JP2011153709A - 比例圧力制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 比例圧力制御装置10は、流入ポート28、送出ポート30および排出ポート32を有する本体を備える。フィルバルブ54は流入ポート28内の加圧流体に連通する。ダンプバルブ56はフィルバルブ54からの加圧流体に連通する。流入ポペットバルブ36はフィルバルブ54を通過する加圧流体によって開放される。排出ポペットバルブ80は、閉鎖時、加圧流体を排出ポート32から隔離する。送出流路34は流入ポペットバルブ36の開放時に加圧流体に連通し、また送出流路34および排出/送出共通流路86に連通する。充填流入流路62は流入流路58とフィルバルブ54とを連通させる一方、送出流路34、排出/送出共通流路86、送出ポート30および排出ポート32からは比例圧力制御装置10がどの動作状態にあっても隔離される。
【選択図】図3
Description
比例圧力制御装置はしばしば、変位により加圧流体を作動装置に放出させると共に、その作動装置における流体の作動圧力を制御するメイン内部バルブを有する。メインバルブは一般にソレノイド操作手段によって変位される。
また、前述した比例圧力制御装置は、しばしばシステム圧力のアンダーシュートまたはオーバーシュートの影響を受けやすく、メインバルブの質量や動作時間が原因で、作動装置への加圧流体の流れを減少または停止させる信号の発生タイミングが早すぎたり遅すぎたりして、所望の作動圧力以上にならない恐れがある。そして、タイミングのずれから所望の作動圧力が得られない状態になると、ソレノイドアクチュエータを操作する制御システムは、所望の作動圧力を捜し求めるために、高速で連続的な開閉動作を開始する。このような高速な繰り返し動作はハンチングあるいはモータボーティングとして知られ、制御装置の摩耗や動作コストをさらに増加させる。
本発明は、制御装置アセンブリを備える比例圧力制御装置であって、この制御装置アセンブリは、流入ポート、送出ポートおよび排出ポートと、を有する本体と、前記流入ポート内の加圧流体に連通するフィルバルブと、前記フィルバルブの放出流路内の前記加圧流体に連通するダンプバルブと、流入ポペットバルブおよび排出ポペットバルブとを有する。送出流路は、前記流入ポペットバルブが流入ポペットバルブ開位置に移動すると前記加圧流体に連通する。前記送出流路は、前記排出ポペットバルブが排出ポペットバルブ閉位置にあるとき、前記排出ポートから通常隔離されている前記送出ポートおよび排出/送出共通流路に連通する。充填流入流路は、前記流入流路と前記フィルバルブ間の流体の連通を可能にしつつ前記制御装置がどの動作状態にあっても前記送出流路、前記排出/送出共通流路、送出ポートおよび排出ポートのそれぞれから隔離される。前記充填流入流路は、前記流入流路に連通して前記流入流路内の前記加圧流体によって継続的に加圧される。圧力センサは、前記送出ポート内の流体から隔離されるように前記放出流路内に配される。
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、本開示の範囲を限定するものではない。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。
この開示が発明範囲を当業者に詳細かつ十分に伝えるように実施形態を示す。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、本開示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。いくつかの実施例において、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。
要素または層が、他の要素または層「上に」ある、「に係合」、「に接続」または「に連結」すると記される場合、この要素または層は直接に他の要素または層上にあるか、係合、接続、または連結してもよい。または、介在要素または層があってもよい。一方、要素が、他の要素または層の「直接上に」ある、「に直接係合」、「に直接接続」または「に直接連結」すると記される場合、介在要素または層は存在しなくてよい。要素同士の関係を説明するのに使用される他の文言(例えば、「の間に」と「直接…の間に」、「隣接して」と「直接隣接して」など)は、同様に解釈されるべきである。本明細書で用いられる際、用語「および/または」は1以上の関連づけられたリスト項目の全ての組み合わせを含む。
「内側の」、「外側の」、「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。
加圧空気等の加圧流体は、送出流路34を通り送出ポート30を介して、比例圧力制御装置10から放出される。送出流路34への流れは、流入ポペットバルブ36を用いて隔離される。流入ポペットバルブ36は通常は流入バルブシート38に着座し、圧縮ばねといった付勢部材40の力により図示される着座位置に固定され、送出ポート30あるいは排出ポート32のいずれかを介して流体の流れが放出されない制御装置閉状態を規定する。付勢部材40は、流入側本体部24の端部壁41に当接するとともに、反対側で流入ポペットバルブ36のバルブキャビティ42に部分的に受けられることにより、位置固定される。流入ポペットバルブ36は、付勢部材40を延出させる流入バルブ閉方向「A」および付勢部材40を圧縮する反対の流入バルブ開方向「B」に、軸方向に摺動可能である。
ピストン44は、少なくとも一つであり、いくつかの実施形態によれば複数である弾性Uカップ型シール48を備え、これらはピストン44の周囲に形成されるシール溝49にそれぞれ受け止められる。Uカップ型シール48は、ピストン44が筒状キャビティ50内を軸方向に摺動する際、ピストン44周りに流体圧力シールを形成する。
ピストン44は、孔47を自由に通過する加圧流体によって生み出される前記圧力付勢力により第一境界壁45に当接することによって、筒状キャビティ50内に保持される。ピストン44はまた、図示されるように、筒状キャビティ50の反対端において、筒状キャビティ50の筒状壁より先で半径方向に延出するスペーサ部材18と部分的に当接することによって、筒状キャビティ50内に保持される。
流入ポート28に受けられる加圧空気などの加圧流体は、通常濾過あるいは浄化されている。送出ポート30および送出流路34を介して比例圧力制御装置10内に逆流しうる流体は、汚染された流体の可能性がある。いくつかの実施形態によれば、フィルバルブ54およびダンプバルブ56は、流入ポート28を介して受けられた濾過済みの空気ないし流体のみがフィルバルブ54またはダンプバルブ56のいずれかを通過するように、汚染の可能性がある流体から隔離される。
流入流路58は、流入ポート28および送出流路34との間を連通し、かつ、通常は閉じている流入ポペットバルブ36によって送出流路34から隔離されている。パイロットエア供給ポート60は流入流路58に連通し、送出流路34から隔離されている充填流入流路62を介して加圧流体ないし空気をフィルバルブ54に供給する。バルブ放出流路64は、フィルバルブ54を通過する空気がダンプバルブ56の入口や複数の異なる流路に向かうための経路を規定する。
ピストン加圧室68内の加圧空気ないし流体は、ピストン44のピストン端面70に作用する力を生成する。ピストン端面70の表面積は、流入バルブシート38に当接する流入ポペットバルブ36の表面積より大きいため、フィルバルブ54が開くまたはさらに開き続けると、ピストン端面70に作用する加圧流体によって生成された正味の力は、当初、ピストン44を流入バルブ開方向「B」に流入バルブシート38から遠ざかるように動かす(あるいは、さらに動かす)。
比例圧力制御装置10は、送出ポート30に流れがない場合、流入ポート28と送出ポート30との間で加圧流体の流れを起こす。または、比例圧力制御装置10は、継続的に調整された加圧流体の流れが必要とされる状況において、流入ポート28と送出ポート30との間にすでに存在する加圧流体の流れの圧力を維持、増加または減少する。
遠隔配置された制御システム106は、演算機能を実行し、フィルバルブ54および/またはダンプバルブ56のいずれか/両方を制御して、送出ポート30におけるシステム圧力を制御する回路基板101に指令信号を発する。
図3に示される構造は、流入圧力が送出ポート30に伝達されない閉構造か、送出ポート30において所望の圧力に達し、さらなる流れが少なくとも一時的に送出ポート30を通過する必要がない場合に生じる圧力達成状態のいずれかを示す。図4もまた、送出ポート30を介して所望の圧力における安定した流体の流れが達成されると起こる圧力達成状態を示す。圧力達成状態は、流入ポペットバルブ36が流入バルブシート38に対して、着座および全開位置を含む任意の位置にあるとき起こる。
この開状態では、信号が受信されると、ダンプバルブ56が閉位置に保持されつつフィルバルブ54が開かれる。フィルバルブ54が開くと、流入ポート28内の空気ないし流体の一部がパイロットエア供給ポート60および充填流入流路62を介し、フィルバルブ54を通過する。このような気流はフィルバルブ54からバルブ放出流路64に出て行く。バルブ放出流路64内の流体の圧力は、第一圧力シグナリング装置110といった圧力センサ(いくつかの実施形態によれば圧力変換器でもよい)によって検知される。
流入流路58内の加圧流体は、流入フローリング111を介して送出流路34に流れ込み、様々な流れの矢印によって示されるように、そこから送出ポート30を通過して比例圧力制御装置10の外に放出される。第一オリフィス112が設けられて流入ポペットバルブ36のバルブキャビティ42側の流体が制御された速度で送出流路34に移動可能となり、これにより、流入ポペットバルブ36の摺動速度すなわち開放タイミングを予め定めることができる。
送出ポート30から流れ出る加圧流体は、ピストン操作手段または同様の作動装置といった圧力作動装置114に向けられる。また、第一オリフィス112により、送出流路34内の圧力がポペットバルブ36のばね側に作用可能となり、閉位置に向かって追加の付勢力を生み出す。
前述のように、加圧流体が送出ポート30を介して放出されている場合、および、フィルバルブ54が開位置にある場合、バルブ放出流路64から流れる加圧流体は、排出バルブ加圧流路72を介して排出バルブ加圧室76に受けられ、排出ポペットバルブ80を排出バルブ閉方向「C」に押し付けることによって、排出ポペットバルブ80をその着座位置に保持する。
フィルバルブ54が閉位置にあるとき、充填流入流路62内の加圧流体はバルブ放出流路64から隔離される。ダンプバルブ56が開くと、排出バルブ加圧流路72はバルブ放出流路64およびダンプバルブ送出流路98を介し排出流路88に放出する。この結果、送出ポート30および排出/送出共通流路86における残りの流体圧力が排出バルブ加圧流路72内の圧力を超え、排出ポペットバルブ80を排出バルブ開方向「D」に移動させる。同時に、ピストン加圧流路66内の加圧空気ないし流体もまた、バルブ放出流路64およびダンプバルブ送出流路98を介して排出流路88に吐き出される。
ダンプバルブ56の開放により、ダンプバルブ送出流路98、バルブ放出流路64、ピストン加圧流路66、ピストン加圧室68および排出バルブ加圧流路72もまた排出ポート32を介し減圧する。
例えば、フィルバルブ122およびダンプバルブ124は、液圧作動、ソレノイド作動、または空気作動のバルブであり、こういったバルブにより比例圧力制御装置120は異なる動作特性を有する。比例圧力制御装置120はさらに、送出流路34'内に位置する圧力変圧器といった第二圧力シグナリング装置126(第二圧力センサ)を有する。
第二圧力シグナリング装置126を追加したことで、送出ポート30'において追加的/より高い感度の圧力検知信号を提供することができる。第一圧力シグナリング装置110'および第二圧力シグナリング装置126の両方からの出力すなわち圧力信号を利用することにより、比例圧力制御装置120の各バルブ部材のより精密な位置、および/または、開/閉タイミング制御が可能となり、送出ポート30'において所望の圧力に達しなかったり所望の圧力を超越したりする事態が生じにくくなる。
流入ポペットバルブ36'は、Uカップ型シール部材132を有し、流入ポペットバルブ圧力室134内に摺動自在に配される。流入ポペットバルブ36'が流入バルブ開方向「B」に移動するにつれて流入ポペットバルブ圧力室134から放出される加圧流体は、製造者の裁量により変更されうる第一オリフィス112を介して放出され、流入ポペットバルブ圧力室134から放出される流体のフロー特性を変化させて、流入ポペットバルブ36'の動作速度に影響を与える。中央本体部130内に形成される送出流路オリフィス136は、送出流路34'から送出ポート30"への流体流量を制御する際にも用いられる。
これにより、ピストン44'の摺動動作に付随する摩擦をさらに軽減することができ、流入ポペットバルブ36'の動作速度をより高めることができる。
比例圧力制御装置138は、前記実施形態のフィルバルブおよびダンプバルブに代わり使用される3ウェイバルブ142を有する。3ウェイバルブ142に連通するパイロットエア送出流路144は、同様に、加圧流体をピストン加圧流路66を介してピストン加圧室68およびピストン44に向ける。また、パイロットエア送出流路144から放出された加圧流体は、排出バルブ加圧流路146を介して、排出バルブ加圧室76'にも流れ込み、排出ポペットバルブ80'を完全に着座させる。3ウェイバルブ142に連通する別体のダンプ圧力流路148もまた、ダンプバルブ排出ポート100'を介して排出ポート32'に加圧流体を排出する。パイロットエアまたは流体の流入流路150は中央本体部140内に形成され、パイロットエアを3ウェイバルブ142に供給する別体の内部流路の必要性がなくなる。
比例圧力制御装置138の動作は、その他の点で本明細書内の前述の各比例圧力制御装置と同様である。
比例圧力制御装置152は、図3を参照して図示および記載される中央本体部22から同じく変形される中央本体部154を有し、この中央本体部154は、パイロットエア送出流路158を介してピストン加圧流路160および排出ポペット加圧流路162の両方に連通するパイロットエア受け流路156のみを有する。
比例圧力制御装置152では、制御装置に搭載される作動バルブが全て省略され、前述の設計における各ポペットバルブのみが残される。これにより、比例圧力制御装置152の空間外皮が最小化され、比例圧力制御装置の完全な遠隔制御が可能となる。
フィルバルブ54を開放する信号により、ピストン加圧流路66を介した流入ポペットバルブ36への充填流入流路62内の加圧流体の流れ、および、排出バルブ加圧流路72を介した排出ポペットバルブ80の排出バルブ端面78への加圧流体の流れが生じる。フィルバルブ56から放出された加圧流体は、バルブ放出流路64およびダンプバルブ流入ポート168の両方に連通するフィルバルブ放出ポート166を介して、速やかに放出される。ダンプバルブ流入ポート168の加圧流体は、ダンプバルブ56が閉じられない限り、ダンプバルブ送出流路98内に入らないように、また、排出ポート32を介して放出しないようにダンプバルブ56によってブロックされる。
制御装置のメインフローバルブに関連するソレノイドアクチュエータをなくし、これらのバルブをポペットバルブに置き換えることによって、フィルバルブおよびダンプバルブとして小型でエネルギー消費が低いパイロットバルブを用い、圧力作動によるポペットバルブの開閉を可能にする。これにより、制御装置のコストおよび動作動力を減少させることができる。
制御装置本体内に形成される流路を用いて加圧流体を運び、メインポペットバルブ流路から隔離された各ポペットバルブを作動させることにより、制御装置の送出口の汚染された可能性のある流体が各パイロットバルブに逆流することを防ぐことができる。このような逆流は、パイロットバルブの動作を妨げる可能性がある。同時に、流路のうちの一つは、第二ポペットバルブが閉位置に保持されている間、圧力を供給してポペットバルブの一つを開く際に用いられる。本発明では、圧力検知装置を隔離された流路の一つに配することによって、この圧力検知装置も汚染物質から隔離され、この装置の圧力信号の精度が改善される。
Claims (20)
- 制御装置アセンブリを備える比例圧力制御装置であって、
この制御装置アセンブリは、
流入ポート、送出ポートおよび排出ポートを有する本体と、
前記流入ポート内の加圧流体に連通するフィルバルブと、
前記フィルバルブの放出流路内の前記加圧流体に連通するダンプバルブと、
流入ポペットバルブ開位置と流入ポペットバルブ閉位置とを移動可能な流入ポペットバルブと、
排出ポペットバルブ開位置と排出ポペットバルブ閉位置とを移動可能な排出ポペットバルブと、
前記流入ポペットバルブが前記流入ポペットバルブ開位置に移動すると前記加圧流体に連通し、前記排出ポペットバルブが前記排出ポペットバルブ閉位置にあるとき、前記排出ポートから通常隔離されている前記送出ポートおよび排出/送出共通流路に連通する送出流路と、
前記流入ポートに連通した流入流路と前記フィルバルブ間の流体の連通を可能にしつつ、前記制御装置がどの動作状態にあっても前記送出流路、前記排出/送出共通流路、前記送出ポートおよび前記排出ポートのそれぞれから隔離され、前記流入流路に連通して前記流入流路内の前記加圧流体によって継続的に加圧される充填流入流路と、
検知した圧力信号を出力可能に構成され、前記送出ポート内の流体から隔離されるように前記フィルバルブの下流側で前記放出流路内に配される第一圧力シグナリング装置と、を備えることを特徴とする比例圧力制御装置。 - 請求項1に記載の比例圧力制御装置において、
前記フィルバルブと流体的に連通し、かつ、前記流入ポペットバルブを閉位置から前記流入ポペットバルブ開位置に移動可能に構成されたピストンをさらに備えることを特徴とする比例圧力制御装置。 - 請求項2に記載の比例圧力制御装置において、
前記ピストンの上流にある室と
前記フィルバルブから流れる前記加圧流体に連通して前記加圧流体を前記ピストンの上流にある室および排出バルブ加圧室のそれぞれに供給するバルブ放出流路と、をさらに備え、
前記バルブ放出流路は、前記制御装置がどの動作状態にあっても、前記送出流路、前記排出/送出共通流路および前記送出ポートのそれぞれから隔離されることを特徴とする比例圧力制御装置。 - 請求項1に記載の比例圧力制御装置において、
前記流入ポペットバルブは、前記本体内に摺動自在に配され、通常は流入ポペットバルブ閉位置に付勢されて制御装置閉状態を規定し、前記流入ポペットバルブは、前記フィルバルブの開放の結果このフィルバルブから流れる前記加圧流体によって前記流入ポペットバルブ開位置に移動可能となり、制御装置開状態を規定することを特徴とする比例圧力制御装置。 - 請求項1に記載の比例圧力制御装置において、
前記排出ポペットバルブは前記本体内に摺動自在に配されて、前記フィルバルブから流れる流体圧力によって前記排出ポペットバルブ閉位置に保持され、前記排出ポペットバルブは、前記加圧流体を前記排出ポートから隔離することを特徴とする比例圧力制御装置。 - 請求項1に記載の比例圧力制御装置において、
前記フィルバルブが閉鎖し、前記ダンプバルブが開放しているとき、前記排出ポートに連通するダンプバルブ送出流路は、前記排出ポートを介して前記バルブ放出流路を減圧させ、かつ、前記排出バルブを開放し、前記排出ポートを介して前記送出流路および前記排出/送出共通流路の通気を可能にすることを特徴とする比例圧力制御装置。 - 請求項1に記載の比例圧力制御装置であって、
前記本体内に摺動自在に配されるピストンと、
前記制御装置が開動作、閉動作、および排出動作のいずれの状態にあっても、前記流入流路、送出流路、前記流入ポート、送出ポートおよび排出ポートのいずれからも隔離され、前記ピストンの上流にある室および排出バルブ加圧室に流体的に接続する受け流路と、
流入ポペットバルブ閉位置にあるとき前記送出流路を前記流入流路から隔離可能であり、通常は前記流入ポペットバルブ閉位置に付勢されている前記流入ポペットバルブと、
通常は前記排出バルブ加圧室内の前記加圧流体によって排出ポペットバルブ閉位置に保持されており、前記排出ポペットバルブ閉位置において前記送出流路を前記排出ポートから隔離可能な前記排出ポペットバルブと、を備えることを特徴とする比例圧力制御装置。 - 請求項7に記載の比例圧力制御装置において、前記ピストンと前記流入ポペットバルブとの間に位置する境界壁をさらに備え、この境界壁は、少なくとも一つの孔を有し、流体の流れにこの境界壁を通過させることを特徴とする比例圧力制御装置。
- 請求項7に記載の比例圧力制御装置において、前記流入ポペットバルブは、
通常は前記流入ポペットバルブを流入バルブ閉方向に付勢するように動作する付勢部材を受け止めるバルブキャビティと、
摺動自在にバルブシートに当接可能なシートリングと、を備えることを特徴とする比例圧力制御装置。 - 請求項7に記載の比例圧力制御装置において、前記加圧流体が前記受け流路を通ってピストン室に流れるとき、前記流入ポペットバルブは前記流入ポペットバルブ開位置に移動可能となり、この加圧流体は、前記流入ポペットバルブを前記流入ポペットバルブ開位置に押し動かすピストンを作動させる力を生み出す流入ポペットバルブ表面積より大きいピストン表面積に作用することを特徴とする比例圧力制御装置。
- 請求項7に記載の比例圧力制御装置において、
前記流入ポペットバルブは、前記ピストンに当接可能な前記流入ポペットバルブから軸方向に延出するステムを有し、前記ピストン室を加圧することにより、前記ステムに当接するピストンの動作が引き起こされ、前記流入ポペットバルブ開位置への前記流入ポペットバルブの摺動動作が引き起こされることを特徴とする比例圧力制御装置。 - 請求項1に記載の比例圧力制御装置において、
前記流入ポペットバルブは圧力室内に摺動自在に配され、前記圧力室は前記流入ポペットバルブの動作速度を制御可能なサイズのオリフィスを介して前記送出流路に流体的に連通することを特徴とする比例圧力制御装置。 - 請求項2に記載の比例圧力制御装置において、
前記制御装置は、流入側本体部、排出側本体部および中央本体部を有し、前記流入側本体部および排出側本体部は、取り外し可能かつ封止可能に前記中央本体部に接続されることを特徴とする比例圧力制御装置。 - 請求項13に記載の比例圧力制御装置において、
前記流入ポート、送出ポートおよび排出ポートは前記中央本体部内に形成され、
前記中央本体部は前記フィルバルブおよび前記ダンプバルブを受け、
前記流入ポペットバルブおよび前記ピストンは摺動自在に前記流入側本体部に配され、
前記排出ポペットバルブは摺動自在に前記排出側本体部に配されることを特徴とする比例圧力制御装置。 - 請求項2に記載の比例圧力制御装置において、
前記充填流入流路に連通する前記フィルバルブは、閉位置にあるとき前記加圧流体を前記流入ポペットバルブおよび排出ポペットバルブから隔離するように動作し、開放されると前記加圧流体の流れを前記ピストンの端面および排出バルブ端面に作用させることを特徴とする比例圧力制御装置。 - 請求項15に記載の比例圧力制御装置において、
前記ダンプバルブは、開放時、前記ピストンの端面と前記排出バルブ端面とに作用する前記加圧流体の圧力を減圧することを特徴とする比例圧力制御装置。 - 請求項16に記載の比例圧力制御装置において、
前記ダンプバルブおよび前記フィルバルブはそれぞれソレノイド作動バルブを有することを特徴とする比例圧力制御装置。 - 請求項1に記載の比例圧力制御装置において、
前記第一圧力シグナリング装置からの検知圧力信号を受信して前記フィルバルブおよび前記ダンプバルブを制御可能に構成された制御システムをさらに備えることを特徴とする比例圧力制御装置。 - 請求項18に記載の比例圧力制御装置において、
前記送出ポートから延出する送出流路内に位置し、前記制御システムによって受信される第二検知圧力信号を出力可能に構成され、前記フィルバルブおよび前記ダンプバルブの制御を正確にする第二圧力シグナリング装置をさらに備えることを特徴とする比例圧力制御装置。 - 請求項15に記載の比例圧力制御装置において、
前記フィルバルブおよび前記ダンプバルブはエア作動のフィルバルブおよびダンプバルブであることを特徴とする比例圧力制御装置。
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