(57)【要約】【課題】圧力応動型の流量制御弁で、一次側圧力と二次側圧力との差圧の影響を受けず圧力応動手段による弁開度制御を正確に行うこと。【解決手段】圧力を感知し、感知圧力に応じて弁体２０を弁軸方向に駆動する圧力応動手段としてのダイヤフラム装置２４を設け、一次室１４の側に弁体２０に連結された均圧用ダイヤフラム３５によって均圧室１７を区画し、均圧室１７には二次側ポート１３の二次側圧力Ｐ２を導入する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁ハウジング内に、一次側ポートに連通した一次室と二次側ポートに連通した二次室との間に弁ポートと、弁軸方向の移動によって前記弁ポートの開度調整を行う弁体とを有する流量制御弁において、
圧力を感知し、感知圧力に応じて前記弁体を弁軸方向に駆動する圧力応動手段と、
前記一次室の側あるいは前記二次室の側に均圧室を区画し、前記弁体に連結された可撓性の均圧用ダイヤフラムとを有し、
前記均圧室が一次室の側の場合には当該均圧室に前記二次側ポートの二次側圧力が導入され、前記均圧室が二次室の側の場合には当該均圧室に前記一次側ポートの一次側圧力が導入され、前記均圧用ダイヤフラムの感圧有効面積と前記弁ポートの口径有効面積とが互いに等しいことを特徴とする流量制御弁。
【請求項２】
前記弁体を弁閉方向に付勢する弁閉ばねを有し、前記圧力応動手段は、感知圧力の増大に応じて前記弁体を前記弁閉ばねのばね力に抗して弁開方向に駆動することを特徴とする請求項１記載の流量制御弁。
【請求項３】
前記圧力応動手段は、可撓性の負荷検知用ダイヤフラムを有し、当該負荷検知用ダイヤフラムの一方の側に感知対象の流体圧を導入される受圧室を有するダイヤフラム装置であることを特徴とする請求項１または２記載の流量制御弁。
【請求項４】
前記弁体の弁軸に連繋する可動ばね受け部材と、これに対向する弁ハウジング側の固定ばね受け部材との間に圧縮コイルばねが設けられ、前記可動ばね受け部材は、前記弁軸の側に設けられた軸状部を前記弁ハウジングの側のガイド孔との嵌合により前記弁ハウジングより軸線方向に移動可能に支持され、前記固定ばね受け部材の側を前記固定ばね受け部材より延長された嵌合ガイド部との嵌合により前記固定ばね受け部材より軸線方向に移動可能に支持されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の流量制御弁。
【請求項５】
前記均圧用ダイヤフラムと前記弁体とを連結する連結部に弁側軸状部が設けられ、当該弁側軸状部が前記弁ハウジングの側のガイド孔に軸線方向に移動可能に嵌合し、前記均圧用ダイヤフラムと前記弁体との前記連結部が弁軸長を短縮する側に山形の形状になっていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の流量制御弁。
【請求項６】
前記弁体に連結され、電磁力によって前記弁体を開閉駆動する電磁コイル装置を有していることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項記載の流量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、流量制御弁に関し、特に、ダイヤフラム弁等の圧力応動型の流量制御弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種流体回路の流量を圧力に応じて定量的に制御する流量制御弁として、圧力応動型の流量制御弁がある。
【０００３】
圧力応動型の流量制御弁は、金属、樹脂、ゴム等の可撓性のダイヤフラムやベローズを圧力応動手段とし、圧力応動手段によって感知対象の圧力を感知し、感知圧力に応じて弁体を弁軸方向に移動させ、弁体の軸方向の移動によって弁ポートの開度調整を行う。弁ポートは、一次側ポートに連通した一次室と二次側ポートに連通した二次室との間にあり、弁体による開度調整度により、一次側ポートと二次側ポートとの間の流量を定量的に計量する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような圧力応動型の流量制御弁においては、弁体の両側に、一次側ポートの圧力（一次側圧力）と、二次側ポートの圧力（二次側圧力）が作用するため、その差圧によって弁体が、弁開方向、あるいは弁閉方向に駆動され、一次側圧力と二次側圧力との差圧の影響を受ける。このため、差圧が大きいほど、弁開度が圧力応動手段による制御開度位置より偏倚し、誤差流量の発生により高精度な流量制御を行うことができない。
【０００５】
特に、圧力応動型の流量制御弁では、弁体に作用する差圧による誤差を補償する電気的な補正制御を行われないから、高精度な流量制御を行うためには、弁体に作用する差圧の影響をキャンセルする必要がある。
【０００６】
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、一次側圧力と二次側圧力との差圧の影響を受けず圧力応動手段による弁開度制御を正確に行い、高精度な流量制御を行う圧力応動型の流量制御弁を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明による流量制御弁は、弁ハウジング内に、一次側ポートに連通した一次室と二次側ポートに連通した二次室との間に弁ポートと、弁軸方向の移動によって前記弁ポートの開度調整を行う弁体とを有する流量制御弁において、圧力を感知し、感知圧力に応じて前記弁体を弁軸方向に駆動する圧力応動手段と、前記一次室の側あるいは前記二次室の側に均圧室を区画し、前記弁体に連結された可撓性の均圧用ダイヤフラムとを有し、前記均圧室が一次室の側の場合には当該均圧室に前記二次側ポートの二次側圧力が導入され、前記均圧室が二次室の側の場合には当該均圧室に前記一次側ポートの一次側圧力が導入され、前記均圧用ダイヤフラムの感圧有効面積と前記弁ポートの口径有効面積とが互いに等しい。
【０００８】
この発明による流量制御弁によれば、圧力応動手段が感知する圧力に応じて弁体が弁軸方向に移動し、弁開度が変化し、弁開度に応じた流量制御が行われる。均圧室に一次側圧力あるいは二次側圧力が導入され、この圧力に均圧用ダイヤフラムが応動することにより、弁体に作用する差圧がキャンセルされる。
【０００９】
この発明による流量制御弁は、更に、前記弁体を弁閉方向に付勢する弁閉ばねを有し、前記圧力応動手段は、感知圧力の増大に応じて前記弁体を前記弁閉ばねのばね力に抗して弁開方向に駆動するものとすることができ、当該圧力応動手段は、可撓性の負荷検知用ダイヤフラムを有し、当該負荷検知用ダイヤフラムの一方の側に感知対象の流体圧を導入される受圧室を有するダイヤフラム装置であってよい。
【００１０】
更に、この発明による流量制御弁は、前記弁体の弁軸に連繋する可動ばね受け部材と、これに対向する弁ハウジング側の固定ばね受け部材との間に圧縮コイルばねが設けられ、前記可動ばね受け部材は、前記弁軸の側に設けられた軸状部を前記弁ハウジングの側のガイド孔との嵌合により前記弁ハウジングより軸線方向に移動可能に支持され、前記固定ばね受け部材の側を前記固定ばね受け部材より延長された嵌合ガイド部との嵌合により前記固定ばね受け部材より軸線方向に移動可能に支持されている。
【００１１】
この発明による流量制御弁によれば、可動ばね受け部材が、移動方向の一方の側をガイド孔との嵌合により弁ハウジングより支持され、移動方向の他方の側を固定ばね受け部材の嵌合ガイド部との嵌合により支持され、両持ち支持となる。これにより、可動ばね受け部材が移動方向（軸線方向）に傾き難くなり、弁リフト量（弁体の最大ストローク）が長くても、ガイド孔の軸長を短くできる。
【００１２】
また、この発明による流量制御弁は、前記均圧用ダイヤフラムと前記弁体とを連結する連結部に弁側軸状部が設けられ、当該弁側軸状部が前記弁ハウジングの側のガイド孔に軸線方向に移動可能に嵌合し、前記均圧用ダイヤフラムと前記弁体との前記連結部が弁軸長を短縮する側に山形の形状になっている。
【００１３】
この発明による流量制御弁によれば、均圧用ダイヤフラムと弁体との連結部が山形の形状になつている分、弁軸長が短縮される。
【００１４】
また、この発明による流量制御弁は、圧力応動手段の応答遅れを補償するために、前記弁体に連結され、電磁力によって前記弁体を開閉駆動する電磁コイル装置を有していてよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１はこの発明による流量制御弁の一つの実施の形態を示している。
【００１６】
図１はこの発明による流量制御弁の実施形態１を示している。
【００１７】
流量制御弁は、弁ハウジング１１を有している。弁ハウジング１１は、ハウジング本体１１Ａと、ハウジング本体１１Ａの上側に気密にねじ結合された上部栓体１１Ｂと、ハウジング本体１１Ａの下側に気密にねじ結合された下部栓体１１Ｃとにより構成されている。
【００１８】
弁ハウジング１１には、入口ポートである一次側ポート１２と、出口ポートである二次側ポート１３と、一次室１４と、弁ポート１５と、二次室１６と、均圧室１７とが形成されている。
【００１９】
一次室１４は弁ポート１５より下側にあって連通路１８によって一次側ポート１２に直接連通している。二次室１６は、弁ポート１５の上側にあって弁ポート１５を介して一次室１４に連通し、連通路１９によって二次側ポート１３に直接連通している。
【００２０】
二次室１６には平板状の弁体２０が設けられており、弁ポート１５の二次室１６側の開口縁部が弁座部２１となっている。
【００２１】
弁体２０は、弁軸方向（上下方向）に移動可能であり、弁座部２１に対する軸線方向の位置関係により、弁ポート１５の開度を設定する。弁体２０は、図１で見て上方への移動により弁ポート１５の開度（弁開量）を増大し、これとは逆の下方への移動により、弁ポート１５の開度（弁開量）を減少する。
【００２２】
弁体２０には、図２に示されているように、一次側ポート１２の一次側圧力Ｐ１に等しい一次室１４の内圧と二次側ポート１３の二次側圧力Ｐ２に等しい二次室１６の内圧との差圧ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２が作用する。差圧ΔＰが弁体２０に作用する面積は、弁ポート１５の内径（弁体２０の有効受圧径）φＡにより決まる。
【００２３】
弁体２０の一方の側（上側）には上部弁軸２２が一体に設けられている。上部弁軸２２は、上部栓体１１Ｂに形成された弁軸支持孔２３に貫通係合し、上端部にてダイヤフラム装置２４に連結されている。
【００２４】
ダイヤフラム装置２４は、圧力応動手段であり、上部栓体１１Ｂと上部栓体１１Ｂにねじ結合した上蓋部材２５との間に構成され、外周縁を上部栓体１１Ｂと上蓋部材２５とに挟まれて弁ハウジング１１に固定された可撓性の負荷検知用ダイヤフラム２６と、負荷検知用ダイヤフラム２６の内周縁に取り付けられて上部弁軸２２と連結された当金部材２７とを有し、負荷検知用ダイヤフラム２６の下側に受圧室２８を、負荷検知用ダイヤフラム２６の上側に大気開放室２９を各々画定している。
【００２５】
上部栓体１１Ｂには感知圧力ポート３０が形成されており、感知圧力ポート３０は受圧室２８に連通し、感知圧力ポート３０より感知対象の流体圧が受圧室２８に導入されるようになっている。
【００２６】
負荷検知用ダイヤフラム２６の当金部材２７と上蓋部材２５との間には弁体２０を弁閉方向（下向き）に付勢する弁閉ばね３１が設けられている。ダイヤフラム装置２４は、受圧室２８に導入される感知圧力の増大に応じて弁体２０を弁閉ばね３１のばね力に抗して弁開方向（上向き）に駆動する。また、当金部材２７と上部栓体１１Ｂとの間には補助ばね３２が設けられている。
【００２７】
弁体２０の下側には下部弁軸３３が一体に設けられている。下部弁軸３３は弁ポート１５を通過し、下部弁軸３３の下端部は一次室１４内にあり、この下端部にフランジ部３４が一体形成されている。
【００２８】
均圧室１７は可撓性の均圧用ダイヤフラム３５によって一次室１４と区画されている。均圧用ダイヤフラム３５は、外周縁をハウジング本体１１Ａとハウジング本体１１Ａに気密にねじ結合した中間部材３６とに挟まれて弁ハウジング１１に固定され、内周縁を当金部材３７によって下部弁軸３３のフランジ部３４に固定連結され、下部栓体１１Ｃとの間に均圧室１７を画定している。
【００２９】
ハウジング本体１１Ａには二次側ポート１３と均圧室１７とを連通接続する均圧通路３８が形成されている。これにより、均圧室１７の内圧は二次室１６の内圧（二次側圧力Ｐ２）に等しくなる。
【００３０】
均圧用ダイヤフラム３５には、図２に示されているように、一次室１４の内圧（一次側圧力Ｐ１）と均圧室１７の内圧（二次側圧力Ｐ２）との差圧ΔＰが作用する。差圧ΔＰが均圧用ダイヤフラム３５に作用する面積は、均圧用ダイヤフラム３５の有効受圧径φＢにより決まり、均圧用ダイヤフラム３５の有効受圧径φＢは弁ポート１５の内径（弁体２０の有効受圧径）φＡと等しい寸法（φＡ＝φＢ）に設定されている。
【００３１】
下部弁軸３３の下端部には延長弁軸３９が形成されている。中間部材３６の中心部にはガイド孔４０が貫通形成されており、ガイド孔４０に延長弁軸３９が弁軸方向に移動可能に嵌合している。これにより、弁体１５は上下両持ち支持となる。なお、中間部材３６には中間部材３６によって区切られた均圧室１７の上側と下側とを連通するための連通孔４１が貫通形成されている。
【００３２】
均圧室１７には可動ばね受け部材４２が設けられている。下部栓体１１Ｃは弁ハウジング１１側の固定ばね受け部材をなしており、下部栓体１１Ｃと可動ばね受け部材４２との間に圧縮コイルばね４３が取り付けられている。可動ばね受け部材４２の延長弁軸３９の側（上側）には軸状部４２Ａが一体形成されており、軸状部４２Ａはガイド孔４０に弁軸方向に移動可能に嵌合し、中間部材３６を介して弁ハウジング１１より軸線方向に移動可能に支持されている。
【００３３】
延長弁軸３９の下端部と可動ばね受け部材４２の軸状部４２Ａの上端部はガイド孔４０内にあって互いに対向する球面受座部になっており、この球面受座部間にボール部材（鋼球）４４が挟まれている。ボール部材４４はガイド孔４０内を軸線方向に移動可能で、延長弁軸３９と可動ばね受け部材４２との間で自動求心接続構造をなし、圧縮コイルばね４３のばね力を弁閉ばね３１のばね力に対抗する上向きの弁開力として弁体２０に伝達している。
【００３４】
上述の構成による流量制御弁の平衡式は下式で表される。下式において、左辺が上向き力（弁開力）、右辺が下向き力（弁閉力）である。
Ａｆ１・Ｐ＋Ｗ１＋Ｗ２＋Ａｖ・ΔＰ＝Ｗ３＋Ａｆ２・ΔＰ
【００３５】
但し、Ａｆ１は負荷検知用ダイヤフラム２６の感圧有効面積、Ｐは受圧室２８の圧力、Ａｖは弁口径有効面積、Ａｆ２は均圧用ダイヤフラム３５の感圧有効面積、Ｗ１、Ｗ２は圧縮コイルばね３２、４３のばね荷重、Ｗ３は弁閉ばね３１のばね荷重である。
【００３６】
φＡ＝φＢで、Ａｆ１＝Ａｖであるから、Ａｖ・ΔＰとＡｆ２・ΔＰは相殺キャンセルされ、弁体２０が、一次側圧力Ｐ１と二次側圧力Ｐ２との差圧ΔＰの影響を受けることがない。これにより、流量制御弁の実効平衡式は、Ａｆ１・Ｐ＋Ｗ１＋Ｗ２＝Ｗ３で表され、弁開度は受圧室２８の圧力Ｐに正確に応動し、差圧ΔＰの影響を受けることなく高精度な流量制御が行われる。
【００３７】
図３はこの発明による流量制御弁の実施形態２を示している。なお、図３において、図１に対応する部分は、図１に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【００３８】
この実施形態２では、均圧用ダイヤフラム３５と弁体２０とを連結する連結部であるフランジ部３４と当金部材３７との連結体が弁軸長を短縮する側に山形の形状になっており、この連結部の弁側軸状部である延長軸部３９が中間部材３６のガイド孔４０に軸線方向に移動可能に嵌合している。
【００３９】
中間部材３６のガイド孔部分（中央部）３６Ａは、フランジ部３４と当金部材３７との連結体の山形部分４５の側に突出した山形になっており、この中間部材３６の中央山形部分３６Ａが連結体の山形部分４５の内側空間４５Ａに入り込んだ省スペース化配置になっている。
【００４０】
上述の構成により、弁軸長を短縮でき、制御弁の小型化が図られる。
【００４１】
下部栓体１１Ｃには固定ばね受け部材４６が気密にねじ結合されており、固定ばね受け部材４６と可動ばね受け部材４２との間に圧縮コイルばね４３が設けられている。
【００４２】
固定ばね受け部材４６にはガイド軸部４６Ａが可動ばね受け部材４２の側に突出形成されており、可動ばね受け部材４２には嵌合孔４２Ｂが形成されている。ガイド軸部４６Ａは嵌合孔４２Ｂに軸線方向に移動可能に嵌合している。
【００４３】
これにより、可動ばね受け部材４２は、上側を軸状部４２Ａとガイド孔４０との嵌合により弁ハウジング１１より軸線方向に移動可能に支持され、下側を嵌合孔４２Ｂとガイド軸部４６Ａとの嵌合により固定ばね受け部材４６より軸線方向に移動可能に支持され、両持ち支持になっている。
【００４４】
これにより、可動ばね受け部材４２が移動方向（軸線方向）に傾き難くなり、偏摩擦抵抗によって弁体２０の開閉の動きに、ヒステリシスを発生させるような不具合を生じることがない。
【００４５】
また、下側嵌合部（嵌合孔４２Ｂとガイド軸部４６Ａとの嵌合部）があるから、上側の嵌合部（軸状部４２Ａとガイド孔４０との嵌合部）の軸長は、弁体２０の最大ストローク時に軸状部４２Ａがガイド孔４０より外れない程度の長さでよくなり、弁リフト量（弁体の最大ストローク）が長くても、ガイド孔４０の軸長を短くできる。このことによっても、弁軸長を短縮でき、制御弁の小型化が図られる。
【００４６】
なお、実施形態２でも、実施形態１と同様に、均圧用ダイヤフラム３５による均圧室１７が設けられ、均圧室１７には二次側圧力Ｐ２が導入されるので、実施形態１と同様、弁体２０が、一次側圧力Ｐ１と二次側圧力Ｐ２との差圧ΔＰの影響を受けることがなく、弁開度はダイヤフラム装置２４の受圧室２８の圧力Ｐに正確に応動し、高精度な流量制御が行われる。
【００４７】
図４はこの発明による流量制御弁の実施形態３を示している。なお、図４において、図１、図３に対応する部分は、図１、図３に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【００４８】
この実施形態３では、応答遅れを補償するために、上部弁軸２２に連結され、電磁力によって弁体２０を開閉駆動する電磁コイル装置５１が設けられている。
【００４９】
電磁コイル装置５１は、上蓋部材２５に気密に固定された磁気ガイド部材５２と、磁気ガイド部材５２の下端外側に固定された底板５３および底板５３に取り付けられた外凾５４と、磁気ガイド部材５２に固定された筒状のプランジャケース５５と、プランジャケース５５の上端部に装着された吸引子５６とを有しており、プランジャケース５５内にプランジャ室５７を画定している。
【００５０】
プランジャ室５７はプランジャ５８を収容している。プランジャ５８にはプランジャロッド５９の上端が固定されている。プランジャロッド５９の下端はダイヤフラム装置２４の当金部材２７に係合している。吸引子５６とプランジャ５８との間にはプランジャばね６０が設けられている。
【００５１】
外凾５４の内側には吸引子５６及びプランジャケース５５の外周部に嵌合した電磁コイル部６１が設けられており、電磁コイル部６１の励磁により、吸引子５６の下端面がプランジャ５８の磁気吸引面６２となる。
【００５２】
電磁コイル装置５１は、弁開度が大きく変化する過渡状態時に、ダイヤフラム装置２４の応答遅れを補償するために、弁体２０を開閉駆動し、ダイヤフラム装置２４の応答遅れによる障害を回避する。
【００５３】
なお、上述の何れの実施形態でも、均圧室１７が一次室１４の側に設けられている場合について述べたが、均圧室は二次室１６の側に設けることもでき、この場合には、均圧室は均圧通路によって一次室１４に連通し、一次側圧力Ｐ１が二次室の圧力（二次側圧力Ｐ２）に対向して弁体２０に作用する構成とする。
【００５４】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明による流量制御弁によれば、ダイヤフラム装置等による圧力応動手段が感知する圧力に応じて弁体が弁軸方向に移動し、弁開度に応じた流量制御が行われ、均圧室に一次側圧力あるいは一次側圧力が導入され、この圧力に均圧用ダイヤフラムが応動することにより、弁体に作用する差圧がキャンセルされるから、一次側圧力と二次側圧力との差圧の影響を受けず圧力応動手段による弁開度制御が正確に行われ、高精度な流量制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による流量制御弁の実施形態１を示す断面図である。
【図２】実施形態１の流量制御弁における圧力作用状態を示す説明図である。
【図３】この発明による流量制御弁の実施形態２を示す断面図である。
【図４】この発明による流量制御弁の実施形態３を示す断面図である。
【符号の説明】
１１　弁ハウジング
１１Ａ　ハウジング本体
１１Ｂ　上部栓体
１１Ｃ　下部栓体（固定ばね受け部材）
１２　一次側ポート
１３　二次側ポート
１４　一次室
１５　弁ポート
１６　二次室
１７　均圧室
２０　弁体
２２　上部弁軸
２４　ダイヤフラム装置
２６　負荷検知用ダイヤフラム
２８　受圧室
３０　感知圧力ポート
３１　弁閉ばね
３３　下部弁軸
３５　均圧用ダイヤフラム
３８　均圧通路
３６　中間部材
３９　延長弁軸
４２　可動ばね受け部材
４２Ａ　軸状部
４２Ｂ　嵌合孔
４３　圧縮コイルばね
４４　ボール部材
４５　山形部分
４６　固定ばね受け部材
４６Ａ　ガイド軸部
５１　電磁コイル装置
【図１】
2004013791.tif 000003
【図２】
2004013791.tif 000004
【図３】
2004013791.tif 000005
【図４】
2004013791.tif 000006