JP3820207B2 - 流量制御弁 - Google Patents
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Description
【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】
【従来の技術】
従来、ソレノイド及びこのソレノイドの励磁により変位するプランジャを有する電磁駆動部と、プランジャの一端に設けることにより流路を開閉する弁部と、この弁部を弾性支持するダイヤフラムを備え、ソレノイド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(比例電磁弁)は、例えば、特開平7−158762号公報で知られている。
【0003】
【特許文献1】
特開平7−158762号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の流量制御弁に備える弁部は、ダイヤフラム(板バネ部材)により弾性支持され、ソレノイドによる吸引力,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、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、流体の流れにより僅かな振動が発生しても共振により増幅され、いわゆる鳴き(異音)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。
【0005】
本発明は、このような従来の技術に存在する課題を解決したものであり、鳴きの発生を確実に防止して静音性を高めるとともに、制御の安定性及び正確性を高め、加えて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。
【0006】
【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3及びこのソレノイド3の励磁により変位するプランジャ4を有する電磁駆動部2と、プランジャ4の一端4pに設けることにより流路Fを開閉する弁部5と、この弁部5を弾性支持するダイヤフラム6を備える流量制御弁1を構成するに際し、ソレノイド3の外部に設けたアウタヨーク11と内部に設けたインナヨーク12を備え、このインナヨーク12に、プランジャ4に対向するガイド凹部13を形成するとともに、プランジャ4に、ガイド凹部13に挿入するガイド凸部14を形成した電磁駆動部2と、渦巻バネにおける曲率の小さい外端部15oの中心15osを曲率の大きい内端部15iの中心15isに対して所定距離Lo偏心させた形状を有する偏心バネ15を使用し、この偏心バネ15における内端部15iをガイド凸部14の端面14sに固定するとともに、外端部15oをガイド凹部13の内周面13fに圧接させることにより、プランジャ4の他端4qを少なくとも当該プランジャ4の可動方向Dmに対して直角方向Dsへ付勢する付勢部材7とを設けたことを特徴とする。
【0007】
この場合、好適な実施の形態により、偏心バネ15は、外端部15oを内端部15iに対して軸方向に所定距離Ls離間させ、外端部15oを、ガイド凹部13の内周面13fに圧接させると同時にガイド凹部13の端面部13sに圧接させることが望ましい。一方、ガイド凸部14の外周面14fには、ガイド凹部13の内周面13fに摺接するスリーブ16、望ましくはポリテトラフルオロエチレンにより形成したスリーブ16を装着することができる。
【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4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及び図4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アウタヨーク本体部11mを備え、このアウタヨーク本体部11mの内側に、コイルボビン21にワイヤWを巻回して構成したソレノイド3を収容する。そして、コイルボビン21の一端面21s側から、コイルボビン21の内部に、磁性材で形成したインナヨーク12を挿入するとともに、アウタヨーク本体部11mの開放側は、磁性材で形成したアウタヨーク連結部11cにより連結する。アウタヨーク本体部11mとアウタヨーク連結部11cはアウタヨーク11を構成する。また、インナヨーク12には、内端に軸方向へ刳り貫いた断面円形のガイド凹部13を形成するとともに、他端(外端)は固定ネジ22によりアウタヨーク連結部11cの内面に固定する。なお、23,24は、コイルボビン21の両側に配したセパレータである。
【0011】
さらに、コイルボビン21の他端面21t側におけるセパレータ24に対向するアウタヨーク本体部11mには開孔部25を形成し、非磁性のステンレス材により形成したガイドケース26を挿入する。このガイドケース26は、アウタヨーク本体部11mから外方に突出するアウタケース部26oと、開孔部25を通してコイルボビン21の内部に挿入するインナケース部26iからなり、このインナケース部26iの先端側は、インナヨーク12の外周面に嵌合させる。
【0012】
一方、ガイドケース26の内部には、磁性材で形成したプランジャ4をスライド自在に収容するとともに、プランジャ4の一端4pに対向する磁性材で形成したシャフトガイド27を収容する。また、プランジャ4の他端4qには、ガイド凹部13に挿入する断面円形のガイド凸部14を形成するとともに、このガイド凸部14の外周面14fには、ガイド凹部13の内周面13fに摺接するリング状のスリーブ16を装着する。スリーブ16の装着に際しては、図2に示すように、ガイド凸部14の端面14s側の外周面14fを小径に形成し、この小径部位にスリーブ16を嵌込むとともに、ストッパリング17を螺着してスリーブ16を固定する。スリーブ16の形成素材は、ガイド凹部13とガイド凸部14(スリーブ16)間に適度の摩擦係数を確保し、かつ耐久性の良好な素材を選定する。実施例は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を用いた。このPTFEは、良好な摩擦係数が確保され、かつ使用する流体(ガス)に対しても高い耐久性が得られる。
【0013】
ところで、スリーブ16を装着することにより、可動部材であるプランジャ4の振動が抑制され、流体(ガス)流通時の鳴き(異音)も低減される。しかし、摩擦係数の大きさと発生する鳴きの大きさは、相反する関係にあり、摩擦係数が大きくなれば、より鳴きの発生は抑制される反面、ヒステリシスの増加により制御性が低下するとともに、他方、摩擦係数が小さくなれば、制御性は良好に維持される反面、鳴きの発生は大きくなる。このため、現状では、制御性の良好な摩擦係数を設定した場合、鳴きの発生を確実に防止できないとともに、鳴きの発生を確実に防止するには、制御性を犠牲にせざるを得ない問題があった。
【0014】
そこで、プランジャ4の他端4qに位置するガイド凸部14の端面14sとガイド凹部13の内周面13f間に、付勢部材7を配設することによりこの問題を解決した。付勢部材7は、図2及び図3に示すように、渦巻バネにおける曲率の大きい内端部15iと曲率の小さい外端部15oを軸方向に所定距離Ls離間させ、かつ外端部15oの中心15osを内端部15iの中心15isに対して所定距離Lo偏心させた形状を有する偏心バネ15を使用する。この偏心バネ15は、バネ性を有する円形断面のステンレス線材により形成できる。そして、偏心バネ15は、内端部15iをガイド凸部14の端面14sの中心に固定するとともに、外端部15oは、ガイド凹部13の内周面13fに圧接させると同時にガイド凹部13の端面部13sに圧接させる。この場合、内端部15iを端面14sに固定するには、端面14sの中心に設けた孔部に固定ピン18を圧入し、この固定ピン18と端面14s間に挟んで固定する。
【0015】
これにより、プランジャ4の他端4qは、偏心バネ15(付勢部材7)によって、少なくともプランジャ4の可動方向Dmに対して直角方向Dsへ付勢されることになり、ガイド凸部14には常に一定の予圧が付与される。この結果、ガイド凹部13とガイド凸部14(スリーブ16)間には、適度の摩擦係数が安定した状態で維持され、同時に鳴きの発生も確実に防止される。なお、偏心バネ15の外端部15oは、ガイド凹部13の内周面13fに圧接させると同時にガイド凹部13の端面部13sにも圧接させるため、ガイド凹部13の内周面13fに対する偏心バネ15の摺接が回避され、偏心バネ15は安定した状態で保持される。
【0016】
なお、ソレノイド3は、当該ソレノイド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。
【0017】
他方、弁部5はプランジャ4に対して一体に設ける。このため、上述したプランジャ4及びシャフトガイド27は、弁部5を装着した状態でガイドケース26に収容する。弁部5は、非磁性材で形成したシャフト28と、このシャフト28の先端を大径化し、この先端面に円盤形の弁部材29を埋設した弁本体部30を一体に有する。また、弁部5には、プランジャ4の変位位置に対応して異なるバネ定数となる複数のダイヤフラムメンバ(板バネ部材)6a,6bを組合わせたダイヤフラム6を装着する。装着に際しては、シャフト28の後端側を、ダイヤフラムメンバ6aの中心孔及びダイヤフラムメンバ6bの中心孔に対して順番に通し、この後、シャフト28の外周面に形成したネジ部に、係合ナット33を螺着する。これにより、一のダイヤフラムメンバ6aの中心側が、弁本体部30の背面と係合ナット33間に挟まれて固定されるとともに、他のダイヤフラムメンバ6bの中心側は、弁本体部30と係合ナット33間に遊びを有する状態で装着され、このダイヤフラムメンバ6aと6bによりダイヤフラム6が構成される。なお、係合ナット33は、図6に示すように、プランジャ4の変位位置に対応してダイヤフラムメンバ6bに係止可能な段差係止部33sを有する。
【0018】
一方、弁部5を、プランジャ4に固定するに際しては、まず、シャフト28を、後端側からシャフトガイド27の中心に形成した貫通孔、さらにはプランジャ4の中心に形成した貫通孔へ順番に挿入する。そして、プランジャ4に挿通したシャフト28に対し、プランジャ4の外周面から螺着した固定ネジ34により固定する。なお、シャフト28は、シャフトガイド27に対してスライド自在となる。この後、プランジャ4及びシャフトガイド27をガイドケース26の内部に収容する。この際、シャフトガイド27に形成した段差が、ガイドケース26の内面に形成した段差に係止することにより、シャフトガイド27の収容位置が規制される。これにより、シャフト28は、プランジャ4から軸方向に突出し、シャフトガイド27を貫通してアウタヨーク本体部11mから突出したガイドケース26の内部に臨むとともに、シャフトガイド27は、コイルボビン21の他端面21t付近に配される。
【0019】
また、ガイドケース26(アウタケース部26o)の内部には、図6に示すように、カラー35を挿入し、このカラー35とシャフトガイド27間に、ダイヤフラムメンバ6aと6bの周縁側を挟むとともに、さらに、ガイドケース26の内周面に、オリフィス36を螺着してカラー35,シャフトガイド27及びダイヤフラムメンバ6a,6bの周縁側を固定する。この場合、オリフィス36は、中心に、弁本体部30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30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。
【0020】
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。
【0021】
まず、非通電時には、ソレノイド3は励磁されないため、弁部5の位置は、ダイヤフラム6によって規制される。即ち、図6に示すように、ダイヤフラムメンバ6a,6b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、流体(ガス)を、白抜矢印Gi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Goの方向に流出する。
【0022】
一方、制御部41により通電部40を制御し、ソレノイド3に所定の励磁電圧を印加すれば、ソレノイド3から磁束が発生する。この磁束は、シャフトガイド27とプランジャ4間では軸方向に通過するとともに、インナヨーク12とプランジャ4間では、ガイド凹部13とガイド凸部14の存在により径方向(放射方向)に通過する。したがって、軸方向におけるインナヨーク12とプランジャ4間には、ほとんど吸引力が発生しないのに対し、軸方向におけるシャフトガイド27とプランジャ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4は、固定されたシャフトガイド27に吸引されるため、図1中、下方へ変位する。
【0023】
この場合、弁部5は、プランジャ4の変位位置に対応して異なるバネ定数となる複数のダイヤフラムメンバ6a,6bを組合わせたダイヤフラム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、一のダイヤフラムメンバ6aにより支持される弁部5は、最初に、ダイヤフラムメンバ6a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。そして、弁部5が、ダイヤフラムメンバ6aのみでは流量の変化率が急激に大きくなる位置、即ち、図5のXc点に対応する予め設定した所定位置に達すれば、図7に示すように、係合ナット33の段差係止部33sがダイヤフラムメンバ6bの中心側に係止し、弁部5は、ダイヤフラムメンバ6aと6b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。このときの励磁電圧対流量特性Poを図5に実線で示す。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。なお、同図中、点線で示すPrは、単一のダイヤフラムメンバ6aのみを用いた場合の励磁電圧対流量特性である。
【0024】
また、プランジャ4は、ダイヤフラム6により弾性支持されるため、流体(ガス)流通時には、いわゆる鳴き(異音)を生じやすいが、プランジャ4に、スリーブ16を装着するとともに、さらに、偏心バネ15(付勢部材7)を設けたため、プランジャ4は、少なくとも可動方向Dmに対して直角方向Dsへ付勢される。この結果、ガイド凸部14(プランジャ4)には常に一定の予圧が付与され、鳴きの発生が確実に防止されることにより静音性が高められる。しかも、ガイド凹部13とガイド凸部14(スリーブ16)間には、適度の摩擦係数が安定した状態で維持されるため、鳴きの発生が防止されることと合わせ、制御の安定性及び正確性が飛躍的に高められる。加えて、少ない部品点数により、組立性の低下を招くことなく、容易かつ低コストに実施可能となる。
【0025】
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、偏心バネ15は、外端部15oを内端部15iに対して軸方向に所定距離Ls離間させ、外端部15oを、ガイド凹部13の内周面13fに圧接させると同時にガイド凹部13の端面部13sに圧接させる場合を示したが、所定距離Ls離間させることなく、外端部15oを、ガイド凹部13の内周面13fにのみ圧接させてもよい。なお、インナヨーク12にガイド凹部13を設け、プランジャ4にガイド凸部14を設けた場合を示したが、インナヨーク12にガイド凸部14を設け、プランジャ4にガイド凹部13を設けても同様に実施可能である。さらに、ガイド凸部14の外周面14fにスリーブ16を装着した場合を示したが、スリーブ16を装着しない場合を排除するものではない。また、実施例は、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。
【0026】
【発明の効果】
このように、本発明に係る流量制御弁は、ソレノイド及びこのソレノイドの励磁により変位するプランジャを有する電磁駆動部と、プランジャの一端に設けることにより流路を開閉する弁部と、この弁部を弾性支持するダイヤフラムを備える流量制御弁において、ソレノイドの外部に設けたアウタヨークと内部に設けたインナヨークを備え、このインナヨークに、プランジャに対向するガイド凹部を形成するとともに、プランジャに、ガイド凹部に挿入するガイド凸部を形成した電磁駆動部と、渦巻バネにおける曲率の小さい外端部の中心を曲率の大きい内端部の中心に対して所定距離偏心させた形状を有する偏心バネを使用し、この偏心バネにおける内端部をガイド凸部の端面に固定するとともに、外端部をガイド凹部の内周面に圧接させることにより、プランジャの他端を少なくとも当該プランジャの可動方向に対して直角方向へ付勢する付勢部材とを設けたため、次のような顕著な効果を奏する。
【0027】
(1) プランジャには常に一定の予圧が付与されるため、いわゆる鳴きの発生を確実に防止して静音性を高めることができる。
【0028】
(2) プランジャに対する適度の摩擦係数が安定した状態で維持されるため、鳴きの発生が防止されることと合わせ、制御の安定性及び正確性を飛躍的に高めることができる。
【0029】
(3) 少ない部品点数により、組立性の低下を招くことなく、容易かつ低コストに実施することができる。
【0030】
(4) 好適な実施の形態によりプランジャ(ガイド凸部)にスリーブを装着すれば、鳴きの発生防止効果をより高めることができるとともに、制御の安定性及び正確性をより高めることができる。
【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】同流量制御弁における付勢部材の配設状態を示す正面図、
【図3】同流量制御弁に付勢部材の配設状態を示す平面図、
【図4】図1中A−A線における半断面を含む底面図、
【図5】同流量制御弁の励磁電圧対流量特性図、
【図6】同流量制御弁に備える弁部の開位置を示す縦断側面図、
【図7】同流量制御弁に備える弁部の閉位置を示す縦断側面図、
【符号の説明】
1 流量制御弁
2 電磁駆動部
3 ソレノイド
4 プランジャ
4p プランジャの一端
4q プランジャの他端
5 弁部
6 ダイヤフラム
7 付勢部材
11 アウタヨーク
12 インナヨーク
13 ガイド凹部
13f ガイド凹部の内周面
13s ガイド凹部の端面部
14 ガイド凸部
14s ガイド凸部の端面
14f ガイド凸部の外周面
15 偏心バネ
15i 偏心バネの内端部
15is 内端部の中心
15o 偏心バネの外端部
15os 外端部の中心
16 スリーブ
F 流路
Dm プランジャの可動方向
Ds 可動方向に対して直角方向
Ls 所定距離
Lo 所定距離
Claims (4)
- ソレノイド及びこのソレノイドの励磁により変位するプランジャを有する電磁駆動部と、前記プランジャの一端に設けることにより流路を開閉する弁部と、この弁部を弾性支持するダイヤフラムを備える流量制御弁において、前記ソレノイドの外部に設けたアウタヨークと内部に設けたインナヨークを備え、このインナヨークに、前記プランジャに対向するガイド凹部を形成するとともに、前記プランジャに、前記ガイド凹部に挿入するガイド凸部を形成した電磁駆動部と、渦巻バネにおける曲率の小さい外端部の中心を曲率の大きい内端部の中心に対して所定距離偏心させた形状を有する偏心バネを使用し、この偏心バネにおける前記内端部を前記ガイド凸部の端面に固定するとともに、前記外端部を前記ガイド凹部の内周面に圧接させることにより、前記プランジャの他端を少なくとも当該プランジャの可動方向に対して直角方向へ付勢する付勢部材とを設けたことを特徴とする流量制御弁。
- 前記偏心バネは、前記外端部を前記内端部に対して軸方向に所定距離離間させ、前記外端部を、前記ガイド凹部の内周面に圧接させると同時に前記ガイド凹部の端面部に圧接させることを特徴とする請求項1記載の流量制御弁。
- 前記ガイド凸部の外周面には、前記ガイド凹部の内周面に摺接するスリーブを装着することを特徴とする請求項1記載の流量制御弁。
- 前記スリーブは、ポリテトラフルオロエチレンにより形成することを特徴とする請求項3記載の流量制御弁。
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