JP4880707B2 - 調節可能機能を備えた減圧レギュレータ - Google Patents

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関連出願の相互参照

本出願は２００６年３月１０日に出願された米国仮特許出願第６０／７８１，２４３号に基づいており、このため本参照によりその全内容が本明細書に援用される。

本発明は概して減圧レギュレータのようなインライン流量制御デバイスに関し、より詳しくはレギュレータを閉弁するために必要な圧力を含む流出口圧力を変えるための調節機構を備えた減圧レギュレータに関する。

減圧レギュレータのような流量制御デバイスは当該技術分野において公知である。例えばラハマンら（Ｌａｃｈｍａｎｎ ｅｔ ａｌ．）の米国特許第４，４７６，８８８号には弁ハウジングを備えた過圧制御弁が開示されており、このハウジングには前側出力チャンバと、該出力チャンバの後側に隣接する後側取入チャンバと、これらのチャンバ間に位置する弁座とが形成されている。ハウジング内では弁箱が、弁座に向かって前方に移動して弁座に接触しチャンバ間の流れを遮断する閉弁位置に収まることができ、また、弁座から後方に移動してチャンバ間の流れを許容する開弁位置に収まることができるようになっている。弁体は、チャンバ内にさらされた少なくとも１つの前方を向いた面と、少なくとも１つの後方を向いた面とを有している。前方を向いた面の有効面積は後方を向いた面の有効面積よりも大きい。バネは、所定の略一定の付勢力で弁を開弁位置に収めるように前方に付勢しており、前方を向いた面に後方に向けて作用する有効圧力がバネ力および後方を向いた面に作用する圧力の両方に打ち勝つと弁箱がバネに抗して後方に移動して閉弁位置に収まるようになっている。

ゴールド（Ｇｏｌｄ）の米国特許第４，６６７，６９５号には１段式および２段式のリリーフ弁が開示されており、該リリーフ弁においては、最大作動圧範囲を拡張し且つ動作特性を向上させるため、パイロット流量が、アクティブな流量制御部品により所定の特定最大レベルに制限されている。下流側のオリフィスは、全開してその面積が固定されたタイプでもよく、バネやソレノイドで付勢される部材によって制御されるものでもよい。ソレノイドまたはステップモータにより駆動される下流側のオリフィスの場合、リリーフ圧のレベルは電気的な入力信号に応じるようになる。

ミラー（Ｍｉｌｌｅｒ）の米国特許第５，５０１，２４７号には、流体圧力レギュレータの組立体が開示されている。この組立体は、キャビティを形成する弁箱と、該キャビティを覆って延びる弁箱上のキャップとを備え、これらキャップおよび弁箱には相互に噛み合うネジが形成され、キャップの回転を許容する構造となっている。また組立体は、弁箱により形成される突部に着座してシールをなすキャビティ内のダイアフラムと、キャップの圧力をシールへ伝達するキャビティ内の圧力伝達部品とを備え、弁箱はフローポーティングを有し、弁箱内にはこのポーティングを介した流体の流れを制御するよう移動可能なポペットがある。また組立体は、キャップ内のバネと、バネ圧力をダイアフラムに伝達するために軸方向に沿って移動可能なキャビティ内の構造体とを備え、ポペットはこの構造体とともに軸方向に移動するようになっている。また組立体は、圧力伝達部品と、弁箱及び構造体のうち少なくとも１つとの間の相対的な回転運動を阻止する阻止手段とを備えている。

ラーセン（Ｌａｒｓｅｎ）の米国公開特許公報第２００４／０２１６７８１号には、管状部を有するハウジングを備えたインライン流量制御デバイスが開示されており、この管状部は、ハウジングにネジ結合された継手の管状部と同軸上に並んで設けられている。ピストンは貫通して延びるピストン孔を有し、各管状部は軸方向に離れた位置にてこのピストン孔内へと延びている。ピストンがデバイスを介した流体の流れを遮断する遮断位置に向けて各管状部に対して軸方向に相対移動すると、継手の管状部が弁座に着座してピストンの内側肩部に当接する。大径部であるピストンの底面は、ピストンの両方の位置においてピストン孔と連通するが、ピストンが遮断位置にあると弁箱の高圧流入口と連通しない。バネは弾性的にピストンを遮断位置に向かって付勢する。２つの実施形態が圧力レギュレータであり、第３の実施形態がバランス弁である。

一つの態様において、本発明は、デバイスを閉じるために必要な圧力を含むデバイスの流出口圧力を変えるための内部調節機構を備えた流量制御デバイスに関する。このデバイスは、該デバイスのハウジングを形成するために着脱可能に取り付けられて内部デバイスキャビティを形成する弁箱及びボンネットのような、第１の構成部品及び第２の構成部品を有し得る。構成部品のうちの一方は、それに取り付けられた流体供給源から加圧流体を受け入れるための流入口ポートを有し、また、同じ構成部品または他方の構成部品は、加圧流体を放出するための流出口ポートを有している。ピストンはデバイスキャビティ内に配置されてその内部で移動可能であり、デバイスキャビティの内面との間が密封されるようにして設けられている。これらの構成部品とピストンは、流出口ポートを流入口ポートと連通させるデバイスキャビティ内のチャネルを形成し、このチャネル内に弁座を配置するよう構成されており、これによりピストンはその内面が弁座と係合して流入口ポートに向かう流体の流れを阻止する閉弁位置と、その内面が弁座から離脱して流入口ポートに向かう流体の流れを許容する開弁位置との間を移動するようになっている。また、ピストンはピストンの表面が流出口ポートと連通するよう構成され、これにより流出口ポートで圧力が上昇すると加圧流体によりピストンの表面に付与される開弁位置から閉弁位置に向かう力が増大するようになっている。

流量制御デバイスはさらに、閉弁位置から開弁位置にピストンを付勢するバネと、ホイール、歯車またはそれと同様の構成部品とを備えている。このホイールまたは歯車等の部品は、デバイスキャビティ内の円筒部材に配置される雌ネジ孔を有し、また、バネと係合している。当該ホイールまたは歯車が一方に向かって回転すると、ホイールが円筒部材に沿って軸方向に移動してバネが圧縮され、ピストンを開弁位置から閉弁位置へ移動するために必要となる流出口圧力が上昇される。また、ホイールまたは歯車が他方に向かって回転すると、ホイールが円筒部材に沿って軸方向に移動してバネが緩み、ピストンを開弁位置から閉弁位置へ移動するために必要な流出口圧力が降下される。流量制御デバイスはさらに、ハウジングの外面から内側に延びてデバイスキャビティとホイールまたは歯車の近傍で交差する孔を備えており、ホイールまたは歯車の表面は、当該ホイールまたは歯車を任意の方向に回転させるため、適切な調節ツールにより係合されてもよい。１つの実施形態においては、この孔の長手軸線は、デバイスの長手軸線に対して平行であり且つ変位するように指向している。

以下の本文は本発明の多数の種々の実施形態を詳細に説明するものであるが、いうまでもなく、本発明の法的な範囲は本明細書の最後に説明する特許請求の範囲の文言によって定義される。詳細な説明は例示としてのみ解釈されるべきであり、すべての可能な実施形態を記載することは不可能でないにしても非現実的であるため、本発明のあらゆる可能な実施形態を記載するものとなっていない。現在の技術または本願出願日後に開発された技術を用いて多くの他の実施形態を実施し得るが、それらも本発明を定義する特許請求の範囲に含まれる。

いうまでもなく、ある用語が「本明細書において用いられる場合、この用語「 」は、ここで、…を意味すると定義される」という文章または同様の文章を用いて明瞭に本明細書内で定義されていない限り、その用語の意味を明示的または暗示的に限定したり、その本質的な意味や通常の意味を越えて限定するような意図はない。そして、そのような用語は、本願のどこかになされたいずれかの記載（特許請求の範囲の文言を除く）に基づく範囲内に限定されると解釈されるべきではない。本明細書の最後にある特許請求の範囲に記載の用語はいずれも単一の意味において矛盾が生じないように本明細書で参照される点では、それは読者を混乱させないことのみを目的としてなされるものであり、その用語を、暗示的にまたはその他の方法でその単一の意味に限定することを意図したものではない。最後に、特許請求の範囲の構成要素が構造を何ら説明することなく用語「手段」および機能を記載することによって定義されたものでない限り、その構成要素の範囲は米国特許法第１１２章第６段落の適用に基づいて解釈されることを意図したものではない。

図１には、減圧レギュレータ１０のような本発明に係る流量制御デバイスの第１の実施形態が示されており、この流量制御デバイス１０は、弁箱１２と、着脱可能に弁箱１２に取り付けられたボンネット１４と、これらが着脱可能に取り付けられて減圧レギュレータ１０のハウジングを形成したときに弁箱１２およびボンネット１４の内面によって形成されるデバイスキャビティ内に配置され、摺動可能となっているピストン１６とを備えている。弁箱１２は、弁箱１２の流入口ポート２０から環状の頂縁部２２まで弁箱１２を通って延びる軸孔１８を形成する内面を有している。分かり易いように、図面に示されているような減圧レギュレータの構成部品の空間的な関係を当該減圧レギュレータの向きと整合性をとりながら記載すべく、頂部側、底部側、上側および下側の如き方向に関する表記が用いられている。しかしながら、当業者にとって明らかなように、与えられた実施形態において必要となるいかなる向き配置されてもよいし、また、本明細書において上側および下側の部材であると記載された部材が、向きに応じて、左側および右側の部材であっても、右側および左側の部材であってもまたは下側および上側の部材であってもよい。

弁箱１２の軸孔１８を形成する内面は、流入口ポート２０に近い下部または流入口部２４と、流入口部２４よりも大きな直径を有する中間部２６と、中間部２６よりさらに大きな直径を有するとともに頂縁部２２に向かって上方に延びている上部２８とを備えうる。流入口部２４と中間部２６との間の内面の部分は、軸孔１８の底壁３０を形成しており、また、中間部２６と上部２８との間の内面の部分は、軸孔１８の肩部３２を形成している。一つの実施形態では、内面の流入口部２４は、当該流入口部２４とピストン１６のこれに対応する構成部分との間にシールを形成するＯリング３４を受けるための溝を底壁３０の近くに設けていることを除き、流入口ポート２０から底壁３０まで均一な直径を有する軸孔１８の部分を形成しうる。しかしながら、弁箱の製造を容易にするため、図１に示されているような流入口部２４は、Ｏリング３４、バックアップリング３６、スリーブ３８、フィルタ４０およびスナップフィットリング４２の挿入に適するように、内面の流入口部２４が底壁３０から流入口ポート２０の方に向かって進むに従ってその直径が次第に増大するようになっている。リップ部２４は、スリーブ３８の上側縁部と流入口部２４のさらなる肩部４８との間に間隙を形成してＯリング３４およびバックアップリング３６を受け入れるようにすべく、スリーブ３８の外側肩部４６と対応して係合するように構成された肩部４４を形成しうる。フィルタ４０は、スリーブ３８の後に流入口ポート２０から差し込まれて、スリーブ３８の底縁部に当接される。このフィルタ４０は、流入口部２４のうちの流入口ポート２０に近接する部分に設けられた溝の中に圧入しうるスナップフィットリング４２によって適切な位置に保持されるようになっている。保守点検にあたり、Ｏリング３４、バックアップリング３６、スリーブ３８およびフィルタ４０を流入口部２４から引き抜くために、リング４２を流入口部２４の溝から引き抜けるようになっている。

ボンネット１４は、弁箱１２に着脱可能に取り付けるように構成されており、ボンネット１４の頂部５２から外側に延びる環状部５０を有している。ボンネット１４の環状部５０は、その外面に、弁箱１２の内面のうちの上部２８に設けられた雌ネジ５６と噛み合うようになっている雄ネジ５４を有しており、このことによって、ボンネット１４を弁箱１２にネジ込み、下向の肩部５８を弁箱１２の頂縁部２２と係合させることが可能となっている。環状部５０および頂部５２は、軸孔６０および頂壁６２を形成する内面を有しうる。また、ボンネット１４は、軸方向に沿って細長くなっている管状のスリーブを有しており、このスリーブは、頂部５２に一体式に結合されているとともに、この頂部５２から下方に向けて延びている。また、このスリーブは、弁箱１２の軸孔１８と軸方向に沿って並んで配置されるようになっている。さらに、ボンネット１４は、流出口ポート６８から、雄ネジを切った首部７０、頂部５２および細長い管状のスリーブ６４を通って弁座取付部７２へ延びている軸孔６６を形成する内面をさらに有している。この弁座取付部７２は、ボンネット１４が弁箱に取り付けられた状態において、スリーブ６４の下側端部から弁箱１２の内面の流入口部２４へ向かって延びるようになっている。このように構成および取り付けがなされると、軸孔６６は、弁箱１２の軸孔１８とほぼ軸方向に沿って一直線に並ぶように配置されることとなる。

管状のスリーブ６４は、雄ネジを切った外面を有する頂部７４と、弁座取付部７２と頂部７４との間を延びている外径の小さな中間部７６とを備えている。弁座取付部７２は、弁座７８が頂壁６２から遠位の位置に配置されるように、弁座７８を受け入れるようになっている。下部７６、弁座取付部７２および弁座７８については、図１Ａにさらに詳細に示されている。弁座取付部７２の外径は、弁座取付部７２の中空の円筒部８０まで下方に向かって先細となっているため、中間部７６と中空の円筒部８０との間に配置される弁座取付部７２の円錐台部８２が形成され、弁座取付部７２の上端部では中間部７６と同一の外径を有している。円錐台部８２は、管状のスリーブ６４の外部と軸孔６６を連通させるために軸孔６６と円錐台部８２の外面との間に延びる一または複数の開口部８４を有している。円筒部８０は、弁座取付部７２の孔８８を形成する雌ネジを切った表面８６を有しうる。弁座７８は、直径の小さな上部の円筒部９０と、この円筒部９０との界面に配置された下底部を有しているとともに円筒部９０の外径より大きな外径を有している下部の円錐台部９２とを有している。弁座取付部７２の孔８６および弁座７８の円筒部９０は、当該円筒部９０が孔８６の中へ押し込まれるまたはネジ込まれて、雌ネジにより係合されることにより円筒部９０をその中に保持しうるような寸法に形成されうる。弁座７８は、円筒部８０の孔８８の中に押し込まれてももしくはネジ込まれてもよくかつ減圧レギュレータ１０が閉弁するときに実質的に気密性のシールを形成する必要性に応じて変形しうるＶｅｓｐｅｌ（登録商標）もしくは他の同様のプラスチックまたは他の適切な材料の如きのような堅固でありかつ弾力性のある材料から製造することが可能である。

さらに図１を参照すると、ボンネット１４は、レギュレータ１０が開閉されるときに流体を逃がすための、および、弁箱１２およびボンネット１４のそれぞれの軸孔１８、６０により形成されるキャビティの中へ高圧流体が漏れるが如きＯリングシールの損傷の場合に安全に逃がすためのオフセット排出ポート９４を有している。排出ポート９４は、以下でさらに詳細に記載するように調節ツールを挿入するためのアクセスを提供しうる。排出ポート９４は、排出ポート９４の開口部から下方に向かって延びる軸孔９６を形成する内面を有しうる。この軸孔９６の長手軸線は、軸孔１８、６０、６６の長手軸線に対しておおむね平行であり且つ変位しており、ボンネット１４の環状部５０および頂部５２の内面と交差している。このように構成することで、排出ポート９４の軸孔９６は、弁箱１２およびボンネット１４より形成されるキャビティをレギュレータ１０の外部を取り囲む周囲の大気と連通させるようになる。排出ポート９４の内面は、フィルタ９８をその中に配置し、スナップフィットリング１００をその内面の対応する溝に圧入してフィルタ９８を保持するように、流入口ポート２０の近傍の流入口部２４と同様に構成されている。排出ポート９４の開口部とは反対の端部には、上記の内面により、以下でさらに詳細に説明するような方法で調節ツールの一部を受け入れるためのブッシュ１０２がさらに形成されている。

ピストン１６は、レギュレータ１０の開弁位置と閉弁位置と間の軸方向の移動のために、弁箱１２およびボンネット１４のそれぞれ対応する軸孔１８、６０により形成されたキャビティ内に摺動可能に取り付けられている。ピストン１６は、軸孔１８の上部２８を形成している内面と密接する滑りばめを形成するための寸法に形成された中央フランジ部１０４と、上方に向かって延びる中空の円筒部１０６と、下方に向かって延びるスリーブ１０８とを有している。ピストン１６の内面は、軸孔１８、６０、６６の長手軸線と直線上に並ぶ軸孔１１０を形成している。ピストン１６のフランジ部１０４は、弁箱１２およびボンネット１４に対してピストン１６が軸方向に沿って移動する間、弁箱１２の内面に対して流体シールを形成するために、Ｏリング１１２を配置するための環状溝を有している。円筒部１０６は、第１のコイルバネ１１４が円筒部１０６の外面と環状部５０の内面との間に配置され、フランジ部１０４の頂面１１６と係合しうるように、ボンネット１４の環状部５０の内径よりも小さな外径を有している。他の実施形態では、バネ１１４は、円筒部１０６上に配置され、当該円筒部１０６の頂縁部１１８と係合するようになっている。

スリーブ１０８は、フランジ部１０４の底面１２０から下方に向かって延びており、また、フランジ部１０４の底面１２０の下底部から下方に向かってスリーブ１０８の近傍の上底部まで次第に先が細くなっていく中間の円錐台部１２２を有しうる。スリーブ１０８は、弁箱１２の軸孔１８の流入口部２４と密接に滑りばめを形成するような寸法に形成された外径を有しうる。スリーブ１０８の外面は、弁箱１２およびボンネット１４に対してピストン１６が軸方向に沿って移動する間、流入口部２４とスリーブ１０８との間に流体シールを形成するために、流入口部２４内に配置されたＯリング３４により係合されてもよい。

軸孔１１０は、円筒部１１６の頂縁部１１８から下方に向かって延びている上部１２４を有しており、この上部１２４の中へ、スリーブ６４の下部７６および弁座取付部７２が延びている。上部１２４は、ピストン１６がスリーブ６４に対して軸方向に沿って移動するとき、スリーブ６４の下部７６に対して流体シールを形成するために設けられるＯリング１２６を有する内側溝を備えている。軸孔１１０は、環状の上方に向いた肩部１３０を提供するように上部１２４よりも小さな直径を有している中間部１２８をさらに備えており、この中間部１２８の直径は、円錐台部９２の下底部の最大部直径よりも小さいくなっているものの、円錐台部９２の上底部の最小部直径よりも大きくなっている（図１Ａ）。軸孔１１０がスリーブ１０８の方向に向かって下方にいくに従って、その直径は、スリーブ１０８を通り抜ける下部１３２においてさらに小さくなりうる。ピストン１６は、軸孔１１０をキャビティ１３６と連通させるために、軸孔１１０と、フランジ部１０４の下方に位置するピストン１６の面との間に延設される一または複数のアパーチャ１３４をさらに備えている。キャビティ１３６とは、ピストン１６の底面１２０と、Ｏリング３４とＯリング１１２との間にある弁箱１２の軸孔１８を形成する内面とにより形成されるデバイスキャビティのうちの一部のことである。

レギュレータ１０を閉弁するために必要とされる流出口圧力を調節するにあたって、スリーブ６４の頂部７４の雄ネジと噛み合うような寸法に形成された雌ネジを切った孔１４０を有している調節歯車１３８が設けられている。スリーブ６４上への調節歯車１３８の設置を容易にするために、スリーブ６４の下部７６およびそれに対応する軸孔１１０の上部１２４の内径は、調節歯車１３８をスリーブ６４の下部７６を経由して、頂部７４のネジに滑る込ませることを可能とするような寸法に形成されている。ボンネット１４が弁箱１２にネジ込まれた状態では、コイルバネ１１４は、調節歯車１３８をスリーブ６４の頂部７４かつその軸方向に沿って、ピストン１６の方向に向かって移動させる方向に向かって回転させることにより、コイルバネ１１４のテンションを増大させることが可能であり、また、調節歯車１３８をスリーブ６４の頂部７４かつその軸方向に沿って、ピストン１６とは反対側の方向に向かって移動させる反対方向に向かって回転させることにより、コイルバネ１１４のテンションを減少させることが可能となるように、ピストン１６の頂部１１６と調節歯車１３８の底面１４２との間に配置されている。実施形態によっては、調節歯車１３８が頂壁１６２に向かって外側に移動するに従って調節歯車１３８がコイルバネ１１４を離脱させるように、構成部品の寸法を形成することが望ましい場合もある。さらに、針状ころ軸受の如き軸受を、調節歯車１３８とコイルバネ１１４との間に設け、コイルバネ１１４およびピストン１６の回転を引き起こすことなく、調節歯車１３０を回転させることを可能とするようにしてもよい。調節歯車１３８は、以下でさらに詳細に記載されているように、歯車１３８の位置の調節のために係合される、調節歯車１３８の外周に間隔をおいて配置される歯１４４をさらに備えている。

コイルバネ１１４は、軸孔１８の底壁３０の方向に向けてピストン１６を常に弾性的に付勢するようになっている。レギュレータ１０のキャビティ１３６内の流出口圧力がコイルバネ１１４によりピストン１６に加えられた力を克服するには不十分であるとき、たとえば図１に示されているように、弁箱１２の雄ネジの切られた首部７０に対して圧力供給源が接続されておらず、雄ネジの切られた首部７０に対して流出口導管が取り付けられていないとき、コイルバネ１１４は、流体が流入口ポート２０から軸孔１８の流入口部２４を通って軸孔１１０へ流れ、さらにアパーチャ８４を通って軸孔６６へ流れ、そして流出口ポート６８を通って流出しうるように、ピストン１６の底面１２０を軸孔１８の肩部３２と係合させうるようになっている。このとき、キャビティ１３６も、アパーチャ１３４を通じて、流入口ポート２０および流出口ポート６８と連通しており、したがって、流入口ポート２０から加圧流体を受け入れるようになっている。

減圧レギュレータ１０が現場に設置されると、高圧供給源が流入口ポート２０で接続され、また、出力配管が流出口ポート６８で接続される。加圧流体が流入口ポート２０に接続された供給源により提供されると、この加圧流体は、流入口ポート２０から流入し、流入口部２４、軸孔１１０、アパーチャ８４および軸孔６６を通って流れ、流出口ポート６８から出力配管へ流出していくようになっている。これと同時に、加圧流体は、軸孔１１０から、アパーチャ１３４を通って、キャビティ１３６へ流れる。流出口ポート６８での圧力、したがってキャビティ１３６における圧力が上昇するとおりに、加圧流体の力がコイルバネ１１４の付勢力に抗してピストン１６の底面１２０に作用する。いったんキャビティ１３６内の圧力がしきい値に達すると、ピストン１６の底面１２０に作用する力が、コイルバネ１１４の力に打ち勝って、ピストン１６を肩部３２から離し、弁座７８の方向に向けて移動させ始める。

キャビティ１３６内の圧力が上昇し続け、予め決められまたは予め設定されかつそれに合わせてレギュレータ１０が調節されている最大流出口圧力に流出口ポート６８の圧力が到達すると、図２に示されているように、ピストン１６の内面は、最終的に、弁座７８により係合され、レギュレータ１０を閉弁するようになる。ピストン１６が閉弁位置に置かれると、弁座７８の円錐台部９２の軸方向中間部は、上部１２４と中間部１２８との接合部においてピストン１６の内面と当接し、軸孔１８の流入口部２４から軸孔１１０の上部１２４そして軸孔６６への流体の流れを遮断するようになっている。流出口ポート６８の圧力が最大流出口圧力以上に維持される限り、キャビティ１３６内の圧力により、弁座７８へのピストン１６の着座が維持されることになる。この時間中に、Ｏリング１１２または１２６により形成されているシールが劣化した場合、この劣化したＯリング１１２または１２６を通って、弁箱１２およびボンネット１４により形成されたキャビティのうちのピストン１６のフランジ部１０４よりも上の部分の中へ漏れていく加圧流体は、軸孔９６をから、排出ポート９４通って、レギュレータ１０を取り囲む周囲の大気の中へと放出されるまたは排出ポート９４に取り付けられる適切なコンテナの中へと放出されるようになっている。流出口ポート６８の圧力がレギュレータ１０の最大流出口圧力よりも降下すると、コイルバネ１１４の付勢力がキャビティ１３６内の圧力に打ち勝ち、ピストン１６を下側方向かつ肩部３２の方向に向けて移動させ、ピストン１６を弁座７８から離脱させ、再び流入口ポート２０を流出口ポート６８と連通させるようになっている。流入口ポート２０の流入口圧力が最大流出口圧力よりも大きい場合には、流出口圧力およびそれに対応するキャビティ１３６内の圧力が、上昇し、再びピストン１６を弁座７８と係合するように移動させるようになっている。

図３Ａおよび図３Ｂには、調節歯車１３８の位置を調節するために調節ツール１５０が内部に挿入されている減圧レギュレータ１０が示されている。排出ポート９４からの調節ツール１５０の挿入を可能とするために、フィルタ９８およびスナップフィトリング１００が軸孔９６から取り除かれている。調節ツール１５０は、軸孔９６内の調節ツール１５０を回転させるためにユーザの手またはさらなるツールにより係合されるように構成されたハンドル１５２を備えうる。このハンドル１５２は、当該ハンドル１５２の最大外径がハンドル１５２を配置する孔９４の対応する部分の内径よりもわずかに小さくすることによって、調節ツール１５０の本質的な側面方向の移動を著しく防止するような寸法に形成されうる。調節ツール１５０は、当該調節ツール１５０が軸孔９６の内に配置された状態で、軸孔６０と軸孔９６との間の開口部を通って延びていることに加えて、ハンドル１５２と軸方向沿って一直線に並べられるとともに歯車１３８の歯１４４と噛み合うように構成された歯を有している下方に向かって延びる歯車１５４を備えている。軸孔９６内の調節ツール１５０の位置調整をさらに容易にするために、調節ツール１５０は、調節ツール１５０が軸孔９６の中に差し込まれた状態で、ハンドル１５２および歯車１５４と軸方向に沿って直線上に並び、歯車１５４から下側に向かって延び、ブッシュ１０２により受け入れられるようになっているシャフト１５６をさらに備えている。

いったんツール１５０が、歯車１４４の歯を歯車１３８の歯１５４と噛み合わせた状態で、軸孔９６の中に差し込まれると、レギュレータ１０を閉弁するのに必要とされる流出口圧力は、ツール１５２を回転して、歯車１３８をスリーブ６４の頂部７４を中心として回転し、このことにより、調節ツール１５０の回転方向に応じて、歯車１３０をピストン１６の方向に向かってまたはピストン１６とは反対側に向かってスリーブ６４に沿って軸方向に移動させることにより調節される。歯車１３８をピストン１６の方向に移動させる方向にツール１５０を回転するにつれて、歯車１３８は、コイルバネ１１４と係合し、コイルバネ１１４を圧縮し、ピストン１６を弁座７８の方向に向かって移動させレギュレータ１０を閉弁するために必要となる流出口圧力を上昇させるようになっている。それとは反対に、ツール１５０を反対方向に向かって回転させると、歯車１３８は、ピストン１６の方向とは反対側に向かって移動し、コイルバネ１１４が緩み、それに応じて、ピストン１６を弁座７８の方向に向けて移動するために必要となる流出口圧力を降下させるようになっている。図３Ｂに示されているように、歯車１３８がボンネット１４の頂壁６２の近傍の最上位置にあるとき、歯車１３８がコイルバネ１１４から完全に離脱するように、構成部品を構成してもよい。

歯車１３８が所望の位置に留まることを担保するために、レギュレータ１０は一または複数の取付ネジ１５８（図３Ａ）を有してもよい。これらの取付ネジ１５８は、ボンネット１４の外面と頂壁６２との間でボンネット１４の頂部５２を通して雌ネジの切ったアパーチャ内に受け入れられるようになっていてもよい。これらの取付ネジ１５８は、アパーチャにねじ込まれ、歯車１３８の頂面と係合されて、取付ネジ１５８と歯車１３８の頂面との間および歯車１３８のネジとスリーブ６４の頂部７４との間に摩擦を提供することにより、歯車１３８の回転移動を防止するようになっていてもよい。歯車１３８の調節には、取付ネジ１５８を歯車１３８の頂部から離脱させ、歯車１３０にツール１５０の回転に応じて回転することを可能とするために取付ネジ１５８が抜かれる。いったん歯車１３８が位置変更されると、取付ネジ１５８が、再びネジ込まれ、歯車１３８の頂部と係合される。

本明細書に例示および記載されている調節機構は、平行な回転軸を有する横に並んだ一対の平歯車１３８、１５４を組み入れているが、当業者にとって明らかなように、本発明にかかる調節機構において歯車が他の構成であってもよいし、また、歯車が他の向きであってもよい。たとえば、ある実施形態では、ボンネット１４の首部７０に取り付けられる流出口配管のためのカップリングのサイズにより、たとえば、歯車１３８へのアクセスが、図３Ｂに示されているように調節ツール１５０を軸孔９６の中に挿入することが妨げられ、排出ポート９４の軸孔９６がレギュレータ１０の側部の方向かつ外側に向くように、軸孔９６をレギュレータ１０の長手軸線に対して直角または他の角度に向けることにより形成して得られた軸孔９６でしかアクセスを得ることができない場合がある。このような場合、歯車１３８、１５４は、かさ歯車としてまたは対になった円形状のラックアンドピニオン歯車として構成されてもよく、また、軸孔９６は、歯車１３８がレギュレータ１０内で軸方向に沿って移動するにつれて歯車１３８、１５４の歯の噛み合いを維持するために必要となるツール１５０の軸方向の移動および／または側面方向の移動を容易にするように構成されてもよい。本出願書に記載およびクレームされた調節機構を実現するための歯車１３８、調節ツール１５０、排出ポート９４の軸孔９６、およびレギュレータ１０の他の構成部品の他の構成は、当業者にとって明らかなものである。さらに、ネジを切った頂部７４に回転可能に配置される構成部品としてホイールが導入されてもよいし、また、調節ツールおよび軸孔９６が、ホイールをいずれかの方向に向かって回転させるために、ホイールの表面と係合するように構成されてもよい。先の例および他の構成が、本発明にかかる減圧レギュレータに用いるにあたり実現性のあるものとして本出願人により考えられている。

図３Ｂには、流れのない条件である０ＰＳＩの流出口圧力までレギュレータ１０を調節し、このことにより、レギュレータ１０が流入口ポート２０において加圧流体供給源と直列に接続され、流出口ポート６８において流出口配管に接続されている状態で、ユーザにレギュレータ１０を閉させることを可能とすることが望まれる場合に実現されうる減圧レギュレータ１０の実施形態がさらに示されている。この実施形態では、第２のコイルバネ１６０が、ピストン１６の底面１２０と軸孔１８の底壁３０との間に配置され、弁座７８の方向に向けてかつコイルバネ１１４により加えられる力とは反対の方向に向けて、ピストン１６の底面１２０に対して力を加えるようになっている。コイルバネ１６０により加えられた力が、コイルバネ１１４、ピストン１６およびコイルバネ１１４の加算重量（レギュレータ１０の向きに依存）ならびにＯリング３４、１１２、１２６により形成されたシールにおける摩擦により加えられた力に打ち勝ち、ピストン１６を弁座７８と係合させる位置に歯車３８を調節しうるように、コイルバネ１１４、１６０が選択されてもよい。歯車１３８が、ボンネット５２の頂壁１６２の方向に向かってさらに調節され、コイルバネ１１４が緩むにつれて、ピストン１６と弁座７８との間のシール力が増大されてもよい。レギュレータ１０を再び開弁するために、歯車１３８は、ピストン１６の方向に向けて調節され、コイルバネ１１４を圧縮し、コイルバネ１６０により加えられた力を乗り越えかつピストン１６が弁座７８から離脱するまで、コイルバネ１１４により加えられる力を増大する。コイルバネ１１４、１６０の構成は例示のみを意図したものであり、当業者にとって明らかなように、本明細書に記載されているようにピストン１６を弁座７８と係合および離脱させるべく付勢するにあたって、他のタイプのバネまたは他の弾力性部材がレギュレータ１０内で用いられてもよい。さらに、これらのバネまたは他の弾力性のある部材が、記載のようにピストン１６に作用するために、レギュレータ１０内の互い違いの位置に設けられてもよい。また、バネおよび他の弾力性のある部材ならびにレギュレータ１０内におけるこれらの位置の上述のような変更は、本出願人により、本発明にかかる減圧レギュレータ１０内において用いるにあたり実現性のあるものと考えられている。

図４および図５には、流入口ポート２０および流出口ポート６８が弁箱２０２に横一列に配置され、流体がボンネット２０４を通って流れないようになっている減圧レギュレータ２００の他の実施形態が示されている。参照の際の整合性を保つためおよびレギュレータ１０とレギュレータ２００との間の差異の識別を容易にするために、両方の実施形態において対応する部材の特定に同一の参照番号が用いられている。たとえば、レギュレータ２００のピストン１６はレギュレータ１０内に用いられている同一のピストン１６であってもよいため、同一の参照番号が両方の実施形態において用いられている。図４を参照すると、弁箱２０２の軸孔１８の流入口部２０６は、中間部２６から下側に向かって弁箱２０２の中に延びており、また、上述の流入口部２４と同様の方法で、ピストン１６のスリーブ１０８を受け入れるように構成されている。流入口部２０６は、Ｏリング３４およびバックアップリング３６を受け入れるための溝２０８をさらに形成しうる。流入口ポート２０は、加圧流体供給源からのカップリングを受けいれるための雌ネジ部２１２を有する流入口孔２１０により、軸孔１８の流入口部２６と接続および連通されてもよい。同様に、流出口ポート６８は、流出口配管のカップリングを受け入れるための雌ネジ部２１６を有する流出口孔２１４により、キャビティ１３６と接続および連通されてもよい。

レギュレータ２００のボンネット２０４は、レギュレータ１０のボンネット１４とおおむね同等であるが、スリーブ６４が、ボンネット２０４の頂壁６２から下側に向かって延びているとともに、弁箱２０２の軸孔１８と軸方向に沿って直線上に並んでいる中実のシャンク２１８と交換されている。スリーブ６４とは対照的に、シャンク２１８は、ボンネット２０４を流体が流れることを可能とする軸孔６６およびアパーチャ８４を有していない。しかしながら、シャンク２１８は、スリーブ６４の弁座取付部７２、頂部７４および下部７６にそれぞれ対応してそれらと同様の外面を有する弁座取付部２２０、頂部２２２および下部２２４を備えている。したがって、歯車１３８の雌ネジ１４０が頂部２２２の雄ネジと噛み合い、下部２２４が軸孔１１０の上部１２４内に摺動可能に受け入れられ、弁座取付部２２０が弁座７８を受け入れ、それと係合および保持するようになっている。

レギュレータ１０と同様に、コイルバネ１１４は、加圧流体がレギュレータ２００に供給されないとき、図４に示されているノーマルオープン位置に向けてピストン１６を付勢するようになっている。流入口ポート２０で供給される加圧流体は、流入口ポート２０から、軸孔１８の流入口部２０６へ、そして軸孔１１０の下部１３２の中へと流れる。シャンク２０４がスリーブ６４の軸孔６６およびアパーチャ８４を有していないので、加圧流体は、アパーチャ１３４を通って迂回し、キャビティ１３６へと流れ、流出口孔２１４を通って流出口ポート６８へと流れる。流出口ポート６８での圧力、ひいてはキャビティ１３６内の圧力が上昇すると、加圧流体の力は、コイルバネ１１４の付勢力に抗してかつ弁座７８の方向に向かって、ピストン１６の底面１２０に作用する。いったんキャビティ１３６の圧力がしきい値レベルに到達すると、ピストン１６の底面１２０に作用している力がコイルバネ１１４の力に打ち勝ち、ピストン１６を弁座７８の方向に向けて移動し始めるようになっている。

キャビティ１３６内の圧力が上昇し続け、流出口ポート６８における圧力がレギュレータ１０が調節された前もって設定された最大流出口圧力に到達すると、ピストン１６の内面は、最終的に、弁座７８により係合され、図５に示されているようにレギュレータ１０を閉じるようになっている。ピストン１６が閉弁位置に置かれた状態では、弁座７８の円錐台部９２は、先に記載された方法でピストン１６の内面に当接し、流体の流入口ポート２０からキャビティ１３６および流出口ポート６８への流れを遮断するようになっている。流出口ポート６８における圧力が、最大流出口圧力以上に維持される限り、キャビティ１３６内の圧力により、ピストン１６が弁座７８に着座し続けることになる。流出口ポート６８における圧力がレギュレータ１０に対する最大流出口圧力未満に降下されると、コイルバネ１１４の付勢力が、キャビティ１３６内の圧力に打ち勝ち、ピストン１６を下側に向けて移動させ、ピストン１６を弁座７８から離脱させ、再び流入口ポート２０を流出口ポート６８と連通させるようになっている。流入口ポート２０における流入口圧力が最大流出口圧力よりも大きい場合、流出口圧力およびそれに対応するキャビティ１３６内の圧力は、上昇し、再びピストン１６を弁座７８と係合するように移動させうる。

図５には、軸孔１８の流入口部２０６内のスリーブ１０８の底面と流入口部２０６の底壁との間に、コイルバネ１６０が配置されていることがさらに示されている。上述のように、コイルバネ１６０は、コイルバネ１１４により加えられる力とは反対の方向に向けてコピストン１６を付勢しており、このため、レギュレータ２００は、０ＰＳＩの流出口圧力、すなわち流れない条件下に置かれ、調節歯車１３８がコイルバネ１１４を圧縮し、コイルバネ１６０により加えられる力に打ち勝つまで閉弁位置に留まるようになっている。当業者にとって明らかなように、ピストン１６を閉弁位置に向けて付勢するにあたって、コイルバネ１６０をレギュレータ２００内の他の位置に設けてもよい。たとえば、コイルバネ１６０は、スリーブ１０８の外径よりわずかに大きな内径を有し、スリーブ１０８の周囲に配置されてもよい。さらに、コイルバネ１６０は、軸孔１８の中間部２６の内径よりわずかに小さな外径を有し、ピストン１６のフランジ部１０４と係合してもよい。本発明にかかる減圧レギュレータに用いるにあたって、バネ１１４、１６０の他の構成が実現可能であると本出願人により考えられている。

以上の記載は、本発明のさまざまな異なる実施形態の詳細な説明を記載したものである。いうまでもなく、本発明の法的な技術範囲は、添付の特許請求の範囲の文言により明記されている。詳細な説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明のあらゆる可能な実施形態を記載したものではない。というのは、すべての可能な実施形態を記載することは、不可能なことではないとしても非現実的なことであるためである。現在の技術を用いてまたは本明細書の出願日以降に開発された技術を用いて多くの他の実施形態を実施することができるが、それらもまた、本発明を定義する特許請求の範囲に含まれるものとする。

流体の流れを許容するための開弁位置の状態に置かれた本発明にかかる減圧レギュレータを示す断面図である。 図１の減圧レギュレータのうちの一部を示す拡大断面図である。 流体の流れを阻止するための閉弁位置に置かれた図１の減圧レギュレータを示す断面図である。 調節ツールが挿入された状態の図１の減圧レギュレータを示す平面図である。 流体の流れを阻止するための閉弁位置に置かれているとともに、低圧状態において減圧レギュレータを閉弁するための調節ツールおよびバネを図示した、図１の減圧レギュレータを示す断面図である。 流体の流れを許容するための開弁位置に置かれた本発明にかかる減圧レギュレータの他の実施形態を示す断面図である。 流体の流れを阻止するための閉弁位置に置かれているとともに、低圧状態において減圧レギュレータを閉弁するためのバネをさらに図示した、図１の減圧レギュレータを示す断面図である。

Claims (13)

1. 流入口ポートと流出口ポートとの間の流体の流れを制御するためのレギュレータであって、
   前記流入口ポートに作用可能に接続される弁箱内孔を有する弁箱と、
   前記弁箱に着脱可能に取り付けられ、そのボンネット軸孔内に配置されるスリーブを有するボンネットと、
   前記弁箱内孔に密に係合するよう構成され、前記流入口ポートと前記流出口ポートとの間の流体の流れを制御すべく前記スリーブの下部と摺動可能に結合されたピストンと、
   回転すると前記スリーブに沿って軸方向に移動するように、前記スリーブの頂部に動作可能に接続されたホイールと、
   前記ピストンと前記ホイールとの間に結合された第１のバネとを備え、
   前記ボンネット軸孔と前記弁箱内孔とによりキャビティが形成され、該キャビティのうちの少なくとも一部が前記流出口ポートと連通し、
   前記第１のバネは、流体圧力が前記流入口ポートと前記流出口ポートとの間で制御されるように、前記ピストンの底面に及ぼされる流体力に応じて前記ピストンに対して付勢力を付与し、
   前記ボンネットは排出孔を備える排出ポートをさらに有し、該排出孔は前記排出ポートから内側に延びて前記ボンネットの内面と前記ホイールの近傍で交差し、前記ホイールは、前記ボンネットが前記弁箱に取り付けられると前記レギュレータの外側からアクセス可能であり、任意の方向に回転し得るよう係合可能となっている、レギュレータ。
2. 前記第１のバネの前記付勢力は前記ホイールを一方に向けて回転させることにより上昇され、前記ホイールを他方に向けて回転させることにより降下される、請求項１に記載のレギュレータ。
3. 前記ピストンが前記スリーブを受け入れる上部を有するピストン軸孔と、前記ピストン軸孔を前記ピストンの底面と連通させるよう設けられたピストンアパーチャとを有し、前記ピストンは、前記ピストン軸孔の肩部が前記弁座と係合している閉弁位置と前記肩部が前記弁座から離脱している開弁位置との間を前記スリーブに沿って軸方向に移動可能であり、前記流出口ポートが両方のピストン位置において前記ピストンの前記底面と連通している、請求項１に記載のレギュレータ。
4. 前記ピストンの下部および前記弁箱の下部が、両方のピストン位置において、前記ピストン軸孔と連通する前記弁箱内孔と係合している、請求項３に記載のレギュレータ。
5. 前記ピストンの下部が、前記ピストンの前記底面から延び、前記弁箱内孔内に配置されて前記弁箱内孔との間を密封するピストンスリーブを有する、請求項４に記載のレギュレータ。
6. 前記ピストンの前記底面と係合して前記閉弁位置に向かって前記ピストンを付勢する第２のバネをさらに備え、前記第１及び第２のバネは、第１のバネにより付与される力が前記第２のバネにより付与される力に打ち勝ち前記ピストンを前記開弁位置に保持する第１の位置に向けて前記ホイールが回転し得るように構成されるとともに、前記第２のバネにより付与される力が前記第１のバネにより付与される力に打ち勝ち前記ピストンを前記閉弁位置に保持する第２の位置に向けて前記ホイールが回転し得るように構成されている、請求項３に記載のレギュレータ。
7. 前記ボンネットが、前記流出口ポートから前記スリーブを通り前記弁座まで延びるスリーブ軸孔と、該スリーブ軸孔を前記スリーブの外側に連通させるボンネットアパーチャとを有する、請求項３に記載のレギュレータ。
8. 前記流出口ポートが両方のピストン位置において前記ピストンアパーチャを介して前記ピストンの前記底面と連通している、請求項７に記載のレギュレータ。
9. 前記弁箱が前記流入口ポートを前記弁箱内孔と連通させるよう設けられた流入口孔と、前記流出口ポートを前記弁箱内孔と連通させるよう設けられた流出口孔とを有し、前記ピストン軸孔および前記ピストンアパーチャが前記流入口ポートを前記流出口ポートに連通させるよう設けられている、請求項３に記載のレギュレータ。
10. 前記ホイールがその外周面に周方向に間隔をおいて設けられた複数の歯を有し、前記排出孔は、前記ホイールの前記歯と噛み合うように構成された歯を有する歯車を備えた調節ツールを受け入れるように構成され、前記調節ツールの回転に応じて前記ホイールの回転が生じる、請求項１に記載のレギュレータ。
11. 前記排出孔がブッシュを有し、前記ブッシュは、前記調節ツールが前記排出孔内に差し込まれると前記調節ツールの外側に延びるシャフトを受け入れ、前記排出孔内で前記調節ツールが側面方向に動かないように前記シャフトと係合するよう構成されている、請求項１０に記載のレギュレータ。
12. 前記弁箱内孔、前記スリーブおよび前記ピストンの長手軸線が一致し、前記排出孔の長手軸線が、前記弁箱内孔、前記スリーブおよび前記ピストンの一致した前記長手軸線に対して平行であり且つ変位している、請求項１に記載のレギュレータ。
13. 前記ボンネットが、その外面と前記ホイールの近傍の内面との間を延びるネジの切られたボンネットアパーチャを有し、前記レギュレータが前記ボンネットアパーチャに配置された取付ネジを有し、該取付ネジは管状の前記スリーブを中心とした前記ホイールの回転を規制すべく前記ホイールと係合するよう構成されている、請求項３に記載のレギュレータ。

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