JPS6030871B2 - 可動コイル駆動型制御弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は可動コイル駆動型制御弁、特にパイロット型
電磁制御弁に関するものである。

従釆流体配管の流量制御に使用される電磁弁としては直
動式電磁弁およびパイロット作動弁が知られている。

第１図は従来の直勤式電磁弁を示すもので、１は強磁性
材料からなる外筒ヨーク、２は電磁コイル、３は強磁性
材料からなる可動鉄心兼弁体、４は励磁ＣＦＦの時に可
動鉄心３を一方向に押付ける機能を持つバネで、電磁コ
イルの励磁により図中点線で示した鞠対称磁束が形成さ
れ、これにより可動鉄」○がバネ４に抗して引き上げら
れギャップＧが無くなり弁は開状態となり、一方電磁コ
イルの励磁が消勢されると磁気結合力が消去されバネ４
によって図示のごとく弁は閉止される。

３０は弁本体、３１は弁本体に一体に設けられ上面所定
位置に弁座３２を備えた仕切壁である。

かかる第１図の弁構造の場合の力バランスを式で示すと
次のようになる。即ち流体配管の上流側圧力をＰ．、下
流側圧力をＰ２とし可動鉄」０３の上部にも上流側圧力
Ｐ，が作用しているものとする。

又Ｐ．が作用する弁体受圧面積をＳ，，Ｐ２が作用する
弁体受圧面積をＳ２、弁閉止時のバネ押付力をＦＳ，、
弁開時のバネ押付力増加分をＦＳ２とすると、弁閉時に
はＦＳ，十Ｐ．Ｓ．〉Ｐ２Ｓ２となる。

一方、弁関時では電磁石励磁による可動鉄心吸引力をＦ
ｅとし、可動鉄心に下流側圧力Ｐ２が作用しないとする
と、弁開時にはＦ８＞ＦＳ，十ＦＳ２となり、又弁を関
にする瞬間にはＦ８＞ＦＳ，十Ｐ．Ｓ．一Ｐ２Ｓ２とな
る。

かかる第１図の構造の場合、次のような欠点がある。■
ＯＮ−ＯＦＦ制御のみの場合しか使用できない。

■ 電磁力はコイルの巻数と電流とに比例するため電磁
力そのものに限界があるうえ、ギャップが大きくなると
電磁力が弱くなるため口径の小さい弁に限られる。

■ 流体差圧が大きい場合には使用できない。

第２図は従来のパイロット作動式電磁弁を示すもので、
５は主弁体、６は該主弁体５の上流側に形成されたパイ
ロットオリフィス、７はその下流側に設けられたパイロ
ット口、３３は可動鉄心兼パイロット弁体、３４は王弁
座で、図示の弁閉止状態では、主弁体５の可動鉄○側に
パイロットオリフィスを通して上流側圧力Ｐ，になって
おり、主弁体５の押付力は（Ｐ．Ｓ．−Ｐ交２）で与え
られる（但しＳ，，Ｓ２はそれぞれＰ，及びＰ２が作用
する主弁体の面積）。又弁開のため電磁コイルを励磁し
て可動鉄○を引き上げると、パイロット口７を通して主
弁体５の可動鉄心側に下流圧力Ｐ２がたち主弁体５を押
し上げる力（（Ｐ，（Ｓ，一Ｓ３）−Ｐぶ，））（但し
Ｓ３は弁座３４の外経部面積）が生じ、弁が開くもので
、この構造の場合、第１図の直勤式電磁弁に対し、弱い
電磁力で弁の開閉ができることおよび比較的大きい口径
に使用できる等の特徴がある。しかしながら、第２図の
構造の場合次のような欠点がある。

■ ＯＮ−ＯＦＦ制御の動作のみである。

■ 差圧によって主内弁を動かすため最低０．５ｋｇ／
嫌程度の差圧が必要である。

■ 大きいストロークを探れないので大口径には使用で
きない。

この発明はかかる在来の電磁弁の現状に着目して創案さ
れたもので、その目的は連続制御可能でかつ大口径パイ
プの流量制御にも良好に使用できる電磁弁を提供するこ
とにある。

すなわち本発明に係る可動コイル型制御弁は環状の弁本
体上面に分岐立設された案内管と、該案内管内部に摺動
動自在に挿入され下端にパイロット弁体を備えたプラン
ジャと、上記案内管外周に昇降自在に設けられその磁気
結合力により上記プランジャを支持して上下動せしめる
可動コイルユニットと、上記弁本体周壁に上記案内管に
蓮通可能に設けられた円筒状の王弁体階勤面と、上記弁
本体の内部に該弁本体と一体に形成されかつ上記港動面
に対応する下方所定位置に主弁体用弁座を備えた仕切壁
と、上記摺動面内に摺動自在に鉄袋され、上記所定位置
にパイロット弁座を有し、軸心に上下方向に運通するパ
イロット口を備え、外周側所定位置にパイロットオリフ
ィスを有し、さらに下部周緑に主弁を有する主弁体とか
ら構成されている。

上記制御弁において、主弁体閉の状態で可動コイルユニ
ットを上昇せしめると、該コイルユニットに磁気結合し
たプランジャが引き上げられ、プランジャの下端のパイ
ロット弁体が主弁体の上部に設けられたパィ。

ツト弁座を離れると、主弁体のパイロットロを通して主
弁体の上側に下流側圧力が生じ、上流側圧力との差圧に
よって主弁体が上方に移動し主体弁は開くのである。な
お主弁体が上方へ移方すると主弁体上面に設けられたパ
イロット弁座がパイロット弁体を圧縮し、前記／ぐィロ
ット口を閉塞するので王弁体上側の圧力は上流側圧力に
復帰する。以下第３図乃至第１０図を参照して本発明を
詳述する。

第３図は本発明の第１実施例を示すもので、３５は弁本
体、３６は該弁本体３５の内部にこれと一体に形成され
所定位置に主弁体用弁座３７を備えた仕切壁、３８は該
弁座３７上方の弁本体の周壁所定位置に形成された主弁
体３９用摺動面である。主弁体３９は該摺動面３８内に
上下方向に摺動自在に欧装されたもので、これはその軸
心を通り上下方向に運通する所定内径のパイロット□４
０と、該パイロット口の上端周緑に突設形成された環状
のパイロット弁座１８と、下部外周に上記主弁体用弁座
３７に着座自在に形成された主弁４１と、一端は該主弁
体３９の上端外周側所定位置に開口し、これに続く下端
は主弁体の上流側に閉口するパイロットオリフィス４２
とから構成されている。８は弁本体３５の上言己情敷面
周縁上面に立設された上記燈動面と同一内径を有する非
磁性材製の薄肉の案内管で、その藤心には該案内管８お
よび上記主弁体３９のパイロット口４０内を非接触状に
貫通し、両端を案内管上端フランジ部８′および弁本体
下面にそれぞれ設けた軸受部４３，４４に軸支されたプ
ランジャ案内軸１５が配設されている。

４５は車由心に上試案内軸貫通孔を備え、かつ案内管８
内に摺移動自在に挿入された強磁性材製のプランジャで
その下端には連結榛１９を介してパイロット弁鉄合保持
部１６が設けられ、該競合保持部１６の内周凹状部に軸
心に案内軸が微小間隙を介して貫通する中空部を備えた
環状のパイロット弁１７の外周突状部を鉄着して該弁体
下面を主弁体３９のパイロット弁座１８に係脱自在に着
座させることによりパイロット弁を構成している。

この場合パイロット弁体１７の中空都内壁と案内棒１５
周壁との間に形成される間隙は、パイロット弁を閉止し
た時、該パイロット弁体が押圧されて該間隙が閉止可能
に構成されている。１３は案内管８の上端側外周に配設
された可動コイルアセンブリ駆動装置４６は駆動装置１
３に送りネジ１４を介して上下動自在に吊持した可動コ
イルアセンブリで、該駆動装置内に配設した図示しない
電動機又は手動機横により送りねじ１４を回転させるこ
とにより案内管外周を昇降自在である。

可動コイルアセンブリ４６は、強磁性材料製の外筒ヨー
ク９と該外筒ヨーク９内に配設された上向き吸引力用電
磁コイル１０と下向き吸引力用電磁コイル１２とからな
り、弁開放又は閉止時、それぞれ電磁コイル１０又は電
磁コイル１２を励磁させることによりプランジヤ４５を
案内管８を介して磁気結合力により支持して上下方向に
追従移動させるものである。

この場合上向き吸引用電磁コイルの起磁力則ち電流を下
向き吸引力用電磁コイルのそれより大きくし、上向き移
動時の大きな負荷反力に対応した磁気結合力を得られる
ように制御することにより可動コイルアセンプ川こ対す
る追従遅れないようにプランジャを上下させることがで
きる。次に第３図の制御弁の作動について説明すると、
可動コイルアセンブリ４６及びプランジャ４５が最下降
位置、換言すれば弁閉止状態から可動コイルアセンブリ
４６を上昇させるとそれにつれてプランジャ４５が上昇
し、プランジャ４５に連結したパイロット弁体１７も上
昇する。

これにより主弁体３９上側にパイロット口４０を通して
下流側圧力Ｐ２が生じ上流側圧力Ｐ，との差圧によって
主弁体３９が上方に移動し、主弁体３９のパイロット弁
座１８がパイロット弁体１７を圧縮し、該パイロット弁
体１７とプランジャ案内軸１５との間隙を閉塞すること
により主弁体上側の圧力がＰ２からＰ，に復帰する。こ
のように任意のストロークにわたって主弁体を移動でき
連続的に流量制御を行なうことができる。第４図乃至第
６図はそれぞれ本発明で使用しうる電磁コイルアセンブ
リの他の例を示したもので、第４図のものは外筒ヨーク
９と上向吸引力用電磁コイル１０とより構成され、上向
吸引力用電磁コイルを励磁して送り機構により可動コイ
ルアセンプＩＪ４６を上下させることによりプランジヤ
１１を上下させることができる。

尚図では上昇中のプランジャ位置を示しているが、この
構造では下降時に可動コイルアセンブリ４６に対してプ
ランジャ１１が破線位置で下降するため電磁石に対しプ
ランジャの追従遅れが生じる。又第５図のものは、上向
吸引力用電磁コイル１０を上下２段に設けたもので、こ
れは一体型外筒ヨーク９と該ヨークの中央に配設された
非磁性ギャップ２３と該ギャップの上下に磁性材製スベ
ーサ４７を介してそれぞれ装着された上向吸引力用電磁
コイル１０とからなり、２個の上向電磁コイルに対応す
るプランジャ１１のうち一方のプランジャ位置を第４図
の破線位置になるように両プランジャ間距離を調整する
ことにより第３図の可動コイルアセンブリと同一機能を
具備させることができる。

さらに第６図のものは第３図乃至第５図のものを絹合せ
た可動コイルアセンブリ４６を示したもので、上向吸引
力用電磁コイル３段と下向き吸引力用電磁コイル１段と
から構成したものである。

このように電磁コイルを適宜組合せることにより必要と
する上向き吸引力及び下向き吸引力を容易かつ確実に発
生させることができる。第７図は本発明の他の実施例を
示すもので、これは第３図の可動コイルアセンブリ４６
の下部に連結榛４８を介して結合用電磁コイル２０と強
磁性材製の結合用外筒ヨーク２１からなる結合用コイル
ユニット４９を取付けると共にプランジヤ下端に設けた
パイロット弁体隊合部１６′及び主弁体３９′をそれぞ
れ強磁性体で構成したものである。

この構造の場合、任意の位置に可動コイルアセンブリ４
６及びこれに一体に連結された結合用コイルユニット４
９を移動させるとプランジャ４５及びパイロット弁体１
７が移動し、圧力差によって主弁体３９′が追従するが
、この時上記結合用コイルユニット４９を励磁させるこ
とによりパイロット弁体麻合部１６′と主弁体３９′に
磁気的結合力が生じ、パイロット弁体１７に対する主弁
体３９′の追従おくれ及び定位暦での主弁体３９′のふ
らつきが防止され、制御精度を著しく向上させることが
できるまた、この方式の場合主弁体の追従性が向上する
ため低流量、低差圧時にも弁を調節できる利点がある。
さらにこの場合、可動コイルアセンブリ駆動装置１３の
手動機横で可動コイルアセンブリを上下動させることに
より手動で弁を調節することができる。第８図はプラン
ジャ案内軸を省略した構造を示すもので、これはプラン
ジャー１の下面中央部にプランジャ弁体２２を突出形成
せしめ、該パイロット弁体２２の先端突状部を主弁体５
０のパイロット口４０上端に形成した凹状パイロット弁
座５１に舷入着座せしめるように構成したもので、フ。

ランジヤ１１及び主弁体５０等の機能は第３図のものと
異なるところはない。第９図はこの発明のプランジャ案
内軸を設けないさらに他の例を示すもので、これは可動
コイルアセンブリ５２を外筒ヨーク９と該外筒ヨーク内
に配設された上向き吸引力用電磁コイル１０、下向き吸
引力用電磁コイル１２と、結合用電磁コイル２０及び上
記下向き吸引用電磁コイル１２と結合用電磁コイル２０
との間に介在配設された磁気ギャップ２３から構成し、
又プランジャー１の下部に連結部材５３を介して設けた
パイロット弁体２４及び主弁体３９″をそれぞれ強磁性
体で形成したもので、第８図の場合と同様結合用電磁コ
イル２０を励磁することによりパイロット弁体２４と主
弁体３９″が磁気的に結合し主弁体３９″の追従性及び
定位層精度の向上と共に低流量低差圧時の弁調節等をも
可能としている。

第１０図は第７図及び第９図の場合のように結合力電磁
コイルを設ける代りにパイロット弁体２４′に永久磁石
２５を内蔵した構造を示すもので、可動コイルユニット
を上昇せしめると、該コイルユニットと磁気結合したプ
ランジヤが追従して上昇し、永久磁石２５を内蔵したパ
イロット弁体２４′は主弁体３９″から離隔する。

その結果パイロット口４０を通して下流側圧力が主弁体
側に生じ、上流側圧力との差圧によって主弁体を上に押
し上げるのである。この発明は上述のごとく構成したの
で主弁体を任意ストロークにわたって移動できるため連
続的に流量制御可能であると共にプランジャ下部に設け
たパイロット弁体に対する主弁体の追従遅れ及び定位層
での主弁体のふらつき等も確実に防止でき制御精度のよ
い流量制御を行なうことができる。

又この発明によれば、必要な上向き及び下向き吸引力が
容易に得られるため大口蓬管の流量制御にも良好に適用
できるうえ、低流量、低差圧時にも弁を容易に調節でき
る等多大のメリットを有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来の電磁弁を示す縦断面図、第３
図は本発明の一例を示す縦断面図、第４図乃至第６図は
それぞれ本発明で使用される可動コイルユニットを例示
する概略縦断面図、第７図乃至第１０図はそれぞれ本発
明の他の例を示す要部縦断面図である。 １，９，２１：外筒ヨーク、２：電磁コイル、３：可動
鉄心製弁体、４：バネ、５，３９，３９′，３９″，５
０：主弁体、６，４２：パイロットオリフィス、７，４
０：パイロット口、８：案内管、１０：上向き吸引力用
電磁コイル、１１，４５：プランジャ、１２：下向き吸
引力用電磁コイル、１３：可動コイルアセンブリ駆動装
置、１４：送りネジ、１５：案内軸、１６，１６′：パ
ィロット弁隊合保持部、１７，２４，２４′，３３：パ
イロット弁体、１８，５１：パイロット弁座、２０：結
合用電磁コイル、２３：磁気ギャップ、２５：永久磁石
、３０，３５：弁本体、３１，３６：仕切壁、３４：主
弁体用弁座、３７：主弁体用弁座、３８：摺動面、４１
：主弁、４６，５２：可動コイルアセンブリ、４７：磁
性材製スベーサ、４９：結合用コイルユニット。 第１図第２図第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 環状の弁本体上面に分岐立設された案内管と、各案
   内管内部に摺移動自在に挿入され下端にパイロツト弁体
   を備えたプランジヤと、上記案内管外周に昇降自在に設
   けられその磁気結合力により上記プランジヤを支持して
   上下動せしめる可動コイルユニツトと、上記弁本体周壁
   に上記案内管に連通可能に設けられた円筒状の主弁体摺
   動面と、上記弁本体の内部に該弁本体と一体に形成され
   かつ上記摺動面に対応する下方所定位置に主弁体用弁座
   を備えた仕切壁と、上記摺動面内に摺動自在に嵌装され
   、上端所定位置にパイロツト弁座を有し、軸心に上下方
   向に連通するパイロツト口を備え、外周側所定位置にパ
   イロツトオリフイスを有し、さらに下部周縁に主弁を有
   する主弁体とを備えてなる可動コイル駆動型制御弁。 ２ 可動コイルユニツトを、外箇ヨーク内に非磁性材製
   スペーサを介して上下にそれぞれ配設された１個又は２
   個以上の上向き吸引力用電磁コイルと、該上向き吸引力
   用電磁コイルに磁性材製スペーサを介して配設された１
   個又は２個以上の下向き引力用電磁コイルとからなる可
   動コイルアセンプリで構成したことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の可動コイル駆動型制御弁。 ３ パイロツト弁体はプランジヤの下面中央部に垂下状
   に突出形成され、パイロツト弁座はパイロツト口上端に
   連通する凹状部内周面により形成され、該パイロツト弁
   体を上記弁座に嵌入着座せしめるように構成したことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の可動コイル駆動
   型制御弁。 ４ 可動コイルユニツトは外筒ヨーク下部に結合用コイ
   ルユニツトを備えると共に主弁体及びパイロツト弁体を
   それぞれ強磁性体で構成したことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の可動コイル駆動型制御弁。 ５ パイロツト弁体は内部に永久磁石を備えると共に主
   弁体を強磁性体で構成したことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の可動コイル駆動型制御弁。 ６ プランジヤ及びパイロツト弁体はそれぞれ軸心を通
   り、上下方向に連通する貫通孔を備え、該各貫通孔及び
   主弁体のパイロツト口に、案内管軸心を通り上下方向に
   延在する案内軸を上下方向に移動自在に挿通せしめると
   共に、上記パイロツト弁座及びパイロツト弁体をそれぞ
   れ環状体で形成したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の可動コイル駆動型制御弁。