JPH05172271A

JPH05172271A - 高速開閉バルブ

Info

Publication number: JPH05172271A
Application number: JP12355592A
Authority: JP
Inventors: Butsushiyu Haaberuto; ハーベルト・ブッシュ
Original assignee: Fuji Seiki KK
Current assignee: Fuji Seiki KK
Priority date: 1991-05-18
Filing date: 1992-05-15
Publication date: 1993-07-09
Also published as: DE4116429A1; EP0513673A2; EP0513673A3

Abstract

(57)【要約】【構成】従来の高速開閉バルブは、空気圧または水圧
駆動装置を有し、シリンダハウジング内で摺動可能に駆
動されるピストンから構成されており、前記駆動装置が
シリンダ室内に存在する圧力クッションによって少なく
とも摺動方向に駆動され、そしてそのピストンロッド
が、閉鎖すべき導管を急速に開放または閉鎖する閉鎖手
段に連結されており、前記ピストンがシリンダハウジン
グ内で制動装置によってその加圧された位置に保持され
ており、このようなバルブにおいて、本発明によれば、
前記制動装置が、ピストンとシリンダハウジングとの間
に機械的な障害物として形成されていることを特徴とし
ており、この障害物は空気圧で駆動可能な環状ピストン
によって脱制動できることが好ましい。【効果】本発明により機械的な障害物を設けたことに
よって、従来のバルブの場合よりも小さい容積の圧力ク
ッションを排気するだけで閉鎖することができ、したが
って、バルブの閉鎖に要する時間をさらに短縮すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明の対象は、空気圧または水圧駆動装
置を有し、シリンダハウジング内で摺動可能に駆動され
るピストンから構成されている高速開閉バルブであっ
て、前記駆動装置がシリンダ室内に存在する圧力クッシ
ョンによって少なくとも摺動方向に駆動され、そしてそ
のピストンロッドが、閉鎖すべき導管を急速に開放また
は閉鎖する閉鎖手段に連結されており、前記ピストンが
シリンダハウジング内で制動装置によってその加圧され
た位置に保持されている前記の高速開閉バルブに関す
る。このようなバルブは特に真空技術に用いられるが、
本発明の用途は、真空技術の分野での使用だけでなく、
当業者によく知られた全ての使用分野での使用に関す
る。さらに本発明の用途は、空気圧でバルブを作動させ
ることのみならず、本発明のバルブは水圧または他の作
動媒体によっても作動させかつ駆動させることができ
る。

【０００２】公知の高速閉鎖バルブにおいては、たとえ
ば真空にされた保護すべき系への空気の侵入を防止せね
ばならない。この場合、この系は連結用導管により別の
系に連結されている。

【０００３】この別の系内で空気の侵入が起こった場
合、連結用導管に高速閉鎖バルブが配置しされ、このバ
ルブは作動電子技術によって一方の系内の空気の侵入を
探知し、この一方の系と保護すべき真空系との間の連結
用導管の通路を閉鎖する。

【０００４】この場合、バルブが閉鎖過程で消費する各
１ミリ秒につき、１ｍの長さの連結用導管が必要である
ことが知られている。この公知の高速閉鎖バルブは、ピ
ストン−シリンダ配置から本質的に構成されており、こ
の場合、ピストンロッドはたとえばフラップバルブに連
結されており、このフラップバルブは、急速に開閉しな
ければならない。

【０００５】ピストンの片側で高圧下の圧力クッション
がピストンを閉鎖方向に負荷しており、そしてピストン
の反対側（ピストンロッド側）には対抗クッション（そ
の圧力は前者の圧力クッションよりも高い）が存在する
ように、ピストンはシリンダ内に配置されている。これ
によりピストンは安定した平衡状態の保たれ、バルブは
開放位置で予圧される。警報の事態が発生るとすぐに、
バルブを即座に閉鎖せねばならない場合には、この圧力
クッションが排気用開口を通して戸外に放出されること
により、ピストンのピストンロッド側の圧力は突然に除
去される。

【０００６】ピストンの反対側の圧力クッションは、ピ
ストンの負荷が不意に解除されることにより、ピストン
に対して閉鎖方向に突然に作用するので、バルブは急速
に閉鎖される。

【０００７】このような高速閉鎖バルブにおいて、閉鎖
速度をさらに改善することができる。ピストンロッド側
の圧力クッションを突然に戸外に排気することは、比較
的緩慢に行われる。なぜならば、圧力クッションの全容
積を比較的狭い流れ断面を通して戸外に導く必要がある
からである。公知のように、このような流れ断面（これ
は測定断面として働く）によると、空気を最大音速で放
出することしかできず、これによって、このバルブが閉
鎖する際にかなりの遅滞が生じる。

【０００８】したがって本発明の課題は、冒頭に記載し
た種類の高速閉鎖バルブを、その閉鎖過程がさらに促進
されるように開発することである。この課題を解決する
ために、本発明は、前記の制動装置が、ピストンとシリ
ンダハウジングとの間に機械的障害物として形成されて
いることを特徴としている。

【０００９】本発明の本質的な特色は、突然の閉鎖に必
要な高圧の圧力クッションが常に維持されていることで
あるが、ピストンの開放方向においてピストンロッド側
に存在する圧力クッションの代わりに、機械的障害物を
用いるので、技術水準においてその代わりに存在してい
た圧力クッションを排気する必要なくなったことであ
る。

【００１０】すなわち本発明によれば、ピストンロッド
側にエアクッションが存在しておらず、その代わりに、
機械的に高速解除可能な障害物が設けられており、技術
水準において存在する前記のような排気の問題がない。

【００１１】簡単にするために、空気圧で駆動される高
速閉鎖バルブから説明を始める。しかしこのバルブを同
様の方法で高速開放バルブとして形成することは本発明
の範囲内にあり、同様にまた、このバルブを空気圧では
なく他の媒体、たとえば作動油を用いて駆動することも
本発明の範囲内にあり、発明として特許請求されてい
る。

【００１２】本発明の好ましい実施態様において、ピス
トンと付属するシリンダ壁面との間の機械的障害物は、
ピストンの押し上げられた位置（すなわちその下に配置
されたバルブの開放位置）で、互いに対向している環状
溝から構成されており、この場合、一方の環状溝はピス
トンの外周に配置されており、これに対向している環状
溝は付属するシリンダ壁面の内周に配置されている。両
方の対向している環状溝は、前記のピストンの押し上げ
られた位置で互いに並んでいる。

【００１３】互いに対向している両方の環状溝の領域内
に、ボールが嵌合しており、これらのボールは上記環状
溝の周囲に一様に分配して配置されている。ピストンお
よび対向しているシリンダ壁面にある両方の環状溝は、
補完して一つの閉じた環状溝となっており、その領域内
にボールが周囲に放射状に分配して配置されている。

【００１４】この場合、第一の実施態様において、ボー
ルは、環状溝の全断面を環状溝の周囲にわたって隙間な
く満たしているが、第二の実施態様において、ボール
は、ボールケージ内に保持されており、したがって、各
ボールは周囲方向に延びた相対する間隙を有する。

【００１５】この場合、ボールが障害物として作用する
ように、シリンダ壁面と付属するピストン壁面との間の
スリット内にボールを運ぶことができるようにすること
が重要である。

【００１６】この場合、閉鎖方向に作用する環状溝の
「屋根」平面が楔状に形成されるようにして、一方の位
置、すなわち閉鎖位置において、ボールがピストン壁面
と付属するシリンダ壁面との間の環状スリット内に正確
に位置し、互いに補完する環状溝の各半分からなる楔状
屋根平面にボールが集まるように配慮する。

【００１７】しかしこの環状溝はシリンダ壁面の領域内
に定置部分として形成されているのではなく、環状溝は
その上側（屋根平面）が、主ピストンの運動方向に対し
て平行に空気圧で駆動することのできる環状ピストンに
よって限定される。

【００１８】この環状ピストンは小容積のエアクッショ
ンによって下に押し付けられるので、環状溝はこれによ
って境界が定められ、環状溝内のボールは、ピストンと
シリンダ壁面との間のスリット内に押し込められ、こう
してピストンはシリンダ壁面において機械的に制動す
る。

【００１９】環状ピストンのこの小容積のエアクッショ
ンが排気されるとすぐに、環状溝の各半分からなるピス
トン内の楔状屋根平面は、ボールを、シリンダ壁面の環
状溝の各半分内に外向きに放射状に押し込み、これによ
ってピストンは直ちに脱制動され、その上方の圧力クッ
ションによって突然に下に運ばれ、バルブは閉じる。

【００２０】すなわち本発明の利点は、ピストンのピス
トンロッド側に配置された圧力クッションを断念して、
その代わりに機械的制動装置を設け、小容積のエアクッ
ションのみを突然に排気することにより、機械的制動を
空気圧で脱制動できるようにしたことである。これに対
し、技術水準の場合は比較的大容積のエアクッションを
排気しなければならない。

【００２１】本発明のもう一つの態様において、上記の
環状ピストンが、主ピストンの長手方向のエアクッショ
ンにより摺動可能に駆動されるのではなく、このピスト
ンが相当する電磁石駆動装置によって両方向に駆動され
るように配慮する。

【００２２】環状ピストンが鋼製であるならば、ピスト
ンを一方向または両方向に押し上げるか押しやることが
のきる同様に調節可能な電磁石を、シリンダの対向して
いる壁面に配置するように配慮する。これによって、こ
の環状溝は同様に突然に開放または閉鎖され、したがっ
てそして環状溝内に配置されたボールは、主ピストンを
制動する目的で、環状溝内に放射状に外側に運ばれる
か、あるいは同様に放射状に内側に運ばれる。

【００２３】本発明のもう一つの態様においては、制動
要素としての前記のボールの代わりに、円環として配置
された比較的密に接して並んだバネコイルを有する螺旋
状バネをこの環状溝内に配置すように配慮する。このバ
ネの配置の場合にも、主ピストンを制動する目的で、こ
のバネを、ピストン内の環状溝の各半分内で相当する楔
状屋根平面により放射状に外側に押し付けることがで
き、そしてまた、このバネを、上記の環状ピストンによ
り放射状に内側に押し込むことができるようにする。

【００２４】上記のボールまたは螺旋状バネの代わり
に、他の制動要素、たとえば同じ目的を果たす卵形球体
または円筒形ローラーを使用することもできる。そのほ
か、後記の図面においては、摺動位置の方向に下へ突然
に移動するピストンを、緩衝装置により緩衝することに
ついても説明される。この緩衝装置にいて本質的なこと
は、このピストンの下側が環状に形成されており、全く
同様の密閉された環状シリンダ室内に落ち込んでおり、
この環状シリンダ室内には、落ち込んだ場合にブレーキ
をかけるエアクッションが形成されており、このエアク
ッションは相当する絞り用穿孔を通して、後に説明する
ように緩慢に排気できることである。

【００２５】ピストンを再びその出発位置（監視位置）
に戻すために、ピストンがその閉鎖位置にあるときにピ
ストンを駆動する上方の強いエアクッションが除去さ
れ、その結果ピストンが上に摺動されて再びその監視位
置に来るようにされたバネが、ピストンのピストンロッ
ド側および付属するシリンダ壁面にが配置されている。

【００２６】同様に、ピストンの位置の後退はバネによ
ってではなく、空気圧で実施することもできる。本発明
の対象は、個々の請求項の対象からだけでなく、各請求
項の相互の組合せから明らかである。本明細書（要約書
を含む）に開示された教示および特色、特に図面に示さ
れた立体的態様は、単独でまたは組合せて技術水準に対
して新規であるかぎり、本発明の範囲内にある。

【００２７】以下に、本発明の実施態様を示す図面を参
照しながら、本発明をさらに詳細に説明する。図面およ
びそのその説明から、本発明の他の特色および利点が明
らかにされる。

【００２８】第１図は、本発明のバルブの概略断面図で
ある。第２図は、制動ボールの代わりに使用しうる制動
装置の他の実施態様の概略図である。

【００２９】シリンダハウジング１の中には、ピストン
２が、矢印方向５およびこれと反対方向に摺動可能に配
置されており、矢印方向５への摺動は、上シリンダ室３
に、エアクッションまたは圧力クッション（その圧力は
広範囲に、たとえば５〜１００バール過圧にすることが
できる）を設けるこにより行われる。

【００３０】このエアクッションは調節バルブ２３によ
り調節される。ピストン２の反対側には、もう一つのシ
リンダ室４（ピストンロッド側にある下シリンダ室）が
配置されており、この下シリンダ室４内は大気圧が支配
している。

【００３１】ピストン２はピストンロッド６に連結され
ており、このピストンロッド６はＯ−リング１９により
上シリンダ室３に対して気密にされているので、上シリ
ンダ室３から下シリンダ室４に加圧媒体が流出すること
ができない。ピストンロッド６はバルブロッド７に製作
材料で一体に連結されていることが好ましく、バルブロ
ッド７はその下側が、バルブハウジング３３のスリット
１４内に摺動可能に配置された閉鎖隔板（以下、弁体と
いう）１２に固定されている。

【００３２】この場合、スリット１４は真空導管１７の
領域内に配置されており、この真空導管は、弁体１２で
塞ぐことにより矢印方向５に突然に閉鎖することができ
る。ピストン２の矢印方向５への最後の摺動過程を緩衝
するために、緩衝装置が備えられている。この緩衝装置
は、好ましい実施態様において、緩衝ピストン１０から
構成されており、これはピストン２の下側に製作材料で
一体形成されていることが好ましい。

【００３３】ピストンが、後にさらに説明する本発明の
脱制動装置によって矢印方向５へ下方に突然に移動する
とすぐに、緩衝ピストン１０はピストン２の摺動過程の
ほぼ途中で第１シリンダ室１１内に落ち込み、緩衝ピス
トン１０はそこでＯ−リング１８によって密閉される。
第１シリンダ室１１は、絞り弁３０により調節可能に閉
鎖される穿孔３１によって大気と連結され、絞り弁３０
は、穿孔３２を通して流れを調節可能に排出させる。

【００３４】したがって、絞り弁３０のねじ込み位置に
応じて、矢印方向５の緩衝を精密に調整することができ
る。同時に、第１シリンダ室１１から、その下にある案
内孔９内に空気が入らないように、第１シリンダ室１１
の下側にＯ−リング１６が設置されている。すなわち案
内孔９は、連結用開口１５を介して真空導管１７と空気
を通過させるように連結されている。

【００３５】ピストンがその下端位置に摺動してしまう
とすぐに、弁体１２は真空導管１７の横断面を気密閉鎖
する。しかし本発明の弁体１２は、真空導管１７を必ず
しも気密閉鎖しなくてもよい。なぜならば真空導管１７
内の部分流を遮断することだけが重要な使用分野もあ
り、そのためにも弁体１２は同様に好適だからである。

【００３６】本発明の特色は、ピストン２の突然の脱制
動を、本発明の脱制動装置によってピストンの摺動位置
の方向（矢印方向５）において行うことができることに
ある。

【００３７】この脱制動装置は、制動ボール２０の環か
ら本質的に構成されており、これらのボールは、その周
囲が隙間なく一様に環状溝２７の領域内に分配配置され
ているか、あるいは相当するボールケージにより互いに
隔てられて保持されている。

【００３８】この場合に重要なことは、環状溝２７の上
部境界部（矢印方向５に対して反対方向）は、外形が屋
根状に形成されており、そして２個の互いに補完する勾
配部２６、２８から構成されていることである。この場
合、一方の勾配部２６は環状ピストン２１の下側に配置
されているが、他方の勾配部２８は、ピストン２の外周
における環状溝２７の領域内に入っている。

【００３９】勾配部２６、２８は互いに非対称的に配置
する必要がある。図示された制動位置において、環状ピ
ストン２１の勾配部２６が制動ボール２０をピストン２
の環状溝２７内に押し込み、その一方で制動ボール２０
がシリンダハウジング１の領域内の突き当たり縁３４に
到達することのみが重要である。

【００４０】ピストン２の位置は、一方では環状溝２７
内に、他方ではシリンダハウジング１の切り欠き部３５
内に、制動ボール２０が同時に嵌合するのを保証するた
めに、ピストン２の環状溝２７の下方領域がこの突き当
たり縁３４に入り込むような位置にある。

【００４１】したがって、前記の制動ボール２０によっ
て、ピストン２の確実な制動が図示した位置で達成され
る。突然の脱制動のために調節バルブ２２は遮断され、
そして第２シリンダ室２５内を支配する加圧は、連結用
穿孔２４を通して外へ突然に逃がされる。

【００４２】以上の記載から、本発明の本質的な利点は
明らかである。なぜならば、高圧下にある第２シリンダ
室２５の排気を突然に行い、その際、制動ボール２０を
環状溝２７の領域から取り出して切り欠き部３５内に完
全に運ぶために、僅かなピストン過程しか必要としない
からである。

【００４３】制動ボール２０がもはや環状溝内に嵌合し
なくなった後、ピストン２は上シリンダ室３の高圧エア
クッションによって突然に矢印方向５へ下向きに移動さ
れ、これによって弁体１２は突然に真空導管１７を閉鎖
する。

【００４４】第２シリンダ室２５の領域での環状ピスト
ン２１の気密化は、Ｏ−リング３６によって行われる。
環状ピストン２１を監視できるようにするために、シリ
ンダハウジング１を二つの部分から構成することができ
る。

【００４５】そのほか、バルブハウジング３３は、ねじ
および対応するパッキングによってシリンダハウジング
１の下側にねじ止めされている。バルブを再び開放すべ
き場合には、調節バルブ２３を逆転して、先ず上シリン
ダ室３を排気する。

【００４６】一方では第１シリンダ室１１の底部で、他
方では緩衝ピストン１０の下側で支持されているバネ８
の力によって、ピストン２は矢印方向５に対して反対方
向に移動される。

【００４７】制動位置を再び回復するためには、調節バ
ルブ２２を図示した高いピストン位置に逆転させると、
第２シリンダ室２５に空気圧が与えられ、制動ボール２
０は、環状ピストン２１の下側に配置された勾配部２６
に基づいて環状溝２７内に再び移動される。こうして、
再び図示した制動位置に戻される。次いで調節バルブ２
３が逆転され、上シリンダ室３は再び圧縮空気で満たさ
れる。

【００４８】環状ピストン２１による制動ボール２０の
作動を、ここに記載したように空気圧で行う代わりに、
電磁的作動も可能であることは、上記の一般的記載にお
いてすでに述べた。環状ピストンと類似の要素を、電磁
力によって矢印方向５およびその反対方向に移動できる
ことだけが重要である。

【００４９】第２図は、制動ボール２０と同様の方法で
環状溝２７内に配置することのできる螺旋状バネ３７を
示す。この螺旋状バネ（制動ボールからなる環と直接交
換される）を、環状ピストン２１は上記のように押し付
け、同様に上記のようにして制動位置をもたらす。

【００５０】

【発明の効果】本発明により機械的な障害物を設けたこ
とによって、従来のバルブの場合よりも小さい容積の圧
力クッションを排気するだけで閉鎖することができ、し
たがって、バルブの閉鎖に要する時間をさらに短縮する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のバルブの概略断面図である。

【図２】制動ボールの代わりに使用しうる制動装置の
他の実施態様の概略図である。

【符号の説明】

１シリンダハウジング２ピストン３上シリンダ室４下シリンダ室５矢印方向６ピストンロッド７バルブロッド８バネ９案内孔１０緩衝ピストン１１第１シリンダ室１２弁体（閉鎖隔板）１４スリット１５連結用開口１６Ｏ−リング１７真空導管１８Ｏ−リング１９Ｏ−リング２０制動ボール２１環状ピストン２２調節バルブ２３調節バルブ２４連結用穿孔２５第２シリンダ室２６勾配部２７環状溝２８勾配部２９穿孔３０絞り弁３１穿孔３２穿孔３３バルブハウジング３４突き当たり部３５切り欠き部３６Ｏ−リング３７螺旋状バネ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空気圧または水圧駆動装置を有し、シリ
ンダハウジング内で摺動可能に駆動されるピストンから
構成されている高速開閉バルブであって、前記駆動装置
がシリンダ室内に存在する圧力クッションによって少な
くとも摺動方向に駆動され、そしてそのピストンロッド
が、閉鎖すべき導管を急速に開放または閉鎖する閉鎖手
段に連結されており、前記ピストンがシリンダハウジン
グ内で制動装置によってその加圧された位置に保持され
ている前記の高速開閉バルブにおいて、前記制動装置
が、ピストン（２）とシリンダハウジング（１）との間
に機械的障害物（２０、３７）として形成されているこ
とを特徴とする、高速開閉バルブ。
【請求項２】前記機械的障害物が制動ボール（２０）
から構成されており、これらのボールが、ピストン
（２）の外周に配置された外側に放射状に開口している
環状溝（２７）内にかつその周囲に一様に分配配置され
ており、そしてその制動位置において、ボールは環状溝
（２７）に対して放射状に相対しているシリンダハウジ
ング（１）の切り欠き部（３５）内に嵌合していると同
時に、ハウジングに対して強固に支持されていることを
特徴とする、請求項１に記載のバルブ。
【請求項３】前記制動ボール（２０）が、球状に形成
されていることを特徴とする、請求項２に記載のバル
ブ。
【請求項４】前記制動ボール（２０）が、円筒状また
はたる状に形成されていることを特徴とする、請求項２
に記載のバルブ。
【請求項５】前記制動ボール（２０）が、螺旋状バネ
（３７）によって置き換えられていることを特徴とす
る、請求項２に記載の高速開閉バルブ。
【請求項６】前記環状溝（２７）の上部境界が、２個
の互いに交叉する勾配部（２６、２８）によって形成さ
れており、これらの勾配部は、制動位置において、ピス
トン（２）とシリンダハウジング（１）との間のスリッ
ト中央に制動ボール（２０、３７）を集中させるもので
あり、一方の勾配部（２６）はピストン（２）の環状溝
（２７）の上部壁面によって、他方の勾配部（２８）は
可動性の調節要素によって形成されていることを特徴と
する、請求項２〜５のいずれかに記載のバルブ。
【請求項７】前記調節要素が、空気圧駆動の環状ピス
トン（２１）として形成されていることを特徴とする、
請求項６に記載のバルブ。
【請求項８】作動磁石が、シリンダハウジング（１）
内に配置された巻線によって電磁力で持ち上げることの
できるアンカー環として形成されていることを特徴とす
る、請求項６に記載のバルブ。
【請求項９】ピストン（２）の下側（ピストンロッド
側）に制動ピストン（１０）が配置されており、この下
側は、ピストン（２）が摺動する際に、絞り用穿孔（３
０、３１、３２）を通して大気に排気されるシリンダ室
（１１）内に気密に落ち込むことを特徴とする、請求項
１〜８のいずれかに記載のバルブ。
【請求項１０】落ち込んだ位置から持ち上げられた制
動位置へのピストン（２）の後退が、バネ（８）により
行われることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに
記載のバルブ。