JP3925207B2 - 流量制御弁 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エア等の流体の流量を制御する流量制御弁、更に詳しくは電磁作動機構の出力に対して比例的に制御する流量制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁作動機構の出力に対して比例的に制御する流量制御弁は、一般にスリーブ内に摺動可能に配設されたスプールを電磁ソレノイドの吸引力とスプリングの反力とがバランスした位置に作動せしめるスプール弁が用いられている。
スプール弁は、側面にポートが形成されたスリーブの内周面に沿ってスプールが摺動する構成であるため
、両者間にはクリアランスを設ける必要があるとともに、ゴム等のシールが使用できないので、完全なシールが不可能である。スリーブとスプール間のシール性を高めるには、両者間のクリアランスを極小さくして摺動性を確保する必要がある。しかしながら、このような要求を満たすためには高精度な加工が必要となり、加工コストが増大する。また、スプール弁は、スリーブとスプールとの間に埃等が噛み込むと作動不良を起こす。このようなスプール弁式流量制御弁の問題を解消するために、本出願人はポペット弁式の流量制御弁を特開２０００−５５２１１として提案した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開２０００−５５２１１にて提案した流量制御弁は、２ウエイバルブ式流量制御弁であって、給気と排気を切替えるための別のバルブと組み合わせて使用する必要があるため、流体回路構成が煩雑になるとともに、組み合わせた別のバルブの作動回数が非常に多くなるという問題がある。
【０００４】
本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その主たる技術課題はシール性が良好なポペット弁機構を用いて電磁作動機構の出力に対して比例的に制御することができる３ウエイバルブ式流量制御弁を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記主たる技術的課題を解決するために、「入力ポートと出力ポートおよび排出ポートを備えたバルブボディと、該バルブボディ内に配設され該各ポートの連通を制御する弁機構と、電磁コイルユニットを備え該弁機構を駆動する電磁作動機構を有する流量制御弁であって、
該バルブボディには該入力ポートと出力ポートとを連通する連通室と該連通室の両側に互いに対向して形成された２個の弁穴が設けられ、該連通室には環状の仕切り板が配設されており、
該弁機構は、一端部に設けられ該弁穴の一方に摺動可能に嵌合される摺動部と、中央部に設けられ該環状の仕切り板の内周に形成された着座部に着座するテーパ−面からなる第１の弁部と、他端部に設けられた第２の弁部と、軸方向に貫通して設けられ該排出ポートと連通する連通路とを備えた第１の弁体と、
該弁穴の他方に摺動可能に嵌合される摺動部と、一端部に設けられ該第１の弁体の第２の弁部と当接する弁部と、軸方向に貫通して設けられ該排出ポートと連通する連通路とを備えた第２の弁体と、
該第１の弁体の該摺動部と該一方の弁穴の内周面との間に配設された第１のシールと、
該第２の弁体の該摺動部と該他方の弁穴の内周面との間に配設された第２のシールと、
該一方の弁穴の内部で該バルブボディと該第１の弁体との間に配設され、該第１の弁体を該第１の弁部が該仕切り板の該着座部に着座する方向に付勢する第１のスプリングと、
該第１の弁体と該第２の弁体との間に配設された両者を離間する方向に付勢する第２のスプリングと、を具備し、
該第１のシールおよび該第２のシールの摺動面径と、該第１の弁体の該第１の弁部における該仕切り板の該着座部に着座する当接部の径と、該第２の弁体の弁部と該第１の弁体の該第２の弁部とが当接する当接部の径とが等しく設定されており、
該電磁作動機構は、該電磁コイルユニットに電圧を印加したときに該第２の弁体を該第１の弁体側に移動させるように構成されている、ことを特徴とする流量制御弁」が提供される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従って構成された流量制御弁の好適な実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【０００７】
図１には、本発明に従って構成された流量制御弁の第１の実施形態が示されている。
図示の実施形態における流量制御弁２は、バルブボディ３と、該バルブボディ３内に配設された弁機構４と、該弁機構４を駆動する電磁作動機構５とを具備している。バルブボディ３は、図示の実施形態においては２個のボディピース３ａ、３ｂからなっている。このように２個のボディピース３ａ、３ｂからなるバルブボディ３には、入力ポート３１と出力ポート３２および排出ポート３３が形成されている。バルブボディ３の中央部には、上記入力ポート３１と出力ポート３２を連通する連通室３４が形成されている。また、バルブボディ３には、連通室３４の両側に互いに対向して形成された２個の弁穴３５ａと３５ｂが設けられている。一方の弁穴３５ａは一方のボディピース３ａの中心部に設けられており、連通室３４に開口するとともに上記排出ポート３３に連通している。他方の弁穴３５ｂは他方のボディピース３ｂの中心部に上記弁穴３５ａと同一軸線上に設けられており、上記連通室３４に開口している。２個のボディピース３ａ、３ｂからなるバルブボディ３に形成された連通室３４には、環状の仕切り板３６が配設されており、この仕切り板３６と後述する弁機構４によって連通室３４が入力側室３４ａと出力側室３４ｂに区画される。
【０００８】
上記バルブボディ３内に配設される弁機構４は、上記一方の弁穴３５ａに摺動可能に配設された第１の弁体４１と、上記他方の弁穴３５ｂに摺動可能に配設された第２の弁体４２を具備している。第１の弁体４１は、一端部に設けられ弁穴３５ａに摺動可能に嵌合される摺動部４１１と、中央小径部４１２と、摺動部４１１と中央小径部４１２との間に形成され上記仕切り板３６の内周に形成された着座部３６１に着座するテーパ−面からなる第１の弁部４１３と、他端部に設けられた第２の弁部４１４を備えている。なお、第１の弁体４１を構成する摺動部４１１の外径（Ｄ１）と第２の弁部４１４の外径（Ｄ２）とは同径に形成されている。第１の弁体４１には軸方向に貫通する連通路４１５が形成されており、この連通路４１５は第１の弁体４１の一端側即ち図１において左端とボディピース３ａとの間に形成された第１の圧力室３７を通して上記排出ポート３３に連通される。このように、第１の圧力室３７は上記一方の弁穴３５ａの一部をなしている。なお、ボディピース３ａに形成された弁穴３５ａの内周面の一部には上記摺動部４１１の外周面に摺接する第１のシール４３が装着されている。この第１のシール４３は、上記連通室３４の入力側室３４ａ即ち入力ポート３１と第１の圧力室３７即ち排出ポート３３とを仕切っている。
【０００９】
上記弁穴３５ｂに摺動可能に配設された第２の弁体４２は、弁穴３５ｂに摺動可能に嵌合される摺動部４２１と、一端部即ち第１の弁体４１と対向する側の端部に設けられ摺動部４２１より大径に形成された弁部４２２を備えている。第２の弁体４２を構成する弁部４２２は、上記第１の弁体４１の第２の弁部４１４と対向する端部に形成され第２の弁部４１４の外周縁が当接するテーパ−内周面からなる着座部４２２ａを備えている。なお、弁部４２２の周囲には、軸方向に貫通して形成された連通溝４２２ｂが設けられている
。第２の弁体４２には軸方向に貫通する連通路４２３が形成されている。この連通路４２３は、上記第１の弁体４１に形成された連通路４１５および第１の圧力室３７を通して排出ポート３３に連通しているとともに、第２の弁体４２の他端側即ち図１において右方に形成された第２の圧力室３８に連通している、従って、第１の圧力室３７と第２の圧力室３８は、上記第１の弁体４１に形成された連通路４１５と第２の弁体４２に形成された連通路４２３を通して連通されている。なお、ボディピース３ｂに形成された弁穴３５ｂの内周面の一部には上記摺動部４１１の外周面に摺接する第２のシール４４が装着されている。この第２のシール４４は、上記連通室３４の出力側室３４ｂ即ち出力力ポート３２と第２の圧力室３８即ち排出ポート３３とを仕切っている。なお、図示の実施形態においては、第１の弁体４１の第２の弁部４１４と第２の弁体４２の弁部４２２との関係において、第２の弁体４２の弁部４２２に着座部４２２ａを設けた例を示したが、第１の弁体４１の第２の弁部４１４に着座部を設けてもよい。
【００１０】
図示の実施形態においては、上記第１のシール４３および第２のシール４４と摺接する摺動面径、即ち第１の弁体４１の摺動部４１１の外径（Ｄ１）および第２の弁体４２の摺動部４２１の外径（Ｄ３）と、第１の弁部４１３のテーパ−面からなる第１の弁部４１３における上記仕切り板３６の着座部３６１に着座する当接部の径（Ｄ４）（仕切り板３６の着座部３６１の径）、第２の弁体４２のテーパ−内周面からなる着座部４２２ａにおける第１の弁体４１の第２の弁部４１４の外周縁が当接する当接部の径（Ｄ５）（第２の弁部４１４の外径（Ｄ２））が全て等しく構成されている。なお、図示の実施形態においては第１のシール４３および第２のシール４４がバルブボディ３に装着されているのでシールと摺接する摺動面径は第１の弁体４１の摺動部４１１の外径（Ｄ１）および第２の弁体４２の摺動部４２１の外径（Ｄ３）となるが、第１のシール４３および第２のシール４４を第１の弁体４１および第２の弁体４２に装着した場合にはシールと摺接する摺動面径はバルブボディ３に形成された弁穴３５ａおよび弁穴３５ｂの外径となる。
【００１１】
上記一方の弁穴３５ａの一部をなす上記第１の圧力室３７には、第１の弁体４１の一端とバルブボディ（ボディピース３ａ）との間に第１の圧縮コイルスプリング４５が配設されており、この第１の圧縮コイルスプリング４５は、第１の弁体４１を図１において右方、即ち第１の弁体４１の第１の弁部４１３を仕切り板３６の着座部３６１に着座する方向に付勢している。また、第１の弁体４１と第２の弁体４２の間には第２の圧縮コイルスプリング４６が配設されており、この第２の圧縮コイルスプリング４６は両弁体を互いに離間する方向に付勢している。ここで、第１の圧縮コイルスプリング４５および第２の圧縮コイルスプリング４６のスプリング特性およびセット圧について、図２を参照して説明する。第１の圧縮コイルスプリング４５は、自由長においてＬ１の長さを有しており、セット時には第１のセット位置Ｓ１まで圧縮されてセットされ、この時のセット荷重はＦ１である。このようにセットされた第１の圧縮コイルスプリング４５は、第１のセット位置Ｓ１から圧縮終端位置Ｓ０まで第１コイルスプリング荷重線ＳＬ１に沿って直線的に荷重が変化する。また、第２の圧縮コイルスプリング４６は、自由長においてＬ２の長さを有しており、セット時には第２のセット位置Ｓ２まで圧縮されてセットされる。この時のセット荷重はＦ２である。このようにセットされた第２の圧縮コイルスプリング４６は、第２のセット位置Ｓ２から第２の弁体４２が第１の弁体４１に当接する第１のセット位置Ｓ１まで第２コイルスプリング荷重線ＳＬ２に沿って直線的に荷重が変化する。この第２の圧縮コイルスプリング４６が第１のセット位置Ｓ１まで圧縮された状態のスプリング荷重、即ち第２の圧縮コイルスプリング４６のフルストローク時の荷重はＦ２１であり、上記第１の圧縮コイルスプリング４５のセット荷重Ｆ１より低い。なお、第１の圧縮コイルスプリング４５の第１コイルスプリング荷重線ＳＬ１と第２の圧縮コイルスプリング４６の第２コイルスプリング荷重線ＳＬ２は、その傾斜角即ちばね定数が同一に設定されている。
【００１２】
上述したばね定数を有する第１の圧縮コイルスプリング４５および第２の圧縮コイルスプリング４６が図１に示すように配設されると、第１の弁体４１の第１の弁部４１３は第１の圧縮コイルスプリング４５のスプリング荷重よって仕切り板３６の着座部３６１に着座し、第２の弁体４２を構成する弁部４２２の図において右端がボディピース３ｂにおける弁穴３５ｂの図において左端側に形成された段部３０１ｂに当接せしめられる。従って、第２の弁体４２の弁座部４２２を構成するテーパ−内周面からなる着座部４２２ａと第１の弁体４１を構成する第２の弁部４１４の外周縁との間には、セット状態においては図１に示すように隙間が形成される。
【００１３】
次に、上述した弁機構４を駆動する電磁作動機構５について説明する。
図示の実施形態における電磁作動機構５は、上記バルブボディ３を構成するボディピース３ｂの図において右端部に装着されたケーシッグ５１と、該ケーシッグ５１内に配設された電磁コイルユニット５２と、該電磁コイルユニット５２によって発生する磁路を形成する固定ヨーク５３と、電磁コイルユニット５２内において固定ヨーク５３に発生する磁力により吸引される可動ヨーク５４と、該可動ヨーク５４と連結される作動ロッド５５とを具備している。電磁コイルユニット５２は、適宜の合成樹脂によって形成された環状のボビン５２１と、該ボビン５２１に巻き付けられたコイル５２２と、第コイル５２２に電力を供給するリード線５２３とからなっている。
【００１４】
上記固定ヨーク５３は磁性材によって形成されており、筒状部５３１と該筒状部５３１の軸方向中間部に径方向に形成された環状部５３２とからなっており、環状部５３２がボディピース３ｂと電磁コイルユニット５２との間に挟持される。また、固定ヨーク５３を構成する筒状部５３１は、環状部５３２より図において左側の部分がボディピース３ｂに形成された嵌合穴３０２ｂに嵌合され、環状部５３２より図において右側の部分が電磁コイルユニット５２を構成する環状のボビン５２１の中央穴５２１ａに嵌合される。固定ヨーク５３を構成する筒状部５３１には、中心部に軸方向に貫通する挿通穴５３１ａが形成されているとともに、該挿通穴５３１ａの径方向外側に軸方向に貫通する複数個の連通穴５３１ｂが形成されている。なお、固定ヨーク５３を構成する筒状部５３１の環状部５３２より図において左側の部分の外周にはシール５３３が装着され、ボディピース３ｂの嵌合穴３０２ｂの内周面との間をシールしている。また、固定ヨーク５３を構成する筒状部５３１の環状部５３２より図において右側の部分の外周にはシール５３４が装着され、環状のボビン５２１の中央穴５２１ａの内周面との間をシールしている。
【００１５】
上記可動ヨーク５４は磁性材によって形成されており、上記固定ヨーク５３の図１において右側に接離可能に配設されている。なお、可動ヨーク５４には、中心部に軸方向に貫通する嵌合穴５４ａが形成されているとともに、該嵌合穴５４ａの径方向外側に軸方向に貫通する連通穴５４ｂが形成されている。作動ロッド５５はステンレス鋼等の非磁性材によって形成されており、上記固定ヨーク５３を構成する筒状部５３１の中心部に形成された挿通穴５３１ａを挿通して配設されており、挿通穴５３１ａの内周面に装着されたブッシュ５３５によって軸方向に摺動可能に支持される。作動ロッド５５は、その図１において右端部が可動ヨーク５４の嵌合穴５４ａに嵌合され、可動ヨーク５４と軸方向に一体的に作動するように構成されている。この作動ロッド５５の図１において左端即ち先端は、上記第２の弁体４２の図１において右端に当接するように構成されている。
【００１６】
上記ケーシッグ５１内には、上記作動ロッド５５の図１において右端部即ち後端部を支持するための支持部材５６が配設されている。この支持部材５６は、円筒部５６１と該円筒部５６１の図１において右端に設けられた底部５６２を有しており、円筒部５６１の図１において左端部が上記電磁コイルユニット５２を構成する環状のボビン５２１の中央穴５２１ａに嵌合され、底部５６２がケーシッグ５１の底部５１１に当接して配設される。支持部材５６の円筒部５６１におけるボビン５２１との嵌合部の図１において右側外周には段部５６１ａが設けられており、この段部５６１ａとボビン５２１が当接することによりボビン５２１を位置決めしている。また、段部５６１ａには環状の挟持部材５７が嵌合されており、上記固定ヨーク５３を構成する環状部５３２との間にコイルユニット５２を挟持している。なお、支持部材５６を構成する円筒部５６１におけるボビン５２１との嵌合部外周にはシール５６３が装着され、環状のボビン５２１の中央穴５２１ａの内周面との間をシールしている。
【００１７】
上記支持部材５６内には支持リング５８が配設されており、この支持リング５８の内周にブッシュ５９が嵌合されている。このブッシュ５９に上記作動ロッド５５の後端部が軸方向に摺動可能に支持される。なお
、支持リング５８には軸方向に貫通する連通穴５８１が形成されている。上記作動ロッド５５の後端側即ち支持リング５８およびブッシュ５９と支持部材５６の底部５６２との間には第３の圧力室６０が形成されている。この第３の圧力室６０は、支持リング５８に設けられた連通穴５８１を通して上記可動ヨーク５４の作動室６１と連通される。従って、上記第２の圧力室３８と第３の圧力室６０は、固定ヨーク５３を構成する筒状部に形成された連通穴５３１ｂ、可動ヨーク５４に形成された連通穴５４ｂ、上記作動室６１および支持リング５８に形成された連通穴５８１を通して互いに連通されている。なお、第２の圧力室３８と上記第１の圧力室３７とは第２の弁体４２に形成された連通路４２３および第１の弁体４１に形成された連通路４１５を通して連通されているので、上記第１の圧力室３７と第２の圧力室３８および第３の圧力室６０は互いに連通されている。
【００１８】
第１の実施形態における流量制御弁２は以上のように構成されており、以下その作用について図３および図４を参照して説明する。図１は電磁作動機構５を構成する電磁コイルユニット５２のコイル５２２に電圧が印加されていない状態を示すものである。この状態では上述したように、第１の弁体４１の第１の弁部４１３が仕切り板３６の着座部３６１に着座し、第２の弁体４２の着座部４２２ａと第１の弁体４１を構成する第２の弁部４１４の外周縁との間には隙間が形成される。従って、入力ポート３１と出力ポート３２の連通が遮断され、出力ポート３２が連通室３４の出力側室３４ｂ、第２の弁体４２の着座部４２２ａと第１の弁体４１を構成する第２の弁部４１４との隙間、第１の弁体４１に形成された連通路４１５、第１の圧力室３７を通して排出ポート３３に連通される。この結果、出力ポート３２に図示しない配管によって接続された図示しないアクチュエータの作動室が排出ポート３３に連通されるので、アクチュエータは非作動状態に維持される。
【００１９】
ここで、図１に示す状態における第１の弁体４１の圧力バランスについて説明する。
第１の弁体４１には入力ポート３１の圧力が作用するが、第１のシール４３と摺接する摺動面径である第１の弁体４１の摺動部４１１の外径（Ｄ１）と第１の弁部４１３の第１の弁部４１３における上記仕切り板３６との当接部の径（Ｄ４）とが等しいため、第１の弁体４１には入力ポート３１の圧力による推力は発生しない。
また、第１の弁体４１には出力ポート３２の圧力が作用するが、第２の弁体４２の着座部４２２ａにおける第１の弁体４１の第２の弁部４１４の外周縁が当接する当接部の径（Ｄ５）（第２の弁部４１４の外径（Ｄ２））と第１の弁部４１３の第１の弁部４１３における上記仕切り板３６との当接部の径（Ｄ４）とが等しいため、第１の弁体４１には出力ポート３２の圧力による推力は発生しない。更に、第１の弁体４１には排出ポート３３の圧力が作用するが、上記摺動部４１１の外径（Ｄ１）と当接部の径（Ｄ４）とが等しいため、第１の弁体４１には排出ポート３３の圧力による推力は発生しない。
【００２０】
次に、図１に示す状態における第２の弁体４２の圧力バランスについて説明する。
第２の弁体４２には出力ポート３２の圧力が作用するが、第２の弁体４２の着座部４２２ａにおける第１の弁体４１の第２の弁部４１４の外周縁が当接する当接部の径（Ｄ５）と第２のシール４４と摺接する摺動面径である第２の弁体４２の摺動部４２１の外径（Ｄ３）とが等しいため、第２の弁体４２には出力ポート３２の圧力による推力は発生しない。
また、第２の弁体４２には排出ポート３３の圧力が作用するが、上記当接部の径（Ｄ５）と上記摺動部４２１の外径（Ｄ３）とが等しいため、第２の弁体４２には排出ポート３３の圧力による推力は発生しない。
このため、第２の弁体４２には電磁作動機構５と第２の圧縮コイルスプリング４６の力のみが作用する。従って、第２の弁体４２は電磁作動機構５の駆動力と第２の圧縮コイルスプリング４６の反力のバランス点で静止する。
【００２１】
図１の状態から電磁コイルユニット５２のコイル５２２に電圧が印加されると、固定ヨーク５３を通じて磁路が形成され、可動ヨーク５４が固定ヨーク５３に吸引されて図１において左方に移動せしめられる。この可動ヨーク５４の移動に伴って作動ロッド５５が左方に移動し、第２の弁体４２を第２の圧縮コイルスプリング４６のスプリング力に抗して左方に移動する。この結果、第２の弁体４２の着座面４２２ａが第１の弁体４１を構成する第２の弁部４１４の外周縁に当接し、更に図３に示すように第１の圧縮コイルスプリング４５のスプリング力に抗して第１の弁体４１を左方に移動する。従って、第１の弁体４１の第１の弁部４１３が仕切り板３６の着座部３６１から離れて開弁し、入力ポート３１に供給される流体は連通室３４の入力側室３４ａおよび出力側室３４ｂを通して出力ポート３２から図示しないアクチュエータに供給される。
【００２２】
ところで、上述したように弁機構４を構成する第１のシール４３および第２のシール４４と摺接する摺動面径である第１の弁体４１の摺動部４１１の外径（Ｄ１）および第２の弁体４２の摺動部４２１の外径（Ｄ３）と、第１の弁部４１３テーパ−面からなる第１の弁部４１３における上記仕切り板３６の着座部３６１に着座する当接部の径（Ｄ４）（仕切り板３６の着座部３６１の径）と、第２の弁体４２のテーパ−内周面からなる着座部４２２ａにおける第１の弁体４１の第２の弁部４１４の外周縁が当接する当接部の径（Ｄ５）（第２の弁部４１４の外径（Ｄ２））が全て等しく構成されているので、第１の弁体４１および第２の弁体４２には流体圧力による推力は発生しない。このため、第２の弁体４２には電磁作動機構５と第１の弁体４１を介して作用する第１の圧縮コイルスプリング４５の力のみが作用する。従って、第２の弁体４２と第１の弁体４１は一体となり第２の弁体４２の着座面４２２ａが第１の弁体４１を構成する第２の弁部４１４の外周縁に当接した状態で電磁作動機構５の駆動力と第２の圧縮コイルスプリング４６の反力のバランス点で静止する。
【００２３】
上記のようにして流量制御弁２を作動して入力ポート３１に供給される流体を出力ポート３２から図示しないアクチュエータに供給して該アクチュエータを駆動した後、アクチュエータを所定の作動位置で停止したい場合について説明する。
即ち、上述した図３に示す状態から電磁コイルユニット５２のコイル５２２に印加する電圧を低減し、電磁作動機構５の駆動力即ち電磁ソレノイドの吸引力を第１の圧縮コイルスプリング４５のセット荷重Ｆ１以下で第２の圧縮コイルスプリング４６のフルストローク時の荷重Ｆ２１以上の範囲にする。この結果、第１の弁体４１および第２の弁体４２は第１の圧縮コイルスプリング４５のスプリング力によって図において右方に移動し、図４に示すように第１の弁体４１の第１の弁部４１３が仕切り板３６の着座部３６１に着座した位置で停止する。従って、入力ポート３１と出力ポート３２の連通が遮断されるので、図示しないアクチュエータは所定の作動位置で停止される。
【００２４】
次に、図示しないアクチュエータを作動開始位置に戻す場合には、電磁コイルユニット５２のコイル５２２への電力の供給を遮断して電磁ソレノイドを除勢する。この結果、流量制御弁２の各部材は図１に示す状態の戻る。図１に示す状態においては、上述したように第１の弁体４１の第１の弁部４１３が仕切り板３６の着座部３６１に着座し、第２の弁体４２の着座部４２２ａと第１の弁体４１を構成する第２の弁部４１４との間には隙間が形成されるので、入力ポート３１と出力ポート３２の連通が遮断され、出力ポート３２が連通室３４の出力側室３４ｂ、第２の弁体４２の着座部４２２ａと第１の弁体４１を構成する第２の弁部４１４との隙間、第１の弁体４１に形成された連通路４１５、第１の圧力室３７を通して排出ポート３３に連通されるため、出力ポート３２に接続された図示しないアクチュエータの作動室の作動流体が排出ポート３３から排出されて作動開始位置に戻る。
【００２５】
以上のように、図示の実施形態における流量制御弁２は、入力ポート３１と出力ポート３２および排出ポート３３を第１の弁体４１および第２の弁体４２を有する弁機構４によって制御する３ウエイバルブであるため、給気と排気の切替えがこの流量制御弁２一つで行うことができる。給気と排気を切替えるための別のバルブと組み合わせて使用する必要がないため、流体回路構成が簡単となる。また、第１の弁体４１および第２の弁体４２を有する弁機構４はポペット弁式であるため、シールが確実であるとともに、着座部に埃等の異物が付着しても作動流体によって流すことができるので作動不良を起こすことはない。
【００２６】
次に、本発明による流量制御弁の第２の実施形態について、図５を参照して説明する。なお、図５に示す第２の実施形態における流量制御弁２ａにおいては、上記第１の実施形態における流量制御弁２の構成部材と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略する。
第１の実施形態における流量制御弁２と第２の実施形態における流量制御弁２ａとの相違点は、第１の実施形態における流量制御弁２が第１の圧力室３７と排出ポート３３とを連通しているのに対し、第２の実施形態における流量制御弁２ａは第２の圧力室３８と排出ポート３３とを連通していることである。上述したように上記第１の圧力室３７と第２の圧力室３８とは第１の弁体４１に形成された連通路４１５および第２の弁体４２に形成された連通路４２３を通して連通されているので、機能的には実質的に同一であり、第２の実施形態における流量制御弁２ａも第１の実施形態における流量制御弁２と同様の作用効果を奏する。
【００２７】
次に、本発明による流量制御弁の第３の実施形態について、図６を参照して説明する。なお、図６に示す第３の実施形態における流量制御弁２ｂにおいては、上記第１の実施形態における流量制御弁２および第２の実施形態における流量制御弁２ａの構成部材と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略する。第３の実施形態における流量制御弁２ｂの特徴は、弁機構４の第２の弁体４２をプルタイプの電磁作動機構５ｂによって作動するようにしたものである。つまり、電磁作動機構５ｂの電磁コイルユニットに電圧を印加したときに第２の弁体に引張力を加え第１の弁体側に移動させるもので、図示の流量制御弁２ｂにおいては、電磁作動機構５ｂは弁機構４の図において左側に配設されている。電磁作動機構５ｂを構成する作動ロッド５５は、第１の弁体４１に形成された連通路４１５および第２の弁体４２に形成された連通路４２３を挿通して配設されており、その先端（図６において右端）をカシメることによって第２の弁体４２と連結している。このように構成された第３の実施形態における流量制御弁２ｂは、電磁作動機構５ｂの電磁コイルユニットに電圧を印加して作動ロッド５５を図６において左方に作動することにより、第２の弁体４２を第２の圧縮コイルスプリング４６のスプリング力に抗して左方に移動するとともに、第１の弁体４１を第１の圧縮コイルスプリング４５のスプリング力に抗して左方に移動する。なお、第１の弁体４１および第２の弁体４２からなる弁機構４の作動形態については、上記第１の実施形態における流量制御弁２および第２の実施形態における流量制御弁２ａと同様であり、上記各実施形態を同様の作用効果を奏する。
【００２８】
【発明の効果】
本発明による流量制御弁は以上のように構成されているので、以下に述べる作用効果を奏する。
【００２９】
即ち、本発明による流量制御弁は、第１の弁体の摺動部と一方の弁穴の内周面との間に配設され第１のシールおよび第２の弁体の摺動部と他方の弁穴の内周面との間に配設され第２のシールの摺動面径と、第１の弁体の第１の弁部における仕切り板の着座部に着座する当接部の径と、第２の弁体の着座部における第１の弁体の第２の弁部が着座する当接部の径とが等しく設定されているので、第１の弁体および第２の弁体には入力ポートから連通室を通して出力ポートに流れる作動流体の圧力が作用しても流体圧による軸方向の駆動力は発生しない。従って、第１の弁体および第２の弁体のストローク量（弁の開口面積）即ち流量が電磁作動機構の作動力に比例する比例弁として機能することとなる。ちなみに、電磁作動機構の作動力は、上記第１の実施形態のように押圧力としてもよく、第３の実施形態のように引張力とすることもできる。また、本発明による流量制御弁は、入力ポートと出力ポートおよび排出ポートを第１の弁体および第２の弁体を有する弁機構によって制御する３ウエイバルブであるため、給気と排気の切替えがこの流量制御弁一つで行うことができる。給気と排気を切替えるための別のバルブと組み合わせて使用する必要がないため、流体回路構成が簡単となる。また、第１の弁体および第２の弁体を有する弁機構はポペット弁式であるため、シールが確実であるとともに、着座部に埃等の異物が付着しても作動流体によって流すことができるので作動不良を起こすことはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成された流量制御弁の第１の実施形態を示す断面図。
【図２】図１に示す流量制御弁を構成する第１および第２のスプリングのスプリング特性を示す説明図。
【図３】図１に示す流量制御弁の第１の作動状態を示す断面図
【図４】図１に示す流量制御弁の第２の作動状態を示す断面図
【図５】本発明に従って構成された流量制御弁の第２の実施形態を示す断面図。
【図６】本発明に従って構成された流量制御弁の第３の実施形態を示す断面図。
【符号の説明】
２：流量制御弁（第１の実施形態）
２ａ：流量制御弁（第２の実施形態）
２ｂ：流量制御弁（第３の実施形態）
３：バルブボディ
３１：入力ポート
３２：出力ポート
３３：排出ポート
３４：連通室
３５ａ：一方の弁穴
３５ｂ：他方の弁穴
３６：仕切り板
３７：第１の圧力室
３８：第２の圧力室
４：弁機構
４１：第１の弁体
４１１：摺動部
４１３：第１の弁部
４１４：第２の弁部
４２：第２の弁体
４２１：摺動部
４２２：弁部
４３：第２のシール
４４：第２のシール
４５：第１の圧縮コイルスプリング
４６：第２の圧縮コイルスプリング
５：電磁作動機構
５１：ケーシッグ
５２：電磁コイルユニット
５２１：ボビン
５２２：コイル
５２３：リード線
５３：固定ヨーク
５４：可動ヨーク
５５：作動ロッド
５６：支持部材
５８：支持リング
６０：第３の圧力室
【発明の属する技術分野】
本発明は、エア等の流体の流量を制御する流量制御弁、更に詳しくは電磁作動機構の出力に対して比例的に制御する流量制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁作動機構の出力に対して比例的に制御する流量制御弁は、一般にスリーブ内に摺動可能に配設されたスプールを電磁ソレノイドの吸引力とスプリングの反力とがバランスした位置に作動せしめるスプール弁が用いられている。
スプール弁は、側面にポートが形成されたスリーブの内周面に沿ってスプールが摺動する構成であるため
、両者間にはクリアランスを設ける必要があるとともに、ゴム等のシールが使用できないので、完全なシールが不可能である。スリーブとスプール間のシール性を高めるには、両者間のクリアランスを極小さくして摺動性を確保する必要がある。しかしながら、このような要求を満たすためには高精度な加工が必要となり、加工コストが増大する。また、スプール弁は、スリーブとスプールとの間に埃等が噛み込むと作動不良を起こす。このようなスプール弁式流量制御弁の問題を解消するために、本出願人はポペット弁式の流量制御弁を特開２０００−５５２１１として提案した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開２０００−５５２１１にて提案した流量制御弁は、２ウエイバルブ式流量制御弁であって、給気と排気を切替えるための別のバルブと組み合わせて使用する必要があるため、流体回路構成が煩雑になるとともに、組み合わせた別のバルブの作動回数が非常に多くなるという問題がある。
【０００４】
本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その主たる技術課題はシール性が良好なポペット弁機構を用いて電磁作動機構の出力に対して比例的に制御することができる３ウエイバルブ式流量制御弁を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記主たる技術的課題を解決するために、「入力ポートと出力ポートおよび排出ポートを備えたバルブボディと、該バルブボディ内に配設され該各ポートの連通を制御する弁機構と、電磁コイルユニットを備え該弁機構を駆動する電磁作動機構を有する流量制御弁であって、
該バルブボディには該入力ポートと出力ポートとを連通する連通室と該連通室の両側に互いに対向して形成された２個の弁穴が設けられ、該連通室には環状の仕切り板が配設されており、
該弁機構は、一端部に設けられ該弁穴の一方に摺動可能に嵌合される摺動部と、中央部に設けられ該環状の仕切り板の内周に形成された着座部に着座するテーパ−面からなる第１の弁部と、他端部に設けられた第２の弁部と、軸方向に貫通して設けられ該排出ポートと連通する連通路とを備えた第１の弁体と、
該弁穴の他方に摺動可能に嵌合される摺動部と、一端部に設けられ該第１の弁体の第２の弁部と当接する弁部と、軸方向に貫通して設けられ該排出ポートと連通する連通路とを備えた第２の弁体と、
該第１の弁体の該摺動部と該一方の弁穴の内周面との間に配設された第１のシールと、
該第２の弁体の該摺動部と該他方の弁穴の内周面との間に配設された第２のシールと、
該一方の弁穴の内部で該バルブボディと該第１の弁体との間に配設され、該第１の弁体を該第１の弁部が該仕切り板の該着座部に着座する方向に付勢する第１のスプリングと、
該第１の弁体と該第２の弁体との間に配設された両者を離間する方向に付勢する第２のスプリングと、を具備し、
該第１のシールおよび該第２のシールの摺動面径と、該第１の弁体の該第１の弁部における該仕切り板の該着座部に着座する当接部の径と、該第２の弁体の弁部と該第１の弁体の該第２の弁部とが当接する当接部の径とが等しく設定されており、
該電磁作動機構は、該電磁コイルユニットに電圧を印加したときに該第２の弁体を該第１の弁体側に移動させるように構成されている、ことを特徴とする流量制御弁」が提供される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従って構成された流量制御弁の好適な実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【０００７】
図１には、本発明に従って構成された流量制御弁の第１の実施形態が示されている。
図示の実施形態における流量制御弁２は、バルブボディ３と、該バルブボディ３内に配設された弁機構４と、該弁機構４を駆動する電磁作動機構５とを具備している。バルブボディ３は、図示の実施形態においては２個のボディピース３ａ、３ｂからなっている。このように２個のボディピース３ａ、３ｂからなるバルブボディ３には、入力ポート３１と出力ポート３２および排出ポート３３が形成されている。バルブボディ３の中央部には、上記入力ポート３１と出力ポート３２を連通する連通室３４が形成されている。また、バルブボディ３には、連通室３４の両側に互いに対向して形成された２個の弁穴３５ａと３５ｂが設けられている。一方の弁穴３５ａは一方のボディピース３ａの中心部に設けられており、連通室３４に開口するとともに上記排出ポート３３に連通している。他方の弁穴３５ｂは他方のボディピース３ｂの中心部に上記弁穴３５ａと同一軸線上に設けられており、上記連通室３４に開口している。２個のボディピース３ａ、３ｂからなるバルブボディ３に形成された連通室３４には、環状の仕切り板３６が配設されており、この仕切り板３６と後述する弁機構４によって連通室３４が入力側室３４ａと出力側室３４ｂに区画される。
【０００８】
上記バルブボディ３内に配設される弁機構４は、上記一方の弁穴３５ａに摺動可能に配設された第１の弁体４１と、上記他方の弁穴３５ｂに摺動可能に配設された第２の弁体４２を具備している。第１の弁体４１は、一端部に設けられ弁穴３５ａに摺動可能に嵌合される摺動部４１１と、中央小径部４１２と、摺動部４１１と中央小径部４１２との間に形成され上記仕切り板３６の内周に形成された着座部３６１に着座するテーパ−面からなる第１の弁部４１３と、他端部に設けられた第２の弁部４１４を備えている。なお、第１の弁体４１を構成する摺動部４１１の外径（Ｄ１）と第２の弁部４１４の外径（Ｄ２）とは同径に形成されている。第１の弁体４１には軸方向に貫通する連通路４１５が形成されており、この連通路４１５は第１の弁体４１の一端側即ち図１において左端とボディピース３ａとの間に形成された第１の圧力室３７を通して上記排出ポート３３に連通される。このように、第１の圧力室３７は上記一方の弁穴３５ａの一部をなしている。なお、ボディピース３ａに形成された弁穴３５ａの内周面の一部には上記摺動部４１１の外周面に摺接する第１のシール４３が装着されている。この第１のシール４３は、上記連通室３４の入力側室３４ａ即ち入力ポート３１と第１の圧力室３７即ち排出ポート３３とを仕切っている。
【０００９】
上記弁穴３５ｂに摺動可能に配設された第２の弁体４２は、弁穴３５ｂに摺動可能に嵌合される摺動部４２１と、一端部即ち第１の弁体４１と対向する側の端部に設けられ摺動部４２１より大径に形成された弁部４２２を備えている。第２の弁体４２を構成する弁部４２２は、上記第１の弁体４１の第２の弁部４１４と対向する端部に形成され第２の弁部４１４の外周縁が当接するテーパ−内周面からなる着座部４２２ａを備えている。なお、弁部４２２の周囲には、軸方向に貫通して形成された連通溝４２２ｂが設けられている
。第２の弁体４２には軸方向に貫通する連通路４２３が形成されている。この連通路４２３は、上記第１の弁体４１に形成された連通路４１５および第１の圧力室３７を通して排出ポート３３に連通しているとともに、第２の弁体４２の他端側即ち図１において右方に形成された第２の圧力室３８に連通している、従って、第１の圧力室３７と第２の圧力室３８は、上記第１の弁体４１に形成された連通路４１５と第２の弁体４２に形成された連通路４２３を通して連通されている。なお、ボディピース３ｂに形成された弁穴３５ｂの内周面の一部には上記摺動部４１１の外周面に摺接する第２のシール４４が装着されている。この第２のシール４４は、上記連通室３４の出力側室３４ｂ即ち出力力ポート３２と第２の圧力室３８即ち排出ポート３３とを仕切っている。なお、図示の実施形態においては、第１の弁体４１の第２の弁部４１４と第２の弁体４２の弁部４２２との関係において、第２の弁体４２の弁部４２２に着座部４２２ａを設けた例を示したが、第１の弁体４１の第２の弁部４１４に着座部を設けてもよい。
【００１０】
図示の実施形態においては、上記第１のシール４３および第２のシール４４と摺接する摺動面径、即ち第１の弁体４１の摺動部４１１の外径（Ｄ１）および第２の弁体４２の摺動部４２１の外径（Ｄ３）と、第１の弁部４１３のテーパ−面からなる第１の弁部４１３における上記仕切り板３６の着座部３６１に着座する当接部の径（Ｄ４）（仕切り板３６の着座部３６１の径）、第２の弁体４２のテーパ−内周面からなる着座部４２２ａにおける第１の弁体４１の第２の弁部４１４の外周縁が当接する当接部の径（Ｄ５）（第２の弁部４１４の外径（Ｄ２））が全て等しく構成されている。なお、図示の実施形態においては第１のシール４３および第２のシール４４がバルブボディ３に装着されているのでシールと摺接する摺動面径は第１の弁体４１の摺動部４１１の外径（Ｄ１）および第２の弁体４２の摺動部４２１の外径（Ｄ３）となるが、第１のシール４３および第２のシール４４を第１の弁体４１および第２の弁体４２に装着した場合にはシールと摺接する摺動面径はバルブボディ３に形成された弁穴３５ａおよび弁穴３５ｂの外径となる。
【００１１】
上記一方の弁穴３５ａの一部をなす上記第１の圧力室３７には、第１の弁体４１の一端とバルブボディ（ボディピース３ａ）との間に第１の圧縮コイルスプリング４５が配設されており、この第１の圧縮コイルスプリング４５は、第１の弁体４１を図１において右方、即ち第１の弁体４１の第１の弁部４１３を仕切り板３６の着座部３６１に着座する方向に付勢している。また、第１の弁体４１と第２の弁体４２の間には第２の圧縮コイルスプリング４６が配設されており、この第２の圧縮コイルスプリング４６は両弁体を互いに離間する方向に付勢している。ここで、第１の圧縮コイルスプリング４５および第２の圧縮コイルスプリング４６のスプリング特性およびセット圧について、図２を参照して説明する。第１の圧縮コイルスプリング４５は、自由長においてＬ１の長さを有しており、セット時には第１のセット位置Ｓ１まで圧縮されてセットされ、この時のセット荷重はＦ１である。このようにセットされた第１の圧縮コイルスプリング４５は、第１のセット位置Ｓ１から圧縮終端位置Ｓ０まで第１コイルスプリング荷重線ＳＬ１に沿って直線的に荷重が変化する。また、第２の圧縮コイルスプリング４６は、自由長においてＬ２の長さを有しており、セット時には第２のセット位置Ｓ２まで圧縮されてセットされる。この時のセット荷重はＦ２である。このようにセットされた第２の圧縮コイルスプリング４６は、第２のセット位置Ｓ２から第２の弁体４２が第１の弁体４１に当接する第１のセット位置Ｓ１まで第２コイルスプリング荷重線ＳＬ２に沿って直線的に荷重が変化する。この第２の圧縮コイルスプリング４６が第１のセット位置Ｓ１まで圧縮された状態のスプリング荷重、即ち第２の圧縮コイルスプリング４６のフルストローク時の荷重はＦ２１であり、上記第１の圧縮コイルスプリング４５のセット荷重Ｆ１より低い。なお、第１の圧縮コイルスプリング４５の第１コイルスプリング荷重線ＳＬ１と第２の圧縮コイルスプリング４６の第２コイルスプリング荷重線ＳＬ２は、その傾斜角即ちばね定数が同一に設定されている。
【００１２】
上述したばね定数を有する第１の圧縮コイルスプリング４５および第２の圧縮コイルスプリング４６が図１に示すように配設されると、第１の弁体４１の第１の弁部４１３は第１の圧縮コイルスプリング４５のスプリング荷重よって仕切り板３６の着座部３６１に着座し、第２の弁体４２を構成する弁部４２２の図において右端がボディピース３ｂにおける弁穴３５ｂの図において左端側に形成された段部３０１ｂに当接せしめられる。従って、第２の弁体４２の弁座部４２２を構成するテーパ−内周面からなる着座部４２２ａと第１の弁体４１を構成する第２の弁部４１４の外周縁との間には、セット状態においては図１に示すように隙間が形成される。
【００１３】
次に、上述した弁機構４を駆動する電磁作動機構５について説明する。
図示の実施形態における電磁作動機構５は、上記バルブボディ３を構成するボディピース３ｂの図において右端部に装着されたケーシッグ５１と、該ケーシッグ５１内に配設された電磁コイルユニット５２と、該電磁コイルユニット５２によって発生する磁路を形成する固定ヨーク５３と、電磁コイルユニット５２内において固定ヨーク５３に発生する磁力により吸引される可動ヨーク５４と、該可動ヨーク５４と連結される作動ロッド５５とを具備している。電磁コイルユニット５２は、適宜の合成樹脂によって形成された環状のボビン５２１と、該ボビン５２１に巻き付けられたコイル５２２と、第コイル５２２に電力を供給するリード線５２３とからなっている。
【００１４】
上記固定ヨーク５３は磁性材によって形成されており、筒状部５３１と該筒状部５３１の軸方向中間部に径方向に形成された環状部５３２とからなっており、環状部５３２がボディピース３ｂと電磁コイルユニット５２との間に挟持される。また、固定ヨーク５３を構成する筒状部５３１は、環状部５３２より図において左側の部分がボディピース３ｂに形成された嵌合穴３０２ｂに嵌合され、環状部５３２より図において右側の部分が電磁コイルユニット５２を構成する環状のボビン５２１の中央穴５２１ａに嵌合される。固定ヨーク５３を構成する筒状部５３１には、中心部に軸方向に貫通する挿通穴５３１ａが形成されているとともに、該挿通穴５３１ａの径方向外側に軸方向に貫通する複数個の連通穴５３１ｂが形成されている。なお、固定ヨーク５３を構成する筒状部５３１の環状部５３２より図において左側の部分の外周にはシール５３３が装着され、ボディピース３ｂの嵌合穴３０２ｂの内周面との間をシールしている。また、固定ヨーク５３を構成する筒状部５３１の環状部５３２より図において右側の部分の外周にはシール５３４が装着され、環状のボビン５２１の中央穴５２１ａの内周面との間をシールしている。
【００１５】
上記可動ヨーク５４は磁性材によって形成されており、上記固定ヨーク５３の図１において右側に接離可能に配設されている。なお、可動ヨーク５４には、中心部に軸方向に貫通する嵌合穴５４ａが形成されているとともに、該嵌合穴５４ａの径方向外側に軸方向に貫通する連通穴５４ｂが形成されている。作動ロッド５５はステンレス鋼等の非磁性材によって形成されており、上記固定ヨーク５３を構成する筒状部５３１の中心部に形成された挿通穴５３１ａを挿通して配設されており、挿通穴５３１ａの内周面に装着されたブッシュ５３５によって軸方向に摺動可能に支持される。作動ロッド５５は、その図１において右端部が可動ヨーク５４の嵌合穴５４ａに嵌合され、可動ヨーク５４と軸方向に一体的に作動するように構成されている。この作動ロッド５５の図１において左端即ち先端は、上記第２の弁体４２の図１において右端に当接するように構成されている。
【００１６】
上記ケーシッグ５１内には、上記作動ロッド５５の図１において右端部即ち後端部を支持するための支持部材５６が配設されている。この支持部材５６は、円筒部５６１と該円筒部５６１の図１において右端に設けられた底部５６２を有しており、円筒部５６１の図１において左端部が上記電磁コイルユニット５２を構成する環状のボビン５２１の中央穴５２１ａに嵌合され、底部５６２がケーシッグ５１の底部５１１に当接して配設される。支持部材５６の円筒部５６１におけるボビン５２１との嵌合部の図１において右側外周には段部５６１ａが設けられており、この段部５６１ａとボビン５２１が当接することによりボビン５２１を位置決めしている。また、段部５６１ａには環状の挟持部材５７が嵌合されており、上記固定ヨーク５３を構成する環状部５３２との間にコイルユニット５２を挟持している。なお、支持部材５６を構成する円筒部５６１におけるボビン５２１との嵌合部外周にはシール５６３が装着され、環状のボビン５２１の中央穴５２１ａの内周面との間をシールしている。
【００１７】
上記支持部材５６内には支持リング５８が配設されており、この支持リング５８の内周にブッシュ５９が嵌合されている。このブッシュ５９に上記作動ロッド５５の後端部が軸方向に摺動可能に支持される。なお
、支持リング５８には軸方向に貫通する連通穴５８１が形成されている。上記作動ロッド５５の後端側即ち支持リング５８およびブッシュ５９と支持部材５６の底部５６２との間には第３の圧力室６０が形成されている。この第３の圧力室６０は、支持リング５８に設けられた連通穴５８１を通して上記可動ヨーク５４の作動室６１と連通される。従って、上記第２の圧力室３８と第３の圧力室６０は、固定ヨーク５３を構成する筒状部に形成された連通穴５３１ｂ、可動ヨーク５４に形成された連通穴５４ｂ、上記作動室６１および支持リング５８に形成された連通穴５８１を通して互いに連通されている。なお、第２の圧力室３８と上記第１の圧力室３７とは第２の弁体４２に形成された連通路４２３および第１の弁体４１に形成された連通路４１５を通して連通されているので、上記第１の圧力室３７と第２の圧力室３８および第３の圧力室６０は互いに連通されている。
【００１８】
第１の実施形態における流量制御弁２は以上のように構成されており、以下その作用について図３および図４を参照して説明する。図１は電磁作動機構５を構成する電磁コイルユニット５２のコイル５２２に電圧が印加されていない状態を示すものである。この状態では上述したように、第１の弁体４１の第１の弁部４１３が仕切り板３６の着座部３６１に着座し、第２の弁体４２の着座部４２２ａと第１の弁体４１を構成する第２の弁部４１４の外周縁との間には隙間が形成される。従って、入力ポート３１と出力ポート３２の連通が遮断され、出力ポート３２が連通室３４の出力側室３４ｂ、第２の弁体４２の着座部４２２ａと第１の弁体４１を構成する第２の弁部４１４との隙間、第１の弁体４１に形成された連通路４１５、第１の圧力室３７を通して排出ポート３３に連通される。この結果、出力ポート３２に図示しない配管によって接続された図示しないアクチュエータの作動室が排出ポート３３に連通されるので、アクチュエータは非作動状態に維持される。
【００１９】
ここで、図１に示す状態における第１の弁体４１の圧力バランスについて説明する。
第１の弁体４１には入力ポート３１の圧力が作用するが、第１のシール４３と摺接する摺動面径である第１の弁体４１の摺動部４１１の外径（Ｄ１）と第１の弁部４１３の第１の弁部４１３における上記仕切り板３６との当接部の径（Ｄ４）とが等しいため、第１の弁体４１には入力ポート３１の圧力による推力は発生しない。
また、第１の弁体４１には出力ポート３２の圧力が作用するが、第２の弁体４２の着座部４２２ａにおける第１の弁体４１の第２の弁部４１４の外周縁が当接する当接部の径（Ｄ５）（第２の弁部４１４の外径（Ｄ２））と第１の弁部４１３の第１の弁部４１３における上記仕切り板３６との当接部の径（Ｄ４）とが等しいため、第１の弁体４１には出力ポート３２の圧力による推力は発生しない。更に、第１の弁体４１には排出ポート３３の圧力が作用するが、上記摺動部４１１の外径（Ｄ１）と当接部の径（Ｄ４）とが等しいため、第１の弁体４１には排出ポート３３の圧力による推力は発生しない。
【００２０】
次に、図１に示す状態における第２の弁体４２の圧力バランスについて説明する。
第２の弁体４２には出力ポート３２の圧力が作用するが、第２の弁体４２の着座部４２２ａにおける第１の弁体４１の第２の弁部４１４の外周縁が当接する当接部の径（Ｄ５）と第２のシール４４と摺接する摺動面径である第２の弁体４２の摺動部４２１の外径（Ｄ３）とが等しいため、第２の弁体４２には出力ポート３２の圧力による推力は発生しない。
また、第２の弁体４２には排出ポート３３の圧力が作用するが、上記当接部の径（Ｄ５）と上記摺動部４２１の外径（Ｄ３）とが等しいため、第２の弁体４２には排出ポート３３の圧力による推力は発生しない。
このため、第２の弁体４２には電磁作動機構５と第２の圧縮コイルスプリング４６の力のみが作用する。従って、第２の弁体４２は電磁作動機構５の駆動力と第２の圧縮コイルスプリング４６の反力のバランス点で静止する。
【００２１】
図１の状態から電磁コイルユニット５２のコイル５２２に電圧が印加されると、固定ヨーク５３を通じて磁路が形成され、可動ヨーク５４が固定ヨーク５３に吸引されて図１において左方に移動せしめられる。この可動ヨーク５４の移動に伴って作動ロッド５５が左方に移動し、第２の弁体４２を第２の圧縮コイルスプリング４６のスプリング力に抗して左方に移動する。この結果、第２の弁体４２の着座面４２２ａが第１の弁体４１を構成する第２の弁部４１４の外周縁に当接し、更に図３に示すように第１の圧縮コイルスプリング４５のスプリング力に抗して第１の弁体４１を左方に移動する。従って、第１の弁体４１の第１の弁部４１３が仕切り板３６の着座部３６１から離れて開弁し、入力ポート３１に供給される流体は連通室３４の入力側室３４ａおよび出力側室３４ｂを通して出力ポート３２から図示しないアクチュエータに供給される。
【００２２】
ところで、上述したように弁機構４を構成する第１のシール４３および第２のシール４４と摺接する摺動面径である第１の弁体４１の摺動部４１１の外径（Ｄ１）および第２の弁体４２の摺動部４２１の外径（Ｄ３）と、第１の弁部４１３テーパ−面からなる第１の弁部４１３における上記仕切り板３６の着座部３６１に着座する当接部の径（Ｄ４）（仕切り板３６の着座部３６１の径）と、第２の弁体４２のテーパ−内周面からなる着座部４２２ａにおける第１の弁体４１の第２の弁部４１４の外周縁が当接する当接部の径（Ｄ５）（第２の弁部４１４の外径（Ｄ２））が全て等しく構成されているので、第１の弁体４１および第２の弁体４２には流体圧力による推力は発生しない。このため、第２の弁体４２には電磁作動機構５と第１の弁体４１を介して作用する第１の圧縮コイルスプリング４５の力のみが作用する。従って、第２の弁体４２と第１の弁体４１は一体となり第２の弁体４２の着座面４２２ａが第１の弁体４１を構成する第２の弁部４１４の外周縁に当接した状態で電磁作動機構５の駆動力と第２の圧縮コイルスプリング４６の反力のバランス点で静止する。
【００２３】
上記のようにして流量制御弁２を作動して入力ポート３１に供給される流体を出力ポート３２から図示しないアクチュエータに供給して該アクチュエータを駆動した後、アクチュエータを所定の作動位置で停止したい場合について説明する。
即ち、上述した図３に示す状態から電磁コイルユニット５２のコイル５２２に印加する電圧を低減し、電磁作動機構５の駆動力即ち電磁ソレノイドの吸引力を第１の圧縮コイルスプリング４５のセット荷重Ｆ１以下で第２の圧縮コイルスプリング４６のフルストローク時の荷重Ｆ２１以上の範囲にする。この結果、第１の弁体４１および第２の弁体４２は第１の圧縮コイルスプリング４５のスプリング力によって図において右方に移動し、図４に示すように第１の弁体４１の第１の弁部４１３が仕切り板３６の着座部３６１に着座した位置で停止する。従って、入力ポート３１と出力ポート３２の連通が遮断されるので、図示しないアクチュエータは所定の作動位置で停止される。
【００２４】
次に、図示しないアクチュエータを作動開始位置に戻す場合には、電磁コイルユニット５２のコイル５２２への電力の供給を遮断して電磁ソレノイドを除勢する。この結果、流量制御弁２の各部材は図１に示す状態の戻る。図１に示す状態においては、上述したように第１の弁体４１の第１の弁部４１３が仕切り板３６の着座部３６１に着座し、第２の弁体４２の着座部４２２ａと第１の弁体４１を構成する第２の弁部４１４との間には隙間が形成されるので、入力ポート３１と出力ポート３２の連通が遮断され、出力ポート３２が連通室３４の出力側室３４ｂ、第２の弁体４２の着座部４２２ａと第１の弁体４１を構成する第２の弁部４１４との隙間、第１の弁体４１に形成された連通路４１５、第１の圧力室３７を通して排出ポート３３に連通されるため、出力ポート３２に接続された図示しないアクチュエータの作動室の作動流体が排出ポート３３から排出されて作動開始位置に戻る。
【００２５】
以上のように、図示の実施形態における流量制御弁２は、入力ポート３１と出力ポート３２および排出ポート３３を第１の弁体４１および第２の弁体４２を有する弁機構４によって制御する３ウエイバルブであるため、給気と排気の切替えがこの流量制御弁２一つで行うことができる。給気と排気を切替えるための別のバルブと組み合わせて使用する必要がないため、流体回路構成が簡単となる。また、第１の弁体４１および第２の弁体４２を有する弁機構４はポペット弁式であるため、シールが確実であるとともに、着座部に埃等の異物が付着しても作動流体によって流すことができるので作動不良を起こすことはない。
【００２６】
次に、本発明による流量制御弁の第２の実施形態について、図５を参照して説明する。なお、図５に示す第２の実施形態における流量制御弁２ａにおいては、上記第１の実施形態における流量制御弁２の構成部材と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略する。
第１の実施形態における流量制御弁２と第２の実施形態における流量制御弁２ａとの相違点は、第１の実施形態における流量制御弁２が第１の圧力室３７と排出ポート３３とを連通しているのに対し、第２の実施形態における流量制御弁２ａは第２の圧力室３８と排出ポート３３とを連通していることである。上述したように上記第１の圧力室３７と第２の圧力室３８とは第１の弁体４１に形成された連通路４１５および第２の弁体４２に形成された連通路４２３を通して連通されているので、機能的には実質的に同一であり、第２の実施形態における流量制御弁２ａも第１の実施形態における流量制御弁２と同様の作用効果を奏する。
【００２７】
次に、本発明による流量制御弁の第３の実施形態について、図６を参照して説明する。なお、図６に示す第３の実施形態における流量制御弁２ｂにおいては、上記第１の実施形態における流量制御弁２および第２の実施形態における流量制御弁２ａの構成部材と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略する。第３の実施形態における流量制御弁２ｂの特徴は、弁機構４の第２の弁体４２をプルタイプの電磁作動機構５ｂによって作動するようにしたものである。つまり、電磁作動機構５ｂの電磁コイルユニットに電圧を印加したときに第２の弁体に引張力を加え第１の弁体側に移動させるもので、図示の流量制御弁２ｂにおいては、電磁作動機構５ｂは弁機構４の図において左側に配設されている。電磁作動機構５ｂを構成する作動ロッド５５は、第１の弁体４１に形成された連通路４１５および第２の弁体４２に形成された連通路４２３を挿通して配設されており、その先端（図６において右端）をカシメることによって第２の弁体４２と連結している。このように構成された第３の実施形態における流量制御弁２ｂは、電磁作動機構５ｂの電磁コイルユニットに電圧を印加して作動ロッド５５を図６において左方に作動することにより、第２の弁体４２を第２の圧縮コイルスプリング４６のスプリング力に抗して左方に移動するとともに、第１の弁体４１を第１の圧縮コイルスプリング４５のスプリング力に抗して左方に移動する。なお、第１の弁体４１および第２の弁体４２からなる弁機構４の作動形態については、上記第１の実施形態における流量制御弁２および第２の実施形態における流量制御弁２ａと同様であり、上記各実施形態を同様の作用効果を奏する。
【００２８】
【発明の効果】
本発明による流量制御弁は以上のように構成されているので、以下に述べる作用効果を奏する。
【００２９】
即ち、本発明による流量制御弁は、第１の弁体の摺動部と一方の弁穴の内周面との間に配設され第１のシールおよび第２の弁体の摺動部と他方の弁穴の内周面との間に配設され第２のシールの摺動面径と、第１の弁体の第１の弁部における仕切り板の着座部に着座する当接部の径と、第２の弁体の着座部における第１の弁体の第２の弁部が着座する当接部の径とが等しく設定されているので、第１の弁体および第２の弁体には入力ポートから連通室を通して出力ポートに流れる作動流体の圧力が作用しても流体圧による軸方向の駆動力は発生しない。従って、第１の弁体および第２の弁体のストローク量（弁の開口面積）即ち流量が電磁作動機構の作動力に比例する比例弁として機能することとなる。ちなみに、電磁作動機構の作動力は、上記第１の実施形態のように押圧力としてもよく、第３の実施形態のように引張力とすることもできる。また、本発明による流量制御弁は、入力ポートと出力ポートおよび排出ポートを第１の弁体および第２の弁体を有する弁機構によって制御する３ウエイバルブであるため、給気と排気の切替えがこの流量制御弁一つで行うことができる。給気と排気を切替えるための別のバルブと組み合わせて使用する必要がないため、流体回路構成が簡単となる。また、第１の弁体および第２の弁体を有する弁機構はポペット弁式であるため、シールが確実であるとともに、着座部に埃等の異物が付着しても作動流体によって流すことができるので作動不良を起こすことはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成された流量制御弁の第１の実施形態を示す断面図。
【図２】図１に示す流量制御弁を構成する第１および第２のスプリングのスプリング特性を示す説明図。
【図３】図１に示す流量制御弁の第１の作動状態を示す断面図
【図４】図１に示す流量制御弁の第２の作動状態を示す断面図
【図５】本発明に従って構成された流量制御弁の第２の実施形態を示す断面図。
【図６】本発明に従って構成された流量制御弁の第３の実施形態を示す断面図。
【符号の説明】
２：流量制御弁（第１の実施形態）
２ａ：流量制御弁（第２の実施形態）
２ｂ：流量制御弁（第３の実施形態）
３：バルブボディ
３１：入力ポート
３２：出力ポート
３３：排出ポート
３４：連通室
３５ａ：一方の弁穴
３５ｂ：他方の弁穴
３６：仕切り板
３７：第１の圧力室
３８：第２の圧力室
４：弁機構
４１：第１の弁体
４１１：摺動部
４１３：第１の弁部
４１４：第２の弁部
４２：第２の弁体
４２１：摺動部
４２２：弁部
４３：第２のシール
４４：第２のシール
４５：第１の圧縮コイルスプリング
４６：第２の圧縮コイルスプリング
５：電磁作動機構
５１：ケーシッグ
５２：電磁コイルユニット
５２１：ボビン
５２２：コイル
５２３：リード線
５３：固定ヨーク
５４：可動ヨーク
５５：作動ロッド
５６：支持部材
５８：支持リング
６０：第３の圧力室
Claims (1)
- 入力ポートと出力ポートおよび排出ポートを備えたバルブボディと、該バルブボディ内に配設され該各ポートの連通を制御する弁機構と、電磁コイルユニットを備え該弁機構を駆動する電磁作動機構を有する流量制御弁であって、
該バルブボディには該入力ポートと出力ポートとを連通する連通室と該連通室の両側に互いに対向して形成された２個の弁穴が設けられ、該連通室には環状の仕切り板が配設されており、
該弁機構は、一端部に設けられ該弁穴の一方に摺動可能に嵌合される摺動部と、中央部に設けられ該環状の仕切り板の内周に形成された着座部に着座するテーパ−面からなる第１の弁部と、他端部に設けられた第２の弁部と、軸方向に貫通して設けられ該排出ポートと連通する連通路とを備えた第１の弁体と、
該弁穴の他方に摺動可能に嵌合される摺動部と、一端部に設けられ該第１の弁体の第２の弁部と当接する弁部と、軸方向に貫通して設けられ該排出ポートと連通する連通路とを備えた第２の弁体と、
該第１の弁体の該摺動部と該一方の弁穴の内周面との間に配設された第１のシールと、
該第２の弁体の該摺動部と該他方の弁穴の内周面との間に配設された第２のシールと、
該一方の弁穴の内部で該バルブボディと該第１の弁体との間に配設され、該第１の弁体を該第１の弁部が該仕切り板の該着座部に着座する方向に付勢する第１のスプリングと、
該第１の弁体と該第２の弁体との間に配設された両者を離間する方向に付勢する第２のスプリングと、を具備し、
該第１のシールおよび該第２のシールの摺動面径と、該第１の弁体の該第１の弁部における該仕切り板の該着座部に着座する当接部の径と、該第２の弁体の弁部と該第１の弁体の該第２の弁部とが当接する当接部の径とが等しく設定されており、
該電磁作動機構は、該電磁コイルユニットに電圧を印加したときに該第２の弁体を該第１の弁体側に移動させるように構成されている、ことを特徴とする流量制御弁。
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