JP2007040513A - ポジショナーのパイロット弁 - Google Patents

Abstract

【課題】パイロット弁の交換を容易にするとともに、スプールを支持しているダイヤフラム等の痛みを防止可能としたポジショナーのパイロット弁を提供すること。
【解決手段】両端側に形成した、給気口２２０１を備えた給気圧力室２２及び出力口２３０１を備えるとともに給気弁座２５を介して給気圧力室２２に連通した出力圧力室２３と、出力圧力室の一方に連通した圧力室３１と、ダイヤフラム３３を介して圧力室と隣り合う配置で形成された大気室３０と、ダイヤフラム３３を介して大気室の反圧力室側に形成された、給気圧力室の一方に連通されるとともにノズル背圧導入管１０が連結されたノズル背圧室２８と、ダイヤフラムに支持された、排気路２７０１及び排気孔２７０２を有したスプール２７と、給気弁２４０１と排気弁２４０２を備え、給気弁で給気弁座のそれぞれを、排気弁でスプールの両端部開口を閉止可能に挿装された一対の弁体２４を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポジショナーのパイロット弁に係り、より詳しくは、パイロット弁の交換を容易にするとともに、スプールを支持しているダイヤフラムの痛みを防止可能としたポジショナーのパイロット弁に関する。

従来から、バルブ駆動制御、プロセスオートメーション、その他一般産業用機器の駆動制御に際してはポジショナーが用いられており、このポジショナーを調整バルブに取り付けることにより、バルブの駆動制御を可能としている。

そして、周知の通りポジショナーでは、パイロット弁を用いて、バルブが連結される駆動部へエアーを供給することによりバルブの駆動を制御している。

ここで、図５は、バルブの駆動を行うための駆動部を示す一部断面図であり、図５は複動型駆動部５１を示している。そして、この駆動部５１は一般的にシリンダー状としており、その内部は、ピストン５３により、一次側駆動部圧力室５２ａと二次側駆動部圧力室５２ｂに仕切られている。また、ピストン５３には、先端部が駆動部５１の外部に延長された駆動部出力軸５４が連結され、この駆動部出力軸５４にバルブが連結される。そして、この構成において、前記一次側駆動部圧力室５２ａおよび二次側駆動部圧力室５２ｂ内のエアー圧力を調整して駆動部出力軸５４を可動させることで、駆動部出力軸５４に連結されたバルブの駆動制御を行うことが可能となる。

次に、図４は、前記駆動部５１へエアーを供給するためのパイロット弁６１の構造を示す断面図であり、パイロット弁６１内には、両端部にそれぞれ、給気圧力室６２ａ、６２ｂと出力圧力室６３ａ、６３ｂが形成されており、この給気圧力室６２ａ、６２ｂと出力圧力室６３ａ、６３ｂ間には給気弁座６４ａ、６４ｂが形成され、この給気弁座６４ａ、６４ｂを介して、給気圧力室６２ａ、６２ｂと出力圧力室６３ａ、６３ｂは連通している。

また、給気圧力室６２ａ、６２ｂにはそれぞれ給気口６２０１ａ、６２０１ｂが形成されている。そして、給気口６２０１ａ、６２０１ｂのそれぞれにはエアー供給管６５が連結されており、エアー供給管６５を介して、給気圧力室６２ａ、６２ｂ内に圧縮エアーを供給可能としている。

更に、前記出力圧力室６３ａ、６３ｂにはそれぞれ、出力口６３０１ａ、６３０５ｂが形成されており、この出力口６３０１ａ、６３０１ｂは、導通管６６ａ、６６ｂによって、前記駆動部５１における一次側駆動部圧力室５２ａおよび二次側駆動部圧力室５２ｂに連通されている。

また、パイロット弁６１内には、給気弁６７０１ａ、６７０１ｂと排気弁６７０２ａ、６７０２ｂを一体に備えた一対の弁体６７ａ、６７ｂがそれぞれ、給気弁６７０１ａ、６７０１ｂによって給気弁座６４ａ、６４ｂを閉止可能に挿架されている。

更に、パイロット弁６１内にはノズル背圧室６８が形成されており、このノズル背圧室６８は、固定絞り６９を経由して前記給気圧力室の一方６２ａに連通しており、また、ノズル背圧室６８にはノズル背圧導入管７０が連結されている。

更にまた、パイロット弁６１内には供給空気圧力室７１が形成されており、この供給空気圧力室７１には前記エアー供給管６５が連結され、これにより、供給空気圧力室７１内に圧縮エアーを供給可能としている。そして、ノズル背圧室６８と供給空気圧力室７１はダイヤフラム７２ａにより仕切られ、更に供給空気圧力室７１におけるノズル背圧室６８に対向する側には、前記ダイヤフラム７２ａよりも有効面積の小さいダイヤフラム７２ｂが備えられており、このダイヤフラム７２ａ、７２ｂに支持される形態で、スプール７３が可動自在に備えられている。

ここで、スプール７３は、両端を開口とした排気路７３０１を内部に備えており、この排気路７３０１の任意の個所には、パイロット弁６１の外部に連通した排気口７３０２が形成されている。また、排気路７３０１の両端の開口は前記弁体６７ａ、６７ｂの排気弁６７０２ａ、６７０２ｂで閉止可能としている。

更に、スプール７３にはアーム７４が連結されており、このアーム７４には、スプール７３の動きにフィードバックを加えるためのスタビライザースプリング７５が連結されている。

そして、このような構成において、エアー供給管６５よりエアーを供給している状態でノズル背圧室６８の圧力を低下させると、ノズル背圧室６８と供給空気圧力室７１とのエアー圧力のバランスがくずれ、それにより、ノズル背圧室６８と供給空気圧力室７１とを仕切っているダイヤフラム７２ａがノズル背圧室６８側に移動するとともに、このダイヤフラム７２ａに支持されているスプール７３は、給気圧力室の一方６２ａ側に移動する。

そうすると、スプール７３は、その移動に伴って弁体６７ａを押し上げ、それにともなって、給気弁座の一方６４ａが開口になるとともにスプール７３の排気路７３０１における一方の開口が閉止され、排気路７３０１の他方は開口となる。

そして、エアー供給管６５を介して給気圧力室の一方６２ａに供給された供給エアーは、導通管の一方６６ａを通って一次側駆動部圧力室５２ａへ供給され、それにともなって、二次側駆動部圧力室５２ｂ内のエアーは、導通管の他方６６ｂを通って出力圧力室の他方６３ｂへ戻されるとともに、スプール７３の排気路７３０１を介して排気口７３０２より大気へ排出される。そしてこれにより、駆動部５１に連結されたバルブの駆動を制御可能としている。

また、このとき、スプール７３にはアーム７４が連結されるとともにこのアーム７４にはスタビライザースプリング７５が連結されているため、スプール７３が給気圧力室の一方６２ａ側に移動するときに、このスタビライザースプリング７５によって、スプール７３の移動にフィードバックが加えられ、これによりスプールの動きを制御可能としている。

ところで、従来のポジショナーでは、前述したように、スプール７３の動きを制御して発振状態を回避するためにスタビライザースプリング７５を備えている。そしてこれにより、スプール７３が給気圧力室の一方６２ａ側に移動するときに、このスタビライザースプリング７５によって、スプール７３の移動にフィードバックを加えてスプールの動きを制御可能としているが、このスタビライザースプリング７５はパイロット弁６１の交換作業等の際に取り外す必要があり、作業が大変となっている。また、パイロット弁６１の交換作業等の際にスタビライザースプリング７５の取り外しを忘れてしまった場合にはスタビライザースプリング７５が破損してしまう問題点があった。

更に、パイロット弁６１にはアーム７４を介してスタビライザースプリング７５が連結されているため、パイロット弁６１は傾きながら移動せざるを得ず、そのために、スプール７３をシールしているＯリングの磨耗が激しくなるとともに、ダイヤフラム７２も痛み易いという問題点が指摘されている。

そこで、本発明は、パイロット弁の交換を容易にするとともに、スプールを支持しているダイヤフラム等の痛みを防止可能としたポジショナーのパイロット弁を提供することを課題としている。

本発明のポジショナーのパイロット弁は、
一端側に形成した、給気口を備えた一次側給気圧力室と出力口を備えるとともに給気弁座を介して前記一次側給気圧力室に連通した一次側出力圧力室と、
他端側に形成した、給気口を備えた二次側給気圧力室と出力口を備えるとともに給気弁座を介して前記二次側給気圧力室に連通した二次側出力圧力室と、
圧力導入管を介して前記一次側出力圧力室に連通した圧力室と、
ダイヤフラムを介して前記圧力室と隣り合う配置で形成された、外部に連通した大気室と、
ダイヤフラムを介して前記圧力室の反対側において前記大気室に隣り合う配置で形成された、一次側ノズル背圧導入管を介して前記一次側給気圧力室に連通されるとともに二次側ノズル背圧導入管が連結されたノズル背圧室と、
前記ダイヤフラムに支持される形態で前記一次側及び二次側出力圧力室側へ移動可能とされた、その内部に排気路が形成されるとともに該排気路の両端部が開口とされ、更に前記大気室に連通した排気孔を備えたスプールと、
給気弁及び排気弁を備え、給気弁により前記給気弁座のそれぞれを閉止あるいは開放可能であるとともに、排気弁により前記スプールの両端部開口をそれぞれ閉止あるいは開放可能な配置で前記給気圧力室側から出力圧力室側に向けて挿装された一対の弁体と、を備えたことを特徴としている。

本発明のポジショナーのパイロット弁では、圧力導入管を介して一次側出力圧力室に連通した圧力室を備えており、この圧力室における前記一次側出力圧力室の反対側には、ダイヤフラムを介して、外部に連通した大気室を備え、更に、この大気室における反一次側出力圧力室側には、ダイヤフラムを介して、前記一次側給気圧力室に連通したノズル背圧室を形成している。

そして、この構成により、ノズル背圧室内のエアー圧を増加させるとスプールが一次側出力圧力室側に移動して一次側給気弁座が開放され、一次側給気圧力室内に供給されているエアーが一次側出力圧力室を通って出力口より出力されることを可能にするとともに、そのときに、出力エアーの一部が圧力室に供給され、これによりスプールの移動にフィードバックが加わることを可能としている。

そのために、本発明のポジショナーのパイロット弁では、従来のパイロット弁では不可欠であったスタビライザースプリングを用いること無くスプールの動きにフィードバックを加えることができるため、パイロット弁の交換を容易にすることが可能となる。また、スタビライザースプリングを用いてフィードバックを加える場合と異なり、スプールが傾きながら移動することが無いために、スプールをシールしているＯリングやスプールを支持しているダイヤフラム等の痛みを防止することも可能である。

本発明のポジショナーのパイロット弁では、一端側に、給気口を備えた一次側給気圧力室を備えており、この一次側給気圧力室は、給気弁座を介して、出力口を備えた一次側出力圧力室に連通している。

また、他端側には、給気口を備えた二次側給気圧力室を備えており、この二次側給気圧力室は、給気弁座を介して、出力口を備えた二次側出力圧力室に連通している。

そして、一次側出力圧力室には、圧力導入管を介して圧力室が連通しており、この圧力室における反一次側出力圧力室には、ダイヤフラムを介して、外部に連通した大気室が備えられている。

また、大気室における反圧力室側には、前記ダイヤフラムよりも有効面積の大きいダイヤフラムを介してノズル背圧室が隣り合う配置で備えられており、このノズル背圧室は、一次側ノズル背圧導入管を介して一次側給気圧力室に連通するとともに、ノズル背圧室内の圧力を調整するために用いられる二次側ノズル背圧導入管が連結されている。

更に、本発明のパイロット弁では、前記ダイヤフラムに支持されたスプールを備えており、このスプールは、前記一次側出力圧力室及び二次側出力圧力室側へ移動可能とされている。そして、このスプールは、内部に排気路が形成されており、その排気路は、両端部が一次側及び二次側出力圧力室内で開口とされるとともに、大気室に連通した排気孔が形成されている。

更にまた、本発明のパイロット弁では、給気弁と排気弁を備えた弁体を一対個備えており、この弁体はそれぞれ、給気弁により前記給気弁座のそれぞれを閉止あるいは開放可能であるとともに、排気弁により前記スプールの両端部開口をそれぞれ閉止あるいは開放可能な配置で、前記給気圧力室側から出力圧力室側に向けて挿装されている。

ここで、スプリング等の弾性手段を用いて、前記スプールを二次側出力圧力室側へ付勢するとよく、これにより、バルブを閉止する際にはノズル背圧を容易に下げることが可能となる。

また、前記スプールの移動方向と同方向へ可動可能としたシートリングを配設して二次側給気弁座にするとよく、これにより、排気弁によるスプールの開口部の閉止状態を調整することが可能となる。

更に、前記圧力室と大気室間のダイヤフラムに１又は複数のスリットを形成するとよく、これにより、スプールの移動にフィードバックを加えつつ、バルブの閉止後再びバルブを開く際には容易にこれを行うことが可能となる。

本発明にポジショナーのパイロット弁（以下単に「パイロット弁」という。）の実施例について説明すると、図１は、本実施例のパイロット弁の構造を示す一部断面図であり、図において２１がパイロット弁である。

そして、本実施例のパイロット弁２１では、その一端側内部に、一次側給気圧力室２２ａが形成されており、この一次側給気圧力室２２ａには、圧力供給管３６が連結される給気口２２０１ａが形成されている。

また、この一次側給気圧力室２２ａに隣り合う配置で一次側出力圧力室２３ａが形成されており、この一次側出力圧力室２３ａには出力口２３０１ａが形成され、この出力口２３０１ａは、一次側出力圧力導入管３７ａを介して、駆動部における一次側駆動部圧力室と連通される。

そして、一次側給気圧力室２２ａと一次側出力圧力室２３ａとは、一次側給気弁座２５ａを介して連通している。

一方、他端側内部には、圧力供給管３６が連結される給気口２２０１ｂを備えた二次側給気圧力室２２ｂが形成されており、この二次側給気圧力室２２ｂは、二次側給気弁座２５ｂを介して、二次側出力圧力室２３ｂに連通している。そして、二次側出力圧力室２３ｂには出力口２３０１ｂが形成されており、この出力口２３０１ｂは、二次側出力圧力導入管３７ｂを介して、駆動部における二次側駆動部圧力室と連通される。

次に、図において３１は圧力室である。即ち、本実施例のパイロット弁２１では、圧力室３１が形成されており、この圧力室３１は、圧力導入管３２を介して前記一次側出力圧力室２３ａに連通している。

そして、圧力室３１における反一次側出力圧力室２３ａ側には、第１のダイヤフラム３３ａを介して、前記圧力室３１と隣り合う配置で大気室３０が形成されており、この大気室３０は外部に連通しており、従って内部は大気圧とされている。

更に、この大気室３０における反圧力室３１側には、前記第１のダイヤフラムよりも有効面積の大きい第２のダイヤフラム３３ｂを介して、大気室３０と隣り合う配置でノズル背圧室２８が形成されている。そして、このノズル背圧室２８は、固定絞り３５を経由して、一次側ノズル背圧導入管２９によって前記一次側給気圧力室２２ａに連通し、これにより、供給圧力をノズル背圧室２８内に導入可能にしている。また、ノズル背圧室２８には、入力部に連結される二次側ノズル背圧導入管１０が連結され、これにより、二次側ノズル背圧導入管１０を介して、ノズル背圧室２８内のノズル背圧を調整可能としている。

次に、パイロット弁２１の内部には、前記ダイヤフラム３３ａ、３３ｂに支持される形態でスプール２７が挿装されており、従って、スプール２７は、ダイヤフラム３３ａ、３３ｂの移動に伴って、前記一次側出力圧力室２３ａ、又は二次側出力圧力室２３ｂ側へ移動可能とされている。

また、スプール２７の内部には、前記大気室３０に連通した排気孔２７０２を有した排気路２７０１が形成されている。そして、排気路２７０１の両端部は、一次側出力圧力室２３ａ及び二次側出力圧力室２３ｂ内でそれぞれ開口とされ、この開口部分が、一次側排気弁座２６ａ及び二次側排気弁座２６ｂとされている。

次に、本実施例のパイロット弁２１では、一対の弁体を備えている。即ち、図において２４ａ、２４ｂが弁体であり、この弁体２４ａ、２４ｂはそれぞれ、給気弁２４０１ａ、２４０１ｂと排気弁２４０２ａ、２４０２ｂを同心円状に一体に備えており、給気弁２４０１ａ、２４０１ｂのそれぞれにより前記給気弁座２５ａ、２５ｂのそれぞれを閉止あるいは開放可能であるとともに、排気弁２４０２ａ、２４０２ｂのそれぞれにより前記排気弁座２６ａ、２６ｂのそれぞれを閉止あるいは開放可能な配置で、前記給気圧力室２２ａ、２２ｂ側から出力圧力室２３ａ、２３ｂ側に向けて挿装されるとともに、スプリング２４０３ａ、２４０３ｂによって出力圧力室２３ａ、２３ｂ側に押圧されている。

なお、図において３８はスプリングであり、本実施例のパイロット弁２１では、スプリング３８を用いて、前記スプール２７を二次側出力圧力室２３ｂ側へ付勢して、これにより、ノズル背圧室２８内におけるノズル背圧の不要部分のカットを容易にしている。

また、図において８１はシートリングであり、本実施例においては、二次側給気圧力室２２ｂと二次側出力圧力室２３ｂ間にシートリング８１を配設し、このシートリング８１により二次側給気弁座２５ｂを形成している。

このシートリング８１について説明すると、本実施例では、このシートリング８１を前記スプール２７の移動方向と同方向へ移動自在にするとともに、スプリング８３によりスプール２７側へ付勢している。また、先端部をテーパー状にしたシートアジャスター８２を用いて、このシートアジャスター８２を、その先端が前記シートリング８１に当接する配置で、パイロット弁２１の壁部分を貫通しつつ外部より前記二次側出力圧力室２３ｂ内にねじ込んでいる。そしてこれにより、パイロット弁２１の壁部分に対するシートアジャスター８２の螺合の割合を調節することにより、二次側給気弁座２５ｂを形成するシートリング８１の位置を調節可能にし、排気弁２４０２ａ、２４０２ｂによる排気弁座２６ａ、２６ｂの閉止状態を調整することを可能としている。

次に、このように構成される本実施例のパイロット弁２１の作用について説明すると、圧力供給管３６より一次側及び二次側給気圧力室２２ａ、２２ｂのそれぞれに圧縮エアーが供給されている状態において、ノズル背圧室２８内の圧力を増加させると、ノズル背圧室２８と大気室３０とを仕切っているダイヤフラム３３ｂが一次側出力圧力室２３ａ側へ移動し、それに伴って、ダイヤフラム３３ｂに支持されているスプール２７は、一次側出力圧力室２３ａ側に移動する。

そうすると、スプール２７は、その移動に伴ってスプール２７の移動方向に位置する弁体２４ａを押し上げ、それにともなって、一次側給気弁座２５ａが開口になる。またこのとき、一次側排気弁座２６ａは閉止され、二次側排気弁座２６ｂは開口となる。

そして、それにより、圧力供給管３６を介して一次側給気圧力室２２ａに供給された供給エアーは、一次側給気弁座２５ａを通って一次側出力圧力室２３ａ内に導入された後に、一次側出力圧力導入管３７ａを通って、駆動部における一次側駆動部圧力室へ供給される。一方、駆動部における二次側駆動部圧力室内のエアーは、二次側出力圧力導入管３７ｂを通って二次側出力圧力室２３ｂへ戻った後に、二次側排気弁座２６ｂよりスプール２７の排気路２７０１に入った後に排気孔２７０２より外部に排出され、これにより、駆動部に連結されたバルブの駆動を制御可能としている。

そしてそのとき、本実施例のパイロット弁２１では、圧力室３１を備えるとともに、この圧力室３１を、圧力導入管３２を介して前記一次側出力圧力室２３ａに連通しているため、一次側出力圧力導入管３７ａを介して一次側出力圧力室２３ａから駆動部へエアーが供給されるに際して、一次側出力圧力室２３ａ内のエアーの一部は圧力室３１内に導入される。そうすると、圧力室３１内のエアー圧が増加し、圧力室３１と大気室３０とを仕切っているダイヤフラム３３ａが大気室３０側へ移動するとともに、ダイヤフラム３３に支持されているスプール２７が二次側出力圧力室２３ｂ側へ移動し、これによりスプール２７の動きにフィードバックを加えることが可能となる。

このように、本実施例のパイロット弁２１では、従来は不可欠とされていたスタビライザースプリングを用いること無くスプールにフィードバックを加えることを可能としたために、パイロット弁の交換を容易にすることが可能となり、また、スタビライザースプリングを用いてフィードバックを加える場合と異なり、スプールが斜めになりながら下側に移動することが無いために、スプールを支持しているダイヤフラム等の痛みを防止することも可能である。

次に、本実施例のパイロット弁２１を採用したポジショナーを用いてバルブの駆動制御を行う場合について図２を参照して説明すると、図２において２点鎖線で示した部分がポジショナー１である。

また、５１は駆動部であり、図においては、ピストン５３の下側に位置する一次側駆動部圧力室５２ａに前記一次側出力圧力室２３ａを連通させ、ピストン５３の上側に位置する二次側駆動部圧力室５２ｂに前記二次側出力圧力室２３ｂを連通しており、即ち、逆作動型としている。そして、ノズル背圧を増加させて一次側出力圧力室２３ａからエアーを供給することにより駆動部出力軸５４を上昇させ、ノズル背圧室２８内の圧力を初期の状態にすることで、駆動部出力軸５４を下降させてバルブを閉止可能としている。

更に、図において２は、パイロット弁２１におけるノズル背圧を調整するための入力部であり、図においてはトルクモーターを使用している。即ち、図２において、圧力供給管３６より圧縮エアーが供給されている状態において、入力部としてのトルクモーター２のコイル４に信号電流が印加されると、アーマチュア６が、支点バネ７を中心に、フラッパー８がノズル９の先端部を閉塞する方向、図における矢印Ａ方向に動く。

そうすると、パイロット弁２１におけるノズル背圧室２８の圧力が増加し、前述したように、ノズル背圧室２８と大気室３０とを仕切っているダイヤフラム３３ｂが一次側出力圧力室２３ａ側へ移動するとともに、ダイヤフラム３３ｂに支持されているスプール２７は、一次側出力圧力室２３ａ側に移動する。そして、一次側給気圧力室２２ａに供給された圧縮エアーは、その一部が圧力室３１内に導入されてスプール２７の動きにフィードバックを加えながら、一次側出力圧力導入管３７ａを通って、一次側駆動部圧力室５２ａに導入される。またそれとともに、二次側駆動部圧力室５２ｂ内のエアーは、二次側出力圧力導入管３７ｂを通って、パイロット弁２１の二次側出力圧力室２３ｂ内に導入された後に外部に排出され、これにより、駆動部出力軸５４は駆動部５１内の奥側へ移動し、バルブを開くことが可能となる。

一方、図において４１は、駆動部出力軸５４の駆動を制御するための制御機構である。即ち、駆動部出力軸５４が移動すると、その移動に伴って、駆動部出力軸５４に連結されたフィードバックレバー４２、４３を介して、カム４４が反時計回り方向（矢印Ｃ方向）へ回転し、このカム４４の回転によって、レンジアーム４５は、支点４５０１を中心として反時計回り方向（矢印Ｄ方向）へ回転する。そして、レンジアーム４５が反時計回り方向へ回転することによって、ゼロアーム４７は、レンジ調整ネジ４６に押されることにより、支点４７０１を中心として時計回り（矢印Ｅ方向）に回転し、これにより、ゼロアーム４７に連結しているフィードバックスプリング４９が上に引き上げられるとともに（矢印Ｆ方向）、フラッパー８が装着されているホルダー１１を、フラッパー８がノズル９の先端部の閉塞を解除する方向に引き上げ、フィードバックスプリング４９の張力とコイル４の吸引力が平衡した時点で、フラッパー８はノズル９の先端部との距離が元の位置になるように移動する。なお、図において４８は、ゼロ調整ネジである。

次に、フラッパー８がノズル９の先端部との距離が元の位置になるように離れていくと、ノズル９より放出されるエアーが増加するとともにノズル背圧室２８の圧力が下がり、ノズル背圧室２８と一次側出力圧力室２３ａとのエアー圧力のバランスが初期の状態に近づき、これによりノズル背圧室２８と大気室３０とを仕切っているダイヤフラム３３がノズル背圧室２８側に移動するとともに、このダイヤフラム３３に支持されているスプール２７が初期の位置に近づいていく。そしてそれにより、一次側給気圧力室２２ａにおいては、給気弁２４０１ａが給気弁座２５ａを閉止する方向に動き、二次側給気圧力室２２ｂ側においては、スプール２７における二次側排気弁座２４０２ｂの開口が閉止していく。

そしてこれにより、一次側駆動部圧力室５２ａへ供給されるエアー量が減少していくとともに、二次側駆動部圧力室５２ｂ内から排出されるエアー量も減少していき駆動部出力軸５４の移動が停止していく。即ち、駆動部出力軸５４は、フィードバックスプリング４９の張力とコイル４の吸引力が平衡するまで動き、これにより入力信号電流に比例した駆動部出力軸５４の変化が得られる。

なお、一般的にポジショナーにおいては、トルクモーターを使用した電空式では、トルクモーター２のコイル４へ入力する信号は４ｍＡ（０％）から２０ｍＡ（１００％）の範囲で行われ、また、空空式では、入力室への信号は２０ｋＰａ（０％）から１００ｋＰａ（１００％）の範囲で行われるが、前記のような構成において、バルブを閉止するときには、駆動部５１における一次側駆動部圧力室５２ａ内のエアーをゼロにする必要があり、そのためには、トルクモーター２のコイル４への信号入力を０％入力にして、フラッパー８とノズル９との距離を初期の状態にしてノズル背圧室２８内のノズル背圧を下げる必要があるが、パイロット弁の構造上、ノズル背圧室２８内のノズル背圧をゼロにすることはできない。そのために、本実施例では、前述したように、スプリング３８によって、前記スプール２７を二次側出力圧力室２３ｂ側へ付勢しており、これにより、トルクモーター２のコイル４への信号入力が０％時において、スプリング３８の付勢力によって、早期にノズル背圧室２８内におけるノズル背圧の不要部分をカットし、バルブが開いてしまうことを防止可能としている。

次に、本発明のパイロット弁の他の実施例について図３を用いて説明すると、図３は本実施例のパイロット弁の構造を示す一部断面図であり、図において２１が本実施例のパイロット弁である。そして、本実施例のパイロット弁では、前述の実施例のパイロット弁において、圧力室３１と大気室３０とを仕切っているダイヤフラム３３ａの１又は複数箇所にスリット３９を形成したことを特徴とし、その他の構成、作用等は前述の実施例のパイロット弁と同様である。そのため、同一部品等には同一符号を付するとともに、構成、作用等に関して重複した説明は省略する。

即ち、図において３９がスリットであり、本実施例のパイロット弁２１では、圧力室３１と大気室３０とを仕切っているダイヤフラム３３ａの１又は複数箇所にスリット３９を形成して、圧力室３１内に導入されるエアーを、大気室３０を介して外部に放出可能とし、これにより、特に、バルブを閉止した後に再びバルブを開く際の動作を容易にしている。

この作用について説明すると、駆動部出力軸５４が入力信号に比例した位置で停止している状態でバルブを閉止するときには、トルクモーター２の入力信号を０％入力にし、フラッパー８とノズル９との距離を初期の状態にしてノズル背圧室２８内のノズル背圧を下げる。そうすると、ノズル背圧室２８と一次側出力圧力室２３ａとのエアー圧力のバランスが初期の状態に近づき、これによりノズル背圧室２８と大気室３０とを仕切っているダイヤフラム３３がノズル背圧室２８側に移動するとともに、このダイヤフラム３３に支持されているスプール２７が二次側出力圧力室２３ｂ側へ移動していき、更にこのとき、スプリング３８の付勢力により、スプール２７が二次側出力圧力室２３ｂ側へ付勢され、早期にノズル背圧室２８内におけるノズル背圧の不要部分がカットされる。

そしてこれにより、一次側給気圧力室２２ａにおいては、給気弁２４０１ａが給気弁座２５ａを閉止して一次側駆動部圧力室５２ａへのエアー供給が停止するとともに、一次側出力圧力室２３ａ内においては、スプール２７の移動に伴って一次側排気弁座２６ａが開口になる。

一方、二次側給気圧力室２２ｂ側においては、スプール２７によりスプール２７の移動方向にある弁体２４ｂが押され、この弁体２４ｂによりスプール２７における二次側排気弁座２４０２ｂの開口が閉止していくとともに、二次側給気弁座２５ｂが開放される。

そうすると、二次側給気弁座２５ｂを介して二次側駆動部圧力室５２ｂ内へエアーが供給されるとともに、一次側駆動部圧力室５２ａ内のエアーは一次側排気弁座２６ａを介して外部に排出され、これにより、駆動部５１における一次側駆動部圧力室５２ａ内のエアーがゼロになり、駆動部出力軸５４が下降してバルブが閉止される。

次に、そしてこの状態において再びバルブを開く場合には、トルクモーター２に信号を入力することによりトルクモーター２のノズル９の先端部をフラッパー８で閉塞してノズル背圧室２８の圧力を再び増加させて、ノズル背圧室２８と大気室３０とを仕切っているダイヤフラム３３ｂを一次側出力圧力室２３ａ側へ移動させるとともに、ダイヤフラム３３ｂに支持されているスプール２７を一次側出力圧力室２３ａ側に移動させる。そうすると、スプール２７によって弁体２４ａを押し上げることで一次側給気弁座２５ａが開口するとともに一次側排気弁座２６ａが閉止して一次側駆動部圧力室５２ａへのエアー供給が行われ、一方、二次側給気弁座２５ｂが閉止するとともに二次側排気弁座２６ｂが開口して一次側駆動部圧力室５２ａ内のエアーが二次側出力圧力室２３ｂを介して外部に排出され、これにより、駆動部出力軸５４が上昇してバルブを開くことが可能となる。

しかしながら、前述したように、パイロット弁の構造上、ノズル背圧室２８内のノズル背圧をゼロにすることはできない。そのため、トルクモーター２の入力信号を０％入力にするとともにスプリング３８によって前記スプール２７を二次側出力圧力室２３ｂ側へ付勢した場合でも、ノズル背圧が残ってしまい、スプール２７を完全に二次側出力圧力室２３ｂ側へ移動させることはできず、一次側出力圧力室２３ａ内のエアー圧を大気圧にすることができない。

そのため、この状態においては、ノズル背圧の増加に対する圧力室３１と大気室３０とを仕切っているダイヤフラム３３ａの反応が鈍くなり、スプール２７を一次側出力圧力室２３ａ側に移動させるためには、大きな信号をトルクモーター２に入力する必要がある一方、入力信号が大きすぎるとスプール２７が大きく移動してしまい発振状態になってしまうおそれが考えられる。

そこで、本実施例のパイロット弁２１では、圧力室３１と大気室３０とを仕切っているダイヤフラム３３ａの１又は複数箇所にスリット３９を形成して、圧力室３１内に導入されたエアーを、大気室３１を介して外部に放出可能とし、バルブを閉止した状態から復帰させる際に、大きな信号をトルクモーターに入力すること無くバルブの復帰を可能にしている。

即ち、本実施例において、バルブを閉止するためにトルクモーター２の入力信号０％にすると、スプール２７の移動に伴って一次側駆動部圧力室５２ａ内から一次側出力室２３ａに戻されたエアーの一部は圧力室３１内に導入される。そうするとエアー圧力により圧力室３１内のスリット３９が開き、このスリット３９を介して圧力室３１内のエアーは外部に排出される。

そうすると、これにより一次側出力圧力室２３ａ及び圧力室３１内のエアー圧が大気圧となり、ノズル背圧の増加に対する、圧力室３１と大気室３０とを仕切っているダイヤフラム３３ａの反応が早くなり、従って、大きな信号を入力することなく、バルブの再開放を行うことが可能となる。

なお、大きな信号がトルクモーターに入力された場合には、一次側出力圧力室２３ａ、一次側の出力口２３０１ａ、及び一次側出力圧力導入管３７ａ内の圧力が急激に上昇してバルブが行き過ぎるが（オーバーシュート）、かかる場合に置いても本実施例ではオーバーシュートを防止することは可能である。即ち、信号が入力されると、一次側出力圧力室２３ａ内のエアーの一部が圧力室３１内に導入され、これによりダイヤフラム３３ａに大気室３０側への圧力が加わるとともに、圧力室３１内に導入されたエアーはスリット３９を介して放出されるが、信号入力が大きい場合には急激に圧力が上昇するため、スリット３９からのエアーの放出が一時的に間に合わなくなり、これにより圧力室３１に圧力がかかり、この圧力がダイヤフラム３３ａにフィードバックされる。そうすると、一次側出力圧力室２３ａ側に移動しようとするスプール２７の動きが減り、一次側給気圧力室２２ａからのエアーの流入量が制限される。従って、オーバーシュートを大幅に減少させることが可能になる。

一方、小さな信号変化の場合には、圧力導入管３２から圧力室３１内へ導入されたエアーは、すべてスリット３９を介して大気室３０へ排出される。

従って、スリット３９を設けることにより、大きな信号入力のときのみ、一時的にダイヤフラム３３ａに圧力を加えてオーバーシュートを防止でき、逆に、弁閉止時には圧力室３１内を大気圧にできるため、バルブの再開放のときにはこれをスムーズに行うことが可能である。

本発明のポジショナーのパイロット弁は、駆動部へ供給するエアーの一部を圧力室に導入し、これによりスプールの動きにフィードバックを加えることを特徴として、これにより従来のパイロット弁に不可欠とされたスタビライザースプリングを不要としたため、入力部としてトルクモーターを用いた電空式ポジショナーのみならず、エアー圧によりノズル背圧室の圧力を調節可能とした空空式ポジショナーにも適用可能である。

本発明のパイロット弁の実施例を説明するための図である。 本発明のパイロット弁を複動型ポジショナーのパイロット弁に適用させた場合の構造を示す一部断面図である。 本発明のパイロット弁の他の実施例を説明するための図である。 従来の複動型ポジショナーを説明するための図である。 駆動部を説明するための部断面図である。

符号の説明

１ ポジショナー
２ 入力部
４ コイル
５ ヨーク
６ アーマチュア
７ 支点バネ
８ フラッパー
９ ノズル
１０ 二次側ノズル背圧導入管
１１ ホルダー
１４ マグネット
１５ 側板
１６、１７ バイアススプリング
２１ パイロット弁
２２ａ 一次側給気圧力室
２２ｂ 二次側給気圧力室
２２０１ａ、２２０１ｂ 給気口
２３ａ 一次側出力圧力室
２３ｂ 二次側出力圧力室
２３０１ａ、２３０１ｂ 出力口
２４ａ、２４ｂ 弁体
２４０１ａ、２４０１ｂ 給気弁
２４０２ａ、２４０２ｂ 排気弁
２４０３ スプリング
２５ａ 一次側給気弁座
２５ｂ 二次側給気弁座
２６ａ 一次側排気弁座
２６ｂ 二次側排気弁座
２７ スプール
２８ ノズル背圧室
２９ 一次側ノズル背圧導入管
３０ 大気室
３１ 圧力室
３２ 圧力導入管
３３ ダイヤフラム
３５ 固定絞り
３６ 圧力供給管
３７ａ 一次側出力圧力導入管
３７ｂ 二次側出力圧力導入管
３８ スプリング
３９ スリット
４１ 駆動制御機構
４２、４３ フィードバックレバー
４４ カム
４５ レンジアーム
４６ レンジ調整ネジ
４７ ゼロアーム
４８ ゼロ調整ネジ
８１ シートリング
８２ シートアジャスター
８３ スプリング

Claims (4)

1. 一端側に形成した、給気口（２２０１ａ）を備えた一次側給気圧力室（２２ａ）と出力口（２３０１ａ）を備えるとともに給気弁座（２５ａ）を介して前記一次側給気圧力室（２２ａ）に連通した一次側出力圧力室（２３ａ）と、
   他端側に形成した、給気口（２２０１ｂ）を備えた二次側給気圧力室（２２ｂ）と出力口（２３０１ｂ）を備えるとともに給気弁座（２５ｂ）を介して前記二次側給気圧力室（２２ｂ）に連通した二次側出力圧力室（２３ｂ）と、
   圧力導入管（３２）を介して前記一次側出力圧力室（２３ａ）に連通した圧力室（３１）と、
   ダイヤフラム（３３ａ）を介して前記圧力室（３１）と隣り合う配置で形成された、外部に連通した大気室（３０）と、
   ダイヤフラム（３３ｂ）を介して前記圧力室（３１）の反対側において前記大気室（３０）に隣り合う配置で形成された、一次側ノズル背圧導入管（２９）を介して前記一次側給気圧力室（２２ａ）に連通されるとともに二次側ノズル背圧導入管（１０）が連結されたノズル背圧室（２８）と、
   前記ダイヤフラム（３３ａ、３３ｂ）に支持される形態で前記一次側出力圧力室（２３ａ）及び二次側出力圧力室（２３ｂ）側へ移動可能とされた、その内部に排気路（２７０１）が形成されるとともに該排気路（２７０１）の両端部が開口とされ、更に前記大気室（３０）に連通した排気孔（２７０２）を備えたスプール（２７）と、
   給気弁（２４０１ａ、２４０１ｂ）及び排気弁（２４０２ａ、２４０２ｂ）を備え、給気弁（２４０１ａ、２４０１ｂ）により前記給気弁座（２５ａ、２５ｂ）のそれぞれを閉止あるいは開放可能であるとともに、排気弁（２４０２ａ、２４０２ｂ）により前記スプール（２７）の両端部開口をそれぞれ閉止あるいは開放可能な配置で前記給気圧力室（２２ａ、２２ｂ）側から出力圧力室（２３ａ、２３ｂ）側に向けて挿装された一対の弁体（２４ａ、２４ｂ）と、を備えたことを特徴とするポジショナーのパイロット弁。
2. 弾性手段（３８）を用いて前記スプール（３１）を二次側出力圧力室（２３ｂ）側へ付勢したことを特徴とする請求項１に記載のポジショナーのパイロット弁。
3. 前記スプール（２７）の移動方向と同方向へ可動可能としたシートリング（８１）を配設して前記二次側給気弁座（２５ｂ）としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のポジショナーのパイロット弁。
4. 前記圧力室（３１）と大気室（３０）間のダイヤフラム（３３ａ）に１又は複数のスリット（３９）を形成したことを特徴とする請求項１又は請求項３に記載のポジショナーのパイロット弁。

Images