JPH0854002A - 電空変換器のノズルフラッパ機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一次側圧力の変動に応じてノズルとフラッパ
間の間隙を調整する電空変換器のノズルフラッパ機構を
提供する。 【構成】 背圧室１に隣接して一次側圧力および大気圧
が導入される圧力室６を設け、該圧力室６をダイアフラ
ム８により一次側圧力が導入される一次圧力導入室６ａ
と大気圧が導入される大気導入室６ｂとに分割する。前
記ダイアフラム８にはノズル１２の中間部が固定され、
ノズル１２の下端部側は摺動可能に第１挿通孔９に挿通
され、ノズル１２の上端部側は摺動可能に第２挿通孔１
１に挿通されている。一次側圧力は第１分岐路４ａと第
２分岐路４ｂとをそれぞれ介して背圧室１と一次圧力導
入室６ａに導入される。一次側圧力が変動するとダイア
フラム８およびノズル１２も上下動し、ノズルフラッパ
間の間隙を調整して系の不安定要因を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気体圧力を電気信号に
よって制御する電空変換器に係り、特にノズルフラッパ
機構を用いて制御弁を駆動し、出力側の気体圧力を制御
する電空変換器のノズルフラッパ機構の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般空気圧計装やプロセス制御に
おける気体圧力を調整する電空変換器（電気信号−気体
圧力変換器）として、いくつかの提案がされている。

【０００３】この種の電空変換器としては、ノズルフラ
ッパ機構を利用したタイプのものがあり、ここに、ノズ
ルフラッパ機構とは、ノズルとフラッパとが対向配置さ
れ、該フラッパのノズルに対する間隔量に応じてノズル
背圧が変化する機構をいう。

【０００４】ここで、従来のノズルフラッパ機構を用い
た電空変換器の一例を図２に示す。図２に示すように、
電空変換器１００は、内部上方に設けられたノズルフラ
ッパ機構部Ｎと、内部下方に設けられた制御弁部Ｂとを
備えている。

【０００５】前記ノズルフラッパ機構部Ｎは、背圧室１
８４に連通された所定口径のノズル１４２と、該ノズル
１４２に対向配置され基端部が電空変換器本体１０１に
固定されたフラッパ１６２とを備え、該フラッパ１６２
には駆動回路１６３が接続されている。

【０００６】前記制御弁部Ｂは、上下に並設された２枚
のダイアフラム１３４，１３５と、これらダイアフラム
１３４，１３５に連動されるセンタディスク１３２が含
まれる。前記ダイアフラム１３５と１３４との間隔はセ
ンタディスク１３２の中央部１３２ａにより一定に保持
され、該センタディスク１３２の下部が、略円筒状の制
御弁１１１の上端面に設けられたパッキン１１３に着座
可能に構成され、排気弁１３３が構成されている。前記
センタディスク１３２はバネ１２３により上方に付勢さ
れている。前記制御弁１１１は、電空変換器本体１０１
に形成された丸孔部１００ｂに摺動可能に配設され、該
制御弁１１１の下方にはフランジ１１１ａが形成されて
いる。該フランジ１１１ａの上面にはパッキン１１２が
配設され、前記丸孔部１００ｂを形成する周壁の下端面
１００ａが前記パッキン１１２に当接されている。前記
フランジ１１１ａの下面と下蓋１１４との間にはバネ１
１５が介装され、該バネ１１５により制御弁１１１は上
方に付勢されている。なお、符号１１６はリングであ
り、符号１１７はパッキンであり、符号１１８，１２１
はＯリングであり、符号１３０は中子である。

【０００７】また、前記２枚のダイアフラム１３５と１
３４との間には中間室（フィードバック室）１８３が形
成され、該中間室１８３は図示しない通路により二次圧
ポート１８１又は一次圧ポート１８０に連通されてい
る。前記ダイアフラム１３４の下面側には経路１８２ａ
により大気に連結されている大気室１８２が形成されて
いる。

【０００８】また、図中下方には、気体の「供給口」で
ある一次圧ポート１８０と気体の「出力口」である前記
二次圧ポート１８１とが、開口１９０で連通され、この
開口１９０が前記制御弁１１１により開閉される。一次
圧ポート１８０は、通路１８０ａ，固定絞り１４１，背
圧室１８４を経由して前記ノズル１４２に連通されてい
る。

【０００９】また、二次圧ポート１８１は、通路１８１
ａを介して圧力センサ１５０に連通され、該圧力センサ
１５０は前記駆動回路１６３に接続され二次側圧力をフ
ィードバックしている。

【００１０】以上の構成により、一次側圧力を背圧室１
８４に導入するには通路１８０ａ，固定絞り１４１を介
して気体を背圧室１８４に導き、ノズル１４２とフラッ
パ１６２の間隙量に応じて「背圧室から外部への気体の
流出量」を制御することによりノズル背圧を制御し、該
ノズル背圧を受けて応動するダイヤフラム１３５と１３
４により前記制御弁１１１を上下させ、開口１９０の開
度を調整することで二次側圧力を制御している。

【００１１】ところが、一次側圧力（供給圧力）は一般
に空気圧ラインであることが多く、ライン上には別の空
圧機器（特に空気消費量の大きい駆動機器類）も多数接
続されている場合が多い。そして、前記空圧機器が動作
または停止するときに急激な（例えばパルス状の）圧力
降下・圧力上昇や、比較的緩幔な（例えば数秒周期の）
圧力降下・圧力上昇が空気圧ラインに現われ、一次側圧
力は常に変動している。

【００１２】このため、二次側圧力にも前記開口１９０
に開度があれば、その変動が現われる場合もあるが、前
記圧力センサ１５０により二次側圧力をフィードバック
し、ノズルフラッパ機構が二次側圧力における圧力変動
を軽減するように動作する。

【００１３】しかし、一般に固定絞り１４１の気体通過
量（流量）は、音速域，亜音速域を問わず一次側圧力に
大きく依存している。そのため、前記ノズルフラッパ機
構において、背圧室の圧力は前記固定絞り１４１の気体
通過量（流量）の変動に呼応して変化してしまう。従っ
て、一次側圧力（供給圧力）が変動すると背圧室の圧力
が変動し、この変動は二次側圧力（出力圧力）を大きく
変動させてしまう。その上、前述の一次側圧力から直接
二次側圧力へ伝搬した圧力変動との干渉などが起きる
と、圧力制御は大変難しくなる。また、この変動を抑制
するためには、前記ノズルフラッパ機構の動作は通常
（必要な）の制御範囲を越えたところまで必要であり、
フラッパ自体とその駆動回路は複雑且つ大型化してしま
っていた。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】前述の構成の電空変換
器において、背圧室の圧力を変化させる必要があるの
は、二次側圧力を制御する場合のみである。しかるに、
前述の如く一次側圧力の変動により背圧室の圧力が変動
してしまうのでは、二次側圧力の制御上好ましくない。

【００１５】かかる問題点の解決手段の一例として、背
圧室へ一次側圧力を導入するための気体導入通路に小型
の調圧弁を介在せしめ、該調圧弁により背圧室に導入さ
れる一次側圧力を調圧して解決する提案がある。

【００１６】しかし、この提案は、構造が複雑であり、
部品点数も多く、電空変換器の小形化，低価格化の面か
ら好ましくない。そこで、本発明は上記課題を解決する
ためになされたものであり、一次側圧力の変動を背圧室
に伝えることがなく、且つ、簡単な構造で安価な電空変
換器のためのノズルフラッパ機構を提供することを目的
とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、絞りを介して供給された加圧気体を噴出す
るノズルと該ノズルの背圧を受けるノズル背圧室と、前
記ノズルに近接対向して配設したフラッパと、該フラッ
パの変位に伴う前記ノズル背圧室の圧力変化を受けて応
動するダイアフラムと、該ダイアフラムと連動して圧力
供給口と圧力出力口とを結ぶ開口の開閉を行う制御弁と
を備えた電空変換器において、前記ノズル背圧室に隣接
して前記ノズルを上下に移動させる補助圧力室を設け、
該補助圧力室を貫通してノズルを伸延させてその上端を
前記フラッパに対向させ、その下端をノズル背圧室に臨
ませ、前記補助圧力室を一次圧力側に連通された一次圧
力導入室と大気圧側に連通された大気圧導入室とに区画
するために、前記一次側圧力の変動に応動して上下動す
る圧力応動部材を設け、前記圧力応動部材にノズルの中
間部分を固定し、前記一次側圧力が前記一次圧力導入室
に導入されて前記圧力応動部材およびノズルを上下動せ
しめ、一次側圧力の変動に応じて前記ノズルとフラッパ
間の間隙を調整するノズルフラッパ機構を備えた。

【００１８】

【作用】本発明のノズルフラッパ機構では、一次側圧力
は、一次圧力導入室に導入されると共に背圧室に導入さ
れ、ノズルとフラッパの間隙量に応じたノズルからの気
体の流出量によって決まる背圧室の圧力が保持される。
一次側圧力が例えば上昇した場合、背圧室の圧力は上昇
しようとするが一次圧力導入室の圧力も同時に上昇する
ので、圧力応動部材は背圧室側（下方）に変位すると共
に圧力応動部材に固定されたノズルも下方変位し、ノズ
ルフラッパ間隙が拡大しノズルからの気体流出量が増加
するため、背圧室の圧力上昇は妨げられる。即ち、一次
側圧力が変動しても、背圧室の圧力は影響を受けにく
く、電空変換器の制御上の不安定要因を除去できる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。図１に本発明のノズルフラッパ機構部の側断面図
を示す。なお、その他の部分については従来例と同一で
あるので図示を省略する。

【００２０】図１に示すように、ノズル１２の背圧を受
ける背圧室１には制御弁（図示せず）を応動せしめる第
１ダイアフラム２が配設されている。前記背圧室１の上
方には一次側圧力および大気圧が導入される圧力室６が
隣接形成されている。即ち、前記圧力室６は、一次側圧
力により応動される「圧力応動部材」である第２ダイア
フラム８を備え、該第２ダイアフラム８により前記圧力
室６は上部側の一次圧力導入室６ａと、下部側の大気圧
が導入される大気圧導入室６ｂとに分割区画されてい
る。前記大気圧導入室６ｂには、大気と連通した開口部
７ａを有する大気連通通路７を介して大気圧が導入され
ている。

【００２１】一方、一次側圧力Ｐ_SUP を供給する気体供
給口３には一次側圧力が分割導入される「気体通路」で
ある通路４が形成され、該通路４は、固定絞り５を介し
て前記背圧室１に連通された第１分岐路４ａと、前記一
次圧力導入室６ａに連通された第２分岐路４ｂとに分岐
されている。

【００２２】前記背圧室１と大気圧導入室６ｂとの間に
は、ノズル１２の下端部が摺動可能に挿通される第１挿
通孔９が形成され、前記一次圧力導入室６ａの上部側に
は大気に通じノズル１２の上端部が摺動可能に挿通され
る第２挿通孔１１が形成されている。前記第２ダイアフ
ラム８の中央部にはノズル１２が固定され、前記ノズル
１２の下端側は密封用のＯリング１４を介して前記第１
挿通孔９に挿通され、前記ノズル１２の上端側は密封用
のＯリング１３を介して前記第２挿通孔１１に挿通され
ている。前記ノズル１２にはフラッパ１５がほぼ接触対
向して配設されている。

【００２３】なお、前記第２ダイアフラム８にはバネ性
を持たせ、電空変換器に供給される一次側圧力値（例え
ば前記空気圧ラインの圧力値）にて、ノズル１２とフラ
ッパ１５の間隙が、電空変換器の二次側圧力（出力電
圧）を出力する寸前（出力圧力＝０）の背圧室圧力Ｐ_P
を得るのに必要な間隙値となるようにバネ定数を設定し
てある。

【００２４】次に、本発明のノズルフラッパ機構の動作
について説明する。一次側圧力が無供給状態から供給状態に変化する場合
の動作 一次側圧力が無供給状態の場合は、ノズルフラッパ間隙
は極く僅かであり、殆ど間隙が無いに等しい。次に、一
次側圧力が供給されると直ちに一次圧力導入室６ａに前
記一次側圧力が導入され、第２ダイアフラム８は導入さ
れた一次側圧力値に対応した距離だけ下方変位され、同
時にノズル１２も符号Ｃで示す方向で同距離だけ下方変
位される。このノズル１２の下方変位動作により供給さ
れた一次側圧力値に対応したノズルフラッパ間隙が決定
される。

【００２５】また、上述の一次圧力導入室６ａへの一次
側圧力の供給と同時に、背圧室１に固定絞り５を介して
前記一次側圧力による加圧気体が導入される。しかし、
前記決定されたノズルフラッパ間隙の部分から、導入さ
れた加圧気体は流出され、前記間隙で決定される背圧室
圧力Ｐ_P を得る。

【００２６】なお、背圧室圧力Ｐ_P を変化させる場合に
は、符号Ｂで示す方向にフラッパ１５を変位させ、ノズ
ルフラッパ間隙を小さくしたり大きくしたりすれば良
い。一次側圧力が変動する場合の動作 (i) 一次側圧力が低下した場合の動作 この場合には、固定絞り５を通過して背圧室１へ導入さ
れる気体の量が少なくなるため、変動前のノズルフラッ
パ間隙のままでは背圧室圧力Ｐ_P は低下してくる。しか
し、同時に一次圧力導入室６ａの圧力が低下し、その低
下量に相当する分だけ符号Ｃで方向でノズル１２が上方
変位し、ノズルフラッパ間隙を小さくし、気体の流出量
を減少させ、背圧室圧力Ｐ_P の変動を抑さえる。(ii)一次側圧力が上昇した場合の動作 逆に、一次圧力が上昇した場合には、上述の場合とは反
対の動作をする。即ち、固定絞り５を通過して背圧室１
へ導入される気体の量が多くなるため、変動前のノズル
フラッパ間隙のままでは背圧室圧力Ｐ_P が上昇する。し
かし、同時に一次圧力導入室６ａの圧力が上昇し、その
上昇量に相当する分だけ符号Ｃで示す方向でノズル１２
が下方変位し、ノズルフラッパ間隙を大きくし、気体の
流出量を増加させ、背圧室圧力Ｐ_P の変動を抑さえる。

【００２７】この結果、一次側圧力の変動に起因する背
圧室圧力の変動で、二次側圧力が大きく変動してしまう
ことを抑えることが可能となった。なお、本実施例では
ノズルを固定する圧力応動部材としてバネ性を持たせた
ダイアフラムを使用したが、例えばバネ材を介在させた
ベローズ，ピストン等を使用してもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、一
次側圧力の圧力変動に対応してノズルフラッパ間隙が変
化し前記一次側圧力の圧力変動が背圧室側へ影響を及ぼ
すのを軽減するように構成したので、一次側圧力が変動
しても背圧室の圧力が変動することがなく、フラッパの
作用を本来の目的である二次側圧力の設定値の変更、ま
たは、二次側圧力変動に対する補正のみに使用すること
ができる。

【００２９】また、フラッパ及びその駆動回路は、フラ
ッパの変位量や受ける力の範囲が小さいので小型にで
き、従来と同一であれば耐久性に優れる。

【図面の簡単な説明】

【００３０】

【図１】本発明の実施例の電空変換器のノズルフラッパ
機構の側断面図である。

【００３１】

【図２】従来の電空変換器の側断面図である。

【００３２】

【符号の説明】

１…背圧室 ２…第１ダイアフラム ３…気体供給口（圧力供給口） ４…気体供給口に連通された通路 ４ａ…第１分岐路 ４ｂ…第２分岐路 ５…固定絞り ６…圧力室 ６ａ…一次圧力導入室 ６ｂ…大気圧導入室 ７…大気連通通路 ８…第２ダイアフラム（圧力応動部材） ９…第１挿通孔 １１…第２挿通孔 １２…ノズル １３，１４…Ｏリング １５…フラッパ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絞りを介して供給された加圧気体を噴出
   するノズルと、該ノズルの背圧を受けるノズル背圧室
   と、前記ノズルに近接対向して配設したフラッパと、該
   フラッパの変位に伴う前記ノズル背圧室の圧力変化を受
   けて応動するダイアフラムと、該ダイアフラムと連動し
   て圧力供給口と圧力出力口とを結ぶ開口の開閉を行う制
   御弁とを備えた電空変換器において、 前記ノズル背圧室に隣接して前記ノズルを上下に移動さ
   せる補助圧力室を設け、該補助圧力室を貫通してノズル
   を伸延させてその上端を前記フラッパに対向させ、その
   下端を前記ノズル背圧室に臨ませ、 前記補助圧力室を前記圧力供給口に連通された一次圧力
   導入室と大気圧側に連通された大気圧導入室とに区画す
   るために、一次側圧力の変動に応動して上下動する圧力
   応動部材を設け、 前記圧力応動部材に前記ノズルの中間部分を固定し、 一次側圧力が前記一次圧力導入室に導入されて前記圧力
   応動部材および前記ノズルを上下動せしめ、一次側圧力
   の変動に応じて前記ノズルとフラッパ間の間隙を調整す
   るようにしたことを特徴とする電空変換器のノズルフラ
   ッパ機構。