(57)【要約】【課題】  閉止時のシール性を確保しながら、シール部の摩耗を防止することができるピストンのシール構造および整圧器を提供する。【解決手段】  ケーシング２７内のピストン２８とシリンダ２９との間に設けられる隙間２５のシールは、Ｏリング３２によって行われる。Ｏリング３２の摩耗を防ぐために、隙間２５として拡大部２５ａを設ける。整圧器２３が整圧作用を行っている際には、Ｏリング３２は隙間２５の拡大部２５ａに存在し、摩耗を低減することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状空間に挿通されて軸線方向に往復変位可能なピストンの外周と、該筒状空間の内周との間に設けられる隙間を、弾性材料によるシール部材でシールするピストンのシール構造において、
該ピストンは、予め定める閉止位置で該筒状空間を該軸線方向に関して閉止し、
少なくとも該閉止位置では、該ピストンの外周と該筒状空間の内周との隙間が該シール部材によるシールで閉止され、
該ピストンの外周と該筒状空間の内周との隙間は、該閉止位置を除く他の位置で、該閉止位置での隙間の大きさよりも拡大するように形成される部分を有していることを特徴とするピストンのシール構造。
【請求項２】
前記シール部材は、前記ピストンの外周に装着されるシールリングであり、
前記筒状空間の内周は、前記隙間が拡大するように形成される部分で、内径が拡大するように形成されることを特徴とする請求項１記載のピストンのシール構造。
【請求項３】
請求項１または２記載のピストンのシール構造を有するピストンを弁体とし、筒状空間がシリンダとして形成されるケーシングを有し、一次側に供給される流体を予め設定される圧力に減圧して二次側に供給する整圧器であって、
前記閉止位置では、ピストンによって一次側と二次側との間の流体の流通が遮断されることを特徴とする整圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダなどの筒状空間に挿通され、軸線方向に往復変位可能なピストンのシール構造および整圧器に関する。
【０００２】
なお、本願の「ピストン」は、たとえば「プランジャ」など、筒状空間内を軸線方向に往復移動して用いられる部材であって、他の名称で示される部材をも包含するものとする。
【背景技術】
【０００３】
従来から、都市ガスなどの流体を輸送して広い地域に分布する多くの顧客に供給するために敷設する配管網には、複数の整圧器が設けられる。整圧器は、ガバナとも呼ばれ、一次側に供給される流体を、減圧しながら圧力変動を抑える整圧を行って、二次側に供給する（たとえば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００４】
図７は、整圧器の機能的な構成を示す。都市ガスの配管網では、顧客に大気圧よりも少し高い圧力で安定に都市ガスを供給するために、その供給圧力を低圧として、中圧や高圧など、複数段階の減圧を行う。より圧力が高い側の流体は一次管路１から供給され、二次管路２に整圧器３で整圧される。多くの顧客に流体を供給する配管網の途中に設けられる整圧器３は、減圧作用を行う本体部４をパイロット部５で生成する駆動圧に基づいて作動させる構成とすることが多い。パイロット部５では、一次管路１の一次圧と二次管路２の二次圧との間で駆動圧を生成し、パイロット管路６を介して本体部４に入力する。なお、比較的小容量の整圧器では、本体部のみで動作し、パイロット部を設けない場合もある。本体部４には、パイロット管路６からの駆動圧で変位する弁体が設けられる。弁体の一例としては、シリンダ中を軸線方向に往復変位するピストン形式のものがある。
【０００５】
図８は、ピストンとシリンダとによる本体部４の概略的な構成を示す。本体部４はケーシング７中にピストン８を収容している。ピストン８は、ケーシング７内に形成されるシリンダ９内を、軸線８ａ方向に往復変位する。ピストン８が図の下方に変位して、ピストン８の底面が弁座１０に当接すると、一次管路１と二次管路２との間は閉止状態となる。ピストン８の底面を弁座１０に押圧するのは、パイロット管路６からの駆動圧による力と、ばね１１による付勢力との和となる。この力がピストン８の底面に作用する一次管路１の一次圧による力よりも小さくなると、ピストン８は上昇し、ピストン８の底面は弁座１０から離れ、一次管路１と二次管路２との間に流通路が形成されて、一次管路１から二次管路２に流体が流れる。一次管路１から二次管路２への流体の流入によって二次圧は上昇し、パイロット管路６の駆動圧も上昇する。駆動圧の上昇で、ピストン８は下方に押され、ピストン８の底面と弁座１０との間に形成される流通路が狭まり、一次管路１から二次管路２に流入する流体は減少する。流体の減少によって二次圧は下がり、駆動圧も下がってピストン８は上昇し、流体の増加で二次圧が上がる動作が繰り返される。
【０００６】
図７に示すような整圧器３では、このようにして、一次管路１から二次管路２に流体を減圧して供給しながら、二次圧の変動を動的に抑えるようにしている。図８に示すようなピストン８とシリンダ９とによって形成される本体部４では、ピストン８はシリンダ９内に挿通されるので、ピストン８の外周面とシリンダ９の内周面との間には隙間が生じる。この隙間を通して、駆動圧の流体と二次圧または一次圧の流体とが混合すると、整圧器３としての動作が阻害されてしまう。特に、駆動圧が上昇して、ピストン８の底面が弁座１０に着座して一次管路１と二次管路２との間が閉止されている状態で、駆動圧の流体が隙間を通して二次管路２側に洩れると、弁体が閉止状態であるにもかかわらずに二次圧が上昇したり、駆動圧が低下してピストン８が上昇し、閉止状態を維持することができなくなってしまうおそれがある。このため、ピストン８の外周面とシリンダ９の内周面との間にはＯリング１２などのシールリングを介在させ、ピストン８とシリンダ９との間の隙間を封止するようにしている。Ｏリング１２は、たとえば、ピストン８の外周面に形成される溝８ｂにはめ込まれている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−９４６５７号公報
【特許文献２】特開２００４−９４６５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図７および図８に示すようなピストン構造を持つ整圧器３でピストン８とシリンダ９との間のピストンシール部にＯリング１２を用いる場合、ピストン８の軸線８ａ方向への往復変位でピストン８の底面と弁座１０との間に形成される弁が開閉して整圧作用が行われることによって、Ｏリング１２がシリンダ９の内周面に対して上下に摺動し、摩耗する。
【０００９】
また、摺動面は流体の流通路に接しているので、流体中に混入して運ばれる異物が摺動面に付着しやすい。異物として、硬い粒子などが摺動面に付着すると、Ｏリング１２ばかりではなく、摺動面であるシリンダ９の内周面を削ってしまう可能性がある。
【００１０】
Ｏリング１２やシリンダ９の摺動面の摩耗などの理由でピストン８とシリンダ９との間のシール性が悪化した場合、前述のように隙間が大きい場合と同様に、弁閉止時に、駆動圧の流体が二次圧側に流れ込んで、二次圧が昇圧してしまうという問題が生じる。Ｏリング１２などの摩耗防止のために、摺動面との接触部分に、フッ素樹脂などのキャップシールを設けることも考えられるけれども、シール性は低下してしまう。
【００１１】
本発明の目的は、閉止時のシール性を確保しながら、シール部の摩耗を防止することができるピストンのシール構造および整圧器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、筒状空間に挿通されて軸線方向に往復変位可能なピストンの外周と、該筒状空間の内周との間に設けられる隙間を、弾性材料によるシール部材でシールするピストンのシール構造において、
該ピストンは、予め定める閉止位置で該筒状空間を該軸線方向に関して閉止し、
少なくとも該閉止位置では、該ピストンの外周と該筒状空間の内周との隙間が該シール部材によるシールで閉止され、
該ピストンの外周と該筒状空間の内周との隙間は、該閉止位置を除く他の位置で、該閉止位置での隙間の大きさよりも拡大するように形成される部分を有していることを特徴とするピストンのシール構造である。
【００１３】
本発明に従えば、筒状空間に挿通されて軸線方向に往復変位可能なピストンの外周と筒状空間の内周との間のピストンのシール構造は、弾性材料によるシール部材を含む。ピストンは、予め定める閉止位置で筒状空間を軸線方向に関して閉止する。シール部材は、少なくとも閉止位置では、ピストンの外周と筒状空間の内周との隙間をシールする。閉止位置を除く他の位置では、ピストンの外周と筒状空間の内周との隙間が拡大するように形成される部分を有しているので、閉止位置以外の位置では、シール部材の摩耗を防ぎ、異物付着時の摺動面の摩耗も防ぐことができる。
【００１４】
また本発明で、前記シール部材は、前記ピストンの外周に装着されるシールリングであり、
前記筒状空間の内周は、前記隙間が拡大するように形成される部分で、内径が拡大するように形成されることを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、ピストンの外周にＯリングなどのシールリングを装着して、閉止位置での閉止を確実に行うことができる。ピストンの外周と筒状空間の内周との間の隙間は、筒状空間の内径が拡大して隙間も拡大するので、ピストンが閉止位置から離れて摺動変位するときには、シールリングと筒状空間内周との摩耗を防ぐことができる。
【００１６】
さらに本発明は、前述のいずれかのピストンのシール構造を有するピストンを弁体とし、筒状空間がシリンダとして形成されるケーシングを有し、一次側に供給される流体を予め設定される圧力に減圧して二次側に供給する整圧器であって、
前記閉止位置では、ピストンによって一次側と二次側との間の流体の流通が遮断されることを特徴とする整圧器である。
【００１７】
本発明に従えば、軸線方向に往復変位するピストンを弁体として整圧の作用を行う際に
、ピストンのシール構造の摩耗を防ぎ、シール部分の隙間を通して、閉止時でも二次側が昇圧する事態を避けることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、閉止位置を除く他の位置では、ピストンの外周と筒状空間の内周との隙間が拡大するように形成される部分を有しているので、閉止時のシール性を確保しながら、シール部の摩耗を防止することができる。
【００１９】
また本発明によれば、ピストンの外周にＯリングなどのシールリングを装着して、閉止位置での閉止を確実に行うことができ、ピストンが閉止位置から離れて摺動変位するときには、シールリングと筒状空間内周との摩耗を防ぐことができる。
【００２０】
さらに本発明によれば、軸線方向に往復変位するピストンを弁体として整圧の作用を行い、閉止時のシール性を確保しながら、シール部の摩耗を防止することができる
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明の実施の一形態であるピストンのシール構造を、概略的に示す。ピストンのシール構造は、一次管路２１と二次管路２２との間に設けられる整圧器２３で、弁体の開閉によって流通路２４を形成するために、隙間２５でパイロット管路２６からの駆動圧と二次管路２２の二次圧とが連通することが避けられない、ケーシング２７内のピストン２８とシリンダ２９との間に設けられる。ピストン２８は、軸線２８ａに沿ってシリンダ２９内を往復変位可能であり、ピストン２８の底面が対向する弁座３０との間に流通路２４を形成する。ピストン２８の上面側には、パイロット管路２６からの駆動圧と、ばね３１による付勢力とが印加される。隙間２５のシールは、Ｏリング３２によって行われる。
【００２２】
Ｏリング３２は、ピストン２８の外周面に形成されている溝２８ｂにはめ込まれて保持される。Ｏリング３２は、たとえば、ニトリルゴム、ポリアクリルゴム、フッ素ゴム、シリコンゴムなどの合成ゴム材料から形成される。Ｏリング３２の断面形状は円形や楕円形であるけれども、異なる断面形状を有して、角リングなどと呼ばれる他のシールリングも、同様に使用することができる。これら、ゴムなどの弾性材料によるシールリングは、溝の中に入れて、つぶし代を与えて密閉するように使用するシール部材であり、スクイーズパッキンとも呼ばれ、摩耗が少ない状態では隙間２５を確実にシールすることができる。Ｖリングなどの断面形状に舌辺状の部分を有するリップシールなどをシール部材などとして使用することもできる。
【００２３】
本実施形態では、Ｏリング３２などのシール部材の摩耗を防ぐために、隙間２５として拡大部２５ａを設けるようにしている。拡大部２５ａは、シリンダ２９の内径が拡大している凹部２９ａの部分に設けられる。整圧器２３が弁としてたとえば数１０％の開度でピストン２８の底面と弁座３０との間に流通路２４を形成して整圧作用を行っている際には、Ｏリング３２は隙間２５の拡大部２５ａに存在し、Ｏリング３２の外周側とシリンダ２９の摺動面である凹部２９ａとの接触による押圧力を低減し、または接触を避けて、摩耗を低減することができる。隙間２５のシール機能は低下するけれども、整圧器２３は閉止状態ではなく、駆動圧が隙間２５を通して二次管路２２側に洩れて二次圧が上昇しても、駆動圧の上昇でピストン２８が下降し、流通路２４が狭くなって二次圧の上昇を抑えることができる。
【００２４】
図２は、図１の整圧器２３でピストン２８の底面が弁座３０に着座して一次管路２１と二次管路２２との間を閉止している状態を示す。Ｏリング３２は、シリンダ２９の内周面のうち、凹部２９ａからはずれて内径が大きくならない部分に摺接しているので、隙間２５のシールを確実に行い、パイロット管路２６からの駆動圧が二次管路２２側に洩れないようにすることができる。
【００２５】
図３は、図１および図２に示す整圧器２３について、より具体的な構造を示す。一次管路２１と二次管路２２とには、ケーシング２７に形成されるフランジなどで接続する。一次管路２１と二次管路２２との間に、図７に示すパイロット部５と同様な構成を設け、駆動圧をパイロット管路２６からピストン２８の上面側に導く。シリンダ２９内面をＯリング３２が接触せず、かつ流体の二次管路２２側への流れ込み量が整圧に影響しない程度にシリンダ２９の内径を大径化し、Ｏリング３２の摺動摩耗を防止することができる。なお、流体の流れ込みが少しでもあれば、二次圧が上昇してしまう全閉時のみ、図２に示すようにシリンダ内面が適正にシールされる内径にする。このことによって、閉止時のシール性を確保しながら、ピストンシール部の摩耗を防止することができる。なお、通常動作する範囲が予想されているような場合は、その範囲だけシリンダ２９の内径を大径化して摩耗を防止し、他の位置ではシールを確実に行うようにしてもよい。また、通常動作する範囲に閉止を行う位置が含まれている場合は、閉止位置ではシリンダ２９の内径を大径化しないでシールを確実に行い、他の位置ではシール部の摩耗を防ぎ、通常動作する範囲全体でシール部の摩耗を生じる場合よりはシール機能の寿命を延ばすことができる。
【００２６】
図４は、本発明の実施の他の形態であるピストンのシール構造を、概略的に示す。本実施形態で、図１〜図３に示す実施形態に対応する部分には同一の参照符を付して重複する説明を省略する。本実施形態の整圧器３３では、ピストン３８の上部に軸３４を介してアクチュエータなどからの駆動力が伝達され、ピストン３８は軸線３８ａに沿って上下に変位する。ピストン３８の溝３８ｂに装着されるＯリング３２は、シリンダ３９の凹部３９ａを含む摺動面との間をシールする。一次管路２１と二次管路２２との接続位置は、図１〜図３とは逆にすることもできる。
【００２７】
図５は、図４の整圧器３３の構成を、より具体的に示す。軸３４はアクチュエータとしてのダイヤフラム室３５内に収納されるダイヤフラム３６に接続される。ダイヤフラム３６の下面側には、パイロット管路２６からの駆動圧が導かれる。軸３４がケーシング３７およびダイヤフラム室３５の外壁を挿通する部分でも、軸シールは必要となるけれども、軸３４の外径はピストン３８の外径に比較して小さくなり、充分なシールを行っても摩耗の影響を小さくすることができる。
【００２８】
なお、ピストン３８には、底面と上面との間を連通する通路３８ｃを設けることもできる。ダイヤフラム室３５の上部には、ばね室４０を設け、ばね室４０内に収納するばね４１でダイヤフラム３６の上面側を押圧するようにして、ピストン３８を閉止側に付勢させる。このようなアクチュエータの構成や、パイロット部の構成は、種々の形式を用いることができる。
【００２９】
図６は、本発明の実施のさらに他の形態であるピストンのシール構造を、概略的に示す。本実施形態で、図１〜図３または図４、５に示す実施形態に対応する部分には同一の参照符を付して重複する説明を省略する。本実施形態の整圧器４３では、ピストン４８ではなくケーシング４７に形成するシリンダ４９側の溝４９ａにＯリング３２を装着し、隙間２５の拡大部２５ａは、ピストン４８の外径に凹部４８ａを設けて形成する。このような構成でも、整圧器２３，３３と同様な効果を得ることができる。
【００３０】
さらに、以上で説明しているようなピストンのシール構造は、整圧器２３，３３，４３ばかりではなく、ピストンやプランジャを用いる弁など、他の流体機器にも用いることができる。Ｏリング３２などのシール部材は、複数を並べたり間隔をあけたりして用いることもできる。ピストンなどの軸線方向の変位も、上下方向ばかりではなく、横方向のスプールなど、他の方向であっても同様に本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の一形態であるピストン２８のシール構造を含む整圧器２３を、概略的に示す模式的な断面図である。
【図２】図１の整圧器２３の閉止時の状態を示す模式的な断面図である。
【図３】図１の整圧器２３の概略的な断面図である。
【図４】本発明の実施の他の形態であるピストン３８のシール構造を含む整圧器３３の模式的な断面図である。
【図５】図４の整圧器３３の概略的な断面図である。
【図６】本発明の実施のさらに他の形態であるピストン４８のシール構造を含む整圧器４３の模式的な断面図である。
【図７】従来からの整圧器３の基本的な構成を示す簡略化した配管系統図である。
【図８】図７の整圧器３の本体部４として、ピストン構造を用いる場合の模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
２１  一次管路
２２  二次管路
２３，３３，４３  整圧器
２５  隙間
２５ａ  拡大部
２６  パイロット管路
２７，３７，４７  ケーシング
２８，３８，４８  ピストン
２９，３９，４９  シリンダ
２９ａ，３９ａ，４８ａ  凹部
３２  Ｏリング
３６  ダイヤフラム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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