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公開番号2023173857
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-12-07
出願番号2022086375
出願日2022-05-26
発明の名称比例制御弁
出願人株式会社ミクニ
代理人個人
主分類F16K 31/06 20060101AFI20231130BHJP(機械要素または単位;機械または装置の効果的機能を生じ維持するための一般的手段)
要約【課題】上流側の圧力(一次圧力)の変化に対する下流側の圧力(二次圧力)の変化を抑制でき、駆動源の小型化、全体としての小型化、軽量化を図れる比例制御弁を提供する。
【解決手段】流体を通す上流室11b及び下流室11d,上流室と下流室の間に介在する弁座11aを含むハウジング10と、上流室の圧力P1が前面21a₁に作用しかつ下流室の圧力P2が背面21a₂に作用するようにハウジング内に配置された第1ダイヤフラム20と、下流室の圧力P2が前面31a₁に作用しかつ大気圧が背面31a₂に作用するようにハウジング内に配置された第2ダイヤフラム30と、第1ダイヤフラム及び第2ダイヤフラムと連動すると共に弁座11aに対して着座及び離脱可能に移動する弁体40と、弁体に駆動力を及ぼす駆動ユニットDuを含む。
【選択図】図5

特許請求の範囲【請求項１】
流体を通す上流室及び下流室，前記上流室と前記下流室の間に介在する弁座を含むハウジングと、
前記上流室の圧力が前面に作用しかつ前記下流室の圧力が背面に作用するように前記ハウジング内に配置された第１ダイヤフラムと、
前記下流室の圧力が前面に作用しかつ大気圧が背面に作用するように前記ハウジング内に配置された第２ダイヤフラムと、
前記第１ダイヤフラム及び前記第２ダイヤフラムと連動すると共に前記弁座に対して着座及び離脱可能に移動する弁体と、
前記弁体に駆動力を及ぼす駆動源と、
を含む、比例制御弁。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記上流室の圧力をＰ１、前記下流室の圧力をＰ２、前記第１ダイヤフラムの有効面積をＡｄ
１
、前記第２ダイヤフラムの有効面積をＡｄ
２
、前記弁体の有効面積をＡｖ、前記駆動源の駆動力をＦとするとき、前記弁体の移動方向における力の釣合い式は、
Ｐ２＝［Ｆ＋（Ａｄ
１
－Ａｖ）・Ｐ１］／（Ａｄ
２
＋Ａｄ
１
－Ａｖ）
を満たす、
ことを特徴とする請求項１に記載の比例制御弁。
【請求項３】
前記第１ダイヤフラムの有効面積Ａｄ
１
及び前記第２ダイヤフラムの有効面積Ａｄ
２
は、Ａｄ
２
／Ａｄ
１
＞１を満たすように形成されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の比例制御弁。
【請求項４】
前記弁体は、前記弁座に接触し得るべく前記下流室に向けて先細る円錐状面を含む弁部と、前記第１ダイヤフラム及び前記第２ダイヤフラムと連結されるロッド部を含む、
ことを特徴とする請求項３に記載の比例制御弁。
【請求項５】
前記ハウジングは、前記第１ダイヤフラムの背面が面する背圧室を含み、
前記弁体は、前記下流室と前記背圧室とを連通させる連通路を含む、
ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一つに記載の比例制御弁。
【請求項６】
前記駆動源は、前記弁体に係合する可動鉄心及び前記可動鉄心の周りに配置された励磁コイルを含むソレノイドである、
ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一つに記載の比例制御弁。
【請求項７】
前記弁体は、鉛直方向に移動する共に自重により前記弁座に着座するように配置されている、
ことを特徴とする請求項６に記載の比例制御弁。
【請求項８】
前記可動鉄心を前記弁体に向けて付勢する付勢部材を含む、
ことを特徴とする請求項７に記載の比例制御弁。
【請求項９】
前記上流室は、前記弁座の上方に配置され、前記下流室は、前記弁座の下方に配置されている、
ことを特徴とする請求項７に記載の比例制御弁。
【請求項１０】
前記ハウジングは、
前記上流室，前記下流室，前記弁座，前記弁体の移動方向の両外側に向けてそれぞれ前記上流室を開口する第１開口部及び前記下流室を開口する第２開口部を画定するハウジング本体と、
前記第１開口部を塞ぐように配置された前記第１ダイヤフラムを外側から覆う第１ハウジングカバーと、
前記第２開口部を塞ぐように配置された前記第２ダイヤフラムを外側から覆う第２ハウジングカバーを含む、
ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一つに記載の比例制御弁。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の通路を開閉する弁体の開度を比例的に制御する比例制御弁に関し、特に、ガス給湯器のシステムに組み込まれてガス流量を調整する際に適用される比例制御弁に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
従来の比例制御弁としては、図１２に示すように、ガス流体の入口室１ａ，出口室１ｂ，入口室１ａと出口室１ｂの間に位置する弁座１ｃを画定するケース１と、入口室１ａの弁座１ｃと反対側の面を閉塞するダイヤフラム２と、ダイヤフラム２と一体的に往復動して弁座１ｃに着座し得る弁体３と、弁体３を往復駆動する可動鉄心４ａを含むソレノイド４と、弁体３及び可動鉄心４ａの自重をキャンセルするスプリング５を備えたガス比例弁が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
上記構成をなすガス比例弁においては、一般的に、入口室１ａの圧力（一次圧力Ｐ１）に対して出口室１ｂの圧力（二次圧力Ｐ２）を一定に維持するべく、弁体３の有効面積Ａｖとダイヤフラム２の有効面積Ａｄは、設計上において同一となるように設定されるものである。
例えば、ソレノイド４が開弁方向に及ぼす力をＦとすると、弁体３の移動方向における力の釣合い式は、Ｆ＋Ａｖ・Ｐ１＝Ａｄ・Ｐ１＋Ａｖ・Ｐ２となる。この式を整理すると、Ｐ２＝［Ｆ＋（Ａｖ－Ａｄ）・Ｐ１］／Ａｖとなる。
したがって、弁体３の有効面積Ａｖとダイヤフラム２の有効面積Ａｄが同一であれば、一次圧力Ｐ１に関係なく二次圧力Ｐ２を一定に維持することができる。
【０００４】
しかしながら、上記構成をなすガス比例弁においては、ダイヤフラム２が弾性変形し得る柔軟性のある材料で形成され、又、ダイヤフラム２は外周縁部を二つの部材で挟み込むことにより取り付けられるため、各部品の寸法バラツキ又は組付け位置のバラツキにより、ダイヤフラム２の有効面積Ａｄを画定する有効径が変化し、所定の有効面積Ａｄが得られない場合がある。その結果、一次圧力Ｐ１の変化に対して二次圧力Ｐ２の変化が大きくなる虞がある。
また、従来のガス比例弁では、図１３に示すように、弁体の外径（有効径）を小径化するに連れて二次圧力Ｐ２と釣り合う荷重が小さくなるため、僅かな荷重変化でも二次圧力の大きな変化を招く。それ故に、弁体及びソレノイドの小型化、ガス比例弁全体としての小型化及び軽量化が困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００７－１６２９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、従来の問題点を解消して、各部品の寸法精度や組付け精度を高めることなく、弁体の上流側の圧力（一次圧力）の変化に対する下流側の圧力（二次圧力）の変化を抑制でき、弁体の小径化、駆動源の小型化、全体としての小型化、軽量化を図れる、比例制御弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の比例制御弁は、流体を通す上流室及び下流室，上流室と下流室の間に介在する弁座を含むハウジングと、上流室の圧力が前面に作用しかつ下流室の圧力が背面に作用するようにハウジング内に配置された第１ダイヤフラムと、下流室の圧力が前面に作用しかつ大気圧が背面に作用するようにハウジング内に配置された第２ダイヤフラムと、第１ダイヤフラム及び第２ダイヤフラムと連動すると共に弁座に対して着座及び離脱可能に移動する弁体と、弁体に駆動力を及ぼす駆動源と、を含む。
【０００８】
上記比例制御弁において、上流室の圧力をＰ１、下流室の圧力をＰ２、第１ダイヤフラムの有効面積をＡｄ
１
、第２ダイヤフラムの有効面積をＡｄ
２
、弁体の有効面積をＡｖ、駆動源の駆動力をＦとするとき、弁体の移動方向における力の釣合い式は、
Ｐ２＝［Ｆ＋（Ａｄ
１
－Ａｖ）・Ｐ１］／（Ａｄ
２
＋Ａｄ
１
－Ａｖ）
を満たす、構成を採用してもよい。
【０００９】
上記比例制御弁において、第１ダイヤフラムの有効面積Ａｄ
１
及び第２ダイヤフラムの有効面積Ａｄ
２
は、Ａｄ
２
／Ａｄ
１
＞１を満たすように形成されている、構成を採用してもよい。
【００１０】
上記比例制御弁において、弁体は、弁座に接触し得るべく下流室に向けて先細る円環状のテーパ面を含む弁部と、第１ダイヤフラム及び第２ダイヤフラムと連結されるロッド部を含む、構成を採用してもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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