JP4220616B2

JP4220616B2 - tuning valve

Info

Publication number: JP4220616B2
Application number: JP16101899A
Authority: JP
Inventors: 博道飯塚
Original assignee: 株式会社アサヒ・エンタープライズ
Priority date: 1999-06-08
Filing date: 1999-06-08
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2019-06-08
Also published as: JP2000347745A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は調整弁に係り、とく外部から供給される電気信号に応じた出力圧を取出すようにした調整弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば特公平７−１０７４０１号公報によって提案されているガス圧式ブースタは、可動板と中心側ではなく外周側で連結ロッドによって連結された補助板を設けるようにし、この補助板を出力圧側の空間に配するようにし、この補助板とケーシングの通路との間に供給圧を加えるためのダイヤフラムと有効面積がほぼ等しいシールリングを介装し、このシールリングによって供給圧と出力圧とを遮断するようにしている。このようなブースタによれば、出力圧が供給圧の影響を受けることなく、摩擦に伴うヒステリシスを防止でき、しかも小型で大容量になる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のブースタから成る調整弁は、供給圧をパイロット圧に兼用すると０点の信号圧が供給圧の変動の影響を受ける問題がある。このような欠点を解消するために、供給圧の閉ループ制御を行なうようにしており、出力圧が供給圧に連動して変動した場合には、これを打消すように制御弁が制御動作を行なうようにする等の対策を採るようにしている。別の方法は供給圧を一定にすることである。
【０００４】
ところが閉ループ制御を行なうためには、供給圧を検出するためのセンサを必要とするとともに、このセンサによる検出出力に応じて制御を行なうための制御要素を必要とし、構成が複雑になる欠点がある。また供給圧を一定に保持するためには、専用の調整機構を必要とし、この場合にもやはり構成が複雑になる。
【０００５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、センサによる閉ループ制御を行なうことなく、あるいはまた供給圧を一定に保持することなく、しかも供給圧の変動に対して出力圧、とくにその０点が変動しないで作動する調整弁を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願の一発明は、外部から供給される電気信号に応じた流体の出力圧を取出すようにした調整弁において、
供給圧が増加すると前記電気信号の信号電流値がゼロのときの０点の前記出力圧の目標値を与える信号圧が増加する電磁式ノズルフラッパと、
信号圧を受ける入力ダイヤフラムと出力圧を受ける出力ダイヤフラムとを備え、該入力ダイヤフラムと出力ダイヤフラムとが力を伝達する剛体を介して互いに押合うように配置され、しかも供給圧を受けるバランスダイヤフラムを有し、該バランスダイヤフラムがこのバランスダイヤフラムの圧力を受ける圧力板を介して前記出力ダイヤフラムを入力ダイヤフラム側に押圧し、さらにポペットを有し、ボディ内に弁の開閉方向に延びるように貫通して形成された案内孔内によって摺動可能に支持されているロッドを介して前記ポペットが前記圧力板に連結され、供給圧が増加すると前記０点の前記出力圧が減少する弁本体と、
を具備し、前記電磁式ノズルフラッパのノズルの背圧を前記弁本体の前記信号圧として用いることを特徴とする調整弁に関するものである。ここで電磁式ノズルフラッパの供給圧に対する前記０点の前記信号圧の変化の比例定数の増減と弁本体の供給圧に対する前記０点の前記出力圧の変化の比例定数の増減とが互いにほぼ逆の関係になるとともに、前記ノズルフラッパのノズルの背圧が前記入力ダイヤフラムに印加されて前記弁本体の信号圧となるように組合わせたときに供給圧の変化による前記電磁式ノズルフラッパの比例定数の増減と前記弁本体の比例定数の増減の影響がほぼ相殺されるように、前記電磁式ノズルフラッパの前記比例定数の特性と前記弁本体の前記比例定数の特性とが調整されるようにしてよい。
【０００７】
またここで電磁式ノズルフラッパのフラッパがリニアモータのコイルによって前記リニアモータの軸線方向に移動されてノズルの先端部との間の隙間が調整されるようにしてよい。また電磁式ノズルフラッパのノズルに該ノズルがフラッパに対して噴流を生ずる作動圧として供給圧が印加されるとともに、前記ノズルの背圧が前記出力圧の目標値を与える信号圧として取出されるものであってよい。
【０００８】
またバランスダイヤフラムの有効面積が入力ダイヤフラムおよび出力ダイヤフラムの有効面積に比べて小さいものであってよい。またロッドによって互いに連結されている前記圧力板と前記ポペットの内の一方を両者の重量を打消すようにばねによって押圧するものであってよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態に係る調整弁の全体の構成を示すものであって、この調整弁はボディ１０を備えており、このボディ１０の下側の部分にはその左側に供給ポート１１が、右側の部分には出力ポート１２がそれぞれ形成されている。
【００１０】
またこのボディ１０はその上部側に第１の凹部１６を有し、この凹部１６の上部開口を閉塞するように入力ダイヤフラム１７を備えている。そして入力ダイヤフラム１７はその下側に配されている圧力板１８によって受けられるようになっている。圧力板１８は下方へ突出するように比較的大きな直径のセンタボス１９を備え、このセンタボス１９が出力ダイヤフラム２０のほぼ中央部を押圧するようにしている。そして第１の凹部１６であって入力ダイヤフラム１７と出力ダイヤフラム２０との間の空間が小孔２１によって外部と連通され、大気圧に等しい圧力に維持されるようになっている。
【００１１】
上記第１の凹部１６の下側には第２の凹部２２が連設されている。そして第１の凹部１６と第２の凹部２２とを互いに遮断するように上記出力ダイヤフラム２０が配されている。そしてこのような出力ダイヤフラム２０を受けるように第２の凹部２２内には受け板２３が配されている。受け板２３はばね２４によって上方へ押圧付勢されている。
【００１２】
上記受け板２３の下面に接触するように第２の凹部２２には圧力板２５が配されている。この圧力板２５はロッド２６を介して下側に配されているポペット２７と連結されている。ここでポペット２７は第３の凹部２８内に配されている。また上記ロッド２６は貫通孔２９によってボディ１０に摺動可能に支持されている。そしてポペット２７の上面にはＯリング３０が取付けられており、このＯリング３０が凹部２８の内側の上面に圧着するようになっている。
【００１３】
圧力板２５の下側には突部３５が連設されるとともに、この突部３５がバランスダイヤフラム３６を押圧するようになっている。なおバランスダイヤフラム３６はその下側に配されているばね受け３７を介してキャンセルばね３８の押圧力を受けるようにしている。
【００１４】
次にこのような構成のボディ１０から成る弁本体の上側に配されているノズルフラッパの機構について説明する。ノズル４５は中心孔４６を具備するとともに、このノズル４５の基端側の部分が保持部４７に構成されており、上部ボディ４８に設けられている凹部４９内において支持されている。
【００１５】
上記ノズル４５は中心孔４６と連通する横孔５０を備えるとともに、横孔５０は保持部４７の外周面に形成されている連通溝５１に連通されている。そして上記連通溝５１と連通するようにボディ４８にはポート５２が形成されており、このポート５２が凹部１６内であって上記入力ダイヤフラム１７の上側の空間に連通されている。そして絞り通路５３および連通路５４を介してポート５２は供給ポート１１に連通されるようになっている。
【００１６】
次に上記ノズル４５の先端部と対向するように配されているフラッパ６０について説明する。フラッパ６０は例えばりん青銅の薄板から成り、その外周側の部分には表裏の両側を連通させる開口６１が形成されている。またこのようなフラッパ６０はその周縁部がケーシング６２によって張設されている。
【００１７】
ケーシング６２内にはヨーク６３が配されるとともに、このヨーク６３の内部にはマグネット６４とセンタコア６５とがそれぞれ取付けられている。またセンタコア６５の外周側であってヨーク６３の内周側との隙間の部分にはコイル６６が配されている。そしてこのコイル６６がボビン６７に取付けられている。そしてボビン６７を介してコイル６６は上記フラッパ６０に連結されている。なおヨーク６３およびケーシング６２を貫通するように小孔６８が形成されており、これによってケーシング６２の内部に圧力が大気圧に維持されている。
【００１８】
次にこのような調整弁の動作の概要を説明する。ケーシング６２内のコイル６６には信号電流が加えられる。コイル６６はマグネット６４によって形成される磁気回路のエアギャップの中に配されているために、コイル６６に加えられる信号電流によってこのコイル６６が軸線方向に移動する。すなわちここではコイル６６とマグネット６４とヨーク６３とセンタコア６５とによってリニアモータが構成されており、このようなリニアモータによってフラッパ６０が図１において左右の方向の力を受けることになる。従ってこのような力によってフラッパ６０がノズル４５の先端部に対して変位する。
【００１９】
供給ポート１１を通して加えられる供給圧は連通路５４および絞り通路５３を通してノズル４５に対して作動圧として印加される。そしてこのような作動圧は、フラッパ６０とノズル４５との隙間を通して流出する流出量に応じて減圧され、減圧された圧力が中心孔４６、横孔５０、連通溝５１、およびポート５２を通して信号圧として取出され、この信号圧が入力ダイヤフラム１７の上面に作用する。
【００２０】
これに対して下側の凹部２８が出力ポート１２と連通しているために、凹部２８内が出力圧に維持される。そしてこのような出力圧はボディ１０の貫通孔２９を通して凹部２２に印加されているために、凹部２２内の圧力が出力圧に等しくなるとともに、出力ダイヤフラム２０の下面が出力圧を受けることになる。
【００２１】
これに対して供給ポート１１からの供給圧はボディ１０の中心部に上下方向に貫通するように形成されている中心孔４０に印加されるために、バランスダイヤフラム３６の下面には供給圧が印加される。さらにこのバランスダイヤフラム３６の下面には、キャンセルばね３８の弾性復元力がばね受け３７を介して加わる。また中心孔４０に加わる供給圧はポペット２７の上面であってＯリング３０よりも中心側の領域に印加されることになる。
【００２２】
ここでコイル６６に流れる信号電流を増大させると、フラッパ６０が図１において左方に押圧され、ノズル４５の先端部に近接し、これによってノズル４５の背圧、すなわち信号圧が増大する。従ってこの信号圧が上面に加えられるダイヤフラム１７は下方へより大きな力を受けることになり、下方に移動する。そしてこのような入力ダイヤフラム１７の力が圧力板１８、センタボス１９、出力ダイヤフラム２０、受け板２３を介して圧力板２５に印加される。従ってこの圧力板２５が下方へ移動する。
【００２３】
圧力板２５はロッド２６を介してポペット２７と連結されているために、圧力板２５が下方へ移動するとポペット２７も下方へ移動する。従ってこのポペット２７の上面に設けられているＯリング３０が凹部２８の上面から離間する。従って供給ポート１１からの供給圧が中心孔４０から第３の凹部２８に流動し、出力ポート１２を通して取出される出力圧が上昇する。
【００２４】
出力圧は凹部２２内であって出力ダイヤフラム２０の下面に加えられており、出力圧の上昇に伴って出力ダイヤフラム２０が上方へ押す力が次第に増大し、やがて入力ダイヤフラム１７による下方への力の増加量をキャンセルするようになると、ここで再び力の平衡に達し、図１に示すように圧力板２５およびポペット２７が上方へ移動してＯリング３０が凹部２８の上面に接触し、供給圧を遮断する。これによって新しい平衡状態に達する。
【００２５】
コイル６６に加えられる信号電流を減少させた場合には、このコイル６６がフラッパ６０を左方へ押圧する力が少なくなり、このフラッパ６０自身の弾性復元力とのバランスによってノズル４５とフラッパ６０との間の隙間が増大する。従ってこの場合にはノズル４５の背圧が減少することになる。
【００２６】
ノズル４５の背圧、すなわち信号圧が減少すると、入力ダイヤフラム１７の上面に加えられる信号圧が減少するために出力圧を受ける出力ダイヤフラム２０の押圧力によって入力ダイヤフラム１７が上方へ移動することになる。従って圧力板１８およびセンタボス１９もばね２４の弾性復元力によって上方へ移動するようになる。
【００２７】
するとセンタボス１９の先端部が出力ダイヤフラム２０から離間する。従って出力ダイヤフラム２０および受け板２３に貫通して形成されている中心孔４１が開くようになる。従ってこのような中心孔４１を通して第２の凹部２２内の空間の出力圧が第１の凹部１６側へ逃げるようになり、さらに小孔２１を通してボディ１０の外側に流出する。これによって出力圧が次第に減少する。そして出力圧による力が信号圧による力とバランスする状態に達すると、再びセンタボス１９が出力ダイヤフラム２０の上面に接し、中心孔４１を閉塞して新たな力の平衡状態に達する。
【００２８】
次にこのような調整弁のとくにノズル４５の背圧として取出される信号圧の供給圧による影響について数式を用いて説明する。なおここで数式に用いられる記号を次の通り転記する。
【００２９】
Ｑ₁：オリフィス５３を通過する流量
Ｑ₂：ノズル４５とフラッパ６０との間を通過する流量
Ｐ_s：供給圧
Ｐ_i：信号圧（入力圧）
Ｐ_a：大気圧
Ｃ₁：オリフィス５３の抵抗
Ｃ₂：フラッパ６０の抵抗
Ｋ₁：比例定数
Ｋ_s：比例定数（フラッパ６０のスプリング定数）
ｓ：ノズル４５の中心孔４６の内径
Ｋ_o：定数
まずノズル４５に作動圧として加えられる供給圧Ｐ_sの流量Ｑ₁は、
Ｑ₁＝Ｃ₁・Ｐ_s （１）
またフラッパ６０と対向するノズル４５の先端部から流出する流量Ｑ₂は、
Ｑ₂＝Ｃ₂・（Ｐ_i−Ｐ_a）^1/2 （２）
ここでＣ₂＝Ｋ₁・ｘ（３）
なおここでｘはノズル４５の先端部とフラッパ６０との間のギャップを示す。そしてこのギャップがｘのときのフラッパ６０における力のバランスは次式のようになる。
【００３０】
Ｋ_s・ｘ＝（Ｐ_i−Ｐ_a）・ｓ（４）
ここでＱ₁＝Ｑ₂であって、しかもＰ_a＝０とすれば次の式が成立する。
【００３１】
Ｃ₁・Ｐ_s＝Ｃ₂・Ｐ_i ^1/2＝Ｋ₁・ｘ・Ｐ_i ^1/2＝Ｋ₁・ｓ・Ｐ_i ^3/2／Ｋ_s
（５）
よってＰ_i＝｛（Ｃ₁・Ｋ_s・Ｐ_s）／（Ｋ₁・ｓ）｝^2/3 （６）
ここでＫ_oを次のように設定する。
【００３２】
｛（Ｃ₁・Ｋ_s）／（Ｋ₁・ｓ）｝^3/2＝Ｋ_o （７）
この式を用いると、（６）式は次のように表わされる。
【００３３】
Ｐ_i＝Ｋ_o・Ｐ_s ^2/3 （８）
上記の式から明らかなように、信号圧Ｐ_iは供給圧Ｐ_sの関数になる。供給圧Ｐ_sをパラメータとしてコイル６６に流れる信号電流とノズル４５の背圧として得られる信号圧Ｐ_iとの関係が図３によって示される。この式から明らかなように、供給圧Ｐ_sが増加するに従って信号圧Ｐ_iが増加することになる。
【００３４】
ここで０点の信号圧Ｐ_iに注目する。この調整弁の０点に相当する信号電流をコイル６６に流したときの信号圧Ｐ_iの変化は図４に示される。すなわち０点の信号圧Ｐ_iは供給圧Ｐ_sに依存することになり、供給圧Ｐ_sが増大すると増加する傾向になることが図４によって示される。
【００３５】
今供給圧Ｐ_sが５ｋｇｆ／ｃｍ²のときの信号圧Ｐ_iを０．２ｋｇｆ／ｃｍ²となるように設定すると、（７）式のＫ_oはＫ_o＝０．０６８になる。従って（８）式は次の式で表わされる。
【００３６】
Ｐ_i＝０．０６８Ｐ_s ^2/3 （９）
この（９）式をグラフで表わすと図５に示すようになり、信号圧Ｐ_sの変化に対するこの調整弁の０点の信号圧Ｐ_iの変化が具体的な数値の変化として示される。
【００３７】
次に上記の信号圧Ｐ_iに応じた調整動作を行なう弁本体の供給圧Ｐ_sによる出力圧Ｐ_oの変化について数式により考察する。なおここで記号を次のように設定する。
【００３８】
Ｐ_o：出力圧
Ａ₁：入力ダイヤフラム１７の有効面積
Ａ₂：出力ダイヤフラム２０の有効面積
Ａ₃：バランスダイヤフラム３６の有効面積
Ａ₄：ポペット３０の有効面積（Ｏリング３０の内側の面積）
図１に示す調整弁の弁本体の力のバランスの式は次のようになる。
【００３９】
Ｐ_i・Ａ₁＝Ｐ_o・Ａ₂＋Ｐ_s・（Ａ₃−Ａ₄）（１０）
ここで左辺のＰ_i・Ａ₁は信号圧Ｐ_iによって入力ダイヤフラム１７が受ける下方への力である。また右辺の第１項は出力圧Ｐ_oによって出力ダイヤフラム２０が受ける上方への力である。また右辺の第２項は、バランスダイヤフラム３０が供給圧Ｐ_sによって受ける上方への力からポペット２７が供給圧Ｐ_sによって受ける下方への力を差引いた値を示している。
【００４０】
ここでＡ₃−Ａ₄＝△Ａとすると、
Ｐ_i・Ａ₁＝Ｐ_o・Ａ₂＋△Ａ・Ｐ_s （１１）
よってＰ_o＝Ｐ_i・（Ａ₁／Ａ₂）−Ｐ_s・（△Ａ／Ａ₂）（１２）
上記（１２）式に（８）式を代入すると、
Ｐ_o＝Ｋ_o・（Ａ₁／Ａ₂）・Ｐ_s ^2/3−（△Ａ／Ａ₂）Ｐ_s （１３）上記の（１３）式から明らかなように、出力圧Ｐ_oは供給圧Ｐ_sの関数になる。供給圧Ｐ_sをパラメータとして信号圧Ｐ_iを変化させたときの出力圧Ｐ_oの変化は図６に示すようになる。ここでこの調整弁の０点における出力圧Ｐ_oと供給圧Ｐ_sとの関係は図７に示すようになる。この図７の式から明らかなように、供給圧Ｐ_sが増加すると出力圧Ｐ_oは次第に減少する傾向になる。すなわち図７に示す特性は図４に示す特性とは逆の特性になる。
【００４１】
従ってノズル４５とフラッパ６０とから成るノズルフラッパの部分の信号圧Ｐ_iの特性の比例定数と、図７に示す弁本体の部分の供給圧Ｐ_sに対する出力圧Ｐ_oの特性の比例定数とを巧みに選択すると、図８に示すように、総合特性としてフラットな特性の調整弁が得られる。このような特性は、供給圧Ｐ_sの変化にかかわらず０点の出力圧Ｐ_oをほぼ一定の値にする特性である。
【００４２】
このような特性によれば、供給圧Ｐ_sが変化しても０点の出力圧Ｐ_oをほぼ一定の値にすることが可能になる。従ってこのような特性とすることによって、調整弁の０点の安定性を確保できるばかりでなく、閉ループ制御によって出力圧Ｐ_oの０点の値を一定の値にする必要がなくなる。あるいはまた供給ポート１１を通して加えられる供給圧Ｐ_sを一定にするための特別な調整装置を必要としなくなる。
【００４３】
今図２に示すように、入力ダイヤフラム１７の有効面積Ａ₁と出力ダイヤフラム２０の有効面積Ａ₂とを等しくし、すなわちＡ₁＝Ａ₂とするとともに、Ｋ_o＝０．０６８とし、さらに△Ａ／Ａ₂を０．２４とすると、（１３）式は次のように表わされる。
【００４４】
Ｐ_ｏ＝０．０６８Ｐ_ｓ ^２／３−０．０２４Ｐ_ｓ（１４）
上記の（１４）式をグラフに表わしたのが図９である。この式から明らかなように、信号圧Ｐ_ｓによる０点の出力圧Ｐ_ｏの値の変化が少なくなっている。
【００４５】
【発明の効果】
本願の一発明は、外部から供給される電気信号に応じた流体の出力圧を取出すようにした調整弁において、供給圧が増加すると電気信号の信号電流値がゼロのときの０点の出力圧の目標値を与える信号圧が増加する電磁式ノズルフラッパと、信号圧を受ける入力ダイヤフラムと出力圧を受ける出力ダイヤフラムとを備え、該入力ダイヤフラムと出力ダイヤフラムとが力を伝達する剛体を介して互いに押合うように配置され、しかも供給圧を受けるバランスダイヤフラムを有し、該バランスダイヤフラムがこのバランスダイヤフラムの圧力を受ける圧力板を介して出力ダイヤフラムを入力ダイヤフラム側に押圧し、さらにポペットを有し、ボディ内に弁の開閉方向に延びるように貫通して形成された案内孔内によって摺動可能に支持されているロッドを介してポペットが圧力板に連結され、供給圧が増加すると０点の出力圧が減少する弁本体と、を具備し、電磁式ノズルフラッパのノズルの背圧を弁本体の信号圧として用いるようにしたものである。
【００４６】
従って電磁式ノズルフラッパの特性と弁本体の特性とが互いに相殺するように機能することになり、これによって供給圧の変化が出力圧の変化に及ぼす影響を軽減することが可能になる。
【００４７】
別の発明は、電磁式ノズルフラッパの供給圧に対する０点の信号圧の変化の比例定数の増減と弁本体の供給圧に対する０点の出力圧の変化の比例定数の増減とが互いにほぼ逆の関係になるとともに、ノズルフラッパのノズルの背圧が弁本体の信号圧となるように組合わせたときに供給圧の変化による電磁式ノズルフラッパの比例定数の増減と弁本体の比例定数の増減の影響がほぼ相殺されるように、電磁式ノズルフラッパの比例定数の特性と弁本体の比例定数の特性とが調整されるようにしたものである。
【００４８】
従って供給圧が変化したときのノズルフラッパの０点の信号圧の変化と弁本体の出力圧の変化とは互いに相殺され、このために供給圧の変化にかかわらず０点の出力圧の変化がなくなる。従って供給圧の変化にかかわらず０点が安定に確保されることになり、閉ループ制御を実施したり、供給圧を一定に保持するための機構を設けたりする必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】調整弁の構成を示す縦断面図である。
【図２】入力ダイヤフラムと出力ダイヤフラムの面積を等しくした調整弁の縦断面図である。
【図３】ノズルフラッパの信号電流の変化に対する信号圧の変化を示すグラフである。
【図４】ノズルフラッパの供給圧の変化に対する０点の信号圧の変化を示すグラフである。
【図５】ノズルフラッパの具体的な０点の特性のグラフである。
【図６】弁本体の信号圧に対する出力圧の変化を示すグラフである。
【図７】弁本体の供給圧に対する０点の出力圧の変化を示すグラフである。
【図８】０点の出力圧の総合特性を示すグラフである。
【図９】変形例の弁本体の供給圧に対する０点の出力圧の変化を示すグラフである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a regulating valve, and more particularly to a regulating valve that extracts an output pressure corresponding to an electric signal supplied from the outside.
[0002]
[Prior art]
For example, the gas pressure booster proposed in Japanese Patent Publication No. 7-107401 is provided with an auxiliary plate connected to the movable plate by a connecting rod on the outer peripheral side instead of the center side, and this auxiliary plate is provided in the space on the output pressure side. A seal ring having an effective area substantially equal to the diaphragm for applying the supply pressure is interposed between the auxiliary plate and the passage of the casing, and the supply pressure and the output pressure are shut off by this seal ring. I have to. According to such a booster, the output pressure is not affected by the supply pressure, so that hysteresis due to friction can be prevented, and it is small and has a large capacity.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Such a conventional booster control valve has a problem that the signal pressure at the zero point is affected by fluctuations in the supply pressure when the supply pressure is also used as the pilot pressure. In order to eliminate such drawbacks, closed loop control of the supply pressure is performed, and when the output pressure fluctuates in conjunction with the supply pressure, the control valve performs a control operation so as to cancel this. We are trying to take measures such as Another method is to keep the supply pressure constant.
[0004]
However, in order to perform the closed-loop control, a sensor for detecting the supply pressure is required, and a control element for performing control according to the detection output by the sensor is required, which has a drawback that the configuration is complicated. . Further, in order to keep the supply pressure constant, a dedicated adjustment mechanism is required, and in this case, the configuration is also complicated.
[0005]
The present invention has been made in view of such problems, and does not perform closed-loop control by a sensor, or does not hold the supply pressure constant, and outputs the output pressure against fluctuations in the supply pressure, In particular, an object of the present invention is to provide a regulating valve that operates without fluctuation of the zero point.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
One invention of the present application is an adjustment valve configured to take out an output pressure of a fluid according to an electric signal supplied from the outside.
An electromagnetic nozzle flapper that increases the signal pressure that gives the target value of the output pressure at the zero point when the signal current value of the electrical signal is zero when the supply pressure increases;
An input diaphragm for receiving signal pressure and an output diaphragm for receiving output pressure are provided, the input diaphragm and the output diaphragm are arranged so as to press each other through a rigid body that transmits force, and a balance diaphragm for receiving supply pressure is provided. The balance diaphragm presses the output diaphragm to the input diaphragm side through a pressure plate that receives the pressure of the balance diaphragm, and further has a poppet, which is formed so as to penetrate the body so as to extend in the valve opening / closing direction. A valve body in which the poppet is connected to the pressure plate via a rod that is slidably supported in the guide hole, and the output pressure at the zero point decreases when the supply pressure increases;
And a back pressure of the nozzle of the electromagnetic nozzle flapper is used as the signal pressure of the valve body. Here, the increase / decrease in the proportional constant of the change in the signal pressure at the zero point relative to the supply pressure of the electromagnetic nozzle flapper and the increase / decrease in the proportional constant of the change in the output pressure at the zero point relative to the supply pressure of the valve body are substantially opposite to each other. In addition, when the back pressure of the nozzle of the nozzle flapper is applied to the input diaphragm so as to become the signal pressure of the valve body, the proportional constant of the electromagnetic nozzle flapper is increased or decreased by a change in supply pressure. The characteristic of the proportional constant of the electromagnetic nozzle flapper and the characteristic of the proportional constant of the valve body may be adjusted so that the influence of the increase / decrease of the proportional constant of the valve body is almost canceled out.
[0007]
Here, the gap between the tip of the nozzle may be adjusted by moving the flapper of the electromagnetic nozzle flapper in the axial direction of the linear motor by the coil of the linear motor. A supply pressure is applied to the nozzle of the electromagnetic nozzle flapper as an operating pressure that causes the nozzle to jet against the flapper, and a back pressure of the nozzle is taken out as a signal pressure that gives a target value of the output pressure. It may be.
[0008]
The effective area of the balance diaphragm may be smaller than the effective areas of the input diaphragm and the output diaphragm. Further, one of the pressure plate and the poppet connected to each other by a rod may be pressed by a spring so as to cancel the weight of both.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows the overall configuration of a regulating valve according to an embodiment of the present invention. This regulating valve includes a body 10, and a lower portion of the body 10 is supplied to the left side thereof. The port 11 and the output port 12 are formed on the right side.
[0010]
The body 10 has a first recess 16 on the upper side thereof, and an input diaphragm 17 so as to close the upper opening of the recess 16. The input diaphragm 17 is received by a pressure plate 18 disposed below the input diaphragm 17. The pressure plate 18 includes a center boss 19 having a relatively large diameter so as to protrude downward, and the center boss 19 presses the substantially central portion of the output diaphragm 20. The space between the input diaphragm 17 and the output diaphragm 20 in the first recess 16 is communicated with the outside by a small hole 21 and is maintained at a pressure equal to the atmospheric pressure.
[0011]
A second recess 22 is continuously provided below the first recess 16. The output diaphragm 20 is disposed so as to block the first recess 16 and the second recess 22 from each other. A receiving plate 23 is disposed in the second recess 22 so as to receive such an output diaphragm 20. The receiving plate 23 is urged upward by a spring 24.
[0012]
A pressure plate 25 is disposed in the second recess 22 so as to contact the lower surface of the receiving plate 23. The pressure plate 25 is connected to a poppet 27 arranged on the lower side via a rod 26. Here, the poppet 27 is arranged in the third recess 28. The rod 26 is slidably supported by the body 10 through the through hole 29. An O-ring 30 is attached to the upper surface of the poppet 27, and the O-ring 30 is crimped to the upper surface inside the recess 28.
[0013]
A protrusion 35 is continuously provided below the pressure plate 25, and the protrusion 35 presses the balance diaphragm 36. The balance diaphragm 36 receives a pressing force of a cancel spring 38 via a spring receiver 37 disposed below the balance diaphragm 36.
[0014]
Next, the mechanism of the nozzle flapper arranged on the upper side of the valve body composed of the body 10 having such a configuration will be described. The nozzle 45 includes a center hole 46, and a base end side portion of the nozzle 45 is formed in a holding portion 47, and is supported in a concave portion 49 provided in the upper body 48.
[0015]
The nozzle 45 includes a lateral hole 50 communicating with the center hole 46, and the lateral hole 50 communicates with a communication groove 51 formed on the outer peripheral surface of the holding portion 47. A port 52 is formed in the body 48 so as to communicate with the communication groove 51, and the port 52 communicates with the space above the input diaphragm 17 in the recess 16. The port 52 is communicated with the supply port 11 through the throttle passage 53 and the communication passage 54.
[0016]
Next, the flapper 60 arranged to face the tip of the nozzle 45 will be described. The flapper 60 is made of, for example, a thin plate of phosphor bronze, and an opening 61 is formed in the outer peripheral portion thereof so as to communicate both the front and back sides. Further, such a flapper 60 is stretched around the periphery thereof by a casing 62.
[0017]
A yoke 63 is disposed in the casing 62, and a magnet 64 and a center core 65 are attached to the inside of the yoke 63. In addition, a coil 66 is disposed on the outer peripheral side of the center core 65 and a gap between the inner peripheral side of the yoke 63. The coil 66 is attached to the bobbin 67. The coil 66 is connected to the flapper 60 through a bobbin 67. A small hole 68 is formed so as to penetrate the yoke 63 and the casing 62, whereby the pressure is maintained at the atmospheric pressure inside the casing 62.
[0018]
Next, an outline of the operation of such a regulating valve will be described. A signal current is applied to the coil 66 in the casing 62. Since the coil 66 is arranged in the air gap of the magnetic circuit formed by the magnet 64, the coil 66 is moved in the axial direction by a signal current applied to the coil 66. That is, here, the coil 66, the magnet 64, the yoke 63, and the center core 65 constitute a linear motor, and the flapper 60 receives a force in the left and right directions in FIG. 1 by such a linear motor. Therefore, the flapper 60 is displaced with respect to the tip portion of the nozzle 45 by such force.
[0019]
The supply pressure applied through the supply port 11 is applied as an operating pressure to the nozzle 45 through the communication passage 54 and the throttle passage 53. Such an operating pressure is reduced in accordance with the outflow amount flowing out through the gap between the flapper 60 and the nozzle 45, and the reduced pressure is a signal pressure through the center hole 46, the lateral hole 50, the communication groove 51, and the port 52. The signal pressure acts on the upper surface of the input diaphragm 17.
[0020]
In contrast, since the lower recess 28 communicates with the output port 12, the inside of the recess 28 is maintained at the output pressure. Since such an output pressure is applied to the recess 22 through the through hole 29 of the body 10, the pressure in the recess 22 becomes equal to the output pressure, and the lower surface of the output diaphragm 20 receives the output pressure. .
[0021]
On the other hand, the supply pressure from the supply port 11 is applied to the center hole 40 formed so as to penetrate the center portion of the body 10 in the vertical direction, so that the supply pressure is applied to the lower surface of the balance diaphragm 36. Is done. Further, an elastic restoring force of a cancel spring 38 is applied to the lower surface of the balance diaphragm 36 via a spring receiver 37. Further, the supply pressure applied to the center hole 40 is applied to the upper surface of the poppet 27 and a region closer to the center than the O-ring 30.
[0022]
Here, when the signal current flowing through the coil 66 is increased, the flapper 60 is pressed to the left in FIG. 1 and approaches the tip of the nozzle 45, thereby increasing the back pressure of the nozzle 45, that is, the signal pressure. Therefore, the diaphragm 17 to which this signal pressure is applied to the upper surface receives a greater force downward and moves downward. Such a force of the input diaphragm 17 is applied to the pressure plate 25 via the pressure plate 18, the center boss 19, the output diaphragm 20, and the receiving plate 23. Accordingly, the pressure plate 25 moves downward.
[0023]
Since the pressure plate 25 is connected to the poppet 27 via the rod 26, when the pressure plate 25 moves downward, the poppet 27 also moves downward. Accordingly, the O-ring 30 provided on the upper surface of the poppet 27 is separated from the upper surface of the recess 28. Accordingly, the supply pressure from the supply port 11 flows from the center hole 40 to the third recess 28, and the output pressure taken out through the output port 12 increases.
[0024]
The output pressure is applied to the lower surface of the output diaphragm 20 in the recess 22, and the force that the output diaphragm 20 pushes upward gradually increases as the output pressure increases, and eventually the downward force of the input diaphragm 17 is reduced. When the increase amount is canceled, the force equilibrium is reached again here, and the pressure plate 25 and the poppet 27 are moved upward as shown in FIG. Shut off. This reaches a new equilibrium state.
[0025]
When the signal current applied to the coil 66 is reduced, the force with which the coil 66 presses the flapper 60 to the left decreases, and the nozzle 45 and the flapper 60 are balanced by the elastic restoring force of the flapper 60 itself. The gap between them increases. Therefore, in this case, the back pressure of the nozzle 45 is reduced.
[0026]
When the back pressure of the nozzle 45, that is, the signal pressure is reduced, the signal pressure applied to the upper surface of the input diaphragm 17 is reduced, and therefore the input diaphragm 17 is moved upward by the pressing force of the output diaphragm 20 that receives the output pressure. . Accordingly, the pressure plate 18 and the center boss 19 are also moved upward by the elastic restoring force of the spring 24.
[0027]
Then, the tip of the center boss 19 is separated from the output diaphragm 20. Therefore, the center hole 41 formed so as to penetrate through the output diaphragm 20 and the receiving plate 23 is opened. Accordingly, the output pressure of the space in the second recess 22 escapes toward the first recess 16 through the center hole 41 and further flows out of the body 10 through the small hole 21. As a result, the output pressure gradually decreases. When the force due to the output pressure balances with the force due to the signal pressure, the center boss 19 comes into contact with the upper surface of the output diaphragm 20 again, closes the center hole 41, and reaches a new force equilibrium state.
[0028]
Next, the influence of the supply pressure of the signal pressure extracted as the back pressure of the nozzle 45 of such a regulating valve will be described using mathematical expressions. Here, the symbols used in the formula are transcribed as follows.
[0029]
Q ₁ : Flow rate passing through the orifice 53 Q ₂ : Flow rate passing between the nozzle 45 and the flapper 60 P _s : Supply pressure P _i : Signal pressure (input pressure)
P _a: atmospheric C _1: the resistance of the orifice 53 C _2: resistance K ₁ of the flapper 60: proportional constant K _s: proportional constant (spring constant of the flapper 60)
s: inside diameter K _o of the center hole 46 of the nozzle 45: the flow rate to Q ₁ constant first supply pressure P _s applied as the working pressure to the nozzle 45,
Q ₁ = C ₁ · P _s (1)
The flow rate Q ₂ flowing out from the tip of the nozzle 45 facing the flapper 60 is:
Q ₂ = C ₂ · (P _i −P _a ) ^1/2 (2)
Where C ₂ = K ₁ · x (3)
Here, x indicates a gap between the tip of the nozzle 45 and the flapper 60. And the balance of force in the flapper 60 when this gap is x is as follows.
[0030]
K _s · x = (P _i −P _a ) · s (4)
Here, when Q ₁ = Q ₂ and P _a = 0, the following equation is established.
[0031]
C ₁ · P _s = C ₂ · P _i ^1/2 = K ₁ · x · P _i ^1/2 = K ₁ · s · P _i ^3/2 / K _s
(5)
Therefore, P _i = {(C ₁ · K _s · P _s ) / (K ₁ · s)} ^2/3 (6)
Here, K _o is set as follows.
[0032]
_{_{{(C 1 · K s)}} / (K 1 · s)} 3/2 = K o (7)
Using this equation, equation (6) is expressed as follows.
[0033]
P _i = K _o · P _s ^2/3 (8)
As is apparent from the above equation, the signal pressure P _i is a function of the supply pressure P _s . The relationship between the signal current flowing through the coil 66 with the supply pressure P _s as a parameter and the signal pressure P _i obtained as the back pressure of the nozzle 45 is shown in FIG. As is apparent from this equation, the signal pressure P _i increases as the supply pressure P _s increases.
[0034]
Attention is paid to the signal pressure P _i at zero point. Change in the signal pressure P _i when a current of signal current corresponding to the zero point of the regulating valve to the coil 66 is shown in FIG. That is the signal pressure P _i of the zero point will depend on the supply pressure P _s, it tends to increase the supply pressure P _s is increased is shown by Figure 4.
[0035]
If the signal pressure P _i when the supply pressure P _s is 5 kgf / cm ² is set to be 0.2 kgf / cm ² , K _{o in the} equation (7) becomes K _o = 0.068. Therefore, the equation (8) is expressed by the following equation.
[0036]
P _i = 0.068P _s ^2/3 (9)
Expressing this equation (9) graphically becomes as shown in FIG. 5, the change of the signal pressure P _i of the zero point of the control valve to changes in the signal pressure P _s is indicated as a change in specific numerical values.
[0037]
Next, the change of the output pressure P _o due to the supply pressure P _s of the valve main body that performs the adjusting operation according to the signal pressure P _i will be considered by a mathematical expression. Here, the symbols are set as follows.
[0038]
P _o : Output pressure A ₁ : Effective area of input diaphragm 17 A ₂ : Effective area of output diaphragm 20 A ₃ : Effective area of balance diaphragm 36 A ₄ : Effective area of poppet 30 (area inside O-ring 30)
The formula for the balance of forces of the valve body of the regulating valve shown in FIG. 1 is as follows.
[0039]
P _i · A ₁ = P _o · A ₂ + P _s · (A ₃ −A ₄ ) (10)
Here, P _i · A ₁ on the left side is a downward force received by the input diaphragm 17 by the signal pressure P _i . The first term on the right side is the upward force experienced by the output diaphragm 20 by the output pressure P _o. The second term of the right side shows values balance diaphragm 30 is the poppet 27 from the upward force experienced by the supply pressure P _s minus the downward force experienced by the supply pressure P _s.
[0040]
If A ₃ −A ₄ = ΔA,
P _i · A ₁ = P _o · A ₂ + ΔA · P _s (11)
Therefore, _{_{P o = P i · (A}} 1 / A 2) -P s · (△ A / A 2) (12)
Substituting equation (8) into equation (12) above,
_{_{P o = K o · (A}} 1 / A 2) · P s 2/3 - (△ A / A 2) P s (13) As is apparent from the above equation (13), the output pressure P _o is supplied It becomes a function of the pressure P _s. Change of the output pressure P _o when the supply pressure P _s was varied signal pressure P _i as a parameter as shown in FIG. Here the relationship between the output pressure P _o and the supply pressure P _s in the zero point of the regulating valve is shown in FIG. As is apparent from the equation of FIG. 7, when the supply pressure P _s increases, the output pressure _Po tends to gradually decrease. That is, the characteristic shown in FIG. 7 is opposite to the characteristic shown in FIG.
[0041]
Thus the proportionality constant characteristic of the signal pressure P _i of the portion of the nozzle flapper consisting nozzle 45 and flapper 60., and a proportional constant of the characteristics of the output pressure P _o to the feed pressure P _s of the portion of the valve body shown in FIG. 7 skillfully As shown in FIG. 8, an adjustment valve having a flat characteristic as a total characteristic is obtained. Such properties are characteristic of a substantially constant value the output pressure P _o of the 0-point despite variations in supply pressure P _s.
[0042]
According to such characteristics, even when the supply pressure P _s changes, the zero-point output pressure P _o can be set to a substantially constant value. Therefore, by setting such characteristics, not only can the stability of the zero point of the regulating valve be ensured, but it is not necessary to make the value of the zero point of the output pressure _Po constant by closed loop control. Alternatively, no special adjustment device is required to keep the supply pressure P _s applied through the supply port 11 constant.
[0043]
As shown in now to Figure 2, equal to the effective area A ₁ of the input diaphragm 17 and the effective area A ₂ of the output diaphragm 20, i.e. with the A ₁ = A _2, and K _o = 0.068, further △ Assuming that A / A ₂ is 0.24, equation (13) is expressed as follows.
[0044]
_{_{^{_{P o = 0.068P s 2/3 -0.024P s}}}} (14)
FIG. 9 is a graph showing the above expression (14). As is apparent from this equation, the change in the value of the output pressure P _o of the 0-point by the signal pressure P _s is low.
[0045]
【The invention's effect】
One aspect of the present invention is an adjustment valve configured to take out an output pressure of a fluid according to an electric signal supplied from the outside. When the supply pressure increases, an output pressure at a zero point when the signal current value of the electric signal is zero. and an electromagnetic nozzle flapper signal pressure to give the target value increases, and an output diaphragm for receiving an input diaphragm and output pressure for receiving the signal pressure, push each other through the rigid body and the input diaphragm and an output diaphragm transmit forces And a balance diaphragm that receives supply pressure, the balance diaphragm presses the output diaphragm to the input diaphragm side through a pressure plate that receives the pressure of the balance diaphragm, and further has a poppet. It is slidably supported by a guide hole formed so as to extend in the opening / closing direction of the valve. Poppet is connected to the pressure plate via the head, anda valve body to reduce the output pressure of the zero point when the supply pressure is increased, using back pressure of the nozzle of the electromagnetic nozzle flapper as the signal pressure of the valve body It is what I did.
[0046]
Therefore, the characteristics of the electromagnetic nozzle flapper and the characteristics of the valve main body function to cancel each other, thereby reducing the influence of the change in supply pressure on the change in output pressure.
[0047]
Another invention, electromagnetic nozzle flapper decrease and almost opposite relationship to each other of the proportionality constant of the change in the output pressure of the zero point for the supply pressure increase or decrease and the valve body of the proportional constant of the change in the signal pressure zero point to the feed pressure of At the same time, when combined so that the back pressure of the nozzle of the nozzle flapper becomes the signal pressure of the valve body, the influence of the increase or decrease of the proportional constant of the electromagnetic nozzle flapper and the increase or decrease of the proportional constant of the valve body due to the change of supply pressure is almost as it will be canceled, in which the characteristics of the proportional constant characteristics and the valve body of the proportional constants of the electromagnetic nozzle flapper was to be adjusted.
[0048]
Therefore, the change in the signal pressure at the zero point of the nozzle flapper and the change in the output pressure of the valve body when the supply pressure changes cancel each other out. Therefore, the change in the output pressure at the zero point is eliminated regardless of the change in the supply pressure. . Therefore, the 0 point is stably secured regardless of the change in the supply pressure, and it is not necessary to perform a closed loop control or provide a mechanism for keeping the supply pressure constant.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a regulating valve.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a regulating valve in which the areas of an input diaphragm and an output diaphragm are equal.
FIG. 3 is a graph showing a change in signal pressure with respect to a change in signal current of a nozzle flapper.
FIG. 4 is a graph showing a change in signal pressure at zero point with respect to a change in supply pressure of a nozzle flapper.
FIG. 5 is a graph of specific zero point characteristics of a nozzle flapper.
FIG. 6 is a graph showing a change in output pressure with respect to signal pressure of a valve body.
FIG. 7 is a graph showing a change in output pressure at zero point with respect to supply pressure of the valve body.
FIG. 8 is a graph showing the overall characteristics of output pressure at zero point.
FIG. 9 is a graph showing a change in the output pressure at the zero point with respect to the supply pressure of the valve body of the modification .

Claims

In the regulating valve that takes out the output pressure of the fluid according to the electrical signal supplied from the outside,
An electromagnetic nozzle flapper that increases the signal pressure that gives the target value of the output pressure at the zero point when the signal current value of the electrical signal is zero when the supply pressure increases;
An input diaphragm for receiving signal pressure and an output diaphragm for receiving output pressure are provided, the input diaphragm and the output diaphragm are arranged so as to press each other through a rigid body that transmits force, and a balance diaphragm for receiving supply pressure is provided. The balance diaphragm presses the output diaphragm to the input diaphragm side through a pressure plate that receives the pressure of the balance diaphragm, and further has a poppet, which is formed so as to penetrate the body so as to extend in the valve opening / closing direction. A valve body in which the poppet is connected to the pressure plate via a rod that is slidably supported in the guide hole, and the output pressure at the zero point decreases when the supply pressure increases;
And a back pressure of the nozzle of the electromagnetic nozzle flapper is used as the signal pressure of the valve body.

The increase / decrease in the proportional constant of the change in the signal pressure at the zero point with respect to the supply pressure of the electromagnetic nozzle flapper and the increase / decrease in the proportional constant of the change in the output pressure at the zero point with respect to the supply pressure of the valve body are almost opposite to each other. In addition, when the back pressure of the nozzle of the nozzle flapper is applied to the input diaphragm to become the signal pressure of the valve body, the proportional constant of the electromagnetic nozzle flapper is increased and decreased by the change of the supply pressure, and the valve The characteristic of the proportional constant of the electromagnetic nozzle flapper and the characteristic of the proportional constant of the valve body are adjusted so that the influence of increase / decrease in the proportional constant of the main body is substantially offset. The regulating valve described.

2. The adjusting valve according to claim 1, wherein the gap between the tip of the electromagnetic nozzle flapper and the tip of the nozzle is adjusted by moving the flapper of the linear motor in the axial direction of the linear motor by a coil of the linear motor.

A supply pressure is applied to the nozzle of the electromagnetic nozzle flapper as an operating pressure that causes a jet flow to the flapper, and a back pressure of the nozzle is taken out as a signal pressure that gives a target value of the output pressure. The regulating valve according to claim 1.

2. The regulating valve according to claim 1 , wherein the effective area of the balance diaphragm is smaller than the effective areas of the input diaphragm and the output diaphragm.

2. The regulating valve according to claim 1 , wherein one of the pressure plate and the poppet connected to each other by a rod is pressed by a spring so as to cancel the weight of both.