JP5371153B2 - 流体制御弁 - Google Patents
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Description
特許文献1は、図14及び図15に示すように、1つの弁軸540に、上下に同軸上に設けた2つの上側弁体525Uと、この上側弁体525Uとは別体の下側弁体525Lとを、軸方向AXに移動させ、2つの上側弁座515U、下側弁座515Lに当接させて閉弁する弁座シール構造の弁である。
一方、下側弁座515Lは、平坦な接触面で形成され、上側弁座515Uは、上方に突出したナイフエッジ状縁部519を有した形態で形成されている。
特許文献1では、弁軸540が下方に移動すると、下側弁体525Lの下側弾性プレート527Lのナイフエッジ状縁部529が、弾性変形して下側弁座515Lに当接すると同時に、上側弁体525Uの上側弾性プレート527Uが、弾性変形してナイフエッジ状縁部519そのものの上側弁座515Uに当接して閉弁するようになっている。
その一方、二段式弁座シール構造の流体制御弁では、弁軸の軸方向に対し、第1弁体において第1弁座と最初に当接する第1弁体接触位置と、第2弁体において第2弁座と最初に当接する第2弁体接触位置との弁体間距離と、第1弁座と第2弁座との弁座間距離とが、少なくとも同じにする必要がある。
特許文献1では、上側弁座515U、下側弁座515L、上側弁体525U、及び下側弁体525Lに、それぞれ寸法のバラツキがあっても、上側弁体525U、下側弁体525Lを弁軸540に固定させる位置を、製品毎に対処して、弁体間距離と弁座間距離とが一致するように工夫されている。
(1)製品の生産性が低い問題
弁軸540に対し、上側弁体525Uと下側弁体525Lとを、製品毎に位置決めしなければならず、製品の生産性が低く、二段式弁座シール構造の流体制御弁を量産で製造することが困難である。
また、上側弁体525Uと下側弁体525Lとを接着剤で弁軸540に固定するため、接着剤が硬化するまでに時間がかかる。また、流体制御弁の製造工程では、接着剤の塗布量、接着強度等の品質管理を行う必要があり、工程管理に手間と工数がかかる。
弁体間距離と弁座間距離とを一致させるためにだけに、コイルバネ564等の余分な部品を必要とし、部品点数の増加によって、製品がコストアップする。
また、製品の製造工程では、上側弁体525Uと下側弁体525Lとを弁軸540に固定するのに接着剤を用いているため、上述したような品質管理を行い、工程管理を実施することにより、製品に反映されるコストが上昇してしまう。
(1)第1弁座と第2弁座とが上下に形成されたボディと、第1弁体及び第2弁体として、1つの弁軸に2つの弁体とを有し、弁軸を当該流体制御弁の軸方向に移動させて、第1弁体を第1弁座に、第2弁体を第2弁座に、それぞれ当接または離間させて流体の流れを制御する流体制御弁において、第1弁体のうち、第1弁座と少なくとも当接する第1弁座当接部と、第2弁体のうち、第2弁座と少なくとも当接する第2弁座当接部とが、弾性を有する材質からなり、第1弁座当接部では、第1弁座との当接面が平面状に形成されていること、第2弁座当接部は、軸方向と直交する径方向の径外側の周縁に、軸方向下方側の成分と、径方向径外側の成分とを合成した向きに突出した当接変形部を有し、当接変形部が弾性変形して第2弁座と当接することを特徴とする。
(2)(1)に記載する流体制御弁において、流体はガスであることを特徴とする。
(3)(1)または(2)に記載する流体制御弁において、閉弁した状態では、第1弁座との当接による第1弁座当接部の当接面の弾性変形量は、第1潰し量h1(0<h1)であり、第2弁座との当接による第2弁座当接部の当接変形部の弾性変形量は、第2潰し量h2(0<h2)であり、第2潰し量h2は、第1潰し量h1より大きく設定されていることを特徴とする。
(4)(1)乃至(3)のいずれか1つに記載する流体制御弁において、第2弁座当接部の硬度は、第1弁座当接部の硬度より小さくなっていることを特徴とする。
(5)(1)乃至(4)のいずれか1つに記載する流体制御弁において、当接変形部の向きは、軸方向に対し、傾斜角θ=45°に形成されていることを特徴とする。
本発明の流体制御弁では、
(1)第1弁座と第2弁座とが上下に形成されたボディと、第1弁体及び第2弁体として、1つの弁軸に2つの弁体とを有し、弁軸を当該流体制御弁の軸方向に移動させて、第1弁体を第1弁座に、第2弁体を第2弁座に、それぞれ当接または離間させて流体の流れを制御する流体制御弁において、第1弁体のうち、第1弁座と少なくとも当接する第1弁座当接部と、第2弁体のうち、第2弁座と少なくとも当接する第2弁座当接部とが、弾性を有する材質からなり、第1弁座当接部では、第1弁座との当接面が平面状に形成されていること、第2弁座当接部は、軸方向と直交する径方向の径外側の周縁に、軸方向下方側の成分と、径方向径外側の成分とを合成した向きに突出した当接変形部を有し、当接変形部が弾性変形して第2弁座と当接するので、ボディ、第1弁体、及び第2弁体等の各部品の製造工程で、寸法公差内での寸法のバラツキが、本発明の流体制御弁である製品(以下、単に「製品」という。)毎に生じるが、このような寸法のバラツキを有した各部品をそのまま組み付けて当該流体制御弁を構成しても、第1弁体が第1弁座に、第2弁体が第2弁座に、それぞれ洩れなく密着し閉弁することができるようになる。
よって、本発明の流体制御弁は、前述したように、2つの弁座に対し1つの弁軸の移動で2つの弁体を共に当接させて閉弁するという、いわゆる二段式弁座シール構造であっても、簡単な構造で生産性が高く、低コストで製造し提供することができる。
L1≦L2…式1
L1:弁座間距離(mm)、L2:弁体間距離(mm)
上記式1を満たすことが、流体漏れを防ぐ前提となる。
本発明の流体制御弁では、当該流体制御弁である製品に対し、個々の製品毎に公差内で生じ得る組付け寸法のバラツキ幅を考慮して、上記式1の関係を常に満たすように形成されている。
すなわち、第2弁体の第2弁座当接部は、その当接変形部自体が第2弁座に当接開始する位置から、弾性変形して第2弁座に当接した後、第1弁体の第1弁座当接部の当接面が第1弁座に当接して洩れなく密着できるよう、当接変形部の変形代に十分な余裕を持たせて形成されている。
そのため、本発明の流体制御弁は、製品として、生産性が高い量産体制で製造することができる共に、従来、必要とされていた接着剤の使用に伴う工程管理を不要とし、製造時の手間や工数が低減できる。ひいては、本発明の流体制御弁は、安価に製造することができる。
他方、燃焼ガス制御弁の小型化が、ユーザーから要求されている。燃焼ガス制御弁のメーカーは、燃焼ガスの流路を大口径で形成しつつ、燃焼ガスの流れを制御するアクチュエータを小型化して、燃焼ガス制御弁全体をコンパクトに収める開発を行っている。
この流体制御弁では、入力ポートに流入したガスは、第1弁座及び第1弁体で流通制御する第1流路と、第2弁座及び第2弁体で流通制御する第2流路との2つの流路に分流し出力ポートへと流れる。
第1弁体、第2弁体が軸方向下側に移動し、流体制御弁が閉弁したときには、第1弁体及び第2弁体が、入力ポートから弁室に流入したガスの圧力を受圧する。換言すれば、第1弁体が、軸方向下側からガスによる圧力を受ける一方で、第2弁体が、軸方向上側からガスによる圧力を受ける。
そのため、本発明の流体制御弁で流通制御するガスがたとえ大流量であっても、第1弁体及び第2弁体は、ガス圧の影響を受けることなく、第1弁体を第1弁座に、第2弁体を第2弁座に、それぞれ当接させて閉弁できるのに足りる比較的小さな押圧力だけで閉弁できるようになる。
よって、発揮する推力が小さくなれば、アクチュエータが小型化でき、ひいては、ガスの流れを制御する本発明の流体制御弁をコンパクトにすることができる。
よって、第1弁座と第1弁体とを、第2弁座と第2弁体とを、双方とも洩れなくシールすることができる。
その後に、弁軸が、必要に応じて、第2弁体を第2弁座に当接させる向きにさらに移動すると、弾性変形しようとする、あるいは弾性変形の最中にある第1弁体が、第1弁座と密着し、第1弁体と第1弁座との間で一定の大きなシール力が確保できる。
よって、第1弁座と第1弁体とのシール力と、第2弁座と第2弁体とのシール力とを、双方とも大きくすることができる。
(a)上述した式1を満たすこと、及び
(b)弾性変形した当接変形部による第2弁座への接触面積をより大きく採ること
の双方の必要十分条件を満たすのに、最適な傾斜角となる。
よって、本発明の流体制御弁は、いわゆる二段式弁座シール構造であっても、個々の製品に対し、構成する各部品の寸法精度に因らず、閉弁時のシール性が高い流体制御弁とすることができる。
以下、本発明に係る流体制御弁について、実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、実施形態に係るガス燃焼複合弁を示す断面図であり、開弁状態を示す図である。図2は、図1に示すガス燃焼複合弁の閉弁状態を示す図である。
実施形態では、図1において、上下方向を軸方向AXとし、左右方向を軸方向AXと直交する径方向RDとする。図2以降の図面についても、図1に図示した方向に準じる。
ガス燃焼複合弁1は、上側弁座15U(第1弁座)と下側弁座15L(第2弁座)とが上下に形成されたボディ10と、上側弁体25U(第1弁体)及び下側弁体25L(第2弁体)として、1つの弁軸40に2つの弁体25U,25Lとを有する。このガス燃焼複合弁1は、弁軸40を当該ガス燃焼複合弁1の軸方向AXに移動させ、上側弁体25Uを上側弁座15Uに、下側弁体25Lを下側弁座15Lに、それぞれ当接または離間させて燃焼ガスGSの流れを制御する。
ガス燃焼複合弁1は、弁体20、弁軸40、コア61、コイル62、プランジャ63、付勢バネ64、及びガイド65をそれぞれ2つ有するほか、ボディ10と、支持部材66と、カバー67等から構成されている。
ガス燃焼複合弁1には、図1及び図2に示すように、コア61とプランジャ63とが、コイル62の径内に、弁軸40と同軸上に設けられている。コイル62は、図示しない電源と電気的に接続されている。プランジャ63は、ボディ10と接続する支持部材66で支持されたガイド65により、軸方向AXに移動可能に保持されている。コア61、コイル62、プランジャ63、ガイド65、及び支持部材66は、カバー67で覆われている。
ボディ10は、金属からなり、本実施形態では、アルミダイキャスト製の素材に機械加工を施して形成されている。ボディ10は、入力ポート11と出力ポート12とを有し、入力ポート11と出力ポート12との間に弁室13が形成されている。入力ポート11と弁室13との間には、フィルタ18が設けられ、入力ポート11から流入する燃焼ガスGSに混在する塵等の異物が、フィルタ18により弁室13に流れ込まないようになっている。
弁室13には、入力ポート11側と出力ポート12側のそれぞれに、上側弁座15Uと下側弁座15Lとが、軸方向AXに沿って上下に形成されている。
図6に、ボディにおける弁座間距離と、弁体における弁シート間距離との関係を説明する図を示す。なお、図6は、弁座間距離における起点とその終点と、弁シート間距離における起点とその終点とを見易くするために、あえてボディと弁体との位置をオフセットして図示している。
上側弁座15Uは、図6に示すように、上側に突出し、最も高い部位に位置する頂点付近をR形状とする凸状に形成され、軸方向AXに沿う上側弁座15U、下側弁座15L、及び弁体20の軸心CLを中心とする円環状に形成されている。
ガス燃焼複合弁1では、ボディ10は、軸方向AXに対し、上側弁座15Uの上記頂点と下側弁座15Lとの距離を所定の弁座間距離L1(0<L1)に設定して加工されている。
図3は、図1に示すガス燃焼複合弁の弁体を説明する断面図である。図4は、図3中、A部の拡大図、図5は、図3中、B部の拡大図である。
弁体20では、上側弁体25Uの上側弁本体部26U、下側弁体25Lの下側弁本体部26L、及び連結部21は、アルミニウム等の金属からなり、本実施形態では、図3に示すように、上側弁本体部26Uと下側弁本体部26Lとは、連結部21を介して一体に形成されている。
上側弁本体部26U、下側弁本体部26L、及び連結部21は、その径方向RD中央に、軸方向AXに沿う弁軸挿通孔20Hを有している。
上側弁シート27Uと下側弁シート27Lとは、例えば、ニトリルゴム(NBR)、フッ素ゴム(FKM,FFKM)、エチレンプロピレンゴム(EPM,EPDM)、シリコンゴム(Q)等のゴム製で、弾性を有する材質からなる。
下側弁シート27Lの硬度は、上側弁シート27Uの硬度より小さくなっており、下側弁シート27Lの具体的な硬度については、後に詳述する。
上側弁本体部26Uと上側弁シート27Uとは、凸部26Utと凹部28Uとをしっかりと密着させ、上側弁体25Uとして一体に固定されている。
具体的には、当接変形部29Lは、図5に示すように、下面27Laと外周面27Lbとが交差する部分に設けられている。当接変形部29Lは、その向きが軸方向AXに沿う弁体20の軸心CLに対し、傾斜角θ=45°に凸状に延び、最も先端部位に当接変形部先端位置29Ltを有している。
下側弁本体部26Lと下側弁シート27Lとは、凸部26Ltと凹部28Lとをしっかりと密着させ、下側弁体25Lとして一体に固定されている。
また、弁体20は、軸方向AXに対し、上側弁シート27Uの下面27Uaと当接変形部29Lの当接変形部先端位置29Ltとの距離を弁シート間距離L2(0<L1<L2)(弁体間距離)に設定されている。軸方向AXに対する当接変形部29Lの高さs(0<s)は、(弁シート間距離L2−弁座間距離L1)の差より大きく設定されている。
コイル62に通電していないと、弁体20が、付勢バネ64により、軸方向AX下側に付勢され、図2に示すように、上側弁体25Uが上側弁座15Uに、下側弁体25Lが下側弁座15Lに、それぞれ当接して、ガス燃焼複合弁1は閉弁する。
第1流路13Aでは、燃焼ガスGSは、開弁した弁体20の上側弁体25Uと上側弁座15Uとの間を通じ、出力ポート12へと流れる。
第2流路13Bでは、燃焼ガスGSは、開弁した弁体20の下側弁体25Lと下側弁座15Lとの間を通じ、第1流路13Aを流れる燃焼ガスGSと、出力ポート12で合流し出力ポート12から吐出される。
図8は、変形例に係る弁体を説明する図であり、(a)は弁体を示す断面図、(b)は(a)中、C部の拡大図である。
実施例1及び実施例2では、弁体20の形状は共通する。変形例では、上側弁体25U、及び下側弁体(第2弁体)の下側弁本体部26Lの形状は、実施例1及び実施例2と共通するが、下側弁シートの形状が異なる。
本実施例に係る当接変形部29Lは、前述したように、その向きが軸方向AXに沿う弁体20の軸心CLに対し、傾斜角θ=45°に凸状に延び、最も先端部位に当接変形部先端位置29Ltを有したものである(図5参照)。この当接変形部29Lを含む下側弁シート27Lの硬度は、デュロメータによる硬さ試験で硬度70°である。
本実施例に係る当接変形部29Lの形状は、図5に示すように、実施例1の当接変形部29Lと同様だが、本実施例に係る当接変形部29Lの硬度が、デュロメータによる硬さ試験で硬度60°である。
本変形例に係る下側弁体125Lでは、下側弁シート127Lの当接変形部129Lは、その向きが軸方向AXに沿う弁体20の軸心CLに対し、傾斜角θ=45°に突出して形成され、図8に示す断面形状で、下面127Laと外周面127Lbとを、幾何学的に変曲点のない曲線に沿う円弧状の面で繋いだ形状で形成されている。
下側弁本体部26Lと下側弁シート127Lとは、凸部26Ltと凹部128Lとを嵌め合わせることにより、下側弁体125Lとして一体に固定されている。
図9は、比較例1に係る弁体を説明する図であり、(a)は弁体を示す断面図、(b)は(a)中、D部の拡大図である。
比較例1では、上側弁体25U、及び下側弁体(第2弁体)の下側弁本体部26Lの形状は、実施例1及び実施例2と共通するが、下側弁シートの形状が異なる。
具体的には、従来技術である比較例1に係る下側弁体225Lでは、下側弁シート227Lの当接変形部229Lは、その向きが外周面227Lbからそのまま軸方向AX下側に突出した形状に形成され、図9に示す断面形状で、下面227Laから軸方向AX下側に離れた位置で、下面227Laと外周面227Lbとが繋がれた形状で形成されている。下側弁体225Lの硬度は、デュロメータによる硬さ試験で硬度70°である。
下側弁本体部26Lと下側弁シート227Lとは、凸部26Ltと凹部228Lとを嵌め合わせることにより、下側弁体225Lとして一体に固定されている。
参照する図6において、実施例1及び実施例2では、弁座間距離L1と弁シート間距離L2との関係が、L1<L2であったが、比較例2は、弁座間距離L1と弁シート間距離L2との関係が、L1>L2の場合である。
調査条件は、一例として、
(1)弁体にかける荷重:数(N)から100(N)までの範囲で増大させた。
(2)弁座間距離L1:29.0(mm)で、公差幅を(±0.05)(mm)
(3)弁シート間距離L2:29.05(mm)で、公差幅を(0,+0.2)(mm)
とした。
(4)調査は、弁シート間距離L2と弁座間距離L1との距離差が0.3(mm)である場合を前提に実施した。
複数のガス燃焼複合弁1を製造する製造工程で、製品毎に、ボディ10、弁体20,120等の各部品を組付けるときに、この最大距離差0.3(mm)は、弁シート間距離L2と弁座間距離L1との間で生じ得る。
そのため、上側弁シート27Uが上側弁座15Uに当接してガス燃焼複合弁1が閉弁するのに、弁シート間距離L2と弁座間距離L1との最大距離差0.3(mm)が生じないようにする条件が必須となり、この条件を満たすためには、下側弁シート27Lの沈み込み量が少なくとも0.3(mm)必要となる。
実施例1,2は、上記段階では、下側弁体25Lの硬度に違いがあるものの、荷重の増加に伴う沈み込み量の増加傾向に差異がない。
これに対し、比較例1の下側弁体225Lの硬度は、実施例2の下側弁体25Lと同じであるが、比較例1の下側弁体225Lの形状が、実施例1,2の下側弁体25Lの形状と異なるため、荷重の増加に伴って弾性変形し難い。
これに対し、比較例1では、当接変形部229Lの最下端位置と下側弁座15Lとの接点を支点とし、下面227La付近にある当接変形部229Lの根元でかかる曲げモーメントは小さい。
よって、弁体20,220を押圧する荷重が、実施例1,2と比較例1で同じであれば、沈み込み量0.3(mm)に達するまでの段階では、実施例1,2の沈み込み量が、比較例1より大きくなる。
また、実施例1と比較例1では、当接変形部29Lと当接変形部229Lとが何れも硬度70°であっても、前述したように、実施例1の下側弁体25Lの形状と比較例1の下側弁体225Lの形状との違いにより、荷重の増加に伴う沈み込み量の増加傾向は異なり、荷重が同じでも、実施例1は、比較例1よりも弾性変形し易いことが判る。
シミュレーションの解析条件は、次の通りである。
(共通条件)
(1)シミュレーションでは、図2及び図4に示す弁体20の上側弁本体部26Uに、付勢バネ64による付勢力が作用する位置に相当する位置に、荷重を0<F<100(N)の範囲でかけ、荷重F=19.6(N)時におけるシミュレーション解析結果の画像を、後の説明に用いる図11乃至図14に示した。
(2)一体である上側弁本体部26U、連結部21及び下側弁本体部26Lは、アルミニウム製とし、ヤング率7400(Kgf/mm2)、ポアソン比0.34とした。
(3)下側弁座15Lを剛体とみなし、下側弁座15Lの表面を摩擦係数0.1とした。
(4)弁座間距離L1及び弁シート間距離L2ともL1=L2=29.05(mm)とした。
(実施例1)
上記実施例1であり、シミュレーションの解析条件を再掲すると、
(A)当接変形部29Lは、その向きが軸方向AXに沿う弁体20の軸心CLに対し、傾斜角θ=45°に凸状に延び、最も先端部位に当接変形部先端位置29Ltを有したものである(図5参照)。
(B)当接変形部29Lを含む下側弁シート27Lの硬度:デュロメータによる硬さ試験で硬度70°
上記実施例2であり、シミュレーションの解析条件を再掲すると、
(C)当接変形部29Lの形状は、上述した実施例1と同じ。
(D)当接変形部29Lを含む下側弁シート27Lの硬度:デュロメータによる硬さ試験で硬度60°
上記比較例1であり、シミュレーションの解析条件を再掲すると、
(E)当接変形部229Lは、その向きが外周面227Lbからそのまま軸方向AX下側に突出した形状に形成され、図9に示す断面形状で、下面227Laから軸方向AX下側に離れた位置で、下面227Laと外周面227Lbとが繋がれた形状で形成されている。
(F)当接変形部229Lを含む下側弁シート227Lの硬度:デュロメータによる硬さ試験で硬度70°
なお、図11乃至図13は、弾性変形した下側弁シートの沈み込み量(変位量)について、変形前の状態を変位量「0」とし、変形した状態の変位量にマイナスの符号を付して図示している。
このことは、当接変形部29Lが、下側弁シート27Lの径方向RD径外側の周縁に、軸方向AX下方側の成分と、径方向RD径外側の成分とを合成した向きに突出した形状で形成されていることで、弁体20が軸方向AX下側に押圧されると、主に当接変形部29Lで弾性変形し易いことを意味する。
また、下側弁シート227Lでは、下面227La及び外周面227Lbにおける当接変形部229Lの付け根付近や、この付け根から径方向RD径内側(図13中、左側)にかけた範囲でも弾性変形が生じているが、最も大きい変位量は0.180(mm)である。
他方、弁体20が軸方向AX下側に移動したストローク量は0.156(mm)に留まり、弁体120が荷重Fで押圧されると、弾性変形が、ほとんど下側弁シート227L全体で生じ、当接変形部229Lにおける変位量が、実施例1に比べて全体的に小さいことが判かる。
このことは、下側弁シート227Lと下側弁シート27Lとの形状の違いから、弁体220が軸方向AX下側に押圧されても、実施例1に比べ、当接変形部229Lで弾性変形し難いことを意味する。
他方、弁体20が軸方向AX下側に移動したストローク量も0.332(mm)となり、弁体20が荷重Fで押圧されると、弾性変形が、ほとんど当接変形部29Lとその付け根付近で、より大きく生じ易くなっていることが判かる。
このことは、弁体20が軸方向AX下側に押圧されたときに、実施例1において、下側弁シート27Lが硬度70°で形成する場合よりもさらに当接変形部29Lで弾性変形し易いことを意味する。
(1)本実施形態では、上側弁座15Uと下側弁座15Lとが上下に形成されたボディ10と、上側弁体25U及び下側弁体25Lとして、1つの弁軸40に2つの弁体25U,25Lとを有し、弁軸40を当該ガス燃焼複合弁1の軸方向AXに移動させて、上側弁体25Uを上側弁座15Uに、下側弁体25Lを下側弁座15Lに、それぞれ当接または離間させて燃焼ガスGSの流れを制御するガス燃焼複合弁1において、上側弁体25Uのうち、上側弁座15Uと少なくとも当接する上側弁シート27Uと、下側弁体25Lのうち、下側弁座15Lと少なくとも当接する下側弁シート27Lとが、所定硬度のゴムからなり、上側弁シート27Uでは、上側弁座15Uとの当接面である下面27Uaが平面状に形成されていること、下側弁シート27Lは、軸方向AXと直交する径方向RDの径外側の周縁に、軸方向AX下方側の成分と、径方向RD径外側の成分とを合成した向きに突出した当接変形部29Lを有し、当接変形部29Lが弾性変形して下側弁座15Lと当接するので、ボディ10、上側弁体25U、及び下側弁体25L等の各部品の製造工程で、寸法公差内での寸法のバラツキが、本実施形態のガス燃焼複合弁1である製品(以下、単に「製品」という。)毎に生じるが、このような寸法のバラツキを有した各部品をそのまま組み付けて当該ガス燃焼複合弁1を構成しても、上側弁体25Uが上側弁座15Uに、下側弁体25Lが下側弁座15Lに、それぞれ洩れなく密着し閉弁することができる。
L1≦L2…式1
L1:弁座間距離(mm)、L2:弁シート間距離(mm)
上記式1を満たすことが、流体漏れを防ぐ前提となる(図6参照)。
本実施形態のガス燃焼複合弁1では、当該ガス燃焼複合弁1である製品に対し、個々の製品毎に公差内で生じ得る組付け寸法のバラツキ幅を考慮して、上記式1の関係を常に満たすように形成されている。
すなわち、下側弁体25Lの下側弁シート27Lは、その当接変形部29L自体が下側弁座15Lに当接開始する位置から、弾性変形して下側弁座15Lに当接した後、上側弁体25Uの上側弁シート27Uの下面27Uaが上側弁座15Uに当接して洩れなく密着できるよう、当接変形部29Lの変形代に十分な余裕を持たせて形成されている。
よって、本実施形態のガス燃焼複合弁1は、下側弁体25Lの下側弁シート27Lの当接変形部29Lが下側弁座15Lに当接し密着し、かつ上側弁体25Uの上側弁シート27Uの下面27Uaが上側弁座15Uに当接し密着した状態で、洩れなく閉弁することができる。
そのため、本実施形態のガス燃焼複合弁1は、製品として、生産性が高い量産体制で製造することができる共に、従来、必要とされていた接着剤の使用に伴う工程管理を不要とし、製造時の手間や工数が低減できる。ひいては、本実施形態のガス燃焼複合弁1は、安価に製造することができる。
他方、燃焼ガス制御弁の小型化が、ユーザーから要求されている。燃焼ガス制御弁のメーカーは、燃焼ガスの流路を大口径で形成しつつ、燃焼ガスの流れを制御するアクチュエータを小型化して、燃焼ガス制御弁全体をコンパクトに収める開発を行っている。
このガス燃焼複合弁1では、入力ポート11に流入した燃焼ガスGSは、上側弁座15U及び上側弁体25Uで流通制御する第1流路13Aと、下側弁座15L及び下側弁体25Lで流通制御する第2流路13Bとの2つの流路に分流し出力ポート12へと流れる。
弁体20が付勢バネ64により軸方向AX下側に付勢され、ガス燃焼複合弁1が閉弁したときには、弁体20が、図2及び、参照する図3に示すように、入力ポート11から弁室13に流入した燃焼ガスGSの圧力を受圧する。
換言すれば、弁体20の上側弁体25Uは、軸方向AX下側から燃焼ガスGSによる圧力を受ける一方で、弁体20の下側弁体25Lは、軸方向AX上側から燃焼ガスGSによる圧力を受ける。
そのため、ガス燃焼複合弁1で流通制御する燃焼ガスGSがたとえ大流量であっても、弁体20は、燃焼ガス圧の影響を受けることなく、上側弁体25Uを上側弁座15Uに、下側弁体25Lを下側弁座15Lに、それぞれ当接させて閉弁できるのに足りる比較的小さな付勢バネ64の付勢力だけで閉弁できるようになる。
プランジャ63を上昇させて開弁するのには、小さく抑えた付勢バネ64の付勢力だけに打勝つ必要な推力が、コア61、コイル62、プランジャ63及び付勢バネ64等で構成されるアクチュエータで発揮できれば良い。
よって、発揮する推力が小さくなれば、アクチュエータが小型化でき、ひいては、燃焼ガスGSの流れを制御するガス燃焼複合弁1をコンパクトにすることができる。
よって、上側弁座15Uと上側弁体25Uとを、下側弁座15Lと下側弁体25Lとを、双方とも洩れなくシールすることができる。
よって、上側弁座15Uと上側弁体25Uとのシール力と、下側弁座15Lと下側弁体25Lとのシール力とを、双方とも大きくすることができる。
(a)上述した式1を満たすこと、及び
(b)弾性変形した当接変形部29Lによる下側弁座15Lへの接触面積をより大きく採ること
の双方の必要十分条件を満たすのに、最適な傾斜角となる。
よって、本実施形態のガス燃焼複合弁1は、いわゆる二段式弁座シール構造であっても、個々の製品に対し、構成する各部品の寸法精度に因らず、閉弁時のシール性が高い流体制御弁とすることができる。
例えば、下側弁体25Lの下側弁シート27Lにおいて、当接変形部29Lを、軸方向AXに対し、傾斜角θ=45°としたが、軸方向に対する当接変形部の傾斜角は、例えば、45°未満でも良く、適宜変更可能である。
10 ボディ
15U 上側弁座(第1弁座)
15L 下側弁座(第2弁座)
25U 上側弁体(第1弁体)
25L 下側弁体(第2弁体)
27U 上側弁シート(第1弁座当接部)
27Ua 下面(第1弁座当接部の当接面)
27L 下側弁シート(第2弁座当接部)
29L 当接変形部
40 弁軸
GS ガス(流体
h1 第1潰し量
h2 第2潰し量
AX 軸方向
RD 径方向
Claims (5)
- 第1弁座と第2弁座とが上下に形成されたボディと、第1弁体及び第2弁体として、1つの弁軸に2つの弁体とを有し、前記弁軸を当該流体制御弁の軸方向に移動させて、前記第1弁体を前記第1弁座に、前記第2弁体を前記第2弁座に、それぞれ当接または離間させて流体の流れを制御する流体制御弁において、
前記第1弁体のうち、前記第1弁座と少なくとも当接する第1弁座当接部と、前記第2弁体のうち、前記第2弁座と少なくとも当接する第2弁座当接部とが、弾性を有する材質からなり、
前記第1弁座当接部では、前記第1弁座との当接面が平面状に形成されていること、
前記第2弁座当接部は、前記軸方向と直交する径方向の径外側の周縁に、前記軸方向下方側の成分と、前記径方向径外側の成分とを合成した向きに突出した当接変形部を有し、前記当接変形部が弾性変形して前記第2弁座と当接することを特徴とする流体制御弁。 - 請求項1に記載する流体制御弁において、
前記流体はガスであることを特徴とする流体制御弁。 - 請求項1または請求項2に記載する流体制御弁において、
閉弁した状態では、前記第1弁座との当接による前記第1弁座当接部の前記当接面の弾性変形量は、第1潰し量h1(0<h1)であり、
前記第2弁座との当接による前記第2弁座当接部の前記当接変形部の弾性変形量は、第2潰し量h2(0<h2)であり、
前記第2潰し量h2は、前記第1潰し量h1より大きく設定されていることを特徴とする流体制御弁。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか1つに記載する流体制御弁において、
前記第2弁座当接部の硬度は、前記第1弁座当接部の硬度より小さくなっていることを特徴とする流体制御弁。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか1つに記載する流体制御弁において、
前記当接変形部の向きは、前記軸方向に対し、傾斜角θ=45°に形成されていることを特徴とする流体制御弁。
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