JP2008309255A - 逃がし弁 - Google Patents

Abstract

【課題】複数回にわたって弁の開閉動作を行っても、各回の開弁圧に変化を生じず、また、短時間で全開状態になることができる逃がし弁を提供する。
【解決手段】１次側ポート（８）の弁棒（５）側の開口部（１１）に、開口部（１１）を囲繞する環状シール部材（１３）を取り付ける。弁棒（５）を環状シール部材（１３）に向かって往復動可能に取り付け、弁棒（５）が環状シール部材（１３）に着座したとき、第１受圧面（Ｓ１）の面積が一定になるように、弁棒（５）の着座位置を規制する。これにより、逃がし弁は常に設定圧で開弁する。弁棒（５）の第１受圧面（Ｓ１）の下流側には第２受圧面（Ｓ２）が形成され、弁棒（５）が環状シール部材（１３）から離隔したとき、第２受圧面（Ｓ２）に１次側ポート（８）の流体圧が作用する。これにより、弁棒（５）は開弁位置まで一気に変位する。
【選択図】図１

Description

本発明は、１次側の流体圧が予め設定された圧力（以下、設定圧という。）に達すると開放し、１次側の流体圧が設定圧よりも低下すると閉鎖する、逃がし弁に関するものである。

従来、特開２０００−１５４８８１号公報に記載されているように、弁ハウジング内の弁室に弁体を配置し、この弁体が接離する弁座部によって弁ポートを画定すると共に、この弁ポートを一次圧ポートとし、弁室側に二次圧ポートを設け、一次圧が所定値になると、弁体が弁座部から離隔して開弁するように構成された逃がし弁が存在する。この逃がし弁は、環状シール部材による弁軸部のシール経と弁ポートの口径とを同一にすることにより、二次圧の影響を受けることなく確実に開弁するように構成したことを特徴とする。

また、特開平７−３３００８７号公報は、液体を定量的に供給するシステムにおいて、液体の過剰供給を制御するリリーフ弁を開示する。このリリーフ弁は、弁棒を弁座パッキン及びＯリングに押し付ける力を０．１ｋｇ／ｃｍ^２よりも小さい圧力幅で調節するため、圧縮空気の圧力を利用する。これにより、リリーフ弁が開弁するときの圧力（設定圧）を細かく設定することを可能にする。
特開２０００−１５４８８１号公報 特開平７−３３００８７号公報

これらの特許文献に開示されているように、逃がし弁及びリリーフ弁に関しては、従来から種々の提案がなされているが、従来の逃がし弁は、複数回にわたって弁の開閉動作をさせると、逃がし弁が開弁するときの圧力、即ち、開弁圧が次第に変化する場合がある。逃がし弁の使用を継続している間に逃がし弁の開弁圧が次第に変化すると、逃がし弁を取り付けたシステムの圧力を長期間にわたって所定の圧力に維持することができない。

また、逃がし弁を取り付けたシステムの圧力をより正確に設定圧に維持するためには、システムの圧力が設定圧よりも上昇したときに、システムの圧力をできる限り短時間で所定圧まで低下させる必要がある。システムの圧力を短時間で低下させるためには、システムの圧力が逃がし弁の開弁圧に達したときから、逃がし弁が完全に開弁するまでに要する時間（以下、開弁時間という。）をできる限り短くすることが有効である。

本発明の目的は、複数回にわたって弁の開閉動作を行っても、各回の開弁圧が変化することを防止した、逃がし弁を提供することにある。

本発明の他の目的は、１次側ポートの流体圧が予め設定された圧力（設定圧）に達すると、短時間で全開状態になる、逃がし弁を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、逃がし弁を取り付けたシステムの圧力を長期間にわたって所定の圧力に維持することができる、逃がし弁を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、構成が簡単で、小型化が可能であり、製作が容易な逃がし弁を提供することにある。

本発明の逃がし弁は、弁箱の１次側ポートと２次側ポートの間に弁体を配置し、前記弁体に閉弁方向の力を付与すると共に、前記弁体に前記１次側ポートの流体圧が作用する受圧面を形成し、前記受圧面に作用する前記流体圧が設定値よりも低圧であるときは、前記弁体が前記１次側ポートを前記２次側ポートから遮断して閉弁し、前記受圧面に作用する前記流体圧が前記設定値に達すると、前記流体圧によって前記弁体が開弁方向に変位して前記１次側ポートを前記２次側ポートに連通させる、逃がし弁において、前記１次側ポートの前記弁体側の開口部に、前記開口部を囲繞する弁座部材を取り付け、前記弁体を前記弁座部材に関して往復動可能に取り付け、前記弁体が前記弁座部材に着座したときに前記受圧面の面積が一定になるように、前記弁体の着座位置を規制する位置規制部材を設け、前記流体圧によって前記弁体が開弁方向に変位するとき、前記受圧面の面積が増加するように構成したことを特徴とする。

本発明の逃がし弁は、また、前記受圧面は、前記弁体が前記弁座部材に着座したときに前記１次側ポートの流体圧が作用する第１受圧面と、前記第１受圧面よりも下流側に位置し、前記弁体が前記弁座部材から離隔したときに前記１次側ポートの流体圧が作用する、第２受圧面とを有することを特徴とする。

本発明の逃がし弁は、更に、前記１次側ポートの流体圧が上昇し、前記弁体と前記弁座部材の間の密封力が低下すると、前記弁体が前記弁座部材から離隔する前に、前記第２受圧面に前記１次側ポートの流体圧の一部が作用するように構成したことを特徴とする。

本発明の逃がし弁は、弁体が弁座部材に着座したとき、１次側ポートの流体圧が作用する受圧面の面積が常に一定になるから、複数回にわたって逃がし弁の開閉動作を行っても、各回の開弁圧が変化することがない。よって、本発明の逃がし弁によれば、逃がし弁を取り付けたシステムの圧力を長期間にわたって所定の圧力に維持することができる。

本発明の逃がし弁は、また、弁体が前記弁座部材に着座したときに１次側ポートの流体圧が作用する第１受圧面の他に、第１受圧面よりも下流側に位置し、弁体が弁座部材から離隔したときに１次側ポートの流体圧が作用する、第２受圧面を有し、弁体が弁座部材から離隔すると１次側ポートの流体圧は第１受圧面に加えて第２受圧面にも作用する。このため、弁体を開弁方向に変位させようとする力は受圧面の面積が増加した分だけ増大するから、弁体を、短時間で、一気に全開位置まで変位させることができる。

本発明の逃がし弁は、また、１次側ポートの流体圧が上昇することによって、弁体と弁座部材の間の密封力が低下し、弁体が弁座部材から未だ完全には離隔していない状態のときに、１次側ポートの流体圧の一部を第２受圧面に作用させることによって、第１受圧面の中心から、第２受圧面を通り、２次側ポートに向かって減少する圧力勾配を形成することができる。すなわち、第１受圧面に逃がし弁の設定圧Ｐ１が作用しているとき、第２受圧面に作用する圧力をＰ２とすると、一般に、Ｐ２＜Ｐ１である。Ｐ２がＰ１よりも小さい理由は、第２受圧面に作用する流体の一部が、弁体の外面に沿って２次側ポートから外部に漏れるからである。このような圧力勾配を形成することにより、開弁時に、１次側ポートから２次側ポートに向かって、流体を滑らかに移動させることができる。

本発明の逃がし弁は、更に、第１受圧面と第２受圧面の面積の総和を減少させることなく、第１受圧面の面積を減少させることができる。第１受圧面の面積を減少させると、弁体と弁座部材の密封度を向上させることができると同時に、弁体を弁座部材に向けて付勢する圧縮コイルスプリング等の付勢力を減少させることができる。このため、圧縮コイルスプリング等が小型化し、逃がし弁を小型化することができる。
本発明のその他の特徴は、図を参照して記述された、以下の実施例の説明から明らかになる。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。図示の逃がし弁１は、システム中の圧縮空気が予め設定された圧力になったときに、この圧力を大気中に解放するための圧力逃がし弁を示す。

図１に示すように、逃がし弁１は、弁箱２と、弁箱２に螺着されたアダプタ部材３と、アダプタ部材３に螺着された設定圧調整部材４と、アダプタ部材３と設定圧調整部材４とによって摺動自在に支持された弁棒５と、設定圧調整部材４と弁棒５の間に介装された圧縮コイルスプリング６と、設定圧調整部材４の外面に螺合して、アダプタ部材３と設定圧調整部材４の間の相対的な変位を防止する、ロックナット７とを有する。これらの構成部品は、適当な金属又は金属合金で形成することができる。

弁箱２は、１次側ポート８と、２次側ポート９と、アダプタ部材装着穴１０とを有する。１次側ポート８は、弁箱２の中央軸線に沿って、図中、上下方向に延在し、アダプタ部材装着穴１０の底面に開口部１１を有する。２次側ポート９は、弁箱２の中央軸線ＣＡを中心にして放射方向に延在し、アダプタ部材装着穴１０を弁箱２の外部に連通させる。弁箱２には複数本の２次側ポート９を設けることができる。図２及び３に示されているように、アダプタ部材装着穴１０の底面には、アダプタ部材装着穴１０の底面に開口する環状溝１２が形成されている。環状溝１２は、アダプタ部材装着穴１０の底面に沿って環状に延在し、１次側ポート８の開口部１１を囲繞する。環状溝１２には、ゴム材等の弾性材料で形成された環状シール部材１３が装着される。環状シール部材１３は、環状溝１２に嵌着された状態で、１次側ポート８の開口部１１よりも上方に突出している。

アダプタ部材３は、全体として管状の中空体からなり、弁棒５が摺動自在に案内される小径のシリンダ部１４と、設定圧調整部材４が連結される大径の管状支持部１５とを有する。シリンダ部１４の底部１６の中央部には貫通孔１７が形成され、貫通孔１７は１次側ポート８の開口部１１に向かって開口する。シリンダ部１４の側壁部１８には貫通孔１９が形成され、貫通孔１９は対応する２次側ポート９に向かって開口する。大径の管状支持部１５の外周面には雄ネジ部２０が形成され、その内周面には雌ネジ部２１が形成されている。弁箱２のアダプタ部材装着穴１０の内周面には雌ネジ部２２が形成され、アダプタ部材３は、アダプタ部材３の外周面に形成された雄ネジ部２０を弁箱２の雌ネジ部２２に螺合させて、アダプタ部材装着穴１０に固定される。このとき、シリンダ部１４の貫通孔１７の周囲に延在する環状壁２３が、環状シール部材１３の上面の一部に当接し、環状シール部材１３を環状溝１２の内部に固定する。シリンダ部１４の側壁部１８と環状壁２３は、弁棒５の着座位置を規制する位置規制部材を構成する。また、シリンダ部１４の側壁部１８と弁箱２の間には環状通路２４が画成され、貫通孔１９は環状通路２４を介して２次側ポート９に連通する。

弁棒５の下端部には大径のピストン部２５が形成され、ピストン部２５の下端面の中央部には円筒状突起部２６が形成されている。図４に明確に示されているように、円筒状突起部２６の端面Ｓ１が、閉弁時に１次側ポート８の流体圧が作用する受圧面、すなわち、第１受圧面であり、第１受圧面の周囲に環状に延在するピストン部２５の端面Ｓ２が、開弁時に１次側ポート８に新たに露出する受圧面、すなわち、第２受圧面である。

ピストン部２５はアダプタ部材３のシリンダ部１４に摺動自在に嵌合し、円筒状突起部２６はシリンダ部１４の底部１６に形成された貫通孔１７に進入することができる。弁棒５の上端部には小径の案内部２７が形成され、案内部２７は、設定圧調整部材４に形成された貫通孔２８に摺動自在に挿入される。設定圧調整部材４の外周面には雄ネジ部２９が形成され、設定圧調整部材４は、その雄ネジ部２９をアダプタ部材３の雌ネジ部２１に螺合させて、アダプタ部材３に装着される。弁棒５のピストン部２５と設定圧調整部材４の間には圧縮コイルスプリング６が介装され、圧縮コイルスプリング６は弁棒４を常時下方へ弾発付勢する。圧縮コイルスプリング６が弁棒４を付勢する弾発力は、設定圧調整部材４をアダプタ部材３に関して回転させることにより調整することができる。設定圧調整部材４の雄ネジ部２９にはロックナット７が螺合し、ロックナット７をアダプタ部材３に締め付けることによって設定圧調整部材４をアダプタ部材３に固定することができる。これにより、圧縮コイルスプリング６の付勢力が変化することを防止することができる。

以下、本実施例の作用を説明する。本実施例の説明に際し、逃がし弁１は、弁箱２の外周面の下部に形成された雄ネジ部３０によって、圧縮空気が流入する圧力室（図示せず。）の外壁に取り付けられ、１次側ポート８は圧力室内に連通し、２次側ポート９は大気中に開放されている。

図１乃至３は、１次側ポート８に流体圧が作用していない無加圧状態を示す。この無加圧状態では、弁棒５は、圧縮コイルスプリング６の弾発力によって最下端に位置し、ピストン部２５はシリンダ部１４の底部１６に当接している。このとき、弁棒５の円筒状突起部２６は、底部１６の貫通孔１７を通って、環状シール部材１３に当接し、１次側ポート８を２次側ポート９から遮断している。図３に示すように、円筒状突起部２６と環状シール部材１３は、円筒状突起部２６の周縁部２６ａを環状シール部材１３の内周縁部１３ａに圧着させることにより、１次側ポート８を密封する。円筒状突起部２６の周縁部２６ａは、滑らかに凸状に湾曲した表面を有するから、環状シール部材１３は円筒状突起部２６の周縁部２６ａとの間に、滑らかに凹状に湾曲した表面を有する帯状シール面を形成する。この帯状シール面は、環状シール部材１３の内周縁部１３ａに沿って環状に延在する。

図１乃至３に示した状態で、１次側ポート８に圧縮空気が流入すると、その圧縮空気圧は弁棒５の第１受圧面Ｓ１に作用する。第１受圧面Ｓ１は、円筒状突起部２６の端面に形成され、閉弁時に１次側ポート８の流体圧が作用する受圧面である。したがって、図１乃至３に示す閉弁時には、第１受圧面Ｓ１は、環状シール部材１３と円筒状突起部２６の端面の間の環状密着部の内側に形成される。

逃がし弁１の１次側ポート８に流入した圧縮空気の圧力が上昇し、逃がし弁１が開弁すべき圧力として予め設定された圧力（設定圧）に達すると、弁棒５は圧縮コイルスプリング６の弾発力に抗して上昇し、弁棒５の円筒状突起部２６は環状シール部材１３から離隔する。これにより、弁棒５の第１受圧面Ｓ１に加えて、その第２受圧面Ｓ２にも１次側ポート８の圧縮空気圧が作用するから、弁棒５は第１受圧面Ｓ１と第２受圧面Ｓ２の総和に印荷される圧縮空気圧によって一気に上昇し、第４乃至６図に示す開弁状態となる。第２受圧面Ｓ２は、弁棒５の円筒状突起部２６の周囲に環状に延在するピストン部２５の端面であり、弁棒５の円筒状突起部２６が環状シール部材１３に密着している閉弁時には、１次側ポート８の圧縮空気圧を受けることはないが、開弁時に１次側ポート８に新たに露出し、１次側ポート８の圧縮空気圧が印荷される受圧面である。なお、図４乃至６に示した開弁時の第１受圧面Ｓ１の面積は、図１乃至３に示した閉弁時の第１受圧面Ｓ１の面積よりも、円筒状突起部２６の端面と環状シール部材１３の密着部の面積分だけ増加している。したがって、弁棒５の円筒状突起部２６が環状シール部材１３から離隔することにより、弁棒５に作用する圧縮空気圧の面積は、厳密には、第１受圧面Ｓ１のこの増加分と第２受圧面Ｓ２の面積の総和となる。

逃がし弁１の設定圧は、ロックナット７を緩め、設定圧調整部材４をアダプタ部材３に関して回転させ、圧縮コイルスプリング６の弾発力を調整することにより、任意の値に設定することができる。

逃がし弁１の１次側ポート８の圧縮空気圧が設定圧に達し、弁棒５が極めて短時間で図４乃至６に示す上端位置まで上昇すると、１次側ポート８の圧縮空気は、図６に矢印Ｆで示すように、開口部１１、貫通孔１７、アダプタ部材３とピストン部２５の間に形成された連通室３１、貫通孔１９、環状通路２４を経て、２次側ポート９から大気中に放出される。これにより、１次側ポート８の圧縮空気圧は逃がし弁１の設定圧以下に低下し、弁棒５が圧縮コイルスプリング６の弾発力で最下端位置まで下降して、図１乃至３の状態に復帰する。以下、弁棒５が上下動して、前述の動作を繰り返す。

以上は、図１乃至３に示す状態において、弁棒５の円筒状突起部２６と環状シール部材１３の間が完全に密封され、円筒状突起部２６の側面とアダプタ部材３の貫通孔１７の間、第２受圧面Ｓ２とアダプタ部材３のシリンダ部１４の底部１６との間、及び、ビストン部２５の側面とアダプタ部材３のシリンダ部１４の内壁面との間に、それぞれ、隙間が存在しない状態における説明である。しかし、実際には、円筒状突起部２６の側面とアダプタ部材３の貫通孔１７の間には、これらの部材が相対的に変位するための隙間が必要であり、また、逃がし弁１が図１乃至３の閉弁状態から図４乃至６の開弁状態に至る間に、円筒状突起部２６と環状シール部材１３の間の密封が部分的に解除される場合がある。このような状態の一例を、図７、８及び９（Ｂ）に示す。

図７、８及び９（Ｂ）は、図１乃至３の状態における逃がし弁１の１次側ポート８に圧縮空気圧が作用し、弁棒５が圧縮コイルスプリング６の弾発力に抗して微少量ａだけ上昇した状態を示す。図９（Ａ）は、弁棒５が最下端位置にある図３の状態を示し、図９（Ｂ）に図９（Ａ）を並記した理由は、弁棒５が、図９（Ａ）の閉弁位置から微少量ａだけ上昇した状態を明確にするためである。さて、図９（Ｂ）に示すように、弁棒５が微少量ａだけ上昇した状態においては、弁棒５の円筒状突起部２６と環状シール部材１３との接触が完全には解除されておらず、１次側ポート８の圧縮空気は、円筒状突起部２６と環状シール部材１３の間を通過して貫通孔１７に流入し、次いで、シリンダ部１４の底面１６とピストン部２５の下端面の間の隙間ｂ及びシリンダ部１４の側壁部１８の内壁面とピストン部２５の周面の間の隙間ｃを通過して、貫通孔１９から環状通路２４に流出し、２次側ポート９を通って大気中に排出される。これらの隙間ｂ、ｃは微少であるから、２次側ポート９から排出される圧縮空気の流量は小さいが、隙間ｃは大気圧に開放された２次側ポート９に連通しているから、１次側ポート８から２次側ポート９に向かって流れる圧縮空気流は、１次側ポート８から２次側ポート９に向かって低下する圧力勾配を有すると考えられる。してみると、隙間ｂ内の圧縮空気圧は、１次側ポート８の圧縮空気圧と２次側ポート９の大気圧の間の圧力値であると考えることができる。今、図７、８及び９（Ｂ）の状態において、隙間ｂ内の圧縮空気圧を１次側ポート８の圧縮空気圧Ｐの約１／２と仮定すると、弁棒５に作用する開弁力は、第１受圧面Ｓ１に圧縮空気圧Ｐを乗じた値と、第２受圧面Ｓ２に圧縮空気圧Ｐ／２を乗じた値との和であると考えられる。すなわち、逃がし弁１は、図１乃至３に示した閉弁状態から、図４乃至６に示した開弁状態に変化する間に、図７、８及び９（Ｂ）に示す遷移状態を経ることになる。第２受圧面Ｓ２に作用する圧縮空気圧は、主として、シリンダ部１４の側壁部１８の内壁面とピストン部２５の周面の間の隙間ｃの値によって決定される。隙間ｃの大きさは、例えば、０．０５ｍｍにすることができる。

本発明の逃がし弁は、複数回にわたって弁の開閉動作を行っても、各回の開弁圧が変化しないから、システムの圧力を継続的に所定圧に維持することができる。また、本発明の逃がし弁は、システムの圧力を短時間で所定圧まで低下させることができるから、システムの圧力をより正確に設定圧に維持することができる。

閉弁状態における本発明の逃がし弁の一実施例の断面図である。 図１の逃がし弁の要部拡大断面図である。 図２のＸ部分の拡大断面図である。 開弁状態における図１の逃がし弁の断面図である。 図４の逃がし弁の要部拡大断面図である。 図５のＹ部分の拡大断面図である。 図１の閉弁状態と図４の開弁状態の間の遷移状態における図１の逃がし弁の断面図である。 図７の逃がし弁の要部拡大断面図である。 図９（Ａ）は、図８のＺ部分が閉弁状態にあるときの断面図であり、図９（Ｂ）は、図８のＺ部分の拡大断面図である。

符号の説明

１ 逃がし弁
２ 弁箱
３ アダプタ部材
４ 設定圧調整部材
５ 弁棒（弁体）
６ 圧縮コイルスプリング
７ ロックナット
８ １次側ポート
９ ２次側ポート
１１ １次側ポートの開口部
１２ 環状溝
１３ 環状シール部材（弁座部材）
Ｓ１ 第１受圧面
Ｓ２ 第２受圧面
ＣＡ 中心軸

Claims (3)

1. 弁箱の１次側ポートと２次側ポートの間に弁体を配置し、前記弁体に閉弁方向の力を付与すると共に、前記弁体に前記１次側ポートの流体圧が作用する受圧面を形成し、前記受圧面に作用する前記流体圧が設定値よりも低圧であるときは、前記弁体が前記１次側ポートを前記２次側ポートから遮断して閉弁し、前記受圧面に作用する前記流体圧が前記設定値に達すると、前記流体圧によって前記弁体が開弁方向に変位して前記１次側ポートを前記２次側ポートに連通させる、逃がし弁において、前記１次側ポートの前記弁体側の開口部に、前記開口部を囲繞する弁座部材を取り付け、前記弁体を前記弁座部材に関して往復動可能に取り付け、前記弁体が前記弁座部材に着座したときに前記受圧面の面積が一定になるように、前記弁体の着座位置を規制する位置規制部材を設け、前記流体圧によって前記弁体が開弁方向に変位するとき、前記受圧面の面積が増加するように構成したことを特徴とする、逃がし弁。
2. 請求項1に記載の逃がし弁において、前記受圧面は、前記弁体が前記弁座部材に着座したときに前記１次側ポートの流体圧が作用する第１受圧面と、前記第１受圧面よりも下流側に位置し、前記弁体が前記弁座部材から離隔したときに前記１次側ポートの流体圧が作用する、第２受圧面とを有することを特徴とする、前記逃がし弁。
3. 請求項１又は２に記載の逃がし弁において、前記１次側ポートの流体圧が上昇し、前記弁体と前記弁座部材の間の密封力が低下すると、前記弁体が前記弁座部材から離隔する前に、前記第２受圧面に前記１次側ポートの流体圧の一部が作用するように構成したことを特徴とする、前記逃がし弁。

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