JPS59190585A - 微少流量用比例式電磁弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （ａ）　　発明の属する技術分野 本発明は流体の微少流量を制御する比例式電磁弁に関す
るものである。

（ｂ）　　従来の技術 本発明が適用される具体的な用途としては、ガスクロマ
トグラフ用の比例式電磁弁あるいは熱式質量流量制御装
置用の比例式電磁弁等がある。これらの用途では差圧３
ｋｙ　ｆ／ｃｙｎ　”という高差圧下で、０〜ＩＯＳＣ
ＣＭ　（５ｔａｎｄａｒｄ　Ｃｕｂｉｃ　Ｃｅｎｔｉｍ
ｅｔｅｒ　ｐｅｒ　Ｍｉｎｕｔｅ）という微少なガス流
量を安定に制御する必要がある。

このような用途に使用する従来の比例式制御弁の一例を
第１図に示す。第１図において、コイル１に駆動電流を
流すと磁束が発生する。この磁束は、コア２、ケース３
、ヨーク４、プランジャ５を通り、コア２にもどる。そ
のためシこ、プランジャ５を上カへ引き上げようとする
電磁力が発生する。

一力、プランジャ５の下端は板はね状のリターンスプリ
ング６を介してボディ１０に固定されている、このプラ
ンジャ５は、プランジャ５を上刃へ引張ろうとする電磁
力とリターンスプリング６が引き戻そうとする力が平衡
した点で、静止する。

そのために、ホルダ７内に埋設されたフラッノ（８とノ
ズル９間にギャップＧを生ずる。フラッノ＜８とノズル
９間のこのギャップＧを通って、１次側圧力Ｐｉと２次
側圧力Ｐ２の差圧△Ｐ＝Ｐ１−Ｐ２により流量Ｑが流れ
る。コイル１の電流が増加すれば、ギャップＧも増加し
て流量Ｑが増加する。リターンスプリング６の上部空間
と下部空間は常Ｇこ均圧になるように所々に孔が必けら
れている。リターンスプリング６の剛さが弱わすぎると
、プランジャ５がコア２に吸着式れてしまって０Ｎ−Ｏ
ＦＦ動作の電磁弁になってしまうので、比例式電磁弁で
は非常に強力なリターンスプリング６が必要でろる。

コイル１の駆動電流がゼロの状態では、リターンスプリ
ング６の力でフラッパ８がノズル９の出口を押えつけて
リークを防止している。フラッノく８の材質としては、
ゴムまたはテフロン等の弾性体が使用される。このよう
な弾性体を使用するととにより、しめ切９時のリークを
ゼロにすることができる。

第２図に、第１図に示す比例式電磁弁の駆動電流対流量
の関係（以下流量特性と略記する）を点線にて示してい
る。この測定に使用した比例式電磁弁の諸定数は次の通
りである。

コイル線径　　０．１６皿 コイル巻数　　４５００Ｔ コイル抵抗　　１８５Ω（室温） ノズル内径　　ｄ＝０．４ｍｍ（第３図参照）ノズル外
径　　Ｉ）＝１．６　ｒｏｍ　（第３図参照）測定ガス
　　　Ｎ２ ２次圧　　　　Ｐ２　＝大気圧 差圧△Ｐ＝０．３ｋＰｆ／偏２の場合には駆動電流量が
Ｐ点に達するまでは流量＝０である。Ｐ点で電磁力が、
リターンスプリング６が７ラツバ８をノズル９に押付け
ている押圧力よりも大きくなり、それによって起動を開
始し、流量Ｑが流れ始める。駆動電流■をさらにわずか
増加すると、１０８００Ｍのガスが流れてしまい、その
ために、流量特性曲線は図示の如くほとんど垂直に立ち
上ってしまう。

差圧△Ｐ＝３ｋｙ−ｆ／αル２の場合には、８点から起
動し、やはジはとんど垂直に立ち上ってしまう。

このような結果になるのはｌＱ８ＣＣＭという流量が微
少過ぎるためである。

上記ノズル定数を使用して、差圧△Ｐ　＝　３　ｋｙ−
ｆ　／ｃｎｂ”ｆｌＯ８ｃｃＭのＮ２ガスを流すのに必
要なノズル９とフラッパ８間のギャップを自尊すると、
Ｇ＝４．９μｍという値を得る。このＩうｌ微少ギャッ
プはわずかの電流増加で発生してしまうので、結局、流
量特性曲線が殆んど垂直になってしまう。

第２図で差圧△Ｐが大きくなる程駆動を流量が小さくな
るのは、フラッパ８Ｇこ作用する差圧力が電磁的なプラ
ンジャの引上刃と同・−力面を持ち、その分だけ電磁的
な引上刃が少くて済むた。めである。

しかしながら、第２図の点線にて示すような流量特性を
持った比例式電磁弁を使用して流量を制御するのは極め
て困難である。即ち、手動で電流を可減して流量を制御
しようとしても、不安定で流量がうまく制御できない。

また、コントロールループ内に組込んで流量の自動制御
をしようとしても、閉ループゲインを少し上げると発振
を起す。

発振というよジも、０Ｎ−ＯＦＦ制御によるリミットサ
イクリングに近い現象を示し、良好な制御結果が得られ
ない。

（Ｃ）　　発明の目的 本発明は従来の上記欠点を解消する為になされたもので
あり、従って本発明の目的は、駆動電流しこ、応じて特
性曲線がもつとゆるやかしこ立上るようにすることによ
って、微少流量を安定に制御することができる新規な比
例式電磁弁を提供すること（こ　β　る　。

（ｄ）　　発明の構成 上記目的を達成する為Ｇこ、本発明に係る微少流量用比
例式電磁弁は、１駆動電流によりノズルとフラッパ間の
ギャップを加減して流体の流量を制御する比例式電磁弁
において、前記ノズルと前記フラッパとの接触面が接触
状態から徐々に離反するときに前記接触面により形成さ
れる流体流通路がゆるやかに大きくなるように前記接触
面が構成されている。

（ｅ）　　発明の実施例 次に本発明をその好ましい各実施例について図面を参照
しながら具体的に説明する。

第３図（ａ）、（ｂ）は本発明の第１の実施例を示す要
部平面図、（ａ）のＡ　−Ａ’線しこ沿った断面図であ
る。

図において、参照番号１９は本発明の要部であるノズル
を示し、該ノズル１９は第１図のノズル９＆こ相当する
。ノズル１９以夕↓の要素はすべて第１図と同様である
。ノズル１９の上端面２０は第３図（１））に示すよう
に円すい面をなしている。この面に溝２１が切設されて
いる。溝２１の終端はノズルの外径り、１′りも小さく
なっていて、渡９而２２を残している。

ここで、コイル１に流す駆動電流がゼロの状態では、フ
ラッパ８がリターンスプリング６の押圧力で円すい面２
０に強く押付けられている。フラッパ８の弾性体は、円
すい面２０を押すと同時に、弾性体の弾性変形により溝
２１もほぼ埋める。たたしこの埋め込みは完全でないの
で、渡り面２２でしめ切り時のリークを防止している。

駆動電流が起動電流を越えると、溝２１とそれを埋めた
フラッパ８の弾性体との間にわずかに残存する微小なギ
ャップで流量Ｑが制御される。駆動電流量がさらに増加
すれば、フラッパ８の押付力がさらに減少し、溝２１を
埋めたフラッパ８の弾性体はさらにスプリングバックし
て、溝２１内の流体の通路の断面積がゆるやかに増加し
、流量がさらに増加する。

本発明の流量特性を第２図の実線として示す。

図示の如く、立ち上りがゆるやかにな９、手動でもある
いは自動でも十分に微少流量Ｑを制御できる。

不発り１者の実験によれば、第３図においてノズル内径
ｄ＝９．４ｍｍ　、外径Ｄ＝１，５ｍｍ　の場合、溝２
１の幅ｗ＝９．１５ｍｍ　、深さｈ　＝　０．０３　ｍ
ｍ程度の２条溝が最適であった。また、溝２１の断面形
状は三角溝よりも円弧溝の力が良い成績が得られた。

第４図は第３図に示された本発明の第１の実施例の変形
例を示す平面図である。溝２１は、第３図のように半径
カ向に２条とは限らない。１条でおってもかまわないし
、また、２条以上でもよい。

流量が１０８００Ｍよりもさらに微少流量の場合には、
第４図に示すような標線状溝として、流体通路を長くし
た刀が効果がある。さらには、蛇行形の溝も有効でるる
。

ノズル１９の上端面２ｏは円すい面としたが、球面であ
ってもかまわないし、平面でもよい。ただし、平面の場
合には中心に向うほど溝の深さを深くする必要がｂる。

溝の寸法は上記のように極めて微小であるので、スタン
ピングによって溝をつけるのが一番能率が良い。

また以上の説明はノズル端面に溝を形成する場合につい
ての例でおるが、ノズル端面は従来のままの平面として
、フラッパ側に溝を付けても同様の効果が得られること
は明らかである。

第５図（ａ）、Φ）は本発明の第２の実施例を示す平面
図、（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。第５図
において、フラッパ８と接触するノズル２９の端面３０
の一部がθの角度で斜めにカットされている。

本発明者の実験によれば、θ＝１°程度の微小角が望ま
しい。

駆動電流がゼロの場合には、リターンスプリング６の押
付力により、フラッパ８が弾性変形して斜めカット面３
１を完全にふさぎ、リークはゼロになっている。駆動電
流が起動電流に達すると、第５図（ｂ）の点Ｐ付近でノ
ズル２９とフラッパ゛８間にわずかの隙間ができて、微
少電流が流れる。駆動電流が増加すると、この隙間がゆ
るやかに・広がって流量もそれに応じて増加する。これ
に反して第１図に示した従来のノズルを使用した装置で
は、ノズル９とフラッパ８間の隙間はノズル全周に同時
に発生するので、流量特性が急速に立上ってしまう。

第５図に示す斜めカットしたノズル、フラッパの流量特
性は第３図に示した溝付ノズルよりもわずかに劣る程度
であるが、微少流量を十分に制御できる。

第６図（ａ）、（ｂ）は斜めカットカ式の他の実施例を
示す平面図、（ａ）のｃ　−ｃ’線に沿った断面図でめ
る。

本実施例のように斜めカット面を２面としても、流量特
性は殆んど変らない。第６図のような２面カット力式で
はノズル２９が７ラツパ８に及ばす反力が中心軸対称で
あるから、望ましい。

前記第３図に示した第１の実施例と同様に、ノズル端面
を斜めカットする代９に、フラッパ端面を斜めカットし
ても、同様の効果を得ることは説明するまでもない。

本実施例における斜めカット角θは、精度を要しないの
で、簡単な治具を使用して、ザンドペーバ等で短時間に
加工できる特長がある。

以上本発明の構成及び作用をその良好な各実施例につい
て説明したが、それは単なる例示的なものであり、ここ
で説明された実施例によってのみ本願発明が限定される
ものではなく、その範囲内におけるすべての変形、変更
を含むことは勿論である。例えば、前述した各実施例、
変形例においては、説明の便宜上、フラッパ８は弾性体
、ノズル１９．２９け全域等の剛体としたが、これを逆
しこして、フラッパ８を剛体とし、ノズル１９．２９ヲ
弾ａ体としても同じ効果が得られることは当然である。

また、第３図において、溝２１の一力をノズル１９１Ｊ
１１に形成し、他力を７ラツパ８側に形成しても同一の
効果が得られる。このことは第６図の場合でも同様であ
る。

微少流量制御にはテーパ穴にテーバピン状のニードルか
又はボールを挿入し、そのストロークで流量を制御する
のが常識でらるが、本発明においては良い結果が得られ
なかった。それはあまりにも微少流量であるのが原因と
思われる。

（ｆ）　　発明の効果 本発明は以上の如く構成され、作用するものであり、本
発明によれば、ノズルとフラッパとの接触面をわずかに
追加加工することＧこより、流量特性が著るしく改善さ
れ、微少流量の制御が極めて容易になり、実用上の効果
は非常に太きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の微少流量用比例式電磁弁の断面図、第２
図は従来の微少流量用比例式電磁弁の駆動電流対流量の
流量特性（点線）と本発明に係る微少流量用比例式電磁
弁の流量特性（実線）を示す曲綜図、第３図（ａ）は本
発明に係る微少流量用比例式電磁弁の第１の実施例を示
す要部平面図、第３図（ｂ）は第３図（ａ）のＡ　−Ａ
’線に沿って切断し矢印の力面に見た断面図、第４図は
第３図に示した第１の実施例の変形例を示す平面図、第
５図（ａ）は本発明に係る微少流量用比例式電磁弁の第
２の実施例を示す要部平面図、第５図（ｂ）は第５図（
ａ）のＢ−Ｂ’線に沿って切断し矢印の力面に見た断面
図、第６図（ａ）は第５図に示した第２の実施例の変形
例を示す平面図、第６図（ｂ）は第６図（ａ）のｃ　−
ｃ’線に沿って切断し矢印の力面に見た断面図である。 １０−−コイル、２番・暢コア、３　＊　＊・ケース、
４φｅｅヨーク、５・・−フランシャ、６９・・リター
ンスプリング、７＠・−ホルダ、８＠拳・フラ・ンバ、
９．１９．２９・１１＠ノズル、１０・会−ホディ、２
０．３０−　＠−ノズル上端面、２１ｅ１１１１溝、２
２・１１−渡９面、３１−−−斜めカット面特許出願人
　　　大倉電気株式会社 代　理　人　　　弁理士　熊谷雄太部 第１　図 Ｎ２図 Ｎ３図 （０）　　　　　　　第４図 第６図 （ｂ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）、駆動電流にＩクノズルとフラッパ間のギャップ
   を加減して流体の流量を制御する比例式電磁弁しこおい
   て、前記ノズルと前記フラッパとの接触面が接触状態か
   ら徐々に離反するときに前記接触面によジ形成される流
   体流通路の流量特性かゆるやかに変化するように形成さ
   れていることを％微とする微少流量用比例式電磁弁。
2. （２）、前記接触面により形成される流体流通路を前記
   ノズル又はフラッパ又は両ｙ５ｏこ溝を設けることによ
   り莢現することを更に％徴とする特許請求の範囲第（１
   ）項記載の微少流量用比例式電磁弁。
3. （３）、前記流体流通路を前記ノズル又はフラッパ又は
   両刀に斜めカットを施こして実現することを更に％徴と
   する特許請求の範囲第（１）項記載の微少流量用比例式
   電磁弁。