JPS60159406A - 空気弁の比例制御方法及び比例空気流量制御弁 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は比例空気流量制御弁、詳しくは空気流の比例制
御方法に関する。

〔従来技術〕

従来多くの適用の場において気体制御と液体制御は互換
的に適用されているが、気体制御系のための効果的で比
較的安価な比例弁が存在していないので気体制御への適
用は制限されていた。すなわち、大抵の気体弁はオン・
オフ型であるので、工業用ロボットあるいはこれに類似
するものへの使用を可能とする比例的出力を供給するこ
とはできなかった。比例的出力は可変制御装置あるいは
これに類似するものの使用により達成することはできる
が、このような装置は非密に高価であるので比例制御を
必要とする気体制御への適用は制限されていた。

（６） 〔発明が解決しようとする問題点〕 そこで、本発明の第一の目的は空気弁を比例的に作動さ
せる改良された方法を提供することにある。

本発明のもう一つの目的は比例的に作動する安価な空気
弁を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の第１の特徴は、閉鎖位置と、規制された流れが
可能な中間位置と、実質的に規制されない流れが可能な
全開放位置の間を移動するように支持された流量制御部
材を有する空気弁の比例■１制御方法に具体化されてい
る。この方法は、流量制御部材をその閉鎖位置から開放
位置に向って移動させる実質的に一定の作動力を付与す
るステップを有している。この作動力は、作動力が作用
しない休止時間を間にはさんで、所定の時間間隔にて連
続的に付与されるものである。この流量制御部材には比
較的低い付勢力を付与して、同流量制御部材を常にその
閉鎖位置に向けて押し付ける。更に、この流量制御部材
には、同流量制御部材がそ（７） の閉鎖位置から全開放位置に向って所定量移動したとき
同流量制御部材のそれ以上の移動に抵抗する高い値の付
勢力を付与する。

本発明の他の特徴は比例的な空気流量制御弁に具体化さ
れている。か５る弁は入口ボートと供給ボートを有する
ハウジングを含んでいる。流量制御部材が、両ボー１−
の間の連通が実質的に阻止されている閉鎖位置と、両ポ
ートの間の連通が実質的に規制されずに連通している開
放位置の間を移動するよう設りられている。第１付勢手
段がこの流量制御９１１４４をその閉鎖位置に向けて常
に押し付けるように設けられ、また、第２付勢手段が、
この流量制御部材がその閉鎖位置から全開放位置に向っ
て所定量動いたとき同流量制御部材の全開放位置に向う
移動に抵抗するように設けられている。

第２付勢手段は第１付勢手段よりも実質的に高い値を有
している。

〔実施例〕

図面において、本発明の実施例に関連して構成されて作
動する比例空気弁は全体が符号１１で示（８） されている。弁１１は、全体が符号１２で示された外側
ハウジングを備え、この外側ハウシング１２は本体１３
及び本体１３に公知の方法で固定された閉鎖部材１４．
１５よりなっている。本体１３には複数のボー１−１７
．１８．１９，２１．２２が交差して設けられた貫通内
孔１６が形成されている。ボート１７〜２２は内孔１６
の内周に沿って並んだ各環状凹部２３，２４，２５，２
６゜２７で終っている。

内孔１６内にはスリーブ２８が設けられ、その長さは内
孔１６よりも小さい。このスリーブ２８はその両端に位
置して蓋部材１４．１５により軸方向に固定された一対
のスペーサ２９．３１及び緩衝部材３２．３３により軸
方向に位置決めされている。スリーブ２８には複数の円
周方向溝３４が設けられ、この円周方向溝３４にはスリ
ーブ２８と本体１３の間のシールをなずＯリング３５が
設けられ、これにより、各ボート１７．１Ｂ、１９．２
Ｌ　２２は互に遮断されている。

前述の弁本体及び弁スリーブには種々のボート（９） 配置が採用可能であるが、図示の実施例においては、ボ
ー［・１９は高圧空気源（図示せず）に接続された入口
ボートより成るものである。ボート１８．２１は、代表
的な適用例においては、複動空気圧シリンダ（図示せず
）の両端に達する供給ボートである。ボー１−１７．２
２は排気ボートであって直接または適当な排気装置を介
して大気に開放されている。弁スリーブ２８には本体の
環状の凹部２３，２４，２５，２６．２７とスリーブ２
８の内孔４２間をそれぞれ連通する複数の連通通路３６
．３７．３８．３９．４１が設けられている。

全体が符号４３で示された流量制御スプールは、スリー
ブ２８の内孔４２内に摺動可能に支持されている。前述
のボート配置を備えた図示の実施例において、弁スプー
ル４３は中央ランド部４４と一対の端ランド部４５．４
６を包含している。ランド部４４と４５の間には小径領
域４７が設けられ、ランド部４４と４６間には同様の小
径領域４８が設けられている。ランド部４５．４６には
外（１０） 周に釣合溝４９が設けられている。

図面に示す中立すなわち閉鎖位置においては、ランド部
４４はボート３８と内孔４２の連通を閉じ、小径部４７
．４８は各ボー１３６．３７と３９．４１の間を連通し
一ζいる。かくして、接続された空気圧シリンダは両端
が排気側に開放されてこのシリンダは動かない状態に保
たれる。

本発明においては、弁スプール４３を中立すなわち閉鎖
位置に保持し、また弁スプール４３がその閉鎖位置から
予め定められた距離を移動したのち両方向においてそれ
以上の移動に対して増大する抵抗を与えるために、ばね
装置が設けられている。この中央位置決め用ばね装置は
一対のばね保持部材５２を備えており、各ばね保持部材
５２はそれぞれ弁スプール４３の各端に係合している。

ばね保持部材５２には比較的低い値の中央位置決め用ば
ね５４の一端を受ける穴５３が設けられている。各中央
位置決め用ばね５４の他端は蓋部材１４．１５に形成さ
れた各穴５５により支持されている。ばね５４は予圧さ
れて、前述の如く、弁スプール４３をその閉鎖位置に向
けて押し付けている。しかしながら、前述の如くばね５
４の値は比較的低く、弁スプール４３に加えられた作動
力は一方のばね保持部材５３を軸方向に変位せしめてこ
れに関連したばね５４を圧縮する。

第２のかなり高い値のばね５６が弁スプール４３の両端
に設ｃｔられている。ばね５６はばね保持部材５２の補
助穴５７内に受け入れられ、各閉鎖部材１４．１５にそ
れぞれ係合されている。ばね５６は閉鎖部材１４．１５
とばね保持部材５２の補助穴５７の各端との間の正常な
距離よりも長さが多少短く、従って弁スプール４３が中
立すなわち閉鎖位置にあるときばばね５６は全く圧縮さ
れていない。

弁スプール４３をその閉鎖位置より両方向に移動させる
ために成る装置（図示せず）が設けられている。この装
置は、例えば何れかの巻線に通電することによってスプ
ール４３を軸方向の一方又は他方に選択的に付勢する一
対のソレノイド巻線のような、この種の弁に通常採用さ
れている任意の公知の作動装置でよい。本発明において
は、比例制御はスプール４３に所望の方向に移動させる
ように連続した力のパルスを加えることにより達成され
る。すなわち、関連したソレノイド巻線は通電しない休
止時間をおいて短期間ずつ通電される。比例制御は通電
の回数を変えるか、またはその代りにソレノイドが通電
されている期間を増大することにより達成される。

例えば、ランド部４５に関連したソレノイドが通電され
れば、スプール４３を右に引張ろうとする力が生ずる。

右方への最初の動きは極く弱い中央位置決め用ばね５４
により抵抗されるのみであるのでスプール４３はその方
向に急速に動いて入口１９のボート３８が凹部４８と合
うようになる。

これと同時に、排気ボート３６と供給ボート３７の間の
連通は増大する。これにより、圧縮空気はボート３８よ
りボート３９及び接続された空気圧シリンダの一端に流
れ、他端は排気される。この動きが生じている時は、排
気ボート４１はランド部４６により閉鎖されている。

（１３） ばね５６の相対的長さにより定まる所定の距離の移動の
後、ばね支持部材５２はスプール４３の右端でばね５６
と係合して、スプール４３がその方向にそれ以上間（の
に抵抗するかなり増大した力を生ずる。スプール４３の
比例的作動と結合されたこの二段ばね装置は、これまで
はこのような簡単な空気弁では不可能であった比例的作
動を可能とする比例的空気圧出力をシリンダに与えるこ
とがわかった。

供給ポート３７を入口ボート３８に接続し、排気ボート
３６を閉じるためのスプール４３の反対方向への作動は
、逆方向の作動に関してすでに述べたと同様のやり方で
、ランド部４６に関連したソレノイドを通電することに
より得られることは容易に理解できるであろう。

前述の説明により、この弁装置及びその作動方法が極め
て効率の良い比例空気制御を比較的低価格で可能とする
ことは容易に理解できるであろう。

更に、上記装置はスプール型の弁で説明をしたが、同じ
原理はポペット弁あるいはその他の形式の空（１４） 気弁にも通用可能である。また、上記装置は移動に抵抗
するのに２つのばねでもって開示したが、２以上のばね
や非線形ばね常数を有するばねを使用することも可能で
ある。

以上に、本発明の一実施例を図示して説明し、また他の
実施例の説明をしたが、特許請求の範囲に記載した発明
の精神及び範囲内において更に多くの変更や変形も可能
である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による空気流の比例制御方法に使用する空
気弁の一実施例を示すスプール型の空気流量制御弁の軸
方向断面図である。 符号の説明 １２・・・ハウジング、１３・・・弁本体、１６・・・
貫通内孔、１７．２２・・・排気ポート、１８．２１・
・・供給ポート、１９・・・入口ポート、２８・・・ス
リーブ、３６．４１・・・排気通路、３７．３９・・・
供給通路、３８・・・入口通路、４２・・・スリーブ内
孔、４３・・・流量制御部材（弁スプール）、４４・・
・中央ランド部、４５．４６・・・端ランド部、４７．
４８・・・小径部、５４・・・第１付勢手段（軽い中央
位置決め用ばね）、５６・・・第２付勢手段（Ｎいばね
）。 出願人　ロス　オペレーティング バルブ　カンパニー 代理人　弁理士　長　谷　照　− （外１名）

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）閉鎖位置と、規制された流れが可能な中間位置と
   、実質的に規制されない流れが可能な全開放位置の間を
   移動するよう支持した流量制御部材を有する空気弁の比
   例制御方法であって、前記流量制御部材をその閉鎖位置
   から全開放位置に向って移動させる実質的に一定の作動
   力を同流量制御部材に所定の時間間隔にて連続的に付与
   し、上記流量制御部材に第１の比較的低い付勢力を付与
   して同流量制御部材をその閉鎖位置に向けて押し付け、
   上記流量制御部材がその閉鎖位置から所定量移動したと
   き同流量制御部材がそれ以上開くのに抵抗する高い付勢
   力を同流量制御部材に付与するようにした空気弁の比例
   制御方法。
2. （２）前記流量制御部材がその閉鎖位置より、一方の出
   力側へ向う流れを制御する第１の前述した方向と、前記
   一方の出力側とは異なる他方の出力側（１） へ向う流れを制御する逆向の第２の方向に移動可能であ
   るようにした第１項に記載の空気弁の比例制御方法。
3. （３）前記各付勢力が異なる値のばねにより前記流量制
   御部材に付与されるようにした第１項に記載の空気弁の
   比例制御方法。
4. （４）入口ボーＩ・と供給ボートを有するハウジングと
   、この両ボートの間の連通が実質的に阻止されている閉
   鎖位置と両ボートの間の連通が実質的に規制されずに連
   通している開放位置の間を移動するよう設けられた流量
   制御部材と、この流量制御部材をその閉鎖位置に向けて
   常に押し付けている第１付勢手段と、この流量制御部材
   がその閉鎖位置から全開放位置に向って所定量移動した
   とき同流量制御部材の全開放位置に向う移動に抵抗する
   第２付勢手段を備え、この第２付勢手段は前記第１付勢
   手段よりも大なる値を有するようにした比例空気流量制
   御弁。
5. （５）　前記流量制御部材がその閉鎖位置から前記開放
   位置に向う動きとは逆方向の第２の方向に移動（２） 可能であり、前記流量制御部材がその移動方向の一方に
   移動したとき前記入口ボートと連通ずる第２の供給ボー
   トを更に備えると共にこれと反対方向への動きは前記入
   口ボートと最初に述べた供給ボートの間の連通を制御し
   、更に前記流量制御部材を逆方向でその閉鎖位置に向け
   て常に押し付ける第３付勢手段と、前記流量制御部材が
   その閉鎖位置から逆方向でその全開放位置に向って所定
   量移動したとき同流量制御部材が逆方向で全開放位置に
   向う移動に抵抗する第４付勢手段を備え、この第４付勢
   手段は前記第３付勢手段より大なる値を有するようにし
   た第４項に記載の比例空気流量制御弁。
6. （６）前記各付勢手段がコイルばねよりなる第４項に記
   載の比例空気流量制御弁。
7. （７）前記流量制御部材が内孔内を摺動するよう支持さ
   れた弁スプールよりなる第６項に記載の比例空気流量制
   御弁。
8. （８）前記弁スプールがその閉鎖位置から前記開放位置
   に向う動きとは逆方向の第２の方向に摺動可（３） 能であり、前記弁スプールがその移動方向の一方に移動
   したとき前記入口ボートと連通ずる第２の供給ボートを
   更に備えると共にこれと反対方向への動きは前記入［］
   ボボートと最初に述べた供給ボートの間の連通を制御し
   、更に弁スプールを逆方向でその閉鎖位置に向けて雷に
   押し付ける第３付勢手段と、前記弁スプールがその閉鎖
   位置から逆方向でその全開放位置に向って所定量移動し
   たとき開弁スプールが逆方向で全開放位置に向う移動に
   抵抗する第４付勢手段を備え、この第４付勢手段は前記
   第３付勢手段より大なる値を有するようにした第７項に
   記載の比例空気流量制御弁。
9. （９）更に排気ボー１−を備え、前記流量制御部材が、
   同流量制御部材が閉鎖位置にあるときは前記排気ボート
   と供給ボートの間を連通し、同流量制御部材がその閉鎖
   位置より移動すれば前記排気ボートと供給ボートの連通
   を遮断するようにした第４項に記載の比例空気流量制御
   弁。 θＯ）　入口ボートとこの入口ボートの両側に設けられ
   たー・λ１の供給ボートと前記入口ボートの両側で（４
   ） 前記各供給ボートの外側に設けられた一対の排気ボート
   を有する弁本体と、この弁本体内で前記各ボートと交差
   する内孔と、前記内孔内に固定され前記各ボートを独立
   してスリーブ内孔に連通ずる各通路を有するスリーブと
   、前記スリーブ内孔内を摺動するよう支持され小径部に
   より互に連結された中央ランド部及び一対の離れた端ラ
   ンド部を有する弁スプールと、この弁スプールの両端に
   係合して開弁スプールをその中央位置に押し付ける第１
   の比較的軽い中央位置決め用ばねと、前記弁スプールの
   各端側に位置し開弁スプールがその中央位置から所定量
   移動したとき開弁スプールと係合して開弁スプールのそ
   れ以上の移動を前記中央位置決め用ばねよりも大なる力
   で抵抗する一対の重いばねよりなり、前記弁スプールの
   各ランド部及び小径部は、開弁スプールが中央位置にあ
   るときは前記入口通路とスリーブ内孔の連通を遮断する
   と共に前記供給通路と排気通路をそれぞれ互に連通し、
   開弁スプールが前記中央位置より変位したときは前記入
   口通路を前記供給通路の一方と連（５） 通ずると共に同供給通路の他方を関連ある前記排気通路
   に連通ずるよう前記各通路に対して配置されている比例
   空気流量制御弁。