JP3820178B2

JP3820178B2 - 流量制御弁

Info

Publication number: JP3820178B2
Application number: JP2002101468A
Authority: JP
Inventors: 昭男玉木; 直堀越
Original assignee: Takano Co Ltd
Current assignee: Takano Co Ltd
Priority date: 2002-04-03
Filing date: 2002-04-03
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2022-04-03
Also published as: JP2003294164A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス等の流体の流量を連続制御する流量制御弁に関する。
【０００２】
【従来技術及び課題】
従来、ソレノイド部及びこのソレノイド部の励磁により変位するプランジャ部を有する電磁駆動部と、プランジャ部に対して一体に設けることにより流路を開閉する弁部を備え、ソレノイド部に印加する励磁電圧を可変して、流体の流量を連続制御できるようにした流量制御弁（マスフローバルブ）は知られている。この場合、弁部は、板バネ部材により弾性支持し、ソレノイド部の励磁によりプランジャ部に付与される吸引力に対するバランスを取っている。
【０００３】
しかし、このような従来の流量制御弁、特に、ノーマルオープンタイプ（非通電時に全開）の流量制御弁では、弁部が板バネ部材のみで支持され、また、弁部は、ソレノイド部による吸引力，バネ定数，流体圧の三要素が微妙なバランスを保ちつつ開閉されるため、僅かな振動が発生しても共振により増幅され、板バネ部材に音鳴りを生じるとともに、これに伴う悪影響、即ち、制御の安定性及び正確性が損なわれる問題があった。
【０００４】
本発明は、このような従来技術に存在する課題を解決したものであり、特に、音鳴りの発生を防止して静音性を高め、加えて制御の安定性及び正確性が損なわれる不具合を回避するとともに、容易かつ低コストに実施できるようにした流量制御弁の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び実施の形態】
本発明は、ソレノイド部３及びこのソレノイド部３の励磁により変位するプランジャ部４を有する電磁駆動部２と、プランジャ部４に対して一体に設けることにより流路Ｆを開閉する弁部５を備えるとともに、弁部５をバネ機構により弾性支持してなる流量制御弁１を構成するに際して、中心側から周縁側に至る複数の板バネ部７ａｓ…，７ｂｓ…を有し、かつプランジャ部４の変位位置に対応して異なるバネ定数となる複数の板バネ部材７ａ，７ｂを組合わせた第一バネ機構６を備え、一の板バネ部材７ａを、周縁側をソレノイド部３に対して固定し、かつ中心側を弁部５に固定し、他の一（又は二以上）の板バネ部材７ｂを、周縁側をソレノイド部３に対して固定し、かつ中心側をプランジャ部４の変位位置に対応して弁部５に係止させるとともに、第一バネ機構６を、当該第一バネ機構６に一端を圧接し、かつ他端を固定したコイルバネ部材９ｘ，９ｙを用いた第二バネ機構８により弾性支持してなることを特徴とする。
【０００６】
この場合、好適な実施の形態により、コイルバネ部材９ｘ，９ｙは、第一バネ機構６の軸方向両側に配してもよいし一側に配してもよい。
【０００７】
これにより、弁部５は、板バネ部材７ａ，７ｂを用いた第一バネ機構６により弾性支持されるも、同時に、第一バネ機構６は、当該第一バネ機構６に一端を圧接し、かつ他端を固定したコイルバネ部材９ｘ，９ｙを用いた第二バネ機構８により弾性支持されるため、板バネ部材７ａ，７ｂに発生する振動（音鳴り）はコイルバネ部材９ｘ，９ｙにより抑制される。
【０００８】
【実施例】
次に、本発明に係る好適な実施例を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【０００９】
まず、本実施例に係る流量制御弁１の構成について、図１〜図６を参照して説明する。
【００１０】
例示の流量制御弁１は、ノーマルオープンタイプであり、図１に示すように、基本的な構成として電磁駆動部２と弁部５を備える。電磁駆動部２は、磁性材で形成した細長い長方形プレートをコの字形に折曲したヨーク２１を備え、このヨーク２１の内側に、コイルボビン２２にワイヤＷを巻回して構成したソレノイド部３を収容する。そして、コイルボビン２２の一端面２２ｓ側から、コイルボビン２２の内部に、磁性材で形成したコア部２３を挿入するとともに、ヨーク２１の開放側には、磁性材で形成したサブヨーク２４を架設固定する。この場合、コア部２３は、内端に軸方向へ刳り貫いた凹部２３ｓを有するとともに、固定ネジ２５によりサブヨーク２４の内面に固定される。なお、２６，２７は、コイルボビン２２の両側に配したセパレータである。
【００１１】
また、コイルボビン２２の他端面２２ｔ側におけるセパレータ２７に対向するヨーク２１には開孔部２８を形成し、非磁性のステンレス材により形成したガイド筒２９を挿入する。この場合、ガイド筒２９は、ヨーク２１から外方に突出するアウタ部２９ｏと、開孔部２８を通してコイルボビン２２の内部に挿入するインナ部２９ｉからなる。この際、インナ部２９ｉの先端側は、コア部２３の外周面に嵌合させる。一方、ガイド筒２９の内部には、凹部２３ｓに挿入する凸部４ｓを有する磁性材で形成したプランジャ部４をスライド自在に収容し、さらに、プランジャ部４の端面に対向する磁性材で形成したポール部３０を収容する。なお、ソレノイド部３は、当該ソレノイド部３を励磁（通電）する通電部４０に接続するとともに、この通電部４０はソレノイド部３に印加する励磁電圧を可変する制御部４１に接続する。以上により、電磁駆動部２が構成される。
【００１２】
他方、弁部５はプランジャ部４に対して一体に設ける。このため、上述したプランジャ部４及びポール部３０は、弁部５を装着した状態でガイド筒２９に収容する。弁部５は、非磁性材で形成したシャフト部３１と、このシャフト部３１の先端を大径化し、この先端面に円盤形の弁部材３２を埋設した弁本体部３３を一体に有する。また、弁部５には、プランジャ部４の変位位置に対応して異なるバネ定数となる一対の板バネ部材７ａ，７ｂを組合わせた第一バネ機構６を装着する。
【００１３】
図４に板バネ部材７ａを、図５に板バネ部材７ｂをそれぞれ示す。板バネ部材７ａは、円形のバネ板材１１ａに打抜孔を形成することにより、中心に挿通孔１１ａｓを設けるとともに、中心側から周縁側に至る三つの板バネ部７ａｓ…を設けて構成する。また、板バネ部材７ｂは、円形のバネ板材１１ｂに打抜孔を形成することにより、中心に挿通孔１１ｂｓを設けるとともに、中心側から周縁側に至る三つの板バネ部７ｂｓ…を設けて構成する。この場合、打抜孔の形状や大きさにより板バネ部７ａｓ…，７ｂｓ…の数量，長さ及び幅を任意に設定することができる。
【００１４】
そして、シャフト部３１の後端側を、板バネ部材７ａの挿通孔１１ａｓ及び板バネ部材７ｂの挿通孔１１ｂｓに対して順番に通し、この後、シャフト部３１の外周面に形成したネジ部に、係合ナット３４を螺着する。これにより、一の板バネ部材７ａの中心側が、弁本体部３３の背面と係合ナット３４間に挟まれて固定されるとともに、他の板バネ部材７ｂの中心側は、弁本体部３３と係合ナット３４間に遊びを有する状態で装着され、この板バネ部材７ａと７ｂにより第一バネ機構６が構成される。この場合、係合ナット３４は、図２に示すように、プランジャ部４の変位位置に対応して板バネ部材７ｂに係止可能な段差係止部３４ｓを有する。
【００１５】
一方、弁部５を、プランジャ部４に固定するに際しては、図２に示すコイルバネ部材９ｘを用意し、シャフト部３１を、後端側から当該コイルバネ部材９ｘに挿通させた後、ポール部３０の中心に形成した貫通孔、さらにはプランジャ部４の中心に形成した貫通孔へ順番に挿通させる。これにより、図２に示すように、板バネ部材７ｂとポール部３０間に、圧縮した状態のコイルバネ部材９ｘが介在する。そして、プランジャ部４に挿通させたシャフト部３１に対して、プランジャ部４の凸部４ｓ側の端面に螺着した規制ネジ３５により軸方向への位置規制を行うとともに、プランジャ部４の外周面から螺着した固定ネジ３６により固定する。なお、シャフト部３１は、ポール部３０に対してスライド自在となる。
【００１６】
この後、プランジャ部４及びポール部３０をガイド筒２９に内部に収容する。この際、ポール部３０に形成した段差が、ガイド筒２９の内面に形成した段差に係止することにより、ポール部３０の収容位置が規制される。これにより、シャフト部３１は、プランジャ部４から軸方向に突出し、ポール部３０を貫通してヨーク２１から突出したガイド筒２９の内部に臨むとともに、ポール部３０は、コイルボビン２２の他端面２２ｔ付近に配される。
【００１７】
他方、図２に示すコイルバネ部材９ｙを用意する。そして、このコイルバネ部材９ｙを同図に示すように、ガイド筒２９におけるアウタ部２９ｏの内部に収容するとともに、さらに、このアウタ部２９ｏの内部に、固定筒３７を挿入する。これにより、固定筒３７とポール部３０間に、板バネ部材７ａと７ｂの周縁側が挟まれる。そして、この状態で、アウタ部２９ｏの内周面に、弁座ブロック３８を螺着し、図２に示すように、固定筒３７，ポール部３０及び板バネ部材７ａ，７ｂの周縁側を固定するとともに、板バネ部材７ａと弁座ブロック３８間に、圧縮した状態のコイルバネ部材９ｙを介在させる。この場合、弁座ブロック３８は、中心に、弁本体部３３に対向する流入口Ｒｉを有するとともに、この流入口Ｒｉの周りに周方向に一定間隔置きに形成した六つの流出口Ｒｏ…を有する。これにより、流入口Ｒｉから弁本体部３３が収容される弁室Ｒｆを通って流出口Ｒｏ…に至る流路Ｆが構成される。
【００１８】
また、以上の構成において、コイルバネ部材９ｘと９ｙは、第二バネ機構８を構成し、コイルバネ部材９ｘの上端は、ポール部３０の下面に圧接して固定端となり、かつ下端は板バネ部材７ｂ（第一バネ機構６）の上面に圧接して自由端となるとともに、コイルバネ部材９ｙの下端は、弁座ブロック３８の上面に圧接して固定端となり、かつ上端は板バネ部材７ａ（第一バネ機構６）の下面に圧接して自由端となる。したがって、第二バネ機構８は、一対のコイルバネ部材９ｘ，９ｙにより、第一バネ機構６を弾性支持する。この場合、第一バネ機構６に付与されるコイルバネ部材９ｘと９ｙの加圧力は平衡させる。このような第二バネ機構８を設ける目的は、第一バネ機構６（板バネ部材７ａ…）で発生する振動（音鳴り）を回避することにあるため、使用するコイルバネ部材９ｘ，９ｙの大きさやバネ定数等は、実験により最良の結果を得るものを選定できる。
【００１９】
次に、本実施例に係る流量制御弁１の動作について、図１〜図７を参照して説明する。
【００２０】
まず、非通電時には、ソレノイド部３は励磁されないため、弁部５の位置は、第一バネ機構６及び第二バネ機構８によって規制される。即ち、図２に示すように、板バネ部材７ａ，７ｂは中立位置にあるため、弁部５は上昇した開位置となる。したがって、図１に示すように、例えば、ガス等の流体を、白抜矢印Ｗｉの方向から流入口Ｒｉに供給すれば、流体は流路Ｆを通り、流出口Ｒｏ…から白抜矢印Ｗｏの方向に流出する。
【００２１】
一方、制御部４１により通電部４０を制御し、ソレノイド部３に所定の励磁電圧を印加すれば、ソレノイド部３から磁束が発生する。この磁束は、ポール部３０とプランジャ部４間では軸方向に通過するとともに、コア部２３とプランジャ部４間では、凹部２３ｓと凸部４ｓの存在により径方向（放射方向）に通過する。したがって、軸方向におけるコア部２３とプランジャ部４間には、ほとんど吸引力が発生しないのに対し、軸方向におけるポール部３０とプランジャ部４間には、吸引力が発生する。この結果、変位自在のプランジャ部４は、固定されたポール部３０に吸引され、図１中、下方へ変位する。
【００２２】
この場合、弁部５は、プランジャ部４の変位位置に対応して異なるバネ定数となる複数の板バネ部材７ａ，７ｂを組合わせた第一バネ機構６により弾性支持されるため、例示するノーマルオープンタイプの流量制御弁１の場合には、ソレノイド部３に印加する励磁電圧を、０〔Ｖ〕から徐々に上昇させることにより、一の板バネ部材７ａにより支持される弁部５は、最初に、板バネ部材７ａのみのバネ定数に基づく弾性に抗して下方へ変位する。この結果、弁部５による開度が徐々に小さくなり、流量は緩やかに減少する。このときの励磁電圧対流量特性Ｐｏを図７に実線で示す。
【００２３】
ところで、従来は、第一バネ機構６に単一の板バネ部材７ａのみが用いられていた。この場合、図７に点線で示す励磁電圧対流量特性Ｐｒのように、５〔Ｖ〕付近（Ｘｃ点）から急激に流量の変化率が大きくなるため、流量が少なくなる範囲では、励磁電圧を僅かに変化させただけでも流量は大きく変化することになり、制御が不安定になるとともに、高精度かつ信頼性の高い流量制御を行うことができない不具合があった。
【００２４】
しかし、本実施例では、プランジャ部４の変位位置に対応して異なるバネ定数となる複数のバネ部材７ａ，７ｂを組合わせたバネ機構６を用いたため、弁部５が、板バネ部材７ａのみでは流量の変化率が急激に大きくなる位置、即ち、図７のＸｃ点に対応する予め設定した所定位置に達すれば、図３に示すように、係合ナット３４の段差係止部３４ｓが板バネ部材７ｂの中心側に係止し、弁部５は、板バネ部材７ａと７ｂを組合わせたバネ定数に基づく弾性に抗して変位する。この結果、急激に流量の変化率が大きくなる不具合が回避され、流量の変化率が緩やかな状態で流量を０（閉位置）まで変化させることが可能となる（図７に実線で示す励磁電圧対流量特性Ｐｏ参照）。よって、全制御範囲において、高精度の流量制御、さらには安定性及び信頼性の高い流量制御を行うことができる利点がある。
【００２５】
また、弁部５は、板バネ部材７ａ，７ｂを用いた第一バネ機構６により弾性支持されるも、同時に、第一バネ機構６は、当該第一バネ機構６に一端を圧接し、かつ他端を固定したコイルバネ部材９ｘ，９ｙを用いた第二バネ機構８により弾性支持されるため、板バネ部材７ａ，７ｂに発生する振動はコイルバネ部材９ｘ，９ｙにより抑制される。よって、音鳴りの発生が防止され、静音性が高められるとともに、加えて制御の安定性及び正確性が損なわれる不具合が回避される。しかも、一対のコイルバネ部材９ｘ，９ｙを用いた第二バネ機構８のみによって容易かつ低コストに実施可能となる。
【００２６】
以上、実施例について詳細に説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、細部の構成，形状，材料，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更，追加，削除することができる。例えば、ノーマルオープンタイプの流量制御弁１を例示したが、ノーマルクローズタイプ（非通電時に全閉）にも同様に適用できる。また、コイルバネ部材９ｘ，９ｙは、第一バネ機構６の軸方向両側に配した場合を例示したが、いずれか一側にのみ配しても一定の効果を得ることができる。さらに、第一バネ機構６は、一対の板バネ部材７ａ，７ｂを用いた二段タイプを例示したが、単一の板バネ部材７ａにより構成してもよいし、任意数量の板バネ部材７ａ…を用いた複数段タイプにより構成してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
このように、本発明に係る流量制御弁は、中心側から周縁側に至る複数の板バネ部を有し、かつプランジャ部の変位位置に対応して異なるバネ定数となる複数の板バネ部材を組合わせた第一バネ機構を備え、一の板バネ部材を、周縁側をソレノイド部に対して固定し、かつ中心側を弁部に固定し、他の板バネ部材を、周縁側をソレノイド部に対して固定し、かつ中心側をプランジャ部の変位位置に対応して弁部に係止させるとともに、第一バネ機構を、当該第一バネ機構に一端を圧接し、かつ他端を固定したコイルバネ部材を用いた第二バネ機構により弾性支持してなるため、次のような顕著な効果を奏する。
【００２８】
（１）音鳴りの発生を防止でき、静音性を高めることができるとともに、加えて制御の安定性及び正確性が損なわれる不具合を回避できる。
【００２９】
（２）一対のコイルバネ部材を用いた第二バネ機構のみによって容易かつ低コストに実施できる。
【００３０】
（３）第一バネ機構を、プランジャ部の変位位置に対応して異なるバネ定数となる複数の板バネ部材を組合わせて構成したため、全制御範囲において、高精度の流量制御、さらには安定性及び信頼性の高い流量制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例に係る流量制御弁の縦断側面図、
【図２】同流量制御弁に備える弁部の開位置における第一バネ機構及び第二バネ機構の縦断側面図、
【図３】同流量制御弁に備える弁部の閉位置における第一バネ機構及び第二バネ機構の縦断側面図、
【図４】同流量制御弁に備える第一バネ機構の一の板バネ部材の平面図、
【図５】同流量制御弁に備える第一バネ機構の他の板バネ部材の平面図、
【図６】図１中Ａ−Ａ線における半断面を含む底面図、
【図７】流量制御弁の励磁電圧対流量特性図、
【符号の説明】
１流量制御弁
２電磁駆動部
３ソレノイド部
４プランジャ部
５弁部
６第一バネ機構
７ａ板バネ部材
７ｂ板バネ部材
７ａｓ… 板バネ部
７ｂｓ… 板バネ部
８第二バネ機構
９ｘコイルバネ部材
９ｙコイルバネ部材

Claims

ソレノイド部及びこのソレノイド部の励磁により変位するプランジャ部を有する電磁駆動部と、前記プランジャ部に対して一体に設けることにより流路を開閉する弁部を備えるとともに、前記弁部をバネ機構により弾性支持してなる流量制御弁において、中心側から周縁側に至る複数の板バネ部を有し、かつ前記プランジャ部の変位位置に対応して異なるバネ定数となる複数の板バネ部材を組合わせた第一バネ機構を備え、一の板バネ部材を、周縁側を前記ソレノイド部に対して固定し、かつ中心側を前記弁部に固定し、他の一又は二以上の板バネ部材を、周縁側を前記ソレノイド部に対して固定し、かつ中心側を前記プランジャ部の変位位置に対応して前記弁部に係止させるとともに、前記第一バネ機構を、当該第一バネ機構に一端を圧接し、かつ他端を固定したコイルバネ部材を用いた第二バネ機構により弾性支持してなることを特徴とする流量制御弁。
前記コイルバネ部材は、前記第一バネ機構の軸方向両側又は一側に配することを特徴とする請求項１記載の流量制御弁。