JP2013256976A - 流量制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】弁体が弁ポートに食い込んでしまうおそれがなく、特に弁開初期における流量制御を確実に行うことができる流量制御弁を提供すること。
【解決手段】弁体２０が、駆動手段を介して弁ポート３２の形成方向に対して直交方向に直線移動するよう構成され、弁体の端面と弁ポートの周縁部とがそれぞれ平坦面であり、さらに弁体の平坦面の下方には平坦面から連続してテーパ面２４が設けられており、流体によって、弁ポートの周縁部の平坦面に弁体の平坦面が面接触で押圧されることで弁ポートの弁閉がなされ、弁ポートの弁開時には、弁体を弁ポートに対して離反方向に直線移動させて、弁体のテーパ面と弁ポートの周縁部の平坦面との間に僅かな隙間を生じさせることにより、隙間から流体の流出を開始し、さらに弁体を弁ポートに対して離反方向に直線移動させることにより、流体の流出量が漸次増大されるよう構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は流量制御弁に関し、詳しくは冷暖房用空気調和装置などにおいて冷媒の流量制御に好適な流量制御弁に関する。

従来より冷暖房用空気調和装置などにおいて、冷媒の流量制御に流量制御弁が用いられている。
このような流量制御弁は、例えば特許文献１に開示されているように、モータ部のマグネットロータとロータ軸のネジ送り作用により、弁体を回転させながら弁ポートに接離させることで、弁ポートの開閉量を調整し、流体の流量を制御している。

ここで弁ポートの開閉時における弁体と弁ポートの関係について説明すると、図２８に示したように、弁座面１１０に設けられた弁ポート１１２は断面円形であり、弁体１００は弁ポート１１２よりも大きな断面円形で先端が円錐状となっている。

そして、弁ポート１１２に弁体先端の円錐状部分１０２を挿入し、弁ポート１１２の周縁部１１４と弁体１００の円錐状部分１０２とを当接させることで弁閉を行い、弁ポート１１２から弁体１００を離反させていくことで弁ポート１１２の弁開が行われる。

このように弁ポート１１２に対する弁体１００の位置を調整することにより、流量制御がなされるようになっている。ここで用いられる弁体１００は、ニードルと似た形状をしていることから「ニードル弁」と呼ばれ、流量制御弁において好適に用いられている。

特開２０１０−３８２１９号公報

ところで、このような弁体（以下、ニードル弁とも言う）１００を用いた従来の流量制御弁では、弁ポート１１２の周縁部１１４とニードル弁１００の円錐状部分１０２とが周状に当接する構造であり、ニードル弁１００の円錐状部分１０２の傾斜角度θａを大きく設定してしまうと、弁ポート１１２からニードル弁１００を離反させて弁ポート１１２とニードル弁１００との間に隙間を生じた際に、急にこの隙間に多くの流体が流れ込むこととなる。

従って、図２９に示した「弁開度と流量との関係を示したグラフ」において実線で表したように、図２８に示したようなニードル弁１００を用いた場合には、弁開初期における流量が多くなってしまい、弁開初期における低流量の制御が困難であった。

なお、図３０に示したようにニードル弁２００の円錐状部分２０２の傾斜角度θｂを小さく設定すれば、弁ポート２１２とニードル弁２００の円錐状部分２０２との間に生ずる隙間量を、弁開初期において徐々に増すようにすることができる。図中、符号２１０は弁座面、２１４は弁ポート２１２の周縁部である。

したがってこのような形状のニードル弁２００を採用すれば、図２９に示した「弁開度と流量との関係を示したグラフ」において破線で表したように、弁開初期から流量を一定に保持することができ、弁開初期における低流量の制御ができると考えられる。

しかしながら、図３０に示したような円錐状部分２０２の傾斜角度θｂを小さく設定したニードル弁２００は、弁ポート２１２に対する水平反力が大きく、弁ポート２１２に対してニードル弁２００がくさびのように作用し易い形態であるため、場合によっては弁ポート２１２にニードル弁２００が食い込んでしまい、ニードル弁２００が弁ポート２１２から離脱できなくなってしまう場合があった。

このため、ニードル弁２００を離脱できるように、モータ（例えばステッピングモータ）のトルクを予め高めることが考えられるが、このようにするとモータが大型化してしまうとともに製造コストも嵩んでしまうこととなる。

昨今の流量制御弁は、更なる小型化の要請に伴い、ニードル弁の動作に必要最低限のトルクを備えたモータが用いられる場合が多く、新たな構造で特に弁開初期における流量制御を確実に行うことのできる流量制御弁の開発が求められているのが現状である。

本発明はこのような現状に鑑み、弁体が弁ポートに食い込んでしまうおそれがなく、特に弁開初期における流量制御を確実に行うことのできる流量制御弁を提供することを目的とする。

本発明は、前述したような従来技術における課題および目的を達成するために発明されたものであって、
本発明の流量制御弁は、
弁座面に設けられた弁ポートに対し、駆動手段を介して弁体を接離させることで前記弁ポートを通過する流体の流量を制御する流量制御弁であって、
前記流量制御弁は、
前記弁体が、前記駆動手段を介して前記弁ポートの形成方向に対して直交方向に直線移動するよう構成され、
前記弁体と前記弁ポートとを対向させた際に、前記弁体の端面と前記弁ポートの周縁部とがそれぞれ平坦面であり、さらに前記弁体の前記平坦面の下方には前記平坦面から連続してテーパ面が設けられており、
前記流体によって、前記弁ポートの周縁部の平坦面に前記弁体の平坦面が面接触で押圧されることで前記弁ポートの弁閉がなされ、
前記弁ポートの弁開時には、
前記弁体を弁ポートに対して離反方向に直線移動させて、前記弁ポートの周縁部の平坦面に対して前記弁体の平坦面を摺動させて行き、さらに前記弁体の平坦面から連続するテーパ面の一部が前記弁ポートの周縁部の平坦面と対向する位置に差し掛かった際に、前記弁体のテーパ面と前記弁ポートの周縁部の平坦面との間に僅かな隙間を生じさせることにより、前記隙間から前記流体の流出を開始し、
さらに前記弁体を弁ポートに対して離反方向に直線移動させることにより、前記流体の流出量が漸次増大されるよう構成されていることを特徴とする。

このように平坦面に設けられた弁ポートに対して弁体の平坦面が摺動して弁ポートを徐々に開閉していく構造であれば、特に弁開初期における流量制御を確実に行うことができる。

また弁体と弁ポートの構造が、従来のような円に円錐が挿入される所謂くさび構造のものとは全く異なるため、弁体が弁ポートに食い込んでしまうといった問題を生ずることがない。

また、本発明の流量制御弁は、
前記弁ポートが、
対向する一方側の弁座面と他方側の弁座面のそれぞれに設けられた、一方側弁ポートと他方側弁ポートであって、
前記弁体が、前記一方側弁ポートと他方側弁ポートの間に位置し、
さらに前記弁体は、
前記一方側弁ポートと対向する一方側の端面が平坦面であるとともに、前記他方側弁ポートと対向する他方側の端面が平坦面であり、
前記一方側の端面と他方側の端面のそれぞれの平坦面の下方には、前記平坦面から連続してそれぞれテーパ面が設けられていることを特徴とする。

このように構成することにより、一方側弁ポートから他方側弁ポートへ向かって流体を流す際にも、反対に他方側弁ポートから一方側弁ポートへ向かって流体を流す際にも、本発明の流量制御弁を用いることができる。

また、本発明の流量制御弁は、
前記弁体のテーパ面の下方には、前記弁ポートに対して前記弁体を摺動させた際に摺動安定性を向上させるために前記弁座面と面接触される安定面が設けられていることを特徴とする。

このように構成することにより、流体の圧力によって弁ポートに弁体が押圧された際に、弁ポートを挟んで上方と下方の弁座面と、弁体の平坦面と安定面の２つの面が接触することとなるため、弁体の安定性が増し、確実に弁開時における流量制御を行うことができる。

また、本発明の流量制御弁は、
前記弁体の前記テーパ面の下端部には、前記流体の流出量を向上させる貫通穴が設けられていることを特徴とする。
このように構成することにより、貫通穴からたくさんの流体を流出させることができる。したがって短時間で多量の流体の移動を行うことができる。

また、本発明の流量制御弁は、
前記弁体のテーパ面と安定面との間には、前記流体の流出量を向上させる貫通穴が設けられていることを特徴とする。
このように構成することにより、貫通穴からたくさんの流体を流出させることができる。したがって急に多量の流体の移動が必要となっても短時間で行うことができる。

また、本発明の流量制御弁は、
前記弁体は、少なくとも厚み方向が線対称形状であることを特徴とする。
このように構成することにより、一方側弁ポートから他方側弁ポートへ向かって流体を流す際にも、反対に他方側弁ポートから一方側弁ポートへ向かって流体を流す際にも、同条件で本発明の流量制御弁を用いることができる。

また、本発明の流量制御弁は、
弁座面に設けられた弁ポートに対し、駆動手段を介して弁体を接離させることで前記弁ポートを通過する流体の流量を制御する流量制御弁であって、
前記流量制御弁は、
前記弁体が、前記駆動手段を介して前記弁ポートの形成方向に対して直交方向に直線移動するよう構成され、
前記弁体と前記弁ポートとを対向させた際に、前記弁体の端面と前記弁ポートの周縁部とがそれぞれ平坦面であり、さらに前記弁ポートの下方に位置する前記弁ポートの周縁部の平坦面の一部には、前記弁ポートと連通するテーパ部が設けられており、
前記流体によって、前記弁ポートの周縁部の平坦面に前記弁体の平坦面が面接触で押圧されることで前記弁ポートの弁閉がなされ、
前記弁ポートの弁開時には、
前記弁体を弁ポートに対して離反方向に直線移動させて、前記弁ポートの周縁部の平坦面に対して前記弁体の平坦面を摺動させて行き、さらに前記弁体の平坦面が前記弁ポートと連通するテーパ部と対向する位置に差し掛かった際に、前記弁体の平坦面と前記弁ポートと連通するテーパ部との間に僅かな隙間を生じさせることにより、前記隙間から前記流体の流出を開始し、
さらに前記弁体を弁ポートに対して離反方向に直線移動させることにより、前記流体の流出量が漸次増大されるよう構成されていることを特徴とする。

このように平坦面に設けられテーパ部が連通された弁ポートに対して弁体の平坦面が摺動して弁ポートを徐々に開閉していく構造であれば、特に弁開初期における流量制御を確実に行うことができる。

また弁体と弁ポートの構造が、従来のような円に円錐が挿入される所謂くさび構造のものとは全く異なるため、弁体が弁ポートに食い込んでしまうといった問題を生ずることがない。

また、本発明の流量制御弁は、
前記弁ポートが、
対向する一方側の弁座面と他方側の弁座面のそれぞれに設けられた、一方側弁ポートと他方側弁ポートであって、
前記一方側弁ポートの下方に位置する前記一方側弁ポートの周縁部の平坦面の一部には、前記一方側弁ポートと連通する一方側テーパ部が設けられるとともに、前記他方側弁ポートの下方に位置する前記他方側弁ポートの周縁部の平坦面の一部には、前記他方側弁ポートと連通する他方側テーパ部が設けられており、
前記弁体が、前記一方側弁ポートと他方側弁ポートの間に位置し、
さらに前記弁体は、
前記一方側弁ポートと対向する一方側の端面が平坦面であるとともに、前記他方側弁ポートと対向する他方側の端面が平坦面であることを特徴とする。

このように構成することにより、一方側弁ポートから他方側弁ポートへ向かって流体を流す際にも、反対に他方側弁ポートから一方側弁ポートへ向かって流体を流す際にも、本発明の流量制御弁を用いることができる。

また、本発明の流量制御弁は、
前記駆動手段が、電動駆動手段であることを特徴とする。

このように電動駆動手段で弁体の移動を行うようにした流量制御弁であれば、弁開初期における流体の低流量の制御を細かく行うことができ、例えば本流量制御弁を冷暖房用空気調和装置などに適用した際には、温度調整時に要するエネルギーの省エネルギー化、流量制御用のコンピュータプログラムの簡素化などに寄与することができる。

本発明によれば、弁体が弁ポートに食い込んでしまうおそれがなく、特に弁開初期における流量制御を確実に行うことができる流量制御弁を提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態における流量制御弁の全体構造を説明するための概略図である。 図２は本発明の第１の実施形態における流量制御弁の要部の横断面図である。 図３は、本発明の第１の実施形態における流量制御弁に用いられる弁体の要部を示した斜視図である。 図４は本発明の第１の実施形態における弁ポートの弁閉状態を説明するための説明図であり、図４（ａ）は流量制御弁の要部拡大図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。 図５は本発明の第１の実施形態における弁ポートの弁開状態を説明するための説明図であり、図５（ａ）は流量制御弁の要部拡大図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。 図６は本発明の第１の実施形態における弁ポートの弁開状態を説明するための説明図であり、図６（ａ）は流量制御弁の要部拡大図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。 図７は、本発明の第２の実施形態における流量制御弁に用いられる弁体の要部を示した斜視図である。 図８は本発明の第２の実施形態における弁ポートの弁閉状態を説明するための説明図であり、図８（ａ）は流量制御弁の要部拡大図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。 図９は本発明の第２の実施形態における弁ポートの弁開状態を説明するための説明図であり、図９（ａ）は流量制御弁の要部拡大図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。 図１０は本発明の第２の実施形態における弁ポートの弁開状態を説明するための説明図であり、図１０（ａ）は流量制御弁の要部拡大図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。 図１１は、本発明の第３の実施形態における流量制御弁に用いられる弁体の要部を示した斜視図である。 図１２は本発明の第３の実施形態における弁ポートの弁閉状態を説明するための説明図であり、図１２（ａ）は流量制御弁の要部拡大図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。 図１３は本発明の第３の実施形態における弁ポートの弁開状態を説明するための説明図であり、図１３（ａ）は流量制御弁の要部拡大図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。 図１４は本発明の第３の実施形態における弁ポートの弁開状態を説明するための説明図であり、図１４（ａ）は流量制御弁の要部拡大図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。 図１５は、本発明の第４の実施形態における流量制御弁に用いられる弁体の要部を示した斜視図である。 図１６は本発明の第４の実施形態における弁ポートの弁閉状態を説明するための説明図であり、図１６（ａ）は流量制御弁の要部拡大図、図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。 図１７は本発明の第４の実施形態における弁ポートの弁開状態を説明するための説明図であり、図１７（ａ）は流量制御弁の要部拡大図、図１７（ｂ）は図１７（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。 図１８は本発明の第４の実施形態における弁ポートの弁開状態を説明するための説明図であり、図１８（ａ）は流量制御弁の要部拡大図、図１８（ｂ）は図１８（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。 図１９は、本発明の第５の実施形態および第６の実施形態における流量制御弁に用いられる弁体の要部を示した斜視図である。 図２０は本発明の第５の実施形態における弁ポートの弁閉状態を説明するための説明図であり、図２０（ａ）は流量制御弁の要部拡大図、図２０（ｂ）は図２０（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。 図２１は本発明の第５の実施形態における弁ポートの弁開状態を説明するための説明図であり、図２１（ａ）は流量制御弁の要部拡大図、図２１（ｂ）は図２１（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。 図２２は本発明の第５の実施形態におけるテーパ部の別の形態を示した図２１（ｂ）と同様なＡ−Ａ矢視図である。 図２３は本発明の第６の実施形態における弁ポートの弁開状態を説明するための説明図であり、図２３（ａ）は流量制御弁の要部拡大図、図２３（ｂ）は図２３（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。 図２４は本発明の第６の実施形態における弁ポートの弁閉状態を説明するための説明図であり、図２４（ａ）は流量制御弁の要部拡大図、図２４（ｂ）は図２４（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。 図２５は本発明の第６の実施形態における弁ポートの弁開状態を説明するための説明図であり、図２５（ａ）は流量制御弁の要部拡大図、図２５（ｂ）は図２５（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。 図２６は本発明の第６の実施形態における弁ポートの弁開状態を説明するための説明図であり、図２６（ａ）は流量制御弁の要部拡大図、図２６（ｂ）は図２６（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。 図２７は本発明の他の実施形態における流量制御弁の要部の横断面図である。 図２８は従来の流量制御弁の要部拡大図である。 図２９は、弁開度と流量との関係を示したグラフである。 図３０は従来の流量制御弁の要部拡大図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の流量制御弁は、例えば冷暖房用空気調和装置などにおいて冷媒の流量制御に好適に用いられるものである。

なお、図面中に付された矢印は、流体の流れ方向を示したものである。また符号の名称について、一方側と他方側とが有る場合、一方側には符号の後に「ａ」、他方側には符号の後に「ｂ」を付している。

さらに方向について、本明細書でいう上下方向、左右方向は、図１に示した流量制御弁を見た際の方向を指すものである。
本発明の流量制御弁１０は、図１に示したように、弁室構成部材６０の弁座面３０に設けられた弁ポート３２と、弁室構成部材６０の弁体収容部６２に挿入された弁体２０と、この弁体２０を弁ポート３２に対して接離する電動駆動手段（本実施形態では、マグネットロータ４０と、これとともに回転するロータ軸４２）と、を少なくとも有している。

電動駆動手段については、図１において一部省略して記載がなされているが、実際にはマグネットロータ４０の外側にステータコイル（図示せず）が配設されてなるものである。

また、ロータ軸４２には雄ネジ部分４４が設けられており、この雄ネジ部分４４と、流量制御弁１０の本体４６に設けられた雌ネジ部分４８とが螺合されている。
そして、ステータコイル（図示せず）にパルス電流を流すことで、マグネットロータ４０を回転させ、ロータ軸４２が本体４６に対して回転しながら上下動するようになっている。
また弁体２０の上端部にはフランジ部２１が設けられ、このフランジ部２１をロータ軸４２下端の支持部４５で支持している。
なお、弁体２０のフランジ部２１とロータ軸４２の支持部４５との間にはクリアランスが設けられており、これにより弁体２０がロータ軸４２に対して左右方向にわずかにスライド可能となっている。このような構造により、後述する弁体２０が弁ポート３２に向かって押し付けられ易くなっている。

なおロータ軸４２と、支持部４５でフランジ部２１が支持された弁体２０との間には、弁体２０と点接触するよう構成された調整部材５０が設けられており、これによりロータ軸４２の回転と弁体２０とを切り離し、ロータ軸４２が回転しながら上下動した際に、弁体２０は回転せず、直線的に上下動するようにしている。

このような流量制御弁１０における電動駆動手段の構造や作動原理は、基本的には従来から用いられている流量制御弁の電動駆動手段と同じであり、またその他の公知技術を用いても良いものである。

そして、電動駆動手段により、弁ポート３２を弁体２０で塞いだ状態から、弁体２０を弁ポート３２から離反させ弁ポート３２を弁開したり、逆に弁ポート３２に弁体２０を接近させて弁ポート３２を弁体２０で弁閉することにより、流体の流量制御を行っている。
このような流量制御弁１０において、特に本発明では、弁体２０と弁ポート３２の構造に特徴点を有しており、以下、この特徴的な弁体２０と弁ポート３２の構造について説明する。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態における流量制御弁１０で用いられる弁体２０および弁ポート３２は、図１に示したように、まず弁体２０が、弁ポート３２の形成方向（本実施形態では左右方向）に対して直交方向（本実施形態では上下方向）に直線的に移動するよう構成されている。

また、弁体２０は、弁体収容部６２内において、少なくとも左右の方向に若干の隙間を有しており、これにより弁体２０が弁体収容部６２内で自由に動ける状態となっている。
そして図２に示したように、弁体２０と弁ポート３２とを対向させた際に、それぞれの対向する端面が平坦面、すなわち対向する弁体２０と弁ポート３２の周縁部とが平坦面２２，３４となっている。

さらに図３に示したように弁体２０の平坦面２２の下方には、この平坦面２２から連続するテーパ面２４が設けられている。
なお、第１の実施形態における弁体２０は、弁ポート３２と対向する平坦面２２とは反対側も平坦面２９としているが、こちら側の面形状は特に限定されるものではなく、後述するように流体の圧力によって、弁体２０が弁ポート３２に向かって押圧されることとなるため、その際に流体の圧力を受け易い形態であれば特に限定されるものではないものである。

そして図４（ａ），（ｂ）に示したように、弁閉状態において、弁ポート３２の周縁部の平坦面３４と、弁体２０の平坦面２２とは対向した状態であり、このとき弁体２０が流体の圧力（本実施形態では左から右に向かう矢印）により、弁ポート３２に押圧された状態となり、流体が弁ポート３２内に流入することがないようになっている。

さらに図５（ａ），（ｂ）に示したように、弁体２０を上方に移動させ、弁ポート３２から弁体２０を離反させて行くと、弁ポート３２の周縁部の平坦面３４に対して今度は弁体２０のテーパ面２４が対向するようになり、弁ポート３２と弁体２０との間に僅かな隙間を生ずる。

この時、弁体２０のテーパ面２４の傾斜角度θｃが小さければ小さいほど、弁ポート３２と弁体２０との間に生ずる弁開初期の隙間を小さくすることができ、結果として弁開初期において流体の低流量を制御することができる。

ここで、流体の低流量の制御に適したテーパ面２４の傾斜角度θｃとしては、好ましくは、１°〜５０°の範囲内、さらに好ましくは１°〜２０°の範囲内である。
そして図６（ａ），（ｂ）に示したように、さらに弁ポート３２から弁体２０を離反させて行くと、弁ポート３２を遮断するものがなくなり、流体をスムーズに弁ポート３２内に流入させることができる。

このような第１の実施形態における流量制御弁１０は、上記したように弁体２０が上下方向に直線的に移動し、弁体２０と弁ポート３２とが面接触する構造であり、テーパ面２４の傾斜角度θｃにより特に流体の低流量時における制御を確実に行うことができるものである。

＜第２の実施形態＞
次に本発明の第２の実施形態における流量制御弁１０について、図７〜図１０を用いて説明する。
図７〜図１０に示した弁体および弁ポートの構造は、基本的には、図３〜図６に示した第１の実施形態と同じ構成であるので、同じ構成部材には、同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略する。

第２の実施形態における弁体２０は、図７に示したように、弁体２０の平坦面２２およびテーパ面２４が、弁体２０の厚み方向の両側面に設けられ、弁室構成部材６０において、一方側弁ポート３２ａと他方側弁ポート３２ｂの両方を備えている点で、第１の実施形態における弁体２０および弁ポート３２の構造と異なっている。

このような構造を用いた場合には、図８（ａ），（ｂ）に示したように、まず弁室構成部材６０の一方側弁ポート３２ａと他方側弁ポート３２ｂとの間に、この弁体２０が位置するように配設される。

そして、流体を一方側弁ポート３２ａから他方側弁ポート３２ｂへ向かって、また他方側弁ポート３２ｂから一方側弁ポート３２ａへ向かって流通させることができるようになっている。

なお、他方側弁ポート３２ｂから一方側弁ポート３２ａに向かって流体を流通させる際については、基本的に第１の実施形態と同じであるため、その説明を省略する。
一方側弁ポート３２ａから他方側弁ポート３２ｂに向かって流体を移動させる際には、まず図８（ａ），（ｂ）に示したように、弁閉状態において他方側弁ポート３２ｂの周縁部の平坦面３４ｂと、弁体２０の平坦面２２ｂとが対向した状態であり、このとき弁体２０が流体の圧力（本実施形態では右から左に向かう矢印）により、他方側弁ポート３２ｂに向かって押圧された状態となり、流体の流出を確実に防止している。

さらに図９（ａ），（ｂ）に示したように、他方側弁ポート３２ｂから弁体２０を離反させて行くと、他方側弁ポート３２ｂの周縁部の平坦面３４ｂに対して、今度は弁体２０のテーパ面２４ｂが対向するようになり、他方側弁ポート３２ｂと弁体２０との間に僅かな隙間が生じ、流体の流出が開始されることとなる。

そして図１０（ａ），（ｂ）に示したように、さらに他方側弁ポート３２ｂから弁体２０を離反させて行くと、他方側弁ポート３２ｂを遮るものがなくなり、流体を完全に一方側弁ポート３２ａから他方側弁ポート３２ｂに流出させることができる。

なお、本実施形態では、弁体２０に形成された一方側テーパ面２４ａの傾斜角度θｄ、および他方側テーパ面２４ｂの傾斜角度θｅを同じ角度とし、弁体２０の厚み方向に対して線対称形状となるように構成している。

したがって、流体を一方側弁ポート３２ａから他方側弁ポート３２ｂへ向かって流通させる際と、他方側弁ポート３２ｂから一方側弁ポート３２ａへ向かって流通させる際と、同じように流量の制御ができる。

しかしながら、傾斜角度θｄ，θｅをそれぞれに変えて、流れ方向で流量を変えるように構成しても良いものである。

＜第３の実施形態＞
次に本発明の第３の実施形態における流量制御弁１０について、図１１〜図１４を用いて説明する。
図１１〜図１４に示した弁体および弁ポートの構造は、基本的には、図７〜図１０に示した第２の実施形態と同じ構成であるので、同じ構成部材には、同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略する。

第３の実施形態における弁体２０は、図１１に示したように、弁体２０のテーパ面２４ａ，２４ｂの下方に安定面２６ａ，２６ｂを有する点で、第２の実施形態における弁体２０と異なっている。

なお、本実施形態においても、他方側弁ポート３２ｂから一方側弁ポート３２ａに向かって流体を移動させる際については、基本的に第１の実施形態および第２の実施形態と同じであるため、その説明を省略する。

一方側弁ポート３２ａから他方側弁ポート３２ｂに向かって流体を移動させる際には、まず図１２（ａ），（ｂ）に示したように、弁閉状態において他方側弁ポート３２ｂの周縁部の平坦面３４ｂと、弁体２０の平坦面２２ｂと安定面２６ｂとが対向した状態であり、このとき弁体２０が流体の圧力（本実施形態では右から左に向かう矢印）により他方側弁ポート３２ｂに向かって押圧された状態となり、流体の流出を確実に防止している。

この時、弁体２０の平坦面２２ｂに加えて安定面２６ｂについても、他方側弁ポート３２ｂの周縁部の平坦面３４ｂと当接しているため、第２の実施形態の構造よりもさらに弁体２０を安定させることができる。

さらに図１３（ａ），（ｂ）に示したように、他方側弁ポート３２ｂから弁体２０を離反させて行くと、他方側弁ポート３２ｂの周縁部の平坦面３４ｂに対して、弁体２０のテーパ面２４ｂが対向するようになり、他方側弁ポート３２ｂと弁体２０との間に僅かな隙間が生じ、流体の流出が開始されることとなる。

そして図１４（ａ），（ｂ）に示したように、さらに他方側弁ポート３２ｂから弁体２０を離反させて行くと、他方側弁ポート３２ｂと弁体２０との隙間が最大となり、この隙間から流体を確実に流出させることができる。

このように、本実施形態では弁体２０に平坦面２２ａ，２２ｂとは他に安定面２６ａ，２６ｂを有するため、弁体２０が流体の圧力を受けても傾くような心配がなく、安定して弁体２０を移動させることができる。

＜第４の実施形態＞
次に本発明の第４の実施形態における流量制御弁１０について、図１５〜図１８を用いて説明する。
図１５〜図１８に示した弁体および弁ポートの構造は、基本的には、図１１〜図１４に示した第３の実施形態と同じ構成であるので、同じ構成部材には、同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略する。

第４の実施形態における弁体２０は、図１５に示したように、弁体２０のテーパ面２４ａ，２４ｂと安定面２６ａ，２６ｂとの間に、弁体２０の厚み方向に貫通する貫通穴２８を有する点で、第３の実施形態における弁体２０と異なっている。

なお、本実施形態においても、他方側弁ポート３２ｂから一方側弁ポート３２ａに向かって流体を移動させる際については、基本的に第１の実施形態から第３の実施形態と同じであるため、その説明を省略する。

一方側弁ポート３２ａから他方側弁ポート３２ｂに向かって流体を移動させる際には、まず図１６（ａ），（ｂ）に示したように、弁閉状態において他方側弁ポート３２ｂの周縁部の平坦面３４ｂと、弁体２０の平坦面２２ｂと安定面２６ｂとが対向した状態であり、このとき弁体２０が流体の圧力（本実施形態では右から左に向かう矢印）により他方側弁ポート３２ｂに向かって押圧された状態となり、流体の流出を確実に防止している。

この時、弁体２０の平坦面２２ｂに加えて安定面２６ｂについても、他方側弁ポート３２ｂの周縁部の平坦面３４ｂと当接しているため、弁体２０を安定させることができる。
さらに図１７（ａ），（ｂ）に示したように、他方側弁ポート３２ｂから弁体２０を離反させて行くと、他方側弁ポート３２ｂの周縁部の平坦面３４ｂに対して、弁体２０のテーパ面２４ｂが対向するようになり、他方側弁ポート３２ｂと弁体２０との間に僅かな隙間が生じ、流体の流出が開始されることとなる。

この時、流体は、他方側弁ポート３２ｂと弁体２０との隙間から流出するとともに、弁体２０のテーパ面２４ａ，２４ｂと安定面２６ａ，２６ｂとの間に設けられた貫通穴２８から流出されることとなる。

貫通穴２８の断面形状は、本実施形態では四角形としているが、他にも例えば円形、楕円形、三角形などとすることができ、特に限定されるものではないものである。要は流量を増すことに寄与することができるだけの断面積を有する貫通穴であることが重要である。

そして図１８（ａ），（ｂ）に示したように、さらに他方側弁ポート３２ｂから弁体２０を離反させて行くと、他方側弁ポート３２ｂと弁体２０の貫通穴２８とが水平方向に並び、大きな流通経路が構成される。したがって、流体の流量を最大限に増して、流体を流出することができる。

このように、本実施形態では、弁体２０に平坦面２２ａ，２２ｂとは他に安定面２６ａ，２６ｂを有するとともに、さらに弁体２０のテーパ面２４ａ，２４ｂと安定面２６ａ，２６ｂとの間に貫通穴２８を有するため、弁体２０が流体の圧力を受けても傾くような心配がなく、安定して弁体２０を移動させることができるとともに、弁開終期における流体の流量を最大限に増し、流体を効率良く流出させることができる。

＜第５の実施形態＞
次に本発明の第５の実施形態における流量制御弁１０について、図１９〜図２３を用いて説明する。
本発明の第５の実施形態における流量制御弁１０で用いられる弁体２０は、図１９に示したように、弁体２０の両側面が平坦面２２，２９となっており、第１の実施形態から第４の実施形態における弁体２０には設けられているテーパ面２４が、設けられていない。
そして、上記のテーパ面２４の替わりとして、図２０（ａ），（ｂ）に示したように、弁ポート３２の下方に位置する弁ポート３２の周縁部の平坦面３４の一部に、弁ポート３２と連通するテーパ部３６が設けられている。

このような本発明の第５の実施形態における流量制御弁１０では、弁閉状態において、弁ポート３２の周縁部の平坦面３４と、弁体２０の平坦面２２とは対向した状態であり、このとき弁体２０が流体の圧力（本実施形態では左から右に向かう矢印）により、弁ポート３２に押圧された状態となり、流体が弁ポート３２内に流入することがないようになっている。

さらに図２１（ａ），（ｂ）に示したように、弁体２０を上方に移動させ、弁ポート３２から弁体２０を離反させて行くと、弁ポート３２の周縁部の平坦面３４の一部に設けられたテーパ部３６に対して、今度は弁体２０の平坦面２２が対向するようになり、弁ポート３２と連通するテーパ部３６と、弁体２０との間に、僅かな隙間を生ずる。

この時、図２１（ａ）に示した方向において、弁ポート３２と連通するテーパ部３６の傾斜角度θｆが小さければ小さいほど、弁ポート３２と弁体２０との間に生ずる弁開初期の隙間を小さくすることができ、結果として弁開初期において流体の低流量を制御することができる。

ここで、流体の低流量の制御に適したテーパ部３６の傾斜角度θｆとしては、好ましくは、１°〜５０°の範囲内、さらに好ましくは１°〜２０°の範囲内である。
なお、図２１（ｂ）に示した方向において、テーパ部３６は、弁ポート３２に向かうに従って、徐々にテーパ部３６の幅が広がる、すなわち扇状の形態とすることが好ましい。
このようにテーパ部３６が扇状であれば、弁開初期において流体の低流量をさらに制御し易くすることができる。
なおテーパ部３６は、図２２に示したように、弁ポート３２に向かう幅が一定であっても良く、この形態を排除したものではないものである。
そして図２３（ａ），（ｂ）に示したように、さらに弁ポート３２から弁体２０を離反させて行くと、弁ポート３２を遮断するものがなくなり、流体をスムーズに弁ポート３２内に流入させることができる。

このような第５の実施形態における流量制御弁１０は、上記したように弁体２０が上下方向に直線的に移動し、弁体２０と弁ポート３２とが面接触する構造であり、弁ポート３２と連通するテーパ部３６の傾斜角度θｆにより、特に流体の低流量時における制御を確実に行うことができるものである。

＜第６の実施形態＞
次に本発明の第６の実施形態における流量制御弁１０について、図２４〜図２６を用いて説明する。
図２４〜図２６に示した弁体および弁ポートの構造は、基本的には、図１９〜図２３に示した第５の実施形態と同じ構成であるので、同じ構成部材には、同じ参照番号を付してその詳細な説明を省略する。

第６の実施形態における弁体は、図１９に示した第５の実施形態における弁体２０と同じ構造であるが、弁室構成部材６０において、一方側弁ポート３２ａと他方側弁ポート３２ｂの両方を備え、さらに一方側弁ポート３２ａには、その下端に連通する一方側テーパ部３６ａが設けられ、他方側弁ポート３２ｂには、その下端に連通する他方側テーパ部３６ｂが設けられており、この点で第５の実施形態における弁体２０および弁ポート３２の構造と異なっている。

このような構造を用いた場合には、図２４（ａ），（ｂ）に示したように、まず弁室構成部材６０の一方側弁ポート３２ａと他方側弁ポート３２ｂとの間に、この弁体２０が位置するように配設される。

そして、流体を一方側弁ポート３２ａから他方側弁ポート３２ｂへ向かって、また他方側弁ポート３２ｂから一方側弁ポート３２ａへ向かって流通させることができるようになっている。

なお、他方側弁ポート３２ｂから一方側弁ポート３２ａに向かって流体を流通させる際については、基本的に第５の実施形態と同じであるため、その説明を省略する。
一方側弁ポート３２ａから他方側弁ポート３２ｂに向かって流体を移動させる際には、まず図２４（ａ），（ｂ）に示したように、弁閉状態において他方側弁ポート３２ｂの周縁部の平坦面３４ｂと、弁体２０の平坦面２２ｂとが対向した状態であり、このとき弁体２０が流体の圧力（本実施形態では右から左に向かう矢印）により、他方側弁ポート３２ｂに向かって押圧された状態となり、流体の流出を確実に防止している。

さらに図２５（ａ），（ｂ）に示したように、他方側弁ポート３２ｂから弁体２０を離反させて行くと、他方側弁ポート３２ｂの周縁部の平坦面３４ｂの一部に設けられた他方側テーパ部３６ｂに対して、今度は弁体２０の平坦面２２ｂが対向するようになり、他方側弁ポート３２ｂに連通する他方側テーパ部３６ｂと弁体２０との間に、僅かな隙間が生じ、流体の流出が開始されることとなる。

そして図２６（ａ），（ｂ）に示したように、さらに他方側弁ポート３２ｂから弁体２０を離反させて行くと、他方側弁ポート３２ｂを遮るものがなくなり、流体を完全に一方側弁ポート３２ａから他方側弁ポート３２ｂに流出させることができる。

なお、本実施形態では、一方側テーパ部３６ａの傾斜角度θｇ、および他方側テーパ部３６ｂの傾斜角度θｈを、同じ角度としている。

したがって、流体を一方側弁ポート３２ａから他方側弁ポート３２ｂへ向かって流通させる際と、他方側弁ポート３２ｂから一方側弁ポート３２ａへ向かって流通させる際と、同じように流量の制御ができる。

しかしながら、傾斜角度θｇ，θｈをそれぞれに変えて、流れ方向で流量を変えるように構成しても良いものである。

以上、本発明の流量制御弁１０について第１の実施形態から第６の実施形態を用いて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではないものである。
例えば図２に示した弁室構成部材６０のように、中実円柱状の本体に、水平方向に貫通穴を開けて弁ポート３２を形成するとともに、縦方向に平板状の弁体収容部６２を形成する構造の他にも、図２７に示したように、円筒状の本体に、水平方向に貫通穴を開け、そこに弁ポート形成部材６４を螺着し、円筒状の本体の縦方向の空間を弁体収容部６２として弁体２０が移動するようにし、弁ポート形成部材６４，６４の両端面６４ａ，６４ｂが、弁体２０との当接面となるような構造としても良いものである。

また弁ポートの断面形状について、上記実施形態では円形を想定して説明しているが、これも限定されるものではなく、例えば楕円形、四角形、三角形などとしても良いものである。

さらには、第１の実施形態（すなわち、弁体は片面にのみテーパ面が形成）に、第３の実施形態（すなわち、安定面を配設）を組み合わせたり、第１の実施形態（すなわち、弁体は片面にのみテーパ面が形成）に、第４の実施形態（すなわち、弁体は安定面と貫通穴を備える）を組み合わせたり、第１の実施形態（すなわち、弁体は片面にのみテーパ面が形成）と第５の実施形態（すなわち、弁ポートに連通するテーパ部を形成）を組み合わせることも可能である。
また、弁体の駆動手段として、第１の実施形態から第４の実施形態ではステッピングモータなどの電動駆動手段を用いて説明を行っているが、これについても限定されるものではなく、例えばハンドルやレバーなどの手動駆動手段を用いて弁体を上下動するようにしても良いなど、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の実施形態の組み合わせや変更が可能なものである。

１０・・・流量制御弁
２０・・・弁体
２１・・・フランジ部
２２・・・平坦面
２２ａ・・一方側の平坦面
２２ｂ・・他方側の平坦面
２４・・・テーパ面
２４ａ・・一方側テーパ面
２４ｂ・・他方側テーパ面
２６ａ・・安定面
２６ｂ・・安定面
２８・・・貫通穴
２９・・・平坦面
３０・・・弁座面
３０ａ・・一方側の弁座面
３０ｂ・・他方側の弁座面
３２・・・弁ポート
３２ａ・・一方側弁ポート
３２ｂ・・他方側弁ポート
３４・・・平坦面
３４ａ・・一方側の平坦面
３４ｂ・・他方側の平坦面
３６・・・テーパ部
３６ａ・・一方側テーパ部
３６ｂ・・他方側テーパ部
４０・・・マグネットロータ
４２・・・ロータ軸
４４・・・雄ネジ部分
４５・・・支持部
４６・・・本体
４８・・・雌ネジ部分
５０・・・調整部材
６０・・・弁室構成部材
６２・・・弁体収容部
６４・・・弁ポート形成部材
６４ａ・・端面
６４ｂ・・端面
θａ〜θｈ・傾斜角度
１００・・・弁体（ニードル弁）
１０２・・・円錐状部分
１１０・・・弁座面
１１２・・・弁ポート
１１４・・・周縁部
２００・・・ニードル弁
２０２・・・円錐状部分
２１０・・・弁座面
２１２・・・弁ポート
２１４・・・周縁部

Claims (9)

1. 弁座面に設けられた弁ポートに対し、駆動手段を介して弁体を接離させることで前記弁ポートを通過する流体の流量を制御する流量制御弁であって、
   前記流量制御弁は、
   前記弁体が、前記駆動手段を介して前記弁ポートの形成方向に対して直交方向に直線移動するよう構成され、
   前記弁体と前記弁ポートとを対向させた際に、前記弁体の端面と前記弁ポートの周縁部とがそれぞれ平坦面であり、さらに前記弁体の前記平坦面の下方には前記平坦面から連続してテーパ面が設けられており、
   前記流体によって、前記弁ポートの周縁部の平坦面に前記弁体の平坦面が面接触で押圧されることで前記弁ポートの弁閉がなされ、
   前記弁ポートの弁開時には、
   前記弁体を弁ポートに対して離反方向に直線移動させて、前記弁ポートの周縁部の平坦面に対して前記弁体の平坦面を摺動させて行き、さらに前記弁体の平坦面から連続するテーパ面の一部が前記弁ポートの周縁部の平坦面と対向する位置に差し掛かった際に、前記弁体のテーパ面と前記弁ポートの周縁部の平坦面との間に僅かな隙間を生じさせることにより、前記隙間から前記流体の流出を開始し、
   さらに前記弁体を弁ポートに対して離反方向に直線移動させることにより、前記流体の流出量が漸次増大されるよう構成されていることを特徴とする流量制御弁。
2. 前記弁ポートが、
   対向する一方側の弁座面と他方側の弁座面のそれぞれに設けられた、一方側弁ポートと他方側弁ポートであって、
   前記弁体が、前記一方側弁ポートと他方側弁ポートの間に位置し、
   さらに前記弁体は、
   前記一方側弁ポートと対向する一方側の端面が平坦面であるとともに、前記他方側弁ポートと対向する他方側の端面が平坦面であり、
   前記一方側の端面と他方側の端面のそれぞれの平坦面の下方には、前記平坦面から連続してそれぞれテーパ面が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。
3. 前記弁体のテーパ面の下方には、前記弁ポートに対して前記弁体を摺動させた際に摺動安定性を向上させるために前記弁座面と面接触される安定面が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の流量制御弁。
4. 前記弁体の前記テーパ面の下端部には、前記流体の流出量を向上させる貫通穴が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の流量制御弁。
5. 前記弁体のテーパ面と安定面との間には、前記流体の流出量を向上させる貫通穴が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の流量制御弁。
6. 前記弁体は、少なくとも厚み方向が線対称形状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の流量制御弁。
7. 弁座面に設けられた弁ポートに対し、駆動手段を介して弁体を接離させることで前記弁ポートを通過する流体の流量を制御する流量制御弁であって、
   前記流量制御弁は、
   前記弁体が、前記駆動手段を介して前記弁ポートの形成方向に対して直交方向に直線移動するよう構成され、
   前記弁体と前記弁ポートとを対向させた際に、前記弁体の端面と前記弁ポートの周縁部とがそれぞれ平坦面であり、さらに前記弁ポートの下方に位置する前記弁ポートの周縁部の平坦面の一部には、前記弁ポートと連通するテーパ部が設けられており、
   前記流体によって、前記弁ポートの周縁部の平坦面に前記弁体の平坦面が面接触で押圧されることで前記弁ポートの弁閉がなされ、
   前記弁ポートの弁開時には、
   前記弁体を弁ポートに対して離反方向に直線移動させて、前記弁ポートの周縁部の平坦面に対して前記弁体の平坦面を摺動させて行き、さらに前記弁体の平坦面が前記弁ポートと連通するテーパ部と対向する位置に差し掛かった際に、前記弁体の平坦面と前記弁ポートと連通するテーパ部との間に僅かな隙間を生じさせることにより、前記隙間から前記流体の流出を開始し、
   さらに前記弁体を弁ポートに対して離反方向に直線移動させることにより、前記流体の流出量が漸次増大されるよう構成されていることを特徴とする流量制御弁。
8. 前記弁ポートが、
   対向する一方側の弁座面と他方側の弁座面のそれぞれに設けられた、一方側弁ポートと他方側弁ポートであって、
   前記一方側弁ポートの下方に位置する前記一方側弁ポートの周縁部の平坦面の一部には、前記一方側弁ポートと連通する一方側テーパ部が設けられるとともに、前記他方側弁ポートの下方に位置する前記他方側弁ポートの周縁部の平坦面の一部には、前記他方側弁ポートと連通する他方側テーパ部が設けられており、
   前記弁体が、前記一方側弁ポートと他方側弁ポートの間に位置し、
   さらに前記弁体は、
   前記一方側弁ポートと対向する一方側の端面が平坦面であるとともに、前記他方側弁ポートと対向する他方側の端面が平坦面であることを特徴とする請求項７に記載の流量制御弁。
9. 前記駆動手段が、電動駆動手段であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の流量制御弁。

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