JP2006057719A - Nozzle flapper valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ノズルフラッパ弁に係り、特に駆動機構により軸方向に移動駆動されるフラッパを有するノズルフラッパ弁に関する。 The present invention relates to a nozzle flapper valve, and more particularly to a nozzle flapper valve having a flapper that is driven to move in an axial direction by a drive mechanism.
空気圧回路やガス供給回路において管路の圧力制御や流量調整を行うために、フィードバック機構を内蔵した制御弁装置が用いられる。例えば、特許文献1において、従来技術として米国特許第3023782号が紹介されている。この米国特許には、トルクモータとパイロット弁を組み合わせることによって、入力指令電圧の印加に基づいてアーマチュアを回転駆動し、このときに発生するトルクでノズルフラッパ機構によるパイロット弁開閉作用を得て案内弁を駆動し、アクチュエータへ所望流体圧を供給する構成が開示される。このパイロット弁は、アーマチュアの回動により変位するフラッパと、フラッパの両側面に向かい合って配置される1組のノズルが備えられるので、ノズルフラッパ弁と呼ばれることがある。 A control valve device incorporating a feedback mechanism is used to perform pressure control and flow rate adjustment of a pipeline in a pneumatic circuit and a gas supply circuit. For example, Patent Document 1 introduces US Pat. No. 3,302,782 as a prior art. In this U.S. patent, a combination of a torque motor and a pilot valve drives the armature to rotate based on the application of an input command voltage, and a pilot valve opening / closing action by a nozzle flapper mechanism is obtained by the torque generated at this time. A configuration for driving and supplying a desired fluid pressure to an actuator is disclosed. This pilot valve is sometimes referred to as a nozzle flapper valve because it includes a flapper that is displaced by the rotation of the armature and a set of nozzles that are arranged to face both side surfaces of the flapper.
ノズルフラッパ機構の各ノズルにはそれぞれ気体流が供給されるが、ノズルフラッパ弁の作動を安定かつ精密に出力するために、特許文献2に示されるように、各ノズルに気体流を供給するために、1次側圧力気体を絞り2次側のノズルフラッパ弁に供給する気体流路の絞り装置、例えば固定オリフィスが設けられる。このようにして、2つの固定オリフィスの各流体抵抗と、2つのノズルの各流体抵抗とでブリッジ回路を構成することで、ノズルフラッパ弁の作動を安定させることができる。
A gas flow is supplied to each nozzle of the nozzle flapper mechanism, but in order to output the operation of the nozzle flapper valve stably and precisely, as shown in
近年、位置決め装置において、その精度、分解能の向上の要求が著しい。例えば、半導体装置の露光装置では、半導体デバイスの最小寸法が100nmを切る。したがって、半導体デバイスの寸法精度の要求は10nm以下となり、そのための位置決めアクチュエータの位置決め精度は1nm以下、つまりサブnmのものが要望される。また、その高速性も同様に要求される。このような精密位置決め装置や、精密移動機構等に気体アクチュエータを用いることが期待されている。すなわち、気体圧アクチュエータを用いる移動機構は、他の機構に較べ、コンタミネーションの発生が少ないほか、電磁的ノイズを発生せず、振動、騒音も少ないからである。 In recent years, there has been a significant demand for improved accuracy and resolution in positioning devices. For example, in an exposure apparatus for a semiconductor device, the minimum dimension of the semiconductor device is less than 100 nm. Therefore, the dimensional accuracy requirement of the semiconductor device is 10 nm or less, and the positioning accuracy for that purpose is 1 nm or less, that is, sub-nm. Further, the high speed is also required. It is expected to use a gas actuator for such a precision positioning device, a precision movement mechanism, and the like. That is, the moving mechanism using the gas pressure actuator generates less contamination than other mechanisms, does not generate electromagnetic noise, and has less vibration and noise.
そのためには、気体アクチュエータに供給する気体圧を精密に制御する必要があるが、従来技術のトルクモータでアーマチュアを回転駆動するノズルフラッパ方式では限度がある。例えば、トルクモータにおいてアーマチュアを回転させると、その回転自体で磁気ギャップが変化し、アーマチュアの運動にヒステリシスが生じ、駆動信号に対し、アーマチュアの位置が不確定になる。したがって、ノズルフラッパによる気体圧の制御の精度に限界がある。 For this purpose, it is necessary to precisely control the gas pressure supplied to the gas actuator, but there is a limit in the nozzle flapper system in which the armature is rotationally driven by a torque motor of the prior art. For example, when the armature is rotated in the torque motor, the magnetic gap is changed by the rotation itself, hysteresis occurs in the movement of the armature, and the position of the armature becomes uncertain with respect to the drive signal. Therefore, there is a limit to the accuracy of gas pressure control by the nozzle flapper.
また、ノズルの1次側に固定オリフィスを設け、この固定オリフィスにより気体を絞る場合、乱流や渦流等が生ずることがあり、特に、高圧かつ高速の気体を扱うときはオリフィスのエッジ等から衝撃波が生ずることがある(例えば、白倉等,「機械工学全書12 流体力学」,株式会社コロナ社,1982年7月1日,第1刷,p181,p200等参照)。このような乱流、渦流、特に衝撃波は、オリフィスにより絞られた後の気体の圧力に対し、ノイズとなる。したがって、ブリッジ回路の動作に誤差が生じ、ノズルフラッパ弁の出力圧力にノイズが乗り、あるいは動作不安定を引き起こし、ひいてはノズルフラッパ弁の動作に影響を及ぼす恐れがある。 In addition, when a fixed orifice is provided on the primary side of the nozzle and the gas is throttled by this fixed orifice, turbulent flow or vortex flow may occur. In particular, when handling high-pressure and high-speed gas, shock waves are generated from the edge of the orifice. (See, for example, Shirakura et al., “Mechanical Engineering Complete Book 12, Fluid Mechanics”, Corona Co., Ltd., July 1, 1982, First Printing, p181, p200, etc.). Such turbulent flow, vortex flow, particularly shock waves become noise with respect to the pressure of the gas after being squeezed by the orifice. Therefore, an error may occur in the operation of the bridge circuit, noise may be added to the output pressure of the nozzle flapper valve, or the operation may be unstable, and consequently the operation of the nozzle flapper valve may be affected.
このように、従来技術のノズルフラッパ方式では、フラッパの駆動にヒステリシスが生ずることがあり、また、ノズルに供給される気体に衝撃波等のノイズを伴うことがある。したがって、従来技術のノズルフラッパ弁を用いて、例えば、精密位置決め装置や、精密移動機構等の気体アクチュエータに気体圧を供給すると、それらが要求する気体圧の精度に比べ不十分なことがある。 As described above, in the nozzle flapper system of the prior art, hysteresis may occur in driving the flapper, and noise such as a shock wave may be accompanied with the gas supplied to the nozzle. Therefore, when gas pressure is supplied to a gas actuator such as a precision positioning device or a precision movement mechanism using a nozzle flapper valve of the prior art, the accuracy of the gas pressure required by them may be insufficient.
本発明の目的は、フラッパの駆動においてヒステリシスを抑制することができるノズルフラッパ弁を提供することである。他の目的は、出力圧力のノイズを抑制することができるノズルフラッパ弁を提供することである。以下に述べる手段は、これらの目的の少なくとも1つに奉仕するものである。 The objective of this invention is providing the nozzle flapper valve which can suppress a hysteresis in the drive of a flapper. Another object is to provide a nozzle flapper valve that can suppress noise in the output pressure. The means described below serve at least one of these purposes.
本発明に係るノズルフラッパ弁は、駆動機構により軸方向に移動駆動されるフラッパと、フラッパに向けて気体噴き出し開口を有し、フラッパとの間の距離に応じて気体の噴き出しが変化するノズルと、1次側より圧力気体が供給され、これを絞って2次側よりノズルと負荷とに供給する気体流路の絞り装置と、を有し、フラッパの移動を制御して負荷に供給される気体圧を制御するノズルフラッパ弁において、駆動機構は、軸方向に配置された固定子磁気ギャップと、駆動信号が入力されるコイルを有し、固定子磁気ギャップと協働して軸方向に駆動される可動子と、を含み、フラッパは、フラッパの軸周りの回転を抑制し、軸方向の移動を自在とするラジアル支持ばねに支持され、気体流路の絞り装置は、一方端に1次側供給口を有し、他方端に2次側出力口を有するハウジングと、気体の流れ方向に沿い、所定の間隔を有する平行隙間を含む絞り部と、を備え、平行隙間の整流作用により絞り部に流れる気体を乱れなく形成することを特徴とする。 A nozzle flapper valve according to the present invention includes a flapper that is driven to move in the axial direction by a drive mechanism, a nozzle that has a gas ejection opening toward the flapper, and a gas ejection that changes according to the distance between the flapper, A gas that is supplied with pressure gas from the primary side, throttles the gas and supplies the nozzle and load from the secondary side, and controls the movement of the flapper and is supplied to the load In a nozzle flapper valve that controls pressure, the drive mechanism has a stator magnetic gap arranged in the axial direction and a coil to which a drive signal is inputted, and is driven in the axial direction in cooperation with the stator magnetic gap. The flapper is supported by a radial support spring that suppresses rotation around the axis of the flapper and allows movement in the axial direction, and the throttle device for the gas flow path is supplied to the primary side at one end. Have a mouth, A housing having a secondary output port at the end and a throttle part including a parallel gap having a predetermined interval along the gas flow direction, and without disturbing the gas flowing through the throttle part by the rectifying action of the parallel gap It is characterized by forming.
また、絞り部は、平行平板により平行隙間が形成される絞り部であることが好ましい。また、絞り部は、ハウジングと同軸に配置され供給口の直径より大きな外径のディスクを含み、ハウジングは、ディスクの面に平行な供給口側内壁を有し、平行隙間は、ハウジングの供給口側内壁とディスクの一方側の面との間で形成されることが好ましい。また、絞り部は、ハウジングと同軸に積層配置され供給口の直径より大きな外径の複数のディスクを含み、複数のディスクは所定間隔で積層され、供給口からみて最下流側に配置される円板以外のディスクが中央部に気体流入口を有するドーナツ型ディスクであることが好ましい。 Moreover, it is preferable that a diaphragm part is a diaphragm part in which a parallel clearance gap is formed by a parallel plate. The throttle portion includes a disk that is coaxial with the housing and has an outer diameter larger than the diameter of the supply port. The housing has an inner wall on the supply port side that is parallel to the surface of the disk. Preferably, it is formed between the side inner wall and the surface on one side of the disk. The throttle portion includes a plurality of disks arranged coaxially with the housing and having an outer diameter larger than the diameter of the supply port. The plurality of disks are stacked at a predetermined interval and are arranged on the most downstream side as viewed from the supply port. The disk other than the plate is preferably a donut-shaped disk having a gas inlet at the center.
また、絞り部は、平行隙間を形成するための所定厚みのスペーサが平行平板の間に配置されることが好ましい。 Moreover, it is preferable that a spacer having a predetermined thickness for forming the parallel gap is disposed between the parallel plates in the diaphragm portion.
また、本発明に係るノズルフラッパ弁は、駆動機構により軸方向に移動駆動されるフラッパと、フラッパに向けて気体噴き出し開口を有し、フラッパとの間の距離に応じて気体の噴き出しが変化するノズルと、1次側より圧力気体が供給され、これを絞って2次側よりノズルと負荷とに供給する気体流路の絞り装置と、を有し、フラッパの移動を制御して負荷に供給される気体圧を制御するノズルフラッパ弁において、フラッパは、フラッパの軸周りの回転を抑制し、軸方向の移動を自在とするラジアル支持ばねに支持され、気体流路の絞り装置は、一方端に供給口を有し、他方端に出力口を有するハウジングと、ハウジング内に設けられ、気体の流れ方向に沿い並列に配置された所定の断面積を有する複数の管路を含む絞り部と、を備え、管路の整流作用により絞り部に流れる気体を乱れなく形成することを特徴とする。なお、精密制御を要しないノズルフラッパ弁においては、上記構成の中で、絞り装置のところに通常のオリフィスを用いてさしつかえない。 Further, the nozzle flapper valve according to the present invention has a flapper that is driven to move in the axial direction by a drive mechanism, and a nozzle that has a gas ejection opening toward the flapper, and the gas ejection changes according to the distance between the flapper and the flapper. And a gas flow restricting device that supplies pressure gas from the primary side and supplies the pressure gas to the nozzle and the load from the secondary side, and supplies the load by controlling the movement of the flapper. In the nozzle flapper valve that controls the gas pressure, the flapper is supported by a radial support spring that suppresses rotation around the axis of the flapper and is free to move in the axial direction, and the throttle device for the gas flow path is supplied to one end A housing having a port and an output port at the other end; and a throttle unit including a plurality of pipes having a predetermined cross-sectional area provided in the housing and arranged in parallel along the gas flow direction. , And forming no disturbance of the gas flowing in the throttle section by the rectifying action of the road. In a nozzle flapper valve that does not require precise control, a normal orifice may be used at the throttle device in the above configuration.
また、駆動機構の可動子は、軸周りの回転を抑制し、軸方向の移動を自在とするラジアル支持ばねに支持されることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the mover of the drive mechanism is supported by a radial support spring that suppresses rotation around the axis and allows movement in the axial direction.
また、本発明に係るノズルフラッパ弁において、フラッパに対し、軸方向に沿った任意のオフセット位置を中心に付勢するオフセットばねを備えることが好ましい。 The nozzle flapper valve according to the present invention preferably includes an offset spring that biases the flapper around an arbitrary offset position along the axial direction.
また、本発明に係るノズルフラッパ弁において、フラッパの軸方向の変位を検出する変位センサ又は軸方向の速度を検出する速度検出センサのうち少なくとも一方を備えることが好ましい。 The nozzle flapper valve according to the present invention preferably includes at least one of a displacement sensor for detecting the displacement of the flapper in the axial direction and a speed detection sensor for detecting the speed in the axial direction.
また、本発明に係るノズルフラッパ弁は、駆動機構により軸方向に移動駆動される軸体の両端にそれぞれ順方向フラッパ面及び逆方向フラッパ面を有する双方向フラッパと、順方向フラッパ面に向けて気体噴き出し開口を有し、順方向フラッパ面との間の距離に応じて気体の噴き出しが変化する順方向ノズルと、逆方向フラッパ面に向けて気体噴き出し開口を有し、逆方向フラッパ面との間の距離に応じて気体の噴き出しが変化する逆方向ノズルと、1次側より圧力気体が供給され、これを絞って2次側より順方向ノズルと負荷とに供給する気体流路の順方向絞り装置と、1次側より圧力気体が供給され、これを絞って2次側より逆方向ノズルと負荷とに供給する気体流路の逆方向絞り装置と、を有し、双方向フラッパの移動を制御し、順方向絞り装置から負荷に供給される順方向気体圧と、逆方向絞り装置から負荷に供給される逆方向気体圧とを制御するノズルフラッパ弁において、駆動機構は、軸方向に配置された固定子磁気ギャップと、駆動信号が入力されるコイルを有し、固定子磁気ギャップと協働して軸方向に駆動される可動子と、を含み、双方向フラッパは、軸体の両端部で、フラッパの軸周りの回転を抑制し、軸方向の移動を自在とするラジアル支持ばねにそれぞれ支持され、気体流路の順方向絞り装置及び逆方向絞り装置は、それぞれ、一方端に1次側供給口を有し、他方端に2次側出力口を有するハウジングと、気体の流れ方向に沿い、所定の間隔を有する平行隙間を含む絞り部と、を備え、平行隙間の整流作用により絞り部に流れる気体を乱れなく形成することを特徴とする。 Further, the nozzle flapper valve according to the present invention includes a bidirectional flapper having a forward flapper surface and a reverse flapper surface at both ends of a shaft body which is driven to move in the axial direction by a drive mechanism, and a gas toward the forward flapper surface. A forward nozzle that has a jet opening and the gas jet changes according to the distance from the forward flapper surface, and a gas jet opening toward the reverse flapper surface and between the reverse flapper surface The forward nozzle of the gas flow path in which the pressure gas is supplied from the primary side and the pressure gas is supplied from the primary side and supplied from the secondary side to the forward nozzle and the load. And a gas passage reverse throttle device that is supplied with pressure gas from the primary side and supplies the pressure gas to the reverse nozzle and load from the secondary side, and moves the bidirectional flapper. Control and forward In a nozzle flapper valve that controls the forward gas pressure supplied to the load from the throttle device and the reverse gas pressure supplied to the load from the reverse throttle device, the drive mechanism is a stator magnetic gap arranged in the axial direction. And a mover that is driven in the axial direction in cooperation with the stator magnetic gap, and the bidirectional flapper has a shaft of the flapper at both ends of the shaft body. Each is supported by a radial support spring that suppresses rotation around it and allows axial movement freely. Each of the forward throttle device and the reverse throttle device for the gas flow path has a primary supply port at one end. And a housing having a secondary side output port at the other end, and a throttle part including a parallel gap having a predetermined interval along the gas flow direction, and gas flowing into the throttle part by a rectifying action of the parallel gap. Form without disturbance The features.
また、本発明に係るノズルフラッパ弁は、駆動機構により軸方向に移動駆動される軸体の両端にそれぞれ順方向フラッパ面及び逆方向フラッパ面を有する双方向フラッパと、順方向フラッパ面に向けて気体噴き出し開口を有し、順方向フラッパ面との間の距離に応じて気体の噴き出しが変化する噴き出しノズルと、逆方向フラッパ面に向けて気体吸い込み開口を有し、逆方向フラッパ面との間の距離に応じて、気体の吸い込みが変化する吸い込みノズルと、を有し、噴き出しノズルから噴出す気体を吸い込みノズルと負荷に供給し、双方向フラッパの移動を制御して負荷に供給される気体圧を制御するノズルフラッパ弁において、駆動機構は、軸方向に配置された固定子磁気ギャップと、駆動信号が入力されるコイルを有し、固定子磁気ギャップと協働して軸方向に駆動される可動子と、を含み、双方向フラッパは、軸体の両端部で、フラッパの軸周りの回転を抑制し、軸方向の移動を自在とするラジアル支持ばねにそれぞれ支持されることを特徴とする。 Further, the nozzle flapper valve according to the present invention includes a bidirectional flapper having a forward flapper surface and a reverse flapper surface at both ends of a shaft body which is driven to move in the axial direction by a drive mechanism, and a gas toward the forward flapper surface. A jet nozzle that has a blow-off opening and the gas blow-out nozzle changes in accordance with the distance from the forward flapper surface, and a gas suction opening toward the reverse flapper surface, between the reverse flapper surface and A gas pressure that is supplied to the load by controlling the movement of the bidirectional flapper and supplying the gas ejected from the ejection nozzle to the suction nozzle and the load. In the nozzle flapper valve that controls the drive, the drive mechanism has a stator magnetic gap arranged in the axial direction and a coil to which a drive signal is input, and the stator magnetic gap The bidirectional flapper is a radial that suppresses rotation around the axis of the flapper at both ends of the shaft body and allows axial movement freely. It is each supported by a support spring.
上記構成により、軸方向に配置された固定子磁気ギャップと、可動子とを含む駆動機構により、フラッパが軸方向に移動駆動される。この駆動機構は、いわゆるリニアモータ又はフォースモータと呼ばれることがある。固定子磁気ギャップは、可動子の移動方向である軸方向に配置され、可動子すなわちフラッパの移動により磁気ギャップが変動することがなく、したがって、フラッパの駆動においてヒステリシスを抑制することができる。 With the above configuration, the flapper is driven to move in the axial direction by the drive mechanism including the stator magnetic gap and the mover arranged in the axial direction. This drive mechanism is sometimes called a so-called linear motor or force motor. The stator magnetic gap is arranged in the axial direction, which is the moving direction of the mover, and the magnetic gap does not fluctuate due to the movement of the mover, that is, the flapper. Therefore, hysteresis can be suppressed in driving the flapper.
これに加えて、フラッパは、軸周りの回転を抑制し、軸方向の移動を可能とするラジアル支持ばねで支持される。つまり、フラッパは、ラジアルばねでいわば宙吊りで支持され、摺動摩擦や、回転軸の摩擦等を伴わずに、軽い負荷で軸方向にのみ移動できる。したがって、精度よくフラッパを駆動でき、出力圧力を精度よく制御できる。 In addition, the flapper is supported by a radial support spring that suppresses rotation around the axis and enables movement in the axial direction. In other words, the flapper is supported by a radial spring so to speak, and can move only in the axial direction with a light load without sliding friction, friction of the rotating shaft, and the like. Therefore, the flapper can be driven with high accuracy and the output pressure can be controlled with high accuracy.
また、ノズルの1次側に設けられる気体の絞り装置は、供給口と出力口を有するハウジング内に、所定の間隔を有する平行隙間を含む絞り部を備え、平行隙間の整流作用により絞り部に流れる気体を乱れなく形成する。乱れなく形成された気体は、乱流、渦流を含まず、衝撃波を生ずることもない。したがって、出力圧力のノイズを抑制することができる。 Further, the gas throttle device provided on the primary side of the nozzle includes a throttle portion including a parallel gap having a predetermined interval in a housing having a supply port and an output port. The flowing gas is formed without disturbance. The gas formed without turbulence does not include turbulence and vortex, and does not generate shock waves. Therefore, noise of output pressure can be suppressed.
また、絞り部に、平行平板による平行隙間を用いるので、絞り部を製作する加工が容易である。また、平行隙間は、ハウジングの供給口側内壁とディスクの一方側の面との間で形成されるので、ハウジングの中に供給口側内壁から所定の隙間を隔ててディスクを配置するだけの簡単な構成となる。また、ハウジングと同軸に複数のディスクを積層配置するときは、最下流側のディスク以外はドーナツ型ディスクであるので、必要な出力圧力、出力流量等に応じ、同じ形状のドーナツ型ディスクの積層数を設定して所望特性の絞り装置を得ることができる。 Moreover, since the parallel gap | interval by a parallel plate is used for an aperture_diaphragm | restriction part, the process which manufactures an aperture_diaphragm | restriction part is easy. Further, since the parallel gap is formed between the inner wall on the supply port side of the housing and the one side surface of the disk, it is easy to place the disk in the housing with a predetermined gap from the inner wall on the supply port side. It becomes the composition. Also, when stacking a plurality of disks coaxially with the housing, since the disks other than the most downstream disk are donut-shaped disks, the number of stacked donut-shaped disks of the same shape according to the required output pressure, output flow rate, etc. Can be set to obtain a diaphragm having desired characteristics.
また、所定厚みのスペーサを平行平板の間に配置することで、簡単な構成で所定間隔の平行隙間を得ることができる。 Further, by arranging spacers having a predetermined thickness between parallel flat plates, it is possible to obtain parallel gaps with a predetermined interval with a simple configuration.
また、絞り装置は、供給口と出力口を有するハウジング内に、所定の断面積を有する複数の管路を並列に複数配置する。すなわち、気体流路をその断面積に渡り2次元的に多数の平行隙間に分割し、これを所定断面積の複数の管路としてその整流作用により絞り部に流れる気体を乱れなく形成する。乱れなく形成された気体は、乱流、渦流を含まず、衝撃波を生ずることもない。したがって、出力圧力のノイズを抑制することができる。 Further, the expansion device arranges a plurality of pipe lines having a predetermined cross-sectional area in parallel in a housing having a supply port and an output port. That is, the gas flow path is divided into a plurality of parallel gaps two-dimensionally over the cross-sectional area, and the gas flowing into the throttle portion is formed without any disturbance by the rectifying action as a plurality of pipes having a predetermined cross-sectional area. The gas formed without turbulence does not include turbulence and vortex, and does not generate shock waves. Therefore, noise of output pressure can be suppressed.
また、駆動機構の可動子もラジアル支持ばねに支持されるので、フラッパ又はフラッパの軸体と可動子とが一体となって軸方向に直線移動しても、これらは、ラジアルばねでいわば宙吊りで支持され、摺動摩擦や、回転軸の摩擦等を伴わずに、軽い負荷で軸方向にのみ移動できる。したがって、精度よくフラッパを駆動でき、出力圧力を精度よく制御できる。 In addition, since the mover of the drive mechanism is also supported by the radial support spring, even if the flapper or the flapper shaft and the mover move together in a straight line, they can be suspended in the air by a radial spring. It is supported and can move only in the axial direction with a light load without causing sliding friction or friction of the rotating shaft. Therefore, the flapper can be driven with high accuracy and the output pressure can be controlled with high accuracy.
また、オフセットばねを備えるので、フラッパを任意のオフセット位置に設定でき、これによりフラッパの中立位置あるいは駆動原点を正確に設定でき、フラッパの駆動を正確なものとでき、出力圧力を精度よく制御できる。 In addition, since an offset spring is provided, the flapper can be set to an arbitrary offset position, so that the neutral position or drive origin of the flapper can be set accurately, the flapper can be driven accurately, and the output pressure can be accurately controlled. .
また、フラッパの運動について、変位センサ又は速度検出センサを備えるので、フラッパの駆動に変位フィードバック又は速度フィードバック又はその双方のフィードバックが可能となり、正確なフラッパの駆動を行うことができ、出力圧力を精度よく制御できる。 In addition, since the displacement sensor or speed detection sensor is provided for the movement of the flapper, displacement feedback and / or speed feedback can be fed back to the flapper, and the flapper can be driven accurately, and the output pressure can be accurately measured. It can be controlled well.
また、フラッパを双方向フラッパとし、順方向気体圧と逆方向気体圧の双方を負荷に供給するときも、軸方向に配置された固定子磁気ギャップと、可動子とを含む駆動機構により、フラッパが軸方向に移動駆動される。したがって、可動子すなわちフラッパの移動により磁気ギャップが変動せず、フラッパの駆動においてヒステリシスを抑制することができる。これに加えて、フラッパは、軸周りの回転を抑制し、軸方向の移動を可能とするラジアル支持ばねで支持される。したがって、フラッパは、ラジアルばねでいわば宙吊りで支持され、摺動摩擦や、回転軸の摩擦等を伴わずに、軽い負荷で軸方向にのみ移動でき、これにより、精度よくフラッパを駆動でき、出力圧力を精度よく制御できる。また、順方向ノズル及び逆方向ノズルの1次側に設けられる気体の絞り装置は、供給口と出力口を有するハウジング内に、所定の間隔を有する平行隙間を含む絞り部を備え、平行隙間の整流作用により絞り部に流れる気体を乱れなく形成する。したがって、乱れなく形成された気体は、乱流、渦流を含まず、衝撃波を生ずることもなく、出力圧力のノイズを抑制することができる。 In addition, when the flapper is a bidirectional flapper and both the forward gas pressure and the reverse gas pressure are supplied to the load, the flapper is driven by a drive mechanism including a stator magnetic gap arranged in the axial direction and a mover. Is driven to move in the axial direction. Therefore, the magnetic gap does not change due to the movement of the mover, that is, the flapper, and hysteresis can be suppressed in driving the flapper. In addition, the flapper is supported by a radial support spring that suppresses rotation around the axis and enables movement in the axial direction. Therefore, the flapper is supported in a suspended manner by a radial spring, and can move only in the axial direction with a light load without sliding friction, friction of the rotating shaft, etc. Can be accurately controlled. Further, the gas throttle device provided on the primary side of the forward nozzle and the reverse nozzle includes a throttle portion including a parallel gap having a predetermined interval in a housing having a supply port and an output port. The gas flowing in the throttle portion is formed without turbulence by the rectifying action. Therefore, the gas formed without turbulence does not include turbulent flow and vortex flow, and does not generate a shock wave, and can suppress noise in the output pressure.
フラッパを双方向フラッパとし、逆方向フラッパに向き合う吸い込みノズルから排気するときも、軸方向に配置された固定子磁気ギャップと、可動子とを含む駆動機構により、フラッパが軸方向に移動駆動される。したがって、可動子すなわちフラッパの移動により磁気ギャップが変動せず、フラッパの駆動においてヒステリシスを抑制することができる。これに加えて、フラッパは、軸周りの回転を抑制し、軸方向の移動を可能とするラジアル支持ばねで支持される。したがって、フラッパは、ラジアルばねでいわば宙吊りで支持され、摺動摩擦や、回転軸の摩擦等を伴わずに、軽い負荷で軸方向にのみ移動でき、これにより、精度よくフラッパを駆動でき、出力圧力を精度よく制御できる。 Even when the flapper is a bidirectional flapper and exhausts from the suction nozzle facing the reverse flapper, the flapper is driven to move in the axial direction by a drive mechanism including a stator magnetic gap arranged in the axial direction and a mover. . Therefore, the magnetic gap does not change due to the movement of the mover, that is, the flapper, and hysteresis can be suppressed in driving the flapper. In addition, the flapper is supported by a radial support spring that suppresses rotation around the axis and enables movement in the axial direction. Therefore, the flapper is supported in a suspended manner by a radial spring, and can move only in the axial direction with a light load without sliding friction, friction of the rotating shaft, etc. Can be accurately controlled.
なお、双方向フラッパを用いるノズルフラッパ弁において、変位センサ又は速度検出センサのうち少なくとも一方を用いるものとしてもよい。 In the nozzle flapper valve using the bidirectional flapper, at least one of a displacement sensor and a speed detection sensor may be used.
上記のように、本発明に係るノズルフラッパ弁によれば、フラッパの駆動においてヒステリシスを抑制することができる。また、本発明に係るノズルフラッパ弁によれば、出力圧力のノイズを抑制することができる。 As described above, according to the nozzle flapper valve of the present invention, hysteresis can be suppressed in driving the flapper. Moreover, according to the nozzle flapper valve which concerns on this invention, the noise of output pressure can be suppressed.
以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。なお、以下の説明に用いる寸法等の数値は、1例であり、ノズルフラッパ弁に要求される性能、および全体の大きさ等を考慮して適宜変更することができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The numerical values such as dimensions used in the following description are examples, and can be appropriately changed in consideration of the performance required for the nozzle flapper valve, the overall size, and the like.
図1は、微小移動機構において、ノズルフラッパ弁10の用いられ方を説明する図である。最初に、ノズルフラッパ弁10により気体圧が制御されて微小移動機構に供給される様子の概略を説明し、ついでノズルフラッパ弁10の詳細内容を説明する。
FIG. 1 is a diagram for explaining how the
微小移動機構のアクチュエータ2は、案内部4と、案内部4により軸方向の移動を案内される可動体6から構成される。可動体6は段つき構造となっており、図1において紙面の右側の面である底面側で制御された気体圧Paを受け、段つきの面で別途供給される押し付け圧P1を受ける。押し付け圧は図1の−X方向に可動体6を付勢し押し付ける。
The
ノズルフラッパ弁10は、外部から供給圧Psを有する気体を供給し、制御部40の制御の下で、所望の気体圧Paの気体に調整して出力し、一部は大気P0に排気する機能を有する制御弁である。ノズルフラッパ弁10は、リニアモータ14と、リニアモータ14により図1のX方向である軸方向に駆動移動されるフラッパ22と、フラッパ22に開口部を向けて配置されるノズル32を備える。気体圧Paの気体は、気体流路の絞り装置100により流れる気体を整流して絞られ、ノズル32と負荷、すなわちアクチュエータ2に供給される。つまり、ノズル32からは、フラッパ22にむけて気体が噴き出している。
ここで、制御部40よりリニアモータ14に駆動信号が供給されると、リニアモータ14及びこれと一体に移動するフラッパ22は、X方向に移動する。すると、ノズル32とフラッパ22との距離が変わり、ノズル32とフラッパ22の間の流体抵抗が変化する。したがって、ノズル32から噴出す気体の流量及び気体圧が変わり、これに応じて負荷に供給される気体圧Paも変化する。つまり、リニアモータ14への駆動信号によって、出力圧力である気体圧Paを調整することができる。例えば、リニアモータ14を−X方向に移動させれば、ノズル32からの噴出が抑制され、その分、出力圧力である気体圧Paが高くなる。
Here, when a drive signal is supplied from the
調整された気体圧Paは、アクチュエータ2に供給される。可動体6は、供給された気体圧Paと押し付け圧P1とのバランスで移動するので、上記の例で気体圧Paが高くなれば、+X方向へ移動する。これを総合すれば、制御部40がリニアモータ14への駆動信号を制御することで、ノズルフラッパ弁10により気体圧Paが調整されて出力され、これを用いてアクチュエータ2において可動体6の移動を制御できることになる。
The adjusted gas pressure Pa is supplied to the
かかるノズルフラッパ弁10の詳細を図2に示す。ここで、図示されていない気体供給源からの供給圧Ps、大気P0、負荷に供給される出力圧力である気体圧Paは、図1と同じ記号として示す。ノズルフラッパ弁10は、気密構造の筐体12の中に、リニアモータ14と、リニアモータ14に一体として移動するフラッパ22と、リニアモータ14及びフラッパ22を支持する雲形ばね24,26と、フラッパ22に噴き出し開口を向けるノズル32と、図示されていない気体供給源からの供給圧Psを絞ってノズル32と負荷に供給する気体流路の絞り装置100が備えられる。なお、リニアモータ14は、筐体12に固定される磁石16、移動体18、移動体18に取り付けられるコイル20を有し、コイル20は、信号線28により接続端子30に接続される。接続端子30は、上記の制御部40に制御ケーブル等で接続される。
Details of the
筐体12は、内部にノズルフラッパ弁10の各構成要素を収納し、供給圧Psの供給口、大気P0の排気口、気体圧Paの負荷口の気体ポートを除いて気密であるケース体で、数個のブロックを組み立てて得ることができる。図2の例では、雲形ばね24,26を取り付けやすいように、3個のブロックに分けられている。かかる筐体12は、適当な金属ブロックを加工し、適当な気密シーリングを用いながら気密に組み立て、適当な固定手段で固定して得ることができる。材質は、気密性、堅牢性等を満たせば金属以外のものを一部用いることができるが、少なくともリニアモータ14のヨークを構成する部分は、磁性体であることを要する。
The
リニアモータ14は、軸方向、すなわち図2のX方向に沿って配置される固定子磁気ギャップと、その固定子磁気ギャップの中を軸方向に移動する可動子を含む直線駆動装置で、フラッパ22を軸方向に移動駆動する機能を有する。具体的には、磁性体である筐体12の一部に、X方向を軸方向とする円環状のギャップが設けられ、そのギャップの一方側に磁石16が取り付けられる。このことで、ギャップが、軸方向に配置された固定子磁気ギャップとなる。可動子は、この固定子磁気ギャップの中を軸方向に移動できる円環状の部分を有する移動体18と、移動体18の円環状の部分に軸方向に配列されたコイル20を含んで構成される。
The
このような固定子磁気ギャップと可動子の組み合わせにより、コイル20に駆動電流を流すことで、この電流と、コイル20を鎖交する固定子磁気ギャップの磁束との協働作用により、コイル20に軸方向の駆動力が与えられる。そして、このような構造において一般には、固定子磁気ギャップの中の磁束密度は、軸方向の場所により変化しない。したがって、固定子磁気ギャップの中をコイル20が軸方向に移動する分には、磁気ギャップとの協働作用に大きな変化がなく、いわゆる移動についてのヒステリシスがほとんど生じない。
Due to the combination of the stator magnetic gap and the mover, when a driving current is passed through the
磁石16は、固定子磁気ギャップを形成し、コイル20に鎖交する磁束を発生するためのものである。磁石16は、上記の円環状ギャップに合わせ、円環状としてもよく、また必要なトルクを得る程度に、円管状ギャップの一部に設けてもよい。かかる磁石としては、高性能の永久磁石を用いることができる。筐体12に磁石16を取り付けるには、適当な接着材を用いてもよく、あるいは、磁性体と磁石の吸引力のみで保持することもできる。
The
移動体18は、固定子磁気ギャップと協働して駆動力を発生するコイル20を搭載し、またフラッパ22が取り付けられる部品である。移動体18は、概略お椀形の形状のもので、お椀形の円環状側面にコイル20が円周方向に沿って巻きつけられる。お椀形の底にあたる部分の中心には、お椀形の円環状側面に平行に軸体19が突き出すように設けられ、軸体19の先端に、フラッパ22が取り付けられる。かかる移動体18及び軸体19は、適当な強度を有する金属又は樹脂を用い、成形により得ることができる。移動体18及び軸体19は、一体成形で形成してもよく、別々のものを組み立ててもよい。また、必要なトルクを得られるならば、移動体18を完全な円環状とせずに、円環状の一部の形状として、そこにコイル20を巻回してもよい。
The moving
コイル20は、絶縁被服導線を移動体18の円環状側面に円周状に複数回巻回されたもので、導線の抵抗、巻数等は、固定子磁気ギャップの特性設定とともに、リニアモータ14の速度や応答性性能の面から設定される。また、コイル20の引き出し線は、移動体18の円環状側面に沿って適当に這わされたのち、たわみを十分に持った自由端となって、空中を経由して接続端子30に接続される。このたわみや、導線のしなやかさは、移動体18の高速移動や応答性等に影響が少ないように選ぶことが好ましい。
The
フラッパ22は、ノズル32の噴き出し開口に向かい合い、ノズル32から噴出す気体を受け止める気体受面を有する部品である。フラッパ22は移動体18に取り付けられ、移動体18とともに軸方向に移動できる。そして、受け止めた気体の噴き出し力と、リニアモータ14の軸方向の推力とをバランスさせることで、フラッパ22の軸方向の位置が定まり、その位置におけるノズル32からの気体の噴き出し状態により、負荷への出力圧力である気体圧Paが定まる。気体受面は、軸方向に垂直が好ましい。かかるフラッパは、適当な金属材料又は樹脂材料を加工又は成形して得ることができる。また、軸体19と一体構造、あるいは移動体18及び軸体19と一体構造として成形して得ることとしてもよい。
The
移動体18回りの構成をまとめると、移動体18の円環状部分にX方向と直交する円周方向にコイル20が巻回され、円環状の中心軸に沿って軸体19がノズル32の方向に延び、軸体19の先端にフラッパ22が、気体受面を軸方向に垂直となるように設けられる。したがって、移動体18、軸体19、フラッパ22は、一体として軸方向に移動する。
When the configuration around the moving
一体として移動する(移動体18、軸体19、フラッパ22)の両端部は、雲形ばね24,26を介して筐体12に支持される。雲形ばねは、薄板に例えば雲形のスリットを設けた板ばねで、その中心に物体を接続し、周辺を固定端とすることで、物体の軸周りの回転を規制し、軸方向の移動を可能にして物体を支持できるラジアル支持ばねとしての機能を有する。
Both ends of the moving body 18 (
雲形ばねの例を図3に示す。これらの雲形ばねは、いずれもバネ性を有する金属薄板をエッチング又はプレス穴あけ加工又は放電加工等で複数の円環状あるいは複雑な雲形のスリットを設けたものである。スリットの形状は、雲形ばねの外周を固定し、中心軸に変位を与えたとき、軸方向の変位、すなわち図3の紙面に垂直な方向の直線変位に対する剛性に比べ、軸周りの変位、すなわち図3の紙面内での回転変位に対する剛性が大きくなるように工夫される。図3の例では、板厚、外径、材質を同じとして、静的な状態、すなわち、軸方向に変位が小さいときで、図3(a)は約110倍、図3(b)は約80倍、図3(c)は約60倍の剛性差を得ることができる。したがって、要求される精度に応じて、適当なスリットの形状、例えば図3(b)を選択することで、移動体18等の不必要なねじり振動等を抑制することができる。
An example of a cloud spring is shown in FIG. Each of these cloud springs is provided with a plurality of annular or complex cloud slits by etching, press drilling, electric discharge machining or the like on a thin metal plate having spring properties. When the outer periphery of the cloud spring is fixed and the center axis is displaced, the slit shape is a displacement around the axis, that is, a displacement around the axis, that is, a rigidity against a linear displacement in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. It is devised to increase the rigidity against rotational displacement in the plane of FIG. In the example of FIG. 3, the plate thickness, outer diameter, and material are the same, and in a static state, that is, when the displacement in the axial direction is small, FIG. 3A is about 110 times, and FIG. The rigidity difference of 80 times and FIG. 3C can be obtained about 60 times. Therefore, by selecting an appropriate slit shape, for example, FIG. 3B, according to the required accuracy, it is possible to suppress unnecessary torsional vibration or the like of the moving
このような雲形ばね24,26の中心部を、それぞれ軸体19の先端側及び後端側に取り付け、それぞれの雲形ばね24,26が変形しないように、それぞれの外周部を筐体12に固定する。こうすることで、軸体19は、両端がいわば雲形ばね24,26により宙吊りの形で支持され、雲形ばね24,26の特性により、軸周りの回転が抑制され、これに比べ軸方向の移動を自由に行うことができる。したがって、摺動による支持や、回転軸受による支持に比べ、負荷を少なくして、フラッパ22の軸方向の移動を行うことができる。
The center portions of the cloud springs 24 and 26 are attached to the front end side and the rear end side of the shaft body 19, and the respective outer peripheral portions are fixed to the
再び図2に戻り、ノズル32は、先端の開口部が後端の開口に比べ絞られた筒状の素子で、後端開口に供給された気体を絞って先端の開口部から細い流れとして噴出させる絞り機能を有する。ノズル32の気体流の方向は、軸方向に取られ、より詳しくは、リニアモータ14の中心軸と同軸に設定される。したがって、図2の構成に従えば、ノズル32の中心軸は、フラッパ22及び軸体19の中心軸と同軸に取られる。かかるノズル32は、金属材料等を加工して得ることができる。
Returning to FIG. 2 again, the
ノズル32とフラッパ22の関係の次に、ノズルフラッパ弁10の内部における気体の流れについて説明する。ノズルフラッパ弁10は、筐体12の外壁に3つの気体の出入りポートを有する。1つは、図示されていない気体供給源から一定高圧の供給圧Psに調整された気体が供給される供給口34又は供給ポートである。また、ノズルフラッパ弁10で使用済みの気体を大気P0に放出する排気口36又は排気ポートが設けられる。もう1つが、ノズル32とフラッパ22の協働作用により調整された気体圧Paを出力し負荷に供給する負荷口38又は負荷ポートである。
Next to the relationship between the
気体の流れと、各ポートとの関係は、以下のとおりである。供給口34からの供給圧Psの気体は、気体流路の絞り装置100の1次側に供給される。気体流路の絞り装置100の詳細内容については後述する。気体流路の絞り装置100の2次側は、ノズル32の後端の開口に接続されるとともに、負荷口38に接続される。ノズル32の先端の開口から噴き出し、フラッパ22に当たった後の気体は使用済みのものとして、排気口36に導かれる。すなわち、気体流路の絞り装置100の2次側からの気体は、ノズル32と負荷口38の先の負荷とに並列に供給される。したがって、ノズル32から噴き出す状態、すなわちノズル32とフラッパ22との間隔に応じ、負荷口38の出力圧力である気体圧Paが変化する。これを利用し、上記のように、リニアモータ14の駆動によりフラッパ22の軸方向の位置を変え、ノズル32からの噴き出しを変化させ、気体圧Paを所望の値に制御できる。
The relationship between the gas flow and each port is as follows. The gas having the supply pressure Ps from the
(気体流路の絞り装置)
気体流路の絞り装置100は、内部に平行隙間を有する絞り装置で、平行隙間を気体が流れることで気体の流れを整流し、乱れのない気体流として2次側に出力する機能を有する。図4は、ノズルフラッパ弁10に組み込まれる絞り装置100の断面図である。絞り装置100は、ノズルフラッパ弁10の筐体12内のブロックに組み込まれ、筐体12の一部である上蓋ブロック110と下ケースブロック120と、Oリング130と、下ケースブロック120内に収容される絞り部140とを含む。
(Gas channel restrictor)
The
上蓋ブロック110と下ケースブロック120とは、Oリング130とともに絞り部140を保持し、1次側圧力気体を供給し、2次側のノズルフラッパ及び負荷に供給する気体を出力するハウジングの機能を有する。上蓋ブロック110と下ケースブロック120は、高圧気体回路を形成するに十分な強度を有する材料を用い、その材料に、所望の気体保持特性を得るに適した機械加工、例えば精密穴加工、精密表面加工等を施すことで得ることができる。
The
上蓋ブロック110は、平坦な合わせ面112を有し、内部に1次側圧力気体の流路114が設けられ、流路114は合わせ面112において開口する。この開口部は、絞り部140に対する1次側圧力気体の供給口となる。
The
下ケースブロック120は、上蓋ブロック110の合わせ面112に対応する平坦な合わせ面122を有し、内部に2次側圧力気体の流路124が設けられる。下ケースブロック120には、絞り部140を収納する円筒状の凹部126と、Oリングを収納するための凹部128が設けられる。円筒状の凹部126の底面には、2次側圧力気体の流路124が開口し、この開口部が絞り部140からの2次側圧力気体の出力口となる。Oリングを収納するための凹部128は、図4に示すように、合わせ面122に近接し、かつ円筒状の凹部126の外側に設けられ、その形状及び寸法は、Oリング130を凹部128の中に配置し合わせ面122を上蓋ブロック110の合わせ面112に密着固定したときに、Oリング130の気密機能を十分に発揮させる変形が可能な大きさに設定される。すなわち、絞り部140の外周部と下ケースブロック120との間の気体の漏れを防ぎ、かつ下ケースブロック120の合わせ面122と上蓋ブロック110の合わせ面112との間の気体の漏れを防ぐに十分な変形が可能な大きさに設定される。
The
絞り部140は、気体回路の一部であって、1次側圧力気体を絞り、その際に流れる気体を乱れなく形成する機能を有する。具体的には、隙間形成蓋142と隙間保持ベース144と外側リング146から構成され、これらは図4に示すように相互に組み合わされて下ケースブロック120内に収納される。図5から図9に、絞り部140を構成する各要素の斜視図及び各要素の組み合わされる様子を示す。また、図10に、下ケースブロック120内に絞り部140が収納される様子を斜視図で示す。これらの要素により気体流路は、「上蓋ブロック110の流路114−貫通穴150−平行隙間152−外側窓部154−内側窓部156−穴158−下ケースブロック120の流路124」のように構成され、平行隙間152において気体が絞られ、乱れなく形成される。
The restricting
平行隙間152以外の気体流路においては、その流体抵抗が平行隙間152における流体抵抗に比べ無視できる程度となるように、流路の大きさが設定される。例えば、1次側圧力気体の圧力を5×105Pa、流速を30m/secとし、これを流速300m/secの層流に絞って2次側に出力するときは、1つの例示として、平行隙間152の隙間を約50μm、その長さを5〜10mm程度とし、平行隙間152以外の気体流路についてその寸法を数mm程度のものとすることが好ましい。
In the gas flow path other than the
図5に示す隙間形成蓋142は、中央部に貫通穴150を有するリングで、上面は上蓋ブロック110の合わせ面112に向かい合う面となり、下面は隙間保持ベース144に向かい合う面となる。したがって、絞り部140において、貫通穴150を介して1次側圧力気体を隙間保持ベース144に導く機能を有する。隙間形成蓋142の大きさは、上記の例において、外径を約10mm、厚みを約2mm、貫通穴150の直径を約3mmとすることができる。
The
図6に示す隙間保持ベース144は、上部のディスク部162と、ディスク部162の下部のリング部164と、ディスク部162とリング部164とを接続する4個の支え脚部166とを含む部材である。その外径は隙間形成蓋142の外径と同じ大きさの約10mmである。また隙間保持ベース144全体の高さは約4mm、その中でディスク部162の厚みを約0.8mmとすることができる。隙間保持ベース144は、機械加工等によりディスク部162と支え脚部166とリング部164とを一体に形成してもよく、あるいはこれらを個別に製作して組み合わせた組立体とすることもできる。
The
ディスク部162は、その上面側に4箇所の部分扇形部分168を備える。4箇所の部分扇形部分168の外径は、ディスク部162の直径と同じ約10mmに、その内径は、隙間形成蓋142の貫通穴150の直径と同じ約3mmに形成される。部分扇形部分168の上面は隙間形成蓋142の下面と接触する面で、その高さは上記の例で約50μmとすることができる。この約50μmの段差は機械加工で得ることができる。したがって、別の見方をすれば、ディスク部162の上面側は、周囲の部分扇形部分168から約50μm低い円筒状の凹部170を中央部に有し、その凹部170から外周に向け、やはり約50μm低い放射状に広がる4個の凹部172を備えていることになる。
The
図7は、隙間保持ベース144の上面と隙間形成蓋142の下面とを合わせて組み合わせた状態を示す図で、ディスク部162の凹部と隙間形成蓋142の下面の間に、隙間が約50μmの4個の平行隙間152が形成されることがわかる。そして、隙間形成蓋142の貫通穴150は、ディスク部162の中央部における円筒状の凹部170を介してこの平行隙間152に通ずることとなる。
FIG. 7 is a view showing a state in which the upper surface of the
リング部164は、隙間形成蓋142と同じ外径と内径と高さとを有するリングである。上記の例で、外径を約10mm、内径を約3mm、高さを約2mmとすることができる。各支え脚部166は、各部分扇形部分168に対応する外径と内径と扇形形状を有し、その高さは上記の例で約1.2mmとすることができる。したがって、別の見方をすれば、リング部164と各支え脚部166は、ディスク部162の下部にあって、ディスク部162の上面側における4個の平行隙間152に対応する位置に4個の内側窓部156を有し、その内側窓部156は、隙間保持ベース144の外周から内部に向かって開けられており、さらに内部には、ディスク部162の下部を突き当たりとし、リング部164の下面に開口を有する穴158が備えられていることになる。この穴158の直径は上記のように隙間形成蓋142の貫通穴150の直径と同じである。
The
図8に示す外側リング146は、隙間保持ベース144の高さに隙間形成蓋142の高さを加えた値の高さを有し、下ケースブロック120における円筒状の凹部126の内径に対応する外径と、隙間形成蓋142及び隙間保持ベース144の外径に対応する内径を有するリングである。上記の例では、高さを約(4+2)=6mm、内径を約10mmとし、外径を約12mmとすることができる。そして、リング外周には、隙間形成蓋142及び隙間保持ベース144を組み合わせたときに形成される平行隙間152及び内側窓部156に対応して4個の外側窓部154が設けられる。各外側窓部154の大きさは、平行隙間152及び内側窓部156を十分望める大きさに設定される。上記の例で、内側窓部156の高さは約1.2mmであり、ディスク部162の厚みは約0.8mmであるので、外側窓部154の高さは約(1.2mm+0.8mm)=2mmを十分超えた大きさの約2.5mmに設定される。
The
図9は、外側リング146の内側に隙間保持ベース144を収納し、その上に隙間形成蓋142を設置し、各外側窓部154を、それぞれ対応する内側窓部156と平行隙間152とを望む位置に位置決めして配置した状態を示す図で、この組み立て状態のものが絞り部140である。
In FIG. 9, the
絞り部140は、図10に示すように下ケースブロック120内に収納される。図10からわかるように、下ケースブロック120の絞り部140を収納する円筒状の凹部の内壁によって、絞り部140の各外側窓部154がそれぞれ蓋をされる状態になり、各外側窓部154は、開放端でなく、閉じた流路となる。このことで、「平行隙間152−外側窓部154−内側窓部156−穴158」という流路が形成される。したがって、Oリング130を介して上蓋ブロック110をしっかり下ケースブロック120に合わせることで、気体流路は、「上蓋ブロック110の流路114−貫通穴150−平行隙間152−外側窓部154−内側窓部156−穴158−下ケースブロック120の流路124」のように構成される。
The
このようにして、流路114に供給された1次側圧力気体は、この気体流路を通り、平行隙間152において絞られる。この平行隙間152は約50μmの隙間で長さは数mmであるので、その整流作用により、ここを流れる気体は乱れなく形成されて2次側のノズルフラッパ弁に供給される。また、平行隙間152は、ディスク部162の中央部における円筒状の凹部170からディスク部162の外周側に向けて放射状に広がる4個の凹部172により形成されるので、流れは急拡大せずに徐々に広がり、さらに滑らかな流れとすることができる。このようにして乱れなく形成された気体は、乱流、渦流を含まず、衝撃波を生ずることもない。したがって、絞り装置100において、高圧気体の出力圧力のノイズを抑制することができる。
In this manner, the primary pressure gas supplied to the
上記のように、図4の絞り装置100において平行隙間152は、隙間形成蓋142の下面と、隙間保持ベース144の上面のうち放射状に広がる凹部172との間で形成される。そして、平行隙間152の所定間隔、上記の例で約50μmは、隙間保持ベース144の上面における部分扇形部分168と凹部172との間の段差を利用し、部分扇形部分168の上面に隙間形成蓋142の下面が接触することで確保されている。この平行隙間152を確保するための段差は、上記のように隙間保持ベース144の上面における機械加工等で得ることができるが、スペーサを用いることもできる。
As described above, in the
図11〜図13は、4個の小扇形部分が中心で結ばれているスペーサ400を用いて平行隙間152を形成する様子を示す図である。図4〜図10と共通の要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図11は、厚みが約50μmのスペーサ400を示す図で、スペーサ400の4個の小扇形の外形を結ぶ径は、隙間保持ベース444の直径と同じに設定される。また、中央の接合部の大きさは、隙間形成蓋142の貫通穴150の径より十分小さく設定される。かかるスペーサ400は、所定厚みの金属板等をエッチング加工又は精密プレス加工又は放電加工により得ることができる。
11-13 is a figure which shows a mode that the
隙間保持ベース444は、図6で説明した隙間保持ベース144の上部のディスク部162において部分扇形部分168が無い点を除けば他の構成は同じである。すなわち、隙間保持ベース444のディスク部462の上面が平坦であるところが図6の隙間保持ベース144と異なる。図12は、上面が平坦な隙間保持ベース444にスペーサ400を組み合わせた様子を示す図である。スペーサ400は、その小扇形の外形を隙間保持ベース444の上部ディスク部462の外形に合わせるようにして、ディスク部462の平坦な上面に配置される。このことで、スペーサ400の小扇形のない部分472は、スペーサ400の上面からみて約50μm低くなる。
The
図13は、スペーサ400の上に隙間形成蓋142を配置し、平行隙間152を形成する様子を示す図である。平行隙間152は、スペーサ400の小扇形のない部分472に対応して形成される。この構成により、気体流路は、「−貫通穴150−スペーサ400の小扇形のない部分472に対応する平行隙間152−図4で説明した外側窓部154−」のように形成される。
FIG. 13 is a diagram illustrating a state in which the
図6の隙間保持ベース144においては4個の凹部172の加工に最も精度が要求される。これに対し、図11〜図13の構成においては、隙間保持ベース444はその上面を十分平坦に加工するだけで済み、精度を要求される平行隙間152は、スペーサ400の板厚管理をするだけでよい。したがって、複雑な加工を要することなく、所定の平行隙間152を容易に得ることができる。
In the
図14は、他の形状のスペーサ410の例を示す図である。この例では、4個のストレートな腕部が中心で結ばれる。スペーサ410の厚みが平行隙間の所定間隔に対応すること、4個の腕部の外形を結ぶ径が隙間保持ベース444の直径と同じに設定されること、また、中央の接合部の大きさが隙間形成蓋142の貫通穴150の径より十分小さく設定されること等は、図11のスペーサ400と同じである。
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the
図15は、部分扇形のスペーサ420を4個用い、これを隙間保持ベース444の平坦な上面に貼り付け等で配置する例を示す図である。この場合には、各スペーサ420の厚みが平行隙間の所定間隔に対応するほか、隙間保持ベース444の外形に合わせて4個のスペーサ420を配置したときにその中心部における部分扇形のない部分は、隙間形成蓋142の貫通穴150の径とほぼ対応することが好ましい。
FIG. 15 is a diagram illustrating an example in which four partial fan-shaped
図16〜図18は、4個の小扇形部分が外周部分で結ばれているスペーサ500を用いて平行隙間152を形成する様子を示す図である。図4〜図10と共通の要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。外周部分が接続されているスペーサ500を用いるときは、気体流路がスペーサ500の中心側から外側に向かって流れるために、隙間保持ベース544の上部ディスク部562の外形に工夫を要する。すなわち、上部ディスク部562の上面が平坦であることは図12で説明した隙間保持ベース444のディスク部462と同じであるが、ディスク部462の径方向の寸法が一部異なる。すなわち、スペーサ500の4個の小扇形部分に対応するところはスペーサ500の外径と同じであるが、スペーサ500の小扇形部分がない部分では、気体流路を確保するため、その径方向の寸法が小径となっている。
16-18 is a figure which shows a mode that the
図16は、スペーサ500を隙間保持ベース544の上に配置する様子を示す図である。スペーサ500は、詳しくは図18に示すように、4個の小扇形部分が外周部分で結ばれている。厚みは、平行隙間の間隔に対応し、上記の例では約50μmである。隙間保持ベース544の上部ディスク部562は、スペーサ500の4個の小扇形部分がない部分572のところでその外径574が他の部分より小径となり、スペーサ500の4個の小扇形部分がない部分の外周側のところで下向きに開口576を形成するようになっている。この開口576により、気体流路が確保される。
FIG. 16 is a diagram illustrating a state in which the
図17は、スペーサ500の上に隙間形成蓋142を配置し、平行隙間152を形成する様子を示す図である。平行隙間152は、スペーサ500の小扇形のない部分572に対応して形成される。この構成により、気体流路は、「−貫通穴150−スペーサ500の小扇形のない部分572に対応する平行隙間152−開口576−図4で説明した内側窓部156−」のように形成される。
FIG. 17 is a diagram illustrating a state in which the
図18は、スペーサ500と、上部ディスク部562の外形と、貫通穴150との関係を示す図である。スペーサ500は、上記のように4個の小扇形部分を有し、その外周は細いリング状部分で接続され、中心部分の小扇形部分のないところは、貫通穴150の直径に対応した大きさに設定される。上部ディスク部562の外形は、スペーサ500の小扇形部分に対応するところは、スペーサ500の外径と同じに設定され、小扇形部分のないところは、それより小径に設定される。その部分におけるスペーサのリング部分の内側と上部ディスク部562の外形との隙間sは、平行隙間の間隔に比較して十分に大きくなるように設定される。上記の例で、例えば、s=約1−2mmとすることができる。
FIG. 18 is a diagram illustrating the relationship between the
このように、適切な形状のスペーサを用いることで、隙間保持ベースの上面の複雑で高精度を要する加工を不要として、所定の平行隙間を容易に得ることができる。なお、上記の説明において、スペーサにより4個の平行隙間を形成するものとしたが、その数は4個に限られず、それ以下でもよく、それ以上でもよい。 Thus, by using a spacer having an appropriate shape, it is possible to easily obtain a predetermined parallel gap without requiring complicated and high-precision processing of the upper surface of the gap holding base. In the above description, the four parallel gaps are formed by the spacers. However, the number is not limited to four, and may be less or more.
上記において、絞り装置は、精密空気圧ノズルフラッパ弁の本体ブロックに組み込まれる形態で説明した。すなわち、絞り装置の絞り部は、本体ブロックの一部を成す下ケースブロックと上蓋ブロックとの間の収納空間に配置され、下ケースブロックと上蓋ブロックの一部が絞り部を収納するハウジングの機能を有している。この他に、独立のハウジングの内部に絞り部を配置して絞り装置を構成することができる。図19と図20は、独立のハウジング内にディスクを配置し、ハウジングの内壁とディスクとの間に平行隙間を設けて乱れなく流れを形成する絞り部とする構成の絞り装置を示す模式図である。 In the above description, the throttling device has been described as being incorporated in the main body block of the precision pneumatic nozzle flapper valve. That is, the aperture portion of the aperture device is disposed in a storage space between the lower case block and the upper lid block forming a part of the main body block, and the lower case block and a part of the upper lid block function as a housing for storing the aperture portion. have. In addition to this, it is possible to configure a diaphragm device by arranging a throttle section inside an independent housing. FIG. 19 and FIG. 20 are schematic views showing a throttling device having a configuration in which a disc is disposed in an independent housing and a parallel gap is provided between the inner wall of the housing and the disc to form a flow without disturbance. is there.
図19の絞り装置200は、一方端に供給口202を有し、他方端に出力口204を有するハウジング206の内部にディスク208が配置される。ディスク208は、ハウジング206と同軸に配置され、供給口202の直径より大きな外径を有する。また、ハウジング206は、ディスク208の上面に平行な供給口側内壁210を有する。ハウジング206の供給口側内壁210とディスク208の上面との間の平行隙間212は、例えば約50μmに設定される。ディスク208をこのような条件でハウジング206内に設置するには、図示されていない適当な支柱あるいはスペーサを用いることができる。平行隙間212の設定及びディスクの平行隙間212の長さを数mm程度にすることにより、平行隙間212の整流作用により、ここを流れる気体を乱れなく形成することができる。
19 has a
図20の絞り装置220は、一方端に供給口222を有し、他方端に出力口224を有するハウジング226の内部に3枚のディスク228,230,232が配置される。各ディスク228,230,232は、ハウジング226と同軸に配置され、供給口222の直径より大きな外径を有する。供給口222から見て最下流側に配置されるディスク232は円板で、それ以外のディスク228,230は、中央部に供給口222とほぼ同じ大きさの開口部234を有するドーナツ型ディスクである。各ディスク228,230,232の相互間の平行隙間236,238は、それぞれ約50μmに設定される。また、ハウジング226は、ディスク228の上面に平行な供給口側内壁240を有する。ハウジング226の供給口側内壁240とディスク228の上面との間の平行隙間242の隙間も、約50μmに設定される。各平行隙間236,238,242の長さを数mm程度にすることにより、各平行隙間236,238,242の整流作用により、ここを流れる気体を乱れなく形成することができる。なお、ドーナツ型ディスクの枚数をさらに増やし、平行隙間の数を増やすこともできる。
The
上記において、乱れなく流れを形成するのに平行平板の間の隙間を用いて説明したが、流れを乱れなく形成するには平行平板の間の隙間でなくてもよい。図21〜図24は、他の絞り部の構成を示す模式図である。図21に示す絞り部250は、直径の異なる複数のパイプ252を同軸に配置し、パイプ間の隙間を平行隙間とし、その隙間を例えば約50μmとし、その長さを数mmとするものである。図22に示す絞り部260は、らせん状に巻いた管262からなり、らせん管の隣り合う隙間を平行隙間とし、その隙間を例えば約50μmとし、その長さを数mmとするものである。図23に示す絞り部270は、絞り部270の軸方向に平行な方向に複数の平行平板272を配置し、平行平板間の隙間を例えば約50μmとし、その長さを数mmとするものである。
In the above description, the gap between the parallel plates is used to form the flow without any disturbance. However, the gap between the parallel plates may not be used to form the flow without any disturbance. FIG. 21 to FIG. 24 are schematic views showing the configuration of other diaphragm portions. 21 has a plurality of
これらの構成のように、約50μmの隙間で、数mmの長さを有する流路であれば、流れを乱れなく形成することができる。例えば、図23において、絞り部270の軸方向に平行な方向に複数の平行平板を配置したが、絞り部の断面を複数に区分し、区分されたそれぞれの小断面積の大きさを所定の大きさ、例えば、50μm角とすることでもよい。断面の形状は多角形でもよい。図24に示す絞り部280は、断面を円としたもの、すなわち、直径が約50μmの細長い管路282を複数束ね、絞り部としたものである。
As in these configurations, if the flow path has a length of several millimeters with a gap of about 50 μm, the flow can be formed without disturbance. For example, in FIG. 23, a plurality of parallel flat plates are arranged in a direction parallel to the axial direction of the
なお、上記において、隙間の大きさを約50μmとし、その長さを数mmとして説明したが、そこを流れる気体を乱れなくできる隙間の大きさ、隙間の長さは、そこに流す気体の圧力及び流速等により異なり、上記の値は1例である。 In the above description, the size of the gap is about 50 μm and the length is several mm. However, the size of the gap and the length of the gap that can prevent the gas flowing therethrough from being disturbed are the pressure of the gas flowing therethrough. The above value is an example, depending on the flow rate and the like.
かかる構成のノズルフラッパ弁10の作用を説明する。ここで制御部40からリニアモータ14に駆動信号が与えられていないときは、雲形ばね24,26の釣り合いでリニアモータ14は軸方向のある初期位置にいる。そして、ノズルフラッパ弁10の供給口34に供給圧Psの気体が図示されていない気体供給源から供給され、排気口36は大気P0に開放されると、供給圧Psの気体が気体流路の絞り装置100により流れる気体が整流されて絞られ、ノズル32と負荷とに分配されて供給される。したがって、ノズル32及び負荷口38には、整流されて、乱流や渦流あるいは衝撃波等のノイズのない気体が供給される。このときの負荷口38には、何ら制御されていない気体圧が出力される。
The operation of the
次に、負荷であるアクチュエータ2を作動させるために、必要な気体圧Paを負荷口38から供給する指令が制御部40に出されると、制御部40は所望の気体圧Paを出力するために必要なリニアモータ14への駆動電流値Iを予め決められているテーブルあるいはソフトウェアを用いて読み出す。そして、駆動回路に指示し駆動電流値Iの電流を、接続端子30を経由してリニアモータ14のコイル20に供給する。電流Iが流れるコイル20は、ヨークを構成する筐体12と磁石16により形成される固定子磁気ギャップからの鎖交磁束と協働し、軸方向の駆動力を得る。これにより、リニアモータ14の移動体18と一体のフラッパ22は、電流Iに応じて軸方向に移動駆動される。
Next, in order to operate the
そして、その移動に応じ、フラッパ22とノズル32の軸方向の間隔が変化し、それにより気体流路の絞り装置100からノズル32と負荷とに分配される割合が変化する。すなわち、負荷口38からの出力圧力が変化する。制御部40は、予め駆動電流Iと、それにより変化した後の気体圧Paとの関係を記憶しているので、所定の駆動電流Iを与えることで、負荷口38には所望の気体圧Paが出力される。
In accordance with the movement, the axial interval between the
このように、リニアモータ14によりフラッパ22とノズル32との間の間隔を変化させるので、フラッパの駆動においてヒステリシスを抑制することができ、また、気体流路面の絞り装置100を用いて整流された気体をノズル32と負荷に供給するので、負荷口38の出力圧力のノイズを抑制することができる。
As described above, since the interval between the
上記において、リニアモータ14の中立位置、すなわち制御部40から駆動信号が供給されないときの軸方向の安定位置は、2つの雲形ばね24,26の取り付け関係で定まる。したがってフラッパ22の中立位置も2つの雲形ばね24,26の取り付け関係で定まることになる。フラッパ22とノズル32の間隔は、ノズルフラッパ弁10の動作に大きく影響するので、この間隔を調整できるようにすることが好ましい。図25は、フラッパ22の中立の位置を調整し、任意のオフセット位置に設定できるノズルフラッパ弁50の例を示す図である。図2と共通の要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
In the above, the neutral position of the
このノズルフラッパ弁50は、図1で説明したノズルフラッパ弁10に、さらに1対のオフセットばね52,54と、そのオフセットばね52,54の付勢力を調整できるゼロ点調整ねじ56を設けたものである。1対のオフセットばね52,54は、リニアモータ14の中心軸の両端、詳しくは軸体19の両端にそれぞれ軸方向の付勢力が釣り合わさって加えられるように設けられるばねである。かかるオフセットばね52,54としては、適当なコイルばねを用いることができる。コイルばね以外の板ばね等の付勢手段を用いてもよい。図25の例では、一方のオフセットばね52には、軸体19の先端のフラッパ22と、筐体12との間の圧縮コイルばねが用いられ、他方のオフセットばね54は、軸体19の後端の移動体18と、筐体12にねじ込まれるゼロ点調整ねじ56の先端との間の圧縮コイルばねが用いられている。オフセットばねは1対でなくても、単一のばねで軸体の中立位置を釣り合わせるものであればよい。
In the
ゼロ点調整ねじ56は、筐体12にねじ込まれる量を調整することで、オフセットばね52,54の全体の長さを変化させ、これによりフラッパ22を軸方向の任意のオフセット位置に設定できる機能を有するねじである。ここでゼロ点とは、X方向の幾何学的な原点という意味よりは、ノズルフラッパ弁10の動作点のゼロ点という意味が強い。すなわち、ゼロ点調整ねじ56により、ノズルフラッパ弁10の組み立て後に、その動作点を最適に設定することができる。
The zero
上記において、ノズルフラッパ弁10の制御は、制御部40からのリニアモータ14への駆動信号として説明した。つまり、オープンループで気体圧Paを制御する。これをより精度の高い制御とするには、フラッパ22の軸方向の変位又は速度等を検出し、これを制御部40へフィードバックし、制御部40で位置制御、速度制御等のフィードバック制御を行うことが望ましい。図26は、フラッパ22の軸方向の位置情報を制御部40にフィードバックできる変位センサ62を用いるノズルフラッパ弁60の構成を示す図である。図2と共通の要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
In the above description, the control of the
このノズルフラッパ弁60は、図1で説明したノズルフラッパ弁10に、さらに、フラッパ22の軸方向の変位を検出する変位センサ62と、そのセンサ入出力を制御部40と接続するための接続端子68を設けたものである。
The
変位センサ62には、差動変圧器方式のものを用いることができる。すなわち、先端にフラッパ22が設けられる軸体19の後端をさらに延ばし、その先に軟磁性体プローブ64を取り付け、これと協働するトランス巻線66を筐体12側に設ける。軟磁性体プローブ64は、軸体19を延長するほか、移動体18に軸体19と同軸になるように別体のものを取り付けてもよい。いずれにせよ磁性体プローブ64は、フラッパ22と一体として軸方向に移動し、トランス巻線66の空洞部への挿入長さに応じた信号がトランス巻線66から出力される。トランス巻線66の各端子は、接続端子68を介して制御部40に接続されるので、必要な動作条件は制御部40から供給され、軟磁性体プローブ64の軸方向変位に応じた信号は制御部40に出力される。
As the
この他に、光学式の位置検出センサ等を用いてもよい。また、速度検出を行うには、例えば、リニアモータ14にこれと一体で動くサーチコイルを設け、その出力からリニアモータ14の速度を得る等の方法をとることができる。位置検出及び速度検出をともに行い、制御部40にフィードバックしてもよく、さらに加速度のフィードバックを行うこととしてもよい。
In addition, an optical position detection sensor or the like may be used. In order to detect the speed, for example, a search coil that moves integrally with the
このように、フラッパ22の運動情報を検出して制御部40に供給するので、制御部40において、変位、速度、加速度等のフィードバック制御を行うことができ、精密な気体圧Paの制御が可能になる。
As described above, since the motion information of the
図1において、ノズルフラッパ弁10からアクチュエータ2に供給されるのは、調整された気体圧Paの1種類である。アクチュエータによっては、2つの気体室をもち、2種類の制御気体圧を必要とするものがある。図27は、負荷に対し、2種類の気体圧Pa,Pbを出力できるノズルフラッパ弁70の構成を示す図である。図2と共通の要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
In FIG. 1, one type of adjusted gas pressure Pa is supplied from the
このノズルフラッパ弁70は、図1で説明したノズルフラッパ弁10に、さらに、もう1つのフラッパ72と、もう1つのノズル74とを設けたものである。もう1つのフラッパ72は、先端にフラッパ22が設けられる軸体19の後端側に設けられる。具体的には、雲形ばね26が取り付けられる軸体19の後端あるいは移動体18の後端に、気体受面を設け、これをもう1つのフラッパ72とする。このフラッパ72の気体受面に、もう1つのノズル74の噴き出し開口が向かい合う。
The
このように、1つのリニアモータ14によって一体に移動する2つのフラッパ22,72が設けられ、これらに対応して2つのノズル32,74が設けられる。図27に示すように、図2ですでに説明したフラッパ22とノズル32は、リニアモータ14が軸方向に沿って+X方向に移動するとき、その間隔が狭まる。これに対し、新しく設けられるフラッパ72とノズル74は、−X方向に移動するとき、その間隔が狭まるように配置される。つまり、フラッパ22の気体受面の向かう方向と、フラッパ72の気体受面の向かう方向とは軸方向に対し互いに逆で、ノズル32の気体の噴き出し方向と、ノズル74の気体の噴き出し方向とは軸方向に対し互いに逆になるように、フラッパ72とノズル74が図2の構成に新しく加えられる。
As described above, the two
このように、2つのフラッパ22,72、あるいは2つのノズル32,74は、互いに独立に設けられるわけではないので、これを軸方向の移動あるいは隙間の変化が互いに逆であることに注目して、一方を順方向フラッパ(22)、順方向ノズル(32)と呼び、他方を逆方向フラッパ(72)、逆方向ノズル(74)と呼ぶことができる。また、1つのリニアモータ14に方向の異なるフラッパが設けられるので、順方向フラッパ(22)と逆方向フラッパ(72)の組を、双方向フラッパと呼ぶこともできる。
Thus, since the two
図2に対し、図27で新しく加えられる逆方向ノズル(74)は、順方向ノズル(32)と同じものを用い、その中心軸を軸体19の中心軸と合わせ、噴き出し開口の向きを+X方向、すなわちフラッパ72に向けて筐体12に取り付けられる。
In contrast to FIG. 2, the reverse nozzle (74) newly added in FIG. 27 is the same as the forward nozzle (32), its central axis is aligned with the central axis of the shaft body 19, and the direction of the ejection opening is + X. It is attached to the
ノズルフラッパ弁70は、筐体12の外壁に5つの気体の出入りポートを有する。このうちの3つは図2で説明したように、順方向ノズル(32)と順方向フラッパ(22)に関するもので、供給口34、排気口36、及び気体圧Paを出力し負荷に供給する負荷口38である。あとの2つは、逆方向ノズル(74)と逆方向フラッパ(72)に関するもので、1つは、一定高圧の供給圧Psに調整された気体が供給される供給口76で、これはすでに説明した供給口34と同様のもので、供給圧Psも同じ気体供給源から供給されることができる。もう1つは、逆方向ノズル(74)と逆方向フラッパ(72)の協働作用により調整された気体圧Pbを出力し負荷に供給する第2の負荷口78である。
The
ここで、供給口76からの供給圧Psの気体は、気体流路の絞り装置100の1次側に供給され、その2次側は、逆方向ノズル(74)の後端の開口に接続されるとともに、第2の負荷口78に接続される。気体流路の絞り装置100は、図2で述べたものと同じものを用いることができる。すなわち、ここでも、順方向ノズル(32)と順方向フラッパ(22)の協働作用と同様に、気体流路の絞り装置100の2次側からの気体は、ノズル32と負荷とに並列に供給され、したがって、逆方向ノズル(74)から噴き出す状態、すなわち逆方向ノズル(74)と逆方向フラッパ(72)との間隔に応じ、負荷へ供給される気体圧Pbが変化する。
Here, the gas of the supply pressure Ps from the
いま、順方向ノズル(32)と順方向フラッパ(22)との間隔と、逆方向ノズル(74)と逆方向フラッパ(72)との間隔とが同じのときを、リニアモータ14の中立位置とする。このときは、他の条件が順方向と逆方向とに対し同一とすれば、負荷口38の気体圧Pa=負荷口78の気体圧Pbである。つぎに、リニアモータ14が+X方向にΔX移動すると、負荷口38の気体圧Paも負荷口78の気体圧Pbも変化する。その変化量は、他の条件を同一として、同じ量で符号が逆となる。すなわち、負荷口38の気体圧が+Δp変化すれば、負荷口78の気体圧は−Δp変化する。
When the distance between the forward nozzle (32) and the forward flapper (22) and the distance between the backward nozzle (74) and the backward flapper (72) are the same, the neutral position of the
このようにして、双方向フラッパと、これに向かい合うノズルを用いることで、負荷に対し、一定の関係を有する2種類の精密に調整された気体圧Pa,Pbを出力することができる。 In this way, by using the bidirectional flapper and the nozzle facing the two, it is possible to output two types of precisely adjusted gas pressures Pa and Pb having a certain relationship with the load.
図28は、リニアモータ14を用いるノズルフラッパ弁80において、双方向フラッパを用い、気体の入出力ポートを3つにする構成を示す図である。図27と共通の要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
FIG. 28 is a diagram showing a configuration in which a bidirectional flapper is used in the
このノズルフラッパ弁80においては、図27と同様に順方向フラッパ(22)、順方向ノズル(32)及び、逆方向フラッパ(72)、逆方向ノズル(74)を用いることは同じであるが、気体の流れ方と、気体の入出力ポートが異なる。すなわち、気体の入出力ポートとしては、図示されていない気体供給源から一定高圧の供給圧Psに調整された気体が供給される供給口82と、使用済みの気体を大気P0に放出する排気口84と、順方向ノズル(32)と順方向フラッパ(22)の協働作用により調整された気体圧Paを出力し負荷に供給する負荷口86の3つを備える。
In this
そして、供給口82からの供給圧Psを有する気体は順方向ノズル(32)に供給され、順方向フラッパ(22)との間隔に応じて順方向ノズル(32)から噴き出した気体は、逆方向ノズル(74)の先の排気口84と、負荷口86の先の負荷とに並列に供給される。したがって、逆方向ノズル(74)は、気体を吸い込む機能を有し、いわば吸い込みノズルである。吸い込みノズル(74)における気体の吸い込みは、逆方向フラッパ(72)との間隔に応じて変化する。このように、リニアモータ14の移動により、順方向ノズル(32)からの気体の噴き出しと、逆方向ノズル(74)への気体の吸い込みとを同期して制御することで、負荷口86に出力される気体圧Paを調整することができる。なお、以上説明した絞り装置において、超精密な制御圧力を必要としないノズルフラッパでは、通常のオリフィスを用いることができる。
And the gas which has the supply pressure Ps from the supply port 82 is supplied to a forward direction nozzle (32), and the gas spouted from the forward direction nozzle (32) according to the space | interval with a forward direction flapper (22) is a reverse direction. The gas is supplied in parallel to the
本発明に係るノズルフラッパ弁は、以下の気体アクチュエータに供給する気体圧を制御するのに用いることができる。すなわち、微小移動機構用の気体アクチュエータ、粗動及び微小移動可能な機構の気体アクチュエータ、アクティブ除振用の気体アクチュエータ、精密位置決め装置の気体アクチュエータ、容器内の精密な圧力制御等に、精密に制御された気体圧を供給するのに用いることができる。 The nozzle flapper valve according to the present invention can be used to control the gas pressure supplied to the following gas actuator. In other words, precise control such as gas actuators for minute movement mechanisms, gas actuators for coarse movement and minute movement mechanisms, gas actuators for active vibration isolation, gas actuators for precision positioning devices, precise pressure control in containers, etc. Can be used to supply the gas pressure.
2 アクチュエータ、4 案内部、6 可動体、10,50,60,70,80 ノズルフラッパ弁、12 筐体、14 リニアモータ、16 磁石、18 移動体、19 軸体、20 コイル、22,72 フラッパ、28 信号線、30,68 接続端子、32,74 ノズル、34,76,82 供給口、36,84 排気口、38,78,86 負荷口、40 制御部、52,54 オフセットばね、62 変位センサ、64 軟磁性体プローブ、66 トランス巻線、100,101、200,220 絞り装置、140,250,260,270,280 絞り部、142 隙間形成蓋、144,444,544 隙間保持ベース、152,212,236,238,242 平行隙間、162,462,562 ディスク部、172 凹部、202,222 供給口、204,224 出力口、206,226 ハウジング、208,228,230,232 ディスク、210,240 供給口側内壁、272 平行平板、282 管路。 2 Actuator, 4 Guide section, 6 Movable body, 10, 50, 60, 70, 80 Nozzle flapper valve, 12 Housing, 14 Linear motor, 16 Magnet, 18 Moving body, 19 Shaft body, 20 Coil, 22, 72 Flapper, 28 signal lines, 30, 68 connection terminals, 32, 74 nozzles, 34, 76, 82 supply ports, 36, 84 exhaust ports, 38, 78, 86 load ports, 40 control units, 52, 54 offset springs, 62 displacement sensors , 64 soft magnetic probe, 66 transformer winding, 100, 101, 200, 220 aperture device, 140, 250, 260, 270, 280 aperture, 142 gap forming lid, 144, 444, 544 gap holding base, 152, 212, 236, 238, 242 Parallel gap, 162, 462, 562 Disc portion, 172 Concavity, 202 , 222 Supply port, 204, 224 Output port, 206, 226 Housing, 208, 228, 230, 232 Disc, 210, 240 Supply port side inner wall, 272 Parallel flat plate, 282 Pipe line.
Claims (11)
フラッパに向けて気体噴き出し開口を有し、フラッパとの間の距離に応じて気体の噴き出しが変化するノズルと、
1次側より圧力気体が供給され、これを絞って2次側よりノズルと負荷とに供給する気体流路の絞り装置と、
を有し、フラッパの移動を制御して負荷に供給される気体圧を制御するノズルフラッパ弁において、
駆動機構は、
軸方向に配置された固定子磁気ギャップと、
駆動信号が入力されるコイルを有し、固定子磁気ギャップと協働して軸方向に駆動される可動子と、
を含み、
フラッパは、フラッパの軸周りの回転を抑制し、軸方向の移動を自在とするラジアル支持ばねに支持され、
気体流路の絞り装置は、
一方端に1次側供給口を有し、他方端に2次側出力口を有するハウジングと、
気体の流れ方向に沿い、所定の間隔を有する平行隙間を含む絞り部と、
を備え、平行隙間の整流作用により絞り部に流れる気体を乱れなく形成することを特徴とするノズルフラッパ弁。 A flapper driven to move in the axial direction by a drive mechanism;
A nozzle that has a gas ejection opening toward the flapper, and the gas ejection changes according to the distance from the flapper;
A gas flow restricting device which is supplied with pressure gas from the primary side, and squeezes this to supply the nozzle and load from the secondary side;
In a nozzle flapper valve that controls the gas pressure supplied to the load by controlling the movement of the flapper,
The drive mechanism is
An axially arranged stator magnetic gap;
A mover having a coil to which a drive signal is input and driven in an axial direction in cooperation with a stator magnetic gap;
Including
The flapper is supported by a radial support spring that suppresses rotation around the axis of the flapper and allows axial movement.
The gas flow restrictor is
A housing having a primary supply port at one end and a secondary output port at the other end;
A throttle part including a parallel gap having a predetermined interval along the gas flow direction;
The nozzle flapper valve is characterized in that the gas flowing in the throttle portion is formed without disturbance by the rectifying action of the parallel gap.
絞り部は、平行平板により平行隙間が形成される絞り部であることを特徴とするノズルフラッパ弁。 The nozzle flapper valve according to claim 1,
The nozzle flapper valve, wherein the throttle part is a throttle part in which a parallel gap is formed by a parallel plate.
絞り部は、ハウジングと同軸に配置され供給口の直径より大きな外径のディスクを含み、ハウジングは、ディスクの面に平行な供給口側内壁を有し、
平行隙間は、ハウジングの供給口側内壁とディスクの一方側の面との間で形成されることを特徴とするノズルフラッパ弁。 The nozzle flapper valve according to claim 2,
The throttle portion includes a disk that is disposed coaxially with the housing and has an outer diameter larger than the diameter of the supply port, and the housing has a supply port side inner wall parallel to the surface of the disk,
The nozzle flapper valve, wherein the parallel gap is formed between an inner wall on the supply port side of the housing and a surface on one side of the disk.
絞り部は、ハウジングと同軸に積層配置され供給口の直径より大きな外径の複数のディスクを含み、複数のディスクは所定間隔で積層され、供給口からみて最下流側に配置される円板以外のディスクが中央部に気体流入口を有するドーナツ型ディスクであることを特徴とするノズルフラッパ弁。 The nozzle flapper valve according to claim 3,
The throttle portion includes a plurality of disks arranged coaxially with the housing and having an outer diameter larger than the diameter of the supply port, and the plurality of disks are stacked at a predetermined interval and other than a disk disposed on the most downstream side as viewed from the supply port. A nozzle flapper valve characterized in that the disk is a donut-shaped disk having a gas inlet in the center.
絞り部は、平行隙間を形成するための所定厚みのスペーサが平行平板の間に配置されることを特徴とするノズルフラッパ弁。 The nozzle flapper valve according to claim 2,
The throttle part is a nozzle flapper valve characterized in that a spacer having a predetermined thickness for forming a parallel gap is disposed between parallel plates.
フラッパに向けて気体噴き出し開口を有し、フラッパとの間の距離に応じて気体の噴き出しが変化するノズルと、
1次側より圧力気体が供給され、これを絞って2次側よりノズルと負荷とに供給する気体流路の絞り装置と、
を有し、フラッパの移動を制御して負荷に供給される気体圧を制御するノズルフラッパ弁において、
フラッパは、フラッパの軸周りの回転を抑制し、軸方向の移動を自在とするラジアル支持ばねに支持され、
気体流路の絞り装置は、
一方端に供給口を有し、他方端に出力口を有するハウジングと、
ハウジング内に設けられ、気体の流れ方向に沿い並列に配置された所定の断面積を有する複数の管路を含む絞り部と、を備え、管路の整流作用により絞り部に流れる気体を乱れなく形成することを特徴とするノズルフラッパ弁。 A flapper driven to move in the axial direction by a drive mechanism;
A nozzle that has a gas ejection opening toward the flapper, and the gas ejection changes according to the distance from the flapper;
A gas flow restricting device which is supplied with pressure gas from the primary side, and squeezes this to supply the nozzle and load from the secondary side;
In a nozzle flapper valve that controls the gas pressure supplied to the load by controlling the movement of the flapper,
The flapper is supported by a radial support spring that suppresses rotation around the axis of the flapper and allows axial movement.
The gas flow restrictor is
A housing having a supply port at one end and an output port at the other end;
A throttle part including a plurality of pipes having a predetermined cross-sectional area provided in a housing and arranged in parallel along the gas flow direction, and without disturbing the gas flowing through the throttle part by the rectifying action of the pipes A nozzle flapper valve characterized by being formed.
駆動機構の可動子は、軸周りの回転を抑制し、軸方向の移動を自在とするラジアル支持ばねに支持されることを特徴とするノズルフラッパ弁。 The nozzle flapper valve according to any one of claims 1 to 6,
The nozzle flapper valve characterized in that the mover of the drive mechanism is supported by a radial support spring that suppresses rotation around the axis and allows movement in the axial direction.
フラッパに対し、軸方向に沿った任意のオフセット位置を中心に付勢するオフセットばねを備えることを特徴とするノズルフラッパ弁。 The nozzle flapper valve according to any one of claims 1 to 6,
A nozzle flapper valve comprising an offset spring that urges the flapper around an arbitrary offset position along the axial direction.
フラッパの軸方向の変位を検出する変位センサ又は軸方向の速度を検出する速度検出センサのうち少なくとも一方を備えることを特徴とするノズルフラッパ弁。 The nozzle flapper valve according to any one of claims 1 to 6,
A nozzle flapper valve comprising at least one of a displacement sensor for detecting an axial displacement of a flapper and a speed detection sensor for detecting an axial speed.
順方向フラッパ面に向けて気体噴き出し開口を有し、順方向フラッパ面との間の距離に応じて気体の噴き出しが変化する順方向ノズルと、
逆方向フラッパ面に向けて気体噴き出し開口を有し、逆方向フラッパ面との間の距離に応じて気体の噴き出しが変化する逆方向ノズルと、
1次側より圧力気体が供給され、これを絞って2次側より順方向ノズルと負荷とに供給する気体流路の順方向絞り装置と、
1次側より圧力気体が供給され、これを絞って2次側より逆方向ノズルと負荷とに供給する気体流路の逆方向絞り装置と、
を有し、双方向フラッパの移動を制御し、順方向絞り装置から負荷に供給される順方向気体圧と、逆方向絞り装置から負荷に供給される逆方向気体圧とを制御するノズルフラッパ弁において、
駆動機構は、
軸方向に配置された固定子磁気ギャップと、
駆動信号が入力されるコイルを有し、固定子磁気ギャップと協働して軸方向に駆動される可動子と、
を含み、
双方向フラッパは、軸体の両端部で、フラッパの軸周りの回転を抑制し、軸方向の移動を自在とするラジアル支持ばねにそれぞれ支持され、
気体流路の順方向絞り装置及び逆方向絞り装置は、それぞれ、
一方端に1次側供給口を有し、他方端に2次側出力口を有するハウジングと、
気体の流れ方向に沿い、所定の間隔を有する平行隙間を含む絞り部と、
を備え、平行隙間の整流作用により絞り部に流れる気体を乱れなく形成することを特徴とするノズルフラッパ弁。 A bidirectional flapper having a forward flapper surface and a reverse flapper surface at both ends of a shaft body that is driven to move in the axial direction by a drive mechanism;
A forward nozzle that has a gas ejection opening toward the forward flapper surface and the gas ejection changes according to the distance between the forward flapper surface;
A reverse nozzle that has a gas jet opening toward the reverse flapper surface, and the gas jet changes according to the distance between the reverse flapper surface;
A forward throttle device for a gas flow path, which is supplied with pressure gas from the primary side, and squeezes this to supply the forward nozzle and load from the secondary side;
A gas flow direction reverse throttle device that is supplied with pressure gas from the primary side and squeezes it from the secondary side to supply the reverse nozzle and the load;
A nozzle flapper valve that controls the movement of the bidirectional flapper and controls the forward gas pressure supplied from the forward throttle device to the load and the reverse gas pressure supplied from the reverse throttle device to the load. ,
The drive mechanism is
An axially arranged stator magnetic gap;
A mover having a coil to which a drive signal is input and driven in an axial direction in cooperation with a stator magnetic gap;
Including
The bidirectional flapper is supported by radial support springs that suppress rotation around the axis of the flapper and freely move in the axial direction at both ends of the shaft body,
Each of the forward throttle device and the reverse throttle device for the gas flow path is
A housing having a primary supply port at one end and a secondary output port at the other end;
A throttle part including a parallel gap having a predetermined interval along the gas flow direction;
The nozzle flapper valve is characterized in that the gas flowing in the throttle portion is formed without disturbance by the rectifying action of the parallel gap.
順方向フラッパ面に向けて気体噴き出し開口を有し、順方向フラッパ面との間の距離に応じて気体の噴き出しが変化する噴き出しノズルと、
逆方向フラッパ面に向けて気体吸い込み開口を有し、逆方向フラッパ面との間の距離に応じて、気体の吸い込みが変化する吸い込みノズルと、
を有し、噴き出しノズルから噴出す気体を吸い込みノズルと負荷に供給し、双方向フラッパの移動を制御して負荷に供給される気体圧を制御するノズルフラッパ弁において、
駆動機構は、
軸方向に配置された固定子磁気ギャップと、
駆動信号が入力されるコイルを有し、固定子磁気ギャップと協働して軸方向に駆動される可動子と、
を含み、
双方向フラッパは、軸体の両端部で、フラッパの軸周りの回転を抑制し、軸方向の移動を自在とするラジアル支持ばねにそれぞれ支持されることを特徴とするノズルフラッパ弁。
A bidirectional flapper having a forward flapper surface and a reverse flapper surface at both ends of a shaft body that is driven to move in the axial direction by a drive mechanism;
An ejection nozzle having a gas ejection opening toward the forward flapper surface, the gas ejection changing according to the distance between the forward flapper surface,
A suction nozzle that has a gas suction opening toward the reverse flapper surface, and the gas suction changes according to the distance from the reverse flapper surface;
In a nozzle flapper valve that controls the gas pressure supplied to the load by controlling the movement of the bidirectional flapper by sucking the gas ejected from the ejection nozzle and supplying it to the load.
The drive mechanism is
An axially arranged stator magnetic gap;
A mover having a coil to which a drive signal is input and driven in an axial direction in cooperation with a stator magnetic gap;
Including
2. A nozzle flapper valve, wherein the bidirectional flapper is supported by radial support springs that suppress rotation around the axis of the flapper and can move in the axial direction at both ends of the shaft body.
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