JPH03288100A - 圧力制御弁 - 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】 ：産業上の利用分野］ この発明は、高圧供給気体あるいは低圧吸引気体の圧力
制御に使用する圧力制御弁に関するものである。

二従来の技術； 従来のこの種の圧力制御弁としては、比例電磁式制御弁
や電空レギュレータ制御弁が知られている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、前記の電空レギュレータでは気体の漏洩を伴
いながらスプールが摺動されて開閉されるものであり、
又、比例電磁式制御弁では気体が常時ノズルからフラッ
パに対して噴出されるものであるため、気体の大量漏洩
を招くという問題点かあった。特に、高圧供給気体の圧
力制御において、圧力供給源がボンベになっている場合
には、気体の量が限定されるため、この気体の漏洩防止
が重要になる。

この発明は、このような従来技術に存在する問題点に着
目してなされたものであって、その目的とするところは
、気体漏洩を最少限にすることができて、特に、高圧供
給気体の圧力制御において、圧力供給源がボンベになっ
ていて、気体の量が限定されている場合に有効な圧力制
御弁を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、この発明の圧力制御弁に
おいては、高圧若しくは低圧気体の流路を開閉する開閉
部と一圧力室の圧力変動に応じて開閉部を開閉させるダ
イヤフラムと、前記圧力室の圧力を検出する圧力センサ
と、そのセンサの検出信号に基づき圧力室の圧力を電気
的に変更制御する制御手段とを設けたものである。

［作　用コ 上記のように構成された圧力制御弁においては。

圧力室の圧力が圧力センサにより検出され、その検出信
号に基づき圧力室の圧力が電気的に変更制御されて、ダ
イヤフラムの作動により開閉部が開閉される。従って、
気体漏洩を最小限にして、高圧供給気体あるいは低圧吸
引気体の圧力制御を行うことができる。

［実施例コ 以下、この発明の第１実施例を第１図〜第５図に基づい
て詳細に説明する。

まず、第２図に示すデイスペンサ装置の概要について述
べると、タンク１は内部にジュース等の被圧送液体２を
収容し、図示しない冷却装置によって冷却されている。

ボンベ３は内部に二酸化炭素（以下単に気体という〉を
収容している。そして、ボンベ３内の気体が減圧弁４、
圧力制御弁５及び逆止弁６を介してタンク１内に加圧供
給され、開閉弁７が開放されることにより、被圧送流体
２がタンク１内から開閉弁７を介してコツプ等の容器８
へと圧送される。

前記圧力制御弁５はＣＰＵ　（中央処理装置）やメモリ
を含む制御装置９により、Ｄ／Ａ変換器１０及び圧力制
御回８３１１を介して開閉制御され、タンク１内の被圧
送液体２に対する気体の圧力付与量を設定する。又、開
閉弁７は制御装置９により開閉制御され、容器８へ被圧
送液体２を供給する。

そこで、前記圧力制御弁５の構成を第１図に基づいて詳
述すると、高圧気体の流路１３はを椎１２に形成され、
その両端には給気ボート１４及び出力ボート１５が設け
られている。流Ｆ！！１１３を開閉するための開閉部１
６は弁座１７と弁体１８とからｍ戒され、常にはバネ１
つにより閉鎖されている。

蓋板２０及びダイヤフラム２１は複数のボルト２２によ
りを椎１２の上面に取付けられ、この蓋板２０とタイヤ
フラム２１との間には上部圧力室２３ａが形成され、ダ
イヤフラム２１の下方には下部圧力室２３ｂが形成され
ている。弁棒２４はナツト２５によりタイヤフラム２１
に固定され、上部圧力室２３ａの内部圧力が上昇してダ
イヤフラム２１か下動されたとき、この弁棒２４を介し
て前記開閉部１６の弁体１８を開放させる。

給気路２６は前記流路１３の給気ボー）１４ｒｐＪと上
部圧力室２３ａとを接続するように、を椎１２及び蓋板
２０に形成され、その途中には絞り用のオリフィス２７
が設けられている。連通路２４ａは流路１３の出力ボー
ト１５側と下部圧力室２３ｂとを接続するように、弁棒
２４の中心に沿って上下方向に形成されている。を磁弁
よりなる給気側弁２８は、給気路２６を開閉制御するよ
うに蓋板２０上に設けられ、必要に応じて上部圧力室２
３ａ内に高圧気体を導入してその内部圧力を上昇させる
。そして、この上部圧力室２３ａの内部圧力の上昇によ
り、弁棒２４が下降されて開閉部１６が開放される。

排気路２９は上部圧力室２３ａと外部とを連通ずるよう
に蓋板２０に形成され、その途中には絞り用のオリフィ
ス３０が設けられている。電磁弁よりなる排気側弁３１
は、排気Ｗ＠２９を開閉制御するように蓋板２０上に設
けられ、必要に応じて上部圧力室２３ａ内の気体を外部
に排出してその内部圧力を低下させる。そして、この上
部圧力室２３ａの内部圧力の低下により弁棒２４が上昇
され、バネ１９により弁＃−１８が上昇されて開閉部１
６が閉鎖される。

圧力センサ３２は蓋板２０上に設けられ、連通孔３３を
介して上部圧力室２３ａの内部圧力Ｅ検出して検出信号
を出力する。カバー３４は蓄板２０上に取り付けられ、
給気開弁２８、排気側弁３１及び圧力センサ３２を覆っ
ている。

気体の排出路３５は前記流路１３の出力ポート１５側と
連通ずるようにを椎１２に形成され、その端部には排気
ボート３６が設けられている。排出路３５を開閉するた
めの開閉部３７は弁座３８と弁体３９とから構成され、
常にはバネ４０により閉鎖されている。そして、流路１
３の出力ポート１５側の気体圧力が高くなったとき、開
閉部３７の弁体３９がバネ４０に抗して開放され、流路
１３内の気体圧力が排気ボート３６から排出される。

なお、前記ダイヤフラム２１はバネ４０Ａにより上方へ
付勢されている。

次に、前記圧力制御弁５を開閉制御するための圧力制御
回路について第３図に基づき詳述すると、入力手段とし
ての入力装置４１は、被圧送液体温度センサ、気体温度
センサ等の各種のセンサや液体供給速度等をキー人力に
より設定したりするためのキーボード等から構成され、
被圧送液体２の温度データや圧送量等の外部データを前
記制御装置９に入力する。制御装置９は入力されたデー
タに基づき被圧送液体２の圧送に必要な出力ポート１５
の圧力を目標値として設定して、Ｄ／Ａ変換器１０に出
力する。Ｄ／Ａ変換器１０は入力された目標値に対応す
る信号をアナログ信号に変換し、設定電圧信号として前
段増幅器４２に出力する。

前段増幅器４２は設定電圧信号をゼロ点、スパン調整し
、基準入力信号として偏差増幅器４３に出力する。

偏差増幅器４３は、前記圧力制御弁５内の圧力センサ３
２から増幅器４４を介してフィードバックされる検出信
号と、前段増幅器４２からの基準入力信号とを比較し、
第４．５図に示すようにその偏差分を増幅して制御偏差
信号を出力する。比較手段としての比較器４５．４６は
、偏差増幅器４３からの制御偏差信号と、基準信号発生
器４７から出力された５０Ｈｚ〜２００Ｈｚ程度の三角
波若しくは鋸歯状波等の基準信号とを比較し、オン・オ
フの制御動作信号を駆動回路４８．４９を介して圧力制
御弁５の給気側弁２８又は排気側弁３１に出力する。そ
して、給気側弁２８及び排気側弁３１は制御動作信号の
オン・オフ周期に応じたデユーティ比で開閉制御される
。

この場合、第４図及び第５図に示すように、排気側弁３
１測の比較器４６には、給気側弁２８測の比較器４５に
入力される制御偏差信号に対して反転された制御偏差信
号が入力される。

さて、第１図は給気側及び排気側の弁２８，３１が閉じ
一上部圧力室２３ａと下部圧力室２３ｂとの圧力が低圧
状態でつり合っている状態を示し、この状態では弁！！
２４が中立位置にあって上下の開閉部３７．１６が閉鎖
されている。又、このとき、第２図に示す開閉弁７も閉
鎖されている。

この状態において、容器８に液体を注ぐ場合には、入力
装置４１のスイッチの操作等に基づいて制御装置９が開
閉弁７を開放動作させる。これと同時に制御装置９はボ
ンベ３内の圧力、気体温度、被圧送液体の温度等のデー
タをもとに、出力ポート１５のｂ適圧力に対応した目標
値を設定して出力する。この出力は第３図に示すＤ／Ａ
変換器１０及び前段増幅器４２を介して基準入力信号と
して偏差増幅器４３に入力される。

一方、この偏差増幅器４３には圧力センサ３２により検
出された上部圧力室２３ａ内の圧力値に対応するレベル
の信号がフィードバックされる。

偏差増幅器４３は前記基準入力信号とフィードバック信
号とを比較して上部圧力室２３ａの圧力と、その目標値
との間の差に対応した制御偏差信号を出力する。この制
御偏差信号は比較器４５及び反転回路５１を介して比較
器４６にそれぞれ入力される。この場合、例えば、上部
圧力室２３ａの圧力か目標値より少ない場合には、第４
，５図に示すように両比較器４５．４６に入力される制
御偏差信号か相互に反転しているので、給気側弁２８側
の比較器４５には給気側弁２８の開放側の偏差として、
排気側弁３１側の比較器４６には閉鎖側の偏差として入
力される。

従って、比較器４５は基準信号発生器４７からの基準信
号をもとにして、偏差に対応した制御動作信号を出力す
るが、比較器４６は制御動作信号を全くあるいはほとん
ど出力しない、又、出力ボ−ト１５の圧力が目標値より
大きい場合にはこの逆となる。このため、出力ボート１
５が最適の圧力となるように給気側弁２８及び排気側弁
３１が開閉制御され、適量の気体圧がタンク１内に付与
されて、液体がｉ適状態で容器８に注がれる。

そして、供給停止のためのスイッチ操作が行われると、
前記開閉弁７か閉じられて液体供給が停止される。

そして、前記給気側弁２８及び排気側弁３１の開閉動作
時には、気体圧力や液体温度等の種々の要因に応じて、
あるいはウォータハンマ等の不都合が発生しないように
、制御装置９が最適の目標値を設定し、両弁２８．３１
の制御量のデータがフィードバックされて目標値と一致
するように制御されるので、最適の液体供給状態を得る
ことができる。

さらに、液体供給が行われていないときには、排気側弁
３１が閉じて気体漏洩が防止され、その気体単独での外
部への放出は被圧送液体供給停止時において、ダイヤフ
ラム２１の復帰に伴う上部圧力室２３ａの縮小分だけで
あるから、その排出量はきわめて少ない。特に、飲料水
の自動販売機に使用されるデイスペンサ装置のように、
圧力供給源がボンベになっていて、気体の量が限定され
ている場合には、気体を有効利用することかできる。

［別の実施例］ 次に、この発明の第２実施例を、第６図〜第９図に基づ
いて説明する。なお、前記第１実施例と同−又は近似す
る構成については一第１実施例と同一の符号を付して、
それらの詳細な説明を省略する。

さて、この実施例の圧力制御弁５は、例えば真空圧を利
用して物品の吸着及び解放動作等を行う場合の真空圧の
制御に具体化したものであって、第６図〜第８図に示す
ように、流路１３の出力ボート１５がタンク等の負圧機
器に接続される設定圧力口に、給気ボート１４が吸引ボ
ン１に接続される真空圧力口に、排気ボート３６が大気
を取り入れるための大気圧力口になっている。給気路２
６はダイヤフラム２１の下方の下部圧力室２３ｂと大気
とを連通ずるように設けられ、その途中には給気＃１２
６を開閉制御するための給気側弁２８が介装されている
。排気路２つは流路１３の真空圧力口１４と下部圧力室
２３ｂとを連通ずるように設けられ、その途中には排気
路２９を開閉制御するための排気側弁３１が介装されて
いる。

圧力センサ３２は連通孔３３を介して設定圧力口１５に
接続され、設定圧力を検出して検出信号を出力するよう
になっている。又、ダイヤフラム２．１の上方の上部圧
力室２３ａは弁棒２４の中心の連通路２４ａ及び開閉部
１６の弁体１８と弁棒２４との間を介して設定圧力口１
５に連通され、設定圧力が上部圧力室２３ａに導かれて
いる。

そして、第９図に示すように、この実施例においてら、
第１実施例の回路構成とほぼ同様に、圧力センサ３２か
ら出力される設定圧力の検出信号と入力信号とが偏差増
幅器４３で比較されて偏差増幅が行われ、この偏差信号
と基準信号発生回路４７からの基準信号とが、信号比較
回路４５及び反転回路５１を介して信号比較回路４６で
比較加算され、オンオフ信号が駆動回路４８．４９を介
して給気開弁２８及び排気側弁３１に入力される。

このように給気側弁２８及び排気側弁３１０オンオフ信
号のデユーティ比が制御され、偏差が存在するときには
、両弁２８．３１を駆動して、偏差が小さくなる方向に
下部圧力室２３ｂの圧力か調節される。

すなわち、外部からの指令信号が入力信号として制御量
Ｆ！＠１１に入力される。制御回路１１内の両差増幅器
４３では設定圧力側の圧力をセンサ３２で検出した信号
と、入力信号とが比較され、偏差増幅が行なわれる。

この偏差信号は比較器４５において、又、反転回路５１
を介して比較器４６において基準信号発生回路４７から
の信号と比較、加算され、オンオフ信号が駆動回路４８
．４９へ出力される。

このように弁２８．３１のオンオフ信号のデユーティ比
が制御される。偏差が存在する時、弁２８．３１が駆動
され、偏差の小さくなる方向ヘダイヤフラム室２３ａ、
２３ｂの圧力が調節される。

そして、真空圧力は真空圧力口１４より排気側弁３１の
２次側に導かれ、給気側弁２８、排気側弁３１のオンオ
フ動作による操作圧は給気路２６通し、パイロット室下
部２３ｂの圧力を設定する。

給気側弁２８の１次側は大気開放であり、以上のことか
ら操作圧は真空から大気圧までが可能となる。

また設定圧力ボート１５のエアは弁棒２４と弁体の間に
あるオリフィス及び°弁棒２４の連通路２４ａを通りパ
イロット室上部２３ａに導がれる。

制御回路１１への入力信号が変化し、パイロット室下部
２３ｂの圧力が増加すると、弁体３９が押し上げられ、
大気圧力口３６から設定圧力口１５ヘエアが流れる。

圧力の平衡状態から減圧する方向へ入力信号が変化する
と、パイロット室下部２３ｂの圧力は減圧されてより真
空に近くなる。これにより、ダイヤフラム２１は押し下
げられ、弁棒２４と共に弁体１８も下降し、真空圧力口
１４ヘエアが流れる。

そして、パイロット室上下２３ａ、２３ｂの圧力が等し
くなった時に平衡状態となる。

従って、この第２実鯵例においても、エアの漏洩を最小
限に止めて真空圧の制御を行うことかできる。

次に、この発明の第３実施例を、第１０図〜第１３図に
基づいて説明する。なお、前記第１及び第２実腫例と同
−又は近似する構成については、両実施例と同一の符号
を付して、それらの詳細な説明を省略する。

さて、この実施例の圧力制御弁５も、前述した第２実施
例と同様に、真空圧を利用して物品の吸着及び解放動作
等を行う場合の真空圧の制御に具体化したものであって
、第１０図〜第１２図に示すように、流路１３の設定圧
力口１５がタンク等の負圧機器に接続される設定圧力口
に、真空圧力口１４が吸引ポンプに接続される真空圧力
口に、供給圧力口３６が数ｈｆ／−程度の所定圧力を供
給するための供給圧力口になっている。

切換弁５２は葺板２０上に設けられ、供給圧力口３６１
１！Ｉの圧力が給気路２６、給気側弁２８及び出力側流
路５３を介して切換弁５２に導かれ、この切換弁５２の
切換状態に応じて、流通路５４から上部圧力室２３ａに
、又は流通路５５を介して下部圧力室２３ｂに供給され
る。排気口５６．５７は切換弁５２に設けられ、切換弁
５２の切換状態に応じて、上部圧力室２３ａ又は下部圧
力室２３ｂの圧力がこの排気口５６．５７から排出され
る。

排気側弁３１は給気側弁２８の出力側流路５３に接続さ
れ、その出力側圧力が排気側弁３１の開放時に排気路２
９を通して排出される。第１圧カセンサ３２は連通孔３
３を介して設定圧力口１５に接続され、設定圧力を検出
して検出信号を出力する。第２圧カセンサ５８は吸気側
弁２８の出力側流Ｎ５３に接続され、その出力側圧力を
検出して検出信号を出力する。

そして、第１３図に示すように、この実施例においては
、第１圧カセンサ３２から出力される設定圧力の検出信
号と入力信号とが偏差増幅器４３で比較されて偏差増幅
が行われ、この偏差信号と基準信号とか比較器５９で比
較されて、駆動回路６０を介して切換弁５２が切り換え
られる。又、前記偏差増幅器４３からの偏差信号と第２
圧力センサ５８からの検出信号とが偏差増幅器６１で比
較されて偏差増幅され、前述した第２実施例の回路構成
と同様に、その偏差信号と基準信号発生回路４７からの
基準信号とが、信号比較器４５及び反転口８＠５１を介
して信号比較器４６で比較加算され一オンオフ信号か駆
動回路４８．４９を介して給気側弁２８及び排気側弁３
１に入力される。

このように第１圧カセンサ３２の検出信号に対して入力
信号が大きければ、切換弁５２か下部圧力室２３ｂを加
圧できる状態に、又第１圧カセンサ３２の検出信号に対
して入力信号が小さければ、切換弁５２が上部圧力室２
３ａを加圧できる状態に切り換えられ、この状態で給気
側弁２８及び排気側弁３１のオンオフ信号のデユーティ
比が制御されて、偏差が存在するときには両弁２８．３
１を駆動して、偏差が小さくなる方向に上部又は下部圧
力室２３ａ、２３ｂの圧力が調節される。

すなわち、供給圧力口３６には５〜６ｂｆ／−の圧力が
供給され、これは給気側弁２８の入力に専かれる。給気
側弁２８の出力は排気側弁３１へと導かれ、同時に操作
圧力として切換弁５２を介してパイロット室２３ａ、２
３ｂへと導かれる。

この操作圧力は第２圧力センサ５８によって制御回路に
入力され、給気側弁２８、排気側弁３１がオンオフされ
、パイロット室２３ａ、２３ｂの圧力が操作される。ま
た、第１圧カセンサ３２と入力信号の偏差が取られ、切
換弁５２が動作される。第１圧カセンサ３２の信号に対
して入力信号が大きければパイロット室下部２３ｂを加
圧できるように、逆に小さければパイロット室上部２３
ａを加圧できるように切り換える。これによって必要最
少のエアで操作圧を制御できる。

設定圧力を下げるように入力信号が変化すると、設定圧
力口１５の第１圧カセンサ３２からの信号と入力信号の
偏差から切換弁５２がパイロット室上部２３ａを加圧で
きるように切換る。この時、パイロット室下部２３ｂは
大気圧となる。

先の偏差信号と操作圧力につながる第１圧カセンサ３２
の信号とでもう一度偏差がとられ、この偏差が小さくな
るように給気側弁２８、排気側弁３１かオンオフされる
。つまり、先の偏差信号に対応する操作圧力がダイヤフ
ラム室上部２３ａに送られることになる。

この時、ダイヤフラム２１は押し下げられ、下側の開閉
部１６が開き設定圧力口１５のエアは真空圧力口１４へ
と流れる。

設定圧力口１５の圧力が下がると、入力信号と第１圧カ
センサ３２との偏差が小さくなっていき、操作圧力は大
気圧に近付いていく、このため開閉部１６の開度は小さ
くなっていき、偏差がゼロの時第１０．１１図の平衡状
態となる。

次に、設定圧力を上げるように入力信号が変化すると、
前記と同様に第１圧カセンサ３２と入力信号の偏差から
切換弁５２はパイロット室下部２３ｂを加圧できるよう
に動作する（この時パイロット室上部２３ａは大気圧と
なる）。

この偏差信号と操作圧力につながる第２圧力センサ５８
の信号とでもう一度偏差をとり、先の偏差信号に追従す
る形で給気側弁２８、排気側弁３１がオンオフされ、操
作圧力がパイロット室下部２３ｂへ送られる。このため
、ダイヤフラム２１は押し上げられ、上側の開閉部３７
が開き供給圧力口３６のエアが設定圧力口１５へ流れる
。

そして、設定圧力口１５の圧力、つまり第１圧カセンサ
３２の信号が入力信号に近付くとく偏差信号が小さくな
ると）、操作圧力は大気圧に近付いていく。このため開
閉部３７の開度は小さくなっていき、偏差がＯの時平衡
状態となる。

そして、以上の動作においては、供給圧力口３６に５〜
６ｋｇｆ／ｄｉの圧力が供給されるため、より反応の速
い真空破壊を行うことができる。

又、偏差が発生した時に、大気圧となっているパイロッ
ト室２３ａ、２３ｂを真空側へ導くようにすれば一層速
い応答が期待できる。

なお、この発明は前記各実施例の構成に限定されるもの
ではなく、例えば、前述した第３実施例において、供給
圧力口３６とは別の圧力口を設けて、この圧力口から圧
力室２３ａ、２３ｂに操作圧力が供給されるように構成
して、応答性を一層高めたりする等、この発明の趣旨か
ら逸脱しない範囲で各部の構成を任意に変更して具体化
することも可能である。

［発明の効果］ この発明は、以上説明したように構成されているため、
気体の漏洩を極めて少なくすることかできて、特に、高
圧供給気体の圧力制御において、圧力供給源かボンベに
なっていて、気体の量が限定されている場合には、気体
を有効利用することができるという優れた効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を具体化した圧力制御弁の第１実施例
を示す正断面図、第２図はデイスペンサ装置の概要を示
す配管図、第３図は液体供給装置の回路構成を示すブロ
ック図、第４図及び第５図は制御弁における排気側及び
給気側弁のための駆動信号の発生動作を説明する説明図
、第６図はこの発明の圧力制御弁の第２実斃例を示す正
面断面図、第７図はその圧力制御弁の側断面図、第８図
は圧力制御弁を含む制御装置の概要図、第９図は制御装
置の回路構成を示すブロック図、第１０図はこの発明の
圧力制御弁の第３実施例を示す正面断面図、第１１図は
その圧力制御弁の側断面図、第１２図は圧力制御弁を含
む制御装置の概要図、第１３図は制御装置の回路構成を
示すブロック図である。 ５・・・圧力制御弁、１３・・・気体の流路−１６・・
・開閉部、２１・・・ダイヤフラム、２３ａ、２３ｂ・
・・圧力室、２８・・・制御手段を構成する給気側弁、
３１・・・制御手段を構成する排気側弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高圧若しくは低圧気体の流路（１３）を開閉する開
   閉部（１６）と、 圧力室（２３ａ）の圧力変動に応じて前記開閉部（１６
   ）を開閉させるダイヤフラム（２１）と、前記圧力室（
   ２３ａ）の圧力を検出する圧力センサ（３２）と、 そのセンサ（３２）の検出信号に基づき前記圧力室（２
   ３ａ）の圧力を電気的に変更制御する制御手段（２８，
   ３１）とを設けたことを特徴とする圧力制御弁。