JP2011214666A - バルブ機構およびバルブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】円形断面の弁体によって通路を開閉するバルブ装置と提供すること。
【解決手段】弁室１２には弁座面１２３ａが形成され、弁座面１２３ａには上流端開口３ａが露出している。弁体１４は弁座面１２３ａとの間で弁体１４を転動可能に保持する傾斜面１５２ａと上流端開口３ａを開放する際に弁体１４を移動させる当接面１５２ｃを備える。傾斜面１５２ａは、弁体保持部材１５が第２位置１５Ｂに位置したときに、弁体保持部材１５が第１位置１５Ａに位置したときよりも弁座面１２３ａに接近するように傾斜している。第１位置１５Ａから第２位置１５Ｂへ弁体保持部材１５を移動させると、傾斜面１５２ａにより弁体１４が閉じ位置１４Ｂに移動させられて上流端開口３ａを閉鎖する。第２位置１５Ｂから第１位置１５Ａへ弁体保持部材１５を移動させると、当接面１５２ｃにより弁体１４が開き位置１４Ａに移動させられ上流端開口３ａを開放する。
【選択図】図１

Description

本発明は、円形断面の弁体により流路を開閉するバルブ機構に関する。より詳細には、円形断面の弁体をバネ部材によって付勢することなく流路を開閉できるバルブ機構およびバルブ装置に関する。

球状の弁体によって通路を開閉するバルブ装置は、例えば、特許文献１、２に記載されている。特許文献１では、通路は回転可能な円盤を貫通するように設けられており、弁体はコイルバネによって円盤に向かって付勢されている。円盤が回転して通路の開口の位置と弁体の位置が一致すると、弁体はコイルバネの付勢力によって開口を塞ぎ、通路を閉鎖する。円盤が回転して流路の開口の位置と弁体の位置がずれると、開口と弁体との間に隙間が形成されて、通路が開放状態となる。特許文献２では、通路は弁体が配置されている弁室内に露出する開口を備えている。弁体は、板バネによって支持されており、弁室内で回転する回転体に設けられたカム面に従動するようになっている。通路が閉じられる際には、弁体はカム体によって開口に向かって移動させられて、開口を塞ぐ。通路が開かれる際には、弁体は、カム体によって開口から離れる方向に移動させられ、板バネによって開口の周辺に設けられたテーパー面に押し付けられる。これにより、開口と弁体との間に隙間が形成される。

実開昭６２−１７４１８０号公報 特開２００７−１６９３５号公報

上記の特許文献では、通路を開閉するために弁体を付勢するバネ部材が必要となっているので、その分、部品点数が増加するという問題がある。また、バルブ装置を組み立てる際に、バネ部材を弁体と当接するように組み込まなければならないので、その分、組み立ての作業性が低下するという問題がある。

以上の問題点に鑑みて、円形断面の弁体をバネ部材によって付勢することなく通路を開閉できるバルブ機構、およびバルブ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のバルブ機構は、
円形断面の弁体と、
前記弁体によって開閉される流体流通口と、
前記弁体の円形外周面の一部が面接触可能な湾曲面からなる弁座面を備え、当該弁座面に前記流体流通口が開口している弁座と、
前記弁体を、その円形断面の中心軸線回りに転動可能な状態で保持している弁体保持部材と、
前記弁体が前記流体流通口を開放する第１位置および前記弁体が前記流体流通口を閉鎖する第２位置に前記弁体保持部材を移動させる移動機構とを有し、
前記弁体保持部材は、前記弁座面との間に前記弁体を転動可能な状態で保持するために当該弁座面に対向配置されている弁体保持面と、当該弁体保持部材が前記第２位置から前記第１位置へ移動する際に前記弁体を前記第１位置へ向かう第１方向に移動させるための当接面を有し
前記弁体保持面は、前記弁体保持部材が前記第２位置に位置したときに、前記弁体保持部材が前記第１位置に位置したときよりも弁座面に接近するように前記弁体保持部材の移動方向に傾斜した傾斜面であり、
前記弁体保持部材の前記第１方向の移動に伴って前記弁体保持面の前記弁座面から離間した位置に移動した前記弁体を前記当接面により前記第１方向へ移動させて前記流体流通口を開放し、前記弁体保持部材の前記第１位置から前記第２位置へ向かう第２方向の移動に伴って、前記弁体保持面が前記弁体を前記第２方向に移動させて前記弁体保持面の前記弁座面に近接した位置において前記流体流通口を閉鎖することを特徴とする。

本発明によれば、弁体保持部材を第１位置に移動させると、弁座面と弁体保持面の間に転動可能な状態で保持されている弁体は、弁体保持面の弁座面から離間した位置に移動するとともに、当接面により第１方向へ移動させられて流体流通口を開放する。また、弁体保持部材を第２位置に移動させると、第１位置から第２位置へ向かう第２方向の移動に伴って、弁体は、弁体保持面によって第１方向に移動させられる。ここで、弁体保持面は、弁体保持部材が第２位置に位置したときに、弁体保持部材が第１位置に位置したときよりも弁座面に接近するように弁体保持部材の移動方向に傾斜した傾斜面なので、弁体保持部材の第２方向への移動に伴って、弁体保持面上の弁体は弁座面に接近し、流体流通口を閉鎖する。この結果、弁体をバネ部材によって弁座面に付勢することなく、流体流通口を密閉できる。流路を開閉するためにバネ部材によって弁体を直接付勢する構成を採用する必要がないので、部品点数が削減されるとともに、組み立て作業が容易となる。

本発明において、前記移動機構は、前記弁体保持部材を前記第１位置および前記第２位置の間で回動させることが望ましい。このようにすれば、移動機構によって弁体保持部材を直動させる場合と比較して、バルブ機構の小型化を図ることができる。

この場合において、前記弁体保持部材の前記当接面は、前記弁体保持部材の前記回動中心線に向いている保持面部分を備えていることが望ましい。このようにすれば、弁体が弁体保持部材の回動中心と直交する方向に外れてしまうことを防止できる。

本発明において、前記移動機構は、駆動源としてのソレノイドアクチュエータと、このソレノイドアクチュエータの直線運動を前記弁体保持部材の回動運動に変換する運動変換機構を備えていることが望ましい。弁体保持部材を回動させるための駆動源としては、例えば、ステッピングモータを用いることもできるが、運動変換機構を備えることにより、駆動源としてソレノイドアクチュエータを用いれば、バルブ機構の応答性を向上させることができる。また、ソレノイドアクチュエータを用いれば、ステッピングモータを用いる場合と比較して、バルブ機構を駆動するための制御回路を簡易なものとすることができる。

ここで、前記運動変換機構は、前記ソレノイドアクチュエータによって前記弁体保持部材の回動中心線上を移動させられるスライド部材と、前記スライド部材の前記回動中心線回りの回転を規制する回動規制部と、前記弁体保持部材の前記回動中心線の方向の移動を規制する直動規制部と、前記弁体保持部材において前記回動中心線と同軸に形成されており、前記スライド部材が前記回動中心線の方向に移動可能に挿入されている貫通孔と、前記スライド部材の前記回動中心線の方向の直動を弁体保持部材の前記回動中心線回りの回動に変換するために前記スライド部材と前記貫通孔との間に設けられたカムを備えていることが望ましい。

この場合において、前記カムは、前記スライド部材の外周面の周方向に沿って螺旋に形成され、前記回動中心線と平行な方向を向いている傾斜カム面と、前記貫通孔の内周面の周方向に沿って螺旋に形成され、前記回動中心線と平行な方向を向いている傾斜面からなるカムフォロワーとを備えていることが望ましい。このようにすれば、カムが面と面とが摺動する構成を備えるので、バルブ機構の耐久性が向上する。

次に、本発明のバルブ装置は、
流体入口および流体出口が形成されている弁室と、
上記のバルブ機構とを有し、
前記弁室は、前記流体入口または前記流体出口を前記流体流通口として前記弁座が形成されている第１壁面部分と、前記第１壁面部分と対向している第２壁面部分とを備えており、
前記第２壁面部分は、ダイヤフラムによって規定されており、
前記弁室内には、前記弁体、前記弁体保持部材および前記運動変換機構が配置されており、
前記弁室の外には、前記ソレノイドアクチュエータが配置されており、
前記ソレノイドアクチュエータは、前記ダイヤフラムを介して前記運動変換機構と接続されていることを特徴とする。

本発明のバルブ装置によれば、ダイヤフラムによって、流体が流通する弁室と、ソレノイドアクチュエータとの間の気密性や液密性を確保した状態で、流路を開閉することができる。

本発明によれば、弁体保持部材を第１位置に移動させると、弁座面と弁体保持面の間に転動可能な状態で保持されている弁体は、弁体保持面の弁座面から離間した位置に移動するとともに、当接面により第１方向へ移動させられて流体流通口を開放する。また、弁体保持部材を第２位置に移動させると、第１位置から第２位置へ向かう第２方向の移動に伴って、弁体は、弁体保持面によって第１方向に移動させられる。ここで、弁体保持面は、弁体保持部材が第２位置に位置したときに、弁体保持部材が第１位置に位置したときよりも弁座面に接近するように弁体保持部材の移動方向に傾斜した傾斜面なので、弁体保持部材の第２方向への移動に伴って、弁体保持面上の弁体は弁座面に接近し、流体流通口を閉鎖する。この結果、弁体をバネ部材によって弁座面に付勢することなく、流体流通口を密閉できる。流路を開閉するためにバネ部材によって弁体を直接付勢する構成を採用する必要がないので、部品点数が削減されるとともに、組み立て作業が容易となる。

バルブ機構の動作原理を説明するための説明図である。 本発明を適用したバルブ装置の外観を示す斜視図である。 開状態のバルブ装置の上側部分の図２のＡ−Ａ´線における断面図である。 開状態のバルブ装置の上側部分の図２のＢ−Ｂ´線における断面図である。 （ａ）はバルブ装置の上側部分の分解斜視図であり、（ｂ）は上側ケースを凹部の側から見た斜視図である。 閉状態のバルブ装置の上側部分の図２のＢ−Ｂ´線における断面図である。 通路の開閉動作を説明するための説明図である。 本発明を適用したバルブ装置の変形例の内部構成を示す部分断面図である。

図面を参照しながら、本発明を適用したバルブ機構を説明する。

（バルブ機構の動作原理）
図１はバルブ機構の動作原理を説明するための説明図である。図１（ａ）は弁体保持部材が第１位置にある状態を示し、図１（ｂ）は弁体保持部材が第１位置から第２位置へ移動する途中の状態を示し、図１（ｃ）は弁体保持部材が第２位置の間にある状態を示す。

バルブ機構１００は、球状の弁体１０１と、弁体１０１によって開閉される流体流通口１０２と、流体流通口１０２が開口している弁座１０３と、弁体１０１を、その円形断面の中心軸線Ｌ０回りに転動可能な状態で保持する弁体保持部材１０４と、弁体保持部材１０４を図１（ａ）に示す第１位置１０４Ａ、および、図１（ｃ）に示す第２位置１０４Ｂに移動させる移動機構１０５とを有している。

弁座１０３は、弁体１０１の円形外周面の一部が面接触可能な湾曲面からなる弁座面１０３ａを備えており、流体流通口１０２はこの弁座面１０３ａに開口している。

弁体保持部材１０４は、弁座面１０３ａとの間に弁体１０１を転動可能な状態で保持するために弁座面１０３ａに対向配置されている弁体保持面１０４ａと、弁体保持部材１０４が第２位置１０４Ｂから第１位置１０４Ａへの移動に移動する際に、弁体１０１を第１位置１０４Ａへ向かう第１方向Ｄ１に移動させるための当接面１０４ｂを有している。弁体保持面１０４ａは、弁体保持部材１０４が第２位置１０４Ｂに位置したときに、弁体保持部材１０４が第１位置１０４Ａに位置したときよりも弁座面１０３ａに接近するように弁体保持部材１０４の移動方向に傾斜した傾斜面である。換言すれば、弁体保持面１０４ａは、弁体保持部材１０４の移動方向において、第１位置１０４Ａの側から第２位置１０４Ｂに向かって弁座面１０３ａに対して離間する方向に傾斜する傾斜面である。

移動機構１０５は、駆動源１０５ａと、駆動源１０５ａからの駆動力を弁体保持部材１０４に伝達する駆動力伝達経路（図１の矢印）を備えている。移動機構１０５は、弁体保持部材１０４を第１位置１０４Ａと第２位置１０４Ｂの間で往復移動させる。

第１位置１０４Ａでは、弁体１０１は弁座面１０３ａの一部および当接面１０４ｂに当接して流体流通口１０２を開放している開き位置１０１Ａに保持されている。第２位置１０４Ｂでは、弁体１０１は弁座面１０３ａに面接触して流体流通口１０２を閉鎖した閉じ位置１０１Ｂに保持されている。

（バルブ機構による流体流通口の開閉動作）
図１（ａ）に示すように、バルブ機構１００が流体流通口１０２を開放している状態では、弁体保持部材１０４は第１位置１０４Ａに位置し、弁体１０１は開き位置１０１Ａに保持されている。すなわち、弁体保持面１０４ａに載せられた弁体１０１は、弁座面１０３ａの下端縁部分および当接面１０４ｂと当接し、流体流通口１０２との間に隙間を開けている状態に保持されている。

流体流通口１０２を閉鎖する場合には、図１（ｃ）に示すように、弁体保持部材１０４は移動機構１０５によって第１位置１０４Ａから第２位置１０４Ｂへ移動させられる。

ここで、弁体保持面１０４ａは、弁体保持部材１０４が第１位置１０４Ａに位置したときよりも弁座面１０３ａに接近するように弁体保持部材１０４の移動方向に傾斜した傾斜面なので、弁体保持部材１０４が第１位置１０４Ａから第２位置１０４Ｂへ向かう第２方向Ｄ２に移動するのに伴って、弁体保持面１０４ａが弁体１０１を第２方向Ｄ２へ移動させる。また、弁体保持面１０４ａは、弁体保持部材１０４が第１位置１０４Ａに位置したときよりも弁座面１０３ａに接近するように弁体保持部材１０４の移動方向に傾斜した傾斜面なので、弁体保持面１０４ａ上の弁体１０１は、弁体保持部材１０４が第２方向Ｄ２に移動するのに伴って弁座面１０３ａに接近し、流体流通口１０２を閉鎖する。

また、弁体保持面１０４ａは、弁座面１０３ａとの間に弁体１０１を転動可能な状態で保持されているので、弁体１０１が、第１位置１０４Ａから第２位置１０４Ｂへ向かう第２方向Ｄ２に移動する間、弁座１０３側の一部分が弁座面１０３ａの内側に位置した状態で転動している。このため、図１（ｂ）に示すように、弁体１０１は、弁体保持部材１０４が第２位置１０４Ｂに至る前に、当接面１０４ｂ側の上側部分が弁座面１０３ａの一部分に当接した状態となる。その後に、弁体保持部材１０４が更に第２方向Ｄ２に移動すると、弁体保持面１０４ａが第２方向Ｄ２へ移動することにより、弁体保持面１０４ａ上の弁体１０１は弁座面１０３ａに接近する。この結果、弁体１０１は弁座面１０３ａに面接触した状態となり、閉じ位置１０１Ｂに保持される。従って、バルブ機構１００によれば、弁体１０１をバネ部材によって弁座面１０３ａに付勢することなく、流体流通口１０２を密閉できる。

流体流通口１０２を開放する場合には、弁体保持部材１０４は移動機構１０５によって第２位置１０４Ｂから第１位置１０４Ａに向かう第１方向Ｄ１へ移動させられる。

ここで、弁体保持部材１０４が第１方向Ｄ１へ移動すると、弁座面１０３ａと弁体保持面１０４ａの間に転動可能な状態で保持されている弁体１０１は、弁体保持面１０４ａの弁座面１０３ａから離間した位置に移動するとともに、当接面１０４ｂによって第１方向Ｄ１へ移動させられる。そして、弁体保部材１０４が第１位置１０４Ａに至ると、弁体１０１は、図１（ａ）に示す開き位置１０１Ａに至る。開き位置１０１Ａでは、弁体１０１には当接面１０４ｂが当接しており、弁体１０１は弁座面１０３ａの一部と当接面１０４ｂとの間に挟まれた状態となっている。よって、弁体１０１をバネ部材によって付勢することなく、流体流通口１０２を開放した状態を維持できる。

なお、弁体１０１としては、円形断面のものを用いることができ、球状のもののほか、円柱形状のものを用いることができる。

また、弁座面１０３ａは、弁体１０１の円形外周面の曲率と同じ曲率を有する湾曲面として形成することができるが、当該湾曲面に限られるものではない。

さらに、移動機構１０５としては、弁体保持部材１０４を第１位置１０４Ａと第２位置１０４Ｂとの間で直動させるもの、或いは、弁体保持部材１０４を第１位置１０４Ａと第２位置１０４Ｂとの間で回動させるものを採用することができる。

弁体保持部材１０４を直動させる場合には、駆動源１０５ａとして、例えば、ソレノイドアクチュエータを用いることができる。弁体保持部材１０４を回動させる場合には、駆動源１０５ａとして、ステッピングモータなどを用いることができる。

また、弁体保持部材１０４を回動させる場合には、駆動力伝達経路の途中に直動運動を回動運動に変換する運動変換機構を配置することにより、駆動源１０５ａとしてソレノイドアクチュエータを用いこともできる。なお、弁体保持部材１０４を回動させる場合には、弁体保持部材１０４の当接面１０４ｂが、弁体保持部材１０４の回動中心線に向いている保持面部分１５２ｅ（図５参照）を備えるように構成しておくことが望ましい。このようにすれば、弁体１０１が、回動中心線と直交する方向に外れてしまうことを防止できる。

（バルブ装置）
以下に本発明のバルブ機構１００を搭載したバルブ装置の構成例を説明する。図２はバルブ装置の外観を示す斜視図である。バルブ装置１は、全体として軸状をしている。バルブ装置１は、流入管２と流出管３がそれぞれ軸線Ｌ１と平行に設けられている上側ケース４と、駆動源となるソレノイドアクチュエータ５が搭載されている下側ケース６を備えている。上側ケース４と下側ケース６との間には中間ケース７が挟まれている。

バルブ装置１は、ノーマルクローズ型のアクティブバルブであり、流入管２および流出管３を介して連続する通路における流体の流れを制御する。ソレノイドアクチュエータ５への給電によってソレノイドアクチュエータ５が励磁されると、バルブ装置１は通路を開状態とする。ソレノイドアクチュエータ５への給電が停止され、ソレノイドアクチュエータ５の励磁が解除されると、バルブ装置１は流入管２および流出管３を介して連続する通路を閉状態とする。流体としては、気体あるいは液体が用いられる。本例では、バルブ機構１００は、流出管３の上流端開口３ａを開閉するために用いられている。

（内部構成）
図３は開状態のバルブ装置１の上側部分のＡ−Ａ´線における断面図である。図４は開状態のバルブ装置１の上側部分のＢ−Ｂ´線における断面図である。図５（ａ）はバルブ装置１の上側部分の分解斜視図であり、図５（ｂ）は上側ケース４を凹部の側から見た斜視図である。図６は閉状態のバルブ装置の上側部分のＢ−Ｂ´線における断面図である。

図３、図４に示すように、上側ケース４には、下端面１０から上方に窪む凹部１１が形成されている。この凹部１１は弁室１２の天井面（第１壁面部分）１２１および内周面１２２を規定している。天井面１２１には流入管２の下流端開口２ａ（図５（ｂ）参照）と流出管３の上流端開口（流体流通口１０２）３ａが露出している。流入管２の下流端開口２ａおよび流出管３の上流端開口３ａは円形となっている。下流端開口２ａと上流端開口３ａとは軸線Ｌ１回りに９０°離れた位置に形成されている。

弁室１２の底面（第２壁面部分）は円盤形状のダイヤフラム１３によって規定されている。凹部１１の下端縁部分には、下側から上側に向かって第１円環状段部１１１と第２円環状段部１１２がこの順番で形成されており、ダイヤフラム１３は、その外周縁部分の厚肉部分が下端側の第１円環状段部１１１の下向き面と中間ケース７の上端面から突出する円環状突部７１の上端面との間に挟まれることにより、上側ケース４と中間ケース７の間に固定されている。

弁室１２内には、天井面１２１の側からダイヤフラム１３の側に向かって、球状の弁体１４、弁体１４を保持している弁体保持部材１５、弁体保持部材１５を載せている円形プレート１６がこの順番で配置されている。

また、弁室１２の天井面１２１には弁座１２３（弁座１０３）が形成されている。弁座１２３は弁体１４の表面曲率と同じ曲率を有する凹曲面からなる弁座面１２３ａ（弁座面１０３ａ）を備えており、弁座面１２３ａの中央部分には、流出管３の上流端開口３ａ（流体流通口１０２）が露出している。

図５（ａ）に示すように、弁体保持部材１５（弁体保持部材１０４）は、筒状の軸部１５１と、軸部１５１から当該軸部１５１の軸線Ｌ１と直交する方向に延びている弁体保持部１５２を備えている。軸部１５１の上側部分は、弁室１２の内周面１２２から内側に突出する側壁部１２２ａの円弧形状の内周面によって外周側から支持されている。これにより、弁体保持部材１５は、軸部１５１の軸線と一致する回動中心線Ｌ２回りに回動可能となっている。軸部１５１の上端面は弁室１２の天井面１２１に当接しており、軸部１５１の下端面は、円形プレート１６の偏芯した位置から上方に突出する円環状突部１６１の上端面に当接している。これにより弁体保持部材１５は、回動中心線Ｌ２の方向への移動が規制された状態となっており、回動中心線Ｌ２と直交する平面上を回動する。

弁体保持部１５２は、図４に示すように、弁座面１２３ａに対向して接近および離れる方向に傾斜している傾斜面１５２ａ（弁体保持面１０４ａ）を備えている。また、傾斜面１５２ａにおける弁座面１２３ａから最も離れている側の端から弁座面１２３ａの側に延びている突部１５２ｂを備えている。傾斜面１５２ａは、弁座面１２３ａとの間に弁体を転動可能な状態で保持するための面である。突部１５２ｂは、上流端開口３ａを開放する際に弁体１４を移動させるためのものであり、傾斜面１５２ａの側に、弁体１４に当接可能な当接面１５２ｃ（当接面１０４ｂ）を備えている。

また、突部１５２ｂは、回動中心線Ｌ２と直交する方向において、軸部１５１の外周面と対向する移動規制部１５２ｄを備えており、弁体１４は、軸部１５１と移動規制部１５２ｄの間を転動可能に支持されている。移動規制部１５２ｄの軸部１５１の外周面と対向する端面（保持面部分）１５２ｅは、突部１５２ｂの傾斜面１５２ａ側の端面と連続するように形成されている。

さらに、弁体保持部材１５には、図５に示すように、軸部１５１から外周側に突出するバネ係合部１５３が形成されている。バネ係合部１５３は、傾斜面１５２ａを挟んで突部１５２ｂとは反対側に設けられている。バネ係合部１５３と弁室１２の内周面１２２との間には、コイルバネ１７が挿入されている。

ここで、当接面１５２ｃ、移動規制部１５２ｄの端面１５２ｅ、バネ係合部１５３の傾斜面１５２ａ側の面１５３ａ、および、弁室１２の内周面１２２は、協働して弁体１４が弁体保持部材１５から外れないように弁体１４の移動範囲を規制している。この結果、弁体１４は、傾斜面１５２ａ上において、当接面１５２ｃ、移動規制部１５２ｄの端面１５２ｅ、バネ係合部１５３の傾斜面１５２ａ側の面１５３ａ、および、弁室１２の内周面１２２によって規定されている弁室１２の所定空間で保持される。

円形プレート１６は、周縁部分が上側ケース４の第２円環状段部１１２の下向き面とダイヤフラム１３の周縁部分の上面の間に挟まれることにより固定されている。円形プレート１６は、回動中心線Ｌ２と同軸に形成された円環状突部１６１と、この円環状突部１６１の内側に回動中心線Ｌ２と同軸に形成されたプレート貫通孔１６２と、弁体保持部材１５の回動中心線Ｌ２回りの一方向の移動範囲を規制するための移動範囲規制用突部１６３を備えている。弁体保持部１５２は円環状突部１６１に載せられており、円環状突部１６１上で回動する。移動範囲規制用突部１６３は、円形プレート１６の偏芯した位置から上方に突出している。

次に、図３に示すように、弁室１２内には、ソレノイドアクチュエータ５の直線往復運動を弁体保持部材１５の回動中心線Ｌ２回りの回動運動に変換する運動変換機構１８が構成されている。運動変換機構１８は、ソレノイドアクチュエータ５とともに、弁体保持部材１５を上流端開口３ａの中心線Ｌ３と直交する平面に沿って移動させる移動機構１９を構成している。

移動機構１９は、弁体保持部材１５を、図３に示す第１位置１５Ａ（第１位置１０４Ａ）と、図６に示す第２位置１５Ｂ（第２位置１０４Ｂ）の間で往復移動させる。第１位置１５Ａでは、弁体１４は上流端開口３ａを開放している開き位置１４Ａに保持されている。開き位置１４Ａでは、傾斜面１５２ａ上の弁体１４は、弁座面１２３ａの周縁部分、突部１５２ｂの当接面１５２ｃと当接している。第２位置１５Ｂでは、弁体１４は弁座面１２３ａに面接触して流体流通口１０２を閉鎖した閉じ位置１５Ｂに保持されている。ここで、傾斜面１５２ａは、弁体保持部材１５が第２位置１５Ｂに位置したときに、弁体保持部材１５が第１位置１５Ａに位置したときよりも弁座面１２３ａに接近するように弁体保持部材１５の移動方向に傾斜している。換言すれば、傾斜面１５２ａは、弁体保持部材１５の移動方向において、第１位置１５Ａの側から第２位置１５Ｂの側に向かって弁座面１２３ａに対して離間する方向に傾斜している。

図２、図５に示すように、運動変換機構１８は、ソレノイドアクチュエータ５の駆動によって回動中心線Ｌ２上を移動させられるスライド部材１８１と、スライド部材１８１の回動中心線Ｌ２回りの回転を規制する回動規制部１２４と、スライド部材１８１がソレノイドアクチュエータ５によって上方に移動させられたときに、スライド部材１８１を回動中心線Ｌ２の方向の下方に付勢する力を発揮するバネ部材１８２を備えている。また、弁体保持部材１５の軸部１５１おいて回動中心線Ｌ２と同軸に形成されており、スライド部材１８１が回動中心線Ｌ２の方向に移動可能に挿入されている貫通孔１５１ａと、弁体保持部材１５の回動中心線Ｌ２の方向の移動を規制する直動規制部１８３と、スライド部材１８１の回動中心線Ｌ２の方向の直動を弁体保持部材１５の回動中心線Ｌ２回りの回動に変換するためのカム１８４を備えている。カム１８４はスライド部材１８１と弁体保持部材１５の貫通孔１５１ａとの間に設けられており、直動規制部１８３は弁室１２の天井面１２１と円形プレート１６の円環状突部１６１から構成されている。

スライド部材１８１は、軸状をしており、上側部分の断面形状が小判形をしている。下側部分の外周面部分にはカム１８４を構成するカム面が形成されている。図５に示すように、カム面は、スライド部材１８１の外周面の周方向に沿って螺旋に形成され、回動中心線Ｌ２と平行な方向を向いている傾斜カム面１８１ａである。回動規制部１２４は、弁室１２の天井面１２１に形成された小判形の凹部であり、スライド部材１８１は、その上端部分が回動規制部１２４の内側に挿入されたままの状態で、回動中心線Ｌ２上を移動可能となっている。図３に示すスライド部材１８１の上昇位置１８１Ａでは、スライド部材１８１の下端部分１８１ｂは、円形プレート１６のプレート貫通孔１６２の下端開口と同じ位置にある。

バネ部材１８２は、回動規制部１２４の天井面とスライド部材１８１の上端面の間に挿入されている。バネ部材１８２は、スライド部材１８１がソレノイドアクチュエータ５によって上方に移動させられると、圧縮させられてスライド部材１８１を下方に付勢する付勢力を発生する。また、バネ部材１８２は、ソレノイドアクチュエータ５への給電が停止し、ソレノイドアクチュエータ５の励磁が解除されると、その付勢力によってスライド部材１８１を下方に移動させる。

貫通孔１５１ａは、弁体保持部材１５の軸部１５１に回動中心線Ｌ２と同軸に形成されている。貫通孔１５１ａには、スライド部材１８１が回動中心線Ｌ２の方向に移動可能な状態で挿入されている。図５に示すように、貫通孔１５１ａの内周面には、その内周面の周方向に沿って螺旋に形成され、回動中心線Ｌ２と平行な方向を向いている傾斜面１５２ａからなるカムフォロワー１５１ｂが設けられている。カムフォロワー１５１ｂは、スライド部材１８１の傾斜カム面１８１ａと共にカム１８４を構成している。

ここで、カム１８４を構成する際に、傾斜カム面１８１ａの回動中心線Ｌ２回りの角度に対する回動中心線Ｌ２の方向の変化量を大きく形成しておく。すなわち、傾斜カム面の１８１ａのリード角を大きく形成しておく。また、カムフォロワー１５１ｂを傾斜カム面１８１ａと対応する形状としておく。このようにすれば、スライド部材１８１が回動中心線Ｌ２の方向に移動したときに、弁体保持部材１５を回動中心線Ｌ２回りに大きなトルクで回動させることができる。また、カム１８４が面と面とが摺動する構成を備えるので、バルブ装置１の耐久性を向上させることができる。

中間ケース７は、扁平な多角柱形状の本体部７０と、本体部７０の上端面から上方に突出する円環状突部７１と、本体部７０から下方に突出する筒部７２を備えている。円環状突部７１と筒部７２はバルブ装置１の軸線Ｌ１と同軸に形成されており、円環状突部７１が上側ケース４の第１円環状段部１１１の内側に挿入されることにより、中間ケース７は上側ケース４に固定されている。また、中間ケース７には、筒部７２の外周側を利用して下側ケース６が固定されている。

円環状突部７１および筒部７２の内側には、軸線Ｌ１と平行に延びる第１、第２ケース貫通孔７３、７４が形成されている。第１ケース貫通孔７３は弁体保持部材１５の回動中心線Ｌ２と同軸に形成されている。すなわち、第１ケース貫通孔７３は、弁体保持部材１５の軸部１５１の貫通孔１５１ａ、円形プレート１６のプレート貫通孔１６２、および、スライド部材１８１と同軸に形成されている。第２ケース貫通孔７４は、軸線Ｌ１を中心として第１ケース貫通孔７３から１８０°離れた位置に設けられている。

筒部７２には、ソレノイドアクチュエータ５の可動体５１に接続された移動体２０が軸線Ｌ１の方向に移動可能な状態で挿入されている。移動体２０は、可動体５１の移動に伴って軸線Ｌ１の方向に往復移動する。移動体２０は外周面が筒部７２の内周面に摺動する円盤部２０１と、円盤部２０１から軸線Ｌ１の方向の上方に突出する第１、第２柱部２０２、２０３を備えており、第１柱部２０２は第２柱部２０３よりも上方に長く突出している。第１柱部２０２は第１貫通孔１５１ａに挿入されており、第２柱部２０３は第２貫通孔１５１ａに挿入されている。

ソレノイドアクチュエータ５への給電が行なわれると、可動体５１は図６に示す待機位置５１Ａから上方に移動するので、移動体２０が筒部７２内を上方に移動する。これにより、第１柱部２０２の先端は、中間ケース７の上端面から突出する。この結果、ダイヤフラム１３を介してスライド部材１８１の下端部分１８１ｂを上方に押し上げて、スライド部材１８１を図３に示す上昇位置１８１Ａに移動させる。

スライド部材１８１の上昇によってバネ部材１８２が圧縮されるので、バネ部材１８２にはスライド部材１８１を下方に向かって付勢する付勢力が発生する。また、スライド部材１８１が上昇すると、カム１８４によって、弁体保持部材１５が第２位置１５Ｂから第１位置１５Ａに移動する。この際に、コイルバネ１７は圧縮して、弁体保持部材１５を第１位置１５Ａから第２位置１５Ｂに向かって付勢する付勢力を発生させる。

ソレノイドアクチュエータ５への給電が停止すると、移動体２０および可動体５１は待機位置５１Ａに戻る。この際に、スライド部材１８１は、バネ部材１８２に発生した付勢力によって、その下端部分１８１ｂが円形プレート１６のプレート貫通孔１６２から下方に露出した下降位置１８１Ｂ（図６参照）に下降させられる。スライド部材１８１が下降すると、カム１８４によって、弁体保持部材１５は第１位置１５Ａから第２位置１５Ｂに移動する。この際に、コイルバネ１７の付勢力が、弁体保持部材１５の第１位置１５Ａから第２位置１５Ｂへの移動を補助する。

（通路の開閉動作）
図３、図４、図６、図７を参照してバルブ装置１による通路の開閉動作を説明する。図７は上流端開口３ａおよび弁体１４の周辺部分を模式的に示す拡大図であり、図７（ａ）は弁体保持部材１５が第１位置１５Ａに位置した状態を示し、図７（ｂ）は弁体保持部材１５が第１位置１５Ａから第２位置１５Ｂに移動する途中の状態を示し、図７（ｃ）は弁体保持部材１５が第２位置１５Ｂに位置した状態を示している。

ソレノイドアクチュエータ５への給電が行なわれ、通路が開かれている開状態では、図３、図４に示すように、スライド部材１８１は上昇位置１８１Ａに位置しており、弁体保持部材１５は第１位置１５Ａに位置し、弁体１４は開き位置１４Ａに位置している。図７（ａ）に示すように、開き位置１４Ａでは、弁体１４は、弁座面１２３ａの周縁部分、傾斜面１５２ａおよび突部１５２ｂの当接面１５２ｃと当接しており、上流端開口３ａとの間に隙間を開けた状態で保持されている。バネ部材１８２は圧縮された状態となっており、スライド部材１８１を下方に付勢する付勢力を発生させている。コイルバネ１７も圧縮された状態となっており、弁体保持部材１５を第２位置１５Ｂに向かって付勢する付勢力を発生させている。弁体保持部材１５は移動範囲規制用突部１６３に当接している。

通路を閉じる際には、ソレノイドアクチュエータ５への給電が停止される。すると、図６に示すように、可動体５１は待機位置５１Ａまで下降する。また、可動体５１とともに、移動体２０が下降する。スライド部材１８１は、バネ部材１８２に発生した付勢力によって下方に移動させられて、下降位置１８１Ｂに至る。

スライド部材１８１が下降すると、弁体保持部材１５は、カム１８４によって、回動中心線Ｌ２回りに第１位置１５から第２位置１５Ｂへ向かう第２回動方向Ｄ４（第２方向Ｄ２）へ回動させられる。この際に、コイルバネ１７の付勢力が弁体保持部材１５の第
２回動方向Ｄ４への回動を補助する。

弁体保持部材１５が第１回動方向Ｄ３に移動すると、図７（ｃ）に示すように、弁体保持部材１５に保持されている弁体１４は、開き位置１４Ａから傾斜面１５２ａによって第２回動方向Ｄ４へ移動させられる。

ここで、弁体１４は、弁体１４の天井面１２１の側の一部分が弁座面１２３ａの内側に挿入された状態で転動するように弁体保持部材１５に保持されている。このため、図７（ｂ）に示すように、弁体保持部材１５が第２位置１５Ｂに至る前に、弁体１４は、第２回動方向Ｄ４の前側の上側部分１４ｂが弁座面１２３ａの周縁部分に当接する。

その後、更に、弁体保持部材１５が第２回動方向Ｄ４に移動すると、傾斜面１５２ａは、弁体保持部材１５が第２位置１５Ｂに位置したときに、弁体保持部材１５が第１位置１５Ａに位置したときよりも弁座面１２３ａに接近するように弁体保持部材１５の移動方向に傾斜しているので、傾斜面１５２ａ上の弁体１４は、弁座面１２３ａに接近する。しかる後に、弁体保持部材１５が第２位置１５Ｂに到達すると、図７（ｃ）に示すように、弁体１４は、上側部分が弁座面１２３ａに嵌り、弁座面１２３ａに面接触した閉じ位置１４Ｂに保持される。従って、上流端開口３ａは弁体１４によって密閉された状態となる。第２位置１５Ｂでは、バネ部材１８２およびコイルバネ１７は付勢力を発生していない状態となる。

次に、通路を開くためにソレノイドアクチュエータ５が駆動されると、可動体５１が上昇し、移動体２０はダイヤフラム１３を介してスライド部材１８１を押し上げる。スライド部材１８１が上昇すると、カム１８４によって、弁体保持部材１５は、回動中心線Ｌ２回りに第２位置１５Ｂから第１位置１５Ａに向かう第１回動方向Ｄ３に回動する。

弁体保持部材１５が第１回動方向Ｄ３に回動すると、突部１５２ｂの当接面１５２ｃが弁体１４に当接し、弁体１４を第２回動方向Ｄ４に移動させる。すると、弁体１４は、傾斜面１５２ａの弁座面１２３ａから離間した位置に移動するとともに、当接面１５２ｃによって第１揺動方向Ｄ３へ移動させられる。この結果、弁体１４と上流端開口３ａとの間には、隙間が形成される。

しかる後に、弁体保持部材１５が第１位置１５Ａに到達すると、図７（ａ）に示すように、傾斜面１５２ａ上の弁体１４は、弁座面１２３ａの縁部分、傾斜面１５２ａ、および、突部１５２ｂの当接面１５２ｃと当接した状態となり、弁体１４と下流端開口２ａとの間に隙間が形成された閉じ位置１４Ｂで保持される。

（本形態の効果）
本例のバルブ装置１によれば、バネ部材１８２によって弁体１４を天井面１２１に向かって付勢することなく、弁体１４によって流出管３の上流端開口３ａを密閉できる。また、バネ部材１８２によって弁体１４を付勢することなく、流出管３の上流端開口３ａを開放することができる。バネ部材１８２によって弁体１４を直接付勢する構成を採用する必要がないので、バルブ装置１の部品点数が削減されるとともに、その組み立て作業が容易となる。

また、本例のバルブ装置１によれば、弁体１４を駆動するための駆動源としてソレノイドアクチュエータ５を採用しているので、ステッピングモータを駆動源として用いる場合と比較して、バルブ装置１の応答性を向上させることができる。また、バルブ装置１を駆動するための制御回路を簡易なものとすることができる。

さらに、本例のバルブ装置１によれば、弁室１２の底面は、ダイヤフラム１３によって規定されており、ソレノイドアクチュエータ５は、ダイヤフラム１３を介してスライド部材１８１を移動させているので、弁室１２と駆動源の間の気密性や液密性が確保されている。

（バルブ装置の変形例）
図８は本発明を適用したバルブ装置の変形例の内部構成を示す部分断面図である。図８では、内部構成が分るように中間ケース７を省略して示してある。なお、本例は上記の実施の形態と同様の構成を備えているので、対応する部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。

本例では、円形プレート１６を省略して、ダイヤフラム１３に円形プレート１６の機能を持たせている。

すなわち、ダイヤフラム１３には回動中心線Ｌ２と同軸に上方に突出する円環状突出部１３ａが設けられており、弁体保持部材１５は筒状の軸部１５１の円環状下端面１５１ｃが円環状突出部１３ａに当接するようにして、円環状突出部１３ａの上に載せられている。円環状突出部１３ａの半径方向の断面形状は山型となっており、軸部１５１と円環状突出部１３ａは線接触している。また、可動体５１が最も下降している待機位置５１Ａにある状態では、弁体保持部材１５の軸部１５１と弁室１２の天井面１２１との間には空隙（不図示）が形成されるようになっている。

また、ダイヤフラム１３の円環状突出部１３ａの中央部分には、回動中心線Ｌ２と同軸に凹部１３ｂが形成されており、スライド部材１８１の下端部分１８１ｂは凹部１３ｂに嵌め込まれている、ダイヤフラム１３の下面側の凹部１３ｂと対応する位置には、下方に突出する突部１３ｃが形成されている。突部１３ｃには、移動体２０の第１柱部２０２が当接可能となっている。

通路を開くためにソレノイドアクチュエータ５が駆動されると、可動体５１が待機位置５１Ａから上昇するので、移動体２０がダイヤフラム１３を介してスライド部材１８１および弁体保持部材１５を上昇させる。ここで、弁体保持部材１５は、スライド部材１８１の上昇途中で軸部１５１が弁室１２の天井面１２１に当接し、その上昇が規制される。従って、それ以降にスライド部材１８１が上昇すると、カム１８４によって、弁体保持部材１５は、第２位置１５Ｂから第１位置１５Ａに向かって回動中心線Ｌ２回りに回動する。この結果、弁体１４は、上流端開口３ａの間に隙間が形成された開き位置１４Ａに保持される。

次に、ソレノイドアクチュエータ５への給電が停止されと、移動体２０および可動体５１は待機位置５１Ａに戻るので、スライド部材１８１および弁体保持部材１５はバネ部材１８２に発生した付勢力によって下降する。ここで、弁体保持部材１５は、スライド部材１８１の下降途中で軸部１５１がダイヤフラム１３の円環状突出部１３ａに当接し、その下降が規制される。従って、それ以降にスライド部材１８１が下降すると、カム１８４によって、弁体保持部材１５は第１位置１５Ａから第２位置１５Ｂに向かって回動中心線Ｌ２回りに回動する。従って、弁体１４は上流端開口３ａを密閉する閉じ位置１４Ｂに保持される。

本例では、弁体保持部材１５が回動する際に、弁体保持部材１５はダイヤフラム１３の円環状突出部１３ａを摺動するので、摺動抵抗が少ない。また、本例によれば、円形プレート１６が必要ないので、部品点数を削減できる。

（その他の実施の形態）
バルブ装置１では、弁体１４によって流出管３の上流端開口３ａを開閉するように構成されているが、流入管２の下流端開口２ａを開口とする弁座１２３を形成することにより、弁体１４によって流入管２の下流端開口２ａを開閉してもよい。

また、バルブ装置１では、スライド部材１８１と貫通孔１５１ａとの間に設けたカム１８４は、螺旋の傾斜カム面１８１ａと、この傾斜カム面１８１ａに従動するカムフォロワー１５１ｂであったが、スライド部材１８１の外周面に螺旋に形成されたカム溝と、このカム溝内に挿入されて当該カム溝に従動するカムフォロワーを備える構成とすることもできる。

また、バルブ装置１では、弁体１４が回動中心線Ｌ２と直交する方向の外側に移動することを規制する移動規制部１５２ｄを弁体保持部材１５の突部１５２ｂに設けてあるが、移動規制部１５２ｄを上側ケース４の凹部１１の内周面１２２から内側に突出するように設けることもできる。

１・バルブ装置、２・流入管、２ａ・下流端開口、３・流出管、３ａ・上流端開口、４・上側ケース、５・ソレノイドアクチュエータ、６・下側ケース、７・中間ケース、１０・上側ケースの下端面、１１・凹部、１２・弁室、１３・ダイヤフラム、１３ａ・円環状突出部、１３ｂ・凹部、１３ｃ・突部、１４・弁体、１４ａ・中心点、１４ｂ・上側部分、１４Ａ・開き位置、１４Ｂ・閉じ位置、１５・弁体保持部材、１５Ａ・第１位置、１５Ｂ・第２位置、１６・円形プレート、１７・コイルバネ、１８・運動変換機構、１９・移動機構、２０・移動体、５１・可動体、５１Ａ・待機位置、７０・本体部、７１・円環状突部、７２・筒部、７３・第１ケース貫通孔、７４・第２ケース貫通孔、１００・バルブ機構、１０１・弁体、１０１Ａ・開き位置、１０１Ｂ・閉じ位置、１０２・流体流通口、１０３・弁座、１０３ａ・弁座面、１０４・弁体保持部材、１０４ａ・弁体保持面、１０４ｂ・当接面、１０４Ａ・第１位置、１０４Ｂ・第２位置、２０５・移動機構、２０５ａ・駆動源、１１１・第１円環状段部、１１２・第２円環状段部、１２１・天井面、１２２・内周面、１２２ａ・側壁部、１２３・弁座、１２３ａ・弁座面、１２４・回動規制部、１５１・軸部、１５１ａ・貫通孔、１５１ｂ・カムフォロワー、１５１ｃ・円環状下端面、１５２・弁体保持部、１５２ａ・傾斜面、１５２ｂ・突部、１５２ｃ・突部の端面、１５２ｄ・移動規制部、１５２ｅ・保持面部分、１５３・バネ係合部、１５３ａ・バネ係合部の内側の面、１６１・円環状突部、１６２・プレート貫通孔、１６３・移動範囲規制用突部、１８１・スライド部材、１８１ａ・傾斜カム面、１８１ｂ・下端部分、１８１Ａ・上昇位置、１８１Ｂ・下降位置、１８２・バネ部材、１８３・直動規制部、１８４・カム、２０１・円盤部、２０２・第１柱部２０２、２０３・第２柱部、Ｄ１・第１方向、Ｄ２・第２方向、Ｄ３・第１回動方向、Ｄ４・第２回動方向、Ｌ１・軸線、Ｌ２・回動中心線

Claims (7)

1. 円形断面の弁体と、
   前記弁体によって開閉される流体流通口と、
   前記弁体の円形外周面の一部が面接触可能な湾曲面からなる弁座面を備え、当該弁座面に前記流体流通口が開口している弁座と、
   前記弁体を、その円形断面の中心軸線回りに転動可能な状態で保持している弁体保持部材と、
   前記弁体が前記流体流通口を開放する第１位置および前記弁体が前記流体流通口を閉鎖する第２位置に前記弁体保持部材を移動させる移動機構とを有し、
   前記弁体保持部材は、前記弁座面との間に前記弁体を転動可能な状態で保持するために当該弁座面に対向配置されている弁体保持面と、当該弁体保持部材が前記第２位置から前記第１位置へ移動する際に前記弁体を前記第１位置へ向かう第１方向に移動させるための当接面を有し、
   前記弁体保持面は、前記弁体保持部材が前記第２位置に位置したときに、前記弁体保持部材が前記第１位置に位置したときよりも弁座面に接近するように前記弁体保持部材の移動方向に傾斜した傾斜面であり、
   前記弁体保持部材の前記第１方向の移動に伴って前記弁体保持面の前記弁座面から離間した位置に移動した前記弁体を前記当接面により前記第１方向へ移動させて前記流体流通口を開放し、前記弁体保持部材の前記第１位置から前記第２位置へ向かう第２方向の移動に伴って、前記弁体保持面が前記弁体を前記第２方向に移動させて前記弁体保持面の前記弁座面に近接した位置において前記流体流通口を閉鎖することを特徴とするバルブ機構。
2. 請求項１において、
   前記移動機構は、前記弁体保持部材を前記第１位置および前記第２位置の間で回動させることを特徴とするバルブ機構。
3. 請求項２において、
   前記弁体保持部材の前記第２弁体保持面は、前記弁体保持部材の前記回動中心線に向いている保持面部分を備えていることを特徴とするバルブ機構。
4. 請求項２または３において、
   前記移動機構は、駆動源としてのソレノイドアクチュエータと、このソレノイドアクチュエータの直線運動を前記弁体保持部材の回動運動に変換する運動変換機構を備えていることを特徴とするバルブ機構。
5. 請求項４において、
   前記運動変換機構は、
   前記ソレノイドアクチュエータによって前記弁体保持部材の回動中心線上を移動させられるスライド部材と、
   前記スライド部材の前記回動中心線回りの回転を規制する回動規制部と、
   前記弁体保持部材の前記回動中心線の方向の移動を規制する直動規制部と、
   前記弁体保持部材において前記回動中心線と同軸に形成されており、前記スライド部材が前記回動中心線の方向に移動可能に挿入されている貫通孔と、
   前記スライド部材の前記回動中心線の方向の直動を弁体保持部材の前記回動中心線回りの回動に変換するために前記スライド部材と前記貫通孔との間に設けられたカムを備えていることを特徴とするバルブ機構。
6. 請求項５において、
   前記カムは、前記スライド部材の外周面の周方向に沿って螺旋に形成され、前記回動中心線と平行な方向を向いている傾斜カム面と、前記貫通孔の内周面の周方向に沿って螺旋に形成され、前記回動中心線と平行な方向を向いている傾斜面からなるカムフォロワーとを備えていることを特徴とするバルブ機構。
7. 流体入口および流体出口が形成されている弁室と、
   請求項４ないし６のうちのいずれかの項に記載のバルブ機構とを有し、
   前記弁室は、前記流体入口または前記流体出口を前記流体流通口として前記弁座が形成されている第１壁面部分と、前記第１壁面部分と対向している第２壁面部分とを備えており、
   前記第２壁面部分は、ダイヤフラムによって規定されており、
   前記弁室内には、前記弁体、前記弁体保持部材および前記運動変換機構が配置されており、
   前記弁室の外には、前記ソレノイドアクチュエータが配置されており、
   前記ソレノイドアクチュエータは、前記ダイヤフラムを介して前記運動変換機構と接続されていることを特徴とするバルブ装置。

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