JPH0524523B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はノズル・フラツパー機構を備えたパイ
ロツト弁を有するパイロツト式減圧弁に関するも
のである。

従来技術 第５図に示すように、ノズル・フラツパー機構
を備えたパイロツト弁を有するパイロツト式減圧
弁は、例えばSMC社製IRシリーズ精密減圧弁と
して知られている。

この弁では、ダイヤフラム５１の動きにより、
パイロツト弁のフラツパー５２がノズル５３を開
閉し、ダイヤフラム室５４の圧力を変動する。そ
の際、ダイヤフラム室５４には流路５５及び固定
絞り５６を介して入口ポート（１次側室）５７よ
り流体が供給され、開放するノズル５３を通して
流体は２次側室６０に流路５９を介して連通して
いるフイードバツク室５８に流出する。ダイヤフ
ラム室５４の圧力が上昇すると、ダイヤフラム５
１が下降し、主弁体６１を下降し、１次側室５７
と２次側室６０との間を開放する。２次側圧力が
上昇し過ぎると、ばね６２の力に対してダイヤフ
ラム５１を上昇し、フラツパー５２がノズル５３
を開放するのでダイヤフラム室５４の圧力が低下
する。その結果駆動ダイヤフラム６３が上昇し主
弁体は１次側室５７と２次側室６０との間を閉じ
る。２次側室６０の圧力が上がり過ぎると排気ダ
イヤフラム６４が上昇して排気弁６５を開いて、
排気ポート６６より流体を排出する。

この種の減圧弁においては、感度及び応答性を
高めるためにはパイロツト弁のノズル・フラツパ
ー部を大きくし、主弁体６１を駆動するパイロツ
ト弁部の流量を大きくしてパイロツト弁部のゲイ
ンを高める必要がある。しかるにこの種の減圧弁
の高周波数域の特性をみると、主弁体６１に連結
されたダイヤフラムが収容されるダイヤフラム室
５４内にパイロツト弁部の出力流を蓄積すること
又はダイヤフラム室５４から排出することにより
主弁体６１の開度が変化し、パイロツト弁流量の
時間積分等により主弁体６１はパイロツト弁出力
圧の充填、排出遅れの形の応答をすることにな
る。例えば、入力によるパイロツト弁のフラツパ
開度が正弦波状に変化する例を考えると、ダイヤ
フラム室５４のパイロツト弁流量もほぼ正弦波状
に変化することになる。然も、パイロツト弁流量
がダイヤフラム室５４に対し充填、排出され、そ
の室の圧力変化に応じて主弁体６１が開閉される
ので、主弁体６１に対する圧力変化はパイロツト
弁流量の積分値に対応する。従つて主弁対６１の
開度変化は、単純には、正弦波に対する積分値で
ある余弦波状に変化することになる。つまり、主
弁体の開度の位相はパイロツト弁のフラツパー開
度の位相に対して最大90度の遅れとなる。同様に
して、主弁体６１の開度に対して、主弁の２次側
室５９の圧力変化、即ちフイードバツク室６２の
圧力の変化は主弁体の開度変化に対する積分値に
相当するので、主弁の２次側室５９の圧力応答は
主弁体の開度の位相に対して最大90度の遅れを生
じる。パイロツト弁のフラツパー開度変化に基づ
いて、主弁の開度変化を介して主弁の２次側室５
９の圧力応答の変化つまりフイードバツク圧力変
化を生じるが、その変化は結局主弁体６１の開度
の位相遅れと、２次側室５９の圧力変化の位相遅
れとを合わせたものとなる。

このことからフラツパの開度位相に対する２次
側室の圧力の位相、すなわちフイードバツク圧力
の位相は最大で180゜の遅れとなる。この外に摩擦
等の遅れ要素を加味するとフイードバツク圧力の
位相の遅れはより180゜に近くなり、フイードバツ
ク圧力の位相が入力と同相になるので、系として
は発散状体となる。

以上のような高周波数域の特性をもつパイロツ
ト式減圧弁はパイロツト弁部のゲインが小さい場
合には応答の遅れが180゜に達する迄に振幅が十分
小さくなるので安定状態になるが、ゲインを増大
すると、外乱等が起動力となつて自己発信を続け
るハンチング状態を生ずるという問題がある。

上記の従来の減圧弁では、フイードバツク圧が
フラツパーの変位に対して最大180゜の位相遅れを
生じることは回避出来ず、感度及び応答性を高め
るためにパイロツト弁部のゲインを高めると、外
乱等によりハンチング状態を発生する危険を回避
することが出来ない。

目 的 本発明は上記の従来の問題点を解消し、発振を
起こさないパイロツト式減圧弁を提供することを
目的としている。

構 成 本発明は、上記の目的を、入口ポートと、該入
口ポートに通じる１次側室と、出口ポートと、該
出口ポートに通じる２次側室と、前記１次側室と
２次側室との間に形成される主弁座と、パイロツ
ト圧室とを備えた主弁本体と、前記主弁座に着座
可能な主弁体と、該主弁体に弁棒により連結され
前記２次側室とパイロツト圧室との間の境界をな
すように密封状かつ移動可能に配置される駆動部
材と、前記パイロツト圧室に開口するパイロツト
弁部と、該パイロツト弁部の圧力調節をするノズ
ル・フラツパー機構と、前記２次側圧室を前記パ
イロツト弁部に接続するフイードバツク流路とを
有するパイロツト式減圧弁において、前記パイロ
ツト弁部が前記フラツパーとして形成されるパイ
ロツト弁体に連結されたパイロツト駆動部材と、
該パイロツト駆動部材を間にして前記フイードバ
ツク流路に接続されるフイードバツク室及び該フ
イードバツク室とは反対側に設けられた駆動室と
を有し、該駆動室は絞りを介して外部に開放し、
前記フラツパーが開放するとき前記パイロツト圧
室の流体が前記駆動室に流入可能に形成されてい
ることを特徴とするパイロツト式減圧弁により達
成した。

作 用 本発明により、パイロツト弁体がつまりフラツ
パーがパイロツト圧室を開放すると、パイロツト
圧室により排出流体が駆動室に流入し、その駆動
室は外部との間に絞りを設けてあるため、パイロ
ツト駆動部材に対してフイードバツク圧に対抗す
る背力として作用する。この背圧は、フイードバ
ツク圧の位相遅れを減少する作用をするため、フ
ラツパーの変動位相に対してフイードバツク圧の
位相遅れを180゜になるのを阻止する効果が得られ
た。

実施例 本発明の構成及び作用の詳細を図に示す実施例
に基づき説明する。

第１図において、主弁本体１には入口ポート２
と、入口ポート２に通じる１次側室３と、出口ポ
ート４と、該出口ポート４に通じる２次側室５
と、１次側室３と２次側室５との間に形成された
弁座６と、パイロツト圧室７とが設けられてい
る。

弁座６には主弁体８が着座可能であり、該主弁
体８には弁棒９により駆動部材１０が連結され
る。

駆動部材１０は一例として第１図に示すように
ダイヤフラムとして形成され、その場合パイロツ
ト圧室７はダイヤフラム室を形成する。駆動部材
１０は別の例ではピストンとして形成されること
ができ、その場合パイロツト圧室７はピストン室
として形成される。

パイロツト圧室７にはパイロツト弁１１のポー
ト１２が開口している。パイロツト弁１１はポー
ト１２に設けたパイロツト弁座１３に着座可能な
パイロツト弁体１４を有する。パイロツト弁体１
４は弁棒１５によりパイロツト駆動部材１６に連
結される。パイロツト駆動部材１６は駆動手段１
７による押圧力を受けてパイロツト弁体１４をパ
イロツト弁座１３に押圧する。駆動手段１７はパ
イロツト本体１８に形成されパイロツト駆動部材
１６を収容する調節圧室としてのばね室１９に収
容され、パイロツト駆動部材１６に一端が圧接さ
れるばね２０と、ばね室１９に収容さればね２０
の他端が節するばね座２１と、パイロツト本体１
８に螺着さればね座２１の位置を調節してばね２
０の力を調節する圧力調節ねじ２２を含む。

パイロツト駆動部材１６は図ではダイヤフラム
として形成されているがピストンとして形成する
こともできる。

パイロツト駆動部材１６の駆動手段１７が作用
する面とは反対の面はフイードバツク室２３に面
し、該フイードバツク室２３は流路２４により２
次側室５と連通し、２次側室５の圧力流体が導入
されるようにしてある。

パイロツト弁１１はノズル・フラツパー機構２
５を有する。ノズル・フラツパー機構２５は、ポ
ート１２を開閉するパイロツト弁体１４自体より
なるフラツパーと、固定ノズル２６とを有し、固
定ノズル２６はフラツパーが開閉するポート１２
を流体源もしくは１次側室３と接続する流入路２
７の一部に形成している。フラツパー１４により
開閉されるポート１２を通る排出流体は排出路２
８によりばね室１９に導入され、パイロツト駆動
部材１６に対しフイードバツク室２３の力に対向
する力を作用する。ばね室１９は絞り２９を介し
て外部に開放され、ノズル・フラツパー機構の排
出流体は絞り２９を通して外部に放出される。第
１図の例では排出路２８は弁棒１５内を貫通する
流路として形成される。

パイロツト流体は流入路２７を通つてノズル２
６よりダイヤフラム室７に流入し、パイロツト弁
対（フラツパー）１４と駆動部材１０とに圧力
P₂を作用する。

２次側室５の圧力P₁が所定圧以下の場合、パ
イロツト駆動部材１６は駆動手段１７の力によつ
てパイロツト弁対１４を弁座１３に圧接し、ポー
ト１２を閉じたままに保持している。従つて、ダ
イヤフラム室７の圧力P₂により駆動部材１０が
押され主弁体８が弁座６から離れ、弁座６を開放
する。これにより１次側室３の圧力P₀の流体が
２次側室５に流入し、２次側室の圧力P₁が上昇
する。

２次側室５の圧力流体がフイードバツク室２３
に導入されているので、フイードバツク室２３の
圧力P₃が上昇し、フイードバツク室２３の圧力
P₃が所定圧になると、パイロツト駆動部材１６
が駆動手段１７の力に抗して押され、パイロツト
弁体１４、即ちフラツパーが動かされポート１２
が開口する。これによりダイヤフラム室７の流体
はばね室１９を通して外部へ放出され、駆動部材
１０が復帰し主弁体８は弁座６を閉じる。

フラツパー１４が第２図に示すように位置ｘの
変化として矢印方向に下がる場合には出力圧が上
昇し、フラツパーが上がる場合には出力圧が下が
るように構成されている場合は、フラツパーが下
がつて出力圧を増大させる場合には、ばね室１９
には流体は流入せず、むしろ絞り２９を通して排
出する傾向にあるので、ばね室１９に発生する背
圧は減少する傾向にある。これはフラツパーによ
り生じる出力に対し背圧が逆位相（±180゜）の関
係にある。すなわちばね室１９における圧力の位
相αの遅れは−180゜≦α₃≦0゜となる。

しかしフラツパー１４の変位に対しばね室１９
の圧力変化には最大90゜の遅れがあるので、これ
を合成すると実際にはばね室１９における圧力の
位相の遅れは−180゜≦α₃≦−90゜となり90゜以上進
んだ位相となる。

ばね室１９における背圧の作用方向はフイード
バツク室２３の圧力の作用方向と逆方向であるの
で、フイードバツク室２３の作用方向と同方向に
換算すると、ばね室１９における背圧の位相
α₃′はα₃の逆相となりα₃＋180゜で与えられ、位相
遅れは０≦α₃′≦90゜となる。

主弁体を通して得られるフイードバツク圧力、
すなわちフイードバツク室２３の圧力とばね室１
９の背圧を合成したパイロツト駆動部材に作用す
る全体フイードバツク圧力の位相遅れα₀ α₀＝α₂＋α₃′は０≦α₀＜180゜ となり、主弁体の位相遅れが90゜以上の場合、主
弁体の位相遅れより小さくなり、発振を防止する
180゜以下の遅れの方向に減少する。

上記の各部における圧力変動を図に示したもの
が第２図であり、横軸は時間、縦軸は圧力及びフ
ラツパーの開度（変位ｘ）を示し、曲線Ａはフラ
ツパーの開度変化を曲線Ｂはフイードバツク室の
圧力P₃の変動を、曲線Ｃはばね室のフイードバ
ツク室と同一作用方向における圧力変動を、曲線
Ｄはフイードバツク室とばね室の圧力変動を示し
たものである。第２図において、ばね室に別の小
さなフイードバツクをかけることによりフイード
バツク室の圧力の位相はα₄だけ遅れが減少するこ
とが判る。

本発明により主弁体の動きによるフイードバツ
クに加えて別小さなフイードバツクを加えること
によりパイロツト駆動部材に作用する圧力変動の
位相遅れを180゜より小さくすることができ、自己
発振の発生を防止することが可能になつた。

別の小さなフイードバツクを加えるばね室を外
部に通じる絞りの面積を適当に設定することによ
り、背圧すなわち小さなフイードバツクの振幅を
調整することができるので、合成位相の遅れも調
節可能である。

したがつて、主弁の２次側に接続する機器等か
らのより以上に遅れた圧力の反射があつた場合で
も、この調節により背圧を増し防振を計ることが
できる。

第３図に示す本発明の変形例では第１図に示す
実施例に対し、パイロツト弁部のノズル・フラツ
パー機構の流路及びパイロツト弁体とパイロツト
弁座の構成が異なるのみである。第１図の例と同
一又は対応部分には同一符号を付し、第１図の例
と異なる部分について説明する。

第３図においては駆動手段１７による力による
パイロツト駆動部材１６に対する押圧力の作用は
パイロツト弁体１４をパイロツト弁座１３により
離してパイロツト弁座１３を開放するようになつ
ている。この構成の変化によりパイロツト流路
は、流入路２７がダイヤフラム室７とは反対側の
開口端において、ポート１２に連通し、パイロツ
ト弁体１４、すなわちフラツパーが開放移動する
ことによりパイロツト流体はポート１２からダイ
ヤフラム室７に流入する。

ダイヤフラム室７は固定ノズル２６を介して排
出路２８′に接続し、排出路２８は一旦予備室３
０に開口し、該予備室３０は中間絞り３１を介し
てばね室１９と接続されている。第１図の例に比
べ予備室３０と中間絞り３１が付加的に設けられ
ている。

フラツパーは駆動手段の力に応じてフイードバ
ツク室２３の圧力に抗して下方へ移動するとポー
ト１２を開放すると固定ノズル２６との協働によ
り出力圧を増大し、フラツパーが上がるとポート
１２が閉じ出力圧は減少する。

圧力変動における位相遅れはダイヤフラム室７
及び２次側圧力室５、すなわちフイードバツク室
２３については第１図の例と全く同様に ０≦α₁≦90゜、０≦α₂≦180゜ となる。

ばね室１９に導かれる排出流体については、第
１図の例ではフラツパーからばね室１９に至るま
でに90゜の位相遅れがあつたが、第３図において
はこれに相当する位相遅れ発生部として予備室３
０と中間絞り３１とを設けてある。予備室におい
ては位相遅れは０≦α₃≦180゜となり、ばね室１９
における背圧では０≦α₃′≦270゜となる。背圧は
フイードバツク圧とは逆相であるのでフイードバ
ツク圧と作用方向を同じに換算するとα₃−180゜と
なり、 −180゜≦α₃″≦90゜となる。

このことからフイードバツク圧と背圧の合成で
は位相遅れは−180゜≦α₀≦180゜ となる。つまり第３図の例でも第１図の例と同じ
効果が得られる。

第４図は第３図の変形例として駆動手段にパイ
ロツト駆動部材１６に当接しパイロツト駆動部材
１６を押し移動する押防３２と、該押防に連結さ
れ押防を移動する調節駆動部材３３、例えばダイ
ヤフラム又はピストン等と、調節駆動部３３を押
圧する調整流体を流入する調節ポート３４を有す
る流体圧駆動手段１７′を用いた例を示す。他の
部分は第３図の例と全く同様である。同様に第１
図の例の駆動手段１７に代えて流体圧駆動手段１
７′を用いることもできる。調節流体の流量もし
くは流体圧を調整することにより減圧弁の圧力を
調節することができる。

第３図の例では調節圧室としてはばね室１９に
代えて加圧室１９′がフイードバツク圧に対する
背圧発生室として利用される。

効 果 本発明により自己発振を続けるハンチングを防
ぐことが簡単な構造により可能になつた。

フイードバツクに対し付加的に加える背圧の振
幅を絞り面積を調整するという簡単な操作で調節
することができ、主弁の２次側に接続する機器か
らより以上に遅れた圧力の反射があつた場合でも
背圧を増して防振を計ることが可能になつた。

ノズル・フラツパーの排気流路に容積系を例え
ば予備室として設け、絞りを１個増やすことによ
り位相を90゜遅らせることができ、その数を変え
ることにより主弁の位相遅れに対し防振に適した
90゜進んだ背圧位相を作ることが可能である。

図に示した出入口ポートを有する２ポート弁の
他の排出ポート等を設け２次側室を排出ポートに
切り替え接続できる弁等にも利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る減圧弁の断面略図、第２
図は圧力変動状態を示す図、第３図及び第４図は
変形例の断面図、第５図は従来の減圧弁の断面図
である。 １……主弁本体、２……入口ポート、３……１
次側室、４……出口ポート、５……２次側室、６
……主弁座、７……ダイヤフラム室、８……主弁
体、９……弁棒、１０……駆動部材、１１……パ
イロツト弁部、１２……ポート、１３……パイロ
ツト弁座、１４……パイロツト弁体（フラツパ
ー）、１５……弁棒、１６……パイロツト駆動部
材、１７，１７′……駆動手段、１９……ばね室、
２３……フイードバツク室、２５……ノズル・フ
ラツパー機構、２６……ノズル、２７……流入
路、２８……排出路、２９……絞り。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入口ポート２と、該入口ポート２に通じる１
   次側室３と、出口ポート４と、該出口ポート４に
   通じる２次側室５と、前記１次側室３と２次側室
   ５との間に形成される主弁座６と、パイロツト圧
   室７とを備えた主弁本体１と、前記主弁座に着座
   可能な主弁体８と、該主弁体８に弁棒９により連
   結され前記２次側室５とパイロツト圧室７との間
   の境界をなすように密封状かつ移動可能に配置さ
   れる駆動部材１０と、前記パイロツト圧室７に開
   口するパイロツト弁部１１と、該パイロツト弁部
   １１の圧力調節をするノズル・フラツパー機構２
   ５と、前記２次側圧室を前記パイロツト弁部１１
   に接続するフイードバツク流路２４とを有するパ
   イロツト式減圧弁において、 前記パイロツト弁部１１が前記フラツパー１４
   として形成されるパイロツト弁体に連結されたパ
   イロツト駆動部材１６と、該パイロツト駆動部材
   １６を間にして前記フイードバツク流路２４に接
   続されるフイードバツク室２３及び該フイードバ
   ツク室２３とは反対側に設けられた調節圧室１９
   とを有し、該調節圧室１９は絞り２９を介して外
   部に開放し、前記フラツパー１４が開放するとき
   前記パイロツト圧室７の流体が前記調節圧室１９
   に流入可能に形成されていることを特徴とするパ
   イロツト式減圧弁。