JP5487369B2 - 磁気的な戻り止めを有する弁 - Google Patents

Description

本発明は、概括的に空圧装置に関し、特定の実施形態では、磁気的な戻り止めを有する弁を備えたエアモーターに関する。

圧縮空気の形で貯えられたエネルギーを運動エネルギーに変換するために、空気圧モータがしばしば使用される。例えば、圧縮空気を使用して往復ロッドまたは回転シャフトを駆動することができる。その結果得られる運動は、例えば、液体をスプレーガンへポンプにて供給することを含む様々な用途に用いることができる。空圧モーターでポンプを駆動し、該ポンプで塗料等の塗液を輸送するようにした用途がある。

従来の空圧モーターは、いくつかの面において不十分である。例えば、空圧モーターによって生成される機械的な動作が滑らかではない場合がある。空圧モーター内の切換装置は、モーターの１つのサイクル内において加圧空気の経路を切換えるタイミングを通知することがある。作動中に、切換装置は、空圧モーターが出力すべき作動エネルギーの一部を断続的に消費するであろう。その結果、出力動作または出力が変化し、ポンプに供給される液体の流量が変動することがある。流量の変動は、塗液をスプレーガンにポンプ供給する際には、特に問題となろう。流量が低下すると噴霧パターンが縮小し、また、流量が増大すると噴霧パターンが拡大し、その結果、塗液の塗布が不均一になる可能性がある。

従来の空圧モーター内の切換装置では他の問題をも生じうる。例えば、リード弁等のいくつかのタイプの切換装置は、空圧モーターからの振動によって迅速に摩滅または損傷する可能性があり、これにより、潜在的に保守費用が増大する。更に、いくつかのタイプの切換装置は、例えば、172.35kPa（25psi）未満等の低圧では応答不能であろう。応答不能な切換装置は、低速動作が望ましいか或いは高圧の空気供給を入手不能である用途では、空圧モーターが利用できないことになろう。

以下、例えば、ピストンと、磁気作動型の弁とを具備する空圧モーターについて説明する。磁気作動型の弁は、ピストンに隣接可能であり、また、いくつかの実施形態ではスプール弁を含むことができよう。

本発明のこれらのおよびその他の特徴、態様および利点については、類似の符号によって類似の部分を表している添付の図面との関連において以下の詳細な説明を参照することにより、更に理解することができよう。

本技術の一実施形態による一例としての噴霧システムの斜視図である。 様々なタイプの噴霧システムにおける塗液の圧力対時間のグラフである。 本技術の一実施形態による一例としての空圧モーターの斜視図である。 １サイクルの連続的な段階における図３の空圧モーターの断面図である。 １サイクルの連続的な段階における図３の空圧モーターの断面図である。 １サイクルの連続的な段階における図３の空圧モーターの断面図である。 １サイクルの連続的な段階における図３の空圧モーターの断面図である。 ２つの異なる状態における磁気作動型のパイロット弁の断面図である。 ２つの異なる状態における磁気作動型のパイロット弁の断面図である。 本技術の一実施形態による他の空圧モーターの斜視図である。 図１０の空圧モーターの正面図である。 図１０の空圧モーターの断面図である。 図１０の空圧モーターの平面図である。 図１０の空圧モーターの他の断面図である。 本技術の一実施形態による空圧モーターの第３実施形態の斜視図である。 図１５の空圧モーターの平面図である。 図１５の空圧モーターの断面図である。

詳細に後述するように、本技術の実施形態のいくつかのものは、空圧モーター内での空気の流れを調整する方法および装置を提供する。当然のことながら、このような実施形態は、本技術を例示するものに過ぎず、また、これらの実施形態によって添付の請求項が限定されるものと解釈してはならない。実際に、本技術は、様々なシステムに適用可能である。

本明細書において使用される「頂部」、「底部」、「上部」および「下部」という用語は、相対的な位置または方向を示すものであり、絶対的な位置または方向を示すものではない。「または」という用語は、特に明記しない限り、包括的なものであると理解されたい。「一例としての」という用語は、それが代表的な例であるに過ぎず、必ずしも限定的なもの又は優先的なものとは限らないことを示唆するために使用される。本明細書における流体圧力に対する参照は、特に明記されない限り、（絶対圧力ではなく）ゲージ圧である。

図１は、一例としての噴霧システム１０を示す。噴霧システム１０は、前述の従来の空圧モーターの欠点の１または複数のものを解決可能である空圧モーター１２を含む。後述するように、いくつかの実施形態では、空圧モーター１２は、磁気作動型のパイロット弁を含み、このパイロット弁は、空圧モーター１２から出力されるべきエネルギーの中のわずかな部分しか消費しない傾向を有する。その結果、空圧モーター１２は、従来の装置よりも均一なポンプ供給圧力の生成を容易にすることができる。更に、特定の実施形態では、パイロット弁の磁気的な作動により、空圧モーター１２は、低圧空気しか供給されない場合にも作動可能である。また、いくつかの実施形態では、磁気作動型のパイロット弁は、衝撃および損耗に対して堅牢なスプール弁を含むことにも留意されたい。従来の装置との関係において、これらのスプール弁は、相対的に長い作動寿命を備える傾向を有するであろう。空圧モーター１２の詳細については、噴霧システム１０の特徴を説明した後に後述する。

空圧モーター１２に加えて、一例としての噴霧システム１０は、ポンプ１４、塗液導入口１６、スタンド１８、スプレーガン２０、空気管路２２、液体管路２４およびレギュレータアセンブリ２６を包むことができよう。ポンプ１４は、後述するように、空圧モーター１２に機械的にリンクされた往復ポンプとすることができる。その他の実施形態では、ポンプ１４は、様々な異なるタイプのポンプとすることができる。

ポンプ１４の吸入口は塗液導入口１６に連通させることができ、また、ポンプ１４の排出口は液体管路２４に連通させることができる。そして、液体管路２４は、スプレーガン２０のノズルに連通させることができる。該ノズルは、また、空気管路２２に連通させることができよう。

レギュレータアセンブリ２６は、空気管路２２内の空気圧力、空気駆動空圧モーター１２の圧力および／または液体管路２４内の塗液の圧力を直接または間接的に調節すべく構成可能である。更に、レギュレータアセンブリ２６は、これらの圧力の中の１または複数のものを表示すべく圧力計を含むことができる。

作動中には、空圧モーター１２は、空気圧をポンプ１４の動作に変換可能である。回転ポンプ１４は、空圧モーター１２に接続されたクランクシャフトによって駆動可能であり、また、往復ポンプ１４の場合には、後述するように、ロッドによって空圧モーター１２に直接リンク可能である。ポンプ１４は、塗液導入口１６、液体管路２４およびスプレーガン２０のノズルを通じて、塗料、ワニスまたは染色液等の塗液を輸送可能である。空気管路２２を通じて流れる加圧空気は、スプレーガン２０から流出する塗液の霧化および噴霧パターンの形成を支援可能である。前述のように、塗液の圧力は、噴霧パターンに影響を及ぼす可能性がある。圧力の変動は、噴霧パターンの破壊や拡大を引き起こす可能性がある。

図２は、理想的なシステム２３、一例としての噴霧システム１０および従来の噴霧システム３２という３つのタイプの噴霧システムにおける塗液の圧力対時間のグラフである（従来の噴霧システム３２は、システム間の違いを強調すべく、任意に選択された１／２サイクルの位相のずれを伴って示されている）。図２に示すように、２つの非理想的なシステム１０、３２の場合には、塗液の圧力が変動している。但し、一例としての噴霧システム１０は、従来の噴霧システムの変動３６よりも小さな変動３４となっている。塗液の圧力の相対的に小さな変動３４を可能にする傾向を有する一例としての噴霧システム１０の特徴については後述する。

図３〜図９は、空圧モーター１２の細部を示す。図３は、空圧モーター１２およびポンプ１４の斜視図である。図４〜図７は、エネルギー変換サイクルの連続した段階における空圧モーター１２の断面図であり、図８、９は、空圧モーター１２内の切換装置の断面図である。図８、９は、サイクルの様々な部分において切換装置がとる２つの状態を示す。空圧モーター１２の構成要素について説明した後に、エネルギー変換サイクルにおけるそれらの作用について説明する。

図３、４を参照すると、空圧モーター１２は、上部パイロット弁３８、下部パイロット弁４０、シリンダ４２、底部ヘッド４４、頂部ヘッド４６、エアモーターピストン４８、ピストンロッド５０および主弁５２を含むことができる。これらの構成要素を空圧的にまたは流体的に結合すべく、空圧モーター１２は、上部パイロット信号経路５４、上部パイロット信号経路５６、下部パイロット信号経路５８、下部パイロット信号経路６０、上部主空気通路６２および下部主空気通路６４を含むことができる。

図８は、上部パイロット弁３８の拡大図であり、これは、切換装置、磁気作動型の切換装置、磁気作動型のパイロット弁、ピストン位置センサ、または磁気作動型の弁と称することも可能である。上部パイロット弁３８は、磁石６６、スプール弁体６８、エンドキャップ７０、スリーブ７２および磁石停止部７４を含むことができる。

図８は、上部パイロット弁３８の拡大図であり、これは、切換装置、磁気作動型の切換装置、磁気作動型のパイロット弁、ピストン位置センサ、または磁気作動型の弁と称することも可能である。上部パイロット弁３８は、磁石６６、スプール弁体６８、エンドキャップ７０、スリーブ７２および磁石停止部７４を含むことができる。

スプール弁体６８は、磁石マウント部７６、下部シール部７８、中間シール部８０および上部シール部８２を含むことができる。概ね上部シール部８２と中間シール部８０とによって画成される空間を上部チャンバ８４と称し、また、概ね中間シール部８０と下部シール部７８によって画成される空間を下部チャンバ８６と称する。上部チャンバ８４は、上部パイロット信号経路５６に連通させることができ、また、下部チャンバ８６は、上部パイロット信号経路５４に連通させることができる。いくつかの実施形態では、これらの通路は、スリーブ７２に対するスプール弁体６８の位置とは無関係に、連通状態とすることができよう。スプール弁体６８は、略回転対称（例えば、円形）とすることができ、また、中心軸８８を有しており、該中心軸を中心として様々な部分７８、８０、８２、８４、８６が略同心に配置されている。スプール弁体６８は、例えば、硬化ステンレス鋼（例えば、４４０Ｃグレード）等の硬質金属から製造可能であり、例えば、旋盤によって機械加工することができよう。磁石マウント部７６は、磁石６６をスプール弁体６８に結合、例えば、固定することができよう。

エンドキャップ７０は、排気ポート９０、９２と、通気孔９４とを含むことができる。通気孔９４は、スプール弁体６８の頂部９６と連通させることができ、また、排気ポート９０、９２は、後述するように、スプール弁体６８の位置に応じて、選択的に上部チャンバ８４に連通させることができる。

スリーブ７２は、下部シール部７８、中間シール部８０および上部シール部８２と共に動的に密封（例えば、摺動しながら密封）することができる寸法にて形成された略円形管状の形状を有することができよう。いくつかの実施形態では、スリーブ７２は、スプール弁体６８の中心軸８８を中心として略同心配置される。スリーブ７２は、上部パイロット信号経路５４、上部パイロット信号経路５６および排気ポート９０、９２を通すための複数の通路を備えることができる。スリーブ７２は、既述の硬質金属から製造可能である。特定の実施形態では、スリーブ７２は、スプール弁体６８と整合した組を形成可能である。すなわち、スプール弁体６８の外径とスリーブ７２の内径の間の許容差は、動的に密封するように設定可能である。いくつかの実施形態では、スプール弁体６８およびスリーブ７２は、Ｏリング、或いは、例えば、Ｕカップまたはリップシールその他のタイプのシール部材を一般に伴うことなく、動的に密封することができよう。有利には、スプール弁体６８は、相対的に摩擦をほとんど伴うことなく、スリーブ７２内において摺動可能であり、この特性は、スプール弁体６８が動作する際に消費するエネルギー量を低減するであろう。

磁石停止部７４は、頂部ヘッド４６と共に一体に形成可能であり、また、圧力導入口１００を含むことができる。圧力導入口１００によって、磁石６６の底部表面１０３がシリンダ４２の内部に連通する。圧力導入口１００は、磁石６６の動作を可動範囲内に制限すべく、一般に磁石６６よりも小さくすることができる。

図４を再び参照すると、下部パイロット弁４０は、上部パイロット弁３８に類似するかまたはこれと略同一のものとすることができる。下部パイロット弁４０は、参照符号３８の上部パイロット弁との関係において、上下逆に配向可能である。その結果、下部パイロット弁４０の磁石６６は、シリンダ４２の内部に近接した状態となろう。

シリンダ４２は、エアモーターピストン４８と共に動的に密封する寸法にて形成された内径を有する略円形管状の形状とすることができる。タイロッド１０２（図３参照）により、頂部ヘッド４６と底部ヘッド４４間において、シリンダ４２の壁を締め付け可能である。

図４を参照すると、頂部ヘッド４６は、上部パイロット弁体３８の複数の部分および上部主空気通路６２の一部分と共に一体に形成可能である。上部主空気通路６２は、頂部ヘッド４６を貫通して延長可能であり、これにより、上部主空気通路６２は、シリンダ４２の上方内部分１０４との流体連通状態に配置される。同様に、底部ヘッド４４は、下部パイロット弁体４０の複数の部分および下部主空気通路６４の一部分と共に一体に形成可能である。下部主空気通路６４は、シリンダ４２の下方内部分１０６に連通させることができる。

エアモーターピストン４８は、上方内部分１０４を下方内部分１０６から分離可能である。ピストン４８は、摺動シールを形成すべくシリンダ４２と境界を形成するシール部材１００（例えば、Ｏリング）を含むことができる。エアモーターピストン４８は、上部表面１１０および下部表面１１２を含むことができる。ピストンロッド５０は、エアモーターピストン４８に固定されるかまたはその他の方法で結合可能であり、また、底部ヘッド４４を貫通してポンプ１４に向かって延長可能である。

主弁５２は、主空圧切換装置または空圧制御型弁と称することができる。主弁５２は、ハウジング１１４、スリーブ１１６および主スプール弁体１１８を含むことができる。ハウジング１１４は、主空気吸入口１２０と、通気孔１２２、１２４とを含むことができる。主スプール弁体１１８は、スリーブ１１６と共に、いくつかの摺動シールを形成可能である。主スプール弁体１１８およびスリーブ１１６は、連携し、上部チャンバ１２６および下部チャンバ１２８を定義可能である。上部チャンバ１２６および下部チャンバ１２８は、中間シール部１３０によって分離可能である。

スリーブ１１６およびハウジング１１４は、主スプール弁体１１８の移動経路および方向を定義可能である。この移動経路および方向は、ハウジング１１４内において上下に移動する主スプール弁を示す図４〜図７の主スプール弁体１１８の位置を比較することによって理解することができよう。その他の実施形態では、主スプール弁体１１８は、主スプール弁体１１８およびハウジング１１４の構成に応じて、異なる経路を移動したり、或いは、回転可能である。

いくつかの実施形態では、主スプール弁体１１８は、磁気的な戻り止めを含むことができ、この磁気的な戻り止めは、ハウジング１１１に装着された固定された磁石１１９、１２１と、主スプール弁体１１８に装着された動作可能な磁気応答性材料(magnetically responsive material)１２３、１２５（強磁性材料または高透磁率を有するその他の材料）と、から構成される。磁気応答性材料１２３、１２５は、図４〜図７には、主スプール弁体１１８とは別個の材料として示されているが、いくつかの実施形態では、主スプール弁体１１８を磁気応答性材料から製造可能である。磁石１１９、１２１は、後述するように、閾値力が主スプール弁体１１８に印加される時点まで、主弁５２のそれぞれの端部に対して主スプール弁体１１８を保持可能である。

磁気的な戻り止めは、実施形態によっては様々な形態をとることができる。特定の実施形態では、磁石１１９、１２１と磁気応答性材料１２３、１２５の位置を逆転可能である。すなわち、磁石が、主スプール弁体１１８に結合して、これと共に動作するようにし、ハウジング１１４が、磁気応答性材料を包含するかまたはこれに結合されるようにできる。他の実施形態では、ハウジング１１４および主スプール弁体１１８の双方が磁石を含むことができる。これらの磁石は、ハウジング内の磁石のＮ極が主スプール弁体１１８上の磁石のＳ極と対向するように、またはこの逆となるように配向可能である。

本実施形態は、様々なタイプの磁石を含むことができる。例えば、図示の磁石１１９、１２１は、電磁石、或いは、例えば、ネオジミウム−鉄−ボロン磁石、セラミック磁石、またはサマリウム−コバルト磁石等の永久磁石とすることができる。

図示の実施形態は、主スプール弁体１１８が移動する経路のそれぞれの端部に１つずつの合計２つの磁気的戻り止めを含む。磁石１１９、１２１の極は、この移動の方向に対して略平行とすることができ、また、これらの磁石からの磁界は、主スプール弁体１１８がその経路の遠端部分に位置した際に、主スプール弁体１１８と重なり合うことができる。他の実施形態では、主スプール弁体１１８は、例えば、その移動の頂部等の主スプール弁の経路の一端に配設された単一の磁気的な戻り止めを含むことができる。

特定の実施形態は、磁気吸引力の代わりに、またはこれに加えて、磁気反発力を利用する単一の磁気的な戻り止めを含むことができる。例えば、主スプール弁体１１８は、主スプール弁の移動の方向に対して略垂直に延長する極を有する磁石をその中間シール部１３０の近くに含むことができ、また、ハウジングは、主スプール弁体１１８をハウジング１１１の頂部または底部に向かって押圧するように、主スプール弁の経路の中間の近傍に配置された反発磁石を含むことができる。すなわち、ハウジング１１１の中間区域の近傍に配設された単一の磁石は、その経路の中間地点との関係おける主スプール弁体１１８の位置に応じて、ハウジング１１１の頂部または底部に対して主スプール弁体１１８を付勢可能である。これらの実施形態では、固定された反発磁石の極は、主スプール弁の移動の方向に対しては略垂直であると共に主スプール弁体１１８上の可動磁石に対しては略平行に配向するようにした形態もあろう。

様々な流体管を主弁５２に接続可能である。上部パイロット信号経路５６は、ハウジング１１４を貫通して延設させ、主スプール弁体１１８の頂部表面１３２と連通させることができよう。同様に、下部パイロット信号経路６０は、主スプール弁体１１８の底部表面１３４と連通させることができる。中間シール部１３０の位置に応じて、主空気吸入口１２０は、上部チャンバ１２６を介して上部主空気通路６２との、或いは、下部チャンバ１２８を介して下部主空気通路６４に連通させることができる。

空圧モーター１２は、圧縮空気または蒸気等の加圧流体の供給源に接続することができる。例えば、空圧モーター１２は、主空気吸入口１２０およびパイロット信号経路５４、５８を介して中央エアコンプレッサ（例えば、工場のエアコンプレッサ）に接続可能である。

作動中には、空圧モーター１２は、主空気吸入口１２０を通じて空圧力を受容することができ、また、ピストンロッド５０の動作を通じて動力を出力可能である。このために、空圧モーター１２は、図４〜図７に示すサイクルを反復可能である。このサイクルの段階間において遷移する適切な時点を通知すべく、パイロット弁体３８、４０は、エアモーターピストン４８の位置を検知すると共に、図８、９に示す状態間で切換可能である。その結果、いくつかの実施形態では、パイロット弁３８、４０は、後述するように、主空気吸入口１２０からの空気の流れの方向を変更するタイミングを主弁５２に通知するセンサとして機能させることができよう。

図４は、サイクル内の任意の選択された時点で開始し、矢印１３６によって示すエアモーターピストン４８の上昇行程の中間を示している。この段階では、流入主空気１３８が、主空気吸入口１２０を通じて流入し、また、主スプール弁体１１８によって下部主空気通路６４へ導かれる。流入主空気１３８は、下部チャンバ１２８を通過して下部主空気通路６４に到達する。下部主空気通路６４に到達した後、流入主空気１３８は、シリンダ４２の下方内部分１０６内に流入する。下方内部分１０６が流入主空気１３８によって加圧されるのに伴って、エアモーターピストン４８の下部表面１１２に力が印加され、その結果、エアモーターピストン４８が上方に移動し、これにより、矢印１３６によって示すように、ピストンと共にピストンロッド５０が引き上げられる。

上昇行程では、エアモーターピストン４８の上方における上方内部分１０４から流出主空気１４０が排気される。流出主空気１４０は、上部主空気通路６２を通じて、主弁５２の上部チャンバ１２６に流入し、次いで、通気孔１２２を通じて大気中に放出される。図示の実施形態では、流入主空気１３８および流出主空気１４０は、エアモーターピストン４８が頂部ヘッド４６に接近するまで、この経路を継続的に辿る。そして頂部ヘッド４６に接近した時点で、空圧モーター１２は、図５に示す状態に移行することができる。

図５において、エアモーターピストン４８は、その行程の最上端にあり、また、主弁５２は、主空気流１３８、１４０を逆転させている。後述するように、本実施形態では、上部パイロット弁３８は、エアモーターピストン４８がその行程の最上端の近傍にあることを磁気的に検知し、また、噴出する空気を主弁５２の頂部内に導き、これにより、主スプール弁体１１８の位置をシフトさせる。

エアモーターピストン４８がその行程の最上端に到達すると、上部パイロット弁３８は、図８、９に示す状態間において遷移可能である。当初、上部パイロット弁３８は、図８に示す状態にあってよく、スプール弁体６８は、スリーブ７２内の上昇位置または休止位置にある（以下、「第１位置」と称する）。スプール弁体６８が第１位置にあるとき、上部パイロット信号経路５６は、上部チャンバ８４を介して排気ポート９０、９２に連通させることができ、また、上部パイロット信号経路５４は、スプール弁体６８の中間シール部８０によって上部パイロット信号経路５６から隔離させることができよう。つまり、上部パイロット信号経路５６は通気可能であり、また、上部パイロット信号経路５４は、密封可能である。スプール弁体６８は、スリーブ７２と磁石６６間の磁気吸引力により、第１位置に保持可能である。

エアモーターピストン４８がその行程の最上端に到達すると、上部パイロット弁３８は、図８に示す第１位置から、図９に示す第２位置に移動する。磁石６６がエアモーターピストン４８に吸引され、その結果、スプール弁体６８が引き下げられる。吸引力を高めるために、エアモーターピストン４８が磁石１４６を備えるようにした実施形態もあろう。これに代えて或いはこれに加えて、エアモーターピストン４８は、例えば、５００μＮ／Ａ²を上回る透磁率を有するような高透磁率を備えた材料を含むことができる。磁石６６は、磁石停止部７４に衝突する時点まで引き下げられ、この時点において、スプール弁体６８は第２位置にある。

スプール弁体６８が第２位置にあるとき、上部パイロット信号経路５４は、上部チャンバ８４を介して上部パイロット信号経路５６に連通させることができる。その結果、上部パイロット信号経路５６を通じて、例えば、空気流および／または圧力波等の空圧信号１４２を主弁５２に伝送可能である。

図４、５を再び参照すると、空圧信号１４２によって、主スプール弁体１１８は、図４に示す第１位置から図５に示す第２位置に駆動されよう。空圧信号１４２は、主スプール弁体１１８の頂部表面１３２に作用する空気圧を高めることによって、磁石１１９と磁気応答性材料１２３の間の磁気吸引力を克服する。この磁気吸引力が克服されると、主スプール弁体１１８は、スリーブ１１６内を図５に示す第２位置に移動する。主スプール弁体１１８は、磁石１２１と磁気応答性材料１２５との間の磁気吸引力により、この位置に保持される。この実施形態では、主スプール弁体１１８が第１位置から第２位置に移動することにより、主空気流１３８、１４０が逆転する。この時点において、エアモーターピストン４８は、図５の矢印１４６によって示すように、その下降行程を開始可能となる。

エアモーターピストン４８が、頂部ヘッド４６から離反して下方に移動するのに伴って、上部パイロット弁３８は、図９に示す第２位置から、図８に示す第１位置に戻ることができる。シリンダ４２の上方内部分１０４内への流入主空気１３８は、上方内部分１０４の圧力を高める。この上昇した圧力は、エアモーターピストン４８を下方に駆動するのに加えて、上部パイロット弁３８の圧力導入口１００を通じて伝播し、その結果、スプール弁体６８は上方に駆動され、図８に示す第１位置に戻ることになる。磁石６６とスリーブ７２の間の磁気吸引力により、エアモーターピストン４８が次回到来するまで、スプール弁体６８が第１位置に保持されよう。

有利には、図示の実施形態では、パイロット弁３８、４０は、モーター１２を損耗させると共にその内部の機械的応力を増大させる可能性のある機械的な結合ではなく、空気圧により、それぞれの本来の閉鎖位置に復帰している。いくつかの例では、パイロット弁３８、４０は、空圧リセット型のパイロット弁と称されよう。この実施形態では、パイロット弁３８、４０は、主弁５２を介して、それらが変調する空気圧（すなわち、シリンダ４２内の圧力）によってリセットされていることに留意されたい。その結果、図示のパイロット弁３８、４０は、それぞれの位置を自己調節している。すなわち、この実施形態では、パイロット弁３８、４０は、それらが当初移動して増大させた空気圧によって復帰しており、従って、シリンダ４２内の圧力は、パイロット弁３８、４０に対する空圧フィードバック制御信号として機能している。つまり、パイロット弁３８、４０は、それ自身が検知するシリンダ４２の一部における圧力の変化（例えば、増大）に応答し、それ自身が主弁５２に送る空圧信号を終了させるように構成されている。

磁石６６は、シリンダ４２内の圧力が磁石の相対的に大きな底部表面１０３に対して作用するように、頂部ヘッド４６に対して密封するようにした実施形態もあろう。他の実施形態では、底部シール部７８が、シリンダ内の圧力が作用する表面を画成するようにできる。パイロット弁３８、４０をリセットするための独立のピストンを含むようにした構成もあろう。

いくつかの実施形態では、パイロット弁３８、４０は、必ずしも、磁気によって作動すること、そして空気圧によって戻されることの双方を必要とするわけではない。パイロット弁３８、４０は、先ず、磁気吸引力または磁気反発力以外の力によっては変位させるようにした実施形態もあろう。例えば、カムその他の装置によって前記パイロット弁をピストン４８に向かって駆動させ、そしてシリンダ４２内の空気圧によって復帰させるようにできよう。逆に、パイロット弁３８、４０を磁気吸引力によってピストン４８に向かって吸引し、かつ、空圧的に復帰するのではなく、ピストンから延設された部材によって復帰させるようにした他の例もあろう。いくつかの実施形態では、例えば、パイロット弁をエアモーターピストン４８に向かって吸引する磁気力よりも弱い磁気力により、パイロット弁３８、４０を復帰させるようにできよう。

図４〜図７を再度参照する前に、要約すると、エアモーターピストン４８の行程の最上端において、上部パイロット弁３８は、エアモーターピストン４８の位置を磁気的に検知可能であり、また、主弁５２を空圧的に切換えて下降行程を開始可能である。

図５は下降行程の開始を示し、図６は下降行程の中間を示している。図５において、エアモーターピストン４８は、依然として、頂部ヘッド４６の近傍にあり、また、空圧信号１４２は、上部パイロット信号経路５６を介して主弁５２に依然として印加されている。図６において、エアモーターピストン４８は、上部パイロット弁３８から離反するように移動しており、また、空圧信号１４２は、もはや主弁５２に印加されていない。この時点で、図８を参照して前述したように、上部パイロット信号経路５６は通気可能である。

下降行程の全体を通じて、流入主空気１３８が、主空気吸入口１２０を通じて、上部チャンバ１２６内に、そして、上部主空気通路６２を通じて、上方内部分１０４に流入することができる。流出主空気１４０は、下方内部分１０６から、下部主空気通路６４を通じて、また、下部チャンバ１２８を介して通気孔１２４から外部へ流出することができる。その結果得られるエアモーターピストン４８の両側の圧力差により、矢印１４６によって示すように、ピストンロッド５０を下方に駆動することができる。

図７は、下降行程の最下端を示している。下降行程から上昇行程へ移行する間、下部パイロット弁４０は、図８、９に示す状態間で移行可能である。上部パイロット弁３８と同様に、下部パイロット弁４０も、エアモーターピストン４８の位置を磁気的に検知可能であり、また、下部パイロット信号経路６０を通じて空圧信号１４２を送出することができる。空圧信号１４２によって、主スプール弁体１１８は第２位置から第１位置へ復帰、駆動され、これにより、主空気流１３８、１４０が逆転し上昇行程が開始される。

エアモーターピストン４８は、図４に示す状態を経て上方に移動可能であり、また、図４〜図７に示すサイクルを無限に反復することとなろう。各行程の終端においてパイロット弁３８、４０は、主空気流１３８、１４０の方向を逆転するように、空圧信号１４２によって主弁５２に信号を送出することができる。その結果得られるピストンロッド５０の上動および下動動作を利用して、ポンプ１４によって塗液を噴霧システム１０を通じてスプレーガン２０から外部に輸送可能である。空圧モーター１２の速度は、例えば、レギュレータアセンブリ２６を介して主空気吸入口１２０を通じた圧力および／または流量を調節することにより、部分的に調節可能である。

本実施形態では、パイロット弁３８、４０は、他の可動部品に接触することなく、エアモーターピストン４８の位置を検知しているので有利である。更に、スプール弁体６８は、ほとんど摩擦を伴うことなしに、スリーブ７２内で摺動可能である。その結果、いくつかの実施形態では、主空気流１３８、１４０を切換える際に、エネルギーをほとんど浪費していない。更に、特定の実施形態では、パイロット弁３８、４０は、低摩擦と、損耗するシール部材を伴うことなく非接触式に作用するので、長い耐用寿命を有するであろう。接触および摩擦が比較的少ないので、損耗および疲労が低減されよう。更に、いくつかの実施形態では、パイロット弁３８、４０は、パイロット弁を疲労させたりその耐用寿命を短縮させる可能性のある、例えば、リードやスプリング等の弾性部材を付勢することなく作動可能である。更に他の利点として、いくつかの実施形態は、相対的に低い圧力の空気しか主空気吸入口１２０に供給されない場合にも動作可能である。例えば、172.35kPa(25psi)、103.41kPa(15psi)、34.47kPa(5psi)または13.79kPa(2psi)未満の圧力において作動する能力を有する実施形態もあろう。

更に、特定の実施形態では、パイロット弁３８、４０は、汚染された空気に暴露された場合にも、従来の設計よりも信頼性が高くなろう。粒子または蒸気を含む空気は、弁の部品上に堆積物を形成することがあり、また、例えば、いくつかのリード弁等の特定のタイプの弁の場合には、堆積物が弁の作用を妨げる可能性がある。

ここに説明する技術は、様々な実施形態に適用可能である。例えば、前述のように、エアモーターピストン４８は、パイロット弁３８、４０内の磁石６６を吸引する吸引力を高めるために、磁石１４６を含むことができる（図９参照）。このような実施形態では、上部パイロット弁３８内の磁石６６の極は、下部パイロット弁４０内の磁石６６の極と同様に配向されよう。すなわち、上部パイロット弁３８内の磁石６６のＮ極が下方を向いている場合には、下部パイロット弁４０内の磁石６６のＳ極は上方に配向され、また、この逆も同様である。これに代えて或いはこれに加えて、高透磁率材料（例えば、強磁性材料）をスプール弁体６８に結合し、エアモーターピストン４８上の磁石１４６に向かってスプール弁体６８を吸引するようにできよう。いくつかの実施形態では、磁石６６を省略可能であり、また、スプール弁体６８に結合された高透磁率材料と磁石１４６の間の吸引力によってスプール弁体６８を作動可能であるが、これは、本明細書において説明したその他の特徴を省略することができないことを示唆するものではない。

いくつかの実施形態では、他のタイプのパイロット弁３８および／またはパイロット弁４０を利用可能である。一例において、パイロット弁３８および／またはパイロット弁４０は、機械加工費用を低減すべく、リップシール等のシール部材を含むことができる。他の例では、回転するシール部材と略固定されたシリンダの間を動的に密封することができ、この逆も同様である。回転する部材は、エアモーターピストン４８が近接した状態にある際にトルクを印加すべく、磁石６６に結合可能である。他の実施形態では、空気圧によってパイロット弁を図８に示す状態に復帰させる代わりに或いはこれに加えて、固定された磁石またはスプリングにより、パイロット弁３８、４０をエアモーターピストン４８から離れる方向に付勢することができよう。

図１０〜図１４は、他の空圧モーター１４８を示す。空圧モーター１４８では、前述の様々な特徴を、共有されたハウジングまたは構成要素に統合可能である。例えば、空圧モーター１４８は、頂部一体型マニフォールド１５０および底部一体型マニフォールド１５２を含むことができる。一体型マニフォールド１５０、１５２は、単一の材料片から、それぞれ、頂部ヘッド４６および底部ヘッド４４と共に一体に形成可能であり、例えば、機械加工および／または鋳造することができよう。図１４の断面図に示すように、上部主空気通路６２は、頂部一体型マニフォールド１５０を貫通して主弁５２から直接取り回すことができよう。底部一体型マニフォールド１５２も、下部主空気通路６４との関係において同様に構成可能である。更に、上部パイロット信号経路５６および上部パイロット信号経路５４は、少なくとも部分的に、頂部一体型マニフォールド１５０と共に一体に形成可能であり、また、下部パイロット信号経路５８および下部パイロット信号経路６０も、底部一体型マニフォールド１５２と共に一体に形成可能である。図１１に示すように、いくつかの実施形態では、頂部一体型マニフォールド１５０は、底部一体型マニフォールド１５２と回転対称とすることができるが、底部一体型マニフォールド１５２と鏡映対称であってはならない。すなわち、マニフォールド１５０、１５２は、略等しく且つ反対に傾斜させることができる。更に、図示の実施形態では、パイロット信号経路５４、５８は、主弁５２と一体に形成されたマニフォールド１５４を介して主空気吸入口１２０との流体している。

図１５〜図１７は、空圧モーター１５６の第３実施形態を示す。図示の空圧モーター１５６は、機械作動型のパイロット弁１５８、１６０、排気サイレンサ１６２および磁気的な戻り止めを有する主弁５２を含み、主弁は、磁石１７０、１７２と、強磁性スピンドル１６４とから形成されている。磁石１７０、１７２は、機械作動型のパイロット弁１５８または１６０から吐出する空気圧によってこの磁気的な戻り止めが克服されるまで、スピンドル１６４が摺動するスリーブ１１６のそれぞれの端部に該スピンドル１６４を磁気的に保持可能である。機械作動型のパイロット弁１５８、１６０は、エアモーターピストン４８が弁部材１７４に機械的に接触したときに、空気圧をスピンドル１６４の頂部または底部に選択的に印加可能である。また、主弁５２は、スピンドル１６４がスリーブ１１６の頂部または底部に到達したときの衝撃を緩和するように構成された緩衝パッド１６６、１６８をも含むことができる。緩衝パッド１６６、１６８は、ポリウレタン、ゴムその他の適切な材料から製造可能である。本実施形態では、緩衝パッド１６６、１６８は、磁石１７０、１７２とスピンドル１６４との間に配設されている。緩衝パッド１６６、１６８の厚さは、空圧信号を機械作動型のパイロット弁１５８またはパイロット弁１６０から受領するまで、磁石１７０、１７２がスピンドル１６４を保持するように、磁石１７０、１７２の強度を考慮して選択可能である。

以上、本発明の特定の特徴についてのみ図示し説明したが、当業者であれば、多数の変更および変形を想起可能であろう。従って、特許請求の範囲は、本発明の精神に含まれるそれらの変更および変形のすべてを包含することを意図したものであると理解されたい。

１０ 噴霧システム
１２ 空圧モーター
１４ ポンプ
２０ スプレーガン
２６ レギュレータアセンブリ
３８ 上部パイロット弁
４０ 下部パイロット弁
４２ シリンダ
４８ エアモーターピストン
５０ ピストンロッド
５２ 主弁
５４ 上部パイロット信号経路
５６ 上部パイロット信号経路
５８ 下部パイロット信号経路
６０ 下部パイロット信号経路
６２ 上部主空気通路
６４ 下部主空気通路
６６ 磁石
６８ スプール弁体
７４ 磁石停止部
７６ 磁石マウント部

Claims (2)

1. シリンダ内に配設されたピストンと、
   前記シリンダの第１の端部に配設された第１のパイロット弁と、
   前記シリンダにおいて前記第１の端部の反対側の第２の端部に配設された第２のパイロット弁と、
   前記シリンダ内への流体の流れを制御すべく構成された主弁とを具備したモーターにおいて、
   前記主弁がハウジングと、
   前記ハウジング内に配設された弁部材と、
   磁力を前記弁部材に印加することにより、前記ハウジング内において前記弁部材の動作に抵抗すべく構成された磁気的な戻り止めとを具備し、
   前記ピストンによって前記第１と第２のパイロット弁を駆動するようにしたモーター。
2. 空圧モーターの操作方法であって、
   弁部材を第１の位置に保持するために、前記弁部材をハウジング内で該ハウジングの第１の側部に磁気的に付勢する段階と、
   前記弁部材が前記第１の位置にあるとき、ピストンを有したシリンダの第１の端部に流体の流れを導く段階であって、前記流体の流れは、前記ピストンを前記シリンダの第１の端部から該第１の端部とは反対側の第２の端部へ駆動する、シリンダの第１の端部に流体の流れを導く段階と、
   前記シリンダの前記第２の端部に配設されている第１のパイロット弁を前記ピストンを介して駆動する段階と、
   前記第１のパイロット弁の作動に応答して前記弁部材を第２の位置へ駆動するために、前記弁部材に接触する流体の圧力を調節することによって前記磁気的な付勢を空圧的に克服する段階と、
   前記弁部材を前記第２の位置に保持するために、前記弁部材を前記ハウジングの第２の側部に磁気的に付勢する段階と、
   前記弁部材が前記第２の位置にあるとき、前記シリンダの前記第２の端部に流体の流れを導く段階であって、前記流体の流れは前記ピストンを前記シリンダの前記第２の端部から前記シリンダの前記第１の端部に駆動して戻す、前記シリンダの前記第２の端部に流体の流れを導く段階と、
   前記シリンダの前記第１の端部に配設された第２のパイロット弁を前記ピストンを介して作動させる段階と、
   前記第２のパイロット弁の作動に応じて前記弁部材を前記第１の位置に駆動して戻すために、前記弁部材に接触する流体の圧力を調節することによって前記磁気的な付勢を空圧的に克服する段階と、を含む空圧モーターの操作方法。

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