JP3960604B2 - 一体型高速駆動弁 - Google Patents

Description

本発明は、大流量高圧ガスの高速開放、飛翔体発射装置のための高圧ガスの供給、高圧ガスの流量制御などに利用する高速駆動弁に関するものである。

高速飛翔体発射装置のための高圧ガス供給を実現したり、高分子材料や脆性材料の加工等のために衝撃波を発生させるには、高圧力差でしかも大流量・大口径のもとに高速作動する弁が必要とされる。

従来から一般的に利用されている電磁弁は、高速作動に適しているが、現在、２５気圧以上というような圧力差のもとで高速作動する電磁弁は市販されていない。そこで、このような目的の弁としては、従来から、金属膜やマイラー膜などによって隔離された部分に高圧ガスを充填しておき、その破膜によって大流量・大口径で高速作動する弁を構成させている。しかしながら、このような膜を利用する場合には、繰返し操作性、膜の破片による内部汚染、再現性の悪さ等の問題がある。

また、たとえば初期の目的を達成するものが実現できても、それを一体型として任意の管路系に簡易に接続できることが要求される。

このような問題を解決し、かつ、上記要求を満たすものとして、一体型の高速駆動弁がある（特許文献１）
特公平４−３８９５２

本発明の目的は、より高速動作が可能な一体型高速駆動弁を提供することにある。

本発明の一体型高速駆動弁は、
高圧室を構成する圧力容器と、
前記圧力容器に取り付けられた第１弁ボディおよび第２弁ボディと、を含み、
前記第１弁ボディは、
前記高圧室からの高圧ガスを所定の管路系に排出する排出口と、
前記高圧室に開放された前記第１弁ボディの内端の周縁に設けられた、弁座とを含み、 前記第２弁ボディは、
主シリンダ部と
前記主シリンダ部に連続する補助シリンダ部と、
前記主シリンダ部に設けられた第１圧力室と、
前記補助シリンダ部に設けられ、前記第１圧力室と一体的に連設した第２圧力室と、
前記主シリンダ部に摺動自在に嵌入し、前記第１弁ボディの弁座と対向する位置に、該弁座と接離するように設けられた主ピストン弁と、
前記補助シリンダ部に摺動自在に嵌入した補助ピストン弁と、
前記第１圧力室と前記高圧室とを連通するための第１連通路と、
前記第２圧力室を高圧源または低圧源に連通する第１管路と、
前記補助シリンダ部の側壁において設けられ、かつ、前記補助ピストン弁が前記主ピストン弁側に位置する際に、該補助ピストン弁の周面で閉鎖される側孔と、
前記主ピストン弁と前記補助ピストン弁との間の前記第１圧力室と、前記補助ピストン弁より前記第１管路側の前記第２圧力室とを連通する第２連通路と、
前記側孔を低圧源に連通する第２管路と、を含み、
前記第１連通路は、前記高圧室から前記第１圧力室にガスの流入を阻止する逆止弁を含む。

本発明によれば、第１連通路にて逆止弁を設けているため、側孔と第１圧力室が連通したとき、高圧ガスが第１圧力室に流入するのを防ぐことができる。このため、主ピストン弁は、勢いよく補助ピストン弁４２側に動く。その結果、圧縮ピストンの背後に高圧ガスが素早く流れ込む。したがって、本発明によれば、より高速動作が可能な一体型高速駆動弁を実現することができる。

以下、本発明に係る好適な実施の形態について図面を参照しながら説明する。

１．一体型高速駆動弁の構成
図１は、実施の形態に係る一体型高速駆動弁の断面図である。

一体型高速駆動弁１００は、一般に、高圧力差、大流量・大口径の条件下において用いられ、高速で開放動作するものである。一体型高速駆動弁１００は、高速飛翔体発射装置のための高圧ガス供給を実現したり、高分子材料や脆性材料の加工等のための衝撃波を発生させる場合などに利用される。

一体型高速駆動弁１００は、高圧室１２を構成する圧力容器１０と、この圧力容器１０に取り付けられた第１弁ボディ２０および第２弁ボディ３０とを含む。

圧力容器１０は、２つの第１および第２開口部１４，１６を有する。第１開口部１４に第１弁ボディ２０が取付けられ、第２開口部に第２弁ボディが取付けられている。圧力容器１０の長さは、たとえば、６３２mmとすることができる。また、圧力容器１０の中央の外径は、たとえば２６７mmとすることができる。

第１弁ボディ２０には、高圧ガスを所要の管路系７０に排出するための排気口２２が設けられている。第１弁ボディ２０は、その内端が高圧室１２内に開放されている。この第１弁ボディ２０の内端の周縁は、弁座２４を構成している。第１弁ボディ２０の外端には、フランジ部２８が取り付けられている。このフランジ部２８には、適宜の管路系７０が接続されている。この管路系７０には、大流量高圧ガスが供給される。管路系７０の内径は、たとえば６４．８mmとすることができる。図１の実施例は、管路系７０を高速飛翔体発射装置におけるピストン圧縮管として機能させ、そのピストン圧縮管内の高圧ガスの圧縮を行うようにした場合を示している。このため、第１弁ボディ２０における排気口２２には、ピストン圧縮管内に圧入するピストンを嵌入し、排気口２２は小孔８０を通じて図示しない弁を介してロータリポンプに接続されている。

第２弁ボディ３０は、図１および図２に示すように、主シリンダ部３２と、補助シリンダ部３４と、第１管路４８と、第２管路５４とを含む。主シリンダ部３２と、補助シリンダ部３４とは連続して（連設状態で）設けられている。主シリンダ部３２の第１圧力室３６と、補助シリンダ部３４の第２圧力室３８とは一体的に連設している。

主シリンダ部３２内には、主ピストン弁（たとえばナイロン製の円柱状ピストン弁）４０が摺動自在に嵌入されている。主ピストン弁４０は、第１弁ボディ２０の弁座２４に対向する位置に設けられている。主ピストン弁４０は、第１弁ボディ２０の弁座２４に接離して、その弁座２４を開閉する。

主シリンダ部３２の第１圧力室３６は、第１連通路４４によって圧力容器１０の高圧室１２に連通されている。第１連通路４４は、主シリンダ部３２に設けられた連通孔４５と、連通孔の外側に設けられた逆止弁４６とから構成されることができる。この逆止弁４６は、圧力容器１０の高圧室１２から第１圧力室３６に気体が流入するのを阻止するためのものである。この逆止弁４６は、公知のものを適用することができる。なお、第１連通路４４は、連通孔４５の外側にチューブなどの管路を設け、その管路の端に逆止弁４６を接続して構成されてもよい。

補助シリンダ部３４内には、補助ピストン弁（たとえばナイロン製の円柱状ピストン弁）４２が摺動自在に嵌入されている。

主ピストン弁４０と補助ピストン弁４２との間における第１圧力室３６は、第２連通路５２を介して、補助ピストン弁４２より第１管路４８側（補助ピストン弁４２の背後側）の第２圧力室３８と連通している。

補助シリンダ部３４の内側壁には、側孔５０が開設されている。この側孔５０は、補助ピストン弁４２が主ピストン弁４０側に位置する際にその補助ピストン弁４２の周面で閉鎖される。この側孔５０は、第２管路系（たとえばフレキシブル・チューブ）５４および弁６０を介して、低圧源９２に連通されている。低圧源９２は、たとえば高圧状態の主シリンダ部３２の第１圧力室３６より十分に圧力が低い低圧部、や低圧タンクとすることができる。低圧タンクを用いる場合には、ロータリポンプ等で予め真空に保持される。

補助シリンダ部３４の第２圧力室３８は、第１管路４８に接続されている。具体的には、第２圧力室の内底において第１管路４８が接続されている。第１管路（第２弁ボディ内の通孔）４８は、外部に導出され、分岐管（たとえばＴ字配管）で分岐されている。一方の管路は、弁６４を介して高圧ガスボンベ等の高圧源９０に、他方の管路は、弁６２を介して低圧源９２に連通させている。この低圧源９２は、側孔５０に連通する低圧源と兼用してもよいし、または、別途設けてもよい。

第２弁ボディ３０の端部（圧力容器１０の開口部１６側の端部）に、通孔８２が設けられている。この通孔８２は、圧力計等を接続するために利用されるものである。

２．一体型高速駆動弁の動作
図３〜図６を参照しながら、一体型高速駆動弁の動作を説明する。

まず、圧縮ピストン２６を、図３のように、第２弁ボディ３０側に吸引移動させる。圧縮ピストン２６の吸引移動は、小孔８０を通じて排気口２２に連通させたロータリポンプ（図示せず）により行うことができる。圧縮ピストン２６を移動させた後、小孔８０を通じて排気口２２を管路系７０側と同圧にしておく。

次に、弁６４を開け、図４に示すように、圧力容器１０の高圧室１２に第１管路４８を通じて所用の高圧ガスを導入する。具体的には、高圧ガスは、第１管路４８を通じて第２圧力室３８内に導入され、次に、第２連通路５２を通じて第１圧力室３６内に導入される。ここで、第１圧力室３６内に導入された高圧ガスは、第１連通路４４を通じて、圧力容器１０の高圧室１２に導入される。この後、側孔５０及び第１管路４８に通じる低圧源（たとえば低圧タンク）９２をロータリポンプなどで１．３３×１０^２Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以下まで排気しておく。

この状態では、第１管路４８を通じて第１圧力室３６内に導入された高圧ガスにより、主ピストン弁４０が弁座２４を閉鎖する方向に付勢されている。また、第１管路４８を通じて第２圧力室３８に導入された高圧ガスにより、補助ピストン弁４２は、その周面により側孔５０を閉鎖する位置に保持されている。

この状態から、弁６４を閉鎖し、弁６０、６２を開放する。弁６２を開放すると、第１管路４８を通じて、第２圧力室３８に、低圧源からの低圧が導入される。第２圧力室３８に低圧が導入されると、図５に示すように、補助ピストン弁４２が主ピストン弁４０から離れる方向に移動し、それに伴って補助ピストン弁４２で閉鎖されていた側孔５０が開放される。側孔５０が開放されると、第２管路系５４が第１圧力室３６と連通する。この側孔５０に連通する弁６０も予め解放されているため、第１圧力室３６に低圧源からの低圧が導入され、第１圧力室３６内が低圧化する。第１圧力室３６が低圧化することで、主ピストン弁４０は補助ピストン弁４２と同方向に吸引されて移動し、図６に示すように、弁座２４が開放される。弁座２４が開放されると、高圧室１２が排気口２２に連通し、高圧ガスが圧縮ピストン２６の背後に流れ込み、それを急速に移動させる。

この際、第１連通路４４において、高圧室１２から第１圧力室３６にガスが流入するのを阻止する逆止弁４６が設けられているので、圧力容器１０の高圧室１２から高圧ガスが流入するのを防ぐことができる。このため、主ピストン弁４０は、勢いよく補助ピストン弁４２側に動く。その結果、圧縮ピストン２６の背後に高圧ガスが素早く流れ込む。

なお、主ピストン弁４０および補助ピストン弁４２を元に位置に戻し、主ピストン弁４０により弁座２４を閉鎖するには、弁６０、６２を閉鎖し、弁６４を開いて第１管路４８を通じて高圧ガスを注入すればよい。

なお、第２弁ボディ３０は、必ずしも圧力容器２内に取付ける必要はなく、主として主ピストン弁４０および主シリンダ部３２の周囲を圧力容器１０に連通するカバー等で被服することもできる。

３．作用効果
以下、実施の形態に係る高速駆動弁１００についての作用効果を説明する。

第１連通路４４にて逆止弁４６を設けているため、側孔５０と第１圧力室３６が連通したとき、高圧ガスが第１圧力室３６に流入するのを防ぐことができるため、このため、主ピストン弁４０は、勢いよく補助ピストン弁４２側に動く。その結果、圧縮ピストン２６の背後に高圧ガスが素早く流れ込む。したがって、本実施の形態によれば、より高速動作が可能な一体型高速駆動弁を実現することができる。

また、このような高速駆動弁１００によれば、主シリンダ部３２の第１圧力室３６及び補助シリンダ部３４の第２圧力室３８を一体的に連設しているため、全体的に非常にコンパクト化されて、既存の圧力容器等にも容易に取付けることができる。

また、金属膜やマイラー膜などの破膜を利用する場合と異なり、繰り返し操作を簡便に行うことができる。

本発明は、上記の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を超えない範囲で種々の変更が可能である。

一体型高速駆動弁の断面を模式的に示す図である。 一体型高速駆動弁の要部の断面を模式的に示す図である。 一体型高速駆動弁の動作を模式的に示す図である。 一体型高速駆動弁の動作を模式的に示す図である。 一体型高速駆動弁の動作を模式的に示す図である。 一体型高速駆動弁の動作を模式的に示す図である。

符号の説明

１０ 圧力容器
１２ 高圧室
１４ 第１開口部
１６ 第２開口部
２０ 第１弁ボディ
２２ 排出口
２４ 弁座
２６ 圧縮ピストン
２８ フランジ部
３０ 第２弁ボディ
３２ 主シリンダ部
３４ 補助シリンダ部
３６ 第１圧力室
３８ 第２圧力室
４０ 主ピストン弁
４２ 補助ピストン弁
４４ 第１連通路
４５ 連通孔
４６ 逆止弁
４８ 第１管路
５０ 側孔
５２ 第２連通路
５４ 第２管路
６０ 弁
６２ 弁
６４ 弁
７０ 管路系
８０ 小孔
９０ 高圧源
９２ 低圧源
１００ 一体型高速駆動弁

Claims (1)

1. 高圧室を構成する圧力容器と、
   前記圧力容器に取り付けられた第１弁ボディおよび第２弁ボディと、を含み、
   前記第１弁ボディは、
   前記高圧室からの高圧ガスを所定の管路系に排出する排出口と、
   前記高圧室に開放された前記第１弁ボディの内端の周縁に設けられた、弁座とを含み、 前記第２弁ボディは、
   主シリンダ部と
   前記主シリンダ部に連続する補助シリンダ部と、
   前記主シリンダ部に設けられた第１圧力室と、
   前記補助シリンダ部に設けられ、前記第１圧力室と一体的に連設した第２圧力室と、
   前記主シリンダ部に摺動自在に嵌入し、前記第１弁ボディの弁座と対向する位置に、該弁座と接離するように設けられた主ピストン弁と、
   前記補助シリンダ部に摺動自在に嵌入した補助ピストン弁と、
   前記第１圧力室と前記高圧室とを連通するための第１連通路と、
   前記第２圧力室を高圧源または低圧源に連通する第１管路と、
   前記補助シリンダ部の側壁において設けられ、かつ、前記補助ピストン弁が前記主ピストン弁側に位置する際に、該補助ピストン弁の周面で閉鎖される側孔と、
   前記主ピストン弁と前記補助ピストン弁との間の前記第１圧力室と、前記補助ピストン弁より前記第１管路側の前記第２圧力室とを連通する第２連通路と、
   前記側孔を低圧源に連通する第２管路と、を含み、
   前記第１連通路は、前記高圧室から前記第１圧力室にガスの流入を阻止する逆止弁を含む、一体型高速駆動弁。

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