JP3300644B2 - 緩作動開閉弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、常開型あるいは常閉型の開閉弁
において、開弁圧力導入後、弁体が動作する迄のデッド
タイムを短くした緩作動開閉弁に関する。

【０００２】

【従来技術およびその問題点】緩作動開閉弁は、高圧気
体をゆっくりと導入したいとき、逆にその導入をゆっく
りと停止したい場合等に用いられている。この緩作動開
閉弁は、弁の動作自体はゆっくりでありながら、開弁信
号（圧力）または閉弁信号を与えてから弁が動作する迄
のデッドタイムが短いことが好ましい。このため従来各
種の機構が提案されているが、従来品は、別に複雑な弁
機構を必要とし、コストの高いものであった。

【０００３】

【発明の目的】本発明は、動作信号（圧力）を与えてか
ら実際に動作する迄のデッドタイムが短い緩作動弁であ
って、複雑な弁機構を必要とせず、コストの安い緩作動
開閉弁を得ることを目的とする。

【０００４】

【発明の概要】本発明の緩作動開閉弁は、弁座に接離し
て流路を開閉する弁体を作動させる作動ロッド；この作
動ロッドを弁体が流路を閉じる方向または開く方向に付
勢するばね手段；作動ロッドに接続されシリンダ内に摺
動自在に嵌めたピストン体；このピストン体及び作動ロ
ッドに相対移動自在に嵌めた固定軸部材；このピストン
体、シリンダ及び固定軸部材により画成された圧力室；
この圧力室に対して作動流体を与える、ピストン体と固
定軸部材との間の摺動隙間とこの摺動部分に設けたスリ
ット通路；及びピストン体がばね手段による移動端に位
置するときには、このスリット通路の端部を開放して、
圧力室をスリット通路及びピストン体と固定軸部材の間
の摺動隙間を介して作動流体通路に連通させ、ピストン
体が上記移動端から移動を開始したとき、ピストン体と
固定軸部材の間の摺動隙間を閉じ、上記スリット通路だ
けで圧力室と作動流体通路とを連通させる、ピストン体
又は固定軸部材に支持したシール部材；を有することを
特徴としている。

【０００５】本発明の緩作動開閉弁において、ピストン
体の作動流体による中において急速開弁または閉弁を行
なう必要がある場合には、作動流体によるピストン体の
移動量が一定値を越えたとき、シール部材を摺動隙間か
ら離れさせ、スリット通路を介することなく、圧力室を
作動流体通路に直接連通させるようにすることができ
る。

【０００６】

【発明の実施形態】図示実施形態は、常閉型の倍力開閉
弁に本発明を適用したものである。先ずこの倍力開閉弁
の全体構造を説明する。流路ブロック１１には、同一軸
線上の一対の流路接続口１２、１３と、この一対の流路
接続口の軸線に対して直交する開閉弁接続口１４が備え
られている。流路接続口１２と１３内の流路１２ａ、１
３ａは、開閉弁接続口１４側に向けて開口し、流路１２
ａの開口端に環状弁座１５が設けられている。開閉弁接
続口１４には、環状弁座１５と流路１３ａの開口端とを
覆う円板状の金属ダイアフラム１６と、その周縁を押え
るリテイナー１７と、このリテイナー１７内に移動自在
に支持された開閉弁体１８とが備えられている。この例
では、流路１２ａが高圧流体の供給側であり、環状弁座
１５は、金属ダイアフラム１６の中心に位置している。
開閉弁体１８は、金属ダイアフラム１６の中心部に接離
し、流路１２ａ内の流体の圧力に打ち勝つ力で環状弁座
１５側に押し付けられると、金属ダイアフラム１６が流
路１２ａと１３ａの連通を断つ。

【０００７】開閉弁接続口１４には、倍力開閉弁２０の
ロワハウジング２１ａが螺合結合されている。ハウジン
グ２１は、このロワハウジング２１ａと、ロワハウジン
グ２１ａにロックリング２１ｃで結合されたアッパハウ
ジング２１ｂとからなっている。

【０００８】ハウジング２１内には、可動部材として、
図１、図２の下方から順に、弁軸アッセンブリ２４、一
対の遊動ローラ部材２５、及び作動部材２６が挿入支持
されている。弁軸アッセンブリ２４は、環状弁座１５に
接離する方向に開閉弁体１８を移動させる弁軸２２と、
一対の弁軸ローラ部材２３とを有する。一対の弁軸ロー
ラ部材２３はそれぞれ、外周ローラ２３ａと軸部材２３
ｂとからなり、軸部材２３ｂは、弁軸２２を一体に有す
る支持ブロック２２ａに支持されている。一対の弁軸ロ
ーラ部材２３（軸部材２３ｂ）は、弁軸２２の軸線に関
する回転対称位置に、弁軸２２の軸線とは交わらずに直
交する位置関係で互いに平行に配置されている。

【０００９】作動部材２６は、弁軸２２と同軸の作動ロ
ッド２７と、この作動ロッド２７の中間部に一体に結合
したピストン体２９とを一体に有している。ピストン体
２９は、その外周部がハウジング２１（ロアハウジング
２１ａの上半部のシリンダ）に気密に摺動自在に嵌ま
り、内周部は、固定軸部材３０の中心筒状部３２の外周
面３２ａに摺動自在に嵌まっている。中心筒状部３２の
内周面３２ｂには、作動ロッド２７がＯリング３２ｃに
より気密状態で摺動自在に挿通されている。固定軸部材
３０の外周部はハウジング（シリンダ）２１に気密に固
定されており、これらのハウジング２１、ピストン体２
９（作動ロッド２７）、及び固定軸部材３０で、（開
弁）圧力室３１を画成している。

【００１０】図５、図６に示すように、圧力室３１の中
心筒状部３２の外周面３２ａとピストン体２９との間に
は、摺動隙間Ｃ１が存在し、同内周面３２ｂと作動ロッ
ド２７との間にも摺動隙間Ｃ２が存在する。このうち摺
動隙間Ｃ２は、Ｏリング３２ｃによって閉じられ、圧力
室３１の気密性が保持されている。この気密圧力室３１
には、作動ロッド２７に穿設した軸方向通路（作動流体
通路）３３ａと径方向通路（同）３３ｂ、アッパハウジ
ング２１ｂのパイロット圧導入ポート３４、及び開閉制
御弁３５を介して、パイロット圧力源３６からのパイロ
ット圧（圧縮空気）Ｐが及ぼされる。

【００１１】ピストン体２９とアッパハウジング２１ｂ
の間には、圧縮ばね３７が挿入されていて、作動部材２
６を常時弁軸アッセンブリ２４側に移動付勢している。
作動部材２６の作動ロッド２７の先端部には、テーパ面
部２７ａが形成されており、このテーパ面部２７ａと弁
軸アッセンブリ２４の弁軸ローラ部材２３との間に、上
記一対の遊動ローラ部材２５が挿入されている。テーパ
面部２７ａは、図３に示すような円錐状のテーパ軸部２
７ａ１から構成することも、図４に示すような平面から
なる楔面２７ａ２から構成することもできる。

【００１２】各遊動ローラ部材２５は、外周ローラ２５
ａと軸部材２５ｂとを有し、外周ローラ２５ａは、固定
軸部材３０の下面の凹部３０ａに軸方向移動が生じない
ように収納され、軸部材２５ｂは、固定軸部材３０の下
面案内壁３０ｂに移動自在に案内されている。この一対
の遊動ローラ部材２５は、弁軸ローラ部材２３と平行を
なし、かつ作動ロッド２７のテーパ面部２７ａと、一対
の弁軸ローラ部材２３の間に位置している。作動部材２
６に作用する閉弁圧力は、作動ロッド２７のテーパ面部
２７ａ、遊動ローラ部材２５、及び弁軸ローラ部材２３
を介して弁軸２２に伝達される。

【００１３】作動ロッド２７のテーパ面部２７ａのテー
パ、遊動ローラ部材２５と弁軸ローラ部材２３の外径及
び初期位置（開閉弁体１８が環状弁座１５から離れてい
るときの位置）は、次のように定められている。すなわ
ち、作動部材２６が弁軸アッセンブリ２４側に移動し、
テーパ面部２７ａ、遊動ローラ部材２５、及び弁軸ロー
ラ部材２３を介して弁軸２２が環状弁座１５側に移動す
るとき、作動部材２６の単位移動量に対し、弁軸２２が
該単位移動量より小さい移動量だけ移動するように、こ
れらが設定されている。例えば、作動部材２６の移動
量：弁軸２２の移動量＝１：０．２あるいは１：０．１
のように定める。また、どの作動状態でも、テーパ面部
２７ａ、遊動ローラ部材２５、及び弁軸ローラ部材２３
は接触状態を維持し、かつ作動部材２６が最大に弁軸ア
ッセンブリ２４側に移動したときでも、遊動ローラ部材
２５の軸位置は、弁軸ローラ部材２３の軸位置より外側
に移動することがない。２４ａは、弁軸アッセンブリ２
４を開弁側に付勢する弱い圧縮ばねである。

【００１４】前述のように、固定軸部材３１の中心筒状
部３２の外周面３２ａとピストン体２９との間には、摺
動隙間Ｃ１が存在し（図５ないし図８参照）、この摺動
隙間Ｃ１を介して、パイロット圧力源３６からの圧縮空
気が圧力室３１に導かれる。この摺動隙間Ｃ１を構成す
る中心筒状部３２には、摺動隙間Ｃ１と連通し軸線方向
に直線状にあるいはスパイラル状等に延びる１ないし複
数のスリット通路４０が形成されており、また、ピスト
ン体２９には、この摺動隙間Ｃ１に臨む一方向シール部
材４１が保持されている。この一方向シール部材４１
は、中心筒状部３２の外周面３２ａに接触したときに
は、摺動隙間Ｃ１を塞ぎ、パイロット圧力源３６（径方
向通路３３ｂ）と圧力室３１とを、スリット通路４０だ
けを介して連通させる（図６、図７）。しかし、ピスト
ン体２９が圧縮ばね３７の力による移動端に位置する図
５の状態では、この一方向シール部材４１は、スリット
通路４０の下端部を開放し（中心筒状部３２の外周面３
２ａから離れ）、パイロット圧力源３６（径方向通路３
３ｂ）と圧力室３１とを、摺動隙間Ｃ１及びスリット通
路４０を介して連通させる。よって、パイロット圧力源
３６（径方向通路３３ｂ）と圧力室３１との連通面積
は、明らかに、図６の状態より図５の状態の方が大き
い。

【００１５】上記構成の本倍力開閉弁は次のように動作
する。圧力室３１に圧縮空気を導入しない状態では、圧
縮ばね３７の力により、作動部材２６が弁軸アッセンブ
リ２４側に移動する。この移動力（閉弁力）は、作動ロ
ッド２７のテーパ面部２７ａ、遊動ローラ部材２５、及
び弁軸ローラ部材２３を介して弁軸２２に伝達され、弁
軸２２が開閉弁体１８を環状弁座１５側に移動させて、
図１のように、金属ダイアフラム１６を介して流路１２
ａと１３ａの連通を断つ。

【００１６】また、このとき、図５に示すように、ピス
トン体２９に保持されている一方向シール部材４１は、
中心筒状部３２の外周面３２ａから離れてスリット通路
４０の下端部を開放し、パイロット圧力源３６（径方向
通路３３ｂ）と圧力室３１とを、摺動隙間Ｃ１及びスリ
ット通路４０による大きい連通面積で連通させている。

【００１７】この状態から、開閉制御弁３５を開き、パ
イロット圧力源３６の圧縮空気を作動ロッド２７の軸方
向通路３３ａと径方向通路３３ｂに導くと、この圧縮空
気は、中心筒状部３２とピストン体２９との間の摺動隙
間Ｃ１及びスリット通路４０を介して、圧力室３１に導
かれる。よって、摺動隙間Ｃ１とスリット通路４０の合
計断面積に基づく流量の圧縮空気が圧力室３１に流れ、
圧縮ばね３７に抗するに十分な圧力が瞬時に圧力室３１
に満たされ、ピストン体２９（作動ロッド２７）は、僅
かに移動し、弁軸２２は、上の例では、このピストン体
２９の移動量の１／１０あるいは１／５数分の１だけ微
動する。その結果、開閉弁体１８が環状弁座１５から僅
かに離れて開弁が開始される。この開弁に至る迄のデッ
ドタイムは、図１０の区間ａに相当し、このデッドタイ
ムを短くすることができる。

【００１８】開弁が開始されると、そのときには、ピス
トン体２９の一方向シール部材４１は、中心筒状部３２
（固定軸部材３１）の外周面３２ａに接触し、摺動隙間
Ｃ１を閉塞するようになる（図６）。つまり、パイロッ
ト圧力源３６（径方向通路３３ｂ）と圧力室３１とは、
スリット通路４０を介してのみ連通する。従って、パイ
ロット圧力源３６（径方向通路３３ｂ）と圧力室３１と
の連通面積は、急激に減少し、この状態は、図７に示す
ように、一方向シール部材４１が外周面３２ａに接触し
ている状態が続く限り続く。よって、圧力室３１に導か
れる単位時間当りの圧縮空気の量は制限され、ピストン
体２９（作動ロッド２７、弁軸２２）は、低速で移動す
る（図１０区間ｂ）。この区間ｂの作動ロッド２７（弁
軸２２）の移動が緩作動開弁動作である。

【００１９】ピストン体２９がさらに上昇すると、やが
て一方向シール部材４１は中心筒状部３２の外周面３２
ａとの接触を解く（図８、図２）。この状態は、パイロ
ット圧力源３６（径方向通路３３ｂ）と圧力室３１と
が、直接連通する状態であり、よって作動ロッド２７
（２２）は急速に開弁端に達する。開弁端は、ピストン
体２９が２１のストッパ面４２に当接する位置で規制さ
れる。この区間は、第１０図の区間ｃに相当する。

【００２０】以上の全体の開弁動作をみると、圧縮空気
を圧力室３１に導入する開弁初期（開弁信号を与えたと
き）には、少ないデッドタイム（図１０の区間ａ）でピ
ストン体２９（弁軸２２）が移動を開始し、開弁が始ま
ると緩作動が得られ（同ｂ）、弁開度が一定値に達する
と、直ちに全開する（同ｃ）という開弁動作が得られ
る。勿論、最後の急速開弁動作が不要であれば、ピスト
ン体２９の全ストロークにおいて、一方向シール部材４
１が外周面３２ａに接触するように諸要素を設定すれば
よい。緩作動速度は、スリット通路４０の合計断面積に
よって設定することができる。

【００２１】パイロット圧を排気すれば、圧縮ばね３７
の力により、弁軸２２が開閉弁体１８を環状弁座１５に
押し付け、閉弁する（一方向シール部材４１を用いてい
るため短時間で閉弁する）。このときの力の伝達経路を
見ると、テーパ面部２７ａ、遊動ローラ部材２５、及び
弁軸ローラ部材２３を介して、作動部材２６の閉弁力が
弁軸２２に伝達されるとき、作動部材２６の単位移動量
より小さい移動量だけ弁軸２２が移動するため、小さい
圧縮ばね３７の力で大きい閉弁力を得ることができる。
上の例では、圧縮ばね３７の力の５倍、１０倍の閉弁力
が得られることとなる。

【００２２】図９は、本発明の別の実施形態を示すもの
で、作動ロッド２７に対してピストン体２９を一定距離
摺動可能に支持し、皿ばね、波ばね等のばね手段４４を
介して、ピストン体２９を圧縮ばね３７に抗する方向に
移動付勢している。ばね手段４４の力は、圧縮ばね３７
値からより弱く、従って、圧力室３１に圧縮空気が送ら
れる前は、ばね手段４４は最大に圧縮されていて、ピス
トン体２９は作動ロッド２７に対する下降端にある。圧
力室３１に圧縮空気が導入され、圧縮ばね３７の力に打
ち勝つと、ピストン体２９は、ばね手段４４の力によ
り、作動ロッド２７に対して一定距離相対移動し、その
後、作動ロッド２７とともに移動する。よって、この実
施形態によると、圧力室３１に圧縮空気を導入してピス
トン体２９が移動を開始したとき、その初期移動を作動
ロッド２７に伝えない動作態様が得られる。図１０の破
線は、このときの動作特性例を示している（区間ａで
は、弁は開かない）。

【００２３】また図示例は、実際に流路を開閉する弁軸
２２（弁軸アッセンブリ２４）の動き量に比して、ピス
トン体２９（作動ロッド２７）の動き量が遥かに大きい
倍力開閉弁に本発明を適用したものであるが、弁軸２２
とピストン体２９とが一体に結合されている直結タイプ
にも勿論本発明は適用できる。

【００２４】また、図示実施形態のように、ばね圧力に
よって閉弁圧力を得る常閉型の開閉弁だけでなく、パイ
ロット圧力によって閉弁圧力を得る常開型の開閉弁にも
本発明は適用できる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、複雑な弁機構を必要と
せずに、動作信号（圧力）を与えてから実際に動作する
迄のデッドタイムが短い緩作動弁を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による緩作動開閉弁を常閉型の倍力開閉
弁に適用した一実施形態を示す、閉弁状態の縦断面図で
ある。

【図２】同開弁状態の縦断面図である。

【図３】図１、図２の開閉弁のテーパ面部、遊動ローラ
部材、及び弁軸遊動部材の関係を示す斜視図である。

【図４】図１、図２の倍力開閉弁のテーパ面部の他の形
状例を示す、図３と同様の斜視図である。

【図５】ピストン体、固定軸部材及びシール部材の閉弁
時の状態を示す拡大断面図である。

【図６】緩作動が始まった状態を示す拡大断面図であ
る。

【図７】緩作動中の状態を示す拡大断面図である。

【図８】緩作動が終了した状態を示す拡大断面図であ
る。

【図９】ピストン体、固定軸部材及びシール部材の他の
実施形態を示す拡大断面図である。

【図１０】本発明による緩作動開閉弁の開弁特性例を示
すグラフ図である。

【符号の説明】

１１ 流路ブロック １５ 環状弁座 １６ 金属ダイアフラム １８ 開閉弁体 ２０ 倍力開閉弁 ２１ ハウジング ２２ 弁軸 ２３ 弁軸ローラ部材 ２４ 弁軸アッセンブリ ２５ 遊動ローラ部材 ２６ 作動部材 ２７ 作動ロッド ２７ａ２ 楔面 ２９ ピストン体 ３０ 固定軸部材 ３１ 圧力室 ３２ 中心筒状部 ３２ａ 外周面 ３２ｂ 内周面 ３３ａ 軸方向通路（作動流体通路） ３３ｂ 径方向通路（作動流体通路） ３４ パイロット圧導入ポート ３５ 開閉制御弁 ３６ パイロット圧力源 ３７ 圧縮ばね（付勢手段） ４０ スリット通路 ４１ （一方向）シール部材

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁座に接離して流路を開閉する弁体を作
   動させる作動ロッド；この作動ロッドを弁体が流路を閉
   じる方向または開く方向に付勢するばね手段；上記作動
   ロッドに接続されシリンダ内に摺動自在に嵌めたピスト
   ン体；このピストン体及び作動ロッドに相対移動自在に
   嵌めた固定軸部材；このピストン体、シリンダ及び固定
   軸部材により画成された圧力室；この圧力室に対して作
   動流体を与える、ピストン体と固定軸部材との間の摺動
   隙間とこの摺動部分に設けたスリット通路；及び上記ピ
   ストン体がばね手段による移動端に位置するときには、
   このスリット通路の端部を開放して、圧力室をスリット
   通路及びピストン体と固定軸部材の間の摺動隙間を介し
   て作動流体通路に連通させ、ピストン体が上記移動端か
   ら移動を開始したとき、ピストン体と固定軸部材の間の
   摺動隙間を閉じ、上記スリット通路だけで圧力室と作動
   流体通路とを連通させる、ピストン体又は固定軸部材に
   支持したシール部材；を有することを特徴とする緩作動
   開閉弁。
2. 【請求項２】 請求項１記載の緩作動開閉弁において、
   作動流体によるピストン体の移動量が一定値を越えたと
   きには、シール部材が摺動隙間から離れ、スリット通路
   を介することなく、圧力室を作動流体通路に直接連通さ
   せる緩作動開閉弁。