JPH0115752B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、短時間でアクチユエータの多量の流
れを許容する大容量弁に関する。

現在まで、本出願人は速度ジエネレータ
（Velocity generator）として知られるものを開
発してきた。このものは比較的大きな量の運動を
提供するアクチユエータである。このようなアク
チユエータは一般に直接圧力源に接続され、そし
て速度ジエネレータの作動ピステン上のシールに
より制御される内部の入口孔を有する。ピストン
は入口孔を閉じる位置に保持され、附勢されたと
きにはこのピストンを保持している力が減少して
ピストンがまず僅かに動き、次いで全体のピスト
ンが速度ジエネレータのアクチユエータを取巻く
組込み式のアキユムレータからの供給圧力を受け
る。このような速度ジエネレータは例えば自動車
内装部の衝撃試験のための動力試験システムのた
めに使用される。

更に、従来においては、高速アクチユエータを
試験片のために使用した場合、毎分400ガロン
（約1514リツトル）の流量を取扱える大きなソレ
ノイド弁でアクチユエータを制御することが知ら
れている。このような弁は大きく高価で、望み通
りの速さでは開かない。

本発明の目的は、上述した従来技術の諸欠点を
除去し、圧力流体源からの大流量の加圧流体の流
れを制御することのできる制御弁を提供すること
にある。

かかる目的を達成するため、本発明の制御弁は
次のような構成を採る。すなわち、圧力流体源か
ら流体圧アクチユエータへの加圧流体の流れを制
御するための制御弁において、前記圧力流体源に
連結される入口通路と、出口通路と、を有する弁
本体と、前記弁本体に形成されたボアと、前記ボ
アを囲繞するように形成された弁座と、前記ボア
内に取り付けられ、開放位置に移動することによ
つて、前記入口通路が前記弁座を介して前記出口
通路に連通することを許容する、ポペツト弁と、
前記ポペツト弁に形成され、かつ、該ポペツト弁
が閉鎖位置にあるとき、前記弁座と係合して前記
入口通路から前記出口通路への流れを遮断する、
弁座係合部と、前記弁本体の内部の、前記ポペツ
ト弁を挟んで前記弁座とは反対側に形成され、か
つ、前記ポペツト弁を前記弁座に圧着させて保持
するのに十分な流体圧力を有する、制御室と、開
弁することにより前記制御室内の圧力を開放し、
かつ、前記ポペツト弁が前記入口通路の圧力を受
けた状態で前記弁座から離れることを許容する、
弁と、前記制御室に開口する蓄圧室を有するアキ
ユムレータと、前記制御室と前記蓄圧室との間に
前記弁とは別体として形成されたオリフイスであ
つて、前記弁の弁開口よりも実質的に大きな開口
を有し、かつ、前記ポペツト弁が前記弁座から離
れるとき、前記制御室からの流体の流れを制御す
ると共に前記ポペツト弁の移動速度を調整する、
オリフイスと、を有することを特徴とする、制御
弁である。

本発明の高流量制御弁は流体圧力により通常閉
じた状態に保持されたポペツト型の弁ピストンを
利用し、この弁ピストンは作動した時には急速に
開いて、短時間で、圧力源からの流体圧力をアク
チユエータへ提供する。ポペツト即ち弁ピストン
の開放運動はオリフイスを介して作用するアキユ
ムレータを使用することにより制御されクツシヨ
ンを与えられ、ポペツトが開いたときにオリフイ
ス及びアキユムレータが開放速度を制御するよう
になつている。主圧力供給源からアクチユエータ
への加圧流体の移送の最終速度を制御すべくポペ
ツト即ち弁ピストンの開放ストロークを制御する
ための手段も設けてある。

図に１０にて示すアクチユエータ組立体は試験
片１１の如き試験片の引張り試験に使用するもの
として示されている。アクチユエータ組立体はク
ロスヘツド１２を有する荷重フレームと上部の試
験片把持具１３とを含み、またクロスヘツド上の
試験片に荷重を伝えるための荷重セルをも含む。
上部把持具１３が試験片１１の上端を保持し、試
験片の下端は下部把持具１４が保持し、この下部
把持具１４はユニツト化された流体圧アクチユエ
ータ（以下、アクチユエータユニツトという）１
６の出力シヤフト１５に連結してある。アクチユ
エータユニツト１６は適当な連結手段を介して普
通の型式の荷重フレーム基板１７に装着され、図
示した連結手段は荷重をいくらか吸収する硬質ゴ
ムブロツク１８を含む。基板１７の下面には弁本
体２１が装着してあり、この弁本体２１はキヤツ
プネジ等の適当な手段により基板に保持されてい
る。

出力シヤフト１５を有するアクチユエータユニ
ツト１６は、普通の方法で内部ピストン２４を収
容したシリンダ２３を有し、ピストン２４は出力
シヤフト１５に取付けてある。ピストン２４はシ
リンダ２３内を２つの別個の室に分割し、その一
方は上方のアクチユエータ室２７であり、他方は
下方のクツシヨン室２６である。適当な変位トラ
ンスジユーサ２８がシリンダ２３の基板に取付け
てあり、このトランスジユーサは普通の方法でピ
ストン２４に連結された感知ロツド２９を有す
る。

図示のように、マニホールド組立体はシリンダ
２３の開いた上端部を収容しており、そのため室
２７はマニホールド組立体２１に設けた適当な通
路３１を介してポペツト弁３２の第１端面に通じ
ている。ポペツト弁３２はマニホールド組立体２
１のボア３３内に装着されており、このボア３３
は通路３１の径より僅かに大きな径を有してい
る。ボア３３と通路３１との接続部はマニホール
ド組立体内に肩部３４を形成し、この肩部は、通
路３１を取巻きアクチユエータ室２７側とは反対
側（ボア３３側）に弁座を構成する。

ポペツト弁３２はボア３３内に滑動可能に装着
されていて、圧力シールのための適当なＯ−リン
グを有する。ポペツト弁３２は肩部３４に着座す
る減径端部を有し、この端部は中間の肩部３５
と、肩部３４に着座してポペツト弁の閉状態を確
立する弁座係合部、すなわち第２肩部３７とを有
する。

ボア３３は肩部３５，３７間において環状のみ
ぞ３６を有する。みぞ３６は入口通路４０を介し
て、マニホールド組立体２１内に直接設けたアキ
ユムレータの第１室４１に通じており、アキユム
レータはこの室４１内に滑動可能に装着した可動
ピストン４２を含み、このピストンは適所にネジ
止めされた内部カラー４３により適所に保持され
ている。ピストン４２の反対側（通路４０から遠
い方の側）にアキユムレータの第２室４４が形成
されており、この室４４には適当な圧力の適当な
ガス状流体が満たしてある。室４４は端部ブロツ
ク４５で閉じてある。室４４内の圧力は室４１の
体積を減少させるようにピストン４２を通路４０
の方へ押圧する傾向を有する。室４１は、後述す
るように、アクチユエータユニツト１６を作動さ
せるため弁開口及び通路３１を通つて供給される
液圧油で満たされている。端部ブロツク４５には
室４４に通じる適当な通路が設けてあり、この通
路は圧力源からの所望の圧力の流体を室４４内へ
満たすために使用する弁４６に通じている。

同様に、圧力源から適当な液圧流体を室４１及
び通路４０へ供給するための弁５０（第２図）も
設けてある。弁５０は必要なら室４１から流体を
排出させるためにも使用できるソレノイド弁であ
る。

ボア３３は、肩部３７から遠い方のポペツト弁
３２の側（第２図右側）にある制御室５１に通じ
ており、この室５１は圧力源に通じた通常開いた
弁５２を介して適量の液圧流体で満たされる。圧
力源からの圧力が室５１へ通常供給されている。
室５１はまたオリフイス５３を介して、マニホー
ルド組立体２１に設けた第２アキユムレータ５４
にも通じている。第２アキユムレータ５４は、図
示のように一端面がオリフイス５３に通じた内部
ピストン５５を有し、このピストンの反対側には
室５６が位置し、この室５６は制御弁５７及び適
当な通路を介して適量のガス状加圧流体で満たさ
れる。ピストン５５はこのピストンを装着した室
内で気密に滑動でき、例えば400プサイ（約28
Kg／cm²）の如き比較的小さな圧力を提供する。

室５１はまたシール用プラグ６２の端部に装着
した調整可能な停止バンパー６０をも収容してお
り、プラグ６２は手動制御ノブ６４を使用してマ
イクロメータネジ調整子６３により制御されう
る。プラグ６２は室５１の一端をシールする部分
を有する。ノブ６４を回転させてマニホールド組
立体２１内の適当なネジ孔内で調整子６３を調整
することにより、停止バンパー６０の（ポペツト
弁３２に面した側の）端部の位置が変えられ、そ
のため閉じた位置にあるとき（第２図）のポペツ
ト弁３２の端部と停止バンパー６０の前記端部と
の間の距離も変えられる。

圧力導入用の環状みぞ３６とポペツト弁３２の
右側（第２図）のボア部分３３との間をシールす
るためポペツト弁３２にＯ−リングが設けてある
ことに注意すべきである。

試験片１１に対する試験を開始するに当り、導
管６７を介して圧力源から室２７へ通じている適
当な手動弁６３′を作動させることにより、又は
導管６７を介して室２７から排液口へ通じている
別の手動弁６４′を作動させることにより、アク
チユエータのピストン２４が制御されうる。みぞ
３６から従つて室４１から（室２７への）導管６
７へ通じた導管６７Ａ内に手動弁６６及びニード
ル弁６５を設けてもよい。ニードル弁６５の目的
は低率での試験を行なうように試験片への荷重を
手動で制御できるようにすることである。それ
故、試験に対する手動の制御が可能である。この
手動制御の間は、ポペツト弁３２は閉じたままで
ある。

手動弁６６は通常閉じており、ニードル弁６５
は通常使用されない。手動弁６３′，６４′は把持
具と試験片１１とを所望の関係に調整するときに
のみ使用される。弁６３′，６４′は共に通常は閉
じており、そのため室２７は液圧アクチユエータ
の他の閉じた室と同じように動作する。試験片に
荷重を加えたくない場合には、室２７は圧力を及
ぼさない油で満たされる。

第１，２図に示すように設定したとき、即ち、
ポペツト弁３２を閉じた位置にし、弁５２に接続
された圧力源により制御されるポペツト弁の制御
室５１及びボア３３内の圧力によりポペツト弁３
２を閉じた位置に保持しているとき、まず、室２
６を窒素の如き適量のガス状加圧流体で満たし試
験片が破壊したときのピストン２４のためのクツ
シヨンを提供する。次いで、弁５２を作動させて
室５１内の圧力を排出口へ逃がす。室５１内の圧
力が低下するや否や、通路４０を介して作用して
いる室４１内の圧力がポペツト弁３２の肩部３５
に作用してポペツト弁を第２図の右方即ちバンパ
ー６０の方へ動かす。肩部３７がマニホールド組
立体２１の弁座用肩部３４から離れるや否や、ピ
ストン４２により形成されたアクチユエータの全
圧力がポペツト弁３２に作してこの弁をバンパー
６０の方へ押圧する。これと同時に、室５１内の
液圧油はオリフイス５３を介してピストン５５に
作用するが、このピストンは窒素の如きガスによ
つて例えば400プサイ（28Kg／cm²）の圧力にてク
ツシヨン作用を受けている。ポペツト弁３２はオ
リフイス５３により決定され制御された割合です
みやかに開く。オリフイスの横断面積は弁５２内
の開口の面積より実質上大きくなつている。ポペ
ツト弁３２の開口面積と弁５２の開口面積との差
は極めて大きく、ポペツト弁３２の開口に関する
弁５２の開口の影響は無視できる。ピストン５５
は室５６内のガスを圧縮する。通路３１は完全に
開いて通路４０に連通し、その結果速い流れで液
圧油が室２７へ入りピストン２４を下方へ押し進
め、そのためアキユムレータ室４４内の圧力と室
４１内の液圧油の量とポペツト弁３２が開くこと
のできる量とに依存した所定の荷重及び速度で試
験片に対する試験が行なわれる。ピストン４２を
通路４０に隣接する所定の位置まで動けるように
し、もつてアクチユエータを作動させるために使
用する液圧油の量を所定量にすることもできる。

ポペツト弁３２の運動に対してクツシヨンを与
えるために使用するアキユムレータピストン５５
の作用は弁の開放速度及びオリフイス５３の寸法
を制御するのみならず、アクチユエータに対する
加速時間（transient）を減少させる。ポペツト
弁３２の速度を制御することにより、停止バンパ
ー即ち停止ブロツク６０は特別なクツシヨン部材
を有する必要がなくなる。更に、ポペツト弁３２
のストロークは、第２の流れ制御弁を必要とせず
に室４１からの流れを制御するように弁ピストン
の開く量を直接制御するように、ネジ調整子６３
を調節することにより、制御される。

高率（高速）の試験では普通であるが、１秒間
当り100〜1000インチ（2.54〜25.4ｍ）の範囲に
おいて、ピストン２４はその最大速度に達する前
に、或る程度の運行距離を必要とし、従つて把持
具１３，１４は、アクチユエータが所定の速度に
達するまで試験片が引張りを受けないように、試
験片の引張り開始前にピストンの或る程度の運動
を許容するゆとりを与えるように試験片を把持す
る必要がある。例えば、１秒間当り10〜300イン
チ（0.26〜7.6ｍ）の範囲内の如き中速の試験に
おいては、試験片１１は把持具内でゆとりを有さ
ずに取付けられ、ピストンの加速運動距離は
0.0001〜0.1インチ（2.54×10^-3〜2.54mm）でよい。

ニードル弁６５及び弁６６は、１秒間当り1/10
〜10インチ（0.25〜25.4cm）の範囲内の加速とい
う極めて低比率を有する準静止（quasistatic）
即ち超低速の試験において使用される。このよう
な試験速度は、弁６６を開いたのちにニードル弁
６５を通る室４１からの流れのための径路を手動
で制御することにより達成される。アキユムレー
タをチヤージするために適当な制御子を使用する
ことができ、ソレノイド弁である始動弁５２は、
試験を実際行なつているときに操作者が近くにい
なくてもよいように遠隔操作できるものでよい。
マニホールド組立体２１は高流量を提供するため
室２７に通じた３１の如き通路や孔を一体的に有
している。高速で作動するポペツト弁は１ミリ秒
程度で開く。

主アキユムレータ内の圧力は通常、ピストン５
５上の圧より実質上大きい2500プサイ（175Kg／
cm²）程度である。

必要なら、アクチユエータのピストンに対して
クツシヨンを与えるため、室２６に通じ液圧油で
満たされたアキユムレータを用いてもよい。室２
６から逃げる油の量を調整して必要なクツシヨン
を与えるようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高速解放弁と一緒に使用する
アクチユエータの部分破断垂直断面図。第２図は
第１図の２−２線における部分破断断面図であ
る。 １０：アクチユエータ組立体、１１：試験片、
１６：アクチユエータユニツト、２１：弁本体、
２４：ピストン、２３：シリンダ、２６，２７：
室、３２：ポペツト弁、３３：ボア、３４：肩
部、３５，３７：肩部、３６：みぞ、４２：ピス
トン、４１，４４：室、５３：オリフイス、５
４：アキユムレータ、５５：ピストン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧力流体源から流体圧アクチユエータ１６へ
   の加圧流体の流れを制御するための制御弁におい
   て、 前記圧力流体源に連結される入口通路４０と、
   出口通路３１と、を有する弁本体２１と、 前記弁本体２１に形成されたボア３３と、 前記ボア３３を囲繞するように形成された弁座
   ３４と、 前記ボア３３内に取り付けられ、開放位置に移
   動することによつて、前記入口通路４０が前記弁
   座３４を介して前記出口通路３１に連通すること
   を許容する、ポペツト弁３２と、 前記ポペツト弁３２に形成され、かつ、該ポペ
   ツト弁３２が閉鎖位置にあるとき、前記弁座３４
   と係合して前記入口通路４０から前記出口通路３
   １への流れを遮断する、弁座係合部３７と、 前記弁本体２１の内部の、前記ポペツト弁３２
   を挟んで前記弁座３４とは反対側に形成され、か
   つ、前記ポペツト弁３２を前記弁座３４に圧着さ
   せて保持するのに十分な流体圧力を有する、制御
   室５１と、 開弁することにより前記制御室５１内の圧力を
   開放し、かつ、前記ポペツト弁３２が前記入口通
   路４０内の圧力を受けた状態で前記弁座３４から
   離れることを許容する、弁５２と、 前記制御室５１に開口する蓄圧室を有するアキ
   ユムレータ５４と、 前記制御室５１と前記蓄圧室との間に前記弁５
   ２とは別体として形成されたオリフイス５３であ
   つて、前記弁５２の弁開口よりも実質的に大きな
   開口を有し、かつ、前記ポペツト弁３２が前記弁
   座３４から離れるとき、前記制御室５１からの流
   体の流れを制御すると共に前記ポペツト弁３２の
   移動速度を調整する、オリフイス５３と、 を有することを特徴とする、制御弁。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の制御弁におい
   て、前記ポペツト弁が前記弁座から離れることが
   できる距離を制限するため、前記弁本体に取り付
   けられ、かつ、前記弁座とは反対側に位置する前
   記ポペツト弁の端部に対し、接近したり離れたり
   することのできる、ねじ込み式のプラグを有す
   る、前記制御弁。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の制御弁におい
   て、前記ポペツト弁が第１端部と中間部と第２端
   部とを有するポペツトピストンからなり、前記弁
   座が前記ボアを囲繞する肩部からなり、前記ポペ
   ツト弁はその第１端部付近に前記弁座と係合する
   面を有し、前記弁本体の前記入口通路は前記ポペ
   ツト弁の前記中間部に開口し、前記制御室を前記
   入口通路から密封すると共に前記ポペツト弁を開
   弁位置に移動させ得るように、前記ポペツト弁の
   第２端部と前記ボアとの間に圧力シールを取り付
   けてなる、制御弁。