特許 7100140 流路切換バルブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-04

(45)【発行日】2022-07-12

(54)【発明の名称】流路切換バルブ

(51)【国際特許分類】

   F16K 11/044 20060101AFI20220705BHJP

【ＦＩ】

F16K11/044 Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020541478

(86)(22)【出願日】2018-02-14

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-05-27

(86)【国際出願番号】 EP2018053723

(87)【国際公開番号】W WO2019158198

(87)【国際公開日】2019-08-22

【審査請求日】2020-09-03

(73)【特許権者】

【識別番号】514052379

【氏名又は名称】オエティカ シュヴァイツ アーゲー

(74)【代理人】

【識別番号】100076314

【弁理士】

【氏名又は名称】蔦田 正人

(74)【代理人】

【識別番号】100112612

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 哲士

(74)【代理人】

【識別番号】100112623

【弁理士】

【氏名又は名称】富田 克幸

(74)【代理人】

【識別番号】100163393

【弁理士】

【氏名又は名称】有近 康臣

(74)【代理人】

【識別番号】100189393

【弁理士】

【氏名又は名称】前澤 龍

(74)【代理人】

【識別番号】100203091

【弁理士】

【氏名又は名称】水鳥 正裕

(72)【発明者】

【氏名】モーザー パスカル

【審査官】大内 俊彦

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－５３６８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平５－６０２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００３／０２２１７２１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ １１／００－１１／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

三つの開口部（２１，２２，２３）を備えるバルブ室（１３）と、前記バルブ室に配設されて二つの端部位置の間で移動可能であり、周縁において前記バルブ室（１３）の周壁（１６）と密閉状態で協働する可撓性ダイヤフラム（１５）を有するバルブピストン（１４）とを有する流路切換バルブであって、前記バルブピストン（１４）が、第１端部位置において第１開口部（２１）と第２開口部（２２）との間の流路を開放して第３開口部（２３）を閉鎖し、第２端部位置において前記第１開口部（２１）を閉鎖して前記第２開口部（２２）と前記第３開口部（２３）との間の流路を開放し、
前記バルブ室（１３）の前記周壁（１６）が、前記第１端部位置への前記ダイヤフラム移動の最終段階でのみ前記ダイヤフラム（１５）と前記周壁（１６）との間の密閉接触が前記周縁の少なくとも一部で解除されるような形状を持ち、
前記バルブ室（１３）の前記周壁（１６）が前記ダイヤフラム移動の前記最終段階で拡張され、
前記周壁（１６）における前記の拡張された部分である拡張部において、前記ダイヤフラム（１５）が前記周壁（１６）から離間し、それにより第１開口部（２１）と第２開口部（２２）との間の流路が開放されることを特徴とする、
流路切換バルブ。

【請求項2】

前記拡張部が円錐形である、請求項１に記載の流路切換バルブ。

【請求項3】

前記拡張部が丸みを帯びている、請求項１に記載の流路切換バルブ。

【請求項4】

前記拡張部が段により形成される、請求項１に記載の流路切換バルブ。

【請求項5】

前記拡張部が切欠きにより形成される、請求項１に記載の流路切換バルブ。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

流路切換バルブは特許文献１から周知であり、三つの開口部を備えるバルブ室と、バルブ室に配設されて可撓性ダイヤフラムを有するバルブピストンとを有する。ダイヤフラムの周縁はバルブ室の内周壁と協働する。バルブピストンは二つの端部位置の間で移動可能であり、第１端部位置では第１開口部と第２開口部との間の流路を開放して第３開口部を閉鎖し、第２端部位置では第１開口部を閉鎖して第２開口部と第３開口部との間の流路を開放する。

【0002】

このタイプの切換バルブは、例を挙げると、第１開口部に空気が流入した時に、バルブピストンが過剰圧力により第１端部位置へ移動して第３開口部を閉鎖する一方で、流体は第１開口部から可撓性ダイヤフラムを経由して第２開口部へ流れるようにして使用される。流体が止められるか圧力が低下すると、この時、ダイヤフラムがシールとして作用するので、その時に第２開口部に存在する高い圧力がバルブピストンを第２端部位置へ移動させる。第２端部位置では、第１開口部が閉鎖され、この時に開放されている第３開口部から空気が流出できる。対応して第３開口部の断面が大きいので、この位置のバルブは急速排出を行う。

【0003】

バルブピストンが第１端部位置にある時に、空気はダイヤフラムを経由して流れなければならない。これは、ダイヤフラムを弾性的に変形させるためにある一定の圧力を必要とする。この圧力損失の結果、バルブ室の第１および第２開口部の間に測定可能なヒステリシスが生じる。圧力損失は、寸法公差および材料硬度に依存するので、各部品について変動する。加えて、材料の疲労および摩耗ゆえに経時的に変化する。しかしながら、ダイヤフラムの弾性はバルブが機能するのに不可欠である。

【0004】

この作用の結果として、圧力制御ループでの所望の圧力に厳密に達することは決してない。切換バルブの下流で圧力が検出される場合には、付加的な攪乱量であるヒステリシスのために制御ループが低速になって反応時間が長くなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】独国特許出願公開第１０２０１２１０８１９９号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、上述のヒステリシスが除去される流路切換バルブを提供するという目的に基づく。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明によれば、バルブ室の内周壁は、第１端部位置へのダイヤフラム移動の最終段階でダイヤフラムと周壁との間の密閉接触が周縁の少なくとも一部で解除されるような形状を持つ。言い換えると、本発明は、バルブピストンが第１端部位置に達した時に有効であるバイパスをバルブピストンに設けるのである。この端部位置では、弾性ダイヤフラムの影響が除去されることで、切換バルブの基本的機能を変化させずに上述のヒステリシスが抑制される。ダイヤフラムでの摩耗および公差はバルブ機能に影響しない。同時に、流断面が増大する。ヒステリシスが抑制されるため、本発明の切換バルブは制御が迅速かつ容易である。

【図面の簡単な説明】

【0008】

図面に示された実施形態を参照して本発明が以下でさらに詳しく説明される。

【図1】急速排出バルブの断面である。

【図2】バルブ室とこれに配設されるバルブピストンとの拡大断面である。

【図3】代替的構成におけるバルブ室およびバルブピストンの半分の断面である。

【図4】代替的構成におけるバルブ室およびバルブピストンの半分の断面である。

【図5】代替的構成におけるバルブ室およびバルブピストンの半分の断面である。

【図6】代替的構成におけるバルブ室およびバルブピストンの半分の断面である。

【図7】代替的構成におけるバルブ室およびバルブピストンの半分の断面である。

【図8】代替的構成におけるバルブ室およびバルブピストンの半分の断面である。

【図9】（ａ）～（ｄ）は、多様な断面形状でバルブ室の周壁に設けられる凹溝の概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１に図示されている急速排出バルブは、図の例ではＯリングを介して強固に相互接続される二つの本体部１１，１２から成る本体１０を有する。本体部１１にはバルブ室１３が形成される。合成材料から成り可撓性ダイヤフラム１５を有するピストン１４は、図１による垂直方向にバルブ室１３内で移動可能である。

【0010】

バルブ室１３は、圧縮空気源（不図示）への接続のための第１開口部２１を上方本体部１１に、圧縮空気シリンダその他（不図示）への接続のための第２の側方配設開口部２２と大気への急速排出のための下方第３開口部２３とを下方本体部１２に有する。

【0011】

バルブピストン１４は、図示されている位置であって第３開口部２を閉鎖する第１端部位置と、バルブ室１３の上壁に当接して第１開口部２１を閉鎖する第２端部位置（図１では不図示）との間で移動可能である。第１端部位置では、第１開口部２１に存在する過剰圧力によりバルブピストン１４が保持される。

【0012】

この位置で、先行技術のバルブは、空気が可撓性ダイヤフラム１５の周りを流れて、開口部２２に接続されたシリンダに達することを可能にする。

【0013】

開口部２１の圧力が開口部２２に存在するものより低下した時に、バルブピストン１４は、空気が開口部２１から流出するのを防止する第２端部位置（不図示）へ押圧され、シリンダに接続された開口部２２からの空気は大きな開口部２３から大気へ急速に流出できる。

【0014】

図２および３に示されている本発明の実施形態では、第１端部位置に達した時にバルブピストン１４のダイヤフラム１５が周壁１６から離間して第１開口部２１と第２開口部２２との間のバイパス接続部を開口することにより先行技術に存在するヒステリシスを抑制するように配設される面取り３０が、バルブ室の周壁１６の下方縁部に形成される。

【0015】

ダイヤフラム１５は比較的硬質である。バルブピストン１４は内部摩擦をほぼ有さず、非常に小さい圧力で移動する。バイパスに達すると、空気は、圧力損失を伴わず、ゆえにヒステリシスを生じずにダイヤフラム１５を経由して流れることが可能である。対照的に、先行技術では、ダイヤフラムの抵抗が常に克服されなければならない。

【0016】

図４の実施形態では、第１端部位置に達する直前にダイヤフラム１５が位置する箇所から始まる丸み３１が、バイパスに形成される。やはりこのケースでも、ダイヤフラム端部位置はもうバルブ室１３の周壁１６と密閉接触状態にない。この実施形態の一つの利点は、ダイヤフラム１５の均一な圧力解除と、ここでも達成される空気流の断面積の大きさとに存する。図２および３の面取り３０と比較すると、丸み３１は、バルブの使用寿命に寄与する一層スムーズな移行部を形成する。

【0017】

図５では、バルブ室の周壁１６の凹溝３２としてバイパスが形成される。第２端部位置に達する直前にのみダイヤフラム１５が周壁１６との接触を終えるように配置される複数の平行な凹溝または平行な環状凹溝を設けることも可能である。

【0018】

図６から８の実施形態では、周方向に分散された複数の切欠き３３，３４，３５がバルブ室の周壁１６の下端部に形成され、各切欠きは周縁の一部のみに延在し、ダイヤフラム１５が第１端部位置に達する直前にのみ位置する箇所に切欠きがやはり配設される。代替的に、単一の切欠き３３，３４，３５が設けられてもよい。軸方向断面において、切欠きは、円（図６の３３）、矩形（図７の３４）、台形（図８の３５）、またはその他の一部の形状であってもよい。

【0019】

図９に指示されているように、切欠き３３～３５の断面は、樋形状（ａ）、楔形状（ｂ）、矩形（ｃ）、または半円形（ｄ）でありうる。

【符号の説明】

【0020】

１０ 本体
１１，１２ 本体部
１３ バルブ室
１４ バルブピストン
１５ ダイヤフラム
１６ 周壁
２１ 第１開口部
２２ 第２開口部
２３ 第３開口部
３０ 面取り
３１ 丸み
３２ 凹溝
３３～３５ 切欠き

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9a)】

【図9b)】

【図9c)】

【図9d)】