JP2002156051A - 流量コントロール弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特に排気流量の少ないところでのより一層の
微細且つ連続的な排気流量制御を可能とする流量コント
ロール弁を提供する。 【解決手段】 フレームケース２は気体流出口１ａ及び
外部流通口２ａを有し、作動軸４は流出口１ａに対して
進退可能に配置され、作動軸先端に取付けられたオリフ
ィスパッキン３が流出口１ａを開閉する。流出口１ａの
開口面は平坦面であるが、オリフィスパッキン３の端面
３１は、流出口１ａに対して後退する方向へ曲がる曲面
（例えば円弧が描く曲面）である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば血圧計にお
いて空気の排気手段等として使用される流量コントロー
ル弁に関し、特に空気圧を連続的且つ徐々に減圧制御す
ることのできる流量コントロール弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】血圧計には各種のものが提案されている
が、カフ内の圧力を所定値まで上昇させた後、その圧力
を徐々に低下させていき、この減圧過程において各人の
血圧値を測定する血圧計がある。そのような血圧計にお
いて、カフ内の圧力を徐々に下げるために使用される流
量コントロール弁として、特開平６−４７００７号公
報：「流量コントロール弁」がある。この公報記載の流
量コントロール弁は、圧縮空気を大気に流出させる圧力
流出口と、この圧力流出口を開閉するオリフィスパッキ
ンとを備え、圧力流出口及びオリフィスパッキンの互い
に圧接される各端面を平坦面に形成すると共に、オリフ
ィスパッキンの端面を駆動軸（オリフィスパッキンを移
動させる軸）の移動方向に直交する面からやや傾斜させ
て形成したものである。

【０００３】このような構成を採用した流量コントロー
ル弁は、例えば図１１〔断面図（ａ）、（ａ）の左側面
図（ｂ）〕及び図１２〔図１１の（ａ）の円形Ｂの拡大
図〕に示すような構造である。

【０００４】この流量コントロール弁では、フレームケ
ース２及びボビン７の後部でハウジングが構成され、こ
のハウジングのフレームケース２は、ノズル状の内管１
が内部に開口する気体流出口１ａと、この気体流出口１
ａに内部空間により連通する外部流通口２ａを有する。
ハウジング内には、内部に固定軸１２が挿通された作動
軸４が流出口１ａに対して進退可能に配置され、作動軸
４の移動により流出口１ａを開閉するように流出口１ａ
に相対する作動軸４の先端にオリフィスパッキン３′が
取付けられている。作動軸４は、２個の永久磁石５ａ，
５ｂ及び３個の電磁コイル６ａ，６ｂ，６ｃで発生する
電磁力により図面の左方向に移動するように構成されて
いる。

【０００５】また、作動軸４はダンパ９によりフレーム
ケース２に連結され、ダンパ９により図面の右方向に付
勢されている。オリフィスパッキン３′の端面３１′と
流出口１ａの開口面は共に平坦面であるが、オリフィス
パッキン３′の端面３１′は、流出口１ａの開口面に対
して斜めに（非平行）になっており、例えば２．６°程
度傾斜している。オリフィスパッキン３′は、図１３に
示すように、作動軸４の先端を嵌め込む溝３０を有す
る。

【０００６】この平坦な傾斜端面３１′を有するオリフ
ィスパッキン３′の開閉動作は、図１４に示すとおりで
ある。まず図１４の（ａ）では、流出口１ａがオリフィ
スパッキン３′で完全に塞がれた状態であり、この状態
からオリフィスパッキン３′が距離ｙだけ後退すると、
流出口１ａとオリフィスパッキン３′との間に間隙Ｘ１
が形成され、微速排気状態になる〔図１４の（ｂ）〕。
オリフィスパッキン３′が更に後退すると、流出口１ａ
が完全な開放状態になる〔図１４の（ｃ）〕。そして、
オリフィスパッキン３′が更に後退すると、流出口１ａ
とオリフィスパッキン３′との間に大きな隙間が生じ、
急速排気状態になる〔図１４の（ｄ）〕。従って、図１
４の（ａ）〜（ｃ）に示す状態が排気流量を制御するこ
とが可能な範囲となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】オリフィスパッキン
３′の端面３１′を傾斜面とすることで、排気流量のう
ち、特に微速排気を制御し易くなったが、より微細且つ
連続的に排気流量を制御するには、流量が少ないところ
での流量特性を電圧変化に対して緩やかな曲線にするこ
とが望まれる。例えば図１０において、傾斜端面３１′
を有するオリフィスパッキン３′では、流出口１ａの全
開から完全な閉塞までに電磁コイルに印加される電圧の
コントロール範囲ｂを、より大きくするのが好ましい。
特に、排気流量が少ないところでの電圧のコントロール
範囲を大きくすれば、より微細で連続的な排気流量の制
御が可能となる。

【０００８】これを実現するためには、２．６°程度の
傾斜端面３１′を持つオリフィスパッキン３′では、電
圧制御範囲をこれ以上広くすることは困難である。電圧
制御範囲を更に広くするには、端面３１′の傾斜角度を
２．６°から４°程度にしなければならない。しかし、
傾斜角度を大きくすると、流出口１ａを完全に閉塞する
ためにはオリフィスパッキン３′の流出口１ａ側への移
動量をより多くする必要があるが、そのための推力（電
磁力）も大きくしなければならず、構造的に限界があ
る。

【０００９】一方、オリフィスパッキン３′の材質の硬
度を下げて、オリフィスパッキン３′を柔らかくした上
で、端面３１′の傾斜角度を大きくすることも試みた
が、少しの改善だけであり、大きな成果は得られなかっ
た。これは、オリフィスパッキン３′が柔軟になったこ
とで、推力に対して移動量が増えてしまい、結果的に電
圧変化に対して排気流量は殆ど変化しなかったからであ
る。

【００１０】本発明は、そのような実状に鑑みてなされ
たもので、特に排気流量の少ないところでのより一層の
微細且つ連続的な排気流量制御を可能とする流量コント
ロール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】前記目的を達成するため
に、本発明の流量コントロール弁は、気体流出口及びこ
の気体流出口に内部空間により連通する外部流通口を有
するハウジングと、このハウジング内に前記気体流出口
に対して進退可能に配置された可動部材と、この可動部
材の移動により前記気体流出口を開閉するように気体流
出口に相対する可動部材部分に設けた開閉部材と、可動
部材を移動させるための移動手段とを備えるものにおい
て、前記気体流出口に圧接される前記開閉部材の端面の
うち、気体流出口のほぼ中心線に相対する部分を境界と
する少なくとも一方面は、気体流出口に対して後退する
方向へ曲がる曲面であることを特徴とする。

【００１２】この流量コントロール弁では、開閉部材の
端面の少なくとも一方面が曲面であるため、平坦な傾斜
面の場合に比べて、排気流量の少ないところ（気体流出
口の完全閉塞から開放初期のところ）での開閉部材の移
動量に対する流出口の開口面積が少なくなり、しかも開
口面積がより連続して変化する。この結果、排気流量の
少ないところでの電圧制御範囲が広くなり、より一層の
微細且つ連続的な排気流量制御が可能となる。

【００１３】ところで、本発明における曲面は、連続し
て変化する曲面（曲率半径を持つ面）の全てを含み、例
えば円弧、楕円、インボリュート曲線、球がそれぞれ描
く曲面である。このうち、円弧が描く曲面を採用する場
合、当該円弧を形成する円の円周上に開閉部材の端面を
位置させると共に、当該円の半径と前記気体流出口の中
心線とをずらせたときに、開閉部材の端面が位置する円
弧が描く曲面とする。その理由は、気体流出口と開閉部
材の互いの中心線が多少ずれても、気体流出口が片側か
ら開放されるようにするためと、気体流出口の開口が連
続的に変化するようにするためである。また、排気流量
の少ないところで開閉部材の移動量に対する流出口の開
口面積が少なくなるだけでなく、開口面積を連続して変
化させることができるからである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
いて説明する。

【００１５】その一実施形態に係る流量コントロール弁
を図１〔断面図（ａ）、左側面図（ｂ）〕、及び図２
〔図１の（ａ）の円形Ａの拡大図〕に示す。但し、図１
１に示すものと同じ要素には同一符号を付してある。

【００１６】この実施形態の流量コントロール弁は、可
動部材（作動軸４）を移動させるための移動手段として
２個の永久磁石５ａ，５ｂと、３個の電磁コイル６ａ，
６ｂ，６ｃを使用するもので、フレームケース２及びボ
ビン７の後部でハウジングが構成され、このハウジング
（フレームケース２）は、ノズル状の内管１が内部に開
口する気体流出口１ａと、この気体流出口１ａに内部空
間により連通する複数（ここでは３つ）の外部流通口２
ａを有する。

【００１７】このハウジング内において、中空の作動軸
４が流出口１ａに対して進退可能に配置され、当該作動
軸４の移動により流出口１ａを開閉するように流出口１
ａに相対する作動軸先端にオリフィスパッキン（開閉部
材）３が取付けられている。図２に示すように、流出口
１ａの開口面は平坦面であるが、オリフィスパッキン３
の端面３１は、流出口１ａに対して後退する方向へ曲が
る曲面（例えば円弧が描く曲面）である。また、オリフ
ィスパッキン３は、図３に示すように作動軸４の先端を
嵌め込む溝３０を有する。

【００１８】作動軸４は、その中空部に非磁性体の固定
軸１２が挿通され、固定軸１２はボビン７に一体に固定
されている。作動軸４の外周には、永久磁石５ａ，５
ｂ、ヨーク２２ａ及び弾性体２１ａ，２２ａが止め輪２
４で固定されている。従って、作動軸４は、永久磁石５
ａ，５ｂとヨーク２２ａ等と一体に移動し、オリフィス
パッキン３が流出口１ａに当たって流出口１ａを完全に
閉塞するまでと、作動軸４の後端部がボビン７に当たる
までの範囲で移動可能であり、固定軸１２に沿って直線
的に移動する。

【００１９】永久磁石５ａ，５ｂは、同極（例えばＮ
極）同士が対向するように間にヨーク２２ａを挟んで隣
接配置されている。この永久磁石５ａ，５ｂの間に位置
するヨーク２２ａは、永久磁石５ａ，５ｂの各々のＮ極
により励磁されている。永久磁石５ａ，５ｂをヨーク２
２ａを挟んで隣接配置することで、永久磁石５ａ，５ｂ
の磁力を最も有効に利用することができる。

【００２０】永久磁石５ａの端面に対向して配置された
弾性体２１ａは、ここでは作動軸４と永久磁石５ａとで
挟持され、永久磁石５ｂの端面に対向して配置された弾
性体２２ａは、ここでは止め輪２４と永久磁石５ｂとで
挟持されている。

【００２１】永久磁石５ａ，５ｂの周囲にはボビン７が
配置され、ボビン７には３個の電磁コイル６ａ，６ｂ，
６ｃが設けられている。ここでは、電磁コイル６ｂがや
や長めに設定されている。各電磁コイル６ａ，６ｂ，６
ｃにおいては、作動軸４が各電磁コイル６ａ，６ｂ，６
ｃと各永久磁石５ａ，５ｂとによる電磁力の合成力を移
動方向に受けるように、巻回方向が設定されている。具
体的には、ここでは真中の電磁コイル６ｂの巻回方向は
右回転で、両側の電磁コイル６ａ，６ｃの巻回方向は左
回転で、それぞれボビン７に設けられ、巻回方向が交互
に逆向きになっている。つまり、電磁コイル６ｂに隣接
する電磁コイル６ａ，６ｃには、電磁コイル６ｂとは電
流が逆向きに流れる。なお、電磁コイル６ａ，６ｂ，６
ｃは外部ターミナル１１に接続されている。

【００２２】また、真中の電磁コイル６ｂの中央線（一
点鎖線）に対して、永久磁石５ａ，５ｂはほぼ左右均等
に配置されている。３個の電磁コイル６ａ，６ｂ，６ｃ
の周囲にはヨーク２３が設けられ、円筒状のヨーク２３
の内側に電磁コイル６ａ，６ｂ，６ｃ、永久磁石５ａ，
５ｂ、作動軸４及び固定軸１２が位置する様態である。
更に作動軸４はダンパ９によりフレームケース２に連結
され、ダンパ９のバネ作用により図１の（ａ）の右方向
に付勢されている。

【００２３】このように構成された流量コントロール弁
では、固定軸１２が丸棒状で、作動軸４が円筒状で、永
久磁石５ａ，５ｂ、ヨーク２２ａ、弾性体２１ａ，２２
ａ及び電磁コイル６ａ，６ｂ，６ｃが環状であり、それ
らの部品が同心円上に位置しているため、永久磁石５
ａ，５ｂと電磁コイル６ａ，６ｂ，６ｃによる電磁力を
より効率良く利用でき、作動軸４の推力を最大限に引き
出すことができる。勿論、固定軸１２は非磁性体である
から、電磁力に影響を与えることはない。

【００２４】次に、上記のように構成された流量コント
ロール弁の動作について説明する。まず、外部ターミナ
ル１１より電磁コイル６ａ，６ｂ，６ｃに所定値の電流
を流すことによって、各電磁コイル６ａ，６ｂ，６ｃと
各永久磁石５ａ，５ｂとにより電磁力を発生させ、左方
向の推力を永久磁石５ａ，５ｂに作用させる。つまり、
永久磁石５ａは、電磁コイル６ａ，６ｂにより作用する
電磁力による推力を受け、永久磁石５ｂは、電磁コイル
６ｂ，６ｃにより作用する電磁力による推力を受ける。
これにより、永久磁石５ａ，５ｂに共に左方向の推力を
作用させる。これらの各推力が合成されて１つの大きな
推力となることで、永久磁石５ａ，５ｂが取付けられた
作動軸４は、ダンパ９の反発力に打ち勝って左方向に力
強く移動し、オリフィスパッキン３が気体流出口１ａに
当接し、内管１が完全な閉塞状態になる〔図４の
（ａ）〕。

【００２５】内管１の閉塞状態後に、電磁コイル６ａ，
６ｂ，６ｃへの供給電流を少しずつ減少させると、この
電流に応じて電磁力が漸次弱まるので、永久磁石５ａ，
５ｂが受ける推力が低下し、作動軸４は、ダンパ９の弾
性力とオリフィスパッキン３の曲面反発作用によって徐
々に右方向に移動し、オリフィスパッキン３が流出口１
ａからゆっくりと離れる。

【００２６】図４の（ｂ）に示すように、オリフィスパ
ッキン３が距離ｙだけ移動したときは、流出口１ａとオ
リフィスパッキン３との間に間隙Ｘ２が生じ、微速排気
状態となる。更に、オリフィスパッキン３が移動する
と、流出口１ａが完全に開放され〔図４の（ｃ）〕、や
がて流出口１ａとオリフィスパッキン３との間に大きな
間隙が生じ、急速排気状態となる〔図４の（ｄ）〕。

【００２７】図４に示す動作状態では、（ａ）〜（ｃ）
に示す状態が排気流量の制御可能な範囲となるが、この
オリフィスパッキン３の端面３１は曲面であるため、排
気流量の少ないところでの電圧制御範囲が広くなる。こ
れについて説明すると、図４の（ｂ）で、オリフィスパ
ッキン３が距離ｙだけ移動すると、間隙Ｘ２が生じる
が、同じ移動距離ｙであっても、間隙Ｘ２は図１４の
（ｂ）で示した間隙Ｘ１とは異なる。この間隙の状態を
図５に示す。

【００２８】図５において、Ｘ１＝Ｘ２＋Ｘ３＋Ｘ４で
あれば、Ｘ２＝Ｘ１−Ｘ３−Ｘ４となり、曲面の場合は
間隙が小さくなり、それだけ微細な流量制御が可能とな
る。しかも、曲面は滑らかに変化するので、流量を連続
的に制御できる。この結果、排気流量の少ないところで
より微細で連続的な排気流量の制御が可能となる。な
お、図５において、Ｘ２＋Ｘ３は、傾斜平坦面を更に傾
斜させた場合であるが、曲面の方がＸ３分だけ有利であ
り、傾斜度合を大きくすると、大きな推力も必要とな
る。

【００２９】次に、上記実施形態では、オリフィスパッ
キン３の端面３１は曲面であるが、別の形態例について
説明する。図６〔縦断面図（ａ）、横断面図（ｂ）〕に
示すオリフィスパッキン３の端面３１ａは球面である。
この球面と円弧が描く曲面の場合は、端面３１ａを次の
ように設定する。図７において、球面又は円弧が描く曲
面は、当該円弧を形成する円の円周上にオリフィスパッ
キン３の端面３１ａを位置させると共に、当該円の半径
Ｄと気体流出口１ａの中心線とをずらせたときに、オリ
フィスパッキン３の端面３１ａが位置する円弧が描く曲
面である。

【００３０】より詳細には、当該円の半径Ｄと気体流出
口１ａの中心線とを平行関係にした状態で、円の半径Ｄ
側の気体流出口１ａの縁部（“流出口穴上面”と記した
線）を円の半径Ｄ上からずらしたときにオリフィスパッ
キン３の端面３１ａが位置する円弧が描く曲面である。
勿論、図７に示す円弧位置だけでなく、他の円弧位置で
も上記条件が満たされる限り同様である。

【００３１】図７のように設定する理由は、前記したと
おり、気体流出口１ａとオリフィスパッキン３の互いの
中心線が多少ずれても、気体流出口１ａが片側から開放
されるようにするためと、気体流出口１ａの開口が連続
的に変化するようにするためである。また、排気流量の
少ないところでオリフィスパッキン３の移動量に対する
流出口１ａの開口面積が少なくなるだけでなく、開口面
積を連続して変化させることができるからである。

【００３２】この他の形態例として、図８〔縦断面図
（ａ）、横断面図（ｂ）〕に示すオリフィスパッキン３
では、その中心線より一方面が傾斜平坦面３２ａで、他
方面が曲面３１ｃである。また、図９〔縦断面図
（ａ）、横断面図（ｂ）〕に示すオリフィスパッキン３
では、その中心線より一方面は円の中心が流出口１ａ側
に在る円弧が描く曲面３１ｄで、他方面は円の中心がオ
リフィスパッキン３側に在る円弧が描く曲面３１ｅであ
る。両曲面３１ｄ，３１ｅの変曲点がオリフィスパッキ
ン３の中心線上にある。

【００３３】いずれの場合も、オリフィスパッキン３の
端面３１（ａ〜ｅ）を曲面とすることで、図１０に示す
ように、電圧制御範囲ａが従来の傾斜平坦面での範囲ｂ
よりも広くなる。即ち、特に排気流量の少ないところ
（気体流出口１ａの完全閉塞から開放初期のところ）で
は、曲線が緩やかになるので、より一層、少ない排気流
量のときに微細且つ連続的な制御が可能となる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の流量コン
トロール弁によれば、排気流量の少ないところ（気体流
出口の完全閉塞から開放初期のところ）での開閉部材の
移動量に対する流出口の開口面積が少なくなり、しかも
開口面積がより連続して変化する結果、排気流量の少な
いところでの電圧制御範囲が広くなり、より一層の微細
且つ連続的な排気流量制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態に係る流量コントロール弁の断面図
（ａ）、及びその左側面図（ｂ）である。

【図２】図１の（ａ）における円形Ａの拡大図である。

【図３】同流量コントロール弁におけるオリフィスパッ
キンの縦断面図である。

【図４】同流量コントロール弁において、気体流出口に
対するオリフィスパッキンの開閉動作を説明するための
図である。

【図５】気体流出口とオリフィスパッキンとの間に形成
される間隙を説明する図である。

【図６】同流量コントロール弁におけるオリフィスパッ
キンの端面の別形態を示す縦断面図（ａ）、及びその横
断面図（ｂ）である。

【図７】オリフィスパッキンの端面を円弧が描く曲面と
する場合で、端面の設定の仕方を説明する図である。

【図８】同流量コントロール弁におけるオリフィスパッ
キンの端面の更に別形態を示す縦断面図（ａ）、及びそ
の横断面図（ｂ）である。

【図９】同流量コントロール弁におけるオリフィスパッ
キンの端面の更に別形態を示す縦断面図（ａ）、及びそ
の横断面図（ｂ）である。

【図１０】オリフィスパッキンの端面を曲面とした場合
と傾斜平坦面とした場合のそれぞれの印加電圧と排気流
量との関係を示すグラフである。

【図１１】従来例に係る流量コントロール弁の断面図
（ａ）、及びその左側面図（ｂ）である。

【図１２】図１１の（ａ）における円形Ｂの拡大図であ
る。

【図１３】図１１の流量コントロール弁におけるオリフ
ィスパッキンの縦断面図である。

【図１４】図１１の流量コントロール弁において、気体
流出口に対するオリフィスパッキンの開閉動作を説明す
るための図である。

【符号の説明】

１ 内管 １ａ 気体流出口 ２ａ 外部流通口 ２ フレームケース ３ オリフィスパッキン（開閉部材） ４ 作動軸（可動部材） ５（ａ，ｂ） 永久磁石 ６（ａ〜ｃ） 電磁コイル ７ ボビン ３１（ａ〜ｅ） 端面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H052 AA01 BA35 CA01 DA02 EA16 3H106 DA05 DA26 DB02 DB12 DB23 DB32 DC02 DD03 EE07 GA08 GA15 GB06 GB10 HH02 KK04 4C017 AA08 DE01 DE06 FF05

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】気体流出口及びこの気体流出口に内部空間
   により連通する外部流通口を有するハウジングと、この
   ハウジング内に前記気体流出口に対して進退可能に配置
   された可動部材と、この可動部材の移動により前記気体
   流出口を開閉するように気体流出口に相対する可動部材
   部分に設けた開閉部材と、可動部材を移動させるための
   移動手段とを備える流量コントロール弁において、 前記気体流出口に圧接される前記開閉部材の端面のう
   ち、気体流出口のほぼ中心線に相対する部分を境界とす
   る少なくとも一方面は、気体流出口に対して後退する方
   向へ曲がる曲面であることを特徴とする流量コントロー
   ル弁。
2. 【請求項２】前記開閉部材の端面は、円弧が描く曲面で
   あることを特徴とする請求項１記載の流量コントロール
   弁。
3. 【請求項３】前記円弧が描く曲面は、当該円弧を形成す
   る円の円周上に開閉部材の端面を位置させると共に、当
   該円の半径と前記気体流出口の中心線とをずらせたとき
   に、前記開閉部材の端面が位置する円弧が描く曲面であ
   ることを特徴とする請求項２記載の流量コントロール
   弁。