JP3604070B2 - 調圧弁 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は調圧弁に係わり、特に液体の圧力を調整し、安全弁としても機能可能であると共に、シールの寿命を延ばし、作動がスムーズで振動や騒音を低減した調圧弁に関する。
【0002】
【従来の技術】
図3に従来の調圧弁の構成図を示す。図3において、ボディ1の右方には流入口3が配設され、図示しないポンプより高圧の使用液(例えば水)が流入するようになっている。また、ボディ1の下方には流出口5が配設され、余剰液が図示しない余剰タンクへと導かれるようになっている。
【0003】
流入口3と流出口5間は流路7で連絡されている。流出口5の上方には、弁座9が配設されている。弁座9の上方には差圧ピストン11が配設され、弁座9に着座するようになっている。
【0004】
差圧ピストン11は、ピストンガイド13により案内されて、ピストンガイド13の内壁を摺動するようになっている。差圧ピストン11の周囲には、Oリング15、バックアップリング17が周設されている。
【0005】
ピストンガイド13と差圧ピストン11間には差圧室16が形成されている。ピストンガイド13には連通口14が開けられ、この連通口14により差圧室16は流路7と連絡されている
【0006】
ピストンガイド13の上端には中央部が開口されたストッパ19が固定されており、差圧ピストン11の移動高さを規制している。差圧ピストン11の上端にはストッパ19を貫通する貫通軸12が突設されており、この貫通軸12の先端には凹部21が形成されている。
【0007】
そして、この凹部21には、軸芯の位置ずれ対策のための硬球23が置かれている。
この硬球23の上方には、貫通軸22の下部に凹部25が形成されたバネ受27Aが配設されている。
【0008】
バネ受27Aにはコイルバネ29の一端が載置若しくは固定されており、コイルバネ29の他端は、バネ受27Bにより支持されている。これらのコイルバネ29やバネ受27A、27Bは、バネ筒31内に収納されており、このバネ筒31は、ボディ1に螺着されている。
【0009】
バネ受27Bの上端は、バネ筒31の外部より貫通された調圧ハンドル33により当接されており、この調圧ハンドル33によりコイルバネ29の付勢力が調整されるようになっている。また、調圧ハンドル33とバネ筒31間にはハンドルロック35が配設されている。
ストッパ19及びバネ筒31の所定位置には、連通口20、30が配設されている。
【0010】
図4に調圧弁の非作動時と作動時の様子を断面図に示す。図中、一点鎖線より左側が非作動時、右側が作動時の構成である。
非作動時には、調圧ハンドル33により予圧されたコイルバネ29の荷重がバネ受27A、27B、硬球23を介して差圧ピストン11を弁座9に押しつけており、弁シート部が閉じられている。
【0011】
このため、ポンプが運転され液体が流入口3より流入してくると、液体の逃げ場がない。液体は、ボディ1の中にいっぱいになると、ピストンガイド13の連通口14から差圧室16の中に入り、コイルバネ29の荷重に打ち勝って差圧ピストン11を押し上げる。
【0012】
差圧ピストン11が押し上げられると弁座9との間にすき間が出来て、そこから余剰液が余剰タンクに戻されていく。液体が逃げるとボディ1内の圧力が下がり、コイルバネ29の力が強くなるため、差圧ピストン11が押し下げられる。そして、弁座9に着座して弁シートが閉じ、再びボディ1内部の圧力が上昇する。
【0013】
調圧弁ではポンプの圧力振動に合わせて、瞬間的に以上の動作が繰り返されて、ポンプの圧力が調整されている。コイルバネ29の予圧を弱くすれば圧力は低下し、予圧を強くすれば圧力は上昇する。
【0014】
一方、コイルバネ29の予圧をポンプの最高圧力に設定すれば、調圧弁は安全弁として作動し、ポンプ運転中に吐出側が急に閉じられても、ポンプの最高圧力を超えた圧力が発生してポンプが破損することはない。
【0015】
以上のように、調圧弁の差圧ピストン11は、ポンプの圧力振動とほぼ同調して、弁座9とストッパ19で決められた特定のリフトを最大振幅としてピストンガイド13の中で非常に早い振動を繰り返している。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この差圧ピストン11の振幅は数mmと小さいが、周波数が25〜90HZと高いため、長時間の運転では、Oリング15、バックアップリング17の摩耗が激しく寿命が短い。
【0017】
また、このOリング15、バックアップリング17の摩耗により、使用液が差圧ピストン11とピストンガイド13のすき間を通って滲み出てくる。滲み出てきた使用液は、連通口20からバネ筒31内に漏れてくる。そして、バネ筒31の内部が使用液でいっぱいになると、連通口30から外へ流れ出し、作業者が液漏れに気が付く。
【0018】
作業者が液漏れに気が付いたときには、調圧弁の内部は使用液で腐食している場合が多い。特に、コイルバネ29は錆びたまま使用すると応力腐食割れを起こす可能性もあり、二次トラブルになるので、交換が必要になる。
【0019】
更に、Oリング15、バックアップリング17が摩耗した状態で使用を続けると、差圧ピストン11とピストンガイド13のかじりや異常摩耗を起こして交換が必要になる。
【0020】
差圧ピストン11、Oリング15、バックアップリング17は組立時にグリスを塗布するが、運転すると短時間で油膜が破れ、潤滑不良の状態になる。この現象は、使用液の温度が高いと特に顕著である。そして、使用液の圧力が高いと更に寿命が短くなる。
【0021】
本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、液体の圧力を調整し、安全弁としても機能可能であると共に、シールの寿命を延ばし、作動がスムーズで振動や騒音を低減した調圧弁を提供することを目的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】
このため本発明(請求項1)は、流入口(3)と流出口(5)間に形成された流路(7)を仕切り、前記流入口(3)から流入された使用液の圧力が設定圧力値以上のとき、該使用液の圧力により前記流路(7)が開かれる差圧ピストン
(41)と、該差圧ピストン(41)が内壁に沿って摺動され、前記流路(7)と連通する第1の連通口(14)を有するピストンガイド(13)と、前記差圧ピストン(41)に対し、前記使用液の圧力に抗するため、前記設定圧力値に調整された付勢力を付与する圧力調整手段(29、31、33)と、前記差圧ピストン(41)の内部に形成され、作動油が充填されたピストン摺動室(47)と、該ピストン摺動室(47)の内壁に沿って摺動自在なピストン(49)と、前記差圧ピストン(41)に周設された複数のOリング(45、55)と、該Oリング(45、55)同士の間、前記ピストンガイド(13)の内壁及び前記差圧ピストン(41)の外壁間に形成された油溝(59)と、該油溝(59)と前記ピストン摺動室(47)間を連絡する第2の連通口(53)とを備えて構成した。
【0023】
差圧ピストン(41)は、流入口(3)と流出口(5)間に形成された流路
(7)を仕切る。そして、流入口(3)から流入された使用液の圧力が設定圧力値以上のとき、この使用液の圧力により差圧ピストン(41)が操作され流路
(7)が開かれる。
【0024】
ピストンガイド(13)には、差圧ピストン(41)が内壁に沿って摺動する。このピストンガイド(13)には、流路(7)と連通する第1の連通口(14)が設けられている。
【0025】
圧力調整手段(29、31、33)は、差圧ピストン(41)に対し、設定圧力値に調整された付勢力を付与する。この付勢力は、使用液の圧力に抗するものである。
【0026】
ピストン摺動室(47)は、差圧ピストン(41)の内部に形成され、作動油が充填されている。ピストン(49)は、このピストン摺動室(47)の内壁に沿って摺動自在である。複数のOリング(45、55)が、差圧ピストン(41)に周設されている。
【0027】
この隣接するOリング(45、55)同士により挟まれた間、ピストンガイド(13)の内壁及び差圧ピストン(41)の外壁間に油溝(59)が形成されている。第2の連通口(53)は、油溝(59)とピストン摺動室(47)間を連絡している。配設したOリング(45、55)の個数に応じ、第2の連通口(53)は少なくとも一本配設する。
【0028】
第1の連通口(14)を通じ、流路(7)から流入した使用液の圧力はピストン(49)を押圧する。このため、ピストン摺動室(47)内の作動油の圧力は、ほぼ使用液の圧力と等しくなる。この圧力は第2の連通口(53)を通じて油溝(59)にも伝えられる。従って、各Oリング(45、55)の両端には、潤滑作用を有し、かつほぼ等圧力の作動油が作用するため、シール性が向上し、Oリング(45、55)の寿命が長くなる。
【0029】
また、本発明(請求項2)は、前記差圧ピストン(41)には、前記ピストン摺動室(47)に作動油を補給するための第3の連通口(65)と、該第3の連通口(65)から作動油を補給するとき開かれる弁(71)とを備えて構成した。
【0030】
ピストン摺動室(47)に作動油が不足したときには弁(71)を開き、第3の連通口(65)を介して作動油を補給する。
このことにより、常にピストン摺動室(47)内を作動油で充填出来、潤滑作用を維持すると共に、使用液のピストン(49)に対する押圧力を確実に油溝
(59)まで伝えることが出来る。
【0031】
更に、本発明(請求項3)は、前記弁(71)の一端を支持する第1の弾性部材(73)と、該第1の弾性部材(73)の他端に配設されたザガネ(75)と、該ザガネ(75)と前記ピストン(49)間に配設された第2の弾性部材(77)とを備え、前記ザガネ(75)は、前記ピストン摺動室(47)の所定高さ以上に移動しないように規制されたことを特徴とする。
【0032】
弁(71)とザガネ(75)の間には第1の弾性部材(73)を配設し、ザガネ(75)とピストン(49)の間には第2の弾性部材(77)を配設する。第1の弾性部材(73)と第2の弾性部材(77)は、それぞれ弁(71)とピストン(49)のリテーナの役目を果たす。
【0033】
ザガネ(75)は、ピストン摺動室(47)の所定高さ以上に移動しないように規制する。このため、ピストン(49)の振動がザガネ(75)を介して第1の弾性部材(73)まで伝達されることはない。従って、作動油の補給作用を損なうことなく、使用液のピストン(49)に対する押圧力を確実に油溝(59)まで伝えることが出来る。
【0034】
また、第2の弾性部材(77)により、流入口(3)から流入された使用液の圧力振動の一部を吸収することも可能である。このように、圧力調整手段(29、31、33)による圧力変動の吸収に加えて第2の弾性部材(77)が機能することで、より一層の振動吸収効果が得られる。
【0035】
更に、本発明(請求項4)は、前記ピストン(49)及び/又は前記弁(71)には、Oリング(51、72)が周設されたことを特徴とする。
【0036】
弁にOリング(72)を周設したことで、自動調芯機能を働かせることが出来る。弁(71)は例えば逆止弁である。ピストン(49)に周設したOリング
(51)は、ピストン(49)の径が小さい分小型のものを用いることが出来る。このため、Oリング(51、72)の寿命は長い。
【0037】
更に、本発明(請求項5)は、前記圧力調整手段(29、31、33)は、第3の弾性部材(29)と、該第3の弾性部材(29)を収納するバネ筒(31)と、前記第3の弾性部材(29)の付勢力を前記バネ筒(31)の外より調整する調圧ハンドル(33)とを備え、前記バネ筒(31)には前記作動油を給油するための給油口(79)が配設されたことを特徴とする。
【0038】
調圧ハンドル(33)を操作することで、第3の弾性部材(29)の付勢力を設定圧力値に簡単に調整することが出来る。
また、バネ筒(31)にも給油口(79)より作動油が入れられているため、各部品は使用液により腐食され難い。
【0039】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明の実施形態の構成図を図1に示す。
尚、図3と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。
【0040】
図1において、弁座9の上方には差圧ピストン41が配設され、弁座9に着座するようになっている。
差圧ピストン41は、ピストンガイド13により案内されて、ピストンガイド13の内壁を摺動するようになっている。差圧ピストン41には、下段にOリング45、上段にOリング55、バックアップリング57が周設されている。
【0041】
差圧ピストン41の中央には、内部より上方に向けて開口された空洞が設けられている。この空洞の上端は、プラグ61で封鎖、固定されている。プラグ61中央も内部より下方に向けて開口された空洞が設けられている。このため、プラグ61で封鎖された空洞内にはピストン摺動室47が形成されている。
【0042】
ピストン摺動室47内にはピストン49が内装され、ピストン49は差圧ピストン41の内壁に沿って摺動自在になっている。
ピストンガイド13には、流路7と連通する連通口14が設けられている。また、ピストン摺動室47底部と差圧室16を連絡する連通口24が差圧ピストン41下部に開けられている。
【0043】
ピストン49の周囲には、Oリング51が周設されている。Oリング45とOリング55のほぼ中間には、連通口53が差圧ピストン41の径方向に複数箇所開けられている。
【0044】
Oリング45とOリング55の間、ピストンガイド13の内壁及び差圧ピストン41の外壁間には、油溝59が形成されている。従って、この油溝59とピストン摺動室47間は連絡されるようになっている。
【0045】
ピストン摺動室47は、プラグ61内部で径の異なる段差が設けられている。プラグ61の上端には軸62が突設されており、この軸62の先端には凹部63が形成されている。そして、この凹部63には、軸芯の位置ずれ対策のための硬球23が置かれている。
【0046】
プラグ61上部には、ピストン摺動室47に作動油を補給するための連通口65が開けられている。この連通口65の下端であるピストン摺動室47内部には、逆止弁71が設けられている。逆止弁71の周囲には、逆止弁71の自動調芯を図るためOリング72が配設されている。
【0047】
逆止弁71の一端は、コイルバネ73により支持されている。そして、このコイルバネ73の他端にはザガネ75が配設されている。ザガネ75とピストン49間には、コイルバネ77が配設されている。コイルバネ73とコイルバネ77は、それぞれ逆止弁71とピストン49のリテーナの役目を果たすようになっている。
バネ筒31の側部には、注油口79が設けられ、この注油口79にはプラグ81が取り付けられている。
【0048】
ピストン摺動室47、油溝59、連通口53、ストッパ69と差圧ピストン41の間及びストッパ69の上部より注油口79までは作動油が充填されている。バネ筒31とボディ1はOリング83でシールされており、内部の作動油が外に漏れるのを防止している。差圧ピストン41とプラグ61は作動油中で組み立て内部にエアが混入しない状態でピストンガイド13に組み込まれる。
【0049】
次に、本発明の実施形態の動作を説明する。
図2に本発明の実施形態である調圧弁の非作動時と作動時の様子を断面図に示す。図中、一点鎖線より左側が非作動時、右側が作動時の構成である。
【0050】
予め注油口79より作動油を注入する。ポンプが運転され液体が連通口14から流入してくると、コイルバネ29の荷重に打ち勝って差圧ピストン41は押し上げられる。かかる動作については、従来と同様である。
【0051】
また、この加圧された液体は連通口24を通じてピストン摺動室47内下部に流入する。このため、ピストン49は押し上げられる。このとき、ザガネ75は、プラグ61内部に形成された段差により移動規制される。
【0052】
ピストン摺動室47、油溝59、連通口53は作動油で充填されているため、ピストン49に加えられた圧力は、そのまま作動油に伝えられる。従って、Oリング45の上下には、ほぼ等圧力がかかることになる。このため、Oリング45のシール性は向上する。
【0053】
また、Oリング45には作動油が入り込むため、差圧ピストン41及びピストンガイド13間の磨耗は防止され、潤滑も良くなる。従って、Oリング45の寿命は長くなる。
ピストン摺動室47内の作動油が少なくなると、ピストン49が下降時に逆止弁71が開き、連通口65を通じて上部の作動油が補給される。
【0054】
なお、従来のように、ストッパ69には連通口20は設けていない。このため、差圧ピストン41の押し上げに伴い、ストッパ69と差圧ピストン41の間の作動油は、プラグ61とストッパ69間のわずかの隙間から少量ずつ漏れ出つつ加圧される。
【0055】
このため、連通口20により大気開放されている従来の調圧弁に比べ、Oリング55、バックアップリング57の上下間の圧力差が少なくなる。このことにより、Oリング55、バックアップリング57のシール性は向上し、潤滑も良くなる。従って、Oリング55、バックアップリング57の寿命は長くなる。
【0056】
このように、Oリング45、Oリング55、バックアップリング57ともシール性が良くなることから、高圧になっても特殊な高圧シールを使用する必要がなく、安価なOリングで済む。従って、寿命が延びたことと合わせて、ランニングコストが安くなる。
【0057】
また、本実施形態では、シール部や摺動部の大部分が作動油中にあるため、潤滑不良を起こす可能性が低くなる。このため、可動部の摩耗に伴う騒音も低減される。
万一液漏れした場合でも、調圧弁内部が作動油で潤滑されているので、交換部品が少なくて済み、ランニングコストが安くなる。
【0058】
また、差圧ピストン41とピストン49の各ピストンがバランスするまでにわずかな時間差が生じるため、高圧ポンプの圧力振動を吸収する働きがあり、配管やポンプの寿命も長くなる。
【0059】
なお、本発明は圧力21MPa以下の調圧弁を想定したが、シール材をOリングから角型断面の高圧シールに変更し、弁を平弁から円錐弁、ボール弁等に変更すれば、圧力35MPaまでの調圧弁で使用可能である。
【0060】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、第1の連通口(14)を通じ、流路(7)から流入した使用液の圧力はピストン(49)を押圧し、ピストン摺動室(47)内の作動油の圧力は、ほぼ使用液の圧力と等しくなる。従って、各Oリング(45、55)の両端には、潤滑作用を有し、かつほぼ等圧力の作動油が作用するため、シール性が向上し、Oリング(45、55)の寿命が長くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の構成図
【図2】本発明の実施形態である調圧弁の非作動時と作動時の様子を示す断面図
【図3】従来の調圧弁の構成図
【図4】従来の調圧弁の非作動時と作動時の様子を示す断面図
【符号の説明】
1 ボディ
3 流入口
5 流出口
7 流路
9 弁座
13 ピストンガイド
14、24、53、65 連通口
16 差圧室
23 硬球
25、63 凹部
29、73、77 コイルバネ
31 バネ筒
33 調圧ハンドル
41 差圧ピストン
45、51、55、72、83 Oリング
47 ピストン摺動室
49 ピストン
57 バックアップリング
59 油溝
61 プラグ
62 軸
69 ストッパ
71 逆止弁
75 ザガネ
79 注油口
81 プラグ
Claims (5)
- 流入口(3)と流出口(5)間に形成された流路(7)を仕切り、前記流入口(3)から流入された使用液の圧力が設定圧力値以上のとき、該使用液の圧力により前記流路(7)が開かれる差圧ピストン(41)と、
該差圧ピストン(41)が内壁に沿って摺動され、前記流路(7)と連通する第1の連通口(14)を有するピストンガイド(13)と、
前記差圧ピストン(41)に対し、前記使用液の圧力に抗するため、前記設定圧力値に調整された付勢力を付与する圧力調整手段(29、31、33)と、
前記差圧ピストン(41)の内部に形成され、作動油が充填されたピストン摺動室(47)と、
該ピストン摺動室(47)の内壁に沿って摺動自在なピストン(49)と、
前記差圧ピストン(41)に周設された複数のOリング(45、55)と、
該Oリング(45、55)同士の間、前記ピストンガイド(13)の内壁及び前記差圧ピストン(41)の外壁間に形成された油溝(59)と、
該油溝(59)と前記ピストン摺動室(47)間を連絡する第2の連通口(53)とを備えたことを特徴とする調圧弁。 - 前記差圧ピストン(41)には、前記ピストン摺動室(47)に作動油を補給するための第3の連通口(65)と、
該第3の連通口(65)から作動油を補給するとき開かれる弁(71)とを備えたことを特徴とする請求項1記載の調圧弁。 - 前記弁(71)の一端を支持する第1の弾性部材(73)と、
該第1の弾性部材(73)の他端に配設されたザガネ(75)と、
該ザガネ(75)と前記ピストン(49)間に配設された第2の弾性部材(77)とを備え、
前記ザガネ(75)は、前記ピストン摺動室(47)の所定高さ以上に移動しないように規制されたことを特徴とする請求項2記載の調圧弁。 - 前記ピストン(49)及び/又は前記弁(71)には、Oリング(51、72)が周設されたことを特徴とする請求項1、2又は3記載の調圧弁。
- 前記圧力調整手段(29、31、33)は、第3の弾性部材(29)と、
該第3の弾性部材(29)を収納するバネ筒(31)と、
前記第3の弾性部材(29)の付勢力を前記バネ筒(31)の外より調整する調圧ハンドル(33)とを備え、
前記バネ筒(31)には前記作動油を給油するための給油口(79)が配設されたことを特徴とする請求項1、2、3又は4記載の調圧弁。
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