JP5624789B2 - 弁アセンブリ - Google Patents
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Description
ポペット弁には、流体動力システム全体の一部分として、パイロット操作型空気圧式弁と関連する特定の用途がある。通常のポペット弁構成の1つでは、弁本体内に所定位置間で移動可能に支持される弁部材を備える。これらの位置は一般に弁穴内の弁座の配置により規定される。弁部材は、弁座と係合する弁要素を有する。
関連する技術において、一般に使用される弁座は、通常、直角カットまたは90度の角面を含む。対応する弁要素は、通常、略円錐状または角度を付けて形成された弁シール面を含む。
弁座の直角カットされた90度角部は、弁の作動中、ポペット弁要素に深く突き刺さることができる。突き刺さるにつれて、弁要素に加えられた力は弁シール面の全面に広がる。
このシール相互作用は、始めは、弁要素のシール面にオーバーモールドされた材料が、弁座の縁部を押す際に若干内側へたわみ、それにより弁座周りにリングシールを形成するので、結果として良好なシール機能が得られる傾向にある。
シール材料に恒久的な変形が始まり、それにより切削が進むと、アクチュエータは、弁をシールするためのストロークを徐々に長くとらざるを得ない。弁ストロークがこのように継続して延びてゆくと、弁作動のタイミングに対して動的変化を起こし、実行される作業の質を低下させる。
弁ストロークの変化による弁タイミング作動の変化は、プロセスを不正確および不一致にし、最終的には弁交換が必要となる。さらに、弁シール材料の変形および切削により漏れが生じる可能性があり、しばしば、シール材料の破片が空気圧流路下流に入ることになる。
本発明の目的は、前述した弁の摩耗ないしはそれによる弁タイミングの変化などの不都合を解消できる弁アセンブリを提供することにある。
なお、本明細書における図面は、選択された実施形態の図解のためのみであり、全ての可能な実施のためではなく、本発明の範囲を限定するものではない。
また、図面のいくつかの図を通じ対応する符号は対応する部分を示す。
以下の説明において、図1〜図4は本発明の一実施形態の元になる参考例であり、第一および第二ピストンの詳細な構成は図6に示す通りである。
本発明に関する特定部品、装置および方法の例として多くの特定の詳細が記載され、本発明の実施形態を完全に理解させる。特定の詳細が用いられる必要はないこと、実施形態は多くの異なる形状で具現化可能なこと、およびどちらも発明の範囲を限定するものと解釈すべきでないことは、当業者にとって自明であろう。いくつかの実施形態において、公知のプロセス、公知の装置構造、および公知の技術は詳細には記載されない。
本明細書で用いられる技術は、特定の実施形態を記載するためのみであり、限定的であることを意図しない。本明細書で使用される際、単数で表記されたものは、明示されていない限り複数の場合も含むことを意図する。用語「備える」、「備えて」、「含んで」および「有して」は包括的であり、述べられた特徴、整数、工程、操作、要素、および/または部品の存在を特定する。しかし、1以上の特徴、整数、工程、操作、要素、部品および/または群の存在または追加を排除するものではない。本明細書で記載される方法工程、プロセスおよび操作は、実行順序として詳細に特定されない限り、必ずしも記載または図示された特定の順序で実行を要するものと解釈されるべきではない。追加工程または代替工程が用いられてもよいことも理解されるであろう。
第一、第二、第三等の用語が各種要素、部品、領域、層および/または切断面を説明するために本明細書で使用されるが、これらの要素、部品、領域、層および/または切断面はこれらの用語により限定されるものではない。これらの用語は、ある要素、部品、領域、層および/または切断面を他の領域、層または切断面から区別するためにのみ使用されてもよい。本明細書で使用される際の「第一」「第二」のような用語および他の数に関する用語は、文脈で明示されない限り、配列または順序を意味しない。したがって、下記で論じられる第一要素、部品、領域、層および/または切断面は、実施形態の教示から逸脱することなく第二要素、部品、領域、層および/または切断面と称されることも可能である。
「インナー」、「アウター」、「真下に」、「下に」、「下側の」「上に」、「上部に」等のような空間的に相対的な用語が、図示する際、ある要素または特徴と他の要素または特徴との関係の記載を容易にするために、本明細書で使われてもよい。空間的に相対的な用語は、図示される向きに加えて、使用時または操作時における装置の異なる向きを包含するとしてもよい。例えば、図の装置がひっくり返ると、他の要素または特徴の「下に」または「真下に」と記載される要素は、他の要素または特徴の「上に」置かれるだろう。このように、例示の用語「下に」は上と下両方への向きを包含することが可能である。装置は他方向に向かされてもよい(90度回転または他の向きに)。本明細書で使用される空間関連記述子は適宜解釈される。
電磁弁本体14は、第一排気口16、軸方向穴18、第一ポート20、第二ポート22、第三ポート24および第二排気口26を含む。第三ポート24は、パイロット電磁弁11において圧搾空気を受ける入口として機能する。
弁部材36を逆向きの第二変位方向Bに移動させるために、電磁操作部12に通電されると、ソレノイド部材28をソレノイド部材変位方向Cへ摺動的に変位させ、第三ポート24を第二ポート22に連通させ、圧搾空気を第二穴部38に案内し、弁部材36を弁部材第二変位方向Bへ摺動させる。また、電磁操作部12が通電されると、第二排気口26が第一ポート20と連通され、第一穴部30を外気に開放する。
弁本体34と電磁弁本体14とは、第一端部52を用いて連結してもよい。第二端部54は、弁本体34の反対側端部に取り外し可能に接続され、弁組み立て過程でアクセスのために使用され、弁穴32中の弁部材36にアクセスが必要なら弁組み立て終了後に取り外され、切替弁10のタイミングおよび操作のために必要に応じて調整を行なう。
第二弁座86は、第二螺合接続部94を用いて弁穴32に配置される第二アダプタ92から一体的に延出する。第一螺合接続部90および第二螺合接続部94により、第一弁座84および第二弁座86を軸方向調整可能とする。
図2および図3において、第一弁要素76および第二弁要素78は、弁本体34に一体に接続される第三弁座96および第二アダプタ92から一体に延出する第四弁座98にも当接可能である。
本実施形態においては、第一アダプタ88および第二アダプタ92の双方は、軸方向に移動可能で、第二弁座86に対する第一弁座84の位置を軸方向に調節することができる。または、固定された位置の第三弁座96に対する第四弁座98の位置を軸方向に調整する。第一アダプタ88および第二アダプタ92は、それぞれ第一アダプタ88および第二アダプタ92の外周と弁本体34の内壁との間に配置された1個以上のシール部材99を含むことができる。本実施形態において、シール部材99、99'は第一アダプタ88に備えられ、シール部材99''、99'''および99''''は第二アダプタ92に備えられる。シール部材99はOリングまたはガスケットであってよく、第一穴部30および第二穴部38の圧搾空気65と弁穴32との間に流体境界を形成するように構成される。
第一ピストン100および第二ピストン102は、弁部材36の対向する端部に形成される。弁部材36の摺動摩擦を最小限にするために、第一ピストン100および第二ピストン102と、第一アダプタ88および第二アダプタ92に形成される第一シリンダ壁104および第二シリンダ壁106それぞれとの間でのみ、摺動当接がなされる。弁部材36の摺動摩擦をさらに最小限にするために、第一ピストン100および第二ピストン102のそれぞれは1つの穴シールを有し、第一ピストン100および第二ピストン102それぞれの周方向に形成されたスロット109および111に配置される第一穴シール108および第二穴シール110と表される。
第一弁座面112は長手方向軸74に対し角度εを規定し、第二弁座面114は長手方向軸74に対し角度Ζを規定する。いくつかの実施形態によれば、角度εおよび角度Ζは、角度αおよび角度βと略等しく、第一シール面80と第一弁座面112とを平行とし、第二シール面82と第二弁座面114とを平行とする。第三弁座面120および第四弁座面122も、同様に第三シール面116および第四シール面118に対して平行となる。本願の開示の弁座およびシール面の角度構成は、本発明の譲受人により共同所有される、Williamsに付与された米国特許第6,668,861号に示されるものと同様であり、その主題がここに援用される。
図6において、第一穴シール108および第二穴シール110の摩耗を減らすために、第一センタリングシール130は第一穴シール108近傍まで第一ピストン100上に弾性材でオーバーモールドされてもよく、第二センタリングシール132は第二穴シール110近傍まで第二ピストン102上に弾性材でオーバーモールドされてもよい。第一センタリングシール130および第二センタリングシール132はそれぞれ、***状または円錐状先端の周縁部134を含む。第一センタリングシール130の周縁部134は、第一シリンダ壁104と当接し、長手方向軸74に対して第一ピストン100を中心に位置づける。第二センタリングシール132の周縁部134は第二シリンダ壁106と当接し、長手方向軸74に対し第二ピストン102を中心に位置づける。第一穴シール108および第二穴シール110の材料より硬い材料を第一センタリングシール130および第二センタリングシール132に使用することにより、第一穴シール108および第二穴シール110のたわみ、ひいては摩耗を減らすことができる。
弁アセンブリ15の弁座面に対して第一弁要素76および第二弁要素78間で等しい/調整可能な間隔を維持することにより、および、弁アセンブリ15の第一および第二係止位置において弁座面に対して第一弁要素76および第二弁要素78間の当接で等しい表面面積を維持することにより、第一弁要素76および第二弁要素78は、等しい力でそれぞれの弁座面と同時に当接し、第一弁要素76および第二弁要素78および弁座の摩耗が等しくなる。これにより、圧搾空気のような圧搾流体を用い、弁部材36を第一および第二係止位置間で迅速に往復させつつ、各ピストンにおいて1つのシール要素を使用するのみにより、第一ピストン100および第二ピストン102の摺動摩擦を最小限可能である。
本明細書で使用される「反復可能」とは、弁要素76,78が使用に伴い摩耗するものの、弁座にかかる力および表面面積が略等しく維持される状態として定義される。本発明の円錐状弁座および弁要素は、弁が繰り返し作動される際、鋭角な角部を有する公知の弁座に伴い、シール材料が繰り返し変形され、最終的には損傷することにより起こる弁要素の切断摩耗をさらに減少または阻止する。例えば、各弁が閉鎖する作業毎に、直角切断された弁座に対して弁座位置まで弁部材が変位する際シール材料が切断されることにより起こる。
実施形態に関する上記記載は、図解および説明の目的で提供される。網羅的または発明を限定することを意図しない。特定の実施形態の個別の要素または特徴は、一般にその特定の実施形態に限定されないが、適用可能な場合には、詳細に図示または説明されないとしても選択された実施形態で交換可能であり、使用可能である。同じものが多くの点で変更されてもよい。そのような変更は本発明からの逸脱とはみなされない。そのような修正は全て本発明の範囲内に含まれることが意図される。
Claims (21)
- 弁穴を有する弁本体と、前記弁穴内に配置されて第一および第二係止位置間で摺動自在な弁部材と、前記弁部材に接続されかつ径方向に延出するとともに前記弁部材の長手方向軸に対して等角度で延びる第一および第二シール面を有する第一および第二弁要素と、を備える弁アセンブリであって、
前記第一および第二シール面はそれぞれ、円錐状の第一および第二弁座面と略平行とされ、
前記第一および第二弁座面は、前記弁部材の第一係止位置で、前記第一シール面が前記第一弁座面に当接すると同時に、前記第二シール面が前記第二弁座面に当接するように、長手方向軸に対して等角度とされ、かつ調整可能な間隔を有し、
前記弁部材は、対向する端部に第一および第二ピストンが配置され、
前記第一および第二ピストンは、第一および第二シリンダ壁に対して滑りシールを構成する第一および第二穴シールと、前記第一および第二シリンダ壁に当接して前記第一および第二ピストンを前記長手方向軸に対し中心に位置づける第一および第二センタリングシールとを有することを特徴とする弁アセンブリ。 - 請求項1に記載の弁アセンブリであって、
前記第一弁要素は第三シール面を有し、
前記第二弁要素は第四シール面を有し、
前記第三および第四シール面は前記第一および第二シール面に対して鏡像関係にあり、
前記第三および第四シール面は互いに平行とされ、それぞれは前記弁部材の長手方向軸に対して略等角度とされることを特徴とする弁アセンブリ。 - 請求項2に記載の弁アセンブリであって、
前記第三および第四シール面の1つにより当接可能な円錐状の第三および第四弁座面をさらに有し、
前記第三および第四弁座面は、前記弁部材の第二係止位置で、前記第三シール面が前記第三弁座面に当接すると同時に、前記第四シール面が前記第四弁座面に当接するように、前記長手方向軸に対して等角度かつ前記第一および第二弁要素の前記シール面に対して平行に延びることを特徴とする弁アセンブリ。 - 請求項3に記載の弁アセンブリであって、
前記弁本体に接続され、圧搾空気と連通するように構成されるソレノイドアセンブリと、
前記ソレノイドアセンブリに配置され、前記ソレノイドアセンブリの第一、第二および第三ポートの選択された1つの流れ方向を変更するように構成され、圧搾空気を前記第一または第二ピストンに案内し、前記弁部材を前記第一係止位置に向けて軸方向に移動させるか、または前記弁部材の第二係止位置に向けて反対方向に移動させるソレノイド部材と、を含むことを特徴とする弁アセンブリ。 - 請求項1に記載の弁アセンブリであって、
前記長手方向軸に対してそれぞれ選択的に同軸上に配置され、かつ、それぞれ前記第一および第二弁座面の1つを有する第一および第二アダプタを有することを特徴とする弁アセンブリ。 - 請求項1に記載の弁アセンブリであって、
前記第一および第二弁要素は前記弁部材上に成形された弾性材によるオーバーモールド成形品であり、前記第一弁座面に対してシールするように構成された前記第一弁要素が第一周辺当接表面面積を規定し、第二弁座面に対してシールするように構成された前記第二弁要素が前記第一周辺当接表面面積と等しい第二周辺当接表面面積を形成することを特徴とする弁アセンブリ。 - 請求項1に記載の弁アセンブリであって、
前記弁本体はさらに、流体源と流体連通する流体入口と、第一および第二出口ポートと、第一および第二排出ポートと、を有し、
前記流体入口が前記弁部材の前記第一係止位置の前記第一出口ポートと流体連通し、かつ、前記流体入口が前記弁部材の前記第二係止位置の前記第二出口ポートと流体連通するように、前記第一および第二出口ポートが前記弁穴を介して前記流体入口と連通することを特徴とする弁アセンブリ。 - 請求項1に記載の弁アセンブリであって、
前記第一係止位置において、前記第一弁座面と当接する前記第一弁要素の表面面積は、前記第二弁座面と当接する前記第二弁要素の表面面積と略等しいことを特徴とする弁アセンブリ。 - 軸方向に延出する弁穴を有する弁本体と、前記弁穴内に配置されて第一および第二係止位置間で摺動可能な弁部材と、前記弁部材に接続される第一および第二弁要素と、を備える弁アセンブリであって、
前記第一弁要素は第一シール面を有し、前記第二弁要素は第二シール面を有し、前記第一および第二シール面は前記弁部材の長手方向軸に対して等角度で延び、
円錐状の第一弁座面と当接するように構成された前記第一シール面は第一周辺当接表面面積を規定し、
円錐状の第二弁座面と当接するように構成された前記第二シール面は第一周辺当接表面面積と等しい第二周辺当接表面面積を規定し、
前記第一および第二弁座面は前記第一および第二シール面に略平行に延び、
前記第一および第二弁座面間の間隔は前記第一および第二シール面間の間隔と等しく、
前記第一シール面と前記第一弁座面とおよび前記第二シール面と前記第二弁座面とを前記第一係止位置において同時に当接させ、
前記弁部材は、対向する端部に第一および第二ピストンが配置され、
前記第一および第二ピストンは、第一および第二シリンダ壁に対して滑りシールを構成する第一および第二穴シールと、前記第一および第二シリンダ壁に当接して前記第一および第二ピストンを前記長手方向軸に対し中心に位置づける第一および第二センタリングシールとを有することを特徴とする弁アセンブリ。 - 請求項9に記載の弁アセンブリであって、
前記第一弁要素はさらに第三シール面を含み、
前記第二弁要素はさらに第四シール面を含み、
前記第三および第四シール面は前記第一および第二シール面に対して鏡像関係にあることを特徴とする弁アセンブリ。 - 請求項10に記載の弁アセンブリであって、
互いに平行とされかつそれぞれ前記弁部材の長手方向軸に対して略等角度となす第三および第四弁座面を含み、
前記第三および第四弁座面は前記第三および第四シール面間の間隔と等しい間隔を有することを特徴とする弁アセンブリ。 - 請求項10に記載の弁アセンブリであって、
前記第三および第四シール面の1つと当接するように構成された円錐状の第三および第四弁座面を含み、
前記弁部材が第二係止位置にある時、前記第三シール面と前記第三弁座面とおよび前記第四シール面と前記第四弁座面とを同時に当接させるように、前記第三および第四弁座面の双方は等角度かつ前記第一および第二弁要素の前記シール面に対して平行とされることを特徴とする弁アセンブリ。 - 請求項10に記載の弁アセンブリであって、
互いに平行とされかつそれぞれ前記弁部材の長手方向軸に対して略等角度とされる第三および第四弁座面を含み、
前記第三弁座面と当接するように構成された前記第三シール面は第三周辺当接表面面積を規定し、
前記第四弁座面と当接するように構成された前記第四シール面は前記第三周辺当接表面面積と等しい第四周辺当接表面面積を規定することを特徴とする弁アセンブリ。 - 請求項9に記載の弁アセンブリであって、さらに、
前記弁部材と前記弁本体との間の弁穴内に摺動自在に配置され、前記弁部材を摺動自在に受けるように構成された少なくとも1つのアダプタを含み、
前記少なくとも1つのアダプタは軸方向に移動可能とされて前記第一弁座面および前記第二弁座面間の間隔を調整することを特徴とする弁アセンブリ。 - 請求項9に記載の弁アセンブリであって、
前記弁本体はさらに、入口ポートと、第一および第二出口ポートと、を有し、
前記弁部材は、前記第一係止位置において前記入口ポートからの流体の流れを前記弁穴から前記第一出口ポートに選択的に案内するように構成され、かつ、前記第二係止位置において前記入口ポートからの流体の流れを前記弁穴から前記第二出口ポートに選択的に案内するように構成されることを特徴とする弁アセンブリ。 - 弁穴を有する弁本体と、弁穴内に配置されて第一および第二係止位置間で摺動可能な弁部材と、前記弁部材に接続されかつ弾性を有する第一および第二弁要素と、を備える弁アセンブリであって、
前記第一弁要素は第一シール面を有し、前記第二弁要素は第二シール面を有し、前記第一および第二シール面は前記弁部材の長手方向軸に対して略等角度とされ、
前記第一弁要素はさらに第三シール面を有し、前記第二弁要素はさらに第四シール面を有し、前記第三および第四シール面は前記第一および第二シール面と鏡像関係にあり、
前記第一および第二シール面はそれぞれ、円錐状の第一および第二弁座面と略平行とされ、前記弁部材の第一係止位置で同時に、第一シール面が第一弁座面に当接し、第二シール面が第二弁座面に当接するように、第一および第二弁座面は長手方向軸に対して等角度にされ、
第三および第四シール面はそれぞれ、円錐状の第三および第四弁座面と略平行とされ、
前記弁部材の第二係止位置で、第三シール面が第三弁座面に当接すると同時に、第四シール面が第四弁座面に当接するように、第三および第四弁座面の双方は長手方向軸に対して等角度とされ、
前記弁部材は、対向する端部に第一および第二ピストンが配置され、
前記第一および第二ピストンは、第一および第二シリンダ壁に対して滑りシールを構成する第一および第二穴シールと、前記第一および第二シリンダ壁に当接して前記第一および第二ピストンを前記長手方向軸に対し中心に位置づける第一および第二センタリングシールとを有することを特徴とする弁アセンブリ。 - 請求項16に記載の弁アセンブリであって、
前記第一シール面および前記第一弁座面の当接は第一周辺当接表面面積を規定し、前記第二シール面および前記第二弁座面の当接は第一周辺当接表面面積と等しい第二周辺当接表面面積を規定することを特徴とする弁アセンブリ。 - 請求項17に記載の弁アセンブリであって、
前記第三シール面および前記第三弁座面の当接は第三周辺当接表面面積を規定し、前記第四シール面および前記第四弁座面の当接は第三周辺当接表面面積と等しい第四周辺当接表面面積を規定することを特徴とする弁アセンブリ。 - 請求項16に記載の弁アセンブリであって、
前記第三および第四シール面間の間隔は、前記第一および第二シール面間の間隔と等しいことを特徴とする弁アセンブリ。 - 請求項16に記載の弁アセンブリであって、
前記第三および第四弁座面間の間隔は、前記第一および第二弁座面間の間隔と等しいことを特徴とする弁アセンブリ。 - 請求項16に記載の弁アセンブリであって、
前記弁穴内に前記弁部材と前記弁本体との間で摺動自在に配置され、前記弁部材を摺動自在に収納するように構成された少なくとも1つのアダプタを有し、
前記少なくとも1つのアダプタは軸方向に移動可能とされ、前記第一弁座面および前記第二弁座面間の間隔を調整することを特徴とする弁アセンブリ。
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