JP2559919B2 - 電空レギュレータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は入力ポートと出力ポート
との間の連通遮断を行うバルブロッドに連結されたダイ
ヤフラム或いはピストンからなる受圧体に作用する制御
圧をノズルフラッパ駆動機構のノズルフラッパの変位に
より制御し、出力ポート側の検出圧力に基づきノズルフ
ラッパの変位を電気的に制御することで出力圧制御を行
う電空レギュレータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の電空レギュレータとして、例え
ば、一対の圧電素子板間にノズルフラッパとなる金属薄
板を挟着したバイモルフ型圧電素子をノズルフラッパ駆
動機構として用いるものが提案されている。一対の圧電
素子板はそれらの厚み方向及びかつ同一向きに分極して
おり、両圧電素子板の厚み方向への電圧を互いに逆方向
に印加することにより一方の圧電素子板が伸長すると共
に、他方の圧電素子が収縮する。金属薄板はケーシング
に片持ち固定されており、その先端側が電圧印加によっ
て湾曲変位する。従って、検出出力圧情報に基づく通電
制御によって制御圧放出用のノズルと金属薄板との間隙
調整を行うことができ、受圧体を介して出力圧に対抗す
る制御圧の排気量調整がなされる。この排気調整によっ
て出力圧を一定に維持するための制御圧調整が行われ
る。

【０００３】また、固定鉄芯に対して移動可能に配置さ
れたソレノイドコイルのボビンにノズルフラッパを止着
したノズルフラッパ駆動機構を用いた別の電空レギュレ
ータが提案されている。ノズルフラッパはコイルへの通
電制御により制御圧放出用のノズル方向へ変位し、これ
によって入力圧放出用のノズルとノズルフラッパとの間
隙調整が行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の２つ
の装置では制御圧として入力エアを用いるものであるた
め、入力圧が変動すると両者間の圧力対抗関係に影響を
及ぼしてしまう。出力圧制御を確実に行うには、例えば
出力圧より０．５kgf/in² 程度高いエア圧が用いられる
が、この程度の差圧では入力圧変動の影響は大きく、確
実な出力圧制御が達成されない。

【０００５】また、バイモルフ圧電素子板の湾曲変位を
利用する前者のノズルフラッパ駆動機構及び通電制御に
よるムービングコイルの変位を利用する後者のノズルフ
ラッパ駆動機構では、完全なノズルの閉止状態になるこ
とはない。そのため、常にエアがノズルから漏洩し、エ
ア消費量が多くなるという問題がある。更に、後者のノ
ズルフラッパ駆動機構では、ムービングコイルの変位が
外部の振動に影響され易く、フラッパの微妙な変位制御
が困難である。また、バイモルフ圧電素子板に対し常時
電圧が印加されている前者のノズルフラッパ駆動機構で
は、電圧の印加状態が長期間にわたるとバイモルフ圧電
素子板が脱分極を起こし、圧電素子板の湾曲が元の状態
に復帰できなくなる。

【０００６】本発明は上記の問題に鑑みて成されたもの
であり、その目的は入力圧変動の影響を受けることなく
確実に出力圧制御ができ、しかもエア消費量を低減する
ことも可能である電空レギュレータを提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のために、
本発明はハウジングに設けられた入力ポート、出力ポー
ト及び排気ポートを互いに接続する接続通路内に供給用
弁体、排気用弁体及び変位伝達体を収納すると共に、変
位伝達体を受圧体に連結し、接続通路側には各弁体に対
する弁座を形成し、両弁体とそれらの弁座とを共に接合
する中立状態と、供給用弁体とその弁座とを接合する排
気状態と、排気用弁体とその弁座とを接合する供給状態
とに切換可能に変位伝達体と両弁体との間に変位伝達関
係を設定し、受圧体により区画される第１の制御圧室及
び第２の制御圧室を入力ポート側に連通し、第１の制御
圧室に第１のノズルを連通すると共に、第２の制御圧室
に第２のノズルを連通し、両ノズルの開閉を出力ポート
側の検出圧力に基づき電気的に制御するノズル開閉制御
機構を組み込んだ。

【０００８】

【作用】第１及び第２の制御圧室にはそれぞれ制御圧と
して入力ポート側の圧力が導入されており、入力圧の変
動は受圧体を介する両制御圧の対抗により相殺される。
従って、圧力対抗関係は入力圧の影響を受けることがな
く、検出圧力に基づいたノズル開閉制御機構による両ノ
ズルの開閉操作により確実な出力圧制御がなされる。出
力圧が一定値に維持されているとき、即ち制御圧のバラ
ンス状態では両ノズルが閉止されており、このバランス
状態が崩れたときのみ入力圧の排気制御が行われること
でエア消費量の低減が実現される。

【０００９】

【実施例】以下に本発明を具体化した電空レギュレータ
の一実施例を図１〜図５に基づき説明する。図１に示さ
れるように１はバルブハウジングである。バルブハウジ
ング１には入力ポート２、出力ポート３及び排気ポート
４が設けられており、これら各ポート２，３，４が接続
通路Ｔによって互いに接続されている。接続通路Ｔ内に
は変位伝達体としてのロッド５がスライド可能に収容さ
れており、ロッド５には排気用弁体７が嵌合されてい
る。排気用弁体７の対向位置には供給用弁体６がロッド
５の先端と離接可能に収容されている。バルブハウジン
グ１の下端には弁収容体３２嵌入固定されており、弁収
容体３２には供給用弁体６がスライド可能に嵌入支持さ
れている。供給用弁体６と弁収容体３２の間の収容室３
２ａには復帰バネ１０が介在されており、収容室３２ａ
と接続通路Ｔとが通路６ａによって連通されている。バ
ルブハウジング１の上端には弁収容体３３が嵌入固定さ
れており、弁収容体３３には排気用弁体７がスライド可
能に嵌入支持されている。排気用弁体７と弁収容体３３
の間の収容室３３ａのは復帰バネ１１が介在されてお
り、収容室３３ａと接続通路Ｔとが通路７ａによって連
通されている。

【００１０】バルブハウジング１には弁座８及び弁座９
が形成されており、供給用弁体６はバネ１０によって弁
座８と接合する方向に付勢され、排気用弁体７はバネ１
１によって弁座９と接合する方向に付勢されている。供
給用弁体６と弁座８との接合によって入力ポート２側と
出力ポート３側とが遮断されており、排気用弁体７と弁
座９との接合によって出力ポート３側と排気ポート４側
とが遮断されている。供給用弁体６及び排気用弁体７が
同時に弁座８，９に接合する図１の中立状態では、入力
ポート２、出力ポート３及び排気ポート４は互いに遮断
される。中立状態における供給用弁体６の接続通路Ｔ及
び収容室３２ａ側の受圧面積は同一に設定しており、同
様に排気用弁体７の接続通路Ｔ側及び収容室３３ａ側に
受圧面積も同一に設定してある。従って、両弁体６，７
と弁座８，９との接合は復帰バネ１０，１１のバネ力の
みによって行われる。

【００１１】弁収容体３３の上側にはノズル取付体１２
が接合固定されており、更にその上側にはカバー２１が
接合固定されている。カバー２１とノズル取付体１２と
の間の空間は放圧孔２２を介して大気圧領域と連通して
いる。弁収容体３３とノズル取付体１２との間の空間に
はダイヤフラム組付け体１３が収容されている。ダイヤ
フラム組付体１３を構成する受圧体としてのダイヤフラ
ム１３ａは弁収容体３３とノズル取付体１２との間に挟
持されており、弁収容体３３とノズル組付体１２との間
の空間がダイヤフラム１３ａによって第１の制御圧室Ｒ
1 と第２の制御圧室Ｒ2 とにそれぞれ区画されている。
接続通路Ｔ弁収容体３３から突出するロッド５の上端部
にはダイヤフラム組付け体１３がナット１４によって螺
合固定されており、ロッド５とダイヤフラム組付け体１
３とが上下方向に一体移動可能になっている。

【００１２】入力ポート２には連通路１５が接続してお
り、連通路１５には制御圧室Ｒ1 ，Ｒ2 が分岐通路１５
ａ，１５ｂを介して連通している。この連通路１５によ
り入力側圧力が制御圧として両制御圧室Ｒ1 ，Ｒ2内に
導入される。各分岐通路１５ａ，１５ｂ上にはオリフィ
ス１６，１７がそれぞれ設けられている。図１に示され
るように、ノズル取付体１２には一対のノズル１８，１
９が対向して横置きに螺合支持されており、それらの噴
射口１８ａ，１９ａがカバー２１内の空間部に突出して
いる。

【００１３】第１のノズル１８は連通路２０ａを介して
第１の制御圧室Ｒ1 に連通しており、第２のノズル１９
は連通路２０ｂを介して第２の制御圧室Ｒ2 に連通して
いる。噴射口１８ａ，１９ａの内径はオリフィス１６，
１７の内径よりも若干大きく設定されており、単位時間
当たりに噴射口１８ａ，１９ａより流出可能なエア量は
オリフィス１６，１７を流出可能なエア量より多い。こ
のような通路断面積の設定関係により各制御圧室Ｒ1 ，
Ｒ2 内の圧力制御が円滑になされるようになっている。

【００１４】図３及び図５に示すように、ノズル取付体
１２上の支柱３３ｂには板状圧電素子２６が片持ち支持
されており、その自由端は両ノズル１８，１９の噴射口
１８ａ，１９ａの対向間隙近くまで垂下している。この
板状圧電素子２６は電極板２７と、その両面に接合され
た一対の圧電素子板２８ａ，２８ｂと、各圧電素子２８
ａ，２８ｂの外面に接合された電極板２９ａ，２９ｂと
によって構成されるバイモルフ型圧電素子である。一対
の圧電素子板２８ａ，２８ｂはそれらの厚み方向及びか
つ同一向きに分極しており、両圧電素子板２８ａ，２８
ｂの厚み方向に対し電圧を互いに逆方向に印加すること
により、一方が伸長しかつ他方が収縮するという特性を
有している。電極板２９ａ，２９ｂは同極であり、電極
板２９ａ，２９ｂと電極板２７とは異極である。

【００１５】板状圧電素子２６の先端には筒状体２３が
止着されている。筒状体２３は噴射口１８ａ，１９ａの
対向間隙に位置し、筒状体２３の両端開口２３ａ，２３
ｂが噴射口１８ａ，１９ａに対向している。筒状体２３
内には一対のシール体２４ａ．２４ｂがそれぞれスライ
ド可能に収容されている。両シール体２４ａ，２４ｂの
間にはバネ２５が介在されており、両シール体２４ａ，
２４ｂが互いに離間する方向に付勢されている。

【００１６】図３及び図５に示すように、筒状体２３の
内部長ｄ1 は噴射口１８ａ，１９ａの間隔ｄ2 よりもわ
ずかに長くしてあり、板状圧電素子２６に電圧印加が行
われていない図１の状態では、両噴射口１８ａ，１９ａ
はそれぞれシール体２４ａ，２４ｂと接合状態にあり、
両ノズル１８，１９は閉止される。電極板２７及び各圧
電素子板２８ａ，２８ｂは共に制御回路Ｃと電気的に接
続されている。制御回路Ｃには出力ポート３側に設けら
れた圧力センサＳが電気的に接続されており、制御回路
Ｃは圧力センサＳから得られる出力圧変化の情報に基づ
いて通電制御を行う。

【００１７】出力圧が目標値より高くなると、制御回路
Ｃは電極板２７を正、電極板２９ａ，２９ｂを負とする
電圧印加を圧電素子板２８ａ，２８ｂに対して行う。こ
の通電制御により板状圧電素子２６は図４及び図５に示
されるように右方向へ湾曲変位し、筒状体２３が同方向
に移動する。この状態では第２の噴射口１９ａと第２の
シール体２４ｂとの接合が維持され、第１の噴射口１８
ａと第１のシール体２４ａとが離間する。従って、制御
圧室Ｒ1 は連通路２０ａを経由して大気圧領域に連通す
る。シール体２４ａと噴射口１８ａとの離間により制御
圧室Ｒ1 内のエアがノズル１８から噴射する。ノズル１
８の噴射流量はオリフィス１６を経由する制御圧室Ｒ1
内へのエア流入量よりも多く、制御圧室Ｒ1 内の圧力が
低下する。このときのダイヤフラム１３ａを介した圧力
対抗関係の変化に基づいてダイヤフラム１３ａが図４の
ように上動する。それに伴いロッド５も上動すると共
に、排気用弁体７が弁座９から離間し、排気ポート４と
出力ポート３とが連通される。従って、出力ポート３側
のエアが排気され、出力圧が目標値に向けて低下する。

【００１８】出力圧が目標値より低くなると、制御回路
Ｃは電極板２７を負、電極板２９ａ，２９ｂを正とする
電圧印加を圧電素子板２８ａ，２８ｂに対しておこな
う。この通電制御により板状圧電素子２６は図２及び図
３に示されるように左方向へ湾曲変位し、筒状体２３が
同方向に移動する。この状態では第１の噴射口１８ａと
第１のシール体２４ａとの接合が維持され、第２の噴射
口１９ａと第２のシール体２４ｂとが離間する。従っ
て、制御圧室Ｒ2 は連通路２０ｂを経由して大気圧領域
に連通する。シール体２４ｂと噴射口１９ａとの離間に
より制御圧室Ｒ2 内のエアがノズル１９から噴射する。
ノズル１９の噴射流量はオリフィス１７を経由する制御
圧室Ｒ2 内へのエア流入量よりも多く、制御圧室Ｒ2 内
の圧力が低下する。このときのダイヤフラム１３ａを介
した圧力対抗関係の変化に基づいてダイヤフラム１３ａ
が図２のように下動する。それに伴いロッド５も下動す
ると共に、供給用弁体６が弁座８から離間し、入力ポー
ト２と出力ポート３とが連通される。従って、出力ポー
ト３側にエアが供給され、出力圧が目標値に向けて上昇
する。

【００１９】このような出力圧制御はダイヤフラム１３
ａを介した各制御圧室Ｒ1 ，Ｒ2 内のエアの圧力対抗に
よって行われるものであり、上述したような板状圧電素
子２６への通電制御によって各制御圧室Ｒ1 ，Ｒ2内の
エア排気が制御される。制御圧として共に入力ポート２
側のエアが用いられるこの方式だと、たとえ入力圧が変
動してもその変動が互いに相殺されてしまうため、ダイ
ヤフラム１３ａに入力圧変動の影響が波及することがな
い。従って、従来より確実な出力圧制御を実現すること
が可能になる。

【００２０】また、このような出力圧制御方式では、従
来装置のように出力圧より０．５kgf/in² 程度高いエア
圧を用いなければならないというような入力圧に対する
制約がない。出力圧より高いエア圧を制御圧として用い
なければならないという制約の解消により、例えば、従
来装置では不可能な真空圧制御が可能になる。即ち、入
力ポート２側から真空で引くことにより出力ポート３側
を大気圧以下にする場合に、出力ポート３側の圧力を容
易に目標値に制御することができるようになる。

【００２１】出力圧が目標値に維持されているときには
制御回路Ｃからの通電制御は行われず、何れの圧電素子
板２８ａ，２８ｂに対しても電圧の印加がなされない。
図１に示されるこの無印加状態では板状圧電素子２６が
何れの方向にも湾曲変位することはなく、筒状体２３は
両ノズル１８，１９の中間に位置している。このときバ
ネ２５により付勢されている各シール体２４ａ，２４ｂ
によって両噴出口１８ａ，１９ａは共に完全に閉止され
る。従って、各制御圧室Ｒ1 ，Ｒ2 内のエアが大気圧領
域へ放出されることはなく、ダイヤフラム１３ａを介し
た制御圧同士のバランス状態は維持される。即ち、出力
圧が目標値となっている制御圧バランス状態ではノズル
１８，１９の完全閉止状態が維持されること、並びに入
力圧の排気制御は制御圧のバランス状態が崩れたときの
み行われることから、制御圧として用いられるエアの消
費量は従来よりも少なくて済み、無駄のない出力圧制御
を実現することができる。

【００２２】更に、このバランス状態では両噴出口１８
ａ，１９ａが確実に閉止されるため、従来のムービング
コイル式のノズルフラッパ駆動機構のように、可動部分
が外部振動に影響されることがない。出力圧が変動した
時のみ通電制御を行うこの方式だと、長期間にわたって
板状圧電素子２６へ電圧が印加されるようなことがない
ため、圧電素子板２８ａ，２８ｂが脱分極して湾曲が復
帰不能になるというような問題が生じない。従って、板
状圧電素子２６の耐用年数が延びることにより、装置を
長期間にわたり安定して使用することが可能になる。

【００２３】図６は別の実施例を示すものである。ダイ
ヤフラムハウジング３４上には一対のノズルブロック３
５，３６が対向配置されており、両ノズルブロック３
５，３６の対向面には噴射口３５ａ，３６ａが対向形成
されている。両噴射口３５ａ，３６ａ間の空間内には鉄
製の筒状体３０が左右方向へスライド可能に収容されて
おり、筒状体３０内には前記実施例と同様のシール体３
７ａ，３７ｂ及びバネ３８が収容されている。ノズルブ
ロック３５，３６の対向面上には一対のソレノイドコイ
ル３１ａ，３１ｂが噴射口３５ａ，３６ａ及び筒状体３
０を包囲するように取付けられている。ソレノイドコイ
ル３１ａ，３１ｂは制御回路Ｃの通電制御を受け、制御
回路Ｃは圧力センサＳからの出力圧情報に基づいてソレ
ノイドコイル３１ａ，３１ｂに対する通電制御を行う鉄
製の筒状体３０は可動鉄心としての役割を果たしてお
り、一方のソレノイドコイル３１ａに通電すればシール
体３７ｂと噴射口３６ａとが離間し、他方のソレノイド
コイル３１ｂに通電すればシール体３７ａと噴射口３５
ａとが離間する。このような通電制御によって前記実施
例と同様の出力圧制御が行われる。噴射口３５ａ，３６
ａからの放出エアは誘導体３９内の通路３９ａを経由し
て大気へでる。

【００２４】本発明は勿論前記の実施例に限定されるも
のではなく、例えば、受圧体としてダイヤフラム１３ａ
を用いる代わりにピストンを使用することも可能であ
る。また、第１の実施例におけるノズル１８，１９の噴
射口１８ａ，１９ａを別々の圧電素子板或いは電磁弁で
開閉するようにしてもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の電空レギ
ュレータによれば入力圧変動の影響を受けることなく確
実に出力圧制御ができ、しかもエア消費量を低減するこ
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】

【図１】 本発明を具体化した電空レギュレータを示す
一実施例であり、出力圧が目標値にある時の状態を示す
断面図である。

【図２】 図１の電空レギュレータの出力圧が目標値以
下である時の状態を示す断面図である。

【図３】 図２の状態におけるノズル開閉制御機構を示
す部分拡大断面図である。

【図４】 図１の電空レギュレータの出力圧が目標値以
上である時の状態を示す断面図である。

【図５】 図４の状態におけるノズル開閉制御機構を示
す部分拡大断面図である。

【図６】 別の実施例を示す断面図である。

【符号の説明】 １ ハウジング、２ 入力ポート、３ 出力ポート、４
排気ポート、５ 変位伝達体としてのロッド、６
（供給用）弁体、７ （排気用）弁体、８，９弁座 １３ａ 受圧体としてのダイヤフラム、１８ （第１
の）ノズル、１９（第２の）ノズル、２３ ノズル開閉
制御機構を構成する筒状体、２４ａ ノズル開閉制御機
構を構成する（第１の）シール体、２４ｂ ノズル開閉
制御機構を構成する（第２の）シール体、２５ ノズル
開閉制御機構を構成するバネ、２６ノズル開閉制御機構
を構成する板状圧電素子、Ｔ 接続通路、Ｒ1 （第１
の）制御圧室、Ｒ2 （第２の）制御圧室、Ｓ ノズル
開閉制御機構を構成する圧力センサ、Ｃ ノズル開閉制
御機構を構成する制御回路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジング（１）に設けられた入力ポー
   ト（２）、出力ポート（３）及び排気ポート（４）を互
   いに接続する接続通路（Ｔ）内に供給用弁体（６）、排
   気用弁体（７）及び変位伝達体（５）を収納すると共
   に、変位伝達体（５）を受圧体（１３ａ）に連結し、接
   続通路（Ｔ）側には各弁体（６，７）に対する弁座
   （８，９）を形成し、両弁体（６，７）とそれらの弁座
   （８，９）とを共に接合する中立状態と、供給用弁体
   （６）とその弁座（８）とを接合する排気状態と、排気
   用弁体（７）とその弁座（９）とを接合する供給状態と
   に切換可能に変位伝達体（５）と両弁体（６，７）との
   間に変位伝達関係を設定し、受圧体（１３ａ）により区
   画される第１の制御圧室（Ｒ1 ）及び第２の制御圧室
   （Ｒ2 ）を入力ポート（２）側に連通し、第１の制御圧
   室（Ｒ1 ）に第１のノズル（１８）を連通すると共に、
   第２の制御圧室（Ｒ2 ）に第２のノズル（１９）を連通
   し、両ノズル（１８，１９）の開閉を出力ポート（３）
   側の検出圧力に基づき電気的に制御するノズル開閉制御
   機構（２３，２４ａ，２４ｂ，２５，２６，Ｓ，Ｃ）を
   組み込んだことを特徴とする電空レギュレータ。