JP2006057819A - 電磁比例弁 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイアフラム６を備えた電磁比例弁では、１次室にガスが充満した状態で長時間放置すると、ダイアフラム６の受圧部６３を通って１次室内のガスが大気中に拡散し、１次室内が負圧になる。すると受圧部６３は１次室側に吸い込まれて過度に変形し、ダイアフラム６の寿命が短くなる。従来の電磁比例弁は、この過度の変形を防止する変形防止部を弁体に設けていたので、弁体の重量が増加し圧力変動に対する弁体の移動の応答性が低下し、更にダイアフラム６の最もストレスがかかる受圧部６３の外周部分の過度の変形を防止することができなかった。
【解決手段】変形防止部材７を弁体ではなく本体２側に取り付けることにより、弁体の重量増加を防止すると共に、受圧部６３の外周部分の過度の変形を防止するようにした。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ダイアフラムによるガバナ機構を備えた電磁比例弁に関する。

従来のこの種の電磁比例弁は、１次室の上流側が閉鎖され１次室内にガスが充満した状態で長時間放置されると、ガスがダイアフラムを通して外部に漏出し、１次室内が負圧になる場合が生じる。１次室内が負圧になるとダイアフラムは１次室側に吸引され過度に変形する。

この過度の変形した状態で長時間経過するとダイアフラムが塑性変形してしまい、その後の機能に支障が生じる。そこで、１次室内が負圧になっても、ダイアフラムの受圧部を支えて過度の変形を防止する変形防止部を、弁体に設けたものが知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
特開平１０−２２７４３９号公報（図２、図３） 特開２００１−１５３３５０号公報（図１から図５）

上記公報に記載の従来の電磁比例弁では、変形防止部を弁体に設けている。１次圧が変動するとその圧力変動をダイアフラムが受けて速やかに弁体を移動させて開度を調節することにより、１次圧の変化にかかわらず流量を一定にしている。ところが、弁体に変形防止部を設けることにより弁体の重量が増加し、弁体の速やかな移動を阻害する。

また、弁体と共に変形防止部が移動できるように、変形防止部は本体に対して接触しないように、本体との間に一定の隙間を設けなければならない。そのため、ダイアフラムの受圧部のうち、外周部分は変形防止部によって変形防止されず、減圧の影響を受ける。この受圧部の外周部分は通常の使用時においても最も変形する部位であり、ダイアフラムが劣化すると最初に亀裂が生じる部位である。その外周部分の過度の変形を防止できないため、ダイアフラムの寿命を延ばすという効果はあまり期待できない。

そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、弁体の重量を増加させることなく、かつダイアフラムの寿命を延ばすことのできる電磁比例弁を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明による電磁比例弁は、出口側開口部の周縁が弁座部となる１次室が形成された本体内に、１次室内から出口側開口部を通って延在し弁座部に当接して出口側開口部を閉弁する弁体を備え、外周縁が本体に固定されると共に内周縁が弁体に固定され、かつ外周縁と内周縁との間に形成された受圧部が１次室に臨むダイアフラムを備えた電磁比例弁において、弁体が閉弁状態で１次室内が減圧した際、上記受圧部と外周縁との連結部分近傍が過度に変形することを防止する変形防止部を本体側に設けたことを特徴とする。

ダイアフラムの受圧部のうち、外周縁との連結部分の変形が最も大きい。そこで、変形防止部を本体側に設けることにより、この最も変形量の大きい部分の過度の変形を防止するようにした。ところで、上記閉弁状態とは、上記出口側開口部の周縁、すなわち弁座部に弁体が当接して出口側開口部を閉鎖することを示すが、厳密に気密を保証する場合のみを指すのではなく、弁座部と弁体との間に微少な漏れがある状態も含める概念である。

上記弁体の最大開度状態で、弁体に当接して弁体の開弁方向へのそれ以上の移動を禁止するストッパ部を上記変形防止部の内周端に設ければ、別途ストッパ部を設ける必要が無く、部品点数を低減することができる。

ところで、弁体の最大開度状態で、受圧部の形状に一致するように上記変形防止部を成形してもい。弁体の最大開度状態時にダイアフラムの変形も最大になる。変形防止部の形状が受圧部の形状に一致していれば受圧部全体を変形防止部がサポートしてそれ以上の変形が防止される。

なお、受圧部が変形防止部に密着した状態で１次室の圧力が受圧部に作用するように、変形防止部に貫通孔を形成することが望ましい。

以上の説明から明らかなように、本発明は、変形防止部を本体側に設けたので、ダイアフラムの最も変形量の大きい部位の過度の変形を、この変形防止部で防止することができる。その結果、ダイアフラムの寿命を大きく延ばすことができる。また、変形防止部が弁体に設けられていないので、弁体の重量が増加せず、１次圧の変動に対する弁体の応答性を損なうことがない。

図１を参照して、１は本発明による電磁比例弁であり、中空の本体２の上部にソレノイド部３を備えている。このソレノイド部３には上下方向に移動自在のプランジャ３１が設けられており、ソレノイドコイル３２に通電する直流電流の大きさに比例して、プランジャ３１を下方へ押し下げる方向の電磁力が増加するように構成されている。

本体２には流入口２１と流出口２２とが設けられ、流入口２１から本体２内に流入するガスを、上述のプランジャ３１によって押し下げられる弁体４の押し下げ量によって流量制御して流出口２２から流出させるように構成されている。この本体２には板金製の弁体シート５が嵌入されている。

この弁体シート５は略円筒形状であり、下端部には弁座部５１が形成されている。弁体４が上昇すると弁体４の下部に形成した弁体部４１がこの弁座部５１に全周にわたって当接して閉弁状態となり、流出口２２からのガスの流出を停止させる。ただし、本実施の形態では弁体部４１にゴムなどからなるシール部材を設けていないので、流出口２２の完全な閉鎖を保証するものではない。

また、プランジャ３１によって弁体４を押し下げることによって、弁体部４１を弁座部５１から離して開弁すると、両者の隙間を通ってガスが弁体部４１の下方へと流れ、流出口２２からガスが流出する。

弁体４の上部にはダイアフラム６が固定されている。このダイアフラム６は可撓性を有するゴム製であり、中心部側に肉厚の取付部６１と外周部分に同じく肉厚の取付部６２が形成され、両取付部６１，６２の間に挟まれて薄肉の受圧部６３が形成されている。

ダイアフラム６は中心部側の取付部６１によって弁体４に固定されており、その際ダイアフラム６の中心軸と弁体４の中心軸とがずれないように位置決めされている。一方、弁体シート５の状態部近傍には全周にわたって上方に立ち上がった位置決め部５２が形成されており、ダイアフラム６の外周側の取付部６２がこの位置決め部５２に当接して位置決めされる。その結果、弁体４も同様にこの位置決め部５２によって位置決めされることになる。

弁座部５１は位置決め部５２と同じく弁体シート５の一部であり、弁座部５１と位置決め部５２とを同時に機械加工によって形成することにより、両者の中心軸が一致するように形成されている。したがって、位置決め部５２によって位置決めされる弁体４の中心軸は同時に弁座部５１の中心軸と一致することになる。このため、弁体４を閉弁状態から微少距離だけ押し下げ、弁体部４１と弁座部５１との間に非常に狭い隙間Ｇを形成することにより、流出口２２から最小流量に相当するガス量を流出させる際、その狭い隙間Ｇの幅が全周にわたって均一なものとなり、流出口２２から流出するガス量が、電磁比例弁１の個体差が生じることなく安定する。１１は弁体４を上方に付勢するバネであり、ソレノイドコイル３２に通電していない状態で、弁体４が自重で下方に移動して弁座部５１から弁体部４１が離れないように機能するものである。

ところで、本実施の形態では、弁体４を囲繞するように変形防止部材７を取り付けた。図２および図３を合わせて参照して、弁体４を大きく押し下げた場合、弁体４が変形防止部材７の内周部分に形成したストッパ部７１に当接して、弁体４の下降位置が所定の位置で規制されるようにした。

なお、上記ダイアフラム６はガバナとして機能するものであり、弁体４を所定量押し下げて開弁状態にした際に、流入口２１から流入するガスの１次圧が変動した場合、その圧力変動を受けて弁体４の位置を自動的に調節し、流出口２２からのガスの流出量を安定させるように機能する。

図２は弁体４がストッパ部７１によってそれ以上の下降を規制された状態、すなわち全開状態を示している。この状態ではダイアフラム６が変形防止部材７の上面７２に当接する。そこで、この上面７２の形状をダイアフラム６の受圧部６３の形状に合わせて、受圧部６３が変形しないようにした。

さらに図４を合わせて参照して、変形防止部材７には上下に貫通された窓穴７３が複数個形成されているので、ガスの１次圧がダイアフラム６に作用することを変形防止部材７が阻害することはない。

ところで、ダイアフラム６は可撓性を必要とするためゴムで形成されるのが一般的である。一方、ガス中にはブタンなどの有機ガスが多量に含まれている。この有機ガスはダイアフラム６を構成するゴム中に溶融する。ダイアフラム６の上面は大気に接しているが、大気中にはこのような有機ガスはほとんど含まれていない。そのためダイアフラム６を挟んで有機ガスの分圧は下面側が上面側に対して非常に高い状態になる。

弁体４が閉弁状態では、弁体４は受圧部６３が受ける１次圧とダイアフラム６自体の弾性力で上方に引き上げられている。この状態で長時間経過すると、有機ガスがダイアフラム６中に溶融し、分圧の低い大気中へと放出される。そのため、有機ガスはダイアフラム６を透過して電磁比例弁１の内部から大気中へと流出していく。

このように有機ガスが１次室から流出すると、１次室の圧力が低下する。ところが、有機ガスの分圧は依然として大気中における分圧よりはるかに高圧であるので、ダイアフラム６の下面側、すなわち１次室内の圧力が負圧になっても有機ガスの流出は続く。

その結果、ダイアフラム６は図３に示すように１次室側に吸い寄せられる。ただし、変形防止部材７は上述のように本体２側に取り付けられているので、特に受圧部６３の外周部分、すなわち取付部６２との境界部分が変形防止部材７の上面７２にサポートされ、それ以上１次室側に吸い込まれることを防止して過度に変形しないようにした。

１次室内に新たにガスを供給すると、新たなガスの１次圧を受圧部６３が受けて受圧部６３の形状は図１に示す当初の形状に復元する。

なお、本実施の形態で示したものを上下反転して使用する場合には、弁体４は自重で常に閉弁方向に付勢されることになるので、このような姿勢で使用する場合にはバネ１１を省略してもよい。また、弁体部４１にシール部材を取り付けて弁座部５１に弁体部４１が着座した状態で、ガスの流出口２２側への流出を完全に停止させるようにしてもよい。

ところで、上記実施の形態では変形防止部材７を１個の部品としたが、弁体シート５に一体に形成してもよく、あるいは弁体シート５を用いないタイプのものでは本体２に一体に形成してもよい。

なお、本発明は上記した形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもかまわない。

閉弁状態を示す図 全開状態を示す図 ダイアフラム近傍の詳細を示す図 変形防止部材の形状を示す図

符号の説明

１ 電磁比例弁
３ ソレノイド部
４ 弁体
５ 弁体シート
６ ダイアフラム
７ 変形防止部材
８ ホルダ
２１ 流入口
２２ 流出口
４１ 弁体部
５１ 弁座部
７１ ストッパ部

Claims (4)

1. 出口側開口部の周縁が弁座部となる１次室が形成された本体内に、１次室内から出口側開口部を通って延在し弁座部に当接して出口側開口部を閉弁する弁体を備え、外周縁が本体に固定されると共に内周縁が弁体に固定され、かつ外周縁と内周縁との間に形成された受圧部が１次室に臨むダイアフラムを備えた電磁比例弁において、弁体が閉弁状態で１次室内が減圧した際、上記受圧部と外周縁との連結部分近傍が過度に変形することを防止する変形防止部を本体側に設けたことを特徴とする電磁比例弁。
2. 上記弁体の最大開度状態で、弁体に当接して弁体の開弁方向へのそれ以上の移動を禁止するストッパ部を上記変形防止部の内周端に設けたことを特徴とする請求項１記載の電磁比例弁。
3. 弁体の最大開度状態で、受圧部の形状に一致するように上記変形防止部を成形したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電磁比例弁。
4. 受圧部が変形防止部に密着した状態で１次室の圧力が受圧部に作用するように、変形防止部に貫通孔を形成したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の電磁比例弁。
   

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