JP7089739B2 - Controller - Google Patents

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Description

この発明は、流体の流量を制御できる制御器に関し、特に、高圧流体を使用する際に適した制御器に関する。 The present invention relates to a controller capable of controlling the flow rate of the fluid, and more particularly to a controller suitable when using a high pressure fluid.

高圧流体を使用する際に適した制御器として、特許文献1には、ニードル弁部を備えるバルブと、ニードル弁部を駆動させる制御部として空気圧で制御する電空アクチュエータを備える制御器が開示されている。 As a controller suitable for using a high-pressure fluid, Patent Document 1 discloses a controller including a valve provided with a needle valve portion and a controller including an electropneumatic actuator controlled by air pressure as a control unit for driving the needle valve portion. ing.

特許文献2には、ニードル部を備え、駆動機構としてモータを使用している制御器が開示されている。 Patent Document 2 discloses a controller including a needle portion and using a motor as a drive mechanism.

国際公開公報WO2015/029866号公報International Publication WO 2015/029866 特開2017-227265号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-227265

特許文献1および特許文献2に記載の制御器は、弁部にニードル型の弁部を使用している。ニードル型の弁部を有するバルブは、弁部の移動距離であるストロークが長いので、流体の流量をきめ細かく制御することができるという長所を有している。 The controllers described in Patent Document 1 and Patent Document 2 use a needle-type valve portion for the valve portion. A valve having a needle-type valve has an advantage that the flow rate of the fluid can be finely controlled because the stroke, which is the moving distance of the valve, is long.

しかしながら、ストロークが長い分、制御器の大きさは必然的に大きくなってしまい、小型の制御器の要望に対しては対応することができない。 However, since the stroke is long, the size of the controller is inevitably large, and it is not possible to meet the demand for a small controller.

特許文献1に記載の制御器の駆動機構は、電空アクチュエータである。電空アクチュエータは、大きな推力を得ることができるという長所を有している。 The drive mechanism of the controller described in Patent Document 1 is an electropneumatic actuator. The electropneumatic actuator has an advantage that a large thrust can be obtained.

しかしながら、電空アクチュエータでは、制御器の中を流れる流体の圧力によって電空アクチュエータの推力が変動され、弁の開度が変動してしまうため、特に高圧流体を制御する際には、弁の開度を一定に保ち続けることができないという欠点を有している。 However, in the electropneumatic actuator, the thrust of the electropneumatic actuator fluctuates due to the pressure of the fluid flowing in the controller, and the opening degree of the valve fluctuates. It has the disadvantage that the degree cannot be kept constant.

特許文献2に記載の制御器の駆動機構は、ステッピングモータである。ステッピングモータは、パルス数で制御されるので、弁の開度を一定に保つことができるという長所を有している。 The drive mechanism of the controller described in Patent Document 2 is a stepping motor. Since the stepping motor is controlled by the number of pulses, it has an advantage that the opening degree of the valve can be kept constant.

しかしながら、ステッピングモータは、モータ軸にかかるスラスト力に対する抵抗力が小さいため高圧流体の圧力に耐えることはできない。 However, the stepping motor cannot withstand the pressure of the high-pressure fluid because the resistance to the thrust force applied to the motor shaft is small.

高圧流体を制御する小型制御器を得るためには、弁体としてダイヤフラム弁が好ましく駆動機構としてステッピングモータを使用することが良いと考えられるが、ダイヤフラム弁はストロークが小さいので、きめ細かな制御をするには必ずしも好ましいとはいえない。 In order to obtain a small controller that controls high-pressure fluid, it is considered that a diaphragm valve is preferable as a valve body and a stepping motor is used as a drive mechanism. However, since the diaphragm valve has a small stroke, fine control is performed. Is not always preferable.

駆動機構としてステッピングモータを利用することは、制御器を流れる流体の圧力によって、弁の開度が影響を受けないため好ましいが、ステッピングモータのモータ軸が流体の高い圧力に耐えられることが出来ないので、ステッピングモータをそのままの形で使用することはできない。 It is preferable to use a stepping motor as a drive mechanism because the valve opening is not affected by the pressure of the fluid flowing through the controller, but the motor shaft of the stepping motor cannot withstand the high pressure of the fluid. Therefore, the stepping motor cannot be used as it is.

この発明の目的は、高圧流体の流量を精度よく制御することができる小型の制御器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a small controller capable of accurately controlling the flow rate of a high pressure fluid.

本発明(1)は、流体通路が設けられた弁箱と、前記弁箱に設けられた環状の弁座に当接または離間することで前記流体通路を開閉するダイヤフラムと、位置を変更することで前記ダイヤフラムを開または閉方向に変形させる弁棒と、前記弁棒の位置を移動させる駆動装置とを備えており、前記駆動装置の作動軸と前記弁棒との間に、前記作動軸にかかる力を増幅して前記弁棒に伝達し前記ダイヤフラムを開閉する動力伝達装置が設けられており、前記駆動装置は、ステッピングモータによって前記作動軸の位置を調整するものであることを特徴とする制御器である。 The present invention (1) changes the positions of a valve box provided with a fluid passage and a diaphragm that opens and closes the fluid passage by contacting or separating from an annular valve seat provided in the valve box. A valve rod that deforms the diaphragm in the opening or closing direction and a driving device that moves the position of the valve rod are provided, and the operating shaft is located between the operating shaft of the driving device and the valve rod. A power transmission device that amplifies such a force and transmits it to the valve rod to open and close the diaphragm is provided, and the drive device is characterized in that the position of the operating shaft is adjusted by a stepping motor. It is a controller.

本発明(1)は、駆動装置の作動軸と前記弁棒との間に、作動軸にかかる力を増幅して弁棒に伝達する動力伝達装置が設けられているので、弁部がストロークの小さなダイヤフラムであっても動力伝達装置によって作動軸のストロークを増幅できるので、制御器の内部を流れる流体の流量を精度よく制御することができる。 In the present invention (1), since a power transmission device is provided between the operating shaft of the drive device and the valve rod, the force applied to the operating shaft is amplified and transmitted to the valve rod, so that the valve portion has a stroke. Even with a small diaphragm, the stroke of the operating shaft can be amplified by the power transmission device, so the flow rate of the fluid flowing inside the controller can be controlled accurately.

また、本発明(1)は、駆動機構としてステッピングモータを使用しているが、作動軸にかかる力を増幅して弁棒に伝達する動力伝達装置が設けられているので、ステッピングモータのモータ軸にかかる力を動力伝達装置の増幅率に反比例して小さくすることができる。動力伝達装置のこの作用によって、高圧流体の流量を制御する制御器の駆動機構としてステッピングモータを使用することができる。 Further, although the present invention (1) uses a stepping motor as a drive mechanism, a power transmission device that amplifies the force applied to the operating shaft and transmits the force to the valve rod is provided, so that the motor shaft of the stepping motor is provided. The force applied to the power transmission device can be reduced in inverse proportion to the amplification factor of the power transmission device. This action of the power transmission device allows the stepper motor to be used as the drive mechanism of the controller that controls the flow rate of the high pressure fluid.

動力伝達装置は、例えば、ケーシングと、作動軸に設けられた円錐状の第1ローラ受け部材と、弁棒に 設けられた第2ローラ受け部材と、両ローラ受け部材の間に配置された一対のローラ支持体と、第1ローラ受け部材に設けられたテーパ面に当接する一対の転動ローラと、第2ローラ受け部材のローラ受け面に当接する一対の押えローラとを備え、各ローラ支持体が、押えローラの軸線に対して第1ローラ受け部材の軸線側に寄った軸を中心として揺動しうるようにケーシングに支持されているもの(増幅型の動力伝達装置の1例)とされる。増幅型とすることで、推力を小さくすることができ、制御器を小型化することができる。 The power transmission device is, for example, a pair arranged between the casing, the conical first roller receiving member provided on the operating shaft, the second roller receiving member provided on the valve rod, and both roller receiving members. Roller support, a pair of rolling rollers that come into contact with the tapered surface provided on the first roller receiving member, and a pair of pressing rollers that come into contact with the roller receiving surface of the second roller receiving member, and support each roller. The body is supported by the casing so that it can swing around the axis closer to the axis side of the first roller receiving member with respect to the axis of the presser roller (an example of an amplification type power transmission device). Will be done. By adopting the amplification type, the thrust can be reduced and the controller can be miniaturized.

この制御器は、種々の用途に使用できるが、特に、流体として高圧流体を使用し、微小なストロークの制御が必要な場合に使用するのに適している。 This controller can be used for various purposes, but is particularly suitable for use when a high pressure fluid is used as the fluid and minute stroke control is required.

増幅型の動力伝達装置を使用することによって、高圧に抗して弁棒を移動させることが可能なだけでなく、小さなストロークでも分解能を大きくできるので、弁棒の微小な移動量の制御が可能となる。そして、この動力伝達装置とステッピングモータによって流体通路を流れる流体の流量に基づいて作動軸の位置を調整する駆動装置とを組み合わせることで、高圧流体の精度のよい流量の制御が可能となる。これにより、従来実現できていなかった精度のよい制御器(高圧流体用流量調整弁)が得られる。 By using an amplified power transmission device, not only is it possible to move the valve stem against high voltage, but also the resolution can be increased even with a small stroke, so it is possible to control the minute amount of movement of the valve stem. Will be. By combining this power transmission device with a drive device that adjusts the position of the operating shaft based on the flow rate of the fluid flowing through the fluid passage by the stepping motor, it is possible to control the flow rate of the high-pressure fluid with high accuracy. As a result, a highly accurate controller (flow rate adjusting valve for high-pressure fluid), which has not been realized in the past, can be obtained.

本発明(2)は、前記流体通路が、前記弁座に囲まれた開口を有し前記ダイヤフラムの中央部に臨まされた中央通路と、前記弁座の径方向外側に開口を有し前記ダイヤフラムの外周縁部近傍に臨まされた外側通路とを有しており、前記外側通路が前記流体の入口通路とされ、前記中央通路が前記流体の出口通路とされていることを特徴とする本発明(1)に記載の制御器である。 In the present invention (2), the fluid passage has a central passage having an opening surrounded by the valve seat and facing the central portion of the diaphragm, and the diaphragm having an opening on the radial outer side of the valve seat. The present invention is characterized in that it has an outer passage facing the vicinity of the outer peripheral edge portion of the above, the outer passage is a inlet passage for the fluid, and the central passage is an outlet passage for the fluid. The controller according to (1).

従来、中央通路が入口通路に、外側通路が出口通路に使用されていたのに対し、外側通路が入口通路に、中央通路が出口通路に使用され、このようにすることで、高圧流体であっても、流体通路が急激に開になることが防止される。 Conventionally, the central passage is used for the entrance passage and the outer passage is used for the exit passage, whereas the outer passage is used for the entrance passage and the central passage is used for the exit passage. However, it prevents the fluid passage from opening suddenly.

本発明(3)は、前記中央通路の径が前記外側通路の径以下とされていることを特徴とする本発明(2)に記載の制御器である。 The present invention (3) is the controller according to the present invention (2), wherein the diameter of the central passage is equal to or less than the diameter of the outer passage.

従来、中央通路および外側通路は、流量を多くするために、大きな径とされており、中央通路の径と外側通路の径とは、ほぼ同じ大きさとされていた。これに対し、出口通路である中央通路の径を小さくすることで、Cv値が例えば0.035という値とすることができ、こうして、従来実現できていなかったCv値が0.0005~0.035でかつダイヤフラムストロークが0.002~0.2mmである制御器を得ることができる。 Conventionally, the central passage and the outer passage have a large diameter in order to increase the flow rate, and the diameter of the central passage and the diameter of the outer passage are almost the same. On the other hand, by reducing the diameter of the central passage, which is the exit passage, the Cv value can be set to, for example, 0.035, and thus the Cv value, which has not been realized in the past, is 0.0005 to 0. A controller with 035 and a diaphragm stroke of 0.002 to 0.2 mm can be obtained.

この発明の制御器によると、増幅型の動力伝達装置を使用することで、高圧に耐えることができる小型の制御器であって、かつ、ステッピングモータを使用した駆動装置を用いることにより制御器を流れる高圧流体の圧力の変動に影響を受けることなく弁の開度を一定に保つことができる制御器を得ることができる。 According to the controller of the present invention, it is a small controller that can withstand high voltage by using an amplification type power transmission device, and a controller by using a drive device using a stepping motor. It is possible to obtain a controller that can keep the valve opening constant without being affected by fluctuations in the pressure of the flowing high-pressure fluid.

この発明による制御器の1実施形態を示す一部縦断面図で、流体通路が開の状態を示す。A partial vertical cross-sectional view showing one embodiment of the controller according to the present invention shows a state in which the fluid passage is open. 図1から弁棒を移動させて流体通路が閉となった状態を示す図である。It is a figure which shows the state which the valve rod is moved from FIG. 1 and the fluid passage is closed. 従来の駆動機構として電空アクチュエータを用いたときの、供給圧力とバルブ推力およびバルブストロークの関係を示す。The relationship between the supply pressure, valve thrust and valve stroke when an electropneumatic actuator is used as a conventional drive mechanism is shown. 駆動機構としてステッピングモータを用いたときの、ステッピングモータ押し出し量とバルブ推力およびバルブストロークの関係を示す。The relationship between the stepping motor extrusion amount, the valve thrust, and the valve stroke when a stepping motor is used as the drive mechanism is shown.

以下の説明において、上下および左右は図の上下および左右をいうものとする。この上下左右は、便宜的なもので、制御器の設置に際しては、上下が逆になったり、上下が水平になったりすることがある。同様に、左右についても逆になったりすることがある。 In the following description, top and bottom and left and right refer to the top and bottom and left and right of the figure. The top, bottom, left, and right are for convenience, and when installing the controller, the top and bottom may be upside down or the top and bottom may be horizontal. Similarly, the left and right may be reversed.

図1および図2は、この発明の制御器を示しており、制御器1は、弁本体2と、駆動装置3と、弁本体2と駆動装置3との間に設けられた動力伝達装置4とを備えている。 1 and 2 show the controller of the present invention, wherein the controller 1 is a power transmission device 4 provided between a valve body 2, a drive device 3, and a valve body 2 and a drive device 3. And have.

弁本体2は、第1および第2流体通路12,13が形成された弁箱11と、流体通路12,13間の連通を開閉するダイヤフラム14と、ダイヤフラム14を開または閉方向に変形させる弁棒15と、ナット17によって弁箱11に取り付けられたボンネット16とを有している。 The valve body 2 includes a valve box 11 in which the first and second fluid passages 12 and 13 are formed, a diaphragm 14 that opens and closes communication between the fluid passages 12 and 13, and a valve that deforms the diaphragm 14 in the opening or closing direction. It has a rod 15 and a bonnet 16 attached to the valve box 11 by a nut 17.

弁箱11は、SUS316L製が好ましく、上方に向かって開口した凹所11aを有している。第1流体通路12は、右方に開口する大径通路12aと、大径通路12aの左端部に連なり、かつ大径通路12aよりも小径で凹所11aの底面中央部に開口している中央通路12bとからなる。第2流体通路13は、左方に開口する大径通路13aと、大径通路13aの右端部に連なり、かつ大径通路13aよりも小径で凹所11aの底面左部に開口している外側通路13bとからなる。 The valve box 11 is preferably made of SUS316L and has a recess 11a that opens upward. The first fluid passage 12 is connected to the large-diameter passage 12a opening to the right and the left end of the large-diameter passage 12a, and has a smaller diameter than the large-diameter passage 12a and is open to the center of the bottom surface of the recess 11a. It consists of a passage 12b. The second fluid passage 13 is connected to the large-diameter passage 13a that opens to the left and the right end of the large-diameter passage 13a, and has a smaller diameter than the large-diameter passage 13a and is open to the left side of the bottom surface of the recess 11a. It consists of a passage 13b.

流体は、第2流体通路13の大径通路13aから流入し、第1流体通路12の大径通路12aから流出させられる。 The fluid flows in from the large-diameter passage 13a of the second fluid passage 13 and is discharged from the large-diameter passage 12a of the first fluid passage 12.

弁箱11には、第1流体通路12の中央通路12bの開口を囲むように、環状の弁座18が設けられている。弁座18が上方に突出していることで、弁箱11における弁座18の外周には、第2流体通路13の外側通路13bに連通している環状通路11bが形成されている。 The valve box 11 is provided with an annular valve seat 18 so as to surround the opening of the central passage 12b of the first fluid passage 12. Since the valve seat 18 projects upward, an annular passage 11b communicating with the outer passage 13b of the second fluid passage 13 is formed on the outer periphery of the valve seat 18 in the valve box 11.

ダイヤフラム14は、金属製が好ましく、球殻状とされており、上に凸の円弧状が自然状態となっている。ダイヤフラム14は、その周縁部が弁箱11の凹所11a底面の突出状の外周縁部に支持されて、上から押さえアダプタ19に押圧されることで、弁箱11に固定されている。ダイヤフラム14の中央部は、弁棒15の下端部に固定されたディスク20によって下方に押圧されており、ディスク20の上下位置を調整することにより、所定の開度とされた開位置に保持される。制御器1は、この実施形態では、常時開型とされており、駆動装置3を作動させた際に、ダイヤフラム14の中央部が弁座18に強く押し付けられる閉状態が得られるようになされている。 The diaphragm 14 is preferably made of metal and has a spherical shell shape, and the upward convex arc shape is in a natural state. The diaphragm 14 is fixed to the valve box 11 by being supported by the protruding outer peripheral edge portion of the bottom surface of the recess 11a of the valve box 11 and being pressed by the pressing adapter 19 from above. The central portion of the diaphragm 14 is pressed downward by the disc 20 fixed to the lower end portion of the valve stem 15, and is held at an open position having a predetermined opening by adjusting the vertical position of the disc 20. To. In this embodiment, the controller 1 is always open, and when the drive device 3 is operated, the central portion of the diaphragm 14 is strongly pressed against the valve seat 18 to obtain a closed state. There is.

ダイヤフラム14は、例えば、ニッケル合金薄板からなるものとされ、円形に切り抜き、中央部を上方へ膨出させた球殻状に形成される。ダイヤフラム14は、ステンレス鋼薄板からなるものや、ステンレス鋼薄板とニッケル・コバルト合金薄板との積層体よりなるものとされることがある。 The diaphragm 14 is made of, for example, a nickel alloy thin plate, cut out in a circular shape, and formed in a spherical shell shape with a central portion bulging upward. The diaphragm 14 may be made of a stainless steel thin plate or a laminate of a stainless steel thin plate and a nickel-cobalt alloy thin plate.

弁箱11は、凍結防止などのために、ヒータによって加熱可能とされる場合がある。 The valve box 11 may be heated by a heater in order to prevent freezing.

駆動装置3は、ステッピングモータ31を用いている。ステッピングモータ31の下端にはモータ軸32が突出し、モータ軸32は、連結部33と連結されている。連結部32は、モータ軸32の回転運動を直線運動に変換するものであり、連結部33の下方に接続しているロッド26はモータ軸32の回転にともなって下方または上方に移動する。ロッド26の下端面は、作動軸43の上端面と接触しているので、ロッド26が下方に移動すると、作動軸43を下向きに押圧する。 The drive device 3 uses a stepping motor 31. A motor shaft 32 projects from the lower end of the stepping motor 31, and the motor shaft 32 is connected to the connecting portion 33. The connecting portion 32 converts the rotational motion of the motor shaft 32 into a linear motion, and the rod 26 connected below the connecting portion 33 moves downward or upward with the rotation of the motor shaft 32. Since the lower end surface of the rod 26 is in contact with the upper end surface of the operating shaft 43, when the rod 26 moves downward, the operating shaft 43 is pressed downward.

動力伝達装置4は、ケーシング41内に収められた増幅機構42を有しており、増幅機構42は、駆動装置3によって上下移動させられる作動軸43と、作動軸43の下端部に一体に設けられた円錐状の第1ローラ受け部材44と、弁棒15の上面に支持されて弁棒15と一体で上下移動する第2ローラ受け部材45と、両ローラ受け部材44,45の間に配置された一対のローラ支持体46と、各ローラ支持体46に転動可能に支持されて第1ローラ受け部材44に設けられたテーパ面44aに当接する一対の転動ローラ47と、各ローラ支持体46に転動可能に支持されて第2ローラ受け部材45の水平状のローラ受け面45aに当接する一対の押えローラ48とを備えている。 The power transmission device 4 has an amplification mechanism 42 housed in a casing 41, and the amplification mechanism 42 is integrally provided at the lower end portion of the working shaft 43 and the working shaft 43 which is moved up and down by the driving device 3. Arranged between the conical first roller receiving member 44, the second roller receiving member 45 supported on the upper surface of the valve rod 15 and moving up and down integrally with the valve rod 15, and both roller receiving members 44, 45. A pair of roller supports 46, a pair of rolling rollers 47 that are rotatably supported by each roller support 46 and abut on the tapered surface 44a provided on the first roller receiving member 44, and each roller support. It is provided with a pair of pressing rollers 48 that are rotatably supported by the body 46 and come into contact with the horizontal roller receiving surface 45a of the second roller receiving member 45.

各ローラ支持体46は、押えローラ48の軸線に対して第1ローラ受け部材44の軸線がわに寄った軸線を有するようにケーシング41に支持された偏心軸49を中心として揺動しうるようになされている。 Each roller support 46 can swing about an eccentric shaft 49 supported by the casing 41 so as to have an axis in which the axis of the first roller receiving member 44 is closer to the axis of the presser roller 48. It has been done.

この動力伝達装置4において、作動軸43にかかる力をF、第1ローラ受け部材44のテーパ面44aの半角をαとすると、転動ローラ47にはテーパ面44aに対して直角方向に力が働き、前後いずれか一方の転動ローラ47に働くこの力Gは、G=F÷2Sinαとなる。 In this power transmission device 4, assuming that the force applied to the operating shaft 43 is F and the half angle of the tapered surface 44a of the first roller receiving member 44 is α, the rolling roller 47 has a force in the direction perpendicular to the tapered surface 44a. This force G that works and acts on one of the front and rear rolling rollers 47 is G = F ÷ 2Sinα.

転動ローラ47に働く力Gは、ローラ支持体46および押えローラ48を介して第2ローラ受け部材45に伝達される。 The force G acting on the rolling roller 47 is transmitted to the second roller receiving member 45 via the roller support 46 and the pressing roller 48.

偏心軸49の軸線と転動ローラ47の軸線との距離をC、転動ローラ軸47の軸線と偏心軸49の軸線を結ぶ線と第1ローラ受け部材44のテーパ面44aとのなす角をγ、押えローラ48の軸線と偏心軸49の軸線との水平距離をδ、左右いずれか一方の押えローラ48が第2ローラ受け部材45を押す下向きの力をNとすると、N×δ=G×Cosγ×Cが成り立つ。したがって、左右両方の押えローラ48が第2ローラ受け部材45を押す下向きの力、すなわち弁棒15を押す下向きの力は、2N=F×Cosγ×C÷Sin α÷δとなり、α、γ、δおよびCを適当な値とすることにより、任意の増幅率(Cosγ×C÷Sin α÷δ)により作動軸43にかかる力を弁棒15に増幅して伝達することができる。 The distance between the axis of the eccentric shaft 49 and the axis of the rolling roller 47 is C, and the angle between the line connecting the axis of the rolling roller shaft 47 and the axis of the eccentric shaft 49 and the tapered surface 44a of the first roller receiving member 44 is set. γ, where the horizontal distance between the axis of the presser roller 48 and the axis of the eccentric axis 49 is δ, and the downward force of either the left or right presser roller 48 pushing the second roller receiving member 45 is N, N × δ = G. × Cosγ × C holds. Therefore, the downward force that both the left and right presser rollers 48 push the second roller receiving member 45, that is, the downward force that pushes the valve rod 15, is 2N = F × Cosγ × C ÷ Sin α ÷ δ, and α, γ, By setting δ and C to appropriate values, the force applied to the operating shaft 43 can be amplified and transmitted to the valve rod 15 by an arbitrary amplification factor (Cosγ × C ÷ Sin α ÷ δ).

例えば、α=40°、γ=25°、C=12.5、δ=1.5とすると、増幅率は約12倍となり、12倍程度の大きな力でダイヤフラム14を押さえることができ、例えば、圧力が20MPa程度の場合、3000Nの力が必要となるが、これの1/12の力で流量を制御することができる。したがって、高圧の流体であっても、流体によってダイヤフラム14が持ち上げられて、設定値を超えて流体が流入して流出することが防止される。 For example, if α = 40 °, γ = 25 °, C = 12.5, and δ = 1.5, the amplification factor becomes about 12 times, and the diaphragm 14 can be pressed with a large force of about 12 times, for example. When the pressure is about 20 MPa, a force of 3000 N is required, but the flow rate can be controlled by a force of 1/12 of this. Therefore, even if the fluid has a high pressure, the diaphragm 14 is lifted by the fluid, and the fluid is prevented from flowing in and out in excess of the set value.

上記において、図1および図2のうち、図1は、開状態を示している。増幅機構41は、前後に前側リテーナ板50と後側リテーナ板51によって挟まれて挟持されている。前側リテーナ板50は、図面では切り欠かれて図示されているので、左側の増幅機構42が見えるように示されている。連結部33の下面からのロッド26の下方突出量が相対的に小さく、これに伴い、作動軸43が上方位置にあることで、ローラ支持体46の上端部同士が接近しており、第2ローラ受け部材45が上方に位置している。図2は、閉状態を示しており、連結部33の下面からのロッド26の下方突出量が相対的に大きく、これに伴い、作動軸43が下方位置にあることで、ローラ支持体46の上端部同士が離隔しており、第2ローラ受け部材45が下方に位置している。図1および図2の比較から、作動軸43の大きなストロークに対して、弁棒15およびディスク20のストロークの動きを微小なものとできることが分かる。 In the above, of FIGS. 1 and 2, FIG. 1 shows an open state. The amplification mechanism 41 is sandwiched between the front retainer plate 50 and the rear retainer plate 51 in the front-rear direction. Since the front retainer plate 50 is notched and illustrated in the drawing, the amplification mechanism 42 on the left side is shown so as to be visible. The amount of downward protrusion of the rod 26 from the lower surface of the connecting portion 33 is relatively small, and the operating shaft 43 is in the upper position accordingly, so that the upper ends of the roller supports 46 are close to each other. The roller receiving member 45 is located above. FIG. 2 shows a closed state, in which the amount of downward protrusion of the rod 26 from the lower surface of the connecting portion 33 is relatively large, and the operating shaft 43 is in the downward position accordingly, so that the roller support 46 The upper ends are separated from each other, and the second roller receiving member 45 is located below. From the comparison of FIGS. 1 and 2, it can be seen that the movement of the strokes of the valve stem 15 and the disc 20 can be made small with respect to the large stroke of the operating shaft 43.

ここで、従来の制御器では、第1流体通路12が入口通路に、第2流体通路13が出口通路になされているのに対し、上記制御器1では、第2流体通路13が入口通路に、第1流体通路12が出口通路として使用されている。これにより、従来の制御器では、第1流体通路12の中央通路12bの開口が臨まされているダイヤフラム14の中央部(小面積の部分)に高圧が掛かり、開の状態となった場合に、第2流体通路13の外側通路13bの開口が環状通路11bを介して臨まされているダイヤフラム14の外周部(大面積の部分)へ一気に高圧の流体が流入して流体通路が急激に開となり、所定の流量に調整できなくなるのに対し、上記制御器1では、ダイヤフラム14の外周部(大面積の部分)で常時圧力を受けて流量を調整しているために、高圧流体であっても、流体通路が急激に開になり、一気に流体が流入して所定の流量に調整できなくなることが防止される。 Here, in the conventional controller, the first fluid passage 12 is an inlet passage and the second fluid passage 13 is an outlet passage, whereas in the controller 1, the second fluid passage 13 is an inlet passage. , The first fluid passage 12 is used as an outlet passage. As a result, in the conventional controller, when a high pressure is applied to the central portion (small area portion) of the diaphragm 14 facing the opening of the central passage 12b of the first fluid passage 12, and the control is opened. A high-pressure fluid suddenly flows into the outer peripheral portion (large area portion) of the diaphragm 14 in which the opening of the outer passage 13b of the second fluid passage 13 faces through the annular passage 11b, and the fluid passage is suddenly opened. In contrast to the controller 1, which cannot be adjusted to a predetermined flow rate, the controller 1 constantly receives pressure at the outer peripheral portion (large area portion) of the diaphragm 14 to adjust the flow rate, so that even a high-pressure fluid can be adjusted. It is prevented that the fluid passage is suddenly opened and the fluid flows in at once and cannot be adjusted to a predetermined flow rate.

流体が高圧の場合、弁棒15およびディスク20の僅かな上下移動量で、流量が大きく変化するが、上記制御器1では、動力伝達装置4に設けられている増幅機構42によって、増幅率によって設定される大きな力で高圧に抗して弁棒15を移動させてダイヤフラム14を下方に押圧することに加えて、弁棒15およびディスク20の上下移動量が駆動装置のロッド26の上下移動量の1/増幅率に小さくなるため、精度の高い制御が可能となる。 When the fluid has a high pressure, the flow rate changes greatly with a slight vertical movement of the valve stem 15 and the disk 20, but in the controller 1, the amplification mechanism 42 provided in the power transmission device 4 changes the flow rate depending on the amplification factor. In addition to moving the valve stem 15 against the high pressure with a large set force to press the diaphragm 14 downward, the vertical movement amount of the valve stem 15 and the disk 20 is the vertical movement amount of the rod 26 of the drive device. Since it is reduced to 1 / amplification factor of, highly accurate control is possible.

図3は、従来の駆動装置として電空レギュレータを用いたときの、電空レギュレータに供給する気体の供給圧力とバルブ推力およびバルブストロークとの関係を示すグラフである。一方、図4は本発明の駆動装置としてステッピングモータ31を用いたときの、ステッピングモータによる押し出し量とバルブ推力およびバルブストロークとの関係を示すグラフである。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the supply pressure of the gas supplied to the electropneumatic regulator, the valve thrust, and the valve stroke when the electropneumatic regulator is used as the conventional drive device. On the other hand, FIG. 4 is a graph showing the relationship between the push-out amount by the stepping motor, the valve thrust, and the valve stroke when the stepping motor 31 is used as the drive device of the present invention.

図3を見ると、供給圧力を0.4MPaから順次上げていくと、バルブ推力は徐々に増加し、供給圧力0.48MPa以降は一定となる。バルブ推力は一定でないので、バルブストロークも直線状にはなっていない。このように従来の高圧流体制御器に用いられていた電空レギュレータによると、供給圧力と開度に影響するバルブストロークが直線的に制御できないため精密な制御ができない。 Looking at FIG. 3, when the supply pressure is gradually increased from 0.4 MPa, the valve thrust gradually increases and becomes constant after the supply pressure of 0.48 MPa. Since the valve thrust is not constant, the valve stroke is not linear either. As described above, according to the electropneumatic regulator used in the conventional high-pressure fluid controller, the valve stroke that affects the supply pressure and the opening degree cannot be linearly controlled, so that precise control cannot be performed.

図4を見ると、ステッピングモータの押し出し量を1mmから3mmまで順次上げていっても、バルブ推力は3000Nで一定となっている。バルブ推力が一定なので、バルブストロークが直線状に変化する。このようにステッピングモータを駆動装置として用いている本発明では、ステッピングモータの押し出し量と開度に影響するバルブストロークが直線的に制御できるので精密な流量の制御が可能となる。 Looking at FIG. 4, even if the pushing amount of the stepping motor is sequentially increased from 1 mm to 3 mm, the valve thrust is constant at 3000 N. Since the valve thrust is constant, the valve stroke changes linearly. As described above, in the present invention in which the stepping motor is used as the drive device, the valve stroke that affects the pushing amount and the opening degree of the stepping motor can be linearly controlled, so that the flow rate can be precisely controlled.

こうして、増幅型の動力伝達装置4とステッピングモータである駆動装置3とを使用することで、小型の制御器であって、高圧流体の精度のよい流量の制御が可能な制御器を得ることができる。 In this way, by using the amplification type power transmission device 4 and the drive device 3 which is a stepping motor, it is possible to obtain a small controller capable of controlling the flow rate of the high-pressure fluid with high accuracy. can.

1 :制御器
2 :弁本体
3 :駆動装置
4 :動力伝達装置
11:弁箱
11a:凹所
11b:環状通路
12:第1流体通路
12a:大径通路
12b:中央通路
13:第2流体通路
13a:大径通路
13b:外側通路
14:ダイヤフラム
15:弁棒
16:ボンネット
17:ナット
18:弁座
19:押えアダプタ
20:ディスク
26:ロッド
31:ステッピングモータ
32:モータ軸
33:連結部
41:ケーシング
42:増幅機構
43:作動軸
44:第1ローラ受け部材
44a:テーパ面
45:第2ローラ受け部材
45a:ローラ受け面
46:ローラ支持体
47:転動ローラ
48:押えローラ
49:偏心軸
50:前側リテーナ板
51:後側リテーナ板
1: Controller 2: Valve body 3: Drive device 4: Power transmission device 11: Valve box 11a: Recess 11b: Circular passage 12: First fluid passage 12a: Large diameter passage 12b: Central passage 13: Second fluid passage 13a: Large diameter passage 13b: Outer passage 14: Diaphragm 15: Valve rod 16: Bonnet 17: Nut 18: Valve seat 19: Presser adapter 20: Disc 26: Rod 31: Stepping motor 32: Motor shaft 33: Connecting portion 41: Casing 42: Amplification mechanism 43: Acting shaft 44: First roller receiving member 44a: Tapered surface 45: Second roller receiving member 45a: Roller receiving surface 46: Roller support 47: Rolling roller 48: Presser roller 49: Eccentric shaft 50: Front retainer plate 51: Rear retainer plate

Claims (3)

流体通路が設けられた弁箱と、前記弁箱に設けられた環状の弁座に当接または離間することで前記流体通路を開閉するダイヤフラムと、位置を変更することで前記ダイヤフラムを開または閉方向に変形させる弁棒と、前記弁棒の位置を移動させる駆動装置とを備えており、
前記駆動装置の作動軸と前記弁棒との間に、前記作動軸にかかる力を増幅して前記弁棒に伝達し前記ダイヤフラムを開閉する動力伝達装置が設けられており、前記駆動装置は、ステッピングモータによって前記作動軸の位置を調整するものであり、
前記動力伝達装置は、前記作動軸の下端部に設けられた円錐状の第1ローラ受け部材と、前記弁棒の上面に支持されて当該弁棒と一体で上下移動する第2ローラ受け部材と、両ローラ受け部材の間に配置された一対のローラ支持体と、各ローラ支持体に転動可能に支持されて前記第1ローラ受け部材に設けられたテーパ面に当接する一対の転動ローラと、各ローラ支持体に転動可能に支持されて前記第2ローラ受け部材の水平状のローラ受け面に当接する一対の押えローラとを備えていることを特徴とする制御器。
A valve box provided with a fluid passage, a diaphragm that opens and closes the fluid passage by contacting or separating from an annular valve seat provided in the valve box, and a diaphragm that opens or closes by changing the position. It is equipped with a valve rod that deforms in the direction and a drive device that moves the position of the valve rod.
A power transmission device is provided between the operating shaft of the driving device and the valve rod, which amplifies the force applied to the operating shaft and transmits the force to the valve rod to open and close the diaphragm. The position of the operating shaft is adjusted by a stepping motor.
The power transmission device includes a conical first roller receiving member provided at the lower end of the operating shaft, and a second roller receiving member that is supported on the upper surface of the valve rod and moves up and down integrally with the valve rod. , A pair of roller supports arranged between both roller receiving members, and a pair of rolling rollers that are rotatably supported by each roller support and come into contact with the tapered surface provided on the first roller receiving member. A controller comprising a pair of presser rollers that are rotatably supported by each roller support and abut on the horizontal roller receiving surface of the second roller receiving member .
前記流体通路は、前記弁座に囲まれた開口を有し前記ダイヤフラムの中央部に臨まされた中央通路と、前記弁座の径方向外側に開口を有し前記ダイヤフラムの外周縁部近傍に臨まされた外側通路とを有しており、前記外側通路が前記流体の入口通路とされ、前記中央通路が前記流体の出口通路とされていることを特徴とする請求項1に記載の制御器。 The fluid passage has an opening surrounded by the valve seat and faces the central portion of the diaphragm, and the fluid passage has an opening radially outside the valve seat and faces the vicinity of the outer peripheral edge portion of the diaphragm. The controller according to claim 1, further comprising an outer passage, wherein the outer passage is an inlet passage for the fluid and the central passage is an outlet passage for the fluid. 前記中央通路の径が前記外側通路の径以下とされていることを特徴とする請求項2に記載の制御器。 The controller according to claim 2, wherein the diameter of the central passage is equal to or less than the diameter of the outer passage.
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