JP2017102582A - 減圧弁 - Google Patents

Abstract

【課題】ロッドの摺動部におけるシール部材の破損を防止し、シール機能を確保すること。【解決手段】減圧弁1は、ハウジング2と、ハウジング2の両端に設けた入口4及び出口6と、ハウジング2内を軸方向へ移動可能なピストン9と、ピストン9から入口4側へ向けて軸方向に伸びるロッド9aと、ハウジング2にてロッド9aが摺動するロッド摺動部11と、ロッド9aの先端に設けた弁体12と、ハウジング2にて弁体12が着座可能な弁座13と、弁座13の下流側にて弁体12の周りに形成した弁室14と、ピストン9の下流側にてハウジング2との間に設けられ、出口6に連通する調圧室17と、弁室14から調圧室17へ流体を流すロッド9aとピストン9に設けた流路9ｂと、弁体12が弁座13から離間する方向へピストン9及びロッド9aを付勢するスプリング21と、ロッド摺動部11に設けたシール部材22とを備える。シール部材22より上流側には、ロッド摺動部11の隙間を絞るためのウェアリング31が設けられる。【選択図】 図１

Description

この発明は、高圧ガス等の高圧流体を減圧するために使用される減圧弁に関する。

従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載される高圧レギュレータが知られている。図７に断面図に示すように、この高圧レギュレータ６１は、ハウジング６２と、ハウジング６２の軸方向一端と他端に設けられた入口６３及び出口６４と、ハウジング６２内を軸方向に移動可能に設けられたピストン６５と、ピストン６５から入口６３側へ向けて軸方向に伸びるロッド６５ａと、ハウジング６２に設けられ、ハウジング６２に対してロッド６５ａが摺動する摺動部６６と、ロッド６５ａの先端に設けられた弁体６７と、ハウジング６２にて弁体６７が着座可能に設けられた弁座６８と、弁座６８の下流側にて弁体６７の周りに形成された弁室６９と、弁室６９からピストン６５の下流側へ流体を流すためにロッド６５ａとピストン６５に設けられた流路６５ｂと、弁体６７が弁座６８から離間する方向へピストン６５及びロッド６５ａを付勢するスプリング７０と、ピストン６５の下流側にてハウジング６２との間に設けられた調圧室７１と、摺動部６６に設けられたシール部材７２とを備える。このシール部材７２は、弁室６９より下流であって調圧室７１より上流に配置される。この高圧レギュレータ６１は、入口６３から導入される高圧の流体（例えば、水素ガス）を、弁体６７と弁座６８との間、流路６５ｂを介して調圧室７１に流し、調圧室７１における流体の圧力とスプリング７０の付勢力とのバランスにより減圧して出口６４から導出するようになっている。

特表２０１０−５３３２６８号公報

ところが、特許文献１に記載される高圧レギュレータ６１では、例えば、入口６３から弁室６９に高圧の流体が急激に流入した場合、その流体の圧力が摺動部６６にも印加されることがある。この場合、シール部材７２にも急激に高圧が作用することになり、シール部材７２が変形、破損し、そのシール機能が損なわれるおそれがある。シール機能が損なわれると、流体の一部が外部へ漏れるおそれがある。ここで、流体の種類によっては、流体の漏れが問題になる場合があるので、シール部材７２のシール機能を確保することは重要な課題となる。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ロッドの摺動部におけるシール部材の破損を防止し、シール機能を確保するようにした減圧弁を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ハウジングと、ハウジングの軸方向一端部と他端部に設けられた入口及び出口と、ハウジング内を軸方向へ移動可能に設けられたピストンと、ピストンから入口の側へ向けて軸方向に伸びるロッドと、ハウジングに対してロッドが摺動するロッド摺動部と、ロッドの先端に設けられた弁体と、ハウジングにて弁体が着座可能に設けられた弁座と、弁座の下流側にて弁体の周りに形成された弁室と、ピストンの下流側にてハウジングとの間に設けられ、出口に連通する調圧室と、弁室から調圧室へ流体を流すためにロッドとピストンに設けられた流路と、弁体が弁座から離間する方向へピストン及びロッドを付勢するスプリングと、ロッド摺動部に設けられたシール部材とを備え、入口から導入される流体を、弁体と弁座との間、流路を介して調圧室に流し、調圧室における流体の圧力とスプリングの付勢力とのバランスにより減圧して出口から導出するようにした減圧弁において、シール部材より上流側に位置し、ロッド摺動部の隙間を絞るための絞り手段を備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、シール部材より上流側にてロッド摺動部の隙間が絞り手段により絞られるので、入口から弁室に高圧の流体が急激に流入し、その流体の圧力がロッド摺動部に印加しても、絞り手段より下流側に位置するシール部材での圧力上昇が緩和される。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、絞り手段は、ロッドの外周に設けられたウェアリングを含むことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、シール部材より上流側にてロッド摺動部の隙間がウェアリングにより絞られるので、入口から弁室に高圧の流体が急激に流入し、その流体の圧力がロッド摺動部に印加しても、ウェアリングより下流側に位置するシール部材での圧力上昇が緩和される。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、絞り手段は、ロッドの外周に形成されたフランジを含むことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、シール部材より上流側にてロッド摺動部の隙間がフランジにより絞られるので、入口から弁室に高圧の流体が急激に流入し、その流体の圧力がロッド摺動部に印加しても、フランジより下流側に位置するシール部材での圧力上昇が緩和される。

上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、絞り手段は、ロッドの外周に設けられたウェアリングと、ウェアリングより下流側に位置し、ロッドの外周に形成されたフランジとを含むことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、シール部材より上流側にてロッド摺動部の隙間がウェアリングとフランジにより二段階に絞られるので、入口から弁室に高圧の流体が急激に流入し、その流体の圧力がロッド摺動部に印加しても、フランジより下流側に位置するシール部材での圧力上昇がウェアリングとフランジにより二段階に緩和される。

上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、ハウジングに対してピストンが摺動するピストン摺動部と、ピストン摺動部に設けられた第２のシール部材と、第２のシール部材より下流側に位置し、ピストン摺動部の隙間を絞るための第２の絞り手段とを備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の作用に加え、第２のシール部材より下流側にてピストン摺動部の隙間が第２の絞り手段により絞られるので、調圧室に高圧の流体が急激に流入し、その流体の圧力がピストン摺動部に印加しても、第２の絞り手段より上流側に位置する第２のシール部材での圧力上昇が緩和される。

請求項１に記載の発明によれば、ロッドの摺動部におけるシール部材の破損を防止することができ、そのシール機能を確保することができる。

請求項２に記載の発明によれば、ロッドの摺動部におけるシール部材の破損を防止することができ、そのシール機能を確保することができる。

請求項３に記載の発明によれば、ロッドの摺動部におけるシール部材の破損を防止することができ、そのシール機能を確保することができる。

請求項４に記載の発明によれば、ロッドの摺動部におけるシール部材の破損をより確かに防止することができ、同シール部材のシール機能を確保することができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の効果に加え、ピストン摺動部における第２のシール部材の破損を防止することができ、そのシール機能を確保することができる。

第１実施形態に係り、減圧弁を示す断面図。 第１実施形態に係り、ウェアリングを示す斜視図。 第１実施形態に係り、減圧弁の弁室に突入圧が印加されたときの各部の圧力変化を示すグラフ。 第２実施形態に係り、減圧弁を示す断面図。 第３実施形態に係り、減圧弁を示す断面図。 別の実施形態に係り、ウェアリングを示す斜視図。 従来例に係り、減圧弁を示す断面図。

＜第１実施形態＞
以下、本発明における減圧弁を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、この実施形態の減圧弁１を断面図により示す。この減圧弁１は、ハウジング２を備える。ハウジング２は、金属製の本体ケース３と、ハウジング２の軸方向一端部（図１の下端）に配置され、入口４を有する金属製の入口側ケース５と、ハウジング２の軸方向他端部（図１の上端）に配置され、出口６を有する金属製の出口側ケース７とを含む。入口側ケース５と出口側ケース７は、それぞれボルト８により本体ケース３に締付けて固定される。

本体ケース３は中空状のシリンダとなっており、内部には軸方向へ移動可能な金属製のピストン９が設けられる。ピストン９の軸方向一端側（図１の下側）には、入口４の側へ向けて軸方向に伸びるロッド９ａが一体に形成される。このロッド９ａは、基端部よりも先端部で外径が小さく形成される。本体ケース３には、同ケース３に対してピストン９の外周が摺動するピストン摺動部１０（図１にて鎖線楕円で囲まれた部分。）と、本体ケース３に対してロッド９ａの外周が摺動するロッド摺動部１１（図１にて鎖線楕円で囲まれた部分。）とが設けられる。

ロッド９ａの先端には、先端へ向けて収束する形状を有する弁体１２が設けられる。この弁体１２に対応して、本体ケース３と入口側ケース５との間には、弁体１２の先端部が着座可能（閉弁可能）な弁座１３が、両ケース３，５に挟まれて設けられる。弁座１３は中心に弁孔を有するリング形状をなし、両ケース３，５とは別体に樹脂により形成される。本体ケース３にて、弁座１３の上流側であって弁体１２の周りには、弁室１４が形成される。

入口側ケース５には、入口４に通じる入口側流路５ａが形成される、この入口側流路５ａの入口４とは反対側には、流路径が段階的に変わる段部５ｂが形成される。この段部５ｂには、流体中の異物を捕捉するための金属メッシュ製のフィルタ１５と、そのフィルタ１５を抑えるための金属製のブッシュ１６とが配置される。ブッシュ１６は、フィルタ１５と弁座１３との間に挟まれて配置される。弁座１３が本体ケース３と入口側ケース５との間に挟まれることで、フィルタ１５がブッシュ１６を介して段部５ｂに押し付けられる。

ピストン９の下流側（図１の上側）にてピストン９と出口側ケース７との間には、調圧室１７が設けられる。また、本体ケース３の中空部であって、ピストン９の上流側（図１の下側）には、大気に連通する大気室１８が設けられる。本体ケース３の外周には、大気室１８を大気に連通させる空気孔３ａが形成される。この空気孔３ａには、フィルタ部材１９が組み付けられる。出口側ケース７には、出口６に通じる出口側流路７ａが形成される。調圧室１７は、この出口側流路７ａを介して出口６に連通する。また、出口側ケース７には、リリーフ弁２０が設けられる。このリリーフ弁２０は、調圧室１７の圧力が過剰に増大したとき、その圧力を外部へ逃がすように構成される。リリーフ弁２０の入口は、通路７ｂを介して出口側流路７ａに連通する。

弁室１４から調圧室１７へ向けて流体を流すために、ロッド９ａとピストン９の中心には、ピストン流路９ｂが形成される。このピストン流路９ｂは、弁体１２の近傍にて、複数の孔を介して弁室１４に連通する。本体ケース３の大気室１８には、弁体１２が弁座１３から離間する方向へピストン９及びロッド９ａを付勢するためのスプリング２１が設けられる。

そして、ロッド摺動部１１にて、ロッド９ａの外周には、第１のリップシール２２が設けられる。このリップシール２２は、断面Ｖ字形状に形成され、ロッド９ａの外周に形成された周溝９ｃに組み付けられる。第１のリップシール２２は、ゴムより形成され、本発明のシール部材に相当する。一方、ピストン摺動部１０にて、ピストン９の外周には、第２のリップシール２３が設けられる。このリップシール２３は、ピストン９の外周に形成された周溝９ｄに組み付けられる。第２のリップシール２３は、ゴムより形成され、本発明の第２のシール部材に相当する。

このように構成された減圧弁１は、入口４から導入される流体を、弁体１２と弁座１３との間、ピストン流路９ｂを介して調圧室１７に流し、調圧室１７における流体の圧力とスプリング２１の付勢力とのバランスにより減圧して出口６から導出するようなっている。

ここで、ロッド摺動部１１にて、第１のリップシール２２より上流のロッド９ａの外周には、その摺動部１１の隙間を絞るための第１のウェアリング３１が設けられる。第１のウェアリング３１は、Ｃ形リングであり、ロッド９ａの外周に形成された周溝９ｅに組み付けられる。第１のウェアリング３１は、本発明の絞り手段の一例に相当する。図２に、このウェアリング３１を斜視図により示す。図２に示すように、このウェアリング３１の切れ目３１ａは、両端面が斜めに切断されて対向している。

また、ピストン摺動部１０にて、第２のリップシール２３より下流のピストン９の外周には、その摺動部１０の隙間を絞るための第２のウェアリング３２が設けられる。このウェアリング３２は、Ｃ形リングであり、ピストン９の外周に形成された周溝９ｆに組み付けられる。このウェアリング３２も、図２に示す形状に準ずる。第２のウェアリング３２は、本発明の第２の絞り手段の一例に相当する。

以上説明したこの実施形態の減圧弁１によれば、入口４から導入される流体は、弁体１２と弁座１３との間、ピストン流路９ｂを介して調圧室１７に流れ、調圧室１７における流体の圧力とスプリング２１の付勢力とのバランスにより減圧されて出口６から導出される。ここで、第１のリップシール２２より上流側にてロッド摺動部１１の隙間が第１のウェアリング３１により絞られるので、入口４から弁室１４に高圧の流体が急激に流入し、その流体の圧力（突入圧）がロッド摺動部１１に印加しても、第１のウェアリング３１より下流側に位置する第１のリップシール２２での圧力上昇が緩和される。ここで、図２に示すように、第１のウェアリング３１は、切れ目３１ａを有するが、その切れ目３１ａの両端が斜めにカットされて対向している。このため、第１のウェアリング３１より上流側（図１の下側）に高圧の流体が作用したとき、同ウェアリング３１が変形することで、その切れ目３１ａが接続されて閉塞するので、切れ目３１ａからの流体の漏れが抑えられる。すなわち、ロッド摺動部１１には、このウェアリング３１がラビリンス構造的に機能して流体の通過が規制されるのである。このため、ロッド摺動部１１における第１のリップシール２２の破損を防止することができ、そのシール機能を確保することができる。この結果、減圧弁１から外部への流体の漏れを未然に防止することができる。例えば、この減圧弁１が、水素ガスの供給装置で使用された場合、減圧弁１からの水素ガスの漏れを未然に防止することができる。

図３に、減圧弁１の弁室１４に突入圧が印加されたときの各部の圧力変化をグラフにより示す。図３において、「Ｐ１」は、入口４の圧力（入口圧力）を示し、「Ｐ２」は、第１のウェアリング３１が有る場合の第１のリップシール２２に作用する圧力（シール圧力）を示し、「Ｐ３」は、調圧室１７の圧力（調圧室圧力）を示し、「Ｐ４」は、第１のウェアリング３１が無い場合の第１のリップシール２２に作用する圧力（対比シール圧力）を示す。この図３に示すように、入口圧力Ｐ１が突入圧により急上昇したとき、シール圧力Ｐ２は少し遅れて調圧室圧力Ｐ３よりも上昇するが、その上昇程度は、対比シール圧力Ｐ４の半分程度に抑えられることがわかる。これは、第１のリップシール２２より上流側（図３の下側）にて、ロッド摺動部１１の隙間が第１のウェアリング３１により絞られ、第１のリップシール２２へ流れる流体が少なくなり、シール圧力Ｐ２の上昇が遅れることによるものである。その間に、調圧室圧力Ｐ３が所定の調圧値になると、ピストン９が移動し弁体１２が弁座１３に着座して閉弁されるので、シール圧力Ｐ２と調圧室圧力Ｐ３が動圧となり、シール圧力Ｐ２の圧力上昇が抑えられる。

また、この実施形態では、第２のリップシール２３より下流側（図１の上側）にてピストン摺動部１０の隙間が第２のウェアリング３２により絞られるので、調圧室１７に高圧の流体が急激に流入し、その流体の圧力がピストン摺動部１０に印加（突入圧）しても、第２のウェアリング３２より上流側（図１の下側）に位置する第２のリップシール２３での圧力上昇が緩和される。このため、ピストンの摺動部１０における第２のリップシール２３の破損を防止することができ、そのシール機能を確保することができる。この意味でも、減圧弁１から外部への流体の漏れを未然に防止することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明における減圧弁を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態と同等の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、以下では異なった点を中心に説明する。

図４に、この実施形態の減圧弁４１を断面図により示す。この実施形態の減圧弁４１は、主としてロッド９ａに係る構成の点で第１実施形態の減圧弁１と構成が異なる。この実施形態の減圧弁４１は、ロッド９ａが基端部から先端部まで略同じ外径で形成される。そして、この実施形態で、本発明のロッド摺動部１１における絞り手段が、第１のウェアリング３１と、同リング３１より下流側に位置し、ロッド９ａの外周に形成されたフランジ９ｇとを含む。フランジ９ｇは、第１のリップシール２２の近傍に配置される。このフランジ９ｇも、ロッド摺動部１１の隙間を絞るようにラビリンス構造的に機能して流体の流通を規制するようになっている。

従って、この実施形態によれば、第１のリップシール２２より上流側（図４の下側）にてロッド摺動部１１の隙間が、第１のウェアリング３１とフランジ９ｇにより二段階に絞られるので、入口４から弁室１４に高圧の流体が急激に流入し、その流体の圧力がロッド摺動部１１に印加（突入圧）しても、第１のリップシール２２での圧力上昇が第１のウェアリング３１とフランジ９ｇにより二段階に緩和される。このため、ロッド摺動部１１における第１のリップシール２２の破損をより確かに防止することができ、同リップシール２２のシール機能を確保することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明における減圧弁を具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図５に、この実施形態の減圧弁４２を断面図により示す。この実施形態の減圧弁４２は、第１のウェアリング３１が省略された点で第２実施形態の減圧弁４１と構成が異なる。

従って、この実施形態によれば、第１のウェアリング３１はないものの、第１のリップシール２２より上流側（図５の下側）にてロッド摺動部１１の隙間がフランジ９ｇにより絞られる。これにより、入口４から弁室１４に高圧の流体が急激に流入し、その流体の圧力がロッド摺動部１１に印加（突入圧）しても、フランジ９ｇより下流側（図５の上側）に位置する第１のリップシール２２での圧力上昇が緩和される。このため、ロッド摺動部１１における第１のリップシール２２の破損を防止することができ、同リップシール２２のシール機能を確保することができる。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。

（１）前記第１及び第２の実施形態では、第１及び第２のウェアリング３１，３２の切れ目３１ａ，３２ａを、両端面が斜めに切断されて対向するように形成した。これに対し、図６に斜視図で示すように、第１及び第２のウェアリング３１，３２の切れ目３１ｂ，３２ｂを、両端面が階段状に切断されて対向するように形成することもできる。

（２）前記各実施形態では、シール部材として第１及び第２のリップシール２２，２３を設けたが、シール部材はリップシールに限られるものではなく、摺動部のシール性を確保できる部材であればよい。

（３）前記各実施形態では、ピストン９とロッド９ａを一体に形成したが、これらを別体に形成して互いに結合させてもよい。

（４）前記各実施形態では、ロッド９ａと弁体１２を別体に形成したが、ロッド９ａと弁体１２を一体に形成してもよい。

この発明は、高圧ガス等の高圧流体を減圧して供給するための流体供給装置に利用することができる。例えば、燃料電池へ水素ガスを供給するための水素供給装置に利用することができる。

１ 減圧弁
２ ハウジング
４ 入口
６ 出口
９ ピストン
９ａ ロッド
９ｂ ピストン流路
１０ ピストン摺動部
１１ ロッド摺動部
１２ 弁体
１３ 弁座
１４ 弁室
１７ 調圧室
２１ スプリング
２２ 第１のリップシール（シール部材）
２３ 第２のリップシール（第２のシール部材）
３１ 第１のウェアリング（絞り手段）
３２ 第２のウェアリング（第２の絞り手段）

Claims (5)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングの軸方向一端部と他端部に設けられた入口及び出口と、
   前記ハウジング内を軸方向へ移動可能に設けられたピストンと、
   前記ピストンから前記入口の側へ向けて軸方向に伸びるロッドと、
   前記ハウジングに対して前記ロッドが摺動するロッド摺動部と、
   前記ロッドの先端に設けられた弁体と、
   前記ハウジングにて前記弁体が着座可能に設けられた弁座と、
   前記弁座の下流側にて前記弁体の周りに形成された弁室と、
   前記ピストンの下流側にて前記ハウジングとの間に設けられ、前記出口に連通する調圧室と、
   前記弁室から前記調圧室へ流体を流すために前記ロッドと前記ピストンに設けられた流路と、
   前記弁体が前記弁座から離間する方向へ前記ピストン及び前記ロッドを付勢するスプリングと、
   前記ロッド摺動部に設けられたシール部材と
   を備え、前記入口から導入される流体を、前記弁体と前記弁座との間、前記流路を介して前記調圧室に流し、前記調圧室における前記流体の圧力と前記スプリングの付勢力とのバランスにより減圧して前記出口から導出するようにした減圧弁において、
   前記シール部材より上流側に位置し、前記ロッド摺動部の隙間を絞るための絞り手段を備えたことを特徴とする減圧弁。
2. 前記絞り手段は、前記ロッドの外周に設けられたウェアリングを含むことを特徴とする請求項１に記載の減圧弁。
3. 前記絞り手段は、前記ロッドの外周に形成されたフランジを含むことを特徴とする請求項１に記載の減圧弁。
4. 前記絞り手段は、前記ロッドの外周に設けられたウェアリングと、前記ウェアリングより下流側に位置し、前記ロッドの外周に形成されたフランジとを含むことを特徴とする請求項１に記載の減圧弁。
5. 前記ハウジングに対して前記ピストンが摺動するピストン摺動部と、
   前記ピストン摺動部に設けられた第２のシール部材と、
   前記第２のシール部材より下流側に位置し、前記ピストン摺動部の隙間を絞るための第２の絞り手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の減圧弁。

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