JPS63502699A - 流体圧力調整装置および方法 - 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】 ′１５体圧　調整装置および　法 Ｎ遍■■ 本願は、「流体の流れを遮断し制御する装置および方法」の名称に係る米国特許 出願第８２６，０２２号（該米国特許出願は、「流体の流れ制御バルブおよび流 れ制御方法」の名称に係る米国特許出願第６７５，８２５号の一部継続出願であ る）の一部継続出願である。

日の５景および概 加圧流体により作動するシステムは一般に圧力調整装置を必要としている。これ は、流体供給源における流体圧力の変動とは無関係に、流体を高圧流体源から実 質的に安定した低い圧力でシステムに確実に供給できるようにするためである０ 例えば圧縮ガスのシリンダから極めて高圧のガスが供給されるシステムにおいて は、潜在的な危険性を伴なう高圧で作動するシステムの箇所を最少限にしかつシ リンダ内のガスが時間の経過と共に放出されたり使い果されたりするときにシリ ンダ内のガス圧力が降下することがあっても、実質的に安定した低い圧力で圧縮 ガスを確実に供給できるようにするため、−ｉ的な方法としてシリンダの遮断パ ルプの下流に圧力調整装置が設けられる。しかしながら、シリンダ内のガス体積 は、与えられた温度におけるガス圧力に直接関連しているため、一般的な方法と してはシリンダの遮断バルブと圧力調整装置との間に高圧ゲージを設けておき、 供給圧力従ってシリンダ内のガス体積を表示するようにしている。

本発明によれば、圧力調整装置が圧力応答形のベローズを備えていて、該ベロー ズが、バルブのシールの下流側でベローズに作用する流体圧力に応答して、制御 された方法でバルブのシールを作動させるように配置されている。更に本発明の 圧力調整方法によれば、シリンダ内に残留するガス体積と調整された出口圧力と の間に反比例関係を確立し、これにより、供給シリンダ内に残留するガス体積を 表示するのに低圧測定のみを行なえばよいように構成されている。このため高圧 測定を行なう必要がなく、圧力調整装置の上流側において高圧に伴なう破裂や漏 洩の危険性を無くすことができ、また、シリンダの遮断パルプに圧力調整装置を 直接連結して、高圧で作動するシステムの潜在的に危険性のある部分を最少限に 減らすことができる。また、コネクタ金具内には一体的濾過システムが設けてあ り、漏洩や故障の生じ易い高圧接続部の数を減らしかつ新しい供給シリンダを圧 力調整装置に連結するたびにフィルタを容易に交換できるように構成されている 。

皿皿生脱里 第１図は、本発明の全体として円筒状をなす圧力調整装置の一実施例の断面図で あり、高出口圧力の極端な条件で作動しているところを示すものである。

第２図は、第１図の実施例の圧力調整装置が低出口圧力の極端な条件で作動して いるところを示す断面図である。

第３図は、第１図の実施例の圧力調整装置のベローズに、調整圧力の制御を行な うための改変を加えたものを示す断面図である。

第４図は、同心状に配置された全体として円筒状をなす本発明の別の実施例によ る圧力調整装置の断面図であり、低出口圧力の極端な条件で作動しているところ を示すものである。

第５図は、第４図の実施例の圧力調整装置が高出口圧力の極端な条件で作動して いるところを示す断面図である。

第６図は、本発明に従って組立てられたガス圧力システムの構成を示すダイヤグ ラムである。

第７図は、供給シリンダ内に残留するガス体積の低圧力監視が容易に行える入口 圧力の関数としての調整された出口圧力の逆変動量を示すグラフである。

好ましい　例の普゛ 第１図は、本発明による圧力調整装置の一実施例を示す断面図である。圧力調整 装置の本体９とほぼ円筒状をなしており、入口ポート１１と出口ポート１３とを 備えている。これらの入口ボート１１および出口ポート１３は、流体の漏洩が生 じないようにボディ９に対して一体に取付けられるようにするため、例えば電子 ビーム溶接技術等を用いて本体９に封止されている。流体装置の流体コネクタを 都合良く取付けることができるようにするため、入口ボート１１および出口ポー ト１３には、慣用的な高圧接続具（図示せず）を設けることができる。本体９は 孔１７を有し、液孔１７の周囲にはシールシート（封止座）　１５が設けである 。孔１７は、入口ポート１１に連通している入口チャンバ１９を、出口ボート１ ３に連通している出口チャンバ２１に連結している。

入口チャンバ１９内には全体として円筒状をなすピストン２３が摺動自在に配置 されており、該ピストン２３はシールシート１５とシール係合をなす方向および シール係合がら離れる方向に移動できるようになっている。ピストン２３には弾 性材料で作られたシール２５を取付けることができる。該シール２５は、シール シート１５と確実に流体密封シール係合させるためのものであり、鋳込みあるい はピストン２３のフランジをシール２５の上面に対し内側に向って冷間転造によ り曲げて取付けられる。シール２５はペルフルオロエラストマ（例えばデュポン 社から市販されているカルシ（Ｋａｌｒｅｚ）　）で作るかあるいは化学的に不 活性な他の適当なエラストマ材料で作ることができる。ピストン２３はまた中央 のロフト２７を支持しており、該ロフト２７は孔２７を通って出口チャンバ２１ 内に突出している。更にピストン２３は該ピストンの本体内に封入された永久磁 石２９を備えている。入口チャンバ１９は端キャンプ３１により封止されており 、該端キャンプ３１内には、永久磁石２９に対して磁気的に反発作用をなす方向 に配向された永久磁石３３が封入されている。入口チャンバ１９内に諸部品が組 み込まれた後に、本体９と端キャップ３１どの間のシールをビーム溶接技術等に より形成し、周囲の環境にガスが漏洩する可能性を無くすことができる。Ｔ４１ 石２９と磁石３３とが互に反発し合うように配向されているため、ピストン２３ およびシール２５は常時閉鎖状態（常閉状Ｂ）すなわちシールシート１５とシー ル係合する状態に押圧され、このためロッド２７は孔１７を通って出口チャンバ ２１内に突出する。このシール係合は、孔１７の面積にほぼ等しいピストン２３ の面積に作用する入口ポート１１における流体の圧力によって増強される。もち ろん、互に反発し合う磁石２９．３３の代りにばねを設けることにより、ピスト ン２３およびシール２５をシールシート１５に押圧してシール係合させることも できる。

出口チャンバ２１内には圧力に応答する制御装置３５が設けられており、該制御 装置３５は、膨張自在な圧力容器を形成すべく端キャップ３９．４１に封止され たほぼ円筒状のベローズ３７を備えている。端キャップ４１は孔１７を通って突 出するロッド２７と接触するように配置されており、端キャンプ３９は例えば電 子ビーム溶接技術等を用いて本体９に封止されている。従って、圧力漏れのない ように封止されるべき圧力調整装置のすべて部品は、接着可能な材料であって磁 石２９．３３の磁束に重大な影響を与えない材料、例えば、アルミニウム、ステ ンレス鋼、プラスチック等で作ることができる。端キャップ３９．４１は、互に 接触することのできる面４３．４５によりベローズ３７の圧縮量を制限し、ベロ ーズ３７が過度に圧縮されることを防止するため、内方に隆起した部分を備えて いる。また、端キャップ３９は弾性材料で作られたボール４７を備えている。該 ボール４７はチャンネル４９の内方の凹所内に配置されていて、チャンネル４９ の外方に設けた凹所５３内に配置されたボール５１が所定位置に溶接又は封止さ れるまで、一時的なチェックパルプとして機能する。

このようにしてベローズ組立体を形成した後、ベローズ組立体を大気圧以上の所 定圧力まで加圧し、ボール５１を凹所５３内に溶接することにより封止する。こ のようにしてベローズ組立体の内部を加圧しておくことにより、ベローズ３７を それ自体の弾性復元力に抗して長手方向に膨張させることができ、このため、端 キャンプ３９に対して端キャップ４１を、端キャップ４１の面積に作用する正味 圧力差を表わす位置に位置決めする。

作Ｍに際し、シールシート１５に対するシール２５のシール係合は、ベローズ３ ７に作用する出口チャンバ２１内の流体圧力に応答するベローズ３７の膨張の度 合いによって制御される。従って、出口圧力が高圧である極端な状態においては 、ベローズ３７は第１図に示すように面４３と面４５とが互に接触するようにな る限度まで圧縮され、このときロッド２７は端キャップ４１と係合しなくなる。

このため、シール２５とシールシート１５との間には圧力により増強されたシー ル係合と磁力により増強されたシール係合とが維持され、圧力調整装置を通って 流体は全く流れなくなる。

第２Ｕ！Ｊは、第１図の圧力調整装置が別の極端な状態で作動する場合、すなわ ち出口チャンバ２１内に流体圧力が実質的に作用していない場合を示す断面図で ある。この状態においては、ベローズ３７は、端キャンプ４１がシールシート１ ５の支持体に接触してロフト２７を押し出し、ピストン２３およびシール２５、 がシールシート１５から離れるまで最大限に膨張する。この場合、磁石２９．３ ３の相互反発力は、ベローズ組立体により与えられる押圧力に打ち負かされ、シ ールシート１５およびシール２５は、出口チャンバ２１内の圧力が上昇するまで 、流体を流すべく開放状態に維持される。出口圧力が上昇すると、圧力の上昇に 比例してベローズ３７が圧縮され、ロフト２７を介してピストン２３およびシー ル２５は、磁石２９．３３により与えられる静的磁力によってシールシート１５ に接近する。出口チャンバ２１内の圧力が上昇することによりシール２５とシー ルシート１５との間の間隙が減少すると、パルプを通って流れる流体の流量が減 少し、このため出口チャンバ２１内の圧力が低下する。出口チャンバ２１内の圧 力が低下するとベローズ３７が膨張し、これによりロッド２７を介してシール２ ５とシールシート１５との間の間隙が増大され、従ってパルプを通って流れる流 体の流量が増大して、出口チャンバ２１内の圧力が上昇する。究極的には、ベロ ーズ組立体は、出口チャンバ２１内にベローズ３７の内部圧力にほぼ等しい圧力 を確立するシールとシールシートとの間の間隙になるまで膨張する。従って、ベ ローズ３７の最初に加圧しておく圧力の如何によって、本発明による圧力調整装 置が制御できる出口流体圧力の限度が定められることになる。

第３図は第１図の圧力調整装置を改変したものであり、第３図の圧力調整装置に はベローズ組立体の内部に流体圧力を導入するためのコネクタ５５が設けである 。このため、ベローズ組立体の調整圧力の限度は、ベローズ３７の内部に供給さ れる圧力に応じて制御することが可能となる。

本発明によれば、第７図のグラフに示すように、出口圧力をその調整値の近傍で 、入口圧力すなわち供給圧力に反比例して僅かに低下するように、圧力調整装置 の作動条件を要求に合わせて変えることができる。この特徴は第６図に示すよう に、高圧力で加圧されたガスのシリンダ８１内に残留するガスの体積を、きわめ て低圧レベルにある出口圧力をメータ８３で単に測定することによって監視する 場合に必要とされる。第１に、本発明による圧力調整装置８２のベローズ組立体 の内部にあるガスの体積は、ベローズ３７の内容積内に端キャップ３９．４１の 中実部の体積を入り込ませであることにより小さく維持され、これにより、圧力 条件の変動に対してベローズ３７の弾性を効果的に「剛（」することができる。

第２に、端キャップ４１の直径（従って、ベローズの有効表面積）は、出口ガス 圧力の曲線における安定値を中心とする偏差量（これは曲線のだれやたわみとな って表われる）に影響を及ぼし、この偏差量はベローズの有効表面積が増大する と減少する。第３に、孔１７の断面積は、例えば供給シリンダ８１内のガス体積 の減少に伴なう入口圧力の変動に対し、出口圧力８７の調整された値に小さな進 度動量８５が生じるように選定される。

与えられた圧力に対し、孔１７の断面積を大きくすれば、シールを解除する方向 に作用する圧力に打ち勝つのに必要とされる力も大きくなる。ベローズ（予め加 圧しである形式のベローズ）は、パルプを開放しようとする力が変化しても一定 の力を発生し、出口圧力に所望の進度動量を与える。従って、孔１７の直径およ びベローズ３７の直径を適当に選定しておくことにより、高圧ガスシリンダ８１ の使用に伴って該シリンダ８１が空になっていく間に該シリンダ８１からの供給 圧力が広範囲に変化するとき、出口圧力の公称調整値に２０ＰＳＩゲージ圧（約 １．４　ｋｇ　／　ａＪゲージ圧）の僅かな進度動量８５を生じさせることがで きる。広範囲の入口圧力９１に対して出口圧力の進度動量８５がこのように僅か なものであれば、供給圧力の表示従って供給シリンダ８１内の残留ガス体積の表 示を行なうのに、メータ８３により好都合に低圧測定を行なうことが可能となる 。流体システムには、メータ８３の下流で利用システムの上流に、二次調整装２ ８９を設けることができ、これにより、利用システムに供給される流体の圧力に 生じる進度動量８５の低減を図るようにしてもよい。

第１図、第２図および第３図に示す各実施例には、環状のシールド７０と中央の アンビル７２とが設けられている。これらのシールド７０およびアンビル７２は 孔１７に対して同心状に配置されており、アンビル７２はロフト２７と接触し、 孔１７を介してピストン２３およびシール２５を作動させるようになっている。

シールド７０には、その周囲に間隔を隔てて複数の開口すなわち通孔７４が設け られている０本発明の構造におけるこの組立体は流体が孔１７から横向きに流れ ることを阻止し、これにより端キャップ４１に作用するベルヌーイ効果を低減さ せる。このことは、端キャップ４１の位置に振れを生じさせる条件を最小限にす ることにより、円滑な圧力調整作動を行なわせることを保証するものである。

第４図は、入口連結部と出口連結部とが同心状に配置された圧力調整装置の断面 図である。この圧力調整装置の本体６１は、入口ポート６３から出口ポート６５ にかけてほぼ円筒状をなしておりかつほぼ円筒状をなす入口チャンネル６７およ び出口チャンネル６９　（これらの両チャンネル６７．６９は中央の孔７１を介 して互に連通している）を包囲している０本体６１０入ロボート６３および出口 ポート６５には、流体の漏洩を防止するため標準銘☆汰７３内？封入六りす・Ｗ 力λ宙暫的ζ目＋−Ｉ’力に鉗持さ丸る。

形の高圧コネクタを溶接しておくことができる。入口チャンネル６７内には、孔 ７１と係合するためのシールを支持したピストンが配置されており、該ピストン には、孔７１を通って出口チャンネル６９内に突出しているロフトが支持されて いる。これらのピストンおよびシールは、孔７１の周囲のシール面と係合するよ うにばね７５により押圧されている。ばね７５の他端はフィルタ要素７７に当接 しており、該フィルタ要素７７は更に、標準形の高圧シリンダバルブの相手面に 当接しておりかつ該相手面をシールしている。フィルタ要素７７は、適当な焼結 金属又はセラミック材料で作られた全体として円筒状をなす中空シェル構造体で あり、その入口側端部は開放していて内端部は閉鎖されている。フィルタ７７は 、供給源から供給された流体を濾過すべく、入口ポート６３内に配置されている 。従ってフィルタ７７は、入口ポート６３に新しい供給シリンダを接続するたび 毎に便利に取替えることができる。

出口チャンネル６９はベローズ組立体７３を備えており、該ベローズ組立体７３ は、圧力調整装置が前に述べたように作動し得る流体圧力のレベルに予め加圧さ れている。このため、出口チャンネル６９内が低圧状態にある間は、第４図に示 すようにベローズ組立体７３が膨張して孔７１が開放し、流体が流れることがで きる。これに対し、出口チャンネル６９内が高圧状態にあるときには、第５図に 示すようにベローズ組立体７３が圧縮され、これにより孔７１は流体が通らない ように閉鎖される。これらの両極端の条件の間で、第４図および第５図に示す圧 力調整装置は、第１図の実施例に関して前述したように作動し、出口チャンネル ６９内の流体圧力に応答して孔７１の開口度を調節する。このようにして、出口 圧力は、供給圧力の変動とは無関係に、ベローズｆｌＩｉよｊ千　Ｉ＋）　門／ Ｉ−上ツへＣりり、／−圧ノＪ乙大貝μ）　ｔｗ　１０Ｊし山ツノ〜牛迄３７　 Ｃ−弓しリ・ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、５ ＦＩＧ、６ シリンダ又１は上流側又は入口圧力　（ＰＳＩゲージ圧）ＦＩＧ、７ 国際調査報告

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．孔を通って流れる流体を収容するための入口チャンバと出口チャンバとの間 に設けられた孔を備えた本体と、前記孔と流体密封シール係合する方向および該 シール係合から離れる方向に選択的に移動できるように前記入口チャンバ内に取 付けられた要素と、 該要素を前記孔と流体密封シール係合する方向に弾性的に押圧すべく配置された 手段と、 前記要素に支持されていて前記孔を通って前記出口チャンバ内に突出しているア クチュエータと、 両端部の間に配置されている長手方向に膨張自在な側壁を備えたベローズ手段と を有し、該ベローズ手段は前記出口チャンバ内に配置されており、その一端は前 記アクチュエータと係合するように配置されていて、ベローズ手段に作用する圧 力に応答して前記孔に対し前記アクチュエータおよび前記要素を位置決めするこ とを特徴とする流体圧力調整装置。
2. ２．前記要素を弾性的に押圧すべく配置された前記手段が、前記要素に支持され た第１の永久磁石と、前記要素を前記孔とシール係合させるように押圧すべく前 記第１の永久磁石に対して磁気的に反発し合うように配向して取付けられた第２ の永久磁石とを備えていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の流体圧力 調整装置。
3. ３．前記ベローズ手段が、該ベローズ手段の内部を選定された圧力に加圧するた めの流体コネクタを備えていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の流体 圧力調整装置。
4. ４．前記アクチュエータと係合するように配置された前記ベローズ手段の前記端 部は、前記アクチュエータが係合する場所を包囲しているシールド手段を備えて おり、該シールド手段は、前記孔から流出する流体が外向きに流れることを阻止 する位置に配置された下向きの壁部分を備えていることを特徴とする請求の範囲 第１項に記載の流体圧力調整装置。
5. ５．前記ベローズ手段が、前記側壁の内部に配置されておりかつ側壁に対して密 封して取付けられた停止手段を備えており、該停止手段は、ベローズ手段の側壁 と両端部との間の内容積を小さくしかつベローズ手段の両端部が内方に移動する のを制限することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の流体圧力調整装置。
6. ６．前記入口チャンネルおよび出口チャンバは、前記孔、アクチュエータ、要素 およびベローズ手段に対して実質的に同心状に配置されており、 前記入口チャンバは内部の凹所を備えており、該凹所内には、全体として長い中 空状のフィルタ手段が摺動自在に配置されており、該フィルタ手段の入口端には 中空状の内部と連通している開口が設けてありかつ入口端から離れた所には閉鎖 端が設けてあり、更に前記フィルタ手段は、流体を通すことはできるが微粒子は 通すことができない多孔性の壁を備えていることを特徴とする請求の範囲第１項 に記載の流体圧力調整装置。
7. ７．加圧流体の供給源から利用システム内に流れる流体の圧力を調整する方法に おいて、 供給源から利用システムに流れる加圧流体を制限し、選定された流体圧力に加圧 された膨張自在な要素を利用システム内に設け、 利用システム内の流体圧力の作用による、流体圧力の前記選定された値に対する 膨張量を検出し、 利用システム内の流体圧力の作用による前記要素の膨張に関して加圧流体の前記 構成を変えることを特徴とする液体圧力調整方法。
8. ８．供給流体の圧力および利用システムの流体圧力とは独立して決定された圧力 レベルに、前記膨張自在な要素を選択的に加圧することを特徴とする請求の範囲 第７項に記載の流体圧力調整方法。
9. ９．前記加圧流体の構成を変える場合に、流体の供給圧力が低下するときに利用 システム内の流体圧力を上昇させ、利用システムの流体圧力のみを監視して供給 流体の圧力を表示することを特徴とする請求の範囲第７項に記載の流体圧力調整 方法。