JP2000009247A - 電磁弁とこれに使用する感熱変位素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度補償機能を設けて出力流量の安定化
を図る。 【解決手段】 ハウジング１２内に流出ポート１６を開
閉可能な弁体９を設け、この弁体９の弁棒１０にダイア
フラム１７を連結する。弁体９はコイル１１の励磁によ
ってプランジャ２３で押されて流出ポート１６が開放可
能である。ハウジング１２内の下部には弁棒１０の下部
に嵌着されたバイメタル２８が配され、このバイメタル
２８とダイアフラム１７との間にはロアスプリング２９
が弾装される。コイル１１への通電等に伴う発熱によっ
てダイアフラム１７の硬度が低下すると、弁体９が閉じ
方向へ変位するが、バイメタル２８の軸方向への変位に
よって弁体に対するロアスプリング２９のばね力が弱め
られるため、弁体９は温度変化に拘わらず、一定の開放
量となって出力流量が安定化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は電磁弁及びこれに
使用する感熱変位素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ガス・エアー等の気体の流量
を調節するための電磁弁は、電磁力発生手段によってポ
ートを開閉可能な弁体と、この弁体が設けられる室と電
磁力発生手段が設けられる室とを区画するダイヤフラム
とを備え、これら弁体とダイヤフラムによって所期のガ
バナ特性を得るようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電磁弁
が使用される温度条件の変化によって、構成部品の物理
的特性が変化し、制御対象となる流体の流量等に変化を
生じさせてしまうことがあった。このような出力を不安
定化させる要素の一つに、ダイアフラムを挙げることが
できる。ダイアフラムは通常は安価なゴム材が使用され
るが、周辺温度の変化によってその硬度が変化するた
め、ダイアフラムの有効面積が変化し、ガバナ特性を悪
化させる事態を招来する。例えば、このような電磁弁を
組み込んだガス器具では、設定流量よりも多ければ、ガ
スリッチで不完全燃焼となり、少なければガスリーンと
なって炎がリフトしてしまうこととなる。本発明は、こ
うした問題点に鑑みて開発工夫されたものであり、その
目的は温度補正機能を備えて出力の安定化が図られた電
磁弁を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの請求項１の発明は、流入ポートから流体が流入する
ハウジングと、このハウジングの一部に開口した流出ポ
ートを開閉可能な弁体と、この弁体に対し前記ポートを
開閉する方向に変位させる電磁力発生手段と、前記弁体
の弁棒に取り付けられ前記ハウジング内部と前記電磁力
発生手段側とを区画するダイアフラムと、前記弁体と前
記ダイアフラムとの間に弾装されて前記弁体が前記流出
ポートを開放あるいは閉止する方向に付勢する弾性部材
と、前記ダイアフラムの温度変化に伴う前記付勢力の変
化を打ち消すように、前記弾性部材に作用する感熱変位
素子とを備えてなることを特徴とするものである。ま
た、前記した感熱変位素子はバイメタルとしてもよい
（請求項２の発明）。

【０００５】さらに、請求項３の発明は、請求項１また
は２記載のものにおいて、前記感熱変位素子は、感熱材
よりなるとともに、前記弁体の弁棒に嵌合可能なリング
部と、このリング部から径方向に突出する複数の連結部
と、各連結部から周方向に沿って前記リング部と同心で
延びる脚部とを備えてなり、また前記リング部は、内周
側が高く外周側にかけて徐々に低くなるように湾曲して
形成されるとともに、このリング部から径方向に沿って
前記連結部から前記脚部に至る範囲も前記リング部から
の連続した湾曲形状となっており、さらに前記脚部は連
結部との接続部分が高く、両端部にかけて徐々に低くな
るような湾曲形状に形成されることにより、全体が軸方
向に撓み変形可能となっていることを特徴とするもので
ある。

【０００６】さらにまた、請求項４の発明は、リング部
と、このリング部から径方向に突出する複数の連結部
と、各連結部から周方向に沿って前記リング部と同心で
延びる脚部とを備えた感熱材よりなる感熱変位素子であ
って、前記リング部は、内周側が高く外周側にかけて徐
々に低くなるように湾曲して形成されるとともに、この
リング部から径方向に沿って前記連結部から前記脚部に
至る範囲も前記リング部からの連続した湾曲形状となっ
ており、さらに前記脚部は連結部との接続部分が高く、
両端部にかけて徐々に低くなるような湾曲形状に形成さ
れることにより、全体が軸方向に撓み変形可能となって
いることを特徴とするものである。

【０００７】

【発明の作用および効果】請求項１、２の発明によれ
ば、電磁力発生手段によって生じた電磁力によって弁体
が流出ポートを開放すると、流入ポートからハウジング
内に流入した流体が流出ポートから流出する。コイルの
発熱等に起因して、ダイアフラムが硬度変化を生じる
と、弁体に作用する弾性部材の付勢力が変化して流出ポ
ートの開放量に変化を来すが、感熱変位素子が温度変化
によって変位して弾性部材の付勢力の変化を打ち消すよ
うに作用するため、流出ポートに対する弁体の開放量は
温度変化に無関係に一定の状態に保持される。

【０００８】請求項３、４の発明によれば、感熱変位素
子が熱によって軸方向へ変位する場合、軸方向への変位
を許容する要素として、脚部が連結部を頂点として周方
向に湾曲し、かつ脚部から連結部を介してリング部に至
る間は、リング部の内周を頂点として径方向に沿って湾
曲するようにしてあるため、脚部の周方向の撓みと、脚
部殻からリング部にかけての径方向の撓みとの二種類の
撓み要素の合算により、感熱変位素子における軸方向へ
の変位量を大きくとることができる。したがって、この
ような感熱変位素子を組み込んだ電磁弁では、より広い
温度域での温度補償が可能となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。 −実施形態１− 図１において１は本体であり、内部には縦孔２が設けら
れ、またその側面には縦孔２に連通する横孔３が穿孔さ
れている。但し、横孔３にはガスの供給源に通じる配管
が接続され、縦孔２の下部は図示しないガス器具に通じ
ている。また、縦孔２の上部は段差４を介して収容部５
となっており、この収容部５には電磁弁ユニットＵの下
部側が組み付けられている。電磁弁ユニットＵを収容部
５へ組み込むにあたり、底部側にはＶパッキン６が設け
られ、上部側にはＯリング７がそれぞれ設けられ、これ
らによって本体１と電磁弁ユニットＵとの間のシールが
図られている。

【００１０】電磁弁ユニットＵは、金属製の平板材より
なるホルダー８を有しており、このホルダー８の下部側
には弁体９、弁棒１０等が組み付けられ、上部側には弁
体９に開閉動作を行わせるためのコイル１１などを組み
込んだ電磁力発生手段としての作動部Ｓが組み付けられ
ている。上記したホルダー８は本体１の上面における縦
孔２の開口縁周りに固定され、これによって、電磁弁ユ
ニットＵ全体が本体１に固定されている。また、ホルダ
ー８の下面には円筒状に形成されたハウジング１２が、
ハウジングホルダー１３を介して同軸で取り付けられて
いる。このハウジング１２の側面には一対の流入ポート
１４が対称位置に開口しており（図１では片側のみが図
示されている）、横孔３から流入するガスを流入ポート
１４を通してハウジング１２内に形成された調整室１５
内に導入することができる。さらに、ハウジング１２の
底面には流出ポート１６が同軸で開口しており、調整室
１５内に流入したガスをここを通して図示しないガス器
具側へ流出可能としている。

【００１１】流出ポート１６にはここを開閉可能とする
弁体９が配されている。弁体９の上面の中心部には弁棒
１０が取り付けられ（弁体と弁棒は一体に形成されたも
のであってもよい）、その先端中心部には突軸部１０Ａ
が同軸で延出している。この突軸部１０Ａはダイアフラ
ム１７の中心部を貫いてダイアフラム１７に連結されて
いる。ダイアフラム１７はゴム材にて膜状に形成されて
おり、良好な可撓性を備えている。ダイアフラム１７
は、その外周縁全周がハウジング１２とホルダー８との
間に挟み付けられ、これによって、次述する作動部Ｓと
調整室１５とが区画されている。

【００１２】作動部Ｓはホルダー８の上面に立設された
コの字状のフレーム１８を有しており、その上面中央部
には下向きに上側筒部１８Ａが垂下されている。一方、
前記ホルダー８の上面中央部は円台状に膨出形成される
とともに、その上面中央部には上側筒部１８Ａと同心で
かつ同一内径を有した下側筒部１８Ｂが立設されてい
る。また、ホルダー８の上面にはコイル１１が巻装され
たコイルホルダー１９が載置されている。コイルホルダ
ー１９はリール状に形成され、上側筒部１８Ａ及び下側
筒部１８Ｂにそれぞれ嵌め入れられて位置決めがなされ
ている。但し、下側筒部１８Ｂとの間にはＯリング２０
が介在されている。また、コイル１１は定電流回路２１
に接続されており、コイル１１が通電によって発熱し抵
抗値が増大するようなことが生じても、常に一定電流を
コイル１１に供給することができるようにしてある。

【００１３】さらに、上側筒部１８Ａからは下側筒部１
８Ｂの内側へ向けてガイドパイプ２２が挿入されてお
り、その内部にはコイル１１の励磁作用によって昇降す
るプランジャ２３が同心で収容されている。一方、フレ
ーム１８の上面には底面にフランジ２４Ａが張り出した
円筒状のキャップ２４がＯリング２５を介した状態でプ
ランジャ２３と同心で取り付けられている。キャップ２
４内の上部には調節ねじ２６が締め込まれるとともに、
この調節ねじ２６とプランジャ２３との間にはアッパス
プリング２７が介在されており、プランジャ２３を下向
きに付勢している。つまり、調節ねじ２６の締め込み量
を調節することで、アッパスプリング２７のプランジャ
２３に対するばね力、ひいては弁棒１０、弁体９に対す
るばね力を調整することができる。

【００１４】次に、本発明の特徴である温度変化を補正
するための構成について説明すると、前記調整室１５内
において弁棒１０の下部には、図２乃至図４に示すバイ
メタル２８が嵌め付けられている。そして、このバイメ
タル２８とダイアフラム１７との間にはロアスプリング
２９が介在されており、ロアスプリング２９によってダ
イアフラム１７は押し上げ方向に付勢され、これにより
弁棒１０が持ち上げ方向に付勢され、その結果、弁体９
が流出ポート１６を閉じる方向に付勢されることにな
る。

【００１５】バイメタル２８は低膨張合金よりなる薄板
材によって全体が皿ばね状に形成され、具体的には表面
側（ダイアフラム１７側）が熱膨張率が小さく、裏面側
（弁体９側）が熱膨張率が大きい金属で形成されてい
る。また、バイメタル２８は図２に示すように、中央部
に配されてロアスプリング２９の下端側を受承するリン
グ部３０と、このリング部３０と連結部３１を介して接
続された一対の脚部３２とからなっている。

【００１６】リング部３０には弁棒１０をその周囲に適
当な隙間を保有して遊挿可能な通し孔３３が形成される
とともに、リング部３０全体はその内周側（通し孔３３
の開口縁側）が高く、外周側へ向けて徐々に低くなるよ
うな曲面形状に形成されている。また、両連結部３１は
リング部３０の対称位置において共に径方向へ延びてい
る。さらに、連結部３１はリング部３０から同一の曲率
をもって連続し、さらに脚部３２へとそのままの曲率で
もって連続している。さらにまた、脚部３２はリング部
３０と連結部３１の両側へほぼ同じ長さ寸法をもって、
かつリング部３０と同心円をなすようにして周方向に延
びている。また、脚部３２も連結部３１と連続する位置
が最も高く、両端へ行くに連れて徐々に低くなるような
曲面形状をなしている。そして、脚部３２はハウジング
１２の底面から浮いた高さ位置において、ハウジング１
２の内壁面に突っ張るようにして取り付けられている。
このバイメタル２８は図６に示すように、使用が想定さ
れる温度域ではほぼリニアな特性が得られるものとなっ
ており、周辺温度が高くなると徐々に湾曲度が小さくな
って、ロアスプリング２９の下端位置を下方へ変位させ
るが、逆に周辺温度が低くなると徐々に湾曲度が大きく
なって、ロアスプリング２９の下端位置を上方へ変位さ
せるようになる。なお、本実施形態において、バイメタ
ル２８の圧延方向は図２における上下方向である。

【００１７】次に、上記のように構成された本実施形態
の作用効果を具体的に説明する。定電流回路２１からコ
イル１１に対し一定電流が供給されてコイル１１が励磁
されると、その起磁力によってプランジャ２３が下降
し、突軸部１０Ａを押圧する。これにより、ロアスプリ
ング２９のばね力に抗しながら弁棒１０を介して弁体９
が下降するため、流出ポート１６が開放する。その結
果、横孔３、流入ポート１４を介して調整室１５内に流
入したガスが流出ポート１６より出力され、一定のガス
圧を保持しつつ図示しないガス器具へと供給される。と
ころで、コイル１１への通電に伴ってコイル１１が発熱
すると、その近くに位置しているダイアフラム１７は熱
膨張する（硬度が低下して柔らかくなる）。このため、
ダイアフラム１７はロアスプリング２９のばね力を受け
て上向きに変位しやすくなる傾向となる。つまり、弁体
９が流出ポート１６を閉じる傾向となり、ガスの出力流
量を低下させる傾向となる。しかし、本実施形態では、
ダイアフラム１７が上向きに撓み易くなる分、ロアスプ
リング２９のばね力を減殺する方法を採ることとした。
すなわち、バイメタル２８が温度上昇によって全体とし
て下反り変形を生じる。具体的には、バイメタル２８は
図３及び図４に示すように、脚部３２からリング部３０
にかけての湾曲が水平状態に近づくように変形するた
め、ロアスプリング２９の下端を受承する高さ位置が低
くなる。したがって、この低下分だけロアスプリング２
９のばね力、つまりは弁体９に作用する流出ポート１６
を閉じる方向の力が減殺されることとなる。

【００１８】図５乃至図７は温度と流出ポート１６より
出力されたガスの圧力との関係を、実験データに基づい
て示すものであるが、ダイアフラム１７のみの影響を考
慮した場合は、温度の上昇に伴って流出ポート１６から
の出力ガス圧（以下、二次圧という）は図５に示すよう
なカーブを描いて徐々に低下してゆく。一方、バイメタ
ル２８のみの影響を考慮した場合は、温度の上昇に伴っ
て二次圧は図６に示すようなカーブを描いて次第に高ま
ってゆく。弁体９は、これらの特性が加算された補正特
性に基づいて動作するため、結果的には図７に示すよう
に、二次圧は温度変化にほぼ無関係に一定圧が保持され
ることが確かめられた。

【００１９】以上のように、実施形態１ではダイアフラ
ム１７の温度特性の変化をバイメタル２８を用いて補償
するようにしたため、温度が変化しても弁体９における
流出ポート１６の開口量を一定量に保持し、もってガス
の出力流量を一定に保持することができる。また、この
実施形態では脚部３２、連結部３１、リング部３０を湾
曲形成することで、それぞれがバイメタル２８を軸方向
へ変位させることに寄与するため、バイメタル２８の軸
方向の変位を大きく確保することができる。したがっ
て、補償可能な温度域を拡大することができる、という
効果を得ることができる。さらに、本実施形態では電磁
弁ユニットＵとして本体１側に組み付け可能な構成とし
たため、取り扱い性、組み付け性に優れたものとなる。

【００２０】−実施形態２− 図８は本発明の実施形態２に係るバイメタル２８Ａを示
すものであり、連結部３１Ａ及び脚部３２Ａをリング部
３０Ａから３箇所、等角度毎に放射方向に突出させたも
のである。他の構成は、実施形態１と同様であり、もっ
て同様の作用効果を発揮することができる。

【００２１】−実施形態３− 図９は本発明の実施形態３を示すものであるが、主要構
成部分は実施形態１とほぼ同様であるため、相違する箇
所を主に説明する。実施形態３ではバイメタル２８は調
整室１５内でなく、ダイアフラム１７の上側の空間に配
している。すなわち、ダイアフラム１７の上面側におい
て突軸部１０Ａには上反り状態となったバイメタル２８
が嵌合されている。但し、このバイメタル２８は周辺温
度の上昇に伴って徐々により上反り状況が増すように変
位する。また、バイメタル２８とホルダー８との間には
センタスプリング３４が介在されていて、バイメタル２
８を押し下げる方向、つまり弁体９に対し流出ポート１
６を開かせる方向に付勢している。また、バイメタル２
８を調整室１５から移動させたことに伴ってロアスプリ
ング２９は、円錐ばねに変更されている。

【００２２】他の構成は実施形態１と同様である。この
ように構成された実施形態３においても、温度上昇に伴
ってダイアフラム１７が柔らかくなると、弁体９が流出
ポート１６を閉じる方向、つまりガスの出力流量を低下
させる傾向となるが、バイメタル２８がより上反り形態
へと変形することで、センタースプリング３４はより圧
縮されてばね力を増加させ、弁棒１０、弁体９を押し下
げる方向の力を増強させる。つまり、出力流量を増加さ
せるよう作用して上記の出力流量の低下傾向をうち消す
ため、温度変化に拘わらず、流出ポート１６に対する弁
体９の開口度を安定させ、出力流量を一定に保持する。

【００２３】そして、この実施形態３では、実施形態１
と異なり、バイメタル２８をダイアフラム１７に近接し
て設けている。このため、バイメタル２８とダイアフラ
ム１７との間の温度差が殆どないため、温度補償を行い
やすい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１に係る電磁弁の断面図

【図２】バイメタルの平面図

【図３】図２のＡ−Ａ線断面図

【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図

【図５】ダイアフラムの特性図

【図６】バイメタルの特性図

【図７】バイメタルによって補正された状態の特性図

【図８】実施形態２に係るバイメタルの平面図

【図９】実施形態３に係る電磁弁の断面図

【符号の説明】

９…弁体 １０…弁棒 １１…コイル １２…ハウジング １４…流入ポート １６…流出ポート １７…ダイアフラム ２８…バイメタル ２９…ロアスプリング ３０…リング部 ３１…連結部 ３２…脚部 Ｕ…電磁弁ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 和明 愛知県丹羽郡大口町外坪５丁目98番地 タ イム技研株式会社内 Ｆターム(参考） 3H106 DA07 DA23 DB02 DB12 DB22 DB32 DC02 DC17 DD05 EE08 EE48 FB29 GA15 GA23 GB06 GC03 GC29 KK12

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流入ポートから流体が流入するハウジン
   グと、このハウジングの一部に開口した流出ポートを開
   閉可能な弁体と、この弁体に対し前記ポートを開閉する
   方向に変位させる電磁力発生手段と、前記弁体の弁棒に
   取り付けられ前記ハウジング内部と前記電磁力発生手段
   側とを区画するダイアフラムと、前記弁体と前記ダイア
   フラムとの間に弾装されて前記弁体が前記流出ポートを
   開放あるいは閉止する方向に付勢する弾性部材と、前記
   ダイアフラムの温度変化に伴う前記付勢力の変化を打ち
   消すように、前記弾性部材に作用する感熱変位素子とを
   備えてなることを特徴とする電磁弁。
2. 【請求項２】 前記感熱変位素子はバイメタルであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の電磁弁。
3. 【請求項３】 前記感熱変位素子は、感熱材よりなると
   ともに、前記弁体の弁棒に嵌合可能なリング部と、この
   リング部から径方向に突出する複数の連結部と、各連結
   部から周方向に沿って前記リング部と同心で延びる脚部
   とを備えてなり、また前記リング部は、内周側が高く外
   周側にかけて徐々に低くなるように湾曲して形成される
   とともに、このリング部から径方向に沿って前記連結部
   から前記脚部に至る範囲も前記リング部からの連続した
   湾曲形状となっており、さらに前記脚部は連結部との接
   続部分が高く、両端部にかけて徐々に低くなるような湾
   曲形状に形成されることにより、全体が軸方向に撓み変
   形可能となっていることを特徴とする請求項１または２
   記載の電磁弁。
4. 【請求項４】 リング部と、このリング部から径方向に
   突出する複数の連結部と、各連結部から周方向に沿って
   前記リング部と同心で延びる脚部とを備えた感熱材より
   なる感熱変位素子であって、 前記リング部は、内周側が高く外周側にかけて徐々に低
   くなるように湾曲して形成されるとともに、このリング
   部から径方向に沿って前記連結部から前記脚部に至る範
   囲も前記リング部からの連続した湾曲形状となってお
   り、さらに前記脚部は連結部との接続部分が高く、両端
   部にかけて徐々に低くなるような湾曲形状に形成される
   ことにより、全体が軸方向に撓み変形可能となっている
   ことを特徴とする感熱変位素子。