JP5384303B2 - 減圧弁 - Google Patents

Description

本発明は一次側ポートに供給された圧縮空気を所定の圧力に調圧して二次側ポートから空気圧機器に供給するようにした減圧弁に関し、特に、一次側ポートの圧力を内部パイロット圧とした内部パイロット型の減圧弁に関する。

空気圧源から供給される圧縮空気を所定の圧力に調圧して空気圧シリンダ等の空気圧機器に供給するためにレギュレータとも言われる減圧弁が使用されている。このような減圧弁としては、例えば、特許文献１および非特許文献１に記載されるように、圧縮空気が供給される一次側ポートと、空気圧機器が接続される二次側ポートとを連通する連通孔を開閉する弁体を有し、弁体には連通孔を閉じる方向のばね力が主弁ばね部材により加えられている。二次側ポートの圧力と大気圧との差圧により弾性変形するダイヤフラムにはリリーフ孔が形成され、弁体に固定されたステムの先端がダイヤフラムに当接してリリーフ孔を閉じるようになっており、ダイヤフラムには調圧ばね部材によりステムを介して弁体を開く方向のばね力が加えられている。

この減圧弁は調圧ばね部材が設けられたダイヤフラムにより弁体を軸方向に駆動することから直動型となっている。二次側ポートの圧力が設定値よりも低くなると、調圧ばね部材のばね力によりダイヤフラムはステムを介して弁体が連通孔を開放する方向に変位して二次側ポートに一次側ポートの圧縮空気が流出する。二次側ポートの圧力が設定圧力となると、ダイヤフラムに加わる圧縮空気の圧力によりダイヤフラムは弁体から離れる方向に変位して弁体が連通孔を閉じることになる。

一方、二次側ポートの圧力が設定圧力よりも上昇すると、ダイヤフラムが弁体から離れる方向に変位し、ダイヤフラムはステムの先端から離れてリリーフ孔が開放される。これにより、二次側ポートの空気が外部に排出されて二次側圧力が設定圧力になると、ダイヤフラムはステムの先端により閉じられることになる。ダイヤフラムに形成されたリリーフ孔から大気に二次側の圧力を開放するようにしたタイプの減圧弁はリリーフ型と言われる。

特開平１０−２６８９４３号公報

社団法人日本油空圧学会編集「新版油空圧便覧」第４６１頁〜第４６５頁、株式会社オーム社、１９８９年２月２５日発行

上述した直動型の減圧弁においては、弁体を閉じる方向にはダイヤフラムに加わる二次側圧力と、弁体に加わる一次側圧力と、主弁ばね部材のばね力との合計の推力が加わり、弁体を開く方向には調圧ばね部材のばね力と、弁体に加わる二次側ポートの圧力との合計の推力が加わることになる。弁体に一次側から作用する一次側受圧面積を弁体に対して二次側から作用する二次側受圧面積よりも大きく設定すると、一次側ポートの圧力が上昇すると二次側ポートの圧力が低下するという圧力特性を持った減圧弁となる。

これに対して、非特許文献１に記載されるように、弁体の一次側と二次側とから加わる圧力をバランスさせるようにしたバランス式の減圧弁とすると、一次側圧力の変動による二次側圧力の変動を抑制して圧力特性を向上させることができる。

しかしながら、バランス型の減圧弁は、弁体を摺動自在に支持するガイド筒体の径を大きくする必要があるので、弁体とガイド筒体との摺動抵抗が大きくなり、二次側圧力の変化に対する弁体の開度が大きくならず、流量特性が低下するという問題点がある。

一方、減圧弁には上述した直動型に加えて、一次側ポートの空気をパイロット圧としたパイロット式のものがある。このタイプの減圧弁は直動型の弁圧弁をパイロット弁とし、主弁ダイヤフラムにより二次側圧力を受けて主弁体の開閉を行うようにしたものであり、流量特性を直動型よりも高めることができるという利点を有している。

しかしながら、パイロット式の減圧弁は直動型に比して流量特性を向上させることができる反面、圧力特性の向上には限度があり、圧力特性に優れたより高精度の減圧弁が望まれている。

本発明の目的は、減圧弁の流量特性を向上しつつ、圧力特性を向上させることにある。

本発明の減圧弁は、圧縮空気が供給される一次側ポートと、当該一次側ポートに連通孔を介して連通し調圧された圧縮空気を流出する二次側ポートとを有するポートブロックと、前記連通孔を開閉する主弁体を有し前記連通孔に軸方向に移動自在に装着された主弁軸に設けられ、前記主弁軸に前記連通孔を閉じる方向に前記一次側ポートの圧力が加えられる一次側受圧部と、前記ポートブロックに設けられ、前記二次側ポートに連通する二次側圧力室とパイロット圧室とを区画するとともに前記主弁軸の他端が当接する主弁ダイヤフラムと、前記パイロット圧室に連通する内部パイロット圧室と、前記一次側ポートに連通するパイロット流路が形成された調圧ハウジングと、前記調圧ハウジングに設けられ、前記内部パイロット圧室に連通するパイロット圧調整室と大気に連通する大気開放室とを区画するとともに前記パイロット圧調整室と前記大気開放室とを連通させるリリーフ孔が形成されたパイロットダイヤフラムと、前記パイロット圧調整室と前記パイロット流路とを連通させるパイロット孔を貫通して前記パイロットダイヤフラムに当接し前記リリーフ孔を開閉するステムが設けられ、前記調圧ハウジング内に軸方向に移動自在に装着されるパイロット弁軸と、前記パイロット弁軸に設けられ、前記パイロット孔を開く方向に前記一次側ポートの圧力を受けるパイロット受圧部が形成され、前記一次側ポートを前記パイロット圧室に連通する状態と連通を遮断する状態に切り換えるパイロット弁体とを有し、前記一次側ポートの圧力変動を、前記主弁軸の前記一次側受圧部に加わる圧力と、前記主弁ダイヤフラムを介して前記主弁軸に逆方向に加わる前記パイロット圧室の圧力とにより相殺させることを特徴とする。

本発明の減圧弁は、前記ポートブロックに形成されたガイド筒体内を摺動する摺動部を前記主弁軸の一端に設け、前記連通孔の連通側開口部に形成された主弁座の内径を前記摺動部の外径よりも大径とし、前記主弁体の前記一次側ポートに連通する面に前記一次側受圧部を形成することを特徴とする。本発明の減圧弁は、前記パイロット孔の連通側開口部に形成されたパイロット弁座の内径を前記パイロット弁体の外径よりも小径とし、前記パイロット弁体の前記パイロット弁座よりも外側の端面により前記パイロット受圧部を形成することを特徴とする。

本発明の減圧弁は、前記ポートブロック内に装着され前記主弁軸に前記連通孔を閉じる方向のばね力を付勢する主弁ばね部材と、前記大気圧室内に装着され前記パイロットダイヤフラムに前記ステムに向かう方向のばね力を付勢する調圧ばね部材とを有することを特徴とする。本発明の減圧弁は、前記内部パイロット圧室内に装着され前記パイロット弁軸に前記パイロット弁体が前記パイロット孔を閉じる方向に対してばね力を付勢するパイロットばね部材を有することを特徴とする。本発明の減圧弁は、前記パイロットダイヤフラムに対向して前記大気圧開放室内に配置され前記調圧ばね部材の端面が当接するばね受け部材と、前記調圧ハウジングに回転自在に装着され前記ばね受け部材の前記パイロットダイヤフラムに対する位置を変化させるハンドルとを有し、前記ハンドルにより前記一次側ポートから前記パイロット圧室に供給されるパイロット圧力を変化させることを特徴とする。本発明の減圧弁は、前記ポートブロックに前記調圧ハウジングを取り付けることを特徴とする。

本発明によれば、一次側ポートの圧力変動は主弁体の一次側受圧部に加わる圧力と、主弁ダイヤフラムを介して主弁軸に逆方向に加わるパイロット圧室の圧力とにより相殺されるので、一次側ポートの圧力が変動しても二次側圧力は変動することがない。これにより、一次側圧が変化しても二次側圧力を設定圧に維持することができ、圧力特性を向上させることができる。本発明によれば、主弁軸の摺動抵抗を低減することができるので、主弁軸の応答性を高めて減圧弁の流量特性を向上させることができる。

本発明の一実施の形態である減圧弁を示す断面図である。 図１に示された減圧弁の上半分の拡大断面図である。 図１に示された減圧弁の下半分の拡大断面図である。 （Ａ）は主流路部を構成する主弁体の圧力特性を示す概略図であり、（Ｂ）はパイロット部を構成するパイロット弁体の圧力特性を示す概略図であり、（Ｃ）は減圧弁全体の圧力特性を示す概略図である。 減圧弁内における一次側圧力、二次側圧力およびパイロット圧力の分布状態と、減圧弁の主要構成部材の面積と、ばね部材のばね荷重とを示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。この減圧弁は、圧縮空気が図示しない空気圧源から一次側の配管を介して供給される一次側ポート１１と、空気圧機器が二次側の配管を介して接続される二次側ポート１２とが形成されたブロック本体１０ａを有している。一次側ポート１１には一次側の配管がねじ結合されるねじ孔１１ａが形成され、二次側ポート１２には二次側の配管がねじ結合されるねじ孔１２ａが形成されている。一次側ポート１１と二次側ポート１２は、中心軸が一致した状態となってブロック本体１０ａに形成され、ブロック本体１０ａの相互に反対側の外面に開口されている。ブロック本体１０ａの中心部には一次側ポート１１と二次側ポート１２に対して直角方向となって軸方向に延びる連通孔１３が形成されており、連通孔１３を介して一次側ポート１１は二次側ポート１２に連通されている。一次側ポート１１から連通孔１３を介して二次側ポート１２に至る空気流通部が減圧弁の主流路部となっている。

連通孔１３内には主弁軸１４が軸方向に移動自在に装着されている。この主弁軸１４の一端部側には連通孔１３の内径よりも大径のフランジ部１５ａが設けられ、連通孔１３の連通側開口部に形成された主弁座１６に当接するゴム製の主弁体１５がフランジ部１５ａに設けられている。主弁軸１４の他端部は、ブロック本体１０ａに形成されたガイド孔１３ａ内に摺動自在に嵌合されており、ガイド孔１３ａを連通孔１３よりも小径とすることにより、摺動抵抗を小さくしている。

ブロック本体１０ａの開口端部には雌ねじ１７ａが形成され、この雌ねじ１７ａにねじ結合される雄ねじ１７ｂを有するカバー１０ｂがブロック本体１０ａに取り付けられている。カバー１０ｂとブロック本体１０ａとにより一次側ポート１１に連通する一次側室１８が形成され、一次側室１８を介して連通孔１３は一次側ポート１１に連通している。カバー１０ｂにはガイド筒体１９が形成されており、ガイド筒体１９には主弁軸１４の一端部に設けられた摺動部１４ａが摺動自在に嵌合されている。主弁軸１４内には主弁軸１４の一端面に開口し、二次側ポート１２に連通する連通流路２０が形成されており、ガイド筒体１９と主弁軸１４の一端面とによりガイド筒体１９内に区画されるバランス室２１には連通流路２０を介して二次側ポート１２の圧力が供給されるようになっている。バランス室２１はシール材２２により一次側ポート１１に対してシールされている。

ガイド筒体１９の外側には圧縮コイルばねからなる主弁ばね部材２３が装着されており、この主弁ばね部材２３の一端はカバー１０ｂに当接し、他端は主弁体１５のフランジ部１５ａに当接している。ただし、主弁ばね部材２３をガイド筒体１９の外側ではなく、ガイド筒体１９の内側つまりバランス室２１内に設けるようにしても良い。この主弁ばね部材２３により主弁軸１４には主弁体１５を主弁座１６に向けて押圧して連通孔１３を閉じる方向のばね力が加えられている。主弁体１５に対して連通孔１３を閉じる方向には、このばね力に加えて、バランス室２１に流入する二次側圧力と、主弁体１５に加わる一次側圧力とが加わることになる。主弁体１５に加わる一次側圧力は、主弁体１５のカバー１０ｂに対向する一次側ポート１１に対向する面、つまり主弁座１６に当接する面に対して反対側面の面により形成される一次側受圧部２４に加わることになる。

ブロック本体１０ａには連結ブロック１０ｃが主弁ダイヤフラム２５を挟み込むようにして突き当てられ、連結ブロック１０ｃは図示しないボルトによりブロック本体１０ａに締結されるようになっている。主弁ダイヤフラム２５はゴム製の弾性変形部２５ａとこれに固定された金属製または樹脂製の補強ディスク２５ｂとを有している。補強ディスク２５ｂは、図示するように、平板部とこれに一体となった円筒状の補強リブとを有しており、変形しにくい構造となっている。ブロック本体１０ａとカバー１０ｂと連結ブロック１０ｃとにより、主弁ハウジングを構成するポートブロック１０が形成されている。

ブロック本体１０ａと連結ブロック１０ｃの突き当て端部には凹部がそれぞれ形成されており、ブロック本体１０ａと連結ブロック１０ｃとの間に配置される主弁ダイヤフラム２５によってブロック本体１０ａの凹部により形成される二次側圧力室２６と、連結ブロック１０ｃの凹部により形成されるパイロット圧室２７とに区画されている。二次側圧力室２６はブロック本体１０ａに形成された連通孔２８を介して二次側ポート１２に連通しており、二次側圧力室２６は二次側ポート１２と同一の二次側圧力となる。主弁ダイヤフラム２５には主弁軸１４の他端が当接するようになっており、主弁ダイヤフラム２５が二次側圧力室２６とパイロット圧室２７との圧力差により弾性変形すると、主弁軸１４は軸方向に変位することになる。

したがって、二次側ポート１２から空気圧機器に対して圧縮空気を供給することにより二次側圧力が低下すると、二次側圧力室２６の二次側圧力が低下し、主弁ダイヤフラム２５は主弁軸１４に対し主弁体１５を主弁座１６から離す方向に弾性変形して主弁軸１４を移動させる。これにより、一次側ポート１１から二次側ポート１２に一次側圧力の圧縮空気が供給され、二次側ポート１２の圧力は設定値に戻されることになる。

摺動部１４ａの外径を主弁座１６の内径と一致させると、二次側圧力を主弁体１５に釣り合わせて作用させるようにしたバランス型となる。それに対して、この実施の形態では一致させずに、主弁座１６の内径はバランス室２１の内径よりも大径となっているので、二次側圧力により主弁体１５を主弁座１６から離す方向に作用する推力は、バランス室２１に流入される二次側圧力により主弁体１５を主弁座１６に向けて押し付ける方向に作用する推力より大きいのでバランスしておらず、アンバランス型となっている。しかも、主弁体１５のうち主弁座１６よりも径方向内側の部分つまり二次側圧力を受ける部分に対応する主弁体１５の反対側面には一次側受圧部２４がオーバーラップしているので、一次側ポート圧力が上昇すると、一次側受圧部２４に加わる一次側圧力が上昇し、主弁体１５を主弁座１６に向けて押し付ける方向に作用する推力は大きくなる。

主弁体１５に一次側受圧部２４を設けて一次側ポート圧力により連通孔１３を閉じるように主弁座１６に向かう方向の圧力を加えるようにしたので、一次側ポート１１と二次側ポート１２とからなる主流路を開閉させる主弁体１５は、一次側ポート圧力が上昇すると二次側ポート圧力が低下するという圧力特性を有している。なぜならば、一次側ポート圧力が上昇すると、二次側ポート１２つまり二次側圧力室２６の圧力は一次側圧力が上昇する前における二次側圧力よりも低い圧力とならないと、主弁ダイヤフラム２５が主弁体１５を主弁座１６から離す方向に弾性変形しなくなるからである。

一方、主弁体１５に一次側受圧部２４を設けるようにすると、摺動部１４ａの外径を小さくすることができるので、主弁軸１４の軸方向の摺動抵抗を小さくして主弁軸１４の応答性を高めることができ、流量特性を高めることができる。

主弁軸１４の他端部内には主弁ダイヤフラム２５が突き当てられる他端面に開口させて排気孔２９が形成されており、この排気孔２９の内方端は径方向の連通孔２９ａを介してガイド孔１３ａに向けて開口されている。ガイド孔１３ａには連通孔２９ａに対して軸方向両側に位置させてシール材３０が２つ設けられており、両側のシール材３０の間に開口させてブロック本体１０ａには、排気孔２９を外部に連通させる連通孔（図示省略）が形成されている。これにより、二次側圧力室２６の圧力がパイロット圧室２７の圧力よりも高くなって、主弁ダイヤフラム２５が主弁軸１４から離れる方向に弾性変形すると、二次側圧力室２６内の空気は排気孔２９を介して外部に排出される。

連結ブロック１０ｃには連通孔３１を介してパイロット圧室２７に連通する弁収容孔３２が形成されており、連結ブロック１０ｃの弁収容孔３２の開口端部側には雌ねじ３３ａが形成され、この雌ねじ３３ａにねじ結合される雄ねじ３３ｂを有する底付円筒形状のボンネット３４が連結ブロック１０ｃに取り付けられている。このボンネット３４と連結ブロック１０ｃとにより調圧ハウジング３５が形成されており、調圧ハウジング３５はポートブロック１０に取り付けられた形態となっている。

弁収容孔３２内には円筒形状の弁座ブロック３６が組み込まれている。この弁座ブロック３６は調圧ハウジング３５の一部を構成しており、弁座ブロック３６の一端部に形成された凹部により調圧ハウジング３５内には連通孔３１を介してパイロット圧室２７に連通する内部パイロット圧室３７が形成されている。弁座ブロック３６の他端部に形成された凹部により調圧ハウジング３５内には、連通流路３８を介して内部パイロット圧室３７に連通するパイロット圧調整室３９が形成されている。

ボンネット３４内には息付孔４１を介して外部に連通された大気開放室４２が形成されており、ボンネット３４の突き当て開口端と連結ブロック１０ｃとにより挟み込まれてパイロットダイヤフラム４３が取り付けられている。このパイロットダイヤフラム４３により内部パイロット圧室３７に連通するパイロット圧調整室３９と、息付孔４１を介して外部に連通する大気開放室４２とに区画されている。パイロットダイヤフラム４３はゴム製の弾性変形部４３ａと、これの中央部に固定される金属あるいは硬質樹脂からなるリリーフ弁座４３ｂとを有しており、リリーフ弁座４３ｂにはパイロット圧調整室３９と大気開放室４２とを連通させるリリーフ孔４４が形成されている。

弁座ブロック３６内には主弁軸１４と中心軸が一致した状態となった弁体収容孔４５が形成されており、弁体収容孔４５に開口して弁座ブロック３６に形成されたパイロットポート４６は、連結ブロック１０ｃに形成されたパイロット流路４７により一次側ポート１１に連通している。弁座ブロック３６の他端部には弁体収容孔４５に連通するとともに、弁体収容孔４５よりも小径のパイロット孔４８が形成されている。パイロット孔４８と弁体収容孔４５は、相互に中心軸が一致しており、弁座ブロック３６を軸方向に貫通している。このパイロット孔４８によりパイロット圧調整室３９とパイロット流路４７とが連通するようになっている。

弁体収容孔４５内にはパイロット弁軸５１が軸方向に移動自在に装着されている。このパイロット弁軸５１にはパイロット孔４８を貫通してパイロットダイヤフラム４３に当接しリリーフ孔４４を開閉するステム５２が設けられている。このステム５２がパイロットダイヤフラム４３に当接してリリーフ孔４４を閉じた状態のもとではパイロット圧調整室３９と大気開放室４２との連通が遮断される。一方、パイロットダイヤフラム４３がステム５２から離れるように弾性変形すると、パイロット圧室２７内の圧縮空気は内部パイロット圧室３７およびパイロット圧調整室３９を介して大気開放室４２に排出される。

パイロット弁軸５１に設けられた大径のフランジ部５３ａにはゴム製のパイロット弁体５３が設けられており、このパイロット弁体５３により内部パイロット圧室３７とパイロット圧調整室３９とに区画されている。パイロット弁軸５１に形成された環状溝にはシール材５４が装着され、内部パイロット圧室３７とパイロットポート４６，一次側ポート１１との間はシールされている。パイロット弁体５３は、パイロット孔４８の連通側開口部に設けられたパイロット弁座５５に当接してパイロットポート４６を介して一次側ポート１１とパイロット圧調整室３９とを連通させる状態と連通を遮断させる状態とに開閉する。パイロット弁体５３のうちパイロット弁座５５よりも径方向外方の部分がパイロット受圧部５６となっており、このパイロット受圧部５６にはパイロットポート４６を介して流入する一次側圧力によりパイロット弁座５５から離れてパイロット孔４８を開放する方向の推力が加えられている。

内部パイロット圧室３７内には圧縮コイルばねからなるパイロットばね部材５７が装着されており、このパイロットばね部材５７の一端は弁収容孔３２の底面に当接し、他端はパイロット弁軸５１の一端部に当接している。パイロットばね部材５７によりパイロット弁軸５１にはパイロット弁体５３をパイロット弁座５５に押し付けてパイロット孔４８を閉じる方向にばね力が付勢されている。

ボンネット３４の大気開放室４２内には圧縮コイルばねからなる調圧ばね部材５８が装着されている。この調圧ばね部材５８の一端はリリーフ弁座４３ｂに当接し、他端はボンネット３４の端壁側に配置された環状のばね受け部材５９に当接しており、調圧ばね部材５８によりパイロットダイヤフラム４３にはパイロット弁軸５１に向かう方向のばね力が付勢されている。ボンネット３４の端壁にはこれを貫通してねじ部材６１が回転自在に装着されており、このねじ部材６１はばね受け部材５９にねじ結合されている。ボンネット３４にはこの外側を覆うようにハンドル６２が設けられている。このハンドル６２はねじ部材６１に取り付けられる端壁部６２ａとこれと一体となった円筒部６２ｂとを有しており、ハンドル６２を回転させることによってばね受け部材５９のリリーフ弁座４３ｂに対する距離が調整される。これにより、調圧ばね部材５８によりパイロットダイヤフラム４３を介してパイロット弁軸５１に加えられるばね力が調整される。

上述のように、パイロット弁軸５１にはパイロットばね部材５７のばね力と、パイロット弁体５３に加わる内部パイロット圧室３７つまりパイロット圧室２７のパイロット圧とによりパイロット弁座５５に向かう方向の推力が加えられている。これに対し、調圧ばね部材５８のばね力に加えて、パイロット弁座５５の内径つまりパイロット孔４８の内径に対応する部分からステム５２が大気開放室４２を臨む面積つまり大気圧となっている部分（おおよそリリーフ孔４４に相当）を差し引いた部分に加わるパイロット圧と、パイロット受圧部５６に加わる一次側ポート１１の圧力とが、パイロット弁軸５１に逆方向の推力として作用することになる。

このように、パイロット弁体５３のパイロット受圧部５６には、一次側圧力がパイロット流路４７およびパイロットポート４６を介して加わるようになっており、パイロット弁体５３は一次側圧力がバランスされずにアンバランスに作用するようになっている。したがって、一次側圧力が上昇すると、パイロット弁体５３はパイロット孔４８を開放して一次側圧力の圧縮空気がパイロット圧調整室３９および内部パイロット圧室３７を介してパイロット圧室２７に供給されることになる。これにより、パイロット圧室２７のパイロット圧力が上昇して主弁軸１４に対して主弁ダイヤフラム２５を介して主弁体１５を主弁座１６から離す方向に推力が加えられることになる。

一次側圧力が上昇すると、上述のように、主弁体１５には一次側受圧部２４により連通孔１３を閉じる方向に推力が高められるのに対して、パイロット圧室２７にはパイロット孔４８を介して一次側圧力が供給され、主弁ダイヤフラム２５により主弁体１５を主弁座１６から離す方向に主弁軸１４に加えられる推力が高められる。このように、一次側圧力が変動した場合には、主弁体１５に直接作用する圧力と、主弁軸１４に対して主弁ダイヤフラム２５を介してパイロット圧室２７から作用する圧力は、一方が主弁体１５を閉じる方向であれば、他方が主弁体１５を開く方向となり、相互に逆方向つまり相殺する方向に作用することになる。

主弁体１５は一次側受圧部２４を設けているので、一次側圧力が変動すると、それに対応して二次圧力が変動するアンバランス型となっており、一次側圧力が上昇すると二次側圧力が低下するという圧力特性となっている。これに対し、パイロット弁軸５１により調整されたパイロット圧室２７の圧力により弾性変形する主弁ダイヤフラム２５は、一次側圧力が変動すると、それに対応して主弁体１５とは逆方向に主弁軸１４に対する推力を変動させるアンバランス型となっており、一次側圧力が上昇すると二次側圧力を上昇させるという圧力特性となっている。このように、両方が相互に逆特性のアンバランス型の圧力特性となっているので、一次側の圧力変動が相殺されることになり、一次側の圧力が変動しても二次側の圧力は一定に制御される。

図４（Ａ）は主流路部を構成する主弁体１５の圧力特性を示す概略図であり、図４（Ｂ）はパイロット部を構成するパイロット弁体５３の圧力特性を示す概略図であり、図４（Ｃ）は減圧弁全体の圧力特性を示す概略図である。

図４（Ａ）に示すように、主弁体１５は一次側ポート１１の一次側圧力Ｐ_１が上昇すると、二次側ポート１２の二次側圧力Ｐ_２は低下する圧力特性を有している。これに対し、図４（Ｂ）に示されるように、パイロット弁体５３は一次側圧力Ｐ_１が上昇すると、パイロット圧室２７のパイロット圧力Ｐ_ｐが上昇する圧力特性を有している。この結果、減圧弁としては、図４（Ｃ）に示されるように、一次側圧力Ｐ_１が変動しても、二次側圧力Ｐ_２を設定された一定値に制御することができる。一次側圧力Ｐ_１の変化率に対する二次側圧力Ｐ_２とパイロット圧力Ｐ_ｐの変化率は相違しているが、各受圧部の面積等により設定される増幅係数によって、図４（Ｃ）に示される圧力特性の減圧弁が得られた。

上述した減圧弁を用いて、空気圧シリンダ等の空気圧機器に対して調圧された圧縮空気を供給する場合には、一次側ポート１１は空気圧源に接続され、二次側ポート１２には空気圧機器が接続される。空気圧機器により空気が消費されて二次側ポート１２の圧力が低下すると、二次側圧力室２６の圧力が低下するので、パイロット圧室２７の圧力により主弁ダイヤフラム２５は主弁軸１４に対して主弁体１５が連通孔１３を開く方向に弾性変形する。これにより、一次側ポート１１の圧縮空気が二次側ポート１２に供給されて二次側ポート１２の圧力は高められる。二次側ポート１２の圧力が設定圧力にまで高められると、主弁体１５は主弁座１６に接触して連通孔１３が閉じられる。

二次側ポート１２に流出する二次側圧力は、ハンドル６２を回転させて調圧ばね部材５８のばね力を調整することによって設定される。このばね力を高めると、パイロット弁体５３をパイロット弁座５５から離す方向の推力が高められるので、一次側ポート１１からパイロット孔４８および内部パイロット圧室３７を介してパイロット圧室２７に供給される圧縮空気の圧力が高められることになる。これにより、ハンドル６２を回転することにより、二次側圧力が調整される。

二次側圧力が設定値よりも高くなると、二次側圧力室２６の圧力によって主弁ダイヤフラム２５が主弁軸１４の端面から離れる方向に弾性変形する。主弁ダイヤフラム２５が主弁軸１４から離れると、二次側圧力室２６内の空気は排気孔２９を介して外部に排出される。これにより、二次側ポート１２の圧力は設定圧力まで低下する。したがって、例えば、空気圧機器の作動を停止させる場合には、ハンドル６２を操作して調圧ばね部材５８によりパイロットダイヤフラム４３に加えられるばね力を弱くして設定圧力を低い圧力値に設定すると、二次側ポート１２に接続された二次側の空気圧回路内の空気が排出される。

二次側圧力が設定値よりも高くなると、主弁ダイヤフラム２５はパイロット圧室２７を圧縮する方向に弾性変形するので、パイロット圧室２７およびパイロット圧調整室３９の圧力が高められる。これにより、パイロットダイヤフラム４３はステム５２から離れる方向に弾性変形し、リリーフ弁座４３ｂはステム５２から離れてリリーフ孔４４が開放される。リリーフ孔４４が開放されると、パイロット圧室２７内の空気は外部に排出される。

図５は減圧弁内における一次側圧力、二次側圧力およびパイロット圧力の分布状態と、減圧弁の主要構成部材の面積と、ばね部材のばね荷重とを示す概略図である。図５において、圧力分布状態はそれぞれ濃淡を相違させて示されている。

図５に示すように、主流路のバランス室２１の面積をＡ_１、主弁座１６の内方のバルブシート面積をＡ_２、排気孔２９の面積をＡ_３、主弁ダイヤフラム２５の有効受圧面積をＡ_４とし、さらに、弁体収容孔４５の断面積をＡ_５、パイロット弁座５５の内方のバルブシート面積をＡ_６、リリーフ孔４４の面積をＡ_７、パイロットダイヤフラム４３の有効受圧面積をＡ_８とする。主弁ばね部材２３のばね荷重をＷ_１、パイロットばね部材５７のばね荷重をＷ_２、調圧ばね部材５８のばね荷重をＷ_３とする。次いで、一次側圧力をＰ_１、二次側圧力をＰ_２、パイロット圧力をＰ_ｐとすると、図５において上下方向のバランス式は以下の通りとなる。

［１］主流路部のバランス式
（下向きの力） Ｗ_１＋Ｐ_２×Ａ_１＋Ｐ_１（Ａ_２−Ａ_１）＋Ｐ_２（Ａ_４−Ａ_３）…[1]
（上向きの力） Ｐ_ｐ×Ａ_４＋Ｐ_２（Ａ_２−Ａ_３）…[2]
下向きの力と上向きの力は等しいので、[1]式と[2]式により、
Ｗ_１＋Ｐ_２×Ａ_１＋Ｐ_１（Ａ_２−Ａ_１）＋Ｐ_２（Ａ_４−Ａ_３）＝Ｐ_ｐ×Ａ_４＋Ｐ_２（Ａ_２−Ａ_３）…[3]が得られる。

［２］パイロット部のバランス式
（下向きの力） Ｗ_２＋Ｐ_ｐ×Ａ_５＋Ｐ_ｐ（Ａ_８−Ａ_７）…[4]
（上向きの力） Ｗ_３＋Ｐ_１×（Ａ_５−Ａ_６）＋Ｐ_ｐ（Ａ_６−Ａ_７）…[5]
下向きの力と上向きの力は等しいので、[4]式と[5]式により、
Ｗ_２＋Ｐ_ｐ×Ａ_５＋Ｐ_ｐ（Ａ_８−Ａ_７）＝Ｗ_３＋Ｐ_１×（Ａ_５−Ａ_６）＋Ｐ_ｐ（Ａ_６−Ａ_７）…[6]が得られる。

［３］全体のバランス式
[6]式よりパイロット圧力Ｐ_ｐは、以下のように求められる。

Ｐ_ｐ＝｛Ｗ_３−Ｗ_２＋Ｐ_１（Ａ_５−Ａ_６）｝／（Ａ_５−Ａ_６＋Ａ_８）…[7]
[3]式と[7]式により、全体のバランス式は以下の通りとなる。
Ｗ_１＋Ｐ_２×Ａ_１＋Ｐ_１（Ａ_２−Ａ_１）＋Ｐ_２（Ａ_４−Ａ_３）＝
［Ａ_４｛Ｗ_３−Ｗ_２＋Ｐ_１（Ａ_５−Ａ_６）｝／｛Ａ_８−（Ａ_６−Ａ_５）｝］＋Ｐ_２（Ａ_２−Ａ_３）…[8]

［４］流量特性
主弁体１５が主弁座１６からストロークΔＳｔ離れて、平衡状態となったときにおける二次側圧力をＰ_２ａとして、[8]式から圧力差Ｐ_２−Ｐ_２ａを求めると、以下の通りである。ただし、Ｋ₁は主弁ばね部材２３のばね定数を示す。
Ｐ_２−Ｐ_２ａ＝（Ｋ_１×ΔＳｔ）／｛Ａ_４−（Ａ_２−Ａ_１）｝…[9]

［５］圧力特性
二次側圧力が平衡状態のもとで、一次側圧力がＰ_１からＰ_１ａに変化したときに二次側圧力がＰ_２からＰ_２ａに変化するとしてＰ_１−Ｐ_１ａとＰ_２−Ｐ_２ａとの関係を[8]式から求めると以下の通りである。

流量特性は、[9]式に示された圧力差の値が小さいほど良好となり、ストロークΔＳｔの値が小さく、主弁ばね部材２３のばね常数Ｋ１が小さく、Ａ_４−（Ａ_２−Ａ_１）の値が大きくなると、流量特性は向上することになる。圧力特性は一次側圧力Ｐ_１の変動に対する二次側圧力Ｐ_２の変動割合により求められ、[10]式に示されるように、各受圧面積の関係により、図４（Ｃ）に示される圧力特性が得られることになる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、図示する減圧弁はポートブロック１０には調圧ハウジング３５が組み付けられているが、連結ブロック１０ｃの部分を図２に示される部分と、図３に示される部分とに２分割するようにしても良い。この場合には、ブロック本体１０ａとカバー１０ｂと連結ブロック１０ｃの一部とにより主弁軸１４および主弁ダイヤフラム２５等が収容された主流路部分と、連結ブロック１０ｃの一部とボンネット３４とによりパイロット弁軸５１およびパイロットダイヤフラム４３等が収容されたパイロット部分とを分離させた形態の減圧弁となり、主流路部分とパイロット部分は、連通孔３１を有するホースと、パイロット流路４７を有するホースとにより連結されることになる。

１０ ポートブロック
１１ 一次側ポート
１２ 二次側ポート
１３ 連通孔
１４ 主弁軸
１５ 主弁体
１６ 主弁座
１９ ガイド筒体
２０ 連通流路
２１ バランス室
２３ 主弁ばね部材
２４ 一次側受圧部
２５ 主弁ダイヤフラム
２６ 二次側圧力室
２７ パイロット圧室
２９ 排気孔
３４ ボンネット
３５ 調圧ハウジング
３７ 内部パイロット圧室
３９ パイロット圧調整室
４２ 大気開放室
４３ パイロットダイヤフラム
４４ リリーフ孔
４６ パイロットポート
４７ パイロット流路
４８ パイロット孔
５１ パイロット弁軸
５２ ステム
５３ パイロット弁体
５５ パイロット弁座
５６ パイロット受圧部
５７ パイロットばね部材
５８ 調圧ばね部材
５９ ばね受け部材
６２ ハンドル

Claims (7)

1. 圧縮空気が供給される一次側ポートと、当該一次側ポートに連通孔を介して連通し調圧された圧縮空気を流出する二次側ポートとを有するポートブロックと、
   前記連通孔を開閉する主弁体を有し前記連通孔に軸方向に移動自在に装着された主弁軸に設けられ、前記主弁軸に前記連通孔を閉じる方向に前記一次側ポートの圧力が加えられる一次側受圧部と、
   前記ポートブロックに設けられ、前記二次側ポートに連通する二次側圧力室とパイロット圧室とを区画するとともに前記主弁軸の他端が当接する主弁ダイヤフラムと、
   前記パイロット圧室に連通する内部パイロット圧室と、前記一次側ポートに連通するパイロット流路が形成された調圧ハウジングと、
   前記調圧ハウジングに設けられ、前記内部パイロット圧室に連通するパイロット圧調整室と大気に連通する大気開放室とを区画するとともに前記パイロット圧調整室と前記大気開放室とを連通させるリリーフ孔が形成されたパイロットダイヤフラムと、
   前記パイロット圧調整室と前記パイロット流路とを連通させるパイロット孔を貫通して前記パイロットダイヤフラムに当接し前記リリーフ孔を開閉するステムが設けられ、前記調圧ハウジング内に軸方向に移動自在に装着されるパイロット弁軸と、
   前記パイロット弁軸に設けられ、前記パイロット孔を開く方向に前記一次側ポートの圧力を受けるパイロット受圧部が形成され、前記一次側ポートを前記パイロット圧室に連通する状態と連通を遮断する状態に切り換えるパイロット弁体とを有し、
   前記一次側ポートの圧力変動を、前記主弁軸の前記一次側受圧部に加わる圧力と、前記主弁ダイヤフラムを介して前記主弁軸に逆方向に加わる前記パイロット圧室の圧力とにより相殺させることを特徴とする減圧弁。
2. 請求項１記載の減圧弁において、前記ポートブロックに形成されたガイド筒体内を摺動する摺動部を前記主弁軸の一端に設け、前記連通孔の連通側開口部に形成された主弁座の内径を前記摺動部の外径よりも大径とし、前記主弁体の前記一次側ポートに連通する面に前記一次側受圧部を形成することを特徴とする減圧弁。
3. 請求項１または２記載の減圧弁において、前記パイロット孔の連通側開口部に形成されたパイロット弁座の内径を前記パイロット弁体の外径よりも小径とし、前記パイロット弁体の前記パイロット弁座よりも外側の端面により前記パイロット受圧部を形成することを特徴とする減圧弁。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の減圧弁において、前記ポートブロック内に装着され前記主弁軸に前記連通孔を閉じる方向のばね力を付勢する主弁ばね部材と、前記大気圧室内に装着され前記パイロットダイヤフラムに前記ステムに向かう方向のばね力を付勢する調圧ばね部材とを有することを特徴とする減圧弁。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の減圧弁において、前記内部パイロット圧室内に装着され前記パイロット弁軸に前記パイロット弁体が前記パイロット孔を閉じる方向に対してばね力を付勢するパイロットばね部材を有することを特徴とする減圧弁。
6. 請求項４記載の減圧弁において、前記パイロットダイヤフラムに対向して前記大気圧開放室内に配置され前記調圧ばね部材の端面が当接するばね受け部材と、前記調圧ハウジングに回転自在に装着され前記ばね受け部材の前記パイロットダイヤフラムに対する位置を変化させるハンドルとを有し、前記ハンドルにより前記一次側ポートから前記パイロット圧室に供給されるパイロット圧力を変化させることを特徴とする減圧弁。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の減圧弁において、前記ポートブロックに前記調圧ハウジングを取り付けることを特徴とする減圧弁。