JP2014127145A

JP2014127145A - 減圧弁

Info

Publication number: JP2014127145A
Application number: JP2012285492A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Nomichi; 薫野道; Makoto Ninomiya; 誠二宮; Yutaka Suzuki; 豊鈴木
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2014-07-07

Abstract

【課題】一次圧力の流体を中間圧力に減圧した後に二次圧力に減圧する減圧弁において応答性を向上させる。
【解決手段】減圧弁１は、ハウジング４内に一次圧力Ｐ_１の流体を中間圧力Ｐ_Ｍに減圧する第１減圧部４０と、中間圧力Ｐ_Ｍの流体を二次圧力Ｐ_２に減圧する第２減圧部６０と、第１減圧部４０によって減圧された流体を第２減圧部６０に供給する中間通路１０とを備え、第１減圧部４０は、一次圧力室と第１中間圧力室と第１弁体４１とを有し、第２減圧部６０は、第２中間圧力室と二次圧力室と第２弁体６１とを有し、第１減圧部４０の第１弁体４１と第２減圧部６０の第２弁体６１と中間通路１０とが同軸上に配置されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、一次圧力の流体を二次圧力に減圧する減圧弁に関する。

周知のように、例えば圧縮天然ガスや圧縮水素ガスなどの流体を利用する装置では、高圧の流体を貯留する高圧流体貯留源から供給された流体を所定の使用圧力に減圧して使用することが行われ、高圧流体貯留源と装置との間には、高圧の流体を所定の使用圧力に減圧する減圧弁が配設されている。

このような減圧弁として、高圧流体貯留源に接続される一次ポートと、装置に接続される二次ポートと、一次ポートと二次ポートとを接続する弁通路を開く開位置と弁通路を閉じる閉位置との間で軸方向に移動する弁体とを備え、一次ポートに供給された一次圧力の流体を二次圧力に減圧して二次ポートに供給するものが知られている。

また、一次ポートに供給された一次圧力の流体を一次圧力より低圧の中間圧力に減圧し、減圧された中間圧力の流体を中間圧力より低圧の二次圧力に減圧し、一次圧力の流体を二段階に減圧して二次圧力に減圧するようにした減圧弁も知られている。

例えば特許文献１には、このように二段階に減圧する減圧弁が開示されている。図９及び図１０に示すように、この減圧弁１００では、一次ポート１０１から供給された一次圧力の流体が、第１連通路１０２、第１開閉弁１０３、第２連通路１０４を介して第１減圧部１１０に供給され、第１減圧部１１０によって中間圧力に減圧され、減圧された中間圧力の流体が第３連通路１０５を介して第２減圧部１２０に供給され、第２減圧部１２０によって二次圧力に減圧され、減圧された二次圧力の流体が第４連通路１０６を介して第４連通路１０６に接続された二次ポート（不図示）に供給されるようになっている。

特開２００１−３０４４９９号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載のものは、第１減圧部１１０と第２減圧部１２０が近接して配置されているものの、第１減圧部１１０を構成する第１弁体１１１と第２減圧部１２０を構成する第２弁体１２１は、第１弁体１１１の中心軸Ｃ１１１と第２弁体１２１の中心軸Ｃ１２１とが直交するように配置されている。

このため、第１減圧部１１０と第２減圧部１２０とを接続する第３連通路１０５は、第１減圧部１１０の構成に依存して第１弁体１１１の中心軸Ｃ１１１と直交する方向に第１減圧部１１０の構成部材の外方まで延びるように形成されている。したがって、減圧弁１００では、第１減圧部１１０と第２減圧部１２０とを接続する第３連通路１０５の容積が大きくなり、二次圧力の変動に対する応答性が遅くなるという問題がある。

そこで、本発明は、一次圧力を中間圧力に減圧した後に二次圧力に減圧する減圧弁において応答性を向上させることを基本的な目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。

まず、本願の請求項１に係る発明は、一次ポート及び二次ポートが形成されたハウジングを備えると共に、該ハウジング内に、前記一次ポートに供給された一次圧力の流体を前記一次圧力より低圧の中間圧力に減圧する第１減圧部と、前記中間圧力の流体を前記中間圧力より低圧の二次圧力に減圧して前記二次ポートに供給する第２減圧部と、前記第１減圧部によって減圧された前記中間圧力の流体を前記第２減圧部に供給する中間通路とを備えた減圧弁であって、前記第１減圧部は、前記一次ポートに接続される一次圧力室と、前記中間通路に接続される第１中間圧力室と、前記一次圧力室と前記第１中間圧力室とを連通する開位置と前記一次圧力室と前記第１中間圧力室との連通を閉じる閉位置との間で軸方向に移動する第１弁体とを有し、前記第２減圧部は、前記中間通路に接続される第２中間圧力室と、前記二次ポートに接続される二次圧力室と、前記第２中間圧力室と前記二次圧力室とを連通する開位置と前記第２中間圧力室と前記二次圧力室との連通を閉じる閉位置との間で軸方向に移動する第２弁体とを有し、前記第１減圧部の第１弁体と、前記第２減圧部の第２弁体と、前記中間通路とが同軸上に配置されていることを特徴とする。

また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記第１弁体は、前記一次圧力を受圧する一次圧力受圧面と、前記中間圧力を受圧する第１中間圧力受圧面とを備えた第１ピストンから構成され、前記第２弁体は、前記中間圧力を受圧する第２中間圧力受圧面と、前記二次圧力を受圧する二次圧力受圧面とを備えた第２ピストンから構成され、前記第１ピストン及び前記第２ピストンはそれぞれ、転がり軸受によって支持されていることを特徴とする。

更に、本願の請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明において、前記第１ピストンの第１中間圧力受圧面が略平面状に形成されると共に、前記ハウジングの前記第１中間圧力受圧面に対向する面が略平面状に形成されていることを特徴とする。

また更に、本願の請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３の何れか１項に係る発明において、前記中間通路は、該中間通路を規定する前記ハウジングの軸方向における強度上必要とされる肉厚に応じて軸方向長さが設定され、前記中間通路の軸方向長さは、前記中間圧力、前記二次圧力、及び前記ハウジングの材質に基づいて設定されることを特徴とする。

以上の構成により、本願各請求項の発明によれば、次の効果が得られる。

まず、本願の請求項１に係る発明によれば、ハウジング内に、一次圧力の流体を中間圧力に減圧する第１減圧部と、中間圧力の流体を二次圧力に減圧する第２減圧部と、第１減圧部によって減圧された流体を第２減圧部に供給する中間通路とを備え、第１減圧部の第１弁体と第２減圧部の第２弁体と中間通路とが同軸上に配置されている。これにより、一次圧力の流体を中間圧力に減圧した後に二次圧力に減圧する減圧弁において、第１減圧部の弁体と第２減圧部の弁体とを直交する方向に配置する場合に比して、第１減圧部の構成に依存することなく中間通路を短く形成することができるので、中間通路の容積を小さくすることができ、減圧弁の応答性を向上させることができる。

また、本願の請求項２に係る発明によれば、第１弁体は、一次圧力受圧面と第１中間圧力受圧面とを備えた第１ピストンから構成され、第２弁体は、第２中間圧力受圧面と二次圧力受圧面とを備えた第２ピストンから構成され、第１ピストン及び第２ピストンはそれぞれ転がり軸受によって支持されている。これにより、ピストンの傾き及び偏芯を小さくすることができるので、ピストンがハウジングに接触して摺動抵抗が増加することを抑制することができ、減圧弁の信頼性を向上させることができる。

また、ピストンの摺動抵抗の増加を抑制することができることから、二次圧力の変化にピストンが素早く反応して移動することができ、減圧弁の応答性をさらに向上させることができる。さらに、ピストンの傾き及び偏芯を小さくすることができることから、ピストンとハウジングとのかじり抑制と、ピストンに装着されるシール部材の偏摩耗防止ができ、減圧弁の耐久性を向上させることができる。

更に、本願の請求項３に係る発明によれば、第１ピストンの第１中間圧力受圧面が略平面状に形成されると共に、ハウジングの第１中間圧力受圧面に対向する面が略平面状に形成されていることにより、第１中間圧力受圧面の一部が窪んで形成される場合に比して、第１減圧部において中間通路に連通される第１中間圧力室の容積を小さくすることができ、前記効果をより有効に奏することができる。

また更に、本願の請求項４に係る発明によれば、中間通路は、該中間通路を規定するハウジングの軸方向における強度上必要とされる肉厚に応じて軸方向長さが設定され、中間通路の軸方向長さは、中間圧力、二次圧力、及びハウジングの材質に基づいて設定されることにより、前記効果を有効に実現し得る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に示す減圧弁の第１減圧部を拡大して示す拡大断面図である。図２におけるＡ１部を拡大して示す要部拡大図である。図２におけるＡ２部を拡大して示す要部拡大図である。図２におけるＡ３部を拡大して示す要部拡大図である。図１に示す減圧弁の第２減圧部を拡大して示す要部拡大図である。図１におけるＡ４部を拡大して示す要部拡大図である。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。従来の減圧弁を示す断面図である。図９に示す減圧弁の要部を拡大して示す要部拡大図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、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に示すように、本発明の第１実施形態に係る減圧弁１は、圧縮天然ガスや圧縮水素ガスなどの高圧の流体を中間圧力に減圧した後に所定の使用圧力に減圧するための減圧弁であり、一次圧力の流体が供給される一次ポート２と、所定の使用圧力に減圧した二次圧力の流体を排出する二次ポート３とが形成されたハウジング４を備えている。

ハウジング４は、中心軸Ｃ１を有して略円筒状に形成され、軸方向一端側に一次ポート２が設けられ、軸方向他端側に二次ポート３が設けられている。ハウジング４には、一次ポート２に繋がる一次側通路５と、一次側通路５に繋がる第１空間６と、二次ポート３に繋がる二次側通路７と、二次側通路７に繋がる第２空間８と、第１空間６と第２空間８とに繋がる中間通路１０とが形成されている。

一次側通路５、第１空間６、中間通路１０、第２空間８及び二次側通路７はそれぞれ略円柱状に開口され、一次側通路５、第１空間６、中間通路１０、第２空間８及び二次側通路７の順にハウジング４の軸方向一端側から軸方向他端側に同軸上に配置されている。

第１空間６には、第１弁体としての第１ピストン４１と、第１ピストン４１を支持する第１転がり軸受４２と、第１ピストン４１を付勢する第１付勢部材としての第１ばね部材４３とが収容されると共に、ハウジング４と第１ピストン４１とによって一次側通路５と中間通路１０とに繋がる第１弁通路１１が形成されている。

第２空間８には、第２弁体としての第２ピストン６１と、第２ピストン６１を支持する第２転がり軸受６２と、第２ピストン６１を付勢する第２付勢部材としての第２ばね部材６３とが収容されると共に、ハウジング４と第２ピストン６１とによって中間通路１０と二次側通路７とに繋がる第２弁通路１２が形成されている。

本実施形態では、ハウジング４内には、一次圧力Ｐ_１の流体を一次圧力Ｐ_１より低圧の中間圧力Ｐ_Ｍに減圧する第１減圧部４０と、中間圧力Ｐ_Ｍの流体を中間圧力Ｐ_Ｍより低圧の二次圧力Ｐ_２に減圧して二次ポート３に供給する第２減圧部６０と、第１減圧部４０によって減圧された中間圧力Ｐ_Ｍの流体を第２減圧部６０に供給する中間通路１０とが設けられている。

第１減圧部４０は、ハウジング４、第１ピストン４１、第１転がり軸受４２及び第１ばね部材４３によって構成され、第２減圧部６０は、ハウジング４、第２ピストン６１、第２転がり軸受６２及び第２ばね部材６３によって構成されている。

図２は、図１に示す減圧弁の第１減圧部を拡大して示す拡大断面図である。ハウジング４内の第１空間６は、略断面円形状に形成され、図２に示すように、第１空間６内に、第１ピストン４１、第１転がり軸受４２及び第１ばね部材４３が同軸上に収容されている。

第１ピストン４１は、略円柱状に形成され、基部４１ａと、先端部４１ｂと、基部４１ａと先端部４１ｂとの間の中間部４１ｃとを有している。基部４１ａは、先端部４１ｂ及び中間部４１ｃに比して外径寸法が大きく外方に突出するように形成されている。

第１ピストン４１の先端部４１ｂは、一次側通路５の開口に対向して配置されている。ハウジング４には、一次側通路５の開口の周りに円環状の突起部１３が形成されており、第１ピストン４１の先端部４１ｂには、突起部１３に対向する位置にシート部４４が配設されている。

第１ピストン４１は、シート部４４がハウジング４の突起部１３に当接して第１弁通路１１を閉じる閉位置と、シート部４４がハウジング４の突起部１３と離間して第１弁通路１１を開く開位置との間で軸方向に移動可能に構成されている。

第１ピストン４１が開位置に位置するとき、第１ピストン４１の先端部４１ｂ
とハウジング４の突起部１３との間にオリフィス１４が形成されている。オリフィス１４によって、第１弁通路１１は、オリフィス１４の内側にある一次側領域１５と、オリフィス１４の外側にある二次側領域１６とに分けられる。

一次側領域１５には、一次ポート２を通じて一次圧力Ｐ_１の流体が供給され、一次側領域１５は、一次ポート２に接続される一次圧力室を構成する。第１ピストン４１の先端部４１ｂに配置されたシート部４４は、一次側領域１５に供給された流体の一次圧力Ｐ_１を受圧する一次圧力受圧面を構成する。

二次側領域１６は、ハウジング４と第１ピストン４１の先端部４１ｂとの間に形成された円環通路１７及び第１ピストン４１に形成された連通孔４５を通じて、第１ピストン４１の基部４１ａとハウジング４の基部４１ａとの対向面１８との間に形成された第１中間圧力室１９に繋がっている。

第１ピストン４１の連通孔４５は、第１ピストン４１の半径方向に延びる径方向連通部４５ａと第１ピストン４１の軸方向に延びる軸方向連通部４５ｂとを有し、径方向連通部４５ａと軸方向連通部４５ｂとは、第１ピストン４１の先端部４１ｂにおいて繋がっている。

このようにして、二次側領域１６は、円環通路１７、径方向連通部４５ａ及び軸方向連通部４５ｂを通じて第１中間圧力室１９に繋がっている。第１弁通路１１は、一次側領域１５、二次側領域１６、円環通路１７、径方向連通部４５ａ、軸方向連通部４５ｂ及び第１中間圧力室１９によって構成されている。

第１ピストン４１の基部４１ａとハウジング４の対向面１８とは略平面状に形成されているが、第１ピストン４１の基部４１ａは、対向面１８側の端面４１ｄに平面視で十字状の溝部４６が形成されている。第１ピストン４１の基部４１ａとハウジング４の対向面１８との間には、中間通路１０に接続される第１中間圧力室１９が溝部４６を含んで形成されている。

第１中間圧力室１９には、一次圧力Ｐ_１の流体がオリフィス１４によって所定の中間圧力Ｐ_Ｍに減圧された状態で供給される。第１ピストン４１の基部４１ａの端面４１ｄは、第１中間圧力室１９に供給された中間圧力Ｐ_Ｍの流体から中間圧力Ｐ_Ｍを受圧する第１中間圧力受圧面を構成する。

図３は、図２におけるＡ１部を拡大して示す要部拡大図である。図３に示すように、第１ピストン４１は、中間部４１ｃが第１転がり軸受４２によって軸方向に移動可能に支持されている。第１転がり軸受４２は、直動型ボールガイドであり、略円筒状に形成されている。

第１転がり軸受４２は、ハウジング４に形成された略円筒状の支持部２０と第１ピストン４１との間に配置されている。第１転がり軸受４２は、第１ピストン４１の中間部４１ｃを径方向外側から支持し、第１ピストン４１の重心点Ｇ１を支持するように配置されている。

第１転がり軸受４２は、略円筒状に形成されたブッシュ４２ａと、略円筒状に形成されてブッシュ４２ａ内に配置されたリテーナ４２ｂと、リテーナ４２ｂに形成された複数の孔に転動可能に嵌め込まれた複数のボール４２ｃとを備え、複数のボール４２ｃは、軸方向に平行に並んで配設されると共に周方向全体に並んで配設されている。

第１転がり軸受４２は、ブッシュ４２ａがハウジング４の支持部２０の内面に固定されて配設されている。第１転がり軸受４２のボール４２ｃは、ブッシュ４２ａの内周面と第１ピストン４１の外周面とに当接するように配設され、第１ピストン４１が軸方向に移動する際に転動して円滑に移動することができるようになっている。第１転がり軸受４２、具体的にはボール４２ｃと第１ピストン４１との隙間ｔ１は略ゼロに設定されている。

図４は、図２におけるＡ２部を拡大して示す要部拡大図である。図４に示すように、第１ピストン４１は、先端部４１ｂでは、先端部４１ｂの外周面とハウジング４の支持部２０の内周面との間に隙間ｔ２を有するように配設されている。隙間ｔ２は、隙間ｔ１より大きく設定されている。

第１ピストン４１の先端部４１ｂには、外周にシール部材が装着される第１環状溝部４７が形成され、第１環状溝部４７には、シール部材４８が嵌め込まれている。シール部材４８によって第１ピストン４１の先端部４１ｂとハウジング４の支持部２０とが密閉されている。

図５は、図２におけるＡ３部を拡大して示す要部拡大図である。図５に示すように、第１ピストン４１は、基部４１ａでは、基部４１ａの外周面とハウジング４の内周面との間に隙間ｔ３を有するように配設されている。隙間ｔ３は、隙間ｔ１より大きく設定されている。

第１ピストン４１の基部４１ａには、外周にシール部材が装着される第２環状溝部４９が形成され、第２環状溝部４９には、シール部材５０が嵌め込まれている。シール部材５０によって第１ピストン４１の基部４１ａとハウジング４とが密閉されている。

このように、第１ピストン４１は、基部４１ａと先端部４１ｂとがそれぞれシール部材４８と５０とによってハウジング４と密閉された状態で、中間部４１ｃが第１転がり軸受４２によって支持され、軸方向に移動可能に構成されている。前述したように、この第１ピストン４１は、第１中間圧力室１９に供給された流体の中間圧力Ｐ_Ｍを受圧して閉位置に移動される。

一方、第１ばね部材４３は、第１ピストン４１を開位置に付勢するように第１ピストン４１とハウジング４との間で支持部２０の外側に配置されている。第１ばね部材４３は、圧縮コイルばねであり、ハウジング４の第１ばね受け部２１と第１ピストン４１の基部４１ａとの間に所定の圧縮状態で取り付けられている。

第１ばね部材４３が配置される第１ばね収容室２２は、ハウジング４に形成された大気連通孔２３により大気に開放されている。第１ばね収容室２２は、シール部材４８によって円環通路１７と隔離され、シール部材５０によって第１中間圧力室１９と隔離され、第１弁通路１１と隔離されている。

このようにして構成される第１減圧部４０では、第１ピストン４１が第１ばね部材４３によって開位置に付勢された状態で、一次ポート２に一次圧力Ｐ_１の流体が供給され、一次圧力Ｐ_１の流体は、オリフィス１４を通過する際に中間圧力Ｐ_Ｍに減圧されて二次側領域１６に供給され、円環通路１７、連通孔４５及び第１中間圧力室１９を通じて中間通路１０に供給される。

中間圧力Ｐ_Ｍの流体が第１中間圧力室１９に供給されると、第１ピストン４１の第１中間圧力受圧面４１ｄに中間圧力Ｐ_Ｍが作用して第１ピストン４１が閉位置に向かって移動する。第１ピストン４１は、中間圧力Ｐ_Ｍによる閉位置に押圧する押圧力と第１ばね部材４３による開位置に付勢する付勢力とに応じて移動される。

第１ピストン４１が閉位置に移動した場合においても、中間圧力Ｐ_Ｍが減少すると、第１中間圧力受圧面４１ｄに作用する押圧力が低下して第１ばね部材４３による付勢力より小さくなり、第１ピストン４１は開位置に移動してオリフィス１４を開口させて中間圧力Ｐ_Ｍを増加させ、中間圧力Ｐ_Ｍが維持される。このようにして、第１減圧部４０は、一次ポート２に供給された一次圧力Ｐ_１の流体を中間圧力Ｐ_Ｍに減圧する。

図６は、図１に示す減圧弁の第２減圧部を拡大して示す要部拡大図である。図６に示すように、第２減圧部６０は、第１減圧部４０と略同様に構成されている。第２空間８は、略断面円形状に形成され、第２空間８内に、第２ピストン６１、第２転がり軸受６２及び第２ばね部材６３が同軸上に収容されている。

第２ピストン６１は、第１ピストン４１と略同様に形成され、基部６１ａと、先端部６１ｂと、中間部６１ｃとを有している。基部６１ａは、先端部６１ｂ及び中間部６１ｃに比して外径寸法が大きく外方に突出するように形成されている。

第２ピストン６１の先端部６１ｂは、中間通路１０の開口に対向して配置されている。ハウジング４には、中間通路１０の開口の周りに円環状の突起部２４が形成されており、第２ピストン６１の先端部６１ｂには、突起部２４に対向する位置にシート部６４が配設されている。

第２ピストン６１は、シート部６４がハウジング４の突起部２４に当接して第２弁通路１２を閉じる閉位置と、シート部６４がハウジング４の突起部２４と離間して第２弁通路１２を開く開位置との間で軸方向に移動可能に構成されている。

第２ピストン６１が開位置に位置するとき、第２ピストン６１の先端部６１ｂとハウジング４の突起部２４との間にオリフィス２５が形成されている。オリフィス２５によって、第２弁通路１２は、オリフィス２５の内側にある一次側領域２６と、オリフィス２５の外側にある二次側領域２７とに分けられる。

一次側領域２６には、中間通路１０を通じて中間圧力Ｐ_Ｍの流体が供給され、一次側領域２６は、中間通路１０に接続される第２中間圧力室を構成する。第２ピストン６１の先端部６１ｂに配置されたシート部６４は、一次側領域２６に供給された流体の中間圧力Ｐ_Ｍを受圧する第２中間圧力受圧面を構成する。

二次側領域２７は、ハウジング４と第２ピストン６１の先端部６１ｂとの間に形成された円環通路２８及び第２ピストン６１に形成された連通孔６５を通じて、第２ピストン６１の基部６１ａとハウジング４の基部６１ａとの対向面２９との間に形成された二次圧力室３０に繋がっている。

第２ピストン６１の連通孔６５は、第２ピストン６１の半径方向に延びる径方向連通部６５ａと、第２ピストン６１の軸方向に延びる軸方向連通部６５ｂとを有し、径方向連通部６５ａと軸方向連通部６５ｂとは、第２ピストン６１の先端部６１ｂにおいて繋がっている。

このようにして、二次側領域２７は、円環通路２８、径方向連通部６５ａ及び軸方向連通部６５ｂを通じて二次圧力室３０に繋がっている。第２弁通路１２は、一次側領域２６、二次側領域２７、円環通路２８、径方向連通部６５ａ、軸方向連通部６５ｂ及び二次圧力室３０によって構成されている。

第２ピストン６１の基部６１ａは、対向面２９側の端面６１ｄに、円柱状に開口した第１溝部３１と、第１溝部３１の外周側において径方向に延びる４つの第２溝部３２とが形成されている。４つの第２溝部３２は、周方向に等間隔に設けられている。第２ピストン６１の基部６１ａとハウジング４の対向面２９との間には、二次側通路７に接続される二次圧力室３０が第１溝部３１及び第２溝部３２を含んで形成されている。

二次圧力室３０には、中間圧力Ｐ_Ｍの流体がオリフィス２５によって所定の二次圧力Ｐ_２に減圧された状態で供給される。第２ピストン６１の基部６１ａの端面６１ｄは、二次圧力室３０に供給された二次圧力Ｐ_２の流体から二次圧力Ｐ_２を受圧する二次圧力受圧面を構成する。

第２ピストン６１は、第１ピストン４１と同様に、中間部６１ｃが第２転がり軸受６２によって軸方向に移動可能に支持されている。第２転がり軸受６２は、直動型ボールガイドであり、第１転がり軸受４２と同様に構成されている。

第２ピストン６１はまた、第１ピストン４１と同様に、先端部６１ｂでは、第１環状溝部６７に嵌め込まれたシール部材６８によって第２ピストン６１の先端部６１ｂとハウジング４の支持部３３とが密閉され、基部６１ａでは、第２環状溝部６９に嵌め込まれたシール部材７０によって第２ピストン６１の基部６１ａとハウジング４とが密閉されている。

このように、第２ピストン６１についても、基部６１ａと先端部６１ｂとがそれぞれシール部材６８と７０とによってハウジング４と密閉された状態で、中間部６１ｃが第２転がり軸受６２によって支持され、軸方向に移動可能に構成されている。前述したように、この第２ピストン６１は、二次圧力室３０に供給された流体の二次圧力Ｐ_２を受圧して閉位置に移動される。

一方、第２ばね部材６３は、第２ピストン６１を開位置に付勢するように第２ピストン６１とハウジング４との間で支持部３３の外側に配置されている。第２ばね部材６３は、圧縮コイルばねであり、ハウジング４の第２ばね受け部３４と第２ピストン６１の基部６１ａとの間に所定の圧縮状態で取り付けられている。

第２ばね部材６３が配置される第２ばね収容室３５は、ハウジング４に形成された大気連通孔３６により大気に開放されている。第２ばね収容室３５は、シール部材６８によって円環通路２８と隔離され、シール部材７０によって二次圧力室３０と隔離され、第２弁通路１２と隔離されている。

このようにして構成される第２減圧部６０では、第２ピストン６１が第２ばね部材６３によって開位置に付勢された状態で、第１減圧部４０によって減圧された中間圧力Ｐ_Ｍの流体が中間通路１０から供給され、中間圧力Ｐ_Ｍの流体は、オリフィス２５を通過する際に二次圧力Ｐ_２に減圧されて二次側領域２７に供給され、円環通路２８、連通孔６５及び二次圧力室３０を通じて二次側通路７に供給される。

二次圧力Ｐ_２の流体が二次圧力室３０に供給されると、第２ピストン６１の二次圧力受圧面６１ｄに二次圧力Ｐ_２が作用して第２ピストン６１が閉位置に向かって移動する。第２ピストン６１は、二次圧力Ｐ_２による閉位置に押圧する押圧力と第２ばね部材６３による開位置に付勢する付勢力とに応じて移動される。

第２ピストン６１が閉位置に移動した場合においても、二次圧力Ｐ_２が減少すると、二次圧力受圧面６１ｄに作用する押圧力が低下して第２ばね部材６３による付勢力より小さくなり、第２ピストン６１は開位置に移動してオリフィス２５を開口させて二次圧力Ｐ_２を増加させ、二次圧力Ｐ_２が維持される。このようにして、第２減圧部６０では、中間通路１０に供給された中間圧力Ｐ_Ｍの流体を二次圧力Ｐ_２に減圧する。

図７は、図１におけるＡ４部を拡大して示す要部拡大図である。図７に示すように、本実施形態に係る減圧弁１では、第１減圧部４０を構成する第１ピストン４１と第２減圧部６０を構成する第２ピストン６１と中間通路１０とが同軸上に配置され、中間通路１０は、中間通路１０を規定するハウジング４の中間通路規定部３７によって形成されている。

ハウジング４の中間通路規定部３７は、軸方向長さｔ４がハウジング４の軸方向における強度上必要とされる肉厚に応じて設定されるように設けられ、軸方向長さｔ４は、中間圧力Ｐ_Ｍ、二次圧力Ｐ_２、及びハウジング４の材質に基づいて設定される。

したがって、中間通路１０は、該中間通路１０を規定するハウジング４の軸方向における強度上必要とされる肉厚に応じて軸方向長さが設定され、中間通路１０の軸方向長さは、中間圧力Ｐ_Ｍ、二次圧力Ｐ_２、及びハウジング４の材質に基づいて設定される。

このように、本実施形態に係る減圧弁１は、ハウジング４内に、一次圧力Ｐ_１の流体を中間圧力Ｐ_Ｍに減圧する第１減圧部４０と、中間圧力Ｐ_Ｍの流体を二次圧力Ｐ_２に減圧する第２減圧部６０と、第１減圧部４０によって減圧された流体を第２減圧部６０に供給する中間通路１０とを備え、第１減圧部４０の第１弁体４１と第２減圧部６０の第２弁体６１と中間通路１０とが同軸上に配置されている。これにより、一次圧力の流体を中間圧力に減圧した後に二次圧力に減圧する減圧弁において、第１減圧部の弁体と第２減圧部の弁体とを直交する方向に配置する場合に比して、第１減圧部の構成に依存することなく中間通路を短く形成することができるので、中間通路の容積を小さくすることができ、減圧弁の応答性を向上させることができる。

また、第１弁体４１は、一次圧力受圧面４４と第１中間圧力受圧面４１ｄとを備えた第１ピストンから構成され、第２弁体６１は、第２中間圧力受圧面６４と二次圧力受圧面６１ｄとを備えた第２ピストンから構成され、第１ピストン４１及び第２ピストン６１はそれぞれ転がり軸受４２、６２によって支持されている。これにより、ピストンの傾き及び偏芯を小さくすることができるので、ピストンがハウジングに接触して摺動抵抗が増加することを抑制することができ、減圧弁の信頼性を向上させることができる。

更に、第１ピストン４１の第１中間圧力受圧面４１ｄが略平面状に形成されると共に、ハウジング４の第１中間圧力受圧面４１ｄに対向する面１８が略平面状に形成されていることにより、第１中間圧力受圧面４１ｄの一部が窪んで形成される場合に比して、第１減圧部において中間通路に連通される第１中間圧力室の容積を小さくすることができ、前記効果をより有効に奏することができる。

図８は、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２実施形態に係る減圧弁８１は、第１実施形態に係る減圧弁１において二次ポート及び二次側通路の配置を一次ポート及び一次側通路と直交する方向に配置したものであり、第１実施形態に係る減圧弁１と同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。

図８に示すように、本発明の第２実施形態に係る減圧弁８１においても、ハウジング４に一次ポート２及び二次ポート８２が形成されると共に、ハウジング４内に第１減圧部４０、第２減圧部６０及び中間通路１０が形成され、第１減圧部４０の第１ピストン４１と第２減圧部６０の第２ピストン６１と中間通路１０とが同軸上に配置されているが、減圧弁８１では、一次ポート２はハウジング４の軸方向一端側において中心軸Ｃ１上に配置されるものの、二次ポート８２はハウジング４の軸方向中央側において中心軸Ｃ１と直交する方向に配置されている。

減圧弁８１では、第２減圧部６０の円環通路２８から外方にハウジング４と直交する方向に延びるようにハウジング４に二次側通路８３が形成され、二次側通路８３は、円環通路２８と二次ポート８２に繋がるように設けられている。

このようにして構成される減圧弁８１においても、ハウジング４内に、一次圧力Ｐ_１の流体を中間圧力Ｐ_Ｍに減圧する第１減圧部４０と、中間圧力Ｐ_Ｍの流体を二次圧力Ｐ_２に減圧する第２減圧部６０と、第１減圧部４０によって減圧された流体を第２減圧部６０に供給する中間通路１０とを備え、第１減圧部４０の第１弁体４１と第２減圧部６０の第２弁体６１と中間通路１０とが同軸上に配置されていることにより、第１減圧部の弁体と第２減圧部の弁体とを直交する方向に配置する場合に比して、第１減圧部の構成に依存することなく中間通路を短く形成することができるので、中間通路の容積を小さくすることができ、減圧弁の応答性を向上させることができる。

本実施形態に係る減圧弁１、８１では、流体として天然ガスや水素ガスについて記載しているが、油、水、空気などその他の流体を用いることができる。本実施形態では、転がり軸受４２、６２として、リテーナ４２ｂに複数の孔が形成され、その孔にボール４２ｃが嵌め込まれたものを用いているが、リテーナに複数の管状溝が形成され、その溝にボールが嵌め込まれたものを用いることも可能である。

本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能である。

以上のように、本発明によれば、一次圧力の流体を中間圧力に減圧した後に二次圧力に減圧する減圧弁において応答性を向上させることができるので、減圧弁の適用分野において好適に利用される可能性がある。

１、８１減圧弁
２一次ポート
３、８２二次ポート
４ハウジング
１０中間通路
１５一次圧力室
１９第１中間圧力室
２６第２中間圧力室
３０二次圧力室
４０第１減圧部
４１第１ピストン
４２第１転がり軸受
４３第１ばね部材
６０第２減圧部
６１第２ピストン
６２第２転がり軸受
６３第２ばね部材
Ｐ_１一次圧力
Ｐ_２二次圧力
Ｐ_Ｍ中間圧力

Claims

一次ポート及び二次ポートが形成されたハウジングを備えると共に、該ハウジング内に、前記一次ポートに供給された一次圧力の流体を前記一次圧力より低圧の中間圧力に減圧する第１減圧部と、前記中間圧力の流体を前記中間圧力より低圧の二次圧力に減圧して前記二次ポートに供給する第２減圧部と、前記第１減圧部によって減圧された前記中間圧力の流体を前記第２減圧部に供給する中間通路とを備えた減圧弁であって、
前記第１減圧部は、前記一次ポートに接続される一次圧力室と、前記中間通路に接続される第１中間圧力室と、前記一次圧力室と前記第１中間圧力室とを連通する開位置と前記一次圧力室と前記第１中間圧力室との連通を閉じる閉位置との間で軸方向に移動する第１弁体とを有し、
前記第２減圧部は、前記中間通路に接続される第２中間圧力室と、前記二次ポートに接続される二次圧力室と、前記第２中間圧力室と前記二次圧力室とを連通する開位置と前記第２中間圧力室と前記二次圧力室との連通を閉じる閉位置との間で軸方向に移動する第２弁体とを有し、
前記第１減圧部の第１弁体と、前記第２減圧部の第２弁体と、前記中間通路とが同軸上に配置されている、
ことを特徴とする減圧弁。
前記第１弁体は、前記一次圧力を受圧する一次圧力受圧面と、前記中間圧力を受圧する第１中間圧力受圧面とを備えた第１ピストンから構成され、
前記第２弁体は、前記中間圧力を受圧する第２中間圧力受圧面と、前記二次圧力を受圧する二次圧力受圧面とを備えた第２ピストンから構成され、
前記第１ピストン及び前記第２ピストンはそれぞれ、転がり軸受によって支持されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の減圧弁。
前記第１ピストンの第１中間圧力受圧面が略平面状に形成されると共に、前記ハウジングの前記第１中間圧力受圧面に対向する面が略平面状に形成されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の減圧弁。
前記中間通路は、該中間通路を規定する前記ハウジングの軸方向における強度上必要とされる肉厚に応じて軸方向長さが設定され、
前記中間通路の軸方向長さは、前記中間圧力、前記二次圧力、及び前記ハウジングの材質に基づいて設定される、
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の減圧弁。