JP4164410B2

JP4164410B2 - 圧力制御弁

Info

Publication number: JP4164410B2
Application number: JP2003170518A
Authority: JP
Inventors: 鉄伸樽沢
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2003-06-16
Filing date: 2003-06-16
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2023-06-16
Also published as: JP2005004694A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次側圧力を一次側圧力よりも低い設定圧力となるように制御する圧力制御弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の圧力制御弁として、図１０に示すように、弁本体８１に形成された流路８２の両端には、一次側ポート８３及び二次側ポート８４が形成され、両ポート８３，８４との間において流路８２は、弁座８６から弁体８７が接離することにより開閉されるようになっている。なお、図１０の状態では弁座８６に弁体８７が押し付けられて、流路８２が閉鎖されている。
【０００３】
一次側ポート８３より流入した空気は、弁座８６と弁体８７との隙間から二次側へ流出する。一方、二次側へ流出した空気の一部はフィードバック通路８８を介してフィードバック室８９に流入し、ダイヤフラム９０を押し上げる力として作用する。このフィードバック室８９から上方に作用する力と、金属製の調圧コイルバネ９１により下方へ作用する弾性力とのバランスにより、ロッド９２を介して弁座８６と弁体８７との隙間が調節され、二次側圧力が設定された設定圧力に調節される。この設定圧力は、操作ハンドル９３の操作によってダイヤフラム９０を押し下げる調圧コイルバネ９１の弾性力で決められる。
【０００４】
このような圧力制御弁において、調圧コイルバネ９１に対する加振源であるダイヤフラム９０の振動数と調圧コイルバネの固有振動数と一致すると共振現象（サージング）を起こし、調圧コイルバネ９１が発振する。このような不具合を防止するために、フィードバック室８９に適度な弾性を有する防振ゴム９４を設け、この防振ゴム９４の弾性力によって、調圧コイルバネ９１の発振を防止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術で述べた圧力制御弁においては、調圧コイルバネ９１の発振を抑えるために防振ゴム９４を使用すると、例えば金属スプリング等と比較して粘弾性があるため、ダイヤフラム９０の圧力検出感度が悪くなり、圧力制御の応答性が低下する。
【０００６】
上述したこと以外に、防振ゴム９４を使用すると、圧力制御弁が設置される環境温度の変化により防振ゴム９４の硬度が変わる。つまり、防振ゴム９４は環境温度が高くなると柔らかくなり、低くなると硬くなるというように、防振ゴム９４の弾性係数が変わるため圧力制御の精度低下を招く。
【０００７】
更に、防振ゴム９４を使用すると、環境温度変化等によって金属コイルバネ等と比較して劣化しやすく、劣化すれば圧力制御の精度低下を招く。これを防止するために、劣化しにくい防振ゴムとすることも可能であるが、コストが高くなるという問題もある。
【０００８】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、調圧コイルバネの発振を抑制することができるとともに圧力制御の精度を向上することが可能な圧力制御弁を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明では、弁本体に流体が流通する流路を設け、その流路の端部には一次側の流体が供給される一次側ポート及び二次側の流体が排出される二次側ポートをそれぞれ設け、前記流路の一次側ポートと二次側ポートとの間には前記流路の有効断面積を変化させる開閉部を設け、前記二次側ポート側の流路にフィードバック通路を介して連通するフィードバック室を設け、このフィードバック室の内部圧力に基づいて前記開閉部を開閉動作させる受圧体を設け、この受圧体を前記開閉部が開放する方向に付勢して二次側ポートより出力される流体の二次側圧力を所定の設定圧力に調節する調圧コイルバネを設けた圧力制御弁において、前記フィードバック室に、該フィードバック室内に設けられた仕切室と前記受圧体との間に介在されて、前記調圧コイルバネが受圧体を付勢する方向と逆方向に弾性力を作用させて前記調圧コイルバネの発振を抑制する防振部材を備え、前記受圧体の変位に基づいて前記防振部材と受圧体との接触長が変化することによって前記防振部材の固有振動数が変化するように構成したことを要旨とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、受圧体が変位すると、防振部材の固有振動数は変化するため、防振部材の固有振動数と調圧コイルバネの固有振動数とが一致しにくくなる。これにより、共振現象が生じにくくなり、調圧コイルバネの発振を抑制することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、前記防振部材は、円錐コイルバネであり、この円錐コイルバネを形成する巻線は、同円錐コイルバネの軸線方向から見て重なり合わないように構成されていることを要旨とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、受圧体が変位すると、円錐コイルバネを構成する巻線が座面に接することにより、円錐コイルバネの有効巻線の長さが変わる。これにより、円錐コイルバネの固有振動数を変化させることができる。従って、円錐コイルバネという汎用性の高い部材を用いることにより、低コストで調圧コイルバネの発振を抑制することが可能になる。
請求項３に記載の発明では、前記防振部材は、波状の皿バネであることを要旨とする。この構成によれば、厚みが薄い皿バネを用いて調圧コイルバネの発振を防止できるため、圧力制御弁が大型化するのを防止することができる。
請求項４に記載の発明では、前記防振部材は、板バネであり、この板バネは仕切壁の座面に対して斜状をなす弾性部を有することを要旨とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、圧力制御弁１１は弁本体１２を備えており、その弁本体１２の互いに対向する側面には、一次側ポート１３と二次側ポート１４とが形成されている。弁本体１２には、一次側ポート１３を含む一次側流路１３ａと二次側ポート１４を含む二次側流路１４ａとを互いに連通させる弁孔１５が形成されている。弁孔１５の周囲に形成された弁座１６には、弁体１９が接近又は離間可能に設けられている。弁体１９は、弁孔１５の底部に設けられたコイルバネ１７によって支持され、コイルバネ１７の弾性力により弁体１９は弁座１６に対して接近する方向に付勢されている。弁座１６と弁体１９とから両流路１３ａ，１４ａを連通する箇所の有効断面積を変化させる開閉部１８が構成されており、開閉部１８の開度量に応じて、一次側ポート１３から二次側ポート１４に流れる圧縮流体の流量が調節されるようになっている。
【００１４】
前記弁本体１２にはフィードバック室３１が凹設され、このフィードバック室３１は、フィードバック通路３２を介して二次側ポート１４に通じている。弁本体１２においてフィードバック室３１の開口部を塞ぐようにダイヤフラム３３が設けられ、このダイヤフラム３３は、弁本体１２に固定されるカバー３５によって挟持されている。フィードバック室３１内の圧力が所定値よりも高くなるとダイヤフラム３３が図１の上側に反るように変位し、圧力が所定値よりも低くなるとダイヤフラム３３が図１の下側に反るように変位する。
【００１５】
ダイヤフラム３３の中央部にはそれを挟持する受圧ディスク３７が設けられており、受圧ディスク３７の中央部には、フィードバック室３１に通じるリリーフ通路３９が形成されている。受圧ディスク３７においてリリーフ通路３９の周囲に形成された弁座３８には、前記弁体１９の上面に立設された弁棒３０の上端部が接離可能となっている。受圧ディスク３７にある弁座３８から弁棒３０の上端部が離間することにより、フィードバック室３１内にある余分な圧縮流体は、カバー３５の上部に形成された排気ポート４１を介して外部に排出されるようになっている。
【００１６】
カバー３５の上部には圧力設定ノブ４３が設けられ、この圧力設定ノブ４３に連結されたネジ棒４４の上部にはバネ押さえ部材４６が進退可能に螺合されている。カバー３５内には金属製の調圧コイルバネ４２が収容され、その下端は上側の受圧ディスク３７に形成された係合突部３７ａに外挿され、上端はバネ押さえ部材４６に形成された係合突部４６ａに外挿されている。そして、圧力設定ノブ４３を回動操作することにより、バネ押さえ部材４６の上下位置が変わることでダイヤフラム３３を押し下げる弾性力が調節され、二次側圧力が設定された設定圧力に調節されるようになっている。
【００１７】
上述した構成の圧力制御弁１１によれば、圧力設定ノブ４３を回動操作し、調圧コイルバネ４２の弾性力によって受圧ディスク３７及び弁棒３０を下側に変位させ、弁座１６と弁体１９との間に隙間を形成する。この状態で、一次側ポート１３から圧縮流体が供給されると、その圧縮流体は一次側流路１３ａ、弁孔１５、二次側流路１４ａを介して二次側ポート１４から排出される。
【００１８】
ここで、二次側流路１４ａの圧力が設定圧力よりも高くなると、フィードバック室３１内の圧力が高められ、調圧コイルバネ４２の弾性力に抗してダイヤフラム３３と受圧ディスク３７とが上方に変位する。これにより、弁棒３０と弁体１９とが一体的となって上方に移動し、弁体１９が弁座１６に近づき、開閉部１８の開度が小さくなり、一次側ポート１３から二次側ポート１４へ流れる圧縮流体の供給量が少なくなる。フィードバック室３１内にある余分な圧縮流体は、弁棒３０の上端部と受圧ディスク３７の弁座３８との間からリリーフ通路３９を介してカバー３５内に入り、更に排気ポート４１から外部に排出される。
【００１９】
一方、二次側流路１４ａの圧力が設定圧力よりも低くなると、フィードバック室３１の圧力が低くなってダイヤフラム３３と受圧ディスク３７とが下方へ変位する。これにより、弁棒３０と弁体１９とが下方へ移動し、弁体１９が弁座１６から遠ざかる。その結果、開閉部１８の開度が大きくなって、二次側流路１４ａ内の圧力が高まる。以上により、二次側圧力が調圧コイルバネ４２にて調節された設定圧力に保持される。
【００２０】
次に、本実施形態の要部について説明する。
図１，図２に示すように、フィードバック室３１には４つの仕切壁５１が等間隔をおいて形成されており、この仕切壁５１の上端面には金属からなる防振部材としての円錐コイルバネ５２が設けられている。円錐コイルバネ５２の下側は、仕切壁５１の上端面に形成された段差部５１ａに係止されており、上側は受圧ディスク３７の下面に形成された係合突部３７ａに係止されている。円錐コイルバネ５２の弾性力は、調圧コイルバネ４２の弾性力に対して打ち消し合う方向、つまり受圧ディスク３７及びダイヤフラム３３を押し上げる方向に作用している。円錐コイルバネ５２は、ダイヤフラム３３が上下方向に変位するのに伴い伸縮するようになっている。
【００２１】
図３に示すように、円錐コイルバネ５２は、その軸線方向から見て重なり合わないように形成された巻線５２ａから構成されている。この形状により、円錐コイルバネ５２が圧縮されてその自由高Ｈが所定値よりも小さくなると、巻線５２ａは、円錐コイルバネ５２の外側から仕切壁５１の段差部５１ａを座面として接着が開始され、この接着点Ａから巻線５２ａの上端と受圧ディスク３７とが接している密着点Ｂまでの有効巻線の長さが変化する。つまり、円錐コイルバネ５２の自由高Ｈに応じて巻線５２ａの接着点Ａが変わることから、ダイヤフラム３３の変位量に応じて、円錐コイルバネ５２の有効巻線の長さは変化するようになっている。
【００２２】
ここで、円錐コイルバネ５２の固有振動数をｆ、定数をａ、有効巻線の長さをＬとすると、次式（α）に示す関係があることが知られている。
ｆ＝ａ／２Ｌ………（α）
つまり、円錐コイルバネ５２の有効巻線の長さと、円錐コイルバネ５２の固有振動数とは反比例するという関係があり、固有振動数は有効巻線の長さに応じて変わることが知られている。従って、図１で説明した調圧コイルバネ４２に対する加振源の１つである円錐コイルバネ５２の固有振動数が変化すれば、円錐コイルバネ５２のもつ固有振動数と加振源の振動数とが一致しにくくなり、共振現象（サージング）による調圧コイルバネ４２の発振が抑制される。
【００２３】
従って、本実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）ダイヤフラム３３の変位に基づき固有振動数が変化する円錐コイルバネ５２によって、調圧コイルバネ４２の発振が抑制されるようになっている。この円錐コイルバネ５２は、従来技術で説明した防振ゴム等と比較して瞬発性に優れるため、フィードバック室３１内の圧力変化に伴うダイヤフラム３３の応答性を向上することができる。この結果、圧力制御弁１１の圧力制御感度を向上することができ、調圧コイルバネ４２の発振を抑制することができるとともに圧力制御の精度を向上することができる。
【００２４】
（２）調圧コイルバネ４２の発振を抑制する円錐コイルバネ５２は、金属製であるため圧力制御弁１１が設置される環境温度の影響によってバネ定数が変化することがない。従って、圧力制御弁１１の圧力制御の精度低下を招くのを防止することができる。
【００２５】
（３）調圧コイルバネ４２の発振を抑制する金属製の円錐コイルバネ５２はゴム材等等に比較して劣化しにくいため、圧力制御弁１１の寿命を長くすることができる。しかも、円錐コイルバネ５２の自由高Ｈは比較的小さいため、フィードバック室３１内に設置しても上下方向のスペースが大きくなることがない。よって、圧力制御弁１１が大型化するのを防止できる。
【００２６】
（第２実施形態）
第２実施形態を、前記実施形態と異なる部分を中心に説明する。
図４，図５に示すように、フィードバック室３１内において受圧ディスク３７と仕切壁５１との間には環状の皿バネ６１が介在されている。皿バネ６１は、その厚さ方向に凸状である山部６１ａと厚さ方向に凹状である谷部６１ｂとが、同皿バネ６１の周方向に沿って交互に形成され、全体が波状をなしている。皿バネ６１の山部６１ａは受圧ディスク３７に形成された係止溝３７ｂに係合され、谷部６１ｂは仕切壁５１の段差部５１ａに係合支持されている。皿バネ６１の弾性力は、調圧コイルバネ４２の弾性力に対して打ち消し合う方向、つまり受圧ディスク３７及びダイヤフラム３３を押し上げる方向に作用している。
【００２７】
受圧ディスク３７及びダイヤフラム３３が下方に変位すると、皿バネ６１は撓むが、このときの状態を図６（ａ），（ｂ）に模式的に示す。図６（ａ），（ｂ）に示すように、ダイヤフラム３３及び受圧ディスク３７の変位量に応じて、皿バネ６１の谷部６１ｂと仕切壁５１との接触点と、山部６１ａと受圧ディスク３７との接触点との間のスパン有効長さＬ１，Ｌ２が変化する。すなわち、図６（ａ）に示されるダイヤフラム３３及び受圧ディスク３７が変位していないときのスパン有効長さＬ１よりも、図６（ｂ）に示される変位したときのスパン有効長さＬ２の方が短い。皿バネ６１の固有振動数はスパン有効長さに応じて変わるものである。従って、調圧コイルバネ４２に対する加振源の１つである皿バネ６１の固有振動数が変化すれば、調圧コイルバネ４２のもつ固有振動数と加振源の振動数とが一致しにくくなり、共振現象（サージング）による調圧コイルバネ４２の発振を抑制することができる。
【００２８】
（第３実施形態）
図７，図８に示すように、フィードバック室３１内において受圧ディスク３７と仕切壁５１との間には環状の板バネ７１が介在され、この板バネ７１は仕切壁５１の段差部５１ａに係合支持されている。板バネ７１は、環状のベース部７１ａと、ベース部７１ａから中心部に向けて斜めに突設された複数の弾性片７１ｂとから構成されている。各弾性部の先端は、ベース部７１ａと平行をなすように折曲されており、その折曲した部分が受圧ディスク３７の下面に接触されている。これにより、弾性片７１ｂの弾性力は、調圧コイルバネ４２の弾性力に対して打ち消し合う方向、つまり受圧ディスク３７及びダイヤフラム３３を押し上げる方向に作用している。
【００２９】
板バネ７１の各弾性片７１ｂの基端は緩やかなアール状に形成されている。これにより、受圧ディスク３７及びダイヤフラム３３が下方に変位すると、各弾性片７１ｂは撓むが、このときの状態を図９（ａ），（ｂ）に模式的に示す。図９（ａ），（ｂ）に示すように、ダイヤフラム３３及び受圧ディスク３７の変位量に応じて仕切壁５１の段差部５１ａに対し各弾性片７１ｂはその基端側から先端部側にかけて順次接触するため、弾性片７１ｂの有効長さＬ１１，Ｌ１２が変化する。すなわち、図９（ａ）に示されるダイヤフラム３３及び受圧ディスク３７が変位していないときの有効長さＬ１１よりも、図９（ｂ）に示される変位したときの有効長さＬ１２の方が短い。板バネ７１の固有振動数は弾性片７１ｂの有効長さＬ１１，Ｌ１２に応じて変わるものである。従って、調圧コイルバネ４２に対する加振源の１つである板バネ７１の固有振動数が変化すれば、調圧コイルバネ４２のもつ固有振動数と加振源の振動数とが一致しにくくなり、共振現象による調圧コイルバネ４２の発振を抑制することができる。
【００３０】
（別の実施形態）
本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
・前記第１実施形態では、フィードバック室３１に仕切壁５１を形成し、この仕切壁５１上に円錐コイルバネ５２を設けたが、この仕切壁５１を省略し、フィードバック室３１の底部に円錐コイルバネ５２を配置してもよい。
【００３１】
・前記第３実施形態では、板バネ７１を４つの弾性片７１ｂから構成したが、１つ以上の弾性片７１ｂであれば任意の数に変更してもよい。
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に示す。
【００３５】
前記板バネは複数設けられ、各板バネは同一円周上に等間隔をおいて配置されている。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、調圧コイルバネの発振を抑制することができるとともに、圧力制御の精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態における圧力制御弁の断面図。
【図２】要部を示す分解斜視図。
【図３】要部を示す拡大断面図。
【図４】第２実施形態における要部を示す拡大断面図。
【図５】要部を示す分解斜視図。
【図６】（ａ），（ｂ）は皿バネを模式的に示し、その撓み具合を示す説明図。
【図７】第３実施形態における要部を示す拡大断面図。
【図８】要部を示す分解斜視図。
【図９】（ａ），（ｂ）は板バネを模式的に示し、その撓み具合を示す説明図。
【図１０】従来技術における圧力制御弁の断面図。
【符号の説明】
１１…圧力制御弁、１２…弁本体、１３…一次側ポート、１３ａ…一次側流路（流路）、１４…二次側ポート、１４ａ…二次側流路（流路）、１８…開閉部、１９…弁体、３０…弁棒、３１…フィードバック室、３２…フィードバック通路、３３…ダイヤフラム（受圧体）、３７…受圧ディスク（受圧体）、４２…調圧コイルバネ、５１…仕切壁、５２…円錐コイルバネ（防振部材）、５２ａ…巻線。

Claims

弁本体に流体が流通する流路を設け、その流路の端部には一次側の流体が供給される一次側ポート及び二次側の流体が排出される二次側ポートをそれぞれ設け、前記流路の一次側ポートと二次側ポートとの間には前記流路の有効断面積を変化させる開閉部を設け、前記二次側ポート側の流路にフィードバック通路を介して連通するフィードバック室を設け、このフィードバック室の内部圧力に基づいて前記開閉部を開閉動作させる受圧体を設け、この受圧体を前記開閉部が開放する方向に付勢して二次側ポートより出力される流体の二次側圧力を所定の設定圧力に調節する調圧コイルバネを設けた圧力制御弁において、
前記フィードバック室に、該フィードバック室内に設けられた仕切室と前記受圧体との間に介在されて、前記調圧コイルバネが受圧体を付勢する方向と逆方向に弾性力を作用させて前記調圧コイルバネの発振を抑制する防振部材を備え、前記受圧体の変位に基づいて前記防振部材と受圧体との接触長が変化することによって前記防振部材の固有振動数が変化するように構成したことを特徴とする圧力制御弁。
前記防振部材は、円錐コイルバネであり、この円錐コイルバネを形成する巻線は、同円錐コイルバネの軸線方向から見て重なり合わないように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力制御弁。
前記防振部材は、波状の皿バネであることを特徴とする請求項１に記載の圧力制御弁。
前記防振部材は、板バネであり、この板バネは仕切壁の座面に対して斜状をなす弾性部を有することを特徴とする請求項１に記載の圧力制御弁。