JP2004162807A - リード型電磁駆動弁 - Google Patents

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清浄性を有するリード型電磁駆動弁を開発する。
【解決手段】本発明に係るリード型電磁駆動弁２は、一端が弁室壁面に固定された固定部３６ｂとなり他端に磁気吸引用のヘッド３４ａを有して可撓部３６ａで出口孔１０ａを開閉する弾性板状のリード３６を弁室内に設け、出口孔位置と固定部の間にあるリード中間部３６ｃにリード３６の弾性湾曲を容易にする湾曲促進部３６ｅを設け、前記ヘッド３４ａを磁気吸引する電磁石装置３を弁室外に配置し、消磁状態で弾性によりリード３６が出口孔１０ａを密着閉鎖して流体の流出を遮断し、励磁状態では電磁石装置３がヘッド３４ａを磁気吸引してリード３６が湾曲促進部３６ｅで湾曲して出口孔１０ａを開放し流体を出口孔１０ａへと流出させることを特徴としている。湾曲促進部３６ｅの実施例として厚板・薄板の段差構造や、１個以上の透孔３８ｃや、切欠部３８ｄ等がある。
【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電磁駆動弁に関し、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片持ち梁により出口孔を開閉制御して、電力消費量の低減と同時に弁開時における入口側圧力と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リード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させ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１２はこの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。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１３は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。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オン・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１４は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。リード１０７が完全に理想的に開放されていれば、入口側圧力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。入口側圧力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。
【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】
従って、本発明は、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リード型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】
本発明に係るリード型電磁駆動弁は上記欠点を解消するためになされたものであり、第１の発明は、一端が弁室壁面に固定された固定部となり他端に磁気吸引用のヘッドを有して可撓部で出口孔を開閉する弾性板状のリードを弁室内に設け、出口孔位置と固定部の間にあるリード中間部にリードの弾性湾曲を容易にする湾曲促進部を設け、しかも前記ヘッドを磁気吸引する電磁石装置を弁室外に配置する構成にしたから、電磁石により前記ヘッドが電磁吸引されたときにリードが湾曲促進部で大きく湾曲して出口孔近傍に形成される隙間が大きくなり、流体圧力が増加してもこの隙間が保持されるために流体流量が比例的に増加することができ、また電磁石装置を弁室外に配置したから電磁石装置が流体と接触せず、装置の高耐久性を保証しながら流体の清浄性を保持することができる。
【００２２】
第２の発明は、弁室を囲繞する弁室壁において、ヘッドが対向する領域の弁室壁を薄く形成して吸引窓部とし、この吸引窓部を介して電磁石装置によりヘッドを磁気吸引する構成を採用したから、電磁石装置を弁室外に配置しても、電磁石からの磁力が吸引窓を介してヘッドに効率的に作用し、電磁弁の開閉動作を確実にすることができる。
【００２３】
第３の発明は、リードに形成される湾曲促進部の具体的構成を与えるもので、弁室壁面に固定されたリード固定部の肉厚を厚くして厚板部とし、この厚板部から連続するリード中間部の肉厚を薄くして薄板部とし、薄板部の根元付近を湾曲促進部として利用するから、薄板部の根元付近の柔軟性が高くなる特性を積極的に活用して流量と圧力の直線性を確保できる。
【００２４】
第４の発明は、リードに形成される湾曲促進部の他の具体的構成を与えるもので、リード中間部に１個以上の透孔を穿設して透孔近傍を湾曲促進部とするから、この透孔近傍のリード断面積が小さくなることによって湾曲特性が飛躍的に向上し、しかも湾曲時に透孔を介して流体が出口孔近傍の隙間に流入し易くなり、流体圧力が増加しても湾曲特性を保持することができる。
【００２５】
第５の発明は、リードに形成される湾曲促進部の更に他の具体的構成を与えるもので、リード中間部の両側に切欠部を形成して切欠部近傍を湾曲促進部とするから、切欠部近傍のリードの断面積が小さくなることによって湾曲特性が飛躍的に向上するものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るリード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。
【００２７】
図１は本発明に係るリード型電磁駆動弁の流通状態の断面図である。リード型電磁駆動弁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。
【００２８】
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の吸引端となる。コイル２４が巻回されたコイルケース２２は軸１８に外嵌され、吸引端１８ａとヨーク１４の間に固定される。
【００２９】
弁本体４には本体ケース２６が外嵌され、両部材４、２６により弁室３０が形成される。本体ケース２６の前記吸引端１８ａに対向する領域は他より肉厚が薄く形成された吸引窓部２６ａとなり、電磁石装置３の吸引端１８ａから磁力がこの吸引窓部２６ａを介して弁室３０の中に作用するように構成されている。
【００３０】
弁室３０の中にはシリンダ３２が形成され、このシリンダ３２の中を上下に移動可能なピストン３４が配置されている。リード３６は金属弾性板から形成され、リード３６の一端はリード押え４０を積層してボルト４２、４２により弁室壁面に固定されている。
【００３１】
このリード押え４０の全長に亘ってリード３６が弁室壁面に固定されてリード３６の固定部３６ｂとなり、この固定部３６ｂに連続した領域が可撓部３６ａとなる。特に、可撓部３６ａの中でも、固定部３６ｂと出口孔１０ａの間にある領域をリード中間部３６ｃと云い、このリード中間部３６ｃの固定部近傍領域にリードが容易に湾曲するように湾曲促進部３６ｅが形成されている。この詳細は後述する。
【００３２】
前記ピストン３４は、リード３６の他端にヘッド３４ａを嵌め込み、リング３４ｂを外嵌した後にヘッド３４ａの端部をカシメて固定されている。つまり、リード３６の他端はピストン３４が上下動する自由端となる。
【００３３】
コイル２４に通電して電磁石装置３を励磁すると、軸１８の吸引端１８ａが磁極となり、吸引窓部２６ａを介してヘッド３４ａに磁力が作用し、ヘッド３４ａが吸引窓部２６ａに接触する位置まで磁気吸引されて上動する。
【００３４】
ヘッド３４ａが上動すると、リード３６の可撓部３６ａは湾曲促進部３６ｅで大きく湾曲し、リード中間部３６ｃと出口孔１０ａの間に比較的大きな隙間４４が形成される。この隙間４４が形成されると、流体は入口孔６ａから弁室３０へと矢印ａ方向に流入し、更に隙間４４から出口孔１０ａへと矢印ｂ方向に流出してゆく。
【００３５】
湾曲促進部３６ｅの存在によって隙間４４が比較的大きく形成されるから、流体は十分に隙間４４に流入し、同時に流体がリード３６の上面に回り込んでも、リード３６に作用する流体圧はうまく相殺される。従って、出口孔１０ａは完全に開放された状態を保持でき、流体の入口側圧力Ｐを増加させるとそれに比例して出口孔１０ａを通過する流体流量Ｑも増加する。即ち、流量Ｑと圧力Ｐの間に線形性が確保される。
【００３６】
図２は本発明に係るリード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、リード３６はその材料自体が有する弾性力により元の状態に復帰し、リード中間部３６ｃが出口孔１０ａを密着閉鎖する。従って、リード型電磁駆動弁２は閉鎖状態となって流体の流れを遮断する。
【００３７】
図３はこのリード型電磁駆動弁２の平面図であり、図４はその側面図である。コイルケース２２の直径はヨーク１４の幅より大きく、ヨーク１４の左右にコイルケース２２やコイル２４が突出していることが分かる。
【００３８】
図５は本発明に係るリード型電磁駆動弁２に用いられるリード３６の第１実施例の説明図である。（５Ａ）ではリード３６は金属弾性板を２枚積層して構成されている。２枚積層した厚板部３８ｂが固定部３６ｂとなり、１枚だけの薄板部３８ａが可撓部３６ａに相当する。
【００３９】
薄板部３８ａは全体に柔軟性が高く、特に薄板部３８ａの根元付近が湾曲促進部３６ｅとなる。厚板部３８ｂには締付孔３６ｆが穿孔され、薄板部３８ａにはピストン固定孔３６ｄが穿孔されている。
【００４０】
（５Ｂ）では、１枚の金属弾性板から厚板部３８ｂと薄板部３８ａを構成しており、薄板部３８ａの根元付近に湾曲促進部３６ｅが形成される。（５Ｃ）は平面図であり、湾曲促進部３６ｅはリード中間部３６ｃに位置している。リード中間部３６ｃは、可撓部３６ａの中で固定部３６ｂと出口孔１０ａの間の領域を意味している。
【００４１】
図６は図５に示すリードを用いたリード型電磁駆動弁の要部断面図である。ヘッド３４が吸引端１８ａに電磁吸着され、リード３６が湾曲促進部３６ｅで大きく湾曲し、その結果大きな隙間４４が形成されて弁が完全に開放状態にあることが示されている。
【００４２】
図７は本発明に係るリード型電磁駆動弁２に用いられるリード３６の第２実施例の説明図である。（７Ａ）は断面図であり、（７Ｂ）は平面図である。１個以上の透孔３８ｃがリード中間部３６ｃに形成され、透孔３６ｃの面積分だけリード３６の断面積が小さくなり、その結果透孔３６ｃが形成された領域が湾曲促進部３６ｅとなる。透孔３８ｃのサイズと個数を変えることによって湾曲性を可変調整することが可能である。
【００４３】
図８は図７に示すリード３６を用いたリード型電磁駆動弁２の要部断面図である。ヘッド３４が吸引端１８ａに電磁吸着され、リード３６が湾曲促進部３６ｅで大きく湾曲し、その結果大きな隙間４４が形成され、弁が完全に開放状態にあることが示されている。
【００４４】
図９は本発明に係るリード型電磁駆動弁に用いられるリードの第３実施例の説明図である。（９Ａ）はリード３６の断面図、（９Ｂ）はリード３６の平面図である。この実施例では、リード中間部３６ｃに切欠部３８ｄ、３８ｄを形成し、この切欠部３８ｄが形成された領域が湾曲促進部３６ｅになることを示している。切欠部３８ｄの面積分だけリード３６の断面積が小さくなることによって湾曲し易くなる。切欠部３８ｄの大きさによって湾曲性を可変調整できる。
【００４５】
図１０は、図９に示すリード３６を用いたリード型電磁駆動弁２の要部断面図である。ヘッド３４が吸引端１８ａに電磁吸着され、リード３６が湾曲促進部３６ｅで大きく湾曲し、その結果大きな隙間４４が形成され、弁が完全に開放状態にあることが示されている。
【００４６】
図１１は本発明に係るリード型電磁駆動弁による流量Ｑと圧力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を通過する流体の流量Ｑが測定された。■はリード３６を取り外した場合（ｎｏ ｌｅａｄ）を示し、換言すれば完全流通状態が実現されている。□はリード３６に段差（ｓｔｅｐ）を設けた第１実施例、●はリード３６に透孔３８ｃ（ｈｏｌｅ）を形成した第２実施例、○はリード３６に切欠部３８ｄ（ｎｏｔｃｈ）を形成した第３実施例の場合を示している。
【００４７】
リード３６を取り外した■が最良の直線性を示すはずである。しかし、リード３６を設けて流量調整した３例とも全て直線性が成立することが確認された。従って、リード３６に湾曲促進部３６ｅを設けることにより理想的な流量制御が行なえるリード型電磁駆動弁２を提供することができる。
【００４８】
また、本発明では、電磁石装置３を弁室３０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ないから高耐久性を有する。また、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。
【００４９】
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。
【００５０】
【発明の効果】
第１の発明によれば、弁室内に配置されて弁体として動作するリードにおいて、出口孔位置と固定部の間にあるリード中間部にリードの弾性湾曲を容易にする湾曲促進部を設けたから、電磁石により前記ヘッドが電磁吸引されたときにリードが湾曲促進部で大きく湾曲して出口孔近傍に形成される隙間が大きくなり、流体圧力が増加してもこの隙間が保持されるために流体流量が圧力に対し直線的に増加することができ、しかも電磁石装置を弁室外に配置したから電磁石装置が流体と接触せず、装置の高耐久性を保証しながら流体の清浄性を保持することができる。
【００５１】
第２の発明によれば、弁室を囲繞する弁室壁において、ヘッドが対向する領域の弁室壁を薄く形成して吸引窓部とし、この吸引窓部を介して電磁石装置によりヘッドを磁気吸引する構成を採用したから、電磁石装置を弁室外に配置しても、電磁石からの磁力が吸引窓を介してヘッドに効率的に作用し、電磁弁の開閉動作を確実にすることができる。
【００５２】
第３の発明によれば、弁室壁面に固定されたリード固定部の肉厚を厚くして厚板部とし、この厚板部から連続するリード中間部の肉厚を薄くして薄板部とし、薄板部の根元付近を湾曲促進部として利用するから、薄板部の根元付近の柔軟性が高くなる特性を積極的に活用して流量と圧力の直線性を確保できる。
【００５３】
第４の発明によれば、リード中間部に１個以上の透孔を穿設して透孔近傍を湾曲促進部とするから、この透孔近傍のリード断面積が小さくなることによって湾曲特性が飛躍的に向上し、しかも湾曲時に透孔を介して流体が出口孔近傍の隙間に流入し易くなり、流量と圧力に直線性を確保できる。
【００５４】
第５の発明によれば、リード中間部の両側に切欠部を形成して切欠部近傍を湾曲促進部としたから、切欠部近傍のリードの断面積が小さくなることによって湾曲特性が飛躍的に向上し、湾曲したときに出口孔近傍の隙間が比較的大きくでき、この隙間に流体が流入し易くなり、流量と圧力の間に直線性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るリード型電磁駆動弁２の流通状態の断面図である。
【図２】本発明に係るリード型電磁駆動弁２の遮断状態の断面図である。
【図３】リード型電磁駆動弁２の平面図である。
【図４】リード型電磁駆動弁２の側面図である。
【図５】本発明に係るリード型電磁駆動弁２に用いられるリード３６の第１実施例の説明図である。
【図６】図６は図５に示すリード３６を用いたリード型電磁駆動弁２の要部断面図である。
【図７】本発明に係るリード型電磁駆動弁２に用いられるリード３６の第２実施例の説明図である。
【図８】図７に示すリード３６を用いたリード型電磁駆動弁２の要部断面図である。
【図９】本発明に係るリード型電磁駆動弁に用いられるリードの第３実施例の説明図である。
【図１０】図９に示すリード３６を用いたリード型電磁駆動弁２の要部断面図である。
【図１１】本発明に係るリード型電磁駆動弁２による流量Ｑと圧力Ｐの関係図である。
【図１２】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１３】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１４】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はリード型電磁駆動弁、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、２４はコイル、２６は本体ケース、２６ａは吸引窓部、３０は弁室、３２はシリンダ、３４はピストン、３４ａはヘッド、３４ｂはリング、３６はリード、３６ａは可撓部、３６ｂは固定部、３６ｃはリード中間部、３６ｄはピストン固定孔、３６ｅは湾曲促進部、３６ｆは締付孔、３８ａは薄板部、３８ｂは厚板部、３８ｃは透孔、３８ｄは切欠部、４０はリード押え、４２はボルト、４４は隙間。

Claims (5)

1. 入口孔から弁室を介して出口孔へと流体の流通を断続制御する装置であり、一端が弁室壁面に固定された固定部となり他端に磁気吸引用のヘッドを有して可撓部で出口孔を開閉する弾性板状のリードを弁室内に設け、出口孔位置と固定部の間にあるリード中間部にリードの弾性湾曲を容易にする湾曲促進部を設け、前記ヘッドを磁気吸引する電磁石装置を弁室外に配置し、消磁状態では弾性によりリードが出口孔を密着閉鎖して流体の出口孔への流出を遮断し、励磁状態では電磁石装置がヘッドを磁気吸引してリードが湾曲促進部で湾曲して出口孔を開放し流体を出口孔へと流出させることを特徴とするリード型電磁駆動弁。
2. 前記弁室を囲繞する弁室壁において、ヘッドが対向する領域の弁室壁を薄く形成して吸引窓部とし、この吸引窓部を介して電磁石装置によりヘッドを磁気吸引する請求項１に記載のリード型電磁駆動弁。
3. 前記リードにおいて、弁室壁面に固定された固定部の肉厚を厚くして厚板部とし、この厚板部から連続する中間部の肉厚を薄くして薄板部とし、薄板部の根元付近を湾曲促進部とする請求項１又は２に記載のリード型電磁駆動弁。
4. 前記リード中間部に１個以上の透孔を穿設し、この透孔の近傍を湾曲促進部とした請求項１又は２に記載のリード型電磁駆動弁。
5. 前記リード中間部の両側に切欠部を形成し、この切欠部近傍を湾曲促進部とした請求項１又は２に記載のリード型電磁駆動弁。

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