(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側の配管と二次側の配管とが接続され、かつドレンにより上下動するフロートが収容されるフロート室を有する容器と、
前記フロートにより開閉され気体供給路を開閉するパイロット弁と、
前記フロート室の下方に水平方向に移動自在の弁軸に設けられ、前記フロート室内のドレンを外部に排出する排水路を開閉するポペット弁と、
前記弁軸に設けられた閉塞用ダイヤフラムとこれよりも大径の大径ダイヤフラムとにより前記気体供給路に連通して形成されて、前記ポペット弁を開放方向に付勢する開放用圧力室と、
前記弁軸に設けられ前記大径ダイヤフラムよりも小径の小径ダイヤフラムにより、前記フロート室に連通して形成され、前記ポペット弁を閉塞方向に付勢する閉塞用圧力室とを有することを特徴とする自動排水装置。
【請求項２】
請求項１記載の自動排水装置において、前記開閉用圧力室に前記ポペット弁を開放する方向に付勢するばね部材を設けることにより常開式であることを特徴とする自動排水装置。
【請求項３】
請求項１記載の自動排水装置において、前記閉塞用圧力室に前記ポペット弁を閉塞する方向に付勢するばね部材を設けることにより常閉式であることを特徴とする自動排水装置。
【請求項４】
請求項１記載の自動排水装置において、軸方向移動により前記ポペット弁を開放する方向に作動する手動操作部を有することを特徴とする自動排水装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気圧作動機器と空気圧源との間に設けられ、空気圧作動機器に供給される圧縮空気の中に含まれる水分を排水するための自動排水装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンプレッサから空気圧タンクに蓄えられた圧縮空気を、配管を介して空気圧シリンダなどの種々の空気圧作動機器に対して圧縮空気を供給する場合には、圧縮空気源としての空気圧タンクと空気圧作動機器とを接続するための配管に、フィルタ、レギュレータおよびルブリケータを組み込むようにしている。
【０００３】
フィルタは圧縮空気中に混入した水分つまりドレンやゴミを除去して清浄な空気を空気圧作動機器に供給するためのものであり、レギュレータは空気圧供給源から空気圧作動機器に供給される圧縮空気の圧力を調整するためのものであり、ルブリケータは空気圧作動機器に供給される圧縮空気の中に潤滑油を霧状に混入させて空気圧作動機器に潤滑油を供給するためのものである。フィルタなどの上述の空気圧機器を組み合わせたものは、一般に空気圧調質ユニットあるいはＦＲＬユニットと言われている。
【０００４】
フィルタは、通常、フィルタエレメントが組み込まれた容器ないしケースを有しており、空気中に含まれる水滴をケースの底部に貯留させるようにしている。所定量の水滴つまりドレンがケース内に溜まったときには、ケース内のドレンを自動的に外部に排出するために自動排水装置、つまりオートドレンがフィルタに設けられている。オートドレンとしては、フロート式のものがあり、フロートの浮力によって排出弁を間接的に開閉するようにしている。また、フィルタを組み込むことなく、所定のドレン貯留スペースを有する容器の底部に自動排水装置つまり自動排水器を設ける場合もある。このようなオートドレンとしては、たとえば、株式会社オーム社発行の「新版油空圧便覧」（1989年２月13日発行) のＰ５１２に記載されたものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これまでに開発されているオートドレンつまり自動排水装置としては、ドレン排水用の主弁が摺動形のピストンによって構成されており、摺動部に対する潤滑油の付着状態によって作動が円滑とならない場合があり、摺動部に異物が噛み込まれると、耐久性を損なうことがある。
【０００６】
また、自動排水装置にあっては、マニュアル操作によっても弁の開閉を行うことができるようにしており、ピストンを上下方向に作動するようになっているので、ドレン部に設けられたドレンコックを回転させてねじによってピストンを移動させるようにしている。このため、ドレンコックを複数回転させなければ、手動で弁を開閉させることができず、その操作性が悪いという問題点がある。
【０００７】
本発明の目的は、ポペット形およびダイヤフラム形の弁体を有し、耐久性および信頼性に優れた自動排水装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００１０】
すなわち、本発明の自動排水装置は、一次側の配管と二次側の配管とが接続され、かつドレンにより上下動するフロートが収容されるフロート室を有する容器と、前記フロートにより開閉され気体供給路を開閉するパイロット弁と、前記フロート室の下方に水平方向に移動自在の弁軸に設けられ、前記フロート室内のドレンを外部に排出する排水路を開閉するポペット弁と、前記弁軸に設けられた閉塞用ダイヤフラムとこれよりも大径の大径ダイヤフラムとにより前記気体供給路に連通して形成されて、前記ポペット弁を開放方向に付勢する開放用圧力室と、前記弁軸に設けられ前記大径ダイヤフラムよりも小径の小径ダイヤフラムにより、前記フロート室に連通して形成され、前記ポペット弁を閉塞方向に付勢する閉塞用圧力室とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明にあっては、容器内のドレンを排出するための排水路を開閉する主弁がポペット弁により形成され、パイロット弁部においてもダイヤフラムにより形成されており、摺動部を有していないので、ポペット弁のシール性が向上するとともに、異物の噛み込みが防止され、確実かつ円滑な作動が可能となり、ドレンの排水を確実に行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１〜図３は本発明の一実施の形態である自動排水装置を示す図であり、ドレンを収容するケースつまり容器１０は上端部が開口されており、容器１０に設けられた隔壁部１１の上側にフロート室１２が形成され、下側に排水制御室１３が形成されている。容器１０の上端部にはポートブロック１４が着脱自在に装着されるようになっており、このポートブロック１４には一次側の配管１５ａが接続される流入ポート１５と、二次側の配管１６ａが接続される流出ポート１６とが形成されている。
【００１４】
ポートブロック１４には容器１０の開口部に位置させてデフレクタとも言われるルーバ１７が設けられ、一次側の配管１５ａから流入ポート１５を介して容器１０内に流入した空気は、ルーバ１７によって強制的に旋回され、容器１０の内壁に沿って回転気流が生じ、これにより、流入空気中の比較的大きい水滴、油滴や比重の大きい固形の異物が遠心分離されることになる。
【００１５】
ポートブロック１４には、焼結金属などからなる筒形のフィルタエレメント１８が取り付けられており、ルーバ１７を通過して大部分の異物が除去された空気は、このフィルタエレメント１８によって残りの異物が除去された後、二次側の配管１６ａに向けて流出ポート１６を介して流れることになる。
【００１６】
フロート室１２内に溜まったドレンが気流により巻き上げられて空気流の中に混入するのを防止するために、ポートブロック１４にはバッフル１９が取り付けられている。
【００１７】
容器１０の下端部に設けられた排水制御室１３内には、外周面が四角形となった制御ケース２１が組み込まれており、この制御ケース２１にはフロート室１２内に突出する支持ロッド部２１ａと、制御ケース２１内に位置する隔壁部２１ｂが一体に設けられている。この制御ケース２１は容器１０の下端に形成された開口部から挿入されるようになっており、開口部は底蓋２２により閉塞されることになる。
【００１８】
フロート室１２内には支持ロッド部２１ａを囲むようにフロート２３が収容されており、支持ロッド部２１ａ内に形成された気体供給路２４を開閉するパイロット弁２５が支持ロッド部２１ａの上端部に設けられている。このパイロット弁２５をフロート２３の上下動に伴って開閉するために、フロート２３に取り付けられた連結ブラケット２６には作動ロッド２７の一端部が連結され、この作動ロッド２７の他端部は支持ロッド部２１ａに保持されてパイロット弁２５に係合している。これにより、フロート２３の上下動によって気体供給路２４はパイロット弁２５により開閉される。
【００１９】
制御ケース２１内には隔壁部２１ｂの一方側に位置させて圧力制御ブロック２８が配置されており、その圧力制御ブロック２８内にはダイヤフラム支持筒２９が組み込まれている。制御ケース２１内には隔壁部２１ｂの他方側に位置させて排水制御ブロック３１が組み込まれており、この排水制御ブロック３１は、容器１０に形成されたねじ孔３２にねじ結合される止めリング３３によって締結されている。
【００２０】
制御ケース２１内には弁軸３４が水平方向を向き軸方向に移動自在に設けられており、この弁軸３４に設けられたディスク部３５には、これを覆うようにゴムなどの弾性体によりポペット弁３６つまり主弁が形成されている。このポペット弁３６は、排水制御ブロック３１に形成された弁座３１ａに接触する円錐面を有し、隔壁部１１に形成された連通孔３７を介してフロート室１２の底部に連通された上流側の排水路３８ａと、下流側の排水路３８ｂとの連通と連通遮断とを行い、上下両方の排水路３８ａ，３８ｂにより形成される排水路３８を開閉することになる。下側の排水路３８ｂは、図３に示すように、底蓋２２から突出して設けられた排水継手３９に連通されており、この排水継手３９に接続されるホースやチューブにより容器１０から離れた位置にドレンが排出されるようになっている。なお、連通孔３７にはゴミや異物などが排水路３８ａ内に入り込まないように、金網などからなるメッシュ状のストレーナ４０を設ても良い。
【００２１】
ポペット弁３６と一体に成形された閉塞用ダイヤフラム４１が弁軸３４に設けられ、この閉塞用ダイヤフラム４１の外周部は排水制御ブロック３１に止め付けられており、ポペット弁３６と閉塞用ダイヤフラム４１との間には、上側の排水路３８ａと連通した排水室３０が形成されている。ポペット弁３６が排水路３８を閉じた状態では、閉塞用ダイヤフラム４１によって上流側の排水路３８ａが閉じられることになる。
【００２２】
弁軸３４には段付きディスク部４２が設けられ、その外側にゴムなどの弾性体を取り付けることにより、閉塞用ダイヤフラム４１よりも大径の大径ダイヤフラム４３とこれよりも径の小さい小径ダイヤフラム４４とが形成されている。それぞれのダイヤフラム４３，４４の外周部はダイヤフラム支持筒２９に止め付けられている。
【００２３】
閉塞用ダイヤフラム４１と大径ダイヤフラム４３とにより、制御ケース２１内には開放用圧力室４５が形成され、この開放用圧力室４５は支持ロッド部２１ａに形成された気体供給路２４に連通している。パイロット弁２５が開かれて開放用圧力室４５内に圧縮空気が供給されると、閉塞用ダイヤフラム４１よりも大径ダイヤフラム４３の方が径が大きいので、弁軸３４にはポペット弁３６を開放する方向に圧力が付勢される。
【００２４】
小径ダイヤフラム４４によりこれと圧力制御ブロック２８との間には閉塞用圧力室４６が形成されており、この閉塞用圧力室４６はフロート室１２に対して流路４７を介して連通している。したがって、閉塞用圧力室４６内に供給される圧力によって、弁軸３４にはポペット弁３６を閉塞する方向の圧力が付勢されることになる。この流路４７としては、図示するようにフロート室１２の底部に連通させるようにしても良く、図２において二点鎖線で示すように、支持ロッド部２１ａ内に、流路４７に連通してフロート室１２内にフロート２３の上方で連通する流路４７ａを形成することにより、閉塞用圧力室４６内にドレンが入り込まないようにしても良い。
【００２５】
開放用圧力室４５内には、弁軸３４に対してポペット弁３６を開放する方向にばね力を付勢するコイルばね５１が組み込まれており、容器１０内に圧縮空気が供給されない状態では、このばね５１のばね力によってポペット弁３６が開く常開式の自動排水装置となっている。これに対して、図２において二点鎖線で示すように、閉塞用圧力室４６内にコイルばね５１ａを組み込むと、容器１０内に圧縮空気が供給されない状態では、このばね５１ａのばね力によつてポペット弁３６が閉じられるようになった常閉式の自動排水装置となる。
【００２６】
大径ダイヤフラム４３と小径ダイヤフラム４４との間には、大気圧導入室５２が形成されており、この大気圧導入室５２はブリード孔５３を介して外部に連通されている。開放用圧力室４５はオリフィス５４を介して下側の排水路３８ｂに連通されており、フロート室１２内のドレンが外部に排出された後には、このオリフィス５４を介して開放用圧力室４５内が大気圧に戻されるようになっている。
【００２７】
弁軸３４は、製造と組立の便宜のためにディスク部３５を有する部分３４ａと、段付きディスク部４２を有する部分３４ｂとから構成されており、これらを接続部５５で接続することより、１本の連なった弁軸３４が構成されるようになっている。弁軸３４の一端部５６は排水制御ブロック３１の端面から外部に突出しており、この部分５６はマニュアル操作部つまり手動操作部となっている。したがって、この部分を作業者が押し付けることにより、手動によりポペット弁３６を開放させることができる。このように、弁軸３４はフロート２３の上下方向に対して直角方向を向いた水平方向となっており、外部のその端部を露出させることにより、その露出部を手動操作部として利用することができ、これを押し込む操作によって簡単に弁軸３４を操作することができる。
【００２８】
弁軸３４は手動操作部５６を除いて、ポペット弁３６および他のダイヤフラム４１，４３，４４の部分からは弁の開閉動作に際しては作動抵抗が加わらず、しかも、下側の排水路３８ｂ内のドレンの圧力は低いことから、手動操作部５６における摺動抵抗を小さくすることができるので、弁軸３４が開閉作動する際における弁軸３４の作動抵抗を小さくすることができ、小さな圧力ないしばね力で弁軸３４の作動を円滑に行うことができる。
【００２９】
図４は手動操作部５６の変形例であり、この場合には、手動操作部５６を弁軸３４から分離して、弁軸３４には一切の摺動抵抗が加わらないようにしている。このようにすると、弁軸３４の作動を一層円滑にすることができる。手動操作部５６にはこれを突出させる方向にばね部材５７によりばね力が付勢されるようになっている。
【００３０】
図５は排水継手３９の変形例としてクイック継手が設けられた自動排水装置を示す図であり、容器１０の底面に取り付けられる基部６１には継手本体６２が固定されており、この継手本体６２の先端部内にはロック爪６３が組み込まれている。継手本体６２に嵌合される可撓性チューブ６４はナイロンやウレタンなどの合成樹脂により形成されており、可撓性チューブ６４は継手本体６２内に押し込むことによりロック爪６３により締結される。ロック爪６３による締結を解除するために、開放用スリーブ６５が継手本体６２の先端部内に嵌合されている。この排水継手３９を用いることにより、可撓性チューブ６４の取付と取り外しとを迅速に行うことができる。
【００３１】
次に、上述した自動排水装置の作動について説明すると、まず、一次側の配管１５ａからは空気が容器１０内に供給されていない場合には、弁軸３４にはばね５１のばね力のみが加わり、弁軸３４は図１および図２において右方向、つまりポペット弁３６が弁座３１ａから離れる方向に移動して、排水路３８が開かれて排水室３０が排水路３８ｂと連通することになる。したがって、これ以前に容器１０のフロート室１２内にドレンが溜まっていれば、ドレンは排水継手３９から外部に排出される。ばね５１を開放用圧力室４５に設けることなく、ばね５１ａを閉塞用圧力室４６に設けると、上述とは逆に常閉式となる。
【００３２】
次いで、一次側の配管１５ａから圧縮空気を容器１０内を介して二次側の配管１６ａに排出させる場合であって、フロート室１２内にはドレンが存在しないか、あるいは所定値以下のドレンしか存在しない場合には、フロート２３が下がった状態となり、パイロット弁２５により気体供給路２４が閉じられた状態となる。
【００３３】
このときにおける容器１０のフロート室１２内の圧力をＰとすると、その圧力が排水室３０と閉塞用圧力室４６に作用することになる。その圧力が閉塞用ダイヤフラム４１に作用する有効受圧面積をＳA とし、小径ダイヤフラム４４に作用する有効受圧面積をＳC とし、ポペット弁３６の有効受圧面積をＳD とし、ばね５１によるばね力をＦとすると、弁軸３４に対して加えられるポペット弁３６を閉じる方向の力は、Ｐ・ＳD ＋Ｐ・ＳC ＝Ｐ（ＳD ＋ＳC ）となる。一方、ポペット弁３６を開く方向の力は、Ｐ・ＳA ＋Ｆとなる。
【００３４】
したがって、Ｐ（ＳD ＋ＳC −ＳA ）＞Ｆとなれば、ポペット弁３６は排水路３８を閉じることになり、小径ダイヤフラム４４の有効受圧面積を閉塞用ダイヤフラム４１のそれよりも十分に大きく設定することにより、容器１０内に供給される圧縮空気の圧力によりポペット弁つまり主弁３６は閉じた状態となる。
【００３５】
次いで、フロート室１２内に所定値以上のドレンが貯留され、フロート２３の上昇移動によってパイロット弁２５が気体供給路２４を開くと、開放用圧力室４５にも容器１０内の圧力が供給されることになる。大径ダイヤフラム４３の有効受圧面積をＳB とすると、ポペット弁３６を閉じる方向の力は、
Ｐ・ＳD ＋Ｐ・ＳA ＋Ｐ・ＳC ＝Ｐ（ＳD ＋ＳA ＋ＳC ）となる。
【００３６】
一方、ポペット弁３６を開く方向の力は、
Ｐ・ＳA ＋Ｐ・ＳB ＋Ｆ＝Ｐ（ＳA ＋ＳB ）＋Ｆとなる。したがって、
Ｐ（ＳD ＋ＳA ＋ＳC ）−｛Ｐ（ＳA ＋ＳB ）＋Ｆ｝
＝Ｐ（ＳD ＋ＳC −ＳB ）−Ｆの関係から、Ｐ（ＳD ＋ＳC −ＳB ）＜Ｆ
ならば、ポペット弁３６は開くことになり、大径ダイヤフラム４３の有効受圧面積を小径ダイヤフラム４４の受圧面積よりも十分に大きく設定することにより、フロート室１２内に溜まったドレンを自動的に確実に外部に排出することができる。
【００３７】
ドレンが所定の水位まで達する前にドレンを排出するには、手動操作部５６を押し込むだけで、ねじの回転動作などを行うことなく、容器１０内のドレンを外部に排出することできる。
【００３８】
このような排水制御の過程では、排水路３８の開閉を行う主弁は摺動部を有していないポペット弁により形成されており、このポペット弁３６の開閉作動を摺動部を有していないダイヤフラムによって制御するようにしたことから、弁軸３４には摺動抵抗が加わることなく、また主弁への異物などの噛み込みが防止されて、弁軸３４は円滑に作動することになる。弁軸３４は複数のダイヤフラムにより制御ケース２１内に保持されているので、弁軸３４は所定の軸心に保持されて傾斜したり倒れたりすることが防止される。
【００３９】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００４０】
たとえば、図示する場合には、自動排水装置をフィルタエレメント１８が組み込まれた容器１０内に設けるようにしているが、ドレンの排出のみを行うための容器に自動排水装置を組み込むようにしても良い。図示する場合には圧縮空気の中から水分を除去するために使用しているが、空気以外の他の気体の中の水分を除去するためにも本発明を適用することができる。
【００４１】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００４２】
(1).排水路を開閉する主弁がポペット弁により形成され、このポペット弁の作動をダイヤフラムにより制御するようにしたことから、主弁を含めてこれの作動を制御する部分に摺動部がなく、主弁の開放動作と閉塞動作とを確実に行うことができる。
【００４３】
(2).ポペット弁の弁軸には複数のダイヤフラムが設けられているので、弁軸の倒れや傾斜の発生がなく、装置の耐久性が向上するとともにポペット弁の作動が安定することになる。
【００４４】
(3).排水路に異物が入り込んでも、作動不良の発生を防止することができる。
【００４５】
(4).弁軸を水平方向に配置するようにしたことから、弁軸の端部を外部に露出させることが可能となり、弁軸を軸方向に移動させるだけで、主弁のマニュアル操作を行うことができ、マニュアル操作性が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である自動排水装置を示す断面図である。
【図２】図１の要部を示す拡大断面図である。
【図３】図１における矢印Ａ方向から見た一部切り欠き側面図である。
【図４】手動操作部の変形例を示す断面図である。
【図５】ドレン排出継手部の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０    容器
１２    フロート室
１３    排水制御室
１５    流入ポート
１６    流出ポート
１８    フィルタエレメント
２１    制御ケース
２３    フロート
２４    気体供給路
２５    パイロット弁
２８    圧力制御ブロック
３０    排水室
３１    排水制御ブロック
３４    弁軸
３６    ポペット弁（主弁）
３８    排水路
３９    排水継手
４１    閉塞用ダイヤフラム
４３    大径ダイヤフラム
４４    小径ダイヤフラム
４５    開放用圧力室
４６    閉塞用圧力室
５１    ばね
５２    大気圧導入室
５６    手動操作部
【図１】
0003803466.tif 000002
【図２】
0003803466.tif 000003
【図３】
0003803466.tif 000004
【図４】
0003803466.tif 000005
【図５】
0003803466.tif 000006