JP6974834B2

JP6974834B2 - レギュレータ

Info

Publication number: JP6974834B2
Application number: JP2017193078A
Authority: JP
Inventors: 直也末永
Original assignee: Nikki Co Ltd
Current assignee: Nikki Co Ltd
Priority date: 2017-10-02
Filing date: 2017-10-02
Publication date: 2021-12-01
Anticipated expiration: 2037-10-02
Also published as: US10871789B2; JP2019067216A; CN109595369A; CN109595369B; US20190101942A1; EP3462272A1; EP3462272B1

Description

本発明は、高圧の流体を所望の圧力に減圧する際に用いられるレギュレータに関する。

調圧室内の圧力変動によりピストンを介して調圧バルブを開閉し、高圧流体の流量を制御するレギュレータは例えば実開昭５２−９２４３６号公報に提示されているように旧くから知られており、例えば燃料タンクに貯留したＣＮＧなどの高圧燃料をエンジンに供給する際などの調圧器などに利用されている。

図５乃至図８は前記従来のレギュレータの一例を示すものであり、本体部１に貫通して形成した筒状の通路２における一方の開口端を高圧流体の導入口２１、他方の開口端を減圧流体の取出口２２としており、前記導入口２１および取出口２２には高圧流体を気密に導入するための入口カバー２３および調圧した調圧流体を気密に取り出すための出口カバー２４がそれぞれ配置されている。

また、内側に円筒形状の弁座シート３１がその外周端面に突設した外周突縁を嵌合凹部に嵌め込み設置されるとともに前記通路２の軸線方向への貫通孔３２を形成した隔壁であるシート保持部材３３を有する弁座３が前記通路２における前記導入口２１の内方に配置されており、前記通路２の前記弁座シート３１の導入口２１側方向に調圧室４が形成されている。

更に、前記通路２の前記調圧室４と前記取出口２２との間に前記弁座３の弁座シート３１に密接可能な先端面５１を有するとともに両端を開放した筒状の連通通路５２を有する調圧弁体５と前記調圧弁体５の前記通路２における取出口２２側の外周に包囲して形成された前記調圧弁体５よりも大径のピストン部６とからなるピストン調圧弁７が前記通路２の軸線方向に摺動可能に配置されている。

更にまた、前記ピストン部６にはその周囲において前記調圧室４と同軸上に並行して設けられた大気室６１内に配置された所定の荷重を有する調圧ばね８により前記通路２の取出口２２方向に付勢されている構成であり、前記導入口２１から導入される高圧流体が前記弁座３の弁座シート保持部材３３に形成した貫通孔３２を介して前記弁座シート３１に向かい合うように設けられた調圧室４へ導入されて連通通路５２が形成された調圧弁体５を通過して前記調圧弁体５と接合されたピストン部６に作用する流体の圧力による荷重と調圧室４とは逆側にピストン部６に作用する調圧ばね８による荷重が釣り合うことにより前記弁座シート３１と調圧弁体５の開口面積を変化させて前記調圧室４の流体圧力を制御することで所望の圧力に調整した流体を取出口２２から取り出すものである。

実開昭５２−９２４３６号公報

しかしながら、前記従来のレギュレータの減圧構造においては、組み立て時に前記出口カバー２４を取り付ける前の取出口２２から、調圧ばね８を挿入し、その後ピストン調圧弁７を挿入することになり調圧ばね８の荷重が作用する弁座シート保持部材３３、弁座シート３１、ピストン調圧弁７、本体部１の各寸法公差や調圧ばね８のセット点の荷重バラツキにより、製品間の個体差が大きかった。

また、図７および図８に示したように、本体部１の取出口２２から、調圧ばね８を挿入し、その後、ピストン調圧弁７を挿入することになるため弁座シート３１と調圧弁体５のシート径（ｄｓ）は調圧弁体５の外周部の高圧燃料気密シール９１の径（ｄｂ）に対し小さく設定する必要があった。

ここで、導入口２１の導入圧力をＰｉｎ、調圧ばね８がピストン調圧弁７を開方向に与える荷重をＦｓｐ、取出口２２の取り出し圧力をＰｏｕｔ、ピストン調圧弁７における調圧弁体５の連通通路５２の内径をｄ、ピストン部６の受圧径をｄｐとするとピストン調圧弁７に付加される荷重のつりあい式は次の式（２）の通りとなる。

更に整理すると、以下の式（３）となる。

ここで、ｄｓ＜ｄｂとなることから燃料入口圧力（Ｐｉｎ）が大きいほど開方向の荷重が大きくなるため、導入圧力（Ｐｉｎ）によって取り出し圧力（Ｐｏｕｔ）が大きくバラツクという問題があった。

また、流量遮断時には弁座シート３１の平面に対し調圧弁体５の円筒先端を押付けるため、弁座シート３１の接触面の平面度やピストン調圧弁７の軸に対する弁座シート３１の調圧弁体５への接触面の直角度、調圧弁体５と弁座シート３１の軸ずれによって、局部的な応力発生による弁座シート３１の破損やリーク不良等による機能損失に発展する問題があった。

本発明は、前記問題点を解決するためになされたものであり、調圧ばね８の荷重が弁座シート保持部材３３、弁座シート３１、ピストン調圧弁７、本体部１の各寸法公差や調圧ばね８のセット点の荷重バラツキによる製品間の個体差をなくすとともに、弁座シート３１の破損やリーク不良等による機能損失のないレギュレータを提供することを課題とする。

前記課題を解決するためになされた本発明であるレギュレータは、本体部に貫通して形成した筒状の通路における一方の開口端を高圧流体の導入口、他方の開口端を減圧流体の取出口とし、前記通路における前記導入口の内方に弁座シートを内側に有するとともに前記通路の軸線方向への貫通孔を形成した弁座シート保持部材からなる弁座を介して調圧室を配置し、前記通路の前記調圧室と前記取出口との間に前記弁座シートに密接可能な先端面を有するとともに両端を開放した筒状の連通通路を有する調圧弁体と前記調圧弁体の前記通路における取出口側の外周に包囲して形成されたピストン部とからなるピストン調圧弁が前記通路の軸線方向に摺動可能に且つ前記ピストン部の周囲において前記調圧室と同軸上に並行して設けられた大気室内に配置された所定の荷重を有する調圧ばねにより前記通路における取出口方向に付勢されており、前記導入口から導入される高圧流体が前記弁体の弁座シート保持部材に形成した貫通孔を介して弁座シートと前記弁座シートに向かい合うように設けられた調圧室へ導入されて連通通路が形成された調圧弁体を通過して前記調圧弁体と接合されたピストンに作用する流体の圧力による荷重と調圧室とは逆側にピストンに作用する調圧ばねによる荷重が釣り合うことにより前記弁座シートと調圧弁体の開口面積を変化させて前記調圧室の流体圧力を制御することで所望の圧力に調整した流体を取出口から取り出すレギュレータにおいて、前記ピストン調圧弁を形成する前記弁座シートに密接する調圧弁体とその外周に包囲して形成される前記調圧ばねを作用させるピストン部が別体に形成されており、前記導入口か通路に挿入した前記調圧弁体と前記取出口から通路に挿入したピストン部を互いに所望の軸線方向位置で嵌合して後、圧入または溶接の少なくとも一方の手段にて固定したことを特徴とする。

本発明によれば、組み立て時に調圧ばねを指定荷重位置でセットできるようになることから調圧ばねの荷重が作用する弁座シート保持部材、弁座シート、ピストン調圧弁、本体部の各寸法公差や調圧ばねのセット点の荷重バラツキによる製品間の個体差が生じることを防ぐことができ、均一の品質を保つことができる。

殊に、本発明において、前記導入口か通路に挿入した前記調圧弁体と前記取出口から通路に挿入したピストン部を互いに所望の軸線方向位置で嵌合する際にばね荷重をモニタリングし、指定荷重となった状態で固定することにより容易且つ確実に調圧ばねを指定荷重位置でセットすることかできる。

更に、本発明において、前記弁座シートの径が前記弁座シートに対向して配置される前記通路の内周面と前記調圧弁体の外周との間に嵌挿される高圧燃料室気密シール径と同径とすることにより、調圧弁体に付加される導入口側からの高圧流体の圧力荷重が相殺されて取出口側の圧力を安定させることができる。

加えて、前記調圧弁体の弁座シート側内周先端が先端方向に向けて拡開するテーパ形状に形成されている場合、前記弁座シートが弾性を有した高分子材料により形成された緩衝材を介して前記弁座シート保持部材に形成した凹部に前記通路の軸線方向に摺動可能に設置されており、調圧弁体と弁座シートの均一な接触を可能とした場合には閉鎖時に弁座シートと調圧弁体が確実に密接させて閉鎖させることができる。

本発明によれば、個体差によるバラツキが解消されるとともに閉鎖時に弁座シートと調圧弁体が確実に密接させて閉鎖させることができる。

本発明における実施の形態の閉弁時を示す断面図。図１に示した実施の形態の開弁時を示す断面図。図１に示した実施の形態の閉弁時を示すピストン調圧弁部分を拡大した断面図。図１に示した実施の形態の閉弁時を示す弁座部分を更に拡大した断面図。従来例における実施の形態の閉弁時を示す断面図。図５に示した従来例の開弁時を示す断面図。図５に示した従来例の閉弁時を示すピストン調圧弁部分を拡大した断面図。図５に示した従来例の閉弁時を示す弁座部分を更に拡大した断面図。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。

図１乃至図４は、本発明における好ましい実施の形態の断面図を示すものであり、全体の構成は前記図５乃至図８に示した従来例とほぼ同様であり、それらの部分については詳細な説明を省略する。また、前記従来例と同一構成部には同一符号を付して説明する。

そして、特に前記従来例と異なる点は、まず、ピストン調圧弁７が形成する弁座シート３１に密接する円筒状の調圧弁体５とその外周に包囲して形成される調圧ばね８を作用させる円筒体からなるピストン部６が別体に形成されている点である。

本実施の形態は、前記別体に形成されているピストン調圧弁７を形成する調圧弁体５とその外周に包囲して形成されるピストン部６が密接状態で圧接可能な口径に差し込み可能に形成されていると好ましく、組み立て時にピストン部６と分離した前記調圧弁体５を導入口２１から通路２に挿入し、ピストン部６を取出口２２から通路２に挿入し、通路２内で互いに軸線方向に所定位置に嵌挿することで両者の仮止めが可能であると好ましい。

更に、本実施の形態では、前記円筒状で内部に連通通路５２を有する調圧弁体５のシート弁３１への接触側先端は先端に向けて拡大するテーパ形状としており、逆側の先端は前記ピストン部６の中央部の連結孔６２で接合する形状とし、外周部は高圧燃料気密シール９１を介して本体部１にガイドされる。また、ピストン部６は外周部がシール部材９２を介して本体部１にガイドされている。

殊に、本実施の形態では、調圧弁体５の弁座シート３１との接触部のシート径（Ｄｓ）は調圧弁体５の外周部に設けられた弁座シート３１と調圧弁体５間のシート径（Ｄｂ）に対し同等となっている。

更にまた、弁座３を形成する弁座シート保持部材３３は燃料気密保持用の入り口カバー２３と弁座シート保持部材３３の間に例えば摺動性が高い弾性を有した高分子材料を使用したＯ−ＲＩＮＧからなる緩衝材９３を介して、本体部１内部の段差１１との間で挟み込み前記緩衝材９３の弾性力のみで半固定しており、弁座３の弁座シート保持部材３３が軸直方向にスライドできる構造となっている。

以上の本実施の形態は、ほぼ全体の構成ならびに減圧の方法は前記図５乃至図８に示した従来例とほぼ同様であるが、前記ピストン調圧弁７が形成する弁座シート３１に密接する円筒状の調圧弁体５とその外周に包囲して形成される調圧ばね８を作用させる円筒体からなるピストン部６が別体に形成されており、組立時に導入口２１から通路２に挿入した調圧弁体５と取出口２２から通路２に挿入したピストン部６を互いに所望の軸線方向位置で嵌合し、調圧ばね８の荷重が指定荷重になった位置で調圧弁体５とピストン部６とを例えば溶接などにより固定してピストン調圧弁７を構成するものである。

従って、関連部品である弁座シート保持部材３３，弁座シート３１、ピストン部６、調圧弁体５、本体部１の各寸法や調圧ばね８の荷重バラツキ等があったとしても一定荷重にてセットが可能となり、製品間の個体差が極力小さくすることが可能である。

更に、ピストン調圧弁７に作用する各荷重は図３および図４に示すように燃料入口圧力をＰｉｎ、調圧ばね８が調圧弁体５を開方向に与える荷重をＦｓｐ、燃料出口圧力をＰｏｕｔ、調圧弁体５の連通通路５２の内径をＤ、ピストン部６の受圧径をＤｐとするとピストン調圧弁７に負荷される荷重のつりあい式は前記式（１）と同様になり、更に整理すると、前記の式（２）と同様になる。

ここで、Ｄｓ≒Ｄｂとすることで、上記式（２）、式（３）は更に整理され以下の式（４）のようになる。

従って、ピストン調圧弁７に付加される燃料入口圧力（Ｐｉｎ）の荷重は相殺することが可能であり、また、本実施の形態では、前記弁座３を形成する弁座シート３１の径が弁座シート３１に対向して配置される通路２の内周面と前記調圧弁体５の外周との間に嵌挿される高圧燃料気密シール９１の径と同径に形成されており、調圧弁体５付加される導入口２１側からの高圧流体の圧力荷重が相殺されて取出口側２２の減圧圧力を安定させることができる。

加えて、調圧弁体５弁座シート３１側内周先端が先端方向に向けて拡開するテーパ形状に形成されているとともに、弁座シート３１は例えば弾性材により形成された気密部材を介して弁座シート保持部材３３形成した凹部に通路２の軸線方向に摺動可能に設置されている。

そのため、弁座シート３１と調圧弁体５の連通通路が閉塞されて燃料を遮断する際には、弁座シート３１と調圧弁体５の接触部に連動して弁座シート３１を保持する弁座シート保持部材３３がスライド移動し、調圧弁体５と弁座シート３１の同軸が確保され、弁座シート３１と調圧弁体５の接触面が均一化されることにより開弁時の開口面積も均一になり、閉鎖時に弁座シート３１に調圧弁体５を確実に密接させて閉鎖させることができる。更に、調圧弁体５弁座シート３１側内周先端が先端方向に向けて拡開するテーパ形状に形成されていることと相俟って弁リーク防止、調圧性能の安定化、製品間バラツキの抑制効果を自動的に得ることが可能となる。

特に、本実施の形態では、組立時に調圧ばね８の荷重を測定しながら指定荷重位置で調圧弁体５とピストン部６とが固定可能であり、通常は溶接などで固定するが、調圧弁体５とピストン部６とが互いに圧接して嵌合可能な場合において、使用する流体の圧力がさして高圧でなければ圧入状態で嵌合させた仮止め状態で強度と気密性を確保でき、溶接処理を廃止することでコスト低減も図れる。

１本体部、２通路、３弁座、４調圧室、５調圧弁体、６ピストン部、７ピストン調圧弁、８調圧ばね、２１導入口、２２取出口、２３入力カバー、２４出口カバー、３１弁座シート、３２貫通孔、３３弁座シート保持部材、５１先端面、５２連通通路、６１大気室、６２連結孔、９１高圧燃料気密シール、９２シール部材、９３緩衝材

Claims

本体部に貫通して形成した筒状の通路における一方の開口端を高圧流体の導入口、他方の開口端を減圧流体の取出口とし、前記通路における前記導入口の内方に弁座シートを内側に有するとともに前記通路の軸線方向への貫通孔を形成した弁座シート保持部材からなる弁座を介して調圧室を配置し、前記通路の前記調圧室と前記取出口との間に前記弁座シートに密接可能な先端面を有するとともに両端を開放した筒状の連通通路を有する調圧弁体と前記調圧弁体の前記通路における取出口側の外周に包囲して形成されたピストン部とからなるピストン調圧弁が前記通路の軸線方向に摺動可能に且つ前記ピストン部の周囲において前記調圧室と同軸上に並行して設けられた大気室内に配置された所定の荷重を有する調圧ばねにより前記通路における取出口方向に付勢されており、前記導入口から導入される高圧流体が前記調圧弁体の弁座シート保持部材に形成した貫通孔を介して弁座シートと前記弁座シートに向かい合うように設けられた調圧室へ導入されて連通通路が形成された調圧弁体を通過して前記調圧弁体と接合されたピストンに作用する流体の圧力による荷重と調圧室とは逆側にピストンに作用する調圧ばねによる荷重が釣り合うことにより前記弁座シートと調圧弁体の開口面積を変化させて前記調圧室の流体圧力を制御することで所望の圧力に調整した流体を取出口から取り出すレギュレータにおいて、
前記ピストン調圧弁を形成する前記弁座シートに密接する調圧弁体とその外周に包囲して形成される前記調圧ばねを作用させるピストン部が別体に形成されており、前記導入口から通路に挿入した前記調圧弁体と前記取出口から通路に挿入したピストン部を互いに所望の軸線方向位置で嵌合して後、各製品毎にばね荷重をモニタリングし、指定荷重となった状態で圧入または溶接の少なくとも一方の手段にて固定したことを特徴とするレギュレータ。
前記ばね荷重をモニタリングする際に、次式（１）を用いて「指定荷重」を算出することを特徴とする請求項１記載のレギュレータ。
前記調圧弁体の弁座シート側内周先端が先端方向に向けて前記弁座シートの径よりも大径に拡開するテーパ形状に形成されているとともに、前記弁座シートの径が前記弁座シートに対向して配置される前記通路の内周面と前記調圧弁体の外周との間に嵌挿される高圧燃料室気密シール径と同径であることを特徴とする請求項１または２記載のレギュレータ。
前記調圧弁体の内周面と接する前記弁座シートの外周面が丸みを帯びた形状であることを特徴とする請求項３記載のレギュレータ。
弁座シートが弾性を有した高分子材料により形成された緩衝材を介して前記通路の軸直方向に摺動可能に設置された前記弁座シート保持部材に形成した凹部に設置されており、調圧弁体と弁座シートの均一な接触を可能としたことを特徴とする請求項１，２，３または４記載のレギュレータ。