(57)【要約】      （修正有）【課題】構成部品が少なく、しかも摩耗がない高精度の流量制御弁を提供する。【解決手段】ボディ１０の検出用キャビティ２０に設けられている受圧プレート２３に対して入力ポート２５から信号圧Ｐｉｎを印加し、この受圧プレート２３の下側の空間の圧力Ｐｘを圧力センサ３０によって検出するとともに、受圧プレート２３とロッド２４を介して連結されている第１のキャビティ１１内のバルブプレート１２と弁座１３との間のギャップＧｘを調整することにより、供給ポート１４から排出ポート１５に流れる流体の流量を調整する。【選択図】図１
2019044910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のキャビティと検出用キャビティとを同軸状に形成したボディと、
前記第１のキャビティ内を軸線方向に区画し、前記第１のキャビティの前記検出用キャビティとは反対側に設けられた弁座との間にギャップを形成するバルブプレートと、
前記検出用キャビティ内の空間を軸線方向に区画し、前記第１のキャビティと前記検出用キャビティとを連通させる出口通路の前記検出用キャビティ側のエッジの部分に形成された弁座との間にギャップを形成し、前記バルブプレートと連結されている受圧プレートと、
を備え、前記第１のキャビティの前記バルブプレートに対して前記検出用キャビティとは反対側の空間が流体の供給口となる供給ポートに連通され、前記第１のキャビティの前記弁座の内側の出口通路が排出ポートに連通され、前記第１のキャビティの前記バルブプレートに対して前記検出用キャビティ側の空間が外部に解放された連通孔に連通され、
前記検出用キャビティの前記受圧プレートに対して前記第１のキャビティ側の空間が固定オリフィスを有して加圧流体を印加する印加ポートと、圧力センサが接続された検出ポートに連通され、
前記検出用キャビティの前記受圧プレートに対して前記第１のキャビティとは反対側の空間に入力ポートを介して信号圧を印加し、該信号圧を調整することによって前記受圧プレートと前記弁座との間のギャップを調整し、前記検出用キャビティから前記弁座の出口通路を通って前記第１のキャビティ側に流れる流体の流量を制御することによって、前記第１のキャビティ内の前記バルブプレートと前記弁座との間のギャップを調整することにより、前記供給ポートから前記排出ポートに流れる流体の流量を制御することを特徴とする流量調整弁。
【請求項２】
前記第１のキャビティ内の前記バルブプレートと前記弁座との間のギャップが前記検出用キャビティの前記受圧プレートに対して前記第１のキャビティ側の空間の圧力によって変化することを利用して前記バルブプレートと前記弁座との間のギャップを調整する請求項１に記載の流量調整弁。
【請求項３】
前記信号圧を調整することによって前記検出用キャビティの前記受圧プレートと前記弁座との間のギャップが変化し、前記検出用キャビティの前記受圧プレートに対して前記第１のキャビティ側の空間の圧力が圧力センサによって検出される請求項１または２に記載の流量調整弁。
【請求項４】
前記バルブプレートおよび前記受圧プレートがともに円形であって、前記バルブプレートおよび前記受圧プレートの中心部が断面円形のロッドで連結されている請求項１〜３の何れかに記載の流量調整弁。
【請求項５】
前記バルブプレートおよび前記受圧プレートが同軸状であって、前記第１のキャビティおよび前記検出用キャビティの中心と軸線が一致しており、しかも前記第１のキャビティの弁座の中心と前記検出用キャビティの弁座の中心とが前記バルブプレートおよび前記受圧プレートと同軸状で軸線が一致している請求項４に記載の流量調整弁。
【請求項６】
前記第１のキャビティの前記バルブプレートに対して前記検出用キャビティ側の空間を外部に解放する前記連通孔が大気開放され、空気の流量を制御する請求項１〜５の何れかに記載の流量調整弁。
【請求項７】
前記バルブシートおよび前記受圧プレートがともにポリエーテルエーテルケトンによって成形された円板である請求項１〜６の何れかに記載の流量調整弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流量調整弁に係り、とくに平板状をなすバルブプレートと弁座との間のギャップを調整することによって流量を調整するようにした流量調整弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特開２００５−２２６７４１号公報、特開２０１２−０９２９１８号公報、特開２０１１−０４３１９６号公報等に開示されているように、流量を精密に制御する流量調整弁として、従来よりニードル弁を用いた調整弁が用いられてる。この種の流量調整弁は、先端が円錐状になっているニードル弁をサーボモータによって、軸線方向に移動させることにより、このニードル弁の円錐状の部分と流体通路との間の隙間を調整することによって流量制御を行なうものである。
【０００３】
このようなニードル弁を用いた流量制御の構造は、構成部品が多くなるとともに、制御が複雑になる欠点がある。しかも使用によって摩耗する部分があるために耐久性に欠ける欠点がある。また多くの構成部品が必要になるために、コスト的にも増大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２２６７４１号公報
【特許文献２】特開２０１２−０９２９１８号公報
【特許文献３】特開２０１１−０４３１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明の課題は、構造が複雑で制御が面倒なニードル弁を用いることなくしかも流量を調整できるようしにした流量調整弁を提供することである。
【０００６】
本願発明の別の課題は、流路のギャップを高精度で微妙に調整することによって高精度の流量制御を可能にした流量制御弁を提供することである。
【０００７】
本願発明のさらに別の課題は、構成部品の数が少なく、摩耗する部分がないために、低コストでしかも長い耐久性を有する流量調整弁を提供することである。
【０００８】
本願発明の上記の課題および別の課題は、以下に述べる本願発明の技術的思想、およびその実施の形態によって明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願の主要な発明は、
第１のキャビティと検出用キャビティとを同軸状に形成したボディと、
前記第１のキャビティ内を軸線方向に区画し、前記第１のキャビティの前記検出用キャビティとは反対側に設けられた弁座との間にギャップを形成するバルブプレートと、
前記検出用キャビティ内の空間を軸線方向に区画し、前記第１のキャビティと前記検出用キャビティとを連通させる出口通路の前記検出用キャビティ側のエッジの部分に形成された弁座との間にギャップを形成し、前記バルブプレートと連結されている受圧プレートと、
を備え、前記第１のキャビティの前記バルブプレートに対して前記検出用キャビティとは反対側の空間が流体の供給口となる供給ポートに連通され、前記第１のキャビティの前記弁座の内側の出口通路が排出ポートに連通され、前記第１のキャビティの前記バルブプレートに対して前記検出用キャビティ側の空間が外部に解放された連通孔に連通され、
前記検出用キャビティの前記受圧プレートに対して前記第１のキャビティ側の空間が固定オリフィスを有して加圧流体を印加する印加ポートと、圧力センサが接続された検出ポートに連通され、
前記検出用キャビティの前記受圧プレートに対して前記第１のキャビティとは反対側の空間に入力ポートを介して信号圧を印加し、該信号圧を調整することによって前記受圧プレートと前記弁座との間のギャップを調整し、前記検出用キャビティから前記弁座の出口通路を通って前記第１のキャビティ側に流れる流体の流量を制御することによって、前記第１のキャビティ内の前記バルブプレートと前記弁座との間のギャップを調整することにより、前記供給ポートから前記排出ポートに流れる流体の流量を制御することを特徴とする流量調整弁に関するものである。
【００１０】
ここで、前記第１のキャビティ内の前記バルブプレートと前記弁座との間のギャップが前記検出用キャビティの前記受圧プレートに対して第１のキャビティ側の空間の圧力によって変化することを利用して前記バルブプレートと前記弁座との間のギャップを調整してよい。また前記信号圧を調整することによって前記検出用キャビティの前記受圧プレートと前記弁座との間のギャップが変化し、前記検出用キャビティの前記受圧プレートに対して前記第１のキャビティ側の空間の圧力が圧力センサによって検出されてよい。また前記バルブプレートおよび前記受圧プレートがともに円形であって、前記バルブプレートおよび前記受圧プレートの中心部が断面円形のロッドで連結されてよい。また前記バルブプレートおよび前記受圧プレートが同軸状であって、前記第１のキャビティおよび前記検出用キャビティの中心と軸線が一致しており、しかも前記第１のキャビティの弁座の中心と前記検出用キャビティの弁座の中心とが前記バルブプレートおよび前記受圧プレートと同軸状で軸線が一致してよい。また前記第１のキャビティの前記バルブプレートに対して前記検出用キャビティ側の空間を外部に解放する前記連通孔が大気開放され、空気の流量を制御してよい。また前記バルブシートおよび前記受圧プレートがともにポリエーテルエーテルケトンによって成形された円板であってよい。
【発明の効果】
【００１１】
本願の主要な発明は、検出用キャビティの入力ポートから信号圧を印加し、受圧プレートと弁座との間のギャップを調整し、このギャップの変化に応じてバルブプレートと弁座との間のギャップを調整することによって流量制御を行なうようにしている。ここでバルブプレートと弁座との間のギャップは信号圧に応じて微妙に調整できるために、精密な流量制御が可能になる。しかもボディの検出用キャビティ側に受圧プレートを、第１のキャビティ側にバルブプレートをそれぞれ配するだけの非常に簡潔な構成になり、構成部品が少なくて摩耗する部品も存在しない。従って低コストであってしかも耐久性を有する流量調整弁を提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る流量調整弁の縦断面図である。
【図２】同流量調整弁の流量調整用のギャップと検出圧力との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下本願発明を図示の一実施の形態によって説明する。図１は本実施の形態の流量調整弁を縦断面によって示したものであって、ここでは円盤状のボディ１０を備えている。そしてこのボディ１０には、その下側の部分に円形の第１のキャビティ１１が形成され、このキャビティ１１内を軸線方向に上下に２分割するように円板状のバルブプレート１２が配されている。バルブプレート１２は、エンジニアリングプラスチック、例えばポリエーテルエーテルケトンの成形体から成っており、その周縁部が上記ボディ１０に固定保持されている。またキャビティ１０の底部側には弁座１３が形成されている。弁座１３は、その上端側が円錐状に突設されており、しかもこの弁座１３の内側は出口通路３４から構成されている。そしてキャビティ１１のバルブプレート１２の下側の空間が供給ポート１４に連通されるとともに、上記弁座１３の内側の部分の出口通路３４が排出ポート１５に連通されている。これに対してバルブプレート１２の上側の空間は、連通孔１６によって大気開放されている。
【００１４】
次に上記ボディ１０の上側の部分には、上記第１のキャビティ１１よりもはるかに大きな直径の円形の検出用キャビティ２０が形成されている。この検出用キャビティ２０の下面と上記第１のキャビティ１１との間に連通孔を構成する出口通路２１が形成されている。そして検出用キャビティ２０の底面の出口通路２１の周縁部には弁座２２が上方に突出して形成され、この弁座２２と対向するように、検出用キャビティ２０を上下に２つの空間に分割する受圧プレート２３が配されている。受圧プレート２３もまたポリエーテルエーテルケトンの成形体から成る円板である。そして上記連通孔２１の中心部を貫通するように、連結ロッド２４が配されており、この連結ロッド２４が受圧プレート２３の中心と第１のキャビティ１１側のバルブプレート１２の中心とを連結している。
【００１５】
検出用キャビティ２０の上側の空間には入力ポート２５が設けられている。これに対して検出用キャビティ２０の受圧プレート２３の下側の空間は、印加ポート２６に連通されている。印加ポート２６には固定オリフィス２７を有する管路２８が接続されている。さらに検出用キャビティ２０の受圧プレート２３の下側の空間は、検出ポート２９に連通されている。この検出ポート２９には圧力センサ３０が設けられており、検出用キャビティ２０の受圧プレート２３の下側の空間の圧力を検出するようになっている。なお圧力センサ３０は制御装置３８に接続され、制御装置３８が圧力制御弁３９に接続されている。
【００１６】
次に以上のような構成に係るこの流量調整弁の動作を説明する。流量が調整される流体、例えば空気は、ボディ１０の供給ポート１４から第１のキャビティ１１のバルブプレート１２の下側の空間に入り、バルブプレート１２と弁座１３との間のギャップＧｘの部分を通過して出口通路３４から排出ポート１５に流れる。そして流量制御の基本動作は、バルブプレート１２の下面と弁座１３の上面の間のギャップＧｘを調整することによって行なわれる。
【００１７】
上記ギャップＧｘの調整は、検出用キャビティ２０の上部に設けられている入力ポート２５を通して印加される信号圧Ｐｉｎに応じて調整されるようになっている。上記入力ポート２５から信号圧Ｐｉｎが供給されると、この信号圧Ｐｉｎに応じて受圧プレート２３が圧力を受けて軸線方向に変位する。そしてこの変位に応じて、検出用キャビティ２０の受圧プレート２３の下面と弁座２２との間のギャップＧ２が変化する。従って固定オリフィス２７を通って管路２８から印加ポート２６に流入される空気の量が、上記受圧プレート２３と弁座２２との間のギャップＧ２に応じて変化することになり、連通孔２１を通過する空気の量Ｑ２が変化する。なお連通孔２１を通過する空気は、大気解放されている連通孔１６を通って外部に排出される。
【００１８】
上記受圧プレート２３の変位に応じて、この受圧プレート２３と弁座２２との間のギャップＧ２が変化すると、検出ポート２９を通して圧力センサ３０で検出される検出圧力Ｐｘも変化する。そして上記受圧プレート２３の変位は、連結ロッド２４を介してバルブプレート１２に連結されているために、このバルブプレート１２が軸線方向に変位することになる。このようなバルブプレート１２の軸線方向の変化に応じてバルブプレート１２の下面と弁座１３との間のギャップＧｘが変化する。このようなギャップＧｘの変化に応じて、供給ポート１４から排出ポート１５に排出される流体の流量の調整が行なわれる。
【００１９】
上記の動作をより詳細に説明すると、入力ポート２５を通して印加される信号圧をＰｉｎとし、圧力センサ３０によって検出される圧力をＰｘとし、連通孔１６の外側の開放される圧力（大気圧）をＰａとし、受圧プレート２３の有効面積をＳ０とし、弁座２２の出口通路２１の部分の直径をＳ１とすると、検出用キャビティ２０の受圧プレート２３の上下にかかる力の平衡から
Ｐｉｎ・Ｓ０＝Ｐｘ・（Ｓ０−Ｓ１）＋ＰａＳ１
ここでＰａ＝０（大気圧）、Ｓ０＞＞Ｓ１であるから、Ｐｉｎ＝Ｐｘ
【００２０】
固定オリフィス２７を通過してこのボディ１０の検出用キャビティ２０内に流入する流体の流量をＱ１とし、受圧プレート２３の下側のギャップＧ２を通って第１のキャビティ１１側に流動する流体の流量をＱ２とし、固定オリフィス２７を通して加えられる加圧された空気の流体圧をＰｐとし、固定オリフィス２７を通って印加ポート２６から検出用キャビティ２０に流入する流体の流量係数をＣ１とし、受圧プレート２３と弁座２２との間のギャップＧ２を通過する流体の流量計数をＣ２とすると、
Ｑ１＝Ｃ１・｛（Ｐｐ＋Ｐｘ）・（Ｐｐ−Ｐｘ）／２｝１／２
Ｑ２＝Ｃ２・｛（Ｐｘ＋Ｐａ）・（Ｐｘ−Ｐａ）／２｝１／２
【００２１】
また固定オリフィス２７を通過する流体は総て弁座２１の出口通路を通過して大気開放された連通孔１６に流出するので、
Ｑ１＝Ｑ２
よってＣ１・｛（Ｐｐ＋Ｐｘ）・（Ｐｐ−Ｐｘ）／２｝１／２＝Ｃ２・｛（Ｐｘ＋Ｐａ）・（Ｐｘ−Ｐａ）／２｝１／２
【００２２】
一方固定オリフィス２７における流量計数Ｃ１は、この固定オリフィス２７の小孔の直径をｄとし、Ｋ１を比例定数とすると、
Ｃ１＝Ｋ１・πｄ２／４
【００２３】
次に受圧プレート２３と弁座２２との間の部分のギャップＧ２を通る流体の流量計数Ｃ２を求める。連通孔（出口通路）２１の直径をＤとし、受圧プレート２３と弁座２２の上端との間のギャップをＧ２とすると、受圧プレート２３の下面において、ギャップＧ２を通して直径Ｄの連通孔２１に流れる流体の入口部分の
面積は、直径がＤで高さがＧ２の円筒の外表面の面積になるので、πＤ・Ｇ２となる。そしてギャップＧ２を通して弁座２２の内側の連通孔（出口通路）２１に流入する流体の流量係数Ｃ２は、弁座２２の入口部分の面積に比例するので、Ｋ２を比例定数とすると、
Ｃ２＝Ｋ２・πＤ２・Ｇ２
となる。上記Ｃ１、Ｃ２を、流量Ｑ１、Ｑ２の式に代入してＱ１＝Ｑ２に当てはめると、
Ｋ１・πｄ２／４｛（Ｐｐ＋Ｐｘ）・（Ｐｐ−Ｐｘ）／２｝１／２＝Ｋ２・πＤ２・Ｇ２｛（Ｐｘ＋Ｐａ）・（Ｐｘ−Ｐａ）／２｝１／２
よって
Ｇ２＝｛（Ｐｐ＋Ｐｘ）・（Ｐｐ−Ｐｘ）／２｝１／２・Ｋ１ｄ２／｛（Ｐｘ＋Ｐａ）・（Ｐｘ−Ｐａ）／２｝１／２４Ｋ２Ｄ２
【００２４】
上式からＧ２はＰｘの関数であることが判る。そしてＰｘ＝Ｐｉｎなので、Ｐｉｎを変えることによりＧ２を制御することが可能になる。信号圧Ｐｉｎを変えるには、制御装置３８の指示値を変えればよい。制御装置３８は検出圧力Ｐｘと指示値の差が０になるように圧力制御弁３９を制御する。これによって信号圧Ｐｉｎがフィードバック制御される。よってこのボディ１０の上面に形成された入力ポート２５を通して制御された信号圧Ｐｉｎを印加すると、この信号圧Ｐｉｎに応じてＧ２が変化する。ここで検出用キャビティ２０の受圧プレート２３と第１のキャビティ１１のバルブプレート１２とが互いに連結ロッド２４で連結されているために、受圧プレート２３と弁座２２との間のギャップＧ２の変位量とバルブプレート１２と弁座１３との間のギャップＧｘの変位量とが等しくなる。すなわちＧ２＝Ｇｘ、またはＧｘ＝Ｇ２＋Ｋ３（Ｋ３は定数）が成立する。よって信号圧Ｐｉｎによって、Ｇｘが変化し、これに応じて流量制御が行なわれることになる。
【００２５】
図２はこのようなバルブプレート１２と弁座１３との間のギャップＧｘに対して圧力センサ３０で検出される検出圧Ｐｘが変化する状態を示している。このグラフから明らかなように、圧力センサ３０で検出される圧力Ｐｘを調整することによって、ギャップＧｘの調整が可能になり、これに応じて流量制御が行なわれることが明白に示されている。とくにここでは、弁座１３とバルブプレート１２との間のギャップＧｘが微妙に調整され、ミクロンオーダーでの調整が行なわれるために、極めて精度の高い流量制御が可能になる。しかも図１に示す構成は、部品点数が少なく、摩耗する部分が全くない。従って低コストであってしかも高い耐久性を有する信頼性の高い精密な流量制御弁を提供できるようになる。
【００２６】
以上本願発明を図示の実施の形態によって説明したが、本願発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願発明の技術的思想の範囲内において各種の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本願発明は、精密に流量の制御を行なう流量調整弁として利用することが可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  ボディ
１１  キャビティ
１２  バルブプレート
１３  弁座
１４  供給ポート
１５  排出ポート
１６  連通孔
２０  検出用キャビティ
２１  連通孔（出口通路）
２２  弁座
２３  受圧プレート
２４  連結ロッド
２５  入力ポート
２６  印加ポート
２７  固定オリフィス
２８  管路
２９  検出ポート
３０  圧力センサ
３４  出口通路
３８  制御装置
３９  圧力制御弁
【図１】
2019044910.tif 000003
【図２】
2019044910.tif 000004