JP4447898B2 - Gas flow restrictor for nozzle flapper valve - Google Patents
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Description
本発明はノズルフラッパ弁用の気体流路絞り装置に係り、特に精密に空圧制御する装置に用いられるノズルフラッパ弁用の気体流路絞り装置に関する。 The present invention relates to a gas flow path throttle device for a nozzle flapper valve, and more particularly to a gas flow path throttle device for a nozzle flapper valve used in a device for precisely controlling air pressure.
空気圧回路やガス供給回路において管路の圧力制御や流量調整を行うために、フィードバック機構を内蔵した制御弁装置が用いられる。例えば、特許文献1において、トルクモータとパイロット弁を組み合わせることによって、入力指令電圧の印加に基づいてアーマチュアを回転駆動しこのときに発生するトルクでノズルフラッパ機構によるパイロット弁開閉作用を得て案内弁を駆動し、アクチュエータへ所望流体圧を供給する構成が開示される。このパイロット弁は、アーマチュアの回動により変位するフラッパと、フラッパの両側面に向かい合って配置される一組のノズルが備えられるので、ノズルフラッパ弁と呼ばれることがある。 A control valve device incorporating a feedback mechanism is used to perform pressure control and flow rate adjustment of a pipeline in a pneumatic circuit and a gas supply circuit. For example, in Patent Document 1, by combining a torque motor and a pilot valve, the armature is rotationally driven based on application of an input command voltage, and the pilot valve opening / closing action by the nozzle flapper mechanism is obtained by the torque generated at this time. A configuration for driving and supplying a desired fluid pressure to an actuator is disclosed. This pilot valve is sometimes referred to as a nozzle flapper valve because it includes a flapper that is displaced by the rotation of the armature and a pair of nozzles that are arranged to face both side surfaces of the flapper.
ノズルフラッパ機構の各ノズルにはそれぞれ気体流が供給される。そして、各ノズルに気体流を供給するために、1次側圧力気体を絞り2次側のノズルフラッパ弁に供給する気体流路の絞り装置、例えばオリフィスが設けられる。その一例を図24に示す。図24は、特許文献2に開示されているサーボ弁のうちノズルフラッパ機構の部分を取り出したものである。なお、特許文献2は油圧制御に関するものであるが、以下では空気圧制御に置き換えて説明する。 A gas flow is supplied to each nozzle of the nozzle flapper mechanism. In order to supply a gas flow to each nozzle, a throttle device, for example, an orifice, for supplying a primary pressure gas to a nozzle flapper valve on the secondary side is provided. An example is shown in FIG. FIG. 24 shows a portion of the nozzle flapper mechanism extracted from the servo valve disclosed in Patent Document 2. Patent Document 2 relates to hydraulic control, but will be described below by replacing with pneumatic control.
図24のノズルフラッパ機構10において、フラッパ12が先端に取り付けられるアーマチュア14にはコイル16が巻回され、アーマチュア14の周囲に図示されていない永久磁石が配置される。アーマチュア14にはトーションバネ18が設けられ、コイル16に入力指令電圧に応じた駆動電流が流されると、永久磁石との間の電磁力により、トーションバネ18のバネ力と釣り合う位置までアーマチュア14は回動し、先端のフラッパ12は中立位置から変位する。
In the
一組のノズル30,32は、それぞれその先端開口部をフラッパ12に向けて配置され、ノズル30,32には固定オリフィス34,36を介し、高圧の作動気体が供給される。図24に示すように、圧力Psの流体は、それぞれ固定オリフィス34,36に供給されて絞られ、その後図示されていない空気圧アクチュエータに供給されるとともに、各ノズル30,32に供給される。したがって、固定オリフィス34,36を通過したあとの圧力Pa,Pbは、各ノズル30,32とフラッパ12との間の隙間に応じて変化する。
The pair of
図24における気体回路を電気回路との相似性を用いて図25に示す。一般に、圧力pを電圧V、流速vを電流I、流体抵抗を電気抵抗と対応付けることができるので、図24において固定オリフィス34,36における絞りによる流体抵抗をR1,R2、ノズル30,32とフラッパ12との間の隙間による流体抵抗をR3,R4とすると、これら4個の流体抵抗は、ブリッジ回路を構成していることがわかる。すなわち、固定オリフィス34,36の特性が同一とすればR1=R2であり、さらにフラッパ12が中立位置にあればR3=R4であるので、Pa=Pbとなり、空気圧アクチュエータに供給される2つの入力圧力Pa,Pbの間に偏りは生じない。フラッパ12が変位すると、ブリッジ回路の平衡が崩れ、PaとPbの間に偏りが生じ、この偏り圧に応じて空気圧アクチュエータを駆動することができる。
The gas circuit in FIG. 24 is shown in FIG. 25 using the similarity with the electric circuit. In general, the pressure p can be associated with the voltage V, the flow velocity v can be associated with the current I, and the fluid resistance can be associated with the electrical resistance. Therefore, in FIG. 24, the fluid resistance due to the restriction in the
このように、1次側圧力気体を絞り2次側のノズルフラッパ弁へ供給する気体回路に絞り装置、すなわち固定オリフィスを設けることで気体回路においてブリッジ回路を構成し、ノズルフラッパ弁の作動を安定かつ精密に出力することが行われている。 In this way, by providing a throttle device, that is, a fixed orifice, in the gas circuit for supplying the primary pressure gas to the throttle-side nozzle flapper valve, a bridge circuit is formed in the gas circuit, and the operation of the nozzle flapper valve is stable and precise. It has been done to output.
しかし、オリフィスにより気体を絞る場合、乱流や渦流等が生ずることがあり、特に、高圧かつ高速の気体を扱うときはオリフィスのエッジ等から衝撃波が生ずることがある(例えば、白倉等,「機械工学全書12 流体力学」,株式会社コロナ社,1982年7月1日,第1刷,p181,p200等参照)。このような乱流、渦流、特に衝撃波は、オリフィスにより絞られた後の気体の圧力に対し、ノイズとなる。したがって、ブリッジ回路の動作に誤差が生じ、あるいは動作不安定を引き起こし、ひいては精密空気圧ノズルフラッパ弁の動作に影響を及ぼす恐れがある。
However, when the gas is squeezed by the orifice, turbulent flow or vortex flow may occur. In particular, when handling high-pressure and high-speed gas, shock waves may be generated from the edge of the orifice (for example, Shirakura et al. (See "Engineering
本発明の目的は、かかる従来技術の課題を解決し、ノズルフラッパ弁に供給する気体流路の絞り装置において、出力圧力のノイズの抑制を可能にする絞り装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the problems of the prior art and provide a throttling device that can suppress noise in output pressure in a throttling device for a gas flow path that supplies a nozzle flapper valve.
上記目的を達成するため、本発明に係るノズルフラッパ弁用気体流路絞り装置は、気体圧回路において、1次側圧力気体を絞り2次側のノズルフラッパへ供給する気体流路の絞り装置であって、一方端に供給口を有し、他方端に出力口を有するハウジングと、ハウジング内に設けられる絞り部であって、外周側で出力口に接続される隙間保持ベースの上面における複数の小扇形部分と凹部との間の段差を利用し、供給口と接続される貫通穴を中心に有する隙間形成蓋の下面が複数の小扇形部分の上面に接触することで、気体の流れ方向に沿い所定の間隔を有する平行隙間が形成される絞り部と、を備え、絞り部は、複数の小扇形部分が中心で結ばれその中央部の接合部の大きさが隙間形成蓋の貫通穴の径よりも小さく設定され、気体が流れ込む中央部から気体が流れ出す外周側に向けて放射状に広がる平行隙間を含むことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a gas flow restrictor for a nozzle flapper valve according to the present invention is a gas flow restrictor for supplying a primary side pressure gas to a secondary side nozzle flapper in a gas pressure circuit. while having a supply port in the end, the housing having an output port at the other end, a stop portion that is provided in the housing, a plurality of small in the gap holding the upper surface of the base connected to the output port on the outer peripheral side Using the step between the fan-shaped part and the concave part, the lower surface of the gap forming lid centering on the through-hole connected to the supply port is in contact with the upper surface of the plurality of small fan-shaped parts , along the gas flow direction A throttle part that forms a parallel gap having a predetermined interval, and the throttle part is formed by connecting a plurality of small fan-shaped parts at the center, and the size of the joint part at the center part is the diameter of the through hole of the gap forming lid. It is set smaller than the write gas flows Characterized in that it comprises a parallel gap extending radially toward the outer peripheral side of the gas flows out from the central portion.
また、絞り部は、隙間保持ベース部の上面が平坦なディスク部と、複数の小扇形部分が中心で結ばれその中央部の接合部の大きさが隙間形成蓋の貫通穴の径よりも小さく設定されるスペーサ部とを有し、ディスク部の平坦な上面にスペーサ部を配置しスペーサ部の厚さに対応して所定の間隔が形成される平行隙間を含むことが好ましい。 In addition, the throttle portion is formed by connecting the disk portion having the flat upper surface of the gap holding base portion and a plurality of small fan-shaped portions at the center, and the size of the joint portion at the center portion is smaller than the diameter of the through hole of the gap forming lid. and a spacer portion that will be set, it is preferable to place the spacer on the flat upper surface of the disc portion corresponding to the thickness of the spacer portion includes a parallel gap a predetermined distance is formed.
また、絞り部は、隙間保持ベース部の上面が平坦なディスク部と、小扇形部分に代えて、中心側で相互に結ばれその中心側の相互に結ばれた部分の大きさが隙間形成蓋の貫通穴の径よりも小さく設定されたストレートの脚部が外周側に放射状に延びるスペーサ部とを有し、ディスク部の平坦な上面にスペーサ部を配置しスペーサ部の厚さに対応して所定の間隔が形成される平行隙間を含むことが好ましい。 In addition, instead of the disk portion having a flat upper surface of the gap holding base portion and the small fan-shaped portion , the throttle portion is connected to each other at the center side and the size of the portion connected to each other at the center side is the gap forming lid. The straight leg portion set smaller than the diameter of the through-hole has a radially extending spacer portion on the outer peripheral side, and the spacer portion is arranged on the flat upper surface of the disk portion to correspond to the thickness of the spacer portion. It is preferable to include a parallel gap in which a predetermined interval is formed.
上記構成の少なくとも1つにより、絞り装置は、供給口と出力口を有するハウジング内に、所定の間隔を有する平行隙間を含む絞り部を備え、平行隙間の整流作用により絞り部に流れる気体を乱れなく形成する。乱れなく形成された気体は、乱流、渦流を含まず、衝撃波を生ずることもない。したがって、絞り装置の出力圧力のノイズを抑制することができる。 According to at least one of the above configurations, the throttle device includes a throttle portion including a parallel gap having a predetermined interval in a housing having a supply port and an output port, and the gas flowing through the throttle portion is disturbed by a rectifying action of the parallel gap. Form without. The gas formed without turbulence does not include turbulence and vortex, and does not generate shock waves. Therefore, noise in the output pressure of the expansion device can be suppressed.
上記のように、本発明に係るノズルフラッパ弁用気体流路絞り装置によれば、出力圧力のノイズの抑制が可能となる。本発明に係る3方弁型精密空気圧ノズルフラッパ弁によれば、ノズル部分におけるノイズの抑制が可能になる。 As described above, according to the gas flow path throttle device for a nozzle flapper valve according to the present invention, it is possible to suppress output pressure noise. According to the three-way valve type precision pneumatic nozzle flapper valve according to the present invention, it is possible to suppress noise in the nozzle portion.
以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。最初に本発明に係る絞り装置が適用される精密空気圧ノズルフラッパ弁の例を図1、図2に示す。図1の精密空気圧ノズルフラッパ弁50はI型トルクモータを用いるもので、フラッパ52が先端に取り付けられるI型アーマチュア54にはコイル56が巻回される。I型アーマチュア54の周囲には右ヨーク62及び左ヨーク63が設けられ、右ヨーク62及び左ヨーク63には図示されていない永久磁石が接続される。例えば永久磁石のN極側を右ヨーク62に、S極側を左ヨーク63に接続する。アーマチュア54の一部にはトーションバネ58が設けられ、フラッパ52の根元付近に可撓性のOリング60が取り付けられる。ヨーク62,63は本体ブロック64に取り付けられて固定される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, an example of a precision pneumatic nozzle flapper valve to which the throttle device according to the present invention is applied is shown in FIGS. The precision pneumatic
したがって、コイル56に入力指令電圧に応じた駆動電流を流すことで、永久磁石との間の電磁力により、トーションバネ58のバネ力と釣り合う位置までアーマチュア54は回動し、先端のフラッパ52を中立位置から変位させることができる。
Therefore, when a driving current corresponding to the input command voltage is supplied to the
フラッパ52は、本体ブロック64の中央に設けられた気体通路に挿入される。その気体通路には、一組のノズル70,72の先端開口部がフラッパ52の両側面に向けて配置される。図1に示すように、圧力Psの1次側圧力気体は、それぞれ絞り装置100,101に供給されて絞られ、図示されていない精密空気圧アクチュエータに供給されるとともに、各ノズル70,72に供給される。
The
ここで、絞り装置100,101の流体抵抗と、ノズル70,72とフラッパ52との間の隙間の流体抵抗とで、図25で説明したと同様なブリッジ回路が形成される。したがって、図示されていない精密空気圧アクチュエータへの供給圧力Pa,Pbは、フラッパ52の変位により可変でき、すなわちコイルの駆動電流、あるいは精密空気圧ノズルフラッパ弁50への入力指令電圧により制御できる。
Here, a bridge circuit similar to that described with reference to FIG. 25 is formed by the fluid resistance of the
図2の精密空気圧ノズルフラッパ弁80は、アーマチュアの形状をT型としたT型トルクモータを用いるものである。本体ブロック64側の構成は図1の精密空気圧ノズルフラッパ弁50と同様であるので、詳細な説明を省略する。図2において、フラッパ82が先端に取り付けられるT型アーマチュア84にはコイル86が巻回される。Tアーマチュア84の腕部分を挟んでその上下にそれぞれ上ヨーク92と下ヨーク93が設けられ、上ヨーク92及び下ヨーク93には図示されていない永久磁石が接続される。例えば永久磁石のN極側を上ヨーク92に、S極側を下ヨーク93に接続する。上ヨーク92及び下ヨーク93は、下ヨーク93の下面で本体ブロック64に取り付け固定される。また、T型アーマチュア84の軸部分の外周には弾性を有する材料からなるフランジ付きフレキシブル管90が取り付けられる。フレキシブル管90のフランジ部分は本体ブロック64に固定支持され、フレキシブル管90のフランジ部分と反対側の先端部分の内壁面にはフラッパ82が、その外周面にはアーマチュア84が固定される。
The precision pneumatic
したがって、コイル86に入力指令電圧に応じた駆動電流を流すことで、永久磁石との間の電磁力により、フレキシブル管90の弾性によるバネ力と釣り合う位置までアーマチュア84は回動し、先端のフラッパ82を中立位置から変位させることができる。そして、本体ブロック64にフラッパ82の両側面に向かい合って配置される一組のノズル70,72と、1次側圧力気体を絞り2次側のノズルフラッパ弁に供給する本発明に係る絞り装置100,101との協働により、図示されていない精密空気圧アクチュエータへの供給圧力Pa,Pbを制御することができる。
Therefore, by passing a driving current according to the input command voltage to the
次に本発明に係る実施の形態のノズルフラッパ弁用気体回路絞り装置(以下単に絞り装置という)につき詳細に説明する。図3は、精密空気圧ノズルフラッパ弁に組み込まれた絞り装置100の断面図である。絞り装置100は、精密空気圧ノズルフラッパ弁の本体ブロックに組み込まれ、本体ブロックの一部である上蓋ブロック110と下ケースブロック120と、Oリング130と、下ケースブロック120内に収容される絞り部140とを含む。
Next, a gas circuit throttle device for a nozzle flapper valve (hereinafter simply referred to as a throttle device) according to an embodiment of the present invention will be described in detail. FIG. 3 is a cross-sectional view of the
上蓋ブロック110と下ケースブロック120とは、Oリング130とともに絞り部140を保持し、1次側圧力気体を供給し、2次側のノズルフラッパに供給する気体を出力するハウジングの機能を有する。上蓋ブロック110と下ケースブロック120は、高圧気体回路を形成するに十分な強度を有する材料を用い、その材料に、所望の気体保持特性を得るに適した機械加工、例えば精密穴加工、精密表面加工等を施すことで得ることができる。
The
上蓋ブロック110は、平坦な合わせ面112を有し、内部に1次側圧力気体の流路114が設けられ、流路114は合わせ面112において開口する。この開口部は、絞り部140に対する1次側圧力気体の供給口となる。
The
下ケースブロック120は、上蓋ブロック110の合わせ面112に対応する平坦な合わせ面122を有し、内部に2次側圧力気体の流路124が設けられる。下ケースブロック120には、絞り部140を収納する円筒状の凹部126と、Oリングを収納するための凹部128が設けられる。円筒状の凹部126の底面には、2次側圧力気体の流路124が開口し、この開口部が絞り部140からの2次側圧力気体の出力口となる。Oリングを収納するための凹部128は、図3に示すように、合わせ面122に近接し、かつ円筒状の凹部126の外側に設けられ、その形状及び寸法は、Oリング130を凹部128の中に配置し合わせ面122を上蓋ブロック110の合わせ面112に密着固定したときに、Oリング130の気密機能を十分に発揮させる変形が可能な大きさに設定される。すなわち、絞り部140の外周部と下ケースブロック120との間の気体の漏れを防ぎ、かつ下ケースブロック120の合わせ面122と上蓋ブロック110の合わせ面112との間の気体の漏れを防ぐに十分な変形が可能な大きさに設定される。
The
絞り部140は、気体回路の一部であって、1次側圧力気体を絞り、その際に流れる気体を乱れなく形成する機能を有する。具体的には、隙間形成蓋142と隙間保持ベース144と外側リング146から構成され、これらは図3に示すように相互に組み合わされて下ケースブロック120内に収納される。図4から図8に、絞り部140を構成する各要素の斜視図及び各要素の組み合わされる様子を示す。また、図9に、下ケースブロック120内に絞り部140が収納される様子を斜視図で示す。これらの要素により気体流路は、「上蓋ブロック110の流路114−貫通穴150−平行隙間152−外側窓部154−内側窓部156−穴158−下ケースブロック120の流路124」のように構成され、平行隙間152において気体が絞られ、乱れなく形成される。
The restricting
平行隙間152以外の気体流路においては、その流体抵抗が平行隙間152における流体抵抗に比べ無視できる程度となるように、流路の大きさが設定される。例えば、1次側圧力気体の圧力を5×105Pa、流速を30m/secとし、これを流速300m/secの層流に絞って2次側に出力するときは、一つの例示として、平行隙間152の隙間を約50μm、その長さを5−10mm程度とし、平行隙間152以外の気体流路についてその寸法を数mm程度のものとすることが好ましい。
In the gas flow path other than the
図4に示す隙間形成蓋142は、中央部に貫通穴150を有するリングで、上面は上蓋ブロック110の合わせ面112に向かい合う面となり、下面は隙間保持ベース144に向かい合う面となる。したがって、絞り部140において、貫通穴150を介して1次側圧力気体を隙間保持ベース144に導く機能を有する。隙間形成蓋142の大きさは、上記の例において、外径を約10mm、厚みを約2mm、貫通穴150の直径を約3mmとすることができる。
A
図5に示す隙間保持ベース144は、上部のディスク部162と、ディスク部162の下部のリング部164と、ディスク部162とリング部164とを接続する4個の支え脚部166とを含む部材である。その外径は隙間形成蓋142の外径と同じ大きさの約10mmである。また隙間保持ベース144全体の高さは約4mm、その中でディスク部162の厚みを約0.8mmとすることができる。隙間保持ベース144は、機械加工等によりディスク部162と支え脚部166とリング部164とを一体に形成してもよく、あるいはこれらを個別に製作して組み合わせた組立体とすることもできる。
The
ディスク部162は、その上面側に4箇所の部分扇形部分168を備える。4箇所の部分扇形部分168の外径は、ディスク部162の直径と同じ約10mmに、その内径は、隙間形成蓋142の貫通穴150の直径と同じ約3mmに形成される。部分扇形部分168の上面は隙間形成蓋142の下面と接触する面で、その高さは上記の例で約50μmとすることができる。この約50μmの段差は機械加工で得ることができる。したがって、別の見方をすれば、ディスク部162の上面側は、周囲の部分扇形部分168から約50μm低い円筒状の凹部170を中央部に有し、その凹部170から外周に向け、やはり約50μm低い放射状に広がる4個の凹部172を備えていることになる。
The
図6は、隙間保持ベース144の上面と隙間形成蓋142の下面とを合わせて組み合わせた状態を示す図で、ディスク部162の凹部と隙間形成蓋142の下面の間に、隙間が約50μmの4個の平行隙間152が形成されることがわかる。そして、隙間形成蓋142の貫通穴150は、ディスク部162の中央部における円筒状の凹部170を介してこの平行隙間152に通ずることとなる。
FIG. 6 is a view showing a state in which the upper surface of the
リング部164は、隙間形成蓋142と同じ外径と内径と高さとを有するリングである。上記の例で、外径を約10mm、内径を約3mm、高さを約2mmとすることができる。各支え脚部166は、各部分扇形部分168に対応する外径と内径と扇形形状を有し、その高さは上記の例で約1.2mmとすることができる。したがって、別の見方をすれば、リング部164と各支え脚部166は、ディスク部162の下部にあって、ディスク部162の上面側における4個の平行隙間152に対応する位置に4個の内側窓部156を有し、その内側窓部156は、隙間保持ベース144の外周から内部に向かって開けられており、さらに内部には、ディスク部162の下部を突き当たりとし、リング部164の下面に開口を有する穴158が備えられていることになる。この穴158の直径は上記のように隙間形成蓋142の貫通穴150の直径と同じである。
The
図7に示す外側リング146は、隙間保持ベース144の高さに隙間形成蓋142の高さを加えた値の高さを有し、下ケースブロック120における円筒状の凹部126の内径に対応する外径と、隙間形成蓋142及び隙間保持ベース144の外径に対応する内径を有するリングである。上記の例では、高さを約(4+2)=6mm、内径を約10mmとし、外径を約12mmとすることができる。そして、リング外周には、隙間形成蓋142及び隙間保持ベース144を組み合わせたときに形成される平行隙間152及び内側窓部156に対応して4個の外側窓部154が設けられる。各外側窓部154の大きさは、平行隙間152及び内側窓部156を十分望める大きさに設定される。上記の例で、内側窓部156の高さは約1.2mmであり、ディスク部162の厚みは約0.8mmであるので、外側窓部154の高さは約(1.2mm+0.8mm)=2mmを十分超えた大きさの約2.5mmに設定される。
The
図8は、外側リング146の内側に隙間保持ベース144を収納し、その上に隙間形成蓋142を設置し、各外側窓部154を、それぞれ対応する内側窓部156と平行隙間152とを望む位置に位置決めして配置した状態を示す図で、この組み立て状態のものが絞り部140である。
In FIG. 8, the
絞り部140は、図9に示すように下ケースブロック120内に収納される。図9からわかるように、下ケースブロック120の絞り部140を収納する円筒状の凹部の内壁によって、絞り部140の各外側窓部154がそれぞれ蓋をされる状態になり、各外側窓部154は、開放端でなく、閉じた流路となる。このことで、「平行隙間152−外側窓部154−内側窓部156−穴158」という流路が形成される。したがって、Oリング130を介して上蓋ブロック110をしっかり下ケースブロック120に合わせることで、気体流路は、「上蓋ブロック110の流路114−貫通穴150−平行隙間152−外側窓部154−内側窓部156−穴158−下ケースブロック120の流路124」のように構成される。
The
このようにして、流路114に供給された1次側圧力気体は、この気体流路を通り、平行隙間152において絞られる。この平行隙間152は約50μmの隙間で長さは数mmであるので、その整流作用により、ここを流れる気体は乱れなく形成されて2次側のノズルフラッパ弁に供給される。また、平行隙間152は、ディスク部162の中央部における円筒状の凹部170からディスク部162の外周側に向けて放射状に広がる4個の凹部172により形成されるので、流れは急拡大せずに徐々に広がり、さらに滑らかな流れとすることができる。このようにして乱れなく形成された気体は、乱流、渦流を含まず、衝撃波を生ずることもない。したがって、絞り装置100において、高圧気体の出力圧力のノイズを抑制することができる。
In this manner, the primary pressure gas supplied to the
上記のように、図3の絞り装置100において平行隙間152は、隙間形成蓋142の下面と、隙間保持ベース144の上面のうち放射状に広がる凹部172との間で形成される。そして、平行隙間152の所定間隔(上記の例で約50μm)は、隙間保持ベース144の上面における部分扇形部分168と凹部172との間の段差を利用し、部分扇形部分168の上面に隙間形成蓋142の下面が接触することで確保されている。この平行隙間152を確保するための段差は、上記のように隙間保持ベース144の上面における機械加工等で得ることができるが、スペーサを用いることもできる。
As described above, in the
図10−図12は、4個の小扇形部分が中心で結ばれているスペーサ400を用いて平行隙間152を形成する様子を示す図である。図3−図9と共通の要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図10は、厚みが約50μmのスペーサ400を示す図で、スペーサ400の4個の小扇形の外形を結ぶ径は、隙間保持ベース444の直径と同じに設定される。また、中央の接合部の大きさは、隙間形成蓋142の貫通穴150の径より十分小さく設定される。かかるスペーサ400は、所定厚みの金属板等をエッチング加工又は精密プレス加工により得ることができる。
10-12 is a figure which shows a mode that the
隙間保持ベース444は、図5で説明した隙間保持ベース144の上部のディスク部162において部分扇形部分168が無い点を除けば他の構成は同じである。すなわち、隙間保持ベース444のディスク部462の上面が平坦であるところが図5の隙間保持ベース144と異なる。図11は、上面が平坦な隙間保持ベース444にスペーサ400を組み合わせた様子を示す図である。スペーサ400は、その小扇形の外形を隙間保持ベース444の上部ディスク部462の外形に合わせるようにして、ディスク部462の平坦な上面に配置される。このことで、スペーサ400の小扇形のない部分472は、スペーサ400の上面からみて約50μm低くなる。
The
図12は、スペーサ400の上に隙間形成蓋142を配置し、平行隙間152を形成する様子を示す図である。平行隙間152は、スペーサ400の小扇形のない部分472に対応して形成される。この構成により、気体流路は、「−貫通穴150−スペーサ400の小扇形のない部分472に対応する平行隙間152−図3で説明した外側窓部154−」のように形成される。
FIG. 12 is a diagram illustrating a state in which the
図5の隙間保持ベース144においては4個の凹部172の加工に最も精度が要求される。これに対し、図10−図12の構成においては、隙間保持ベース444はその上面を十分平坦に加工するだけで済み、精度を要求される平行隙間152は、スペーサ400の板厚管理をするだけでよい。したがって、複雑な加工を要することなく、所定の平行隙間152を容易に得ることができる。
In the
図13は、他の形状のスペーサ410の例を示す図である。この例では、4個のストレートな腕部が中心で結ばれる。スペーサ410の厚みが平行隙間の所定間隔に対応すること、4個の腕部の外形を結ぶ径が隙間保持ベース444の直径と同じに設定されること、また、中央の接合部の大きさが隙間形成蓋142の貫通穴150の径より十分小さく設定されること等は、図10のスペーサ400と同じである。
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the
図14は、部分扇形のスペーサ420を4個用い、これを隙間保持ベース444の平坦な上面に貼り付け等で配置する例を示す図である。この場合には、各スペーサ420の厚みが平行隙間の所定間隔に対応するほか、隙間保持ベース444の外形に合わせて4個のスペーサ420を配置したときにその中心部における部分扇形のない部分は、隙間形成蓋142の貫通穴150の径とほぼ対応することが好ましい。
FIG. 14 is a diagram showing an example in which four partial fan-shaped
図15−図17は、4個の小扇形部分が外周部分で結ばれているスペーサ500を用いて平行隙間152を形成する様子を示す図である。図3−図9と共通の要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。外周部分が接続されているスペーサ500を用いるときは、気体流路がスペーサ500の中心側から外側に向かって流れるために、隙間保持ベース544のディスク部562の外形に工夫を要する。すなわち、ディスク部562の上面が平坦であることは図11で説明した隙間保持ベース444のディスク部462と同じであるが、ディスク部462の径方向の寸法が一部異なる。すなわち、スペーサ500の4個の小扇形部分に対応するところはスペーサ500の外径と同じであるが、スペーサ500の小扇形部分がない部分では、気体流路を確保するため、その径方向の寸法が小径となっている。
15-17 is a figure which shows a mode that the
図15は、スペーサ500を隙間保持ベース544の上に配置する様子を示す図である。スペーサ500は、詳しくは図17に示すように、4個の小扇形部分が外周部分で結ばれている。厚みは、平行隙間の間隔に対応し、上記の例では約50μmである。隙間保持ベース544の上部ディスク部562は、スペーサ500の4個の小扇形部分がない部分572のところでその外径574が他の部分より小径となり、スペーサ500の4個の小扇形部分がない部分の外周側のところで下向きに開口576を形成するようになっている。この開口576により、気体流路が確保される。
FIG. 15 is a diagram illustrating a state in which the
図16は、スペーサ500の上に隙間形成蓋142を配置し、平行隙間152を形成する様子を示す図である。平行隙間152は、スペーサ500の小扇形のない部分572に対応して形成される。この構成により、気体流路は、「−貫通穴150−スペーサ500の小扇形のない部分572に対応する平行隙間152−開口576−図3で説明した内側窓部156−」のように形成される。
FIG. 16 is a diagram illustrating a state in which the
図17は、スペーサ500と、上部ディスク部562の外形と、貫通穴150との関係を示す図である。スペーサ500は、上記のように4個の小扇形部分を有し、その外周は細いリング状部分で接続され、中心部分の小扇形部分のないところは、貫通穴150の直径に対応した大きさに設定される。上部ディスク部562の外形は、スペーサ500の小扇形部分に対応するところは、スペーサ500の外径と同じに設定され、小扇形部分のないところは、それより小径に設定される。その部分におけるスペーサのリング部分の内側とディスク部562の外形との隙間sは、平行隙間の間隔に比較して十分に大きくなるように設定される。上記の例で、例えば、s=約1−2mmとすることができる。
FIG. 17 is a diagram illustrating the relationship between the
このように、適切な形状のスペーサを用いることで、隙間保持ベースの上面の複雑で高精度を要する加工を不要として、所定の平行隙間を容易に得ることができる。なお、上記の説明において、スペーサにより4個の平行隙間を形成するものとしたが、その数は4個に限られず、それ以下でもよく、それ以上でもよい。 Thus, by using a spacer having an appropriate shape, it is possible to easily obtain a predetermined parallel gap without requiring complicated and high-precision processing of the upper surface of the gap holding base. In the above description, the four parallel gaps are formed by the spacers. However, the number is not limited to four, and may be less or more.
上記において、絞り装置は、精密空気圧ノズルフラッパ弁の本体ブロックに組み込まれる形態で説明した。すなわち、絞り装置の絞り部は、本体ブロックの一部を成す下ケースブロックと上蓋ブロックとの間の収納空間に配置され、下ケースブロックと上蓋ブロックの一部が絞り部を収納するハウジングの機能を有している。この他に、独立のハウジングの内部に絞り部を配置して絞り装置を構成することができる。図18と図19は、独立のハウジング内にディスクを配置し、ハウジングの内壁とディスクとの間に平行隙間を設けて乱れなく流れを形成する絞り部とする構成の絞り装置を示す模式図である。 In the above description, the throttling device has been described as being incorporated in the main body block of the precision pneumatic nozzle flapper valve. That is, the aperture portion of the aperture device is disposed in a storage space between the lower case block and the upper lid block forming a part of the main body block, and the lower case block and a part of the upper lid block function as a housing for storing the aperture portion. have. In addition to this, it is possible to configure a diaphragm device by arranging a throttle section inside an independent housing. FIG. 18 and FIG. 19 are schematic views showing a throttling device having a configuration in which a disc is arranged in an independent housing and a parallel gap is provided between the inner wall of the housing and the disc to form a flow without disturbance. is there.
図18の絞り装置200は、一方端に供給口202を有し、他方端に出力口204を有するハウジング206の内部にディスク208が配置される。ディスク208は、ハウジング206と同軸に配置され、供給口202の直径より大きな外径を有する。また、ハウジング206は、ディスク208の上面に平行な供給口側内壁210を有する。ハウジング206の供給口側内壁210とディスク208の上面との間の平行隙間212は、例えば約50μmに設定される。ディスク208をこのような条件でハウジング206内に設置するには、図示されていない適当な支柱あるいはスペーサを用いることができる。平行隙間212の設定及びディスクの平行隙間212の長さを数mm程度にすることにより、平行隙間212の整流作用により、ここを流れる気体を乱れなく形成することができる。
18 has a
図19の絞り装置220は、一方端に供給口222を有し、他方端に出力口224を有するハウジング226の内部に3枚のディスク228,230,232が配置される。各ディスク228,230,232は、ハウジング226と同軸に配置され、供給口222の直径より大きな外径を有する。供給口222から見て最下流側に配置されるディスク232は円板で、それ以外のディスク228,230は、中央部に供給口222とほぼ同じ大きさの開口部234を有するドーナツ型ディスクである。各ディスク228,230,232の相互間の平行隙間236,238は、それぞれ約50μmに設定される。また、ハウジング226は、ディスク228の上面に平行な供給口側内壁240を有する。ハウジング226の供給口側内壁240とディスク228の上面との間の平行隙間242の隙間も、約50μmに設定される。各平行隙間236,238,242の長さを数mm程度にすることにより、各平行隙間236,238,242の整流作用により、ここを流れる気体を乱れなく形成することができる。なお、ドーナツ型ディスクの枚数をさらに増やし、平行隙間の数を増やすこともできる。
19 has three
上記において、乱れなく流れを形成するのに平行平板の間の隙間を用いて説明したが、流れを乱れなく形成するには平行平板の間の隙間でなくてもよい。図20−図23は、他の絞り部の構成を示す模式図である。図20に示す絞り部250は、直径の異なる複数のパイプ252を同軸に配置し、パイプ間の隙間を平行隙間とし、その隙間を例えば約50μmとし、その長さを数mmとするものである。図21に示す絞り部260は、らせん状に巻いた管262からなり、らせん管の隣り合う隙間を平行隙間とし、その隙間を例えば約50μmとし、その長さを数mmとするものである。図22に示す絞り部270は、絞り部270の軸方向に平行な方向に複数の平行平板272を配置し、平行平板間の隙間を例えば約50μmとし、その長さを数mmとするものである。
In the above description, the gap between the parallel plates is used to form the flow without any disturbance. However, the gap between the parallel plates may not be used to form the flow without any disturbance. 20 to 23 are schematic diagrams illustrating the configuration of another diaphragm unit. A
これらの構成のように、約50μmの隙間で、数mmの長さを有する流路であれば、流れを乱れなく形成することができる。例えば、図22において、絞り部270の軸方向に平行な方向に複数の平行平板を配置したが、絞り部の断面を複数に区分し、区分されたそれぞれの小断面積の大きさを所定の大きさ、例えば、50μm角とすることでもよい。断面の形状は多角形でもよい。図23に示す絞り部280は、断面を円としたもの、すなわち、直径が約50μmの細長い管路282を複数束ね、絞り部としたものである。
As in these configurations, if the flow path has a length of several millimeters with a gap of about 50 μm, the flow can be formed without disturbance. For example, in FIG. 22, a plurality of parallel flat plates are arranged in a direction parallel to the axial direction of the
なお、上記において、隙間の大きさを約50μmとし、その長さを数mmとして説明したが、そこを流れる気体を乱れなくできる隙間の大きさ、隙間の長さは、そこに流す気体の圧力及び流速等により異なり、上記の値は一例である。 In the above description, the size of the gap is about 50 μm and the length is several mm. However, the size of the gap and the length of the gap that can prevent the gas flowing therethrough from being disturbed are the pressure of the gas flowing therethrough. The above values are examples, depending on the flow rate and the like.
上記において、精密空気圧ノズルフラッパ弁は、図1、図2に示すように1次側圧力気体の供給口(Psで表示)と、図示されていない精密空気圧アクチュエータへの2つの負荷口(Pa,Pbで表示)と、排気口の4つの気体入出力口を有する。この点で、図1、図2に示す精密空気圧ノズルフラッパ弁は、4方弁と呼ばれる。これに対し、供給口、1つの負荷口、排気口の3つの気体入出力口を有し、3方弁型と呼ばれる精密空気圧ノズルフラッパ弁がある。 In the above, the precision pneumatic nozzle flapper valve includes a primary pressure gas supply port (indicated by Ps) as shown in FIGS. 1 and 2, and two load ports (Pa, Pb) to a precision pneumatic actuator not shown. ) And four gas input / output ports of an exhaust port. In this respect, the precision pneumatic nozzle flapper valve shown in FIGS. 1 and 2 is called a four-way valve. On the other hand, there is a precision pneumatic nozzle flapper valve having three gas input / output ports including a supply port, one load port, and an exhaust port, which is called a three-way valve type.
3方弁型と呼ばれる精密空気圧ノズルフラッパ弁には、後述する図27、図28のように、フラッパの両側にノズルを配置し、一方を供給側、他方を排気側とするものがある。これと別に、図1又は図2に示す構成の片側、すなわちフラッパの片側にノズルを配置して3方弁型とすることもできる。この後者の場合にも上記の絞り装置を用いることができる。図26は、かかる3方弁型精密空気圧ノズルフラッパ弁600に絞り装置101を用いる例を示す図である。図1、図2と共通の部分は図示を省略し、同様の要素については同一の符号を付した。図26に示すように、圧力Psの1次側圧力気体は、絞り装置101に供給されて絞られ、平行隙間の整流作用によりそこに流れる気体が乱れなく形成され、圧力Paの供給側圧力気体として図示されていない精密空気圧アクチュエータおよびノズル70に供給される。ノズル70から出た供給側圧力気体は、ノズル70とフラッパ52との間の隙間を通り、外部に排気される。このようにして、上記の絞り装置を、3方弁型の精密空気圧ノズルフラッパ弁に用いることができ、図1、図2の3方弁型の精密空気圧ノズルフラッパ弁に用いたと同様の作用、効果を得ることができる。
As shown in FIGS. 27 and 28, which will be described later, there are some precision pneumatic nozzle flapper valves called three-way valve types in which nozzles are arranged on both sides of the flapper, and one is the supply side and the other is the exhaust side. Alternatively, a nozzle can be arranged on one side of the configuration shown in FIG. 1 or FIG. 2, that is, one side of the flapper to form a three-way valve type. In the latter case, the above-described diaphragm device can be used. FIG. 26 is a view showing an example in which the
図27、図28は、3方弁型の精密空気圧ノズルフラッパ弁の構成を示す図である。図1、図2と共通の要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図27に示す3方弁型精密空気圧ノズルフラッパ弁300は、図1に対応しI型トルクモータを備え、図28に示す3方弁型精密空気圧ノズルフラッパ弁310は図2に対応しT型トルクモータを備える。3方弁型精密空気圧ノズルフラッパ弁300,310は、フラッパ52の両面のそれぞれに対し開口部を有する2つのノズルの一方側を供給側ノズル370とし、他方側を排気側ノズル374に用いる。したがって、供給側ノズル370には供給口380から圧力気体が供給され、排気側ノズル374から排気口384を通り気体が排出される。そして、フラッパ52が配置される流路を負荷口382として、フラッパ52に供給される圧力気体が図示されていない精密空気圧アクチュエータに対し出力される。
27 and 28 are diagrams showing the configuration of a three-way valve type precision pneumatic nozzle flapper valve. Elements common to FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. A three-way valve type precision pneumatic
従来、3方弁型の空気圧ノズルフラッパ弁において、供給側ノズルと排気側ノズルには、同じ形状のものが用いられている。図29は、従来の3方弁型の空気圧ノズルフラッパ弁におけるフラッパ352付近の拡大図である。このように、供給側ノズル350も排気側ノズル32もともに、ノズル内部に一定の直径の穴を有し、かつ外側が先端に行くにつれ先細りとなるテーパ状のノズルが用いられている。
Conventionally, in a three-way valve type pneumatic nozzle flapper valve, the same shape is used for the supply side nozzle and the exhaust side nozzle. FIG. 29 is an enlarged view of the vicinity of a
この場合、各ノズル先端の気体の流れに注目すると、供給側ノズル350においては、供給口380からの圧力気体がノズルの内側から外側に出て負荷口382側に出力するときに流路が徐々に広がる。これに対し、排気側ノズル352については、負荷口382側から圧力気体がノズルの外側より内側に入り排気口384側に流れるときに流路が急に広がる。このように流路が急変する部分においては、ノイズが発生しやすいので、空気圧ノズルフラッパ弁を精密空気圧制御に用いる場合、精密な制御に問題が生ずることがある。
In this case, paying attention to the gas flow at the tip of each nozzle, in the supply-
かかる従来技術の課題を解決し、ノズル部分におけるノイズの抑制を可能にする3方弁型の精密空気圧ノズルフラッパ弁を提供する。図30は、図27、図28に示す精密空気圧ノズルフラッパ弁300,310におけるフラッパ52付近の拡大図である。供給側ノズル370の先端形状と、排気側ノズル372の先端形状とは、その気体の流れ方に応じて異なるものとしてある。供給側ノズル370の先端形状374は、従来から用いられている形状、すなわち、ノズル内部に一定の直径の穴を有し、かつ外側が先端に行くにつれ先細りとなるテーパ状とすることができる。これに対し、排気側ノズル372の先端形状376は、ノズル内部側にも傾斜がつけられ、ノズル外側及び内側の両側からノズル先端が徐々に先細りとなる形状を用いる。図31に示すように、ノズル内側の傾斜は、フラッパ52に対し、15度から60度程度とすることが好ましい。ノズル外側の傾斜は、逆向きの傾斜で、15度から60度程度とすることが好ましい。
A three-way valve type precision pneumatic nozzle flapper valve that solves the problems of the prior art and can suppress noise in the nozzle portion is provided. FIG. 30 is an enlarged view of the vicinity of the
このことで、排気側ノズルにおいて、負荷口側から圧力気体がノズル内側の排気口側に流入する際に、流路が急変するのでなく、徐々に変化するものとでき、流れの急拡大を防止できる。したがって、流れの急拡大によるノイズの発生を抑制できる。 As a result, when the pressure gas flows from the load port to the exhaust port on the inside of the nozzle, the flow path does not change suddenly but gradually changes, preventing sudden expansion of the flow. it can. Therefore, the generation of noise due to the rapid expansion of the flow can be suppressed.
10 ノズルフラッパ機構、12,52,82 フラッパ、14,54,84 アーマチュア、30,32,70,72 ノズル、34,36 固定オリフィス、50,80,600 精密空気圧ノズルフラッパ弁、100,101、200,220 絞り装置、140,250,260,270,280 絞り部、142 隙間形成蓋、144,444,544 隙間保持ベース、152,212,236,238,242 平行隙間、162,462,562 ディスク部、172 凹部、202,222 供給口、204,224 出力口、206,226 ハウジング、208,228,230,232 ディスク、210,240 供給口側内壁、272 平行平板、282 管路、300,310 3方弁型精密空気圧ノズルフラッパ弁、370 供給側ノズル、372 排気側ノズル、380 供給口、382 負荷口、384 排気口、400,410,420,500 スペーサ、472,572 スペーサのない部分、574 ディスク部外径、576 開口。 10 Nozzle flapper mechanism, 12, 52, 82 Flapper, 14, 54, 84 Armature, 30, 32, 70, 72 Nozzle, 34, 36 Fixed orifice, 50, 80, 600 Precision pneumatic nozzle flapper valve, 100, 101, 200, 220 Diaphragm device, 140, 250, 260, 270, 280 Diaphragm part, 142 Gap forming lid, 144, 444, 544 Gap holding base, 152, 212, 236, 238, 242 Parallel gap, 162, 462, 562 Disk part, 172 Recess, 202, 222 Supply port, 204, 224 Output port, 206, 226 Housing, 208, 228, 230, 232 Disc, 210, 240 Supply port side inner wall, 272 Parallel flat plate, 282 Pipe line, 300, 310 Three-way valve Type precision pneumatic nozzle flapper valve, 3 70 Supply side nozzle, 372 Exhaust side nozzle, 380 Supply port, 382 Load port, 384 Exhaust port, 400, 410, 420, 500 Spacer, 472, 572 Spacer-free part, 574 Disc part outer diameter, 576 opening.
Claims (3)
一方端に供給口を有し、他方端に出力口を有するハウジングと、
ハウジング内に設けられる絞り部であって、外周側で出力口に接続される隙間保持ベースの上面における複数の小扇形部分と凹部との間の段差を利用し、供給口と接続される貫通穴を中心に有する隙間形成蓋の下面が複数の小扇形部分の上面に接触することで、気体の流れ方向に沿い所定の間隔を有する平行隙間が形成される絞り部と、
を備え、
絞り部は、複数の小扇形部分が中心で結ばれその中央部の接合部の大きさが隙間形成蓋の貫通穴の径よりも小さく設定され、気体が流れ込む中央部から気体が流れ出す外周側に向けて放射状に広がる平行隙間を含むことを特徴とするノズルフラッパ弁用気体流路絞り装置。 In the gas pressure circuit, a throttle device for a gas flow path for supplying primary side pressure gas to a secondary side nozzle flapper,
A housing having a supply port at one end and an output port at the other end;
A throttle portion that is provided in the housing, through which utilize the step between the plurality of small fan-shaped portion and the recess in the gap holding the upper surface of the base connected to the output port on the outer peripheral side, is connected to the supply port The lower surface of the gap forming lid having the hole at the center is in contact with the upper surfaces of the plurality of small fan-shaped portions, so that a constricted portion in which a parallel gap having a predetermined interval is formed along the gas flow direction;
With
The throttle part is connected to the center of a plurality of small fan-shaped parts, the size of the joint part of the central part is set smaller than the diameter of the through hole of the gap forming lid, on the outer peripheral side where the gas flows from the central part where the gas flows A gas flow path throttle device for a nozzle flapper valve, characterized by including parallel gaps that radiate outward.
絞り部は、隙間保持ベース部の上面が平坦なディスク部と、複数の小扇形部分が中心で結ばれその中央部の接合部の大きさが隙間形成蓋の貫通穴の径よりも小さく設定されるスペーサ部とを有し、ディスク部の平坦な上面にスペーサ部を配置しスペーサ部の厚さに対応して所定の間隔が形成される平行隙間を含むことを特徴とするノズルフラッパ弁用気体流路絞り装置。 The gas flow path throttle device for a nozzle flapper valve according to claim 1,
The throttle part is set so that the disk part with a flat upper surface of the gap holding base part and a plurality of small fan-shaped parts are connected at the center, and the size of the joint part at the center part is smaller than the diameter of the through hole of the gap forming lid. A gas flow for a nozzle flapper valve, comprising a parallel gap that is arranged on the flat upper surface of the disk portion and has a predetermined interval corresponding to the thickness of the spacer portion. Road throttle device.
絞り部は、隙間保持ベース部の上面が平坦なディスク部と、小扇形部分に代えて、中心側で相互に結ばれその中心側の相互に結ばれた部分の大きさが隙間形成蓋の貫通穴の径よりも小さく設定されたストレートの脚部が外周側に放射状に延びるスペーサ部とを有し、ディスク部の平坦な上面にスペーサ部を配置しスペーサ部の厚さに対応して所定の間隔が形成される平行隙間を含むことを特徴とするノズルフラッパ弁用気体流路絞り装置。 The gas flow path throttle device for a nozzle flapper valve according to claim 1,
Instead of the disk part with a flat upper surface of the gap holding base part and the small fan-shaped part, the throttle part is connected to each other on the center side, and the size of the part connected to each other on the center side penetrates the gap forming lid. The straight leg portion set smaller than the diameter of the hole has a spacer portion extending radially on the outer peripheral side, and the spacer portion is disposed on the flat upper surface of the disk portion, and a predetermined length corresponding to the thickness of the spacer portion is provided. A gas flow path throttle device for a nozzle flapper valve, comprising a parallel gap in which an interval is formed.
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