JPS6342153B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は流体制御弁、詳細には比較的大流量の
流体を制御する流体制御弁に関する。

従来技術 大流量の流体を制御するための弁の設計におい
て、重要な問題の１つは、かさばりや、重さが過
大になるのを、特に制御機能を達成するために移
動される部材がかさばつたり、重さが過大になつ
たりするのを避けることである。所定の制御機能
を行うべく移動し得る可動部材としてピストン又
はスプールを使用する弁の場合、弁構造は比較的
簡単であるが、弁の流体流量は弁の全体寸法の割
に小さい。大きな流量が必要な場合、弁寸法は過
大になり、特にピストン又はスプールはその動作
速度が制限されるような寸法になる。

このため、大流量を制御するためにはポペツト
弁を使用することが屡推奨される。それは、この
種の弁が与えられた全体寸法に対し本質的に大き
な流量容量を持つているからである。しかし、普
通のポペツト弁は、複数の流体流を制御すること
が必要である場合には、複雑な構造となる。それ
は、各ポート対を制御するためにそれぞれ１つの
ポペツト部材が必要であり、複数の流体流を制御
するためには複数のポペツト部材を必要とし、従
つて例えば２重作動形パワーシリンダーを制御す
るために必要とされるような５ポートリレー弁の
制御機能と等しい機能を得るには、４個のポペツ
ト部材を有する弁が必要とされるからである。

多ポートポペツト弁は、多数のポペツト部材を
含むことと、そのポペツト部材を所定の組合せで
作動させるための部材を設ける必要があることか
ら構造が複雑になる。

所望の流体容量のポペツト弁の設計には、１対
のポート間の流体の流れを制御するために１つの
可撓性ダイヤフラムの運動が使用される弁、所謂
ダイヤフラム弁によつて達成されることができ
る。この種の弁の１つの構造では、１つのポート
がダイヤフラムの中央部に対向して配置されてい
るので、ダイヤフラムのこのポートに向かう動き
により該ポートを隣合うポートから封止すること
ができる。

ダイヤフラムのこの動きはダイヤフラムのポー
トとは反対側に加わる流体圧によつて又は機械的
装置によつて行われる。しかしこの構造では、ダ
イヤフラムがポートの縁部と係合するので、ダイ
ヤフラムは疲労し易く、しかも、その係合部分が
損傷する可撓性があるという欠点を有する。

更に、ダイヤフラム弁の設計においてもう１つ
の問題が生じる。その問題は、ダイヤフラムをそ
のポート閉成位置に反らせるに必要な力を供給す
ること、特に可成り高圧の流体流を制御しなけれ
ばならない弁の場合の力の供給である。機械的装
置を用いると、ダイヤフラムに所定の反りを起こ
させる力を発生できるが、装置が複雑になり、弁
が大型になるという欠点があり、ダイヤフラムの
反りをパイロツト又は制御信号流体によつて生じ
させるときは、その圧力流体は機械的な作用によ
りダイヤフラムに力を伝達することが必要であ
る。例えば、パイロツト又は制御信号流体によつ
て作動し、ポート閉成位置においてダイヤフラム
が封止されるべき弁座と係合したときにダイヤフ
ラムにフイツトするように適切に形成された機械
的部分に軸方向力を加える作用をする大径ピスト
ンを用いることが通例である。。

このような構造において、ダイヤフラムが弁座
と全接触面に対して十分な封止を確実に行うため
に、封止系に即ちダイヤフラムとそのダイヤフラ
ムに封止力を与える作用力伝達部材の何れかに、
いくらかの弾性が必要である。ダイヤフラムと弁
座とを、若し過大な力を必要とせずに満足な封止
が行われるようにするときには、関連する相手部
材は精密な寸法許容差で形成される必要がある。
このような弁のダイヤフラムを厚く柔軟な材料に
より製作し、その封止領域が機械的なスラスト伝
達部材と弁座の間の形状における不一致を補償す
ることができるようにすることが考えられる。し
かし、ダイヤフラム材料の柔軟さおよび厚さが必
要なことはダイヤフラムに永久変形と疲労破損の
傾向を生じさせるという問題がある。

目 的 本発明の目的は、ダイヤフラムを使用した従来
の流体制御弁に付随する上述の欠点を解消し、簡
単な構造の圧力作動装置によりダイヤフラムを作
動でき、然もダイヤフラムを永久変形や疲労破損
を生じることなく弁座に確実に着座させることが
できる簡単な構造の流体制御弁を提供することで
ある。

構成、作用及び効果 上記の目的を、本発明は、弁体を制御ダイヤフ
ラムと予め定めた間隔で配置され本体に固定され
る作動ダイヤフラムとして形成し、該作動ダイヤ
フラムの有効面積を前記制御ダイヤフラムの有効
面積より小に設定し、前記弁体として形成する作
動ダイヤフラムが着座する弁座を弁体の第１室と
第２室とを区画する仕切壁の作動ダイヤフラムに
対向する細長い頂面として形成し、制御ダイヤフ
ラムの動きを作動ダイヤフラムに伝達する伝達部
材が弁座としての仕切壁頂面に作動ダイヤフラム
を介して接触可能な梁状部材として形成してある
ことを特徴とする流体制御弁により達成した。

本発明により制御信号流体により制御ダイヤフ
ラムが作動され、その制御ダイヤフラムの動き
が、伝達部材により作動ダイヤフラムに伝達さ
れ、作動ダイヤフラムはその伝達部材により弁
座、即ち仕切壁の頂面に押圧される。伝達部材は
弁座に沿つて配置され、弁座の形状に沿つて作動
ダイヤフラムを変形し弁座に確実に密接可能であ
る。弁座は仕切壁頂面として形成されるので細長
い座となり、作動ダイヤフラムの機械的伝達部材
との接触面を小さくできるので、作動ダイヤフラ
ムを急激に反らせる必要がなく、作動ダイヤフラ
ムは永久変形を生じることがなく、又疲労破損を
生じることも回避された。

本発明により流体制御弁を１つの基本ユニツト
として形成することができ、然も複数の基本ユニ
ツトを組み付けるだけで、複数対のポートを有し
複数の流体流を制御できる流体制御弁が簡単に得
られる。

本発明により、制御ダイヤフラムを動かすため
に特別の複雑な装置を必要とせず、しかも作動ダ
イヤフラムを弁座に確実に密接させることが可能
であり、２つの室の間を確実に封止することがで
きる簡単な構造の２ポートダイヤフラム弁の基本
ユニツトが得られた。本発明により２ポートダイ
ヤフラム弁の基本ユニツトは相互に簡単に連結で
きるので、複数の基本ユニツトの組合せで複数の
ポートと複数の流路を有する弁を容易に構成する
ことができる。

本発明の好ましい実施態様によれば、本体が蓋
との間に設けられ前記作動ダイヤフラムを挟持固
定するスペーサを有し、該スペーサが前記制御ダ
イヤフラムとは間隔を有し前記作動ダイヤフラム
とは接する隔壁を有し、該隔壁には前記作動ダイ
ヤフラムの有効面積に応じた円形中央開口部が形
成されることができる。この構成によりダイヤフ
ラムに特別の処理を施す必要なく作動ダイヤフラ
ムの有効面積を設定でき、制御ダイヤフラムと作
動ダイヤフラムの間隔も設定保持することができ
る。

又、前記スペーサには前記中央開口部の直径方
向に対向する位置に前記伝達部材の両端部を嵌め
込み可能に切込みが形成されることができる。こ
れにより、伝達部材の弁座との相対位置合わせを
簡単且つ確実に行うことができる。

更に、前記弁座の座面が前記仕切壁の長さ方向
に前記作動ダイヤフラムとの間隔が変化する湾曲
面として形成され、前記伝達部材が該湾曲面に沿
つて撓み可能な弾性梁状部材として形成されるこ
とができる。この構成により、作動ダイヤフラム
と伝達部材の滑らかな変形を可能にし、弁座と変
形した作動ダイヤフラムとの形状上の密着を確実
にする。

更に、前記弁座の湾曲面が前記作動ダイヤフラ
ムに向かつて凹面状に形成されることができる。
この構成により、作動ダイヤフラムと伝達部材の
滑らかな変形を可能にし、弁座と変形した作動ダ
イヤフラムとの形状上の密着を確実にし、しかも
作動ダイヤフラムが弁座から離れているときに２
つの室間を連通する空間が確実に確保されること
ができる。

尚、前記弁座の座面が前記仕切壁の長さ広向と
は直交する断面おいて凹面状に形成されることも
できる。この構成により、伝達部材の断面が円形
状に形成されている場合に作動ダイヤフラムと弁
座との密着を確実にする。

又、前記弁座の座面が前記仕切壁の長さ方向と
は直交する断面おいて凸面状に形成されることが
できる。この構成により、伝達部材の断面が四角
形に形成されている場合に作動ダイヤフラムと弁
座との密着を確実にする。

更に、前記スペーサに前記制御ダイヤフラムと
作動ダイヤフラムとの間の空間を外部と連通する
通気孔が形成されることができる。この構成によ
り、パイロツト圧力の作用のもと制御ダイヤフラ
ムと作動ダイヤフラムが適正に撓んで、作動ダイ
ヤフラムが確実に弁座と封止的に接面することが
確実にされる。

上述のように構成された流体制御弁を所定個数
適当なマウントに取り付けて多ポート流体制御弁
を構成することが可能である。あるいは、マウン
トを使用することなく、所定個数の流体制御弁を
一体構造に組み立てて多ポート流体制御弁を構成
することもできる。

実施例 本発明のその他の目的と特徴は、添付図面を参
照した以下の説明を精読することにより明らかに
なるであろう。

以下添付図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

第１図乃至第３図に示された流体制御弁のの基
本的な構造ユニツトは、矩形ブロツク状の本体１
と該本体１に固定される蓋１５を有する。本体１
は仕切壁４によつて分割された第１室２と第２室
３を有し、該第１室２と第２室３が１つの外面に
開口して矩形凹部を形成している。仕切壁４の露
出面は細長い弁座５を形成し、この弁座５の座面
は長手方向に湾曲状の凹部として形成されてい
る。前記弁座５の座面は横断面において平担面で
あり、さもなければ第７図に示したように凹面と
するか又は第８図のように凸面として形成するこ
とも出来、適宜の形状をとり得る。

本体１には流体用第１ポート６および第２ポー
ト７が形成され、第１ポート６は第１室２に接続
され、第２ポート７は第２室３に接続される。

本体１は、作動ダイヤフラム８および制御ダイ
ヤフラム９を所定の間隔に保持するために、スペ
ーサ１０を取外し可能に固定する構造とすること
ができる。スペーサ１０は周縁部と隔壁３４とを
有し、隔壁３４は作動ダイヤフラム８の有効面積
を設定する円形中央開口部１１を有する。隔壁３
４はスペーサ１０を挟持するように配置される制
御ダイヤフラム９と作動ダイヤフラム８のうち作
動ダイヤフラム８に接するように、然も制御ダイ
ヤフラム９とは間隔を有するように形成され、然
も、周縁部は両側に制御ダイヤフラム９と作動ダ
イヤフラム８が接する。従つてスペーサ１０は周
縁部と隔壁３４とにより凹部１４を有する盆状部
材として形成される。スペーサ１０の上面は凹部
１４としてくぼんでおり、制御ダイヤフラム９が
スペーサ１０の凹部１４に適合する凹部１６を有
する蓋１５とスペーサ１０の間に位置するとき制
御ダイヤフラム９は凹部１４の表面積と等しい有
効表面積を有する。

隔壁３４には中央開口部１１における直径方向
に対向する位置にそれぞれ切込み１２が形成され
る。切込み１２は伝達部材１３の両端部を嵌め込
み可能な寸法形状に形成され、伝達部材１３のス
ペーサ１０に対する相対位置、更には弁座５に対
する相体位置決めの役割を果たす。伝達部材１３
は、スペーサ１０の周縁部の両面間の寸法によつ
て定まる制御ダイヤフラム９と作動ダイヤフラム
８の間の距離に相当する厚さの断面円形でゴムコ
ード状の可撓かつ弾性の部材として形成すること
ができる。

蓋１５は制御ダイヤフラム９によつて塞がれて
いる凹部１６と連結するパイロツトまたは制御信
号流体供給ポート１７（第２図および第３図）を
有し、ポート１７に与えられるパイロツト又は制
御信号流体圧力は図における下方に制御ダイヤフ
ラム９を反らせる。

スペーサ１０は、作動ダイヤフラム８と制御ダ
イヤフラム９の間の空間の通気のために、凹部１
４中に適当に延びる通気孔３３（第７図、第８
図）を有し、ダイヤフラム９に対し有効な流体圧
力は、２つのダイヤフラム間の空間を介しては伝
達されず、伝達部材１３によつてのみ他方のダイ
ヤフラム９に伝達される。

制御ダイヤフラム９がポート１７へのパイロツ
トまたは制御信号圧力の印加によつて反つたと
き、このような反りによつて発生した作用力は伝
達部材１３を介して作動ダイヤフラム８に伝達さ
れ、作動ダイヤフラム８が仕切壁４上の弁座５と
係合するように反つて本体１内の第１室２と第２
室３の間を絶縁し、第１ポート６と第２ポート７
が相互に絶縁される。

第４図および第５図は、第１図から第３図に示
されたと同様の構成の４つの流体制御弁の基本ユ
ニツトが、並置した２個を１対として２対並置し
た形で構成された弁組立体を示している。図では
各基本ユニツトが分離したものとして示している
が、複数の基本ユニツトを一体に集合して形成す
ることができる。すなわち４つの基本ユニツトの
本体１を単一部材として構成し、同様に４つの作
動ダイヤフラム８を単一のダイヤフラムとして構
成し、そして４つの制御ダイヤフラム９も単一の
ダイヤフラムとして構成することができる。４つ
のスペーサ１０は４つの蓋１５と共に単一部材と
して構成されることができる。

第４図及び第５図において、第１図及び第３図
に示されたものと対応する部材は同一符号で示し
てある。

組体における４つの基本ユニツトは、本体１の
側壁中に配された制御される流体用の第１ポート
６と第２ポート７の一方、又は両方を有し、隣合
う基本ユニツトの適当するポート６，７の相互接
続を行う。基本ユニツトが分離した独立の本体１
を有すると、側壁中のポートは何らかの適当な手
段によつて相互接続される。しかし、都合のよい
ことに、これらポートは、２つの基本ユニツトの
本体１間に締付けられたり、２つの本体の適当な
凹部に嵌り込んだりして、Ｏリングのような適当
な封止部材により封止状に接続がなされる。しか
し、基本ユニツトの本体１が組体の単体要素とし
て集合体に形成されるとき、第１ポートと第２ポ
ートの所定の相互接続は本体材料における適当な
通路としての相互接続ポートを形成することによ
つて達成されることが推奨される。

第４図および第５図に示すように、このような
流体制御弁の基本ユニツトの組体の殆どの応用に
おいて相互接続ポートは外部接続も行い得るよう
にすることを要する。これは、組体が分離ユニツ
トを有するとき適当なユニツトの本体１に適当な
入口通路を設けることにより達成でき、また、組
体が本体１を構成する単一の集合要素を有すると
き、第４図および第５図のポート１８，１９，２
０のような外部ポートを設けられる。

第４図および第５図に示すように構成され相互
接続された基本ユニツトによつて、基本ユニツト
の選択動作は、通常５ポートピストンまたはスプ
ール弁におけると同等のポートの相互接続及び制
御流体流路を形成することができる。理解しやす
く図示するため、第５図の右側ユニツトは反つた
ダイヤフラムを有する状態で示されており、作動
ダイヤフラム８は第２ポート７を同じ基本ユニツ
トの第１ポート６から絶縁するように弁座５に係
合する。

第６図は第４図および第５図の弁組体の機能が
第１乃至第３図に示したと同様の構成の４つに分
離した２ポート弁基本ユニツト２１〜２４の使用
によつて達成される態様を略図的に示したもので
ある。その際第１図乃至第３図の基本ユニツトの
各ポート６，７は、ポート２９〜３２において連
続導管又は通路２５〜２８への入口を形成するマ
ウント（図示せず）における連続導管又は通路２
５〜２８を示す破線によつて示されるように外部
で相互に接続される。

第６図に示すような外部相互接続を行うため
に、基本ユニツトは第７図および第８図に示すよ
うに変形されたものとすることもできる。第７図
および第８図は、外部接続入口を有する所定の相
互接続通路が形成され基本ユニツトが固定される
１つのマウント中の凹部およびポートと封止のた
め協働するＯリング等の封止体（図示せず）を嵌
め込むための凹部３２まで延びるポート６，７を
有する本体１を示している。

第７図および第８図に示された基本ユニツト
は、マウントまたはマニホールドブロツク内の通
路によつて連結するポート間の流体制御のために
設けるその色々のマウントまたはマニホールドブ
ロツクに相互交換可能に連結するのに適してい
る。その基本ユニツトは又、作用圧力流体の制御
を行うために、例えば大きなシリンダ、ラム、又
はアクチユエータに取付けられる適当なポートに
直接固定するために適している。

第７図および第８図に示された基本ユニツト
は、それぞれ弁座５および伝達部材１３の形状に
おいて互いに異なる。第７図において、弁座５の
座面は横断面で凹面状であり、伝達部材１３は断
面が円形である。第８図において、弁座５は横断
面で凸面状であり、伝達部材１３は断面が四角形
である。第７図および第８図では作動ダイヤフラ
ム８と制御ダイヤフラム９の相互間の空間の空気
抜きを行う通気孔３３がスペーサ１０に形成され
ている。

制御される流体、圧力、他の作動パラメータに
よつて本発明の弁は何らかの適当な材料によつて
構成される。例えば、本体および蓋は金属又は適
当なプラスチツクで色々な製造技術により作られ
ることができ、またダイヤフラムは可撓性と弾性
の少なくとも一方の性質を有し、作動環境に適し
た材料によつて作られることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るダイヤフラム弁の基本ユ
ニツトの一部破断分解斜視図、第２図は第１図の
基本ユニツトの第１ポートと第２ポートの軸線を
通る平面での断面図、第３図は第２図と直角の平
面による断面図、第４図は４ユニツト多ポート弁
組体の略図的平面図、第５図は第４図の線Ａ−Ｂ
−Ｃ−Ｄによる縦断面図、第６図は多ポート弁組
体としての機能を達成するため外部で相互接続さ
れた４つの２ポート弁基本ユニツトの平面を示す
略図、第７図および第８図は相互接続マウントに
取付けるための基本ユニツトの断面図である。 １……本体、２……第１室、３……第２室、４
……仕切壁、５……弁座、６……第１ポート、７
……第２ポート、８……作動ダイヤフラム、９…
…制御ダイヤフラム、１３……伝達部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１ポートと、該第１ポートに接続する第１
   室と、第２ポート、該第２ポートに接続する第２
   室と、前記第１室と第２室との間に形成される弁
   座とを有する本体と、該本体に固定される蓋と、
   前記本体内に収容され前記弁座に着座可能なる弁
   体と、該弁体に伝達部材を介して連結され前記本
   体に固定される制御ダイヤフラムと、該制御ダイ
   ヤフラムと前記蓋との間に密閉形成される制御ダ
   イヤフラム室と、前記蓋に形成され前記制御ダイ
   ヤフラム室に開口する制御信号流体供給ポートと
   を有し、前記制御信号流体供給ポートよりの制御
   信号流体による前記制御ダイヤフラムの動きに応
   じて前記弁体が前記弁座に対し開閉動する流体制
   御弁において、前記弁体８が前記制御ダイヤフラ
   ム９と予め定めた間隔で配置され前記本体１に固
   定される作動ダイヤフラムとして形成され、該作
   動ダイヤフラム８の有効面積が前記制御ダイヤフ
   ラム９の有効面積より小に設定され、前記弁座５
   が前記第１室２と第２室３とを区画する仕切壁４
   の前記作動ダイヤフラム８に対向する細長い頂面
   として形成され、前記伝達部材１３が弁座５とし
   ての前記仕切壁頂面に前記作動ダイヤフラム８を
   介して接触可能な梁状部材として形成されている
   ことを特徴とする流体制御弁。 ２ 前記本体１が前記蓋１５との間に設けられ前
   記作動ダイヤフラム８を挟持固定するスペーサ１
   ０を有し、該スペーサ１０が前記制御ダイヤフラ
   ム９とは間隔を有し前記作動ダイヤフラム８とは
   接する隔壁３４を有し、該隔壁３４には前記作動
   ダイヤフラム８の有効面積に応じた円形中央開口
   部１１が形成されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の流体制御弁。 ３ 前記伝達部材１３を前記弁座５と方向位置合
   わせをするために、前記スペーサ１０には前記中
   央開口部８の直径方向に対向する位置に前記伝達
   部材１３の両端部を嵌め込み可能に切込み１２が
   形成されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第２項に記載の流体制御弁。 ４ 前記弁座５の座面が前記仕切壁の長さ方向に
   前記作動ダイヤフラム８との間隔が変化する湾曲
   面として形成されており、前記伝達部材１３が該
   湾曲面に沿つて撓み可能な弾性梁状部材として形
   成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項〜第３項のいずれか１つに記載の流体制御
   弁。 ５ 前記弁座５の湾曲面が前記作動ダイヤフラム
   ８に向かつて凹面状に形成されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第４項に記載の流体弁。 ６ 前記弁座５の座面が前記仕切壁４の長さ方向
   とは直交する断面おいて凹面状に形成されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の
   流体制御弁。 ７ 前記弁座５の座面が前記仕切壁４の長さ方向
   とは直交する断面おいて凸面状に形成されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の
   流体制御弁。 ８ 前記スペーサ１０に前記制御ダイヤフラム９
   と作動ダイヤフラム８との間の空間を外部と連通
   する通気孔３３が形成されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第３項〜第７項のいずれか１つ
   に記載の流体制御弁。