JPH1038111A - リリーフバルブ - Google Patents
リリーフバルブInfo
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- JPH1038111A JPH1038111A JP21195896A JP21195896A JPH1038111A JP H1038111 A JPH1038111 A JP H1038111A JP 21195896 A JP21195896 A JP 21195896A JP 21195896 A JP21195896 A JP 21195896A JP H1038111 A JPH1038111 A JP H1038111A
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- relief valve
- diaphragm
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Abstract
(57)【要約】
【課題】応答速度が速く、しかも反復精度が高いリリー
フバルブを提供することを目的とする。 【解決手段】入力ポート２１と出力ポート２２とを連通
するリリーフ通路を弁体２６によって開閉するように
し、コントロールチャンバ３０内において移動可能に配
されている作動板３２を弁体２６に連結し、しかも主ダ
イヤフラム３３によってコントロールチャンバ３０を２
分割するとともに上記作動板３２を押圧するようにし、
副ダイヤフラム３５によってコントロールチャンバ３０
の出力ポート２２と連通する縦孔２４を閉じかつ作動板
３２を主ダイヤフラム３３による押圧方向とは逆方向か
ら押圧するようにし、コントロールチャンバ３０の主ダ
イヤフラム３３に対して作動板３２とは反対側の空間に
信号圧Ｐs を印加するとともに、コントロールチャンバ
３０の主ダイヤフラム３３と副ダイヤフラム３５との間
の空間に被制御圧Ｐv を印加するようにしたものであ
る。
フバルブを提供することを目的とする。 【解決手段】入力ポート２１と出力ポート２２とを連通
するリリーフ通路を弁体２６によって開閉するように
し、コントロールチャンバ３０内において移動可能に配
されている作動板３２を弁体２６に連結し、しかも主ダ
イヤフラム３３によってコントロールチャンバ３０を２
分割するとともに上記作動板３２を押圧するようにし、
副ダイヤフラム３５によってコントロールチャンバ３０
の出力ポート２２と連通する縦孔２４を閉じかつ作動板
３２を主ダイヤフラム３３による押圧方向とは逆方向か
ら押圧するようにし、コントロールチャンバ３０の主ダ
イヤフラム３３に対して作動板３２とは反対側の空間に
信号圧Ｐs を印加するとともに、コントロールチャンバ
３０の主ダイヤフラム３３と副ダイヤフラム３５との間
の空間に被制御圧Ｐv を印加するようにしたものであ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はリリーフバルブに係
り、とくに弁体によってリリーフ通路を開閉することに
より被制御圧を制御するようにしたリリーフバルブに関
する。
り、とくに弁体によってリリーフ通路を開閉することに
より被制御圧を制御するようにしたリリーフバルブに関
する。
【０００２】
【従来の技術】加圧室や真空チャンバ内の圧力を一定に
保つために、従来よりリリーフバルブが用いられてい
る。リリーフバルブは加圧室あるいは真空チャンバ内の
圧力を弁体によって受けるようにし、この弁体を押すス
プリングとのバランスによって弁体の開閉を行なうよう
にしている。
保つために、従来よりリリーフバルブが用いられてい
る。リリーフバルブは加圧室あるいは真空チャンバ内の
圧力を弁体によって受けるようにし、この弁体を押すス
プリングとのバランスによって弁体の開閉を行なうよう
にしている。
【０００３】弁体に作用する圧力がスプリングの押圧力
よりも高くなると弁体が開かれ、加圧室内のガスが排出
され、あるいはまた真空チャンバ内に外部からガスが導
入される。これに対して弁体に作用する圧力がスプリン
グによる押圧力よりも低くなると、弁体が閉じられ、ガ
スの排出あるいは導入が停止される。
よりも高くなると弁体が開かれ、加圧室内のガスが排出
され、あるいはまた真空チャンバ内に外部からガスが導
入される。これに対して弁体に作用する圧力がスプリン
グによる押圧力よりも低くなると、弁体が閉じられ、ガ
スの排出あるいは導入が停止される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のこのようなリリ
ーフバルブは、弁体に作用する圧力とスプリングとのバ
ランスによって直接開閉動作を行なうようにしているた
めに、応答速度が遅いという欠点がある。また開閉動作
を行なう際の圧力の反復精度が低く、加圧室あるいは真
空チャンバ内の設定圧を高精度に維持することができな
いという問題がある。
ーフバルブは、弁体に作用する圧力とスプリングとのバ
ランスによって直接開閉動作を行なうようにしているた
めに、応答速度が遅いという欠点がある。また開閉動作
を行なう際の圧力の反復精度が低く、加圧室あるいは真
空チャンバ内の設定圧を高精度に維持することができな
いという問題がある。
【０００５】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、応答速度が速く、高い反復精度を有す
るリリーフバルブを提供することを目的とする。
たものであって、応答速度が速く、高い反復精度を有す
るリリーフバルブを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、リリーフ通路
を開閉する弁体と、前記弁体と連結されかつコントロー
ルチャンバ内において移動可能に配されている作動板
と、前記コントロールチャンバ内を２分割するととも
に、前記作動板を押圧する主ダイヤフラムと、前記コン
トロールチャンバの外部連通孔を閉じかつ前記作動板を
前記主ダイヤフラムによる押圧方向とは逆方向から押圧
する副ダイヤフラムと、をそれぞれ具備し、前記コント
ロールチャンバの前記主ダイヤフラムに対して前記作動
板とは反対側の空間に信号圧が印加されるとともに、前
記コントロールチャンバの前記主ダイヤフラムと前記副
ダイヤフラムとの間の空間に被制御圧が印加されること
を特徴とするリリーフバルブに関するものである。
を開閉する弁体と、前記弁体と連結されかつコントロー
ルチャンバ内において移動可能に配されている作動板
と、前記コントロールチャンバ内を２分割するととも
に、前記作動板を押圧する主ダイヤフラムと、前記コン
トロールチャンバの外部連通孔を閉じかつ前記作動板を
前記主ダイヤフラムによる押圧方向とは逆方向から押圧
する副ダイヤフラムと、をそれぞれ具備し、前記コント
ロールチャンバの前記主ダイヤフラムに対して前記作動
板とは反対側の空間に信号圧が印加されるとともに、前
記コントロールチャンバの前記主ダイヤフラムと前記副
ダイヤフラムとの間の空間に被制御圧が印加されること
を特徴とするリリーフバルブに関するものである。
【０００７】前記被制御圧が真空圧であってよい。
【０００８】ノズルフラッパを具備し、該ノズルフラッ
パのノズルの背圧が信号圧として用いられてよい。
パのノズルの背圧が信号圧として用いられてよい。
【０００９】前記ノズルフラッパのノズルとフラッパと
の間のギャップがリニアモータによって制御されてよ
い。
の間のギャップがリニアモータによって制御されてよ
い。
【００１０】前記ノズルがギャップを介して対向するフ
ラッパが配されているチャンバに前記被制御圧が印加さ
れるとともに、前記ノズルの背圧を取出す通路が固定絞
りを介して外部圧と連通してよい。
ラッパが配されているチャンバに前記被制御圧が印加さ
れるとともに、前記ノズルの背圧を取出す通路が固定絞
りを介して外部圧と連通してよい。
【００１１】
［１］全体のシステム構成 図１は本発明の一実施の形態に係るリリーフバルブが用
いられる真空チャンバ１０の圧力制御系を示すものであ
って、真空チャンバ１０は真空ポンプ１１と接続されて
いる。真空ポンプ１１によって真空チャンバ１０内を真
空状態に保持するようにしている。また真空チャンバ１
０の内部圧は圧力／電流変換器１２によって検出さると
ともに、電気信号に変換される。
いられる真空チャンバ１０の圧力制御系を示すものであ
って、真空チャンバ１０は真空ポンプ１１と接続されて
いる。真空ポンプ１１によって真空チャンバ１０内を真
空状態に保持するようにしている。また真空チャンバ１
０の内部圧は圧力／電流変換器１２によって検出さると
ともに、電気信号に変換される。
【００１２】圧力／電流変換器１２は比例積分コントロ
ーラ１３に接続されている。そして比例積分コントロー
ラ１３がリリーフバルブ１５のノズルフラッパ１６のフ
ラッパの変位を制御するリニアモータ１７と接続される
ようになっている。リリーフバルブ１５は真空チャンバ
１０と外部との連通および遮断を制御することによっ
て、真空チャンバ１０の真空圧を所定の圧力に維持する
ためのものである。そしてこのリリーフバルブ１５に対
してノズルフラッパ１６によって信号圧を供給するよう
にしており、リニアモータ１７によって信号圧の制御が
行なわれるようにしている。
ーラ１３に接続されている。そして比例積分コントロー
ラ１３がリリーフバルブ１５のノズルフラッパ１６のフ
ラッパの変位を制御するリニアモータ１７と接続される
ようになっている。リリーフバルブ１５は真空チャンバ
１０と外部との連通および遮断を制御することによっ
て、真空チャンバ１０の真空圧を所定の圧力に維持する
ためのものである。そしてこのリリーフバルブ１５に対
してノズルフラッパ１６によって信号圧を供給するよう
にしており、リニアモータ１７によって信号圧の制御が
行なわれるようにしている。
【００１３】［２］リリーフバルブの構成 図２はリリーフバルブ１５を示しており、このリリーフ
バルブ１５のハウジングは互いに反対側に位置する入力
ポート２１と出力ポート２２とを備えている。入力ポー
ト２１はハウジングの下側のバルブ室２３と連通されて
いる。そしてこのバルブ室２３には上方へ延びる縦孔２
４が連通している。この縦孔２４には出力ポート２２が
連通されるようになっている。
バルブ１５のハウジングは互いに反対側に位置する入力
ポート２１と出力ポート２２とを備えている。入力ポー
ト２１はハウジングの下側のバルブ室２３と連通されて
いる。そしてこのバルブ室２３には上方へ延びる縦孔２
４が連通している。この縦孔２４には出力ポート２２が
連通されるようになっている。
【００１４】縦孔２４の下側の端面がバルブシート２５
を構成しており、このバルブシート２５に対して接触お
よび離間可能に弁体２６が配されている。弁体２６はバ
ルブ室２３内において支持板２７に支持されており、軸
線方向、すなわち図２において上下方向に移動可能にな
っている。
を構成しており、このバルブシート２５に対して接触お
よび離間可能に弁体２６が配されている。弁体２６はバ
ルブ室２３内において支持板２７に支持されており、軸
線方向、すなわち図２において上下方向に移動可能にな
っている。
【００１５】上記縦孔２４に対してバルブ室２３とは反
対側にはコントロールチャンバ３０が設けられている。
このコントロールチャンバ３０には上方に縦方向に延び
る信号ポート３１が連通されている。またコントロール
チャンバ３０には作動板３２が軸線方向に移動可能に配
されている。そしてコントロールチャンバ３０を上下に
２分割するように主ダイヤフラム３３が配され、その下
面が作動板３２の上面と接している。
対側にはコントロールチャンバ３０が設けられている。
このコントロールチャンバ３０には上方に縦方向に延び
る信号ポート３１が連通されている。またコントロール
チャンバ３０には作動板３２が軸線方向に移動可能に配
されている。そしてコントロールチャンバ３０を上下に
２分割するように主ダイヤフラム３３が配され、その下
面が作動板３２の上面と接している。
【００１６】また作動板３２の下面であってそのほぼ中
央部には下方に突出するように突柱３４が設けられてお
り、この突柱３４によって中央部が受けられるように副
ダイヤフラム３５が配されている。副ダイヤフラム３５
はコントロールチャンバ３０と縦孔２４との連通を遮断
するように設けられている。
央部には下方に突出するように突柱３４が設けられてお
り、この突柱３４によって中央部が受けられるように副
ダイヤフラム３５が配されている。副ダイヤフラム３５
はコントロールチャンバ３０と縦孔２４との連通を遮断
するように設けられている。
【００１７】主ダイヤフラム３３がその上部に配される
ようになっている作動板３２と弁体２６をその上面に備
えている支持板２７とは複数の連結ロッド３８によって
一緒に移動するように連結されている。そして連結ロッ
ド３８はこのリリーフバルブ１５のハウジングに縦方向
に延びるように設けられている案内孔３９によって摺動
可能に案内されている。また連結ロッド３８の外周側で
あって作動板３２の下部にはばね４０が配されている。
このばね４０の下端側の部分はコントロールチャンバ３
０の底部によって受けられるようになっており、これに
よってばね４０が作動板３２を上方に押圧付勢するよう
にしている。
ようになっている作動板３２と弁体２６をその上面に備
えている支持板２７とは複数の連結ロッド３８によって
一緒に移動するように連結されている。そして連結ロッ
ド３８はこのリリーフバルブ１５のハウジングに縦方向
に延びるように設けられている案内孔３９によって摺動
可能に案内されている。また連結ロッド３８の外周側で
あって作動板３２の下部にはばね４０が配されている。
このばね４０の下端側の部分はコントロールチャンバ３
０の底部によって受けられるようになっており、これに
よってばね４０が作動板３２を上方に押圧付勢するよう
にしている。
【００１８】［３］ノズルフラッパの構成 次に上記コントロールチャンバ３０の主ダイヤフラム３
３の上側の空間に信号ポート３１を通して信号圧を印加
するためのノズルフラッパ１６のノズル４４について説
明する。ノズル４４はその軸線が水平になるようにリリ
ーフバルブ１５上に設けられているノズルフラッパ１６
のハウジング内に設けられており、中心部には軸線方向
に延びる中心孔４５を備えている。またノズル４４の基
端側の部分は保持部４６を構成している。この保持部４
６には半径方向に交差するように横孔４７が形成されて
いる。このように横孔４７はノズル４４の基端側の部分
の外周面に形成されている連通路４８に連通されるよう
になっている。この連通路４８がノズルフラッパ１６の
ハウジングのポート４９および連通溝５０を介してリリ
ーフバルブ１５のハウジングの信号ポート３１と連通さ
れるようになっている。
３の上側の空間に信号ポート３１を通して信号圧を印加
するためのノズルフラッパ１６のノズル４４について説
明する。ノズル４４はその軸線が水平になるようにリリ
ーフバルブ１５上に設けられているノズルフラッパ１６
のハウジング内に設けられており、中心部には軸線方向
に延びる中心孔４５を備えている。またノズル４４の基
端側の部分は保持部４６を構成している。この保持部４
６には半径方向に交差するように横孔４７が形成されて
いる。このように横孔４７はノズル４４の基端側の部分
の外周面に形成されている連通路４８に連通されるよう
になっている。この連通路４８がノズルフラッパ１６の
ハウジングのポート４９および連通溝５０を介してリリ
ーフバルブ１５のハウジングの信号ポート３１と連通さ
れるようになっている。
【００１９】ノズルフラッパ１６のハウジングのポート
４９と分岐するようにポート５３が設けられている。こ
のポート５３はリリーフバルブ１５のハウジングのポー
ト５４と連通されるとともに、このポート５４を介して
リリーブバルブ１５の出力ポート２２と連通されるよう
になっている。しかもポート５３には固定絞り５５が設
けられている。
４９と分岐するようにポート５３が設けられている。こ
のポート５３はリリーフバルブ１５のハウジングのポー
ト５４と連通されるとともに、このポート５４を介して
リリーブバルブ１５の出力ポート２２と連通されるよう
になっている。しかもポート５３には固定絞り５５が設
けられている。
【００２０】［４］リニアモータの構成 次に上記ノズル４４の先端部と対向するように配されて
いるフラッパ５９を移動させるリニアモータ１７につい
て述べると、フラッパ５９はりん青銅板から構成され、
ノズル４４と対向する中心部に対して外周側に連通孔４
３を備え、その両側に圧力差を生じないようになってい
る。またフラッパ５９にはリング状に巻装されたコイル
６０が取付けられている。このコイル６０がリニアモー
タ１７の駆動コイルを構成している。
いるフラッパ５９を移動させるリニアモータ１７につい
て述べると、フラッパ５９はりん青銅板から構成され、
ノズル４４と対向する中心部に対して外周側に連通孔４
３を備え、その両側に圧力差を生じないようになってい
る。またフラッパ５９にはリング状に巻装されたコイル
６０が取付けられている。このコイル６０がリニアモー
タ１７の駆動コイルを構成している。
【００２１】リニアモータ１７はカップ状をなすヨーク
６１を備えるとともに、その底部であって中心部には軸
線方向に着磁されたマグネット６２が取付けられてい
る。マグネット６２の上端部にはポールコア６３が固着
されている。ポールコア６３の外周部とヨーク６１の内
周面との間がエアギャップになっており、このエアギャ
ップの部分にコイル６０が配されている。
６１を備えるとともに、その底部であって中心部には軸
線方向に着磁されたマグネット６２が取付けられてい
る。マグネット６２の上端部にはポールコア６３が固着
されている。ポールコア６３の外周部とヨーク６１の内
周面との間がエアギャップになっており、このエアギャ
ップの部分にコイル６０が配されている。
【００２２】ヨーク６１の内部空間はヨーク６１とこの
リニアモータ１７のハウジングを貫通するポート６６お
よびリリーフバルブ１５のハウジングのポート６７を介
してリリーフバルブ１５の入力ポート２１と連通される
ようになっている。
リニアモータ１７のハウジングを貫通するポート６６お
よびリリーフバルブ１５のハウジングのポート６７を介
してリリーフバルブ１５の入力ポート２１と連通される
ようになっている。
【００２３】図３は上記リリーフバルブ１５、ノズルフ
ラッパ１６およびリニアモータ１７から成る真空チャン
バ１０の圧力制御装置の等価回路を示しており、入力ポ
ート２１と出力ポート２２との間にリリーフバルブ１５
が接続されている。そしてこのようなリリーフバルブ１
５は入力ポート２１に加わる圧力と出力ポート２２に加
わる圧力とをノズルフラッパ１６から成る可変絞りと固
定絞り５５とによって分圧して得られる信号圧が供給さ
れるようになっており、このような信号圧に応じてリリ
ーフバルブ１５が開閉されるようになっている。
ラッパ１６およびリニアモータ１７から成る真空チャン
バ１０の圧力制御装置の等価回路を示しており、入力ポ
ート２１と出力ポート２２との間にリリーフバルブ１５
が接続されている。そしてこのようなリリーフバルブ１
５は入力ポート２１に加わる圧力と出力ポート２２に加
わる圧力とをノズルフラッパ１６から成る可変絞りと固
定絞り５５とによって分圧して得られる信号圧が供給さ
れるようになっており、このような信号圧に応じてリリ
ーフバルブ１５が開閉されるようになっている。
【００２４】リリーフバルブ１５が開かれると、出力ポ
ート２２からリリーフバルブ１５を通って入力ポート２
１側に大気が流動し、真空チャンバ１０内の圧力が信号
圧に応じた圧力に調整される。
ート２２からリリーフバルブ１５を通って入力ポート２
１側に大気が流動し、真空チャンバ１０内の圧力が信号
圧に応じた圧力に調整される。
【００２５】［５］リリーフバルブの動作 次に図２に示すリリーフバルブ１５の動作をより詳細に
説明する。リリーフバルブ１５はその入力ポート２１が
図１に示す真空チャンバ１０に接続される。これに対し
て出力ポート２２は大気開放とする。すなわちここでは
リリーフバルブ１５が真空圧の調整のために用いられる
とともに、真空チャンバ１０内の圧力である被制御圧と
大気圧との差圧を利用して信号圧をノズルフラッパ１６
によって得るようにしている。
説明する。リリーフバルブ１５はその入力ポート２１が
図１に示す真空チャンバ１０に接続される。これに対し
て出力ポート２２は大気開放とする。すなわちここでは
リリーフバルブ１５が真空圧の調整のために用いられる
とともに、真空チャンバ１０内の圧力である被制御圧と
大気圧との差圧を利用して信号圧をノズルフラッパ１６
によって得るようにしている。
【００２６】図２に示すリリーフバルブ１５はフォース
バランス型の圧力変換器から構成されている。フォース
バランス型の圧力変換器においては、入力信号によって
発生する力Ｆi とし、出力信号によって発生する力をＦ
o とすると、 Ｆi ＝Ｆo ・・・・・・・・・・・・・・・・・（１） となる。図２に示すリリーフバルブ１５の動作はこの式
によって表現される。
バランス型の圧力変換器から構成されている。フォース
バランス型の圧力変換器においては、入力信号によって
発生する力Ｆi とし、出力信号によって発生する力をＦ
o とすると、 Ｆi ＝Ｆo ・・・・・・・・・・・・・・・・・（１） となる。図２に示すリリーフバルブ１５の動作はこの式
によって表現される。
【００２７】図２に示すリリーフバルブ１５のコントロ
ールチャンバ３０の主ダイヤフラム３３の上側の空間に
は信号圧Ｐs が加えられている。これに対して主ダイヤ
フラム３３と副ダイヤフラム３５との間の空間には、入
力ポート２１を通して加えられる真空圧Ｐv がバルブ室
２３および案内孔３９を通して印加されている。
ールチャンバ３０の主ダイヤフラム３３の上側の空間に
は信号圧Ｐs が加えられている。これに対して主ダイヤ
フラム３３と副ダイヤフラム３５との間の空間には、入
力ポート２１を通して加えられる真空圧Ｐv がバルブ室
２３および案内孔３９を通して印加されている。
【００２８】上記（１）式におけるＦi に相当する力
は、主ダイヤフラム３３の上部の空間の圧力Ｐs によっ
て発生する力である。今主ダイヤフラム３３の有効面積
をＡとすると、 Ｆｉ＝ＡＰs ・・・・・・・・・・・・・・・・（２） となる。これに対して、（１）式におけるＦo に相当す
る力は、主ダイヤフラム３３と副ダイヤフラム３５との
間の空間に作用する被制御圧である真空圧Ｐv によって
発生する力である。副ダイヤフラム３５の有効面積をＢ
とすると、 Ｆo ＝ＡＰv −ＢＰv ＋Ｆs ・・・・・・・・・（３） なおここでＦs は連結ロッド３８の外周部に介装されて
いるばね４０による弾性復元力を表わす。
は、主ダイヤフラム３３の上部の空間の圧力Ｐs によっ
て発生する力である。今主ダイヤフラム３３の有効面積
をＡとすると、 Ｆｉ＝ＡＰs ・・・・・・・・・・・・・・・・（２） となる。これに対して、（１）式におけるＦo に相当す
る力は、主ダイヤフラム３３と副ダイヤフラム３５との
間の空間に作用する被制御圧である真空圧Ｐv によって
発生する力である。副ダイヤフラム３５の有効面積をＢ
とすると、 Ｆo ＝ＡＰv −ＢＰv ＋Ｆs ・・・・・・・・・（３） なおここでＦs は連結ロッド３８の外周部に介装されて
いるばね４０による弾性復元力を表わす。
【００２９】上記（２）式および（３）式を（１）式に
代入すると、 ＡＰs ＝（Ａ−Ｂ）Ｐv ＋Ｆs ・・・・・・・・（４） この式を整理すると、 Ｐv ＝Ｐs ・Ａ／（Ａ−Ｂ）−Ｆs ／（Ａ−Ｂ）・・・（５） リリーフバルブ１５に用いられているばね４０による力
Ｆs は極めて小さいためにその項を無視するとともに、
主ダイヤフラム３３の面積と副ダイヤフラム３５の面積
とによって与えられる定数Ａ／（Ａ＋Ｂ）の値を、例え
ば Ａ／（Ａ＋Ｂ）＝１．２・・・・・・・・・・・（６） とすると、（５）式は次のように表わされる。
代入すると、 ＡＰs ＝（Ａ−Ｂ）Ｐv ＋Ｆs ・・・・・・・・（４） この式を整理すると、 Ｐv ＝Ｐs ・Ａ／（Ａ−Ｂ）−Ｆs ／（Ａ−Ｂ）・・・（５） リリーフバルブ１５に用いられているばね４０による力
Ｆs は極めて小さいためにその項を無視するとともに、
主ダイヤフラム３３の面積と副ダイヤフラム３５の面積
とによって与えられる定数Ａ／（Ａ＋Ｂ）の値を、例え
ば Ａ／（Ａ＋Ｂ）＝１．２・・・・・・・・・・・（６） とすると、（５）式は次のように表わされる。
【００３０】 Ｐv ＝１．２Ｐs ・・・・・・・・・・・・・・（７） この式から明らかなように、信号圧Ｐs を０、すなわち
大気圧にすると、入力ポート２１を通して加えられる負
圧の被制御圧Ｐv によって主ダイヤフラム３３を介して
作動板３２が下方へ押され、これに伴って支持板２７が
下方へ移動し、弁体２６がバルブシート２５から離間す
る。従って出力ポート２２から縦孔２４およびバルブ室
２３を通して入力ポート２１側に大気が流動し、真空チ
ャンバ１０内の圧力が上昇してＰv はほぼ０、すなわち
大気圧近くまで真空度が下がることになる。なお実際に
は出力ポート２２が大気開放の場合に、バルブシート２
５と弁体２６との間の排気抵抗による差圧と、副ダイヤ
フラム３５とばね４０によって作動板３２を上方へ押圧
する力によって、被制御圧、すなわち真空チャンバ１０
内の圧力Ｐv は図４に示すように、信号圧Ｐs が０にな
っても、完全に０にはならない。
大気圧にすると、入力ポート２１を通して加えられる負
圧の被制御圧Ｐv によって主ダイヤフラム３３を介して
作動板３２が下方へ押され、これに伴って支持板２７が
下方へ移動し、弁体２６がバルブシート２５から離間す
る。従って出力ポート２２から縦孔２４およびバルブ室
２３を通して入力ポート２１側に大気が流動し、真空チ
ャンバ１０内の圧力が上昇してＰv はほぼ０、すなわち
大気圧近くまで真空度が下がることになる。なお実際に
は出力ポート２２が大気開放の場合に、バルブシート２
５と弁体２６との間の排気抵抗による差圧と、副ダイヤ
フラム３５とばね４０によって作動板３２を上方へ押圧
する力によって、被制御圧、すなわち真空チャンバ１０
内の圧力Ｐv は図４に示すように、信号圧Ｐs が０にな
っても、完全に０にはならない。
【００３１】図２に示すリリーフバルブ１５の信号ポー
ト３１を通して加えられる信号圧Ｐs の真空度を上げる
と、主ダイヤフラム３３を下方に押す力が弱くなり、相
対的に作動板３２を上向きに押す力が発生し、作動板３
２と連結ロッド３８を介して連結されている支持板２７
上の弁体２６がバルブシート２５を閉じ、Ｐv の真空度
を上昇させる。被制御圧Ｐv の真空度が信号圧Ｐs に対
応する真空度よりも上昇しすぎると、バルブシート２５
から弁体２６が離間する方向の力が発生し、結果的に
（５）式が成立する位置で弁体２６がバルブシート２５
に接触することになる。
ト３１を通して加えられる信号圧Ｐs の真空度を上げる
と、主ダイヤフラム３３を下方に押す力が弱くなり、相
対的に作動板３２を上向きに押す力が発生し、作動板３
２と連結ロッド３８を介して連結されている支持板２７
上の弁体２６がバルブシート２５を閉じ、Ｐv の真空度
を上昇させる。被制御圧Ｐv の真空度が信号圧Ｐs に対
応する真空度よりも上昇しすぎると、バルブシート２５
から弁体２６が離間する方向の力が発生し、結果的に
（５）式が成立する位置で弁体２６がバルブシート２５
に接触することになる。
【００３２】逆にＰs の真空度を下げるとＰs によって
作動板３２に対して下向きの力が発生し、バルブシート
２５に対して弁体２６が開いて被制御圧Ｐv の真空度を
下げる。真空度が下がりすぎると弁体２６がバルブシー
ト２５を閉じ、この場合にも（５）式が成立する位置で
弁体２６がバルブシート２５を閉じることになる。
作動板３２に対して下向きの力が発生し、バルブシート
２５に対して弁体２６が開いて被制御圧Ｐv の真空度を
下げる。真空度が下がりすぎると弁体２６がバルブシー
ト２５を閉じ、この場合にも（５）式が成立する位置で
弁体２６がバルブシート２５を閉じることになる。
【００３３】このように信号圧Ｐs を変えることによっ
て図４に示すように、入力ポート２１に加えられる被制
御圧Ｐv が調整される。信号圧Ｐs が一定のパイロット
圧から作られる場合には、Ｐv は流量が変化しても比較
的小さなオフセットに止まる。これに対して本実施の形
態の場合には、パイロット圧として外部圧と被制御圧Ｐ
v とを用い、これらの差圧から信号圧Ｐs を得るように
しているために、流量変化によるオフセットがパイロッ
ト圧から作る場合に比べて大きくなる。
て図４に示すように、入力ポート２１に加えられる被制
御圧Ｐv が調整される。信号圧Ｐs が一定のパイロット
圧から作られる場合には、Ｐv は流量が変化しても比較
的小さなオフセットに止まる。これに対して本実施の形
態の場合には、パイロット圧として外部圧と被制御圧Ｐ
v とを用い、これらの差圧から信号圧Ｐs を得るように
しているために、流量変化によるオフセットがパイロッ
ト圧から作る場合に比べて大きくなる。
【００３４】また図２に示すリリーフバルブ１５は主ダ
イヤフラム３３の他に副ダイヤフラム３５を備えてお
り、このダイヤフラム３５によって作動板３２を主ダイ
ヤフラム３３による押圧方向とは逆方向に押圧している
ために、信号圧Ｐs を被制御圧Ｐv よりも低い真空度で
調節を行なうことが可能になる。すなわちこのようなリ
リーフバルブ１５によれば、外乱に対する安定性をある
程度犠牲にすることによって、外部のパイロット圧を使
用しないで被制御圧Ｐv のみによって信号圧Ｐsを作る
ことが可能になる。
イヤフラム３３の他に副ダイヤフラム３５を備えてお
り、このダイヤフラム３５によって作動板３２を主ダイ
ヤフラム３３による押圧方向とは逆方向に押圧している
ために、信号圧Ｐs を被制御圧Ｐv よりも低い真空度で
調節を行なうことが可能になる。すなわちこのようなリ
リーフバルブ１５によれば、外乱に対する安定性をある
程度犠牲にすることによって、外部のパイロット圧を使
用しないで被制御圧Ｐv のみによって信号圧Ｐsを作る
ことが可能になる。
【００３５】［６］リニアモータによる制御動作 次に信号圧Ｐs を得るためのノズルフラッパ１６と、こ
のノズルフラッパ１６を制御するリニアモータ１７の動
作を説明する。図３に示す可変抵抗を構成するノズルフ
ラッパ１６はフォースバランス型の圧力変換器を構成し
ている。今リニアモータ１７のコイル６０に流れる電流
Ｉi によって発生する力をＦc とすると、 Ｆc ＝ＫＩi ・・・・・・・・・・・・・・・・（８） となる。またノズル４４の内圧と外圧との差圧ｄＰによ
って発生する力をＦn とすると、 Ｆn ＝ｄＰ・ａ・・・・・・・・・・・・・・・（９） となる。なおここでａはノズル４４の中心孔４５の断面
積を示す。またフォースコイル６０が取付けられている
フラッパ５９のばね定数をＦf とすると、 Ｆc ＝Ｆn ＋Ｆf ・・・・・・・・・・・・・・（１０） となる。すなわちＦf がなければ完全なフォースバラン
ス型の変換器になる。
のノズルフラッパ１６を制御するリニアモータ１７の動
作を説明する。図３に示す可変抵抗を構成するノズルフ
ラッパ１６はフォースバランス型の圧力変換器を構成し
ている。今リニアモータ１７のコイル６０に流れる電流
Ｉi によって発生する力をＦc とすると、 Ｆc ＝ＫＩi ・・・・・・・・・・・・・・・・（８） となる。またノズル４４の内圧と外圧との差圧ｄＰによ
って発生する力をＦn とすると、 Ｆn ＝ｄＰ・ａ・・・・・・・・・・・・・・・（９） となる。なおここでａはノズル４４の中心孔４５の断面
積を示す。またフォースコイル６０が取付けられている
フラッパ５９のばね定数をＦf とすると、 Ｆc ＝Ｆn ＋Ｆf ・・・・・・・・・・・・・・（１０） となる。すなわちＦf がなければ完全なフォースバラン
ス型の変換器になる。
【００３６】図３において可変抵抗１６で示されるノズ
ルフラッパはリニアモータ１７によって駆動されるノズ
ルフラッパから成立している。このようなノズルフラッ
パ１６は２ｋｇＨｚ程度まではフラットな周波数特性を
有している。ガス系に使用した場合に、ガスの圧縮性に
よって周波数特性は数Ｈｚ〜数十Ｈｚまでの範囲にな
る。
ルフラッパはリニアモータ１７によって駆動されるノズ
ルフラッパから成立している。このようなノズルフラッ
パ１６は２ｋｇＨｚ程度まではフラットな周波数特性を
有している。ガス系に使用した場合に、ガスの圧縮性に
よって周波数特性は数Ｈｚ〜数十Ｈｚまでの範囲にな
る。
【００３７】上記の（８）の式と（９）式とを（１０）
式に代入すると、次の式が成立つ。
式に代入すると、次の式が成立つ。
【００３８】 ＫＩi ＝ｄＰ・ａ＋Ｆf ・・・・・・・・・・・（１１） ここでノズルフラッパ１６のノズル４４の差圧ｄＰ＝Ｐ
s −Ｐv なので、 ＫＩi ＝（Ｐs −Ｐv ）・ａ＋Ｆf ・・・・・・（１２） この式を変形すると、 Ｐs ＝（ＫＩi −Ｆf ）／ａ＋Ｐv ・・・・・・（１３） （１３）式においてＦf の項は変位バランス型変換器の
項で、この項とＰv の項とがあるために、この変換器は
Ｐv の変動に対してオフセットを発生する。（１３）式
においてＦf ＝０、Ｐv ＝ｃｏｎｓｔの場合には、この
値を定数Ｃとすると、 Ｐs ＝ＫＩi ＋Ｃ・・・・・・・・・・・・・・（１４） となり、完全なフォースバランスの式になる。実際には
−Ｆf ／ａ＋Ｐv の項が存在するために、設定は常にオ
ーバシュート気味になる。理論的にはオーバシュート気
味であるが、空気圧系の時定数よりもバルブ単体がもつ
制御系の時定数の方が桁違いに小さいので、表面的には
現われない。
s −Ｐv なので、 ＫＩi ＝（Ｐs −Ｐv ）・ａ＋Ｆf ・・・・・・（１２） この式を変形すると、 Ｐs ＝（ＫＩi −Ｆf ）／ａ＋Ｐv ・・・・・・（１３） （１３）式においてＦf の項は変位バランス型変換器の
項で、この項とＰv の項とがあるために、この変換器は
Ｐv の変動に対してオフセットを発生する。（１３）式
においてＦf ＝０、Ｐv ＝ｃｏｎｓｔの場合には、この
値を定数Ｃとすると、 Ｐs ＝ＫＩi ＋Ｃ・・・・・・・・・・・・・・（１４） となり、完全なフォースバランスの式になる。実際には
−Ｆf ／ａ＋Ｐv の項が存在するために、設定は常にオ
ーバシュート気味になる。理論的にはオーバシュート気
味であるが、空気圧系の時定数よりもバルブ単体がもつ
制御系の時定数の方が桁違いに小さいので、表面的には
現われない。
【００３９】図３に示すノズルフラッパ１６の等価抵抗
値をＲv とし、固定絞り５５の等価抵抗値をＲf とす
る。すると図２に示すリニアモータ１７のコイル６０の
電流Ｉi ＝０の場合には、ノズルフラッパ１６のノズル
４４がフラッパ４０によってほぼ完全に閉じられる状態
になり、このためにＲf ＜＜Ｒv となる。このときに
は、（１３）式から、 Ｐs ＝Ｐv −Ｆf ／ａ・・・・・・・・・・・・（１５） となり、信号圧Ｐs は大気圧とほぼ等しくなって、バル
ブシート２５が弁体２６から離れ、被制御圧Ｐv は大気
圧近くまで真空度が下がる。
値をＲv とし、固定絞り５５の等価抵抗値をＲf とす
る。すると図２に示すリニアモータ１７のコイル６０の
電流Ｉi ＝０の場合には、ノズルフラッパ１６のノズル
４４がフラッパ４０によってほぼ完全に閉じられる状態
になり、このためにＲf ＜＜Ｒv となる。このときに
は、（１３）式から、 Ｐs ＝Ｐv −Ｆf ／ａ・・・・・・・・・・・・（１５） となり、信号圧Ｐs は大気圧とほぼ等しくなって、バル
ブシート２５が弁体２６から離れ、被制御圧Ｐv は大気
圧近くまで真空度が下がる。
【００４０】これに対してリニアモータ１７のコイル６
０に所定の電流が流れた場合、すなわちＩi ＝Ｉi0＞０
のときには、リニアモータ１７のコイル６０による力Ｆ
c によってフラッパ５９がノズル４４の先端部から離間
するように開かれる。よってＲf ＞＞Ｐv となる。この
場合には次の式が成立する。
０に所定の電流が流れた場合、すなわちＩi ＝Ｉi0＞０
のときには、リニアモータ１７のコイル６０による力Ｆ
c によってフラッパ５９がノズル４４の先端部から離間
するように開かれる。よってＲf ＞＞Ｐv となる。この
場合には次の式が成立する。
【００４１】 Ｐs ＝Ｐv −Ｆf ／ａ＋ＫＩi ／ａ・・・・・・（１６） そしてこのときには差圧Ｐs −Ｐv によってはバルブシ
ート２５に弁体２６が密着し、リリーフバルブ１５が閉
じてＰv は最大真空圧まで真空度が上る。
ート２５に弁体２６が密着し、リリーフバルブ１５が閉
じてＰv は最大真空圧まで真空度が上る。
【００４２】
【発明の効果】本発明は、リリーフ通路を開閉する弁体
と、弁体と連結されかつコントロールチャンバ内におい
て移動可能に配されている作動板と、コントロールチャ
ンバ内を２分割するとともに、作動板を押圧する主ダイ
ヤフラムと、コントロールチャンバの外部連通孔を閉じ
かつ作動板を主ダイヤフラムによる押圧方向とは逆方向
から押圧する副ダイヤフラムと、をそれぞれ具備し、コ
ントロールチャンバの主ダイヤフラムに対して作動板と
は反対側の空間に信号圧が印加されるとともに、コント
ロールチャンバの主ダイヤフラムと副ダイヤフラムとの
間の空間に被制御圧が印加されるようにしたものであ
る。
と、弁体と連結されかつコントロールチャンバ内におい
て移動可能に配されている作動板と、コントロールチャ
ンバ内を２分割するとともに、作動板を押圧する主ダイ
ヤフラムと、コントロールチャンバの外部連通孔を閉じ
かつ作動板を主ダイヤフラムによる押圧方向とは逆方向
から押圧する副ダイヤフラムと、をそれぞれ具備し、コ
ントロールチャンバの主ダイヤフラムに対して作動板と
は反対側の空間に信号圧が印加されるとともに、コント
ロールチャンバの主ダイヤフラムと副ダイヤフラムとの
間の空間に被制御圧が印加されるようにしたものであ
る。
【００４３】従ってフォースバランス型のリリーフバル
ブを提供することが可能になり、応答速度が速く、しか
も反復精度の高いリリーフバルブが得られる。
ブを提供することが可能になり、応答速度が速く、しか
も反復精度の高いリリーフバルブが得られる。
【００４４】被制御圧が真空圧である場合には、真空圧
を制御するフォースバランス型のリリーフバルブが提供
される。
を制御するフォースバランス型のリリーフバルブが提供
される。
【００４５】ノズルフラッパを具備し、このノズルフラ
ッパのノズルの背圧を信号圧として用いることにより、
ノズルフラッパのノズルの背圧に応じた圧力に被制御圧
が制御される。
ッパのノズルの背圧を信号圧として用いることにより、
ノズルフラッパのノズルの背圧に応じた圧力に被制御圧
が制御される。
【００４６】ノズルフラッパのノズルとフラッパとの間
のギャップをリニアモータによって制御すると、リニア
モータに加えられる電流に応じた信号圧を得ることが可
能になり、このような信号圧によって被制御圧を制御す
ることが可能になる。
のギャップをリニアモータによって制御すると、リニア
モータに加えられる電流に応じた信号圧を得ることが可
能になり、このような信号圧によって被制御圧を制御す
ることが可能になる。
【００４７】ノズルがギャップを介して対向するフラッ
パが配されているチャンバに被制御圧が印加されるとと
もに、ノズルの背圧を取出す通路が固定絞りを介して外
部圧と連通されるようにした構成によれば、被制御圧と
外部圧とを利用して信号圧を作ることが可能になり、信
号圧を作るためのパイロット圧を必要としなくなる。
パが配されているチャンバに被制御圧が印加されるとと
もに、ノズルの背圧を取出す通路が固定絞りを介して外
部圧と連通されるようにした構成によれば、被制御圧と
外部圧とを利用して信号圧を作ることが可能になり、信
号圧を作るためのパイロット圧を必要としなくなる。
【図１】リリーフバルブを用いた真空装置の配管図であ
る。
る。
【図２】リリーフバルブの縦断面図である。
【図３】リリーフバルブの等価回路の回路図である。
【図４】信号圧と被制御圧との関係を示すグラフであ
る。
る。
１０ 真空チャンバ １１ 真空ポンプ １２ 圧力／電流変換器 １３ 比例積分コントローラ １５ リリーフバルブ １６ ノズルフラッパ １７ リニアモータ ２１ 入力ポート ２２ 出力ポート ２３ バルブ室 ２４ 縦孔 ２５ バルブシート ２６ 弁体 ２７ 支持板 ３０ コントロールチャンバ ３１ 信号ポート ３２ 作動板 ３３ 主ダイヤフラム ３４ 突柱 ３５ 副ダイヤフラム ３８ 連結ロッド ３９ 案内孔 ４０ ばね ４３ 連通孔 ４４ ノズル ４５ 中心孔 ４６ 保持部 ４７ 横孔 ４８ 連通路 ４９ ポート ５０ 連通溝 ５３、５４ ポート ５５ 固定絞り ５９ フラッパ ６０ コイル ６１ ヨーク ６２ マグネット ６３ ポールコア ６６、６７ ポート
Claims (5)
- 【請求項１】リリーフ通路を開閉する弁体と、 前記弁体と連結されかつコントロールチャンバ内におい
て移動可能に配されている作動板と、 前記コントロールチャンバ内を２分割するとともに、前
記作動板を押圧する主ダイヤフラムと、 前記コントロールチャンバの外部連通孔を閉じかつ前記
作動板を前記主ダイヤフラムによる押圧方向とは逆方向
から押圧する副ダイヤフラムと、 をそれぞれ具備し、前記コントロールチャンバの前記主
ダイヤフラムに対して前記作動板とは反対側の空間に信
号圧が印加されるとともに、前記コントロールチャンバ
の前記主ダイヤフラムと前記副ダイヤフラムとの間の空
間に被制御圧が印加されることを特徴とするリリーフバ
ルブ。 - 【請求項２】前記被制御圧が真空圧であることを特徴と
する請求項１に記載のリリーフバルブ。 - 【請求項３】ノズルフラッパを具備し、該ノズルフラッ
パのノズルの背圧が信号圧として用いられることを特徴
とする請求項１に記載のリリーフバルブ。 - 【請求項４】前記ノズルフラッパのノズルとフラッパと
の間のギャップがリニアモータによって制御されること
を特徴とする請求項１に記載のリリーフバルブ。 - 【請求項５】前記ノズルがギャップを介して対向するフ
ラッパが配されているチャンバに前記被制御圧が印加さ
れるとともに、前記ノズルの背圧を取出す通路が固定絞
りを介して外部圧と連通していることを特徴とする請求
項２に記載のリリーフバルブ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21195896A JPH1038111A (ja) | 1996-07-23 | 1996-07-23 | リリーフバルブ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21195896A JPH1038111A (ja) | 1996-07-23 | 1996-07-23 | リリーフバルブ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1038111A true JPH1038111A (ja) | 1998-02-13 |
Family
ID=16614527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21195896A Withdrawn JPH1038111A (ja) | 1996-07-23 | 1996-07-23 | リリーフバルブ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1038111A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008294015A (ja) * | 2007-05-22 | 2008-12-04 | Asahi Enterp:Kk | 制御装置 |
| CN104806595A (zh) * | 2015-04-29 | 2015-07-29 | 浙江大学 | 将溢流功能集成于主阀芯的直动式负载控制阀 |
| CN106015140A (zh) * | 2016-06-11 | 2016-10-12 | 宁波文泽机电技术开发有限公司 | 一种平衡阀 |
-
1996
- 1996-07-23 JP JP21195896A patent/JPH1038111A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008294015A (ja) * | 2007-05-22 | 2008-12-04 | Asahi Enterp:Kk | 制御装置 |
| CN104806595A (zh) * | 2015-04-29 | 2015-07-29 | 浙江大学 | 将溢流功能集成于主阀芯的直动式负载控制阀 |
| CN106015140A (zh) * | 2016-06-11 | 2016-10-12 | 宁波文泽机电技术开发有限公司 | 一种平衡阀 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20031007 |