JP2003014152A

JP2003014152A - モータ式制御弁

Info

Publication number: JP2003014152A
Application number: JP2001201537A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Urano; 敏浩浦野; Mamoru Inotsume; 守猪爪; Masaaki Furutaka; 正章古高
Original assignee: Shinwa Controls Co Ltd
Current assignee: Shinwa Controls Co Ltd
Priority date: 2001-07-03
Filing date: 2001-07-03
Publication date: 2003-01-15

Abstract

(57)【要約】【課題】フィードバック機構を不要とし、部品点数を
減じてコストの削減を可能とし、さらに、ヒステリヒス
を格段に改善するとともに耐久性が向上し、保持電力を
無用とする省エネルギ化の実現が可能なモータ式制御弁
の提供する。【解決手段】弁体３４の駆動に電動機３３を用いて流
体の流量を制御するモータ弁において、軸径Ｄを有する
スピンドル３６の下端平滑面とプランジャ３５の上端平
滑面との間に、上下両端部に曲率６／Ｄから２／３Ｄの
範囲内にある凸曲面Ｓを有し、全体が軸径Ｄの軸対称を
なすような形状の軸対称体５０６を、前記上下両凸曲面
Ｓと前記両平滑面とが圧接状態を保持されるようにして
接触介在させにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動機（以下、モ
ータという）を用いて制御弁を駆動させて、流体（気体
又は液体）の流量を制御するモータ式制御弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、モータにより制御弁体を駆動
させて液体の流量を制御するモータ式制御弁としては、
例えば、図６に示すように、下端にオリフィス２を開閉
する弁体３を備えたスピンドル４の外周面に雄ネジ１を
設けて、弁筐体５内に設けられた雌ネジ６にスピンドル
４の雄ネジ１を螺合し、スピンドル４の上端にモータ７
の回転力を歯車８ａ，８ｂを介して伝えることにより、
スピンドル４を上下動させて、オリフィス２の開口部の
大きさを変化させ、流入口９ａからオリフィス２を経由
して流出口９ｂに流れる流体の流量を制御するようにし
たモータ式制御弁が一般的に知られている。

【０００３】この制御弁では、スピンドル４が貫通する
弁筐体５が上部弁筐体５ａと下部弁筐体５ｂとの組み合
わせからなっていて、上部弁筐体５ａの下端面の凹部５
ｃと下部弁筐体５ｂの上端面の凹部５ｄとの間に、前記
スピンドル４の下部の弁棒部４ａを摺動自在に貫通させ
たグランド１０が配置され、グランド１０の下面が下部
弁筐体５ｂ内のオリフィス２と向い合っていて、弁棒部
４ａの下部の円錐状の弁体３がオリフィス２を開閉する
ように構成されている。

【０００４】また、上部弁筐体５ａとグランド１０との
間の弁棒部４ａが挿通する部分には流体の洩れ防止用Ｏ
リング１１が嵌め込まれており、グランド１０の外側面
と下部弁筐体５ｂの凹部内周面との間にも同様な流体の
洩れ防止用Ｏリング１２が嵌め込まれている。

【０００５】さらに、弁体を駆動して流体の流量を制御
する弁としては、前記のモータ式制御弁の外にも、図５
に示すような電磁ソレノイドを用いた電磁式制御弁が知
られている。この電磁式制御弁は、下部の弁筐体１３、
上部の電磁ソレノイド部１４とからなり、弁筐体１３の
スプール挿通孔１５を挟んだ両側に、それぞれ高さ位置
の異なる流入口１６とその流入側オリフィス１６ａ及び
流出口１７とその流出側オリフィス１７ａが設けられ、
スプール挿通孔１５には流入側オリフィス１６ａ及び流
出側オリフィス１７ａを開閉するスプール１８が、下端
をスプリング１９で支持されるようにして挿通されてい
る。

【０００６】スプール１８の上端に突設したロッド２０
が、固定コア２１内を摺動自在に貫通して上方へ延び
て、電磁ソレノイド部１４の移動コア２２に接続されて
おり、コイル２３への励磁電流の通電により移動コア２
２が上下動することで、スプール１８と流入側オリフィ
ス１６ａとで液体流路の開度調整が行われ、流入口１６
から流出口１７へ流れる液体流量が調整される。

【０００７】

【発明が解決すべき課題】上記の従来例に示した制御弁
のうち、モータ式制御弁では、第１に、作動中の弁体３
がオリフィス２との位置関係を、通常、ポジショナ、エ
ンコーダ、位置センサ等で検知し、それらから得られる
出力信号を、図７で示すモータ変位角制御装置へフィー
ドバックする方式が採用されているが、このフィードバ
ック方式は部品点数が多く、構造が複雑となり高コスト
になり、小型化も困難にしているという問題、さらに
は、フィードバック機構それ自体の調整を必要とすると
いう問題を有している。

【０００８】第２に、スピンドル４が液体流量を制御す
る際に、回転運動と上下運動とを繰り返すため、Ｏリン
グ１１に前記の回転運動に抗する摩擦力と、上下運動に
抗する摩擦力とが合算された合摩擦力が作用し、その結
果、Ｏリング１１は捩じられて変形し、最後には破損に
いたることになる。従って、この方式の制御弁では、定
期的に器体を分解してＯリング１１を交換することが必
要であり、耐久性に欠けるという問題があった。

【０００９】第３に、Ｏリング１１には前記のような合
摩擦力が作用するため、この合摩擦力に打ち勝ってスピ
ンドル４を作動させることが必要となり、そのために消
費電力の大きいモータを必要とすることになるので、省
エネルギ化の方向に反するという問題がある。

【００１０】第４には、スピンドル４と、弁棒部４ａ
と、弁体３とを構成する部材の材質としては、例えばス
テンレスが用いられ、また、オリフィス２を形成する弁
筐体５ａの材質としては、例えば真鍮が用いられるが、
弁体３は使用する間に次第に塑性変形と磨耗とによる変
形を生じて、弁体３とオリフィス２との弁開度が同一で
あっても、流量が次第に変化するという問題、つまり、
流量と弁開度の関係が次第に変化してくるという問題を
有している。

【００１１】一方、従来の制御弁のうち、電磁式制御弁
では、第１に、所定の性能を発揮させるためには、図５
に示すようなコイル２３に通電して発生させる電磁駆動
力とスプリング１９の弾発力とを製造・組立て時に調整
しておく必要がある。この調整作業は固定コア２１と移
動コア２２、スペーサ２４、調整ビス２５、ナット２
６、スプリングホルダ２７などの取付け位置、締付け力
を調整する緻密な作業となる。従って、このような調整
作業が簡易に行えるような機構に変更しようとすると、
部品点数が増加して全体の構造が複雑になるという問題
がある。

【００１２】第２に、電磁式制御弁の駆動力は、前記の
ようにコイル２３への通電による電磁駆動力とスプリン
グ１９の弾発力とからなっているが、さらに、取り扱う
液体流量を比例制御する際に、液体圧力に起因する流体
力がスプール１８に作用することによっても影響を受け
ることになる。電磁駆動力と、弾発力と、流体力との合
力は、流入側スロットル２８ａと流入側オリフィス１６
ａ、流出側スロットル２８ｂと流出側オリフィス１７ａ
及びスプール１８との位置関係が同一、すなわち、入力
した電流電圧が同一であった場合でも、閉弁方向動作時
と開弁方向動作時とでは相違し、閉弁方向動作時と開弁
方向動作時とでは液体流量が相違するという問題、つま
り、流量と入力した電流電圧の間でヒステリヒスが発生
するという問題がある。

【００１３】第３に、液体流量を比例制御するには、ス
プール１８に対する流体力の作用方向を一方向としなけ
ればならず、そのため、流入口１６及び流入側オリフィ
ス１６ａと、流出口１７及び流出側オリフィス１７ａと
の相対位置がおのずから決定される。このことが、電磁
比例弁の小型化を困難としている問題となる。

【００１４】第４に、流入側スロットル２８ａと流出側
スロットル２８ｂに対してスプール１８を所定位置に保
持するためには、保持用の電流、電圧もしくは周波数を
印加し続けておく必要があり、電気エネルギーを常時消
費するという問題がある。

【００１５】第５に、この方式の弁では、流入側オリフ
ィス１６ａ、流出側オリフィス１７ａと、スプール１８
の流入側スロットル２８ａ、流出側スロットル２８ｂと
の位置関係で決まる弁開度が同一であっても、前記の第
２の問題点で述べた閉弁方向動作と開弁方向動作におい
て、この部所に作用する合力が相違することによって、
ヒステリヒスが発生して流量に変化を生ずる。これを回
避するためには、余剰な液体流量を液洩れさせること、
つまり、シール性能を低下させることになるので、当
然、閉弁時にも液洩れが発生することになる。従って、
このような液洩れの対策用としては、流出路に接続され
ている配管ライン内に、電磁式制御弁と連動するオン・
オフ電磁弁（図示せず）を設けなければならないなどの
問題を有している。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記のような
問題点を解決するためのもので、フィードバック機構を
不要として、部品点数を減じてコストの削減を可能と
し、さらに、ヒステリヒスを格段に改善するとともに耐
久性を向上させ、保持電力を無用とする省エネルギと小
型化による省エネルギとを実現するモータ式制御弁の提
供を目的としたものである。

【００１７】本発明はそのための具体的手段として、弁
体の駆動に電動機を用いて流体の流量を制御するモータ
弁において、軸径Ｄを有するスピンドルの下端平滑面と
プランジャ上端平滑面との間に、上下両端部に曲率６／
Ｄから２／３Ｄの範囲内にある凸曲面を有し、全体が軸
径Ｄの軸対称をなすような形状の軸対称体を、前記上下
両凸曲面と前記両平滑面とが圧接状態を保持されるよう
にして接触介在させることを特徴とする。

【００１８】軸径Ｄを有するスピンドルの下端と軸径Ｄ
を有するプランジャの上端とを接続するための手段とし
ては、スピンドルの下端を平滑面とし、プランジャの上
端部に曲率６／Ｄから２／３Ｄの範囲内にある凸曲面を
設けて、スピンドルの下端平滑面とプランジャの上端凸
曲面とが圧接状態を保持されるように接触させてもよ
い。

【００１９】また、軸径Ｄを有するスピンドルの下端と
軸径Ｄを有するプランジャの上端とを接続するための手
段としては、プランジャの上端を平滑面とし、スピンド
ルの下端部に曲率６／Ｄから２／３Ｄの範囲内にある凸
曲面を設けて、プランジャの上端平滑面とスピンドルの
下端凸曲面とが圧接状態を保持されるように接触させて
もよい。

【００２０】スピンドルの下端平滑面とプランジャ上端
平滑面との間に上下両端部に凸曲面を有する軸対称体と
配置して、これらの部材を互いに圧接状態で保持するた
めの手段としては、プランジャを上方へ押し上げるよう
に該プランジャの下端部に介装されたスプリングを用い
ることが好ましい。

【００２１】下端を平滑面としたスピンドルと、上端部
に凸曲面を設けたプランジャとを、前記平滑面と前記凸
曲面とが互いに圧接状態で保持されるようにするための
手段、および、上端を平滑面としたプランジャと、下端
部に凸曲面を設けたスピンドルとを、前記凸曲面と前記
平滑面とが互いに圧接状態で保持されるようにするため
の手段としては、いずれもプランジャを上方へ押し上げ
るように該プランジャの下端部に介装されたスプリング
を用いることが好ましい。

【００２２】軸径Ｄを有するスピンドルの下端平滑面と
プランジャ上端平滑面との間に軸対称体を介在させる発
明においては、軸対称体の材質硬度を、スピンドル及び
プランジャに用いられる材質硬度の１．５倍から２．５
倍の範囲から選ばれた材質とすることが好ましい。

【００２３】軸径Ｄを有するスピンドルの下端を平滑面
とし、プランジャの上端部に凸曲面を設ける発明におい
ては、プランジャの材質硬度を、スピンドルに用いられ
る材質硬度の１．５倍から２．５倍の範囲から選ばれた
材質とすることが好ましい。

【００２４】軸径Ｄを有するプランジャの上端を平滑面
とし、スピンドルの下端部に凸曲面を設ける発明におい
ては、スピンドルの材質硬度を、プランジャに用いられ
る材質硬度の１．５倍から２．５倍の範囲から選ばれた
材質とすることが好ましい。

【００２５】また、閉弁時に制御弁体と当接するオリフ
ィス部を構成する材質としては、合成樹脂又は、合成樹
脂を一成分とする複合材により構成することが好まし
く、さらに、電動機としてはステッピングモータを使用
することが好ましい。

【００２６】

【発明の実施の形態】次に本発明に係るモータ式制御弁
の構成を、図面に示す実施例により説明すると、図１は
本発明のモータ式制御弁の一実施形態を示す断面図であ
る。図１に示すように、このモータ式制御弁は、上下方
向に接続される下部弁筐体３０と上部弁筐体３１と、上
部弁筐体３１の上部にベース３２を介して取り付けられ
たモータ３３とを備えている。なお、前記のモータ３３
としてはステッピングモータを使用することが好まし
い。

【００２７】上部弁筐体３１の下端面に設けられた凹部
３１ｃと下部弁筐体３０の上端面に設けられた凹部３０
ｃとの間に、下端に円錐状の弁体３４を設けたプランジ
ャ３５を摺動自在に挿通したグランド３７が配置されて
いる。また、下部弁筐体３０における前記凹部３０ｃの
底面には、中央部にオリフィス４０を開口させた合成樹
脂製のオリフィス基板４１と、中央部に前記プランジャ
３５の下端の弁体３４の貫通孔４３を設けた、オリフィ
ス基板４１の押さえ板４２とがガイドピン４４を介して
固定されていて、前記プランジャ３５の下端の弁体３４
がオリフィス基板４１のオリフィス４０と当接するよう
に構成されている。

【００２８】前記オリフィス４０は、弁体３４が絶えず
当接することで、弁体３４に塑性変形を生じさせ、これ
によって弁開度と流量の関係が経時変化するというよう
な問題がある。そのため、図８に示すように、弁体３４
とオリフィス４０との関係を、接合面角度αを同じとす
るとともに、弁体３４には例えばステンレスのような硬
くて容易に変形しにくい材料を使用し、一方、オリフィ
ス４０は、弁体３４よりも材質の軟質なＰＰ，ＰＴＦ
Ｅ，ＰＶＣ，ＰＯＭ等のような各種合成樹脂、例えばＰ
ＴＦＥのような樹脂により形成するか、または、これら
の樹脂を一成分として、これらにガラス繊維、カーボン
繊維等を組み合わせた複合材により形成する。

【００２９】弁体３４とオリフィス４０との関係をこの
ように構成すると、弁体３４には塑性変形が発生しにく
く、オリフィス４０には、弁体３４が繰り返し押し付け
られることによる塑性変形や磨耗が生ずることになる。
しかし、このオリフィス４０の塑性変形や磨耗は、図８
に鎖線で示す初期の位置から実線で示すような位置への
変形、つまり、弁体３４の形状に沿った変形となるの
で、オリフィス４０と弁体３４との位置関係が変わるこ
とがなく、従って、オリフィス４０と弁体３４の形状変
化による流量特性の変化が生ずることがない。また、上
記の実施例では、弁体３４とプランジャ３５とが同じ素
材により形成されたものとして説明したが、プランジャ
３５と弁体３４とが別の素材から形成されるようなもの
であってもよい。

【００３０】下部弁筐体３０の一方の側面には流入口３
８、他方の側面には流出口３９が設けられており、前記
流入口３８の内奥端と前記オリフィス４０との間に流路
３８ａが接続され、また、グランド３７の下面にはオリ
フィス４０と通ずる導入室４５が設けられていて、この
導入室４５の一部と前記流出口３９と間に流路３９ａが
設けられ、流入口３８から流路３８ａを経てオリフィス
４０から導入室４５へ流れた流体が、流路３９ａを経て
流出口３９より外部へ流通するようになっている。

【００３１】また、前記グランド３７の下面における導
入室４５の上部には、プランジャ３５の外径より大きい
中空室４６が設けられており、この中空室４６内を挿通
するプランジャ３５にはフランジ４７が設けられてこの
フランジ４７と前記オリフィス基板押さえ板４２との間
にスプリング４８が配置されることで、プランジャ３５
が上方へ押し上げられて、弁体３４がオリフィス４０か
ら離れるような力を受けるように構成されている。な
お、グランド３７の外側面と下部弁筐体３０の凹部３０
ａとの間には液洩れ防止用のＯリング４９が設けられ、
また、グランド３７の上面におけるプランジャ３５の挿
通穴３５ａ上端にも同様なＯリング５０が設けられてい
る。

【００３２】一方、上部弁筐体３１の下部には、前記グ
ランド３７における軸径Ｄをもつプランジャ３５の挿通
穴３５ａと同径の挿通穴３５ｂと、この挿通穴３５ｂの
上部に挿通穴３５ｂよりも径が大きく内周面に雌螺子５
１をもった挿通穴３５ｃが設けられていて、この挿通穴
３５ｃ内に、上部外周面に雄螺子５２を有し、下端部に
前記プランジャ３５と同径の軸径Ｄをもったスピンドル
３６が、前記雌螺子５１と螺合するようにして挿通され
ている。

【００３３】前記スピンドル３６は、上部弁筐体３１の
上方へ突出する上端がベース３２の下面の軸受け５３に
回転及び上下動可能なるように軸着されているととも
に、軸受け５３の下方に設けた歯車５４がベース３２の
下面に設けられたモータ３３の出力軸歯車５５と噛み合
っているので、モータ３３の回転がスピンドル３６に伝
えられる。その時、スピンドル３６の雄螺子５２は上部
弁筐体３１内の挿通穴３５ｃにおける雌螺子５１と噛み
合っているので、スピンドル３６は回転運動を行いつつ
上下運動を行う。

【００３４】図１は、モータ３３の回転によりスピンド
ル３６が下降して、弁体３４がオリフィス４０を閉じて
いる状態を示している。従って、弁体３４をオリフィス
４０から離すときには、モータ３３を反対方向に回転し
てスピンドル３６を上昇させれる。弁体３４がオリフィ
ス４０から離れると、流入口３８から流路３８ａを経て
オリフィス４０、導入室４５内へ流れた流体が、流路３
９ａを経て流出口３９より外部へ流れる。

【００３５】この発明の一つの態様では、前記スピンド
ル３６の下端面及び前記プランジャ３５の上端面が、と
もに平らな平滑面となっているとともに、前記スピンド
ル３６の平滑下端面と前記プランジャ３５の平滑上端面
との間に、スピンドル３６及びプランジャ３５の軸径Ｄ
と同一直径であって、前記の平らな上下の両端面と点接
触するような凸曲面Ｓをもった、例えば、球体のような
軸対称体５６を介在させて、前記プランジャ３５の下端
部に設けられたスプリング４８の弾発力により、この軸
対称体５６がプランジャ３５とスピンドル３６との間に
圧接して配置されるような構造となっている。

【００３６】図１に示す制御弁では、軸対称体５６をス
ピンドル３６及びプランジャ３５の軸径Ｄと同一の直径
Ｄの球体としたので、その曲率は２／Ｄであるが、軸対
称体５６は球体に限られることはなく、図２に示すよう
に、スピンドル３６及びプランジャ３５の軸径Ｄと同一
の直径Ｄをもつ軸片の上下の両端が凸曲面Ｓとなってい
るような軸対称体５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃのよう
なものであってもよい。図２ａの軸対称体５０６ａは上
下両端が同じ曲率の凸曲面Ｓをもったもの、図２ｂの軸
対称体５０６ｂは上下両端が凸曲面Ｓで、しかもこの凸
曲面Ｓの中央部にピボットＰを設けたもの、図２ｃの軸
対称体５０６ｃは上端の凸曲面Ｓと下端の凸曲面Ｓの曲
率が相違したものの例である。

【００３７】前記凸曲面Ｓの曲率は、６／Ｄから２／３
Ｄの間で選定される。凸曲面Ｓの曲率を６／Ｄより大き
くすると、点接触箇所の応力が過大となり、スピンドル
３６、軸対称体５６・・・、プランジャ３５のいずれか
が使用中に磨耗する。同時に異音の発生原因となる。逆
に凸曲面Ｓの曲率を２／３Ｄよりも小さくすると、各部
材が互いに圧接しているために、接触箇所が点接触とな
らずに面接触となり、摩擦力に伴う偶力が作用して軸対
称体５６・・・及びプランジャ３５に回転力が発生す
る。このような理由から、前記凸曲面Ｓの曲率として
は、６／Ｄから２／３Ｄの範囲から選定することが好ま
しい。

【００３８】上記の実施例の構成では、プランジャ３５
とスピンドル３６との間に上端及び下端に凸曲面Ｓをも
った軸対称体５６、５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃを点
接触で圧接させるので、軸対称体５６・・・の材質がプ
ランジャ３５及びスピンドル３６の材質よりも軟らかい
と、軸対称体５６・・・の上下両凸曲面Ｓが磨耗して点
接触から面接触に移行し、耐久性が低下する。そのため
前記軸対称体５６・・・はプランジャ３５及びスピンド
ル３６の材質よりも硬い材料を使用する必要がある。し
かし、過剰に硬い材料を用いると、プランジャ３５及び
スピンドル３６が磨耗して点接触から面接触に移行し、
耐久性を低下させる。図１の実施例では、スピンドル３
６及びプランジャ３５がいずれもビッカース硬さ２０
０、軸対称体５６がビッカース硬さ５００のものを用い
ている。このことから、材質の硬さを「ビッカース硬
さ」で表した場合、軸対称体５６・・・の材質の硬さと
しては、プランジャ３５及びスピンドル３６に用いられ
る材質の硬さの１．５倍から２．５倍の範囲とすること
が好ましい。

【００３９】上記の実施例は、プランジャ３６とスピン
ドル３５との間に軸対称体５６・・・を介在させた場合
の例であるが、本発明では、図３及び図４のような構造
とした場合には、プランジャとスピンドルとの間に軸対
称体を介在しなくともよい。図３においては、軸径Ｄを
もつスピンドル３６の下端面を平滑とするとともに、同
じく軸径Ｄをもつプランジャ３５の上端面に凸曲面Ｓを
設けて、このスピンドル３６の下端平滑面にプランジャ
３５の上端凸曲面Ｓが圧接するようになっている。ま
た、図４では、プランジャ３５の上端面を平滑とすると
ともに、スピンドル３６の下端面に凸曲面Ｓを設けて、
このプランジャ３５の上端平滑面にスピンドル３６の下
端凸曲面Ｓを圧接するようになっている。なお、この場
合の前記凸曲面Ｓの曲率も前記の実施例と同様に６／Ｄ
から２／３Ｄの間で選定することが好ましい。

【００４０】図３の実施例では、スピンドル３６の下端
平滑面に、プランジャ３５の上端凸曲面Ｓを圧接させる
ので、プランジャ３５の材質がスピンドル３５の材質よ
りも軟らかいと、凸曲面Ｓが磨耗して点接触効果が失わ
れる。また、過剰に硬い材質を用いるとスピンドル３６
を磨耗させることになる。そのため、プランジャ３５の
材質の硬さとしては、スピンドル３６に用いられる材質
の硬さの１．５倍から２．５倍の範囲であることが好ま
しい。この場合、プランジャ３５の材質としては、種々
の金属、セラミックス、合成樹脂材、合成樹脂を一成分
とする複合材が使用できる。

【００４１】図４の実施例では、プランジャ３５の上端
平滑面に、スピンドル３６の下端凸曲面Ｓを圧接させる
ので、スピンドル３６の材質がプランジャ３５の材質よ
りも軟らかいと、凸曲面Ｓが磨耗して点接触効果が失わ
れる。また、過剰に硬い材質を用いるとプランジャ３５
を磨耗させることになる。そのため、プランジャ３５の
材質の硬さとしては、プランジャ３５に用いられる材質
の硬さの１．５倍から２．５倍の範囲であることが好ま
しい。この場合、スピンドル３６の材質としては、種々
の金属、セラミックス、合成樹脂、合成樹脂を一成分と
する複合材が使用できる。

【００４２】

【発明の効果】本発明のモータ式制御弁では、スピンド
ルの下端面とプランジャ上端面との間に、上下両端に凸
曲面を有する軸対称体を圧接状態で介在させるか、もし
くはスピンドル及びプランジャの当接面のいずれか一方
を平滑面とし、他方を凸曲面として、平滑面と凸曲面と
を圧接状態で接触させるので、スピンドルとプランジャ
は単点または多点での点接触となり、スピンドルが下降
または上昇する時には、プランジャに接しているＯリン
グの摩擦抵抗がスピンドルとプランジャ間の摩擦抵抗よ
りも大きいため、スピンドルが回転してもプランジャが
回転することはない。

【００４３】従って、この制御弁では、プランジャに回
転運動を与えず、上下運動だけを与えるので、グランド
の上端面におけるプランジャ挿通穴に設ける液体洩れ防
止用のＯリングにプランジャの上下運動による接触摩擦
力だけを作用させことになり、Ｏリングの耐久性を従来
のこの種の制御弁よりも大幅に改善することができる。
また、Ｏリングに作用する摩擦力の大きさは、回転方向
と上下方向との合摩擦力から回転方向の摩擦力を減じた
大きさとなるから、減じた分に相当するエネルギー量が
削減でき、省エネに寄与する。

【００４４】また、プランジャと、軸対称体と、スピン
ドルとを互いにに圧接するための手段として、図１のよ
うに、プランジャの下方部にフランジを設けて、このフ
ランジとオリフィス押さえ板との間にスプリングを介装
する構成とした場合には、スピンドルはスプリングによ
り常に上方へ押し上げられる力を受けるとともに、外周
の雄螺子と上部弁筐体の雌螺子との螺合により機械的に
接しているので、プランジャの下端の弁体先端とスピン
ドルの下端平滑面との距離は一定となる。それにより、
流体を制御するプランジャが上方向又は下方向に移動し
てもこの関係は変わらないので、プランジャに働く流体
圧力が変動したとしてもやはりこの関係は変わらない。
このため、ヒステリヒスを極めて小さくすることができ
る。また、弁体とオリフィスとの位置関係が同一なら
ば、開弁方向、閉弁方向の如何によらず弁開度を同一と
することができ、流体流量を同一とすることができる。

【００４５】本発明では流体の流れ方向が変化したとし
ても、流体圧力によりプランジャに働く力が一方向とな
るとともに、前記のプランジャに働く力と同方向にスプ
リングの力が作用しているため、流体の流れ方向が変化
しても流体を制御するプランジャに作用する力は一定方
向となる。これにより流路を流入口、流出口と区切る必
要がなく、どちらを流入口、流出口としてもよい。

【００４６】また、本発明では、流体圧力によりプラン
ジャに働く力と、スプリングによりプランジャに働く力
とによってスピンドルが軸方向に移動することはない。
つまり、モータを停止した位置でプランジャの位置を保
つことができるため、従来の電磁比例弁のように、プラ
ンジャの位置を保つために通電し続けなければならない
という問題を解消し、省エネに寄与する。

【００４７】実施例で示したように、本発明のモータに
ステッピングモータを使用した場合には、モータをプラ
ンジャが閉じる方向へ作動させた際に、プランジャがオ
リフィスと接する時のステッピングモータにかかる負荷
が、ステッピングモータのもつ最大トルク以上になり、
ステッピングモータは回転することがない。この時の位
置を制御装置に基準位置として認識させ、次回からはこ
の基準位置を起点として動作させることにより、確実に
基準位置を割り出すと共に、制御装置でフィードバック
させる必要がないので、電動比例弁自体にフィードバッ
ク機構を必要としないという利点を有する。

【００４８】さらに、図８のように、オリフィスと弁体
の接合面を同じ角度とし、オリフィスをプランジャの弁
体よりも軟質な材料により形成した場合には、弁体をオ
リフィスへ押し付けることを繰り返すと、塑性変形や磨
耗によりオリフィスは弁体の形状に沿って変形する。こ
のため、基準位置を上記のような方法で割り出すことに
より常に全閉状態が起点となり、オリフィスの形状は弁
体に沿って変形するのでオリフィスと弁体との位置関係
が変わることがない。つまり、オリフィスと弁体との形
状変化による流量特性の変化が生じない。また、弁体よ
りもオリフィスの変形が大きいため弁体の磨耗量が少な
く耐久性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るモータ式制御弁の構
成を示す断面図。

【図２】本発明の主要構成部品の他の実施形態を示す断
面図。

【図３】同じく本発明の主要構成部品の別の実施形態を
示す断面図。

【図４】同じく本発明の主要構成部品のさらに別の実施
形態を示す断面図。

【図５】従来の電磁式制御弁の構成を示す断面図。

【図６】従来のモータ式制御弁の構成を示す断面図。

【図７】従来のモータ式制御弁におけるフィードバック
機構の一例を示す断面図。

【図８】図１に示す弁体とオリフィスとの構成を示す部
分拡大断面図。

【符号の説明】

３０：下部弁筐体３１：上部弁筐体３２：ベース３３：モータ３４：弁体３５：プランジャ３６：スピンドル３７：グライド３８：流入口３９：流出口４０：オリフィス４１：オリフィス基板４２：押さ板４３：貫通孔４４：ガイドピン４５：導入室４６：中空室４７：フランジ４８：スプリング４９：Ｏリング５０：Ｏリング５１：雌螺子５２：雄螺子５３：軸受け５４，５５：歯車５６：軸対称体５０６ａ，５０６ｂ，５０６ｃ：軸対称体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者古高正章神奈川県川崎市麻生区五力田２−８−４伸和コントロールズ株式会社内Ｆターム(参考） 3H062 AA02 AA14 BB30 CC02 DD01 EE06 FF41

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弁体の駆動に電動機を用いて流体の流量
を制御するモータ弁において、軸径Ｄを有するスピンド
ルの下端平滑面とプランジャ上端平滑面との間に、上下
両端部に曲率６／Ｄから２／３Ｄの範囲内にある凸曲面
を有し、全体が軸径Ｄの軸対称をなすような形状の軸対
称体を、前記上下両凸曲面と前記両平滑面とが圧接状態
を保持されるようにして接触介在させたモータ式制御
弁。
【請求項２】弁体の駆動に電動機を用いて流体の流量
を制御するモータ弁において、軸径Ｄを有するスピンド
ルの下端平滑面に、上端部に曲率６／Ｄから２／３Ｄの
範囲内にある凸曲面を有する軸径Ｄをもつたプランジャ
を、前記凸曲面と前記平滑面とが圧接状態を保持される
ようにして接触介在させたモータ式制御弁。
【請求項３】弁体の駆動に電動機を用いて流体の流量
を制御するモータ弁において、軸径Ｄを有するプランジ
ャの上端平滑面に、下端部に曲率６／Ｄから２／３Ｄの
範囲内にある凸曲面を有する軸径Ｄをもつたスピンドル
を、前記凸曲面と前記平滑面とが圧接状態を保持される
ようにして接触介在させたモータ式制御弁。
【請求項４】スピンドルの下端平滑面とプランジャ上
端平滑面との間に上下両端部に凸曲面を有する軸対称体
を配置して、これらの部材を互いに圧接状態で保持する
ための手段が、プランジャを上方へ押し上げるように該
プランジャの下端部に介装されたスプリングである請求
項１に記載のモータ式制御弁。
【請求項５】下端を平滑面としたスピンドルと、上端
部に凸曲面を設けたプランジャにおける前記平滑面と前
記凸曲面とを互いに圧接状態で保持するための手段が、
プランジャを上方へ押し上げるように該プランジャの下
端部に介装されたスプリングである請求項２に記載のモ
ータ式制御弁。
【請求項６】上端を平滑面としたプランジャと、下端
部に凸曲面を設けたスピンドルにおける前記凸曲面と前
記平滑面とを互いに圧接状態で保持するための手段が、
プランジャを上方へ押し上げるように該プランジャの下
端部に介装されたスプリングである請求項３に記載のモ
ータ式制御弁。
【請求項７】軸径Ｄを有するスピンドルの下端平滑面
とプランジャ上端平滑面との間に圧接状態で介在される
軸対称体の材質硬度が、スピンドル及びプランジャに用
いられる材質硬度の１．５倍から２．５倍の範囲から選
ばれた材質である請求項１又は４に記載のモータ式制御
弁。
【請求項８】軸径Ｄを有するスピンドルの下端平滑面
に、上端部の凸曲面を圧接する軸径Ｄを有するプランジ
ャの材質硬度が、スピンドルに用いられる材質硬度の
１．５倍から２．５倍の範囲から選ばれた材質である請
求項２又は５に記載のモータ式制御弁。
【請求項９】軸径Ｄを有するプランジャの上端平滑面
に、下端部の凸曲面を圧接する軸径Ｄを有するスピンド
ルの材質硬度が、プランジャに用いられる材質硬度の
１．５倍から２．５倍の範囲から選ばれた材質である請
求項３又は６に記載のモータ式制御弁。
【請求項１０】弁体の駆動に電動機を用いて流体の流
量を制御するモータ弁において、閉弁時に制御弁体と当
接するオリフィス部を構成する材質が合成樹脂又は、合
成樹脂を一成分とする複合材である請求項１，４，７又
は請求項２，５，８又は請求項３，６，９に記載のモー
タ式制御弁。
【請求項１１】弁体の駆動に電動機を用いて流体の流
量を制御するモータ弁において、電動機がステッピング
モータである請求項１，４，７又は請求項２，５，８又
は請求項３，６，９に記載のモータ式制御弁。