JPS5932703B2 - 弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は通常空気からなる圧力ガスの流れを制御する
四方弁、とくに信頼性、製造の簡単化あるいは経済性お
よび整備の容易性を犠牲にすることなく極めて小型に製
造するのに適した弁に関する。

一般に、圧力ガスを扱う弁に関する技術は高度に発展し
、数多くの設計が多年に亘って開発されかつ長い間実用
に供されている。

多くの設計が広範囲の特定目的への適用のために成功裡
に改変されてきている。

上述の発展に加えて、この数年来例えば直径が１−’ｙ
Ａｉ ｎで行程が３ｉｎまでの空気シリンダのような極
めて小型で、かつ極めて小さな荷重を供給するのに適し
た圧力ガス制御用の電動弁について一連の開発がなされ
てきた。

このように供給されるシリンダは極めて小型であるから
、これに供給する弁は相応して小型でなければならない
。

上述の小型サイズの弁の提供に際しての１つの特別に困
難な問題は、各部品の製造の際の寸法公差についてであ
って、比較的大型弁の製造、組立あるいは使用上におい
て、寸法公差が比較的大きくとも、大きな困難を示さな
いが、小型の弁の組立および作動上では大きな問題を起
した。

そしてこのような問題を回避するために寸法公差を著し
く小さくするには製造作業の経費を著しく増加させる。

また弾性密封リングもその容積が小さいため、その移動
に際しなにかに係合したままであったりすると、そのた
めに生ずる摩耗によって、その密封効果を急速に減退す
るというような問題もある。

そこで小型弁は、組立あるいは作動上の問題を起さずに
、正規の寸法公差でありさえすれば、寸法公差のために
生ずる問題を解決し、さらに密封リングの摩耗を最大限
に防止することができるような方法で準備することが必
要である。

この発明の目的は、小さいサイズで、長期にわたって信
頼性に富み、しかも経済的に製造でき、そのために、通
常の製造公差が許され、しかもなお長期使用に耐える弁
を提供するにある。

この発明は前記の目的を達成するために、互いに軸方向
に整夕１ル、かつ端部を当接して配置された第１、第２
ライナ部材をもち、各ライナ部材が軸方向に細長い中心
案内孔および当接する内端部において中心案内孔から半
径方向外方へ円錐状に突出する円錐壁とそれらに連接す
る円筒壁によって形成された大径孔をもち、これらの大
径孔は互に向合って両者間に中心孔に連通ずる大径環状
空所を形成し、ライナはこの空所を入口ポートに常時連
通する入口孔をもち、第１ライナ部材は第１負荷ポート
と中心案内孔とを連通ずる第１孔をもち、第２ライナ部
材は第２負荷ポートと中心案内孔とを連通ずる第２孔を
もち、第１ライナ部材には入口孔と第１孔との中間にお
いて、中心孔の壁面に係合する弾性第１密封リングが装
着され、第２ライナ部材には入口孔と第２孔との中間に
おいて、中心孔の壁面に係合する弾性第２密封リングが
装着され、弁プランジャは大径環状空所内に位置する弾
性密封リングをもち、密封リングは中心案内孔の直径よ
りも大きいが、空所の円筒壁には係合しない大きさの外
径をもち、弁プランジャが摺動運動の一方の終点である
第１作動位置にあるときは、密封リングが第２ライナ部
材の円錐壁に密封係合して、中心案内孔を介して、空所
が第１負荷ポートに連通し、他方の終点である第２作動
位置にあるときは、密封リングが第１ライナ部材の円錐
壁に密封係合して、中心案内孔を介して、空所が第２負
荷ポートに連通ずるようになっていることを特徴とする
。

この発明の他の目的は以下の記載を図面を参照しつつ読
むことにより瞭らかになるであろう。

図面にこの発明による弁１１の実施例が示され、この弁
は電気作動部分１３と組合った弁部分１２を含む。

この弁部分および作動部分は互に密接に協働するように
造られるとともに、弁部分自身は機械的および空圧作動
器を含む他の型式の作動部分で効果的に作動できる。

いま弁部分１２について考察すれば、この部分には複数
の、この例では５個の横方向に延びる入口ポート１９、
排出ポート２１，２２、負荷ポート２３．２４及び中心
孔１７をもつほぼ円筒形ハウジング１６をもつ。

中心孔１７はその中に細長いスリーブ状ライナ２６を含
み、このライナ２６はこの実施例では端末ライナ部分２
６Ｃと共に向合って配置された２個の同形の第１、第２
ライナ部分２６Ａ、２６Ｂから成っている。

ライナ部分２６Ａの下端は中心孔１７の下端でハウジン
グに形成された肩部２７と係合される。

ライナ部分２６Ｃの上端は普通型ばねクリップ２８と係
合し、このクリップは中心孔１７の拡大孔２９の端内に
保持される。

ライナ２６はその周囲に取付けられた複数のＯリング３
３，３４，３６，３７，３Ｂをもち、これらの０１Ｊン
グは中心孔１７の壁と密封係合するように配置されてい
る。

ライ９２６は中心孔１７よりも可成り小さい直径をもつ
から両者間に環状空所を生じ、この空所は上記諸０リン
グによって複数の個別のリング状の室４１，４２，４３
゜４４．４６に区分される。

室４１，４２，４３゜４４．４６はそれぞれ半径方向の
孔４７ 、４８ 。

４９．５Ｌ５２と連通し、これらの孔は次いでポート２
１．２４，１９，２３，２２とそれぞれ連通ずる。

細長い中心孔５３がライナ２６を貫通し、かつその中で
細長い弁プランジャ５４を滑動可能に支持する。

弁プランジャ５４は上端に大径円筒部分５６をもち、こ
の部分は上方ライナ部分２６Ｃによって形成される中心
孔５３の上方部分内で滑動可能に案内される。

プランジャの下端は中心孔５３の延長部を構成し、かつ
これと同軸に整列している案内孔５９内に滑動可能に収
容された上記とは同様であるがそれよりも直径の小さい
円筒部分５８をもつ。

ライナ部分２６Ａ、２６Ｂの反対端には、それぞれその
自由端に隣接して大径孔６Ｌ６２がある。

孔６１．６２はそれぞれ小径の中心案内孔６３．６４と
連通し、これら案内孔は中心孔５３の一部分を構成する
。

案内孔６３，６４は次いで両者間で大径空所６６を形成
する。

ライナ孔５３を貫通する弁プランジャ５４は、案内部分
５６゜５８間に延びる細長い小径の棒部分６７を含む。

棒部分６７は環状溝内に収容された一対の間隔を保って
配置された弾性０１Ｊング６８，６９を有する。

０リング６８は案内孔６３の壁と密封係合されるように
送られ孔６１．６３間の連通を制御する。

同様にしてシールリング６９は孔６４，５７の壁と密封
係合されている。

シールリング６９はライナ部分２６Ｂ、２６Ｃの隣接端
間に形成された環状溝７０を通過して軸方向に移動可能
であるから、孔６２．６４間の連通が可能である。

ライナ部分２６Ｃとシールリング６９との係合によって
排出部を密封し、空気が電気作動部１３に連通するのを
防止する。

弁プランジャ５４はなおこれを取囲んで取付けられた別
の弾性シールリング７１をもち、このシールリング７１
はシールリング６８．６９間の中央に配置され、かつ可
成り大径の横断面を有する。

シールリング７１は円筒形大径部に形成された環状溝内
に配置され、この大径部はシールリング７１の両側に軸
方向に配置され、かつ隣接する案内孔６３，６４によっ
て密接にただし滑動可能に封納された大径円筒形案内部
分７２．７３を含む。

シールリング７１は大径空所６６内に配置され、隣接す
る孔６３．６４の直径よりも可成り大きい外径をもつ。

よってシールリング７１は単独に運動するように向合っ
た傾斜円錐壁７６．７７間に形成された大径６６内に封
納される。

これらの壁は反対方向に傾斜して弁座として作用し、こ
れによってシールリング７１はポペット弁の様式で壁７
６あるいは７７の１つと密封係合するように選択的に移
動可能である。

よってシールリング７１は中心室６６から隣接する案内
孔６３，６４への流量を制御する。

壁７６．７７は弁プランジャの縦軸線に対して急角度で
延び、かつ半径方向外方に延びる方向に見るときそれぞ
れ凹面形をもつことが好ましく、これによってシールリ
ング７１は円錐壁７６または７７と案内孔６３または６
４によって形成された隣接する円筒壁との間に形成され
た角部に隣接する接触点において円錐壁７６あるいは７
７と係合する。

この角部はその鋭さを最小限にするためにわずかに面取
りされている。

この角部と隣接する凹面に引かれた接線は約６０°の角
度で弁プランジャの縦軸線と交わる。

急角度をもった凹面壁７６．７７はシールリング７１と
接触点を生じ、この接触点は可能な限り弁プランジャの
軸線と近接して半径方向内方に位置し、これによって流
体圧力はシールリング７１、すなわち弁プランジャに作
用し、これによって最小直径の面積上に作用する。

さらにシールリング７１と弁座７６．７７の凹面形態と
の間のこの関係は、またシールリングの弁シールに対す
る楔作用を最小にさせる傾向をもち、この楔作用は４５
°の角度の通常型平形弁座が用いられるときさらに重要
な問題を構成する。

よってこれらの因子は弁プランジャを移動するのに必要
な力を減するから、移動を制御するのにはさらに小さい
外力（はねまたはソレノイド力）の使用で済む。

これらの因子またシールリング７１のゆがみを可成り減
少させ、これによってシールリングはさらに長い期間に
亘ってその強度および形態を保持し、それにより０１Ｊ
ングが弁を通る空気流あるいはプランジャの自由な移行
運動を際立って阻害することはない。

急傾斜の円錐壁７６．７７の使用は、弁プランジャの移
行運動中シールリング７１の移動量を最小にさせる。

弁プランジャの行程の減少は作動器、特に作動ソレノイ
ドの行程を最小にし、これに伴ってソレノイドのサイズ
と所要１駆動力の両方を大いに最小にさせる。

例えば上述のような急傾斜をもつ円錐壁７６．７７を使
用するとき、弁プランジャの行程は０．０４５ｉｎ程度
になるように極めて減することができる。

上述のように円錐壁７６．７７をもつことによって、シ
ールリング７１のまわりのすき間を増加するから極めて
望ましく、このすき間は空気が入口ポート１９から負荷
ポート２３または２４の１つに流れるときシールリング
を通る空気の流通を許す。

円錐壁７６．７７の凹面形態によって提供されるこのす
き間の増大は、空気がシールリング７１を通過する際、
空気の乱れを可成り減少させ、これと同時に円錐壁７６
．７７間の空所を最小にさせ、これによって最小の行程
長さを維持できることが判っている。

さらに円筒形大径部７２．７３はまた、これらの部分の
１つが弁プランジャの位置によって案内孔６３又は６４
のいずれかの中に密接に封納されているから、弁プラン
ジャの移行運動中この弁プランジャを案内または誘導す
るのを助ける。

種々のポートを所望の様式で互に連通させるために、ラ
イナ２６は貫通する数組の孔を具えている。

第１組の孔８１は端末孔６２とこれを取囲む室４１との
間の連通を行なうためにライナ部分２６Ｂの上方自由端
を半径方向に貫通する。

孔８１はライナの周囲を円周上に隔てて数個設けられる
。

同様な孔８２．８３．８４．８６はその一端において室
４２，４３，４４，４６と、また他端において孔６４，
６６．６３，６１とそれぞれ連通する。

図示の実施例において、弁プランジャ５４は孔５９内に
配置された普通型圧縮ばね８７によって平常は上方に偏
倚され、孔５９は下方室４６と連続的に連通している。

よってはね８７は平常弁プランジャをシールリング７１
が円錐壁７７と密封係合する最上方位置に保持する。

作動部分１３については、円筒形側壁をもつコツプ形ハ
ウジング９１が設けられ、この側壁は弁ハウジング１６
の一端に取付けられている。

ハウジング９１はソレノイドコイル９３が巻かれたスプ
ール９２を収容している。

このソレノイドコイルはソレノイドプランジャ９４の付
勢を起させ、このプランジャ９４はスプール内に滑動可
ｎ目に支持されかつソレノイドコイルが付勢されたとき
、弁プランジャ５４の下方軸方向移動を起させるように
弁プランジャ５４と整合して配置されている。

作動部分１３の構造はその詳細が特願昭５１−６３５７
号（特開昭５１−１００３２８号）に述べられている。

作動について、 弁１１の作動において、ポート１９は入口ポートとして
機能して通常の供給ラインに接続され、このラインを通
り空気のような圧力ガスが弁に供給される。

ポー）２３，２４はそれぞれ負荷ポートとして機能して
空圧シリンダのようなそれぞれの負荷に個別に接続され
ている。

負荷ポート２３゜２４は個別シリンダにそれぞれ接続さ
れ、あるいは複動シリンダの両端に接続される。

残りの２個のポート２１，２２は排出ポートとして機能
して空気を排出するための個別の導管に接続される。

もし望むならば２個の排出ポート２１，２２は共通の排
出導管に接続することもできる。

しかしそれぞれ異った抑制手段を組合せ具備する個別の
排出ポートを提供することによって、２個の排出ポート
を流通する空気流は種々の速度に制御でき、これによっ
てシリンダピストンの制御された運動を提供する。

ポーＮ９，２３，２４は内径１ ／ ４ ｉ ｎとなっ
た導管のような普通サイズのものである。

この弁は通常第１図に示す位置に保持され、この位置に
おいて作動器プランジャ９４はその最高位置にあり、ば
ね８７は弁プランジャ５４をその最上方位置に維持する
。

よってシールリング７１は円錐壁７７と係合状態に保持
されるから入口ポート１９は負荷ポート２３と開口連通
状態にある。

シールリング６８は案内孔６３の檄と密封係合状態にあ
るから排出ポート２２は他めポートから隔離されている
。

しかし他の負荷ポー１ト２４は上方排出ポート２１と開
口連通する。

弁の摺動が望でれるとき、作動部分１３は電気的に付勢
され、 れによってプランジャ９４は下方に移動して弁
Ａ二うンジャ５４と係合状態となり、これによって弁
ランジャ５４もシールリング７１が対応する円錐壁７６
と密封係合状態に配置されるまで下方に移動される。

弁作動器はその付勢状態に維持される限り、シールリン
グ７１は円錐壁７６と当接状態に保持され、これによっ
て負荷ポート２３は入口ポート１９から絶縁される。

プランジャのこの下方への摺動はまた、シールリング６
８を孔６３との係合から外れるように移動するから、負
荷ポート２３は下方排出ポート２２と連通されるが、入
口ポート１９は他の負荷ポート２４と連通ずる。

シールリング６９はまた案内孔６４の壁と係合するよう
に配置されているから、排出ポート２１は負荷ポート２
４から隔離されている。

よって弁１１はたとえ弁部分１２が極めて小型であつＣ
もほぼ普通の方法で作動する。

例えばこの実施例において、円筒形弁ハウジング１６は
約１ ’ＸＢ ｌ ｎの直径をもち、なお貫通する中心
孔１７は約１７４ ｉ ｎの直径である。

ライナ部分２６Ａ。２６Ｂによって形成された案内孔６
３，６４は約１７１０１ ｎ、および小径棒部分６７の
直径は約０．０５ｉｎである。

これらの寸法からあきらかなように、通常の寸法公差で
適当な弁作動とくに密封関係で十分に組合わされること
が期待できる。

この発明により弁ハウジング内のライナを複数のシール
リングで支持し、主弾性シールリング７１がポペット弁
の方式で協働するように２個の同一の向合った部材をも
ってライナを製造することによって、所望の密封関係を
極端に小型の弁体内に提供することができ、一方におい
てなお弁の構成要素に普通の寸法公差を用いることがで
きる。

この発明は前記のようであって、弁プランジャの弾性密
封リングは大径空所のいずれかの側の円錐形壁と密封係
合するので、その直径は中心案内孔のそれより太きい限
り、げん密な寸法公差をもって製造される必要もなく、
また円錐壁を含めて大径空所の寸法及び中心案内孔の寸
法も同様にげん密な寸法公差を求められることもなくて
、全体として製造組立が容易であって経済的であり、さ
らに一方の密封係合位置から他方の密封係合位置への移
動に際しては、密封リングは伺物にも係合することがな
いので摩耗の恐れが少なく、また密封リングの円錐壁へ
の密封係合は、両者が平板状のものにくらべて比較的短
い行程で両者が係合したうえ、その保合は密封リングの
変形番こよる面接触によって確実に行われる等の効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の縦断正面図、第２図は第１
図の線■−■に沿ってとられた断面図、第３図は同上の
一部分の拡大断面図である。 １１・・・・・・弁、１２・・・・・・弁部分、１３・
・・・・・作動部分、１６・・・・・・ハウジング、１
７・・・・・・中心孔、１９゜２１．２２，２３，２４
・・・・・・横向きポート、２６・・・・・・ライナ、
２６Ａ、２６Ｂ 、２６Ｃ・・・・・・ライナ部分、２
９・・・・・・中心孔、３３，３４，３６，３７゜３８
・・・・・・０リング、５３・・・・・・中心孔、５４
・・・・・・弁プランジャ、５９・・・・・・案内孔、
６Ｌ６２・・・・・・孔、６３．６４・・・・・・案内
孔、６６・・・・・・中心孔、６７・・・・・・棒部分
、６８，６９・・・・・・０リング、７１・・・・・・
密封リング、７６．７７・・・・・・円錐壁、８７・・
・・・・圧縮ばね、９１・・・・・・ハウジング。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 中心孔ならびにこの中心孔と連通ずる入口ポート、
   外部の負荷装置に接続される第１，２負荷ポートおよび
   第１，２排出ポートと、中心孔の壁に密封係合して静止
   状態に配置されたスリーブ状ライナと、このライナ内に
   配置され、かつその軸方向摺動を行うように支持された
   細長い弁プランジャとを具え互いに軸方向に整列し、か
   つ端部を当接して配置された第１、第２ライナ部材２６
   Ａ２６Ｂをもち、各ライナ部材２６Ａ、２６Ｂが軸方向
   に細長い中心案内孔６３，６４および当接する内端部に
   おいて中心案内孔６３．６４から半径方向外方へ円錐状
   に突出する円錐壁７６．７７とそれらに連接する円筒壁
   によって形成された大径孔をもち、これらの大径孔は互
   に向合って両者間に中心孔６３．６４に連通する大径環
   状空所６６を形成し、ライナはこの空所６６を入口ポー
   ト１９に常時連通する入口孔８３をもち、第１ライナ部
   材２６Ａは第１負荷ポート２３と中心案内孔６３とを連
   通ずる第１孔８４をもち、第２ライナ部材２６Ｂは第２
   負荷ポート２４と中心案内孔６４とを連通ずる第２孔８
   ２をもち、第１ライナ部材２６Ａ＋こは入口孔８３と第
   １孔８４との中間において、中心孔１７の壁面に係合す
   る弾性第１密封リング３７が装着され、第２ライナ部材
   ２６Ｂには入口孔８３と第２孔８２との中間において、
   中心孔１７の壁面に係合する弾性第２密封リング３６が
   装着され、弁プランジャ５４は大径環状空所６６内に位
   置する弾性密封リング７１をもち、密封リング７１は中
   心案内孔６３．６４の直径よりも大きいが、空所６６の
   円筒壁には係合しない大きさの外径をもち、弁プランジ
   ャ５４が摺動運動の一方の終点である第１作動位置にあ
   るときは、密封リング７１が第２ライナ部材２６Ｂの円
   錐壁７７に密封係合して、中心案内孔６３を介して、空
   所６６が第１負荷ポート２３に連通し、他方の終点であ
   る第２作動位置にあるときは、密封リング７１が第１ラ
   イナ部材２６Ａの円錐壁７６に密封係合して、中心案内
   孔６３を介して、空所６６が第２負荷ポート２４に連通
   ずるようになっていることを特徴とする弁。