JP2004116616A

JP2004116616A - 流量制御弁

Info

Publication number: JP2004116616A
Application number: JP2002279048A
Authority: JP
Inventors: Toshinobu Inoue; 井上　寿宣
Original assignee: Takano Co Ltd
Current assignee: Takano Co Ltd
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2022-09-25
Also published as: JP3820207B2

Abstract

【課題】鳴きの発生を確実に防止して静音性を高めるとともに、制御の安定性及び正確性を高め、加えて容易かつ低コストによる実施を可能にする。
【解決手段】ソレノイド３及びこのソレノイド３の励磁により変位するプランジャ４を有する電磁駆動部２と、プランジャ４の一端４ｐに設けることにより流路Ｆを開閉する弁部５と、この弁部５を弾性支持するダイヤフラム６を備える流量制御弁１を構成するに際して、プランジャ４の他端４ｑを少なくとも当該プランジャ４の可動方向Ｄｍに対して直角方向Ｄｓへ付勢する付勢部材７を設ける。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス等の流体の流量を連続制御する流量制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ソレノイド及びこのソレノイドの励磁により変位するプランジャを有する電磁駆動部と、プランジャの一端に設けることにより流路を開閉する弁部と、この弁部を弾性支持するダイヤフラムを備え、ソレノイドに印加する励磁電圧を可変して、流体の流量を連続制御できるようにした流量制御弁（比例電磁弁）は、例えば、特開平７−１５８７６２号公報で知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１５８７６２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の流量制御弁に備える弁部は、ダイヤフラム（板バネ部材）により弾性支持され、ソレノイドによる吸引力，バネ定数，流体圧の三要素が微妙なバランスを保ちつつ開閉されるため、特に、ノーマルオープンタイプ（非通電時に全開）の流量制御弁では、流体の流れにより僅かな振動が発生しても共振により増幅され、いわゆる鳴き（異音）を生じるとともに、これに伴う悪影響、即ち、制御の安定性及び正確性が損なわれる問題があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の技術に存在する課題を解決したものであり、鳴きの発生を確実に防止して静音性を高めるとともに、制御の安定性及び正確性を高め、加えて容易かつ低コストに実施できるようにした流量制御弁の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
本発明は、ソレノイド３及びこのソレノイド３の励磁により変位するプランジャ４を有する電磁駆動部２と、プランジャ４の一端４ｐに設けることにより流路Ｆを開閉する弁部５と、この弁部５を弾性支持するダイヤフラム６を備える流量制御弁１を構成するに際して、プランジャ４の他端４ｑを少なくとも当該プランジャ４の可動方向Ｄｍに対して直角方向Ｄｓへ付勢する付勢部材７を設けたことを特徴とする。
【０００７】
この場合、好適な実施の形態により、電磁駆動部２は、ソレノイド３の外部に設けたアウタヨーク１１と内部に設けたインナヨーク１２を備えて構成し、このインナヨーク１２に、プランジャ４に対向するガイド凹部１３を形成するとともに、プランジャ４に、ガイド凹部１３に挿入するガイド凸部１４を形成し、このガイド凸部１４の端面１４ｓとガイド凹部１３の内周面１３ｆ間に付勢部材７を配設することができる。また、付勢部材７は、渦巻バネにおける曲率の小さい外端部１５ｏの中心１５ｏｓを曲率の大きい内端部１５ｉの中心１５ｉｓに対して所定距離Ｌｏ偏心させた形状を有する偏心バネ１５を使用し、この偏心バネ１５における内端部１５ｉをガイド凸部１４の端面１４ｓに固定するとともに、外端部１５ｏをガイド凹部１３の内周面１３ｆに圧接させることができる。特に、偏心バネ１５は、外端部１５ｏを内端部１５ｉに対して軸方向に所定距離Ｌｓ離間させ、外端部１５ｏを、ガイド凹部１３の内周面１３ｆに圧接させると同時にガイド凹部１３の端面部１３ｓに圧接させることが望ましい。一方、ガイド凸部１４の外周面１４ｆには、ガイド凹部１３の内周面１３ｆに摺接するスリーブ１６、望ましくはポリテトラフルオロエチレンにより形成したスリーブ１６を装着することができる。
【０００８】
【実施例】
次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【０００９】
まず、本実施例に係る流量制御弁１の構成について、図１〜図４を参照して説明する。
【００１０】
例示の流量制御弁１は、ノーマルオープンタイプであり、図１及び図４に示すように、基本的な構成として電磁駆動部２と弁部５を備える。電磁駆動部２は、磁性材で形成した細長い長方形プレートをコの字形に折曲したアウタヨーク本体部１１ｍを備え、このアウタヨーク本体部１１ｍの内側に、コイルボビン２１にワイヤＷを巻回して構成したソレノイド３を収容する。そして、コイルボビン２１の一端面２１ｓ側から、コイルボビン２１の内部に、磁性材で形成したインナヨーク１２を挿入するとともに、アウタヨーク本体部１１ｍの開放側は、磁性材で形成したアウタヨーク連結部１１ｃにより連結する。アウタヨーク本体部１１ｍとアウタヨーク連結部１１ｃはアウタヨーク１１を構成する。また、インナヨーク１２には、内端に軸方向へ刳り貫いた断面円形のガイド凹部１３を形成するとともに、他端（外端）は固定ネジ２２によりアウタヨーク連結部１１ｃの内面に固定する。なお、２３，２４は、コイルボビン２１の両側に配したセパレータである。
【００１１】
さらに、コイルボビン２１の他端面２１ｔ側におけるセパレータ２４に対向するアウタヨーク本体部１１ｍには開孔部２５を形成し、非磁性のステンレス材により形成したガイドケース２６を挿入する。このガイドケース２６は、アウタヨーク本体部１１ｍから外方に突出するアウタケース部２６ｏと、開孔部２５を通してコイルボビン２１の内部に挿入するインナケース部２６ｉからなり、このインナケース部２６ｉの先端側は、インナヨーク１２の外周面に嵌合させる。
【００１２】
一方、ガイドケース２６の内部には、磁性材で形成したプランジャ４をスライド自在に収容するとともに、プランジャ４の一端４ｐに対向する磁性材で形成したシャフトガイド２７を収容する。また、プランジャ４の他端４ｑには、ガイド凹部１３に挿入する断面円形のガイド凸部１４を形成するとともに、このガイド凸部１４の外周面１４ｆには、ガイド凹部１３の内周面１３ｆに摺接するリング状のスリーブ１６を装着する。スリーブ１６の装着に際しては、図２に示すように、ガイド凸部１４の端面１４ｓ側の外周面１４ｆを小径に形成し、この小径部位にスリーブ１６を嵌込むとともに、ストッパリング１７を螺着してスリーブ１６を固定する。スリーブ１６の形成素材は、ガイド凹部１３とガイド凸部１４（スリーブ１６）間に適度の摩擦係数を確保し、かつ耐久性の良好な素材を選定する。実施例は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いた。このＰＴＦＥは、良好な摩擦係数が確保され、かつ使用する流体（ガス）に対しても高い耐久性が得られる。
【００１３】
ところで、スリーブ１６を装着することにより、可動部材であるプランジャ４の振動が抑制され、流体（ガス）流通時の鳴き（異音）も低減される。しかし、摩擦係数の大きさと発生する鳴きの大きさは、相反する関係にあり、摩擦係数が大きくなれば、より鳴きの発生は抑制される反面、ヒステリシスの増加により制御性が低下するとともに、他方、摩擦係数が小さくなれば、制御性は良好に維持される反面、鳴きの発生は大きくなる。このため、現状では、制御性の良好な摩擦係数を設定した場合、鳴きの発生を確実に防止できないとともに、鳴きの発生を確実に防止するには、制御性を犠牲にせざるを得ない問題があった。
【００１４】
そこで、プランジャ４の他端４ｑに位置するガイド凸部１４の端面１４ｓとガイド凹部１３の内周面１３ｆ間に、付勢部材７を配設することによりこの問題を解決した。付勢部材７は、図２及び図３に示すように、渦巻バネにおける曲率の大きい内端部１５ｉと曲率の小さい外端部１５ｏを軸方向に所定距離Ｌｓ離間させ、かつ外端部１５ｏの中心１５ｏｓを内端部１５ｉの中心１５ｉｓに対して所定距離Ｌｏ偏心させた形状を有する偏心バネ１５を使用する。この偏心バネ１５は、バネ性を有する円形断面のステンレス線材により形成できる。そして、偏心バネ１５は、内端部１５ｉをガイド凸部１４の端面１４ｓの中心に固定するとともに、外端部１５ｏは、ガイド凹部１３の内周面１３ｆに圧接させると同時にガイド凹部１３の端面部１３ｓに圧接させる。この場合、内端部１５ｉを端面１４ｓに固定するには、端面１４ｓの中心に設けた孔部に固定ピン１８を圧入し、この固定ピン１８と端面１４ｓ間に挟んで固定する。
【００１５】
これにより、プランジャ４の他端４ｑは、偏心バネ１５（付勢部材７）によって、少なくともプランジャ４の可動方向Ｄｍに対して直角方向Ｄｓへ付勢されることになり、ガイド凸部１４には常に一定の予圧が付与される。この結果、ガイド凹部１３とガイド凸部１４（スリーブ１６）間には、適度の摩擦係数が安定した状態で維持され、同時に鳴きの発生も確実に防止される。なお、偏心バネ１５の外端部１５ｏは、ガイド凹部１３の内周面１３ｆに圧接させると同時にガイド凹部１３の端面部１３ｓにも圧接させるため、ガイド凹部１３の内周面１３ｆに対する偏心バネ１５の摺接が回避され、偏心バネ１５は安定した状態で保持される。
【００１６】
なお、ソレノイド３は、当該ソレノイド３を励磁（通電）する通電部４０に接続するとともに、この通電部４０はソレノイド３に印加する励磁電圧を可変する制御部４１に接続する。以上により、電磁駆動部２が構成される。
【００１７】
他方、弁部５はプランジャ４に対して一体に設ける。このため、上述したプランジャ４及びシャフトガイド２７は、弁部５を装着した状態でガイドケース２６に収容する。弁部５は、非磁性材で形成したシャフト２８と、このシャフト２８の先端を大径化し、この先端面に円盤形の弁部材２９を埋設した弁本体部３０を一体に有する。また、弁部５には、プランジャ４の変位位置に対応して異なるバネ定数となる複数のダイヤフラムメンバ（板バネ部材）６ａ，６ｂを組合わせたダイヤフラム６を装着する。装着に際しては、シャフト２８の後端側を、ダイヤフラムメンバ６ａの中心孔及びダイヤフラムメンバ６ｂの中心孔に対して順番に通し、この後、シャフト２８の外周面に形成したネジ部に、係合ナット３３を螺着する。これにより、一のダイヤフラムメンバ６ａの中心側が、弁本体部３０の背面と係合ナット３３間に挟まれて固定されるとともに、他のダイヤフラムメンバ６ｂの中心側は、弁本体部３０と係合ナット３３間に遊びを有する状態で装着され、このダイヤフラムメンバ６ａと６ｂによりダイヤフラム６が構成される。なお、係合ナット３３は、図６に示すように、プランジャ４の変位位置に対応してダイヤフラムメンバ６ｂに係止可能な段差係止部３３ｓを有する。
【００１８】
一方、弁部５を、プランジャ４に固定するに際しては、まず、シャフト２８を、後端側からシャフトガイド２７の中心に形成した貫通孔、さらにはプランジャ４の中心に形成した貫通孔へ順番に挿入する。そして、プランジャ４に挿通したシャフト２８に対し、プランジャ４の外周面から螺着した固定ネジ３４により固定する。なお、シャフト２８は、シャフトガイド２７に対してスライド自在となる。この後、プランジャ４及びシャフトガイド２７をガイドケース２６の内部に収容する。この際、シャフトガイド２７に形成した段差が、ガイドケース２６の内面に形成した段差に係止することにより、シャフトガイド２７の収容位置が規制される。これにより、シャフト２８は、プランジャ４から軸方向に突出し、シャフトガイド２７を貫通してアウタヨーク本体部１１ｍから突出したガイドケース２６の内部に臨むとともに、シャフトガイド２７は、コイルボビン２１の他端面２１ｔ付近に配される。
【００１９】
また、ガイドケース２６（アウタケース部２６ｏ）の内部には、図６に示すように、カラー３５を挿入し、このカラー３５とシャフトガイド２７間に、ダイヤフラムメンバ６ａと６ｂの周縁側を挟むとともに、さらに、ガイドケース２６の内周面に、オリフィス３６を螺着してカラー３５，シャフトガイド２７及びダイヤフラムメンバ６ａ，６ｂの周縁側を固定する。この場合、オリフィス３６は、中心に、弁本体部３０に対向する流入口Ｒｉを有するとともに、この流入口Ｒｉの周りに周方向に一定間隔置きに形成した六つの流出口Ｒｏ…を有する。これにより、流入口Ｒｉから弁本体部３０が収容される弁室Ｒｆを通って流出口Ｒｏ…に至る流路Ｆが構成される。
【００２０】
次に、本実施例に係る流量制御弁１の動作について、図１〜図７を参照して説明する。
【００２１】
まず、非通電時には、ソレノイド３は励磁されないため、弁部５の位置は、ダイヤフラム６によって規制される。即ち、図６に示すように、ダイヤフラムメンバ６ａ，６ｂは中立位置にあるため、弁部５は上昇した開位置となる。したがって、図１に示すように、流体（ガス）を、白抜矢印Ｇｉの方向から流入口Ｒｉに供給すれば、流体は流路Ｆを通り、流出口Ｒｏ…から白抜矢印Ｇｏの方向に流出する。
【００２２】
一方、制御部４１により通電部４０を制御し、ソレノイド３に所定の励磁電圧を印加すれば、ソレノイド３から磁束が発生する。この磁束は、シャフトガイド２７とプランジャ４間では軸方向に通過するとともに、インナヨーク１２とプランジャ４間では、ガイド凹部１３とガイド凸部１４の存在により径方向（放射方向）に通過する。したがって、軸方向におけるインナヨーク１２とプランジャ４間には、ほとんど吸引力が発生しないのに対し、軸方向におけるシャフトガイド２７とプランジャ４間には、吸引力が発生する。この結果、変位自在のプランジャ４は、固定されたシャフトガイド２７に吸引されるため、図１中、下方へ変位する。
【００２３】
この場合、弁部５は、プランジャ４の変位位置に対応して異なるバネ定数となる複数のダイヤフラムメンバ６ａ，６ｂを組合わせたダイヤフラム６により弾性支持されるため、例示するノーマルオープンタイプの流量制御弁１の場合には、ソレノイド３に印加する励磁電圧を、０〔Ｖ〕から徐々に上昇させることにより、一のダイヤフラムメンバ６ａにより支持される弁部５は、最初に、ダイヤフラムメンバ６ａのみのバネ定数に基づく弾性に抗して下方へ変位する。この結果、弁部５による開度が徐々に小さくなり、流量は緩やかに減少する。そして、弁部５が、ダイヤフラムメンバ６ａのみでは流量の変化率が急激に大きくなる位置、即ち、図５のＸｃ点に対応する予め設定した所定位置に達すれば、図７に示すように、係合ナット３３の段差係止部３３ｓがダイヤフラムメンバ６ｂの中心側に係止し、弁部５は、ダイヤフラムメンバ６ａと６ｂを組合わせたバネ定数に基づく弾性に抗して変位する。この結果、急激に流量の変化率が大きくなる不具合が回避され、流量の変化率が緩やかな状態で流量を０（閉位置）まで変化させることが可能となる。このときの励磁電圧対流量特性Ｐｏを図５に実線で示す。よって、全制御範囲において、高精度の流量制御、さらには安定性及び信頼性の高い流量制御を行うことができる。なお、同図中、点線で示すＰｒは、単一のダイヤフラムメンバ６ａのみを用いた場合の励磁電圧対流量特性である。
【００２４】
また、プランジャ４は、ダイヤフラム６により弾性支持されるため、流体（ガス）流通時には、いわゆる鳴き（異音）を生じやすいが、プランジャ４に、スリーブ１６を装着するとともに、さらに、偏心バネ１５（付勢部材７）を設けたため、プランジャ４は、少なくとも可動方向Ｄｍに対して直角方向Ｄｓへ付勢される。この結果、ガイド凸部１４（プランジャ４）には常に一定の予圧が付与され、鳴きの発生が確実に防止されることにより静音性が高められる。しかも、ガイド凹部１３とガイド凸部１４（スリーブ１６）間には、適度の摩擦係数が安定した状態で維持されるため、鳴きの発生が防止されることと合わせ、制御の安定性及び正確性が飛躍的に高められる。加えて、少ない部品点数により、組立性の低下を招くことなく、容易かつ低コストに実施可能となる。
【００２５】
以上、実施例について詳細に説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、細部の構成，形状，材料，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更，追加，削除することができる。例えば、偏心バネ１５は、外端部１５ｏを内端部１５ｉに対して軸方向に所定距離Ｌｓ離間させ、外端部１５ｏを、ガイド凹部１３の内周面１３ｆに圧接させると同時にガイド凹部１３の端面部１３ｓに圧接させる場合を示したが、所定距離Ｌｓ離間させることなく、外端部１５ｏを、ガイド凹部１３の内周面１３ｆにのみ圧接させてもよい。なお、インナヨーク１２にガイド凹部１３を設け、プランジャ４にガイド凸部１４を設けた場合を示したが、インナヨーク１２にガイド凸部１４を設け、プランジャ４にガイド凹部１３を設けても同様に実施可能である。さらに、付勢部材７として、偏心バネ１５を使用した場合を示したが、プランジャ４の他端４ｑを少なくとも可動方向Ｄｍに対して直角方向Ｄｓへ付勢する機能を有する他の付勢部材に変更可能である。一方、ガイド凸部１４の外周面１４ｆにスリーブ１６を装着した場合を示したが、スリーブ１６を装着しない場合を排除するものではない。また、実施例は、ノーマルオープンタイプの流量制御弁１を例示したが、ノーマルクローズタイプ（非通電時に全閉）にも同様に適用できる。
【００２６】
【発明の効果】
このように、本発明に係る流量制御弁は、ソレノイド及びこのソレノイドの励磁により変位するプランジャを有する電磁駆動部と、プランジャの一端に設けることにより流路を開閉する弁部と、この弁部を弾性支持するダイヤフラムを備える流量制御弁において、プランジャの他端を少なくとも当該プランジャの可動方向に対して直角方向へ付勢する付勢部材を設けたため、次のような顕著な効果を奏する。
【００２７】
（１）　プランジャには常に一定の予圧が付与されるため、いわゆる鳴きの発生を確実に防止して静音性を高めることができる。
【００２８】
（２）　プランジャに対する適度の摩擦係数が安定した状態で維持されるため、鳴きの発生が防止されることと合わせ、制御の安定性及び正確性を飛躍的に高めることができる。
【００２９】
（３）　少ない部品点数により、組立性の低下を招くことなく、容易かつ低コストに実施することができる。
【００３０】
（４）　好適な実施の形態によりプランジャ（ガイド凸部）にスリーブを装着すれば、鳴きの発生防止効果をより高めることができるとともに、制御の安定性及び正確性をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例に係る流量制御弁の縦断側面図、
【図２】同流量制御弁における付勢部材の配設状態を示す正面図、
【図３】同流量制御弁に付勢部材の配設状態を示す平面図、
【図４】図１中Ａ−Ａ線における半断面を含む底面図、
【図５】同流量制御弁の励磁電圧対流量特性図、
【図６】同流量制御弁に備える弁部の開位置を示す縦断側面図、
【図７】同流量制御弁に備える弁部の閉位置を示す縦断側面図、
【符号の説明】
１　　　流量制御弁
２　　　電磁駆動部
３　　　ソレノイド
４　　　プランジャ
４ｐ　　プランジャの一端
４ｑ　　プランジャの他端
５　　　弁部
６　　　ダイヤフラム
７　　　付勢部材
１１　　アウタヨーク
１２　　インナヨーク
１３　　ガイド凹部
１３ｆ　ガイド凹部の内周面
１３ｓ　ガイド凹部の端面部
１４　　ガイド凸部
１４ｓ　ガイド凸部の端面
１４ｆ　ガイド凸部の外周面
１５　　偏心バネ
１５ｉ　偏心バネの内端部
１５ｉｓ　内端部の中心
１５ｏ　偏心バネの外端部
１５ｏｓ　外端部の中心
１６　　スリーブ
Ｆ　　　流路
Ｄｍ　　プランジャの可動方向
Ｄｓ　　可動方向に対して直角方向
Ｌｓ　　所定距離
Ｌｏ　　所定距離

Claims

ソレノイド及びこのソレノイドの励磁により変位するプランジャを有する電磁駆動部と、前記プランジャの一端に設けることにより流路を開閉する弁部と、この弁部を弾性支持するダイヤフラムを備える流量制御弁において、前記プランジャの他端を少なくとも当該プランジャの可動方向に対して直角方向へ付勢する付勢部材を設けたことを特徴とする流量制御弁。
前記電磁駆動部は、前記ソレノイドの外部に設けたアウタヨークと内部に設けたインナヨークを備え、このインナヨークに、前記プランジャに対向するガイド凹部を形成するとともに、前記プランジャに、前記ガイド凹部に挿入するガイド凸部を形成し、このガイド凸部の端面と前記ガイド凹部の内周面間に前記付勢部材を配設することを特徴とする請求項１記載の流量制御弁。
前記付勢部材は、渦巻バネにおける曲率の小さい外端部の中心を曲率の大きい内端部の中心に対して所定距離偏心させた形状を有する偏心バネを使用し、この偏心バネにおける前記内端部を前記ガイド凸部の端面に固定するとともに、前記外端部を前記ガイド凹部の内周面に圧接させることを特徴とする請求項２記載の流量制御弁。
前記偏心バネは、前記外端部を前記内端部に対して軸方向に所定距離離間させ、前記外端部を、前記ガイド凹部の内周面に圧接させると同時に前記ガイド凹部の端面部に圧接させることを特徴とする請求項３記載の流量制御弁。
前記ガイド凸部の外周面には、前記ガイド凹部の内周面に摺接するスリーブを装着することを特徴とする請求項２記載の流量制御弁。
前記スリーブは、ポリテトラフルオロエチレンにより形成することを特徴とする請求項５記載の流量制御弁。