拡大して示す説明図である。図４は、孔２０４（２０６）を含む断面図である。図４に示すように、孔２０４は、下部ピストン２００の外面の一点（排出口２０４ａ）から空間４００を経て他の外面の一点（排出口２０４ｂ）に真っ直ぐに伸びる孔である。孔２０６も同様に、下部ピストン２００の外面の一点（排出口２０６ａ）から空間４００を経て他の外面の一点（排出口２０６ｂ）に真っ直ぐに伸びる孔である。ここで、孔２０４と中心軸Ｏとの間隔をＬ１、孔２０６と中心軸Ｏとの間隔をＬ２とすると、Ｌ１＝Ｌ２である。また、孔２０４と孔２０６は太さが同じである。また、孔２０４と孔２０６は、中心軸Ｏと垂直な同一平面上にある。なお、孔２０４と孔２０６とは、中心軸Ｏを通る鏡映面ＭＰについて鏡映対称（面対称）の関係にある。

図３に示すように、入力ポート２２０から供給されたガスは、空間４００、孔２０４（２０６）を通って、空間４１０に排出される。このとき、上述したように、孔２０４には２つの排出口２０４ａ、２０４ｂがあり、孔２０６には２つの排出口２０６ａ、２０６ｂがある。したがって、ガスは、４つの排出口から空間４１０に排出される。

図５は、孔２０４、２０６からガスが排出される様子を示す説明図である。排出口２０４ａからは、流量Ｑ１のガスが流速Ｖ１で排出される。同様に、排出口２０４ｂ、２０６ａ、２０６ｂからは、それぞれ流量Ｑ２〜Ｑ４のガスが、それぞれ流速Ｖ２からＶ４で排出される。ここで、孔２０４と中心軸Ｏとの間隔と、孔２０６と中心軸Ｏとの間隔と、が同じであり、孔２０４と孔２０６の太さが同じであることから、流量Ｑ１〜Ｑ４は同じであり、流速Ｖ１〜Ｖ４は同じである。

排出口２０４ａ及び排出口２０６ｂから排出されるガスの反作用により、図５において、下部ピストン２００を反時計回りに回そうとする偶力モーメントＮ１が生じる。一方、排出口２０４ｂ及び排出口２０６ａから排出されるガスの反作用により、図５において、下部ピストン２００を時計回りに回そうとする偶力モーメントＮ２が生じる。ここで偶力モーメントＮ１とＮ２とは、大きさが同じで回転方向が逆である。したがって、偶力モーメントＮ１とＮ２とは互いに打ち消しあい、結果として、下部ピストン２００を回転させようとする力が生じない。

以上、本実施例によれば、下部ピストン２００は、外面の一点（排出口２０４ａあるいは排出口２０６ａ）から空間４００を経て他の外面の一点（排出口２０４ｂあるいは排出口２０６ｂ）に真っ直ぐに伸びる２つの孔２０４、２０６を有している。そして、２つの孔２０４、２０６の径は同じであり、中心軸Ｏと孔２０４の間隔と、中心軸Ｏと孔２０６との間隔と、が同じである。そのため、排出口２０４ａ及び排出口２０６ｂから排出されるガスの反作用による反時計回り方向の偶力モーメントＮ１と、排出口２０４ｂ及び排出口２０６ａから排出されるガスの反作用による時計回り方向の偶力モーメントＮ２とは、大きさが同じで回転方向が逆となる。その結果、偶力モーメントＮ１とＮ２とは互いに打ち消しあい、結果として、下部ピストン２００を回転させようとする力が生じなくすることができる。

本実施例では、孔２０４と孔２０６は、中心軸Ｏと垂直な同一平面上にあるとしたが、同一平面に無くてもよい。２つの孔２０４、２０６の太さは同じであり、中心軸Ｏと孔２０４の間隔と、中心軸Ｏと孔２０６との間隔と、が同じであれば、反時計回りの回転モーメント（偶力モーメントＮ１）と、時計回りの回転モーメント（偶力モーメントＮ２）が同じ大きさになり、下部ピストン２００を回転させようとする力が生じなくすることができる。ただし、孔２０４と孔２０６は、中心軸Ｏと垂直な同一平面上にあることがより好ましい。孔２０４と孔２０６は、中心軸Ｏと垂直な同一平面上にあれば、反時計周り方向の回転モーメントＮ１と、時計回り方向の回転モーメントＮ２を確実に同じにできる。

図６は、本実施例の変形例を示す説明図である。本実施例においては、図４の示すように、下部ピストン２００の外面は四角形であるが、図６（Ａ）に示す変形例では、下部ピストン２００の外面は六角形である。このように下部ピストン２００の外面を六角形にして、外面の一点から空間４００を経て対面の一点に真っ直ぐに伸びる孔２０４１、２０６１を形成してもよい。孔２０４１と、孔２０６１とは、鏡映面ＭＰに対して鏡面対称である。この変形例においても、本実施例と同様に、時計回りの偶力モーメントと、反時計回りの偶力モーメントと、を同じ大きさにでき、下部ピストン２００を回転させようとする力を生じさせなくすることができる。なお、本実施例や、変形例において下部ピストン２００の外面を多角形にしているのは、孔２０４、２０６の穴開けを容易にするためである。すなわち、面に対して垂直に穴を開けることで、孔２０４、２０６を容易に形成することが出来る。

図６（Ｂ）は、他の変形例を示す説明図である。この変形例では、下部ピストン２００に形成された孔２０４２と２０６２は平行ではなく、互いに垂直である。また、孔２０４２と２０６２とは、鏡映面ＭＰについて鏡面対称の関係にある。このように、孔２０４２と２０６２とが平行でない場合であっても、鏡面対称であれば、回転モーメントは、偶力モーメントにはならなくても、時計回りの回転モーメントと、反時計回りの回転モーメントと、を同じ大きさに出来、下部ピストン２００を回転させようとする力が生じなくすることができる。なお、排出口２０４２ａから吹き出るガスによる力と、排出口２０４２ｂから吹き出るガスによる力とは、同じ大きさであり、同一線上で向きが逆であるため、打ち消し合う。排出口２０６２ａ、２０６２ｂから吹き出るガスによる力についても同様である。

図６（Ｃ）は、別の変形例を示す説明図である。この変形例では、下部ピストン２００は、４つの孔２０４３、２０４４、２０６３、２０６４を備えており、孔２０４３と孔２０６３とは平行であり、鏡映面ＭＰ１について鏡映対称である。また、孔２０４４と孔２０６４は平行であり、鏡映面ＭＰ２について鏡映対称である。この場合、孔２０４３と孔２０６３との関係は、本実施例の孔２０４、２０６の関係と同様であり、下部ピストン２００を回転させようとする力が生じなくすることができる。孔２０４４と、孔２０６４についても同様である。したがって、本実施例と同様に、下部ピストン２００を回転させようとする力が生じなくすることができる。

また、この変形例は、図６（Ｂ）と同様に考えることも出来る。この変形例の場合、孔２０４３と孔２０６４の関係は、図６（Ｂ）に示した孔２０４２、２０６２の関係と同じであり、鏡映面ＭＰ３について鏡映対称である。孔２０４４と孔２０６３の関係も、図６（Ｂ）に示した孔２０４２、２０６２の関係と同じであり、鏡映面ＭＰ４について鏡映対称である。したがって、図６（Ｂ）に示した変形例と同様に、下部ピストン２００を回転させようとする力が生じなくすることができる。このように、孔の数は、偶数であれば、２でなくてもよい。

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。

１０…調圧弁
２０…下部ケース
２２…凹部
２４…凹部
２６…側面孔
３０…上部ケース
３５…ネジ
３７…Ｏリング
２００…下部ピストン（ポペット）
２０２…中空部
２０４、２０６…孔
２０４ａ、２０４ｂ、２０６ａ、２０６ｂ…排出口
２１０…円錐形部分（弁体）
２２０…入力ポート
２２２…貫通孔
２２５…Ｏリング
２３０…ネジ
２５０…弁座
２５５…貫通孔
２６０…円筒部材
２７０…出力ポート
２７２…中空部
２７５…Ｏリング
２８０…ネジ
３００…上部ピストン
３０５…下部
３０７…円錐形部分
３１０…上部
３１２…縁
３１５…Ｏリング
３５０…バネ
４００、４１０、４２０、４３０…空間
４４０…隙間
２０４１、２０４２、２０４３、２０４４…孔
２０４２ａ、２０４２ｂ…排出口
２０６１、２０６２、２０６３、２０６４…孔
２０６２ａ、２０６２ｂ…排出口
ＭＰ、ＭＰ１、ＭＰ２、ＭＰ３、ＭＰ４…鏡映面
Ｎ１、Ｎ２…偶力モーメント
Ｏ…中心軸
Ｑ１〜Ｑ４…流量
Ｖ１〜Ｑ４…流速
ΔＰ…圧力損失

Claims (3)

1. 調圧弁であって、
   内側に中空部を有する弁体であって、前記弁体の外側の第１の点から前記中空部を経由して前記弁体の第２の点に向かって真っ直ぐに貫通する複数の貫通孔を有する弁体と、
   前記弁体と当たる弁座と、
   を備え、
   前記複数の貫通孔は、前記弁体の中心軸と垂直な方向と平行で、かつ、前記中心軸とねじれの位置にある孔であり、
   前記複数の貫通孔は太さが同じであり、
   前記複数の貫通孔の各々と前記中心軸との距離は、同じ大きさである、
   調圧弁。
2. 請求項１に記載の調圧弁において、
   前記複数の貫通孔は、前記中心軸と垂直な同一平面上に設けられている、調圧弁。
3. 請求項１または２に記載の調圧弁において、
   前記複数の貫通孔の数は偶数であり、前記複数の貫通孔は、前記中心軸を含む面に対して鏡映対称である、調圧弁。

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