JP2005147315A - 電磁比例弁 - Google Patents

Abstract

【課題】個体ごとに流量制御特性にばらつきがなく、しかも安定した高精度な流量制御を行う電磁比例弁を得ること。
【解決手段】プランジャチューブ３２とプランジャ３９との間の径方向クリアランスＡを極小にし、プランジャ３９側のホルダ部材４１と板ばね５１との間の径方向クリアランスＢを径方向クリアランスＡより充分大きく設定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、電磁比例弁に関し、特に、微少量の流量制御を高精度に行う必要がある分析器等において用いられる電磁比例弁に関するものである。

クロマトグラフィ等の分析器に用いられる流量制御弁として、電磁比例弁が知られている。この種の電磁比例弁としては、弁室、弁ポートを有する弁ハウジングと、前記弁ハウジングに取り付けられたプランジャチューブ内に軸線方向に移動可能に設けられたプランジャを含むリニア型の電磁アクチュエータと、前記弁室内に設けられ、前記プランジャと連結され、前記プランジャの軸線方向により前記弁ポートの開度を変化する弁体と、前記プランジャと前記弁体との連結体と前記弁ハウジングとの間に組み込まれた板ばねとを有し、前記電磁アクチュエータが発生する電磁力と前記板ばねのばね力との平衡関係によって前記弁体の開閉位置が決まり、それによって流量制御を行うものがある（例えば、特許文献１、２）。

上述の電磁比例弁で、個体ごとに流量制御に、ばらつきがなく、安定した高精度な流量制御を行うためには、電磁比例弁に組み込まれる板ばねが前記連結体に与えるばね荷重特性に、ばらつきがないこと、流量制御動作時に前記板ばねが前記連結体に与えるばね荷重が、不規則に変動せず、定常性を有していることが重要である。

このことに対して、従来の電磁比例弁では、板ばねは、外縁側を固定リングを用いるなどして弁ハウジングに固定され、内縁側を弁体にかしめ等によって固定結合されているため、その固定状態のばらつき（組み付け誤差）によって初期ばね荷重特性に、ばらつきが生じる可能性がある。

また、プランジャチューブとプランジャとの間には、プランジャが軸線方向に移動できるよう、不可避の径方向クリアランスがあるから、流量制御動作時にプランジャが不規則に径方向移動することが避けられず、プランジャの径方向移動による荷重が板ばねに横方向（径方向）に作用し、これに伴い板ばねがプランジャと弁体との連結体に与えるばね荷重が不規則に変動することになる。このことは、電磁比例弁が振動雰囲気下で使用され、プランジャが外部より加振されるような場合、顕著になる。

また、プランジャチューブの弁ハウジングに対する取付誤差により、プランジャチューブが中心軸線に対して傾いていると、プランジャの軸線方向移動に伴って板ばねに横方向の荷重が作用し、板ばねが前記連結体に与えるばね荷重特性が変動する。

これらのことにより、従来の電磁比例弁では、個体ごとに流量制御特性がばらつき、安定した高精度な流量制御を行うことができない。
特開２００２−７１０４５号公報 特開２００２−３５７２８０号公報

この発明が解決しようとする課題は、個体ごとに流量制御特性にばらつきがなく、しかも安定した高精度な流量制御を行う電磁比例弁を得ることである。

この発明による電磁比例弁は、弁室、弁ポートを有する弁ハウジングと、前記弁ハウジングに取り付けられたプランジャチューブ内に軸線方向に移動可能に設けられたプランジャを含むリニア型の電磁アクチュエータと、前記弁室内に設けられて前記プランジャと連結され、前記プランジャの軸線方向移動により前記弁ポートの開度を変化する弁体と、前記プランジャ及び前記弁体の連結体と前記弁ハウジングとの間に組み込まれた板ばねとを有し、前記電磁アクチュエータが発生する電磁力と前記板ばねのばね力との平衡関係によって前記弁体の開閉位置が決まり、流量制御を行う電磁比例弁において、前記板ばねは、円環状で、前記連結体の外周に遊嵌合し、外周縁側にて前記弁ハウジングに係合し、内周縁側にて前記連結体の外周に形成されたフランジ端面に当接係合し、前記プランジャチューブの内径と前記プランジャの外径との差によって前記プランジャチューブと前記プランジャとの間に径方向クリアランスＡが設定され、前記連結体の外径と前記板ばねの内径との差によって前記連結体と前記板ばねとの間に、径方向クリアランスＢが設定され、前記径方向クリアランスＡと前記径方向クリアランスＢとの大小関係が、Ａ＜Ｂである。

この発明による電磁比例弁は、好ましくは、前記弁ハウジングは、前記連結体の径方向外方位置において前記フランジ端面と向かい合う段差端面を形成する大径部を有しており、前記板ばねは、前記大径部に納められてその外周縁側が前記段差端面に当接係合した状態で、当該段差端面と前記フランジ端面との間に挟まれている。

この場合、好ましくは、前記板ばねの外径と前記大径部の内径との差によって前記板ばねと前記大径部との間に径方向クリアランスＣが設定され、前記径方向クリアランスＡ、前記径方向クリアランスＢ、及び、前記径方向クリアランスＣの大小関係が、Ｃ＜Ａ＜Ｂで、かつ、（Ｂ−Ｃ）＞Ａである。

この発明による電磁比例弁は、板ばねが、プランジャと弁体との連結体に対して固定連結されず、連結体のフランジ端面に当接係合するだけであるから、連結体と板ばねとの固定状態に、ばらつき（組み付け誤差）が生じる原因がなく、プランジャの径方向移動が板ばねに作用することもない。

しかも、プランジャチューブとプランジャとの間の径方向クリアランスＡより連結体と板ばねとの間の径方向クリアランスＢのほうが大きいから、プランジャがプランジャチューブ内で径方向移動しても、連結体と板ばねとが径方向に不規則に接触することもない。

これらのことにより、この発明による電磁比例弁では、板ばねが連結体に与えるばね荷重特性に、ばらつきが生じることがなく、板ばねが連結体に与えるばね荷重が不規則に変動することもない。この結果、個体ごとに流量制御特性に、ばらつきが生じることがなくなり、しかも安定した高精度な流量制御を行うことができる。

この発明による電磁比例弁の一つの実施形態を、図１、図２を参照して説明する。

図１に示されているように、電磁比例弁は、弁ハウジング１１を有する。弁ハウジング１１は、ハウジング本体１２と、ねじ部１３によってハウジング本体１２に固定された蓋部材１４を含む。ハウジング本体１２と蓋部材１４とは、Ｏリング１５によって気密された弁室１６を画定する。弁室１６にはＯリング１７を介して多孔質材等による円筒状のフィルタ部材１７が配置されている。

ハウジング本体１２には、第１の入出ポート１８と、第２の入出ポート１９とが形成されている。ハウジング本体１２にはスリーブ形状の弁座部材２０がフィルタ部材１７と同心に固定されている。弁座部材２０は、内部通路２１によって第２の入出ポート１９と連通しており、上部にフィルタ部材１７と同心の弁ポート２２を有し、上面が弁座面２３になっている。第１の入出ポート１８は弁室１６に直接連通している。

弁ハウジング１１の上部にはリニア型の電磁アクチュエータ３１が取り付けられている。電磁アクチュエータ３１は蓋部材１４にろう付け固定された円筒状のプランジャチューブ３２を有する。プランジャチューブ３２は、下端側を蓋部材１４に形成された中心貫通孔２４に嵌合挿入されてフィルタ部材１７と同心軸上に配置されている。なお、図１において、符号２５はプランジャチューブ３２のろう付け部分を示す。

プランジャチューブ３２の上端側にはプラグを兼ねた吸引子３３が嵌合固定されている。プランジャチューブ３２の外側には、外凾３４、ボビン３５、巻線３６等による電磁コイル部材３７が止め輪３８によって固定装着されている。

プランジャチューブ３２内にはプランジャ３９が軸線方向（弁開閉方向）に移動可能に設けられている。プランジャ３９の下端にはホルダ収容孔４０がフィルタ部材１７と同心軸上に形成されており、ホルダ収容孔４０には円筒状のホルダ部材４１が、やはりフィルタ部材１７と同心軸上に嵌合固定されている。

図２に示されているように、ホルダ部材４１は、下端部に、円環状の内周側フランジ４２と、同じく円環状の外周側フランジ４３とを有し、内部に弁体４４と、ステム部材４５とを収容している。

弁体４４は内周側フランジ４２との係合によって抜け止めされてホルダ部材４１を介してプランジャ３９に連結されている。弁体４４は、下底面４６をもって弁座面２３に対向し、軸線方向（上下方向）の移動によって弁ポート２２の開閉、開度調整を行う。

蓋部材１４の下底面側には板ばね収容用の円形の大径部２６がフィルタ部材１７と同心軸上に形成されている。大径部２６には円環状の板ばね５１が配置されている。板ばね５１は、ホルダ部材４１の外周に遊嵌合しており、外周縁側５２の上面にて大径部２６の下底面をなす下向きの円環状の段差端面２７に係合し、外周縁側５３の下面にて外周側フランジ４３の上面がなす上向きの円環状のフランジ端面４７に当接係合している。

これにより、板ばね５１は、段差端面２７とフランジ端面４７との間に、段差端面２７とフランジ端面４７との相互の軸線方向位置の相違に応じて弾性変形した状態で挟まれ、弁体４４を含むホルダ部材４１とプランジャ３９との連結体を下方、すなわち、弁閉方向に付勢している。板ばね５１は、弁ハウジング１１側にも、弁体４４側、プランジャ３２側の何れにも、締結固定はされていない。

電磁アクチュエータ３１は、電磁コイル部材３７に通電が行われることにより励磁し、デューティ比制御等によって制御されるコイル電流値に応じた磁気的吸引力（電磁力）を吸引力３３に発生し、弁体４４を含むホルダ部材４１とプランジャ３９との連結体を上方、すなわち、弁開方向に駆動する。

これにより、電磁アクチュエータ３１が発生する電磁力と板ばね５１のばね力との平衡関係によって弁体４４の開閉位置が決まり、流量制御が行われる。

この発明による電磁比例弁では、プランジャチューブ３２の内径Ｄａとプランジャ３９の外径Ｄｂとの差によってプランジャチューブ３２とプランジャ３９との間に径方向クリアランスＡが設定され、ホルダ部材４１の外径Ｄｃと板ばね５１の内径Ｄｄとの差によってホルダ部材４１と板ばね５１との間に径方向クリアランスＢが設定されている。また、板ばね５１の外径Ｄｅと大径部２６の内径Ｄｆとの差によって板ばね５１と大径部２６との間に径方向クリアランスＣが設定されている。

これら径方向クリアランスＡと径方向クリアランスＢと径方向クリアランスＣの大小関係は、Ｃ＜Ａ＜Ｂで、（Ｂ−Ｃ）＞Ａである。

径方向クリアランスＡは、プランジャチューブ３２内をプランジャ３９が支障なく軸線方向移動できる最小値に設定されればよい。

径方向クリアランスＢは、プランジャ３９がプランジャチューブ３２内を径方向クリアランスＡの範囲で径方向移動しても、また、プランジャチューブ３２の弁ハウジング１１に対する取付誤差（真直誤差）によってプランジャ３９が中心軸線Ｘに対して径方向移動しても、プランジャ３９と一体のホルダ部材４１の外周面が板ばね５１の内周縁に当接しない適正値に設定される。

径方向クリアランスＣは、板ばね５１を大径部２６に対してしまり嵌めにならない嵌合状態で板ばね５１を大径部２６内に配置するために必要な間隙とする。

上述したように、板ばね５１は、ホルダ部材４１を含むプランジャ３９と弁体４４との連結体に対して固定連結されず、この連結体のフランジ端面５３に当接係合するだけであるから、連結体と板ばね５１との固定状態に、ばらつき（組み付け誤差）が生じる原因がなく、プランジャ３９の径方向移動が板ばね５１に作用することもない。さらに、板ばね５１は弁ハウジング１１側の段差端面２７に当接係合するだけであるから、板ばね５１の弁ハウジング１１に対する締結誤差を生じることもない。

しかも、プランジャチューブ３２とプランジャ３９との間の径方向クリアランスＡより上述の連結体と板ばね５１との間の径方向クリアランスＢのほうが大きいから、流量制御動作時にプランジャ３９がプランジャチューブ３２内で径方向移動しても、ホルダ部材４１と板ばね５１とが径方向に不規則に接触することもない。また、プランジャチューブ３２の弁ハウジング１１に対する真直誤差によってプランジャ３９が中心軸線Ｘに対して径方向移動しても、ホルダ部材４１と板ばね５１とが径方向に接触することもない。

これらのことにより、上述の実施形態による電磁比例弁では、板ばね５１がプランジャ３９と弁体４４との連結体に与えるばね荷重特性に、ばらつきが生じることがなく、板ばね５１がプランジャ３９と弁体４４との連結体に与えるばね荷重が不規則に変動することもない。この結果、個体ごとに流量制御特性に、ばらつきが生じることがなくなり、しかも安定した高精度な流量制御を行うことができる。

この発明による電磁比例弁の一つの実施形態を示す縦断面図である。 この発明による電磁比例弁の一つの実施形態の要部を拡大して示す縦断面図である。

符号の説明

１１ 弁ハウジング
１６ 弁室
２２ 弁ポート
２６ 大径部
３１ 電磁アクチュエータ
３２ プランジャチューブ
３９ プランジャ
４４ 弁体
５１ 板ばね

Claims (3)

1. 弁室、弁ポートを有する弁ハウジングと、
   前記弁ハウジングに取り付けられたプランジャチューブ内に軸線方向に移動可能に設けられたプランジャを含むリニア型の電磁アクチュエータと、
   前記弁室内に設けられて前記プランジャと連結され、前記プランジャの軸線方向移動により前記弁ポートの開度を変化する弁体と、
   前記プランジャ及び前記弁体の連結体と前記弁ハウジングとの間に組み込まれた板ばねとを有し、
   前記電磁アクチュエータが発生する電磁力と前記板ばねのばね力との平衡関係によって前記弁体の開閉位置が決まり、流量制御を行う電磁比例弁において、
   前記板ばねは、円環状で、前記連結体の外周に遊嵌合し、外周縁側にて前記弁ハウジングに係合し、内周縁側にて前記連結体の外周に形成されたフランジ端面に当接係合し、
   前記プランジャチューブの内径と前記プランジャの外径との差によって前記プランジャチューブと前記プランジャとの間に径方向クリアランスＡが設定され、前記連結体の外径と前記板ばねの内径との差によって前記連結体と前記板ばねとの間に、径方向クリアランスＢが設定され、
   前記径方向クリアランスＡと前記径方向クリアランスＢとの大小関係が、Ａ＜Ｂである、
   ことを特徴とする電磁比例弁。
2. 前記弁ハウジングは、前記連結体の径方向外方位置において前記フランジ端面と向かい合う段差端面を形成する大径部を有しており、前記板ばねは、前記大径部に納められてその外周縁側が前記段差端面に当接係合した状態で、当該段差端面と前記フランジ端面との間に挟まれていることを特徴とする請求項１記載の電磁比例弁。
3. 前記板ばねの外径と前記大径部の内径との差によって前記板ばねと前記大径部との間に径方向クリアランスＣが設定され、前記径方向クリアランスＡ、前記径方向クリアランスＢ、及び、前記径方向クリアランスＣの大小関係が、Ｃ＜Ａ＜Ｂで、かつ、（Ｂ−Ｃ）＞Ａであることを特徴とする請求項２記載の電磁比例弁。

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