特許 6221016 エアモータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6221016

(24)【登録日】2017年10月6日

(45)【発行日】2017年10月25日

(54)【発明の名称】エアモータ

(51)【国際特許分類】

   F01B 25/10 20060101AFI20171016BHJP

   F01B 23/08 20060101ALI20171016BHJP

   F01B 11/04 20060101ALI20171016BHJP

   F15B 15/14 20060101ALI20171016BHJP

【ＦＩ】

   F01B25/10

   F01B23/08

   F01B11/04

   F15B15/14 380C

【請求項の数】2

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2017-522018(P2017-522018)

(86)(22)【出願日】2015年10月26日

(86)【国際出願番号】US2015057345

(87)【国際公開番号】WO2016065354

(87)【国際公開日】20160428

【審査請求日】2017年6月20日

(31)【優先権主張番号】62/068,433

(32)【優先日】2014年10月24日

(33)【優先権主張国】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】511174812

【氏名又は名称】ウィルデン パンプ アンド エンジニアリング エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】グラウバー，カール・ジェイ

【審査官】 西中村 健一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−２８０５０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１９０５２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０７８７２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５２３９２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公平０４−０５４０８４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特表２０１１−５１３６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第４８４６０４５（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第５３４９８９５（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｂ １１／００−０８

Ｆ０１Ｂ ２３／０８

Ｆ０１Ｂ ２５／１０

Ｆ１５Ｂ １１／００−２２

Ｆ１５Ｂ １５／００−２８

ＤＷＰＩ（Ｄｅｒｗｅｎｔ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空気吸入流路を有する圧搾空気源と、
２つの空気室と、
方向制御バルブとを備え、
前記方向制御バルブは、
前記２つの空気室とそれぞれ連通している２つの空気分配流路と、
前記圧搾空気源と連続連通しているランドを有する往復バルブスプールと、
前記圧搾空気源と連続連通している第１のピストン表面と、
前記圧搾空気源および大気と交互に連通しており、前記第１のピストン表面よりも大きな第２のピストン表面とを含み、
前記ランドは前記２つの空気分配流路の間で空気圧により存在して、前記圧搾空気源と前記２つの空気分配流路との間の連通を制御するエアモータであって、
前記往復バルブスプールは大気と連続連通している第３のピストン表面をさらに有し、
前記方向制御バルブは前記圧搾空気源と連続連通している制限口をさらに含み、
前記制限口は前記第３のピストン表面の大気との連通に対して流れを制限され、前記第２のピストン表面および前記第３のピストン表面と交互に連通しており、
前記第１および第３のピストン表面は前記第２のピストン表面に対向しており、
前記第３のピストン表面は、前記ランドが前記空気吸入流路を横切る際に、前記制限口を通じて前記圧搾空気源と連通する、エアモータ。

【請求項2】

パイロットバルブをさらに備え、
前記第２のピストン表面は、前記パイロットバルブを通じて前記圧搾空気源および大気と交互に連通する、請求項１に記載のエアモータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本願は、「エアモータ」と題される２０１４年１０月２４日に出願された米国仮出願番号第６２／０６８，４３３号の利益および優先権を主張する。上記の特許出願の内容全体は、全ての目的で引用によって本明細書に援用される。

【背景技術】

【0002】

発明の背景
本発明の分野は、往復エアモータである。

【0003】

エアモータを通じて導かれる圧縮空気によって駆動されるダブルピストンおよびダブルダイヤフラムを有する装置がよく知られており、米国特許第８，３６０，７４５号、５，９５７，６７０号、５，２１３，４８５号、５，１６９，２９６号、４，２４７，２６４号明細書および米国特許出願公開第２０１４/０３７７０８６号明細書に記載がある。前述の米国特許明細書および特許出願公開明細書の開示全体は、引用によってここに援用される。これらの空気駆動式ダイヤフラムポンプは、ポンプを駆動するために往復移動する圧縮空気を供給するフィードバック制御システムを用いたエアモータを使用している。

【0004】

空気駆動式ダイヤフラムポンプ向けのそのような先行技術の装置の多くに共通するのは、外側に面して、共通のシャフトによって連結されているポンプピストンおよびダイヤフラムと協動する空気室を有するエアモータ筐体が設けられていることである。ポンプダイヤフラムの外側には、ポンプ室筐体、吸気マニホールドおよび排気マニホールドが設けられている。通路が、ポンプ室筐体からマニホールドに移行する。ボールチェックバルブが、吸気通路および排気通路の両方に位置する。空気室の間でエアモータ筐体に対応するアクチュエータ機構が、それ自体を通じて往復運動を行なう、中央のピストンによって空気室とポンプ室との間に位置するダイヤフラムを連結された共通のシャフトを備える。

【0005】

一般に、空気駆動式ポンプのための空気室の間のアクチュエータは、空気の流れを制御して各空気室内に対する加圧および各空気室内からの排気を交互に行なう方向制御バルブを備え、それによって、ポンプが往復運動を行なう。方向制御バルブは、ポンプダイヤフラムまたはピストンの位置によって順に制御されるパイロットシステムによって制御される。したがって、一定の空気圧を各動作可能に対向する空気室に対する圧搾空気の往復分配に変換するように、フィードバック制御機構が設けられる。

【0006】

工場空気または他の便利な圧搾空気源が利用できるときは、往復空気分配システムを規定するアクチュエータを十分に有効に使用できる。他の加圧ガスも同様に、これらの製品を運ぶために使用される。通常、「空気」という用語は、そのようなありとあらゆるガスを指すために用いられる。そのようなシステムは火花を発生し得る構成要素を避けるので、圧搾空気で製品を運ぶことは望ましい場合がある。アクチュエータは、単に、ポンプに対する抵抗によって均等化される圧力で失速点に達することができるようにされることによって、連続ポンプ圧力源を供給することも可能である。ポンプに対する抵抗を減らすと、システムは、再び要求に応じて作用系を形成するように動作し始める。

【0007】

粘性および物理的性質が大幅に異なる膨大な種類の材料を、そのようなシステムを用いてポンピングすることができる。そのようなアクチュエータを用いてそのようなポンプを駆動する際に、著しく異なる要求が存在し得る。ポンプ材料の粘性、吸引ヘッドまたは排出ヘッド、および所望の流量が動作に影響を与える。一般に、圧搾空気源は比較的一定である。米国特許第８，３６０，７４５号明細書では、予想可能に流量制限を調整するための機構が開示されている。米国特許公報第２０１４/０３７７０８６号明細書では、流量制限はポンプ位置に応じて設けられる。ポンプ負荷および吸気流量制限が変動している状態では、エアモータのフィードバック制御機構によって、方向制御バルブが移動している間にアクチュエータ機構が停止し得る。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0008】

発明の概要
本発明は、圧搾空気源と、２つの空気室と、方向制御バルブとを有するエアモータに向けられている。処理空気を扱うために、方向制御バルブは、２つの空気室とそれぞれ連通する２つの空気分配流路と、２つの空気分配流路の間にランドを有する往復バルブスプールとを備える。第１の空気吸入流路が、圧搾空気源と、２つの空気分配流路の間のランドと連続連通している。パイロットバルブシステムが、方向制御バルブのスプールの往復運動を制御し得る。

【0009】

往復バルブスプールは、方向制御バルブに対する制御空気と相互作用する、３つのピストン表面をさらに有する。第１のピストン表面は、圧搾空気源と連続連通している。第１のピストン表面よりも大きい第２のピストン表面は、圧搾空気源および大気と交互に連通している。第３のピストン表面は、排気口を通じて大気と連続連通している。

【0010】

方向制御バルブは、制限口をさらに含む。制限口は、圧搾空気源と連続連通し、かつ、第２のピストン表面および第３のピストン表面と交互に連通している。制限口を通じた圧搾空気源の交互の連通は、第３のピストン表面の大気との連続連通に対して制限される。相対的な流れ制限は空気バルブのサイズおよび空気力学に左右され、大気圧より高い分圧を供給するように実験により求めるのが一番良い。最適な動作のために、ランドが空気吸入流路を横切るときに、第３のピストン表面は制限口を通じて圧搾空気源と連通する。

【0011】

したがって、本発明の目的は、改良された往復エアモータを提供することである。他のさらなる目的および利点は、以下で明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】方向制御バルブが移動した直後の方向制御バルブおよびパイロットバルブの第１の位置を示す、エアモータの概略図である。

【図2】図１に示すエアモータの位置に続く、方向制御バルブが移動している間の方向制御バルブおよびパイロットバルブの位置を示す、エアモータの概略図である。

【図3】図２に示すエアモータの位置に続く、方向制御バルブの移動の終了時の方向制御バルブおよびパイロットバルブの位置を示す、エアモータの概略図である。

【図4】図３に示すエアモータの位置に続く、方向制御バルブが移動している間の方向制御バルブおよびパイロットバルブの位置を示す、エアモータの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

好ましい実施形態の詳細な説明
図面を詳細に参照すると、エアモータ１０は、ダイヤフラム１６、１８によってそれぞれ閉鎖された、対向する空気室１２、１４を備える。エアモータ１０の本体は、それ自体を通じて、ダイヤフラム１６、１８を保持するように、その端にピストン２２、２４を含むシャフト２０を収容するための通路を備える。空気吸入口２６が、工場空気であり得る圧搾空気源または空気圧縮機などに、能動または受動制御バルビングによって制御されない、または制御される流れを供給する。パイロットバルブ２８も同様に、エアモータ１０の本体を通って空気室１２、１４内へと延在する。パイロットバルブ２８は、従来の方法で、ピストン２２、２４をロストモーションに連動させる。パイロットバルブ２８は、パイロットシャフト３０、縦通路３２、および環止め３４、３６を含む。図面においてパイロットシャフト３０などに描かれている他の全ての黒一色の構成要素は、封止部を表している。

【0014】

方向制御バルブ３８が、エアモータ１０の本体と関連付けられている。方向制御バルブ３８は、バルブシリンダ４０を含む。バルブシリンダ４０は、第１の直径を有する第１の部分４２、およびより大きな第２の直径を有する第２の部分４４で各端を閉鎖された円筒状の空隙を規定する。バルブスプール４６が、バルブシリンダ４０によって規定された円筒状の空隙内で往復するように位置決めされている。バルブスプール４６は、回転中心軸について対称である。

【0015】

空気吸入口２６は、方向制御バルブ３８の円筒状の空隙内に処理空気を導くように、処理空気吸入流路４８と連通する。円筒状の空隙におけるスプール４６は、処理空気吸入流路４８の両側に間隔を置いて配置された２つのピストン５０、５２を含む。ピストン５０、５２間のランド５４が、それら自体から間隔を置いて配置されて、バルブにわたって処理空気流路５６、５８を形成する。空気分配流路６０、６２が、円筒状の空隙の第１の部分４２からの処理空気を、それぞれ空気室１２、１４に伝える。ピストン５０、５２およびランド５４は、各々１つ以上の環状の封止部を有している。空気は、これらの封止部によってこれらの封止部にわたって円筒状の空隙内で縦方向に流れるのを妨げられるが、円筒形のシリンダ内でこれらの封止部まで、ピストン５０、５２およびランド５４の周囲で、および、これらに対して縦方向に流れることが可能である。したがって、口を開口および閉鎖するタイミングは、ピストン５０、５２およびランド５４ではなく封止部によって決まる。

【0016】

制御空気は、空気吸入口２６から、第１の制御空気吸入流路６６を通じてピストン５２の第１のピストン表面６４に伝えられる。第１の制御空気吸入流路６６が、常に開口して第１のピストン表面６４と連通している。第２の制御空気吸入流路６８が、円筒状の空隙のより直径の大きな第２の直径部４４において、制限口７０に延在している。また、第２の制御空気吸入流路６８は、制御空気をパイロットバルブ２８の縦通路３２に供給する。制御流路７２が、パイロットバルブ２８から、ピストン５０の第２のピストン表面７４と連続連通している、より直径の大きな第２の直径部４４の端へと延在する。ピストン５０は、第３のピストン表面７６をさらに含む。排出通路７８が、パイロットバルブ２８から大気へ延在している。パイロットバルブ２８は、第２の制御空気吸入流路６８および排出通路７８の制御流路７２との連通を制御する。

【0017】

排気口８０、８２が、円筒状の空隙の第１の部分４２から、マフラーを通じて大気へと延在する。排気口８０、８２は、バルブスプール４６によって制御されてそれぞれ通路５６、５８から処理空気を交互に排出する。制御排気口８４が、第３のピストン表面７６と連続して連通している。制限口７０は、開口して第３のピストン表面７６と連通するときの制限口７０を通じた流れが、第２の制御空気吸入流路６８内の圧力よりも低い、第３のピストン表面７６に対する大気圧よりも高い分圧を提供するように、連続して大気に開口している制御排気口８４に対して制限されている。

【0018】

動作では、図面は動作中のエアモータの連続した位置を示している。図１では、方向制御バルブ３８は、円筒状の空隙の大きな端に向かう移動を終えたところである。シャフト２０および対応付けられたピストン２２、２４は、流れの矢印によって示される方向に動いている。一方、パイロットバルブ２８は、第２のピストン表面７４と対応する円筒状の空隙の大きな端を排気するように位置決めされている。

【0019】

処理空気は、処理空気吸入流路４８を通じて流路５８へと流れ、次に、空気分配流路６２を通じて空気室１４へ伝えられる。第１の制御空気吸入流路６６を通じた制御空気圧力は第１のピストン表面６４に伝達されて、円筒状の空隙の大きな端に向かってスプール４６を付勢する。ピストン２４によって環止め３６に対するそのストロークの一端に対して押されていたパイロットバルブシャフト３０は、制御流路７２を、縦通路３２を通じて排出流路７８と連通させる。第２のピストン表面７４上の圧力は、大気圧まで減少させられる。

【0020】

第２の制御空気吸入流路６８を通じた制御空気はパイロットバルブ２８で遮断されるが、制限口７０を通じて開放されて第３のピストン表面７６と連通して常に開口している制御排気口８４を通じて流れ、これにより、第３のピストン表面７６に分圧を供給する。制限口７０と排気口８４とは、第１のピストン表面６４および第３のピストン表面７６が協動して円筒状の空隙の大きな端に対してバルブスプール４６を押し付けるように、第３のピストン表面７６に対して分圧を加えるようにわざと構成されている。処理空気吸入流路４８は、処理空気吸入流路４８を横切って通路５６、５８のどちらか一方に対する空気を制御するランド５４と連続して連通している。排気口８２がピストン５２によって閉鎖され、排気口８０がランド５４の他方側で開口すると、処理空気は空気分配流路６２を通じて導入され、空気分配流路６０を通じて排出される。

【0021】

図２を参照すると、エアモータは、空気分配流路６２を通じて空気室１４に流入する処理空気の影響で前進しており、ピストン２２との係合によって、パイロットバルブ２８のパイロットシャフト３０を空気室１４に向けて移動させる。この位置では、排出経路７８はパイロットバルブ２８の縦通路３２ともはや連通していないが、制御流路７２は引き続き縦通路３２と連通しており、第２の制御空気吸入流路６８は、制御流路７２と連通するように縦通路３２に露出されているところである。縦通路３２を通じたそのような連通によって、制御空気圧力を第２のピストン表面７４に供給することにより、方向制御バルブスプール４６は円筒状の空隙の小さな端へ向かって移動する。第１のピストン表面６４は、第２のピストン表面７４よりも小さく示されている。したがって、双方に等しく圧力がかけられると、バルブスプール４６を円筒形のチャンバの小さな端に向けて移動させるように、第２のピストン表面７４にかかる力は第１のピストン表面６４に常にかかる力よりも大きい。排気口８４は常に開口したままである。

【0022】

ランド５４は、図２では、処理空気吸入流路４８をちょうど横切っているように示されている。ランド５４は、処理空気吸入流路４８と連続連通したままである。しかし、処理空気は、方向制御バルブ３８の移動中の少しの間、実質的にまたは完全に流路５６、５８から遮断され得る。ランド５４が処理空気吸入流路４８を横切っている状態では、制限口７０はピストン５０の封止部によってまだ閉鎖されておらず、第３のピストン表面７６と連通したままである。

【0023】

図３を参照すると、エアモータ１０は空気室１４に向かうストロークを完了している。これにより、パイロットシャフト３０は環止め３４に対して駆動されている。この時点で、バルブスプール４６も同様に方向制御バルブ３８の円筒状の空隙の小さな端に完全に移動されている。この位置では、処理空気吸入流路４８を通じた処理空気は流路５６に誘導され、空気分配流路６０を通じて空気室１２を加圧する。排気口８０はバルブスプール４６によって覆われてこの圧力を維持する。排気口８２は、空気分配流路６２からの使用された空気が外部に排出されるように、ピストン５２の動きによって覆われていない。

【0024】

パイロットバルブシャフト３０が図示されているように位置決めされている状態で、縦通路３２は制御空気吸入流路６８を制御流路７２と完全に連通させている。さらに、流れを増やして第２のピストン表面７４を加圧して示された位置へのバルブスプール４６の移動の完了を助けるように、制限口７０も同様に開口して第２のピストン表面７４と連通する。第３のピストン表面７６も同様に排気口８４と連通したままである。

【0025】

図４は、エアモータの次の順番の位置を示している。パイロットバルブ２８のパイロットシャフト３０は、排出経路７８を通じて制御流路７２から空気を排出して第２のピストン表面７４の圧力を減少させるように、空気室１２に向けて部分的に移動したと示されている。これにより、バルブスプール４６は、第１の制御空気吸入流路６６を通じて、第１のピストン表面６４の不均衡な圧力の影響で左側に移動する。ランド５４は処理空気吸入流路４８と引き続き連続連通しているが、処理空気は、方向制御バルブ３８の移動中に少しの間、流路５６、５８から実質的に、または完全に再び遮断され得る。ランド５４が図４に示す位置に到着する前に、流れは制限口７０を通じて回復されて、再び第３のピストン表面７６と連通する。次の順番の図は、再び図１の構成のようになるであろう。

【0026】

とりわけ、処理空気が空気室１２、１４に送られる際に移動される時点のエアモータ１０の動作中の制限口７０を考慮すると、図２および図４で示すように、制限口７０は第３のピストン表面７６に対して開口している。制限口７０は、第２の制御空気吸入流路６８を通じて圧搾空気２６源と引き続き連通している。第２のピストン表面７４または第３のピストン表面７６のどちらかに対して露出することにより、方向制御バルブ３８のバルブスプール４６の移動が増大される。ピストン５０の封止部にわたる変位量を最小限にすることによって、制限口７０は、方向制御バルブ３８が停止する可能性を最小限にするように、第２のピストン表面７４または第３のピストン表面７６への圧力連通を高めることができる。しかも、ランド５４が処理空気吸入流路４８を横切る地点での、制限口７０を通じた第３のピストン表面７６との連通がエアモータの停止を回避するために有利であることは、すでに認識されている。好ましい実施形態では、バルブスプール４６にも小さな重力の傾きをもたらすように、スプール４６は方向制御バルブ３８の円筒状の空隙において鉛直方向に搭載されている。

【0027】

このように、改良された往復エアモータが開示されている。本発明の実施形態および適用を示し説明したが、より多くの変更がここにおける発明の概念内で可能であることは、当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、添付の請求項の範囲を除いて制限されるべきではない。

【要約】

エアモータが、圧搾空気源と、２つの空気室と、パイロットバルブと、方向制御バルブとを有する。方向制御バルブのスプールは不平衡タイプで、ピストン表面を含み、ピストン表面は、スプールの大きな端、および、ピストン表面と交互に連通する排気口および加圧された制限口を通じて大気と連通している。制限口を通じた圧搾空気源の交互の連通は、ピストン表面の大気との連続連通に対して制限される。方向制御バルブの移動の時点で、ピストン表面は制限口を通じて圧搾空気源と連通している。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】