JPS627908Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は高速応答が可能な圧力制御弁に関す
る。

通常、圧力制御弁、例えば空気式のサーボ弁は
ノズルフラツパによる力増幅器により弁を開閉す
る構造を有しており、電磁コイルによりフラツパ
を動かし、フラツパに対向して配置されたノズル
の背圧をダイヤフラムを介してスプールに伝達し
ている。この従来のサーボ弁では、系が力を増幅
する特性を有しているため、電磁コイルへの供給
電流が少なくても所望に出力空気圧を制御し得、
またダイヤフラムが配置される部位に空気室を設
け、この空気室へ流入する空気量をオリフイスに
より制限し、系に一次遅れ特性を持たせると、ス
プールに急激な力が加わらず、出力空気圧を安定
にし得るという長所を有している。しかし乍ら、
このようなサーボ弁では、フラツパに加えられた
力が直接スプールに伝達されないため応答性が悪
く、加えてオリフイスにはゴミ等が詰まりやす
く、適用空気を清浄化すべく、フイルタを必要と
する等の欠点を有している。

本考案は前記諸点に鑑みなされたものであり、
その目的とするところは、応答性に優れ、サーボ
弁に好ましく適用し得る圧力制御弁を提供するこ
とにある。

本考案によれば、前記目的は、本体と、本体に
設けられた入力、出力及び排出ポートと、入力ポ
ートと出力ポートとを連通する第１の通路と、出
力ポートと排出ポートとを連通する第２の通路
と、第１の通路を開閉すべく、本体を弁座として
第１の通路に設けられた第１のポペツト弁と、第
２の通路を開閉すべく、第２の通路に設けられて
おり、弁体が第１のポペツト弁の弁体に機械的に
連結された第２のポペツト弁と、第２のポペツト
弁の弁座に直接的に機械的作用を及ぼす電磁作動
手段とからなり、前記第２のポペツト弁の前記弁
座は、前記出力ポートの流体の圧力が前記電磁作
動手段によつて規定される値の場合には前記第１
及び第２のポペツト弁と第１及び第２のポペツト
弁の弁座とを夫々当接させて前記第１及び第２の
通路を閉塞し、前記規定される値よりも大なる場
合には前記第１の通路の閉塞を保持するとともに
前記第２のポペツト弁と第２のポペツト弁の弁座
との当接を解除して前記第２の通路を開通し、前
記規定される値よりも小なる場合には前記第２の
通路の閉塞を保持するとともに前記第１のポペツ
ト弁と第１のポペツト弁の弁座との当接を解除し
て前記第１の通路を開通すべく、前記第２の通路
内に前記流体の圧力を受容する受圧面を有して摺
動自在に嵌装された圧力制御弁によつて達成され
る。

本考案になる圧力制御弁の作用を説明する。出
力ポートの流体の圧力が電磁作動手段の第２のポ
ペツト弁の弁座に及ぼす機械的作用によつて規定
される値より小さい場合には、電磁作動手段の及
ぼす機械的作用により第２のポペツト弁の弁座が
第２のポペツト弁と当接し、かつ第１のポペツト
弁と該弁座との当接を解除して第２の通路の閉塞
と第１の通路の開通とを保持し、出力ポートの流
体の圧力が前記規定される値となるまで入力ポー
トから出力ポートへ圧力流体を供給する。出力ポ
ートの圧力が前記規定される値の場合には、第２
のポペツト弁の弁座が第２のポペツト弁と当接す
るとともに第１のポペツト弁が該弁座と当接して
第１及び第２の通路を閉塞し、出力ポートの流体
の圧力を前記規定される値に維持する。出力ポー
トの流体の圧力が前記規定される値よりも大きい
場合には受圧面が受容する流体の圧力の及ぼす作
用が第２のポペツト弁の弁座に対する電磁作動手
段の及ぼす機械的作用よりも大となつて、第１の
ポペツト弁と該弁座とを当接させたまま第２のポ
ペツト弁の弁座が第２のポペツト弁との当接を解
除して、第１の通路を閉塞するとともに第２の通
路を開通し、出力ポートの流体の圧力が前記規定
される値となるまで出力ポートの圧力流体を排出
ポートを介して排出する。

次に本考案による好ましい一具体例を図面に基
づいて詳細に説明する。

第１図及び第２図において、本体１には、入力
ポート２、出力ポート３及び排出ポート４が夫々
穿設されており、ポート２には所定圧Ps（Kg／
cm²）の空気が供給され、ポート３からは制御され
た圧力P₀（Kg／cm²）を有する空気が出力される。
本体１内には、大径の貫通孔５と、小径の貫通孔
６とが穿設されており、孔５には、一方のポペツ
ト弁の弁座となるピストン７が嵌装されており、
孔６には、一方のポペツト弁の弁体８と他方のポ
ペツト弁の弁体９とを連結するロツド１０が伸長
しており、孔６の内面には、ロツド１０に一体的
に形成されたフランジ１１が摺動自在に接触して
いる。

ピストン７には、軸方向の孔１２と、軸方向に
直交し、孔１２に連通する孔１３とが穿設されて
おり、弁体８は孔１２の開口端を閉塞するよう
に、弁座としてのピストン７に当接する。ピスト
ン７はスプリング１４により極めて小さな力でＸ
方向に付勢されている。本体１と、本体１に螺着
された蓋１５とに規定された室１６には、プリン
グ１７が設けられており、室１６に配置された弁
体９はスプリング１７により極めて小さい力でＸ
方向に付勢されており、孔６の開口端を閉塞する
ように弁座としての本体１に当接する。室１６と
ポート３とは、本体１に穿設された孔１８により
連通されており、弁体９がＹ方向に移動され、弁
体９と本体１との当接が解除されると、ポート２
と３とは、孔６、室１６及び孔１８を介して連通
される。弁体８とピストン７とが離反し、弁体８
とピストン７との当接が解除されると、ポート３
と４とは、孔１２，１３を介して連通される。本
体１の一端面には、高透磁率のケース１９が取り
付けられており、ケース１９内の室２０には、ケ
ース１９に固着された円柱状のマグネツト２１が
配置されている。マグネツト２１を囲撓して室２
０内に設けられた非磁性体のボビン２２にはコイ
ル２３が設けられており、コイル２３のリード線
２４は、ケース１９に穿設された開口２５から外
部に導出されている。

ボビン２２の一端面側２６にはピストン７の一
端が固着されており、コイル２３に電流が流され
ボビン２２がＸ又はＹ方向に移動されようとする
と、ピストン７も同様にＸ又はＹ方向に引かれ又
は押されようとする。コイル２３及びマグネツト
２１はピストン７に直接的に機械的作用を及ぼす
電磁作動手段を構成している。ピストン７、フラ
ンジ１１には夫々シールリング２７，２８が嵌着
されている。２９はガスケツトである。

このように構成された圧力制御弁３０の動作を
説明する。

スプリング１４及び１７は、空気圧がポート２
に供給されていない際、すなわち、ポート２〜４
の空気圧が大気圧である際、弁体８をピストン７
に、弁体９を本体１に夫々当接し、夫々を初期位
置に設定し、そのバネ力は極めて小さく、以下の
説明ではこのバネ力を無視する。ポート２に圧力
Psを有する空気が供給され、コイル２３に一定
方向の電流ｉが流れると、ボビン２２にはＹ方向
の力F₁が発生し、力F₁はピストン７に加えられ
る。一方、ポート３における空気圧がP₀である
と、ピストン７には、孔５の断面積A₁に比例し
たＸ方向の力F₂＝A₁・P₀が作用する。F₁＞F₂で
あると、ピストン７はＹ方向に移動され、同時
に、弁体９もＹ方向に移動され、弁体９と本体１
との当接が解除され、ポート２に供給されている
圧力Ｐ_sの空気が室１６、孔１８を介してポート
３に供給され、ポート３の空気圧P₀が上昇する。

逆に、F₁＜F₂であると、ピストン７はＸ方向
に移動される。ピストン７の移動で、孔６の開口
端が閉じられるように弁体９が本体１に当接する
と、弁体８，９及びロツド１０の受圧面積に基づ
くＸ方向の力はピストン７に伝達されなくなり、
ピストン７には、それ自体の受圧面積A₂による
Ｘ方向の力F₃＝A₂・P₀が作用する。F₁＜F₃であ
ると、ピストン７は更にＸ方向に移動され、ピス
トン７と弁体８との当接が解除され、ポート３の
空気は孔１２，１３及びポート４を介して大気に
排出され、ポート３の空気圧P₀は低下する。F₃
＜F₁＜F₂であると、弁体８はピストン７に当接
し、弁体９は本体１に当接し、ポート３はポート
２，４のいずれとも連通されなくなる。従つて、
ポート３の空気圧P₀は Ｋ／Ａ_１ｉ＜P₀＜Ｋ／Ａ_２ｉ 但し、Ｋはコイル２３の巻数等に基づく定数 の範囲内の値に設定される。P₀を一点に設定する
には、A₁とA₂との比を１に近づければよいが、
ポート３から空気圧が供給される作動装置が、例
えばエアモータの如く、供給される空気を大気に
排出するようなものであれば、P₀はK/A₁・ｉと
なる。一方、作動装置が、例えば単動シリンダの
如く、供給される空気を大気に排出しないような
ものであれば、弁体８とロツド１０とにポート３
と孔１２とを連通するオリフイス３１を穿設する
と、同じくP₀はK/A₁・ｉとなり、弁体９とロツ
ド１０とにポート２と室１６とを連通するオリフ
イス３２を穿設すると、P₀はK/A₂・ｉとなる。
スプリング１４及び１７のバネ力はできるだけ小
さいものが好ましく、コイル２３に供給される電
流ｉが適当な値以下の際、例えば電流ｉが4mA
以下の際、弁体９が本体１に当接し、弁体８とピ
ストン７との当接が解除され、ポート３の空気が
ポート４から排出されるような値に設定される。
すなわち、電流ｉが一定の値以下の際、ポート３
の空気圧がほぼ大気圧となるように、スプリング
１４，１７のバネ力は設定される。

弁体８，９が夫々本体１、ピストン７に当接し
ている際でのスプリング１４のバネ力をF₀とす
ると、ポート３の空気圧P₀は Ｋ・ｉ−Ｆ_０／Ａ_１＜P₀＜Ｋ・ｉ−Ｆ_０／Ａ_２ に設定される。

尚、ボビン２２とピストン７とを固着して連結
することなく、ボビン２２の一端側２６とピスト
ン７との間にスプリング３３を装着して、スプリ
ング３３のバネ力によりボビン２２とピストン７
とを常に離反するように付勢すると、コイル２３
への電流ｉが零の際においてもポート３の空気圧
をある正の値に設定し得る。尚、弁体９のＹ方向
の移動は、ロツド１０の一端が蓋１５に当接する
ことにより、またピストン７のＸ方向の移動は、
ボビン２２の一端面がケース１９に当接すること
により規制されている。

次に、第３図ないし第５図により前記ピストン
７等を一対設けた本考案による好ましい他の具体
例を説明する。第３図及び第４図において第１図
に示した構成と同一の構成に対しては同一符号を
付し、右側の弁構成にはその符号にａを、左側の
弁構成にはその符号にｂを加えて示す。本具体例
の圧力制御弁４０は、ピストン７ａと７ｂとを連
結してなる圧力調整用ねじ４１ａ及び４１ｂを有
しており、ねじ４１ａはピストン７ａに、ねじ４
１ｂはピストン７ｂに夫々螺着されており、止め
ナツト４２ａ及び４２ｂにより、夫々の相対位置
が固定され得る。ねじ４１ａ及び４１ｂの一端に
は連結棒４３の一端が固着されており、棒４３の
他端は、ボビン４４ａ及び４４ｂにねじ止めされ
ている。ボビン４４ａ及び４４ｂにはコイル４５
ａ及び４５ｂが夫々形成されており、コイル４５
ａ及び４５ｂに電流が流されると、ボビン４４ａ
及び４４ｂはＸ方向又はＹ方向に移動される。コ
イル４５ａと４５ｂとは、電流が流される際、ボ
ビン４４ａ及び４４ｂを同一方向に移動せしめる
ように、並列又は直列に接続されている。蓋４６
を有し高透磁率の磁性体からなるケース４７は、
ボビン４４ａ，４４ｂを囲繞しており、ケース４
７内で規定される室４８には、ボビン４４ａ，４
４ｂを貫通してマグネツト４９が設けられてい
る。ケース４７の一側面には開口５０が設けられ
ており、開口５０を介して棒４３が伸長してい
る。

このような圧力制御弁４０では、コイル４５ａ
及び４５ｂに電流ｉを流さず、棒４３を本体１
ａ，１ｂに関してほぼ中央に位置せしめる際、ポ
ート２ａ及び２ｂに供給される圧力Ｐ_sの1/2が、
等しくポート３ａ及び３ｂに出力されるように、
ピストン７ａ，７ｂを回転しねじ４１ａ及び４１
ｂとピストン７ａ及び７ｂとの螺合状態を調整し
て、ピストン７ａ，７ｂと棒４３との夫々の離間
距離を設定し、その後、ナツト４２ａ，４２ｂを
締め付け固定する。この状態では、弁体９ａと本
体１ａとの間及び弁体９ｂと本体１ｂとの間に
は、オリフイス３１ａ及び３１ｂにより排出され
る空気量に対応する空気量をポート２ａ及び２ｂ
から室１６ａ及び１６ｂに夫々供給し得る程度の
間隙が生じている。コイル４５ａ及び４５ｂに電
流ｉが流されると、例えばＸ方向の力Ｆ＝K₁・
ｉがねじ４１ａ及び４１ｂに伝達され、ポート３
ａ及び３ｂの空気圧は夫々P₁及びP₂となる。空気
圧P₁とP₂の差圧は電流ｉに比例する。すなわち、
差圧Ｐ_Dは Ｐ_D＝Ｋ_１／Ａ_１・ｉ となる。

ところで、圧力制御弁４０では、ピストン７ａ
と７ｂとをねじ４１ａ及び４１ｂを介して連結し
たが、第６図に示すように、ピストン７ａ及び７
ｂの一端を夫々延設して、その延設端部６１ａ及
び６１ｂに螺子６２ａ，６２ｂで板ばね６３ａ及
び６３ｂの一端を取り付け、板ばね６３ａ及び６
３ｂの他端を棒４３に固定してもよい。このよう
にすると、ポート３ａと３ｂとにおける初期空気
圧調整において、それをバランスさせることが簡
単となる。

前記の如く、本考案によればピストンに直接的
に電磁作動手段による機械的作用が及ぼされるた
め、コイルに電流を流すことにより直ちに出力ポ
ートの空気圧を電流値に基づいた値に設定し得、
高速応答の圧力制御弁とし得る。すなわち第２の
通路内に流体の圧力を受容する受圧面を有して摺
動自在に嵌装された第２のポペツト弁の弁座は、
出力ポートの流体の圧力が電磁作動手段によつて
規定される値の場合には第１及び第２の通路を閉
塞すべく第１及び第２のポペツト弁と第１及び第
２のポペツト弁の弁座とを夫々当接させ、前記規
定される値よりも大なる場合には第１の通路の閉
塞を保持するとともに、第２の通路を開通すべく
第２のポペツト弁と第２のポペツト弁の弁座との
当接を解除し、前記規定される値よりも小なる場
合には第２の通路の閉塞を保持するとともに、第
１の通路を開通すべく第１のポペツト弁と第１の
ポペツト弁の弁座との当接を解除するように作動
するが故に、出口ポートの流体の圧力を、電磁作
動手段によつて規定される値に確実に維持し得、
かつ応答性の優れた圧力制御機能を発揮し得る。

加えて、径の小さいオリフイス等をなくし得る
ため、目詰りの発生がなくなり、空気清浄化用フ
イルタを設けなくても長期にわたつて安定な特性
を発揮し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による好ましい一具体例の断面
図、第２図は第１図に示す具体例の特性曲線図、
第３図は本考案による好ましい他の具体例の説明
図、第４図は第３図に示す−線断面図、第５
図は第３図に示す具体例の特性曲線図、第６図は
第３図に示す一部の他の具体例の説明図である。 １……本体、２……入力ポート、３……出力ポ
ート、４……排出ポート、７……ピストン、８，
９……弁体、２１……マグネツト、２３……コイ
ル。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 本体と、本体に設けられた入力、出力及び排出
   ポートと、入力ポートと出力ポートとを連通する
   第１の通路と、出力ポートと排出ポートとを連通
   する第２の通路と、第１の通路を開閉すべく、本
   体を弁座として第１の通路に設けられた第１のポ
   ペツト弁と、第２の通路を開閉すべく、第２の通
   路に設けられており、弁体が第１のポペツト弁の
   弁体に機械的に連結された第２のポペツト弁と、
   第２のポペツト弁の弁座に直接的に機械的作用を
   及ぼす電磁作動手段とからなり、前記第２のポペ
   ツト弁の前記弁座は、前記出力ポートの流体の圧
   力が前記電磁作動手段によつて規定される値の場
   合には前記第１及び第２のポペツト弁と第１及び
   第２のポペツト弁の弁座とを夫々当接させて前記
   第１及び第２の通路を閉塞し、前記規定される値
   よりも大なる場合には前記第１の通路の閉塞を保
   持するとともに前記第２のポペツト弁と第２のポ
   ペツト弁の弁座との当接を解除して前記第２の通
   路を開通し、前記規定される値よりも小なる場合
   には前記第２の通路の閉塞を保持するとともに前
   記第１のポペツト弁と第１のポペツト弁の弁座と
   の当接を解除して前記第１の通路を開通すべく、
   前記第２の通路内に前記流体の圧力を受容する受
   圧面を有して摺動自在に嵌装された圧力制御弁。