JP5925568B2 - 減圧弁 - Google Patents

Description

本発明は、減圧弁に関し、特に、調節する圧力が高圧の場合でも、軽いハンドル操作で圧力の調節をすることができるとともに、簡単な構造で製造コストの低廉化を図ることができる減圧弁に関するものである。

従来、エアコンプレッサと空気圧工具との間に介在させることにより、エアコンプレッサから空気圧工具に供給されるエアの圧力を所望の圧力に減圧調節する減圧弁として、一次側室と二次側室とを連通する弁口に、一次側室側から着座する弁体を備え、この弁体を開くためのピストンを押圧する調節ばねを、手動で回動させるハンドルの調節ねじで直接押し下げる構造の減圧弁が提案されている。

ところで、近年、高圧ガス保安法において、ゲージ圧力５ＭＰａ以下のものが高圧ガス保安法の適用を除外されることになったため、建築用の空気圧工具では、釘打機等で二次側室の圧力が２ＭＰａを越えるものが広く採用されるようになった。
このため、エアを供給するエアコンプレッサと空気圧工具との間に介在させる減圧弁として、一次側室の圧力が４ＭＰａ以上で、二次側室の圧力も２ＭＰａを超える高圧に対応するものが必要となった。
この減圧弁は、ハンドルと連動した調節ねじによって調節ばねを直接圧縮し、二次側室の圧力を受圧するピストンに一定の荷重を与え、二次側室の圧力と調節ばねとの荷重バランスにより弁体を開閉することで二次側圧力の調節を行う構造となっている。
このため、例えば、ピストン径がφ２４ｍｍで二次側圧力を２．５ＭＰａに設定しようとすると、調節ばねの荷重は約１１５ｋｇｆとなり、これを調節ねじで圧縮しなければならず、非常に大きな力が必要となり、ハンドルが重く、操作性が悪いという問題があった。

かかる問題に対処するため、図７に示すように、一次側室３ａと二次側室３ｂとを連通する弁口３と、弁口３に一次側室３ａ側から弁体ばね４０によって閉弁方向に付勢した状態で配設される弁体４と、弁口３を介して弁体４と対向するように形成されたシリンダ５と、シリンダ５内に摺動可能に収容され、弁体４側から二次側室３ｂの圧力が作用するとともに弁体４側に移動することにより弁体４を弁口３から離隔させるピストン６’と、シリンダ５内でピストン６’を弁体４側に付勢する調節ばね７と、この調節ばね７をピストン６’の反対側から支持するばね押えピストン６９と、ばね押えピストン６９の調節ばね７の反対側に形成した圧力室と二次側室３ｂと連通する連通路６８と、外側からシリンダ５を貫通し、ばね押えピストン６９を摺動させることで調節ばね７の力を調節する調節機構２’とを備えた減圧弁１’が提案されている（例えば、特許文献１〜２参照。）。

この減圧弁１’は、調節機構２’によって、調節ばね７を調節する際に、二次側室３ｂの圧力が高圧の場合でも、ばね押えピストン６９の調節ばね７の反対側に形成した圧力室に二次側室３ｂの圧力が導入され、調節ばね７を押圧する力を低減させることができ、軽いハンドル操作で圧力調節をすることができるものである。
しかし、ばね押えピストン６９の調節ばね７の反対側に二次側室３ｂの圧力が導入される圧力室を設け、この圧力室に二次側室３ｂから高圧のエアを導くための長い連通路６８を形成する必要があり、構造が複雑で部品点数も多くなるため、従来の弁体を開くピストンを押圧する調節ばねをハンドルの調節ねじで直接押し下げる構造の減圧弁と比べ製造コストがかかるとなるという問題があった。

特開２００６−２５９９５５号公報 特開２００７−９４５４５号公報

本発明は、上記従来の減圧弁の有する問題点に鑑み、調節する圧力が高圧の場合でも、軽いハンドル操作で圧力の調節をすることができるとともに、簡単な構造で製造コストの低廉化を図ることができる減圧弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の減圧弁は、一次側室及び二次側室と、該一次側室と二次側室とを連通する弁口と、該弁口に一次側室側から着座して開閉する弁体と、弁口を介して弁体と対向するように形成されたシリンダと、該シリンダ内に摺動可能に収容され、弁体側から二次側室の圧力が作用するピストンと、シリンダ内でピストンを弁体側に付勢する調節ばねと、前記弁体を一次側室側に押し下げる調節機構とを有する減圧弁において、前記ピストンを内周部に雌ねじ部を形成した貫通構造とし、前記調節機構を、外周面に前記ピストンの雌ねじ部に螺合する雄ねじ部が形成され、一端側に前記弁体と当接する押圧部、他端側に嵌合部を形成した中空のロッドと、該ロッドの嵌合部と嵌合するスリーブを備えたハンドルとから構成し、前記ロッドの嵌合部とハンドルのスリーブとの嵌合により、ハンドルの回動をロッドに伝えるとともに、ロッドをハンドルに対して回転軸方向に進退することができるようにしたことを特徴とする。

前記ロッドを、内周面に雌ねじ部を形成し、一端側の外周面に前記ピストンの雌ねじ部に螺合する雄ねじ部、他端側に前記スリーブと嵌合する嵌合部を形成した貫通構造の移動体と、外周面に前記移動体の雌ねじ部に螺合する雄ねじ部を形成し、一端側が前記弁体と当接する押圧部、他端側に回動操作部を形成した中空の筒状体とから構成し、前記回動操作部を外部から操作することができるようにすることができる。

また、前記ロッドをピストンに向かって付勢する付勢手段を、前記ハンドルとロッドとの間に配設することができる。

また、前記スリーブに、長手方向に複数のスリットを形成し、スリーブが拡開することで、前記ロッドの嵌合部とスリーブとの嵌合が解除されるようにすることができる。

本発明の減圧弁によれば、ピストンを内周部に雌ねじ部を形成した貫通構造とし、前記調節機構を、外周面に前記ピストンの雌ねじ部に螺合する雄ねじ部が形成され、一端側に前記弁体と当接する押圧部、他端側に嵌合部を形成した中空のロッドと、該ロッドの嵌合部と嵌合するスリーブを備えたハンドルとから構成することにより、ハンドルを回動することでロッドを進退させることができ、弁体に当接するロッドが弁体を押圧することで弁体を弁口から隔離させ、二次側室の圧力を調節することができるとともに、調節ばねを直接圧縮しない構造のため、二次側室の圧力が高圧の場合でもハンドルを回転させる荷重は小さく、ピストンの径、調節ばねの荷重には左右されることがなく、二次側室の圧力をさらに高圧にする場合や、ピストンの径を大きくして減圧弁の流量特性や圧力変動特性を改善させたりする場合でも、軽いハンドルの操作を維持することができる。
また、二次側室の高圧のエアを導くための長い連通路を必要とせず、簡単な構造で製造コストの低廉化を図ることができる。

また、前記ロッドを、内周面に雌ねじ部を形成し、一端側の外周面に前記ピストンの雌ねじ部に螺合する雄ねじ部、他端側に前記スリーブと嵌合する嵌合部を形成した貫通構造の移動体と、外周面に前記移動体の雌ねじ部に螺合する雄ねじ部を形成し、一端側が前記弁体と当接する押圧部、他端側に回動操作部を形成した中空の筒状体とから構成し、前記回動操作部を外部から操作することができるようにしたことにより、各部品をケーシング内に組み込んだ後であっても、ロッドの全長を調節することができ、二次側室の最高圧力の調節を行うことができる。

また、前記ロッドをピストンに向かって付勢する付勢手段を、前記ハンドルとロッドとの間に配設することにより、ハンドルの誤操作等によりロッドがピストンの雌ねじ部から抜けた場合でも、付勢手段によって、再び締め込む方向に操作すれば、ピストンの雌ねじ部にロッドの雄ねじ部を容易に螺合させることができる。

また、前記スリーブに、長手方向に複数のスリットを形成し、スリーブが拡開することで、前記ロッドの嵌合部とスリーブとの嵌合が解除されるようにすることにより、ロッドがピストンの雌ねじ部の奥部まで螺合している状態からさらに締め込む方向にハンドルを回動しても、スリーブが拡開してハンドルが空回りすることで、回動トルクがロッドに伝達されず、部品の破損を防止することができる。

本発明の減圧弁の第１実施例を示す正面断面図である。 同減圧弁のピストンの回り止め機構の説明図で、（ａ）は図１のＸ−Ｘ断面図、（ｂ）はピストンの正面図、（ｃ）はピストンの底面図である。 同減圧弁のハンドルとロッドを示し、（ａ）はハンドルの底面図、（ｂ）はハンドルの正面図、（ｃ）はロッドの平面図、（ｄ）はロッドの正面図、（ｅ）はロッドの嵌合部とハンドルのスリーブとが嵌合した状態の説明図、（ｆ）はスリーブが拡開して嵌合部とスリーブとの嵌合が解除された状態の説明図である。 同減圧弁の動作説明図で、（ａ）はハンドルを時計回りに回動させてロッドを弁体側に移動させた状態を、（ｂ）は二次側室の圧力が上昇し、ピストンとピストンの雌ねじ部に螺合しているロッドが弁体の反対側に移動した状態を、（ｃ）はリリーフ状態を示す。 本発明の減圧弁の第２実施例を示す正面断面図である。 同減圧弁のロッドを示し、（ａ）は移動体の正面断面図、（ｂ）は筒状体の平面図、（ｃ）は筒状体の正面断面図、（ｄ）は移動体に筒状体を螺合した状態を示す正面断面図である。 従来の減圧弁を示す正面断面図である。

以下、本発明の減圧弁の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１〜図４に、本発明の減圧弁の第１実施例を示す。
この減圧弁１は、ケーシングＣ内に形成された一次側室３ａ及び二次側室３ｂと、一次側室３ａと二次側室３ｂとを連通する弁口３と、弁口３に一次側室３ａ側から着座して開閉する弁体４と、弁口３を介して弁体４と対向するように形成されたシリンダ５と、シリンダ５内に摺動可能に収容され、弁体４側から二次側室３ｂの圧力が作用するピストン６と、シリンダ５内でピストン６を弁体４側に付勢する調節ばね７と、弁体４を一次側室３ａ側に押し下げる調節機構２とを備えている。

一次側室３ａと二次側室３ｂとは、弁口３とシリンダ５の下部を介して連通し、弁口３には、弁体４が弁体ばね４０によって閉弁方向に付勢した状態で配設されている。

ピストン６は、内周部に雌ねじ部６ａを形成した貫通構造としている。
また、ピストン６は、図２（ｂ）〜図２（ｃ）に示すように、シリンダ５の内周面を摺動する大径部分にＯリング溝６１を形成するとともに、後述するシリンダ５の縦溝５０に沿うガイド６０を外周面から突出するように形成している。

調節機構２は、外周面にピストン６の雌ねじ部６ａに螺合する雄ねじ部９ａが形成され、一端側に弁体４と当接する押圧部９ｂ、他端側に嵌合部９ｃを形成した中空のロッド９と、ロッド９の嵌合部９ｃと嵌合するスリーブ２１を備えたハンドル２０とから構成するようにしている。

このロッド９は、一端側に形成する押圧部９ｂの先端が弁体４から離隔したときに二次側室３ｂの圧力を大気に放出するリリーフ通路９ｄを形成する貫通構造としで、押圧部９ｂは、ピストン６の中空部（雌ねじ部６ａより弁体側の筒状部）にＯリング等のシール材を介して装着され、二次側室３ｂの流体が調節ばね７側に漏れ出さないように構成されている。
また、スリーブ２１と嵌合される他端側の嵌合部９ｃは、スリーブ２１の開口部側から見た内周面形状と対応する形状、本実施例においては、図３に示すように、平面視略正方形となるようにしている。
そして、ロッド９の嵌合部９ｃとスリーブ２１を嵌合させることで、ハンドル２０の回動をロッド９に伝え、ロッド９を、後述のシリンダ５の内部に設けた回り止め機構８によって回動方向に固定されているピストン６の雌ねじ部６ａに螺合させることで進退することができるようにしている。

また、このロッド９には、調節ばね７から荷重を受けることがなく、弁体４から受ける一次側室３ａと二次側室３ｂの圧力差による荷重とハンドル２０からの回動トルクしかかからないため、その材質を金属製以外の安価な合成樹脂製とすることができ、製造コストの低廉化を図ることができる。

また、スリーブ２１に、長手方向に複数のスリット２１ａを形成し、ロッド９の雄ねじ部９ａがシリンダ５の雌ねじ部６ａの奥部に到達し、さらにロッド９を回動させようとしたときに、図３（ｆ）及び同図（ｂ）の二点鎖線で示すように、スリーブ２１が拡開し、ロッド９の嵌合部９ｃとスリーブ２１との嵌合が解除されるようにしている。
これによって、ロッド９がピストン６の雌ねじ部６ａの奥部まで螺合している状態からさらに締め込む方向にハンドル２０を回動しても、空回りして、回動トルクがロッド９に伝達されず、部品の破損を防止することができる。
また、このスリット２１ａを形成するときは、二次側室３ｂの圧力を大気に放出するリリーフ動作の際に、ロッド９のリリーフ通路９ｄから流出する圧力流体の通路となって、放出する圧力流体をスムーズに大気に導くことができる。

また、ハンドル２０とロッド９との間には、ロッド９をピストン６の雌ねじ部６ａに向かって付勢する付勢手段１０を配設するようにしている。
この付勢手段１０は、本実施例においては、ロッド９の二次側室３ｂの圧力を大気に放出するリリーフ通路９ｄを、嵌合部９ｃ近傍において大径にすることで形成した段部に当接するとともに、ハンドル２０のスリーブ２１内の底面に当接する圧縮ばねで構成するようにしている。
これによって、ロッド９は、常時、ピストン６の雌ねじ部６ａに向かって付勢され、誤操作等によりロッド９がピストン６の雌ねじ部６ａから抜けた場合でも、ハンドル２０の回動操作によって、ピストン６の雌ねじ部６ａに、ロッド９の雄ねじ部９ａを容易に螺合させることができる。

回り止め機構８は、図２に示すように、シリンダ５の弁口３の近傍の周面に形成した縦溝５０と、この縦溝５０に沿うように、ピストン６の外周面に突出するように形成したガイド６０とからなり、ガイド６０を縦溝５０に沿わすようにピストン６をシリンダ５に装着することで、ピストン６がシリンダ５内で回動することを防止する。
縦溝５０及びガイド６０は、本実施例においては、周上に９０度間隔で４箇所設けるようにしているが、これに限られるものではなく、少なくとも１箇所に形成することでピストン６の回り止め機能を発揮することができる。
なお、回り止め機構８は、ピストン６の内周面側に設けることもでき、また、ピストン６のＯリング溝６１に配設したＯリングの抵抗等によってピストン６が回り止めされる場合には、これを省略することもできる。

そして、ロッド９の先端（押圧部９ｂ）が、ピストン６から、弁体４側に向かって進行し、押圧部９ｂによって、弁体４を押し下げることで弁体４を弁口３から離隔させ、弁口３を開口するようにしている。
このように、ピストン６を、シリンダ５に回り止め機構８を介して装着することで、ピストン６はロッド９と供回りすることがなく、ロッド９を回動させることでピストン６とロッド９の位置関係が変位し、ロッド９の押圧部９ｂによって弁口３の開閉を行い、二次側室３ｂの圧力を調節することができる。

かくして、この減圧弁１は、調節ばね７を直接圧縮しない構造となり、調節機構２のハンドル２０を回転させるのに必要な荷重は、一次側室３ａと二次側室３ｂとの圧力差と弁体４のシート径により決まり、一次側室３ａの圧力が一定の場合は、二次側室３ｂの圧力が大きくなるほど一次側室３ａとの圧力差が小さくなり、ハンドル２０を回転させる荷重も小さくなることから、二次側室３ｂの圧力が高圧の場合でもハンドル２０を回転させる荷重は小さく、ピストン６の径、調節ばね７の荷重には左右されることがなく、二次側室３ｂの圧力をさらに高圧にする場合や、ピストン６の径を大きくして減圧弁１の流量特性や圧力変動特性を改善させたりする場合でも、軽いハンドル２０の操作を維持することができる。
また、二次側室３ｂの高圧のエアを導くための長い連通路を必要とせず、簡単な構造で製造コストの低廉化を図ることができる。

そして、より具体的には、この減圧弁１は、例えば、弁体４のシート径がφ５ｍｍ、ピストン６の径がφ２４ｍｍである場合において、一次側室３ａの圧力４Ｐａで、二次側室３ｂの圧力を２．５ＭＰａとなるように調節機構としてのハンドルを回動させて設定する場合を、調節ばね７を直接押圧する構造の減圧弁と比較すると、この減圧弁１では、ロッド９にかかる荷重は、弁体４を弁口３から離隔させるために必要な荷重となり、一次側室３ａ圧力が４ＭＰａで弁体４のシートの径がφ５ｍｍであるから、一次側室３ａの圧力によって弁体４にかかる背圧は、約８ｋｇｆ、これと拮抗する二次側室３ｂの圧力によって、弁体４が受ける力は約５ｋｇｆとなり、その差の約３ｋｇｆが弁体４を開けるのに必要な荷重となる。
そして、弁体４には弁体ばね４０の付勢力も作用することから、例えば、弁体ばね４０の荷重約１．５ｋｇｆを加えると、弁体４を弁口３から離隔させるために必要な荷重は約４．５ｋｇｆとなる。
一方、調節ばね７をハンドル（調節ねじ）で直接押圧する構造の減圧弁では、ハンドル（調節ねじ）の荷重は二次側室３ｂの圧力を受けたピストン６を押し下げるために必要な荷重と弁体４を弁口３から離隔させるために必要な荷重の和となり、ピストン６の径φ２４ｍｍで二次側圧力が２．５ＭＰａではピストン６を押し下げる荷重は約１１５ｋｇｆとなり、これに上述した弁体４を弁口３から離隔させるために必要な荷重は約４．５ｋｇｆを加えた約１１９．５ｋｇｆが必要な荷重となる。
このように、この減圧弁１では、弁口を開くために必要となる荷重が、従来品（調節ばね７をハンドル（調節ねじ）で直接押圧する構造の減圧弁）の１／２６以下となり、ロッド９を回すハンドル２０にかかるトルクは大きく軽減されることが分かる。

次に、この減圧弁１の動作を、図４に基づいて説明する。
まず、ハンドル２０を時計回りに回動させてスリーブ２１と嵌合する嵌合部９ｃを介してロッド９を弁体４側に移動させ、弁口３を開く（図４（ａ）参照）。
これによって一次側室３ａの圧力流体が二次側室３ｂ側に流れる。

そして、二次側室３ｂの圧力が上昇することで、ピストン６とピストン６の雌ねじ部６ａに螺合しているロッド９が、弁体４の反対側に移動する（図４（ｂ）参照）。
これによって、弁体４は弁口３を閉鎖し、二次側室３ｂの圧力上昇を阻止することができる。

その後、減圧弁１に接続される空気圧工具の使用により二次側室３ｂの圧力が低下する再びピストン６が調節ばね７の付勢力によって弁体４側に移動し、弁口３を開放し、一次側室３ａの圧力流体が二次側室３ｂ側に流れ、二次側室３ｂの圧力と調節機構２によって調節した設定圧と平衡した状態では所定圧力の流体が二次側室３ｂに流れる。

また、二次側室３ｂの圧力が設定圧を超えて上昇した場合等、ハンドル２０を反時計回りに回動させ、ロッド９を弁体４から離隔する方向に移動させることで、ロッド９のリリーフ通路９ｄから二次側室３ｂの圧力流体を大気に放出することができる（図４（ｃ）参照）。

図５〜図６に、本発明の減圧弁の第２実施例を示す。
この減圧弁１は、第１実施例の減圧弁のロッド９を、内周面に雌ねじ部９０ａを形成し、一端側の外周面にピストン６の雌ねじ部６ａに螺合する雄ねじ部９０ｂ、他端側にスリーブ２１と嵌合する嵌合部９０ｃを形成した貫通構造の移動体９０と、外周面に移動体９０の雌ねじ部９０ａに螺合する雄ねじ部９１ａを形成し、一端側が弁体４と当接する押圧部９１ｃ、他端側に回動操作部９１ｂを形成した中空の筒状体９１とから構成し、回動操作部９１ｂを外部から操作することで、ロッド９の全長を調節することができるようにしている。
また、中空の筒状体９１の内部は、第１実施例のロッド９のリリーフ通路９ｄと同様にリリーフ通路９１ｄとして機能する。

回動操作部９１ｂは、筒状体９１の他端の中心を通るように形成した１本の溝部又は＋状の溝部から構成し、マイナス又はプラスのドライバの先端を溝部に嵌合させて回動させることによって操作する。
このときの操作方法は、ハンドル２０をケーシングＣから取り外して、操作するようにするほか、ハンドル２０の中心にドライバが挿通可能な孔部を形成して操作するようにすることもできる。
ハンドル２０をケーシングＣに固定した状態で操作することができるように構成することで、筒状体９１を回動操作するときに移動体９０が供回りすることを防止することができる。

このように、ロッド９を、移動体９０及び筒状体９１の分割構造とすることで、ロッド９の長さを外部から調節することができるようにしたから、各部品をケーシングＣ内に組み込んだ後であっても、二次側室３ｂの最高圧力の調節を行うことができる。

なお、本実施例のその他の構成及び作用は、上記第１実施例と同様である。

以上、本発明の減圧弁について、複数の実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の減圧弁は、調節する圧力が高圧の場合でも、軽いハンドル操作で圧力の調節をすることができるとともに、簡単な構造で製造コストの低廉化を図ることができることから、エアコンプレッサと空気圧工具等との間に介在させて使用する減圧弁として好適に用いることができる。

１ 減圧弁
２ 調節機構
２０ ハンドル
２１ スリーブ
２１ａ スリット
３ 弁口
３ａ 一次側室
３ｂ 二次側室
４ 弁体
５ シリンダ
５０ 縦溝
６ ピストン
６ａ 雌ねじ部
６０ ガイド
６１ Ｏリング溝
８ 回り止め機構
９ ロッド
９ａ 雄ねじ部
９ｂ 押圧部
９ｃ 嵌合部
９ｄ リリーフ通路
９０ 移動体
９０ａ 雌ねじ部
９０ｂ 雄ねじ部
９０ｃ 嵌合部
９１ 筒状体
９１ａ 雄ねじ部
９１ｂ 回動操作部
９１ｃ 押圧部
９１ｄ リリーフ通路
１０ 付勢手段

Claims (4)

1. 一次側室及び二次側室と、該一次側室と二次側室とを連通する弁口と、該弁口に一次側室側から着座して開閉する弁体と、弁口を介して弁体と対向するように形成されたシリンダと、該シリンダ内に摺動可能に収容され、弁体側から二次側室の圧力が作用するピストンと、シリンダ内でピストンを弁体側に付勢する調節ばねと、前記弁体を一次側室側に押し下げる調節機構とを有する減圧弁において、前記ピストンを内周部に雌ねじ部を形成した貫通構造とし、前記調節機構を、外周面に前記ピストンの雌ねじ部に螺合する雄ねじ部が形成され、一端側に前記弁体と当接する押圧部、他端側に嵌合部を形成した中空のロッドと、該ロッドの嵌合部と嵌合するスリーブを備えたハンドルとから構成し、前記ロッドの嵌合部とハンドルのスリーブとの嵌合により、ハンドルの回動をロッドに伝えるとともに、ロッドをハンドルに対して回転軸方向に進退することができるようにしたことを特徴とする減圧弁。
2. 前記ロッドを、内周面に雌ねじ部を形成し、一端側の外周面に前記ピストンの雌ねじ部に螺合する雄ねじ部、他端側に前記スリーブと嵌合する嵌合部を形成した貫通構造の移動体と、外周面に前記移動体の雌ねじ部に螺合する雄ねじ部を形成し、一端側が前記弁体と当接する押圧部、他端側に回動操作部を形成した中空の筒状体とから構成し、前記回動操作部を外部から操作することができるようにしたことを特徴とする請求項１記載の減圧弁。
3. 前記ロッドをピストンに向かって付勢する付勢手段を、前記ハンドルとロッドとの間に配設したことを特徴とする請求項１又は２記載の減圧弁。
4. 前記スリーブに、長手方向に複数のスリットを形成し、スリーブが拡開することで、前記ロッドの嵌合部とスリーブとの嵌合が解除されるようにしたことを特徴とする請求項１、２又は３記載の減圧弁。

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