JP3925096B2 - 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、エア等の流体の流量を制御する流量制御弁、更に詳しくは電磁作動機構により駆動される流量制御弁に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の流量制御弁については本出願人が先に出願した特開2000−55211のようなものがある。これは電磁ソレノイドにより駆動される流量制御弁であり、以下、図3乃至図5に基づいてその構成を説明する。
【0003】
図3乃至図5に示す流量制御弁101は、バルブボディ102に二つのポート(第1ポート103及び第2ポート104)を設け、これらポート103,104を連通ポート105で連通し、連通ポート105をプランジャ106の進退により開閉するようになっている。第1ポート103と第2ポート104のいずれか一方が入口ポート、他方が出口ポートとされ、入口ポートから導入された流体は連通ポート105を通じて出口ポートから排出される。
【0004】
バルブボディ102は配管取付ピース107と中間ピース108とから構成され、配管取付ピース107に第1ポート103及び第2ポート104が設けられる。第1ポート103はプランジャ軸方向と直角に設けられ、第2ポート104はプランジャ軸方向に沿って設けられる。つまり第1ポート103と第2ポート104は互いに直角に向けられ、これを直角状の連通ポート105で連通するようになっている。各ポート103,104には配管やニップル等の接続のためのメネジ109a、109bが設けられる。また各ポート103,104は連通ポート105に接続するための通路110を有している。
【0005】
中間ピース108の右側にコイルユニット111を配置し、これらの軸心部にプランジャ挿通穴112が設けられる。このプランジャ挿通穴112にプランジャ106が軸方向に対して摺動自在に挿入される。プランジャ挿通穴112の右端はヨーク113によって閉塞される。これによって圧力作用室114が区画形成され、圧力作用室114にプランジャ106の右端側が収容される。
【0006】
プランジャ106の左端側は連通ポート105内に収容される。このプランジャ106は、その左端部に設けられたテーパ−面115と、軸状部116とからなる。軸状部116は、テーパ−面115の右側に外径D1を有して延出されると共に、右端部に縮径部121を有し、縮径部121がヨーク113の嵌合穴117に嵌合されるようになっている。嵌合穴117の底部にはゴム等の弾性体118が嵌合固定されている。
【0007】
中間ピース108のプランジャ挿通穴112の内面にリング溝119が設けられ、リング溝119にはシール部材としてのシールリング120が収容されている。シールリング120はプランジャ106の軸状部116に摺接しており、シールリングが摺接するプランジャ106の軸状部116は径D1を有している。このシールリング120により連通ポート105と圧力作用室114とが仕切られ、シールリング120の左側が連通ポート105、右側が圧力作用室114となる。
【0008】
プランジャ106のテーパ−面115は、連通ポート105の内壁に設けられたテーパ状のシート部122(図5参照)に着座可能で、着座時に連通ポート105を閉じ、離反時に連通ポート105を開くようになっている。テーパ−面115は軸方向中間位置でシート部122に着座されると共に、第2ポート104側に向けて順次縮径され、シート部122の縮径方向も同方向とされる。特にここでは、シート部122のテーパ径D2と前述したプランジャ106の軸状部116の径D1とが等しくされる。
【0009】
テーパ−面115の右端は軸状部116より大径とされ、軸状部116から径方向外側に突出した格好となっている。このテーパ−面115の右端と中間ピース108の左端との間に、バネ部材としてのリターンスプリング123が圧縮状態で配され、プランジャ106を閉弁方向に付勢し、通常時にプランジャ106のテーパ−面115をシート部122に押し付けている。なおリターンスプリング123は連通ポート105内に配置される。
【0010】
プランジャ106には連通ポート105と圧力作用室114とを連通する連通通路124が設けられる。連通通路124はプランジャ106の軸心部を貫通する中心穴125及びテーパ−面115の出口部に開口する通路128からなる。これにより連通通路124の一端は第2ポート104に臨まされ、連通通路124の他端は圧力作用室114に臨まされ、弾性体118に対向するよう設けられる。
【0011】
コイルユニット111には電磁コイル126が内蔵され、電磁コイル126には図示しない電子制御装置から無段階の印加電圧(又は電流)が供給されるようになっている。従って電磁コイル126に所定の印加電圧が加えられると、これに応じた磁力が発生し、この磁力はヨーク113に集められ、プランジャ106をリターンスプリング123の付勢力に抗して所定量吸引する。こうしてプランジャ106は、印加電圧に比例した量だけ連通ポート105を開放する。
【0012】
ここで、ヨーク113の嵌合穴117の外周壁は比較的薄肉とされ、さらにその左端部は、外周部が左が小径となるようテーパ状に切り欠かれ、エッジ部127とされている。これによって磁力がエッジ部127に集中し、プランジャ106に対する吸引力が増すようになる。
【0013】
この流量制御弁101の特徴は以下の通りである。まず、プランジャ106のテーパ−面115を連通ポート105内壁のシート部122に着座させて、連通ポート105を閉じるので、閉弁時の流体漏れや、開弁時のシールリークによる流量不均一の問題がなくなり、正確且つ安定した流量制御が行えるようになる。なお着座部のシール強さはリターンスプリング123の付勢力に比例する。
【0014】
また各パーツの形状がシンプルなので加工や組立てが容易である。そしてテーパ−面115とシート部122との間に埃等が噛み込んでも、作動中流体によって吹き飛ばすことができるので、作動不良を起こすことがない。こうしてシール性が良好で、構造が簡易で、安定した作動を確実に行える流量制御弁を提供することができる。
【0015】
一方、この流量制御弁1は、第1ポート103と第2ポート104のいずれを入口ポートとしても、またいずれを出口ポートとしてもよい。使用流体もエア、オイル、水等任意である。
【0016】
また閉弁時に第2ポート104を加圧状態にしても、逆向きの同じ力が圧力作用室114から付与されるので、プランジャ106が開動してしまうようなことがない。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記した流量制御弁では磁力が発生したヨーク113により磁性体であるプランジャ106が吸引される構造となっている。また、プランジャ106にはシート部122に着座せしめられるテーパ−面115が一体的に設けられ、電磁ソレノイドからの吸引力を受けるプランジャと弁体としての機能を併せ持つ形となっている。
【0018】
しかし、このように一体的に設けられている場合はプランジャとしての機能が優先されるため、例えばシート部122に着座するテーパ−面の耐久性が問題となった場合、或いは衝突音を低減するために材料を変更することにより防振効果を得たい場合など弁機能を有する部分の部材を自由に選択することができず、ヨーク113により吸引可能な磁性体材料からの選択に限られてしまう。
【0019】
また、上記したプランジャ106をテーパ−面115を形成する部分と少なくともヨーク113により吸引される縮径部121を別部材にしようとした場合は、電磁ソレノイドの吸引力によりプランジャ106を駆動するようにしている関係から別々に形成した各部材を結合する必要があり組立工数の増加や軸方向のストローク量の精度確保の問題、さらには結合部分の耐久性の問題等が懸念され好ましいものではない。
【0020】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明においては、
「出入り口となる2つのポートを備えたバルブボディを有する弁機構と、該弁機構を駆動する電磁作動機構を有する流量制御弁であって、
該弁機構は、該2つのポートを連通する連通ポートと、該連通ポートに配設され該連通ポートの開閉を行うテーパー面を有する弁体と、該連通ポート内に設けられ該弁体の該テーパ−面が着座する着座部を有する弁座と、該弁体を着座方向に付勢するスプリングと、該弁体のテーパー面と反対側の一端とバルブボディとの間に形成された第1の圧力室と、該着座部より該弁体の他端側に位置する該連通ポートと該第1の圧力室とを連通する該弁体に設けられた連通通路とを有し、
該弁体の外周側には、該第1の圧力室と該連通ポートとを仕切るシール部材が配置されるとともに、該シール部材が配置された部位の該弁体の外径は該弁座の着座部の径とを等しく構成され、
該電磁作動機構は、駆動ケースと、該駆動ケース内に配設されたコイルユニットと、該コイルユニットによって発生する磁路を形成する固定ヨークと、該コイルユニット内において該固定ヨークにより吸引される作動プランジャと、該作動プランジャと連結されるプッシュロッドと、該プッシュロッドの後端部と該駆動ケースとの間に設けられた第2の圧力室とを有し、かつ、該固定ヨークによる吸引力が可変となるよう該コイルユニットの通電量が制御可能に構成されており、
該弁機構と該電磁作動機構は、該弁体の他端と該プッシュロッドの先端が当接するように接続されて該弁体のリフト量が該固定ヨークによる吸引力に応じて決定され、さらに、該弁機構の該着座部より該弁体の他端側に位置する該連通ポートと該第2の圧力室が、該プッシュロッドの外側に設けられた連通路を介して連通されている」
ことを特徴とする流量制御弁を提供する。
【0022】
以下、本発明の流量制御弁を図1及び図2に示す実施の形態に基づいて説明する。
【0023】
本実施形態での流量制御弁1は、弁機構10及び電磁作動機構30より構成されている。弁機構10は流体の出入り口となる入口ポート11、出口ポート12を有するバルブボディ13(13a、13b)を有している。本実施形態では便宜的に入口ポート11と出口ポート12とするが、本実施形態の流量制御弁におけるポート11、12は双方を入口、出口に使用することができるので、機能上これに限定されるものではない。以下に弁機構10について詳しく説明する。
【0024】
バルブボディ13の入口ポート11と出口ポート12は連通ポート14、15により連通されており、両連通ポートは連通ポート内に配設される弁体16により開閉される構造となっている。この弁体16の中間部にはテーパ−面17が設けられており、このテーパ−面17と相対する連通ポート内には円筒部材からなる弁座19が設けられている。この弁座19の内側傾斜面には上記テーパ−面17が着座する着座部18が設けられている。この着座部18が設けられる弁座19には、耐久性があり時間経過とともにテーパ−面との馴染みが出てくることでシール性の向上も期待できる銅が採用されている。
【0025】
上記弁体16の一端(図1及び図2において左端)側側方には、弁体16の一端とバルブボディ13aとによって形成される第1の圧力室20が設けられている。この第1の圧力室20は、弁体16のテーパ−面17の近傍に設けられた通路21と弁体16の内部に設けられた中心通路22とにより形成される連通通路23を通じて出口ポート12側の連通ポート15、即ち弁機構10に設けられた着座部18より弁体の他端側に位置する連通ポート15と連通せしめられる。
【0026】
第1の圧力室20と連通ポート14の間には、弁体16の一端部を包囲して環状のシール保持部材24が配設されている。このシール保持部材24内周面には、連通ポート14と第1の圧力室20を遮断するシール部材25が装着されている。弁体16にテーパ−面17より一端側の部位には径方向に突出する鍔部27が形成されており、この鍔部27とシール保持部材24との間には弁体16のテーパ−面17を上記弁座19の着座部18に押し付けるように作用するスプリング26が介在されている。従って、弁体16はスプリング26のばね力に抗して他端側から押圧されることで連通ポート14、15を連通するように開弁作動する。
【0027】
弁体16の他端側は、バルブボディ13bの連通ポート15の開口部15aに圧入された弁体保持部材43に摺動自在に保持されている。この弁体保持部材43は、弁体16の一端部を部分的に保持しつつ、軸方向に連通する連通部44を有しており、連通ポート15と弁体保持部材43の図において右側が連通している。
【0028】
次に、電磁作動機構30について詳しく説明する。駆動ケース31の内部にはコイル32を備えた円筒状のコイルユニット33が備えられ、コイル32に印加電圧を供給するリード線34がそのコイルユニット33に接続されて駆動ケース31の外部に露出している。また、コイルユニット33を付勢することにより発生させられる磁路をコイルユニット33とともに形成する固定ヨーク35が駆動ケース31の開口部(図1及び図2において左部)を覆うように組みつけられている。この固定ヨーク35によって吸引駆動させられるプランジャ36、及びプランジャ36の中心に連結されてプランジャ36と一体的に動作するプッシュロッド37がコイルユニット33の内部に進退自在に保持されている。そして、プッシュロッド37の先端部37aは、駆動ケース31の開口側を塞ぐ固定ヨーク35から外部に突出して配設され、上述した弁機構10の弁体16を作動する作動部材として機能する。なお、上記固定ヨーク35およびプランジャ36は、構造用炭素鋼又は軟鋼等の磁性体材料で構成される。
【0029】
上記駆動ケース31内には、上記コイルユニット33の図1及び図2において右側に環状の取付け部材38が配設されている。この環状の取付け部材38に上記プッシュロッド37の後端部37bを支持するための支持部材39が、その中間部を嵌合して支持されている。支持部材39は後端部(図1及び図2において右端部)に端壁391を有する円筒状に形成されている。支持部材39の内部には上記プッシュロッド37の後端部37bを保持する環状の保持部材40が配設され、保持部材40の内周にスリーブ41が嵌合されており、このスリーブ41に上記プッシュロッド37の後端部37bが軸方向に摺動可能に保持されている。図示の実施形態における電磁作動機構30は、上記したプランジャ36、及びプッシュロッド37の周囲にプッシュロッド先端部37a側から流体の圧力が回り込む構造となっている。即ち、上記支持部材39の端壁391にはプッシュロッド後端部37bが進退可能に形成された第2の圧力室42が設けられており、この第2の圧力室42が上記連通ポート15と上記弁体保持部材43に形成された連通部44、固定ヨーク35の軸方向に設けられた貫通孔45、プランジャ36の外周部及びプランジャ36に設けられた貫通孔46、保持部材40に設けられた貫通孔47を通して連絡されている。
【0030】
次に弁機構10と電磁作動機構30の配列関係について説明する。
弁機構10を構成する弁体16の他端側(図1及び図2において右端側)の端面に、電磁作動機構30を構成するプッシュロッド先端37aが軸方向で当接するように弁機構10と電磁作動機構30が連結される。このように構成された流量制御弁は、リード線34を通じてコイルユニット33に電圧が印加されると固定ヨーク35を通じて磁路が形成され、プランジャ36が固定ヨーク35に吸引される。図2に示すように、プランジャ36にはプッシュロッド37が連結されているため、プッシュロッド37がプランジャ36とともに図中左側へ移動させられ、弁体16の他端側を一端側へ向けて押圧する。弁体16のテーパ−面17はスプリング26により弁座19の弁座部18に着座せしめられているので、このプッシュロッド36の押圧により弁体16はスプリング26のばね力に抗して図において左方に移動し連通ポート14,15を連通して開弁状態となる。
【0031】
ところで、弁体16の一端側に設けられた第1の圧力室20は連通通路23により出口ポート12側の連通ポート15と連通され、また、この連通ポート15は上述したように弁体保持部材43に形成された連通部44、固定ヨーク35の軸方向に設けられた貫通孔45、プランジャ36の外周部及びプランジャ36に設けられた貫通孔46、保持部材40に設けられた貫通孔47を通して第2の圧力室42と連通されている。従って、弁体16の一端側の第1の圧力室20からプッシュロッド37の後端側の第2の圧力室42まですべて連通された形となっている。
【0032】
そして、本実施形態においては第1の圧力室20と入口ポート側の連通ポート14を仕切っている該シール部材25が配された部位の該弁体の外径D1と、弁体16のテーパ−面17における弁座19の着座部18の径D2が等しく設定されている。従って、弁機構10の弁体16においても、電磁作動機構30内のプランジャ35及びプッシュロッド36においても、内部を流通する流体の圧力の大小にかかわらず圧力による駆動作用が軸方向には発生しない。すなわち入口ポート及び出口ポートの圧力差に影響されること無く電磁石の吸引力により弁体のリフト量が一意に決定されるいわゆる比例弁として機能することとなる。
【0033】
また、上記のような構成にしたことにより、弁体16のテーパ−面17を弁座19の着座部18に着座させる方向に付勢しているスプリング26は流通する流体の圧力に係わらず、極めて小さいばね力で着座させることができ、スプリングのばね力が小さくて済むため、弁体16を開弁方向に押圧する電磁作動機構30のプッシュロッド37を吸引駆動させる電磁ソレノイドの駆動力も小さいもので済むことになる。
【0034】
ところで、本発明の実施の形態では、流量制御弁を電磁石の吸引力により弁体のリフト量が一意に決定されるいわゆる比例弁として機能させるため、第1の圧力室20と入口ポート側の連通ポート14を仕切っている該シール部材が配された部位の該弁体の外径D1を着座部18の径D2と等しくなるように設定したが、連通ポートの開閉のみを制御する流量制御弁(オンオフ弁)として使用する場合は、必ずしも上記D1とD2を全く同一に設定する必要はなく若干の相違はあっても構わない。このときも弁機構10と電磁作動機構30内の第1の圧力室20と第2の圧力室42が連通ポート15を介して連通されていることにより弁体16、及びプッシュロッド37に働く圧力の作用がキャンセルされ、スプリング26のばね力及び電磁作動機構30の駆動力が低減される。
【0035】
【発明の効果】
上記したように本発明の流量制御弁においては、弁機構と電磁作動機構を別々に構成し、弁機構の弁体端部に電磁作動機構のプッシュロッドを当接させ、弁体の開弁方向に押圧するように構成したので、弁体とプッシュロッドを連結する必要が無い。従ってプッシュロッドと弁体を連結するための組立工数増加を防ぐことができ、軸方向のストローク量の精度を容易に確保でき、さらには結合部分の耐久性を容易に確保できる。
【0036】
また、弁体とプッシュロッドは分割されて構成されるためにそれぞれ最適な材料を選択できる。さらには弁体とプッシュロッドの端部に圧力室を設けてこれらを連通するように設けたので弁体、及びプッシュロッドに作用する流体の圧力がキャンセルされるため、弁体のリフト量を、入口ポート及び出口ポートの圧力差に影響されること無く、コイルの通電量に応じて正確に制御することが可能となる。同時に、弁体の着座方向に押圧するスプリングのばね力、及び弁体を開弁方向に押圧する電磁作動機構の駆動力を低減することができるので流量制御弁としてサイズの小型化を図ることができ、また電磁作動機構の省電力化を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づき構成された流量制御弁
【図2】図1の流量制御弁が開弁したときの作動図
【図3】従来の流量制御弁
【図4】図3に示す従来の流量制御弁の開弁作動図
【図5】図4に示す流量制御弁が開弁したときの要部拡大図
【符号の説明】
1 :流量制御弁
10:弁機構
11:入口ポート
12:出口ポート
13:バルブボディ
14、15連通ポート
16:弁体
17:テーパ−面
18:着座部
19:円筒部材
20:第1の圧力室
21:小孔部
22:中心通路
23:連通通路
24:保持部材
25:シール部材
26:スプリング
27:鍔部
30:電磁作動機構
31:駆動ケース
32:コイル
33:コイルユニット
34:リード線
35:固定ヨーク
36:プランジャ
37:プッシュロッド
40:保持部材
42:第2の圧力室
44,45,46,47:連通路
Claims (1)
- 出入り口となる2つのポートを備えたバルブボディを有する弁機構と、該弁機構を駆動する電磁作動機構を有する流量制御弁であって、
該弁機構は、該2つのポートを連通する連通ポートと、該連通ポートに配設され該連通ポートの開閉を行うテーパー面を有する弁体と、該連通ポート内に設けられ該弁体の該テーパ−面が着座する着座部を有する弁座と、該弁体を着座方向に付勢するスプリングと、該弁体のテーパー面と反対側の一端とバルブボディとの間に形成された第1の圧力室と、該着座部より該弁体の他端側に位置する該連通ポートと該第1の圧力室とを連通する該弁体に設けられた連通通路とを有し、
該弁体の外周側には、該第1の圧力室と該連通ポートとを仕切るシール部材が配置されるとともに、該シール部材が配置された部位の該弁体の外径は該弁座の着座部の径とを等しく構成され、
該電磁作動機構は、駆動ケースと、該駆動ケース内に配設されたコイルユニットと、該コイルユニットによって発生する磁路を形成する固定ヨークと、該コイルユニット内において該固定ヨークにより吸引される作動プランジャと、該作動プランジャと連結されるプッシュロッドと、該プッシュロッドの後端部と該駆動ケースとの間に設けられた第2の圧力室とを有し、かつ、該固定ヨークによる吸引力が可変となるよう該コイルユニットの通電量が制御可能に構成されており、
該弁機構と該電磁作動機構は、該弁体の他端と該プッシュロッドの先端が当接するように接続されて該弁体のリフト量が該固定ヨークによる吸引力に応じて決定され、さらに、該弁機構の該着座部より該弁体の他端側に位置する該連通ポートと該第2の圧力室が、該プッシュロッドの外側に設けられた連通路を介して連通されている、
ことを特徴とする流量制御弁。
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