JPS62501241A

JPS62501241A - パイロット作動圧力制御弁

Info

Publication number: JPS62501241A
Application number: JP61500343A
Authority: JP
Inventors: モルデハイ、コーエン
Original assignee: サンドストランド・コ−ポレ−ション
Priority date: 1984-12-26
Filing date: 1985-12-19
Publication date: 1987-05-14
Also published as: WO1986003856A1; EP0207146A4; EP0207146A1; US4596360A

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】パイロット作動圧力制御弁１Ｌ１本発明は、パイロット作動弁に関するものであり、一層詳細には、圧力制御系統の中に使用されるパイロット作動弁に関するものである。

１Ｌ良Ｌパイロット作動弁は、多くの分野において古くから使用されている。一つの応用は、弁からの出力圧力を、パイロット信号の入力圧力の関数として制御することが希望される圧力制御の応用である。

一層しばしば、制御弁からの出力圧力を、入力信号の直線関数として制御することが希望される。直線応答を有するこのような弁を製作するには、入力流体温度、出力流体温度及び周囲温度のような種々の変数の効果を除去することが不能であるという問題がある０周囲圧力も、また、系統に影響を与えることがある。

弁が使用されている環境の中における振動荷重及び弁部分の製作公差が、他の変数を現す。

同時に、ヒステリシス損失が最小にされ、入力パイロット圧力の最少の漏れを与える構造を得ることが希望される。また、弁が、急速な動的応答を有し、出力圧力と、入力パイロット圧力との間の直線関係が、希望どおりに変えられることができる構造を持つことも、また、希望される。

弁を、それが、異常な作動圧力を受ける時に、損傷されることができないように設計することも、また、希望される。

本発明は、上記の問題を克服し、上記の目的を達成することに向けられているものである。

弘四！８１逐一新規で且つ改良されたパイロット作動弁を得ることが、本発明の主な目的である。

一層詳細には、圧力信号を入力信号に応答して直線的に制御し、周囲変数の効果及び製作公差が最少とされ、又は、除去されるパイロット作動弁を得ることが、本発明の一つの目的である。

最少のヒステリシス損失を有し、入力パイロット圧力の漏れが、最少とされ、迅速な動的応答を有し、調節が容易であり、異常に高い圧力を受ける時に損傷を避ける能力を有しているパイロット作動弁を得ることが、同様に、本発明の一つの目的である。

本発明の一つの例示的な実施例は、前述の目的を、本体のくぼみを有している弁体を含んでいるパイロット作動弁において達成するものである。弁座が、くぼみの中に置かれており、ポペットが、くぼみの中に弁座に隣接して配置されており、また、くぼみの中において弁座の方へ及び弁座から離れるように動くことができるようになっている。第一ボートがポペットの一つの側の上において、くぼみまで延びており、また２第二ボートが、ポペットの他の側の上において、くぼみまで延びている。ボートの−っは、ボートの他のものよりも、より大きな圧力の下にある流体を受け、ポペットを他のボートに向がって片寄せるようにされている９弾性的な圧縮ベローが、くぼみの中に配置されており、ポペットをボートの一つに向がって片寄せており、また、棒がくぼみの内部に置かれており、ベローと協同しており、更に、棒は、弁体に、弁座から離れている箇所において、調節自在な様式で固着自在とされている。第三ボートが、くぼみまで延びており、ベローと流体連通をしており、また、前述のボートから圧力を隔離されている。この第三ボートは、ベローの上に作用をするように流体圧力信号を受け、それにより、ポペットに加えられる片寄せを変えるようにされている。

変動する温度を補正することを達成するために、弁体及び杯は、延ばされており、異なった熱膨張係数を有している。

高度に推奨される実施例においては、ベローは、第−及び第二の相互に係合しているが、しかしながら、連結はされていない部分を有している。ベロ一部分の一つは、他のものよりも、より大きな圧力有効面積を有しており、また、他のものに関して、ある予定された大きさを超過する流体圧力が、第三ボートにおいて受けられる時に、ベロ一部分が、分離し、それへの損傷を避けるために５圧縮に置かれるような寸法とされている。

ヒステリシス損失を最少とするために、ポペットは、弁体に、弁座においてだけ係合し、その他の点においては、くぼみの壁の中において間隔を置かれることが考慮されている。

弁の弁座との、その他の部材による滑り案内係台無しの整列を確実とするために、ベロ一部分は、相互に自動整列をするように係きしており、また、ベローの一つは、追加してポペットに係合している。

一層詳細には、ポペットは、凸面に終わっている心棒を含んでおり、この凸面は、ベローの一つの上の凹球形状の中に受け入れられている。凹球形状の反対側は、無論、凸球形状であり、他のベローの上の凹球形状の中に受け入れられており、後者の凹球形状は、他のベローの上の球形状の半径よりも、わずかにより大きな半径のものとなっている０周囲圧力の影響を除去するために、ベローは、相互に反対に置かれており、それらの内部は、両方とも、周囲に排気されている。

調節の可能性を得るために、棒は、弁体にチャックにより固着可能とされている。このチャックは、棒の上に主として放射方向の固着力を与え、精密な調節を許すようにする。一つの高度に推奨される実施例においては、棒は、弁体の中にねじにより受け取られており、チャックは、棒を弁体のある選択された種々のねじ位置の任意の箇所において固着するように作動をする。

他の目的及び利点は、添付図面についての以下の説明から、明らかとなるものと信じられる。

の。゛Ｊ゛−ｆ晋日第１図は、本発明により作られた弁の断面１図；第２図は、２個のベローの間の、それらの係合点及びそれとポペット心棒との係合点における関係を示す拡大部分断面図；である。

１班上玉」　７ための・−の２本発明により作られたパイロット作動弁の例示的な実施例が、第１図に示されている。この弁は、加圧流体源１０から受け取られる加圧流体を受けるようにされ、使用箇所１２において、ある希望される機能を果たすために必要とされる圧力よりも過剰の圧力を排出するように、作動可能となっている。弁は、弁体１４を含んでいるが、これは、一般的に、１６の符号を付けられた内部くぼみを有しており、また、このくぼみ１６は、弁体１４の１端部に開口しているが、この開口は、キャップ１８により閉塞されている。キャップ１８は、ボート２０を含んでおり、このボート２０へ、加圧流体源１０からの加圧流体が、矢印２２により示されるように、加えられる。スクリーン２４が、ボート２０の内部に配置され、汚物が弁に入ることを防止するようにすることもできる。

ボート２０を包囲するキャップ１８の表面２８の上の面積２６は、弁座として働き、この弁座２６は、くぼみ１６の内部に受け取られているボベツ１〜３０により、係合されることができるようになっている。ポペット３０は、心棒３２を含むが、この心棒３２は、ボート２０から反対側においてくぼみ１６の中に延びている。

弁体１４は、キャップ１８の表面２８の近くの領域において、くぼみ１６から弁体１４の外部まで延びているボート３４を含んでいる。第１図から、加圧流体源１０からの加圧流体が、ポペット３０により制御を受け、ボート２０からの流れ経路を経てくぼみ１６を通り、ボート３４へ排出されることが、見られる。このようにして、ポペット３０が開く度合いを制御することにより、使用箇所１２において終局的に受けられる流体の圧力は、制御されることができる。

−ｉ的に３６の符号を付けられた第一ベロー組立体が、くぼみ１６の内部に配置されており、弁体１４の肩３８に接触している。ベロー組立体３６は、Ｏリングシール４２を受け入れる環状構を有しているピストン状のベース４０を含んでいるが、０リングシール４２は、くぼみ１６の壁に係合している。ベース４０は、中心くぼみ４６を含んており、このくぼみ４６の中には、ポペット３０が、木質的に非接触の関係に配置されている。くぼみ４６は、第一ベロー５０の内部まで延びている心棒３２の直径よりも、ややより大きい直径の穴４８に終わっている。心棒３２が、穴４８に接触すること無しに穴４８を貫き、第一へロー５０の内部の中にまで延びていることが見られる。このようにして、第一ベロー５０の内部が、排出ボート３４と、穴４８、＜ぼみ４６及びくぼみ１６を介して、流体連通していることを理解されたい。

一般的に５２の符号を付けられている第二ベロー組立体も、また、くぼみ１６の中に受け入れられている。このベロー組立体５２は、０リングシール５６を受け入れている環状の溝を有しているピストン状のベース５４を含んでいるが、０リングシール５６は、くぼみ１６の壁に係合している。第一ベロー５０に面しているその端部において、ベース５４は、より大きな直径の、このようにして、ベロー５０よりも、より大きな圧力有効面積の第二ベロー５８を取り付けている。眉３８と接触することにより、くぼみの内部に所定の位置に保持されているベロー組立体３６と相違し、ベロー組立体５２は、くぼみ１６の内部を、ボート２０の方へ及びボート２０がら離れるように滑ることができる。

ベース５４は、中空の内部６０を含んでおり、この内部６０は、通路６２により、第二ベロー５８の内部と流体連通している。

中空内部６０は、くぼみ１６へ、ボート２０から離れているその端部近くにおいて、開口している。弁体１４は、くぼみ１６まで延びている減少された直径の穴６４を含んでおり、この穴６４は、ボート６６により排出されている。このようにして、第二ベロー５８の内部は、通路６２、中空内部６０、減少された直径の六６４及び排出ボート６６を経て周囲に排出されている。

細長い棒６８が、減少された直径の穴６４を通ってくぼみ１６並びにベース５４の中空内部６０の中に延びており、ベース５４に、ポペット心棒３２と軸方向に整列しているある箇所において、係合している。ｎ６８は、球状端部７０で終わっている。棒６８の反対端部７２は、同様に、球形状であり、弁体１４のボート２０から離れている端部において、弁体１４の中に、７８′でねじを設けられているねじ７６の中の穴７４の中に受け取られている。

このようにして、ねじ７８を回転することにより、弁体１４の内部における棒６８の軸方向の位置が希望通りに調節されることができる。

弁体１４の上端部は、軸方向に延びているスロット８０により分離されている多数の指７８に終わっている。指７８は、ねし７８゛と係合しているねじを設けられている内部表面を有しており、また、ねじ７６の内径よりも、より大きな内径を有しているスリーブ８８の内部の上の適合している切頭円すい形状の表面と係合している切頭円すい形状の外面８４を有している。スリーブ８８は、また、放射方向に外方に延びている環状の７Ｊ５９０を含んでおり、この肩９０は、弁体１４のポペット３０から離れている点９６におけるように、ねじを設けられているナツト９４の放射方向内方に向けられた肩９２により係合されている。この構造は、棒６８が、弁体１４の内部におけるある希望された軸方向泣面に維持されることを確実とするためのチャックとして作用をする。

特に、棒６８の希望された軸方向の位置を達成するために、ナツト９４が緩められ、ねじ７６が回される。この後に、ナツト９４は、再び締め付けられることができる。肩９０と、９２との相互係合は、スリーブ８８が、第１図で見て、下方ｌ＼駆動されるようにする。スリーブ８８の切頭円すい形状の表面８６は、指７８の切頭円すい形状表面８４に向かって、指７８を放射方向内方へ駆動し、係合されたねじ７６を締め付けるように作用をする。指７８のつかみ運動は、主として放射方向であるので、ねじ７６、従って、棒６８の軸方向の位置は、ナツト９４の締め付けの間に変えられること無く、ねじ７６の回転により達成された最初の軸方向の位置を維持することを理解されたい。

本発明のこの特徴は、予荷重を加えるため、又は、ポペット３０に弁座２６の方向に加えられる最初の片寄ぜを設定ず　゛るために使用されている。特に、第二のベロー５８の下端部１００が、第一ベロー５０の上端部に係合しており、第一ベロー５０それ自体は、ポペットの心棒３２と係合していることが見られる。このようにして、棒６８をくぼみ１６の中を軸方向に進めることにより、ベロー５８は、漸進的に一層圧縮され、ポペット３０により大きな閉塞片寄せを加える。

キャップ１８は、また、弁体１４の中の通路１０６と流体連通しているボート１０４も含んでおり、この通１？３＋０６は、くぼみ１６まで、ベロー組立体３６及び５２のベース４０と５４との間の箇所において延びている。０リングシール１０８が、キャップ１８と、弁体１４との通路１０６の回りの面をシールしている。

ボーｈ１０４に加えられるパイロット信号が、ベロー５０及″　び５８の両方の外部に対して働き、これらのベローをつぶし、すなわち、圧縮させることを理解されたい。従って、ボーｌ−１０４に加えられるパイロット信号の大きさが、大きければ大きい程、ベロー５０及び５８により与えられる開基位置の方ｌ＼のポペット３０の上の荷重は、益々小さくなる。

第１図に見られることができるように、ポペット３０及び心棒３２は、系の中の他の部材とは、弁座２８及びベロー５０の頂部１０２の下側との外は、何ら係合していない、このＩ＃Ｓ造の目的は、案内などとの滑り係合によって起こされることのあるヒステリシス損失を最少にすることにあるものである。

ポペット３０が弁座２６と適正に整列されることを確実とするために、心棒３２の上端部は、第２図に１１０において示すように、球形状とされている。ベロー５０の頂部】０２の下側１１２は、心棒３２の球形状の端部１１０よりも、やや大きな直径の凹球形状のくぼみ１１４を設けられている。その結果、くぼみ１１４は、心棒３２、従って、ポペット３０を弁座２６と整列させるための自動整列構造として役立っている。球形状表面の使用は、ポペット３０が、弁座２６に関して、完全に開放した状態よりも、より少なく傾くことを許し、しかも、ベロー５０及び５８からポペット３０に加えられる片寄せ力が、軸方向に向けられることを確実とする。

くぼみ１１４と反対側において、ベロー５０の上端部１０４は、突出した球形状１１６を有しており、この凸球形状１１６は、ベロー５８の下端部１００の中の凹球形状１１８の中に受け入れられている。凸球形状１１６の半径は、凹球形状１１８の半径よりも、ややより小さい。

前述の構造の結果として、ベロー５０と５８との間及びベロー５０と心棒３２との間には、本質的に点接触があり、上述の整列機能を与えるようにする。これは、摩擦損失を回避し、応答を増強させ、圧力信号への弁の応答における変数としての摩擦を避けるようにする。

第２図に見られることができるように、ベロー５０及び５８は、相互に係合しているが、しかしながら、相互に連結はされていない、その結果、ボート１０４に加えられるパイロット圧力信号のある量において、ベロー５０及び５８は、それらがこの信号により増加する圧縮の下に置かれる時に、相互から実際に分離されることができる。このような環境の下にベロー５０の過剰の圧縮は、ポペット３０が、弁座２６に向かって底を衝く時に、心棒３２により与えられるこの圧縮を制限する止め作用のために、阻止される。ベロー５８は、実質的に圧縮するが、しかしながら、圧縮作用を制限するように圧縮し、ベロー５８の内部内のベース５２の上の面１２０は、球形状１１８の反対側のその下端部１００に係合するように位置され、それ以上の圧縮運動を制限するようにする。

若しも、ベロー５０及び５８が、相互に強固に連結されて０るならば、このような環境の下においては、ベロー５８のより大きな圧力有効面積のために、ベロー５０は、それが作られている材ｆＥｌの弾性限が、超過される点まで張力に置力・れることは、想像できるところである。従って、弁は、も＆よや、希望どおりに応答しなくなる。今ちょうど述べた構造のために、この困難は回避される。

温度補正を得るために、弁体１４が棒６８と共に延ばされることが推奨される。

典型的には、増加しつつある温度に対しては、ベロー５０及び５８が作られている、月並みな材料の弾性係数が減少され、これにより、ポペット３０の弁座２６の方への荷重を減少させる。この変化を補正するために、弁体１４は、比較的低い熱膨張係数を有している材料から作られ、一方、棒６８は、比較的より大きな熱膨張係数を有している材料から作られることができる。このようにして、温度が増加すると、棒６８の長さは、弁体１４の長さよりも、一層迅速に増加し、ベース５２が、図に示される位置から、くぼみ１６の内部をやや下方に動き、ベロー５８及び５０の上に、それらの係合のために、増加する、補正圧縮力を加える８部材の適当な寸法決め及び熱Ｄｊ張係数の適当な選択により、棒６８の弁体１４に関する熱ｌ１５５張によって起こされるベロー５０及び５８の圧縮の増加は、任意の希望される度合いに相殺されることができ、温度が上昇する時に、ベロー５０及び５８の減少する弾性係数の結果として、ボベツ１へ３０に加えられる荷重は減少する。

本発明によ作られた弁は、ヒステリシス損失を最少とすることも理解されたい。

なぜならば、本質的に、ただ一つの可動部分は、ポペット３０と、ベロー５０及び５８てあり、それらは、それらの相互との本質的な点接触を除いて、他の部材との滑り、又は、摩擦接触から自由であるからである。この同し特徴は、動的応答を最大とする。

シールの特異な輪郭は、ボー１−１０４に加えられるパイロツ）・圧力の漏れの可能性を最小とし、これにより、正確な応答を最大とする。漏れの最少は、また、加圧パイロット信号を与えるポンプの上の荷重を減少させることにより、エネルギーを保存する。ベロー５０及び５８が、異常に高い圧力に応答して分離するｉ造は、このような圧力の存在において、他の構造において生ずることがある弁の制御部材に対する損傷を排除する。

製作公差の変動は、棒６８の軸方向の位置を、上述のねじ７６及びチャック部材を利用して適当に調節することにより、容易に補正される。その上、相互に反対である両方のベローの内部は、排出されるので、周囲圧力の変化の効果は回避される。この構造は、また、弁が利用される環境の振動の効果を最少とし、又は、解消させる。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の７第１項）昭和６１年　８月１４日

Claims

【特許請求の範囲】

１．パイロット作動弁において第一熱膨張係数を有する材料から形成された細長い弁体と前記弁体の中の細長いくぼみと前記弁体の中の前記くぼみに隣接している弁座と前記くぼみの中の前記弁座に隣接すると共に前記くぼみの内部を前記弁座に向かって及び前記弁座から離れるように動くことができるポペットと前記ポペットの一側の上における前記くぼみへの第一ポートと前記ポペットの他の側の上における前記くぼみへの第二ポートとから成り立ち前記第一及び第二ポートの一つは、前記第一及び第二ポートの他のものよりもより大きな圧力の下にある流体に合わされ、前記ポペットを前記他のポートへ片寄せるようにされており更に、前記弁は前記ポペットを前記ポートの一つに向かって片寄せるために前記くぼみの内部の弾性的な、圧縮可能なベローと前記くぼみの内部に配置されると共に前記ポペットを前記一つのポートに向かって片寄せるように前記ベローと協同する、前記弁体の熱膨張係数とは異なった熱膨張係数を有する材料製の細長い棒と前記ベローと流体連通すると共に前記第一及び第二ポートから圧力を隔離されており且つ前記ベローの上に作用をする流体圧力信号を受け、これにより、前記ポペットへ加えられる片寄せを変えるようにされている第三ポートとから成り立っており前記ペローの一つ及び前記棒は、前記弁体に前記弁座から離れて固着自在となっていることを特徴とするパイロット作動弁。
２．前記ベローが、第一及び第二の相互に係合してはいるが、しかしながら、結合されてはいない部分から成り立っており、前記部分の一つは、他のものよりも、より大きな圧力有効面積を有すると共に他のものに関して、ある予定された大きさを超過する流体圧力信号が、前記第三ポートにおいて受け取られる時に、前記第一及び第二部分が、各部分が圧縮に置かれて分離するような寸法決めとされている請求の範囲第１項記載のパイロット作動弁。
３．前記部分の一つが、その一端部において、第一半径の凸状の球形状を含んでおり、前記部分の他のものが、前記第一半径よりもやや大きな第二半径の適合する凹状の球形状を含んでおり、前記凸状の球形状は前記凸状の球形状の中に受け入れられている請求の範囲第２項記載のパイロット作動弁。
４．前記球形状が、前記棒と軸方向において整列されている請求の範囲第３項記載のパイロット作動弁。
５．前記第三ポートが、前記ベローの前記部分の両方の外部と流体連通しており、また、前記ベローの前記部分の両方の内部が、共通の圧力源と流体連通している請求の範囲第４項記載のパイロット作動弁。
６．前記棒が、前記弁体に固着可能であり、前記ベローに係合し、前記ベローそれら自体は、前記ポペットに係合している請求の範囲第１項記載のパイロット作動弁。
７．前記棒が、前記弁体に、前記弁体の上に前記弁座と反対側において置かれているチャックにより固着可能となっており、前記チャックは、前記棒の上に、主として、放射方向の固着力を与えるようになっている請求の範囲第６項記載のパイロット作動弁。
８．前記棒が、前記弁体の内部にねじにより受け取られており、また、前記チャックが、前記弁体の中において前記棒を、そのねじ位置の種類の任意の選択された位置において固着するように作動可能となっている請求の範囲第７項記載のパイロット作動弁。
９．パイロット作動弁において弁体と前記弁体の中のくぼみと前記弁体の中の前記くぼみの一端部に隣接している弁座と前記くぼみの中における前記弁座に隣接すると共に前記くぼみの内部において前記弁座に向かって及び前記弁座から離れるように動くことができるポペットと前記ポペットの一つの側の上における前記くぼみへの第一ポートと前記ポペットの他の側の上における前記くぼみへの第二ポートとから成り立っており、前記第一及び第二ポートの一つは、前記ポペットを前記他のポートに向かって片寄せるために前記第一及び第二ポートの他のものよりも、より大きな圧力の下にある流体に合わされ更に、前記弁は前記ポペットを前記一つのポートに向かって片寄せるために前記くぼみの内部の弾性的な、圧縮可能なべローと前記ポペットを前記一つのポートに向かって片寄せるために前記くぼみの内部にあると共に前記ベローに係合しており且つ前記弁体に前記弁座から離れて調節自在に固着自在な棒と、前記ベローと流体連通していると共に前記第一及び第二ポートから圧力を隔離されており且つ前記ベローの上に作用をし、これにより、前記ポペットに加えられる片寄せを変えるための流体圧力信号を受けるようにされている第三ポートとから成り立っていることを特徴とするパイロット作動弁。
１０．前記ベローの内部が排出されており、また、前記第三ポートが、前記ベローの外部と流体連通している請求の範囲第９項記載のパイロット作動弁。
１１．前記第一及び第二ポートの前記他方のものが、前記ベローを排気するために前記ベローの内部と流体連通している請求の範囲第９項記載のパイロット作動弁。
１２．パイロット作動弁において弁体と前記弁体の中のくぼみと前記くぼみの中の弁座と前記くぼみの中における前記弁座に隣接すると共に前記くぼみの内部において前記弁座に向かって及び前記弁座から離れるように動くことができるポペットと前記ポペットの一つの側の上における前記くぼみへの第一ポートと前記ポペットの他の側の上における前記くぼみへの第二ポートとから成り立っており、前記第一及び第二ポートの一つは、前記ポペットを前記他のポートに向かって片寄せるために前記第一及び第二ポートの他のものよりも、より大きな圧力の下にある流体に合わされるようにされており更に、前記弁は前記ポペットを前記ポートの一つに向かって片寄せるために、一つは前記ポペットに係合していると共に異なった圧力応答面積を有している前記くぼみの内部の弾性的な、圧縮可能な１対のベローと前記ポペットを前記ポートの一つに向かって片寄せるために前記くぼみの内部にあると共に前記ベローの他のものに係合しており且つ前記弁体に前記弁座から離れた箇所において調節可能に固着自在な棒と、前記ベローと流体連通していると共に前記第一及び第二ポートから圧力を隔離されており且つ前記ベローの上に作用をし、これにより、前記ポペットに加えられる片寄せを変えるための流体圧力信号を受けるようにされている第三ポートとから成り立っていることを特徴とするパイロット作動弁。
１３．前記ベローが相互に係合している請求の範囲第１２項記載のパイロット作動弁。
１４．前記ポペットが、前記弁体に、実質的に前記弁座においてだけ係合しており、その他の点においては、前記くぼみの壁から一般的に間隔を置かれており、また、前記ベローが、前記壁から間隔を置かれている請求の範囲第１２項記載のパイロット作動弁。
１５．前記ベローが、相互に係合してはいるが、しかしながら、相互から分離されており、また、両方のベローはそれらの内部を排出されており、更に、前記ベローの一つは、他のものの反対側において排出されている請求の範囲第１２項記載のパイロット作動弁。
１６．前記ベローの前記係合が、本質的に点接触係合である請求の範囲第１５項記載のパイロット作動弁。
１７．前記一つのベローが、その前記ポペットとの係合箇所において自動整列手段を含んでいる請求の範囲第１５項記載のパイロット作動弁。
１８．前記弁体及び前記棒が、異なった熱膨張係数を有している材料から形成されている請求の範囲第１２項記載のパイロット作動弁。