JPH02267608A - 管路圧力調整器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は管路圧力調整器に関する。

〔従来の技術〕

従来、入口側の圧力変動に関わらず、出側圧力が実質的
に一定であるような圧力調整器は提供されていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、高圧源からの流体を制御された低圧力で供給
し、入側圧力に関わらず、出側圧力が実質的に一定であ
る流体管路用の管路圧力調整器を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明の要旨は。

インライン形圧力調整器であって，入口一つと出口一つ
を備えたハウジングを有し、前述のハウジングは第一チ
ャンバーを有し、前述の第一チャンバーは入口に通じ且
つ第二チャンバーに通じる第一ポートおよび第二ポート
を有し。

第二チャンバーは出口に通じる第三ポートを有し、さら
に第一および第二チャンバー内に可動に支持され且つ三
つの弁部材を備えた支持部材を有し、前述の弁部材はそ
れぞれのポートに対応し、支持部材は弁部材と第一およ
び第二ポートとの係合の程度を変化させるように第一チ
ャンバー内で可動であり、前述の支持部材は、第一およ
び第二ポートが開き且つ第三ポートが閉じる終端位置に
偏倚し、前述の支持部材は第二チャンバー内で圧力面を
支持し、それによって第二チャンバー内で流体圧力が支
持部材に加える力は、支持部材に加えられる偏倚力と対
抗して支持部材をその終端位置から調整位置に動かし、
調整位置においては第一および第二弁部材はそれぞれ第
一および第二ポートの近くに動かされ、入口に加わる流
体圧力に応じて上記ポートの開口程度を変化させること
を特徴とするインライン形圧力調整器にある。

〔実施例・作用〕

添付図面を参照しながら２本発明の二つの具体的な実施
例を作用とともに以下に説明する。

第１図、第２図および第３図に示した管路圧力調整器１
１は、高圧流体源から噴射ノズル１０に実質的に一定圧
力で流体を供給するために用いるのに最適のものである
。管路圧力調整器１１は実質的に管状のハウジング１２
を有し、前述のハウジング１２は、その側壁の中間位置
に入口１３を有し、前述の人口１３は、管状のハウジン
グ１２の内部にある第一チャンバー１４に通じる。第一
チャンバー１４の対向壁には、それぞれ第一ポート１５
および第二ポート１６が形成されている。第一ポート１
５は第一チャンバー１４の一方の側に設けた第二チャン
バー１８の一方の側に通じ、第二チャンバー１８はさら
に管状ハウジング１２の一端に設けた出口１７に通じ、
一方、第二ポート１６は第一チャンバー１４のもう一方
の側に設けた第二チャンバー１８のもう一方の側に通じ
る。第二チャンバー１８の両側の間は流体径路１９によ
って連通している。第二チャンバーは第三ポート２４を
介して出口１７と連通ずる。スピンドル状の支持部材２
０が管状ハウジング１２内に軸方向に第一ポート１５と
第二ポート１６を通って滑動可能なように配設されてい
る。支持部材２０は３つの弁部材２１゜２２および２３
を支持し、これらの弁部材２１．２２および２３は、そ
れぞれ第一ポート１５．第二ポート１６および第三ポー
ト２４に対応する。第一弁部材２１および第二弁部材２
２は、それぞれ第一ポート１５および第二ポート１６と
のクリアランスを極めて小さく且つ滑動可能な寸法に形
成されている。

第一ポート１５および第二ポート１６には第３図に示す
ように溝３１が形成され、溝３１の深さは第一チャンバ
ー１４からの距離が増すともに増大する。第一ポート１
５の場合には、溝は第一チャンバー１４から軸方向に少
し距離を置いた位置から形成され、第二ポート１６の場
合には、溝は第二ポート１６が第一チャンバー１４に面
する位置から直ぐに形成されている。溝は、流体の抵抗
を最小限にするために逃げ角がつけられているが。

最も重要なのは支持部材２０を誘導することである。出
口１７に隣接する支持部材２０の端部は第三弁部材２３
を支持し、第三弁部材２３は、支持部材２０が管路圧力
調整器が閉じる終端位置にある時に、第三ポート２４に
設けた弁座と密に係合する。

支持部材２０の外側端は第二チャンバー１８のもう一方
の側まで延び、大きな円板状のヘッド２５を有し、前述
のヘッド２５は、該ヘッドの外周と管状ハウジング１２
のもう一方の端部に設けたストップ部材２７との間に延
びる折りたたみ可能なりロージャー２６に接続されてい
る。圧縮ばね２８が折りたたみ可能なりロージャー２６
の内部であって、第二ポート１６から遠い側のヘッド２
５の面とストップ部材２７との間に設置されている。ス
トップ部材２７は、ねじを切った栓２９を有し、栓２９
はストップ部材２７に隣接するばね２８の端部を受けて
いる。栓２９がストップ部材２７の中に入８り込む程度
によって、ばね２８が支持部材２０に加える偏倚力の程
度を変化させる。ヘッド２５に隣接する支持部材の部分
には、直径を大きくしたシャンク３０が形成され、支持
部材２０がその終端位置にあり、第三弁部材２３が第三
ポートと係合する時に、シャンク３０はぴったりと且つ
滑動可能なように第二ポート１６内の溝３１に収まる。

閉位置において、第一弁部材２１は第一ポート１５の出
口側に隣接するが接触はせず、第二弁部材２２は第一チ
ャンバー１４の内部にあり、第二ポート１６に接触しな
い。第一弁部材２１．第二弁部材２２およびシャンク３
０と第一ポート１５．第二ポート１６との係合は、少な
くとも溝３１が存在することによって、密閉的なもので
はなく、その結果、対応するポートと完全に係合した場
合にも１両者の間には幾分かの流体が流れるスペースが
存在する。

入口１３に流体圧力がかからず、かつ圧力が第１図に示
すようにばね２８がもたらす偏倚力に打ち勝つのに足り
ない場合には、ばね２８がもたらす偏倚力は第三弁部材
２３と第三ポート２４とを確実に係合させ、管路圧力調
整器を閉じて、流体が管路圧力調整器を通って逆流する
のを防止する。第２図に示すように十分な流体圧力を入
口１３に加えると、流体圧力は第一ポート１５と流体径
路１９を自由に通れるので、第一ポート１５と流体径路
１９を経て第二チャンバー１８に伝わり２次にばね２８
がもたらす偏倚力に抗して第二ポート１６に隣接するヘ
ッド２５に軸方向の力を加える。

その圧力かばね２８が加える偏倚力を上回ると。

支持部材２０は管状ハウジング１２内で軸方向にストッ
プ部材２７の方向に向かって動かされ、その結果、第三
弁部材２３は第三ポート２４から離され。

流体は出口に流入し、出口における背圧は第三弁部材２
３が第三ポート２４から離れる前の背圧よりも高くなる
。第三弁部材２３の両側においてバランスする力によっ
て生ずる支持部材を出口から遠ざける方向の力の正味増
分は、支持部材２０を終端位置から急速に離れさせ、第
二の圧力調整位置に動かして、第一弁部材２１および第
二弁部材２２がそれぞれ第一ポート１５および第二ポー
ト１６と係合して第一チャンバー１４から第二チャンバ
ー１８への流れを制限する。流体径路１９は。

第二チャンバー１８の両側間に圧力差がないようにする
。第二チャンバー１８内の第一および第二ポートの出口
側における圧力は、第一弁部材２１゜第二弁部材２２の
各々と第一ポート１５．第二ポート１６との係合の程度
によって決まる。出口圧力が上昇した場合には、係合の
程度が増し、それによって絞りが増大する。このように
出口圧力は調整され、入口圧力に関わらず実質的に一定
に調整される。

一旦流れが始まると、第一弁部材２１および第二弁部材
２２はそれぞれ第一ポート１５および第二ポート１６と
係合し、入口に加えられた流体圧力の第二チャンバー１
８への伝播の程度を低減する。

最大流体圧力を入口１３に加えると、第一弁部材２１お
よび第二弁部材２２の双方がそれぞれ第一ポート１５お
よび第二ポート１６と完全に係合し、それによって両ポ
ートを通る流体の流れは、溝ならびに各弁部材とポート
との隙間によるものだけになる。

上記した第一実施例において、圧力調整の模様を概念的
に示したのが第５図である。

第１図に示すように管路圧力調整器が閉じると。

ばね２８が加える力（Ｆ３）は下記のように表すことが
できる。

Ｆｓ””　　　Ｆ！　　　Ｆ！　＋Ｆｔ　　　Ｆ＋−Ｆ
ｚ　　　Ｆｓ ”（Ｐｇ　　　ＰＡ）　　・Ａｔ　　−（Ｐｇ　　　Ｐ
ｓ）　　・Ａ。

＝　Ｐｉ　・Ａｔ　　　（Ｐｉ　　Ｐｉ）　　・Ａ。

上式において。

ＰＡは大気圧力、Ｐ、は流体の入口圧力、Ｐ２は第二チ
ャンバー内の流体圧力、Ｐ、は出口における背圧であり
、Ｐｔ、Ｐｇ、Ｐｓをゲージ圧力で表すことにすれば、
ＰＡ＝０となり。

Ａ、は第一弁部材２１または第二弁部材２２の受圧面積
、Ａ、はヘッド２５の受圧面積、Ａ３は第三弁部材２３
の受圧面積、 Ｆ、は入口の流体が第一弁部材２１又は第二弁部材２２
に及ぼす力、Ｆ２は第二チャンバー内の流体がヘッド２
５に及ぼす力、Ｆ、は第二チャンバー内の流体が第三弁
部材２３に及ぼす力である。

入口圧力Ｐ、は、同一受圧面積を有する第一弁部材２１
および第二弁部材２２との間に互いに平衡する力Ｆ、を
生じる。ヘッド２５の受圧面積Ａ！は、第三弁部材２３
の受圧面積Ａ３よりも大きい。

ヘッド２５と第三弁部材２３にそれぞれ加わる力Ｆ２と
Ｆ３の差は、ばねによって加えられる力Ｆ１と平衡する
。

流れのない状態においては、第三弁部材２３は第三ポー
ト２４を閉じ、それゆえ第一弁部材２１および第二弁部
材２２による絞りはなく、シたがって。

Ｐ　Ｉ　　−Ｐ　Ｚ　　＊ Ｐ、＝０ となる。

弁部材がちょうど閉じた状態においては、開く力と圧力
が平衡する。

すなわち。

Ｆｓ＝Ｐｇ　　・　（Ａｔ−Ａ、）　　およびＦｓ＝に
−ｘ と表せる。上式で、にはばね定数、Ｘは初期移動量であ
る。

ヘッド２５に加わる力（Ｆｚ　　Ｆ３）かばね２８の抵
抗力Ｆ、を上回ると、第三弁部材２３は第三ポート２４
から離れる。

このように、ばね２８の強度が管路圧力調整器を開くの
に必要な入口圧力Ｐ＋の値を決めることがわかる。

管路圧力調整器が開き、出口１７に向かう流れがある場
合には、前述の流れは大気圧を上回る背圧Ｐ、を発生す
る。すなわち。

Ｆ　−＝Ｐ　ｚ　　・Ａ、　−（Ｐ、−Ｐ、）　　・Ａ
。

＝Ｐ、　　・Ａｔ　　Ｐ　ｔ　　−Ａｓ　＋　Ｐｓ　　
・Ａ３となる。

第三弁部材２３を通る損失が小さく、かつ第三弁部材が
第三ポート２４から引き上げられるとともにその損失が
減少すると考えると、下記のように表せる。

Ｐ　’ｓ　＝　Ｐ　ｚ したがって、開く力と圧力は平衡し１次式のようになる
。

Ｆ、＝Ｐ、　　・Ａ２ それゆえ、流れが発生して出口１７に大気圧を上回る背
圧Ｐ３が生じると、第三弁部材を弁座から引き上げる正
味の力は急速に増大し、その結果、支持部材２０はその
調整位置に急速に移動し、その調整位置において、第一
弁部材２１および第二弁部材２２はそれぞれ第一ポート
１５および第二ポート１６と係合し、第一チャンバー１
４と第二チャンバー１８との間の流れは絞られて、それ
ぞれにおける圧力Ｐ１およびＰ２との間に差圧が生じる
。その結果、チャタリングや弁のフラッフリングは、解
消されないまでも、少なくとも低減される。支持部材２
０の動きによるばね２８の圧縮によってばね２８が加え
る力Ｆ、の増加は。

背圧Ｐ３が発生する力Ｆ、と比較すると小さなものであ
る。

さらに、第三弁部材を開いた状態に保つのに必要な圧力
は、第三弁部材を閉位置から動かすのに必要な圧力を下
回る。

支持部材の新しい平衡位置は、ばねによって加えられる
力Ｆ、と第二チャンバー内の圧力がちょうど平衡するレ
ベルに相当する状態に対応する。第二チャンバー内の圧
力Ｐ２が増大し続けると、支持部材は動かされ、第一弁
部材２１および第二弁部材２２をそれぞれ第一ポート１
５および第二ポート１６とより緊密に係合させ、第一チ
ャンバー１４と第二チャンバー１８との流れをさらに絞
って、Ｐ＋に対してＰ２を低減させる。

入口圧力Ｐ、が低い（すなわち、Ｐ２に殆ど等しい）場
合には、第一弁部材２１および第二弁部材２２による絞
りの程度は低く、流れに対する抵抗は低い。人口圧力Ｐ
１が第二チャンバー内の圧力Ｐ２よりもずっと大きい場
合には、第一弁部材２１および第二弁部材２２による絞
りは大きくなる。第二チャンバー内の圧力Ｐ２を制御す
るための絞りの程度を変えるために必要なスピンドルの
動きの極僅かの移動範囲は、ばね２８によって加えられ
る力Ｆ、を僅かに変化させるだけである。このことは、
入口圧力が低い場合よりも、入口圧力が高い場合に圧力
調整範囲が太き（なることを意味するが、実際において
は。

調整範囲の違いはそれほどないことが明らかとなってい
る。

入口圧力Ｐ、が第二チャンバー内の最小調整圧力Ｐ２を
下回ってＯとなると、出口背圧Ｐ３もこれに対応して低
下する。したがって。

Ｆ、＝Ｐ、　　・Ａ３ となる。この時点において、第一ポートおよび第二ポー
トにおいては流れの大きな絞りはなく。

第三弁部材２３は第三ポート２４の方向に動かされ。

その結果、第三ポート２４を通る流体の流れの絞りが起
きる。すなわち。

Ｆ、＝Ｐ、　　・Ａｔ　　Ｐｚ　　・Ａｉ　＋Ｐ３　　
・Ａ３となる。

ばね２８が緩む際のばねが加える力Ｆ、の変化は、第三
弁部材２３によって第三ポート２４に加えられる絞りが
増大する際に出口における背圧が低減するときにヘッド
２５に加わる力（Ｆｚ　　Ｆ３）と比較して極僅かであ
り、前述の絞りが増大すると管路圧力調整器は確実に急
速に閉止する。

Ｆ、　＝ｋ　−ｘ であるので、にの値が小さくなると、調整位置と終端位
置の間で支持部材が動くときにばね２８によって加えら
れる力Ｆ、の変化は小さくなる。

調整時では。

Ｆ、＝Ｐ、　　・Ａｚ。

閉止に近い位置では。

Ｆ、＝Ｐ、　　・Ａ、−Ｐ、　　・Ａｓ　＋ｐｆｆ　　
・Ａ。

であり、その差は。

Ｆ−＝　（Ｐ！　　ｐｓ　）　　・Ａ。

である。ばねが動く際にばねが加える力Ｆ１の変化が小
さい場合には、第二チャンバー内の圧力Ｐ２が僅かに調
整圧力を下回ると、第三弁部材２３によって生じる小さ
な絞りによって、第三ポート２４は迅速且つ確実に閉止
する。

第４図に示した第二の実施例は、第一の実施例の形態と
類似したものであるが、第一実施例の折りたたみ可能な
りロージャー２６と支持部材２０のヘッドに替わって可
撓性のダイアフラム１２５が使用されている点だけが異
なり、前述の可撓性ダイアフラム１２５は、エラストマ
ー材料を用いて形成することも可能であり、前述のエラ
ストマー材料は管状ハウジングのもう一方の端に隣接す
る支持部材２０の端部を覆う中央ボス１３２によって支
持され、前述の中央ボス１３２はばね２８の最も内側の
端を受ける。さらに、管状ハウジングは二つの部分から
成るハウジングとして形成されるが、第一ポート１５お
よび第二ポート１６は、入口１３の壁に設けた一対の軸
方向に対向する開口部のあいだに軸方面に支持された筒
状部材１３３内にあり、筒状部材１３３には軸方向の延
長部１３４および１３５が形成され、前述の延長部１３
４および１３５はポートの各側において滑動可能なよう
に支持部材を支持し、第一実施例の溝３１は筒状部材１
３３内のポート１３６によって置き換えられる。

本発明の範囲は上記実施例によって限定されるものでは
ない。

〔発明の効果〕

本発明によって、高圧源からの流体を制御された低圧力
で供給し、入側圧力に関わらず、出側圧力が実質的に一
定である流体管路用の管路圧力調整器を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、閉じた状態にある第一の実施例に係る管路圧
力調整器の縦断面図、第２図は１部分的に開いた状態に
ある第１図の圧力調整器の縦断面図、第３図は、第２図
に示した圧力調整器のハウジング内にある支持部材およ
びその周辺部の拡大図、第４図は、第二の実施例に係る
圧力調整器の縦断面図、第５図は圧力調整の概念を説明
する図である。 １２・・ハウジング、１３・・入口、１４・・第一チャ
ンバー、１５・・第一ポート、１６・・第二ポート１７
・・出０．１８・・第二チャンバー、２０・・支持部材
、２１・・第一弁部材、２２・・第二弁部材、２３・・
第三弁部材、２４・・第三ポート二晩・”

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）インライン形圧力調整器であって，入口一つと出口
   一つを備えたハウジングを有し，前述のハウジングは第
   一チャンバーを有し，前述の第一チャンバーは入口に通
   じ且つ第二チャンバーに通じる第一ポートおよび第二ポ
   ートを有し，第二チャンバーは出口に通じる第三ポート
   を有し，さらに第一および第二チャンバー内に可動に支
   持され且つ三つの弁部材を備えた支持部材を有し，前述
   の弁部材はそれぞれのポートに対応し，支持部材は弁部
   材と第一および第二ポートとの係合の程度を変化させる
   ように第一チャンバー内で可動であり，前述の支持部材
   は，第一および第二ポートが開き且つ第三ポートが閉じ
   る終端位置に偏倚し，前述の支持部材は第二チャンバー
   内で圧力面を支持し，それによって第二チャンバー内で
   流体圧力が支持部材に加える力は，支持部材に加えられ
   る偏倚力と対抗して支持部材をその終端位置から調整位
   置に動かし，調整位置においては第一および第二弁部材
   はそれぞれ第一および第二ポートの近くに動かされ，入
   口に加わる流体圧力に応じて上記ポートの開口程度を変
   化させることを特徴とするインライン形圧力調整器。 ２）支持部材の終端位置と調整位置の場所が軸方向に隔
   たっており，支持部材がその調整位置にあるときには第
   三弁部材が第三ポートに接触することなく離れて第三ポ
   ートを通る流体の流れが実質的に絞られないことを特徴
   とする請求項１記載のインライン形圧力調整器。 ３）偏倚力の変更が可能なことを特徴とする請求項１ま
   たは２記載のインライン形圧力調整器。 ４）実質的に本明細書に記載したインライン形圧力調整
   器。