JP2015132305A

JP2015132305A - 減圧弁

Info

Publication number: JP2015132305A
Application number: JP2014003458A
Authority: JP
Inventors: 祐二小倉; Yuji Ogura
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2014-01-10
Publication date: 2015-07-23

Abstract

【課題】二次圧力が設定値になると一次ポートから二次ポートへ流れる圧力流体を遮断し、一次圧力が変動しても二次圧力が変動せず、二次圧力を設定値に保持する減圧弁を提供する。【解決手段】弁本体１１と、弁本体１１に嵌挿された段付円筒形状のスリーブ１６と、アダプタ１２と、スリーブ１６に形成される一次圧力室１７と、アダプタ１２に形成される二次圧力室３４と、一次圧力室１７と二次圧力室３４の境界部に形成される減圧弁座１９と、一次圧力室１７に略同軸上に設けられる減圧部材２１と、第一弾性体３３と、リング部材２８と、ネジ部材３０と、減圧部材２１に形成される貫通孔２６ａと、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は圧力制御弁、特にリリーフ弁により設定されて、入口孔（一次ポート）から減圧弁室（一次圧力室）へ導入された流体圧力（以下、一次圧力という。）を減圧して、受圧作動室（二次圧力室）を通って出口孔（二次ポート）から油圧機器に出力する流体圧力（以下、二次圧力という。）を一次圧力より低い設定値に制御する減圧弁に関する。

従来から、二次圧力の設定値の精度を高めるために、受圧作動室１７（特許文献１の図２に記載符号、以下同じ。）、ロッド孔１６、減圧弁座１５及び減圧弁室１４を略同軸上に設け、さらに、減圧弁室１４に減圧部材１９、閉弁バネ２１、入口側フィルタ２２を備えるネジ部材を略同軸上に設け、入口側フィルタ２２と減圧部材１９の間に閉弁バネ２１が設けられて、閉弁バネ２１の弾性力により減圧部材１９を閉弁方向へ付勢する減圧弁６が開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示されている減圧弁６では、減圧部材１９の外周に流路２０が設けられているので、減圧弁室１４に閉弁バネ２１を設ける容積が狭くなってしまう。さらに、閉弁バネ２１と入口側フィルタ２２が当接しているため、閉弁バネ２１の弾性力が負荷となって入口側フィルタ２２が損傷する恐れがある。

これにより、閉弁バネ２１に大きな弾性力を付すことができないため閉弁方向に働く付勢力が小さくなって、閉弁時の応答時間が遅くなり、二次圧力が設定値以上に昇圧する恐れがある。

この解決方法として、フィルタ８（特許文献２のＦＩＧ．１に記載符号、以下同じ。）をスプリング７の端部ではなく外周部に設けて、スプリング７とフィルタ８を当接させない減圧弁Ｄが開示されている。

実開平７−３６２０９号公報欧州特許出願公開第８２９７９４号公報

しかしながら、特許文献２に開示されている減圧弁Ｄでは、スプリング７の外周部に入口を設けているため、特許文献１と同様にスプリング７の周りに流路を確保しており、該スプリング７を設ける容積が狭くなってしまう。そのため、スプリング７に大きな弾性力を付すことは容易ではなく、閉弁時の応答時間が遅くなり、二次圧力が設定値以上に昇圧する恐れがある。

本発明は、係る課題を解決するためになされたもので、二次圧力が設定値になると一次ポートから二次ポートへ流れる圧力流体を瞬時に遮断し、一次圧力が変動しても二次圧力が変動せず、二次圧力の設定値を高精度に保持する減圧弁を提供することを目的とする。

本発明では、弁本体と、前記弁本体に嵌設され一次ポートから二次ポートへ流れる流体を通すように設けられたスリーブと、前記スリーブに結合して前記一次ポートと前記二次ポートが連通するように設けられたアダプタと、前記スリーブ内に形成された一次圧力室と、前記一次圧力室に略同軸上に嵌設された減圧部材、第一弾性体、リング部材、ネジ部材と、前記減圧部材に形成された貫通孔と、前記減圧部材に嵌め込まれた弁体と、前記ネジ部材に形成された外周端面凸部と、前記ネジ部材に設けられたフィルタと、前記アダプタに形成された二次圧力室と、前記二次圧力室に設けられた押圧手段と、前記一次圧力室と前記二次圧力室を連通するように形成された穿孔と、前記穿孔と前記一次圧力室の境界部に形成された減圧弁座と、を備え、前記減圧弁座に対して、前記第一弾性体の弾性力が作用して前記減圧部材が前記弁体を閉弁方向へ付勢し、前記押圧手段を構成する第二弾性体の弾性力が作用して前記弁体を開弁方向へ付勢して、前記一次ポートに導入された一次圧力を減圧して前記二次ポートから二次圧力として出力する減圧弁において、前記リング部材の一端は前記第一弾性体と当接しており、前記リング部材の他端は前記外周端面凸部と当接しており、前記減圧部材の内部に形成された前記貫通孔が流路とされていることを特徴とする。

本発明によれば、減圧部材の内部に設けた貫通孔を流路とすることにより、減圧部材の外周に流路を設ける必要がないので、第一弾性体を設ける容積をスリーブ内に十分に確保することができる。また、外周端面凸部及びフィルタを有するネジ部材と第一弾性体との間にリング部材を設けて、リング部材に第一弾性体及びネジ部材の外周端面凸部を当接させるので、第一弾性体とフィルタが接触することがない。そのために、弾性力が負荷となってフィルタが損傷する恐れがない。これらにより、従来品より弾性力の大きな第一弾性体を使用できるので、二次圧力が設定値になったときに一次圧力室から二次圧力室への流体の流れを遮断するまでの応答時間が短くなるように閉弁方向の付勢力を大きくすることが可能である。

また、請求項２に記載の発明においては、前記減圧部材は軸芯に略平行方向に内周面から伸びるように内径凸部が形成されており、前記リング部材は前記リング部材の内周面から伸びるように端面凸部が形成されており、前記第一弾性体の内周部に前記内径凸部及び前記端面凸部が内接していることを特徴とする請求項１に記載の減圧弁とした。

本発明によれば、減圧部材に形成された内径凸部とリング部材に形成された端面凸部を第一弾性体の内周部に内接させて、第一弾性体を径方向に動かないように支持することで、略同軸上において第一弾性体と減圧部材を動作させることができる。そのため、閉弁時において第一弾性体の弾性力を減圧部材に効率良く伝えることができる。

また、請求項３に記載の発明においては、前記減圧部材に形成された大径凸部の外周面と前記スリーブの内周面が摺接しており、前記大径凸部の内周面には前記第一弾性体が内接していることを特徴とする請求項１に記載の減圧弁とした。

本発明によれば、減圧部材の大径部に大径凸部を形成して、大径凸部の内周面に第一弾性体を内接させることにより大径凸部が第一弾性体をガイドする機能を有する。さらに、減圧部材の大径部に大径凸部を形成することで、減圧部材がスリーブの内周面に摺接する面積が広くなるので、大径凸部が減圧部材の摺動動作をガイドする機能も有する。これにより、減圧弁座の内径中心と減圧部材の軸芯を略同軸上とすることができるので、弁体と減圧弁座が隙間なく当接して一次圧力室と二次圧力室の流れを確実に遮断する。さらに、流体の漏れも防止することができるので、一次圧力が変動しても二次圧力が変動せず、二次圧力を設定値に保持することができる。

本発明は、従来と同寸法の減圧弁において、第一弾性体を設ける容積を一次圧力室内に十分に確保することができるので、より大きな弾性力を付した第一弾性体を使用できる。これにより、減圧弁座と弁体が当接する時に、従来よりも弁体を減圧弁座に強く押し当てることができるので、隙間からの流体の漏れを防ぐことができて、圧力損失が小さくなるのでコンパクト化することができる。また、弾性力が大きくなることで、閉弁時の応答性も向上させることができる。さらに、減圧弁座にて圧力流体の流路を確実に遮断することができるので、一次圧力が変動しても二次圧力が変動せず、二次圧力を設定値に保持することができる。

さらに、例えば、二次圧力が設定値より高くなったとしても、閉弁方向の応答速度が速いので二次圧力室へ高圧流体が大量に流れ込むことを防ぐことができるため、二次圧力の急激な昇圧がない。これにより、実機使用上において故障・トラブル等による工程遅延の減少や省エネルギー化に貢献できる。

本発明の実施の形態の一例である減圧弁１０の略縦断面図である。図１のスリーブ１６内の変形例の略縦断面拡大図であって、（ａ）は第一の形態、（ｂ）は第二の形態である。図１のスリーブ１６内の略縦断面拡大図である。

本発明の減圧弁１０につき、好適な実施の形態を挙げ添付図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の減圧弁１０は、基本的には段付円筒形状の弁本体１１と、弁本体１１に穿設されて圧力流体を導入する入口孔（一次ポート）１３と、導入した圧力流体を出力する出口孔（二次ポート）１５と、入口孔１３と出口孔１５が連通するように弁本体１１内の段付穴１４に嵌挿された段付円筒形状のスリーブ１６と、段付穴３５に押圧手段が設けられたアダプタ１２（１２ａ、１２ｂ）と、入口孔１３と隣接するスリーブ１６内に形成された減圧弁室（一次圧力室）１７と、出口孔１５と隣接するアダプタ１２ｂ内に形成された受圧作動室（二次圧力室）３４と、減圧弁室１７と受圧作動室３４が連通するようにスリーブ１６に形成された穿孔２０と、穿孔２０と減圧弁室１７の境界部に形成された減圧弁座１９と、を備える。

また、図示しないリリーフ弁等から弁本体１１の端面（図１で下面）に形成された入口孔１３に導入され一次圧力に保持された圧力流体は、二次圧力に減圧されて弁本体１１の側面（図１で右面）に形成された出口孔１５を通って図示しない工作機等へ供給される。この場合、入口孔１３及び出口孔１５は一つでも良いが、圧力流体の流量や圧力などのバランスを良くするために二つ以上を対称位置に設けるほうが望ましい。

図１の略縦断面図においては、受圧作動室３４と出口孔１５を連通する流路（貫通孔）２６ｃがアダプタ１２（１２ａ、１２ｂ）に形成されている。また、アダプタ１２はアダプタ１２ａとアダプタ１２ｂに分けて図示しているが、アダプタ１２ａとアダプタ１２ｂは一体的に構成している。そして、アダプタ１２ａは第二リテーナ部材４４が設けられている部分から歯止め部３７までを指し、アダプタ１２ｂは歯止め部３７からスリーブ１６とネジ結合している部分までを指している。

スリーブ１６にネジ結合して弁本体１１に嵌挿された段付円筒形状のアダプタ１２ａは、その一端（図１で上端）に螺着したキャップ４５と、キャップ４５に螺着した調整ネジ部材４６と、調整ネジ部材４６にネジ結合したロックナット４７は、当接する第二リテーナ部材４４を介して調整ネジ部材４６により二次圧力設定バネ部材（第二弾性体）４３が負荷する弾性力を調整する。

アダプタ１２ａ内に形成された受圧作動室３４には、鋼球（弁体）２７がピストン３８に押圧されて該鋼球２７を開弁させる押圧手段が設けられている。押圧手段は予め設定された弾性力を付した二次圧力設定バネ部材４３と、二次圧力設定バネ部材４３の一端（図１で下端）に係合する第一リテーナ部材４２と、二次圧力設定バネ部材４３の他端（図１で上端）に係合する第二リテーナ部材４４と、第一リテーナ部材４２と係合部４１で係合する円筒形状のピストン３８と、から構成されており、略同軸上に嵌挿されている。

二次圧力設定バネ部材４３の弾性力を受けて該二次圧力設定バネ部材４３の伸縮動作に同調してピストン３８は受圧作動室３４を摺動する。また、ピストン３８の摺動抵抗を小さくするためにアダプタ１２ａに摺接するＯリング５１にはキャップシール等を付すほうがよい。さらに、二次圧力設定バネ部材４３には圧縮コイルバネを使用するほうが好ましいが、必要に応じて皿バネ等を用いても良い。さらにまた、アダプタ１２ａの側面（図１で左面及び右面）に半径方向の大気通気孔３６が穿設されており、ピストン３８の摺動動作によって、体積が変化することによるアダプタ１２ａ内の空気の圧縮及び膨張を防止することができる。

円筒形状のピストン３８には拡大径の段付き部４０と先端小径の押圧部３９が形成され、受圧作動室３４には歯止め部３７が形成されており、段付き部４０が歯止め部３７に当接して、ピストン３８の閉弁方向（図１の上方向）の摺動可能範囲を制限することができる。また、減圧部材２１の先端部２５（図１で上端）に嵌着された鋼球２７はピストン３８に押圧されて該鋼球２７を開弁（図１の下方向）させており、開弁時は圧力流体が減圧弁室１７から受圧作動室３４へ流れ込む。さらに、流れ込んだ圧力流体が段付き部４０に負荷（図１の上方向）して、二次圧力設定バネ部材４３が圧縮されることで押圧部３９が鋼球２７と離れて、二次圧力が設定値になると鋼球２７が閉弁する。

スリーブ１６内に形成された減圧弁室１７には、鋼球２７が当接して圧力流体を遮断する減圧弁座１９と、鋼球２７が嵌着された減圧部材２１と、該減圧部材２１内に嵌挿されて閉弁方向（図１の上方向）に弾性力を負荷する閉弁バネ部材（第一弾性体）３３と、閉弁バネ部材３３とネジ部材３０及びフィルタ３２が接触しないようにスリーブ１６の四段付穴１８に設けられたリング部材２８と、スリーブ１６の四段付穴１８に嵌挿されて円形状に外周端面凸部３１が形成されたネジ部材３０と、該ネジ部材３０の先端（図１で上端）に設けられたフィルタ３２と、が略同軸上に嵌挿されている。

減圧部材２１の先端部２５には直径方向（図１の左右方向）に流路（貫通孔）２６ａが穿設されている。また、流路２６ａと流路２６ｂは直交している。さらに、流路２６ａと流路２６ｂが直交する部分において、減圧部材２１に嵌着された鋼球２７の一部は流路２６ａ、２６ｂを覗いており、流路２６ｂから流路２６ａへと流れる圧力流体は鋼球２７と接している。

また、減圧部材２１はスリーブ１６内の四段付穴１８に摺動自在に嵌挿されており、閉弁バネ部材３３の弾性力を受けて閉弁方向（図１で上方向）に指向する。さらに、減圧部材２１の大径部２４は四段付穴１８と摺動可能に接しており、大径部２４がガイド機能を有するので鋼球２７が減圧弁座１９に隙間なく当接して、圧力流体の流れを遮断することができる。

閉弁バネ部材３３は閉弁時において、従来品よりも減圧部材２１に大きな付勢力を作用させるだけでなく、曲げやひねり等の外力に対する剛性を高くすることも可能である。これにより、剛性を高くすることで圧力流体の流量が大きくなるスリーブ１６内中心部分の流路２６ｂに閉弁バネ部材３３を設けても減圧弁座１９で遮断する性能に与える影響は小さい。さらにまた、圧力流体の流路２６ｂに閉弁バネ部材３３を設けて、減圧部材２１の先端部２５に流路２６ａと流路２６ｂを直交するように形成することで、流路面積を大きく取れるので圧力損失を小さくすることができ、従来の減圧弁１０よりもコンパクト化することができる。

円筒形状のネジ部材３０にフィルタ３２が設けられることにより、入口孔１３から導入される圧力流体に含まれるコンタミ等が、スリーブ１６の内部へ侵入することを防止できるので、減圧弁座１９に傷が付く可能性が低くなる。これにより、鋼球２７と減圧弁座１９のシート性能が低下しない。なお、減圧弁座１９には樹脂等を用いず金属面を用いることで耐久性を向上させることができる。

また、閉弁バネ部材３３に接触して、フィルタ３２が損傷することがないように、リング部材２８を閉弁バネ部材３３とネジ部材３０の間に設けている。リング部材２８の一端（図１の上面）と閉弁バネ部材３３が当接しており、リング部材２８の他端（図１の下面）と外周端面凸部３１が当接している。

本発明の実施の形態に係る減圧弁１０は基本的には以上のように構成されるものであり、次に動作について説明する。図１において、入口孔１３から流入した圧力流体は、ネジ部材３０、リング部材２８、減圧部材２１の内側中心部に略同軸上に形成された流路２６ｂを流れる。圧力流体は流路２６ｂ、流路２６ａ、穿孔２０の順に通って受圧作動室３４に至る。そして、受圧作動室３４から流路２６ｃを通って出口孔１５へ流れて、出口孔１５から目的の設定値に減圧された圧力流体が図示しない工作機等へ供給される。

減圧弁１０は出口孔１５から出力される流体圧力（二次圧力）を、入口孔１３から導入される流体圧力（一次圧力）よりも低く設定する。二次圧力の設定値は二次圧力設定バネ部材４３に予め設定された弾性力により決定される。二次圧力が設定値よりも低い場合は、二次圧力設定バネ部材４３に押されたピストン３８の押圧部３９が鋼球２７と当接して開弁しているので、減圧弁室１７から受圧作動室３４へ圧力流体が流れて、二次圧力は昇圧する。

二次圧力が上昇すると、ピストン３８に形成された段付き部４０に二次圧力が作用して、二次圧力設定バネ部材４３に予め設定された弾性力に抗ってピストン３８は閉弁方向（図１の上方向）に摺動する。また、二次圧力が設定値に達すると、ピストン３８はさらに閉弁方向（図１の上方向）に摺動して、押圧部３９と鋼球２７は離れる。そして、減圧部材２１に閉弁バネ部材３３の弾性力が作用して、鋼球２７と減圧弁座１９が当接して入口孔１３から出口孔１５への流れは遮断される。これにより、二次圧力はこれ以上昇圧することがない。

入口孔１３と出口孔１５が遮断された状態で二次圧力が設定値よりも低下すると、二次圧力設定バネ部材４３にピストン３８が押され（図１の下方向）、押圧部３９が鋼球２７に当接し、押圧して開弁する。これにより、入口孔１３から出口孔１５へ圧力流体は自由に流れるので再び二次圧力は設定値まで昇圧する。減圧弁１０は、上記の昇圧、遮断、低下を何度も繰り返すことで二次圧力が絶えず設定値になるよう制御している。

図２（ａ）及び（ｂ）は、本発明のスリーブ１６内に形成された減圧弁室１７の減圧部材２１及びリング部材２８の変形例の第一の形態（図２（ａ））及び第二の形態（図２（ｂ））を示し、図２（ａ）及び（ｂ）中、図１の構成要件と同一の構成要件は同一符号を付して詳細な説明を省略する。以下、同様とする。

図２（ａ）に示すように第一の形態は、減圧部材２１の内部に流路２６ａ、２６ｂを設けて圧力流体を通すことで、減圧部材２１の外周に流路を設ける必要がないので、スリーブ１６内に閉弁バネ部材３３を設ける容積を十分に確保することができる。また、閉弁バネ部材３３と外周端面凸部３１が形成されたネジ部材３０との間にリング部材２８を設けることで、閉弁バネ部材３３がネジ部材３０及びフィルタ３２に直に接触しない。そのため、閉弁バネ部材３３がフィルタ３２に直に接触して弾性力が負荷することによる損傷を防止することができる。

また、図２（ｂ）に示すように第二の形態は、第一の形態の減圧部材２１において、減圧部材２１の流路２６ｂの内周面から伸びるように内径凸部２２が形成されており、リング部材２８においては、リング部材２８の流路２６ｂの内周面から伸びるように端面凸部２９が形成されており、閉弁バネ部材３３の内周部に内径凸部２２及び端面凸部２９が内接している。

これにより、閉弁バネ部材３３を傾かないように支持することができるので、減圧部材２１に閉弁方向（図１の上方向）の付勢力を効率良く伝えることができる。また、内径凸部２２及び端面凸部２９を閉弁バネ部材３３で繋ぐことにより、減圧部材２１とリング部材２８を一体化させることで、圧力流体の流れが安定するので圧力損失を低減できる。

さらに、図３に示すように図１の形態は、第一の形態の減圧部材２１の大径部２４に大径凸部２３が形成されており、大径凸部２３の外周面はスリーブ１６の四段付穴１８の内周面に沿うように摺接しており、大径凸部２３の内周面には閉弁バネ部材３３が内接している。

これにより、大径凸部２３が閉弁バネ部材３３をガイドする機能が向上するので、閉弁バネ部材３３を傾かないように支持することができる。また、減圧部材２１の大径部２４に大径凸部２３を形成することで、減圧部材２１がスリーブ１６の内周面に当接する面積が大きくなるので、減圧部材２１を摺動方向にガイドする機能も向上する。これにより、穿孔２０と減圧部材２１を略同軸上とすることができて、鋼球２７が減圧弁座１９に隙間なく当接して圧力流体の流れを確実に遮断して漏れを防止することができる。さらに、一次圧力が変動しても二次圧力が変動せずに二次圧力を設定値に保持することができる。

また、図１に示すように、減圧弁１０は外部から大気通気孔３６を通ってアダプタ１２ａの内部へゴミ等を混入しないようにする為のＯリング４８と、流体の外部漏れを防止する為のＯリング４９と、入口孔１３からスリーブ１６と弁本体１１の間を通って出口孔１５に圧力流体が漏れないようにする為のＯリング５０と、受圧作動室３４からアダプタ１２ａ内を通って外部に流体が漏れないようにする為のＯリング５１を備えるのがよい。

１０減圧弁
１１弁本体
１２（１２ａ、１２ｂ）アダプタ
１３入口孔（一次ポート）
１５出口孔（二次ポート）
１６スリーブ
１７減圧弁室（一次圧力室）
１９減圧弁座
２０穿孔
２１減圧部材
２２内径凸部
２３大径凸部
２５先端部
２６ａ流路（貫通孔）
２６ｂ流路
２７鋼球（弁体）
２８リング部材
２９端面凸部
３０ネジ部材
３１外周端面凸部
３２フィルタ
３３閉弁バネ部材（第一弾性体）
３４受圧作動室（二次圧力室）
３８ピストン（押圧手段）
４２第一リテーナ部材（押圧手段）
４３二次圧設定バネ部材（第二弾性体、押圧手段）
４４第二リテーナ部材（押圧手段）

Claims

弁本体と、前記弁本体に嵌設され一次ポートから二次ポートへ流れる流体を通すように設けられたスリーブと、前記スリーブに結合して前記一次ポートと前記二次ポートが連通するように設けられたアダプタと、前記スリーブ内に形成された一次圧力室と、前記一次圧力室に略同軸上に嵌設された減圧部材、第一弾性体、リング部材、ネジ部材と、前記減圧部材に形成された貫通孔と、前記減圧部材に嵌め込まれた弁体と、前記ネジ部材に形成された外周端面凸部と、前記ネジ部材に設けられたフィルタと、前記アダプタに形成された二次圧力室と、前記二次圧力室に設けられた押圧手段と、前記一次圧力室と前記二次圧力室を連通するように形成された穿孔と、前記穿孔と前記一次圧力室の境界部に形成された減圧弁座と、を備え、前記減圧弁座に対して、前記第一弾性体の弾性力が作用して前記減圧部材が前記弁体を閉弁方向へ付勢し、前記押圧手段を構成する第二弾性体の弾性力が作用して前記弁体を開弁方向へ付勢して、前記一次ポートに導入された一次圧力を減圧して前記二次ポートから二次圧力として出力する減圧弁において、前記リング部材の一端は前記第一弾性体と当接しており、前記リング部材の他端は前記外周端面凸部と当接しており、前記減圧部材の内部に形成された前記貫通孔が流路とされていることを特徴とする減圧弁。
前記減圧部材は軸芯に略平行方向に内周面から伸びるように内径凸部が形成されており、前記リング部材は前記リング部材の内周面から伸びるように端面凸部が形成されており、前記第一弾性体の内周部に前記内径凸部及び前記端面凸部が内接していることを特徴とする請求項１に記載の減圧弁。
前記減圧部材に形成された大径凸部の外周面と前記スリーブの内周面が摺接しており、前記大径凸部の内周面には前記第一弾性体が内接していることを特徴とする請求項１に記載の減圧弁。