JP2005076890A - 単一単独バルブから構築されるニ重弁 - Google Patents

Abstract

【課題】高コストを回避しつつ、ニ重弁の安全機能を達成することにある。
【解決手段】ニ重弁が、入口、出口、排気ポート、第１クロスミラー・ポート及び第２クロスミラー・ポートをそれぞれ有する第１及び第２単一弁アセンブリで構築される。第１プレートが第１及び第２単一弁アセンブリに連結され、第１及び第２単一弁アセンブリの各入口に連結された共通入口を与える各流路と、第１及び第２単一弁アセンブリの各出口に連結された共通出口と、第１及び第２単一弁アセンブリの各排気ポートに連結された共通排気ポートとを含む。第２プレートが第１および第２単一弁アセンブリに連結され、第１単一弁本体の第１クロスミラー・ポートと第２単一弁本体の第２クロスミラー・ポートの間に第１クロス接続部を与え、第１単一弁本体の第２クロスミラー・ポートと第２単一弁本体の第１クロスミラー・ポートの間に第２クロス接続部を与える。
【選択図】図３

Description

関連出願の相互参照［ＣＲＯＳＳ ＲＥＦＥＲＥＮＣＥ ＴＯ ＲＥＬＡＴＥＤ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ］
適用不可

連邦支援調査に関する記述［ＳＴＡＴＥＭＥＮＴ ＲＥＧＡＲＤＩＮＧ ＦＥＤＥＲＡＬＬＹ ＳＰＯＮＳＯＲＥＤ ＲＥＳＥＡＲＣＨ］
適用不可

本発明は、概ね制御弁に関し、より具体的には、一対の単独の弁アセンブリ（ｓｉｎｇｌｅ−ｖａｌｖｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ）から構築されるニ重弁（ｄｏｕｂｌｅ ｖａｌｖｅ）に関する。

空圧動力による各種工作機械は、空圧制御（ｐｎｅｕｍａｔｉｃａｌｌｙ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ）クラッチおよび／またはブレーキ・アセンブリと相互作用するバルブ系（ｖａｌｖｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）を介して作動する。安全上の理由から、それらの工作機械を作動させるのに使用される制御弁を操作するオペレータは、２つ別個の制御スイッチをほとんど同時に付勢して、オペレータの手が運転サイクルの開始時に工作機械の可動部品に近づかないようにしなければならない。一般に、２つの制御スイッチに応動する電子回路により、弁の主流体回路切換のためにパイロット弁に与えられるパイロット制御信号が生成され、それによって運転サイクルを実行する工作機械への圧縮空気（もしくは他の流体）の送出が制御される。

工作機械の運転サイクルの重複もしくはオーバーランが単独弁ユニットの不具合（弁の作動位置膠着等）によって生じないようにするため、１つの弁箱内で並行作動するニ重弁が開発されている。したがって、一方の弁ユニットが適時に不動（ｄｅａｃｔｕａｔｅ）とならない場合には、ニ重弁は圧縮空気源を工作機械から逸らす構成を取る。ニ重弁は、例えば本願と併せ譲渡されたＢｅｎｔｏ他の米国特許第６，４７８，０４９号に示されており、同特許を本明細書に援用する。

一般的ニ重弁においては、２つの可動弁ユニットが単独弁箱もしくはバルブ・ブロック内の各ボア内に取り付けられる。各可動弁ユニットは、ニ重弁の出口と排気ポートの間にそれぞれ排気ポペットを、かつニ重弁の出口と入口の間にそれぞれ入口ポペットを有する。各オペレータ制御されたスイッチからの電気的制御信号に応動してパイロット弁が作動位置に移動し、それによって通常、排気ポペットが閉じ、かつ入口ポペットが開く。１）弁ユニットが適切に不動とならないとき、２）弁ユニットが適切に作動しないとき、あるいは３）パイロット弁同士が非同期作動もしくは不動のときには、少なくとも一方の弁ユニットが故障位置にロックされ、その排気ポペットが閉じられない（それによって出口が与圧防止される）。

運転サイクル重複もしくはオーバーランに対して工作機械を防護することに加え、ニ重弁に故障した弁ユニットがないかモニタし、かつ工作機械の新たな運転サイクル開始を防止可能とすることが望ましい。したがって、従来技術のシステムでは、ニ重弁が単独弁ユニットの故障状態時にロックアウト構成を取るため、ニ重弁は意図的にリセットして故障状態を解消するまでは再作動できない。
米国特許第６，４７８，０４９号

単一化された（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）ニ重弁の構造は、単独ポペット弁よりも相対的に複雑さが増す。その結果、ニ重弁の材料コストおよび製造コストが高くなる。高コストを回避しつつ、ニ重弁の安全機能（故障位置ロックアウト［ｌｏｃｋｅｄ ｏｕｔ ｆａｕｌｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎ］、モニタ能力［ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ］等）を達成することが望まれる。

本発明は、ニ重弁を低コストで、複雑な製造稼働を要することなく構築することをその長所とする。一対の単独単一弁アセンブリ（ｓｉｎｇｌｅ ｕｎｉｔａｒｙ ｖａｌｖｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ）がニ重弁・アセンブリに組み立てられ、それによってニ重弁の安全機能を得ることができる。

本発明の１つの態様において、ニ重弁は、それぞれの入口、それぞれの出口、それぞれの排気ポート、それぞれの第１クロスミラー・ポート、およびそれぞれの第２クロスミラー・ポートをそれぞれ有する第１および第２単一弁アセンブリとを備える。第１および第２パイロット・アセンブリが、第１および第２単一弁アセンブリにそれぞれ連結される。第１プレートが第１および第２単一弁アセンブリに連結され、第１および第２単一弁アセンブリの各入口に連結された共通入口を与えるそれぞれの流路と、第１および第２単一弁アセンブリのそれぞれの出口に連結された共通出口と、第１および第２単一弁アセンブリのそれぞれの排気ポートに連結された共通排気ポートとを含む。第２プレートが第１および第２単一弁アセンブリに連結され、第１単一バルブ弁箱の第１クロスミラー・ポートと第２単一バルブ弁箱の第２クロスミラー・ポートの間に第１クロス接続部を与え、第１単一バルブ弁箱の第２クロスミラー・ポートと第２単一バルブ弁箱の第１クロスミラー・ポートの間に第２クロス接続部を与える。

図１および２に示すニ重弁１０には、第１単一弁アセンブリ（ｕｎｉｔａｒｙ ｖａｌｖｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ）１１および第２単一弁アセンブリ（ｕｎｉｔａｒｙ ｖａｌｖｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ）１２を備える。この単一弁アセンブリは、Ｙｏｎｗｏｏ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙで販売の部品番号ＳＦ６１０３−ＩＰによる弁アセンブリ等、標準の単独弁により構成することが好ましい。一対の電磁弁１３および１４が弁アセンブリ１１および１２にそれぞれアダプタ・ブロック１５および１６により連結される。第１プレート１７の一方の側が第１および第２単一弁アセンブリ双方に連結され、第２プレート１８が第１および第２単一弁アセンブリ１１および１２の対向側に連結される。一対の排気サイレンサ２０および２１が第２プレート１８の排気ポートに連結され、それによって排気ポートの騒音を低減する。第１単一弁アセンブリ１１には、入口２２、出口２３、第１クロスミラー・ポート（ｃｒｏｓｓ−ｍｉｒｒｏｒ ｐｏｒｔ）２４、第２クロスミラー・ポート（ｃｒｏｓｓ−ｍｉｒｒｏｒ ｐｏｒｔ）２５、および排気口２６を含む。第２単一弁アセンブリ１２には、入口２７、出口２８、第１クロスミラー・ポート３０、第２クロスミラー・ポート３１、および排気口３２を含む。

第１および第２単一弁アセンブリ１１および１２は、当業界で知られる５／２ウエイ弁により構成することが好ましい。これを本発明のニ重弁に組込み後、３／２ウエイ弁となる。

入口２２および２７は、第１プレート１７に内蔵されて入口２２および２７にそれぞれ連結されるポート３３および３４、流路３５、および第１プレート１７の対向両端の外向き入口３６および３７により構成する入口回路により結合される。同様に、第１プレート１７の出口回路は、第１および第２単一弁アセンブリ１１および１２の出口２３および２８を相互接続する。具体的には、ポート３８および３９がポート２３および２８と、第１プレート１７の外向き出口４１および４２間に延在する流路４０とに連結される。２つの入口と２つの出口を第１プレート１７に設けることによって、１つのポートをワーキング・ポートとし、第２のポートを検出ポートとして使用可能とする。例えば、圧力スイッチもしくは圧力変換器を使用して検出出口の出口圧力をモニタすることができる。

第２プレート１８は、第１および第２単一弁アセンブリ１１および１２に連結する各種内部流路を含む。第１クロス接続部には、流路５５により相互接続されて第１単一弁アセンブリ１１の第１クロス・ミラー・ポート２４を第２単一弁アセンブリ１２の第２クロス・ミラー・ポート３１にクロス接続するポート４５および４８を含む。第２クロス接続部には流路５６により相互接続されるポート４６および４７を含み、それによって第１単一弁アセンブリ１１の第２クロス・ミラー・ポート２５が第２単一弁アセンブリ１２の第１クロス・ミラー・ポート３０に接続される。第２プレート１８はさらに、第１および第２単一弁アセンブリ１１および１２の排気口２６および３２を相互接続する排気回路を含む。即ち、ポート５０および５１がポート５２および５３に内部流路５４により相互接続される。ポート５０および５１は、第１および第２単一弁アセンブリ１１および１２の排気口２６および３２に連結される。第２プレート１８の外向き側の排気口５２および５３は、図１に示すようにサイレンサ２０および２１に連結することが好ましい。

第２プレート１８は、他の内部流路（図示せず）によりクロス接続流路５５および５６に連結されるパイロット・ポート５７および５８を含む。パイロット接続部はさらに、パイロット圧力を電磁パイロット弁１３および１４に供給する一対の管６０および６１を含む。一対のエルボ接続部６２および６３により配管６０および６１がポート５７および５８にそれぞれ連結される。付属具６４および６５がアダプタ・ブロック１５および１６の接続部６６および６７にそれぞれ連結される。接続部６６および６７は、パイロット圧力源を電磁パイロット弁１３および１４の標準入口に供給する流路７０および７１に連結される。これらの流路は、第１および第２単一弁アセンブリ１１および１２のパイロット供給ポート７２および７３にも対応可能とされる。アダプタ・ブロック１５および１６の一対の流路７４および７５が、それぞれ電磁弁１３および１４の出力を第１および第２単一弁アセンブリ１１および１２のパイロット流路７６および７７に連結し、それによって、対応する電磁パイロット弁が１つまたは複数の電気的スイッチ（図示せず）によって始動し、与圧流体源の供給を受けたときに、それぞれのバルブが始動する。代替の実施形態においては、パイロット圧力をパイロット弁に供給するパイロット接続部を外部配管によらず、弁アセンブリ１１および１２の弁箱内および／またはプレート１８内の内部流路により構成可能とする。

第２プレート１８はさらに、それぞれクロス流路５５および５６に別の内部流路（図示せず）により相互接続されて以下に説明する検出ポートを与える検出ポート７８および７９を含む。

次いで本発明のニ重弁の基本作動を図３から５を参照して説明する。弁アセンブリ１１および１２には、それぞれ弁箱８４および８５の縦ボア８２および８３内に受けられるスプール８０および８１を含む。両弁アセンブリは、それぞれ入口８６および８７、出口８８および８９、排気口９０および９１、第１クロスミラー・ポート９２および９３、並びに第２クロスミラー・ポート９４および９５を有する５ポート、２位置弁（５／２ウエイ弁）により構成される。第１および第２単一弁アセンブリのポートは、流路４０および５４〜５７により図示のように相互接続される。これらの流路が実装される第１および第２プレートは、図を簡潔にするために明示しない。入口流路５７、出口流路４０、および排気流路５４には、図示のように外向きポートを含み、したがって、２つの５／２ウエイ弁の相互接続によって３／２ウエイ弁の均等物が得られる。

第１クロスミラー・ポート９２および９３の与圧流体は、流路９６および９７を介し流量制限器（ｆｌｏｗ ｒｅｓｔｒｉｃｔｅｒ）９８および９９を経てパイロット弁１３および１４の各入口に供給される。戻しばね１００および１０１により、スプール８０および８１が図３に示すように上向きの不動位置に付勢される。スプール８０および８１下のボア８２および８３内領域は、流路１０２および１０３を介してそれぞれ外気に連結される。

図３に示す不動位置では、出口流路４０が両弁アセンブリ１１および１２を経て排気流路５４に連結される。入口５７は、両弁アセンブリ１１および１２を経て第２クロスミラー・ポート９４および９５に連結され、クロスミラー・ポートのクロス接続によって入口圧力が第１クロスミラー・ポート９２および９３に供給される。その結果、流路９６および９７が与圧され、パイロット弁１３および１４の作動によって、スプール８０および８１を図４に示すように作動位置へと移動させることができる。スプール８０および８１が作動位置にあることによって、ポート８６および８７の入口圧力が第２クロスミラー・ポート９４および９５へのクロス接続を経て第１クロスミラー・ポート９２および９３に、かつボア８２および８３を経て出口８８および８９に流れる。

図５は故障位置におけるニ重弁１０を示し、その位置では一方の弁アセンブリが不動位置に、他方の弁アセンブリが作動位置にある。故障位置もしくは状態では、出口８８および８９が排気ポート９０および９１に連結するため、出口が与圧されない。故障状態のときは、不動位置にある弁アセンブリ（即ち、図５の弁アセンブリ１１）により出口流路４０が排気流路５４に連結される。またそのとき、作動位置にある弁アセンブリにより出口流路４０はクロス接続流路５５に連結され、それによって不動位置の弁アセンブリの第１クロスミラー・ポートが除圧される。その結果、不動状態の弁アセンブリのパイロット弁には圧力が供給されず、不動状態の弁アセンブリは作動不能とされる。したがって、ニ重弁によって稼働中の空気プレス（ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｐｒｅｓｓ）他の装置類は、ニ重弁の故障が修正されるまでは作動できない。したがって、単独構造に統合された（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）単一弁アセンブリによる低コストの解決策を用いることによって、ニ重弁の安全機能が達成される。

図６から８は、本発明のニ重弁の不動位置、作動位置、および故障位置それぞれにおける空気圧回路を模式的に示す。

本発明は、バルブの故障／無故障状態の監視にも対応している。図９〜１１に示す第１の実施形態には、流量制限器９８および９９を経て流路１１２および１１３に、かつ第１クロスミラー・ポート９２および９３に至る検出ポート７８および７９に連結された一対の圧力スイッチ１１０および１１１を含む。圧力スイッチ１１０および１１１は、信号ライン１１４および１１５を介して制御モニタ回路１１６に連結される。信号ライン間の相互接続は、圧力スイッチ１１０および１１１のばね１１９および１２０それぞれに対する与圧流体によって作動可能なスイッチ要素１１７および１１８によって制御される。図９に示す実施形態においては、圧力スイッチ１１０および１１１は、適正なバルブ作動をモニタする故障指示器として構成される。単一弁アセンブリが故障状態（即ち、一方の弁アセンブリが作動位置、他方の弁アセンブリが不動位置）を取らない限り、圧力が流路１１２および１１３を介して第１クロスミラー・ポート９２および９３から圧力スイッチ１１０および１１１に加えられる。スイッチ１１０および１１１に加えられたクロス接続／パイロット圧力により、それぞれスイッチ要素１１７および１１８がばね１１９および１２０に対して作動し、ニ重弁の適正作動を意味する電気信号を制御モニタ回路１１６に供給する。図１０は、ニ重弁の作動位置状態で圧力スイッチ１１０および１１１に圧力供給される様を示す。

ニ重弁が図１１に示す故障位置にあるとき、一方のパイロット流路への対応するクロスミラー・ポートからの圧力が大気圧まで降下する。その結果、対応するスイッチ（即ち、図１１の圧力スイッチ１１０）がそのばねに対して作動せず、スイッチ要素が対向接点で回路を終了し、それによってニ重弁が故障状態にあることを示す。

バルブの状態をモニタするための代替実施形態を図１２〜１４に示す。ＡＮＤゲート１２０が、流路１２１および１２２によりそれぞれクロス接続流路５５および５６に連結された一対の入口を有する。ＡＮＤゲート１２０の出口が圧力スイッチ１２３に連結される。ＡＮＤゲート１２０の出口には、ＡＮＤゲート１２０への両入口の与圧時に限り圧力がかかる。両入口は、ニ重弁が故障位置に入っていないときは必ず与圧される。ニ重弁が適正な作動または不動状態のときは、ＡＮＤゲート１２０からの圧力によってスイッチ要素１２４がばね１２５に対して押圧され、それによって圧力スイッチ１２３が作動し、かつ対応する信号が制御モニタ回路１１６に供給される。図１２および１３は、圧力スイッチ１２３がニ重弁の不動および作動位置でそれぞれ作動する様を示す。

図１４は、第１単一弁アセンブリ１１を不動位置とし、第２単一弁アセンブリ１２を作動位置とする故障状態にあるニ重弁を示す。クロス接続流路５５は与圧されず、他方クロス接続流路５６は与圧される。ＡＮＤゲート１２０への圧力供給差により、ＡＮＤゲート１２０の出口が除圧状態となる。圧力スイッチ１２３がばね１２５によって不動状態とされ、対応する信号が制御モニタ回路１１６に供給される。

図１および２に示すバルブ構造は、標準インライン形バルブを使用する。図１５は、ベース取付形単一弁アセンブリ１３０および１３１を使用する代替実施形態を示す。プレート１３２が弁アセンブリ１３０および１３１を受け、プレート上面に弁アセンブリ１３０および１３１のポートと作用し合うポート１３４を含む。プレート１３２には、本発明のニ重弁に対応する入口、出口、排気ポート、および検出ポートを与えるポート１３５を隣接面に含む。

以上、本発明をインライン形およびベース取付形バルブに関して説明したが、他のタイプのバルブもしくはバルブの他の組合せも本発明において使用可能とされる。

本発明の一実施形態によるニ重弁の斜視図である。 図１のニ重弁の分解斜視図である。 初期不動位置の単一弁アセンブリの側部断面図である。 作動位置の単一弁アセンブリの側部断面図である。 故障位置の単一弁アセンブリの側部断面図である。 不動位置の単一弁アセンブリをそれぞれ示す空気圧回路図である。 作動位置の単一弁アセンブリをそれぞれ示す空気圧回路図である。 故障位置の単一弁アセンブリをそれぞれ示す空気圧回路図である。 不動位置で、故障指示器として使用される圧力スイッチを組込みの本発明のニ重弁の側部断面図である。 作動位置の図９のニ重弁の側部断面図である。 故障位置の図９のニ重弁の側部断面図である。 故障指示器として使用の圧力スイッチを含むニ重弁の代替実施形態の側部断面図である。 作動位置の図１２のニ重弁の側部断面図である。 故障位置の図１２のニ重弁の側部断面図である。 ベース取付形単一弁アセンブリから構築のニ重弁の分解斜視図である。

符号の説明

１０ ニ重弁
１１ 第１単一弁アセンブリ
１２ 第２単一弁アセンブリ
１７ 第１プレート
１８ 第２プレート
２２、２７外 入口
２３、２８外 出口
２４、３０外 第１クロスミラー・ポート
２５、３１外 第２クロスミラー・ポート
２６、３２外 排気ポート
３５、４０外 流路
６０、６１ 管
７６、７７ パイロット流路
８４、８５ 弁箱
９８、９９ 流量制限器
１１０、１１１ 圧力スイッチ
１２０ ＡＮＤゲート

Claims (9)

1. それぞれの入口、それぞれの出口、それぞれの排気ポート、それぞれの第１クロスミラー・ポート、およびそれぞれの第２クロスミラー・ポートをそれぞれ有する第１および第２単一弁アセンブリと、
   前記第１および第２単一弁アセンブリにそれぞれ連結された第１および第２パイロット・アセンブリと、
   前記第１および第２単一弁アセンブリの前記各入口に連結された共通入口を与えるそれぞれの流路と、前記第１および第２単一弁アセンブリの前記それぞれの出口に連結された共通出口と、前記第１および第２単一弁アセンブリの前記それぞれの排気ポートに連結された共通排気ポートとを含む前記第１および第２単一弁アセンブリに連結された第１プレートと、
   前記第１単一弁本体の前記第１クロスミラー・ポートと前記第２単一弁本体の前記第２クロスミラー・ポートの間に第１クロス接続部を与え、前記第１単一弁本体の前記第２クロスミラー・ポートと前記第２単一弁本体の前記第１クロスミラー・ポートの間に第２クロス接続部を与える前記第１および第２単一弁アセンブリに連結された第２プレートとを備えるニ重弁。
2. 前記第２プレートがさらに、前記第１および第２クロス接続部にそれぞれ連結された第１および第２圧力監視流路を与える請求項１に記載のニ重弁。
3. 前記第１および第２圧力監視流路にそれぞれ連結された第１および第２圧力スイッチをさらに備える請求項２に記載のニ重弁。
4. 前記第１および第２圧力スイッチと前記第１および第２単一弁アセンブリの前記第１クロス接続部の間にそれぞれ連結された第１および第２流量制限器をさらに備える請求項３に記載のニ重弁。
5. 前記第１および第２圧力監視流路にそれぞれ連結された入口を有し、かつ前記両入口で所定圧力より高圧もしくは同等圧を受けたときに与圧される出口を有するＡＮＤゲートと、
   前記出口の与圧の有無を示す前記ＡＮＤゲートの前記出口に連結された圧力スイッチとをさらに備える請求項２に記載のニ重弁。
6. 前記第１および第２単一弁アセンブリの前記第１クロスミラー・ポートからそれぞれ与圧流体を前記第１および第２パイロット・アセンブリにそれぞれ供給する第１および第２パイロット流路をさらに備える請求項１に記載のニ重弁。
7. 前記第１および第２パイロット流路がそれぞれ第１および第２配管部品により構成され、前記ニ重弁がさらに前記第１および第２パイロット・アセンブリを前記第１および第２単一弁アセンブリにそれぞれ連結する第１および第２パイロット・プレートを備え、かつ前記第１および第２配管部品が前記第２プレートと前記第１および第２パイロット・プレートの間に連結される請求項６に記載のニ重弁。
8. 前記第１および第２単一弁アセンブリがインライン・バルブにより構成される請求項１に記載のニ重弁。
9. 前記第１および第２単一弁アセンブリが標準寸法に適合するベースを有するベース取付形バルブにより構成される請求項１に記載のニ重弁。

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