JP4212929B2 - 圧力制御弁、及び圧力発生装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体通路と、この流体通路に対して略直交する方向に形成される流体出力通路とを備え、前記流体通路から入力した流体を、所望の圧力に制御して前記流体出力通路から出力する圧力制御弁に関し、例えば、基準圧力に調整された流体を圧力計等の被測定対象に供給し、被測定対象の検査を行う圧力発生装置に利用することができる。
【０００２】
【背景技術】
油圧回路、空圧回路等の流体回路には、通常、圧力制御弁や流量制御弁が設けられ、これらの弁をコントロールすることにより、回路内の流体の圧力や流量を制御することができる。
このような圧力、流量制御用の制御弁としては、流体の入出力通路の途中に、該通路を絞る方向に、ねじ構造等により進退自在に設けられたニードルを備えたものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
このニードルを備えた制御弁はねじ構造等により自由に絞り径を変更できることから、構造を簡単にすることができるうえ、ねじの回転量を微妙に調整することにより、微妙な圧力制御、流量制御を実現できるという利点がある。
【０００３】
【非特許文献１】
金子敏夫著「ＪＩＳに基づく油圧回路図の見方・書き方」，第１版，株式会社オーム社，昭和５１年７月，ｐ．８４〜ｐ．８５
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記先行技術文献に開示されるニードル弁は、流体入出力通路を流れる流体の圧力の影響を大きく受けるため、流れる流体の圧力が高い場合、流体の圧力制御、流量制御を思うようにできないという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、高圧力の流体であっても圧力の微調整をすることができる圧力制御弁、及びこの圧力制御弁を備えた圧力発生装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧力制御弁は、流体通路と、この流体通路に対して略直交する方向に形成される流体出力通路とを備え、前記流体通路から入力した流体を、所望の圧力に制御して前記流体出力通路から出力する圧力制御弁であって、前記流体出力通路が形成される弁本体と、この弁本体に回転可能に挿入され、前記流体出力通路及び前記流体通路に臨む面に球面部を有し、該球面部の外周面に沿って溝が形成された弁体と、この弁体の回転軸と直交する方向から、前記球面部を挟んで該球面部をシールし、内部に前記流体通路が形成された一対の弁座と、これら一対の弁座のそれぞれを前記球面部に押圧付勢する一対の付勢手段とを備え、前記弁体を前記弁本体に対して回転させることで前記溝により前記流体通路及び前記流体出力通路が連通し、いずれか一方の付勢手段は、押圧付勢する弁座の流体通路と連通する空間に配置され、いずれか他方の付勢手段は、押圧付勢する弁座の流体通路と隔離された空間に配置され、各付勢手段が配置されるそれぞれの空間は、前記弁本体に形成されたバイパス経路を介して連通していることを特徴とする。
【０００７】
ここで、本発明の圧力制御弁を使用できる流体としては、作動油等の液体の他、空気等の気体を使用することもできる。また、大気開放に近い状態から１００ＭＰａという極めて高圧の流体の圧力制御を行う場合に本発明の圧力制御弁を用いてもよい。
また、弁体の球面部は金属等を採用することが可能であり、球面部の溝以外の部分には表面に傷がなく、緻密に仕上げられているのが好ましい。
さらに、バイパス経路は、流体通路に沿って略平行に弁本体に形成され、両端が封止された第１孔部と、この第１孔部と直交し、一端が流体通路と連通する空間に接続され、その途中で第１孔部と交わり、他端が封止された一対の第２孔部とを含んで形成することができる。
【０００８】
この発明によれば、弁体の球面部に対して付勢手段により弁座が押圧付勢されているため、閉塞状態では弁座内部に形成される流体通路と流体出力通路との間は遮断されている。そして、弁体を回転させ、球面部の回転位置を調整することにより、溝部分で流体通路及び流体出力通路が連通し、流体通路内の流体が流体出力通路に流れるようになる。この際、流体通路に対する露出面積を調整することにより、流体出力通路から出力される流体の圧力を自由に調整することができる。
従って、流体通路に露出する溝の断面積を小さくして、流体出力通路から出力される流体の圧力を少しずつ上昇させたり、流体通路に露出する溝の断面積を大きくして、流体通路から出力される流体の圧力の上昇を速やかに行って、所望の圧力の流体を流体出力通路から出力することができる。
【０００９】
また、流体通路を絞るのが球面部表面に形成された溝によって行っているため、流体の圧力によって弁体に変形等が生じることもなく、気体、流体を問わず、さらには低圧、高圧によらず、流体の圧力制御を行うことができる。
さらに、弁体、一対の弁座、及び付勢手段によって圧力制御弁を構成することができるため、極めて単純な構造で圧力を微調整することのできる圧力制御弁を実現することができるうえ、単純な構造であるから、圧力制御弁の小型化も可能である。
【００１１】
さらに、付勢手段が配置されるそれぞれの空間がバイパス経路を介して連通していることにより、一方の弁座の流体通路に高圧の流体が供給され、他方の弁座の流体通路が大気開放圧力に設定されていても、高圧流体の一部がバイパス経路を介して他方の付勢手段が配置された空間に流れ込む。
一方の弁座の球面部に対する押圧は、付勢手段による付勢力の他、流体自身の圧力によって行われるが、他方の弁座にバイパス経路を介して高圧流体が流れ込むようにすることで、一方の弁座の流体圧力の一部を、他方の弁座に流れ込んだ高圧流体による圧力によって相殺することができ、両弁座により弁体に作用する力を均等にして弁体に過度な負担を掛けることもない。
また、バイパス経路を第１孔部及び第２孔部を含んで形成することにより、通常耐圧性を考慮した金属製の弁本体に対して、ボール盤等により簡単にバイパス経路を形成することができる。
【００１２】
本発明では、前述した球面部外周の溝は、溝の中央部が深く両端が浅い線状溝として構成されているのが好ましい。
ここで、線状溝の加工は、ワイヤカット等の放電加工により行うことができ、中央部が深く両端が浅い線状溝は、溝底部が球面部の外周面上の２点を結ぶ弦となるようにすることで実現することができる。
また、より好ましくは、線状溝の両端に溝中央部の底面に対して傾斜した傾斜溝が形成されているのがよい。
【００１３】
この発明によれば、溝の両端が浅く中央部が深くなっているので、流体通路に溝の端部を露出させることにより、流体通路及び流体出力通路間の連通部分の面積を小さくして、流体出力通路から出力される流体の圧力上昇の割合を小さくすることができ、圧力の微調整を行い易い。一方、流体通路に溝の中央部まで露出させることにより、連通部分の面積を大きく、圧力上昇の割合を大きくすることができる。
【００１４】
本発明では、前述した弁座は、球面部との対向面に沿って設けられるリング状のシール部材を有し、このシール部材の球面部との当接面は、球面部に倣う凹曲面状に構成されているのが好ましい。
ここで、シール部材の材質としては、ポリアセタール系の樹脂材料を採用するのが好ましい。
この発明によれば、シール部材の当接面を球面部に倣うように構成することにより、球面部の回転に伴うシール部材の溝への噛み込みを防止することができるため、圧力制御弁の耐久性上好ましい。特にポリアセタール系樹脂材料のような当接面に対する摺動性が良好で硬質の材料をシール部材の材料として採用することにより、耐久性上一層好ましい。
【００１５】
本発明の圧力発生装置は、所望の圧力の流体を出力する圧力発生装置であって、前記流体を昇圧する昇圧手段と、この昇圧手段で昇圧された流体が供給される前述したいずれかの圧力制御弁と、この圧力制御弁を構成する弁体と接続され、入力されるパルス信号により該弁体の回転位置を調整する駆動手段とを備えていることを特徴とする。
ここで、昇圧手段は、油圧回路、空圧回路等で用いられる増圧器を含んで構成することができ、圧力制御弁に供給する流体の圧力の安定化を図るために、増圧器と圧力制御弁との間に蓄圧器（アキューム）を介在させてもよい。
また、駆動手段は、入力パルス信号のパルス数を調整することにより、任意の位置で回転状態を制御できるいわゆるパルスステップモータ等を採用するのが好ましい。
【００１６】
この発明によれば、前述した圧力制御弁を備え、圧力制御弁の回転位置を駆動手段によって任意の位置で停止させることができるため、圧力制御弁の流体出力通路から出力される流体の圧力を自由に設定することができる。従って、本発明の圧力発生装置を、基準圧力発生手段として利用して、工場等で製造される圧力計の検査を行うことができる。
また、駆動手段に出力したパルスステップ数により、弁体の回転位置を概ね把握することが可能であるため、制御手段による駆動手段の制御も簡単化できる。
【００１７】
本発明では、前述した圧力発生装置が駆動手段を制御する制御手段を備えている場合、圧力制御弁に、弁体の回転位置を検出する回転位置検出手段が設けられ、この回転位置検出手段は、検出した回転位置を制御手段に出力するのが好ましい。
この発明によれば、制御手段から出力されたパルスステップに基づくフィードフォワード制御の他、回転位置検出手段によるフィードバックも行って駆動手段の制御を行うことができる。従って、制御手段による弁体の回転位置の制御をより高精度に行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本発明の実施形態に係る圧力発生装置１が示されている。
この圧力発生装置１は、工場等で製造されたブルトン管式圧力計、ダイアフラム式圧力計等の圧力計の精度を検査するために、これらの圧力計に対して基準圧力を付与する装置であり、装置本体は直方体形状の外装ケース２内に収納されている。
内部に収納される装置本体は、詳しくは後述するが、増圧器で昇圧された流体をアキュームで蓄圧し、アキュームから圧力コントロールバルブに供給し、圧力コントロールバルブにより発生圧を調整することにより、被測定対象となる圧力計に基準圧力を供給する。尚、本例の圧力発生装置１は、基準圧力発生用の流体として液体、気体を問わず使用可能であり、発生圧力も０ＭＰａ〜３０ＭＰａと低圧から極めて高い圧力まで発生させることができるものである。
【００１９】
外装ケース２の正面側パネル２Ａには、オペレータが操作するための種々のスイッチ又は表示器が設けられている。具体的には、正面側パネル２Ａには、電源スイッチ２１、停止ボタン２２、非常停止ボタン２３、液晶表示器２４、発生圧力確認用圧力計２５、アキューム大気解放バルブ２６、駆動圧力確認用圧力計２７、及び圧力調整バルブ２８が設けられている。
電源スイッチ２１は、装置を起動させるためのマスタースイッチであり、電源スイッチ２１をＯＮにすると、図１では図示を略したが、装置裏面側の電源ケーブルから電力が供給されて装置が起動する。停止ボタン２２は、出力圧を０に下げ停止させるボタンであり、非常停止ボタン２３は、異常事態が発生した場合に、装置を停止させるボタンである。
【００２０】
液晶表示器２４は、被測定対象の測定条件等を表示させる部分であり、例えば、測定レンジ、圧力単位、発生圧力表示、測定プログラム表示等、測定時の情報を表示する。この液晶表示器２４はタッチパネル式の表示器であり、液晶表示器２４の表示部分には、操作キーが表示されており、オペレータはこの操作キーで入力等の操作を行って種々の表示や設定を行う。
発生圧力確認用圧力計２５は、圧力コントロールバルブから出力される流体の圧力を表示する部分であり、これにより、被測定対象に対してどのような圧力負荷をかけているかが確認できる。
【００２１】
アキューム大気解放バルブ２６は、アキューム内の流体の圧力を降下させるバルブであり、詳しくは後述するが、このバルブ２６を回すとアキューム内の流体収納室に収納された流体の圧力が大気圧に解放される。
駆動圧力確認用圧力計２７及び圧力調整バルブ２８は、増圧器の駆動圧力を調整するために設けられており、オペレータは、駆動圧力確認用圧力計２７を確認しながら圧力調整バルブ２８を回し、増圧器の出力圧を調整する。
【００２２】
このような外観構成の圧力発生装置１は、図２の断面図に示すように、上下２段に仕切られた内部構造を有し、上段には主として装置全体を制御する部分が配置され、下段には主として圧力を発生させる機構本体の部分が配置される。尚、図２は、圧力発生装置１の奥行き方向断面を示しており、図中左側には前述した正面側パネル２Ａに設けられた停止ボタン２２、非常停止ボタン２３、液晶表示器２４、アキューム大気解放バルブ２６、圧力調整バルブ２８が突設されている。また、装置裏面側外面には、エアフィルタ２９が設けられている。
【００２３】
図３には、上段部分の装置内部の構造を表す平面図が示されており、図２をも参照して説明すれば、仕切板３０により仕切られた上段部分には、電源ユニット３１、圧力媒体タンク３２、圧力センサ３３、及び制御部３４が配設されている。
電源ユニット３１は、制御部３４及び下段に配置される圧力発生機構本体部分に電気的に接続されていて、これらに電力を供給する部分である。この電源ユニット３１は、電力調整用の回路素子が実装された回路基板本体を金属製の箱体で被覆して構成され、金属製の箱体は、隣接配置される制御部３４への電磁障害の影響を防止するために設けられている。
【００２４】
圧力媒体タンク３２は、圧力発生装置１で用いられる流体を供給するリザーブタンクであり、下段の圧力発生機構本体で使用する流体が作動油等の液体である場合、外装ケース上面に露出する圧力媒体タンク３２上部の注入口３２１から作動油を補給する。
圧力センサ３３は、圧力発生機構本体を構成する圧力コントロールバルブから被測定対象に出力される発生圧力を検出し、その圧力を前述した正面側パネル２Ａの発生圧力確認用圧力計２５に表示させる。
【００２５】
制御部３４は、液晶表示器２４で設定されたプログラム等を解析し、圧力発生機構本体の動作制御を行う部分であり、複数の回路基板を積層した構造を有し、上段からＣＰＵボード３４１、Ｉ／Ｏボード３４２、Ａ／Ｄボード３４３の順番で積層配置され、さらにその下にはモータドライバ３４４が配置される。
ＣＰＵボード３４１は、演算処理装置及びＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶装置が実装された回路基板であり、装置起動とともにＲＯＭから初期プログラムが呼び出され、制御対象となる圧力発生機構本体や、液晶表示器２４等の初期設定を行う。また、オペレータが正面側パネル２Ａのスイッチ、ボタンを操作することにより、生成したプログラム等はＲＡＭ上に記録され、測定開始とともに演算処理装置に呼び出され、演算処理装置は、生成したプログラムに応じて圧力発生機構本体の動作制御を行う。
【００２６】
Ｉ／Ｏボード３４２は、液晶表示器２４、圧力センサ３３、モータドライバ３４４、後述する圧力コントロールバルブ４４の検出ユニットと接続され、これらから、またはこれらへの信号の入出力制御を行う部分である。
Ａ／Ｄボード３４３は、Ｉ／Ｏボード３４２で受け付けられた電気信号を、前記のＣＰＵボード３４１上の演算処理装置で処理できるように、アナログ−デジタル変換する部分である。
モータドライバ３４４は、圧力発生機構本体を構成する圧力コントロールバルブを駆動するパルスステップモータにパルス信号からなる駆動信号を出力する部分であり、所定数のパルス信号を出力することにより、パルスステップモータの回転制御を行う。
【００２７】
図４には、下段部分に配置される圧力発生機構本体の構造を表す平面図が示されており、図２をも参照すれば、底板４０上には、増圧器４１、アキューム４２、パルスステップモータ４３、及び圧力コントロールバルブ４４が配設されている。
増圧器４１は、前述したエアフィルタ２９から取り込まれる空気によって、圧力媒体タンク３２から供給された流体のポンピングを行い、該流体を増圧するものであり、前述したように、駆動圧力は、圧力調整バルブ２８で調整され、その圧力値は、駆動圧力確認用圧力計２７で確認される。
【００２８】
アキューム４２は、増圧器４１で増圧された流体を、圧力を保持した状態で貯蔵する容器であり、アキューム４２内は流体収納室及び空気室に区画され、流体収納室に高圧の流体が供給されると、これと釣り合うように空気室が変形して高圧状態が維持される。アキューム４２内の空気室には所定圧の窒素ガスが密閉封入されており、流体収納室に高圧の流体が挿入されると、それに伴い空気室が圧縮され、内圧が上昇する。尚、前述したアキューム解放バルブ２６を操作すると、流体収納室内の流体の圧力が大気圧に解放される。このようなアキューム４２は、増圧器４１の動作状況によらず一定圧力の流体を圧力コントロールバルブ４４に供給する機能を有するとともに、増圧器４１の動作に伴う脈動等が発生することを防止するために設けられている。
【００２９】
パルスステップモータ４３は、圧力コントロールバルブ４４を構成する弁体を回転駆動させる駆動手段であり、前述したモータドライバ３４４から出力されたパルス信号に基づいて動作する。本例では、モータドライバ３４４から所定数のパルス信号が出力されると、パルスステップモータ４３は、このパルス信号の数に応じた位置に回転し、その状態を保持する。モータドライバ３４４から出力されたパルス信号の数は、ＣＰＵボード３４１上の演算処理装置で把握され、演算処理装置は、出力したパルス数に応じて圧力コントロールバルブ４４を構成する弁体の回転位置を認識するフィードフォワード制御を行っている。
【００３０】
圧力コントロールバルブ４４は、前述したアキューム４２から供給される高圧流体の流量又は流速を制御し、出力側で所望の圧力となったら、高圧流体の供給を遮断し、出力側の圧力を一定に保持する圧力制御弁としての機能を具備するものであり、図５及び図６に示すように、台座４５、弁本体４６、エンドプレート４７、弁体４８、弁座４９、５０、及び検出ユニット６０を備えて構成される。尚、図５は、圧力コントロールバルブ４４の垂直方向断面図であり、図６は水平方向断面図である。
【００３１】
弁本体４６は、底板４０上に固定された台座４５上にボルト止めされた直方体形状の金属製ブロック材を加工したものであり、図５及び図６中左側の端面から圧力流体が供給され、上側の端面から所望の圧力に制御された流体が出力される。
この弁本体４６には、弁本体４６の水平方向で互いに対向する一対の端面間を貫通し、略中央部分で互いに交差する孔４６１、４６２と、弁本体４６の垂直方向上面から孔４６１、４６２の交差部分に至る孔４６３とが形成されている。孔４６３には、弁本体４６の上面から途中まで雌ねじ部４６３Ａが形成され、この雌ねじ部４６３Ａには、被測定対象となる圧力計と接続するための配管部材が接続される。
【００３２】
また、孔４６１の下側には、この孔４６１と略平行に延びる第１孔部４６４が形成されるとともに、この第１孔部４６４と直交する上下方向に延び、弁本体４６の下面から孔４６１の内面に至る第２孔部４６５が形成され、第１孔部４６４及び第２孔部４６５は、その交差部分で連通している。そして、第１孔部４６４の両端には、この第１孔部４６４よりも大径の座ぐり穴４６６が形成されていて、この座ぐり穴４６６にはＯリング４６７が装着されている。また、第２孔部４６５の下面側はシール部材４６８によって封止されている。このような第１孔部４６４及び第２孔部４６５は、孔４６１の左側の空間と、右側の空間とを連通させるバイパス経路として機能する。
【００３３】
さらに、孔４６１の端面部分には、孔４６１よりも大径の座ぐり穴４６９が形成され、この座ぐり穴４６９には、エンドプレート４７が設けられている。
エンドプレート４７は、弁本体４６の矩形端面に略外接する円形状の基部４７１と、この基部４７１の内面側に突設され、基部４７１と同心の円柱状の挿入部４７２とを備えて構成される。
基部４７１は、ボルト４７３によって弁本体４６の矩形端面と接合されるとともに、バイパス経路を構成する第１孔部４６４を封止する。
挿入部４７２は、この基部４７１が弁本体４６の矩形端面に接合されることで前記の座ぐり穴４６９に挿入される。
【００３４】
また、エンドプレート４７には、円形の略中心に基部４７１から挿入部４７２に貫通する孔４７４が形成され、この孔４７４の基部４７１側から途中までには雌ねじ部４７５が形成されている。この雌ねじ部４７５には、前述したアキューム４２からの配管部材や、圧力制御終了後の流体を排出する配管部材等が接続される。尚、図５及び図６中の左側、すなわち流体供給側に取り付けられるエンドプレート４７の孔４７４の挿入方向先端側端面には、座ぐり穴４７６が形成されている。
さらに、挿入部４７２の先端近傍には、円柱外周面に沿った正面略円形状の切欠部４７７が形成され、この切欠部４７７には、ＮＢＲ製のＯリング４７８及びフッ素樹脂製のバックアップリング４７９が装着され、エンドプレート４７が弁本体４６に取り付けられると、この部分が密封され、孔４７４以外の部分からの流体の漏れを防止する。
【００３５】
弁体４８は、弁本体４６を貫通する一方の孔４６２に挿入される金属製の軸状部材であり、図７に示すように、その両端には、柱状部４８１、４８２が形成され、略中央部には、径方向にくびれた部分を介して球面部４８３が形成されている。
柱状部４８１は、円柱の周面を軸方向に沿って途中までそぎ落とした４つの平坦面４８１Ａを有し、互いに対向する一対の平坦面４８１Ａには、孔４８１Ｂが形成されている。この平坦面４８１Ａには、パルスステップモータ４３の回転軸先端に形成される挟持片が取り付けられ、さらに孔４８１Ｂにはボルトナット等の締結具が挿入され、挟持片と柱状部４８１が結合される。
また、柱状部４８１の球面部４８３側には、円柱の円周方向に切り欠いた切欠部４８１Ｃが形成されている。この切欠部４８１Ｃには、ＮＢＲ製のＯリング及びバックアップリングが装着され、弁体４８及び孔４６２間の隙間を塞いで気密性を確保する。
【００３６】
球面部４８３は、表面が研磨された緻密な面とされていて、その外周面の略中央には、弁体４８の軸に直交する方向に線状溝４８４が形成されている。
線状溝４８４は、図８に示すように、球面部４８３の断面円周を直線的に切り込んだ溝であり、球面部４８３の中心に対する角度θは、球面部４８３の回転に伴い、後述する弁座４９、５０の流体供給通路及び流体排出通路と、流体出力通路としての孔４６３とを連通したり遮断したりできる角度であれば任意であり、例えば、略９５°〜１０３°程度の範囲で形成することが可能である。また、線状溝４８４の溝幅も両通路の連通時の昇圧又は降圧速度に応じて適宜設定することができる。
この線状溝４８４の深さは、中央部４８４Ａで最も深くなり、端部に行くに従って浅くなっている。また、線状溝４８４の端部には、中央部４８４Ａの溝底に対して傾斜した傾斜溝４８４Ｂが形成され、線状溝４８４の底面の全体形状は、略山形状とされている。
このような線状溝４８４は、ワイヤカットにより形成することができ、まず、球面部４８３に対して中央部４８４Ａを形成するようにワイヤを入れ、その後、球面部４８３を回転させて再度ワイヤを入れ、傾斜溝４８４Ｂを順次形成する。
【００３７】
このような弁体４８は、図６に示すように、弁本体４６内部で一対の弁座４９、５０に挟まれ、これらの弁座４９、５０によって押圧付勢され、球面部４８３の部分がシールされる。
圧力流体供給側の孔４６１に挿入される弁座４９は、孔４６１の内径よりも僅かに小さな径の金属製の軸状部材として構成され、内部に軸方向に沿って圧力流体を球面部４８３に導く流体供給通路４９１が形成されている。
また、この弁座４９の中間の外周部には、弁座４９の円周方向に切欠部４９２が形成されていて、この切欠部４９２には、ＮＢＲ製のＯリング４９３及びフッ素樹脂製のバックアップリング４９４が装着され、これらにより孔４６１及び弁座４９外周面との隙間を塞いで気密性を確保している。
【００３８】
さらに、弁座４９の先端側端面には、凹部４９５が形成されており、図８に示すように、この凹部４９５には、ポリアセタール系の樹脂材料からなるシール部材４９６が装着されている。このシール部材４９６は、弁体４８の球面部４８３と当接する円形リング状の部材として構成され、球面部４８３との当接面は、球面に倣う略凹曲面状に構成されている。
そして、弁座４９には、基端側に流体供給通路４９１の径よりも大きな孔４９７が形成されていて、この内部には、付勢手段としてのコイルバネ５１が装着されている。
【００３９】
コイルバネ５１は、先端側が孔４９７の底面に当接し、基端側はエンドプレート４７の座ぐり穴４７６の底面に当接し、弁座４９を球面部４８３の表面に付勢している。
このコイルバネ５１が収納される空間は、弁座４９の基端とエンドプレート４７の先端間の隙間であり、この空間でバイパス経路を構成する第２孔部４６５が露出しており、コイルバネ５１が配置される空間と、バイパス経路が連通する。
【００４０】
流体排出側に配置される弁座５０は、前述した弁座４９と略同様に流体排出通路５０１、切欠部５０２、Ｏリング５０３、バックアップリング５０４、凹部５０５、及びシール部材５０６を備えて構成されているが、次の点で相違する。
弁座５０の基端部分は、先端部分よりも径が細くなっていて、この部分に付勢手段となるコイルバネ５２が装着されている。
そして、このコイルバネ５２は、先端側が先端部分との段差面と当接し、基端側がエンドプレート４７の挿入部４７２の先端面と当接して弁座５０を付勢している。つまり、コイルバネ５２が収納される空間は、弁座５０と孔４６１の内面との間に形成された隙間とされ、この部分にバイパス経路を構成する第２孔部４６５が露出し、バイパス経路と連通する。
【００４１】
また、この空間は、流体排出通路５０１とは連通しておらず、さらに基端側に設けられるＯリング５０７及びバックアップリング５０８によって独立した気密空間とされ、弁座４９のコイルバネ５１の収納空間内の流体の圧力が上昇すると、バイパス経路を介して流体が流れ込み、弁座５０のコイルバネ５２の収納空間内の圧力も上昇する。
【００４２】
前述した弁体４８のパルスステップモータ４３が接続されない柱状部４８２の先端側には、検出ユニット６０が設けられている。
この検出ユニット６０は、弁体４８の回転位置を検出する回転位置検出手段として機能し、図６に示すように、回転板６１、及び３つのフォトセンサ６２を備えて構成される。
【００４３】
回転板６１は、図９に示すように、弁体４８の柱状部４８２の先端面に取り付けられ、弁体４８の回転とともに回転する略半円形状の板状体である。この回転板６１には、外周縁から径方向内側に切り込んだスリット６１１が形成されている。このスリット６１１は、本例においては、弁体４８の球面部４８３に形成された線状溝４８４が回転したときに、線状溝４８４が弁座５０の凹部５０５内の空間に対して最も露出する位置に形成されている。尚、スリットはこの位置に限られず、弁座４９側に対して線状溝４８４が最も露出する位置に形成してもよく、その数も１つには限られない。
また、図９では図示を略したが、この回転板６１の外周部分には、角度目盛りが刻設されていて、弁体４８の回転位置を視認できるようにもなっている。
【００４４】
フォトセンサ６２は、弁本体４６上に固定されており、弁体４８の回転中心を中心として、３時、６時、及び９時の方向に配置される。このフォトセンサ６２は、外部に検出信号を出力する本体部から回転板６１を挟み込むように突出する一対の腕部を備え（図６参照）、一方の腕部には、ＬＥＤ等の発光素子が組み込まれ、他方の腕部にはフォトトランジスタ等の受光素子が組み込まれている。
【００４５】
そして、発光素子及び受光素子間は、通常は回転板６１によって遮断されるため、発光素子から出た光は受光素子で受光されない。回転板６１が回転してスリット６１１の部分にさしかかると、このスリット６１１を通して発光素子から出た光が受光素子で受光されるため、弁体４８の回転位置を検出することができる。つまり、この検出ユニット６０は、弁体４８の最大回転位置を検出するリミットスイッチとして機能する。尚、フォトセンサ６２による検出信号は、前述したＩ／Ｏボード３４２を介してＣＰＵボード３４１上の演算処理装置に出力され、演算処理装置は、この検出信号に基づいて、パルスステップモータ４３の駆動を停止する制御等を行う。
【００４６】
次に、前述した構成を具備する圧力発生装置１の作用を、図１０に示される接続関係を表すブロック図に基づいて説明する。尚、図１０において、前述していない電磁弁７１、脈動防止用絞り弁７２、圧力センサ７３が設けられている。圧力センサ７３は、ＣＰＵボード３４１の演算処理装置で圧力コントロールバルブ４４への供給流体の圧力制御する際の圧力検出素子として機能し、電磁弁７１は、該演算処理装置による増圧器４１の駆動用エアー圧力を制御するものである。また、脈動防止用絞り弁７２は、アキューム４２から出力された流体に脈動があった場合、必要に応じて調整して脈動を防止するための弁であるが、アキューム４２により脈動がある程度防止されるため、必ずしも必要であるものではない。
【００４７】
(1)まず、弁本体４６の流体出力通路となる孔４６３に被測定対象となる圧力計を接続した後、電源スイッチ２１を入れて装置を起動させ、液晶表示器２４を見ながら、発生圧力、圧力上昇速度等を設定する。その後、駆動圧力確認用圧力計２７を見ながら、圧力調整バルブ２８を回転させると、エアフィルタ２９から外部の空気が取り込まれ、この空気は、電磁弁７１を介して増圧器４１に供給される。
(2)一方、増圧器４１には圧力媒体タンク３２から作動油等の流体が供給されており、増圧器４１が駆動すると、供給された空気によって流体のポンピングが行われ、流体の圧力が次第に上昇する。尚、流体として空気を用いる場合には、圧力媒体タンク３２に何も入れなければよい。
【００４８】
(3)昇圧された流体は、圧力が維持された状態でアキューム４２内に供給され、そこから絞り弁７２を介して圧力流体が圧力コントロールバルブ４４に供給される。ＣＰＵボード３４１上の演算処理装置は、圧力センサ７３で供給される圧力流体の圧力を検出しながら、パルスステップモータ４３の駆動制御を行う。この際、演算処理装置は、弁体４８の線状溝４８４を、弁座４９側の流体供給通路４９１が孔４６３と連通する方向に回転させるが、パルスステップモータ４３への出力パルス数をカウントして概ねの回転位置を把握する。
【００４９】
(4)圧力が設定値近傍に達したら、演算処理装置は、弁体４８を逆向きに回転させて昇圧速度を徐々に低くし、設定値となったら流体供給通路４９１及び孔４６３を遮断する。
(5)この状態でオペレータは、発生圧力確認用圧力計２５に表示された圧力値と、被測定対象となる圧力計で表示された圧力値とを対比して、被測定対象となる圧力計が適切な表示値であるかを確認する。
【００５０】
(6)圧力計の評価の終了後、オペレータが停止ボタン２２を押すと、演算処理装置は、弁体４８を弁座５０側に回転させる制御を行う。この際、演算処理装置は、前記と同様に出力パルス数をカウントしながら、回転位置を把握するが、同時に検出ユニット６０からの信号も取得しており、検出ユニット６０で回転板６１のスリット６１１に達したという信号が検出されたら、最大解放位置になったと判定し、弁体４８の回転を停止させる。
(7)弁体４８の回転が停止したら、オペレータは、被測定対象となる圧力計を取り外し、次の被測定対象を接続して、同様にして評価を行う。
【００５１】
前述のような本実施形態によれば、次のような効果がある。
弁体４８の球面部４８３に対してコイルバネ５１、５２により弁座４９、５０が押圧付勢されているため、閉塞状態では弁座４９、５０内部に形成される流体供給通路４９１と流体出力通路となる孔４６３との間は遮断されている。そして、弁体４８を回転させ、球面部４８３の回転位置を調整することにより、線状溝４８４で流体供給通路４９１及び孔４６３が連通し、流体供給通路４９１内の流体が孔４６３に流れるようになる。この際、流体供給通路４９１に対する露出面積を調整することにより、孔４６３から出力される流体の圧力を自由に調整することができる。
【００５２】
また、流体供給通路４９１及び流体排出通路５０１と、孔４６３との間の絞りを、球面部４８３表面に形成された線状溝４８４によって行っているため、圧力によって弁体４８が変形等することもなく、気体、流体を問わず、さらには低圧、高圧によらず、流体の圧力制御を行うことができる。
さらに、弁体４８、一対の弁座４９、５０、及びコイルバネ５１、５２により圧力コントロールバルブ４４を構成することができるため、極めて単純な構造で圧力を微調整することのできる圧力制御弁を実現することができるうえ、単純な構造であるから、圧力制御弁の小型化も可能である。
【００５３】
そして、コイルバネ５１、５２が配置されるそれぞれの空間が第１孔部４６４及び第２孔部４６５からなるバイパス経路を介して連通していることにより、弁座４９の流体供給通路４９１に高圧の流体が供給され、弁座５０の流体排出通路５０１が大気解放圧力に設定されていても、高圧流体の一部がバイパス経路を介して他方の付勢手段が配置された空間に流れ込む。
弁座４９の球面部４８３に対する押圧は、コイルバネ５１による付勢力の他、流体自身の圧力によって行われるが、弁座５０にバイパス経路を介して高圧流体が流れ込むようにすることで、弁座４９に作用する流体圧力の一部を、弁座５０に流れ込んだ高圧流体による圧力によって相殺することができ、両弁座４９，５０により弁体４８に作用する力を均等にして弁体４８に過度な負担を掛けることもない。また、弁本体４６にボール盤等で第１孔部４６４及び第２孔部４６５を形成するだけでバイパス経路を形成できるため、簡単な加工でバイパス経路を形成することができる。
【００５４】
また、線状溝４８４の両端が浅く中央部が深くなっているので、流体供給通路４９１、流体排出通路５０１に線状溝４８４の端部を露出させることにより、流体供給通路４９１又は流体排出通路５０１と流体出力通路となる孔４６３との間の連通部分の面積を小さくして、孔４６３から出力される流体の圧力上昇の割合を小さくすることができ、圧力の微調整を行い易い。一方、流体供給通路４９１、流体排出通路５０１に線状溝４８４の中央部まで露出させることにより、連通部分の面積を大きくして、圧力上昇の割合を大きくすることができる。
【００５５】
さらに、球面部４８３に形成した線状溝４８４により流体の供給、排出を行っているため、ワイヤカット等による加工により簡単に弁体４８を製造することができ、圧力コントロールバルブ４４の製造の合理化を図りやすい。
そして、シール部材４９６、５０６の当接面を球面部４８３に倣うように構成することにより、球面部４８３の回転に伴うシール部材４９６、５０６の線状溝４８４への噛み込みを防止することができるため、耐久性上好ましい。特にポリアセタール系樹脂材料のような当接面に対する摺動性が良好で硬質の材料をシール部材４９６、５０６の材料として採用することにより、耐久性上一層好ましい。
【００５６】
また、前述した圧力発生装置１によれば、圧力コントロールバルブ４４を備え、圧力コントロールバルブ４４の回転位置をパルスステップモータ４３によって任意の位置で停止させることができるため、圧力コントロールバルブ４４から出力される流体の圧力を自由に設定することができる。従って、圧力発生装置１を、基準圧力発生手段として利用して、工場等で製造される圧力計の検査を行うことができる。
【００５７】
さらに、パルスステップモータ４３に出力したパルスステップ数により、弁体４８の回転位置を概ね把握することが可能であるため、演算処理装置によるパルスステップモータ４３の制御も簡単化できる。
そして、回転位置検出手段としての検出ユニット６０が設けられているため、モータドライバ３４４から出力されたパルスステップに基づくフィードフォワード制御の他、検出ユニット６０によるフィードバックも行ってパルスステップモータ４３の制御を行うことができる。従って、パルスステップモータ４３による弁体４８の回転位置の制御をより高精度に行うことができる。
【００５８】
尚、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形をも含むものである。
前記実施形態では、圧力コントロールバルブ４４を圧力発生装置１に適用していたが、本発明はこれに限られず、他の油圧回路、空圧回路の圧力制御を行うために本発明に係る圧力制御弁を採用してもよい。
また、前記実施形態では、弁体４８の回転をパルスステップモータ４３で行っていたが、本発明はこれに限られない。すなわち、弁体４８をアナログ式のサーボモータで回転させてもよく、さらには手動で動作させてもよい。
【００５９】
さらに、前記実施形態では、付勢手段としてコイルバネ５１、５２を採用していたが、本発明はこれに限られず、板バネ等他の形状のバネを用いてもよく、ゴム等の弾性体を利用した付勢手段を採用してもよい。
そして、前記実施形態では、シール部材４９６、５０６をポリアセタール樹脂で構成していたが、本発明はこれに限られず、ある程度硬質で線状溝４８４に噛み込みが生じない材料であれば他の材料を採用してもよい。
【００６０】
また、前記実施形態では弁体４８の軸に直交する方向に線状溝４８４を形成していたが、本発明はこれに限られず、軸に対して傾斜して形成してもよい。
さらに、前記実施形態では線状溝４８４の溝幅は一定であったが、本発明はこれに限られず、深さ方向に段階的に溝幅が狭くなるような溝としてもよい。
その他、本発明の実際の構造及び形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
【００６１】
【発明の効果】
前述のような本発明の圧力制御弁、圧力発生装置によれば、弁体、弁座が強固であり、単純な構造であるため、流体の圧力によらず圧力を微調整をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る圧力発生装置の外観を表す正面図である。
【図２】前記実施形態における圧力発生装置の垂直方向断面図である。
【図３】前記実施形態における圧力発生装置の内部平面図である。
【図４】前記実施形態における圧力発生装置の内部平面図である。
【図５】前記実施形態における圧力制御弁の構造を表す垂直断面図である。
【図６】前記実施形態における圧力制御弁の構造を表す水平断面図である。
【図７】前記実施形態における弁体の構造を表す斜視図である。
【図８】前記実施形態における弁体の構造を表す断面図である。
【図９】前記実施形態における回転位置検出手段の構造を表す正面図である。
【図１０】前記実施形態の作用を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
１ 圧力発生装置
４１ 増圧器（昇圧手段）
４２ アキューム（昇圧手段）
４３ パルスステップモータ（駆動手段）
４４ 圧力コントロールバルブ（圧力制御弁）
４６ 弁本体
４８ 弁体
４９、５０ 弁座
５１、５２ コイルバネ（付勢手段）
６０ 検出ユニット（回転位置検出手段）
３４１ ＣＰＵボード（制御手段）
４６３ 孔（流体出力通路）
４６４ 第１孔部（バイパス経路）
４６５ 第２孔部（バイパス経路）
４８３ 球面部
４８４ 線状溝（溝）
４９１ 流体供給通路（流体通路）
５０１ 流体排出通路（流体通路）
４９６、５０６ シール部材

Claims (7)

1. 流体通路と、この流体通路に対して略直交する方向に形成される流体出力通路とを備え、前記流体通路から入力した流体を、所望の圧力に制御して前記流体出力通路から出力する圧力制御弁であって、
   前記流体出力通路が形成される弁本体と、
   この弁本体に回転可能に挿入され、前記流体出力通路及び前記流体通路に臨む面に球面部を有し、該球面部の外周面に沿って溝が形成された弁体と、
   この弁体の回転軸と直交する方向から、前記球面部を挟んで該球面部をシールし、内部に前記流体通路が形成された一対の弁座と、
   これら一対の弁座のそれぞれを前記球面部に押圧付勢する一対の付勢手段とを備え、
   前記弁体を前記弁本体に対して回転させることで前記溝により前記流体通路及び前記流体出力通路が連通し、
   いずれか一方の付勢手段は、押圧付勢する弁座の流体通路と連通する空間に配置され、
   いずれか他方の付勢手段は、押圧付勢する弁座の流体通路と隔離された空間に配置され、
   各付勢手段が配置されるそれぞれの空間は、前記弁本体に形成されたバイパス経路を介して連通していることを特徴とする圧力制御弁。
2. 請求項１に記載の圧力制御弁において、
   前記バイパス経路は、前記流体通路に沿って略平行に前記弁本体に形成され、両端が封止された第１孔部と、この第１孔部と直交し、一端が前記流体通路と連通する空間に接続され、その途中で前記第１孔部と交わり、他端が封止された一対の第２孔部とを含んで形成されていることを特徴とする圧力制御弁。
3. 請求項１又は請求項２に記載の圧力制御弁において、
   前記溝は、中央部が深く両端が浅い線状溝として構成されていることを特徴とする圧力制御弁。
4. 請求項３に記載の圧力制御弁において、
   前記線状溝の両端には、溝中央部の底面に対して傾斜した傾斜溝が形成されていることを特徴とする圧力制御弁。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧力制御弁において、
   前記弁座は、前記球面部との対向面に沿って設けられるリング状のシール部材を有し、
   このシール部材の前記球面部との当接面は、前記球面部に倣う凹曲面状に構成されていることを特徴とする圧力制御弁。
6. 所望の圧力の流体を出力する圧力発生装置であって、
   前記流体を昇圧する昇圧手段と、
   この昇圧手段で昇圧された流体が供給される請求項１から請求項５のいずれかに記載の圧力制御弁と、
   この圧力制御弁を構成する弁体と接続され、入力されるパルス信号により該弁体の回転位置を調整する駆動手段とを備えていることを特徴とする圧力発生装置。
7. 請求項６に記載の圧力発生装置において、
   前記駆動手段を制御する制御手段を備え、
   前記圧力制御弁には、前記弁体の回転位置を検出する回転位置検出手段が設けられ、
   この回転位置検出手段は、検出した回転位置を前記制御手段に出力することを特徴とする圧力発生装置。

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