JPH0138993B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、例えばガス燃焼器具等に装備され、
湯温、室温等の負荷信号に応じてガス流量を連続
的に制御し、燃焼負荷の温度等をコントロールす
る比例制御弁を用いた流量制御装置に関する。

従来例の構成とその問題点 従来のこの種の流量制御装置を第１図に示す。
磁性体としての永久磁石１を備えた弁体２と、永
久磁石１と近接する位置に配設された固定鉄心３
を有し、その永久磁石１とは反発する方向の磁力
を発生する電磁コイル４と、一次側の流体入口部
５における流体圧を受けて弁体２を閉弁方向に付
勢するダイヤフラム６とを備え、電磁コイル４に
印加する電流の制御により電磁反発力を制御し
て弁体２を自由に上下動すると共に、弁体２に弾
性体としてのダイヤフラム６を介して作用する流
体圧と電磁反発力とのバランスにより弁体２の二
次側の流体出口部７の流体圧P₂を比例的に制御
するように構成されている。

かかる構成の流量制御装置において、通電しな
い時に弁体２は永久磁石１が固定鉄心３に吸着す
る力により弁体２に装着した弁ゴム８が弁座９に
押し付けられて閉弁し、流体の流通を遮断するわ
けである。したがつて流量制御システムにおいて
閉止用の電磁弁（図示せず）を削除でき、コンパ
クト、低コスト化を実現できる。

しかしながら、この構成では略球状の弁体２
は、弁ゴム８を介して弁座９側へ押圧されて閉止
がなされ、また閉止力を大きくする必要があるた
め、弁体２と弁座９の嵌着及び、長期使用による
粘着が発生し、開弁初期もしくは低流量制御域で
の制御特性が悪いという問題点を有している。第
２図は従来の流量制御装置の制御特性を示したも
のであり、コイル電流imで最大流量Qmとなるよ
うに設計されている。ここで、前記弁体２と弁座
９の嵌着もしくは粘着が発生すると、閉止力が所
定値より大となり、所定の開弁電流irを印加して
も開弁せず、不特定の電流iaで急激に開弁し、所
望の流量を得ることができなくなる。このこと
は、ガスバーナ（図示せず）の緩点火を行なう場
合爆発着火につながる。また低流量制御域での使
用に不安があるため、制御範囲を狭くして使用し
なければならない。

特にストーブ等の暖房器具の場合夏場は使用さ
れずに放置されるため、前記弁体２と弁座９の粘
着が発生しやすく、開弁不能になる場合もあつ
た。

発明の目的 本発明は上記従来の問題点に鑑み、弁体と弁座
の嵌着もしくは長期使用、放置による粘着を解消
する構成とし、開弁初期あるいは長期使用、放置
時においても安定して低流量域から大流量域まで
制御可能とし、かつ充分な弁閉止力が得られる流
量制御装置を提供することを目的とする。

発明の構成 この目的を達成するため本発明による流量制御
装置は、流体入口と流体出口の間に設けた弁座
と、その弁座に対向して設けた弁体と、その弁体
を閉弁方向に付勢する閉止バネを有し、前記弁座
と弁体の当接部に弾性体を設けてなる流量制御部
と、前記弁体を変位させ、流量を制御する力を発
生する電磁駆動部とから構成される比例制御弁
と、前記駆動部を直流信号に脈動信号（デイザ）
を重畳させた信号により駆動し、且つ前記脈動信
号の振幅を前記駆動部への通電開始から開弁に至
るまでの所定時間内において流量制御時よりも大
きい値で制御する制御回路を設けて構成したもの
である。

この構成により、開弁初期、すなわち駆動部へ
の通電開始から開弁に至るまでの所定時間内では
電磁力の増加とともに、大きな振幅の脈動信号が
電磁駆動部に供給され、前記駆動部は一種のバイ
ブレーダーとして作用し、その電磁力は弁体に伝
達される。したがつて弁座と弁体の嵌着もしくは
粘着が発生しても効果的に解消され、低流量域で
の制御特性が良好となる。流量制御域となると脈
動信号は摩擦抵抗を解消する程度の振幅となり、
低流量から大流量まで安定した流量制御を行なう
ことができる。

実施例の説明 以下本発明の一実施例を図面とともに説明す
る。

第３図は本発明による流量制御装置を示し、流
量制御部１０と電磁駆動部１１から構成される比
例制御弁１２と電磁駆動部１１を制御する制御回
路１３、湯温等の負荷の検出信号と設定信号を比
較し、その偏差信号を制御回路１３に与える比較
器１４とから構成されている。

流量制御部１０は流体入口１５、流体出口１６
の間に設けた弾性体の弁座１７、弁座１７に対向
して設けた弁体１８と弁体１８を閉弁方向に付勢
する閉止バネ１９を有し、弁体１８の上部には流
体入口１５側の圧力を受けて作動するダイヤフラ
ム２０が膜板２１を介してピン２２によつて気密
に装着されている。

第４図は弁座１７の要部拡大断面図であり、弾
性体製でありシートリング状に別体で形成し、ロ
ツクリング２３によつて弁ボデイ２４内へ気密に
固定されている。なお弁ボデイ２４には段部２５
を形成し、ロツクリング２３の圧入時、必要以上
に弁座１７が変形しないようにしている。

２６はベースキヤツプであり、パツキン２７を
介して弁ボデイ２４へ気密に装着されている。

２８はダイヤフラム２０の背圧室２０ａを形成
するとともにダイヤフラム２０の外周ビードを圧
接し気密に保持するダイヤフラムブラケツトであ
る。

電磁駆動部１１は、コイル２９とヨーク３０と
継鉄板３１と、コイル２９の中心部に貫通した摺
動パイプ３２と、摺動パイプ３２内を上下動可能
に設けたプランジヤ３３及びプランジヤ３３とピ
ン２２の間に設けた非磁性体からなるスペーサ３
４を有する。プランジヤ３３及びスペーサ３４に
は連通孔３５を設けている。ダイヤフラムブラケ
ツト２８と摺動パイプ３２の間にはシール材３６
を設け、また摺動パイプ３２の上部には、弁振動
を防止するためのダンパー作用をはたすベント３
７を設けたキヤツプ３８が圧入固着されておりダ
イヤフラム２０の背圧室２０ａはベント３７のみ
により大気と連通している。３９は閉止バネ１９
よりも弱いプランジヤ３１の固定バネである。

制御回路１３は第５図に示すように湯温、室温
等の負荷信号と設定信号を比較し、その偏差信号
を出力する比較器１４の出力信号を増幅して駆動
電流としてコイル２９に供給する駆動回路と、コ
イル２９に供給される電流を検出する電流検出回
路と、その電流値のレベルを判定する判別回路
と、判別回路の信号に応じて大きい振幅、もしく
は小さい振幅の脈動信号を駆動回路からの直流信
号に重畳させる脈動信号発生回路及び判別回路の
信号に応じて駆動回路からコイル２９への供給信
号を一定時間遅延させる遅延回路から構成されて
いる。ここで駆動回路からの出力電流が通電開始
から開弁、すなわち弁体１８が弁座１７より離反
し流体が流体出口１６へ流出するまでの所定範囲
内では遅延回路が動作して駆動回路からの信号は
遅延されてコイル２９へ供給されると同時に脈動
信号発生回路は大きい振幅の脈動信号を発生し、
また開弁後、すなわち流量制御範囲では遅延回路
は動作せず、脈動信号発生回路はプランジヤ３３
と摺動パイプ３２間の摩擦を解消する程度の比較
的小さな振幅の脈動信号を発生するよう構成され
ている。

以上の構成において通電されていない場合は第
３図に示すように弁体１８は閉止バネ１９の作用
により充分な閉止力で弾性体製の弁座１７に押し
つけられ流体の閉止がなされている。

通電されると設定信号と湯温等の負荷の検出信
号が比較器１４で比較され、その偏差信号に応じ
て制御回路１３を介してコイル２９へ通電され、
プランジヤ３３は閉止バネ１９の閉止力に抗する
方向の力を受ける。第６図は比例制御弁１２の制
御特性を示し、横軸はコイル電流、縦軸は流体出
口１６側への流出流量を示す。コイル２９への通
電を開始すると、その通電量に応じた電磁力がス
ペーサ３４を介して弁体１８に作用し、閉止バネ
１９による閉止力に前記電磁力が打勝つまで弁体
１８は下方に変位せず、流体は流体出口１６側へ
は流出しない。そしてさらに通電量を増加すると
閉止バネ１９の閉止力に抗して開弁し、流体は流
体出口１６側へ流出する。ここで弁体１８とダイ
ヤフラム２０の有効受圧面積は等しくしているた
め、弁体１８の有効受圧面積に作用する流体出口
１６側の圧力による上向きの力と電磁力がバラン
スする点で弁開度がきまり、電磁力つまりコイル
電流を制御することにより流体出口１６側の圧力
（流量）を制御でき、また流体入口１５側の圧力
が変化しても流体出口１６側の圧力を一定に保つ
周知のガバナ作用を有する。

コイル電流ｏ〜iaつまり通電開始から開弁に至
るまでの範囲を閉弁域とし、閉弁から最大流量
Qmとなるとコイル電流imまでを制御域とする
と、第５図に示す駆動回路の電流値は電流検出回
路によつて検出され、閉弁域である場合、判別回
路によつて遅延回路が動作し、駆動回路の直流信
号は遅延され、所定の速度でコイル２９へ供給さ
れると同時に脈動信号発生回路は第７図Waに示
すように比較的大きな振幅の脈動信号を発生し、
前記直流信号に重畳されコイル２９に供給され
る。ここでこの種の弾性体を介して閉弁する構造
では、閉止の信頼性を向上させるため、閉止バネ
１９の閉弁力を大きくしなければならない。この
値は弁座１７と弁体１８が線接触とすると、2.5
ｇ／mm程度であり弁座径がφ30とすると236（ｇ）
必要である。したがつて弁体１８が弾性体の弁座
１７にくい込んで嵌着が発生したり、長期使用も
しくは長期放置により粘着が発生し従来例で述べ
たような問題点が発生するが本実施例では、閉弁
域に所定時間大きな振幅の脈動信号を供給するた
め、弁座１７と弁体１８の当接面においてバイブ
レータ作用を生じ効率よく嵌着、粘着を解消でき
る。したがつて前記脈動信号の振幅、周波数は嵌
着、粘着を解消できる最適な値を選定する必要が
ある。

閉弁域をこえ制御域に入ると電流検出回路及び
判別回路によつて遅延回路は動作を停止し、同時
に脈動信号発生回路は第７図Waに示すように摺
動パイプ３２とプランジヤ３３の摺動摩擦を解消
する程度の小さな振幅の脈動信号を発生し、駆動
回路の直流信号に重畳されてコイル２９に供給さ
れ、摺動摩擦の影響を受けない良好な流量制御特
性を得ることができる。

以上詳述したように本実施例によれば、 (1) 閉弁域では大きい振幅の脈動信号を供給し、
制御域では摺動パイプ３２とプランジヤ３３と
の摺動摩擦を解消する程度の小さい振幅の脈動
信号をコイル２９に供給するためバイブレータ
作用によつて嵌着、長期使用及び放置による粘
着等による開弁時の制御特性の悪化もしくは動
作不能を解消でき、低流量から大流量まで制御
可能でありかつ充分な閉弁力が得られる。

(2) 流量制御部を圧力制御型、すなわちガバナで
構成したため、ガバナ、閉止弁、比例制御弁の
３つの機能を集約でき流量制御装置全体のコン
パクト化、低コスト化を実現する。また圧力制
御型のため弁座１７と弁体１８の当接部が摩耗
しても流体出口１６側の圧力、すなわち流量は
変化しない。

(3) 制御回路１３に遅延回路を設け、閉弁域では
コイル２９への供給速度を遅延する遅延回路を
設けたため、閉弁域の時間を長くとれ、確実に
嵌着、粘着を解消できる。また制御域では遅延
回路は動作しないため制御応答速度が高い。

(4) 摺動パイプ３２とダイヤフラムブラケツト２
８の間にシール材３６を設け、背圧室２０ａを
密閉化しベント３７のみにより大気と連通可能
としたため、ベント３７で空気の粘性抵抗によ
るダンパー作用が生じ、弁振動の発生を防ぐこ
とができる。ここでベント３７の径は振動系に
おける粘性抵抗に応じた最適な径を選定し、ま
たダンパーブラケツト２８の背圧室２０ａは、
可能なかぎり小容積としている。

またダンパーブラケツト２８を弁ボデイ２４
内に保持し、継鉄板３１によつてダイヤフラム
２０とシール材３６を圧縮しシールするため、
流量制御部１０をコンパクトに構成できる。

などの効果が得られる。

発明の効果 以上のごとく本発明の流量制御装置は弁座とそ
の弁座に対向して設けた弁体と前記弁体を閉弁方
向に付勢する閉止バネを有し、前記弁体の当接部
に弾性体を設けた流量制御部と前記弁体を変位さ
せ流量を制御する力を発生する電磁駆動部とから
構成される比例制御弁と、前記電磁駆動部を直流
信号に脈動信号を重畳させた信号により駆動する
とともに、前記脈動信号の振幅を前記電磁駆動部
への通電開始から開弁に至るまでの所定時間内に
おいて流量制御時よりも大きい値で制御する制御
回路を設けたものであり、閉弁力の増加による弁
体の嵌着、長期使用もしくは長期放置による粘着
を開弁直前の所定時間、流量制御時よりも大きな
振幅の脈動信号を与えることによりバイブレータ
作用を生じさせて解消し開弁初期あるいは長期使
用、長期放置時においても安定して低流量域から
大流量域まで制御が可能となり、かつ充分な閉弁
力を与えることができるため安全信頼性が向上す
る。このことは特にストーブ等冬場のみ使用し、
その他は比較的高温となる場所に放置される器具
の流量制御装置として好適である。

また充分な閉弁力が得られるため通常の電磁弁
の機能を有し、閉止電磁弁を兼ねることができ、
装置の小型コンパクト化を実現する。

さらに開弁前に嵌着粘着等の外乱を解消した後
に流量制御に移行するため、最良の状態で開弁が
始まり、低流量制御域での精度が向上し、最小絞
り流量を小さくできる。つまり最小絞り比（Ｔ・
Ｄ・Ｒ）を大きくとれる。

などの特有の効果が得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の流量制御装置の断面構造図、第
２図は同装置の流量制御特性図、第３図は本発明
の一実施例を示す流量制御装置の構成図、第４図
は同装置における弁座の要部拡大断面図、第５図
は同制御回路のブロツク図、第６図は同装置にお
ける流量制御特性図、第７図は同脈動信号発生回
路の出力波形図である。 １０……流量制御部、１１……電磁駆動部、１
２……比例制御弁、１３……制御回路、１５……
流体入口、１６……流体出口、１７……弁座（弾
性体）、１８……弁体、１９……閉止バネ、２０
……ダイヤフラム、２０ａ……背圧室、２８……
ダイヤフラムブラケツト、２９……コイル、３０
……ヨーク、３２……摺動パイプ、３３……プラ
ンジヤ、３６……シール材、３７……ベント。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流体入口と流体出口の間に設けた弁座と、こ
   の弁座に対向して設けた弁体と、この弁体を閉弁
   方向に付勢する閉止バネを有し、前記弁座と弁体
   の当接部に弾性体を設けてなる流量制御部と、前
   記弁体を変位させ、流量を制御する力を発生する
   電磁駆動部とから構成される比例制御弁と、前記
   電磁駆動部を直流信号に脈動信号を重畳させた信
   号により駆動するとともに、前記脈動信号の振幅
   を前記電磁駆動部への通電開始から開弁に至るま
   での所定時間内において流量制御時よりも大きい
   値で制御する制御回路を設けた流量制御装置。 ２ 制御回路は駆動回路と駆動回路の出力電流を
   検出する電流検出回路とその判別回路と、この判
   別回路の信号を受けて前記駆動回路の出力信号を
   遅延させる遅延回路と脈動信号を前記駆動回路の
   出力信号に重畳させる脈動信号発生回路とから構
   成した特許請求の範囲第１項記載の流量制御装
   置。