(57)【要約】【課題】流量を精度良く制御すると共に小型化が可能な流量制御弁およびこれを用いた流量制御弁装置を提供する。【解決手段】連結部１０５ａへの電流は、下部導線１０４ａ、コア１０４ｂ、上部導線１０４ｃを経由して連結部１０５ｂに流れる。このとき、コイル１０４に反時計方向に螺旋状に流れる電流によりコア１０４ｂの軸に垂直となる方向に磁気双極子モーメントｍが生成される。一対の永久磁石による磁束密度Ｂが支持部１２０方向に発生するとすれば、磁気双極子モーメントと磁束密度との相互作用で、ｍ×Ｂのトルクが形成される。コイル１０４に形成されたフラップ１０２は、一側が弾性たわみ体１０３ａ、１０３ｂにより固定されるため、フラップ１０２が上部方向に移動するにつれて開口１１０が開放される。フラップ１０２の変位は、コイル１０４に印加される電流の強さにより変化する。【選択図】図 １【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が通過する少なくとも１つの開口が設けられた基板と、
前記基板の第１の面に形成され、少なくとも１つの前記開口に隣接する支持部と、
前記少なくとも１つの開口に対応し、少なくとも１つの前記開口が第１および第２の領域に正確に噛み合うように前記支持部から延びた少なくとも１つのフラップと、
前記支持部が少なくとも１つの前記フラップと連結され、前記第１および第２の領域の間の前記少なくとも１つのフラップの変位に比例する弾性復元力を提供する一対の弾性たわみ体と、
前記第１および第２の領域の間に少なくとも１つの前記フラップが配置され、少なくとも１つの前記開口を介して流体の流れを制御する駆動手段と、
を備えることを特徴とする流量制御弁。
【請求項２】
前記フラップは、前記第１の領域に配置され、少なくとも１つの前記開口を介して流体の流れを最大化させることを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。
【請求項３】
前記フラップは、前記第２の領域に配置され、少なくとも１つの前記開口を介して流体の流れを最大化させることを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。
【請求項４】
前記駆動手段は、
前記支持部の第１の表面上に一定距離離間して形成された一対の電極パッドと、
前記一対の電極パッドに電気的に連結された第１および第２の端部を有し、前記フラップの第１の面上に形成されたコイルと、
前記フラップ上に配置された少なくとも１つの永久磁石と、
前記フラップ下に配置された少なくとも１つの永久磁石と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。
【請求項５】
前記電極パッドおよび前記コイルは、導電性材料で形成されることを特徴とする請求項４に記載の流量制御弁。
【請求項６】
前記電極パッドを前記コイルに連結するため、前記一対の弾性たわみ体のそれぞれに形成された一対の連結部を、さらに備えることを特徴とする請求項４に記載の流量制御弁。
【請求項７】
前記流量制御弁は、マイクロマシニング技術を用いて一括して製造されることを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。
【請求項８】
少なくとも１つの基板、前記支持部、前記弾性たわみ体、及び前記フラップは、シリコンからなることを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。
【請求項９】
前記基板と前記支持部との間に形成された酸化物層を、さらに有することを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。
【請求項１０】
前記開口は、円形であることを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。
【請求項１１】
前記フラップは、円形であることを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。
【請求項１２】
前記弾性たわみ体は、ジグザグ状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。
【請求項１３】
前記弾性たわみ体は、キャンティレバーからなることを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。
【請求項１４】
前記弾性たわみ体は、トーションバーからなることを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。
【請求項１５】
複数の開口および対応する複数のフラップをさらに含み、前記複数の開口は、ほぼ同じ面積を有し、前記複数のフラップのそれぞれを変位させて各開口を介して、流体の流れを制御することを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。
【請求項１６】
最大変位は、前記複数のフラップのそれぞれと関連しており、前記複数のフラップのそれぞれの最大変位は、互いに異なっていることを特徴とする請求項１５に記載の流量制御弁。
【請求項１７】
複数の開口および対応する複数のフラップをさらに含み、前記複数の開口のそれぞれの径は、他の開口と異なっており、前記複数のフラップのそれぞれを変位させて流体の流れを制御することを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。
【請求項１８】
前記流量は、パルス幅変調方式で制御されることを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。
【請求項１９】
入口流路管を有する上部ハウジングと、
前記上部ハウジングとの間に空間を形成するため前記上部ハウジングと結合され、出口流路管を有する下部ハウジングと、
前記上部および下部ハウジングにより形成された空間内に取り付けられ、前記出口流路を介して流体を制御するため電磁気力で変位する流路制御弁と、
前記流路制御弁の上下にそれぞれ配置され、少なくとも１つの開口を有する一対の永久磁石と、
を備えることを特徴とする流量制御弁装置。
【請求項２０】
前記流量制御弁は、マイクロマシニング技術を用いて一括して製造されることを特徴とする請求項１９に記載の流量制御弁装置。
【請求項２１】
前記流量制御弁は、
流体が通過する少なくとも１つの開口が設けられた基板と、
前記第１の基板の第１の面上に形成され、前記少なくとも１つの開口に隣接し、前記少なくとも１つの開口を開閉するため前記少なくとも１つのフラップを延長させた支持部と、
前記支持部を前記少なくとも１つのフラップに連結させ、前記少なくとも１つのフラップの変位に逆比例する弾性復元力を提供する弾性構造物と、
前記支持部上に所定距離だけ離間して形成された一対の電極パッドと、
前記一対の電極パッドにそれぞれ電気的に連結された第１および第２の端部を有し、前記フラップの第１の面上に形成されたコイルと、
を備えることを特徴とする請求項１９に記載の流量制御弁装置。
【請求項２２】
前記一対の電極パッドを前記コイルと連結させるため、各弾性たわみ体上に形成された一対の連結部を、さらに有することを特徴とする請求項２１に記載の流量制御弁装置。
【請求項２３】
前記入口流路と出口流路との間には、所定の圧力差が発生することを特徴とする請求項１９に記載の流量制御弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量制御弁装置に関し、特に、流量を精度良く制御すると共に小型化が可能な流量制御弁およびこれを用いた流量制御弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流路を流れる流量を制御するための流量制御弁装置は、家庭用の電化製品、例えば、冷蔵庫を含む、産業上の多くの分野に適用され、かかる流量制御弁装置に関する研究が盛んに行われている。
一般に、流量制御弁は、ピン状の弁ロッドを開口から所定変位だけ移動して、開口の開放面積を線形的に調節することで流量を制御する。即ち、従来の流量制御弁装置は、弁ロッドをステッピングモータの回転軸に連結されたギアに連結し、ステッピングモータに印加される駆動電源のパルス数に比例して弁ロッドの変位を可変とすることができる。
【０００３】
しかし、かかる流量制御弁は、高価なステッピングモータを必要とするため、製造単価が上がり、ステッピングモータの回転軸と弁ロッドが位置する流路間の気密接合（ハーメティック封止）の維持が困難であるという問題点があった。
【０００４】
また、他の流量制御弁は、弁ロッドの一部に薄板であるダイアフラムまたはメンブレンを装着し、ダイアフラムまたはメンブレンの裏面に圧力調節可能な加圧空間を形成し、この加圧空間に充填された所定流体の加熱による膨張圧力を用いてダイアフラムを変形させることで、弁ロッドの変位を制御する。しかし、かかる流量制御弁装置は、別の加圧空間が必要となるため、小型化が容易でなく、加圧空間の加熱による膨張圧力を利用しているため、線形動作のための弁の応答速度が遅くなり、発熱による電力消耗が大きくなるという問題点があった。
【０００５】
また、ソレノイドコイルを用いた流量制御弁は、弁ロッドが不安定であるため、流体に対する線形制御が難しく、構成部品が複雑であるため開閉動作時の騒音がひどくなるという問題点があった。
【０００６】
また、マイクロマシニング技術を用いた従来の流量制御弁は、開口の開放程度を制御するため、開口上に一定距離だけ離間した位置に形成されたフラップまたはダイアフラムを駆動して流量を制御する。このとき、かかるフラップやダイアフラムを駆動する方式としては、静電力駆動方式、熱駆動方式、圧電駆動方式などが挙げられる。
しかし、マイクロマシニング技術で作られた流量制御弁は、入力流路管と出力流路管とが一直線上に位置しておらず、流量の注入および出力方向に互いに平行になるように形成されるため、フラップまたはダイアフラムによる流量の制御に限界があり、駆動方式も、アナログ方式に適合するようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、マイクロマシニング技術で製作されながら、小型化だけでなく流量を精度良く制御することができる流量制御弁を提供することにある。
本発明の他の目的は、流量制御弁を流路管内に設けることで、流量調節、断熱膨張および冷却性を調節するための線形膨張弁として使用される流量制御弁装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の目的を達成するための本発明の好適な一実施形態によれば、流量制御弁は、流体が通過する複数の開口が形成された基板と、前記複数の開口と離間して前記基板の上部に形成された支持部と、前記複数の開口を開閉させるため前記支持部から延び、前記複数のフラップの変位に比例する弾性復元力を有する弾性たわみ体と、前記複数のフラップの変位を個別に変化させて前記複数の開口の開放程度を線形的に制御する駆動手段とを備えてなる。
【０００９】
前記駆動手段は、前記支持部の上部に互いに離間して形成された一対の電極パッドと、前記電極パッドに一側と他側がそれぞれ電気的に連結され、前記フラップの上部に形成されたコイルと、前記コイルが形成された前記フラップから一定距離離間した上下位置に設けられる一対の永久磁石とを含むことができる。
【００１０】
本発明の好適な他の実施形態によれば、流量制御弁装置は、一側に入口流路が形成され、内部に中空部を有する上部ハウジングと、前記上部ハウジングの他側に一側が取り付けられ、他側に出口流路が形成され、内部に中空部を有する下部ハウジングと、前記上部および下部ハウジングの所定位置の内壁に取り付けられ、前記入口流路への流体の流れを制御するため、流体を開閉するため電磁気力で開閉される複数のフラップが形成された流路制御弁と、前記流路制御弁から一定距離離間した上下位置に配置される一対の永久磁石とを備えてなる。
【００１１】
前記流量制御弁は、流体が通過する複数の開口が形成された基板と、前記複数の開口と離間して前記基板の上部に形成された支持部と、前記複数の開口を開閉させるため前記支持部から延び、前記複数の開口に対向する複数のフラップと、前記複数のフラップと前記支持部との間に連結され、前記複数のフラップの変位に比例する弾性復元力を提供する弾性たわみ体と、前記支持部の上部に互いに離間して形成された一対の電極パッドと、前記電極パッドに一側と他側がそれぞれ電気的に連結され、前記フラップの上部に形成されたコイルとを備えることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、構成部品数が少なく、加工および組み立てが容易であり、かつ小型化が可能であるため、低価格の弁を提供することができる効果が得られる。
また、本発明によれば、デジタル駆動を可能とすることで、簡単な駆動回路だけで流量を精度良く制御することができる効果を奏する。
さらに、本発明によれば、室外機または室内機の冷媒のような流体の流量制御、膨張および冷却性能の制御のための線形膨張弁として適用することで、冷房または冷却性能を容易に制御することができる流体熱交換装置をより低価格かつ小型化することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
図１は、本発明の好適な実施形態において、開口の開放時の流量制御弁を示す図であり、
図２は、本発明の好適な実施形態において開口の閉鎖時の流量制御弁を示す図である。図１および図２では、開口が１つである場合を示しているが、開口の数は、必要に応じて幾らでも増加させることができる。
【００１４】
図１および図２を参照すると、流量制御弁は、流体が通過する開口１１０が形成された基板１０１と、開口１１０と離間して基板１０１上部に形成された支持部１２０と、開口１１０を開閉させるため支持部１２０から延び、開口に対向するフラップ１０２と、フラップ１０２と支持部１２０との間に連結され、フラップ１０２の変位に比例する弾性復元力を提供する一対の弾性たわみ体１０３ａ、１０３ｂと、支持部１２０上部に互いに離間して形成された一対の電極パッド１０６ａ、１０６ｂと、電極パッド１０６ａ、１０６ｂに一側と他側がそれぞれ電気的に連結され、フラップ１０２の上部に形成されたコイル１０４とで構成される。
流量制御弁は、マイクロマシニング技術を用いて一括して製造されることが好ましい。
【００１５】
ここで、基板１０１、支持部１２０、弾性たわみ体１０３ａ、１０３ｂ、フラップ１０２は、シリコン材料で形成されることが好ましい。この時、基板１０１と支持部１２０との間には、酸化物層が存在するが、かかる酸化物層は、弾性たわみ体１０３ａ、１０３ｂおよびフラップ１０２と基板１０１との間では、除去される。従って、弾性たわみ体１０３ａ、１０３ｂおよびフラップ１０２と基板１０１との間において酸化物層が除去されることで、これらの間には、空間ができる。それで、支持部１２０に連結された弾性たわみ体１０３ａ、１０３ｂおよびフラップ１０２は、基板１０１に対して上下方向に移動可能となる。
【００１６】
支持部１２０は、基板１０１上の一側に形成され、弾性たわみ体１０３ａ、１０３ｂおよびフラップ１０２を固定させる働きをする。
フラップ１０２は、円形の開口１１０に合わせて円形の板状に形成されることが好ましい。この時、フラップ１０２の径は、少なくとも開口１１０の径よりは大きくなるようにする。このようにフラップ１０２の径を開口のそれより大きく形成することで、フラップ１０２が開口を完全に開閉させることができる。
【００１７】
弾性たわみ体１０３ａ、１０３ｂは、一側が支持部１２０に連結され、他側がフラップ１０２に連結され、弾性復元力を有するようにジグザグ状に形成されることが好ましい。このようにすることで、弾性たわみ体１０３ａ、１０３ｂは、フラップ１０２が開口から離脱して上部方向に変位が発生する時、変位の反対方向、即ち、下部方向に変位に比例する弾性復元力が発生するようになる。
【００１８】
また、弾性たわみ体１０３ａ、１０３ｂは、キャンティレバーまたはトーションビームで形成することができる。
また、弾性たわみ体１０３ａ、１０３ｂは、一対であることが好ましい。
このとき、弾性たわみ体１０３ａ、１０３ｂ上には、一対の電極パッド１０６ａ、１０６ｂとコイル１０４とを連結させる連結部１０５ａ、１０５ｂが、パターン形成されることが好ましい。
【００１９】
この場合、電極パッド１０６ａ、１０６ｂ、連結部１０５ａ、１０５ｂおよびコイル１０４は、同じ導電性材質で形成されることが好ましい。
一対の電極パッド１０６ａ、１０６ｂは、支持部１２０上の両端部の所定位置に互いに離間するように形成され、連結部１０５ａ、１０５ｂを介してコイル１０４に伝達できる電流が印加される。
【００２０】
コイル１０４は、フラップ１０２上に螺旋状に形成される。換言すれば、図３に示されるように、コイル１０４は、中心に位置するコア１０４ｂと、コア１０４ｂの一側に螺旋状に連結された上部導線１０４ｃと、上部導線１０４ｃに連結される下部導線１０４ａとからなる。このとき、コア１０４ｂと下部導線１０４ａは、それぞれ一対の連結部１０５ａ、１０５ｂに連結される。また、上部導線１０４ｃと下部導線１０４ａとが互いに交叉する部分は、絶縁層または所定のギャップを設けることで、相互間の接触を防止する。
【００２１】
なお、コイル１０４が形成されたフラップ１０２から所定距離離間した上下位置には、一対の永久磁石（図１２（Ａ）の２２１、２２２）が設けられ、外部磁場、即ち磁束密度Ｂが発生するようになる。このとき、磁束密度は、横に支持部方向に発生することが好ましい。従って、外部磁場とコイルに流れる電流との間の相互作用によりフラップに所定のトルクが加えられる。このとき、流量制御弁の蓋として機能するフラップ１０２に加えられる電磁気力の方向と大きさは、コイル１０４に印加される電流の方向と強さ、または永久磁石による外部磁場の方向と大きさにより、任意に調節することができる。しかし、永久磁石から発生する磁束密度は、一定であるため、フラップ１０２に加えられる電磁気力の方向と大きさは、コイルに印加される電流の強さにより決定される。
【００２２】
図３は、図１および図２の流量制御弁の作動原理を説明する図である。
第１の連結部１０５ａを介して印加される電流は、コイル１０４、即ち下部導線１０４ａ、コア１０４ｂおよび上部導線１０４ｃを経由して第２の連結部１０５ｂに流れるようになる。このとき、コイル１０４に反時計方向に螺旋状に流れる電流によりコア１０４ｂの軸に垂直となる方向、即ち、上部方向に磁気双極子モーメントｍが生成される。このとき、一対の永久磁石により生成された磁束密度Ｂが支持部１２０方向に発生するとすれば、磁気双極子モーメントと磁束密度との相互作用で、ｍ×Ｂのトルクが形成される。なお、電流方向が反対である場合、前述とは逆の経路に沿って電流が流れるようになる。
【００２３】
これによって、コイル１０４に形成されたフラップ１０２は、一側が弾性たわみ体１０３ａ、１０３ｂにより固定されるため、他側が上部方向に移動するようになる。従って、フラップ１０２が上部方向に移動するにつれて開口１１０が開放される。このとき、フラップ１０２の変位は、コイル１０４に印加される電流の強さにより変化する。
【００２４】
図４（Ａ）および（Ｂ）は、図１および図２の流量制御弁においてフラップによる開口の完全な遮断方法を示す図であって、図２のＡ−Ａ'に沿った断面図である。
図４（Ａ）に示されたように、開口１１０を遮断するため流量制御弁のフラップ１０２の縁部に対応する基板１０１上に弁シート１２５が設けられ、弁シート１２５とフラップ１０２とが密着されるようにする。
また、図４（Ｂ）に示されたように、弁シートを設けることなくコイルに印加される電流の強さによる電磁気力でフラップ１０２を下部方向に強制移動させることで、フラップ１０２が開口１１０周りの基板１０１平面に密着されるようにする。
このとき、図４（Ａ）および図４（Ｂ）において、フラップ１０２は、開口１１０を含めて開口周りの基板を一定程度カバーするように十分に大きく形成する必要がある。
【００２５】
図５は、本発明において全て開放された複数の開口を備えた流量制御弁を示す図であり、図６は、本発明において全て閉鎖された複数の開口を備えた流量制御弁を示す図である。即ち、図５および図６は、図１および図２に示された１つの開口を有する流量制御弁を、複数の開口を有する流量制御弁に拡大したものである。図５および図６では、４つの開口が示されているが、制御流量などの要求条件によって任意に開口数を変えることができる。
【００２６】
図５および図６に示されたように、流量制御弁には、複数の開口３１〜３４が設けられる。このように複数の開口３１〜３４が形成される場合は、各開口に相応するフラップ１１〜１４、フラップ上に形成されたコイル（図１の１０４）、各フラップに連結された弾性たわみ体（図１の１０３ａ、１０３ｂ）も、複数個設けられるようになる。また、各コイルに連結される一対の電極パッド（図１の１０６ａ、１０６ｂ）も複数個設けられることもできる。又は、電極パッドは、（−）の電極パッドは１つ、（＋）の電極パッドは複数設けることもできる。
【００２７】
図５に示されたように、各フラップ１１〜１４が全て最大に上部方向に移動されると、各フラップに相応する開口３１〜３４が全て開放され、この開口を介して最大の流量が通過できるようになる。これとは反対に、図６に示されたように、各フラップ１１〜１４が全て下部方向に移動されると、各フラップに相応する開口３１〜３４が全て完全に閉鎖され、この開口を介して流体が何等通過できなくなる。
なお、各フラップを個別に制御して各開口を開閉させることにより、流量をより精度良く制御することができる。
【００２８】
図７の（Ａ）および（Ｂ）は、図５および図６の流量制御弁において開口の径が同一であり、各開口を完全開放または完全閉鎖させる場合に流量を制御する第１の方法を示す図である。
図７（Ａ）に示されたように、多数の開口１１〜１４のうち一番目のフラップ１１上に形成されたコイルに印加された電流により一番目のフラップのみが完全に開放される場合、一番目のフラップ１１に相応する一番目の開口３１を介してのみ流体が通過できるようになる。このとき、１つの開口を介して通過される流量を'Ｘ'とすれば、一番目の開口３１を通過する流量は、'Ｘ'である。
【００２９】
図７（Ｂ）に示されたように、一番目、二番目および三番目のフラップ１１、１２、１３のみが完全に開放される場合、各フラップ１１、１２、１３に相応する一番目、二番目、三番目の開口３１、３２、３３を介してのみ流体が通過できるため、総流量は、３Ｘとなる。
【００３０】
かかる流量制御弁の構造と駆動方式を、Ｍ個（Ｍは、任意の自然数）の開口が形成された流量制御弁に拡張させる場合、総て（Ｍ＋１）ステップで流量を精度良く制御することができる。従って、図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示されたように、各フラップ１１〜１４が個別制御される場合、１つの開口で通過できる流量を'Ｘ'とすれば、全ての開口３１〜３４が閉鎖された０から全ての開口が開放された４Ｘまで、Ｘ分の間隔で全て５ステップの流量制御が可能となる。
【００３１】
図８の（Ａ）および（Ｂ）は、図５および図６の流量制御弁において開口の径が同一であり、各フラップの可変程度が異なっている場合に流量を制御する第２の方法を示す図である。
各フラップ１１〜１４の可変程度は、一番目のフラップ１１が最も少なく、二番目のフラップ１２、１３に行くほど大きくなって四番目のフラップ１４において最大となるように制御される。このため、一番目のフラップ１１上に形成された一番目のコイルに印加された電流が最も少なく、二番目のフラップ１２上に形成された二番目のコイル、三番目のフラップ１３上に形成された三番目のコイルおよび四番目のフラップ１４上に形成された四番目のコイルに行くほど電流値が増加するようになる。
【００３２】
換言すれば、各フラップ１１〜１４は、２N（Ｎ＝０、１、２、・・・）倍の流量が通過できる程度の変位を有することが好ましい。これにより、一番目の開口３１で制御可能な流量を'Ｘ'とすれば、二番目の開口３２で制御可能な流量は、'２Ｘ'、三番目の開口３３と四番目の開口３４で制御可能な流量は、それぞれ'４Ｘ'、'８Ｘ'である。
このとき、各開口を開放または閉鎖させる各フラップは、個別に駆動されるため、４つの開口に相応する４つのフラップは、２4（＝１６）ステップで流量を制御することができる。
【００３３】
例えば、図８（Ａ）に示されたように、一番目のフラップ１１と四番目のフラップ１４が開放されると、一番目の開口３１と四番目の開口３４を介してそれぞれ'Ｘ'と'８Ｘ'分の流体が通過できるため、総流量は、９Ｘとなる。これに対し、図８（Ｂ）に示されたように、一番目のフラップ１１、三番目のフラップ１３および四番目のフラップ１４が開放されると、一番目の開口３１、三番目の開口３３および四番目の開口３４を介してそれぞれ'Ｘ'、'４Ｘ'、'８Ｘ'分の流量が通過できるため、総流量は、１３Ｘとなる。
【００３４】
結局、図８（Ａ）および図８（Ｂ）のような流量制御弁の構造および駆動方式によれば、全ての開口が閉鎖された０から全ての開口が開放された１５Ｘまで、Ｘ分の間隔で全て１６ステップで流量を制御することができる。
従って、Ｍ個（Ｍは、任意の自然数）の開口を有する弁に拡張させる場合、全て２Mステップで流量を制御することができる。
【００３５】
図９は、図５および図６の流量制御弁において開口の径が互いに異なっており、各開口を完全開放または完全閉鎖させる場合に流量を制御するための流量制御弁を示す図である。
図９を参照するに、流量制御弁は、基板１に形成された開口３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａの径が互いに異なるように形成され、また、開口３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａを開閉させることのできるフラップ１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａの径も互いに異なっている。即ち、基板１に形成された開口３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａの径は、一番目の開口３１ａから順次大きくなり、開口を開閉するフラップ１１ａ、１２ａ、１３ａ、１４ａの径も、一番目のフラップ１１ａから順次大きくなるように形成されることが好ましい。
【００３６】
このとき、一番目の開口３１ａで通過できる流量を基準に、二番目乃至四番目の開口３２ａ、３３ａ、３４ａは、漸次に２N倍（Ｎ＝１、２、３・・・）の流量を通過または遮断できる開口の断面積を有する。即ち、一番目の開口３１ａで通過できる流量が'Ｘ'であるとすれば、二番目の開口３２ａで通過できる流量は、'２Ｘ'であり、三番目の開口３３ａと四番目の開口３４ａで通過できる流量は、それぞれ'４Ｘ'、'８Ｘ'である。
前述のように、それぞれの開口を開放または閉鎖させる各フラップは、互いに個別に制御されるため、４つの互いに異なる直径を有する開口を備えた流量制御弁は、２4ステップで流量を制御することができる。
【００３７】
図１０の（Ａ）および（Ｂ）は、図９の流量制御弁において流量を制御するための第３の方法を示す図である。
図１０（Ａ）に示されたように、一番目のフラップ１１ａのみが開放されると、一番目の開口３１ａを介して'Ｘ'分だけの流量が通過するようになる。
また、図１０（Ｂ）に示されたように、一番目のフラップ１１ａ、三番目のフラップ１３ａおよび四番目のフラップ１４ａが開放されると、一番目の開口３１ａ、三番目の開口３３ａおよび四番目の開口３４ａを介してそれぞれ'Ｘ'、'４Ｘ'、'８Ｘ'分の流体が通過されるため、総流量は、'１３Ｘ'となる
【００３８】
従って、図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）のような流量制御弁においては、全ての開口が完全に閉鎖された'０'から全ての開口が開放された'１５Ｘ'まで、'Ｘ'分の間隔で全て１６ステップで流量を制御することができる。従って、かかる流量制御弁の構造および駆動方式をＭ個の開口を有する弁に拡張させる場合、全て２Mステップ（Ｍは、任意の自然数）で流量を制御することができる。
【００３９】
図１１の（Ａ）乃至（Ｃ）は、本発明に係る流量制御弁においてパルス幅変調方式を用いて流量を制御する第４の方法を示す図である。
図１１（Ａ）に示されたように、１周期をＴ／１５、２Ｔ／１５、４Ｔ／１５、８Ｔ／１５の４つに分割し、分割された時間の組み合わせで１６ステップで流量を制御することができる。このように１６ステップで流量を制御するため、デジタルである４−ｂｉｔ ＰＷＭ駆動方式が使用できる。ここでは、１周期を４つに分割したが、要求条件によっては、８つまたは１６つに分割することもできる。
従って、例えば、１周期に対してＴ／１５の間だけ当該フラップが制御されることもでき、１周期の間Ｔ／３（Ｔ／１５＋４Ｔ／１５）だけ当該フラップを制御することもできる。
【００４０】
図１１（Ｂ）に示されたように、Ｔ／３（Ｔ／１５＋４Ｔ／１５）の間だけ当該フラップが制御される場合、１周期Ｔの間、開口を介して通過できる流量を'Ｘ'とすれば、すべて'Ｘ／３'だけの流量が通過できるようになる。
また、図１１（Ｃ）に示されたように、１３Ｔ／１５（Ｔ／１５＋４Ｔ・１５＋８Ｔ／１５）の間だけ当該フラップが制御される場合、'１３Ｘ／１５'だけの流量が通過できるようになる。
【００４１】
かかるＰＷＭ方式の流量制御は、前述の流量制御方法（第１乃至第４の方法）とは別として、ＰＷＭ方式と前述の第１乃至第３の方法とを組み合わせて同時に使用することもできる。
ＰＷＭ方式と前述の第１乃至第３の方法とを組み合わせて同時に使用することにより、より精度良く流量を制御することが可能となる。
例えば、４ビットＰＷＭ駆動方式を２4ステップで流量制御可能な図９の流量制御弁に適用する場合、２4×２4（＝２8）ステップで流量を制御することができる。
結局、ＮビットＰＷＭ駆動方式（Ｎ＝自然数）を前述の第１乃至第３の方式と組み合わせる場合、制御可能な流量は、（１／２）Nと微細になり、流量の制御ステップは、２N倍分だけ増加される。
【００４２】
図１２Ａおよび図１２Ｂは、本発明の好適な実施形態に係る流量制御弁を用いた流量制御弁装置を示す分解斜視図および断面図である
【００４３】
図１２Ａおよび図１２Ｂを参照すると、流量制御弁は、一側に入口流路３１０が形成され、内部に中空部を有する上部ハウジング３００と、上部ハウジング３００の他側に一側が取り付けられ、他側に出口流路５１０が形成され、内部に中空部を有する下部ハウジング５００と、上部および下部ハウジング３００、５００の所定位置の内壁に取り付けられ、入口流路３１０を介して流体を電磁気力で開閉する複数のフラップが形成された流路制御弁１００と、流路制御弁１００から一定距離だけ離間した上下位置に配置される一対の永久磁石２２１、２２２とで構成される。
【００４４】
ここで、流量制御弁装置は、既存の弁装置とは異なり、上部および下部ハウジング３００、５００、永久磁石２２１、２２２、マイクロマシニング技術で作られた流量制御弁のみを用いて製作されるため、部品の個数が著しく低減され、組み立て構成が容易であるため、弁装置の費用を減らすことができ、駆動装置が占める空間を最小化し、弁装置の小型化に有利である。
なお、ハウジング３００、５００内部で流体が円滑に流れるようにするため、永久磁石２２１、２２２には、少なくとも１つ以上のホールが形成されることもできる。
【００４５】
また、流量制御弁の縁部がハウジング５００に完璧に密封されるため、入口流路３１０に入力された流体は、フラップの制御により開口を介してのみ出入流路５１０に出力されることができる。
さらに、下部ハウジング５００の出入流路５１０には、断熱膨張作用を起すように、狭長な形状の開口をさらに加えることにより、流量制御弁を断熱膨張弁として使用することができる。即ち、入口流路管３１０の流体圧力を出口流路５１０の流体圧力より高圧とし、高圧である流体が開口の狭い流路を通って相対的に低圧の出口流路５１０に噴出され、体積が膨張し温度が下がるなどの膨張現象が発生し、流体膨張弁として利用することができる。特に、開口の開放面積をフラップの変位により線形的に調節することにより、断熱膨張が発生する流体の流量を調節する線形膨張弁として使用することができる。
【００４６】
さらに、本発明の流量制御弁は、入口流路管３１０の圧力を出口流路管５１０の圧力より高く形成すると、流体が入口流路管３１０から出口流路管５１０に流れる正方向の流量を制御することができ、反対に、出口流路管５１０の圧力を入口流路管３１０の圧力より高く形成すると、流体が出口流路管５１０から入口流路管３１０に流れる逆方向の流量を制御することができる。これにより、正逆方向に対する流体制御が可能となる。
【００４７】
以上、図面を参照して本発明の実施形態を説明してきたが、本発明の保護範囲は、前述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
前述のような本発明の流量制御弁は、流体が循環する流路を提供するパイプ状の流路管に取り付けられ、エアコン、冷蔵庫などのような冷却装置または暖房装置に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の好適な実施形態において、開口の開放時の流量制御弁を示す図である。
【図２】本発明の好適な実施形態において、開口の閉鎖時の流量制御弁を示す図である。
【図３】本発明の好適な流量制御弁のコイルを詳細に示す図である。
【図４】（Ａ）および（Ｂ）は、図１および図２の流量制御弁においてフラップによる開口の完全な遮断方法を示す図である。
【図５】本発明において全て開放された複数の開口を備えた流量制御弁を示す図である。
【図６】本発明において全て閉鎖された複数の開口を備えた流量制御弁を示す図である。
【図７】（Ａ）および（Ｂ）は、図５および図６の流量制御弁において開口の径が同一であり、各開口を完全開放または完全閉鎖させる場合に流量を制御する第１の方法を示す図である。
【図８】（Ａ）および（Ｂ）は、図５および図６の流量制御弁において開口の径が同一であり、各フラップの可変程度が異なっている場合に流量を制御する第２の方法を示す図である。
【図９】図５および図６の流量制御弁において開口の径が互いに異なっており、各開口を完全開放または完全閉鎖させる場合に流量を制御するための流量制御弁を示す図である。
【図１０】（Ａ）および（Ｂ）は、図９の流量制御弁において流量を制御する第３の方法を示す図である。
【図１１】（Ａ）乃至（Ｃ）は、本発明に係る流量制御弁においてパルス幅変調（ＰＷＭ）方式を用いて流量を制御する第４の方法を示す図である。
【図１２Ａ】本発明の好適な実施形態に係る流量制御弁を用いた流量制御弁装置を示す分解斜視図である。
【図１２Ｂ】本発明の好適な実施形態に係る流量制御弁を用いた流量制御弁装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１１〜１４    フラップ
３１〜３４    開口
１００    流路制御弁
１０１    基板
１０２    フラップ
１０３ａ、１３０ｂ    弾性たわみ体
１０４    コイル
１０５ａ、１０５ｂ    連結部
１０６ａ、１０６ｂ    電極パッド
１１０    開口
１２０    支持部
１２５   弁シート
２２１、２２２    永久磁石
３００    上部ハウジング
３１０    入口流路管
５００    下部ハウジング
５１０    出口流路管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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