JP5320221B2 - Electromechanical transducer and fluid control assembly including the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、励磁手段を励磁することで前記励磁手段に挿入される可動部材を動かして制御弁を駆動し、腐食性作動流体が流れる前記制御弁の弁通路を開閉する電気機械変換器であり、例えば、流量制御弁及び圧力制御弁等の流体制御弁に使用される電気機械変換器及びそれを備える流体アセンブリに関する。 The present invention is an electromechanical converter that opens and closes a valve passage of the control valve through which a corrosive working fluid flows by moving a movable member inserted into the excitation means by exciting the excitation means to drive a control valve. For example, the present invention relates to an electromechanical transducer used for a fluid control valve such as a flow control valve and a pressure control valve, and a fluid assembly including the same.
作動流体が流れる弁通路を開閉する弁体を備える制御弁と、その弁体を開閉駆動するためのソレノイドとを備える流体制御アセンブリが実用に供されている。ソレノイドとしては、例えば特許文献1に記載されるようなものがある。第1の従来技術のソレノイド1は、図6に示すように磁性材料から成るハウジング2を備え、このハウジング2内には、励磁コイル3及び可動鉄心4が収容されている。可動鉄心4は、磁性材料から成り、その外周面には、非磁性体から成る円筒状の軸受け5が外装されている。可動鉄心4は、軸受け5を外装した状態で励磁コイル3に挿入されている。これにより、可動鉄心4と励磁コイル3との間には、軸受け5が介在し、可動鉄心4は、ハウジング2の軸線方向に摺動可能になっている。
A fluid control assembly including a control valve having a valve body that opens and closes a valve passage through which a working fluid flows and a solenoid for driving the valve body to open and close has been put to practical use. As a solenoid, there exists a thing as described in
可動鉄心4の一端部4aは、励磁コイル3から突出し、ヨーク6を貫通している。ヨーク6は、磁性体から成り、励磁コイル3により磁化されると、可動鉄心4を励磁コイル3内に引き上げるようになっている。可動鉄心4の一端部の先端(図示せず)は、ボール7に当接し、このボール7は、可動鉄心4により押されることで弁座2aに着座し、流体導入通路8を閉じるようになっている。閉じている状態で励磁コイル3に電流を流して可動鉄心4を励磁コイル3内に引き上げると、ボール7が流体導入通路8の流体圧により弁座2aから離れ、流体導入通路8が開く。
One
このように構成されるソレノイド1において、可動鉄心4の一端部4aには、ダイアフラム9が設けられており、このダイアフラム9により可動鉄心4とヨーク6との間の隙間が流体導入通路8から隔離され、流体導入通路8に流れる作動流体が可動鉄心4と軸受け5との間に入り込むことを防いでいる。ソレノイド1で扱われる作動流体の種類は様々であり、水素ガス等の腐食性流体が用いられることもある。このような腐食性流体が用いられる場合、軸受け5の耐食性能が問題となる。しかし、ソレノイド1では、ダイアフラム9により流体導入通路8から軸受け5が隔離されているため、軸受け5が腐食性流体に曝されることがない。それ故、耐食性能を有しない材料も軸受け5に用いることができる。
In the
しかしながら、上述のような構成では、ダイアフラム9が、流体導入通路8から供給された流体から可動鉄心4を励磁コイル3内へと引き上げるような二次圧を受圧する。これにより、可動鉄心4をボール7から離し、流体導入通路8を開くような作用力が可動鉄心4に作用する。この作用力に抗して流体導入通路8を閉じるべく、可動鉄心4には、可動鉄心4を付勢するスプリング10が設けられている。このスプリング10の付勢力は、ダイアフラム9が受ける二次圧に応じて変える必要があり、二次圧が高くなればなるほどが大きくなる。
However, in the configuration as described above, the
しかし、流体導入通路8を開くときにスプリング10の付勢力に抗した励磁力を励磁コイル3により発生させる必要があり、スプリング10の付勢力を大きくすると、発生させるべき励磁力もまた大きくしなければならない。それ故、スプリング10の付勢力を大きくすると、必然的に励磁コイル3が大きくなり、ソレノイド1が大型化してしまう。また、ダイアフラム9を設けることで、可動鉄心4は流体導入通路8を流れる作動流体の圧力変動の影響を受けてしまい、可動鉄心4の位置及び応答性が低下してしまう。
However, when the
そこで本発明は、腐食性作動流体に対する耐久性を有し、可動鉄心に相当する可動部材の位置精度及び応答性が高く、小型化を図ることができる電気機械変換器を提供することを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an electromechanical converter that has durability against a corrosive working fluid, has high positional accuracy and responsiveness of a movable member corresponding to a movable iron core, and can be miniaturized. Yes.
本発明の電気機械変換器は、励磁手段を励磁することで前記励磁手段に挿入される可動部材を動かして制御弁を駆動し、腐食性作動流体が流れる弁通路を開閉する電気機械変換器であって、前記可動部材は、第1の受圧面で前記弁通路を流れる腐食性作動流体の流体圧を受圧し、第2の受圧面で該可動部材に形成される連通路によって前記弁通路から前記背圧力室に導かれる前記流体圧を受圧し、第1及び第2受圧面で受圧する流体圧が互いに抗するようになっており、前記励磁手段と前記可動部材との間には、軸受け部材が介在し、前記軸受け部材の両側には、前記背圧力室から前記軸受け部材を隔離する第1シール部材と、前記弁通路から前記軸受け部材を隔離する第2のシール部材が夫々設けられ、前記第1及び第2のシール部材は、第1及び第2の受圧面の一部を夫々成し、前記第1及び第2の受圧面の有効面積は、互いに等しくなっているものである。 An electromechanical converter of the present invention is an electromechanical converter that opens and closes a valve passage through which a corrosive working fluid flows by moving a movable member inserted into the excitation means by exciting the excitation means to drive a control valve. The movable member receives the fluid pressure of the corrosive working fluid flowing through the valve passage at the first pressure receiving surface, and is separated from the valve passage by the communication passage formed in the movable member at the second pressure receiving surface. The fluid pressure guided to the back pressure chamber is received, and the fluid pressure received by the first and second pressure receiving surfaces is opposed to each other, and a bearing is provided between the exciting means and the movable member. A first seal member for isolating the bearing member from the back pressure chamber and a second seal member for isolating the bearing member from the valve passage are provided on both sides of the bearing member, respectively. The first and second sealing members are Each forms part of the first and second pressure-receiving surface, the effective area of the first and second pressure receiving surfaces are those equal to each other.
本発明に従えば、第1及び第2の受圧面で受圧した流体圧が互いに抗するようになっており、第1及び第2の受圧面が互いに等しくなっている。それ故、各受圧面で受圧する流体圧が完全に打ち消され、可動部材に作用する作用力は、略ゼロになる。これにより、小さな力で可動部材を動かすことができ、可動部材の位置精度及び応答性を高くすることができる。また、弁体に作用する作用力を小さくすることで、励磁手段により発生すべき励磁力を小さくすることができ、励磁手段を小形化することができる。これにより、電気機械変換器の小型化を図ることができる。 According to the present invention, the fluid pressure received by the first and second pressure receiving surfaces oppose each other, and the first and second pressure receiving surfaces are equal to each other. Therefore, the fluid pressure received at each pressure receiving surface is completely canceled, and the acting force acting on the movable member becomes substantially zero. Thereby, the movable member can be moved with a small force, and the positional accuracy and responsiveness of the movable member can be increased. Further, by reducing the acting force acting on the valve body, the exciting force to be generated by the exciting means can be reduced, and the exciting means can be miniaturized. Thereby, size reduction of an electromechanical converter can be achieved.
また、本発明では、軸受け部材が介在することで、可動部材の動きが円滑になり、可動部材の位置精度及び応答性が向上している。この軸受け部材の両側には、第1及び第2のシール部材が設けられており、これら第1及び第2のシール部材により軸受け部材を弁通路及び背圧力室から隔離し、腐食性作動流体に軸受け部材が曝露されることを防いでいる。これにより、腐食性作動流体に対する耐食性が低い材料を軸受け部材に使用しても電気機械変換器の耐久性を低下させることがない。 Moreover, in this invention, the movement of a movable member becomes smooth by interposing a bearing member, and the positional accuracy and responsiveness of a movable member are improving. First and second seal members are provided on both sides of the bearing member, and the first and second seal members isolate the bearing member from the valve passage and the back pressure chamber so that the corrosive working fluid is used. The bearing member is prevented from being exposed. Thereby, even if a material having low corrosion resistance against the corrosive working fluid is used for the bearing member, the durability of the electromechanical transducer is not lowered.
また、本発明の他の電気機械変換器は、ハウジング内の強磁性体に挿入された励磁手段を励磁することで可動部材が動いて制御弁を可動し、該制御弁により腐食性作動流体が流れる弁通路が開閉される電気機械変換器であって、前記ハウジング内の一端側は、前記弁通路に繋がり前記ハウジング内の他端側には、背圧力室が形成され、前記可動部材は、その内部に前記弁通路と前記背圧力室を連通する連通路を有し、軸受け部材を介して前記ハウジングに支持され、前記ハウジングと前記可動部材との間には、前記背圧力室から前記軸受け部材を隔離する第1のシール部材と、前記弁通路から前記軸受け部材を隔離する第2のシール部材とが設けられ、前記第2のシール部材は、前記可動部材と共に前記弁通路を流れる腐食性作動流体の流体圧を受圧する第1の受圧面を成し、前記第1のシール部材は、前記可動部材と共に、前記連通路によって前記背圧力室に導かれる前記流体圧を受圧する第2の受圧面を成し、前記第1及び第2の受圧面は、それらで受圧する流体圧が互いに抗するように配置され、それらの有効面積が互いに等しくなるように構成されている
ものである。
In another electromechanical converter of the present invention, a movable member moves by exciting excitation means inserted in a ferromagnetic body in a housing to move a control valve, and the corrosive working fluid is moved by the control valve. An electromechanical converter in which a flowing valve passage is opened and closed, wherein one end side in the housing is connected to the valve passage, and a back pressure chamber is formed on the other end side in the housing. A communication passage that communicates the valve passage and the back pressure chamber is provided therein, and is supported by the housing via a bearing member. Between the housing and the movable member, the bearing is connected to the bearing from the back pressure chamber. A first seal member for isolating the member and a second seal member for isolating the bearing member from the valve passage are provided, and the second seal member is corrosive to flow through the valve passage together with the movable member. Working fluid fluid Forms a first pressure receiving surface for receiving the said first seal member, together with the movable member, it forms a second pressure receiving surface for receiving the fluid pressure guided to the back pressure chamber by the communication passage The first pressure receiving surface and the second pressure receiving surface are arranged so that the fluid pressure received by them is opposed to each other, and their effective areas are equal to each other.
上記構成に従えば、第1及び第2の受圧面で受圧した流体圧が互いに抗するようになっており、第1及び第2の受圧面が互いに等しくなっている。それ故、各受圧面で受圧する流体圧が完全に打ち消され、可動部材に作用する作用力は、略ゼロになる。これにより、小さな力で可動部材を動かすことができ、可動部材の位置精度及び応答性が高くすることができる。また、可動部材に作用する作用力を小さくすることで、励磁手段により発生すべき励磁力を小さくすることができ、励磁手段を小形化することができる。これにより、電気機械変換器の小型化を図ることができる。 If the said structure is followed, the fluid pressure received by the 1st and 2nd pressure receiving surface will mutually oppose, and the 1st and 2nd pressure receiving surface is mutually equal. Therefore, the fluid pressure received at each pressure receiving surface is completely canceled, and the acting force acting on the movable member becomes substantially zero. Thereby, the movable member can be moved with a small force, and the positional accuracy and responsiveness of the movable member can be increased. Further, by reducing the acting force acting on the movable member, the exciting force to be generated by the exciting means can be reduced, and the exciting means can be downsized. Thereby, size reduction of an electromechanical converter can be achieved.
また、本発明では、軸受け部材が介在することで、可動部材の動きが円滑になり、可動部材の位置精度及び応答性が向上している。この軸受け部材を弁通路及び背圧力室から隔離すべく、ハウジングと可動部材との間には、第1及び第2のシール部材を設けられている。これにより、弁通路及び背圧力室を流れる腐食性作動流体に軸受け部材が曝露されることを防いでいる。これにより、腐食性作動流体に対する耐食性が低い材料を軸受け部材に使用しても、電気機械変換器の耐久性が低下することがない。 Moreover, in this invention, the movement of a movable member becomes smooth by interposing a bearing member, and the positional accuracy and responsiveness of a movable member are improving. In order to isolate the bearing member from the valve passage and the back pressure chamber, first and second sealing members are provided between the housing and the movable member. As a result, the bearing member is prevented from being exposed to the corrosive working fluid flowing through the valve passage and the back pressure chamber. Thereby, even if a material having low corrosion resistance against the corrosive working fluid is used for the bearing member, the durability of the electromechanical transducer does not deteriorate.
上記発明において、前記第1及び第2シール部材は、ダイアフラムであることが好ましい。上記構成に従えば、可動部材がダイアフラムに対して摺動することがなく、可動部材に生じる摩擦力を低減することができる。これにより、可動部材にシール部材を設けても、可動部材を円滑に移動させることができ、可動部材の位置精度及び応答性が著しく低下するということがない。 In the above invention, the first and second sealing members are preferably diaphragms. If the said structure is followed, a movable member will not slide with respect to a diaphragm, and the frictional force which arises in a movable member can be reduced. Thereby, even if it provides a sealing member in a movable member, a movable member can be moved smoothly and the position accuracy and responsiveness of a movable member do not fall remarkably.
上記発明において、前記軸受け部材は、転がり軸受け部材であることが好ましい。上記構成に従えば、可動部材を円滑に移動することができ、可動部材の位置精度及び応答性が向上する。 In the above invention, the bearing member is preferably a rolling bearing member. If the said structure is followed, a movable member can be moved smoothly and the positional accuracy and responsiveness of a movable member will improve.
上記発明において、前記軸受け部材は、グリス潤滑されていることが好ましい。上記構成に従えば、グリス潤滑により軸受け部材の耐久性を向上させることができる。また、グリス潤滑により弁体の動きが円滑になり、可動部材の位置精度及び応答性が向上する。このようにして、耐久性、位置精度及び応答性を向上させるグリスであるが、このグリスが腐食性作動流体に曝露されると、この腐食性作動流体に混入することが考えられる。しかし、第1及び第2シール部材により、軸受け部材が弁通路及び背圧力室から隔離されているので、グリスが腐食性作動流体に曝露されることがなく、腐食性作動流体に混入することを防ぐことができる。 In the above invention, the bearing member is preferably grease lubricated. If the said structure is followed, durability of a bearing member can be improved by grease lubrication. In addition, the grease lubrication smoothens the movement of the valve body, improving the positional accuracy and responsiveness of the movable member. Thus, although it is a grease which improves durability, a positional accuracy, and a responsiveness, when this grease is exposed to a corrosive working fluid, it is possible to mix in this corrosive working fluid. However, since the bearing member is isolated from the valve passage and the back pressure chamber by the first and second seal members, the grease is not exposed to the corrosive working fluid and is mixed into the corrosive working fluid. Can be prevented.
上記発明において、前記軸受け部材は、すべり軸受け部材であることが好ましい。上記構成に従えば、可動部材を円滑に移動することができ、可動部材の位置精度及び応答性が向上する。 In the above invention, the bearing member is preferably a sliding bearing member. If the said structure is followed, a movable member can be moved smoothly and the positional accuracy and responsiveness of a movable member will improve.
本発明の流体制御アセンブリは、上記の何れかの電気機械変換器と、前記弁通路を開閉する前記制御弁とを備え、前記制御弁は、前記可動部材により駆動可能な弁体と、前記弁体が挿入されるガイドとを有し、前記弁体は、一端側にある受圧面で前記弁通路の二次側の二次圧を受圧し、他端側にある受圧面で該弁体に形成された弁側連通路により前記弁通路から弁側背圧力室に導かれた二次圧を受圧し、前記2つの受圧面で受圧する二次圧が互いに抗するようになっており、前記弁体と前記ガイドとの間には、弁用軸受け部材が介在し、前記弁用軸受け部材の両側には、前記弁用軸受け部材を前記弁通路から隔離する一次側シール部材と前記弁用軸受け部材を前記背弁側圧力室から隔離する二次側シール部材とが設けられるものである。 A fluid control assembly of the present invention includes any one of the electromechanical transducers described above and the control valve that opens and closes the valve passage. The control valve includes a valve body that can be driven by the movable member, and the valve. The valve body receives the secondary pressure on the secondary side of the valve passage at the pressure receiving surface on one end side, and receives the secondary pressure on the valve body on the other end side. The secondary pressure introduced from the valve passage to the valve-side back pressure chamber is received by the formed valve-side communication passage, and the secondary pressure received by the two pressure-receiving surfaces is opposed to each other, A valve bearing member is interposed between the valve body and the guide, and a primary side seal member and the valve bearing are provided on both sides of the valve bearing member to isolate the valve bearing member from the valve passage. A secondary side sealing member for isolating the member from the back valve side pressure chamber is provided.
本発明に従えば、制御弁において2つの受圧面で受圧した二次圧が互いに抗するようになっている。それ故、各受圧面で受圧する二次圧が打ち消し合い、弁体に作用する作用力が小さくなる。これにより、小さな力で弁体を動かすことができるようになり、弁体の位置精度及び応答性が向上し、その結果、弁通路の開度を精度よく調整することができる。また、弁体に作用する作用力が小さくなることで、弁体を動かすための機構、例えば圧縮コイルばねを小形化することができ、制御弁の小型化を図ることができ、しいては流体制御アセンブリの小型化を図ることができる。 According to the present invention, the secondary pressures received by the two pressure receiving surfaces in the control valve oppose each other. Therefore, the secondary pressures received by the pressure receiving surfaces cancel each other, and the acting force acting on the valve body is reduced. As a result, the valve body can be moved with a small force, the position accuracy and responsiveness of the valve body are improved, and as a result, the opening degree of the valve passage can be adjusted with high accuracy. Further, since the acting force acting on the valve body is reduced, a mechanism for moving the valve body, for example, a compression coil spring can be reduced in size, and the control valve can be reduced in size. The size of the control assembly can be reduced.
また、本発明では、軸受け部材が介在することで、弁体の動きが円滑になり、弁通路の開度をより精度よく調整することができるようになっている。この軸受け部材の両側には、一次側及び二次側シール部材が設けられており、これら一次側及び二次側シール部材より、軸受け部材を弁通路及び背圧力室から隔離し、それらに流れる腐食性作動流体に軸受け部材が曝露されることを防いでいる。これにより、腐食性作動流体に対する耐食性の低い材料を軸受け部材に使用しても制御弁の耐久性を低下させることがない。 Further, in the present invention, since the bearing member is interposed, the movement of the valve body becomes smooth, and the opening degree of the valve passage can be adjusted more accurately. Primary and secondary seal members are provided on both sides of the bearing member, and the bearing member is isolated from the valve passage and the back pressure chamber by the primary and secondary seal members, and the corrosion that flows through them is separated. The bearing member is prevented from being exposed to the sexual working fluid. Thereby, even if a material having low corrosion resistance against the corrosive working fluid is used for the bearing member, the durability of the control valve is not lowered.
このように制御弁に上記電気機械変換器を用いることで、弁通路の開度を精度よく調整でき、小型化を図ることができ、且つ耐久性を有する流体制御アセンブリを実現できる。 As described above, by using the electromechanical converter for the control valve, the opening degree of the valve passage can be adjusted with high accuracy, the size can be reduced, and a durable fluid control assembly can be realized.
本発明によれば、腐食性作動流体に対する耐久性を有し、可動部材の位置精度及び応答性が高く、且つ小型化を図ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it has durability with respect to a corrosive working fluid, the positional accuracy and responsiveness of a movable member are high, and size reduction can be achieved.
(流体制御アセンブリ)
図1は、本発明の実施形態である流体制御アセンブリ20を示す断面図である。流体制御アセンブリ20は、水素ガス等の腐食性を有する高圧可燃ガス(以下、単に「作動流体」ともいう)の流量(又は圧力)を制御するようになっている。流体制御アセンブリ20は、ソレノイド21と制御弁22とを備えている。
(Fluid control assembly)
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a
以下では、説明の便宜上、流体制御アセンブリ20の軸線に平行な方向を軸線方向といい、図1において右側を軸線方向一方側、その反対側を軸線方向他方側という。なお、これらの方向の概念は、本発明の流体制御アセンブリ20に備わる各構成の位置及び向きを限定するものでない。
Hereinafter, for convenience of explanation, a direction parallel to the axis of the
[第1実施形態のソレノイド]
図2は、第1の実施形態のソレノイド21を拡大して示す断面図である。図1も参照しつつ説明する。ソレノイド21は、制御弁22を駆動すべく構成され、ソレノイドコイル23、可動部材24、軸受け部材25及びケーシング26を備える。ケーシング26は、制御弁22のハウジング41に装着されている。ケーシング26内は、ハウジング41に形成される弁通路47に連通し、ケーシング26内には、ソレノイドコイル23、可動部材24及び軸受け部材25が収容され、ている。
[Solenoid of the first embodiment]
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the
ソレノイドコイル23は、ボビン27とコイル28とを備えている。ボビン27は、ケーシング26内に嵌合されており、その外周部の軸線方向一端部及び他端部に外方に突出する外向きフランジ27a,27bを有する。これら2つの外向きフランジ27a,27bの間には、コイル線が巻きつけることで構成されるコイル28が設けられている。このように構成されるソレノイドコイル23は、その軸線方向一端部がケーシング26の底部26aに当接しており、その他端部には、ヨーク29が設けられている。
The
ヨーク29は、磁性材料、例えば電磁ステンレス鋼から成り、ケーシング26内に嵌合されている。ヨーク29の内径は、ボビン27よりも小径となっている。ヨーク29の外縁部分29aは、内縁部分29bよりも軸線方向一方へと突出し、ソレノイドコイル23に当接している。ヨーク29は、ケーシング26を制御弁22のハウジング41に装着することで、ケーシング26内に押し込まれ、底部26aと共にソレノイドコイル23を挟持するようになっている。ヨーク29及びソレノイドコイル23には、可動部材24が挿通されている。
The
可動部材24は、磁性材料、例えば電磁ステンレス鋼から成り、挿通部24aとロッド24bとを有する。挿通部24aは、ソレノイドコイル23に挿入されている。挿通部24aの軸線方向一端部(図2において右端部)は、ソレノイドコイル23から突出しており、ケーシング26の挿入孔26bに挿入されている。挿入孔26bは、ケーシング26の底部26aを貫通しており、外側の開口が蓋体26cによって塞がれている。挿通部24aの軸線方向一端部と蓋体26cとは、互いに対向しており、それらの間には、圧縮コイルばね31が設けられている。圧縮コイルばね31は、挿通部24aをヨーク29の方へと付勢している。挿通部24aの軸線方向他端部(図2において左端部)には、ロッド24bが一体的に設けられ、ロッド24bの外径は、挿通部24aの外径よりも小径になっている。
The
挿通部24aの他端部は、ヨーク29の内孔よりも大径であるためヨーク29に対向しており、その一端部に設けられるロッド24bは、ヨーク29を挿通して、制御弁22の弁通路47まで延びている。ロッド24bの先端は、後述する制御弁22の弁体43に当接しており、ロッド24bは、挿通部24aをヨーク29から離すような力を弁体43から受けている。つまり、可動部材24は、圧縮コイルばね31に抗する力を弁体43から受けている。これにより、挿通部24aが蓋体26cから第1の所定距離d1離され、またヨーク29から第2の所定距離d2離される。第1の所定距離d1は、第2の所定距離d2のおおよそ3倍以上の距離になっている。それ故、コイル28に電流を流すと、ヨーク29が磁化して、挿通部24aがヨーク29へと吸い寄せられるようになる。
The other end of the
また、挿通部24aの外周部には、内方に没入する周回溝24cが形成されている。この周回溝24cは、軸線方向中間部分に周方向全周にわたって形成されており、そこには、円筒状のガイド部材30が嵌まり込んでいる。ガイド部材30は、非磁性材料、例えばSUS316L等のオーステナイト系ステンレス鋼から成る。ガイド部材30の外周面は、挿通部24aの外周面と面一となっており、その外径がソレノイドコイル23の内径より小径になっている。それ故、ガイド部材30とボビン27との間には、円環状の間隙32が形成される。この間隙32には、軸受け部材25が配置されている。
In addition, a
軸受け部材25は、転がり軸受けであり、本実施形態では、ボールガイドである。但し、ボールガイドに限定するものではなく、ボールベアリングであってもよい。軸受け部材25は、グリス等の潤滑剤が塗布された状態でガイド部材30に外装され、ガイド部材30とソレノイドコイル23との間に介在する。軸受け部材25は、可動部材24を軸線方向に摺動可能に支持して、ボビン27とガイド部材30との間で生じる摩擦力を低減し、可動部材24の摺動変位を円滑にしている。このように可動部材24の動きを円滑にする軸受け部材25の両側には、第1及び第2のダイアフラム33,34が夫々設けられている。
The bearing
第1のダイアフラム33は、間隙32の軸線方向一方側(図2において右側)に配置され、第2のダイアフラム34は、間隙32の軸線方向他方側(図2において左側)に配置されている。第1及び第2のダイアフラム33,34は、円環状のシール部材であり、内縁部分33a,34aがガイド部材30と周回溝24cを規定する側壁24dとの間で挟持されている。また、第1のダイアフラム33の外縁部分33bは、ボビン27に固定されている。固定方法としては、例えば、底部26a側の外向きフランジ27bを軸線方向に分割可能に構成し、これら分割された部材の間に半径方向外側の部分33bを挟み込んで前記分割された部材を締結し、半径方向外側の部分33bを挟持し固定する方法がある。また、第2のダイアフラム34の外縁部分34bがボビン27とヨーク29との間に挟まれて固定されている。
The
また、第1及び第2のダイアフラム33,34は、各々半径方向中間部分が軸受け部材25に向って突出するように湾曲している。この部分が余剰部分となるため、第1及び第2のダイアフラム33,34が可動部材24及びソレノイドコイル23に固定されても、可動部材24がソレノイドコイル23内を移動することができる。また、ボビン27には間隙32を大気に連通するための大気連通孔27dが形成されている。
In addition, the first and
このようにして固定された第1及び第2のダイアフラム33,34は、挿通部24aとソレノイドコイル23とに架け渡されるように固定され、軸受け部材25の軸線方向両側を塞ぐ。即ち、第1のダイアフラム33により、背圧力室37と間隙32との間が封止され、第2のダイアフラム34により間隙32と圧力室38の間が封止される。なお、背圧力室37は、ケーシング26と可動部材24の軸線方向一方側の端部とによって規定される空間であり、間隙32よりも軸線方向一方側にある空間である。また、圧力室38は、ヨーク29と可動部材24の軸線方向他方側の端部とによって規定される空間であり、間隙32よりも軸線方向他方側にある空間である。
The first and
このように規定された背圧力室37と圧力室38とを繋ぐべく、可動部材24内部には、連通路35が形成されている。連通路35は、挿通部24aの軸線方向一端部(図2において、右端部)に第1の開口35aを有し、ロッド24bの外周部に第2及び第3の開口35b,35cを夫々有している。連通路35は、第1の開口35aを第2及び第3の開口35b,35cに繋ぎ、背圧力室37と圧力室38とを連通している。これにより、背圧力室37は、連通路35により制御弁22の弁通路47に連通することになる。
A
[制御弁]
以下では、図1に戻って、制御弁22を説明する。制御弁22は、ハウジング41、弁用ガイド部材42、弁体43及び弁用軸受け部材44を備えている。ハウジング41には、水素ガス等の燃料ガス供給側である一次ポート45と、弁の出力側である二次ポート46が形成されている。また、ハウジング41には、一次ポート45と二次ポート46とを繋ぐ弁通路47が形成されており、この弁通路47を通って一次ポート45に供給された作動流体が二次ポート46に流れるようになっている。弁通路47は、二次ポート46に繋がる挿通孔48と、一次ポート45に繋がる弁体室49とを有する。
[Control valve]
Hereinafter, returning to FIG. 1, the
挿通孔48は、軸線方向一方側に開口を有しており、その開口からソレノイド21の可動部材24のロッド24bが挿入されるようになっている。挿通孔48の軸線方向他方側は、弁口51を介して弁体室49に繋がっており、弁口51の周りには、弁座52が形成されている。弁体室49は、弁口51より大径に形成されており、そこには、弁用ガイド部材42が収容されている。弁体49の軸線方向他方側の開口は、弁用ガイド部材42を収容した状態で弁側蓋体53により塞がれている。
The
弁用ガイド部材42は、その軸線方向他方側の端部(図1において左端部)が弁側蓋体53に当接するように配置されており、その軸線方向一方側の端部(図1において右端部)には、環状のばね受け部材54が配置されている。このばね受け部材54は、後述する弁用圧縮コイルばね55によって弁用ガイド部材42の方に付勢されており、弁用ガイド部材42は、ばね受け部材54と弁側蓋体53とによって挟持されている。弁用ガイド部材42内には、弁体43が挿通されている。
The
弁体43は、摺動部43a、ばね受け部43b、弁部43c及び当接部43dを有する。摺動部43aの軸線方向一端部(図1において右端部)には、ばね受け部43bが一体的に設けられている。ばね受け部43bの外径は、挿通孔48の内径より大径に形成されている。ばね受け部43bには、弁部43cが一体的に設けられている。弁部43cは、ばね受け部43bから離れるに従って内方に縮径するテーパ状になっており、その先端には、軸線方向一方に突出する当接部43dが形成されている。
The valve body 43 includes a sliding
このように形成される弁体43は、弁用ガイド部材42を挿通しており、その摺動部43aが弁用ガイド部材42内にあり、ばね受け部43bより先が弁用ガイド部材42から出ている。ばね受け部43bは、ばね受け部材54に対向しており、弁部43cは、弁座52に着座している。ばね受け部43bとばね受け部材54との間には、弁用圧縮コイルばね55が設けられており、この弁用圧縮コイルばね55により弁部43cが弁座52に向かって付勢されている。また、当接部43dは、挿通孔48まで延びており、ソレノイド21のロッド24bの先端部に当接している。
The valve body 43 formed in this way is inserted through the
弁体43の摺動部43aの外径は、弁用ガイド部材42の内径より小径となっており、摺動部43aと弁用ガイド部材42との間には、円環状の弁側間隙56が形成される。この弁側間隙56には、弁用軸受け部材44が配置されている。弁用軸受け部材44は、弁体43を軸線方向に摺動可能に支持する転がり軸受けであり、本実施形態では円筒状に形成されたボールガイドである。但し、ボールガイドに限定するものではなく、ボールベアリングであってもよい。弁用軸受け部材44は、グリス等の潤滑剤が塗布された状態で摺動部43aに外装され、摺動部43aと弁用ガイド部材42との間に介在する。弁用ガイド部材42の内壁の軸線方向一方側には、凸部42aが形成されており、弁用軸受け部材44は、弁用ガイド部材42に対して動かないように凸部42aによって規制されている。このように設けられた軸受け部材44は、弁用ガイド部材42と摺動部43aとの間で生じる摩擦力を低減し、弁体43の動きを円滑にしている。
The outer diameter of the sliding
弁用軸受け部材44の軸線方向両側には、一次側及び二次側シール部材であるOリング57及びダイアフラム58が夫々設けられ、Oリング57及びダイアフラム58によって弁側間隙56の軸線方向両側が塞がれている。これにより、弁体43の軸線方向一方側に弁側圧力室60が形成され、弁体43の軸線方向他方側に弁側背圧力室59が形成される。即ち、Oリング57により弁側圧力室60と弁側間隙56との間が封止され、ダイアフラム58により弁側背圧力室59と弁側間隙56との間が封止される。なお、弁側圧力室60は、一次ポート45から一次圧p1が供給される弁通路47の一次側の空間であり、弁体室49において弁側間隙56よりも軸線方向一方側の空間である。また、弁側背圧力室59は、弁側蓋体53及び弁体43により規定される空間であり、弁体室49において弁側間隙56よりも軸線方向他方側の空間である。
An O-
このように構成される弁体43には、弁側連通路61が形成されている。弁側連通路61は、摺動部43aの軸線方向他方側の端部に第1の開口61aを有し、当接部43dの外周部に第2及び第3の開口61b,61cを夫々有している。弁側連通路61は、これらの第1の開口61aを第2及び第3の開口61b,61cに繋ぎ、弁側背圧力室59と弁通路47の二次側である挿通孔48とを連通している。
A valve-
[流体制御アセンブリの動作]
流体制御アセンブリ20は、ノーマルクローズ型の電磁比例制御弁装置であり、ソレノイドコイル23に電流が流れていない状態では、弁体43が弁座52に着座し、弁通路47が閉じられている。ソレノイドコイル23に電流が流されると、ソレノイドコイル23が励磁する。これにより、ヨーク29が磁化されて可動部材24がヨーク29に吸い寄せられる。可動部材24が吸い寄せられることで弁体43が軸線方向他方側に押される。ソレノイドコイル23に流される電流が所定の電流値以上となる、即ち可動部材24に作用する吸着力が所定値以上になると、弁体43が軸線方向他方側に移動し、弁体43が弁座52から離れる。これにより、塞がれていた弁通路47が開き、一次ポート45から流れる一次圧p1の作動流体が弁口51で二次圧p2となり、二次ポート46へと流れる。なお、弁通路47の開度は、ソレノイドコイル23に流す電流に応じて制御される。
[Operation of fluid control assembly]
The
ソレノイドコイル23に流れる電流がなくなると、可動部材24に作用していた吸着力がなくなる。圧縮コイルばね31より弁用圧縮コイルばね55の付勢力の方が大きいため、弁体43及び可動部材24が弁用圧縮コイルばね55により軸線方向一方側に押され、弁体43が弁座52に向かって移動する。やがて、弁体43が弁座52に着座して弁通路47が閉じられると、可動部材24の移動が止まる。
When there is no current flowing through the
[可動部材に対する作用力]
ソレノイド21では、可動部材24が圧力室38及び挿通孔48の作動流体から軸線方向一方に向かう二次圧p2を受けている。また、ソレノイド21では、連通路35により挿通孔48の作動流体が背圧力室37へと導かれ、背圧力室37に二次圧p2が導かれる。つまり、可動部材24は、圧力室38及び挿通孔48の作動流体から軸線方向一方の二次圧p2を受圧すると共に、背圧力室37の作動流体から軸線方向他方の二次圧p2を受圧する。これら二次圧p2は、互いに打ち消し合うように可動部材24に作用している。
[Action force on movable member]
In the
可動部材24では、挿通部24aの軸線方向他端部及びロッド24bの先端部と、第2のダイアフラム34により第1の受圧面P1が構成され、挿通部24aの軸線方向一端部と第1のダイアフラム33により第2の受圧面P2が構成される。可動部材24の他端側にある第1の受圧面P1は、挿通孔48及び圧力室38の作動流体から二次圧p2を軸線方向一方に受圧し、一端側にある第2の受圧面P2は、背圧力室37の作動流体から二次圧p2を軸線方向他方に受圧している。第1の受圧面P1の有効面積A1及び第2の受圧面P2の有効面積A2は、第2及び第1のダイアフラム34,33の受圧面の有効径により夫々規定される。本実施形態において、第1及び第2のダイアフラム33,34の受圧面の有効径r1は、等しくなっている。それ故、第1及び第2の受圧面P1,P2で受圧する二次圧p2は互いに打ち消し合い、可動部材24が二次圧p2から受ける作用力は略ゼロになる。これにより、小さな力で可動部材24を動かすことができ、可動部材24の位置精度及び応答性が高くすることができる。また、可動部材24に作用する作用力を小さくすることで、ソレノイドコイル23により発生すべき励磁力を小さくすることができ、ソレノイドコイル23を小形化することができる。これにより、ソレノイド21の小型化を図ることができる。
In the
また、制御弁22でも同様に弁側連通路61により挿通孔48の作動流体が弁側背圧力室59に導かれる。本実施形態では、弁体43、Oリング57及びダイアフラム58が受圧する一次圧p1及び二次圧p2が互いに打ち消し合うように設計されており、弁体43に作用する一次圧p1及び二次圧p2による作用力が略ゼロになる。それ故、一次圧p1及び二次圧p2の圧力変動に関係なく弁体43を精度良く動かすことができ、弁通路47の開度をソレノイド23に流す電流に応じた開度に精度よく調整できる。従って、制御弁22により、二次ポート46に流れる流量を精度よく調整することができる。
Similarly, in the
[流体制御アセンブリの作用効果]
このように構成された流体制御アセンブリ20では、軸受け部材25及び弁用軸受け部材44により可動部材24及び弁体43が支持されているので、可動部材24及び弁体43の動きが円滑になり、これらの位置精度及び応答性が向上する。それ故、弁通路47の開度をより精度よく調整することができるようになる。このような作用効果を奏する軸受け部材25及び弁用軸受け部材44の両側には、第1及び第2のダイアフラム33,34、並びにOリング57及びダイアフラム58が設けられており、軸受け部材25は、第1及び第2のダイアフラム33,34によって背圧力室37及び圧力室38から隔離され、また弁用軸受け部材44は、Oリング57及びダイアフラム58によって弁側背圧力室59及び弁側圧力室60から隔離される。それ故、軸受け部材25及び弁用軸受け部材44が作動流体に曝露されることを防ぐことができる。そうすると、作動流体によって侵食(特に水素では水素脆化)を生じやすいが、摺動抵抗が小さい高硬度材料を軸受け部材25,44に採用しても、ソレノイド21及び制御弁22の耐久性を低下させることがない。それ故、耐久性を維持しつつ、弁通路47の開度を精度よく調整することができる。
[Effects of fluid control assembly]
In the
また、軸受け部材25及び弁用軸受け部材44を隔離することで、軸受け部材25及び弁用軸受け部材44に付着したグリスが作動流体に曝露されて混入することがない。それ故、軸受け部材25及び弁用軸受け部材44のグリス潤滑が可能となり、軸受け部材25及び弁用軸受け部材44の耐久性を向上させることができる。また、グリス潤滑により可動部材24及び弁体43の動きがより円滑になり、可動部材24及び弁体43の位置精度及び応答性が向上し、弁通路47の開度をより精度よく調整することができる。
Further, by separating the bearing
ソレノイド21では、第1及び第2のダイアフラム33,34を用いて前述のように固定することで可動部材24が第1及び第2のダイアフラム33,34に対して摺動することを防ぎ、摩擦力を低減している。これにより可動部材24及び弁体43を円滑に移動させることができ、可動部材24の位置精度及び応答性が向上する。更に、第1及び第2のダイアフラム33,34は、余剰部分を有しているので、第1及び第2のダイアフラム33,34が変形しやすい。従って、第1及び第2のダイアフラム33,34が可動部材24の摺動変位の妨げとならない。それ故、第1及び第2のダイアフラム33,34を設けても、可動部材24を円滑に移動させることができ、可動部材24の位置精度及び応答性が著しく低下することがない。
The
制御弁22では、弁用軸受け部材44を弁側圧力室60から隔離するためにOリング57を用いることで、一次ポート45に供給される一次圧p1が高圧であっても耐え得るようにしている。即ち、一次圧p1が高圧であっても弁側間隙56に作動流体が漏れて弁用軸受け部材44が作動流体に曝露されることがない。逆に、一次圧p1に比べて二次圧p2が低圧であり、ダイアフラム58であっても耐え得ることができるので、弁用軸受け部材44を弁側背圧力室59から隔離するためにダイアフラム58を用いている。ダイアフラム58を用いることで弁体43との間の摩擦抵抗を抑え、弁体43を円滑に移動させることができる。それ故、ダイアフラム58を設けても弁体43の位置精度及び応答性が著しく低下するということがない。
In the
このように、可動部材24及び弁体43を円滑に移動させることができるので、従来のものより可動部材24に作用させる吸着力を小さくすることができる。それ故、ソレノイドコイル23の小型化が可能となり、流体制御アセンブリ20の小型化を図ることができる。
Thus, since the
また、非磁性材料から成るガイド部材30とソレノイドコイル23との間に軸受け部材25を介在させることで、磁化された軸受け部材25により挿通部24aが吸着され抵抗になることを防ぐことができる。これによっても、可動部材24の位置精度及び応答性を向上させている。
Further, by interposing the bearing
以下では、ソレノイド21の他の実施形態について説明する。
Hereinafter, another embodiment of the
[第2実施形態のソレノイド]
図3は、第2実施形態のソレノイド21Aを示す断面図である。第2実施形態のソレノイド21Aは、第1実施形態のソレノイド21と構成が類似している。以下では、ソレノイド21Aの構成について、異なる点についてだけ説明し、第1実施形態のソレノイド21と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。後述する第3実施形態のソレノイド21Bについても同様である。
[Solenoid of Second Embodiment]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a
ソレノイド21Aは、間隙32にすべり軸受け部材25Aが設けられている。すべり軸受け部材25Aは、所謂すべり軸受けであり、円環状に形成されており、ガイド部材30に外装されてソレノイドコイル23とガイド部材30との間に介在している。
The
すべり軸受け部材25Aは、ボビン27に形成される凸部27cにより軸線方向他方移動が阻止されており、またグリス潤滑されている。このように配置されるすべり軸受け部材25Aは、ガイド部材30とソレノイドコイル23との摩擦力を低減し、可動部材24の摺動変位を円滑にしている。ソレノイド21Aは、その他、第1実施形態のソレノイド21と同様の作用効果を奏する。
The sliding
[第3実施形態のソレノイド]
図4は、第3実施形態のソレノイド21Bを示す断面図である。ソレノイド21Bは、ヨーク29Bの内縁部29b内径が大きくなっており、また挿通部24aの軸線方向一端部がソレノイドコイル23から突出してヨーク29を挿通し、ケーシング26の外側に突出している。また、挿通部24aの軸線方向一端部は、ソレノイドコイル23から突出せず、その内方に収まっている。
[Solenoid of Third Embodiment]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a
このように構成されるソレノイド21Bは、圧縮コイルばね31により可動部材24が予め軸線方向他方側(図4において左側)に付勢されており、制御弁22の弁体43を弁座52から離すようになっている。ソレノイドコイル23に電流を流すと、ソレノイドコイル23が励磁されて挿通部24aが軸線方向一方側(図4において右側)に引っ張られる。これにより、制御弁22の弁体43が弁座52に向って移動し(図1参照)、やがて弁体43が弁座52に着座して弁通路47が閉じられる。ソレノイドコイル23に流れる電流がなくなると、可動部材24が軸線方向他方側に移動し、制御弁22の弁体43が弁座52から離れ、弁通路47が開かれる。
In the
このように構成されるソレノイド21Bは、ノーマルオープン型の電磁比例制御弁を構成する場合に用いられる。ソレノイド21Bは、ソレノイドコイル23に電流を流すと制御弁22が閉じ、電流がなくなると制御弁22が開くという動作が異なることを除いて、第1実施形態のソレノイド21と同様の作用効果を奏する。
The
(フォースモータ)
図5は、本発明の他の実施形態のフォースモータ100を示す断面図である。ソレノイド21〜21Bの別形態の電気機械変換器であるフォースモータ100は、例えば制御弁22に設けられ、ソレノイド21〜21Bと同様に、流される電流に応じて制御弁22の弁体43を移動させ弁通路47の開度を調整するものである。以下では、制御弁22に装着されるフォースモータ100について説明する。
(Force motor)
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a
フォースモータ100は、ケーシング101、可動部材102、永久磁石103、及び軸受け部材104を備える。ケーシング101は、電磁ステンレス鋼等の磁性材料から成る。ケーシング101の底部101aには、その開口側に向かって延びる可動部材支持部101bが設けられている。可動部材支持部101bには、軸線方向に貫通する挿入孔101cが形成されている。挿入孔101cは、底部101aも貫通しており、その外側の開口が蓋体101dによって塞がれ、内側の開口から可動部材102が挿入されている。
The
可動部材102は、SUS316L等の非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼、又はA6061−T6等のアルミ合金鋼から成り、可動子102aとロッド102bとを有する。可動子102aは、その軸線方向他方側(図5において左側)の端部にロッド102bが一体的に設けられている。ロッド102bは、円柱状に形成されている。また可動子102aの外周部には、可動コイル105が設けられている。
The
可動コイル105は、ボビン106とコイル107とを有する。ボビン106は、非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼、アルミ合金鋼、或いは樹脂から成り、可動子102aの外周部の軸線方向他方側の部分に一体的に設けられている。ボビン106は、可動子102aの外周部から半径方向外方に延在する円板状の円板部106aとその円板部106aの外周縁から軸線方向一方側(図5において右側)に立設する円筒状のコイル保持部106bとを有する。コイル保持部106bの外周面には、コイル線が巻きつけられてコイル107が構成されている。
The
このように構成される可動コイル105は、ケーシング101内に形成されるコイル収容空間108に挿入される。コイル収容空間108は、可動部材支持部101bと半径方向外側に形成される円環状の空間である。このコイル収容空間108には、永久磁石103が収容されている。永久磁石103は、可動部材支持部101bを外囲するケーシング101の壁面に設けられているおり、コイル107に対向している。永久磁石103は、その内側がS極で外側がN極となっており、磁界を発生している。なお、磁界の磁力線は、永久磁石103の内側表面からコイル収容空間108を貫通し、ケーシング101を通って外側表面に戻っている。
The
このようにして配置された可動部材102は、可動子102aと可動部材101bとの間に間隙109が形成されており、この間隙109に軸受け部材104が配置されている。軸受け部材104は、転がり軸受けであり、本実施形態では、ボールガイドである。但し、ボールガイドに限定するものではなく、ボールベアリングおよびすべり軸受けであってもよい。軸受け部材104は、グリス等の潤滑剤が塗布された状態で可動子102aに外装され、可動子102aと可動部材支持部101bとの間に介在する。軸受け部材104は、可動部材102を軸線方向に摺動可能に支持して、可動子102aと可動部材支持部101bとの間で生じる摩擦力を低減し、可動子102aの動きを円滑にしている。可動部材支持部101bの内壁には、そこから半径方向内方に突出する円環状の凸部101eが形成されており、軸受け部材104は、この凸部101eにより可動部材支持部101bに対して相対変位しないようになっている。
In the
このように可動子102aが配置されるので、可動子102aの軸線方向一方側の端部は、蓋体101dに対向している。対向するこの端部と蓋体101dとの間には、圧縮コイルばね110が設けられており、可動子102aは、圧縮コイルばね110により軸線方向他方側に付勢されている。可動子102aの軸線方向他方側の端部は、ケーシング101から突出しており、制御弁22に装着したフォースモータ100では、この突出した部分が制御弁22の挿通孔48にあり、圧縮コイルばね110により可動部材102が付勢されることでロッド102bの先端が弁体43の当接部43dに当接している。
Since the
可動子102aの外周部には、その軸線方向一方側及び他方側に第1及び第2のダイアフラム111,112が夫々設けられている。第1及び第2のダイアフラム111,112は、その内縁部分111a,112aが可動子102aに固定され、外縁部分111b,112bが可動部材支持部101b及びハウジング41に固定されている。固定方法については、例えば、可動子102aを分割体にし、それらの分割体の間に内縁部分111a,112aを挟んでそのまま分割体を締結することで、内縁部分111a,112aを挟持させて固定する方法がある。ケーシング101及びハウジング41を分割体にすることで、同様の方法で、外縁部分111b,112bをケーシング101及びハウジング41に挟持させて固定することができる。なお、第1及び第2のダイアフラム111,112は、第1及び第2のダイアフラム33,34と同様に、余剰部分を有し、可動部材102の移動を許容している。
First and
このように固定することで、第1のダイアフラム111は、可動部材102とケーシング101とに架け渡されるように固定され、第2のダイアフラム112は、可動部材102とハウジング41とに架け渡されるように固定される。これによって、可動部材102の軸線方向一方側に背圧力室114が形成され、可動部材102の軸線方向他方側に圧力室115が形成される。第1のダイアフラム111は、コイル収容空間108及び間隙109を含む大気連通空間113を背圧力室114から隔離し、第2のダイアフラム112は、大気連通空間113を圧力室115から隔離する。即ち、第1のダイアフラム111は、軸受け部材104を背圧力室114から隔離し、第2のダイアフラム112は、軸受け部材104を圧力室115から隔離する。なお、ケーシング101には、大気連通空間113を大気に開放するための大気連通孔116が形成されている。
By fixing in this way, the
また、可動部材102には、背圧力室114と圧力室115とを繋ぐべく、連通路117が形成されている。連通路117は、可動子102aの軸線方向一端部に第1の開口117aを有し、ロッド102bの外周部に第2及び第3の開口117b,117cを有している。連通路117は、第1の開口117aを第3の開口117b,117cに繋ぎ、背圧力室114と圧力室115とを連通している。
In addition, a
このように構成されるフォースモータ100は、可動コイル105に電流が流れていない状態では、可動部材102が弁体43により軸線方向一方に押されている。可動コイル105に電流が流されると、可動コイル105が励磁する。永久磁石103によりコイル収容空間108を貫通する磁界が発生しているため、可動コイル105の励磁により可動部材102が軸線方向他方側に押される。可動コイル105に流される電流が所定の電流値以上となる、即ち可動部材102を押す力が所定値以上になると、弁体43が軸線方向他方側に移動し、弁体43が弁座52から離れる。これにより、塞がれていた弁通路47が開き、一次ポート45から流れる一次圧p1の作動流体が弁口51で二次圧p2となり、二次ポート46へと流れる。なお、弁通路47の開度は、可動コイル105に流す電流に応じて制御される。
In the
可動コイル105に流れる電流がなくなると、可動コイル105に作用していた電磁力がなくなる。それ故、弁体43及び可動部材102が弁用圧縮コイルばね55により軸線方向一方側に押され、弁体43が弁座52に向かって移動する。やがて、弁体43が弁座52に着座して弁通路47が閉じられると、可動部材102の移動が止まる。
When there is no current flowing through the
本実施の形態のフォースモータ100では、ソレノイド21と同様に、可動部材102が圧力室115の作動流体から二次圧p2を軸線方向一方に受圧している。また、連通路117により圧力室115の作動流体、即ち弁通路47の作動流体が背圧力室114に導かれ、背圧力室114に二次圧が導かれているので、可動部材102は背圧力室114の作動流体から二次圧p2を軸線方向他方に受圧している。これら二次圧p2は、互いに打ち消し合うように可動部材102に作用している。
In
可動部材102では、可動子102aの軸線方向他方側の端部及びロッド24bの先端部と、第2のダイアフラム112により第1の受圧面P1が構成され、可動子102aの軸線方向一方側の端部と第1のダイアフラム111により第2の受圧面P2が構成される。第1の受圧面P1は、可動部材102の一端側にあり、圧力室115の作動流体から二次圧p2を軸線方向一方に受圧し、第2の受圧面P2は、可動部材102の他端側にあり、背圧力室114の作動流体から二次圧p2を軸線方向他方に受圧している。第1の受圧面P1の有効面積A1及び第2の受圧面P2の有効面積A2は、第2及び第1のダイアフラム112,111の受圧面の有効径により夫々規定される。本実施形態において、第2及び第1のダイアフラム112,111の受圧面の有効径は、r1で等しくなっている。それ故、第1及び第2の受圧面P1,P2で受圧する二次圧p2は互いに打ち消し合い、可動部材102が二次圧p2から受ける作用力は略ゼロになる。これにより、小さな力で可動部材102を動かすことができ、可動部材102の位置精度及び応答性が高くすることができる。また、可動部材102に作用する作用力を小さくすることで、可動コイル105により発生すべき励磁力を小さくすることができ、可動コイル105を小形化することができる。これにより、フォースモータ100の小型化を図ることができる。
In the
このように構成されたフォースモータ100では、軸受け部材104により可動部材102が支持されているので、可動部材102の動きが円滑になり、可動部材102の位置精度及び応答性が向上する。それ故、弁通路47の開度をより精度よく調整することができるようになる。このような作用効果を奏する軸受け部材104の両側には、第1及び第2のダイアフラム111,112が設けられており、軸受け部材104は、第1及び第2のダイアフラム111,112によって背圧力室114及び圧力室115から隔離される。それ故、軸受け部材104が作動流体に曝露されることを防ぐことができる。そうすると、作動流体によって侵食(特に水素では水素脆化)を生じやすいが、摺動抵抗が少ない高硬度材料を軸受け部材104に採用しても、フォースモータ100の耐久性を低下させることがない。それ故、耐久性を維持しつつ、弁通路47の開度を精度よく調整することができる。
In the
また、軸受け部材104を隔離することで、軸受け部材104に付着したグリスが作動流体に曝露されて混入することがない。それ故、軸受け部材104のグリス潤滑が可能となり、軸受け部材104の耐久性を向上させることができる。また、グリス潤滑により可動部材102の動きが円滑になり、可動部材102の位置精度及び応答性が向上し、弁通路47の開度をより精度よく調整することができる。
Further, by isolating the bearing
また、第1及び第2のダイアフラム111,112を用いるので、可動部材102が第1及び第2のダイアフラム111,112に対して摺動することを防ぎ、可動部材102に生じる摩擦力を低減している。これにより、可動部材102を円滑に移動させることができ、可動部材102の位置精度及び応答性が向上する。更に、第1及び第2のダイアフラム111,112は、余剰部分を有しているので、これによっても可動部材102の動きを円滑にしている。
Further, since the first and
このように、可動部材102及び弁体43を円滑に移動させることができるので、従来のものより可動部材102に作用させる電磁力を小さくすることができる。それ故、可動コイル105の小型化が可能であり、フォースモータ100の小型化が可能となる。
Thus, since the
なお、本実施形態のフォースモータ100において、軸受け部材104をすべり軸受け部材に、第1及び第2のダイアフラム111,112をOリングに代えてもよい。
In the
また、本実施形態の流体制御アセンブリ20は、電磁比例制御アセンブリであり、弁通路47の開度を電流に応じた開度に調整するようになっているが、二次圧p2を電流に応じた圧力に制御するようなものであってもよく、また弁通路47の開度及び二次圧p2が電流値に比例しない電磁切換弁、又は電磁開閉弁であっても適用することができる。
The
なお、本発明は、実施の形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。 The present invention is not limited to the embodiments, and can be added, deleted, and changed without departing from the spirit of the invention.
本発明は、励磁手段を励磁することで前記励磁手段に挿入される可動部材を動かして制御弁を駆動し、腐食性作動流体が流れる前記制御弁の弁通路を開閉する電気機械変換器に適用することができる。 The present invention is applied to an electromechanical converter that opens and closes a valve passage of the control valve through which a corrosive working fluid flows by moving a movable member inserted in the excitation means by exciting the excitation means. can do.
20 流体制御アセンブリ
21〜21B ソレノイド
22 制御弁
23 ソレノイドコイル
24 可動部材
25,25A 軸受け部材
33 第1のダイアフラム
34 第2のダイアフラム
35 連通路
37 背圧力室
38 圧力室
42 弁用ガイド部材
43 弁体
44 軸受け部材
47 弁通路
55 弁用圧縮コイルばね
57 Oリング
58 ダイアフラム
59 弁側背圧力室
60 弁側圧力室
61 弁側連通路
100 フォースモータ
101 ケーシング
102 可動部材
103 永久磁石
104 軸受け部材
105 可動コイル
111 第1のダイアフラム
112 第2のダイアフラム
114 背圧力室
115 圧力室
117 連通路
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記可動部材は、第1の受圧面で前記弁通路を流れる腐食性作動流体の流体圧を受圧し、第2の受圧面で該可動部材に形成される連通路によって前記弁通路から前記背圧力室に導かれる前記流体圧を受圧し、第1及び第2受圧面で受圧する流体圧が互いに抗するようになっており、
前記励磁手段と前記可動部材との間には、軸受け部材が介在し、
前記軸受け部材の両側には、前記背圧力室から前記軸受け部材を隔離する第1シール部材と、前記弁通路から前記軸受け部材を隔離する第2のシール部材が夫々設けられ、
前記第1及び第2のシール部材は、第1及び第2の受圧面の一部を夫々成し、
前記第1及び第2の受圧面の有効面積は、互いに等しくなっていることを特徴とする電気機械変換器。 An electromechanical converter that opens and closes a valve passage through which a corrosive working fluid flows by moving a movable member inserted into the excitation means by exciting the excitation means,
The movable member receives the fluid pressure of the corrosive working fluid flowing through the valve passage at the first pressure receiving surface, and the back pressure from the valve passage by the communication passage formed in the movable member at the second pressure receiving surface. Receiving the fluid pressure guided to the chamber, the fluid pressures received by the first and second pressure receiving surfaces are opposed to each other;
A bearing member is interposed between the excitation means and the movable member,
A first seal member that isolates the bearing member from the back pressure chamber and a second seal member that isolates the bearing member from the valve passage are provided on both sides of the bearing member, respectively.
The first and second sealing members respectively form part of the first and second pressure receiving surfaces,
The electromechanical transducer according to claim 1, wherein effective areas of the first and second pressure receiving surfaces are equal to each other.
前記ハウジング内の一端側は、前記弁通路に繋がり
前記ハウジング内の他端側には、背圧力室が形成され、
前記可動部材は、その内部に前記弁通路と前記背圧力室を連通する連通路を有し、軸受け部材を介して前記ハウジングに支持され、
前記ハウジングと前記可動部材との間には、前記背圧力室から前記軸受け部材を隔離する第1のシール部材と、前記弁通路から前記軸受け部材を隔離する第2のシール部材とが設けられ、
前記第2のシール部材は、前記可動部材と共に前記弁通路を流れる腐食性作動流体の流体圧を受圧する第1の受圧面を成し、
前記第1のシール部材は、前記可動部材と共に、前記連通路によって前記背圧力室に導かれる前記流体圧を受圧する第2の受圧面を成し、
前記第1及び第2の受圧面は、それらで受圧する流体圧が互いに抗するように配置され、それらの有効面積が互いに等しくなるように構成されていることを特徴とする電気機械変換器。 An electromechanical converter in which a movable member is moved by exciting an exciting means inserted in a ferromagnetic body in a housing to move a control valve, and a valve passage through which a corrosive working fluid flows is opened and closed by the control valve. And
One end side in the housing is connected to the valve passage, and the other end side in the housing is formed with a back pressure chamber,
The movable member has a communication passage communicating the valve passage and the back pressure chamber therein, and is supported by the housing via a bearing member,
A first seal member that isolates the bearing member from the back pressure chamber and a second seal member that isolates the bearing member from the valve passage are provided between the housing and the movable member,
The second seal member forms a first pressure receiving surface that receives the fluid pressure of the corrosive working fluid flowing through the valve passage together with the movable member,
The first seal member, together with the movable member, forms a second pressure receiving surface that receives the fluid pressure guided to the back pressure chamber by the communication path,
The electromechanical transducer according to claim 1, wherein the first and second pressure receiving surfaces are arranged so that fluid pressures received by the first and second pressure receiving surfaces are opposed to each other, and their effective areas are equal to each other.
前記弁通路を開閉する前記制御弁とを備え、
前記制御弁は、前記可動部材により駆動可能な弁体と、前記弁体が挿入されるガイドとを有し、
前記弁体は、一端側にある受圧面で前記弁通路の二次側の二次圧を受圧し、他端側にある受圧面で該弁体に形成された弁側連通路により前記弁通路から弁側背圧力室に導かれた二次圧を受圧し、前記2つの受圧面で受圧する二次圧が互いに抗するようになっており、
前記弁体と前記ガイドとの間には、弁用軸受け部材が介在し、
前記弁用軸受け部材の両側には、前記弁用軸受け部材を前記弁通路から隔離する一次側シール部材と前記弁用軸受け部材を前記背弁側圧力室から隔離する二次側シール部材とが設けられることを特徴とする流体制御アセンブリ。 An electromechanical transducer according to any one of claims 1 to 6;
The control valve for opening and closing the valve passage,
The control valve has a valve body that can be driven by the movable member, and a guide into which the valve body is inserted,
The valve body receives a secondary pressure on the secondary side of the valve passage at a pressure receiving surface on one end side, and the valve passage by a valve side communication passage formed on the valve body on a pressure receiving surface on the other end side. Receiving the secondary pressure led to the valve-side back pressure chamber, and the secondary pressures received by the two pressure receiving surfaces are opposed to each other,
A valve bearing member is interposed between the valve body and the guide,
On both sides of the valve bearing member, a primary side seal member that isolates the valve bearing member from the valve passage and a secondary side seal member that isolates the valve bearing member from the back valve side pressure chamber are provided. A fluid control assembly.
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