(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口ポートと、分岐通路と、該分岐通路の両側に連通する一対の出口ポートとを設けた本体ブロックを具備し、
前記分岐通路の軸線方向の両端にそれぞれスリーブを嵌着させ、該スリーブの外周面上に前記一対の出力ポートと連通する孔を備えた周溝を形成するとともに、前記一対のスリーブの互いに対向する内周側のエッジをバルブシートとなし、
前記一対のスリーブのエッジの部分のバルブシートに着座すると対応する出口ポートを閉塞するとともに互いに一体になって前記分岐通路内を軸線方向に移動するように一対の弁体を配し、
信号圧を第１のダイヤフラムを介して第１の圧力板に加えると、該第１の圧力板によって一方の弁体が一方の出口ポートと連通するバルブシートから離間するとともに、他方の弁体が他方の出口ポートと連通するバルブシートに着座するように移動し、
信号圧が増加して一方の弁体が一方の出口ポートを開くように移動するときに第１のダイヤフラムの有効面積が小さくなり、
入口ポートに供給される流体を一対の出口ポートに信号圧に応じた分流比で分流させるか、一対の出口ポートに供給される流体を信号圧に応じた混合比で混合して入口ポートから出すようにし、
第１の圧力板に対して前記第１のダイヤフラムとは反対側に第３のダイヤフラムが配され、該第３のダイヤフラムによってライン圧を前記第１のダイヤフラムに対して遮断し、
前記第３のダイヤフラムの有効面積と前記一方の弁体が着座するバルブシートの有効面積とを実質的に等しくすることを特徴とする制御弁。
【請求項２】
分岐通路に対して前記第１の圧力板とは反対側に第２の圧力板を配し、パイロット圧を第２のダイヤフラムを介して前記第２の圧力板に加えると該第２の圧力板によって他方の弁体が他方の出口ポートと連通するバルブシートから離間するとともに、一方の弁体が一方の出口ポートと連通するバルブシートに着座するように移動し、
前記第２の圧力板に対して前記第２のダイヤフラムとは反対側に第４のダイヤフラムが配され、該第４のダイヤフラムによってライン圧を前記第２のダイヤフラムに対して遮断し、前記第４のダイヤフラムの有効面積と前記他方の弁体が着座するバルブシートの有効面積とを実質的に等しくすることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項３】
パイロット圧が相対的に増加して他方の弁体が他方の出口ポートを開くように移動するときに、第２のダイヤフラムの有効面積が小さくなることを特徴とする請求項２に記載の制御弁。
【請求項４】
入口ポートと、分岐通路と、該分岐通路の両側に連通する一対の出口ポートとを設けた本体ブロックを具備し、
前記分岐通路の軸線方向の両端にそれぞれスリーブを嵌着させ、該スリーブの外周面上に前記一対の出力ポートと連通する孔を備えた周溝を形成するとともに、前記一対のスリーブの互いに対向する内周側のエッジをバルブシートとなし、
前記一対のスリーブのエッジの部分のバルブシートに着座すると対応する出口ポートを閉塞するとともに互いに一体になって前記分岐通路内を軸線方向に移動するように一対の弁体を配し、
信号圧を第１のダイヤフラムを介して第１の圧力板に加えると、該第１の圧力板によって一方の弁体が一方の出口ポートと連通するバルブシートから離間するとともに、他方の弁体が他方の出口ポートと連通するバルブシートに着座するように移動し、
信号圧による力と対向するようにばねが配され、信号圧が増加して一方の弁体が一方の出口ポートを開くように移動するときに前記ばねの変形が大きくなり、
入口ポートに供給される流体を一対の出口ポートに信号圧に応じた分流比で分流させるか、一対の出口ポートに供給される流体を信号圧に応じた混合比で混合して入口ポートから出すようにし、
第１の圧力板に対して前記第１のダイヤフラムとは反対側に第３のダイヤフラムが配され、該第３のダイヤフラムによってライン圧を前記第１のダイヤフラムに対して遮断し、
前記第３のダイヤフラムの有効面積と前記一方の弁体が着座するバルブシートの有効面積とを実質的に等しくすることを特徴とする制御弁。
【請求項５】
分岐通路に対して前記第１の圧力板とは反対側に第２の圧力板を配し、パイロット圧を第２のダイヤフラムを介して前記第２の圧力板に加えると該第２の圧力板によって他方の弁体が他方の出口ポートと連通するバルブシートから離間するとともに、一方の弁体が一方の出口ポートと連通するバルブシートに着座するように移動し、
前記第２の圧力板に対して前記第２のダイヤフラムとは反対側に第４のダイヤフラムが配され、該第４のダイヤフラムによってライン圧を前記第２のダイヤフラムに対して遮断し、前記第４のダイヤフラムの有効面積と前記他方の弁体が着座するバルブシートの有効面積とを実質的に等しくすることを特徴とする請求項４に記載の制御弁。
【請求項６】
パイロット圧が相対的に増加して他方の弁体が他方の出口ポートを開くように移動するときに、第２のダイヤフラムの有効面積が小さくなることを特徴とする請求項５に記載の制御弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は制御弁に係り、とくに分流弁あるいは混合弁として用いて好適な制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の分流のための制御弁は、一対のニードル弁を組合わせてそれらを互いに逆方向にモータで駆動する方式となっている。すなわち図１１に示すように、ブロック１に入口ポート２と一対の出口ポート３、４とをそれぞれ設けるようにし、とくに出口ポート３、４の入口部分にニードル弁５、６を配するようにしている。これらのニードル弁５、６はそれぞれ雄ねじ７、８を備え、このような雄ねじ７、８をブロック１の雌ねじ孔に螺合させることによって軸線方向に移動させるようにしている。
【０００３】
ニードル弁５、６はそれぞれ歯車９、１０を備え、これらが互いに噛合うようになっている。そしてニードル弁５の支軸１１をカップリング１２を介してモータ１３に直結し、このモータ１３をコントローラ１４によって制御するようにしている。
【０００４】
ここでコントローラ１４によってモータ１３を正方向に回転させると、雄ねじ７によってニードル弁５が下方に移動し、出口ポート３のバルブシートとの間のギャップを狭くする。同時にニードル弁５の回転が歯車９、１０を介してもう一方のニードル弁６に伝達され、ニードル弁６は逆方向に回転するために雄ねじ８によってニードル弁６が出口ポート４のバルブシートから離間するように上方に移動される。モータ１３の回転方向を逆転させると、ニードル弁５が上方に移動し、ニードル弁６が下方に移動して逆の動作になる。
【０００５】
このようにコントローラ１４によってモータ１３の回転方向と回転角度とを制御することにより、ニードル弁５、６の開度が調整されるとともに、これらが互いに逆比例するようになる。従って入口ポート２を通して供給されるガスの出口ポート３、４への分流比を任意に調整できるようになる。
【０００６】
また本願発明者等は、特開２０００−２５７７４５号公報によって分流弁および混合弁として利用可能な制御弁を提案している。この制御弁は、本体ブロックのほぼ中央部に分岐通路を形成するとともに、その一方の側面側に入口ポートを設け、他方の側面側に一対の出口ポートを配するようにし、連結ロッドによって互いに連結された弁体を分岐通路内で移動可能に配し、しかもこれらの弁体の上方からは信号圧が加わる第１のダイヤフラムの力を圧力板を介して下方に印加するようにし、これに対してパイロット圧が印加される第２のダイヤフラムの圧力を第２の圧力板を介して上方に印加し、これによって一対の弁体と分岐通路の両側のバルブシートのギャップを信号圧に応じて調整し出口ポートに分流される流体の分流比を制御するようにしたものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
流体を分流しあるいは混合する技術は高精度の温度制御を行なう場合や、混合ガスの濃度制御を実施する場合に必要不可欠な技術である。そしてこのような技術を進歩させるためには高精度でしかも安定な分流弁あるいは混合弁を必要とする。
【０００８】
ところが図１１に示す従来の分流用の制御弁は応答速度が極めて遅く、さらに機構が複雑で故障を発生し易い問題がある。また分解能が悪いので出力が安定せず、さらには歯車９、１０の損傷による保守管理に手間がかかるという問題がある。
【０００９】
これに対して特開２０００−２５７７４５号公報で提案されている制御弁は、応答速度に優れるとともに、機構が簡単で、しかも高精度な制御を可能にするものである。ところがこの制御弁は、ライン圧を上下のダイヤフラムによって遮断するようにしているものの、ライン圧によって弁体が軸線方向の力を受けるために、ライン圧の変動がノイズとなり、これによって分流比あるいは混合比が変動する欠点がある。
【００１０】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、とくにライン圧の変動に伴う分流比あるいは混合比の変動を防止するようにした制御弁を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願の主要な発明は、入口ポートと、分岐通路と、該分岐通路の両側に連通する一対の出口ポートとを設けた本体ブロックを具備し、
前記分岐通路の軸線方向の両端にそれぞれスリーブを嵌着させ、該スリーブの外周面上に前記一対の出力ポートと連通する孔を備えた周溝を形成するとともに、前記一対のスリーブの互いに対向する内周側のエッジをバルブシートとなし、
前記一対のスリーブのエッジの部分のバルブシートに着座すると対応する出口ポートを閉塞するとともに互いに一体になって前記分岐通路内を軸線方向に移動するように一対の弁体を配し、
信号圧を第１のダイヤフラムを介して第１の圧力板に加えると、該第１の圧力板によって一方の弁体が一方の出口ポートと連通するバルブシートから離間するとともに、他方の弁体が他方の出口ポートと連通するバルブシートに着座するように移動し、
信号圧が増加して一方の弁体が一方の出口ポートを開くように移動するときに第１のダイヤフラムの有効面積が小さくなり、
入口ポートに供給される流体を一対の出口ポートに信号圧に応じた分流比で分流させるか、一対の出口ポートに供給される流体を信号圧に応じた混合比で混合して入口ポートから出すようにし、
第１の圧力板に対して前記第１のダイヤフラムとは反対側に第３のダイヤフラムが配され、該第３のダイヤフラムによってライン圧を前記第１のダイヤフラムに対して遮断し、
前記第３のダイヤフラムの有効面積と前記一方の弁体が着座するバルブシートの有効面積とを実質的に等しくすることを特徴とする制御弁に関するものである。
【００１２】
ここで分岐通路に対して前記第１の圧力板とは反対側に第２の圧力板を配し、パイロット圧を第２のダイヤフラムを介して前記第２の圧力板に加えると該第２の圧力板によって他方の弁体が他方の出口ポートと連通するバルブシートから離間するとともに、一方の弁体が一方の出口ポートと連通するバルブシートに着座するように移動し、
前記第２の圧力板に対して前記第２のダイヤフラムとは反対側に第４のダイヤフラムが配され、該第４のダイヤフラムによってライン圧を前記第２のダイヤフラムに対して遮断し、前記第４のダイヤフラムの有効面積と前記他方の弁体が着座するバルブシートの有効面積とを実質的に等しくしてよい。またパイロット圧が相対的に増加して他方の弁体が他方の出口ポートを開くように移動するときに、第２のダイヤフラムの有効面積が小さくなるようにすることが好ましい。
【００１３】
本願の別の主要な発明は、入口ポートと、分岐通路と、該分岐通路の両側に連通する一対の出口ポートとを設けた本体ブロックを具備し、
前記分岐通路の軸線方向の両端にそれぞれスリーブを嵌着させ、該スリーブの外周面上に前記一対の出力ポートと連通する孔を備えた周溝を形成するとともに、前記一対のスリーブの互いに対向する内周側のエッジをバルブシートとなし、
前記一対のスリーブのエッジの部分のバルブシートに着座すると対応する出口ポートを閉塞するとともに互いに一体になって前記分岐通路内を軸線方向に移動するように一対の弁体を配し、
信号圧を第１のダイヤフラムを介して第１の圧力板に加えると、該第１の圧力板によって一方の弁体が一方の出口ポートと連通するバルブシートから離間するとともに、他方の弁体が他方の出口ポートと連通するバルブシートに着座するように移動し、
信号圧による力と対向するようにばねが配され、信号圧が増加して一方の弁体が一方の出口ポートを開くように移動するときに前記ばねの変形が大きくなり、
入口ポートに供給される流体を一対の出口ポートに信号圧に応じた分流比で分流させるか、一対の出口ポートに供給される流体を信号圧に応じた混合比で混合して入口ポートから出すようにし、
第１の圧力板に対して前記第１のダイヤフラムとは反対側に第３のダイヤフラムが配され、該第３のダイヤフラムによってライン圧を前記第１のダイヤフラムに対して遮断し、
前記第３のダイヤフラムの有効面積と前記一方の弁体が着座するバルブシートの有効面積とを実質的に等しくすることを特徴とする制御弁に関するものである。
【００１４】
ここで分岐通路に対して前記第１の圧力板とは反対側に第２の圧力板を配し、パイロット圧を第２のダイヤフラムを介して前記第２の圧力板に加えると該第２の圧力板によって他方の弁体が他方の出口ポートと連通するバルブシートから離間するとともに、一方の弁体が一方の出口ポートと連通するバルブシートに着座するように移動し、
前記第２の圧力板に対して前記第２のダイヤフラムとは反対側に第４のダイヤフラムが配され、該第４のダイヤフラムによってライン圧を前記第２のダイヤフラムに対して遮断し、前記第４のダイヤフラムの有効面積と前記他方の弁体が着座するバルブシートの有効面積とを実質的に等しくしてよい。またパイロット圧が相対的に増加して他方の弁体が他方の出口ポートを開くように移動するときに、第２のダイヤフラムの有効面積が小さくなるようにすることが好ましい。
【００１５】
本発明の好ましい態様は、本体ブロックに単一の入口ポートと一対の出口ポートとを設けるようにし、しかもこれらを連通させるように分岐通路を形成する。そしてこのような分岐通路の両端にそれぞれバルブシートを設け、これらのバルブシートに対して圧着および離間を行なう一対の弁体を配し、しかも一対の弁体が連結手段によって一体になって移動するようにしたものである。ここで信号圧を受ける第１のダイヤフラムによって第１の圧力板を介して一方の弁体が開く方向に押圧されるようにし、これに対してパイロット圧を受ける第２のダイヤフラムによって第２の圧力板を介して他方の弁体を開く方向に押圧するようにしている。
【００１６】
そして第１のダイヤフラムに印加される信号圧を得るために、パイロット圧が印加されるノズルを備え、このノズルの先端と対向するようにフラッパを配するとともに、このフラッパをムービングコイルによってノズルとの間の距離が変化するように移動制御しており、上記ノズルの背面側で信号圧を発生させるようにしている。従ってこのような信号圧の変化に応じて、第１のダイヤフラムと第１の圧力板とを介して一対の弁体が軸線方向に移動し、これによって一対の弁体の開度の調整が行なわれるようにしている。
【００１７】
このような制御弁によれば、入口ポートから一対の出口ポートへ分流される流体の分流比を第１のダイヤフラムに印加される信号圧によって調整することが可能になる。あるいはまた一対の出口ポートから供給されるガスの混合比を信号圧に応じて調整し、入口ポートを通して出すことが可能になる。すなわち分流弁あるいは混合弁として用いることが可能な制御弁が提供される。
【００１８】
しかもここで一方の弁体が着座する一方のバルブシートの有効面積と第１のダイヤフラムに対するライン圧を遮断する第３のダイヤフラムの有効面積とを等しくすると、ライン圧が一方の弁体に作用する力と第３のダイヤフラムがライン圧から受ける力とが相殺され、これによって一方の弁体がライン圧の影響を受けなくなる。同様に他方の弁体が着座するバルブシートの有効面積と第２のダイヤフラムに対するライン圧を遮断する第４のダイヤフラムの有効面積とを等しくすると、他方の弁体に作用するライン圧による力とライン圧によって第４の弁体が受ける力とが相殺される。従って他方の弁体がライン圧の影響を受けなくなる。従ってこれらの組合わせによって、連結手段によって連結された一対の弁体はライン圧の変動にかかわらず軸線方向に移動しなくなる。すなわちライン圧が変化しても、弁体に対するストロークが変化せず、ライン圧の変動がノイズにはならない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態に係る制御弁を示しており、この制御弁は金属板を積重ねて成る本体ブロック３７を備えている。そしてこの本体ブロック３７の右側の側面には入口ポート４０が形成されるとともに、左側の側面には上下に出口ポート４１、４２が形成されている。そして入口ポート４０と出口ポート４１、４２とを連通させるようにこの本体ブロック３７の中心部を上下に貫通するように分岐通路４３が形成されている。このような分岐通路４３の上端と下端とにそれぞれスリーブ４７、４８が嵌着され、これらのスリーブ４７、４８の下端および上端がそれぞれテーパ状をなすバルブシート４５、４６を構成している。
【００２０】
上側のバルブシート４５は図２に示す上側のスリーブ４７の下端側の内周面のエッジに形成される。これに対して下側のバルブシート４６は下側のスリーブ４８の上端の内周のエッジに形成されている。そしてこれらのスリーブ４７、４８はそれぞれその外周側に周溝３３、３４を備えている。また周溝３３、３４には円周方向に例えば９０度間隔で４つずつの円形孔４９、５０が形成されている。またスリーブ４７、４８の内周側にはそれぞれ中心側に突出するように案内用突部３５、３６が形成され、これらの突部３５、３６によって弁体５１、５２の突部５５、５６がそれぞれ案内されるようになっている。なお案内用突部３５、３６と突部５５、５６との間には隙間が存在する。
【００２１】
分岐通路４３の上下のバルブシート４５、４６に対応するように弁体５１、５２が設けられている。なおこれらの弁体５１、５２は上述の如くそれぞれ案内用突部３５、３６内を移動する突部５５、５６を一体に備えている。また一対の弁体５１、５２は連結ロッド５７によって互いに連結されており、これによって弁体５１、５２が一体になって分岐通路４３内をその軸線方向上下に移動するようになっている。
【００２２】
上記弁体５１の突部５５が移動するスリーブ４７が嵌着されている凹部５３の上部には連続して凹部６１が形成されている。また弁体５２の突部５６が移動するスリーブ４８が嵌着されている凹部５４には連続して凹部６２が連設されている。そして凹部６１内には第１の圧力板６３が配されるとともに、凹部６２内には第２の圧力板６４が配されている。そして第１の圧力板６３は第１のダイヤフラム６５を受けるようになっている。また第２の圧力板６４は第２のダイヤフラム６６を受けるようになっている。また第１の圧力板６３の下側には突部６９が形成されるとともに、この突部６９と上記突部５５との間に第３のダイヤフラム６７が配されている。また下側の移動板５６と第２の圧力板６４との間には第４のダイヤフラム６８が介装されるようになっている。
【００２３】
第１のダイヤフラム６５と第３のダイヤフラム６７との間の空間であって第１の圧力板６３が配されている空間は小孔７１によって大気圧に維持されるようになっている。また第２のダイヤフラム６６と第４のダイヤフラム６８との空間であって第２の圧力板６４が配されている空間は小孔７２によって大気圧に維持されるようになっている。また上記凹部６１は補助ポート７５によってパイロット圧が印加されるようになっている。そして補助ポート７５と凹部６１との接続部分にオリフィス７７が取付けられている。さらに凹部６２であって第２のダイヤフラム６６の下側の空間には補助ポート７６を介してパイロット圧が印加されるようになっている。
【００２４】
次に信号圧を設定するためのノズルフラッパの構造について説明する。上記凹部６１と連通するように本体ブロック３７の上部にはノズル８０が取付けられている。そしてこのようなノズル８０はフラッパ８１と対向するようになっている。フラッパ８１は弾性支持板８２によって弾性的に受けられるようになっている。なおこの弾性支持板８２はその外周側の部分に開口８３を備えている。
【００２５】
次にフラッパ８１を軸線方向に移動するための構造について説明すると、ハウジング８６内にはカップ状をなすヨーク８７が配されるとともに、ヨーク８７の上端の下面にはマグネット８８が取付けられている。そしてマグネット８８の下部にはセンタコア８９が固着されるとともに、このようなセンタコア８９の外周側にはボビン９０が配されており、このボビン９０にコイル９１が巻装されている。そしてボビン９０に取付けられている可動板９２に上記フラッパ８１が取付けられるようになっている。そしてヨーク８７の内側の空間は本体ブロック３７に形成されている小孔９３と弾性支持板８２の開口８３とによって大気圧に維持されるようになっている。
【００２６】
このように本実施の形態の制御弁は、本体ブロック３７に入口ポート４０と、信号圧が０で閉鎖状態の出口ポート４１と信号圧が０で開放状態の出口ポート４２とを設けるようにし、しかも本体ブロック３７内には信号圧が０の場合に閉じる弁体５１と信号圧が０の場合に開く弁体５２とを分岐通路４３の両端に配するようにしており、これらを連結ロッド５７によって連結した構造になっている。
【００２７】
そして弁体５１、５２の上下にそれぞれ圧力板６３、６４を配するようにしており、圧力板６３の上側には信号圧を受ける第１のダイヤフラム６５を、その下側にはライン圧を遮断する第３のダイヤフラム６７を、また下側の圧力板６４の下側にはパイロット圧を受ける第２のダイヤフラム６６を、圧力板６４の上側にはライン圧を遮断する第４のダイヤフラム６８を配するようにしている。
【００２８】
そして上側の第１のダイヤフラム６５に加えられる信号圧を形成するためのノズル８０を設けるようにし、このノズル８０の背圧を調整するためのフラッパ８１をヨーク８７とセンタコア８９との間のギャップに配されたコイル９１によって軸線方向に移動調整を行なうようにしている。
【００２９】
このような制御弁において、下側の第２のダイヤフラム６６の下側であって凹部６２内にはポート７６を通してパイロット圧が印加されるようになっている。また上側の凹部６１内にはポート７５を通してパイロット圧が供給されている。ところがここではノズル８０とフラッパ８１とのギャップによってパイロット圧の一部が逃がされ、この逃がされる度合によって信号圧が設定されるようになっている。
【００３０】
また第１のダイヤフラム６５と第２のダイヤフラム６６の有効面積Ｓ１  とＳ２  の比率はほぼ２：１の割合になっており、次の式が成立する。
【００３１】
Ｓ１  ＝２Ｓ２  
またライン圧を遮断するための上下の第３および第４のダイヤフラム６７、６８の有効面積は互いに等しくなっている。すなわち次式が成立する。なおこの関係は機能上必ずしも必須でなく、場合によってはダイヤフラム６７、６８の有効面積を互いに異ならしめてもよい。
【００３２】
Ｓ３  ＝Ｓ４  
次にこのような制御弁の動作原理について説明する。この制御弁は上下の圧力板６３、６４を介して軸線方向に加わる上下方向の力の平衡と、第１のダイヤフラム６５および第２のダイヤフラム６６の有効断面積Ｓ１  、Ｓ２  の変化によって作動を行なうようになっている。
【００３３】
ここでダイヤフラムの有効断面積を決定する有効径は、ダイヤフラムが圧力により湾曲する外周側の湾曲部の曲率中心間の距離によって定義される。このことは図３に示されている。すなわち中央の平坦部と外周側の固定部との間に断面がほぼ円弧状をなす湾曲部が形成されており、この湾曲部の変形によってダイヤフラムの中央の平坦部が軸線方向に移動するようにしている。このときにダイヤフラムが圧力の変化に応じて軸線方向に、すなわち図３において上下方向に移動されると、湾曲する湾曲部の曲率中心が変化する。そして有効面積はダイヤフラムの中心と湾曲部の曲率中心との間の有効半径によって決まる面積で設定される。すなわちダイヤフラムが軸線方向に移動するときに、周縁の湾曲部の曲率中心が変化すると、有効面積を変化させることが可能になる。しかもこのような有効面積の変化は、周縁の湾曲部の半径方向の幅が広いと顕著になる。そこでこの制御弁では、ダイヤフラム６５、６６として幅が広い湾曲部を有するダイヤフラムを使用している。
【００３４】
上述の原理を図１に示す制御弁の上側のダイヤフラム６５に適用した場合において、このダイヤフラム６５が信号圧の変化によって圧力板６３を押しながら下方に移動したときの周縁側の湾曲部の曲率中心の変化が図４に示される。すなわち中立位置に対してダイヤフラム６５および圧力板６３が上方に移動した場合には、湾曲部の曲率中心がダイヤフラム６５の外周側へ移動するために、図６に示すように有効面積が大きくなる。これに対してダイヤフラム６５と圧力板６３とが下方へ移動した場合には、湾曲部の曲率中心がダイヤフラム６５の中心側へ移動し、有効面積が小さくなる。ここで圧力板６３のエッジの曲率半径を大きくし、まだダイヤフラム６５の周縁部を固定する固定部のエッジの曲率半径を大きくすると、有効面積の変化がより顕著になる。
【００３５】
また上記の原理を下側の第２のダイヤフラム６６に適用したときの曲率中心の変化が図５に示される。すなわち下側の第２のダイヤフラム６６が信号圧またはパイロット圧の相対的な変化に応じて上方または下方に移動される。信号圧が大きくなるとダイヤフラム６６と圧力板６４とが下方に移動し、これによって周縁の湾曲部の曲率中心はダイヤフラム６６の外周側へ移動し、図６に示すように有効面積が大きくなる。これに対して信号圧が小さくなった場合にはダイヤフラム６６と圧力板６４とは上方に移動し、湾曲部の曲率中心がダイヤフラム６６の中心側に移動して有効断面積が小さくなる。
【００３６】
次にこの制御弁を分流弁として用いた場合における分流比の制御の動作について説明する。図１および図７に示す入口ポート４０を一次圧に接続するとともに、出口ポート４１、４２をそれぞれ負荷に接続する。ここで第３のダイヤフラム６７と第４のダイヤフラム６８とにはそれぞれライン圧、すなわち出口ポート４１、４２を通して供給される出力圧がそれぞれ印加されており、これらの方向が互いに逆方向のためにこれらのダイヤフラム６７、６８を介して圧力板６３、６４に加えられる力は互いに相殺される。従ってこのような力は考慮する必要がなく、ここではこのような力は無視する。
【００３７】
第１のダイヤフラム６５に加えられる信号圧が０の場合には、第２のダイヤフラム６６の下面に加えられるパイロット圧によって、圧力板６４が上方への力を受け、これによって一対の弁体５１、５２を突部５６を介して軸線方向上方に押上げることになる。従って弁体５２がバルブシート４６から離間し、弁体５１がバルブシート４５に着座して全閉の状態にある。すなわちこの場合は入口ポート４０を通して入ってきたガスは総て出口ポート４２に流れる。
【００３８】
このような状態において信号圧が増加すると、第１のダイヤフラム６５に印加される圧力が次第に増加し、ダイヤフラム６５、６６に印加される圧力による上下方向の力のバランスが崩れるようになる。今第１のダイヤフラム６５に加わる信号圧をＰｓ  とし、下側の第２のダイヤフラム６６に加えられるパイロット圧をＰｐ  とする。すると上記の力のアンバランスによって次の式が成立する。
【００３９】
Ｐｓ  ・Ｓ１  ＞Ｐｐ  ・Ｓ２  
このように力のアンバランスが生ずると、信号圧Ｐｓ  による第１の圧力板６３に作用する下向きの力の方が第２の圧力板６４に加わるパイロット圧Ｐｐ  による上向きの力よりも大きくなって一対の弁体５１、５２は下方へ一体となって移動する。
【００４０】
所定量弁体５１、５２が下方へ移動すると、図４に示すように上側のダイヤフラム６５の有効断面積Ｓ１  が小さくなるとともに、図５に示すように下側のダイヤフラム６６の有効断面積Ｓ２  が大きくなる。従ってやがて次の式が成立するようになる。そしてバランスする位置が信号圧によって変化するために、弁体５１、５２のストロークは信号圧に応じて図８のように変化する。
【００４１】
Ｐｓ  ・Ｓ１  ＝Ｐｐ  ・Ｓ２  
このような一対の弁体５１、５２の下方への移動に伴って、上側の弁体５１が開くとともに、そのストローク分下側の弁体５２が閉じられるようになる。すなわち入口ポート４０に供給される一次流体は第１のダイヤフラム６５の上側に印加される信号圧Ｐｓ  に比例する比率で出口ポート４１、４２に分流される。
【００４２】
しかもここでは、信号圧がノズル８０とフラッパ８１との間のギャップによって調整されるようになっており、フラッパ８１の軸線方向の位置がコイル９１に流れる電流によって調整されるようになっている。従ってコイル９１の信号電流を調整することによってフラッパ８１がノズル８０との間のギャップを調整し、ノズル８０の背圧が変化することになる。このようなノズル８０の背圧が信号圧として第１のダイヤフラム６５に印加されているために、コイル９１に印加される信号電流に応じて一対の出口ポート４１、４２に分流されるガスの分流比が制御されることになる。
【００４３】
このような制御弁は、図１に示す第３のダイヤフラム６７の有効面積と弁体５１が着座するバルブシート４５の有効面積とが等しくなっている。従ってポート４１を通して印加される一方のライン圧が第３のダイヤフラム６７に作用する力と弁体５１に作用する力とが等しくなる。これらの力は互いに逆方向になっているために、ポート４１のライン圧の変動が弁体５１に対して軸線方向の力を発生しない。
【００４４】
また第４のダイヤフラム６８の有効面積と下側の弁体５２が着座する下側のバルブシート４６の有効面積とが等しくなっている。従ってポート４２を通して分流されるガスのライン圧によって第４のダイヤフラム６８に作用する力と弁体５２に作用する力とが等しくなるとともに、それらの向きが互いに反対向きであることから両者が相殺される。従って弁体５２はポート４２のライン圧の影響を受けない。
【００４５】
すなわちこの制御弁は、連結ロッド５７によって互いに連結されて一緒に移動する弁体５１、５２がライン圧の変動にかかわらず軸線方向のストロークを生じない。従ってライン圧が変動してもこのライン圧をノイズとして受けることがなく、分流比が変化しない。
【００４６】
またこの制御弁は、弁体５１とバルブシート４５との間の隙間および弁体５２とバルブシート４６との間の隙間の関係が図９によって示される。すなわち一方の隙間が増えると他方の隙間が減少するように一対の弁体５１、５２が移動される。しかも両側のバルブシート４５、４６の隙間の和が一定の値に設定される。従って弁体５１、５２のストロークの変動にかかわらず、ポート４１、４２を通して分流されるガスの全体の量、すなわち分流されるガスの量の和が常に等しくなる。従って信号圧に応じて分流比が変化するとともに、トータルとしてのガスの流量を一定にした制御を行なうことが可能になる。
【００４７】
次に図１に示す制御弁を混合弁として用いた場合の動作について説明する。出口ポート４１、４２にそれぞれ別々の流体源を同一の圧力で接続する。そして混合された流体を入口ポート４０から取出すようにする。
【００４８】
コイル９１に加えられる信号が０であってダイヤフラム６５に印加される信号圧Ｐｓ  がほぼ０の状態では、パイロット圧Ｐｐ  が印加される第２のダイヤフラム６６によって受ける圧力で下側の圧力板６４が上方に向う力を受けるために、一対の弁体５１、５２は上方に移動している。これによって下側の弁体５２がバルブシート４６から離間して第２の出口ポート４２を開放するとともに、上側の弁体５１がバルブシート４５に着座して第１の出口ポート４１が閉鎖された状態になる。従ってこの場合には一方の出口ポート４２を通して導入される１種類の流体のみが入口ポート４０から取出されるようになる。
【００４９】
コイル９１に電流を印加し、フラッパ８１を下方に移動させて信号圧Ｐｓ  を高くすると、高くなった信号圧Ｐｓ  が第１のダイヤフラム６５に印加されるようになる。これによって信号圧Ｐｓ  が作用する第１のダイヤフラム６５を介して圧力板６３を下方に押す力と、パイロット圧Ｐｐ  が作用する第２のダイヤフラム６６によって第２の圧力板６４を上方に押す力のバランスが崩れるようになり、次の式が成立する。
【００５０】
Ｐｓ  ・Ｓ１  ＞Ｐｐ  ・Ｓ２  
従ってこのような力のアンバランスによって一対の弁体５１、５２が下方に移動する。このときに上側のダイヤフラム６５が下方に移動することによってその有効断面積を減少させるとともに、下側のダイヤフラム６６が下方へ移動させることによってその有効断面積を増大させる。従って軸線方向に所定のストローク移動されると、新たな平衡状態に達して力のバランスは次のようになる。
【００５１】
Ｐｓ  ・Ｓ１  ＝Ｐｐ  ・Ｓ２  
このような移動に伴って下側の弁体５２がバルブシート４６に近接するとともに、上側の弁体５１がバルブシート４５から離間する。すなわち一対の出口ポート４１、４２へ供給される流体は、コイル９１に加えられる入力信号に比例する比率で入口ポート４０から取出されるようになり、２種類の流体を一定の比率で混合した混合流体を入口ポート４０から取出すことが可能になる。
【００５２】
このように混合弁として用いた場合においても、第３のダイヤフラム６７に作用するライン圧と弁体５１に作用するライン圧とが互いに相殺される。しかも第４のダイヤフラム６８に作用するライン圧と弁体５２に作用するライン圧とが互いに相殺される。従ってポート４１、４２にそれぞれ作用する圧力であって混合される２種のガスの圧力の変動によって弁体５１、５２が軸線方向に移動しない。すなわち互いに混合される２種類のガスの圧力変動がノイズにならず、適正な混合比で混合された流体を入力ポート４０から取出すことが可能になる。
【００５３】
次に別の実施の形態を図１０によって説明する。この実施の形態は信号圧の増加に伴う力のアンバランスを第１のダイヤフラム６５と第２のダイヤフラム６６の有効面積の変化によって新たな力の平衡状態を現出する構造に代えて、圧縮コイルばね９６の弾性復元力の変化を利用して力の平衡を得るようにしたものである。すなわちこの実施の形態は、ダイヤフラム６５〜６８として湾曲部の幅が狭い通常のダイヤフラムを使用するとともに、凹部６２内に圧縮コイルばね９６を配し、この圧縮コイルばね９６によって第２の圧力板６４を上方に押圧するようにしたものである。
【００５４】
原理は次の通りである。上側の第１のダイヤフラム６５の上面に信号圧Ｐｓ  が加えられると、これに伴って一対の弁体５１、５２が下方へ移動する。従って第２の圧力板６４によって圧縮コイルばね９６が押され、この圧縮コイルばね９６の変形量が大きくなって新たな平衡状態に達するようになる。
【００５５】
分流弁として用いたときの動作について説明する。入力信号が０の状態では上側のダイヤフラム６５に加わる信号圧Ｐｓ  はほぼ０の状態である。これに対して第２のダイヤフラム６６にはパイロット圧Ｐｐ  が加わっており、さらに圧縮コイルばね９６の弾性復元力ｋ・ｘが作用している。従って一対の弁体５１、５２は上方に押えつけられており、弁体５１は全閉の状態で弁体５２が全開の状態になっている。
【００５６】
ダイヤフラム６５に信号圧Ｐｓ  を印加するとともにこの信号圧Ｐｓ  を増加させると、上方から下方へ向って働く力が増加し、力のバランスが崩れ、次のような状態になる。
【００５７】
Ｐｓ  ・Ｓ１  ＞Ｐｐ  ・Ｓ２  ＋ｋ・ｘ
ここでｋはばね９６のばね定数を示し、ｘはばね９６の変形量を示している。
【００５８】
このような力のアンバランスによって一対の弁体５１、５２が下方へ移動する。すると圧縮コイルばね９６の変形量が△ｘだけ増加する。そして
Ｐｓ  ・Ｓ１  ＝Ｐｐ  ・Ｓ２  ＋ｋ・（ｘ＋△ｘ）
なる平衡状態に達する。すなわち一対の弁体５１、５２が所定のストローク移動すると新たな平衡状態に達する。従ってこのような平衡状態に応じて、弁体５１および弁体５２は所定の開度を維持するようになる。従って入口ポート４０から導入される一次流体は所定の分流比で出口ポート４１、４２に分流されることになる。なおこのような信号圧の変化に伴う力の新たなバランスによる分流の動作は、混合の場合についても同様であって、信号圧Ｐｓ  に比例する比率で２種類の流体を混合して入口ポート４０から取出すことが可能になる。
【００５９】
このようにばね９６によってフォースバランスを成立させるようにした制御弁においても、第３のダイヤフラム６７の有効面積と一方の弁体５１が着座するバルブシート４５の有効面積とが互いに等しくなっている。従って出力ポート４１を通して加えられるライン圧によって第３のダイヤフラム６７に加えられる軸線方向の力とバルブシート４５の部分を通して弁体５１に加えられる軸線方向の力とがバランスして相殺される。
【００６０】
また下側の第４のダイヤフラム６８の有効面積と弁体５２が着座するバルブシート４６の有効面積とが互いに等しくなっており、このために出力ポート４２を通して加えられるライン圧が第４のダイヤフラム６８に作用する力と弁体５２に作用する力とが等しくなって両者が互いに相殺される。
【００６１】
従って出力ポート４１、４２に生ずるライン圧の変動によって弁体５１、５２が軸線方向に移動することがなく、このためにライン圧がノイズして作用することがなくなる。しかもこのような制御弁においても、バルブシート４５と弁体５１との間の隙間とバルブシート４６と弁体５２との間の隙間の和が常にほぼ一定になり、図９に示す関係が成立する。従ってトータルとしてのガスの流動が一定になる。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１に係る発明は、入口ポートと、分岐通路と、該分岐通路の両側に連通する一対の出口ポートとを設けた本体ブロックを具備し、分岐通路の軸線方向の両端にそれぞれスリーブを嵌着させ、該スリーブの外周面上に一対の出力ポートと連通する孔を備えた周溝を形成するとともに、一対のスリーブの互いに対向する内周側のエッジをバルブシートとなし、一対のスリーブのエッジの部分のバルブシートに着座すると対応する出口ポートを閉塞するとともに互いに一体になって分岐通路内を軸線方向に移動するように一対の弁体を配し、信号圧を第１のダイヤフラムを介して第１の圧力板に加えると、該第１の圧力板によって一方の弁体が一方の出口ポートと連通するバルブシートから離間するとともに、他方の弁体が他方の出口ポートと連通するバルブシートに着座するように移動し、信号圧が増加して一方の弁体が一方の出口ポートを開くように移動するときに第１のダイヤフラムの有効面積が小さくなり、入口ポートに供給される流体を一対の出口ポートに信号圧に応じた分流比で分流させるか、一対の出口ポートに供給される流体を信号圧に応じた混合比で混合して入口ポートから出すようにし、第１の圧力板に対して第１のダイヤフラムとは反対側に第３のダイヤフラムが配され、該第３のダイヤフラムによってライン圧を第１のダイヤフラムに対して遮断し、第３のダイヤフラムの有効面積と一方の弁体が着座するバルブシートの有効面積とを実質的に等しくするものである。
【００６３】
従ってこのような制御弁によれば、第１のダイヤフラムを介して第１の圧力板に加えられる信号圧に応じて第１のダイヤフラムが変形するとその有効面積が変化し、所定の変位でフォースバランスが成立するようになり、自動的に分流比が設定される。従って応答速度に優れ、機構が簡単で、しかも高精度な制御が可能になる。しかも第３のダイヤフラムの有効面積と一方の弁体が着座するバルブシートの有効面積とが実質的に等しくなっているために、ライン圧の変動によって弁体が軸線方向に移動することがなく、ライン圧がノイズとなって分流比あるいは混合比を変化させることがない。
【００６４】
請求項４の発明は、入口ポートと、分岐通路と、該分岐通路の両側に連通する一対の出口ポートとを設けた本体ブロックを具備し、分岐通路の軸線方向の両端にそれぞれスリーブを嵌着させ、該スリーブの外周面上に一対の出力ポートと連通する孔を備えた周溝を形成するとともに、一対のスリーブの互いに対向する内周側のエッジをバルブシートとなし、一対のスリーブのエッジの部分のバルブシートに着座すると対応する出口ポートを閉塞するとともに互いに一体になって分岐通路内を軸線方向に移動するように一対の弁体を配し、信号圧を第１のダイヤフラムを介して第１の圧力板に加えると、該第１の圧力板によって一方の弁体が一方の出口ポートと連通するバルブシートから離間するとともに、他方の弁体が他方の出口ポートと連通するバルブシートに着座するように移動し、信号圧による力と対向するようにばねが配され、信号圧が増加して一方の弁体が一方の出口ポートを開くように移動するときにばねの変形が大きくなり、入口ポートに供給される流体を一対の出口ポートに信号圧に応じた分流比で分流させるか、一対の出口ポートに供給される流体を信号圧に応じた混合比で混合して入口ポートから出すようにし、第１の圧力板に対して第１のダイヤフラムとは反対側に第３のダイヤフラムが配され、該第３のダイヤフラムによってライン圧を第１のダイヤフラムに対して遮断し、第３のダイヤフラムの有効面積と一方の弁体が着座するバルブシートの有効面積とを実質的に等しくするものである。
【００６５】
従ってこのような制御弁によれば、第１のダイヤフラムを介して第１の圧力板に加えられる信号圧に応じて信号圧と対向するように配されたばねが変形するとともにその変形に伴う弾性復元力が大きくなり、やがて所定の変形量でフォースバランスが成立するようになる。従ってこのようなフォースバランスによって成立した位置において自動的に分流比あるいは混合比が設定され、応答速度に優れ、機構が簡単で、しかも高精度な制御が可能な制御弁が提供される。しかも第３のダイヤフラムの有効面積と一方の弁体が着座するバルブシートの有効面積とを実質的に等しくしているために、ライン圧の変化によって弁体が軸線方向に移動することが防止され、ライン圧がノイズにならない制御弁が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】制御弁の全体の構成を示す縦断面図である。
【図２】弁体と上下のスリーブとの組合わせを示す分解斜視図である。
【図３】ダイヤフラムの周縁部の湾曲部の曲率中心の変化を示す縦断面図である。
【図４】第１のダイヤフラムの軸線方向の変位に伴う周縁部の湾曲部の曲率中心の変化を示す縦断面図である。
【図５】第２のダイヤフラムの軸線方向の変位に伴う周縁部の湾曲部の曲率中心の変化を示す縦断面図である。
【図６】第１および第２のダイヤフラムの有効面積の変化を示すグラフである。
【図７】使用時の制御弁の接続を示すブロック図である。
【図８】信号圧に対する弁体のストロークを示すグラフである。
【図９】弁体のストロークとガスの流量との関係を示すグラフである。
【図１０】第２の実施の形態の制御弁の縦断面図である。
【図１１】従来の分流弁の縦断面図である。
【符号の説明】
１  ブロック
２  入口ポート、
３、４  出口ポート
５、６  ニードル弁
７、８  雄ねじ
９、１０  歯車
１１  支軸
１２  カップリング
１３  モータ
１４  コントローラ
３３、３４  周溝
３５、３６  案内用突部
３７  本体ブロック
４０  入口ポート
４１、４２  出口ポート
４３  分岐通路
４５、４６  バルブシート
４７、４８  スリーブ
４９、５０  円形孔
５１、５２  弁体
５３、５４  凹部
５５、５６  突部
５７  連結ロッド
６１、６２  凹部
６３  第１の圧力板
６４  第２の圧力板
６５  第１のダイヤフラム
６６  第２のダイヤフラム
６７  第３のダイヤフラム
６８  第４のダイヤフラム
６９  突部
７１、７２  小孔
７５、７６  補助ポート
７７  オリフィス
８０  ノズル
８１  フラッパ
８２  弾性支持板
８３  開口
８６  ハウジング
８７  ヨーク
８８  マグネット
８９  センタコア
９０  ボビン
９１  コイル
９２  可動板
９３  小孔
９６  ばね
【図１】
0004805465.tif 000002
【図２】
0004805465.tif 000003
【図３】
0004805465.tif 000004
【図４】
0004805465.tif 000005
【図５】
0004805465.tif 000006
【図６】
0004805465.tif 000007
【図７】
0004805465.tif 000008
【図８】
0004805465.tif 000009
【図９】
0004805465.tif 000010
【図１０】
0004805465.tif 000011
【図１１】
0004805465.tif 000012