JP4490695B2 - ポジショナーのパイロット弁 - Google Patents

Description

本発明は、ポジショナーのパイロット弁に係り、より詳しくは、スプールを移動自在に支持しているダイヤフラムの痛みを有効に防止可能としたポジショナーのパイロット弁に関する。

従来から、バルブ駆動制御、プロセスオートメーション、その他一般産業用機器の駆動制御に際してポジショナーが用いられており、このポジショナーを調整弁に取り付けることにより、弁の駆動制御を可能としている。

ここで、この従来から用いられているポジショナー装置について図面を参照して説明すると、図７は従来から用いられている複動型ポジショナー装置の一例の構成を示す図であり、図において２点鎖線で示した部分がポジショナー１である。また、６１は駆動部であり、この駆動部６１は、シリンダー６６を備えるとともに、シリンダー６６内にはピストン６３が移動自在に挿入され、ピストン６３には、先端部がシリンダー６６の外部に延長されたステム６４が連結され、このステム６４にバルブが連結される。また、シリンダー６６内はピストン６３により一次側駆動部圧力室６２ａと二次側駆動部圧力室６２ｂに仕切られている。そしてポジショナー１は、一次側駆動部圧力室６２ａおよび二次側駆動部圧力室６２ｂのエアー圧力を調整することによりステム６４を可動させるとともに、このステム６４の動きを制御することにより、ステム６４に連結されたバルブの駆動制御を行う作用を有しており、駆動部６１にエアーを供給するためのパイロット弁２１と、このパイロット弁２１を作動させるための入力部２と、前記ステム６４の動きを制御するための駆動制御機構５１から構成されている。

即ち、図において２１がパイロット弁であり、このパイロット弁２１は、駆動部圧力室６２ａ、６２ｂにエアーを供給しあるいは駆動部圧力室６２ａ、６２ｂ内のエアーを排出し、これによりステム６４を可動する機能を有する。

このパイロット弁２１の構造について説明すると、パイロット弁２１内には、両端部にそれぞれ、給気圧力室２２ａ、２２ｂと出力圧力室２３ａ、２３ｂが形成されており、この給気圧力室２２ａ、２２ｂと出力圧力室２３ａ、２３ｂ間には給気弁座２６ａ、２６ｂが形成されている。また、給気圧力室２２ａ、２２ｂには給気口２４ａ、２４ｂが形成されているとともにこの給気口２４ａ、２４ｂにはエアー供給管３３が連結されている。更に、出力圧力室２３ａ、２３ｂには出力口２５ａ、２５ｂが形成されるとともに、この出力口２５ａ、２５ｂは、導通管３４ａ、３４ｂによって駆動部圧力室６２ａ、６２ｂのそれぞれに連通されている。

また、パイロット弁２１内には、給気弁２７０１ａ、２７０１ｂと排気弁２７０２ａ、２７０２ｂを一体に備えた弁体２７ａ、２７ｂが、給気弁２７０１ａ、２７０１ｂによって給気弁座２６ａ、２６ｂを閉止可能に挿架されている。

次に、パイロット弁２１内にはノズル背圧室２８が形成されており、このノズル背圧室２８は、固定絞り３５を経由して前記給気圧力室の一方２２ａに連通しており、また、ノズル背圧室２８にはノズル背圧導入管１３が連結されている。

次に、パイロット弁２１内には供給空気圧力室２９が形成され、この供給空気圧力室２９には前記エアー供給管３３が連結されている。そして、ノズル背圧室２８と圧力室２９はダイヤフラム３０ａにより仕切られ、更に供給空気圧力室２９におけるノズル背圧室２８に対向する側もダイヤフラム３０ｂが備えられており、このダイヤフラム３０ａ、３０ｂに支持される形態で、スプール３１が可動自在に備えられている。

ここで、スプール３１は、両端を開口とした排気路３１０１を内部に備えており、この排気路３１０１の任意の個所には、パイロット弁２１の外部に連通した排気口３１０２が形成されている。また、排気路３１０１の両端の開口は前記弁体２７ａ、２７ｂの排気弁２７０２ａ、２７０２ｂで閉止可能としている。

次に、ポジショナー１は入力部２を備えており、この入力部２は、コイル４と、このコイル４に信号電流を印加することにより可動するアーマチュア８が備えられ、更にアーマチュア８にはフラッパー１０が装着されている。

また、入力部２には、一端側に前記ノズル背圧導入管１３が連結されるとともに他端側が開口とされたノズル１１が備えられるとともに、前記フラッパー１０は、コイル４への信号電流の増減により、ノズル１１の開口を閉塞する方向あるいは閉塞を解除する方向に可動可能な配置となっている。即ち、前記アーマチュア８は、コイル４に信号電流が印加された場合に、フラッパー１０がノズル１１の開口との閉塞を解除可能な方向に移動する配置で、支点バネ板９により支持されており、これにより、フラッパー１０は、信号電流の増減によって、ノズル１１を閉塞する方向あるいは閉塞を解除する方向に可動する。

更に、アーマチュア８にはフラッパーアーム１２が連結されているとともに、このフラッパーアーム１２にはスタビライザースプリング１４の一端が連結され、更に、スタビライザースプリング１４の他端はアーム１５に連結され、このアーム１５は前記スプール３１に連結されている。そしてこれによって、スタビライザースプリング１４でスプール３１の動きを制御してフィードバックを行うこととしている。

次に、前記駆動制御機構５１について説明すると、駆動制御機構５１は、前記ステム６４の任意の個所に連結されるフィードバックレバー５２、５３が連結されているとともに、フィードバックレバー５３はカム５４に連結され、ステム６４が移動するとカム５４が回転するようにしている。

一方、カム５４にはレンジ調整アーム５５の先端部が当接しており、カム５４が回転するとレンジ調整アーム５５は、支点を中心として、反時計回り方向へ回転するようにしている。

また、レンジ調整アーム５５にはベアリング軸５６が連結されるとともに、このベアリング軸５６にはゼロ調整アーム５７が当接されており、カム５４の回転に伴ってレンジ調整アーム５５が反時計回り方向へ回転し、ゼロ調整アーム５７は、ベアリング軸５６上をすべりながら、支点を中心として時計回りに回転するようにしている。

更にゼロ調整アーム５７の先端部（支点と反対側）にはフィードバックスプリング５９の一端が連結され、カム５４の回転に伴ってゼロ調整アーム５７が時計回りに回転することで、フィードバックスプリング５９は上側に引き上げられる。

更にまた、フィードバックスプリング５９の他端は、フラッパーアーム１２に連結され、これによりフィードバックスプリング５９が上側に引き上げられることにより、フラッパー１０は、ノズル１１の先端を閉塞する方向に戻される。

このような構成において、コイル４に信号電流が印加されると、アーマチュア８は、支点板バネ９を中心に、フラッパー１０がノズル１１の先端部の閉塞を解除する方向、図における矢印Ａ方向に動く。そして、アーマチュア８の動きによってフラッパー１０はノズル１１の先端から引き離され、これによりノズル１１よりエアーが放出されるとともにノズル背圧室２８の圧力が低下し、ノズル背圧室２８と供給空気圧力室２９とのエアー圧力のバランスがくずれる。

そしてそれにより、ノズル背圧室２８と供給空気圧力室２９とを仕切っているダイヤフラム３０ａがノズル背圧室２８側に移動するとともに、このダイヤフラム３０に支持されているスプール３１は、給気圧力室の一方２２ａ側に移動する。

そうすると、スプール３１は、その移動に伴って弁体２７を押し上げ、それにともなって、給気弁座の一方２６ａが開口になるとともにスプール３１の排気路３１０１における一方の開口が閉止されるとともに、排気路３１０１の他方は開口となる。そして、エアー供給管３３を介して給気圧力室の一方２２ａに供給された供給エアーが導通管の一方３４ａを通って駆動部圧力室の一方６２ａへ供給されるとともに、駆動部圧力室の他方２２ｂ内のエアーは導通管の他方３２ｂ、出力圧力室の他方２３ｂおよびスプール３１の排気路３１０１を介して排気口３１０２より大気へ排出される。そしてこれにより、ステム６４を駆動部６１の外側に押し出して、即ちステム６４は矢印Ｂ方向に動き、ステム６４の先端に連結されるバルブを駆動させることができる。

次に、ステム６４の移動に伴って、フィードバックレバー５２，５３を介してカム５４が時計回り方向（矢印Ｃ方向）へ回転するとともに、このカム５４の回転によって、レンジ調整アーム５５は、支点を中心として反時計回り方向（矢印Ｄ方向）へ回転する。そして、レンジ調整アーム５５が反時計回り方向へ回転することによって、ゼロ調整アーム５７が、支点を中心として時計回りに回転し（矢印Ｅ方向）、これにより、フィードバックスプリング５９が上に引き上げられるとともに（矢印Ｆ方向）フラッパーアーム１２を上に引き上げ、フィードバックスプリング５９の張力とコイル４の吸引力が平衡した時点で、フラッパー１０がノズル１１の先端部を閉塞するように近づいていく。

そうすると、ノズル１１より放出されるエアーが減少するとともにノズル背圧室２８の圧力が上がり、ノズル背圧室２８と圧力室２９とのエアー圧力のバランスが初期の状態に近づき、これによりノズル背圧室２８と圧力室２９とを仕切っているダイヤフラム３０が圧力室２９側に移動するとともに、このダイヤフラム３０に支持されているスプール３１が初期の位置に近づいていく。そしてそれにより、給気圧力室の一方２３ａにおいては、給気弁２７０１ａが給気弁座２６ａを閉止する方向に動き、給気圧力室の他方２３ｂ側においては、スプール３１の排気路３１０１の開口が閉止していく。

そしてこれにより、駆動部圧力室の一方６２ａへ供給されるエアー量が減少していくとともに、駆動部圧力室の他方６２ｂ内から排出されるエアー量も減少していきステム６４の移動が停止していく。即ち、ステム６４は、フィードバックスプリング５９の張力とコイル４の吸引力が平衡するまで動き、これにより入力信号電流に比例したステム６４の変化が得られる。

なお、図９は単動型のポジショナーを用いてバルブを制御する場合を示した図であり、この単動型ポジショナーは、駆動部圧力室が一方のみで他方側はスプリングの付勢力を利用した駆動部を駆動させるために用いられ、給気圧力室および出力圧力室が一方のみである点を特徴としており、作動原理等は前述の複動型ポジショナーとおなじである。

ところで、前述したように、従来のポジショナーでは、スタビライザースプリング１４の作用によりスプール３１の動きを制御してフィードバックを行うこととしているため、スプール３１は激しく移動を繰返すとともにノズル背圧室２８内のエアー圧も変動を繰り返す。そしてこのとき、従来のポジショナーでは、スプール３１を支持しているダイヤフラム３０ａをノズル背圧室２８側に凸状としていたために、ノズル背圧室２８内のエアー圧の変動によりダイヤフラム３０の凸部分に圧力が加わり、そのために、ダイヤフラム３０ａの痛み等が激しくなり、破損事故が発生することが多くなっていた。

また、従来のポジショナーでは、スプール３１の動きを制御して発振状態を回避するためにスタビライザースプリング１４を備えていたために、パイロット弁２１の交換作業等の際にこのスタビライザースプリング１４を取り外す必要があり、作業が大変となっており、また、スタビライザースプリング１４の取り外しを忘れてしまった場合にはスタビライザースプリングが破損してしまう問題点があった。

更に、従来のポジショナーでは、スプール３１を介して外部にエアーを直接排出するために、排気音が大きくなるという問題点が指摘されていた。

更にまた、従来のポジショナーでは、給気圧力室２２ａ、２２ｂの給気口２４ａ、２４ｂ、出力圧力室２３ａ、２３ｂの出力口２５ａ、２５ｂが円形であったために、パイロット弁２１の長手方向の寸法が大きくなってしまうという問題点も指摘されていた。

また、ポジショナーでは、ノズル背圧室におけるダイヤフラムの面積と圧力室におけるダイヤフラムの面積を異なったものにする必要があり、そのため従来は、それぞれ容積の異なったノズル背圧室および圧力室を形成していたために、ノズル背圧室に供給されたエアーの取り出し口が固定されてしまい、それによりエアー回路の自由度が制限されてしまうという問題点が指摘されていた。

そこで、本発明は、これらの問題点を解決可能なポジショナーのパイロット弁を提供することを課題としている。

本発明のポジショナーのパイロット弁は、給気口を備えた給気圧力室と、出力口を備えるとともに前記給気圧力室に連通した出力圧力室と、前記給気圧力室及び出力圧力室間に形成された給気弁座と、前記給気圧力室に連通されるとともにノズル背圧導入管が連結されたノズル背圧室と、ダイヤフラムを介して前記ノズル背圧室と隣り合う配置で形成された大気室と、ダイヤフラムを介して、前記ノズル背圧室の反対側において前記大気室に隣り合う配置で形成されるとともに給気口を備えた供給空気圧力室と、前記ダイヤフラムに支持される形態で前記出力圧力室側へ移動可能とされた、その内部に排気路が形成されるとともに該排気路の両端部が開口とされ、更に前記大気室に連通した排気孔を備えたスプールと、給気弁及び排気弁を備え、給気弁により前記給気弁座を閉止あるいは開放可能であるとともに、排気弁により前記スプールの開口を閉止あるいは開放可能な配置で前記給気圧力室側から出力圧力室側に向けて挿装された弁体と、前記出力圧力室に備えた出力口に連結された、出力口から出力されるエアー量を調節可能な絞り装置と、を備えたポジショナーのパイロット弁であって、前記ダイヤフラムを、大気室側に向けて凸形状としたことを特徴としている。

また、本発明のポジショナーのパイロット弁は、前記給気口及び出力口を、スプールの長手方向に直交する方向に長手側が向くような配置で略長円状に形成したことを特徴としている。

更に、本発明のポジショナーのパイロット弁は、前記給気口及び出力口の外部側端部に溝を形成するとともに該溝内にパッキンを挿架し、更に、前記溝の内側任意の箇所に突起体を形成したことを特徴としている。

また、本発明のポジショナーのパイロット弁では、前記大気室の両側に同一径及び同一深さ寸法の２個の圧力室を形成して、一方の圧力室内にスペーサーを挿架することにより、スペーサーを挿架した圧力室を供給空気圧力室にするとともに他方の圧力室をノズル背圧室としたことを特徴としている。

本発明のポジショナーのパイロット弁では、ノズル背圧室と供給空気圧力室間に大気に連通した大気室を配置するとともに、スプールを支持しているダイヤフラムを、ノズル背圧室側及び供給空気圧力室側に凸形状とした。そのため、ダイヤフラムの凸部分にエアー圧力が加わることがなく、ダイヤフラムの痛み等を抑えることができ、ダイヤフラムの破損事故を有効に防止可能である。

また、出力圧力室に備えた出力口に、出力口から出力されるエアー量を調節可能な絞り装置を連結し、この絞り装置によりスプールの動きを制御可能することで発振状態を回避可能としたために、スタビライザースプリングが不要であり、そのために、パイロット弁の交換作業等を容易にすることができる。

更に、本発明のポジショナーのパイロット弁では、スプールの排気孔を大気室に連通させて、スプール内のエアーをまず大気室に排気した後に外部に排出する構造としているため、スプール内のエアーを直接外部に放出する従来のパイロット弁と異なり、エアーが排気される際に発生する排気音を小さくすることが可能である。

更にまた、本発明のポジショナーのパイロット弁では、前記給気口及び出力口を、スプールの長手方向に直交する方向に長手側が向くような配置で略長円状に形成しているために、パイロット弁の長手方向の寸法を小さくすることができ、更にそのとき、本発明では、給気口及び出力口の外部側端部に溝を形成するとともにこの溝内にパッキンを挿架し、更に、溝の内側任意の箇所に突起体を形成しているために、パッキンが脱落することを有効に防止可能である。

また、本発明のポジショナーのパイロット弁では、大気室の両側に同一径及び同一深さ寸法の２個の圧力室を形成して、一方の圧力室内にスペーサーを挿架することにより、スペーサーを挿架した圧力室を供給空気圧力室にするとともに他方の圧力室をノズル背圧室としているため、スペーサーを入れ替えることでノズル背圧室と供給空気圧力室の位置を入れ替えることができるため、ノズル背圧室に供給されたエアーの取り出し口が固定されることが無く、従って、エアー回路を自由に設計することが可能である。

本発明のポジショナーのパイロット弁では、給気口を供えた給気圧力室と出力口を備えた出力圧力室とを備えており、この給気圧力室と出力圧力室とは給気弁座を介して連通しており、また、給気口と出力口は、パイロット弁の長手方向に直交する方向が長手方向となるような略長円形状をしている。そして、給気口と出力口の外部側端部には溝が形成されるとともに、この溝内にパッキンが挿架され、更に、溝の内側任意の箇所には突起体が形成されている。

次に、給気圧力室にはノズル背圧導入管が連通されており、このノズル背圧室には更に、ノズル背圧導入管が連結される。

そして、ノズル背圧室に隣り合う配置で、外部に連通した大気室が、ダイヤフラムを介して配設され、この大気室におけるノズル背圧室と反対側には、ダイヤフラムを介して、給気口を備えた供給空気圧力室が配設され、前記ダイヤフラムはいずれも、大気室側に向けて凸形状としている。

また、前記ダイヤフラムに支持される形態で、出力圧力室内へ移動可能なすプールが備えられており、このスプールの内部には排気路が形成されるとともに、排気路の両端部は給気圧力室内で開口とされ、排気路には、大気室に連通した排気孔が複数個形成されている。

そして、給気弁と排気弁を備えた弁体が、給気弁により前記給気弁座を閉止あるいは開放可能であるとともに、排気弁により前記スプールの開口を閉止あるいは開放可能な配置で、給気圧力室側から出力圧力室側に向けて挿装されている。

更に、出力圧力室に備えた出力口には、出力口から出力されるエアー量を調節可能な絞り装置が連結されている。

本発明にポジショナーのパイロット弁（以下単に「パイロット弁」という。）の実施例について説明すると、図１は、本実施例のパイロット弁を用いた複動型ポジショナーの一例の構成を示す図であり、前述した従来のポジショナーと同一部分には同一符号を付した。即ち、図において２点鎖線で示した部分がポジショナー１であり、図において２１が、本実施例のパイロット弁である。そして、このパイロット弁２１は、前述した従来のパイロット弁と同様に、両端部にそれぞれ、給気圧力室２２ａ、２２ｂと出力圧力室２３ａ、２３ｂが形成されており、この給気圧力室２２ａ、２２ｂと出力圧力室２３ａ、２３ｂ間には給気弁座２６ａ、２６ｂが形成されている。また、給気圧力室２２ａ、２２ｂには給気口２４ａ、２４ｂが形成されているとともにこの給気口２４ａ、２４ｂにはエアー供給管３３が連結されている。更に、出力圧力室２３ａ、２３ｂには出力口２５ａ、２５ｂが形成されるとともに、この出力口２５ａ、２５ｂは、導通管３４ａ、３４ｂによって駆動部圧力室６２ａ、６２ｂのそれぞれに連通されている。

更に、パイロット弁２１内にはノズル背圧室２８が形成されており、このノズル背圧室２８は前記給気圧力室の一方２２ａに連通しており、また、ノズル背圧室２８には、他端が入力部２のノズル１１に連通したノズル背圧導入管１３が連結されている。

次に、ノズル背圧室２８の隣には、ダイヤフラム３０ａを介して、外部に連通した排気口３２０１が形成された大気室３２が形成されており、ダイヤフラム３０ａは、大気室３２側に凸形状とされている。

また、大気室３２における、ノズル背圧室２８と反対側には、ダイヤフラム３０ｂを介して、エアー供給管３３が連結される給気口２９０１を備えた供給空気圧力室２９が形成されており、大気室３２と供給空気圧力室２９とを隔てているダイヤフラム３０ｂは、大気室３２側に凸形状とされている。

そして、２枚のダイヤフラム３０ａ、３０ｂに支持される形態で、両端部が出力圧力室２３ａ、２３ｂ内に挿装されたスプール３１が、出力圧力室２３ａ、２３ｂ側へ移動自在に備えられている。

ここで、スプール３１について説明すると、スプール３１は、その内部に排気路３１０１が形成されており、この排気路３１０１は、その両端部が、出力圧力室２３ａ、２３ｂ内で開口とされている。また、スプール３１における、２枚のダイヤフラム３０ａ、３０ｂ間には排気孔３１０２が形成されており、これにより、排気路３１０１及び排気孔３１０２を介して、出力圧力口２３ａ、２３ｂ内のエアーを、まず大気室３２に排気するとともにこの大気室３２を経由して外部に排気可能としている。このように、本実施例のパイロット弁２１では、スプール３１内のエアーの排出に際しては、これを直接外部に排出せず、大気室３２を経由して排出しているために、排気音を小さくすることが可能である。

次に、本実施例のパイロット弁２１では、前述した従来のパイロット弁と同様に、その両端側に、給気弁２７０１ａ、２７０１ｂと排気弁２７０２ａ、２７０２ｂを一体に備えた弁体２７ａ、２７ｂを有しており、この弁体２７は、給気弁２７０１ａ、２７０１ｂによってそれぞれの給気弁座２６ａ、２６ｂを閉止可能であるとともに、排気弁２７０２ａ、２７０２ｂによってスプール３１の両端部開口を閉止可能な配置で、スプリング２７０３ａ、２７０３ｂによって、給気圧力室２２ａ、２２ｂ側から出力圧力室２３ａ、２３ｂ側に向けて挿架されている。

次に、図において４１は絞り装置であり、即ち、本実施例のパイロット弁２１では、出力口２３ａ、２３ｂに絞り装置４１を連結し、これにより、導通管３４ａ、３４ｂを介して駆動部側へ供給されるエアー量を調節している。

即ち、本実施例における絞り装置４１は、導通管３４ａ、３４ｂが連結されるエアー流路４３が形成された本体部４２を備えているとともに、この本体部４２には、エアー流路４３と略直交する方向に向けて移動可能とした、排気路４７を備えたバルブ４５が、前記エアー流路４３内に侵入可能な配置で挿装され、これにより、バルブ４５をエアー流路４３内に侵入させることにより、導通管３４ａ、３４ｂから供給されるエアーを外部に排気し、これにより、導通管３４ａ、３４ｂを介して駆動部６１側へ供給されるエアー量を調節可能としている。

そのため、本実施例のパイロット弁２１では、従来のパイロット弁と異なり、スタビライザースプリングを用いずに発振状態を防止することが可能となり、そのために、パイロット弁の交換作業等を容易にした。

このような構成において、ノズル背圧室２８の圧力が低下すると、ノズル背圧室２８と供給空気圧力室２９とのエアー圧力のバランスがくずれ、２枚のダイヤフラム３０ａ、３０ｂがノズル背圧室２８側に移動するとともに、このダイヤフラム３０ａ、３０ｂに支持されているスプール３１が給気圧力室の一方側２２ａに移動する。

そうすると、スプール３１は、その移動に伴ってスプール３１の移動方向に位置する弁体２７ａを押し上げ、それにともなって、給気弁座の一方２６ａが開口になるとともに、スプール３１の排気路３１０１における一方の開口が閉止されるとともに、排気路３１０１の他方は開口となる。そして、エアー供給管３３を介して給気圧力室の一方２２ａに供給された供給エアーが導通管の一方３４ａを通って一次側駆動部圧力室６２ｂへ供給されるとともに、二次側駆動部圧力室６２ａ内のエアーは導通管の他方３４ｂ、出力圧力室の他方２３ｂおよびスプール３１の排気路３１０１を介して排気孔３１０２より大気室３２内に排出された後に、大気室３２の排気口３２０１より外部へ排出される。そしてこれにより、ステム６４を駆動部６１の内側に押し込んで、即ちステム６４は矢印Ｂ方向に動き、ステム６４の先端に連結されるバルブを駆動させることができる。

次に、ステム６４の移動に伴って、フィードバックレバー５２，５３を介してカム５４が反時計回り方向（矢印Ｃ方向）へ回転するとともに、このカム５４の回転によって、レンジ調整アーム５５は、支点を中心として反時計回り方向（矢印Ｄ方向）へ回転する。そして、レンジ調整アーム５５が反時計回り方向へ回転することによって、ゼロ調整アーム５７が、支点を中心として時計回りに回転し（矢印Ｅ方向）、これにより、フィードバックスプリング５９が上に引き上げられるとともに（矢印Ｆ方向）フラッパーアーム１２を上に引き上げ、フィードバックスプリング５９の張力とコイル４の吸引力が平衡した時点で、フラッパー１０がノズル１１の先端部を閉塞するように近づいていく。

そうすると、ノズル１１より放出されるエアーが減少するとともにノズル背圧室２８の圧力が上がり、ノズル背圧室２８と供給空気圧力室２９とのエアー圧力のバランスが初期の状態に近づき、これによりスプール３１を支持しているダイヤフラム３０ａ、３０ｂが供給空気圧力室２９側に移動するとともに、このダイヤフラム３０ａ、３０ｂに支持されているスプール３１が初期の位置に近づいていく。そしてそれにより、給気圧力室の一方２３ａにおいては、給気弁２７０１ａが給気弁座２６ａを閉止する方向に動き、給気圧力室の他方２３ｂ側においては、スプール３１の排気路３１０１の開口が閉止していく。

そしてこれにより、駆動部圧力室の一方６２ｂへ供給されるエアー量が減少していくとともに、駆動部圧力室の他方６２ａ内から排出されるエアー量も減少していきステム６４の移動が停止していく。即ち、ステム６４は、フィードバックスプリング５９の張力とコイル４の吸引力が平衡するまで動き、これにより入力信号電流に比例したステム６４の変化が得られる。

そしてこのとき、本実施例のパイロット弁２１では、ノズル背圧室２８と供給空気圧力室２９の間に大気室３２を配置するとともに、２枚のダイヤフラムをいずれも、大気室３２側に凸形状となるようにしているため、ダイヤフラムの凸部分に圧力が加わることがなく、ダイヤフラムの痛み、損傷を抑えることが可能となる。

次に、図２は本発明のパイロット弁の他の形態を示した断面図であり、本形態のパイロット弁２１では、ノズル背圧室２８と供給空気圧力室２９の位置を交換可能な構造としている。即ち、図２に示すパイロット弁では、大気室３２の両側に同一径及び同一深さ寸法の２個の圧力室を形成して、一方の圧力室内にスペーサー３６を挿架することにより、スペーサー３６を挿架した圧力室を供給空気圧力室２９にし、他方の圧力室をノズル背圧室２８としている。

前述したように、ポジショナーでは、ノズル背圧室におけるダイヤフラムの面積と供給空気圧力室におけるダイヤフラムの面積を異なったものにする必要があり、そのため従来は、それぞれ、面積の異なったダイヤフラムを配設可能なように背圧室および圧力室を形成していたために、ノズル背圧室に供給されたエアーの取り出し口が固定されてしまい、それによりエアー回路の自由度が制限されてしまうという問題点が指摘されていたが、本形態のパイロット弁では、大気室３２の両側に同一径及び同一深さ寸法の２個の圧力室を形成するとともに、一方の圧力室内にスペーサーを挿架することにより、２個の圧力室におけるダイヤフラムの面積を異なるものとしてノズル背圧室２８と供給空気圧力室２９とを区分しているため、ノズル背圧室２８と供給空気圧力室２９の配置を自由にすることができる。

また、パイロット弁の製造に際しては一般的に、給気圧力室２２ａ、２２ｂ及び出力圧力室２３ａ、２３ｂを備えた両端部分と、ノズル背圧室２８と供給圧力室２９と大気室３２とを備えた中間部分とを別個に製造した後に連結させるが、本形態例のパイロット弁２１では、ノズル背圧室２８と供給空気圧力室２９の位置が固定されず、スペーサーの有無によってこれらを区分するため、ノズル背圧室２８、供給圧力室２９、および大気室３２とにより構成される中間部分のみを他のパイロット弁に適用させることが可能である。

なお、図２において３６０１はエアー回路であり、即ち、図２に示すパイロット弁では、スペーサーの外周側にエアー回路３６０１を形成するとともに、このエアー回路３６０１をノズル背圧室２８に連結し、これにより、ノズル背圧室２８とノズル背圧導入管１３との連結を、供給空気圧力室側としている。このように、スペーサー３６の外周側にエアー回路３６０１を形成することにより、ノズル背圧室２８内のエアーの取り出し位置を自由に行うことが可能となる。なお、図においてＰｎ、Ｐｓはいずれもエアー回路を示している。

次に、図３は、図２における左側面を示した図であり、図からも明らかなように、図２に示すパイロット弁では、給気口２４ａ、２４ｂおよび出力口２５ａ、２５ｂを、パイロット弁２１の長手方向に直交する方向に長手側が向くようにした略長円形状としている。そして、この長円形状にした給気口２４ａ、２４ｂおよび出力口２５ａ、２５ｂの外部側端部に溝３７を形成するとともにこの溝３７内にパッキン３８を挿架し、更に、前記溝３７の内側任意の箇所に突起体３９を形成し、これによりパッキン３８の脱落を防止している。このように、図２に示すパイロット弁２１では、給気口２４ａ、２４ｂおよび出力口２５ａ、２５ｂを、パイロット弁２１の長手方向に直交する方向に長手側が向くようにした略長円形状としているために、パイロット弁２１の長手方向の寸法を小さくすることが可能である。なお、図４は、図２に示すパイロット弁２１における給気圧力口の一方２４ａ部分を拡大した断面図であり、図２に示すパイロット弁２１では、給気圧力口の他方２４ｂ及び出力圧力口２５ａ、２５ｂも図４に示す構造と同様の構造としている。

なお、前述の実施例では複動型ポジショナーのパイロット弁について説明したが、本発明のパイロット弁は必ずしも複動型ポジショナーのパイロット弁に限定されるものではなく、例えば図５及び図６に示すように、単動型ポジショナーのパイロット弁２１にも適用可能である。図５においてＰｎ、Ｐｓは、図２の場合と同様にエアー回路を示している。

本発明のポジショナーのパイロット弁は、大気圧とした大気室の両隣にノズル背圧室及び供給空気圧力室を配置するとともに、これらを仕切っているダイヤフラムを大気室側に凸状とした点を特徴としているため、複動型、単動型のいずれのポジショナーにも適用可能であり、更に、電空式ポジショナーのみならず、空空式ポジショナーにも適用可能である。

本発明のパイロット弁の実施例を説明するための図である。 本発明のパイロット弁の他の形態を説明するための図である。 図２における左側面を示す図である。 図２における給気圧力口の一方近傍の構造を示した断面図である。 本発明のパイロット弁を単動型ポジショナーのパイロット弁に適用させた場合の構造を示す一部断面図である。 図５における左側面を示す図である。 従来の複動型ポジショナーを説明するための図である。 従来の単動型ポジショナーを説明するための図である。

符号の説明

１ ポジショナー
２ 入力部
４ コイル
５ ヨーク
６ マグネット
７ 側板
８ アーマチュア
９ 支点板バネ
１０ フラッパー
１１ ノズル
１２ フラッパーアーム
１３ ノズル背圧導入管
１４ スタビライザースプリング
１５ アーム
１６ バイアススプリング
２１ パイロット弁
２２ａ、２２ｂ 給気圧力室
２３ａ、２３ｂ 一次側出力圧力室
２４ａ、２４ｂ 給気口
２５ａ、２５ｂ 出力口
２６ 給気弁座
２７ 弁体
２７０１ 給気弁
２７０２ 排気弁
２８ ノズル背圧室
２９ 供給空気圧力室
３０ ダイヤフラム
３１ スプール
３２ 大気室
３２０１ 排気口
３３ エアー供給管
３４ａ、３４ｂ 導通管
３５ 固定絞り
３６ スペーサー
３７ 給気口、出力口の外側端部に形成した溝
３８ パッキン
３９ 突起体
４１ 絞り装置
４２ 本体部
４３ エアー流路
４５ バルブ
４７ 排気路
５１ 駆動制御機構
５２、５３ フィードバックレバー
５４ カム
５５ レンジ調整アーム
５６ ベアリング軸
５７ ゼロ調整アーム
５８ ゼロ調整ネジ
５９ フィードバックスプリング
６１ 駆動制御部
６２ａ、６２ｂ 駆動部圧力室
６３ ピストン
６４ ステム

Claims (4)

1. 給気口を備えた給気圧力室と、
   出力口を備えるとともに前記給気圧力室に連通した出力圧力室と、
   前記給気圧力室及び出力圧力室間に形成された給気弁座と、
   前記給気圧力室に連通されるとともにノズル背圧導入管が連結されたノズル背圧室と、
   ダイヤフラムを介して前記ノズル背圧室と隣り合う配置で形成された大気室と、
   ダイヤフラムを介して、前記ノズル背圧室の反対側において前記大気室に隣り合う配置で形成されるとともに給気口を備えた供給空気圧力室と、
   前記ノズル背圧室と大気室を隔てているダイヤフラム、及び前記大気室と供給空気圧力室を隔てているダイヤフラムの２枚のダイヤフラムに支持される形態で前記出力圧力室側へ移動可能とされた、その内部に排気路が形成されるとともに該排気路の両端部が開口とされ、更に前記大気室に連通した排気孔を備えたスプールと、
   給気弁及び排気弁を備え、給気弁により前記給気弁座を閉止あるいは開放可能であるとともに、排気弁により前記スプールの開口を閉止あるいは開放可能な配置で前記給気圧力室側から出力圧力室側に向けて挿装された弁体と、
   前記出力圧力室に備えた出力口に連結された、出力口から出力されるエアー量を調節可能な絞り装置と、を備えたポジショナーのパイロット弁であって、
   前記ダイヤフラムを、大気室側に向けて凸形状としたことを特徴とするポジショナーのパイロット弁。
2. 前記給気口及び出力口を、スプールの長手方向に直交する方向に長手側が向くような配置で略長円状に形成したことを特徴とする請求項１に記載のポジショナーのパイロット弁。
3. 前記給気口及び出力口の外部側端部に溝を形成するとともに該溝内にパッキンを挿架し、更に、前記溝の内側任意の箇所に突起体を形成したことを特徴とする請求項２に記載のポジショナーのパイロット弁。
4. 前記大気室の両側に同一径及び同一深さ寸法の２個の圧力室を形成して、一方の圧力室内にスペーサーを挿架することにより、スペーサーを挿架した圧力室を供給空気圧力室にするとともに他方の圧力室をノズル背圧室としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のポジショナーのパイロット弁。

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