(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直動弁組立体(１０)であって、
加圧エア供給源と連通する加圧エア供給用入口ポート(３０、２３０)と、少なくとも１つのシリンダポート(３２、２３２)とを有する弁本体(１２、２１２)と、
前記弁本体(１２、２１２)内を軸線方向に延びる弁ボア(３６、２３６)とを備え、複数の弁座（８４、８６、２８４、２８６）が前記弁ボア(３６、２３６)に構成され、前記複数の弁座（８４、８６、２８４、２８６）のうちの少なくとも１つは、前記弁ボア(３６、２３６)に直接に形成されており、前記弁ボア(３６、２３６)は、前記弁本体(１２、２１２)を貫いて延びて、一対の開口端部（４２、４４、２４２、２４４）を構成しており、
前記直動弁組立体(１０)は、さらに、前記弁ボア(３６、２３６)内に支持されており、前記入口ポート(３０、２３０)から供給された加圧エアを前記少なくとも１つのシリンダポート(３２、２３２)に選択的に差し向けるために、前記弁ボア(３６、２３６)内の所定位置の間を移動することが可能である弁部材(４６、２４６)を備え、前記弁部材(４６、２４６)は、その両側に配置された一対の弁ヘッド(６０、６２、２６０、２６２)を含み、前記一対の弁ヘッドの少なくとも一方は、凹部(６８、２６８)を含み、
前記直動弁組立体(１０)は、さらに、前記一対の開口端部（４２、４４、２４２、２４４）に受入れられた一対の保持体組立体（４８、５０、２４８、２５０）を備え、前記一対の保持体組立体のうちの第１の保持体組立体（４８、２４８）は、前記弁本体に対する位置に固定され、前記一対の保持体組立体のうちの第２の保持体組立体（５０、２５０）は、前記弁部材に付与される所定の力で前記弁座のシーリングを制御するようにねじ式に調整可能であり、前記一対の保持体組立体のうちの第１の保持体組立体だけが、前記弁ボア(３６、２３６)内に前記弁部材(４６、２４６)を固定して保持するようになっており、前記保持体組立体（４８、５０、２４８、２５０）の各々は、前記弁部材(４６、２４６)の弁ヘッド(６０、６２、２６０、２６２)の両端部を受入れる中心ボア（７４、７６、２７４、２７６）を有しており、前記弁部材(４６、２４６)が前記弁本体(１２、２１２)内を摺動的に移動することを可能にするようになっており、
前記直動弁組立体(１０)は、さらに、
前記弁部材(４６、２４６)を第１の方向に移動させるために前記弁本体(１２、２１２)に取付けられたアクチュエータ(１４、２１４)と、
前記弁部材(４６)に前記第１の方向と反対方向の付勢力を与えるように、前記弁部材(４６、２４６)と前記弁本体(１２、２１２)との間に前記凹部内に配置された付勢部材(６６、２６６)と、
前記アクチュエータ(１４、２１４)によって引き起こされた移動と反対の方向に前記弁部材を作動的に移動させるために、前記付勢部材(６６、２６６)と組み合せて作用させる空気圧力供給源を構成するエア補助通路(９４、２９４)とを備え、
前記エア補助通路(９４、２９４)は、入口部分(９６、２９６)と主通路(９８、２９８)とを有し、
前記入口部分(９６、２９６)は、前記弁部材(４６、２４６)の中心線Ａに対して半径方向に延び、且つ、前記少なくとも一方のシリンダポート(３２、２３２)と流体的に連通し、
前記弁部材(４６、２４６)が前記アクチュエータ(１４、２１４)によって作動位置に移動されるときに、前記主通路(９８、２９８)は、前記入口ポートと前記凹部(６８)との間で、圧縮された空気を選択的に、かつ、流体的に連通させるようになっており、
前記入口部分(９６、２９６)は、ゴムが成形、結合された前記弁部材(４６、２４６)の特定領域を貫通して形成されて、前記弁部材(４６、２４６)の上に一対の弁エレメント(５４、５６、２５４、２５６)を形成しており、
前記弁エレメント(５４、５６、２５２、２５４)は、前記弁座（８４、８６、２８４、２８６）の間に配置され、かつ、前記弁座（８４、８６、２８４、２８６）と協働するようになっている、
ことを特徴とする直動弁組立体(１０)。
【請求項２】
前記付勢部材(６６)は、前記弁部材(４６)と前記弁本体(１２)との間の前記凹部内に作動的に配置される、請求項１に記載の直動弁組立体(１０)。
【請求項３】
前記エア補助通路(９４)は、前記弁部材(１２)内に形成されており、前記加圧エア供給源と前記凹部との間を選択的に、且つ、流体的に連通させるために、前記少なくとも一方のシリンダポート(３２)と前記一対の弁ヘッド(６２)の前記少なくとも一方の凹部(６８)との間に延びている、請求項２に記載の直動弁組立体(１０)。
【請求項４】
前記主通路(９８)は、前記弁部材の長手方向軸線に対して同軸に前記弁部材(４６)内を延びる、請求項３に記載の直動弁組立体(１０)。
【請求項５】
前記一対の保持体組立体(４８，５０)の各々は、中心ボア(７４，７６)を有しており、前記弁部材(４６)は、その両端部に１つずつ配置された一対の環状弁ヘッド(６０，６２)を有するポペット弁を構成し、前記一対の環状弁ヘッド(６０，６２)の各々は、前記一対の保持体組立体(４８，５０)の中心ボア(７４，７６)とシール係合し、且つ、それに移動可能に受入れられる外径を有する、請求項４に記載の直動弁組立体(１０)。
【請求項６】
前記弁本体(１２)は、各々が前記弁ボア(３６)と流体的に連通する一対のシリンダポート(３２，３４)及び一対の排出ポート(３８，４０)を含み、前記弁ボアは、複数の弁座(８４，８６)を含み、前記弁部材(４６)は、その長さ方向に沿って構成された複数の弁エレメント(５４，５６)を含み、前記弁エレメントは、前記弁座(８４，８６)と協働して、流体を前記弁ボア(３６)から前記一対のシリンダポート(３２，３４)及び前記一対の排出ポート(３８，４０)のいくつかのポートに差し向ける、請求項１に記載の直動弁組立体(１０)。
【請求項７】
直動弁組立体(１０)であって、
加圧エア供給源と連通する加圧エア供給用入口ポート(３０、２３０)と、少なくとも１つのシリンダポート(３２、２３２)とを有する弁本体(１２、２１２)と、
前記弁本体(１２、２１２)内を軸線方向に延びる弁ボア(３６、２３６)とを備え、複数の弁座（８４、８６、２８４、２８６）が前記弁ボア(３６)に構成され、前記複数の弁座（２８４、２８６）のうちの少なくとも１つは、前記弁ボア(３６)に直接に形成されており、前記弁ボア(３６、２３６)は、前記弁本体(１２、２１２)を貫いて延びて、一対の開口端部（４２、４４、２４２、２４４）を構成しており、
前記直動弁組立体(１０)は、さらに、一対の弁ヘッド（６０、６２、２６０、２６２）を有する弁部材(４６、２４６)を備え、前記一対の弁ヘッド（６０、６２、２６０、２６２）は、前記弁部材(４６、２４６)の両側に１つずつ配置され、前記弁部材(４６、２４６)は、前記弁ボア(３６、２３６)内を摺動するように配置されており、前記入口ポート(３０、２３０)から供給された加圧エアを前記少なくとも１つのシリンダポート(３２、２３２)に選択的に差し向けるように、前記弁ボア内の所定第１の位置と第２の位置との間を移動することが可能であり、
前記直動弁組立体(１０)は、さらに、前記一対の開口端部（４２、４４、２４２、２４４）に受入れられた一対の保持体組立体（４８、５０、２４８、２５０）を備え、前記一対の保持体組立体のうちの第１の保持体組立体（４８、２４８）は、前記弁本体に対する位置に固定され、前記一対の保持体組立体のうちの第２の保持体組立体（５０、２５０）は、前記弁部材に付与される所定の力で前記弁座のシーリングを制御するようにねじ式に調整可能であり、前記一対の保持体組立体のうちの第１の保持体組立体だけが、前記弁ボア(３６、２３６)内に前記弁部材(４６、２４６)を固定して保持するようになっており、前記保持体組立体（４８、５０、２４８、２５０）の各々は、前記弁部材(４６、２４６)の弁ヘッド(６０、６２、２６０、２６２)の両端部を受入れる中心ボア（７４、７６、２７４、２７６）を有しており、前記弁部材(４６、２４６)が前記弁本体(１２、２１２)内を摺動的に移動することを可能にするようになっており、
前記直動弁組立体(１０)は、さらに、
前記弁部材(４６、２４６)を前記第１の位置から前記第２の位置まで第１の方向に移動させるために、前記弁部材の一方の端部(６０、２６０)のところで前記弁本体(１２、２１２)に配置されたアクチュエータ(１４、２１４)と、
前記弁部材(４６、２４６)に付勢力を与えるように、前記弁部材(４６、２４６)と前記弁本体(１２、２１２)との間に前記弁部材の他方の端部(６２、２６２)に配置された付勢部材(６６、２６６)と、
前記弁部材(４６、２４６)内に配置されたエア補助通路(９４、２９４)とを有し、前記エア補助通路(９４、２９４)は、前記アクチュエータ(１４、２１４)によって引き起こされた移動方向と反対の方向に前記弁部材(４６、２４６)を前記第２の位置から前記第１の位置まで作動的に移動させるために、空気圧力が前記付勢部材(６６、２６６)と組み合わされて作用するように前記弁部材の付勢側端部(６２、２６２)と前記加圧エア供給源とを流体的に連通させるようになっており、
前記弁ヘッド(６２、２６２)の少なくとも一方は、凹部(６８、２６８)を含み、
前記エア補助通路(９４、２９４)は、入口部分(９６、２９６)と主通路(９８、２９８)とを含み、
前記入口部分(９６、２９６)は、前記弁部材(４６、２４６)の中心線Ａに対して半径方向に延び且つ前記少なくとも１つのシリンダポート(３２、２３２)と流体的に連通し、
前記主通路(９８、２９８)は、前記入口部分(９６、２９６)と前記凹部(６８、２６８)との間で、圧縮された空気を選択的に、かつ、流体的に連通させるようになっており、
前記入口部分(９６、２９６)は、ゴムが成形、結合された前記弁部材(４６、２４６)の特定領域を貫通して形成されて、前記弁部材(４６、２４６)の上に一対の弁エレメント(５４、５６、２５２、２５４)を形成している、
ことを特徴とする、直動弁組立体(１０)。
【請求項８】
前記主通路(９８)は、前記弁部材(４６)の長手方向軸線に対して同軸に前記弁部材内を延びる、請求項７に記載の直動弁組立体(１０)。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概略的には、空気弁組立体に関し、更に詳細には、エア補助戻し部を有する直動空気弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮エアの流れを制御するための直動空気弁が当該技術で知られている。直動空気弁は、単独で使用されても良いし、例えば、スプール弁及びレギュレータと連結して使用されても良く、プレスクラッチ、エアブレーキ、エアシリンダ、又は、任意その他の空気装置又は作動エアの正確な制御を要求する適用例等、種々の空気作動装置からの及びそこに向かう圧縮エアの流れを制御する。更に詳細には、２方弁、３方弁、４方弁の直動弁組立体が、これらの環境で普通に採用されている。かかる弁は、典型的には、弁本体を含み、この弁本体は、それに形成された弁内腔即ち弁ボア(bore)を有する。弁部材が弁ボア内に支持され、弁部材は、アクチュエータによって弁部材に付与された作動力に直接応答して一方の位置から他方の位置まで移動可能である。弁組立体をシステム供給圧力源並びに弁が制御する種々の作動装置に連結するために、複数のポートが使用される。アクチュエータは、典型的には、電磁作動弁であり、この電磁作動弁は、弁部材を弁ボア内の予め決められた位置に移動させるように賦勢される。弁部材を既知の非賦勢位置に戻すように付勢する戻しスプリングが、しばしば、採用される。この種類の弁は、高流量で非常に速い応答時間が望まれる広範囲の製造環境で採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらの弁の技術が進歩するにつれて、物理的寸法を縮小させた作動環境で採用されるように設計された、より小さい弁の要求が増大している。加えて、技術の進歩は、弁が非常に早いサイクル時間で作動できなければならないことを示してきた。実際、より速い速度及びより短い応答時間の要望が、この種類の弁に対する現在の要求である。しかしながら、過去においては、ある設計上の障壁が、弁組立体の速度を増大させると同時に弁組立体の寸法を縮小させる程度を制限していた。弁部材及び弁ボアを予め決められた寸法よりも縮小させると、戻しスプリングは、弁部材の慣性に打ち勝つのに不十分な物理的寸法及び機械的強度のものになる。加えて、弁部材がアクチュエータによって１つの方向に付勢された後、摩擦力及び表面接着が、弁部材と弁ボアとの境界面に生じることがある。これらの摩擦力及びそれと関連した表面接着は、反対方向への弁部材の移動を妨げるように作用し、弁速度を遅くし、従って、弁応答時間を増大させるように作用する。この場合、戻しスプリングは、アクチュエータの力を除去した後に弁部材を迅速且つ有効にその賦勢位置から移動させて非賦勢位置に戻すのに十分な付勢力を提供することができない。これが起こると、運転中の装置の正確な制御が損なわれる。この欠点を解消するために、種々の設計的な戦略が現れている。しかしながら、関連技術において提案されている設計戦略はすべて、補足機構又はハードウエアを追加したり、弁の遠隔取付けを要求したりする不利益を受ける。
【０００４】
例えば、関連技術において提案された１つの設計戦略は、弁部材を両方向に移動させる２つの電磁アクチュエータを含む。かくして、戻しスプリングは、電磁アクチュエータ、例えばソレノイドによって置き換えられる。不運なことには、この解決法は、第２のソレノイド及びそれと関連した部品による複雑さを追加し、また、別の寸法制限境界を生じさせる。他方、両方向に賦勢する単一の電磁アクチュエータが、関連技術において提案された。しかしながら、これらの単一の電磁アクチュエータは、より嵩張る２重巻きアクチュエータ並びに追加の電子回路及び制御部を必要とする。かくして、より嵩張る単一の電磁アクチュエータを採用する直動弁は、典型的には、それが制御する空気作動装置に対して遠隔の箇所に取りつけられる。残念ながら、遠隔に配置された弁は、運転中の装置にきわめて近接して取りつけることができる弁設計及びより小さく、より軽量で、より正確な弁設計の目的を達成しない。また、遠隔に配置された弁は、導管又はその他の流路を介して相互連結されなければならず、それにより、追加のハードウエア及び配管作業を必要とし、システム内の空気効率をより低下させ、システム内の配管損失を生じさせる。
【０００５】
遠隔に配置された、或いは、追加のその他の構成要素を有するより大きい在来の弁の使用が、一般的には、その意図された目的のために役立ってきたけれども、当該技術においては、空気システムを簡単化し、それにより、より一層小さいけれども高精度で且つ高速で作動する直動弁を作ることによって、製造及び／又は組立てコストをより低減する要望が現在も残されている。より小さい直動弁は、運転しているシステム構成要素にきわめて近接して配置され、それにより、流路を短くし、追加の配管作業及びハードウエアを低減し又はなくし、空気流れ効率を増大させる。不運なことには、関連した技術で提案されてきた設計戦略は、戻しスプリングが高速作動弁の弁部材を迅速に、有効に且つ繰り返して非付勢位置に戻す物理的寸法と機械的な力とを有する程度又はポイントを越えるように弁部材及び弁ボアの寸法が縮小されるときに引き起こされる問題を解決していない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、直動弁組立体において関連した技術の上記設計上の障壁及びその他の不利益を克服する。更に詳細には、加圧流体供給源と連通した加圧エア供給用入口ポートと少なくとも１つのシリンダーポートを有する弁本体を含む直動弁組立体に係わる。弁ボアが、弁本体内を軸線方向に延び、弁部材が、入口ポートから供給された加圧エアをシリンダーポートに選択的に差し向けるために、予め決められた位置と位置との間を移動できるように弁ボア内に支持される。弁部材を第１の方向に移動させるためのアクチュエータが弁本体に取付けられ、第１の方向と反対の方向の付勢力を弁部材を提供する付勢部材が、弁部材と弁本体との間に配置される。また、空気圧力供給源を構成するエア補助通路が含まれており、このエア補助通路は、付勢部材と組み合わされて、アクチュエータによって引き起こされた移動方向と反対の方向に弁部材を作動的に移動させるように作用する。
【０００７】
本発明の直動弁組立体は、関連技術において知られている弁に優る顕著な利点を有する。エア補助通路は、加圧されているシリンダーポートからの空気圧力供給源を構成し、この空気圧力供給源は、付勢部材と組み合わされて、アクチュエータによって引き起こされた移動方向と反対の方向に弁部材を作動的に移動させるように作用する。重要なことは、エアの補助により、より高速で作用する弁を容易に構成できることにある。更に詳細には、本発明のエアの補助を採用する弁組立体は、エアの補助を有していない場合に必要とされる力よりも小さい力しか発生させない、より小さい付勢部材を含むのが良い。付勢部材がより小さい力しか発生させないので、アクチュエータは、弁部材に打ち勝つために、従って、弁部材をその第１の位置により高速で移動させるために、より小さい力を有していれば良い。加えて、いったんソレノイド組立体が消勢されたら、付勢部材は、通路の中を通るように供給されるエアの補助と共に、弁部材をその第２の位置即ち賦勢位置から遠ざけるように迅速且つ効率的に移動させることを可能にする。エア補助通路は、弁部材を非賦勢位置に移動させるのを補助するのに必要な機械的起動力を提供する。
【０００８】
かくして、在来の弁組立体の寸法が縮小され、その結果、付勢部材だけが、弁部材の慣性及び／又は弁ボアに作用する摩擦接着力を迅速に、効率的に且つ繰り返して克服するのに不十分な物理的寸法及び機械的強度のものになるとき、本発明の直動弁組立体は、在来の弁組立体の欠点及び不利益を克服する。これにより、寸法が在来の標準品よりも小さくなるように構成された、非常に速く作動する弁組立体が可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
同様の構造体を指示するために図面全体を通じて同様の番号が使用されている図面を参照すれば、図１乃至図３において、本発明による直動弁組立体の１つの実施形態が全体的に１０で指示されている。直動弁組立体１０は、弁本体１２と、弁本体１２に取付けられ且つ全体的に１４で指示される電磁アクチュエータとを有する。弁本体１２は、薄い矩形形状をなし、上面１６、底面１８、上面１６と底面１８との間に延びる一対の両側面２０、２２及び端面２４、２６を有する。ソレノイド組立体１４として示すアクチュエータは、弁本体１２の端面２４に取付けられている。
【００１０】
図２及び図３を参照すれば、弁本体１２は、エア等の加圧流体の供給源と連通させるための加圧流体用入口ポート３０を含む。更に、弁本体１２は、少なくとも１つのシリンダポート３２を含む。弁内腔即ち弁ボア(bore)３６が、弁本体１２を軸線方向に貫いて延びている。図１乃至図３に示す実施形態では、直動弁組立体１０は、３方弁であり、少なくとも１つのシリンダポート３２と、少なくとも１つの排出ポート３８とを含み、各ポート３２、３８は、弁ボア３６と連通している。この実施形態では、シリンダポート３２は、弁本体１２の、入口ポート３０と反対側の上面を貫いて形成され、排出ポート３８は、底面１８を貫いて形成されている。しかしながら、当業者は、種々のポートが弁本体１２の種々の異なる面を貫いて形成されていても良いことを認識するであろう。例えば、これらのポート及び通路がすべて、本発明の範囲から逸脱することなしに、弁本体１２の底面１８等、１つの面を貫いて形成されていても良い。また、入口ポート３０、排出ポート３８及びシリンダポート３２はそれぞれ、直動弁組立体１０と作動的に関連する他の構成要素との流体的な連通を確立するのに必要な任意の機構に順応させるために、ねじ山が設けられていても良い。この目的のために、弁本体１２は、マニホールド、サブベース又はその他の多数の種々の空気作動装置(図示せず)に取付けられるようになっている。
【００１１】
図２及び図３に示すように、弁ボア３６は、弁本体１２を完全に貫いて延びており、一対の開口端部４２、４４を有する。全体的に４６で指示する弁部材が、後で詳細に説明するように、入口ポート３０から供給された加圧エアをシリンダポート３２及び排出ポート３８に選択的に差し向けるために、弁ボア３６内の所定位置の間を移動可能である。一対の端保持体４８、５０がそれぞれ、後で詳細に説明するように、弁本体１２の一対の開口端部４２、４４に受入れられ、弁部材４６を弁ボア３６内に保持するように作用する。
【００１２】
弁部材４６は、その両端部に１つずつ配置された一対の弁ヘッド６０、６２と、弁ヘッド６０と６２との間の弁部材４６に形成された少なくとも１つの弁エレメント５４、５６とを更に含む。弁エレメント５４、５６は、入口ポート３０から供給された加圧エアを、弁ボア３６を通してシリンダポート３２又は排出ポート３８の何れかに選択的に差し向けるように作動可能である。各端保持体４８、５０はそれぞれ、弁部材４６の両端部の弁ヘッド６０、６２を受入れる中心ボア７４、７６を有し、弁部材４６が弁本体１２内を摺動的に移動することを可能にする。図３に最も良く示すように、弁部材４６は、Ｏリング型シール７２を収容する環状溝７０を含み、Ｏリング型シール７２は、弁ボア３６内の加圧エアの漏れを防止するために、端保持体４８、５０それぞれに構成されている中心ボア開口７４、７６に摺動的に係合する。１つの実施形態では、弁部材４６は、弁ボア内を往復運動可能に弁ボア３６内に支持された、弁本体１２の中を通る流体流れを制御するポペット弁部材であるのが良い。この場合、ポペット弁部材４６は、その特定領域の上にゴムが成形、結合又は接着されたアルミニウムインサートであり、このゴムが、例えば弁エレメント５４、５６を形成するように特定の寸法に擦られていることが好ましい。しかしながら、以下の説明から、当業者は、本発明がいかなる点においてもポペット弁に関連して使用されることに制限されないことを認識するであろう。むしろ、本発明は、限定するわけではないが、例えば、スプール弁、フラットゴムポペット弁、フラッパー弁、パイロット弁、又は、空気作動装置に隣接して又はそれから離して採用される弁組立体を含む任意のその他の直動弁に関して採用されても良い。
【００１３】
端保持体５０は、カップ形状を有し、互いに半径方向に間隔を隔てて端保持体５０内に構成された複数のシリンダ通路６４を含んでいる。シリンダ通路６４は、弁ボア３６とそれに隣接した各ポートとの間の流体連通を可能にする。弁部材４６の一方の弁ヘッド６２に形成された凹部６８と端保持体５０との間に、付勢部材６６が位置決めされている。好ましい実施形態では、付勢部材は、コイルばね６６である。しかしながら、当業者は、当該技術において普通に知られている一方向の力を提供するに十分な任意の付勢機構が本適用例に適していることを認識するであろう。更に、当業者は、この環境で採用しても良い適当な付勢部材が多数存在するため、ここでそれらすべてを例示することが有効でないことを認識するであろう。むしろ、図２及び図３に示すように、戻しばね６６が弁部材４６に対して左方に一定の付勢力を付与することを言及することは、説明及び例示の目的として十分であるはずである。更に、本発明の適用例の図４乃至図６に関連して説明される他の実施形態に関しても、これと同じことが当てはまる。
【００１４】
複数の弁座８４、８６が弁ボア３６に設けられている。弁座８４及び８６は、以下に詳細に説明するように、弁本体１２内の種々の通路をシールするように弁エレメント５４、５６と協働する。弁座８４、８６は、弁部材４６が特定のポートに対して閉位置にあり、それにより、そのポート内の加圧エアの流れを遮るとき、弁エレメント５４、５６の弁シール面とシール接触する。
【００１５】
少なくとも１つの弁座、この場合には、弁座８４は、弁ボア３６自体に直接形成されるのが良い。その他の弁座８６は、端保持体４８又は５０の終端の近くに構成されるのが良い。図２及び図３に示す実施形態では、弁座８６は、端保持体５０の終端部５１に配置されている。端保持体５０は、弁本体１２の弁ボア３６内でねじ式に調整可能であり、従って、弁ボア３６の開口端部４４内に調整可能に位置決めされるのが良い。かくして、弁本体１２内の端保持体５０のねじ式に設定された位置により、弁部材４６に付与される所定の力で、弁座８４、８６のシーリングを制御する。端保持体５０の終端部５１が弁ボア３６内に配置される位置は、弁組立体１０の所定の「開」及び「閉」位置を構成し、それにより、弁部材４６のストローク長さを設定する。弁ボア３６内の加圧エアの漏れを防止するために、端保持体５０は、更に、Ｏリング型シール９２を収容する環状溝９１、９３を含み、弁本体１２は、端保持体４８のところに、Ｏリング型シール８２を収容する環状溝８０を更に含む。
【００１６】
上で注目し且つ図１乃至図３に示したように、電磁アクチュエータ１４は、弁本体１２の端面２４に取付けられたソレノイド組立体である。ポペット弁部材４６は、ソレノイド組立体１４の影響の下、一方向に、即ち、図２に示すように右方に作動させられる。この目的のために、ソレノイド組立体１４は、全体的に１００で指示するハウジングを含む。ハウジング１００は、弁本体１２に当接する極(pole)板１０２と、極板１０２の反対側に配置されたキャップ１０４と、極板１０２とキャップ１０４との間に存在するソレノイドカン(can)即ちフレーム１０６とを含む。ソレノイドフレーム１０６は、概略的に１１０で指示する導電ワイヤを含むコイル１０８を支持し、導電ワイヤ１１０は、在来的には、ボビン１１２の周りに巻かれている。導電ワイヤ１１０は、全体的に１１４で指示するリードを介して電流源に接続される。リード１１４は、キャップ１０４内に支持され、リードピン１１６、電気コンタクト１１８及びリードワイヤ１２０を含む。リードワイヤ１２０は、電流源に作動的に接続されている。コイル１０８の中を流れる電流の方向、かくして、それによって発生した電磁力の方向は、制御回路(図示せず)によって制御される。上板１２２がボビン１１２に隣接して且つソレノイドフレーム１０６の一部分とキャップ１０４との間に取付けられる。
【００１７】
極板１０２は、それを貫いて延びる開口１２４を含む。ソレノイド組立体１４は、更に、段付き部分１２８を有する強磁性極ピース１２６を含み、段付き部分１２８は、強磁性極ピース１２６の残部よりも小さい断面積を有する。段付き部分１２８は、強磁性極ピース１２６を極板１０２に機械的に固定するために、極板１０２の開口１２４に受入れられる。中央配置通路１３１が、強磁性極ピース１２６を貫いて延びている。押しピン１３２が通路１３１内に移動可能に支持されている。
【００１８】
強磁性電機子１３８が、キャップ１０４と強磁性極ピース１２６との間に配置されている。ブッシング１４０が、電機子１３８をボビン１１２内で案内する。電機子１３８は、コイル１０８の中を一方向に流れる電流パルスによって発生した電磁束の影響の下、強磁性極ピース１２６に向って可動である。この電磁束により、電機子１３８を駆動してそれを押しピン１３２に当て、弁部材４６を図２及び図３に示すように右方に且つ１つの所定位置まで移動させる。更に、電機子１３８は、以下に更に詳細に説明するように反対方向に発生した力の影響の下、強磁性極ピース１２６から離れ且つキャップ１０４に向って(図面に示す左方に)可動である。
【００１９】
この目的のために、押しピン１３２は、電機子１３８が押しピン１３２に接触したときにポペット弁部材４６に接触するようにポペット弁部材４６に隣接して配置された拡張ヘッド１４２を有する。
【００２０】
特定の電磁的作動装置を上に説明したけれども、本発明の弁組立体と共に採用される電機子は、２０００年１０月１０日に発行された米国特許第 6,129,115号に記載されている種類の自己ラッチ式電磁ソレノイド等の空気弁に使用される既知の任意種類のものでも良い。変形例として、電機子は、従来技術の米国特許第 4,438,418号及び同第 3,538,954号に記載されているようなロストモーション付勢式の浮動式電機子を有する電磁ソレノイドであっても良い。これらの特許の各々は、本発明の出願人に譲渡されており、これらの特許の記載をここに援用する。かくして、当業者は、電機子の正確な形態が電磁式であってもその他のものであっても、その形態が本発明の一部分を構成しないことになることをこれらの記載から認識するであろう。本発明の空気弁組立体１０の好ましい実施形態が図１乃至図３の三方弁として描かれているけれども、本発明が２方弁(図示せず)、４方弁(図４及び図５参照)等の形態に変形され具体化されても良いことが、本発明の記載から更に明らかになるはずである。
【００２１】
弁部材４６がソレノイド組立体１４によって図３に示すように右方に移動させられると、弁エレメント５６は移動し、端保持体５０の終端部５１に構成されている弁座８６とシール係合する。この作動配置では、入口ポート３０とシリンダポート３２との間の流体連通が確立され、空気圧力が任意の下流装置に配送される。しかしながら、弁部材４６がこの作動配置にあるとき、弁部材４６と端保持体４８、５０の中央ボア開口７４、７６との間の境界面に摩擦及び接着力が発生することがある。いったんソレノイド組立体１４が消勢されると、これら摩擦及び接着力は、付勢部材６６が反対方向に発生させる付勢力に抵抗するように作用する。かくして、これらの力は、弁部材４６がその第１位置に戻る速度及び効率を減少させるように作用する。加えて、付勢部材６６の寸法を縮小させると、上述の反対方向に発生させる力が減少し、弁応答時間がより遅くなる。
【００２２】
この問題を克服するために、本発明の弁組立体１０は、全体的に９４で指示するエア補助通路を含む。図１乃至３に示す実施形態では、エア補助通路９４は、弁部材４６内に形成され、少なくとも１つのシリンダポート３２と弁部材４６の弁ヘッド６２の凹部６８との間を流体的に連通させる。かくして、エア補助通路９４は、加圧エア供給源と凹部６８との間を選択的に流体的に連通させる。更に詳細には、図２及び図３に示すように、エア補助通路９４は、入口部分９６と主通路９８とを含む。入口部分９６は、弁部材４６の中心線「Ａ」に対して半径方向に延びている。この代表的な実施形態では、入口部分９６は、弁エレメント５４と５６との間に形成され、また、弁ボア３６に構成された弁座８４と８６との間に形成されている。主通路９８は、入口部分９６と凹部６８との間を流体連通させる。この代表的な実施形態では、主通路９８は、弁部材の長手方向軸線に対して同軸である。
【００２３】
エア補助通路９４は、加圧シリンダポート３２からの空気圧力源を構成し、この空気圧力源は、付勢部材６６と組み合せられて、アクチュエータ１４によって引き起こされた移動方向と反対の方向に弁部材４６を作動的に移動させるように作用する。エアの補助により、より速く作動する弁を容易に構成できることが重要である。更に詳細には、本発明のエアの補助を採用している弁組立体１０は、エアの補助がない場合に必要とされる力よりも小さい力しか発生させない、より小さい付勢部材６６を含むのが良い。付勢部材６６がより小さい力しか発生させないので、アクチュエータ１４は、弁部材４６に打ち勝ち、従って、弁部材４６をその第１位置により速く移動させるのに、より小さい力を有していれば良い。加えて、いったんソレノイド組立体１４が消勢されたら、付勢部材６６は、エア補助通路９４を通して提供されるエアの補助とともに、弁部材４６をその第２の位置、即ち、付勢された位置から遠ざけるように迅速に且つ効率的に移動させることができる。エア補助通路９４は、弁部材４６を非付勢位置に移動させるのを補助するに必要な機械的起動力を提供する。
【００２４】
かくして、在来の弁組立体の寸法が縮小され、その結果、付勢部材６６だけが、弁部材４６の慣性及び／又は弁部材４６と端保持体４８、５０の中心ボア開口７４、７６との間の境界面に作用する摩擦的な接着力を迅速に、効率的に且つ繰り返して克服するのに不十分な物理的寸法及び機械的強度のものになるとき、本発明の直動弁組立体は、在来の弁組立体の欠点及び不利益を克服する。これにより、非常に速く作用する弁組立体１０が在来の標準品よりも小さい寸法で構成されることを可能にする。
【００２５】
今、図４及び図５を参照すれば、本発明のエア補助戻し部を有する直動弁組立体の、変形の非制限的な実施形態が、全体的に２１０で指示され、図４及び図５においては、図１乃至図３に示した実施形態に対して２００だけ増加させた同様の番号が、同様の構造を指示するのに使用されている。図４及び図５に示した弁組立体２１０は、弁本体２１２を含み、この弁本体２１２は、エア等の加圧流体の供給源と連通させるための加圧流体入口ポート２３０を有している。更に、弁本体２１２は、少なくとも１つのシリンダー通路、即ち、出口ポート２３２を含み、出口ポート２３２は、１又は２以上の空気作動装置と流体的に連通するようになっている。弁ボア２３６が弁本体２１２を軸線方向に貫通して延びている。ここに図示した実施形態では、空気弁組立体２１０は、４方弁であり、一対の出口ポート２３２、２３４及び一対の排出ポート２３８、２４０を含み、これらのポートの各々が弁ボア２３６と流体的に連通している。出口ポート２３２、２３４は、弁本体２１２の、入口ポート２３０及び排出ポート２３８、２４０と反対側の上面２１６を貫いて形成され、入口ポート２３０及び排出ポート２３８、２４０は、底面２１８を貫いて形成されている。しかしながら、当業者は、入口ポート２３０、出口ポート２３２、２３４及び排出ポート２３８、２４０がそれぞれ弁本体２１２の異なる面を貫いて形成されていても良いことを認識するであろう。例えば、これらのポートがすべて、本発明の範囲から逸脱することなしに、弁本体２１２の底面２１８等、一つの面を貫いて形成されていても良い。入口ポート２３０、出口ポート２３２、２３４及び排出ポート２３８、２４０がそれぞれ、弁組立体２１０と作動的に関連した別のエレメントとの流体的な連通を確立するのに必要な任意の機構に順応させるために、ねじ山を有していても良い。
【００２６】
図４及び図５に示した好ましい実施形態では、弁ボア２３６が弁本体２１２を完全に貫いて延び、一対の開口端部２４２、２４４が存在しているのが良い。全体的に２４６で指示されている弁部材は、弁ボア２３６内において、加圧エアの流れを入口ポート２３０から弁ボア２３６を通して少なくとも１つの出口ポート２３２、２３４まで選択的に差し向ける予め決められた位置の間を移動可能に支持されている。それに付随して、弁部材２４６は、後でより詳細に説明するように、加圧エアが少なくとも１つの出口ポート２３２、２３４から少なくとも１つの排出ポート２３８、２４０まで加圧エアを選択的に差し向けても良い。後でより詳細に説明するように、全体的に２４８及び２５０で指示する一対の端保持体インサートが、弁本体２１２の一対の開口端部２４２、２４４に受入れられ、それにより、弁部材２４６を弁ボア２３６内に保持する。同様に、弁組立体２１０は、弁ボア２３６内にねじ式に位置決めされている１又は２以上の内部保持体を含んでいるのが良い。ここで図示した実施形態では、弁組立体２１０は、後でより詳細に説明するように、弁ボア２３６内にねじ式に位置決め可能な１つの内部保持体２５１を含んでいる。
【００２７】
弁部材２４６は、その両端部に１つずつ配置された一対の弁ヘッド２６０、２６２と、弁ヘッド２６０と２６２との間に且つ弁部材２４６の上に形成された少なくとも１つの弁エレメントとを更に含む。図４及び図５に示した特定の実施形態では、複数の弁エレメント２５２、２５４、２５６及び２５８が、弁部材２４６の上に形成され、各々が、入口ポート２３０からの加圧エアの流れを弁ボア２３６を通して各出口ポート２３８、２４０まで選択的に差し向けるように作動可能である。図４及び図５に示すように、弁部材２４６は、更に、Ｏリング型シール２７２を収容する環状溝２７０を含み、Ｏリング型シール２７２は、弁ボア２３６内の加圧エアの漏れを防止するために、保持体インサート２４８、２５０の中心ボア開口２７４、２７６に摺動的に係合する。好ましい実施形態では、弁部材２４６は、アルミニウムインサートであり、その上の適当な箇所がゴム又は任意の既知のエラストマー等の適当な弾性材料で成形されている。更に詳細には、当業者は、シーリング面の材料がニトリル等の、僅かに撓むが高弾性である任意の既知の組成物であるのが良く、しかも、この材料が弁エレメント２４６に結合又は接着されていても良いし、その上に成形されていても良いことを認識すべきである。しかしながら、以下の記載から、当業者は、本発明がいかなる場合においても図４及び図５に示した特定の弁と関連して使用されることに制限されないことを認識するであろう。むしろ、本発明は、制限するわけではないが、例えば、スプール弁、フラットラバーポペット弁、フラッパー弁、パイロット弁、又は、空気作動装置に隣接して或いはその遠隔で採用される弁組立体を含む任意その他の直動弁と関連して採用されても良い。
【００２８】
端保持体インサート２４８、２５０は各々、互いに半径方向に間隔を隔てた端保持体の直径方向に構成された複数のシリンダー通路２６４を含む。シリンダー通路２６４は、それぞれの隣接したポートと弁ボア２３６との間を流体的に連通させる。コイル巻きスプリング等の付勢部材２６６が、カップ形状をなす端保持体インサート２５０と弁部材２４６の弁ヘッドの一方２６２に形成された凹部２６８との間に位置決めされる。戻しスプリング２６６は、図４及び図５に示すように、弁部材２４６に対する一定の付勢力を左方に付与する。
【００２９】
複数の弁座２８２、２８４、２８６及び２８８が、弁ボア２３６に設けられる。弁座２８２、２８４、２８６及び２８８はそれぞれ、以下により詳細に説明するように、弁エレメント２５２、２５４、２５６及び２５８と協働して、弁本体２１２内の種々の通路をシールする。弁座２８２、２８４、２８６及び２８８は、弁部材２４６が特定の出口ポートに対して閉位置にあり、それにより、そのポートへの加圧エアを遮るとき、弁エレメント２５２、２５４、２５６及び２５８の弁シーリング面とシール接触する。
【００３０】
図４及び図５に示す複数の弁座２８２、２８４、２８６及び２８８のうちのいくつかは、弁座２８４の場合のように、弁ボア２３６それ自体に直接形成され、その他の弁座(例えば、弁座２８２、２８６及び２８８)は、端保持体インサート２４８、２５０及び内部保持体２５１に配置されるのが良い。端保持体インサート２４８、２５０及び内部保持体２５１は、弁本体２１２の弁ボア２３６内に調整可能に位置決めされているのが良く、弁ボア２３６の開口端部２４２、２４４又はその他任意の適当な部分とねじ式に相互作用する部分を有する。上述したように、端保持体インサート２４８、２５０の各々は、弁部材２４６の弁ヘッド２６０、２６２を受入れる中心ボア２７４、２７６を有し、弁部材２４６が弁本体２１２内を摺動的に移動することを可能にする。かくして、弁本体２１２内の端保持体インサート２４８、２５０のねじ込み設定位置は、所定の力が弁部材２４６に付与されたときの弁座のシーリングを調整する。端保持体インサート２４８、２５０は、更に、弁ボア２３６内の加圧エアの漏れを防止するＯリング型シール２９５を収容する環状溝２９１、２９３を含んでいる。一方、内部保持体インサート２５１がねじ込み設定される位置は、弁組立体２１０の予め決められた「開」位置及び「閉」位置を構成し、それにより、弁部材２４６のストローク長さを設定する。そして、端保持体インサート２４８、２５０と同様、内部保持体２５１も、弁ボア２３６内の加圧エアの漏れを防止するＯリング型シール２９９を収容する環状溝２９７を含んでいる。
【００３１】
好ましい実施形態では、弁部材２４６の端部即ち弁ヘッド２６０を受入れる端保持体インサート２４８の中心ボア２７４も、端保持体を完全に貫いて延び、それにより、アクチュエータ組立体２１４が弁部材２４６に係合してそれを作動させることを可能にする。例示だけの目的で示すように、このことは、弁部材２４６に係合してそれを作動させるために端保持体インサート２４８内に延びる拡張ヘッド３４２を有する、アクチュエータ押しピン３３２を使用することによって達成されるのが良い。先に示唆したように、当業者は、起動力を弁部材２４６に与えるのに使用される特定の作動手段が本発明の説明の範囲を越えて存在することを認識すべきである。従って、使用される作動手段に基づいて、押しピン以外の種々の種類の作動エレメントを採用しても良いことを更に認識すべきである。前述のように、アクチュエータ組立体２１４は、弁ボア２３６内の弁部材２４６を付勢部材２６６の付勢力と反対の方向に選択的に作動させるのに使用される。このように、アクチュエータ組立体２１４は、弁部材２４６を、図４に示すように右方に駆動し、アクチュエータ組立体２１４が消勢されるとき、付勢部材２６６は、弁部材２４６を(図５に示すように左方に)その元の位置に戻す。
【００３２】
弁部材２４６がソレノイド組立体２１４によって図４に示すように右方に移動させられたとき、弁エレメント２５６は移動し、内部保持体２５１の弁座２８６とシール係合する。この作動配置において、入口ポート２３０とシリンダーポート２３２との間の流体的な連通が確立され、空気圧がに任意の下流側装置に配給される。しかしながら、弁部材２４６がこの作動配置にあるとき、弁エレメント２５６と弁座２８６との間の境界面に摩擦力及び接着力が発生する。いったんソレノイド組立体２１４が消勢されると、摩擦力及び接着力は、付勢部材２６６によって反対方向に発生した付勢力に抵抗するように作用する。かくして、これらの力は、弁部材２４６がその第１の位置に戻される速度及び効率を減少させるように作用する。
【００３３】
この問題を克服するために、全体的に２９４で指示するエア補助通路が弁部材２４６内に形成され、このエア補助通路２９４は、加圧エア供給源と凹部２９４との間を選択的に且つ流体的に連通させるために、少なくとも１つのシリンダーポート２３２と弁部材２４６の弁ヘッド２６２の凹部２６８との間を延びている。図４及び図５に示すように、更に詳細には、エア補助通路２９４は、入口部分２９６と主通路２９８とを含む。入口部分２９６は、弁部材の中心線Ａに対して半径方向に延びる。この代表的な実施形態では、入口部分２９６は、一対の弁エレメント２５２、２５４との間に形成される。主通路２９８は、入口部分２９６と弁部材２４６の弁ヘッド２６２に形成された凹部２６８との間を流体連通させる。この代表的な実施形態では、主通路２９８は、弁部材２４６の長手方向軸線Ａに対して同軸である。
【００３４】
エア補助通路２９４は、加圧されているシリンダーポート２３２からの空気圧力源を構成し、この空気圧力源は、付勢部材２６６と組み合わされて、アクチュエータ２１４によって引き起こされた移動方向と反対の方向に弁部材２４６を移動させるように作用する。エアの補助により、より速く作動する弁を容易に構成できることが重要である。更に詳細には、本発明のエアの補助を採用する弁組立体２１０は、エアの補助がない場合に必要とされる力よりも小さい力しか発生させない、より小さい付勢部材２６６を含むのが良い。付勢部材１６６がより小さい力しか発生させないので、アクチュエータ２１４は、弁部材２４６に打ち勝ち、従って、弁部材２４６をその第１の位置により速く移動させる、より小さい力を有していれば良い。加えて、いったんソレノイド組立体２１４が消勢されたら、付勢部材２６６は、エア補助通路２９４を通して提供されるエアの補助と共に、弁部材２４６をその第２の位置、即ち、付勢された位置から遠ざけるように迅速且つ効率的に移動させることができる。エア補助通路２９４は、弁部材２４６を非付勢位置に移動させるのを補助するのに必要な機械的起動力を提供する。
【００３５】
かくして、在来の弁組立体の寸法が縮小され、その結果、付勢部材２６６だけが、弁部材２４６の慣性及び／又は弁部材２４６と端保持体インサート２４８、２５０の中心ボア開口２７４、２７６との間の境界面に作用する摩擦的な接着力を迅速に、効率的に且つ繰り返して克服するのに不十分な物理的寸法及び機械的強度のものになるとき、本発明の直動弁組立体は、在来の弁組立体の欠点及び不利益を克服する。これにより、非常に速く作用する弁組立体２１０が在来の標準品よりも小さい寸法で構成されることを可能にする。
【００３６】
今、図６を参照すれば、本発明のエア補助戻し部を有する直動弁組立体の別の変形の非限定的な実施形態が、全体的に３１０で指示されており、図１乃至図３に示した実施形態に対して３００だけ増大させた同様の番号は、同様の部品を指示するのに使用されている。更に詳細には、ここに示した弁組立体３１０は、３方弁であり、図１乃至図５に示した３方弁及び４方弁と関連して説明した種類と同じ又は同様の構成要素を多く含んでいる。従って、当業者は、以下の説明が本発明の顕著な特徴に注目するように提供され、上述した種類の弁組立体と同様の構成要素全ての説明の再記述を含まないことを認識するであろう。
【００３７】
このことに留意すれば、弁組立体３１０は、エア等の加圧流体の供給源と連通させるための加圧流体入口ポート３３０を有する弁本体３１２を含む。弁ボア３３６が弁本体３１２内を軸線方向に延びる。弁本体３１２はまた、シリンダーポート３３２と排出ポート３３８とを含み、両者は、弁ボア３３６と流体的に連通している。弁部材３４６が、弁ボア３３６内に移動可能に支持され、一対の弁ヘッド３６０、３６２を有している。加えて、弁部材３４６は、少なくとも１つの弁エレメント３５４、３５６を含み、弁エレメント３５４、３５６は、入口ポート３３０からの加圧エアの流れを弁ボア３３６を通してシリンダーポート３３２又は排出ポート３３８の何れかに選択的に差し向けるように作動可能である。複数の弁座３８４、３８６が弁ボア３３６に設けられている。弁座３８４、３８６は、以下により詳細に説明するように、弁本体３１２内の種々の通路をシールするように弁エレメント３５４、３５６と協働する。弁部材３４６が特定のポートに対して閉位置にあり、それにより、その特定ポートにおける加圧エアの流れを遮っているとき、弁座３８４、３８６は、弁エレメント３５４、３５６の弁シーリング面とシール接触する。
【００３８】
図１乃至図５に示した、開口端部が設けられていた弁ボアと異なり、弁ボア３３６は、開口端部３４２と閉鎖端部３４４とを有するめくらボアである。全体的に３１４で指示するソレノイド組立体等の電磁アクチュエータが、弁ボア３３６の開口端部３４２のところの弁本体３１２に取付けられている。ソレノイド組立体３１４は、図１乃至図５に示した実施形態に関して説明したのと同じ仕方で、弁部材３４６を一方向に付勢するように作用する。他方、コイルスプリング等の付勢部材３６６が、弁ボア３３６のめくら端部即ち閉鎖端部３４４と、弁部材３４６の弁ヘッドの一方３６２に形成された凹部３６８との間に位置決めされる。戻しスプリング３６６は、ソレノイド組立体３１４によって付与された力と反対方向の一定の付勢力を弁部材３４６に付与する。
【００３９】
弁部材３４６がソレノイド組立体３１４によって図６の下方に移動させられたとき、弁エレメント３５６が移動し、弁ボア３３６内に構成された弁座３８６とシール係合する。この作動的配置において、入口ポート３３０とシリンダーポート３３２との間の流体連通が確立され、空気圧力が任意の下流側装置に配給される。しかしながら、弁部材３４６がこの作動配置にあるとき、弁部材２４６のシール３７２と中心ボア３３６の端部３４２、３４４との間の境界面に摩擦力及び接着力が生じる。いったんソレノイド組立体３１４が消勢されると、摩擦力及び接着力は、付勢部材３６６が発生させた反対方向の付勢力に抵抗するように作用する。上で注目したように、これらの力は、弁部材３４６がその第１の位置に戻される速度及び効率を減少させるように作用する。
【００４０】
この問題を解決するために、全体的に３９４で指示するエア補助通路が、弁本体３１２内に形成され、シリンダーポート３３２と弁部材３４６の弁ヘッド３６２の凹部３６８との間を流体的に連通させる。かくして、エア補助通路３９４は、加圧エア供給源と凹部３６８との間を選択的に流体的に連通させる。しかしながら、当業者は、エア補助通路３９４が弁部材内４６、２４６でなく弁本体内に構成されている点において、弁補助通路３９４がエア補助通路９４及び２９４と異なることに注目するであろう。更に詳細には、図６に示すように、エア補助通路３９４は、入口部分３９６と主通路３９８とを含む。入口部分３９６は、弁部材３４６が移動する軸線方向に弁本体３１２内を延び、シリンダーポート３３２と主通路３９８との間を流体連通させる。他方、この代表的な実施形態では、主通路３９８は、弁部材３４６の長手方向軸線Ａに対して横方向に延び、入口部分３９６と弁部材３４６の弁ヘッド３６２内に形成された凹部３６８との間を流体的に連通させる。
【００４１】
エア補助通路３９４は、加圧されているシリンダーポート３３２からの空気圧力供給源を構成し、この空気圧力供給源は、付勢部材３６６と組み合わされて、アクチュエータ３１４によって引き起こされた移動方向と反対の方向に弁部材３４６を作動的に移動させるように作用する。エアの補助により、より早く作動する弁を容易に構成できることが重要である。更に詳細には、本発明のエアの補助を採用する弁組立体３１０は、エアの補助がない場合に必要とされる力よりも小さい力しか発生させない、より小さい付勢部材３６６を含むのが良い。付勢部材３６６がより小さい力しか発生させないので、アクチュエータ３１４は、弁部材３４６に打ち勝ち、従って、弁部材３４６をその第１の位置により速く移動させるより小さい力を有していれば良い。このように、いったんソレノイド組立体３１４が消勢されたら、付勢部材３６６は、エア補助通路３９４を通して提供されるエアの補助と共に、弁部材３４６をその付勢された位置から遠ざけるように迅速且つ効率的に移動させることができる。エア補助通路３９４は、弁部材３４６を非付勢位置に移動させるのを補助するのに必要な機械的起動力を提供する。かくして、在来の弁組立体の寸法が縮小され、その結果、付勢部材３６６だけが、弁部材３４６の慣性及び／又は弁部材３４６と弁ボア３３６との間に作用する摩擦的な接着力を迅速に、効率的に且つ繰り返して克服するのに不十分な物理的寸法及び機械的強度のものになるとき、本発明の直動弁組立体は、在来の弁組立体の欠点及び不利益を克服する。これにより、非常に速く作用する弁組立体１０が在来の標準品よりも小さい寸法で構成されることを可能にする。
【００４２】
本発明のエア補助戻し部を有する直動空気弁の作動を、図１乃至図３に示した３方弁組立体１０を参照して、以下に説明する。しかしながら、図１乃至図３に示した弁の作動の説明が、図４及び図５に示した４方弁並びに図６に示した３方弁及び本発明のエア補助戻し部を採用するその他の直動空気弁に対しても適用されることを、当業者は認識するであろう。
【００４３】
作動の際、加圧エアを入口ポート３０に供給する。加圧エアは、入口ポート３０に配置されたフィルター３１を越えて、弁ボア３６に流入する。ソレノイド組立体１４を消勢させていれば、図２に示すように、付勢部材６６が弁部材４６を左方に付勢し、その結果、弁エレメント５４は、弁座８４とシール係合する。この配置では、弁エレメント５６は、弁エレメント８６から間隔を隔てて配置されており、シリンダーポート３２と弁ボア３６との間の流路を形成する。このように、シリンダーポート３２は、弁ボア３６及びシリンダ通路６４を通して排出ポート３８に通じている。
【００４４】
他方、ソレノイド組立体１４を付勢させると、図３に示すように、ソレノイド組立体１４は、弁部材４６を付勢部材６６の付勢力に逆らって右方に駆動する力を生じさせる。この作動的配置では、弁エレメント５４は、弁座８４から離れるように移動させられ、弁エレメント５６は、迅速に移動して、弁座８６とシール係合する。次いで、加圧エアを入口ポート３０からフィルター３１を越えて弁ボア３６内に流し、更に、開口している弁エレメント５４及び弁座８４を越えて、シリンダーポート３２に流入させる。他方、弁エレメント５６と弁座８６との相互作用により、シリンダーポート３２を排出ポート３８に対してシールする。加えて、エア補助通路９４は、弁ボア３６及びシリンダーポート３２の中を流れる加圧エアに対して開口している。かくして、同様に、弁ヘッド６２内に形成されている凹部６８が加圧される。しかしながら、ソレノイド組立体１４が発生させ力は、この圧力によって生じた反対向きに差し向けられた力に打ち勝つのに十分である。
【００４５】
いったんソレノイド組立体１４を消勢させ、弁部材４６の弁ヘッド６０から作動力を取除くと、付勢部材６６と弁ヘッド６２に作用するエア圧力とが協働して、弁部材４６をその第１位置に戻すように移動させ始める。このことが起こるとき、付勢位置において弁座８６と共にシールを形成していた弁エレメント５６は、弁座８６から迅速に離れるように移動し、その結果、加圧されていた(エア補助圧力を供給していた)シリンダーポート３２は、排出ポート３８と通じる。次いで、弁部材４６は、弁部材５４が弁座８４と共にシールを形成し且つ弁エレメント５６及び弁座８６を越えて弁ボア３６の中を通るシリンダーポート３２と排出ポート３８との間の流体連通が確立されるまで、左方に移動させられる。いったん弁部材４６が移動し且つ弁エレメント５６に作用する摩擦又は接着力が克服されたら、付勢部材６６が、弁部材４６をその第１の非付勢位置まで移動させ続けるのに十分な機械的強度を有し、エアの補助がもはや必要でないことに注目すべきである。
【００４６】
エア補助通路は、付勢部材と組み合わされて、アクチュエータによって引き起こされた移動方向と反対方向に弁部材を作動的に移動させるように作用する、加圧シリンダーポートからの空気圧力供給源を構成する。エアの補助により、より速く作動する弁を容易に構成できることが重要である。更に詳細には、本発明のエアの補助を採用する弁組立体は、エアの補助がない場合に必要とされるよりも小さい力しか発生させない、より小さい付勢部材を含むのが良い。付勢部材がより小さい力しか発生させないので、アクチュエータは、付勢部材に打ち勝ち、従って、付勢部材をその第１位置により速く移動させる、より小さい力を有していれば良い。いったんソレノイド組立体を消勢させたら、付勢部材は、通路の中を通して供給されるエアの補助と共に、弁部材をその第２の位置、即ち、付勢位置から遠ざけるように迅速に且つ効率的に移動させることができる。エア補助通路は、弁部材を非付勢位置に移動させるのを補助するのに必要な機械的起動力を提供する。かくして、在来の弁組立体の寸法が縮小され、その結果、付勢部材だけが弁部材の慣性及び／又は弁部材と中心ボアとの間に作用する摩擦接着力を迅速に、効率的に且つ繰り返して克服するのに不十分な物理的寸法及び機械的強度のものになるとき、本発明の直動弁組立体は、在来の弁組立体の欠点及び不利益を克服する。
【００４７】
上述した本発明の直動弁組立体１０、２１０、３１０の構造は、関連技術において知られている弁に優る顕著な利益を有する。弁組立体１０、２１０、３１０は、非常に速く作動する。更に、在来の弁組立体の寸法制限が克服され、より小さい寸法範囲の弁が利用可能になる。更に詳細には、エア補助通路により、寸法が在来の設計よりもずっと小さく、しかも、非常に速く作動する弁組立体を可能にする。かくして、本発明の弁組立体は、空間が高価な環境において、容易に採用される。本発明の小寸法の空気弁を、付勢部材に加圧エアの補助的な力を提供するエア補助通路によって容易に構成することができる。更に、そして、前述のことから、当業者は、エア補助通路が付勢部材と組み合わされて、アクチュエータによって引き起こされる移動と反対方向に弁部材を作動的に移動させるように作用する空気圧力供給源を提供するために、エア補助通路が任意の場所、弁本体内、弁部材内、部分的に弁本体の外部、これらの任意の組み合わせ、に形成されても良いことを容易に認識するであろう。
【００４８】
更に、前述のことから、当業者は、本発明がポペット弁と関連して使用されるようないかなる仕方でも限定されないことを認識するであろう。むしろ、本発明は、作動される装置と隣接した又はそれから遠隔の、任意その他の直動弁、限定するわけではないが、例えば、スプール弁、フラツトラバーポペット弁、フラッパー弁、パイロット弁又は弁組立体と関連して採用されるのが良い。
【００４９】
本発明を例示の仕方で説明した。使用してきた用語は、限定ではなく、説明語の性質のものであることを理解すべきである。本発明の多くの変更例及び変形例が、上述の教示に照らして可能である。従って、本発明は、特許請求の範囲の請求項に係る発明の範囲内において実施され、特定の説明の範囲内で実施されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による、エア補助戻し部を有する直動弁組立体の斜視図である。
【図２】ソレノイドが賦勢されていないときの弁部材の位置を示す、図１の直動弁組立体の側面断面図である。
【図３】ソレノイドが賦勢されているときの弁部材の位置を示す、直動弁組立体の部分的な側面断面図である。
【図４】ソレノイドが賦勢されていないときの弁部材の位置を示す、本発明による直動弁組立体の他の実施形態の部分的な側面断面図である。
【図５】ソレノイドが賦勢されているときの弁部材の位置を示す、図４の直動弁組立体の部分的な側面断面図である。
【図６】ソレノイドが賦勢されていないときの弁部材の位置を示す、本発明による直動弁組立体の更に別の実施形態の部分的な側面断面図である。
【符号の説明】
１０，２１０，３１０  直動弁組立体
１２，２１２，３１２  弁本体
１４，２１４，３１４  アクチュエータ
３０，２３０，３３０  加圧エア供給用入口ポート
３２，２３２，３３２  シリンダポート
３６，２３６，３３６  弁ボア
３８，２３８，２４０  排出ポート
４２，２４２  開口端部
４４，２４４  開口端部
４６，２４６，３４６  弁部材
４８，２４８  保持体組立体
５０，２５０  保持体組立体
５４  弁エレメント
５６  弁エレメント
６０，２６０，３６０  弁ヘッド
６２，２６２，３６２  弁ヘッド
６６，２６６，３６６  付勢部材
６８，２６８，３６８  凹部
９４，２９４，３９４  エア補助通路
９６，２９６，３９６  入口部分
９８，２９８，３９８  主通路
２５２，２５４，２５６，２５８  弁エレメント
２８２，２８４，２８６，２８８  弁座
【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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