(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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