JP2010242969A - 弁アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】弁の摩耗ないしはそれによる弁タイミングの変化などの不都合を解消できる弁アセンブリを提供すること。
【解決手段】 弁アセンブリ１５は弁穴３２を有する弁本体３４を有する。弁部材３６は、弁穴３２内に第一および第二係止位置間で摺動可能に配置される。弁部材３６の第一および第二弁要素７６，７８は、弁部材３６の長手方向軸に対して等角度とされた第一および第二シール面８０，８２を有する。第一および第二シール面８０，８２のそれぞれは、円錐状の第一および第二弁座面１１２，１１４と略平行とされる。弁部材３６の第一係止位置で、第一シール面８０が第一弁座面１１２に当接すると同時に、第二シール面８２が第二弁座面１１４に当接するように、第一および第二弁座面１１２，１１４は長手方向軸に対して等角度とされ、調節可能な間隔を有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は弁アセンブリに関し、摺動する弁部材および複数の弁部材シールを有するポペット弁などの弁アセンブリに関する。

以下に本発明の背景技術を説明するが、以下の説明は必ずしも本発明の先行技術ではない。

従来、圧搾空気または流体の流量を制御するために空気圧式の弁アセンブリが公知である。現在、関連技術において数多くの用途で用いられる空気圧式弁の一種は、一般にポペット弁として知られている。
ポペット弁には、流体動力システム全体の一部分として、パイロット操作型空気圧式弁と関連する特定の用途がある。通常のポペット弁構成の１つでは、弁本体内に所定位置間で移動可能に支持される弁部材を備える。これらの位置は一般に弁穴内の弁座の配置により規定される。弁部材は、弁座と係合する弁要素を有する。

弁部材の一定のストロークを確保するため、および弁部材のストロークによる弁の寿命を維持するために、弁座と弁部材との相互作用の性質について考慮することが必要である。
関連する技術において、一般に使用される弁座は、通常、直角カットまたは９０度の角面を含む。対応する弁要素は、通常、略円錐状または角度を付けて形成された弁シール面を含む。

多くの場合、弁要素は弾性材でオーバーモールドまたは被覆され、弁部材が直角カットされた弁座と当接する際のシール効果を向上させ、弁部材に若干のクッション性を提供する。
弁座の直角カットされた９０度角部は、弁の作動中、ポペット弁要素に深く突き刺さることができる。突き刺さるにつれて、弁要素に加えられた力は弁シール面の全面に広がる。
このシール相互作用は、始めは、弁要素のシール面にオーバーモールドされた材料が、弁座の縁部を押す際に若干内側へたわみ、それにより弁座周りにリングシールを形成するので、結果として良好なシール機能が得られる傾向にある。

特表２００５−５１２２２２号公報

しかし、このシール効果は、シール材料を繰り返し変形させ、例えば、弁が閉鎖する作業毎に、直角切断された弁座に対して弁座位置まで弁部材が変位する際にシール材料を切削し、最終的には損傷させることにより、弁が繰り返し作動される際に摩耗を生じる。
シール材料に恒久的な変形が始まり、それにより切削が進むと、アクチュエータは、弁をシールするためのストロークを徐々に長くとらざるを得ない。弁ストロークがこのように継続して延びてゆくと、弁作動のタイミングに対して動的変化を起こし、実行される作業の質を低下させる。
弁ストロークの変化による弁タイミング作動の変化は、プロセスを不正確および不一致にし、最終的には弁交換が必要となる。さらに、弁シール材料の変形および切削により漏れが生じる可能性があり、しばしば、シール材料の破片が空気圧流路下流に入ることになる。
本発明の目的は、前述した弁の摩耗ないしはそれによる弁タイミングの変化などの不都合を解消できる弁アセンブリを提供することにある。

以下に本発明の概要を説明するが、これらは本発明の全範囲または全特徴を包含的に開示するものではなく、本発明はこれに制約されるものではない。

本発明のポペット弁のいくつかの実施形態によれば、弁アセンブリは弁穴を有する弁本体を含む。弁部材は、弁穴内に第一および第二係止位置間で摺動可能に配置される。弁部材に接続されかつ径方向に延出する第一および第二弁要素は、弁部材の長手方向軸に対して等角度に延びる第一および第二シール面を有する。第一および第二シール面はそれぞれ、円錐状の第一および第二弁座面と略平行に延びる。弁部材の第一係止位置で同時に、第一シール面が第一弁座面に当接し、第二シール面が第二弁座面に当接するように、第一および第二弁座面は長手方向軸に対して等角度に延びる。

すなわち、本発明は、弁穴を有する弁本体と、前記弁穴内に配置されて第一および第二係止位置間で摺動自在な弁部材と、前記弁部材に接続されかつ径方向に延出するとともに前記弁部材の長手方向軸に対して等角度で延びる第一および第二シール面を有する第一および第二弁要素と、を備える弁アセンブリであって、前記第一および第二シール面はそれぞれ、円錐状の第一および第二弁座面と略平行とされ、前記第一および第二弁座面は、前記弁部材の第一係止位置で、前記第一シール面が前記第一弁座面に当接すると同時に、前記第二シール面が前記第二弁座面に当接するように、長手方向軸に対して等角度とされ、かつ調整可能な間隔を有することを特徴とする。

他の実施形態によれば、弁アセンブリは、流体源と流体連通する入口を有する弁本体と、弁本体内部で軸方向に延出する弁穴と、第一および第二出口ポートと、を含む。弁部材は、弁穴内に第一および第二係止位置間で摺動可能に配置される。弾性を有しかつ径方向に延出する第一および第二弁要素は弁部材に接続され、第一弁要素は第一シール面を有し、第二弁要素は第二シール面を有する。第一および第二シール面は、弁部材の長手方向軸に対して等角度とされる。第一シール面は円錐状第一弁座面と当接可能とされ、第二シール面は円錐状第二弁座面と当接可能とされる。第一および第二弁座面は、第一および第二シール面に略平行とされる。第一および第二弁座面間の間隔は、第一および第二シール面間の間隔と等しくされて、第一係止位置における第一弁要素と第一弁座面間、および第二弁要素と第二弁座面間を同時に当接させる。

すなわち、本発明は、軸方向に延出する弁穴を有する弁本体と、前記弁穴内に配置されて第一および第二係止位置間で摺動可能な弁部材と、前記弁部材に接続される第一および第二弁要素と、を備える弁アセンブリであって、前記第一弁要素は第一シール面を有し、前記第二弁要素は第二シール面を有し、前記第一および第二シール面は前記弁部材の長手方向軸に対して等角度で延び、円錐状の第一弁座面と当接するように構成された前記第一シール面は第一周辺当接表面面積を規定し、円錐状の第二弁座面と当接するように構成された前記第二シール面は第一周辺当接表面面積と等しい第二周辺当接表面面積を規定し、前記第一および第二弁座面は前記第一および第二シール面に略平行に延び、前記第一および第二弁座面間の間隔は前記第一および第二シール面間の間隔と等しく、前記第一シール面と前記第一弁座面とおよび前記第二シール面と前記第二弁座面とを前記第一係止位置において同時に当接させることを特徴とする。

さらなる実施形態によると、弁アセンブリは弁穴を有する弁本体を含む。弁部材は、弁穴内に第一および第二係止位置間で摺動可能に配置される。第一および第二弁要素は弁部材に接続される。第一弁要素は第一シール面を有し、第二弁要素は第二シール面を有する。第一および第二シール面は、弁部材の長手方向軸に対して等角度とされる。第一弁要素はさらに第三シール面を有し、第二弁要素はさらに第四シール面を有する。第三および第四シール面は、第一および第二シール面の鏡像関係にある。第一および第二シール面のそれぞれは、円錐状の第一および第二弁座面と略平行とされる。弁部材の第一係止位置で同時に、第一シール面が第一弁座面に当接し、第二シール面が第二弁座面に当接するように、第一および第二弁座面は長手方向軸に対して等角度になされ、調節可能な間隔を有する。第三および第四シール面のそれぞれは、円錐状の第三および第四弁座面と略平行とされる。弁部材の第二係止位置で同時に、第三シール面が第三弁座面に当接し、第四シール面が第四弁座面に当接するように、第三および第四弁座面は長手方向軸に対して等角度とされる。

すなわち、本発明は、弁穴を有する弁本体と、弁穴内に配置されて第一および第二係止位置間で摺動可能な弁部材と、前記弁部材に接続されかつ弾性を有する第一および第二弁要素と、を備える弁アセンブリであって、前記第一弁要素は第一シール面を有し、前記第二弁要素は第二シール面を有し、前記第一および第二シール面は前記弁部材の長手方向軸に対して略等角度とされ、前記第一弁要素はさらに第三シール面を有し、前記第二弁要素はさらに第四シール面を有し、前記第三および第四シール面は前記第一および第二シール面と鏡像関係にあり、前記第一および第二シール面はそれぞれ、円錐状の第一および第二弁座面と略平行とされ、前記弁部材の第一係止位置で同時に、第一シール面が第一弁座面に当接し、第二シール面が第二弁座面に当接するように、第一および第二弁座面は長手方向軸に対して等角度にされ、第三および第四シール面はそれぞれ、円錐状の第三および第四弁座面と略平行とされ、前記弁部材の第二係止位置で、第三シール面が第三弁座面に当接すると同時に、第四シール面が第四弁座面に当接するように、第三および第四弁座面の双方は長手方向軸に対して等角度とされることを特徴とする。

本発明のさらなる利用分野は、以下に示される記載から明らかになるであろう。この概要における説明および特定の実施形態は、説明のためのみであり、本発明の範囲を限定するものではない。

本発明の一実施形態であるパイロット操作型ポペット弁の、図５の切断面１で切り取った断面正面図。 図１の弁アセンブリの断面正面図。 弁部材第二係止位置を示すよう変形された図１と同様の断面正面図。 図２の領域４の断面正面図。 本発明のパイロット操作型ポペット弁の左正面斜視図。 図２を変形し、さらにオーバーモールド成形されたセンタリングシールを含む弁アセンブリの断面正面図。

添付の図面を参照して、より詳細に実施形態を説明する。
なお、本明細書における図面は、選択された実施形態の図解のためのみであり、全ての可能な実施のためではなく、本発明の範囲を限定するものではない。
また、図面のいくつかの図を通じ対応する符号は対応する部分を示す。

以下の説明は、当業者に本発明の詳細および発明範囲を十分伝えるために、その実施形態を示すものである。
本発明に関する特定部品、装置および方法の例として多くの特定の詳細が記載され、本発明の実施形態を完全に理解させる。特定の詳細が用いられる必要はないこと、実施形態は多くの異なる形状で具現化可能なこと、およびどちらも発明の範囲を限定するものと解釈すべきでないことは、当業者にとって自明であろう。いくつかの実施形態において、公知のプロセス、公知の装置構造、および公知の技術は詳細には記載されない。
本明細書で用いられる技術は、特定の実施形態を記載するためのみであり、限定的であることを意図しない。本明細書で使用される際、単数で表記されたものは、明示されていない限り複数の場合も含むことを意図する。用語「備える」、「備えて」、「含んで」および「有して」は包括的であり、述べられた特徴、整数、工程、操作、要素、および／または部品の存在を特定する。しかし、１以上の特徴、整数、工程、操作、要素、部品および／または群の存在または追加を排除するものではない。本明細書で記載される方法工程、プロセスおよび操作は、実行順序として詳細に特定されない限り、必ずしも記載または図示された特定の順序で実行を要するものと解釈されるべきではない。追加工程または代替工程が用いられてもよいことも理解されるであろう。

要素または層が、他の要素または層「の上に」ある、「に係合する」、「に接続する」または「に連結する」と記される場合、この要素または層は直接に他の要素または層上にあるか、係合、接続、または連結してもよい。または、介在要素または層があってもよい。一方、要素が、他の要素または層「の直接上にある」、「に直接係合する」、「に直接接続する」または「に直接連結する」と記される場合、介在要素または層は存在しなくてよい。要素同士の関係を説明するのに使用される他の文言（例えば、「の間に」と「直接…の間に」、「隣接して」と「直接隣接して」など）は、同様に解釈されるべきである。本明細書で用いられる際、用語「および／または」は１以上の関連づけられたリスト項目の全ての組み合わせを含む。
第一、第二、第三等の用語が各種要素、部品、領域、層および／または切断面を説明するために本明細書で使用されるが、これらの要素、部品、領域、層および／または切断面はこれらの用語により限定されるものではない。これらの用語は、ある要素、部品、領域、層および／または切断面を他の領域、層または切断面から区別するためにのみ使用されてもよい。本明細書で使用される際の「第一」「第二」のような用語および他の数に関する用語は、文脈で明示されない限り、配列または順序を意味しない。したがって、下記で論じられる第一要素、部品、領域、層および／または切断面は、実施形態の教示から逸脱することなく第二要素、部品、領域、層および／または切断面と称されることも可能である。
「インナー」、「アウター」、「真下に」、「下に」、「下側の」「上に」、「上部に」等のような空間的に相対的な用語が、図示する際、ある要素または特徴と他の要素または特徴との関係の記載を容易にするために、本明細書で使われてもよい。空間的に相対的な用語は、図示される向きに加えて、使用時または操作時における装置の異なる向きを包含するとしてもよい。例えば、図の装置がひっくり返ると、他の要素または特徴の「下に」または「真下に」と記載される要素は、他の要素または特徴の「上に」置かれるだろう。このように、例示の用語「下に」は上と下両方への向きを包含することが可能である。装置は他方向に向かされてもよい（９０度回転または他の向きに）。本明細書で使用される空間関連記述子は適宜解釈される。

図１において、切替弁１０は、本発明に係る弁アセンブリ１５と、電磁弁本体１４に接続される電磁操作部１２を有するパイロット電磁弁１１とを備え、パイロット電磁弁１１は弁アセンブリ１５に取り外し可能に接続される。本実施形態では切替弁１０を四方弁としているが、本発明は四方弁に限定されるものではなく、三方弁および他の構成の弁も含む。
電磁弁本体１４は、第一排気口１６、軸方向穴１８、第一ポート２０、第二ポート２２、第三ポート２４および第二排気口２６を含む。第三ポート２４は、パイロット電磁弁１１において圧搾空気を受ける入口として機能する。

電磁操作部１２が非通電状態にあるとき、軸方向穴１８に摺動自在に配されるソレノイド部材２８は、第三ポート２４で受けられた圧搾空気を第一ポート２０から弁本体３４の弁穴３２の第一穴部３０に送るように配置される。これにより弁部材３６が弁部材第一変位方向Ａに摺動する。また、この非通電状態では、第二ポート２２が第一排気口１６に連通され、第二穴部３８を外気に開放する。
弁部材３６を逆向きの第二変位方向Ｂに移動させるために、電磁操作部１２に通電されると、ソレノイド部材２８をソレノイド部材変位方向Ｃへ摺動的に変位させ、第三ポート２４を第二ポート２２に連通させ、圧搾空気を第二穴部３８に案内し、弁部材３６を弁部材第二変位方向Ｂへ摺動させる。また、電磁操作部１２が通電されると、第二排気口２６が第一ポート２０と連通され、第一穴部３０を外気に開放する。

電磁コイル４０が通電されると、電機子４２が軸方向に変位され、接点部材４４に当接して移動させ、ソレノイド部材２８を方向Ｃに変位させる。電磁コイル４０が通電されない場合、付勢部材４６のばね力により、ソレノイド部材２８、接点部材４４および電機子４２がソレノイド部材変位方向Ｄに戻る。極片４８は、接点部材４４を摺動可能に収納し、付勢部材５０のばね力に抗して変位し、電機子４２および／または接点部材４４の変位エネルギーを吸収可能である。
弁本体３４と電磁弁本体１４とは、第一端部５２を用いて連結してもよい。第二端部５４は、弁本体３４の反対側端部に取り外し可能に接続され、弁組み立て過程でアクセスのために使用され、弁穴３２中の弁部材３６にアクセスが必要なら弁組み立て終了後に取り外され、切替弁１０のタイミングおよび操作のために必要に応じて調整を行なう。

第一ポート２０は、弁本体３４の第一流路５６、第二端部５４の二方向穴５８、および第一端部５２の第一移送通路５９に接続され、圧搾空気を第一穴部３０の内部または外に導く。第三ポート２４は、第一端部５２の第二移送通路６０および弁本体３４の第二流路６２に接続され、流体入口６４を介して受けられた圧搾空気をパイロット電磁弁１１に導く。

切替弁１０はさらに、圧搾空気６５のような気体または流体をパイロット電磁弁１１および弁アセンブリ１５の両方に供給する流体源と流体連通する流体入口６４を有する弁本体３４と、弁本体３４内部で軸方向に延出する弁穴３２と、少なくとも１つの出口とを備える。圧搾空気６５は、パイロット電磁弁１１および弁アセンブリ１５の操作に適する任意の液体または気体（圧縮空気、不活性ガス等）であってよい。少なくとも１つの出口は、第一出口６６および第二出口６８を備える。第一排気口７０および第二排気口７２も弁本体３４に設けられる。弁部材３６は、弁本体３４の長手方向軸７４と同一軸上で、所定の第一および第二係止位置の間で、軸方向かつ摺動自在に弁穴３２中に配置され、入口６４からの圧搾空気６５の流れを弁穴３２から第一出口６６または第二出口６８の１つに選択的に導くように構成される。

第一弁要素７６および第二弁要素７８は、例えばオーバーモールドされた弾性材要素として弁部材３６に接続されたものであり、径方向に延出するとともに、弁部材３６の長手方向軸７４に対して等角度とされた第一シール面８０および第二シール面８２を有する。第一弁要素７６および第二弁要素７８は、軸方向に離隔配置され、両方を同時に、弁穴３２に延出する第一弁座８４および第二弁座８６に当接可能とする、第一係止位置を規定する。第一弁座８４は、第一螺合接続部９０を用いて弁穴３２に配置される第一アダプタ８８から一体的に延出する。
第二弁座８６は、第二螺合接続部９４を用いて弁穴３２に配置される第二アダプタ９２から一体的に延出する。第一螺合接続部９０および第二螺合接続部９４により、第一弁座８４および第二弁座８６を軸方向調整可能とする。
図２および図３において、第一弁要素７６および第二弁要素７８は、弁本体３４に一体に接続される第三弁座９６および第二アダプタ９２から一体に延出する第四弁座９８にも当接可能である。

図２を参照して、第一アダプタ８８および第二アダプタ９２は、弁穴３２内で、弁部材３６および弁本体３４の間に軸方向に調節可能に配置され、弁部材３６を摺動自在に収納するように構成される。
本実施形態においては、第一アダプタ８８および第二アダプタ９２の双方は、軸方向に移動可能で、第二弁座８６に対する第一弁座８４の位置を軸方向に調節することができる。または、固定された位置の第三弁座９６に対する第四弁座９８の位置を軸方向に調整する。第一アダプタ８８および第二アダプタ９２は、それぞれ第一アダプタ８８および第二アダプタ９２の外周と弁本体３４の内壁との間に配置された１個以上のシール部材９９を含むことができる。本実施形態において、シール部材９９、９９'は第一アダプタ８８に備えられ、シール部材９９''、９９'''および９９''''は第二アダプタ９２に備えられる。シール部材９９はＯリングまたはガスケットであってよく、第一穴部３０および第二穴部３８の圧搾空気６５と弁穴３２との間に流体境界を形成するように構成される。

弁アセンブリ１５は、例えば、留め具（図示せず）を使って弁本体３４に取り外し可能に接続される第一端部５２および第二端部５４を有する。
第一ピストン１００および第二ピストン１０２は、弁部材３６の対向する端部に形成される。弁部材３６の摺動摩擦を最小限にするために、第一ピストン１００および第二ピストン１０２と、第一アダプタ８８および第二アダプタ９２に形成される第一シリンダ壁１０４および第二シリンダ壁１０６それぞれとの間でのみ、摺動当接がなされる。弁部材３６の摺動摩擦をさらに最小限にするために、第一ピストン１００および第二ピストン１０２のそれぞれは１つの穴シールを有し、第一ピストン１００および第二ピストン１０２それぞれの周方向に形成されたスロット１０９および１１１に配置される第一穴シール１０８および第二穴シール１１０と表される。

第一穴シール１０８および第二穴シール１１０はそれぞれ第一シリンダ壁１０４および第二シリンダ壁１０６との滑りシールを形成する構成とされる。本実施形態によれば、第一穴シール１０８および第二穴シール１１０はＯリングまたはＤリングであってよいが、ガスケットやダイヤフラムのような他のタイプのシールが使用されてもよい。第一穴シール１０８および第二穴シール１１０は第一シリンダ壁１０４および第二シリンダ壁１０６と摺動的に当接し、第一穴部３０または第二穴部３８に受けられる圧搾空気６５のための圧力境界を提供し、その結果、圧搾空気６５は、第一穴シール１０８／第二穴シール１１０または弁穴３２の１つに進入可能となる一方、第一穴部３０または第二穴部３８の他方に放出可能となり、弁部材３６を強制的に変位させる。

第一弁要素７６および第二弁要素７８の第一シール面８０および第二シール面８２は、第一弁座８４および第二弁座８６の第一弁座面１１２および第二弁座面１１４と当接可能とされる。同様に、第一弁要素７６および第二弁要素７８は、第三弁座９６および第四弁座９８の円錐形の第三弁座面１２０および第四弁座面１２２と当接するように構成される第三シール面１１６および第四シール面１１８も含む。第一弁座面１１２および第二弁座面１１４は、第一弁要素７６の第一シール面８０が第一弁座８４の第一弁座面１１２と当接し、同時に、第二弁要素７８の第二シール面８２が第二弁座８６の第二弁座面１１４に当接するように、第一弁要素７６および第二弁要素７８の第一シール面８０および第二シール面８２に対して略平行とされる。同様の理由で、第三弁座面１２０および第四弁座面１２２は、第一弁要素７６の第三シール面１１６が第三弁座９６の第三弁座面１２０と当接し、同時に、第二弁要素７８の第四シール面１１８が第四弁座９８の第四弁座面１２２に当接して、第二係止位置を規定するように、第三弁座９６および第二弁座８６の第三シール面１２０および第四シール面１２２に対して略平行とされる。

本実施形態において、第一弁座面１１２と当接する第一弁要素７６の表面面積は、第一係止位置の第二弁座面１１４と当接する第二弁要素７８の表面面積と略等しい。同様に、第三弁座面１２０と当接する第一弁要素７６の表面面積は、第二係止位置の第四弁座面１２２と当接する第二弁要素７８の表面面積と略等しい。当接する表面面積を等しく保つことにより、第一弁要素７６および第二弁要素７８によりそれぞれの弁座面に加えられる力が略等しく維持される。当接する弁要素の力を略等しく維持することにより、弁要素と弁座面との間のシール有効性および摩耗を等しくすることを含むいくつかの利点が得られ、その結果、弁部材３６の弁座位置間の直線的変位は時間が経っても略変化せず、切替弁１０の出力を変化させない。

図１および図２において、第一係止位置に弁部材３６を位置決めするために、弁部材３６が、図１および図２の左側、弁部材第一変位方向Ａに移動される。弁部材第一変位方向Ａに弁部材３６を移動させるために、電磁コイル４０を通電せず、付勢部材４６のばね力により、ソレノイド部材２８、接点部材４４および電機子４２を戻り方向Ｄに変位させる。ソレノイド部材２８のこの変位により、圧搾空気６５が入口６４から第二流路６２を通してパイロット電磁弁１１へ流れ、第一ポート２０、第一端部５２の第一移送通路５９、第一流路５６、二方向穴５８を通して、第一穴部３０に流れこむことを可能にする。同時に、第二ポート２２は、第一排気口１６と揃い、第二穴部３８からの一定量の残気１２８を第一端部５２の第三移送通路６１を通して排出し、第二ポート２２を通して第一排気口１６から大気に排出する。弁部材３６は、第一係止位置で第一弁要素７６が第一弁座８４と当接し、同時に第二弁要素７８が第二弁座８６と当接するまで、長手方向軸７４に対して弁部材第一変位方向Ａに移動する。

図３および図１において、第二係止位置の弁部材３６が図３に示される右側、弁部材第二変位方向Ｂに移動された弁アセンブリ１５が示される。弁部材３６を弁部材第二変位方向Ｂに移動させるために、電磁コイル４０は通電され、電機子４２をソレノイド部材変位方向Ｃに変位させる。この変位により接点部材４４およびソレノイド部材２８が図３に見られるように下方向のソレノイド部材変位方向Ｃに押され、それにより圧搾空気６５が第二ポート２２、第一端部５２の第三移送通路６１を通して第二穴部３８に流れるのを可能にする。同時に、第一ポート２０は、第二排気口２６と揃い、第一穴部３０から一定量の残気１２８を二方向穴５８、第一流路５６、第一端部５２の第一移送通路５９を通して排出し、第一ポート２０を通して第二排気口２６から大気に排出する。パイロット電磁弁１１および第一端部５２は、第二端部５４の代わりに、弁本体３４の反対側端部に接続されてもよく、それにより第一係止位置および第二係止位置が逆になる。

第一ピストン１００と接触する圧搾空気６５は、第二係止位置で第一弁要素７６の第三シール面１１６が第三弁座９６の第三弁座面１２０と当接し、同時に第二弁要素７８の第四シール面１１８が第四弁座９８の第四弁座面１２２と当接するまで、弁部材第二変位方向Ｂに弁部材３６を強制的に変位させる。弁アセンブリ１５の第二係止位置で、圧搾空気６５は入口６４を通して弁穴３２に流れ、第二出口６８から排出される。また、第二係止位置で、第一出口６６は弁穴３２の第一部分１２４を通して第一排気口７０とつながり、第一部分１２４および第一出口６６を外気と連通する。さらに、第二排気口７２は第二ピストン１０２近接の弁穴３２の第二部分１２６を外気と連通する。

図４においては、第一シール面８０は長手方向軸７４に対し角度αを規定し、第二シール面８２は長手方向軸７４に対し角度βを規定する。角度αおよび角度βは、第一シール面８０および第二シール面８２がお互いに略平行に延びるように、長手方向軸７４に対して略等しい角度である。第一弁座８４および第二弁座８６は、第一弁要素７６および第二弁要素７８において相当する特徴である要素間隔Ｆ（左手側隅に示される）と等しい弁座間隔Ｅを有する。 本明細書で前述されたように、弁座間隔Ｅは、第一弁要素７６が第一弁座８４と当接すると同時に第二弁要素７８が第二弁座８６と当接するように、要素間隔Ｆと等しく維持されるように調整可能である。第一弁座８４および第二弁座８６の第一弁座面１１２および第二弁座面１１４は、第一弁要素７６および第二弁要素７８の第一シール面８０および第二シール面８２と略平行に延びる。

第三シール面１１６および第四シール面１１８は、第一シール面８０および第二シール面８２に対して鏡像関係とする。第三シール面１１６および第四シール面１１８は、お互いに略平行とされ、弁部材３６の長手方向軸に対して略等角度γ、Δをなす。角度γおよびΔは、第一シール面８０および第二シール面８２をお互いに平行にする略等しい角度である。
第一弁座面１１２は長手方向軸７４に対し角度εを規定し、第二弁座面１１４は長手方向軸７４に対し角度Ζを規定する。いくつかの実施形態によれば、角度εおよび角度Ζは、角度αおよび角度βと略等しく、第一シール面８０と第一弁座面１１２とを平行とし、第二シール面８２と第二弁座面１１４とを平行とする。第三弁座面１２０および第四弁座面１２２も、同様に第三シール面１１６および第四シール面１１８に対して平行となる。本願の開示の弁座およびシール面の角度構成は、本発明の譲受人により共同所有される、Ｗｉｌｌｉａｍｓに付与された米国特許第６，６６８，８６１号に示されるものと同様であり、その主題がここに援用される。

図１および図３において、第一弁要素７６および第二弁要素７８は形成または切削可能であり、弁部材３６の金属材料にオーバーモールドされる、ゴムまたは合成材料のような弾性的で可撓性のある弾性材でのオーバーモールド成形品であってもよい。弁部材３６は、弁穴３２内で所定の第一および第二係止位置の間で摺動自在に配置され、弁部材第一変位方向Ａおよび弁部材第二変位方向Ｂの各方向に移動可能である。図１に示される第一係止位置は、入口６４からの圧搾空気６５が弁穴３２を通して第一出口６６に流れるように構成される。図３に示される第二係止位置は、入口６４からの圧搾空気６５が弁穴３２を通して第二出口６８に流れるように構成される。

図２および図３において、第一弁座面１１２と当接する第一シール面８０の第一周辺当接表面面積Ｇは、第二弁座面１１４と当接する第二シール面８２の第二周辺当接表面面積Ｈと略等しく、第一弁要素７６および第二弁要素７８両方の弁座にかかる力を等しくし、第一弁要素７６および第二弁要素７８の摩耗を等しくする。同様の理由により、第三弁座面１２０に当接する第三シール面１１６の第三周辺当接表面面積Ｊは、第四弁座面１２２に当接する第四シール面１１８の第四周辺当接表面面積Ｋと略等しい。第一弁座８４、第二弁座８６、第三弁座９６および第四弁座９８は円形であるので、当接表面面積Ｇ、Ｈ、ＪおよびＫは、第一弁要素７６および第二弁要素７８のシール面が当接すると、弁座の円形かつ円錐状部分を規定する。

図５に関し、パイロット電磁弁１１、弁本体３４、第一端部５２および第二端部５４のそれぞれに対して幅Ｌを維持可能である。切替弁１０の幅Ｌは、複数の弁アセンブリ１５を、重ね合わせるかまたは並べて配することで、弁ポート（入口６４、第一排気口７０および第二排気口７２のみ図示）にパイプ接続またはチューブ接続するためのぴったりの隙間寸法を確保可能な長さＭ未満であってもよい。

本明細書で使用される際、用語「に対して平行」、「と平行」、「略平行」、「略等角度の」、「略等角度」等は、プラス／マイナス１．５度（これを含む）までの製造公差のばらつきを含む。例えば、図に関して、第一シール面８０および第二シール面８２はプラス／マイナス１．５度内で互いに略平行であり、角度αおよび角度βはプラス／マイナス１．５度内で略等角度である。

図６において、第一穴シール１０８および第二穴シール１１０の摩耗を減らすために、第一センタリングシール１３０は第一穴シール１０８近傍まで第一ピストン１００上に弾性材でオーバーモールドされてもよく、第二センタリングシール１３２は第二穴シール１１０近傍まで第二ピストン１０２上に弾性材でオーバーモールドされてもよい。第一センタリングシール１３０および第二センタリングシール１３２はそれぞれ、隆起状または円錐状先端の周縁部１３４を含む。第一センタリングシール１３０の周縁部１３４は、第一シリンダ壁１０４と当接し、長手方向軸７４に対して第一ピストン１００を中心に位置づける。第二センタリングシール１３２の周縁部１３４は第二シリンダ壁１０６と当接し、長手方向軸７４に対し第二ピストン１０２を中心に位置づける。第一穴シール１０８および第二穴シール１１０の材料より硬い材料を第一センタリングシール１３０および第二センタリングシール１３２に使用することにより、第一穴シール１０８および第二穴シール１１０のたわみ、ひいては摩耗を減らすことができる。

本発明の弁アセンブリにはいくつかの効果がある。パイロット操作型弁は、一般により大きな弁部材軸変位および／または弁体積流量を必要とする用途において、直接操作型弁の代わりに使用されることから、より大きな弁座および弁部材の間隔およびより顕著なタイミングの問題を有する可能性がある。
弁アセンブリ１５の弁座面に対して第一弁要素７６および第二弁要素７８間で等しい／調整可能な間隔を維持することにより、および、弁アセンブリ１５の第一および第二係止位置において弁座面に対して第一弁要素７６および第二弁要素７８間の当接で等しい表面面積を維持することにより、第一弁要素７６および第二弁要素７８は、等しい力でそれぞれの弁座面と同時に当接し、第一弁要素７６および第二弁要素７８および弁座の摩耗が等しくなる。これにより、圧搾空気のような圧搾流体を用い、弁部材３６を第一および第二係止位置間で迅速に往復させつつ、各ピストンにおいて１つのシール要素を使用するのみにより、第一ピストン１００および第二ピストン１０２の摺動摩擦を最小限可能である。

さらに、第一弁要素７６および第二弁要素７８のシール面と略平行である円錐状弁座面を使用することにより、第一および第二弁要素はそれぞれ等しい割合で摩耗し、異なる形状の弁要素面および／または弁座面を有する弁アセンブリよりも、弁のタイミングの調整をより容易かつ安定したものとする。さらに、２つの円錐状の弁要素７６，７８により同時に当接する２つの円錐状弁座面の使用により、弁要素７６，７８とそれぞれの弁座との当接力および領域が略等しい、反復可能な弁閉鎖位置が維持される。
本明細書で使用される「反復可能」とは、弁要素７６，７８が使用に伴い摩耗するものの、弁座にかかる力および表面面積が略等しく維持される状態として定義される。本発明の円錐状弁座および弁要素は、弁が繰り返し作動される際、鋭角な角部を有する公知の弁座に伴い、シール材料が繰り返し変形され、最終的には損傷することにより起こる弁要素の切断摩耗をさらに減少または阻止する。例えば、各弁が閉鎖する作業毎に、直角切断された弁座に対して弁座位置まで弁部材が変位する際シール材料が切断されることにより起こる。

本発明において、第一および第二弁要素７６，７８として、弾性材および／またはオーバーモールドされた材料を使用することに限られない。これらの要素は、弁部材３６と同一材料で機械加工または形成されることを含めて、関連した弁座面の角度または向きを略一致させ、２つの弁要素を円錐状弁座と同時に当接させる円錐状面を有する金属または他の非弾性材で形成されてもよい。
実施形態に関する上記記載は、図解および説明の目的で提供される。網羅的または発明を限定することを意図しない。特定の実施形態の個別の要素または特徴は、一般にその特定の実施形態に限定されないが、適用可能な場合には、詳細に図示または説明されないとしても選択された実施形態で交換可能であり、使用可能である。同じものが多くの点で変更されてもよい。そのような変更は本発明からの逸脱とはみなされない。そのような修正は全て本発明の範囲内に含まれることが意図される。

１０…切替弁、１１…パイロット電磁弁、１２…電磁操作部、１４…電磁弁本体、１５…弁アセンブリ、１６…第一排気口、１８…軸方向穴、２０…第一ポート、２２…第二ポート、２４…第三ポート、２６…第二排気口、２８…ソレノイド部材、３０…第一穴部、３２…弁穴、３４…弁本体、３６…弁部材、３８…第二穴部、４０…電磁コイル、４２…電機子、４４…接点部材、４６…付勢部材、４８…極片、５０…付勢部材、５２…第一端部、５４…第二端部、５６…第一流路、５８…二方向穴、５９…第一移送通路、６０…第二移送通路、６１…第三移送通路、６２…第二流路、６４…流体入口、６５…圧搾空気、６６…第一出口、６８…第二出口、７０…第一排気口、７２…第二排気口、７４…長手方向軸、７６…第一弁要素、７８…第二弁要素、８０…第一シール面、８２…第二シール面、８４…第一弁座、８６…第二弁座、８８…第一アダプタ、９０…第一螺合接続部、９２…第二アダプタ、９４…第二螺合接続部、９６…第三弁座、９８…第四弁座、９９…シール部材、１００…第一ピストン、１０２…第二ピストン、１０４…第一シリンダ壁、１０６…第二シリンダ壁、１０８…第一穴シール、１０９…スロット、１１０…第二穴シール、１１２…第一弁座面、１１４…第二弁座面、１１６…第三シール面、１１８…第四シール面、１２０…第三弁座面、１２２…第四弁座面、１２４…第一部分、１２６…第二部分、１２８…残気、１３０…第一センタリングシール、１３２…第二センタリングシール、１３４…周縁部。

Claims (22)

1. 弁穴を有する弁本体と、前記弁穴内に配置されて第一および第二係止位置間で摺動自在な弁部材と、前記弁部材に接続されかつ径方向に延出するとともに前記弁部材の長手方向軸に対して等角度で延びる第一および第二シール面を有する第一および第二弁要素と、を備える弁アセンブリであって、
   前記第一および第二シール面はそれぞれ、円錐状の第一および第二弁座面と略平行とされ、
   前記第一および第二弁座面は、前記弁部材の第一係止位置で、前記第一シール面が前記第一弁座面に当接すると同時に、前記第二シール面が前記第二弁座面に当接するように、長手方向軸に対して等角度とされ、かつ調整可能な間隔を有することを特徴とする弁アセンブリ。
2. 請求項１に記載の弁アセンブリであって、
   前記第一弁要素は第三シール面を有し、
   前記第二弁要素は第四シール面を有し、
   前記第三および第四シール面は前記第一および第二シール面に対して鏡像関係にあり、
   前記第三および第四シール面は互いに平行とされ、それぞれは前記弁部材の長手方向軸に対して略等角度とされることを特徴とする弁アセンブリ。
3. 請求項２に記載の弁アセンブリであって、
   前記第三および第四シール面の１つにより当接可能な円錐状の第三および第四弁座面をさらに有し、
   前記第三および第四弁座面は、前記弁部材の第二係止位置で、前記第三シール面が前記第三弁座面に当接すると同時に、前記第四シール面が前記第四弁座面に当接するように、前記長手方向軸に対して等角度かつ前記第三および第四弁要素の前記シール面に対して平行に延びることを特徴とする弁アセンブリ。
4. 請求項１に記載の弁アセンブリであって、
   前記弁部材の対向する端部に配置され、それぞれ穴シール１つのみを有し、滑りシールとなるように構成された第一および第二ピストンを含むことを特徴とする弁アセンブリ。
5. 請求項４に記載の弁アセンブリであって、
   前記弁本体に接続され、圧搾空気と連通するように構成されるソレノイドアセンブリと、
   前記ソレノイドアセンブリに配置され、前記ソレノイドアセンブリの第一、第二および第三ポートの選択された１つの流れ方向を変更するように構成され、圧搾空気を前記第一または第二ピストンに案内し、前記弁部材を前記第一係止位置に向けて軸方向に移動させるか、または前記弁部材の第二係止位置に向けて反対方向に移動させるソレノイド部材と、を含むことを特徴とする弁アセンブリ。
6. 請求項１に記載の弁アセンブリであって、
   前記長手方向軸に対してそれぞれ選択的に同軸上に配置され、かつ、それぞれ前記第一および第二弁座面の１つを有する第一および第二アダプタを有することを特徴とする弁アセンブリ。
7. 請求項１に記載の弁アセンブリであって、
   前記第一および第二弁要素は前記弁部材上に成形された弾性材によるオーバーモールド成形品であり、前記第一弁座面に対してシールするように構成された前記第一弁要素が第一周辺当接表面面積を規定し、第二弁座面に対してシールするように構成された前記第二弁要素が前記第一周辺当接表面面積と等しい第二周辺当接表面面積を形成することを特徴とする弁アセンブリ。
8. 請求項１に記載の弁アセンブリであって、
   前記弁本体はさらに、流体源と流体連通する流体入口と、第一および第二出口ポートと、第一および第二排出ポートと、を有し、
   前記流体入口が前記弁部材の前記第一係止位置の前記第一出口ポートと流体連通し、かつ、前記流体入口が前記弁部材の前記第二係止位置の前記第二出口ポートと流体連通するように、前記第一および第二出口ポートが前記弁穴を介して前記流体入口と連通することを特徴とする弁アセンブリ。
9. 請求項１に記載の弁アセンブリであって、
   前記第一係止位置において、前記第一弁座面と当接する前記第一弁要素の表面面積は、前記第二弁座面と当接する前記第二弁要素の表面面積と略等しいことを特徴とする弁アセンブリ。
10. 軸方向に延出する弁穴を有する弁本体と、前記弁穴内に配置されて第一および第二係止位置間で摺動可能な弁部材と、前記弁部材に接続される第一および第二弁要素と、を備える弁アセンブリであって、
    前記第一弁要素は第一シール面を有し、前記第二弁要素は第二シール面を有し、前記第一および第二シール面は前記弁部材の長手方向軸に対して等角度で延び、
    円錐状の第一弁座面と当接するように構成された前記第一シール面は第一周辺当接表面面積を規定し、
    円錐状の第二弁座面と当接するように構成された前記第二シール面は第一周辺当接表面面積と等しい第二周辺当接表面面積を規定し、
    前記第一および第二弁座面は前記第一および第二シール面に略平行に延び、
    前記第一および第二弁座面間の間隔は前記第一および第二シール面間の間隔と等しく、
    前記第一シール面と前記第一弁座面とおよび前記第二シール面と前記第二弁座面とを前記第一係止位置において同時に当接させることを特徴とする弁アセンブリ。
11. 請求項１０に記載の弁アセンブリであって、
    前記第一弁要素はさらに第三シール面を含み、
    前記第二弁要素はさらに第四シール面を含み、
    前記第三および第四シール面は前記第一および第二シール面に対して鏡像関係にあることを特徴とする弁アセンブリ。
12. 請求項１１に記載の弁アセンブリであって、
    互いに平行とされかつそれぞれ前記弁部材の長手方向軸に対して略等角度となす第三および第四弁座面を含み、
    前記第三および第四弁座面は前記第三および第四シール面間の間隔と等しい間隔を有することを特徴とする弁アセンブリ。
13. 請求項１１に記載の弁アセンブリであって、
    前記第三および第四シール面の１つと当接するように構成された円錐状の第三および第四弁座面を含み、
    前記弁部材が第二係止位置にある時、前記第三シール面と前記第三弁座面とおよび前記第四シール面と前記第四弁座とを同時に当接させるように、前記第三および第四弁座面の双方は等角度かつ前記第三および第四弁要素の前記シール面に対して平行とされることを特徴とする弁アセンブリ。
14. 請求項１１に記載の弁アセンブリであって、
    互いに平行とされかつそれぞれ前記弁部材の長手方向軸に対して略等角度とされる第三および第四弁座面を含み、
    前記第三弁座面と当接するように構成された前記第三シール面は第三周辺当接表面面積を規定し、
    前記第四弁座面と当接するように構成された前記第四シール面は前記第三周辺当接表面面積と等しい第四周辺当接表面面積を規定することを特徴とする弁アセンブリ。
15. 請求項１０に記載の弁アセンブリであって、さらに、
    前記弁部材と前記弁本体との間の弁穴内に摺動自在に配置され、前記弁部材を摺動自在に受けるように構成された少なくとも１つのアダプタを含み、
    前記少なくとも１つのアダプタは軸方向に移動可能とされて前記第一弁座面および前記第二弁座面間の間隔を調整することを特徴とする弁アセンブリ。
16. 請求項１０に記載の弁アセンブリであって、
    前記弁本体はさらに、入口ポートと、第一および第二出口ポートと、を有し、
    前記弁部材は、前記第一係止位置において前記入口ポートからの流体の流れを前記弁穴から前記第一出口ポートに選択的に案内するように構成され、かつ、前記第二係止位置において前記入口ポートからの流体の流れを前記弁穴から前記第二出口ポートに選択的に案内するように構成されることを特徴とする弁アセンブリ。
17. 弁穴を有する弁本体と、弁穴内に配置されて第一および第二係止位置間で摺動可能な弁部材と、前記弁部材に接続されかつ弾性を有する第一および第二弁要素と、を備える弁アセンブリであって、
    前記第一弁要素は第一シール面を有し、
    前記第二弁要素は第二シール面を有し、
    前記第一および第二シール面は前記弁部材の長手方向軸に対して略等角度とされ、
    前記第一弁要素はさらに第三シール面を有し、
    前記第二弁要素はさらに第四シール面を有し、
    前記第三および第四シール面は前記第一および第二シール面と鏡像関係にあり、
    前記第一および第二シール面はそれぞれ、円錐状の第一および第二弁座面と略平行とされ、
    前記弁部材の第一係止位置で同時に、第一シール面が第一弁座面に当接し、第二シール面が第二弁座面に当接するように、第一および第二弁座面は長手方向軸に対して等角度にされ、
    第三および第四シール面はそれぞれ、円錐状の第三および第四弁座面と略平行とされ、
    前記弁部材の第二係止位置で、第三シール面が第三弁座面に当接すると同時に、第四シール面が第四弁座面に当接するように、第三および第四弁座面の双方は長手方向軸に対して等角度とされることを特徴とする弁アセンブリ。
18. 請求項１７に記載の弁アセンブリであって、
    前記第一シール面および前記第一弁座面の当接は第一周辺当接表面面積を規定し、前記第二シール面および前記第二弁座面の当接は第一周辺当接表面面積と等しい第二周辺当接表面面積を規定することを特徴とする弁アセンブリ。
19. 請求項１８に記載の弁アセンブリであって、
    前記第三シール面および前記第三弁座面の当接は第三周辺当接表面面積を規定し、前記第四シール面および前記第四弁座面の当接は第三周辺当接表面面積と等しい第四周辺当接表面面積を規定することを特徴とする弁アセンブリ。
20. 請求項１７に記載の弁アセンブリであって、
    前記第三および第四シール面間の間隔は、前記第一および第二シール面間の間隔と等しいことを特徴とする弁アセンブリ。
21. 請求項１７に記載の弁アセンブリであって、
    前記第三および第四弁座面間の間隔は、前記第一および第二弁座面間の間隔と等しいことを特徴とする弁アセンブリ。
22. 請求項１７に記載の弁アセンブリであって、
    前記弁穴内に前記弁部材と前記弁本体との間で摺動自在に配置され、前記弁部材を摺動自在に収納するように構成された少なくとも１つのアダプタを有し、
    前記少なくとも１つのアダプタは軸方向に移動可能とされ、前記第一弁座面および前記第二弁座面間の間隔を調整することを特徴とする弁アセンブリ。

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