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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022096130
(43)【公開日】2022-06-29
(54)【発明の名称】バルブとこれを用いた減圧弁
(51)【国際特許分類】
   F16K 17/30 20060101AFI20220622BHJP
   G05D 16/16 20060101ALI20220622BHJP
【FI】
F16K17/30 A
G05D16/16 P
【審査請求】有
【請求項の数】4
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2020209058
(22)【出願日】2020-12-17
(71)【出願人】
【識別番号】000137889
【氏名又は名称】株式会社ミヤワキ
(74)【代理人】
【識別番号】100087941
【弁理士】
【氏名又は名称】杉本 修司
(74)【代理人】
【識別番号】100112829
【弁理士】
【氏名又は名称】堤 健郎
(74)【代理人】
【識別番号】100154771
【弁理士】
【氏名又は名称】中田 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100155963
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 大輔
(72)【発明者】
【氏名】北邑 有希雄
【テーマコード(参考)】
3H060
5H316
【Fターム(参考)】
3H060AA02
3H060BB10
3H060CC29
3H060CC40
3H060DC05
3H060DD05
3H060DD17
3H060DF08
3H060HH08
5H316BB04
5H316DD13
5H316EE03
5H316EE09
5H316EE12
5H316GG01
5H316HH14
5H316JJ01
5H316JJ13
5H316KK02
5H316KK08
(57)【要約】
【課題】製造が容易で、構造も簡単でありながら、ピストンの傾きを抑制することができるバルブとこれを用いた減圧弁を提供する。
【解決手段】本発明のバルブVAは、流体Sの流入路10と流出路12との間を開閉する弁体18と、弁体18をばね力によって弁シート22に着座させるばね体20と、弁体18に接触するロッド82と、ロッド82を介して弁体18を開弁方向に押圧して弁シート22から離間させるピストン26と、ロッド82およびピストン26を移動自在に案内するシリンダ28とを備えている。ピストン26とロッド82とは別体で構成され、ピストン26とロッド82が、ロッド82の軸心方向AXに対して傾動自在に接触している。
【選択図】図5
【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体の流入路と流出路との間を開閉する弁体と、
前記弁体をばね力によって弁シートに着座させるばね体と、
前記弁体に接触するロッドと、
前記ロッドを介して前記弁体を開弁方向に押圧して前記弁シートから離間させるピストンと、
前記ロッドおよび前記ピストンを移動自在に案内するシリンダと、を備え、
前記ピストンと前記ロッドとは別体で構成され、
前記ピストンと前記ロッドが、前記ロッドの軸心方向に対して傾動自在に接触しているバルブ。
【請求項2】
請求項1に記載のバルブにおいて、前記ピストンに球面状の凹所が形成され、
前記ロッドの基端部が、前記凹所に接触しているバルブ。
【請求項3】
請求項1に記載のバルブにおいて、前記ロッドの基端部に球面部が形成され、
前記ピストンに前記ロッドの基端部が接触しているバルブ。
【請求項4】
流体の主通路に配置されて一次側の圧力を二次側の圧力に減圧する減圧弁であって、
請求項1から3のいずれか一項に記載のバルブを構成する主弁体を備えた減圧弁。
【請求項5】
請求項4に記載の減圧弁において、さらに、前記主弁体を開閉させるパイロット弁ユニットを備えた減圧弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、流体の通路に設けられて通路を開閉するバルブと、これを用いた減圧弁に関する。
【背景技術】
【0002】
流体の通路には、通路内の圧力を調節するために種々の弁装置が配置される(例えば、特許文献1)。特許文献1のような減圧弁では、一般的に弁軸として円筒形状または円板形状のピストンにロッドが一体に連結されたものが使用されており、シリンダ内をピストンが摺動することで弁体の開閉動作を行っている。そのため、シリンダ内でピストンが傾くと、弁軸の摺動性が悪化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開昭62-103717号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1の装置では、ピストンとロッドを半球面状の接続部で連結し、ピストンの傾きを抑制している。しかしながら、特許文献1の装置では、半球面状の接続部を設けたことにより、弁軸の構成が複雑化するうえに、高重量化する。また、ピストン、ロッドおよび半球面状の接続部が一体に形成されているので、製造も難しい
【0005】
本発明は、製造が容易で、構造も簡単でありながら、ピストンの傾きを抑制することができるバルブとこれを用いた減圧弁を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために、本発明のバルブは、流体の流入路と流出路との間を開閉する弁体と、前記弁体をばね力によって弁シートに着座させるばね体と、前記弁体に接触するロッドと、前記ロッドを介して前記弁体を開弁方向に押圧して前記弁シートから離間させるピストンと、前記ロッドおよび前記ピストンを移動自在に案内するシリンダとを備えている。前記ピストンと前記ロッドとは別体で構成され、前記ピストンと前記ロッドが、前記ロッドの軸心方向に対して傾動自在に接触している。
【0007】
この構成によれば、ピストンとロッドが別体で構成され、両者がロッドの軸心方向に対して傾動自在に接触している。これにより、ロッドが、軸心方向に対して傾いた場合でも、その傾きが吸収され、ピストンの傾きが抑制される。これにより、ピストンの摺動性が悪化するのを防ぐことができる。しかも、ピストンとロッドが別体で構成され、その当接部の形状を変えるだけなので、製造が容易で、構造も簡単である。
【0008】
本発明において、前記ピストンに球面状の凹所が形成され、前記ロッドの基端部が前記凹所に接触していてもよい。また、これに代えて、前記ロッドの基端部に球面部が形成され、前記ピストンに前記ロッドの基端部が接触していてもよい。この構成によれば、製造が容易で、且つ、簡単な構造で、ピストンの傾きを抑制できる。
【0009】
本発明の減圧弁は、流体の主通路に配置されて一次側の圧力を二次側の圧力に減圧する減圧弁であって、本発明のバルブを構成する主弁体を備えている。この場合、さらに、前記主弁体を開閉させるパイロット弁ユニットを備えていてもよい。
【0010】
パイロット作動式の減圧弁では、主弁体の開閉度が二次側圧力の安定性につながるので、主弁体に繋がるピストンの摺動性は減圧弁の性能を評価するうえでの重量なファクターである。上記構成によれば、ピストンの摺動性が悪化するのを防ぐことができるので、パイロット作動式の減圧弁に特に有効である。
【発明の効果】
【0011】
本発明の弁装置および減圧弁によれば、製造が容易で、且つ、簡単な構造で、ピストンの傾きを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1】本発明の対象である減圧弁の基本構成を示す縦断面図である。
図2】同減圧弁の減圧前の状態を模式的に示す縦断面図である。
図3】同減圧弁の圧力調整状態を模式的に示す縦断面図である。
図4】同減圧弁の減圧保持状態を模式的に示す縦断面図である。
図5】本発明の第1実施形態に係るバルブの要部を示す縦断面図である。
図6】本発明の第2実施形態に係るバルブの要部を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明の実施形態を説明するのに先立って、蒸気通路に用いる減圧弁について説明する。様々な産業において、コスト、利便性、安全性の観点から、蒸気は、熱媒体として用いられている。その最大のメリットとして、単位重量当たりの潜熱量が大きいこと、圧力をコントロールすれば温度も一定に保持できることがあげられる。
【0014】
蒸気を使用する場合、必要な圧力ごとに蒸気を発生させるのではなく、ボイラーで高圧の蒸気を発生させておいて、その蒸気を生産物や用途に応じて必要な圧力に下げて使用する。その場合、蒸気の圧力をほぼ一定に保つ自動弁が減圧弁である。圧力を下げる目的は、蒸気温度を下げて所望の加熱温度に保つためである。
【0015】
減圧の基本原理は、絞り現象と呼ばれるもので、蒸気が管内を流れるとき、蒸気が流れる通路を絞ると、絞られた箇所よりも下流側の蒸気圧力が低くなる。これが蒸気の減圧である。単に絞るだけであれば、バルブを中間開度に固定したり、オリフィスプレートを設けたりする方法があるが、この方法では、流量が変化した際に圧力も変わるという問題がある。そこで、流量や、一次側の圧力(絞り箇所の上流側の圧力)が変わっても、二次側の圧力(絞り箇所の下流側の圧力)が変動しないように、弁を通過する流体のエネルギーを直接利用して自動的に弁開度が変化するように設定されたバルブが減圧弁である。
【0016】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は本発明の対象である弁装置を用いた減圧弁の一種であるパイロット作動式の減圧弁の基本構成を示す。図1において、減圧弁は流体の一種である蒸気Sが流れる主通路1に配置されている。減圧弁PRVのケーシング2は、本体ケース4と、上ケース6と下ケース8とを連結してなる。本体ケース4の内部に、一次側通路10と、二次側通路12と、その間にある弁室14とが形成されている。一次側通路10および二次側通路12が、蒸気Sが流れる主通路1の一部を形成する。
【0017】
弁室14には、弁ホルダ16と、その内部を摺動する主弁体18とが配置されている。弁ホルダ16は、その上部が本体ケース4にねじ連結により支持されている。つまり、一次側通路10および二次側通路12が、主弁体18に対する流入路と流出路をそれぞれ形成している。弁ホルダ16は、その上部が本体ケース4にねじ連結により支持されている。
【0018】
主弁体18は、コイルスプリングからなる主ばね体20により、弁ホルダ16に形成された主弁シート22に接触して閉弁する方向にばね力が付加されている。弁室14の上方には、主弁体18を駆動する主弁駆動部24が配置されている。この主弁駆動部24は、主弁体18に当接するピストン26が、本体ケース4に支持されたシリンダ28に摺動自在に挿入されている。ピストン26が、本体ケース4に支持されたシリンダ28に摺動自在に挿入されている。ピストン26の上方が、後述する主弁体駆動室27となっている。ピストン26には主弁体駆動室27の圧力を逃がす逃がし孔29が設けられている。これら主弁体18、主ばね体20、ピストン26およびシリンダ28により主弁装置であるバルブVAが構成されている。
【0019】
上ケース6の上部に、パイロット弁ユニット30が配置されている。つまり、上ケース6が、パイロット弁ユニット30のケーシングを形成する。このパイロット弁ユニット30は、弁体32を含むパイロット弁装置34と、このパイロット弁装置34を開閉させるパイロット弁駆動部36とを有する。本実施形態では、弁体32は、ボール形(球体)であるが、これに限定されない。パイロット弁装置34は、弁座ブロック37を有し、その先端部(図1の左端部)に弁シート40が形成されている。弁シート40の中央部に、弁体32により開閉される弁口41が開口している。
【0020】
弁座ブロック37に、シャフト部材42が前後方向(図1の左右方向)に貫通して挿入されている。シャフト部材42の先端部42aが弁体32に接触し、後端部42bがパイロット弁駆動部36の後述する先端板38に対向している。弁体32は、コイルスプリングからなる第1のばね体44によって弁シート40に押し付けられている。第1のばね体44は、上ケース6に設けた第1のばね受け48との間に介装されている。
【0021】
パイロット弁駆動部36は、先端(図1の左端)の先端板38が、後方(図1の右方)から前方(図1の左方)へ向かって、コイルスプリングからなる第2のばね体54によって押圧されている。第2のばね体54は、先端板38に接触する先端部材56と、カバー部材50の内側に配置された第2のばね受け58との間に介装されている。カバー部材50は、上ケース6(ケーシング)にねじ連結されている。カバー部材50と先端部材56との間にプッシュロッド60が配置され、このプッシュロッド60は第2のばね体54の内側空間を通っている。
【0022】
パイロット弁駆動部36は、圧力調整手段49を有している。圧力調整手段49は、前記先端板38とベローズ43とを有し、第2のばね体54を閉弁方向(右方向)に後退させる。つまり、圧力調整手段49は、第2のばね体54をそのばね力に抗して閉弁方向に後退させる閉弁力付加部材を構成する。
【0023】
先端板38にベローズ43の先端部43aが接続されており、ベローズ43の基端部43bが、上ケース6とカバー部材50との間で固定支持されている。カバー部材50に、圧力調整用の調整ハンドル52が回動自在にねじ連結されている。
【0024】
パイロット弁装置34の前側(左側)には第1のばね体44を収納するパイロット室62が配置されている。このパイロット室62に、一次導通路64を介して一次側通路10が連通している。パイロット室62には、異物除去用のスクリーン66が配置されている。また、パイロット弁装置34における弁体32の下流側に、弁口41に連通する貫通路68が形成されている。これらパイロット室62と貫通路68とが、パイロット弁ユニット30に対する流入路と流出路をそれぞれ形成している。他方、圧力付加手段49が収納されている圧力導入室70には、二次導通路72を介して二次側通路12が連通している。
【0025】
つぎに上記構成の作動を説明する。
[減圧前]
図2は減圧動作の開始前を示し、主弁体18が閉弁状態にある。この減圧弁に蒸気Sが通気されると、蒸気Sは一次側通路10から一次導通路64を通ってパイロット室62に達する。
【0026】
[圧力調整]
調整ハンドル52を減圧方向(左回り)に回転させると、図3に示すように、圧力付加手段49のプッシュロッド60が前方(左方向)へ移動する。これに伴い、ベローズ43が伸長して先端板38によりシャフト部材42を前方(左方向)へ移動させ、弁体32を開く。これにより、流出路(貫通路)68に蒸気Sが流れ、ピストン26を押し下げて主弁体18を開弁させる。このとき、圧力付加手段49の先端の押圧板38と弁座ブロック37の背面との間には若干の隙間Gが存在する。主弁体18の開弁により、一次側通路10内の蒸気Sが二次側通路12に流入して減圧される。
【0027】
[減圧の保持]
二次側通路12に流入した蒸気Sの一部が、図4に示すように、二次導通路72を通って圧力導入室70に達する。圧力導入室70内の蒸気圧力によって圧力付加手段49のベローズ43が押し縮められ、先端板38が右方向へ後退する。これにより、シャフト部材42の後方(右方向)への移動を許容して弁体32を閉弁方向に移動させる。このようにして主弁体駆動室27の圧力が調整されることで、主弁体18の開度が調整され、二次側通路12の圧力が一定に保たれる。
【0028】
つぎに、本発明の第1実施形態の要部であるバルブVAについて図5~6により説明する。ピストン26は、ピストン26から主弁体18に向かって延びて主弁体18に当接するロッド82を有している。ピストン26とロッド82とは別体で構成されている。
【0029】
本実施形態では、ピストン26は、有底の円筒形状を有している。詳細には、ピストン26は、円盤状の底壁26aと、底壁26aからピストン26の軸心方向AXに延びる筒状の周壁26bとを有している。ピストン26の底壁26aに、前記逃がし孔29が設けられている。ピストン26は、底壁26aの外周面と周壁26bの外面でシリンダ28の内面に摺動している。
【0030】
底壁26aの外周面および周壁26bの外面に、環状の溝26c、26cが形成されており、各凹溝26cにピストンリング84が介装されている。このようなピストンリング84を設けることで、ピストン26の傾きが抑制される。ピストンリング84は、例えば、フッ素樹脂である。ただし、ピストンリング84の材質はこれに限定されない。本実施形態では、ピストンリング84は、2つ設けられているが、ピストンリング84の数はこれに限定されず、1つであてもよく、3つ以上であってもよい。また、ピストンリング84はなくてもよい。また、本実施形態では、ピストン26は円筒形状であるが、周壁26bのない円板状であってもよい。
【0031】
ロッド82は、円柱形の棒状の部材であり、その軸心がピストン26の軸心AXに一致する。ロッド82の基端部(図5の上端部)82aがピストン26の底壁26aに当接し、先端部(図5の下端部)82bが主弁体18に当接している。ロッド82と主弁体18は、公知の構造により連結されている。ロッド82とピストン26との連結構造は後述する。
【0032】
シリンダ28は、ピストン26が摺動する円筒状のガイド部28aと、ロッド82を保持する円筒状のロッド保持部28bと、ガイド部28aとロッド保持部28bを連結する環状の連結部28cとを有している。
【0033】
ガイド部28aは、連結部28cから主弁体18と反対側(図5の上方)に延びる円筒形状であり、その内面でピストン26を摺動自在に支持している。つまり、ガイド部28aの内面に対して、ピストン26の周壁26bがスライドする。連結部28cは、ピストン26の底壁26aと軸心方向AXに対向しており、ピストン26の主弁体18側(図5の下方)への移動を規制している。
【0034】
ロッド保持部28bは、連結部28cから主弁体18側(図5の下方)に延びる円筒形状で、その内面でロッド82を摺動自在に支持している。つまり、ロッド保持部28bの内面に対して、ロッド82がスライドする。ロッド保持部28bの内面に環状の溝28baが形成されており、この溝28baにリング状のパッキン86が嵌め込まれている。このようなパッキン86を設けることにより、ロッド82の傾きが抑制される。
【0035】
パッキン86は、例えば、フッ素樹脂である。ただし、パッキン86の材質はこれに限定されない。本実施形態では、パッキン86は、ロッド82の軸心方向AXに沿って2つ設けられているが、パッキン86の数は1つであってもよく、3つ以上であってもよい。また、パッキン86はなくてもよい。
【0036】
ピストン26とロッド82は、ピストン26の軸心方向AXに対して傾動自在に接触している。本実施形態では、ピストン26の底壁26aに球面状の凹所88が形成されており、ロッド82の基端部82aが凹所88の内面に接触している。凹所88は、例えば、ピストン26の軸心AXに沿って切断した断面形状が、軸心AX上に曲率中心を有する円弧または楕円弧形状に形成される。ただし、凹所88は、ロッド82が軸心方向AXに対して傾動自在に接触可能であればよく、図5の実施形態の形状に限定されない。
【0037】
図6の第2実施形態に示すように、ロッド82の基端部82aに球面部90が形成され、このロッド82の球面部90がピストン26の底壁26aに接触していてもよい。球面部90、例えば、ピストン26の軸心AXに沿って切断した断面形状が、軸心AX上に曲率中心を有する円弧または楕円弧形状に形成される。ただし、球面部90は、ロッド82が軸心方向AXに対して傾動自在に接触可能であればよく、図6の第2実施形態の形状に限定されない。
【0038】
ピストン26は、例えば、主弁体18が開く際の弁口からの噴出流体の影響等により、ロッド82が軸心AXに対して傾くことがある。これに伴い、ピストン26も傾くと、その摺動性が悪化する恐れがある。上記構成によれば、ピストン26とロッド82が別体で構成され、両者26,82が軸心方向AXに対して傾動自在に接触している。これにより、ロッド82が軸心方向AXに対して傾いた場合でも、その傾きが吸収され、ピストン26の傾きが抑制される。これにより、ピストン26の摺動性が悪化するのを防ぐことができる。
【0039】
特に、パイロット作動式の減圧弁PRVでは、主弁体18の開閉度が二次側圧力の安定性につながるので、主弁体18に繋がるピストン26の摺動性は減圧弁PRVの性能を評価するうえでの重量なファクターである。上記構成では、ピストン26の摺動性が悪化するのを防ぐことができるので、パイロット作動式の減圧弁PRVに特に有効である。
【0040】
しかも、ピストン26とロッド82が別体で構成され、両者26,82の当接部の形状を変えるだけなので、製造が容易で、構造も簡単である。具体的には、図5の第1実施形態では、ピストン26に球面状の凹所88が形成され、ロッド82の基端部82aが凹所88に傾動自在に接触している。一方、図6の第2実施形態では、ロッド82の基端部82aに球面部90が形成され、この球面部90がピストン26に傾動自在に接触している。このように、製造が容易で、且つ、簡単な構造で、ピストン26の傾きを抑制できる。
【0041】
本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、本発明のバルブは、減圧弁の主弁体18以外にも適用できる。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【0042】
10 一次側通路(流入路)
12 二次側通路(流出路)
18 主弁体(弁体)
20 主ばね体(ばね体)
22 主弁シート(弁シート)
26 ピストン
28 シリンダ
30 パイロット弁ユニット
82 ロッド
88 凹所
90 球面部
PRV 減圧弁
S 蒸気(流体)
VA バルブ
図1
図2
図3
図4
図5
図6
【手続補正書】
【提出日】2022-02-18
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体の流入路と流出路との間を開閉する弁体と、
前記弁体をばね力によって弁シートに着座させるばね体と、
前記弁体に接触するロッドと、
前記ロッドを介して前記弁体を開弁方向に押圧して前記弁シートから離間させるピストンと、
前記ロッドおよび前記ピストンを移動自在に案内するシリンダと、を備え、
前記ピストンと前記ロッドとは別体で構成され、
前記ピストンと前記ロッドが、前記ロッドの軸心方向に対して傾動自在に接触しているバルブ。
【請求項2】
請求項1に記載のバルブにおいて、前記ピストンに球面状の凹所が形成され、
前記ロッドの基端部が、前記凹所に接触しているバルブ。
【請求項3】
流体の主通路に配置されて一次側の圧力を二次側の圧力に減圧する減圧弁であって、
請求項1または2に記載のバルブを構成する主弁体を備えた減圧弁。
【請求項4】
請求項3に記載の減圧弁において、さらに、前記主弁体を開閉させるパイロット弁ユニットを備えた減圧弁。