JP2006170361A - Valve device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体の送給量を制御するための弁装置に関する。 The present invention relates to a valve device for controlling a fluid supply amount.
液体の流量を制御するための弁装置として、流入口を有する第1部材と、この第1部材に取り付けられた弁ハウジングと、弁ハウジング内に収容され弁体と、弁体を開方向に弾性的に偏倚するための弾性偏倚手段と、弁ハウジングに取り付けられた第2部材と、第2部材内に収容された流量制御駆動手段と、弁ハウジング内の弁収容空間と第2部材内の駆動部材収容空間とを密封遮断するためのダイヤフラムと、第2ハウジングに取り付けられた開閉用駆動手段とを備えたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。開閉用駆動手段は開閉用駆動素子及び開閉用プランジャから構成され、流量制御用駆動手段は流量制御用プランジャ及び流量制御用駆動素子(例えば、流量制御用駆動コイル)から構成されている。 As a valve device for controlling the flow rate of liquid, a first member having an inlet, a valve housing attached to the first member, a valve body housed in the valve housing, and elastically opening the valve body Elastically biasing means for biasing, a second member attached to the valve housing, a flow rate control drive means accommodated in the second member, a valve accommodating space in the valve housing, and a drive in the second member There has been known one provided with a diaphragm for hermetically sealing off a member housing space and an opening / closing drive means attached to a second housing (see, for example, Patent Document 1). The opening / closing drive means is constituted by an opening / closing drive element and an opening / closing plunger, and the flow rate control drive means is constituted by a flow rate control plunger and a flow rate control drive element (for example, a flow rate control drive coil).
この弁装置では、流体の送給を停止するときには開閉用駆動手段が作動状態に、また流量制御用駆動手段が非作動状態となる。この作動状態においては、開閉用駆動素子(開閉用駆動コイル)によって開閉用プランジャが閉方向に移動され、この開閉用プランジャ、流量制御用駆動手段の流量制御用プランジャ及びダイヤフラムを介して弁体が第1部材の弁座に当接し、流入口からの流体の送給が停止される。また、流体を送給するときには開閉用駆動手段が非作動状態に、また流量制御用駆動手段が作動状態となる。この状態においては、開閉用プランジャが後退して非作用状態(開閉用プランジャが流量制御用プランジャと離隔する状態)に保持され、また流量制御用駆動手段が開閉用駆動手段側に移動する(例えば、流量制御用駆動コイルに駆動電流が供給され、流量制御用プランジャが開閉用駆動手段側に磁気的に吸引される)。かくして、弁体が弾性偏倚手段の作用によって開閉用駆動手段側に移動し、第1部材の弁座と弁体との間が開放され、流入口を通して流体が送給される。この送給状態において、流量制御用駆動手段の作動状態を制御して流量制御用プランジャの移動量を制御する(例えば、流量制御用駆動コイルに供給される駆動電流を制御して流量制御用プランジャの吸引量を制御する)と、第1部材の弁座と弁体との間の間隙の大きさが変化し、これによって、流入口を通して送給される流体の送給量を調整することができる。 In this valve device, when the fluid supply is stopped, the opening / closing drive means is in an activated state, and the flow rate controlling drive means is inactivated. In this operating state, the open / close plunger is moved in the closing direction by the open / close drive element (open / close drive coil), and the valve element is moved through the open / close plunger, the flow rate control plunger of the flow rate control drive means, and the diaphragm. Contact with the valve seat of the first member stops the supply of fluid from the inlet. Further, when the fluid is fed, the opening / closing drive means is deactivated, and the flow rate control drive means is activated. In this state, the open / close plunger is retracted and held in a non-operating state (a state where the open / close plunger is separated from the flow control plunger), and the flow control drive means moves toward the open / close drive means (for example, The drive current is supplied to the flow control drive coil, and the flow control plunger is magnetically attracted to the open / close drive means side). Thus, the valve body moves toward the opening / closing drive means by the action of the elastic biasing means, the space between the valve seat of the first member and the valve body is opened, and the fluid is fed through the inflow port. In this feeding state, the movement state of the flow rate control plunger is controlled by controlling the operating state of the flow rate control drive means (for example, the flow rate control plunger is controlled by controlling the drive current supplied to the flow rate control drive coil. The amount of suction between the valve seat of the first member and the valve body changes, thereby adjusting the amount of fluid fed through the inlet. it can.
しかしながら、上述した従来の弁装置には、次の通りの解決すべき問題がある。第1に、弁体を開閉制御するための開閉用駆動手段と、弁体の開度を制御する(換言すると、液体の流量を制御する)ための流量制御用駆動手段との二つの駆動手段が設けられており、それ故に、弁装置の構成が複雑になるとともに、弁装置全体が大きくなり、またその製造コストが高くなる問題がある。第2に、流量制御用駆動手段の流量制御用駆動素子(例えば、流量制御用駆動コイル)を作動させて弁体を開放する故に、弁体を開状態に保持するためには流量制御用駆動手段を作動状態に保持する(例えば、流量制御用駆動コイルに駆動電流を供給し続ける)必要がある。従って、流量を調整するときのみならず、所定流量を維持するときにも流量制御用駆動素子を作動状態に維持する(例えば、流量制御用駆動コイルに駆動電流を供給し続ける)故に、消費するエネルギー(例えば、消費電力)が大きく、弁装置を用いて流体を送給するときのランニングコストが大きくなる問題がある。第3に流量制御用駆動素子に駆動電流を供給して流量制御用プランジャを磁気的に吸引する構成である故に、弁体を移動させるための大きな推力を得るのが難しく、推力を大きくしようとすると流量制御用駆動素子を大きくしなければならず、弁装置自体が大型化する問題がある。また、流量制御用駆動素子(駆動コイル)と流量制御用プランジャとの組合せであるので、両者間のエアギャップを所定範囲に調整しなければならず、このエアギャップが大きくなると、弁体を移動させるための推力が小さくなる問題がある。 However, the conventional valve device described above has the following problems to be solved. Firstly, two drive means: an opening / closing drive means for controlling opening and closing of the valve body, and a flow rate control drive means for controlling the opening degree of the valve body (in other words, controlling the flow rate of the liquid). Therefore, there is a problem that the configuration of the valve device becomes complicated, the entire valve device becomes large, and the manufacturing cost thereof increases. Secondly, since the valve body is opened by operating the flow control drive element (for example, the flow control drive coil) of the flow control drive means, the flow control drive is used to keep the valve body open. It is necessary to keep the means in an operating state (for example, continue to supply drive current to the flow control drive coil). Accordingly, not only when the flow rate is adjusted, but also when the predetermined flow rate is maintained, the flow rate control drive element is maintained in the operating state (for example, the drive current is continuously supplied to the flow rate control drive coil), which is consumed. There is a problem that the energy (for example, power consumption) is large and the running cost when the fluid is supplied using the valve device is increased. Thirdly, since the drive current is supplied to the flow rate control drive element and the flow rate control plunger is magnetically attracted, it is difficult to obtain a large thrust for moving the valve body. Then, the drive element for flow control must be enlarged, and there is a problem that the valve device itself is enlarged. In addition, since the flow control drive element (drive coil) and the flow control plunger are combined, the air gap between them must be adjusted to a predetermined range. When the air gap increases, the valve element moves. There is a problem that the thrust for making it small.
本発明の目的は、弁体を移動させるための大きな推力を得ることができる弁装置を提供することである。
本発明の他の目的は、流体供給中の消費電力を抑え、ランニングコストを下げることができる弁装置を提供することである。
The objective of this invention is providing the valve apparatus which can obtain the big thrust for moving a valve body.
Another object of the present invention is to provide a valve device that can reduce power consumption during fluid supply and reduce running costs.
本発明の請求項1に記載の弁装置は、流入口を有し、この流入口の周囲に弁座が設けられた第1部材と、前記第1部材に取り付けられた弁ハウジングと、前記弁ハウジング内に収容され、前記第1部材の前記弁座との間隔によって流体の流量を制御する弁体と、前記弁体を開方向に弾性的に偏倚するための弾性偏倚手段と、前記弁ハウジングに取り付けられた第2部材と、前記第2部材に前記弁体に近接及び離隔する方向に移動自在に収容された作動部材と、前記弁ハウジング内の弁収容空間と前記第2部材内の作動部材収容空間との間を密封遮断するためのダイヤフラムと、前記作動部材を移動させるための駆動手段とを備え、
前記駆動手段は電動モータから構成され、前記電動モータと前記作動部材との間には、前記電動モータの回転を前記作動部材の直線移動に変換するための移動変換機構が設けられており、
前記電動モータが所定方向に回転すると、前記電動モータの前記所定方向の回動が前記移動変換機構を介して前記作動部材の閉方向の移動に変換され、これによって、前記作動部材が前記ダイヤフラムを介して前記弁体に作用し、前記弁体が前記弾性偏倚手段の弾性偏倚作用に抗して閉方向に移動し、また前記電動モータが前記所定方向と反対方向に回転すると、前記電動モータの前記所定方向と反対方向の回動が前記移動変換機構を介して前記作動部材の前記開方向の移動に変換され、これによって、前記弁体が前記弾性偏倚手段の弾性偏倚作用により前記開方向に移動することを特徴とする。
The valve device according to claim 1 of the present invention has an inflow port, a first member provided with a valve seat around the inflow port, a valve housing attached to the first member, and the valve A valve body that is housed in a housing and controls a flow rate of fluid according to an interval between the first member and the valve seat; elastic biasing means for elastically biasing the valve body in an opening direction; and the valve housing A second member attached to the valve member, an actuating member accommodated in the second member so as to be movable toward and away from the valve body, a valve accommodating space in the valve housing, and an operation in the second member A diaphragm for sealing and blocking between the member housing space and a driving means for moving the operating member;
The drive means is composed of an electric motor, and a movement conversion mechanism for converting rotation of the electric motor into linear movement of the operation member is provided between the electric motor and the operation member.
When the electric motor rotates in a predetermined direction, the rotation of the electric motor in the predetermined direction is converted into a movement in the closing direction of the operating member via the movement conversion mechanism, whereby the operating member causes the diaphragm to move. The valve body moves in the closing direction against the elastic biasing action of the elastic biasing means, and when the electric motor rotates in a direction opposite to the predetermined direction, The rotation in the direction opposite to the predetermined direction is converted into movement in the opening direction of the operating member via the movement conversion mechanism, whereby the valve body is moved in the opening direction by the elastic biasing action of the elastic biasing means. It is characterized by moving.
また、本発明の請求項2に記載の弁装置では、前記電動モータの出力側には減速機構が駆動連結され、前記作動部材には雌ねじ機構が設けられ、前記移動変換手段は、前記減速機構の出力軸に設けられた雄ねじ部と、前記雌ねじ機構に設けられた雌ねじ部から構成されていることを特徴とする。
Further, in the valve device according to
また、本発明の請求項3に記載の弁装置では、前記雌ねじ機構は、雌ねじ部が設けられた一対の雌ねじ部材と、前記一対の雌ねじ部材間に介在されたばね部材とから構成され、前記作動部材の両端部には一対の当接部が設けられ、前記一対の雌ねじ部材は前記一対の当接部の軸線方向内側に配置され、前記ばね部材は一対の雌ねじ部材に相互に離隔する方向の弾性偏倚力を付与し、一方の雌ねじ部材は一方の当接部の軸線方向内側に当接し、他方の雌ねじ部材は他方の当接部の軸線方向内側に当接することを特徴とする。 In the valve device according to claim 3 of the present invention, the female screw mechanism includes a pair of female screw members provided with a female screw part and a spring member interposed between the pair of female screw members, and the operation A pair of contact portions are provided at both ends of the member, the pair of female screw members are arranged on the inner side in the axial direction of the pair of contact portions, and the spring member is spaced apart from the pair of female screw members. An elastic biasing force is applied, and one female screw member is in contact with the inner side in the axial direction of one contact portion, and the other female screw member is in contact with the inner side in the axial direction of the other contact portion.
また、本発明の請求項4に記載の弁装置では、前記電動モータはステッピングモータであり、前記ステッピングモータの出力軸の一端側に前記減速機構が駆動連結され、前記出力軸の他端側に回転角度を検知するためのエンコーダが駆動連結されていることを特徴とする。
In the valve device according to
また、本発明の請求項5に記載の弁装置では、流入口を有し、この流入口の周囲に弁座が設けられた第1部材と、前記第1部材に取り付けられた弁ハウジングと、前記弁ハウジング内に収容され、前記第1部材の前記弁座との間隔によって流体の流量を制御する弁構造体と、前記弁構造体を移動させるための駆動手段とを備え、
前記駆動手段は電動モータから構成され、前記電動モータと前記弁構造体との間には、前記電動モータの回転を前記弁構造体の直線移動に変換するための移動変換機構が設けられており、
前記電動モータが所定方向に回転すると、前記電動モータの前記所定方向の回動が前記移動変換機構を介して前記弁構造体の閉方向の移動に変換され、また前記電動モータが前記所定方向と反対方向に回転すると、前記電動モータの前記所定方向と反対方向の回動が前記移動変換機構を介して前記弁構造体の前記開方向の移動に変換されることを特徴とする。
Further, in the valve device according to claim 5 of the present invention, a first member having an inlet, a valve seat provided around the inlet, a valve housing attached to the first member, A valve structure that is housed in the valve housing and controls a flow rate of fluid according to an interval between the first member and the valve seat; and a driving means for moving the valve structure;
The drive means is composed of an electric motor, and a movement conversion mechanism is provided between the electric motor and the valve structure to convert rotation of the electric motor into linear movement of the valve structure. ,
When the electric motor rotates in a predetermined direction, the rotation of the electric motor in the predetermined direction is converted into movement in the closing direction of the valve structure via the movement conversion mechanism, and the electric motor is moved in the predetermined direction. When rotating in the opposite direction, the rotation of the electric motor in the direction opposite to the predetermined direction is converted into movement in the opening direction of the valve structure via the movement conversion mechanism.
本発明の請求項1に記載の弁装置によれば、第1部材に流入口が設けられ、弁ハウジング内に弁体が収容され、第2部材に弁体を作動させるための作動部材が収容され、弁ハウジングと第2部材との間にダイヤフラムが配設され、このダイヤフラムは弁ハウジング内の弁収容空間と第2部材内の作動部材収容空間との間を密封遮断するので、流入口を通して弁収容空間に流入した流体は弁第2部材の作動部材収容空間に流入することがなく、流体が外部に漏れることを確実に防止することができる。また、駆動手段は電動モータから構成され、電動モータと作動部材との間に移動変換機構が設けられているので、電動モータの回転を移動変換機構を介して作動部材の直線移動に変換することができ、電動モータの回転を利用して弁装置の開閉、またその開度の調整(換言すると、流量の制御)を行うことができる。また、弁体の開閉制御に電動モータを用いているので大きな推力を得ることができ、例えば減速機構及びねじ機構と組合せることによりより一層大きな推力を得ることができ、これによって弁体の移動範囲を大きく確保することができ、その結果、小さい流量制御から大きい流量制御まで広範囲に渡って適用可能となる。更に、電動モータの回動は、流量を制御するために弁体を移動させる(弁体の開度を変える)ときのみでよく、弁体の開度を維持するときには駆動電流を必要とせず、これによって、消費電力を少なくし、ランニングコストを下げることができる。 According to the valve device of the first aspect of the present invention, the first member is provided with the inlet, the valve body is accommodated in the valve housing, and the operation member for operating the valve body is accommodated in the second member. A diaphragm is disposed between the valve housing and the second member, and the diaphragm seals and shuts off the valve housing space in the valve housing and the actuating member housing space in the second member. The fluid that has flowed into the valve housing space does not flow into the actuating member housing space of the valve second member, and can reliably prevent the fluid from leaking to the outside. Further, since the driving means is composed of an electric motor and a movement conversion mechanism is provided between the electric motor and the operating member, the rotation of the electric motor is converted into a linear movement of the operating member via the movement conversion mechanism. It is possible to open and close the valve device and adjust its opening degree (in other words, control of the flow rate) using the rotation of the electric motor. In addition, since an electric motor is used to control the opening and closing of the valve body, a large thrust can be obtained. For example, a larger thrust can be obtained by combining with a speed reduction mechanism and a screw mechanism, thereby moving the valve body. A large range can be secured, and as a result, it can be applied over a wide range from small flow control to large flow control. Furthermore, the rotation of the electric motor only needs to move the valve body to control the flow rate (change the opening of the valve body), and no drive current is required to maintain the opening of the valve body, As a result, the power consumption can be reduced and the running cost can be reduced.
また、本発明の請求項2に記載の弁装置によれば、電動モータの出力側に減速機構が駆動連結され、作動部材に雌ねじ機構が設けられ、移動変換手段は減速機構の出力軸の雄ねじ部と雌ねじ機構の雌ねじ部から構成されているので、相互に螺合された雄ねじ部及び雌ねじ部によって、電動モータの回転を作動部材の直線移動に変換することができ、電動モータの回動によって弁体を開閉することができる。 According to the valve device of the second aspect of the present invention, the speed reduction mechanism is drivingly connected to the output side of the electric motor, the internal thread mechanism is provided on the operating member, and the movement converting means is the external thread of the output shaft of the speed reduction mechanism. And the female screw portion of the female screw mechanism, the rotation of the electric motor can be converted into the linear movement of the operating member by the male screw portion and the female screw portion screwed to each other. The valve body can be opened and closed.
また、本発明の請求項3に記載の弁装置によれば、雌ねじ機構は一対の雌ねじ部材と、一対の雌ねじ部材の間に介在されたばね部材とから構成され、ばね部材は一方の雌ねじ部材を閉方向に弾性的に偏倚して作動部材の一方の当接部に当接保持するので、移動部材を閉方向に移動する際の減速機構の出力軸の雄ねじ部と雌ねじ機構の雌ねじ部との間の所謂遊びがなく、電動モータの所定方向の回動を作動部材の閉方向の直線移動に確実に変換し、弁体の閉方向への応答性を高めることができ、またばね部材は他方の雌ねじ部材を開方向に弾性的に偏倚して作動部材の他方の当接部に当接保持するので、移動部材を開方向に移動する際の減速機構の出力軸の雄ねじ部と雌ねじ機構の雌ねじ部との間の所謂遊びもなく、電動モータの所定方向と反対方向の回動を作動部材の開方向の直線移動に確実に変換し、弁体の閉方向への応答性も高めることができる。 In the valve device according to claim 3 of the present invention, the female screw mechanism includes a pair of female screw members and a spring member interposed between the pair of female screw members, and the spring member includes one female screw member. Since it is elastically biased in the closing direction and is held in contact with one of the contact portions of the operating member, the male screw portion of the output shaft of the speed reduction mechanism and the female screw portion of the female screw mechanism when moving the moving member in the closing direction. There is no so-called play between them, and the rotation of the electric motor in a predetermined direction can be reliably converted into the linear movement of the actuating member in the closing direction, and the responsiveness of the valve body in the closing direction can be improved. Since the female screw member is elastically biased in the opening direction and is held in contact with the other contact portion of the operating member, the male screw portion of the output shaft of the speed reduction mechanism when the moving member is moved in the opening direction and the female screw mechanism There is no so-called play between the internal thread and the direction opposite to the predetermined direction of the electric motor. Reliably changing the direction of rotation into a linear movement the opening direction of the actuating member, it is possible to improve the response of the closing direction of the valve body.
また、本発明の請求項4に記載の弁装置によれば、電動モータがステッピングモータから構成されているので、ステッピングモータの所定角度回転を利用して作動部材を開閉方向に所定量ずつ移動させることができる。また、このステッピングモータの制御にPID制御を適用することによって、制御応答性を高めることができる。また、駆動電流を供給しないときには、その出力軸はその角度位置に磁気的に保持されるので、駆動電流を供給することなく弁体をその位置(例えば、閉位置、所定開度位置など)に保持することができ、このステッピングモータの磁気回路と減速機構、ねじ機構の適用によって一層位置保持効果を得ることができる。また、ステッピングモータの出力軸の他端側にエンコーダが駆動連結されているので、このエンコーダの検知信号を利用して弁体の原点復帰、即ち閉位置への位置付けを確実に行うことができる。
In the valve device according to
また、本発明の請求項5に記載の弁装置によれば、駆動手段は電動モータから構成され、電動モータと弁構造体との間に移動変換機構が設けられているので、電動モータの回転を移動変換機構を介して弁構造体の直線移動に変換することができ、電動モータの回転を利用して弁装置の開閉、またその開度の調整(換言すると、流量の制御)を行うことができる。また、弁構造体の開閉制御に電動モータを用いているので大きな推力を得ることができ、例えば減速機構及びねじ機構と組合せることによりより一層大きな推力を得ることができ、これによって弁体の移動範囲を大きく確保することができる。更に、電動モータの回動は、流量を制御するために弁構造体を移動させるときのみでよく、消費電力を少なくすることができる。 In the valve device according to claim 5 of the present invention, the drive means is constituted by an electric motor, and the movement conversion mechanism is provided between the electric motor and the valve structure, so that the rotation of the electric motor Can be converted into a linear movement of the valve structure through the movement conversion mechanism, and the opening and closing of the valve device and the adjustment of the opening degree (in other words, the control of the flow rate) are performed using the rotation of the electric motor. Can do. Further, since an electric motor is used for opening / closing control of the valve structure, a large thrust can be obtained. For example, a larger thrust can be obtained by combining with a speed reduction mechanism and a screw mechanism. A large moving range can be secured. Furthermore, the electric motor can be rotated only when the valve structure is moved to control the flow rate, and the power consumption can be reduced.
以下、添付図面を参照に、本発明に従う弁装置の最良の実施形態について説明する。図1は、一実施形態の弁装置を示す断面図であり、図2は、図1の弁装置における移動変換機構を分解して示す分解斜視図であり、図3は、図1の弁装置の一部を、弁体を開放した状態で示す部分断面図である。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, the best embodiment of a valve device according to the invention will be described with reference to the accompanying drawings. 1 is a cross-sectional view showing a valve device according to an embodiment, FIG. 2 is an exploded perspective view showing an exploded movement conversion mechanism in the valve device of FIG. 1, and FIG. 3 is a valve device of FIG. It is a fragmentary sectional view which shows a part of in the state which opened the valve body.
図1において、図示の弁装置は、第1部材2、弁ハウジング4及び第2部材6を備え、第1部材2に弁ハウジング4が取り付けられ、この弁ハウジング4に第2部材6が取り付けられている。第1部材2には流入口8及び流出口10が設けられ、これら流入口8及び流出口10が第1部材2の一面、図1において上面に開口している。送給すべき液体、例えば処理用液体、反応ガスなどが矢印12で示すように流入口8を通して供給され、流入口8を通して供給された液体が、後述するようにして矢印14で示すように流出口10を通して下流側に送給される。この第1部材2の上記一面における流入口8の周囲には弁座16が設けられている。
In FIG. 1, the illustrated valve device includes a
弁ハウジング4の略中央部にはこれを貫通して弁収容空間18が設けられ、かかる弁収容空間18に弁体20が収容されている。弁体20は略円筒状の弁本体22を備え、この弁本体22の一端部に弁部24が設けられている。この形態では、弁本体22の一端面には、第1部材2の流入口8に対向して円形状凹部26が設けられ、かかる凹部26を規定する環状外周部が弁部24として機能する。
A
この弁本体22の中央部には、他端面(図1において上面)に開口する装着凹部28が設けられ、この装着凹部28に作用片30が取り付けられ、この作用片30の先端部が弁本体22の装着凹部28から第2部材6側(図1において上側)に幾分突出している。また、弁本体24の他端部には、径方向外方に突出する環状フランジ32が設けられ、この環状フランジ32と第1部材2の弁座16との間に弾性偏倚手段が介在されている。この形態では、弾性偏倚手段は、弁本体22を被嵌して環状フランジ32と弁座16との間に配設されたコイルばね34から構成されている。コイルばね34は、環状フランジ32に作用して弁体22を開方向、即ち図1において上方向に弾性的に偏倚する。
A mounting
このような弁体20では、弁本体22及び環状フランジ32がフッ素樹脂(例えば、PTFE、CPTFE)などの合成樹脂材料から形成され、作用片30がステンレス鋼などの金属材料から形成されるが、弁体20全体を合成樹脂材料又は金属材料から一体的に形成するようにしてもよい。
In such a
第2部材6の下部の略中央部には、作動部材収容空間36が設けられ、その上部には、この作動部材収容空間36につながる円筒状空間38が設けられている。図2をも参照して、この形態では、作用部材収容空間36は矩形状に形成され、この作動部材収容空間36に作動部材40が開閉方向、即ち図1において上下方向に移動自在に収容されている。図示の作動部材40は、図2において右側に解放する略矩形状の凹部42が設けられた本体部44を備え、この本体部44の一端部(図1及び図2において下端部)には、凹部42の一端面を覆うように第1プレート片46が設けられ、その他端部(図1及び図2において上端部)には凹部42の端面を覆うように第2プレート片48が設けられている。第1プレート片46の外形は第2部材6の作動部材収容空間36の横断面形状と実質上同一であり、従って、この第1プレート片46が作動部材収容空間36に沿って図1において上下方向に移動することによって、作動部材40は開閉方向に移動される。この第1プレート片46の外面(図1において下面)には外方に突出する作用突部50が設けられ、また第2プレート片48には略U字状の切欠き52が設けられている。第1及び第2プレート片46,48は、後述する雌ねじ機構が当接する当接部として機能する。
An operation
弁ハウジング4の弁収容空間18と第2部材6の作動部材収容空間36との間は、ダイヤフラム54が設けられている。ダイヤフラム54は、例えばステンレス鋼などの金属材料から形成された薄い金属プレートから構成され、弁ハウジング4の端面に溶接などの手段により固着される。このようにダイヤフラム54を設けることによって、弁ハウジング4の弁収容空間18と第2部材6の作動部材収容空間36とが密封遮断され、後述した如くして弁収容空間18に流入した流体が作動部材収容空間36に漏れるのを確実に防止することができる。尚、このダイヤフラム54は第2部材6側に設けるようにしてもよく、また溶接に代えてゴムシールなどを用いて取り付けるようにしてもよい。
A
この作動部材40は、電動モータ60の回転によって開閉方向に移動されるように構成されている。更に説明すると、第2部材6の円筒状空間38を覆うようにカバー部材62が取り付けられ、このカバー部材62の外側に、減速機構(図示せず)を内蔵する減速機構ハウジング64が取り付けられ、この減速機構ハウジング64に、駆動手段を構成する電動モータ60が取り付けられている。電動モータ60はステッピングモータから構成するのが好ましく、ステッピングモータを用いることによって、その出力軸(図示せず)の所定角度回転を利用して弁体20を開閉方向に(図1において上下方向)に少しずつ移動させることができ、これによって、流入口8を通しての流体の供給量を正確に制御することができる。また、ステッピングモータの磁気回路上の特徴により、駆動電流を供給していない状態においては、その出力軸は停止角度位置に保持され、駆動電力を消費することなく弁体20をその開閉位置(即ち、閉状態のときにはその閉位置に、また所定開状態のときにはその所定開位置)に保持することができる。
The operating
電動モータ60の出力軸(図示せず)は減速機構(図示せず)の入力側に駆動連結され、この減速機構の出力軸部66が減速機構ハウジング64の端壁を通して外方(図1において下方)に突出し、カバー部材62に設けられた開口68を通して第2部材6の円筒状空間38内に延びている。この出力軸部66にはねじ軸部70が取り付けられ、出力軸部66とともに減速機構の出力軸を構成する。このねじ軸部70は、例えば、ねじ軸部70に連結凹部74を設け、出力軸部66の連結軸部76をこの連結凹部74に挿入し、固定ねじ78をねじ軸部70に螺合して連結軸部76に作用させることによって、出力軸部66に連結される。このように構成されているので、電動モータ60が所定方向(所定方向と反対方向)に回転すると、その回転速度は減速機構を介して所要の通りに減速され、減速された回転速度でもって出力軸部66及びねじ軸部70が所定方向(所定方向と反対方向)に回動される。
An output shaft (not shown) of the
減速機構の出力軸(ねじ軸部70)と作動部材40との間には、その出力軸の回転を開閉方向(図1において上下方向)の直線移動に変換するための移動変換機構80が設けられている。この移動変換機構80は、減速機構のねじ軸部70に設けられた雄ねじ部72と、作動部材40に設けられた雌ねじ機構82とから構成されている。尚、ねじ軸部70を省略し、減速機構の出力軸部66に雄ねじ部72を直接的に設けるようにしてもよい。
Between the output shaft (screw shaft portion 70) of the speed reduction mechanism and the operating
図示の雌ねじ機構82は、一対の雌ねじ部材84,86と、これら雌ねじ部材84,86間に介在されたばね部材88とから構成されている。雌ねじ部材84,86は、雌ねじ部90が設けられた矩形状部材から構成され、それらの外形は作動部材40の矩形状凹部42の形状に対応しており、またばね部材88はコイルばねから構成されている。一対の雌ねじ部材84,86は減速機構のねじ軸部70の雄ねじ部72に螺合され、一方の雌ねじ部材84は作動部材40の当接部46(第1プレート片)に当接するように装着され、他方の雌ねじ部材86は作動部材40の他方の当接部48(第2プレート片)に当接するように装着され、ばね部材88は一対の雌ねじ部材84,86を相互に離隔する方向に弾性的に偏倚する。このような雌ねじ機構82は作動部材40の矩形状凹部42に収容するように装着され、一対の雌ねじ部材84,86の雌ねじ部90とねじ軸部70の雄ねじ部72が移動変換機構90を構成する。尚、一対の雌ねじ部材84,86としてナット部材を用いることもできる。
The illustrated
このように構成されているので、減速機構の出力軸(出力軸部6及びねじ軸部70)が所定方向(又は所定方向と反対方向)に回動すると、第2部材6と作動部材40との相対的回転及び作動部材40と雌ねじ機構82(一対の雌ねじ部材84,86)との相対的回転が拘束されているので、雌ねじ機構82及び作動部材40は一体的に閉方向、即ち図1において下方に(又は開方向、即ち図1において上方に)移動される。このとき、ばね部材88が一対の雌ねじ部材84,86に作用するので、雌ねじ部材84が一方の当接部46に作用する閉方向の移動の際の遊び(所謂、ガタ)、また他方の雌ねじ部材86が他方の当接部48に作用する際の開方向に移動の際の遊びが実質上なく、作動部材40を開閉方向に確実に移動させることができ、その結果、弁体の移動の応答性を高めることができる。
With this configuration, when the output shaft (the
この弁装置においては、電動モータ60の出力軸(図示せず)の他端側にエンコーダ92が装着されている。エンコーダ92はそれ自体公知のもでよく、電動モータ60の回転角度をエンコーダ92で検知するように構成されている。エンコーダ92の検知信号は、弁体20の原点復帰、即ち図1に示す閉位置(弁体20の弁部24が第1部材2の弁座16に着座する位置)に位置付けるときに利用され、この検知信号を利用することによって、弁体20を上記閉位置に確実に位置付けて流体の送給を停止することができる。
In this valve device, an
この弁装置の開閉動作を説明すると、次の通りである。流体の送給を停止するときには、弁体20は図1に示す状態に保持される。即ち、電動モータ60の出力軸が原点角度位置に保持される(この原点角度位置は、弁体20が上記原点復帰位置に位置付けられる角度位置であって、エンコーダ92の検知信号を利用して行われる)。この状態においては、図1に示すように、作動部材40の作用突部50がダイヤフラム54を介して弁体20の作用片30に作用し、弁部24が弁座16に着座して流入口8を閉塞し、流入口8からの流体が停止される。
The opening / closing operation of this valve device will be described as follows. When the fluid supply is stopped, the
流体の送給を行うときには、電動モータ60が所定方向に回動される。かく回転すると、電動モータ60の回転が減速機構を介してねじ軸部70に駆動伝達され、このねじ軸部70が所定方向に回転される。かくすると、作動部材40及び雌ねじ機構82の回転が拘束されている故に、雌ねじ機構82を介して作動部材40が開方向(図1において上方向)に移動され、この開方向の移動に伴って、コイルばね34の弾性偏倚作用によって、弁体20が開方向に移動される。このように開方向に移動すると、弁体20の弁部24が第1部材2の弁座16から離れて流入口8が解放され、流入口8からの流体が弁収容空間18に流入し、かく流入した流体が流出口10を通して下流側に送給される。
When supplying fluid, the
流入口8を通して供給される流体の流量を制御するときには、電動モータ60を回転制御すればよく、例えば所定方向(又は所定方向と反対方向)に回転させたときには、減速機構のねじ軸部70及び雌ねじ機構82を介して作動部材40が開方向(又は閉方向)に移動され、これによって、コイルばね34の弾性偏倚作用によって弁体20が開方向に移動され(又は作動部材40がダイヤフラム54を介して弁体20に作用し、コイルばね34の弾性偏倚作用に抗して閉方向に移動し)、かくして、流入口8から供給される流体の供給量が増大(又は減少)される。
When the flow rate of the fluid supplied through the
また、流入口8から供給される流体の供給を停止するときには、電動モータ60を所定方向と反対方向に回転すればよく、かく回転させることによって、上述したように、減速機構のねじ軸部70及び雌ねじ機構82を介して作動部材40が閉方向に移動され、作動部材40がダイヤフラム54を介して弁体20に作用して閉方向に移動し、かくして、弁体20の弁部24が第1部材2の弁座16に着座して流入口8を閉塞し、流入口8からの流体の供給が停止される。
Further, when stopping the supply of the fluid supplied from the
電動モータ60を利用した弁装置においては、停電などによって電動モータ60への電流の供給が停止すると、弁体20を開閉制御することができなくなる。例えば、弁体20が開状態のときに停電が発生すると、この弁体20は開状態に保たれ、流入口8を通しての流体の供給が継続されるようになる。このような事態の発生をなくするために、電動モータ60に関連して、駆動電力を蓄電するための蓄電手段、例えばコンデンサを設けるのが好ましい。蓄電手段の容量は、電動モータ60を作動させて弁体20を例えば原点復帰位置(この実施形態では閉位置)まで移動させるのに充分な容量でよく、このような蓄電手段を設けることによって、停電時など弁体20の開閉制御ができなくなったときに弁体20を強制的に原点復帰位置まで戻して流体の下流側への送給を停止することができる。
In the valve device using the
上述した弁装置は、その開閉制御にPID制御を適用することによって、弁体の開閉動作の応答性を一層高めることができる。PIDとは、現在値と設定値との偏差に比例した出力を出す比例動作(Proportional Action)と、その偏差の積分に比例した出力を出す積分動作(Integral Action)と、その偏差の微分に比例した出力を出す微分動作(Derivative Action)との和を出力し、目標値に向かって制御する制御方法である。 The valve device described above can further enhance the responsiveness of the opening / closing operation of the valve body by applying the PID control to the opening / closing control. PID is proportional to the proportional action (Proportional Action) that produces an output proportional to the deviation between the current value and the set value, the integral action that produces an output proportional to the integral of the deviation (Integral Action), and proportional to the derivative of the deviation. This is a control method of outputting the sum of the differential action (Derivative Action) for outputting the output and controlling toward the target value.
以上、本発明に従う弁装置の一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。 As mentioned above, although one Embodiment of the valve apparatus according to this invention was described, this invention is not limited to this Embodiment, A various deformation | transformation thru | or correction | amendment are possible without deviating from the scope of the present invention.
例えば、図示の実施形態では、流出口10を第1部材2に設けているが、このような流出口を弁ハウジングに設けるようにしてもよい。
また、例えば、図示の実施形態では、作動部材40と弁体20とを別体に構成し、作動部材40の作用突部50がダイヤフラム54を介して弁体20に作用するように構成しているが、このような構成に限定されず、作動部材40と弁体20とを一体化した弁構造体とし、この弁構造体を移動変換機構(減速機構のねじ軸部と雌ねじ機構)により開閉制御するようにしてもよく、この場合、ダイヤフラム54とこれを貫通するようになる弁構造体との間をシールする必要があるが、弾性偏倚手段としてのコイルばね34を省略することができる。尚、このような弁構造体を電動モータで移動させる構成は、ダイヤフラムを備えない他の通常の弁装置にも適用することができる。
For example, although the
Further, for example, in the illustrated embodiment, the actuating
また、例えば、図示の実施形態では、通常時に弁体20を閉状態に保持するノーマル・クローズ型のものに適用して説明したが、これに限定されず、通常時に弁体を開状態に保持するノーマル・オープン型のものにも同様に適用することができる。この場合、弾性偏倚手段の作用によって開位置(原点復帰位置)に位置付けるようにすればよい。
Further, for example, in the illustrated embodiment, the description has been made by applying to the normal / closed type in which the
また、例えば、図示の実施形態では、電動モータとしてステッピングモータを用いているが、より高精度の要求仕様に対してはブラシレスDCサーボモータを用いることもできる。 Further, for example, in the illustrated embodiment, a stepping motor is used as the electric motor, but a brushless DC servo motor can be used for more precise required specifications.
2 第1部材
4 弁ハウジング
6 第2部材
8 流入口
10 流出口
16 弁座
18 弁収容空間
20 弁体
34 コイルばね
36 作動部材収容空間
40 作動部材
54 ダイヤフラム
60 電動モータ
80 移動変換機構
82 雌ねじ機構
92 エンコーダ
2
Claims (5)
前記駆動手段は電動モータから構成され、前記電動モータと前記作動部材との間には、前記電動モータの回転を前記作動部材の直線移動に変換するための移動変換機構が設けられており、
前記電動モータが所定方向に回転すると、前記電動モータの前記所定方向の回動が前記移動変換機構を介して前記作動部材の閉方向の移動に変換され、これによって、前記作動部材が前記ダイヤフラムを介して前記弁体に作用し、前記弁体が前記弾性偏倚手段の弾性偏倚作用に抗して閉方向に移動し、また前記電動モータが前記所定方向と反対方向に回転すると、前記電動モータの前記所定方向と反対方向の回動が前記移動変換機構を介して前記作動部材の前記開方向の移動に変換され、これによって、前記弁体が前記弾性偏倚手段の弾性偏倚作用により前記開方向に移動することを特徴とする弁装置。 A first member having an inlet and a valve seat around the inlet; a valve housing attached to the first member; and the valve of the first member housed in the valve housing. A valve body for controlling a flow rate of fluid according to a distance from the seat, elastic biasing means for elastically biasing the valve body in an opening direction, a second member attached to the valve housing, and the second member And a diaphragm for hermetically sealing between a valve housing space in the valve housing and a working member housing space in the second member. And drive means for moving the actuating member,
The drive means is composed of an electric motor, and a movement conversion mechanism for converting rotation of the electric motor into linear movement of the operation member is provided between the electric motor and the operation member.
When the electric motor rotates in a predetermined direction, the rotation of the electric motor in the predetermined direction is converted into a movement in the closing direction of the operating member via the movement conversion mechanism, whereby the operating member causes the diaphragm to move. The valve body moves in the closing direction against the elastic biasing action of the elastic biasing means, and when the electric motor rotates in a direction opposite to the predetermined direction, The rotation in the direction opposite to the predetermined direction is converted into movement in the opening direction of the operating member via the movement conversion mechanism, whereby the valve body is moved in the opening direction by the elastic biasing action of the elastic biasing means. A valve device characterized by moving.
前記駆動手段は電動モータから構成され、前記電動モータと前記弁構造体との間には、前記電動モータの回転を前記弁構造体の直線移動に変換するための移動変換機構が設けられており、
前記電動モータが所定方向に回転すると、前記電動モータの前記所定方向の回動が前記移動変換機構を介して前記弁構造体の閉方向の移動に変換され、また前記電動モータが前記所定方向と反対方向に回転すると、前記電動モータの前記所定方向と反対方向の回動が前記移動変換機構を介して前記弁構造体の前記開方向の移動に変換されることを特徴とする弁装置。 A first member having an inlet and a valve seat around the inlet; a valve housing attached to the first member; and the valve of the first member housed in the valve housing. A valve structure that controls the flow rate of fluid according to the distance from the seat, and drive means for moving the valve structure,
The drive means is composed of an electric motor, and a movement conversion mechanism is provided between the electric motor and the valve structure to convert rotation of the electric motor into linear movement of the valve structure. ,
When the electric motor rotates in a predetermined direction, the rotation of the electric motor in the predetermined direction is converted into movement in the closing direction of the valve structure via the movement conversion mechanism, and the electric motor is moved in the predetermined direction. When rotating in the opposite direction, the rotation of the electric motor in the direction opposite to the predetermined direction is converted into movement in the opening direction of the valve structure via the movement conversion mechanism.
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