JP2007162898A - 圧力増幅三方弁 - Google Patents

Abstract

【課題】微圧信号入力時のオン・オフ作動以外は、供給流体を消費しない単純な小形圧力増幅三方弁の提供。
【解決手段】オフ時は高圧流体が供給口から供給され、微圧信号が入力口にない状態であり、弁は棒磁石及びリング状磁石の反発力により、弁座を閉とする。従って高圧流体は弁ホルダの内側と遮断され、出力口の流体圧は上空間、通路、下空間、排出口、通気穴、部屋、排出口を経て外部と連通するので出力はオフとなる。微圧信号入力がオンされるとダイヤフラムより発生した作動力でリング状磁石が上昇し一定値を超えたとき、棒磁石の反発力で弁は下側に移動して、下側の弁座を閉とする。出力口に高圧流体が流れ、出力はオンとなる。微圧信号入力がある値以下では、復帰バネ力によりダイヤフラムは下降しリテーナが基体に着座する。下降したリング状磁石に棒磁石を内蔵の弁は瞬時に反発し、閉じていた弁座を開とし上昇、上側弁座を閉じる。
【選択図】図１

Description

本発明はオン・オフ動作する圧力増幅三方弁に関するものである。

一般にオン・オフ動作する検出器などの微圧流体出力が圧力増幅弁で圧力増幅され高圧流体出力となると、以後の制御で流体をあまり消費しない小型の機器を作動させることが可能となる。消費される流量が多いとき、圧力増幅弁の出力で流量に対応した流量増幅弁（いわゆるマスターバルブ）を作動させ対処している。

即ち圧力増幅弁は、圧力増幅部と一定の出力流量を確保する流量増幅部を有している。これは圧力増幅部を有したパイロット弁とみることができる。この圧力増幅弁の増幅原理としては、作動体としてのダイヤフラムなどが微圧信号入力を受圧し、そのとき発生する力により直接に流量増幅部の弁を切換える直接作動形（例えば非特許文献1参照）と、ノズルフラッパを作動させ、そのノズル背圧で流量増幅部の弁を切換える間接作動形（例えば特許文献1参照）の2種類に分類される。

以下、図5により従来の直接作動形を、図6により従来の間接作動形について説明する。

前者の図5は、ポペット形式の常時開型で供給口49に高圧流体が供給され、微圧信号入力がオフの状態図である。作動体41と流量増幅部の弁44は弁軸42を介し一体となっている。 弁44には復帰バネ46の付勢力、及び弁44、弁軸42に作用する高圧流体の力が作用し、排出口弁座47を閉じ供給口弁座50を開として出力口45に高圧流体を出力する。

入力口40の微圧信号入力がオンとなると、作動体41で発生した力で弁44が下降することにより、開いていた供給口弁座50は閉じ、閉じていた排出口弁座47は開となり、出力側の流体は排出口48より排出され出力はオフとなる。従って弁44の切換え時以外は高圧流体を消費しないメリットがある。しかし弁44が微圧信号入力オンで切換わるには、上記オフの状態で図中上向きに作用する力(復帰バネの付勢力、弁及び弁軸への流体圧による力)と、シール43より生ずる摺動抵抗に打ち勝つ必要があり、圧力増幅部である作動体が大形となる。

後者の図6は、ポペット形式の常時閉型で微圧信号入力がオフの状態図である。作動体61と一体となったフラッパとしてのプランジャ62はノズル63を開としている。 一方供給口71より供給された高圧流体は、流量増幅部の弁72へ通じ一部が分岐され弁軸70の長穴、絞り64、ノズル背圧室65を経てノズル63へ至るが、絞り64の作用でノズル63が開のときノズル背圧室65の流体圧は低下し流体は外部の低圧側へ排出されている。 従ってダイヤフラム66に図中下向きの作動力は生じない。他方、穴明き支え膜73と一体となった弁72は、復帰バネ74の付勢力と弁72及び弁軸70に作用する高圧流体の力が図中上向きに作用し、弁72の弁座を閉じ弁67は該弁67の弁座を開としている。その結果、出力口68と排出口69は連通し出力はオフである。

入力口60の微圧信号入力がオンとなると作動体61で発生した力が、フラッパとしてのプランジャ62を変位させノズル63を閉じる。その結果ノズル背圧室65の圧が上昇し、流量増幅部のダイアフラム66を下方へ作動させ弁67、弁72を切換えて出力口68に高圧流体を出力する。 従って圧力増幅部である作動体61はノズル63を閉とする作動力が必要とされる。即ちノズル63の口径が作動体の大きさを決める要素である。

一般的にノズルフラッパのノズル口径は1ｍｍ未満が可能であるので、圧力増幅部の作動体は直接作動形に対して小型化が容易である。しかし間接作動形は増幅原理がノズルフラッパのため、微圧信号入力がオフレベルのとき、つまり微圧信号入力がオンレベルになるまでの待機中は、分岐供給された高圧流体は少量ではあるが常時垂れ流しの状態で、エネルギーの浪費となる。
日刊工業新聞社：油空圧化設計1976年9月号頁46〜47 3・3・1 インターフェイスバルブ（圧力増幅） 特出願公告昭46−33062公報

このように、従来の直接作動形圧力増幅弁は小形化に限界があり、また従来の間接作動形圧力増幅弁は微圧信号入力がオフレベルのときエネルギーの浪費を伴う。本発明はこのような点に鑑みなされたもので、圧力増幅弁の切換え時以外は供給流体を消費しない単純構造で小型化の容易な圧力増幅三方弁を提供するものである。

本発明が提供する圧力増幅三方弁は、次の（1）及び（2）に記載のものである。

（1）微圧信号入力を一側に受けると他側へ作動可能な作動体と、該作動体と非磁性の隔壁を介した内側ポペット形の弁とを、一対の磁石による反発力で結合させたことを特徴とする常時閉型の圧力増幅三方弁。（以下、第1の発明という）

（2）微圧信号入力を一側に受けると他側へ作動可能な作動体と、該作動体と非磁性の隔壁を介した内側ポペット形の弁とを、一対の磁石による吸引力で結合させたことを特徴とする常時閉型の圧力増幅三方弁。（以下、第2の発明という）

作動体の力を磁力で伝動することにより隔壁を介した弁を切換えることが可能となる。従って直接作動形圧力増幅弁における伝動軸としての弁軸と軸シールは不要となり、作動体の大きさを決める要素としては該作動体を復帰させる復帰バネの付勢力と、弁が流体圧を受ける弁座口径の二点となる。弁出力がパイロット弁に準じた流量を確保するには、弁座口径をそれ程大きくする必要がなく、これにより圧力増幅弁の切換え時以外は供給流体を消費しない、かつ単純構造でより小型の圧力増幅三方弁が可能となる。

磁力での伝動に磁石固有の反発力を利用すると弁の動作は常時閉型となり、吸引力を利用すると弁の動作は常時開型となる圧力増幅弁である。

第1の発明の実施の形態を実施例1によって説明する。

実施例1は常時閉型の圧力増幅三方弁に関するもので、図１に基づいて説明すると、非磁性体で円筒状の基体１の下部内に微圧信号入力を受けるダイヤフラム2が設けられている。このダイヤフラム2は、リング状磁石3が上部に固着され通気穴22を設けたリテーナ4aと一体になっている。このリング状磁石3は垂直方向に磁極Ｎ、Ｓを有するものである。

またダイヤフラム2により部屋20と部屋21とが仕切り形成され、基体1には部屋20に通じる入力口11と、部屋21に通じる排出口15が設けられている。リテーナ4aの外周付近には復帰バネ19が設けられている。該復帰バネ19は微圧信号入力がオフの時、リテーナ4aを基体1に付勢し着座させるものである。

また基体１の上部に非磁性体で筒状の弁ホルダ5を設ける。この弁ホルダ5の垂直方向中心位置には、上側に弁座9と供給口12、下側に弁座10と排出口14を設ける。さらに基体１の上部に弁ホルダ5の空間に達する出力口13を設ける。これら供給口12、出力口13、排出口14を除き弁ホルダ5の内側空間は気密が保たれる構造とする。

弁ホルダ5の内側には、非磁性体の棒部材にパッキン8と棒磁石7が固着された弁6が設けられている。棒磁石7は垂直方向に磁極Ｓ、Ｎを有するものである。尚、リング状磁石3と棒磁石7の垂直方向位置関係は、ダイヤフラム2の作動ストローク初期位置では反発力が弁6を弁座9に付勢し、作動ストロークが一定の値を超えると磁極どうしの位置変化より反発方向が入れ換わり、弁6を弁座10に付勢する位置とする。

また弁6の寸法は、弁ホルダ5の内側筒状空間をスムーズに上下移動可能な値とする。また弁6の切換わり過渡期に上空間16と下空間17の流体圧均等を図るため、弁6の外周一部に上空間16と下空間17を結ぶ通路18を設ける。

次に実施例1の作用を説明する。

図1は高圧流体が供給口12に供給され、微圧信号入力が入力口11にないオフのときであり、弁6は棒磁石7及びリング状磁石3の反発力により上昇し弁座9を閉としている。従って高圧流体は弁ホルダ5の内側と遮断され、かつ出力口13の流体圧は上空間16、通路18、下空間17、排出口14、通気穴22、部屋21、排出口15を経て外部と連通するので出力はオフの状態である。

微圧信号入力がオンとなるとダイヤフラム2により発生した作動力でリング状磁石3が上昇し一定値を超えたとき、対応する棒磁石7の反発力で弁6は下側に瞬時に移動し、弁座9が開き弁座10を閉とする。この結果出力口13に高圧流体が流れ出力はオンとなり、図2はこのときの状態である。

微圧信号入力がある値以下の入力オフになると、復帰バネ19の付勢力によりダイヤフラム2は下降しリテーナ4aが基体1に着座する。下降したリング状磁石3に棒磁石7を内蔵の弁6は瞬時に反発し、閉じていた弁座10を開とし上昇、弁座9を閉じて図1に戻る。

第2の発明の実施の形態を実施例2によって説明する。

実施例2は磁石の吸引力を利用した常時開型の圧力増幅三方弁に関するもので、図3に基づいて説明する。構成部品は実施例1で示した常時閉型の圧力増幅三方弁のリテーナ4aを除けば同様である。従って図1と同様な構成部品には同一の符号を付してその説明を省略する。

リテーナ4aに対しリテーナ4bの形状は異なっているが、これはリング状磁石3と棒磁石7に常時吸引力が作用する位置関係とするためである。これによりダイヤフラム2の作動ストローク初期位置では吸引力が弁6を弁座10に付勢し、該作動ストローク開始と共に弁6はリング状磁石3に追随し、弁6のストローク終端以後はダイヤフラム2の作動ストローク終端まで弁6を弁座9に付勢する。

次に実施例2の作用を説明する。

図3は微圧信号入力が入力口11にないオフのときであり、弁6は棒磁石7及びリング状磁石3の吸引力により弁座10を閉とし、弁座9を開としている。供給口12に供給される高圧流体は、連通する弁ホルダ5の内側を経て出力口13流れ出力はオンとなっている。

微圧信号入力がオンとなると、ダイヤフラム2により発生した作動力でリング状磁石3が上昇し、棒磁石7を内蔵した弁6は吸引力で上側に追随する。その結果、弁座10が開き弁座9を閉とする。従って供給口12の高圧流体は弁ホルダ5の内側と遮断され、かつ出力口13の流体圧は上空間16、通路18、下空間17、排出口14、通気穴22、部屋21、排出口15を経て外部と連通するので出力はオフの状態となる。図4はこのときの状態である。

入力信号圧がある値以下の入力オフになると、復帰バネ19の付勢力によりダイヤフラム2は下降しリテーナ4ｂが基体1に着座する。下降したリング状磁石3に棒磁石7を内蔵した弁6は吸引力により追随し、閉じていた弁座9を開とし下降、弁座10を閉じて図3に戻る。

第1の発明で微圧信号入力がオフのときの断面図である。（実施例1） 第1の発明で微圧信号入力がオンのときの断面図である。（実施例1） 第2の発明で微圧信号入力がオフのときの断面図である。（実施例2） 第2の発明で微圧信号入力がオンのときの断面図である。（実施例2） 従来の直接作動形圧力増幅三方弁で常時開型の概略断面図である。微圧信号入力はオフのときの状態である。 従来の間接作動形圧力増幅三方弁で常時閉型の概略断面図である。微圧信号入力はオフのときの状態である。

符号の説明

2ダイヤフラム
3リング状磁石
4aリテーナ
4bリテーナ
6弁
7棒磁石
9弁座
10弁座

Claims (2)

1. 微圧信号入力を一側に受けると他側へ作動可能な作動体と、該作動体と非磁性の隔壁を介した内側ポペット形の弁とを、一対の磁石による反発力で結合させたことを特徴とする常時閉型の圧力増幅三方弁。
2. 微圧信号入力を一側に受けると他側へ作動可能な作動体と、該作動体と非磁性の隔壁を介した内側ポペット形の弁とを、一対の磁石による吸引力で結合させたことを特徴とする常時開型の圧力増幅三方弁。

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