JP2004500522A - 比例フロー弁 - Google Patents
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
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- F16K31/0644—One-way valve
- F16K31/0655—Lift valves
Abstract
比例フロー弁(10)であって、ここで、ソレノイドアセンブリ(14)が、ソレノイドアセンブリ(14)を通る電流に比例して、アーマチャーアセンブリ(16)を弁座(42)の方へと移動させる。アーマチャーアセンブリ(16)は、シール(20)に当接して係合し、シール(20)を、印加電流に対応して比例的に関連する距離だけ弁座(42)から離して保持する。この様式で、シール(20)は、完全な開状態と、閉状態と、これらの間の部分的な開状態との間で、弁座(42)に近付く方向および離れる方向へと可動である。ばねアセンブリ(18)は、シール(20)を弁座(42)の方へと偏倚し、そしてソレノイドアセンブリ(14)がエネルギー付与される場合には、アーマチャーアセンブリ(16)は、ばねアセンブリ(18)がシール(20)を弁座(42)に対して設置して、このシールを閉位置に置くことを可能にする。
Description
【0001】
(発明の分野)
本発明は、一般に、示されるように、比例フロー弁に関し、そしてより特定すると、通常は開いたソレノイド制御式のフロー弁に関する。
【0002】
(発明の背景)
比例フロー弁は、この弁を通る流れが、例えば完全に開くかまたは完全に閉じるかのいずれかである標準的な弁と比較して、制御可能に変化されることを可能にする。このようなフロー弁はシールを備え得、このシールは、閉位置(ここで、このシールは弁座に対して設置される)と、完全な開位置(ここで、このシールは所定の距離だけこの弁座から離れる)と、部分的な開位置(または部分的な閉位置)(ここで、このシールはより少ない距離だけこの弁座から離れる)との間を移動する。ソレノイド制御式の比例弁においては、アーマチャーアセンブリが、ソレノイドアセンブリに印加される電流に比例して、このシールを移動させ、このシールの位置を選択的に変化させる。
【0003】
ソレノイド制御式の比例フロー弁は、Hutchingsらに対する米国特許第5,232,196号に示される(この特許は、本願の譲受人に譲渡されており、そしてその全開示が、本明細書中に参考として援用される)。Hutchingsの特許に開示される弁は、通常閉じたソレノイド弁であり、この弁において、ソレノイドアセンブリが脱エネルギー化される場合に、アーマチャーアセンブリがエラストマーシールを閉位置に保持する。このシールは、このアーマチャーアセンブリの端部に付着しており、そしてばねが、アーマチャーアセンブリの端部とシールとの間に配置される。このばね付勢されたシール配置は、膨潤および温度変化に起因するエラストマーシール材料の寸法変化を補償することを補助する。
【0004】
Hutchingsの特許に開示される、通常閉じた比例ソレノイド弁は、多くの弁状況において、良好に作動する。しかし、他の状況においては、通常開いた比例弁が、より有利であり得る。例えば、時間の大部分において弁が完全に開いたままであり、そして時折のみ閉じる(部分的にかまたは完全に)状況においては、通常開いた弁は、ソレノイドが、この弁が完全には開いていない短期間にわたってのみエネルギー付与されることを可能にする。別の例として、出力停止時間の間に弁が開いたままであることを必要とする状況においては、通常開いた比例弁は、いかなるさらなるフェイルセーフ特徴の組み込みもなしに、この要件に適合する。
【0005】
(発明の要旨)
本発明は、ソレノイド制御式の比例フロー弁設計を提供し、この設計は、通常開いた配置と適合性であり、ここで、この弁は、このソレノイドがエネルギー付与されない限り、完全に開いたままである。この様式で、この弁は、通常開いた比例弁が、例えば通常閉じた比例弁より有利である状況において、使用され得る。
【0006】
より具体的には、本発明は、弁本体、シール、ソレノイドアセンブリ、およびアーマチャーアセンブリを備える比例フロー弁を提供する。この弁本体は、入口、出口、および弁座を備え、これらの間に、オリフィスが規定される。このシールは、完全な開状態、完全な閉状態、およびこれらの間の部分的な開状態へと、弁座の方へおよび弁座から離れて可動である。このアーマチャーアセンブリは、電流がこのソレノイドに印加される場合に、少なくとも部分的にこのソレノイドアセンブリの内部で可動である。このソレノイドアセンブリは、電流に比例してこのアーマチャーアセンブリを移動させ、そしてこのアーマチャーアセンブリは、開位置においてこのシールと当接して係合し、このシールを、印加電流に対応して比例的に関連する距離だけこの弁座から離して保持する。
【0007】
この弁本体は、好ましくは、入口と出口との間に通路を備え、そしてこの弁座は、この通路の一端(好ましくは、この通路の入口に隣接する端部)に位置する。入口チャンバおよび出口チャンバが、好ましくは、この弁本体内に配置され、その結果、このシールがその開位置のうちの1つにある場合に、流体が、この入口を通って入口チャンバへと流れ、この通路を通り、出口チャンバ内へ、そして出口を通って流れる。このシールは、好ましくは、入口チャンバ内に位置し、その結果、このシールがその閉位置にある場合に、流体は、この通路に入らないようブロックされる。
【0008】
アーマチャーアセンブリは、好ましくは、プランジャー部およびピン部を備える。このプランジャー部は、ソレノイドアセンブリと相互作用する。このピン部は、このシールと当接して係合し、そしてこのシールが開位置にある場合に、通路を通って入口チャンバ内へと延びる。アーマチャーアセンブリは、さらにまたは代替的に、好ましくは、偏倚部材を備え、この偏倚部材は、このアーマチャーアセンブリの弁座から離れる移動に抵抗するよう配置される。この偏倚部材は、アーマチャーアセンブリに隣接し、そして/またはこのアーマチャーアセンブリの周囲に位置する、環状の板ばねであり得る。
【0009】
この比例フロー弁は、好ましくは、ばねアセンブリをさらに備え、このばねアセンブリは、シールを弁座の方へと偏倚し、そしてアーマチャーアセンブリは、閉位置において、このばねアセンブリがこのシールを弁座に対して設置することを可能にする。このばねアセンブリは、好ましくは、弁本体内に収容されるばねを備え、そしてより好ましくは、入口と出口のの間の通路と同軸状に整列する円錐状のばねを備える。
【0010】
本発明のこれらおよび他の特徴は、完全に記載され、そして特許請求の範囲に具体的に指摘されている。以下の説明および図面は、本発明の特定の例示的な実施形態を詳細に記載し、これらの実施形態は、本発明の原理が使用され得る種々の方法を示すが、これらの方法のうちの1つにすぎない。
【0011】
(詳細な説明)
ここで図面を詳細に参照し、そして最初に図1および2を参照すると、本発明による比例フロー弁10が示されている。弁10は、ケーシングアセンブリ12、ソレノイドアセンブリ14、アーマチャーアセンブリ16、ばねアセンブリ18、およびシール20を備える。以下にさらに詳細に説明するように、アセンブリ12、14、16および18は、ソレノイドアセンブリ14に印加される電流に比例して、完全な開位置(図1)、閉位置(図2)、およびこれらの間の部分的な開位置の間で、シール20を移動させるよう調整される。
【0012】
ケーシングアセンブリ12は、弁10の流路を規定する、弁本体30を備える。具体的には、弁本体30は、入口チャンバ34へと導く入口通路32、出口チャンバ38から導かれる出口通路36、および入口チャンバ34と出口チャンバ38との間の通路40を規定する。弁本体30は、弁座42をさらに備え、この弁座は、通路40の端部において、入口チャンバ34へと開くオリフィスを規定する。弁本体30の内側表面は、ねじ山付きボア44を備え、このボアは、出口チャンバ38と連絡する。
【0013】
弁10がその通常の完全な開位置(図1)にある場合に、シール20は、その完全な開位置にあり、ここで、このシールは、弁座42から所定の距離で離れている。これによって、流体が、入口通路32を通ってチャンバ34内へ、「ブロックされていない」通路40を通って出口チャンバ38へ、そして出口通路36を通って流れ得る。弁10がその閉状態(図2)にある場合には、シール20はその閉位置にあり、ここで、このシールは、弁座42に対して設置されている。これによって、流体は、入口チャンバ34から通路40を通って出口チャンバ38および出口通路36へと流れることからブロックされる。
【0014】
ケーシングアセンブリ12は、ステム48をさらに備え、このステムは、弁本体30をソレノイドアセンブリ14に接続する。この目的で、ステム48は、内側部分50および外側部分52を備える。ステムの内側部分50は、管形状であり、そしてソレノイドアセンブリ14の一部に接続される。ステムの外側部分52は、おおよそディスク形状であり、そして軸方向にねじ山を付けられ、弁本体のねじ山付きボア44と界面を接する。ステムの内側部分50およびステムの外側部分52は、内部円筒状ボア54を形成し、この円筒形ボアは、アーマチャーアセンブリ16の一部(すなわち、下部に導入されるプランジャー部80)をスライド式に受容し、そして出口チャンバ38と連絡する。ボア54の外側端部は、段付きの輪郭に拡張して、逆転したレッジ56を形成する。代替的に(しかし図面には示さない)ボア54の外側端部は、傾斜状輪郭に拡張して、逆転斜面を形成し得る。Oリング58が、ステム部52と弁本体ボア44との間に提供され得る。
【0015】
ソレノイドアセンブリ14は、ボビン60、磁気コイル62、磁極片64、および継鉄66を備える。ボビン60は、外側環状チャンバを規定し、このチャンバ内に、磁気コイル62が収容される。ボビン60はまた、中心円筒状開口部を規定し、この開口部内に、磁極片64が収容され、そしてステムの内側部分50もまた収容される。継鉄66は、それぞれの開口部を有する外側アームおよび内側アームを備え、これらの開口部を通って、磁極片64およびステム48がそれぞれ延びる。平坦な圧迫Cリング68が、磁極片64の周囲を囲み、継鉄66をボビン60および磁気コイル62に維持する。磁束集中器(flux concentrator)70が提供されて、磁束を集中および透過させ得る。
【0016】
金属性アーマチャーアセンブリ16は、外側プランジャー部80および内側ピン部82を備える。円筒形プランジャー部80は、ステムの内側ボア54内にスライド式に受容され、従って磁極片64の下で、ボビンの中心開口部内に位置する。ピン部82は、プランジャー部80から入口−出口通路40を通って延びる。プランジャー部80の底縁部は、フランジを付けられ、レッジ84を形成する。
【0017】
アーマチャーアセンブリ16は、ばね88をさらに備え、このばねは、好ましくは、米国特許第5,232,196号に記載される種類のものであり、そして具体的には、3ローブ型(three−lobed)環状板ばねである。ばね88は、ステムの逆転したレッジ56とアーマチャーのレッジ84との間に支持され、そしてソレノイドアセンブリ14により誘導される力に対する抵抗を提供することによって、アーマチャーアセンブリの部分80および82の変位を調節する。
【0018】
電流または電圧がソレノイドアセンブリ14に印加される(すなわち、磁気コイル62がエネルギー付与される)場合に、コイルの起磁力が磁束を誘導し、この磁束は、継鉄66および磁極片64を通り、作動空隙を横切り、アーマチャーアセンブリ16を通り、そして磁束集中器70を介して継鉄66へと戻る。この磁束は、アーマチャープランジャー部80と磁極片64との間の引力を誘導し、アーマチャーアセンブリ16の、磁極片64の方への移動を引き起こし、これによって、アーマチャーピン部82の、通路40に対する閉方向への移動を引き起こす(図3と4とを比較のこと)。コイル電流を増加させることによって、アーマチャーアセンブリ16と磁極片64との間の引力が増加され、これによって、アーマチャーアセンブリ16の、ばね88により及ぼされる偏倚力に抵抗しての磁極片64の方への移動が増加し、これによって、通路40に対するピン部82の移動が増加する。理解されるように、ピン部82のこの部分は、ソレノイド制御式のソレノイド弁において代表的であるように、コイル電流に比例的に関連し得る。
【0019】
ばねアセンブリ18は、プラグ90、円錐形ばね92、およびキャリア94を備える。プラグ90は、入口チャンバ34の底部内に固定され、そしてばね92の底端部は、プラグ90の頂部のポケット内に設置され、そしてキャリア94は、ばね92の頂部に支持される。キャリア94は、円形のくぼみまたは皿96を備え、この内部に、シール20が収容される。シール20および/またはばねアセンブリ18は、アーマチャーアセンブリ16に付着されないことが、注目され得る。
【0020】
シール20の取り付け/支持は、ばね92およびキャリア94が、アーマチャーのピン部82および/または入口−出口通路40と円錐の関係となるように、配置される。好ましいばね92は、円錐状ばねである。なぜなら、このばねの形状が、この所望の円錐関係をより良好に維持することが示されたからである。従って、アーマチャーアセンブリ16の位置にかかわらず、ばねアセンブリ18は、シールをその閉位置の方へと偏倚する(図3および4を参照のこと)。
【0021】
ソレノイドアセンブリ14が脱エネルギー化される場合に、弁10は、その通常の完全な開状態にあり、そしてアーマチャーアセンブリ16は、シール20を当接して係合し、その完全な開位置(図1および3)に保持する。より具体的には、アーマチャーピン部82は、弁座42を所定の距離だけ越えて延び、これによってシール20を弁座42からこの距離だけ離して保持する。次いで、流体が、入口通路32を通り、入口チャンバ34内、シール20の周囲、入口−出口通路40を通り、外側チャンバ38を通り、そして出口通路36を通って、通過し得る。
【0022】
ソレノイドアセンブリ14が完全にエネルギー付与される場合には、アーマチャーアセンブリ16は、シール20を移動させてばねアセンブリ18および/または流体圧の作用のもとで弁座42と係合させるに十分に引き戻され、これによって、この弁を完全に閉じる(図2および4)。より具体的には、アーマチャーピン部82は、弁座42を越えて延びない。
【0023】
弁10はまた、ソレノイドアセンブリ14を通る電流を増加/減少させることによって、複数の部分的な開状態(または部分的な閉状態)に配置され得る。具体的には、コイル電流を増加させることによって、アーマチャープランジャー部80の、磁極片64の方への移動が比例的に増加される。このことは、次に、アーマチャーピン部82が通路40の底部端を越えて伸びる距離を比例的に減少させ、これによって、シール20と弁座42との間の距離が比例的に減少する。距離が短いほど、より少ない流体が通路40を通って流れ、そして弁10の出力がより低くなる。すなわち、シールと弁座との間のカーテン領域または流れ空隙を変化させること(これは、有効オリフィスサイズを変化させる)によって、正確な流れ調節が得られ得る。
【0024】
比例フロー弁10の設計は、この弁がシール20の熱変化を補償することを可能にする。代表的にはエラストマーで作製されるシール20は、上昇温度においては膨張(例えば、膨潤)し得(図5)、そして低下温度においては収縮(contract)(例えば、収縮(shrink))し得る(図6)。弁10の設計は、シールの膨張またはシールの収縮が、この弁の流れ特性に有意には影響を与えないような設計である。具体的には、弁10の流れ特性は、弁座42とシール20の頂部表面との間の距離によって決定され、これによって、ばね92が、エラストマーの寸法変化を吸収するか、またはばね92が伸長して、この寸法変化を補償する。
【0025】
ここで、本発明は、弁10がソレノイドアセンブリ14がエネルギー付与されない限り、完全に開いたままである、通常開いた配置と適合性の、ソレノイド制御式の比例ブロー弁を提供することが理解され得る。この様式で、弁10は、通常開いた比例弁が、例えば通常閉じた比例弁より有利である状況において、使用され得る。
【0026】
本発明を、特定の好ましい実施形態に関して図示および説明したが、本明細書を読み、そして理解する際に、当業者が、等価物ならびに明らかな変更および改変に想到することが、明らかである。本発明は、全てのこのような変更および改変を含み、そして添付の特許請求の範囲によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【図1】
図1は、弁が完全な開状態において示されている、本発明による比例フロー弁の断面図である。
【図2】
図2は、弁が閉状態において示されている、フロー弁の別の断面図である。
【図3】
図3は、完全な開状態にある弁の弁座および周囲の部分の、拡大図である。
【図4】
図4は、閉状態にある弁の弁座および周囲の部分の、拡大図である。
【図5】
図5は、シールが膨張または膨潤した状態で示されている、完全な開状態にある弁の弁座および周囲の部分の、拡大図である。
【図6】
図6は、シールが収縮した(contracted or shrunken)状態で示されている、完全な開状態にある弁の弁座および周囲の部分の、拡大図である。
(発明の分野)
本発明は、一般に、示されるように、比例フロー弁に関し、そしてより特定すると、通常は開いたソレノイド制御式のフロー弁に関する。
【0002】
(発明の背景)
比例フロー弁は、この弁を通る流れが、例えば完全に開くかまたは完全に閉じるかのいずれかである標準的な弁と比較して、制御可能に変化されることを可能にする。このようなフロー弁はシールを備え得、このシールは、閉位置(ここで、このシールは弁座に対して設置される)と、完全な開位置(ここで、このシールは所定の距離だけこの弁座から離れる)と、部分的な開位置(または部分的な閉位置)(ここで、このシールはより少ない距離だけこの弁座から離れる)との間を移動する。ソレノイド制御式の比例弁においては、アーマチャーアセンブリが、ソレノイドアセンブリに印加される電流に比例して、このシールを移動させ、このシールの位置を選択的に変化させる。
【0003】
ソレノイド制御式の比例フロー弁は、Hutchingsらに対する米国特許第5,232,196号に示される(この特許は、本願の譲受人に譲渡されており、そしてその全開示が、本明細書中に参考として援用される)。Hutchingsの特許に開示される弁は、通常閉じたソレノイド弁であり、この弁において、ソレノイドアセンブリが脱エネルギー化される場合に、アーマチャーアセンブリがエラストマーシールを閉位置に保持する。このシールは、このアーマチャーアセンブリの端部に付着しており、そしてばねが、アーマチャーアセンブリの端部とシールとの間に配置される。このばね付勢されたシール配置は、膨潤および温度変化に起因するエラストマーシール材料の寸法変化を補償することを補助する。
【0004】
Hutchingsの特許に開示される、通常閉じた比例ソレノイド弁は、多くの弁状況において、良好に作動する。しかし、他の状況においては、通常開いた比例弁が、より有利であり得る。例えば、時間の大部分において弁が完全に開いたままであり、そして時折のみ閉じる(部分的にかまたは完全に)状況においては、通常開いた弁は、ソレノイドが、この弁が完全には開いていない短期間にわたってのみエネルギー付与されることを可能にする。別の例として、出力停止時間の間に弁が開いたままであることを必要とする状況においては、通常開いた比例弁は、いかなるさらなるフェイルセーフ特徴の組み込みもなしに、この要件に適合する。
【0005】
(発明の要旨)
本発明は、ソレノイド制御式の比例フロー弁設計を提供し、この設計は、通常開いた配置と適合性であり、ここで、この弁は、このソレノイドがエネルギー付与されない限り、完全に開いたままである。この様式で、この弁は、通常開いた比例弁が、例えば通常閉じた比例弁より有利である状況において、使用され得る。
【0006】
より具体的には、本発明は、弁本体、シール、ソレノイドアセンブリ、およびアーマチャーアセンブリを備える比例フロー弁を提供する。この弁本体は、入口、出口、および弁座を備え、これらの間に、オリフィスが規定される。このシールは、完全な開状態、完全な閉状態、およびこれらの間の部分的な開状態へと、弁座の方へおよび弁座から離れて可動である。このアーマチャーアセンブリは、電流がこのソレノイドに印加される場合に、少なくとも部分的にこのソレノイドアセンブリの内部で可動である。このソレノイドアセンブリは、電流に比例してこのアーマチャーアセンブリを移動させ、そしてこのアーマチャーアセンブリは、開位置においてこのシールと当接して係合し、このシールを、印加電流に対応して比例的に関連する距離だけこの弁座から離して保持する。
【0007】
この弁本体は、好ましくは、入口と出口との間に通路を備え、そしてこの弁座は、この通路の一端(好ましくは、この通路の入口に隣接する端部)に位置する。入口チャンバおよび出口チャンバが、好ましくは、この弁本体内に配置され、その結果、このシールがその開位置のうちの1つにある場合に、流体が、この入口を通って入口チャンバへと流れ、この通路を通り、出口チャンバ内へ、そして出口を通って流れる。このシールは、好ましくは、入口チャンバ内に位置し、その結果、このシールがその閉位置にある場合に、流体は、この通路に入らないようブロックされる。
【0008】
アーマチャーアセンブリは、好ましくは、プランジャー部およびピン部を備える。このプランジャー部は、ソレノイドアセンブリと相互作用する。このピン部は、このシールと当接して係合し、そしてこのシールが開位置にある場合に、通路を通って入口チャンバ内へと延びる。アーマチャーアセンブリは、さらにまたは代替的に、好ましくは、偏倚部材を備え、この偏倚部材は、このアーマチャーアセンブリの弁座から離れる移動に抵抗するよう配置される。この偏倚部材は、アーマチャーアセンブリに隣接し、そして/またはこのアーマチャーアセンブリの周囲に位置する、環状の板ばねであり得る。
【0009】
この比例フロー弁は、好ましくは、ばねアセンブリをさらに備え、このばねアセンブリは、シールを弁座の方へと偏倚し、そしてアーマチャーアセンブリは、閉位置において、このばねアセンブリがこのシールを弁座に対して設置することを可能にする。このばねアセンブリは、好ましくは、弁本体内に収容されるばねを備え、そしてより好ましくは、入口と出口のの間の通路と同軸状に整列する円錐状のばねを備える。
【0010】
本発明のこれらおよび他の特徴は、完全に記載され、そして特許請求の範囲に具体的に指摘されている。以下の説明および図面は、本発明の特定の例示的な実施形態を詳細に記載し、これらの実施形態は、本発明の原理が使用され得る種々の方法を示すが、これらの方法のうちの1つにすぎない。
【0011】
(詳細な説明)
ここで図面を詳細に参照し、そして最初に図1および2を参照すると、本発明による比例フロー弁10が示されている。弁10は、ケーシングアセンブリ12、ソレノイドアセンブリ14、アーマチャーアセンブリ16、ばねアセンブリ18、およびシール20を備える。以下にさらに詳細に説明するように、アセンブリ12、14、16および18は、ソレノイドアセンブリ14に印加される電流に比例して、完全な開位置(図1)、閉位置(図2)、およびこれらの間の部分的な開位置の間で、シール20を移動させるよう調整される。
【0012】
ケーシングアセンブリ12は、弁10の流路を規定する、弁本体30を備える。具体的には、弁本体30は、入口チャンバ34へと導く入口通路32、出口チャンバ38から導かれる出口通路36、および入口チャンバ34と出口チャンバ38との間の通路40を規定する。弁本体30は、弁座42をさらに備え、この弁座は、通路40の端部において、入口チャンバ34へと開くオリフィスを規定する。弁本体30の内側表面は、ねじ山付きボア44を備え、このボアは、出口チャンバ38と連絡する。
【0013】
弁10がその通常の完全な開位置(図1)にある場合に、シール20は、その完全な開位置にあり、ここで、このシールは、弁座42から所定の距離で離れている。これによって、流体が、入口通路32を通ってチャンバ34内へ、「ブロックされていない」通路40を通って出口チャンバ38へ、そして出口通路36を通って流れ得る。弁10がその閉状態(図2)にある場合には、シール20はその閉位置にあり、ここで、このシールは、弁座42に対して設置されている。これによって、流体は、入口チャンバ34から通路40を通って出口チャンバ38および出口通路36へと流れることからブロックされる。
【0014】
ケーシングアセンブリ12は、ステム48をさらに備え、このステムは、弁本体30をソレノイドアセンブリ14に接続する。この目的で、ステム48は、内側部分50および外側部分52を備える。ステムの内側部分50は、管形状であり、そしてソレノイドアセンブリ14の一部に接続される。ステムの外側部分52は、おおよそディスク形状であり、そして軸方向にねじ山を付けられ、弁本体のねじ山付きボア44と界面を接する。ステムの内側部分50およびステムの外側部分52は、内部円筒状ボア54を形成し、この円筒形ボアは、アーマチャーアセンブリ16の一部(すなわち、下部に導入されるプランジャー部80)をスライド式に受容し、そして出口チャンバ38と連絡する。ボア54の外側端部は、段付きの輪郭に拡張して、逆転したレッジ56を形成する。代替的に(しかし図面には示さない)ボア54の外側端部は、傾斜状輪郭に拡張して、逆転斜面を形成し得る。Oリング58が、ステム部52と弁本体ボア44との間に提供され得る。
【0015】
ソレノイドアセンブリ14は、ボビン60、磁気コイル62、磁極片64、および継鉄66を備える。ボビン60は、外側環状チャンバを規定し、このチャンバ内に、磁気コイル62が収容される。ボビン60はまた、中心円筒状開口部を規定し、この開口部内に、磁極片64が収容され、そしてステムの内側部分50もまた収容される。継鉄66は、それぞれの開口部を有する外側アームおよび内側アームを備え、これらの開口部を通って、磁極片64およびステム48がそれぞれ延びる。平坦な圧迫Cリング68が、磁極片64の周囲を囲み、継鉄66をボビン60および磁気コイル62に維持する。磁束集中器(flux concentrator)70が提供されて、磁束を集中および透過させ得る。
【0016】
金属性アーマチャーアセンブリ16は、外側プランジャー部80および内側ピン部82を備える。円筒形プランジャー部80は、ステムの内側ボア54内にスライド式に受容され、従って磁極片64の下で、ボビンの中心開口部内に位置する。ピン部82は、プランジャー部80から入口−出口通路40を通って延びる。プランジャー部80の底縁部は、フランジを付けられ、レッジ84を形成する。
【0017】
アーマチャーアセンブリ16は、ばね88をさらに備え、このばねは、好ましくは、米国特許第5,232,196号に記載される種類のものであり、そして具体的には、3ローブ型(three−lobed)環状板ばねである。ばね88は、ステムの逆転したレッジ56とアーマチャーのレッジ84との間に支持され、そしてソレノイドアセンブリ14により誘導される力に対する抵抗を提供することによって、アーマチャーアセンブリの部分80および82の変位を調節する。
【0018】
電流または電圧がソレノイドアセンブリ14に印加される(すなわち、磁気コイル62がエネルギー付与される)場合に、コイルの起磁力が磁束を誘導し、この磁束は、継鉄66および磁極片64を通り、作動空隙を横切り、アーマチャーアセンブリ16を通り、そして磁束集中器70を介して継鉄66へと戻る。この磁束は、アーマチャープランジャー部80と磁極片64との間の引力を誘導し、アーマチャーアセンブリ16の、磁極片64の方への移動を引き起こし、これによって、アーマチャーピン部82の、通路40に対する閉方向への移動を引き起こす(図3と4とを比較のこと)。コイル電流を増加させることによって、アーマチャーアセンブリ16と磁極片64との間の引力が増加され、これによって、アーマチャーアセンブリ16の、ばね88により及ぼされる偏倚力に抵抗しての磁極片64の方への移動が増加し、これによって、通路40に対するピン部82の移動が増加する。理解されるように、ピン部82のこの部分は、ソレノイド制御式のソレノイド弁において代表的であるように、コイル電流に比例的に関連し得る。
【0019】
ばねアセンブリ18は、プラグ90、円錐形ばね92、およびキャリア94を備える。プラグ90は、入口チャンバ34の底部内に固定され、そしてばね92の底端部は、プラグ90の頂部のポケット内に設置され、そしてキャリア94は、ばね92の頂部に支持される。キャリア94は、円形のくぼみまたは皿96を備え、この内部に、シール20が収容される。シール20および/またはばねアセンブリ18は、アーマチャーアセンブリ16に付着されないことが、注目され得る。
【0020】
シール20の取り付け/支持は、ばね92およびキャリア94が、アーマチャーのピン部82および/または入口−出口通路40と円錐の関係となるように、配置される。好ましいばね92は、円錐状ばねである。なぜなら、このばねの形状が、この所望の円錐関係をより良好に維持することが示されたからである。従って、アーマチャーアセンブリ16の位置にかかわらず、ばねアセンブリ18は、シールをその閉位置の方へと偏倚する(図3および4を参照のこと)。
【0021】
ソレノイドアセンブリ14が脱エネルギー化される場合に、弁10は、その通常の完全な開状態にあり、そしてアーマチャーアセンブリ16は、シール20を当接して係合し、その完全な開位置(図1および3)に保持する。より具体的には、アーマチャーピン部82は、弁座42を所定の距離だけ越えて延び、これによってシール20を弁座42からこの距離だけ離して保持する。次いで、流体が、入口通路32を通り、入口チャンバ34内、シール20の周囲、入口−出口通路40を通り、外側チャンバ38を通り、そして出口通路36を通って、通過し得る。
【0022】
ソレノイドアセンブリ14が完全にエネルギー付与される場合には、アーマチャーアセンブリ16は、シール20を移動させてばねアセンブリ18および/または流体圧の作用のもとで弁座42と係合させるに十分に引き戻され、これによって、この弁を完全に閉じる(図2および4)。より具体的には、アーマチャーピン部82は、弁座42を越えて延びない。
【0023】
弁10はまた、ソレノイドアセンブリ14を通る電流を増加/減少させることによって、複数の部分的な開状態(または部分的な閉状態)に配置され得る。具体的には、コイル電流を増加させることによって、アーマチャープランジャー部80の、磁極片64の方への移動が比例的に増加される。このことは、次に、アーマチャーピン部82が通路40の底部端を越えて伸びる距離を比例的に減少させ、これによって、シール20と弁座42との間の距離が比例的に減少する。距離が短いほど、より少ない流体が通路40を通って流れ、そして弁10の出力がより低くなる。すなわち、シールと弁座との間のカーテン領域または流れ空隙を変化させること(これは、有効オリフィスサイズを変化させる)によって、正確な流れ調節が得られ得る。
【0024】
比例フロー弁10の設計は、この弁がシール20の熱変化を補償することを可能にする。代表的にはエラストマーで作製されるシール20は、上昇温度においては膨張(例えば、膨潤)し得(図5)、そして低下温度においては収縮(contract)(例えば、収縮(shrink))し得る(図6)。弁10の設計は、シールの膨張またはシールの収縮が、この弁の流れ特性に有意には影響を与えないような設計である。具体的には、弁10の流れ特性は、弁座42とシール20の頂部表面との間の距離によって決定され、これによって、ばね92が、エラストマーの寸法変化を吸収するか、またはばね92が伸長して、この寸法変化を補償する。
【0025】
ここで、本発明は、弁10がソレノイドアセンブリ14がエネルギー付与されない限り、完全に開いたままである、通常開いた配置と適合性の、ソレノイド制御式の比例ブロー弁を提供することが理解され得る。この様式で、弁10は、通常開いた比例弁が、例えば通常閉じた比例弁より有利である状況において、使用され得る。
【0026】
本発明を、特定の好ましい実施形態に関して図示および説明したが、本明細書を読み、そして理解する際に、当業者が、等価物ならびに明らかな変更および改変に想到することが、明らかである。本発明は、全てのこのような変更および改変を含み、そして添付の特許請求の範囲によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【図1】
図1は、弁が完全な開状態において示されている、本発明による比例フロー弁の断面図である。
【図2】
図2は、弁が閉状態において示されている、フロー弁の別の断面図である。
【図3】
図3は、完全な開状態にある弁の弁座および周囲の部分の、拡大図である。
【図4】
図4は、閉状態にある弁の弁座および周囲の部分の、拡大図である。
【図5】
図5は、シールが膨張または膨潤した状態で示されている、完全な開状態にある弁の弁座および周囲の部分の、拡大図である。
【図6】
図6は、シールが収縮した(contracted or shrunken)状態で示されている、完全な開状態にある弁の弁座および周囲の部分の、拡大図である。
Claims (25)
- 比例フロー弁(10)であって、以下:
間にオリフィスを規定する入口(32)、出口(36)および弁座(42)を備える、弁本体(30);
シール(20)であって、完全な開状態、閉状態、および該開状態と該閉状態との間の部分的な開状態へと、該弁座(42)に近付く方向および離れる方向に可動である、シール(20);
ソレノイドアセンブリ(14)であって、該ソレノイドアセンブリを通して電流が印加される、ソレノイドアセンブリ(14);ならびに
アーマチャーアセンブリ(16)であって、電流が該ソレノイドアセンブリ(14)に印加される場合に、少なくとも部分的に該ソレノイドアセンブリ(14)の内部で可動である、アーマチャーアセンブリ(16)、
を備え、
該ソレノイドアセンブリ(14)は、該ソレノイドアセンブリ(14)を通る電流に比例して、該アーマチャーアセンブリ(16)を該弁座(42)の方へと移動させ;そして
該アーマチャーアセンブリ(16)は、該開位置において、該シール(20)と当接して係合し、該シール(20)を、印加電流に対応して比例的に関連する距離だけ該弁座(42)から離して保持する、比例フロー弁(10)であって;
該シール(20)が、平坦な表面を有し、該シール(20)が該閉位置にある場合に、該表面が該弁座(42)と接触し、そして該弁座により規定されるオリフィスを横切って延びることを特徴とする、比例フロー弁(10)。 - 前記シール(20)が閉位置にある場合に、前記弁(10)が完全に閉じる、請求項1に記載の比例フロー弁(10)。
- 前記シール(20)が円柱形状を有し、該シールの軸方向の一端が前記平坦な表面を形成する、請求項1または2のいずれかに記載の比例フロー弁(10)。
- フロー特性が、前記弁座(42)と前記シール(20)の平坦な表面との間の距離により決定される、請求項1〜3のいずれかに記載の比例フロー弁(10)。
- ばねアセンブリ(18)をさらに備え、該ばねアセンブリ(18)が、前記シール(20)を前記弁座(42)の方へと偏倚する、請求項1〜4のいずれかに記載の比例フロー弁(10)。
- 前記ばねアセンブリ(18)が収縮/伸長して、前記シール(20)の寸法変化を補償し、その結果、前記弁座(42)と該シール(20)の平坦な表面との間の距離が実質的に不変に維持される、請求項5に記載の比例フロー弁(10)。
- 前記アーマチャーアセンブリ(16)が、前記閉位置において、前記ばねアセンブリ(18)が前記シール(20)を前記弁座(42)に対して設置することを可能にする、請求項5または6のいずれかに記載の比例フロー弁(10)。
- 前記ばねアセンブリ(18)が、前記弁本体(30)の内部に位置するばね(92)を備える、請求項5〜7のいずれかに記載の比例フロー弁(10)。
- 前記ばね(92)が、円錐状ばねを備える、請求項8に記載の比例フロー弁(10)。
- 前記ばねアセンブリ(18)が、前記円錐状ばね(92)の反対端部に取り付けられたキャリア(94)をさらに備え、そして前記シール(20)が、該キャリア(94)により収容される、請求項9に記載の比例フロー弁(10)。
- 前記弁本体(30)が、前記入口(32)と前記出口(36)との間に通路(40)を備え、そして前記弁座(42)が、該通路の一端に位置する、請求項1〜10のいずれかに記載の比例フロー弁(10)。
- 前記弁座(42)が、前記通路(40)の、前記入口(32)に隣接する端部に位置する、請求項11に記載の比例フロー弁(10)。
- 前記弁本体(30)が、入口チャンバ(34)および出口チャンバ(38)を備え、該入口チャンバおよび該出口チャンバは、前記シール(20)が開位置の1つにある場合に、流体が前記入口(32)を通って該入口チャンバ(34)へ、前記通路(40)を通り、該出口チャンバ(38)内へ、そして前記出口(36)を通って流れるよう配置される、請求項11または12のいずれかに記載の比例フロー弁(10)。
- 前記シール(20)が、前記入口チャンバ(34)の内部に位置し、その結果、該シール(20)が前記閉位置にある場合に、流体が前記通路(40)に入ることをブロックされる、請求項13に記載の比例フロー弁(10)。
- 前記アーマチャーアセンブリ(16)が、前記開位置において前記シール(20)に当接して係合するピン部(82)を備える、請求項1〜14のいずれかに記載の比例フロー弁(10)。
- 前記シール(20)が前記閉位置にある場合に、前記アーマチャーアセンブリ(16)のピン部(82)が前記弁座(42)を超えて延びない、請求項15に記載の比例フロー弁(10)。
- 請求項12に従属する場合の、請求項15または16のいずれかに記載の比例フロー弁(10)であって、前記ピン部(82)が、前記印加電流に対応して比例的に関連する距離だけ、前記通路(40)を通って前記入口チャンバ(34)内へと延びて、前記開位置に前記シール(20)を配置する、比例フロー弁(10)。
- 前記アーマチャーアセンブリ(16)が、前記ソレノイドアセンブリ(14)と相互作用するプランジャー部(80)を備える、請求項1〜17のいずれかに記載の比例フロー弁(10)。
- 前記アーマチャーアセンブリ(16)が、偏倚部材(88)を備え、該偏倚部材が、該アーマチャーアセンブリ(16)の前記弁座(42)の方への移動に抵抗するよう配置される、請求項1〜18のいずれかに記載の比例フロー弁(10)。
- 前記偏倚部材(88)が、前記アーマチャーアセンブリ(16)に隣接し、そして/または該アーマチャーアセンブリ(16)の周囲に位置するばねである、請求項19に記載の比例フロー弁(10)。
- 前記ばね(88)が環状の板ばねである、請求項20に記載の比例フロー弁(10)。
- 前記ソレノイドアセンブリ(14)が、磁極片(64)を備え、該磁極片が、前記アーマチャーアセンブリ(16)と整列し、そして該アーマチャーアセンブリとの間に作動空隙を有し、そして該ソレノイドアセンブリ(14)を通る電流が、該アーマチャーアセンブリ(16)の、該磁極片(64)の方への移動を引き起こし、これによって該作動空隙の長さを減少させる、請求項1〜21のいずれかに記載の比例フロー弁(10)。
- 前記ソレノイドアセンブリ(14)が、中心開口部を規定するボビン(60)をさらに備え、該中心開口部の内部に、前記磁極片(64)が収容され、そして該中心開口部の内部に、前記アーマチャーアセンブリ(16)の部分(80)がスライド式に受容される、請求項22に記載の比例フロー弁(10)。
- 請求項8または請求項8に従属する任意の他の請求項に従属する場合の、請求項22または23のいずれかに記載の比例フロー弁(10)であって、前記プランジャー部(80)が、前記ボビン(60)の中心開口部の内部にスライド式に受容される、比例フロー弁(10)。
- ステム(48)が、前記弁本体(30)を前記ソレノイドアセンブリ(14)に接続し、そして該ステム(48)が、内部ボア(54)を有し、該内部ボアが、該ソレノイドアセンブリ(14)の部分(80)をスライド式に受容し、そして前記出口(36)と連絡する、請求項1〜24のいずれかに記載の比例フロー弁(10)。
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