JP2007056969A - 空気駆動調節弁 - Google Patents

Abstract

【課題】電空変換器を不要として、ノズル背圧により弁体を駆動して調節弁により流体流量を制御する。
【解決手段】電流を流す電磁コイル１１と、この電磁コイル１１による電磁力と供給空気のノズル１７の背圧を平衡させるノズルフラッパ１４を有し、ノズル１７の背圧によりダイアフラム２１を介して弁体２５を上下させ、この弁体２５の上下動により弁座２６との間を流れる流体の流量を調節する。ダイアフラム２１と弁体２５の間に、中間部材２４を介在させてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁コイルに流れる電流に従って流体流量を制御する空気駆動調節弁に関するものである。

従来、電流信号に比例制御する空気駆動調節弁を動作させるためには、ノズルフラッパにより電流信号を空気圧信号に変換し、パイロット弁を通して空気圧信号の空気圧を増幅する電空変換器を必要としている。この種の電空変換器では、空気圧を空気駆動調節弁に導き、供給空気圧の力を利用したダイアフラムによって弁体を駆動して流量を制御している。

通常では、電空変換器は空気駆動調節弁とは切り離されて別機器として設置したり、或いはプロセス制御関連機器では、電空ポジショナとして使用される。

図２は特許文献１に従来例として記載されているパイロット弁を一部に含む電空ポジショナの例を示し、電空ポジショナは電空変換機構を内蔵し、電空変換機構は電磁コイル１、フラッパ２、ノズル３、パイロット弁４を有している。パイロット弁４はノズル背圧である空気圧信号を増幅し、調節弁５に伝達し、調節弁５の弁棒６を駆動する。

特開平１０−７８００４号公報

このように、従来の計装プロセスでは電空変換器と調節弁を別個に必要としていた。

本発明の目的は、上述の課題を解消し、調節弁に電空変換機構を搭載した空気駆動調節弁を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る空気駆動調節弁の技術的特徴は、電流を流す電磁コイルと、該電磁コイルによる電磁力と供給空気のノズル背圧を平衡させるノズルフラッパを有する電空変換部と、前記ノズル背圧によりダイアフラムを介して上下動する弁体を有する調節弁とから成り、前記弁体により弁座との間を流れる流体の流量を前記電磁コイルを流れる電流に従って調節することにある。

本発明に係る空気駆動調節弁によれば、従来では電空変換機構と空気駆動調節弁の２つの機器が必要とされたエア駆動手段の計装プロセスにおいて、電空変換器が不要となるため、計装コスト、製造コストの低減がもたらされる。

本発明を図１の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１において、円筒状の電磁コイル１１の上下方向の中心軸上に軟磁性材料から成る棒状の鉄心１２が配置されており、電磁コイル１１には電流入力線１３を介して制御電流が流れるようになっている。電磁コイル１１の下方にはノズルフラッパ１４がボディに固定した支点１５を介して取り付けられ、ノズルフラッパ１４の一端には永久磁石１６が固定され、この永久磁石１６は鉄心１２の下端と対向している。

ノズルフラッパ１４の他端には、ノズルフラッパ１４に向けて空気を噴出するノズル１７が対向して設けられ、ノズルフラッパ１４とノズル１７の先端は所定の間隙ｄを隔てるようにされている。ノズル１７は空気室１８と連通され、空気室１８には空気供給口１９と空気排気口２０が接続されている。

空気室１８の下部はダイアフラム２１によりシールされており、ダイアフラム２１の中心には下方に向けたシャフト２２の上端が固定されている。シャフト２２の下端には別のダイアフラム２３が取り付けられており、このダイアフラム２３に取り付けた中間部材２４を介して弁体２５の上端が押さえ付けられている。

弁体２５は固定の弁座２６と共働し、調節弁として流体の流入口２７から流出口２８間の流路を開閉する役割を果たし、弁体２５はばね２９の付勢力によりダイアフラム３０を介して上方に押し上げられている。そして、ダイアフラム２３、３０は流体の流路、流体溜り３１をシールしている。

例えば、直流電流信号が電流入力線１３を通って電磁コイル１１に供給されると、鉄心１２の軸方向に磁界が形成され、鉄心１２と永久磁石１６の間に吸引力又は反発力が作用し、ノズルフラッパ１４は支点１５を介して傾き、ノズル１７との間隙ｄが変化する。つまり、鉄心１２に対する電磁コイル１１の磁力の大きさ、鉄心１２と永久磁石１６間の吸引反発力、ノズルフラッパ１４を押すノズル１７からの空気噴射力とが平衡する位置でノズルフラッパ１４は安定する。

一定圧力の供給空気は、空気供給口１９から図示しないオリフィスを介してダイアフラム２１でシールされた空気室１８に入り、ノズル１７から間隙ｄの大きさに応じた内部空気が噴出されることにより空気室１８内が圧力制御され、噴射した空気は排気口２０から排出される。例えば、永久磁石１６が鉄心１２により吸引されると、間隙ｄが小さくなってノズル１７の背圧、つまり空気室１８の空気圧が高くなり、ダイアフラム２１を介してシャフト２２を押し下げる力が働く。

このシャフト２２に加わる力は中間部材２４に加えられ、弁体２５をばね２９の付勢力に抗して押し下げる。この弁体２５の下降により弁座２６との間隔が拡がり、調節弁において流体の流量が大きくなる。流入口２７から入った流体は弁体２５と弁座２６との間を通過した後に、流体溜り３１を経て流出口２８から出てゆく。

また、ノズル背圧が低く、シャフト２２による弁体２５を押し下げる力が大きくない場合には、弁体２５はばね２９の弾性力によりダイアフラム３０を介して上方に押し上げられ、弁座２６との間を閉止する方向に動く。

このように、上部の電磁コイル１１への入力電流が増加するに従って、流体の流量が増加し、逆に入力電流が減少すれば、同じメカニズムによって流量が減少するので、電流信号によって下部の空気圧作動弁が調節されることになる。

本実施例では、ノズル背圧を増幅するパイロットリレー弁を省略し、電空変換機能を調節弁の上部に搭載することにより、ノズル背圧を直接にダイアフラム２１に導き調節弁を流れる流量を制御することを可能としている。

また実施例では、空気圧を受けるダイアフラム２１と流体圧力を受けるダイアフラム２３の２枚のダイアフラムを設けているが、これらの２つのダイアフラム２１、２３を１枚にまとめることも可能である。ただし、実施例のような２枚のダイアフラム２１、２３はそれぞれ空気圧を受ける部分と流体圧を受ける部分に分けているため、信頼性が向上する利点がある。なお、１枚のダイアフラムで構成した場合には、図１においてシャフト２２が省略される。

通常の工場内のプロセスにおいては、空気圧０．１４ＭＰａの空気が供給されているが、半導体装置においては空気圧をアクチュエータ源として用いるために、より高い空気圧０．４ＭＰａが使用されている。

本発明では、流体圧に対抗する空気圧を利用するため、供給空気圧が大きいほど、バルブ制御性能が良くなるので、本発明のような電空変換器不要の空気駆動調節弁は、半導体装置に使用される調節弁に好適である。

実施例の構成図である。 従来例の説明図である。

符号の説明

１１ 電磁コイル
１２ 鉄心
１４ ノズルフラッパ
１６ 永久磁石
１７ ノズル
１９ 空気供給口
２０ 空気排気口
２１、２３、３０ ダイアフラム
２２ シャフト
２４ 中間部材
２５ 弁体
２６ 弁座
２７ 流体流入口
２８ 流体流出口
２９ ばね

Claims (2)

1. 電流を流す電磁コイルと、該電磁コイルによる電磁力と供給空気のノズル背圧を平衡させるノズルフラッパを有する電空変換部と、前記ノズル背圧によりダイアフラムを介して上下動する弁体を有する調節弁とから成り、前記弁体により弁座との間を流れる流体の流量を前記電磁コイルを流れる電流に従って調節することを特徴とする空気駆動調節弁。
2. 前記ノズル背圧を中間部材に伝えると共に前記供給空気に対しシールを行う第１のダイアフラムと、前記中間部材に働く力を前記弁体に伝えると共に前記流体に対しシールを行う第２のダイアフラムとを有することを特徴とする請求項１に記載の空気駆動調節弁。

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