WO2016051892A1 - 空圧作動バルブ - Google Patents

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WO2016051892A1
WO2016051892A1 PCT/JP2015/069020 JP2015069020W WO2016051892A1 WO 2016051892 A1 WO2016051892 A1 WO 2016051892A1 JP 2015069020 W JP2015069020 W JP 2015069020W WO 2016051892 A1 WO2016051892 A1 WO 2016051892A1
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WO
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valve
valve body
pneumatically operated
stopper
disc spring
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PCT/JP2015/069020
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公平 多屋
初男 森
Original Assignee
株式会社Ihi
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    • F16K17/044—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side spring-loaded with more than one spring
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Definitions

  • the present invention relates to a pneumatically operated valve.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2014-203873 filed in Japan on October 2, 2014, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • Patent Literature 1 discloses a pneumatically operated valve for a rocket engine used in space development.
  • the flow of fluid for example, a propellant
  • the flow of fluid is normally controlled by opening and closing a poppet that is a valve body.
  • the poppet In the closed state, the poppet is sealed against the seat surface by a specified axial force by a spring built in the valve box, preventing fluid leakage downstream.
  • the working gas is supplied to the pressure chamber in the valve box at a specified pressure, and the diaphragm is pushed up, so that the poppet leaves the seat surface and the fluid flows downstream.
  • the valve body In a conventional pneumatically operated valve, the valve body is pressed against the seal member to be in a closed state.
  • the pressing force of the valve body against the seal member may be excessive due to operational conditions, environmental conditions, manufacturing errors, and the like.
  • the pressing force against the seal member is excessive, there is a problem that creep (distortion) occurs and the amount of leakage of the valve becomes excessive.
  • the seal member since the seal member often uses a resin and the creep limit varies depending on the environmental conditions, it is necessary to strictly control the sealing force (the pressing force of the valve body).
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a pneumatically operated valve capable of appropriately managing the pressing force of the valve body against the seal member and suppressing the occurrence of creep.
  • a first aspect according to the present invention includes a seal member, a shaft provided with a valve body capable of coming into contact with the seal member, and a shaft moved in the axial direction. And a valve operating pressure chamber for operating the valve body, wherein the shaft includes a first member that receives pressure from the valve operating pressure chamber, a valve body, and the first member.
  • a second member that is relatively movable in the axial direction, and is sandwiched between the first member and the second member, and the first member is a stopper.
  • an urging member that presses the valve body against the seal member.
  • the shaft is divided into the first member and the second member, the urging member is sandwiched between the first member and the second member, and the stopper is provided in the movement path of the first member, so that the second The pressing force of the valve body included in the member against the seal member can be controlled separately from the force acting on the first member.
  • a second urging member that urges the first member toward the stopper.
  • the biasing member is a disc spring.
  • a pneumatically operated valve capable of appropriately managing the pressing force of the valve body against the seal member and suppressing the occurrence of creep can be obtained.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a pneumatically operated valve 1 in an embodiment of the present invention.
  • 1 shows the closed state of the pneumatically operated valve 1
  • the right half of FIG. 1 shows the opened state of the pneumatically operated valve 1.
  • the pneumatically operated valve 1 of the present embodiment is a propellant valve for a rocket engine, and controls the flow of propellant (oxidant / fuel) fluid.
  • the pneumatically operated valve 1 includes a flow path unit 10 in which a valve body 2 that controls the flow of fluid is disposed, and an actuator unit 20 that operates the valve body 2.
  • the flow path unit 10 is provided inside the valve box 3.
  • the fluid flows into the flow channel unit 10 from the flow channel inlet 11 and flows out from the flow channel outlet 12.
  • a seal member 13 is provided at the channel outlet 12.
  • the seal member 13 is a main seal, and the valve body 2 is pressed against it.
  • the valve body 2 is made of metal
  • the seal member 13 is made of resin.
  • a resin such as PCTFE (polychlorotrifluoroethylene) can be used.
  • the actuator unit 20 is provided inside the valve box 3.
  • the actuator unit 20 has a valve operating pressure chamber 21 that operates the valve body 2 by moving the shaft 4 in the axial direction.
  • the valve operating pressure chamber 21 is divided into a closing operation pressure chamber 21a and an opening operation pressure chamber 21b via an expansion / contraction partition wall 22 such as a bellows.
  • a working gas for closing operation is supplied from the operating gas supply device 23a to the pressure chamber 21a for closing operation.
  • the opening operation pressure chamber 21b is supplied with the opening operation gas from the operation gas supply device 23b.
  • the shaft 4 includes a first member 30 that receives pressure from the valve operating pressure chamber 21, and a second member 40 that includes the valve body 2 and can move relative to the first member 30 in the axial direction.
  • the first member 30 includes an accommodation groove 31 that accommodates the upper end portion (accommodated portion 41) of the second member 40, and a claw portion 32 that locks the second member 40 in the axial direction.
  • the 2nd member 40 has the valve body 2 in a lower end part, and has the accommodated part 41 in an upper end part.
  • the accommodating groove 31 is formed to be slightly larger than the accommodated portion 41 of the second member 40, and the second member 40 is relatively movable in the axial direction.
  • the claw portion 32 is integrally attached to the edge of the lower opening of the accommodation groove 31.
  • the claw portion 32 is formed in a plate shape with a predetermined thickness and protrudes inward from the edge of the lower opening of the receiving groove 31.
  • the shape of the claw portion 32 may be a ring shape arranged along the lower opening of the housing groove 31, or may be a plurality of rectangular shapes arranged at intervals in the circumferential direction of the lower opening.
  • the accommodated portion 41 of the second member 40 has a flange portion 42 that is engaged with the claw portion 32.
  • the flange portion 42 projects in a ring shape in the radial direction with a predetermined thickness, and is formed to be slightly smaller than the lower opening of the receiving groove 31.
  • the lower surface of the flange portion 42 faces the upper surface of the claw portion 32 protruding inward from the edge of the lower opening of the receiving groove 31 in the axial direction.
  • the upper surface of the flange portion 42 faces the receiving groove 31 in the axial direction.
  • the lower surface of the flange part 42 latches with the upper surface of the nail
  • a stopper 50 is provided on the moving path of the first member 30.
  • the stopper 50 faces the lower surface of the claw portion 32 of the first member 30 in the axial direction.
  • the stopper 50 of the present embodiment is provided inside the valve operating pressure chamber 21, and the movement of the first member 30 in the axial direction is limited to the inside of the valve operating pressure chamber 21.
  • the stopper 50 supports the shaft seal 5 and is also connected to the expansion / contraction partition 6 such as a bellows that supports the second member 40 protruding to the flow path portion 10 to be extendable / contractible.
  • the pneumatically operated valve 1 is sandwiched between the first member 30 and the second member 40, and elastic energy is accumulated in a state where the first member 30 is in contact with the stopper 50, and the valve body 2 is attached to the seal member 13. It has the disc spring 51 (urging member) to press.
  • the disc spring 51 is disposed between the housing groove 31 of the first member 30 and the flange portion 42 of the second member 40.
  • the disc spring 51 determines the pressing force (seal force) of the valve body 2 against the seal member 13.
  • the pressing force of the valve body 2 can be managed by the urging force (repulsive force) of the disc spring 51 in a state where the first member 30 is in contact with the stopper 50.
  • the pneumatically operated valve 1 has a disc spring 52 that biases the first member 30 toward the stopper 50.
  • the disc spring 52 is disposed between the valve box 3 and the first member 30.
  • the disc spring 52 assists the movement (closing operation) of the first member 30 that receives pressure from the closing operation pressure chamber 21a.
  • the disc spring 52 has an inner diameter larger than the outer diameter of the disc spring 51, and the disc spring 51 is disposed inside the disc spring 52.
  • FIGS. 2A and 2B are schematic views showing the action during the closing operation of the pneumatically operated valve 1 in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an operation during storage of the pneumatically operated valve 1 in the embodiment of the present invention.
  • the entire shaft 4 moves in the axial direction, and the valve body 2 comes into contact with the seal member 13. .
  • the first member 30 (the claw portion 32) is not locked to the stopper 50 as shown in FIG. 2A. That is, the valve body 2 contacts the seal member 13 immediately before the first member 30 is locked to the stopper 50.
  • the disc spring 51 has a length L1.
  • the first member 30 (claw portion 32) moves in the axial direction until it is locked to the stopper 50 as shown in FIG. 2B.
  • the second member 40 since the valve body 2 is in contact with the seal member 13, the second member 40 hardly moves in the axial direction. As a result, the space between the first member 30 and the second member 40 becomes narrow, and a compressive force acts on the disc spring 51 sandwiched between them. At this time, the disc spring 51 has a length L2 and a relationship of L1> L2.
  • the shaft 4 is divided into the first member 30 and the second member 40, the disc spring 51 is sandwiched in the middle of the force transmission portion, and the first member 30.
  • a stopper 50 is provided on the moving path. Therefore, the pressing force of the valve body 2 against the seal member 13 can be controlled separately from the force acting on the first member 30, which results in a variation error of the operating pressure and a manufacturing error of the actuator unit 20 (the disc spring 52 and the like). Regardless, the pressing force of the valve body 2 against the seal member 13 can be appropriately managed. For this reason, the pressing force of the valve body 2 against the seal member 13 is stabilized, the occurrence of creep can be suppressed, and the leakage of fluid can be suppressed.
  • valve operating pressure chamber 21 when the pneumatically operated valve 1 is stored, the valve operating pressure chamber 21 is in an unloaded state, but by providing a disc spring 52 that assists in the closing operation, the unloaded state is maintained. However, the first member 30 can be urged toward the stopper 50. According to this configuration, when the pneumatically operated valve 1 is stored, the valve body 2 can be brought into contact with the seal member 13 so that the internal components do not move. At this time, the contact state between the valve body 2 and the seal member 13 is a soft touch state, and the pressing force of the valve body 2 is finely adjusted.
  • the disc spring 51 has a length L3 and a relationship of L1> L3> L2. That is, the disc spring 51 at the time of storage becomes a compression amount between FIG. 2A and FIG. 2B, and the pressing force of the valve body 2 against the seal member 13 becomes smaller than in use. In this way, the valve body 2 is brought into contact with the seal member 13 during storage to prevent the shaft 4 from swinging, thereby suppressing fatigue between the valve body 2 and the seal member 13 due to repeated stress and reducing the amount of leakage of the valve. Excessive increase can be prevented.
  • the pressing force of the valve body 2 with respect to the sealing member 13 is managed using the disc spring 51, according to this structure, compared with a coil spring, it is large with a small space and small deflection amount. A load can be added. Therefore, the pneumatically operated valve 1 can be reduced in size and weight.
  • the pneumatically operated valve 1 can be further downsized.
  • the seal member 13, the shaft 4 including the valve body 2 that can come into contact with the seal member 13, and the shaft 4 are moved in the axial direction inside the valve box 3.
  • a pneumatically operated valve 1 provided with a valve operating pressure chamber 21 for operating the valve body 2, wherein the shaft 4 includes a first member 30 that receives pressure from the valve operating pressure chamber 21, and a valve body 2, a second member 40 that is movable relative to the first member 30 in the axial direction, and a stopper 50 provided in the movement path of the first member 30, and the first member 30 and the second member 40.
  • a disc spring 51 that presses the valve body 2 against the seal member 13 in a state where the elastic energy is accumulated while the first member 30 is in contact with the stopper 50. Properly manage the pressing force of body 2 , It is possible to suppress the occurrence of a creep.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of the pneumatically operated valve 1 in another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 the same or equivalent components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified or omitted.
  • the first member 30 is formed in a substantially cylindrical shape.
  • the first member 30 has a slide piece 34 on the outer peripheral portion, and is engaged with the slide groove 7 formed in the valve box 3 so as to be movable in the axial direction.
  • the inner side of the first member 30 is a pressure chamber 21a for closing operation, and a coil spring 54 (second urging member) that assists movement during the closing operation is disposed.
  • a claw portion 32 is attached to the lower end portion of the first member 30.
  • the claw portion 32 faces the stopper 50 provided in the valve box 3 in the axial direction.
  • the claw portion 32 has such a shape that the pressure chamber 21b for opening operation can be secured between the first member 30 and the valve box 3 in a state where the claw portion 32 is in contact with the stopper 50.
  • a flange portion 42 is provided at the upper end portion of the second member 40 and faces the claw portion 32 in the axial direction.
  • the second member 40 is also formed in a substantially cylindrical shape, and a coil spring 53 (biasing member) that adjusts the pressing force of the valve body 2 is disposed inside.
  • the valve body 2 is supported by the telescopic partition wall 6, and a pressing portion 43 that presses the valve body 2 against the seal member 13 is provided at the lower end portion of the second member 40.
  • the shaft 4 is divided into the first member 30 and the second member 40, the coil spring 53 is sandwiched in the middle of the force transmission portion, and the stopper 50 is provided in the movement path of the first member 30. Therefore, the pressing force of the valve body 2 against the seal member 13 can be controlled separately from the force acting on the first member 30, and the pressing force of the valve body 2 against the seal member 13 can be appropriately managed. Become. For this reason, like the above-mentioned embodiment, the pressing force of the valve body 2 against the seal member 13 is stabilized, the occurrence of creep can be suppressed, and the fluid leakage can be suppressed.
  • a configuration using a disc spring or a coil spring has been illustrated, but other various springs, bellows, and the like can be used as long as they generate a biasing force.
  • the pneumatically operated valve 1 can be reduced in size and weight in the same manner as the disc spring.
  • biasing means it is preferable in order of a bellows, a coil spring, and a disk spring, and a disk spring is the most preferable.
  • a pneumatically operated valve capable of appropriately managing the pressing force of the valve body against the seal member and suppressing the occurrence of creep can be obtained.

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Abstract

弁箱（３）の内部に、シール部材（１３）と、シール部材（１３）と当接可能な弁体（２）を備えるシャフト（４）と、シャフト（４）を軸方向に移動させて弁体（２）を作動させる弁作動用圧力室（２１）と、が設けられた空圧作動バルブ（１）であって、シャフト（４）は、弁作動用圧力室（２１）から圧力を受ける第１部材（３０）と、弁体（２）を備え第１部材（３０）に対し軸方向に相対移動可能な第２部材（４０）と、を有し、第１部材（３０）の移動経路に設けられたストッパー（５０）と、第１部材（３０）と第２部材（４０）との間に挟まれると共に、第１部材（３０）がストッパー（５０）に接触した状態で弾性エネルギーが蓄積され、弁体（２）をシール部材（１３）に押し付ける皿バネ（５１）と、を有する。

Description

空圧作動バルブ
　本発明は、空圧作動バルブに関する。
　本願は、２０１４年１０月２日に、日本に出願された特願２０１４－２０３８７３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　下記特許文献１には、宇宙開発において用いられるロケットエンジン用の空圧作動バルブが開示されている。
　このような空圧作動バルブにおいて、通常、入口配管より流入する流体（例えば推進剤）は、弁体であるポペットの開閉によって、その流れが制御される。
　閉状態では、弁箱に内蔵されるスプリングによりポペットがシート面に規定の軸力で押し付けられることでシールされ、下流側への流体の漏洩を防ぐ。一方、開状態では、弁箱内の圧力室に規定の圧力にて作動用ガスが供給され、ダイアフラムが押し上げられることで、ポペットがシート面を離れ、下流側へと流体が流れる。
日本国特開２００４－３０１３１８号公報
　従来の空圧作動バルブにおいては、シール部材に対し弁体を押し付けて閉状態としているが、運用条件や環境条件、製造誤差等によりシール部材に対する弁体の押付力が過大となることがある。
　シール部材への押付力が過大となると、クリープ（歪み）が発生し、バルブの漏洩量が過大となる問題がある。また、シール部材は樹脂を用いることが多く、環境条件によってクリープ限界が異なるため、シール力（弁体の押付力）を厳密に制御する必要がある。
　本発明は、上記問題点に鑑みてなされ、シール部材に対する弁体の押付力を適切に管理し、クリープの発生を抑えることができる空圧作動バルブの提供を目的とする。
　上記の課題を解決するために、本発明に係る第一の態様は、弁箱の内部に、シール部材と、シール部材と当接可能な弁体を備えるシャフトと、シャフトを軸方向に移動させて弁体を作動させる弁作動用圧力室と、が設けられた空圧作動バルブであって、シャフトは、弁作動用圧力室から圧力を受ける第１部材と、弁体を備え第１部材に対し軸方向に相対移動可能な第２部材と、を有し、第１部材の移動経路に設けられたストッパーと、第１部材と第２部材との間に挟まれると共に、第１部材がストッパーに接触した状態で弾性エネルギーが蓄積され、弁体をシール部材に押し付ける付勢部材と、を有する。
　本発明では、シャフトを第１部材と第２部材とに分割し、第１部材と第２部材との間に付勢部材を挟み、第１部材の移動経路にストッパーを設けることで、第２部材が備える弁体のシール部材に対する押付力を、第１部材に作用する力と別々に制御することができる。
　また、本発明に係る第二の態様においては、第１部材をストッパーに向けて付勢する第２の付勢部材を有する。
　また、本発明に係る第三の態様においては、付勢部材は、皿バネである。
　本発明によれば、シール部材に対する弁体の押付力を適切に管理し、クリープの発生を抑えることができる空圧作動バルブが得られる。
本発明の実施形態における空圧作動バルブの構成図である。 本発明の実施形態における、閉作動用圧力室に作動ガスが供給された時の、空圧作動バルブの作用を示す模式図である。 本発明の実施形態における閉作動用圧力室の内圧がさらに高まった時の、空圧作動バルブの作用を示す模式図である。 本発明の実施形態における空圧作動バルブの保管時の作用を示す模式図である。 本発明の別実施形態における空圧作動バルブの構成図である。
　以下、本発明に係る空圧作動バルブについて図面を参照して説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺などを適宜変更している。また、以下の実施形態においては、ロケットエンジン用の空圧作動バルブを例示して説明する。
　図１は、本発明の実施形態における空圧作動バルブ１の構成図である。なお、図１の左半分は空圧作動バルブ１の閉状態を示し、図１の右半分は空圧作動バルブ１の開状態を示す。
　本実施形態の空圧作動バルブ１は、ロケットエンジン用の推薬弁であり、推進剤（酸化剤／燃料）の流体の流れを制御する。空圧作動バルブ１は、流体の流れを制御する弁体２が配置される流路部１０と、弁体２を作動させるアクチュエータ部２０と、を有する。
　流路部１０は、弁箱３の内部に設けられている。流体は、流路入口１１から流路部１０に流入し、流路出口１２から流出する。流路出口１２には、シール部材１３が設けられている。シール部材１３は、メインシールであり、弁体２が押し付けられる。本実施形態では、弁体２が金属製であり、シール部材１３が樹脂製である。シール部材１３には、例えばＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）等の樹脂を用いることができる。
　アクチュエータ部２０は、弁箱３の内部に設けられている。アクチュエータ部２０は、シャフト４を軸方向に移動させて弁体２を作動させる弁作動用圧力室２１を有する。弁作動用圧力室２１は、ベローズ等の伸縮隔壁２２を介して、閉作動用圧力室２１ａと、開作動用圧力室２１ｂと、に分かれている。閉作動用圧力室２１ａには、作動用ガス供給装置２３ａから閉作動用の作動ガスが供給される。また、開作動用圧力室２１ｂには、作動用ガス供給装置２３ｂから開作動用の作動ガスが供給される。
　閉作動用圧力室２１ａに作動ガスが供給されると、閉作動用圧力室２１ａの内圧が高まり、シャフト４が軸方向に沿って押し下げられる。これにより、弁体２がシール部材１３に接触し、流路出口１２が液密にシールされ、下流側への流体の漏洩が防止される。
　一方、開作動用圧力室２１ｂに作動ガスが供給されると、開作動用圧力室２１ｂの内圧が高まり、シャフト４が軸方向に沿って押し上げられる。これにより、弁体２がシール部材１３から離間し、流路出口１２から下流側へ流体が流れる。
　シャフト４は、弁作動用圧力室２１から圧力を受ける第１部材３０と、弁体２を備え第１部材３０に対し軸方向に相対移動可能な第２部材４０と、を有する。
　第１部材３０は、第２部材４０の上端部（被収容部４１）を収容する収容溝３１と、第２部材４０を軸方向で係止させる爪部３２と、を有する。一方、第２部材４０は、下端部に弁体２を有し、上端部に被収容部４１を有する。
　収容溝３１は、第２部材４０の被収容部４１よりも一回り大きく形成されており、第２部材４０が軸方向に相対移動可能となっている。爪部３２は、収容溝３１の下部開口の縁に一体的に取り付けられている。爪部３２は、所定厚の板状に形成され、収容溝３１の下部開口の縁よりも内側に突出している。この爪部３２の形状は、収容溝３１の下部開口に沿って配置されるリング状でもよいし、下部開口の周方向に間隔をあけて複数配置される矩形状でもよい。
　第２部材４０の被収容部４１は、爪部３２に係止するフランジ部４２を有する。フランジ部４２は、所定厚で半径方向にリング状に突出しており、収容溝３１の下部開口よりも若干小さく形成されている。このフランジ部４２の下面は、収容溝３１の下部開口の縁よりも内側に突出する爪部３２の上面と軸方向で対向する。一方、このフランジ部４２の上面は、収容溝３１と軸方向で対向する。第２部材４０は、フランジ部４２の下面が爪部３２の上面と係止することで、第１部材３０に対する相対移動距離（突出量）が一定の範囲に制限される。
　一方、第１部材３０の移動経路には、ストッパー５０が設けられている。ストッパー５０は、第１部材３０の爪部３２の下面と軸方向で対向する。爪部３２の下面がストッパー５０に係止することで、第１部材３０の弁箱３に対する相対移動距離が一定の範囲に制限される。本実施形態のストッパー５０は、弁作動用圧力室２１の内部に設けられており、第１部材３０の軸方向における移動は、弁作動用圧力室２１の内部に制限される。このストッパー５０は、シャフトシール５を支持すると共に、流路部１０に突出する第２部材４０を伸縮自在に支持するベローズ等の伸縮隔壁６とも接続される。
　空圧作動バルブ１は、第１部材３０と第２部材４０との間に挟まれると共に、第１部材３０がストッパー５０に接触した状態で弾性エネルギーが蓄積され、弁体２をシール部材１３に押し付ける皿バネ５１（付勢部材）を有する。皿バネ５１は、第１部材３０の収容溝３１と第２部材４０のフランジ部４２との間に配置される。この皿バネ５１は、シール部材１３に対する弁体２の押圧力（シール力）を決定する。弁体２の押圧力は、第１部材３０がストッパー５０に接触した状態での皿バネ５１の付勢力（反発力）で管理することができる。
　また、空圧作動バルブ１は、第１部材３０をストッパー５０に向けて付勢する皿バネ５２を有する。皿バネ５２は、弁箱３と第１部材３０との間に配置される。この皿バネ５２は、閉作動用圧力室２１ａから圧力を受ける第１部材３０の移動（閉作動）をアシストする。皿バネ５２は、皿バネ５１の外径よりも内径が大きく形成されており、皿バネ５１が皿バネ５２の内側に配置される。
　続いて、上記構成の空圧作動バルブ１の作用について、図２Ａ、Ｂ及び図３に示す模式図を参照して説明する。
　図２Ａ、Ｂは、本発明の実施形態における空圧作動バルブ１の閉作動時の作用を示す模式図である。図３は、本発明の実施形態における空圧作動バルブ１の保管時の作用を示す模式図である。
　図２Ａに示すように、空圧作動バルブ１では、閉作動用圧力室２１ａに作動ガスが供給されると、シャフト４の全体が軸方向に移動し、弁体２がシール部材１３に接触する。弁体２がシール部材１３に接触した時点では、図２Ａに示すように、第１部材３０（爪部３２）はストッパー５０に係止していない。すなわち、第１部材３０が、ストッパー５０に係止する直前に、弁体２がシール部材１３に接触する。このとき、皿バネ５１は、長さＬ１を有する。
　閉作動用圧力室２１ａの内圧がさらに高まると、図２Ｂに示すように、第１部材３０（爪部３２）は、ストッパー５０に係止するまで軸方向に移動する。一方、弁体２がシール部材１３に接触しているため、第２部材４０の軸方向の移動はほとんどない。その結果、第１部材３０と第２部材４０との間が狭くなり、両者の間に挟まれた皿バネ５１に圧縮力が働く。このとき、皿バネ５１は、長さＬ２を有する共に、Ｌ１＞Ｌ２の関係を有する。
　第１部材３０がストッパー５０に接触すると、閉作動用圧力室２１ａ及び皿バネ５２から受ける力は、ストッパー５０の反力（作用・反作用）により相殺され、シール部材１３には、皿バネ５１の付勢力（反発力）のみが作用することとなる。このため、弁体２のシール部材１３に対する押付力を、第１部材３０に作用する力と別々に、皿バネ５１の圧縮量のみで制御することができる。弁体２の押付力の管理は、事前の皿バネ５１のバネ定数取得と、薄板を挟むことによる皿バネ５１のシーム調整（圧縮量調整）によって、容易且つ精密に制御することができる。
　このように、本実施形態の空圧作動バルブ１においては、シャフト４を第１部材３０と第２部材４０とに分割し、力の伝達部位の途中に皿バネ５１を挟み、第１部材３０の移動経路にストッパー５０を設ける。従って、弁体２のシール部材１３に対する押付力を、第１部材３０に作用する力と別々に制御することができ、作動圧力の変動誤差やアクチュエータ部２０（皿バネ５２等）の製造誤差に関わらず、シール部材１３に対する弁体２の押付力を適切に管理することが可能となる。このため、シール部材１３に対する弁体２の押付力が安定し、クリープの発生を抑え、流体の漏洩を抑えることができる。
　なお、空圧作動バルブ１の開作動時には、図１に示す開作動用圧力室２１ｂに作動ガスが供給され、第１部材３０がストッパー５０から離間すると、皿バネ５１の圧縮が解除される。開作動用圧力室２１ｂの内圧がさらに高まると、図１の紙面右側に示すように、爪部３２が第２部材４０に引っ掛り、弁体２がシール部材１３から離間し、シャフト４の全体が持ち上げられ、開状態となる。
　一方、図３に示すように、空圧作動バルブ１の保管時には、弁作動用圧力室２１は無負荷状態となるが、閉作動時にアシストする皿バネ５２を設けることで、無負荷状態であっても第１部材３０をストッパー５０に向けて付勢することができる。この構成によれば、空圧作動バルブ１の保管時において弁体２をシール部材１３に接触させ、内部部品が動かないようにすることができる。このとき、弁体２とシール部材１３との接触状態は、ソフトタッチ状態であり、弁体２の押付力は微小に調整される。
　このとき、第１部材３０は、図３に示すように、ストッパー５０に接触する直前の状態となっている。また、皿バネ５１は、長さＬ３を有する共に、Ｌ１＞Ｌ３＞Ｌ２の関係を有する。すなわち、保管時の皿バネ５１は、図２Ａと図２Ｂとの間の圧縮量となり、シール部材１３に対する弁体２の押付力が使用時よりも小さくなる。このように、保管時において弁体２をシール部材１３に接触させてシャフト４の揺れ動きを防止することで、繰り返し応力による弁体２とシール部材１３との疲労を抑制し、バルブの漏洩量の過大化を防止することができる。
　また、本実施形態においては、皿バネ５１を用いてシール部材１３に対する弁体２の押付力を管理しているが、この構成によれば、コイルバネと比較し、小さなスペース、小さいたわみ量で大きな荷重を付加できる。従って、空圧作動バルブ１を小型化・軽量化することができる。また、図１に示すように、皿バネ５２の内側に皿バネ５１を収めるように配置すれば、空圧作動バルブ１をさらに小型化することができる。
　このように、上述の本実施形態によれば、弁箱３の内部に、シール部材１３と、シール部材１３と当接可能な弁体２を備えるシャフト４と、シャフト４を軸方向に移動させて弁体２を作動させる弁作動用圧力室２１と、が設けられた空圧作動バルブ１であって、シャフト４は、弁作動用圧力室２１から圧力を受ける第１部材３０と、弁体２を備え第１部材３０に対し軸方向に相対移動可能な第２部材４０と、を有し、第１部材３０の移動経路に設けられたストッパー５０と、第１部材３０と第２部材４０との間に挟まれると共に、第１部材３０がストッパー５０に接触した状態で弾性エネルギーが蓄積され、弁体２をシール部材１３に押し付ける皿バネ５１と、を有することによって、シール部材１３に対する弁体２の押付力を適切に管理し、クリープの発生を抑えることができる。
　以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
　例えば、本発明は、図４に示すような構成を有する。
　図４は、本発明の別実施形態における空圧作動バルブ１の構成図である。なお、図４においては、上述の実施形態と同一または同等の構成部材については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
　図４に示す別実施形態では、第１部材３０が略筒状に形成されている。第１部材３０は、外周部にスライド片３４を有しており、弁箱３に形成されたスライド溝７に対して、軸方向に移動自在に係合している。第１部材３０の内側は、閉作動用圧力室２１ａとなっており、また、閉作動時の移動をアシストするコイルバネ５４（第２の付勢部材）が配置されている。この第１部材３０の下端部には、爪部３２が取り付けられている。
　爪部３２は、弁箱３に設けられたストッパー５０と軸方向で対向している。爪部３２は、ストッパー５０と接触した状態で、第１部材３０と弁箱３との間に開作動用圧力室２１ｂが確保できるような形状を有している。一方、第２部材４０の上端部には、フランジ部４２が設けられており、爪部３２と軸方向で対向している。この第２部材４０も略筒状に形成されており、内側には弁体２の押付力を調整するコイルバネ５３（付勢部材）が配置されている。なお、弁体２は、伸縮隔壁６で支持されており、第２部材４０の下端部には弁体２をシール部材１３に押し付ける押付部４３が設けられている。
　上記構成によれば、シャフト４を第１部材３０と第２部材４０とに分割し、力の伝達部位の途中にコイルバネ５３を挟み、第１部材３０の移動経路にストッパー５０を設ける。従って、弁体２のシール部材１３に対する押付力を、第１部材３０に作用する力と別々に制御することができ、シール部材１３に対する弁体２の押付力を適切に管理することが可能となる。このため、上述の実施形態と同様に、シール部材１３に対する弁体２の押付力が安定し、クリープの発生を抑え、流体の漏洩を抑えることができる。
　その他、例えば、上記実施形態では皿バネやコイルバネを用いた構成を例示したが、その他の多種のバネ、ベローズ等でも付勢力を発生させる手段であれば使用が可能である。また、付勢部材として、コイルバネやベローズを使用することにより、皿バネと同様に、空圧作動バルブ１を小型化・軽量化することができる。
　なお、付勢手段としては、ベローズ、コイルバネ、皿バネの順で好ましく、皿バネが最も好ましい。
　本発明によれば、シール部材に対する弁体の押付力を適切に管理し、クリープの発生を抑えることができる空圧作動バルブが得られる。
１　空圧作動バルブ
２　弁体
３　弁箱
４　シャフト
１３　シール部材
２１（２１ａ，２１ｂ）　弁作動用圧力室
３０　第１部材
４０　第２部材
５０　ストッパー
５１　皿バネ（付勢部材）
５２　皿バネ（第２の付勢部材）
５３　コイルバネ（付勢部材）
５４　コイルバネ（第２の付勢部材）

Claims (4)

  1. 　弁箱の内部に、シール部材と、前記シール部材と当接可能な弁体を備えるシャフトと、前記シャフトを軸方向に移動させて前記弁体を作動させる弁作動用圧力室と、が設けられた空圧作動バルブであって、
    　前記シャフトは、前記弁作動用圧力室から圧力を受ける第１部材と、前記弁体を備え前記第１部材に対し軸方向に相対移動可能な第２部材と、を有し、
    　前記第１部材の移動経路に設けられたストッパーと、
    　前記第１部材と前記第２部材との間に挟まれると共に、前記第１部材が前記ストッパーに接触した状態で弾性エネルギーが蓄積され、前記弁体を前記シール部材に押し付ける付勢部材と、を有する空圧作動バルブ。
  2. 　前記第１部材を前記ストッパーに向けて付勢する第２の付勢部材を有する請求項１に記載の空圧作動バルブ。
  3. 　前記付勢部材は、皿バネである請求項１に記載の空圧作動バルブ。
  4. 　前記付勢部材は、皿バネである請求項２に記載の空圧作動バルブ。
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