JP2016156405A - パイロットバルブ - Google Patents

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Abstract

【課題】気体操作バルブの切替弁の移動を確実に行うためのパイロットバルブを提供すること。【解決手段】本発明のパイロットバルブ80は、一端に開口81dする有底筒状のバルブ本体84と、バルブ本体内84に摺動可能に収納されるスプール85,87と、開口81d側と反対側となるスプール85,87の他端側に配置され、開口81d側にスプール85,87を付勢する弾性体86,88と、を備え、バルブ本体84が長さ方向にほぼ均等間隔に設けられる少なくとも3つの貫通孔部81aを有し、スプール85,87が、バルブ本体84の隣接する少なくとも2つの貫通孔部81a間を連通可能とし、弾性体86,88と押圧手段とが共同してスプール85,87を開口81d側に押圧することで、スプール85,87が開口81d側と反対側に位置する状態から開口81d側に位置する状態になる。【選択図】図3

Description

本発明は、パイロットバルブに関する。
従来、シリンダの一端と他端とにそれぞれパイロットバルブを設け、パイロットバルブがピストンで押圧されることで、シリンダ本体の一端とピストンとの間の第1空間、及び、シリンダ本体の他端とピストンとの間の第2空間のどちらかに圧縮気体を供給し、残る第1空間又は第2空間からは気体が抜気されるようにし、ピストンの駆動を行う往復動ピストンポンプが知られている(例えば、特許文献1、2参照)。
より具体的には、往復動ピストンポンプは、第1空間及び第2空間への気体の供給及び抜気を制御するパイロットバルブに連動する気体操作バルブが設けられており、この気体操作バルブが第1空間及び第2空間への気体の供給及び抜気の制御を行うことでピストンの駆動を実現している。
例えば、気体操作バルブは、一端と他端との間を往復動する切替弁を有しており、気体操作バルブの一端と切替弁との間の一方の空間には一方のパイロットバルブから気体が常時供給され、気体操作バルブの他端と切替弁との間の他方の空間には、他方のパイロットバルブから気体が常時供給されている。
そして、一方のパイロットバルブがピストンに押圧されると、その時だけ、一方のパイロットバルブは、一方の空間の気体を抜気するように動作し、他方の空間との差圧によって、切替弁が一端側に移動し、逆に、他方のパイロットバルブがピストンに押圧されると、その時だけ、他方のパイロットバルブは、他方の空間の気体を抜気するように動作し、一方の空間との差圧によって、切替弁が他端側に移動する。
パイロットバルブのピストンによる押圧が終ると抜気動作は気体供給動作に戻るが、一方の空間と他方の空間との間に供給されている気体は同圧であるため切替弁が移動することはない。
このパイロットバルブの抜気動作に伴う切替弁の移動により、気体操作バルブは、シリンダの第1空間に圧縮気体を供給し第2空間の気体を抜気する状態と、第2空間に圧縮気体を供給し第1空間の気体を抜気する状態とに切替わるようになっている。
また、気体操作バルブの別の形態としては、一方の空間と他方の空間とに外部に連通する抜気口が設けられ、常時抜気される状態としてパイロットバルブがピストンで動作した時だけ一方の空間若しくは他方の空間に圧縮気体が供給されて切替弁が移動するようになっているものもある。
特表2012―527592号公報 特表2009―503340号公報
しかしながら、上記のような構成の往復動ピストンポンプにおいては、パイロットバルブがピストンによって押圧される瞬間に正しく気体操作バルブの切替弁の移動が完了せず、切替弁が気体操作バルブの一端と他端との間の中間の位置で停止してしまう場合があり、この場合、気体操作バルブからシリンダへの気体の供給及びシリンダからの気体の抜気が行えなくなり、往復動ピストンポンプの駆動が停止してしまうという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、気体操作バルブの切替弁の移動を確実に行うためのパイロットバルブを提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
(1)本発明のパイロットバルブは、一端に開口する有底筒状のバルブ本体と、前記バルブ本体内に摺動可能に収納されるスプールと、前記開口側と反対側となる前記スプールの他端側に配置され、前記開口側に前記スプールを付勢する弾性体と、を備え、前記バルブ本体が長さ方向にほぼ均等間隔に設けられる少なくとも3つの貫通孔部を有し、前記スプールが、前記バルブ本体の隣接する少なくとも2つの貫通孔部間を連通可能とし、前記弾性体と押圧手段とが共同して前記スプールを前記開口側に押圧することで、前記スプールが前記開口側と反対側に位置する状態から前記開口側に位置する状態になる。
(2)上記(1)の構成において、前記バルブ本体には、前記スプールを前記開口側に付勢する前記押圧手段としての気体を導入する付勢気体導入部が設けられている。
(3)上記(1)又は(2)の構成において、前記スプールが、前記バルブ本体内に摺動可能に収納される中空状の第1スプールと前記第1スプール内に摺動可能に収納される第2スプールとからなり、前記弾性体が、前記開口側と反対側となる前記第1スプールの他端側に配置される前記開口側に前記第1スプールを付勢する第1弾性体と前記開口側と反対側となる前記第2スプールの他端側に配置される前記開口側に前記第2スプールを付勢する前記第1弾性体よりも小さい弾性力の第2弾性体とからなり、前記第1スプールが、前記開口側に位置するときに、前記バルブ本体の3つの貫通孔部に重なる少なくとも3つの貫通孔部を有し、前記第2スプールが、前記第1スプールの3つの貫通孔部のうち、少なくとも隣接する2つの貫通孔部間を連通可能とする連通部を有している。
(4)上記(3)の構成において、前記第1弾性体は、前記第1スプールの前記開口側の端部にかかる気体圧力に抗して前記第1スプールを前記開口側に位置させることができる弾性力を有し、前記第2弾性体は、前記第2弾性体の弾性力だけでは、前記第2スプールの前記開口側の端部にかかる気体圧力に抗して前記第2スプールを前記開口側に位置させることができない小さい弾性力である。
(5)上記(3)又は(4)の構成において、前記バルブ本体と前記第1スプールとの間がシール部材によってシールされ、一方、前記第1スプールと第2スプールとの間は、前記第1スプールの内周面及び前記第2スプールの外周面の面精度によってシールされている。
(6)上記(3)から(5)のいずれか1つの構成において、前記バルブ本体が、前記貫通孔部を有し、前記一端と他端とに開口する中空状の筒部と、前記筒部の他端を閉塞する蓋部と、前記蓋部の前記第2スプールの開口側と反対に位置する他端に対応する位置に設けられ、前記第2スプールの他端を前記開口側に押圧するように操作可能な復帰ボタンと、を備える。
本発明によれば、気体操作バルブの切替弁の移動を確実に行うためのパイロットバルブを提供することができる。
本発明に係る実施形態の往復動ピストンポンプの断面図である。 本発明に係る実施形態のパイロットバルブの分解斜視図である。 本発明に係る実施形態のパイロットバルブの断面図である。 本発明に係る実施形態のパイロットバルブの動作を説明するための図である。 本発明に係る実施形態のパイロットバルブの動作を説明するための図である。 本発明に係る実施形態のパイロットバルブの動作を説明するための図である。 本発明に係る実施形態の往復動ピストンポンプの動作を説明するための図である。 本発明に係る実施形態の往復動ピストンポンプの動作を説明するための図である。 本発明に係る実施形態の往復動ピストンポンプの動作を説明するための図である。 本発明に係る実施形態の往復動ピストンポンプの動作を説明するための図である。 本発明に係る実施形態の往復動ピストンポンプの動作を説明するための図である。 本発明に係る実施形態の往復動ピストンポンプの動作を説明するための図である。 本発明に係る実施形態の往復動ピストンポンプの動作を説明するための図である。 本発明に係る実施形態の往復動ピストンポンプの動作を説明するための図である。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態(以下、実施形態)について詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。
図1は、本発明に係る実施形態の往復動ピストンポンプ10を示す断面図である。
図1に示すように、往復動ピストンポンプ10は、シリンダ20と、第1パイロットバルブ30と、第2パイロットバルブ40と、気体操作バルブ50と、を備えている。
(シリンダ)
シリンダ20は、シリンダ本体24とシリンダ本体24内に往復動可能に収容されるピストン25とを備える。
ピストン25は、ピストンヘッド26とピストンロッド27とを備えており、本実施形態では、ピストンヘッド26とピストンロッド27とを別部品として組付けたものとしているが、ピストン25はピストンヘッド26とピストンロッド27とを一体形成したものであっても良い。
シリンダ本体24は、中空状のシリンダ筒部21とシリンダ本体24の一端を構成するシリンダ一端側蓋部22’とシリンダ本体24の他端を構成するシリンダ他端側蓋部23’とを備える。
なお、本実施形態では、シリンダ本体24がシリンダ筒部21とシリンダ一端側蓋部22’とシリンダ他端側蓋部23’とで構成する場合を示しているが、シリンダ筒部21とシリンダ一端側蓋部22’とを一体形成したり、シリンダ筒部21とシリンダ他端側蓋部23’とを一体形成したりしても良く、シリンダ本体24を具体的にどのように構成するのかは適宜決めればよい。
このため、以下では、蓋部と呼ばずに、単に、シリンダ一端側蓋部22’の部分をシリンダ本体24の一端22と呼び、シリンダ他端側蓋部23’の部分をシリンダ本体24の他端23と呼ぶことにする。
但し、シリンダ20の組立作業のし易さやシリンダ20のピストンヘッド26が摺動することになる内面の内面精度の出し安さなどを考えれば、本実施形態のように、シリンダ筒部21、シリンダ一端側蓋部22’及びシリンダ他端側蓋部23’で構成するようにするのが好適である。
シリンダ本体24の一端22には、ピストン25が第1パイロットバルブ30のスプール31を押圧できるように、第1パイロットバルブ30が設けられている。
同様にシリンダ本体24の他端23には、ピストン25が、第2パイロットバルブ40のスプール41を押圧できるように、第2パイロットバルブ40が設けられている。
また、シリンダ本体24の他端23には、ピストンロッド27をシリンダ本体24の外部に延出させるための、シリンダ本体24の他端23を貫通するピストンロッド取出貫通孔部28が設けられ、ピストンロッド取出貫通孔部28を通じてピストンロッド27がシリンダ本体24の外部に延出されている。
一方、シリンダ本体24内は、ピストンヘッド26によって仕切られる2つの空間に分けられている。
つまり、シリンダ20は、シリンダ本体24の一端22とピストン25(ピストンヘッド26)との間の第1シリンダ内空間Aとシリンダ本体24の他端23とピストン25(ピストンヘッド26)との間の第2シリンダ内空間Bとを備える。
そして、シリンダ20には、第1シリンダ内空間Aへの気体の供給及び第1シリンダ内空間Aからの気体の排出を行うための第1気体ライン61が接続されている。
本実施形態では、第1気体ライン61は、シリンダ本体24の一端22側に近いシリンダ筒部21の位置に設けられた第1シリンダ気体出入口61aに接続されている場合を示しているが、この第1シリンダ気体出入口61aをシリンダ本体24の一端22に設け、そのシリンダ本体24の一端22に設けられた第1シリンダ気体出入口61aに第1気体ライン61が接続されていても良い。
また、シリンダ20には、第2シリンダ内空間Bへの気体の供給及び第2シリンダ内空間Bから気体の排出を行うための第2気体ライン62が接続されている。
本実施形態では、第2気体ライン62は、シリンダ本体24の他端23側に近いシリンダ筒部21の位置に設けられた第2シリンダ気体出入口62aに接続されている場合を示しているが、上記と同様に、この第2シリンダ気体出入口62aをシリンダ本体24の他端23に設け、そのシリンダ本体24の他端23に設けられた第2シリンダ気体出入口62aに第2気体ライン62が接続されていても良い。
このように構成されているため、第1気体ライン61から第1シリンダ内空間Aに圧縮気体が供給されるとともに、第2気体ライン62を通じて第2シリンダ内空間Bの気体が排出される状態となると、ピストン25がシリンダ本体24の他端23側に移動する。
逆に、第2気体ライン62から第2シリンダ内空間Bに圧縮気体が供給されるとともに、第1気体ライン61を通じて第1シリンダ内空間Aの気体が排出される状態になると、ピストン25がシリンダ本体24の一端22側に移動する。
このような動作を繰り返すことでピストンは往復動を繰り返すことになる。
(気体操作バルブ)
気体操作バルブ50は、第1パイロットバルブ30のスプール31がピストン25で押圧されると、上述した第1シリンダ内空間Aに圧縮気体を供給するとともに、第2シリンダ内空間Bから気体を排出する状態になる。
この状態になると、上述したように、ピストン25がシリンダ本体24の他端23側に移動する。
また、このピストン25の移動の結果、ピストン25が第2パイロットバルブ40のスプール41を押圧すると、今度は、気体操作バルブ50が、第2シリンダ内空間Bに圧縮気体を供給するとともに、第1シリンダ内空間Aから気体を排出する状態になり、ピストン25は、シリンダ本体24の一端22側に移動するようになる。
具体的な気体操作バルブ50の構造について説明すると、気体操作バルブ50は、操作バルブ本体54と気体排出口切替弁57とを備える。
操作バルブ本体54は、主に、操作バルブ筒部51と操作バルブ本体54の一端を構成する操作バルブ一端側蓋部52’と操作バルブ本体54の他端を構成する操作バルブ他端側蓋部53’とを備える。
なお、本実施形態では、操作バルブ本体54が、主に、操作バルブ筒部51、操作バルブ一端側蓋部52’及び操作バルブ他端側蓋部53’とで構成する場合を示しているが、操作バルブ筒部51と操作バルブ一端側蓋部52’とを一体形成するなど、シリンダ本体24で述べたのと同様に、操作バルブ本体54を具体的にどのように構成するのかは適宜決めればよい。
このため、以下では、蓋部と呼ばずに、単に、操作バルブ一端側蓋部52’の部分を操作バルブ本体54の一端52と呼び、操作バルブ他端側蓋部53’の部分を操作バルブ本体54の他端53と呼ぶことにする。
但し、操作バルブ本体54の組立作業のし易さや操作バルブ本体54の気体排出口切替弁57が摺動することになる内面の内面精度の出し安さなどを考えれば、本実施形態のように、操作バルブ筒部51、操作バルブ一端側蓋部52’及び操作バルブ他端側蓋部53’で構成するようにするのが好適である。
また、本実施形態では、第1気体ライン61及び第2気体ライン62の接続される部分について、操作バルブ筒部51の一部に部品を嵌め込んで構成する場合を示しているが、この部分についても、別部品とする必要はなく、気体排出口切替弁57の形状を図1に示すように、操作バルブ筒部51内に出っ張るような形状としないようにして、つまり、操作バルブ筒部51内に収容できるサイズにして、この別部品となっている部分を操作バルブ筒部51に一体形成したものとしても良い。
操作バルブ本体54は、図示しない気体供給源(例えば、コンプレッサ)からの気体の供給を受ける気体供給口54aと第1気体排出口54bと第2気体排出口54cと抜気口54dとを有しており、第1気体排出口54bには、上述した第1シリンダ内空間Aへの気体の供給及び第1シリンダ内空間Aからの気体の排出を行う第1気体ライン61が接続されている。
また、第2気体排出口54cには、上述した第2シリンダ内空間Bへの気体の供給及び第2シリンダ内空間Bからの気体の排出を行う第2気体ライン62が接続されている。
そして、胴部55と抜気口接続部56とからなる気体排出口切替弁57が、操作バルブ本体54内の一端52と他端53との間を往復移動可能に操作バルブ本体54内に設けられており、この気体排出口切替弁57によって、気体供給口54aから供給される気体が第1気体排出口54b又は第2気体排出口54cのどちらからシリンダ20側へ排出されるのかが選択されるとともに、その選択されたのとは反対の第1気体排出口54b又は第2気体排出口54cが抜気口54dに接続されるようになっている。
図1は、第2パイロットバルブ40のスプール41がピストン25で押圧された後の状態を示しており、ピストン25が第1パイロットバルブ30側に向かって移動している途中の状態を示している。
後ほど、パイロットバルブ(第1パイロットバルブ30及び第2パイロットバルブ40)の構成及び動作については詳細に説明するが、ピストン25が第2パイロットバルブ40のスプール41を押圧してから、ピストン25が第1パイロットバルブ30のスプール31を押圧するまでの間は、操作バルブ本体54の一端52と気体排出口切替弁57との間の第1気体操作バルブ内空間Cからの気体の抜気状態が持続されるようになっている。
また、操作バルブ本体の他端53と気体排出口切替弁57との間の第2気体操作バルブ内空間Dへは、気体の供給状態が持続されるようになっている。
このため、第2パイロットバルブ40のスプール41がピストン25で押圧された後、ピストン25が第1パイロットバルブ30のスプール31を押圧するまでの間は、第2気体操作バルブ内空間D内の圧力が高く、第1気体操作バルブ内空間C内の圧力が低い状態が維持される。
したがって、第2パイロットバルブ40のスプール41がピストン25で押圧される前に、操作バルブ本体54の他端53側に位置する気体排出口切替弁57は、第2パイロットバルブ40のスプール41がピストン25で押圧されると、この圧力差によって確実に操作バルブ本体54の一端52側に移動し、気体排出口切替弁57が操作バルブ本体54の一端52に位置するようになっている。
つまり、この圧力差は第2パイロットバルブ40のスプール41がピストン25で押圧された瞬間だけに発生するわけではなく、ピストン25が第1パイロットバルブ30のスプール31を押圧するまで維持されているので、従来のように、気体排出口切替弁57の動きが悪い瞬間があったとしても、気体排出口切替弁57が操作バルブ本体54の一端52と他端53との間の中間で停止することなく、確実に操作バルブ本体54の一端52側に位置するように移動する。
そして、気体排出口切替弁57が操作バルブ本体54の一端52側に位置する状態のときには、気体排出口切替弁57の胴部55と操作バルブ本体54の間の隙間を通って、気体供給口54aに供給される気体は、第2気体排出口54cから第2シリンダ内空間B側に排出される。
つまり、第2気体排出口54cから第2気体ライン62を通じて第2シリンダ内空間Bに圧縮気体が供給される。
また、この状態のときには、気体排出口切替弁57の抜気口接続部56によって、第1気体排出口54bは抜気口54dに接続されているので、第1シリンダ内空間A内の気体は、第1気体ライン61を通じて外部に抜気される。
このため、ピストン25は、シリンダ本体24の一端22側に移動する。
この移動の結果、第1パイロットバルブ30のスプール31がピストン25に押圧されると、今度は、ピストン25が第2パイロットバルブ40のスプール41を押圧するまでは、第1気体操作バルブ内空間Cへは、気体の供給状態が持続され、第2気体操作バルブ内空間Dからの気体の抜気状態が持続される。
このため、先ほどとは逆に、第1気体操作バルブ内空間C内の圧力が高く、第2気体操作バルブ内空間D内の圧力が低い状態が維持されるので、確実に、気体排出口切替弁57が操作バルブ本体54の他端53側に位置するように移動する。
そして、気体排出口切替弁57が操作バルブ本体54の他端53側に位置する状態のときには、気体排出口切替弁57の胴部55と操作バルブ本体54の間の隙間を通って、気体供給口54aに供給される気体は、今度は、第1気体排出口54bから第1シリンダ内空間A側に排出される。
つまり、第1気体排出口54bから第1気体ライン61を通じて第1シリンダ内空間Aに圧縮気体が供給される。
また、この状態のときには、気体排出口切替弁57の抜気口接続部56によって、第2気体排出口54cは抜気口54dに接続されるので、第2シリンダ内空間B内の気体は、第2気体ライン62を通じて外部に抜気される。
このため、先ほどとは逆に、ピストン25は、シリンダ本体24の他端23側に移動する。
上記の動作が繰り返されることでピストン25の往復動が行われる。
(パイロットバルブ)
第1パイロットバルブ30及び第2パイロットバルブ40は、同じ構成であるため、以下では、第1パイロットバルブ30及び第2パイロットバルブの区別を行わず、単に、パイロットバルブ80として説明を行う。
図2は、パイロットバルブ80の分解斜視図であり、図3は、パイロットバルブ80を組立てた状態の断面図である。
図2及び図3に示すように、パイロットバルブ80は、中空状の筒部81と筒部81の他端を閉塞する蓋部82と蓋部82に設けられる復帰ボタン83とで一端に開口81dする有底筒状のバルブ本体84が構成されている。
図2に示すように、筒部81には、長さ方向にほぼ均等間隔に設けられる3つの貫通孔部81aが設けられ、その各貫通孔部81aには、周方向に複数の貫通孔81bが設けられている。
つまり、バルブ本体84が、長さ方向にほぼ均等間隔に設けられる3つの貫通孔部81aを有するようになっている。
なお、貫通孔部81aに設ける貫通孔81bの数自体は、特に限定されるものではなく、1つてあっても良い。
また、各貫通孔部81aの長さ方向の両側には、シール部材81cが設けられている。
このシール部材81cは、パイロットバルブ80をシリンダ本体24に取付けたときに、バルブ本体84(筒部81)とシリンダ本体24との間のシールを行うためのものである。
図2及び図3に示すように、パイロットバルブ80は、バルブ本体84内に摺動可能に収納される中空状の第1スプール85を備えている。
図2に示すように、この第1スプール85にも、長さ方向に、バルブ本体84(筒部81)に設けられる貫通孔部81aと同じ間隔で3つの貫通孔部85aが設けられており、その各貫通孔部85aには、周方向に複数の貫通孔85bが設けられている。
なお、貫通孔部85aに設ける貫通孔85bの数自体は、特に限定されるものではなく、1つてあっても良い。
また、各貫通孔部85aの長さ方向の両側には、シール部材85cが設けられており、バルブ本体84(筒部81)と第1スプール85との間がシールされるようになっている。
図3は、第1スプール85がバルブ本体84の開口81d側に位置する状態を示しており、図3を見るとわかるように、第1スプール85が開口81d側に位置するときには、バルブ本体84(筒部81)の3つの貫通孔部81aに、第1スプール85の3つの貫通孔部85aが重なるようになっている。
また、図2及び図3に示すように、パイロットバルブ80は、バルブ本体84(筒部81)の開口81d側と反対側となる第1スプール85の他端側に配置される第1スプール85を開口81d側に付勢する第1弾性体86と、第1スプール85内に摺動可能に収納される第2スプール87と、開口81d側と反対側となる第2スプール87の他端側に配置される第2スプール87を開口81d側に付勢する第1弾性体86よりも小さい弾性力の第2弾性体88と、を備えている。
図3に示すように、復帰ボタン83は、蓋部82の第2スプール87の開口81d側と反対に位置する他端(第2弾性体88の当接する端)に対応する位置に設けられており、この復帰ボタン83を押し込むように押すと、第2スプール87の他端を開口81d側に押圧する操作が行えるようになっている。
この復帰ボタン83を設けている意味については、後ほど説明する。
第2スプール87と第1スプール85との間は、いわゆるメタルシールによってシールされている。
つまり、第1スプール85の内周面及び第2スプール87の外周面の面精度によって第2スプール87と第1スプール85との間はシールされている。
図2に示すように、第2スプール87は、長さ方向の中間部に外径が小さくなる切欠部が設けられている。
この切欠部は、図3に示すように、第1スプール85の3つの貫通孔部85aのうちの隣接する2つの貫通孔部85aを連通可能とする連通部87aになっている。
なお、本実施形態では、連通部87aを切欠部として構成しているが、切欠き状のものに限定される必要はない。
このように、本実施形態のパイロットバルブ80は、上述した第1パイロットバルブ30のスプール31及び第2パイロットバルブ40のスプール41として個別に摺動可能な2つのスプール(第1スプール85及び第2スプール87)を有するようになっており、スプールがダブルアクションする構成になっている。
このスプール(第1スプール85及び第2スプール87)の動作について、図4〜図6を参照しながら説明する。
なお、往復動ピストンポンプ10の動作に合わせたスプール(第1スプール85及び第2スプール87)の動きに関しては、後ほど詳細に後述することにし、ここでは、スプール(第1スプール85及び第2スプール87)の取り得る状態と、その時に図1に示す気体供給源(図示せず)からパイロットバルブ用気体供給ライン63によってパイロットバルブ(第1パイロットバルブ30及び第2パイロットバルブ40)に供給される気体がどのように流れるのかについて説明する。
図4は、図3と同じ状態を示した図であり、図5は、第1スプール85及び第2スプール87が共に開口81dと反対側に位置している状態を示す図であり、図6は、第1スプール85は開口81d側に位置し、第2スプール87が開口81dと反対側に位置している状態を示す図である。
先ず、説明の簡略化のために、図4を参照してバルブ本体84の3つの貫通孔部81aについて名称を与えることとする。
なお、以後の説明においてもこの名称を用いてバルブ本体84の貫通孔部81aを区別して記載する場合がある。
図4に示す貫通孔部81aの一番図下側の貫通孔部81aは、図1の第1パイロットバルブ30を見るとわかるように、大気開放ラインに接続されるので抜気ポート91と呼ぶ。
同様に、図4に示す貫通孔部81aの下から2番目の貫通孔部81a(つまり、中央の貫通孔部81a)は、図1の第1パイロットバルブ30を見るとわかるように、気体操作バルブ50に接続されるので気体操作バルブポート92と呼ぶ。
また、図4に示す貫通孔部81aの一番上の貫通孔部81aは、図1の第1パイロットバルブ30を見るとわかるように、気体供給源(図示せず)側から気体の供給を受けるポートであるため気体供給ポート93と呼ぶ。
さらに、貫通孔部81a以外に、バルブ本体84には、第2弾性体88が当接する第2スプール87の開口81dと反対の他端のところに気体を供給する気体供給口(付勢気体導入部94)が設けられているが、これは、動作については後ほど説明するが、図6に示す第2スプール87が開口81dと反対側に位置している状態を、図4に示す開口81d側に位置する状態にするように、第2弾性体88と共同して第2スプール87を開口81d側に付勢する押圧手段としての気体を導入するための付勢気体導入部94である。
なお、図1に示す第2パイロットバルブ40は、第1パイロットバルブ30と上下の向きが反対になっているだけであり、上記で第1パイロットバルブ30を例にして説明した同様である。
以下、具体的な気体の流れについて説明する。
図4に示す第1スプール85及び第2スプール87が共にバルブ本体84の開口81d側に位置する状態のときには、バルブ本体84の気体供給ポート93に供給された気体は、第1スプール85の一番上の貫通孔部85aに供給されるが、この部分は、第2スプール87によって閉鎖されているので、それ以上、先に供給されることはない。
そして、この状態のときには、バルブ本体84の気体操作バルブポート92が、第1スプール85の中央の貫通孔部85a、一番下の貫通孔部85a及び第2スプール87の連通部87aを介して、バルブ本体84の抜気ポート91に接続された状態となっている。
このため、例えば、この状態のパイロットバルブ80が第1パイロットバルブ30である場合、気体操作バルブポート92に接続されているのは、図1を参照して説明した第1気体操作バルブ内空間Cからの気体ライン64aであるので、第1気体操作バルブ内空間C内の気体は、抜気ポート91を通じて外部に放出(抜気)され、第1気体操作バルブ内空間C内の圧力が低くなる。
なお、この状態のパイロットバルブ80が第2パイロットバルブ40である場合は、同様に、図1を参照して説明した第2気体操作バルブ内空間D内の気体が気体ライン64bを通じて外部に放出(抜気)されるので第2気体操作バルブ内空間D内の圧力が低くなることになる。
次に、図5に示す第1スプール85及び第2スプール87が共にバルブ本体84の開口81dと反対側に位置する状態のとき、つまり、ピストン25によってスプール(第1スプール85及び第2スプール87)が押圧されている状態のときには、バルブ本体84の気体供給ポート93に供給された気体は、第1スプール85の中央の貫通孔部85aを通り、第2スプール87の連通部87aを介して再び第1スプール85の一番下の貫通孔部85aを通じてバルブ本体84の気体操作バルブポート92に供給される。
このため、例えば、この状態のパイロットバルブ80が第1パイロットバルブ30である場合、気体操作バルブポート92に接続されているのは、図1を参照して説明した第1気体操作バルブ内空間Cからの気体ライン64aであるので、第1気体操作バルブ内空間Cに気体が供給され、第1気体操作バルブ内空間Cの圧力を高くする。
なお、この状態のパイロットバルブ80が第2パイロットバルブ40である場合は、同様に、気体ライン64bを通じて、図1を参照して説明した第2気体操作バルブ内空間D内の圧力が高くなる。
そして、上述した図5に示す状態になると、ピストン25で押圧されていない方のパイロットバルブが図4を参照して説明した状態になる。
より具体的には、図5に示す状態、つまり、ピストン25が第1スプール85及び第2スプール87を押圧した後、ピストン25が第1スプール85及び第2スプール87から離れると、第1スプール85に関しては、図6に示すように、第1弾性体86によって自動的に開口81d側に位置するようになっている。
このため、ピストン25で押圧されていない方のパイロットバルブは、図6に示すような状態になっている。
例えば、図1は、上述したように、ピストン25で第2パイロットバルブ40のスプール41(第1スプール85及び第2スプール87)が押圧された後、ピストン25が第1パイロットバルブ30側に向かっている途中の状態であるので、図6に示す状態にある。
そして、図1に示すように、第1気体操作バルブ内空間Cと第1パイロットバルブ30の気体操作バルブポート92を接続する気体ライン64aの途中からは、分岐ライン64aaが取られ、第2パイロットバルブ40の図4で説明した第2スプール87を開口81d側に付勢する気体を導入するための付勢気体導入部94にも気体が供給されるようになっている。
このため、図5を参酌して説明したように、第1パイロットバルブ30のスプール31(第1スプール85及び第2スプール87)がピストン25で押圧されて、気体ライン64aに気体が供給されると、分岐ライン64aaにも気体が供給されて、図1に示す図6の状態にある第2パイロットバルブ40の第2スプール87が、付勢気体導入部94から導入される気体によって、開口81d側に押圧されて、図4に示す状態のように、第2スプール87が開口81d側に位置するようになる。
上述でも触れたが、図6は、図5のピストン25が第1スプール85及び第2スプール87を押圧した後、ピストン25が第1スプール85及び第2スプール87から離れるように移動したときの状態を示しているものである。
この状態のときには、ピストン25が離れていく動きの状態であることからわかるように、この状態となるパイロットバルブ80は圧縮気体が供給されている雰囲気中に第1スプール85及び第2スプール87が置かれていることになる。
そして、第1スプール85を開口81d側に付勢する第1弾性体86は、この圧縮気体が第1スプール85の開口81d側の端部を開口81dと反対側に押す力よりも強く第1スプール85を開口81d側に付勢するものが使用されている。
つまり、第1弾性体86は、第1スプールの開口81d側の端部にかかる気体圧力に抗して第1スプール85を開口81d側に位置させることができる弾性力を有するようにされている。
一方、第2スプール87は、第2弾性体88によって開口81d側に付勢されているものの、ピストン25が離れても、それだけでは開口81d側に移動することがない。
つまり、第2弾性体88は、第2弾性体88の弾性力だけでは、第2スプール87の開口81d側の端部にかかる気体圧力に抗して第2スプール87を開口81d側に位置させることができない小さい弾性力を有するようにされている。
既に、触れたが、付勢気体導入部94から気体が導入されると、第2スプール87の開口81d側の端部と反対側の端部(第2弾性体88が当接する端部)とが同圧になるので、この状態になると、第2弾性体88の弾性力が小さい弾性力であっても第2スプール87は開口81d側に位置するように移動する。
なお、付勢気体導入部94から気体が導入されると、第2スプール87は開口81d側に位置するように移動することになり、移動しないことは殆どないが、第2弾性体88の弾性力として小さいものを選択しているため、万一、第2スプール87が開口81d側に位置するように移動しなかったときのために、強制的に開口81d側に復帰させることができるように、本実施形態では、上述した復帰ボタン83を設けている。
そして、図5と図6とを見比べるとわかるように、第1スプール85及び第2スプール87がピストン25で押圧されている状態(図5)からピストン25が第1スプール85及び第2スプール87から離れた状態に変わると、第1スプール85は開口81d側に位置するようになるが、第2スプール87はピストン25で押圧されている時と同じ位置を維持しているので、パイロットバルブ80としてのラインの切替わりはない。
つまり、図5のピストン25で押圧されている状態のときの気体操作バルブポート92に気体が供給されている状態が、図6のピストン25が離れた状態でも維持されている。
このため、例えば、図1の第2パイロットバルブ40を見るとわかるように、第2気体操作バルブ内空間Dへの気体の供給状態が維持され続けることになる。
つまり、第2気体操作バルブ内空間Dへの気体の供給状態が持続され続ける。
一方、上述したように、これと反対側のパイロットバルブである第1パイロットバルブ30は、第2パイロットバルブ40がピストン25で押圧されたときに、上述したように、第2スプール87が開口81d側に位置するようになり、図1に示すように、第1気体操作バルブ内空間Cは抜気される状態になり、この状態は第1パイロットバルブ30のスプール31(第1スプール85及び第2スプール87)がピストン25で押圧されるまで維持される
つまり、第1気体操作バルブ内空間Cからの気体の抜気状態が持続され続けることになる。
この結果、上述したように、本実施形態の気体操作バルブ50は、第1パイロットバルブ30のスプール31及び第2パイロットバルブ40のスプール41がピストン25で押圧される瞬間だけでなく、第1パイロットバルブ30のスプール31及び第2パイロットバルブ40のスプール41がピストン25で押圧されて、操作バルブ本体54内で気体排出口切替弁57が位置すべき一端側又は他端側の関係が変わるまでの間、気体排出口切替弁57が位置すべき側に位置させるように差圧が維持され続けるので、気体排出口切替弁57が移動途中に中間位置で停止してしまうような動作不良が抑制される。
(往復動ピストンポンプ動作)
上記で既に各部の動作について詳細説明を行ったので、以下では、図7から図14を参照しながら、それらの動作を一連の動作としたときの往復動ピストンポンプの動作について説明する。
まず、図7は、図1に対応する図であり、ピストン25がシリンダ本体24の一端22側に向かって移動中の状態を示す図である。
この状態のときには、第2パイロットバルブ40は、図6に示した状態にあり、第1パイロットバルブ30は、図4に示した状態にある。
このため、第2パイロットバルブ40から気体ライン64bを通じて気体操作バルブ50の第2気体操作バルブ内空間Dに圧縮気体が供給されて、一方、気体操作バルブ50の第1気体操作バルブ内空間Cは、気体ライン64aを通じて第1パイロットバルブ30を介して抜気された状態となる。
したがって、気体操作バルブ50の気体排出口切替弁57が操作バルブ本体54の一端52側に位置し、気体操作バルブ50から第2気体ライン62を通じてシリンダ20の第2シリンダ内空間Bに圧縮気体が供給されるとともに第1シリンダ内空間A内の気体は、第1気体ライン61を通じて気体操作バルブ50を介して抜気され、ピストン25は、シリンダ本体24の一端22側に向かって移動する。
そして、ピストン25が、図8に示すように、第1パイロットバルブ30のスプール31を押圧すると、第1パイロットバルブ30は、図5の状態となる。
この状態になると、第1パイロットバルブ30から気体ライン64aを通じて気体操作バルブ50の第1気体操作バルブ内空間Cに圧縮気体の供給が開始される。
合わせて、気体ライン64aの途中の分岐ライン64aaを通じて第2パイロットバルブ40の付勢気体導入部94にも圧縮気体の供給が開始される。
今、第2パイロットバルブ40は、図6に示す状態にあり、第2パイロットバルブ40の付勢気体導入部94に導入された気体によって、第2パイロットバルブ40の第2スプール87が開口81d側に位置するように移動することで、初めて第2パイロットバルブ40の駆動状態が変化し、図8の第2パイロットバルブ40から気体ライン64bを通じて気体操作バルブ50の第2気体操作バルブ内空間Dに圧縮気体が供給されている状態から、図9に示す気体ライン64bを通じて第2気体操作バルブ内空間D内の気体が、第2パイロットバルブ40を介して抜気される状態になる。
この動作が起こって初めて、気体操作バルブ50の第1気体操作バルブ内空間Cと第2気体操作バルブ内空間Dとの差圧が発生し、気体排出口切替弁57の移動が起こり、シリンダ20の第1シリンダ内空間Aと第2シリンダ内空間Bとの気体の供給、抜気状態が変化してピストン25の移動向きが変わることになる。
したがって、その初めの段階である第2パイロットバルブ40の第2スプール87が開口81d側に位置するように移動する動作がスムーズになされるかが、往復動ピストンポンプ10の駆動のスムーズさに影響する。
そこで、本実施形態では、上述したように、第1スプール85と第2スプール87との間は、メタルシール、つまり、面精度でシールを取る構造とし、一般のOリングなどのシール部材を用いる場合よりも摺動抵抗を少なくし、動きのスムーズさを向上させており、スムーズに図8の状態から図9の状態に変化する。
図9に示す状態になると、上述のように、気体操作バルブ50の第2気体操作バルブ内空間Dが気体ライン64bを通じて第2パイロットバルブ40を介して抜気されるようになる。
また、このとき、気体ライン64bの途中から分岐する分岐ライン64bbが第1パイロットバルブ30の付勢気体導入部94にもつながっているので、第1パイロットバルブ30の第2スプール87を第2弾性体88とともに付勢するために第2スプール87の第2弾性体88が当接する側の端部側に供給されていた気体も抜気される。
このため、ピストン25が第1パイロットバルブ30のスプール31(第1スプール85及び第2スプール87)から離れても、第1パイロットバルブ30の第2スプール87は、移動することなく、図9の状態の位置に留まる。
そして、図9の状態となって、気体操作バルブ50の第1気体操作バルブ内空間C(高圧)と第2気体操作バルブ内空間D(低圧)との差圧が発生すると、図10に示すように、気体操作バルブ50の気体排出口切替弁57が操作バルブ本体54の他端53側に位置するように移動する。
この気体排出口切替弁57の移動によって、気体操作バルブ50から第1気体ライン61を通じてシリンダ20の第1シリンダ内空間Aに圧縮気体が供給されるとともに、シリンダ20の第2シリンダ内空間Bの気体が第2気体ライン62を通じて気体操作バルブ50を介して抜気され、ピストン25がシリンダ本体24の他端23側に移動するようになる。
なお、上述したように、この移動に伴って、ピストン25が、図11に示すように、第1パイロットバルブ30のスプール31から離れてもスプール31の第2スプール87は移動せず、第1スプール85だけが開口81d側に位置するように移動して、第1パイロットバルブ30のスプール31がピストン25で押圧されている時の第1パイロットバルブ30の駆動状態が維持される。
つまり、第1パイロットバルブ30から気体ライン64aを通じて、気体操作バルブ50の第1気体操作バルブ内空間Cへの気体の供給状態が持続し続ける。
そして、図12に示すように、ピストン25が第2パイロットバルブ40のスプール41を押圧すると、第2パイロットバルブ40から気体ライン64bを通じて気体操作バルブ50の第2気体操作バルブ内空間Dへの圧縮気体の供給が始まるとともに、第1パイロットバルブ30の第2スプール87を開口81d側に付勢するための気体が、気体ライン64bの途中の分岐ライン64bbを通じて第1パイロットバルブ30の付勢気体導入部94に供給される。
このため、図13に示すように、第1パイロットバルブ30の第2スプール87が開口81d側に位置するようになり、気体操作バルブ50の第1気体操作バルブ内空間C内の気体が気体ライン64aを通じて第1パイロットバルブ30を介して抜気され、気体操作バルブ50の第1気体操作バルブ内空間C(低圧)と第2気体操作バルブ内空間D(高圧)とに差圧が発生する。
なお、このとき、第2パイロットバルブ40の第2スプール87に当接する第2弾性体88側に供給されていた気体は、気体ライン64aの途中から分岐されて第2パイロットバルブ40の付勢気体導入部94に接続されている分岐ライン64aaを通じて抜気されて、第2パイロットバルブ40のスプール41からピストン25が離れても、第2パイロットバルブ40の第2スプール87が図13に示す位置状態を維持するようになっている。
このため、第2パイロットバルブ40からピストン25が離れても、気体操作バルブ50の第2気体操作バルブ内空間Dへの気体の供給状態が持続される。
そして、気体操作バルブ50の第1気体操作バルブ内空間C(低圧)と第2気体操作バルブ内空間D(高圧)との差圧によって、図14に示すように、気体操作バルブ50の気体排出口切替弁57が操作バルブ本体54の一端52側に位置するように移動する。
この移動によって、気体操作バルブ50から第2気体ライン62を通じてシリンダ20の第2シリンダ内空間Bに圧縮気体が供給されるとともに、シリンダ20の第1シリンダ内空間A内の気体が第1気体ライン61を通じて気体操作バルブ50を介して抜気されて、ピストン25が、再び、シリンダ本体24の一端22側に移動し、図7の状態に至る。
このようにして、本実施形態の往復動ピストンポンプ10は駆動する。
上記のように、本実施形態のパイロットバルブ80であれば、詳細に説明したように、気体操作バルブ50の第1気体操作バルブ内空間Cと第2気体操作バルブ内空間Dとの内圧を、一方を高く、他方を低くして差圧ができる状態が常に維持され、パイロットバルブがピストンで押圧されることで、その差圧の関係が逆転する動作が実現できるので、気体操作バルブ50の気体排出口切替弁57の移動が確実に行える。
以上、具体的な実施形態に基づき、本発明に係るパイロットバルブについて説明してきたが、本発明は、実施形態に限定されるものではない。
例えば、本実施形態のパイロットバルブ80では、第1弾性体86及び第2弾性体88にコイルばねを用いているが、コイルばね以外の弾性体にしても良い。
また、本実施形態のパイロットバルブ80では、貫通孔部81a、85aとして3つの貫通孔部を設ける場合を示しているが、貫通孔部81a、85aは3つ以上であっても良く、この場合、連通部87aも2つ以上の隣接する貫通孔部85aを連通するものとしても良い。
このようにすれば、上記で説明した以外に、さらに、気体の流れるポートが作れるため、そのポートを別の動作のために利用することが可能となる。
さらに、本実施形態では、パイロットバルブ80のスプールとして、つまり、第1パイロットバルブ30のスプール31及び第2パイロットバルブ40のスプール41として、第1スプール85及び第2スプール87の2つのスプールで構成される場合を示したが、第1スプール85を省略して、第2スプール87がバルブ本体84の内周面に接触して摺動可能とし、第2スプール87を付勢する第2弾性体88が、第2弾性体88の弾性力だけでは、第2スプール87の開口81d側の端部にかかる気体圧力に抗して第2スプール87を開口81d側に位置させることができない小さい弾性力であるものとしても良い。
このようにしても、パイロットバルブ80自体の動作は、同様の動作とすることが可能である。
しかしながら、本実施形態で示した第1スプール85及び第2スプール87を用いた2つのスプールからなる構成の方がスプールの動作がスムーズに行えるため好適である。
つまり、図6を見るとわかるように、第1スプール85が先に開口81d側に移動していることで、第2スプール87の摺動面の一部は第1スプール85と一部接触していない状態となっており、このため、図6に示す状態から図4に示す状態となるために、付勢気体導入部94から気体が供給され、第2スプール87が開口81d側に移動を開始する瞬間の摺動抵抗が小さく抑えられ、移動開始時のスムーズさを得られるようにできる。
したがって、パイロットバルブ80のスプールとして、つまり、第1パイロットバルブ30のスプール31及び第2パイロットバルブ40のスプール41としては、第1スプール85及び第2スプール87の2つのスプールで構成されるのが好適である。
このように、本発明は、具体的な実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形や改良を施したものも本発明の技術的範囲に含まれるものであり、そのことは、当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。
10 往復動ピストンポンプ
20 シリンダ
21 シリンダ筒部
22 一端
22’ シリンダ一端側蓋部
23 他端
23’ シリンダ他端側蓋部
24 シリンダ本体
25 ピストン
26 ピストンヘッド
27 ピストンロッド
28 ピストンロッド取出貫通孔部
30 第1パイロットバルブ
31 スプール
40 第2パイロットバルブ
41 スプール
50 気体操作バルブ
52 一端
52’ 操作バルブ一端側蓋部
53 他端
53’ 操作バルブ他端側蓋部
54 操作バルブ本体
54a 気体供給口
54b 第1気体排出口
54c 第2気体排出口
54d 抜気口
55 胴部
56 抜気口接続部
57 気体排出口切替弁
61 第1気体ライン
61a 第1シリンダ気体出入口
62 第2気体ライン
62a 第2シリンダ気体出入口
63 パイロットバルブ用気体供給ライン
64a 気体ライン
64aa 分岐ライン
64b 気体ライン
64bb 分岐ライン
80 パイロットバルブ
81 筒部
81a 貫通孔部
81b 貫通孔
81c シール部材
81d 開口
82 蓋部
83 復帰ボタン
84 バルブ本体
85 第1スプール
85a 貫通孔部
85b 貫通孔
85c シール部材
86 第1弾性体
87 第2スプール
87a 連通部
88 第2弾性体
91 抜気ポート
92 気体操作バルブポート
93 気体供給ポート
94 付勢気体導入部
A 第1シリンダ内空間
B 第2シリンダ内空間
C 第1気体操作バルブ内空間
D 第2気体操作バルブ内空間

Claims (6)

  1. 一端に開口する有底筒状のバルブ本体と、
    前記バルブ本体内に摺動可能に収納されるスプールと、
    前記開口側と反対側となる前記スプールの他端側に配置され、前記開口側に前記スプールを付勢する弾性体と、を備え、
    前記バルブ本体が長さ方向にほぼ均等間隔に設けられる少なくとも3つの貫通孔部を有し、
    前記スプールが、前記バルブ本体の隣接する少なくとも2つの貫通孔部間を連通可能とし、
    前記弾性体と押圧手段とが共同して前記スプールを前記開口側に押圧することで、前記スプールが前記開口側と反対側に位置する状態から前記開口側に位置する状態になることを特徴とするパイロットバルブ。
  2. 前記バルブ本体には、前記スプールを前記開口側に付勢する前記押圧手段としての気体を導入する付勢気体導入部が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のパイロットバルブ。
  3. 前記スプールが、前記バルブ本体内に摺動可能に収納される中空状の第1スプールと前記第1スプール内に摺動可能に収納される第2スプールとからなり、
    前記弾性体が、前記開口側と反対側となる前記第1スプールの他端側に配置される前記開口側に前記第1スプールを付勢する第1弾性体と前記開口側と反対側となる前記第2スプールの他端側に配置される前記開口側に前記第2スプールを付勢する前記第1弾性体よりも小さい弾性力の第2弾性体とからなり、
    前記第1スプールが、前記開口側に位置するときに、前記バルブ本体の3つの貫通孔部に重なる少なくとも3つの貫通孔部を有し、
    前記第2スプールが、前記第1スプールの3つの貫通孔部のうち、少なくとも隣接する2つの貫通孔部間を連通可能とする連通部を有していることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のパイロットバルブ。
  4. 前記第1弾性体は、前記第1スプールの前記開口側の端部にかかる気体圧力に抗して前記第1スプールを前記開口側に位置させることができる弾性力を有し、
    前記第2弾性体は、前記第2弾性体の弾性力だけでは、前記第2スプールの前記開口側の端部にかかる気体圧力に抗して前記第2スプールを前記開口側に位置させることができない小さい弾性力であることを特徴とする請求項3に記載のパイロットバルブ。
  5. 前記バルブ本体と前記第1スプールとの間がシール部材によってシールされ、一方、前記第1スプールと第2スプールとの間は、前記第1スプールの内周面及び前記第2スプールの外周面の面精度によってシールされていることを特徴とする請求項3又は請求項4に記載のパイロットバルブ。
  6. 前記バルブ本体が、
    前記貫通孔部を有し、前記一端と他端とに開口する中空状の筒部と、
    前記筒部の他端を閉塞する蓋部と、
    前記蓋部の前記第2スプールの開口側と反対に位置する他端に対応する位置に設けられ、前記第2スプールの他端を前記開口側に押圧するように操作可能な復帰ボタンと、を備えることを特徴とする請求項3から請求項5のいずれか1項に記載のパイロットバルブ。
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