JPH0423152B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、特許請求の範囲第１項の前段に規
定する気体流量を調節することのできる流量調整
電磁弁に関する。

〔従来の技術〕

燃料ガスの燃焼熱により水あるいは空気を加熱
する給湯器あるいは室内暖房用のストーブ等で
は、所望温度を達成するため、燃焼ガスのような
気体流量を制御する必要がある。そのため、給湯
器では水温及び使用水量、ストーブでは外気温等
の変化に応じて燃焼ガスの流量を調節しなければ
ならない。

しかし、従来のガス給湯器では燃料ガスの供給
量を電磁弁で一定に制御して加熱水量を調節する
か、あるいは、加熱した高温水に冷水を加え、そ
の混合比を調節する温度調節法が採用されてい
る。そのため、低温の湯では供給水量を増加さ
せ、反対に高温の湯では供給水量を低減させる必
要がある。つまり、適温の湯を得ることができて
も、適量の湯を得ることは困難で、使用が不便で
あると同時に不経済である。更に、温水の所望温
度と流量に合わせてガス燃焼量を調節する場合、
供給するガスの調節範囲にも制限がある。

このような事情は、ストーブその他の燃焼器具
等でも同様である。外気温度の変化に応じて適温
を維持しながら、気体の流量を広い範囲にわたり
自由に可変制御できる流量調整電磁弁の要求は極
めて高いにも拘わらず達成されていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上に述べた従来の技術の難点に鑑み、この発明
の課題は、加熱温度、使用流量等の使用条件を満
たしながら、なおかつ燃料ガスの流量を広い範囲
にわたつて速い応答をもつて調節可能な、特許請
求の範囲第１項の前段に規定する流量調節電磁弁
を提供することにある。

〔問題を解決するための手段〕

上記の課題は、この発明により特許請求の範囲
第１項の特徴部分の構成手段によつて解決されて
いる。

〔作用〕

上記の構成手段により、 (1) 開口が軸方向に狭いため、ピストンとプラン
ジヤの連接体又は一体部品は軸方向に僅かに移
動するだけで全開と全閉位置に達する。

(2) 可動するピストン弁がその平衡位置から軸方
向に正負に移動する場合、反復作用時にスプリ
ングハンマー作用するフリーピストンであるた
め、戻しバネと支持バネに対してそれぞれ僅か
な反抗力を加えるだけで充分である。

(3) 上記(1)と(2)からこの発明による電磁弁を制御
するのに必要なエネルギは著しく少なく、動作
応答時間も極めて短い。

(4) 流量は、弁体（ピストン弁）の軸方向の移動
位置に応じて静的に定まるのでなく、開口が電
磁コイルの駆動によるプランジヤの動きに応じ
て全開、全閉を繰り返す周期で動的に制御され
る。

(5) 上記繰り返し周期は、電気制御部により定ま
り、具体的には電気制御部中に配設され、電磁
コイルに通電するサイリスタを点弧するパルス
周期によつて定まり、このパルス周期は、例え
ばガス給湯器の場合、温水の温度検出器と設定
可能な可変抵抗のブリツジの非平衡電位に依存
して常時平衡電位になるように可変される。

〔実施例〕

以下、実施例を示す添付図に基づきこの発明を
詳しく説明する。

第１ａ図には、この発明による一実施例の電磁
弁が示してある。電磁コイル８の縦軸心上に貫設
された非磁性体のプランジヤケース６内には、電
磁プランジヤ（可動鉄片）７が摺動往復自在に配
設されている。本体１８に螺嵌された流出側継手
１９の上部には、シリンダ部１３が穿設してあ
り、このシリンダ部１３内で摺動往復自在に嵌合
せしめられたピストン弁１４の一部をなすタペツ
ト部１２は電磁プランジヤ７と当接している。こ
れら直線状に一体となつた電磁プランジヤ７とピ
ストン弁１４との連接体は、プランジヤケース６
の上端部に気密嵌着された弁ヘツド１と前記流出
継手１９の要部との間に、戻しバネ５及び支持バ
ネ１７をもつて圧支され、各バネの反発力によつ
て釣合い静止する。

前記プランジヤケース６の下端部は環状磁路９
に気密を保つて嵌着してある。この環状磁路９
は、前記弁ヘツド１と本体１８との間に、磁気座
金２、座金３、コイルカバー４、電磁コイル８及
び下板１０を介して螺嵌着され、かつ外側要部に
配設されたＯ−リング１１によつて外部に対して
気密を保持している。

流出側継手１９はパツキン２２を介して本体１
８に螺締着され、外部に対して気密を保持してい
る。流出側継手１９と一体をなすシリンダ部１３
は、その所要位置に内外周の一部を弧状に切断し
て内部から外部へ貫通する溝状開口１５を有す
る。この溝状開口１５は、前記ピストン弁１４が
電磁コイル８へ無通電状態でシリンダ部１３内に
釣合静止している場合、ピストン弁１４により閉
塞される。第１ｂ図はシリンダ部１３の拡大図を
示すもので、この実施例では軸方向に狭くこの軸
方向に垂直な面内で長く延びた二つの溝状開口１
５が配設されている。

第１図の構成を有する電磁弁では、電磁コイル
８を通電し起磁力を発すると、電磁プランジヤ７
は戻しバネ５の反発力に抗し磁気ヘツド１側に吸
引される。これに伴い支持バネ１７の反発力によ
りピストン弁１４も上方に移動し、その下端部１
４′は溝状開口１５を部分的又は全体的に開放す
る。従つて、流入口１６から矢印ａのように流入
した流体は、このように開放された溝状開口１５
を通過し、流出口２０から矢印ｂのように流出す
る。電磁コイル８への通電が遮断されると、電磁
プランジヤ７及びピストン弁１４は釣合静止位置
に復帰するので溝状開口１５はピストン弁１４に
よつて再び閉塞され、流体の通過を阻止する。

この場合の最大流量は、電磁コイル８による起
磁力が十分であつて溝状開口１５が全開状態を継
続した場合に生じ、最小流量は溝状開口１５がピ
ストン弁１４によつて閉塞された場合に生ずる。
従つて、この電磁弁による流量調整は電磁コイル
８へ通電するパルス電流の周波数又は導通期間を
変え、パルス電流に同期するピストン弁１４によ
る溝状開口１５の単位時間当たりの繰返し開閉回
数又は開放度を加減して行われる。

第２ａ図はこの発明の他の実施例を示すもの
で、第１図と同一構成部分には同じ参照符号が付
けてある。この実施例の開口２１は、第２ｂ図の
拡大図から明らかなように、同じように軸方向に
狭く、軸方向に対して垂直な面内で長い溝状であ
つて、ピストン弁１４に配設されている。シリン
ダ部１３の上端部１３′と溝状開口２１とによる
開閉回数又は開放度を変えて通過流量を調節す
る。

なお、第１図の実施例で溝状開口１５をシリン
ダ部１３に、第２図の実施例では溝状開口２１を
ピストン弁１４にそれぞれ配設しているが、溝状
開口をシリンダ部１３とピストン弁１４に同時に
設けることもできる。また両開口１５，２１はそ
れぞれ軸方向に間隔をおき複数個設けることもで
きる。この場合、ピストン弁１４の内側の最小開
口面積は流量通過のために必要とする基準の開口
面積である。そしてピストン弁１４はシリンダ部
１３内を摺動往復運動中に周方向の回動を伴うの
で、シリンダ部１３の開口部１５とピストン弁１
４の開口部２１が軸方向で一致する連通時には、
ピストン弁１４の周方向の任意の位置で常に前記
基準の開口面積以上の通路が確保されるようにシ
リンダ部１３の開口部１５の溝状弧の長さを十分
大きし、少くとも通過する流量が絞られることの
ないように形成する必要がある。

なお、第１図と第２図の実施例でプランジヤケ
ース６を延長し、環状磁路９を省略してプランジ
ヤケース６を本体１８と一体にし、もしくは電磁
プランジヤ７とピストン弁１４とを一体部品に構
成しても差支ない。

この発明による電磁弁の流量調節は、電磁コイ
ルへの通電周期又は周期中の導通期間、即ちデユ
ーテイ比等を変えて行われる。例えば、これら電
磁弁の通過流量と通電電流の周波数との関係は第
３図に示す通りで、横軸の周波数（Hz）と縦軸の
通過気体流量（／min）とはほゞ直線的な比例
関係を示すことが判る。従つて、この発明による
電磁弁ではピストン弁駆動のために電磁コイル８
への励磁電流の周波数を適宜可変することによ
り、流量調整が行える。また通電周期を一定と
し、該周期中の導通期間を調節することにより、
電磁コイルによつて生ずる起磁力と戻しバネ及び
支持バネの反発力との対応関係から流量調節が可
能であるが、これについては後述する。

第４図はこの発明による電磁弁を用いて給湯器
の湯温制御を行なうための電磁弁駆動回路の一例
を示すもので、電磁弁の駆動周波数を自動的に変
化させる回路である。入力端子Ａ，Ｂに印加され
た交流電源はダイオードD₁〜D₄から成るブリツ
ジにより全波整流され、抵抗R₁及びコンデンサ
C₁により平滑される。電磁弁の電磁コイルＶに
は第一サイリスタSCR₁の主回路が直列接続され
てその両端に直流電圧が印加される。また第二サ
イリスタSCR₂の主回路には固定抵抗R₁₃及び可変
抵抗VR₂が直列接続され、全体が前記電磁コイル
Ｖと第一サイリスタSCR₁との直列回路と並列に
接続され、直流電圧が印加される。電磁コイルＶ
と第一サイリスタSCR₁の左側の回路部分は、
設定値ならびに検出値に応じて第一サイリスタ
SCR₁の点弧角を制御する回路で、ツエナーダイ
オードZDによつて安定化された直流電圧によつ
て作動する。流量設定部であるこの回路部分の
可変抵抗VR₁及びサーミスタTHは、温度検出ブ
リツジの一部を構成している。VR₁で所望温度の
手動設定が行え、THで給湯器出口の温度検出が
行える。VR₁、TH及び各抵抗から成る温度検出
ブリツジの出力信号は適宜レベルまで増幅され、
第一サイリスタSCR₁の点弧角制御用のプログラ
マブル・ユニジヤンクシヨン・トランジスタ
PUTの作動を制御する。PUTのターンオンに応
じて発生す点弧パルスがゲートに印加されると、
SCR₁は導通して電磁コイルＶに電流が流れる。

SCR₁が導通すると、第二サイリスタSCR₂を主
体とする回路部分中のコンデンサC₄の充電が
始まり、該充電が所定値に達した際にトリガーダ
イオードTDがオンになる。TDのオンに応じて
SCR₂がオンすると、コンデンサC₄の電荷がSCR₂
を通じて放電されてSCR₁を遮断する。以後この
過程を繰り返す。従つて、通電期間設定部である
回路部分はSCR₁の通電時間を決定する回路で
あり、コンデンサC₄の所要充電時間を可変抵抗
VR₂で変えて、SCR₁が導通してから遮断される
までの通電時間を適宜設定できる。

なお、説明した回路素子以外の素子の作用は自
明で、回路定数等は全て省略したが、用途及び目
的に応じて当業者が適宜選定可能である。

この実施例による駆動回路のサーミスタTHを
給湯器出口に配設し、かつ可変抵抗VR₁により温
度設定を行い、電磁弁のガス流量は給湯量に拘わ
りなく自動的に極めて正確に制御され、適温適量
の給湯を得ることができる。

第５図は、この発明による電磁弁を用いて給湯
器の温度制御を行なう電磁弁駆動回路の他の実施
例を示すもので、給湯温度の手動遠隔制御に適す
る回路である。電磁コイルＶへの導通遮断を行な
う第一サイリスタSCR₁及び消弧用の第二サイリ
スタSCR₂を含む回路部分（通電期間設定部）
は、第４図とほゞ同様に構成されている。SCR₁
の点弧角を制御する回路部分（流量設定部）
は、プログラマブル・ユニジヤンクシヨン・トラ
ンジスタPUTを主体として構成される。この回
路のPUTは、可変抵抗VR₁₀₁により充電時間が
変るコンデンサC₁₀₁の電位に応じてオンオフ制御
される。PUTのターンオンによりSCR₁に点弧パ
ルスが印加し、SCR₁は導通して電磁コイルＶに
励磁電流が流れる。SCR₁が導通すると、可変抵
抗VR₁₀₂を経由してコンデンサC₁₀₂が充電を開始
し、所定時間後に第二SCR₂を導通し、SCR₁が消
弧する。以後この過程を繰り返す。この回路では
VR₁₀₁によりSCR₁の消弧状態から導通に至る時
間を調整し、VR₁₀₂により通電時間を調整するこ
とができる。この場合、VR₁₀₁を遠隔温度設定用
として給湯蛇口付近に配設して、極めて容易にガ
ス流量制御、従つて給湯温度の遠隔制御を行なえ
る。

なお、上述のような各調整において、点弧角制
御用のPUTの導通制御をアノードＡの電位変化
でなく、ゲートＧの電位変化でも行える。

更に、これら制御回路では転流コンデンサC₄
又はC₁₀₂の充電時間が可変抵抗VR₂あるいは
VR₁₀₂により制御できる。この充電時間の変化は
消弧用サイリスタSCR₂の導通時間を変化させる
ので、SCR₁の遮断時点を変化させる。その結果、
電磁コイルに対する通電周期中の導通期間が変化
し、電磁プランジヤに及ぶ吸引力が変化する。こ
のように変化する吸引力と戻しバネの反発力との
相互関係から連動するピストン弁の運動量が変化
し、溝状開口の開放度が変化する。その結果、通
過流量を調整できる。

以上詳述したように、電磁弁の電磁コイルへの
駆動電源のパルス周期の可変、即ち周波数の加減
によつて、単位時間当たりの弁開閉回数と行程
長、即ち弁開放度を変え、またパルス周期中の導
通期間を変えて行程長、即ち弁開放度を変え、そ
れぞれ流量の通過量を調整できるが、更に前記周
期と導通期間を共に可変調節して通過流量を調整
可能なことも、第４図と第５図の回路説明によつ
て明らかである。

また、前期パルス周期と導通期間とを単一の操
作で可変調整し、もしくは自動連続的に可変調整
して流量を比例制御することも、制御回路の選択
によつて任意であり、さらに広い範囲にわたりき
め細かく流量調整できる。

次に、電磁コイルへ通電すると、コイルの抵抗
損失と鉄心中の鉄損とによつてコイルの温度が次
第に上昇して一定時間経過後飽和する。この結果
温度はコイルの内部が最も高くなるが、一般にコ
イルはこの温度上昇を見込んでその熱に耐え得る
ように設計されている。しかし本願の場合の様
に、燃料ガスに使用する電磁弁においては、比較
的高温部たる電磁コイルの軸心内に嵌設したプラ
ンジヤケース内に燃料ガスが流入することは、危
険防止上好ましくない。このような状況では、第
６図に示すように、合成ゴムもしくは合成樹脂等
の弾性体から形成された鍔付帽子状のベローズ２
３もしくはダイヤフラム等の作動隔膜をもつて、
その鍔状外縁を流出接手１９と一体をなすシリン
ダ部１３の上端面と本体１８の内洞頂端面との間
に挟着すると好都合である。この場合、その帽子
状体中央部に小孔を設け、これをタペツト１２′
とピストン弁１４の上端部との間に、ネジ締め等
の方法で挟着固定し、本体１８の内洞と電磁コイ
ル８内部のプランジヤケース６側とを隔絶遮断す
れば、燃料ガスがプランジヤケース６内に流入す
ることを阻止できる。同時に、この構成によれば
外部に対しての電磁コイル側からのガス漏れを防
止でき、二重の安全対策となる。

なお、第６図は上記構成で気密保持用のベロー
ズ２３及びＯ−リング２２′を除き、第１ａ図及
び第２ｂ図とほゞ同様の構成であるので、重複部
分に関する説明は省略する。

また、その他この発明の技術範囲内で多くの変
形又は変更も可能であることは明らかである。

〔効果〕

既に述べたように、この発明による電磁弁は、
その電磁コイルに付勢する継続パルス電流の周波
数を変えて、電磁プランジヤとこれに連動するピ
ストン弁の単位時間当たりの往復回数、すなわち
弁開閉回数を変換して流量を所望値に加減微調整
することが極めて容易になる。その際、周期中の
導通期間を一定にすれば自らデユーテイー比は変
化して来るが、流量は周波数に比例したほぼ直線
的な関係がある。

また、前記付勢電流の周波数を一定として、周
期中の導通期間を変換しても、ピストン弁が溝状
開口の開閉度合いを変化させながら、往復運動を
持続して流量を抑制するので、何れにしても、所
望温度に即応して極めてきめ細かな燃料ガスの供
給流量の比例制御を可能とするものである。しか
して、開口を全開、全閉にする軸方向の移動長が
極端に短いため、応答が早い。しかもバネに抗し
て移動する期間が短いバネハンマー作用を伴うフ
リーピストンを形成しているので、駆動エネルギ
が非常に少なくて済む。

それ故、この電磁弁の弁体、つまりピストン弁
と電磁プランジヤの連接体又は一体部品を速い速
度で駆動でき、流量の調節範囲が広く、しかも速
い応答が必要なサーボループ中で使用するのに適
している。特に、この電磁弁をガス給湯器や暖房
器具に使用すると効果的で、単に適温の湯や空気
を供給できるだけでなく、適切な量の湯や空気を
広い温度範囲及び広い流量範囲にわたつて供給す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図及び第１ｂ図は、この発明による流量
調整電磁弁の第一実施例を示す説明図である。第
２ａ図及び第２ｂ図は、この発明による流量調整
電磁弁の第二実施例を示す説明図である。第３図
は、この発明による流量調整電磁弁の駆動周波数
に対する流量の特性曲線である。第４図及び第５
図は、この発明による流量調整電磁弁の駆動回路
図を示す。第６図は、この発明による流量調整電
磁弁の第三実施例を示す説明図である。 図中参照符号：５……戻しバネ、６……プラン
ジヤケース、７……電磁プランジヤ、８……電磁
コイル、１３……シリンダ部、１４……ピストン
弁、１５，２１……溝状開口、１６……流入口、
１７……支持バネ、２０……流出口、SCR₁，
SCR₂……サイリスタ、Ｖ……電磁コイル、PUT
……プログラマブル・ユニジヤンクシヨン・トラ
ンジスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流出口、この流出口に連通するシリンダ部、
   前記シリンダ部に対して同心状に摺動可能に挿入
   されたピストン弁、前記ピストン弁と同心状に配
   設された電磁プランジヤ、前記電磁プランジヤを
   摺動可能に保持するプランジヤケース及び流入口
   を有する本体と、 前記プランジヤケースの外側に設けた電磁コイ
   ルと、 前記ピストン弁及び／又はシリンダ部の側面
   に、これ等ピストン弁とシリンダ部の相対位置に
   応じて流入口と流出口間の気体の流れを断続させ
   る少なくとも１個の開口と、 気体流量を調節するために使用される電磁コイ
   ルの励磁電流を制御する電気制御部と、 を具備する、気体の流量を調節できる流量調整電
   磁弁において、 前記電磁プランジヤとピストン弁とは両端をそ
   れぞれ本体に対して固定接続された支持バネと戻
   しバネによつて往復自在に保持されているフリー
   ピトンを形成し、 前記開口は、ピストン弁の軸方向で狭く、この
   軸方向に垂直な面内で長く伸びた溝状であり、弁
   開口度はピストン弁又はシリンダ部が保有する開
   口に対するそれぞれ他方のシリンダ部又はピスト
   ン弁の他方の端部又は開口との相対位置によつて
   定まり、 前記電気制御部には、電磁コイルに流す励磁電
   流を断続させる電気開閉手段と、この電気開閉手
   段の制御端子に所望流量に応じて定まる繰り返し
   周期の点弧パルスを印加して、前記電気開閉手段
   を断続させる流量設定部と、前記開閉手段が点弧
   されてオンになり一定期間経過した後開閉手段を
   オフに切り換える通電期間を可変設定する通電期
   間設定部とが配設してあり、 気体流量は開口が上記電気制御回路によつて制
   御されるピストン弁の動きにより、全開、全閉を
   繰り返す周期によつて定まる、 ことを特徴とする流量調節型電磁弁。 ２ 前記流量設定部には、給湯器又は燃焼器具の
   の所要箇所の温度に応じて電気出力が変わる温度
   素子と前記所要箇所の温度を所望値に設定するこ
   とのできる可変抵抗器とを有するブリツジ回路が
   配設してあることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の電磁弁。 ３ 前記流量設定部には、気体の所望流量を定め
   る可変抵抗器が配設してあることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の電磁弁。 ４ 前記通電期間設定部は、通電期間を可変でき
   る半固定抵抗器とコンデンサとを有することを特
   徴とする特許請求の範囲第１〜３項の何れか１項
   に記載の電磁弁。