JP4296494B2 - レギュレータ - Google Patents

Description

本発明は、調圧機構の位置を段階的に調整し、ダイヤフラムに作用する力を制御して出力ポートの圧力を段階的に制御するレギュレータに関する。

回転ハンドルにカムフォロアを設け、カムフォロアがバネ押さえ（調圧部材）の階段状カム部に摺接して、バネ押さえを段階的に押動し、バネ押さえにより調圧バネを加圧調整し、パイロットレギュレータ部とマスターレギュレータとにより流体圧力を調整するレギュレータが特許文献１に記載されている。特許文献１のレギュレータには、マスターレギュレータ部とこれを制御するパイロットレギュレータ部とがあり、回転ハンドルと調圧バネとがパイロットレギュレータ部に設けられている。なお、このタイプのレギュレータは内部パイロット式レギュレータといわれている。
特許第３４８２６３５号 内部パイロット式レギュレータのパイロットレギュレータ部には小型のレギュレータが配設されているため、部品数が多く、また小型のレギュレータによるパイロットエアによりダイヤフラムを間接的に押しているので応答性が劣る。内部パイロット式レギュレータに対して直動式レギュレータがあり、直動式レギュレータは出力ポートの圧力を受圧するダイヤフラムと調圧スプリング荷重とを直接対抗させて圧力設定するものである。内部パイロット式レギュレータに比べて、直動式レギュレータは部品点数が少なくて構造が簡単でコンパクトであり、故障し難く、調圧スプリングが直接ダイヤフラムを押しているため、レバーハンドル操作に対する応答性がよい。

特許文献１の発明では、カムフォロアとバネ押さえの階段状カム部とによって、バネ押さえを段階的に押動することができるが、バネ押さえの位置を微調整することができない。このように、特許文献１の発明では、調圧スプリングの性能のバラツキの補正ができないので、設定圧力の精度が悪く、また初期設定が行えずユーザーによる後調整ができない。

本発明は、段階的に２以上の圧力を設定することができるレギュレータにおいて、調圧部材の位置を微調整してバラツキの補正及び出力ポートの圧力の初期設定を行うことができるようにすることを課題とする。

本発明は、レギュレータ本体内に主弁とダイヤフラムと調圧部材とが配設され、主弁は供給ポートと出力ポートとを連通させる通路に配置され、バルブスプリングによって主弁が閉じる方向に付勢され、ダイヤフラムに作用する調圧スプリングによって主弁が開く方向に付勢され、調圧部材が回転不能かつ往復動可能状態に支持され、調圧部材に高さの異なる複数の係合面を有するカム面が形成され、前記カム面に接触する平行ピンが配設され、レバーハンドルの操作によって前記平行ピンが前記係合面のいずれかと係合して、調圧スプリングの撓み量が制御され、そしてダイヤフラムに作用する力が制御されて出力ポートの圧力が段階的に制御されるレギュレータにおいて、
レギュレータ本体内に中空の設定ねじが螺合され、設定ねじの中空孔に平行ピンに係合したカムシャフトが相対回転可能状態に挿通され、設定ねじの回転操作によって調圧部材の位置が微調整されて、出力ポートの圧力の補正及び初期設定が行われることを第１構成とする。

本発明は、第１構成において、レギュレータ本体にキャップが回転可能状態に嵌合され、キャップにレバーハンドルが固定され、キャップの係合穴にカムシャフトが相対回転不能かつ往復動可能状態に係合され、キャップ内面に円弧状溝が形成され、レギュレータ本体に係止されたストッパーピンが前記円弧状溝に係合され、平行ピンの回転角度の範囲が規制されて、最高の高さの係合面Ｈと、最低の高さの係合面Ｌとの間で平行ピンの移動が行われないようにしたことを第２構成とする。

第１構成のものは、調圧部材の位置を微調整することができるので、調圧スプリングのバラツキ補正及び出力ポートの圧力の初期設定を行うことができる。そして、直動式のレギュレータであるので、部品点数が少なくて構造が簡単でコンパクトであり、故障し難く、調圧スプリングが直接ダイヤフラムを押しているため、レバーハンドル操作に対する応答性がよい。

第２構成のものは、平行ピンの回転角度の範囲が規制されて、最高の高さの係合面Ｈと平行ピンの接触状態と、最低の高さの係合面Ｌと平行ピンとの接触状態への移動が行われない。従って、例えば０．６ＭＰa の高圧から０ＭＰa の低圧に設定圧力が変化することがなく、例えば０．６ＭＰa の高圧から０．３ＭＰa の中圧を経て０ＭＰa の低圧に設定圧力を変化させることになる。急激な圧力変化を防止しているのである。

本発明は、中空設定ねじの回転操作によって調圧部材の位置を微調整して、出力ポートの圧力の補正及び初期設定を行うことを最も主要な特徴とする。調圧部材の位置を微調整してバラツキの補正及び出力ポートの圧力の初期設定を行うという課題を、中空設定ねじの回転操作により実現した。

図１〜図３は、本発明のレギュレータの実施例１を示す。図１〜図３に示されているように、レギュレータ本体10はボディ11とボンネット12により構成され、ボディ11とボンネット12との間にダイヤフラム13の外周部が挟持されている。ボディ11の２つの外側面に開口された供給ポート14及び出力ポート15が形成され、供給ポート14と出力ポート15とを連通させる通路に主弁17が配置されている。主弁17には主弁体と主弁座があり、主弁17はバルブスプリング18によって閉じる方向に付勢されている。すなわち、ボディ11の下方に開口された中央孔19が形成され、中央孔19は供給ポート14に連通され、中央孔19の上方に主弁座が配置されている。中央孔19にはバルブガイドアセンブリ20が配設され、バルブガイドアセンブリ20の下側にカバー21及びキャップ部材22が配設されている。バルブガイドアセンブリ20にはバルブ受けが形成され、バルブ受けと主弁17の主弁体との間にバルブスプリング18が装着され、バルブスプリング18によって主弁体が主弁座と接触する方向に付勢されている。

ダイヤフラム13とボディ隔壁24との間にダイヤフラム室23が形成されている。ボディ隔壁24の中央部に挿通孔が形成され、挿通孔の周りのボディ隔壁24と主弁17の主弁座との間に中央連通路25が形成され、中央連通路25は出力ポート15に連通されている。ボディ隔壁24に静圧孔26が形成され、静圧孔26によって出力ポート15とダイヤフラム室23が連通されている。主弁17の主弁体の中央部にステム27の基端が連結され、ステム27の先端部はボディ隔壁24の挿通孔に摺動自在で気密状態に挿通されている。ダイヤフラム13の中央部にシェル28が固定され（図１には、符号28として排出弁が示されているが、実際にはダイヤフラム13の下面に円板があり、ダイヤフラム13の上側にスプリング受けがあるものとする。）、ステム27の先端がシェル28に当接可能な状態に配置されている。バルブスプリング18はステム27を介してシェル28を押し上げる方向に付勢している。

ボンネット12内でダイヤフラム13の上側に、横断面六角形で縦長の調圧スプリング室29が形成され、調圧スプリング室29の上方位置に外側横断面六角形の調圧部材30が回転不能かつ往復動自在な状態で挿入されている。シェル28のスプリング受けと調圧部材30との間に調圧スプリング31が装着され、調圧スプリング31はステム27を介して主弁17を開く方向に付勢している。上面視で調圧部材30の中央には挿通孔33が形成され（図２(c) 参照）、図３に明示されているように、調圧部材30の上面はカム面であり、カム面には調圧部材30の中心線に関して対称で対になった、３対（複数対）の高さがそれぞれ異なる高圧用係合面34Ｈ，中圧用係合面34Ｍ，低圧用係合面34Ｌが形成されている。各係合面34の形状は、円筒状の平行ピン41と係合した位置を維持し易い形状、すなわち断面が円弧状で半径方向へ伸びる上面視で長方形である。そして、高圧用係合面34Ｈと中圧用係合面34Ｍと低圧用係合面34Ｌとの間の表面は滑らかな傾斜面であり、カム面に押圧された平行ピン41が、係合面34Ｈと係合面34Ｍと係合面34Ｌとの間を移動し易くなっている。そして、低圧用係合面34Ｌと高圧用係合面34Ｈとの間には段差面と傾斜面とがあり、この段差面でカム面に押圧された平行ピン41が、係合面34Ｈと係合面34Ｌとの間の移動を阻止するようになっている。なお、ボンネット12には調圧スプリング室29と大気とを連通するための排気穴32が形成されている。

図１，図２に示されているように、ボンネット12の上部壁36には雌ねじが形成され、この雌ねじに中空で下端にフランジのある設定ねじ37の雄ねじが螺合されている。設定ねじ37の中空孔38に下側からカムシャフト39が回転自在に挿通され、カムシャフト39には中空孔38と接触する小径部39Ａ、小径部39Ａの上方部の二面幅部39Ｂ、小径部39Ａの下側に隣接したフランジ部39Ｃ、フランジ部39Ｃの下側に隣接した係合部39Ｄがある。カムシャフト39の係合部39Ｄには、断面Ｕ字形で横方向に貫通した係合溝40が形成され、係合溝40の下端は開口されている。係合溝40には下側から断面円形で棒状の平行ピン41が挿入され、平行ピン41は係合溝40の端壁に係合している。平行ピン41の長手方向の中央部にフランジ部があり、係合溝40の端壁の中心部に円弧状の不図示の溝があり、平行ピン41のフランジ部が係合溝40の不図示の溝に係合している。カムシャフト39の係合部39Ｄは調圧部材30の挿通孔33に挿通され、調圧スプリング31の弾発力により平行ピン41が調圧部材30の１対の係合面34に係合され、カムシャフト39のフランジ部39Ｃが設定ねじ37のフランジ部に当接している。

図１，図２(e) に明示されているように、設定ねじ37の上端にはスリット（工具溝）42が形成され、後述のキャップ44を外した状態で、スリット42に工具を係合させて設定ねじ37を回転させることができる。設定ねじ37の回転により、設定ねじ37が上下方向に移動するので、設定ねじ37の位置を調節し、出力ポート15の圧力を希望する初期設定値に設定したり、調圧スプリング31の寸法バラツキによる圧力の誤差を補正することができる。初期設定及び圧力誤差の補正は、出力ポート15の圧力を圧力計で測定しながら設定ねじ37を回転させて行う。設定ねじ37の雄ねじにはロックナット54が螺合されているので、設定後にはロックナット54を締めて固定する。このように設定ねじ37を固定すれば、その後にカムシャフト39を回転させても、設定ねじ37が回転することはない。

図１において、ボンネット12の上方部には、段付円筒部43を有するキャップ44が嵌合され、段付円筒部43の薄肉部の内周とボンネット12の外周との間にすべり軸受45が装着され、すべり軸受45の働きによりキャップ44を円滑に回転させることができる。段付円筒部43の下端部内周とボンネット12の外周との間にＯリング46が装着され、Ｏリング46により塵埃や水分のキャップ44内への進入が防止される。段付円筒部43内周の環状溝とボンネット12外周の環状溝との間にＣリング47が装着され、Ｃリング47によりキャップ44の抜け出しが防止される。キャップ44上方部の雌ねじにレバーハンドル48の先端の雄ねじが螺合され固定されており（図１では、レバーハンドル48の長さが、本来の長さよりも極端に短く図示されている）、この固定手段を溶接等にしてもよい。図１、図２(b),(f) に明示されているように、キャップ44の頂部壁50には下側に開口した係合穴51が形成され、係合穴51にカムシャフト39の二面幅部39Ｂが摺動自在で回転不能状態に支持されている。従って、レバーハンドル48を回転させると、キャップ44、カムシャフト39及び平行ピン41が同期して回転する。

レバーハンドル48を回転させると、平行ピン41が同期して回転し、調圧部材30が上下動し、調圧スプリング31の撓み量を変化させ、出力ポート15の設定圧力が変化する。設定圧力の設定数は、調圧部材30の対の係合面34の数に相当し、設定圧力は係合面34の高さに対応している。図１，図２(d),図３に示されているように、キャップ44の内面（頂部壁50の下面）に断面長方形の円弧状溝52が形成され、レギュレータ本体10のボンネット12の上部壁36の係止孔にストッパーピン53が係止されている。ストッパーピン53の先端部が円弧状溝52に係合されて、キャップ44の回転角度の範囲が規制され、従って平行ピン41の回転角度の範囲が規制される。この回転角度の範囲の規制により、平行ピン41は高圧用係合面34Ｈとの接触状態と、中圧用係合面34Ｍとの接触状態との間の移動、及び中圧用係合面34Ｍとの接触状態と低圧用係合面34Ｌとの接触状態との間の移動は可能であるが、低圧用係合面34Ｌとの接触状態と高圧用係合面34Ｈとの接触状態と間の移動は阻止される。最も高さの低い低圧用係合面34Ｌと最も高さの高い高圧用係合面34Ｈとの間には段差面があるので、平行ピン41が段差面に接触しないように規制しているのである。すなわち、出力ポートの最高圧力に対応する係合面Ｈと、出力ポートの最低圧力に対応する係合面Ｌとの間の平行ピン41の移動が行われないようにしたのである。

高圧設定をする場合には、図３(a),(d) に示すように、レバーハンドル48を回転して平行ピン41を調圧部材30の高圧用係合面34Ｈと係合させる。高圧用係合面34Ｈの係合面の高さは最も高く設定されているで、調圧スプリング31が最も多く撓められ、出力ポート15の圧力が所定の高圧に設定される。低圧設定をする場合には、図３(c),(f) に示すように、平行ピン41を低圧用係合面34Ｌと係合させる。低圧用係合面34Ｌの係合面の高さは最も低いので、調圧スプリング31が最も少なく撓められ、出力ポート15の圧力が所定の低圧に設定される。中圧設定をする場合には、図３(b),(e) に示すように、平行ピン41を中圧用係合面34Ｍと係合させる。中圧用係合面34Ｍの係合面の高さは中位であり、調圧スプリング31が中位に撓められ、出力ポート15の圧力が所定の中圧に設定される。

多数のアクチュエータ駆動システムに連通された、産業用の空気圧供給配管と空気圧源との間に、レギュレータが接続されている。従来は、レギュレータで例えば０気圧又は５気圧が選択されており、長時間のシステム停止の後に、急に５気圧の空気を供給すると、場合によってはアクチュエータが急速に作動して危険を及ぼす恐れがあった。このレギュレータに本発明のレギュレータを適用し、例えば０気圧、１気圧、５気圧を選択できるようにし、長時間のシステム停止の後には、先ず１気圧の空気を供給し、所定時間後に５気圧の空気を供給すると、アクチュエータが急速に作動することがなく、安全が確保でき、産業上有益である。

自転車の空気圧は、子供用が０．２５ＭＰ、婦人車用が０．４５ＭＰ、マウンテンバイク用が０．６５ＭＰである。自転車用空気圧供給装置のコンプレッサと空気充填器具との間に本発明のレギュレータを配設し、高圧を０．６５ＭＰに設定し、中圧を０．４５ＭＰに設定し、低圧を０．２５ＭＰに設定する。利用者はレバーハンドルを回転して、高圧、中圧、低圧の何れかを選択し、空気を自転車のチューブに充填することができる。１個のレギュレータで３つの異なった圧力の空気を供給することができ、レギュレータを用いた自転車用空気圧供給装置は故障の心配がなく、低コストで提供することができる。

本発明の実施例１のレギュレータの断面側面図である。 図２(a) はカムシャフトと平行ピンと調圧部材の係合状態を示す斜視図であり、図２(b) はカムシャフトと平行ピンと調圧部材の分解斜視図であり、図２(c) は図１の矢印Ａ−Ａから見た断面図であり、図２(d) は図１の矢印Ｂ−Ｂから見た断面図であり、図２(e) は図１の矢印Ｃ−Ｃから見た断面図であり、図２(f) は図１の矢印Ｄ−Ｄから見た要部の断面図である。 図３(a) 〜図３(c) はカムシャフトと平行ピンと調圧部材の係合状態を示す側面図であって、図３(a) は高圧設定のとき、図３(b) は中圧設定のとき、図３(c) は低圧設定のときを示し、図３(d) 〜図３(f) はカムシャフトと平行ピンと調圧部材の分解斜視図であり、図３(d) は高圧設定のとき、図３(e) は中圧設定のとき、図３(f) は低圧設定のときを示し、図３(g) 〜図３(i) は調圧部材のカム面をそれぞれ異なる方向から見た斜視図である。

符号の説明

10 レギュレータ本体 13 ダイヤフラム 14 供給ポート
15 出力ポート
17 主弁
30 調圧部材
37 設定ねじ
39 カムシャフト
41 平行ピン
48 レバーハンドル

Claims (2)

1. レギュレータ本体内に主弁とダイヤフラムと調圧部材とが配設され、主弁は供給ポートと出力ポートとを連通させる通路に配置され、バルブスプリングによって主弁が閉じる方向に付勢され、ダイヤフラムに作用する調圧スプリングによって主弁が開く方向に付勢され、調圧部材が回転不能かつ往復動可能状態に支持され、調圧部材に高さの異なる複数の係合面を有するカム面が形成され、前記カム面に接触する平行ピンが配設され、レバーハンドルの操作によって前記平行ピンが前記係合面のいずれかと係合して、調圧スプリングの撓み量が制御され、そしてダイヤフラムに作用する力が制御されて出力ポートの圧力が段階的に制御されるレギュレータにおいて、
   レギュレータ本体内に中空の設定ねじが螺合され、設定ねじの中空孔に平行ピンに係合したカムシャフトが相対回転可能状態に挿通され、設定ねじの回転操作によって調圧部材の位置が微調整されて、出力ポートの圧力の補正及び初期設定が行われることを特徴とするレギュレータ。
2. レギュレータ本体にキャップが回転可能状態に嵌合され、キャップにレバーハンドルが固定され、キャップの係合穴にカムシャフトが相対回転不能かつ往復動可能状態に係合され、キャップ内面に円弧状溝が形成され、レギュレータ本体に係止されたストッパーピンが前記円弧状溝に係合され、平行ピンの回転角度の範囲が規制されて、最高の高さの係合面Ｈと、最低の高さの係合面Ｌとの間で平行ピンの移動が行われないようにした請求項１のレギュレータ。