JP2003122437A - 流体圧力調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡素な構造により、流体圧機器に対して低圧に
調圧された圧力流体を供給することにある。 【解決手段】圧力室６０内に導入される二次側の圧力流
体（出力圧）の作用下に撓曲する第１ダイヤフラム５０
ａと、パイロット室６８内に供給されるパイロット圧の
作用下に撓曲する第２ダイヤフラム５０ｂと、前記第１
および第２ダイヤフラム５０ａ、５０ｂの撓曲作用下に
ロッド部材３８を介して変位する供給用弁体２８ａとを
備え、前記パイロット圧が作用する第２ダイヤフラム５
０ｂの受圧面積は、前記出力圧が作用する第１ダイヤフ
ラム５０ａの受圧面積よりも小さく設定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体圧力によって
作動する流体圧機器に対し、減圧調整された所定の流体
圧力を供給することが可能な流体圧力調整装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、流体圧供給源から流体圧機器に
所望の設定圧力で圧力流体を供給する場合、前記流体圧
供給源と流体圧機器との間に流体圧力調整装置が介装さ
れる。この流体圧力調整装置は、流体圧供給源から供給
された一次側の圧力流体を、二次側に接続される流体圧
機器に対応するように所望の圧力に減圧して二次側に供
給するものである。

【０００３】この種の従来技術に係る流体圧力調整装置
として、例えば、特許第２５８９４２４号公報に圧力制
御弁が開示されている。図３に示されるように、この圧
力制御弁１は、流路２の両端部に給気ポート３ａおよび
出力ポート３ｂがそれぞれ形成されたバルブハウジング
４を有し、前記給気ポート３ａと出力ポート３ｂとの間
には、図示しない圧力流体供給源から供給された一次側
の圧力流体を調圧する主バルブ５が設けられる。

【０００４】また、ダイヤフラム６の上部側には、給気
用電磁弁７ａおよび／または排気用電磁弁７ｂによって
制御されたパイロット圧が供給されるダイヤフラム室８
ａが設けられ、一方、ダイヤフラム６の下部側には、出
力ポート３ｂに連通する通路９を介して調圧された二次
側の出力圧（圧力流体）が導入される圧力室８ｂが設け
られる。従って、上部側のダイヤフラム室８ａ内に供給
されるパイロット圧と下部側の圧力室８ｂに供給される
出力圧とのバランスによって、前記主バルブ５の弁開度
が制御される。

【０００５】前記給気用電磁弁７ａおよび排気用電磁弁
７ｂは、図示しない制御回路からそれぞれ出力される制
御信号によってオン／オフ制御される。前記主バルブ５
によって調圧された二次側の圧力流体（出力圧）は、出
力ポート３ｂを介して図示しない流体圧機器に供給され
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
従来技術に係る圧力制御弁１では、パイロット圧が供給
されるダイヤフラム室８ａ内のダイヤフラム６の上面側
の受圧面積と、流体圧機器に供給される二次側の圧力流
体（出力圧）が導入される圧力室８ｂ内のダイヤフラム
６の下面側の受圧面積とが略同一に設定されている。こ
のため、従来技術に係る圧力制御弁１では、ダイヤフラ
ム室８ａに供給されるパイロット圧と圧力室８ｂに供給
される出力圧とのバランスによって主バルブ５が変位す
るように設けられている。

【０００７】従って、例えば、５ｋＰａ以下等の超低圧
で作動する流体圧機器に対して圧力流体（出力圧）を供
給しようとすると、パイロット圧を前記出力圧と同等の
超低圧に制御する必要があり、給気用電磁弁７ａおよび
排気用電磁弁７ｂでは高精度に制御することが困難であ
るという問題がある。

【０００８】なお、複雑で高精度な機器を用いてパイロ
ット圧を超低圧に制御することが可能であるが、前記機
器が高価であるために製造コストが増大するという他の
問題がある。

【０００９】本発明は、前記の問題に鑑みてなされたも
のであり、簡素な構造により、流体圧機器に対して低圧
に調圧された圧力流体を供給することが可能な流体圧力
調整装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、圧力流体によって作動する流体圧機器
に対し、減圧調整された所定圧の圧力流体を供給する流
体圧力調整装置であって、圧力流体が導入される供給ポ
ートと、減圧調整された圧力流体を導出する調圧ポート
と、前記供給ポートと調圧ポートとを連通させる流体通
路とがそれぞれ設けられたハウジングと、前記調圧ポー
トに連通する通路を介して減圧調整された圧力流体が導
入される圧力室内に配設され、前記減圧調整された圧力
流体の出力圧の作用下に撓曲する第１可撓性部材と、パ
イロット室内に配設され、前記パイロット室内に供給さ
れるパイロット圧の作用下に撓曲する第２可撓性部材
と、前記第１および第２可撓性部材の撓曲作用下に前記
ハウジングの内部に軸線方向に沿って変位自在に設けら
れ、着座部に着座することにより前記供給ポートと前記
調圧ポートとの連通を遮断する弁体と、を備え、前記パ
イロット圧が作用する第２可撓性部材の受圧面積は、前
記減圧調整された出力圧が作用する第１可撓性部材の受
圧面積よりも小さく設定されることを特徴とする。

【００１１】この場合、前記第１および第２可撓性部材
を、それぞれ第１および第２ダイヤフラムによって構成
し、所定間隔離間して張設された前記第１ダイヤフラム
と第２ダイヤフラムとの間に、大気に連通する大気室を
設けるとよい。

【００１２】また、前記第１および第２ダイヤフラム
を、積層された第１乃至第３ディスク部材の間にそれぞ
れ介装して一体的に保持するように構成するとよい。

【００１３】本発明によれば、第１可撓性部材と第２可
撓性部材をそれぞれ押圧する力がバランスした際、パイ
ロット圧が作用する第２可撓性部材の受圧面積を、減圧
調整された出力圧が作用する第１可撓性部材の受圧面積
よりも小さく設定しているため、パイロット圧と出力圧
の比は、受圧面積比の逆比となり、供給される所定のパ
イロット圧よりも低圧な圧力流体が二次側の流体圧機器
に供給される。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明に係る流体圧力調整装置に
ついて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しな
がら以下詳細に説明する。

【００１５】図１において、参照数字１０は、本発明の
実施の形態に係る流体圧力調整装置を示す。

【００１６】この流体圧力調整装置１０は、基本的に
は、略直方体状を呈するボデイ部１２と、前記ボデイ部
１２の上部に一体的に連結されるボンネット１４とから
構成される。前記ボンネット１４の上部には、図示しな
いリード線を介して、例えば、図示しないコントローラ
等に接続されるコネクタ（図示せず）が設けられる。な
お、前記ボデイ部１２およびボンネット１４は、ハウジ
ングとして機能するものである。

【００１７】前記ボデイ部１２は、例えば、アルミニウ
ム等の金属製材料からなり、一体的に積層された第１乃
至第４ブロック体１６ａ乃至１６ｄを有する。前記第１
ブロック体１６ａの相互に対向する両側面には、図示し
ない圧力流体供給源に接続される供給ポート１８と図示
しない流体圧機器（例えば、シリンダ）側に接続される
調圧ポート２０とが所定間隔離間して同軸状に形成され
ている。前記供給ポート１８と調圧ポート２０との間に
は、該供給ポート１８と調圧ポート２０とを連通させる
連通路（流体通路）２２が形成される。

【００１８】なお、前記ボデイ部１２の下部側にはシー
ル部材２４を介して閉塞部材２６が連結され、前記閉塞
部材２６の略中心部には後述する供給用弁体２８ａが上
下方向に沿って摺動するための凹部３０が形成されてい
る。前記凹部３０の内周面には、供給用弁体２８ａの摺
動部位を気密に保持するシール部材３２ａが環状溝を介
して装着されている。

【００１９】第１ブロック体１６ａと第２ブロック体１
６ｂとの間には、排気用通路３４を介して外部に連通す
る室３６が形成され、前記室３６内には上下方向に沿っ
て変位するロッド部材３８が配設される。前記ロッド部
材３８の一端部は、供給用弁体２８ａの上部に当接する
ように設けられている。前記供給用弁体２８ａの上部側
の外周面には、ゴム等の弾性材料によって形成され、着
座部４０ａに着座してシールするシール部材４２ａが装
着されている。

【００２０】なお、第２ブロック体１６ｂには、前記ロ
ッド部材３８の外周面を囲繞するＯリング４４が環状溝
を介して装着されている。

【００２１】この場合、前記供給用弁体２８ａは、第１
ばね部材４６ａのばね力の作用下に着座部４０ａに着座
して供給ポート１８と調圧ポート２０との連通が遮断さ
れた弁閉状態となるように、常時、付勢されている。一
方、第１ばね部材４６ａのばね力に抗してロッド部材３
８が供給用弁体２８ａを下方側に向かって押圧すること
によりシール部材４２ａが着座部４０ａから離間し、供
給ポート１８と調圧ポート２０とが連通路２２を介して
連通する弁開状態となる。

【００２２】また、ロッド部材３８の中間部には、前記
供給用弁体２８ａと線対称に配置された排気用弁体２８
ｂが設けられる。なお、前記排気用弁体２８ｂは、供給
用弁体２８ａと略同一の構成要素によって構成され、同
一の参照数字に記号ｂを付してその詳細な説明を省略す
る。

【００２３】この排気用弁体２８ｂは、第２ばね部材４
６ｂのばね力に抗してロッド部材３８が上昇し該ロッド
部材３８の外周面に係止されたリング体４８が一体的に
上昇することにより、シール部材４２ｂが着座部４０ｂ
から離間して弁開状態となる。従って、排気用弁体２８
ｂが弁開状態となることにより、調圧ポート２０側の圧
力流体が排気用通路３４を介して外部に排気される。

【００２４】第２ブロック体１６ｂと第３ブロック体１
６ｃとの間には、該第２ブロック体１６ｂと第３ブロッ
ク体１６ｃとによって外周縁部が挟持された第１ダイヤ
フラム（第１可撓性部材）５０ａが介装されている。

【００２５】この場合、前記第１ダイヤフラム５０ａの
上部側には、該第１ダイヤフラム５０ａと第３ブロック
体１６ｃの凹部５２との間に大気室５４が形成され、前
記大気室５４は通路５６を介して外部と連通するように
設けられている。一方、第１ダイヤフラム５０ａの下部
側には、該第１ダイヤフラム５０ａと第２ブロック体１
６ｂの凹部５８とによって圧力室６０が形成され、前記
圧力室６０には、調圧ポート２０に連通する通路６１を
介して二次側の圧力流体が導入されるように設けられて
いる。

【００２６】前記第１ダイヤフラム５０ａの上面側と下
面側との間には、該第１ダイヤフラム５０ａを挟持する
第１および第２ディスク部材６２ａ、６２ｂが設けら
れ、前記第２ディスク部材６２ｂには、孔部を介して下
方側に向かって延在するロッド部材３８が連結されてい
る。なお、前記第２ディスク部材６２ｂと第２ブロック
体１６ｂの凹部との間には、復帰ばね６３が介装されて
いる。

【００２７】また、第３ブロック体１６ｃと第４ブロッ
ク体１６ｄとの間には、該第３ブロック体１６ｃと第４
ブロック体１６ｄとによって外周縁部が挟持され、且つ
第１ディスク部材６２ａの膨出部６４と第３ディスク部
材６２ｃとによって中央部が保持された第２ダイヤフラ
ム（第２可撓性部材）５０ｂが介装される。前記第２ダ
イヤフラム５０ｂの上部側には、該第２ダイヤフラム５
０ｂと第４ブロック体１６ｄの凹部６６とによってパイ
ロット室６８が形成されている。

【００２８】下側に配設された第１ダイヤフラム５０ａ
および上側に配設された第２ダイヤフラム５０ｂは、そ
れぞれ、ゴム製材料または樹脂製材料からなり、圧力室
６０に供給された二次側の圧力流体が作用する第１ダイ
ヤフラム５０ａの受圧面積に対して、パイロット室６８
に供給されたパイロット圧が作用する第２ダイヤフラム
５０ｂの受圧面積が小さくなるように設定するとよい。

【００２９】この場合、圧力室６０に臨む第１ダイヤフ
ラム５０ａの受圧面積とパイロット室６８に臨む第２ダ
イヤフラム５０ｂの受圧面積との比は、例えば、約３対
１となるように設定される。

【００３０】従って、パイロット室６８に供給される圧
力流体の作用下に、第１および第２ダイヤフラム５０
ａ、５０ｂ、第１乃至第３ディスク部材６２ａ乃至６２
ｃおよびロッド部材３８が上下方向に沿って一体的に変
位するように設けられている。

【００３１】ボンネット１４の内部には、ノーマルクロ
ーズタイプの二方弁からなる給気用電磁弁７０ａと排気
用電磁弁７０ｂとが所定間隔離間して配設されている。
給気用電磁弁７０ａには、パイロットポート７１に連通
する第１通路７２を介して圧力流体が供給される。ま
た、給気用電磁弁７０ａと排気用電磁弁７０ｂとの間に
は第２通路７４が設けられ、前記第２通路７４から分岐
する第３通路７６によってパイロット室６８に連通接続
されている。さらに、排気用電磁弁７０ｂには大気に連
通する排気通路７８が接続され、圧力流体は前記排気通
路７８を介して外部に排気される。

【００３２】この場合、前記給気用電磁弁７０ａは、パ
イロット室６８に供給されるパイロット圧を制御するパ
イロット圧給気弁として機能し、前記排気用電磁弁７０
ｂは、給気用電磁弁７０ａに供給された圧力流体を外部
に排気するパイロット圧排気弁として機能するものであ
り、図示しない電磁コイルに対して制御回路８０から電
流信号（パルス信号）が導出されることにより、それぞ
れ適宜にオン／オフ制御される。なお、前記制御回路８
０には、設定圧力および二次側圧力等をデジタル表示す
る圧力表示部８２が接続されている。

【００３３】さらに、ボンネット１４の内部には、調圧
ポート２０に連通するフィードバック通路８４を介して
図示しない流体圧機器側に供給される圧力流体の圧力を
検知する圧力センサ８６が配設され、前記圧力センサ８
６の検出信号は、図示しない電気回路基板およびコネク
タ等を備える制御回路８０に導出される。前記制御回路
８０では、予め設定された流体圧力と検出信号に対応す
る流体圧力とを比較し、その偏差が零となるようにフィ
ードバック制御がなされる。

【００３４】この場合、図示しないコネクタを介して制
御回路８０から出力される制御信号によってそれぞれ給
気用電磁弁７０ａおよび排気用電磁弁７０ｂを付勢・滅
勢することにより、第３通路７６を介してパイロット室
６８に供給されるパイロット圧が制御される。

【００３５】本発明の実施の形態に係る流体圧力調整装
置１０は、基本的には以上のように構成されるものであ
り、次にその動作並びに作用効果について説明する。

【００３６】なお、流体圧力調整装置１０は、電源がオ
ンされた状態にあるとともに、図１に示されるように、
供給用弁体２８ａが着座部４０ａに着座して弁閉状態と
なっている状態を初期位置とする。

【００３７】初期位置において、図示しない圧力流体供
給源の付勢作用下に圧力流体をパイロットポート７１に
供給する。前記パイロットポート７１に供給された圧力
流体は、第１通路７２を介して給気用電磁弁７０ａおよ
び排気用電磁弁７０ｂにそれぞれ導入され、制御回路８
０から出力される制御信号（オン／オフ信号）によって
給気用電磁弁７０ａおよび／または排気用電磁弁７０ｂ
をそれぞれオン／オフ制御することにより、所定の圧力
にパイロット圧が制御される。

【００３８】前記給気用電磁弁７０ａおよび／または排
気用電磁弁７０ｂによって制御されたパイロット圧は、
第３通路７６を介して第２ダイヤフラム５０ｂの上部側
に設けられたパイロット室６８に供給される。前記パイ
ロット圧の作用下に、第１および第２ダイヤフラム５０
ａ、５０ｂ、第１乃至第３ディスク部材６２ａ乃至６２
ｃおよびロッド部材３８が一体的に下降する。下降する
ロッド部材３８の一端部によって供給用弁体２８ａが押
圧されることにより、前記供給用弁体２８ａは、第１ば
ね部材４６ａのばね力に抗して下方側に向かって変位
し、着座部４０ａから離間することにより弁開状態とな
る（図２参照）。

【００３９】従って、供給ポート１８に供給された圧力
流体は、供給用弁体２８ａに装着されたシール部材４２
ａと着座部４０ａとのクリアランスを介して所定の流体
圧力に減圧された後、図示しない流体圧機器に対して設
定圧力値に調圧された二次側の圧力流体が調圧ポート２
０から供給される。

【００４０】調圧ポート２０から流体圧機器側に供給さ
れる調圧された二次側の圧力流体は、調圧ポート２０に
連通する通路６２を介して第１ダイヤフラム５０ａが張
設された圧力室６０に導入される。さらに、二次側の圧
力流体は、フィードバック通路８４を介して圧力センサ
８６に導入され、制御回路８０は圧力センサ８６から出
力される検出信号に基づいてフィードバック制御がなさ
れる。

【００４１】このように、パイロット室６８に供給され
るパイロット圧の押圧力によって第１および第２ダイヤ
フラム５０ａ、５０ｂ並びに第１乃至第３ディスク部材
６２ａ乃至６２ｃと一体的にロッド部材３８を上下方向
に沿って変位させることにより、供給用弁体２８ａの開
閉作用によって減圧効果が営まれる。

【００４２】すなわち、パイロット室６８に導入された
パイロット圧が上部側に張設された第２ダイヤフラム５
０ｂに対して作用することにより、第１ダイヤフラム５
０ａおよび第１乃至第３ディスク部材６２ａ乃至６２ｃ
には一体的に下方側に向かって押圧する力が付与され
る。その際、第２ダイヤフラム５０ｂを下方側に向かっ
て押圧するパイロット室６８内のパイロット圧と第１ダ
イヤフラム５０ａを上方側に向かって押圧する圧力室６
０内の出力圧（二次側の圧力流体）とがバランスするこ
とにより、該供給用弁体２８ａが着座部４０ａに着座し
て弁閉状態となり、予め設定された所望の流体圧力が調
圧ポート２０を介して流体圧機器側に供給される。

【００４３】この場合、第１および第２ダイヤフラム５
０ａ、５０ｂを押圧する力は、それぞれ、（ダイヤフラ
ムの受圧面積）×（ダイヤフラムに作用する圧力流体の
圧力）によって決定される。ここで、第１ダイヤフラム
５０ａと第２ダイヤフラム５０ｂの受圧面積比を、例え
ば、約３対１に設定すると、第１ダイヤフラム５０ａを
上方側に向かって押圧する力と第２ダイヤフラム５０ｂ
を下方側に向かって押圧する力とがバランスした際、前
記出力圧とパイロット圧との比は受圧面積比の逆比とな
って約１対３となる。

【００４４】すなわち、圧力室６０側の第１ダイヤフラ
ム５０ａとパイロット室６８側の第２ダイヤフラム５０
ｂとの受圧面積比をそれぞれ約３対１とすることによ
り、流体圧機器側に供給される出力圧をパイロット圧の
約３分の１の圧力とすることができる。従って、第１お
よび第２ダイヤフラム５０ａ、５０ｂの受圧面積比を大
きく設定することにより、従来と同じ所定圧からなるパ
イロット圧を供給した場合であっても、流体圧機器側に
供給される出力圧を、例えば、５ｋＰａ等の超低圧に設
定することができる。

【００４５】本実施の形態では、パイロット圧が作用す
る第２ダイヤフラム５０ｂの受圧面積を、減圧調整され
た出力圧が作用する第１ダイヤフラム５０ａの受圧面積
よりも小さく設定することにより、流体圧機器側に供給
される出力圧を低圧に設定することができる。従って、
簡素な構造により、流体圧機器に対して、例えば、５ｋ
Ｐａ等の超低圧に調圧された圧力流体を供給することが
できる。

【００４６】なお、二次側の圧力流体の出力圧がパイロ
ット圧によって設定される設定圧よりも大きくなった場
合、圧力室６０内に導入される出力圧の押圧力によって
第１ダイヤフラム５０ａが上方に向かって押圧される。
従って、前記第１ダイヤフラム５０ａと一体的にロッド
部材３８が上方に向かって変位することにより、前記ロ
ッド部材３８に係止されたリング体４８を介して排気用
弁体２８ｂが第２ばね部材４６ｂのばね力に抗して着座
部４０ｂから離間し、二次側の圧力流体が排気用通路３
４を介して外部に排気される。

【００４７】

【発明の効果】本発明に係る流体圧力調整装置によれ
ば、以下の効果が得られる。

【００４８】すなわち、パイロット圧が作用する第２可
撓性部材の受圧面積を、減圧調整された出力圧が作用す
る第１可撓性部材の受圧面積よりも小さく設定すること
により、二次側の流体圧機器に供給される出力圧を低圧
に設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る流体圧力調整装置の
軸線方向に沿った概略構成縦断面図である。

【図２】図１に示す供給用弁体が変位して弁開状態とな
ったときの一部省略拡大縦断面図である。

【図３】従来技術に係る圧力制御弁の概略構成回路図で
ある。

【符号の説明】

１０…流体圧力調整装置 １２…ボデイ部 １４…ボンネット １８…供給ポート ２０…調圧ポート ２２…連通路 ２８ａ…供給用弁体 ２８ｂ…排気用弁体 ３８…ロッド部材 ４０ａ、４０ｂ…着
座部 ４６ａ、４６ｂ…ばね部材 ５０ａ、５０ｂ…ダ
イヤフラム ５４…大気室 ６０…圧力室 ６２ａ〜６２ｃ…ディスク部材 ６８…パイロット室 ７０ａ…給気用電磁弁 ７０ｂ…排気用電磁
弁 ８０…制御回路 ８６…圧力センサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧力流体によって作動する流体圧機器に対
   し、減圧調整された所定圧の圧力流体を供給する流体圧
   力調整装置であって、 圧力流体が導入される供給ポートと、減圧調整された圧
   力流体を導出する調圧ポートと、前記供給ポートと調圧
   ポートとを連通させる流体通路とがそれぞれ設けられた
   ハウジングと、 前記調圧ポートに連通する通路を介して減圧調整された
   圧力流体が導入される圧力室内に配設され、前記減圧調
   整された圧力流体の出力圧の作用下に撓曲する第１可撓
   性部材と、 パイロット室内に配設され、前記パイロット室内に供給
   されるパイロット圧の作用下に撓曲する第２可撓性部材
   と、 前記第１および第２可撓性部材の撓曲作用下に前記ハウ
   ジングの内部に軸線方向に沿って変位自在に設けられ、
   着座部に着座することにより前記供給ポートと前記調圧
   ポートとの連通を遮断する弁体と、 を備え、前記パイロット圧が作用する第２可撓性部材の
   受圧面積は、前記減圧調整された出力圧が作用する第１
   可撓性部材の受圧面積よりも小さく設定されることを特
   徴とする流体圧力調整装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の流体圧力調整装置におい
   て、 前記第１および第２可撓性部材は、それぞれ第１および
   第２ダイヤフラムからなり、所定間隔離間して張設され
   た前記第１ダイヤフラムと第２ダイヤフラムとの間に
   は、大気に連通する大気室が設けられることを特徴とす
   る流体圧力調整装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の流体圧力調整装置におい
   て、 前記第１および第２ダイヤフラムは、積層された第１乃
   至第３ディスク部材の間にそれぞれ介装されて一体的に
   保持されることを特徴とする流体圧力調整装置。