JP6529926B2 - 圧力調整ドレン弁 - Google Patents

Description

本発明は、液体の圧力を調整する圧力調整ドレン弁に係り、特に、圧力を調整する液体の流入口および排出口を備えた圧力調整ドレン弁に関する。

一般的に、高圧ポンプによって高圧水等の高圧の液体を生成する高圧液体回路では、液体の圧力を調整する圧力調整弁、および昇圧用・降圧用の昇降圧弁（リリーフ弁やドレン弁）の２つの弁を別に設けて使用されることが多い。
また、従来、圧力調整弁と昇降圧弁との２つの機能を持たせた圧力調整弁が知られている（例えば、特許文献１，２）。

特許文献１に記載された圧力調整弁は、弁体（２２）と同軸に可動する制御ピストン（１２）を設けて、弁ばねの力を変化させて最高圧力を調整することができる。制御ピストン（１２）は、送出ポンプ（３４）の圧力によって弁体（２２）に対して位置を変えることができる。

特許文献２に記載された圧力調整弁は、高圧水の流通路に開口する弁孔（２１）を開閉する弁体（４）をエアーシリンダー機構によって制御する。弁体（４）は、エアーシリンダー機構を構成するピストン（５２）によって押圧され、所定圧力のもとに弁孔（２１）を閉鎖する。ピストン（５２）の移動速度は、ピストンロッド側の空室（５１ｂ）内に封入した圧縮エアの流出量を調整する流量調整弁（５７）で制御する。

特開昭５７−１６１３７４号公報（第３頁の右上欄から右下欄） 実開昭４９−９２５２６号公報（実用新案請求の範囲）

しかしながら、特許文献１に記載された圧力調整弁では、送出ポンプ（３４）の圧力によって制御ピストン（１２）の位置を変えて調整するため、脈動の影響を受けやすく、設定した圧力値に安定して保持しにくいという問題があった。

特許文献２に記載された圧力調整弁では、エアーシリンダー機構を構成するピストンの移動を制御する圧縮エアのエア圧が不安定な場合には、高圧水の圧力が変動して安定しにくいという問題があった。

そこで、本発明は、前記した問題点を解決すべく、一つの弁で液体の圧力を調整する圧力調整弁と昇圧用・降圧用の昇降圧弁との２つの機能を有し、安定して液体を設定圧力に昇圧して保持することができる圧力調整ドレン弁を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、圧力を調整する液体の流入口および前記液体を排出する排出口が形成された液体室と、前記排出口から所定流量の液体を排出して前記液体の圧力を調整する液体圧力調整機構と、を有する圧力調整ドレン弁であって、前記液体圧力調整機構は、前記排出口に対して進退自在に配設され当該排出口を閉塞または開放する弁体と、前記排出口を閉塞する方向に所定の押圧力を付与して前記弁体を押圧する弾性部材と、前記弾性部材の後端部を支持する支持部材と、この支持部材を前記弾性部材の押圧方向に進退させて前記押圧力を調整するねじ部を有する押圧力調整機構と、前記支持部材を前記押圧方向に往復移動させるピストンシリンダ機構を有する前記液体の昇降圧機構と、を備え、前記ピストンシリンダ機構は、シリンダと、このシリンダ内に収容されたピストンと、前記シリンダの後部に圧力流体を供給して前記ピストンを前進方向に移動させる圧力流体供給口と、前記ピストンの前進方向の移動を規制するストッパ部材と、を備え、前記支持部材は、前記弾性部材の後端部に当接する弾性部材保持部と、前記弾性部材保持部の中心から後方へ向けて軸方向に沿って立設され、前記ねじ部を介して前記ピストンに連結されている軸部材と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る圧力調整ドレン弁は、圧力を調整する液体（高圧水等）の流入口および前記液体を排出する排出口を有する液体室を備えたことで、排出口から液体を排出して迅速に降圧するドレン弁としての機能を有するとともに（降圧動作）、圧力を調整する液体の圧力が所定の圧力よりも高くなった場合には、前記排出口から所定流量の液体を排出して前記液体の圧力を調整する液体圧力調整機構を備えたことで、液体の圧力を所定の圧力に保持する圧力調整弁として機能を有する（昇圧動作および圧力調整動作）。

このため、本発明に係る圧力調整ドレン弁は、昇降圧弁としての機能と圧力調整弁としての機能を一まとまりに構成することで、小型化して設置スペースを削減することができる。

本発明に係る圧力調整ドレン弁において、前記液体圧力調整機構は、前記排出口を閉塞する方向に所定の押圧力を付与して前記弁体を押圧する弾性部材を備えたことで、所定の押圧力を安定して付与することができるため、安定して液体を設定圧力まで昇圧し（昇圧動作）、保持することができる（圧力調整動作）。また、前記液体圧力調整機構は、支持部材を進退させて押圧力を調整するねじ部を有する押圧力調整機構を備えたことで、簡易な構成で支持部材を進退させて押圧力を所定値に設定することができる（ねじ部による押圧力調整機能）。

また、本発明に係る圧力調整ドレン弁は、前記支持部材を前記押圧方向に往復移動させるピストンシリンダ機構を備えたことで、前記液体の昇圧動作および降圧動作を迅速に行うことができる。

つまり、ピストンシリンダ機構によって前記支持部材を後退させることで、前記押圧力を開放し前記排出口から前記液体を排出して、迅速かつ確実にドレン動作（降圧動作）を行うことができる。

また、ピストンシリンダ機構によって前記支持部材を押圧方向に前進させることで、弾性部材に対して所定の撓み量を与えることができるため、弾性部材が発生する押圧力を安定して保持することができる（昇圧動作および圧力調整動作）。

このようにして、本発明に係る圧力調整ドレン弁は、一つの弁で液体の圧力を調整する圧力調整弁と昇圧用・降圧用の昇降圧弁との２つの機能を有し、別に圧力調整弁またはリリーフ弁（ドレン弁）を設ける必要がなくなるとともに安定して液体を設定圧力まで昇圧して保持することができる。

また、前記シリンダの後部に圧力流体を供給して前記ピストンを前進方向に移動させる圧力流体供給口を備えたことで、圧力流体供給口から圧縮エア等の圧力流体を供給することによって前記支持部材を押圧方向に前進させることができる。
また、前記ピストンの前進方向の移動を規制するストッパ部材を備えたことで、前記ピストンの前進端を高精度に規制することができるため、弾性部材の撓み量を高精度に規制するとともに弾性部材が発生する押圧力をより安定して保持することができる。

また、前記圧力流体供給口から圧力流体を排出することで、前記押圧力を開放し前記排出口から前記液体を排出することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の圧力調整ドレン弁であって、ドレン動作において、前記昇降圧機構は、前記支持部材を後退させて前記押圧力を開放し前記排出口から前記液体を排出すること、を特徴とする。

請求項２に係る発明によれば、ピストンシリンダ機構によって迅速かつ確実に前記押圧力を開放し前記排出口から前記液体を排出して降圧することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の圧力調整ドレン弁であって、圧力調整動作において、前記液体圧力調整機構は、前記昇降圧機構によって前記支持部材を前記弾性部材の押圧方向に移動させた状態で支持するとともに、前記弁体は前記弾性部材によって前記排出口を閉塞する方向に押圧力を受けながら当該排出口から所定流量の液体を排出して前記液体の圧力を調整すること、を特徴とする。

請求項３に係る発明によれば、前記昇降圧機構によって前記支持部材を前記弾性部材の押圧方向に移動させた状態で支持することで、弾性部材に対して所定の撓み量を与えて、弾性部材が発生する押圧力を安定して保持することができる。

また、前記排出口を閉塞する方向に所定の押圧力を付与して前記弁体を押圧することで、前記液体の圧力に応じて前記排出口から所定流量の液体を排出して前記液体の圧力を調整することができる（余水ドレンによる圧力調整動作）。

本発明に係る圧力調整ドレンは、液体の圧力を調整する圧力調整弁と昇圧用・降圧用の昇降圧弁との２つの機能を有し、別に圧力調整弁またはリリーフ弁（ドレン弁）を設けることなく安定して液体を設定圧力まで昇圧して保持することができる。

本発明の実施形態に係る圧力調整ドレン弁の構成および動作を説明するための正面断面図であり、昇圧時および圧力調整時における動作を示す。 本発明の実施形態に係る圧力調整ドレン弁の動作を説明するための正面断面図であり、降圧時における全量ドレンの様子を示す。 本発明の実施形態に係る圧力調整ドレン弁の動作を説明するための正面断面図であり、ねじ部により押圧力を調整（設定）するときの様子を示す。

本発明の実施形態に係る圧力調整ドレン弁１について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。圧力調整ドレン弁１は、例えば、ウォータージェット加工機（不図示）等に使用する高圧の液体Ｑ（高圧水）の圧力を調整する圧力調整機能付きのドレン弁である。圧力調整ドレン弁１は、圧力調整弁、並びに、昇圧および降圧を制御する昇降圧弁（リリーフ弁やドレン弁）の２つの機能を有する。

圧力を調整する液体Ｑ（高圧水）は、例えば高圧ポンプ（不図示）等で生成され、液圧流路（不図示）を流通して、ウォータージェット加工機（不図示）の噴射ノズル（不図示）等まで供給される。

圧力調整ドレン弁１は、図１に示すように、円筒形状をなした筐体２と、筐体２の先端部（図１の下方）に配設された液体室３と、液体Ｑの圧力を調整する液体圧力調整機構４と、を備えている。

なお、本実施形態に係る圧力調整ドレン弁１において、説明の便宜上、筐体２の中心軸方向に対して液体室３が配設された部分を前部（図１の下方）といい、反対側（図１の上方）の部分を後部という。

筐体２は、液体圧力調整機構４等の構成要素を収容するための基体となる部材である。
液体室３は、液圧流路（不図示）を流通する液体Ｑを導入するための空間であり、液体Ｑの流入口３１と、流入口３１から導入された液体Ｑを排出する排出口３２と、を備えている。

液体室３では、流入口３１から流入した液体Ｑを排出口３２から排出する。液体圧力調整機構４は、液体Ｑの圧力に応じて所定量の液体Ｑ１を排出口３２から排出して、液体Ｑの圧力を調整（余水ドレン）する。

液体圧力調整機構４は、排出口３２の開口縁部に配設された弁座３３と、排出口３２を閉塞または開放させる弁体３４と、排出口３２を閉塞する方向に所定の押圧力Ｐを付与して弁体３４を押圧する弾性部材５と、弾性部材５の後端部を支持する支持部材６と、支持部材６を弾性部材５の押圧方向に進退させて押圧力Ｐを調整するねじ部６３を有する押圧力調整機構Ｆと、支持部材６を押圧方向に往復移動させるピストンシリンダ機構９を有する液体Ｑの昇降圧機構Ｔと、を備えている。

弁座３３は、排出口３２の開口縁部に沿う形状をなした円環状の部材である。
弁体３４は、弁座３３に嵌入されて排出口３２を閉塞する棒状をなした弁部３４ａと、弁部３４ａの先端部に形成された先細りのテーパ部３４ｂと、弁部３４ａに連結された円板形状をなした弁体保持部３４ｃと、を備えている。弁体３４は、筐体２の内周部にガイドされるように弁座３３に対して進退自在に収容されている。

テーパ部３４ｂは、弁座３３の内周部に当接するように挿通されて排出口３２を閉塞することができる。弁体保持部３４ｃは、弾性部材５の先端部に当接され、弾性部材５が発生する押圧力Ｐ（弁体３４を弁座３３に押し付ける力）を受け止める。

テーパ部３４ｂは、液体Ｑからの圧力を受けると弁体３４を上向きに移動させる分力を発生させる。この上向きの分力は液体Ｑの圧力が高くなるほど大きくなる。そのため、液体Ｑの圧力が高くなり、分力が押圧力Ｐよりも大きくなると、液体Ｑの圧力の上昇とともに弁体３４は徐々に後部方向へ移動して排出口３２が開放され、排出口３２からの余水ドレンＱ１の量も増大する。また、液体Ｑの圧力が低くなるほど上向きの分力が小さくなるため、排出口３２からの余水ドレンＱ１の量は減少する。

液体Ｑの圧力と押圧力Ｐが均衡した状態のとき、弁体３４は、排出口３２に対して浮遊した状態で全開する。弁体３４が全開になると、液体Ｑは設定圧力になる。換言すれば、液体Ｑの圧力に対して押圧力Ｐが均衡する位置まで弁体３４は移動するため、液体Ｑの設定圧力と押圧力Ｐが均衡するように、押圧力調整機構Ｆによって押圧力Ｐの大きさを適正に調整することで、液体Ｑの設定圧力を調整できる。

弾性部材５は、撓みやねじり等の弾性変形によって押圧力Ｐを発生する部材であり、コイルスプリングやゴムスプリング等の種々のばね部材を使用することができる。弾性部材５は、弾性部材５の先端部が弁体保持部３４ｃに当接するように筐体２に収容されている。

支持部材６は、先端部が円板形状をなした弾性部材保持部６１と、弾性部材保持部６１の中心から筐体２の軸方向に沿って立設された軸部材６２と、軸部材６２に形成されたねじ部６３と、を備えている。
弾性部材保持部６１は、弾性部材５の後端部に当接している。ねじ部６３は、支持部材６とピストンシリンダ機構９を構成するピストン９２とを連結するとともに、ピストンシリンダ機構９と弾性部材保持部６１との距離（位置関係）を調整する連結手段である。

かかる構成により、弾性部材５は、外周部が筐体２の内側でガイドされ、先端部が弁体保持部３４ｃで支持され、後端部が弾性部材保持部６１で支持されている。

〈昇降圧機構〉
昇降圧機構Ｔは、昇圧動作および圧力調整動作を行う場合には、ピストンシリンダ機構９によって、支持部材６を弾性部材５の押圧方向に移動させる。昇圧後、液体Ｑの圧力が設定値よりも高くなると、排出口３２から所定流量の液体Ｑ１を排出して液体Ｑの圧力を調整する圧力調整動作に移行する。

一方、降圧動作であるドレン動作（全量ドレン）を行う場合には、図２に示すように、支持部材６を後退させて押圧力Ｐを開放し弁体３４を後部方向に移動させて排出口３２を開き液体Ｑ２を排出する。
なお、ドレン動作（全量ドレン）は、作業者が作業の終了時に行ってもよいし、予め所定のドレン圧を設定して、このドレン圧に到達したことを検知して自動的に行ってもよい。所定のドレン圧は、圧力調整ドレン弁１が使用される目的や仕様に応じて初期設定等によって適宜設定される。

ピストンシリンダ機構９は、図１に示すように、筐体２の後部に固定されたシリンダ９１と、シリンダ９１内で筐体２の軸方向に往復移動自在に配設されたピストン９２と、ピストン９２の軸方向に形成されたねじ穴９３と、ピストン９２を前進方向に移動させる圧力流体供給口９４と、を備えている。

ピストンシリンダ機構９は、図示しない制御装置によって、圧力流体供給口９４から圧力流体である圧縮エアＡをシリンダ９１内に供給してピストン９２を前進方向に移動させる。また、圧縮エアＡをシリンダ９１内から開放するとピストン９２を後退方向に移動する。ピストン９２を前進方向に移動させると、排出口３２を閉塞することが可能な状態になる。ピストン９２が後退方向に移動すると、排出口３２は開放される（図３参照）。

なお、「排出口３２を閉塞することが可能な状態」とは、ピストン９２が前進方向に移動して排出口３２を閉塞することが可能な状態において、押圧力Ｐが作用している状態で、液体Ｑの圧力に応じて、所定量の液体Ｑ１が排出口３２から排出される状態（余水ドレン）を含む。すなわち、昇圧動作中において、液体圧力調整機構４により排出口３２が開放されて余水ドレンが行われている状態（圧力調整動作）を含む。

シリンダ９１は、ピストン９２の前進方向の移動を規制するストッパ部材である前壁９１ａと、ピストン９２の後退方向の移動を規制する後壁９１ｂと、ピストン９２の外周部を往復移動自在にガイドするガイド壁９１ｃと、を備えている。

ピストン９２は、円盤状に形成された本体部９２ａと、本体部９２ａから後方に突出して形成されたボス部９２ｂと、本体部９２ａの外周部に配設されたシール部材９２ｃと、を備えている。
ねじ穴９３は、ボス部９２ｂに形成されている。ねじ穴９３は、ねじ部６３と螺合している。ねじ穴９３とねじ部６３を螺合することで、押圧力調整機構Ｆが機能する。

〈押圧力調整機構〉
押圧力調整機構Ｆは、弾性部材５が弁体３４を弁座３３に付勢する押圧力Ｐを調整する機構である。かかる構成により、ピストン９２に対してねじ部６３を回転させて支持部材６を弾性部材５の押圧方向に進退させて押圧力Ｐを調整する。

具体的には、液体Ｑの圧力を高く設定する場合、ねじ部６３を前進方向にねじ込むことで、弾性部材５による押圧力Ｐを増大させる。また、図３に示すように、液体Ｑの圧力を低く設定したい場合、ねじ部６３を後退方向に移動させて、弾性部材５による押圧力Ｐ１を減少させる（Ｐ１＜Ｐ）。

例えば、図３に示すように、ねじ部６３を後退方向に移動させて液体Ｑの圧力を低く設定した状態から、図１に示すように、ねじ部６３を前進方向にねじ込むことで、弾性部材５による押圧力Ｐを増大させ、液体Ｑの圧力を設定する。弾性部材５の押圧力Ｐを図３に示す押圧力Ｐ１よりも大きく設定した場合には（Ｐ１＜Ｐ）、排出口３２から排出される所定量の液体Ｑ１の排出量が少なくなるので液体Ｑの圧力は高くなる。

以上のように構成された圧力調整ドレン弁１の動作について、図１から図３を参照しながら説明する。
圧力調整ドレン弁１は、図１に示すように、昇圧動作および圧力調整動作を行う場合は、ピストンシリンダ機構９により、圧力流体供給口９４から圧縮エアＡをシリンダ９１内に供給してピストン９２を前壁９１ａに当接させて支持部材６を前進方向に移動させる。

支持部材６を前進方向（弾性部材５の押圧方向）に移動させると、弾性部材５が押圧されて押圧力Ｐを発生する。このように、支持部材６により支持された弾性部材５の押圧力Ｐによって、弁体３４が排出口３２を閉塞する。

このとき、排出口３２は押圧力調整機構Ｆにより設定した所定の押圧力Ｐで閉塞されるため、液体Ｑの圧力が設定値よりも高くなると排出口３２から所定流量の液体Ｑ１，Ｑ２が排出され、液体Ｑの圧力が調整される（余水ドレンによる圧力調整動作）。

［全量ドレン動作］
一方、ドレン動作（全量ドレン）を行う場合には、圧力調整ドレン弁１は、図３に示すように、昇降圧機構Ｔを構成するピストンシリンダ機構９によって、圧力流体供給口９４内から圧縮エアＡを開放することでピストン９２を後壁９１ｂに当接するよう移動させて支持部材６を後退させる。支持部材６を後退させることにより、排出口３２を開放し、開放された排出口３２から液体Ｑ３を排出する。

以上のように構成された本実施形態に係る圧力調整ドレン弁１は、以下のような作用効果を奏する。
すなわち、圧力調整ドレン弁１は、ピストンシリンダ機構９によって支持部材６を後退させることで、排出口３２に対する押圧力Ｐを開放し排出口３２から液体Ｑ３を排出して、迅速かつ確実にドレン動作（降圧動作）を行うことができる。

また、図１と図２に示すように、ピストンシリンダ機構９により、昇圧動作中においても弾性部材５に対して所定の撓み量を与え、弾性部材５が発生する押圧力Ｐを安定して保持できる（昇圧動作）。

このようにして、圧力調整ドレン弁１は、一つの弁で液体Ｑの圧力を調整する圧力調整弁、および昇圧用・降圧用の昇降圧弁（ドレン弁）との２つの機能を有し、別に圧力調整弁またはリリーフ弁を設けることなく安定して液体Ｑを設定圧力まで昇圧して保持することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されず、適宜変更して実施することが可能である。
例えば、本実施形態においては、ピストンシリンダ機構９を作動させる圧力流体として圧縮エアＡを使用したが、これに限定されるものではなく、油圧で作動させてもよい。

１ 圧力調整ドレン弁
２ 筐体
３ 液体室
４ 液体圧力調整機構
５ 弾性部材
６ 支持部材
９ ピストンシリンダ機構
３１ 流入口
３２ 排出口
３３ 弁座
３４ 弁体
３４ａ 弁部
３４ｂ テーパ部
３４ｃ 弁体保持部
６１ 弾性部材保持部
６２ 軸部材
６３ ねじ部
９１ シリンダ
９１ａ 前壁（ストッパ部材）
９１ｂ 後壁
９２ ピストン
９３ ねじ穴
９４ 圧力流体供給口
Ａ 圧縮エア（圧力流体）
Ｆ 押圧力調整機構
Ｐ，Ｐ１ 押圧力
Ｑ，Ｑ１，Ｑ２ 液体
Ｔ 昇降圧機構

Claims (3)

1. 圧力を調整する液体の流入口および前記液体を排出する排出口が形成された液体室と、
   前記排出口から所定流量の液体を排出して前記液体の圧力を調整する液体圧力調整機構と、を有する圧力調整ドレン弁であって、
   前記液体圧力調整機構は、
   前記排出口に対して進退自在に配設され当該排出口を閉塞または開放させる弁体と、
   前記排出口を閉塞する方向に所定の押圧力を付与して前記弁体を押圧する弾性部材と、
   前記弾性部材の後端部を支持する支持部材と、
   この支持部材を前記弾性部材の押圧方向に進退させて前記押圧力を調整するねじ部を有する押圧力調整機構と、
   前記支持部材を前記押圧方向に往復移動させるピストンシリンダ機構を有する前記液体の昇降圧機構と、を備え、
   前記ピストンシリンダ機構は、シリンダと、このシリンダ内に収容されたピストンと、前記シリンダの後部に圧力流体を供給して前記ピストンを前進方向に移動させる圧力流体供給口と、前記ピストンの前進方向の移動を規制するストッパ部材と、を備え、
   前記支持部材は、前記弾性部材の後端部に当接する弾性部材保持部と、前記弾性部材保持部の中心から後方へ向けて軸方向に沿って立設され、前記ねじ部を介して前記ピストンに連結されている軸部材と、を備えることを特徴とする圧力調整ドレン弁。
2. ドレン動作において、前記昇降圧機構は、前記支持部材を後退させて前記押圧力を開放し前記排出口から前記液体を排出すること、
   を特徴とする請求項１に記載の圧力調整ドレン弁。
3. 圧力調整動作において、前記液体圧力調整機構は、前記昇降圧機構によって前記支持部材を前記弾性部材の押圧方向に移動させた状態で支持するとともに、前記弁体は前記弾性部材によって前記排出口を閉塞する方向に押圧力を受けながら当該排出口から所定流量の液体を排出して前記液体の圧力を調整すること、
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧力調整ドレン弁。

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