JPH0432241B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電気信号により流体圧を調整するレギ
ユレータに関し、一層詳細には、複数種の流体の
出力圧を略同時に調整することが出来、しかも、
大気にブリードすることが好ましくない流体を精
度よく調圧して所定の出力圧として取り出すこと
を可能とする電気信号−流体圧レギユレータに関
する。

［発明の背景］ 流体の出力圧を電気信号により一定に調整する
ために、従来から電−空変換器と圧力変換器とを
組み合わせた電気信号−流体圧レギユレータが広
汎に採用されている。この場合、電−空変換器、
すなわち、電気信号を空気圧に変換する装置とし
てはトルクモータが使用されている。前記トルク
モータではモータを構成するコイルに電流を供給
し、この電流値に対応する回転力を変位量に変え
ることにより、ノズルフラツパのノズル背圧、あ
るいはパイロツト弁の流量調整等を介して空気圧
に変換している。

このようなトルクモータを使つて電−空変換器
等の制御機器を構成する場合、トルクモータによ
つて発生する力が少しでも大きい方が機械的振動
等の影響に対しても強くなり、また性能的にも安
定した製品が得られる。

ところが、最近、制御機器の小型軽量化が要求
されるようになつてきたため、前記トルクモータ
を如何に小型に製作するかが重要な課題になつて
いる。つまり、トルクモータを小型化すればする
ほど一般的に電流値に対応して発生する力も小さ
くなるため、どうしても前述した機械振動等に対
して弱くなり、制御機器の利用条件如何によつて
はトルクモータを使用すること自体技術的に不可
能となる。

そこで、前記の不都合を克服するために、本出
願人は耐振動、耐衝撃性を向上して小型軽量化を
図つた電−空変換器を用いたレギユレータを既に
提案している（特開昭第60−231001号参照）。前
記のレギユレータは電圧の変化により所定量変位
する電歪素子を用いて前記電圧の変化を容易にノ
ズル背圧に変換することが出来るノズルフラツパ
機構と、前記ノズル背圧に応動するダイヤフラム
により供給ポートと出力ポートとを開閉制御して
所望の出力空気圧を得るノンブリード型のパイロ
ツト弁部とを組み合わせるよう構成している。

このように構成することで、前記レギユレータ
は耐振性と耐衝撃性を向上させ、しかも小型化、
軽量化が容易に図れると共に所望の出力空気圧を
精度よく得ることを可能としている。

［発明の目的］ 本発明はこの種のレギユレータについてなされ
たものであつて、ノズルフラツパ機構と、このノ
ズルフラツパ機構のノズル背圧によつてダイヤフ
ラムを介して変位して供給ポートと出力ポートと
を連通制御する第１のパイロツト弁部と、前記出
力ポート側の流体圧に対応してダイヤフラムを介
して変位し、他の供給ポートと出力ポートとを連
通制御する第２のパイロツト弁部とを一体的に組
み込むよう構成し、これによつて複数種の流体の
圧力制御を略同時に行うことが出来、しかも、前
記第１パイロツト弁部により連通制御される供給
ポートと出力ポートとの中、出力ポートを気密に
閉塞することにより、第２パイロツト弁部を介し
て、例えば、酸素、アセチレンガス等のように大
気に排出することが好ましくない流体の圧力を精
度よく調整することを可能とし、しかも一層の小
型化を達成することが出来る電気信号−流体圧レ
ギユレータを提供することを目的とする。

［目的を達成するための手段］ 前記の目的を達成するために、本発明は電気信
号に対応して流体圧を調整する電気信号−流体圧
レギユレータであつて、当該レギユレータは、少
なくとも、ノズルフラツパ機構と、前記ノズルフ
ラツパ機構のノズル背圧の変化に応動するダイヤ
フラムを介して第１の流体の供給ポートと出力ポ
ートを連通する通路を開閉するノンブリード型の
第１のパイロツト弁部と、前記第１流体の出力ポ
ート側の圧力に対応して第２の流体の供給ポート
と出力ポートを連通するる通路を開閉するノンブ
リード型の第２のパイロツト弁部とを一体的に設
けるよう構成することを特徴とする。

［実施態様］ 次に、本発明に係る電気信号−流体圧レギユレ
ータについて好適な実施態様を挙げ、添付の図面
を参照しながら以下詳細に説明する。

第１図において、参照符号１０は本発明に係る
電気信号−流体圧レギユレータを示し、当該電気
信号−流体圧レギユレータ１０は本体１１とその
内部上方に設けられるノズルフラツパ機構１２と
内部略中央に設けられる第１のパイロツト弁部１
４と内部下方に設けられる第２のパイロツト弁部
１６とを含む。

ノズルフラツパ機構１２は第１パイロツト弁部
１４のノズル背圧室１７に通じる所定口径のノズ
ル１８と、板状のフラツパ２０とからなる。前記
フラツパ２０の一端部はノズル１８に対して所定
の間隔を有して自由端として位置決めされると共
に、その他端部は本体１１にネジ２２を介して固
定される。前記フラツパ２０は、第２図に示すよ
うに、電極が施された２枚の圧電セラミツク２
４，２４とこれらの圧電セラミツク２４，２４と
これらに挟持された中間電極板２６とからなる。
所謂、電歪素子で形成された中間電極板２６に結
線されたリード線２７と圧電セラミツク２４，２
４に結線されたリード線２８を介して所定の電圧
が印加されるよう構成されている。

一方、前記第１パイロツト弁部１４は上下方向
に併設された２枚のダイヤフラム３０，３２と、
これらのダイヤフラム３０，３２と連動する排気
弁３４および内弁３６とを含む。なお、前記内弁
３６は給気弁部３８と排気弁部４０とを有し且つ
この内弁３６は排気弁３４と分離形成される。ま
た、前記内弁３６を構成する給気弁部３８の下部
にはコイルスプリング４２が係合し、当該内弁３
６は通常状態では前記コイルスプリング４２の弾
発力により第１の供給ポート４４と第１の出力ポ
ート４６とを結ぶ給気口４８を閉塞するように構
成される。しかも、その際、前記内弁３６と一体
的に形成された排気弁部４０は前記排気弁３４に
形成され且つ後述する大気圧室に連通する排気通
路３４ａを閉塞する。従つて、この第１パイロツ
ト弁部１４は平衡時は排気が行われないノンブリ
ード型で構成されることが容易に諒解されよう。

次に、前記ダイヤフラム３０の上側に画成され
たノズル背圧室１７には、第１供給ポート４４と
連通する通路５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄお
よび５０ｅを介して供給圧力（加圧空気）が導入
される。この場合、前記通路５０ｄには前記加圧
空気の流量を規制する固定オリフイス５２が配設
される。なお、前記ダイヤフラム３０と３２とに
より画成された供給圧力室５３には、前記通路５
０ｂから分岐した通路５０ｆを介して第１供給ポ
ート４４からの供給圧力が直接導入される。さら
に、ダイヤフラム３２と本体１１により画成され
る大気圧室５４は通路５６を介して大気側と連通
状態にある。

さらにまた、前記排気弁３４が摺動する孔部６
２にはＯリング６４が配設され、前述した大気圧
室５４と相俟つて第１出力ポート４６内の出力圧
はダイヤフラム３２等にフイードバツクされるこ
とはない。その代わりに、前記出力圧は、第１図
中破線で示すように、例えば、管体等を介して圧
力センサ６６に送給され、この圧力センサ６６に
より前記出力圧は電気信号に変換されて入力側に
電気的にフイードバツクされるよう構成されてい
る。

すなわち、第３図に示すように、第１パイロツ
ト弁部１４からの出力圧が圧力センサ６６により
電気信号として検出された後、適宜増幅回路６８
を介してコントローラ７０にフイードバツクされ
る。そしてコントローラ７０では前記信号と電気
信号−流体圧レギユレータ１０への入力信号とを
比較し、その偏差分が逐次増幅回路７２で増幅さ
れると共に適宜電圧に変換された後、前記フラツ
パ２０に印加されるよう構成されている。

次に、前記第１パイロツト弁部１４の下方に第
２パイロツト弁部１６を配設する。この場合、前
記第２パイロツト弁部１６はこれにより調圧され
る流体を大気に排出することのないノンブリード
型を選択している。前記第２パイロツト弁部１６
は前記第１パイロツト弁部１４を構成するダイヤ
フラム３０，３２と略同様に上下方向に並設され
る２枚のダイヤフラム７４，７６を含み、前記ダ
イヤフラム７４，７６の中、一方のダイヤフラム
７４と本体１１とにより圧力室７８が画成され
る。なお、前記ダイヤフラム７４と７６とはその
受圧面積が略同一となるよう選択されると共に、
前記室７８は通路８０を介して前記第１出力ポー
ト４６と連通している。

また、前記ダイヤフラム７４と７６とにより画
成された大気圧に連通する室８２内にはダイヤフ
ラム受板８４が配設され、当該ダイヤフラム受板
８４の一端側はダイヤフラム７６の略中央部から
下方に指向して突出し、その端部には略円錐状を
呈する凹部８６が画成される。前記ダイヤフラム
受板８４の凹部８６には弁体８８が係合し、この
弁体８８は実質的には前記凹部８６に係合する砲
弾型の突部９０とこの突部９０から下方に延在す
るロツド９２と前記ロツド９２の先端部に固着さ
れる給気弁部９４とから基本的に構成される。前
記弁体８８は給気弁部９４に圧接するコイルスプ
リング９６の押圧作用下に前記突部９０が常時凹
部８６に圧接されており、従つて、通常状態にお
いて給気弁部９４の側部は本体１１によつて画成
される弁座９８に対して着座し、本体１１に画成
される第２の供給ポート１００と第２の出力ポー
ト１０２とを連通する孔部１０４を閉塞する。

なお、前記の実施態様では、ダイヤフラム７４
と７６とを二層構造とし、その間にダイヤフラム
受板８４を実質的に介装するように構成している
が、いずれか一方のダイヤフラムのみを用いて、
これにダイヤフラム受板８４を固着するようにし
てもよいことは勿論である。

本発明に係る電気信号−流体圧レギユレータは
基本的には以上のように構成されるものであり、
次に、その作用並びに効果について説明する。

先ず、第１供給ポート４４からは所定圧の空気
が供給されるものとし、また、第２供給ポート１
００からは大気にブリードされることが好ましく
ない流体、例えば、アセチレンガス等が供給され
るものとする。従つて、第１出力ポート４６と第
２出力ポート１０２からは夫々内弁３６および弁
体８８によつて調圧された空気およびアセチレン
ガスが導出されるものとする。

そこで、入力電気信号をコントローラ７０に供
給すると、この入力信号に基づきコントローラ７
０はノズルフラツパ機構１２に所定の電圧を印加
する。すなわち、フラツパ２０を構成する圧電セ
ラミツク２４，２４はコントローラ７０から供給
される電圧の極性によつて変位し、この結果、ノ
ズル１８を介してノズル背圧室１７のノズル背圧
が変化する。例えば、以上のような作用によつて
ノズル背圧室１７のノズル背圧が高まつたとしよ
う。この場合には排気弁３４が下降変位し、これ
によつて、内弁３６の排気弁部４０を押圧する。
この押圧力は内弁３６を上方に押圧するコイルス
プリング４２の弾発力に抗して内弁３６を押し下
げ、この結果、第１供給ポート４４と第１出力ポ
ート４６とが給気口４８を介して連通状態とな
り、前記第１供給ポート４４から供給される空気
は第１出力ポート４６から外方へと導出される。
第１出力ポート４６から導出される所定圧の空気
は圧力センサ６６へと案内され、この圧力センサ
６６から増幅回路６８を介してコントローラ７０
にフイードバツクされることになる。コントロー
ラ７０ではこのフイードバツク信号と前記入力信
号と比較し、差があれば修正するよう再び電圧に
係る電気信号が増幅回路７２を介してノズルフラ
ツパ機構１２のフラツパ２０に送給する（第３図
参照）。

一方、前記第１出力ポート４６に導出された空
気は通路８０を介して第２パイロツト弁部１６側
の圧力室７８に供給される。従つて、前記圧力室
７８内は前記第１出力ポート４６側の圧力に対応
してその圧力が変化し、当該圧力をダイヤフラム
７４に加える。これによつて、前記ダイヤフラム
７４，７６およびこれらの間に配設されるダイヤ
フラム受板８４が下降変位して弁体８８を押圧す
る。この押圧力は前記弁体８８を構成する給気弁
部９４に圧接するコイルスプリング９６の弾発力
に抗して前記弁体８８を下降変位させるに至る。
この結果、第２供給ポート１００と第２出力ポー
ト１０２とが孔部１０４を介して連通状態とな
り、従つて、前記第２供給ポート１００から供給
されるアセチレンガスが孔部１０４を介して第２
出力ポート１０２側へと導出される。この場合、
前述したように、前記ダイヤフラム７４と７６と
はその受圧面積が略同一なるように形成されてい
るため、圧力室７８内の圧力と出力ポート１０２
側の圧力とが略同圧になると、前記ダイヤフラム
７４，７６およびダイヤフラム受板８４が上昇変
位し、これに伴つて弁体８８がコイルスプリング
９６の弾発作用下に上昇変位して当該弁体８８の
給気弁９４が弁座９８に着座し、前記孔部１０４
を閉塞する。従つて、前記第２供給ポート１００
から導入されたアセチレンガスは第２パイロツト
弁部１６により、大気に排出されることなく調圧
されて第２出力ポート１０２側に導出されること
になる。

このように、本実施態様によれば、第１供給ポ
ート４４から導入される空気と第２供給ポート１
００から導入されるアセチレンガスとを略同時に
調圧して第１出力ポート４６および第２出力ポー
ト１０２側へと夫々導出することが出来る。しか
も、第２パイロツト弁部１６は当該アセチレンガ
スのような大気の排出が好ましくない流体の調圧
を好適に行うことが可能となる。

次に、本発明に係る電気信号−流体圧レギユレ
ータの他の実施態様について説明する。

なお、本実施態様において前記第１の実施態様
と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、そ
の詳細な説明を省略する。

本実施態様に係る電気信号−流体圧レギユレー
タ１１０は、第４図に示すように、これを構成す
る第１出力ポート４６を栓部材１１２により気密
に閉塞したものである。この場合、前記第１出力
ポート４６側の圧力は前記第１の実施態様と同様
に管体等を介して圧力センサ６６に供給されるよ
う構成しておく。

このように構成することで、当該電気信号−流
体圧レギユレータ１１０では前記第１の実施態様
に係る電気信号−流体圧レギユレータ１０と同様
の作用により、第１供給ポート４４から導入され
た空気を第１パイロツト弁部１４を介して電気信
号に比例した所定の圧力に調整して第１出力ポー
ト４６に導出する。さらに前記第１出力ポート４
６に導出された空気は通路８０を介して第２パイ
ロツト弁部の圧力室７８に送給される。この場
合、当該電気信号−流体圧レギユレータ１１０に
よれば、第１パイロツト弁部１４により調圧され
た空気は全て圧力室７８側に導入されて当該圧力
室７８内に充満され、第２パイロツト弁部１６の
パイロツト圧として利用される。このため、前記
圧力室７８内の圧力が極めて安定した状態とな
り、従つて、第２供給ポート１００から供給され
るアセチレンガスを大気に排出することなく第２
パイロツト弁部１６により一層精度よく調圧して
第２出力ポート１０２側に導出することが可能と
なる。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、複数種の流体を
調圧する際に、前記複数の流体の中、何れか１つ
の流体の出力圧をノズルフラツパ機構のノズル背
圧の変化に応動する第１のパイロツト弁部により
精度よく調圧し、他の流体を前記第１パイロツト
弁部により調整された出力圧に応動する第２のパ
イロツト弁部により調圧している。しかも、前記
他の流体を調圧する第２パイロツト弁部は、当該
流体を大気に排出することのないノンブリード型
で構成している。従つて、複数の流体を当該電気
信号−流体圧レギユレータ単体で略同時に、しか
も精度よく調圧することが出来るという効果が得
られる。

さらに、前記第１パイロツト弁部により調圧さ
れる流体の出力ポート側を気密に閉塞することに
より、第２パイロツト弁部により調圧される流体
が、例えば、酸素、アセチレンガス等のような大
気に排出することが好ましくない流体であつて
も、これを極めて精度よく調圧することが可能と
なる利点が得られる。

以上、本発明について好適な実施態様を挙げて
説明したが、本発明はこの実施態様に限定される
ものではなく、例えば、第２パイロツト弁部を構
成する一組のダイヤフラムの受圧面積を任意の比
率に選択することにより複数の流体の流体圧を
夫々所定の比率を保つた圧力に調整することが可
能であり、また、ノズルフラツパ機構を構成する
フラツパの変位量を比較的大きく設定すれば、ダ
イヤフラムと本体とにより画成される大気圧室を
大気側に連通させることなく、しかも第１パイロ
ツト弁部により調圧される流体の出力ポート側の
圧力が当該第１パイロツト弁部を構成するダイヤ
フラムに直接フイードバツクされるよう構成する
ことも出来る等、本発明の要旨を逸脱しない範囲
において種々の改良並びに設計の変更が可能なこ
とは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電気信号−流体圧レギユ
レータの一部省略断面説明図、第２図は第１図に
示すレギユレータを構成するノズルフラツパの一
部省略正面図、第３図は第１図に示すレギユレー
タのフイードバツク制御のブロツク回路図、第４
図は本発明に係る電気信号−流体圧レギユレータ
の他の実施態様の一部省略断面説明図である。 １０…電気信号−流体圧レギユレータ、１１…
本体、１２…ノズルフラツパ機構、１４，１６…
パイロツト弁部、１７…ノズル背圧室、２０…フ
ラツパ、２４…圧電セラミツク、３０，３２…ダ
イヤフラム、３４…排気弁、３６…内弁、６６…
圧力センサ、７０…コントローラ、７４，７６…
ダイヤフラム、８８…弁体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電気信号に対応して流体圧を調整する電気信
   号−流体圧レギユレータであつて、当該レギユレ
   ータは、少なくとも、ノズルフラツパ機構と、前
   記ノズルフラツパ機構のノズル背圧の変化に応動
   するダイヤフラムを介して第１の流体の供給ポー
   トと出力ポートを連通する通路を開閉するノンブ
   リード型の第１のパイロツト弁部と、前記第１流
   体の出力ポート側の圧力に対応して第２の流体の
   供給ポートと出力ポートを連通する通路を開閉す
   るノンブリード型の第２のパイロツト弁部とを一
   体的に設けるよう構成することを特徴とする電気
   信号−流体圧レギユレータ。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のレギユレータに
   おいて、第１パイロツト弁部に第１流体の出力ポ
   ート側の圧力がダイヤフラムに直接作用すること
   を阻止する手段を設けてなる電気信号−流体圧レ
   ギユレータ。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項記載のレ
   ギユレータにおいて、ノズルフラツパ機構は平板
   状の電歪素子を含むことからなる電気信号−流体
   圧レギユレータ。 ４ 特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか
   に記載のレギユレータにおいて、当該レギユレー
   タに第１流体の出力ポート側の圧力信号を電気信
   号に変換するセンサを設けてなる電気信号−流体
   圧レギユレータ。 ５ 特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか
   に記載のレギユレータにおいて、センサの出力は
   コントローラに導出され、このコントローラで入
   力信号と電気的に比較され、その偏差によりさら
   に前記コントローラからノズルフラツパ機構に付
   勢信号を供給するようにフイードバツク系を構成
   してなる電気信号−流体圧レギユレータ。 ６ 特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか
   に記載のレギユレータにおいて、当該レギユレー
   タに第２パイロツト弁部を複数設けてなる電気信
   号−流体圧レギユレータ。 ７ 特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれか
   に記載のレギユレータにおいて、第１の流体の出
   力ポートを気密に閉塞し、当該出力ポート側の流
   体圧を第２パイロツト弁部のパイロツト圧として
   用いてなる電気信号−流体圧レギユレータ。