JPH0353294Y2

JPH0353294Y2 -

Info

Publication number: JPH0353294Y2
Application number: JP18877284U
Authority: JP
Priority date: 1984-12-14
Filing date: 1984-12-14
Publication date: 1991-11-21
Also published as: JPS61103604U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この考案は燃料ガスなどの流体の流量または圧
力を制御するための電歪比例動作形サーボ制御弁
に関する。

〔従来の技術〕

従来の比例動作形サーボ弁として、例えばガス
比例制御弁がある。これはサーボレギユレータに
よりメインダイアフラム室の圧力を制御すること
によつて、主弁の弁開度を比例制御する構成とな
つているが、上記サーボレギユレータの駆動源と
して電磁プランジヤが用いられている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながら、電磁プランジヤはソレノイドコ
イルでプランジヤを吸引作動する構成となつてい
るため、構造および組立作業が複雑となるばかり
か、故障しやすいという問題があつた。特に、サ
ーボレギユレータに適用する電磁プランジヤはそ
の動作量を微妙に調節する必要があるところか
ら、その工作精度や組付精度を十分な高さで確保
する必要があつた。従つて、一般にコストが高く
なるという欠点があつた。

この考案はかかる従来の問題点に着目してなさ
れたものであり、電磁ソレイドに代えて電歪アク
チユエータを用いることによつて、構成の簡素化
およびローコスト化が可能な電歪比例動作形サー
ボ制御弁を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この考案にかかる電歪比例動作形サーボ制御弁
は、バルブ本体が主ポートを介して連通する入口
および出口を有し、ばねによつて常に閉止方向に
付勢されている主弁を上記主ポートの開度を変化
させて出口側流体圧力を制御するように設け、サ
ーボダイアフラムを上記主弁の出口側流体圧力
に応動するように設け、このサーボダイヤフラム
の作動によつて、上記主弁を支持するメインダイ
ヤフラムに対する上記出口側流体圧力に応じたワ
ーキング圧力を、サーボ弁によつて調節するよう
になし、さらに上記サーボダイヤフラムを圧電ア
クチユエータによつて直接変位させる構成とした
ものである。

〔作用〕

この考案における圧電アクチユエータは圧電素
子を積層型では数10枚以上重ねたものを、バイモ
ルフ型では２枚重ねたものに電圧を印加し、電気
−機械出力を得るもので、この圧電アクチユエー
タの機械出力によりサーボダイヤフラムの変位量
を直接制御することによつて、その制御した変位
量に対応して主弁の弁開度を比例制御するように
なし、サーボダイヤフラムのアクチユエータとし
て構成の簡素化、小形化およびローコスト化を図
ることができる。

〔実施例〕

以下、この考案の一実施例を図について説明す
る。第１図において、１は主ポート２を介して連
通するガスなどの流体の入口３、流体の出口４を
備えたバルブ本体、５は主ポート２を開閉するこ
とにより出口側流体圧力を制御する主弁、６は主
弁５を開閉方向に案内するガイド棒、７は主弁５
を常時閉方向に付勢しているリターンスプリン
グ、８は主弁５の出口側に設けられて、上記主弁
を支持するメインダイアフラムで、主弁５の出口
側にワーキング圧力室９を隔成している。

１０はサーボレギユレータで、これがケース１
１内を隔成するサーボダイアフラム１２と、この
サーボダイアフラム１２に取り付けたサーボ弁部
材１３と、このサーボ弁部材１３により開閉され
るパイロツト通路１４とを有する。サーボダイア
フラム１２下部の圧力室１５は通路１６を通じて
上記出口４に連通している。また、パイロツト通
路１４は通路１７を介して通路１８，１９に分岐
され、通路１８はワーキンギ圧力室９に連通し、
通路１９は流量絞り用オリフイス２０を介して入
口３に連通している。

上記サーボダイアフラム１２上にはリターンス
プリング２１を介して抑え部材２２が設置され、
この抑え部材２２上には圧電アクチユエータ２３
の一端が接触している。また、この圧電アクチユ
エータ２３にはこれを電歪作動させるための電源
回路２４が接続されている。

ところで、上記圧電アクチユエータ２３は、電
圧を加えると歪による変位を生じる素子であり、
電気−機械変換器として作用し、これには大きく
分けて積層型圧電アクチユエータとバイモルフ型
圧電アクチユエータがある。

(イ) 積層型圧電アクチユエータ圧電素子１枚では変位量が小さいので、第２
図に示すように圧電素子Ｐを数10枚以上積層に
することで、大きな機械的変位量を直列に取り
出すように構成する。ここで、↑印は、分極方
向を示し、入力電圧は各素子Ｐに並列に印加さ
れるように結線されるものである。この積層型
アクチユエータの直流電圧Ｅを印加すれば安定
した変位を得ることができる。比較的大きな力
を出せることに特徴がある。

(ロ) バイモルフ型圧電アクチユエータバイモルフ型圧電アクチユエータは、圧電素
子Ｐの薄板を２枚貼合わせて構成する。この結
線方法から第３図ａ，ｂに示すシリーズ型と第
４図ａ，ｂに示すパラレル型がある。このバイ
モルフ型圧電アクチユエータに直流電圧Ｅを加
えると、一方の素子が伸び他方の素子が縮むこ
とで屈曲するので、第５図ａ，ｂに示すような
方法で変位を取り出しアクチユエータとする。
このバイモルフ型の特徴は、大きな力は取出せ
ないが、大きな変位をとれることに特徴があ
る。

なお、第４図において、ｑは圧電素子ｐ，ｐ間
の一端に介在した電極としての金属弾性板、ｒは
圧電素子ｐ，ｐの他端を接続する金属箔である。

次に、第１図について動作を説明する。

先ず、電圧レベルに応じてガス圧を比例制御す
るため、電源回路２４から所定の直流電圧を圧電
アクチユエータ２３に加える。このため圧電アク
チユエータの電歪作用により、その先端部付近が
変位し、サーボダイアフラム１２を抑え部材２
２、リターンスプリング２１を介して押し下げ、
これにともなつてサーボ弁部材１３も下降し、パ
イロツト通路１４を絞る。このため、圧力P₁に
入口３および通路１９に通じるワーキング圧力室
９の内圧が上昇し、その内圧の受圧面積が大きい
メインダイアフラム８がリターンスプリング７に
抗して上昇し、これによつて主弁を押し上げて主
ポート２を開放する。この結果、出口４には入口
３から流体が流出し、この出口４内の圧力P₂が
上昇し、この圧力P₂が設定値以上に達すると、
これが通路１６を通じて圧力室１５に作用し、サ
ーボダイアフラム１２が上方に押し上げられる。
このため、サーボ弁部材１３はパイロツト通路１
４を開いて、ワーキング圧力室９の圧力を下げ
る。このため、メインダイヤフラム８とともに主
弁５を下降させ、主ポート２を閉じる方向に作動
し、出口４の圧力が所定値に保持される。つま
り、上記圧電アクチユエータ２３によるサーボダ
イアフラムの変位制御に応じて比例制御した出口
４における流体圧力を得ることができる。

第６図はこの考案の他の実施例を示す。これが
第１図に示したものと異るところは、メインダイ
アフラム８Ａ自身に主弁５Ａを一体化するととも
に、このメインダイアフラム８Ａをリターンスプ
リング７Ａによつて主ポート２Ａを閉じる方向
（上方）に付勢するほか、リターンスプリング２
１Ａによつてサーボ弁部材１３Ａがパイロツト通
路１４Ａを常時閉じるように付勢した点である。
なお、この他の第１図に示したものと同一の構成
部分には同一符号を付して、その重複する説明を
省いてある。

かかる実施例においては、まず電源回路２４か
ら圧電アクチユエータ２３に直流電圧を加える
と、この電圧レベルに応じた量だけこの圧電アク
チユエータ２３の先端部が変位し、このためサー
ボダイアフラム１２が下方に押し下げられる。こ
のため、サーボ弁部材１３Ａはパイロツト通路１
４Ａを開き、ワーキング圧力室９の内圧が下が
る。これによつて、メインダイアフラム８Ａが下
方に変位し、主弁５Ａが主ポート２Ａを開き、出
口４における流体圧が上昇する。ここで何らかの
原因で出口４の圧力P₂が設定値以上となると、
その圧力が通路１６を通じて圧力室１５に作用す
るので、サーボダイアフラム１２は上方に変位
し、サーボ弁部材１３Ａはパイロツト通路１４Ａ
を閉じる方向に移動する。このため、ワーキング
圧力室９の内圧が上昇し、メインダイアフラム８
Ａの上方変位により主弁５Ａが主ポート２Ａを閉
じる方向に作動する。このため、出口４における
流体圧P₂は設定値に戻るようにコントロールさ
れる。

第７図は複合ガス弁に上記サーボレギユレータ
を用いた例を示す。同図において、３１，３２は
バルブ本体１Ａにおけるガスの入口３と主ポート
２Ａとの間および主ポート２Ａと出口４との間に
設けた入口ポートおよび出口ポートで、これらの
入口ポート３１および出口ポート３２には、リタ
ーンスプリング３３，３４を介してこれらの各ポ
ートを開閉する遮断弁３５，３６が設けられてい
る。なお、出口ポート３２にはメインバーナが接
続される。また、１０はサーボレギユレータで、
第６図に示すものと同一の構成となつている。さ
らに主弁５Ａおよび主ポート２Ａも上記と略同一
の構成作用となつている。なお、４２は入口ポー
ト３１と主ポート２Ａとの間に設けられたパイロ
ツトバーナ通路である。

３７，３８はベローフラム作動形のピストン
で、これらの各ピストン３７，３８端に上記遮断
弁３５，３６が取り付けられている。３９は電磁
ポンプで、これにはオイルタンク４０、三方電磁
弁４１が図示のように接続され、上記ピストン３
７のベローフラムには電磁ポンプ３９から直接オ
イルが供給され、上記ピストン３８のベローフラ
ムには三方電磁弁４１を介してオイルが供給され
るようになつている。

かかる複合ガス弁においては、図示しないコン
トローラが電磁ポンプ３９を駆動すると、オイル
が電磁弁４１を矢印ａ方向に流れるほか、ピスト
ン３７作動用のベローフラムにも作用し、遮断弁
３５を開放する。このため、入口ポート３１に入
るガスはパイロツトバーナ通路４２を経てパイロ
ツトバーナに導かれる。こうして、パイロツトバ
ーナからのガスに着火が行われると、コントロー
ラは電磁弁４１を切り換えて、オイルを矢印ｂ方
向に流すとともに、ピストン３８作動用のベロー
フラムにも作用させる。このため、遮断弁３６が
開放され、入口ポート３１に入るガスは出口ポー
ト３２を介してメインバーナに供給される。この
動作中にあつて、コントローラは制御演算にもと
づいてサーボレギユレータの圧電アクチユエータ
２３に所定の直流電圧を印加し、ガス制御圧を決
定し、所定の燃焼量を得る。

第８図は複合ガス弁の他の実施例を示す。これ
は、第７図に示したバルブ本体１Ａを変形したバ
ルブ本体１Ｂに、パイロツトガス通路の入口ポー
ト４３、主ポート４４、出口ポート４５を設け、
入口ポート４３、出口ポート４５にはダイアフラ
ム作動形のピストン４６，４７によりそれぞれ開
閉されるパイロツト弁４８、４９を当接してあ
る。また、主ポート４４には主弁５０が離接自在
に設けられ、これの上下流のガス圧に応動するダ
イアフラムバルブ５１により変位量が自動制御さ
れる。５２はパイロツトバーナ通路である。３９
Ａ，３９Ｂは一対の電磁ポンプ、４０Ａ，４０Ｂ
はオイルタンク、４１Ａ，４１Ｂは三方電磁弁で
あり、これらはそれぞれ第７図と同様の油圧系統
を構成している。そして、ピストン３７，３８作
動用のベローフラムはそれぞれ三方電磁弁４１
Ａ，４１Ｂから油圧を受け、ピストン４６，４７
作動用のベローフラムはそれぞれ電磁ポンプ３９
Ａ，３９Ｂから独自に油圧を受けるようになつて
いる。

かかる複合ガス弁においては、図示しないコン
トローラが電磁ポンプ３９Ａ，３９Ｂを駆動する
と、三方電磁４１Ａ，４１Ｂをオイルが矢印a₁，
a₂方向に流れるほか、ピストン４６，４７作動用
のベロフラムにもその油圧がかかり、パイロツト
弁４８，４９がともに入口ポート４３、出口ポー
ト４５を開放する。このため入口３１のガスは各
ポート４３，４４，４５を経てパイロツトバーナ
通路５２に導出され、パイロツトバーナにおける
着火が行われる。この着火を確認すると、コント
ローラは電磁４１Ａ，４１Ｂを切り換えて、オイ
ルを矢印b₁，b₂方向に流すとともに、ピストン３
７，３８作動用のベローフラムに油圧を供給し、
各遮断弁３５，３６を開く。このため入口３１か
らのガスは出口３２を通じてメインバーナに供給
される。この場合においても、コントローラは制
御演算にもとづいてサーボレギユレータの圧電ア
クチユエータ２３に所定の直流電圧を印加し、ガ
ス制御圧を決定して所定の燃焼量を得ることにな
る。なお、第８図の複合ガス弁の外観図を第９図
および第１０図に示してある。

〔考案の効果〕

以上のように、この考案によれば、圧電アクチ
ユエータに直流電圧を加えて電気−機械出力を得
るとともに、これをサーボレギユレータの流体制
御圧調整用のサーボダイアフラムに及ばしめ、こ
のサーボダイアフラムに応動するサーボ弁部材に
よりパイロツト通路を開閉させて、メインダイア
フラムにて隔成したワーキング圧力室の圧力調整
を行わしめることにより、主弁による流体制御を
所定値に自動調整できる構成としたものであるか
ら、構成が簡単でしかも安価な電歪比例動作形サ
ーボ制御弁を得ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例によるサーボ制御
弁を示す断面図、第２図は積層型圧電アクチユエ
ータの説明図、第３図はシリースタイプのパイモ
ルフ型圧電アクチユエータの説明図、第４図はパ
ラレルタイプのパイモルフ型圧電アクチユエータ
の説明図、第５図はパイモルフ型圧電アクチユエ
ータの変位状況を示す説明図、第６図はサーボ制
御弁の他の実施例を示す断面図、第７図は複合ガ
ス弁への応用例を示す断面図、第８図は同じく他
の応用例を示す断面図、第９図は第８図に示す複
合ガス弁の一部破断正面図、第１０図は同じく一
部破断側面図である。１はバルブ本体、２，２Ａは主ポート、３は入
口、４は出口、５，５Ａは主弁、７はばね、８，
８Ａはメインダイアフラム、９はワーキング圧力
室、１０はサーボレギユレータ、１２はサーボダ
イアフラム、１３はサーボ弁部材、２３は圧電ア
クチユエータ。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

主ポートを介して連通する入口および出口を具
備したバルブ本体と、ばねによつて閉止方向に付
勢されかつ上記主ポートの開度を変化させて出口
側流体圧力を制御する主弁と、この主弁の出口側
流体圧力に応動するサーボダイアフラムと、この
サーボダイアフラムの作動によつて、上記主弁を
支持するメインダイヤフラムに対する、上記出口
側流体圧力に応じたワーキング圧力を調節するサ
ーボ弁部材と、上記サーボダイヤフラムを制御信
号入力に応じて電歪変位せしめる圧電アクチユエ
ータとを備えたことを特徴とする電歪比例動作形
サーボ制御弁。