JPH044604B2

JPH044604B2 -

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Publication number: JPH044604B2
Application number: JP55163618A
Authority: JP
Priority date: 1980-11-19
Filing date: 1980-11-19
Publication date: 1992-01-28
Also published as: JPS5786913A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は電気信号により、流体出口側の圧力を
制御する圧力制御弁に関し、特に電気信号が零の
時、流体の流通路を洩れなく閉止し、且つ、良好
な制御特性の得られる圧力制御弁に関するもので
ある。

従来例を第１図に示す。第１図において、１は
流体入口、２は流体出口、３は弁座である。

前記弁座３と同軸上には円錐状の弁体４が設け
られ、前記弁体４の弁座３との当接部には弁を閉
止するために設けた弾性体５が装着されている。

弁体４の上部には流体入口１側の流体圧を受け
るダイアフラム６、及び永久磁石７が固着されて
おり、前記ダイヤフラム６の外周は弁ケース８に
支持されている。前記ダイアフラム６と弁体４
は、弁体上流側、即ち１次圧室９において、受圧
面積がほぼ等しくなるよう形成されている。１０
は２次圧室であり、流体出口２のさらに下流に流
量ノズル（図示せず）が連結される。

１１はダイアフラム６により１次圧室９と仕切
られた上部空間を大気と連通するための大気連通
孔である。

１２は弁ケース８に固定されたヨーク、１３は
ヨーク１２内の中央部に永久磁石７に対向して設
けられた固定鉄心、１４は電磁コイルであり、い
わゆる電磁反発型駆動部が形成されている。

以上の構成において、電磁コイル１４への通電
量が零の時は、永久磁石７は固定鉄心１３に吸引
される方向に移動し、弁体４は弾性体５を介して
弁座３に押し当てられ、弁は閉止状態にある。次
に電磁コイル１４へ通電を開始すると、前記永久
磁石７と固定鉄心１３間に作用していた吸引力は
次第に弱くなり、更に通電量を増加すると開弁が
始まり、与える通電量に比例して開弁量が変化
し、流体出口２側の圧力を制御する。この時ダイ
アフラム６は、一次圧が変動しても二次圧を一定
に保つように作用する。つまりガバナ機能を果
す。

以上述べてきたような圧力制御弁において要望
される重要な機能は、第１に小流量でも安定した
流量特性が得られる制御機能を有すること。第２
に弁閉止時に流体を完全に止める閉止機能を有す
ることである。しかしながら従来例においては、
弾性体５を設けた円錐状の弁体４を弁座３に密着
して押しつける構造のため、弁体４は第１図矢印
に示すごとき力を受け、弁座３に圧入状態で保持
されて閉止がなされる。したがつて弁体４と弁座
３の粘着が起りやすく、所定のコイル電流を供給
しても開弁せず、小流量での制御特性が悪いとい
う問題点があつた。第２図は従来例における特性
図を示したものであり、横軸はコイル電流I_cを示
し、縦軸は流体出側圧力P₂を示す。正常動作時
においてはI_c1で開弁が始まりI_c2で最大制御圧P_T
に達し、コイル電流I_cはI_c3〜I_c2の間でコントロー
ルすることになる。ところが前記の粘着が発生す
ると、I_c1で開弁せず不特定の電流値I_c1′で急激に
開弁し、着火時の爆発音が発生したり、全く開弁
せず動作不能となる場合がある。

このような従来例において前記の粘着を防止す
るためには弁座３と弁体４間に作用する力、即ち
閉止力を弱くすれば解消できるが、閉止力を弱め
ると閉止機能が損なわれ、閉止機能と粘着防止の
両方を満足することはできない。

本発明は上記従来例の実情に鑑みてなされたも
のであり、閉止機能と粘着防止の両方を満足する
とともに良好な制御特性の得られる圧力制御弁を
提供することを目的とする。

この目的を達成するために本発明は、流体入口
と流体出口の間に設けられた第１弁座と、前記第
１弁座よりも大口径の第２弁座と、前記第１弁座
及び第２弁座の軸線上に設けられた弁シヤフト
と、前記第１弁座に対向して配設され、前記弁シ
ヤフトが貫通して軸方向可動に装着されるととも
に非粘着材料から構成される第１弁体と、前記弁
シヤフトの変位に伴う前記第１弁体あるいは第１
弁座と弁シヤフトの相対位置を規制するストツパ
と、前記弁シヤフトの一端に支持されるとともに
前記第２弁座に対向して設けられ、且つ少なくと
も前記第２弁座との当接面に平坦状の弾性部材を
有する第２弁体と、前記第１弁体を閉弁付勢する
第１バネと、前記第２弁体を閉弁付勢する第２バ
ネと、前記弁シヤフトを介して前記第１弁体及び
第２弁体を駆動する電気的駆動部とから構成した
ものである。

上記構成により、電気的駆動部に通電しない状
態では第１弁体と、第２弁座との当接面に弾性体
を設けた第２弁体の両方によつて閉弁されること
となり、弁閉止信頼性が向上する。また電気的駆
動部に通電すると弁シヤフトを介して第２弁体に
開弁力が伝達され、第２バネの閉弁力に抗して第
２弁体が開弁される。なおこの状態では弁シヤフ
トが貫通した第１弁体は、第１バネの閉弁力によ
つて閉弁状態が維持され、前記弁シヤフトが第１
弁体中を移動する、あるいは第１弁体とともに変
異することとなる。さらに通電量を増加すると、
弁シヤフトの変位量はさらに増大し、弁シヤフト
と第１弁体あるいは第１弁座との相対位置を規制
するストツパの作用によつて第１弁体が開弁し、
通電量に応じて流体出口側の圧力が制御される。
すなわち第２弁体が開弁したのちに第１弁体が開
弁することとなる。このことは第２弁体を開弁さ
せる力F₁に加えて第２弁体の開弁後第１弁体が
開弁するに至るための力ΔFが必要となることと
なり、第２弁体の粘着力が前記ΔFの範囲内であ
れば第１弁体は閉弁状態にあり、圧力制御特性が
悪化することはない。また第２弁体は平坦状の弾
性体としたため第２弁体が圧入状態で保持される
ことがなく、粘着力を低減することができる。ま
た特に微小圧力制御域において第２弁体は開弁状
態にあり、圧力制御は非粘着材料から構成される
第１弁体のみによつて行われるため、微小圧力に
おいても高精度の制御を行うことができる。

以下本発明の実施例を添付図面にもとづいて説
明する。第３図は本発明の一実施例を示すもので
あり、流体入口２０と流体出口２１の間に第１弁
座２２と第２弁座２３を有する弁座子２４がＯリ
ング２５を介して洩れなく弁ボデイ２６に固着さ
れている。ここで第１弁座２２は流体出口２１側
にまた第２弁座２３は流体入口２０側に配設さ
れ、また第１弁座２２の口径は第２弁座２３の口
径よりも小口径としている。前記第１弁座２２及
び第２弁座に対向して、非粘着性の樹脂からなる
第１弁体２７及び弾性体からなる第２弁体２８を
設け、前記第２弁体２８を下端に首振り自在に連
結した弁シヤフト２９で同軸に構成されている。
３０は第１弁体２７を第１弁座２２に押しつける
方向に作用する第１バネであり、３１は第２弁体
２８を第２弁座２３に押しつける方向に作用する
第２バネである。前記第１バネ３０は第２バネ３
１よりも弱いもので構成されている。

第２バネ３１の下方には調節子３２を設け第２
弁体２８に作用する力を調節できる。３３は弁シ
ヤフト２９の変位に伴う第１弁体２７と弁シヤフ
ト２９の相対位置を規制するストツパであり、弁
閉止状態において第１弁体２７と所定の間〓を隔
てた位置に、弁シヤフト２９の外周面から突出し
て設けられている。弁シヤフト２９の上部には流
体出口２１側の流体圧を受けるダイアフラム３４
を設け、更にその上部には動電型の駆動部を設け
ており、フエライトのリング状永久磁石３５、ヨ
ーク３６、リングヨーク３７、センターポール３
８で磁気回路を構成している。リングヨーク３７
とセンターポール３８とで形成される磁気ギヤツ
プ中にはコイルボビン３９に巻装されたコイル４
０を設けており、前記コイルボビン３９の下端は
弁シヤフト２９の上端部に当接している。前記磁
気ギヤツプの平等磁界中にあるコイル４０に電流
Ｉを流すと、フレミングの左手の法則に従つて弁
体を下向きに押す方向に力Ｆを生じる。磁気ギヤ
ツプの磁束密度をＢ、コイルの長さをｌとする
と、力ＦはＦ＝Ｂ・Ｉ・ｌとなり電流Ｉに比例し
て得られる。４１は駆動部ボデイ、４２は大気連
通孔である。

以上の構成において次に動作を説明する。

第３図はコイル４０への通電量が零の時、すな
わち弁閉止状態を示す。弾性体からなる第２弁体
２８は第２バネ３１の作用により第２弁座２３に
密着して押しつけられ完全に流体通路を遮断して
いる。この時第２弁体２８は平坦な形状のため、
従来例のように圧入状態で保持されることはな
い。一方第１弁体２７も第１バネ３０により第１
弁座２２に押しつけられて閉止状態にあり、２重
に閉止されることになる。次にコイル４０に通電
を開始すると、弁シヤフト２９は下方に押し下げ
られ、第２バネ３１のセツト強さに打勝つて第２
弁体２８は開弁をはじめる。

この時第４図に示すように弁シヤフト２９は第
１弁体２７を貫通して下方に移動するが、第１弁
体２７は第１バネ３０によつてストツパ３３が当
接するまで閉弁状態が維持される。従つて第２弁
体２８が開弁する際、若干の粘着が発生しても、
制御特性に悪影響を与えることはない。また第２
弁体２８が開弁すると弁シヤフト２９と第１弁体
２７の摺動面の微小な間隙から若干の洩れが発生
するが実用上全く問題ない。

更に電流を増加すると比例して弁開度も大きく
なり、第５図に示すように第１弁体２７はストツ
パ３３に当接して開弁し、流体出口２１へと流
れ、コイル電流に比例して流体の圧力を制御す
る。この時第１弁体２７は硬質の樹脂製であるた
め粘着は全く発生せず、低流量域においても安定
した流量特性を得ることができる。第６図は本発
明の実施例における圧力制御弁の特性図を示す。
コイル電流I_c4で第２弁体２８が開弁し、I_c5で第
１弁体２７が開弁し、I_c6で最大制御圧P_Tに達す
る。第６図からもかわる通り、実質的に出口側圧
力P₂を制御するのはI_c5〜I_c6の範囲となる。

ここでコイル電流I_c4で得られる電磁力、すな
わち第２弁体２８を開弁させる力をF₁とし、ま
たコイル電流I_c5で得られる電磁力、すなわち第
１弁体２７を開弁させるに要する力をF₂、さら
にF₁とF₂の差をΔFとすると、第２弁体２８に粘
着が発生してもその粘着力がΔFの範囲内であれ
ば第１弁体２７は閉弁状態にあり、圧力制御特性
に影響がでることはない。また第２弁体２８を平
坦状の弾性体としたため第２弁体が圧入状態で保
持されることがなく、粘着力を低減することがで
きる。

以上説明したように本実施例によれば、第２弁
体２８の粘着を低減するとともに、第２弁体２８
を開弁した後に第１弁体２７が開弁されることと
なり、第２弁体２８で発生する粘着を第１弁体２
７が開弁する前に吸収することができるため、弁
の粘着による制御特性の悪化を防止できる。

また流体制御を行う第１弁座２２の口径を第２
弁座２３の口径よりも小さく構成したことによ
り、特に小流量制御域での制御特性の高精化が図
れ、Ｔ・Ｄ・Ｒ（最小絞り比）の拡大及びＡ／Ｆ
等高精度の流体制御に対応できる。また弁の圧力
損失を流体制御を行う第１弁座２２及び第１弁体
２７のみに依存させることができ設計が容易であ
る。

また第１弁座２２よりも大口径の第２弁座２３
を流体入口２０側に設けたため閉弁時に第２弁体
２８は第２バネ３１による閉弁力と流体入口２０
側の流体圧を受ける。つまり、流体圧による閉弁
力は第２弁座２３の口径と流体圧の積に比例する
ため第２弁体２８の閉弁力が向上する。流体入口
２０の圧力が高くなると、それにともなつて閉弁
力も向上するため圧力変動が起つても信頼性の高
い閉止を行うことができる。

さらに第１弁座２２、第２弁座２３を一体に設
けた弁座子２４で構成したため必要に応じて弁口
径の変更が容易にできる。

これにより閉止信頼性が高くかつ高精度な圧力
制御が行える圧力制御弁を提供できる。

第７図は本発明の他の実施例を示す。第７図に
おいて２７ａは下方に弾性体からなる第２弁体２
８ａを設けた第１弁体である。前記第２弁体２８
ａに対向して第２弁座２３ａを設け、また第１弁
体２７ａに対向して第１弁座２２ａを設けてい
る。前記第１弁座２２ａはベローズ４３で第２弁
座２３ａと連結されており、第１バネ３０ａで第
１弁体２７ａに押しつけられている。４４はバネ
座である。なお、弁ボデイ２６に固定された第２
弁座２３ａには通口４５が設けられており、第１
弁座２２ａの上部には弁シヤフト２９の変位に伴
う弁シヤフト２９と第１弁座２２ａの相対位置を
規制するストツパ３３ａが通口４５の端面から所
定の間〓を隔てた位置に設けられている。ストツ
パ３３ａは通口４５の口径よりも大きい径を有し
ており、弁シヤフト２９が下方に変位すると通口
４５の端面に当接するように構成されている。そ
の他は第３図実施例と同じであり、同一部材は同
一記号を附して説明を省略する。

次に動作を説明する。第７図は弁閉止状態を示
し、コイル４０に通電すると第１弁体２７ａ及び
第２弁体２８ａは下方に押し下げられ、第２弁体
２８ａは開弁しはじめる。この時第１弁座２２ａ
はストツパ３３ａが第２弁座２３ａの上面に当接
するまで軸線方向に移動するため、第８図に示す
ように第２弁体２８ａが開弁しても第１弁体２７
ａは閉止状態にある。更にコイル電流を増加する
と第１弁体２７ａ及び第２弁体２８ａは比例して
下方に押し下げられ、第９図に示すように第１弁
体２７ａが開弁して流体出口２１へと流れ、電流
に比例して圧力制御がなされる。

作用及び効果は第３図実施例と同様である。

以上説明したように本発明によれば以下の効果
が得られる。

(1) 第２弁体の粘着を低減する構成とするととも
に、第２弁体を開弁した後に第１弁体が開弁さ
れることとなり、第２弁体で発生する粘着を第
１弁体が開弁する前に吸収することができるた
め、良好な弁閉止性能が得られ且つ弁の粘着に
よる制御特性の悪化を防止できる。

(2) 第１弁座の口径を第２弁座よりも小さく構成
するとともに第１弁体を非粘着材料で構成し、
また第１弁体によつて微小な流量（圧力）を制
御する状態で第２弁体は第２弁座から十分に離
間した状態にあるため、閉弁のための弾性体を
設けた第２弁体の動作の影響を受けることがな
く、特に微小流量（圧力）域での制御精度が向
上する。これにより制御範囲全域にわたつて高
精度の制御が可能となる。

以上の効果により本発明によれば閉止信頼性が
高く、かつ電気信号に応じて高精度な圧力制御が
行いうる圧力制御弁を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す圧力制御弁の断面図、第
２図は従来例における特性図、第３図は本発明の
一実施例を示す圧力制御弁の断面図、第４図、第
５図は第３図の要部欠截断面図、第６図は本発明
の圧力制御弁の特性図、第７図は本発明の他の実
施例を示す圧力制御弁の断面図、第８図、第９図
は第７図の要部欠截断面図である。２０……流体入口、２１……流体出口、２２，
２２ａ……第１弁座、２３，２３ａ……第２弁
座、２７，２７ａ……第１弁体、２８，２８ａ…
…第２弁体、２９……弁シヤフト、３０，３０ａ
……第１バネ、３１……第２バネ、３３，３３ａ
……ストツパ、４３……ベローズ、４５……通
口。

Claims

【特許請求の範囲】１流体出口側に設けられ流体通路断面積を可変
する非粘着材料から構成された第１弁体と、前記
第１弁体に対向して設けられた第１弁座と、流体
入口側に設けられ流体通路を閉止する平坦状の弾
性部材から構成された第２弁体と、前記第２弁体
に対向して設けられ前記第１弁座よりも大口径の
第２弁座と、前記第２弁体を軸方向に移動可能に
保持するとともに前記第１弁体に摺動可能な弁シ
ヤフトと、前記弁シヤフトの変化に伴い前記第１
弁体と前記弁シヤフトの相対位置を規制するスト
ツパと、前記第１弁体と前記第２弁体との間に設
けられ前記第１弁体を閉弁方向に付勢する第１バ
ネと、前記第２弁体を閉弁方向に付勢する第２バ
ネと、前記弁シヤフトを駆動する電気的駆動部と
から構成した圧力制御弁。２ストツパは、弁閉止状態において第１弁体と
所定の間〓を設け、且つ弁シヤフトの外周面から
突出して設けた特許請求の範囲第１項記載の圧力
制御弁。３流体出口側に設けられ流体通路断面積を可変
する非粘着材料から構成された第１弁体と、前記
第１弁体に対向して設けられた第１弁座と、流体
入口側に設けられ流体通路を閉止する平坦状の弾
性部材から構成された第２弁体と、前記第２弁体
に対向して設けられ前記第１弁座よりも大口径の
第２弁座と、前記第１弁体及び前記第２弁体を軸
方向に移動可能に保持する弁シヤフトと、一端が
前記第２弁座に結合され他端が前記第１弁座に結
合され、かつ前記第１弁座を軸方向に移動可能に
保持するベローズと、前記弁シヤフトの変化に伴
い前記第１弁座と前記弁シヤフトの相対位置を規
制するストツパと、前記第１弁座を閉弁方向に付
勢する第１バネと、前記第１弁体及び前記第２弁
体を閉弁方向に付勢する第２バネと、前記弁シヤ
フトを駆動する電気的駆動部とから構成した圧力
制御弁。４第１弁座は第２弁座の通口を貫通して設けら
れ、かつ前記第１弁座の径方向に突出してストツ
パが設けられ、該ストツパは流体通路の閉止状態
において前記通口の端面と前記ストツパの端面に
所定の間〓が形成されるように設けられた特許請
求の範囲第３項記載の圧力制御弁。