JP2013254253A - 調圧弁 - Google Patents

Abstract

【課題】流体の噴流が生じる場合であっても、それに起因して発生し得る騒音を防止することが可能な調圧弁を提供する。
【解決手段】本発明による調圧弁１は、本体２に形成された孔部３１（流体流路）に設けられたピストン４及びポペット５と、それらのピストン４及びポペット５を接続するように絞り部６の通孔６１に遊挿された接続部７を備える。そして、絞り部６及び接続部７が、式（１）：Ｌ≧４（ｄ１−ｄ２）で表される関係を満たすことにより、絞り部６の出口側（下流側３１ｂ）に高圧流体の噴流が生じても、その噴流による渦流Ｍの発生を抑止して騒音を防止することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、調圧弁、特に高圧流体の調圧弁に関する。

流体流路に設けられ、流体圧を制御しながらその流体の流通を調節する調圧弁として、例えば特許文献１には、ばねを押圧するピストンに当接するスプリングを有し弁室に設けられたポペット弁体を備える液圧制御弁が記載されている。この液圧制御弁においては、ポペット弁体のスプリング座が偏心して形成されており、これにより、ポペット弁体のスプリングが軸方向に対して傾くように配置され、スプリング座と弁室の内壁との周囲に不均等な隙間が形成される。この状態で、流体はポペット弁体の周囲を不均一に流れ、その結果、ポペット弁体におけるスプリング座が偏心されている側の側壁を弁室の内壁に押圧させ、これにより、ポペット弁の振動を抑制して異音の発生を防止することを企図している。

特開平０７−１３７６２０号公報

しかし、本発明者が上記従来の液圧制御弁の構造について鋭意検討を行ったところ、流体が噴流（例えば、ある程度の流速を有する流体がノズルやオリフィス等の絞り部といった狭い空間から放出されるときの流れ）になっている場合には、ポペット弁を偏心させてスプリングを傾けても、その噴流に起因する騒音の発生を十分に抑止することが困難であることが判明した。

そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、流体の噴流が生じる場合であっても、それに起因して発生し得る騒音を防止することが可能な調圧弁を提供すること目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係る調圧弁は、流体流路に設けられており、且つ、流体が流通可能な通孔を有する絞り部と、流体流路における絞り部の一側（下流側及び上流側の一方：通常、下流側）に設けられたポペットと、流体流路における絞り部の他側（下流側及び上流側の他方：通常、上流側）に設けられたピストンと、通孔に遊挿され、棒状又は管状をなし、且つ、ピストンとポペットとを接続する接続部とを備えており、絞り部及び接続部が、下記式（１）；
Ｌ≧４（ｄ１−ｄ２） …（１）、
で表される関係を満たす。なお、式中、Ｌは、接続部における絞り部とピストンとの間の距離を示し、ｄ１は、絞り部における通孔の径を示し、ｄ２は、絞り部の通孔における接続部の外径を示す。

このように構成された調圧弁においては、例えば、ピストンの先方にばね等の弾性体が接続されており、流体流路に設けられた絞り部の通孔を流通する流体の圧力と弾性体の付勢圧に応じて、通孔に遊挿された接続部を介して接続されたピストン及びポペットが連動する。具体的には、例えば流体流路における一側（ポペット側；上流側）から他側（ピストン側；下流側）へ向かう流体圧力が弾性体の付勢圧を上回ると、ポペットは絞り部側に移動し、ポペットと絞り部との間の流路面積が小さくなり、その結果、ピストン側（下流側）の流体圧力が低下する。

ここで、流体がポペット側からピストン側へ向かって絞り部を通過する際、流体の圧力が高ければ高いほど噴流となり易く、絞り部の下流側に渦流が発生し得る。このとき、絞り部の出口からある一定の距離まではポテンシャル領域と呼ばれ、このポテンシャル領域においては、強い渦流が生起される一方、ポテンシャル領域よりも下流では、渦流が崩壊し、いわゆる発達領域に移行する。ポテンシャル領域でそのような強い渦流が生じると、それに起因する騒音が発生してしまう。

これに対し、本発明者の知見によれば、絞り部及び接続部が、上記式（１）で表される関係を満たす、つまり、接続部における絞り部とピストンとの間の距離Ｌが、絞り部における通孔の径ｄ１と絞り部の通孔における接続部の外径ｄ２との差の４倍であると、渦流の発生が抑止され、騒音の発生を防止することができることが確認された。

以上のことから、本発明の調圧弁によれば、絞り部と接続部が上記式（１）で表される関係を満たすので、絞り部を通過する流体が噴流となる場合であっても、絞り部の出口の下流側に強い渦流が生じてしまうことを有効に抑止することができ、これにより、噴流に起因して発生し得る騒音を防止することができる。

本発明による調圧弁の好適な一実施形態の構成を概略的に示す模式断面図である。 図１に示す調圧弁の一部を示す模式断面図である。 絞り部とピストンとの間の距離Ｌと、通孔の径ｄ１及び接続部の外径ｄ２の差との関係における渦流の発生延いては騒音の発生を抑止することができる条件を示すグラフである。 従来の調圧弁の一例の一部を示す模式断面図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。また、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。

図１は、本発明による調圧弁の好適な一実施形態の構成を概略的に示す模式断面図であり、図２は、図１に示す調圧弁の一部を示す模式断面図である。調圧弁１は、本体２のばね室２１内に収容され、且つ、一方端がばね室２１の上壁２１ａの内面に当接するばね２２と、底板を有する円筒状をなし、且つ、ばね２２の他方端が当接するばね受２３を備えている。また、本体２には、ばね室２１に連通する孔部３１，３２が形成されている。

孔部３１は、段付き孔であり、その細径部には、略棒状をなし、且つ、ばね受２３の底壁２３ａに接続されるピストン４が遊動可能に設置されており、また、その太径部には、一部略棒状及び他部略管状をなすポペット５が遊動可能に設置されている。さらに、孔部３１における細径部と太径部との境界部分には、流体が流通可能な通孔６１を有する絞り部６が設けられており、その通孔６１には、棒状をなし、且つ、ピストン４とポペット５とを接続する接続部７が遊挿設置されている。また、図２に示す如く、接続部７に接続されるピストン４の端部４ａは、先細りテーパ状（図示下向きに徐々に縮径する態様）に形成されており、また、接続部７に接続されるポペット５の端部５ａも、先細りテーパ状（図示上向きに徐々に縮径する態様）に形成されている。さらにまた、絞り部６の通孔６１の内周壁面６ａは、ポペット５の端部５ａと対向する角部が環状に面取りされている。

図１に戻り、ばね受２３の側壁２３ｂの外面には環状溝２３ｃが形成されており、その環状溝２３ｃには、例えばＯリング等の環状をなす封止部材２４が嵌入されている。封止部材２４は、ばね室２１の側壁２１ｂの内面に当接した状態で摺動可能に設けられている。この封止部材２４によって、ばね室２１の内部空間が、図示上下領域に隔絶される。これにより、互いに連通する孔部３１，３２、及び、ばね室２１における封止部材２４よりも図示下方の空間領域２１ｋから、流体流路が画成される。

このように構成された調圧弁１は、流体流路における上流側の流体圧力を所定の圧力に減圧及び安定化させて下流側に供給するためのものである。すなわち、高圧流体が、図２に白抜き矢印で示すとおり、孔部３１における上流側３１ａ（絞り部６の前段）から図示上向きに流れると、ポペット５が、絞り部６側に移動（上昇）し、絞り部６の通孔６１とポペット５の端部５ａとの間の流路面積が小さくなる。こうなると、高圧流体が絞り部６を通過する際に圧損が生じ、孔部３１における下流側３１ｂ（絞り部６の後段）の流体圧力が上流側３１ａに比して低下する。

ここで、図４は、従来の調圧弁の一例の一部を示す模式断面図である。従来の調圧弁１０は、ピストン４、ポペット５、及び接続部７に代えて、それぞれピストン４０、ポペット５０、及び接続部７０を備えること以外は、図１及び図２に示す本発明による調圧弁１と同様に構成されたものである。ピストン４０、ポペット５０、及び接続部７０は、部材としてピストン４、ポペット５、及び接続部７と同様の機能を有するものではあるが、調圧弁１０は、後述する式（１）に示す調圧弁１における寸法形状パラメータの条件を満たしていない点において、調圧弁１と異なる。

かかる構成の従来の調圧弁１０においては、高圧流体が、図４に白抜き矢印で示すとおり、流体流路における上流側から図示上向きに流れると、ポペット５０が、絞り部６側に上昇し、絞り部６の通孔６１とポペット５０の端部との間の流路面積が小さくなり、流体流路における下流側の流体圧力が上流側に比して低下する。

このように高圧流体が絞り部６を通過する際、高圧流体の流れは噴流となる傾向にあり、通孔６１から勢いよく噴出する流体が、接続部７０及びピストン４０の壁面に沿って流れるときに強い渦流Ｍが生起され、一定の距離を流れる間にその渦流Ｍは成長する。つまり、絞り部６の通孔６１の出口からある一定の距離までのポテンシャル領域と呼ばれる領域において、強い渦流Ｍが生起され、その渦流Ｍによってピストン４０、ポペット５０、及び接続部７０が激しく揺動され、それに起因して、調圧弁１０において騒音が発生してしまう。

このような従来の調圧弁１０に対し、本発明による調圧弁１は、図２に示す絞り部６及び接続部７の形状パラメータＬ，ｄ１，ｄ２が下記式（１）；
Ｌ≧４（ｄ１−ｄ２） …（１）、
で表される関係を満たす。式中、Ｌは、接続部７における絞り部６とピストン４との間の距離を示し、ｄ１は、絞り部６における通孔６１の径（内径）を示し、ｄ２は、絞り部６の通孔６１における接続部７の外径を示す。

本発明者が、これらの形状パラメータＬ，ｄ１，ｄ２を種々変化させ、絞り部６の通孔６１よりも下流側３１ｂにおける渦流Ｍの発生及び消滅、並びに、騒音の発生の有無を、実験及びシミュレーションにより観測及び確認したところ、上記式（１）で表される関係が満たされる条件においては、騒音の発生を有効に防止することが可能であることが判明した。すなわち、絞り部６とピストン７との間の距離Ｌと、通孔６１の径ｄ１及び接続部７の外径ｄ２の差との関係を模式的に示すグラフである図３における斜線の領域において、渦流Ｍの発生を抑止して騒音の発生を効果的に防止することができる。

これは、上記式（１）の条件が満たされる場合、絞り部６の通孔６１の出口の下流側３１ｂに、渦流Ｍが発生し難くなるような、或いは、渦流Ｍが発生してもそれが速やかに消滅し易くなるような十分な空間が画成されることによるものと推察される（ただし、作用機序はこれに限定されない。）。

なお、上述したとおり、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない限度において様々な変形が可能である。例えば、ピストン４、ポペット５、及び接続部７等は、全体又は一部が中実でも中空であってもよい。また、高圧流体が気体であっても液体であっても、本発明は極めて有用である。

以上説明したとおり、本発明による調圧弁は、絞り部と接続部が上記式（１）で表される関係を満たすので、絞り部を通過する流体が噴流となる場合であっても、絞り部の出口の下流側に強い渦流が生じてしまうことを有効に抑止することができ、これにより、噴流延いては渦流に起因して発生し得る騒音を防止することができるので、特に高圧流体を扱う機器、システム、設備等、及び、それらの製造に広く且つ有効に利用することができる。

１：調圧弁
２：本体
２１：ばね室
２１ａ：ばね室２１の上壁
２１ｂ：ばね室２１の側壁
２１ｋ：空間領域（流体流路）
２２：ばね
２３：ばね受
２３ａ：ばね受２３の底壁
２３ｂ：ばね受２３の側壁
２３ｃ：環状溝
２４：封止部材
３１，３２：孔部（流体流路）
３１ａ：上流側
３１ｂ：下流側
４：ピストン
４ａ：ピストン４の端部
５：ポペット
５ａ：ポペット５の端部
６：絞り部
６ａ：通孔６１の内周壁面
６１：通孔
７：接続部
Ｍ：渦流
Ｌ：接続部７における絞り部６とピストン４との間の距離
ｄ１：絞り部６における通孔６１の径（内径）
ｄ２：絞り部６の通孔６１における接続部７の外径
１０：従来の調圧弁
４０：ピストン（従来）
５０：ポペット（従来）
７０：接続部（従来）

Claims (1)

1. 流体流路に設けられており、且つ、該流体が流通可能な通孔を有する絞り部と、
   前記流体流路における前記絞り部の一側に設けられ、且つ、前記通孔の径よりも大きい外径を有するポペットと、
   前記流体流路における前記絞り部の他側に設けられ、且つ、前記通孔の径よりも大きい外径を有するピストンと、
   前記通孔に遊挿され、棒状又は管状をなし、且つ、前記ポペットと前記ピストンとを接続する接続部と、
   を備えており、
   前記絞り部及び前記接続部が、下記式（１）；
   Ｌ≧４（ｄ１−ｄ２） …（１）、
   Ｌ：前記接続部における前記絞り部と前記ピストンとの間の距離、
   ｄ１：前記絞り部における前記通孔の径、
   ｄ２：前記絞り部の前記通孔における前記接続部の外径、
   で表される関係を満たす、
   調圧弁。

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