JP4679797B2 - ほぼ一定の真空を真空系内に維持する真空調圧器 - Google Patents

Description

【０００１】
発明の背景と従来技術
本発明は、真空系への空気の供給を制御するように構成された主弁を有し、この主弁は、空気を真空系に案内するように構成された流路を形成する弁座と、その弁座との間の最小流れ領域の大きさを調整するために、閉位置と全開位置との間を行き来する方向に動くように構成された弁本体とを有し、真空によって生じる力が弁本体に対し閉位置に向かう方向に作用する、ほぼ一定の真空を真空系内に維持する真空調圧器に関する。
【０００２】
搾乳機に関連して使用される真空系では、所望の一定の真空度を真空系内に維持することが重要である。真空系への空気漏れを無くすために、真空系内の真空度を所望の真空度よりも高く維持することができる真空ポンプが真空系に接続されている。また、真空系内部の真空度を所望の真空度に維持するような分量の空気を真空系に供給するために、真空調圧器が真空系に接続されている。
【０００３】
従来の真空調圧器は、通常、空気を真空系に案内するように構成された流路を形成する弁座と、その流路を通る空気流を制御するように構成された弁円錐部とを含む主弁とを有している。弁円錐部の開度が大きくなると、弁円錐部と弁座との間の流路を通る真空系への空気流がそれに対応して増す。真空系内の真空によって弁円錐部に対し閉位置に向かって作用する力が生じる。この力の大きさは、真空度と、その負圧にさらされている弁円錐部の作用領域の大きさとによって決まる。弁円錐部の開度が大きくなると、空気流が増え、弁円錐部に作用する負圧が増す。負圧の増大は、その力にプラスの効果を及ぼす。従来の弁円錐部の作用領域は、弁円錐部の開度が大きくなるのに伴って小さくなる。作用領域が小さくなると、たいてい、空気流の増大によるプラスの効果を上回るマイナスの効果をこの力の大きさに及ぼす。その結果、弁円錐部に作用する力の大きさが、弁円錐部の開度に関連して小さくまたは変動することがある。そのため、弁円錐部を所望の任意の位置に高精度に調整することは難しい。したがって、真空系への空気流を安定制御することは困難である。
【０００４】
ＥＰ特許第００１７４９３号は、制御された比率で空気を真空系に供給するように構成された主弁を有する真空調圧器を開示している。この場合、ばねが、主弁の弁部材に連結されたダイヤフラムに作用するように配置されている。このばねによって、弁部材は付加的な力で閉位置に押しつけられている。このばねの配置により、真空系への空気供給中の弁部材の安定性が改善される。
発明の概要
本発明の目的は、弁座を備えた弁部材と、真空系への空気流の簡素かつ安定して制御できる構造を備えた弁本体とを有する、冒頭の種類の真空調圧器を提供することである。
【０００５】
この目的は、弁座および弁本体が、上述の力の大きさが弁本体の開度とともに連続的に大きくなるような構造を有することによって達成される。そのため、弁本体をほぼ任意の位置に安定的に配置することができる。真空系へ供給される空気の量を高精度に調整でき、その結果、真空系への空気流が安定的かつ速やかに制御される。
【０００６】
本発明の好適な実施態様によれば、最小流れ領域は弁本体の一部によって形成される。負圧が作用する弁本体の作用領域は、流路の最小流れ領域に位置する。弁本体および弁座の適切な構造により、作用領域が弁本体の一部に安定的に位置するものとなる。それによって、作用領域は弁本体の位置に関係なく一定となる。したがって、弁本体の作用領域が弁本体の開度が大きくなるにつれて小さくなることはなく、力の大きさが悪影響を受けることはない。弁本体の最大半径断面領域が弁本体の、上述した一部を形成することが好ましい。それによって、弁本体の最大作用領域が利用される。弁本体の、上述した一部は、弁本体の位置に関係なく弁座の半径方向内側に配置されるように構成されることが有利である。そのため、弁座は、少なくとも、弁本体の閉位置と全開位置との間の距離に対応する延長部を有する。そのような弁座の構造によって、弁本体の、上述した一部に最小流れ領域を配置することが容易になる。最小流れ領域の大きさは、弁本体の開度とともに連続的に大きくなることが好ましい。それによって、空気流が弁本体の開度とともに増す。空気流の増大により、弁本体に作用する負圧が増す。したがって、弁本体に作用する力の大きさが弁本体の開度とともに増すことが保証される。
【０００７】
本発明の他の実施態様によれば、弁座の表面は先細の穴を形成する。このような穴は、弁座の流路の入口に向かって連続的に大きくなる断面積を有している。したがって、弁座と弁本体との間の最小流れ領域は、弁本体が開度が大きくなるように動くときに大きくなる。弁本体は先細の形状を有していることが有利である。先細になった弁本体によって、弁座に対する簡素で気密な連結が得られる。また、このような弁本体では、弁本体が弁座に対して中心に配置される。弁本体は円錐または円錐台の形状を有していてもよい。弁本体は、弁座に対して軸線方向に動けることが好ましい。その結果、弁本体は直線に沿って動くことができ、それによって弁本体の制御が容易になる。
【０００８】
本発明のさらに別の実施態様によれば、真空調圧器は、弁本体の動きを制御するように構成された制御手段を有する。そのような制御手段は、真空系の実際の真空度および真空系の所望の真空度に応じて弁本体の動きを制御してもよい。真空系の実際の真空度が増すと、制御手段は弁本体の閉位置から開位置への移動を開始させ、それによって空気が真空系に供給される。弁本体の開度は、実際の真空度と所望の真空度との差に関連して調整してもよい。
【０００９】
本発明のさらに他の実施態様によれば、このような制御手段は、大気圧に接続されている第１の室と制御圧力に接続されている第２の室との間に配置される第１のダイヤフラムを有している。制御圧力が大気圧より低い場合、ダイヤフラムは第２の室に向かって動く。ダイヤフラムの位置は、制御圧力と大気圧の差に関係している。弁本体は、ダイヤフラムに連結されていることによって、制御圧力によって相応する位置をとる。第２の室の制御圧力を調整するパイロット弁が配置されていてもよい。このようなパイロット弁は、大気圧に接続された第３の室と、真空系内の実際の真空度に関係している信号圧力に接続された第４の室との間に配置された第２のダイヤフラムに接続されていてもよい。真空系内の実際の真空度が、所望の真空度に対して大きくなると、ダイヤフラムはパイロット弁を閉位置に動かす。閉位置にあるとき、パイロット弁は第２の室への空気流を妨げる。第２の室は、例えば小さい管路によって、真空に接続されているので、第２の室の制御圧力は徐々に小さくなる。制御圧力が小さくなることにより、弁本体が開き、空気が真空系に供給される。空気の供給は、真空系内の圧力が所望の真空度に達するまで続く。所望の真空度に達すると、パイロット弁が開いて大気圧の空気が第２の室に供給され、弁本体が閉位置に動く。真空調圧器は、真空系内の所望の真空度を調節できるように構成された調節手段を有することが好ましい。このような調節手段は、第２のダイヤフラムに接続されて、大気圧を有する第３の室と実際の真空度を有する第４の室との圧力差を補うように整えられた圧縮ばねを含んでいてもよい。調節手段は、ばねの初期応力を調節するように構成された引張機構を含んでいてもよい。この調節手段により、真空系内の真空度を所望の真空度に調節することが可能となる。
【００１０】
ここで、本発明を、例として開示されている好適な実施形態によって、添付の図面を参照して、さらに詳しく説明する。
発明の好適な実施形態の詳細な説明
図１は真空調圧器１を示している。真空調圧器１は、真空パイプ２を有する真空系内をほぼ一定の真空度に維持するように構成されている。真空パイプ２内の真空は、搾乳機に関連して使用されることが好ましい。このような真空系では、一定の真空度を維持することが重要である。真空系への空気漏れを無くすために、真空ポンプが真空系に接続されている。このような真空ポンプは、真空系内の真空度を所望の真空度より高く維持する性能を有している必要がある。また、真空パイプ２内の真空度を所望の真空度に維持するような分量の空気を真空パイプ２に供給するために、真空調圧器１が真空系に接続されている。
【００１１】
真空調圧器１は、真空パイプ２への空気の供給を制御するように構成された主弁を有している。主弁は、空気を真空パイプ２に案内するように構成された先細の穴４を形成する表面を有する弁座３と、円錐形状の弁本体５とを有している。弁本体５は、弁棒６を介して、第１のダイヤフラム７の中心部分に連結されている。第１のダイヤフラム７は、大気圧を有する第１の室８と制御圧力を有する第２の室９の間に配置されている。パイロット弁１０が制御圧力の大きさを調整する。パイロット弁１０は第２のダイヤフラム１１に連結されている。第２のダイヤフラム１１は、大気圧を有する第３の室１２と信号圧力を有する第４の室１３の間に配置されている。信号パイプ１４が第４の室１３を真空パイプ２に連結している。そのため、信号圧力は、真空パイプ２内の実際の真空度とまったく同じである。ばね１５が第２のダイヤフラム１１に作用している。ばね１５のばね張力は、実際の真空度が所望の真空度に一致しているときに、第４の室１３における真空と第３の室１２における大気圧の圧力差を補うように整えられている。ばね１５の上部に調整ねじ１６が設けられている。調整ねじ１６により、ばね１５の初期応力を可変に調節でき、それによって真空系内の所望の真空度を調節できる。
【００１２】
真空パイプ２内の真空度が、所望の真空度に対して高過ぎるとき、第４の室１３内の信号圧力これに応じて小さくなる。第４の室１３内の信号圧力が小さくなると、第２のダイヤフラム１１がばね１５のばね張力に抗して上方向に動きはじめる。同時に、第２のダイヤフラム１１がパイロット弁１０を閉位置に移動させる。パイロット弁１０は、大気圧を有している第３の室１２から第２の室９への給気を遮る。小さい管路１７が、第２の室９を、真空に接続されている信号パイプ１４に連結している。その結果、パイロット弁１０が閉位置にあるとき、第２の室９内の制御圧力が小さくなり、第１のダイヤフラム７が上方向に動く。同時に、第１のダイヤフラム７は、弁棒６を介して、弁本体５を開位置に移動させる。弁本体５の開度は第２の室９の制御圧力の大きさによって決まる。第２の室９の制御圧力の大きさは実際の真空度と所望の真空度との差に関係している。真空パイプ２へ供給される空気の量は弁本体５の開度によって決まる。空気の供給は、真空パイプ２内の圧力が所望の真空度に達するまで続く。真空パイプ２への空気の供給中、室１３内の信号圧力が増す。信号圧力が所望の真空度まで増すと、第２のダイヤフラム１１が下方向に動く。パイロット弁１０が開いて空気が第２の室９に供給され、制御圧力が大気圧レベルまで増す。制御圧力が増すと、第１のダイヤフラム７は下方向に移動し、弁本体５は閉位置へ移動する。これによって、真空パイプ２への空気の供給が停止する。真空度が再び低すぎるレベルにまで下がるとすぐに、真空パイプ２内の真空度をほぼ一定に維持するために、前述の工程が繰り返される。
【００１３】
図２ａおよび２ｂは、真空調圧器１で使用される従来の主弁を示している。円錐形の弁本体５は中心軸ａを有している。円錐形の弁本体５は、第１のダイヤフラム７が上記の説明による動きをすることによって、図２ａに示されている閉位置と図２ｂに示されている全開位置との間を、軸線方向に、弁座３に対して連続的に移動できる。真空パイプ２へ供給される空気の量は弁本体５の開度によって調整される。弁本体５の開度は、弁本体５と弁座３との間の流路の最小流れ領域１８の大きさに関係している。最小流れ領域１８の大きさは弁本体５の開度に伴って連続的に大きくなる。したがって、弁本体５の開度が増すことにより、真空パイプ２への空気流も対応して増加する。真空パイプ２内の真空により、弁本体５に対し、閉位置に向かって作用する力が生じる。この力１９の大きさは、真空度と、負圧にさらされている弁本体５の作用領域２０とによって定まる。弁本体５の作用領域２０は、弁本体５と弁座３の間の最小流れ領域に位置する。図２ａ−ｂに示すように、従来の弁本体５の作用領域２０は、弁本体５の開度が増すと小さくなる。空気流の増加により、弁本体５に作用する負圧が増すが、この大きくなった負圧は、作用領域２０の縮小に起因する力１９の減少を補うには不十分である。その結果、弁本体５に作用する力１９の大きさは、弁本体５の開度に関連して小さくなるまたは変動することがある。それによって、所望の任意の位置に弁本体５を配置することは難しい。その結果、真空系への空気流を従来の主弁によって安定的に制御することは難しい。
【００１４】
図３ａおよび３ｂに、本発明による主弁を示す。円錐形の弁本体５は、弁座３に対して軸線方向に連続的に移動できる。この場合、弁座３の表面は、開示されている実施形態ではほぼ円錐形である先細の穴を形成している。弁座３は、弁本体５の最大半径断面領域２１が、弁本体５の位置と関係なく弁座３の半径方向内側に位置するような延長部を軸線方向に有している。それによって、弁本体５と弁座３との間の流路の最小流れ領域１８は、弁本体５の位置と関係なく、弁本体５の最大半径断面領域２１に定まることができる。負圧が作用する弁本体５の作用領域２０は、この最小流れ領域１８に定まる。したがって、作用領域２０は、この場合、弁本体５の最大半径断面領域２１と等しい。このように、作用領域２１は弁本体５の位置に関係なく一定であり、最大の大きさを有する。その結果、弁本体の開度が増している間、弁本体５の作用領域２０が、弁本体５に作用する力１９の大きさをマイナスするような影響を及ぼすことはない。
【００１５】
弁座３の表面は、閉位置において弁本体５の周囲が弁座にはまるような傾斜を弁本体５の表面に対して有している。それによって、弁本体５の開度および最小流れ領域１８が増すのに伴って、弁本体５と弁座３の間の半径方向の距離が連続的に増す。その結果、弁本体の開度が大きくなるのに伴って空気流が増加する。空気流の増加により、弁本体に作用する負圧が高くなる。それによって、弁本体の開度が増すのに伴って、弁本体に作用する力の大きさが大きくなる。
【００１６】
本発明は、図面に開示された前述の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲内で自由に変更できる。弁本体５は、例えば、截頭円錐形であってもよいし、プレートとして形成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による真空調圧器を示す図である。
【図２】 図２ａおよび２ｂは、真空調圧器内の従来の主弁を示す図である。
【図３】 図３ａおよび３ｂは、本発明による主弁を示す図である。

Claims (11)

1. 搾乳機に接続される真空系（２）の真空度をほぼ一定に維持する真空調圧器（１）であって、
   先細りの穴を有する弁座（３）と、前記弁座（３）の前記穴に配置された弁本体（５）とを有し、
   前記弁座（３）の前記穴の内面と前記弁本体（５）の一部の外面との間の隙間によって、前記真空系（２）に空気を案内するための流路（４）が形成され、
   前記弁本体（５）は、前記流路（４）の最小流れ領域（１８）の大きさを調整するために、閉位置と全開位置との間を行き来する方向に移動可能であり、
   真空によって生じる力（１９）が前記弁本体（５）に対し、該弁本体（５）を前記閉位置に向かわせる方向に作用し、
   前記弁本体（５）の前記一部は、前記弁本体（５）の位置に関係なく、常に前記弁座（３）の前記穴内に位置し、
   前記弁本体（５）の開度に伴って前記最小流れ領域（１８）の大きさが連続的に大きくなる、真空調圧器。
2. 前記弁本体（５）の前記一部は、前記弁本体（５）の最大半径断面領域（２１）によって形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の真空調圧器。
3. 前記弁座（３）の前記穴は、前記真空系（２）に向けて先細りに形成されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の真空調圧器。
4. 前記弁本体（５）は、先細の形状を有していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の真空調圧器。
5. 前記弁本体（５）は、前記弁座（３）に対して軸線方向に移動可能であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の真空調圧器。
6. 前記弁本体（５）の動きを制御するように構成された制御手段を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の真空調圧器。
7. 前記制御手段は、前記真空系（２）の実際の真空度および前記真空系（２）の所望の真空度に応じて前記弁本体（５）の動きを制御するように構成されていることを特徴とする、請求項６に記載の真空調圧器。
8. 前記制御手段は、大気圧を有する第１の室（８）と制御圧力を有する第２の室（９）との間に構成されている、第１のダイヤフラムを（７）有していることを特徴とする、請求項７に記載の真空調圧器。
9. 前記第２の室（９）内の前記制御圧力を調整するパイロット弁（１０）が配置されていることを特徴とする、請求項８に記載の真空調圧器。
10. 前記パイロット弁（１０）は、大気圧を有する第３の室（１２）と前記真空系（２）内の実際の真空度に関連している信号圧力を有する第４の室（１３）との間に配置されている、第２のダイヤフラム（１１）に連結されていることを特徴とする、請求項９に記載の真空調圧器。
11. 前記真空系内の前記真空度を所望の真空度に調節できるように構成された調節手段（１５、１６）を有することを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の真空調圧器。

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