JP2006057820A

JP2006057820A - 電磁比例弁

Info

Publication number: JP2006057820A
Application number: JP2004243187A
Authority: JP
Inventors: Koji Matsui; 浩二松井
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2004-08-24
Filing date: 2004-08-24
Publication date: 2006-03-02

Abstract

【課題】電磁比例弁１では本体２の歪みによる弁座の変形を防止し、かつ加工工数を軽減するため、円筒状の弁体シート５を本体２に嵌入している。そして、弁体シート５の下端に弁座部５１を形成し、弁体４の弁体部４１が弁座部５１に着座することにより閉弁するようにした。この構成では弁座部５１の中心軸と弁体４の中心軸とがずれると、特に最小流量時の流量が安定しない。
【解決手段】弁体４の位置を決定するダイアフラム６を、弁体シート５の上端に形成した位置決め部５２によって位置決めして、弁体シート５に形成した弁座部５１と弁体４とのずれが生じないようにした。
【選択図】図１

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、弁体の１次側にガスが供給されると、このガスの１次圧をダイアフラムが受けて弁体を閉弁側に移動させ、弁体を弁座部に当接させて閉弁状態に保持する。また、弁体を開弁方向に駆動するアクチュエータが設けられており、このアクチュエータが弁体を開弁方向に付勢する付勢力とダイアフラムが受ける１次圧によって弁体を閉弁方向に付勢する付勢力とが釣り合う位置で弁体が保持されるように構成されている。

したがって、アクチュエータへの通電量を増減し、弁体を開弁方向へ付勢する付勢力を増減させることに弁体の位置が変化し、弁体と弁座部との間に形成される隙間の大きさが変化して、この隙間を通過するガス量が増減制御される。ガス量を絞る際にはこの隙間を狭くするが、隙間が狭くなるに伴ってガスの通過量は弁座部の形状の影響を受ける。

弁座部を比例制御弁の本体に形成すると、この本体に配管を接続する際に本体が変形して弁座部が歪むおそれが生じる。そこで、本体に弁体シートと呼ばれる円筒状の別部材を挿入し、この弁体シートの一端に弁座部を形成することによって、たとえ本体が変形してもその変形の影響が弁座部に及ばないようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許第３２７６１２４号公報（０００６段落、図１）

上記公報に記載の従来の電磁比例弁では、弁体の取り付けられているダイアフラムの位置決めは弁体シートとは別体のホルダおよび補助ホルダと呼ばれる２つの部材によって上下方向から挟まれて位置決めされる。そのため弁座部の中心軸とダイアフラムの中心軸とが相互にずれる場合が生じる。弁体はダイアフラムによって位置決めされるので、ダイアフラムの位置が弁座部に対してずれると弁体の中心軸も弁座部の中心軸からずれることになる。

このように弁体が弁座部に対してずれると、弁座部と弁体との間の隙間が小さい最小流量状態では、この隙間の形状が当初予定の形状にならず、最小流量が安定しないという不具合が生じる。

また、弁体が弁座部に着座する閉弁状態では、弁体の中心軸が弁座部の中心軸に一致するように弁体の位置が矯正されるが、この矯正によってダイアフラムが歪みダイアフラムの変形の原因となる。

そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、弁座部の中心軸線と弁体の中心軸線とがずれない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、ガバナ機構を構成するダイアフラムを備えた電磁比例弁であって、弁体が当接して閉弁状態になる弁座部を一端に備えた筒状の弁体シートを本体内に収納したものにおいて、上記弁体シートの他端に、弁座部に対してダイアフラムを位置決めする位置決め部を形成したことを特徴とする。

弁体シートから他の部材を介することなく弁体シートで直接ダイアフラムの位置決めをすると、ダイアフラムと弁体とは一体であるので、弁体シートに対して弁体を精度よく位置決めすることができる。そのため、弁体と弁座部とが位置ずれすることがなく、両者の隙間が狭くなる最小流量時の流量が安定する。ところで、上記閉弁状態とは、上記弁座部に弁体が当接して弁座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。

なお、上記ダイアフラムの外周部分を上下方向から締め付ける部材を用いる際には、この締め付ける部材を共に弁体シートに対して位置決めすれば、ダイアフラムが自由に変形することのできる有効径が弁体シートに対してずれることがない。

以上の説明から明らかなように、本発明は、弁体シートに対してダイアフラムを直接位置決めさせたので、ダイアフラムと一体である弁体の位置と弁体シートの位置とがずれず、そのため最小流量が安定すると共に、弁体シートに設けられた弁座部に弁体が着座した際にダイアフラムが歪むような不具合が生じない。

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を囲繞するようにストッパ部材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がストッパ部材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がストッパ部材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、ストッパ部材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に作用することをストッパ部材７が阻害することはない。

ところで、本実施の形態ではダイアフラム６の外周側の取付部６２は、このストッパ部材７の外縁部７４とホルダ８とによって上下方向から挟まれている。そのため、ダイアフラム６が上方に押し上げられた状態ではダイアフラム６はホルダ８に当接して自由に変形できる部分の外周円が狭められる。また、ダイアフラム６が下げられるとストッパ部材７に当接してやはり自由に変形できる部分の外周円が狭められる。

ところが、ストッパ部材７およびホルダ８は共に弁体シート５の位置決め部５２によって位置決めされているので、ダイアフラム６の自由に変形できる部分の外周縁の中心軸は常に弁体４の中心軸から外れることなく一致した状態を担保することができる。したがって、弁体４は上下方向に移動中に常に中心軸が弁座部５１の中心軸に一致した状態を保つことができる。

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、ストッパ部材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との境界部分がストッパ部材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ストッパ部材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ストッパ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ストッパ部材
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

ガバナ機構を構成するダイアフラムを備えた電磁比例弁であって、弁体が当接して閉弁状態になる弁座部を一端に備えた筒状の弁体シートを本体内に収納したものにおいて、上記弁体シートの他端に、弁座部に対してダイアフラムを位置決めする位置決め部を形成したことを特徴とする電磁比例弁。
上記ダイアフラムの外周部分を上下方向から締め付ける部材を共に弁体シートに対して位置決めしたことを特徴とする請求項１記載の電磁比例弁。