JPS61173319A - 流体用レギユレ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は流体用レギュレータに関し、一層詳細には、大
気にブリードすることが好ましくない、例えば、酸素の
ような流体を電気信号に比例して調圧し、所定の出力圧
として取り出すことが可能な流体用レギュレータに関す
る。

流体の出力圧を電気信号により一定に調整するために、
従来から電−空変換器と圧力変換器とを組み合わせたレ
ギュレータが広汎に採用されている。この種の従来技術
に係るレギュレータを第１図並びに第２図に示す。

この従来技術に係るレギュレータでは、電気信号を空気
圧信号に変換する電−突変換器２の出力側を圧力変換器
４の第１のポート６に接続し、前記圧力変換器４の内部
にはダイヤフラム８を配設している。ダイヤフラム８に
は調圧弁１０が固着され、この調圧弁１０は第２のポー
ト１２）すなわち、サプライポートと出力圧を取り出す
第３のポート１４、すなわち、アウトレットポートとの
間に画成された弁孔１５に臨んでいる。従って、以上の
構成からすれば、前記圧力変換器は大気圧側へ空気圧を
逃がすことのないノンブリード型であることが容易に諒
解されよう。

第２図に前記電−空変換器２の具体的構成例を示す。す
なわち、トルクモータ１６を構成するコイル１８を貫通
して支点２０によって一点支持されたバランスビーム２
２が延在し、このバランスビーム２２の一端部にはフィ
ードバック用のコイルスプリング２４が係着されている
。前記フィードバックスプリング２４の他端部はフィー
ドバックレバー２６に係着され、このフィードバックレ
バー２６はフィードバックベローズ２８により押圧され
るように構成している。一方、バランスビーム２２の他
端部には空気供給源３０から固定絞り３２を介して所定
の圧力の空気を供給されるノズル３４が配設され、この
ノズル３４の出力はパイロット弁３６に導出される。こ
のパイロット弁３６には前記空気供給源３０からの空気
が分岐されて導入され、出力圧を調整する。一方、この
出力圧は分岐して前記フィードバックベローズ２８に導
入されるよう構成している。なお、図中、参照符号３８
はコイル１８の周囲に装着されるマグネットであり、ま
た、参照符号４０は前記コイル１８へ入力信号を送給す
るための導線を示す。

そこで、このような電−突変換器２の構成では、導線４
０から送給される入力電気信号の変化は、トルクモータ
１６を構成するコイル１８に流れる電流の変化となって
顕れ、この結果、磁束の変化によってバランスビーム２
２に及ぼされる力が変わる。これによって、支点２０に
支持されたバランスビーム２２の他端部はノズル３４に
対して有する間隙を変化する嘔至り、この変化量に比例
してノズル背圧も変化することになる。このノズル背圧
はパイロット弁３６で増幅されて出力圧になると共にそ
の一部は、前記の通り、フィードバックベローズ２８に
導入されてフィードバックレバー２６を押圧し、このた
め、一点支持されたフィードバックレバー２６が変位し
てフィードバックスプリング２４を引張する。それによ
ってバランスビーム２２が変位し、ノズル背圧を再び変
更することになる。すなわち、入力信号によって変位す
るバランスビーム２２に発生する力を打ち消すように作
用し、コイル１８に導入される入力信号に係る力とフィ
ードバックベローズ２８を介して発生するバランスビー
ム２２に対する力が丁度等しくなった時、平衡する。こ
のようにして、常に人力電気信号に比例した出力空気圧
が得られることになる。

そこで、以上のような構成からすれば、従来技術に係る
レギュレータは基本的には入力電気信号を空気圧に変換
する機構と、前記変換された空気圧に比例して流体圧を
調整する機構の二つの部分よりなるものであることが諒
解されよう。そして、一般的にノズルフラッパ機構を用
いた場合には、ノズル背圧を精度よく調整出来るために
、電−突変換器自体を高精度のものとして製造すること
が可能である。然しながら、このような高精度の電−突
変換器の後段に接続される圧力変換器においては、例え
ば、酸素のようなガスを出力圧として大気に放出するこ
とが出来ないため、ノズルフラッパ機構を組み込むこと
は困難である。従って、板金、前段において高精度な電
−突変換器を採用したとしても、後段において精度に劣
る圧力変換器を用いるために、全体としては高精度のも
のを得ることは難しく、このために、これを組み合わせ
た電気式流体用レギュレータの精度をあまり高くするこ
とが出来ないという不都合が従来から指摘されてきた。

本発明は前記の問題点を克服するためになされたもので
あって、ノズルフラッパ機構と、このノズルフラッパ機
構のノズル背圧によって変位するダイヤフラムと、前記
ダイヤフラムの変位に応じて流体通路を開閉制御する弁
体とを一体的に組み込み、前記ノズルフラッパ機構を入
力電気信号によって駆動してノズル背圧を変化させ、こ
れによって、前記弁体を直接開閉制御して流体通路から
出力される流体の制御を精度よく行うことが可能な、し
かも、構成も簡単で廉価に製造することが出来る流体用
レギュレータを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は電気信号に対応
して流体圧を調圧する流体用レギュレータであって、レ
ギュレータ本体に出力側の流体圧信号を電気信号に変換
するセンサを設け、さらに、前記レギュレータはノズル
フラッパ機構と、前記ノズルフラッパ機構のノズル背圧
の変化に応動して流体の供給ポートと出力ポートを結ぶ
流路の開閉を行う弁体とを含み、前記ノズルフラッパ機
構は前記流体圧系とは異なる流体をノズル背圧室に導入
してノズル背圧を得るよう構成することを特徴とする。

次に、本発明に係る流体用レギュレータについて好適な
実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説
明する。

第３図において、参照符号５０は本発明に係る流体用レ
ギュレータを示し、この流体用レギュレータ５０は本体
５２とその内部上方に設けられたノズルフラッパ機構５
４と内部下方に設けられたパイロット弁部５６とを含む
。ノズルフラッパ機構５４は後述するパイロット弁部５
６のノズル背圧室５８に通ずる所定口径のノズル６０と
板状のフラッパ６２とから構成される。前記フラッパ６
２の一端部はノズル６０に対して所定の間隔を有して自
由端として位置決めされると共にその他端部は本体５２
にねじ６４を介して固定される。前記フラッパ６２は、
図に示すように、電極が施された二枚の圧電セラミック
６６とこれらの圧電セラミック６６．６６に挟持された
電極６８とからなる、所謂、電歪素子で形成され、これ
らの圧電セラミック６６．６６の夫々に結線された導線
７０．７０を介してコントローラ７２より所定の電圧が
印加されるように構成されている。一方、パイロット弁
部５６は上下方向に併設された二枚のダイヤフラム７４
．７６とこれらのダイヤフラム７４．７６をその略中央
で所定間隔離間して保持するピストン７８と前記ピスト
ン７８の下端部に画成された円錐状の凹部７８ａに係合
する弁体８０を含む。弁体８０は、実質的には前記円錐
状の凹部７８ａに係合する砲弾型の突部８２と、この突
部８２から下方に延在するロフト８４と、前記ロッド８
４の先端部に固着された内弁８６とから基本的に構成さ
れ、この弁体８０は内弁８６に押圧するコイルスプリン
グ８８の作用下に前記突部８２を常時ピストン７８の凹
部７８ａに圧接している。従って、通常状態においては
、内弁８６の側部は本体５２によって画成される弁座９
０に対して着座し、本体５２に画成される供給ポート９
２と出力ポート９４とを連通する通路９６、室９８、通
路１００の連通状態を遮断する。

次に、本体５２には前記供給ポート９２の上方において
供給される空気を導入するためのポート１０２が画成さ
れ、このポート１０２は通路１０４ａ。

１０４ｂ、　１０４ｃ、　１０４ｄおよび１０４ｅを介
してノズル背圧室５８に連通している。この場合、通路
１０４ｄにはオリフィス１０６が配設される。なお、通
路１０４ｂからは通路１０４ｆが分岐し、ダイヤフラム
７４と７６とにより画成される供給圧力室１０８に連通
している。同様にして、ダイヤフラム７６と本体５２に
より画成される大気圧室１１０は通路１１２を介して大
気側と連通状態にある。なお、出力ポート９４からは通
路１１４ａ、　１１４ｂ、　１１４ｃが延在し、本体５
２に画成された凹部１１６に連通している。この凹部１
１６には圧力センサ１１８が固着され、この圧力センサ
１１８は、例えば、その内部に図示しない半導体ダイヤ
フラムを含む。この半導体ダイヤフラムの変位量は電圧
の変化量として取り出され、導線１２０を介してコント
ローラ７２に導入されるよう構成している。すなわち、
通路１１４ａ乃至１１４Ｃを介して流体出力がこの圧力
センサ１１８に導入されると、半導体ダイヤフラムの変
位により電気抵抗の値が変化し、これを利用して前記出
力圧を電気信号として検出することが可能である。

本発明に係る流体用レギュレータは基本的には以上のよ
うに構成されるものであり、次にその作用並びに効果に
ついて説明する。

先ず、供給ポート９２からは大気にブリードされること
のない酸素が供給されるものとし、従って、出力ポート
９４からは弁体８０によって調圧された酸素が導出され
るものとする。そこで、入力電気信号をコントローラ７
２に供給すると、このコントローラ７２は導ｊｓ７０を
介してノズルフラッパ機構５４に所定の電圧を印加する
。すなわち、フラッパ６２を構成する圧電セラミック６
６．６６はコントローラ７２から供給される電圧の極性
によって変位し、この結果、ノズル６０を介してノズル
背圧室５８のノズル背圧が変化する。例えば、以上のよ
うな作用によって、前記ノズル背圧室５８のノズル背圧
が高まったとしよう。この場合には、ピストン７８が矢
印Ａで示すように下降変位し、これに伴って、弁体８０
の突部８２を凹部７８ａを介して押圧する。この押圧力
はコイルスプリング８８の弾発力に抗して弁体８０を押
し下げ、この結果、供給ポート９２）通路９６、室９８
、通路１００が夫々連通状態となり、前記供給ポート９
２から供給される酸素は出力ポート９４から外部へと導
出される。一方、出力ポート９４から導出される所定圧
の酸素は通路１１４ａ、１１４ｂ、　１１４ｃを介して
凹部１１６に至り、圧力センサ１１Ｂの半導体ダイヤフ
ラムを押圧する。その押圧力によって半導体ダイヤフラ
ムはそれに相当する電圧に係る信号を導線１２０を介し
てコントローラ７２に送給する。すなわち、出力信号が
このコントローラ７２にフィードバックされることにな
る。

コントローラ７２ではこのフィードバック信号と前記入
力信号とを比較し、差があれば修正するように再び電圧
に係る電気信号をノズルフラッパ機構５４に送給する。

すなわち、フラッパ６２に対してその差圧に係る電圧を
供与し、このようにして常に入力信号とフィードバック
信号とを突き合わせたコントロールがこのコントローラ
７２を介して行われる。最終的には入力信号と出力信号
とがその差を顕さな（なった時、平衡することになる。

このような平衡の状態に至ると入力信号に比例した酸素
ガス圧が出力ポート９４から得られることになる。

本発明によれば、以上のように、出力ガス圧はノズルフ
ラッパ機構を活用した高精度の電気−圧力変換センサで
フィードバックされている。

従って、結果的には高精度で出力ガス圧を制御すること
が可能となる。しかも、以上の実施例から容易に諒解さ
れるように、構成も極めて簡単である。さらに、ノズル
背圧を制御する機構としては電歪素子を採用している。

従って、電気的に制御がし易く、さらにまた、小型化に
優れ、繰り返し疲労に対しても極めて強い特性を呈する
。この結果、全体としても流体用レギュレータの耐用年
数を著しく増加することが出来る効果が得られる。なお
、本実施例においては、供給ポートから出力ポートへ導
出される流体としては酸素を挙げたが、特に、この供給
ポートと出力ポートとを結ぶ系はノズルフラッパを構成
する流体系とは導通状態にはない。従って、この供給ポ
ートから出力ポートへの圧力制御は、例えば、気体に限
らず液体でも可能であることは謂うまでもない。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが
、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設
計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術に係る流体用レギュレータの概略説明
図、第２図は第１図に示す流体用レギュレータの電−突
変換器部分の詳細説明図、第３図は本発明に係る流体用
レギュレータの縦断説明図である。 ５０・・流体用レギュレータ　５２・・本体５４・・ノ
ズルフラッパ機構 ５６・・パイロット弁部　　　５８・・ノズル背圧室６
０・・ノズル　　　　　　　６２・・フラッパ６４・・
ねじ　　　　　　　　６６・圧電セラミック６８・・電
橋７２・・コントローラ ７４．７６・・ダイヤフラム　　７８・・ピストン８０
・・弁体　　　　　　　　８２・・突部８４・・ロッド
　　　　　　　８６・・内弁８８・・コイルスプリング
　　９０・・弁座９２・・供給ポート　　　　　９４・
・出力ポート９８・・室　　　　　　　　１０２　・・
ポート１０４ａ〜１０４ｆ・・通路　　　　１０８　・
・供給圧力室１１０　　・・大気圧室　　　　　１１６
　　・・凹部１１８　　・・圧力センサ　　　　１２０
　　・・導線手続（重圧　書１発） 昭和６０年　４月１５日 特許庁長官　　志　賀　　学　殿 １、事件の表示 昭和６０年　特許願　第０１３０６０号２）発明の名称 流体用レギュレータ ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住　所　　　　　　東京都港区新橋１−１６−４名　称
　　　　　　焼結金属工業株式会社４、代理人

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気信号に対応して流体圧を調圧する流体用レギ
   ュレータであって、レギュレータ本体に出力側の流体圧
   信号を電気信号に変換するセンサを設け、さらに、前記
   レギュレータはノズルフラッパ機構と、前記ノズルフラ
   ッパ機構のノズル背圧の変化に応動して流体の供給ポー
   トと出力ポートを結ぶ流路の開閉を行う弁体とを含み、
   前記ノズルフラッパ機構は前記流体圧系とは異なる流体
   をノズル背圧室に導入してノズル背圧を得るよう構成す
   ることを特徴とする流体用レギュレータ。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載のレギュレータにおい
   て、ノズル背圧室に導入される流体は空気である流体用
   レギュレータ。
3. （３）特許請求の範囲第１項または第２項記載のレギュ
   レータにおいて、ノズルフラッパ機構は平板状の電歪素
   子を含むことからなる流体用レギュレータ。
4. （４）特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記
   載のレギュレータにおいて、センサの出力はコントロー
   ラに導出され、このコントローラで入力信号と電気的に
   比較され、その偏差によりさらに前記コントローラから
   ノズルフラッパ機構に付勢信号を送給するようにフィー
   ドバック系を構成してなる流体用レギュレータ。