JPH0731559B2 - パイロット式減圧弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は流体配管系に取り付けて一次側の流体圧力を減
じて、二次側の流体圧力を所定の設定圧力に保つ減圧弁
に関し、特にパイロット式減圧弁に関するものである。

＜従来の技術＞ 従来の一般的なのパイロット式減圧弁として実開昭63−
48211号公報に開示されているものがある。これは一次
側につながる入口から供給される高圧の流体が、出口に
接続する二次側の圧力低下により主弁が下方へ移動せし
められて開くことにより二次側へ流出して二次側の圧力
の低下を補うようになっている。その主弁は上部のパイ
ロット弁や、そのパイロット弁に関連したダイヤフラ
ム、圧力設定用のばね等によって制御されるピストンの
下降によって開動作し、ピストンの上昇によって閉動作
する。

＜発明が解決しようとする課題＞ 上記の減圧弁は、一次側圧力に対して設定圧力（二次側
圧力）が小さい時、つまり減圧比が大きい時や、主弁の
開度が小さい小流量時に著しいチャタリング現象を起こ
す。

その減圧比は例えば、一次側圧力10Kg/cm²を二次側圧力
2Kg/cm²程度以下に減圧する場合であり、主弁及びピス
トン等の可動部が振動してチャタリング現象を起こす。
これは二次側圧力が低下してその圧力変化がダイヤフラ
ムを介してパイロット弁を開弁し、ピストンが主弁を押
し下げ弁口を開弁させて一次側流体を二次側へ供給して
圧力上昇をはかる。しかし、この時一次側と二次側の圧
力差が大きく、しかも主弁の開度と流量の関係を第２図
の曲線Ａに示すように、開弁初期には少しの主弁の開度
で大くの流量が出るという関係があるので二次側圧力は
瞬時にして上昇し、その圧力はダイヤフラムを介してパ
イロット弁を急閉させる。パイロット弁が急閉すればピ
ストンの上部への流体も急断され、ピストンは急上昇し
て主弁は急閉弁する。主弁が急閉弁すれば二次圧も急低
下してダイヤフラムを介して再びパイロット弁を急開す
る。以上の過程が加速度的に行なわれて大きな振動状態
を呈する。

また、振動は主弁の急激な開弁によって二次側へ向かう
流体の噴流がピストンの下面に作用してピストンを急激
に押し上げてその上壁に衝突し、このピストンの上昇に
主弁が追従できず、再びピストンが下降してきた時に衝
突するからであると考えられる。再接触は衝撃的であ
り、この様な主弁とピストンの作動はピストンの破損
や、主弁の損傷等を生じる問題がある。これらの部材の
損傷により、二次側圧力が設定不能になったり、減圧弁
としての寿命が短くなる。

従って、本発明の技術的課題はチャタリング現象を起こ
さずに、小流量から大流量まで対応が可能な減圧弁を提
供することである。

＜課題を解決するための手段＞ 上記の技術的課題を解決するために講じた本発明の技術
的手段は、入口と出口の間に設けられた複数の弁口と、
それぞれの弁口を開閉するように配置された複数の主弁
と、複数の主弁の内第１の主弁を閉弁方向に付勢せしめ
るように配置された主弁ばねと、第１の主弁を付勢する
主弁ばねより大きなばね定数を有し、第１の主弁以外の
主弁を閉弁方向に付勢せしめるように配置された主弁ば
ねと、それぞれの主弁を開弁するように設けられた複数
のピストンと、二次側圧力の低下に基いて開弁するよう
に設けられたパイロット弁と、パイロット弁の開弁によ
り一次側圧力流体を個々のピストンの上部へ導入する通
路とを具備するものである。

＜作用＞ パイロット弁が開弁して一次側の高圧流体が個々のピス
トンの上部に導入されそれぞれピストンへ駆動力を与え
る。この時発生するピストンの駆動力は同じでも、第１
の主弁を閉弁せしめる主弁ばねは他の主弁ばねよりばね
定数が小さいので、その閉弁力は他の主弁の閉弁力より
小さく、従って第１の主弁のみが開弁して他の主弁は閉
弁状態を維持する。第１主弁が開弁することにより一次
側の流体が二次側へ流出して設定圧力を維持するように
働く。

このように開弁している主弁は複数の主弁の中の一つだ
けであるから、流出する流量は減圧弁全体の流量から見
れば小量である。従って一つの主弁が開弁しただけでは
二次側圧力は瞬間的には上昇せず、それに伴うパイロッ
ト弁の急閉弁もなくなるので、前述したようなチャタリ
ング現象は発生しない。

流量をそれほど多く必要としない場合には第１の主弁の
みの開弁で対応できるが、この状態より多くの流量を必
要として二次側圧力が低下すれば、パイロット弁は更に
大きく開弁して個々のピストンの上部への供給量が多く
なる。供給量が多くなれば個々のピストンの駆動力も大
きくなり、第１の主弁は更に降下して流量を増加すると
同時に、大きなばね定数の主弁ばねにより閉弁している
他の主弁も開弁を始める。

他の主弁も開弁して一次側の流体が二次側へ流出し二次
側の圧力が高くなればパイロット弁は閉弁方向に作用し
てそれぞれのピストンへの流体供給量は減少する。ピス
トンへの流体供給量が減少すれば主弁を開弁する駆動力
も減少するが、この時閉弁力の小さい第１の主弁は開弁
を維持し、他の閉弁力の大きな他の主弁から閉弁を始め
る。

＜実施例＞ 上記の技術的手段の具体例を示す実施例を説明する。
（第１図及び第２図参照） 以下に示す実施例はピストン及び主弁が２組内蔵された
例であるが、それ以上でも良いことは勿論である。本体
２で入口4,第１弁口6,第２弁口８出口10を形成し、入口
４は一次側の高圧流体源に出口10は二次側低圧域に接続
する。第１弁口６及び第２弁口８は弁座部材12,14によ
り形成され、それぞれの入口側端に主弁ばね16,18で弾
性的に付勢して第１主弁20、第２主弁22を配置し、それ
ぞれの主弁軸20a,22aを底部材24の摺動孔に挿入する。
ここで第２主弁22を付勢する主弁ばね18は第１主弁20を
付勢する主弁ばね16よりばね定数を大きくし、第２弁口
８への閉弁力を第１弁口６への閉弁力よりも大きくす
る。

第１主弁20、第２主弁22に対応する第１ピストン26、第
２ピストン28をそれぞれのシリンダー30,32内に摺動自
在に配置し、各ピストンの下部に形成されたピストン棒
26b,28bをそれぞれの弁口6,8を通して各主弁の中央突起
部に当接せしめる。部材番号34a,b.36a,bはピストンと
シリンダーとの気密を保持する為のピストンリングであ
り、フッ化エチレン樹脂等の樹脂で製作する。参照番号
26c,28cはピストンの上面と下面を連通するオリフィス
である。第１ピストン26の上部空間、即ちピストン室26
aと第２ピストン28のピストン室28aは連通孔29で連通
し、両ピストン室が常時同一の圧力になるように流体が
自由に流通できるようにする。上述した２組のピストン
径、弁口内径は同一として設計する。また、ここに挙げ
た技術ではピストンとシリンダーの間の気密を保ち、オ
リフィスにより流体を一定量逃がすようにしているが、
他の一般的な技術手段としてはオリフィスを形成せず、
ピストンの周側面に設けたラビリンス構造によるもので
もよい。

入口４と第１ピストン26の上部空間、即ちピストン室26
aを連通する一次圧通路38に付勢ばね40により閉弁方向
に付勢されたパイロット弁42を配置する。本実施例では
パイロット弁42からの通路38をピストン室26aに連通し
たが、他にピストン室28aと連通させてもよい。ダイヤ
フラム44をその外周縁をフランジ46,48の間に挟んで取
り付け、ダイヤフラム44の下方空間は二次圧検出通路50
を通して出口10に連通し、また、ダイヤフラム44の下面
はパイロット弁42の弁棒52の頭部端面に当接する。ダイ
ヤフラム44の上面にばね座54を介して、圧力設定ばね56
を当接せしめ、その上端はスプリングケース58にねじ結
合された調節ねじ60で付勢される。

調節ねじ60を左右に回すと、圧力設定ばね56のダイヤフ
ラム44を押し下げる弾性力が変る。この圧力設定ばね56
の弾性力を基準値として、ダイヤフラム44はその下面に
作用する二次側圧力に応じて湾曲し、弁棒52を変位せし
めてパイロット弁42を開弁せしめる。この結果、一次側
流体圧力がピストン室26aに導入され、同時に連通孔29
を介してピストン室28aにも導入されて、両ピストンは
共に下方の主弁を開弁しようととする駆動力が発生す
る。しかしこの時減圧比が大きかったり、流量が少ない
時のパイロット弁の開度は小さいために両ピストン室へ
供給される流量は少量であり、それ程大きな駆動力は発
生しない。そしてこの発生した駆動力は第１主弁20及び
第２主弁22を開弁しようとするが、第２主弁22を閉弁せ
しめる主弁ばね18は第１主弁16よりばね定数が大きいの
でその閉弁力は第１主弁20の閉弁力より大きく、第１の
主弁20のみが開弁して第２主弁22は閉弁状態を維持す
る。そして第１主弁20が開弁することにより一次側の流
体が二次側へ流出して設定圧力を維持するように働く。

このように開弁している主弁は第１主弁20だけであるか
ら、流出する流量は減圧弁全体の流量から見れば小量で
ある。この状態を表示したものが第２図のグラフ中の曲
線Ｂであり、特にB1の領域が第１主弁20が開弁した時の
主弁の変位と流量の関係を示す。従って一つの主弁が開
弁しただけでは二次側圧力は瞬時的には上昇せず、それ
に伴うパイロット弁42の急閉弁もなくなるので、前述し
たようなチャタリング現象は発生しない。

流量をそれほど多く必要としない場合には第１ピストン
26と対応する第２主弁20のみの作動でその流量を賄うこ
とができるが、この状態より多くの流量を必要として二
次側圧力が低下すれば、ダイヤフラム44の作用によりパ
イロット弁42は更に大きく開弁して第１ピストン26のピ
ストン室26a及び第２ピストン28のピストン室28aへの供
給量が多くなる。供給量が多くなれば個々のピストンの
駆動力も大きくなり、第１主弁20は更に降下して流量を
増加すると同時に、第２ピストンの駆動力も大きくなる
ことによりばね定数の大きな主弁ばね18により閉弁して
いる第２主弁22も開弁を始める。この状態を第２図のグ
ラフで示せば曲線B2の領域になる。

第２主弁22も開弁して一次側の流体が二次側へ流出し二
次側の圧力が高くなればパイロット弁は閉弁方向に作用
してそれぞれのピストンへの流体供給量は減少する。ピ
ストンへの流体供給量が減少すれば主弁を開弁する駆動
力も減少するが、この時閉弁力の小さい第１主弁20は開
弁を維持し、閉弁力の大きな第２主弁22から閉弁を始め
る。このように常時第１ピストンが優先的に駆動して第
１主弁を開弁せしめて減圧作用を行う。

本実施例では主弁ばね18のばね定数を大きくすることに
より、第１ピストンと第２ピストンに於て、ピストンの
開弁力と主弁の閉弁力のそれぞれの関係が異なるように
したが、この関係が異なる方法であれば他の方法でもよ
い。

＜発明の効果＞ 本発明の技術手段によればチャタリング現象が解消され
るので、ピストンや主弁等の部材が損傷せず、安定した
状態で減圧作用を行うことができる。また、チャタリン
グ現象が解消されることにより、最小調整可能流量を小
さく設定でき、使用範囲が広い減圧弁を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す減圧弁の断面図、第２図
は減圧弁の主弁の変位と流量の関係を表示したグラフで
ある。 2:本体、4:入口、6:第１弁口 8:第２弁口、10:出口、20:第１主弁 22:第２主弁、26:第１ピストン 28:第２ピストン、29:連通孔 42:パイロット弁、44:ダイヤフラム 56:圧力設定ばね

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入口と出口の間に設けられた複数の弁口
   と、それぞれの弁口を開閉するように配置された複数の
   主弁と、複数の主弁の内第１の主弁を閉弁方向に付勢せ
   しめるように配置された主弁ばねと、第１の主弁を付勢
   する主弁ばねより大きなばね定数を有し、第１の主弁以
   外の弁体を閉弁方向に付勢せしめるように配置された主
   弁ばねと、それぞれの主弁を開弁するように設けられた
   複数のピストンと、二次側圧力の低下に基いて開弁する
   ように設けられたパイロット弁と、パイロット弁の開弁
   により一次側圧力流体を個々のピストンの上部へ導入す
   る通路とを具備するパイロット式減圧弁。