JP3828049B2 - 流量制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体通路を流通する圧力流体の脈動を減衰させることにより、圧力流体の流量を安定して制御することが可能な流量制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
流体通路を流通する流体の流量を制御する従来技術に係る流量制御システムを図8に示す。
【0003】
この流量制御システム1は、タンク2に貯留された圧力流体を吸引して送給するポンプ3と、前記ポンプ3の下流側にチューブ等の管路4を介して接続され、該ポンプ3から送給される圧力流体の流体通路を開閉する開閉弁5と、前記開閉弁5の下流側にチューブ等の管路6を介して接続され、流体通路の流通する圧力流体の流量を制御する流量制御弁7とを含む。
【0004】
なお、前記流量制御弁7の下流側には、流体通路を流通する圧力流体の流量を検出する流量センサ8が設けられ、前記流量センサ8からの検出信号に基づいて流体通路を流通する圧力流体の流量が表示計9に表示される。
【0005】
前記流量制御弁7には、圧縮空気供給源10から供給されるエアーの圧力を調圧して所定のパイロット圧を流量制御弁7のパイロット室に導出する電空レギュレータ11がチューブ等の管路12を介して接続される。この電空レギュレータ11は、コントローラ13から導出される制御信号に基づいて圧縮空気供給源10から供給されるエアーを所定の圧力に制御してパイロット圧として導出するものである。
【0006】
前記の従来技術に係る流量制御システム1の概略動作を説明すると、タンク2内に貯留されてポンプ3を介して送給される圧力流体は、開閉弁5が弁開状態となることにより流量制御弁7に導入される。前記流量制御弁7では、電空レギュレータ11を介して所定の圧力に調圧されたパイロット圧がパイロット室に導入され、前記パイロット室に導入されるパイロット圧と開閉弁5を介して供給される圧力流体の圧力(一次側圧力)とを平衡させることにより図示しない弁体の弁開度が制御される。
【0007】
従って、流量制御弁7では、コントローラ13から導出される制御信号に基づいて制御されるパイロット圧と、開閉弁5を介して供給される圧力流体の一次側圧力とが平衡することにより弁体の弁開度が調整され、前記弁体の弁開度に対応する流量に制御されて導出される。
【0008】
なお、前記流量制御弁7から導出された圧力流体の流量は、流量センサ8によって検出され、その流量が表示計9に表示される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の従来技術に係る流量制御システムでは、例えば、ポンプの送給動作に起因して開閉弁を介して供給される圧力流体に脈動等の圧力変動が発生することにより、流量制御弁によって安定した流量制御が困難となる。
【0010】
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、脈動等の圧力変動を減衰させて圧力流体の流量を安定して制御することが可能な流量制御装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、流体通路を開閉する第1弁体によって前記流体通路を流通する圧力流体の流量を制御する装置において、
チューブが着脱自在に接続される継手部と、
前記継手部の軸線方向に沿った一方に設けられ、前記流体通路を流通する圧力流体の脈動による圧力変動を減衰させる脈動減衰機構と、
前記継手部の軸線方向に沿った他方に設けられ、前記第1弁体によって前記流体通路を流通する圧力流体の流量を制御する流量制御機構と、
を備え、
前記脈動減衰機構は、前記流体通路の内壁から突出して設けられ前記流体通路の軸線方向に沿って螺旋状に配置された複数の突起部を含み、
前記脈動減衰機構は、圧力流体供給ポートから供給されたパイロットエアーを所定の圧力に調圧して導出する圧力調圧部と、前記圧力調圧部から導出されたパイロットエアーに基づいて前記流体通路を開閉する第2弁体を動作させる脈動平衡部とを有し、
前記脈動平衡部には、前記圧力調圧部から導出されたパイロットエアーが導入される圧力室が形成され、前記圧力室に導入されるパイロットエアーの作用下に前記流体通路に臨む弁部材が設けられ、
前記弁部材は、上部側の第1ダイヤフラムと、下部側の第2ダイヤフラムと、前記第1ダイヤフラムと前記第2ダイヤフラムとの間に配設されて前記圧力室の上下方向に沿って変位自在に設けられた摺動プレートと、前記摺動プレートの下部側に連結された前記第2弁体とを含むことを特徴とする。
【0013】
本発明によれば、流体通路に沿って流通する圧力流体に脈動等の圧力変動が発生した場合、前記脈動する圧力流体が流体通路の内部に設けられた複数の突起部に衝突し、前記複数の突起部によって圧力流体中に含まれる脈動エネルギが分散且つ消失する。
【0014】
従って、本発明によれば、流体通路を流通する圧力流体の脈動等の圧力変動を減衰させて圧力流体の流量を安定して制御することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明に係る流量制御装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【0016】
図1において、参照数字20は、本発明の実施の形態に係る流量制御装置を示す。
【0017】
この流量制御装置20は、図示しないチューブが着脱自在に所定間隔離間して接続される継手部22と、前記継手部22の軸線方向に沿った一方に設けられた脈動減衰機構24と、前記継手部22の軸線方向に沿った他方に設けられた流量調整機構(流量制御機構)26とから構成される。
【0018】
なお、前記継手部22、脈動減衰機構24および流量調整機構26は、それぞれ一体的に組み付けられて構成される。
【0019】
継手部22は、一端部に第1ポート28が形成された第1継手ボデイ30と、他端部に第2ポート32が形成された第2継手ボデイ34とを有し、シール部材を介して略同軸状に連結された第1および第2継手ボデイ30、34には、前記第1ポート28と第2ポート32とを連通させる流体通路36が設けられる。
【0020】
さらに、前記継手部22は、前記第1ポート28および第2ポート32にそれぞれ係合し、チューブ38の開口部に挿入されるインナ部材40と、前記第1および第2継手ボデイ30、34の端部に刻設されたねじ溝にそれぞれ螺入することによりチューブ38の接続部位の液密性を保持するロックナット42とを有する。
【0021】
第1ポート28に近接する継手部22の一方には脈動減衰機構24が配設され、前記脈動減衰機構24は、上部のボンネット44を含む複数のブロック体が一体的に連結されて構成されたハウジング46を有する。
【0022】
前記ボンネット44の内部には、圧縮空気供給源48に接続された圧力流体供給ポート50を介してエアーが供給され、前記圧力流体供給ポート50から供給されたエアーを所定の圧力に調圧し、前記調圧されたエアーを通路52に向かって導出する圧力調圧部54が設けられる。
【0023】
この圧力調圧部54では、圧力流体供給ポート50から供給されたエアーをダイヤフラム室(図示せず)に導入し、図示しない調圧ハンドルによって調整されるばね部材のばね力と前記ダイヤフラム室に導入された圧力流体の圧力によってダイヤフラム(図示せず)を押圧する押圧力とを平衡させ、図示しないダイヤフラムの撓曲作用下に図示しないステムおよび弁体を変位させることにより、前記圧力流体供給ポート50から供給されたエアーを所望の圧力に調圧することができる。
【0024】
一方、ハウジング46の下部側には、前記圧力調圧部54から導出されたエアーに基づいて流体通路36を開閉する弁体(第2弁体)56をオン/オフ動作させる脈動平衡部58が設けられる。
【0025】
この脈動平衡部58には、図2に示されるように、通路52を介して圧力調圧部54から導出されたエアー(パイロット圧)が導入される圧力室60が形成され、前記圧力室60に導入されるエアーの作用下に、流体通路36に臨む弁部材62が変位するように設けられている。
【0026】
前記弁部材62は、上部側の第1ダイヤフラム64と下部側の第2ダイヤフラム66との間に配設され、上下方向に沿って変位自在に設けられた摺動プレート68と、前記摺動プレート68の下部側の中央部にねじ部材70を介して連結され、ハウジング46に形成された着座部72に対して接近または離間自在に設けられた弁体56と、前記摺動プレート68の外周面に環状溝を介して装着されたシール部材74と、前記摺動プレート68と弁体56との間に介装され、ハウジング46に形成された斜面76に接触することによりストッパとして機能する中間部材78とを有する。
【0027】
前記第1ダイヤフラム64は、例えば、ゴム製材料によって形成され、摺動プレート68を保護する機能を有し、前記第2ダイヤフラム66は、圧力流体の液密性を保持するとともに液溜まりを除去するために、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等の樹脂製材料によって形成するとよい。
【0028】
第1ポート28に近接する流体通路36の内壁には、該内壁面から流体通路36の内部中心に向かって所定長だけ突出した複数の消波突起部(突起部)77a〜77fが設けられる。この複数の消波突起部77a〜77fは、図3および図4に示されるように、流体通路36の内壁から該流体通路36の中心に向かって徐々に幅広となる略台形形状からなり、先端部が面取りされた曲線部79と僅かに窪んだ凹部81とを有する。また、前記複数の消波突起部77a〜77fは、流体通路36の内周壁面の時計回り方向に沿って螺旋状に所定間隔離間して配置される。
【0029】
この場合、図4に示されるように、第1ポート28に最も近接する第1の消波突起部77aは矢印A方向に所定角度傾斜し、第2の消波突起部77bは矢印B方向に所定角度傾斜し、第3の消波突起部77cは矢印C方向に所定角度傾斜し、第4の消波突起部77dは矢印D方向に所定角度傾斜し、第5の消波突起部77eは矢印E方向に所定角度傾斜し、第6の消波突起部77fは矢印Fに所定角度傾斜して形成される。なお、複数の消波突起部77a〜77fは、6枚に限定されるものではなく、流体通路36の口径および流路長等に対応して所望の数に設定される。
【0030】
流体通路36に沿って流通する圧力流体に脈動が発生した場合、脈動する圧力流体が複数の消波突起部77a〜77fに衝突し、前記複数の消波突起部77a〜77fによって圧力流体中に含まれる脈動エネルギを分散させ且つ消失させることができる。
【0031】
従って、流体通路36を流通する圧力流体に脈動等の圧力変動があっても、前記流体通路36の内壁に突出して形成された複数の消波突起部77a〜77fに圧力流体が衝突して脈動エネルギが減衰するとともに、前記圧力室60に供給されるエアーの圧力によって前記流体通路36を流通する圧力流体の脈動エネルギが減衰し、略一定の圧力に保持された圧力流体を流通させることができる。
【0032】
流量調整機構26は、第2継手ボデイ34と一体的に連結されたハウジング80と、前記ハウジング80の内部に形成された室に沿って矢印X1またはX2方向に沿って変位する第1ピストン82および第2ピストン84とを有する。
【0033】
第1ピストン82には、図5に示されるように、下部側の大径な第1突出部86aと上部側の小径な第2突出部86bとが形成され、下方に形成される第1突出部86aは、ハウジング80の内部に摺動自在に挿入されている。また、第1ピストン82の外周面には、環状溝を介してピストンパッキン88aが装着されている。
【0034】
第2ピストン84は、断面略コ字状に形成され、下方に形成される凹部に第1ピストン82の第2突出部86bが係合されるとともに、ハウジング80の内部に摺動自在に挿入される外周面には、環状溝を介して一組のピストンパッキン88b、88cが装着されている。
【0035】
また、第2ピストン84の内部と第2突出部86bとの間にはばね部材90が介装され、前記ばね部材90のばね力によって第1ピストン82と第2ピストン84とが離間する方向に付勢されている。
【0036】
さらに、第2ピストン84の略中央部には、後述する駆動軸92の軸部と螺合する貫通ねじ孔96が形成されている。
【0037】
第2ピストン84の側面には、溝部を介してピン部材98が所定長突出して装着され、前記ピン部材98は、ハウジング80の側面に形成される係合溝100に係合するように設けられている。すなわち、ピン部材98は、第2ピストン84が軸線方向に沿って変位する際、前記第2ピストン84の周方向に対する回転を阻止する回り止めの機能を有する。
【0038】
前記第1ピストン82の下端部には、例えば、樹脂製材料またはゴム製材料等の可撓性材料によって形成された弁体(第1弁体)102が連結され、前記弁体102は第1ピストン82と一体的に変位するように設けられる。前記弁体102は、略中央部に形成された厚肉部104aと、前記厚肉部104aと一体的に形成された薄肉部104bとからなり、撓曲自在に形成されている。
【0039】
この場合、前記弁体102は、第2継手ボデイ34に形成された着座部106から離間し、または前記着座部106に着座することにより、流体通路36を開閉するとともに、該弁体102の弁リフト量(弁体102の軸線方向に沿った変位量)に基づいて流体通路36を流通する圧力流体の流量を高精度に制御する機能を営む。
【0040】
また、弁体102の上面部には、該弁体102の薄肉部104bを保護するリング状の緩衝部材108が設けられ、前記緩衝部材108は、例えば、ゴム等の弾性部材によって形成され、ハウジング80の下面部によって保持される。
【0041】
流量調整機構26の上部側には、図1に示されるように、ハウジング80の上部に一体的に組み付けられたボンネット110を有し、前記ボンネット110内には、図示しない電源を付勢することにより弁体102を駆動させるリニアアクチュエータ112と、前記リニアアクチュエータ112の変位量に基づいて弁体102の変位量を検出する回転検出部114がそれぞれ設けられている。
【0042】
なお、前記回転検出部114には、リード線116を介して検出信号をコントローラ118に導出するためのコネクタ120が近接配置されている。
【0043】
このリニアアクチュエータ112は、コントローラ118から導出される回転駆動制御信号(パルス信号)によって付勢・滅勢されるリニアステッピングモータからなり、ケーシング内に設けられた図示しないステータおよびロータと、図示しない電源から供給される励磁電流の作用下に図示しないロータが所定方向に回転するように設けられている。
【0044】
なお、前記リニアアクチュエータ112の駆動軸92は、その回転作用下に軸線方向(矢印X1またはX2方向)に沿って変位自在に設けられている。
【0045】
一方、リニアアクチュエータ112の駆動軸92には、所定のピッチからなるねじ部がそれぞれ刻設された第1軸部122および第2軸部124が設けられ、上部側の第1軸部122の直径は、下部側の第2軸部124の直径よりも大きくなるように設定されている。
【0046】
前記回転検出部114には、図示しない発光部と受光部とが所定間隔離間して相互に対向する位置に配設され、リニアアクチュエータ112の駆動軸92に連結されて一体的に回動する図示しないロータが設けられている。この場合、前記ロータの内部を通過した発光素子の発光光を受光素子で受光することにより、リニアアクチュエータ112の駆動軸92の回転角度、回転数等が検出され、検出信号としてコントローラ118に導出される。
【0047】
コントローラ118では、前記リニアアクチュエータ112の駆動軸92のピッチデータと前記回転数等の検出信号とに基づいて前記駆動軸92の軸線方向に沿った変位量が演算され、前記演算結果に基づいて、弁体102と着座部106との離間距離、すなわち、弁体102の弁リフト量が算出される。
【0048】
従って、コントローラ118では、予め設定された弁体102のリフト量との偏差を求め、前記偏差が零となるように弁体102のリフト量を調整することにより、流体通路36を流通する圧力流体の流量を高精度に制御することができる。
【0049】
本発明の実施の形態に係る流量制御装置20は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【0050】
図6に示されるように、ポンプ130の吸引作用下にタンク132内に貯留された圧力流体が流量制御装置20の継手部22に送給され、前記継手部22の第1ポート28を介して圧力流体が脈動平衡部58に導入される。この場合、圧力調圧部54では、圧力流体供給ポート50から供給されたエアーを図示しないダイヤフラム室に導入し、図示しないダイヤフラムの撓曲作用下にばね部材のばね力とダイヤフラム室に導入されたエアーの圧力とを平衡させることにより、前記エアーが所望の圧力に調圧される。
【0051】
従って、圧力調圧部54によって所望の圧力に調圧されたエアーが通路52を介して脈動平衡部58の圧力室60に導入され、流体通路36を流通する圧力流体の一次側圧力と前記圧力室60に導入されたエアーの圧力とがバランスする。
【0052】
流体通路36を流通する圧力流体に脈動等の圧力変動がある場合、前記圧力流体の圧力変動は、第2ダイヤフラム66を介して摺動プレート68に伝達され、前記摺動プレート68が僅かに上下動作する。その際、前記摺動プレート68を間にして流体通路36と反対側に設けられた圧力室60のエアーによって緩衝されることにより、圧力流体の圧力変動が減衰される。
【0053】
さらに、本実施の形態では、流体通路36を流通する圧力流体に脈動等の圧力変動がある場合、脈動する圧力流体が複数の消波突起部77a〜77fの傾斜面にそれぞれ衝突し、前記複数の消波突起部77a〜77fによって圧力流体中に含まれる脈動エネルギを分散させることにより、前記脈動エネルギを円滑に消失させることができる。
【0054】
このように本実施の形態では、流体通路36を流通する圧力流体に脈動等の圧力変動があっても、前記流体通路36の内壁に突出して形成された複数の消波突起部77a〜77fに圧力流体が衝突して脈動エネルギが減衰するとともに、前記圧力室60に供給されるエアーの圧力によって前記流体通路36を流通する圧力流体の脈動エネルギが減衰し、略一定の圧力に保持された圧力流体を流通させることができる。
【0055】
前記脈動平衡部58から導出された圧力流体は、流体通路36に沿って流通し、流量調整機構26に導入される。前記流量調整機構26では、コントローラ118から導出される回転駆動制御信号に基づいてリニアアクチュエータ112を付勢・滅勢することにより、弁体102と着座部106との離間距離を調整する弁体102のリフト量が設定される。弁体102の弁開度が調整され、流体通路36を流通する圧力流体は、前記弁体102の弁開度に対応する流量に制御される。
【0056】
この場合、コントローラ118は、リニアアクチュエータ112に付勢信号を導出し、前記リニアアクチュエータ112の駆動軸92である第1および第2軸部122、124を矢印X1方向に向かって変位させる。従って、駆動軸92の回転作用下に貫通ねじ孔96を介して前記第2軸部124に螺合された第2ピストン84および第1ピストン82が上方に向かって変位することにより弁体102が一体的に上昇し、着座部106から離間する。
【0057】
前記弁体102の軸線方向に沿った変位量は、リニアアクチュエータ112の回転量を介して回転検出部114によって検出され、前記回転検出部114から導出される検出信号(パルス信号)に基づいて、コントローラ118は、予め設定された位置で弁体102が停止するようにリニアアクチュエータ112を制御する。
【0058】
すなわち、コントローラ118は、回転検出部114から導出されるパルス信号をカウントして予め設定された所定のパルス数に到達したとき、リニアアクチュエータ112に滅勢信号を導出し、リニアアクチュエータ112の駆動状態を停止させる。前記コントローラ118では、駆動軸92の回転数および回転角度等の回転量と、第2ピストン84に螺合されている第2軸部124のねじピッチとから駆動軸92の変位量を演算して算出することができる。その結果、弁体102のリフト量を高精度に制御することができるとともに、前記弁体102のリフト量に対応する圧力流体の流量を高精度に制御することができる。
【0059】
本実施の形態では、脈動減衰機構24として流体通路36の内壁から突出する複数の消波突起部77a〜77fを設け、簡素な構造によって圧力流体の脈動等の圧力変動を円滑に減衰させることができる。従って、装置全体を大型化させることがなく、製造コストが増大することを防止することができる。
【0060】
なお、図7に示されるように、流量制御装置20の下流側の流体通路中に流量センサ140を配設し、前記流量センサ140からのセンサ検出信号をコントローラ118に導入してフィードバック制御を行うことにより、リアルタイムで流体通路36を流通する流量をモニタするようにしてもよい。
【0061】
この場合、コントローラ118では、予め設定された流量データと前記流量センサ140から導出されたセンサ検出信号とを比較し、その偏差が零となるように弁体102の弁リフト量を調整することにより、流体通路36を実際に流通する流量を高精度に制御することができる。
【0062】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【0063】
すなわち、流体通路の内壁から突出する複数の突起部に圧力流体が衝突することにより、脈動等の圧力変動を減衰させて圧力流体の流量を安定して制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る流量制御装置の一部省略縦断面図である。
【図2】図1の流量制御装置を構成する脈動平衡部の一部拡大縦断面図である。
【図3】流体通路中の内壁に設けられた複数の消波突起部の透過斜視図である。
【図4】図1のIV−IV線に沿った縦断面図である。
【図5】図1の流量制御装置を構成する流量調整機構の一部拡大縦断面図である。
【図6】図1に示す流量制御装置が組み込まれた流量制御システムのブロック構成図である。
【図7】図6の流量制御システムの変形例を示すブロック構成図である。
【図8】従来技術に係る流量制御システムのブロック構成図である。
【符号の説明】
20…流量制御装置 22…継手部
24…脈動減衰機構 26…流量調整機構
28、32…ポート 36…流体通路
54…圧力調圧部 56、102…弁体
58…脈動平衡部 60…圧力室
64、66…ダイヤフラム 68…摺動プレート
72、106…着座部 77a〜77f…消波突起部
79…曲線部 81…凹部
82、84…ピストン 92…駆動軸
96…貫通ねじ孔 112…リニアアクチュエータ
114…回転検出部 118…コントローラ
122、124…軸部 140…流量センサ
Claims (1)
- 流体通路を開閉する第1弁体によって前記流体通路を流通する圧力流体の流量を制御する装置において、
チューブが着脱自在に接続される継手部と、
前記継手部の軸線方向に沿った一方に設けられ、前記流体通路を流通する圧力流体の脈動による圧力変動を減衰させる脈動減衰機構と、
前記継手部の軸線方向に沿った他方に設けられ、前記第1弁体によって前記流体通路を流通する圧力流体の流量を制御する流量制御機構と、
を備え、
前記脈動減衰機構は、前記流体通路の内壁から突出して設けられ前記流体通路の軸線方向に沿って螺旋状に配置された複数の突起部を含み、
前記脈動減衰機構は、圧力流体供給ポートから供給されたパイロットエアーを所定の圧力に調圧して導出する圧力調圧部と、前記圧力調圧部から導出されたパイロットエアーに基づいて前記流体通路を開閉する第2弁体を動作させる脈動平衡部とを有し、
前記脈動平衡部には、前記圧力調圧部から導出されたパイロットエアーが導入される圧力室が形成され、前記圧力室に導入されるパイロットエアーの作用下に前記流体通路に臨む弁部材が設けられ、
前記弁部材は、上部側の第1ダイヤフラムと、下部側の第2ダイヤフラムと、前記第1ダイヤフラムと前記第2ダイヤフラムとの間に配設されて前記圧力室の上下方向に沿って変位自在に設けられた摺動プレートと、前記摺動プレートの下部側に連結された前記第2弁体とを含むことを特徴とする流量制御装置。
Priority Applications (9)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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