JP6824060B2

JP6824060B2 - ノズルフラッパ型の三方弁及びノズルフラッパ型の二方弁

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Publication number: JP6824060B2
Application number: JP2017022912A
Authority: JP
Inventors: 勝美佐々木; 春彦佐々木
Original assignee: PNEUMATIC SERVO CONTROLS Ltd
Current assignee: PNEUMATIC SERVO CONTROLS Ltd
Priority date: 2017-02-10
Filing date: 2017-02-10
Publication date: 2021-02-03
Anticipated expiration: 2037-02-10
Also published as: JP2018128113A

Description

本発明は、ノズルフラッパ型の三方弁及びノズルフラッパ型の二方弁に係り、特に、フラッパの軸方向の両端側がラジアル支持ばねで支持されるノズルフラッパ型の三方弁及び二方弁に関する。

気体圧制御弁として、スリーブ・スプール型と、ノズルフラッパ型とが知られている。例えば、特許文献１には、気体圧制御弁として、３つのランド部と、ステム部とを含むスプールと、スプールを軸方向移動可能に支持し、１次側気体圧を有する気体を供給する供給口と、気体を排出する排気口と、２次側気体圧を取り出す負荷口とを有するスリーブとを備える構成が述べられている。

また、特許文献２には、ノズルフラッパ機構を用いた流体圧制御弁が述べられている。ここでは、フラッパは可動線輪型のリニアモータと一体で、フラッパの軸方向両端がラジアル支持ばねでいわば宙づりで支持され、摺動抵抗や回転軸の摩擦を伴わず軽い負荷で軸方向にのみ移動できる。

特開２００７−１８７２９６号公報特開２００６−０５７７１９号公報

スリーブ・スプール型の気体圧制御弁は、スプールのランド部がスリーブの負荷口等を完全に塞ぐゼロラップ動作を行えるが、スプールのランド部がスリーブの内周壁を摺動するために、発塵等の汚染が生じる恐れがある。ノズルフラッパ型の気体圧制御弁は、フラッパの軸方向両端をラジアル支持ばねで支持する構造を取ることで、摺動や摩擦による発塵等の恐れがないが、中立状態においてフラッパはラジアル支持ばねで支持されているだけなので、フラッパとノズルの間のゼロラップ動作が困難である。

本発明の目的は、可動子が固定子に対し摺動せずに移動可能であって、気体圧制御においてゼロラップ動作を行えるノズルフラッパ型の三方弁及びノズルフラッパ型の二方弁を提供することである。

本発明に係るノズルフラッパ型の三方弁は、供給気体圧を有する気体が供給される入力ポート、負荷に接続される出力ポート、及び排気装置に接続される排気ポートを有する三方弁筐体と、三方弁筐体の内部空間において軸方向に配置されるフラッパと、三方弁筐体の軸方向の一方端側の内壁面に外周縁が固定され、内径側にフラッパの軸方向の一方端側が固定される貫通穴付きの板ばねであって、軸方向の弾性変形が自在で軸周りの回転が抑制される一方側のラジアル支持ばねと、三方弁筐体の軸方向の他方端側の内壁面に外周縁が固定され、内径側にフラッパの軸方向の他方端側が固定される貫通穴付きの板ばねであって、軸方向の弾性変形が自在で軸周りの回転が抑制される他方側のラジアル支持ばねと、一方側のラジアル支持ばねと他方側のラジアル支持ばねの間の三方弁筐体の内部空間である中央空間部に配置される駆動機構であって、フラッパに固定される永久磁石、及び三方弁筐体に固定される駆動コイルを含む可動磁石型の駆動機構と、一方側のラジアル支持ばねよりも軸方向に沿った一方側における三方弁筐体の内部空間である一方側気体室に設けられ、入力ポートに接続され、フラッパの軸方向の一方端側に向い合う気体噴出口を有する一方側のノズルと、他方側のラジアル支持ばねよりも軸方向に沿った他方側における三方弁筐体の内部空間である他方側気体室に設けられ、排気ポートに接続され、フラッパの軸方向の他方端側に向い合う気体吸込口を有する他方側のノズルと、フラッパの軸方向の一方端に設けられ、中立状態において一方側のノズルの先端に押し付けられるノズル受面を有する一方側のＯ字形ばねと、フラッパの軸方向の他方端に設けられ、中立状態において他方側のノズルの先端に押し付けられるノズル受面を有する他方側のＯ字形ばねと、を備えることを特徴とする。

上記構成のノズルフラッパ型の三方弁によれば、フラッパが軸方向の他方側に移動駆動されるときは、他方側のノズルとノズル受面とが押付状態のままで、一方側のノズルとノズル受面との間に生じる間隔に応じた気体圧の気体が出力ポートに出力される。フラッパが軸方向の一方側に移動駆動されるときは、一方側のノズルとノズル受面とが押付状態のままで、出力ポートからの気体は２つのラジアル支持ばねの貫通穴を通り、他方側のノズルとノズル受面との間に生じる間隔に応じた排気圧で排気ポートに排気される。

本発明に係るノズルフラッパ型の二方弁は、供給気体圧を有する気体が供給される入力ポート、及び負荷に接続される出力ポートを有する二方弁筐体と、二方弁筐体の内部空間において軸方向に配置されるフラッパと、二方弁筐体の軸方向の一方端側の内壁面に外周縁が固定され、内径側にフラッパの軸方向の一方端側が固定される貫通穴付きの板ばねであって、軸方向の弾性変形が自在で軸周りの回転が抑制される一方側のラジアル支持ばねと、二方弁筐体の軸方向の他方端側の内壁面に外周縁が固定され、内径側にフラッパの軸方向の他方端側が固定される貫通穴付きの板ばねであって、軸方向の弾性変形が自在で軸周りの回転が抑制される他方側のラジアル支持ばねと、一方側のラジアル支持ばねと他方側のラジアル支持ばねの間の二方弁筐体の内部空間である中央空間部に配置される駆動機構であって、フラッパに固定される永久磁石、及び二方弁筐体に固定される駆動コイルを含む可動磁石型の駆動機構と、一方側のラジアル支持ばねよりも軸方向に沿った一方側における二方弁筐体の内部空間である一方側気体室に設けられ、入力ポートに接続され、フラッパの軸方向の一方端側に向い合う気体噴出口を有する一方側のノズルと、フラッパの軸方向の一方端に設けられ、中立状態において一方側のノズルの先端に押し付けられるノズル受面を有する一方側のＯ字形ばねと、を備えることを特徴とする、

上記構成のノズルフラッパ型の二方弁によれば、フラッパが軸方向の他方側に移動駆動されるときに、一方側のノズルとノズル受面との間に生じる間隔に応じた気体圧の気体が一方側気体室に流出して出力ポートに出力される。

上記構成のノズルフラッパ型の三方弁も二方弁も、フラッパに固定される永久磁石と筐体に固定される駆動コイルとを有する可動磁石型の駆動機構によってフラッパは軸方向に移動駆動される。そして、フラッパは軸方向の両端側で２つのラジアル支持ばねで支持され、フラッパの軸方向の一方端に一方側のノズルが向い合い、他方端に他方側のノズルが向い合う。これによって、可動子であるフラッパは、固定子である駆動コイルに対し摺動せずに移動でき、一方側のノズルとの間隔に応じた気体圧の気体を出力ポートへ出力できる。さらに、フラッパの軸方向の一方端に設けられるＯ字形ばねによって、中立状態では、フラッパの軸方向端側とノズルの気体噴出口とは押し付けられているので、出力ポートへ出力する気体の気体圧制御についてゼロラップ動作が可能になる。

また、本発明に係るノズルフラッパ型の三方弁またはノズルフラッパ型の二方弁において、Ｏ字形ばねは、フラッパの軸方向端面に取り付けられる端面板と、ノズルの先端に向い合うノズル受面を有するノズル受板と、端面板とノズル受板とを向い合せながら、端面板の縁面とノズル受面の縁面とを湾曲形状で接続する弾性湾曲板であって、端面板とノズル受板とが向い合う間隔を広げる方向の付勢力を与える弾性湾曲板と、を含むことが好ましい。

また、本発明に係るノズルフラッパ型の三方弁またはノズルフラッパ型の二方弁において、駆動機構は、フラッパに取り付けられ、軸方向に着磁された円環状の永久磁石と、フラッパに取り付けられ、永久磁石のＮ極側に設けられる円環状のＮ側ヨークと、フラッパに取り付けられ、永久磁石のＳ極側に設けられる円環状のＳ側ヨークと、フラッパに取り付けられ、Ｎ側ヨークと永久磁石とＳ側ヨークとを密閉して囲む円筒型の可動子ケースと、可動子ケースの外周面に向い合って所定の間隔を空けて三方弁の筐体に固定され、Ｎ側ヨークに向い合うＮ側コイルと、可動子ケースの外周面に向い合って所定の間隔を空けて三方弁の筐体に固定され、Ｓ側ヨークに向い合うＳ側コイルであって、軸周りにＮ側コイルと逆巻で巻回されてＮ側コイルと直列接続されたＳ側コイルと、を含むことが好ましい。

上記構成に係るノズルフラッパ型の三方弁及びノズルフラッパ型の二方弁によれば、可動子は固定子に対し摺動せずに移動可能であって、気体圧制御においてゼロラップ動作を行うことができる。

本発明に係る実施の形態のノズルフラッパ型の三方弁の構成図である。本発明に係る実施の形態のノズルフラッパ型の三方弁及び二方弁におけるラジアル支持ばねの３つの例を示す図である。本発明に係る実施の形態のノズルフラッパ型の三方弁及び二方弁における駆動機構の作動図である。図３（ａ）は、フラッパを軸方向の他方側に移動駆動させるときを示す図であり、（ｂ）は、フラッパを軸方向の一方側に移動駆動させるときを示す図である。本発明に係る実施の形態のノズルフラッパ型の三方弁及び二方弁におけるＯ字形ばねの詳細図である。図４（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は上面図である。本発明に係る実施の形態のノズルフラッパ型の三方弁の作動図である。図５（ａ）は、駆動機構が図３（ａ）の作動状態のときの三方弁全体の作動図であり、（ｂ）は、駆動機構が図３（ｂ）の作動状態のときの三方弁全体の作動図である。本発明に係る実施の形態のノズルフラッパ型の二方弁の構成図である。

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。以下では、供給気体圧Ｐｓを大気圧、排気ポートの気体圧を真空等の減圧として述べるが、これは説明のための例示であって、ノズルフラッパ型の三方弁または二方弁の仕様に応じ適宜変更が可能である。気体としては、一般的な空気、乾燥空気の他、窒素、アルゴン等の不活性ガス、その他のガスであってもよい。

以下で用いる形状、寸法等は、説明のための例示であって、ノズルフラッパ型の三方弁または二方弁の仕様に合わせ、適宜変更が可能である。また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、ノズルフラッパ型の三方弁１０の構成を示す断面図である。ノズルフラッパ型の三方弁１０は、三方弁筐体１２に、入力ポート２０、出力ポート２２、排気ポート２４の３つのポートを備える三方弁である。入力ポート２０は、図示しない入力気体源に接続される。入力気体源は、供給気体圧Ｐｓを有する気体源である。例えば、大気圧を有する装置空間を入力気体源とすることができる。その場合、Ｐｓ＝大気圧である。出力ポート２２は、制御気体圧Ｐｃを用いる負荷に接続される。負荷の例としては、制御気体圧Ｐｃを変更して所望の動作状態となる気体圧装置である。制御気体圧Ｐｃの制御範囲の例は、大気圧から真空の間である。排気ポート２４は、図示しない排気装置に接続される。排気装置の例は、真空ポンプ等の減圧装置である。以下では、特に断らない限り、ノズルフラッパ型の三方弁１０を、三方弁１０と呼ぶ。

三方弁筐体１２は、三方弁１０の外形を形作る筐体である。その内部には、フラッパ３０、フラッパ３０を支持する一方側のラジアル支持ばね３２と他方側のラジアル支持ばね３４、及び、フラッパ３０を軸方向に駆動する駆動機構４０を含む。さらに、フラッパ３０の軸方向の両端側にそれぞれ設けられる一方側のノズル６０と他方側のノズル６４も含む。図１に軸方向を示す。軸方向は、フラッパ３０の中心線Ａ−Ａが延びる方向である。フラッパ３０は、駆動機構４０によって軸方向に沿って移動駆動される。信号線ポート２６（図５参照）は、図示しない制御装置と駆動機構４０とを接続する制御信号線２８（図３参照）を通す信号線穴である。

三方弁筐体１２は、中央筐体部１４と、中央筐体部１４の一方側に接続される一方側筐体部１６と、中央筐体部１４の他方側に接続される他方側筐体部１８で構成される。中央筐体部１４、一方側筐体部１６、及び他方側筐体部１８は、図１では図示しない締結手段によって、互いに気密に結合される。気密に結合された状態の三方弁筐体１２の内部には、軸方向に沿って貫通した内部空間が形成される。この内部空間に、フラッパ３０、一方側のラジアル支持ばね３２、他方側のラジアル支持ばね３４、駆動機構４０、一方側のノズル６０、他方側のノズル６４等の構成要素が組み込まれる。これらの構成要素が組み込まれた状態の図１では、一方側のラジアル支持ばね３２と他方側のラジアル支持ばね３４とを区画の境界として、中央空間部１５、一方側気体室１７、他方側気体室１９を示す。一方側気体室１７は、一方側のラジアル支持ばね３２よりも軸方向に沿った一方側における三方弁筐体１２の内部空間である。他方側気体室１９は、他方側のラジアル支持ばね３４よりも軸方向に沿った他方側における三方弁筐体１２の内部空間である。

かかる三方弁筐体１２は、外径輪郭としては矩形形状で、内部空間としては円筒状形状を有する所定の形状に非磁性体の金属材料を加工した部品を組立てて形成したものが用いられる。金属材料としては、適当な強度を有する非磁性体の鋼材等を用いることができる。

フラッパ３０は、三方弁筐体１２の内部空間において軸方向に配置される軸体である。フラッパ３０は、一方側のラジアル支持ばね３２と他方側のラジアル支持ばね３４とによって、いわば宙づりの状態で、三方弁筐体１２に吊り下げられ、その外周面には、密閉構造の可動子ケース４２が取り付けられる。可動子ケース４２は、駆動機構４０の構成要素で、内部に永久磁石４４、Ｎ側ヨーク４６、及び、Ｓ側ヨーク４８を含む。フラッパ３０の一方端と他方端は、可動子ケース４２が取り付けられる軸中央部の外径よりも大径の円板状フランジに形成される。一方端の円板状フランジの端面には一方側のＯ字形ばね７０が取り付けられ、他方端の円板状フランジの端面には他方側のＯ字形ばね７２が取り付けられる。

かかるフラッパ３０は、非磁性体の金属材料を所定の形状に加工した軸部材が用いられる。金属材料としては、適当な強度を有する鋼材等を用いることができる。

一方側のラジアル支持ばね３２と、他方側のラジアル支持ばね３４とは、三方弁筐体１２の軸方向の一方端側の内壁面に外周縁が固定され、内径側にフラッパ３０の両端側が固定される取付穴を有する板ばねである。具体的には、中央筐体部１４と一方側筐体部１６とが結合される縁部において、一方側のラジアル支持ばね３２の外周縁が挟み込まれて固定される。また、中央筐体部１４と他方側筐体部１８とが結合される縁部において、他方側のラジアル支持ばね３４の外周縁が挟み込まれて固定される。そして、フラッパ３０の一方端の円板状フランジの鍔部に、一方側のラジアル支持ばね３２の内径側の取付穴が固定され、フラッパ３０の他方端の円板状フランジの鍔部に、他方側のラジアル支持ばね３４の内径側の取付穴が固定される。

一方側のラジアル支持ばね３２と、他方側のラジアル支持ばね３４とは、外周縁と内径側の取付穴との間に複数の貫通穴を有し、これによって一方側気体室１７と中央空間部１５と他方側気体室１９との間が連通し、１つの連通空間を形成する。一方側のラジアル支持ばね３２、及び、他方側のラジアル支持ばね３４が軸方向の弾性変形が自在で軸周りの回転が抑制されるように、複数の貫通穴は軸周りの対称形に配置される。

一方側のラジアル支持ばね３２と他方側のラジアル支持ばね３４とは、取付位置が異なるのみで、同じ形状を有する。図２に、一方側のラジアル支持ばね３２の形状として３つの例を示す。図２（ａ）は、軸周りに対称に複数の部分円環状の貫通穴を配置する例である。（ｂ）と（ｃ）は、（ａ）の変形例であるが、複数の貫通穴の間の材料部分が軸周りに滑らかな屈曲形状を有する例である。滑らかな屈曲形状は、雲形に似ているので、（ｂ）と（ｃ）は、雲形ばねと呼ぶことができる。図２に示す形状によれば、外周縁を固定し、内径側の取付穴の部分に外力を与えると、軸方向には任意に弾性変形が可能であるが、軸周りに回転する弾性変形が拘束される。この形状を有する板ばねを一方側のラジアル支持ばね３２と他方側のラジアル支持ばね３４とに用いることで、フラッパ３０は、三方弁筐体１２に対し、軸方向に移動可能であるが、軸周りに回転することが抑制される。これによりフラッパ３０は、駆動機構４０によって軸方向に移動駆動されるとき、予期しない回転が抑制された直進移動軸として動作する。

かかる一方側のラジアル支持ばね３２と他方側のラジアル支持ばね３４は、弾性を有する金属薄板を所定の形状に成形したものが用いられる。金属薄板の例は、リン青銅、非磁性体鋼材等である。成形方法としては、エッチング加工、精密プレス加工等を用いる。

駆動機構４０は、一方側のラジアル支持ばね３２と他方側のラジアル支持ばね３４に支持されたフラッパ３０を軸方向に駆動する機構である。駆動機構４０は、三方弁筐体１２の内部空間である中央空間部１５に配置され、フラッパ３０に固定される永久磁石４４、及び三方弁筐体１２に固定される駆動コイルを含む可動磁石型のリニアアクチュエータである。

図３に駆動機構４０の構成と共に作動状態を示す。図１に示す駆動機構４０は中立状態にある。図３（ａ）における駆動機構４０は、フラッパ３０を他方側に移動駆動するときの作動状態を示し、（ｂ）は、フラッパ３０を一方側に移動駆動するときの作動状態を示す。駆動機構４０は、フラッパ３０に固定され内部に永久磁石４４を含む可動子ケース４２と、２つの駆動コイルであるＮ側コイル５０とＳ側コイル５２とを有する。図３では、Ｎ側コイル５０及びＳ側コイル５２に流れる駆動電流と、永久磁石４４からの磁束との協働作用を示すために、可動子ケース４２の内部におけるフラッパ３０の部分の図示を省略した。

可動子ケース４２は、内部にＮ側ヨーク４６、永久磁石４４、Ｓ側ヨーク４８の積層体を囲んで密閉するケース体で、非磁性体材料で構成され、円筒型で内径側にフラッパ３０に対する取付穴を有する。非磁性体材料としては、アルミニウム、非磁性体の鋼材等が用いられる。Ｎ側ヨーク４６、永久磁石４４、Ｓ側ヨーク４８は、接着等によって可動子ケース４２の内部に固定される。可動子ケース４２は、取付穴にフラッパ３０を圧入する等の手段によってフラッパ３０と一体化される。フラッパ３０の軸方向における可動子ケース４２の位置を定めるために、一方側のラジアル支持ばね３２と可動子ケース４２との間、可動子ケース４２と他方側のラジアル支持ばね３４との間にそれぞれ所定の軸方向長さを有するカラー部材が配置される。可動子ケース４２を密閉ケースとすることで、三方弁筐体１２に対し可動部品であるＮ側ヨーク４６、永久磁石４４、Ｓ側ヨーク４８からの発塵等が中央空間部１５に入り込むことによる気体の流れの汚染を防止できる。

永久磁石４４は、フラッパ３０に取付けられる内径穴を有する円環状形状で、厚さ方向について一方側がＮ極、他方側がＳ極に着磁される。Ｎ側ヨーク４６とＳ側ヨーク４８は、ともにフラッパ３０に取付けられる内径穴を有する円環状形状で、Ｎ側ヨーク４６は、永久磁石４４のＮ極側に積層されて配置され、Ｓ側ヨーク４８は永久磁石４４のＳ極側に積層されて配置される。

Ｎ側コイル５０とＳ側コイル５２は、可動子ケース４２の外周面に向い合って所定の間隔を空けて、中央筐体部１４に設けられる固定子ヨーク５４に当接して固定される駆動コイルである。Ｎ側コイル５０は、可動子ケース４２内のＮ側ヨーク４６に向い合い、フラッパ３０の軸周りに所定の巻数で巻回された円環状コイルである。Ｓ側コイル５２は、可動子ケース４２内のＳ側ヨーク４８に向い合い、フラッパ３０の軸周りに、Ｎ側コイル５０と同じ巻数で巻回された円環状コイルである。Ｎ側コイル５０とＳ側コイル５２とは、軸周りに互いに逆巻の関係の巻方向で巻回される。Ｎ側コイル５０の巻線の他方端とＳ側コイル５２の巻線の一方端とは互いに接続される。Ｎ側コイル５０の巻線の一方端と、Ｓ側コイル５２の巻線の他方端は、中央筐体部１４の信号線ポート２６から引き出されて外部の図示しない制御装置に接続される制御信号線２８となる。このように、Ｎ側コイル５０とＳ側コイル５２とは、互いに巻方向が逆巻の関係で直列接続されて２本の信号線が引き出される１つのコイル体として、中央筐体部１４に配置されて固定される固定子コイルである。

図３（ａ）と（ｂ）とでは、図示しない制御装置からの制御信号線２８の一方側の信号線からＮ側コイル５０とＳ側コイル５２を経由して他方側の信号線に戻る駆動電流の流れる方向が互いに逆向きである。円環状のＮ側コイル５０とＳ側コイル５２に流れる電流の向きを示すために、図３（ａ），（ｂ）の紙面に対し、手前側から向こう側に電流が流れるときを「丸印の中に黒丸」で示し、向こう側から手前側に電流が流れるときを「丸印の中にＸマーク」で示す。また、永久磁石４４のＮ極からＮ側ヨーク４６、固定子ヨーク５４、Ｓ側ヨーク４８を経由して永久磁石４４のＳ極に戻る磁束の流れを太線で示す。

図３（ａ）では、Ｎ側コイル５０に電流の流れる方向を軸周りに右ねじ方向とすると、その右ねじの進む方向が他方側で、Ｓ側コイル５２に電流の流れる方向を軸周りに右ねじ方向として、その右ねじの進む方向が一方側である。この電流の向きに、太線で示す永久磁石４４からの磁束が鎖交して発生する運動力ｆの方向は、フレミングの左手の法則に従い、Ｎ側コイル５０においてもＳ側コイルにおいても、軸方向に沿って一方側の方向である。Ｎ側コイル５０とＳ側コイル５２は中央筐体部１４に固定されているので、フラッパ３０は、ｆの方向と反対側の方向の反力Ｆを受け、軸方向に沿って他方側に移動駆動される。反力Ｆの方向を白抜矢印で示したが、フラッパ３０は、この白抜矢印の方向に移動駆動される。

図３（ｂ）では、図３（ａ）と電流の流れる向きが逆である。すなわち、Ｎ側コイル５０に電流の流れる方向を軸周りに右ねじ方向とすると、その右ねじの進む方向が一方側で、Ｓ側コイル５２に電流の流れる方向を右ねじ方向とすると、その右ねじの進む方向が他方側である。この電流の向きに、太線で示す永久磁石４４からの磁束が鎖交して発生する運動力ｆの方向は、フレミングの左手の法則に従い、Ｎ側コイル５０においてもＳ側コイルにおいても、軸方向に沿って他方側の方向である。Ｎ側コイル５０とＳ側コイル５２は中央筐体部１４に固定されているので、フラッパ３０は、ｆの方向と反対側の方向の反力Ｆを受け、軸方向に沿って一方側に移動駆動される。反力Ｆの方向を白抜矢印で示したが、フラッパ３０は、この白抜矢印の方向に移動駆動される。

このように、駆動機構４０は、可動磁石型のリニアアクチュエータである。この構成によって、可動線輪型のボイスコイルモータと異なり、コイルから引き出される制御信号線２８は三方弁筐体１２に固定されるので、フラッパ３０の軸方向移動による制御信号線２８の変形や損傷が生じない。

上記では、永久磁石４４の着磁方向について、一方側をＮ極、他方側をＳ極としたが、これを逆にしても構わない。その場合には、Ｎ側ヨーク４６とＳ側ヨーク４８の名称が入れ替わり、フラッパ３０の移動駆動方向が逆となる。また、上記では、Ｎ側コイル５０とＳ側コイル５２とについて、互いに巻方向を逆巻として直列接続したが、これは制御信号線２８を２本とする例示の説明である。制御信号線２８を４本用いて、Ｎ側コイル５０とＳ側コイル５２との巻線の巻方向を同じとし、制御装置側で駆動電流の方向をＮ側コイル５０とＳ側コイル５２の間で互いに逆としてもよい。

一方側のＯ字形ばね７０と他方側のＯ字形ばね７２とは、ノズルフラッパ型の三方弁１０の中立状態において、一方側のノズル６０及び他方側のノズル６４をフラッパ３０の両端側で完全に塞いで気体が漏れないゼロラップ動作を行うために用いられる。一方側のＯ字形ばね７０と他方側のＯ字形ばね７２とは、フラッパ３０への取付け方が異なるのみで基本構成は同じである。そこで、一方側のＯ字形ばね７０について、図４を用いてその構成を述べる。図４（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は上面図である。

一方側のＯ字形ばね７０は、端面板７４と、ノズル受板７６と、端面板とノズル受板とを向い合せながら、端面板７４の縁面とノズル受面７６の縁面とを湾曲形状で接続する弾性湾曲板７８とを含んで構成される。

端面板７４は、フラッパ３０の軸方向の一方端側の端面に取り付けられ、表面が平坦な円板である。おねじ部７５は、一方側のＯ字形ばね７０をフラッパ３０に取付けるための取付ねじである。

ノズル受板７６は、一方側のノズル６０の先端に向い合う表面が平坦なノズル受面を有する円板である。ノズル受板７６の直径は、一方側のノズル６０の気体噴出口６２の内径よりも大きく設定される。図４（ａ），（ｂ）に一方側のノズル６０を二点鎖線で示した。

弾性湾曲板７８は、側面の断面形状が略Ｏ字形をなすばね体であり、（ｂ）の側面図に示すように、端面板７４とノズル受板７６の２つの円板を湾曲形状の板ばねで接続したものである。弾性湾曲板７８は、端面板７４とノズル受板７６とが向い合う間隔を広げる方向の付勢力を与える。一方側のＯ字形ばね７０の自然状態における端面板７４とノズル受板７６とが向い合う間隔は、三方弁１０の中立状態において設定される端面板７４とノズル受板７６とが向い合う間隔よりも広い。他方側のＯ字形ばね７２についても同様である。したがって、三方弁１０の中立状態においては、一方側のノズル６０に一方側のＯ字形ばね７０のノズル受板７６が押し付けられ、他方側のノズル６４に他方側のＯ字形ばね７２のノズル受板７６が押し付けられる。これにより、三方弁１０の中立状態において、一方側のノズル６０及び他方側のノズル６４はフラッパ３０の両端側で完全に塞がれて気体が漏れないゼロラップ動作を行える。

上記構成の作用を図５の作動図を用いて説明する。図１に示す三方弁１０は、駆動機構４０が中立状態であり、一方側のラジアル支持ばね３２と他方側のラジアル支持ばね３４の復元力によってフラッパ３０が中立状態にある。図５（ａ）は、駆動機構４０の作動状態が図３（ａ）の場合であり、（ｂ）は、駆動機構４０の作動状態が図３（ｂ）の場合である。

図５（ａ）においては、図３（ａ）で述べたように、駆動機構４０の作用によってフラッパ３０は白抜矢印で示す反力Ｆを受けて、軸方向に沿って他方側に移動駆動される。これによって、一方側のラジアル支持ばね３２も他方側のラジアル支持ばね３４も、軸周りの回転を抑制しながら、他方側に向けて軸方向に変位する。一方側のＯ字形ばね７０は、一方側のノズル６０を押し付けることから解放され、ノズル受板７６と一方側のノズル６０の気体噴出口６２との間に間隔ΔＳ１が生じる。他方側のＯ字形ばね７２においては、フラッパ３０からの反力Ｆが弾性湾曲板７８の付勢力に打ち勝ち、弾性湾曲板７８が弾性変形して、ノズル受板７６を他方側のノズル６４に強く押し付ける。これにより、他方側のノズル６４の気体吸込口６６は完全に閉鎖される。

この状態においては、入力ポート２０と出力ポート２２とが間隔ΔＳ１を介して連通するので、入力ポート２０から供給される供給気体圧Ｐｓの気体が、間隔ΔＳ１の大きさに応じた制御気体圧Ｐｃに制御されて、出力ポート２２に出力される。排気ポート２４は他方側のＯ字形ばね７２によって完全に閉鎖されているので、制御気体圧Ｐｃの気体が漏れることがない。

図５（ｂ）においては、図３（ｂ）で述べたように、駆動機構４０の作用によってフラッパ３０は白抜矢印で示す反力Ｆを受けて、軸方向に沿って一方側に移動駆動される。これによって、一方側のラジアル支持ばね３２も他方側のラジアル支持ばね３４も、軸周りの回転を抑制しながら、一方側に向けて軸方向に変位する。他方側のＯ字形ばね７２は、他方側のノズル６４を押し付けることから解放され、ノズル受板７６と他方側のノズル６４の気体吸込口６６との間に間隔ΔＳ２が生じる。一方側のＯ字形ばね７０においては、フラッパ３０からの反力Ｆが弾性湾曲板７８の付勢力に打ち勝ち、弾性湾曲板７８が弾性変形して、ノズル受板７６を一方側のノズル６０に強く押し付ける。これにより、一方側のノズル６０の気体噴出口６２は完全に閉鎖される。

この状態においては、入力ポート２０は一方側のＯ字形ばね７０によって完全に閉鎖されているので、入力ポート２０と出力ポート２２とは遮断される。出力ポート２２と排気ポート２４とは間隔ΔＳ２を介して連通するので、出力ポート２２から図示しない負荷の気体が、間隔ΔＳ２の大きさに応じた排気圧Ｐｅに制御されて、排気ポート２４側に排気される。

上記のように、三方弁１０は、駆動機構４０の作動状態の切替によって、出力ポート２２へ制御気体圧Ｐｃの気体を供給し、あるいは、出力ポート２２から排気圧Ｐｅで排気ポート２４側に排気する給排気制御を行うことができる。

上記では、一方側のノズル６０と他方側のノズル６４を備える三方弁１０を述べたが、他方側のノズル６４を省略して二方弁とできる。図６は、ノズルフラッパ型の二方弁１００の構成図である。図１と比較して三方弁１０との相違点は、他方側のＯ字形ばね７２と他方側のノズル６４が省略され、二方弁筐体１０２は、中央筐体部１４と一方側筐体部１６が同じであるが、他方側筐体部１８は閉鎖型の他方側筐体部１０４となる点である。

ノズルフラッパ型の二方弁１００は、入力ポート２０と出力ポート２２とを有する。ノズルフラッパ型の二方弁１００においては、中立状態において入力ポート２０と出力ポート２２は遮断される。駆動機構４０を図３（ｂ）のように動作させて入力ポート２０と出力ポート２２の間を確実に遮断してもよい。また、駆動機構４０を図３（ａ）のように動作させることで、入力ポート２０から供給される供給気体圧Ｐｓの気体が、図５（ａ）で述べた間隔ΔＳ１の大きさに応じた制御気体圧Ｐｃに制御されて、出力ポート２２に出力される。

ノズルフラッパ型の二方弁１００が一般的なノズルフラッパ型の二方弁と異なる点として以下のことを挙げることができる。すなわち、駆動機構４０が可動磁石型のリニアアクチュエータであることと、一方側のＯ字形ばね７０を用いることで、中立状態において一方側のノズル６０とフラッパ３０の端面側とについてゼロラップ動作できることである。駆動機構４０の動作、一方側のＯ字形ばね７０の作用については、図１の三方弁１０について述べたのと同じ内容であるので、詳細な説明を省略する。

１０（ノズルフラッパ型の）三方弁、１２三方弁筐体、１４中央筐体部、１５中央空間部、１６一方側筐体部、１７一方側気体室、１８他方側筐体部、１９他方側気体室、２０入力ポート、２２出力ポート、２４排気ポート、２６信号線ポート、２８制御信号線、３０フラッパ、３２，３４ラジアル支持ばね、４０駆動機構、４２可動子ケース、４４永久磁石、４６Ｎ側ヨーク、４８Ｓ側ヨーク、５０Ｎ側コイル、５２Ｓ側コイル、５４固定子ヨーク、６０一方側のノズル、６２気体噴出口、６４他方側のノズル、６６気体吸込口、７０，７２Ｏ字形ばね、７４端面板、７５おねじ部、７６ノズル受板、７８弾性湾曲板、１００ノズルフラッパ型の二方弁、１０２二方弁筐体、１０４他方側筐体部。

Claims

供給気体圧を有する気体が供給される入力ポート、負荷に接続される出力ポート、及び排気装置に接続される排気ポートを有する三方弁筐体と、
三方弁筐体の内部空間において軸方向に配置されるフラッパと、
三方弁筐体の軸方向の一方端側の内壁面に外周縁が固定され、内径側にフラッパの軸方向の一方端側が固定される貫通穴付きの板ばねであって、軸方向の弾性変形が自在で軸周りの回転が抑制される一方側のラジアル支持ばねと、
三方弁筐体の軸方向の他方端側の内壁面に外周縁が固定され、内径側にフラッパの軸方向の他方端側が固定される貫通穴付きの板ばねであって、軸方向の弾性変形が自在で軸周りの回転が抑制される他方側のラジアル支持ばねと、
一方側のラジアル支持ばねと他方側のラジアル支持ばねの間の三方弁筐体の内部空間である中央空間部に配置される駆動機構であって、フラッパに固定される永久磁石、及び三方弁筐体に固定される駆動コイルを含む可動磁石型の駆動機構と、
一方側のラジアル支持ばねよりも軸方向に沿った一方側における三方弁筐体の内部空間である一方側気体室に設けられ、入力ポートに接続され、フラッパの軸方向の一方端側に向い合う気体噴出口を有する一方側のノズルと、
他方側のラジアル支持ばねよりも軸方向に沿った他方側における三方弁筐体の内部空間である他方側気体室に設けられ、排気ポートに接続され、フラッパの軸方向の他方端側に向い合う気体吸込口を有する他方側のノズルと、
フラッパの軸方向の一方端に設けられ、中立状態において一方側のノズルの先端に押し付けられるノズル受面を有する一方側のＯ字形ばねと、
フラッパの軸方向の他方端に設けられ、中立状態において他方側のノズルの先端に押し付けられるノズル受面を有する他方側のＯ字形ばねと、
を備えることを特徴とするノズルフラッパ型の三方弁。
請求項１に記載のノズルフラッパ型の三方弁において、
Ｏ字形ばねは、
フラッパの軸方向端面に取り付けられる端面板と、
ノズルの先端に向い合うノズル受面を有するノズル受板と、
端面板とノズル受板とを向い合せながら、端面板の縁面とノズル受面の縁面とを湾曲形状で接続する弾性湾曲板であって、端面板とノズル受板とが向い合う間隔を広げる方向の付勢力を与える弾性湾曲板と、
を含むことを特徴とするノズルフラッパ型の三方弁。
請求項１に記載のノズルフラッパ型の三方弁において、
駆動機構は、
フラッパに取り付けられ、軸方向に着磁された円環状の永久磁石と、
フラッパに取り付けられ、永久磁石のＮ極側に設けられる円環状のＮ側ヨークと、
フラッパに取り付けられ、永久磁石のＳ極側に設けられる円環状のＳ側ヨークと、
フラッパに取り付けられ、Ｎ側ヨークと永久磁石とＳ側ヨークとを密閉して囲む円筒型の可動子ケースと、
可動子ケースの外周面に向い合って所定の間隔を空けて三方弁の筐体に固定され、Ｎ側ヨークに向い合うＮ側コイルと、
可動子ケースの外周面に向い合って所定の間隔を空けて三方弁の筐体に固定され、Ｓ側ヨークに向い合うＳ側コイルであって、軸周りにＮ側コイルと逆巻で巻回されてＮ側コイルと直列接続されたＳ側コイルと、
を含むことを特徴とするノズルフラッパ型の三方弁。
供給気体圧を有する気体が供給される入力ポート、及び負荷に接続される出力ポートを有する二方弁筐体と、
二方弁筐体の内部空間において軸方向に配置されるフラッパと、
二方弁筐体の軸方向の一方端側の内壁面に外周縁が固定され、内径側にフラッパの軸方向の一方端側が固定される貫通穴付きの板ばねであって、軸方向の弾性変形が自在で軸周りの回転が抑制される一方側のラジアル支持ばねと、
二方弁筐体の軸方向の他方端側の内壁面に外周縁が固定され、内径側にフラッパの軸方向の他方端側が固定される貫通穴付きの板ばねであって、軸方向の弾性変形が自在で軸周りの回転が抑制される他方側のラジアル支持ばねと、
一方側のラジアル支持ばねと他方側のラジアル支持ばねの間の二方弁筐体の内部空間である中央空間部に配置される駆動機構であって、フラッパに固定される永久磁石、及び二方弁筐体に固定される駆動コイルを含む可動磁石型の駆動機構と
一方側のラジアル支持ばねよりも軸方向に沿った一方側における二方弁筐体の内部空間である一方側気体室に設けられ、入力ポートに接続され、フラッパの軸方向の一方端側に向い合う気体噴出口を有する一方側のノズルと、
フラッパの軸方向の一方端に設けられ、中立状態において一方側のノズルの先端に押し付けられるノズル受面を有する一方側のＯ字形ばねと、
を備えることを特徴とするノズルフラッパ型の二方弁。