JPH01164876A - 圧力媒質作動式弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は特許請求の範囲の請求項１に記載したような圧
力媒質作動式弁装置に関する。この種の弁装置はＣＨ−
ＰＳ　　５８９　８１５で公知となっており、外部エネ
ルギなしに作動できるという利点を有する。しかしなが
ら、弁装置が開きつつあるときに、入口ポートから出口
ポートに伝わり、ボペツ１へ弁の背面に作用し、その開
放運動に抵抗を与える媒質の圧力により圧力サージが生
じることがあることがわかった。これはポペット弁の振
動を生じさせるので望ましくない。第１図は公知の弁の
ス１〜ロークｈ（メートル）を、開く途中、開放時、閉
じる途中で時間ｔ〈秒）についてプロットしたグラフで
ある。曲線■は実際に測定したパターンを示しており、
曲線■は要求パターンを示している。圧力差がかなり大
ぎい場合、圧力サージが圧力伝達系を通じて余分な機械
的負荷を生じさける。

本発明の目的は前記形式の弁装置の開放動作に伴う圧力
サージを簡単かつ経済的に軽減することにある。特許請
求の範囲の請求項１の特徴がこの問題を解決する。した
がって、圧力サージはポペット弁と補正用ピストンの間
にある補正用シリンダ内で主として阻止され、振動の傾
向が減る。同様の考えが機械的な負荷に当てはまる。し
たがって、第１図の曲線■に従う開放運動パターンが可
能となる。

本発明の３つの実施例を以下に図面を参照しながら詳し
く説明する。第２図から第４図は、それぞれ、本発明に
よる弁装置を通る縦断面図である。

第２図に示す弁装置は負荷原理に従って作動する。弁室
２０２を囲む弁本体２０１は垂直方向シリンダ２０４を
有し、このシリンダは弁室２０２から遮断されており、
サーボビス１〜ン２０３によって底部室２０５と頂部室
２０６とに分割されている。弁室２０２内には弁座２０
７と協働するポペット弁２０８が配置してあり、このポ
ペット弁はスピンドル２０９によってサーボピストン２
０３と同軸にＭ結しである。弁座２０７のポペット弁２
０８側の側で、弁本体２０１は入口ポート２１０を有し
、この入日ポートには圧力媒質源が接続している。弁座
２０７のポペット弁２０８から遠い方の側で、弁室２０
２は圧力媒質シンクに接続づ゛る出口ポート２１１につ
ながっている。

流れ方向で見て弁座２０７の後方で弁室２０２内には補
正用シリンダ２１４が設けてあり、この中をスピンドル
２０９に連結した同軸の補正用ピストン２１３が案内さ
れる。ポペット弁２０８および補正用ピストン２１３の
互いに近い方の端面はほぼ同じ寸法となっている。シリ
ンダ２１４は、補正用ピストン２１３とポペット弁２０
８の間に、穿孔領域２１５を有し、この穿孔領域を通し
てシリンダ２１４が出口ポート２１１と連通ずる。

ポペット弁の補正用ピストン２１３側の端面は同軸の截
頭体２２１を有し、この截頭体はピストン２１３に向っ
て細くなっており、その機能については後に説明する。

入口ポート２１０および頂部シリンダ室２０６は管路２
１６を経て互いに連通しており、この管路内にはパイロ
ット弁２１７が配置しである。２つのシリンダ室２０５
．２０６はサーボピストン２０３にある絞り２０３′に
よって互いに連通している。補正用シリンダのポペット
弁２０８から遠い方の端を逃がし管路２２０が圧力媒質
シンクに接続しており、この圧力媒質シンクが出口ポー
ト２１１に接続する圧力媒質シンクと同じであると好ま
しい。底部シリンダ室２０５はダクトまたは通路２１２
を通して逃がし管路２２０に接続しており、したがって
、圧力媒質シンクにも接続している。

サーボピストン２０３はスピンドル２０９に螺合してあ
り、ビン２１８によって錠止しである。

シリンダ室２０５内には圧縮ばね２１９が配置してあり
、この圧縮ばねはポペット弁２０８の閉鎖運動を助け、
圧力がかかつていないときには弁装置を閉鎖状態に維持
するようになっている。

第２図は本発明による弁装置をその通常動作位置、すな
わち、閉鎖状態で示している。この状態では、パイロッ
ト弁２１７も閉じた状態である。

その結果、底部シリンダ室２０５内の圧力、頂部シリン
ダ室２０６（絞り２０３′で底部シリンダ室に通じてい
る）内の圧力および補正用シリンダ（これも通路２１２
によって頂部シリンダ室２０６と連通し、ポペット弁２
０８から隔たっている）内の圧力が逃がし管路２２０内
と同じ低圧となる。

ポペット弁２０８と補正用ピストン２１３の間の補正用
シリンダ２１４内の圧力も出口ポート２１１と同じ低圧
である。一方、媒質の高い圧力がポペット弁の入口ボー
ｊ−２１０側の端面に作用し、ポペット弁２０８を押圧
して弁座２０７と密封係合させている。シリンダ２０４
内に生じた凝縮物は絞り２０３′および通路２１２を通
して除去され得る。

パイロット弁２１７が開くと、入口ポート２１０の高圧
が管路２１６を経て頂部シリンダ室２０６に作用する。

絞り２０３′を経て逃げる圧力媒質の吊は非常に少ない
ので、最初、底部シリンダ室２０５内の圧力が低下する
ことはなく、弁装置の残りの部分における圧力環境は不
変である。頂部シリンダ室２０６を境しているサーボピ
ストン端面が入口ポート２１０内の高圧が作用するポペ
ット弁端面より大きいので、スピンドル２０９およびそ
れに連結したすべての構成要素は下降し、弁装置が開く
。ポペット弁２０８の背面に作用している圧力は補正用
ピストンのボペツＩ〜弁側の端面にも作用する。これら
後者の２つの端面はほぼ同じ寸法なので、生じた力は相
殺し、ポペツ１〜弁２０８の位置は多少の圧力サージで
は影響を受けない。

弁装置の第１の開放相では、截頭体２２１は弁装置内の
圧力分布について均等効果すなわち補正効果を奏する。

弁がさらに開くと、入口ポート２１０の高圧が弁本体２
０ｉ内で比較的急速に分配され、最終的には、弁装置が
完全に開いたとき、底部シリンダ室２０５と補正用シリ
ンダのポペット弁２０８と反対側の端面のみが低圧を受
【ブる。

したがって、開放運動は第１図の曲線■の通りに進行し
、曲線■の水平部分（開放維持状態）に穏やかにつなが
る。

パイロット弁２１７が閉じると、頂部シリンダ室２０６
内の圧力が低下し、（入口ポート２１０の圧力Ｘ入口ポ
ート２１０側のポペット弁端面の面積）−（頂部シリン
ダ室２０６内の圧力×頂部シリンダ室２０６側のサーボ
ピストン２０３の端面の面積）からの圧力差が作用し、
ポペット弁２０８が再び閉じ、弁座２０７にしっかりと
押し付（）られる。

この動きは圧縮ばね２１９、補正用ピストン２１３の両
端面間の圧力差および流入する媒質によっても助けられ
る。基本的には、これは第１図の曲線■に従って公知の
弁装置の閉鎖運動と同様に生じる。本発明による弁装置
が閉じた後、弁室２０２内の圧力が低下し、パイロット
弁２１７が開く前にあった圧力状態が再び設定される。

第３図に示す実施例では、圧力媒質の流れ方向は第２図
に示す弁装置の流れ方向と逆であり、逃がし原理に従っ
て作動する。

第３図を参照し、入口ポート３１０の延びる弁室３０２
が弁本体３０１に設けである。垂直方向のシリンダ３０
４（一部のみを図示する）が設けてあり、これは弁室３
０２から遮断されており、内部にサーボピストン３０３
が配置してあり、このサーボピストンはシリンダ３０４
を底部室３０５と頂部室３０６とに分割している。弁室
３０２内にはポペツ１〜弁３０８が収容されており、こ
れは弁座３０７と協＊ｉ“ると共にスピンドル３０９に
よってサーボピストン３０３と同軸に連結しである。弁
座３０７のポペット弁３０８と反対の側では、圧力媒質
シンクに接続する出口ポート３１１が設けである。

先の実施例と同様に、弁座３０７は補正用シリンダ３１
４につながっており、この補正用シリンダは出口ポート
内に延びており、その中を第２のスピンドル３０９′で
ポペット弁３０８に同軸に連結された補正用ピストン３
１３が案内される。

ポペット弁３０８および補正用ピストン３０３の互いに
近い側の端面はほぼ同じ寸法である。ビストン３１３と
弁３０８の間において、シリンダ３１４は穿孔領域３１
５を有し、この穿孔領域を経てシリンダ３１４の内部が
出口ポート３１１と連通ずる。孔３１２が補正用シリン
ダのポペット弁３０８から遠い方の端を出口ポート３１
１の内部に接続している。補正用シリンダの端がじょう
ご形であり、その底に孔３１２が配置しであることによ
り、凝縮部の除去が可能である。

２つのシリンダ室３０５，３０６は絞り３０３′によっ
て相互連絡している。頂部シリンダ室３０６はパイロワ
１−弁３１７を含む逃がし管路３２０によって圧力媒質
シンクに接続している。この圧ノＪ媒質シンクは出口ポ
ート３１１が接続しているものと同じであると好ましい
。底部シリンダ室３０５は通路３０５′によって入口ポ
ート３１０の内部と連通している。いかなる凝縮物も通
路３０３’　、３０５’　を通してシリンダ３０４から
排出できる。

先の実施例と同様に、ポペット弁の出口ポート３１１側
の端面は同軸の截頭体３２１を有し、この截頭体はポペ
ット弁３０８に向って細くなっており、弁装置の開放時
における圧力分布を均等化する助けとなる。

頂部シリンダ室３０６内には圧縮ばねが収容してあり、
これはポペット弁３０８の閉鎖運動を助け、圧力が加わ
っていないときに弁装置を閉鎖状態に維持する。

第３図に示す位置において弁装置はその通常作動位置、
すなわち、閉鎖状態にあり、パイロット弁３１７も閉鎖
状態にある。通路３０５′によって、底部シリンダ室３
０５は入口ポート３１０の圧力を受けている。頂部シリ
ンダ室３０６も絞り３０３′によって同じ圧力を受けて
いる。補正用ピストン３１３の両側にかかる圧力は出口
ポート３１１と同じ低圧を受けている。

パイロット弁３１７が開くと、頂部シリンダ室３０６内
の圧力が低下する。絞り３０３′があるため、底部シリ
ンダ室３０５内の圧力は高いままである。弁装置の残り
の部分での圧力状態は不変である。サーボピストン３０
３の両端面に作用する圧力差のため、サーボピストンは
上昇し、ポペット弁３０８を弁座３０７から分離させる
。この運動中に、補正用ピストン３１３は第２図の補正
用ピストン２１３の弁装置開放途中での動作と同じ要領
でポペット弁３０８と協働する。

パイロット弁３１７が閉じると弁装置は閉じ、頂部シリ
ンダ室３０６内の圧力は圧力媒質が絞り３０３′を通し
て供給される結果として入口ポート３１０の値に復帰す
る。２つのシリンダ室３０６．３０５内の圧力が等しく
なったとき、閉鎖力がサーボピストン３０３に作用する
。これは頂部側端面が底部側端面より大きいからである
。圧縮ばね３１９、流入媒質および重力が弁装置の閉鎖
運動を助ける。弁装置が閉じた状態にあるとき、圧力環
境はパイロット弁３１７が開く前にあった状態と同じに
なる。

第４図を参照して、ここでは２つの独立した弁装置、す
なわち、弁座と協働するように同軸に配置したポペット
弁８を有する遮断弁装置と弁座４０７と協働するポペッ
ト弁４０８を有する安全弁装置が互いに組合わせである
。これら２つの弁装置は互いに独立して作動できる。共
通の弁本体１が入口ポート１ｏを通して圧力媒質供給源
に接続され、出口ポート１１を経て圧力媒質シンクに接
続されている。−新井装置は本体１内で案内され、ポペ
ット弁８はスピンドル９によってサーボピストン３に連
結してあり、このサーボピストンは本体１の構成する垂
直方向のシリンダ４内を案内される。サーボピストン３
はシリンダ４を底部室５と頂部室６とに分割している。

頂部室６は絞り２を包含する逃がし管路２ｏを通して圧
力媒質シンクに接続している。この圧力媒質シンクは、
たとえば、出口ポート１１が接続するものと同じである
。パイロット弁１７が配置されたダクト２０’もこの逃
がし管路２０を入口ポート１ｏの内部に接続している。

ポペット弁８、スピンドル９およびサーボピストン３は
一体部材であり、安全弁装置の可動部品を収容し、案内
する。安全弁装置は第２図の装置に類似したちのであり
、同様の構成要素を二桁の参照数字、後の二指の数字は
同じであるが、第４図では４００で始まる参照数字で示
す。しかしながら、第２図と異なり、第４図の安全弁装
置は負荷・逃がし原理で作動する。そのために、底部シ
リンダ室４０５は通路４２０″によってスピンドル４０
９の延長部に通じ、接続室４２０’　によって安全逃が
し管路４２０と連通する。

安全逃がし管路４２０は圧力媒質シンク（逃がし管路２
０が接続しているものと同じであると好ましい）に接続
し、パイロット弁４１７を有する。

管路５ｏが遮断弁装置の底部シリンダ室を圧力媒質シン
クに接続しており、この管路５０は弁４１７の下流側で
管路４２０に合流している。安全弁装置の頂部シリンダ
室４０６および遮断弁装置の底部シリンダ室６は互いに
つながっている。安全弁装置の２つのシリンダ室４０６
．４０５を絞り４０３′が相互接続している。

第４図は安全弁装置をその通常作動位置で示しており、
パイロット弁４１７は閉じた状態にある。

しかしながら、遮断弁装置はその通常作動位置で開いて
いるが、説明を明確にするために第４図では閉じた状態
で示してあり、パイロット弁１７は開いた状態で示しで
ある。入ロポートｉｏ、遮断弁装置の頂部シリンダ室６
（これはダクト２０′逃がし管路２０によって接続して
いる）および安全弁装置の頂部シリンダ室４０６には同
じ高圧が存在する。

絞り４０３′が存在しているために安全弁装置の底部シ
リンダ室にも同じ高圧が存在する。頂部シリンダ室６と
底部シリンダ室４０５の領域ではザーボピストン３の端
面面積が遮断、安全弁装置の入口ポート１０側の端面の
面積より大きくなっているので、遮断弁装置は閉じた状
態に留まる。

しかしながら、出口ポート１１の低圧はポペット弁４０
８と補正用ピストン４１３の間において補正用シリンダ
４１４に作用し、逃がし管路４２０内の圧力（これも低
圧）は補正用シリンダのポペット弁４０８から遠い方の
端に作用する。したがって、ポペット弁４０８の両端面
に作用する圧力差と圧縮ばね４１９が安全弁装置を閉じ
た状態に保持し、ピストン４０３はその両側に同じ圧力
が作用するので不動状態に留まる。管路２０の絞り２を
通して逃げる圧力媒質の量は非常に少なく、ざらに上流
の領域になんら圧力低下を生じさせないので、この作動
位置は必要なだけ維持される。

パイ１コツト弁１７が閉じると、圧力媒質が絞り２を通
って逃げるので、遮断弁装置の頂部シリンダ室６、安全
弁装置の頂部シリンダ室４０６および底部シリンダ室４
０５内の圧力が低下する。その結果、入口ポート１０内
の高圧はポペット弁８を弁座７から離脱させる。すなわ
ち、遮断弁装置が開く。ケーシング１の穿孔領域４１５
は、補正用シリンダ４１４内の圧力状態がほぼ不変のま
まであり、安全弁装置が遮断弁装置を開かないまま上方
に移動させる、すなわち、ポペット弁４０８が弁座４０
７と密封係合したまま移動さ仕るように形成しである。

両方の弁のこの作動位置は、ポペット弁８のパイロット
密封面１００が弁本体１と密封係合し、補正用シリンダ
４１４の領域内に低圧を維持するので、必要なだけ維持
され得る。

パイロット弁１７が開くと、当初の圧力環境が復活し、
遮断弁装置は再び閉じ、安全弁装置は相対位置を変える
ことなくこの遮断弁装置に追従する。

絞り２の代わりに、遮断弁装置が閉じた状態にあるとき
に生じる継続的な小漏洩を防ぐ弁装置を設けてもよい。

安全弁装置を作動させるには、パイロット弁４１７を開
き、底部シリンダ室４０５内の圧力が通路４２０″、接
続室４２０′および逃がし管路４２０を逃がす。したが
って、ピストン４０３、スピンドル４０９、補正用ピス
トン４１３およびポペット弁４０８が下降し、安全弁装
置が開く。これは第２図の安全弁装置とまったく同じ動
作である。パイロット弁４１７が閉じると、当初の圧力
状態が復活し、安全弁装置が閉じる。

パイロット弁２１７．３１７．４１７．１７はソレノイ
ド弁であると好ましい。本発明は水平方向に移動するポ
ペット弁を有する弁装置にも応用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知の弁のストロークを開放途中、開放状態、
閉鎖途中の時間に対してプロットしたグラフである。 第２図から第４図は本発明による弁装置の種々の実施例
を示す縦断面図である。 図面において、２０１・・・・・・弁本体、２０２・・
・・・・弁室、２０３・・・・・・サーボピストン、２
ｏ請Ｋｄす、２０４・・・・・・シリンダ、２０５・・
・・・・底部シリンダ室、 ２０６・・・・・・頂部シリンダ室、２０７・・・・・
・弁座、２０８・・・・・・ポペット弁、２０９・・・
・・・スピンドル、２１０・・・・・・入口ポート、２
１１・・・・・・出口ポート、２１３・・・・・・補正
用ピストン、 ２１４・・・・・・補正用シリンダ、２１５・・・・・
・穿孔領域、２１７・・・・・・パイロット弁、２１９
・・・・・・圧縮ばね、２２１・・・・・・截頭体。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）弁室を囲む本体と、弁室から遮断されており、サ
   ーボピストンによつて２つのシリンダ室に分割されてい
   るシリンダと、弁座に作用し、スピンドルによつてサー
   ボピストンに連結されているポペット弁とを有し、本体
   が弁座のポペット弁に近い方の側で入口ポートを経て圧
   力媒質源に接続しており、また、弁座のポペット弁から
   遠い方の側で出口ポートを経て圧力媒質シンクに接続し
   ており、さらに、前記２つのシリンダ室のうち少なくと
   も一方に選択的に種々の圧力を供給して弁座に弁を押し
   付けたり、あるいは、そこから離れるように移動させた
   りするようになつている圧力制御手段を備えた圧力媒質
   作動式弁装置において、弁座が、ポペット弁から遠い方
   の側で、補正用シリンダにつながつており、この補正用
   シリンダ内をポペット弁に同軸に連結した補正用ピスト
   ンが案内され、ポペット弁および補正用ピストンの互い
   に近い方の端面がほぼ同じ寸法となつており、補正用ピ
   ストンとポペット弁の間に位置する、補正用シリンダの
   スペースが出口ポートに接続していることを特徴とする
   弁装置。
2. （２）請求項１記載の弁装置において、補正用シリンダ
   のポペット弁側の端が圧力媒質シンクに接続しているこ
   とを特徴とする弁装置。
3. （３）請求項１および２記載の弁装置において、ポペッ
   ト弁の出口ポート側の端面が截頭体を有し、この截頭体
   がポペット弁から始まり、補正用ピストンに向つて細く
   なつていることを特徴とする弁装置。
4. （４）請求項１から３のうちいずれか１つの項に記載の
   弁装置において、その可動部材が別の圧力媒質作動式弁
   装置の可動部材内に配置してあることを特徴とする弁装
   置。
5. （５）請求項４記載の弁装置において、両方の弁装置の
   可動部材が互いに同軸に配置しであることを特徴とする
   弁装置。
6. （６）請求項１から５のうちのいずれか１つの項に記載
   の弁装置において、圧力媒質が弁装置によつて制御され
   る流れであることを特徴とする弁装置。