JP3027351B2 - 圧力制御弁及びその圧力制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力制御弁及びそ
の圧力制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧力制御弁として、例えば特開平
２−２８４２１３号公報に開示されているようなものが
ある。この圧力制御弁においては、気体の流路を開閉す
る開閉弁が、受圧体の往復動により開閉動作され、受圧
体はパイロット室の圧力変動に応じて往復動される。
又、この圧力制御弁においては、流路の出力ポート側の
圧力を検出する圧力センサと、流路の供給ポート側から
パイロット室内へ供給される圧力を制御するための給気
側電磁弁と、パイロット室内から外部へ排出される圧力
を制御するための排気側電磁弁とが設けられている。そ
して、コントローラが圧力センサの検出圧力と設定圧力
との差に基づいて各電磁弁を開閉動作させて、パイロッ
ト室に対して圧力を供給又は排出することにより、同パ
イロット室の圧力を変更制御し、その圧力の変動に応じ
て開閉弁が開閉動作されて、出力ポートの圧力が設定圧
力に制御される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
圧力制御弁においては、出力ポートから圧力気体が供給
されるシリンダ等の被圧力供給体の負荷容量が大きく
て、出力ポートの圧力が設定圧力にまで達するのに時間
がかかる場合、つまり出力ポートの圧力が前記設定圧力
より低い状態が長くなる場合、コントローラは出力ポー
トの圧力を設定圧力に早く近づけるために、給気側電磁
弁を開放制御してパイロット室の圧力を高めようとす
る。つまり、この圧力制御弁においては、設定圧力と出
力ポートの圧力との差に基づいて電磁弁が開閉制御され
るので、出力ポートの圧力が設定圧力より低い状態が長
くなると、パイロット室の圧力が非常に高くなる。これ
により、開閉弁が大きく開放されて給気ポートの圧力気
体が出力ポートに大量に供給されるので、出力ポートの
圧力を設定圧力に高速で近づけることができるが、パイ
ロット室の圧力は出力ポートの圧力と設定圧力との差に
何ら関係なく高くなっているので、出力ポートの圧力が
設定圧力に達した場合の開閉弁の復帰が遅くなり、正確
な圧力制御ができないという問題がある。

【０００４】又、この問題を解消するために、例えば給
気側電磁弁の開度を制御して、出力ポートの圧力をゆっ
くりと設定圧力に近づけるような構成も考えられるが、
これでは高速な圧力制御が望めない。

【０００５】本発明は上記問題点を解消するためになさ
れたものであり、その目的は、シリンダ等の被圧力供給
体の負荷容量が大きくても、高速でしかも高精度に圧力
制御を行うことのできる圧力制御弁及びその圧力制御方
法を提供することにある。

【０００６】

【０００７】

【課題を解決するための手段】 上記の目的を達成するた
め、第１の発明は、 入力ポート及び出力ポートを形成し
た流路を開閉する弁体を設け、出力ポート側の流路の圧
力が導入されるフィードバック室と、パイロット室とを
受圧体によって区画形成し、パイロット室の圧力を変更
制御することにより、その圧力変動に応じて受圧体を介
して前記弁体を開閉動作させ、前記流路を開閉制御する
圧力制御弁において、前記出力ポート側の流路の圧力を
前記フィードバック室に導入するための通路を、その有
効流路断面積が前記出力ポート側の流路の有効流路断面
積よりも小さく、かつ受圧体が移動した際にフィードバ
ック室の圧力が瞬間的に変動するような細孔とし、その
圧力変動を検出する圧力センサを設け、その圧力センサ
の検出信号に基づいてパイロット室の圧力を変更制御す
る制御手段を設けたものである。

【０００８】第２の発明は、入力ポート及び出力ポート
を形成した流路を開閉する弁体を設け、出力ポート側の
流路の圧力が導入されるフィードバック室と、パイロッ
ト室とを受圧体によって区画形成し、パイロット室の圧
力を変更制御することにより、その圧力変動に応じて受
圧体を介して前記弁体を開閉動作させ、前記流路を開閉
制御する圧力制御弁の圧力制御方法において、出力ポー
ト側の流路の圧力を前記フィードバック室に導入するた
めの通路を、その有効流路断面積が前記出力ポート側の
流路の有効流路断面積よりも小さく、かつ受圧体が移動
した際にフィードバック室の圧力が瞬間的に変動するよ
うな細孔とし、その圧力変動を圧力センサで検出し、そ
の圧力センサの検出信号に基づいて、制御手段により前
記パイロット室の圧力を変更制御するようにしたもので
ある。

【０００９】

【００１０】従って、第１又は第２の発明によれば、パ
イロット室の圧力が上昇して受圧体が移動されると、フ
ィードバック室に入る圧力が瞬間的に圧縮されて出力ポ
ートの圧力より高くなり、その高められたフィードバッ
ク室の圧力が圧力センサで検出される。つまり、その検
出された圧力がその検出時点での出力ポートの圧力より
も高くなっているので、圧力センサで検出される圧力は
実際のポートの圧力よりも早く立ち上がる圧力として検
出される。そして、その圧力に基づいて制御手段を制御
すると、出力ポートの圧力が設定圧力にまで達するのに
時間がかかる場合でも、その時間を見かけ上短くするこ
とができ、パイロット室の圧力が異常に高まることがな
い。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、圧力制御弁の一実施例を図
面に基づいて説明する。図１に示すように、バルブハウ
ジング１には気体の流路２が形成され、その流路２の両
端はそれぞれ給気ポート３及び出力ポート４となってい
る。流路２を開閉するための開閉部５は弁座６と弁体７
とを有し、弁体７は弁座６の対向位置に形成された背室
８に摺動可能に嵌挿されている。そして、弁体７はバネ
９により弁座６に向かって付勢されており、図１の状態
では弁体７が弁座６に押し付けられて、流路２が閉鎖さ
れている。又、弁体７には流路２の出力ポート４側と背
室８とを連通させる連通孔７ａが形成され、この連通孔
７ａを介して弁体７の出力ポート４側と背室８側との圧
力を同一にすることにより、弁体７を圧力的にバランス
させている。

【００１２】別の流路１０は前記流路２の出力ポート４
側と連通するようにバルブハウジング１に形成され、そ
の端部は排気ポート１１となっている。又、第１のハウ
ジングカバー１２はバルブハウジング１の上面に取り付
けられている。前記流路１０を開閉するための開閉部１
３は弁座１４と弁体１５とを有し、弁体１５は弁座１４
の対向位置において第１のハウジングカバー１２に形成
された背室１６に摺動可能に嵌挿されている。そして、
弁体１５はバネ１７により弁座１４に向かって付勢され
ており、図１の状態では弁体１５が弁座１４に押し付け
られて、流路１０が閉鎖されている。又、弁体１５には
流路２の出力ポート４側と背室１６とを連通させる連通
孔１５ａが形成され、この連通孔１５ａを介して弁体１
５の出力ポート４側と背室１６側との圧力を同一にする
ことにより、弁体１５を圧力的にバランスさせている。

【００１３】第２のハウジングカバー１８は第１のハウ
ジングカバー１２の上面に取り付けられ、両カバー１
２，１８の間には圧力室１９が形成されるとともに、同
圧力室１９内に位置するように両カバー１２，１８間に
は受圧体２０が配置されている。その受圧体２０は第２
のハウジングカバー１８と第１のハウジングカバー１２
との間に挟持固定されたダイヤフラム２１と、そのダイ
ヤフラム２１を両面から挟持する受圧板２２とより構成
されている。受圧体２０と第２のハウジングカバー１８
との間にはパイロット室２３が、受圧体２０と第１のハ
ウジングカバー１２との間にはフィードバック室２４が
形成されるように、受圧体２０は圧力室１９を区画して
いる。

【００１４】ロッド２５はナット２６により前記受圧体
２０に固定され、ロッド２５と受圧体２０とはロッド２
５の軸線方向に沿って一体に往復動可能となっている。
そのロッド２５は前記第１のハウジングカバー１２及び
弁体１５を挿通して前記弁体７の上面近傍まで延びてい
る。ロッド２５のほぼ中間部にはリング２７が固定さ
れ、そのリング２７は弁体１５の下面に係合可能となっ
ている。そして、前記パイロット室２３の内部圧力がフ
ィードバック室２４の内部圧力より大きくなり受圧体２
０とともにロッド２５が下動されたとき、同ロッド２５
の下端が弁体７に当接して同弁体７をバネ９の付勢力に
抗して押し下げ、開閉部５を開放させる。又、前記フィ
ードバック室２４の内部圧力がパイロット室２３の内部
圧力より大きくなり受圧体２０とともにロッド２５が上
動されたとき、同ロッド２５のリング２７が弁体１５に
係合して同弁体１５をバネ１７の付勢力に抗して押し上
げ、開閉部１３を開放させる。

【００１５】給気通路２８は前記流路２の給気ポート３
側とパイロット室２３とを接続するように、バルブハウ
ジング１、第１のハウジングカバー１２及び第２のハウ
ジングカバー１８に形成されている。電磁弁よりなる給
気側弁２９は、給気通路２８を開閉制御するように第２
のハウジングカバー１８上に設けられ、必要に応じてパ
イロット室２３内に給気ポート３側の高圧気体を導入し
てその内部圧力を上昇させる。排気通路３０はパイロッ
ト室２３と外部とを連通するように第２のハウジングカ
バー１８に形成されている。電磁弁よりなる排気側弁３
１は、排気通路３０を開閉制御するように第２のハウジ
ングカバー１８上に設けられ、必要に応じてパイロット
室２３内の気体を外部へ排出してその内部圧力を低下さ
せる。給気側弁２９と排気側弁３１とにより制御手段が
構成されている。

【００１６】フィードバック通路３２は前記流路２の出
力ポート４側とフィードバック室２４とを接続するよう
に、バルブハウジング１及び第１のハウジングカバー１
２に形成されている。従って、流路２の出力ポート４側
の圧力がフィードバック室２４内に導入される。圧力セ
ンサ３３は第２のハウジングカバー１８上に設けられ、
通路３４は前記フィードバック通路３２と圧力センサ３
３の下面とを連通するように第２のハウジングカバー１
８に形成されている。そして、圧力センサ３３はフィー
ドバック通路３２を介して流路２の出力ポート４側及び
フィードバック室２４と連通された通路３４の内部圧力
を検出して検出信号を出力する。

【００１７】カバー３５は第２のハウジングカバー１８
を覆うように第１のハウジングカバー１２上に取り付け
られ、給気側弁２９、排気側弁３１及び圧力センサ３３
を覆っている。そのカバー３５の側面には排気孔３６が
形成されている。又、カバー３５内には基板３７が配設
され、この基板３７上には圧力センサ３３からの検出信
号に基づいて給気側弁２９及び排気側弁３１を開閉制御
する制御回路が実装されている。即ち、圧力センサ３３
によって検出された出力ポート４側の圧力が、入力され
た設定圧力より低い場合は、給気側弁２９を開放作動さ
せてパイロット室２３内に流路２の給気ポート３側の圧
力を供給する。又、出力ポート４側の圧力が設定圧力よ
り高い場合は、排気側弁３１を開放作動させてパイロッ
ト室２３内の圧力を外部へ排出する。

【００１８】通路３９は前記通路３４とパイロット室２
３とを接続するように形成され、その通路３９中にはオ
リフィス３８が配置されている。このオリフィス３８
は、パイロット室２３の内部圧力が出力ポート４側の圧
力より高い場合に、パイロット室２３内の圧力気体を出
力ポート４側に放出するためのものである。つまり、出
力ポート４から圧力気体が供給されるシリンダ等の被圧
力供給体の負荷容量が大きくて、出力ポート４側の圧力
が設定圧力より低く、且つ設定圧力まで達するのに時間
を要する場合、パイロット室２３内の圧力気体がオリフ
ィス３８を介して出力ポート４側へ送られる。

【００１９】次に、上記のように構成された圧力制御弁
の作用を説明する。さて、図１はパイロット室２３とフ
ィードバック室２４との圧力がつり合っている状態を示
し、この状態ではロッド２５が中立位置にあって給気側
及び排気側の開閉部５，１３が閉鎖されている。

【００２０】そして、給気ポート３に圧力気体を供給し
て、圧力センサ３３により検出された出力ポート４側の
圧力が設定圧力より低い場合は、基板３７上の制御回路
により給気側弁２９が開放制御されて、パイロット室２
３内に流路２の給気ポート３側の圧力が供給される。こ
れにより、出力ポート４に通じるフィードバック室２４
の内部圧力がパイロット室２３の内部圧力より小さくな
り、その圧力差に応じて受圧体２０が下動される。それ
に伴い、ロッド２５が下動されて、同ロッド２５の下端
が弁体７に当接して同弁体７を押し下げ、開閉部５を開
放させる。これにより給気ポート３の圧力気体が出力ポ
ート４に供給され、出力ポート４側の圧力が設定圧まで
昇圧される。

【００２１】又、圧力センサ３３により検出された出力
ポート４側の圧力が設定圧力より高い場合は、基板３７
上の制御回路により排気側弁３１が開放制御されて、パ
イロット室２３内の圧力気体が外部へ排出される。これ
により、フィードバック室２４の内部圧力がパイロット
室２３の内部圧力より大きくなり、その圧力差に応じて
受圧体２０が上動される。それに伴い、ロッド２５が上
動されて、同ロッド２５のリング２７が弁体１５に係合
して同弁体１５を押し上げ、開閉部１３を開放させる。
これにより、出力ポート４の過剰の圧力気体が流路１０
を介して排気ポート１１から大気に放出され、出力ポー
ト４側の圧力が設定圧まで降圧される。

【００２２】ここで、シリンダ等の被圧力供給体の負荷
容量が大きいと、出力ポート４側の圧力が設定圧力にま
で達するのに時間がかかる。つまり出力ポート４側の圧
力が設定圧力より低い状態が長くなり、基板３７上の制
御回路により給気側弁２９が開放制御されて、パイロッ
ト室２３の内部圧力が高められる。すると、パイロット
室２３の圧力が出力ポート４側の圧力より大幅に大きく
なり、パイロット室２３内の圧力気体がオリフィス３８
を介して出力ポート４側に放出されて、給気ポート３か
ら供給される気体の圧力ともあいまって出力ポート４側
の圧力が急速に高められるとともに、パイロット室２３
の内部圧力が異常に高まることがない。従って、出力ポ
ート４側の圧力を高速で設定圧力に近づけることができ
るとともに、出力ポート４側の圧力が設定圧力に達した
場合、弁体７は閉鎖状態に直ちに復帰できて、出力ポー
ト４側の圧力が設定圧力を越えることがない。従って、
被圧力供給体の負荷容量が大きくても、高速でしかも正
確な圧力制御を行うことができ、高い精度を維持するこ
とができる。

【００２３】又、被圧力供給体の負荷容量がそれほど大
きくない場合には、オリフィス３８からの圧力の放出量
が減少して、前述したように各開閉部５，１３の開閉動
作に基づいて圧力制御が行われる。従って、被圧力供給
体の負荷容量に関係なく安定した圧力制御を行うことが
できる。

【００２４】次に、この実施例の別例を図２に基づいて
説明する。さて、この別例の圧力制御弁においては、フ
ィードバック通路３２と通路３４とがフィードバック室
２４を介して連通されている。そして、給気ポート３に
圧力気体を供給して、圧力センサ３３により検出された
出力ポート４側の圧力が設定圧力より低い場合には、前
述のように給気側弁２９が開放制御されて、パイロット
室２３の内部圧力が高められ、受圧体２０が下動され
る。この時、出力ポート４からフィードバック通路３２
を介してフィードバック室２４に入る圧力は瞬間的に圧
縮されて出力ポート４の出力圧より高い圧力となり、受
圧体２０の下動動作が緩やかになるとともに、その高め
られたフィードバック室２４の内部圧力は通路３４を介
して圧力センサ３３で検出される。そして、その検出さ
れた圧力がその検出時点での出力ポート４の出力圧より
も高くなっているので、圧力センサ３３で検出される圧
力は実際の出力ポート４の出力圧よりも早く立ち上がる
圧力として検出される。つまり、圧力センサ３３から各
弁２９，３１へ送られる圧力検出信号が早めに送られる
ことになり、シリンダ等の被圧力供給体の負荷容量が大
きくて、出力ポート４側の圧力が設定圧力より低い状態
が長くなるような場合でも、その低い状態を見かけ上短
くすることができ、前記実施例の通路３９及びオリフィ
ス３８の作用効果ともあいまって、パイロット室２３の
内部圧力が異常に高まるのを抑制することができて、被
圧力供給体の負荷容量に関係なく安定した圧力制御を行
うことができる。尚、通路３９及びオリフィス３８を設
けない場合においても、上記効果は有効である。

【００２５】尚、上記実施例はこれに限定されるもので
はなく、例えばオリフィス３８を排気通路３０中に配置
したり、オリフィス３８として可変オリフィス、例えば
ゴムオリフィスを用いてパイロット室２３と出力ポート
４側との圧力差に応じて気体の通過量を変化させるよう
にしたり、排気側の流路１０及び開閉部１３を除いて流
路及び開閉部をそれぞれ１ヶ所のみに設けたりするな
ど、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の構成を任
意に変更して具体化することも可能である。

【００２６】

【００２７】

【発明の効果】 以上詳述したように、請求項１及び請求
項２ に記載の発明によれば、出力ポートの圧力が設定圧
力にまで達するのに時間がかかる場合でも、その時間を
見かけ上短くすることができ、パイロット室の圧力が異
常に高まることを防止することができるので、シリンダ
等の被圧力供給体の負荷容量に係わらず、高速でしかも
高精度に圧力制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 圧力制御弁の一実施例を示す断面図。

【図２】 圧力制御弁の別例を示す断面図。

【符号の説明】

２ 流路、３ 給気ポート（入力ポート）、４ 出力ポ
ート、５ 開閉部、７弁体、２０受圧体、２３ パイロ
ット室、２９ 給気側弁（制御手段）、３１排気側弁
（制御手段）、３２ フィートバック通路（通路）、３
３ 圧力センサ、３４ 通路、３８ オリフィス、３９
通路、４０ 圧力センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05D 16/00 - 16/20

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力ポート（３）及び出力ポート（４）
   を形成した流路（２）を開閉する弁体（７）を設け、出
   力ポート（４）側の流路（２）の圧力が導入されるフィ
   ードバック室（２４）と、パイロット室（２３）とを受
   圧体（２０）によって区画形成し、パイロット室（２
   ３）の圧力を変更制御することにより、その圧力変動に
   応じて受圧体（２０）を介して前記弁体（７）を開閉動
   作させ、前記流路（２）を開閉制御する圧力制御弁にお
   いて、 前記出力ポート（４）側の流路（２）の圧力を前記フィ
   ードバック室（２４）に導入するための通路（３２）
   を、その有効流路断面積が前記出力ポート（４）側の流
   路（２）の有効流路断面積よりも小さく、かつ受圧体
   （２０）が移動した際にフィードバック室（２４）の圧
   力が瞬間的に変動するような細孔とし、その圧力変動を
   検出する圧力センサ（３３）を設け、その圧力センサ
   （３３）の検出信号に基づいてパイロット室（２３）の
   圧力を変更制御する制御手段（２９，３１）を設けたこ
   とを特徴とする圧力制御弁。
2. 【請求項２】 入力ポート（３）及び出力ポート（４）
   を形成した流路（２）を開閉する弁体（７）を設け、出
   力ポート（４）側の流路（２）の圧力が導入されるフィ
   ードバック室（２４）と、パイロット室（２３）とを受
   圧体（２０）によって区画形成し、パイロット室（２
   ３）の圧力を変更制御することにより、その圧力変動に
   応じて受圧体（２０）を介して前記弁体（７）を開閉動
   作させ、前記流路（２）を開閉制御する圧力制御弁の圧
   力制御方法において、 出力ポート（４）側の流路（２）の圧力を前記フィード
   バック室（２４）に導入するための通路（３２）を、そ
   の有効流路断面積が前記出力ポート（４）側の流路
   （２）の有効流路断面積よりも小さく、かつ受圧体（２
   ０）が移動した際にフィードバック室（２４）の圧力が
   瞬間的に変動するような細孔とし、その圧力変動を圧力
   センサ（３３）で検出し、その圧力センサ（３３）の検
   出信号に基づいて、制御手段（２９，３１）により前記
   パイロット室（２３）の圧力を変更制御するようにした
   ことを特徴とする圧力制御弁の圧力制御方法。