JP2003329002A - 電空変換式レギュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 共振周波数を高くしても、取出二次圧力を安
定させることができる電空変換式レギュレータを得る。 【構成】 フラッパの板ばね体とコイルボビン体とを、
板ばね体の中心部とコイルボビン体の中心部とで接続
し、コイルボビン体のコイル径対応部分を含む周辺部で
は非接触とした電空変換式レギュレータ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、アナログ入力信号（電気入力
量）の大小に応じて空圧出力を変化させる電空変換式レ
ギュレータに関する。

【０００２】

【従来技術及びその問題点】空気レギュレータは一般
に、一次圧力導入口と、二次圧力取出口と、一次圧力導
入口と二次圧力取出口間を開閉する主弁と、二次圧力取
出口とパイロット圧室との圧力差に応じて移動し、上記
主弁を開閉作動させるとともに二次圧力取出口を大気に
連通させる浮動ピストンとを有している。

【０００３】このような空気レギュレータでは、パイロ
ット圧室と大気の連通面積が一定である場合、二次圧力
の変動によって、浮動ピストンが二次圧力取出口側に移
動すると、主弁が一次圧力導入口と二次圧力取出口の間
を開き、一次圧力導入口の空気が二次圧力取出口に流れ
て二次圧力取出口内の圧力が高まる。一方、浮動ピスト
ンがパイロット圧室側に移動すると二次圧力取出口の空
気が大気側に流れ、二次圧力取出口の圧力が低下する。
このような動作により、二次圧力取出口の圧力がほぼ一
定に保たれる。

【０００４】電空変換式は、以上の基本構成に加えて、
パイロット圧室を大気に連通させるノズル通路と、この
ノズル通路の開口端に対向する弾性変形可能な板ばね体
と外周部にコイルを巻回したコイルボビン体とを有し板
ばね体に固定されたフラッパと、このフラッパのコイル
ボビン体内に少なくとも一部が位置する永久磁石アッセ
ンブリとを設けている。

【０００５】この電空変換式レギュレータでは、フラッ
パのコイルに与える電流量を変化させると、その電流量
の大小に応じて、コイルと永久磁石アッセンブリとの間
で作用する電磁力により、フラッパの板ばねが弾性変形
して、該フラッパとノズル通路の開口端との距離が変化
し、パイロット圧室と大気の連通面積が変化する。その
結果、パイロット圧室から大気側に排出される空気量が
変化し、パイロット圧室の圧力が変化するので、二次圧
力取出口の圧力を調整することができる。

【０００６】以上のレギュレータは、例えば半導体製造
装置用除振装置の空気圧制御に用いられており、高精度
な位置制御を要求される程、共振周波数を高くすること
が求められている。共振周波数は、フラッパの剛性、つ
まりは板ばねの剛性を高くすることで高くすることがで
きるが、単純に板ばねの剛性を高くすると、安定した二
次圧力を得ることが難しいことが分かった。

【０００７】

【発明の目的】本発明は従って、フラッパの剛性を高め
て共振周波数を高くしても、安定した二次圧力を取り出
すことができる電空変換式レギュレータを得ることを目
的とする。

【０００８】

【発明の概要】本発明は、一次圧力導入口；二次圧力取
出口；上記一次圧力導入口と二次圧力取出口間を開閉す
る主弁；上記二次圧力取出口とパイロット圧室の圧力差
に応じて移動し、上記主弁を開閉作動させる浮動ピスト
ン；上記パイロット圧室を大気に連通させるノズル通
路；このノズル通路の開口端に対向する弾性変形可能な
板ばね体と、外周部にコイルを巻回し上記板ばね体に固
定されたコイルボビン体とを有するフラッパ；及びこの
フラッパのコイルボビン体内に少なくとも一部が位置す
る永久磁石アッセンブリ；を有する電空変換式レギュレ
ータにおいて、フラッパの板ばね体とコイルボビン体と
を、板ばね体の中心部とコイルボビン体の中心部とで接
続し、コイルボビン体のコイル径対応部分を含む周辺部
では非接触としたことを特徴としている。このように、
フラッパのコイルボビン部の荷重点（着力点）を板ばね
の中心部に集中させると、取出二次圧力を安定させるこ
とができる。

【０００９】フラッパの板ばね体とコイルボビン体とを
それぞれの中心部で接続するには例えば、筒状をなすコ
イルボビン体の一端部に底板を設ける一方、板ばね体の
中心部に固定穴を形成し、この底板を固定穴に固定する
ことで容易に接続することができる。

【００１０】

【発明の実施形態】本実施形態の電空変換式レギュレー
タ１０は、図１の下方から順に、ロアハウジング１１
ａ、ミドルハウジング１１ｂ、第一アッパハウジング１
１ｃ、第二アッパハウジング１１ｄ及びキャップ体１１
ｅからなるハウジング１１を有している。

【００１１】ロアハウジング１１ａには、一次圧力導入
口１２と二次圧力取出口１３とが開口している。一次圧
力導入口１２と二次圧力取出口１３の間は、通路１４に
よって連通しており、この通路１４が主弁１５によって
開閉される。主弁１５は圧縮ばね１６の力によって常時
通路１４を閉じている。ロアハウジング１１ａ内には、
二次圧力取出口１３及び通路１４に連通する二次圧力取
出室１７が形成されている。

【００１２】第一アッパハウジング１１ｃとミドルハウ
ジング１１ｂの間、及びミドルハウジング１１ｂとロア
ハウジング１１ａの間にはそれぞれ、浮動ピストン２０
のパイロットダイアフラム２１及びコントロールダイア
フラム２２の周縁部が気密に挟着されている。浮動ピス
トン２０は、パイロットダイアフラム２１とコントロー
ルダイアフラム２２の間にリリーフ室２３を有し、中心
部にスペーサブロック２４を有している。このスペーサ
ブロック２４には、取出室１７とリリーフ室２３とを連
通させる連通穴２５が形成されており、リリーフ室２３
はミドルハウジング１１ｂに形成した大気連通穴２６に
よって大気と連通している。この浮動ピストン２０は、
ロアハウジング１１ａ内に上述の二次圧力取出口１３
（二次圧力取出室１７）を画成する。

【００１３】連通穴２５は、軸方向通路２５ａと径方向
通路２５ｂからなり、軸方向通路２５ａが主弁１５と一
体に設けたリリーフ弁１８によって開閉される。すなわ
ち、リリーフ弁１８が連通穴２５を閉じているときは取
出室１７内の空気がリリーフ室２３に流れることはな
く、主弁１５（リリーフ弁１８）と浮動ピストン２０と
の相対位置が離隔してリリーフ弁１８が軸方向通路２５
ａを開くと、取出室１７内の空気は、連通穴２５、リリ
ーフ室２３、大気連通穴２６を介して大気に開放される
（リリーフされる）。浮動ピストン２０は、第一アッパ
ハウジング１１ｃと浮動ピストン２０との間に挿入した
圧縮コイルばね３３により、図１の下方、つまりスペー
サブロック２４の連通穴２５がリリーフ弁１８に当接し
てリリーフ通路を閉じる方向に移動付勢されている。

【００１４】第一アッパハウジング１１ｃと浮動ピスト
ン２０との間には、パイロット圧室３０が形成されてい
る。ロアハウジング１１ａ、ミドルハウジング１１ｂ及
び第一アッパハウジング１１ｃにはそれぞれ、このパイ
ロット圧室３０を取出室１７に連通させるハウジング内
連通路３１ａ、３１ｂ及び３１ｃが形成されている。ミ
ドルハウジング１１ｂの連通路３１ｂは段付穴を有し、
この段付穴に、オリフィス３２ａを有するオリフィス体
３２が挿入されている。オリフィス３２ａは、取出室１
７内の圧力変化をタイムラグを与えてパイロット圧室３
０に生じさせる。

【００１５】以上の構成により、二次圧力取出口１３側
の圧力（取出室１７内の圧力）が急に上がり、圧縮コイ
ルばね３３の力に打ち勝って浮動ピストン２０を押し上
げる程高くなると、軸方向通路２５ａがリリーフ弁１８
から離れて取出室１７内の空気を大気にリリーフする。
つまり、取出室１７（二次圧力取出口１３）側の圧力が
下がる。逆に、取出室１７の圧力が急に下降し、パイロ
ットダイアフラム２１と圧縮コイルばね３３による下向
きの力がコントロールダイアフラム２２による上向きの
力よりも大きくなると、浮動ピストン２０は下降してリ
リーフ弁１８を介して主弁１５を圧縮ばね１６の力に抗
して押し下げ、通路１４を開く。従って、一次圧力導入
口１２側の一次圧力が二次圧力取出室１７（二次圧力取
出口１３）側に導かれ、該取出室１７（二次圧力取出口
１３）の圧力が上昇する。つまり、浮動ピストン２０
は、二次圧力取出口１３とパイロット圧室３０の圧力差
に応じて移動し、主弁１５を開閉作動させる。二次圧力
取出室１７の圧力変動に応じて以上の動作が繰り返され
る結果、一次圧力導入口１２からの一次圧力に拘わら
ず、二次圧力取出口１３に一定の二次圧力を取り出すこ
とができる。

【００１６】第二アッパハウジング１１ｄには、浮動ピ
ストン２０と同一軸線上に位置させて、永久磁石アッセ
ンブリ４０が支持されている。この永久磁石アッセンブ
リ４０は、円柱状の永久磁石４１とこの永久磁石４１よ
り小径で同軸に位置する円柱状のヨーク４２とからなっ
ている。

【００１７】第一アッパハウジング１１ｃと第二アッパ
ハウジング１１ｄとの間には、フラッパ５０が支持され
ている。図２、図３はこのフラッパ５０の単体形状を示
している。フラッパ５０は、永久磁石アッセンブリ４０
のヨーク４１の外周に非接触で位置するコイルボビン体
５１と、このコイルボビン体５１に結合された円板状の
弾性変形可能な板ばね体５２と、このコイルボビン体５
１と板ばね体５２を接続する接続ピン５３とで構成され
ている。

【００１８】コイルボビン体５１は、コイル（ムービン
グコイル）５１ａを外周に巻き、永久磁石アッセンブリ
４０のヨーク４２の外周に非接触で位置する筒状体５１
ｂと、この筒状体５１ｂの一端部に設けられた底板５１
ｃとを有しており、底板５１ｃの中心には、板ばね体５
２側への突出部（スペーサ部）５１ｄと貫通穴５１ｅと
が設けられている。筒状体５１ｂと底板５１ｃは予め接
着固定される。板ばね体５２には、その中心部に固定穴
５２ａが穿設され、接続ピン５３は、この固定穴５２ａ
より大径の頭部５３ａと、固定穴５２ａと貫通穴５１ｅ
に挿通される挿通軸部５３ｂとを備えている。接続ピン
５３の挿通軸部５３ｂは、板ばね体５２の下面から固定
穴５２ａに挿入され、コイルボビン体５１の貫通穴５１
ｅに挿入されて接着固定される。

【００１９】以上のフラッパ５０は、コイルボビン体５
１と板ばね体５２がそれぞれの中心部において接続ピン
５３により結合されており、コイル径（コイル５１ａ）
対応部分を含む周辺部では非接触である。ちなみに、従
来のフラッパ５０は、コイル５１ａの下端部が直接板ば
ね体５２に固定されていた。板ばね体５２の周縁部は、
第一アッパハウジング１１ｃと第二アッパハウジング１
１ｄとの間に挟着固定されている。コイル５１ａと永久
磁石アッセンブリ４０は、板ばね体５２を弾性変形させ
る電磁駆動装置を構成する。コイル５１ａは、電流制御
装置に連なる外部取出端子５４に接続されている。

【００２０】第一アッパハウジング１１ｃには、その中
心部の上面に、フラッパ５０の接続ピン５３に対向する
円錐台状の突起４４が形成されており、この突起４４
に、パイロット圧室３０に連通するノズル通路４５が形
成されている。第二アッパハウジング１１ｄ（及びキャ
ップ１１ｅ）には、永久磁石アッセンブリ４０とフラッ
パ５０を収納した部屋を大気に連通させる大気連通穴
（図示せず）が形成されている。

【００２１】上記構成の本電空変換式レギュレータ１０
は、コイル５１ａに正逆の電流を流すと、コイル５１ａ
に流れる電流と永久磁石アッセンブリ４０との電磁作用
により、フラッパ５０の板ばね体５１が弾性変形して昇
降する。板ばね体５１が昇降すると、フラッパ５０（接
続ピン５３）とノズル通路４５の開口端との距離が変化
し、その変化量は電流（または電圧）（アナログ電気入
力信号）の大きさに比例する。フラッパ５０の接続ピン
５３とノズル通路４５の開口端との距離が大きくなる
と、パイロット圧室３０から逃げる空気の量が多くな
り、小さくなると少なくなるから、二次圧力取出口１３
での取出二次圧力を、コイル５１ａに流す電流の大小に
よって変化させることができる。

【００２２】そして、本実施形態によると、フラッパ５
０を構成するコイルボビン体５１と板ばね体５２がそれ
ぞれの中心部において接続ピン５３により結合されてい
て、周辺部では非接触である。つまり、コイルボビン体
５１に加わる力は、接続ピン５３を介して板ばね体５２
の中心部に集中する。このため板ばね体５２の剛性を高
くして共振周波数を高くしても、取出二次圧力を安定さ
せることができる。つまり、従来のフラッパは、コイル
の下端部が直接板ばね体に固定されていたため、板ばね
体の剛性を高くするとフラッパとノズル通路から逃げる
空気力との平衡が取れなくなり、二次圧力が上昇してい
ったのに対し、本実施形態によればこのような二次圧力
の上昇を解消することができる。

【００２３】以上の実施形態では、接続ピン５３をコイ
ルボビン体５１とは別部材として設けたが、コイルボビ
ン体５１の底板５１ｃに一体に、板ばね体５２の固定穴
５２ａに嵌まる接続ピン部を設けることも可能である。
接続ピン（部）による固定は、接着剤を用いてもかしめ
を用いてもよい。また、底板５１ｃは図では厚肉に描い
ているが、薄肉にして軽量化を図るのがよい。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、フラッパの剛性を高め
て共振周波数を高くしても、安定した二次圧力を取り出
すことができる電空変換式レギュレータを得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電空変換式レギュレータの一実施
形態を示す縦断面図である。

【図２】図１の空気レギュレータのフラッパ部分を取り
出した断面図である。

【図３】同フラッパ部分の分解斜視図である。

【符号の説明】

１０ 電空変換式レギュレータ １１ ハウジング １１ａ ロアハウジング １１ｂ ミドルハウジング １１ｃ 第一アッパハウジング １１ｄ 第二アッパハウジング １１ｅ キャップ体 １２ 一次圧力導入口 １３ 二次圧力取出口 １４ 通路 １５ 主弁 １６ 圧縮ばね １７ 二次圧力取出室 ２０ 浮動ピストン ２１ パイロットダイアフラム ２２ コントロールダイアフラム ２３ リリーフ室 ２４ スペーサブロック ２５ 連通穴 ２５ａ 軸方向通路 ２５ｂ 径方向通路 ２６ 大気連通穴 ３０ パイロット圧室 ３１ ハウジング内通路 ３３ 圧縮コイルばね ４０ 永久磁石アッセンブリ ４１ 永久磁石 ４２ ヨーク ４５ ノズル通路 ５０ フラッパ ５１ コイルボビン体 ５１ａ コイル ５１ｂ 筒状体 ５１ｃ 底板 ５１ｄ 突出部 ５１ｅ 貫通穴 ５２ 板ばね体 ５２ａ 固定穴 ５３ 接続ピン ５３ａ 頭部 ５３ｂ 挿通軸部 ５４ 外部取出端子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次圧力導入口；二次圧力取出口；上記
   一次圧力導入口と二次圧力取出口間を開閉する主弁；上
   記二次圧力取出口とパイロット圧室の圧力差に応じて移
   動し、上記主弁を開閉作動させる浮動ピストン；上記パ
   イロット圧室を大気に連通させるノズル通路；このノズ
   ル通路の開口端に対向する弾性変形可能な板ばね体と、
   外周部にコイルを巻回し上記板ばね体に固定されたコイ
   ルボビン体とを有するフラッパ；及びこのフラッパのコ
   イルボビン体内に少なくとも一部が位置する永久磁石ア
   ッセンブリ；を有する電空変換式レギュレータにおい
   て、 上記フラッパの板ばね体とコイルボビン体とを、板ばね
   体の中心部とコイルボビン体の中心部とで接続し、コイ
   ルボビン体のコイル径対応部分を含む周辺部では非接触
   としたことを特徴とする電空変換式レギュレータ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電空変換式レギュレータ
   において、筒状をなすコイルボビン体はその一端部に底
   板を有し、板ばね体は中心部に固定穴を有し、この底板
   がこの固定穴に固定されている電空変換式レギュレー
   タ。