JPH073270B2 - 真空調整器 - Google Patents

真空調整器

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JPH073270B2
JPH073270B2 JP20940487A JP20940487A JPH073270B2 JP H073270 B2 JPH073270 B2 JP H073270B2 JP 20940487 A JP20940487 A JP 20940487A JP 20940487 A JP20940487 A JP 20940487A JP H073270 B2 JPH073270 B2 JP H073270B2
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vacuum
piston assembly
air
vacuum regulator
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ロバート・ヴィンセント・スカラノ
ジョセフ・エイ・ボルトン
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セルモ ファイバーテック インコーポレイテッド
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、真空調整器に関し、さらに詳細には、供給さ
れる真空を自動的に制御する真空調整器に関する。
現在、特別な用途で提供された真空を制御するために使
用される多くの種類の弁が存在する。特に製紙工業にお
いては、真空制御弁が広範囲に使用されている。代表的
な状況では、このような弁は、吸引ボックスへの吸引を
調整するために使用される。例えば米国特許第3,766,93
3号を参照。広範囲に使用されているこの種の自動弁
は、本願出願人であるアルバニー・インタナショナル・
コーポレイションにより、モデルNO.AES V−700の名称
で販売されているものである。第１図に基本的に示され
るＶ−700弁は、背中合わせに配置された異なる寸法の
２つのピストンと反転ダイヤフラムをもつピストン組立
体を使用している。両ピストンの移動により、所望の真
空度に応じて、小さい膜板がシリンダの孔を閉じたり開
いたりして、この孔を通して空気を流通させたり、ある
いはこの空気流を遮断したりする。この種の真空調整器
が極めて満足すべきものであることは証明されており、
そして工業的に広く受け入れられているが、さらなる改
良が望まれている。
米国特許第4,413,644号、同4,390,036号および同4,466,
455号に他の弁が示されている。米国特許第4,413,644号
は、複数のタンデムに配置された弁部材を備えた、吸引
ボックス等の真空を制御するための抽気弁を示してい
る。
米国特許第4,390,036号は、数個のプランジャを使用す
る真空調整器を提供し、それらのプランジャの１つは、
その内壁に数個の開口をもち、反転ダイヤフラムを使用
して、絞りなどを行なう目的のために真空源および（ま
たは）大気に通じる通路を遮断または開放する。
米国特許第4,466,455号は、往復動プランジャと、弁機
構として働く可撓性ダイヤフラムを使用する真空調整器
に関する。このプランジヤが第１の方向に移動すると
き、ダイヤフラムはプランジャの側壁の開口を閉鎖し、
反対方向に移動するときにこの開口を開放する。
絞り機構において、ダイヤフラムが孔を閉鎖および開放
するように使用される状況では、重いダイヤフラムすな
わちベローフラム（「Bellowframs」、商品名）が使用
される。この重いダイヤフラムは、可撓性が少なく、そ
して当然に高いヒステリシスで応答する結果となる。さ
らに、ある用途、特に製紙では、絞るために使用される
小さい孔には必然的に汚染の可能性がある。従って可撓
性、応答性に秀れ、汚染物によって閉塞される可能性の
ある小さい開口を使用しない真空調整器を提供すること
が望まれている。
従って本発明の第１の目的は、重いダイヤフラムおよび
寸法の小さい多数の絞りを使用しない真空調整器を提供
することである。
本発明の第２の目的は、可撓性であり、そして低ヒステ
リシスで、より早い応答をもたらすような真空調整器を
提供することである。
本発明の第３の目的は、自動式であり、そして種々の用
途、たとえば弁の自動調節を許容するようなフィードバ
ック手段を含むような用途に適用可能な真空調整器を提
供することである。
本発明は、製紙機のフラットボックス部に結合されてい
るような、圧力調整されたチャンバを制御するように設
計された平衡ピストンすなわちピストン組立体を使用す
る真空調整器を提供する。第１の、すなわち大きい上方
のピストン、および第２の、すなわち小さい下方のピス
トンと、これらにそれぞれ連結されたダイヤフラムとの
間に空洞が存在する。このダイヤフラムは、ピストン面
積の差のためにピストン組立体を持ち上げようとしてい
る圧縮空気で加圧される。下方のピストンの底面は、例
えばピストン組立体を引き下げるフラットボックスに与
えられている調整または制御された真空に露らされてい
る。圧縮空気信号は、下方のピストンの底面での制御さ
れた真空の作用によって発生される力に等しい力を発生
させるように調節される。このピストン組立体全体は、
内在する力が平衡する位置まで、垂直方向に自由に移動
できる。
絞り作用は、直径が一定で高さが異なる垂直な開口を使
用して行なわれる。下方ピストンは、制御された真空に
接しているのみで、真空ヘッドもしくは真空源と、制御
された真空との平均値には影響されない。より大きい
（可変の）絞り通路の使用は、絞り孔の閉塞を回避す
る。また軽いダイヤフラムの使用は、可撓性および早い
応答時間を得ることを可能にする。
加えて、制御または調整される真空が作用する制御面積
が、真空ヘッドもしくは真空源がピストンの下方で変動
することでピストンの制御に影響しないように、弁の幾
何学的条件によって維持されていれば、ピストンの形状
は変更してもよい。
さらにこの平衡のためのピストンは、特定の平衡要求に
応じて、タンデムに動作する複数のピストンを含んでも
よく、また弁の自動調節を許容するためにフィードバッ
ク手段を含んでいてもよい。
本発明の目的、利点等は、添付図面と関連して行なわれ
る以下の説明から明らかとなろう。
第２図を詳細に参照して説明すると、図示された真空制
御弁すなわち真空調整器10は、内部をピストン組立体14
が往復動する円筒状の外側ケージングもしくはハウジン
グ12を備えている。この真空調整器10は、導管16を介し
て真空源に、そして導管18を介して、例えばセパレータ
および調整または制御された真空領域、すなわちフラッ
トボックスに接続されている。
ピストン組立体14は２つのピストンを含み、その第１の
ピストン20は第２のピストン22より大きく、そしてシャ
フト部材24によって、ピストン20および22がタンデムに
移動するように、第２のピストン22連結されている。各
ピストン20および22は、上方の反転ダイヤフラム26およ
び下方の反転ダイヤフラム28をそれぞれ備え、室30およ
び30Aを区画している。下方のダイヤフラム28は、ピス
トン22と、下方に伸びるスリーブ34との間に置かれてい
る。
ピストン22は、円形のリングすなわち弁座32の上方に位
置され、この弁座は、ピストン22とともに、導管16が連
通する室36を構成するように働く。
室30A内は大気圧であってもよいが、室30は、入口38を
介して制御圧力源に連通している。室30内の高い圧力
は、ピストン組立体14を持ち上げようとする。下方のピ
ストン22の底面40は、ピストン組立体14を引き下げよう
としている制御または調整された真空に露されている。
入口38での制御空気信号は、下方のピストン22の底面40
での所望の制御真空の作用によって発生された力に等し
い力を発生させるように調節することができる。ピスト
ン組立体14全体は、関連する力が平衡する位置まで垂直
方向に自由に移動できる。
絞り作用は、直径が一定で高さが異なる垂直な開口を使
用することにより達成される。これにより、リングすな
わち弁座32とピストン22の底面40との間の距離が最小と
なる。ピストン22は、絞り点がピストン22の底面40を越
えて伸び、高い真空ヘッドが底面40の下方に作用するよ
うな大きい範囲までは移動できないようにするべきであ
る。もしこのようなことが起きると、真空ヘッドがピス
トン組立体14の制御に影響するという好ましくない結果
をもたらす。
これに関して、絞り作用が弁座32とピストン22のエッジ
42との間で発生するような円筒形の平底のピストン22が
示されているけれども、真空ヘッドがピストン組立体14
の移動い影響を与えるようには変動させないように絞り
帯域が制御されている限り、他の形状および寸法のピス
トンを使用してもよい。目的に適合しているならば、テ
ーパ付ピストンおよびテーパ付弁座のような構造を使用
してもよい。
次に第3A〜3C図を参照して詳細に説明すると、直立管10
4を介してセパレータ102に結合された、やや拡大された
真空調整器100が示されている。直立管104は、代表的に
は製紙用途に使用されるフラットボックスおよび制御ま
たは調整された真空源に接続されている。この真空調整
器100は、導管106を介して、真空源すなわち真空ヘッド
にも接続されている。さらに本願出願人であるアルバニ
ー・インタナショナル・コーポレイションによってAES
−700制御システム調整器として提供されているような
空気調整器108を使用した場合の機能を説明する。
真空調整器100は、ピストン組立体110を備え、この組立
体は、空気調整器108からの空気圧を使用して、これを
低摩擦空気シリンダ112に供給し、この空気シリンダ112
は、後述するように、制御された真空によって、弁プラ
グすなわちピストン114に対して作用する力に対抗もし
くは調節するように働く。空気シリンダ112は、第１の
ピストンである空気ピストン116を備え、この空気ピス
トンは、２つの室、すなわち上方の室120および下方の
室122を形成するシリンダ118内で摺動して往復する。上
方の室120は、ポート124を介して大気圧にされるが、下
方の室122は、ポート126を介して空気調整器108に接続
され、従って空気綻整器108によって調整された室122内
の圧力の所望の変動は、ピストン116に加えられる力を
もたらし、そして所望の真空度の変化を許容する。ピス
トン116は、シャフト部材128によって第２のピストン11
4に連結されている。また第２のピストン114は、その上
端部が、ポート134を介して大気圧に連通する室132を構
成している円筒状の弁壁130内で垂直方向に移動でき
る。
またピストン114の下端部が内部を往復動するように、
リング状の弁座136が設けられている。弁壁130と弁座13
6との間にある室137は、導管106と連通している。この
弁座に対するピストン114の位置は、吸引すなわちフラ
ットボックスから弁座136を介して直立管104に達し、さ
らに真空調整器100を出て導管106を介して真空ヘッドに
至る流れを決定する。第3A図では、ピストン114の位置
は、途中すなわち半開位置で示されている。ピストン11
4の下端部は、その周囲を上記の流れが通過するＶ字形
のノッチ138を備えている。前にも述べたように、目的
に適う他の形状のピストンを使用してもよい。
第3B図は、流体が全く流れない完全閉鎖位置にあるピス
トン114を示し、また第3C図は、最大空気流が存在する
完全開放位置のピストン114を示している。
真空調整器100の基本的な動作は下記のとおりである。
空気調整器108は、空気シリンダ112と組み合わせて使用
されて、ピストン114に働く力に対抗するか、あるいは
供給された真空を変更するように、ピストンの位置を調
節する。ピストン114に働く下向きの力は、これを挟ん
で作用する、室120の頂部での大気圧と、直立管104に接
続された導管140内でピストンの底面に作用する制御ま
たは調整された真空との圧力差によるものである。
直立管104内、ついで吸引すなわちフラットボックスで
の真空レベルを高くするのには、室122への空気圧を上
昇させて、ピストン116、ついでピストン114に作用する
上向きの力を増加させる。この大きい力により、ピスト
ン114は、Ｖ字ノッチの露出開放面積を増加しながら上
方に移動し、これによりピストン114に作用する差圧が
減少し、その結果、直立管での真空が高くなる。ピスト
ン114は、弁すなわちピストン114に作用する下向きの力
が、空気シリンダ112によって与えられた上向きの力に
等くなるまで上方に移動する。
また逆の場合も同様に、所定の用途で真空を低くするた
めに、室122に供給される空気が減少される。
第3B図を参照して、この装置を動作中における力を説明
する。室の各々は、圧力についてはＰに、また面積につ
いてはＡに順次に数字を付した記号で示される。
下向きに働く力は下記のとおりである。
式1: P1A1＋P3A2＋（ピストン組立体（ピストン116およびシ
ャフト部材128）＋ピストン114）の重量 ただしP1＝P3＝大気圧 上向き力 式2: P2A1＋P5A3＝P2A1＋P3（P1−ＰVAC） ただしP5＝大気圧−真空圧 この装置が動作しているとき、上記の力は平衡していな
ければならない。
従って式3: P1A1＋P1A2＋重量＝P2A1＋A3（P1−ＰVAC） 式３によると、真空ヘッドP4は、この真空調整器の操作
において何の役も果たさない。これは重要である。なぜ
ならば、もし真空ヘッドが変化すると、制御または調整
された真空が変化するからである。
所定の制御または調整された真空のために必要とされる
空気圧を計算するため、下記のように仮定する。
P1＝14.7psia、すなわち約15psia P2＝調整された圧力 直径６インチの空気シリンダに対し、 直径8.5インチの空気シリンダに対し、 直径８インチの空気シリンダに対し、 ピストン116およびシャフト部材128（３ポンド）および
弁すなわちピストン114（５ポンド）を含むピストン組
立体の重量（WTS.）＝８ポンドと仮定する。
制御された真空＝５インチHg或は2.5Δpsi。
従って、 P5＝P1−ＰVAC＝15−2.5＝12.5psia 上記弁をバランスした状態に維持するために空気調整器
108から要求される空気圧を計算するため；式３から、
このシステムの力＝ P1A1＋P1A2＋WTS＝P2A1＋A3（P1−ＰVAC） すなわち 15×28.3＋15×56.7＋８ ＝P2×28.3＋5.02（15−2.5） 424.5＋850＋８＝28.3P2＋627.5 P2＝23.1psiaすなわち8.1psig 調整圧が、例えばその設定点５インチHgから−1/2イン
チΔHg、すなわち25Δpsiだけ変化すると仮定する。上
記弁で変換された、もしくは不平衡の力は、つぎのよう
に決定することができる。
制御された真空4.5インチHgについて、P5を除く総ての
数年が同じであれば、P5は15−2.25すなわち12.75psia
になる。
式３へ戻って、不平衡或は修正力を下記のように計算す
ることができる。
P1A1＋P2A2＋WTS＋Ｆ＝P2A1＋A3（P1−ＰVAC） 1.5×28.3＋15×56.7＋８＋Ｆ ＝23.1×28.3＋50.2（15−2.25） Ｆ＝1293.7−1282.5＝11.2ポンド 不平衡な、もしくは修正力は、11.2ポンドの力で上方へ
働き、上記弁すなわちピストン114を押して開放面積を
大きくし、これによってその制御真空５インチHgまで真
空を戻そうとする。
注：修正力を計算するためは、弁を平衡状態に維持する
ために与えられる反対方向の等しい力を加えると仮定し
なければならない。
さらに第４図を参照して説明すると、低摩擦空気シリン
ダのためのタンデム配置が示され、同様の部分は同じ、
ただし記号（′）を付けて示される。この場合には、空
気シリンダ112′は、ピストン114′に連結されたシャフ
ト部材146および148をそれぞれもつ２つのピストン組立
体142および144を備えている。４つの室120′,150,12
2′および152が空気シリンダ112′内に形成され、前の
２つおよび後の２つはそれぞれのピストンでタンデムに
動作する。
タンデム配置の利点の計算はつぎのとおりである。
下向きの力 式4: P1A1＋P3A1＋P5A2＋（ピストン組立体＋弁）の重量 上向きの力 式5: P2A1＋P4A1＋P7A3 ＝P2A1＋（P1−ＰVAC）（A3＋A1） ここでP1＝P3＝P5＝大気圧 同様P4＝P7＝P1−ＰVAC 注：この装置が操作する場合、関係する諸力を平衡させ
なければならない。
式6: P1A1＋P3A1＋P5A2＋WTS ＝P2A1＋（P1−ＰVAC）（A3＋A1） 前述のように同じ量を使用して、制御された真空＝５イ
ンチHgのときに弁を平衡状態に維持するために空気調整
器108′から要求される空気圧は、下記のように決定さ
れる。
ピストン組立体（ピストン142,144、シャフト部材146,1
48）の重量は、単一の空気シリンダおよび弁で、ピスト
ンがなお５ポンドの重量となるから、３ポンドの代りに
６ポンドになると推定される。
式6: この例において、結果は、前例の8.1psigに対して10.7p
sigである。調整真空がその設定点５インチHgから−1/2
インチHg、すなわち2.5Δpsiだけ変化して4.5インチHg
と推定される場合、修正力は下記のように決定される。
式６を使用して不平衡力を計算する。
式6: 15×28.3＋15×28.3＋15×56.7＋11＋Ｆ＝25.7×28.3＋
12.75（50.2＋28.3） 1699＋Ｆ＝1728.2 従って、Ｆ＝29.2ポンドで弁を押し上げて開口面積を大
きくしするので、修正力11.2でしかなかった単空気シリ
ンダに較べて、真空は設定点に向って上昇することがで
きる。従って、特定の用途によっては、２重タンデム構
造は一層望しいものとなるであろう。
単一もしくは２重ピストンの空気シリンダのいづれの場
合にも、極めて低摩擦の、すなわち「無摩擦」である空
気シリンダを使用するのが望しいことに注意すべきであ
る。なぜならば、摩擦量が大きければ大きい程、制御を
達成し難いからである。また、ある目的に適した他の構
成に加えて、無摩擦シリンダの代りにベローズを使用し
てもよいことに注意されたい。
加えて、真空調整器112は、直立管104あるいは導管140
に室152を接続したフィードバック手段154を含んでもよ
い。これは、P4とP7との間でフィードバックあるいは自
動修正の動作を提供する。P7が上昇するとP4も上昇し、
それによってピストン組立体を上方へ強制し、その結
果、P7を降下させ、自動修正の機能を与える。
以上に説明したように本発明の真空調整器おいては、重
いダイヤフラムおよび寸法の小さい多数の絞りを使用し
ないので、応答が早く、また汚染物によって閉塞される
おそれもない。したがって、とくに製紙機のフラットボ
ックス部に結合されているように、圧力調整されたチャ
ンバを制御する手段として有利に使用できる。
なお前述の説明において、本発明の目的および利点が説
明され、好ましい実施例が記載されたが、本発明はこれ
によって限定するものでなく、特許請求の範囲によって
決定される。
【図面の簡単な説明】
第１図は、先行技術の真空調整器の断面図、第２図は、
本発明の一実施例による真空調整器の断面図、第3A図
は、本発明にしたがって中間位置にプランジャをもつよ
うに変形した真空調整器の変形例の拡大部分断面図、第
3B図は、完全閉鎖位置で示されるプランジャをもつ第3A
図と同様の図、第3C図は、第3A,3B図と同様であるが、
プランジャを全開位置に示す断面図、第４図は本発明に
したがって構成された２つの平衡ピストンをもつ第3A〜
3C図と同様の真空調整器の拡大断面図である。 10……真空調整器、12……ハウジング、14,110……ピス
トン組立体、16,18……導管、20,116……第１のピスト
ン、22,114……第２のピストン、24,128……シャフト部
材、26,28……ダイヤフラム、30,30A……室、32,136…
…弁座、34……スリーブ、108……空気調整器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョセフ・エイ・ボルトン アメリカ合衆国、エヌ・ワイ 12801、ク ィーンズベリー、サミット・レイン（無番 地)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】所定箇所での真空度を制御するための真空
    調整器であって、 ハウジング（12）と、 前記ハウジング（12）を真空源に接続する導管（16,10
    6）と、 前記ハウジング（12）を真空制御対象に接続する導管
    （18,140）と、 前記ハウジング（12）内に往復動可能に収容されたピス
    トン組立体（14,110）とを備え、 前記ピストン組立体は、第１の室内での前記ピストン組
    立体の移動を調整するために前記第１の室内の制御され
    た圧力に応答して前記第１の室内で往復動可能な第１の
    ピストン（20,116）を含み、 さらに前記第１のピストンに連結され、かつ前記開口と
    係合可能な下方縁部を含み、前記ピストン組立体の移動
    に対応して移動することにより、前記下方縁部と弁座と
    の間で形成される、高さが可変の垂直な窓を介して絞り
    作用を行う第２のピストン（22,114）と、 前記真空源と前記真空制御対象との間に設けられた弁座
    （32,136）とを備え、 前記弁座は、前記第２のピストンを受け入れるように設
    けられた開口を有するリング部材（32、136）からな
    り、前記第２のピストンが、全開位置と全閉位置との間
    で往復動することにより、前記真空源から前記真空制御
    対象への真空度を調整するために、前記第２のピストン
    を受けるように設けられており、 これによって前記真空源が、前記第１のピストンと前記
    第２のピストンの移動に影響を与えずに、前記第１のピ
    ストンと前記弁座との間で前記真空源に対する絞り動作
    を行なわせるようになされている、 真空調整器。
  2. 【請求項２】前記第２のピストンは、複数のＶ字状ノッ
    チ（138）を有する、前記開口と係合可能な下方部分を
    備え、前記絞り作用が、前記下方縁部と前記リング部材
    との間で形成される、高さが可変の垂直な窓を介して行
    なわれる特許請求の範囲第１項記載の真空調整器。
  3. 【請求項３】前記ピストン組立体が、シャフト部材（2
    4,128）によって前記ピストン組立体に連結された少な
    くとも１つの空気ピストン（116）を含む低摩擦空気シ
    リンダ（112）を備え、さらに前記ピストン組立体によ
    り所望の絞り作用を発生させるように導管（16,106）と
    導管（18,140）との間の差圧を調整することにより、前
    記空気ピストンの移動を調整する手段（108）が設けら
    れている特許請求の範囲第１項または第２項記載の真空
    調整器。
  4. 【請求項４】前記空気シリンダが、タンデムに結合され
    た少なくとも２つの空気ピストン（144,142）を含む特
    許請求の範囲第３項記載の真空調整器。
  5. 【請求項５】前記ピストン組立体と前記真空制御対象と
    の間に、前記真空制御対象の圧力変化をフィードバック
    するために設けられたフィードバック手段（154）を備
    え、前記ピストン組立体の動作を調整して自動調整を行
    なわせるようにした特許請求の範囲第１項記載の真空調
    整器。
JP20940487A 1986-10-24 1987-08-25 真空調整器 Expired - Lifetime JPH073270B2 (ja)

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