JP2015075227A - 電磁式制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁駆動部の電磁力と設定調整部の調整ばねのばね力とのつり合いをとり、弁体の開度を比例的に変化させる電磁式制御弁において、弁棒の端部と受け部材の溶接箇所に剥がし方向の力が作用することを回避して破損を防止する。【解決手段】弁棒３の端部に固着した受け部材７を設定調整部８のボール８４により弁閉方向に付勢する。電磁駆動部５のプランジャ６に円筒状のストッパ部材６３を設ける。ストッパ部材６３の吸引子５２側の端部にすり鉢状のテーパ面６３ｂを形成する。受け部材７のストッパ部材６３側の端面を、ボール８４の中心を中心とする球面からなる摺動面７ａとする。弁棒３の揺動時に、受け部材７の摺動面７ａをストッパ部材６３のテーパ面６３ｂに沿って摺動させる。【選択図】図１

Description

本発明は、電磁式制御弁に関し、電磁駆動部に電流を通電することにより生じる電磁力と設定調整部の付勢力とのつり合いをとることにより、弁体の開度を比例的に変化させる電磁式制御弁に関する。

従来、この種の電磁式制御弁として、例えば特開２０１１−１６９４１５号公報（特許文献１）に開示されたものがある。図１１はこの特許文献１の電磁式制御弁の概略を説明する図である。この従来の電磁式制御弁は、弁ハウジング１０内に弁体２０ａを有する弁棒２０を配設し、電磁駆動部３０の電磁コイル３０ａへ通電して吸引子３０ｂで発生する電磁力によりプランジャ３０ｃを駆動し、弁棒２０を軸線Ｌ方向に変位させ、弁体２０ａにより弁ポート１０ｃの開度調節を行うものである。

また、電磁駆動部３０の電磁力と設定調整部４０の調整ばね４０ａのばね力とのつり合いをとる。さらに、一次側ポート１０ａに連通する均圧室１０ｄと二次側ポート１０ｂとの差圧による力をダイヤフラム５０（感圧部）で弁体２０ａに伝達する。そして、一次側ポート１０ａと二次側ポート１０ｂとの差圧により弁体２０ａに作用する力をこのダイヤフラム５０による力でキャンセルする。これにより、差圧により弁体２０ａに作用する力の影響を無くし、少ない通電量で弁ポート１０ｃの開度を比例的に変化させるものである。

また、弁棒２０の連結ロッド２０ｂの端部には筒状の抜け止め部材（受け部材）６０が嵌め込まれ、この抜け止め部材６０と連結ロッド２０ｂの端部は溶接により固着されている。抜け止め部材６０はプランジャ３０ｃ側の端部に鍔状部６０ａを有し、この鍔状部６０ａは、プランジャ３０ｃの吸引子３０ｂ側の対向面に接触した状態となっている。さらに、設定調整部４０は、調整ばね４０ａで付勢されるばね受け４０ｂに当接するボール４０ｃを有している。そして、調整ばね４０ａのばね力は、ばね受け４０ｂ、ボール４０ｃ及び抜け止め部材６０を介して弁棒２０に伝達されるようになっている。

特開２０１１−１６９４１５号公報

前記従来の電磁式制御弁では、弁開時に一次側ポート１０ａから二次側ポート１０ｂに流れる流体、あるいは、逆方向で二次側ポート１０ｂから一次側ポート１０ａに流れる流体が、弁棒２０に横から当たるため、弁棒２０が揺動することがある。ダイヤフラム５０は、圧力が加わることにより発生する復元力により弁棒２０の下端部で、軸線Ｌに対してある程度の求心作用をするが、特に均圧室１０ｄと二次側ポート１０ｂとの差圧が小さいとき、ダイヤフラム５０の求心作用が低下して、弁棒２０が揺動しやすくなる。特に弁棒２０は長尺であり、ボール４０ｃと抜け止め部材６０との当接箇所から離れた位置となる一次側ポート１０ａに対応する位置や二次側ポート１０ｂに対応する位置での流体の流れの力により弁棒２０が揺動する力が作用しやすい。

プランジャ３０ｃの吸引子３０ｂ側の端面に抜け止め部材（受け部材）６０の鍔状部６０ａが接触した状態で弁棒２０に揺動する力が作用すると、弁棒２０の連結ロッド２０ｂに弁棒２０の傾きに対する反力が作用し、連結ロッド２０ｂの端部と抜け止め部材６０との溶接箇所に剥がし方向の力が加わり、この繰り返しにより溶接箇所が破損する恐れがある。

本発明は、設定調整部により弁棒の端部に固着された受け部材を介して弁棒を弁閉側に付勢し、電磁駆動部の電磁力と設定調整部の付勢力とのつり合いをとることにより、弁体の開度を比例的に変化させる電磁式制御弁において、弁棒の端部と受け部材の溶接箇所に剥がし方向の力が加わらないようにして、破損を防止することを課題とする。

請求項１の電磁式制御弁は、円筒状のケースに固定され電磁コイルへの通電により電磁力を発生する吸引子と、前記ケース内で前記吸引子に対向して前記電磁力によりケースの軸方向に移動可能な電磁可動部と、前記電磁可動部の中心を貫通して前記軸方向に移動可能に配設されるとともに弁ポートを開閉する弁体を備えた弁棒と、前記弁棒の前記吸引子側端部に嵌め込まれ固着された円筒状の受け部材と、前記弁体と前記電磁可動部との間に配設されて該電磁可動部を前記受け部材に当接させるように付勢する付勢手段と、前記吸引子の挿通孔から前記受け部材を介して前記弁棒を弁閉側に付勢する設定調整部と、を備え、前記電磁駆動部の電磁力と前記設定調整部の付勢力とのつり合いにより、前記弁ポートの開度を比例的に変化させる電磁式制御弁において、前記受け部材の前記電磁可動部側の摺動面を前記軸線上の一点を中心とする球面とし、該球面の中心を揺動中心として前記受け部材及び前記弁棒を揺動可能にしたことを特徴とする。

請求項２の電磁式制御弁は、請求項１に記載の電磁式制御弁であって、前記設定調整部は、前記吸引子の前記挿通孔内に配置されるとともに、この挿通孔に挿通可能なクリアランスを有するボールを介して前記受け部材を付勢し、前記受け部材の前記電磁可動部側の摺動面の球面の中心が、前記ボールの中心に一致していることを特徴とする。

請求項３の電磁式制御弁は、請求項１または２に記載の電磁式制御弁であって、前記電磁可動部がプランジャと該プランジャの中心に前記吸引子側から嵌合されたストッパ部材とから構成され、前記受け部材の前記摺動面を前記ストッパ部材に当接させるとともに、前記ストッパ部材が前記吸引子に当接することで前記プランジャが前記吸引子に吸着するのを規制するようにしたことを特徴とする。

請求項４の電磁式制御弁は、請求項１または２に記載の電磁式制御弁であって、前記電磁可動部がプランジャであり、前記吸引子の中心に前記プランジャ側から嵌合されたストッパ部材が設けられ、前記受け部材の前記摺動面を前記プランジャに当接させるとともに、前記ストッパ部材が前記プランジャに当接することで前記プランジャが前記吸引子に吸着するのを規制するようにしたことを特徴とする。

請求項５の電磁式制御弁は、請求項３に記載の電磁式制御弁であって、前記弁棒が前記プランジャと前記ストッパ部材とを貫通するとともに、前記弁棒と前記プランジャの間、前記弁棒と前記ストッパ部材と、前記プランジャと前記ストッパ部材との間、及び、前記プランジャと前記ケースとの間に、それぞれクリアランスが設けられ、前記プランジャと前記ストッパ部材との間のクリアランスが、前記プランジャと前記ケースとの間のクリアランスより大きく設定されていることを特徴とする。

請求項６の電磁式制御弁は、請求項１または２に記載の電磁式制御弁であって、前記電磁可動部がプランジャであり、前記受け部材の前記プランジャ側の端部に鍔状のストッパ部が形成され、前記ストッパ部の前記プランジャ側の面を前記摺動面とするとともに、前記ストッパ部が前記吸引子に当接することで前記プランジャが前記吸引子に吸着するのを規制するようにしたことを特徴とする。

請求項７の電磁式制御弁は、第１のポートと第２のポートとの間に弁室と前記弁ポートとが形成され、第１のポートと第２のポートとの差圧により前記弁体に作用する力を、感圧部に加わる弁室と均圧室との差圧により前記弁体に作用する力で相殺するようにした、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電磁式制御弁であって、前記電磁可動部、前記設定調整部、前記均圧室及び前記感圧部を、前記弁ポートの軸線上で前記弁体に対して前記弁ポートとは反対側に設けるとともに、前記弁体を有する弁棒に前記弁ポートと前記均圧室とを導通する均圧路を形成したことを特徴とする。

請求項８の電磁式制御弁は、請求項７に記載の電磁式制御弁であって、前記弁室の前記感圧部側の端部に前記弁体が遊嵌するガイド孔が形成され、前記弁体の前記感圧部側の外周に複数のガイドボールを備え、前記ガイド孔に前記ガイドボールが接触することにより、前記弁棒の揺動を規制するようにしたことを特徴とする。

請求項９の電磁式制御弁は、請求項７または８に記載の電磁式制御弁であって、前記感圧部が、前記弁室と前記均圧室との間に配設され前記弁体に接続された可撓性のダイヤフラムであることを特徴とする。

請求項１０の電磁式制御弁は、請求項７乃至９のいずれか一項に記載の電磁式制御弁であって、前記第１のポートまたは第２のポートのうちの少なくとも流体が流入する側のポートにフィルタを備えたことを特徴とする。

請求項１の電磁式制御弁によれば、受け部材の電磁可動部側の摺動面が軸線上の一点を中心とする球面とされ、この球面の中心を揺動中心として受け部材と弁棒が揺動可能となっているので、弁棒の揺動時に受け部材は電磁可動部と球面の摺動面で接触した状態で摺動し、弁棒の吸引子側の端部に嵌めこまれた円筒状の受け部材との固着部に剥がし方向の力が加わらず、故障を防止することができる。

請求項２の電磁式制御弁によれば、請求項１の効果に加えて、受け部材及び弁棒は設定調整部のボールの中心を揺動中心として揺動可能であり、受け部材及び弁棒は電磁可動部に対してより正確に揺動する。

請求項３の電磁式制御弁によれば、請求項１または２の効果に加えて、ストッパ部材によりプランジャが吸引子に吸着（密着）されるのを防止でき、全開状態から弁閉方向に制御するときの電流−開度の特性にヒステリシスが生じるのを防止できる。

請求項４の電磁式制御弁によれば、請求項１または２の効果に加えて、ストッパ部材によりプランジャが吸引子に吸着（密着）されるのを防止でき、全開状態から弁閉方向に制御するときの電流−開度の特性にヒステリシスが生じるのを防止できる。

請求項５の電磁式制御弁によれば、請求項３の効果に加えて、ストッパ部材及び弁棒がプランジャに対して横方向に移動できるため、プランジャが軸線Ｌと直交する方向に変位したとしても、ストッパ部材はプランジャに接触しないので、弁棒を当該電磁式制御弁の中心に位置に保持できる。これにより、弁体は弁ポート周りの弁座に対して傾くことがなく弁漏れを防止できる。

請求項６の電磁式制御弁によれば、請求項１または２の効果に加えて、ストッパ部によりプランジャが吸引子に吸着（密着）されるのを防止でき、全開状態から弁閉方向に制御するときの電流−開度の特性にヒステリシスが生じるのを防止できる。また、ストッパ部を受け部材に一体に形成しているので、部品点数が少なくなる。

請求項７の電磁式制御弁によれば、請求項１乃至６のいずれか一項の効果に加えて、電磁可動部、設定調整部、均圧室及び感圧部が弁ポートの軸線上で弁体に対して弁ポートとは反対側にあり、弁ポートと均圧室とを導通する均圧路が弁体に設けられているため、弁ポートの下部に第２のポートを設けるだけの構造となり、弁ハウジングの軸線方向の長さが小さくなる。したがって、電磁式制御弁自体を小型化することができる。また、第２のポートを弁ポートに対して同軸で連通することができるので、第２のポートでの圧力損失も低減することができる。

請求項８の電磁式制御弁によれば、請求項７の効果に加えて、ガイドボールにより弁棒の揺動が規制されるので、弁棒の過度な揺動を防止することができる。また、ガイドボールとガイド孔が接触したとしても、点接触するため、摺動抵抗を低減できる。

請求項９の電磁式制御弁によれば、請求項７または８の効果に加えて、感圧部が、弁室と均圧室との間に配設されたダイヤフラムであるので、弁室と均圧室との間の気密性を確保することができる。

請求項１０の電磁式制御弁によれば、請求項７乃至９のいずれか一項の効果に加えて、フィルタによって流入する流体が整流化され、流体が弁棒を揺動させる力を緩和することができ、弁棒の過度な揺動をさらに防止することができる。

本発明の第１実施形態の電磁式制御弁の縦断面図である。 第１実施形態の電磁式制御弁の要部拡大断面図である。 第１実施形態の電磁式制御弁におけるクリアランスを説明する図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 実施形態の電磁式制御弁のシステムへの適用例を示す図である。 実施形態の電磁式制御弁における電流−Ｐ２及び流量特性を示す図である。 実施形態の電磁式制御弁におけるガイドボールの作用を示す図である。 実施形態の電磁式制御弁におけるガイドボールの他の例を示す図である。 本発明の第２実施形態の電磁式制御弁の要部拡大断面図である。 本発明の第３実施形態の電磁式制御弁の要部拡大断面図である。 従来の電磁式制御弁の概略を説明する図である。

次に、本発明の実施形態について説明する。図１は第１実施形態の電磁式制御弁の弁閉状態の縦断面図、図２は第１実施形態の電磁式制御弁の要部拡大断面図、図３は第１実施形態の電磁式制御弁におけるクリアランスを説明する図、図４は図１のＡ−Ａ断面図である。なお、図３ではわかりやすくするために断面を示す斜線の図示を省略してある。この第１実施形態の電磁式制御弁１００は下本体１Ａと上本体１Ｂからなる弁ハウジング１を有している。下本体１Ａは上本体１Ｂの下部の嵌合孔１Ｂ１に嵌合され、嵌合孔１Ｂ１の開口端部をかしめることにより、下本体１Ａと上本体１Ｂとが一体に固着されている。

下本体１Ａには、矢印のように流体が流入する高圧側の第１のポート１１と、第１のポート１１に連通する弁室１２が形成されている。第１のポート１１の外周には金属製のメッシュからなるフィルタ１１ａが装着されている。なお、フィルタ１１ａとしては多孔体等を用いることもできる。また、下本体１Ａには弁室１２の下部の弁座嵌合孔１Ａ１が形成され、この弁座嵌合孔１Ａ１内に弁座部材２が嵌合されている。そして、弁座嵌合孔１Ａ１の開口端部をかしめることにより、下本体１Ａと弁座部材２とが一体に固着されている。なお、弁座部材２と弁座嵌合孔１Ａ１との間はＯリング２ａにより封止されている。また、上本体１Ｂには均圧室１３が形成され、この均圧室１３の内側に後述の電磁駆動部５の「ケース」としてのプランジャケース５１が嵌合固着されている。

弁座部材２には、矢印のように流体が流出する低圧側の第２のポート２１と、第２のポート２１と弁室１２とを連通する弁ポート２２が形成されている。弁ポート２２は軸線Ｌを中心とする水平断面形状が円形であり、その弁室１２側の開口周囲にはリング状のシール部材２３が配設されている。

弁室１２及び均圧室１３内には軸線Ｌに沿った方向に変位可能な弁棒３が延在されている。弁棒３は、弁室１２内に位置して弁座部材２のシール部材２３に対して離接が可能な円筒状の弁体３１、弁体３１の上方に延設された連結部３２とで構成されている。連結部３２は、下端部に弁体３１を結合する結合軸３２１と、結合軸３２１より径が大きく均圧室１３内に位置するボス部３２２と、ボス部３２２の上方に延設された連結ロッド３２３とを有している。

弁体３１とボス部３２２との間にはゴム製で略円盤状のダイヤフラム４が配設されている。ダイヤフラム４はコンボリューション部４１と、その内側の内リング部４２と、コンボリューション部４１の外側の外リング部４３とを有している。また、弁体３１は、中心に円筒形状の開口孔３１ａと連結孔３１ｂとを有している。そして、連結部３２の結合軸３２１が、ダイヤフラム４の内リング部４２の開口を貫通して弁体３１の連結孔３１ｂ内に嵌合され、弁体３１とボス部３２２とで内リング４２を圧縮し、結合軸３２１の下端部をかしめることにより、弁体３１とダイヤフラム４及び連結部３２が一体に固定されている。また、ダイヤフラム４の外リング部４３は、下本体１Ａの上端と上本体１Ｂの均圧室１３の下部開口端部との間に圧縮するようにして挟持されている。なお、弁体３１の上端（弁棒３の下方）は、圧力が加わることで発生するダイヤフラム４の復元力による自動求心作用により、通常は軸線Ｌ上に位置決めされる。

下本体１Ａの上端近傍で、弁室１２のダイヤフラム４（感圧部）側の端部には、弁体３１が遊嵌するガイド孔１Ａ２が形成されている。また、図４に示すように、弁体３１のダイヤフラム４側の外周の４箇所において、嵌合孔内にガイドボール３１１を圧入することにより、４つのガイドボール３１１が固着されている。そして、このガイドボール３１１は、弁体３１が軸線Ｌから振れることによりガイド孔１Ａ２と点接触する。

連結部３２において、結合軸３２１とボス部３２２には弁体３１の開口孔３１ａ側から軸線Ｌ方向に伸びる縦通路３２ａが形成され、ボス部３２２には縦通路３２ａと交差して均圧室１３に開口する横通路３２ｂが形成されている。この縦通路３２ａ、横通路３２ｂ及び弁体３１の開口孔３１ａは「均圧路」を構成しており、弁ポート２２と均圧室１３は、開口孔３１ａ、縦通路３２ａ及び横通路３２ｂにより導通されている。ダイヤフラム４は可撓性を有し、ダイヤフラム４の弁室１２側に作用する第１のポート１１の圧力（Ｐ１）と、均圧室１３側に作用する第２のポート２１の圧力（Ｐ２）との差圧により発生した力を弁棒３（弁体３１）に伝達する。また、ダイヤフラム４は均圧室１３と弁室１２とを気密に区画している。

弁ハウジング１の上部には、電磁駆動部５が設けられている。電磁駆動部５は、円筒状のプランジャケース５１と、プランジャケース５１の上端に固定された磁性体からなる吸引子５２と、プランジャケース５１の外周に配置されボビン５３ａに巻線が巻回された電磁コイル５３を備えている。なお、プランジャケース５１と吸引子５２は溶接等により固定されている。プランジャケース５１の内部には「電磁可動部」を構成するプランジャ６が配設され、プランジャ６とボス部３２２との間にはプランジャばね６１が配設されている。なお、プランジャ６は磁性体からなり、プランジャ６の通気孔６２以外はそれぞれ軸線Ｌを軸にして回転対称な形状となっている。プランジャ６には軸線Ｌと同軸な挿通孔６ａと、この挿通孔６ａより径の大きなストッパ嵌合孔６ｂが形成されている。ストッパ嵌合孔６ｂ内には挿通孔６ａと同径の挿通孔６３ａを有する円筒状のストッパ部材６３が嵌合されている。この実施形態では、プランジャ６とストッパ部材６３が「電磁可動部」を構成している。なお、図３に示すように、ストッパ嵌合孔６ｂとストッパ部材６３とのクリアランスＮ１＝ｎ１＋ｎ２は、プランジャ６とプランジャケース５１とのクリアランスＭ１＝ｍ１＋ｍ２よりも大きく設定されており、プランジャ６が軸線Ｌと直交する方向に変位しても、ストッパ部材６３の外径はストッパ嵌合孔６ｂに接触しない。

また、吸引子５２には軸線Ｌと同軸な挿通孔５２ａが形成されている。そして、弁棒３の連結ロッド３２３は、プランジャ６の挿通孔６ａとストッパ部材６３の挿通孔６３ａに挿通され、吸引子５２の挿通孔５２ａ内で、この連結ロッド３２３の端部に非磁性体からなる筒状の受け部材７が嵌め込まれている。この受け部材７と連結ロッド３２３の端部とは溶接により固着されている。ストッパ部材６３はプランジャ６から吸引子５２側に僅かに突出しており、受け部材７がストッパ部材６３に当接している。

プランジャばね６１は、一端をプランジャ６の内側底面６ｃに当接させ、他端をボス部３２２のプランジャ６側の端面であるばね受け部３２２ａに当接させ、圧縮した状態で配設されている。これにより、プランジャ６はストッパ部材６３を受け部材７に対して常時当接させた状態となり、このプランジャ６が吸引子５２方向に吸引されると、このプランジャ６と共に弁棒３が弁開方向に変位する。なお、プランジャ６の挿通孔６ａと弁棒３の連結ロッド３２３とのクリアランスは、プランジャ６とプランジャケース５１とのクリアランスより大きく設定されており、プランジャ６が軸線Ｌと直交する方向に変位しても、弁棒３とプランジャ６は接触しない。前述のストッパ嵌合孔６ｂとストッパ部材６３とのクリアランス、プランジャ６とプランジャケース５１とのクリアランス、および、プランジャ６の挿通孔６ａと弁棒３の連結ロッド３２３とのクリアランスのそれぞれの関係により、プランジャ６が軸線Ｌと直交する方向に変位しても、ストッパ部材６３および弁棒３の位置は軸線Ｌ上の位置に保持される。これにより、弁閉状態時に弁棒３が揺動し、弁体３１と弁座部材２との間に隙間が空くことによる弁漏れが起こる恐れはない。なお、受け部材７は、プランジャ６が弁棒３から抜けないようにする「抜け止め部材」の役割もしている。

吸引子５２には挿通孔５２ａより径の大きな調整部用孔５２ｃが形成されており、この調整部用孔５２ｃ内には設定調整部８が配設されている。この設定調整部８は、調整ねじ８１、ばね受け８２、調整ばね８３、ボール８４を有している。調整ばね８３は調整ねじ８１とばね受け８２との間に圧縮状態で配設されており、ボール８４はばね受け８２に当接した状態で吸引子５２の挿通孔５２ａ内に配設されている。そして、調整ばね８３は、ばね受け８２を介してボール８４を受け部材７の上端に当接するように付勢している。また、調整ねじ８１は、その外周の雄ねじ部８１１を吸引子５２の上部内周面に形成された雌ねじ部５２ｄに螺合することにより、吸引子５２に取り付けられている。

ボール８４と吸引子５２の挿通孔５２ａとの間には僅かにクリアランスが設けられており、ボール８４は軸線Ｌに沿って挿通孔５２ａ内で変位可能となっている。また、受け部材７のボール８４側端部には、厚みの薄い円筒形状となる円筒部７ｂが形成されており、この円筒部７ｂはボール８４に対して球面接触される。これにより、受け部材７（及び弁棒３）の上端は、常に軸線Ｌ上に位置決めされる。

電磁駆動部５の電磁コイル５３への通電により、磁気回路が形成されて吸引子５２とプランジャ６との間に磁気による吸引力が発生する。この吸引力は電磁コイル５３へ通電する電流に応じたものとなる。

以上の構成により、実施形態の電磁式制御弁は次のように作用する。設定調整部８は、調整ばね８３によりばね受け８２、ボール８４及び受け部材７を介して弁棒３を弁座部材２のシール部材２３側に付勢している。電磁コイル５３を励磁することにより、プランジャ６が吸引子５２に吸引され、弁棒３は調整ばね８３の付勢力に抗してシール部材２３から離れる方向に変位し、弁閉から弁開となるとともに弁体３１とシール部材２３との軸線Ｌに沿った方向の位置関係により、弁ポート２２の開度が制御される。なお、プランジャ６が最上端位置で弁開度が全開となるのは、ストッパ部材６３が吸引子５２の対向面５２ｂに当接した位置である。このように、ストッパ部材６３により、プランジャ６が吸引子５２に吸着（密着）されるのが防止される。

また、電磁コイル５３の励磁を無くすことにより弁体３１がシール部材２３に着座し、弁閉となる。なお、調整ねじ８１の追い込み量により、調整ばね８３が弁棒３に加える付勢力が調整され、弁開に必要な電磁力（吸引力）を調節できる。このように、電磁コイル５３が生じる電磁力と、調整ばね８３のばね力との平衡関係によって弁棒３が軸線Ｌに沿った方向に変位し、弁体３１で弁ポート２２の開度を変化させる。

また、弁体３１には前述のように弁室１２の圧力と第２のポート２１の圧力の差圧が作用して弁閉方向に力が加わる。一方、均圧室１３は縦通路３２ａ、横通路３２ｂ及び開口孔３１ａ（均圧路）によって弁ポート２２及び第２のポート２１と連通されているので、均圧室１３に作用する第２のポート２１の圧力と弁室１２の圧力との差圧がダイヤフラム４に作用し、弁棒３には弁開方向の力が加わる。そして、弁体３１の有効受圧径Ｄ１（この実施形態の場合、シール部材２３の内径）と、弁体３１がシール部材２３に着座した弁閉時のダイヤフラム４の有効受圧径Ｄ２とは等しいので、弁棒３に対しては、差圧による力は互いにキャンセル（相殺）され、弁体３１がシール部材２３から離間するときは、差圧の影響を受けない。

このように、電磁駆動部５の印加電流に応じた電磁力と調整ばね８３のばね力とのつり合いをとるとともに、第１のポート１１と第２のポート２１との差圧により弁体３１に作用する力を、ダイヤフラム４（感圧部）により弁体３１に作用する力でキャンセル（相殺）することにより、差圧により弁体３１に作用する力の影響を無くし、少ない通電量で弁ポート２２の開度を比例的に変化させることができる。

この実施形態では、電磁駆動部５と、設定調整部８と、均圧室１３と、ダイヤフラム４（感圧部）とは、それぞれ弁ポート２２の軸線Ｌ上で弁体３１に対して弁ポート２２とは反対側に設けられている。さらに、均圧室１３は電磁駆動部５のプランジャケース５１の内部空間を共有したものとなっている。また、弁ポート２２の下部には第２のポート２１を設けるだけの構造となっている。したがって、弁ハウジング１の軸線Ｌ方向の長さを小さくすることができ、電磁式制御弁自体を小型化することができる。また、第２のポート２１を弁ポート２２に対して同軸で連通するように、すなわち軸線Ｌと同軸になっているので、第２のポート２１での圧力損失も低減し、流体がスムーズに流れる。

図２に示すように、ストッパ部材６３の挿通孔６３ａの受け部材７側の端部には、軸線Ｌを回転中心とするすり鉢状のテーパ面６３ｂが形成されている。受け部材７のストッパ部材６３側の端面は、球面形状の摺動面７ａとなっている。これにより、ストッパ部材６３と受け部材７は、すり鉢状のテーパ面６３ｂ内で軸線Ｌ周りの円形の線により線接触する。また、受け部材７の摺動面７ａの球面の中心はボール８４の中心Ｏに一致している。

ここで、実施形態の電磁式制御弁１００は、図５に示すように第２のポート２１側にオリフィスを有するようなシステムに用いられることがある。このような場合。第１のポート１１から第２のポート２１へ流す流体の流量が多くなると、第２のポート２１の圧力Ｐ２が高くなる。例えば、図６に示すように、電磁コイル５３へ通電する電流を大きくしていくと第２のポート２１へ流れる流量が増加するが、これに伴って圧力Ｐ２も増加し、第１のポート１１の圧力Ｐ１との差圧が小さくなる。

圧力Ｐ１と圧力Ｐ２の差圧はダイヤフラム４のコンボリューション部４１に対して膨張させるように作用する。このため、差圧が大きいときは、コンボリューション部４１が緊張して復元力が強く働きダイヤフラム４の弁体３１に対する自動求心作用も強いが、差圧が小さくなると、このダイヤフラム４による自動求心作用が小さくなる。これに加えて、流量が大きいときは第１のポート１１から流れる流体が弁体３１に衝突することで作用する軸線Ｌに対して水平方向の力も強くなる。このため、弁棒３が揺動しやすくなる。

しかし、受け部材７の摺動面７ａの球面の中心がボール８４の中心Ｏに一致しているので、弁棒３が揺動しても、受け部材７は、この中心Ｏを揺動中心として揺動し、その摺動面７ａがストッパ部材６３のすり鉢状のテーパ面６３ｂに沿って摺動するだけである。したがって、受け部材７が弁棒３から外れる等の故障を防止することができる。また、ストッパ部材６３がプランジャ６に設けられているので、弁棒３が揺動したとしても、ストッパ部材６３（電磁可動部の一部）と吸引子５２とは衝突することはなく、プランジャ６と吸引子５２との距離に関らず（弁のリフト量に関らず）弁棒３は揺動できる。

さらに、図７に示すように、弁体３１が振れても、ガイドボール３１１がガイド孔１Ａ２に接触して、弁棒３の揺動を規制するので、弁棒３の過度な揺動を防止できる。さらに、ガイドボール３１１がガイド孔１Ａ２と点接触するので、摺動抵抗も少なく、電流−開度の特性にヒステリシスが生じるのを防止できる。なお、図７(A) は一つのガイドボール３１１が点接触した状態を示し、図７(B) は二つのガイドボール３１１が点接触した状態を示している。ガイドボール３１１は、図８に示すように３個でもよく、ガイドボール３１１は３個以上であればよい。

また、第１のポート１１の外周には前記フィルタ１１ａが装着されているので、このフィルタ１１ａによって第１のポート１１へ流入する流体が整流化される。したがって、弁棒３を揺動させる力を緩和することができ、弁棒３の過度な揺動をさらに防止することができる。

図９は、第２実施形態の電磁式制御弁の要部拡大断面図である。この第２実施形態と第１実施形態との違いはストッパ部材の位置であり、その他の構造は図１に示す第１実施形態と同様である。この第２実施形態では、吸引子５２には、挿通孔５２ａより径の大きなストッパ嵌合孔５２ｅが形成されている。ストッパ嵌合孔５２ｅ内には挿通孔５２ａと同径の挿通孔６４ａを有する円筒状のストッパ部材６４が嵌合されている。

この実施形態では、プランジャ６自体が「電磁可動部」を構成しており、プランジャ６の挿通孔６ａの吸引子５２側の端部には、軸線Ｌを回転中心とするすり鉢状のテーパ面６ｄが形成されている。また、第１実施形態と同様に、受け部材７のプランジャ６側の端面は、球面形状の摺動面７ａ′となっている。これにより、プランジャ６と受け部材７は、すり鉢状のテーパ面６ｄ内で軸線Ｌ周りの円形の線により線接触する。また、受け部材７の摺動面７ａ′の球面の中心はボール８４の中心Ｏに一致している。なお、摺動面７ａ′中心Ｏに対する半径は第１実施形態における摺動面７ａよりも僅かに大きくなっている。

ストッパ部材５４の作用は第１実施形態と同様であり、プランジャ６が最上端位置で弁開度が全開となるのは、ストッパ部材５４がプランジャ６に当接した位置である。また、ストッパ部材５４により、プランジャ６が吸引子５２に吸着（密着）されるのが防止される。さらに、受け部材７の摺動面７ａ′とプランジャ６のテーパ面６ｄの作用も第１実施形態と同様であり、弁棒３が揺動しても、受け部材７は中心Ｏを揺動中心として揺動し、摺動面７ａ′がプランジャ６のテーパ面６ｄに沿って摺動するだけである。したがって、受け部材７が弁棒３から外れる等の故障を防止することができる。また、ストッパ部材５４が吸引子５２に設けられているので、弁棒３が揺動したとしても、ストッパ部材５４とプランジャ６（電磁可動部）とは衝突することはなく、プランジャ６と吸引子５２との距離に関らず（弁のリフト量に関らず）弁棒３は揺動できる。

図１０は、第３実施形態の電磁式制御弁の要部拡大断面図である。この第３実施形態と第２実施形態との違いは吸引子側にストッパ部材がないことと受け部材７の形状である。その他の構造は図９に示す第２実施形態と同様である。この第３実施形態では、連結ロッド３２３の端部に固着された受け部材７は、プランジャ６側の端部に鍔状のストッパ部７ｃを有している。また。この実施形態でも、プランジャ６自体が「電磁可動部」を構成しており、プランジャ６の挿通孔６ａの吸引子５２側の端部には、軸線Ｌを回転中心とするすり鉢状のテーパ面６ｄが形成されている。また、受け部材７のストッパ部７ｃのプランジャ６側の端面は、球面形状の摺動面７ａ″となっている。これにより、プランジャ６と受け部材７は、すり鉢状のテーパ面６ｄ内で軸線Ｌ周りの円形の線により線接触する。また、受け部材７の摺動面７ａ″の球面の中心はボール８４の中心Ｏに一致している。

プランジャ６が最上端位置で弁開度が全開となるのは、ストッパ部７ｃが吸引子５２に当接した位置である。また、ストッパ部７ｃにより、プランジャ６が吸引子５２に吸着（密着）されるのが防止される。さらに、受け部材７の摺動面７ａ″とプランジャ６のテーパ面６ｄの作用は第２実施形態と同様であり、弁棒３が揺動しても、受け部材７は中心Ｏを揺動中心として揺動し、摺動面７ａ″がプランジャ６のテーパ面６ｄに沿って摺動するだけである。したがって、受け部材７が弁棒３から外れる等の故障を防止することができる。なお、本実施例は、受け部材７にストッパ部７ｃを設けているため、弁棒３が揺動すると、ストッパ部７ｃも弁棒３と共に揺動する。そのため、プランジャ６と吸引子５２との距離が比較的近い場合（弁のリフト量が大きい場合）、ストッパ部７ｃが吸引子５２に衝突するため充分な揺動幅を確保できないが、ストッパ部７ｃを受け部材７に一体に形成しているので、部品点数が少なくなる。

実施形態では、摺動面７ａ，７ａ′，７ａ″の球面の中心が設定調整部８のボール８４の中心Ｏと一致する場合について説明した。このように球面の中心はボール８４の中心Ｏと一致するのが最適であるが、この球面の中心は軸線Ｌ上であれば中心Ｏの近傍の点でもよい。また、設定調整部８はボール８４により受け部材７を付勢するようにしているが、例えば、ボール８４とばね受け８２とを一体にして、受け部材７側だけを球面とした構造の場合にも適用できる。

実施形態では、第１のポート１１から流体を流入させ、第２のポート２１から流体を流出させる場合について説明したが、同実施形態の構造は流体の流れが逆の場合にも適用できる。すなわち、第２のポート２１から流体を流入させ、第１のポート１１から流体を流出させるような場合にも適用できる。なお、第２のポート２１から流体を流入させる場合は、この第２のポート２１側にフィルタを設けるとよい。

また、実施形態では、均圧室１３とダイヤフラム４とが、弁体３１に対して弁ポート２２とは反対側に設けられている例について説明したが、本発明は、図１１の従来の制御弁のように、均圧室１０ｄとダイヤフラム５０（感圧部）が弁体２０ａに対して弁ポート１０ｃと同じ側に設けられた制御弁にも適用できる。

１ 弁ハウジング
１１ 第１のポート
１２ 弁室
１３ 均圧室
２ 弁座部材
２１ 第２のポート
２２ 弁ポート
３ 弁棒
３１ 弁体
４ ダイヤフラム
５ 電磁駆動部
５１ プランジャケース（ケース）
５２ 吸引子
５３ 電磁コイル
６ プランジャ（電磁可動部）
６１ プランジャばね（付勢手段）
６３ ストッパ部材（電磁可動部）
６３ｂ テーパ面
７ 受け部材
７ａ 摺動面
６４ ストッパ部材
６ｄ テーパ面
７ａ′ 摺動面
７ａ″ 摺動面
８ 設定調整部
８１ 調整ねじ
８４ ボール
Ｌ 軸線

Claims (10)

1. 円筒状のケースに固定され電磁コイルへの通電により電磁力を発生する吸引子と、
   前記ケース内で前記吸引子に対向して前記電磁力によりケースの軸方向に移動可能な電磁可動部と、
   前記電磁可動部の中心を貫通して前記軸方向に移動可能に配設されるとともに弁ポートを開閉する弁体を備えた弁棒と、
   前記弁棒の前記吸引子側端部に嵌め込まれ固着された円筒状の受け部材と、
   前記弁体と前記電磁可動部との間に配設されて該電磁可動部を前記受け部材に当接させるように付勢する付勢手段と、
   前記吸引子の挿通孔から前記受け部材を介して前記弁棒を弁閉側に付勢する設定調整部と、
   を備え、
   前記電磁駆動部の電磁力と前記設定調整部の付勢力とのつり合いにより、前記弁ポートの開度を比例的に変化させる電磁式制御弁において、
   前記受け部材の前記電磁可動部側の摺動面を前記軸線上の一点を中心とする球面とし、該球面の中心を揺動中心として前記受け部材及び前記弁棒を揺動可能にしたことを特徴とする電磁式制御弁。
2. 前記設定調整部は、前記吸引子の前記挿通孔内に配置されるとともに、この挿通孔に挿通可能なクリアランスを有するボールを介して前記受け部材を付勢し、前記受け部材の前記電磁可動部側の摺動面の球面の中心が、前記ボールの中心に一致していることを特徴とする請求項１に記載の電磁式制御弁。
3. 前記電磁可動部がプランジャと該プランジャの中心に前記吸引子側から嵌合されたストッパ部材とから構成され、前記受け部材の前記摺動面を前記ストッパ部材に当接させるとともに、前記ストッパ部材が前記吸引子に当接することで前記プランジャが前記吸引子に吸着するのを規制するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の電磁式制御弁。
4. 前記電磁可動部がプランジャであり、前記吸引子の中心に前記プランジャ側から嵌合されたストッパ部材が設けられ、前記受け部材の前記摺動面を前記プランジャに当接させるとともに、前記ストッパ部材が前記プランジャに当接することで前記プランジャが前記吸引子に吸着するのを規制するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の電磁式制御弁。
5. 前記弁棒が前記プランジャと前記ストッパ部材とを貫通するとともに、前記弁棒と前記プランジャの間、前記弁棒と前記ストッパ部材と、前記プランジャと前記ストッパ部材との間、及び、前記プランジャと前記ケースとの間に、それぞれクリアランスが設けられ、
   前記プランジャと前記ストッパ部材との間のクリアランスが、前記プランジャと前記ケースとの間のクリアランスより大きく設定されていることを特徴とする請求項３に記載の電磁式制御弁。
6. 前記電磁可動部がプランジャであり、前記受け部材の前記プランジャ側の端部に鍔状のストッパ部が形成され、前記ストッパ部の前記プランジャ側の面を前記摺動面とするとともに、前記ストッパ部が前記吸引子に当接することで前記プランジャが前記吸引子に吸着するのを規制するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の電磁式制御弁。
7. 第１のポートと第２のポートとの間に弁室と前記弁ポートとが形成され、第１のポートと第２のポートとの差圧により前記弁体に作用する力を、感圧部に加わる弁室と均圧室との差圧により前記弁体に作用する力で相殺するようにした、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電磁式制御弁であって、
   前記電磁可動部、前記設定調整部、前記均圧室及び前記感圧部を、前記弁ポートの軸線上で前記弁体に対して前記弁ポートとは反対側に設けるとともに、前記弁体を有する弁棒に前記弁ポートと前記均圧室とを導通する均圧路を形成したことを特徴とする電磁式制御弁。
8. 前記弁室の前記感圧部側の端部に前記弁体が遊嵌するガイド孔が形成され、前記弁体の前記感圧部側の外周に複数のガイドボールを備え、前記ガイド孔に前記ガイドボールが接触することにより、前記弁棒の揺動を規制するようにしたことを特徴とする請求項７に記載の電磁式制御弁。
9. 前記感圧部が、前記弁室と前記均圧室との間に配設され前記弁体に接続された可撓性のダイヤフラムであることを特徴とする請求項７または８に記載の電磁式制御弁。
10. 前記第１のポートまたは第２のポートのうちの少なくとも流体が流入する側のポートにフィルタを備えたことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の電磁式制御弁。

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