JP3601701B2

JP3601701B2 - 小型圧力調整器

Info

Publication number: JP3601701B2
Application number: JP2001132796A
Authority: JP
Inventors: 勝司田中; 謙爾鈴木
Original assignee: 株式会社登新精機製作所; 株式会社サン・フロンティア・テクノロジー
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2021-04-27
Also published as: JP2002328727A; CN1289829C; KR100527396B1; CN1384315A; KR20020083486A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型ガス容器を接続して燃焼させる卓上ガス調理器に用いられる小型圧力調整装置に係り、特にオリフィスから圧力調整室にガスを導入し、圧力調整室を画成するダイヤフラムの作用によって開閉子を作動させてオリフィスを開閉することによってガスの圧力を調整の上、圧力調整室外へ流出させる小型圧力調整器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にカートリッジと称される小型ガス容器を使用するガス器具では、ガス容器から流出するガスの圧力を燃焼圧力に調整するためにガバナー或いは減圧器と称される小型圧力調整器が使用される。この圧力調整器は、小型ガスボンベからゲージ圧でほぼ１９６ｋＰａ（２ｋｇｆ／ｃｍ^２）の一次圧で流出する液化ブタンを同じくゲージ圧で２．７４〜９．８０ｋＰａ程度の二次圧に減圧して燃焼部にガスを供給する。
【０００３】
このような動作をなす圧力調整器は、その全体が図１に示され、分解図が図７に示されているように、ダイキャスト製の本体１１内に圧力調整室１７を有し、その一面を閉じるダイヤフラム１８と称する振動膜の作用でオリフィス１６から流出するガスを開閉子２２の弁片２１によって開閉して圧力調整を行なう構造になっている。
【０００４】
図７から分かるようにこの種の小型圧力調整器は非常に多くの部品によって構成されており、またその大きさも小さい（大きいものでも直径５０ｍｍ程度）なので、その組み立てには多くの工数を要する。また、その小型化は圧力調整器の製造コストの低減、さらには卓上調理器の小型化、軽量化をもたらすので非常に重要であり、そのため多くの努力がなされてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７にも示されているように圧力調整器は数多くの細かい部品を組み立てて製造されるものであり、その小型化のためにはこれら部品を小型化することが必要であるが、それはかえって組み立て作業を困難にするという問題がある。また、圧力調整器の大きさを実質的に決めるダイヤフラムの大きさはガスの二次圧の調整を的確に行うために一定の大きさが必要であると考えられており、そのため圧力調整器を小型化することは遅々として進まなかった。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決することを目的としてなされたもので、圧力調整器の組み立て部品のコストを低減し、組み立て作業を効率化し、さらには新たな発想のもとで圧力調整器を小型化し、それにより卓上調理器を小型化、軽量化することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するために、まず圧力調整器の部品の構造、さらには組み立て手順について検討を行い、特にオリフィスの開口端を開閉する開閉子を一体構造とし、その取り付け方を簡略化することが組み立て作業を効率化する上で重要であり、これにより圧力調整器の小型化が図れることを見出した。また、そのようにして構成された圧力調整器を小型化する際に生ずる諸問題について解析を行い、一定範囲ならばダイヤフラムの径を減じても卓上ガス調理器としての性能が大きく損なわれることがないとの知見を得て本発明に至った。
【０００８】
すなわち、本発明の小型圧力調整器は、小型ガス容器を接続して噴出させたガスの圧力を調整するために、オリフィスから圧力調整室にガスを導入し、圧力調整室を画成するダイヤフラムの作用によって開閉子を作動させてオリフィスを開閉し、ガスの圧力を調整の上、圧力調整室外へガスを流出させるものであり、そのオリフィスの開口端を開閉する開閉子がその支軸及び軸脚とともに一体に形成したものとされ、該支軸を圧力調整器の本体に設けた凹部で軸支し、該支軸の端部を止め具によって定位置に保持して回転自在に軸支したものとなっている。
【０００９】
上記小型圧力調整器において用いられる開閉子は、弾性材よりなる弁片を有する頭部と、該頭部から延びる１本足状の脚軸と、該軸脚と直交する方向に前記頭部から突き出た短い腕状支軸とを有し、一体成形されたものとするのがよい。また、本発明の小型圧力調整器では、ダイヤフラムは直径を３２ｍｍ以下とするのがよい。なお、オリフィスの開口部面積Ｓ_１に対するダイヤフラムの受圧部面積Ｓ_２の比（Ｓ_１／Ｓ_２）を２０×１０^−４〜５０×１０^−４とするのがよい。
【００１０】
さらに上記小型圧力調整器には、小型ガス容器のガス噴出口とオリフィスとのガス通路に圧力感知安全装置を設け、小型ガス容器から噴出するガスの圧力が異常上昇したときにオリフィスへのガス流入を遮断するようにするのがよい。
【００１１】
加えて、上記発明においてダイヤフラムは弾性材料よりなるものとし、該ダイヤフラムが本体及びキャップと接する全ての箇所において、シール手段として機能する構造部分を有するものとするのが器具の安全上好ましい。また、小型圧力調整器においては、オリフィスの内径は０．０８〜０．１２ｃｍであることが好適であり、これにより在来使用されている小型圧力調整器と同程度のガス流量が得られ、また互換性が達せられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその１実施例に基づき、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る小型圧力調整器１０の側面形状を示しており、図２は図１に示す圧力調整器からキャップを取り去ったものの上面図で、図３はそのＩＩ−ＩＩ断面図、図４は同じくＩＶ−ＩＶ断面図、図５はＶ−Ｖ断面図である。
【００１３】
図１から３に示すように、本発明の小型圧力調整器１０は、ダイキャスト製の本体１１を有し、その側面に設けられた接続口１２に、小型ガス容器１３のノズル弁１４を差し込んで使用する。接続口１２に接して圧力感知安全装置４０が設けられており、同装置を組み込んだ空間１５の上部にある圧力調整室１７へオリフィス１６が延びている。
【００１４】
圧力調整室１７は上面が開口となっており、その開口をダイヤフラム１８で覆い、ガス圧力（二次圧）に対する対抗手段１９としてばね部材を背後から作用させている。この圧力調整室１７は、オリフィス１６が、底（或いは壁）から立ち上がるように設けられた面２０と、オリフィス１６の開口端に接触、離間可能な弁片２１を有する開閉子２２を軸支するための凹部２３を有する。
【００１５】
この開閉子22は、図２にも示されているように略十字形の平面形状を有し、その頭部には弾性材よりなる弁片21が設けられている。また該頭部には1本足状の脚軸24が設けられており、またその脚軸24と直交する方向に短い腕状支軸25が設けられている。これらは、例えばダイキャスト、精密粉末成形などにより一体に成形されており、単一構造体となっている。したがって、従来のように頭部に支軸を差し込むための孔を加工する必要もなく、また組み立て工程も不必要になる。
【００１６】
開閉子２２の支軸２５は、図７に示すように、圧力調整器の本体１１に設けた凹部２３に落とし込まれ、それにより開閉子２２は凹部２３で軸支され、自由に回転できる状態となる。なお、この凹部２３は圧力調整器の本体１１を、例えばダイキャストによって製造するときに同時に形成しておくのがよい。このようにして圧力調整器の本体１１に設けた凹部２３に落とし込まれた開閉子２２の支軸２５の端部は止めねじなどの止め具２６によって定位置に保持される。開閉子２２の圧力調整器の本体１１への取り付けを上記のように行うことにより、従来行われていた支軸の差し込みや抜け止め防止の工数が省略できる。
【００１７】
開閉子２２の脚軸２４は、連結子２７の係合部２８に係合される。この連結子２７は上下方向に延びており、その上方側で受け座２７ａ、押し板３８、ナット３９を介してダイヤフラム１８に結合され、ダイヤフラムと連動可能となる。また、その下端側には突部２９が設けられており、該凸部２９が圧力調整室１７の面２０と接触できるようになっており、ダイヤフラム１８が不等変形しないように支えることができる。
【００１８】
本発明の圧力調整器では開閉子２２及びその本体への取り付け構造が上記の如く合理化されているから、その組み立てにかかる工数は従来に比べて少なくてすむという利点があるが、加えて、構造が比較的簡素なため、その大きさを小さくすることができ、圧力調整器の小型化を可能にする。
【００１９】
しかしながら、圧力調整器の小型化のためにはダイヤフラム１８の径を小さくすることが不可欠である。一般に卓上ガス調理器に用いられる小型圧力調整器のダイヤフラム１８には、従来から直径３．８ｃｍ（受圧径２．９４ｃｍ）程度のものが広く使用されていた。その理由は、二次圧の安定性、特に一次圧が変動するときの二次圧の安定性を確保するためとされていた。そのため、ダイヤフラムの小型化は行われたことがなく、圧力調整器の小型化、ひいては卓上調理器の小型化にも限界があった。これに対し本発明者は、一次圧の変動による一次圧の変動に及ぼすダイヤフラムの径の影響について検討し、ダイヤフラムの径を従来に比べて大幅に小さくしても卓上ガス調理器の機能を何ら損なわないことを確認した。
【００２０】
図９は、本発明に係る圧力調整器に用いられる開閉子周りの力学的説明図である。図９に示すように、オリフィスから流出するガスの一次圧をＰ_１、オリフィス１６の開口部面積をＳ_１、ガスの二次圧をＰ_２、ダイヤフラム１８の受圧部面積をＳ_２、開閉子２２のてこ長をｌ_１（オリフィス側）、ｌ_２（ダイヤフラム側）と、対抗手段のばね荷重をＫとしたとき、支軸２５周りのモーメントの釣り合いをとると、
Ｓ_２Ｐ_２ｌ_２＝Ｓ_１Ｐ_１ｌ_１＋Ｋｌ_２
が得られ、これをＰ_２について整理すると、
Ｐ_２＝（Ｓ_１Ｐ_１ｌ_１＋Ｋｌ_２）／Ｓ_２ｌ_２
が得られる。この式の右辺の分母、分子をｌ_２で除して
Ｐ_２＝（Ｓ_１／Ｓ_２）（ｌ_１／ｌ_２）Ｐ_１＋Ｋ／Ｓ_２……（１）
が得られる。
【００２１】
上記（１）式は一次圧の変動による二次圧の変動の状態を示しており、オリフィスの開口部面積及び開閉子のテコ比（ｌ_１／ｌ_２）をほぼ一定とすると、Ｓ_２、すなわちダイヤフラムの受圧部面積を小さくすると、一次圧Ｐ_１の変動により二次圧Ｐ_２がより大きく変動するようになることを示している。しかしながら、実際に用いられている卓上調理器用の圧力調整器ではオリフィスの直径は０．１ｃｍ程度であり、またダイヤフラムの受圧部の直径は２．９ｃｍ程度であるから（Ｓ_１／Ｓ_２）は９．３７×１０^−４程度と非常に小さい。また、テコ比（ｌ_１／ｌ_２）はほぼ０．２５〜０．３５程度である。これに対し、Ｋ／Ｓ_２の値はほぼガスの二次圧程度と定められ、例えば７．１ｋＰａ（０．０７３ｋｇｆ／ｃｍ^２）である。したがって、一次圧が、例えば４９ｋＰａ（０．５ｋｇｆ／ｃｍ^２）から６８６ｋＰａ（７ｋｇｆ／ｃｍ^２）の間で変動してもその二次圧への変動量は無視できる程度である。この関係を考慮すれば、（Ｓ_１／Ｓ_２）、すなわちオリフィスの開口部面積に対するダイヤフラムの受圧部面積の比を従来の１／５程度とすることも可能である。
【００２２】
本発明はこの考察結果を利用しており、オリフィスの開口部面積Ｓ_１対するダイヤフラムの受圧部面積Ｓ_２の比（Ｓ_１／Ｓ_２）を２０×１０^−４〜５０×１０^−４、テコ比（ｌ_１／ｌ_２）を０．２５〜０．３５、オリフィスの内径を０．０８から０．１２ｃｍとして、ダイヤフラムの径を小さくしながら安定した燃焼条件が得られるようにしている。上記条件を家庭用の卓上ガス調理器に当てはめると、ダイヤフラムの径を受圧径で２．４ｃｍ（外径３．２ｃｍ）以下、オリフィス内径が０．０８〜０．１２ｃｍ、テコ比０．３〜０．４とすることができる。なお、ダイヤフラムの受圧径はさらに小さくすることも可能であるが、その径はガスの二次圧を決める条件、Ｋ／Ｓ_２、に影響し、その値があまりに小さいと対抗荷重Ｋを小さくしなければならず、また、ダイヤフラムの材質が硬いときにダイヤフラムの円滑な変形が妨げられ安定した二次圧が得られなくなるおそれがあるので下限は１．３ｃｍ（外径１．５ｃｍ）程度とするのがよい。そのような意味でダイヤフラムを構成するゴムはできるだけ軟質のものとするのがよい。
【００２３】
ダイヤフラム１８の寸法条件は上記のとおりとするのが圧力調圧器の小型化に有利であるが、これには以下に示すように周囲とのシール手段を施すのがこのましい。すなわち、ダイヤフラム１８は、中心に連結子２７への取り付けのための肉厚部分３０、その外周に圧力によって変形可能な変形部分３１、さらに該変形部分３１の最外周に本体１１への取り付けのためのリング状の取り付け部分３２を有する。ここにおいて、連結子２７の受け座２７ａに接する部分に内方シール部３３、本体１１とのリング状取り付け部分３２、さらにキャップ３５との間に外方シール部３４を設けるのがよい。これら各シール部はダイヤフラムの弾性という属性を気密性に利用したものであり、ダイヤフラムの作動時にガスが系外に漏洩するのを効果的に防止する。
【００２４】
内方シール部３３は一重に、また外方シール部３４は同心円状に内外二重に設け、どちらもいわゆるビード状の半円形断面を持ち、Ｏ−リングを用いたのと同等のシール効果が得られるようにする。なお、内方シール部３３は最内側に設けられ、連結子２７を通す孔３６を延長するようになっているので受け座２７ａに突起を設けた在来型よりシール性が向上する。外方シール部３４はキャップ３５の取り付け縁３５ａに接し、止めねじ３７の締め付けによって機密状態を維持する。さらにダイヤフラム１８を補強し、かつその押しばねを受ける押し板３８が連結子２７にナット３９によって取り付けられる。
【００２５】
本発明の圧力調整装置においても圧力感知装置を組み込み、例えば一次圧が異常に、例えば５８８ｋＰａ超（６ｋｇｆ／ｃｍ^２超）に上昇したとき、小型ガス容器から燃焼部へのガスの供給を遮断できるようにするのがよい。かかる圧力感知装置はその目的を達する限りいかなるものでもよいが、その設置個所は小型ガス容器のガス噴出口とオリフィスとのガス通路とするのがよい。具体的には以下に説明するようにするのがよい。
【００２６】
すなわち、圧力感知安全装置４０は、圧力調整装置の本体１１の空間１５に組み込まれ、ピストン４１を有し、ピストン４１は接続口１２の軸方向へ往復動可能とされ、かつ接続口１２の方向へばね手段４２によって付勢されることによって、小型ガス容器１３が接続されない状態では前方シール部４３を受け座４４に押し当てている。また、ピストン４１は後方シール部４５を有しており、前方シール部４３が受け座４４に当たっている。図３の上半部の状態では、後方シール部４５はオリフィス１６の後方にある。換言すると前方シール部４３、後方シール部４５の間にオリフィス１６が位置している。
【００２７】
ピストン４１は先端に小型ガス容器１３のノズル弁１４と接する突部４６を有し、ノズル弁１４がノズル弁受け４７に当たるまでピストン４１は後退し、前方シール部４３が受け座４４から離れてガスの噴出を可能にする。このとき空間１５に噴出したガスの圧力が一次圧であり、その圧力でガスがオリフィス１６より圧力調整室へ流入する。一次圧で流入したガスは圧力調整室１７の１面を画したダイヤフラム１８及び対抗手段１９によって調圧され略一定の二次圧となって圧力調整室外へ器具栓４８、さらに図５、図６に示すようにバーナー等作動部へのガス通路４９へ流される。
【００２８】
一次圧が正常である場合、ダイヤフラム１８の膜振動によって連結子２７が上下し、開閉子２２がオリフィス１６の端部開口部を開閉するだけであるので、上記のガス流れは途絶えることなく、圧力調整室１７においても円滑に圧力調整がなされる。一次圧が異常に上昇すると、ピストン４１がその異常圧力を感知し、ばね手段４２の付勢力に抗して後退することにより前方シール部４３が後方受け座５０に当接するので、図３の下半部に示すようにガスの流れが遮断され、その状態はピストン末端５１を拘束することで保持される。これが安全装置の作動であり、上記拘束を外してリセットするまで続く。このようにして本発明の圧力調整器は小型ガス容器から流出するガスの一次圧が異常に高くなったときにも安全に作動させることができる。
【００２９】
以上、本発明をその一実施例に基づいて具体的に説明したが、本発明の実施形態は上記実施例に限られるものではなく、種々の形式の圧力調整器に適用できる。
例えば、上記実施例では本体をダイキャスト製としているが、例えば樹脂により製作してもよい。また、本発明は、上記技術的思想を逸脱しない限り、上記実施例に示した諸元に拘束されることなく、その一次圧、二次圧あるいはオリフィス径を適宜変更して適用することができる。また、本発明は、家庭用のほかに小型の、例えば、キャンプ用携帯調理器の圧力調整器にも適用することができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は以上のごとく構成されかつ作用するものであるから、圧力調整器を組み立てる工数を大幅に削減でき、そのコストダウンを図ることができる。また、本発明により圧力調整器を小型化することができ、それにより卓上調理器、キャンプ用携帯調理器等を小型軽量化することができる。さらに本発明の圧力調整器は、ガス流量を本質的に変えるものではなく、かつ現在流通している円筒型の小型ガス容器をそのまま使用することが可能であり、その利便性は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る小型圧力調整器の１実施例の側面図である。
【図２】図１に示す小型圧力調整器からキャップを取り去ったものの上面図である。
【図３】図２のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】圧力調整後のガスの流路を示す断面図である。
【図７】本発明に係る小型圧力調整器の１実施例の組み立て分解図である。
【図８】本発明に係る小型圧力調整器に用いられるダイヤフラムの（ａ）断面図、（ｂ）平面図である。
【図９】本発明に係る小型圧力調整器に用いられる開閉子周りの力学的説明図である。
【符号の説明】
１０：圧力調整器、１１：（ダイキャスト製の）本体、１２：接続口、１３：小型ガス容器、１４：ノズル弁、１５：（圧力感知装置を組み込んだ）空間、１６：オリフィス、１７：圧力調整室、１８：ダイヤフラム、１９：対抗手段。２０：底（或いは壁）から立ち上がるように設けられた面、２１：弁片、２２：開閉子、２３：凹部、２４：脚軸、２５：支軸、２６：止め具（ねじ）、２７：連結子、２８：係合部、２９：凸起、３０：肉厚部、３１：変形部分、３２：リング状取り付け部分、３３：内方シール部、３４：外方シール部、３５：キャップ、３６：（連結子を通す）孔、３７：とめねじ、３８：押し板、３９：ナット、４０：圧力感知安全装置、４１：ピストン、４２：ばね手段、４３：前方シール部、４４：受け座、４５：後方シール部、４６：突起部、４７：ノズル弁受け、４８：器具栓４９：ガス通路、５０：後方受け座、５１：ピストン末端

Claims

小型ガス容器を接続して噴出させたガスの圧力を調整するために、オリフィスから圧力調整室にガスを導入し、圧力調整室を画成するダイヤフラムの作用によって開閉子を作動させてオリフィスを開閉し、ガスの圧力を調整の上、圧力調整室外へガスを流出させる小型圧力調整器において、
オリフィスの開口端を開閉する開閉子をその支軸及び軸脚とともに一体に形成したものとなし、該支軸を圧力調整器の本体に設けた凹部で軸支し、該支軸の端部を止め具によって定位置に保持して回転自在に軸支した構成を有することを特徴とする小型圧力調整器。
弾性材よりなる弁片を有する頭部と、該頭部から延びる1本足状の脚軸と、該軸脚と直交する方向に前記頭部から突き出た短い腕状支軸とを有し、一体成形されたことを特徴とする請求項１記載の小型圧力調整器用開閉子。
オリフィスの開口部面積 S ₁ に対するダイヤフラムの受圧部面積 S ₂ の比 (S ₁ /S ₂ ) を 20 × 10 ^-4 〜 50 × 10 ^-4 とすることを特徴とする請求項１記載の小型圧力調整器。
ダイヤフラムは直径が3.2cm以下であることを特徴とする請求項１又は３記載の小型圧力調整器。
小型ガス容器のガス噴出口とオリフィスとのガス通路に設けられ、小型ガス容器から噴出するガスの圧力が異常上昇したときにオリフィスへのガス流入を遮断する圧力感知安全装置を有する請求項1、３又は４記載の小型圧力調整器。