JPH0333576A - 高圧空気切換弁 - 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、高圧空気切換弁に関するものである。

〔従来技術〕

主弁とパイロット弁を有し、パイロット弁より送られる
パイロット流体により主弁体の切換動を行う切換弁は知
られている。

従来は高圧ガス取締法の規制により一般に１．５〜１０
　ｋｇｆ／ｃｍ２の空気圧用切換弁は生産されているが
１０　ｋｇｆ／ｃｍ２以上の空気圧用切換弁はほとんど
生産されていなかった。

最近、高圧ガス取締法の適用範囲の変更により、１０　
ｋｇｆ／ｃｍ２〜５０　ｋｇｆ／ｃｍ”の空気圧用の切
換弁が汎用空気切換弁として使用されることが可能にな
った。

１０　ｋｇｆ／ｃｍ”以上の高圧用の切換弁として、従
来の電磁弁の高圧対応品を利用すると、直動式のメタル
スプール弁が、通常の中圧作動弁に比ベバイロット弁口
径を高圧作動できるように小口径とし、パイロット弁全
体の耐圧性を高めたパイロット式切換弁が使用されるこ
とになる。直動式のメタルスプール弁の場合には高圧に
対応するには非常に大きなソレノイドを使用する必要が
あり、実用性の上で問題がある。パイロット式切換弁の
場合には、高圧化のためにはパツキンの摩擦増加に対抗
して主弁を駆動するピストン面積を大きくする必要があ
り、これに伴ってパイロット弁の流量を大にする必要が
あり、従来の中圧用に比べ、大きく、且つ耐圧性が高く
、高コストのパイロット弁が必要となる。

パイロット切換弁では、主弁の弁体が圧力バランスの取
られているスプールや、スライド弁の場合には、弁体の
最小駆動力は作動空気の圧力の増加に比して僅かずつ増
加するだけである。また、圧力バランスの取れていない
ポペット弁においても、最小駆動力はアンバランス弁と
摩擦分を加えたものである。従ってパイロット式切換弁
の場合、主弁の弁体を駆動する空気圧ピストンの駆動能
力は上記の最小駆動力より若干大きな力であればよい。

しかるに一般にパイロン１−式切換弁でば主弁の作動空
気がパイロット弁のパイロット流体として使用されるた
め、主弁の弁体を駆動する空気圧ピストンの駆動能力は
供給空気圧力にほぼ比例し、供給空気圧力が高圧になる
程、空気圧ピストンの駆動能力は余裕をもった状態にな
る。

高圧用パイロット式切換弁では、高圧に耐えるようにす
るためにはパイロット弁の構造は大きくなる傾向がある
が、そのパイロット弁の駆動能力は主弁の弁体を動かず
ためには余裕がありすぎる事になり、高価になる割りに
は効率が低いという問題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上記の問題点を解消し、従来の中圧品と同程
度の構造で高圧に使用することができ、安価な高圧空気
切換弁を提供することを課題としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記の課題を、パイロット弁式切換弁におい
て、パイロット弁のパイロット流体として、主弁の高圧
作動空気の一部を減圧弁を介して減圧した空気を使用す
ることを特徴とする高圧空気切換弁により達成した。

主弁の高圧作動空気は主弁本体、主弁に取付けたサブプ
レート又は主弁が取付けられるマニホールドのいずれか
ら分岐してパイロット弁に導入することもでき、その分
岐位置に応して減圧弁は主弁本体、サブプレート、マニ
ホールドのいずれかに組込まれることができる。

〔作用〕

本発明により、１０　ｋｇｆ／ｃｍ２以上の高圧空気路
の切換に主弁が使用され、その高圧空気の一部が主弁又
は主弁が取付けられるサブプレート又はマニホールドに
組込まれた減圧弁に導かれ、減圧弁において従来使用さ
れている切換弁の圧縮空気と同程度の圧力、例えば３〜
８ｋｇｆ／ｃｍ２に空気圧が減圧され、減圧された空気
がパイロット弁の圧力供給ボートに導入される。

パイロット弁により流路切換を行われた圧縮室気はパイ
ロット流体として主弁の弁体を切換移動するこめに主弁
に供給される。

本発明により、主弁は高圧空気に耐える構造をもった切
換弁として作られるが、パイロット弁は従来の中圧用の
切換弁に使用されるパイロット弁と同程度の弁又は同一
品を使用することが可能になった。したがって、コスト
及び開発工数の低減が可能になった。

〔実施例〕

本発明の詳細を図に示す実施例に基づいて説明する。

第１図において、本発明に係る高圧空気切換弁１は主弁
２とパイロット弁３とを有する。

主弁２は、圧力供給ポートＰと、第１出ロボートＡと、
第２出ロボートＢと、第１排出ボートＲと、第２排出ポ
ートＲ２とを備えた弁本体４を有する。弁本体４の中に
は弁体としてスプール５が摺動可能に支持される。スプ
ール５には駆動ピストン６が設けられ、ピストン室７に
供給されるパイロット弁３よりのパイロット流体により
駆動ピストン６が動かされることにより、スプール５が
駆動される。主弁の弁としての機能部分は公知のスプー
ル弁と同様であるので説明を省略する。

主弁２の弁本体４には圧力供給ボー）Ｐと連通ずる流路
８に減圧弁９が組付けられるか、一体形成される。

減圧弁９は第２図に示すように、弁本体４に形成された
弁座１０と、該弁座１０に着座するポペット弁体１１と
を有し、弁体１１はばね１２により弁座１０に押圧され
る。

主弁本体４に取付けられた減圧弁本体１３は内部にピス
トン１４が摺動案内され、ピストン１４はポペット弁体
１１の弁棒５と係合する。ピストン１４はばね１５によ
りポペット弁体１１に対して押圧される。ばね１５によ
りピストン１４に対して作用する力と、弁室１６内の流
体圧によりピストン１４及びポペット弁体１１に作用す
る圧力と、ポペット弁体１１に作用する圧力供給ポート
の空気圧の圧力バランスによりポペット弁体１１が弁座
１０を開閉する。弁室１６内の圧力が所定圧以下のとき
ばばね１５の力が強く働き、弁座ｌＯは開放され、流路
８の高圧空気は弁室１６内に流入し、パイロット流路１
７を経てパイロット弁３の圧力供給ポートに送られる。

第２図Ｂは第２図に示す構造を略記号で表現したもので
ある。

パイロット弁３自体は公知のパイロット電磁弁３である
ので特に細部については説明を省略する。

弁室１６内の圧力が所定圧力に上昇すると、ピストン１
４がばね１５の力に抗して押され、弁座１０を閉じる。

そのときピストン１４の動きが円滑に得られるように、
減圧弁本体１３には排気口Ｒが形成される。

主弁の圧力供給ボー１−Ｐに連通する流路８に減圧弁９
を設けたことにより、パイロット弁３には減圧した空気
が供給され、高圧の空気の一部を利用するが、パイロッ
ト弁３には中圧等の減圧した空気が供給される。

減圧弁９としては第２図のピストン式に代え、第３図に
示すダイアフラム式を用いることもできる。第２図のピ
ストン１４が第３図ではグイヤフ　ｌ ラム１４′に変わる以外は基本構成は第２図と同様であ
るので、同−又は対応部分に同一符号を付して説明は省
略する。

減圧弁９により減圧されたパイロット流体としての圧縮
空気がパイロット弁３に供給され、電磁弁としてのパイ
ロット弁３の流路の切換によりパイロット流体は主弁２
の弁本体４（主弁本体４）のピストン室７に供給される
。

第４図は第１図に対し流路の変形例を示したものであり
、基本構造は第１図と全く同様である。

つまりＲ２ポートを高圧供給ポートとし、Ｒ１ポートを
低圧供給ポートとし、Ａ、Ｂポートを夫々圧力の異なる
出力とし、減圧弁９をＲ２ポートに連通ずる流路８′に
組付けた例を示すものである。

この場合Ｐポートが排気ポートとなる。

第１図及び第４図の例では、主弁本体４に減圧弁９を組
付けたのに対し、第５図及び第６図に示すように、主弁
本体をサブプレート２１に取付け、サブプレート２１に
圧力供給路２２と、出力路２３．２４と、排気路２５．
２６が形成され、ザブプレート２１の各流路と主弁本体
（例えば第１図と同様に形ｔ７．）の各ボートとをサブ
プレート２１の接続口２７．２８．２９．３０．３１に
より接続する、サブプレート式切換弁では、減圧弁９を
サブプレート２１に組込むことができる。この場合、減
圧弁９はサブプレー）２１の圧力供給路２２から分岐す
る圧力供給分岐路３２と、サブプレーｌ−２１のパイロ
ット弁の圧力供給路と接続するパイロット供給接続口３
３に通しるパイロット供給路３４との間に装着される。

作用及び効果は第１図の例と同様である。

更に、第７図及び第８図に示すように、複数の切換弁４
１をマニホールド４２により連結するマニホールド取付
切換弁の場合はマニホールド４２に減圧弁９を組付ける
こともできる。

減圧弁９は、第５図及び第６図の例の場合と同様に、圧
力供給路４３より分岐する圧力供給分岐路４４と、パイ
ロット流路４５から分岐するパイロット供給路４６との
間に装着される。切換弁４１は主弁２′とパイロット弁
３′とを有する。

主弁の弁体をパイロット弁により駆動する場合の供給圧
力と駆動力との関係を試験すると第９図に示すような結
果が得られた。すなわち、主弁の弁体であるスプール弁
の切換駆動に必要とする切換力は直線Ａで示すように供
給圧力の変化に比例するがあまり大きな変化は示してい
ない。

主弁の弁体がポペット弁の場合は、切換力は直線Ｂで示
すように変化し、スプール弁の場合よりは供給圧力の変
化が駆動力の変化として現われる。

パイロット弁のパイロット流体圧が主弁の供給圧力その
ままであるときは、直線Ｃで示すように供給圧力にほぼ
１：１で比例して駆動力が変化する。

パイロット弁により主弁の弁体を切換駆動するためには
、直線Ａ又は直線Ｂが示す値より少し高い駆動力が必要
になる。つまり、ポペット弁の場合はａ点より高い駆動
力が、スプール弁の場合はｂ点より高い駆動力が必要に
なる。

従来の方式でパイロット弁により切換制御すると、減圧
弁がないので主弁の供給圧力がパイロット供給圧となり
、直線Ｃに示す結果となる。このため、弁体の必要切換
力よりは可成り大きな駆動力で主弁の弁体を駆動するこ
とになり、１０ｋｇ４／ｃｍ２以上の供給圧力では駆動
力に余裕があり過ぎ、むしろ無駄になる。更にばパイロ
ン１〜弁の構造を耐圧及び切換衝撃等の面で強化する必
要が出てくる。

本発明のように減圧弁を使用すると、パイロット弁への
供給圧力は主弁の供給圧力に関係なく一定圧以下になり
、曲線りに示すように、例えば６ｋｇｆ／ｃ１１２のよ
うに予め定めた圧力までは供給圧ノノが増大することに
より駆動力も増大するが、予め定めた圧力以上では、ど
れだけ主弁の供給圧力が上昇しても、バイロフト弁の空
気圧が一定となり、主弁に対する駆動力はほぼ一定とな
る。図の直線Ａ又はＢとＤから明らかなように、成る範
囲では、この減圧弁を用いても駆動力の増大の変化量が
必要切換力の変化量より大となり、余裕があり過ぎる。

又ポペット弁のような必要切換力が大きくなる例では、
減圧弁の設定圧を可成り大きくしないと高圧空気による
駆動力が必要駆動力より小さくなる場合があり、この場
合は主弁が切換えられなくなる。

減圧弁として、第１０図に示すように、第２図のピスト
ンＩ４を小径部１４ａと大径部１４ｂとを有する２段形
ピストン１４′に変形し、減圧弁本体１３を２段形ピス
トン１４′に対応した２段形シリンダ面を有する減圧弁
本体１３′に変形したオフセット付定比減圧弁９′を使
用することができる。ピストン１４′には弁室１６と、
小径部１４ａの大径部１４ｂ側端部における周面の開口
とを結ぶ流路１８が形成され、該流路１８は減圧弁本体
１３′に形成された排気口Ｒに連通可能である。更に、
ピストン１４′にはポペット弁体１１の弁棒部１１ａが
密封状態で貫通し、ポペット弁体１１に形成された貫通
路１１ｂにより流路８と減圧弁本体１３′のばね１５を
収容するばね室１３′ａとの間を連通可能である。ポペ
ット弁体１１には流路Ｉ８を開閉する補助弁体１１ｃが
形成される。第１０図Ｂは第１０図Ａに示した構造ｚ を略記号で表現したものである。

この減圧弁９′でばばね１５による固定圧と、ピストン
１４′の小径部１４ａと大径部１４ｂの面積差に基づく
圧力比により定まる減圧比で、パイロット流路１７の空
気圧、すなわち二次圧が流路８内の主弁供給空気圧、す
わなち−次圧に対して得られる。ばね１５によりオフセ
ットされる圧力以上に一次圧すなわち主弁の供給圧力が
増大すると、−次圧の変化に比例して二次圧も変化をす
る。この−次圧に比例して変化する二次圧をパイロット
圧にすると、第９図の直線已に示すような駆動力の変化
が得られ、例えばポペット弁の場合の例では、直線Ｂと
直線Ｅとは平行し、供給圧力が変化しても余裕力はほぼ
一定になる。したがってばね力によるオフセット量を選
択すれば余裕力も最適値に選定することができる。

上記の各実施例の説明では特に言及しなかったが必要な
部分にシール部材を配置してシールすることは当然であ
る。

〔効果〕

本発明により、高圧空気に対応した耐圧強度及びシール
能力を有する主弁に対し、同一の高圧空気を利用しなが
ら、従来使用されているパイロット弁を利用することが
可能になり、低圧作動でしかも高圧空気用の低コストの
パイロット式切換弁を提供することが可能になった。

本発明により、高圧空気を利用する切換弁において過剰
なパイロット圧力をカットすることができ、高圧時の主
弁弁体の作動速度の増大を制限することができ、高圧時
の切換衝撃耐久性の減少を回避することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る高圧空気切換弁の説明図で、Ａは
概略断面図、Ｂは略記号図、第２図は減圧弁の説明図で
Ａは断面図、Ｂは略記号図、第３図は減圧弁の別の実施
例の断面図、第４図は高圧空気切換弁の別の実施例の説
明図でＡは概略断面図、Ｂは略記号図、第５図はサブプ
レート式切換弁の例のサブプレートの平面図、第６図は
サブプレートの正面図、第７図はマニホールド式切換弁
の部分断面正面図、第８図はマニホールド式切換弁の側
面図、第９図は供給圧力と主弁に対する駆動力の関係を
示す特性曲線、第１Ｏ図は減圧弁の更に別の実施例の説
明図でＡは断面図、Ｂは略記号図である。 １・・・高圧空気切換弁　　２・・・主弁３・・・パイ
ロット弁　　　４・・・主弁本体５・・・弁体　　　　
　　　９・・・減圧弁〜 くす Φ −６５１

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）主弁とパイロット弁とを有し、パイロット弁を通
   して送られるパイロット流体の作用により主弁の切換を
   行う高圧切換弁において、パイロット弁の圧力供給ポー
   トが減圧弁を介して主弁の圧力供給ポートと接続されて
   おり、パイロット弁の出力ポートが主弁の弁体作動室に
   接続されていることを特徴とする高圧空気切換弁。
2. （２）複数の主弁を連結するマニホールドを設け、該マ
   ニホールドの主弁用圧力流路と前記パイロット弁の圧力
   供給ポートとに接続される減圧弁がマニホールドに組付
   けられることを特徴とする請求項１に記載の高圧空気切
   換弁。
3. （３）主弁に取付可能であり、主弁用圧力流体供給路及
   び排出路とパイロット弁用流体供給路を有するサブプレ
   ートを設け、該サブプレートの主弁用圧力流体供給路よ
   り分岐する流路とパイロット弁用流体供給路とを接続す
   る減圧弁が前記サブプレートに設けられていることを特
   徴とする請求項１に記載の高圧空気切換弁。