JP2004162806A

JP2004162806A - ダイヤフラム型電磁駆動弁

Info

Publication number: JP2004162806A
Application number: JP2002329370A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Omichi; 邦彦大道
Original assignee: Fujikin Inc
Current assignee: Fujikin Inc
Priority date: 2002-11-13
Filing date: 2002-11-13
Publication date: 2004-06-10

Abstract

【課題】流体圧力の増加に比例して流体流量を直線的に増加させることができ、しかも高耐久性と流体の清浄性を保持できる電磁駆動弁を開発する。
【解決手段】本発明に係るダイヤフラム型電磁駆動弁２は、流体を弁室２９に流入させる入口孔６ａと、流体を弁室２９から流出させる出口孔１０ａと、入口孔６ａと出口孔１０ａが共に開口する弁室２９を外部から液密又は気密に画成するダイヤフラム３２と、出口孔１０ａ又は入口孔６ａの周囲に形成された弁座２７と、この弁座２７に対しダイヤフラム３２が着離して流体を断続制御するダイヤフラム型駆動弁において、ダイヤフラム３２に磁気力を作用させる電磁石装置３を弁室外に配置し、電磁石装置３の励磁と消磁によりダイヤフラム３２を弁座２７に対し着離させることを特徴とする。流体が弁室２９に流入すると流体圧によりダイヤフラム３２が更に開くため、弁開時の流体制御の線形性を発現でき、電磁石装置３が流体と接触しないから高耐久性と流体の清浄性を確保できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば自動販売機等で使用される冷媒液等の流体を断続制御するダイヤフラム型駆動弁に関し、更に詳細には、入口孔から弁室を介して出口孔に流体を流通制御する場合に、電磁石装置の励磁と消磁を通してダイヤフラムを開閉制御して、電力消費量を低減させると同時に弁開時における入口側流体圧力と流体流量の直線性を確保し、耐久性の向上と流体の清浄性を保持できるダイヤフラム型電磁駆動弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種飲料の自動販売機は２４時間連続運転しながら飲料ボトルを需要者に提供するため、照明や冷媒制御用に消費される電力は過剰になりがちである。自動販売機の総数は年々増大しているから、１台あたりの電力消費量を少しでも低減できれば、電力の省エネルギー化に貢献することができる。
【０００３】
そこで、冷媒制御に消費される電力を低減させるために、弁装置全体の容積を低減させ、しかも開閉制御の機構を簡素化する技術開発が行なわれている。その一つとして特開２００１−２７３５０に示されるリード型電磁駆動弁が開示されている。
【０００４】
図７はこの従来のリード型電磁駆動弁の非通電時における流体遮断状態の断面図である。強磁性材料で形成されたケーシング１０２の中は弁チャンバ（弁室）Ｃとなっており、この弁チャンバＣの中には中央支持部１２１に巻回されたコイル１０１が配置されている。コイル１０１には通電用の電極端子Ｔ、Ｔが接続されている。
【０００５】
ケーシング１０２には大径の入口通路１０３と小径の出口通路１０４が穿設されており、出口通路１０４の内端は弁チャンバＣに連通する出口孔１４１となっている。この出口孔１４１を閉鎖するように配置されたリード１０７は弾性板状の金属片で形成されている。
【０００６】
リード１０７の一端（固定部）はボルト１０８により弁座表面１０９に固定され、リード１０７の他端（自由端）には強磁性材料から形成されたピストン１０６が固定され、このピストン１０６は凹状のシリンダ１０５の中を出入自在に配置されている。
【０００７】
図８は従来のリード型電磁駆動弁の通電時における流体流通状態の断面図である。前記電極端子Ｔ、Ｔに電圧を印加してコイル１０１に電流を流すと、中央支持部１２１及びケーシング１０２の中を矢印方向に磁束が流れ、中央支持部１２１の吸引端１２１ａは電磁石の磁極となる。
【０００８】
強磁性金属からなるピストン１０６は電磁石の前記吸引端１２１ａに電磁吸引され、シリンダ１０５の中を吸引端１２１ａに接触する位置まで移動する。その結果、リード１０７と出口孔１４１の間に流体流通用の隙間が形成されて、電磁弁は開放される。
【０００９】
流体は入口通路１０３から矢印ＩＮ方向に流入し、前記隙間から出口孔１４１へと流通して出口通路１０４から矢印ＯＵＴ方向に流出してゆく。つまり、このリード型電磁駆動弁は非通電状態ではリード１０７の弾性力により出口孔１４１を密着閉鎖して流体を遮断し、通電状態ではリード１０７を電磁吸引して出口孔１４１を開放し流体を流通させる開閉作用を奏する。
【００１０】
このリード型電磁駆動弁は電磁石の励磁（オン）と消磁（オフ）によりリード１０７を開閉制御するから、リード１０７のサイズを小さく設計することにより小電力で流体を断続制御できる利点がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来のリード型電磁駆動弁は次のような弱点を有している。リード１０７は金属片から形成された弾性板をボルト１０８により固定した片持ち梁であり、ボルト１０８を支点として湾曲することにより隙間が形成される。
【００１２】
吸引端１２１ａを電磁吸引できるように吸引端１２１ａとリード１０７の間隔は小さく設計されており、しかもリード１０７は等しい厚みを有した金属弾性板であるから本来湾曲し難い性質を有している。従って、通電時に出口孔１４１の近傍に形成される隙間は容積的に極めて小さい。
【００１３】
通電によってこの小さな隙間が形成されると、流体はこの隙間に流入して弁は開放され流通状態となる。しかし、流体はリード１０７の上面にある大きな空間、即ち電磁石側にも流入し、この流体圧によりリード１０７の上面が押圧され、流通状態にある出口孔１４１を同時に閉鎖しようとする作用も働いている。つまり完全な流通状態が保証されないと考えられる。
【００１４】
図９は従来のリード型電磁駆動弁による流体流量と入口側流体圧力の関係図である。リード１０７が完全に理想的に開放されていれば、流体圧力Ｐを増加させてゆくとそれに比例して流体流量Ｑは直線的に増加すると考えられる。この理想直線（Ｉｄｅａｌ）は想像線で画かれている。
【００１５】
このリード型電磁駆動弁を用いて実際に流体制御を行なった。流体圧力ＰをＭＰａ単位で増加させながら流通する流体流量ＱをＬＰＭ単位（リットル毎分）で測定したところ、実線で示される曲線が得られた。
【００１６】
流体の圧力Ｐが小さい領域では、流量Ｑは圧力Ｐに比例して増加している。ところが、圧力Ｐが大きくなるに従って、流量Ｑが理想直線よりかなり小さくなり、圧力Ｐが大きな領域では期待される直線特性は全く得られないことが分った。
【００１７】
この理由は、前述したように、圧力が大きくなると、流体が出口孔１４１の小さな隙間に流入するだけでなく、大量の流体がリード１０７の上側に流入し、リード１０７の上下面の圧力差により出口孔１４１を閉鎖方向に移動させる傾向を有することに起因している。
【００１８】
更に、従来のリード型電磁駆動弁の欠点は、コイル１０１や中央支持部１２１が弁チャンバＣの中に配置されていることである。この弁チャンバＣには流体が流入するから、清浄であるべき流体がコイル１０１や中央支持部１２１と常時接触することになる。
【００１９】
この接触過程でコイルが流体によって腐食されると、コイルの材料成分が流体中に溶解し、清浄であるべき流体中に不純物が混入するため、冷媒などの流体の安定動作が低下する。しかも通電作用によってコイルの腐食が急速に進行し、リード型電磁駆動弁の耐久性も急速に低下する。
【００２０】
本発明は、弁体をリードからダイヤフラムに変更し、このダイヤフラムを磁気駆動することによって、流体の断続制御を確実に行なうだけでなく、流体圧力の増加に比例して流体流量を直線的に増加させることができ、しかも高耐久性を保証しながら流体の清浄性を保持できる電磁駆動弁を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るダイヤフラム型電磁駆動弁は上記課題を達成するためになされたものであり、第１の発明は、流体を弁室に流入させる入口孔と、流体を弁室から流出させる出口孔と、入口孔と出口孔が共に開口する弁室を外部から隔離的に画成する板弾性を有するダイヤフラムと、出口孔又は入口孔の周囲に形成された弁座と、この弁座に対しダイヤフラムが着離して流体の流れを断続制御するダイヤフラム型駆動弁を構造的に採用し、ダイヤフラムに対し磁気力を作用させるように電磁石装置を配置し、ダイヤフラムが離座したときに形成される隙間が流体圧により拡張される構成にすることにより、流体圧力の増加に対し流体流量の比例的増加を確保し、また電磁石装置を弁室外に配置して電磁石装置が流体と接触しないようにして、装置の高耐久性を保証しながら流体の清浄性を保証することを可能にする。
【００２２】
第２の発明は、ダイヤフラムに強磁性材料からなるヘッドを固着させ、このヘッドを電磁石装置により磁気吸引してダイヤフラムに磁気力を作用させる構成とし、電磁石装置からの磁力を強力に作用させてダイヤフラムの開閉を確実にするものである。
【００２３】
第３の発明は、消磁状態ではダイヤフラムの板弾性によりダイヤフラムが自発的に弁座に着座して流体の流れを遮断し、励磁状態では磁気力によりダイヤフラムが弁座から離座して流体を出口孔から流出させる構成とするから、省エネルギータイプのダイヤフラム型電磁駆動弁を提供するものである。
【００２４】
第４の発明は、ダイヤフラムに永久磁石からなるヘッドを固着させ、このヘッドを電磁石装置により磁気吸引又は磁気反発させてダイヤフラムに磁気力を作用させる構成とするから、電磁石と永久磁石の間に発生する大きな磁力によりダイヤフラムの開閉をより確実にするダイヤフラム型電磁駆動弁を提供するものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るダイヤフラム型電磁駆動弁の実施形態を添付する図面に従って詳細に説明する。
【００２６】
図１は本発明に係るダイヤフラム型電磁駆動弁の第１実施形態における流通状態の断面図である。ダイヤフラム型電磁駆動弁２は電磁石装置３と弁本体４から構成される。弁本体４には、大径の入口孔６ａを有する入口通路６が形成され、この入口通路６にはフィルタ作用をするストレーナ９を介して供給管８が配管されている。また、弁本体４には小径の出口孔１０ａを有する出口通路１０が形成され、この出口通路１０には送出管１２が配管されている。
【００２７】
弁本体４の右端には逆Ｌ字型のヨーク１４がボルト１６、１６により固定されている。このヨーク１４には強磁性材料から形成された軸１８がボルト２０により固定され、軸１８の下端は電磁石装置３の吸引端１８ａとなっている。上部フランジ２２ａと下部フランジ２２ｂを有するコイルケース２２にはコイル２４が巻回され、このコイルケース２２は軸１８に外嵌されて、吸引端１８ａとヨーク１４の間に固定配置されている。下部フランジ２２ｂには保持体２６が垂下固定され、保持筒２６の中には弾性体２８が上下に伸縮できるように内装されている。
【００２８】
弁本体４の上方には内側に段部３０ａを有した環状突起３０が突設されており、段部３０ａの上にはダイヤフラム３２が載置されている。ダイヤフラム３２の周縁上部には環状の押えリング３４が配置され、その上に筒状のボンネット３６が内嵌されている。
【００２９】
このボンネット３６の上部外周には突起３６ａが突設され、この突起３６ａに係合したボンネットナット３８により外側から締付固定される。即ち、前記環状突起３０の外周面とボンネットナット３８の内周面にはネジが形成され、両者の螺合によりボンネットナット３８を締め付けると、ボンネットナット３８により突起３６ａが下方に押圧され、ダイヤフラム３２の周縁が前記押えリング３４により確実に固定される。
【００３０】
ダイヤフラム３２はステンレスなどの弾性を有した強磁性材料から形成されるから、それ自体で電磁石装置３により電磁吸引される性質を有する。この実施形態では、電磁吸引力を強くするために、ダイヤフラム３２の上面に強磁性材料から形成されたヘッド４０を固着する。固着方法はダイヤフラム３２と一体に強磁性材料から成形してもよいし、接着剤や融着・電着など有効な種々の手段で固定される。
【００３１】
このヘッド４０の上部には板状のヘッドプレート４０ａが形成されており、このヘッドプレート４０ａに前述した弾性体２８の下端が当接するように配置されている。つまり、ヘッドプレート４０ａは弾性体２８により常に下方に押圧付勢されている。
【００３２】
前記出口孔１０ａの上側開口部の周りには環状の弁座２７が設けられ、弁座の内部空間は弁室２９になっている。非通電時には電磁石装置３は消磁状態にあり、ダイヤフラム３２は弾性体２８の弾性力によって下方に押圧され、ダイヤフラム３２が環状の弁座２７に着座して流体は遮断状態にある。
【００３３】
コイル２４に電流を流して通電すると、電磁石装置３は励磁され、軸１８の吸引端１８ａが電磁石の磁極となる。この磁力により強磁性材料から形成されたヘッド４０は磁気吸引され、ダイヤフラム３２は上方に吊り上げられて、ダイヤフラム３２は弁座２７から離座して大きな隙間４４が開いて電磁弁は開放状態になる。
【００３４】
このとき、供給管８から矢印ＩＮ方向に流体が流入し、ストレーナ９により不純物が除去された後、入口通路６から入口孔６ａを介して矢印ａ方向に流体が流入する。この流体は離間形成された隙間４４を通して弁室２９に流れ込み、出口孔１０ａから出口通路１０へと矢印ｂ方向に流出してゆく。更に、流体は送出管１２から矢印ＯＵＴ方向に送出される。
【００３５】
隙間４４から流体が弁室２９に流入すると、この流体の流体圧によりダイヤフラム３２は上方へと押圧され、隙間４４を更に大きくするようにして流通状態が確保される。
【００３６】
従来のリード型電磁駆動弁では、リードが開放されて流通状態になっても、逆に流体圧によりリードが閉鎖方向に移動するのと全く対照的な相違点を有する。ダイヤフラム型電磁駆動弁では流体圧が電磁吸引力と同一方向に作用するため、流体圧がダイヤフラムを開放して流通状態を強化する方向に働くので、入口側の流体圧力を増大させるとそれに直線的に比例して流体流量が調節できる利点を有している。
【００３７】
図２は本発明に係るダイヤフラム型電磁駆動弁の遮断状態の断面図である。コイル２４に電流が流れない場合には電磁石装置３は消磁され、吸引端１８ａの磁極は消失する。その結果、ダイヤフラム３２はその材料自体が有する弾性復帰力と弾性体２８の弾性力により押下され、ダイヤフラム３２が弁座２７に着座して、ダイヤフラム型電磁駆動弁２は閉鎖状態となって流体の流れを遮断する。
【００３８】
図３は第１実施形態のダイヤフラム型電磁駆動弁による流体流量Ｑと流体圧力Ｐの関係図である。流体の入口側圧力Ｐを変化させた場合に出口孔１０ａを通過する流体の流量Ｑが測定された。●は実測点を示し、流体流量Ｑと流体圧力Ｐとが線形関係にあることが分り、本発明が目的とする効果を発揮することが確認された。
【００３９】
また、本発明では、電磁石装置３を弁室２９の外側に配置したから、流体が電磁石装置３と接触することがなく、電磁石装置３が流体を原因として腐食することが無く、高耐久性を有すること保証される。また、非接触であるので流体中に不純物が混入することもないから、流体の清浄性を保持することができる。
【００４０】
図４は第１実施形態の弁座の変形例を示す遮断状態の断面図である。弁座２７は内部に空間を有しない凸状部に形成され、その頂点に開口を有するように出口孔１０ａが形成されている。電磁石装置３が消磁状態では、ダイヤフラム３２は出口孔１０ａの開口を閉鎖し、流体は遮断状態になる。このとき、弁室２９は入口孔６ａが開口した位置に形成される。その他は図２と同様であるから、それ以上の説明は省略する。
【００４１】
前述した実施形態では、ヘッド４０にヘッドプレート４０ａを形成したが、押圧用の弾性体２８が不要の場合には、ヘッドプレート４０ａは無くても構わない。また、ダイヤフラム３２に十分な磁力が作用し、吸引端１８ａがダイヤフラム３２を磁気吸引して隙間４４を形成できる場合には、強磁性材料から形成されるヘッド４０は必ずしも必要ではない。
【００４２】
図５は本発明に係るダイヤフラム型電磁駆動弁の第２実施形態における遮断状態の断面図である。この実施形態では、ダイヤフラム３２は下に凸に配置されており、ダイヤフラム３２の周縁を受けリング３３の上に載置し、その上をボンネット３６により押圧して弁室２９を液密又は気密に保持している。
【００４３】
ダイヤフラム３２の上面に固着されたヘッド４０は永久磁石で形成されている点で第１実施形態と異なっている。永久磁石のヘッド４０にはヘッドプレートは形成されず、電磁石装置３を励磁して、吸引端１８ａを例えばＮ極に励磁して同極間反発力によりダイヤフラム３２を環状の弁座２７に着座させて遮断状態を構成している。
【００４４】
図６は本発明に係るダイヤフラム型電磁駆動弁の第２実施形態における流通状態の断面図である。電流を図５とは逆方向に通電させて電磁石装置３を逆方向に励磁する。その結果、吸引端１８ａが例えばＳ極になり、ヘッド４０を異極間吸引力により磁気吸引し、ダイヤフラム３２は弁座２７から離座して隙間４４が形成され、隙間４４により流体は流通状態となる。
【００４５】
隙間４４の形成により、流体が弁室２９に流通し、流体圧力がダイヤフラム３２を上方に押し上げる作用をするから、流体の流通状態が強力に保持される点では第１実施形態と同様の効果が発揮できる。その他の作用効果も同様であるから、その詳細は省略する。
【００４６】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変形例・設計変更などをその技術的範囲内に包含するものであることはことは云うまでもない。
【００４７】
【発明の効果】
第１の発明によれば、ダイヤフラムに対し磁力を作用させるように電磁石装置を配置し、ダイヤフラムが弁座から離座したときに、弁座とダイヤフラムの間に形成される隙間は磁力と流体圧により拡張されるから、隙間は常に開放状態に安定して保持され、流体圧力の増加に対し流体流量を直線的に増加させることが可能となる。また、電磁石装置を弁室外に配置するから、電磁石装置が流体と接触せず、電磁石装置の腐食を防止して耐久性を向上でき、しかも流体の清浄性を確保できる利点がある。
【００４８】
第２の発明によれば、ダイヤフラムに強磁性材料からなるヘッドを固着させるから、ダイヤフラムに対する磁気吸引力だけでなく、このヘッドに対しても電磁石装置により磁気吸引力を作用させ、電磁石装置からの磁力をダイヤフラムに強力に作用させてダイヤフラムの開閉を確実にする効果がある。
【００４９】
第３の発明によれば、消磁状態ではダイヤフラムの板弾性によりダイヤフラムが自発的に弁座に着座して流体の流れを遮断し、励磁状態では磁気力によりダイヤフラムが弁座から離座して流体を出口孔から流出させる構成とするから、流体の流通状態にのみエネルギー消費が生起するので、省エネルギータイプのダイヤフラム型電磁駆動弁を提供できる効果がある。
【００５０】
第４の発明によれば、ダイヤフラムに永久磁石からなるヘッドを固着させるから、電磁石と永久磁石の間に発生する大きな磁力によりダイヤフラムの開閉を確実にするダイヤフラム型電磁駆動弁を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るダイヤフラム型電磁駆動弁の第１実施形態における流通状態の断面図である。
【図２】本発明に係るダイヤフラム型電磁駆動弁の遮断状態の断面図である。
【図３】第１実施形態のダイヤフラム型電磁駆動弁による流体流量Ｑと流体圧力Ｐの関係図である。
【図４】第１実施形態の弁座の変形例を示す遮断状態の断面図である。
【図５】本発明に係るダイヤフラム型電磁駆動弁の第２実施形態における遮断状態の断面図である。
【図６】本発明に係るダイヤフラム型電磁駆動弁の第２実施形態における流通状態の断面図である。
【図７】従来のリード型電磁駆動弁の非通電時における遮断状態の断面図である。
【図８】従来のリード型電磁駆動弁の通電時における流通状態の断面図である。
【図９】従来のリード型電磁駆動弁による流量と入口側圧力の関係図である。
【符号の説明】
２はダイヤフラム型電磁駆動弁、３は電磁石装置、４は弁本体、６は入口通路、６ａは入口孔、８は供給管、９はストレーナ、１０は出口通路、１０ａは出口孔、１２は送出管、１４はヨーク、１６はボルト、１８は軸、１８ａは吸引端、２０はボルト、２２はコイルケース、２２ａは上部フランジ、２２ｂは下部フランジ、２４はコイル、２６は保持体、２７は弁座、２８は弾性体、２９は弁室、３０は環状突起、３０ａは段部、３２はダイヤフラム、３４は押えリング、３６はボンネット、３６ａは突起、３８はボンネットナット、４０はヘッド、４０ａはヘッドプレート、４４は隙間。

Claims

流体を弁室に流入させる入口孔と、流体を弁室から流出させる出口孔と、入口孔と出口孔が共に開口する弁室を外部から隔離的に画成する板弾性を有するダイヤフラムと、出口孔又は入口孔の周囲に形成された弁座と、この弁座に対しダイヤフラムが着離して流体の流れを断続制御するダイヤフラム型駆動弁において、前記ダイヤフラムに磁気力を作用させる電磁石装置を弁室外に配置し、電磁石装置の励磁と消磁によりダイヤフラムを弁座に対し着離させる構成により流体の流れを断続制御することを特徴とするダイヤフラム型電磁駆動弁。
前記ダイヤフラムに強磁性材料からなるヘッドを固着させ、このヘッドを電磁石装置により磁気吸引してダイヤフラムに磁気力を作用させる請求項１に記載のダイヤフラム型電磁駆動弁。
消磁状態ではダイヤフラムの板弾性によりダイヤフラムが弁座に着座して流体の流れを遮断し、励磁状態では磁気力によりダイヤフラムが弁座から離座して流体を出口孔から流出させる請求項２に記載のダイヤフラム型電磁駆動弁。
前記ダイヤフラムに永久磁石からなるヘッドを固着させ、このヘッドを電磁石装置により磁気吸引又は磁気反発させてダイヤフラムに磁気力を作用させる請求項１に記載のダイヤフラム型電磁駆動弁。