(57)【要約】      （修正有）【課題】永久磁石の吸着によって閉鎖状態に保持される弁体と弁プレートの対向面間の吸着と離反の動作圧の差圧を減少させ、弁体の開閉動作を安定化できるエアパルサ。【解決手段】ボディ１の内部をダイヤフラム４の張設によって給気チャンバ５と排気チャンバ６とに仕切り、給気チャンバ５内にダイヤフラム４によって開閉されるエア噴射筒７を設ける。排気チャンバ６内を弁プレート１１によって第１室６ａと第２室６ｂとに仕切り、第２室６ｂ内に弁プレート１１に吸着される永久磁石２０及び吸着盤２０ａが埋設された弁体１９と、弁体１９の移動を案内するガイド筒１７とを設け、ガイド筒１７と弁プレート１１の対向面間にシール部材２２を組込む。弁プレート１１の内周部１１ａの面に放射方向に複数のＶ字状の分割溝１１ｖを設け、永久磁石２０の磁束分布の不均一性、連続性を低下させ、過剰な吸着力、離反力を減少させて弁体の開閉動作を安定化させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボディの内部空間内に小孔を有するダイヤフラムを張設して、内部空間を給気チャンバと排気チャンバとに仕切り、給気チャンバ内にはダイヤフラムによって開閉されるエア噴射筒を設け、排気チャンバ内には、その排気チャンバを第１室と第２室とに仕切る弁プレートを設け、第１室にはダイヤフラムがエア噴射筒を閉じる方向にダイヤフラムを変形させるスプリングを設け、第２室には、弁プレートに形成された弁孔の開閉用の弁体と、その弁体を弁プレートに対して移動自在に支持するガイド筒とを組込み、ガイド筒の両端部にはその内部と第２室を連通する通気孔を形成し、弁体には弁プレートに吸着して弁体を閉鎖状態に保持する永久磁石を設け、ボディには給気チャンバに圧縮エアを供給する給気口と、第２室内のエアを外部に排気する排気口とを形成したエアパルサにおいて、弁体に設けられた永久磁石の弁プレートに対向する面に吸着盤を取付け、弁プレートの内周部の上記吸着盤と対向する面に放射方向に複数の分割溝を設けたことを特徴とするエアパルサ。
【請求項２】
前記分割溝を等間隔でＶ字状の溝として形成したことを特徴とする請求項１に記載のエアパルサ。
【請求項３】
前記弁プレートとガイド筒の対向面間にシール部材を組込み、そのシール部材の内周に弁体の先端部外周に形成された凹面と弾性接触する環状のシールリップを設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のエアパルサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パルスエアを噴射し、粉体等の空気輸送などに用いられるエアパルサに関する。
【背景技術】
【０００２】
間歇的に噴射される圧縮エア、所謂パルスエアによって粉粒体を空気輸送したり、ホッパ内に充填された粉粒体のブリッジを破壊したりすることは従来から普通に行なわれている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載された粉粒体の輸送装置においては、コンプレッサから成る圧縮空気供給源と加圧タンクとを第１通路で連通し、加圧タンクの下部出口に接続された粉粒体の輸送管と前記圧縮空気供給源とを第２通路で連通し、前記第１通路と第２通路のそれぞれに電磁弁を接続し、各電磁弁の開閉を制御装置で制御して、加圧タンク内および輸送管内にパルスエアを交互に供給し、加圧タンク内に供給されるパルスエアにより内部の粉粒体を流動化させてブリッジの発生を抑制するようにしている。また、輸送管内に供給されるパルスエアによって、加圧タンク内から輸送管内に排出される粉粒体を空気輸送するようにしている。
【０００４】
また、特許文献２に記載されたエアバイブレータにおいては、シリンダの上方にバルブ室を設け、そのバルブ室内に小孔を有するダイヤフラムを張設して、バルブ室を上室と圧縮エアが供給される下室とに仕切り、上室の周壁に形成された排気口に電磁弁を接続し、この電磁弁の開閉を制御し、電磁弁の開放により上室内の圧縮エアを外部に排気し、上室内の圧縮低下によりダイヤフラムを上室側にわん曲させてシリンダの上端を開口し、下室からシリンダ内に供給されるパルスエアによって、そのシリンダ内に組込まれたピストンを下降させ、このピストンにより打撃プレートを打撃するようにしている。
【０００５】
ところで、上記のような噴流体の輸送装置やエアバイブレータにおいては、パルスエアの形成に電磁弁を必要とするため、装置が大型化すると共に、電磁弁の開閉を制御装置で制御する必要があるため、コストが高くつくという不都合がある。そのような不都合を解消するため、本件出願人は、電磁弁を用いることなく圧縮エアを連続的に供給するのみでパルスエアを噴射させることができるようにしたエアパルサを特許文献３で提案している。
【０００６】
上記特許文献３に記載されたエアパルサは、ボディの内部空間をダイヤフラムによって給気チャンバと排気チャンバとに仕切り、給気チャンバ内には前記ダイヤフラムによって開閉されるエア噴射筒を設け、排気チャンバ内には、その排気チャンバを第１室と第２室に仕切る弁プレートを設け、第２室には弁プレートに形成された弁孔を開閉する弁体を組込み、その弁体に保持された永久磁石が弁プレートに吸着する作用によって弁体を閉鎖位置に保持するように構成されている。
【０００７】
そして、上記ボディに形成された給気口から給気チャンバ内に供給される圧縮エアをダイヤフラムに形成された小孔から第１室内に流入させ、その第１室内の圧力が永久磁石の吸着力より高くなったとき、弁体を後退させて排気チャンバ内の圧縮エアを排気口から外部に流出させ、その流出による排気チャンバ内の圧力低下によりダイヤフラムを排気チャンバ側に変形させて、給気チャンバ内の圧縮エアをエア噴射筒から噴射させるようにしている。
【０００８】
しかし、上記特許文献３に記載されたエアパルサにおいては、弁体の永久磁石が弁プレートの内周面と接触する構成として、永久磁石の端面が弁プレートの内周面と直線当接し吸着するようになっており、磁石面と吸着面が円形状の平坦面となっている。しかし、このような吸着方式では、永久磁石の磁束分布が不均一、かつ全周に亘って連続分布しているため、各動作タイミングによっては吸着時に大きな吸着力、離反時に大きな離反力を必要とし、動作インターバルと動作圧力が一定の動作を繰り返さず、場合によっては吸着したままとなることもあり、このためエアの動作圧の下限と上限の差圧が大きくなり、不安定動作の要因となっていた。従って、エアパルサを精度よく作動させることができず、改良すべき点が残されていた。
【特許文献１】特開平５−３３０６５２号公報
【特許文献２】特公平６−３０７３５号公報
【特許文献３】特開２００３−３４４２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明の課題は、上記のようなエアパルサにおいて、永久磁石の吸着によって閉鎖状態に保持される弁体と弁プレートの対向面間の吸着と離反の動作圧の振れ幅の変動による差圧を減少させ、弁体の開閉動作を安定化することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、この発明においては、ボディの内部空間内に小孔を有するダイヤフラムを張設して、内部空間を給気チャンバと排気チャンバとに仕切り、給気チャンバ内にはダイヤフラムによって開閉されるエア噴射筒を設け、排気チャンバ内には、その排気チャンバを第１室と第２室とに仕切る弁プレートを設け、第１室にはダイヤフラムがエア噴射筒を閉じる方向にダイヤフラムを変形させるスプリングを設け、第２室には、弁プレートに形成された弁孔の開閉用の弁体と、その弁体を弁プレートに対して移動自在に支持するガイド筒とを組込み、ガイド筒の両端部にはその内部と第２室を連通する通気孔を形成し、弁体には前記弁プレートに吸着して弁体を閉鎖状態に保持する永久磁石を設け、ボディには給気チャンバに圧縮エアを供給する給気口と、第２室内のエアを外部に排気する排気口を形成したエアパルサにおいて、弁体に設けられた永久磁石の弁プレートに対向する面に吸着盤を取付け、弁プレートの内周部の上記吸着盤と対向する面に放射方向に複数の分割溝を設けた構成を採用したのである。
【００１１】
上記構成としたこの発明のエアパルサは、上記ボディの内部機構の作用により所望のパルス間隔でパルスエアが供給される。給気口から給気チャンバ内に圧縮エアを供給すると、その圧縮エアはダイヤフラムに形成された小孔から排気チャンバの第１室内に流入し、その第１室内の圧力が永久磁石の吸着力より高くなると弁体が後退して弁孔を開放し、第１室内の圧縮エアが弁孔から第２室に流れて排気口から外部に排出される。
【００１２】
その排気によって排気チャンバ内の圧力が給気チャンバ内の圧力より低くなるため、ダイヤフラムは排気チャンバ側に変形し、エア噴射筒のエア入口が開放される。このため、給気チャンバ内の圧縮エアはエア噴射筒内に流れて、そのエア噴射筒から噴射される。また、排気チャンバ内の圧力がほぼ大気圧に保持されると、永久磁石と弁プレートの相互間に作用する吸着力によって弁体が弁孔を閉じる状態に戻り、その弁体の閉鎖後、ダイヤフラムは給気チャンバ側に変形してエア噴射筒のエア入口を閉じ、給気チャンバからエア噴射筒への圧縮エアの流動を遮断する。弁体は排気チャンバの第１室の圧力上昇の都度開放し、その弁体が開放するたびにダイヤフラムは排気チャンバ側に変形してエア噴射筒のエア入口を開放するため、エア噴射筒からパルスエアを間歇的に噴射することができる。
【００１３】
このようなエアパルサの基本作用を確保するためには、永久磁石の吸着によって閉鎖状態に保持される弁体と弁プレートの対向面間の吸着と離反の動作時のエアの動作圧の下限と上限の振れ幅による差圧を小さくし、弁体の開閉動作をスムーズに安定化させる必要があるが、上記構成では永久磁石の弁プレートに対向する面に吸着盤を取付け、吸着盤に対向する弁プレートの内周部に放射方向の複数の分割溝を設けたため、永久磁石の磁束は周方向に分割され、分割された磁束毎に吸着、離反作用を弁プレートに及ぼして磁束の不均一分布、連続性による過剰な吸着力・離反力を低下させる。
【発明の効果】
【００１４】
上記のように、この発明のエアパルサでは、永久磁石に吸着盤を取付け、これに対向する弁プレートの内周部に放射方向の複数の分割溝を設けることにより磁束分布を周方向に分割したため、分割された磁束毎の吸着、離反作用により動作圧力の上、下限振れ幅とその変動が減少し、吸着と離反時の応答性が向上し、弁体の開閉動作が安定化される。このため、エアパルサをきわめて高精度に作動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、ボディ１は、円筒状のボディ本体２と、そのボディ本体２の一端にボルト止めされたヘッドカバー３とから成り、そのボディ本体２とヘッドカバー３とによってダイヤフラム４の外周部が挾持されている。ボディ１の内部空間は、上記ダイヤフラム４の張設によって給気チャンバ５と排気チャンバ６とに仕切られ、前記給気チャンバ５内にエア噴射筒７が設けられている。
【００１６】
ダイヤフラム４は、給気チャンバ５と排気チャンバ６を連通する小孔８が設けられている。ダイヤフラム４は排気チャンバ６内に組込まれたスプリング９の押圧により給気チャンバ５側に弾性変形して、エア噴射筒７のエア入口を閉鎖している。排気チャンバ６の内周には段部１０が形成され、その段部１０によって排気チャンバ６の内周にねじ係合された弁プレート１１が支持されている。この弁プレート１１の取付けによって排気チャンバ６は第１室６ａと第２室６ｂとに仕切られている。
【００１７】
前記段部１０と弁プレート１１の対向面間には弾性シール１２が組込まれ、この弾性シール１２は段部１０と弁プレート１１の対向面に弾性接触して、その対向面間をシールしている。弁プレート１１は永久磁石が吸着可能な磁性体から成っている。この弁プレート１１には第１室６ａと第２室６ｂを連通する弁孔１４が形成されている。また、弁プレート１１には第１室６ａに対向する端面に放射状の溝１５が形成されている。
【００１８】
弁プレート１１の第２室６ｂに対する対向面には、弁孔１４を中心とする円形の凹部１６が設けられ、その凹部１６内にガイド筒１７の先端部が嵌合されている。ガイド筒１７は弁プレート１１の締付けにより、先端面が凹部１６の端面に衝合されていると共に、後端面が第２室６ｂの端面に衝合されている。ガイド筒１７は両端部に通気孔１８を有し、内部には弁孔１４を開閉する弁体１９が摺動自在に組込まれている。弁体１９の弁プレート１１の内周部１１ａと対向する先端部には永久磁石２０と吸着盤２０ａが埋設され、その永久磁石２０が吸着盤２０ａを介して及ぼす弁プレート１１の内周部１１ａに対する吸着力によって弁体１９は閉鎖状態に保持されている。
【００１９】
従来のエアパルサの構造では永久磁石２０は弁プレート１１の内周部１１ａに直接吸着して弁体１９を閉鎖状態としていたが、弁体１９は実際には吸着と離反を繰返し、その動作状態は必ずしも安定していない。この動作状態を安定化させるため、この実施形態では上記のように、永久磁石２０に取付けられた吸着盤２０ａを弁プレート１１の内周部１１ａに対向して設けている。そして、弁プレート１１の内周部１１ａの吸着盤２０ａに対向する面に弁孔１４のテーパ面付近から放射方向に複数（４〜８つ）（図示の例では８つ）のＶ字状の分割溝（幅０．４〜０．６ｍｍ）１１ｖを互いに等間隔に設けて弁体１９の動作安定化機構を形成している。
【００２０】
図２に示すように、弁プレート１１の前記ガイド筒１７の先端面が衝合された凹部１６端面には環状のシール溝２１が形成され、そのシール溝２１に環状のシール部材２２が組込まれている。シール部材２２は凹部１６の端面とガイド筒１７の先端面に密着して、弁プレート１１とガイド筒１７の対向面間をシールしている。
【００２１】
シール部材２２の内周面には環状のシールリップ２３が形成され、シールリップ２３の断面視形状は内周端がゆるやかな凸曲面状とされ、そのシールリップ２３は弁体１９が閉鎖位置に保持された状態で、その弁体１９の先端部外周で弁体１９の大径部とこれより所定寸法小さい小径部との境界に形成された断面視曲線状の凹面２４と弾性接触して、第１室６ａ内に圧縮エアが流入した際、その圧縮エアが弁プレート１１と弁体１９の対向面間から第２室６ｂに漏洩するのを防止している。２５はシールリップ２３の移動を許容するための溝である。
【００２２】
上記の構成としたこの実施形態で示すエアパルサは、給気口２６に対する圧縮エアの供給停止状態において、弁体１９は弁プレート１１と永久磁石２０の吸着によって閉鎖状態に保持されている。また、ダイヤフラム４はエア噴射筒７のエア入口を閉じている。給気通路２８から流量調整弁である可変絞り２９により流量を調整して給気口２６に圧縮エアを供給すると、その圧縮エアは給気チャンバ５内に流入すると共に、給気チャンバ５からダイヤフラム４の小孔８を通って排気チャンバ６の第１室６ａ内に流入する。
【００２３】
第１室６ａ内の圧力は圧縮エアの流入によって次第に高くなり、その圧力が永久磁石２０が弁プレート１１を吸着する吸着力より高くなると、弁体１９が後退して弁孔１４を開放する。上記弁孔１４の開放によって第１室６ａ内の圧縮エアは弁孔１４から第２室６ｂ内に流入し、排気口２７から外部に排気される。その排気によって排気チャンバ６内の圧力が低下し、給気チャンバ５と排気チャンバ６の圧力差によりダイヤフラム４は図３に示すように、排気チャンバ６側に弾性変形し、エア噴射筒７のエア入口が開放する。このため、給気チャンバ５内の圧縮エアはエア噴射筒７に流入して、そのエア噴射筒７から噴射される。
【００２４】
一方、排気チャンバ６内の圧縮エアが排気口２７から排気されて、その排気チャンバ６内の圧力が低下すると、永久磁石２０、吸着盤２０ａと弁プレート１１の内周部１１ａ相互間に作用する吸着力により弁体１９が前進して弁孔１４を閉鎖する。その閉鎖によって給気チャンバ５内の圧縮エアはダイヤフラム４の小孔８から排気チャンバ６の第１室６ａ内に流入し、第１室６ａ内の圧力が上昇する。第１室６ａ内の圧力が給気チャンバ５内の圧力とほぼ等しくなると、ダイヤフラム４が給気チャンバ５側に弾性変形して、エア噴射筒７のエア入口を閉鎖し、エア噴射筒７からの圧縮エアの噴射が遮断される。
【００２５】
弁体１９は第１室６ａ内の圧力が永久磁石２０の吸着力より高くなると弁孔１４を開放し、排気チャンバ６内の圧縮エアが排気口２７から排気されて排気チャンバ６内の圧力が低下すると弁孔１４を閉鎖する。一方、ダイヤフラム４は排気チャンバ６内の圧力が低下するとエア噴射筒７のエア入口を開放し、弁体１９が閉鎖して第１室６ａ内の圧力が給気チャンバ５内の圧力とほぼ等しくなると上記エア入口を閉鎖するため、エア噴射筒７からパルスエアを間歇的に噴射することができる。
【００２６】
このため、電磁弁を用いることなくエアパルサを形成することができる。ここで、給気通路２８に設けられた可変絞り２９の操作によって給気口２６への圧縮エアの供給量を調整することにより、エア噴射筒７から噴射されるパルスエアの間隔を調整することができる。上記のようなエアパルサにおいて、弁体１９が弁孔１４を閉鎖する状態で、第１室６ａ内の高圧エアが弁プレート１１と弁体１９の対向部間から第２室６ｂに漏洩すると、その漏洩量が多い場合は第１室６ａ内の圧力を上昇させることができず、弁体１９を後退させることができないためにパルスエアを噴射させることができなくなる。
【００２７】
一方、第１室６ａ内の圧縮エアの漏洩量が微量な場合には、第１室６ａ内の圧力が永久磁石２０の吸着力より高くなるまでに時間を要し、パルスエアの噴射間隔が長くなる。実施の形態では、弁プレート１１とガイド筒１７の対向面間にシール部材２２を組込み、そのシール部材２２の内周に弁体１９の先端部外周に形成された凹面２４に弾性接触する環状のシールリップ２３を設けているため、弁体１９の閉鎖状態でシールリップ２３が弁体１９の凹面２４に弾性接触すると共に、第１室６ａ内の圧力が高くなると、凹面２４に対するシールリップ２３の接触圧がさらに増大することになる。
【００２８】
このため、弁プレート１１と弁体１９の対向面間を確実にシールすることができ、上記対向面間から第２室６ｂへの高圧エアの漏れを確実に防止することができるので、パルスエアを所定の間隔で確実に噴射させることができる。この場合、前述したように、弁体１９は実際の動作時には吸着と離反を短時間に繰り返してパルスエアを生成する。このパルスエアを所望のパルス間隔で生成するためには、弁体１９による開閉動作を安定化させる必要がある。
【００２９】
しかし、この実施形態では上述した動作安定化機構により、弁体１９は弁プレート１１に対し極めて安定して動作する。この動作安定化は、弁プレート１１の内周部に分割溝１１ｖを設けたことにより弁体１９の開閉動作時の吸着、離反圧力の振れ幅が従来より小さくなり、圧力差が減少したことによる。図４に弁体１９の動作状態の波形をオシログラフで測定した結果を示す。（ａ）図は比較例としての従来例（分割溝なし、オリフィス径φ６、吸着面外径φ９．４）、（ｂ）図は上記実施形態（８分割溝有り、オリフィス径φ６、吸着面外径φ９．４）の場合である。
【００３０】
両図共、横軸は時間、縦軸はパルスエアの圧力変動を示し、振幅の下方が弁体１９の吸着、上方が離反を示す。（ａ）図から分るように、従来例では弁体１９の動作圧力波形の振幅が大きく、従ってパルスエアの生成は必ずしもスムーズではなく、安定化していない。これは、弁体１９の永久磁石２０による磁束は全周に亘って分布しているが、その磁束分布が必ずしも全周で均一でなく、かつ全周に連続しているため、全周で不均一、かつ連続的磁束分布では弁体１９の開閉動作時に過剰な吸着力と離反力を必要とするためである。なお、図示していないが、供給エアーの圧力、流量を変化させた場合、状態によっては弁体１９が吸着したまま離反しなくなる場合もある。
【００３１】
これに対し、（ｂ）図から分るように、上記実施形態では弁体１９の吸着と離反の圧力差の変動はわずかである。これは、分割溝１１ｖを弁プレート１１の内周部１１ａに設けたため磁束が分割され、分割されたことにより内周部１１ａの当接面に対する過剰な吸着力、離反力が低下し、均一化されて弁体１１の吸着と離反が生じ易くなった、即ち弁体１９の応答性が向上したためである。
【００３２】
なお、図示の例は、圧力０．６Ｍｐａの供給エアーの流量を流量調整弁である可変絞り２９で調整し所定の目的（図示の例はノッカとして）に適合するパルス間隔とした動作圧の変化を示し、図中の時間ｔ1 、ｔ2 ＝５分、圧力レベルＰ1 ＝０．２Ｍｐａ、Ｐ2 ＝０．４Ｍｐａである。それぞれの測定結果は次の通りである。
【００３３】
従来例                  実施形態
供給エアー流量    Ｌ／Ｈ          約１１８                約１０５
動作インターバル  回／ｓｅｃ      ０．４５／５ｓｅｃ      ０．４５／５ｓｅｃ
動作圧力上限値    Ｍpa(MAX)       ０．４８２              ０．３５１
動作圧力下限値    Ｍpa(MIN)       ０．２６３              ０．２３３
上記結果から分るように、従来例では動作圧力の上、下限値の圧力差が大きく（約０．２）、実施形態では圧力差が小さく（約０．１２）なっている。
【００３４】
オシログラフの図示は省略するが、上記実測例以外にも種々異なる状態の測定結果が得られており、その一例の結果のみを示す。
【００３５】
供給エアー圧力０．５Ｍpa          従来例                      実施形態
動作圧力上限値Ｍpa(MAX) （振幅）０．２０〜０．４０  （振幅）０．０１〜０．０２
動作圧力下限値Ｍpa(MIN) （振幅）０．１５〜０．２５  （振幅）０．０１〜０．０２
以上の実測データからも動作安定化機構として弁プレート１１に複数の分割溝を設けることが有効であることが理解される。なお、分割溝数は４〜６分割でも測定結果は若干異なるが同じ効果がえられることが確認されている。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明に係るエアパルサの実施の形態を示す縦断正面図
【図２】図１のエアパルサの弁体部分を拡大して示す（ａ）断面図、（ｂ）（ａ）図の矢視Ｂ−Ｂの断面図
【図３】図１におけるエアパルサの弁体の開放状態を示す断面図
【図４】エアパルサの圧力差変動波形のオシログラフによる測定結果のグラフ（（ａ）従来例、（ｂ）実施形態）
【符号の説明】
【００３７】
１      ボディ
４      ダイヤフラム
５      給気チャンバ
６      排気チャンバ
６ａ    第１室
６ｂ    第２室
７      エア噴射筒
８      小孔
１１    弁プレート
１４    弁孔
１７    ガイド筒
１８    通気孔
１９    弁体
２０    永久磁石
２０ａ  吸着盤
２１    シール溝
２２    シール部材
２３    シールリップ
２４    凹面
【図１】
2006177506.tif 000003
【図２】
2006177506.tif 000004
【図３】
2006177506.tif 000005
【図４】
2006177506.tif 000006