WO2006070655A1 - 流体制御弁 - Google Patents

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flapper
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plate
fluid control
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Inventor
Hiroshi Chinda
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Fujikura Rubber Ltd.
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16K31/00Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
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    • F16K31/0603Multiple-way valves
    • F16K31/0641Multiple-way valves the valve member being a diaphragm
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
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    • F15B13/00Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
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    • F15B13/0438Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure with electrically-controlled pilot valves the pilot valves being of the nozzle-flapper type
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    • F16K31/0675Electromagnet aspects, e.g. electric supply therefor
    • F16K31/0679Electromagnet aspects, e.g. electric supply therefor with more than one energising coil

Definitions

  • the present invention relates to a fluid control valve that symmetrically controls a pair of take-off pressures.
  • a control valve used for such an application simply supplies pressurized air to one of a pair of suction and discharge ports, and the other opens it to the atmosphere.
  • the movement direction can not be changed smoothly, and stable and accurate position control can not be performed.
  • servo valves have high pressure resolution over a wide frequency range, enabling high-speed control.
  • the servo valve swings the flapper of the elastic body like a pendulum with respect to the nozzle to control the effective opening amount of the nozzle. Therefore, the flow rate of the pressurized air supplied to the pair of suction and discharge ports varies greatly, and it is difficult to control the flow rate (pressure) with high accuracy.
  • the present invention relates to a fluid control valve capable of highly precise control that lowers in response to a rise in pressure on one side of a pair of suction and discharge ports of a pressure device, ie, a reciprocating cylinder device, for example.
  • a pressure device ie, a reciprocating cylinder device
  • the objective is to obtain a fluid control valve that can control the flow rate (pressure) with high precision and smoothly change the movement direction.
  • the fluid control valve of the present invention comprises: a pair of air supply port chambers receiving supply of pressurized air; a pair of control port chambers to be connected to a pressure device paired with the pair of air supply port chambers; A pair of flow passages for communicating the air supply port chamber and the control port chamber; a pair of nozzle passages for respectively communicating the pair of control port chambers to the atmosphere; a pair of open / close control surfaces facing the opening end of the pair of nozzle passages And moving the flapper assembly so as to increase the distance between the opening end of the pair of nozzle passages and the pair of open / close control surfaces of the flapper assembly. Flapper assy movement And a mechanism.
  • a pair of opening and closing control surfaces of the flapper assembly can be provided, for example, on both sides of a flapper whose peripheral portion is fixed.
  • the flapper may be provided in a pair, and the pair of flappers may be integrally provided with an open / close control surface facing the opening end of the pair of nozzle passages.
  • the flow restrictor can also most easily constitute an orifice force.
  • an inlet plate having an inlet hole on the air supply port chamber side, an outlet plate having an outlet hole on the control port chamber side, and a plurality of spacer plates alternately stacked between the inlet plate and the outlet plate.
  • An intermediate flow passage plate, and the intermediate flow passage plate and the spacer plate form a bent flow passage along the surface of the intermediate flow passage plate between the inlet hole of the inlet plate and the outlet hole of the outlet plate. It is also possible to configure it from a straightening throttle provided with a flow passage hole.
  • the flapper assembly moving mechanism is capable of manual operation, pneumatic drive, hydraulic drive, piezoelectric element drive and the like, but in consideration of controllability, an electromagnetic drive mechanism is preferable.
  • the electromagnetic drive mechanism can be configured, for example, from a permanent magnet fixed to the flapper assembly and a fixed coil that generates an electromagnetic action between the permanent magnet and moves the flapper assembly.
  • the present invention also proposes a more preferable aspect of the electromagnetic drive mechanism.
  • the permanent magnet has a cylindrical shape
  • the flapper assembly is provided with a pair of flappers having an open / close control surface
  • the cylindrical permanent magnet and the cylindrical permanent magnet are provided between the central portions of the pair of flappers.
  • Connection members including magnet yokes located at both ends of Then, a pair of fixed coils symmetrically arranged from the middle position of the pair of flappers in the outer circumference of the cylindrical permanent magnet and the pair of magnet yokes, and a coil yoke located on both sides and the outer circumference of the fixed coil.
  • the flapper side end face of the coil yoke is positioned outside the outer end face of the pair of magnet yokes in the non-energized state (neutral position) to the fixed coil, and opposite to each other for the pair of fixed coils. Control so that current flows in the direction.
  • the flapper assembly of the fluid control valve moves in a linear direction orthogonal to the opening end faces of the pair of nozzle passages.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of a fluid control valve according to the present invention.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a pressure control state of a fluid control valve according to the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the movement position or current of the flapper assembly of the fluid control valve according to the present invention and a pair of take-out pressures.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view corresponding to FIG. 1, showing another embodiment of the fluid control valve according to the present invention.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a straightening throttle portion of the fluid control valve of FIG. 4;
  • FIG. 6 is a cross-sectional view including a plan view of each plate-like member.
  • FIG. 7 A sectional view including a plan view showing another embodiment of the plate-like members.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of the straightening diaphragm of FIG. 4;
  • FIG. 9 is a cross-sectional view including a plan view, showing another embodiment of the straightening diaphragm.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view showing still another embodiment of the straightening diaphragm.
  • FIG. 11 is a view showing a port relationship of an embodiment using the fluid control valve of FIG. 4 as a three-way valve.
  • the present embodiment shows an embodiment in which the fluid control valve CV according to the present invention is used to control the double-rod cylinder 50.
  • the fluid control valve CV has a cylindrical housing 11, and as a whole, has a rotationally symmetrical shape about the axis O of the cylindrical housing 11.
  • the cylindrical housing 11 is provided with a central control block 20 and a pair of flow path blocks 10L and 10R located on the left and right of the control block 20.
  • suffix L is attached to the element of left channel block 10L
  • suffix R is attached to the element of right channel block 10R.
  • the flow path block 10L (10R) sequentially closes the end of the cylindrical housing 11 from the outside, the end wall 12L (12R), the spacer ring 13L (13R), the partition wall 14L (14R), and the control port It has a chamber building block 15L (15R).
  • the spacer ring 13L (13R) forms an air supply port chamber 16L (16R) between the end wall 12L (12R) and the partition 14L (14R).
  • the air supply port 16aL (16aR) bored in the cylindrical housing 11 is opened, and this air supply port 16aL (16aR) is pumped through the regulator 40 ( Compressed air source) 41 is connected.
  • a control port chamber 17 L (17R) is formed between the partition wall 14L (14R) and the control port chamber forming block 15L (15R).
  • Control port room 17L (17R) is an air supply port
  • a control port 17aL (17aR) drilled in the cylindrical housing 11 is opened in the control port chamber 17L (17R) in a pair with the chamber 16L (16R).
  • an orifice (flow path throttle) 18L (18R) for communicating the air supply port chamber 16L (16R) with the control port chamber 17L (17R) is disposed on the axis O. It is drilled!
  • the control port 17aL (17aR) is connected to the pair of opposing pressure chambers 52L (52R) of the double-rod type cylinder (pressure apparatus) 50, respectively. That is, both rod-type cylinders 50 have pistons 53 fitted in the cylinder 51 and defining a pair of opposing pressure chambers 52L (52R), and rods 54 fixed on both sides of the pistons 53 are cylinders 51. It is guided to the outside and fixed.
  • the cylinder 51 is linearly movably supported by the guide rod 56 via a linear motion bearing 55, and a moving table 57 is fixed to the cylinder 51.
  • a nozzle passage 19L (19R) is drilled in the control port chamber forming block 15L (15R), likewise on the axis O.
  • the nozzle passage 19L (19R) communicates the control port chamber 17L (17R) with the exhaust port chamber 21L (21R), and the exhaust port chamber 21L (21R) is an exhaust port drilled in the cylindrical housing 11 It communicates with the atmosphere via 15aL (15aR)! /.
  • the nozzle passage 19L (19R) is drilled at the center of the conical projection formed on the control port chamber forming block 15L (15R) so as to protrude toward the control block 20 !.
  • the orifice 18L (18 R) restricts the flow from the air supply port chamber 16 L (16 R) to the control port chamber 17 L (17 R)
  • the nozzle passage 19 L (19 R) force also flows out when the flow rate is changed.
  • the pressure in the control port chamber 17L (17R) can be controlled.
  • a control block 20 is disposed in the cylindrical space between control port chamber forming blocks 15L and 15R.
  • the control block 20 is provided with a flapper assembly 30 having an open / close control surface 32L (32R) facing the nozzle passage 19L (19R) (conical projection), and a nozzle passage 19L by moving the flapper assembly 30 in the axial direction.
  • a flapper assy moving mechanism is provided to increase the distance between the 19 R) and the open / close control surface 32L (32R) and reduce the distance on the other.
  • the flapper assembly moving mechanism comprises an electromagnetic drive mechanism 22.
  • the opening and closing control surface 32L (32R) of the flapper assembly 30 is a circular elastically deformable left and right
  • the cylindrical permanent magnet 25 at the center, the left and right magnet yokes 26, and the flapper connection pieces 27 are connected.
  • the peripheral portion of the flapper 31L (31R) is fixed to the cylindrical housing 11, and the cylindrical permanent magnet 25, the yoke 26, and the connection piece 27 float on the central portion of the cylindrical housing 11 (fixed coil yoke portion 24). Hold in the state.
  • the flapper 31L (31R) can of course be perforated.
  • the electromagnetic drive mechanism 22 is constituted by a cylindrical permanent magnet 25 of the flapper assembly 30 and a fixed coil yoke portion 24 positioned in the outer circumference of the cylindrical permanent magnet 25.
  • the fixed coil yoke portion 24 which is generally cylindrical has a central coil yoke 28a, a pair of coils 29 located on both sides thereof, and a pair of end portion coils 28b located outside the coil 29.
  • a peripheral coil yoke 28c is further provided on the outer periphery of the central coil yoke 28a, the coil 29, and the end coil yoke 28b.
  • the pair of coils 29 are wound in the same direction, and are connected to the control circuit so that currents flow in opposite directions.
  • Both end faces (outer end faces) of the left and right end coil yokes 28 b of the fixed coil yoke portion 24 are slightly smaller than both end faces (outer end faces) of the left and right magnet yokes 26 of the circular columnar permanent magnet 25 (distance d It is located outside.
  • the above fluid control valve CV operates as follows.
  • the pressurized air from the pump 41 is regulated by the regulator 40 and then supplied to the air supply port chamber 16L (16R) through the air supply port 16aL (16aR).
  • the flapper assembly 30 is held at the neutral position without moving in the lateral direction! /. That is, the distance between the open end 19aL of the nozzle passage 19L and the open / close control surface 32L of the flapper 31L is equal to the distance between the open end 19aR of the nozzle passage 19R and the open / close control surface 32R of the flapper 31R.
  • the flow rate of pressurized air flowing into the control port chamber 17L (17R) is also the same at the left and right of the orifice 18L (18R) force, and furthermore, the opening end 19aL (19a R) of the nozzle passage 19L (19R) and the flapper 31L (31R)
  • the distances are equal, and the flow rate flowing to the nozzle passage 19L (19R) force exhaust port 15a L (15aR) becomes equal. Therefore, the pressure in the left and right control port chambers 17L (17R) is the same. Therefore, opposed pressure chambers 52L connected to control port chambers 17L and 17R Double-rod cylinder 50 does not operate.
  • the electromagnetic drive mechanism 22 when the electromagnetic drive mechanism 22 is operated and the pair of coils 29 is energized in the positive or reverse direction, current flows in the opposite direction in the pair of coils 29.
  • a magnetic pole (N pole or S pole) of the same polarity is generated, and a magnetic pole (S pole or N pole) different from the magnetic pole generated in the end coil yoke 28b is generated in the center coil yoke 28a. Therefore, the cylindrical permanent magnet 25 receives repulsion or attraction between the magnets which occurs between the end coil yoke 28b and the center coil yoke 28a.
  • FIG. 3 shows the relationship between pressure changes of the control ports 17aL and 17aR (—takeoff pressure) when the flapper assembly 30 moves to the left and right.
  • takeoff pressure the pressure at one of the control ports 17aL and 17aR increases, the other pressure decreases accordingly.
  • the opposing pressure chambers of both rod-type cylinders 50 connected to the control ports 17aL and 17aR The pressure rise and pressure drop of 52 L and 52 R simultaneously occur in a symmetrical manner, so that the cylinder 51 (transfer table 57) can be moved smoothly.
  • Figures 4 and 7 show another embodiment of a fluid control valve according to the present invention.
  • a straightening diaphragm 100 made of a laminated structure of plate members is used.
  • the straightening diaphragm 100 is configured by stacking four types (three types) of outer circular plate members.
  • the four types of circular plate members are an inlet plate 111, an outlet plate 112, an intermediate flow passage plate 113 and a spacer plate 114.
  • the inlet plate 111 and the outlet plate 112 respectively have the inlet hole 111a and the outlet hole 112a at their eccentric positions, and the plane positions of the inlet hole 111a and the outlet hole 112a are different (but the inlet hole 11 la and the outlet are different)
  • the holes 112a are in a rotationally symmetrical position, and the entrance plate 111 and the exit plate 112 can use plate members of the same shape).
  • the intermediate flow passage plate 113 is provided with a pair of independent flow passage holes 113a and 113b at the same planar position as the inlet hole 111a and the outlet hole 112a, and the spacer plate 114 communicates the flow passage holes 113a and 113b.
  • a channel hole (horizontal (oblong) channel hole) 114a is provided (Fig. 6).
  • a plurality of bridging portions 114b extending in the direction connecting the flow passage holes 113a and 113b are formed to change the flow passage gap. (Deformation) can be prevented.
  • the inlet plate 111, the plurality of spacer plates 114, the plurality of intermediate flow passage plates 113, and the outlet plate 112 are stacked in the communication hole 115 of the partition 14L (14R) as shown in FIG. It is placed and fixed via retainer (not shown). At this time, the phases (planar positions) of the inlet hole 11 la and the channel holes 113a and the channel holes 114a are made to coincide, and the phases (plane positions) of the outlet hole 112a and the channel holes 113b and the channel holes 114a are made to coincide. .
  • the bent channel is a channel from the inlet hole 11 la through a plurality of channel holes 1 13a (channel hole 114a), passes between the outlet plate 112 and the intermediate channel plate 113, and reaches the channel hole 113b, the inlet hole 11 A flow path from la to the inlet plate 111 and the intermediate flow path plate 113 to the flow path hole 113b, and between the intermediate flow path plate 113 adjacent to the inlet hole 11 la (flow path hole 114a of the spacer plate 114) , And the flow passage hole 113b is in communication with the outlet hole 112a.
  • the plate thickness and channel hole size are set so that the channel cross-sectional area does not change.
  • the bridge portion 114b in the flow passage hole 114a can be used for the purpose of minimizing the change in the flow passage cross-sectional area.
  • a sufficiently long flow path (laminar flow flow path) extending from the inlet hole 111a of the inlet plate 111 to the outlet hole 12a of the outlet plate 112 can be secured, and pressure fluctuation is small. can do. Therefore, a laminar flow more stable than the orifice 18L (18R) of the first embodiment can be obtained. That is, it is possible to suppress uncertainty, shock waves, boundary layer separation point fluctuations, stagnation, and the like.
  • each plate 111, the outlet plate 112, the intermediate flow passage plate 113, and the spacer plate 114 are plane circular, and the hole shape of each plate is oval, but these plane shapes have freedom.
  • each plate can be formed of a material such as a resin plate, a ceramic plate, or a rubber plate.
  • the above-described straightening diaphragm 100 can be made the simplest configuration by using the inlet plate 111, the intermediate flow passage plate 113, and the outlet plate 112 one by one.
  • FIG. 9 shows another embodiment of the commutating throttle 100.
  • the straightening diaphragm 100A of this embodiment is composed of only three types (two types) of plate members.
  • the inlet plate 111, the outlet plate 112 and the spacer plate 114 are the same as in the first embodiment, and the first intermediate flow passage plate 111A and the second intermediate flow passage plate 112A are the inlet plate 111.
  • the straightening diaphragm 100A includes a spacer plate 114, a second intermediate flow passage plate 112A, a spacer plate 114, a first intermediate flow passage plate 111A, and a spacer plate. 114, the second intermediate flow path plate 112A is alternately stacked, and the outlet plate 112 is stacked on the spacer plate 114.
  • the inlet hole 11 la and the flow passage hole 111Aa, and the outlet hole 112a and the flow passage hole 112Aa are planarly in the same position, and the plane positions of the inlet hole 11 la and the outlet hole 112a are different.
  • the bent flow path is formed in a zigzag shape at j injection of the inlet hole l l la, the flow path hole 112Aa, and the flow path hole l l lAa, and finally reaches the outlet hole 112a.
  • the phase (planar position) of the outlet hole 112a may be matched with the inlet hole 11 la.
  • the channel cross-sectional area depends on the thickness of the intermediate channel plate 113 and the spacer plate 114 and the diameters of the channel holes 113a and 113b and the channel holes 114a in the examples of FIGS.
  • the diameter of the flow passage hole 114a can be determined appropriately according to the application, and according to the configuration of the present embodiment, a narrow gap of about several meters can be stably realized by thickness control of the spacer plate.
  • FIG. 10 shows still another embodiment of the commutating throttle 100B.
  • the straightening diaphragm 100B is formed by sandwiching a cruciform spacer 123 between a flat lower disc 121 and an upper disc 122 having a circular inlet hole 122a.
  • the diameter of the circular inlet hole 122a is a cross Air entering the circular inlet hole 122a, which is sufficiently larger than the size of the central cruciform of the spacer 132, is spread around with the spacer 132 and exits over the lower disc 121.
  • this rectification stop 100B the flow path passing through the gap formed by the cruciform spacer 123 is not rapidly expanded, so that it is possible to suppress the shock wave, boundary layer peeling point fluctuation, stagnation, etc. Can be secured.
  • the flapper assembly moving mechanism is capable of manual operation, pneumatic drive, hydraulic drive, piezoelectric element drive, etc., which can be configured to move linearly on the axis O.
  • an electromagnetic drive mechanism is preferable, and the positional relationship between the permanent magnet and the coil is the permanent magnet on the flapper assembly side like the electromagnetic drive mechanism of the above embodiment. It is good to arrange the coil on the fixed side.
  • the pair of coils may be wound in opposite directions to each other, and may be configured as a series of conductive wire composite coils or two independent coils arranged so that current flows in opposite directions.
  • the pressure fluctuation of the pressurized air supplied to the pair of suction and discharge ports can be reduced by using the flow control throttles 100, 100A and 100B in the fluid control valve of the present invention, highly accurate and stable control can be achieved. Become possible
  • FIG. 11 shows an aspect in which the fluid control valve shown in FIG. 4 is used as a three-way valve.
  • the ports 16aL and 17aL are used as inlet ports
  • the exhaust port chambers 21L and 21R are connected
  • the exhaust ports 15aL and 15aR are used as outlet ports
  • the ports 17aR and 16aR are used as air ports.
  • the control port 17aL and the control port 17aR may be closed.
  • the fluid control valve of the present invention when the pressure to the pair of suction and discharge ports of the pressure device is increased on the one hand, on the other hand, the pressure can be controlled with high accuracy in response to the increase. It is suitable as a fluid control valve for pressure equipment.

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Abstract

【課題】 圧力機器の一対の吸排ポートに対する圧力を一方で上昇させたとき、他方ではその上昇に応じて下降する制御が可能な流体制御弁を得る。 【解決手段】 加圧空気の供給を受ける一対の供気ポート室;この一対の供気ポート室と対をなす、圧力機器に接続すべき一対の制御ポート室;各供気ポート室と制御ポート室を連通させる一対の流路絞り;一対の制御ポート室をそれぞれ大気に連通させる一対のノズル通路;この一対のノズル通路の開口端に対向する一対の開閉制御面を有し、開閉制御面を有する該一対のフラッパおよび該一対のノズル通路と開閉制御面の間を移動可能なフラッパアッシー;及びこのフラッパアッシーを移動させ、一対のノズル通路の開口端とフラッパアッシーの一対の開閉制御面との距離を一方で増加させ他方で減少させるフラッパアッシー移動機構;を有する流体制御弁。                                                                                 

Description

流体制御弁
技術分野
[0001] 本発明は、一対の取出圧力を対称形に制御する流体制御弁に関する。
背景技術
[0002] 往復シリンダ装置のように、一対の吸排ポートの一方の圧力を上昇させるとき他方の 圧力を下降させ、荷重や位置を制御する機器が数多く存在する。
[0003] このような用途に用いる制御弁は従来、単純に一対の吸排ポートの一方に加圧空気 を供給し、他方は大気に開放するものであった。しかし、往復シリンダ装置の位置制 御の場合を例にとれば、移動方向の変更を滑らかに行うことができず、安定かつ精度 の良い位置制御ができない。また、サーボバルブは、広い周波数範囲で高い圧力分 解能を有し、高速な制御が可能である。しかし、サーボバルブは、ノズルに対して弹 性体のフラッパを振り子のように揺動して、ノズルの有効開口量を制御している。その ため、一対の吸排ポートに供給する加圧空気の流量が大きくバラつき、高精度な流 量 (圧力)制御が困難である。
[0004] 本発明は、圧力機器の一対の吸排ポートに対する圧力を一方で上昇させたとき他方 ではその上昇に応じて下降する高精度な制御が可能な流体制御弁、すなわち例え ば往復シリンダ装置に用いたとき、流量 (圧力)を高精度に制御し、移動方向の変更 を滑らかに行うことができる流体制御弁を得ることを目的とする。
発明の開示
[0005] 本発明の流体制御弁は、加圧空気の供給を受ける一対の供気ポート室;この一対の 供気ポート室と対をなす、圧力機器に接続すべき一対の制御ポート室;各供気ポート 室と制御ポート室を連通させる一対の流路絞り;一対の制御ポート室をそれぞれ大気 に連通させる一対のノズル通路;この一対のノズル通路の開口端に対向する一対の 開閉制御面を有し、該一対のノズル通路の間を移動可能なフラッパアッシー;及びこ のフラッパアッシーを移動させ、一対のノズル通路の開口端とフラッパアッシーの一 対の開閉制御面との距離を一方で増加させ他方で減少させるフラッパアッシー移動 機構;を有することを特徴とする。
[0006] フラッパアッシーの一対の開閉制御面は、例えば、周縁部を固定したフラッパの両面 に設けることができる。
[0007] また、フラッパは、一対を設け、この一対のフラッパに一体にそれぞれ一対のノズル 通路の開口端に対向する開閉制御面を設けることができる。
[0008] 流路絞りは、最も簡単にはオリフィス力も構成することができる。あるいは、供気ポート 室側の入口穴を有する入口板;制御ポート室側の出口穴を有する出口板;及びこの 入口板と出口板との間に交互に積層された複数のスぺーサ板と中間流路板;を備え 、この中間流路板とスぺーサ板は、上記入口板の入口穴と出口板の出口穴との間に 該中間流路板の表面に沿う曲折流路を形成する流路穴を備えている整流絞りから構 成することも可能である。
[0009] フラッパアッシー移動機構は、手動、空気圧駆動、油圧駆動、および圧電素子駆動 などが可能であるが、制御性を考慮すると電磁駆動機構が好適である。
[0010] 電磁駆動機構は、例えば、フラッパアッシーに固定した永久磁石と、この永久磁石と の間で電磁作用を生じさせ該フラッパアッシーを移動させる固定コイルとから構成す ることがでさる。
[0011] 本発明はまた、電磁駆動機構のより好ましい態様を提案する。この電磁駆動機構は、 永久磁石を円柱状とし、フラッパアッシーには開閉制御面を有する一対のフラッパを 設けて、この一対のフラッパの中心部間を、該円柱状永久磁石と該円柱状永久磁石 の両端部に位置するマグネットヨークとを含む接続部材によって接続する。そして、こ の円柱状永久磁石及び一対のマグネットヨークの外囲に、一対のフラッパの中間位 置から対称に配置される一対の固定コイルと、この固定コイルの両側および外囲に 位置するコイルヨークと力も構成され、コイルヨークのフラッパ側端面は、固定コイル への非通電状態(中立位置)で、一対のマグネットヨークの外側端面より外側に位置 させ、かつ、一対の固定コイルには、互いに逆方向に電流が流れるように制御する。
[0012] 上記流体制御弁のフラッパアッシーは、一対のノズル通路の開口端面に直交する直 線方向に移動することが好まし 、。
図面の簡単な説明 [0013] [図 1]本発明による流体制御弁の実施形態を示す縦断面図である。
[図 2]本発明による流体制御弁の圧力制御状態を示す縦断面図である。
[図 3]本発明による流体制御弁のフラッパアッシーの移動位置または電流と、一対の 取出圧力との関係図である。
[図 4]本発明による流体制御弁の別の実施形態を示す、図 1に対応する縦断面図で ある。
[図 5]図 4の流体制御弁の整流絞り部分の拡大断面図である。
[図 6]同各板状部材の平面図を含む断面図である。
[図 7]同各板状部材の別の実施形態を示す、平面図を含む断面図である。
[図 8]図 4の整流絞りの分解斜視図である。
[図 9]整流絞りの別の実施形態を示す、平面図を含む断面図である。
[図 10]整流絞りのさらに別の実施形態を示す、分解斜視図である。
[図 11]図 4の流体制御弁を三方弁として使用する態様のポート関係を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
[0014] 本実施形態は、本発明による流体制御弁 CVを両ロッド型シリンダ 50の制御用に用 いる一実施形態を示している。この流体制御弁 CVは、筒状のハウジング 11を有し、 全体として筒状ハウジング 11の軸線 Oを中心とする回転対称形状をなしている。この 筒状ハウジング 11には、中心部の制御ブロック 20と、この制御ブロック 20の左右に 位置する一対の流路ブロック 10L、 10Rが備えられている。図 1、図 2では、左方の流 路ブロック 10Lの要素にサフィックス Lを、右方の流路ブロック 10Rの要素にサフィック ス Rを付す。
[0015] 流路ブロック 10L (10R)は、外側から順に、筒状ハウジング 11の端部を閉塞する端 壁 12L (12R)、スぺーサリング 13L (13R)、隔壁 14L (14R)、及び制御ポート室形 成ブロック 15L (15R)を有する。スぺーサリング 13L (13R)は、端壁 12L (12R)と隔 壁 14L ( 14R)の間に供気ポート室 16L ( 16R)を形成する。供気ポート室 16L ( 16R) には、筒状ノヽウジング 11に穿設した供気ポート 16aL (16aR)が開口しており、この 供気ポート 16aL (16aR)は、レギユレータ 40を介してポンプ (圧縮空気源) 41に接続 されている。 [0016] 隔壁 14L (14R)と制御ポート室形成ブロック 15L (15R)の間には、制御ポート室 17 L (17R)が形成されている。制御ポート室 17L (17R)は、供気ポート
室 16L (16R)と対をなしており、制御ポート室 17L (17R)には、筒状ノヽウジング 11に 穿設した制御ポート 17aL (l 7aR)が開口して 、る。
[0017] 隔壁 14L (14R)には、軸線 O上に位置させて、供気ポート室 16L (16R)と制御ポー ト室 17L ( 17R)を連通させるオリフィス (流路絞り) 18L ( 18R)が穿設されて!/、る。
[0018] 制御ポート 17aL (17aR)は、両ロッド型シリンダ (圧力機器) 50の一対の対向圧力室 52L (52R)にそれぞれ接続されている。すなわち、両ロッド型シリンダ 50は、シリンダ 51に嵌められ一対の対向圧力室 52L (52R)を画成するピストン 53を有していて、こ のピストン 53の両側に固定したロッド 54がシリンダ 51の外部に導かれて固定されて いる。シリンダ 51は、リニアモーションベアリング 55を介してガイドロッド 56に直線移 動自在に支持されており、シリンダ 51には移動テーブル 57が固定されている。
[0019] 制御ポート室形成ブロック 15L (15R)には、同じく軸線 O上に位置させて、ノズル通 路 19L (19R)が穿設されている。このノズル通路 19L (19R)は、制御ポート室 17L ( 17R)を排気ポート室 21L (21R)に連通させており、排気ポート室 21L (21R)は、筒 状ノヽウジング 11に穿設した排気ポート 15aL ( 15aR)を介して大気に連通して!/、る。 ノズル通路 19L (19R)は、制御ポート室形成ブロック 15L (15R)に制御ブロック 20 側に突出させて形成した円錐状突出部の中心に穿設されて!/、る。オリフィス 18L ( 18 R)が、供気ポート室 16L ( 16R)から制御ポート室 17L ( 17R)へ流入する流量を制 限しているため、ノズル通路 19L (19R)力も流出する流量を変えたときに、制御ポー ト室 17L ( 17R)の圧力を制御することができる。
[0020] 制御ポート室形成ブロック 15Lと 15Rの間の筒状空間には、制御ブロック 20が配置さ れている。この制御ブロック 20は、ノズル通路 19L (19R) (円錐状突出部)に対向す る開閉制御面 32L (32R)を有するフラッパアッシー 30と、フラッパアッシー 30を軸線 方向に移動させてノズル通路 19L (19R)と開閉制御面 32L (32R)との距離を一方 で増カロさせ他方で減少させるフラッパアッシー移動機構を備えて 、る。この実施形態 では、このフラッパアッシー移動機構は、電磁駆動機構 22からなつている。
[0021] フラッパアッシー 30の開閉制御面 32L (32R)は、円形の弾性変形可能な左右のフラ ッパ 31L (31R)に設けられており、この左右のフラッパ 31L (31R)の軸部間は、中心 の円柱状永久磁石 25と左右のマグネットヨーク 26及びフラッパ接続片 27 (左右対称 形の接続部材)を介して結合されている。フラッパ 31L (31R)は、その周縁部が筒状 ハウジング 11に固定されており、円柱状永久磁石 25、ヨーク 26及び接続片 27を筒 状ハウジング 11 (固定コイルヨーク部 24)の中心部に浮動状態で保持している。フラ ッパ 31L (31R)は勿論穴あきとすることができる。
[0022] 電磁駆動機構 22は、フラッパアッシー 30の円柱状永久磁石 25と、この円柱状永久 磁石 25の外囲に位置する固定コイルヨーク部 24とによって構成されている。
[0023] 全体として筒状をなす固定コイルヨーク部 24は、中心コイルヨーク 28aと、その両側 に位置する一対のコイル 29と、このコイル 29の外側に位置する一対の端部コイルョ ーク 28bとを有する左右対称形をしており、これら中心コイルヨーク 28a、コイル 29、 端部コイルヨーク 28bの外周にはさらに、周囲コイルヨーク 28cが設けられている。一 対のコイル 29は同一方向に巻かれ、互いに逆方向に電流が流れるように制御回路 に接続されている。
[0024] この固定コイルヨーク部 24の左右の端部コイルヨーク 28bの両端面(外端面)は、円 柱状永久磁石 25の左右のマグネットヨーク 26の両端面 (外端面)より、若干 (距離 dだ け)外側に位置している。
[0025] 以上の流体制御弁 CVは次のように動作する。ポンプ 41からの加圧空気は、レギユレ ータ 40により調圧された後供気ポート 16aL (16aR)を介して供気ポート室 16L ( 16R )に供給されている。電磁駆動機構 22の一対のコイル 29に通電しないときには、図 1 に示すように、フラッパアッシー 30は左右方向の!/、ずれにも移動しな 、中立位置に 保持される。すなわち、ノズル通路 19Lの開口端 19aLとフラッパ 31Lの開閉制御面 32Lとの距離と、ノズル通路 19Rの開口端 19aRとフラッパ 31Rの開閉制御面 32Rと の距離は等しい。オリフィス 18L (18R)力も制御ポート室 17L (17R)に流入する加圧 空気の流量は左右で同じであり、さらにノズル通路 19L ( 19R)の開口端 19aL ( 19a R)とフラッパ 31L (31R)の距離が等しく、ノズル通路 19L ( 19R)力 排気ポート 15a L (15aR)に流出する流量が等しくなる。そのため、左右の制御ポート室 17L (17R) の圧力は同じになる。したがって、制御ポート室 17Lと 17Rに連なる対向圧力室 52L と 52Rの圧力は等しぐ両ロッド型シリンダ 50は動作しない。
[0026] これに対し、電磁駆動機構 22を作動させその一対のコイル 29に正または逆に通電 すると、一対のコイル 29には逆方向に電流が流れるため、左右の端部コイルヨーク 2 8bには、同一極性の磁極 (N極または S極)が発生し、中心コイルヨーク 28aには端 部コイルヨーク 28bに生じる磁極と異なる磁極(S極または N極)が発生する。したがつ て、円柱状永久磁石 25は、端部コイルヨーク 28bと中心コイルヨーク 28aの間で生じ る、磁石同士の反発力または吸引力を受ける。
[0027] このとき、一対の端部コイルヨーク 28bの外端面は一対のマグネットヨーク 26の外端 面よりも距離 dだけ外側に位置しているため、一方の端部コイルヨーク 28bと円柱状 永久磁石 25の間で反発力(吸引力)が生じるとき、他方の端部コイルヨーク 28bと円 柱状永久磁石 25の間では吸引力(反発力)が生じる。このため、フラッパアッシー 30 は、強い力を受け、フラッパ 31L (31R)が弾性変形しフラッパアッシー 30が左右の一 方に移動する。このように、フラッパアッシー 30は、一対のノズル通路の開口端面に 直交する直線 (軸線 O)方向に移動する。そのため、供給する加圧空気の流量がバラ つくことなぐ高精度な流量 (圧力)制御ができる。図 2はフラッパアッシー 30が左方に 移動した状態を示して!/、る。
[0028] 図 2のようにフラッパアッシー 30が左方に移動すると、フラッパ 31Lの開閉制御面 32 Lとノズル通路 19Lの開口端 19aLとの距離が縮まり、制御ポート室 17Lから排気ポ ート 15aLを介して大気中に逃げる空気の量が少なくなる。一方、フラッパ 31Rの開 閉制御面 32Rとノズル通路 19Rの開口端 19aRとの距離は広がり、制御ポート室 17 L力も制御ブロック 20および排気ポート 15aLを介して大気中に逃げる空気の量が多 くなる。このため、制御ポート室 17L内(制御ポート 17aL)の圧力が上昇し、制御ポー ト室 17R内(制御ポート 17aR)の圧力が下降する。オリフィス 18L (18R)は、制御ポ ート室 17Lと 17Rに確実に圧力差を生じさせる。
[0029] 図 3は、フラッパアッシー 30が左右に移動したときの制御ポート 17aLと 17aR (—対 の取出圧力)の圧力変化の関係を示している。このように制御ポート 17aLと 17aRの 一方の圧力が上昇すると他方の圧力がそれに伴って下降する関係となる。このため 、制御ポート 17aLと 17aRに接続されている両ロッド型シリンダ 50の対向圧力室 52Lと 52Rの圧力上昇と圧力下降は、同時に対称形に生じ、このためシリンダ 51 (移 動テーブル 57)を滑らかに移動させることができる。
[0030] 図 4な 、し図 7は本発明による流体制御弁の別の実施形態を示して 、る。この実施形 態では、図 4に示すように、第 1の実施形態のオリフィス 18L (18R)に代えて、板材の 積層構造からなる整流絞り 100を用いて 、る。
[0031] 整流絞り 100は、図 5ないし図 8に示すように、 4種類(3種類)の外形円形板材を積 層して構成されている。 4種類の円形板材は、入口板 111、出口板 112、中間流路 板 113及びスぺーサ板 114である。入口板 111と出口板 112はそれぞれ、その偏心 位置に入口穴 111aと出口穴 112aを有しており、入口穴 111aと出口穴 112aの平面 位置は異なっている(しかし、入口穴 11 laと出口穴 112aは回転対称位置にあり、入 口板 111と出口板 112は同一形状の板材を用いることができる)。中間流路板 113は 、入口穴 111aと出口穴 112aと同じ平面位置に独立した一対の流路穴 113aと 113b を備えており、スぺーサ板 114は、この流路穴 113aと 113bを連通させる流路穴 (横 長(小判状)流路穴) 114aを備えている(図 6)。なお、この流路穴 114aには、図 7に 鎖線で示すように、流路穴 113aと 113bを結ぶ方向に延びる 1な 、し複数の橋絡部 1 14bを形成して流路隙間の変化 (変形)を防ぐことができる。
[0032] これらの入口板 111、複数のスぺーサ板 114、複数の中間流路板 113及び出口板 1 12は、隔壁 14L (14R)の連通穴 115内に図 5に明らかなように積層配置され、リテ ーナ(不図示)を介して固定される。このとき、入口穴 11 laと流路穴 113a及び流路 穴 114aの位相(平面位置)を一致させ、出口穴 112aと流路穴 113b及び流路穴 11 4aの位相(平面位置)を一致させる。曲折流路は、入口穴 11 laから複数の流路穴 1 13a (流路穴 114a)を経て出口板 112と中間流路板 113の間を通り流路穴 113bに 至る流路、入口穴 11 laから入口板 111と中間流路板 113の間を通り流路穴 113bに 至る流路、入口穴 11 laから隣り合う中間流路板 113の間 (スぺーサ板 114の流路穴 114a)を通り流路穴 113bに至る流路に大別され、流路穴 113bは出口穴 112aに連 通している。これらの流路は、流路断面積が変化しないように、板厚及び流路穴の大 きさを設定する。流路穴 114a内の橋絡部 114bは、流路断面積の変化を極小にする 目的でち用いることがでさる。 [0033] 以上の整流絞り 100によると、入口板 111の入口穴 111aから出口板 112の出口穴 1 12aに至る十分長い流路 (層流流路)を確保することができ、圧力変動を小さくするこ とができる。そのため、第 1の実施形態のオリフィス 18L (18R)よりも安定した層流を 得ることができる。すなわち、不確定うず、衝撃波、境界層剥離ポイント変動、よどみ などを抑えることができる。図示例では、入口板 111、出口板 112、中間流路板 113 及びスぺーサ板 114を平面円形とし、各板の穴形状を長円形としたが、これらの平面 形状には自由度がある。各板は、金属板の他、榭脂板、セラミック板、ゴム板等の材 質力 形成可能である。
[0034] 以上の整流絞り 100は、入口板 111、中間流路板 113、出口板 112を各 1枚づっ用 いて、最も単純な構成とすることもできる。
[0035] 図 9は、整流絞り 100の別の実施形態を示している。この実施形態の整流絞り 100A は、 3種類(2種類)の板材だけで構成されて!、る。入口板 111、出口板 112及びスぺ ーサ板 114は、第一の実施形態と同一であり、第一の中間流路板 111 Aと第二の中 間流路板 112Aは、入口板 111と出口板 112と同一形状をなしていて、それぞれ流 路穴 l l lAa、 112Aaを有している。
[0036] この整流絞り 100Aは、入口板 111の上に、スぺーサ板 114、第二中間流路板 112 A、スぺーサ板 114、第一中間流路板 111 A、スぺーサ板 114、第二中間流路板 11 2Aと交互に重ね、スぺーサ板 114上に出口板 112を重ねて配置する。入口穴 11 la と流路穴 111 Aa、出口穴 112aと流路穴 112Aaはそれぞれ平面的に同じ位置とし、 入口穴 11 laと出口穴 112aの平面位置は異ならせる。この実施形態では、曲折流路 は、入口穴 l l la、流路穴 112Aa、流路穴 l l lAa、の j噴にジグザグ状に形成され、 最終的に出口穴 112aに至る。この実施形態では、出口穴 112aの位相(平面位置) は、入口穴 11 laと一致させてもよい。
[0037] 以上の整流絞り 100Aによると、入口板 111の入口穴 11 laから出口板 112の出口穴 112aに至るさらに十分長 、流路 (層流流路)を確保することができる。
[0038] 流路断面積は、図 5ないし図 8の例では中間流路板 113とスぺーサ板 114の板厚及 び流路穴 113a、 113b及び流路穴 114aの径に依存し、図 9の例では第一、第二の 中間流路板 111 A、 112Aとスぺーサ板 114の板厚及び流路穴 l l lAa、 112Aa及 び流路穴 114aの径に依存する。これらは、用途に応じ適宜定めることができ、本実 施形態の構成によれば、スぺーサ板の板厚管理により、数 m程度の狭い隙間を安 定して実現することができる。
[0039] 図 10は、さらに別の整流絞り 100Bの実施形態を示している。この整流絞り 100Bは、 平板状の下ディスク 121と、円形入口穴 122aを有する上ディスク 122の間に、十字 状のスぺーサ 123を挟着したもので、円形入口穴 122aの径は、十字状スぺーサ 12 3の中心十字状部の大きさより十分大きぐ円形入口穴 122aから入った空気は、十 字状スぺーサ 123で周囲に拡げられ、下ディスク 121上を通って出て行く。この整流 絞り 100Bによると、十字状スぺーサ 123によって形成される隙間を通る流路が急拡 大されないため、不確定うず、衝撃波、境界層剥離ポイント変動、よどみなどを抑え、 層流流路を確保することができる。
[0040] フラッパアッシー移動機構は、軸線 O上を直動する構成であることが良ぐ手動、空気 圧駆動、油圧駆動、および圧電素子駆動などが可能である。制御性、低コスト化およ び省スペース化を考慮すると、電磁駆動機構が好適であり、永久磁石とコイルの位置 関係は、上記実施形態の電磁駆動機構のようにフラッパアッシー側に永久磁石、固 定側にコイルを配置する構成が良い。一対のコイルは、互いに逆方向に巻かれて、 一連の導電線力 なる複合コイルまたは 2つの独立するコイルであって、互いに電流 が逆方向に流れるように配置する構成であっても良い。なお、本発明の流体制御弁 に整流絞り 100、 100A、 100Bを用いると、一対の吸排ポートに供給する加圧空気 の圧力変動を小さくすることができるため、高精度で安定性の良い制御が可能になる
[0041] 図 11は、図 4に示した流体制御弁を三方弁として使用する態様を示している。この使 用態様では、ポート 16aLと 17aLを入口ポートとし、排気ポート室 21Lと 21Rを連通さ せ、排気ポート 15aLと 15aRを出口ポートとし、ポート 17aRと 16aRを大気ポートとし ている。制御ポート 17aLと制御ポート 17aRは、閉じてもよい。この三方弁の使用態 様によると、フラッパアッシー 30が中立位置から図の右方に移動すると、入口側ノズ ル通路 19Lとフラッパ 31L (開閉制御面 32L)との距離力 出口側ノズル通路 19Rと フラッパ 31R (開閉制御面 32R)との距離より相対的に大きくなる結果、ポート 17aRと 16aLに流出する流量が少なくなるので、排気ポート 15aLと 15aRの圧力を上昇させ ることができる。フラッパアッシー 30が図の左方にフルストロークすると、入口ポートと 出口ポートの圧力が等しくなる。
産業上の利用可能性
本発明の流体制御弁によると、圧力機器の一対の吸排ポートに対する圧力を一方で 上昇させたとき、他方ではその上昇に応じて圧力が下降するように高精度に制御す ることができ、各種圧力機器用の流体制御弁として好適である。

Claims

請求の範囲
[1] 加圧空気の供給を受ける一対の供気ポート室;
この一対の供気ポート室と対をなす、圧力機器に接続すべき一対の制御ポート室; 各供気ポート室と制御ポート室を連通させる一対の流路絞り;
上記一対の制御ポート室をそれぞれ大気に連通させる一対のノズル通路; この一対のノズル通路の開口端に対向する一対の開閉制御面を有し、該一対のノ ズル通路の間を移動可能なフラッパアッシー;及び
このフラッパアッシーを移動させ、上記一対のノズル通路の開口端とフラッパアツシ 一の一対の開閉制御面との距離を一方で増加させ他方で減少させるフラッパアツシ 一移動機構;
を有することを特徴とする流体制御弁。
[2] 請求項 1記載の流体制御弁にぉ 、て、上記フラッパアッシーは、周縁部を固定したフ ラッパと、このフラッパの中心部に一体に設けた上記一対の開閉制御面とを備えてい る流体制御弁。
[3] 請求項 2記載の流体制御弁において、上記フラッパアッシーのフラッパは該フラッパ アッシーの両端部に一対が備えられており、該一対のフラッパに一体にそれぞれ一 対のノズル通路の開口端に対向する開閉制御面が設けられている流体制御弁。
[4] 請求項 1ないし 3のいずれ力 1項記載の流体制御弁において、上記流路絞りはオリフ イスからなって!/、る流体制御弁。
[5] 請求項 1ないし 3のいずれ力 1項記載の流体制御弁において、上記流路絞りは、供 気ポート室側の入口穴を有する入口板;制御ポート室側の出口穴を有する出口板; 及びこの入口板と出口板との間に交互に積層された複数のスぺーサ板と中間流路 板;を備え、この中間流路板とスぺーサ板は、上記入口板の入口穴と出口板の出口 穴との間に該中間流路板の表面に沿う曲折流路を形成する流路穴を備えている整 流絞りからなって!/、る流体制御弁。
[6] 請求項 1な!、し 5の 、ずれ力 1項記載の流体制御弁にぉ 、て、上記フラッパアッシー 移動機構は、電磁駆動機構力 なって 、る流体制御弁。
[7] 請求項 6記載の流体制御弁にぉ 、て、上記電磁駆動機構は、フラッパアッシーに固 定した永久磁石と、この永久磁石との間で電磁作用を生じさせ該フラッパアッシーを 移動させる固定コイルと力 なって 、る流体制御弁。
[8] 請求項 6記載の流体制御弁において、上記永久磁石は円柱状をなし、上記フラッパ アッシーは上記開閉制御面を有する一対のフラッパを備えていて、この一対のフラッ パの中心部間が、該円柱状永久磁石と該円柱状永久磁石の両端部に位置するマグ ネットヨークとを含む接続部材によって接続されており、この円柱状永久磁石及び一 対のマグネットヨークの外囲に、上記一対のフラッパの中間位置から対称に配置され る一対の固定コイルと、この固定コイルの両側および外囲に位置するコイルヨークと から構成され、上記コイルヨークのフラッパ側端面は、上記固定コイルへの非通電状 態で、上記一対のマグネットヨークの外側端面より外側に位置し、かつ、上記一対の 固定コイルには、互いに逆方向に電流が流れるように制御される流体制御弁。
[9] 請求項 6または 7記載の流体制御弁において、上記フラッパアッシーは、上記一対の ノズル通路の開口端面に直交する直線方向に移動する流体制御弁。
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