JP2020002973A - 比例制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】流量をより制御しやすい比例制御弁を提供する。【解決手段】流入口４および流出口５を有する流路６と、この流路６中に設けられた弁座７とを有する弁本体２を備える。また、弁本体２に対して固定された固定鉄心11と、この固定鉄心11に対して接近および離間するように往復移動可能で弁座７に接離することで流路６を開閉させる可動体13と、この可動体13を弁座７に着座させる方向へ付勢するばね14と、可動体13にばね14付勢方向とは反対方向への電磁力を付与するソレノイド15とを備える。可動体13は、固定鉄心11に対して移動可能な可動鉄心24と、着座状態にて座部８に当接する当接部28と、筒状部９内に挿入可能であり筒状部９内に配置された状態において筒状部９の内周面に対して隙間を介して配置された隙間形成部29とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、ソレノイドの通電に基づいて、固定体に可動体を接離させることで流体の流量を制御する比例制御弁に関する。

従来からソレノイドの電磁力によって可動体を往復移動させて弁座に接離させることで、流路を開閉する比例制御弁としては、例えば特許文献１のように、可動体と弁体との間に移動方向に隙間を設けて、通電開始前に予め可動体のみを動作させることで、流量を安定化させる構成や、特許文献２のように、開弁状態の最大流量を規定する箇所（関係）と、閉弁状態の全閉位置を規定する箇所（関係）とを別にすることで、寸法のばらつきによる流量の変動を抑制して流量を安定させる構成等が知られている。

特開２０１７−１４９２１号公報 特開２０１０−１９３６２号公報

上述の特許文献１および特許文献２等の比例電磁弁では、図７のグラフに示すように、基本的には、ソレノイドに通電する電流値によって電磁力が変化するため、電流値と流体を流出させる流量とが比例する。

しかしながら、例えば使用環境の温度変化や通電によりコイルの抵抗値が変化するため、特に弁開直後の比較的に弁の開放状態が低開度の場合には、その影響を受けやすく、流量を適切に制御しにくくなってしまう。

そのため、使用環境の温度の影響等を受けにくく、流量をより適切に制御しやすい比例制御弁が求められていた。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、流量をより制御しやすい比例制御弁を提供することを目的とする。

請求項１に記載された比例制御弁は、流体の流入口および流体の流出口を有する流路と、この流路中に設けられた弁座とを有する弁本体と、この弁本体に対して固定された固定体と、この固定体に対して接近および離間するように往復移動可能で前記弁座に接離することで前記流路を開閉させる可動体と、この可動体を前記固定体から離間させかつ前記弁座に着座させる方向へ付勢する付勢手段と、前記可動体に前記付勢手段の付勢方向とは反対方向への電磁力を付与するソレノイドとを備え、前記弁座は、前記可動体が着座する座部と、この座部から前記流入口側および前記流出口側のうちの一方側へのびる筒状部とを有し、前記可動体は、前記ソレノイドの電磁力によって前記固定体に対して移動可能な可動本体と、この可動本体とともに移動可能で着座した状態において前記座部に当接する当接部と、この当接部より前記筒状部側に位置し、前記可動本体とともに移動可能でかつ前記筒状部内に挿入可能であり前記筒状部内に配置された状態において前記筒状部の内周面に対して隙間を介して配置される隙間形成部とを有するものである。

請求項２に記載された比例制御弁は、請求項１記載の比例制御弁において、隙間形成部は、外周面が筒状部の内周面に対して所定の隙間を介して配置される板状の基部と、この基部から前記筒状部の軸方向へ突出し前記筒状部に対する移動をガイドするガイド部とを有するものである。

請求項３に記載された比例制御弁は、請求項１または２記載の比例制御弁において、流体が液体であるものである。

本発明によれば、可動体が、筒状部内においてその筒状部の内周面に対して隙間を介して配置される隙間形成部を有するため、隙間形成部が筒状部内に位置した状態では、筒状部と隙間形成部との隙間からのみ流体を流通させることでき、比較的に低開度の場合であっても、流量を適切に制御できる。

本発明の一実施の形態に係る比例制御弁の構成を示す断面図である。 同上比例制御弁の一部を拡大した断面図である。 同上比例制御弁における隙間形成部を示す斜視図である。 同上比例制御弁における低開度の状態を示す断面図である。 同上比例制御弁における全開状態を示す断面図である。 同上比例制御弁における電流値と流量との関係を模式的に示すグラフである。 従来の比例制御弁における電流値と流量との関係を模式的に示すグラフである。

以下、本発明の一実施の形態の構成について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１において、１は比例制御弁であり、この比例制御弁１は、例えば流体の流量を制御するための電磁弁として用いられ、ガソリン等の液体燃料等の液体の計量器用として特に好適である。

比例制御弁１は、弁本体２と、この弁本体２の上部に固定されたハウジング３とを備えている。

弁本体２は、流体が流入する流入口４と流体が流出する流出口５とを有する流路６を有し、この流路６内には弁座７が設けられている。

弁座７は、座部８と、この座部８から流出口５側である下側へのびる筒状部９とを有している。すなわち、弁座７は流路６の一部を構成しており、座部８は流路６中に配置され、筒状部９の下端部に流出口５が配置されている。

ハウジング３内には、固定体としての固定鉄心11が、円筒状のスリーブ12を介し弁本体２に対して固定されている。

すなわち、スリーブ12は、軸方向の一端側である下側部分が弁本体２に固定され、軸方向の他端側である上側部分には、固定鉄心11を介してハウジング３が固定されている。

このようなスリーブ12内には、上端部に固定鉄心11の一部が固定され、固定鉄心11の下側には、可動体13の一部が摺動自在に挿入されている。すなわち、スリーブ12内に挿入された可動体13は、固定鉄心11に対して接離するようにスリーブ12に沿って往復移動可能であり、そのように往復移動することで、弁座７に接離する。

なお、可動体13と弁本体２との間には、付勢手段としてのばね14が設けられており、このばね14は、可動体13を固定鉄心11から離間させ、かつ、弁座７に着座させて流路６の連通状態を閉塞させる方向へ付勢する。

ハウジング３内には、スリーブ12の外側に電磁機構であるソレノイド15が設けられている。

ソレノイド15は、スリーブ12の外側に位置するようにボビン16がスペーサ17に固定され、このボビン16にはコイル18が巻き付けられている。

そして、ソレノイド15は、コイル18への通電によって、可動体13に、ばね14による付勢方向とは反対方向である固定鉄心11側への電磁吸引力を付与する。すなわち、ソレノイド15に通電することによって、可動体13は、ばね14の付勢力に抗して弁座７から離間し流路６の連通状態が解放される方向へ電磁力により引き付けられて、ソレノイド15への電流値に応じて弁開進行するように移動する。

また、ソレノイド15への通電が遮断されることで、可動体13は、ソレノイド15による電磁吸引力が奏さなくなり、ばね14の付勢力によって弁座７に着座して流路６の連通状態を閉塞するように移動する。

固定鉄心11は、ハウジング３およびスペーサ17に固定された固定部21と、固定部21の下側に位置するヘッド部22とを有している。また、ヘッド部22には可動体13の上端部が挿入される溝部23が設けられている。

可動体13は、スリーブ12内に摺動自在に挿入された可動本体としての可動鉄心24を有している。

この可動鉄心24は、スリーブ12内において、ソレノイド15の電磁力によって固定鉄心11に対して移動可能である。

また、可動鉄心24は、円柱状の直胴部分の上部が上方へ漸次小径で固定鉄心11の溝部23に挿入可能なテーパ状に形成されており、そのテーパ状の上端部には、溝部23の天井面に接触するストッパ25が設けられている。

可動鉄心24の下側には、ディスク26を介して棒状のバルブシート27が接続され、このバルブシート27には、可動体13が着座した状態において弁座７の座部８に当接する当接部28と、この当接部28の筒状部９側である下側に設けられ、少なくとも着座した状態において筒状部９内に配置される隙間形成部29とがホルダ31を介して固定されている。

すなわち、可動鉄心24の下側には、当接部28および隙間形成部29が可動鉄心24とともに移動可能に取り付けられている。

当接部28は、ばね14の端部が接続されたホルダプレート32と、ホルダプレート32の弁座７側である下側に設けられたダイヤフラム33とを有している。

ダイヤフラム33は、外側縁部が弁本体２に固定され、内側縁部がホルダ31に固定されており、可動鉄心24に移動に伴って内側縁部が座部８に接離するように上下に移動する。

図２および図３に示すように、隙間形成部29は、ダイヤフラム33の下側に固定して配置され筒状部９内に挿入可能な円板状の基部35と、この基部35の外側縁部から筒状部９における流出口５側である下側へ突出したガイド部36とを有している。

隙間形成部29が筒状部９内に配置された状態では、基部35およびガイド部36の外周面は、筒状部９の内周面に対して所定の隙間Ｓを介して配置される。すなわち、隙間形成部29は、少なくとも着座した状態において、筒状部９の内周面に対して、流体が流通可能な所定間隔の隙間Ｓを介して配置される。

そして、可動体13が、着座した状態からソレノイド15の電磁力で固定鉄心11側へ移動し始めると、隙間形成部29もガイド部36にガイドされながら筒状部９に沿って上昇し始めるが、図４に示すように、隙間形成部29の基部35が筒状部９内に配置された状態では、流路６において隙間Ｓのみが流入口４側と流出口５側とを連通した流体の流通経路となる。そのため、流体が隙間Ｓのみから流出口５側へ流動する。

したがって、比例制御弁１では、可動体13が弁座７に着座して流路６の連通状態が閉塞された状態から可動体13が固定鉄心11側へ移動し始めて隙間形成部29の基部35が座部８より上方へ移動するまでの間（基部35が筒状部９内に配置されている状態の間）は、隙間Ｓからのみ流体が流動するため、流体の流量が一定となる。

また、可動体13の固定鉄心11側への移動により、図５に示すように、隙間形成部29の基部35が筒状部９を通過して座部８より上方に位置した状態では、座部８と基部35との間から隙間形成部29のガイド部36の脇を通って流体が流出口５側へ流動できるため、可動体13の移動による弁の開放量（弁開度）に応じて流量が変化する。

そのため、比例制御弁１は、図６に例示するように、電流値が比較的低く低開度で基部35が筒状部９内に配置されている際には流量が一定となり、その低開度の状態より電流値が高く、基部35が座部８より上方に位置している際には、電流値（弁開度）に比例して流量が変化する。

次に、上記一実施の形態の動作および効果を説明する。

まず、図１に示すように、可動体13が弁座７に着座した状態では、当接部28が座部８に当接して流路６の連通状態が閉塞された弁閉状態となり、隙間形成部29全体が筒状部９内に配置されている。

このような弁閉状態から、ソレノイド15に通電させると、電磁力により可動鉄心24が固定鉄心11側へ引き付けられて可動体13が固定鉄心11側へ移動して、弁開進行する。

弁開進行を開始した直後には、ソレノイド15への電流値を漸次大きくしても、基部35が筒状部９より上方へ通過するまでの間は、図４に示すように、流路６において、隙間形成部29の外周面と筒状部９の内周面との間の隙間Ｓのみが流入口４側から流出口５側へ連通した定量状態となる。すなわち、この定量状態では、隙間Ｓからのみ流体が流動するため、流出口５から流出する流体の流量が一定量となる。なお、基部35の厚みＴが薄いほど、定量状態となる電流値の領域が小さくなり、基部35の厚みＴが厚いほど、定量状態となる電流値の領域が大きくなる。

この定量状態からソレノイド15への電流値を上げて弁開進行を進めると、図５に示すように、基部35が座部８より上方に配置されて弁開状態となる。この弁開状態では、基部35の下側と座部８との間が開通するため、電流値に基づく弁開度（座部８に対する当接部28の上昇位置）に比例して流量が多くなる。

流体の流出を停止する際には、弁開状態から電流値を下げて可動体13を固定鉄心11から離間するように移動させて弁閉進行させることで、電流値に比例して流量を低減させる。

また、弁閉進行により隙間形成部29の基部35が筒状部９内に配置されると、隙間形成部29の外周面と筒状部９の内周面との隙間Ｓのみから流体が流通する定量状態となり、さらに弁閉進行すると当接部28が弁座７の座部８に当接して弁閉状態となり、流体の流出が停止する。

このように比例制御弁１では、可動体13が、流路６に設けられた筒状部９内において、その筒状部９の内周面に対して所定の隙間を介して配置される隙間形成部29を有するため、弁閉状態から弁開進行直後の隙間形成部29が筒状部９内に位置した状態では、筒状部９と隙間形成部29との隙間Ｓからのみ流体を流通させることができる。そのため、使用環境の温度の影響等を受けやすい低開度の場合に流量体の流量を一定量にでき、流量を適切に制御しやすい。その結果、例えば、比例制御弁１をガソリン等の液体燃料の計量器等に適用した場合には、液体燃料の供給に際し、所定の設定値に早く到達させることができるだけでなく、正確に供給を停止できる。

隙間形成部29は、外周面が筒状部９の内周面に対して所定の隙間Ｓを介して配置される板状の基部35を有することにより、基部35の厚みＴに応じて定量状態となる電流値の領域を調整できるため、定量状態となる電流値を設定しやすい。

また、隙間形成部29は、ガイド部36を有することにより、筒状部９に対してより安定して正確に移動するため、弁開進行および弁閉進行の際に、隙間Ｓを確保しやすく、より確実に流出量を制御できる。

１ 比例制御弁
２ 弁本体
４ 流入口
５ 流出口
６ 流路
７ 弁座
８ 座部
９ 筒状部
11 固定体としての固定鉄心
13 可動体
14 付勢手段としてのばね
15 ソレノイド
24 可動本体としての可動鉄心
28 当接部
29 隙間形成部
35 基部
36 ガイド部
Ｓ 隙間

Claims (3)

1. 流体の流入口および流体の流出口を有する流路と、この流路中に設けられた弁座とを有する弁本体と、
   この弁本体に対して固定された固定体と、
   この固定体に対して接近および離間するように往復移動可能で前記弁座に接離することで前記流路を開閉させる可動体と、
   この可動体を前記固定体から離間させかつ前記弁座に着座させる方向へ付勢する付勢手段と、
   前記可動体に前記付勢手段の付勢方向とは反対方向への電磁力を付与するソレノイドとを備え、
   前記弁座は、前記可動体が着座する座部と、この座部から前記流入口側および前記流出口側のうちの一方側へのびる筒状部とを有し、
   前記可動体は、前記ソレノイドの電磁力によって前記固定体に対して移動可能な可動本体と、この可動本体とともに移動可能で着座した状態において前記座部に当接する当接部と、この当接部より前記筒状部側に位置し、前記可動本体とともに移動可能でかつ前記筒状部内に挿入可能であり前記筒状部内に配置された状態において前記筒状部の内周面に対して隙間を介して配置される隙間形成部とを有する
   ことを特徴とする比例制御弁。
2. 隙間形成部は、外周面が筒状部の内周面に対して所定の隙間を介して配置される板状の基部と、この基部から前記筒状部の軸方向へ突出し前記筒状部に対する移動をガイドするガイド部とを有する
   ことを特徴とする請求項１記載の比例制御弁。
3. 流体が液体である
   ことを特徴とする請求項１または２記載の比例制御弁

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