JP2015007443A

JP2015007443A - 圧力作動弁

Info

Publication number: JP2015007443A
Application number: JP2013132346A
Authority: JP
Inventors: 裕正高田; Hiromasa Takada; 昌宏松本; Masahiro Matsumoto
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2015-01-15
Anticipated expiration: 2033-06-25
Also published as: JP6216551B2

Abstract

【課題】ダイヤフラムの変形により、設定圧力で弁体が開き始める動作を行う圧力作動弁において、低圧と高圧の差圧の作用を低減して弁体が開き始める設定圧力への変動を低減する。
【解決手段】弁室１３を二次側継手１２ａに連通し、弁ポート２１に一次側継手１１ａを連通する。弁室１３と圧力室Ａとを導通する弁挿通孔１４に弁体３を挿通する。弁ポート２１と圧力室Ａとを弁体３の圧力導入路３ａ、３ｂで導通する。弁体３の弁ポート２１側端部と弁挿通孔１４から圧力室Ａ側に露出する部分とに、一次側継手１１ａから流入する流体の高圧を作用させる。弁閉状態で、弁体３に対して作用する低圧と高圧との差圧による力を逆方向とし、力は互いにキャンセルされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一次側継手に連通する圧力室内のダイヤフラムの付勢力により弁体を押圧して弁ポートを弁閉とし、圧力室内の流体の圧力が予め設定された設定圧力を上回るとダイヤフラムが変形し始めて弁ポートを弁開とする圧力作動弁に関する。

従来、この種の圧力作動弁として、例えば実用新案登録第３１５１２９９号公報（特許文献１）に開示されたものがある。この従来の圧力作動弁は、流体が流入する一次側継手（入口継手）を弁室の側部に連通し、流体が流出する二次側継手（出口継手）を弁室に連通する弁ポートに対してその軸線上にて連通するようにしている。また、弁室内にて軸線上にボール弁と弁棒を配設するとともに、一次側継手に連通する圧力室内のダイヤフラムを弁棒の端部に当接させている。そして、一次継側継手の圧力がダイヤフラムの特性で決まる設定圧力を上回ると、圧力室内のダイヤフラムが変形し、これに追従する弁棒及びボール弁を移動して弁ポートを弁開状態とするようにしている。

実用新案登録第３１５１２９９号公報

特許文献１の圧力作動弁では、弁閉状態でボール弁と弁棒（弁体）には一次側継手の高圧が加えられるとともに、二次側継手の低圧が弁ポート側からボール弁に作用している。したがって、高圧と低圧の差圧による力がボール弁と弁棒に対して軸線方向に働く。このため、弁が開き始める一次側継手の圧力、すなわち設定圧力が二次側継手の圧力変化に影響されるという問題がある。

本発明は、ダイヤフラムの変形により、設定圧力で弁が開き始める動作を行う圧力作動弁において、弁が開き始める設定圧力への二次側継手の圧力変化の影響を低減することを課題とする。

請求項１の圧力作動弁は、一次側継手から流入する流体を二次側継手に流す弁ポートの軸線上で、該弁ポートに連通する弁室と、該弁室に連通する弁挿通孔とが形成された弁本体と、前記一次側継手に連通するとともに前記弁挿通孔に連通する圧力室の圧力により前記軸線方向に変形可能なダイヤフラムと、前記ダイヤフラムと前記弁ポートとの間で前記弁挿通孔に挿通され前記弁室内で前記弁ポートを開閉する弁体と、を備え、前記ダイヤフラムの付勢力により前記弁体を前記弁ポートの周囲の弁座に当接させて前記弁ポートを弁閉状態とする圧力作動弁であって、前記弁室を前記二次側継手に連通するとともに、前記弁ポートに前記一次側継手を連通し、前記弁体の前記弁ポート側端部と前記弁挿通孔から前記圧力室側に露出する部分とに、前記一次側継手から流入する流体の高圧を作用させるようにしたことを特徴とする。

請求項２の圧力作動弁は、請求項１に記載の圧力作動弁であって、前記弁ポートを介して前記一次側継手と前記圧力室とを連通する圧力導入路を前記弁体に形成し、該圧力導入路の一端を前記弁ポート側に開口するとともに他端を前記圧力室側に開口するように設けたことを特徴とする。

請求項３の圧力作動弁は、請求項１または２に記載の圧力作動弁であって、前記弁体の外周に前記弁室と前記圧力室とをシールして区画するシール部材を設けたことを特徴とする。

請求項４の圧力作動弁は、請求項３に記載の圧力作動弁であって、前記シール部材のシール径と、前記弁ポートのポート径とを略同一としたことを特徴とする。

請求項１の圧力作動弁によれば、弁体の弁ポート側端部と弁挿通孔から圧力室側に露出する部分とに、一次側継手（高圧側）から流入する流体の高圧を作用させるようにしたので、弁閉状態で、弁体に対して作用する、二次側継手の低圧と、弁ポート及び圧力室の高圧との差圧による力が、弁体に対して逆方向となり、弁閉状態から弁が開き始める設定圧力への二次側継手の圧力変化の影響を低減するこができる。

請求項２の圧力作動弁によれば、請求項１の効果に加えて、弁本体に圧力導入路を形成しなくてよいので、構造が簡単になる。

請求項３の圧力作動弁によれば、請求項１または２の効果に加えて、シール部材により圧力室と弁室とを確実にシールすることができる。

請求項４の圧力作動弁によれば、請求項３の効果に加えて、弁体に作用する差圧による力を確実にキャンセルすることができる。

本発明の実施形態の圧力作動弁の縦断面図である。本発明の実施形態の圧力作動弁のシール径と弁ポート径の関係を示す図である。本発明の実施形態のシール部材の他の例を示す図である。

次に、本発明の圧力作動弁の実施形態を図面を参照して説明する。図１は実施形態の圧力作動弁の縦断面図である。この実施形態の圧力作動弁は、外形が略円柱形状の弁本体１を有している。弁本体１には、配管接続孔１１と、配管接続孔１２と、弁室１３と、弁挿通孔１４と、二次側ポート１５と、ばね室１６とが形成されている。配管接続孔１１、配管接続孔１２、弁室１３、弁挿通孔１４及び二次側ポート１５は円筒形状である。

配管接続孔１１内にはリング状の弁座２が嵌め込まれており、この弁座２には軸線Ｌを中心とする弁ポート２１が形成されている。また、配管接続孔１１には矢印のように流体が流入する一次側継手１１ａが取り付けられ、一次側継手１１ａの弁ポート２１側の内周は一次側ポート１１ａ１となっている。配管接続孔１２には矢印のように流体が流出する二次側継手１２ａが取り付けられている。なお、一次側継手１１ａと二次側継手１２ａは、ろう付けにより弁本体１と一体に組み付けられている。

一次側継手１１ａは弁ポート２１を介して弁室１３に連通され、この一次側継手１１ａと、弁室１３と、弁挿通孔１４は、弁ポート１２の軸線Ｌ上に位置している。二次側継手１２ａは二次側ポート１５を介して弁室１３に連通されている。なお、弁座２の弁ポート２１は軸線Ｌを中心とする円筒形状の孔（断面円形の孔）である。

弁挿通孔１４内には円柱状の弁体３が配設されている。弁挿通孔１４は弁体２に整合する軸線Ｌを中心とする円筒形状であり、弁体３は弁挿通孔１４内で軸線Ｌ方向に正確に摺動できる。ばね室１６は弁挿通孔１４の回りにリング状の深溝として形成され、このばね室１６内にはコイルばね４が配設されている。弁体３には鍔状のばね受け３１が固着されており、コイルばね４は、ばね室１６の底部とばね受け３１との間で圧縮されている。これにより、コイルばね４は弁体３を後述のダイヤフラム７側に付勢しており、弁体３をダイヤフラム７に押し付けている。なお、弁体３とダイヤフラム７とを溶接、ねじ止め等の固着手段により固着すれば、コイルばね４は設けなくてもよい。

弁体３の中心には、一端が弁ポート２１側に開口し、他端が後述の圧力室Ａ側に開口する圧力導入路３ａが形成されている。また、圧力導入路３ａの圧力室Ａ側の端部には弁体３の側部に通じる圧力導入路３ｂが形成されている。さらに、弁体３の軸線Ｌ方向の中程には、リング溝３ｃが形成され、このリング溝３ｃ内に「シール部材」としてのＯリング５が嵌め込まれている。弁体３と弁挿通孔１４との間には僅かにクリアランスが設けられているが、Ｏリング５はその弾性力によりの外周部が弁挿通孔１４の内面に当接している。これにより、Ｏリング５は弁室１３と圧力室Ａとをシールして区画している。また、図２に示すように、Ｏリング５のシール径φＢは、弁ポート２１の弁ポート径φＡと略等しくなっている。

弁本体１のばね室１６の開口の周辺には、リング状の下蓋６がろう付けにより弁本体１と一体に組み付けられている。また、下蓋６に対して、ダイヤフラム７と上蓋８が取り付けられている。下蓋６、ダイヤフラム７及び上蓋８は、図１の一点鎖線の楕円で示した外周部で溶接されている。これにより、下蓋６の内側にはダイヤフラム７に圧力を加える圧力室Ａが形成されている。

ダイヤフラム７は、軸線Ｌを回転中心とする円盤状の回転体であり、金属製板ばねで構成されている。そして、円錐台状で僅かに球面状の面をなす円錐部７ａと、円錐部７ａの内側中央に位置する平坦部７ｂと、円錐部７ａの外周に位置するフランジ部７ｃとを有する。これにより、圧力室Ａ内の圧力がダイヤフラムの特性で決まる設定圧力を上回るとダイヤフラム７は軸線Ｌ方向に変形して主に平坦部７ｂが軸線Ｌ方向に移動する。

以上の構成により、一次側継手１１ａから流体が流入し、この流体は、弁ポート２１，弁体３の圧力導入路３ａ、３ｂ及び圧力室Ａを介して、ダイヤフラム７に圧力を加える。この圧力が設定圧力以下の場合には、ダイヤフラム７は変形せずに、ダイヤフラム７の付勢力により弁体３が弁座２に押し付けられ、弁ポート２１が図１の弁閉状態になる。

一方、流体の圧力が高くなり、圧力室Ａの圧力が設定圧力を上回るとダイヤフラム７が軸線Ｌ方向に変形し、弁体３はコイルばね４のばね力によりダイヤフラム７の変形に追随して軸線Ｌ方向に移動する。これにより、弁体３が弁座２から離間して弁ポート２１が弁開状態となり、流体が弁ポート２１を通過し、弁室１３を介して二次側継手１２ａに流れ始める。そして、圧力室Ａの圧力が高くなるほど、弁体３と弁座２との間隔が広くなり、二次側継手１２ａに流れる流体の量が増える。

以上のように、弁室１３を二次側継手１２ａに連通し、弁ポート２１に一次側継手１１ａを連通するとともに、弁ポート２１と圧力室Ａとを圧力導入路３ａ、３ｂで導通している。また、低圧の弁室１３が、高圧（同圧）の弁ポート２１と圧力室Ａとの間に位置している。これにより、弁閉状態で、弁体３に対して作用する低圧と高圧との差圧による力が逆方向となり、その力は互いにキャンセルされる。したがって、弁閉状態からダイヤフラム７が変形し始めて弁が開き始めるときも、弁体３に対する二次側継手の圧力変化の影響を低減できる。すなわち、弁体３が開き始める設定圧力への二次側継手１２ａの圧力変化の影響を低減できる。また、この実施形態では、Ｏリング５のシール径φＢと弁ポート２１の弁ポート径φＡとが略等しくなっているので、差圧による力を確実にキャンセルすることができる。

図３はシール部材の他の例を示す図であり、図１と同様な要素には同符号を付記してその詳細な説明は省略する。図３(A) は、弁本体１の弁挿通孔１４の圧力室Ａ側に弁挿通孔１４より径の大きな収容孔１７を形成し、この収容孔１７内に「シール部材」としての円環パッキン５１を設けた例のものである。この円環パッキン５１はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）素材のリング状の形状であり、弁体３が挿通されている。また、円環パッキン５１は弁本体１にかしめ固定されたリング状のストッパ５５２とコイルばね５３とにより弁室１３側に押さえ付けられている。この例はシール部材を弁本体１側に設けた例である。この円環パッキン５１の内径は前記弁ポート径φＡと略等しくなっている。

図３(B) は、弁体３に弁挿通孔１４より径の小さな小径部３２を形成し、この小径部３２に「シール部材」としての椀型パッキン５４を嵌合し、この椀型パッキン５４を止め輪５５で止めたものである。椀型パッキン５４は、半径方向の断面がＬ型となっており、その弾性力と圧力室Ａ側の圧力により周辺部が弁挿通孔１４の内周面に圧接される。そして、弁体３は椀型パッキン５４と共に弁挿通孔１４内を摺動する。この例はシール部材を弁体３側に設けた例である。この椀型パッキン５４の外径は前記弁ポート径φＡと略等しくなっている。

以上の実施形態では、弁ポート２１側の流体を圧力室Ａに導入するための圧力導入路３ａ、３ｂを弁体３に設けるようにしているが、例えば一次側継手１１ａからばね室１６に導通するような圧力導入路を弁本体１に形成するようにしてもよい。

また、実施形態の弁体３は円柱状であるが、特許文献１のように、弁棒とボール弁により弁体を構成してもよい。

シール部材を用いず弁挿通孔と弁体のクリアランスを小さくすることでシール部を形成してもよい。この場合、弁挿通の内径を弁ポート径φＡと略等しくすることで、弁体に作用する差圧による力をキャンセルすることができる。

１弁本体
１１ａ一次側継手
１２ａ二次側継手
１３弁室
１４弁挿通孔
１６ばね室
２弁座
２１弁ポート
３弁体
３ａ圧力導入路
３ｂ圧力導入路
４コイルばね
５Ｏリング（シール部材）
７ダイヤフラム
Ａ圧力室
５１円環パッキン（シール部材）
５４椀型パッキン（シール部材）

Claims

一次側継手から流入する流体を二次側継手に流す弁ポートの軸線上で、該弁ポートに連通する弁室と、該弁室に連通する弁挿通孔とが形成された弁本体と、
前記一次側継手に連通するとともに前記弁挿通孔に連通する圧力室の圧力により前記軸線方向に変形可能なダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムと前記弁ポートとの間で前記弁挿通孔に挿通され前記弁室内で前記弁ポートを開閉する弁体と、
を備え、
前記ダイヤフラムの付勢力により前記弁体を前記弁ポートの周囲の弁座に当接させて前記弁ポートを弁閉状態とする圧力作動弁であって、
前記弁室を前記二次側継手に連通するとともに、前記弁ポートに前記一次側継手を連通し、前記弁体の前記弁ポート側端部と前記弁挿通孔から前記圧力室側に露出する部分とに、前記一次側継手から流入する流体の高圧を作用させるようにしたことを特徴とする圧力作動弁。
前記弁ポートを介して前記一次側継手と前記圧力室とを連通する圧力導入路を前記弁体に形成し、該圧力導入路の一端を前記弁ポート側に開口するとともに他端を前記圧力室側に開口するように設けたことを特徴とする請求項１に記載の圧力作動弁。
前記弁体の外周に前記弁室と前記圧力室とをシールして区画するシール部材を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の圧力作動弁。
前記シール部材のシール径と、前記弁ポートのポート径とを略同一としたことを特徴とする請求項３に記載の圧力作動弁。