JP3542299B2

JP3542299B2 - 空気圧流体制御弁装置

Info

Publication number: JP3542299B2
Application number: JP10651199A
Authority: JP
Inventors: エーチャールズジュニアウエイラー; ジーポールストーリス
Original assignee: ロスオペレイテイングバルブカンパニー
Priority date: 1998-04-14
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 2004-07-14
Anticipated expiration: 2019-04-14
Also published as: ES2232078T3; CN1250853A; GB2336421A; GB2336421B; EP0950816A2; DE69921007D1; CA2267745A1; JPH11351422A; BR9901053A; EP0950816B1; EP0950816A3; CN1105254C; US5918631A; DE69921007T2; GB9908456D0

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広くは、機械または他の装置の駆動に使用される空気圧作動形駆動シリンダ装置への（または該装置からの）空気圧作動流体としての加圧空気の流れを制御するのに使用される形式の空気圧流体制御弁に関する。より詳しくは、本発明は、効率的に高速作動できかつ空気圧作動流体の内部漏洩が実質的に存在しない空気圧制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気圧制御弁を使用して、プレス、プロセスライン装置またはアセンブリライン装置、または良く知られた他の広範囲の任意の工具または機器等の種々の形式の機械または装置の駆動に使用される空気圧シリンダ／ピストン装置のような空気圧流体作動形駆動機構の作動を制御することは良く知られている。一般に、このような空気圧流体制御弁は、弁装置自体および該弁装置により制御される機器の運転中に、数百万回の作動サイクルに亘って迅速に、摺動可能にかつ正確に作動することが要求される。また、エネルギ効率の要求、正確な作動パラメータ、関連プラント条件に関する要求、または他の設計的考察により、このような弁は、しばしば、空気圧作動流体の内部漏洩が少なくまたは最少になるようにして作動することが要求される。これらの要求は、現在使用されている広範囲の構成または形式の空気圧流体制御弁によりほぼ満たされているが、絶えず高まる技術的要求は、このような弁のより高レベルの性能を必要としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明によれば、より高速でかつ正確な作動ができ、かつ内部作動流体の漏洩が極めて小さくほぼゼロである空気圧流体制御弁装置が提供される。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明による空気圧流体制御弁装置は、典型的な構成として、外部の加圧された空気圧作動流体源に連結される作動流体入口と、１つ以上の作動流体負荷出口と、１つ以上の対応排出ポートとを備えた弁本体部分と、該弁本体部分内に配置された可動弁機構とを有している。制御弁装置は、１つの負荷出口を、最初に作動流体入口に連通させ、次に対応する排出ポートに連通させて、空気圧作動流体を駆動アクチュエータ装置に（および駆動アクチュエータ装置から）交互に伝達させるべく、空気圧制御流体圧力を可動弁機構に選択的に加えることができるパイロットオペレータに連結できる。
【０００５】
本発明の可動弁機構は、好ましくは、弁本体内の第１チャンバ内に移動可能に配置された第１可動弁要素を有し、第１チャンバは、第１作動流体負荷出口および対応する第１排出ポートと連通している。弁本体部分内の第２チャンバ内には第２可動弁要素が移動可能に配置され、第２チャンバは、第１チャンバ、作動流体入口および第１作動流体負荷出口と連通している。可動弁機構には、弁本体部分内の第３チャンバ内に移動可能に配置される第３可動弁要素を設けることもでき、第３チャンバは、第２チャンバと、第２作動流体負荷出口と、対応する第２排出ポートと連通するように構成される。弁本体内には、第１可動弁要素と第２可動弁要素との間で常時当接関係をなすように第１変形可能コネクタが配置され、（このようにした場合には）コネクタの変形により、第２可動弁要素と第３可動弁要素との間に調和運動すなわち応答運動が伝達される。弁本体部分の両端部に配置された１対のピストンが、第１および第２（または第１および第３）可動弁要素と当接係合しており、これにより、調和運動が可動弁機構に伝達されて作動流体入口と一方または他方の作動流体負荷出口とが選択的に連通されかつ逆の作動流体負荷出口と排出ポートとが連通される。
【０００６】
本発明の好ましい形態では、変形可能コネクタは、可動弁要素の移動経路に沿って、実質的に直線状のリニア・インライン配向をなして配置されており、可動弁要素は、少なくとも弁本体内のそれぞれの弁座に隣接する部分が球形（または少なくとも一部が球形）の弧状形状をなしている。また、本発明の好ましい形態では、変形可能コネクタは弾性変形可能なコイルスプリングであるが、他の弾性変形可能なコネクタ形状を使用することもできる。好ましい弾性変形可能な各コネクタは、弾性的に圧縮されて、その隣接する一方の可動弁要素に調和運動が伝達される前に、その隣接する他方の可動弁要素がかなりの距離を移動できるようにして、前記一方の可動弁要素をその反対側移動端に移動させる。
【０００７】
また、可動弁要素の摩耗を最小にするため、好ましいコイルスプリングコネクタの両端部は、上記隣接する好ましい可動弁要素の弧状球形面を補完するほぼ球形の凹弧状形状に研摩される。
【０００８】
本発明による空気圧流体制御弁装置のこのような好ましい構造は、作動の速度および精度に関して、並びに、弁要素の移動中の空気圧流体の好ましくない交差（クロスオーバ）漏洩をなくすか、少なくともほぼ最小限にすることに関して顕著な効果を発揮する。また、本発明は、並列にまたは４方弁として、並びに当業者に容易に理解できる他の形態で作動できる３方弁、４方弁および二重３方弁を含む種々の制御弁形式に有効に適用できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の他の目的、長所および特徴は、添付図面を参照して述べる以下の説明および特許請求の範囲の記載から明らかになるであろう。
【００１０】
図１〜図１３は、本発明による空気圧流体制御弁装置の好ましい実施形態を示す。当業者ならば、以下の説明および添付図面から、本発明の図示の実施形態は単なる例示でありかつ本発明の原理を適用できる種々の制御弁装置機構を示すものであることが容易に理解できるであろう。
【００１１】
最初に第１図〜第６図を参照して説明すると、例示の５ポート／４方・流体制
御弁装置１０は本体１２を有し、該本体１２は長手方向に貫通して延びている主ボアすなわち中央ボア１４を備え、該中央ボア１４の両端部はそれぞれの端キャップ１６、１８により閉鎖されている。また、本体１２は、主ボア１４より直径が小さくかつ長手方向に貫通して延びている２次ボア２０と、端キャップ１６、１８の間で２次ボア２０内を貫通して延びている中空フローチューブ２２とを有している。
【００１２】
弁本体１２は、典型的には、作動流体入口ポート２４と、１対の作動流体負荷ポート２６、２８と、これらのそれぞれに対応する１対の排出ポート３０、３２とを有している。制御弁装置１０の一般的な例示用途では、負荷ポート２６、２８は、空気圧作動形シリンダ（該シリンダ内には駆動ピストン３５が配置されている）のそれぞれの側部すなわちそれぞれの端部に連結される。
【００１３】
制御弁装置１０の好ましい形態は、関連弁座３７、３９を備えた全体として円筒状の第１スリーブ３６と、関連弁座４１、４３を備えた全体として円筒状のスリーブ４２とを有し、これらの全ての弁座は、弁本体１２の中央ボアすなわち主ボア１４内で、全体として直線状のリニア・インライン構成に配置されている。スリーブ３６の中空内部は第１チャンバ３６ａを形成し、スリーブ３６、４２の内部は協働して第２チャンバ３８ａを形成し、スリーブ４２の内部は第３チャンバ４２ａを形成している。
【００１４】
球形ボールの形態をなす好ましい可動ボール弁要素４６がスリーブ３６内で（従って、チャンバ３６ａ内で）長手方向直線移動できるように配置されており、かつ弁座３７とシール係合することができる。同様に、第２可動弁要素すなわち球形ボール弁要素４８がチャンバ３８ａ内で長手方向移動できるように配置されており、かつそれぞれの弁座３９、４１のいずれかと交互にシール係合することができる。同様に、第３可動弁要素すなわち球形ボール弁要素５０がスリーブ４２内で（従って、チャンバ４２ａ内で）長手方向直線移動できるように配置されており、かつ弁座４３とシール係合することができる。変形可能な弁要素コネクタ（好ましくは弾性変形可能なスプリングコネクタ４７、４９の形態をなす）が、隣接する球形のボール弁要素４６と４８との間、および球形ボール弁要素４８と５０との間にそれぞれ配置されており、スプリングコネクタ４７、４９は、これらに隣接する球形のボール弁要素４６、４８、５０のそれぞれの対に常時当接していて、これらの弁要素間に調和運動を弾性的に伝達する。
【００１５】
スリーブ３６内には、好ましくは球形のボール弁要素４６と常時当接関係をなして長手方向に直線移動できるように、ピストン５２も配置されている。ピストン５２の左側（図１〜図６で見たとき）にはピストンチャンバ３６ｂがある。同様に、中央ボア１４の反対側の端部にはピストン５４が配置されている。該ピストン５４からは一体成形された長手方向突出ロッド５６が延びており、該ロッド５６は球形ボール弁要素５０と常時当接関係をなしている。一体ロッド５６を備えたピストン５４は、好ましくは、長手方向に移動できるようにピストンスリーブ５８内に配置されており、該スリーブ５８内には１対のピストンチャンバ５８ａ、５８ｂが形成されている。
【００１６】
図１〜図６に示された本発明の実施形態では、慣用的な単一のパイロットオペレータ６０が制御弁装置１０と相互連結されており、該パイロットオペレータ６０は第１パイロットポート６１（パイロット供給源）を有している。該第１パイロットポート６１は、弁本体１２を通る通路６４を介して２次ボア２０（該ボアは中空フローチューブ２２の外側にあって、該チューブからシール隔絶されている）と流体連通している。２次ボア２０は、弁本体１２を通る通路６７を介して、ピストンチャンバ５８ａと流体連通している。この流体連通は常に存在するので、外部空気圧作動流体源が「オン」である限り、ピストン５４の右側すなわち外側のチャンバ５８ａの部分は常に加圧された状態にある。パイロットオペレータ６０の第２パイロットポート６３（パイロット排出口）は、弁本体１２を通る通路６５（概略的に示す）およびスリーブ３６の通路６６を介してチャンバ３６ａ（弁排出口）と流体連通している。ピストンチャンバ３６ｂは、弁本体１２を通る通路６８を介して中空フローチューブ２２の隔絶された内部と流体連通している。隔絶された中空フローチューブ２２の内部は、弁本体１２を通る通路６９（概略的に示す）およびピストンスリーブ５８を通る通路７０を介して、ピストンチャンバ５８ｂと流体連通している。第３パイロットポート６２は内部パイロット制御ポートであり、該ポートは、後述のように（当業者に良く知られた慣用的な態様で）、パイロットオペレータ６０の作動中にパイロットポート６１または６３のいずれかと選択的に連結され、制御弁装置１０の付勢を行なうことができる。パイロットポート６２は、通路７２（概略的に示す）およびスリーブ３６を通る通路７３を介してピストンチャンバ３６ｂと流体連通している。パイロットオペレータ６０は、電気的に、手動操作により、または他の任意の既知の慣用的手段により付勢することができる。
【００１７】
図１〜図６に示す連続作動を参照して、制御弁装置１０の作動を以下に説明する。図１において、外部空気圧流体源が「オン」にされると、加圧された空気圧作動流体が、入口ポート２４を通って、両スリーブ３６、４２により形成された入口チャンバ３８ａ内に搬送され、更に、通路７１を通って、シールされた中空フローチューブ２２の外部の２次ボア２０内に搬送される。加圧された作動入口流体はまた、チャンバ３８ａから、作動流体負荷ポート２８を通って作動シリンダ３４の一方の側に流入し、これにより、作動ピストン３５が作動シリンダ３４の反対側に押圧される。パイロットオペレータ６０は電気的に除勢されておりかつパイロット出力ポート６２はゼロ圧力にあるので、弁は図１に示された状態にある。加圧された空気圧作動流体は、２次ボア２０の長さに沿って流れ、更に右側（図１で見て）端キャップ１８の通路６７を通ってチャンバ５８ａ内に流入して、ピストン５４およびそのロッド５６に押圧力を作用する。これにより、球形ボール弁要素５０、４８、４６には、これらのスプリングコネクタ４９、４７およびピストン５２と一緒に、左向きの力が伝達される。図１に示す状態では、チャンバ３６ａは排出ポート３０に開通しておりかつパイロットポート６２は内部パイロット排出ポート６３に連結されているので、ピストン５２の左側（図１で見て）のチャンバ３６ｂ内には加圧された空気圧流体は全く存在しないことに留意されたい。
【００１８】
図２には、当業者に良く知られた態様でパイロットオペレータ６０を付勢して、パイロットポート６１とパイロットポート６２とを連結させ、弁機構が右方移動の開始時にある状態の制御弁装置１０が示されている。これにより、中空フローチューブ２２を包囲する２次ボア２０の部分からの加圧された空気圧流体が、通路６４を通って流れ得るようになる。この圧力流体は、次に、パイロットポート６１内に流入し、パイロットポート６２から流出して通路７２を通り、スリーブ３６の通路７３を介してチャンバ３６ａ内に流入する。チャンバ３６ｂ内のこの加圧された空気圧作動流体は、ピストン５２に右向き（図２で見て）の押圧力を作用する。このような加圧された空気圧流体は、チャンバ３６ｂから通路６８を通って、中空フローチューブ２２のシール隔絶された内部に流入する。中空フローチューブ２２の隔絶された内部からの加圧された空気圧流体は、弁本体１２の概略的に示す通路６９を通りかつスリーブ５８の通路７０を通ってチャンバ５８ｂに連通し、該チャンバ５８ｂ内で、ピストン５４の環状領域およびロッド５６に右向き（図２で見て）の押圧力を作用する。
【００１９】
ピストン５４を右方（図２で見て）に押圧する加圧されたパイロット流体は、ピストン５４の反対側に作用するチャンバ５８ａ内の空気圧流体の左向きの力を大幅に低減させる。かくして、ピストン５４からの大幅に低減された左向きの力は、ピストン５２が、ボール弁要素４６、４８をそれぞれの弁座３７、４１に向けて右方に押圧することを可能にし、かつボール弁要素５０が右方に移動して負荷ポート２８を排出ポート３２に開通させることを可能にする。図２に示すように、球形ボール弁要素４６が右方に移動し始めかつスプリングコネクタ４７が圧縮されていて、このため、球形ボール弁要素４８が右方に押圧されてその弁座から離れ始めている。しかしながら、スプリングコネクタ４７の弾性圧縮可能性により、球形ボール弁要素４６は、球形ボール弁要素４８が移動し始める前に或る程度移動できることに留意されたい。
【００２０】
図３では、図２に示した弁要素の上記右方への移動が、球形ボール弁要素４６がスリーブ３６の弁座３７上に完全に座合するまで進行しており、かつこれまでに圧縮されたスプリングコネクタ４７の「瞬発（snap-reaction）」伸長により、球形ボール弁要素４８が、スリーブ４２の弁座４１上にシール態様で座合し、従ってスプリングコネクタ４９を圧縮する位置まで右方に移動している。この場合にも、球形ボール弁要素４８は、ボール弁要素５０が移動し始めるよりかなり前に移動することを留意されたい。
【００２１】
図４では、ピストン５４の環状領域（ロッド５６を包囲する領域）に作用する上記右向きの力と組み合わされる、以前に圧縮されたスプリングコネクタ４９の「瞬発」力が、球形ボール弁要素５０を非常に迅速に押圧して、ボール弁要素５０を、排出チャンバ４２ａ内のその弁座４３から完全に引き離している。同様に、ロッド５６およびピストン５４も、非常に迅速にこれらの右方への完全移動限度まで押圧された状態にある。この状態では、負荷ポート２６は、流体入口ポート２４と完全な自由流体連通状態にありかつその対応する排出ポート３０との連通が阻止されている。同様に、負荷ポート２８は、流体入口ポート２４との流体連通は阻止されているが、その排出ポート３２とは完全な自由流体連通状態にある。この組み合わせは、図４に示すように、シリンダ３４の右側部分の排出および左側部分の加圧をもたらし、これにより駆動ピストン３５を右方に押圧する。
【００２２】
図５では、オペレータによりパイロットがその除勢状態に戻されていて、パイロットポート６１と６２との連通が再び阻止され、従ってパイロットポート６２が再びパイロット排出ポート６３と連通している状態にある。これにより、チャンバ３６ｂが減圧され、かつピストン５２に右方に作用しかつロッド５６を包囲するピストン５４の環状部分にも作用する圧力が低減される。入口ポート２４を通る加圧された空気圧作動流体の供給が「オン」であるときには、いつでも、ピストン５４に対し左方に作用するチャンバ５８ａ内の圧力が存在するため、ピストン５４が左方に移動し始めている。これにより、球形のボール弁要素５０が左方に押圧されかつスプリングコネクタ４９が圧縮され、最終的には、左向きの力が、ボール弁要素４８、スプリングコネクタ４７、ボール弁要素４６およびピストン５２に伝達される。
【００２３】
図５に示すこの左方への移動は連続し、図６に示すように、球形ボール弁要素５０を弁座４３上に完全に座合させ、かつ球形ボール弁要素４８、４６が図１に示すこれらの元の座合位置に戻されるまで、これらのボール弁要素４８、４６を移動させる。図１に関連して前述したように、加圧された空気圧作動流体は、負荷ポート２６から、チャンバ３６ａおよび排出ポート３０を通って再び排出され、加圧された作動流体は、入口ポート２４から、負荷ポート２８を通って作動シリンダ３４内に流入して、駆動ピストン３５を図面で見て左方に押圧する。
【００２４】
図１〜図６に関連して連続的に上述したように、弾性変形可能なスプリングコネクタ４７、４９の「瞬発」力は非常に迅速に生じ、球形ボール弁要素４６、４８、５０も、これらの反対側移動端部のそれぞれの位置に、非常に迅速にすなわち「瞬時に」移動する。また、図１〜図６に示した連続作動を比較することにより理解されようが、このような組み込まれた弾性体により、各ボール弁要素は（左方または右方に）かなり移動して、その隣接するスプリングコネクタを、次に隣接するボール弁要素が調和反作用（coordinated reaction）により移動し始める前に、圧縮する。かくして、空気圧作動流体が、入口ポート２４から負荷ポート２６およびその排出ポート３０の両者（または同様に、負荷ポート２８およびその排出ポート３２の両者）に連通されるまでの時間の長さは、実質的に最短時間に短縮される。弁機構が直接入口−出口流を可能にする時間のこの短縮は、交差（クロスオーバ）損失を低下させることができる。
【００２５】
好ましい球形ボール弁要素４６、４８、５０は、ステンレス鋼、または高ジュロメータ硬度のゴム、エラストマまたはプラスチックのような、硬くて適度の耐久性をもつ材料で作られる。しかしながら、球形ボール弁要素に与える過度の摩耗、かじりまたは他のこのような損傷を防止または少なくとも実質的に最小にする（従って、不適正座合による漏洩を防止する）ため、スプリングコネクタ４７、４９の両端部にほぼ球形の弧状凹部を形成するのが有効であることが判明している。このような成形作業は図７および図８に示すようにして行なわれる。すなわち、例えばスプリングコネクタ４７の一端を、球形のボール弁要素４６、４８、５０の半径を補完する適当な半径をもつボールグラインダ８０により研摩する。この研摩作業（研摩作業の最初の状態が図７に、完了した状態が図８に示されている）は、スプリングコネクタ４７の端部に上記補完的な球形弧状凹部を形成するだけでなく、スプリングコイルの端湾曲部の自由終端部（例えば、図７および図８に参照番号４７ａで示す部分）が、これに当接する球形弁要素に擦りむきまたはえぐれ等の損傷を与える虞のあるコイルスプリングの急変尖端部を形成する傾向を低減させる。
【００２６】
図１〜図６に示すコイル形のスプリングコネクタ４７、４９は、本発明の原理を遂行する上で非常に好ましいけれども、当業者ならば、本発明に従って構成される制御弁に他の弾性変形可能コネクタを使用できることは容易に理解されよう。図９には、このような別のコネクタ構造の一例が示されており、この例では、弾性コネクタ１４７、１４９が中空管状体からなり、該管状体は、空気圧流体が通り得るようにするための、壁を半径方向に貫通する複数の開口を有している。このような管状弾性コネクタは、コネクタの合成弾性係数が、制御弁の作動に包含される力の所与の大きさに適合する限り、高ジュロメータ硬度を有するゴム、適当なエラストマまたはプラスチック、または他の天然または合成の弾性変形可能な弾性材料で構成できる。
【００２７】
図１０〜図１３は、４方弁、または２パイロットオペレータの「オン／オフ」状態に基づいて並列に作用する二重３方制御弁として機能する二重パイロット形制御弁装置２１０に適用される本発明のもう１つの実施形態を示す。図１０〜図１３に示す例示の制御弁装置の多くの構成部品は、図１〜図６に示した制御弁装置１０の或る対応構成部品または要素と同じまたは少なくとも機能的に同等である。従って、図１０〜図１３におけるこのような対応部品または要素は、図１〜図６の対応部品または要素の参照番号に２００を加えた２００番台の参照番号で示されている。また、図１０〜図１３に示す別の制御弁装置２１０は、図１〜図６のように垂直平面で切断したのではなく、水平平面で切断したものであることに留意されたい。
【００２８】
図１０〜図１３（これらの図面では、パイロットオペレータ２６０ａ、２６０ｂが単に概略的形態で示されている）では、制御弁装置２１０は、本体２１２と、単一の主ボアすなわち中央ボア２１４（該ボア内には多数の段がある）と、両端部の端キャップ２１６、２１８とを有している。図１〜図６の制御弁装置１０のように、制御弁装置２１０は、入口ポート２２４（図１０、図１２および図１３には示されていない）と、１対の作動流体負荷ポート２２６、２２８と、１対の対応するそれぞれの排出ポート２３０、２３２とを有し、これらの入口ポート、負荷ポートおよび排出ポートは、弁本体２１２の底を通って、垂直かつ下方（図１０〜図１３で見て）に延びている。以下の説明から容易に理解されようが、制御弁装置２１０は広範囲の制御装置に使用でき、これらの用途として、単一のシリンダ／ピストン駆動装置を付勢する制御装置、または単一の一体型弁装置から２つ以上のシリンダ／ピストン駆動装置をも付勢する制御装置がある。
【００２９】
制御弁装置２１０はまた、弁本体２１２内に２次ボアおよび中空フローチューブが全く設けられていない点でも、図１〜図６の制御弁装置１０とは異なっている。また、おそらく最も顕著な相違点であろうが、制御弁装置２１０の中央チャンバ２３８ａの球形ボール弁要素２４８は、中央チャンバ２３８ａ内に配置されたほぼ半球形の２つの弁要素すなわち半球形のボール弁要素２４８ａ、２４８ｂからなる分割球形弁要素により置換されている。半部要素２４８ａ、２４８ｂのそれぞれの平坦面部には、中央スプリングコネクタ２５５を受け入れるための凹状開口２４５ａ、２４５ｂを形成するのが好ましい。中央スプリングコネクタ２５５は、両半部要素２４８ａ、２４８ｂを互いに離れる方向に弾性的に押圧（例えば、図１１参照）すると同時に、両半部要素２４８ａ、２４８ｂが、図１０に示すように相互当接関係をなして一緒に移動するか、図１１に示すように互いに離れた関係をなして別々に移動させることを可能にする。
【００３０】
図１０に示すように、パイロットオペレータ２６０ａが付勢状態すなわち「オン」状態にありかつパイロットオペレータ２６０ｂが除勢状態すなわち「オフ」状態にあるとき、入口ポート２２４（図１０、図１２および図１３には示されていない）からの空気圧作動流体は、（図１〜図６の制御弁装置１０に関連して上述したのと同じ態様で）チャンバ２３８ａおよび弁本体２１２の通路を通ってチャンバ２５８ａ内に流入し、ピストン２５４を左方（図１０で見て）に押圧する作用をする。同時に、図１０ではパイロットオペレータ２６０ｂが除勢された状態にあるので、右方に作用する反対方向の加圧された空気圧作動流体がピストン２５２に作用することはない。かくして、ボール弁要素２４６、２４８ａ、２４８ｂ、２５０およびスプリングコネクタ２４７、２５５、２４９は全てが左方に押圧され、加圧された空気圧作動流体が、入口ポート２２４から、負荷ポート２２８を通って、空気圧作動形装置（図示せず）に流れ得るようにする。負荷ポート２２８は、図１０に示す状態においては、その関連対応排出ポート２３２との流体連通が阻止される。しかしながら、これに対し、負荷ポート２２６はその関連対応排出ポート２３０と自由流体連通した状態にあるが、入口ポート２２４との連通からは阻止されている。パイロットオペレータ２６０ａが付勢されかつパイロットオペレータ２６０ｂが除勢されている、この図示の状態では、制御弁装置２１０は４方制御弁として機能する。
【００３１】
図１１では、パイロットオペレータ２６０ａ、２６０ｂの両者が除勢状態すなわち「オフ」状態にあり、従って、負荷ポート２２８、２２６と、これらのそれぞれの対応排出ポート２３２、２３０との流体連通が可能である。ピストン２５２、２５４の外側に作用する、加圧された対向空気圧作動流体は存在しないので、中央の押圧スプリングコネクタ２５５の力によって両半部要素２４８ａ、２４８ｂが押し開かれ、これにより、入口ポート２２４からいずれかの負荷ポート２２６または２２８への流れが阻止される。両パイロットオペレータが除勢状態すなわち「オフ」状態にあるこの状態では、制御弁装置２１０は、並列二重３方弁として機能する。
【００３２】
同様に、両パイロットオペレータ２６０ａ、２６０ｂが付勢状態すなわち「オン」状態にある図１２に示すように、両ピストン２５２、２５４は、弁本体２１２の中心に向かって内方に押圧され、中央スプリングコネクタ２５５の外方に押圧するばね力に打ち勝つ。これにより、半部要素２４８ａ、２４８ｂを再び互いに当接係合させ、加圧された空気圧作動流体が、入口ポート２２４から両負荷ポート２２６、２２８を通って１つ以上の空気圧シリンダまたは他の流体作動形装置に流れ得るようにする。両パイロットオペレータ２６０ａ、２６０ｂが付勢されているこの状態では、制御弁装置２１０はまた、並列二重３方弁として作動する。
【００３３】
最後に、図１３に示すように、パイロットオペレータ２６０ａは除勢状態すなわち「オフ」にあり、一方パイロットオペレータ２６０ｂは付勢状態すなわち「オン」状態にあり、従って、弁要素およびスプリングコネクタは、図１１に示した状態とは反対側の位置に押圧されている。制御弁装置２１０が４方弁として機能するこの状態では、加圧された空気圧作動流体は、入口ポート２２４から負荷ポート２２６を通って、１つ以上の空気圧流体作動形装置に流れることができる。
【００３４】
図１０〜図１３に示した種々の作動状態を比較することにより当業者には容易に理解されようが、広範囲の用途に制御弁装置２１０を使用することができる。このような用途として、２つ以上の作動装置の並列作動、２つ以上の作動装置の別々の独立作動、または簡単なプシュ・プル作動よりも広範囲の作動条件が要求される単一の作動装置のより特殊かつ正確な制御がある。
【００３５】
また、本発明の原理は、図１〜図１３に例示の目的で、２つの負荷ポートおよび２つの対応排出ポートを備えた弁構造について説明したが、本発明の原理は、単一の入口ポート、単一の負荷ポートおよび対応する単一の排出ポートのみを備えている制御弁構造にも等しく適用されることに留意すべきである。このような用途の一例として、シリンダ内部に加圧流体が導入された場合にのみ、戻しスプリングによりその戻り位置に弾性的に押圧されかつ戻しスプリングの押圧力に抗して強制移動されるピストンを備えたシリンダ／ピストン作動装置の簡単作動を可能にする例がある。このような弾性戻しスプリングは、このような加圧された空気圧作動流体がシリンダの内部から排出されると、ピストンをシリンダ内の元の位置に戻すべく機能する。
【００３６】
しかしながら、図１〜図１３に示す全ての用途において、弾性スプリングコネクタは、隣接弁要素のうちの一方の要素の迅速な「瞬発」移動を引き起こす前に、他方の隣接弁要素をかなりの大きさで移動できるようにする。
【００３７】
以上の記載は、本発明の実施形態を例示の目的でのみ開示しかつ説明したものである。当業者ならば、上記記載、添付図面および特許請求の範囲の記載から、特許請求の範囲に記載された本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の変更および修正をなし得ることは容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による５ポート／４方・空気圧流体制御弁装置の縦断面図（明瞭化のため、或る流路は概略的に示されている）であり、入口からの空気圧作動流体が、１つの作動流体負荷出口と連通し、かつ他の作動流体負荷出口およびその関連排出ポートと連通している他の作動流体負荷出口との流体連通が阻止されている状態にある弁装置を示すものである。
【図２】図１と同様な縦断面図であるが、作動流体入口と、対をなす作動流体負荷出口のうちの他方の作動流体負荷出口との流体連通が開始される初期遷移移動状態にある空気圧流体制御弁装置の可動弁機構を示すものである。
【図３】図２と同様な縦断面図であるが、作動流体入口と、他方の作動流体負荷出口との完全流体連通を与え、かつ作動流体入口と最初に述べた作動流体負荷出口との流体連通を阻止し、かつ最初に述べた負荷出口を開いて排出を開始させるべく更に移動された可動弁機構を示すものである。
【図４】図３と同様な縦断面図であるが、最初に述べた作動流体負荷出口と、その関連排出ポートとの完全流体連通を更に行なうべく、可動弁機構の移動が完了した状態を示すものである。
【図５】図４と同様な縦断面図であるが、可動弁機構が、図１に示した状態へのその逆戻り移動を開始した、可動弁機構の移動サイクルの第２半部（すなわち戻り部分）の開始を示すものである。
【図６】図５と同様な縦断面図であるが、可動弁機構が図１に示した状態に戻るべく更に移動しているところを示すものである。
【図７】所望の球形弧状凹部に研摩すべき一端を備えた好ましい弾性コイルスプリングコネクタを示す拡大詳細図である。
【図８】図７と同様な拡大詳細図であるが、弾性コイルスプリングコネクタの端部の研摩状態を示すものである。
【図９】それぞれの隣接可動弁要素の間に当接して配置される弾性変形可能コネクタの他の実施形態を示すものである。
【図１０】本発明の制御弁装置の他の実施形態であって、二重パイロットオペレータのうちの一方のパイロットオペレータが「パイロット・オフ」状態にありかつ他方のパイロットオペレータが「パイロット・オン」状態にあって、弁装置が４方作動モードになっている状態を示すものである。
【図１１】図１０と同様な図面であるが、両パイロットオペレータが「パイロット・オフ」状態にあり、従って排出モードにある両弁部分と並列な二重３方弁として機能している弁装置を示すものである。
【図１２】図１０および図１１と同様な図面であるが、両パイロットオペレータが「パイロット・オン」状態にあり、従って「除圧（pressure-out)」モードにある両弁部分と並列な二重３方弁としても機能している制御弁装置を示すものである。
【図１３】図１０〜図１２と同様な図面であるが、両パイロットオペレータが図１０の状態とは逆の状態にあり、従って再び４方弁として作動している制御弁装置を示すものである。
【符号の説明】
１０制御弁装置
２０２次ボア
２２中空フローチューブ
２４作動流体入口ポート
２６、２８作動流体負荷ポート
３４空気圧作動シリンダ
４６、４８、５０ボール弁要素
４７、４９スプリングコネクタ
５２、５４ピストン
６０パイロットオペレータ

Claims

弁本体部分と、加圧された空気圧作動流体源に連結可能な、前記弁本体部分に設けられた作動流体入口と、弁本体部分に設けられた１対の作動流体負荷出口と、可動弁機構とを有する空気圧流体制御弁装置であって、選択された１つの負荷出口を作動流体入口に連通させるべく、空気圧制御流体圧力を前記可動弁機構に選択的に加えるためのパイロットオペレータに連結可能な空気圧流体制御弁装置において、前記可動弁機構は、弁本体部分内の第１チャンバ内に移動可能に配置された第１可動弁要素を有し、前記第１チャンバは第１作動流体負荷出口と連通しており、前記可動弁機構は弁本体部分内の第２チャンバ内に移動可能に配置された第２可動弁要素を有し、前記第２チャンバは第１チャンバ、作動流体入口および第１作動流体負荷出口と連通しており、前記可動弁機構は弁本体部分内の第３チャンバ内に移動可能に配置された第３可動弁要素を有し、前記第３チャンバは第２チャンバおよび第２作動流体負荷出口と連通しており、第１チャンバ内には第１チャンバ弁座が設けられ、該第１チャンバ弁座は第１可動弁要素とシール係合して、第１チャンバと第２チャンバとの間の連通および第１チャンバと第１作動流体負荷出口との間の連通を選択的に阻止し、第２チャンバは１対の第２チャンバ弁座を有し、該第２チャンバ弁座は前記第２チャンバの両端部に配置され、一方の第２チャンバ弁座は第２可動弁要素とシール係合して、第１チャンバと第２チャンバとの間の連通および第２チャンバと第１作動流体負荷出口との間の連通を選択的に阻止し、他方の第２チャンバ弁座は第２可動弁要素とシール係合して、第２チャンバと第３チャンバとの間の連通および第２チャンバと第２作動流体負荷出口との間の連通を選択的に阻止し、第３チャンバ内には第３チャンバ弁座が設けられ、該第３チャンバ弁座は第３可動弁要素とシール係合して、第２チャンバと第３チャンバとの間の連通および第３チャンバと第２作動流体負荷出口との間の連通を選択的に阻止し、前記可動弁機構は更に、第１可動弁要素と第２可動弁要素との間に調和運動をコネクタの変形により伝達するための、第１可動弁要素と第２可動弁要素との間でこれらに常時当接するように配置された第１変形可能コネクタと、第２可動弁要素と第３可動弁要素との間に調和運動をコネクタの変形により伝達するための、第２可動弁要素と第３可動弁要素との間でこれらに常時当接するように配置された第２変形可能コネクタとを有し、各変形可能コネクタは、前記可動弁要素のうちの一方の可動弁要素にそれぞれの調和運動を伝達する前に、他方の可動弁要素の移動に応答して変形することを特徴とする空気圧流体制御弁装置。
前記流体制御弁装置は、大気と連通する、弁本体部分に設けられた第１および第２作動流体排出ポートを有し、第１作動流体排出ポートは第１チャンバと連通しており、第２作動流体排出ポートは第３チャンバと連通しており、第１チャンバ弁座と第１可動弁要素とのシール係合はまた、第１作動流体入口と第１作動流体排出ポートとの連通を選択的に阻止し、第３チャンバ弁座と第３可動弁要素とのシール係合はまた、第２作動流体出口と第２作動流体排出ポートとの連通を選択的に阻止することを特徴とする請求項１に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記可動弁要素の移動を選択的に制御すべく作動するパイロット装置を更に有することを特徴とする請求項１に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記可動弁機構は、第１可動弁要素に運動を選択的に伝達すべく第１可動弁要素と常時当接関係をなして第１チャンバに隣接して移動可能に配置された第１ピストンと、第３可動弁要素に運動を選択的に伝達すべく第３可動弁要素と常時当接関係をなして第３チャンバに隣接して移動可能に配置された第２ピストンとを更に有することを特徴とする請求項１に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記第１および第２ピストンの移動を選択的に制御すべく作動するパイロット装置を更に有することを特徴とする請求項４に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記可動弁要素の移動を選択的に制御すべく作動するパイロット装置を更に有することを特徴とする請求項２に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記可動弁機構は、第１可動弁要素に運動を選択的に伝達すべく第１可動弁要素と常時当接関係をなして第１チャンバに隣接して移動可能に配置された第１ピストンと、第３可動弁要素に運動を選択的に伝達すべく第３可動弁要素と常時当接関係をなして第３チャンバに隣接して移動可能に配置された第２ピストンとを更に有することを特徴とする請求項２に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記第１および第２ピストンの移動を選択的に制御すべく作動するパイロット装置を更に有することを特徴とする請求項７に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記可動弁要素および変形可能コネクタは、可動弁要素の移動経路に沿って、実質的に直線状のリニア・インライン配向をなして配置されていることを特徴とする請求項１に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記各可動弁要素は、そのそれぞれの弁座に少なくとも隣接するほぼ球形の弧状形状を有することを特徴とする請求項１に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記各可動弁要素はほぼ球形であることを特徴とする請求項１に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記変形可能コネクタは弾性変形可能であることを特徴とする請求項１に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記変形可能コネクタは弾性変形可能なコイルスプリングであることを特徴とする請求項１に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記各可動弁要素はほぼ球形であり、各変形可能コネクタは、前記ほぼ球形の可動弁要素の１つに隣接して常時当接関係をなす、少なくとも１つの凹状でほぼ球形の弧状端部を有することを特徴とする請求項１に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記変形可能コネクタは弾性変形可能なコイルスプリングであり、凹状でほぼ球形の弧状端部はコイルスプリングのそれぞれの端湾曲部に形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記可動弁要素は金属材料からなることを特徴とする請求項１に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記可動弁要素はエラストマ材料からなることを特徴とする請求項１に記載の空気圧流体制御弁装置。
弁本体部分と、加圧された空気圧作動流体源に連結可能な、前記弁本体部分に設けられた作動流体入口と、弁本体部分に設けられた１対の作動流体負荷出口と、可動弁機構とを有する空気圧流体制御弁装置であって、選択された１つの負荷出口を作動流体入口に連通させるべく、空気圧制御流体圧力を前記可動弁機構に選択的に加えるためのパイロットオペレータに連結可能な空気圧流体制御弁装置において、前記可動弁機構は弁本体部分内の第１チャンバ内に移動可能に配置された第１可動弁要素を有し、前記第１チャンバは第１作動流体負荷出口と連通しており、前記可動弁機構は弁本体部分内の第２チャンバ内に移動可能に配置された第２可動弁要素を有し、前記第２チャンバは第１チャンバ、作動流体入口および第１作動流体負荷出口と連通しており、前記可動弁機構は弁本体部分内の第３チャンバ内に移動可能に配置された第３可動弁要素を有し、前記第３チャンバは第２チャンバおよび第２作動流体負荷出口と連通しており、前記可動弁機構は更に、第１可動弁要素と第２可動弁要素との間に調和運動をコネクタの変形により伝達するための、第１可動弁要素と第２可動弁要素との間でこれらに常時当接するように配置された第１変形可能コネクタと、第２可動弁要素と第３可動弁要素との間に調和運動をコネクタの変形により伝達するための、第２可動弁要素と第３可動弁要素との間でこれらに常時当接するように配置された第２変形可能コネクタとを有し、各変形可能コネクタは、前記可動弁要素のうちの一方の可動弁要素にそれぞれの調和運動を伝達する前に、他方の可動弁要素の移動に応答して変形し、第２可動弁要素は、第２チャンバ内で互いに係合して相互に当接する関係をなすことができる２つの第２可動弁半部要素からなり、該半部要素は第２チャンバ内で互いに離脱して間隔を隔てた関係をなすこともでき、前記可動弁機構は、両半部要素間に配置されかつ該半部要素を押圧して互いに間隔を隔てた関係にする第３変形可能コネクタを更に有することを特徴とする空気圧流体制御弁装置。
前記第１チャンバ内には第１チャンバ弁座が設けられ、該第１チャンバ弁座は第１可動弁要素とシール係合して、第１チャンバと第２チャンバとの間の連通および第１チャンバと第１作動流体負荷出口との間の連通を選択的に阻止し、第２チャンバは１対の第２チャンバ弁座を有し、該第２チャンバ弁座は第２チャンバの両端部に配置され、一方の第２チャンバ弁座は一方の第２可動弁半部要素とシール係合して、第１チャンバと第２チャンバとの間の連通および第２チャンバと第１作動流体負荷出口との間の連通を選択的に阻止し、他方の第２チャンバ弁座は他方の第２可動弁半部要素とシール係合して、第２チャンバと第３チャンバとの間の連通および第２チャンバと第２作動流体負荷出口との間の連通を選択的に阻止し、第３チャンバ内には第３チャンバ弁座が設けられ、該第３チャンバ弁座は第３可動弁要素とシール係合して、第２チャンバと第３チャンバとの間の連通および第３チャンバと第２作動流体負荷出口との間の連通を選択的に阻止することを特徴とする請求項１８に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記流体制御弁装置は、大気と連通する、弁本体部分に設けられた第１および第２作動流体排出ポートを有し、第１作動流体排出ポートは第１チャンバと連通しており、第２作動流体排出ポートは第３チャンバと連通しており、第１チャンバ弁座と第１可動弁要素とのシール係合はまた、第１作動流体入口と第１作動流体排出ポートとの連通を選択的に阻止し、第３チャンバ弁座と第３可動弁要素とのシール係合はまた、第２作動流体出口と第２作動流体排出ポートとの連通を選択的に阻止することを特徴とする請求項１９に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記可動弁要素の移動を選択的に制御すべく作動するパイロット装置を更に有することを特徴とする請求項１８に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記可動弁機構は、第１可動弁要素に運動を選択的に伝達すべく第１可動弁要素と常時当接関係をなして第１チャンバに隣接して移動可能に配置された第１ピストンと、第３可動弁要素に運動を選択的に伝達すべく第３可動弁要素と常時当接関係をなして第３チャンバに隣接して移動可能に配置された第２ピストンとを更に有することを特徴とする請求項１９に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記第１および第２ピストンの移動を選択的に制御すべく作動するパイロット装置を更に有することを特徴とする請求項２２に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記可動弁要素の移動を選択的に制御すべく作動するパイロット装置を更に有することを特徴とする請求項２０に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記可動弁機構は、第１可動弁要素に運動を選択的に伝達すべく第１可動弁要素と常時当接関係をなして第１チャンバに隣接して移動可能に配置された第１ピストンと、第３可動弁要素に運動を選択的に伝達すべく第３可動弁要素と常時当接関係をなして第３チャンバ内に移動可能に配置された第２ピストンとを更に有することを特徴とする請求項２０に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記第１および第２ピストンの移動を選択的に制御すべく作動するパイロット装置を更に有することを特徴とする請求項２５に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記可動弁要素および変形可能コネクタは、可動弁要素の移動経路に沿って、実質的に直線状のリニア・インライン配向をなして配置されていることを特徴とする請求項１８に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記各可動弁要素は、そのそれぞれの弁座に少なくとも隣接するほぼ球形の弧状形状を有することを特徴とする請求項１９に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記第１および第３可動弁要素の各々がほぼ球形であり、第２可動弁半部要素の各々がほぼ半球形でありかつ両半部要素が相互当接関係をなしているときにはほぼ球形を形成することを特徴とする請求項１８に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記変形可能コネクタは弾性変形可能であることを特徴とする請求項１８に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記変形可能コネクタは弾性変形可能なコイルスプリングであることを特徴とする請求項１８に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記第１および第３可動弁要素の各々がほぼ球形であり、第２可動弁半部要素の各々がほぼ半球形でありかつ両半部要素が相互当接関係をなしているときにはほぼ球形を形成し、第１および第２変形可能コネクタの各々が、前記ほぼ球形の可動弁要素の１つに隣接して常時当接関係をなす、少なくとも１つの凹状でほぼ球形の弧状端部を有することを特徴とする請求項１８に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記変形可能コネクタは弾性変形可能なコイルスプリングであり、凹状でほぼ球形の弧状端部はコイルスプリングのそれぞれの端湾曲部に形成されていることを特徴とする請求項３２に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記可動弁要素は金属材料からなることを特徴とする請求項１８に記載の空気圧流体制御弁装置。
前記可動弁要素はエラストマ材料からなることを特徴とする請求項１８に記載の空気圧流体制御弁装置。