JP2002250465A - 制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】応答性に優れ、機構が簡単で、高精度な制御が
行ない得られ、しかもライン圧の変動がノイズにならな
い制御弁を提供すること。 【解決手段】連結ロッド５７によって互いに連結された
弁体５１、５２を分岐通路４３内で移動可能に配し、第
１のダイヤフラム６５の力を圧力板６３を介して下方に
印加するとともに、第３のダイヤフラム６７によって第
１のダイヤフラム６５に対するライン圧を遮断し、第２
のダイヤフラム６６の圧力を第２の圧力板６４を介して
上方に印加するとともに、第４のダイヤフラム６８によ
って第２のダイヤフラム６６に対するライン圧を遮断
し、ライン圧の影響を受けることなく一対の弁体５１、
５２と分岐通路４３の両側のバルブシート４５、４６の
ギャップを信号圧に応じて調整し出口ポート４１、４２
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。

Description

【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１
４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１
３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２０００−２５
７７４５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
記分岐通路の両端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
両端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一対の流体を一対の
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のバルブシート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、４
２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３
７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３
５、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５
５、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７
５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８
７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８
０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Ｓ_１ とＳ _２ 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】Ｓ_１ ＝２Ｓ_２ 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６
７、６８の有効面積を互いに異ならしめてもよい。

【００３２】Ｓ_３ ＝Ｓ_４ 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Ｓ_１ 、Ｓ
_２ 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６
６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４
１、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５
６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Ｐ_ｓ 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
Ｐ_ｐ 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】Ｐ_ｓ ・Ｓ_１ ＞Ｐ_ｐ ・Ｓ_２ このように力のアンバランスが生ずると、信号圧Ｐ_ｓ
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Ｐ_ｐ 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Ｓ_１ 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Ｓ_２ 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】Ｐ_ｓ ・Ｓ_１ ＝Ｐ_ｐ ・Ｓ_２ 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Ｐ_ｓ 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９
１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Ｐ_ｓ がほぼ０の
状態では、パイロット圧Ｐ_ｐ 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Ｐ_ｓ を高くすると、高くな
った信号圧Ｐ_ｓ 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Ｐ_ｓ 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Ｐ_ｐ 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】Ｐ_ｓ ・Ｓ_１ ＞Ｐ_ｐ ・Ｓ_２ 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】Ｐ_ｓ ・Ｓ_１ ＝Ｐ_ｐ ・Ｓ_２ 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５
２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５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６
６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Ｐ_ｓ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６
５に加わる信号圧Ｐ_ｓ 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Ｐ_ｐ
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Ｐ_ｓ を印加す
るとともにこの信号圧Ｐ_ｓ 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】 Ｐ_ｓ ・Ｓ_１ ＞Ｐ_ｐ ・Ｓ_２ ＋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 Ｐ_ｓ ・Ｓ_１ ＝Ｐ_ｐ ・Ｓ_２ ＋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Ｐ_ｓ 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４
２を通して加えられるライン圧が第４のダイヤフラム６
８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、分岐通路の両端
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のは発明は、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、分岐通路の両端のバ
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
ートに供給される一対の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】 【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

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【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、 前記分岐通路の両端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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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、 前記分岐通路の両端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
   トに供給される一対の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。
5. 【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。
6. 【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。