JP7009525B2

JP7009525B2 - 調圧弁

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Publication number: JP7009525B2
Application number: JP2020014305A
Authority: JP
Inventors: 達也北澤
Original assignee: Nihon Pisco Co Ltd
Current assignee: Nihon Pisco Co Ltd
Priority date: 2020-01-31
Filing date: 2020-01-31
Publication date: 2022-01-25
Anticipated expiration: 2040-01-31
Also published as: CN113202958A; CN113202958B; TWI855205B; KR20210098328A; TW202134558A; JP2021120832A

Description

本発明は、調圧弁に関し、さらに詳細には、外部の空圧機器に供給する気体の圧力を所定値に調整する調圧弁に関する。

機械装置や電子機器等の組立を行う自動設備ライン等において、エアシリンダ等に例示される空圧機器を用いた装置が多用されている。これらの空圧機器はそれぞれに作動圧力が設定されているため、供給する気体の圧力を所定値に調整する調圧弁が従来より用いられている。

例えば、従来の調圧弁として、特許文献１（特開２００４－１９２４６２号公報）に記載の構成が知られている。この調圧弁は、操作ダイヤルを操作することによって高圧領域と低圧領域との間で任意の圧力設定が可能なように構成されている。

なお、「調圧弁」は、何らかの異常によって供給される気体の圧力が所定値を超えてしまった場合に圧力を解放して機器の保護を行う「安全弁（リリーフ弁）」とは、その目的や構成において相違するものである。

特開２００４－１９２４６２号公報

ここで、特許文献１に例示されるような従来の調圧弁においては、操作ダイヤルの操作によって任意の圧力調整が可能となる反面、調整する工数が必要となり、また、わずかに操作ダイヤルに触れてしまっただけでも意図しない設定圧力の変化が生じてしまうおそれがある。さらに、調整機構を備えることによって、部品点数の増加や構造の複雑化を招いてしまう。

また、接続される空圧機器は正確な作動を得るために供給気体の作動圧力が所定値に設定されている。したがって、調圧弁に対しては、供給する気体の圧力をできる限り変動の無い所定値となるように高精度に調整可能であることが求められる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、供給する気体の圧力変動を抑えて高精度の調整が可能であると共に、調整工数の削減、および意図しない設定圧力の変化が生じてしまうことの防止が可能な調圧弁を提供することを目的とする。

一実施形態として、以下に開示するような解決手段により、前記課題を解決する。

開示の調圧弁は、外部空圧機器に供給する気体の圧力を所定値に調整する調圧弁であって、筒状の本体ケースと、前記本体ケースの第１端部に設けられて外部気体供給源に接続される吸気口を有する１次ポートと、前記本体ケースの第２端部に設けられて前記外部空圧機器に接続される排気口を有する２次ポートと、前記吸気口と前記排気口との間を連通して流体を通過させる第１流路と、前記第１流路の途中に設けられて流路を開閉する開閉弁と前記本体ケースの内部に設けられて、前記本体ケースの内径よりも外径が小さい筒状のガイド部材と、前記ガイド部材の内部に設けられて、前記ガイド部材の内径よりも外径が小さい筒状の流路構成部材と、を備え、前記１次ポートおよび前記２次ポートは、前記吸気口の中心軸と前記排気口の中心軸とが同軸上となるように配設されており、前記流路構成部材は、径方向中心に前記第１流路を構成する第１空間と、前記第１空間の内部と外部とを連通する第１貫通孔と、前記２次ポート寄りの端部に前記開閉弁の弁座を構成する座面とを有し、前記開閉弁は、前記１次ポート寄りに相対的に外径の小さい小径部が形成されると共に前記２次ポート寄りに相対的に外径の大きい大径部とが形成され、且つ、前記小径部に第１シールが外嵌されると共に前記大径部に第２シールが外嵌された弁体を有し、前記弁体は、径方向中心に前記第１流路を構成する第２空間と、前記第２空間の内部と外部とを連通する第２貫通孔とを有し、前記小径部が前記ガイド部材に往復動可能に内嵌されると共に前記大径部が前記本体ケースに往復動可能に内嵌されるように配設されており、前記１次ポート側の受圧面積が、前記第１シールが当接する位置における前記座面の内径で規定され、前記２次ポート側の受圧面積が、前記第２シールが当接する位置における前記本体ケースの内径で規定されており、前記弁体を、前記吸気口の中心軸および前記排気口の中心軸と平行に、前記１次ポートから前記２次ポートへ向かう方向に付勢する付勢部材をさらに備え、前記ガイド部材の周壁部内面と前記流路構成部材の周壁部外面との間の第３空間が第２流路として構成されており、前記第２流路は、前記流路構成部材の前記第１貫通孔および前記弁体の前記第２貫通孔を介して前記第１流路に連通するように構成されていると共に、途中に前記２次ポートから前記１次ポートへ向かう方向の通流のみを許容するチェック弁が設けられていることを特徴とする。

開示の調圧弁によれば、外部の空圧機器に対して供給する気体の圧力変動を抑えて高精度の調整が可能となる。また、操作ダイヤルを設けない構成が実現されるため、調整工数の削減、および意図しない設定圧力の変化が生じてしまうことの防止が可能となる。

本発明の実施形態に係る調圧弁の例を示す概略図（正面断面図）である。本発明の実施形態に係る調圧弁の例を示す概略図（正面断面図）である。図１、図２に示す調圧弁の流路構成部材の拡大図である。図１、図２に示す調圧弁の開閉弁の弁体の拡大図である。本発明の実施形態に係る調圧弁および従来の実施形態に係る調圧弁の圧力特性の測定データである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。図１、図２は、いずれも本実施形態に係る調圧弁１の例を示す正面断面図（概略図）であって、図１は開閉弁３０が「開」の状態であり、図２は開閉弁３０が「閉」の状態である。また、図３は、調圧弁１における流路構成部材５０の拡大図であり、図４は、調圧弁１における開閉弁３０の弁体３１の拡大図である。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

本実施形態に係る調圧弁１は、機械装置や電子機器等の組立を行う自動設備ライン等において設けられる空圧機器に対して、圧力を所定値に調整した気体（空気）の供給を行うものである。当該空圧機器の具体例としては、エアシリンダ等のアクチュエータ、真空発生器、エアブロー等が挙げられる。いずれも、正確な作動を行うために供給を受ける気体の圧力（作動圧力）が所定値として設定されている。また、これらの空圧機器に共通の特性として、調圧弁１の１次側の減圧によって２次側すなわち当該空圧機器の内部圧力（作動圧力）が減圧される作動が行われる。

図１、２に示すように、調圧弁１は、筒状（一例として、全体の概略形状が円筒状）の本体ケース１０を備えて、一方の第１端部１０ａに１次ポート１２が設けられ、他方の第２端部１０ｂに２次ポート１４が設けられている。一例として、１次ポート１２は第１端部１０ａに第１管継手１６が嵌設されて構成されており、当該第１管継手１６の開口部は、エアコンプレッサ等の外部気体供給源（不図示）に対して直接もしくは配管を介して接続される吸気口１６ａとして構成されている（ただし、逆方向の気体通流時には排気口となる）。また、２次ポート１４は第２端部１０ｂに第２管継手１８が嵌設されて構成されており、当該第２管継手１８の開口部は、前述の外部空圧機器に対して直接もしくは配管を介して接続される排気口１８ａとして構成されている（ただし、逆方向の気体通流時には吸気口となる）。なお、製造工程において開閉弁３０の弁体３１（後述）を本体ケース１０内に組み込む都合により、第２管継手１８は、本体ケース１０の第２端部１０ｂに嵌設されるキャップ部材２２に固定される構成となっている。また、第１管継手１６および第２管継手１８には公知の管継手が用いられており、その詳細構成については説明を省略する。

この本体ケース１０の内部には、吸気口１６ａと排気口１８ａとの間を連通して流体を通過させる第１流路２０が設けられている。また、第１流路２０の流路途中には弁体３１が中心軸Ｃと平行方向に往復動して当該流路を開閉する開閉弁３０が設けられている（詳細は後述する）。

本実施形態に特徴的な構成として、１次ポート１２および２次ポート１４は、吸気口１６ａの中心軸と排気口１８ａの中心軸とが同軸上（ここでは、Ｃ軸上）となるように構成されている。これによれば、略筒状の本体ケース１０の構成と相まって、調圧弁１をスリムでコンパクトな形状として実現することが可能となる。特に、径方向については本体ケース１０の外径寸法内に全体を収めることができるため、従来装置と比べて狭い場所への設置が可能となる。

上記構成を実現するために、調圧弁１は以下のような内部構成を有している。先ず、本体ケース１０の内部に設けられて、本体ケース１０の内径よりも外径が小さい所定部位を有し且つ本体ケース１０の中心軸Ｃと同軸の中心軸を有する筒状（一例として、概略形状が円筒状）のガイド部材４０を有している。本実施形態においては、ガイド部材４０の１次ポート１２側の端部が本体ケース１０の内部と連続する一体の構成として設けられている。ただし、この構成に限定されるものではなく、ガイド部材４０を本体ケース１０とは別体の構成として設けてもよい。なお、本体ケース１０、ガイド部材４０を構成する材料は、金属材料もしくは樹脂材料から適宜、選定すればよい。

また、ガイド部材４０の内部に設けられて、ガイド部材４０の内径よりも外径が小さい所定部位を有し且つ本体ケース１０の中心軸Ｃと同軸の中心軸を有する筒状（一例として、概略形状が異径円筒状）の流路構成部材５０を有している。ここで、径方向中心には第１流路２０（２０Ａ）を構成する第１空間５２が設けられており、さらに、後述のチェック弁６０よりも１次ポート１２寄りの位置には第１空間５２の内部と外部とを連通する第１貫通孔５４が設けられている。なお、本実施形態において、流路構成部材５０はガイド部材４０とは別体の構成として設けられている。また、流路構成部材５０を構成する材料は、金属材料もしくは樹脂材料から適宜、選定すればよい。

次に、本実施形態に係る開閉弁３０について説明する。開閉弁３０の弁体３１は、１次ポート１２寄りに相対的に外径の小さい小径部３１ａが形成されると共に、２次ポート１４寄りに相対的に外径の大きい大径部３１ｂとが形成されている。ここで、小径部３１ａ（一例として、小径部３１ａの先端においてさらに小径に形成された先端小径部３１ｃ）に開閉弁３０の弁座３６（後述）と当接する第１シール３４が外嵌されると共に、大径部３１ｂに本体ケース１０の周壁部１１（内面１１ａ）と当接（摺接）する第２シール３５が外嵌されて構成されている。また、径方向中心には第１流路２０（２０Ｂ）を構成する第２空間３２が設けられており、さらに、小径部３１ａの先端近傍位置には第２空間３２の内部と外部とを連通する第２貫通孔３３が設けられている。なお、弁体３１を構成する材料は、金属材料もしくは樹脂材料から適宜、選定すればよい。

上記の構成を備える弁体３１は、小径部３１ａがガイド部材４０の筒内に往復動可能に内嵌されると共に、大径部３１ｂが本体ケース１０の筒内に往復動可能に内嵌されるように配設されている。

一方、開閉弁３０の弁体３１が接離する弁座３６は流路構成部材５０に設けられている。具体的には、流路構成部材５０の２次ポート１４寄りの端部５０ａに弁座３６の座面３６ａが形成されている。この座面３６ａは、周壁部５６の内面５６ａから端面５８に向かって拡径する傾斜面として（面取り状に）形成されている。本実施形態においては、弁体３１の小径部３１ａの１次ポート１２寄りの端部に設けられた第１シール３４と、流路構成部材５０に設けられた座面３６ａとが接離することによって、第１流路２０の開閉（すなわち第１流路２０Ａと第１流路２０Ｂとの連通・非連通の切替）が行われる。

さらに、本実施形態に係る調圧弁１は、開閉弁３０の弁体３１を、吸気口１６ａの中心軸および排気口１８ａの中心軸と平行に（すなわち、本体ケース１０の中心軸Ｃと平行に）、１次ポート１２から２次ポート１４へ向かう方向に付勢する付勢部材６２をさらに備えている。この付勢部材６２は、本体ケース１０の周壁部１１の内面１１ａとガイド部材４０の周壁部４２の外面４２ｂとの間の第４空間４４内にその一部もしくは全部が収容されるように配設されている。ここで、本体ケース１０の周壁部１１の所定位置（第２シール３５よりも１次ポート１２寄りの位置）には内面１１ａと外面１１ｂとを連通する第３貫通孔１９が設けられている。この第３貫通孔１９は、付勢部材６２が収容される空間が密閉化されることよって弁体３１が不動となることを防止するために設けられている。なお、一例として、付勢部材６２には金属材料からなるコイルバネが用いられるが、これに限定されるものではない。

これによれば、開閉弁３０をいわゆるノーマルオープンの状態に設定することができる（図１に示す状態）。そのうえで、付勢部材６２（ここでは、コイルバネ）のバネレートの設定により、２次ポート１４の排気口１８ａから送出される気体の圧力すなわち外部空圧機器の作動圧力を所定値に設定することができる。

このように、本実施形態に係る調圧弁１においては、操作ダイヤルを設ける圧力調整機構を備えずに、製造時にあらかじめ組み込まれる付勢部材６２（コイルバネ）の選定によって、２次ポート１４側の圧力設定を行う機構となっている。したがって、特許文献１に例示されるような従来の調圧弁において、わずかに操作ダイヤルに触れてしまっただけでも意図しない設定圧力の変化が生じてしまうといった課題の解決が可能となる。さらに、調整工数の削減、部品点数の削減、および構造の簡素化も可能となる。

ここで、圧力調整を行う調圧弁１の開閉弁３０においては、１次ポート１２側の受圧面積が、第１シール３４が当接する位置における座面３６ａの内径で規定され、且つ、２次ポート１４側の受圧面積が、第２シール３５が当接する位置における本体ケース１０の内径で規定される。

上記構成について、本願発明者が鋭意研究を行った結果、弁体３１における上記１次ポート１２側の受圧面積と、上記２次ポート１４側の受圧面積との比が、１：２５以上（さらに好適には１：２８以上）となるように構成することによって、１次ポート１２側に流入する気体の圧力変動があった場合に、２次ポート１４側から送出する気体の圧力変動を抑制することが可能となり、高精度の圧力調整が可能となることを究明した。ここで、従来の調圧弁に対する圧力特性の比較実験における測定データを図５に示す（一例として、１：２８の場合）。横軸は１次ポート１２側に流入する気体の圧力であり、縦軸は２次ポート１４側から送出する気体の圧力である。本実施形態に係る調圧弁１のデータを実線で示し、従来の調圧弁（出願人の従来製品ＲＶＵ６－６型）のデータを破線で示す。同図に示すように、従来の調圧弁と比較して、１次ポート１２側に流入する気体の圧力変動に対して、２次ポート１４側から送出する気体の圧力変動をきわめて安定的に抑制できている結果が得られた。なお、上記の特性よりは若干劣るものの、接続される空圧機器の要求仕様によっては、当該受圧面積比を１：２０以上となるように上記より比率を下げて構成しても圧力変動抑制効果が十分に得られ、且つ、さらなる小型化を図ることもできる。一方、圧力変動抑制効果よりも小型化（特に径方向の小型化）の実現を優先しようとする場合には、当該受圧面積比を１：１０以上となるようにさらに上記より比率を下げて構成することによって、小型化の効果を顕著に得ることもできる。

このように、２次ポート１４側に接続される空圧機器は正確な作動を得るために供給気体の作動圧力が所定値に設定されているところ、本実施形態に係る調圧弁１によれば、２次ポート１４から供給する気体の圧力をできる限り変動の無い所定値となるように高精度に調整可能であるため、接続される空圧機器の正確かつ安定的な動作が可能となる。

一方、本実施形態に係る調圧弁１が気体を供給する空圧機器は、１次ポート１２側における気体の圧力の減圧によって２次ポート１４側における気体の圧力すなわち空圧機器の内部圧力（作動圧力）が減圧される作動が行われる特性を有するものである。当該作動を実現するための構成として、本実施形態においては、ガイド部材４０の周壁部４２の内面４２ａと流路構成部材５０の周壁部５６の外面５６ｂとの間の第３空間４６に第２流路４８を備えている。より詳しくは、当該第２流路４８は、開閉弁３０が閉じた状態（すなわち、２次ポート１４側における気体の圧力が所定値に達する等によって、１次ポート１２側における気体の圧力が２次ポート１４側における気体の圧力以下となった状態）のときに、流路構成部材５０の第１貫通孔５４および弁体３１の第２貫通孔３３を介して第１流路２０に連通して流路となるように構成されていると共に、当該第２流路４８の流路途中に２次ポート１４から１次ポート１２へ向かう方向の通流のみを許容するチェック弁６０が設けられている。

このような構成により、エアシリンダ等のアクチュエータ、真空発生器、エアブローといった空圧機器に供給する気体の圧力を所定値に調整する用途として、調圧弁１を用いることが可能となる。

続いて、図１、図２を参照して、上記構成を備える調圧弁１の動作について説明する。

先ず、使用開始時において、開閉弁３０は図１に示すように「開」の状態となっている。次に、１次ポート１２の第１管継手１６の吸気口１６ａに外部気体供給源（不図示）から気体（一例として圧縮空気）が送入され、当該気体は矢印Ａで示すように流路構成部材５０内の第１流路２０Ａ、弁体３１内の第１流路２０Ｂを通流して、２次ポート１４の第２管継手１８の排気口１８ａから外部空圧機器（不図示）へ供給される。

さらに、排気口１８ａから外部空圧機器への気体供給が継続して行われて、当該外部空圧機器の内部圧力（作動圧力）が、付勢部材６２によってあらかじめ設定された所定値まで上昇する。これにより、外部空圧機器が所定の内部圧力（作動圧力）で作動する工程が行われる。

このとき、２次ポート１４側における気体の圧力が所定値に達した状態となって、開閉弁３０は図２に示すように「閉」の状態へ移行する。この状態において、調圧弁１内での気体通流は生じていない。

次に、１次ポート１２側における気体の圧力が減圧される。これによって、外部空圧機器から２次ポート１４の第２管継手１８の排気口１８ａに気体が送入され、当該気体は矢印Ｂで示すように弁体３１内の第１流路２０Ｂを通流し、次いで第２貫通孔３３から第２流路４８へと通流し、次いで第１貫通孔５４から流路構成部材５０内の第１流路２０Ａへと通流して、１次ポート１２の第１管継手１６の吸気口１６ａから送出される。これにより、外部空圧機器の内部圧力（作動圧力）が減圧されて、次の作動に備える準備工程が行われる。

以上説明した通り、開示の調圧弁によれば、外部の空圧機器に対して供給する気体の圧力変動を抑えて高精度の調整が可能となる。また、操作ダイヤルを設けない構成が実現されるため、調整工数の削減、および意図しない設定圧力の変化が生じてしまうことの防止が可能となる。

なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。特に、例示した空圧機器以外の機器への気体供給にも適用することが可能である。

１調圧弁
１０本体ケース
１２１次ポート
１４２次ポート
１６第１管継手
１６ａ吸気口
１８第２管継手
１８ａ排気口
１９第３貫通孔
２０第１流路
３０開閉弁
３１弁体
３１ａ小径部
３１ｂ大径部
３２第２空間
３３第２貫通孔
３４第１シール
３５第２シール
３６弁座
３６ａ座面
４０ガイド部材
４４第４空間
４６第３空間
４８第２流路
５０流路構成部材
５２第１空間
５４第１貫通孔
６０チェック弁
６２付勢部材
Ｃ中心軸

Claims

外部空圧機器に供給する気体の圧力を所定値に調整する調圧弁であって、
筒状の本体ケースと、
前記本体ケースの第１端部に設けられて外部気体供給源に接続される吸気口を有する１次ポートと、
前記本体ケースの第２端部に設けられて前記外部空圧機器に接続される排気口を有する２次ポートと、
前記吸気口と前記排気口との間を連通して流体を通過させる第１流路と、
前記第１流路の途中に設けられて流路を開閉する開閉弁と、
前記本体ケースの内部に設けられて、前記本体ケースの内径よりも外径が小さい筒状のガイド部材と、
前記ガイド部材の内部に設けられて、前記ガイド部材の内径よりも外径が小さい筒状の流路構成部材と、を備え、
前記１次ポートおよび前記２次ポートは、前記吸気口の中心軸と前記排気口の中心軸とが同軸上となるように配設されており、
前記流路構成部材は、径方向中心に前記第１流路を構成する第１空間と、前記第１空間の内部と外部とを連通する第１貫通孔と、前記２次ポート寄りの端部に前記開閉弁の弁座を構成する座面とを有し、
前記開閉弁は、前記１次ポート寄りに相対的に外径の小さい小径部が形成されると共に前記２次ポート寄りに相対的に外径の大きい大径部とが形成され、且つ、前記小径部に第１シールが外嵌されると共に前記大径部に第２シールが外嵌された弁体を有し、
前記弁体は、径方向中心に前記第１流路を構成する第２空間と、前記第２空間の内部と外部とを連通する第２貫通孔とを有し、前記小径部が前記ガイド部材に往復動可能に内嵌されると共に前記大径部が前記本体ケースに往復動可能に内嵌されるように配設されており、前記１次ポート側の受圧面積が、前記第１シールが当接する位置における前記座面の内径で規定され、前記２次ポート側の受圧面積が、前記第２シールが当接する位置における前記本体ケースの内径で規定されており、
前記弁体を、前記吸気口の中心軸および前記排気口の中心軸と平行に、前記１次ポートから前記２次ポートへ向かう方向に付勢する付勢部材をさらに備え、
前記ガイド部材の周壁部内面と前記流路構成部材の周壁部外面との間の第３空間が第２流路として構成されており、
前記第２流路は、前記流路構成部材の前記第１貫通孔および前記弁体の前記第２貫通孔を介して前記第１流路に連通するように構成されていると共に、途中に前記２次ポートから前記１次ポートへ向かう方向の通流のみを許容するチェック弁が設けられていること
を特徴とする調圧弁。
前記弁体は、前記１次ポート側の受圧面積と、前記２次ポート側の受圧面積との比が、１：１０以上となるように構成されていること
を特徴とする請求項１記載の調圧弁。
前記付勢部材は、前記本体ケースの周壁部内面と前記ガイド部材の周壁部外面との間の第４空間に配設されていること
を特徴とする請求項１または請求項２記載の調圧弁。
前記外部空圧機器は、前記１次ポート側の減圧により内部圧力が減圧されるアクチュエータ、真空発生器、エアブローであること
を特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の調圧弁。