JP6230517B2 - 間歇エア発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、間歇エア発生装置に関し、特に、待機時に於ける空気圧の損失を最小化するような間歇エアブロー装置に適する間歇エア発生装置に関する。

工場等の設備に於いて、圧縮空気が多用されている。圧縮空気は、空気圧シリンダ等を駆動するための動力源として使用されることが多いが、工場などで使用される圧縮空気の多くの部分がエアブロー用の空気として消費されている。例えば、切削粉除去，水切り，乾燥，冷却，製品の搬送等に広く利用されている。

エアブローの用途に於ける圧縮空気の消費量を削減するために、近年圧縮空気を間歇的に噴射することが採用されている。圧縮空気を間歇的に噴射することにより、エアブローの目的を好適に達成し、しかも圧縮空気の消費量を削減することができる。例えば、異物を除去する目的を達成するためには、圧縮空気の瞬間的な風速或いは風量が異物除去能力を高めるために重要である半面、平均的な風速或いは風量は、それほど重要でないことが知られている。また、ペットボトル等の集合を搬送する目的で、エアブローを利用することがあるが、圧縮空気を連続的に吹き出すようにすると、ペットボトル等が競り合って、互いに噛み合う状態が出現し、ペットボトル等の搬送に支障を来す場合がある。圧縮空気を間歇的に吹き出すようにすると、そのような問題が解消される。

エアブローを間歇的に吹き出すことは、圧縮空気の通路に電磁開閉弁を設け、外部から電磁開閉弁に開閉信号を供給することにより実現することができる。プログラマブル・コントローラを用いることにより、タイミング及びデューティを任意に調整することができる。しかしながら、電磁開閉弁に対して電気配線を行い、電磁開閉弁に開閉信号を送るためにプログラマブル・コントローラ等を必要とし、多大なコストが必要であり、しかも既存の設備に新たに導入するためには多大な困難が伴う。

そこで、エアブロー装置の空気圧系に空気圧式の論理回路を用いて、空気圧式の発振回路を構成し、それによりエアブローを間歇的に吹き出すことが提案されている（特許文献１）。これによれば、低コストで間歇エアブローを実現することができ、しかも既存の設備に新たに導入することも容易である。しかしながら、このような構成に於いては、エアブロー装置の供給管路に圧力が存在する限り、発振回路が作動し続け、圧縮空気が無駄に消費されるという問題がある。また、発振回路の弁体が間歇的に変位し続け、弁体の耐久性が損なわれ易いという問題もある。

特に、生産現場等に於いて、手持ち式のエアーガンを用いて作業する場合が多く、エアブロー装置の空気圧のオンオフは、概ねエアーガンに付設されたトリガ弁を開閉するのみで行われることが多い。エアーガンが待機状態になる度に、空気圧源又は配管の端末に設けられた開閉弁を閉じる操作は余りに煩雑であるからである。

特開昭５９−２０５００９号公報

このような従来技術の問題点に鑑み、本発明の主な目的は、低コストで間歇エアを発生することができ、しかも待機時に於ける空気圧の損失を最小化することのできる間歇エア発生装置を提供することにある。

本発明の第２の目的は、空気圧式の発振回路を用いた間歇エア発生装置の耐久性を高めることにある。

このような目的は、本発明によれば、空気圧源と、トリガ弁を備えたエア機器に接続される出口通路と、前記出口通路に設けられたパイロット式開閉弁と、前記空気圧源の出力に接続された入口ポート及び前記パイロット式開閉弁に対して間歇的なパイロット圧を供給する出口ポートを有する空気圧発振ユニットとを有する間歇エア発生装置であって、前記空気圧源の出力から前記空気圧発振ユニットの前記入口ポートに至る通路に設けられたパイロット式制御弁を更に有し、前記トリガ弁が閉じられたときには、前記出口通路の前記パイロット式開閉弁より下流側の部分に形成される圧力により前記パイロット式制御弁を閉じるようにしたことを特徴とする間歇エア発生装置を提供することにより達成される。

このような構成によれば、トリガ弁が閉じられた待機状態に於いては、空気圧発振ユニットが作動し続けたとしても、比較的短時間の内にパイロット式制御弁の閉弁に要するパイロット圧が優勢となり、パイロット式制御弁が閉弁することになる。それに伴い、パイロット式開閉弁のパイロット圧が失われ、パイロット式開閉弁も閉弁することになる。その結果、エア機器に至る出口通路或いは空気圧発振ユニットに至る通路が、パイロット式開閉弁及びパイロット式制御弁が閉弁することにより完全に遮断され、待機時に於ける空気圧の損失を事実上皆無とすることができる。特に好適な実施例によれば、前記パイロット式制御弁を開弁するためのパイロット圧が、前記空気圧源の前記出力により又はばね力により供給され、前記パイロット式制御弁を閉弁するためのパイロット圧が、前記パイロット式開閉弁の前記出口ポートから供給され、前記パイロット式制御弁の閉弁に要するパイロット圧が、開弁に要するパイロット圧よりも小さく設定されている。

前記パイロット式開閉弁の出口ポートと前記パイロット式制御弁の閉弁用のパイロットポートとの間に絞り及び又はタンクが接続されていることにより、閉弁用のパイロット圧の振動的な変化を平滑化し、パイロット式制御弁の閉弁動作が振動的になることを回避し、安定化させることができる。

本発明の好適実施例によれば、前記空気圧発振ユニットが、否定形空圧論理素子により構成され、前記パイロット式開閉弁が２位置２ポートパイロット弁からなり、前記パイロット式制御弁が常時閉２ポートパイロット弁からなるものとされる。特に、エア機器としてエアーノズルを用いた場合には、エアーノズルからの間歇噴射の周波数が０Ｈｚ＜（周波数）≦２０Ｈｚの範囲となるようにすることにより、エアーノズルによる異物除去効果を最適化することができる。

本発明によれば、低コストで間歇エアを発生することができ、特に、好適なエアブローを実現することができ、しかも待機時に於ける空気圧の損失を最小化することができ、しかも空気圧式の発振回路を用いた間歇エア発生装置の耐久性を高めることができる。

本発明に基づく間歇エア発生装置の好適実施例としての間歇エアブロー装置を示すダイヤグラム図である。

以下に、本発明による間歇エアブロー装置の実施例を、図１を参照して説明する。図示された間歇エアブロー装置の実施例に於いて、空気圧源１０は、公知の態様でコンプレッサ、フィルタ、レギュレータ及び開閉弁（図示せず）を含むものであって良い。空気圧源１０の出力は、常時閉２ポートパイロット弁からなる開閉弁１１の入口ポートに接続され、開閉弁１１の出口ポートは、エアーガン１５に接続されている。エアーガン１５には、圧縮空気を噴射するためのエアーノズル１７と、エアーノズル１７に至る出口通路１８を開閉するトリガ弁１６が備えられている。

空気圧源１０の出力は、２位置２ポートパイロット弁からなる制御弁１２の入口ポートにも接続され、かつ制御弁１２の開側パイロットポートＰ１にも接続されている。制御弁１２の出口ポートは、空気圧発振ユニット１９の入口ポート２０ａに接続されている。

空気圧発振ユニット１９は、否定型空圧論理素子により構成されたもので、弁ケーシング２０と、前記入口ポート２０ａに連通するように、弁ケーシング２０に設けられた第１の弁座２１と、弁ケーシング２０に設けられた出口ポート２０ｂと入口ポート２０ａとの間の連通を開閉するように第１の弁座２１と協働する弁体２３とを有する。弁体２３は、弁軸２４を介して同軸的に結合されたランド部２５を有する。ランド部２５は、ダイヤフラム室２６内で、該ダイヤフラム室を２分するダイヤフラム２７に結合されている。

出口ポート２０ｂに至る出口通路３１は、弁軸２４に沿って設けられた連通路３２を介してダイヤフラム室２６の一方の部分に連通し得るが、連通路３２の出口通路側の端部に設けられた第２の弁座２２に弁体２３が着座すると、連通路３２と出口通路３１との連通が遮断される。弁体２３は、常時入口ポート２０ａと出口ポート２０ｂとを互いに連通し、連通路３２と出口通路３１との間の連通を遮断する第１の位置に向けて、圧縮コイルばね２８により付勢されている。

ダイヤフラム室２６の連通路３２側の部分は、排気ポート２０ｃを介して常時大気に連通している。従って、連通路３２のダイヤフラム室側の端部も常時大気に連通している。ダイヤフラム室２６の他方の部分は、弁ケーシング２０に設けられた制御入力ポート２０ｄに接続されている。

制御入力ポート２０ｄは、互いに直列接続された第１及び第２の可変絞り３３，３４を介して、出口ポート２０ｂに接続されている。制御入力ポート２０ｄ側の第１の可変絞り３３をバイパスするように、制御入力ポート２０ｄから出口ポート２０ｂに向かう流れを許容する第１の逆止弁３５が並列接続されている。また、出口ポート２０ｂ側の第２の可変絞り３４をバイパスするように、出口ポート２０ｂから制御入力ポート２０ｄに向かう流れを許容する第２の逆止弁３６が並列接続されている。更に、制御入力ポート２０ｄには、タンク３７が接続されている。空気圧発振ユニット１９の出口ポート２０ｂは、開閉弁１１の開側パイロットポートＰ３に接続されている。

また、開閉弁１１の出口ポートは、絞り１３及びタンク１４を介して、制御弁１２の閉側パイロットポートＰ２に接続されている。制御弁１２の閉側のパイロットピストンの径が、開側のパイロットピストンの径よりも大きく設定されている。このようにパイロットピストンの径を互いに異なるものとする代わりに、或いはそれに加えて、閉側にやや優勢となるようにパイロットピストンに対して異なるばね荷重を加えるようにして同様の目的を達成することもできる。

次に、本実施例の作用を説明する。先ず、トリガ弁１６が開かれた状態を想定する。制御弁１２は、空気圧源１０から開側パイロットポートＰ１にパイロット圧を受けて開弁される。その結果、空気圧が、制御弁１２の出口ポートを介して空気圧発振ユニット１９の入口ポート２０ａに供給される。このとき、弁体２３が圧縮コイルばね２８の付勢力を受けて、入口ポート２０ａと出口ポート２０ｂとを互いに連通する第１の位置にあることから、空気圧源１０からの空気圧が、空気圧発振ユニット１９の出口ポート２０ｂを介して、開閉弁１１の開側パイロットポートＰ３に供給され、エアーガン１５のエアーノズル１７から圧縮空気が噴射される。

このとき、圧縮空気の圧力は、絞り１３及びタンク１４を介して、制御弁１２の閉側のパイロットポートＰ２に加えられているが、トリガ弁１６が開かれていることから、開閉弁１１の出口ポートの圧力が比較的低く、制御弁１２の開状態が維持される。これらの絞り１３及び又はタンク１４は、管路の径或いは容積によっては、省略することも可能である。

一方、空気圧発振ユニット１９の出口ポート２０ｂに於ける空気圧は、第２の逆止弁３６及び第１の可変絞り３３を介して、制御入力ポート２０ｄに加えられる。タンク３７が設けられていることから、制御入力ポート２０ｄに加えられる空気圧は徐々に上昇する。この空気圧が所定値を超えると、ダイヤフラム２７を介して、弁体２３を、圧縮コイルばね２８のばね力に抗して駆動し、空気圧発振ユニット１９の出口ポート２０ｂを、その入口ポート２０ａに対して遮断し、排気ポート２０ｃに連通させる第２の位置に変位させる。この変位速度、即ち弁体２３を第２の位置に変位させるのに要する時間は、第１の可変絞り３３の開度及び又はタンク３７の容量を変更することにより調節することができる。空気圧発振ユニット１９に設定されるべき周期或いはその管路構成によっては、タンク３７を省略することも可能である。

制御入力ポート２０ｄに於ける空気圧が所定のレベルに到達して、ダイヤフラム２７を介して、弁体２３が第２の位置に到達すると、空気圧発振ユニット１９の出口ポート２０ｂの圧力が低下し、開閉弁１１の開側のパイロットポートＰ３の圧力が失われ、開閉弁１１が閉弁される。それに伴い、エアーガン１５のエアーノズル１７からの圧縮空気の噴射が停止される。

このとき、タンク３７に蓄えられた圧力が、ダイヤフラム２７を介して、弁体２３を第２の位置に保持するが、この圧力は、第１の逆止弁３５及び第２の可変絞り３４を介して、更に、空気圧発振ユニット１９の出口ポート２０ｂを経て、排気ポート２０ｃから排出される。タンク３７に蓄えられた圧力が十分に低下すると、ダイヤフラム２７による駆動力が失われ、弁体２３が、圧縮コイルばね２８のばね力により、空気圧発振ユニット１９の出口ポート２０ｂを、その入口ポート２０ａに対して連通し、排気ポート２０ｃに対する連通を遮断する第１の位置に変位する。このように、タンク３７に蓄えられた圧力を排出して、弁体２３を第１の位置に変位させるのに要する時間は、第２の可変絞り３４の開度及び又はタンク３７の容量を変更することにより調節することができる。

弁体２３が第１の位置に復帰すると、再び、空気圧が、空気圧発振ユニット１９の出口ポート２０ｂを介して、開閉弁１１の開側パイロットポートＰ３に供給され、エアーガン１５のエアーノズル１７から圧縮空気が噴射されるようになる。このようにして、エアーガン１５のエアーノズル１７から圧縮空気が間歇的に噴射されるようになる。エアーガンの噴射デューティ時間及び休止噴射デューティ時間は、対応する可変絞り３３，３４の開度を調整することにより簡単かつ任意に設定することができる。

次に、トリガ弁１６が閉じられた状態を想定する。トリガ弁１６を閉じた直後は、制御弁１２は、開側パイロットポートＰ１にパイロット圧を受けて開弁状態にある。従って、開閉弁１１は、空気圧発振ユニットにより間歇的に開閉駆動されることになる。その間に、開閉弁１１の出口ポート側では、絞り１３を介してタンク１４の圧力が徐々に上昇し、制御弁１２の閉側のパイロットピストンの径が、開側のパイロットピストンの径よりも大きく設定されていることから、やがて制御弁１２の閉側パイロットポートＰ２に作用するパイロット圧が優勢となって、制御弁１２が閉弁状態となる。

その結果、空気圧発振ユニット１９の入口ポート２０ａに空気圧が供給されなくなり、開閉弁１１の開側パイロットポートＰ３の圧力が失われ、開閉弁１１が閉弁される。このとき、開閉弁１１が閉弁することによりエアーガン１５に空気圧が供給されないばかりか、制御弁１２も閉弁されることから、空気圧発振ユニット１９での空気の消費がなく、エアーガン１５の休止時に於ける空気圧の損失を回避することができる。更に、エアーガン１５の休止時には、空気圧発振ユニット１９の作動も停止することから、空気圧発振ユニット１９、特にその弁体２３の耐久性を向上することができる。

このように、エアーノズルからの空気の噴射を間歇的に行うことにより、圧縮空気の消費量を節約できる。これを別の側面から見ると、空気をパルス状に噴射することにより、与えられた圧縮空気の消費量に対して、異物除去効果が向上すると見ることもできる。発明者の行った実験によれば、エアーノズルからの間歇噴射の周波数が０Ｈｚ＜（周波数）≦２０Ｈｚの範囲であると良いことが見出された。周期が過小である場合には、噴射量の波形が鈍化するために、噴射量（噴射速度）の小さい期間が小さくなることから、圧縮空気の節約効果が薄まる。逆に、周期が過大である場合には、噴射量（噴射速度）のパルスによる単位時間当たりのインパクト数が低下し、異物除去効果が低下する。

更に、本発明は、通常のエアーガンを用いてエアブローを行うような用途ばかりでなく、固定式のエアブロー装置についても同様に適用可能である。そのような場合には、トリガ弁は、固定式のエアブロー装置に於ける固定ノズルのための開閉弁に対応することになる。本発明は、更に、ダイヤフラムを駆動源とするポンプその他の装置のためのアクチュエータに於いて、ダイヤフラムを駆動するための間歇的な空気圧を供給する目的にも好適に応用可能である。

上記実施例に於いては、制御弁１２を開弁するために空気圧源１０の出力を利用していたが、それに代えて、例えばばね等の付勢手段により制御弁１２を開弁方向に付勢しておくこともできる。その場合も、制御弁１２を閉弁するために要するパイロット圧が、トリガ弁１６が閉じられたときには、開閉弁１１とエアーノズル１７との間の出口通路に形成される圧力により得られるように設定しておけばよい。

以上、本発明を、その好適な実施形態について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施形態により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。

１０ 空気圧源
１１ 開閉弁
１２ 制御弁
１３ 絞り
１４ タンク
１５ エアーガン
１６ トリガ弁
１７ エアーノズル
１８ 出口通路
１９ 空気圧発振ユニット
２０ 弁ケーシング
２０ａ 入口ポート
２０ｂ 出口ポート
２０ｃ 排気ポート
２０ｄ 制御入力ポート
２１ 第１の弁座弁ケーシング
２２ 第２の弁座弁ケーシング
２３ 弁体
２４ 弁軸
２５ ランド部
２６ ダイヤフラム室
２７ ダイヤフラム
２８ 圧縮コイルばね
３１ 出口通路
３２ 連通路
３３ 第１の可変絞り
３４ 第２の可変絞り
３５ 第１の逆止弁
３６ 第２の逆止弁
３７ タンク

Claims (8)

1. 空気圧源と、
   トリガ弁を備えたエア機器に接続される出口通路と、
   前記空気圧源の出力に接続された入口ポート及び前記出口通路に接続された出口ポートを有するパイロット式開閉弁と、
   前記空気圧源の前記出力に接続された入口ポート及び前記パイロット式開閉弁に対して間歇的なパイロット圧を供給する出口ポートを有する空気圧発振ユニットとを有する間歇エア発生装置であって、
   前記空気圧源の前記出力から前記空気圧発振ユニットの前記入口ポートに至る通路に設けられたパイロット式制御弁を更に有し、
   前記トリガ弁が閉じられたときには、前記出口通路の前記パイロット式開閉弁より下流側の部分に形成される圧力により前記パイロット式制御弁を閉じるようにしたことを特徴とする間歇エア発生装置。
2. 前記パイロット式制御弁を開弁するためのパイロット圧が、前記空気圧源の前記出力により供給され、前記パイロット式制御弁を閉弁するためのパイロット圧が、前記パイロット式開閉弁の前記出口ポートから供給され、前記パイロット式制御弁の閉弁に要するパイロット圧が、開弁に要するパイロット圧よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の間歇エア発生装置。
3. 前記パイロット式制御弁を開弁するためのパイロット圧がばね力により提供され、前記パイロット式制御弁を閉弁するためのパイロット圧が、前記パイロット式開閉弁の前記出口ポートから供給され、前記パイロット式制御弁の閉弁に要するパイロット圧が、開弁に要するパイロット圧よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の間歇エア発生装置。
4. 前記パイロット式開閉弁の前記出口ポートと前記パイロット式制御弁の閉弁用のパイロットポートとの間に絞り及び又はタンクが接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の間歇エア発生装置。
5. 前記空気圧発振ユニットが、否定形空圧論理素子により構成されたものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の間歇エア発生装置。
6. 前記パイロット式開閉弁が２位置２ポートパイロット弁からなり、前記パイロット式制御弁が常時閉２ポートパイロット弁からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の間歇エア発生装置。
7. 前記エア機器がエアーノズルからなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の間歇エア発生装置。
8. 前記エアーノズルからの間歇噴射の周波数が０Ｈｚ＜（周波数）≦２０Ｈｚの範囲であることを特徴とする請求項７に記載の間歇エア発生装置。

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