JP2003166669A - 流体圧バルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】チューブ部材の耐久性を向上させ、しかも良好
な応答特性を保持することが可能な流体圧バルブを提供
することにある。 【解決手段】バルブ駆動機構２０は、室４４内に導入さ
れる圧力流体の作用下に軸線方向に沿って収縮するゴム
製のチューブ部材３６と、前記チューブ部材３６に連動
して変位する弁体３４と、前記チューブ部材３６を囲繞
することにより連通路２９を流通する圧力流体がチュー
ブ部材３６側に向かって進入することを遮断する保護部
材４０と、前記弁体３４の変位に伴って撓曲し前記保護
部材４０とチューブ部材３６との間に形成された間隙内
に圧力流体が進入することを阻止するダイヤフラム４２
とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、エアー等
の圧力流体によって作動する流体圧バルブに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ゴム人工筋等に用いられ、空
気圧アクチュエータとして機能するラバチュエータ（RU
BBERTUATOR）が知られている。このラバチュエータ１
は、図５に示されるように、略円柱状に形成されたゴム
チューブ２と、前記ゴムチューブ２を被覆する網状の繊
維コードからなるスリーブ３と、前記ゴムチューブ２の
端部を閉塞する一組の金具４ａ、４ｂ（但し、図５中で
は、一方の金具４ａの図示を省略している）とから構成
される。

【０００３】このラバチュエータ１の動作原理を概説す
ると、図６に示されるような初期状態（無加圧状態）に
おいて、一方の金具４ａの図示しないポートから圧力流
体（圧縮空気）を供給してゴムチューブ２の内圧を上昇
させると、該ゴムチューブ２が半径外方向に向かって膨
張して拡径するとともに、軸線方向に沿った長さが短縮
する収縮力が発生する（図７参照）。

【０００４】一方、圧力流体の供給を停止して前記ゴム
チューブ２に対する内圧を減少させることにより、前記
ゴムチューブ２は、縮径するとともに軸線方向に沿った
長さが伸張して初期状態の形状に復帰する。

【０００５】このように、ラバチュエータ１は、ゴムチ
ューブ２内に付与される内圧によって発生する収縮力を
利用して空気圧エネルギを機械的エネルギに変換する空
気圧アクチュエータとして機能するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記ラバチ
ュエータを、例えば、電磁弁等のバルブに適用してゴム
チューブに連結された弁体を開閉動作させた場合、バル
ブボデイに設けられた圧力流体供給ポートと圧力流体排
出ポートとを連通させる流体通路内を流通する圧力流体
（例えば、エアー、液体等）が前記流体通路に臨むゴム
チューブの外壁面に直接的に作用する。このため、ゴム
チューブの耐久性が劣化して早期交換が必要になるとと
もに、ゴムチューブの疲労により応答特性が悪化すると
いう問題がある。

【０００７】本発明は、前記の問題点に鑑みてなされた
ものであり、チューブ部材の耐久性を向上させ、しかも
良好な応答特性を保持することが可能な流体圧バルブを
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、圧力流体が導入される第１ポートと、
圧力流体が導出される第２ポートと、前記第１ポートと
第２ポートとを連通させる連通路とが設けられたバルブ
本体と、前記バルブ本体内に配設され、パイロットポー
トを介して導入される圧力流体の作用に軸線方向に沿っ
て収縮する弾性体からなるチューブ部材と前記チューブ
部材に連動して変位する弁体とを含むバルブ駆動機構
と、を備え、前記バルブ駆動機構は、前記チューブ部材
を囲繞することにより前記連通路を流通する圧力流体が
チューブ側に向かって進入することを遮断する保護部材
と、前記弁体の変位に伴って撓曲し前記保護部材とチュ
ーブ部材との間に形成された間隙内に圧力流体が進入す
ることを阻止する可撓性部材とが設けられることを特徴
とする。

【０００９】この場合、前記バルブ駆動機構を、ハウジ
ング内に配設された単体で構成し、また、ハウジングの
室内の一方に配設された第１バルブ駆動機構と、ハウジ
ングの室内の他方に配設された第２バルブ駆動機構とに
よって構成するとよい。

【００１０】その際、前記第１バルブ駆動機構にパイロ
ット圧を供給する第１パイロット弁と、前記第２バルブ
駆動機構にパイロット圧を供給する第２パイロット弁と
をそれぞれ設け、前記第１および第２パイロット弁を、
それぞれ制御部から導出される制御信号（例えば、ＰＷ
Ｍ制御信号）によってオン・オフ制御するとよい。

【００１１】あるいは、前記第１バルブ駆動機構に第１
パイロット通路を介してパイロット圧を供給する第１パ
イロット弁と、前記第２バルブ駆動機構に第２パイロッ
ト通路を介してパイロット圧を供給する第２パイロット
弁と、前記第１パイロット通路から分岐する第１分岐通
路を介して接続される第３パイロット弁と、前記第２パ
イロット通路から分岐する第２分岐通路を介して接続さ
れる第４パイロット弁とをそれぞれ設け、前記第１乃至
第４パイロット弁を、それぞれ制御部から導出される制
御信号（例えば、ＰＷＭ制御信号）によってオン・オフ
制御するとよい。

【００１２】本発明によれば、バルブ本体の連通路を流
通する圧力流体が保護部材および可撓性部材によって遮
断されてチューブ部材側に向かって進入することが阻止
される。また、前記チューブ部材に連動する弁体の変位
に伴って可撓性部材が撓曲する。従って、バルブ本体の
連通路を流通する圧力流体がチューブ部材に直接的に作
用することが阻止されるため、該チューブ部材の耐久性
が向上する。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明に係る流体圧バルブについ
て好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら
以下詳細に説明する。

【００１４】図１において、参照数字１０は、本発明の
第１の実施の形態に係る流体圧バルブの概略構成図であ
る。

【００１５】この流体圧バルブ１０は、第１ポート１２
および第２ポート１４が形成されたケーシング（バルブ
本体）１６と、前記ケーシング１６内に設けられたバル
ブ駆動機構２０と、前記バルブ駆動機構２０に圧力流体
（例えば、エアー）を供給する三方弁からなるパイロッ
ト弁２２とから構成される。

【００１６】前記バルブ駆動機構２０はハウジング２４
を有し、前記ハウジング２４には、第１ポート１２に連
通して圧力流体が供給される圧力流体供給ポート２６
と、第２ポート１４に連通して外部に圧力流体が排出さ
れる圧力流体排出ポート２８と、前記パイロット弁２２
に連通してパイロット圧が供給されるパイロットポート
３０とが設けられる。なお、前記ハウジング２４の内部
には、前記圧力流体供給ポート２６と前記圧力流体排出
ポート２８とを連通させる連通路２９が形成されてい
る。

【００１７】また、前記バルブ駆動機構２０は、圧力流
体供給ポート２６に近接する部位に膨出形成された着座
部３２に着座する弁体３４と、軸線方向に沿った一端部
が前記弁体３４に連結されその収縮力の作用下に該弁体
３４を着座部３２に対して進退動作させるチューブ部材
３６と、前記チューブ部材３６の外周面を被覆し、網状
の繊維コードからなるスリーブ部材３８とを有する。

【００１８】さらに、前記バルブ駆動機構２０は、前記
チューブ部材３６の外周面から所定間隔離間する略円筒
状に設けられ、軸線方向に沿った一端部がハウジング２
４の内壁面に固着された保護部材４０と、前記弁体３４
の上面とチューブ部材３６の底面部との間に固着され、
その周縁部が保護部材４０の軸線方向に沿った他端部に
固着されたダイヤフラム（可撓性部材）４２とを含む。

【００１９】前記弁体３４およびチューブ部材３６は、
例えば、ゴム等の弾性材料によって形成され、前記ダイ
ヤフラム４２は、例えば、ゴムまたは合成樹脂等の可撓
性材料によって形成される。前記保護部材４０は、例え
ば、金属等の剛性を有する材料によって形成されると好
適である。なお、弁体３４とダイヤフラム４２とを、例
えば、ゴムまたは樹脂製材料によって、それぞれ一体的
に形成してもよい。

【００２０】チューブ部材３６は、中空状の一端部が底
面部によって閉塞された有底筒状に形成され、内部には
パイロットポート３０を介して圧力流体が供給される室
４４が形成される。前記室４４内に圧力流体が供給され
て該チューブ部材３６の内壁面に内圧が付与されること
により、弾性材料によって形成されたチューブ部材３６
の側周部が径方向に拡径するとともに、軸線方向に沿っ
て収縮するように設けられている。

【００２１】なお、スリーブ部材３８によって被覆され
たチューブ部材３６と保護部材４０との間には間隙が形
成され、前記間隙は、ダイヤフラム４２によって連通路
２９から遮断されているとともに、ハウジング２４に形
成された貫通する呼吸ポート４６を介して外部と連通す
るように設けられている。この場合、前記呼吸ポート４
６を介して間隙内のエアーが出入自在に設けられてい
る。

【００２２】本発明の第１の実施の形態に係る流体圧バ
ルブ１０は、基本的には以上のように構成されるもので
あり、次にその動作並びに作用効果について説明する。

【００２３】図１に示されるように、弁体３４が着座部
３２に着座する弁閉状態において、ソレノイドの励磁作
用下にパイロット弁２２の弁位置をオフ位置からオン位
置に切り換える。パイロット弁２２の弁位置がオン位置
に切り換わることにより、パイロット圧がパイロットポ
ート３０を介してチューブ部材３６の室４４内に導入さ
れ、チューブ部材３６が加圧される。前記チューブ部材
３６は、径方向に向かって膨出して拡径するとともに、
軸線方向に沿った長さが短くなるように収縮する。

【００２４】従って、前記チューブ部材３６の軸線方向
に沿って収縮力が発生することにより、該チューブ部材
３６の軸線方向に沿った一端部に固着された弁体３４が
上方に向かって変位して着座部３２から離間し、連通路
２９を介して圧力流体供給ポート２６と圧力流体排出ポ
ート２８とが連通する（図２参照）。この結果、ケーシ
ング１６の第１ポート１２から導入された圧力流体は、
ハウジング２４の圧力流体供給ポート２６と圧力流体排
出ポート２８とを連通させる連通路２９を介して第２ポ
ート１４から排出される。

【００２５】なお、パイロット弁２２の弁位置をオン位
置からオフ位置に切り換えてパイロットポート３０を大
気開放状態とすることにより、チューブ部材３６の室４
４内に対するパイロット圧の供給が停止するとともに減
圧されて、該チューブ部材３６が図１に示す原形状に復
帰する。

【００２６】チューブ部材３６の収縮作用下に弁体３４
が上方に向かって変位する際、前記弁体３４の変位動作
に対応してダイヤフラム４２が撓曲（変形）するために
チューブ部材３６と保護部材４０との間隙に圧力流体が
進入することがなく、チューブ部材３６に連動して弁体
３４を円滑に変位させることができる。

【００２７】また、パイロット圧が供給されるチューブ
部材３６の室４４内における受圧面積を大きく設定する
ことができるため、チューブ部材３６の収縮量を大きく
して弁体３４の変位量を大きくすることができる。

【００２８】さらに、チューブ部材３６の外周側に該チ
ューブ部材３６の外周面を囲繞する保護部材４０を設け
ることにより、連通路２９を流通する圧力流体が剛性を
有する保護部材４０によって遮断されているため、前記
圧力流体がチューブ部材３６に直接的に作用することが
阻止される。この結果、チューブ部材３６の耐久性を向
上させ、長期間使用した場合であっても良好な応答特性
を保持することができる。

【００２９】このように第１の実施の形態では、弁体３
４の変位量が大きく大流量の圧力流体を流通させること
ができるとともに、小型軽量な流体圧バルブ１０を得る
ことができる。

【００３０】次に、本発明の第２の実施の形態に係る流
体圧バルブ５０を図３に示す。なお、以下の実施の形態
において、第１の実施の形態に係る流体圧バルブ１０と
同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細
な説明を省略する。

【００３１】この第２の実施の形態に係る流体圧バルブ
５０では、圧力流体供給ポート２６が形成されたハウジ
ング２４の一方側に第１バルブ駆動機構２０ａを配設す
るとともに、排気ポート５２が形成されたハウジング２
４の他方側に第２バルブ駆動機構２０ｂを配設し、前記
圧力流体供給ポート２６と排気ポート５２との間に圧力
流体排出ポート２８を設けている。

【００３２】この場合、前記第１バルブ駆動機構２０ａ
は給気弁として機能し、第２バルブ駆動機構２０ｂは排
気弁として機能するものであり、前記第１バルブ駆動機
構２０ａおよび／または第２バルブ駆動機構２０ｂをそ
れぞれ適宜付勢・滅勢してオン／オフ制御することによ
り、圧力流体排出ポート２８から所望の圧力値からなる
圧力流体を導出することができる。

【００３３】また、前記流体圧バルブ５０では、第１バ
ルブ駆動機構２０ａのパイロットポート３０ａにパイロ
ット圧を供給する第１パイロット弁２２ａと、第２バル
ブ駆動機構２０ｂのパイロットポート３０ｂにパイロッ
ト圧を供給する第２パイロット弁２２ｂとがそれぞれ配
設され、前記第１パイロット弁２２ａおよび第２パイロ
ット弁２２ｂは、制御部５４から導出される制御信号に
よって弁位置がそれぞれ切り換わるように設けられてい
る。

【００３４】さらに、前記流体圧バルブ５０では、ハウ
ジング２４の内部に形成された室５６内を流通する圧力
流体の圧力値を検出する圧力センサ５８が設けられてい
る。前記圧力センサ５８の検出信号は制御部５４に導入
され、前記制御部５４では、図示しない入力手段によっ
て設定された設定信号と検出信号とを比較し、その偏差
が零となるように第１および第２パイロット弁２２ａ、
２２ｂにそれぞれオン／オフ信号からなる制御信号を適
宜導出することにより、フィードバック制御がなされ
る。

【００３５】この結果、流体圧バルブ５０では、設定信
号に比例して圧力値が制御された圧力流体を圧力流体排
出ポート２８から導出することができる。

【００３６】次に、本発明の第３の実施の形態に係る流
体圧バルブ６０を図４に示す。

【００３７】この第３の実施の形態に係る流体圧バルブ
６０では、ハウジング２４の第１および第２パイロット
ポート３０ａ、３０ｂに連通する第１および第２パイロ
ット通路６２ａ、６２ｂを介して、第１および第２バル
ブ駆動機構２０ａ、２０ｂに対してパイロット圧を供給
する第１および第２パイロット弁６４ａ、６４ｂをそれ
ぞれ設け、前記第１および第２パイロット通路６２ａ、
６２ｂからそれぞれ分岐する第１および第２分岐通路６
６ａ、６６ｂを介して第３および第４パイロット弁６４
ｃ、６４ｄが設けられている。

【００３８】前記第１乃至第４パイロット弁６４ａ〜６
４ｄは、それぞれ、同一構成からなる２ポートのオン／
オフ弁が採用され、制御部５４から導出される制御信号
によってそれぞれオン／オフ動作するように設けられて
いる。第１および第２パイロット弁６４ａ、６４ｂに
は、それぞれ圧力流体供給源が接続され、第３および第
４パイロット弁６４ｃ、６４ｄは、大気に接続されてい
る。

【００３９】このように第１乃至第４パイロット弁６４
ａ〜６４ｄから構成される４個のパイロット弁を用い、
前記第１乃至第４パイロット弁６４ａ〜６４ｄをそれぞ
れＰＷＭ制御することにより、チューブ部材３６に連結
された弁体３４の変位量を高精度に制御することができ
る。

【００４０】例えば、第１バルブ駆動機構２０ａの弁体
３４を弁閉状態から弁開状態に切り換えるためには、第
３パイロット弁６４ｃを何ら付勢することがなくオフ位
置に保持した状態において、制御部５４からＰＷＭ制御
信号（パルス信号）を第１パイロット弁６４ａに対して
送給する。圧力流体供給源に接続された第１パイロット
弁６４ａは、パルス幅変調された周期に基づいてオン位
置とオフ位置とが相互に連続して繰り返されるオン／オ
フ制御により、所定のパイロット圧がチューブ部材３６
の室４４内に供給され、該チューブ部材３６に所定の内
圧が付与される。従って、パイロット圧によってチュー
ブ部材３６が軸線方向に収縮することにより弁体３４が
着座部３２から離間して弁閉状態から弁開状態に切り換
わる。

【００４１】一方、第１バルブ駆動機構２０ａの弁体３
４を弁開状態から弁閉状態に切り換えるためには、第１
パイロット弁６４ａをオフ位置に保持した状態におい
て、制御部５４からＰＷＭ制御信号（パルス信号）を第
３パイロット弁６４ｃに対して送給する。第３パイロッ
ト弁６４ｃでは、パルス幅変調された周期に基づいてオ
ン位置とオフ位置とが相互に連続して繰り返されるオン
／オフ制御により、大気開放状態と大気開放遮断状態と
が相互に連続して繰り返される。従って、チューブ部材
３６内のパイロット圧が減少してチューブ部材３６が軸
線方向に伸張することにより弁体３４が変位して着座部
３２に着座することによって、弁開状態から弁閉状態に
切り換わる。

【００４２】換言すると、第１および第２バルブ駆動機
構２０ａ、２０ｂをそれぞれ弁閉状態から弁開状態に切
り換えるために第１および第２パイロット弁６４ａ、６
４ｂを使用し、一方、弁開状態から弁閉状態に切り換え
るために第３および第４パイロット弁６４ｃ、６４ｄを
使用している。

【００４３】このように、第３の実施の形態では、第１
乃至第４パイロット弁６４ａ〜６４ｄのオン位置とオフ
位置とをＰＷＭ制御した場合に、ある特定の周波数にお
いてチューブ部材３６が追従して振動が発生することを
阻止することができる。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、以下の効果が得られ
る。

【００４５】すなわち、バルブ本体の連通路を流通する
圧力流体が保護部材および可撓性部材によって遮断され
ることにより、バルブ本体の連通路を流通する圧力流体
がチューブ部材に直接的に作用することが阻止される。
この結果、チューブ部材の耐久性を向上させ、長期間使
用した場合であっても、良好な応答特性を保持すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る流体圧バルブ
の概略構造図である。

【図２】図１の弁閉状態から弁体が変位して弁開状態に
切り換わった状態を示す概略構造図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係る流体圧バルブ
の概略構造図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態に係る流体圧バルブ
の概略構造図である。

【図５】ラバチュエータの概略構成斜視図である。

【図６】図５に示すラバチュエータの通常状態の側面図
である。

【図７】図５に示すラバチュエータの加圧状態の側面図
である。

【符号の説明】

１０、５０、６０…流体圧バルブ １６…ケーシング ２０、２０ａ、２０ｂ…バルブ駆動機構 ２２、２２ａ、２２ｂ、６４ａ〜６４ｄ…パイロット弁 ２４…ハウジング ２６…圧力流体供
給ポート ２８…圧力流体排出ポート ３０、３０ａ、３０ｂ…パイロットポート ３４…弁体 ３６…チューブ部
材 ３８…スリーブ部材 ４０…保護部材 ４２…ダイヤフラム ４４、５６…室 ５２…排気ポート ５４…制御部 ５８…圧力センサ ６２ａ、６２ｂ…
パイロット通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H002 BB05 BC02 BD01 3H056 AA02 BB37 CA07 CB03 CB07 CC02 CD04 EE06 GG16 3H067 AA32 BB08 BB14 CC22 DD07 DD13 DD33 FF30 GG25 3H081 AA15 AA18 BB01 BB03 CC24

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧力流体が導入される第１ポートと、圧力
   流体が導出される第２ポートと、前記第１ポートと第２
   ポートとを連通させる連通路とが設けられたバルブ本体
   と、 前記バルブ本体内に配設され、パイロットポートを介し
   て導入される圧力流体の作用に軸線方向に沿って収縮す
   る弾性体からなるチューブ部材と前記チューブ部材に連
   動して変位する弁体とを含むバルブ駆動機構と、 を備え、前記バルブ駆動機構は、前記チューブ部材を囲
   繞することにより前記連通路を流通する圧力流体がチュ
   ーブ側に向かって進入することを遮断する保護部材と、
   前記弁体の変位に伴って撓曲し前記保護部材とチューブ
   部材との間に形成された間隙内に圧力流体が進入するこ
   とを阻止する可撓性部材とが設けられることを特徴とす
   る流体圧バルブ。
2. 【請求項２】請求項１記載の流体圧バルブにおいて、 前記バルブ駆動機構は、ハウジング内に配設された単体
   からなることを特徴とする流体圧バルブ。
3. 【請求項３】請求項１記載の流体圧バルブにおいて、 前記バルブ駆動機構は、ハウジングの室内の一方に配設
   された第１バルブ駆動機構と、ハウジングの室内の他方
   に配設された第２バルブ駆動機構とからなり、前記第１
   バルブ駆動機構にパイロット圧を供給する第１パイロッ
   ト弁と、前記第２バルブ駆動機構にパイロット圧を供給
   する第２パイロット弁とがそれぞれ設けられ、前記第１
   および第２パイロット弁は、それぞれ制御部から導出さ
   れる制御信号によってオン・オフ制御されることを特徴
   とする流体圧バルブ。
4. 【請求項４】請求項１記載の流体圧バルブにおいて、 前記バルブ駆動機構は、ハウジングの室内の一方に配設
   された第１バルブ駆動機構と、ハウジングの室内の他方
   に配設された第２バルブ駆動機構とからなり、前記第１
   バルブ駆動機構に第１パイロット通路を介してパイロッ
   ト圧を供給する第１パイロット弁と、前記第２バルブ駆
   動機構に第２パイロット通路を介してパイロット圧を供
   給する第２パイロット弁と、前記第１パイロット通路か
   ら分岐する第１分岐通路を介して接続される第３パイロ
   ット弁と、前記第２パイロット通路から分岐する第２分
   岐通路を介して接続される第４パイロット弁とがそれぞ
   れ設けられ、前記第１乃至第４パイロット弁は、それぞ
   れ制御部から導出される制御信号によってオン・オフ制
   御されることを特徴とする流体圧バルブ。