JPH0115747B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、空気などの圧縮性流体用リリーフ
弁、特に高速作動の空気シリンダのブレーキ側等
に用いられる圧縮性流体用リリーフ弁装置に関す
る。

例えば、第１図系統図に示すような高速空気シ
リンダにおいては、ロツド５３には図示されてい
ないが慣性の大きい負荷が付けられており、ま
ず、高速空気シリンダ５１に連結された弁５８，
５８′を閉じたまゝ弁５７を開き、予めチヤンバ
５６に加圧空気を貯えたのち弁５７を閉じ、次に
弁６０，６０′は閉のまゝで弁５８を開き、チヤ
ンバ５６内の加圧空気を高速空気シリンダ５１の
左側圧力室５０に送ると、これによつてピストン
５２は右方に移動し、ピストン５２の右側圧力室
５０′の空気を封じ込めて圧縮し、これによつて
生ずる圧力により、ピストン５２にブレーキが
かゝるようになつており、このブレーキ力の大き
さは、リリーフ弁５９′の設定圧力を加減するこ
とによつて決められる。

このような高速空気シリンダのブレーキ側に用
いられるリリーフ弁５９′では、第２図縦断面図
に示すように、圧力口１８の流体の圧力が高くな
ると、この圧力流体は絞り１４、導圧孔１５を経
てパイロツト弁７をバネ９に抗して左動するの
で、圧力室Ｘの圧力流体が、矢印で示すように、
導圧孔１５、逃し弁１６，１７を通つて、排気孔
１９へ流出する。

その際、圧力口１８より圧力室Ｘ中へ流入する
圧力流体は絞り１４で絞られるため、圧力室Ｘの
圧力が低下するので、ピストン６の下面に作用す
る圧力口１８の圧力流体が勝り、ピストン６はバ
ネ４に抗して上動することにより、主弁１が開き
圧力口１８の流体は直線に排気孔１９へ流出する
こととなる。

次に、圧力室１８の圧力が低くなると、パイロ
ツト弁７に作用するバネ９の力が勝り、パイロツ
ト弁７は右動して閉じるので、圧力室Ｘの圧力は
圧力口１８の圧力と等しくなり、主弁１はバネ４
の力により下動して閉じられる。

また、圧力口１８の圧力が急激に上昇したとき
は、圧力室Ｘに圧力が伝わる前にピストン６の下
面にこの圧力が作用するので、ピストン６が上動
し、主弁１は開き、圧力口１８の高圧流体を直接
排気孔１９よりリリーフするようになつている。

このようなリリーフ弁は、通常は問題なくリリ
ーフ弁としての目的を達することができるのであ
るが、圧力口１８に非常に急激な圧力上昇が作用
するときには下記のような問題がある。

すなわち、このような場合は、さきに述べたよ
うに、主弁１はパイロツト弁７の開弁を待たずに
開くのであるが、主弁１の質量が大きいために開
弁に時間がかゝり、その結果、瞬間的に圧力口１
８の圧力Ｐが高くなり、特に圧力が数気圧の空気
等ガス体の場合0.05〜0.1秒間に流量を零から最
大流量と増加すると、第３図に示すように、圧力
口１８の圧力Ｐは設定圧力P₀の1.5〜２倍にも達
するので、高速でしかも設定圧力で開くリリーフ
する弁としての機能が行なわれないことになる。
なお、衝撃的な圧力の発生を防止する手段として
は、第１図の点線で示すように、リリーフ弁５
９，５９′の上流側にアキユムレータ６１，６
１′入れることが一応は、考えられるが、こゝに、
大きな容積を持つたものを入れると、空気シリン
ダのブレーキ効果が損なわれると同時に、高速空
気シリンダの高速作動特性も悪くなるという欠点
がある。

本発明はこのような事情に鑑みて提案されたも
ので、圧力源の圧力が急上昇した場合でも迅速に
作動することにより圧力口の圧力上昇を極小に止
めることのできる圧縮性流体用リリーフ弁装置を
提供することを目的とし、弁本体に穿設されその
上流側の容積を比較的小さくした流体通路を開閉
する板状弁部材と、上記板状弁部材を弁シートに
押し付けるための比較的小さなバネ定数を有する
バネと、上記板状弁部材の下流側に設けられ比較
的大きな容積を有する圧力室と、上記圧力室に付
設された圧力逃し弁とを具え、上記板状弁部材作
用時には上記圧力室の圧力が板状弁作用設定圧力
とほゞ同一になつていることを特徴とする。

本発明の一実施例を図面について説明すると、
第４図はその縦断面図、第５図は第４図の−
に沿つた横断面図、第６図は第４図の圧力−時間
の関係を示す線図である。

まず第４図及び第５図において、１０１はフラ
ンジ状の環状弁板、１０２は環状弁板１０１が当
接することにより閉弁する弁シート、１０３は弁
本体、１０４は環状弁板１０１を弁シート１０２
に当接するための複数のバネ、１０５は上面がナ
ツト１０６により弁本体１０３の中央突設部１１
４に螺着され下面でバネ１０４を圧縮する椀状バ
ネ押え、１０７は上端に排出口１０９を開口する
とゝもに下部開口端フランジがボルト１１１によ
りＯリング１０８を介して弁本体１０３に螺着さ
れ内部に圧力室Ｙを形成する吊鐘状チヤンバー本
体、１１２はチヤンバー本体１０７の排出口１０
９に接続された慣用のリリーフ弁、１１３は圧力
口１１０に連通し弁本体１０３の中央突起部１１
４を囲繞して同一円上に等ピツチで開口する複数
の流体通路である。

第４図のリリーフ弁装置において、圧力口１１
０に連通された圧力源の圧力が急激に上昇したと
きは、この圧力は複数の流体通路１１３を経て環
状弁板１０１の下面に作用する。

環状弁板１０１の上面には設定圧力よりバネ力
と流体通路の圧力損失だけ僅かに低い所定の圧力
が作用しているので、この圧力とバネ１０４の力
の和より下面に作用する圧力源の圧力が勝ると、
環状弁板１０１はバネ１０４に抗して上動し、圧
力源の流体が、矢印で示すように、圧力室Ｙに流
入する。

ところで、環状弁板１０１の質量をｍ、バネ１
０４のバネ常数をｋとすると、環状弁板１０１の
固有振動数fcは、(1)式で表わされる。

環状弁板１０１はフランジ状の薄板構造である
からその質量ｍは十分小にすることができるの
で、比較的小さなバネ１０４でも固有振動数fcを
相当高い値に選ぶことができることが(1)式より判
る。

このことは、環状弁板１０１を開弁するに要す
る時間を小とすることすなわち、環状弁板１０１
の急速開弁を可能とすることを意味する。なぜな
らば、弁板の開弁に要する時間はその自然振動周
期の1/4であり、従つて固有振動数に反比例して
増減するからである。

バネ１０４の取付時の力は比較的大なる固有振
動数fcの値を満足させる範囲内でできるだけ小に
することがよく、弁シート１０２の面圧を0.1〜
0.2Kg／cm²程度にすることが実際的である。

このようにして、環状弁板１０１が軽量であ
り、バネ１０４の力が環状弁板１０１を弁シート
１０２に軽く当接する程度の小さなものとするこ
とにより、、環状弁板１０１の慣性力は十分小と
なり、迅速に開くことができる。

環状弁板１０１を通つた流体は十分な容積を有
する圧力室Ｙに流入する。この圧力室Ｙ内の流体
の圧力Ｐ、容積Ｖ、流入する流量Ｇとの間には、
気体の特性として、次の関係が成立する。

dp／dt−Ｒ・Ｔ・Ｇ／Ｖ ……(2) たゞし、ｔは時間、Ｒはガス常数、Ｔは温度で
ある。

上式より容積Ｖが大であると、一定の流量Ｇに
対して圧力室Ｙの圧力上昇速度dp／dtは小になるこ とが判る。

(1)式は近似的に下記のように表わすことができ
る。

△ｐ＝Ｒ・Ｔ・Ｇ／Ｖ・△ｔ ……(3) これは、△ｐを許容される圧力上昇の上限まで
の差圧、△ｔをリリーフ弁１１２の作動時間と考
えることができることを示す。

したがつて、(3)式より、流量Ｇとリリーフ弁１
１２の応答速度△ｔとに応じて圧力室Ｙの容積Ｖ
を適宜選定することにより、急激に変化する圧力
源から流体をリリーフし圧力上昇△ｐを小とし、
過大な圧力上昇を防止することができることが判
る。

その結果、第４図に示すリリーフ弁では、第６
図に示すように、(3)式で示すリリーフ弁１１２が
作用するまでの△ｔ秒間は圧力が僅か△ｐだけ上
昇するが、その後はリリーフ弁１１２の作用によ
り、流体が圧力室Ｙより逃がされ一定値p₀に保た
れる。

圧力源の圧力が設定値より低いときは、環状弁
板１０１が弁シート１０２に圧接されるため、圧
力源から圧力室Ｙへ、またその逆方向へ流体は流
れることはない。

以上述べたように、圧力源に急激な流量の変化
があり、圧力が急激に上昇しようとするとき、環
状弁板１０１及びこれを押すバネ１０４は慣性が
小さく迅速に開くことができ、また環状弁板１０
１を流過する流体は一旦十分な容積Ｖの圧力室Ｙ
に流入するので、急激な圧力変化が緩和される。

なお弁本体１０３の流体通路１１３が同一円上
に多数開口することは、環状弁板１０１の軽量化
及び弁本体１０３の小型化を可能とすることに役
立つている。

なぜならば、弁板及び弁本体の強度を低下する
ことなく、流路断面積を大きくすることにより流
過抵抗を小さくすることができるからである。

本発明は高速空気シリンダ、各種空気機械等で
流量変化の大なる場所に使用するリリーフ弁装置
として特に有益である。要するに、本発明によれ
ば、弁本体に穿設されその上流側の容積を比較的
小さくした流体通路を開閉する板状弁部材と、上
記板状弁部材を弁シートに押し付けるための比較
的小さなバネ定数を有するバネと、上記板状弁部
材の下流側に設けられ比較的大きな容積を有する
圧力室と、上記圧力室に付設された圧力逃し弁と
を具え、上記板状弁部材作用時には上記圧力室の
圧力が板状弁作用設定圧力とほゞ同一になつてい
ることにより、圧力源の急激な圧力上昇に対して
迅速に作動する小型軽量の圧縮性流体用リリーフ
弁装置を得るから、本発明は産業上極めて有益で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知の高速空気シリンダを示す系統
図、第２図は第１図の公知の平衡ピストン型リリ
ーフ弁を示す縦断面図、第３図は第２図のリリー
フ弁の圧力−時間の関係を示す線図、第４図は本
発明の一実施例を示す縦断面図、第５図は第４図
の−に沿つた横断面図、第６図は第４図のリ
リーフ弁の圧力−時間の関係を示す線図である。 １０１……環状弁板、１０２……弁シート、１
０３……弁本体、１０４……バネ、１０５……バ
ネ押え、１０６……ナツト、１０７……チヤンバ
ー本体、１０８……Ｏリング、１０９……排出
口、１１０……圧力口、１１１……ボルト、１１
２……慣用リリーフ弁、１１３……流体通路、１
１４……中央突起部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 弁本体に穿設されその上流側の容積を比較的
   小さくした流体通路を開閉する板状弁部材と、上
   記板状弁部材を弁シートに押し付けるための比較
   的小さなバネ定数を有するバネと、上記板状弁部
   材の下流側に設けられ比較的大きな容積を有する
   圧力室と、上記圧力室に付設された圧力逃し弁と
   を具え、上記板状弁部材作用時には上記圧力室の
   圧力が板状弁作用設定圧力とほゞ同一になつてい
   ることを特徴とする圧縮性流体用リリーフ弁装
   置。