(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動軸線に対して垂直な環状で平らな弁座により包囲された流れオリフィスにより相互
連結された流れポートを備えた本体部材と、前記弁座と同軸状でかつ該弁座から間隔を隔
てた、前記本体部材内の段付きピストンカウンタボアとを有し、該ピストンカウンタボア
は、開端部および閉端部を備えると共に内周面が小径部と大径部とを有する段付き形状に
形成され、ピストンカウンタボアの前記開端部をシールしかつ前記作動軸線と同軸状に貫
通する開口を備えた弁ガイドと、前記作動軸線と同軸状に前記ピストンカウンタボア内で
摺動可能に支持された段付きピストンとを有し、該ピストンは、前記ピストンカウンタボ
アの小径部と大径部とにそれぞれ滑り嵌合する小径部と大径部とを有する段付き形状に形
成され、かつ、前記ピストンの小径部とピストンカウンタボアの前記閉端部との間の第１
チャンバおよび前記ピストンの大径部と弁ガイドとの間の第２チャンバを形成し、前記弁
ガイドの前記開口を通って延びるステムを備えかつ開位置と閉位置との間で同時移動する
ように前記ピストンに同軸状に連結されたポペット弁部材を有し、該ポペット弁部材は拡
大ヘッドセクションを備え、該拡大ヘッドセクションは、閉位置においてシーリング界面
で前記弁座と係合できる、前記作動軸線に垂直なシーリング表面を備え、前記第１チャン
バの加圧を維持しつつ前記第２チャンバを選択的に加圧または減圧することにより、前記
ピストンおよびポペット弁部材を前記開位置と閉位置との間で移動させるコントローラを
更に有することを特徴とする流体流れ制御弁。
【請求項２】
前記第１チャンバの加圧の維持は、外部圧力源により行われることを特徴とする請求項
１記載の流体流れ制御弁。
【請求項３】
前記外部圧力源は、前記第１チャンバに直接連結されることを特徴とする請求項２記載
の流体流れ制御弁。
【請求項４】
前記第１チャンバの加圧は、前記ポートの少なくとも一方と第１チャンバとの間の、前
記本体部材内の通路に連通する内部圧力により行われることを特徴とする請求項１記載の
流体流れ制御弁。
【請求項５】
前記第１チャンバの加圧は、前記両ポート間の、前記本体部材内の通路に連通する内部
圧力により行われ、前記通路は、ポート内の最高圧力を第１チャンバに連通させる逆止弁
を備えていることを特徴とする請求項１記載の流体流れ制御弁。
【請求項６】
前記第１チャンバ内のストップ部材を有し、該ストップ部材は、前記ピストンの移動を
制限して前記開位置での前記両ポート間の流れを制御すべく軸線方向に調節可能であるこ
とを特徴とする請求項１記載の流体流れ制御弁。
【請求項７】
前記コントローラと第２チャンバとの間に設けられた、第２チャンバの加圧および減圧
を調節可能に制御するための手段を有することを特徴とする請求項１記載の流体流れ制御
弁。
【請求項８】
前記調節可能な制御手段は、前記コントローラと第２チャンバとの間で前記本体部材内
の通路に設けられた調節可能な弁部材を有していることを特徴とする請求項７記載の流体
流れ制御弁。
【請求項９】
前記コントローラと協働する、前記第２チャンバの前記加圧を調節可能に制御するため
の圧力レギュレータを有することを特徴とする請求項１記載の流体流れ制御弁。
【請求項１０】
前記圧力レギュレータは、前記第１チャンバより小さい第２チャンバ内に圧力を供給し
、これにより前記両ポート間の流体流れ力がポペット弁の位置を変調して、両ポート間の
流体流れを制御することを特徴とする請求項９記載の流体流れ制御弁。
【請求項１１】
前記両ポートが軸線方向に整合していることを特徴とする請求項１記載の流体流れ制御
弁。
【請求項１２】
前記ポートの一方が前記本体部材を通って延びており、前記ポートの他方が前記一方の
ポートを横断していることを特徴とする請求項１記載の流体流れ制御弁。
【請求項１３】
前記弁は同様な構造の補完弁に連結でき、前記一方のポートが共通して整合しており、
前記弁は、第１チャンバ用の共通圧力源により供給されることを特徴とする請求項１記載
の流体流れ制御弁。
【請求項１４】
前記両ポートは、前記弁ガイドと前記オリフィスとの間の入口ポートおよび出口ポート
からなり、前記弁本体内の排出流れポートは、作動軸線に対して垂直な環状で平らな排出
弁座により包囲された排出流れオリフィスで前記出口ポートに流体的に連結されており、
前記本体部材内の円筒状の第２ピストンカウンタボアが、前記排出弁座と同軸状で該弁座
から間隔を隔てており、前記第２ピストンカウンタボアが開端部および閉端部を備え、第
２弁ガイドが第２ピストンカウンタボアの前記開端部をシールしかつ前記作動軸線と同軸
状に第２弁ガイドを貫通する開口を備え、円筒状の第２ピストンが、作動軸線と同軸状の
前記第２ピストンカウンタボア内に摺動可能に支持されており、前記第２ピストンが、前
記第２ピストンと第２ピストンカウンタボアの閉端部との間の第３チャンバと、前記第２
ピストンと第２弁ガイドとの間の第４チャンバとを形成しており、第２ポペット弁部材が
第２弁ガイドの前記開口を通って延びるステムを備え、該ステムが、開位置と閉位置との
間で同時移動できるように第２ピストンに同軸状に連結されており、前記第２ポペット弁
部材が拡大ヘッドセクションを備え、該拡大ヘッドセクションが、シーリング界面で、前
記閉位置で前記排出弁座と係合する、前記作動軸線に対して垂直なシーリング表面を備え
、コントローラが、前記第１チャンバの加圧を維持しつつ前記第２チャンバを同時にかつ
選択的に加圧および減圧しかつ前記第３チャンバを減圧し、これにより前記ピストンおよ
び関連するポペット弁を、前記開位置と閉位置との間で逆位相で移動させることを特徴と
する請求項１記載の流体流れ制御弁。
【請求項１５】
前記弁本体は、前記ポートおよびオリフィスを備えたベース部材と、該ベース部材に着
脱可能に連結される前記カウンタボアを備えたカバー部材とを有していることを特徴とす
る請求項１４記載の流体流れ制御弁。
【請求項１６】
前記ベース部材は互いに間隔を隔てた１対の端板部材を備えた流体シリンダからなり、
ピストンスリーブが端板部材を相互連結しかつチャンバ内で往復動可能に支持されたピス
トンを備え、前記ピストンは一方の端板部材を通って延びているシャフトを備え、前記ピ
ストンは前記チャンバを、前記シャフトをチャンバ内に後退させるべく加圧される後退チ
ャンバと、前記シャフトを前記チャンバから伸長させるべく加圧される伸長チャンバとに
分割し、前記コントローラは、前記シャフトを後退および伸長させる逆位相で前記チャン
バを加圧すべく、各端板部材の流体流れ制御弁と作動することを特徴とする請求項１５記
載の流体流れ制御弁。
【請求項１７】
前記弁ガイドにより支持されかつ前記弁ステムと係合する第１および第２シーリング部
材と、該シーリング部材間に圧力を加えて、流体が前記ポートから第２チャンバに漏洩す
ることを防止する前記弁ガイド内の通路とを有することを特徴とする請求項１記載の流体
流れ制御弁。
【請求項１８】
前記通路は、前記第１チャンバに流体的に連結されていることを特徴とする請求項１７
記載の流体流れ制御弁。
【請求項１９】
流れポートは、第１流れポートと第２流れポートとを備え、第１流れポートと第２流れ
ポートは実質的に平行であることを特徴とする請求項１記載の流体流れ制御弁。
【請求項２０】
作動軸線に対して垂直な環状で平らな弁座により包囲された流れオリフィスにより相互
連結された流れポートを備えた本体部材と、前記弁座と同軸状でかつ該弁座から間隔を隔
てた、前記本体部材内のピストンカウンタボアとを有し、該ピストンカウンタボアは開端
部および閉端部を備え、ピストンカウンタボアの前記開端部をシールしかつ前記作動軸線
と同軸状に貫通する開口を備えた弁ガイドと、前記作動軸線と同軸状に前記ピストンカウ
ンタボア内で摺動可能に支持されたピストンとを有し、該ピストンは、ピストンとピスト
ンカウンタボアの前記閉端部との間の第１チャンバおよび前記ピストンと弁ガイドとの間
の第２チャンバを形成し、前記弁ガイドの前記開口を通って延びるステムを備えかつ開位
置と閉位置との間で同時移動するように前記ピストンに同軸状に連結されたポペット弁部
材を有し、該ポペット弁部材は拡大ヘッドセクションを備え、該拡大ヘッドセクションは
、閉位置においてシーリング界面で前記弁座と係合できる、前記作動軸線に垂直なシーリ
ング表面を備え、前記ポートの一方と流体的に連結された前記本体部材内の第１通路およ
び前記ポートの他方と流体的に連結された前記本体部材内の第２通路と、前記第１通路お
よび第２通路を、前記第１チャンバに選択的に交互に流体的に連結するコントローラとを
更に有することを特徴とする流体流れ制御弁。
【請求項２１】
作動軸線に対して垂直な環状で平らな弁座により包囲された流れオリフィスにより相互
連結された流れポートを備えた本体部材と、前記弁座と同軸状でかつ該弁座から間隔を隔
てた、前記本体部材内のピストンカウンタボアとを有し、該ピストンカウンタボアは開端
部および閉端部を備え、ピストンカウンタボアの前記開端部をシールしかつ前記作動軸線
と同軸状に貫通する開口を備えた弁ガイドと、前記作動軸線と同軸状に前記ピストンカウ
ンタボア内で摺動可能に支持されたピストンとを有し、該ピストンは、ピストンとピスト
ンカウンタボアの前記閉端部との間の第１チャンバおよび前記ピストンと弁ガイドとの間
の第２チャンバを形成し、前記弁ガイドの前記開口を通って延びるステムを備えかつ開位
置と閉位置との間で同時移動するように前記ピストンに同軸状に連結されたポペット弁部
材を有し、該ポペット弁部材は拡大ヘッドセクションを備え、該拡大ヘッドセクションは
、閉位置においてシーリング界面で前記弁座と係合できる、前記作動軸線に垂直なシーリ
ング表面を備え、前記ポートの一方と前記第１チャンバとの間で流体的に連結された前記
本体部材内の第１通路と、前記第１チャンバ内で軸線方向に調節可能に位置決めされる前
記本体部材により支持されるストップ部材とを有し、該ストップ部材は、閉位置において
シーリング界面で前記ピストンと係合できかつ開位置において前記ピストンから間隔を隔
てたシーリング部材を備え、前記ピストンおよび弁ガイド内のベント通路を有し、該ベン
ト通路は、前記ストップ部材のシーリング部材が開位置にあるときに前記ポートの他方と
前記第１チャンバとを流体的に連結しかつ前記ストップ部材のシーリング部材が閉位置に
あるときに前記ポートの他方と第１チャンバとを流体的に遮断し、前記ピストンを、前記
ストップ部材のシーリング部材の前記閉位置に向けて押圧するスプリング手段を更に有す
ることを特徴とする流体流れ制御弁。
【請求項２２】
作動軸線に対して垂直な環状で平らな弁座により包囲された流れオリフィスにより相互
連結された流れポートを備えた本体部材と、前記弁座と同軸状でかつ該弁座から間隔を隔
てた、前記本体部材内のピストンカウンタボアとを有し、該ピストンカウンタボアは開端
部および閉端部を備え、ピストンカウンタボアの前記開端部をシールしかつ前記作動軸線
と同軸状に貫通する開口を備えた弁ガイドと、前記作動軸線と同軸状に前記ピストンカウ
ンタボア内で摺動可能に支持されたピストンとを有し、該ピストンは、ピストンとピスト
ンカウンタボアの前記閉端部との間の第１チャンバおよび前記ピストンと弁ガイドとの間
の第２チャンバを形成し、前記弁ガイドの前記開口を通って延びるステムを備えかつ開位
置と閉位置との間で同時移動するように前記ピストンに同軸状に連結されたポペット弁部
材を有し、該ポペット弁部材は拡大ヘッドセクションを備え、該拡大ヘッドセクションは
、閉位置においてシーリング界面で前記弁座と係合できる、前記作動軸線に垂直なシーリ
ング表面を備え、前記第１チャンバ内で軸線方向に調節可能に位置決めされる前記本体部
材により支持されるストップ部材と、前記ポペット弁を前記閉位置に押圧するための、前
記ストップ部材とピストンとの間のスプリング部材と、前記チャンバを選択的に加圧して
前記ポペット弁を前記閉位置に移動させるコントローラとを更に有することを特徴とする
流体流れ制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００７年９月１３日付米国仮特許出願第６０／９９３，６４９号の利益を主張する。
【０００２】
本発明は方向制御弁に関し、より詳しくは、流体の経路選択を行うポペット弁を制御する確動形ピストン（affirmatively actuated pistons）を備えた流体流れ制御弁に関する。
【背景技術】
【０００３】
方向制御弁は、流体源と用途との間の流体の流れを制御すべく、多くの態様で使用されている。単なるオン／オフ制御には、ボール弁およびポペット弁が有効でありかつ広範囲に使用されている。流量、圧力降下および他の特性が望まれる用途には、ゲート弁、バタフライ弁、圧力調整弁、ニードル制御弁および他の良く知られた弁が使用されている。種々の組成のガス、流体およびスラリを含む種々の流体を取扱う必要性と相俟って、入手可能な多くの弁は、コンポーネンツの互換性が殆どない専用工具を必要としている。
【０００４】
本件出願人に係る係属中の下記特許文献１には、専用工具を用いないで広範囲の弁サイズに製造できかつ変化する圧力および流量でガスおよび液体を取扱うのに最少のバリエーションで済む流れ制御弁が開示されている。この流れ制御弁では、慣用の機械加工により形成されたツーピース弁本体内にポペット弁組立体が支持されている。ポペット弁組立体は、流体の流れから隔離された非スプリング押圧ピストンである。パイロット作動形ピストンは、ポペット弁を、流れオリフィスの回りの閉位置に変位させ、流体の流れを遮断する。パイロット圧を除去すると、流体の流れにより弁を開位置に変位させることができる。ポペット弁は、種々のサイズの流れオリフィスに適合する。かくして、単にオリフィスサイズを変えるだけで、種々の圧力および流量を取扱うことができ、コンポーネンツの共通化が可能になる。弁はまた、多ポート機能を得るべく相互連結することもできる。フレキシビリティおよび機能性が増大するにもかかわらず、これらのポペット弁は、他の弁と同様に、ポート間の所定流路内の支配条件でオン／オフ制御を行うに過ぎない。真空用途の制御は不可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願第１０／２２３，２３６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の上記弁の利益を、現在不可能である流れ方向制御の用途に利用することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ポペット弁を制御しかつ従来利用されていない他の弁形式の機能および特徴を得ることができると同時に本発明者の従来設計により得られる利益を保持できる複動形流体流れ方向制御弁を提供することにある。加圧された流体および真空は容易に取扱うことができる。流れおよび流量は調整されかつ変調される。逆流は制御される。弁の応答時間を調整して、ライン衝撃を防止することができる。パイロット圧は、内的または外的に付与できる。確動ポペットピストン制御は、二方、三方または多方機能で行うことができる。また、弁は流体シリンダ内にコンパクトに組込まれ、応答時間を向上させかつ作動コストを低減できる。
【０００８】
一態様では、本発明は、作動軸線に対して垂直な環状で平らな弁座により包囲された流れオリフィスにより相互連結された流れポートを備えた本体部材と、前記弁座と同軸状でかつ該弁座から間隔を隔てた、前記本体部材内の段付きピストンカウンタボアとを有し、該ピストンカウンタボアは開端部および閉端部を備え、ピストンカウンタボアの前記開端部をシールしかつ前記作動軸線と同軸状に貫通する開口を備えた弁ガイドと、前記作動軸線と同軸状に前記ピストンカウンタボア内で摺動可能に支持された段付きピストンとを有し、該ピストンは、ピストンとピストンカウンタボアの前記閉端部との間の第１チャンバおよび前記ピストンと弁ガイドとの間の第２チャンバを形成し、前記弁ガイドの前記開口を通って延びるステムを備えかつ開位置と閉位置との間で同時移動するように前記ピストンに同軸状に連結されたポペット弁部材を有し、該ポペット弁部材は拡大ヘッドセクションを備え、該拡大ヘッドセクションは、閉位置においてシーリング界面で前記弁座と係合できる、前記作動軸線に垂直なシーリング表面を備え、前記ピストンおよびポペット弁部材を前記開位置と閉位置との間で移動させることにより、前記第１チャンバの加圧を維持しつつ前記第２チャンバを選択的に加圧しかつ減圧するコントローラを更に有する構成の流体流れ制御弁を提供する。この弁は、加圧条件下および真空条件下で、スプリングを用いることなく２方向ピストン作動を行うべく機能する。
【０００９】
付加態様では、第１チャンバの加圧の維持は外部圧力源により行われ、外部圧力源は第１チャンバに直接連結することができる。第１チャンバの加圧の維持は、ポートの少なくとも一方と第１チャンバとの間の、本体部材内の通路に連通する内部圧力により行うことができる。第１チャンバの加圧は、両ポート間の、本体部材内の通路に連通する内部圧力により行われ、通路は、ポート内の最高圧力を第１チャンバに連通させる逆止弁を備えている。第１チャンバ内のストップ部材は、ピストンの移動を制限して開位置での両ポート間の流れを制御すべく軸線方向に調節可能である。
【００１０】
また、流体流れ制御弁には、前記第２チャンバの加圧および減圧を調節可能に制御する流れ制御装置を設けることができる。圧力レギュレータは、第２チャンバの前記加圧を調節可能に制御する前記コントローラに接続され、前記第１チャンバより小さな圧の第２チャンバ内に圧力を供給し、これにより前記両ポート間の流体流れ力がポペット弁の位置を変調して、両ポート間の流体流れを制御する。
【００１１】
また、流体流れ制御弁は三方弁機能を有し、前記両ポートは、前記弁ガイドと前記オリフィスとの間の入口ポートおよび出口ポートからなり、前記弁本体内の排出流れポートは、作動軸線に対して垂直な環状で平らな排出弁座により包囲された排出流れオリフィスで前記出口ポートに流体的に連結されており、前記本体部材内の円筒状の第２ピストンカウンタボアが、前記排出弁座と同軸状で該弁座から間隔を隔てており、前記第２ピストンカウンタボアが開端部および閉端部を備え、第２弁ガイドが第２ピストンカウンタボアの前記開端部をシールしかつ前記作動軸線と同軸状に第２弁ガイドを貫通する開口を備え、円筒状の第２ピストンが、作動軸線と同軸状の前記第２ピストンカウンタボア内に摺動可能に支持されており、前記第２ピストンが、前記第２ピストンと第２ピストンカウンタボアの閉端部との間の第１チャンバと、前記第２ピストンと第２弁ガイドとの間の下方チャンバとを形成しており、第２ポペット弁部材が第２弁ガイドの前記開口を通って延びるステムを備え、該ステムが、開位置と閉位置との間で同時移動できるように第２ピストンに同軸状に連結されており、前記第２ポペット弁部材が拡大ヘッドセクションを備え、該拡大ヘッドセクションが、シーリング界面で、前記閉位置で前記排出弁座と係合する、前記作動軸線に対して垂直なシーリング表面を備え、コントローラが、前記第１チャンバの加圧を維持しつつ第１ピストンの第２チャンバを同時にかつ選択的に加圧および減圧しかつ前記第２チャンバの第１チャンバを減圧し、これにより前記ピストンおよび関連するポペット弁を、前記開位置と閉位置との間で逆位相で移動させる。
【００１２】
他の態様では、流体流れ制御弁を、互いに間隔を隔てた１対の端板部材を備えた流体シリンダ内に直接組込み、ピストンスリーブが端板部材を相互連結しかつチャンバ内で往復動可能に支持されたピストンを備え、前記ピストンは一方の端板部材を通って延びているシャフトを備え、前記ピストンは前記チャンバを、前記シャフトをチャンバ内に後退させるべく加圧される後退チャンバと、前記シャフトを前記チャンバから伸長させるべく加圧される伸長チャンバとに分割し、前記コントローラは、前記シャフトを後退および伸長させる逆位相で前記チャンバを加圧すべく、各端板部材の流体流れ制御弁と作動する。
【００１３】
流体からのポペットピストンの優れた隔絶を行うため、第１および第２シーリング部材は前記弁ガイドにより支持されかつ前記弁ステムと係合する。前記弁ガイド内の通路は、前記シーリング部材間に圧力を加えて、例えば前記第１チャンバと流体的に連結することにより、流体が前記ポートから第２チャンバに漏洩することを防止する。
【００１４】
更に別の態様では、本発明は、作動軸線に対して垂直な環状で平らな弁座により包囲された流れオリフィスにより相互連結された流れポートを備えた本体部材と、前記弁座と同軸状でかつ該弁座から間隔を隔てた、前記本体部材内の段付きピストンカウンタボアとを有し、該ピストンカウンタボアは開端部および閉端部を備え、ピストンカウンタボアの前記開端部をシールしかつ前記作動軸線と同軸状に貫通する開口を備えた弁ガイドと、前記作動軸線と同軸状に前記ピストンカウンタボア内で摺動可能に支持された段付きピストンとを有し、該ピストンは、ピストンとピストンカウンタボアの前記閉端部との間の第１チャンバおよび前記ピストンと弁ガイドとの間の下方チャンバを形成し、前記弁ガイドの前記開口を通って延びるステムを備えかつ開位置と閉位置との間で同時移動するように前記ピストンに同軸状に連結されたポペット弁部材を有し、該ポペット弁部材は拡大ヘッドセクションを備え、該拡大ヘッドセクションは、閉位置においてシーリング界面で前記弁座と係合できる、前記作動軸線に垂直なシーリング表面を備え、前記ポートの一方と流体的に連結された前記本体部材内の第１通路および前記ポートの他方と流体的に連結された前記本体部材内の第２通路と、前記第１通路および第２通路を、前記第１チャンバに選択的に交互に流体的に連結するコントローラとを更に有する流体流れ制御弁を提供する。
【００１５】
更に別の態様では、本発明は、作動軸線に対して垂直な環状で平らな弁座により包囲された流れオリフィスにより相互連結された流れポートを備えた本体部材と、前記弁座と同軸状でかつ該弁座から間隔を隔てた、前記本体部材内の段付きピストンカウンタボアとを有し、該ピストンカウンタボアは開端部および閉端部を備え、ピストンカウンタボアの前記開端部をシールしかつ前記作動軸線と同軸状に貫通する開口を備えた弁ガイドと、前記作動軸線と同軸状に前記ピストンカウンタボア内で摺動可能に支持された段付きピストンとを有し、該ピストンは、ピストンとピストンカウンタボアの前記閉端部との間の第１チャンバおよび前記ピストンと弁ガイドとの間の下方チャンバを形成し、前記弁ガイドの前記開口を通って延びるステムを備えかつ開位置と閉位置との間で同時移動するように前記ピストンに同軸状に連結されたポペット弁部材を有し、該ポペット弁部材は拡大ヘッドセクションを備え、該拡大ヘッドセクションは、閉位置においてシーリング界面で前記弁座と係合できる、前記作動軸線に垂直なシーリング表面を備え、前記ポートの一方と前記第１チャンバとの間で流体的に連結された前記本体部材内の第１通路と、前記第１チャンバ内で軸線方向に調節可能に位置決めされる前記本体部材により支持されるストップ部材とを有し、該ストップ部材は、閉位置においてシーリング界面で前記ピストンと係合できかつ開位置において前記ピストンから間隔を隔てたシーリング部材を備え、前記ピストン部材および弁ガイド内のベント通路を有し、該ベント通路は、前記ストップ部材のシーリング部材が開位置にあるときに前記ポートの他方と前記第１チャンバとを流体的に連結しかつ前記ストップ部材のシーリング部材が閉位置にあるときに前記ポートの他方と第１チャンバとを流体的に遮断し、前記ピストンを、前記ストップ部材のシーリング部材の前記閉位置に向けて押圧するスプリング手段を更に有する流体流れ制御弁を提供する。
【００１６】
更に別の態様では、本発明は、作動軸線に対して垂直な環状で平らな弁座により包囲された流れオリフィスにより相互連結された流れポートを備えた本体部材と、前記弁座と同軸状でかつ該弁座から間隔を隔てた、前記本体部材内の段付きピストンカウンタボアとを有し、該ピストンカウンタボアは開端部および閉端部を備え、ピストンカウンタボアの前記開端部をシールしかつ前記作動軸線と同軸状に貫通する開口を備えた弁ガイドと、前記作動軸線と同軸状に前記ピストンカウンタボア内で摺動可能に支持された段付きピストンとを有し、該ピストンは、ピストンとピストンカウンタボアの前記閉端部との間の第１チャンバおよび前記ピストンと弁ガイドとの間の下方チャンバを形成し、前記弁ガイドの前記開口を通って延びるステムを備えかつ開位置と閉位置との間で同時移動するように前記ピストンに同軸状に連結されたポペット弁部材を有し、該ポペット弁部材は拡大ヘッドセクションを備え、該拡大ヘッドセクションは、閉位置においてシーリング界面で前記弁座と係合できる、前記作動軸線に垂直なシーリング表面を備え、前記第１チャンバ内で軸線方向に調節可能に位置決めされる前記本体部材により支持されるストップ部材と、前記ポペット弁を前記閉位置に押圧するための、前記ストップ部材とピストンとの間のスプリング部材と、前記チャンバを選択的に加圧して前記ポペット弁を前記閉位置に移動させるコントローラとを更に有する流体流れ制御弁を提供する。
【００１７】
本発明の上記および他の特徴は、添付図面を参照して述べる以下の説明を読むことによって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態による複動形流体流れ方向制御弁を示す側面図である。
【図２】図１の流体流れ制御弁が閉位置にあるところを示す、図１の２−２線に沿う側断面図である。
【図３】図２の流体流れ制御弁が開位置にあるところを示す側断面図である。
【図４】図１の流体流れ制御弁のアクチュエータ本体を示す側断面図である。
【図５】図１の流体流れ制御弁の弁本体を示す側断面図である。
【図６】図１の流体流れ制御弁のポペット弁組立体を示す側断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態を示す側断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態を示す側断面図である。
【図９】本発明の他の実施形態を示す側断面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態を示す側断面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態を示す側断面図である。
【図１２】本発明の他の実施形態を示す側面図である。
【図１３】図１２の１３−１３線に沿う断面図である。
【図１４】本発明の他の実施形態を示す側断面図である。
【図１５】図１４の実施形態を示す側面図である。
【図１６】図１５の１６−１６線に沿う断面図である。
【図１７】本発明の他の実施形態を示す側面図である。
【図１８】図１７の弁の断面図であり、排出位置にある弁を示すものである。
【図１９】図１７の弁の断面図であり、供給位置にある弁を示すものである。
【図２０】本発明の一実施形態を示す部分断面図である。
【図２１】本発明の他の実施形態を示す側断面図であり、閉位置にある弁を示すものである。
【図２２】図２１の弁を示す側断面図であり、開位置にあるところを示すものである。
【図２３】本発明の他の実施形態を示す側断面図である。
【図２４】本発明の他の実施形態を示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１−図３を参照すると、ここには、流体源１２と流体用途１４との間の流体の流れを制御するための本発明の好ましい実施形態による複動形流体流れ方向制御弁１０が示されている。この実施形態では、弁１０は２方向弁として構成されているが、後述の他の実施形態でより詳細に説明するように、他の構成および特徴を取入れることができることは明白であろう。また、弁は、ガス状または液体状の流体および加圧された状態および真空状態の流体に使用できることも明白であろう。
【００２０】
流体制御弁１０は、ベースすなわち弁本体２０とカバーすなわちアクチュエータ本体２２とからなるツーパート本体部材を有し、該本体部分は、コントローラ２６により作動されるダブルピストンポペット弁組立体２４を作動可能に支持している。弁１０は、図２の閉位置では流体源１２からの流体の流れを防止し、図３の開位置では、流体が、入口ポート２８と出口ポート３０との間で、流体源１２から用途１４へと流れることを許容する。弁１０はまた、流体が、出口ポート３０を通って入口ポート２８に逆流することを防止する。
【００２１】
図６に示すように、ポペット弁組立体２４は、段付き状ピストン４０を有し、該段付きピストン４０は、弁ガイド４６により組立体内で摺動可能に支持されたポペット弁４４に連結されている。ピストン４０は、大径Ｄ１の円筒状ベースセクション５０と、小径Ｄ２のトップセクション５２とを有している。ピストン４０の直径は、補完スプリングを用いないで確実な開閉を行って流れを制御するダブルアクション作動を行うべく相対的にサイズが定められ、このサイズは、流れ制御用途の特性に基いて定められる。トップセクション５２の外面には、Оリングのようなシーリング要素５４を保持するための外向きに開口した環状溝が設けられている。ベースセクション５０の外面にも、Оリングのようなシーリング要素５６を保持するための外向きに開口した環状溝が設けられている。ポペット弁４４は、円筒状ステム５７と、全体として円筒状の拡大弁ディスクすなわち弁部材５８とを有している。ステム５７の上端部には、ねじ山付き軸線方向ボアが設けられている。ステム５７は、ピストン４０のベースセクション５０の下向きに開口したカウンタボア内に、圧嵌めにより同軸状に受入れられる。ピストンのトップセクション５２には上方カウンタボアからなりかつ下方カウンタボアと交差する貫通孔が形成されている。ポペット弁４４と弁ガイド４６とを組立てた後に、上方カウンタボア内にねじ山付きファスナ５９が受入れられ、該ファスナ５９のシャンクが弁ステム５７にねじ込まれて、ポペット弁４４をピストン４０に固定連結する。かくして、ポペット弁４４は、作動軸線６０（図２）に沿って移動できるように、ピストン４０と同軸状に連結される。弁部材５８は、ステム５７の軸線に垂直で平らな円形下面６２を有している。この下面６２には、Оリングのようなシーリング要素６４を支持するための下向きに開口した環状溝が形成されている。複数の環状溝を設けることができ、これにより、共通のポペット弁に、種々のサイズのオリフィスに使用できる適当なシーリング要素を設けることができる。かくしてポペット弁４４は面座合し、ステム５７および弁部材５８は流れオリフィスの外部に配置される。背面座合形形態を使用することもできる。
【００２２】
弁ガイド４６は円形ディスクであり、中心ボアと同軸状の外径を有する外側フランジを備えている。フランジの上面にはシーリング要素６５が支持され、該シーリング要素６５はアクチュエータ本体２２の平らな対向下面をシールする。ポペット弁４４のステム５７は、組立体としての同軸状運動を維持できるように、弁ガイド４６の中心ボアにぴったり滑り嵌めされている。中心ボアには、弁ステム５７をシールするためのОリングのようなシーリング要素６６を保持する、内向きに開口した環状溝が設けられている。
【００２３】
図５に示すように、弁本体２０は、上向きに開口した段付きカウンタボア６６を有している。カウンタボア６６は、流体源に連結される側方入口ボア２８と交差している。カウンタボア６６の下には、側方出口ポート３０が形成されている。カウンタボア６６のベースには環状流れオリフィス７２が形成されており、該流れオリフィス７２は、両ポート２８、３０を流体的に相互連結する機能を有している。オリフィス７２の周囲でカウンタボア６６のベースには環状弁座７４が形成されており、該弁座７４は、ポペット弁のシーリング要素６４（図６）とのシーリング界面を形成する。弁本体２０にはパイロット通路７６が形成されており、該パイロット通路７６は、パイロット圧力源７５に連結される入口と頂面の出口とを有し、該出口は、後述のように弁本体２２の通路に流体連結される。
【００２４】
図４に示すように、アクチュエータ本体２２は、下向きに開口した段付きカウンタボア８０を有している。アクチュエータ本体２２および弁本体２０は適当なファスナ（図示せず）により固定連結され、アクチュエータ本体２２のカウンタボア８０と弁本体２０のカウンタボア６６とが同軸状になるように、対向する平らな表面を一体にクランプする。カウンタボア８０は、ピストン４０のベースセクション５０とのぴったりした滑り嵌合が得られる直径を有するベースセクション８１と、ピストン４０のトップセクション５２とのぴったりした滑り嵌合が得られる直径を有するトップセクション８２とを備えている。かくして、組立体内では、ポペット弁４４は、４つの同軸位置決め表面、すなわちピストン界面、弁ガイドボアおよびピストンへの弁ステムの圧嵌めにより拘束されることが理解されよう。これにより、弁座に対する弁の厳格な垂直運動が維持され、これらの間の確実な平面接触が確保される。
【００２５】
アクチュエータ本体２２のパイロット通路８４は、弁本体２０のパイロット圧力通路７６と整合する下向き開口セクションを有し、カウンタボア８０のトップセクション８２のベースに出口を有する横方向セクションに連結される。アクチュエータ本体２２の第２通路すなわち上方チャンバ通路８６は、カウンタボア８０のトップセクション８２のベースに入口を有する横方向セクションを備え、該横方向セクションは、頂面に出口を有する垂直セクションに連結されている。アクチュエータ本体２２の第３通路すなわち下方チャンバ通路８７は、カウンタボア８０のベースセクション８１のリムに隣接して該ベースセクション８１と交差する横方向セクションを有し、該横方向セクションは、頂面に出口を有する垂直セクションに連結されている。アクチュエータ本体２２の第４通路すなわち中間チャンバ通路８８は、カウンタボア８０のベースセクション８１に隣接して該ベースセクションと交差する横方向セクションを有し、該横方向セクションは、頂面に出口を有する垂直セクションに連結されている。第５通路すなわちベント通路８９は通路８８と交差し、外部への排出ポートを形成している。
【００２６】
組立体において、図２の閉位置でのピストン４０は、該ピストンの頂部とカウンタボア８０のトップセクション８２との間の上方チャンバ９０と、ピストンセクションとカウンタボアのベースセクション８１のベースとの間の中間チャンバ９２と、ピストンと弁ガイド４６との間の下方チャンバ９４を確立する。かくして、上方チャンバ９０は通路８２、８６と流体連結され、中間チャンバ９２は通路８８と流体連結され、下方チャンバ９４は通路８７と流体連結される。
【００２７】
通路８４、８６、８８は、コントローラ２６に流体連結されている。適したコントローラは、三方ソレノイド弁である。コントローラ２６は、上方チャンバ９０内に圧力を維持しつつ、下方チャンバ９４を加圧しまたは減圧すべく選択的に作動する。コントローラ２６からの常閉入力ポートは、ライン９６により、上方チャンバ９０からの通路８４に連結されている。下方チャンバ９４からの通路８７は、ライン９７により常開ポートに連結されており、常開ポートの出口は、ライン９８により通路８８およびベント通路８９に連結されている。
【００２８】
図２の閉位置においては、上方チャンバ９０はパイロット圧力により加圧され、中間チャンバ９２および下方チャンバ９４は通気（ベント）されている。このため、上方チャンバ９０内の圧力により、ピストン４０が下方位置に変位され、この位置で、ポペット弁４４がオリフィス７２をシールし、オリフィスのシーリング界面での入口圧力に抗して、入口ポート２８と出口ポート３０との間の流れを防止する。これらの条件は、パイロット圧、ピストンセクションの直径およびオリフィスサイズを選択することにより適合される。特にオリフィスサイズは、アクチュエータ組立体の基本構造およびパイロット圧を保持しつつ、広範囲の流体源圧力に対応できるように選択される。コントローラ２６が反対の状態に切換えられると、上方チャンバ９０および下方チャンバ９４の両者がパイロット圧力源７５により加圧される。このため、ピストンセクション５０、５２間の直径差により生じる正味上向き力によって、ポペット弁４４が図３の上昇した開位置に変位され、両ポート２８、３０間に流れが許容される。チャンバ内の選択的圧力状態は、同じ圧力または異なる圧力をもつ独立した圧力源により得られることは理解されよう。
【００２９】
上記流体制御弁は、両方向に、迅速応答時間で作動する。閉じる場合、大きい方の下方チャンバ９４内の流体が排出されると中間チャンバ９２が瞬間的に加圧され、これにより、中間チャンバのピストン領域には付加的な下向き力が作用し、したがって閉鎖速度が短縮される。開く場合には、下方チャンバ９４内への流入により上方チャンバ９０内に圧力降下が生じ、これにより、開く力が増大しかつ応答時間が短縮される。また、ベンチング（通気）は、外方に向けて単一方向に行われる。作動の間、チャンバ内に負圧は発生しない。これにより、弁部品を損なう虞れのある外部汚染物質の侵入が防止され、かつ以前は好ましくなかった条件下での作動も可能になる。
【００３０】
以下に述べる実施形態では、共通部品には、前に用いた参照番号を使用する。図７に示すように、パイロット圧は、ポート２８での内部圧力により得られる。前述のように、流れ制御弁１００には、入口ポート２８とアクチュエータ本体２２内の通路８４とを連結する通路１０２が設けられている。通路１０２には、スプリングで押圧された逆止弁１０４を設けることができる。通路１０２には、外部圧力源との既存のパイロット連結部を設け、該連結部はプラグにより栓をすることができる。出口ポート３０からは、逆止弁１１２を備えた他の通路１１０が設けられており、該通路１１０は上方チャンバ９０およびコントローラ２６への通路８８に連通している。この構成により、いずれかのポート内で連続的または一時的に発生される最高圧力であるパイロット圧が得られ、これにより、ポート圧の如何にかかわらず逆流が防止される。上記流れ方向は逆にすることもできる。
【００３１】
図８には本発明の他の実施形態が示されており、この実施形態では、複動形流体流れ方向制御弁に流れ制御装置が設けられている。基本的な弁１２０は、ポペット弁４４が閉位置まで下方に変位し、外部パイロット圧または内部圧力を受けて弁座に座合する構成の上記弁と同じである。弁は、通路圧力を下方チャンバ９４に加えてポペット弁４４を上方に変位させることにより、逆の開位置状態にされる。弁１２０は、ピストンストップ１２４を備えた流れ制御組立体１２２を有している。ピストンストップ１２４は、上方チャンバ９０内に配置された拡大ヘッド１２５と、アクチュエータ本体２２のベースの軸線方向孔を通って摺動可能に延びかつアクチュエータ本体２２のトップに取付けられた調節ブラケット１２７の軸線方向ボア内に受入れられている円筒状シャンク１２６とを備えている。ボアの上方部分にはねじ山が設けられており、調節ねじ１２８が受入れられている。調節ねじ１２８は、ピストンストップ１２４のヘッド１２５を上昇または下降させるべく手動調節することができる。このような調節により、ピストンの上方移動限度、したがってオリフィスを通る流れを変化できる。調節ねじ１２８は電気機械アクチュエータに連結して、流れ特性を遠隔制御できるように構成することもできる。いずれの場合でも、流れ制御組立体１２２は流れ特性のダイナミック調節ができ、作動中に流量を変える場合に、弁１２０を、機械的ボール弁と同様に応答させることができる。
【００３２】
図９には本発明の他の実施形態が示されており、この実施形態では、複動形流体流れ方向制御弁に応答制御装置が設けられている。基本的な弁１３０は、ポペット弁４４が閉位置まで下方に変位し、外部圧または内部パイロット圧を受けて弁座に座合する構成の上記弁と同じである。弁は、通路圧力を下方チャンバ９４に加えてポペット弁４４を上方に変位させることにより、逆の開位置状態にされる。弁１３０は流れ制御組立体１３２を有し、該流れ制御組立体１３２は、通路セクションの交差点で下方チャンバ９４の通路内に配置されたニードル弁または流れ制御ねじ１３４を備えている。ニードル弁１３４は、ねじ山が形成された横方向ボア内にねじ込まれており、手動調節可能なチップ位置を有している。ニードル弁のチップ位置は、パイロット流れを、上方チャンバ９０からコントローラ２６を通して下方チャンバ９４に変え、これにより、下方チャンバ９４が加圧されたときにポペット弁４４の開き速度を調節可能に制御するのに有効である。ニードル弁１３４はまた、下方ピストンチャンバの通気を制限することにより弁の閉鎖を制御すべく機能する。
【００３３】
応答制御装置は、弁が開閉されるときの急激な圧力増大による衝撃および損傷を解消する。急速変位する弁により引起こされるこのような衝撃すなわちハンマー効果は、システムを保護するための或る制御形式を必要とする液体流れ用途において特に有害である。任意であるが、この応答制御装置は、用途の条件に適合させるべく現場で調節するように構成できる。
【００３４】
図１０には本発明の他の実施形態が示されており、この実施形態では、複動形流体流れ方向制御弁に圧力制御装置が設けられている。基本的な弁１４０は、外部パイロット圧を用いており、入口ポート１４２がポペット弁の下に位置しかつオリフィス１４４および出口ポート１４５が入口ポート１４２の上に位置している構成の上記弁と同じである。この構成では、上方ピストンチャンバ９０からコントローラ２６に至るラインに圧力レギュレータ１４６が設けられている。圧力レギュレータ１４６は、手動または電気機械的に制御できる。閉位置では、上方ピストンチャンバ９０内のパイロット圧力は、オリフィスでポペット弁４４の表面に対して作用する入口ポート１４２内の入口圧力による反対方向の力に抗してポペット弁を座合させる確実な下向き力を発生させるべく選択され、ポペット弁は閉じられた状態に維持される。ポペット弁を開くには、圧力レギュレータ１４６は、ポペット弁が自力で開くのに必要な圧力より小さい圧力を下方チャンバ９４に付与すべく調節される。しかしながら、入口ポート圧力と組合せた、弁を開く力は、上方ピストンチャンバ９０内の力より大きくなり、これにより弁は開位置に移動する。入口ポートと出口ポートとの圧力差が減少すると、ポペット弁４４に作用する速度圧が低下し、上方ピストンチャンバの力が下方ピストンチャンバの力に打勝って、ポペット弁に作用する力が小さくなると、ポペット弁は閉位置に変位される。これにより、出口ラインに別のレギュレータを用いることなく、下流圧力を調整できる。この構成により、高速制御および高い流れ圧力の制御が可能になる。
【００３５】
図１１に示すように、上記のような基本的な弁１５０は、弁本体１５６に、それぞれインライン入口ポート１５２および出口ポート１５４を設けることができる。この実施形態では、ポペット弁のカウンタボアの水平ベース壁に流れオリフィス１５７が形成されており、該流れオリフィスは出口ポート１５４に連通している。入口ポート１５２は大きい直径のカウンタボアとして構成でき、これにより、コストが嵩む砂型鋳造本体をもつ慣用の高流量インラインポペット弁に匹敵する大きい流れキャパシティが得られる。弁は、隣接する弁ポートブロック１５８、１５９を煩わすことなく取外すことができる。ポートブロック１５８、１５９は、パイプねじ山または他の慣用連結法により連結できる。
【００３６】
機械加工される通路は、他の長所が得られるように構成できる。図１２および図１３に示すように、上記のような弁１６０には弁本体１６１が設けられ、該弁本体１６１は、オリフィス１６８で、長手方向に間隔を隔てた横方向ポート１６６と流体連通しかつ軸線方向に整合しておりかつ連続的に連結された長手方向の貫通ポート１６２と、パイロットポート１６４とを備え、オリフィスは、上記のようなダブルピストンポペット弁組立体により選択的に開閉される。この構成は、慣用の独立ポートを用いることなく弁を直接連結でき、サイズ上およびコスト上の明らかな長所をもたらす。また、このような構成は、流体の流れ方向を反転させることができる。かくして、流体は、共通の流体源から、ポート１６６で選択的に分配するポート１６２を通って流れるか、流体を、ポート１６６での複数の流体源からポート１６２での共通サプライに供給できる。
【００３７】
ポペット弁およびダブルピストン構成には、三方機能を有益に取入れることができる。図１４を参照すると、ここには、三方複動形流体流れ方向制御弁２００が示されている。ダブルピストンポペット弁組立体２０２が、単一ピストンポペット弁組立体２０４と協働するように連結されており、弁組立体２０２により制御される、入口ポート２０６から出口ポート２０８への流体の三方制御および弁組立体２０４により制御される、出口ポート２０８から排出ポート２１０への流体の三方制御を行う。
【００３８】
弁組立体２０２は上記のように制御され、ここでは、逆止弁が設けられた内部流体源から通路２１４を通って、上方チャンバ２１２内にパイロット圧力が維持される。上記のような外部流体源を使用することもできる。上方チャンバ２１２は、通路２１８およびライン２２０を介して三方コントローラ２１６に連結されている。閉位置では、下方チャンバ２２６は、通路２２８およびコントローラ２１６のライン２３０、２３２を介してベント通路２３４、２３６に通気される。開位置では、コントローラ２１６が反転状態となり、上方チャンバ２１２内の圧力を維持しつつ下方チャンバ２２６が加圧される。これにより、ダブルピストン組立体２０２が開位置に上昇され、流体が入口ポート２０６から出口ポート２０８へと流れることができるようになる。
【００３９】
弁組立体２０４は、アクチュエータ本体のカウンタボア内に支持されかつポペット弁２４２に連結された単一ピストン２４０と、弁ガイド２４４とを有している。弁組立体２０４の上方チャンバ２４６は、通路２４８を介して、ダブルピストン弁組立体２０２の下方チャンバからの通路２２８に連結されており、したがって該通路２２８と一緒に加圧されかつ排出される。弁組立体２０４の下方チャンバ２５０は、ベント通路２３４に連結されており、したがって常時通気されている。
【００４０】
作動に際し、弁組立体２０２が開状態にあるとき、上方チャンバ２１２内の圧力を維持したまま、下方チャンバ２２６および単一ピストン２４０の上方チャンバ２４６が加圧されると、単一ピストン２４０が閉位置に変位されて、ポペット弁２４２が、排出ポート２１０へのオリフィス２６２をシールする。コントローラによりダブルピストンが閉状態にされると、下方チャンバ２２６および単一ピストン２４０の上方チャンバ２４６が通気され、これにより、出口ポート２０８からの流体圧力がポペット弁組立体２０４および単一ピストン２４０を開位置に上昇させ、流体は出口ポート２０８から排出ポート２１０へと流れることができるようになる。かくして、単一制御および一体化された多ピストン弁組立体により、三方機能がコンパクトに得られる。
【００４１】
三方機能は、図１５および図１６に示すモジュラ・インライン態様でも得ることができる。この実施形態では、入口ポート２７０が軸線方向に整合され、排出ポート２７２が軸線方向に整合され、かつパイロットポート２７４が軸線方向に整合されている。これらのポートはそれぞれの出口ポート２７８により独立的に連結されており、これらのポートへの流体の流れおよびこれらのポートからの流体の流れは、入口オリフィスおよび排出オリフィスに対して流体の流れを独立的に制御すべく、上記弁組立体により制御される。
【００４２】
複動形流体流れ方向制御弁の三方弁機能は、省エネルギを達成しかつシリンダの作動速度を増大させるべく、慣用の空気圧シリンダおよび油圧シリンダに組込むこともでき、また、冗長安全弁としてまたは作動速度を更に増大させるブースタ弁として使用することもできる。ここで、シリンダの端キャップは、弁本体に所望のポート機能を付与すべく機械加工でき、アクチュエータ本体およびポペット弁組立体は、組付け、交換およびサービスのために弁本体に組付けおよび弁本体から取外すことができる。上記特徴および制御は、これらの作動に取入れることができる。
【００４３】
図１７−図１９には、慣用の空気圧シリンダに組込むための一例示実施形態が示されている。ここでは、シリンダ３００が、ロッド端板３０４およびキャップ端板３０６を備えた円筒状のピストンスリーブ３０２を有している。スリーブ３０２内には、ピストン３０８が摺動可能に支持されている。ピストン３０８には、該ピストンにより作動されるシャフト３１０が連結されており、該シャフトは端板３０４を通って延びている。ピストン３０８とキャップ端板３０６との間の伸長ピストンチャンバ３１２には圧力流体が供給され、ピストン３０８およびシャフト３１０を伸長位置に変位させる。ピストン３０８とロッド端板３０４との間の後退ピストンチャンバ３１４には圧力流体が供給され、ピストン３０８およびシャフト３１０を図示の後退位置に変位させる。
【００４４】
各端板３０４、３０６には、関連するチャンバ３１２、３１４への流体の入力および排出を制御するための弁３２０が設けられている。説明の都合上、弁３２０は、ロッド端板３０４に関連して説明する。各端板は、弁に適合するのに充分な厚さを有する全体として矩形の中実体であり、弁を組付けるための少なくとも１つの平らな表面を有している。ここで、端板は弁本体を形成し、アクチュエータ本体３２２が、取付けねじ（図示せず）のような適当な固定手段により弁本体（端板）に取付けられている。アクチュエータ本体３２２は、ポペット弁３２５を備えたダブルピストンポペット弁組立体３２４と、ポペット弁３２７を備えた単一ピストンポペット弁組立体３２６とを作動可能に支持している。
【００４５】
端板３０４は入口ポート３３０を有し、該入口ポート３３０は端板３０４の側面に横方向にドリリングされかつ弁組立体の下でこれらを越えて延びている。入口ポート３３０は、圧力流体源に連結するための入口を有している。ダブルピストンポペット弁組立体３２４は、これと同軸状の段付きカウンタボアを有し、該カウンタボアは、弁ガイド３３２を位置決めしかつ包囲するアウターセクションとベースセクションとを有している。カウンタボアは、ベースセクションから延びておりかつ入口ポート３３０と交差している貫通孔３３４を有し、流れオリフィスを形成している。オリフィスの周囲には、ポペット弁３２５によりシールされる環状弁座が形成されている。端板３０４の後面からは供給ポート３３６が延びておりかつ開位置において流体をピストンチャンバに供給するベースセクションと交差している。
【００４６】
単一ピストンポペット弁組立体３２６は、これと同軸状の段付きカウンタボアを有し、該カウンタボアは、弁ガイド３４２を支持するアウターセクションと、ベースセクションとを有している。ベースセクションのベースから下方にブラインド孔（盲孔）３４４が延びており、該ブラインド孔は、その周囲に環状座面を備えた流れオリフィスを形成している。排出ポート３４６が端板の後面から延びておりかつカウンタボアのベースセクションと交差している。端板の後面から戻りポート３４８が延びかつ孔３４４と交差しており、作動流体を流体源またはベントに戻すべく機能する。開位置では、流体は、オリフィスを通る流れの排出ポートを通ってピストンチャンバから排出されかつポート３４８を通って戻されるか通気される。
【００４７】
ダブルピストンポペット弁組立体３２４は、オリフィスと同軸状の下向きに開口した段付きカウンタボア内に摺動可能に支持された二重直径段付きピストン３５０を有している。ポペット弁３２５は、弁ガイド３３２の開口を通って延びかつピストン３５０に連結されたステムを有している。ポペット弁３２５は拡大弁ヘッドを有し、該弁ヘッドはその下面にシーリング要素を備えている。該シーリング要素は、図１８に示す閉位置においてオリフィスの周囲の弁座表面と係合して入口ポート３３０から供給ポート３３６への流れを防止し、かつ図１９に示す開位置においてはこれらの間の流れを許容する。組立体では、ピストンおよびカウンタボアは、ピストンの上方に小径の上方チャンバを確立し、ピストンの下で弁ガイドとの間に、より大きい直径の下方チャンバを確立し、かつピストンとカウンタボアの下方セクションとの間に中間チャンバを確立する。上方チャンバは常時加圧されている。一態様では、パイロット圧が、入口ポート３３０と上方チャンバおよび外部ポート３６２（閉塞するか、省略することができる）との間の通路３６０を通して供給される。通路３６０には、入口ポート３３０内に生じる最高圧力を確立するための逆止弁３６４を設けることができる。これとは別にまたはこれと組合せて、パイロット圧は、外部ポート３６２を通して供給することができる。
【００４８】
単一ピストンポペット弁組立体３２６は、オリフィスと同軸状の下向きに開口したカウンタボア内に摺動可能に支持された単一直径のピストン３７０を有している。ポペット弁３２７は、弁ガイド３４２の開口を通って延びかつピストン３７０に連結されているステムを有している。ポペット弁３２７は拡大弁ヘッドを有し、該弁ヘッドはその下面にシーリング要素を備えている。該シーリング要素は、図１９に示す閉位置においてオリフィスの周囲の弁座表面と係合して戻りポート３４８から排出ポート３４６への流れを防止し、かつ図１８に示す開位置においてはこれらの間の流れを許容する。組立体では、ピストン３７０およびカウンタボアは、ピストンの上方に上方チャンバ３２６を確立し、かつピストンの下で弁ガイドとの間に、ベントを備えた下方チャンバ３６６を確立する。単一ピストンの上方チャンバ３２６およびダブルピストンの下方チャンバは、通路３７８に流体連通されかつ直列に連結されている。通路３７８は、アクチュエータ本体３２２の側面に出口３８０を備えかつライン３７０を介してソレノイド弁のような流体コントローラ３７２に連結されている。前の実施形態で説明したように、流れ制御アジャスタ３８６は、単一ピストンの開位置を調節可能に制御するストップ部材を有している。
【００４９】
作動時には、圧力流体が、シリンダロッド端板３０４およびキャップ端板３０６の両者の入口ポート３３０に連続的に供給され、かつその弁３２０が逆位相で作動される。伸長チャンバ３１２にあるシャフトおよびシリンダピストンを後退させる場合には、ダブルピストン弁組立体３２４が開位置に変位され、単一ピストン弁が閉位置に変位される。したがって、キャップ端板の弁３２０では、上方チャンバが通路３６０で加圧され、コントローラがダブルピストン弁組立体の下方通路を通気させ、ポペット弁が圧力差により閉位置に変位され、ポート３４８からポート３４６への流体の流れにより、単一ピストン弁組立体が開位置に押しやられ、これにより流体がチャンバ３１２から排出される。同時に、ロッド端板の他方の弁は逆の状態にあり、流体をチャンバ３１４に供給し、シリンダピストン３０８を後退位置に移動させる。伸長させる場合には、ロッド端およびキャップ端上のコントローラ３７２が変位され、これにより弁３２０が上記とは逆に作動し、シリンダが伸長される。
【００５０】
両方の状態において、流体供給路はポペット弁の両側にコンパクトに配置されており、このため、ライン損が大幅に低減されかつ高速の応答時間が得られる。応答時間の更なる短縮は、図１９に示すようなブースタ回路３８０を組み込むことにより達成される。ここでは、端板３０４に横方向ブースタポート３８２が設けられている。ポート３８２は流体源３８４に連結されている。ポート３８２には長手方向の第２供給ポート３８６が交差しており、該第２供給ポートは関連ピストンチャンバを流体源に連結する。ブースタポート３８２は関連する流れ制御部材３８４を有し、該流れ制御部材３８４は、ダブルピストン弁と協働して平行流路を確立してピストンシリンダへの流体の流れを補完し、これにより応答時間を短縮する。同様なブースタポートをキャップ端板に組込むこともできる。
【００５１】
空気圧の作用を用いた、液体を制御するための混合流体用途の場合には、作動中の混合を防止するポジティブバリヤを上記弁に設けることができる。図２０に示すように、この特徴はパイロット圧を用いて達成できる。ここでは、弁４００が、ポペット弁４０８のステム４０６と係合する、軸線方向に間隔を隔てた２つのシーリング部材４０４を有する弁ガイド４０２を有している。弁ガイド４０２には半径方向通路４１０が形成されており、該通路は、シーリング部材４０４と、アクチュエータ本体４１８のパイロット圧通路４２１と流体的に連結された、弁本体４１８の通路４２２に連結されるアウターフランジの出口との間に出口を有している。弁ガイド４０２には、パイロット圧を導入しかつ流体および／または空気の逆流を阻止すべく作動する逆止弁４２０が設けられている。逆止弁は、パイロット流体源とシールとの中間の他の通路位置に配置することもできる。
【００５２】
上記ポペット弁組立体はまた、ダブルピストンまたは単一ピストン設計を用いた流体用途の確動流れ制御に使用することもできる。以下の実施形態は単一ピストンに関連して説明するが、それらの特徴はダブル段付きピストン形態についても得られるものであることを理解されたい。
【００５３】
図２１および図２２には、逆止防止機能が設けられた流れ制御弁４５０が示されている。弁４５０はツーピースハウジングを有し、該ハウジングは、アクチュエータ本体４５２と、適当なファスナ（図示せず）によりアクチュエータ本体４５２に連結された弁本体４５４とからなる。弁本体４５４は入口ポート４５６を有し、該入口ポート４５６は出口ポート４５８と整合している。出口ポート４５８は、上向きに開口したカウンタボアのベースで、入口ポート４５６との間の流れオリフィス４６０を介して流体的に相互連結されている。単一ピストンポペット弁組立体４６２はピストン４６３を有し、該ピストンには弁ガイド４６６により支持されたポペット弁４６４が連結されている。弁組立体４６２は、図示の下降閉位置（図２１）と上昇開位置（図２２）との間で移動できるように、三方ソレノイドのようなコントローラ４６８により選択的に作動される。開位置では、流体が、入口ポート４５６からオリフィス４６０を通って出口ポート４５８へと流れる。図２２に示すように、弁４５０は、入口ポート４５６から通路４７０を通りコントローラ４６８の常閉ポートに供給される内部パイロット圧により作動される。ピストン４６３の上方の上方チャンバ４８０からのパイロット通路４７４は、コントローラ４６８の常開ポートに連結され、常開ポートは、ライン４７６により、アクチュエータ本体４５２および出口ポート４５８に出口を備えた弁本体４５４の通路４７８に連結される。図２１に示すように、コントローラ４６８は、パイロット圧を、通路４７０、コントローラ４６８および通路４７４を通してピストン４６３の上方の上方チャンバ４８０に供給するように作動される。これにより、作動力は、ポペット弁４６４を、該ポペット弁に作用する静流体圧に抗して、オリフィス４６０を包囲するシーリング界面の閉位置に移動する。開位置では、上方チャンバ４８０は、通路４７４、コントローラ４６８および通路４７８を通って出口ポート４５８に通気される。この流れ条件では圧力差が減少し、これにより出口ポート圧力が増大し、この出口圧力は上方チャンバ４８０に伝達される。この圧力増大によりポペット弁の漸次閉鎖が引起こされ、これは、両ポート間の圧力が均衡する前に行われるため、弁を通る逆流が防止される。
【００５４】
単一またはダブルピストンポペット弁組立体はまた、内部背圧チェックを行う機械作動形二方弁の作動を補助するのにも使用できる。図２３に示すように、流体制御弁５００は、拡大ピストンストップ５０４を備えた軸線方向に調節可能なピストンストップ組立体５０２を有している。該ピストンストップ組立体５０２は、ピストン５０８の移動を調整すべくオペレータにより手動でまたは電気機械的に制御され、開位置と、中間位置と、閉位置との間で、入口ポート５１６から出口ポート５１８への流れオリフィス５１４の周囲のシーリング界面に対するポペット弁組立体５１２のポペット弁５１０の位置を制御する。パイロット通路５１４が、入口ポート５１６からピストン５０８の上方のチャンバ５２０まで延びている。ピストン５０８の下端部と弁ガイド５２４の上端部との間には下方に延びている圧縮スプリング部材５２２が保持され、ピストン５０８に上方への押圧力を付与している。ピストン５０８および弁ガイド５２４は、軸線方向の貫通路５３０、５３２を有している。ピストンストップ５０４はОリングのような環状シーリング要素を有し、該シーリング要素はピストン５０８の頂面と係合して、係合位置において貫通路５３０、５３２を有効にシールする。
【００５５】
機械的に閉鎖された位置で、ピストンストップ５０４はピストン５０８と係合し、パイロット圧が、通路５１４を通って上方チャンバ５２０に供給される。これにより、オリフィス５１４における静圧力およびスプリング部材５２２の押圧力より大きい確動力（affirmative force）が発生される。ピストンストップ５０４が上昇されると、パイロット圧が貫通路５３０、５３２を通って抜ける。これにより下向きの力が弱められることおよびスプリング部材５２２によってピストン５０８およびポペット弁５１０が上方に押圧され、流れオリフィス５１４が開かれる。ピストンストップ５０４の所望位置において、ピストン５０８はピストンストップ５０４と再係合し、貫通路５３０、５３２をシールして安定状態を得る。弁５００を閉じるには、ピストンストップ５０４を下降させ、貫通路５３０、５３２をシールする。閉鎖作動中に、チャンバ５２０内の圧力が主下向き力を発生し、スプリング５２２の力および流れの力に打勝つ。これにより、ピストンヘッドを移動させるのに必要なトルクが大幅に低減され、かつ機械的に作動されるボール弁を模擬化した流れ制御が得られる。所望位置において、ピストン５０８の両側に作用する圧力が均等化され、ピストン５０８およびポペット弁５１０が浮遊する。
【００５６】
単一またはダブルピストンポペット弁組立体はまた、二方弁における減圧および逆流の防止を行うように構成できる。図２４に示すように、流れ制御弁６００は調節可能なピストンストップ組立体６０２を有し、該ピストンストップ組立体はスプリング部材６０４に連続されており、該スプリング部材と協働してポペット弁組立体６０８のピストン６０６を押圧し、ポペット弁６１０を閉位置に機械的に移動させ、入口ポート６１４と出口ポート６１６との間の流れオリフィス６１２を通る流体流れを制御する。アクチュエータ本体６１８は通路６２０を有し、該通路６２０は、ライン６２２を介して、ソレノイド弁のようなコントローラ６２４の出口ポートに連結されている。機械的に作動される減圧弁として使用される場合には、ピストンストップヘッド６２４が下降されてスプリング部材６０４に作用し、ポペット弁６１０を下方に変位させて、入口ポート６１４からオリフィス６１２を通って出口ポート６１６へと向かう流れを低減させる。ポペット弁６１０は、該ポペット弁に作用する力がスプリングの押圧力より大きい場合には、流体が流れることを許容する。両ポート６１４、６１６間の圧力差が減少すると、ポペット弁６１０に作用する力が低下し、スプリングの力によってポペット弁が閉位置に押圧される。圧力差の効果は、ピストンストップの位置により調節される。圧力差が反転すると、ポペット弁が閉じられ、流体が逆方向に流れることが防止される。コントローラ６２４は、流体源６３０からのパイロット圧をライン６２２を通してピストンチャンバ６３４に供給して、ピストンストップの位置にかかわらず弁を閉じるように作動される。コントローラ６２４が反転されると、チャンバが通気され、圧力調整機能および逆流防止機能に戻される。
【００５７】
本発明は、ポペット弁組立体の複動形流体流れ方向制御を行なうものであり、このようなポペット弁組立体で従来得られなかった作動制御を行うべく付加的特徴を取入れることができることが理解されよう。
【００５８】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明の目的が完全に達成されるものであることは理解されよう。また、当業者ならば、構造における多くの変更、広く異なる実施形態および本発明の用途は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく当業者により示唆され得ることは理解されよう。本明細書における開示および説明は例示を意図するものであって、いかなる意味においても本発明を制限するものではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲の記載によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００５９】
１０    複動形流体流れ方向制御弁
２０    弁本体（ベース）
２２    アクチュエータ本体（カバー）
２４    ダブルピストンポペット弁組立体
２６    コントローラ
４０    段付きピストン
４４    ポペット弁
４６    弁ガイド
８４    パイロット通路
８９    ベント通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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