JP5022971B2 - 圧力調整器 - Google Patents

Description

本発明は、流体の圧力をダイヤフラムで検出し、ダイヤフラムに連結された弁体で、１次側流体と２次側流体との接続部を開閉することにより流体圧力を調整する圧力調整器に関する。

従来、１次側流体の流入路と２次側流体の流出路との間に形成された凹部の開口部を覆うようにダイヤフラムを設け、凹部内の流体圧力に応じてダイヤフラムを変形させ、ダイヤフラムに連結された弁体によって１次側流体と２次側流体との接続部に形成された弁座を開閉して、流体圧力を調整する圧力調整器として、１次側流体の圧力を調整する背圧弁や２次側流体の圧力を調整する減圧弁が用いられている。（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。

従来の圧力調整器の一例を図３及び図４に示す。この圧力調整器１０１は、１次側流体の流入路１１１及び２次側流体の流出路１１２を有するとともに流入路１１１と流出路１１２との間に凹部１１３が形成された弁本体１１０と、１次側流体と２次側流体との接続部１２５を構成する弁座１２０と、弁本体１１０に形成された凹部１１３の開口部を覆うように取付けられたダイヤフラム１０２と、このダイヤフラム１０２に連結されて弁座１２０の接続部１２５を開閉する弁体１３０と、ダイヤフラム１０２を凹部１１３側に付勢する付勢手段１４０とを備えている。
なお、この圧力調整器１０１は、２次側流体の圧力を調整する減圧弁とされ、凹部１１３は２次側流体の流出路１１２に連通されている。

付勢手段１４０は、ダイヤフラム１０２を凹部１１３側から支持する支持部材１５０と、この支持部材１５０とともにダイヤフラム１０２を挟持する受皿部材１６０と、この受皿部材１６０を凹部１１３側へと付勢するコイルスプリング１４１と、このコイルスプリング１４１による付勢力を調整する調整部１４２と、を備えている。また、受皿部材１６０は、支持部材１５０に設けられた軸部１５２に螺着されており、支持部材１５０と受皿部材１６０との間には、凹部１１３からの流体の漏れを防止するためのパッキン１７０が配設されている。
また、凹部１１３には、付勢手段１４０によるダイヤフラム１０２の変形を規制するためのストッパ部１０５が形成されている。

この圧力調整器１０１においては、調整部１４２によってコイルスプリング１４１を圧縮し、支持部材１５０及び受皿部材１６０とを押圧してダイヤフラム１０２を凹部１１３側へと付勢し、２次側流体の圧力を調整する。
ここで、２次側流体が凹部１１３から抜かれて凹部１１３内の流体圧が下がった場合には、支持部材１５０及び受皿部材１６０が付勢手段１４０によって凹部１１３側に移動することになるが、支持部材１５０がストッパ部１０５に当接することによってダイヤフラム１０２の必要以上の変形が防止される。
特開２００３−０４２２９１号公報 特開平７−１２２４５号公報

ところで、前述の圧力調整器においては、支持部材１５０がストッパ部１０５に当接すると、支持部材１５０の移動が規制されているにもかかわらず付勢手段１４０によって受皿部材１６０は凹部１１３側へと強く押圧されることになる。これにより、支持部材１５０と受皿部材１６０との間に配設されたパッキン１７０は、コイルスプリング１４１による付勢力とストッパ部１０５からの反力によって受皿部材１６０と支持部材１５０の軸部１５２との螺合部分に存在するバックラッシュ分だけ潰されることになり、パッキン１７０がコールドフローによって永久変形してしまうことがあった。受皿部材１６０と支持部材１５０の軸部１５２との螺合部分に存在するバックラッシュは、パッキン１７０を押圧するためには存在しないことが望ましいが、螺合によって部品を組み込む場合には、不可避的に形成されてしまうものであり、このバックラッシュの影響を如何に無くすことができるかが課題であった。
前述のようにパッキン１７０がバックラッシュ分だけ潰されて永久変形した場合、再度、流体が凹部１１３内に導入されてストッパ部１０５から支持部材１５０が離間されるようにダイヤフラム１０２が変形した際に、バックラッシュ分だけ隙間が生じることになって支持部材１５０と受皿部材１６０とがパッキン１７０によって密閉されなくなり、支持部材１５０と受皿部材１６０との間から流体が漏れ出してしまうことになる。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、弁本体から流体圧が抜けた場合であっても支持部材と受皿部材との間に配設されたパッキンがコールドフローによって永久変形することがなく、流体の漏れを確実に防止することが可能な圧力調整器を提供することを目的とする。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明の圧力調整器は、１次側流体の流入路及び２次側流体の流出路を有するとともに前記流入路と前記流出路との間に凹部が形成された弁本体と、前記１次側流体と前記２次側流体との接続部を構成する弁座と、前記凹部の開口部を覆うように取り付けられたダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに連動して作動する弁体と、前記ダイヤフラムを前記凹部側に付勢する付勢手段とを備えた圧力調整器であって、前記凹部には、前記付勢手段による前記ダイヤフラムの変形を規制するストッパ部が形成されており、前記付勢手段は、前記ダイヤフラムを前記凹部側から支持する支持部材と、この支持部材とともに前記ダイヤフラムを挟持する受皿部材と、この受皿部材を前記凹部側へと付勢するスプリングと、このスプリングによる付勢力を調整する調整部と、を備えており、前記支持部材と前記受皿部材との間には、前記凹部からの流体の漏れを防止するためのパッキンが配設されており、前記受皿部材は、前記パッキンを押圧するパッキン押圧部材と、前記スプリングによる付勢力によって前記支持部材を押圧するスプリング受け部材とを有し、前記パッキン押圧部材は、前記支持部材が前記ストッパ部に当接した際に、前記パッキンに密着した状態で前記スプリングによる付勢力を受けない構成とされていることを特徴としている。

この構成の圧力調整器によれば、ダイヤフラムを挟持する支持部材と受皿部材との間にパッキンが配設され、受皿部材が、パッキンに当接されるパッキン押圧部材と支持部材に当接されるスプリング受け部材とを有しており、前記パッキン押圧部材は、前記支持部材が前記ストッパ部に当接した際に前記スプリング受け部材に対して前記スプリングによる付勢力を受けない構成とされているので、パッキンに対して、前記付勢手段による付勢力とストッパ部からの反力とが作用せず、パッキンのコールドフローによる永久変形を防止することができる。また、前記パッキン押圧部材は、前記パッキンに密着した状態を維持するので、パッキンとパッキン押圧部材との間に間隙が形成されることがなく、流体の漏れを防止することができる。

詳述すると、前記受皿部材が、前記パッキンを押圧するパッキン押圧部材と、前記スプリングによる付勢力によって前記支持部材を押圧するスプリング受け部材とに分けられ、これらが別々に前記支持部材に密着して組み込まれているので、前記支持部材が前記ストッパ部に当接した際に、スプリングによる付勢力がスプリング受け部材と支持部材とに直接作用し、前記パッキン押圧部材にはスプリングによる付勢力が作用しない構造となっているのである。

ここで、前記スプリング受け部材に、凹部側に開口する摺動孔部を形成し、この摺動孔部に前記パッキン押圧部材を配設した構成とすることが好ましい。

この発明に係る圧力調整器材によれば、弁本体から流体圧が抜けた場合であっても支持部材と受皿部材との間に配設されたパッキンがコールドフローによって永久変形することがなく、流体の漏れを確実に防止することが可能な圧力調整器を提供することができる。

以下に、本発明の実施の形態について添付した図面を参照して説明する。
減圧弁１は、図１に示すように、弁本体１０と、１次側流体と２次側流体との接続部２５を構成する弁座２０と、軸線Ｏ方向に撓み変形可能なダイヤフラム２と、ダイヤフラム２の変形に連動して軸線Ｏ方向に上下動する弁体３０と、ダイヤフラム２を凹部１３側に付勢する付勢手段４０とを備えている。

弁本体１０は、流路部材１６とキャップ部１７とを備えており、これら流路部材１６とキャップ部１７とが複数の固定ボルト１９によって連結されている。なお、キャップ部１７には、上方に向けて開口した装着孔部１８が設けられている。
流路部材１６は、１次側流体の流入路１１及び２次側流体の流出路１２を有するとともに流入路１１と流出路１２との間に凹部１３を備えている。

流入路１１は、一端が流路部材１６の外部に連通されるとともに他端が接続孔１４を介して凹部１３に連通されている。流入路１１と凹部１３とを連通する接続孔１４は軸線Ｏに沿って延びるように設けられている。また、接続孔１４の軸線Ｏ方向下方には接続孔１４と同軸上（軸線Ｏ上）に配置されるとともに接続孔１４よりも大径とされた取付孔１５が形成されている。
流出路１２は、一端が凹部１３に連通されるとともに他端が流路部材１６の外部に連通されている。
また、凹部１３には、付勢手段４０によるダイヤフラム２の変形を規制するためのストッパ部５が形成されている。

弁座２０は、概略円筒状をなし、シール部２１と、流入路１１と凹部１３とを連通する接続流路２２とを備えており、外周面に形成されたネジによって接続孔１４の内周面に密封状態にて螺着されている。これにより、流入路１１と凹部１３とは、接続流路２２のみによって連通され、シール部２１には、１次側流体と２次側流体との接続部２５が形成されている。なお、本実施形態では、シール部２１は軸線Ｏ方向下側を向くように設けられている。

ダイヤフラム２は、弾力性のある円形平板状の金属板で、平板状の面に垂直な方向に移動自在とされており、その外周縁部が流路部材１６及びキャップ部１７によって挟持されて、流路部材１６の凹部１３の開口部を覆うように配設されている。

弁座２０の接続部２５を開閉する弁体３０は、軸線Ｏ方向に上下動可能に構成されており、本実施形態では、弁座２０の軸線Ｏ方向下方に配設され、前述のシール部２１を開閉するものである。詳述すると、この弁体３０は、図１に示すように、軸線Ｏに沿って延びる多段円柱状をなしており、本体部３１と、この本体部３１の軸線Ｏ方向上端面に配設され、シール部２１に当接されるシール部材３２と、本体部３１の軸線Ｏ方向上端面から上方に向けて延設されたステム３３と、を備えている。ここで、弁体３０の本体部３１は、取付孔１５に螺着されたキャップ体３５の有底筒部３６内に、軸線Ｏ方向に摺動可能に収容されている。また、ステム３３は、ストッパ部５に設けられた透孔６に挿入されており、軸線Ｏ方向に移動可能な構成とされている。

ダイヤフラム２を凹部１３側に付勢する付勢手段４０は、ダイヤフラム２を凹部１３側から支持する支持部材５０と、この支持部材５０とともにダイヤフラム２を挟持する受皿部材６０と、この受皿部材６０を凹部１３側へと付勢するコイルスプリング４１と、このコイルスプリング４１による付勢力を調整する調整部４２と、を備えている。

コイルスプリング４１は、キャップ部１７の装着孔部１８に装着された収容筒部４３の内部に収容されており、軸線Ｏ方向上端面に押さえプレート４５が配設されている。また、収容筒部４３の天面に開口した貫通孔４４には押圧軸部４７を備えた調整ハンドル４６が螺着されており、押圧軸部４７の先端が押さえプレート４５に当接されている。つまり、この調整ハンドル４６を回動させることによって押圧軸部４７によるコイルスプリング４１への押圧力が調整できるように構成されているのである。

ダイヤフラム２を凹部１３側から支持する支持部材５０は、軸線Ｏに直交する方向に延在する台座部５１と、この台座部５１から軸線Ｏに沿って上方に向けて延設された軸部５２とを備えており、軸部５２の外周面には雄ネジ部５２Ａが形成されている。台座部５１の下面には、前述した弁体３０のステム３３の先端が当接されている。
そして、この支持部材５０の台座部５１のうち軸部５２の周縁部には、凹部１１３内の流体の漏れを防止するための環状のパッキン７０が配設されている。このパッキン７０は、弾性力を有する樹脂等で構成されており、本実施形態では、フッ素樹脂によって構成されている。

この支持部材５０とともにダイヤフラム２を挟持する受皿部材６０は、軸線Ｏの近傍に配置されてパッキン７０を押圧するパッキン押圧部材６１と、支持部材５０を押圧するスプリング受け部材６２と、を備えている。スプリング受け部材６２は、支持部材５０の軸部５２に螺着される雌ネジ部６３Ａを備えた円筒軸部６３と、この円筒軸部６３から径方向外方に向けて延在する円板部６４と、を備えている。

この円板部６４の上面にコイルスプリング４１が載置されており、コイルスプリング４１からの付勢力がこの円板部６４に作用する構成とされている。また、円板部６４の下面は、下方に向かって突出した凸曲面をなしている。
円筒軸部６３には、凹部１３側（図１、図２において下側）に開口するとともに軸線Ｏに沿って延びる摺動孔部６５が穿設されている。

パッキン押圧部材６１は、凹部１３側が一段大径とされた概略多段円筒状をなしており、その内周面のうち軸線Ｏ方向上方部分には、支持部材５０の軸部５２の雄ネジ部５２Ａに螺合する雌ネジ部６１Ａが形成されている。このパッキン押圧部材６１は、スプリング受け部材６２に形成された摺動孔部６５内に収容されている。

支持部材５０と受皿部材６０とは、支持部材５０の軸部５２の雄ネジ部５２Ａに、スプリング受け部材６２の雌ネジ部６３Ａが螺合されるとともに、パッキン押圧部材６１の雌ネジ部６１Ａが螺合されることによって固定されている。ここで、スプリング受け部材６２のねじ込み量を調整することでダイヤフラム２を確実に挟持することが可能となる。なお、本実施形態では、受皿部材６０の上に止めナット６７が螺着されており、受皿部材６０の緩みを防止している。

また、パッキン押圧部材６１は、その下面と円筒軸部６３の下面とが軸線Ｏ方向の同一位置となるように、かつ、パッキン押圧部材６１の上面と摺動孔部６５の天面との間に空間が確保されるように、軸線Ｏ方向位置が調整される。

次に、本実施形態である圧力調整器１の作用について説明する。
まず、調整ハンドル４６を回動することによって押圧軸部４７が軸線Ｏ方向に移動し、コイルスプリング４１による凹部１３側に向けての付勢力が設定され、これにより、２次側流体の設定圧力が決まる。この付勢力が受皿部材６０の円板部６４を介してダイヤフラム２に作用する。

この状態で、流出路１２側の２次側流体の圧力が設定圧力よりも低くなると、凹部１３内の２次側流体によるダイヤフラム２を凹部２とは反対側に押圧する力（圧力）がコイルスプリング４１による付勢力よりも低くなり、この付勢力によってダイヤフラム２が軸線Ｏ方向下方へと撓むように変形する。すると、支持部材５０も軸線Ｏ方向下方へと移動し、支持部材５０に押圧されたステム３３を介して弁体３０が軸線Ｏ方向下方へと移動する。これにより、弁体３０のシール部材３２が弁座２０のシール部２１より離間することになり、接続部２５が開放される。そして、この接続部２５を通じて流入路１１から凹部１３内に１次側流体が流入することになる。

１次側流体が流入路１１から凹部１３を通じて流出路１２に流通し、凹部１３内の２次側流体の圧力が所定の圧力まで上昇すると、ダイヤフラム２がコイルスプリング４１の付勢力に抗して元の形状に復元し、コイルスプリング４１が圧縮される。これにより、ステム３３が軸線Ｏ方向上方に移動し、弁体３０のシール部材３２が弁座２０のシール部２１に密着して接続部２５が閉塞され、１次側流体の流入が停止される。このようにして、２次側流体が設定圧力に調整される。

ここで、凹部１３から２次側流体が抜けて凹部１３内の圧力が低くなってダイヤフラム２が軸線Ｏ方向下方へと大きく撓むように変形した場合には、凹部１３に設けられたストッパ部５に支持部材５０の下面が当接することでダイヤフラム２が必要以上に変形することが防止される。つまり、ダイヤフラム２、これを挟持する支持部材５０及び受皿部材６０の軸線Ｏ方向下方への移動が、ストッパ部５によって規定されているのである。
また、支持部材５０と受皿部材６０との間に配設されたパッキン７０によって、凹部１３の開口部からの流体の漏れが防止される。

本実施形態である圧力調整器１によれば、ダイヤフラム２を挟持する支持部材５０と受皿部材６０との間にパッキン７０が配設され、受皿部材６０が、パッキン７０に当接されるパッキン押圧部材６１と支持部材５０に当接されるスプリング受け部材６２とを有し、これらパッキン押圧部材６１とスプリング受け部材６２とが別々に支持部材５０の軸部５２に螺着されているので、支持部材６０がストッパ部５に当接した際に、コイルスプリング４１による付勢力がスプリング受け部材６２と支持部材５０とに直接作用し、パッキン押圧部材６１にはコイルスプリング４１による付勢力が作用しない構造となり、パッキン７０に対して、コイルスプリング４１による付勢力とストッパ部５からの反力とが作用せず、パッキン７０のコールドフローによる永久変形を防止することができる。
また、支持部材５０の軸部５２の周縁部にパッキン７０が配設されているので、軸部５２周りからの流体の漏れを確実に防止することができる。

以上、本発明の一実施形態である圧力調整器について説明したが、本発明の技術的範囲はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、２次側流体の圧力を調整する減圧弁として機能する圧力調整器として説明したが、これに限定されることはなく、１次側流体の圧力を調整する背圧弁として機能する圧力調整器であってもよい。

また、パッキン押圧部材の凹部とは反対側（軸線Ｏ方向上側）のスプリング受け部材との間の空隙に、パッキンよりも変形しやすいスプリングやゴム等の弾性部材を配設してもよい。この場合、コイルスプリングからの付勢力とストッパ部からの反力とによって、弾性部材が収縮するように変形するので、パッキンに大きな圧縮力が作用することがなく、コールドフローによる永久変形を防止することができる。

さらに、ダイヤフラムについては、金属製の円板で構成された場合について説明したが、材質に関して、ステンレス鋼をはじめとする金属の他、ゴム膜や、合成樹脂膜等の弾力性を有する他の材質を用いることが可能である。

本発明の一実施形態である圧力調整器を示す縦断面図である。 図１に示す圧力調整器の部分拡大図である。 従来の圧力調整器を示す縦断面図である。 図３に示す圧力調整器の部分拡大図である。

符号の説明

１ 圧力調整器
２ ダイヤフラム
５ ストッパ部
１０ 弁本体
１１ 流入路
１２ 流出路
１３ 凹部
２０ 弁座
２５ 接続部
３０ 弁体
４０ 付勢手段
５０ 支持部材
５２Ａ 雄ネジ部
６０ 受皿部材
６１ パッキン押圧部材
６１Ａ 雌ネジ部
６２ スプリング受け部材
７０ パッキン

Claims (2)

1. １次側流体の流入路及び２次側流体の流出路を有するとともに前記流入路と前記流出路との間に凹部が形成された弁本体と、前記１次側流体と前記２次側流体との接続部を構成する弁座と、前記凹部の開口部を覆うように取り付けられたダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに連動して作動する弁体と、前記ダイヤフラムを前記凹部側に付勢する付勢手段とを備えた圧力調整器であって、
   前記凹部には、前記付勢手段による前記ダイヤフラムの変形を規制するストッパ部が形成されており、
   前記付勢手段は、前記ダイヤフラムを前記凹部側から支持する支持部材と、この支持部材とともに前記ダイヤフラムを挟持する受皿部材と、この受皿部材を前記凹部側へと付勢するスプリングと、このスプリングによる付勢力を調整する調整部と、を備えており、
   前記支持部材と前記受皿部材との間には、前記凹部からの流体の漏れを防止するためのパッキンが配設されており、
   前記受皿部材は、前記パッキンを押圧するパッキン押圧部材と、前記スプリングによる付勢力によって前記支持部材を押圧するスプリング受け部材とを有し、
   前記パッキン押圧部材は、前記支持部材が前記ストッパ部に当接した際に、前記パッキンに密着した状態で前記スプリングによる付勢力を受けない構成とされていることを特徴とする圧力調整器。
2. 前記スプリング受け部材には、凹部側に開口する摺動孔部が形成されており、この摺動孔部に前記パッキン押圧部材が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力調整器。

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