JP2022039321A

JP2022039321A - 減圧弁装置

Info

Publication number: JP2022039321A
Application number: JP2020144284A
Authority: JP
Inventors: 一彦吉田; Kazuhiko Yoshida
Original assignee: TOKYO DIES KK
Current assignee: TOKYO DIES KK
Priority date: 2020-08-28
Filing date: 2020-08-28
Publication date: 2022-03-10

Abstract

【課題】粘性の高い流体の圧力を良好に減圧し、しかも小型化をはかることのできる減圧弁装置を提供する。【解決手段】流路を開閉する弁２５の弁体２５ｂを弁座２５ａから離間する方向に作動させる空気圧を供給する空気圧供給路３０を備えた減圧弁装置２１において、空気圧供給路３０から供給される空気圧により移動されるエアピストン３２に生じる荷重を増幅して弁２５を開く方向に付勢する空気圧を増大する空気圧増大機構を設けた。【選択図】図１

Description

本発明は、流入した流体の圧力を減圧して吐出する減圧弁装置に係り、特に、粘度の高い材料を減圧するのに好適な減圧弁装置に関する。

まず、従来のこの種の減圧弁装置を図５により説明する。

図５において、従来の減圧弁装置１は、ハウジング２の下部に流体導入路３と流体吐出路４とを備えており、これらの流体導入路３と流体吐出路４は水平方向に間隔を隔てて配設されている。

前記流体導入路３は、前記ハウジング２内の奥方に位置する前端部３ａが小径に形成されており、この前端部３ａの先端の下方には、中央に開口６の形成された弁５の弁座５ａが装着されている。前記弁座５ａには、この弁座５ａに当接して流体の前記前端部３ａからの吐出を阻害する弁体５ｂが環状支持部材８に支持されて配設されている。

前記ハウジング２の上方には、減圧制御に使用される空気を下向きに供給する空気供給口１０が上部中央に形成されている上部ハウジング９が、前記ハウジング２に嵌合支持されて配設されている。

前記上部ハウジング９内には、前記空気供給口１０に連通するシリンダ１１が形成されており、このシリンダ１１内を昇降するエアピストン１２が円環状のパッキン１３によりシールされて配設されている。このエアピストン１２の中央部下面には、前記エアピストン１２を下方から支持するとともに、前記空気供給口１０に供給された空気による空気圧を下方に伝達する荷重伝達部材１４が突設されている。前記荷重伝達部材１４には、受座１５が形成されており、この受座１５の中央部には、下向き円錐状の凹部１６が形成されている。

前記凹部１６には、上端部を前記凹部１６に嵌合する円錐状に形成されたプランジャ１７が上下動可能に配設されている。このプランジャ１７は、前記環状支持部材８に接続されており、前記空気供給口１０から空気が供給されることにより、エアピストン１２ならびに荷重伝達部材１４が下降して、弁５の弁座５ａから弁体５ｂが離間し、前記流体導入路３からの流体が、流体導入路３の前端部３ａからハウジング２内に導入されることになる。

前記ハウジング２内には、前記流体吐出路４に連通する連通路１８が形成されており、前記流体導入路３からの流体が、前記連通路１８を介して前記流体吐出路４から外部に吐出されるようになっている。

このような従来の減圧弁装置１においては、エアピストン１２の上方の空気供給口１０から供給された空気による空気圧は、エアピストン１２の受圧面の面積により荷重に変換され、その荷重が大きい場合にはプランジャ１７を押圧する前記流体導入路３からの流体圧に抗して弁体５ｂを弁座５ａから離間させて弁５を開くことができる。それとは反対に、プランジャ１７を下方から押圧するハウジング２内の流体圧により発生する荷重が空気供給口１０から供給された空気圧により発生する荷重より大きければ、弁体５ｂが弁座５ａに圧接して流体導入路３からの流体の流れを阻止することになる。

前述した減圧弁装置１の動作の詳細を図６により説明する。
Ｐ_１：一次圧（供給圧）
Ｐ_２：二次圧（吐出圧）
Ａ_ｓ：圧力検出面積：弁座５ａの面積（外径：ｄ）
Ａ_ｐ：シート面積：プランジャ１７の底面積（外径：Ｄ）
Ｗ_１：流体導入路３の荷重
Ｗ_２：プランジャ１７において発生する荷重
とすると、弁５が開いているときには、弁座５ａには、その面積Ａ_ｓが受ける液圧のみが作用するが、弁５が閉じている状態においては、流体導入路３から供給される圧力Ｐ_１が弁５を開く方向に作用するため、吐出側の液圧Ｐ_２が一定圧以上にならないと弁５を閉じることができない。すなわち、弁５を閉じることができる条件は、Ｗ_１≦Ｗ_２であり、最低Ｐ_２＝Ａ_ｓ・Ｐ_１／Ａ_ｐ＋Ａ_ｓとなる。

そして、一次圧Ｐ_１の影響を小さくするためには、シート面積Ａ_ｐと圧力検出面積Ａ_ｓとの比を可能な限り大きくする必要がある。

ところで、１ＭＰ_ａ以下の低圧の流体の減圧を行う減圧弁装置においては、シート面積Ａ_ｐと圧力検出面積Ａ_ｓとの比を可能な限り大きくするために受圧部となるプランジャの受圧面積を大きくしても液圧が低いために大きな荷重とならないが、例えば１０ＭＰ_ａ以上の高圧の液体の減圧を行う減圧弁装置においては、受圧部を大きくすると、発生する荷重に対応して制御に要する荷重も大きくする必要がある。このため、受圧部たるプランジャの外径を大きく必要があった。

前述したように、従来の減圧弁装置１においては、制御のための発生荷重を大きくするため、大径のエアピストン１２ならびにプランジャ１７を設ける必要があり、設置する空間を大きく占有するうえ重量も大きくなり、減圧弁装置１を支持する保持具の強度も必要になるという問題点があった。

これらの観点から、逆に弁５の弁座５ａの面積を可能な限り小さくしてシート面積Ａ_ｐとの比を大きくすることにより発生荷重Ｗ_２を抑え、可能な限りの小型化をはかっていた。

しかしながら、このような従来の減圧弁装置１においては１分当たり１０リットル以上の大容量の流体を流したり、グリスやシーリング材などの粘度の高い流体を流すときの圧力損失を補償するために高圧で移送される材料の弁５における流路抵抗を軽減するため弁５における弁座５ａの口径を大きくしようとすると、弁座５ａに作用する供給側からの圧力が弁体５ｂを弁座５ａから離間する方向に作用するため、この圧力に抗して精度よく弁５を閉じる荷重を発生させる必要があった。このため、圧力検知を行うプランジャ１７の口径を大きくせざるを得ず、プランジャ１７の受ける荷重が大きくなってしまっていた。

このプランジャ１７の受ける荷重を、工場などで通常使用されている０．５～０．７ＭＰ_ａ程度の空気圧によって制御しようとすると、エアピストン１２を大径化して面積を大きくし、空気圧による発生荷重を増大させなければならなかった。この結果、エアピストン１２が大径化してしまい、前述したような大型化と支持構造の強化が必要とされていた。

このため、従来から小型軽量化をはかるようにした減圧弁装置が知られている。

その一例として、弁箱の内部に上下動自在に設けた弁体と、弁体に連動するシリンダ装置と、下端にシリンダ装置のピストン螺合する下段ボールねじ部を形成し、上端に下段ボールねじ部に較べてリードの大きい上段ボールねじ部を形成した伝動軸と、伝動軸の上段ボールねじ部に螺合して上下動自在に配置した重錘と、一端が弁箱の下流側流路に連通するとともに、他端がシリンダ装置シリンダ室に連通するパイロット管路とを有するものがある（例えば特許文献１参照）。

また、他例として、一次側通路に絞り装置を設け、パイロット弁内には、第１ダイアフラムに面する二次側圧力導入用のメイン圧力室と、第２ダイアフラムで仕切られた第１，第２のサブ圧力室を形成し、第２ダイアフラムの面積を第１ダイアフラムの面積より大きくし、弁の二次側圧力を増幅するようにしたものもある（例えば特許文献２参照）。

特開平５－１１９８４５号公報特開２００５－２０２７３６号公報

前述した特許文献１の減圧弁装置において、制御圧の増幅機構は、本体内に重錘と弁棒に接続するピストンとを設け、重錘とピストンを接続するボールねじを形成した伝動軸と、伝動軸に設けたボールねじのリードを異ならせることで行っており、さらに流路の二次側から本体に接続する流路を必要とする。

このため、高圧流体の制御のためには、大きいサイズの重錘とパイロット流路が必要となり、それ以外にもねじのリード差を大きくできるか不明である。

また、前述した特許文献２においては、制御圧の増幅機構を、本体とは別に設けた２つのダイアフラムを有するパイロット弁により行っている。このため、本体およびパイロット弁を接続する複数の流路を必要とする。したがって、高圧流体制御のためには、少なくとも一方のダイアフラムのサイズを大きくするとともに、複数の流路を形成する必要がある。

したがって、前述した両特許文献１、２の減圧弁装置は、いずれも大型であり、各減圧弁装置を支持する保持具の強度も必要になるという問題点があった。

本発明は、前述した従来の各減圧弁装置における問題点を克服し、粘性の高い流体の圧力を良好に減圧し、しかも小型化をはかることのできる減圧弁装置を提供することを目的としている。

前記の課題を解決するために、請求項１に係る本発明の減圧弁装置は、粘度が高い流体を減圧して供給する減圧弁装置であって、流路を開閉する弁の弁体を弁座から離間する方向に作動させる空気圧を供給する空気圧供給路を備えた減圧弁装置において、前記空気圧供給路から供給される空気圧により移動されるエアピストンに生じる荷重を増幅して前記弁を開く方向に付勢する前記空気圧を増大する空気圧増大機構を設けたことを特徴としている。そして、このような構成を有することにより、粘性の高い流体の圧力を簡単な構成により確実に下げることができる。

請求項２に係る本発明の減圧弁装置は、前記空気圧増大機構が、往復動されるピストンに、固定部材に枢支されたリンクの一端部を接触させるとともに、前記リンクの中間部を前記弁体へ荷重を伝達する荷重伝達部材に当接して梃子の原理により前記ピストンへの荷重を増大して前記弁体に伝達するようにしたことを特徴としている。そして、このような構成を有することにより、梃子の原理の作用点となるリンクの中間部を荷重伝達部材に圧接して空気圧を増大するようにしている。

請求項３に係る本発明の減圧弁装置は、少なくとも１個の前記リンクを設けたことを特徴としている。そして、このような構成を有することにより、梃子の原理を複数組のリンクで行えば、より安定的に空気圧を増大することができる。

請求項４に係る本発明の減圧弁装置は、前記空気圧増大機構が、往復動されるピストンに接続されて従動する前記ピストンより小径のピストンロッドと、このピストンロッドより大径とされ前記ピストンロッドと連動して密閉空間内に充填されている液体を押圧する液圧ピストンとを有し、パスカルの原理により前記ピストンへの荷重を増大して前記液圧ピストンを介して前記弁体に伝達するようにしたことを特徴としている。そして、このような構成を有することにより、密閉空間内に充填されている液体を押圧するようにして、パスカルの原理により前記ピストンへの荷重を増大して前記弁体に伝達するようにし、空気圧を安定的に増大することができる。

本発明の減圧弁装置によれば、梃子の原理またはパスカルの原理により小型で簡単な構成にもかかわらず、粘度の高い流体の圧力を空気圧を利用して確実に低下することができる。

本発明に係る減圧弁装置の第１実施形態を示す縦断面正面図図１の右側面図図１の一部を省略した平面図本発明に係る減圧弁装置の第２実施形態を示す縦断面正面図従来の減圧弁装置の一例を示す縦断面正面図図５の減圧弁装置における圧力の状態を示す説明図

図１ないし図３は、本発明の第１実施形態を示すものであり、本実施形態の減圧弁装置２１は、ハウジング２２の下部に流体導入路２３と流体吐出路２４とを備えており、これらの流体導入路２３と流体吐出路２４は水平方向に間隔を隔てて配設されている。

前記流体導入路２３は、前記ハウジング２２内の奥方に位置する前端部２３ａが小径に形成されており、この前端部２３ａの先端の下方には、中央に開口２６の形成された弁２５の弁座２５ａが装着されている。前記弁座２５ａには、この弁座２５ａに当接して流体の前記前端部２３ａからの吐出を阻害する弁体２５ｂが環状支持部材２８に支持されて配設されている。

前記ハウジング２２の上方には、減圧制御に使用される空気を下向きに供給する空気供給口３０が上部中央に形成されている上部ハウジング２９が、前記ハウジング２２に嵌合支持されて配設されている。

前記上部ハウジング２９内には、前記空気供給口３０に連通するシリンダ３１が形成されており、このシリンダ３１内を昇降するエアピストン３２が円環状のパッキン３３によりシールされて配設されている。このエアピストン３２の中央部下面中心部には、小径のピストンロッド３２ａが垂設されており、このピストンロッド３２ａの下端部には、前記エアピストン３２およびピストンロッド３２ａを下方から支持するとともに、前記空気供給口３０に供給された空気による空気圧を下方に伝達する荷重伝達部材３４が突設されている。前記荷重伝達部材３４には、受座３５が形成されており、この受座３５の中央部には、下向き円錐状の凹部３６が形成されている。

前記凹部３６には、上端部を前記凹部３６に嵌合する円錐状に形成されたプランジャ３７が上下動可能に配設されている。このプランジャ３７は、前記環状支持部材２８に接続されており、前記空気供給口３０から空気が供給されることにより、エアピストン３２ならびに荷重伝達部材３４が下降して、弁座２５ａから弁体２５ｂが離間し、前記流体導入路２３からの流体が、流体導入路２３の前端部２３ａからハウジング２２内に導入されることになる。

前記ハウジング２２内には、前記流体吐出路２４に連通する連通路３８が形成されており、前記流体導入路２３からの流体が、前記連通路３８を介して前記流体吐出路２４から外部に吐出されるようになっている。

本実施形態においては、前記上部ハウジング２９の上部に揺動可能な２本のリンク３９，３９がそれぞれ基端部をピン４０，４０に相互に逆向きに枢着されて上方に突出するように配設されている。前記各ピン４０は、梃子の原理における支点をなすものである。

前記各リンク３９の他端部には、前記エアピストン３２の下面に当接するローラ４１が回転自在に支持されている。各ローラ４１は、梃子の原理における力点をなすものである。

そして、各リンク３９の長手方向における中間部位の下面には、梃子の原理における作用点をなすピン４２があり押圧部４２ａが前記荷重伝達部材３４の上面に当接するように突設されている。

したがって、前記空気供給口３０から供給される空気の空気圧がエアピストン３２の上面に作用すると、この空気圧によりエアピストン３２が下降し、この結果、各リンク３９がピン４０を中心として、それぞれ水平方向に近づくように揺動される。すると、各リンク３９のピン４２が前記荷重伝達部材３４を押圧することになる。このとき、前記エアピストン３２が圧接している各ローラ４１から支点をなすピン４０までの距離より、前記荷重伝達部材３４を押圧しているぴん４２からピン４０までの距離の方が小さいので、梃子の原理により前記空気供給口３０から供給される空気の空気圧より各リンク３９のピン４２が前記荷重伝達部材３４を押圧する圧力の方が大きくなる。例えば、距離が１／２であれば、荷重は２倍となる。すなわち、前記空気供給口３０から供給される空気の空気圧を増大させることになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、エアピストン３２と荷重伝達部材３４との間に梃子の原理をなすためのリンク３９を介装するという簡単な構成にもかかわらず、空気圧を安定的に増大して、粘性のある流体を良好に減圧させることができる。

なお、梃子の原理を実行するためのリンクの数は、前述した実施形態の２本に限定されるものではなく、１本でも３本以上であってもよい。

図４は本発明に係る減圧弁装置の第２実施形態を示すものである。なお、前述した第１実施形態と同一あるいは相当する部材については同一の符号を付し、その説明は省略する。

図４において、本実施形態の減圧弁装置２１Ａは、上部ハウジング２９の空気供給口３０に供給される空気の空気圧により下降されるエアピストン３２を有しており、このエアピストン３２の下面中心部にはピストンロッド３２ａが垂設されている。

前記上部ハウジング２９の下部中央には、シリンダ４４が形成されており、このシリンダ４４内には、シリンダ４４内を昇降可能な液体ピストン４５が配設されている。

前記上部ハウジング２９と液体ピストン４５との間には、上部ハウジング２９および液体ピストン４５をそれぞれ切り欠くようにして、前記ピストンロッド３２ａの下方に位置する液体貯留凹部４６が形成されている。この凹部４６は、前記ピストンロッド３２ａに下方から対向しピストンロッド３２ａの外径とほぼ同径の円筒形上部４６ａを有している。この円筒形上部４６ａの下方には、円錐台状の中間部４６ｂが前記円筒形上部４６ａに連通するように形成されている。なお、前記中間部４６ｂの縁部には、下方に延在する垂下部４６ｃが形成されており、この垂下部４６ｃの下端は、液体ピストン４５の外周に装着されたシール部材４７により液密を保持されている。なお、前記ピストンロッド３２ａの外周に沿って液体が上昇しないようにするためのシール部材４８が前記ピストンロッド３２ａに対向するように配設されている。

さらに、前記液体貯留凹部４６の中間部４６ｂの下方には、液体貯留凹部４６の円筒形下部４６ｄが連設されている。この円筒形下部４６ｄの内径は、前記円筒形上部４６ａの内径より多少大径に形成されている。また、前記液体ピストン４５の外径は、前記ピストンロッド３２ａの外径より約２．４倍の大径とされている。したがって、ピストンロッド３２ａに加えられた空気圧は、パスカルの原理により６倍弱の倍率で増幅されることになる。

前記液体ピストン４５の下端の中心部には、上向きの凹部４５ａが形成されている。この凹部４５ａには、プランジャ３７の上端に形成された円錐状頂部３７ａが嵌合されている。

前述した第２実施形態の構成によれば、上部ハウジング２９の空気供給口３０から供給された空気の空気圧が、ピストンロッド３２ａと液体ピストン４５の横断面積の比によりパスカルの原理により増幅されて環状支持部材２８に伝達されるので、空気圧を安定的に増大して、粘性のある流体を良好に減圧させることができる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

１、２１、２１Ａ減圧弁装置
２、２２ハウジング
３、２３流体導入路
４、２４流体吐出路
５、２５弁
５ａ、２５ａ弁座
５ｂ、２５ｂ弁体
８、２８環状支持部材
９、２９上部ハウジング
１０、３０空気供給口
１１、３１シリンダ
１２、３２エアピストン
３２ａピストンロッド
１４、３４荷重伝達部材
１７、３７プランジャ
１８、３８連通路
３２ａピストンロッド
３９リンク
４０ピン
４１ローラ
４２ピン
４２ａ押圧部
４４シリンダ
４５液圧ピストン
４６液体貯留凹部

ところで、１ＭＰ_ａ以下の低圧の流体の減圧を行う減圧弁装置においては、シート面積Ａ_ｐと圧力検出面積Ａ_ｓとの比を可能な限り大きくするために受圧部となるプランジャの受圧面積を大きくしても液圧が低いために大きな荷重とならないが、例えば１０ＭＰ_ａ以上の高圧の液体の減圧を行う減圧弁装置においては、受圧部を大きくすると、発生する荷重に対応して制御に要する荷重も大きくする必要がある。このため、受圧部たるプランジャの外径を大きくする必要があった。

前記の課題を解決するために、請求項１に係る本発明の減圧弁装置は、粘度が高い流体を減圧して供給する減圧弁装置であって、流路を開閉する弁の弁体を弁座から離間する方向に作動させる空気圧を供給する空気圧供給路を備えた減圧弁装置において、前記空気圧供給路から供給される空気圧により移動されるエアピストンに生じる荷重を増大して前記弁を開く方向に付勢する荷重増大機構を設け、前記荷重増大機構は、往復動される前記エアピストンに、固定部材に枢支されたリンクの一端部を接触させるとともに、前記リンクの中間部を前記弁体へ荷重を伝達する荷重伝達部材に当接して梃子の原理により前記エアピストンへの荷重を増大して前記弁体に伝達するようにされていることを特徴としている。そして、このような構成を有することにより、粘性の高い流体の圧力を簡単な構成により確実に下げることができる。

請求項２に係る本発明の減圧弁装置は、少なくとも１個の前記リンクを設けたことを特徴としている。そして、このような構成を有することにより、梃子の原理を複数組のリンクで行えば、より安定的に空気圧を増大することができる。

本発明の減圧弁装置によれば、梃子の原理により小型で簡単な構成にもかかわらず、粘性の高い流体の圧力を空気圧を利用して確実に低下することができる。

したがって、前記空気供給口３０から供給される空気の空気圧がエアピストン３２の上面に作用すると、この空気圧によりエアピストン３２が下降し、この結果、各リンク３９がピン４０を中心として、それぞれ水平方向に近づくように揺動される。すると、各リンク３９のピン４２が前記荷重伝達部材３４を押圧することになる。このとき、前記エアピストン３２が圧接している各ローラ４１から支点をなすピン４０までの距離より、前記荷重伝達部材３４を押圧しているピン４２からピン４０までの距離の方が小さいので、梃子の原理により前記空気供給口３０から供給される空気の空気圧より各リンク３９のピン４２が前記荷重伝達部材３４を押圧する荷重の方が大きくなる。例えば、距離が１／２であれば、荷重は２倍となる。すなわち、前記空気供給口３０から供給される空気の空気圧により発生する荷重を増大させることになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、エアピストン３２と荷重伝達部材３４との間に梃子の原理をなすためのリンク３９を介装するという簡単な構成にもかかわらず、空気圧により発生する荷重を安定的に増大して、粘性のある流体を良好に減圧させることができる。

Claims

粘度が高い流体を減圧して供給する減圧弁装置であって、流路を開閉する弁の弁体を弁座から離間する方向に作動させる空気圧を供給する空気圧供給路を備えた減圧弁装置において、
前記空気圧供給路から供給される空気圧により移動されるエアピストンに生じる荷重を増幅して前記弁を開く方向に付勢する前記空気圧を増大する空気圧増大機構を設けたことを特徴とする減圧弁装置。
前記空気圧増大機構は、往復動されるピストンに、固定部材に枢支されたリンクの一端部を接触させるとともに、前記リンクの中間部を前記弁体へ荷重を伝達する荷重伝達部材に当接して梃子の原理により前記ピストンへの荷重を増大して前記弁体に伝達するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の減圧弁装置。
少なくとも１個の前記リンクを設けたことを特徴とする請求項２に記載の減圧弁装置。
前記空気圧増大機構は、往復動されるピストンに接続されて従動する前記ピストンより小径のピストンロッドと、このピストンロッドより大径とされ前記ピストンロッドと連動して密閉空間内に充填されている液体を押圧する液圧ピストンとを有し、パスカルの原理により前記ピストンへの荷重を増大して前記液圧ピストンを介して前記弁体に伝達するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の減圧弁装置。