(57)【要約】本発明は、加圧空気源と流体連通状態にある入口ポートを備えた弁体と、弁体内で軸方向に延びる弁ボアと、弁ボア内において所定位置と所定位置の間を動くことができる弁部材(46)とを有する空気圧弁組立体に関する。弁部材(46)は、加圧空気の流れを入口ポートから弁ボアを通して出口ポート(32)に差し向けるよう選択的に動くことが可能である。傾斜した弁密封面(62)を有する弁要素(52)が弁部材(46)上に設けられ、弁座(82)が弁ボア内に形成される。この弁座(82)は、弁部材(46)が閉鎖位置にあるときに弁密封面(62)と密封的に接触する一定の傾斜角度に形成され、それにより、加圧空気の流れを遮る。
2005517134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気圧弁組立体（１０，１１０）であって、
加圧空気源と流体連通状態にある加圧空気供給入口ポート（３０，１３０）を備えた弁体（１２，１１２）と、
前記弁体（１２，１１２）内を軸方向に延びる弁ボア（３６，１３６）と、
加圧空気の流れを前記入口ポート（３０，１３０）から前記弁ボア（３６，１３６）を通って少なくとも１つの出口ポート（３２，１３２）に選択的に差し向けるよう前記弁ボア（３６，１３６）内において所定の位置相互間で動くことができる弁部材（４６，１４６）と、
前記弁部材（４６，１４６）上に設けられていて、傾斜した弁密封面（６２，１６２）を備えた少なくとも１つの弁要素（５２，１５２）と、
前記弁ボア（３６，１３６）内に形成された少なくとも１つの弁座（８２，１８２）と、を有し、
前記少なくとも１つの弁座は、前記弁部材（４６，１４６）が閉鎖位置にあるときに前記弁部材（５２，１５２）の弁密封面（６２，１６２）と密封的に接触する、前記弁ボア（３６，１３６）に対して一定の傾斜角に形成され、それにより、加圧空気の流れを遮ることを特徴とする空気圧弁組立体。
【請求項２】
前記弁部材の中心線から垂直方向外方に延びる半径方向線に対して測定したときの前記弁座（８２，１８２）の傾斜角は、前記半径方向線に対して測定した前記傾斜弁密封面（６２，１６２）の角度測定値よりも２〜３°小さいことを特徴とする請求項１記載の空気圧弁組立体。
【請求項３】
前記弁座（８２，１８２）の傾斜角は、前記弁座（８２，１８２）の表面の線と前記弁部材（４６，１４６）の中心線と垂直に且つそれから外方に延びる半径方向線との間の角度として測定され、前記角度は好ましくは、２８〜３２°であることを特徴とする請求項１記載の空気圧弁組立体。
【請求項４】
前記弁要素（５２，１５２）の前記弁密封面（６２，１６２）と前記弁座（８２，１８２）は、前記弁部材（４０，１４０）が閉鎖位置にあるときに面シールを形成することを特徴とする請求項１記載の空気圧弁組立体。
【請求項５】
前記弁体（１２，１１２）内に設けられていて、前記弁ボア（３６，１３６）と流体連通状態にある少なくとも１つの排気ポート（３８，１３８）を更に有し、
前記弁要素（５２，１５２）は更に、加圧空気の流れを前記少なくとも１つの出口ポート（３２，１３２）から前記弁ボア（３６，１３６）を通って前記少なくとも１つの排気ポート（３８，１３８）に選択的に差し向けることを特徴とする請求項１記載の空気圧弁組立体。
【請求項６】
更に、前記弁体（１２）内に設けられていて、前記弁ボア（３６）と流体連通状態にある複数の出口ポート（３２，３４）を有していることを特徴とする請求項１記載の空気圧弁組立体。
【請求項７】
更に、前記弁部材（４６）上に設けられていて、加圧空気の流れを前記入口ポート（３０）から前記弁ボア（４６）を通って前記複数の出口ポート（３２，３４）に選択的に差し向けることができる複数の弁要素（５２，５４，５６，５８）を有していることを特徴とする請求項６記載の空気圧弁組立体。
【請求項８】
各々が前記弁体（１２）内に前記弁ボア（３６）と流体連通状態をなして設けられた複数の排気ポート（３８，４０）を更に有し、前記弁要素（５２，５４，５６，５８）は更に、加圧空気の流れを前記複数の出口ポート（３２，３４）の各々から前記弁ボア（３６）を通って前記複数の排気ポートのうちそれぞれ対応関係にある排気ポート（３８，４０）に選択的に差し向けることができることを特徴とする請求項７記載の空気圧弁組立体。
【請求項９】
前記弁ボア（３６）は、１対の開口端部（４２，４４）を備えるよう前記弁体（１２）を貫通しており、少なくとも１つのリテーナインサート（５０，５１）が、前記弁体（１２）の前記１対の開口端部のうち一方（４４）内に受け入れられ、前記リテーナインサート（５０，５１）は、前記弁部材（４６）を前記弁ボア（３６）内に保持することを特徴とする請求項１記載の空気圧弁組立体。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの弁座（８２）は、前記リテーナインサート（５１）上に設けられていることを特徴とする請求項９記載の空気圧弁組立体。
【請求項１１】
更に、前記弁ボア（３６）の一端部（４４）のところに且つ前記弁部材（４６）と前記リテーナインサート（５０）の間に設けられ、それにより、付勢力を一方向において前記弁部材（４６）に与えるようになった付勢部材（１０８）を有していることを特徴とする請求項１０記載の空気圧弁組立体。
【請求項１２】
前記付勢部材（１０８）は、コイルばねであることを特徴とする請求項１１記載の空気圧弁組立体。
【請求項１３】
更に、前記弁部材（４６）を前記弁ボア（３６）内で前記付勢部材（１０８）の前記付勢力と逆の方向に選択的に作動させるよう前記弁体（１２）に取り付けられた電気機械式アクチュエータ組立体（１４）を有していることを特徴とする請求項１１記載の空気圧弁組立体。
【請求項１４】
前記電気機械式アクチュエータ組立体（１４）は、ソレノイドを含むことを特徴とする請求項１３記載の空気圧弁組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的には、空気圧弁組立体に関し、詳細には、改良した弁座を有するポペット弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の空気圧の作用で作動する装置、例えば直線アクチュエータ、回転アクチュエータ、空気入口又は作業空気の正確な制御を必要とする任意他の空気圧装置又は用途に供給されたり、これから排出される加圧空気の流れを制御したりする空気圧弁組立体が当該技術分野において周知である。関連技術における多くの用途で現在用いられている空気圧弁の一形式は、一般にポペット弁と呼ばれている。ポペット弁は、例えば全流体動力式システムの一部としてパイロット式空気圧弁と関連して特に利用されている。１つの一般的なポペット弁の構成は、所定の位置相互間で弁体内に可動的に支持された弁部材を含む。これら位置は典型的には、弁ボア内での弁座の配置場所で決まる。弁部材は、弁座に係合する弁要素を有している。弁部材は、１以上のアクチュエータにより所定の位置相互間で動く。典型的には、アクチュエータのうちの少なくとも１つは、弁部材を一方向に移動させる電気機械式装置、例えばソレノイドである。ポペット弁組立体は、弁部材を逆方向に移動させる付勢部材、例えばコイルばね又は別の電気機械式作動装置を有する場合がある。このように、弁内での空気圧の流れは、弁体内に形成された種々のポート相互間で制御される。
【０００３】
弁体の内部をどのように構成するかに応じて、弁は、弁組立体の入口ポートから出口ポートまでの流路の初期状態に関し「常開」形態又は「常閉」形態のいずれかに構成することができる。加うるに、多くの入口ポート及び出口ポート相互間で多数の内部空気圧流路を提供することができる二方弁、三方弁又は四方弁流路を備えた公知の弁組立体が存在している。これにより、弁体を用途に応じて幾つかのポートを「常開」として、幾つかを「常閉」として提供するよう構成できる。かくして、これに伴い二方弁、三方弁又は四方弁組立体は、弁部材を作動させると、多くの入口ポート及び出口ポートを開閉できる。
【０００４】
この種の弁組立体は、繰り返し可能且つ非常に迅速な応答時間が所望される多様な製造及びプロセス環境において用いられている。具体的に説明すると、上述したように、関連技術において現在知られているポペット弁は、主スプール弁内での空気圧の流れを案内し又は制御するために使用できる。しかしながら、当業者であれば、以下の説明から本発明はパイロット弁としてのその用途にはなんら限定されないことは理解されよう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
いずれの場合においても、これら弁の技術が進歩したので、機能をこれまでの厳しい作業空間内で稼働中の空気圧装置の益々近くに配置できることが望ましい物理的に小型の弁の要望が高まっている。ここ数年にわたり、比較的小型の弁において高い流量及び繰り返し可能な迅速応答時間の実現を容易にした多くの改良例がこの分野において存在している。しかしながら、迅速且つ小型の弁の技術が進歩したので、ライフサイクル耐久性、反復性及び弁正確さに関する従来型弁組立体の或る幾つかの制約及び欠点が明らかになった。或る特定の高速製造及びプロセス環境は、比較的短期間で極めて多数の反復性のある空気圧駆動作業を実施する。例えば、１年にわたり、上述の用途のうちの多くでは、上記形式の空気圧弁がこれらの元の正確さ及び密封特性を維持しながら文字通り数十億の繰り返し作動を行うことが必要とされる。
【０００６】
関連技術分野において現在用いられている典型的な弁組立体は、摩耗及び耐久性の面で制約があり、高速であり且つ繰り返しの多い弁動作を必要とする過酷な環境で用いられると顕著な欠点を示す。多数回の繰り返し弁作動を可能にしながら弁組立体の動作性能を維持する上での１つの重要な要因は、弁体内における正確且つ終始一貫した弁行程を維持することにある。行程の増大により、弁作動のタイミングが変わり、有害な内部力が増大することになる。
【０００７】
終始一貫した行程を維持し、それにより寿命を維持するための１つの検討事項は、弁座と弁部材の相互作用のあり方である。関連技術分野において一般に用いられている弁座は典型的には、スクエアカット（直角に切断された）又は９０°コーナー部表面を有している。対応関係をなす弁要素は通常、比較的円錐形又は斜めに形成された弁密封面を有している。ほとんどの場合、弁要素は、密封効果を高め、弁部材が直角の弁座と相互作用をするときに弁座の僅かなクッション作用をもたらすよう弾性部材と一体成形され又はこれで包まれている。弁座のスクエアカット９０°コーナー部は、弁動作中、ポペット弁要素中に深く入り込む場合がある。このコーナー部が侵入すると、弁要素に加えられている力が弁密封面全体に広がる。この密封相互作用は、最初、弁要素が弁座の縁部に当たり、それにより弁座の周りにリングシールを形成すると弁要素の密封面の一体成形材料が僅かに内方に撓むので良好なシールを生じさせる傾向がある。しかしながら、この密封効果は、密封材料を繰り返し変形させ、例えば弁部材がどの弁閉鎖動作中でも弁座に当接するその着座位置に移動すると切断されることにより最終的には損傷させることにより弁を繰り返し作動させると摩耗を生じさせる。
【０００８】
密封材料が永久変形し始め、最終的に切れると、アクチュエータは、弁を密封するのに益々長い行程を生じさせる必要がある。弁行程のこの最小限ではあるが、重大な進行中の増大により、弁作動のタイミングに動的な変化がもたらされ、これにより実施中の作業の質が劣化する。弁行程の変化に起因する弁作動のタイミングの変化は、プロセスの不正確さ及び一貫性の無さをもたらし、これにより最終的には弁の交換が必要にする。第２に、弁密封材料の変形及び切断により、漏れが生じる場合があり、下流側の空気圧流路中に密封材料の破片が入り込む場合が多い。
【０００９】
従来型弁の別の欠点は、典型的な弁組立体のアクチュエータ構造を分析した場合に明らかになる。典型的な電気機械作動式弁組立体は、浮動又は可動マーマチュアを利用するソレノイドを有している。アーマチュアと磁極片との間に僅かなギャップが必要である。これにより、アーマチュアは弁部材を移動させながらアクチュエータ内で僅かに動き又は浮動することができる。空動作付勢機能を有する場合が多いアーマチュア付勢部材は、この環境中で採用される場合が多い。このアーマチュア付勢部材は、弁付勢部材と関連して動作し、弁部材とアーマチュアの両方を完全にこれらの元の位置に戻すようになっている。この構成は、一貫性のある行程長さを保証するのに役立つ。
【００１０】
浮動アーマチュア及び空動作付勢方式がそれ自体で引き起こす問題は少ない。しかしながら、弁行程長さが上述したような弁座の劣化に起因して増大すると、作動組立体内に設けられているギャップは、行程長さの増大に対応することができず、アーマチュアはアクチュエータがアーマチュアを付勢する度に弁体又は磁極片に当たり始めることになる。これは、個々の部品相互間の「ハンマーとアンビル」効果を生じさせ、これら部品が損傷し、場合によっては、槌打ちにより小さな粒子が生じ、これら小さな粒子が弁体及び空気圧流路中に入り込むようになる。この状態が原因となって弁の迅速な摩耗が進み、更に弁組立体の予想寿命が一段と短くなる。弁組立体の予想寿命の短縮の結果として、これら弁組立体が高速且つ高繰り返し製造及び加工環境で用いられると弁組立体の交換が繰り返し行われることになる。
【００１１】
かくして、当該技術分野において、これら欠点を解決し、比較的多数回の高速繰り返しを必要とする用途で用いられるのに必要な寿命及びライフサイクルの正確さをもたらす空気圧弁が要望されている。加うるに、当該技術分野において、これら厳しい環境上の条件の硬直性に耐えることができ、他方長い寿命をもたらし、その有効寿命全体を通じ終始一貫した精度で良好な密封特性を発揮し、弁行程の増大がほとんど無く又は全く無いようにする空気圧弁が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、加圧空気源と流体連通状態にある加圧空気供給入口ポートを備えた弁体と、弁体内を軸方向に延びる弁ボアと、加圧空気の流れを入口ポートから弁ボアを通って少なくとも１つの出口ポートに選択的に差し向けるよう弁ボア内において所定の位置相互間で動くことができる弁部材とを有する空気圧弁組立体を提供することにより関連技術の不利益及び欠点を解決する。弁組立体は、弁部材上に設けられていて、傾斜した弁密封面を備えた少なくとも１つの弁要素を更に有している。少なくとも１つの弁座が、弁ボア内に形成されている。弁座は、弁ボアに対し傾斜角をなして形成され、弁部材が閉鎖位置にあるとき、弁部材の弁密封面と密封的に接触し、それにより加圧空気の流れを遮るようになっている。
【００１３】
弁要素の密封面と弁座の傾斜した又は角度のある相互作用に起因して、弁座は、直角面付き弁座の縁部又はコーナー部に当たらなければならないような弁密封面を備えることなく、所望のシールを形成する面密封接触になることができる初期の線接触をもたらす。本発明の弁座と弁部材の斜めの面との面シールは、弁要素が弁座と相互作用しているときの弁座に一体成形されている弾性材料の撓みを最小限に抑える。したがって、弁部材がどの弁閉鎖動作中でも角形の弁座に当たるその着座位置に移動すると密封材料が繰り返し変形し、最終的には切断されることにより従来型弁技術に悪影響を及ぼす摩耗が無くなる。また、これにより従来型弁組立体で起こる弁行程の増大という望ましくなく且つ損傷を引き起こす結果が回避される。したがって、弁開閉時期及び正確さが維持され、本発明の弁組立体が制御するシステムプロセスは、依然として一貫性があると共に信頼性がある。加うるに、従来型弁組立体の弁密封材料の変形及び切断により引き起こされる弁の漏れ及び下流側空気圧流路内への粒子の導入も又無くなる。
本発明の他の利点は、容易に理解されよう。というのは、かかる利点は、添付の図面と関連して以下の詳細な説明を読むと一層よく理解されるからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に図面を参照すると（図中、同一の符号は同一の構造を示すために用いられている）、本発明の空気圧弁組立体が全体を符号１０で示されている。図１に示すように、空気圧弁組立体は、弁体１２及び弁体１２に取り付けられた全体を符号１４で示す電磁アクチュエータ組立体、例えばソレノイドを有している。弁体１２は、薄い矩形の形状をなし、頂面１６、底面１８、頂面１６と底面１８との間に延びる１対の互いに反対側に位置する側面２０，２２及び端面２４，２６を有している。アクチュエータ組立体１４は、弁体１２の端面２４に取り付けられている。本発明のアクチュエータは、空気圧弁において一般に用いられる任意公知の形式のもの、例えば従来技術の米国特許第４，４３８，４１８号明細書又は第３，５３８，９５４号明細書に記載されている空動作付勢方式の浮動アーマチュアを有する電磁ソレノイドであってよく、かかる米国特許明細書の開示内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。かくして、当業者であれば以下の記載から理解されるように、電磁方式であれ他の方式であれいずれにせよアクチュエータの形態そのものは、本発明の要部をなさない。弁体１２は、マニホルド、サブベース又は多くの種々の空気圧作動式装置（図示せず）のうちの任意のものに取り付けられるようになっている。以下の本発明についての説明から更に理解されるべきこととして、本発明の空気圧弁組立体１０の好ましい実施形態は四方弁として示されているが、本発明は変形例として二方弁、三方弁（図５に示されている）等の形態でも実施できる。
【００１５】
次に図２及び図３を参照すると、弁体１２は、加圧流体、例えば空気源と連通する加圧流体入口ポート３０を有している。さらに、弁体１２は、１以上の空気圧作動式装置と流体連通するようになった少なくとも１つのシリンダ通路、即ち、出口ポート３２を有している。弁ボア３６が、弁体１２を貫いて軸方向に延びている。図示の実施形態では、空気圧弁組立体１０は、四方弁であり、１対の出口ポート３２，３４及び１対の排気ポート３８，４０を有し、これらは各々弁ボア３６と流体連通状態にある。出口ポート３２，３４は、入口ポート３０及び排気ポート３８，４０と反対側で、弁体１２の頂面１６を貫通して形成され、入口ポート３０及び排気ポート３８，４０は、底面１８を貫通して形成されている。しかしながら、当業者であれば理解されるように、入口ポート３０、出口ポート３２，３４及び排気ポート３８，４０を弁体１２の種々の表面を貫通して形成することができる。例えば、これらポートを全て、弁体１２の１つの表面、例えば底面１８を貫通して形成することができ、これらは、本発明の範囲から逸脱しない。また、入口ポート３０、出口ポート３２，３４及び排気ポート３８，４０を、弁組立体１０と作動的に関連した別の要素との流体連通関係を確立するのに必要な任意の機構を受け入れるようねじ切りしてもよい。
【００１６】
図示の好ましい実施形態では、弁ボア３６は、１対の開口端部４２，４４を形成するよう弁体１２を完全に貫通して延びるのがよい。全体を符号４６で示す弁部材が、加圧空気の流れを入口ポート３０から弁ボア３６を通って出口ポート３２，３４のうち少なくとも一方に選択的に差し向けるよう所定位置相互間で弁ボア３６内に可動的に支持されている。これに伴い、弁部材４６は又、加圧空気を選択的に差し向けて出口ポート３２，３４のうちの少なくとも一方から排気ポート３８，４０のうちの少なくとも一方に通気させることができ、これについては以下に詳細に説明する。全体を符号４８，５０で示した１対の端部リテーナインサートが、弁体１２の１対の開口端部４２，４４内に受け入れられており、それにより弁部材４６を弁ボア３６内に保持しており、これについては以下に詳細に説明する。これと同様に、弁組立体１０は、弁ボア３６内に螺合可能に位置決めされた１以上の内部リテーナを有するのがよい。図示の好ましい実施形態では、弁組立体１０は、以下に詳細に説明するように弁ボア３６内に螺合可能に位置決めできる１つの内部リテーナ５１を有している。
【００１７】
弁部材４６は、弁部材インサート７８に沿って設けられた少なくとも１つの弁要素５２を更に有している。図２及び図３に示す特定の実施形態では、複数の弁要素５２，５４，５６，５８が、弁部材４６上に形成されており、これら弁要素は各々、加圧空気の流れを入口ポート３０から弁ボア３６を通ってそれぞれの出口ポート３８，４０に選択的に差し向けることができる。弁要素の中には、以下に詳細に説明する目的で傾斜した弁密封面６２，６４をそれぞれ有する弁要素５２，５４がある。他の弁要素、例えば弁要素５６，５８は、傾斜した弁座に密着するコーナー部を備えるのがよく、これら弁要素５６，５８は、上述の米国特許第４，４３８，４１８号明細書又は第３，５３８，９５４号明細書に記載された形式のものであるのがよい。図２及び図３に示すように、弁部材４６は、Ｏリング型シール７２を受け入れる環状溝７０を更に有し、これらシールは、弁ボア３６内への加圧空気の漏れを阻止するようリテーナインサート４８，５０のそれぞれの中央ボア開口部７４，７６に摺動自在に係合する。
【００１８】
複数の弁座８２，８４，８６，８８が、弁ボア３６内に形成されている。弁座８２，８４，８６，８８は、以下に詳細に説明するように弁体１２内の種々の通路を密封するようそれぞれ弁要素５２，５４，５６，５８と協働する。弁座８２，８４，８６，８８は、弁部材４６が特定の出口ポートに対して閉鎖位置にあるとき、弁要素５２，５４，５６，５８の傾斜弁密封面６２，６４，６６，６８と密封的に接触し、それによりそのポートへの加圧空気の流れを遮る。図４Ａ及び図４Ｂに最もよく示されているように、弁座のうち少なくとも幾つか８２，８４は、弁部材４６に対し傾斜角をなして形成されている。本発明の好ましい実施形態の弁座の傾斜角は、弁座の表面の線と弁部材の中心線から外方に延びる半径方向線との間の角度として測定される。換言すると、図４Ａの弁座８２に関して説明すると、角度は、“θ”として示され、この角度は、弁座８２の表面の線“Ｓ”と弁部材４６の中心線から垂直に外方に延びる半径方向線“Ｒ”との間で測定される。好ましい実施形態では、角度θは、２８〜３２°であるのがよい。しかしながら、当業者であれば理解されるように、この範囲は、上述した範囲よりも広くても狭くてもよい。
【００１９】
これに対応して、弁座の傾斜角は傾斜弁密封面の角度測定値よりも数度小さいものである。換言すると、“Δ”として示された角度差により、弁部材５２の傾斜弁密封面６２は、弁座８２の“θ”の角度よりも一般に２〜３°大きい線“Ｅ”に沿って配置される。好ましい実施形態では、角度Δは、２〜３°であるのがよい。しかしながら、当業者であれば理解されるように、この範囲は、上述した範囲よりも広くても狭くてもよい。このように、面シールは、傾斜密封面が弁座に接触すると得られ、シールは、表面の傾斜平面に沿って軸方向に形成される。例えば、弁部材４６が特定の出口ポート３２に対し図４Ｂ、図４Ｃ及び図４Ｄに示すように閉鎖位置に移動すると、傾斜弁密封面６２は、弁座による弁密封面の損傷を回避し又は劇的に減少させるような仕方で、それに対応する弁座８２に密封的に接触する。具体的に説明すると、弁密封面６２とそれに対応する弁座８２との角度差に起因して、これら２つの表面相互間の接触が弁座８２のコーナー部８３のところで始まる。弁部材に働く力により、この点接触は、関連技術においては典型的であるリングシールではなく面シールが実現されるよう進展する。加うるに、この密封構成は、弁ボア３６内の固定弁座８４に関し図４Ｂに見ることができる。上述の説明と同様に、角度“θ′”は、弁座８４の線“Ｓ′”と半径方向線“Ｒ′”との間の角度の測定値として示されている。傾斜弁密封面６４は、角度差“Δ′”を有している。当業者であれば理解されるべきこととして、好ましい実施形態の図面における記載は、図４Ａ及び図４Ｂに示す弁座の各々のところでのこの種の弁密封面の弁座の相互作用を示しているが、弁組立体内の全ての弁座が本発明の範囲に属することを目的としてこの構成を採用する必要は無い。
【００２０】
好ましい実施形態では、弁部材４６は、適当な場所に適当な弾性材料、例えばゴム又は任意公知のエラストマーと一体成形されるアルミニウムインサートである。具体的に説明すると、当業者であれば、密封面の材料は僅かに可撓性があるが弾性の高い任意公知の配合物、例えばニトリルで作られたものであるのがよく、かかるニトリルを弁要素４６に接合し又は一体成形するのがよいことは理解されるべきである。
【００２１】
図２及び図３に示す複数の弁座８２，８４，８６，８８のうちの幾つかを、例えば弁座８４の場合には弁ボア３６それ自体の中に直接形成するのがよく、他の弁座を端部リテーナインサート４８，５０及び内部リテーナ５１上に形成するのがよい。リテーナインサート４８，５０，５１を弁体１２の弁ボア３６内に調節可能に位置決めするのがよく、かかるリテーナインサートは、弁ボア３６の端部４２，４４又は任意他の適当な部分との螺合可能な相互作用部を備えている。上述のように、リテーナインサート４８，５０はそれぞれ中央ボア７４，７６を有し、これら中央ボアは、弁部材４６を受け入れて弁部材が弁体１２内で摺動自在に動くことができるようにする。かくして、弁体１２内での端部リテーナインサート４８，５０の螺合自在に設定される位置は、弁部材４６に加えられる所与の力で弁座の密封具合を制御する。端部リテーナインサート４８，５０は、弁ボア３６内への加圧空気の漏れを阻止するようＯリング型シール９６を受け入れる環状溝９２，９４を更に有している。他方、内部リテーナインサート５１が螺合自在に設定される位置は、弁組立体１０の所定の「開放」位置及び「閉鎖」位置を定め、それにより弁部材４６の行程長さを設定する。端部リテーナインサートと同様、内部リテーナ５１は、弁ボア３６内への加圧空気の漏れを阻止するようＯリング型シール９７を受け入れるようになった環状溝９３を更に有するのがよい。
【００２２】
好ましい実施形態では、弁部材４６の端部９８を受け入れるリテーナインサート４８の中央ボア７４も又、リテーナを完全に貫通して延び、それによりアクチュエータ組立体１４が弁部材４６に係合してこれを作動させることができる。例示の目的でのみ示すように、これは、弁部材４６に係合してこれを作動させるようリテーナインサート４８内へ延びる拡大ヘッド１０２を備えたアクチュエータプッシュピン１００を用いることによって達成できる。当業者であれば、原動力を弁部材４６に与えるのに用いられる特定の作動手段は、本発明の範囲を越えることは理解されるべきである。したがって、プッシュピンではなく多種多様な形式の作動要素を用いられる作動手段に基づいて採用できることは更に理解されるべきである。
【００２３】
弁部材４６の反対側の端部１０４のところには、カップ状凹部６０が弁部材４６内に設けられている。更に、リテーナインサート５０は、一端が閉鎖され、これよりも大きなカップ状凹部１０６を形成している。付勢部材１０８が、弁部材４６のカップ状凹部６０とリテーナインサート４８のカップ状凹部１０６との間に設けられ、それにより付勢力を弁部材４６に一方向で及ぼす。付勢部材１０８は、コイルばね等であるのがよい。アクチュエータ組立体１４は、上述したように、弁部材４６を付勢部材１０８の付勢力と逆の方向で弁ボア３６内で選択的に作動させるために用いられる。このように、アクチュエータ組立体１４は、弁部材を図３に示すように右側に駆動し、付勢部材１０８は、アクチュエータ組立体１４を消勢したときに弁部材４６をその元の位置（図２において左側）に戻す。
【００２４】
本発明の他の非限定的な実施形態が図５において全体を符号１１２で示されており、図５において、図１〜図４Ｄに示す実施形態に関し１００だけ大きくした同一の符号が同一の構造を示すために用いられている。具体的に説明すると、本発明を具体化した三方弁の全体がこの図に示されている。弁体１１６は、加圧空気源と連通する加圧流体入口ポート１３０を有している。三方弁は、１つの入口ポート１３０、排気ポート１３８及び出口ポート１３２を有するものとして示されている。寸法を考慮して、弁体は、排気ポート１３８が弁ボア１３６と流体連通状態にあるが、見る人に向かって側壁を貫通して外方にやって来るので想像線で示されている。加うるに、図５に示す実施形態は四方弁に関して上述したようなリテーナインサートを用いていないが、当業者であれば、リテーナインサートをこの種の弁内に用いることができることは理解されよう。しかしながら、弁ボア１３６は、全体を符号１４６で示す弁部材を有しており、この弁部材は、加圧空気の流れを入口ポート１３０から弁ボア１３６を通って出口ポート１３２へ、そして加圧空気を出口ポート１３４から排気ポート１３８に選択的に差し向けるよう弁ボア１３６内の所定位置相互間で動くことができる。
【００２５】
弁部材１４６上には更に弁要素１５２，１５４が形成されており、弁要素１５２，１５４はそれぞれ、傾斜した弁密封面１６２，１６４を有している。図２及び図３に示す実施形態の場合のように、弁部材１４６は、適当な場所に適当な弾性材料、例えばゴム又は任意公知のエラストマーと一体成形されるアルミニウムインサートである。加うるに、上述したように、当業者であれば、密封面の材料は僅かに可撓性があるが、弾性の高い任意公知の配合物、例えばニトリルで作られたものであるのがよく、かかるニトリルを弁要素１５２，１５４に接合し又は一体成形するのがよいことは理解されるべきである。
【００２６】
他方、弁座１８２，１８４が、弁ボア１３６内に形成されている。弁座１８２，１８４は、弁部材１４６が第１の位置にあるとき、弁要素１５２，１５４の傾斜弁密封面１６２，１６４と密封的に接触し、それにより入口ポート１３０から出口ポート１３２への加圧空気の流れを遮るが、出口ポート１３２から排気ポート１３８の流れは可能にする。そのポートへの加圧空気の流れを遮る。図２及び図３を参照して説明した実施形態の場合のように、弁座１８２，１８４は、弁部材に対し傾斜角をなして形成されている。かくして、弁部材１４６が図５に示すように第１の位置にあるとき、傾斜弁密封面１６４は先ず最小に弁座１８４のコーナー部に線接触をなして弁座１８４のコーナー部に密封的に接触する。しかしながら、弁部材１４６に加わる力により、面シールが弁座１８４と弁密封面との間に作られる。シールを実現するため、考えられる一実施形態では、弁要素１４６の傾斜密封面１６４は、作られたこのシールが表面の傾斜平面に沿って軸方向に位置するよう弁座１８４の対応関係にある角度測定値よりも２〜３°だけ大きい。弁部材がその第２の位置（図示せず）に移動すると、傾斜弁密封面１６４と弁座１８４との間のシールが開き、傾斜弁密封面１６２と弁座１８２との間のシールが閉じ、それにより入口ポート１３０から出口ポート１３２への加圧空気の流れを可能にし、出口ポート１３２から排気ポート１３８への加圧空気の流れを遮る。
【００２７】
弁部材１４６は、弁ボア１３６に摺動自在に係合するＯリング型シール１７２を受け入れる環状溝１７０を更に有している。この実施形態では、アクチュエータプッシュピン２００は、弁部材１４６の一端部１９８に係合してこれを作動させる拡大ヘッド２０２を有するのがよい。弁部材１４６の反対側の端部２０４のところには、カップ状凹部２０６が弁部材１４６の端部２０４と弁体１１６との間に付勢部材２０８を受け入れるよう形成されており、それにより付勢力が一方向において弁部材１４６に加えられる。付勢部材２０８は、コイルばね等であるのがよい。アクチュエータ組立体１４は、上述したように、弁部材１４６を付勢部材２０８の付勢力と逆の方向で弁ボア１３６内で選択的に作動させるために用いられる。このように、アクチュエータ組立体１１４は、弁部材１４６を右側に駆動し、付勢部材２０８は、アクチュエータ組立体１１４を消勢したときに弁部材１４６をその元の位置（図示のように左側）に戻す。
【００２８】
〔動作〕
図１〜図４Ｄに示す四方弁組立体１０に戻ってこれを参照すると、弁部材４６は、弁体１６内で作動的且つ選択的に作動され、弁要素５２，５４，５６，５８の傾斜弁密封面６２，６４，６６，６８が弁座８２，８４，８６，８８と協働的に相互作用して流体通路を選択的に開閉し、弁体１６内の加圧空気の流れを特定の経路内へ差し向ける。具体的に図２を参照すると、弁組立体１２が非付勢状態又は非作動状態にあると、弁座８２及び弁要素５２の傾斜弁密封面６２が開き、加圧空気を入口ポート３０から出口ポート３２に導くことができる。これと同時に、弁座８４及び弁要素５４の傾斜弁密封面６４を閉じて排気ポート４０又は出口ポート３４への流体連通を遮断する。これに伴って、図示の弁組立体１２の四方弁構成に起因して、弁座８６及び弁要素５６の傾斜弁密封面６６は、出口ポート３４が排気ポート４０と流体連通状態をなすが、弁座８４及び弁要素５４の傾斜弁密封面６４が閉じられるので出口ポート４０及び排気ポート３４が弁組立体１２の残部から隔離されるよう開く。これにより、出口ポート３４内に残存している残留圧力を入口ポート３０と出口ポート３２との間の所望の流れに影響を与えないで排気ポート４０から逃がすことができる。作動手段を付勢する電力が無ければ、付勢部材１０８は、弁部材４６を図示のように左側に付勢された状態に保つ。
【００２９】
弁組立体１０を図３に示すように作動させると、弁部材４６は右側に移動し、上述した流れ通路の逆の構成が得られる。具体的に説明すると、加圧空気は再び弁入口ポート３０を経て弁体１２に入り、そして弁ボア３６に流入する。弁部材４６を右側に作動させた状態では、弁要素５４の傾斜弁密封面６４及び弁座８４は開いており、加圧空気を入口ポート３０から出口ポート３４に導くことができ、他方、弁要素５２の弁密封面６２及び弁座８２は閉じており、供給された加圧空気が排気ポート３８から逃げ出し又は出口ポート３２内へ逃げ込むのを阻止する。加うるに、図示の弁組立体１６の四方構成が与えられた場合、弁座８８及び弁要素５８の弁密封面６８は、出口ポート３２が排気ポート３８と流体連通関係をなすが、弁座８２及び弁要素５２の傾斜弁密封面６２が閉じられているので出口ポート３２及び排気ポート３８が弁組立体１６の残部から隔離されるよう開く。これにより、出口ポート３２内に残存している残留圧力を入口ポート３０と出口ポート３４との間の所望の流れに影響を与えないで、排気ポート３８から抜くことができる。したがって、作動状態では、加圧空気は、弁ボア３６から出口ポート３２に移動するのが阻止され、出口ポート３２内に残存している残留圧力を排気ポート３８に抜く。電力が作動手段を付勢するために供給された場合、付勢部材１０８の付勢力に打ち勝ち、弁部材４６は図示のように右側に保持される。
【００３０】
密封面６２，６４と弁座８２，８４との傾斜相互作用に起因して、本発明は、弁座８２，８４と密封面６２，６４との間に初期の線接触をもたらす。この初期における接触により、動作可能なシールが得られる。しかしながら、弁部材４６を作動させるためにどれほど大きな力が加えられるかに応じて、この線接触は、これよりも広い密封面接触に変化することができ、かかる面接触により、直角面を持つ弁座の縁部又はコーナー部に当たらなければならないような弁密封面を生じないで所望のシールが形成される。本発明における弁要素と弁座の面間に角度があるシールは、弁要素が弁座と相互作用するときに弁要素に一体成形されている弾性材料の撓みを最小限に抑える。したがって、弁部材がどの弁閉鎖動作中でも角形の弁座に当たるその着座位置に移動すると密封材料が繰り返し変形し、最終的には切断されることにより従来型弁技術に悪影響を及ぼす摩耗が無くなる。また、これにより従来型弁組立体で起こる弁行程の増大という望ましくなく且つ損傷を引き起こす効果が防止される。したがって、弁開閉時期及び正確さが維持され、本発明の弁組立体が制御するシステムプロセスは、依然として一貫性があると共に信頼性がある。加うるに、従来型弁組立体の弁密封材料の変形及び切断により引き起こされる弁の漏れ及び下流側空気圧流路内への粒子の導入も又無くなる。かくして、本発明は、関連技術の従来型弁組立体の不利益及び欠点を解決している。当業者であれば上述の説明から理解されるように、本発明の弁座及び弁要素の弁密封面の構成を任意所与のバルブの１以上の場所に採用できる。しかしながら、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、この構造を任意所与の弁において弁座と弁要素との間のどの相互作用のところにも採用する必要は必ずしも無い。
本発明を例示的に説明した。用いた用語は説明のためのものであり、限定するものではないことは理解されるべきである。上記教示に照らして本発明の多くの改造例及び変形例を想到できる。したがって、本発明は特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において具体的に記載した形態以外の形態で実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の弁組立体の斜視図である。
【図２】本発明の特徴を含む弁組立体の断面側面図であり、ソレノイドを消勢したときの弁部材の位置を示す図である。
【図３】本発明の弁組立体の断面側面図であり、ソレノイドを付勢したときの弁部材の位置を示す図である。
【図４Ａ】本発明の弁組立体の細部の部分断面側面図であり、ソレノイドを消勢したときの弁密封面を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の弁組立体の細部の部分断面側面図であり、ソレノイドを付勢したときの弁密封面を示す図である。
【図４Ｃ】弁座と弁要素の初期接触箇所のところにおける弁座と弁要素の相互作用を示す拡大部分断面側面図である。
【図４Ｄ】弁座と弁要素の表面密封接触状態を示す別の拡大部分断面側面図である。
【図５】本発明の特徴を含む三方弁形態をソレノイドが消勢されたときの弁部材の位置で示す別の弁組立体の断面側面図である。
【図１】
2005517134.tif 000003
【図２】
2005517134.tif 000004
【図３】
2005517134.tif 000005
【図４Ａ】
2005517134.tif 000006
【図４Ｂ】
2005517134.tif 000007
【図４Ｃ】
2005517134.tif 000008
【図４Ｄ】
2005517134.tif 000009
【図５】
2005517134.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成16年8月26日(2004.8.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気圧弁組立体（１０，１１０）であって、
加圧空気源と流体連通状態にある加圧空気供給入口ポート（３０，１３０）を備えた弁体（１２，１１２）と、
前記弁体（１２，１１２）内を軸方向に延びる弁ボア（３６，１３６）と、
加圧空気の流れを前記加圧空気供給入口ポート（３０，１３０）から前記弁ボア（３６，１３６）を通して少なくとも１つの出口ポート（３２，１３２）に選択的に差し向けるよう前記弁ボア（３６，１３６）内において所定の位置相互間で動くことができる弁部材（４６，１４６）と、
前記弁部材（４６，１４６）上に設けられた少なくとも１つの弁要素（５２，１５２）と、を有し、前記少なくとも１つの弁要素に、傾斜した弁密封面（６２，１６２）を構成する弾性材料が一体成形され、
更に、前記弁ボア（３６，１３６）に対して傾斜した角度で前記弁ボア（３６，１３６）に形成された少なくとも１つの弁座（８２，１８２）を有し、
前記傾斜角度は、前記弁部材の中心線から垂直方向外方に延びる半径方向線に対して測定され、前記少なくとも１つの弁座に対応する前記傾斜した弁密封面の角度測定値よりも２〜３°小さく、前記弁密封面及び前記弁座は、前記弁部材（４６，１４６）が閉鎖位置にあるときに前記弁座と前記弁要素（５２，１５２）の弁密封面（６２，１６２）とが面シール接触するように協働して密封面を形成し、それにより、加圧空気の流れを遮ることを特徴とする空気圧弁組立体。
【請求項２】
前記弁座（８２，１８２）の傾斜角度は、前記弁座（８２，１８２）の表面の線と前記弁部材（４６，１４６）の中心線から垂直方向外方に延びる半径方向線との間の角度として測定され、前記傾斜角度は、２８〜３２°であることを特徴とする請求項１記載の空気圧弁組立体。
【請求項３】
更に、前記弁体（１２，１１２）に設けられていて、前記弁ボア（３６，１３６）と流体連通状態にある少なくとも１つの排気ポート（３８，１３８）を有し、
前記弁要素（５２，１５２）は、更に、加圧空気の流れを前記少なくとも１つの出口ポート（３２，１３２）から前記弁ボア（３６，１３６）を通して前記少なくとも１つの排気ポート（３８，１３８）に選択的に差し向けるように作動することを特徴とする請求項１記載の空気圧弁組立体。
【請求項４】
更に、前記弁体（１２）に設けられていて、前記弁ボア（３６）と流体連通状態にある複数の出口ポート（３２，３４）を有していることを特徴とする請求項１記載の空気圧弁組立体。
【請求項５】
更に、前記弁部材（４６）上に設けられていて、加圧空気の流れを前記入口ポート（３０）から前記弁ボア（４６）を通して前記複数の出口ポート（３２，３４）に選択的に差し向けるように作動する複数の弁要素（５２，５４，５６，５８）を有していることを特徴とする請求項４記載の空気圧弁組立体。
【請求項６】
更に、各々が前記弁体（１２）に前記弁ボア（３６）と流体連通状態をなして設けられた複数の排気ポート（３８，４０）を有し、前記弁要素（５２，５４，５６，５８）は、更に、加圧空気の流れを前記複数の出口ポート（３２，３４）の各々から前記弁ボア（３６）を通して前記出口ポートの各々に対応する前記複数の排気ポートのうちの排気ポート（３８，４０）に選択的に差し向けるように作動することを特徴とする請求項５記載の空気圧弁組立体。
【請求項７】
前記弁ボア（３６）は、１対の開口端部（４２，４４）を備えるよう前記弁体（１２）を貫通しており、少なくとも１つのリテーナインサート（５０，５１）が、前記弁体（１２）の前記１対の開口端部のうち一方（４４）に受け入れられ、前記リテーナインサート（５０，５１）は、前記弁部材（４６）を前記弁ボア（３６）内に保持することを特徴とする請求項１記載の空気圧弁組立体。
【請求項８】
前記少なくとも１つの弁座（８２）は、前記リテーナインサート（５１）上に設けられていることを特徴とする請求項７記載の空気圧弁組立体。
【請求項９】
更に、前記弁ボア（３６）の一端部（４４）のところに且つ前記弁部材（４６）と前記リテーナインサート（５０）の間に設けられた付勢部材（１０８）を有し、それにより、前記弁部材（４６）に一方向の付勢力を与えることを特徴とする請求項８記載の空気圧弁組立体。
【請求項１０】
前記付勢部材（１０８）は、コイルばねであることを特徴とする請求項９記載の空気圧弁組立体。
【請求項１１】
更に、前記弁部材（４６）を前記弁ボア（３６）内で前記付勢部材（１０８）の付勢力と逆の方向に選択的に作動させるよう前記弁体（１２）に取り付けられた電気機械式アクチュエータ組立体（１４）を有していることを特徴とする請求項９記載の空気圧弁組立体。
【請求項１２】
前記電気機械式アクチュエータ組立体（１４）は、ソレノイドを含むことを特徴とする請求項１１記載の空気圧弁組立体。
【国際調査報告】
2005517134.tif 000011
2005517134.tif 000012