JP2010133491A - 外部パイロット式オペレートバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、非常に耐久性に優れ高寿命化を図ることができるとともに、応答速度が速くタイミング良く正確に流体の流れを制御することが可能な外部パイロット式オペレートバルブを提供する。
【解決手段】バルブボディ１ａと、バルブボディ１ａに形成され流体を導入する導入口１ｂと、導入口１ｂと連通し流体Ｆが導出する導出口１ｃと、流路１ｄの途中で流体Ｆの流れを閉止または開放する弁体１ｅと、弁体１ｅを固定し流体Ｆの流れを閉止又は開放するために移動するピストンロッド１ｆと、シリンダーボディ１ｈに収容されピストンロッド１ｆを移動させるピストン１ｎと、ピストン１ｎ、ピストンロッド１ｆ、弁体１ｅを移動させ流体Ｆの流れを開放させる空気を供給する開放側オペレートエア供給孔１ｔと、ピストン１ｎ、ピストンロッド１ｆ、弁体１ｅを移動させ流体Ｆの流れを閉止させる空気を供給する閉止側オペレートエア供給孔１ｓとを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体の流れを制御する外部パイロット式オペレートバルブに関する。

従来より流体の流れを制御するオペレートバルブが使用されてきている。このオペレートバルブは、バルブ内における流体の流れを弁体を変化させることによって流路を開放、或いは閉止することで制御する。オペレートバルブの例として、例えば、ダイヤフラムを利用した電磁弁を挙げることができる。このダイヤフラムを利用した電磁弁は、ダイヤフラムを変形させて流体の流れを制御する。但し、このダイヤフラムは通常ゴム等の弾性体によって形成されるため、耐久性が低く、結果としてダイヤフラムを利用した電磁弁そのものを交換する等の不都合が生じていた。

そのため以下の特許文献１に示されているダイヤフラム形電磁弁は、このような弊害を防止するために、ダイヤフラムにおけるディスクを封入した部分の周囲において、弁ボディ及びプレートにおけるダイヤフラムとの対向面に、流体の作用力によりそれぞれの内壁側にダイヤフラムが押圧されたときに、ダイヤフラムが過度の変形を受けないようにするダイヤフラム受け面を形成することで、ダイヤフラムの破損を防止するとしている。
特開２００１−３０４４３６号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示されているダイヤフラム形電磁弁では、流体の流れを制御する際にダイヤフラムを使用することには変わりないため、ダイヤフラム及びこのダイヤフラムを使用する電磁弁の耐久性に関し、その信頼性は低いままである。

また、流体として高圧エアを採用しその流れを制御する際には、ゴム等の弾性体からなるダイヤフラムのみで高圧エアを閉止し続けるのは困難であり、微量といえど高圧エアが漏れる。さらにダイヤフラムの使用を重ねることによってその漏れ量も多くなってしまい、最終的に流体の流れを制御することが困難となる。

さらに、上述したように、ダイヤフラム形電磁弁はダイヤフラムを弁として使用し、この弁を開放、或いは閉止とすることで流体の流れを制御するが、弾性体の変形には限度がある。すなわち、高速に流体の流れを制御する場合に、弾性体の変形がその制御の早さについていけず、結果として正確な制御が不可能となる。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、非常に耐久性に優れ高寿命化を図ることができるとともに、応答速度が速くタイミング良く正確に流体の流れを制御することが可能な外部パイロット式オペレートバルブを提供することである。

本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、外部パイロット式オペレートバルブにおいて、バルブボディと、バルブボディに形成され、流体供給源から供給される流体を導入する導入口と、導入口と連通し流体が流れる流路を形成し、流体が導出する導出口と、流路の途中にあって流体の流れを閉止または開放する弁体と、弁体を固定し、流体の流れを閉止または開放するために移動するピストンロッドと、ピストンロッドとともにシリンダーボディに収容され、ピストンロッドを移動させるピストンと、ピストン、ピストンロッド及び弁体を移動させ流体の流れを開放させる空気を供給する開放側オペレートエア供給孔と、ピストン、ピストンロッド及び弁体を移動させ流体の流れを閉止させる空気を供給する閉止側オペレートエア供給孔とを備える。

本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、外部パイロット式オペレートバルブにおいて、バルブボディと、バルブボディに形成され、流体供給源から供給される流体を導入、或いは流体を導出させる３つのポートと、ポートのうちいずれか２つのポートが連通することによって流体が流通する流路の途中にあって一方が流体の流れを閉止すると他方は開放し、一方が流体の流れを開放すると他方は閉止する位置に互いに対向して設けられる一対の弁体と、一対の弁体を固定し、流体の流れを閉止または開放するために移動するコネクティングロッドと、コネクティングロッドとともにシリンダーボディに収容され、コネクティングロッドを移動させるピストンと、ピストン、コネクティングロッド及び一対の弁体のうち、第１の弁体を閉止位置まで移動させる空気を供給するオペレートエア給排気孔と、ピストン、コネクティングロッド及び一対の弁体のうち、第２の弁体を閉止位置まで移動させる空気を供給する大気給排気孔とを備える。

本発明によれば、本発明の目的は、非常に耐久性に優れ高寿命化を図ることができるとともに、応答速度が速くタイミング良く正確に流体の流れを制御することが可能な外部パイロット式オペレートバルブを提供することができる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態における外部パイロット式オペレートバルブ１の全体構成を示す斜視図である。図１では、この外部パイロット式オペレートバルブ１が動作することによって制御される流体Ｆを外部パイロット式オペレートバルブ１に導入する管及び制御された流体Ｆが外部パイロット式オペレートバルブ１から導出される管は省略している。また、図１に示す外部パイロット式オペレートバルブ１は、流体Ｆの開放或いは閉止を行うことによって流体Ｆの流れを制御するものである。

外部パイロット式オペレートバルブ１は、バルブボディ１ａに形成され、その内部に流体Ｆを導入する導入口１ｂと、制御された流体Ｆを外部パイロット式オペレートバルブ１から導出させる、図１では図示しない導出口１ｃとを備えている。第１の実施の形態における外部パイロット式オペレートバルブ１は、いわゆる、２ポート外部パイロット式オペレートバルブと呼ばれるバルブである。

導入口１ｂと同一平面上には、空気孔が設けられている。この空気孔は、後述するように、弁体を移動させるピストンロッドをスムーズに動かすために設けられている。また、外部パイロット式オペレートバルブ１の上面には、同じく後述する閉止側オペレートエア供給孔が設けられている。この閉止側オペレートエア供給孔は、弁体をボディシートに密着させて流体Ｆの流れを閉止するようピストンロッドを動かすための空気（オペレートエア）を外部流体供給源から外部パイロット式オペレートバルブ１へと供給するために管を接続するための孔である。

図２は、図１に示すII−II線において切断して外部パイロット式オペレートバルブ１の内部構成を示す断面図である。図２に示す断面図において、バルブボディ１ａの＋Ｘ側に開口している口が流体Ｆの導入口１ｂであり、−Ｘ側に開口している口が導出口１ｃである。後述する弁体が開放されることで導入口１ｂから導出口１ｃまで流路１ｄが形成され、この流路１ｄを流体Ｆが流通する。本発明の第１の実施の形態における外部パイロット式オペレートバルブ１では、＋Ｘ方向から導入口１ｂを通って流体Ｆが導入され、一旦＋Ｙ方向に向きを変えて後述する弁体とバルブボディ１ａのボディシートとの間を通過し、−Ｙ方向を経て−Ｘ方向へと向きを変えて導出口１ｃから外部パイロット式オペレートバルブ１の外へと導出される。

流路１ｄの途中には、流体Ｆの流通を閉止、或いは開放するための弁体１ｅが設けられている。弁体１ｅは、バルブボディ１ａに形成されたボディシート１ａ１に押圧、密着されることによって、流体Ｆの流通を閉止する。

弁体１ｅは、ボディシート１ａ１に直接押圧されて流体Ｆの流通を閉止、開放するシールリング１ｅ１と、シールリング１ｅ１と接着されるシールリング用弾性体１ｅ２と、シールリング１ｅ１及びシールリング用弾性体１ｅ２とを収納するシールリングケース１ｅ３とから構成される。図２では、シールリング１ｅ１がボディシート１ａ１と接触することができるようにシールリングケース１ｅ３は、ボディシート１ａ１側が開口する略Ｕ字形状とされている。

シールリング１ｅ１は、流体Ｆの漏れがないようにボディシート１ａ１に押圧された際に確実に流体Ｆの流通を閉止する必要がある。そのため、シールリング１ｅ１の材料としては、例えば、超高分子量ポリエチレン（Ultra High Molecular Weight Polyethylene：ＵＨＰＥ）が好適に使用される。

また、シールリング用弾性体１ｅ２には、例えば断面が四角形の合成ゴム系のゴムが好適に使用できる。シールリング１ｅ１の後ろ、すなわちシールリング１ｅ１を挟んでボディシート１ａ１と対向する位置にシールリング用弾性体１ｅ２を配置したのは、シールリング１ｅ１をボディシート１ａ１に押圧した際に、シールリング用弾性体１ｅ２の弾性力を利用してシールリング１ｅ１とボディシート１ａ１との密着性を高めるためである。このような構成を採用することによって、流体Ｆの流通を確実に閉止することが可能となる。さらに、シールリング用弾性体１ｅ２の断面を四角形としているのは以下の理由からである。例えば、シールリング用弾性体１ｅ２としてＯリングを使用すると、Ｏリングを収容するシールリングケース１ｅ３との間に空間が生じ、この空間に例えば、流体Ｆとしての高圧エアが入り込む可能性がある。空間に入り込んだ高圧エアは大気開放されると同時にシールリングケース１ｅ３内に閉じこめられた圧縮空気が大気へと戻るために、シールリングケース１ｅ３からＯリングを外側に押し出す、すなわち、シールリング１ｅ１をシールリングケース１ｅ３外へと押し出す作用をなす。これでは閉止時の流体Ｆの密閉性を低下させることになってしまうからである。

弁体１ｅは、ピストンロッド１ｆの一方端部付近に固定具１ｇを用いて固定されている。固定具１ｇは、図２に示す外部パイロット式オペレートバルブ１ではワッシャをかませてナットを用いて弁体１ｅをピストンロッド１ｆに固定させている。ピストンロッド１ｆは、シリンダーボディ１ｈに収容され、バルブボディ１ａ及びシリンダーボディ１ｈの中央部を上下方向（＋Ｙ或いは−Ｙ方向）に移動する。

ピストンロッド１ｆをぶれずに移動させるために、シリンダーボディ１ｈ内には、ピストンロッド１ｆを中心として同軸上にブッシュ１ｉ、ブッシュシールケース１ｊ、バルブボディ１ａに載置されブッシュシールケース１ｊを保持するフィットワッシャ１ｋが設けられている。また、ピストンロッド１ｆに接して流体Ｆが漏れることを防止するためのバリシール１ｌが弁体１ｅ側及びピストン側に設けられている。ブッシュ１ｉ及びブッシュシールケース１ｊの上端付近におけるシリンダーボディ１ｈには、孔１ｍが形成されている。ピストンロッド１ｆは、後述する低圧のオペレートエアが導入されることによって動作する。そのためこの低圧のオペレートエアが導入される領域に流路１ｄを流れる高圧の流体Ｆが侵入してしまうとピストンロッド１ｆは動作速度が変化する。そこで、孔１ｍを形成し、万が一高圧の流体Ｆが侵入してきても孔１ｍからその圧力を逃がすことが可能な状態にしておくことで低圧のオペレートエアが導入される領域への高圧の流体Ｆの侵入を防いでいる。

シリンダーボディ１ｈの上部は、ピストン１ｎを収容するために垂直方向（＋Ｙ、−Ｙ方向）に凹状となるように形成されている。ピストン１ｎは、ピストンロッド１ｆの他方端部領域を挟み込むように固定し、ピストン１ｎの動きに合わせてピストンロッド１ｆ一体にも動くようにされている。

ピストン１ｎもまた凹状に形成され、その窪みの外部には、収納されるシリンダーボディ１ｈに接触し、シリンダーボディ１ｈの内壁に沿って垂直方向（＋Ｙ、−Ｙ方向）に移動するためにピストンガイドリング１ｏが嵌め込まれている。また窪みの内部には、ピストン１ｎ上に載置された受け１ｐを介して付勢部材１ｑが載置される。

なお、本発明の実施の形態における外部パイロット式オペレートバルブ１では付勢部材１ｑとして、例えば、コイルスプリングを用いているが、このコイルスプリングに限られずピストン１ｎを下向き（−Ｙ方向）に付勢することのできる部材であればどのような部材であっても構わない。

さらにシリンダーボディ１ｈ上においてシリンダーボディ１ｈの開口部を塞ぎ、ピストン１ｎとの間に載置される付勢部材１ｑに負荷を掛け、ピストン１ｎを下向き（−Ｙ方向）に付勢するシリンダーキャップ１ｒが嵌め込まれている。

シリンダーキャップ１ｒには、ピストンロッド１ｆと同軸上に閉止側オペレートエア供給孔１ｓが形成されている。また、シリンダーボディ１ｈに形成される孔１ｍとピストンロッド１ｆを介して対向する位置には開放側オペレートエア供給孔１ｔが形成されている。閉止側オペレートエア供給孔１ｓ及び開放側オペレートエア供給孔１ｔにはいずれも外部パイロット式オペレートバルブ１の外部からピストン１ｎ、ピストンロッド１ｆ、弁体１ｅを一体に移動させるためのオペレートエアが供給される。なお、本発明の実施の形態における外部パイロット方式オペレートバルブにおいて、オペレートエアとして導入されるエアの圧力は、例えば、０．４ないし０．５Ｍｐａ程度の低圧のエアである。

以上の構成を採用する外部パイロット式オペレートバルブ１は、以下に示す動作を行う。外部パイロット式オペレートバルブ１は、通常は、図２に示すように弁体１ｅがボディシート１ａ１に押圧され流路１ｄを閉止している。そのため、流体Ｆは流路１ｄ内を流通することができない。弁体１ｅがボディシート１ａ１に押圧されるのは、弁体１ｅをその一端側先端部に固定するピストンロッド１ｆが付勢部材１ｑによって下向き（−Ｙ方向）に付勢されるピストン１ｎと接続され、同じように下向きに付勢されるからである。

この状態において、開放側オペレートエア供給孔１ｔからピストン１ｎとシリンダーボディ１ｈとの間に形成されている空間１ｕにオペレートエアが供給されると、ピストン１ｎが上方（＋Ｙ方向）に持ち上がる。上述したようにピストン１ｎとピストンロッド１ｆとは接続されているためピストン１ｎの上方への移動に伴ってピストンロッド１ｆも一体に上方へと移動する。

ピストンロッド１ｆが移動することによって弁体１ｅがボディシート１ａ１から離れ、流体Ｆの流通が閉止された状態から開放状態へと変化する。弁体１ｅが上方へ移動することで導入口１ｂから導入される流体Ｆは開通した流路１ｄを通って導出口１ｃから外部パイロット式オペレートバルブ１の外部へと導出される。

図３は、弁体１ｅがボディシート１ａ１から離れ流路１ｄが開通した状態を示す外部パイロット式オペレートバルブ１の断面図である。流体Ｆは、図３に示す実線の矢印のような向きに流路１ｄ内を流れる。このとき、空間１ｕには開放側オペレートエア供給孔１ｔから導入されたオペレートエアが供給されており、このオペレートエアによってピストン１ｎ、ピストンロッド１ｆが上方（＋Ｙ方向）に持ち上げられている。

一方、開放側オペレートエア供給孔１ｔからのオペレートエアの供給が止まるとピストン１ｎ、ピストンロッド１ｆ及び弁体１ｅは下方（−Ｙ方向）へと移動する。これは、ピストン１ｎに付勢部材１ｑによる力が付勢が掛けられているからである。

但し、付勢部材１ｑのピストン１ｎを付勢する力のみに頼ると、流路１ｄの開放状態から閉止状態への移行についての応答速度が遅く、流体Ｆの適切な閉止が行われないことも生じ得る。そこで、シリンダーキャップ１ｒに形成された閉止側オペレートエア供給孔１ｓからオペレートエアを供給することによって、強制的にピストン１ｎとシリンダーキャップ１ｒとの間に形成される空間１ｖに空気を供給し、ピストン１ｎ、ピストンロッド１ｆ及び弁体１ｅを下方（−Ｙ方向）へと移動させて閉止する。

以上弁体としてこれまでのようなダイヤフラムを採用せずピストン及びピストンロッドを用いて弁体の移動を行うこととすることで、耐久性を非常に向上させ、高寿命化を図ることができる外部パイロット式オペレートバルブを提供することができる。

弁体による開放、或いは閉止を外部パイロット式オペレートバルブの外部から供給されるオペレートエアを用いることによって、応答速度が速く、タイミング良く正確に流体の流れを制御することが可能な外部パイロット式オペレートバルブの提供が可能になる。特に弁体の移動を閉止側オペレートエア供給孔、或いは開放側オペレートエア供給孔からオペレートエアを供給することによって行うため、外部パイロット式オペレートバルブに導入される流体の圧力を変更しても弁体の閉止、開放のタイミングを的確に制御することができる。

さらには、上述した効果を一層顕著に発揮させるべく、ボディシートと直接接する部分に樹脂製のシールリングと、この樹脂製シールリングにシールリングケース内において隙間が生ずることを防止した断面を持つシールリング用弾性とを重ねた構成を持つ弁体を採用する。このことによって、併せてシールリングの密閉性の向上、脱落防止及び部品交換の容易性の向上を図ることも可能となる。

（第２の実施の形態）
次に本発明における第２の実施の形態について説明する。なお、第２の実施の形態において、上述の第１の実施の形態において説明した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、同一の構成要素の説明は重複するので省略する。

第２の実施の形態において第１の実施の形態と相違する点は、第１の実施の形態において示した外部パイロット式オペレートバルブのように流体Ｆの導入口、或いは導出口が２カ所ではなく、３カ所設けられている点である。すなわち、第２の実施の形態における外部パイロット式オペレートバルブ１０は、いわゆる３ポート外部パイロット式オペレートバルブである。

但し、外部パイロット式オペレートバルブ１と外部パイロット式オペレートバルブ１０とでは２ポートであるか、３ポートであるかの相違点であり、３ポートを採用することによる内部機構の変更がある以外は両者は同一の機構を採用する。

図４は、第２の実施の形態における外部パイロット式オペレートバルブ１０の全体構成を示す斜視図である。図４では、この外部パイロット式オペレートバルブ１０が動作することによって制御される流体Ｆを外部パイロット式オペレートバルブ１０に導入する管及び制御された流体Ｆが外部パイロット式オペレートバルブ１０から導出される管は省略している。また、図４に示す外部パイロット式オペレートバルブ１０は、流体Ｆの開放或いは閉止を行うことによって流体Ｆの流れの向きを制御するものである。外部パイロット式オペレートバルブ１０は、バルブボディ１０ａに形成され、その内部に流体Ｆを導入或いは導出させる第１のポート１０ｂと、その流れる方向を制御された流体Ｆを外部パイロット式オペレートバルブ１０から導出させる、或いは外部パイロット式オペレートバルブ１０へと流体Ｆを導入する第２のポート１０ｃと第３のポート１０ｄとを備えている。外部パイロット式オペレートバルブ１０では、第１のポート１０ｂ及び第３のポート１０ｄは、第２のポート１０ｃが設けられている面と対向する面に設けられており、図４では図示されていない。

また、外部パイロット式オペレートバルブ１０の上面には、後述するオペレートエア給排気孔が設けられている。このオペレートエア給排気孔は、弁体をバルブシートに密着させて流体Ｆの流れを閉止、或いは開放するようコネクティングロッドを動かすための空気（オペレートエア）を外部流体供給源から外部パイロット式オペレートバルブ１０へと供給するために管を接続するための孔である。

図５は、図４に示すＶ−Ｖ線において切断して外部パイロット式オペレートバルブ１０の内部構成を示す断面図である。図５に示す断面図において、バルブボディ１０ａの＋Ｘ側に開口している口が流体Ｆが導入、或いは導出される第２のポート１０ｃであり、−Ｘ側に２カ所開口している口が第１のポート１０ｂ及び第３のポート１０ｄである。外部パイロット式オペレートバルブ１０では、バルブボディ１０ａの下部に第１のポート１０ｂが、その上部に第３のポート１０ｄが設けられている。

これら３つのポートにおいて、後述する弁体が開放されてそれらのいずれか２つのポートが連通することによって流路１０ｅが形成され、この流路１０ｅ内を流体Ｆが流通する。例えば、図５の断面図に示された状態では、後述する一対の弁体のうち第３のポート１０ｄ側の弁体が開放され、第１のポート１０ｂ側の弁体がバルブシート１０ｆと密着して閉止されているので、第２のポート１０ｃから導入された流体Ｆは、実線の矢印で示される第１の流路１０ｅ１内を流通し、第３のポート１０ｄから外部パイロット式オペレートバルブ１０の外へと導出される。また、例えば、一対の弁体のうち第１のポート１０ｂ側の弁体が開放され、第３のポート１０ｄ側の弁体が閉止されると（図６参照）、第１のポート１０ｂから導入された流体Ｆは、破線の矢印で示される第２の流路１０ｅ２内を流通して第２のポート１０ｃから外部パイロット式オペレートバルブ１０の外へと導出される。

流路１０ｅの途中には、バルブボディ１０ａに嵌め込まれたバルブシート１０ｆに押圧、密着されることによって流体Ｆの流通を閉止、或いは開放するための一対の弁体１０ｇ，１０ｈが設けられている。なお、外部パイロット式オペレートバルブ１０においては、便宜上、第１のポート１０ｂ側の弁体を弁体１０ｇとし、第３のポート１０ｄ側の弁体を弁体１０ｈとする。また、弁体１０ｇ，１０ｈの構成、作用、効果は同一であるので、以下では適宜弁体１０ｇを代表させて説明を加える。

弁体１０ｇは、バルブシート１０ｆに直接押圧されて流体Ｆの流通を閉止、開放するシールリング１０ｇ１と、シールリング１０ｇ１と接着されるシールリング用弾性体１０ｇ２と、シールリング１０ｇ１及びシールリング用弾性体１０ｇ２とを収納するシールリングケース１０ｇ３とから構成される。図５では、シールリング１０ｇ１がバルブシート１０ｆと接触することができるように、シールリングケース１０ｇ３はバルブシート１０ｆ側が開口する略Ｕ字形状とされている。

シールリング１０ｇ１は、流体Ｆの漏れがないようにバルブシート１０ｆに押圧された際に確実に流体Ｆの流通を閉止する必要がある。そのため、シールリング１０ｇ１の材料としては、例えば、超高分子量ポリエチレン（Ultra High Molecular Weight Polyethylene：ＵＨＰＥ）が好適に使用される。

また、シールリング用弾性体１０ｇ２には、例えば断面が四角形の合成ゴム系のゴムが好適に使用できる。シールリング１０ｇ１の後ろ、すなわちシールリング１０ｇ１を挟んでバルブシート１０ｆと対向する位置にシールリング用弾性体１０ｇ２を配置したのは、シールリング１０ｇ１をバルブシート１０ｆに押圧した際に、シールリング用弾性体１０ｇ２の弾性力を利用してシールリング１０ｇ１とバルブシート１０ｆとの密着性を高めるためである。このような構成を採用することによって、流体Ｆの流通を確実に閉止することが可能となる。

さらに、シールリング用弾性体１０ｇ２の断面を四角形としているのは以下の理由からである。例えば、シールリング用弾性体１０ｇ２としてＯリングを使用すると、Ｏリングを収容するシールリングケース１０ｇ３との間に空間が生じ、この空間に例えば、流体Ｆとしての高圧エアが入り込む可能性がある。空間に入り込んだ高圧エアは大気開放されると同時にシールリングケース１０ｇ３内に閉じこめられた圧縮空気が大気へと戻るために、シールリングケース１０ｇ３からＯリングを外側に押し出す、すなわち、シールリング１０ｇ１をシールリングケース１０ｇ３外へと押し出す作用をなす。これでは閉止時の流体Ｆの密閉性を低下させることになってしまうからである。

弁体１０ｇ，１０ｈは、コネクティングロッド１０ｉの中間部に設けられた弁体保持部材１０ｊと接触し、一方を固定具によってコネクティングロッド１０ｉに固定される。具体的には、弁体１０ｇは、コネクティングロッド１０ｉの一方端部付近において一方を弁体保持部材１０ｊに接触させ、他方をワッシャ及びナットからなる固定具１０ｋによって固定される。弁体１０ｈは、一方を弁体保持部材１０ｊに接触させ、他方をコネクティングロッドスリープ１０ｌの一方端部に挟まれることによって固定される。

なお、このコネクティングロッドスリープ１０ｌは、コネクティングロッド１０ｉを上下方向（＋Ｙ或いは−Ｙ方向）に円滑に移動させる。またコネクティングロッドスリープ１０ｌの他方端部は、後述するピストンに連結されるワッシャに接続固定されている。

コネクティングロッド１０ｉは、シリンダーボディ１０ｍに収容され、バルブボディ１０ａ及びシリンダーボディ１０ｍの中央部を上下方向（＋Ｙ或いは−Ｙ方向）に移動する。

弁体保持部材１０ｊは、コネクティングロッド１０ｉの同軸上に設けられている。またその位置は、第２のポート１０ｃの開口部に面し、かつバルブシート１０ｆに形成されている貫通孔をコネクティングロッド１０ｉとともに上下方向に移動することが可能とされている。弁体保持部材１０ｊの軸方向両端部には、上述したように弁体１０ｇ，１０ｈが接触保持されており、それぞれ固定具１０ｋ、コネクティングロッドスリープ１０ｌに挟み込まれることによって弁体保持部材１０ｊに固定される。

コネクティングロッド１０ｉをぶれずに移動させるために、シリンダーボディ１０ｍ内には、コネクティングロッド１０ｉを中心として同軸上に上述したコネクティングロッドスリープ１０ｌ、ブッシュ１０ｎが設けられている。また、コネクティングロッド１０ｉに接して流体Ｆが漏れることを防止するためのバリシール１０ｏが弁体１０ｈ側に設けられている。

なお、シリンダーボディ１０ｍは、バリシール１０ｏ押さえを兼用するワッシャを介してバルブボディ１０ａと接合されている。また、バルブボディ１０ａを挟んでシリンダーボディ１０ｍの反対側には、バルブキャップ１０ｐが嵌め込まれている。このバルブキャップ１０ｐには、図５に示すように、コネクティングロッド１０ｉが上下方向に移動した際に弁体１０ｇが固定されているコネクティングロッド１０ｉの一方端部が接触しないように凹部が形成されている。

シリンダーボディ１０ｍの上部は、コネクティングロッド１０ｉ及びコネクティングロッド１０ｉと接続されるピストン１０ｑを収容するために垂直方向（＋Ｙ、−Ｙ方向）に凹状となるように形成されている。ピストン１０ｑは、コネクティングロッドスリープ１０ｌの他方端部と接続されるワッシャ１０ｒ上に接続固定され、その上部に設けられる凹部においてピストン１０ｑを貫通して突出したコネクティングロッド１０ｉの他方端部を固定する。このようにピストン１０ｑとコネクティングロッド１０ｉが固定されることによって、ピストン１０ｑの動きに合わせてコネクティングロッド１０ｉも同時に一体的に動くようにされている。

ピストン１０ｑの凹部外部には、シリンダーボディ１０ｍの内壁に設けられオペレートシリンダーチューブ１０ｓに接触し、シリンダーボディ１０ｍ（オペレートシリンダーチューブ１０ｓ）の内壁に沿って垂直方向（＋Ｙ、−Ｙ方向）に移動するためにピストンガイドリング１０ｔが嵌め込まれている。

ワッシャ１０ｒとシリンダーボディ１０ｍとの間にはコネクティングロッド１０ｉの軸から等距離の位置にシリンダーボディ１０ｍ上に載置された受け１０ｕを介して付勢部材１０ｖが載置される。付勢部材１０ｖとしては、例えば、コイルスプリングを用いることができる。この付勢部材１０ｖによって、ピストン１０ｑ及びコネクティングロッド１０ｉは上方（＋Ｙ方向）へと付勢される。

なお、第２の実施の形態における外部パイロット式オペレートバルブ１０では付勢部材１０ｖとしてコイルスプリングを使用するが、このコイルスプリングに限られずピストン１０ｑを上向き（＋Ｙ方向）に付勢することのできる部材であればどのような部材であっても構わない。

さらにシリンダーボディ１０ｍ上にはシリンダーボディ１０ｍの開口部を塞ぐシリンダーキャップ１０ｗが嵌め込まれている。

シリンダーキャップ１０ｗには、コネクティングロッド１０ｉと同軸上にオペレートエア給排気孔１０ｘが形成されている。また、第１のポート１０ｂ及び第３のポート１０ｄと同一面には、大気給排気孔１０ｙが形成されている。オペレートエア給排気孔１０ｘには外部パイロット式オペレートバルブ１０の外部からピストン１０ｑ、コネクティングロッド１０ｉ、弁体１０ｇ，１０ｈを移動させるためのオペレートエアが供給される。

以上の構成を採用する外部パイロット式オペレートバルブ１０は、以下に示す動作を行う。外部パイロット式オペレートバルブ１０は、通常は、図５に示すように弁体１０ｇがバルブシート１０ｆに押圧され第２の流路１０ｅ２を閉止している。このように弁体１０ｇがバルブシート１０ｆに押圧される状態にあるのは、コネクティングロッド１０ｉを固定するピストン１０ｑ及びワッシャ１０ｒが付勢部材１０ｖによって上向き（＋Ｙ方向）に付勢されているからである。また、オペレートエア給排気孔１０ｘからオペレートエアが導入されない状態では、空間Ａに大気給排気孔１０ｙから導入される大気が充填されることになるため、これによってもピストン１０ｑが上向きに付勢され弁体１０ｇがバルブシート１０ｆに押圧される。

一方、弁体１０ｈはバルブシート１０ｆから離間して開放状態にある。これは、弁体保持部材１０ｊの軸方向（＋Ｙ、−Ｙ方向）の長さは、バルブシート１０ｆが弁体１０ｇ、或いは１０ｈと密着する部分の軸方向（＋Ｙ、−Ｙ方向）の長さよりも長く形成されている。そのため、弁体１０ｇがバルブシート１０ｆと密着すると、他方の弁体１０ｈはバルブシート１０ｆから離間することになる。弁体１０ｈがバルブシート１０ｆから離間すると、第２のポート１０ｃと第３のポート１０ｄとの間の第１の流路１０ｅ１は開通することになる。そして第２のポート１０ｃから導入された流体Ｆは第１の流路１０ｅ１内を流通し、第３のポート１０ｄから外部パイロット式オペレートバルブ１０の外へと導出される。

この状態において、オペレートエア給排気孔１０ｘからシリンダーキャップ１０ｗとピストン１０ｑとの間に形成されている空間Ｂにオペレートエアが供給されると、ピストン１０ｑが下方（−Ｙ方向）に押し下げられる。上述したようにピストン１０ｑとコネクティングロッド１０ｉとは接続されており、このコネクティングロッド１０ｉに弁体１０ｇ，１０ｈが固定されている。そのためピストン１０ｑの下方への移動に伴ってコネクティングロッド１０ｉ、弁体１０ｇ，１０ｈも下方へと一体に移動する。

図６は、弁体１０ｇがバルブシート１０ｆから離れ第２の流路１０ｅ２が開放となった状態を示す外部パイロット式オペレートバルブ１０の断面図である。オペレートエア給排気孔１０ｘから空間Ｂにオペレートエアが供給されることによって、空間Ｂにオペレートエアが充填される。このオペレートエアによって、ピストン１０ｑ、コネクティングロッド１０ｉ、弁体１０ｇ，１０ｈが下方へ一体的に移動する。その結果、図６の破線の矢印に示されるように、第２の流路１０ｅ２、すなわち第１のポート１０ｂから導入された流体Ｆは、開放された弁体１０ｇと弁体保持部材１０ｊを通り、第２のポート１０ｃから外部パイロット式オペレートバルブ１の外部へと導出される。この際、コネクティングロッド１０ｉに固定されているもう一方の弁体１０ｈは、バルブシート１０ｆと密着した状態になるので、第１の流路１０ｅ１は閉止された状態となる。

一方、オペレートエアがオペレートエア給排気孔１０ｘから排気されると、ピストン１０ｑ、コネクティングロッド１０ｉ、弁体１０ｇ，１０ｈが上方へ一体的に移動し、図５に示す外部パイロット式オペレートバルブ１０の状態に戻る。付勢部材１０ｖによってピストン１０ｑは上向きに付勢されているので、オペレートエア給排気孔１０ｘからオペレートエアを供給しなくともピストン１０ｑは自然と上方に持ち上がる。

但し、付勢部材１０ｖのピストン１０ｑを付勢する力のみに頼ると、流路１ｄの開放状態、閉止状態相互間の移行の応答速度が遅く、流体Ｆの適切な閉止が行われないことも生じ得る。そこで、シリンダーキャップ１ｒに形成されたオペレートエア給排気孔１０ｘからオペレートエアを排気することによって、強制的にピストン１０ｑ、コネクティングロッド１０ｉ、弁体１０ｇ，１０ｈを上方へと移動させる。また、このように給気、或いは排気を行うことによって、コネクティングロッド１０ｉの移動を適切に制御することができるだけではなく、弁体１０ｇ，１０ｈとバルブシート１０ｆとの密着度も高めることができる。

以上弁体としてこれまでのようなダイヤフラムを採用せずピストン及びピストンロッドを用いて弁体の移動を行うこととすることで、耐久性を非常に向上させ、高寿命化を図ることができる外部パイロット式オペレートバルブを提供することができる。

弁体による開放、或いは閉止を外部パイロット式オペレートバルブの外部から供給されるオペレートエアを用いることによって、応答速度が速く、タイミング良く正確に流体の流れを制御することが可能な外部パイロット式オペレートバルブの提供が可能になる。特に弁体の移動をオペレートエア給排気孔からのオペレートエアの供給或いは排気を行うことによって行うため、外部パイロット式オペレートバルブに導入される流体の圧力を変更しても弁体の閉止、開放のタイミングを的確に制御することができる。

さらには、上述した効果を一層顕著に発揮させるべく、バルブシートと直接接する部分に樹脂製のシールリングと、この樹脂製シールリングにシールリングケース内において隙間が生ずることを防止した断面を持つシールリング用弾性とを重ねた構成を持つ弁体を採用する。このことによって、併せてシールリングの密閉性の向上、脱落防止及び部品交換の容易性の向上を図ることも可能となる。

（第３の実施の形態）
次に本発明における第３の実施の形態について説明する。なお、第３の実施の形態において、上述の第１の実施の形態において説明した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、同一の構成要素の説明は重複するので省略する。

第３の実施の形態においては、上述した第１或いは、第２の実施の形態における外部パイロット式オペレートバルブと弁体、特にシールリングケースの形状が相違する。なお、第３の実施の形態において以下説明する内容は、第１の実施の形態における外部パイロット式オペレートバルブ１或いは第２の実施の形態における外部パイロット式オペレートバルブ１０のいずれにも応用が可能である。そこで、以下では、第１の実施の形態における外部パイロット式オペレートバルブを例に挙げて説明を行う。

すなわち、図７に示す外部パイロット式オペレートバルブ２１の弁体２１ｅは、ボディシート１ａ１に直接押圧されて流体Ｆの流通を閉止、開放するシールリング２１ｅ１と、シールリング２１ｅ１と接着されるシールリング用弾性体２１ｅ２と、シールリング２１ｅ１及びシールリング用弾性体２１ｅ２とを収納するシールリングケース２１ｅ３とから構成される。また、シールリング２１ｅ１がボディシート１ａ１と接触することができるようにシールリングケース２１ｅ３は、ボディシート１ａ１側が開口する略Ｕ字形状とされている。

上述したように、第１或いは、第２の実施の形態における外部パイロット式オペレートバルブと相違する点はシールリングケース２１ｅ３の形状である。シールリングケース２１ｅ３にはシールリング用弾性体１ｅ２が収納される領域に至るまでシールリングケース２１ｅ３の外周全域に亘って空気孔２１ｅ４が形成されている。さらに、空気孔２１ｅ４のシールリングケース２１ｅ３内の最奥部においてはシールリングケース２１ｅ３内に入り込んだ高圧エアを抜き易くするための窪み２１ｅ５が形成されている。なお、この窪み２１ｅ５の形状はどのような形状であっても良い。

この空気孔２１ｅ４が形成されることによって、たとえシールリングケース２１ｅ３内に流体Ｆとしての高圧エアが入り込んだとしても窪み２１ｅ５を介してこの空気孔２１ｅ４からシールリングケース２１ｅ３外へと排気される。

このようにシールリングケース２１ｅ３内への高圧エアの侵入があってもこの高圧エア侵入による弊害、すなわちシールリング用弾性体１ｅ２及びシールリング１ｅ１がシールリングケース２１ｅ３の外へと押し出されることを防止することができる。

従って、このような形状を備えるシールリングケース２１ｅ３を採用することによって、これまでは断面が四角形であるシールリング用弾性体しか採用することができなかったところ、例えば、Ｏリング等、どのようなシールリング用弾性体２１ｅ２を採用しても上述したような弊害が生ずることを防止することができる。そのため、シールリング用弾性体２１ｅ２の選択肢の幅の拡大を図ることができる。

その他言うまでもないことであるが、第３の実施の形態における外部パイロット式オペレートバルブも上述した第１の実施の形態、及び第２の実施の形態において述べたいずれの効果も備える。すなわち、弁体としてこれまでのようなダイヤフラムを採用せずピストン及びピストンロッドを用いて弁体の移動を行うこととすることで、耐久性を非常に向上させ、高寿命化を図ることができる外部パイロット式オペレートバルブを提供することができる。

また、弁体による開放、或いは閉止を外部パイロット式オペレートバルブの外部から供給されるオペレートエアを用いることによって、応答速度が速く、タイミング良く正確に流体の流れを制御することが可能な外部パイロット式オペレートバルブの提供が可能になる。特に弁体の移動をオペレートエア給排気孔からのオペレートエアの供給或いは排気を行うことによって行うため、外部パイロット式オペレートバルブに導入される流体の圧力を変更しても弁体の閉止、開放のタイミングを的確に制御することができる。 なお、この発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、本発明の実施の形態を説明するにあたっては、２ポート式、或いは、３ポート式の外部パイロット式オペレートバルブを用いて説明したが、そのポート数に拘わりなく利用することができる。

また、本発明の実施の形態を説明するに当たって用いた外部パイロット方式オペレートバルブでは、ピストンロッド１ｆを動かすためのオペレートエアとして低圧のエアを利用していたが、高圧のエア（例えば、最大５．０Ｍｐａ程度のエア）をオペレートエアとして利用することも可能である。この際にはパイロットエア圧力が高くなった分ピストン形を小さくし、すなわち、エア圧受け面積を低下させる必要がある。。なお、例えば、高圧のエアを用いたブロー成型機に外部パイロット方式オペレートバルブを利用する場合、このオペレートエアとして利用される高圧エアは、外部パイロット方式オペレートバルブ内を流れる高圧の流体を利用することができる。従って、オペレートエアとしての低圧エアやこれまでのように低圧のエアを導入するタイミングを図るために用いていた電磁弁等を使用する必要はなくなるため、外部パイロット方式オペレートバルブを使用するシステムの構成を簡略化することができる。

また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る外部パイロット式オペレートバルブの全体構成を示す斜視図である。 図１に示すII−II線において切断して本発明の第１の実施の形態に係る外部パイロット式オペレートバルブの内部構成を示す断面図である。 図１に示すII−II線において切断して本発明の第１の実施の形態に係る外部パイロット式オペレートバルブの内部構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る外部パイロット式オペレートバルブの全体構成を示す斜視図である。 図４に示すＶ−Ｖ線において切断して本発明の第２の実施の形態に係る外部パイロット式オペレートバルブの内部構成を示す断面図である。 図４に示すＶ−Ｖ線において切断して本発明の第２の実施の形態に係る外部パイロット式オペレートバルブの内部構成を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る外部パイロット式オペレートバルブを切断してその内部構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 外部パイロット式オペレートバルブ
１ａ バルブボディ
１ａ１ ボディシート
１ｂ 導入口
１ｃ 導出口
１ｄ 流路
１ｅ 弁体
１ｅ１ シールリング
１ｅ２ シールリング用弾性体
１ｅ３ シールリングケース
１ｆ ピストンロッド
１ｇ 固定具
１ｈ シリンダーボディ
１ｉ ブッシュ
１ｊ ブッシュシールケース
１ｋ フィットワッシャ
１ｌ バリシール
１ｍ 孔
１ｎ ピストン
１ｏ ピストンガイドリング
１ｐ 受け
１ｑ 付勢部材
１ｒ シリンダーキャップ
１ｓ 閉止側オペレートエア供給孔
１ｔ 開放側オペレートエア供給孔
１ｕ 空間
１ｖ 空間
１０ 外部パイロット式オペレートバルブ
１０ａ バルブボディ
１０ｂ 第１のポート
１０ｃ 第２のポート
１０ｄ 第３のポート
１０ｅ 流路
１０ｆ バルブシート
１０ｇ 弁体
１０ｇ１ シールリング
１０ｇ２ シールリング用弾性体
１０ｇ３ シールリングケース
１０ｈ 弁体
１０ｉ コネクティングロッド
１０ｊ 弁体保持部材
１０ｋ 固定具
１０ｌ コネクティングロッドスリープ
１０ｍ シリンダーボディ
１０ｎ ブッシュ
１０ｏ バリシール
１０ｐ バルブキャップ
１０ｑ ピストン
１０ｒ ワッシャ
１０ｓ オペレートシリンダーチューブ
１０ｔ ピストンガイドリング
１０ｕ 受け
１０ｖ 付勢部材
１０ｗ シリンダーキャップ
１０ｘ オペレートエア給排気孔
１０ｙ 大気給排気孔
Ａ 空間
Ｂ 空間

Claims (5)

1. バルブボディと、
   前記バルブボディに形成され、流体供給源から供給される流体を導入する導入口と、
   前記導入口と連通し前記流体が流れる流路を形成し、前記流体が導出する導出口と、
   前記流路の途中にあって前記流体の流れを閉止または開放する弁体と、
   前記弁体を固定し、前記流体の流れを閉止または開放するために移動するピストンロッドと、
   前記ピストンロッドとともにシリンダーボディに収容され、前記ピストンロッドを移動させるピストンと、
   前記ピストン、前記ピストンロッド及び前記弁体を移動させ前記流体の流れを開放させる空気を供給する開放側オペレートエア供給孔と、
   前記ピストン、前記ピストンロッド及び前記弁体を移動させ前記流体の流れを閉止させる空気を供給する閉止側オペレートエア供給孔と、
   を備えることを特徴とする外部パイロット式オペレートバルブ。
2. バルブボディと、
   前記バルブボディに形成され、流体供給源から供給される流体を導入、或いは前記流体を導出させる３つのポートと、
   前記ポートのうちいずれか２つのポートが連通することによって前記流体が流通する流路の途中にあって一方が前記流体の流れを閉止すると他方は開放し、一方が前記流体の流れを開放すると他方は閉止する位置に互いに対向して設けられる一対の弁体と、
   前記一対の弁体を固定し、前記流体の流れを閉止または開放するために移動するコネクティングロッドと、
   前記コネクティングロッドとともにシリンダーボディに収容され、前記コネクティングロッドを移動させるピストンと、
   前記ピストン、前記コネクティングロッド及び前記一対の弁体のうち、第１の弁体を閉止位置まで移動させる空気を供給するオペレートエア給排気孔と、
   前記ピストン、前記コネクティングロッド及び前記一対の弁体のうち、第２の弁体を閉止位置まで移動させる空気を供給する大気給排気孔と、
   を備えることを特徴とする外部パイロット式オペレートバルブ。
3. 前記ピストンは、前記シリンダーボディとの間を付勢部材によって付勢され、前記大気給排気孔から大気が供給されたときに、前記第１の弁体が開放位置に、前記第２の弁体が閉止位置となるようにされていることを特徴とする請求項２に記載の外部パイロット式オペレートバルブ。
4. 前記第１の弁体及び前記第２の弁体は、シールリングケース内にシールリング用弾性体及びシールリングが収容され、前記シールリングが前記バルブボディのボディシートと密着することによって前記流体の流れを閉止する構成とされていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の外部パイロット式オペレートバルブ。
5. 前記シールリングは、超高分子量ポリエチレンによって形成されていることを特徴とする請求項４に記載の外部パイロット式オペレートバルブ。

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