JP3221171U

JP3221171U - 電磁式大容量比例制御弁

Info

Publication number: JP3221171U
Application number: JP2019000559U
Authority: JP
Inventors: 平政游; 志聖鄭
Original assignee: 台灣氣立股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2019-01-10
Filing date: 2019-02-20
Publication date: 2019-05-09
Anticipated expiration: 2029-02-20
Also published as: TW202026552A; DE102019104067A1; DE102019104067B4; TWI689676B; US10670163B1

Abstract

【課題】迅速な調整と精密な圧力安定を達成した電磁式大容量比例制御弁を提供する。【解決手段】電磁式大容量比例制御弁は、内部にパイロット孔通路１１１、センサー通路１１３、排気通路１１２に連結された減圧室１０２を備え、該減圧室内に逆止弁１０１１を備えたメインダイアフラム１０１が設置され、メインシャフト部材１４と、サブシャフト部材１５を押し動かして移動させることができ、該センサー通路の検出により、圧力が低過ぎるとき、メインダイアフラムが下へ該メインシャフト部材を押し動かして該サブシャフト部材に当接させ、該サブシャフト部材がバルブゲート１５２に二段階の移動距離の調整を行わせ、バルブゲートが開いた後の流体流量を制御し、このとき一次側圧力が弁座体１３の出力端１３２に進入して二次側圧力を高め、二次側圧力の出力量を精密に調整することができ、かつ該メインシャフト部材内に設置された通気孔１４１と、排気室１２４内に設置された気流孔１２３を利用し、二段階の排気を行うことができる。【選択図】図１

Description

本考案は電磁式大容量比例制御弁に関し、弁座内に逆止弁を備えたメインダイアフラムで形成された減圧室と、該メインダイアフラムによる当接を受けて移動するメインシャフト部材とサブシャフト部材で構成されたバルブゲートが設置され、パイロット孔通路と吸気電磁弁の開放により一次側圧力を減圧室に入力させ、メインダイアフラム上の圧力を増加させて第一段階の下方向への押圧移動を行い、かつ排気電磁弁を通じ、合わせて二次側圧力を調整し、減圧の制御を行うことで、メインシャフト部材、サブシャフト部材、バルブゲートに精密な二次側圧力の出力量調整を達成させることができ、大量排気を行う必要があるときは、メインシャフト部材の上端が排気室内に完全に進入し、該排気室の面積からメインシャフト部材の面積を減算した後の環状面積が該バルブゲートの面積に相等するため、気流孔により大量の二次側圧力を迅速に出力し、該弁座外部に通過させることができ、これにより該二次側圧力を迅速に安定させる目的を達成する、電磁式大容量比例制御弁に関する。

電磁比例制御弁はさまざまな産業で広く応用されているが、空気圧流体が提供する動力の安定性及びそれが出力する必要がある圧力は、その空気圧の大きさによって変化するため、圧力の出力を安定させ、かつ電磁システムの制御を受けるために、従来の電磁比例制御弁では空気圧流体の圧力を制御する技術が徐々に広く採用されるようになり、それにより使用する空気圧流体に対して制御を行い、安定と制御を受ける圧力を得ている。

従来の電磁比例制御弁内には一般に減圧室、ステム、ダイアフラムが設置され、その動作過程はおおよそ、入力端が流体を入力した後、内部を流れてダイアフラムまで流れ、ステムを下へ移動させ、電磁比例制御弁内の流体にバルブゲートを通過させ、出力端まで流動させて調整を行うが、前述のダイアフラムとステムは通常減圧室内に設置され、かつ調整を容易にするために、該減圧室の空間高さは通常該ダイアフラムの作動ストロークより若干大きくなっており、ステムによる押圧移動をより円滑にしている。

ダイアフラムと減圧室の圧力差により、作用力が該ステム上に加えられ、入力される流体の圧力に一定の出力流量を保持させるため、入力される流体の圧力を精密に調整することができず、かつより大容量の電磁比例制御弁上に応用する必要がある場合、その機構上の設計がより複雑になる。このため、入力される流体に大容量構造の電磁比例制御弁上で最善の応用を発揮させるためには、動作圧力範囲内で圧力を調整でき、かつ精密調整の構造を兼備している必要がある。

本考案の主な目的は、逆止弁を備えたメインダイアフラムを組み合わせ、弁座内に設置して減圧室を構成し、外部から入力される一次側圧力がパイロット孔通路を通過し、吸気電磁弁を開いて減圧室に流入し、該メインダイアフラムを押し動かすと、メインシャフト部材とサブシャフト部材に当接して移動させることができ、バルブゲートを開閉させることで、二次側圧力の出力量を制御することができる、電磁式大容量比例制御弁を提供することを技術的課題とする。

一次側圧力の入力が二次側圧力を上昇させた後、圧力が高すぎ、より大流量の排気が必要なとき、該減圧室内の排気電磁弁が迅速に排気してメインダイアフラム上の圧力を下げ、メインシャフト部材とサブシャフト部材がいずれも弾性部材により上に向かって位置を回復し、メインシャフト部材の上端を排気室内に完全に進入させ、該排気室の面積からメインシャフト部材の面積を減算した後の環状面積が該バルブゲート面積に相等するため、気流孔を通じて大量の圧力を加速して出力し、弁座外部に排出させることができ、このように、メインシャフト部材の二段階排気、及びサブシャフト部材の二段階吸気設計を通じ、より精密かつ安定した圧力調整を可能にする。

以下この考案について説明する。請求項１に記載する電磁式大容量比例制御弁は、弁座と、上から下へ順に、アッパーバルブと、ミドルバルブと、弁座体を含んで連結して構成され、該弁座が一次側圧力の入力に用いる入力端と、二次側圧力の出力に用いる出力端を備え、該入力端から該出力端までが流路により連通され、該アッパーバルブと該ミドルバルブの間に逆止弁を備えたメインダイアフラムが挟んで設置され、１つの減圧室を形成し、該アッパーバルブに連結して、吸気電磁弁で該入力端までの連通が制御されるパイロット孔通路と、排気電磁弁で余分な圧力の排除が制御される排気通路と、センサーで該出力端からの連通を検出するセンサー通路が設置され、かつ該ミドルバルブ内に、該弁座体に連通された安定孔と、該安定孔から該パイロット孔通路まで連通されたミドルバルブ逆止弁と、外部に直通した気流孔が設けられ、そのうち、通気孔を備えたメインシャフト部材が、該ミドルバルブの排気室内に設置され、かつ該メインシャフト部材の下方に弾性部材を備えたサブシャフト部材が設置され、該メインダイアフラムが該メインシャフト部材に当接されて該サブシャフト部材を移動させ、該弾性部材の弾力を組み合わせてバルブゲートを形成し、該出力端の圧力が低過ぎるとき、該メインダイアフラムが下へ該メインシャフト部材と該サブシャフト部材を押し動かし、該サブシャフト部材に二段階の吸気調整を行わせ、該排気電磁弁が該メインダイアフラムの該逆止弁と該通気孔により該二次側圧力を調整して第一段階の排気・減圧の制御を行い、該バルブゲートに該二次側圧力の出力量の精密な調整を達成させ、大量の排気を行う必要があるときは、該メインシャフト部材の上端を該排気室内に完全に進入させ、該排気室の面積からメインシャフト部材の面積を減算した後の環状面積が該バルブゲートの面積に相等するため、該気流孔により大量の圧力の出力を加速して該弁座の外部に直通させ、これが第二段階の大量排気減圧であり、これにより該二次側圧力の出力を迅速に安定させる。

請求項２に記載する電磁式大容量比例制御弁は、請求項１における前記サブシャフト部材がさらに、該サブシャフト部材の上方中央に設けられた嵌入槽を含み、該嵌入槽が該メインシャフト部材をその中に配置し、それにより該通気孔の開閉を制御するために用いられる。

請求項３に記載する電磁式大容量比例制御弁は、請求項１における前記安定孔がさらに、前記安定孔内の一側に設置されたミドルバルブ逆止弁を含み、該ミドルバルブ逆止弁が、該安定孔を該パイロット孔通路に連通させ、該二次側圧力を該一次側圧力の低下に迅速に合わせて、該二次側圧力の減圧と平衡を行うために用いられる。

請求項４に記載する電磁式大容量比例制御弁は、請求項１における前記安定孔が該ミドルバルブの中心軸線を基準として、偶数個を環状に配列して対称に設置されて成り、該メインダイアフラムの移動の安定性を高める。

本考案の構造を示す概略図である。本考案の構造の回路を示す概略図である。本考案の準備状態の動作を示す概略図である。本考案の作動状態の動作を示す概略図である。本考案が作動状態で圧力を若干上昇させる動作を示す概略図である。本考案が作動状態で圧力を若干低下させる動作を示す概略図である。本考案の待機状態の動作を示す概略図である。本考案の動作状態の動作を示す概略図である。

通常、本考案に基づく最良の実施例に図１〜図８を組み合わせ、詳細に説明した後、本考案に対する理解が深められるはずである。

本考案の電磁式大容量比例制御弁は、その構造が、弁座１０と、上から下に順に、アッパーバルブ１１と、ミドルバルブ１２と、弁座体１３を含み、連結されて構成され、該弁座１０が、一次側圧力Ｐ１の入力に用いる入力端１３１と、二次側圧力Ｐ２の出力に用いる出力端１３２を備え、該入力端１３１から該出力端１３２までが流路１３３によって連通され、該アッパーバルブ１１と該ミドルバルブ１２間に逆止弁１０１１を備えたメインダイアフラム１０１が挟んで設置され、１つの減圧室１０２を形成し、かつ該減圧室１０２の中央空間に必要な容積、例えば円孔の面積と円孔の高さは、最小まで減少することができ、該メインダイアフラム１０１に迅速に該減圧室１０２内の圧力と平衡を達成させることができる。より詳細には、平衡圧力ＰＴの調整がより迅速になり、かつ一次側圧力Ｐ１のオリフィスＰＡ１の吸気流量をさらに制限した場合も、安定した速度で圧力を増加する効果を保ち、該吸気電磁弁ＰＡの開放時間をより短縮できるため、該メインダイアフラム１０１の移動ストロークをより容易に制御できる。

前記減圧室１０２はさらに、吸気電磁弁ＰＡで該入力端１３１への連通が制御されるパイロット孔通路１１１と、該排気電磁弁ＰＢで余分な圧力の排除が制御される排気通路１１２と、センサーＰＣで該出力端１３２の連通を検出するセンサー通路１１３が連結して設置され、かつ該ミドルバルブ１２内に該弁座体１３に連通された安定孔１２１と、該安定孔１２１から該パイロット孔通路１１１までを連通するミドルバルブ逆止弁１２２と、外部に直通された気流孔１２３が設けられる。

また、通気孔１４１を備えたメインシャフト部材１４が該ミドルバルブ１２の排気室１２４内に設置され、かつ該メインシャフト部材１４の下方に弾性部材１３４を備えたサブシャフト部材１５が設置され、該メインダイアフラム１０１が該メインシャフト部材１４に当接されて該サブシャフト部材１５を移動させ、該弾性部材１３４の弾力を組み合わせてバルブゲート１５２を形成し、該出力端１３２の圧力が低過ぎるとき、該メインダイアフラム１０１が下へメインシャフト部材１４とサブシャフト部材１５を押し動かし、該サブシャフト部材１５に二段階の吸気調整を行わせ、該排気電磁弁ＰＡが該逆止弁１０１１により該二次側圧力Ｐ２の出力量を調整し、大量の排気を行う必要があるときは、メインシャフト部材１４の上端を排気室１２４内に完全に進入させ、該排気室１２４の面積からメインシャフト部材１４の面積を減算した後の環状面積が該バルブゲート１５２の面積に相等するため、該気流孔１２３により大量の圧力の出力を加速して該弁座１０の外部に直通させ、該二次側圧力Ｐ２の出力を迅速に安定させることができる。

再び図１を参照する。アッパーバルブ１１に吸気電磁弁ＰＡと、排気電磁弁ＰＢと、センサーＰＣが接続されていることが分かり、主に制御回路Ｐを通じて電源ＰＲの駆動後、入力信号ＰＩと、出力信号ＰＯの設定を完了した後、該制御回路Ｐを通じて関連の圧力表示ＰＰを表示し、これにより吸気電磁弁ＰＡと排気電磁弁ＰＢを駆動する。出力端１３２を経由してアッパーバルブ１１を該制御回路Ｐ前まで接続する経路がセンサー通路１１３であり、このセンサーＰＣは主に二次側圧力Ｐ２の圧力を検出するために用いられ、二次側圧力Ｐ２の設定値を超過する、または設定値より低いとき、情報を制御回路Ｐにフィードバックして吸気電磁弁ＰＡと排気電磁弁ＰＢ間の判別を行い、二次側圧力Ｐ２が高過ぎる場合、排気電磁弁ＰＢと逆止弁１０１１を駆動し、二次側圧力Ｐ２の第一段階排気を行い、及び排気電磁弁ＰＢに位置する大気口ＰＢ１を開いて排気量を上げる。大量の排気を行う必要があるときは、メインシャフト部材１４の上端を排気室１２４内に完全に進入させ、該排気室１２４の面積からメインシャフト部材１４の面積を減算した後の環状面積が該バルブゲート１５２の面積に相等するため、該気流孔１２３により大量の圧力の出力を加速して該弁座１０外部に直通させることができ、これが第二段階排気である。反対に、二次側圧力Ｐ２が低過ぎる場合、吸気電磁弁ＰＡを駆動してメインダイアフラム１０１を押し動かし、該メインシャフト部材１４を続けて下へ移動させ、該サブシャフト部材１４３を動かし、二次側圧力Ｐ２が継続して所定値まで増加できるようにする。また図２に示す全体構造の回路の概略図を参照すると、関連の動作の流れをよりはっきりと理解できるであろう。

さらに図３の準備状態を参照する。吸気電磁弁ＰＡが閉じ、排気電磁弁ＰＢが開いていることが分かり、一次側圧力Ｐ１が入力端１３１から進入した後、バルブゲート１５２が閉じて阻隔されているため、その一部の一次側圧力Ｐ１がパイロット孔通路１１１を通って該吸気電磁弁ＰＡへ流れた後、阻隔されて該減圧室１０２へ流れ、このときの二次側圧力Ｐ２が０である。

さらに図４の作動状態を参照する。該吸気電磁弁ＰＡが開き、排気電磁弁ＰＢが閉じており、一次側圧力Ｐ１がパイロット孔通路１１１を通過して吸気電磁弁ＰＡのオリフィスＰＡ１を経て該減圧室１０２内のメインダイアフラム１０１上方へ流れ、同時に平衡圧力ＰＴを形成し、メインダイアフラム１０１を下に向かって最下方まで押し動かし、かつ該メインシャフト部材１４に当接し、これを駆動して下へ移動させ、さらに該サブシャフト部材１５を駆動して共に下へ移動させ、バルブゲート１５２を開かせる。該バルブゲート１５２を通過した一次側圧力Ｐ１が二次側圧力Ｐ２となり、出力端１３２、ミドルバルブ１２、センサー通路１１３へと流れ、センサーＰＣが信号を制御回路Ｐにフィードバックし、関連の二次側圧力Ｐ２を判読して、該吸気電磁弁ＰＡと排気電磁弁ＰＢの判別を行った後、二次側圧力Ｐ２が高過ぎる場合、コマンドを出力して該排気電磁弁ＰＢに排気・減圧の動作をさせる。前述の二次側圧力Ｐ２は、安定孔１２１を経由して該ミドルバルブ１２内まで流通することができ、該安定孔１２１は主に該ミドルバルブ１２の中心軸線を基準として、偶数個を環状に排列して対称に設置されて成り、該メインダイアフラム１０１の移動の安定性を高める。

この設計は該メインダイアフラム１０１が移動する時の安定性向上を効果的にサポートすることができる。このときのバルブゲート１５２は第一段階の吸気と第二段階の吸気が同時進行している状態下にあり、この段階は該バルブゲート１５２が完全に開いた状態である。

さらに図５の作動状態を参照する。これは二次側圧力Ｐ２の上昇の調整であり、該吸気電磁弁ＰＡが閉じ、排気電磁弁ＰＢが開いており、排気電磁弁ＰＢの制御により減圧室１０２内の該メインダイアフラム１０１上方に流入する流体を減少し、平衡圧力ＰＴを下げる。平衡圧力ＰＴと該減圧室１０２内の該メインダイアフラム１０１下方の二次側圧力Ｐ２が平衡になると、その発生する作用力がメインダイアフラム１０１上に加えられ、メインダイアフラム１０１が図４の最下方位置から上に向かって移動し、メインシャフト部材１４と、サブシャフト部材１５が共に弾性部材１３４の付勢を受けて上に向かって位置を回復する。このときのバルブゲート１５２は第一段階の吸気の状態下にあり、一次側圧力Ｐ１がサブシャフト部材１５とバルブゲート１５２の間隙を通過して出力端１３２へと流れ、二次側圧力Ｐ２は急速に上昇せず、吸気電磁弁ＰＡは二次側圧力Ｐ２の上昇の時間と速度を完全に制御することができる。

さらに図６の作動状態を参照する。これは圧力の低下の調整であり、該吸気電磁弁ＰＡが閉じ、排気電磁弁ＰＢが開いており、このときのバルブゲート１５２は閉じた状態で、一次側圧力Ｐ１は該バルブゲート１５２を通過して流れることができず、かつ該メインシャフト部材１４内にある通気孔１４１も二次側圧力Ｐ２を該減圧室１０２内に流通させる。この流通が本考案内でいう第一段階の排気であり、排気電磁弁ＰＢから流体を排出する時間と速度により、二次側圧力Ｐ２の低下の時間と速度を完全に制御し、所定の目標値を達成することができる。

さらに図７の待機状態を参照する。該吸気電磁弁ＰＡが閉じ、排気電磁弁ＰＢが閉じ、バルブゲート１５２が閉じられている。この状態下の出力端１３２も閉じられており、二次側圧力Ｐ２は安定した状態に保持される。

さらに図８の動作状態を参照する。該吸気電磁弁ＰＡが開き、排気電磁弁ＰＢが閉じており、バルブゲート１５２が第一段階と第二段階で吸気が完全に開かれ、二次側圧力Ｐ２が該出力端１３２から大量出力される。

上述の図３から図８に示すように、そのうち準備状態と動作状態の二次側圧力Ｐ２のみが流体を正常に出力でき、その他の状態の二次側圧力Ｐ２は該出力端１３２から出力されない。また該ミドルバルブ１２内に設けられた気流孔１２３は準備状態または出力端１３２の逆流流体の圧力が大き過ぎる時のみ、第二段階の排気を開き、それにより大容量排気の完了を加速する目的を達成し、その他状態では開かない。同様に該ミドルバルブ１２内にあるミドルバルブ逆止弁１２２は、より詳細に説明すると、該安定孔１２１とパイロット孔通路１１１の間に設けられて連通を行い、一次側圧力Ｐ１が二次側圧力Ｐ２より低いとき、二次側圧力Ｐ２を流通させて一次側圧力Ｐ１に合わせ、迅速に二次側圧力Ｐ２の減圧と平衡を行うことができる。

上述をまとめると、本考案の電磁式大容量比例制御弁は、メインシャフト部材１４とサブシャフト部材１５を組み合わせた段階的駆動により、サブシャフト部材１５の二段階吸気の調整設計を達成し、かつ同様に該メインシャフト部材１４中に設けた通気孔１４１を組み合わせて第一段階の排気を行い、該排気室１２４内に設けた気流孔１２３で第二段階の排気を行うことができ、本考案は大容量の電磁比例制御弁の分野において、短時間で迅速に二次側圧力Ｐ２の圧力安定化を行い、精密な圧力調整の目的を達成することができる。

１０弁座
１０１メインダイアフラム
１０１１逆止弁
１０２減圧室
１１アッパーバルブ
１１１パイロット孔通路
１１２排気通路
１１３センサー通路
１２ミドルバルブ
１２１安定孔
１２２ミドルバルブ逆止弁
１２３気流孔
１２４排気室
１３弁座体
１３１入力端
１３２出力端
１３３流路
１３４弾性部材
１４メインシャフト部材
１４１通気孔
１５サブシャフト部材
１５１嵌入槽
１５２バルブゲート
ＰＡ吸気電磁弁
ＰＡ１オリフィス
ＰＢ排気電磁弁
ＰＢ１大気口
ＰＣセンサー
Ｐ制御回路
ＰＲ電源
ＰＩ入力信号
ＰＰ圧力表示
ＰＯ出力信号
Ｐ１一次側圧力
Ｐ２二次側圧力
ＰＴ平衡圧力

Claims

電磁式大容量比例制御弁であって、弁座と、上から下へ順に、アッパーバルブと、ミドルバルブと、弁座体を含んで連結して構成され、該弁座が一次側圧力の入力に用いる入力端と、二次側圧力の出力に用いる出力端を備え、該入力端から該出力端までが流路により連通され、該アッパーバルブと該ミドルバルブの間に逆止弁を備えたメインダイアフラムが挟んで設置され、１つの減圧室を形成し、該アッパーバルブに連結して、吸気電磁弁で該入力端までの連通が制御されるパイロット孔通路と、排気電磁弁で余分な圧力の排除が制御される排気通路と、センサーで該出力端からの連通を検出するセンサー通路が設置され、かつ該ミドルバルブ内に、該弁座体に連通された安定孔と、該安定孔から該パイロット孔通路まで連通されたミドルバルブ逆止弁と、外部に直通した気流孔が設けられ、そのうち、通気孔を備えたメインシャフト部材が、該ミドルバルブの排気室内に設置され、かつ該メインシャフト部材の下方に弾性部材を備えたサブシャフト部材が設置され、該メインダイアフラムが該メインシャフト部材に当接されて該サブシャフト部材を移動させ、該弾性部材の弾力を組み合わせてバルブゲートを形成し、該出力端の圧力が低過ぎるとき、該メインダイアフラムが下へ該メインシャフト部材と該サブシャフト部材を押し動かし、該サブシャフト部材に二段階の吸気調整を行わせ、該排気電磁弁が該メインダイアフラムの該逆止弁と該通気孔により該二次側圧力を調整して第一段階の排気・減圧の制御を行い、該バルブゲートに該二次側圧力の出力量の精密な調整を達成させ、大量の排気を行う必要があるときは、該メインシャフト部材の上端を該排気室内に完全に進入させ、該排気室の面積からメインシャフト部材の面積を減算した後の環状面積が該バルブゲートの面積に相等するため、該気流孔により大量の圧力の出力を加速して該弁座の外部に直通させ、これが第二段階の大量排気減圧であり、これにより該二次側圧力の出力を迅速に安定させることを特徴とする、電磁式大容量比例制御弁。
前記サブシャフト部材がさらに、該サブシャフト部材の上方中央に設けられた嵌入槽を含み、該嵌入槽が該メインシャフト部材をその中に配置し、それにより該通気孔の開閉を制御するために用いられることを特徴とする、請求項１に記載の電磁式大容量比例制御弁。
前記安定孔がさらに、前記安定孔内の一側に設置されたミドルバルブ逆止弁を含み、該ミドルバルブ逆止弁が、該安定孔を該パイロット孔通路に連通させ、該二次側圧力を該一次側圧力の低下に迅速に合わせて、該二次側圧力の減圧と平衡を行うために用いられることを特徴とする、請求項１に記載の電磁式大容量比例制御弁。
前記安定孔が、該ミドルバルブの中心軸線を基準として、偶数個を環状に配列して対称に設置されて成り、該メインダイアフラムの移動の安定性を高めることを特徴とする、請求項１に記載の電磁式大容量比例制御弁。