JP4135989B2 - 空気式減圧弁 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、圧縮ばねの対抗作用および制御バルブの下流側に広がる圧力を感知する比較カプセルが、可動減圧制御ロッドによってバルブのフラップの運動を制御するタイプの空気式減圧弁に関する。
このような装置は、空気式制御を必要とする全ての技術分野で、とりわけ特に正確かつ安定した制御が望ましい場合、および微粒子（マイクロパーティクル）が存在することが望ましくない場合に使用することができる。これらの分野の中でも、宇宙関連の適用分野が特に挙げられるが、これに限定されるわけではない。
従来技術
空気式減圧弁では、加圧気体は、弾性的に弁座に押し当てられたフラップから形成されるバルブによって、制御された低い圧力まで減圧される。フラップが弁座から離れるように移動すると気体圧力が低下するが、これは通常は減圧弁本体中に滑動可能に取り付けられる可動ロッドによって制御される。ロッドを移動させるために、バルブを開く方向にロッドを移動させる傾向がある圧縮ばねの作用を受ける比較カプセルに、このロッドを接続する。制御を行うために、圧縮ばねの作用を受ける面とは反対側の比較カプセルの面は、バルブの下流側に位置する、減圧弁から漏出した気体が通常通過する比較チャンバ中に配置される。
このように構成される空気式減圧弁では、比較カプセルに作用するばねの圧縮により望ましくない横向きの力が発生し、これがバルブ用制御ロッドとそれを支持する軸受との間で摩擦を生じさせる。この摩擦は、不規則な制御誤差あるいは不正確さを生じ、微粒子を形成する。こうした理由から、このタイプの減圧弁は、現在開発中の宇宙関連の適用分野など、特定の適用分野には適していない。
さらに、比較チャンバがバルブのすぐ下流に配置された結果として、気体の減圧によって生じる振動が全て比較カプセルに伝達される。特定の流れの条件下では、これにより、やはり特定の適用分野にはほとんど適さない調節の不安定さが生じる。
発明の説明
本発明の目的は、厳密には、その独創的な設計が、摩擦の影響による微粒子の形成を防止しながら既存の減圧弁より大幅に正確かつ安定した制御を実現する、空気式減圧弁である。
本発明によれば、この結果は、
本体と、
本体内に形成され、気体入口開口と気体出口開口とを接続する主通路と、
主通路中に形成された弁座およびこの弁座に弾性的に押し当てられたフラップを有するバルブと、
弁座から離れるフラップの移動を制御することができるように、二つのばね座金によって本体内で案内および支持される可動減圧制御ロッドと、
バルブと出口開口との間に位置する主通路の下流側領域と連絡する比較チャンバ内で広がる気体圧力に対抗して作用する弾性手段の作用によって、前記移動の方向にロッドとともに移動可能な比較カプセルと
を含むことを特徴とする空気式減圧弁によって得られる。
バルブを制御にするように働くロッドを、減圧弁本体内に滑動可能に取り付けるのではなく、二つのばね座金によって案内および支持されるものとすると、ロッドと減圧弁本体との間の摩擦は除去される。これにより、この摩擦に必然的にともなう欠点、すなわち特に不規則な制御誤差および微粒子の形成も解消される。
バルブ用の制御ロッドを二つのばね座金によって減圧弁本体中に取り付けることにより、このロッドのフラップに対する完全な直線運動が保証される。
場合により、二つのばね座金は、ともに比較カプセルとバルブの間に位置することも、比較カプセルの両側にそれぞれ位置することもできる。
本発明の一つの好ましい実施形態では、各ばね座金は、ロッドに固定される内部環状領域と、本体中に固定される外部環状領域と、これら内部および外部の環状領域を接続する、開口によって互いに分離された少なくとも三つのアームとを含む。この構成は、大きな軸方向の可撓性および大きな径方向の剛性をばね座金に与え、これにより軸方向のロッドの移動を妨げることなく、径方向に効果的にロッドを案内することができる。
ばね座金の軸方向の可撓性をさらに向上させるために、各ばね座金の外部環状領域は、アームから離れた領域で減圧弁本体に固定する。
特に有利な配置では、各ばね座金のアームは全て、周方向に関して同じ方向に、径方向に関して同じ角度だけ傾斜している。
一般に、各ばね座金は、軸方向剛さの少なくとも約２００倍の径方向剛さを有することが好ましい。
比較チャンバが、絞り穴によってバルブの下流側に位置する主通路の領域に接続されることは有利である。気体の減圧によってこの領域で生じる振動はこれによって減衰し、調節の不安定さも大幅に低減される。
この場合には、本体と一体化された内部スリーブとロッドとの間に金属製密封ベローズを挿入する。この場合には、主通路の前記下流側領域から比較チャンバを分離する仕切壁に絞り穴を形成する。
本発明の変形の実施形態では、気密仕切壁は、バルブの下流側に位置する主通路の領域から比較チャンバを分離する。この場合には、本体と一体化された内部スリーブの突出部分とロッドとの間に仕切壁が形成される。
場合により、ロッドおよび比較カプセルは、互いに一体化することも、異なる構成要素から形成することもできる。後者の場合には、ロッドは、弾性手段および各ばね座金の接合作用によって比較カプセルの平板な表面がそれに接触して保持される、ほぼ半球形の端部を有する。
フラップとバルブの弁座との間の摩擦が除去されると有利である。この目的のために、この場合には、フラップは、前述のばね座金と同様の少なくとも一つのその他のばね座金によって減圧弁本体中で支持および案内される。
【図面の簡単な説明】
非制限的な例として、添付の図面に関連して、本発明の様々な実施形態について次に説明する。
第１図は、本発明の第一の実施形態による空気式減圧弁を概略的に示す縦断面図である。
第２図は、第１図の減圧弁で使用するばね座金を拡大して示す正面図である。
第３図は、本発明の第二の実施形態を示す、第１図と同様の断面図である。
第４図は、本発明の変形の実施形態を示す、第１図および第３図と同様の断面図である。
第５図は、本発明の別の変形の実施形態を示す、第１図、第３図および第４図と同様の断面図である。
いくつかの実施形態の詳細な説明
第１図では、参照符１０は本発明の第一の実施形態による減圧弁の本体を指す。減圧弁の本体１０は、本発明の範囲を逸脱することなく、いかなる形状でも有することができる。減圧弁の本体１０は、知られている技術に従って互いに組み立てられるいくつかの部品に分けて作成される。
減圧弁の本体１０は、一端部が気体入口開口１４を介して外側に開口すると共に反対側端部が気体出口開口１６を介して外側に開口する主通路１２をその内部に画定する。後述する減圧弁の作動部分は、気体の圧力を入口開口１４から入った圧力より低く低下させてその圧力を制御する効果を有し、出口開口１６から排出される気体が、入口の圧力に関わらず比較的一定の値を有する低い圧力になるようにする。
第１図に示す実施形態では、主通路１２は、比較的小さな直径を有し、入口開口１４が径方向に開口する第一の円筒部分１２ａと、比較的大きな直径を有し、出口開口１６が径方向に開口する第二の円筒部分１２ｂとを含む。主通路１２のこれら二つの部分１２ａおよび１２ｂは、さらに小さな直径を有する第三の円筒部分１２ｃを介して互いに連絡する。主通路１２の三つの部分１２ａ、１２ｂおよび１２ｃは同軸に配置される。
制御バルブ１７は、主通路１２中に配置される。このバルブ１７は、主通路１２の部分１２ａと１２ｃの間に形成された、例えば円錐形の弁座１８と、主通路１２の第一の円筒部分１２ａ中に収容されたフラップ２０とを含む。フラップ２０は、主通路１２の部分１２ａ中に収容された圧縮コイルばね２２によって弁座１８に弾性的に押し当てられる。第１図に示す実施形態では、フラップ２０はボールあるいは玉によって構成される。しかし、本発明の範囲を逸脱することなく別の形態をとることもできる。
主通路１２の部分１２ｃの反対側で、この同じ主通路の部分１２ｂは、減圧弁の本体１０の一体部分となる仕切壁２４によって閉じられる。この仕切壁２４は、主通路１２の円筒部分１２ｂの内側に同軸に配置されたスリーブ２６と一体化されている。スリーブ２６には、その軸に沿って可動減圧制御ロッド２８が通っている。より厳密に言えば、ロッド２８は二つのばね座金３０によってスリーブ２６中で支持および案内され、その軸と心合わせされたまま、この軸と平行に移動することができるようになっている。第１図に示す実施形態では、ばね座金３０はロッド２８とスリーブ２６の各端部との間に挿入される。
第１図に示すように、ロッド２８の一端は主通路１２の円筒部分１２ｃを通っており、フラップ２０を載せてこれを弁座１８から離すように移動させることができるようになっている。その反対側端部で、ロッド２８はピストンの形状をした比較カプセル(Comparison Capsule)３２と一体化あるいは組み合わされる。この比較カプセル３２は、仕切壁２４をはさんで主通路１２の円筒部分１２ｂの反対側にある、本体１０の内側に形成された円筒空洞（キャビティ）３４中に、この部分１２ｂと同軸に収容される。
主通路１２の様々な部分およびロッド２８と共通の軸に心合わせされた圧縮コイルばね３６は、減圧弁の本体１０とカプセル３２のロッド２８の反対側の面との間に挿入される。このばね３６により、ロッド２８は、弁座１８から離れるフラップ２０の移動を制御することができる。
比較カプセル３２が収容される空洞３４は、その第一端部がカプセル３２の周囲縁部に気密に固定され、その反対側端部が減圧弁の本体１０に気密に固定された密封ベローズ３８によって、二つのチャンバに分離される。ばね３６がその中に位置するこうしたチャンバの第一チャンバ３９は、ロッド２８の軸に沿って本体１０に形成された円形開口４０によって外部圧力にセットされる。密封ベローズ３８の周囲の、カプセル３２と壁面２４の間に形成された第二チャンバは、比較チャンバ４２となる。この比較チャンバ４２は、壁面２４を貫通する調節ノズルから構成される絞り穴４４を介して、バルブの下流側に位置する主通路１２の部分１２ｂと連絡する。
後にさらに詳細に分かるように、ばね座金３０は開口が形成された切取り（カッタウェイ）座金である。絞り穴４４が比較チャンバ４２と主通路１２の部分１２ｂとの間の唯一の可能な連絡路となるように、ロッド２８とスリーブ２６の間に金属製密封ベローズ４６が設けられる。より厳密に言えば、金属製密封ベローズ４６の一端部はスリーブ２６の内部に固定され、その反対側端部はロッド２８に固定される。この場合には、金属製密封ベローズ４６は二つのばね座金３０の間に位置する。
第２図にさらに詳細に示すように、静止状態の変形していない各ばね座金３０は、例えばばね鋼で製作された平らなプレートの形状となる。各ばね座金３０は、ロッド２８に固定されるように設計された内部環状領域３０ａと、減圧弁本体のスリーブ２６中に固定されるように設計された外部環状領域３０ｂとを含む。内部環状領域３０ａおよび外部環状領域３０ｂは、開口３０ｄによって分離された少なくとも三つのアーム３０ｃによって相互接続される。
さらに厳密に言えば、内部環状領域３０ａは、溶接やクリンプなど適当な任意の手段によってロッド２８に固定される。
さらに、各ばね座金３０の外部環状領域３０ｂは、第２図に一点鎖線で境界を定めた領域４８に対応する制限された位置でスリーブ２６中に固定される。固定領域４８の数はアーム３０ｃおよび開口３０ｄの数と同数であり、これらの領域は、外部環状領域３０ｂの中でアーム３０ｃから最も離れた部分に位置する。これらの領域４８で、溶接やクリンプなど適当な任意の手段によって、スリーブ２６中への外部環状領域３０ｂの固定を実行することができる。
さらに、各ばね座金３０のアーム３０ｃは全て、周方向に関して同じ方向に、座金の径方向に関して同じ角度だけ傾斜している。
上述の全ての特徴により、ばね座金３０は、効果的なロッド２８の心合わせを保証するのに十分に高い径方向の剛性を有しながら、大きな軸方向の可撓性を有する。さらに厳密に言えば、各ばね座金３０は、その軸方向剛さの少なくとも約２００倍の径方向剛さを有する。
第１図および第２図に関連して前述した空気式減圧弁は、減圧制御ロッド２８と減圧弁の本体１０との間のいかなる摩擦も除去されるように形成した。従来の滑り運動を、第２図の座金３０と同タイプの少なくとも一つのばね座金で置き換えることによって得られるこの特徴により、摩擦によって通常発生する不規則な制御誤差あるいは不正確さ、および摩擦によって形成される微粒子を除去することができる。
さらに、仕切壁２４に絞り穴４４が存在すること、および金属製ベローズ４６が追加されることにより、比較チャンバ４２中で広がる圧力が、バルブ１７の下流側の気体の減圧によって生じる比較的振動数の高い振動の影響を受けることを回避することができる。したがって、一般にこの振動の結果として生じる制御の不安定さも有利に低下する。
第３図に示す本発明の第二の実施形態では、仕切壁２４に形成された絞り穴４４、および金属製ベローズ４６が除去されている。この場合には、これにより仕切壁２４は気密性になり、バルブ１７の下流側で広がる圧力は、減圧弁の本体１０と減圧制御ロッド２８との間に直接形成された絞り穴４４’を介して比較チャンバ４２中に入る。さらに厳密に言えば、この場合には、絞り穴４４’は、ロッド２８と、ばね座金３０の間でスリーブ２６からロッド２８に向かって突出する径方向の仕切壁５２に形成された穴５０との間に存在する環状ギャップから構成される。
第４図は、第１図に関連して前述した本発明の第一の実施形態の変形形態を示す図である。
この変形形態は、ロッド２８とスリーブ２６の弁座１８に近い方の端部との間に挿入されたばね座金を除去し、その代わりに減圧弁の本体１０に形成された円形開口４０の縁部と、ロッドに関して比較カプセル３２の反対側にあるロッド２８の延長部５４との間にばね座金３０を挿入することで基本的に区別される。
第１図に示す実施形態と比較して、この変形形態では、二つのばね座金３０の間の距離が増大することにより、ロッド２８の軸方向の案内を改善することができる。
本発明の第一の実施形態と同様に、二つのばね座金３０は、第２図に関連して詳細に説明した方法で製作することが好ましい。
第５図に示す本発明の別の変形の実施形態では、前述の実施形態のように全てを一つの部片として作るのではなく、ロッド２８および比較カプセル３２を異なる二つの構成要素とする。
さらに厳密に言えば、比較カプセル３２は、ロッド２８側を向く表面が平板な表面である平板なディスクの形状となる。さらに、比較カプセル３２側に向くロッド２８の端部２８ａは、ほぼ半球形である。
この場合には、ロッド２８のほぼ半球形の端部２８ａは、ばね２２および３６ならびにばね座金３０の合成された作用の下で、比較カプセル３２の平らな面に接して載っかった状態で恒久的に保持される。
第５図のこの変形の実施形態には、ロッド２８と比較カプセル３２の間で発生しうる角変位または位置合わせの不良を許容し、この変位が減圧弁の動作にいかなる有害な結果ももたらさないという利点がある。
第１図に破線で示すように、主通路１２の第一部分１２ａの内側でのフラップ２０の保持および案内は、スリーブ２６の内側でのロッド２８の保持および案内について説明した方法に匹敵する方法で達成することができる。さらに厳密に言えば、この場合には、フラップ２０は、前述の座金３０と同等の構造を有する一つまたは二つの座金５６によって主通路１２の第一部分１２ａ中に取り付ける。
もちろん、特に第４図および第５図に関連して記載した様々な変形形態を、第１図および第３図に関連して記載した実施形態のいずれか一方と随意に組み合わせることもできる。
さらに、本発明の範囲を逸脱することなく、第２図に関連して説明したばね座金３０に特定の修正を施すこともできることは容易に理解されるであろう。

Claims (9)

1. 本体（１０）と、
   本体（１０）内に形成され、気体入口開口（１４）と気体出口開口（１６）とを接続する主通路（１２）と、
   主通路（１２）中に形成された弁座（１８）およびこの弁座に弾性的に押し当てられたフラップ（２０）を有するバルブ（１７）と、
   弁座（１８）から離れるフラップ（２０）の移動を制御することができるように、二つのばね座金（３０）によって本体（１０）内で案内および支持される可動減圧制御ロッド（２８）と、
   仕切壁（２４）をはさんで主通路（１２）の円筒部分（１２ｂ）の反対側にある、本体（１０）の内側に形成された円筒空洞（３４）中に、円筒部分（１２ｂ）と同軸に収容され、可動減圧制御ロッド（２８）と一体化あるいは組み合わされる、二つの面を有するピストンの形状をした比較カプセル（３２）であって、バルブ（１７）と出口開口（１６）の間に位置する主通路（１２）の下流側領域と連絡する比較チャンバ（４２）内で広がる気体圧力に対抗して作用する弾性手段（３６）の作用によって、前記移動の方向に可動減圧制御ロッド（２８）とともに移動可能な比較カプセル（３２）とを含み、
   各ばね座金（３０）が、可動減圧制御ロッド（２８）に固定される内部環状領域（３０ａ）と、本体（１０）内に固定される外部環状領域（３０ｂ）と、これら内部および外部の環状領域を接続する、開口（３０ｄ）によって分離された少なくとも三つのアーム（３０ｃ）とを含み、
   可動減圧制御ロッド（２８）が、二つのばね座金（３０）によって本体（１０）内に案内および支持され、前記移動を制御するようにフラップ（２０）に押し付けられることができるようになっており、
   可動減圧制御ロッド（２８）の一端が主通路（１２）の円筒部分（１２ｃ）を通っており、フラップ（２０）を載せてフラップ（２０）を弁座（１８）から離すように移動させることができるようになっていることを特徴とする空気式減圧弁。
2. 二つのばね座金（３０）が比較カプセル（３２）とバルブ（１７）の間に位置する、請求の範囲第１項に記載の空気式減圧弁。
3. 二つのばね座金（３０）が比較カプセル（３２）の二つの面のそれぞれに位置する、請求の範囲第１項に記載の空気式減圧弁。
4. ばね座金（３０）の外部環状領域が、アーム（３０ｃ）から離れた領域（４８）で本体（１０）に固定される、請求の範囲第１項から第３項のいずれか一項に記載の空気式減圧弁。
5. アーム（３０ｃ）が全て、周方向に関して同じ方向に、径方向に関して同じ角度だけ傾斜している、請求の範囲第１項から第４項のいずれか一項に記載の空気式減圧弁。
6. 各ばね座金（３０）が、軸方向剛さの少なくとも約２００倍の径方向剛さを有する、請求の範囲第１項から第５項のいずれか一項に記載の空気式減圧弁。
7. 比較チャンバ（４２）が、絞り穴（４４、４４’）を介して主通路（１２）の下流側領域に接続される、請求の範囲第１項から第６項のいずれか一項に記載の空気式減圧弁。
8. 可動減圧制御ロッド（２８）および比較カプセル（３２）が互いに一体化される、請求の範囲第１項から第７項のいずれか一項に記載の空気式減圧弁。
9. 可動減圧制御ロッド（２８）が、弾性手段（３６）および各ばね座金（３０）の接合作用下で比較カプセル（３２）の平らな表面が接触して保持されるほぼ半球形の端部（２８ａ）を有する、請求の範囲第１項から第７項のいずれか一項に記載の空気式減圧弁。

Images