JP6433228B2 - 空気レギュレータ - Google Patents

Description

本発明は、変動する高い１次圧力を安定した低い２次圧力として取り出す空気レギュレータに関し、特に２次圧力が実質的に大気圧の状態から調圧することができ、かつ大流量を流すことができる空気レギュレータに関する。

この種の空気レギュレータとして、１次圧力導入口、２次圧力取出口、１次圧力導入口と２次圧力取出口間を開閉する主弁、２次圧力取出口と背圧室の圧力変動に応じて移動し主弁を開閉作動させる浮動ピストン、及び、２次圧力取出室と連通する制御室内に配置され、該制御室圧力に応じて拡縮し、背圧室と制御室間の連通面積を変化させるメジャリングカプセルを備えた装置が知られている（特許文献１）。特許文献１のメジャリングカプセルは、除振台の除振テーブルの上下位置に応じて軸方向に移動するが、空気レギュレータ単独の形態では、調圧ノブによって軸方向に移動させて調圧２次圧力を変化させる。

特開２００１-２７１８７８号公報

特許文献１は、本出願人の出願に係るものであるが、浮動ピストンに主弁開放方向のばね力を作用させているため、２次圧力が大気圧の状態（大気圧に極めて近い状態）から調圧を開始することができないという問題があった。また、主弁を大型化して流路面積を確保する（大流量を流す）ことが困難であった。

本発明は、従って、２次圧力が大気圧の状態から調圧を開始することができ、しかも、大流量を流すことができる空気レギュレータを得ることを目的とする。

本発明の空気レギュレータは、１次圧力導入口と；２次圧力取出口と；上記１次圧力導入口と２次圧力取出口間の流路を開閉する主弁と；上記２次圧力取出口に連通する２次圧力室と；上記１次圧力導入口及び２次圧力取出口に連通する背圧室と；上記２次圧力室と背圧室の差圧で昇降移動して上記主弁を開閉する、上記主弁と同軸に配置された浮動ピストンと；上記２次圧力取出口と連通する制御室と；上記制御室内に位置し、該制御室内の圧力に応じて拡縮する、上記主弁及び浮動ピストンと同軸に位置するメジャリングカプセルと；該メジャリングカプセルを昇降移動させる調圧機構と；上記メジャリングカプセルと浮動ピストンの間に同軸に配置され、上記メジャリングカプセルの拡縮量及び調圧昇降移動量に応じて、上記背圧室と外気と連通するブリード通路との連通面積を変化させる可変ブリード弁と；を備え、上記可変ブリード弁は、弁座を有する弁座体と、この弁座体の弁座に対して接離移動して上記背圧室とブリード通路との連通面積を変化させる弁体と、上記メジャリングカプセルの動きを上記弁体に伝達する運動伝達ロッドと、上記弁体を上記弁座から離間する方向に付勢する第１のばね手段と、上記浮動ピストンには力を及ぼすことなく、上記弁座体を上記メジャリングカプセル側に移動付勢して定位置に保持する第２のばね手段と；を有し、上記弁座体は、上記メジャリングカプセルが拡張するとき、上記運動伝達ロッド及び弁体を介して、上記定位置から上記第２のばね手段の付勢力に抗して移動すること、を特徴としている。

上記可変ブリード弁の上記第２のばね手段は、上記制御室圧力が大気圧のとき、上記メジャリングカプセルの拡張力によって撓み、上記弁座体の上記主弁側への移動を許容する。

上記１次圧力導入口と背圧室を連通させる通路及び上記２次圧力取出口と背圧室を連通させる通路にはそれぞれ、固定絞りを配置することが望ましい。

上記主弁は、好ましい一態様では、上記浮動ピストンに臨む排気弁部を一体に有し、上記浮動ピストンは該浮動ピストンの位置に応じ該排気弁部と接離する弁座部を一体に有し、該弁座部が排気弁部から離間するとき上記２次圧力取出口を大気に連通させる。

本発明によれば、２次圧力が大気圧の状態から調圧を開始することができ、かつ大流量を流すことができる空気レギュレータを得ることができる。

本発明による空気レギュレータの一実施形態を示す縦断面図である。 同空気レギュレータの図１とは異なる断面での縦断面図である。 同空気レギュレータの各室の連通関係を示す縦断面図である。

図１は、本発明を適用した空気レギュレータ１０の全体構造を示している。ハウジング１１は、図１の下方から順に、ロアハウジング１１ａ、ミドルハウジング（ダイアフラムシリンダ）１１ｂ、アッパハウジング１１ｃ及びキャップ体（ボンネット）１１ｄを備えており、これらは全体として一体をなすように結合されている。

ロアハウジング１１ａには、１次圧力導入口１２と２次圧力取出口１３とが開口している。１次圧力導入口１２と２次圧力取出口１３の間は、通路１４によって連通しており、この通路１４が主弁１５によって開閉される。主弁１５は主弁ダンパ（付勢手段）１６の力によって常時通路１４を閉じている。ロアハウジング１１ａ内には、２次圧力取出口１３及び通路１４に連通する２次圧力室１７が形成されている。主弁ダンパ１６は、主弁１５を閉弁方向に付勢する弾性ゴムであり、圧縮ばね（付勢手段）に代えることも可能である。

第一アッパハウジング１１ｃとミドルハウジング１１ｂの間、及びミドルハウジング１１ｂとロアハウジング１１ａの間にはそれぞれ、浮動ピストン２０のパイロットダイアフラム２１及びコントロールダイアフラム２２の周縁部が気密に挟着されている。浮動ピストン２０は、パイロットダイアフラム２１とコントロールダイアフラム２２の間にリリーフ室２３を有し、中心部に排気弁ブロック２４を有している。この排気弁ブロック２４には、２次圧力室１７とリリーフ室２３とを連通させる排気穴２５が形成されており、リリーフ室２３はミドルハウジング１１ｂに形成した大気開放穴２６によって大気と連通している。この浮動ピストン２０は、ロアハウジング１１ａ内に上述の２次圧力室１７を画成する。

排気穴２５は、主弁１５と同軸一体に設けた排気弁部（リリーフ弁部）１８によって開閉される。すなわち、排気弁部１８は主弁１５の軸上の上方延長端に設けられていて半球状をしており、排気穴２５と同心の環状弁座部２５ａに接離することで排気穴２５を開閉する。排気弁部１８が排気穴２５を閉じているときは２次圧力室１７内の空気がリリーフ室２３に流れることはなく、主弁１５（排気弁部１８）と浮動ピストン２０との相対位置が離隔して排気弁部１８が環状弁座部２５ａから離れると、排気穴２５が開いて２次圧力室１７内の空気は、排気穴２５、リリーフ室２３、大気開放穴２６を介して大気に開放される（リリーフされる）。

アッパハウジング１１ｃの図の下端部には凹部２７が形成されており、この凹部２７と浮動ピストン２０（パイロットダイアフラム２１）との間に、背圧室（パイロット圧室）２８が形成されている。この背圧室２８は、アッパハウジング１１ｃの軸部に形成した軸心穴４１に連通している。

他方、浮動ピストン２０は、主弁ダンパ１６によって上方への移動付勢力を受けている。すなわち、主弁ダンパ１６によって図の上方へ付勢されている主弁１５と同軸一体の排気弁部１８は、浮動ピストン２０の排気穴２５の環状弁座部２５ａに当接して浮動ピストン２０を上方に押圧している。２次圧力室１７と背圧室２８との間に圧力差が存在しない状態では、主弁１５は通路１４を閉じ、排気弁部１８は排気穴２５を閉じる。浮動ピストン２０は、２次圧力室１７と背圧室２８の圧力差によって昇降移動する。以下、昇降移動、上方移動、下方移動の語は、いずれも軸方向移動を意味する。

キャップ体１１ｄには、その軸部に、調圧ノブ３０によって昇降操作されるメジャリングカプセル３１が支持されている。調圧ノブ３０は、実質的にキャップ体１１ｄに螺合されたカプセルねじ３２の上端部に固定されており、メジャリングカプセル３１は、このカプセルねじ３２の下端部に固定されている。メジャリングカプセル３１は、弾性体（薄肉金属材料）からなる中空容器で、外部との圧力差に応じてその大きさを変化させる（拡縮する）。メジャリングカプセル３１は、キャップ体１１ｄと、アッパハウジング１１ｃに形成した凹部３３とによって画成された制御室３４内に位置している。符号３５は、制御室３４の気密を保持する、キャップ体１１ｄとアッパハウジング１１ｃの間に挟着したガスケットを指している。メジャリングカプセル３１は、調圧ノブ３０を介してカプセルねじ３２（メジャリングカプセル３１）を回動操作することで、制御室３４内で昇降運動する。

アッパハウジング１１ｃには、可変ブリード弁４０が備えられている。この可変ブリード弁４０は、浮動ピストン２０とメジャリングカプセル３１の軸部間に位置している。すなわち、アッパハウジング１１ｃに形成した上述の軸心穴４１には、弁座筒（弁座体）４２が挿入されており、この弁座筒４２は、該弁座筒４２と、軸心穴４１内に突出させて形成したばね座突起４２Ｂとの間に挿入した圧縮ばね（第２のばね手段）２９により、常時は定位置（図の上昇端位置）に保持されている。圧縮ばね２９は浮動ピストン２０に対しては力を及ぼさない。可変ブリード弁４０は、弁座筒４２と、弁座筒４２の図の上端部に形成した環状弁座４２ａに対して接離する球弁体（弁体）４３と、この球弁体４３を弁座４２ａから離間する方向に付勢する圧縮ばね（第１のばね手段）４４と、アッパハウジング１１ｃの上方に軸心穴４１と同軸に進退可能に支持した運動伝達ピン４５とを有している。運動伝達ピン４５は、その図の上端部がメジャリングカプセル３１の下面に当接し（臨み）、下端部が球弁体４３と当接する。アッパハウジング１１ｃには、可変ブリード弁４０が開いた（球弁体４３が弁座４２ａから離れた）とき、軸心穴４１（背圧室２８）を外部に連通させるブリード通路４６が穿設されている。

以上の可変ブリード弁４０は、メジャリングカプセル３１によって運動伝達ピン４５が下方に押圧移動されない状態（外力が加わらない状態）では、圧縮ばね４４の力によって球弁体４３が弁座４２ａから離間し、背圧室２８を軸心穴４１を介してブリード通路４６（外気）に連通させる。球弁体４３と弁座４２ａとの間の流路面積は、運動伝達ピン４５の下方への移動量によって変化する。そして、運動伝達ピン４５の下方への移動量は、メジャリングカプセル３１のアッパハウジング１１ｃに対する螺合位置の変化、及びメジャリングカプセル３１の内外の圧力差による拡縮によって変化する。つまり、可変ブリード弁４０は、メジャリングカプセル３１の軸方向位置及びメジャリングカプセル３１の拡縮量によって背圧室２８とブリード通路４６（外気）との連通面積を変化させる弁である。

ハウジング１１のロアハウジング１１ａ、ミドルハウジング１１ｂ及びアッパハウジング１１ｃには、図２、図３に示すように、１次圧力導入口１２を背圧室２８に連通させる１次側連通路５０を構成する通路５１、５２、５３と、２次圧力取出口１３（２次圧力室１７）を背圧室２８及び制御室３４に連通させる２次側連通路６０を構成する通路６１、６２、６３が形成されている。１次側連通路５０（通路５２）内には、固定絞り５４が設けられ、２次側連通路６０（通路６３）内には、背圧室２８側の入口部に固定絞り６４が設けられている。図２は、ハウジング１１の特定断面における実際の通路構成を示し、図３は、１次側連通路５０と２次側連通路６０による各室（空間）の連通関係のみを描いている。固定絞り５４は、図２ではミドルハウジング１１ｂに表れて（描いて）いるが、図３ではアッパハウジング１１ｃに表れて（描いて）いる。また、図３では、１次圧力導入口１２に連通する室（空間）と、２次圧力取出口１３に連通する室（空間）に、逆方向のハッチングを付して示しており、背圧室２８及び軸心穴４１には、常時１次圧力と２次圧力の双方が及ぼされている。固定絞り５４と固定絞り６４は、１次圧力と２次圧力が変動したとき、その変動を時間差を与えて背圧室２８に及ぼす。

上記構成の本空気レギュレータは次のように作動する。最初に、調圧ノブ３０によるメジャリングカプセル３１の位置調整によって、メジャリングカプセル３１と運動伝達ピン４５とを非接触とした状態を想定する。この状態では、可変ブリード弁４０は最大開度にあり、主弁ダンパ１６の力により主弁１５が通路１４を閉じており、２次圧力取出口１３側の圧力（２次圧力）は大気圧である。背圧室２８はブリード通路４６によって大気に連通している。可変ブリード弁４０の最大開度は、想定される１次圧力の変動に際し、背圧室２８の圧力変動が許容値内に収まるように設定されている。また、制御室３４には２次側連通路６０によって直接（絞りを介することなく）２次圧力取出口１３（２次圧力室１７）側の圧力が及ぼされている。

この状態において、調圧ノブ３０によりメジャリングカプセル３１を下降させていくと、メジャリングカプセル３１によって押圧される運動伝達ピン４５が圧縮ばね４４の力に抗して球弁体４３を下降させ、弁座筒４２の弁座４２ａとの連通面積を縮小していく（可変ブリード弁４０を閉じていく）。図１に示すように、球弁体４３が弁座４２ａに着座して可変ブリード弁４０が閉じると、調圧が開始される。すなわち、可変ブリード弁４０が閉じると、背圧室２８からの空気の排出が止まり、やがて背圧室２８の圧力が上昇し始める。そして、背圧室２８と２次圧力室１７との圧力差で浮動ピストン２０が下降を開始すると、排気弁部１８を介して主弁１５が下降し、通路１４を開く。つまり、２次圧力が大気圧の状態から２次圧力室１７（２次圧力取出口１３）側に２次圧力が発生し、調圧が開始される。この２次圧力の大きさは、調圧ノブ３０によるメジャリングカプセル３１の下降量に応じて変化するから、２次圧力の大きさを調整することができる。つまり、メジャリングカプセル３１の下降位置によって設定２次圧力を大気圧から変化（調整）させることができる。

一方、２次空気の使用量が多くなる等の理由で、２次圧力取出口１３側の圧力が下降すると、２次側連通路６０を介して２次圧力取出口１３と連通している制御室３４内の圧力が直ちに下降する。すると、制御室３４内の圧力下降に従ってメジャリングカプセル３１が膨張し、運動伝達ピン４５を介して球弁体４３が押され、可変ブリード弁４０が閉じていく（開度が下がる）。その結果、背圧室２８からブリード通路４６へ逃げる（ブリードする）空気量が減るため、背圧室２８内の圧力が上昇し、浮動ピストン２０が下降して主弁１５が開く（開度を上げる）。従って、１次圧力導入口１２から２次圧力取出口１３への空気流量が増え、２次圧力取出口１３（２次圧力室１７）側の圧力が上昇する。

さらに、２次圧力取出口１３（２次圧力室１７）側の圧力が減少すると、２次圧力室１７と背圧室２８との圧力差が拡大するため、浮動ピストン２０には下降方向の力が加わり、主弁１５は開度を上げる傾向となる。背圧室２８には、２次側連通路６０を介して２次圧力取出口１３側の圧力が及ぼされているが、２次側連通路６０の背圧室２８への入口部には固定絞り６４が設けられているため、２次圧力取出口１３の圧力下降と背圧室２８の圧力下降には時間差が生じる（背圧室２８の圧力下降は２次圧力室１７の圧力下降より遅くなる）。このため、以上の主弁１５の開度上昇の動作が継続される。

逆に、２次圧力が大きくなると、制御室３４内の圧力が上昇して、メジャリングカプセル３１が縮む。すると、運動伝達ピン４５を介して球弁体４３を閉弁方向に押圧する力が小さくなり、可変ブリード弁４０が開く（開度が上がる）。その結果、背圧室２８からブリード通路４６へ逃げる（ブリードする）空気量が増加する。すると、背圧室２８内の圧力が下降し、浮動ピストン２０が上昇する結果、主弁１５が閉じる傾向となり、２次圧力取出口１３側の圧力が下降して、流量が減少する。

また、２次圧力が上昇すると、２次圧力室１７と背圧室２８との圧力差に応じて浮動ピストン２０が上昇する。すると、排気弁部１８が環状弁座部２５ａから離れて２次圧力室１７内の空気が排気穴２５、リリーフ室２３から大気開放穴２６へ逃げ、２次圧力室１７内の圧力が下降する。このように、２次圧力取出口１３（２次圧力室１７）側の圧力が上昇しても下降しても、２次圧力を一定に保つように、浮動ピストン２０、主弁１５及び排気弁部１８が制御される。

本実施形態では、以上のように、２次圧力取出口１３（２次圧力室１７）側の圧力変化に応じてメジャリングカプセル３１が拡縮し、その拡縮量に応じて可変ブリード弁４０が背圧室２８と外気との連通面積を変化させる。また、浮動ピストン２０には、背圧室２８の圧力が加わるのみで、主弁１５側への他の付勢力は加わっていない。このため、設定した２次圧力に正確に調圧することができる。また、主弁１５の径を大きくし、あるいは主弁のストロークを大きくできるため、大流量を流すことができる。

ちなみに、上述の特開２００１-２７１８７８号公報の空気レギュレータでは、浮動ピストンの上面とハウジングの一部との間に、該浮動ピストンを下方（主弁１５を閉弁する方向）へ移動付勢するばねが配設されている。この付勢力が調整２次圧力を決定することとなるので、調整２次圧力は大気圧より大きいものとならざるを得ず、主弁１５の流路面積は小さくならざるを得ず、大流量を流すことができなかった。

なお、本実施形態の圧縮ばね２９は、上述のように、浮動ピストン２０に力を及ぼすものではない。一方、1次圧力が遮断されて背圧室２８及び制御室３４の圧力が下降したときには、メジャリングカプセル３１によって運動伝達ピン４５、球弁体４３及び弁座筒４２が下降する（主弁１８側に移動する）のを許す。すなわち、圧縮ばね２９の力は、制御室３４の圧力が下降して（大気圧になって）メジャリングカプセル３１が膨らむときの力より弱く設定されていて、装置休止時にメジャリングカプセル３１に過剰な負荷をかけることがない。

１０ 空気レギュレータ
１１ ハウジング
１１ａ ロアハウジング
１１ｂ ミドルハウジング
１１ｃ アッパハウジング
１１ｄ キャップ体
１２ １次圧力導入口
１３ ２次圧力取出口
１４ 通路
１５ 主弁
１６ 主弁ダンパ（主弁付勢手段）
１７ ２次圧力室
１８ 排気弁部
１９ 傘状部
１９ａ 軸部
１９ｂ 傘部
２０ 浮動ピストン
２１ パイロットダイアフラム
２２ コントロールダイアフラム
２３ リリーフ室
２４ 排気弁ブロック
２５ 排気穴
２５ａ 環状弁座部
２６ 大気開放穴
２７ 凹部
２８ 背圧室
２９ 圧縮ばね
３０ 調圧ノブ
３１ メジャリングカプセル
３２ カプセルねじ
３３ 凹部
３４ 制御室
３５ ガスケット
４０ 可変ブリード弁
４１ 軸心穴
４２ 弁座筒（弁座体）
４２ａ 弁座
４３ 球弁体（弁体）
４４ 圧縮ばね
４５ 運動伝達ピン
４６ ブリード通路
５０ １次側連通路
６０ ２次側連通路
５４ ６４ 固定絞り

Claims (4)

1. １次圧力導入口と；
   ２次圧力取出口と；
   上記１次圧力導入口と２次圧力取出口間の流路を開閉する主弁と；
   上記２次圧力取出口に連通する２次圧力室と；
   上記１次圧力導入口及び２次圧力取出口に連通する背圧室と；
   上記２次圧力室と背圧室の差圧で昇降移動して上記主弁を開閉する、上記主弁と同軸に配置された浮動ピストンと；
   上記２次圧力取出口と連通する制御室と；
   上記制御室内に位置し、該制御室内の圧力に応じて拡縮する、上記主弁及び浮動ピストンと同軸に位置するメジャリングカプセルと；
   該メジャリングカプセルを昇降移動させる調圧機構と；
   上記メジャリングカプセルと浮動ピストンの間に同軸に配置され、上記メジャリングカプセルの拡縮量及び調圧昇降移動量に応じて、上記背圧室と外気と連通するブリード通路との連通面積を変化させる可変ブリード弁と；を備え、
   上記可変ブリード弁は、弁座を有する弁座体と、この弁座体の弁座に対して接離移動して上記背圧室とブリード通路との連通面積を変化させる弁体と、上記メジャリングカプセルの動きを上記弁体に伝達する運動伝達ロッドと、上記弁体を上記弁座から離間する方向に付勢する第１のばね手段と、上記浮動ピストンには力を及ぼすことなく、上記弁座体を上記メジャリングカプセル側に移動付勢して定位置に保持する第２のばね手段と；を有し、
   上記弁座体は、上記メジャリングカプセルが拡張するとき、上記運動伝達ロッド及び弁体を介して、上記定位置から上記第２のばね手段の付勢力に抗して移動すること、
   を特徴とする空気レギュレータ。
2. 請求項１記載の空気レギュレータにおいて、上記第２のばね手段は、上記制御室圧力が大気圧のとき、上記メジャリングカプセルの拡張力によって撓み、上記弁座体の上記主弁側への移動を許容する空気レギュレータ。
3. 請求項１または２記載の空気レギュレータにおいて、
   上記１次圧力導入口と背圧室を連通させる通路及び上記２次圧力取出口と背圧室を連通させる通路にはそれぞれ、固定絞りが配置されている空気レギュレータ。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項記載の空気レギュレータにおいて、
   上記主弁は上記浮動ピストンに臨む排気弁部を一体に有し、上記浮動ピストンは該浮動ピストンの位置に応じ該排気弁部と接離する弁座部を一体に有し、該弁座部が排気弁部から離間するとき上記２次圧力取出口を大気に連通させる空気レギュレータ。

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