JPH0751990B2 - 壁面走行装置に使用する負圧調整弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、壁面走行装置に使用する負圧調整弁に関す
る。

【従来の技術】

閉空間内の圧力を調整あるいは維持するための調圧弁と
しては、容器内の圧力を一定値以下に保つための圧力弁
（減圧弁）や、航空機の与圧室の圧力を調整するための
圧力調節弁のように高圧を保つためのものがよく知られ
ているが、負圧を保つためのものとしては、特開昭55−
166572号公報に負圧調整弁が開示されている。 その負圧調整弁は、第５図に示すように、上下動可能に
支持された弁棒21と、中心部が弁棒21に固着されていて
負圧導入口22を有する負圧室23を画成する上部および下
部ダイヤフラム24および25と、弁棒21に固着されていて
弁箱26の入口側27と出口側28とを区画する隔壁29に設け
られた弁座孔30を開閉し得る弁体31とを備え、負圧室23
内の負圧の変化により弁開度を調整するようにしてい
る。この負圧調整弁は、原子力施設におけるグローブボ
ックスの排風設備に使用されている。 一方、極限作業すなわち人間が近寄り難い高熱や放射線
の下での作業を行なうため、あるいは高所作業の危険を
なくすため、種々のロボットが開発されつつあり、その
ひとつに壁面走行装置がある。壁面走行装置は、真空吸
着により装置を壁面に吸着させつつ、別に設けたクロー
ラで走行するものであって、技術のキーポイントは、い
かにして真空吸着を確保するかにある。 壁面走行装置の真空吸着は、壁面上に箱体を密着させ、
その内部を真空排気して負圧（低真空）にすることによ
り行なう。ところが走行に伴って周囲の常圧空間から負
圧空間への空気の漏洩が生じ、負圧の程度（真空度）が
減少することがあるから、それに即応できなければなら
ない。対策として、まず真空排気のブロアの能力を大き
くすることが考えられる。しかしそれは、壁面走行装置
を重くするから避けるべきであって、一定の安全度をみ
た上でブロア能力は最小とし、負圧の調整を巧みに行な
うことが望まれる。 前述した高圧容器の圧力弁や航空機に用いる圧力調整弁
は、いずれも容器や室内を高圧に、または一定の圧力以
下に保つためのものであり、負圧（低真空）を設定され
た一定の値に保つ目的には用いることができない。第５
図の負圧調整弁は、微負圧における圧力変動を負圧室23
を画成するダイヤフラム24,25により仕事に変えて弁体3
1を上下させる機構であるため、弁体31の上下動範囲が
少なくてよい場合にしか使用できず、構造は比較的複雑
で重く、また、応答性も緩慢である。従ってこの調圧弁
は、軽量小型でかつ大きな圧力変動に対しても瞬時に応
答することが要求される、壁面走行装置の負圧調整弁と
しては不適当である。

【発明が解決しようとする課題】

本発明の目的は、上記のような技術の現状にかんがみ、
壁面走行装置の負圧調整弁として好適な、軽量かつ小型
に構成することができ、低負圧領域においても一定の負
圧を維持する機能がすぐれ、圧力変化に瞬時に応答して
弁の開度を調節することのできる負圧調整弁を提供する
ことにある。

【課題を解決するための手段】

本発明の負圧調整弁は、第６図に示すような、壁面Ｗ上
に箱体Ａをもって閉空間Ｉを形成し、その内部を常に真
空排気しつつその一方で負圧調整弁を通じて空気を流入
させ、閉塞空間をほぼ一定の負圧に保つことにより箱体
を壁面上に吸着させつつ走行する壁面走行装置に直接取
り付けて使用する負圧調整弁Ｖにおいて、第１図および
第２図に示すように、周囲の正圧空間と負圧空間とを区
画する有底筒状体のケース２の底部を開口させ、この開
口部に、環状であって弁に流入する空気の流れを絞る方
向の傾斜をもったテーパ面を有するとともにテーパ面の
先に上記開口部を超えて突出し環状の弁座を形成する弁
座部材３を設け、上記開口部を貫いて筒状体の軸方向に
延びる、一端に上記弁座に外側から接する円板状の弁体
４をそなえ他端にバネ受け部材をそなえた弁棒を、その
軸方向の移動を許容する、それ自体はケースに固定され
内部にベアリング７をそなえた円筒状でその下部が上記
開口部内に位置するガイドポスト６によりとりつけて弁
の開閉を可能にし、ケース底部内側と上記バネ受け部材
との間にケース内面近くに位置する直径のコイルバネ９
を設けて圧縮力により上記弁棒を弁の閉の方向に付勢
し、上記弁座に上記弁体４を直接面接触させて弁を形成
し、第４図に示すように、上記筒状体の軸方向に平行な
流れをもって流入した空気が上記テーパ面により絞られ
て円筒状の流れとなって上記開口部を通過し、円板状の
弁体４に当って半径方向に向きを変えて均等に分散しつ
つ閉空間に流入するように構成し、弁の上流（正圧）側
と下流（負圧）側との間に一定の圧力差が維持されてい
る間は弁が開いた状態で真空排気量に見合う一定量の空
気が流通することを許容しつつ所定の圧力差を維持し、
圧力の上昇が0.01Barを上回ったときには弁体の背後に
直接作用する負圧側の圧力の上昇によりコイルバネ９の
力で弁体４が移動して弁が閉じ、漏洩量に相当する空気
を閉空間から排除することによって0.5秒以内に所定の
圧力差を回復するように構成したことを特徴とする。 弁座は通常、ケースによって保持し、周囲圧力側と負圧
側との間の隔壁、すなわち壁面走行装置の箱体にとりつ
ける。弁体や弁座の大きさあるいはバネのバネ定数など
は、維持すべき負圧の大きさ、変動範囲、周囲の正圧側
から負圧側へこの調圧弁を介して導入すべき風量等に応
じて適当に設計する。 いうまでもなく、弁座部材１の開口部３に形成されるリ
ング状の空気流路は、弁が最大に開いても真空排気量が
所定の負圧を維持できる大きさにその面積を選択すべき
である。

【作用】

第６図にみるように、壁面走行装置において周囲から閉
された負圧側の空間Ｉは、そこからブロアＢによって空
気が連続的に排出されることにより負圧状態となってい
るが、通常はこれと同時に調圧弁Ｖは開いており、周囲
の正圧側から一定量の、すなわち壁面走行装置の箱体内
を所定の負圧に維持するために必要な真空排気量に見合
う量の空気が、負圧側に流入している。定常状態におい
ては、弁体に作用する負圧側からの圧力およびコイルバ
ネの力と、流入する空気の動圧とが均衡しいる。 微少な圧力差の変化に即応して弁体を作動させるために
は、弁を通過する空気の流れを整然としたものにする必
要がある。そこで本発明の負圧調整弁では、ケースの内
部を軸対称形成するとともに、コイルバネの直径をケー
ス内面に近い大きさとすることによって、空気流の乱れ
を防いで軸に平行な空気流を形成し、テーパ面で絞って
円筒状の空気流として前記リング状の開口部を通過させ
る。さらに空気の流れを弁体４の表面で直角に曲げ、小
さな間隔で開いた弁座と弁体との間を半径方向に均等に
分散するように流入させる。面接触する弁座と弁体の間
は、弁体の開きにより平行面を形成していて、ある範囲
内で、その開度すなわち間隔と圧力差の変化とが比例的
になる。 走行に伴って、たとえば壁面の凹凸により密閉が破られ
て空気が流れ込み負圧側の圧力が上昇したとすれば、負
圧側の圧力は直接弁体に作用しているかめ、この圧力増
分によって弁体は閉の方向へ瞬時に移動して弁開度が小
さくなるかまたは閉じ、弁を通って流入する空気の量が
減少するかまたはゼロになる。この負圧調整弁が検知し
て作動する圧力増分は、上記のとおり0.01Barである。
ブロアは引続き運転されているから負圧側の圧力は低下
し、上記の圧力増加分が解消する。密閉状態の改善によ
り漏洩空気量が減少すれば、箱体内部の負圧が回復して
弁体４背面に対する圧力が低下するから、弁体４は圧力
差の増加に比例して大きく開く。ある限度を超えて弁体
が開けば、圧力差の変化と弁の開度との比例関係は失わ
れるが、流入した大量の空気により負圧側の圧力が上昇
し、圧力低下が打ち消される。 このように本発明の負圧調整弁は、負圧側空間から排出
される空気の量が一定であるとすれば、空気漏れを含め
て負圧側空間に流入する空気の総量を一定に保つように
作用し、それにより負圧側の圧力を所定値に維持する。 ガイド手段としてボールベアリングを有するものを用い
て弁棒を案内することにより、伸縮に伴なうバネの捩れ
や曲りによる弁棒のひっかかりが防げ、応答性よく動作
が行なわれる。

【実施例】

以下、図面を参照して本発明の負圧調整弁の実施例を説
明する。 第１図は本発明の低圧用負圧調整弁の一実施例の部分断
面図、第２図はその平面図、第３図は底面図である。こ
の低圧用負圧調整弁は、これらの図に示すように、弁座
部材１、弁座部材１を保持する有底円筒状体のケース
２、弁座部材１の開口部３を負圧側から開閉する平らな
円板状の弁体４、弁体４を一端にとりつけた弁棒５、弁
棒５を弁座部材１に対し軸方向に案内するボールベアリ
ング７、弁座部材１をケース２に固定するとともにボー
ルベアリング７を収納する空間をもつガイドポスト６、
およびガイドポスト６のボールベアリングを収納する部
分を囲繞し、かつ弁棒５を介して弁体４を弁座の方向に
付勢するコイルバネ９を備えている。 コイルバネ９は、一端が弁棒５の上端にバネ受け部材８
を介して固定され、他端がガイドポスト６に固定され、
そこに働く圧縮力によって弁体４が弁座に密着してい
る。弁体４は弁棒５に設けたガイドボルト10（弁棒５と
一体）に対し、ナット11によよりとりつけてある。ケー
ス２は、その上端のフランジ部が、周囲の正圧側Ｏと負
圧側Ｉとを区分する隔壁部材12に対し、正圧側Ｏの側に
シール13を介してとりつける。ケース２のフランジ部の
上面には、カバー14がとりつけてある。 この構成において、第６図に示した壁面走行装置の真空
発生装置Ｂにより負圧側Ｉの空気が連続的に一定の割合
で排出されているときは、第４図に示すように弁は負圧
側Ｉの圧力を一定に維持する開度で開いていて、正圧側
Ｏから一定の割合で、図中矢印の経路を通って空気が流
入している。前記のように、弁の開口部の広さは弁体の
最大開度においても壁面走行装置を壁面上に吸着させて
おくに足りる負圧を形成できる程度にしてあるので、壁
面走行装置が落下することはない。 正常状態では、弁体４に働くコイルバネ９の力と負圧力
とは均衡しており、負圧側Ｉの圧力は所定値に保たれて
いる。前記のように、負圧側Ｉの圧力か何らかの原因、
たとえば壁面走行装置の移動や障害物への乗り上げなど
により負圧シールＳと壁面Ｗとの間から箱体Ａ内部に空
気が漏洩して負圧側Ｉの圧力が上昇し、圧力差が小さく
なったならば、均衡状態はくずれて弁体背後の圧力が上
昇して弁体４が弁座に近づき、弁を通って流入する空気
の流量が減少して、真空発生装置Ｂの吸引により負圧側
Ｉの圧力は低下し、変動前の圧力に戻る。負圧側Ｉの圧
力が何らかの原因で下降した場合は、弁体背面の圧力が
低下して弁体４が弁座から離れて弁を通る空気の流量が
増加し、負圧側Ｉの圧力が所定値に復元すること、これ
もすでに述べたとおりである。 負圧側Ｉの圧力は弁体４の背後から、すなわち負圧側表
面に直接作用しているため弁体の運動は速やかであっ
て、変動した負圧は瞬間的に所定値に復帰する。 弁体４の上下動に際して、コイルバネ９の働きにより弁
棒５は弁座の面に対して垂直に保たれ、弁体４をなめら
かに上下動させることができる。 このようにして負圧側Ｉの圧力値を微少の圧力変動にも
既応して所望の値に保つためには、圧縮バネ９のバネ定
数や弁座部材１、弁体４とくに弁座１の開口部３などの
大きさを適切に設計することを要する。開口部３の大き
さは、前述したとおり、負圧側で保持すべき最低負圧に
より決定される。平らな円板状の弁体４は、この開口部
の径に対して1.5倍以上の径をもつものがよい。これ
は、現在試作されている壁面走行装置に使用する負圧調
整弁においては直径の差にして10mm以上に相当する。弁
体がこのような寸法をもつことにより、その背後で空気
流の渦が生じることなく、弁体背後に負圧側空間の静圧
が直接作用することができる。バネ定数は、0.01Barの
圧力変化に対して、開口部３の面積に応じて生じる力で
弁体が開く量すなわちバネの変位置が1.0mm程度になる
ようにえらぶとよい。適切な設計により、本発明の負圧
調整弁は、0.7〜1.0Bar程度の低負圧において、漏洩空
気による圧力変化が0.01Bar以下であっても、0.5秒以下
の復元時間をもって、所望の負圧を維持することができ
る。その模様を、第７図に従来の弁と比較して示す。 本発明の負圧調整弁は、排出空気をブロワの冷却媒体と
して利用することにより直接冷却する方式の壁面走行装
置に使用するとき、とくに有用である。すなわち、平滑
な面を走行している平常の場合は負圧空間の壁面とのシ
ールがよいため弁が開いて空気を流通させ、ブロワの冷
却に必要な風量を確保でき、吸着面の凸凹のため空気漏
れを生じたときは、弁が瞬時に閉じて圧力の上昇を防止
し、壁面走行装置の落下を避ける。このとき冷却用空気
は短時間供給が止むが、間もなく弁が開いて空気の流通
が再開されるから、冷却に対して実質上の影響はない。

【発明の効果】

以上説明したように本発明の負圧調整弁は、形成される
負圧空間に空気を導入しつつその圧力を一定に保つ調圧
弁であって、軽量かつ構造が単純でコンパクトに構成で
き、低負圧領域においてもその圧力変化に対して瞬時に
反応して精度よく負圧側の圧力を調整できる。従って、
従来の圧力調整弁では実現できなかった壁面走行装置の
壁面への吸着の維持が可能になり、性能の向上した壁面
走行装置の実用化に役立つ。ボールベアリングを用いて
弁棒をガイドすることにより、バネの捩れや曲りがなく
スムーズな弁の移動が行なえ、さらに信頼性および即応
性を高めることができる。とくに、直接冷却方式のブロ
ワを用いる場合、負圧側からの気体排出量がほぼ一定で
あって効果的に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の負圧調整弁の一実施例を示す部分縦断
面図であり、第２図は平面図、第３図は底面図である。 第４図は、この負圧調整弁の動作原理を示す、第１図に
対応する説明図である。 第５図は、従来の負圧調整弁の一例を示す縦断面図であ
る。 第６図は、本発明の負圧調整弁を用いた壁面走行装置の
概念的な断面図である。 第７図は、本発明の負圧調整弁による真空度の回復に要
する時間を、従来の弁と比較して示した説明図である。 １…弁座部材、２…ケース、３…開口部、４…弁体、５
…弁棒 ６…ガイドポスト、７…ボールベアリング、８…バネ受
け部材、９…バネ Ａ…箱体、Ｂ…真空発生機、Ｓ…負圧シール、Ｗ…壁面 Ｏ…正圧側、Ｉ…負圧側

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】壁面上に箱体をもって閉空間を形成し、そ
   の内部を常に真空排気しつつその一方で負圧調整弁を通
   じて空気を流入させ、閉空間内を負圧に保つことにより
   箱体を壁面上に吸着させつつ走行する壁面走行装置に使
   用する負圧調整弁において、周囲の正圧空間と負圧空間
   とを区画する有底筒状体のケースの底部を開口させ、こ
   の開口部に、環状であって弁に流入する空気の流れを絞
   る方向の傾斜をもったテーパ面を有するとともにテーパ
   面の先に上記開口部を超えて突出し環状の弁座を形成す
   る弁座部材を設け、上記開口部を貫いて筒状体の軸方向
   に延びる、一端に上記弁座に外側から接する円板状の弁
   体をそなえ他端にバネ受け部材をそなえた弁棒を、その
   軸方向の移動を許容する、それ自体はケースに固定され
   内部にベアリングをそなえた円筒状でその下部が上記開
   口部内に位置するガイドポストによりとりつけて弁の開
   閉を可能にし、ケース底部内側と上記バネ受け部材との
   間にケース内面近くに位置する直径のコイルバネを設け
   て圧縮力により上記弁棒を弁の閉の方向に付勢し、上記
   弁座に上記弁体を面接触させて弁を形成し、上記筒状体
   の軸方向に平行な流れをもって流入した空気が上記テー
   パ面により絞られて円筒状の流れとなって上記開口部を
   通過し、円板状の弁体に当って半径方向に向きを変えて
   均等に分散しつつ閉空間に流入するように構成し、弁の
   上流（正圧）側と下流（負圧）側との間に一定の圧力差
   が継続されている間は弁が開いた状態で真空排気量に見
   合う一定量の空気が流通することを許容しつつ所定の圧
   力差を維持し、閉空間への空気の漏洩により圧力の上昇
   が0.01Barを上回ったときには弁体の背後に直接作用す
   る負圧側の圧力の上昇によりコイルバネの力で弁体が移
   動して弁が閉じ、漏洩量に相当する空気を閉空間から排
   除することによって0.5秒以内に所定の圧力差を回復す
   るように構成したことを特徴とする負圧調整弁。