JPH10149222A - 制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電気的な入力信号が遮断された場合において
も、そのときの信号圧が保持され、これによって電気的
な入力信号の遮断時における制御動作が継続可能な制御
弁を提供することを目的とする。 【解決手段】凹部から成る入力信号室４１、４２とブー
スタ１４の入力信号の被印加部との間にカットバルブ１
６とボリュームチャンバ５９とを設けるようにし、電気
的な入力信号が遮断された場合にはカットバルブ１６が
遮断され、ボリュームチャンバ５９によって信号圧が保
持されるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は制御弁に係り、とく
に電気−圧力変換機構によって電気的な入力信号を圧力
に変換して信号圧を得、この信号圧を用いて制御を行な
うようにした制御弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】外部から加えられる電気信号に応じて、
所定の圧力の出力圧を得るために、従来より制御弁が用
いられている。このような制御弁においては、電気−圧
力変換機構によって電気的な入力信号を圧力に変換して
信号圧を得、この信号圧を用いて出力圧の制御を行なう
ようにしている。

【０００３】外部から加えられる電気信号を用いて信号
圧を得る方法として、圧力設定用ばねを設け、このばね
をモータと送りねじとによって圧縮するとともに、その
弾性復元力を変更することによって所定の圧力を得るよ
うにしている。この他にＯＮＮ・ＯＦＦバルブのデュー
ティ制御によって、外部から加えられるパルス信号によ
って圧力を調整する方式も用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】モータによって送りね
じを介してばねを圧縮し、制御のための信号圧を得る方
式は、電気的な入力信号が遮断された場合においてもそ
の圧力を保持することができる。ところが上記のような
方式は原理的に調整精度が限られ、微調整を必要とする
分野での使用が制限されていた。

【０００５】フォースモータやバイモルフによってノズ
ルフラッパを駆動し、フォースバランスによって出力を
調整する方式は、電気信号が遮断された場合に信号圧を
得ることができず、このために停電時においては制御が
不能になるという問題があった。

【０００６】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであって、信号圧を精密に設定することができる
とともに、電気的な入力信号が遮断された場合において
も、そのときの信号圧を保持して制御を継続し得るよう
にした制御弁を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、電気−圧力変
換機構によって電気的な入力信号を圧力に変換して信号
圧を得、この信号圧を用いて制御を行なうようにした制
御弁において、前記電気−圧力変換機構の信号圧が取出
される出力端と前記信号圧が印加される信号圧被印加部
との間にカットバルブを接続し、前記電気−圧力変換機
構に加えられる電気的な入力信号が遮断されると前記カ
ットバルブが閉鎖されるようにしたことを特徴とする制
御弁に関するものである。このような制御弁によれば、
電気的な入力信号が遮断されるとカットバルブが閉鎖さ
れるために、そのときの信号圧が保持されるとともに、
この信号圧が継続して信号圧被印加部に印加されるよう
になる。

【０００８】前記カットバルブと前記信号圧被印加部と
の間にボリュームチャンバが設けられるようにした構成
によれば、上記ボリュームチャンバによってカットバル
ブの閉鎖時における体積変化に伴う信号圧の変化を最小
限に抑えることが可能になる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施の形態に係
る制御弁を示すものである。なおこの制御弁は外部から
加えられる電気信号に応じて流体圧力をある一定のレベ
ルに減圧するための圧力制御弁として用いられるもので
ある。

【００１０】制御弁は図１に示すように上から順に４つ
のボディ１１、１２、１３、１４を備えており、これら
が互いに積上げられた構造になっている。なおこれらの
ボディ１１、１２、１３、１４は互いに気密状態で結合
されるようになっている。そして１番上側のボディ１１
の上部にはフォースモータ１５が取付けられるととも
に、２番目のボディ１２にはその側方にカットバルブ１
６が取付けられるようになっている。

【００１１】１番上側に取付けられるフォースモータ１
５の構成について説明すると、フォースモータ１５は逆
カップ状をなすケース２０を備えている。ケース２０内
には同じく逆カップ状のヨーク２１がビス２２によって
ケース２０に取付けられている。ヨーク２１内には円柱
状をなすマグネット２３とポールコア２４とが上下にボ
ルト２５によって結合された状態でヨーク２１の内側に
取付けられている。

【００１２】ポールコア２４の外周側であってヨーク２
１の内周面との間の部分がエアギャップを構成してお
り、エアギャップの部分にボビン２６が配されている。
ボビン２６の外周面上にはフォースコイル２７が巻装さ
れている。そしてボビン２６は取付け板２８を介してり
ん青銅の円板から成るフラッパ２９に取付けられてい
る。フラッパ２９は所定の位置にそれぞれ開口３０を備
え、この開口３０によってフラッパ２９の両側の圧力差
をなくすようにしている。そしてフラッパ２９は上記ヨ
ーク２１の下端側の部分に取付けられている。またフラ
ッパ２９が配されているフォースモータ１５の内側の空
間は、ボディ１１に形成されている小孔３１によって大
気圧に設定されている。

【００１３】上記フラッパ２９と対向するようにノズル
３５が上方に突出するように配されている。ノズル３５
は背圧を取出すための上下に貫通する中心孔３６を備え
るとともに、外周側に雄ねじ３７が形成され、この雄ね
じ３７がボディ１１を貫通する雌ねじ孔にねじ込まれる
ようになっている。またノズル３５の外周面上にはウオ
ームギヤ３８が設けられており、このウオームギヤ３８
がウオーム３９と噛合うようになっている。すなわちウ
オーム３９を介してウオームギヤ３８によってノズル３
５を軸線を中心として回転させることにより、ノズル３
５のフラッパ２９に対する軸線方向の位置を調整できる
ようにしている。そして調整した状態において、ロック
用ねじ４０によって固定するようにしている。

【００１４】ボディ１１の下面とボディ１２の上面とに
は互いに連通するように凹部４１、４２が形成されてお
り、これらの凹部４１、４２によって入力信号室を形成
している。そしてこのような入力信号室は連通孔４３を
介して供給ポート４４と連通されるようになっている。
なお連通孔４３の途中の部分には絞り４５が取付けられ
ている。

【００１５】次にカットバルブ１６を構成するバルブボ
ディ４９について説明すると、バルブボディ４９には一
対の小孔５０、５１がそれぞれ上下に形成されている。
なお小孔５０は上記凹部４１、４２から成る入力信号室
と小孔４６を介して連通されるようになっている。また
小孔５０の先端側の部分には口金５２が取付けられてい
る。

【００１６】そしてこのような口金５２を開閉するよう
にプランジャ５３にバルブシート５４が取付けられるよ
うになっている。プランジャ５３はヨーク５５に形成さ
れている凹部内において摺動可能に保持されており、フ
ォースコイル５６によって右方へ付勢されている。そし
てフォースコイル５６による付勢力に抗するようにプラ
ンジャ５３とヨーク５５との間に戻しばね５７が配され
ている。

【００１７】中間のボディ１２にはその内部にボリュー
ムチャンバ５９が設けられている。ボリュームチャンバ
５９は凹部から構成されるとともに、小孔５８を介して
バルブボディ４９の小孔５１と連通されるようになって
いる。

【００１８】ボディ１３には上記ボリュームチャンバ５
９と連続するように上下に貫通して開放された凹部６３
が形成されている。またボディ１４の上部には上記凹部
６３と連続するように凹部６４が形成されている。そし
てボリュームチャンバ５９と凹部６３とを区画するよう
に大ダイヤフラム６５が配されるとともに、凹部６３と
凹部６４とを区画するように大ダイヤフラム６６が配さ
れている。

【００１９】上下に配されている一対の大ダイヤフラム
６５、６６間にはブリード板６７が配されている。ブリ
ード板６７は横孔６８を有するとともに、横孔６８と連
通するように中心孔６９を有しており、この中心孔６９
によって下方へ突出するノズルが形成されている。また
ブリード板６７を収納した凹部６３は排気孔７０によっ
て外部と連通されるようになっている。

【００２０】下側の大ダイヤフラム６６の下面は受け板
７１によって受けられるとともに、この受け板７１がコ
イルばね７２の弾性復元力を受けるようになっている。
なおブリード板６７のノズル６９は大ダイヤフラム６６
と受け板７１とを貫通して下方に突出している。

【００２１】上記受け板７１の下側に位置するように、
凹部６４内には可動板７５が配されている。可動板７５
はボディ１４の凹部７６内に配されている補助板７７と
連結ロッド７９を介して連結されるようになっている。
連結ロッド７９は可動板７５と補助板７７の外周側の部
分を連結するようになっており、しかも貫通孔７８内に
遊嵌されている。貫通孔７８は凹部６４、７６間のガス
の流動を可能にしている。

【００２２】上記可動板７５の上面は受け板７１を貫通
するブリード板６７のノズル６９を受けるとともに、こ
の可動板７５の下面には突部８０が突設されており、突
部８０は通路８１と凹部６４とを遮断する小ダイヤフラ
ム８２を受けるようになっている。なお通路８１は供給
ポート４４から凹部７６を介して出力ポート８３と連通
するための連通路を構成している。補助板７７の上面に
はシールリング８６が取付けられており、このシールリ
ング８６が連通路を開閉する弁体を構成している。なお
シールリング８６と小ダイヤフラム８２はそれらの有効
面積が等しくなっている。そしてボディ１４の出力ポー
ト８３によって出力圧が取出されるようになっている。

【００２３】図２はこのような制御弁の機能をブロック
図で示したものである。フォースモータ１５から成る圧
力変換部には入力信号として電流Ｉが加えられる。電気
−圧力変換部１５は入力信号Ｉに応じた信号圧Ｐ_i を圧
力保持部１６、５９を介してブースタ１４に供給する。
なおブースタ１４には供給ポート４４を通して供給圧力
Ｐが加えられる。ブースタ１４は供給圧力Ｐを信号圧Ｐ
_i に応じて出力圧Ｐ_oに変換して出力する。圧力保持部
１６のフォースコイル５６には駆動電流が電源部から供
給されるようになっている。

【００２４】図３はとくに圧力保持部の構成を示したも
のであって、フォースコイル５６によって作動されるカ
ットバルブ１６を介して信号圧Ｐ_i がブースタ１４に加
えられるようになっており、信号圧の印加経路中にカッ
トバルブ１６とボリュームチャンバ５９とが配されるよ
うになっている。そしてカットバルブ１６の電源電圧が
遮断された場合には、カットバルブ１６が遮断状態に切
換えられ、信号圧Ｐ_iがボリュームチャンバ５９で保持
されるようにしている。

【００２５】次に図１に示す制御弁の具体的な動作を説
明する。まず信号圧Ｐ_i の設定について説明する。フォ
ースモータ１５のフォースコイル２７に電流Ｉが印加さ
れると、フォースコイル２７が軸線方向の駆動力を発生
する。この駆動力は次式で表わされる。

【００２６】Ｆ_c ＝ＫＩ・・・・・（１） なおここでＫは比例定数を表わす。

【００２７】次にフラッパ２９に働く力について考察す
る。フラッパ２９の上下の部分の圧力差によってこのフ
ラッパ２９に働く力は、 Ｆ_p ＝ｄＰ・ｎ・・・・・（２） ここでｄＰはフラッパ２９に働く差圧を表わし、ｎはノ
ズル３５の中心孔３６の断面積を示している。従ってフ
ラッパ２９それ自身の弾性復元力をＦ_f とすると、フラ
ッパ２９に働く力のバランスは次のようになる。

【００２８】Ｆ_c ＝Ｆ_p ＋Ｆ_f ・・・・・（３） 上記（３）式に（１）式と（２）式とを代入すると、 ＫＩ＝ｄＰ・ｎ＋Ｆ_f ・・・・・・（４） 小孔３１によってフラッパ２９が配されている空間は大
気圧になっているために、フラッパ２９に働く圧力はノ
ズル３５の背圧のみである。そしてノズル３５の背圧が
信号圧Ｐ_i である。従って（５）式は次のようになる。

【００２９】ＫＩ＝Ｐ_i ・ｎ＋Ｆ_f ・・・・・（５） 上記（５）式によって信号圧は次のように導かれる。

【００３０】 Ｐ_i ＝（ＫＩ−Ｆ_f ）／ｎ・・・・・（６） このようにフォースモータ１５のフォースコイル２７に
加えられる電流値Ｉに応じて信号圧Ｐ_i を取出すことが
可能になる。信号圧Ｐ_i はノズル３５の背圧として取出
され、凹部４１、４２から成る入力信号室に印加され
る。

【００３１】カットバルブ１６はそのフォースコイル５
６が常時励磁されているために、プランジャ５３は戻し
ばね５７に抗して右方へ移動しており、バルブシート５
４が口金５２から離間した状態にある。従って凹部４
１、４２から成る入力信号室に発生する入力圧Ｐ_i は小
孔４６、小孔５０、ヨーク５５内の空間、小孔５１、５
８を介してボリュームチャンバ５９に加えられ、大ダイ
ヤフラム６５の上面に信号圧Ｐ_i が印加されることにな
る。

【００３２】大ダイヤフラム６５、６６間には剛体から
成るブリード板６７が配されており、しかも上下一対の
大ダイヤフラム６５、６６の有効面積は等しいために、
信号圧Ｐ_i による力は大ダイヤフラム６５、ブリード板
６７、受け板７１、ノズル６９を介して可動板７５の上
面に加えられる。

【００３３】大ダイヤフラム６５、６６の有効面積をＡ
とし、小ダイヤフラム８２および補助板７７の上面のシ
ールリング８６の有効面積をａとする。また受け板７１
を介してコイルばね７２によって可動板７５が上方へ受
ける力をＣとする。また供給ポート４４を介して供給さ
れる供給圧をＰとし、出力ポート８３を通して取出され
る出力圧をＰ_o とする。すると次の式が成立する。

【００３４】 Ｐ_i ・Ａ＋Ｐ・ａ＝Ｐ_o ・Ａ＋Ｐ・ａ＋Ｃ・・・・・（７） この式において左辺は下向きの力を表わし、右辺は上向
きの力を表わす。

【００３５】そして供給圧Ｐによって小ダイヤフラム８
２に加えられる力と、供給圧によってシールリング８６
に加えられる力とが逆になってしかもともにＰ・ａで等
しいために、これらが互いに相殺されることになる。従
って（７）式は次式のように簡単になる。

【００３６】Ｐ_o ＝Ｐ_i −Ｃ／Ａ・・・・・（８） この式から明らかなように、出力圧Ｐ_o は供給圧Ｐと無
関係であって、供給圧Ｐが変化してもその影響を受けな
くなる。すなわち平行型ブースタから成る制御弁を構成
することになる。

【００３７】従ってこのような制御弁によれば、供給ポ
ート４４を通して供給される供給圧Ｐによって、フラッ
パ２９とノズル３５とによって信号圧Ｐ_i が設定され
る。そして供給ポート４４から供給された空気またはガ
スは通路８１から出力ポート８３を経て負荷側に供給さ
れる。このときに（７）式あるいは（８）式に応じて大
ダイヤフラム６６によって可動板７５が移動され、補助
板７７上のシールリング８６の部分を開閉することにな
り、出力ポート８３を通して得られる出力圧Ｐ_oが
（８）式のように、信号圧Ｐ_i に応じた値に調整され
る。

【００３８】またこのような制御弁は、出力ポート８３
を通して取出される出力圧Ｐ_o が大きくなると、この出
力圧Ｐ_o を凹部７６および貫通孔７８を介して凹部６３
内の圧力を受ける下側の大ダイヤフラム６６が上方へ移
動するようになり、ノズルフラッパを兼用する可動板７
５とノズル６９との間に隙間を生じ、出力圧はノズル６
９、横孔６８、凹部６３、および排気孔７０を通して逃
げることになる。すなわちこの制御弁は出力圧が大きく
なった場合にブリードオフ動作を行なうようになってい
る。

【００３９】従ってこのような制御弁によれば、フォー
スモータ１５のフォースコイル２７に加えられる電流Ｉ
を制御することによってノズル３５の背圧として信号圧
Ｐ_iが得られるとともに、このような信号圧Ｐ_i に応じ
てブースタ１４を制御することが可能になる。ブースタ
１４は供給ポート４４によって供給圧Ｐが加えられると
ともに、出力圧Ｐ_o として（８）式で示されるように信
号圧Ｐ_i に応じた出力圧Ｐ_o を発生することになる。従
ってフォースモータ１５によって得られた信号圧Ｐ_i に
応じて、このブースタの下流側と出力ポート８３を介し
て接続される負荷に対して必要とされる流量に増流した
出力圧Ｐ_o を供給できるようになる。

【００４０】次にカットバルブ１６の作用について説明
する。停電等の理由によってフォースモータ１５のフォ
ースコイル２７に加えられる電流が遮断されると、この
フォースモータ１５は（１）式の駆動力を発生しなくな
り、これによって（６）式の信号圧Ｐ_i を正しく設定し
なくなる。ところがこのときには同時にカットバルブ１
６のフォースコイル５６の電流が遮断される。従ってプ
ランジャ５３が戻しばね５７によって図１において左方
へ移動し、バルブシート５４が口金５２に密着して小孔
５０を閉塞する。

【００４１】従って電流の遮断時においては、瞬時に凹
部４１、４２から成る入力信号室とボリュームチャンバ
５９とがカットバルブ１６によって遮断される。すなわ
ちボリュームチヤンバ５９内に信号圧Ｐ_i が封じ込まれ
た状態で保持されるようになり、このような圧力が大ダ
イヤフラム６５に印加された状態を継続する。従って電
流が遮断されても、信号圧Ｐ_i がボリュームチャンバ５
９に保持された状態になり、ブースタ１４は制御を継続
することが可能になり、出力圧が不安定にならない。

【００４２】ボリュームチャンバ５９は所定の体積を有
しており、プランジャ５３の移動によってカットバルブ
１６とボリュームチャンバ５９との間の体積が変化して
も、この体積の変化の割合を極めて微小にすることにな
り、入力圧Ｐ_i が電流の遮断時に変更されることが防止
される。

【００４３】再度通電状態になると、停電前の状態によ
り圧力調整が行なわれる。この場合においても、ボリュ
ームチャンバ５９によって、再通電時の圧力変動をも微
小に抑えることが可能になる。

【００４４】なお上記実施の形態においては、一対の大
ダイヤフラム６５、６６間にブリード板６７を配すると
ともに、このブリード板６７にノズル６９を設けるよう
にし、出力圧Ｐ_o が大きくなった場合にはノズル６９お
よび排気孔７０を通して出力圧を排気するようにしてい
るが、必ずしもこのようなブリードオフタイプである必
要はない。すなわち信号圧Ｐ_i が直接大ダイヤフラム６
６に印加されるような構造であってよく、ブリード板６
７と上側の大ダイヤフラム６５とを省略するようにして
もよい。この場合にはダイヤフラム６６が完全に閉塞さ
れ、ノズル６９を設けないようにした構造となる。

【００４５】

【発明の効果】以上のように本発明は、電気−圧力変換
機構の信号圧が取出される出力端と信号圧が印加される
信号圧被印加部との間にカットバルブを接続し、電気−
圧力変換機構に加えられる電気的な入力信号が遮断され
るとカットバルブが閉鎖されるようにしたものである。

【００４６】従って本発明によれば、電気的な入力信号
が遮断されるとカットバルブが閉鎖され、これによって
そのときの信号圧が保持されるとともに、保持された信
号圧が被印加部に継続して印加されるようになり、電流
の遮断時における制御動作の継続が可能になる。

【００４７】カットバルブと信号圧被印加部との間にボ
リュームチャンバを設けるようにした構成によれば、電
流の遮断時におけるカットバルブの弁体の移動に伴う体
積の変化を微小に抑えることが可能になり、これによっ
て信号圧の変化を最小限にすることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】制御弁の全体の構成を示す縦断面図である。

【図２】制御弁の動作を示すブロック図である。

【図３】カットバルブの動作を示すブロック図である。

【符号の説明】

１１〜１４ ボディ １５ フォースモータ １６ カットバルブ ２０ ケース ２１ ヨーク ２２ ビス ２３ マグネット ２４ ポールコア ２５ ボルト ２６ ボビン ２７ フォースコイル ２８ 取付け板 ２９ フラッパ ３０ 開口 ３１ 小孔 ３５ ノズル ３６ 中心孔 ３７ 雄ねじ ３８ ウオームギヤ ３９ ウオーム ４０ ロック用ねじ ４１、４２ 凹部（入力信号室） ４３ 連通孔 ４４ 供給ポート ４５ 絞り ４６ 小孔 ４９ バルブボディ ５０、５１ 小孔 ５２ 口金 ５３ プランジャ ５４ バルブシート ５５ ヨーク ５６ フォースコイル ５７ 戻しばね ５８ 小孔 ５９ ボリュームチャンバ ６３、６４ 凹部 ６５ ダイヤフラム（大） ６６ ダイヤフラム（大） ６７ ブリード板 ６８ 横孔 ６９ 中心孔（ノズル） ７０ 排気孔 ７１ 受け板 ７２ コイルばね ７５ 可動板 ７６ 凹部 ７７ 補助板 ７８ 貫通孔 ７９ 連結ロッド ８０ 突部 ８１ 通路 ８２ 小ダイヤフラム ８３ 出力ポート ８６ シールリング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気−圧力変換機構によって電気的な入力
   信号を圧力に変換して信号圧を得、この信号圧を用いて
   制御を行なうようにした制御弁において、 前記電気−圧力変換機構の信号圧が取出される出力端と
   前記信号圧が印加される信号圧被印加部との間にカット
   バルブを接続し、 前記電気−圧力変換機構に加えられる電気的な入力信号
   が遮断されると前記カットバルブが閉鎖されるようにし
   たことを特徴とする制御弁。
2. 【請求項２】前記カットバルブと前記信号圧被印加部と
   の間にボリュームチャンバが設けられることを特徴とす
   る請求項１に記載の制御弁。