JP5202117B2 - 減圧弁 - Google Patents

Description

本発明は、減圧弁に係り、特に開閉弁をガイドするガイド機構にグリスが不要な減圧弁に関する。

従来、減圧弁の主弁、排気弁はシール性をよくするためにガイド機構を用いることが多い。従来のパッキン型減圧弁は、排気弁にガイド機構を設けているが、ガイド部にシール機構を設けなければならないため、パッキンによる抵抗が大きい。従来のダイアフラム型減圧弁は、パッキン型よりも感度がよいが、排気弁にガイド機構が無いタイプは作動時の抵抗は小さいが排気弁の動きが自由になって、排気弁が開放した後の復帰時のシール再現性が悪く、シール性が劣る。また、ダイアフラムアッシーの組み付け時の位置ずれによってシール性能が劣化するなど、不安点要素が大きかった。

以上の問題を解決し、また弁軸が傾いたり偏心したりしても弁体で弁口を確実にシールできるようにするために、弁体と別体として弁軸が形成された減圧弁も知られている（特許文献１乃至３）。
特開平５-１１３８２８号公報 特開平５-２５７５４０号公報 特開平１１-１１９８３７号公報

しかし、このような従来の減圧弁では、弁体のガイド機構、弁軸には金属同士の摺動部が存在するため、グリスなどの潤滑油が必要になる。クリーンルームのような不純物を嫌う環境下で使用する場合は潤滑油の飛散等の問題があった。

かかる従来の減圧弁に鑑みて本発明は、主弁、排気弁にガイド機構を設けながら、潤滑剤を不要とし、弁自体の芯出しも可能な減圧弁を得ることを目的とする。

かかる課題を解決する本発明は、１次圧力室と２次圧力室間を開閉する開閉弁と、２次圧力室の圧力変動に応じて変位するダイアフラム体と、上記ダイアフラム体に設けられた、２次圧力室と外気間を連通する排気穴及びこの排気穴を開閉する排気弁と、上記開閉弁及び排気弁を連動して開閉動作させる連動部材を備えた減圧弁であって、
上記連動部材は、上記第１圧力室と２次圧力室を連通する弁通路を有する弁ガイドと、上記弁通路を貫通し、上記弁ガイドに形成されたピントル軸穴に摺動自在にガイドされたピントルとを有すること、上記ピントルの下端部に上記開閉弁が設けられ、上端部に上記排気弁が設けられていること、上記弁通路及びピントル軸穴の延長上に上記排気穴が形成されていること、上記弁ガイド及び上記ピントルの一方は樹脂で形成され、他方は金属で形成されていること、上記ダイアフラム体の中央部には、ピストン形状の排気弁ケーシングが装着され、この排気弁ケーシングの上部に上記排気穴が形成されていること、上記排気弁ケーシングは、上記弁ガイドに形成されたシリンダ部に摺動自在に支持されたピストン部を備え、上記ダイアフラム体の変位により上記ピストン部が上記シリンダ部と摺動しながら移動すること、及び上記弁ガイド及び上記排気弁ケーシングの一方は樹脂で形成され、他方は金属で形成されていることを特徴とする。

さらに好ましくは、上記排気弁ケーシングには上記排気弁を構成する排気弁部材を設け、この排気弁部材に上記排気穴を形成し、この排気穴に上記ピントルの上端部が接触する部分をすり鉢状に形成する。上記ピントルは、弾性部材によって上記開閉弁及び排気弁が閉じる方向に常時移動付勢される。

本発明の減圧弁にあっては、上記弁ガイドのシリンダ部と上記排気弁ケーシングのピストン部との間の空間により２次圧力開放室が形成されていて、上記ピストン部には、上記２次圧力室内の２次圧力が設定圧力未満のときは閉鎖され、設定圧力を超えて上昇して上記ダイアフラム体が変位したときに上記シリンダ部から露出して上記２次圧力室と２次圧力開放室とを連通する第１排気穴を形成してもよい。

本発明によれば、開閉弁及び排気弁を単一のピントルによって駆動するので、部品点数が少なくなり、連通路とピントル軸穴の延長上に排気穴が形成されているので、弁自体の芯出しが容易であり、かつシール精度、性能が高くなる。

本発明について、最良の実施形態を参照して説明する。図１は、本発明を適用した減圧弁の実施形態を示す縦断面図である。ハウジング１１は、アッパハウジング１１ａとロアハウジング１１ｂとからなり、両ハウジング１１ａ、１１ｂの間に、ダイアフラム１２の周縁部が挟着されている。

ロアハウジング１１ｂには、１次圧力導入口１３と、２次圧力取出口１４とが開口し、この１次圧力導入口１３と２次圧力取出口１４は、弁ガイド４０に形成された弁通路１５で連通している。この弁通路１５は、開閉弁１６によって開閉されるもので、開閉弁１６は、圧縮ばね１７により常時閉弁方向に付勢されている。この開閉弁１６は、弁通路１５を貫通するとともに弁ガイド４０に形成されたピントル軸穴４１に摺動自在に支持されたピントル３０と、ピントル３０に嵌合されたＯリング１６ａと、ピントル３０の下端部に形成され、Ｏリング１６ａを弁通路１５に押圧するフランジ部１６ｂによって形成されている。ピントル３０は圧縮ばね１７によって開閉弁１６が弁通路１５を閉鎖する方向に移動付勢されていて、Ｏリング１６ａが弁通路１５の周囲に密着または離反して弁通路１５を閉鎖または開放する。ここで、少なくとも弁ガイド４０は樹脂で形成され、ピントル３０は金属で形成されている。

ダイアフラム１２には、アッパハウジング１１ａ側にピストンプレート１９とばね座プレート２０が重ねられ、これらは、中心部の排気弁ケーシング２２によって結合されて、ダイアフラム体２４を構成している。そうしてダイアフラム体２４と弁ガイド４０及びアッパハウジング１１ａとの間に２次圧力室３２が形成されている。

排気弁ケーシング２２は、ピストン部２２ａ及びピストン部２２ａの上側開口を塞ぐドーム部２２ｂを有している。ドーム部２２ｂは、ピストンプレート１９の中央開口から上方に突出して、ばね座プレート２０の中央部の半球凹面形状の凹みに密着している。このドーム部２２ｂとばね座プレート２０の球面形状による嵌合は調芯機構を構成し、圧縮ばね３５を圧縮した際の偏荷重を防止することができる。

そうしてドーム部２２ｂ及びばね座プレート２０の中央部にはこれらを貫通し、ピストン部２２ａ内とアッパハウジング１１ａ内とを連通させる第３排気穴２７を有している。この第３排気穴２７は、排気弁ケーシング２２のピストン部２２ａ内に配置された排気弁体２６によって開閉される。ピストン部２２ａ内と第３排気穴２７を介して連通するアッパハウジング１１ａ内は、アッパハウジング１１ａに形成された第４排気穴２８によって大気と連通している。

以上の弁通路１５及びピントル軸穴４１の延長上に第２排気穴２５及び第３排気穴２７が形成されている。つまりこれらの弁通路１５、ピントル軸穴４１、第２排気穴２５及び第３排気穴２７は、同一の軸心を有する筒状に形成されている。

排気弁ケーシング２２は、そのピストン部２２ａが、弁ガイド４０に形成されたシリンダ部４２に挿入されてシリンダ部４２に沿って摺動自在にガイドされている。ピストン部２２ａ、シリンダ部４２及び弁ガイド４０によって形成された空間により、２次圧力開放室４３が形成されている。排気弁ケーシング２２のピストン部２２ａには第１排気穴２３が形成されていて、この第１排気穴２３は、通常はシリンダ部４２に密着して閉鎖された状態（２次圧力開放室４３を密閉した状態）にあるが、排気弁ケーシング２２が上昇したときにシリンダ部４２から開放されて、２次圧力室３２と２次圧力開放室４３とを連通するように形成されている。

なお、第１排気穴２３は、２次圧力開放室４３と２次圧力室３２とを常時連通するように形成してもよい、第１排気穴２３に代えて、弁ガイド４０に２次圧力開放室４３と２次圧力室３２とを連通する通路を形成してもよい。

排気弁体２６は、排気弁ケーシング２２のピストン部２２ａに嵌合されていて、凸部２６ａの中央部には第３排気穴２７と連通する第２排気穴２５が形成されている。この第２排気穴２５の下端開口部には、面取りされてすり鉢面２６ｂが形成されていて、このすり鉢面２６ｂに、下方からピントル３０の上端部３０ａが押しつけられて、第２排気穴２５が閉鎖されている。このピントル３０は、第２排気穴２５を閉鎖した状態で排気弁体２６を第３排気穴２７に押圧して第３排気穴２７を閉鎖するとともに排気弁ケーシング２２をばね座プレート２０に押圧する方向に付勢している。通常は、ピントル３０の上端部３０ａが第２排気穴２５を閉鎖し、排気弁体２６が第３排気弁２７を閉鎖した状態で、ピントル３０、排気弁体２６、排気弁ケーシング２２、ピストンプレート１９及びばね座プレート２０が一緒に上下動する。

２次圧力室３２には、ロアハウジング１１ｂ及び弁ガイド４０のフランジ部を貫通した連通路３３を介して２次圧力取出口１４の圧力が及ぼされる。

ダイアフラム体２４は、圧縮ばね３５によって、ロアハウジング１１ｂ側に移動付勢されている。圧縮ばね３５は、ダイアフラム体２４のばね座プレート２０と、別のばね座プレート３６との間に挟着されている。ばね座プレート３６は、アッパハウジング１１ａに螺合させた圧力調節ねじ３７によって圧縮ばね３５による付勢力調整可能に支持されている。つまり、圧力調節ねじ３７の位置によって圧縮ばね３５によりダイアフラム体２４を付勢する力、つまり２次圧力Ｐ２を調節することができる。

以上の減圧弁において、少なくとも弁ガイド４０は樹脂（合成樹脂）で形成され、他の部材（シールド部材を除く）、弁ガイド４０に対して摺接移動する排気弁ケーシング２２及びピントル３０は金属で形成されている。

ピントル３０及び排気弁ケーシング２２と、これらと摺動する弁ガイド４０の一方を金属、他方を樹脂によって形成することにより、摺動、摩擦抵抗を小さくすることができる。しかも摺動、摩擦抵抗が小さいのでグリスなどの潤滑剤を使用する必要がなく、しかも潤滑剤が存在しないので潤滑剤が飛散するおそれが無い。樹脂と金属の組み合わせは、例えば、樹脂はポリアセタール、金属は真鍮またはステンレスとすることが好ましい。

上記構成の本減圧弁は、次のように作動する。１次圧力導入口１３に１次圧力Ｐ１をかけ、２次圧力取出口１４の２次圧力Ｐ２が設定圧力（設定圧力の許容範囲内）にある初期状態では、図１に示したように、ピントル３０の上端部３０ａが第２排気穴２５に密着してシールされている。つまり、２次圧力Ｐ２が設定圧力と等しい（設定圧力の許容範囲内にある）この初期状態では、２次圧力取出口１４側の２次圧力Ｐ２が連通路３３を介して２次圧力室３２に及ぼされ、ダイアフラム１２がピストンプレート１９を圧縮ばね３５の力に抗して押し上げて均衡し、ピストンプレート１９と一体として排気弁ケーシング２２及び排気弁体２６が上昇し、ピントル３０が上昇して開閉弁１６が弁通路１５を閉鎖している。

２次圧力Ｐ２が設定圧力より低く（設定圧力未満または設定圧力の許容範囲以下に）なると、圧縮ばね３５の付勢力によってピストンプレート１９が押し下げられてダイアフラム体２４が図の下方に変位し、その結果、排気弁ケーシング２２がピントル３０を押し下げて開閉弁１６を弁通路１５から離反させて弁通路１５を開く。よって１次圧力導入口１３からの１次圧力Ｐ１が弁通路１５を介して２次圧力取出口１４に及ぼされて２次圧力Ｐ２が上昇し、２次圧力取出口１４と連通路３３を介して連通している２次圧力室３２内の２次圧力Ｐ２も上昇する。この２次圧力Ｐ２の上昇はダイアフラム体２４のピストンプレート１９を上昇させようとする力として作用し、２次圧力Ｐ２の増大に応じて圧縮ばね３５の付勢力に抗してピストンプレート１９が上昇し、上昇は２次圧力Ｐ２と圧縮ばね３５の付勢力が平衡する位置で止まる。このようにピストンプレート１９が上昇すると、圧縮ばね１７よって付勢されているピントル３０も上昇し、開閉弁１６と弁通路１５との間の流路が狭くなって弁通路１５を通る１次圧力Ｐ１流体の流量が絞られ、また閉鎖されて弁通路１５が遮断される。

２次圧力Ｐ２が設定圧力（設定圧力の許容範囲内）にあるときは通常、開閉弁１６が弁通路１５を僅かに開くか閉じる動作を繰り返す。つまり、２次圧力Ｐ２が設定圧力を超える（設定圧力の許容範囲以上になる）と、圧縮ばね３５の付勢力に抗して排気弁ケーシング２２が上昇し、ピントル３０は開閉弁１６が弁通路１５を閉じるまで上昇して１次圧力Ｐ１の供給を遮断し、２次圧力Ｐ２の上昇が止まる。

逆に２次圧力Ｐ２が下降すると、圧縮ばね３５の付勢力により排気弁ケーシング２２が押し下げられてピントル３０が下降し、開閉弁１６が弁通路１５を開放するまで下降すると、１次圧力Ｐ１が弁通路１５を介して２次圧力取出口１４に供給されて、２次圧力Ｐ２が上昇する。

以上の開閉弁１６の開閉作用によって、１次圧力Ｐ１の圧力を減圧した２次圧力Ｐ２が２次圧力取出口１４から取り出すことができる。２次圧力Ｐ２の大きさ(設定圧力）は、ダイアフラム体２４に及ぼされる圧縮ばね３５の力を圧力調節ねじ３７の回転によって調節することにより調節できる。

以上の２次圧力維持動作において、排気弁ケーシング２２は、そのピストン部２２ａがシリンダ部４２と摺接自在にガイドされて軸線方向に往復動し、ピントル３０は、上端部３０ａが排気弁ケーシング２２と一体に運動する排気弁体２６に支持され、中間部がピントル軸穴４１に摺接自在にガイドされて軸線方向に往復動するので、開閉弁１６は軸ブレせず、高精度に弁通路１５を開閉する。

なお、２次圧力Ｐ２が設定圧力の許容範囲を超えてさらに上昇すると、ピントル３０は開閉弁１６が弁通路１５を閉じているので上昇しないが、ピストンプレート１９が圧縮ばね３５の付勢力に抗してさらに上昇するので、排気弁ケーシング２２もピストン部２２ｂがシリンダ部４２と摺接しながら軸線方向にさらに上昇する。したがって、排気弁ケーシング２２の第１排気穴２３が開放されて２次圧力室３２と２次圧力開放室４３とが連通し、さらにピントル３０の上端部３０ａから第２排気穴２５が離反して第２、第３排気穴２５、２７が開放される。したがって、２次圧力室３２の２次圧Ｐ２が第１排気穴２３から２次圧力開放室４３に付与され、さらに第２排気穴２５、第３排気穴２７からアッパケーシング１１ｂ内に付与されて、第４排気穴２８から大気内に逃げる。よって２次圧力Ｐ２が設定圧力範囲を超えて上昇したときは、第１、第２排気穴２３、２５が開いて２次圧力Ｐ２が大気に開放され、２次圧力取出口１４の２次圧力Ｐ２上昇が抑えられる。

２次圧力Ｐ２が下降すると排気弁ケーシング２２が下降し、設定圧力範囲内まで下がると、第２排気穴２５がピントル３０の上端部３０ａに当接して閉鎖され、さらに排気弁ケーシング２２の第１排気穴２３がシリンダ部４２によって閉鎖され、２次圧力室３２が外気から遮断される。このように設定圧力範囲を超えて上昇した２次圧力Ｐ２が設定圧力範囲内まで下降し、通常の減圧動作に戻る。

以上の通り実施形態の減圧弁によれば、排気弁ケーシング２２はそのピストン部２２ｂが弁ガイド４０のシリンダ部４２に摺動自在にガイドされているので軸線に沿って直線的に昇降移動し、ピントル３０は、弁ガイド４０のピントル軸穴４１に摺動自在に支持されているのでその軸線に沿って真っ直ぐ昇降移動する。このように排気弁ケーシング２２及び開閉弁１６は同一の弁ガイド４０に軸線に沿って真っ直ぐに摺動移動自在にガイドされているので排気弁ケーシング２２及び開閉弁１６の軸心の狂い及びブレが少なく、長期間に亘って開閉性能を維持できる。

さらに本発明の減圧弁によれば、弁ガイド４０は樹脂で形成され、排気弁ケーシング２２及びピントル３０は金属で形成されているので、排気弁ケーシング２２及びピントル３０の摺動部が金属と樹脂との接触になって、静止、滑り摩擦抵抗が小さくなり、潤滑剤を使用しなくても滑らかに滑り動作する。
加えて本発明の減圧弁によれば、気体と接触する部分にグリスなどの潤滑剤が不要なので、潤滑剤が飛散することが無く、クリーンルームなど潤滑剤の飛散を嫌う場所でも特別な飛散防止手段を施すことなく使用することができる。

図示実施形態では排気弁体２６を排気弁ケーシング２２と別体として形成したが、一体に形成してもよい。排気弁体２６を排気弁ケーシング２２と一体として形成する場合は、弁ガイド４０同様の樹脂で形成することができる。

本発明を適用した減圧弁の実施形態を、２次圧力が設定圧力（設定圧力の許容範囲内）である場合の作動状態を示す縦断面図である。 同減圧弁において、２次圧力が設定圧力未満（設定圧力の許容範囲以下）になった場合の作動状態を示す縦断面図である。 同減圧弁において、２次圧力が設定圧力よりも高く（設定圧力の許容範囲以上に）なった場合の作動状態を示す縦断面図である。

符号の説明

１１ ハウジング
１１ａ アッパハウジング
１１ｂ ロアハウジング
１２ ダイアフラム
１３ １次圧力導入口（一次圧力室）
１４ ２次圧力取出口
１５ 弁通路
１６ 開閉弁
１９ ピストンプレート
２０ ばね座プレート
２２ 排気弁ケーシング
２２ａ ピストン部
２２ｂ ドーム部
２３ 第１排気穴
２４ ダイアフラム体
２５ 第２排気穴
２６ 排気弁体
２７ 第３排気穴
２８ 第４排気穴
３０ ピントル
３０ａ 上端部
３２ ２次圧力室
３３ 連通路
３５ 圧縮ばね
３６ ばね座プレート
３７ 圧力調節ねじ
４０ 弁ガイド
４１ ピントル軸穴
４２ シリンダ部
４３ ２次圧力開放室

Claims (3)

1. １次圧力室と２次圧力室間を開閉する開閉弁と、２次圧力室の圧力変動に応じて変位するダイアフラム体と、上記ダイアフラム体に設けられた、２次圧力室と外気間を連通する排気穴及びこの排気穴を開閉する排気弁と、上記開閉弁及び排気弁を連動して開閉動作させる連動部材を備えた減圧弁であって、
   上記連動部材は、上記第１圧力室と２次圧力室を連通する弁通路を有する弁ガイドと、上記弁通路を貫通し、上記弁ガイドに形成されたピントル軸穴に摺動自在にガイドされたピントルとを有すること、
   上記ピントルの下端部に上記開閉弁が設けられ、上端部に上記排気弁が設けられていること、
   上記弁通路及びピントル軸穴の延長上に上記排気穴が形成されていること、
   上記弁ガイド及び上記ピントルの一方は樹脂で形成され、他方は金属で形成されていること、
   上記ダイアフラム体の中央部には、ピストン形状の排気弁ケーシングが装着され、この排気弁ケーシングの上部に上記排気穴が形成されていること、
   上記排気弁ケーシングは、上記弁ガイドに形成されたシリンダ部に摺動自在に支持されたピストン部を備え、上記ダイアフラム体の変位により上記ピストン部が上記シリンダ部と摺動しながら移動すること、及び
   上記弁ガイド及び上記排気弁ケーシングの一方は樹脂で形成され、他方は金属で形成されていることを特徴とする減圧弁。
2. 請求項１記載の減圧弁において、上記排気弁ケーシングには上記排気弁を構成する排気弁部材が設けられていて、この排気弁部材に上記排気穴が形成されていて、この排気穴に上記ピントルの上端部が接触する部分がすり鉢状に形成されていて、上記ピントルは、弾性部材によって上記開閉弁及び排気弁が閉じる方向に常時移動付勢されていることを特徴とする減圧弁。
3. 請求項１または２記載の減圧弁において、上記弁ガイドのシリンダ部と上記排気弁ケーシングのピストン部との間の空間により２次圧力開放室が形成されていて、上記ピストン部には、上記２次圧力室内の２次圧力が設定圧力未満のときは閉鎖され、設定圧力を超えて上昇して上記ダイアフラム体が変位したときに上記シリンダ部から露出して上記２次圧力室と２次圧力開放室とを連通する第１排気穴が形成されていることを特徴とする減圧弁。

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