JPS6343632B2

JPS6343632B2 -

Info

Publication number: JPS6343632B2
Application number: JP55129705A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Shirai; Takashi Tanahashi; Masaji Yamauchi; Tomohide Matsumoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1980-09-17
Filing date: 1980-09-17
Publication date: 1988-08-31
Also published as: DE3173143D1; EP0048440B1; EP0048440A1; JPS5754787A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は流体流量を電気信号により制御する流
量制御弁に関し、特に本発明の目的は、比較的小
さい力で流量制御のできる低消費電力の流量制御
弁を可能にし、かつ流体が外部へ洩れる危険性が
極めて少ない安全な流量制御弁を提供しようとす
るものである。

従来例を第１図に示す。第１図において１は流
体の入口、２は出口、３は弁座、４は弁体でダイ
ヤフラム５の中央部に固着されている。コイル６
の軸心にはプランジヤ７が板ばね８により、無摺
動で上下動自在に支持されている。前記プランジ
ヤ７の下端部はダイヤフラム５の中央部に当接
し、弁体４に力が作用するようになつている。

上記構成において弁体４の上流側の一次圧室９
の圧力をP₁、弁体４の下流側の二次圧室１０の
圧力をP₂、弁体４の受圧面積をS_V、ダイヤフラ
ム５の受圧面積をS_Dとし、コイル６とプランジヤ
７などからなる駆動部によつて弁体４に作用する
力をＦとすると、P₂＝Ｆ＋P₁・S_V−P₁・S_D／S_Vとなる。

ここでS_VとS_Dはほぼ等しくなるようにしてあ
るのでP₂≒Ｆ／S_Vとなる。したがつて二次圧P₂は電磁駆動部の発生する力Ｆに応じて変化する。つま
りコイル６に流す電流を制御することにより、二
次圧P₂を制御できる。すなわち電流によつて流
体流量が制御可能な弁である。ところがこの従来
の流量制御弁においては上記の説明からもわかる
とおり、二次圧P₂を得たい場合、電磁駆動部で
発生させるべき必要な力はP₂・S_Vとなり、比較
的大きい力を必要とし、駆動部の消費電力が大き
くなる欠点があつた。さらにもう一つの欠点は、
背圧室１１の圧力を大気圧P₀に保つ必要性から、
大気連通孔１２を設けてあるため、従来の流量制
御弁をガス燃焼機等に応用した場合、もし何らか
の原因でダイヤフラム５が破損したり、孔が開い
たりすると、生ガスが一次圧室９からダイヤフラ
ム５の破損部を通して背圧室１１に抜け、さらに
連通孔１２から大気中に吹出し、いわゆるガスの
外部洩れを生じ引火爆発にいたる危険性があつ
た。

本発明はかかる従来の問題を解消するもので、
流体入口と流体出口と、入口と出口の間に設けた
弁座と、この弁座を中間に挾む如くこの弁座に対
向して設けた弁体とダイヤフラムと、前記弁体に
作用する力を発生する電気的駆動部と、前記弁体
の上流側に形成した二次圧室と、前記弁体と固着
した前記ダイヤフラムの流体通路の反対側に設け
た背圧室と、前記二次圧室と二次圧室下流の低圧
部との間に設けた絞り部と、前記低圧部と前記背
圧室とを連通する連通路とからなる構成を備えた
ものである。

本発明は上記した構成によつて低圧部の流体圧
が電気的駆動部の駆動力を低減するよう作用し、
ガバナ機能を有する低電力流量制御弁となるので
ある。

以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて
説明する。

第２図は本発明の一実施例で１は流体の入口、
２は出口、３は弁座、４は弁体でダイヤフラム５
の中央部に固着されている。コイル６の軸心には
プランジヤ７が板ばね８により、無摺動で上下動
自在なように支持されている。前記プランジヤ７
の下端部はダイヤフラム５の中央部に当接し、弁
体４に力が作用するようになつている。弁体４の
上流側を一次圧室９、下流側を二次圧室１０とし
二次圧室１０のさらに下流側にオリフイスによる
絞り部１３を設け、低圧部１４を形成し、前記低
圧部１４と背圧室１１との間に連通路１５を設け
連通させた構成である。

上記本発明の構成における流量制御弁の作用を
次に述べる。一次圧室９の圧力をP₁、二次圧室
１０の圧力をP₂、低圧部１４および背圧室１１
の圧力をP₃とし、弁体４の受圧面積をS_V、ダイ
ヤフラム５の受圧面積をS_Dとし、コイル６とプラ
ンジヤ７などからなる電磁駆動部によつて弁体４
に作用させる力をＦとすると、P₂−P₃＝Ｆ／S_Vとなる。ただしS_V＝S_Dとなるように設計してある。
したがつてP₂−P₃つまり流体流量は電磁駆動部
が発生して弁体４に作用する力Ｆに比例して任意
に制御可変できる。ここで電磁駆動部が発生すべ
き必要な力を従来例と比較してみる。従来例の場
合、流体出口２の圧力つまり二次圧室１０の圧力
P₂を100mmH₂Oとすると必要な力ＦはＦ＝P₂・S_V
の関係から100・S_Vとなる。同様に本発明の流量
制御弁の場合、出口２の圧力つまり低圧部１４の
圧力P₃を従来例と同じ100mmH₂Oとし二次圧室１
０の圧力P₂を120mmH₂Oとすると、Ｆ＝（P₂−
P₃）・S_Vの関係から必要な力Ｆは20・S_Vとなり、
従来の約1/5程度の力でよいことになる。この1/5
という値はP₂−P₃の値が小さくなるように絞り
部１３の絞り加減を設定すれば、1/10も可能であ
る。そこで絞り部１３をバルブたとえばニードル
バルブのような可変絞りにすることによつて、弁
の特性を調節でき、弁のバラツキも小さくでき
る。

上記のように本発明の流量制御弁は従来と比較
して飛躍的に小さい力で駆動できるため、駆動部
の電力も少なくてすみ、非常に低消費電力の流量
制御弁が可能となる。また背圧室１１は従来例の
ように大気と連通する大気連通孔１２を設ける必
要がなく、大気と通じる孔を有していないため、
もしダイヤフラム５が破損したり孔があいても一
次圧室９からダイヤフラム５の破損部を通つて、
背圧室１１に流れ、さらに連通路１５を通つて出
口２に流れる。したがつて本発明の流量制御弁を
ガスの燃焼機に使用した際に、ガスの外部洩れ等
を発生して引火爆発などを起こす危険性が極めて
少ない安全な燃焼機を可能とするものである。

上記説明した本発明の効果は、弁体４、ダイヤ
フラム５および周辺流体通路部の構成が第２図の
ような形式のものだけに限られるものではなく、
本発明が特許請求の範囲内において本実施例以外
の構成を含むことは言うまでもない。

また電気的駆動部の方式も第２図のような電磁
プランジヤ方式に限らず、他の方式たとえば第３
図のような動電型のものや第４図のような電磁反
発型など、電気入力に応じて力を発生する駆動方
式を用いた場合どの方式においても低消費電力で
安全性の高い流量制御弁を可能にできることも言
うまでもないことである。

上記説明で少しふれた第３図、第４図に示す本
発明他の実施例について、さらに説明する。

まず第３図の実施例の構成は、入口１と出口２
の途中に弁座３を設け、前記弁座３に対向して弁
体４がダイフラム５の中央部に固着支持されてい
て、前記弁体４の上流側に一次圧室９、下流側に
二次圧室１０を形成し、二次圧室１０の下流に絞
り部１３を設けて低圧部１４を形成し、該低圧部
１４と背圧室１１との間は連通路１５で連通して
いる。弁体４の上部には動電型の駆動部１６を構
成し、１７，１８はフエライトのリング永久磁石
で、ヨーク１９、リングヨーク２０、センターポ
ール２１といつしよに磁気回路を形成し、そのリ
ングヨーク２０とセンターポール２１との間の磁
気ギヤツプにコイルボビン２２に巻かれたコイル
２３があり、前記コイルボビン２２の下端は弁体
４の上端部に当接している。２４はコイルのリー
ド端子で２５はシール用のゴムブツシユ、２６は
絶縁キヤツプ、２７は押え板でこれら端子部は背
圧室１１と外部との間に洩れのない構造にしてあ
る。２８は弁体４を押し上げる方向に作用する小
さい力のコイルばね、２９は前記コイルばねの力
を調節する調節子、３０はキヤツプである。

上記の磁気ギヤツプの磁界中にあるコイル２３
に電流を流すと、フレミングの左手の法則に従
つて、下向きに弁を押す方向に力Ｆを生じる。力
ＦはＦ＝Ｂ・Ｉ・ｌで、電流Ｉに比例して得られ
る。ただしＢは磁気ギヤツプの磁束密度、ｌはコ
イル長とする。動電型駆動部１６の必要とする力
Ｆは、第２図の説明と同様に低圧部１４と背圧室
１１とを連通路１５で連通しているため、小さい
力でよい。したがつて動電型駆動部１６は小型化
できるとともに低消費電力で作動できる。また上
記のごとく力ＦはＢ・Ｉ・ｌで決まり電流Ｉを増
減した場合、同一電流での力Ｆは一定でいわゆる
ヒステリシスもほとんどない流量制御弁となり得
る。これは第２図のような電磁プランジヤ方式の
駆動部の場合のように電流増減による磁気的ヒス
テリシスがあるものに比較して大きい利点であ
る。しかし第３図のコイルボビン２２の内側はセ
ンターポール外周に摺動しながら上下するため、
この摺動摩擦抵抗が大きいとコイルボビン２２お
よび弁体４の動作がスムーズに行なわれなくな
る。特に本発明の流量制御弁のように、小さい力
Ｆで駆動動作するものにおいては、摩擦抵抗は特
に弁特性に影響が大きいため低摩擦にすることが
大切である。そこで第３図に示す本発明の実施例
においては少なくともセンターポール２１の外周
かコイルボビン２２の内面のいずれかに四フツ化
エチレン樹脂系の低摩擦材料を塗布あるいはコー
テイングしている。あるいはコイルボビン２２を
低摩擦樹脂・上記以外では例えばナイロン系樹脂
等で成形したものでも同等にスムースな流量制御
特性が得られる。また前記のゴムブツシユ２５、
端子２４、絶縁キヤツプ２６でなるハーメチツク
な端子構造は、一般周知のガラスハーメチツクシ
ールのようにガラスに熱を加えて溶かすなどの工
程が不要で、流量制御弁のアセンブル工程で簡単
に組立可能で量産しやすい利点がある。この端子
構造は、動電型以外の電気的駆動部を持つ流量制
御弁に応用しても、同様に効果のあるものであ
る。

第４図も本発明他の実施例のうちの一つで、先
の第３図のものと異なる点の１つは、電気的駆動
部を永久磁石３１、コイル３２、鉄心３３、ヨー
ク３４などからなる電磁反発方式としてる点であ
る。取付台３５を介して永久磁石３１がダイヤフ
ラム５および弁体４に固着してあり、前記永久磁
石３１に対向して鉄心３３を有し、鉄心３３の外
周にコイル３２がある。したがつてコイル３２に
通電していない時は、永久磁石３１が鉄心３３に
吸着する方向に力が作用しているため、弁体４は
弁座３を閉じる方向に力が作用している。コイル
３２の電流を通電増加して行くと、鉄心３３の永
久磁石対向面に永久磁石３１の対向面磁極と同極
の磁極を生じ、その磁気反発力が次第に増加す
る。３６は弁体４の閉止力を緩減する方向に力を
作用する引張ばねで、３７のナツトによりばね３
６の力を加減調節できるようになつている。

上記のように弁体４に作用する力Ｆは、コイル
３２に流す電流Ｉを制御することによつて磁気反
発力を制御でき、流体流量を制御できる。また低
圧部１４と背圧室１１を連通路１５で連通してい
るため、第２図、第３図同様に電磁反発型の電気
的駆動部は低消費電力のものにできる。また電磁
反発型のものは第４図からもわかるように、摺動
部がないためスムースな特性が得られるという利
点とコイル３２が流体から隔離できるため、いか
なる流体にも応用しやすい利点がある。

さらに絞り部１３の方式も第４図のようにノズ
ル状の絞りとすることによつて、オリフイスによ
る絞りと比較して流通路の実質的な圧力損失を小
さくして二次圧室１０と低圧部１４との差圧を比
較的大きくとれる利点がある。

以上説明したとおり、本発明の効果は、第１に
従来弁体二次圧P₂とダイヤフラム受圧面積との
積に相当する反力を、電気的駆動部で発生しなく
てはならなかつたのに対し、本発明では三次圧
P₃なる低圧部を形成し、その低圧部と背圧室を
連通路で連通したため、三次圧P₃とダイヤフラ
ム受圧面積との積に相当する力分だけ、従来より
駆動部の力は小さくてよく、したがつて極めて低
電力の流量制御弁を可能にしたことである。また
電気的駆動部に流す電流に応じた液体流量が得ら
れるだけではなく、入口流体圧が変動してもその
一定流量を保つ自己調節作用が得られる。

第２の主な効果は、背圧室を従来のように大気
開放しない方式で、背圧室を大気に対し隔離密閉
しているため、もしダイヤフラムが破損した場合
にも、流体が大気中に洩れ出す危険性が極めて少
なく、安全な流量制御弁を提供できることであ
る。

上記のように本発明は、非常に有用かつ効果大
なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の流量制御弁を示す構成図、第
２図は本発明の一実施例における流量制御弁を示
す構成図、第３図、第４図は本発明の他の実施例
を示す断面図である。１……入口、２……出口、３……弁座、４……
弁体、５……ダイヤフラム、６……コイル、７…
…プランジヤ、８……板ばね、９……一次圧室、
１０……二次圧室、１１……背圧室、１３……絞
り部、１４……低圧部、１５……連通路、１６…
…駆動部、１７，１８……永久磁石、１９，２０
……ヨーク、２１……センターポール、２２……
コイルボビン、２３……コイル、２４……端子、
２５……ゴムブツシユ、２６……絶縁キヤツプ、
２７……押え板、２８……コイルばね、２９……
調節子、３０……キヤツプ、３１……永久磁石、
３２……コイル、３３……鉄心、３４……ヨー
ク、３５……取付台、３６……引張ばね、３７…
…ナツト、３８……バーナノズル、３９……バー
ナ。

Claims

【特許請求の範囲】１流体入口と流体出口と、この入口と出口の間
に設けた弁座と、この弁座を中間に挾む如くこの
弁座に対向して設けた弁体およびダイヤフラム
と、前記弁体に作用する力を発生する電気的駆動
部と、前記弁体の上流側に形成した一次圧室と、
前記弁体の下流側に形成した二次圧室と、前記弁
体と固着した前記ダイヤフラムの流体通路の反対
側に設けた背圧室と、前記二次圧室と二次圧室下
流の低圧部との間に設けた絞り部と、前記低圧部
と前記背圧室とを連通する連通路とからなる流量
制御弁。２二次圧室と低圧部との差圧をオリフイス、ノ
ズルによる圧力降下により得る構成とした特許請
求の範囲第１項記載の流量制御弁。３ダイヤフラムが面する流体通路側および背圧
室のいずれも直接外気と通ずる大気連通孔を有さ
ないことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の流量制御弁。４二次圧室と低圧部との間にニードルバルブな
どの可変絞り部を有したことを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の流量制御弁。５電気的駆動部を永久磁石とコイルとヨークと
センターポールからなる動電型としたことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の流量制御弁。６少なくともセンターポール外周かコイルボビ
ンの内面のいずれかに四フツ化エチレン樹脂系の
低摩擦材料により表面処理したことを特徴とした
特許請求の範囲第５項記載の流量制御弁。７ゴムブラツシユと端子と絶縁キヤツプとで構
成した気密端子構造であることを特徴とする特許
請求の範囲第５項記載の流量制御弁。８電気的駆動部を永久磁石とコイルと鉄心から
なる電磁反発型としたことを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の流量制御弁。