(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を有するバルブボディと、該バルブボディの流路を上下動により開閉するステムと、電磁コイル内に挿通されて該コイルへの通電により上昇するプランジャを備えたアクチュエータと、前記ステムとプランジャとを連結する連結部材とから構成されてなり、該連結部材は、ステムの上端部に接続されたシャフトと、該シャフトの上端部と前記プランジャの下端部とを連結するジョイントからなり、前記シャフトの外周にはバネ座が設けられて該バネ座と前記アクチュエータの底面の間にはシャフトを下向きに付勢するバネが介装され、前記シャフトの上端面には中心から一側面に向けて上面視舌状に且つ上部の径が下部の径よりも小となるように段状に切り欠かれた切欠部が形成されるとともに、前記ジョイントの下端部には下段部の径が上段部の径よりも大とされた段付き円柱部が形成され、該段付き円柱部が前記切欠部に係合されることにより前記ジョイントとシャフトが連結されてなり、 前記ジョイントには鍔部が形成され、該鍔部と前記シャフトの上端面との間にシャフトを下向きに付勢するバネが介装されてなり、更に、前記アクチュエータの上部に設けられてプランジャの上端面に当接する端子部によりプランジャの位置変化をステムの実動ストロークとして信号検出するポテンショメータと、該ポテンショメータにより検出された信号とステムの作動のために前記アクチュエータに送信される操作信号とを比較して、その差をなくする方向へとアクチュエータの電磁コイルに流れる電流値を制御する制御手段を有することを特徴とする流体制御器。
【請求項２】
前記ステムはバルブボディの上部に取り付けられた筒状の蓋内に挿通され、該蓋の内面とステムの外面との間にはＯリングに加えてドーナツ状のパッキンが介装され、該パッキンの上下面には環状の溝が形成されるとともに、前記蓋の上部には該パッキンの上面に当接するパッキン押さえネジが回転操作可能に螺着され、前記パッキンは該パッキン押さえネジの締め付けにより所定量以上の圧縮力が加わったときに溝が潰れて拡径するように構成されてなることを特徴とする請求項１記載の流体制御器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流体制御器に関し、より詳しくは、電磁コイルに挿通されるプランジャとステムの中心軸にずれがあってもこれを吸収して微妙で正確な流量制御を行うことが可能なソレノイド式の流体制御器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電磁コイルへの通電によって弁を開閉するソレノイドバルブは、微小な流量を迅速に制御する必要がある用途、例えばガスタービンの燃料コントロールバルブ等に好適に使用されており、従来の一般的なソレノイドバルブは、電磁コイル内に挿通されて該コイルへの通電により上昇するプランジャと、バルブボディ内の流路を開閉するステムとを一体的に連結した構造とされている。
【０００３】
しかしながら、このようにプランジャとステムとを一体的に連結した従来のソレノイドバルブでは、プランジャとステムの中心軸を一致させることが難しく、中心軸がずれることによりステムが芯ずれ等して、微妙な流量制御が正確にできなくなる場合があった。
また、ソレノイドバルブでは、コイルへの通電量を制御することによりステムの上昇度合いを制御して弁の開放度合いを調節しているが、予定したステムの上昇度と実際のステムの上昇度との間にズレが生じることによって、微妙な流量制御が正確に行えなくなる場合があった。
また、通常、ステムのしゅう動部等に存在する隙間には、流体の漏洩を防ぐためにＯリングが介装されているが、時間の経過に伴うＯリングの劣化などによって漏洩が生じた場合、迅速に漏洩を止めることは困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、電磁コイルに挿通されるプランジャとステムの中心軸にずれがあってもこれを吸収し、また軸方向のガタを無くし、微妙で正確な流量制御を行うことが可能であり、また設定したステムの上昇度と実際のステムの上昇度との間にズレが生じた場合でもこれを自動的に調整することができ、さらにＯリングの劣化等による流体の漏洩を、１枚の板状パッキンでＯリングと同等の小さい摺動抵抗にてバルブの作動に影響を与えずに迅速に止めることが可能なソレノイド式の流体制御器を提供せんとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、流路を有するバルブボディと、該バルブボディの流路を上下動により開閉するステムと、電磁コイル内に挿通されて該コイルへの通電により上昇するプランジャを備えたアクチュエータと、前記ステムとプランジャとを連結する連結部材とから構成されてなり、該連結部材は、ステムの上端部に接続されたシャフトと、該シャフトの上端部と前記プランジャの下端部とを連結するジョイントからなり、前記シャフトの外周にはバネ座が設けられて該バネ座と前記アクチュエータの底面の間にはシャフトを下向きに付勢するバネが介装され、前記シャフトの上端面には中心から一側面に向けて上面視舌状に且つ上部の径が下部の径よりも小となるように段状に切り欠かれた切欠部が形成されるとともに、前記ジョイントの下端部には下段部の径が上段部の径よりも大とされた段付き円柱部が形成され、該段付き円柱部が前記切欠部に係合されることにより前記ジョイントとシャフトが連結されてなり、 前記ジョイントには鍔部が形成され、該鍔部と前記シャフトの上端面との間にシャフトを下向きに付勢するバネが介装されてなり、更に、前記アクチュエータの上部に設けられてプランジャの上端面に当接する端子部によりプランジャの位置変化をステムの実動ストロークとして信号検出するポテンショメータと、該ポテンショメータにより検出された信号とステムの作動のために前記アクチュエータに送信される操作信号とを比較して、その差をなくする方向へとアクチュエータの電磁コイルに流れる電流値を制御する制御手段を有することを特徴とする流体制御器に関する。
【０００６】
請求項２に係る発明は、前記ステムはバルブボディの上部に取り付けられた筒状の蓋内に挿通され、該蓋の内面とステムの外面との間にはＯリングに加えてドーナツ状のパッキンが介装され、該パッキンの上下面には環状の溝が形成されるとともに、前記蓋の上部には該パッキンの上面に当接するパッキン押さえネジが回転操作可能に螺着され、前記パッキンは該パッキン押さえネジの締め付けにより所定量以上の圧縮力が加わったときに溝が潰れて拡径するように構成されてなることを特徴とする請求項１記載の流体制御器に関する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る流体制御器の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明に係る流体制御器の全体構造を示す断面図であり、図２乃至図４はその要部拡大図である。
本発明に係る流体制御器は、流路を有するバルブボディ（１）と、該バルブボディ（１）の流路を上下動により開閉するステム（２）と、電磁コイル内に挿通されて該コイルへの通電により上昇するプランジャ（３）を備えたアクチュエータ（４）と、ステム（２）とプランジャ（３）とを連結する連結部材とを主要構成として具備するものである。
【０００８】
連結部材は、ステム（２）の上端部に接続されたシャフト（５）と、該シャフト（５）の上端部とプランジャ（３）の下端部とを連結するジョイント（６）とから構成されている。
シャフト（５）の外周には、略円板状のバネ座（７）が外嵌されており、このバネ座（７）とアクチュエータ（４）の底面の間にはシャフト（５）を下向きに付勢するバネ（８）が介装されている。
このバネ（８）は、アクチュエータの作動、即ちコイル（ソレノイド）への通電により発生するシャフト（５）を上方へと引っ張る力に対する反力として作用して引っ張り力を調整するとともに、後述するシャフト（５）とジョイント（６）との間に生じるがたつきを吸収する役割を果たす。また、流路開放時に停電等によってアクチュエータが停止した場合に、シャフト（５）を下向きに移動させることでステム（２）を下降させて流路を即時に閉鎖する役割をも果たす。
【０００９】
図５（ａ）はシャフト（５）の上面図であり、（ｂ）はその一部切欠正面図である。
シャフト（５）の上端面には、中心から一側面に向けて上面視舌状に且つ上部の径が下部の径よりも小となるように段状に切り欠かれた切欠部（５１）が形成されており、その下端部にはステム（２）の上端部が螺合されるネジ穴（５２）が形成されている。
【００１０】
図６（ａ）はジョイント（６）の上面図であり、（ｂ）はその正面図である。ジョイント（６）は、六角形状の外形を有する鍔部（６１）と、その上部に形成されてプランジャ（３）の下端部に形成されたネジ穴に対して螺着される雄ねじ部（６２）と、鍔部（６１）の下部に形成された下段部の径が上段部の径よりも大とされた段付き円柱部（６３）とを備えている。
【００１１】
シャフト（５）とジョイント（６）は、ジョイント（６）の段付き円柱部（６３）がシャフト（５）の切欠部（５１）に係合されることによって連結されている（図３参照）。
これにより、ジョイント（６）とシャフト（５）の中心軸の間にズレがあっても、常に両者の中心軸を平行な位置関係として連結することが可能となり、シャフト（５）がジョイント（６）に対して傾斜することがなく、バルブボディ（１）に対して常に垂直にステム（２）を上下させることができる。
【００１２】
また、ジョイント（６）の鍔部（６１）と、シャフト（５）の上端面との間には、シャフト（５）を下向きに付勢するバネ（９）が介装されている。
このバネ（９）は、上記のような連結形態を採用したことにより発生する、ソレノイドへの通電が無くなってソレノイドの保持力が無くなった時、プランジャ（３）が吊り連結部のクリアランス分落下し、ポテンショメータの位置検出値が変化するのを防止する役割を果たしている。
【００１３】
上記したジョイント（６）、バネ（８）、（９）、バネ座（７）及びシャフト（５）の上半分は、図１及び図２に示すように、上面が開放された有底円筒状のヨークケース（１０）内に収容されている。
ヨークケース（１０）は、その上端部に形成されたフランジ部（１１）がアクチュエータ（４）の上端部に取り付けられた上蓋（１２）と、ボルト（１３）により連結されることによって固定されており、ヨークケース（１０）の上端面はアクチュエータ（４）の下端面の外縁近傍に当接している。
また、ヨークケース（１０）の底面中心には貫通孔（１４）が形成されており、該貫通孔（１４）にシャフト（５）が挿通されている。
【００１４】
バルブボディ（１）の上部には筒状の蓋（１５）が螺着されており、ステム（２）はこの蓋（１５）内に挿通されている。
蓋（１５）の内部にはＯリングホルダー（１７）に保持された状態でＯリング（１６）が設けられており（図４参照）、このＯリング（１６）によって蓋（１５）の内面とステム（２）の外面との隙間からの流体の漏洩を防ぐようになっている。
【００１５】
また、Ｏリングホルダー（１７）の上部には１枚のドーナツ状のパッキン（１８）が介装されている。
図７（ａ）はパッキン（１８）の拡大上面図、（ｂ）はその拡大断面図である。
パッキン（１８）は、例えばＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の硬質合成樹脂から形成されており、上下面には環状の溝（１９）が形成されている。
そして、蓋（１５）の上部内面には、該パッキン（１８）の上面に当接するようにパッキン押さえネジ（２０）が回転操作可能に螺着されており、パッキン（１８）はパッキン押さえネジ（２０）の締め付けにより所定量以上の圧縮力が加わったときに溝（１９）が潰れて拡径するようになっている。
これにより、Ｏリング（１６）が経時的に劣化する等してステム（２）と蓋（１５）の隙間から流体が漏洩した場合、パッキン押さえネジ（２０）を締め付けてパッキン（１８）を拡径させることで、ステム（２）と蓋（１５）との間の隙間を密封することができる。
これにより、１枚の板状パッキンでＯリングと同等の小さい摺動抵抗にて、容易にしかも迅速且つ確実に流体の漏洩を止めることができ、バルブの微妙な流量制御を正確に継続して行うことが可能となる。
【００１６】
蓋（１５）とヨークケース（１０）は、ヨーク（２１）によって連結されている。
ヨーク（２１）は、上下２枚の円板（２２）と、これら２枚の円板を左右の縁部においてそれぞれ連結する右連結部（２３）及び左連結部（２４）から構成されて、正面視においては図１、図２に示す如く四角形の枠状を呈しており、これによって前方或いは後方からパッキン押さえネジ（２０）の締め付け操作を容易に行うことが可能となっている。
そして、上部の円板はヨークケース（１０）の下端面とネジによって連結され、下部の円板はその中心に形成されたネジ穴に蓋（１５）の上部外面に形成された雄ねじ部が螺着されており、これによって蓋（１５）とヨークケース（１０）がヨーク（２１）によって連結されている。
【００１７】
ステム（２）のシャフト（５）との連結部分には、ロックナットとしての役割を果たす２個のナットが螺着されており、これらのナットの間には円板状のインジケータ（２５）が介装されている。
そして、ヨーク（２１）の右連結部（２３）には目盛りを有する指標板（２６）が取り付けられており、インジケータ（２５）がこの指標板（２６）の目盛りを指示することによって、ステム（２）の上下位置を目視確認することができるようになっている。
【００１８】
アクチュエータ（４）の上部には、プランジャ（３）の上下動による位置変化をステムの実動ストロークとして信号検出するポテンショメータ（２７）が取り付けられている。
ポテンショメータ（２７）は、プランジャ（３）の上端面に直接又は間接的に当接してプランジャ（３）と共に上下動する端子部（２８）を備えており、内部に設けられた固定ブラシ（図示せず）によって導電性樹脂からなる端子部（２８）の上下動による抵抗値の変化を読み取ることによって、プランジャ（３）の位置を検出するように構成されている。
【００１９】
図８は、上記ポテンショメータ（２７）を備えた本発明の制御手段の動作原理を示すブロック図である。
制御手段は、ポテンショメータ（２７）により検出された信号とステム（２）の作動のためにアクチュエータ（４）に送信される操作信号とを比較する比較回路（２９）と、両者の信号の偏差を増幅する偏差増幅回路（３０）と、ディザー発振回路（３１）と、偏差を無くする方向へとアクチュエータ（４）の電磁コイルに流れる電流値を制御する駆動回路（３２）とからなるフィードバック制御回路から構成されている。
このような制御手段によって、実際のステムのストロークがポテンショメータ（２７）にて測定され、この測定値と予めアクチュエータ（４）に設定されたステムのストロークとが比較回路（２９）で比較され、駆動回路（３２）が両者の値の偏差を無くする方向へとアクチュエータ（４）の電磁コイルに流れる電流値を制御するので、設定したステムの上昇度と実際のステムの上昇度との間にズレが生じてもこれを自動的に調整することができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、電磁コイルに挿通されるプランジャの中心軸と、バルブボディに挿通されるステムの中心軸との間にずれがあっても、両者の中心軸を常に平行な位置関係に連結することができ、微妙で精密な流量制御を確実に行うことが可能な流体制御器を得ることができる。また、バネの付勢によって、コイルへの通電により発生するシャフトの引っ張り力を調整するとともに、シャフトとジョイントとの間に生じるがたつきを吸収することができる。また、流路開放時に停電等によってアクチュエータが停止した場合でも、シャフトを下向きに移動させることでステムを下降させて流路を即時に閉鎖することができる。
また、シャフトとジョイントとの間に生じるがたつきをより確実に吸収することができる。
更に、設定したステムの上昇度と実際のステムの上昇度との間にズレが生じた場合でもこれを自動的に調整することができ、微妙な流量制御を常に精度良く行うことが可能となる。
請求項２に係る発明によれば、Ｏリングが経時的に劣化する等してステムの挿通部分の隙間から流体が漏洩した場合に、容易且つ迅速にＯリングと同等の摺動抵抗レベルで流体の漏洩を止めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る流体制御器の全体構造を示す断面図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】図１の要部拡大図である。
【図４】図１の要部拡大図である。
【図５】（ａ）はシャフトの上面図であり、（ｂ）はシャフトの一部切欠正面図である。
【図６】（ａ）はジョイントの上面図であり、（ｂ）はジョイントの正面図である。
【図７】（ａ）はパッキンの拡大上面図であり、（ｂ）はパッキンの拡大断面図である。
【図８】本発明の制御手段の動作原理を示すブロック図である。
【符号の説明】
１      バルブボディ
２      ステム
３      プランジャ
４      アクチュエータ
５      シャフト
６      ジョイント
７      バネ座
８      バネ
９      バネ
１６    Ｏリング
１８    パッキン
１９    溝
２０    パッキン押さえネジ
２７    ポテンショメータ
２８    端子部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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