JP3604070B2 - 調圧弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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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