JP6076880B2 - 制御弁 - Google Patents

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Description

本発明は、被供給部材に対して圧縮空気の供給を開始するときに、徐々に供給量を増加させるようにした制御弁に関する。
空気圧源から吐出された空気を、流路を介して被供給部材に供給する状態と、供給を停止する状態とに切り換えるために、空気圧源と被供給部材との間には流路を開閉する切換弁が設けられる。被供給部材に対する空気の供給量を制御する場合には、流路を形成する配管に速度制御弁が設けられる。速度制御弁を配管に設けることにより、被供給部材に対して空気流量を徐々に増加させて空気を供給した後に、最大流量を供給するようにすることができる。しかしながら、速度制御弁を配管に設けると、空気圧回路が複雑になる。
特許文献1には、ピストンの両側の圧力室が設けられた両動型の空気圧シリンダを被供給部材としてピストンロッドの駆動を制御するための制御弁が記載されている。この制御弁は、5ポート3位置の切換弁と空気圧シリンダとの間に配置され、空気圧シリンダのピストンロッドを突出させるときには、徐々に突出速度を高めるように、空気圧シリンダをスロースタート制御する。
実開昭53−31329号公報
特許文献1に記載される制御弁は、入口ポートと出口ポートとの連通開度を制限する第1切換位置と、連通開度を全開とする第2切換位置とに作動するスプール弁体を有している。一方の圧力室に圧縮空気を供給して、ピストンロッドを突出させるときには、スプール弁体は第1切換位置に設定される。圧縮空気により徐々に第1の切換位置が大きくなり、ピストンは小さく制限された開口によるメータイン的制御でスロースタートされて徐々に移動する。制御弁は、スプール弁体を第2切換位置に設定するためのパイロットピストンを有しており、切換弁により他方の圧力室に圧縮空気を供給すると、スプール弁体はパイロットピストンにより第2の切換位置に設定される。
このように、空気圧シリンダの他方の圧力室に供給するときにパイロットピストンを駆動するようにした制御弁においては、5ポート3位置の切換弁により制御弁を切換制御しなければならず、両動型の空気圧シリンダを駆動する場合に適用することができるが、単動型の空気圧シリンダや圧縮空気を噴出させるためのノズル等の空気圧機器を被供給部材とする場合には、適用することができない。
本発明の目的は、一次側ポートに対する空気の給排を切り換えることにより、被供給部材に対する圧縮空気の供給をスロースタート制御し得る制御弁を提供することにある。
本発明の制御弁は、空気圧源から供給された圧縮空気を被供給部材に供給する制御弁であって、前記空気圧源に接続される一次側ポート、前記被供給部材に接続される二次側ポート、および前記一次側ポートと前記二次側ポートとを連通させる連通孔が設けられた弁ハウジングと、前記弁ハウジングに前記連通孔と同軸に設けられたシリンダ孔に、軸方向に摺動自在に組み込まれるピストンと、前記連通孔を閉鎖する嵌合部と、前記連通孔の連通開度を変化させるテーパ部とを備え、前記ピストンに設けられる弁軸と、前記一次側ポートに圧縮空気が供給されると、前記連通開度を大きくする方向への前記弁軸の移動を制御する弁軸移動制御機構と、を有する。
一次側ポートと二次側ポートとを連通させる連通孔に同軸となってシリンダ孔が弁ハウジングに設けられている。シリンダ孔に組み込まれるピストンに設けられた弁軸は、連通孔を閉鎖する嵌合部と、連通孔の開度を変化させるテーパ部とを有している。制御弁の一次側ポートに圧縮空気が供給されていない状態のもとでは、嵌合部により連通孔は閉じられている。一次側ポートに圧縮空気が供給されると、弁軸が駆動されてテーパ部が連通孔の位置に移動し、連通孔の開度が徐々に大きくなる。これにより、空気圧源からの圧縮空気を被供給部材に供給する供給開始時には、徐々に圧縮空気が被供給部材に供給されることになり、被供給部材はスロースタート制御される。一次側ポートに対する圧縮空気の給排を切り換えることにより、制御弁を複雑な構造とすることなく、被供給部材をスロースタート制御することができる。
一実施の形態である制御弁を示す断面図である。 第2実施の形態である制御弁を示す断面図である。 第3実施の形態である制御弁を示す断面図である。 第4実施の形態である制御弁を示す断面図である。 第5実施の形態である制御弁を示す断面図である。 第6実施の形態である制御弁を示す断面図である。 第7実施の形態である制御弁を示す断面図である。 第8実施の形態である制御弁を示す断面図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。それぞれの実施の形態においては、共通の機能を有する部材には同一の符号が付されている。
図1に示されるように、制御弁10aは、空気圧源11から供給された圧縮空気を被供給部材12に供給するために使用される。この被供給部材12は、例えば、空気圧シリンダやエアーノズル等の空気圧機器である。被供給部材が空気圧シリンダの場合には、ピストンロッドを突出させるときに圧縮空気を圧力室に供給し、ピストンロッドをばねにより戻すようにした単動型の空気圧シリンダや、ばねを有さない複動型の空気圧シリンダである。
制御弁10aは、ブロック状の金属製の部材からなる弁ハウジング13を有している。弁ハウジング13には、一次側ポート14と二次側ポート15とが設けられている。一次側ポート14は、弁ハウジング13の一方の側面に開口し、一次側流路16により空気圧源11に接続される。二次側ポート15は、弁ハウジング13の他方の側面に開口し、二次側流路17により被供給部材12に接続される。弁ハウジング13には、図1において上下方向に延びる段付きの取付孔18が形成されている。一次側ポート14と二次側ポート15はそれぞれ取付孔18に連通している。一次側ポート14は弁ハウジング13の一端部側に形成され、二次側ポート15は一次側ポート14に対して上方にずれた位置に形成されている。
取付孔18の一部は連通孔21となっており、この連通孔21により一次側ポート14と二次側ポート15とが連通される。取付孔18のうち図1において上側の他端部側は、シリンダ孔22となっており、シリンダ孔22は連通孔21と同軸となっている。シリンダ孔22にはピストン23が組み込まれ、このピストン23には弁軸24が設けられている。弁軸24の先端部には連通孔21を閉鎖する嵌合部25が設けられ、弁軸24の基端部側には嵌合部25に連なってテーパ部26が設けられている。
取付孔18の上端部には、円筒形状のポートプラグ27が取り付けられている。ピストン23はポートプラグ27に突き当てられる後退限位置と、弁ハウジング13に設けられた第1のストッパ面28に突き当てられる前進限位置との間を軸方向に往復動する。ピストン23により、シリンダ孔22はピストン23の前面側の連通室22aと、後面側の弁軸移動制御室22bとに仕切られている。ピストン23にはシール部材29が装着されており、シール部材29によりピストン23には摺動抵抗が加えられている。また、ポートプラグ27にはシール部材30が装着されている。ピストン23に後退方向のばね力を付勢するために、弁軸24の外側にはばね部材31が装着されており、ばね部材31により弁軸24には、嵌合部25が連通孔21に嵌まり合って連通孔21を閉鎖する位置に向かう後退方向のばね力が付勢される。ばね部材31は圧縮コイルばねであり、ばね部材31の一端はピストン23の前面に当接し、ばね部材31の他端は、弁ハウジング13に形成された第2のストッパ面32に当接している。取付孔18の下端部は閉塞プラグ33により閉塞されている。
一次側流路16には電磁弁からなる切換弁34が設けられており、この切換弁34は空気圧源11から供給された圧縮空気を一次側ポート14に供給する位置と、供給を停止する位置との2位置に作動する。ポートプラグ27に設けられたパイロットポート35は、弁軸移動制御室22bに連通している。パイロットポート35と一次側流路16との間には、パイロット流路36が設けられており、一次側ポート14に供給される圧縮空気は、パイロット流路36によりパイロットポート35に供給される。パイロットポート35に圧縮空気が供給されると、ピストン23にはばね力に抗して前進方向の推力が加えられる。
ピストン23が一次側ポート14に向かう方向をピストン23の前進方向とし、逆方向を後退方向とする。弁軸24の先端部は連通孔21を閉鎖する嵌合部25となっており、嵌合部25が連通孔21を閉鎖すると、連通孔21は全閉状態となる。弁軸24の基端部側は嵌合部25に連なるテーパ部26となっており、テーパ部26は嵌合部25からピストン23に向けて外径が漸次減少するように傾斜している。これにより、ピストン23が前進方向に駆動されて、テーパ部26が連通孔21の位置となると、弁軸24の位置に応じて、連通孔21の連通開度が変化する。パイロット流路36には流量可変の絞り弁37が設けられており、パイロットポート35を介して弁軸移動制御室22bに供給される圧縮空気は、一次側ポート14に供給される圧縮空気よりも絞られる。パイロット流路36にはバイパス流路38が接続されており、このバイパス流路38には逆止弁39が設けられている。この逆止弁39は空気圧源11からパイロットポート35に向かう空気の流れを阻止し、逆方向の流れを許容する。
ピストン23には、ばね部材31により後退方向のばね力が付勢され、パイロット流路36から弁軸移動制御室22bに供給される圧縮空気によりピストン23には前進方向の推力が加えられる。一次側ポート14に圧縮空気が供給されていないときには、ばね力により嵌合部25が連通孔21を閉じる位置に弁軸24が駆動され、一次側ポート14に圧縮空気が供給されると、テーパ部26による連通孔21の連通開度を大きくする方向に弁軸24が駆動される。
図1においては、切換弁34が一次側流路16を閉じる位置となっている。この状態のもとでは、ピストン23はばね部材31のばね力により後退限位置となっており、弁軸24の嵌合部25により連通孔21は閉じられている。この状態のもとで、切換弁34が駆動され、空気圧源11が一次側ポート14とパイロットポート35とに連通すると、絞り弁37とパイロットポート35を介して弁軸移動制御室22bに徐々に供給される圧縮空気により、ピストン23および弁軸24は、ばね力に抗して徐々に前進駆動される。このときには、ピストン23にはシール部材29により摺動抵抗が僅かに加わることになる。弁軸24が前進駆動されると、嵌合部25が連通孔21から離れて、テーパ部26が連通孔21の位置となる。テーパ部26は基端部側が小径となっているので、弁軸24が前進移動するに従って、連通孔21の開度つまり一次側ポート14と二次側ポート15とを連通させる連通開度が徐々に大きくなる。したがって、切換弁34を作動させて被供給部材12を始動させるときには、被供給部材12に供給される圧縮空気の流量が徐々に増加することになる。これにより、被供給部材12は制御弁10aによりスロースタート制御される。
図1において、弁軸24が前進限位置となった状態が破線で示されており、弁軸24が前進限位置となると、連通孔21の連通開度は全開状態となる。これにより、被供給部材12には一定流量の圧縮空気が供給される定量供給制御となって駆動される。スロースタート制御から定量供給制御への移行タイミングは、絞り弁37の絞り度により調整される。図1に示されるように、この制御弁10aは、切換弁34により一次側ポート14に対する空気の給排を切り換えることによって、被供給部材12に対する圧縮空気の供給をスロースタート制御することができる。
例えば、被供給部材12が空気圧シリンダの場合には、スロースタート制御時には、徐々に圧縮空気が増加しながらピストンが駆動され、定量供給制御に移行すると、一定速度でピストンが駆動される。ピストンがストローク端の位置まで駆動されると、ピストンは停止される。また、被供給部材12がエアーノズルの場合には、スロースタート制御時には、徐々にエアーノズルからの吐出空気が増加し、定量供給制御に移行すると、一定量の空気がエアーノズルから吐出される。
図2に示す制御弁10bにおいては、シリンダ孔22内に樹脂製のスリーブ41が設けられている。ピストン23は、スリーブ41内に組み込まれており、スリーブ41により軸方向摺動自在に案内される。図1に示した制御弁10aにおいては、ピストン23とシール部材29が金属面と摺動接触する。これに対し、図2に示すように、スリーブ41をフッ素樹脂等の樹脂により形成すると、ピストン23とシール部材29は樹脂面に摺動接触するので、図1に示した制御弁10aに比して、ピストン23とシール部材29の摺動性が高められる。図1に示した制御弁10aが使用される空気圧回路においては、ピストン23等の摺動性を高めるために、空気圧源11から供給される圧縮空気に油分を混入されることがある。これに対し、図2に示すように、ピストン23を樹脂製のスリーブ41に摺動させるようにすると、圧縮空気に油分を混入させたり、弁ハウジング13を樹脂製としたりすることなく、ピストン23を円滑に作動させることができる。
図3に示す制御弁10cにおいては、弁軸24の先端部に嵌合部25よりも大径のポペット型の閉鎖弁42が設けられている。この閉鎖弁42は、弁軸24が後退移動したときに、連通孔21の一次側端面43に突き当てられて連通孔21を密閉する。一次側端面43に対向する閉鎖弁42の対向面には、シール部材44が設けられている。このシール部材44を一次側端面43に取り付けるようにしても良い。
嵌合部25を連通孔21に摺動させるために、嵌合部25と連通孔21との間には僅かな隙間を設ける必要がある。したがって、図1に示した制御弁10a、および図2に示した制御弁10bにおいては、嵌合部25が連通孔21を閉鎖した状態のもとでも、一次側ポート14に供給された空気の一部が連通孔21から二次側ポート15に向けて僅かに流れることになる。それに対して、図3に示す制御弁10cにおいては、弁軸24が後退限位置となると、連通孔21は密閉状態となって連通孔21における空気の流れは発生しない。
図4に示す制御弁10dにおいては、弁ハウジング13に可変の絞り弁37が組み込まれている。弁ハウジング13に形成された取付孔18には、段付き円筒形状のニードル受け部材45が装着されており、ピストン23がニードル受け部材45に突き当てられると、ピストン23は後退限位置となる。弁ハウジング13にはパイロットポート35が形成されている。パイロットポート35に供給された圧縮空気をピストン23の後端面側の弁軸移動制御室22bに案内するために、ニードル受け部材45の円筒部には、パイロットポート35に連通する貫通孔46が形成されている。ニードル受け部材45の先端部には、軸方向に延びて貫通孔46とピストン23の上側の室とを連通させる絞り孔47が形成されている。
ニードル受け部材45にはニードル弁軸48が軸方向に移動自在に配置されており、ニードル弁軸48の先端部には、先端に向けて外径が小さくなるように傾斜したニードル部49が設けられている。ニードル部49の軸方向の位置を変化させると、絞り孔47の開度が調整される。これにより、弁軸移動制御室22bに供給されて、ピストン23に対し前進方向に付勢される圧縮空気の流量が調整される。
取付孔18の端部には円筒形状のエンドキャップ51が固定されており、ニードル弁軸48に設けられた雄ねじ部52は、エンドキャップ51の雌ねじにねじ結合されている。ニードル弁軸48を回転させると、ニードル部49と絞り孔47との間を流れる空気の流量が調整される。雄ねじ部52の突出端部にはロックナット53がねじ結合されており、ロックナット53をエンドキャップ51に締結すると、ニードル弁軸48の回転が規制される。このように、弁ハウジング13に絞り弁37を組み込むと、上述した場合と相違して、パイロット流路36に絞り弁37を設けることが不要となる。ニードル受け部材45と取付孔18との間はシール部材30a,30bによりシールされ、ニードル弁軸48とニードル受け部材45との間はシール部材30cによりシールされる。
図5は図4に示した制御弁10dの変形例である制御弁10eを示す。図4に示した制御弁10dにおいては、パイロット流路36が弁ハウジング13の外部に設けられているのに対し、図5に示した制御弁10eにおいては、パイロット流路36が弁ハウジング13に設けられている。シリンダ孔22に連通して弁ハウジング13に設けられたパイロットポート35は、パイロット流路36により一次側ポート14に連通している。
図6は、図1に示した制御弁10aの変形例である制御弁10fを示す。この制御弁10fにおいては、上述したばね部材31が設けられていない。図6に示した制御弁10fにおいては、以下のように動作する。一次側ポートに圧縮空気が供給された直後に、弁軸24が図中の下限に位置していたとしても、連通室22aに導入された圧縮空気によりピストン23に対して上向きの力が作用するので、ピストン23と嵌合部25は即座に図中の上限位置に移動する。これにより、一次側ポート14に圧縮空気が供給された直後に、二次側ポート15に圧縮空気がそのまま流出することはないので、スロースタートすることが確保される。
図1〜図6に示した制御弁10a〜10fにおいては、ピストン23に推力を加える一次側の圧縮空気の流量を絞り弁37により調整するようにしたタイプであり、メータイン制御となっている。それぞれの絞り弁37は、弁軸移動制御機構となっている。なお、制御弁10a〜10fにおいては、ばね部材31を弁移動制御室22b内に装着するようにしても良い。
図7に示す制御弁10gおいては、弁ハウジング13に設けられた取付孔18の一端部側が一次側ポート14となっており、一次側ポート14と連通孔21とシリンダ孔22は同軸となっている。二次側ポート15は一次側ポート14よりも弁ハウジング13の他端部側に設けられており、一次側ポート14と二次側ポート15は連通孔21を介して連通している。
一次側ポート14は一次側流路16により空気圧源11に接続され、一次側流路16には切換弁34が設けられている。二次側ポート15は、二次側流路17により被供給部材12に接続される。図6に示されるように、一次側ポート14は弁ハウジング13の下端面に開口されているが、図1〜図5に示したように、一次側ポート14を弁ハウジング13の側面に開口させるようにしても良い。なお、図1〜図4に示した制御弁においても、一次側ポート14を弁ハウジング13の下端面に開口させるようにしても良い。
図7に示されるように、取付孔18の端部に固定されたエンドキャップ54とピストン23との間の弁軸移動制御室22bには、ピストン23に対して前進方向のばね力を付勢するために、ばね部材31aが装着されている。このばね部材31aは、圧縮コイルばねであり、一端がエンドキャップ54に当接し、他端がピストン23に当接している。ピストン23に設けられた弁軸24の先端部にはテーパ部26aが設けられており、弁軸24の基端部側には嵌合部25aが設けられている。ばね力によりピストン23および弁軸24が前進限位置となると、嵌合部25aが連通孔21を閉鎖する位置となる。
テーパ部26aは嵌合部25aから弁軸24の先端に向けて外径が漸次減少するように傾斜しており、一次側ポート14に向けて突出している。したがって、一次側ポート14に圧縮空気が供給されて、弁軸24に一次側の圧力が加わると、弁軸24はピストン23とともに後退方向に駆動される。これにより、テーパ部26aが連通孔21の位置となると、弁軸24の位置に応じて連通孔21の連通開度が変化する。
ピストン23が後退移動するときに、弁軸移動制御室22bから外部に排出される空気を絞るために、エンドキャップ54には絞り孔55が設けられている。この絞り孔55は、ピストン23が前進移動するときには、外部の空気を弁軸移動制御室22b内に案内する。このように、絞り孔55を有するエンドキャップ54により絞り弁37が構成される。絞り弁37の構造としては、エンドキャップ54に大径の孔を設け、その大径の孔に連通する流路に、上述した絞り弁37と逆止弁39とを設けるようにしても良い。その場合には、絞り弁37は、弁軸移動制御室22bから空気が外部に流れるときの流量を絞り、逆止弁39は、弁軸移動制御室22bから空気が外部に流れるときには空気の流れを阻止し、逆方向への空気の流れを許容する。
弁軸24には、弁軸24が前進限位置となったときに、連通孔21の二次側端面56に突き当てられるシール部材57が設けられている。シール部材57が二次側端面56に突き当てられると、連通孔21は密閉される。シール部材57を二次側端面56に取り付けるようにし、シール部材57に突き当てられる段部を弁軸24に設けるようにしても良い。
図8に示す制御弁10hにおいては、図2に示した制御弁10bと同様に、シリンダ孔22内に樹脂製のスリーブ41が設けられている。ピストン23は、スリーブ41内に組み込まれており、スリーブ41により軸方向摺動自在に案内される。ピストン23を樹脂製のスリーブ41に摺動させるようにすると、上述したように、圧縮空気に油分を混入させたり、弁ハウジング13を樹脂製としたりすることなく、ピストン23を円滑に作動させることができる。
図7および図8に示すように、エンドキャップ54には、内径が小さくなった絞り孔55が設けられており、ピストン23の後退移動時には弁軸移動制御室22bから絞り孔55を介して外部に排出される空気が絞られている。これにより、制御弁10g,10hはメータアウト制御となっている。エンドキャップ54に絞り孔55を設けない場合には、エンドキャップ54に設けられた連通孔に給排管を接続して、その給排管に絞り弁が設けられる。
上述したように、本発明の制御弁は一次側ポートに対して圧縮空気の供給を開始させると、供給開始初期には、被供給部材12に供給される圧縮空気の流量が徐々に増加することになるので、一次側ポートに対して圧縮空気を供給する状態と供給を停止する状態とに切り換える切換弁を、制御弁と空気圧源との間に設けることにより、簡単な構造の制御弁により被供給部材12をスロースタート制御することができる。
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
10a〜10h 制御弁
11 空気圧源
12 被供給部材
13 弁ハウジング
14 一次側ポート
15 二次側ポート
16 一次側流路
17 二次側流路
21 連通孔
22 シリンダ孔
23 ピストン
24 弁軸
25,25a 嵌合部
26,26a テーパ部
31,31a ばね部材
34 切換弁
35 パイロットポート
36 パイロット流路
37 絞り弁
38 バイパス流路
39 逆止弁
42 閉鎖弁
48 ニードル弁軸
49 ニードル部

Claims (8)

  1. 空気圧源から供給された圧縮空気を被供給部材に供給する制御弁であって、
    前記空気圧源に接続される一次側ポート、前記被供給部材に接続される二次側ポート、および前記一次側ポートと前記二次側ポートとを連通させる連通孔が設けられた弁ハウジングと、
    前記弁ハウジングに前記連通孔と同軸に設けられたシリンダ孔に、軸方向に摺動自在に組み込まれるピストンと、
    前記連通孔を閉鎖する嵌合部と、前記連通孔の連通開度を変化させるテーパ部とを備え、前記ピストンに設けられる弁軸と、
    前記一次側ポートに圧縮空気が供給されると、前記連通開度を大きくする方向への前記弁軸の移動を制御する弁軸移動制御機構と、を有する、
    制御弁。
  2. 請求項1記載の制御弁において、前記弁軸移動制御機構は、前記嵌合部が前記連通孔を閉鎖する位置から前記テーパ部が前記連通孔の連通開度を変化させる位置に移動する際に、前記ピストンの移動速度を制御する絞り弁である、制御弁。
  3. 請求項2記載の制御弁において、前記嵌合部は、前記弁軸の先端部に設けられ、前記テーパ部は前記嵌合部に連なって前記ピストンに向けて外径が漸次減少するように傾斜して前記弁軸の基端部側に設けられ、前記一次側ポートに連通して前記ピストンに前進方向の推力を加えるパイロット流路に前記絞り弁を設けた、制御弁。
  4. 請求項記載の制御弁において、前記弁ハウジングに設けられたパイロットポートに前記パイロット流路を接続し、前記絞り弁は、前記空気圧源から前記パイロットポートに向かう空気の流れを絞る、制御弁。
  5. 請求項記載の制御弁において、前記弁ハウジングに設けられたパイロットポートに前記パイロット流路を接続し、前記パイロットポートと前記ピストンとの間に前記絞り弁を設けた、制御弁。


  6. 請求項2〜4のいずれか1項に記載の制御弁において、前記弁軸が後退移動したときに前記連通孔の一次側端面に突き当てられる閉鎖弁を前記弁軸の先端に設けた、制御弁。
  7. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の制御弁において、前記ピストンを軸方向摺動自在に案内する樹脂製のスリーブを前記シリンダ孔内に設けた、制御弁。
  8. 請求項1または2記載の制御弁において、前記テーパ部は前記弁軸の先端部に、当該先端部に向けて外径が漸次減少するように傾斜して設けられ、前記嵌合部は前記テーパ部に連なって前記弁軸の基端部側に設けられた、制御弁。
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