JP2023163426A - 圧力調整弁 - Google Patents

Abstract

【課題】流体経路を流れる流体が、弁開ばねへと流れ込むことを抑制することにより、弁開ばねにおける異物噛み込み及び振動による騒音を解消し、弁開動作をスムーズに行わせ得る圧力調整弁を提供することである。【解決手段】圧力調整弁１００ａであって、内周側に弁室１５を画定し、弁座３１ｃの周囲から立設し、径方向連通孔３２ａを備えるガイド部３２と、ガイド部３２内に設けられる弁部４１と、ガイド部３２に案内されるガイド軸部４２と、を有する弁部材４０と、弁部４１を変位させる感圧部材５１と、ガイド部３２の外周側に設けられ、弁部４１を弁開方向に付勢する弁開ばね６と、を有し、弁開ばね６の一側端部が、径方向連通孔３２ａの他側端部よりも弁ハウジング１０の他側に配置される。これにより、弁開ばね６における異物噛み込み及び振動による騒音を解消し、弁開動作をスムーズに行わせることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、感圧部材及び弁開ばねを備える圧力調整弁に関する。

圧力調整弁において、圧力変動に応じて、弁部材に接続された感圧部材を駆動させることにより、弁開度を制御することが行われてきた。しかしながら、この圧力調整弁では、静止した弁部材に働く静止摩擦力、弁部材などの自重、弁部材の異物噛み込みによる弁閉固着力などにより、設定された弁開の圧力条件を満たしたとしても、弁開動作をスムーズに行わせることが難しかった。

そこで、例えば、特許文献１には、従来の圧力調整弁（以下、「従来の圧力調整弁」という）であって、弁座に対して、近接または離間可能な弁部材と、一次側圧力に応じて、弁部材を駆動する感圧部材と、を備えるとともに、弁部材を弁開方向に付勢する弁開ばねを採用するものが記載されている。従来の圧力調整弁においては、弁開ばねが、常時、弁部材を弁開方向に付勢することにより、静止した弁部材に働く静止摩擦力、弁部材などの自重、弁閉固着力などの影響を小さくし、その結果、弁開動作をスムーズに行うものである。

特開２００１－１１６４０３号公報

しかしながら、従来の圧力調整弁においては、弁開ばねが、流体経路中に配置されているため、弁開ばねの素線間への異物噛み込みや、弁開ばねに生じる振動による騒音（以下、「従来の問題点（弁開ばねにおける異物噛み込み及び振動による騒音）」という）が生じるおそれがあり、この結果、設定された弁開の圧力条件を満たしても、依然として、弁開動作スムーズに行われないおそれがあった。

本発明の目的は、流体経路を流れる流体が、弁開ばねへと流れ込むことを抑制することにより、弁開ばねにおける異物噛み込み及び振動による騒音を解消し、弁開動作をスムーズに行わせ得る圧力調整弁を提供することである。

上記課題を解決するために、圧力調整弁は、軸線を中心とする径方向に設けられる第１ポートと、一側から他側へと順に連通する、第２ポート、弁ポート、前記第１ポートと連通する中間室、及び、感圧部材収容室と、を有する弁ハウジングと、前記中間室に設けられ、前記弁ポートの他側端部に形成される弁座の周囲から立設する円筒形状からなるガイド部であって、内周側に弁室を画定し、前記弁室及び前記中間室の間を、軸線を中心とする径方向に連通する、少なくとも一つの径方向連通孔を備えるガイド部と、前記ガイド部内の前記弁室に設けられ、前記弁座に対して、近接または離間可能な弁部と、他側に延在し、前記ガイド部により摺動可能に案内されるガイド軸部と、を有する弁部材と、前記感圧部材収容室内の圧力に応じて、前記弁部を変位させる感圧部材と、前記ガイド部の外周側に設けられ、前記弁部を弁開方向に付勢する弁開ばねと、を有し、前記弁開ばねの一側端部が、前記径方向連通孔の他側端部よりも、前記弁ハウジングの他側に配置されるものである。

また、上記圧力調整弁であって、前記ガイド部と、前記第２ポート及び前記弁ポートを有する弁座部とが一体形成される弁座部材をさらに備え、前記弁座部材は、前記弁ハウジングの一側端部における軸線方向に貫通する貫通孔に固定されているものとしてもよい。

また、上記圧力調整弁であって、前記弁座部材において、前記ガイド部の内周部は、前記ガイド軸部と摺動する摺動部を有し、前記摺動部と前記弁ポートは、同軸加工されるものとしてもよい。

また、上記圧力調整弁であって、前記ガイド部の内周部は、前記摺動部の一側に隣接するとともに、前記径方向連通孔の内径部分と連続的に接続する逃がし部をさらに有し、
前記逃がし部の内径は、前記摺動部の内径より大きいものとしてもよい。

また、上記圧力調整弁であって、前記ガイド部の外周部に、前記弁開ばねの一側端部が支持され、前記ガイド軸部の他側端部に、前記弁開ばねの他側端部が支持されるものとしてもよい。

また、上記圧力調整弁であって、円環部を有する一側ばね受け部をさらに備え、前記ガイド部の外周部は、一側から他側に縮径する段部を有し、前記一側ばね受け部の前記円環部が、前記ガイド部の前記段部に係合されるとともに、前記弁開ばねの一側端部を支持するものとしてもよい。

また、上記圧力調整弁であって、前記一側ばね受け部は、前記円環部の内周側から立設し、前記ガイド部の外周部に係合されるとともに、前記弁開ばねの内径部を案内する円筒部をさらに有するものとしてもよい。

また、上記圧力調整弁であって、前記中間室と前記感圧部材収容室とは、前記一側ばね受け部の外周端部と前記中間室の内壁との環状隙間を介して、連通するものとしてもよい。

また、上記圧力調整弁であって、前記環状隙間の面積は、前記径方向連通孔における開口面積の総和より小さいものとしてもよい。

また、上記圧力調整弁であって、前記第１ポートの中心軸線に対して、前記一側ばね受け部の一側端部は、前記一側ばね受け部の一側端部に対向する前記中間室の内壁よりも、離隔して配置されるものとしてもよい。

また、上記圧力調整弁であって、前記第１ポートの中心軸線と、前記第１ポート１１に対向する前記径方向連通孔の中心軸線とが共通であるものとしてもよい。

また、上記圧力調整弁であって、前記弁ハウジングの内周面に固定され、環形状を有するボール支持部材と、前記ボール支持部材に収容されるボールとを、さらに有し、前記ボールは、前記弁部材と前記感圧部材との間に配置され、前記ボールの直径は、前記弁部材と前記弁ハウジングとの片側隙間より大きいものとしてもよい。

また、上記圧力調整弁であって、前記感圧部材を、感圧用ベローズとしてもよい。

また、上記圧力調整弁であって、前記第１ポートから前記第２ポートへの流れ方向とし、前記弁ポートの口径を、前記感圧用ベローズの平均内径より小さくするものとしてもよい。

本発明によれば、流体経路を流れる流体が、弁開ばねへと流れ込むことを抑制することにより、弁開ばねにおける異物噛み込み及び振動による騒音を解消し、弁開動作をスムーズに行わせ得る圧力調整弁を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る圧力調整弁の弁閉状態を示す断面図である。 図１の圧力調整弁の弁部材側の拡大図である。 第２の実施形態に係る圧力調整弁の弁部材側の拡大図である。 第３の実施形態に係る圧力調整弁の弁部材側の拡大図である。

本発明の実施形態について、図１から図４を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明は本実施形態の態様に限定されるものではない。

＜用語について＞
本明細書の記載において、「上」、「下」、「左」、「右」、とは、図１から図４に示される方向を示す。本明細書および特許請求の範囲の記載において、「一側」、「他側」とは、「弁座部側」及び「調整ばねユニット側」を示す。本明細書および特許請求の範囲の記載において、「感圧用ベローズの有効受圧面積」とは、蛇腹形状の最小内径（感圧用ベローズの中心軸側に突出する蛇腹形状における「谷」部の内径）及び最大内径（感圧用ベローズの中心軸側の中心軸から離れる方向に突出する蛇腹形状の「山」部の内径）の平均内径に基づいて算出した近似値としての受圧面積を示す。本明細書および特許請求の範囲の記載において、「案内可能」とは、「摺動可能」を含むものを示す。本明細書および特許請求の範囲の記載において、「凹凸係合」とは、軸線方向へと窪む形状及び突出する形状がそれぞれ係合するものを示す。本明細書の記載において、「中間室」とは、「感圧部材収容室及び弁室以外の空間」を示す。本明細書の記載において、「ばねの縦横比」とは、「ばねの自由長さ／ばね平均径」を示す。本明細書の記載において、「ばね平均径」とは、「（ばね内径＋ばね外径）／２」を示す。

（第１の実施形態）
＜圧力調整弁の構成について＞
図１を用いて、本発明の第１の実施形態に係る圧力調整弁１００ａについて説明する。圧力調整弁１００ａは、バルブ本体５、弁座部材３０、弁部材４０、感圧ユニット５０、調整ばねユニット６０、下部接続手段７０、上部接続手段８０から主に構成される。以下、圧力調整弁１００ａのそれぞれの構成について順に説明する。なお、圧力調整弁１００ａにおいて、弁座部材３０、弁部材４０、下部接続手段７０、感圧ユニット５０、上部接続手段８０、調整ばねユニット６０の順に、一側から他側へと間接的に係合した状態で、バルブ本体５へと組付けられる。なお、本実施形態においては、説明のために、流体経路の方向を、第１継手管１（第１ポート１１）から第２継手管２（第２ポート１２）へと流れるものとするが、これに限らず、使用用途に合わせ、例えば、第２継手管２（第２ポート１２）から第１継手管１（第１ポート１１）へと流れるものであってもよい。ここで、詳細は後述するが、本実施形態において、弁部材４０を弁開方向に付勢する弁開ばね６を、流体経路と干渉しない位置に配置させることにより、従来の問題点（弁開ばねにおける異物噛み込み及び振動による騒音）を解消することができる。

＜バルブ本体について＞
バルブ本体５は、第１継手管１及び第２継手管２に接続される弁ハウジング１０と、この弁ハウジング１０の他側端部にかしめ等により結合されたばねケース２０と、から構成される。このバルブ本体５は、真鍮、鉄、アルミニウム、ステンレス等の金属や、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂材料等、適宜な材質で構成される。

弁ハウジング１０は、中空円筒状の部材で、軸線Ｌに沿って貫通する貫通孔を有し、この貫通孔には、第２継手管２と接続する第２ポート１２、中間室１３、及び、ベローズ収容室（感圧部材収容室）１６が、互いに連通するように設けられる。この中間室１３の内壁には、軸線Ｌの一側から他側へと拡径する環状の一側ばね受け段部１８が設けられる。

また、弁ハウジング１０は、ステンレス鋼からなり、中間室１３から半径方向へと貫通する貫通孔をさらに有し、この貫通孔には、第１継手管１と接続する第１ポート１１が設けられる。これにより、弁閉状態において、中間室１３、後述する弁室１５及びベローズ収容室１６には、第１ポート１１を介して一次側圧力Ｐ１が導入できるように構成される。

ばねケース２０は、軸線Ｌに沿って貫通する貫通孔を有する中空円筒状の部材で、ばね収容室２１が設けられる。また、ばねケース２０の他側端部の内周側には、雌ねじ部２２が設けられ、調整ねじ部材６２の外周側に設けられる雄ねじ部６２ｃと、軸線Ｌ方向に移動可能に螺合される。この螺合部を介し、ばね収容室２１には常時大気が導入される。

＜弁座部材について＞
弁座部材３０は、ステンレス鋼からなり、軸線Ｌに沿って貫通する貫通孔を有する中空円筒状の部材で、弁座部３１と、ガイド部３２との一体形成から構成されており、弁ハウジング１０の一側端部における軸線Ｌ方向に貫通する貫通孔に圧入された後、ろう付けにより固定される。このように、本実施形態の弁座部材３０において、弁座部３１とガイド部３２とを一体形成にすることにより、低コスト化を図ることができるとともに、部品点数を少なくでき、在庫管理の労力を低減させることができる。

弁座部３１は、軸線Ｌに沿って延在し、他側端部に環状の弁座３１ｃが形成される弁ポート３１ａと、弁ポート３１ａより内径が大きく設定されており、第２ポート１２を画定する内部通路３１ｂと、を有する。

ガイド部３２は、中間室１３に設けられ、弁座部３１の他側端部の周囲から立設する円筒形状からなり、内周側に弁室１５（図２参照）を画定するとともに、弁室１５及び中間室１３の間を、軸線Ｌを中心とする径方向に連通するように、周方向に等間隔に配置された４つの径方向連通孔３２ａ（図２参照）を備える。なお、本実施形態における径方向連通孔３２ａは、周方向に等間隔に４つ配置されているものであるが、これに限らず、径方向連通孔３２ａの数や配置は、圧力調整弁１００ａの使用用途に応じて、適宜設定することができる。

ガイド部３２の内周部は、図２に示すように、軸線Ｌ方向の他側から一側に沿って、ガイド軸部４２と摺動する摺動部３２ｂと、摺動部３２ｂに隣接するとともに、径方向連通孔３２ａの内径部分と連続的に接続する逃がし部３２ｃと、を有する。本実施形態において、逃がし部３２ｃの内径は、摺動部３２ｂの内径より大きく設定されることにより、径方向連通孔３２ａの弁室１５側の開口端部が、弁部材４０に物理的に直接干渉することが抑制される。これにより、仮に、径方向連通孔３２ａの弁室１５側の開口端部に加工バリ等が生じていたとしても、逃がし部３２ｃにより、弁部材４０との接触は回避され、この結果、弁部材４０の作動性を向上させることができる。

本実施形態において、ガイド部３２の摺動部３２ｂと、弁座部３１の弁ポート３１ａとは、同軸加工される。これにより、弁部材４０は、摺動部３２ｂにより、軸線Ｌ方向に安定した状態でガイドされ、軸線Ｌ方向からみた、弁部材４０と弁座３１ｃとの中心位置は常に一致している。この結果、摺動部３２ｂに対する弁部材４０の摺動抵抗が減少し、ヒステリシスを低減させることができるため、低弁漏れ性を担保し、流量不安定を向上させることができる。また、このガイド部３２と弁座部３１とは、一体形成されていることから、別体である場合に必然的に生じる組付け誤差等のおそれがない。このため、摺動部３２ｂと弁ポート３１ａとの同軸管理を、比較的容易、かつ、極めて高い精度で行うことができる。

＜弁部材について＞
弁部材４０は、一側に設けられ、略円錐形状からなる弁部４１と、軸線Ｌ方向の他側へ延在する円筒形状からなるガイド軸部４２と、を備え、ガイド軸部４２の他側端部以外は、ガイド部３２の内周側に配置されている。このガイド軸部４２の他側端部における外周面には、環状溝部４２ａが形成される。ここで、他側ばね受け部７は、内周側に複数の突起を有する環形状の薄板からなり、この複数の突起を介して、環状溝部４２ａに係合される。

弁部材４０のガイド軸部４２が、弁座部材３０のガイド部３２内を軸線Ｌ方向に案内可能に配置される。ここで、ガイド軸部４２の外径と摺動部３２ｂ（図２参照）の内径との間に形成される隙間Ｇ１（図２参照）は、比較的小さくなるように設定される。また、弁部材４０は、弁部材４０の環状溝部４２ａに係合される他側ばね受け部７と弁ハウジング１０の一側ばね受け段部１８との間に挟持された弁開ばね６により、常時、弁開方向へと付勢される。

弁部材４０の軸線Ｌ方向への移動については、詳細は後述するが、一次側圧力Ｐ１と二次側圧力Ｐ２との圧力差や、弁部材４０の他側端部に作用する感圧用ベローズ（感圧部材）５１及び調整ばね６３の付勢力や、他側ばね受け部７に作用する弁開ばね６の付勢力などにより生じる。これらの外力により、弁部４１が弁座３１ｃに対して、近接または離間可能に移動し、弁開度が決まる。ここで、詳細は後述するが、連結棒５５の段差部５５ｃがベローズ上蓋５３と当接することにより、弁部材４０の弁閉状態から最大弁リフト状態となる弁全開状態までの最大弁リフト量が規定される。なお、本実施形態の圧力調整弁１００ａにおいては、最大弁リフト状態となる弁全開状態とは別に、連結棒５５の段差部５５ｃがベローズ上蓋５３と当接する手前に、規定の流量が流れる弁開量の状態となる弁全開状態がある。

＜感圧ユニットについて＞
感圧ユニット５０は、感圧部材である感圧用ベローズ５１と、ベローズ上蓋５３と、軸線Ｌに沿って延在する一側端部及び他側端部を有する連結棒５５と、から構成される。この感圧用ベローズ５１は、軸線Ｌに沿って延在する一側端部及び他側端部を、連結棒５５の一側端部及びベローズ上蓋５３にそれぞれ接続させる。ここで、感圧用ベローズ５１自体の弾性力は、弁部材４０を弁閉方向に付勢する。感圧ユニット５０は、ステンレス等の金属で構成されており、弁ハウジング１０のベローズ収容室１６内に収容される。

感圧用ベローズ５１は、連結棒５５の一側端部及びベローズ上蓋５３のそれぞれと接続されることにより、感圧用ベローズ５１の外部空間には、中間室１３及びベローズ収容室１６を介して、常時、一次側圧力Ｐ１が導入される。一方、感圧用ベローズ５１の内部空間には、連結棒５５の小径部５５ｂとベローズ上蓋５３の挿通孔５３ａとの間に形成された間隙、及び、接続部材８３とベローズ上蓋５３の接触部５３ｃとの間に形成された間隙を介して、常時大気が導入される。また、この感圧用ベローズ５１において、蛇腹形状の山部の外径及び谷部の内径は、弁ハウジング１０及び連結棒５５のそれぞれと、常時、非接触状態となるように各部の寸法関係が設定される。本実施形態における感圧部材は、感圧用ベローズ５１であるが、これに限らず、例えば、ダイヤフラムであってもよい。

連結棒５５は、軸線Ｌ方向の一側へ延在する略円柱形状の大径部５５ａと、大径部５５ａから軸線Ｌ方向の他側へ延在する略円柱形状の小径部５５ｂと、を備える。大径部５５ａの一側端部には、径方向へと突出するとともに、感圧用ベローズ５１の一側端部が溶接Ｗにより接続されるフランジ部５５ｄが形成される。また、大径部５５ａと小径部５５ｂとの間には、環状の段差部５５ｃが形成される。

ベローズ上蓋５３は、軸線Ｌ方向に沿って同心上に延在し、連結棒５５の小径部５５ｂが挿通する挿通孔５３ａと、感圧用ベローズ５１の他側端部が接続されるベローズ上蓋接合部５３ｂと、軸線Ｌ方向に沿って同心上に延在し、挿通孔５３ａより内径が大きく設定されるとともに、連結棒５５の小径部５５ｂが挿通し、接続部材８３が摺動する円筒形状の接触部５３ｃと、を備える。ここで、ベローズ上蓋５３及び弁ハウジング１０の他側端部同士を、互いに溶接等を施すことにより、感圧ユニット５０は、バルブ本体５に対して、相対変位不能に固定される。

＜調整ばねユニットについて＞
調整ばねユニット６０は、ばね受け部材６１と、調整ねじ部材６２と、ばね受け部材６１及び調整ねじ部材６２の間に挟持され、弁部４１を弁閉方向に付勢する調整ばね６３と、から構成される。ばね受け部材６１及び調整ねじ部材６２は、真鍮、鉄、アルミニウム、ステンレス等の金属や、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂材料等、適宜な材質で構成されており、ばねケース２０のばね収容室２１内に収容される。ばね受け部材６１は、軸線Ｌ方向の他側に延在するボス部６１ａと、軸線Ｌ方向の一側に設けられ、調整ばね６３の一側端部が着座する鍔部６１ｂと、を備える。また、調整ねじ部材６２は、軸線Ｌ方向の一側に延在する環状壁部６２ａと、他側に設けられ、調整ばね６３の他側端部が着座する上面部６２ｂと、を備える。この調整ねじ部材６２の外周側には、雄ねじ部６２ｃが設けられる一方、ばねケース２０の他側端部の内周側には、雌ねじ部２２が設けられる。この雄ねじ部６２ｃと雌ねじ部２２とを螺合させ、調整ねじ部材６２を軸線Ｌ方向に移動させることにより、調整ばね６３の付勢力を調整し、弁部材４０が弁開する圧力（設定値）を調整することができる。なお、本実施形態においては、調整ばね６３として、多重巻型ウェーブスプリングを採用するものであるが、これに限らず、例えば、コイルスプリングであってもよい。

＜下部接続手段について＞
下部接続手段７０は、弁部材４０及び感圧ユニット５０における軸線Ｌ方向対向面に形成される一対の窪み部７１，７２と、この一対の窪み部７１，７２の間に、凹凸係合を形成するように挟持されるボール７３と、から構成される。この一対の窪み部７１，７２は、ガイド軸部４２の他側端面及び大径部５５ａの一側端面における軸心部に形成されており、円錐形状の下側窪み部７１及び上側窪み部７２から構成される。この円錐形状は、軸線Ｌと同心円に形成された底面と、軸線Ｌ上に位置する頂点とを有している。また、ボール７３は、ステンレス等の金属で構成される。

これにより、弁部材４０のガイド軸部４２は、弁座部材３０のガイド部３２内に、軸線Ｌに沿って案内可能に配置されるため、下側窪み部７１の中心位置は、常時、軸線Ｌ上近傍に配置される。また、上側窪み部７２の中心位置は、下側窪み部７１及びボール７３を介して、上側窪み部７２に求心作用が働くため、軸線Ｌ上近傍に自立的に配置される。

＜上部接続手段について＞
上部接続手段８０は、連結棒５５及びばね受け部材６１における軸線Ｌ方向対向面に形成される一対の係合部８１，８２と、この一対の係合部８１，８２の間に、凹凸係合を形成するように挟持され、球形状を有する接続部材８３と、から構成される。この一対の係合部８１，８２は、小径部５５ｂの他側端面及びばね受け部材６１の一側端面における軸心部に形成されており、円錐形状の下側係合部８１及び上側係合部８２から構成される。この円錐形状は、軸線Ｌと同心円に形成された底面と、軸線Ｌ上に位置する頂点とを有している。また、接続部材８３は、ステンレス等の金属で構成される。

ここで、軸線Ｌ方向からみて、接続部材８３における円形状の側部の半径は、接触部５３ｃの半径より僅かに小さく設定されているため、接続部材８３の中心位置は、常時、軸線Ｌ上近傍に配置される。また、下側係合部８１及び上側係合部８２の中心位置は、半径方向への移動が規制されている接続部材８３を介して、下側係合部８１及び上側係合部８２にそれぞれ求心作用が働くため、軸線Ｌ上近傍に自立的に配置される。さらに、連結棒５５の小径部５５ｂは、挿通孔５３ａに対して、非接触状態で、軸線Ｌに沿って挿通されるように設定されている。

＜弁開ばねの支持手段の詳細について＞
従来の圧力調整弁では、弁開ばねが、流体経路中に配置されているため、従来の問題点（弁開ばねにおける異物噛み込み及び振動による騒音）を有しており、この結果、設定された弁開の圧力条件を満たしても、依然として、弁開動作がスムーズに行われないおそれがあった。

これに対し、第１の実施形態における弁開ばね６の支持手段では、図２に示すように、弁開ばね６の一側端部は、弁ハウジング１０の一側ばね受け段部１８に支持されるとともに、弁開ばね６の他側端部は、弁部材４０の環状溝部４２ａに係合される他側ばね受け部７に支持される。この際、軸線Ｌ方向から見て、弁開ばね６の他側端部は、全周において、他側ばね受け部７とオーバーラップするように支持される。ここで、径方向連通孔３２ａの中心軸線Ｃからみて、弁ハウジング１０の一側ばね受け段部１８、つまり、弁開ばね６の一側端部が、径方向連通孔３２ａの他側端部よりも、弁ハウジング１０の他側に配置される。このように、第１の実施形態において、弁開ばね６を、流体経路と干渉しない位置に配置させることにより、従来の問題点（弁開ばねにおける異物噛み込み及び振動による騒音）を解消することができる。

また、弁開ばね６において、ばねの縦横比、つまり、自由長さ／ばね平均径が大きくなると、軸線Ｌを中心とする径方向への座屈を生じやすくなるため、設計荷重を下回るおそれがある。これに対し、第１の実施形態においては、弁ハウジング１０の一側ばね受け段部１８の外周側から立設する内壁により、弁開ばね６の外径部を案内することにより、座屈を抑制することができる。なお、ばね平均径とは、（ばね内径＋ばね外径）／２を示す。

＜圧力調整弁の動作について＞
図２を用いて、圧力調整弁１００ａの動作について説明する。ここで、圧力調整弁１００ａが用いられる対象を冷媒回路として説明するが、これに限らない。圧力調整弁１００ａにおいて、第１ポート１１は、高圧（一次側圧力Ｐ１）側の第１継手管１と接続され、第２ポート１２は、低圧（二次側圧力Ｐ２）側の第２継手管２と接続される。

（一次側圧力Ｐ１が設定値よりも低い場合）
一次側圧力Ｐ１が設定値よりも低い場合（例えば、圧縮機の吐出圧力が低下した状態など）には、弁部４１が弁座３１ｃに着座しており、弁閉状態となっている。その際、一次側圧力Ｐ１は、中間室１３を介して、ベローズ収容室１６である感圧用ベローズ５１の外部空間に導入される。

まず、感圧用ベローズ５１には、弁部４１が弁開する方向に作用する力として、一次側圧力Ｐ１×有効受圧面積Ｓ１（図２参照）が生じている。ここで、感圧用ベローズ５１の有効受圧面積Ｓ１とは、蛇腹形状の最小内径及び最大内径の平均内径Ｄ１に基づいて算出した受圧面積である。

次に、弁部材４０には、弁部４１が弁開する方向に作用する力として、二次側圧力Ｐ２×受圧面積Ｓ２（図２参照）が生じている一方、弁部４１が弁閉する方向に作用する力として、一次側圧力Ｐ１×受圧面積Ｓ２（図２参照）が生じている。ここで、弁部４１の受圧面積Ｓ２とは、弁ポート３１ａの口径Ｄ２に基づいて算出した受圧面積である。さらに、弁部材４０には、弁部４１が弁開する方向に作用する力として、弁開ばね６の付勢力Ｆ１が負荷される一方、弁部４１が弁閉する方向に作用する力として、感圧用ベローズ５１自体による付勢力Ｆ２及び調整ばね６３の付勢力Ｆ３が負荷される。

したがって、圧力調整弁１００ａの弁部材４０に作用する外力の釣り合いは以下のように表すことができる。
Ｐ１×Ｓ１＋Ｐ２×Ｓ２＋Ｆ１＝Ｐ１×Ｓ２＋Ｆ２＋Ｆ３ （式１）
ここで、Ｐ１：一次側圧力［Ｎ／ｍｍ^２］
Ｐ２：二次側圧力［Ｎ／ｍｍ^２］
Ｓ１：感圧用ベローズ５１の有効受圧面積［ｍｍ^２］
Ｓ２：弁部４１の受圧面積［ｍｍ^２］
Ｆ１：弁開ばね６の付勢力［Ｎ］
Ｆ２：感圧用ベローズ５１自体による付勢力［Ｎ］
Ｆ３：調整ばね６３の付勢力［Ｎ］

（式１）は、Ｐ１×Ｓ１＋Ｆ１＝（Ｐ１－Ｐ２）×Ｓ２＋Ｆ２＋Ｆ３へと整理することができる。

この式の両辺をＳ１で除算すると、Ｐ１＋Ｆ１／Ｓ１＝（Ｐ１－Ｐ２）×Ｓ２／Ｓ１＋（Ｆ２＋Ｆ３）／Ｓ１へと変形できる。ここで、感圧用ベローズ５１の有効受圧面積Ｓ１に対する弁部４１の受圧面積Ｓ２の比を極めて小さく設定すること（Ｓ１＞＞Ｓ２）により、右辺の第１項を無視することができ、この結果、二次側圧力Ｐ２の変動による影響を極めて小さくすることができる。具体的には、Ｓ２／Ｓ１＝０．０９以下に設定することが好ましい。

ここで、面積は、内径の二乗に比例することから、感圧用ベローズ５１の有効受圧面積Ｓ１に対する弁部４１の受圧面積Ｓ２の比を極めて小さく設定するためには、感圧用ベローズ５１の平均内径Ｄ１に対する弁ポート３１ａの口径Ｄ２の比を小さく設定すればよい。具体的には、Ｄ２／Ｄ１＝０．３０以下に設定することが好ましい。

なお、Ｓ１＞＞Ｓ２である場合には、上式はさらに、Ｐ１×Ｓ１＝Ｆ２＋Ｆ３－Ｆ１となる。よって、圧力調整弁１００ａは、調整ねじ部材６２を軸線Ｌ方向に移動させ、調整ばね６３の付勢力Ｆ３を適切に設定することにより、一次側圧力Ｐ１に変動に応じて、開度を可変に制御することができる。なお、蛇腹形状の最小内径及び最大内径の平均内径に基づいて算出した近似値としての受圧面積（有効受圧面積）に限らず、実験を通じて得た実際の受圧面積を用いて圧力調整弁１００ａの各部の寸法を設定することもできる。このように、本実施形態においては、第１ポート１１から第２ポート１２への流れ方向とし、弁ポート３１ａの口径Ｄ２を、感圧用ベローズ５１の平均内径Ｄ１より小さく設定することにより、二次側圧力Ｐ２の変動による影響を極めて小さくすることができる。なお、第１の実施形態における圧力調整弁１００ａが、使用用途として、小流量制御に採用される場合には、全体のサイズは維持したまま、弁ポート３１ａの口径Ｄ２のみを変更することにより対応させることができる。

（一次側圧力Ｐ１が設定値よりも高い場合）
一次側圧力Ｐ１が設定値（（Ｆ２＋Ｆ３－Ｆ１）／Ｓ１）よりも高い場合（例えば、圧縮機の吐出圧力が上昇した状態など）には、不図示であるが、弁部４１が弁座３１ｃから離間しており、弁開状態となっている。この際、一次側圧力Ｐ１の上昇にともない弁開度が大きくなる。ここで、本実施形態の圧力調整弁１００ａは、感圧部材として、感圧用ベローズ５１を用いることにより、感圧部材の軸線Ｌ方向における変位量（リフト量、ストローク量）、つまり、弁ポート３１ａを介した流量を大きくすることができる。

（第２の実施形態）
図３を用いて、本発明の第２の実施形態に係る圧力調整弁１００ｂについて説明する。第２の実施形態の圧力調整弁１００ｂは、第１の実施形態の圧力調整弁１００ａと比べ、弁開ばね６の一側端部を、ガイド部３２の外周部に形成した段部３２ｄを介して、一側ばね受け部８で支持した点、及び、弁開ばね６の自由長が長いものを採用した点（図２及び図３参照）で、それぞれ相違するが、その他の基本構成は第１の実施形態と同一である。ここで、同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

第１の実施形態の圧力調整弁１００ａは、静止した弁部材４０に働く静止摩擦力、弁部材４０などの自重、弁部材４０の異物噛み込みによる弁閉固着力などを考慮し、弁開動作をスムーズに行わせるために、使用用途などに応じて、様々な種類（特に、自由長など）の弁開ばね６に柔軟に対応させることが要望されている。しかしながら、特に、弁開ばね６の一側端部が、弁ハウジング１０の一側ばね受け段部１８に支持されていることから、様々な種類の弁開ばね６に対応させるためには、その都度、ばね受け段部１８の位置を上下や左右に変更させた弁ハウジング１０を用意する必要があった。このため、第１の実施形態の圧力調整弁１００ａでは、様々な種類の弁開ばね６に対応させるために、弁ハウジング１０の加工コストが比較的高くなるおそれがあった。

また、第１の実施形態の圧力調整弁１００ａにおいて、図２に示すように、中間室１３とベローズ収容室１６との間は、連通路を介して、流体連通される。この連通路は、圧力伝達のために設けられていることから、流れの流量自体は、極めて少なくないものの、弁開ばね６の素線間が連通路の一部を構成する。このため、第１の実施形態の圧力調整弁１００ａでは、弁開ばね６の素線間に、僅かでも異物噛み込みが生じるおそれがあった。

これに対し、第２の実施形態の圧力調整弁１００ｂでは、第１の実施形態の圧力調整弁１００ａにおける弁ハウジング１０に形成された一側ばね受け段部１８に代え、図３に示すように、ガイド部３２の外周部に形成された段部３２ｄを採用し、一側ばね受け部８をさらに備えるものである。なお、第２の実施形態の圧力調整弁１００ｂでは、様々な種類の弁開ばね６に対応させた一例として、第１の実施形態の圧力調整弁１００ａと比べ、弁開ばね６の自由長が長いものを採用したものとして説明する。

具体的には、ガイド部３２の外周部は、一側から他側に縮径する段部３２ｄが形成される。また、一側ばね受け部８は、円環部８ａと、円環部８ａの内周側から立設する円筒形状の円筒部８ｂと、を備える。ここで、弁開ばね６の一側端部は、ガイド部３２の段部３２ｄに係合される一側ばね受け部８の円環部８ａに支持される。この際、軸線Ｌ方向から見て、弁開ばね６の一側端部は、全周において、一側ばね受け部８の円環部８ａとオーバーラップするように支持される。この円環部８ａ及び円筒部８ｂが、ガイド部３２の外周部に対して、軸線Ｌ方向に沿って、比較的長い係合領域を有しているため、より堅固な係合とすることができる。なお、本実施形態における一側ばね受け部８の段部３２ｄへの係合は、係止、圧入でもあってもよい。また、弁開ばね６の他側端部は、第１の実施形態と同様に、弁部材４０の環状溝部４２ａに係合される他側ばね受け部７に支持される。

よって、第２の実施形態の圧力調整弁１００ｂにおいては、様々な種類（特に、自由長など）の弁開ばね６を採用する場合には、この弁開ばね６に対応する位置に、段部３２ｄが形成された弁座部材３０を用意するだけで、柔軟に対応させ、汎用性を高くすることができる上、第１の実施形態の圧力調整弁１００ａで懸念された加工コストが高くなることも解消することができる。

この際、弁開ばね６の縦横比が大きくなるため、軸線Ｌを中心とする径方向への座屈を生じやすくなるが、一側ばね受け部８の円筒部８ｂの外周面により、弁開ばね６の内径部を案内することにより、座屈を抑制することができる。

なお、段部３２ｄを設ける軸線Ｌ方向の位置を調整する際に、径方向連通孔３２ａの中心軸線Ｃからみて、ガイド部３２の段部３２ｄ、つまり、弁開ばね６の一側端部が、径方向連通孔３２ａの他側端部よりも、弁ハウジング１０の他側に配置されるように設定する。これにより、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、弁開ばね６を、流体経路と干渉しない位置に配置させることにより、従来の問題点（弁開ばねにおける異物噛み込み及び振動による騒音）を解消することができる。

また、第２の実施形態の圧力調整弁１００ｂでは、中間室１３とベローズ収容室１６との間は、一側ばね受け部８の円環部８ａの外周端部と中間室１３の内壁との環状隙間Ｇｃを介して、流体連通する。このため、中間室１３とベローズ収容室１６との間の連通路を、弁開ばね６の外径部から離間させることができるため、第１の実施形態の圧力調整弁１００ａで懸念された弁開ばね６の素線間が連通路の一部となることを解消することができる。

さらに、第２の実施形態の圧力調整弁１００ｂでは、一側ばね受け部８の外周端部と中間室１３の内壁との環状隙間Ｇｃの面積は、（例えば、４つの）径方向連通孔３２ａにおける開口面積の総和より小さく設定される。なお、第２の実施形態の圧力調整弁１００ｂにおいては、説明のために、径方向連通孔３２ａが４つ配置されているものを例示しているが、径方向連通孔３２ａの数は、圧力調整弁１００ａの使用用途に応じて、適宜設定することができる。したがって、環状隙間Ｇｃを介する流路抵抗が、４つの径方向連通孔３２ａを介する流体抵抗より高いことから、第１ポート１１から中間室１３に流入した流体は、環状隙間Ｇｃを通過することを回避するように、４つの径方向連通孔３２ａへと流れる。これにより、第２の実施形態において、流体経路を流れる流体は、弁開ばね６へと積極的に流れないため、第１の実施形態と比べ、従来の問題点（弁開ばねにおける異物噛み込み及び振動による騒音）をより一層解消することができる。

（第３の実施形態）
図４を用いて、本発明の第３の実施形態に係る圧力調整弁１００ｃについて説明する。第３の実施形態の圧力調整弁１００ｃは、第２の実施形態の圧力調整弁１００ｂと比べ、弁開ばね６の自由長が短いものを採用した点（図３及び図４参照）、一側ばね受け部８’が円筒部８ｂを有さない点、及び、環形状を有するボール支持部材９を設けた点で、それぞれ相違するが、その他の基本構成は第２の実施形態と同一である。ここで、同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

第２の実施形態において、例えば、自由長が長い弁開ばね６に対応するために、段部３２ｄを設ける位置を軸線Ｌ方向の一側へとずらした場合には、弁開ばね６の一側端部が、流体経路中に配置されていなくても、流体経路に近接することにより、流体の脈動などの影響を受けるおそれがあった。

これに対し、第３の実施形態の圧力調整弁１００ｃでは、弁開ばね６の素線の材質などを工夫し、自由長の短いものを採用することにより、第２の実施形態の圧力調整弁１００ｂと比べ、段部３２ｄを設ける位置を軸線Ｌ方向の他側に配置にすることができる。この際、この弁開ばね６の自由長は短く、座屈を抑制する必要がないため、一側ばね受け部８’は、円筒部８ｂを省略することができる。

具体的には、一側ばね受け部８’の一側端部から第１ポート１１の中心軸線Ｃへの垂線の長さｌ１は、一側ばね受け部８’の一側端部に対向する中間室１３の内壁１９から第１ポート１１の中心軸線Ｃへの垂線の長さｌ２よりも長く設定される。

よって、第３の実施形態の圧力調整弁１００ｃにおいては、一側ばね受け部８’の一側端部、及び、一側ばね受け部８’の一側端部に対向する中間室１３の内壁１９から、第１ポート１１の中心軸線Ｃへのそれぞれの垂線の長さｌ１，ｌ２が、ｌ１＞ｌ２となるように設定されているため、第１ポート１１の中心軸線Ｃに対して、一側ばね受け部８’の一側端部は、一側ばね受け部８’の一側端部に対向する中間室１３の内壁１９よりも、離隔して配置される。つまり、第１ポート１１から中間室１３へと流入した流体は、一側ばね受け部８’の一側端部、つまり、弁開ばね６の一側端部へと流れ難くなる。これにより、第３の実施形態において、第２の実施形態の圧力調整弁１００ｂで懸念された弁開ばね６の一側端部が、流体経路に近接することを解消することができるとともに、流体経路を流れる流体は、弁開ばね６へと積極的に流れないため、第２の実施形態と比べ、従来の問題点（弁開ばねにおける異物噛み込み及び振動による騒音）を確実に解消することができる。

さらに、第３の実施形態の圧力調整弁１００ｃにおいては、第１ポート１１と、第１ポート１１に対向する径方向連通孔３２ａとは、共通の中心軸線Ｃを有する。これにより、第１ポート１１から中間室１３へと流入した流体は、第１ポート１１と共通の中心軸線Ｃを有する径方向連通孔３２ａへとスムーズに流れる一方、弁開ばね６へと積極的に流れないため、第２の実施形態と比べ、従来の問題点（弁開ばねにおける異物噛み込み及び振動による騒音）を確実に解消することができる。

また、第３の実施形態の圧力調整弁１００ｃにおいて、弁ハウジング１０の内周面には、一側から他側に縮径する段付き部１７が形成され、この段付き部１７に、環形状を有するボール支持部材９が係合される。このボール支持部材９は、下部接続手段７０のボール７３を収容するように配置される。

具体的には、ガイド軸部４２と摺動部３２ｂとの間に形成される隙間Ｇ１は、ボール支持部材９とボール７３との間の隙間Ｇ２よりも小さく設定される。よって、ガイド軸部４２は、摺動部３２ｂとの間に、比較的狭い隙間Ｇ１（＜Ｇ２）を有しており、ボール７３の中心位置は、このガイド軸部４２に形成される下側窪み部７１を介して、ボール７３に求心作用が働くことにより、軸線Ｌ上近傍に自立的に配置される。これに加え、ボール支持部材９とボール７３との間に、隙間Ｇ２を有することにより、外部から何らかの衝撃などが加わった場合でも、ボール支持部材９により、ボール７３の軸線Ｌを中心とする径方向への移動を規制することができる。

よって、第３の実施形態の圧力調整弁１００ｃにおいては、感圧用ベローズ５１及び調整ばね６３により生じる軸線Ｌに沿わない付勢力が、ボール７３を介して、弁部材４０へと伝達されることを抑制できる。このため、摺動部３２ｂに対する弁部材４０の摺動抵抗が減少し、ヒステリシスを低減させることができるため、弁開き始め圧力（一次側圧力Ｐ１が設定値（（Ｆ２＋Ｆ３－Ｆ１）／Ｓ）より僅かに小さい場合においても、低弁漏れ性を担保することができる。

また、第３の実施形態の圧力調整弁１００ｃにおいて、ボール７３の直径Ｄｂは、弁部材４０と弁ハウジング１０との片側隙間Ｇｏより大きく設定される。ここで、下部接続手段７０は、弁部材４０、ボール７３、ボール支持部材９の順で、弁ハウジング１０の軸線Ｌに沿って貫通する貫通孔を介して、他側から一側に向かって、弁ハウジング１０に組付ける。この際、ボール７３が、例えば、小さい直径Ｄｂを有し、ガイド軸部４２に形成される下側窪み部７１から外れた位置に配置されたとしても、片側隙間Ｇｏへの落下は防止されることから、円滑に組付け作業を行うことができる。

＜その他＞
本実施形態の圧力調整弁１００a、１００ｂ、１００ｃは、例示する冷媒回路だけでなく、あらゆる流体装置及び流体回路に適用可能であることは言うまでもない。また、本発明は、上述した各形態や、各実施形態、随所に述べた変形例に限られることなく、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲で、適宜の変更や変形が可能である。

１００ａ，１００ｂ，１００ｃ 圧力調整弁
１ 第１継手管
２ 第２継手管
５ バルブ本体
６ 弁開ばね
７ 他側ばね受け部
８，８’ 一側ばね受け部
８ａ 円環部
８ｂ 円筒部
９ ボール支持部材
１０ 弁ハウジング
１１ 第１ポート
１２ 第２ポート
１３ 中間室
１５ 弁室
１６ ベローズ収容室（感圧部材収容室）
１７ 段付き部
１８ 一側ばね受け段部
１９ 一側ばね受け部の一側端部に対向する中間室の内壁
２０ ばねケース
３０ 弁座部材
３１ 弁座部
３１ａ 弁ポート
３１ｂ 内部通路
３１ｃ 弁座
３２ ガイド部
３２ａ 径方向連通孔
３２ｂ 摺動部
３２ｃ 逃がし部
３２ｄ 段部
４０ 弁部材
４１ 弁部
４２ ガイド軸部
４２ａ 環状溝部
５０ 感圧ユニット
５１ 感圧用ベローズ（感圧部材）
５３ ベローズ上蓋
５５ 連結棒
６０ 調整ばねユニット
６１ ばね受け部材
６２ 調整ねじ部材
６３ 調整ばね
７０ 下部接続手段
７１ 下側窪み部
７２ 上側窪み部
７３ ボール
８０ 上部接続手段

Ｃ 中心軸線
Ｄ１ 弁ポートの口径
Ｄ２ 感圧用ベローズの平均内径
Ｄｂ ボールの直径
Ｆ１ 弁開ばねの付勢力
Ｆ２ 感圧用ベローズ自体による付勢力
Ｆ３ 調整ばねの付勢力
Ｇ１ ガイド軸部の外径と摺動部の内径との間に形成される隙間
Ｇ２ ボール支持部材とボールとの間の隙間
Ｇｃ 一側ばね受け部の円環部の外周端部と中間室の内壁との環状隙間
Ｇｏ 弁部材と弁ハウジングとの片側隙間
ｌ１ 一側ばね受け部の一側端部から第１ポートの中心軸線への垂線の長さ
ｌ２ 中間室の内壁から第１ポートの中心軸線への垂線の長さ
Ｌ 軸線
Ｐ１ 一次側圧力
Ｐ２ 二次側圧力
Ｓ１ 感圧用ベローズの有効受圧面積
Ｓ２ 弁部の受圧面積

Claims (14)

1. 軸線を中心とする径方向に設けられる第１ポートと、一側から他側へと順に連通する、第２ポート、弁ポート、前記第１ポートと連通する中間室、及び、感圧部材収容室と、を有する弁ハウジングと、
   前記中間室に設けられ、前記弁ポートの他側端部に形成される弁座の周囲から立設する円筒形状からなるガイド部であって、内周側に弁室を画定し、前記弁室及び前記中間室の間を、軸線を中心とする径方向に連通する、少なくとも一つの径方向連通孔を備えるガイド部と、
   前記ガイド部内の前記弁室に設けられ、前記弁座に対して、近接または離間可能な弁部と、他側に延在し、前記ガイド部により摺動可能に案内されるガイド軸部と、を有する弁部材と、
   前記感圧部材収容室内の圧力に応じて、前記弁部を変位させる感圧部材と、
   前記ガイド部の外周側に設けられ、前記弁部を弁開方向に付勢する弁開ばねと、
   を有し、
   前記弁開ばねの一側端部が、前記径方向連通孔の他側端部よりも、前記弁ハウジングの他側に配置されることを特徴とする圧力調整弁。
2. 前記ガイド部と、前記第２ポート及び前記弁ポートを有する弁座部とが一体形成される弁座部材をさらに備え、
   前記弁座部材は、前記弁ハウジングの一側端部における軸線方向に貫通する貫通孔に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力調整弁。
3. 前記弁座部材において、前記ガイド部の内周部は、前記ガイド軸部と摺動する摺動部を有し、前記摺動部と前記弁ポートは、同軸加工されることを特徴とする請求項２に記載の圧力調整弁。
4. 前記ガイド部の内周部は、前記摺動部の一側に隣接するとともに、前記径方向連通孔の内径部分と連続的に接続する逃がし部をさらに有し、
   前記逃がし部の内径は、前記摺動部の内径より大きいことを特徴とする請求項３に記載の圧力調整弁。
5. 前記ガイド部の外周部に、前記弁開ばねの一側端部が支持され、
   前記ガイド軸部の他側端部に、前記弁開ばねの他側端部が支持されることを特徴とする請求項１に記載の圧力調整弁。
6. 円環部を有する一側ばね受け部をさらに備え、
   前記ガイド部の外周部は、一側から他側に縮径する段部を有し、
   前記一側ばね受け部の前記円環部が、前記ガイド部の前記段部に係合されるとともに、前記弁開ばねの一側端部を支持することを特徴とする請求項５に記載の圧力調整弁。
7. 前記一側ばね受け部は、前記円環部の内周側から立設し、前記ガイド部の外周部に係合されるとともに、前記弁開ばねの内径部を案内する円筒部をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の圧力調整弁。
8. 前記中間室と前記感圧部材収容室とは、前記一側ばね受け部の外周端部と前記中間室の内壁との環状隙間を介して、連通することを特徴とする請求項６に記載の圧力調整弁。
9. 前記環状隙間の面積は、前記径方向連通孔における開口面積の総和より小さいことを特徴とする請求項８に記載の圧力調整弁。
10. 前記第１ポートの中心軸線に対して、前記一側ばね受け部の一側端部は、前記一側ばね受け部の一側端部に対向する前記中間室の内壁よりも、離隔して配置されることを特徴とする請求項９に記載の圧力調整弁。
11. 前記第１ポートの中心軸線と、前記第１ポートに対向する前記径方向連通孔の中心軸線とが共通であることを特徴とする請求項１０に記載の圧力調整弁。
12. 前記弁ハウジングの内周面に固定され、環形状を有するボール支持部材と、前記ボール支持部材に収容されるボールとを、さらに有し、
    前記ボールは、前記弁部材と前記感圧部材との間に配置され、前記ボールの直径は、前記弁部材と前記弁ハウジングとの片側隙間より大きいことを特徴とする請求項１１に記載の圧力調整弁。
13. 前記感圧部材を、感圧用ベローズとすることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の圧力調整弁。
14. 前記第１ポートから前記第２ポートへの流れ方向とし、
    前記弁ポートの口径を、前記感圧用ベローズの平均内径より小さくすることを特徴とする請求項１３に記載の圧力調整弁。

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