(57)【要約】【課題】ノズルフラッパ弁用気体流路絞り装置において、出力圧力のノイズを抑制することである。【解決手段】絞り装置１００は、精密空気圧ノズルフラッパ弁の本体ブロックに組み込まれ、本体ブロックの一部である上蓋ブロック１１０と下ケースブロック１２０と、Ｏリング１３０と、下ケースブロック１２０内に収容される絞り部１４０とを含む。絞り部１４０は、隙間形成蓋１４２と隙間保持ベース１４４と外側リング１４６から構成される。これらの要素により気体流路は、「上蓋ブロック１１０の流路１１４−貫通穴１５０−平行隙間１５２−外側窓部１５４−内側窓部１５６−穴１５８−下ケースブロック１２０の流路１２４」のように構成され、平行隙間１５２において気体が絞られ、その整流作用により乱れなく形成される。【選択図】図３
2005009667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気圧回路において、１次側圧力気体を絞り２次側のノズルフラッパへ供給する気体流路の絞り装置であって、
一方端に供給口を有し、他方端に出力口を有するハウジングと、
ハウジング内に設けられ、気体の流れ方向に沿い所定の間隔を有する平行隙間を含む絞り部と、
を備え、平行隙間の整流作用により絞り部に流れる気体を乱れなく形成することを特徴とするノズルフラッパ弁用気体流路絞り装置。
【請求項２】
請求項１に記載のノズルフラッパ弁用気体流路絞り装置において、
絞り部は、平行平板により平行隙間が形成される絞り部であることを特徴とするノズルフラッパ弁用気体流路絞り装置。
【請求項３】
請求項２に記載のノズルフラッパ弁用気体流路絞り装置において、
絞り部は、ハウジングと同軸に配置され供給口の直径より大きな外径のディスクを含み、
ハウジングは、ディスクの面に平行な供給口側内壁を有し、
平行隙間は、ハウジングの供給口側内壁とディスクの一方側の面との間で形成されることを特徴とするノズルフラッパ弁用気体流路絞り装置。
【請求項４】
請求項３に記載のノズルフラッパ弁用気体流路絞り装置において、
絞り部は、ハウジングと同軸に層配置され供給口の直径より大きな外径の複数のディスクを含み、
複数のディスクは所定間隔で積層され、供給口からみて最下流側に配置される円板以外のディスクが中央部に気体流入口を有するドーナツ型ディスクであることを特徴とするノズルフラッパ弁用気体流路絞り装置。
【請求項５】
請求項２に記載のノズルフラッパ弁用気体流路絞り装置において、
絞り部は、平行隙間を形成するための所定厚みのスペーサが平行平板の間に配置されることを特徴とするノズルフラッパ弁用気体流路絞り装置。
【請求項６】
空気圧回路において、１次側圧力気体を絞り２次側のノズルフラッパへ供給する気体流路の絞り装置であって、
一方端に供給口を有し、他方端に出力口を有するハウジングと、
ハウジング内に設けられ、気体の流れ方向に沿い並列に配置された所定の断面積を有する複数の管路を含む絞り部と、
を備え、管路の整流作用により絞り部に流れる気体を乱れなく形成することを特徴とするノズルフラッパ弁用気体流路絞り装置。
【請求項７】
駆動機構により駆動されるフラッパと、供給口から圧力気体が供給されフラッパの一方側面に向けて開口部を有する供給側ノズルと、フラッパの他方側面に向けて開口部を有し排気口に接続される排気側ノズルと、を含み、フラッパの配置される流路を負荷口とする３方弁型精密空気圧ノズルフラッパ弁において、
排気側ノズルの開口部は、負荷口側から気体が排気口側に流入する際の気体流路が徐々に変化する形状を有することを特徴とする３方弁型精密空気圧ノズルフラッパ弁。
【請求項８】
請求項７に記載の３方弁型精密空気圧ノズルフラッパ弁において、
排気側ノズルの開口部の形状は、内周側がフラッパの側面に対し、＋１５度以上＋６０度以下の傾き角度を有し、外周側がフラッパの側面に対し、−６０度以上−１５度以下の傾き角度を有することを特徴とする３方弁型精密空気圧ノズルフラッパ弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はノズルフラッパ弁用の気体流路絞り装置に係り、特に精密に空圧制御する装置に用いられるノズルフラッパ弁用の気体流路絞り装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気圧回路やガス供給回路において管路の圧力制御や流量調整を行うために、フィードバック機構を内蔵した制御弁装置が用いられる。例えば、特許文献１において、トルクモータとパイロット弁を組み合わせることによって、入力指令電圧の印加に基づいてアーマチュアを回転駆動しこのときに発生するトルクでノズルフラッパ機構によるパイロット弁開閉作用を得て案内弁を駆動し、アクチュエータへ所望流体圧を供給する構成が開示される。このパイロット弁は、アーマチュアの回動により変位するフラッパと、フラッパの両側面に向かい合って配置される一組のノズルが備えられるので、ノズルフラッパ弁と呼ばれることがある。
【０００３】
ノズルフラッパ機構の各ノズルにはそれぞれ気体流が供給される。そして、各ノズルに気体流を供給するために、１次側圧力気体を絞り２次側のノズルフラッパ弁に供給する気体流路の絞り装置、例えばオリフィスが設けられる。その一例を図２４に示す。図２４は、特許文献２に開示されているサーボ弁のうちノズルフラッパ機構の部分を取り出したものである。なお、特許文献２は油圧制御に関するものであるが、以下では空気圧制御に置き換えて説明する。
【０００４】
図２４のノズルフラッパ機構１０において、フラッパ１２が先端に取り付けられるアーマチュア１４にはコイル１６が巻回され、アーマチュア１４の周囲に図示されていない永久磁石が配置される。アーマチュア１４にはトーションバネ１８が設けられ、コイル１６に入力指令電圧に応じた駆動電流が流されると、永久磁石との間の電磁力により、トーションバネ１８のバネ力と釣り合う位置までアーマチュア１４は回動し、先端のフラッパ１２は中立位置から変位する。
【０００５】
一組のノズル３０，３２は、それぞれその先端開口部をフラッパ１２に向けて配置され、ノズル３０，３２には固定オリフィス３４，３６を介し、高圧の作動気体が供給される。図２４に示すように、圧力Ｐｓの流体は、それぞれ固定オリフィス３４，３６に供給されて絞られ、その後図示されていない空気圧アクチュエータに供給されるとともに、各ノズル３０，３２に供給される。したがって、固定オリフィス３４，３６を通過したあとの圧力Ｐａ，Ｐｂは、各ノズル３０，３２とフラッパ１２との間の隙間に応じて変化する。
【０００６】
図２４における気体回路を電気回路との相似性を用いて図２５に示す。一般に、圧力ｐを電圧Ｖ、流速ｖを電流Ｉ、流体抵抗を電気抵抗と対応付けることができるので、図２４において固定オリフィス３４，３６における絞りによる流体抵抗をＲ1，Ｒ2、ノズル３０，３２とフラッパ１２との間の隙間による流体抵抗をＲ3，Ｒ4とすると、これら４個の流体抵抗は、ブリッジ回路を構成していることがわかる。すなわち、固定オリフィス３４，３６の特性が同一とすればＲ1＝Ｒ2であり、さらにフラッパ１２が中立位置にあればＲ3＝Ｒ4であるので、Ｐａ＝Ｐｂとなり、空気圧アクチュエータに供給される２つの入力圧力Ｐａ，Ｐｂの間に偏りは生じない。フラッパ１２が変位すると、ブリッジ回路の平衡が崩れ、ＰａとＰｂの間に偏りが生じ、この偏り圧に応じて空気圧アクチュエータを駆動することができる。
【０００７】
このように、１次側圧力気体を絞り２次側のノズルフラッパ弁へ供給する気体回路に絞り装置、すなわち固定オリフィスを設けることで気体回路においてブリッジ回路を構成し、ノズルフラッパ弁の作動を安定かつ精密に出力することが行われている。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第３０２３７８２号明細書
【特許文献２】特開昭５７−５１００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、オリフィスにより気体を絞る場合、乱流や渦流等が生ずることがあり、特に、高圧かつ高速の気体を扱うときはオリフィスのエッジ等から衝撃波が生ずることがある（例えば、白倉等，「機械工学全書１２  流体力学」，株式会社コロナ社，１９８２年７月１日，第１刷，ｐ１８１，ｐ２００等参照）。このような乱流、渦流、特に衝撃波は、オリフィスにより絞られた後の気体の圧力に対し、ノイズとなる。したがって、ブリッジ回路の動作に誤差が生じ、あるいは動作不安定を引き起こし、ひいては精密空気圧ノズルフラッパ弁の動作に影響を及ぼす恐れがある。
【００１０】
本発明の目的は、かかる従来技術の課題を解決し、ノズルフラッパ弁に供給する気体流路の絞り装置において、出力圧力のノイズの抑制を可能にする絞り装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係るノズルフラッパ弁用気体流路絞り装置は、空気圧回路において、１次側圧力気体を絞り２次側のノズルフラッパへ供給する気体流路の絞り装置であって、一方端に供給口を有し、他方端に出力口を有するハウジングと、ハウジング内に設けられ、気体の流れ方向に沿い所定の間隔を有する平行隙間を含む絞り部と、を備え、平行隙間の整流作用により絞り部に流れる気体を乱れなく形成することを特徴とする。
【００１２】
また、絞り部は、平行平板により平行隙間が形成される絞り部であることが好ましい。
【００１３】
また、絞り部は、ハウジングと同軸に配置され供給口の直径より大きな外径のディスクを含み、ハウジングは、ディスクの面に平行な供給口側内壁を有し、平行隙間は、ハウジングの供給口側内壁とディスクの一方側の面との間で形成されることが好ましい。
【００１４】
また、絞り部は、ハウジングと同軸に層配置され供給口の直径より大きな外径の複数のディスクを含み、複数のディスクは所定間隔で積層され、供給口からみて最下流側に配置される円板以外のディスクが中央部に気体流入口を有するドーナツ型ディスクであることが好ましい。
【００１５】
また、絞り部は、平行隙間を形成するための所定厚みのスペーサが平行平板の間に配置されることが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係るノズルフラッパ弁用気体流路絞り装置は、空気圧回路において、１次側圧力気体を絞り２次側のノズルフラッパへ供給する気体流路の絞り装置であって、一方端に供給口を有し、他方端に出力口を有するハウジングと、ハウジング内に設けられ、気体の流れ方向に沿い並列に配置された所定の断面積を有する複数の管路を含む絞り部と、を備え、管路の整流作用により絞り部に流れる気体を乱れなく形成することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る３方弁型精密空気圧ノズルフラッパ弁は、駆動機構により駆動されるフラッパと、供給口から圧力気体が供給されフラッパの一方側面に向けて開口部を有する供給側ノズルと、フラッパの他方側面に向けて開口部を有し排気口に接続される排気側ノズルと、を含み、フラッパの配置される流路を負荷口とする３方弁型精密空気圧ノズルフラッパ弁において、排気側ノズルの開口部は、負荷口側から気体が排気口側に流入する際の気体流路が徐々に変化する形状を有することを特徴とする。
【００１８】
また、排気側ノズルの開口部の形状は、内周側がフラッパの側面に対し、＋１５度以上＋６０度以下の傾き角度を有し、外周側がフラッパの側面に対し、−６０度以上−１５度以下の傾き角度を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
上記構成の少なくとも１つにより、絞り装置は、供給口と出力口を有するハウジング内に、所定の間隔を有する平行隙間を含む絞り部を備え、平行隙間の整流作用により絞り部に流れる気体を乱れなく形成する。乱れなく形成された気体は、乱流、渦流を含まず、衝撃波を生ずることもない。したがって、絞り装置の出力圧力のノイズを抑制することができる。
【００２０】
また、上記構成の少なくとも１つにより、加工しやすい平行平板による平行隙間を用いることができる。また、上記構成の少なくとも１つにより、所定の間隔でもってハウジングにディスクを配置することで、平行隙間の整流作用により絞り部に流れる気体を乱れなく形成することができる。また、上記構成の少なくとも１つにより、必要な出力圧力、出力流量等に応じ、ディスクの積層数を設定して所望特性の絞り装置を得ることができる。
【００２１】
また、上記構成の少なくとも１つにより、所定厚みのスペーサを平行平板の間に配置し、簡単な構成で所定間隔の平行隙間を得ることができる。
【００２２】
また、上記構成の少なくとも１つにより、絞り装置は、供給口と出力口を有するハウジング内に、所定の断面積を有する複数の管路を並列に複数配置される絞り部を備える。すなわち、気体流路をその断面積に渡り２次元的に多数の平行隙間に分割し、これを所定断面積の複数の管路としてその整流作用により絞り部に流れる気体を乱れなく形成する。乱れなく形成された気体は、乱流、渦流を含まず、衝撃波を生ずることもない。したがって、絞り装置の出力圧力のノイズを抑制することができる。
【００２３】
また、上記構成の少なくとも１つにより、排気側ノズル内側に気体が流入する際に、ノズル先端からノズル内側にかけて気体流路が急変するのでなく、徐々に変化する。したがって、ノズル先端部における流れの急拡大を防止でき、ノイズの発生を抑制できる。
【００２４】
上記のように、本発明に係るノズルフラッパ弁用気体流路絞り装置によれば、出力圧力のノイズの抑制が可能となる。本発明に係る３方弁型精密空気圧ノズルフラッパ弁によれば、ノズル部分におけるノイズの抑制が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。最初に本発明に係る絞り装置が適用される精密空気圧ノズルフラッパ弁の例を図１、図２に示す。図１の精密空気圧ノズルフラッパ弁５０はＩ型トルクモータを用いるもので、フラッパ５２が先端に取り付けられるＩ型アーマチュア５４にはコイル５６が巻回される。Ｉ型アーマチュア５４の周囲には右ヨーク６２及び左ヨーク６３が設けられ、右ヨーク６２及び左ヨーク６３には図示されていない永久磁石が接続される。例えば永久磁石のＮ極側を右ヨーク６２に、Ｓ極側を左ヨーク６３に接続する。アーマチュア５４の一部にはトーションバネ５８が設けられ、フラッパ５２の根元付近に可撓性のＯリング６０が取り付けられる。ヨーク６２，６３は本体ブロック６４に取り付けられて固定される。
【００２６】
したがって、コイル５６に入力指令電圧に応じた駆動電流を流すことで、永久磁石との間の電磁力により、トーションバネ５８のバネ力と釣り合う位置までアーマチュア５４は回動し、先端のフラッパ５２を中立位置から変位させることができる。
【００２７】
フラッパ５２は、本体ブロック６４の中央に設けられた気体通路に挿入される。その気体通路には、一組のノズル７０，７２の先端開口部がフラッパ５２の両側面に向けて配置される。図１に示すように、圧力Ｐｓの１次側圧力気体は、それぞれ絞り装置１００，１０１に供給されて絞られ、図示されていない精密空気圧アクチュエータに供給されるとともに、各ノズル７０，７２に供給される。
【００２８】
ここで、絞り装置１００，１０１の流体抵抗と、ノズル７０，７２とフラッパ５２との間の隙間の流体抵抗とで、図２５で説明したと同様なブリッジ回路が形成される。したがって、図示されていない精密空気圧アクチュエータへの供給圧力Ｐａ，Ｐｂは、フラッパ５２の変位により可変でき、すなわちコイルの駆動電流、あるいは精密空気圧ノズルフラッパ弁５０への入力指令電圧により制御できる。
【００２９】
図２の精密空気圧ノズルフラッパ弁８０は、アーマチュアの形状をＴ型としたＴ型トルクモータを用いるものである。本体ブロック６４側の構成は図１の精密空気圧ノズルフラッパ弁５０と同様であるので、詳細な説明を省略する。図２において、フラッパ８２が先端に取り付けられるＴ型アーマチュア８４にはコイル８６が巻回される。Ｔアーマチュア８４の腕部分を挟んでその上下にそれぞれ上ヨーク９２と下ヨーク９３が設けられ、上ヨーク９２及び下ヨーク９３には図示されていない永久磁石が接続される。例えば永久磁石のＮ極側を上ヨーク９２に、Ｓ極側を下ヨーク９３に接続する。上ヨーク９２及び下ヨーク９３は、下ヨーク９３の下面で本体ブロック６４に取り付け固定される。また、Ｔ型アーマチュア８４の軸部分の外周には弾性を有する材料からなるフランジ付きフレキシブル管９０が取り付けられる。フレキシブル管９０のフランジ部分は本体ブロック６４に固定支持され、フレキシブル管９０のフランジ部分と反対側の先端部分の内壁面にはフラッパ８２が、その外周面にはアーマチュア８４が固定される。
【００３０】
したがって、コイル８６に入力指令電圧に応じた駆動電流を流すことで、永久磁石との間の電磁力により、フレキシブル管９０の弾性によるバネ力と釣り合う位置までアーマチュア８４は回動し、先端のフラッパ８２を中立位置から変位させることができる。そして、本体ブロック６４にフラッパ８２の両側面に向かい合って配置される一組のノズル７０，７２と、１次側圧力気体を絞り２次側のノズルフラッパ弁に供給する本発明に係る絞り装置１００，１０１との協働により、図示されていない精密空気圧アクチュエータへの供給圧力Ｐａ，Ｐｂを制御することができる。
【００３１】
次に本発明に係る実施の形態のノズルフラッパ弁用気体回路絞り装置（以下単に絞り装置という）につき詳細に説明する。図３は、精密空気圧ノズルフラッパ弁に組み込まれた絞り装置１００の断面図である。絞り装置１００は、精密空気圧ノズルフラッパ弁の本体ブロックに組み込まれ、本体ブロックの一部である上蓋ブロック１１０と下ケースブロック１２０と、Ｏリング１３０と、下ケースブロック１２０内に収容される絞り部１４０とを含む。
【００３２】
上蓋ブロック１１０と下ケースブロック１２０とは、Ｏリング１３０とともに絞り部１４０を保持し、１次側圧力気体を供給し、２次側のノズルフラッパに供給する気体を出力するハウジングの機能を有する。上蓋ブロック１１０と下ケースブロック１２０は、高圧気体回路を形成するに十分な強度を有する材料を用い、その材料に、所望の気体保持特性を得るに適した機械加工、例えば精密穴加工、精密表面加工等を施すことで得ることができる。
【００３３】
上蓋ブロック１１０は、平坦な合わせ面１１２を有し、内部に１次側圧力気体の流路１１４が設けられ、流路１１４は合わせ面１１２において開口する。この開口部は、絞り部１４０に対する１次側圧力気体の供給口となる。
【００３４】
下ケースブロック１２０は、上蓋ブロック１１０の合わせ面１１２に対応する平坦な合わせ面１２２を有し、内部に２次側圧力気体の流路１２４が設けられる。下ケースブロック１２０には、絞り部１４０を収納する円筒状の凹部１２６と、Ｏリングを収納するための凹部１２８が設けられる。円筒状の凹部１２６の底面には、２次側圧力気体の流路１２４が開口し、この開口部が絞り部１４０からの２次側圧力気体の出力口となる。Ｏリングを収納するための凹部１２８は、図３に示すように、合わせ面１２２に近接し、かつ円筒状の凹部１２６の外側に設けられ、その形状及び寸法は、Ｏリング１３０を凹部１２８の中に配置し合わせ面１２２を上蓋ブロック１１０の合わせ面１１２に密着固定したときに、Ｏリング１３０の気密機能を十分に発揮させる変形が可能な大きさに設定される。すなわち、絞り部１４０の外周部と下ケースブロック１２０との間の気体の漏れを防ぎ、かつ下ケースブロック１２０の合わせ面１２２と上蓋ブロック１１０の合わせ面１１２との間の気体の漏れを防ぐに十分な変形が可能な大きさに設定される。
【００３５】
絞り部１４０は、気体回路の一部であって、１次側圧力気体を絞り、その際に流れる気体を乱れなく形成する機能を有する。具体的には、隙間形成蓋１４２と隙間保持ベース１４４と外側リング１４６から構成され、これらは図３に示すように相互に組み合わされて下ケースブロック１２０内に収納される。図４から図８に、絞り部１４０を構成する各要素の斜視図及び各要素の組み合わされる様子を示す。また、図９に、下ケースブロック１２０内に絞り部１４０が収納される様子を斜視図で示す。これらの要素により気体流路は、「上蓋ブロック１１０の流路１１４−貫通穴１５０−平行隙間１５２−外側窓部１５４−内側窓部１５６−穴１５８−下ケースブロック１２０の流路１２４」のように構成され、平行隙間１５２において気体が絞られ、乱れなく形成される。
【００３６】
平行隙間１５２以外の気体流路においては、その流体抵抗が平行隙間１５２における流体抵抗に比べ無視できる程度となるように、流路の大きさが設定される。例えば、１次側圧力気体の圧力を５×１０5Ｐａ、流速を３０ｍ／ｓｅｃとし、これを流速３００ｍ／ｓｅｃの層流に絞って２次側に出力するときは、一つの例示として、平行隙間１５２の隙間を約５０μｍ、その長さを５−１０ｍｍ程度とし、平行隙間１５２以外の気体流路についてその寸法を数ｍｍ程度のものとすることが好ましい。
【００３７】
図４に示す隙間形成蓋１４２は、中央部に貫通穴１５０を有するリングで、上面は上蓋ブロック１１０の合わせ面１１２に向かい合う面となり、下面は隙間保持ベース１４４に向かい合う面となる。したがって、絞り部１４０において、貫通穴１５０を介して１次側圧力気体を隙間保持ベース１４４に導く機能を有する。隙間形成蓋１４２の大きさは、上記の例において、外径を約１０ｍｍ、厚みを約２ｍｍ、貫通穴１５０の直径を約３ｍｍとすることができる。
【００３８】
図５に示す隙間保持ベース１４４は、上部のディスク部１６２と、ディスク部１６２の下部のリング部１６４と、ディスク部１６２とリング部１６４とを接続する４個の支え脚部１６６とを含む部材である。その外径は隙間形成蓋１４２の外径と同じ大きさの約１０ｍｍである。また隙間保持ベース１４４全体の高さは約４ｍｍ、その中でディスク部１６２の厚みを約０．８ｍｍとすることができる。隙間保持ベース１４４は、機械加工等によりディスク部１６２と支え脚部１６６とリング部１６４とを一体に形成してもよく、あるいはこれらを個別に製作して組み合わせた組立体とすることもできる。
【００３９】
ディスク部１６２は、その上面側に４箇所の部分扇形部分１６８を備える。４箇所の部分扇形部分１６８の外径は、ディスク部１６２の直径と同じ約１０ｍｍに、その内径は、隙間形成蓋１４２の貫通穴１５０の直径と同じ約３ｍｍに形成される。部分扇形部分１６８の上面は隙間形成蓋１４２の下面と接触する面で、その高さは上記の例で約５０μｍとすることができる。この約５０μｍの段差は機械加工で得ることができる。したがって、別の見方をすれば、ディスク部１６２の上面側は、周囲の部分扇形部分１６８から約５０μｍ低い円筒状の凹部１７０を中央部に有し、その凹部１７０から外周に向け、やはり約５０μｍ低い放射状に広がる４個の凹部１７２を備えていることになる。
【００４０】
図６は、隙間保持ベース１４４の上面と隙間形成蓋１４２の下面とを合わせて組み合わせた状態を示す図で、ディスク部１６２の凹部と隙間形成蓋１４２の下面の間に、隙間が約５０μｍの４個の平行隙間１５２が形成されることがわかる。そして、隙間形成蓋１４２の貫通穴１５０は、ディスク部１６２の中央部における円筒状の凹部１７０を介してこの平行隙間１５２に通ずることとなる。
【００４１】
リング部１６４は、隙間形成蓋１４２と同じ外径と内径と高さとを有するリングである。上記の例で、外径を約１０ｍｍ、内径を約３ｍｍ、高さを約２ｍｍとすることができる。各支え脚部１６６は、各部分扇形部分１６８に対応する外径と内径と扇形形状を有し、その高さは上記の例で約１．２ｍｍとすることができる。したがって、別の見方をすれば、リング部１６４と各支え脚部１６６は、ディスク部１６２の下部にあって、ディスク部１６２の上面側における４個の平行隙間１５２に対応する位置に４個の内側窓部１５６を有し、その内側窓部１５６は、隙間保持ベース１４４の外周から内部に向かって開けられており、さらに内部には、ディスク部１６２の下部を突き当たりとし、リング部１６４の下面に開口を有する穴１５８が備えられていることになる。この穴１５８の直径は上記のように隙間形成蓋１４２の貫通穴１５０の直径と同じである。
【００４２】
図７に示す外側リング１４６は、隙間保持ベース１４４の高さに隙間形成蓋１４２の高さを加えた値の高さを有し、下ケースブロック１２０における円筒状の凹部１２６の内径に対応する外径と、隙間形成蓋１４２及び隙間保持ベース１４４の外径に対応する内径を有するリングである。上記の例では、高さを約（４＋２）＝６ｍｍ、内径を約１０ｍｍとし、外径を約１２ｍｍとすることができる。そして、リング外周には、隙間形成蓋１４２及び隙間保持ベース１４４を組み合わせたときに形成される平行隙間１５２及び内側窓部１５６に対応して４個の外側窓部１５４が設けられる。各外側窓部１５４の大きさは、平行隙間１５２及び内側窓部１５６を十分望める大きさに設定される。上記の例で、内側窓部１５６の高さは約１．２ｍｍであり、ディスク部１６２の厚みは約０．８ｍｍであるので、外側窓部１５４の高さは約（１．２ｍｍ＋０．８ｍｍ）＝２ｍｍを十分超えた大きさの約２．５ｍｍに設定される。
【００４３】
図８は、外側リング１４６の内側に隙間保持ベース１４４を収納し、その上に隙間形成蓋１４２を設置し、各外側窓部１５４を、それぞれ対応する内側窓部１５６と平行隙間１５２とを望む位置に位置決めして配置した状態を示す図で、この組み立て状態のものが絞り部１４０である。
【００４４】
絞り部１４０は、図９に示すように下ケースブロック１２０内に収納される。図９からわかるように、下ケースブロック１２０の絞り部１４０を収納する円筒状の凹部の内壁によって、絞り部１４０の各外側窓部１５４がそれぞれ蓋をされる状態になり、各外側窓部１５４は、開放端でなく、閉じた流路となる。このことで、「平行隙間１５２−外側窓部１５４−内側窓部１５６−穴１５８」という流路が形成される。したがって、Ｏリング１３０を介して上蓋ブロック１１０をしっかり下ケースブロック１２０に合わせることで、気体流路は、「上蓋ブロック１１０の流路１１４−貫通穴１５０−平行隙間１５２−外側窓部１５４−内側窓部１５６−穴１５８−下ケースブロック１２０の流路１２４」のように構成される。
【００４５】
このようにして、流路１１４に供給された１次側圧力気体は、この気体流路を通り、平行隙間１５２において絞られる。この平行隙間１５２は約５０μｍの隙間で長さは数ｍｍであるので、その整流作用により、ここを流れる気体は乱れなく形成されて２次側のノズルフラッパ弁に供給される。また、平行隙間１５２は、ディスク部１６２の中央部における円筒状の凹部１７０からディスク部１６２の外周側に向けて放射状に広がる４個の凹部１７２により形成されるので、流れは急拡大せずに徐々に広がり、さらに滑らかな流れとすることができる。このようにして乱れなく形成された気体は、乱流、渦流を含まず、衝撃波を生ずることもない。したがって、絞り装置１００において、高圧気体の出力圧力のノイズを抑制することができる。
【００４６】
上記のように、図３の絞り装置１００において平行隙間１５２は、隙間形成蓋１４２の下面と、隙間保持ベース１４４の上面のうち放射状に広がる凹部１７２との間で形成される。そして、平行隙間１５２の所定間隔（上記の例で約５０μｍ）は、隙間保持ベース１４４の上面における部分扇形部分１６８と凹部１７２との間の段差を利用し、部分扇形部分１６８の上面に隙間形成蓋１４２の下面が接触することで確保されている。この平行隙間１５２を確保するための段差は、上記のように隙間保持ベース１４４の上面における機械加工等で得ることができるが、スペーサを用いることもできる。
【００４７】
図１０−図１２は、４個の小扇形部分が中心で結ばれているスペーサ４００を用いて平行隙間１５２を形成する様子を示す図である。図３−図９と共通の要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図１０は、厚みが約５０μｍのスペーサ４００を示す図で、スペーサ４００の４個の小扇形の外形を結ぶ径は、隙間保持ベース４４４の直径と同じに設定される。また、中央の接合部の大きさは、隙間形成蓋１４２の貫通穴１５０の径より十分小さく設定される。かかるスペーサ４００は、所定厚みの金属板等をエッチング加工又は精密プレス加工により得ることができる。
【００４８】
隙間保持ベース４４４は、図５で説明した隙間保持ベース１４４の上部のディスク部１６２において部分扇形部分１６８が無い点を除けば他の構成は同じである。すなわち、隙間保持ベース４４４のディスク部４６２の上面が平坦であるところが図５の隙間保持ベース１４４と異なる。図１１は、上面が平坦な隙間保持ベース４４４にスペーサ４００を組み合わせた様子を示す図である。スペーサ４００は、その小扇形の外形を隙間保持ベース４４４の上部ディスク部４６２の外形に合わせるようにして、ディスク部４６２の平坦な上面に配置される。このことで、スペーサ４００の小扇形のない部分４７２は、スペーサ４００の上面からみて約５０μｍ低くなる。
【００４９】
図１２は、スペーサ４００の上に隙間形成蓋１４２を配置し、平行隙間１５２を形成する様子を示す図である。平行隙間１５２は、スペーサ４００の小扇形のない部分４７２に対応して形成される。この構成により、気体流路は、「−貫通穴１５０−スペーサ４００の小扇形のない部分４７２に対応する平行隙間１５２−図３で説明した外側窓部１５４−」のように形成される。
【００５０】
図５の隙間保持ベース１４４においては４個の凹部１７２の加工に最も精度が要求される。これに対し、図１０−図１２の構成においては、隙間保持ベース４４４はその上面を十分平坦に加工するだけで済み、精度を要求される平行隙間１５２は、スペーサ４００の板厚管理をするだけでよい。したがって、複雑な加工を要することなく、所定の平行隙間１５２を容易に得ることができる。
【００５１】
図１３は、他の形状のスペーサ４１０の例を示す図である。この例では、４個のストレートな腕部が中心で結ばれる。スペーサ４１０の厚みが平行隙間の所定間隔に対応すること、４個の腕部の外形を結ぶ径が隙間保持ベース４４４の直径と同じに設定されること、また、中央の接合部の大きさが隙間形成蓋１４２の貫通穴１５０の径より十分小さく設定されること等は、図１０のスペーサ４００と同じである。
【００５２】
図１４は、部分扇形のスペーサ４２０を４個用い、これを隙間保持ベース４４４の平坦な上面に貼り付け等で配置する例を示す図である。この場合には、各スペーサ４２０の厚みが平行隙間の所定間隔に対応するほか、隙間保持ベース４４４の外形に合わせて４個のスペーサ４２０を配置したときにその中心部における部分扇形のない部分は、隙間形成蓋１４２の貫通穴１５０の径とほぼ対応することが好ましい。
【００５３】
図１５−図１７は、４個の小扇形部分が外周部分で結ばれているスペーサ５００を用いて平行隙間１５２を形成する様子を示す図である。図３−図９と共通の要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。外周部分が接続されているスペーサ５００を用いるときは、気体流路がスペーサ５００の中心側から外側に向かって流れるために、隙間保持ベース５４４のディスク部５６２の外形に工夫を要する。すなわち、ディスク部５６２の上面が平坦であることは図１１で説明した隙間保持ベース４４４のディスク部４６２と同じであるが、ディスク部４６２の径方向の寸法が一部異なる。すなわち、スペーサ５００の４個の小扇形部分に対応するところはスペーサ５００の外径と同じであるが、スペーサ５００の小扇形部分がない部分では、気体流路を確保するため、その径方向の寸法が小径となっている。
【００５４】
図１５は、スペーサ５００を隙間保持ベース５４４の上に配置する様子を示す図である。スペーサ５００は、詳しくは図１７に示すように、４個の小扇形部分が外周部分で結ばれている。厚みは、平行隙間の間隔に対応し、上記の例では約５０μｍである。隙間保持ベース５４４の上部ディスク部５６２は、スペーサ５００の４個の小扇形部分がない部分５７２のところでその外径５７４が他の部分より小径となり、スペーサ５００の４個の小扇形部分がない部分の外周側のところで下向きに開口５７６を形成するようになっている。この開口５７６により、気体流路が確保される。
【００５５】
図１６は、スペーサ５００の上に隙間形成蓋１４２を配置し、平行隙間１５２を形成する様子を示す図である。平行隙間１５２は、スペーサ５００の小扇形のない部分５７２に対応して形成される。この構成により、気体流路は、「−貫通穴１５０−スペーサ５００の小扇形のない部分４７２に対応する平行隙間１５２−開口５７６−図３で説明した内側窓部１５６−」のように形成される。
【００５６】
図１７は、スペーサ５００と、上部ディスク部５６２の外形と、貫通穴１５０との関係を示す図である。スペーサ５００は、上記のように４個の小扇形部分を有し、その外周は細いリング状部分で接続され、中心部分の小扇形部分のないところは、貫通穴１５０の直径に対応した大きさに設定される。上部ディスク部５６２の外形は、スペーサ５００の小扇形部分に対応するところは、スペーサ５００の外径と同じに設定され、小扇形部分のないところは、それより小径に設定される。その部分におけるスペーサのリング部分の内側とディスク部５６２の外形との隙間ｓは、平行隙間の間隔に比較して十分に大きくなるように設定される。上記の例で、例えば、ｓ＝約１−２ｍｍとすることができる。
【００５７】
このように、適切な形状のスペーサを用いることで、隙間保持ベースの上面の複雑で高精度を要する加工を不要として、所定の平行隙間を容易に得ることができる。なお、上記の説明において、スペーサにより４個の平行隙間を形成するものとしたが、その数は４個に限られず、それ以下でもよく、それ以上でもよい。
【００５８】
上記において、絞り装置は、精密空気圧ノズルフラッパ弁の本体ブロックに組み込まれる形態で説明した。すなわち、絞り装置の絞り部は、本体ブロックの一部を成す下ケースブロックと上蓋ブロックとの間の収納空間に配置され、下ケースブロックと上蓋ブロックの一部が絞り部を収納するハウジングの機能を有している。この他に、独立のハウジングの内部に絞り部を配置して絞り装置を構成することができる。図１８と図１９は、独立のハウジング内にディスクを配置し、ハウジングの内壁とディスクとの間に平行隙間を設けて乱れなく流れを形成する絞り部とする構成の絞り装置を示す模式図である。
【００５９】
図１８の絞り装置２００は、一方端に供給口２０２を有し、他方端に出力口２０４を有するハウジング２０６の内部にディスク２０８が配置される。ディスク２０８は、ハウジング２０６と同軸に配置され、供給口２０２の直径より大きな外径を有する。また、ハウジング２０６は、ディスク２０８の上面に平行な供給口側内壁２１０を有する。ハウジング２０６の供給口側内壁２１０とディスク２０８の上面との間の平行隙間２１２は、例えば約５０μｍに設定される。ディスク２０８をこのような条件でハウジング２０６内に設置するには、図示されていない適当な支柱あるいはスペーサを用いることができる。平行隙間２１２の設定及びディスクの平行隙間２１２の長さを数ｍｍ程度にすることにより、平行隙間２１２の整流作用により、ここを流れる気体を乱れなく形成することができる。
【００６０】
図１９の絞り装置２２０は、一方端に供給口２２２を有し、他方端に出力口２２４を有するハウジング２２６の内部に３枚のディスク２２８，２３０，２３２が配置される。各ディスク２２８，２３０，２３２は、ハウジング２２６と同軸に配置され、供給口２２２の直径より大きな外径を有する。供給口２２２から見て最下流側に配置されるディスク２３２は円板で、それ以外のディスク２２８，２３０は、中央部に供給口２２２とほぼ同じ大きさの開口部２３４を有するドーナツ型ディスクである。各ディスク２２８，２３０，２３２の相互間の平行隙間２３６，２３８は、それぞれ約５０μｍに設定される。また、ハウジング２２６は、ディスク２２８の上面に平行な供給口側内壁２４０を有する。ハウジング２２６の供給口側内壁２４０とディスク２２８の上面との間の平行隙間２４２の隙間も、約５０μｍに設定される。各平行隙間２３６，２３８，２４２の長さを数ｍｍ程度にすることにより、各平行隙間２３６，２３８，２４２の整流作用により、ここを流れる気体を乱れなく形成することができる。なお、ドーナツ型ディスクの枚数をさらに増やし、平行隙間の数を増やすこともできる。
【００６１】
上記において、乱れなく流れを形成するのに平行平板の間の隙間を用いて説明したが、流れを乱れなく形成するには平行平板の間の隙間でなくてもよい。図２０−図２３は、他の絞り部の構成を示す模式図である。図２０に示す絞り部２５０は、直径の異なる複数のパイプ２５２を同軸に配置し、パイプ間の隙間を平行隙間とし、その隙間を例えば約５０μｍとし、その長さを数ｍｍとするものである。図２１に示す絞り部２６０は、らせん状に巻いた管２６２からなり、らせん管の隣り合う隙間を平行隙間とし、その隙間を例えば約５０μｍとし、その長さを数ｍｍとするものである。図２２に示す絞り部２７０は、絞り部２７０の軸方向に平行な方向に複数の平行平板２７２を配置し、平行平板間の隙間を例えば約５０μｍとし、その長さを数ｍｍとするものである。
【００６２】
これらの構成のように、約５０μｍの隙間で、数ｍｍの長さを有する流路であれば、流れを乱れなく形成することができる。例えば、図２２において、絞り部２７０の軸方向に平行な方向に複数の平行平板を配置したが、絞り部の断面を複数に区分し、区分されたそれぞれの小断面積の大きさを所定の大きさ、例えば、５０μｍ角とすることでもよい。断面の形状は多角形でもよい。図２３に示す絞り部２８０は、断面を円としたもの、すなわち、直径が約５０μｍの細長い管路２８２を複数束ね、絞り部としたものである。
【００６３】
なお、上記において、隙間の大きさを約５０μｍとし、その長さを数ｍｍとして説明したが、そこを流れる気体を乱れなくできる隙間の大きさ、隙間の長さは、そこに流す気体の圧力及び流速等により異なり、上記の値は一例である。
【００６４】
上記において、精密空気圧ノズルフラッパ弁は、図１、図２に示すように１次側圧力気体の供給口（Ｐｓで表示）と、図示されていない精密空気圧アクチュエータへの２つの負荷口（Ｐａ，Ｐｂで表示）と、排気口の４つの気体入出力口を有する。この点で、図１、図２に示す精密空気圧ノズルフラッパ弁は、４方弁と呼ばれる。これに対し、供給口、１つの負荷口、排気口の３つの気体入出力口を有し、３方弁型と呼ばれる精密空気圧ノズルフラッパ弁がある。
【００６５】
３方弁型と呼ばれる精密空気圧ノズルフラッパ弁には、後述する図２７、図２８のように、フラッパの両側にノズルを配置し、一方を供給側、他方を排気側とするものがある。これと別に、図１又は図２に示す構成の片側、すなわちフラッパの片側にノズルを配置して３方弁型とすることもできる。この後者の場合にも上記の絞り装置を用いることができる。図２６は、かかる３方弁型精密空気圧ノズルフラッパ弁６００に絞り装置１０１を用いる例を示す図である。図１、図２と共通の部分は図示を省略し、同様の要素については同一の符号を付した。図２６に示すように、圧力Ｐｓの１次側圧力気体は、絞り装置１０１に供給されて絞られ、平行隙間の整流作用によりそこに流れる気体が乱れなく形成され、圧力Ｐａの供給側圧力気体として図示されていない精密空気圧アクチュエータおよびノズル７０に供給される。ノズル７０から出た供給側圧力気体は、ノズル７０とフラッパ５２との間の隙間を通り、外部に排気される。このようにして、上記の絞り装置を、３方弁型の精密空気圧ノズルフラッパ弁に用いることができ、図１、図２の３方弁型の精密空気圧ノズルフラッパ弁に用いたと同様の作用、効果を得ることができる。
【００６６】
図２７、図２８は、３方弁型の精密空気圧ノズルフラッパ弁の構成を示す図である。図１、図２と共通の要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図２７に示す３方弁型精密空気圧ノズルフラッパ弁３００は、図１に対応しＩ型トルクモータを備え、図２８に示す３方弁型精密空気圧ノズルフラッパ弁３１０は図２に対応しＴ型トルクモータを備える。３方弁型精密空気圧ノズルフラッパ弁３００，３１０は、フラッパ５２の両面のそれぞれに対し開口部を有する２つのノズルの一方側を供給側ノズル３７０とし、他方側を排気側ノズル３７４に用いる。したがって、供給側ノズル３７０には供給口３８０から圧力気体が供給され、排気側ノズル３７４から排気口３８４を通り気体が排出される。そして、フラッパ５２が配置される流路を負荷口３８２として、フラッパ５２に供給される圧力気体が図示されていない精密空気圧アクチュエータに対し出力される。
【００６７】
従来、３方弁型の空気圧ノズルフラッパ弁において、供給側ノズルと排気側ノズルには、同じ形状のものが用いられている。図２９は、従来の３方弁型の空気圧ノズルフラッパ弁におけるフラッパ３５２付近の拡大図である。このように、供給側ノズル３５０も排気側ノズル３２もともに、ノズル内部に一定の直径の穴を有し、かつ外側が先端に行くにつれ先細りとなるテーパ状のノズルが用いられている。
【００６８】
この場合、各ノズル先端の気体の流れに注目すると、供給側ノズル３５０においては、供給口３８０からの圧力気体がノズルの内側から外側に出て負荷口３８２側に出力するときに流路が徐々に広がる。これに対し、排気側ノズル３５２については、負荷口３８２側から圧力気体がノズルの外側より内側に入り排気口３８４側に流れるときに流路が急に広がる。このように流路が急変する部分においては、ノイズが発生しやすいので、空気圧ノズルフラッパ弁を精密空気圧制御に用いる場合、精密な制御に問題が生ずることがある。
【００６９】
かかる従来技術の課題を解決し、ノズル部分におけるノイズの抑制を可能にする３方弁型の精密空気圧ノズルフラッパ弁を提供する。図３０は、図２７、図２８に示す精密空気圧ノズルフラッパ弁３００，３１０におけるフラッパ５２付近の拡大図である。供給側ノズル３７０の先端形状と、排気側ノズル３７２の先端形状とは、その気体の流れ方に応じて異なるものとしてある。供給側ノズル３７０の先端形状３７４は、従来から用いられている形状、すなわち、ノズル内部に一定の直径の穴を有し、かつ外側が先端に行くにつれ先細りとなるテーパ状とすることができる。これに対し、排気側ノズル３７２の先端形状３７６は、ノズル内部側にも傾斜がつけられ、ノズル外側及び内側の両側からノズル先端が徐々に先細りとなる形状を用いる。図３１に示すように、ノズル内側の傾斜は、フラッパ５２に対し、１５度から６０度程度とすることが好ましい。ノズル外側の傾斜は、逆向きの傾斜で、１５度から６０度程度とすることが好ましい。
【００７０】
このことで、排気側ノズルにおいて、負荷口側から圧力気体がノズル内側の排気口側に流入する際に、流路が急変するのでなく、徐々に変化するものとでき、流れの急拡大を防止できる。したがって、流れの急拡大によるノイズの発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明に係る実施の形態の絞り装置が適用される精密空気圧ノズルフラッパ弁の例を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の絞り装置が適用される他の精密空気圧ノズルフラッパ弁の例を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の絞り装置の断面図である。
【図４】本発明に係る実施の形態の絞り装置における隙間形成蓋の斜視図である。
【図５】本発明に係る実施の形態の絞り装置における隙間保持ベースの斜視図である。
【図６】本発明に係る実施の形態の絞り装置において、隙間保持ベースと隙間形成蓋とを組み合わせた状態を示す図である。
【図７】本発明に係る実施の形態の絞り装置における外側リングの斜視図である。
【図８】本発明に係る実施の形態の絞り装置の絞り部を示す斜視図である。
【図９】本発明に係る実施の形態の絞り装置において、下ケースブロック内に絞り部が収納される様子を示す斜視図である。
【図１０】本発明に係る実施の形態の絞り装置におけるスペーサの一例を示す図である。
【図１１】本発明に係る実施の形態の絞り装置において、上面が平坦な隙間保持ベースにスペーサを組み合わせた様子を示す図である。
【図１２】本発明に係る実施の形態の絞り装置において、スペーサの上に隙間形成蓋を配置し平行隙間を形成する様子を示す図である。
【図１３】他の形状のスペーサの例を示す図である。
【図１４】部分扇形のスペーサを用いる例を示す図である。
【図１５】さらに他の形状のスペーサを隙間保持ベースの上に配置する様子を示す図である。
【図１６】さらに他の形状のスペーサ上に隙間形成蓋を配置し、平行隙間を形成する様子を示す図である。
【図１７】さらに他の形状のスペーサと、上部ディスク部の外形と、貫通穴との関係を示す図である。
【図１８】他の絞り装置を示す模式図である。
【図１９】さらに他の絞り装置を示す模式図である。
【図２０】絞り部の他の例を示す模式図である。
【図２１】絞り部のさらに他の例を示す模式図である。
【図２２】絞り部のさらに他の例を示す模式図である。
【図２３】絞り部のさらに他の例を示す模式図である。
【図２４】ノズルフラッパ機構の概略構成を説明する図である。
【図２５】図２４における気体回路を電気回路との相似性を用いてあらわした図である。
【図２６】本発明に係る実施の形態の絞り装置を３方弁型精密空気圧ノズルフラッパ弁に用いる様子を示す図である。
【図２７】本発明に係る実施の形態における３方弁型精密空気圧ノズルフラッパ弁の構成を示す図である。
【図２８】他の実施の形態における３方弁型精密空気圧ノズルフラッパ弁の構成を示す図である。
【図２９】従来の３方弁型空気圧ノズルフラッパ弁の一部拡大図である。
【図３０】本発明に係る実施の形態における３方弁型精密空気圧ノズルフラッパ弁の一部拡大図である。
【図３１】本発明に係る実施の形態における３方弁型精密空気圧ノズルフラッパ弁のさらなる拡大図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０  ノズルフラッパ機構、１２，５２，８２  フラッパ、１４，５４，８４      アーマチュア、３０，３２，７０，７２  ノズル、３４，３６  固定オリフィス、５０，８０，６００  精密空気圧ノズルフラッパ弁、１００，１０１、２００，２２０  絞り装置、１４０，２５０，２６０，２７０，２８０  絞り部、１４２  隙間形成蓋、１４４，４４４，５４４  隙間保持ベース、１５２，２１２，２３６，２３８，２４２  平行隙間、１６２，４６２，５６２  ディスク部、１７２  凹部、２０２，２２２  供給口、２０４，２２４  出力口、２０６，２２６  ハウジング、２０８，２２８，２３０，２３２  ディスク、２１０，２４０  供給口側内壁、２７２  平行平板、２８２  管路、３００，３１０  ３方弁型精密空気圧ノズルフラッパ弁、３７０  供給側ノズル、３７２  排気側ノズル、３８０  供給口、３８２  負荷口、３８４  排気口、４００，４１０，４２０，５００  スペーサ、４７２，５７２  スペーサのない部分、５７４  ディスク部外径、５７６  開口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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