JPH0722102U - 電空変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一次側圧力に圧力変動が生じても、二次側圧
力への影響を与えない電空変換器を提供する。 【構成】 一次圧ポート１８０と背圧室１８４との気体
圧力経路には、一次圧ポート側の急激な減圧に伴う気体
の逆流を防止する逆止弁３と、一次圧ポート側の急激な
増圧を吸収するボリューム４とが配設されている。従っ
て、一次圧ポート側の圧力のパルス状の増減が生じて
も、その増減は軽減され背圧室の圧力に与える影響が少
ない。よって、二次側圧力への影響が殆どない。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、気体圧力を電気信号によって制御する電空変換器に係り、特にノズ ルフラッパ機構を用いて制御弁を駆動し、出力側の気体圧力を制御する電空変換 器の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、一般空気圧計装やプロセス制御における気体圧力を調整する電空変換器 （電気信号―気体圧力変換器）として、いくつかの提案がされている。

【０００３】 この種の電空変換器としては、ノズルフラッパ機構に圧電素子（圧電バイモル フ）を利用したタイプのものがあり、ここに、ノズルフラッパ機構とは、ノズル とフラッパとが対向配置され、該フラッパのノズルに対する間隔量に応じてノズ ル背圧が変化する機構をいう。

【０００４】 そして、ノズルフラッパ機構を用いた電空変換器としては、図４に示すものが ある。 図４に示すように、電空変換器１００は、内部上方に設けられたノズルフラッ パ機構部Ｎと、内部下方に設けられた制御弁部Ｂとを備えている。

【０００５】 前記ノズルフラッパ機構部Ｎは、背圧室１８４に連通された所定口径のノズル １４２と該ノズル１４２に対向配置され、基端部が電空変換器１００本体に固定 された圧電バイモルフからなるフラッパ１６２とを備え、該フラッパ１６２には 電圧を印加する駆動回路１６３が接続されている。

【０００６】 前記制御弁部Ｂは、上下に並設された２枚のダイアフラム１３４、１３５と、 これらダイアフラム１３４、１３５に連動されるセンタディスク１３２が含まれ る。前記ダイアフラム１３５と１３４との間隔はセンタディスク１３２の中央部 １３２ａにより一定に保持され、該センタディスク１３２の下部が、略円筒状の 制御弁１１１の上端面に設けられたパッキン１１３に着座可能に構成され、排気 弁１３３が構成されている。前記センタディスク１３２は、バネ１２３により上 方に付勢されている。前記制御弁１１１は、電空変換器本体１０１に形成された 丸孔部１００ｂに摺動可能に配設され、該制御弁１１１の下方には、フランジ１ １１ａが形成されている。該フランジ１１１ａの上面にはパッキン１１２が配設 され、前記丸孔部１００ｂを形成する周壁の下端面１００ａが前記パッキン１１ ２に当接されている。前記フランジ１１１ａの下面と下蓋１１４との間にはバネ １１５が介装され、該バネ１１５により制御弁１１１は上方に付勢されている。 なお、符号１１６は下蓋１１４を固定するリングであり、符号１１７はパッキン であり、符号１１８、１２１はＯリングであり、符号１３０は中子である。

【０００７】 また、前記２枚のダイアフラム１３５と１３４との間には中間室（フィードバ ック室）１８３が形成され、該中間室１８３は図示しない通路により二次圧ポー ト１８１又は一次圧ポート１８０に連通されている。前記ダイアフラム１３４の 下面側には経路１８２ａにより大気に連通されている大気圧室１８２が形成され ている。

【０００８】 また、図中下方には、気体の「供給口」である一次圧ポート１８０と気体の「 出力口」である前記二次圧ポート１８１とが、開口１９０で連通され、この開口 １９０が前記制御弁１１１により開閉される。一次圧ポート１８０は、気体通路 １８０ａ，気体の流量規制用の固定絞り１４１，背圧室１８４を経由して前記ノ ズル１４２に連通されている。

【０００９】 また、二次圧ポート１８１は、通路１８１ａを介して圧力センサ１５０に連通 され、該圧力センサ１５０は前記駆動回路１６３に接続され、二次側圧力をフィ ードバックしている。

【００１０】 以上の構成により一次側圧力を背圧室１８４に導入するには通路１８０ａ，固 定絞り１４１を介して気体を背圧室１８４に導いている。そして，ノズル１４２ とフラッパ１６２の間隙量に応じて「気体の背圧室から外部への流出量」を制御 することによりノズル背圧を制御し、該ノズル背圧を受けて応動する２枚のダイ アフラム１３５と１３４とにより前記制御弁１１１を上下させ、開口１９０の開 度を調整することで二次側圧力を制御している。

【００１１】 ところで、一般に固定絞り１４１の気体通過量（流量）は、音速域、亜音速域 を問わず一次側圧力（供給圧力）に大きく依存している（図５参照）。そして、 実際に使用されるフィールドにおいての一次側圧力は、非常に不安定であり、設 定圧力に対して±１０％程度の変動はごく一般的に発生し、同一の供給ライン上 の別の駆動機器類（エアシリンダ、エアブロー装置等）が動作または停止したと きには、パルス状の圧力降下，圧力上昇が発生する。場合によっては−３０％〜 −４０％ものパルス状の圧力変化（パルス状の圧力降下）をきたすことがある。 そのため、前記背圧室への気体流入量の変動が大きくなる場合があり、背圧室の 圧力は、前記固定絞り１４１の気体通過量（流量）の変動に呼応して変化してし まう。従って、図３（Ｂ）に示すように、一次側圧力（供給圧力）が変動すると 背圧室の圧力が変動し、この変動は二次側圧力（出力圧力）を大きく変動させて しまう。即ち、制御対象である二次側圧力が、一次側圧力の変動により大きく変 動するという問題点があった。

【００１２】 かかる問題点の解決手段として、背圧室１８４の容積を大きくして一次側圧力 が変動した場合に、気体流入量の変動を吸収する手段がある。

【００１３】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、前記背圧室の容積を大きくする解決手段は、一次側圧力の変動に対し て応答性が悪くなるので、背圧室の圧力が一次側圧力の影響を受け難くなるもの の、制御信号に対しての鈍く応答性が悪くなり、その結果、二次圧の応答性も悪 くなる。

【００１４】 そこで、本考案は上記課題を解決するためになされたものであり、一次側圧力 の変動を二次側圧力に伝えることがなく、且つ、制御信号に対しての応答性が良 く、小形化が可能な電空変換器を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】

本考案は上記課題を解決するために、絞りを介して供給された圧力気体を噴出 するノズルと、該ノズルに近接対向して配設されたフラッパと、前記ノズルの背 圧を受ける背圧室と、前記フラッパの変位に伴う前記背圧室の圧力変化を受けて 応動するダイアフラムと、該ダイアフラムと連動して気体供給口と気体出力口と を結ぶ開口の開閉を行なう制御弁とを備え、前記開口の開閉は、前記制御弁の外 周部に設けられたフランジ部により形成された弁と電空変換器本体に形成された 弁座との離接により行なう電空変換器において、前記背圧室へ加圧気体を供給す る気体通路にボリュームを備え、該ボリュームの一次圧ポート側に第１の絞りを 設け、該ボリュームの背圧室側に第２の絞りを設け、第１の絞りの一次圧ポート 側に該一次圧ポート側からボリューム側への気体の通過のみを可能とする逆止弁 を備えた。

【００１６】 また、前記逆止弁は、前記ボリューム側に配設された弾性部材からなる弁体と 、該弁体が当接される弁座と、前記弁体の一次圧力側に隣接配置された気体清浄 用のフィルタとを備えた。

【００１７】

【作用】

気体導入通路には逆止弁とボリュームと第１，第２の絞りが備えられている。 そして、一次側の圧力がパルス状に圧力降下した場合には、ボリューム側の圧力 が一次圧力側へ流入しようとするが、逆止弁に阻止されて流入ができない。従っ て、一次側圧力がパルス状に瞬時降下してもボリュームの圧力は急減しない。こ のため背圧室の圧力変動がわずかになるように押さえることができ、二次圧への 影響が少ない。また、一次側の圧力がパルス状に圧力上昇した場合には、一次側 の圧力がボリューム側へ流入しようとするが、ボリュームにその増加分が吸収さ れ、且つ、ボリュームから気体は第２の絞りを介して背圧室に徐々に流入される 。従って、一次側圧力が急増しても背圧室の圧力変動がわずかになるように押さ えることができ、二次圧への影響が少ない。

【００１８】 また、一次圧力側から背圧室側に気体が供給される場合には、該気体はフィル タにより清浄化される。従って、第１，第２の絞りは小径であっても、塵埃によ って詰まる心配はない。

【００１９】

【実施例】

以下、本考案を図示の実施例に基づいて説明する。 図１に本考案の電空変換器の実施例の全体構成の側断面図を示し、図２に本考 案の要部の側断面図を示す。なお既に説明した部分には同一符号を付し、重複記 載を省略し、また二次側の圧力を分流する通路及び該通路に臨んだ圧力センサ等 の図示を省略する。

【００２０】 図１に示すように、電空変換器Ｃは全体として四角柱状をなし、下方に金属製 の下ブロック１０が配設され、中間部に金属製の上ブロック４０が配設され、該 上ブロック４０の上部には合成樹脂からなるケース７０が配設されている。そし て、前記上ブロック４０の上面側にノズルフラッパ機構部Ｎ₀ が配設され、前記 上ブロック４０の下面側および前記下ブロック１０内に制御弁部Ｂ₀ が配設され ている。

【００２１】 前記ノズルフラッパ機構部Ｎ₀ は、ノズル背圧室１８４に連通された所定口径 のノズル１と、該ノズル１に対向配置され基端部が前記上ブロック４０に支持台 ６０と押え６１とにより固定されたフラッパ１６２とを備え、前記フラッパ１６ ２には駆動回路１６３が接続されている。

【００２２】 前記制御弁部Ｂ０は、ダイアフラム３４と、該ダイアフラム３４に支持されて いるセンタディスク３３を含み、該センタディスク３３の下面は円筒状の制御弁 １１の上端面に当接され、この部分が二次圧を大気に開放する排気弁をなしてい る。前記制御弁１１は、その側面に二次圧ポート１８１と制御弁１１の円筒体１ １ｂの内部とを連通する連通口１１ｃを有している。また、前記制御弁１１は、 下ブロック１０に形成された丸孔部１０ｂに密封用のＯリング２１を介して摺動 可能に配設され、該制御弁１１の中央部やや下方にはフランジＦが形成され、こ のフランジＦの上面１１ａが弁を形成している。該弁１１ａは、丸孔部１０ａの 下端面に形成された弁座１０ｃに当接されるようになっている。前記下ブロック １０の底部中央には丸孔状の圧力室２０が形成されている。また、前記制御弁１ １の下部にはバネ収納筒１１ｄが形成され、この中にバネ１５が介装され、該バ ネ１５により制御弁１１は上方に付勢されている。前記バネ収納筒１１ｄは、前 記圧力室２０に密封用のＯリング１８を介して摺動可能に挿入されている。

【００２３】 また、前記ダイアフラム３４の下面側には大気室８２が形成され、該大気室８ ２は通路８２ａにより大気に連結されている。 また、図中下方には、気体の「供給口」である一次圧ポート１８０と気体の「 出力口」である前記二次圧ポート１８１とが、開口９０の開閉を行なう前記制御 弁１１により仕切られている。一次圧ポート１８０は、管路２，逆止弁３，第１ の絞り４ｂ，ボリューム４，第２の絞り５，背圧室１８４を経由して前記ノズル １に連通されている。

【００２４】 ここで、図２に基づいて前記逆止弁３の詳細構成を説明する。図２に示すよう に、下ブロック１０には気体清浄化用のフィルタ１５を支持するフィルタホルダ １３を嵌入する嵌入孔１２が形成され、該嵌入孔１２の右端部は前記管路２に連 通され、また、右端上部が第１の絞り４ｂを有する通気孔４ａを介して前記ボリ ューム４に連通されている。前記管路２は一次圧ポート側の小径部２ａと嵌入孔 １２側の大径部２ｂとから構成され、前記大径部２ｂにはドーナツ状の前記フィ ルタ１５が挿入されている。該フィルタ１５の通気孔の大きさは１０〜５０μｍ である。前記フィルタホルダ１３の中央部外周には密閉用のＯリング１４を嵌入 する周溝１３ａが形成され、該周溝１３ａの右側にはフランジ１３ｂが形成され ている。前記フィルタホルダ１３の右端部にはピン１３ｃが嵌入され、該ピン１ ３ｃには、前記大径部２ｂと嵌入孔１２との境界に形成された弁座（シート部） １０ｅに、その外周部が当接される弁体をなすゴムパッキン１６と前記フィルタ １５とが挿入されている。なお、前記ゴムパッキン１６の厚さは、前述の如くフ ィルタ１５の通気孔が非常に細かいので、極く薄い厚さでよい。

【００２５】 次に、フィルタを備えた逆止弁が機能する一次圧変動時の電空変換器Ｃの動作 場合について説明する。 ｉ）一次側圧力がパルス状の圧力上昇をした場合 この場合は気体がフィルタ１５により清浄化され、ゴムパッキン１６がフィル タ１５を通過した気体により押し曲げられ、気体は通過する。即ち、次の経路に より一次圧ポート１８０から背圧室１８４まで通過する。［一次圧ポート１８０ →管路２の小径部２ａ→フィルタ１５→湾曲されたゴムパッキン１６→第１の絞 り４ｂを有する通気孔４ａ→ボリューム４→第２の絞り５→背圧室１８４］ かかる経路に於いて、一次側の気体は第１の絞り４ｂで絞られたあとボリュー ム４に蓄えられ、しかもボリューム４の容量は第２の絞り５からの気体流出量に 比較して十分大きいので、一次側圧力が大きなパルス状の圧力上昇をしても、そ の変動は減衰し背圧室１８４内には、微小の圧力変動しか伝わらない。よって、 二次側圧力への影響が殆どない。 ii）一次側圧力がパルス状の圧力降下した場合 この場合はボリューム４から一次圧ポート１８０に向かって気体が流れようと する。しかし、ゴムパッキン１６が弁座１０ｅに密着されて逆止弁３が形成され 、前記気体は、該逆止弁３を通過することができない。従って、一次側圧力がパ ルス状に圧力降下してもその変動は微小に押さえられ、背圧室１８４内には微小 の圧力変動しか伝わらない。よって、二次側圧力への影響が殆どない。

【００２６】 即ち、従来の電空変換器は、図３（Ｂ）に示すように、供給圧力（一次側圧力 ）が僅かなパルス状の圧力降下を起こすと背圧室の圧力がほぼ同一値の圧力変動 を起こし、出力圧力（二次側圧力）は大幅な圧力変動を起こしていた。

【００２７】 しかし、本考案によれば、図３（Ａ）に示すように、一次側圧力（供給圧力） が僅かなパルス状の減圧変動を起こしても背圧室の圧力および二次側圧力（出力 圧力）への影響が殆どない。

【００２８】

【考案の効果】

以上説明したように本考案によれば、一次圧力ポートと背圧室との間に、一次 側圧力のパルス状の圧力上昇を吸収する絞りとボリュームと、前記ボリュームの 圧力が一次圧力側に逆流するのを防止する逆止弁とを備えたので、一次側圧力に パルス状の圧力変動（増圧または減圧）があったとしても、その圧力変動が背圧 室側へ影響を及ぼすのを軽減することができる。このため、一次側圧力の圧力変 動による二次側圧力への影響を押さえることができる。

【００２９】 また、逆止弁を構成する弁体と清浄化用のフィルタとを一体に構成したので、 フィルタ及び逆止弁をコンパクトに構成でき、電空変換器の小形化を実現できる 。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例の電空変換器の側断面図であ
る。

【図２】前記電空変換器の要部側断面図である。

【図３】（Ａ）は本考案による圧力変動の伝達阻止の様
子を示す図、（Ｂ）は従来の圧力変動の伝達を示す図で
ある。

【図４】従来の電空変換器の側断面図である。

【図５】背圧室への気体の流入量が供給圧力の大きさに
応じて変化する様子を示すグラフである。

【符号の説明】

Ｃ…電空変換器 Ｆ…制御弁のフランジ １…ノズル ２…管路 ３…逆止弁 ４…ボリューム ４ｂ…第１の絞り ５…第２の絞り １０…下ブロック １０ｅ…弁座 １１…制御弁 １３…フィルタホルダ １５…フィルタ １６…ゴムパッキン（弁体）

フロントページの続き (72)考案者 中曽根 博一 東京都大田区東馬込１−30−４ 株式会社 長野計器製作所内

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 絞りを介して供給された圧力気体を噴出
   するノズルと、該ノズルに近接対向して配設されたフラ
   ッパと、前記ノズルの背圧を受ける背圧室と、前記フラ
   ッパの変位に伴う前記背圧室の圧力変化を受けて応動す
   るダイアフラムと、該ダイアフラムと連動して気体供給
   口と気体出力口とを結ぶ開口の開閉を行なう制御弁とを
   備え、前記開口の開閉は、前記制御弁の外周部に設けら
   れたフランジ部により形成された弁と電空変換器本体に
   形成された弁座との離接により行なう電空変換器におい
   て、 前記背圧室へ加圧気体を供給する気体通路にボリューム
   を備え、該ボリュームの一次圧ポート側に第１の絞りを
   設け、該ボリュームの背圧室側に第２の絞りを設け、前
   記第１の絞りの一次圧ポート側に該一次圧ポート側から
   前記ボリューム側への気体の通過のみを可能とする逆止
   弁を備えたことを特徴とする電空変換器。
2. 【請求項２】 前記逆止弁は、前記ボリューム側に配設
   された弾性部材からなる弁体と、該弁体が当接される弁
   座と、前記弁体の一次圧力側に隣接配置された気体清浄
   用のフィルタとを備えたことを特徴とする請求項１記載
   の電空変換器。