JP4943433B2 - 空気バルブ、戻り止めおよびポペットバルブを有する往復ピストンポンプ - Google Patents

Description

技術分野
本願は、２００５年７月２９日に出願された米国特許出願番号６０／７０４，０４６および２００６年５月１８日に出願された６０／７４７，６０４の利益を請求している。

背景技術
空気作動の往復ピストンポンプは、様々な流体の送出用によく知られている。そのようなポンプは一般的に、空気の流れをピストンの両側に対して制御するために、機械的に或いは空気圧で作動される空気バルブを有している。

発明の開示
したがって、本発明の目的は、切換え時間を最小限にするとともにバルブが凍結する傾向を抑制することによって、往復空気モータの高度な制御を可能にするシステムを提供することである。

本発明は、着氷の影響を最小限にするために、空気バルブの排出ポートを短くする。これらの実施態様は、排出空気をバルブを介して真っすぐに流すことを可能にし、排出空気の方向を変えなければならない従来のUカップ状の設計と関連しているカップリフト（cup lift）をなくすことができる。バルブ作動力は、対向するバルブプレートにより、供給圧力に依存しない。

空気バルブは、二つの対向する固定バルブプレートおよびプレート間に置かれた可動の貫通カップで構成されている。貫通カップは、四方バルブとして機能する排出ポートおよび供給ポートを別々に有している。貫通カップは、アセンブリを真っすぐに貫通している密閉排出ポートと結合する二つのバネ仕掛けのカップで構成されている。

一つの実施態様では、一つの供給ポートおよび一つの排出ポートを有する複式貫通カップが存在する。この形態では、シリンダＡおよびＢのポート、二つの排出ポート（各カップに一つ）および圧縮空気を供給する密閉バルブハウジングが必要とされる。この形態の利点は、ポート長を最小限にするために、シリンダ端で別々のバルブ機構が設置可能であるということである。

別の実施態様では、単一の貫通カップが一つの排出ポートだけを有す。この形態では、シリンダＡおよびＢのポート、一つの排出ポートおよび圧縮空気を供給する密閉バルブハウジングが必要とされる。この実施態様では、一つの貫通カップだけが必要とされる。

さらに別の実施態様では、単一の貫通カップが一つの中央供給ポートと二つの排出ポートとを備える。これによって、案内ポートを反転させることなく、漏出しやすいロジックの案内機構（leaky logic pilot scheme）が可能となる。

モータバルブは、二つのポペットバルブアセンブリを含み、一つは上端カップに位置し、もう一方は下端カップに位置している。ポペットバルブアセンブリは、両面上で密閉するＴ型のシーリング材を含んでいる。モータストロークのほとんどを通じて、ポペットバルブアセンブリのＡ側は密閉されており、バルブピストンからの空気漏れを防いでいる。モータがストロークの端に達すると、モータピストンはポペットバルブのＢ側を密閉する一方、Ａ側を開放する。ポペットバルブが開くと、ポペットバルブはピストンバルブの片側を通気させて、バルブを切換える。ボペットバルブのＢ側を密閉することによって、バルブピストンの減圧された側は補給空気の供給がなく、それによってバルブスピードを最大化する、ということが保証される。速い切換えおよびバルブスピードは、ポンプからの出力圧力の振動の低減ならびに性能および効率の増大に転換される。

本発明のこれらのおよび他の目的および利益は、参照文字と同様に様々な図を通じて同一の或いは同様な部分を参照する添付の図と併せて成される次の記述から、より十分に明らかにされるであろう。

発明を実施するための最良の形態
空気バルブは、二つの対向する固定バルブプレートおよびプレート間に置かれた可動の貫通カップで構成されている。貫通カップは、四方バルブとして機能する排出ポートおよび供給ポートを別々に有している。貫通カップは、アセンブリを真っすぐに貫通している密閉排出ポートと結合する二つのバネ仕掛けのカップで構成されている。

好ましい実施態様では、単一の貫通カップが一つの排出ポートだけを有す。この形態では、シリンダＡおよびＢのポート、一つの排出ポートおよび圧縮空気を供給する密閉バルブハウジングが必要とされる。この実施態様では、一つの貫通カップだけが必要とされる。

一つの実施態様では、一つの供給ポートおよび一つの排出ポートを有する複式貫通カップが存在する。この形態では、シリンダＡおよびＢのポート、二つの排出ポート（各カップに一つ）および圧縮空気を供給する密閉バルブハウジングが必要とされる。この形態の利点は、ポート長を最小限にするために、シリンダ端で別々のバルブ機構が設置可能であるということである。さらに別の実施態様では、単一の貫通カップが一つの中央供給ポートと二つの排出ポートとを備える。これによって、案内ポートを反転させることなく、漏出しやすいロジックの案内機構（leaky logic pilot scheme）が可能となる。

モータバルブは、二つのポペットバルブアセンブリ４０を含み、一つは上端カップに位置し、もう一方は下端カップに位置している。ポペットバルブアセンブリ４０は、二つの機能を果たしている。第一に、バルブピストン領域４７および４８に空気を供給し、第二に、バルブピストン領域４７および４８に通気による空気圧力を与える。

ポペットバルブ４０が正位置つまり閉位置にある間、ポペットバルブ４０は、圧縮供給空気がポペットバルブハウジング４１の上部穴４１a、ポペットバルブ４３の穴４３a、ハウジング４１の下部穴４１ｂを介して、バルブピストン領域４７或いは４８に貫通することを可能としている。

空気圧力に加えてバネ４２の力によって、座部４４上で密閉される閉位置でポペットバルブ４３が保持される。モータピストン１０は、バネ４６の圧力が供給空気およびバネ４２の結合保持圧力を超えるまでポペットバルブアクチュエータ４５を押圧し続け、超えるとすぐにポペットバルブ４３は座部４４から外れる。空気圧力の保持力はすぐに低下し、ポペットバルブ４３が容易に開くことを可能にする。ポペットバルブ４３が開くと、バルブピストン領域（４７、４８）の一方をポート４１ｂ、アクチュエータ４５のフルート４５aおよび出力ポート４４aを通じて通気してそのピストンへの供給空気を遮断し、バルブ２０が切り替わることを可能にする。通気された空気は、バルブ排出ポートとは別に通路５０を通じて大気へ送られる。それによって、バルブ排出ポートが制限される場合でもバルブ２０の切換えを完了することを保証している。これは、ポンプが動作停止しないようにする上で重要である。

モータストロークのほとんどを通じて、ポペットバルブアセンブリのＡ側は密閉されており、バルブピストンからの空気漏れを防いでいる。モータがストロークの端に達すると、モータピストンはポペットバルブのＢ側を密閉する一方、Ａ側を開放する。ポペットバルブが開くと、ポペットバルブはピストンバルブの片側を通気させて、バルブを切換える。ポペットバルブのＢ側を密閉することによって、バルブピストンの減圧された側は補給空気の供給がなく、それによってバルブスピードを最大化する、ということが保証される。速い切換えおよびバルブスピードは、ポンプからの出力圧力の振動の低減ならびに性能および効率の増大に転換される。

図６〜９に示されるように、簡単に言うと、主ピストン１０が移動中、バルブピストン２０は常に同一の端に位置する。したがって、図６では、主ピストン１０は上方に移動するとともに、バルブピストン２０はバルブハウジング１４の上端に位置する。同様に、図９では、主ピストン１０は下方に移動するとともに、バルブピストン２０はバルブハウジング１４の下端に位置する。また、動作を視覚化する上で有用なことは、上部のポペットバルブアセンブリ４０が下部のバルブピストン領域４８に開口する一方、下部のポペットバルブアセンブリ４０が上部のバルブピストン領域４７と連絡していることである。

主空気バルブ１６は、ピストン２０を有している。このピストン２０は、ピストン１０の上部２４および下部２６と交互に開口する排出カップ２２を備えている。空気バルブハウジング１４の内部領域２８は、圧縮空気源を備えている。バルブピストン１６は移動し、ピストン１０の上部２４および下部２６にそれぞれ通じているポート３０および３２に交互に開口する。

戻り止めは主空気バルブ１６上に備えられる。そして、戻り止めは、ローラーアセンブリ３１と、バネ３４と、バルブカップ２２の後方に取り付けられたランプ３３とで構成されている。ローラーアセンブリ３１は、ランプ３３およびバルブカップアセンブリ２２が約０．１５０インチ（約０．３８ｃｍ）移動して、その後ランプ頭部３３aにはまることを可能にしている。そして、ローラーアセンブリ３１およびランプ３３の形状によって、ポペットバルブアセンブリ４０からの空気信号が十分でありバルブカップ２２を完全に移動させるまで、バルブ１６は適切な位置に保持される。ランプの変形および先のとがった頭部３３aのために、バルブアセンブリ１６は頭部３３aで動きやすい。これによって、モータを停止させるであろうバルブアセンブリの中心位置での停止を防止している。これは、さらに、起動問題をもたらす可能性のあるバルブアセンブリ１６の通過中の中心化（centering）を防止する。

戻り止めのもう一つの機能は、バルブカップアセンブリ２２が、暴走状態が発生した後にバルブアセンブリ１６をブロックするために延びるソレノイド３５を離れて移動することを保証することである。ソレノイド３５は、バッテリ駆動であり、弱い収縮力を有する。電圧が加えられると、バルブアセンブリ１６は０．２２０インチ（約０．５６ｃｍ）移動することを可能にし、その後バルブアセンブリはソレノイド３５と接触する。ソレノイド３５は、それから、バルブアセンブリ１６がさらに移動するのを防止し、それによってモータが停止する。

様々な変形および修正が、特許請求の範囲によって定義される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、バルブおよびポペットバルブに対して成されることが予期される。

本発明の空気バルブの分解図を示している。 図２Ａは本発明の空気バルブの上面図、図２Ｂは本発明の空気バルブの断面図、図２Ｃは側面図の一部を示している。 図３Ａは本発明の空気バルブの断面図、図３Ｂはその断面図の一部詳細を示している。 閉位置におけるポペットバルブの断面を示している。 開位置におけるポペットバルブの断面を示している。 ピストンが上方へ移動する間の空気バルブおよびポペットバルブを通じた空気の流れの略図を示している。 ピストンが移動の上限で切り替わっている間の空気バルブおよびポペットバルブを通じた空気の流れの略図を示している。 バルブが切り替わった後の空気バルブおよびポペットバルブを通じた空気の流れの略図を示している。 ピストンが下方へ移動する間の空気バルブおよびポペットバルブを通じた空気の流れの略図を示している。 本発明の戻り止め付き空気バルブの断面を示している。 本発明の戻り止め付き空気バルブの詳細な断面を示している。 本発明の空気バルブアセンブリおよびソレノイドを示している。

Claims (4)

1. 圧縮空気源とともに使用するための空気作動往復ピストンポンプであって、
   第一および第二の端を備えたシリンダと、前記シリンダのピストンと、第一および第二の端を有する主空気バルブとを有するとともに、前記ピストンのストローク端において前記ピストンに接触する前記第一および第二のシリンダ端に配置された第一および第二のポペットバルブアセンブリをさらに有し、
   前記ポペットバルブアセンブリはそれぞれポペットバルブを有しており、前記ポペットバルブは、バネおよび空気圧力によって閉位置に付勢されるとともに、前記ピストンによって第二の位置へと操作可能になっており、それによって、前記閉位置において前記圧縮空気源が前記主空気バルブの端の一つに接続されるとともに、前記第二の位置において前記一つのバルブの端を大気へ通気するようになっているポンプ。
2. 前記主空気バルブを前記端のどちらかに押し付けるランプの戻り止めをさらに有する請求項１に記載の空気作動往復ピストンポンプ。
3. ポペットアセンブリであって、
   軸ならびに第一および第二のハウジングポート組を有するポペットバルブハウジングと、
   前記ハウジングに位置するポペットバルブの座部と、
   前記ポペットバルブハウジングに配置されるとともに前記座部によってそこに保持されるポペットバルブと、
   前記座部に配置されるとともに前記ポペットバルブを部分的に囲むポペットバルブアクチュエータとを有し、
   前記第一および第二のハウジングポート組は軸方向に離間しており、
   前記座部は座部ポート組を備えており、
   前記ポペットバルブはポペットバルブポート組を有するとともに、前記座部に対して第一の位置で付勢されて前記座部から第二の位置へと移動可能になっており、
   前記ポペットバルブアクチュエータは前記ポペットバルブから離れて付勢され、それによって、前記ポペットバルブが前記第一の位置にあるときに前記ハウジングポートの第一の組が前記ポペットバルブポートを通じて前記ハウジングポートの第二の組に開口し、ならびに、前記ポペットバルブが前記第二の位置にあるときに前記ハウジングポートの第一の組が前記座部ポートに開口するようになっているポペットアセンブリ。
4. 圧縮空気源とともに使用するための空気作動往復ピストンポンプであって、
   第一および第二の端を備えたシリンダと、前記シリンダのピストンと、第一および第二の端を有する主空気バルブとを有するとともに、前記ピストンのストローク端において前記ピストンに接触する前記第一および第二のシリンダ端に配置された第一および第二のポペットバルブアセンブリをさらに有し、
   前記ポペットバルブアセンブリはそれぞれポペットバルブを有しており、前記ポペットバルブは、バネおよび空気圧力によって閉位置に付勢されるとともに、前記ピストンによって第二の位置へと操作可能になっており、
   前記ポペットバルブアセンブリは、
   軸ならびに第一および第二のハウジングポート組を有するポペットバルブハウジングと、
   前記ハウジングに位置するポペットバルブの座部と、
   前記ポペットバルブハウジングに配置されるとともに前記座部によってそこに保持されるポペットバルブと、
   前記座部に配置されるとともに前記ポペットバルブを部分的に囲むポペットバルブアクチュエータとを有し、
   前記第一および第二のハウジングポート組は軸方向に離間しており、
   前記座部は座部ポート組を備えており、
   前記ポペットバルブはポペットバルブポート組を有するとともに、前記座部に対して第一の位置で付勢されて前記座部から第二の位置へと移動可能になっており、
   前記ポペットバルブアクチュエータは前記ポペットバルブから離れて付勢され、それによって、前記ポペットバルブが前記第一の位置にあるときに前記ハウジングポートの第一の組が前記ポペットバルブポートを通じて前記ハウジングポートの第二の組に開口し、ならびに、前記ポペットバルブが前記第二の位置にあるときに前記ハウジングポートの第一の組が前記座部ポートに開口し、それによって、前記閉位置において前記圧縮空気源が前記主空気バルブの端の一つに接続されるとともに、前記第二の位置において前記一つのバルブの端を大気へ通気するようになっているポンプ。