JP2612916B2 - 圧力媒質作動式弁装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は特許請求の範囲の請求項１に記載したような
圧力媒質作動式弁装置に関する。この種の弁装置はCH-P
S 589 815で公知となつており、外部エネルギなしに作
動できるという利点を有する。しかしながら、弁装置が
開きつつあるときに、入口ポートから出口ポートに伝わ
り、ポペツト弁の背面に作用し、その開放運動に抵抗を
与える媒質の圧力により圧力サージが生じることがある
ことがわかつた。これはポペツト弁の振動を生じさせる
ので望ましくない。第１図は公知の弁のストロークｈ
（メートル）を、開く途中、開放時、閉じる途中で時間
ｔ（秒）についてプロツトしたグラフである。曲線Ｉは
実際に測定したパターンを示しており、曲線IIは要求パ
ターンを示している。圧力差がかなり大きい場合、圧力
サージが圧力伝達系を通じて余分な機械的負荷を生じさ
せる。

本発明の目的は前記形式の弁装置の開放動作に伴う圧
力サージを簡単かつ経済的に軽減することにある。特許
請求の範囲の請求項１の特徴がこの問題を解決する。し
たがつて、圧力サージはポペツト弁と補正用ピストンの
間にある補正用シリンダ内で主として阻止され、振動の
傾向が減る。同様の考えが機械的な負荷に当てはまる。
したがつて、第１図の曲線IIに従う開放運動パターンが
可能となる。

本発明の３つの実施例を以下に図面を参照しながら詳
しく説明する。第２図から第４図は、それぞれ、本発明
による弁装置を通る縦断面図である。

第２図に示す弁装置は負荷原理に従つて作動する。弁
室202を囲む弁本体201は垂直方向シリンダ204を有し、
このシリンダは弁室202から遮断されており、サーボピ
ストン203によつて底部室205と頂部室206とに分割され
ている。弁室202内には弁座207と協働するポペツト弁20
8が配置してあり、このポペツト弁はスピンドル209によ
つてサーボピストン203と同軸に連結してある。弁座207
のポペツト弁208側の側で、弁本体201は入口ポート210
を有し、この入口ポートには圧力媒質源が接続してい
る。弁座207のポペツト弁208から遠い方の側で、弁室20
2は圧力媒質シンクに接続する出口ポート211につながつ
ている。

流れ方向で見て弁座207の後方で弁室202内には補正用
シリンダ214が設けてあり、この中をスピンドル209に連
結した同軸の補正用ピストン213が案内される。ポペツ
ト弁208および補正用ピストン213の互いに近い方の端面
はほぼ同じ寸法となつている。シリンダ214は、補正用
ピストン213とポペツト弁208の間に、穿孔領域215を有
し、この穿孔領域を通してシリンダ214が出口ポート211
と連通する。

ポペツト弁の補正用ピストン213側の端面は同軸の截
頭体221を有し、この截頭体はピストン213に向つて細く
なつており、その機能については後に説明する。

入口ポート210および頂部シリンダ室206は管路216を
経て互いに連通しており、この管路内にはパイロツト弁
217が配置してある。２つのシリンダ室205,206はサーボ
ピストン203にある絞り203′によつて互いに連通してい
る。補正用シリンダのポペツト弁208から遠い方の端を
逃がし管路220が圧力媒質シンクに接続しており、この
圧力媒質シンクが出口ポート211に接続する圧力媒質シ
ンクと同じであると好ましい。底部シリンダ室205はダ
クトまたは通路212を通して逃がし管路220に接続してお
り、したがつて、圧力媒質シンクにも接続している。

サーボピストン203はスピンドル209に螺合してあり、
ピン218によつて錠止してある。シリンダ室205内には圧
縮ばね219が配置してあり、この圧縮ばねはポペツト弁2
08の閉鎖運動を助け、圧力がかかつていないときには弁
装置を閉鎖状態に維持するようになつている。

第２図は本発明による弁装置をその通常動作位置、す
なわち、閉鎖状態で示している。この状態では、パイロ
ツト弁217も閉じた状態である。その結果、底部シリン
ダ室205内の圧力、頂部シリンダ室206（絞り203′で底
部シリンダ室に通じている）内の圧力および補正用シリ
ンダ（これも通路212によつて頂部シリンダ室206と連通
し、ポペツト弁208から隔たつている）内の圧力が逃が
し管路220内と同じ低圧となる。ポペツト弁208と補正用
ピストン213の間の補正用シリンダ214内の圧力も出口ポ
ート211と同じ低圧である。一方、媒質の高い圧力がポ
ペツト弁の入口ポート210側の端面に作用し、ポペツト
弁208を押圧して弁座207と密封係合させている。シリン
ダ204内に生じた凝縮物は絞り203′および通路212を通
して除去され得る。

パイロツト弁217が開くと、入口ポート210の高圧が管
路216を経て頂部シリンダ室206に作用する。絞り203′
を経て逃げる圧力媒質の量は非常に少ないので、最初、
底部シリンダ室205内の圧力が低下することはなく、弁
装置の残りの部分における圧力環境は不変である。頂部
シリンダ室206を境しているサーボピストン端面が入口
ポート210内の高圧が作用するポペツト弁端面より大き
いので、スピンドル209およびそれに連結したすべての
構成要素は下降し、弁装置が開く。ポペツト弁208の背
面に作用している圧力は補正用ピストンのポペツト弁側
の端面にも作用する。これら後者の２つの端面はほぼ同
じ寸法なので、生じた力は相殺し、ポペツト弁208の位
置は多少の圧力サージでは影響を受けない。

弁装置の第１の開放相では、截頭体221は弁装置内の
圧力分布について均等効果すなわち補正効果を奏する。
弁がさらに開くと、入口ポート210の高圧が弁本体201内
で比較的急速に分配され、最終的には、弁装置が完全に
開いたとき、底部シリンダ室205と補正用シリンダのポ
ペツト弁208と反対側の端面のみが低圧を受ける。した
がつて、開放運動は第１図の曲線IIの通りに進行し、曲
線Ｉの水平部分（開放維持状態）に穏やかにつながる。

パイロツト弁217が閉じると、頂部シリンダ室206内の
圧力が低下し、（入口ポート210の圧力×入口ポート210
側のポペツト弁端面の面積）−（頂部シリンダ室206内
の圧力×頂部シリンダ室206側のサーボピストン203の端
面の面積）からの圧力差が作用し、ポペツト弁208が再
び閉じ、弁座207にしつかりと押し付けられる。

この動きは圧縮ばね219、補正用ピストン213の両端面
間の圧力差および流入する媒質によつても助けられる。
基本的には、これは第１図の曲線Ｉに従つて公知の弁装
置の閉鎖運動と同様に生じる。本発明による弁装置が閉
じた後、弁室202内の圧力が低下し、パイロツト弁217が
開く前にあつた圧力状態が再び設定される。

第３図に示す実施例では、圧力媒質の流れ方向は第２
図に示す弁装置の流れ方向と逆であり、逃がし原理に従
つて作動する。

第３図を参照し、入口ポート310の延びる弁室302が弁
本体301に設けてある。垂直方向のシリンダ304（一部の
みを図示する）が設けてあり、これは弁室302から遮断
されており、内部にサーボピストン303が配置してあ
り、このサーボピストンはシリンダ304を底部室305と頂
部室306とに分割している。弁室302内にはポペツト弁30
8が収容されており、これは弁座307と協働すると共にス
ピンドル309によつてサーボピストン303と同軸に連結し
てある。弁座307のポペツト弁308と反対の側では、圧力
媒質シンクに接続する出口ポート311が設けてある。

先の実施例と同様に、弁座307は補正用シリンダ314に
つながつており、この補正用シリンダは出口ポート内に
延びており、その中を第２のスピンドル309′でポペツ
ト弁308に同軸に連結された補正用ピストン313が案内さ
れる。ポペツト弁308および補正用ピストン303の互いに
近い側の端面はほぼ同じ寸法である。ピストン313と弁3
08の間において、シリンダ314は穿孔領域315を有し、こ
の穿孔領域を経てシリンダ314の内部が出口ポート311と
連通する。孔312が補正用シリンダのポペツト弁308から
遠い方の端を出口ポート311の内部に接続している。補
正用シリンダの端がじようご形であり、その底に孔312
が配置してあることにより、凝縮部の除去が可能であ
る。

２つのシリンダ室305,306は絞り303′によつて相互連
絡している。頂部シリンダ室306はパイロツト弁317を含
む逃がし管路320によつて圧力媒質シンクに接続してい
る。この圧力媒質シンクは出口ポート311が接続してい
るものと同じであると好ましい。底部シリンダ室305は
通路305′によつて入口ポート310の内部と連通してい
る。いかなる凝縮物も通路303′,305′を通してシリン
ダ304から排出できる。

先の実施例と同様に、ポペツト弁の出口ポート311側
の端面は同軸の截頭体321を有し、この截頭体はポペツ
ト弁308に向つて細くなつており、弁装置の開放時にお
ける圧力分布を均等化する助けとなる。

頂部シリンダ室306内には圧縮ばねが収容してあり、
これはポペツト弁308の閉鎖運動を助け、圧力が加わつ
ていないときに弁装置を閉鎖状態に維持する。

第３図に示す位置において弁装置はその通常作動位
置、すなわち、閉鎖状態にあり、パイロツト弁317も閉
鎖状態にある。通路305′によつて、底部シリンダ室305
は入口ポート310の圧力を受けている。頂部シリンダ室3
06も絞り303′によつて同じ圧力を受けている。補正用
ピストン313の両側にかかる圧力は出口ポート311と同じ
低圧を受けている。

パイロツト弁317が開くと、頂部シリンダ室306内の圧
力が低下する。絞り303′があるため、底部シリンダ室3
05内の圧力は高いままである。弁装置の残りの部分での
圧力状態は不変である。サーボピストン303の両端面に
作用する圧力差のため、サーボピストンは上昇し、ポヘ
ツト弁308を弁座307から分離させる。この運動中に、補
正用ピストン313は第２図の補正用ピストン213の弁装置
開放途中での動作と同じ要領でポペツト弁308と協働す
る。

パイロツト弁317が閉じると弁装置は閉じ、頂部シリ
ンダ室306内の圧力は圧力媒質が絞り303′を通して供給
される結果として入口ポート310の値に復帰する。２つ
のシリンダ室306,305内の圧力が等しくなつたとき、閉
鎖力がサーボピストン303に作用する。これは頂部側端
面が底部側端面より大きいからである。圧縮ばね319、
流入媒質および重力が弁装置の閉鎖運動を助ける。弁装
置が閉じた状態にあるとき、圧力環境はパイロツト弁31
7が開く前にあつた状態と同じになる。

第４図を参照して、ここでは２つの独立した弁装置、
すなわち、弁座と協働するように同軸に配置したポペツ
ト弁８を有する遮断弁装置と弁座407と協働するポペツ
ト弁408を有する安全弁装置が互いに組合わせてある。
これら２つの弁装置は互いに独立して作動できる。共通
の弁本体１が入口ポート10を通して圧力媒質供給源に接
続され、出口ポート11を経て圧力媒質シンクに接続され
ている。遮断弁装置は本体１内で案内され、ポペツト弁
８はスピンドル９によつてサーポピストン３に連結して
あり、このサーボピストンは本体１の構成する垂直方向
のシリンダ４内を案内される。サーボピストン３はシリ
ンダ４を底部室５と頂部室６とに分割している。頂部室
６は絞り２を包含する逃がし管路20を通して圧力媒質シ
ンクに接続している。この圧力媒質シンクは、たとえ
ば、出口ポート11が接続するものと同じである。パイロ
ツト弁17が配置されたダクト20′もこの逃がし管路20を
入口ポート10の内部に接続している。ポペツト弁８、ス
ピンドル９およびサーボピストン３は一体部材であり、
安全弁装置の可動部品を収容し、案内する。安全弁装置
は第２図の装置に類似したものであり、同様の構成要素
を三桁の参照数字、後の二桁の数字は同じであるが、第
４図では400で始まる参照数字で示す。しかしながら、
第２図と異なり、第４図の安全弁装置は負荷・逃がし原
理で作動する。そのために、底部シリンダ室405は通路4
20″によつてスピンドル409の延長部に通じ、接続室42
0′によつて安全逃がし管路420と連通する。安全逃がし
管路420は圧力媒質シンク（逃がし管路20が接続してい
るものと同じであると好ましい）に接続し、パイロツト
弁417を有する。管路50が遮断弁装置の底部シリンダ室
を圧力媒質シンクに接続しており、この管路50は弁417
の下流側で管路420に合流している。安全弁装置の頂部
シリンダ室406および遮断弁装置の底部シリンダ室６は
互いにつながつている。安全弁装置の２つのシリンダ室
406,405を絞り403′が相互接続している。

第４図は安全弁装置をその通常作動位置で示してお
り、パイロツト弁417は閉じた状態にある。しかしなが
ら、遮断弁装置はその通常作動位置で開いているが、説
明を明確にするために第４図では閉じた状態で示してあ
り、パイロツト弁17は開いた状態で示してある。入口ポ
ート10、遮断弁装置の頂部シリンダ室６（これはダクト
20′、逃がし管路20によつて接続している）および安全
弁装置の頂部シリンダ室406には同じ高圧が存在する。

絞り403′が存在しているために安全弁装置の底部シ
リンダ室にも同じ高圧が存在する。頂部シリンダ室６と
底部シリンダ室405の領域ではサーボピストン３の端面
面積が遮断、安全弁装置の入口ポート10側の端面の面積
より大きくなつているので、遮断弁装置は閉じた状態に
留まる。しかしながら、出口ポート11の低圧はポペツト
弁408と補正用ピストン413の間において補正用シリンダ
414に作用し、逃がし管路420内の圧力（これも低圧）は
補正用シリンダのポペツト弁408から遠い方の端に作用
する。したがつて、ポペツト弁408の両端面に作用する
圧力差と圧縮ばね419が安全弁装置を閉じた状態に保持
し、ピストン403はその両側に同じ圧力が作用するので
不動状態に留まる。管路20の絞り２を通して逃げる圧力
媒質の量は非常に少なく、さらに上流の領域になんら圧
力低下を生じさせないので、この作動位置は必要なだけ
維持される。

パイロツト弁17が閉じると、圧力媒質が絞り２を通つ
て逃げるので、遮断弁装置の頂部シリンダ室６、安全弁
装置の頂部シリンダ室406および底部シリンダ室405内の
圧力が低下する。その結果、入口ポート10内の高圧はポ
ペツト弁８を弁座７から離脱させる。すなわち、遮断弁
装置が開く。ケーシング１の穿孔領域415は、補正用シ
リンダ414内の圧力状態がほぼ不変のままであり、安全
弁装置が遮断弁装置を開かないまま上方に移動させる、
すなわち、ポペツト弁408が弁座407と密封係合したまま
移動させるように形成してある。両方の弁のこの作動位
置は、ポペツト弁８のパイロツト密封面100が弁本体１
と密封係合し、補正用シリンダ414の領域内に低圧を維
持するので、必要なだけ維持され得る。

パイロツト弁17が開くと、当初の圧力環境が復活し、
遮断弁装置は再び閉じ、安全弁装置は相対位置を変える
ことなくこの遮断弁装置に追従する。

絞り２の代わりに、遮断弁装置が閉じた状態にあると
きに生じる継続的な小漏洩を防ぐ弁装置を設けてもよ
い。

安全弁装置を作動させるには、パイロツト弁417を開
き、底部シリンダ室405内の圧力が通路420″、接続室42
0′および逃がし管路420を逃がす。したがつて、ピスト
ン403、スピンドル409、補正用ピストン413およびポペ
ツト弁408が下降し、安全弁装置が開く。これは第２図
の安全弁装置とまつたく同じ動作である。パイロツト弁
417が閉じると、当初の圧力状態が復活し、安全弁装置
が閉じる。

パイロツト弁217、317、417、17はソレノイド弁であ
ると好ましい。本発明は水平方向に移動するポペツト弁
を有す弁装置にも応用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知の弁のストロークを開放途中、開放状態、
閉鎖途中の時間に対してプロツトしたグラフである。 第２図から第４図は本発明による弁装置の種々の実施例
を示す縦断面図である。 図面において、201……弁本体、202……弁室、203……
サーボピストン、203′……絞り、204……シリンダ、20
5……底部シリンダ室、206……頂部シリンダ室、207…
…弁座、208……ポペツト弁、209……スピンドル、210
……入口ポート、211……出口ポート、213……補正用ピ
ストン、214……補正用シリンダ、215……穿孔領域、21
7……パイロツト弁、219……圧縮ばね、221……截頭
体。

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弁室を囲む本体と、弁室から遮断されてお
   り、サーボピストンによつて２つのシリンダ室に分割さ
   れているシリンダと、弁座に作用し、スピンドルによつ
   てサーボピストンに連結されているポペツト弁とを有
   し、本体が弁座のポペツト弁に近い方の側で入口ポート
   を経て圧力媒質源に接続しており、また、弁座のポペツ
   ト弁から遠い方の側で出口ポートを経て圧力媒質シンク
   に接続しており、さらに、前記２つのシリンダ室のうち
   少なくとも一方に選択的に種々の圧力を供給して弁座に
   弁を押し付けたり、あるいは、そこから離れるように移
   動させたりするようになつている圧力制御手段を備えた
   圧力媒質作動式弁装置において、弁座が、ポペツト弁か
   ら遠い方の側で、補正用シリンダにつながつており、こ
   の補正用シリンダ内をポペツト弁に同軸に連結した補正
   用ピストンが案内され、ポペツト弁および補正用ピスト
   ンの互いに近い方の端面がほぼ同じ寸法となつており、
   補正用ピストンとポペツト弁の間に位置する、補正用シ
   リンダのスペースが出口ポートに接続していることを特
   徴とする弁装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の弁装置において、補正用シ
   リンダのポペツト弁側の端が圧力媒質シンクに接続して
   いることを特徴とする弁装置。
3. 【請求項３】請求項１および２記載の弁装置において、
   ポペツト弁の出口ポート側の端面が截頭体を有し、この
   截頭体がポペツト弁から始まり、補正用ピストンに向つ
   て細くなつていることを特徴とする弁装置。
4. 【請求項４】請求項１から３のうちいずれか１つの項に
   記載の弁装置において、その可動部材が別の圧力媒質作
   動式弁装置の可動部材内に配置してあることを特徴とす
   る弁装置。
5. 【請求項５】請求項４記載の弁装置において、両方の弁
   装置の可動部材が互いに同軸に配置してあることを特徴
   とする弁装置。
6. 【請求項６】請求項１から５のうちのいずれか１つの項
   に記載の弁装置において、圧力媒質が弁装置によつて制
   御される流れであることを特徴とする弁装置。