JPS61252983A - 電磁式流量制御弁 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は流体機器を目的通り動かすために回路内で使用
される流量制御弁、特に必要に応じて弁体を弁座方向に
偏移させる力を制御し、流量または圧力を連続的に変化
させることのできる電磁式流量制御弁に関するものであ
る。

（従来の技術） 電磁式流量制御弁として、例えば第２図（ａ）に示す弁
がある。この弁は、ほぼ円錐状内面をした弁座２ａを有
する弁座部材２をハウジング１の加圧流体の導入口１ａ
に固着し、弁座２ａの内面に線接触可能な弁体３を、弁
座部材２の軸線方向に偏移可能な絞り調整板４により偏
移させて弁座と弁体との間を流れる加圧流体の流量を制
御するものである。なお、磁性材料よりなる絞り調整板
４を軸線方向に偏移させるには、絞り調整板４に対向し
弁座部材２の周囲に離間して配置した電磁石５の磁力を
変化させ、調整板４に作用する吸引力を変化させてやれ
ば良い。それゆえ、電磁式流量制御弁は、電磁石を構成
するコイルに作用する電流又は電圧を変化させることに
より弁体を弁座方向に偏移させる力（以下絞り力と言う
）を連続的に調整できるので、操作が容易であり、ニー
ドル弁のような機械的な制御弁が有するねじ部のガタ、
オリフィスとニードル弁との軸線の不一致、ねじの回転
角と弁開度が一定しないなどの欠点を解決した制御弁で
ある。

（発明が解決しようとする問題点） しかし上述した構成の電磁式流量−制御弁においては、
絞り調整板４が球状の弁体３に当接するに際し、絞り調
整板４は、弁座部材２の軸線方向に直角でなくある傾き
を持って当接する傾向があり、しかもこの傾きは、流量
調整の都度変化し一定でないため、排出口１ｂから排出
される加圧流体の流量又は圧力が変動し、正確に加圧流
体の流量又は圧力を制御するのが困難であると言う欠点
があった。また、絞り調整板４が自助振動を生じやすく
、流量制御弁に対しフィードバック制御を行う際の発振
の原因ともなっていたため、そのループのゲインを大き
く設定することができないと言う問題があった。

このような問題は、例えば上述。した電磁式流量制御弁
を２個（２０ａ、　２０ｂ）用い、これら弁を電圧制御
手段２１を介してたがいに電気的に連結し、それぞれの
弁２０ａ、２０ｂに作用する電圧を互いに逆になるよう
に連動して変化させ、絞り力ｆ＋、ｂを調整し設定圧力
Ｐを変化させる第２図（ｂ）に示すサーボ弁において特
に顕著である。

このため、絞り調整板４と球状の弁体３との、所謂おど
りに起因した自動振動を阻止するため、絞調整板４と封
止部材６との間に形成される軸線方向の間隙を小さく設
定し、絞り調整板が球状の弁体のまわりで振動しにくい
よう構成することも考えられるが、弁体３の可動範囲が
小さくなって弁体の制御が難しくなる。このことは、弁
を２個組合わせてサーボ弁として用いる場合に応答特性
が悪化すことを意味している。

（問題点を解決するための手段） この問題を解決するため本発明の電磁式流量制御弁にお
いては、加圧流体の導入口を設けた蓋部材及び加圧流体
の排出口を設けた本体よりなるハウジングと、導入口に
連結されハウジング内方に加圧流体を導入する、ほぼ円
錐状内面をした弁座を有する弁座部材と、その弁座に線
接触可能な実質的に球形をした弁体と、この弁体を介し
て弁座に対向して配設され加圧流体が貫流する貫通孔を
設けた、弁座部材の軸線方向に偏移可能な磁性材料より
なる絞り調整板と、絞り調整板を弁座方向に押圧するば
ね手段と、ばね手段の弾性力に抗して絞り調整板を弁座
に離間する方向に、電気信号に対応して吸引する電磁石
とを具えてなる。

（作　用） いま、電磁石には何ら電気信号が作用していないものと
する。この時絞り調整板には、球状の弁体に作用し絞り
調整板を弁座に離間する方向に押圧する加圧流体による
力と、この力に対抗し絞り調整板を弁座方向に押圧する
ばね手段による弾性力とが作用している。それゆえ絞り
調整板に作用する、ばね手段による弾性力を、弁体を介
して絞り調整板に作用する加圧流体による力より大きく
設定しておけば、絞り調整板は、ばね手段により弁座方
向に押圧される。その結果、絞り調整板に当接した球形
の弁体も弁座方向に移動し、円錐状内面をした弁座に当
接して加圧流体の流れを遮断する。すなわち、電磁石に
何ら電気信号が作用しない時には、ばね手段により弁体
が弁座に押圧され、加圧流体が制御弁を介して浅瀬する
のを阻止する。

一方、電磁石に電気信号を適用すると、磁性材料よりな
る絞り調整板は、電磁石に吸引され弁座に離間する方向
に偏移する。この時絞り調整板には、絞り調整板を弁座
方向に押圧するばね手段による弾性力と、絞り調整板を
弁座に離間する方向に作用する電磁石による吸引力及び
弁体に作用する加圧流体による力とが作用する。それゆ
え、電磁石の吸引力及び加圧流体による力が、ばね手段
による弾性力より大きければ、絞り調整板は弁座に離間
する方向に偏移する。この時・ばね手段は・絞り調整板
の偏移に対応して変形し、変形前より大きな弾性力を生
起する。従って、絞り調整板は、これら３つの力が平衡
する位置に保持される。その際球形の弁体は加圧流体に
より絞り調整板に押圧されるので、弁体と弁座との間に
は環状の隙間が形成され、加圧流体はこの環状隙間から
ハウジング内に流入し、ハウジングの本体に設けた排水
口を経て外方に排出される。

従って、電磁石に作用する電気信号の大きさを適宜変更
することによって電磁石の吸引力を変化させ、絞り調整
板を移動させて弁開度を調整することができる。

また、絞り調整板には、電磁石による吸引力、加圧流体
による弁体を介しての押圧力ばかりでなく、これら力に
対向するばね手段による弾性力が作用するので、絞り調
整板の位置決め操作、すなわち、絞り調整板を弁座方向
又は弁座に離間する方向に繰返し往復動させても、絞り
調整板は電磁石に作用する電気信号が等しければ前回と
同一位置を占有する。しかも絞り調整板は、自動振動す
ることがないのでその動きが安定している。

特に、ばね手段を非磁性材料よりなる環状の板ばねで構
成し、その板ばねに軸線方向に突出する突出部を設けた
ものを用いる場合に、この板ばねは、軸線方向への変形
に対し、ある変形量までは、作用する荷重に比例して変
形するが、その変形量を境として荷重が作用してもあま
り変形が進まないので、絞り調整板が直接電磁石又は電
磁石を探局するケーシングに接触するのを阻止する係止
部材としても作用する。それゆえ、既知の制御弁の様に
絞り調整板が電磁石、又はそのケーシングに接近し若し
くは接触する結果、制御弁の特性が変化すると言う問題
がない。

（実施例） 以下図面を参照して本発明の電磁式流量制御弁について
説明する。なお、図面中筒２図の符号と同一を付したも
のは同等な作用をなす。

第１図（ａ）は、本発明の好適な一実施例を示す図であ
り、１はハウジングであり、加圧流体の導入口１ａを設
けた蓋部材６ａ及び加圧流体の排出口１ｂを設けた本体
６ｂを、０−リング８ｂを介して締結ボルト７にて一体
に締結し、シールしたものである。

蓋部材６ａの導入口１ａに弁座部材２を固着する。

なお、弁座部材２に０−リング８ａを挿着し、導入口１
ａと弁座部材２とをシールする。この弁座部材２は１端
に加圧流体の供給を確実かつ容易に行えるよう口金部９
ａを、他端に球形の弁体３が当接する弁座２ａをそれぞ
れ具えた中空の部材であって、この中空の通路内を加圧
流体が流れる。なお本実施例では、口金部９ａ及び弁座
２ａを弁座部材２に一体に形成したが別個に形成しても
良い。また本体に口金部９ｂを設け、加圧流体の排出を
確実かつ容易に行えるよう構成することもできる。

弁座２ａは弁体３に線接触するよう、実質的に円錐状内
面をしている。また通常、弁体としては鋼球が使われる
ことを考慮したならば、接触部の耐摩耗性を向上させる
ため、アルミナ質または炭化ケイ素質のセラミックスで
弁座２ａを形成するのが有利である。一方、鋼球でなく
プラスチック、好適にはアセタール樹脂よりなる弁体を
用いれば弁体を軽くすることができる。しかも弁座や絞
り調整板に弁体が衝突する際に生ずる騒音をほとんど消
去することができるうえ、接触部の寿命が向上すると言
う効果もあり、また耐薬品性も大きい。

従って制御弁４８、弁体３を含め、使用する加圧流体に
合わせ適真選択するのが良い。

この弁体３を介して弁座２ａに対抗して、磁性材料より
なる絞り調整板４を配設する。絞り調整板４には、弁座
２ａと弁体３との間に形成された環状の隙間を通りハウ
ジング１内に流入する加圧流体の貫流を許容する貫通孔
１０を周方向に離間して複数個設ける。なお蓋部材６ａ
には凹部１１を設け、この絞り調整４を弁座部材２の軸
線方向に偏移可能に収容する。

ハウジング１の本体１ｂの内壁にケーシング１２を固着
する。このケーシング１２内には、絞り調整板４を弁座
２ａに離間する方向に吸引する電磁石５が収容されてお
り、リード線（図示せず）を介して電磁石５に電気信号
を適用することにより、その′吸引力を適宜調整するこ
とができる。

絞り調整板４に対抗するケーシング１２の開口端部に、
第１図（ｂ）にその一部を拡大して示したように、ばね
手段１３を配設する。このばね手段１３は、好適には、
りん青銅のような非磁性材料の環状の板ばねにて構成し
、図示のように、板ばねを含む平面に交差して突出し周
方向に延在する突出部を有する。

このように構成した環状の仮ばねの内周端縁を、電磁石
５を収容したケーシング１２の電磁石５の収容部の内側
内壁１２ａに形成した環状の切込部に挿入し、板ばねの
外周端縁を、収容部の外側内壁１２ｂに形成した環状の
切込部に挿入してそれぞれ固定する。また、絞り調整板
４により板ばねが変形を受けた様子を第１図（ｂ）に点
線で示す。

周方向に延在する突出部を有するこの板ばねの軸線方向
の変形量δに対する弾性力、言い換えれば、板ばねを変
形させるのに必要な力Ｆは、第１図（ｃ）に示す関係を
示しており、変形量δがある値δＣに達するまでは、そ
の変形量と弾性力Ｆとが比例するが、変形量がδＣを超
えると板ばねを変形するのに要する力は指数関数的に大
きくなることが確認されている。

そこで本実施例では、絞り調整板４がケーシング１２の
開口端面に一定距離Ｃだけ離間して位置する弁開度１０
０％の時に、板ばねの変形量がδＣとなるよう選択する
ものとし、絞り調整板４が弁体３を弁座２ａに押出し加
圧流体の流れを遮断した弁開度Ｏ％の時に、板ばねの変
形量がδｉとなるよう選択する。なお、変形量δＣとδ
ｉとの差が、絞り調整板の可動範囲に相当する。このよ
うに変形量を設定することにより、電磁石の吸引力が必
要以上に大きくなっても、板ばねはほとんど変形しない
ので、絞り調整板４がケーシング１２の開口端部に不要
に接近し又は接触することがない。また、電磁石の吸引
力が作用しない場合にこの板ばねは、絞り調整板４を介
して弁体３を弁座２ａに押圧するので、制御弁を使用し
ない時であっても、加圧流体が浅瀬することがない。

勿論、ばね手段としての板ばねの特性は、加圧流体の圧
力、電磁石による吸引力、絞り調整板の可動範囲にあわ
せ、板の厚さや突出部の形状を適宜変更、選択すること
により容易に変更することができる。

ちなみに、制御弁に導入される加圧流体の圧力をＰｉｎ
　、　ｉｆ電磁石吸引力をｆｒｙｓばね手段の弾性力「
（×）、制御弁より排出される加圧流体の圧力をＰｏｕ
　ｔとすれば、制御弁における力の釣合いは、弁体３の
有効面積をＡとすると、 Ｐｉｎ　Ａ　＋ｆｍ＝Ｐｏｕｔ　Ａ＋ｆ（ｘ）　　＝−
４１）ここで制御弁に導入される加圧流体の圧力Ｐｉｎ
を一定とし、ばね手段の初期変形量δｉ、そのばね定数
に、絞り調整板の偏移量Ｘとすれば、ｆ（ｘ）　＝ｋ　
（δｉ　＋　ｘ）、　Ｐｉｎ　Ａ＝　ｋ　６１−（２）
（１）、　＋２１式より ｆｍ　＝　Ｐｏｕｔ　Ａ　＋　ｋ　ｘ　　　　−＝（３
）となり、電磁石の吸引力ｆｍを変更することにより、
絞り調整板の位置を制御できることが明らかとなる。し
たがって吸引力ｆｍを変更することにより弁開度を自由
に調整できることになる。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明の電磁石流量制御においては
、特に球状の弁体を絞り調整板を介して弁座方向に押圧
するばね手段を設け、このばね手段による弾性力と、絞
り調整板を弁座に離間する方向に押圧若しくは吸引する
、弁体を介して作用する加圧流体による力と電磁石によ
る吸引力とを平衡させて弁開度を調整する構成としたの
で、操作が容易であると言う既知の電磁式流量制御弁の
特徴を損なうことなく、絞り調整板を電気信号に対応し
て正確に所定位置に偏移させることができ、しかも自動
振動を生ずることがなく、その作動が安定している。そ
れゆえサーボ弁として用いる場合であっても、発振の原
因となることはない。また、しぼり調整板が電磁石又は
電磁石を収容したケーシングに接近するクリティカルな
状態にあっても、ばね手段により絞り調整板が所定値以
上に電磁石等に接近するのが阻止されるので、絞り調整
板の可動範囲、言い換えればあらゆる弁開度において作
動の安定した流量制御弁を得る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明の電磁式流量制御弁を断面にし
て示す正面図、 第１図（ｂ）は、第１図（ａ）に示した一部を拡大して
示す断面図、 第１図（ｃ）は、本発明制御弁に好適なばね手段の特性
を示す説明図、 第２図（ａ）　、　（ｂ）は、既知の電磁式流量制御弁
を示す断面正面図及び、既知の弁を２個用いたサーボ弁
の作動原理を示す図である。 １・・−ハウジング　　　　１ａ・・−導入口■ｂ−・
−排出口　　　　　　２−弁座部材２ａ・・・弁座　　
　　　　　計−弁体４−・・絞り調整板　　　　５−・
−電磁石６ａ−蓋部材　　　　　　６ｂ・−・本体７−
・・−締結ポル）　　　　　８ａ　、　８ｂ・−・Ｏ−
リング９ａ、９ｂ　−・−口金部　　　　１０・・−貫
通孔１１−・−凹部　　　　　　　１２・−ケーシング
１２ａ　−−一内側内壁　　　　１２ｂ−外側内壁１３
−ばね手段 第２図 （ａ） （ｂ） −ａｓｃ　　　　　　　’ Ｚ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．加圧流体の導入口を設けた蓋部材及び加圧流体の排
   出口を設けた本体よりなるハウジングと、前記導入口に
   連結されハウジング内方に加圧流体を導入する、ほぼ円
   錐状内面をした弁座を有する弁座部材と、その弁座に線
   接触可能な実質的に球形をした弁体と、この弁体を介し
   て弁座に対向して配設され加圧流体が貫流する貫通孔を
   設けた前記弁座部材の軸線方向に偏移可能な磁性材料よ
   りなる絞り調整板と、この絞り調整板を前記弁座方向に
   押圧するばね手段と、ばね手段の弾性力に抗して絞り調
   整板を弁座に離間する方向に、電気信号に対応して吸引
   する電磁石とを具えてなることを特徴とする電磁式流量
   制御弁。
2. ２．前記ばね手段を非磁性材料よりなる環状の板ばねに
   て構成し、その板ばねは、板ばねを含む平面に交差して
   突出し周方向に延在する突出部を具える特許請求の範囲
   第１項に記載の電磁式流量制御弁。