JPH068672B2 - 圧力制限機構を備えたダイアフラム型パイロツト操作開閉弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「技術分野」 本発明は、ダイアフラムに及ぼすパイロット圧により直
接流路を開閉するパイロット操作開閉弁に関し、特にそ
の吐出圧力を調節する圧力制限機構を備えた開閉弁に関
する。

「従来技術およびその問題点」 この種の圧力制限機構を備えたパイロット操作開閉弁の
基本構成は、米国特許第4,540,020号が提案している。
この米国特許は、直接的には、流路を切換える方向切換
弁を提案しているものであるが、方向切換弁は、一方の
弁を閉じ、他方を開くことによって成立するものであ
り、開閉弁の組み合わせからなっている。

第６図ないし第８図は、この米国特許に開示されている
方向切換弁のうちの一開閉弁およびその圧力制限機構を
取り出したもので、まずこの図に基づいてこの開閉弁の
動作原理を説明する。

この開閉弁は、ガスケットを兼ねるダイアフラム１１で
分断された流路ブロック２０と制御ブロック４０を有
し、この流路ブロック２０に開閉弁部２１が設けられて
いる。流路ブロック２０には、圧力流体源（コンプレッ
サ）Ｐから圧力流体（加圧空気）を受ける供給ポート２
２と、吐出ポート２３が開口し、この負荷ポート２３は
制御ブロック４０側に貫通している。そしてこの負荷ポ
ート２３の制御ブロック４０側端部外周に、供給ポート
２２に連通し制御ブロック４０側に開放された環状通路
２４が位置している。

この負荷ポート２３の制御ブロック４０側の端部は、平
面状態のダイアフラム１１から若干離れるように切下げ
られていて、その周縁が、このダイアフラム１１に接離
する弁座２３ｓを構成している。１２は、ダイアフラム
１１がその表裏の圧力差により負荷ポート２３および環
状通路２４内に変形するのを防止するグリッド（網体）
である。

流路ブロック２０の供給ポート２２の中央には、圧力流
体源Ｐからの圧力流体の流れ方向に正対させて、パイロ
ット圧導入路２８が穿設され、このパイロット圧導入路
２８は、ダイアフラム１１の小孔、制御ブロック４０側
のパイロット圧導入路４１、およびこの導入路から分岐
したパイロット圧導入路５１を介してパイロット切換弁
５０の制御室５２に連通し、また上記導入路４１から分
岐したパイロット圧導入路６１を介して圧力制限機構６
０の制御室６２に連通している。パイロット圧導入路２
８に及ぼされる圧力は、流体力学の法則から、供給ポー
ト２２における圧力流体の圧力より若干高くなる。この
例では、この圧力をパイロット圧として利用する。

制御ブロック４０には、負荷ポート２３の中心位置に対
応させて、パイロット圧通路４２が穿設されており、こ
のパイロット圧通路４２は、圧力制限機構６０の制御室
６２に連通している。この制御室６２にはまた、パイロ
ット圧導入路６１と上下に対向させて、圧力反転路６３
が開口し、この圧力反転路６３はパイロット切換弁５０
の制御室５２に通じている。

またこの制御室５２には、パイロット圧導入路５１と上
下に対向させて、大気導入路５３が開口している。パイ
ロット切換弁５０は、制御室５２内をパイロット圧また
は大気圧にするためのもので、パイロット圧導入路５１
と大気導入路５３の制御室５２内への突出部は、弁座５
１ｓ、５３ｓとなっており、この弁座５１ｓ、５３ｓが
弁アーム５４の一端の表裏に設けた弁体５１ｖ、５３ｖ
によって択一して開閉される。すなわち弁アーム５４
は、その中間部分を中心に揺動可能であり、その一端に
上記弁体５１ｖ、５３ｖを有し、その他端はソレノイド
５５によって上下動するプランジャ５６に接続されてい
る。このプランジャ５６は、ソレノイド５５の消磁時に
は圧縮ばね５７の力により突出端に位置していて、この
とき弁体５１ｖが弁座５１ｓに着座し、弁体５３ｖが弁
座５３ｓから離座する。これに対し、ソレノイド５５を
励磁するとプランジャ５６が引かれ、弁体５３ｖが弁座
５３ｓを閉じ、弁体５１ｖが弁座５１ｓを開く。なおパ
イロット圧通路４２の流路ブロック２０側の端部は、環
状通路２４に及ぶ滑らかな円弧面４２ａとなっている。

圧力制限機構６０は、パイロット切換弁５０と類似した
構造を有するもので、パイロット圧導入路６１と圧力反
転路６３の制御室６２内への突出部は、弁座６１ｓ、６
３ｓとなっており、この弁座６１ｓ、６３ｓが弁アーム
６４の一端の表裏に設けた弁体６１ｖ、６３ｖによって
択一して開閉される。すなわち弁アーム６４は、その中
間部分を中心に揺動可能であり、その一端表裏に上記弁
体６１ｖ、６３ｖを有している。

この圧力制限機構６０がパイロット切換弁５０と異なる
のは、弁アーム６４の駆動力で、弁アーム６４の他端
は、ダイアフラム１１に接しこれの動きに応じて上下動
するプランジャ６５と、圧力調節ばね６６の間に挟着さ
れている。ダイアフラム１１を挟んでプランジャ６５の
直下の流路ブロック２０には、圧力検知室６７が設けら
れており、この圧力検知室６７は、吐出圧導入路６８に
より負荷ポート２３と連通している。圧力調節ばね６６
のばね力は、制限ブロック４０に螺合させた調節ねじ６
９によって調節することができる。

以上の圧力制限機構を備えた開閉弁によると、供給ポー
ト２２と負荷ポート２３間の開閉、および負荷ポート２
３から取り出される圧力の調整（減圧）を行なうことが
できる。すなわちソレノイド５５を消磁した状態では、
第６図のように、弁体５１ｖが弁座５１ｓに着座し、弁
体５３ｖが弁座５３ｓから離座しているから、制御室５
２には、大気導入路５３を介して大気圧が導かれる。こ
のため、圧力反転路６３および制御室６２を介してパイ
ロット圧通路４２も大気圧となる。よってダイアフラム
１１の背面は大気圧となるから、圧力流体源Ｐの吐出圧
力により、ダイアフラム１１が円弧面４２ａに沿い図の
ように変形して供給ポート２２と負荷ポート２３間の通
路を開き、圧力流体を負荷ポート２３に流す。

これに対しソレノイド５５を励磁すると、第７図のよう
に、弁体５３ｖが弁座５３ｓに着座し、弁体５１ｖが弁
座５１ｓから離座するため、制御室５２には、パイロッ
ト圧導入路２８、４１および５１を介してパイロット圧
が導かれる。このため、圧力反転路６３および制御室６
２を介してパイロット圧通路４２にパイロット圧が導か
れることとなり、ダイアフラム１１はこのパイロット圧
を受けて流路ブロック２０側に変形し、弁座２３ｓに着
座して供給ポート２２と負荷ポート２３間の流路を閉じ
る。

そして第６図の開弁時において、負荷ポート２３側の圧
力が一定値を越すと、負荷ポート２３の圧力は、吐出圧
導入路６８を介して圧力検知室６７に導かれているた
め、ダイアフラム１１が制御ブロック４０側に変形して
プランジャ６５を押し上げる。すると弁アーム６４が揺
動して、その弁体６３ｖを弁座６３ｓに着座させるとと
同時に、弁体６１ｖを弁座６１ｓから離座させる。その
結果、制御室６２には、パイロット圧導入路４１および
６１を介してパイロット圧が導かれるため、第７図の状
態と同じく、ダイアフラム１１が弁座２３ｓに着座して
流路を閉じることとなる。そして流路を閉じた結果、負
荷ポート２３側の圧力が減少すると、圧力検知室６７内
の圧力も減少してダイアフラム１１が原位置に復し、第
６図の状態に戻る。すなわち供給ポート２２と負荷ポー
ト２３間の流路が開く。

以上の動作が圧力検知室６７内の圧力変動に応じて行な
われる結果、圧力流体源Ｐの吐出圧力を制限して負荷ポ
ート２３から取り出すことができることになる。吐出圧
力は、調節ねじ６９の螺合位置を調節して弁アーム６４
に作用する圧縮ばね６６の力を調節することで調節でき
る。

以上の動作原理を有する開閉弁は、摺動部がないこと、
よって潤滑が不要であること、大流量が流せること、精
密機械加工が不要で加工性がよいこと、圧力制限機構を
一体に組込むことが可能で小型化ができる等の優れた特
徴がある。しかしより理想的な圧力制限特性を得るに
は、スナップ的に、つまりオンオフ的に、パイロット圧
導入路６１と圧力反転路６３を開閉することが理想であ
るのに、上記圧力制限機構６０ではこの動作特性を得る
ことが困難であった。またプランジャ６５とこれを収納
しているプランジャ室７０との間に大きい隙間があるた
め、圧力検知室６７内が高圧になると、ダイアフラム１
１が、第６図に鎖線で示すように、この隙間内に大きく
変形し、この結果ダイアフラム１１が短時間で疲労して
破損するおそれがある。

「発明の目的」 本発明は、この問題点を解決し、流路開放状態におい
て、吐出圧力の変動によって敏感に作動する圧力制限機
構、つまり吐出圧力の変動により、ダイアフラムにパイ
ロット圧力と大気圧とを交互に確実に及ぼすことができ
る圧力制限機構を得ることを目的とする。また本発明
は、流路ブロックと制御ブロックの間に張設したダイア
フラムを用いることなく、負荷ポート側の圧力により直
接作動する圧力制限機構を得ることを目的とする。

「発明の概要」 本発明の圧力制限機構は、バルブボディと；このバルブ
ボディ内に該バルブボディと非接触で軸方向に移動可能
に配設したプランジャと；このプランジャとバルブボデ
ィにそれぞれ中心部と周縁部を固定され、プランジャの
軸線方向に離間した一対のダイアフラムによって画成し
た制御室と；負荷ポートに連通し、プランジャにパイロ
ット圧を作用させる、バルブボディに設けたパイロット
圧室と；制御室に連通したパイロット圧通路と；同じく
制御室に、プランジャの軸線方向と平行に互いに反対方
向にその開口端を向けて開口させたパイロット圧導入路
および大気圧導入路と；プランジャの移動位置に応じ、
このパイロット圧導入路と大気圧導入路の制御室への開
口端を択一して開閉する、該プランジャに設けた一対の
バルブシートと；プランジャをパイロット圧室の圧力に
抗する方向に付勢するばね手段と；から構成されてい
る。

「発明の実施例」 以下図示実施例について本発明を説明する。第１図ない
し第５図は本発明による圧力制限機構の実施例を示すも
ので、第６図、第７図で説明したのと同一の要素には同
一の符号を付している。筒状のバルブボディ１１１に
は、その軸部にプランジャ１１２が配設されている。こ
のプランジャ１１２の外周とバルブボディ１１１の内周
との間には、プランジャ１１２の軸線方向に位置を異な
らせて、３枚のダイアフラム１１３、１１４、１１５が
張設されており、第１図ないし第３図の最下方のダイア
フラム１１３より下方に、パイロット圧力室１１６が画
成され、ダイアフラム１１４と１１５とで制御室１１７
が画成されている。これらのダイアフラム１１３、１１
４、１１５はそれぞれの内端がプランジャ１１２に固定
されていてプランジャ１１２の移動に伴なって移動し、
外端はバルブボディ１１１に固定されている。パイロッ
ト圧力室１１６には、上記吐出圧導入路６８（第６図お
よび第７図参照）を介して、負荷ポート２３の圧力が導
かれる。

バルブボディ１１１の制御室１１７には、上記パイロッ
ト圧通路４２（第４図参照）と、パイロット圧導入路６
１と圧力反転路（大気圧導入路）６３とが開口してい
る。パイロット圧通路４２は、単純なバルブボディ１１
１の半径方向通路として形成されているが、パイロット
圧導入路６１と圧力反転路６３は、それぞれ半径方向通
路６１ａ、６３ａと、その先端の軸方向通路６１ｂ、６
３ｂを有していて、略Ｌ字状をしている。そしてこの軸
方向通路６１ｂと６３ｂは、互いに異なる向きに開口し
ていて、それぞれが、プランジャ１１２に設けたバルブ
シート１２３、１２４と対向している。バルブシート１
２３と１２４は、プランジャ１１２の移動位置に応じ
て、この軸方向通路６１ｂと６３ｂを開放しまたは閉塞
する。

なお圧力反転路６３には、前述のようにパイロット切換
弁５０のソレノイド５５の励磁消磁に応じ、パイロット
圧または大気圧が択一して導かれるが、本圧力制限機構
６０が働くときには、必ず大気圧が導かれているため、
請求範囲では「大気圧導入路」と表現されている。

プランジャ１１２は、パイロット圧力室１１６と反対側
の端部とばね力張設ねじ１２６との間に挿入された圧縮
ばね１２５により、パイロット圧力室１１６に及ぼされ
るパイロット圧が一定値に達する迄は、常時そのバルブ
シート１２３を軸方向通路６１ｂに弾接させてパイロッ
ト圧導入路６１を閉じ、圧力反転路６３を制御室１１７
に連通させている。この圧縮ばね１２５によってプラン
ジャ１１２に及ぼされる力は、調節ねじ１２６の流路ブ
ロック４０（固定部分）螺合位置を変えることにより調
節することができる。

なお軸方向通路６１ｂの合計開口端面積S1と、軸方向通
路６３ｂの合計開口端面積S2は、パイロット圧導入路６
１と圧力反転路６３の圧力（差）に応じ、スナップアク
ションを確実にするために差を設けることができる。こ
の実施例では、S1＞S2としてある。

上記構成の本圧力制限機構６０を備えた開閉弁は、パイ
ロット切換弁５０のソレノイド５５がオンのときには、
前述のようにパイロット圧通路４２には、圧力反転路
（大気圧導入路）６３および制御室１１７を介してパイ
ロット圧が及ぼされるため、ダイアフラム１１は弁座２
３ｓに着座して流路を閉じる。よって負荷ポート２３の
圧力が上昇することはなく、プランジャ１２は変位しな
い。

これに対し、パイロット切換弁５０のソレノイド５５が
オフにされると、圧力反転路６３には大気圧が導かれる
ため、これが制御室１１７からパイロット圧通路４２に
導かれ、したがって供給ポート２２と負荷ポート２３間
の通路が開く。

この開弁状態において、負荷ポート２３側の圧力が上昇
し、吐出圧導入路６８を介してパイロット圧室１１６に
及ぼされるこの圧力が圧縮ばね１２５の力に打ち勝つ
と、プランジャ１１２は第２図に示すように上昇を始
め、バルブシート１２３が軸方向通路６１ｂから離れ
る。すると、パイロット圧導入路６１の圧力流体が軸方
向通路６１ｂを介して制御室１１７内に流入する。この
とき圧力反転路６３の圧力（大気圧）は、プランジャ１
２に作用しているが、パイロット圧通路６１の圧力は圧
力反転路６３の圧力より高く、しかも軸方向通路６１ｂ
の合計開口端面積S1と、軸方向通路６３ｂの合計開口端
面積S2は、S1＞S2としてあるため、プランジャ１１２に
及ぼされる軸方向力は、軸方向通路６１ｂによる上昇力
の方が大きい。よってプランジャ１１２は瞬時に上昇端
に達する。すなわち、第３図のように、バルブシート１
２３が軸方向通路６１ｂを開いてバルブシート１２４が
軸方向通路６３ｂを閉じ、今度はパイロット圧導入路６
１からのパイロット圧力がパイロット圧通路４２に及ぼ
されるから、ダイアフラム１１が弁座２３ｓに着座し、
供給ポート２２と負荷ポート２３間が閉じられる。この
状態では、プランジャ１１２に軸方向通路６１ｂからの
圧力による上昇力が及ぼされているから、安定してお
り、したがって、パイロット圧力室１１６に及ぼされる
パイロット圧が若干下降したとしても、プランジャ１１
２が下降して流路を逆に切換るおそれはない。第５図は
パイロット圧とプランジャ１１２のストロークの関係を
示す模式グラフで、このようなスナップアクションの動
作特性が得られる。プランジャ１１２の動作開始圧力
は、調節ねじ１２６による圧縮ばね力の調節によって調
節することができる。

そして供給ポート２２と負荷ポート２３間が閉じた結
果、負荷ポート２３内の圧力が十分下がると、プランジ
ャ１２が下降端に達して第１図の状態に復し、制御室１
１７に大気圧を導入する。したがってパイロット圧通路
４２が大気圧となり、ダイアフラム１１は円弧面４２ａ
内に変形して供給ポート２２と負荷ポート２３が連通す
る。

以上の動作が負荷ポート２３内の圧力の変動によって行
なわれるため、負荷ポート２３から取り出される流体圧
力を制限することができる。

以上は、本発明を最も単純な開閉弁として説明したもの
であるが、この開閉弁を組み合わせることにより、各種
の方向切換弁が構成できる。本発明は、これらの方向切
換弁においても、当然適用可能である。

なお上記実施例におけるダイアフラム１１３と１１４
は、理論上は兼用して単一のダイアフラムとすることが
可能であるが、単一のダイアフラムとすると、パイロッ
ト圧室１１６と制御室１１７の圧力差の変動によって反
復して反対方向に曲げられるため、ダイアフラムの寿命
が著しく短くなってしまう。これに対し、本実施例のよ
うに、パイロット圧室１１６と制御室１１７を別のダイ
アフラム１１３、１１４で画成すれば、このような問題
がなく十分な耐久性を得ることができる。

「発明の効果」 以上のように本発明によると、その移動位置に応じて、
パイロット圧通路をパイロット圧導入路または大気圧導
入路の一方に択一して連通させるプランジャに、負荷ポ
ート側の圧力を受けてスナップアクションを与え、瞬間
的に流路を切換えることができるようにしたので、供給
ポートと負荷ポート間を開閉するダイアフラムに対し、
パイロット圧と大気圧とを瞬時に切換えて及ぼすことが
できる。よってダイアフラムによる流路の開閉を瞬時に
行なって、より理想的な圧力制限特性を得ることができ
る。また本発明は、流路ブロックと制御ブロックの間に
張設したダイアフラムを用いることなく、負荷ポート側
の圧力を直接プランジャ側のダイアフラムに及ぼしてい
るため、開閉弁本体側のダイアフラムの耐久性を損なう
おそれがない。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の圧力制限機構の実施例を
示す、互いに異なる作動状態の断面図、第４図は第１図
のIV−IV線に沿う断面図、第５図はプランジャの動作特
性を示すグラフ、第６図は米国特許第4,540,020号で提
案されている圧力制限機構を備えた方向切換弁から一開
閉弁を取り出して示した縦断面図、第７図は第６図とは
異なる作動状態の縦断面図、第８図は第６図のVIII−VI
II線に沿う断面図である。 １１…ダイアフラム、２０…流路ブロック、２１…開閉
弁部、２２…供給ポート、２３…負荷ポート、２３ｓ…
弁座、２４…環状通路、２８、４１、５１、パイロット
圧導入路６１…パイロット圧導入路、４０…制御ブロッ
ク、４２…パイロット圧通路、５０…パイロット切換
弁、６０…圧力制限機構、６２…制御室、パイロット圧
導入路６１ｖ、６３ｖ…弁体、６３…圧力反転路（大気
圧導入路）、１１１…バルブボディ、１１２…プランジ
ャ、１１３、１１４、１１５…ダイアフラム、１１６…
パイロット圧力室、１１７…制御室、１２３、１２４…
バルブシート。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小島 正男 東京都世田谷区大原１−34−19 (56)参考文献 特開 昭61−157880（ＪＰ，Ａ) 実開 昭47−34626（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭50−38528（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−158564（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭38−21470（ＪＰ，Ｙ１)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流路ブロックと制御ブロックとの間にダイ
   アフラムを挟着し、 上記流路ブロックに、開閉すべき供給ポートと負荷ポー
   トとを設けるとともに、この供給ポートと負荷ポートを
   制御ブロック側に開口させて、両ポート間を上記ダイア
   フラムによって直接開閉可能となし、 他方上記制御ブロック側には、上記ダイアフラムに流路
   ブロックとは反対側の表面からパイロット圧を及ぼすた
   めのパイロット圧通路を形成し、さらにこのパイロット
   圧通路にパイロット圧と大気圧を択一して作用させるパ
   イロット切換弁と、このパイロット切換弁により供給ポ
   ートと負荷ポート間が連通しているとき、負荷ポート側
   の圧力の大小に応じ、上記パイロット圧通路にパイロッ
   ト圧または大気圧を択一して作用させる圧力制限機構と
   を有するダイフラム型パイロット操作開閉弁において、 上記圧力制限機構が、 バルブボディと； このバルブボディ内に該バルブボディと非接触で軸方向
   に移動可能に配設したプランジャと； このプランジャとバルブボディにそれぞれ中心部と周縁
   部を固定され、プランジャの軸線方向に離間した一対の
   ダイアフラムによって画成した制御室と； 上記負荷ポートに連通し、プランジャに上記パイロット
   圧を作用させる、バルブボディに設けたパイロット圧室
   と； 上記制御室に連通した上記パイロット圧通路と； 同じく上記制御室に、プランジャの軸線方向と平行に互
   いに反対方向にその開口端を向けて開口させたパイロッ
   ト圧導入路および大気圧導入路と； 上記プランジャの移動位置に応じ、このパイロット圧導
   入路と大気圧導入路の制御室への開口端を択一して開閉
   する、該プランジャに固定して設けた一対のバルブシー
   トと； 上記プランジャを上記パイロット圧室の圧力に抗する方
   向に付勢するばね手段と； から構成されていることを特徴とする圧力制限機構を備
   えたダイアフラム型パイロット操作開閉弁。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、パイロッ
   ト圧導入路と大気圧導入路の制御室における開口端の開
   口面積は、パイロット圧室に及ぼされる負荷ポートの圧
   力によってプランジャが移動を開始したとき、該２つの
   導入路の圧力差を考慮して、これと同一方向への移動を
   生じさせるように、差が設けられている圧力制限機構を
   備えたダイアフラム型パイロット操作開閉弁。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項または第２項におい
   て、バルブボディ内のパイロット圧室は、プランジャと
   バルブボディとの間に張設した第三のダイアフラムによ
   って画成されている圧力制限機構を備えたダイアフラム
   型パイロット操作開閉弁。