JP2015052389A - 流体制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】流体制御弁の吐出特性を向上させる。
【解決手段】流体制御弁は流路ブロック１１を有し、流路ブロック１１には流体が流入する流入口と流体が流出する流出口１４とが設けられ、流入口に流入した流体は一次側の連通路２３から制御室２１に流入し、二次側の連通路４３から流出口１４に流入する。流出口１４は底面１７と開口部との間に延びる内周面４１を有し、二次側の連通路４３は２つの連通孔４３ａ，４３ｂにより形成され、連通孔４３ａは流出口１４の横方向の一方側に変位し底面１７に向けて延びる第１の流体案内面４５ａを有し、連通孔４３ｂは流出口１４の横方向の他方側に変位し底面１７に向けて延びる第２の流体案内面４５ｂを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、駆動手段により弁体を駆動し、圧縮空気等の流体を制御する流体制御弁に関する。

圧縮空気等の流体により作動する流体圧機器を制御するために、駆動手段により弁体を駆動する流体制御弁が流体圧回路に設けられている。流体制御弁には、流体の流量を制御するための流量制御弁、および流体の圧力を制御するための圧力制御弁等がある。流体制御弁の弁体は、ソレノイドによる電磁力・流体圧回路内の流体圧・ばねによる弾性力等で駆動される。流量制御弁においてソレノイドにより駆動される弁体としては、ポペット型やダイヤフラム型等がある。ソレノイドは、コイルが巻き付けられるボビンと、ボビン内に軸方向に移動自在に組み込まれる可動鉄心とを有し、可動鉄心に弁体が取り付けられている。

一方、圧力制御弁には、一次側ポートつまり流入口に供給された流体の圧力を、設定圧力に調圧して二次側ポートつまり流出口に流出する減圧弁がある。減圧弁は弁体が一端部に設けられる弁軸と、弁軸の他端面に当接するダイヤフラムとを有している。ダイヤフラムにより二次側圧力室と調圧室とが区画される。調圧室内に調圧ばねを設けたタイプの減圧弁を、直接作動式減圧弁と言う。また、調圧室に圧力設定用の流体を供給するタイプの減圧弁を、間接作動式減圧弁と言う。間接作動式減圧弁は、調圧室に外部から圧力設定用の流体を供給するようにした外部パイロット式減圧弁と、一次側ポートに供給された流体の一部を流体制御弁と一体に設けられた減圧弁等により調圧して、調圧室に供給する内部パイロット式減圧弁に分類される。

流体圧機器に供給される圧縮空気等の流量を無段階に調整するために、流体圧回路には比例制御弁が流量制御弁として使用される。このような比例制御弁としては、特許文献１に記載されるように、流路ブロックとソレノイド組立体とを備えた形態がある。この比例制御弁においては、流体が流入する一次側ポートつまり流入口と、流体が流出する二次側ポートつまり流出口とが流路ブロックに設けられている。流入口は一次側の連通孔により弁室つまり制御室に連通され、流出口は二次側の連通孔により制御室に連通されている。ソレノイド組立体の可動鉄心つまりプランジャには、流入口の開度を調整する弁体が設けられている。弁体が弁座から離れるにつれて、流入口の開度つまり弁体の開度が増加し、弁体の開度に応じた流量の圧縮空気等が二次側連通孔から流出口に案内される。流出口から外部の流体圧機器に供給される圧縮空気等の流量は、弁体の開度により調整される。

比例制御弁はエアブローの流量制御や、複数の流体を所定の比率で混合する際の混合比の制御、あるいは、冷却用の流体を循環させる熱交換器の流量制御等にも用いられる。比例制御弁の性能は、横軸にコイルに供給される電流をとり縦軸に流出口から流出する流量をとったグラフにおいて、電流を変化させたときの流量変化の直線性とヒステリシス特性の総合的な評価によって判断される。以降、比例制御弁の直線性とヒステリシス特性をあわせて比例制御弁の吐出特性とする。

特開２００７−２０８１７７号公報

弁体をソレノイドにより駆動するようにした比例制御弁においては、流出口からの圧縮空気等の吐出量がコイルに供給される電流に比例することが望まれる。また、同じ電流をコイルに与えた場合に、吐出量の大きい方から電流を減少させた場合の吐出量と、吐出量の小さい方から電流を増加させた場合の吐出量とでは、同じ電流値であっても吐出量は異なり、これはヒステリシスと呼ばれる。このようなヒステリシスは、圧縮空気等の吐出量を制御するための流量制御弁のみならず、流体の吐出圧力を制御するための圧力制御弁においても同様である。

流体制御弁の吐出特性、つまり流量制御弁におけるコイルに供給する電流と流量変化の直線性とヒステリシス特性、および圧力制御弁におけるコイルに供給する電流と圧力変化の直線性とヒステリシス特性を向上させるために種々の実験と研究が行われた。その結果、二次側連通孔から流出口に流れる流体の挙動ないし流れ状態によって、流体の吐出特性が大きく変化することが判明した。

二次側の連通孔は流出口の内周面に対してほぼ直角となって開口している。従来の流路ブロックは図７に比較例１として示されるように、二次側の連通孔の中心線を流出口の中心線に直交させるように流出口の内周面に開口させている。そうすると、二次側の連通孔から流出口内に流入した流体は、流出口の横方向の両側部分に拡散した状態となって流出口内に流入する。流入した流体は、図１１に流体解析結果として示されるように、流出口の内周面のうち、二次側の連通孔に対向する部分に拡散して衝突する。その結果、様々な方向に流れる多数の流れが、内周面から反射するようにして、流出口の開口部に向かって流れることが判明した。

このように、流出口の開口部に向けて乱れた流れが発生すると、コイルに供給される電流が一定となっていても弁体の開度は一定とならず、吐出特性は低下する。そこで、流出口内の流体の流れが乱れないように、整流させたところ、流体制御弁の吐出特性が高まるということが判明した。

本発明の目的は、流体制御弁の吐出特性を向上させることにある。

本発明の流体制御弁は、流体が流入する流入口、流体が流出する流出口、前記流入口に一次側の連通路により連通する制御室、および当該制御室を前記流出口に連通する二次側の連通路が設けられた流路ブロックと、前記一次側の連通路の前記制御室側開口部に形成された弁座の開度を調整する弁体と、を備える流体制御弁であって、前記流出口は、底面と、該底面と前記流路ブロックの開口部との間に延びる内周面とを有し、前記二次側の連通路は、前記流出口の横方向の一方側に変位し前記底面に向けて延びる第１の流体案内面と、前記流出口の横方向の他方側に変位し前記底面に向けて延びる第２の流体案内面とを有する。

この流体制御弁は、弁体が弁座から離れて一次側の連通路が開放されると、流入口に供給された流体が制御室に流入し、制御室から二次側の連通路により流出口に流入する。二次側の連通路は、流出口の横方向の両側に変位した第１と第２の流体案内面を有しており、それぞれの流体案内面に沿って流出口に流入した流体は、流出口の底面に沿って滑らかに流出口の両側に向けて拡散する。拡散した流体の主流は、流出口のうち二次側の連通路に対向する部分に衝突して姿勢を変更する。それぞれの主流は、逆方向に傾斜して流出口の開口部に向かって集合し、整流された収束流となる。

このように、流出口の開口部側に向かう流れは、整流された収束流となるので、流出口における流体の流れの乱れに起因した弁体の開度変動がなく、弁体の開度を高精度に設定することができる。これにより、流体制御弁の吐出特性を高めることができる。

流体制御弁の実施の形態１としての比例制御弁を示す縦断面図である。 図１の平面図である。 （Ａ）は図１に示された流路ブロックの拡大平面図であり、（Ｂ）は変形例の比例制御弁における流路ブロックの平面図である。 図３の右側面図である。 図３における５−５線断面図である。 流体制御弁の実施の形態２としての流路ブロックにおける図３と同様の部分を示す平面図である。 比例制御弁の比較例１の流路ブロックを示す平面図である。 比例制御弁の比較例２の流路ブロックを示す平面図である。 （Ａ）は実施の形態１の流出口における空気の流れ状態の流体解析結果を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の斜視図である。 （Ａ）は実施の形態２の流出口における空気の流れ状態の流体解析結果を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の斜視図である。 （Ａ）は比較例１の流出口における空気の流れ状態の流体解析結果を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の斜視図である。 （Ａ）は比較例２の流出口における空気の流れ状態の流体解析結果を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の斜視図である。 実施の形態１、２および比較例１における弁体の開度、および弁体に加えられる推力の変化量を流体解析によって算出した推力特性線図である。 （Ａ）は本発明の比例制御弁の流量特性を示す特性線図であり、（Ｂ）は比較例１の流量特性を示す特性線図である。 比例制御弁の変形例を示す縦断面図である。 流体制御弁の実施の形態３としての減圧弁を示す縦断面図である。 流体制御弁の実施の形態４としての減圧弁を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１および図２に示される比例制御弁１０は、流路ブロック１１とこれに取り付けられるソレノイド組立体１２とを有している。流路ブロック１１には、流体が流入する流入口１３と、流体が流出する流出口１４とが設けられている。流入口１３は流路ブロック１１の側面１１ａに開口し、流出口１４は流路ブロック１１の反対側の側面１１ｂに開口している。流入口１３には、図示しない配管がねじ止めされる雌ねじ部１３ａが設けられ、流出口１４には、同様に雌ねじ部１４ａが設けられている。一次側ポートとしての流入口１３と、二次側ポートとしての流出口１４は、同軸となって流路ブロック１１に設けられている。流入口１３と流出口１４は、横断面が円形となっている。流入口１３と流出口１４の間には、仕切り壁１５が設けられている。この仕切り壁１５の一方側は流入口１３の底面１６となっており、他方側は流出口１４の底面１７となっている。このように、流入口１３と流出口１４は、底付きの孔により形成されている。

流路ブロック１１には凹部１８が設けられている。この凹部１８は、流路ブロック１１の図１における上面に開口しており、この凹部１８により弁室つまり制御室２１が形成される。流路ブロック１１には制御室２１の中心部に突出する突起部２２が設けられている。この突起部２２は先端に向かうに従って小径となったテーパ形状となっている。突起部２２の中心には、流入口１３と制御室２１とを連通させる一次側の連通路２３が設けられている。この一次側の連通路２３の制御室２１側は、突起部２２の先端に開口し、突起部２２の先端は弁座２４となっている。このように、弁座２４は連通路２３の制御室側開口部に形成されている。

ソレノイド組立体１２はボビン２７を有し、ボビン２７の外側にはコイル２６が巻き付けられている。ボビン２７は磁気フレーム２８内に配置され、ボビン２７と磁気フレーム２８は樹脂製のソレノイドケース２９に組み込まれている。ボビン２７内部には中空の固定鉄心３１が取り付けられ、固定鉄心３１はその基端部にねじ結合されるナット３２によりソレノイドケース２９に締結される。固定鉄心３１には、非磁性であるステンレス製のガイドチューブ３３が固定されている。ガイドチューブ３３にはプランジャつまり可動鉄心３４が軸方向に移動自在に装着されている。可動鉄心３４と固定鉄心３１の間には、ばね部材として圧縮コイルばね３６が組み込まれている。この圧縮コイルばね３６により可動鉄心３４には固定鉄心３１から離れる方向のばね力が加えられている。

可動鉄心３４には、ポペット型の弁体３７が取り付けられている。この弁体３７は、ばね力により弁座２４に密着する。コイル２６に電力が供給されると、固定鉄心３１と可動鉄心３４の間に吸引力が発生する。吸引力により、可動鉄心３４はばね力に抗して固定鉄心３１に向けて移動し、弁体３７は弁座２４から離れる。弁体３７が弁座２４から離れると、弁座２４の開度が調整される。弁体３７が弁座２４から離れる距離つまり弁開度は、コイル２６に供給される電流により設定される。このように、ばね力と吸引力は互いに逆方向の力を可動鉄心に加える。すなわち、ソレノイド組立体１２は、駆動手段として機能し、弁体３７に駆動力を加える。ソレノイドケース２９には、給電端子３８ａ，３８ｂが設けられており、それぞれの給電端子３８ａ，３８ｂはコイル２６に接続されている。ソレノイドケース２９には、アース端子３９が設けられており、アース端子３９はソレノイドケース２９内の磁気フレーム２８に固定されている。

流出口１４は、図３〜図５に示されるように、底面１７から流路ブロック１１の側面１１ｂに設けられた開口部にまで延び、つまり底面１７と開口部との間に延びる内周面４１を有し、内周面４１は円弧面４２を介して底面１７に連なっている。流路ブロック１１には、制御室２１を流出口１４に連通させる二次側の連通路４３が設けられている。連通路４３は、第１の連通孔４３ａと第２の連通孔４３ｂとを有している。図５においては円弧面４２の連通孔４３ａ，４３ｂに対向する部分が符号４２ａで示され、図３および図６においては円弧面４２の横方向両側部分が符号４２ｂで示されている。流体がそれぞれの連通孔４３ａ，４３ｂを流れる方向をＲとし、流出口１４の中心線をＯとし、２つの連通孔４３ａ，４３ｂの中心を径方向に通る横方向線をＦとすると、流れ方向Ｒは中心線Ｏに対してほぼ直角となっており、横方向線Ｆも中心線Ｏに対してほぼ直角となっている。それぞれの連通孔４３ａ，４３ｂは、流出口１４の中心線Ｏに対して横方向線Ｆの方向の両側にずれている。このように、連通路４３は、流出口１４の横方向の一方側に変位した第１の連通孔４３ａと、他方側に変位した第２の連通孔４３ｂとを有している。つまり、両方の連通孔４３ａ，４３ｂは、流出口１４の中心線Ｏを横切る方向に、中心線Ｏから変位している。連通孔４３ａ，４３ｂは、図３に示されるように、それぞれ横断面が円形となっており、２つの連通孔４３ａ，４３ｂの間は仕切り部４４により仕切られている。

第１の連通孔４３ａのうち、流出口１４の横方向の一方側の半円部分、つまり中心線Ｏとは反対側の半円部分は、第１の流体案内面４５ａとなっている。第２の連通孔４３ｂのうち、流出口１４の横方向の他方側の半円部分、つまり中心線Ｏとは反対側の半円部分は、第２の流体案内面４５ｂとなっている。それぞれの流体案内面４５ａ，４５ｂは、流出口１４の円弧面４２よりも横方向の内側にずれて中心線Ｏに寄っており、底面１７に向けて延びている。つまり、流体案内面４５ａは流出口１４の横方向の一方側に変位して底面１７に向けて延びており、流体案内面４５ｂは流出口１４の横方向の他方側に変位して底面１７に向けて延びている。図５に示すように、流出口１４の中心線Ｏに沿う方向における連通孔４３ａの位置は、連通孔４３ａの内面が底面１７に連なる位置となっている。他の連通孔４３ｂも同様に、連通孔４３ｂの流出口１４の中心線Ｏに沿う方向における位置は、連通孔４３ｂの内面が底面１７に連なる位置となっている。このとき流体案内面４５ａ、４５ｂが底面１７に連なっていれば、流体案内面４５ａ、４５ｂの一部が円弧面４２ｂに接する位置に連通孔４３ａ、４３ｂを設けてもよい。

図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示した比例制御弁の変形例における流路ブロックの平面図である。図３（Ｂ）に示した比例制御弁においては、流体案内面４５ａ、４５ｂの一部が円弧面４２ｂに接する位置に、連通孔４３ａ、４３ｂが設けられている。その他の構造は、図３（Ａ）に示した比例制御弁と同様である。

このように、２つの連通孔４３ａ，４３ｂによって、制御室２１を流出口１４に連通させる連通路４３を形成すると、連通路４３は、それぞれの連通孔４３ａ，４３ｂの半円部分により形成される２つの流体案内面４５ａ，４５ｂを有する。それぞれの流体案内面４５ａ，４５ｂは、底面１７に連なっているので、２つの連通孔４３ａ，４３ｂから流出口１４内に、流出口１４に対して直角の流れ方向Ｒで流入した流体は、底面１７に沿って滑らかに流れながら僅かに横方向両側に拡散し、円弧面４２に向かう。

一方の流体案内面４５ａに沿って連通孔４３ａを貫通した流体の主流は、流出口１４の横方向一方側の円弧面４２ｂに向けて拡散して円弧面４２ａに衝突する。衝突した主流は、円弧面４２ａから、流出口１４の開口部に向けて流出口１４の横方向他方側に傾斜して反射する。上述とは逆に、他方の流体案内面４５ｂに沿って連通孔４３ｂを貫通した主流は、流出口１４の横方向他方側の円弧面４２ｂに向けて拡散して円弧面４２ａに衝突する。衝突した主流は、円弧面４２ａから、流出口１４の開口部に向けて流出口１４の横方向一方側に傾斜して反射する。

それぞれの流体案内面４５ａ，４５ｂを通過して円弧面４２ａで反射した主流を示すと、図３において破線のようになる。このように、反射流れは、流出口１４の内周面４１の横方向両側から逆向きとなって形成されるので、両方の反射流れは突き当てられて合流する。合流した流体は、流出口１４の中心線Ｏに沿う収束された流れとなり、乱れることなく、整流された収束流となることが確かめられた。流出口１４の開口部から流体が整流された状態となって吐出されると、弁開度と吐出量とが高精度で対応することが判明した。

図６は、比例制御弁１０の第２の実施の形態の流路ブロック１１における図３と同様の部分を示す平面図である。

この流路ブロック１１に設けられた連通路４３は、長孔４３ｃにより形成されている。長孔４３ｃは、短径が図３に示された連通孔４３ａ，４３ｂの内径とほぼ同一であり、長径が流出口１４の横方向線Ｆの方向に延びている。長孔４３ｃは、その一端部の半円部分により形成される第１の流体案内面４５ａと、他端部の半円部分により形成される第２の流体案内面４５ｂとを有している。両方の半円形の流体案内面４５ａ，４５ｂの間は、これらの間に横方向に延びるストレート面４５ｃにより連なっている。それぞれの流体案内面４５ａ，４５ｂは、図５に示した場合と同様に、流出口１４の円弧面４２ｂよりも内側にずれており、底面１７に向けて延びている。なお、図３（Ｂ）に示すように、流体案内面４５の一部が円弧面４２ｂに接していても良い。

長孔４３ｃにより形成された連通路４３は、２つの流体案内面４５ａ，４５ｂを有する。それぞれの流体案内面４５ａ，４５ｂは、底面１７に連なっているので、長孔４３ｃから流出口１４内に、流出口１４に対して直角の流れ方向Ｒとなって流出口１４内に流入した流体は、底面１７に沿って滑らかに流れながら僅かに横方向両側に拡散し、円弧面４２ｂに向かう。

図３〜図５に示した場合と同様に、長孔４３ｃを貫通した流体の流れのうち一方の流体案内面４５ａに沿って流れる主流は、流出口１４の横方向一方側の円弧面４２ｂに向けて拡散して円弧面４２ａに衝突する。衝突した主流は、円弧面４２ａから、流出口１４の開口部に向けて流出口１４の横方向他方側に傾斜して反射する。長孔４３ｃを貫通した流体の流れのうち他の流体案内面４５ｂに沿って流れる主流は、上述とは逆に、流出口１４の横方向他方側の円弧面４２ｂに向けて拡散して円弧面４２ａに衝突する。衝突した主流は、円弧面４２ｂから、流出口１４の開口部に向けて流出口１４の横方向一方側に傾斜して反射する。以上２つの主流は、長孔４３ｃの中央を流れる主流とともに流れ、図３〜図５に示した場合と同様に、流出口１４の中心線Ｏに沿う収束された流れとなり、乱れることなく、整流された収束流となることが確かめられた。

上述のように、流出口１４内における流れに乱れが発生することが抑止できると、この乱れに起因した弁体３７の開度の不安定さがなくなり、高精度で所定の開度に設定できる。

図７は、比例制御弁の比較例１の流路ブロックを示す平面図である。図８は、比例制御弁の比較例２の流路ブロックを示す平面図である。これらの図においては、上述した図面に示された部材と共通する部材には同一の符号が付されている。

図７に示した比較例１においては、連通路４３は単一の連通孔により形成されている。連通路４３は、流出口１４の中心線Ｏと直交する位置、つまり流出口１４の横方向中心部に対応させて流路ブロック１１に設けられている。一方、図８に示した比較例２においては、連通路４３は、実施の形態１と同様に２つの連通孔４３ａ，４３ｂにより形成されているが、それぞれの連通孔４３ａ，４３ｂは、底面１７から離れている。

図７に示した比較例１においては、連通路４３を通過して流出口１４内に流入した流体は、流出口１４の横方向両側に分離するとともに、分離したそれぞれの主流がソレノイド組立体１２側に向けて上向きに反射した。このため、流出口１４内の流れに乱れが発生することが判明した。一方、図８に示した比較例２においては、流出口１４から吐出される流体が全体的に乱れた流れとなることが判明した。その理由は、それぞれの連通孔４３ａ，４３ｂを通過した流体の一部が、底面１７に向けて流れることになり、多量の渦が発生し、その渦により流出口１４における流体の流れが乱されたためであると考えられる。

図９〜１２は、実施の形態１・２および比較例１・２の流出口における流体の流れ状態を流体解析によって計算した結果である。なお、流体解析は、流体を圧縮空気とし流出口から大気への外部流れとした。

図９は、実施の形態１の流出口における圧縮空気の流れ状態を示す。図１０は、実施の形態２の流出口における圧縮空気の流れ状態を示す。図１１は比較例１の流出口における圧縮空気の流れ状態を示す。図１２は比較例２の流出口における圧縮空気の流れ状態を示す。

上述した実施の形態１，２のように、連通路４３に流出口１４の横方向両側に変位させた流体案内面４５ａ，４５ｂを設け、さらに流体は、底面１７に沿って流れるようにすると、流出口１４の開口部から吐出される二次側の圧縮空気は、図９および図１０に示すように、整流された収束流となることが確かめられた。

これに対し、比較例１，２においては、流出口１４の内部で複雑な流れが発生し、内部での渦発生と相俟って、吐出空気の主流が上向きに反射した流れとなることが確かめられた。

図１３は、実施の形態１、２および比較例１における弁体の開度と弁体に加えられる推力の変化量を、図９〜図１２と同様の条件で流体解析によって求めた推力特性線図である。実施の形態１，２においては、流出口１４内における圧縮空気は整流されているので、図１３に示されるように、弁体の開度を徐々に増加したときにおける弁体への推力変動は殆ど見られなかった。これに対し、比較例１の場合には、図１３に示されるように、弁体の開度に応じて弁体への推力変動が大きくなった。特に、開度を０〜５０％まで開放操作する際における推力変化が顕著であった。

図１４は実施の形態１および比較例１の吐出特性を実測した特性線図である。流体は圧縮空気とした。それぞれの特性線図において、細線は、コイル電流を徐々に増加して、全閉状態から全開状態まで弁体３７の開度を変えたときの特性を示す。一方、太線は、コイル２６に最大電流を供給した全開状態からコイル電流を徐々に減少させて全閉状態まで弁体３７の開度を変えたときの特性を示す。

図１４（Ａ）に示されるように、実施の形態１においては、コイル電流を徐々に増加したときの流出口１４から流出される圧縮空気の流量は、直線的に変化することが確認された。さらに、流量は、コイル電流を最小値から最大値まで変えたときと、コイル電流を最大値から最小値まで変えたときとで、大きく相違することがなく、ヒステリシス特性が良好であった。また、実施の形態２についても、同様の吐出特性であることが確認された。これに対し、比較例１においては、実施の形態１に比して十分な直線性が得られず、コイル電流を最小値から最大値まで変えたときと、コイル電流を最大値から最小値まで変えたときとで、同じ電流であっても流量が相違した。

このように、実施の形態１，２の比例制御弁の流量特性は、図１４（Ｂ）に示した比較例１に比して、直線性とヒステリシス特性とが優れていることが判明した。

直線性とヒステリシス特性、つまり吐出特性を向上することができたのは、流出口１４における二次側の流れを整流したことによる。二次側である流出口１４の流れに、乱れないし乱流が発生すると、二次側の流体の乱れに起因して、弁体３７の開度がコイル電流で設定した設定開度とならず、開度変動を起こすが、本発明の流体制御弁においては、流出口１４に比して断面積が小さい連通路４３から流出口１４に流体が流入しても、流出口１４における二次側の流れが乱れることなく、吐出特性を向上することができた。しかも、流体制御弁のサイズは、従来のものと同一のサイズとすることができた。

図１５は、比例制御弁の変形例を示す縦断面図である。図１５には、図１に示した比例制御弁と同様の部分が示されている。図１５においては、図１に示した部材と共通する部材には、同一の符号が付されている。

この比例制御弁１０においては、図１に示した弁体３７がポペット型であるのに対し、弁体３７がダイヤフラム型となっている。この弁体３７は、弁座２４に接触する中心部３７ａと、流路ブロック１１に締結リング４６により固定される外周部３７ｂと、中心部３７ａと外周部３７ｂとの間の弾性変形部３７ｃとを有している。図１５に示した比例制御弁においても、連通路４３を図３〜図６に示した構造とすることにより、実施の形態１，２と同様の効果が得られた。

また、比例制御弁１０は、コイル電流を供給する状態とコイル電流の供給を遮断する状態とに切り替える開閉弁として使用することもできる。比例制御弁１０を開閉弁として使用しても、流体により弁体に加えられる推力が開度によらず一定となる。そのため、ばね力が小さくても、閉状態と開状態を切り替える弁体の動きが安定し、開閉弁の性能が安定する。

それに伴い、閉状態で圧縮コイルばね３６が弁体３７を押す力が小さくてすむので、閉状態から開状態へ移行するために、ばね力に逆らって可動鉄心３４を固定鉄心３１へ近づける吸引力も小さくてすむ。その結果、ソレノイド組立体１２を、小型化・省電力化できる。

図１６は、流体制御弁の実施の形態３としての減圧弁５０ａを示す縦断面図である。この減圧弁５０ａは、流入口１３と流出口１４が流路ブロック１１に設けられている。流入口１３は流路ブロック１１の側面１１ａに開口し、流出口１４は反対側の側面１１ｂに開口している。弁軸案内孔５１が流路ブロック１１の中央部に設けられ、流入口１３は弁軸案内孔５１の内面に開口している。

流路プラグ５２が流路ブロック１１に装着される。流路プラグ５２は流路ブロック１１の一部を構成し、弁軸案内孔５１の一端部は流路プラグ５２により閉塞されている。中空の弁軸５３が弁軸案内孔５１内に装着され、弁軸５３の外周面と弁軸案内孔５１の間で一次側の連通路２３が形成される。円筒形状のガイド部材５４が弁軸５３の一端部に取り付けられており、ガイド部材５４は弁軸５３の一部を構成している。ガイド部材５４には径方向外方に突出してフランジ部５５が設けられている。弁体３７はフランジ部５５に設けられており、弁座２４が弁軸案内孔５１の一端部に設けられている。制御室２１が流路ブロック１１と流路プラグ５２とにより形成されている。制御室２１は、一次側の連通路２３により流入口１３に連通し、二次側の連通路４３により流出口１４に連通する。

ガイド部材５４は、流路プラグ５２に設けられた案内筒部５６に軸方向に摺動自在に嵌合される。弁軸５３の他端部には大径の摺動部５７が設けられており、摺動部５７は弁軸案内孔５１の他端部に摺動自在に嵌合される。弁体３７に弁座２４に向けてばね力を付勢するために、圧縮コイルばね３６が流路プラグ５２の案内筒部５６の外側に装着されている。

流路ブロック１１には流路プラグ５２に対向してボンネット６０が装着される。ダイヤフラム６１がボンネット６０と流路ブロック１１の間に設けられており、流出口１４に通気孔６２ａを介して連通する二次側圧力室６２がダイヤフラム６１と流路ブロック１１により区画される。調圧室６３がダイヤフラム６１とボンネット６０とにより区画される。ダイヤフラム６１には補強用ディスク６４が取り付けられており、受圧ディスク６５が補強用ディスク６４に取り付けられている。補強用ディスク６４と受圧ディスク６５は調圧室６３内に配置される。

ボンネット６０とダイヤフラム６１とにより区画される調圧室６３内には、圧縮コイルばねからなる調圧ばね７１が駆動手段として装着され、駆動力としての弾性力を弁体３７に加える。圧力調整ねじ７２がボンネット６０の端壁部６０ａに回転自在に設けられており、ばね受け部材７３が圧力調整ねじ７２に螺合されている。調圧ばね７１の一端はダイヤフラム６１の補強用ディスク６４に当接し、他端はばね受け部材７３に当接している。

連結駒７４が圧力調整ねじ７２に固定され、円筒形状の操作ハンドル７５が連結駒７４に固定されている。したがって、操作ハンドル７５を回転させると、圧力調整ねじ７２に螺合するばね受け部材７３の軸方向位置が変化し、調圧ばね７１によりダイヤフラム６１に加えられるばね力が変化する。これにより、流出口１４に流出される二次側圧力が設定される。このように、調圧ばね７１により弁体３７に加えられる駆動力と、圧縮コイルばね３６により弁体３７に加えられるばね力は、互いに逆方向の力として弁体に加えられる。調圧室６３と外部とを連通させる息付き孔７６がボンネット６０に設けられている。

この減圧弁５０ａにおいては、流出口１４から流出する二次側の圧力が設定値よりも高いときには、二次側圧力室６２の圧力によりダイヤフラム６１が弁軸５３から離れて二次側圧力室６２の流体が弁軸５３の排気通路５３ａと貫通孔５２ａを介して外部に排出される。これにより、二次側の圧力は設定値となる。設定値となると、ダイヤフラム６１は弁軸５３に当接し、二次側圧力室６２と外部との連通が遮断される。

これに対し、二次側の圧力が設定値よりも低下すると、調圧室６３の流体により、弁体３７を弁座２４から離す方向に加わる駆動力が圧縮コイルばね３６により弁座２４に向けて加わるばね力よりも大きくなり、弁体３７は弁座２４から離れる。これにより、制御室２１内の流体が二次側の連通路４３を通って流出口１４に流れ、二次側の圧力は設定値となる。

図１６におけるＡ−Ａ線断面により示される流出口１４と連通路４３の形状は、図３（Ａ）とほぼ同様となっている。つまり、流出口１４は、図３（Ａ）に示されるように、底面１７と開口部との間に延びる内周面４１を有し、内周面４１は円弧面を介して底面１７に連なっている。連通路４３は、第１の連通孔４３ａと第２の連通孔４３ｂとにより形成され、連通路４３は、それぞれの連通孔４３ａ，４３ｂの半円部分により形成される２つの流体案内面４５ａ，４５ｂを有している。

したがって、２つの連通孔４３ａ，４３ｂから流出口１４内に流入した流体は、底面１７に沿って滑らかに流れながら僅かに横方向両側に拡散し、円弧面４２ａに向かう。一方の流体案内面４５ａに沿って連通孔４３ａを貫通した流体の主流は、流出口１４の横方向一方側の円弧面４２ｂに向けて拡散しながら円弧面４２ａに向かう。円弧面４２ａから反転した流体は、流出口１４の開口部に向けて流れる。上述とは逆に、他方の流体案内面４５ｂに沿って連通孔４３ｂを貫通した主流は、流出口１４の横方向他方側の円弧面４２ｂに向けて拡散しながら二次側圧力室６２に向かう。円弧面４２ａから反転した流体は、流出口１４の開口部に向けて流れる。

このように、円弧面４２ａからの反転した流体の流れは、流出口１４の内周面４１の横方向両側から逆向きとなって形成されるので、両方の反射流れは突き当てられて合流する。合流した流体は、流出口１４の中心線Ｏに沿う収束された流れとなり、乱れることなく、整流された収束流となる。流出口１４の開口部から流体が整流された状態となって吐出されると、弁開度と吐出量とが高精度で対応し、二次側圧力が高い精度で設定される。

減圧弁５０ａにおいても、連通路４３を、図３（Ｂ）および図６に示される形態とすることができる。図３（Ｂ）においては、流体案内面４５ａ，４５ｂの一部が円弧面４２ｂに接する位置となるように、連通孔４３ａ，４３ｂが流路ブロック１１に設けられている。図６においては、連通路４３は長孔４３ｃにより形成されている。長孔４３ｃは第１の流体案内面４５ａと、第２の流体案内面４５ｂとを有している。

図１７は、流体制御弁の実施の形態４としての減圧弁５０ｂを示す縦断面図である。この減圧弁５０ｂは調圧室内に外部からの圧力設定用の流体を供給するようにした外部パイロット式減圧弁である。この減圧弁５０ｂの流路ブロック１１は、上記減圧弁５０ａの流路ブロック１１と同一の構造となっており、ボンネット６０の構造が減圧弁５０ａと相違している。調圧室６３に連通するパイロットポート６６がボンネット６０の端壁部６０ａに設けられており、パイロット圧供給配管６７がパイロットポート６６に接続される。パイロット圧供給配管６７により外部から調圧室６３に供給される圧力設定用の流体により、流出口１４から流出される二次側圧力が設定される。圧力設定用の流体は、駆動手段を構成しており、ダイヤフラム６１を介して弁体３７に駆動力を加える。圧力設定用流体により弁体３７に加えられる駆動力と圧縮コイルばね３６により弁体３７に加えられるばね力は、互いに逆方向の力として弁体３７に加えられる。

調圧室６３内には、ストッパ６８が取り付けられており、このストッパ６８はダイヤフラム６１の変位量を規制する。このように、減圧弁５０ｂは調圧室６３に供給される圧力により二次側圧力が設定される間接作動式減圧弁である。また、減圧弁５０ｂは、調圧室６３に外部から圧力設定用の流体を供給するようにした外部パイロット式減圧弁として構成されている。なお、減圧弁５０ｂを、流入側ポートに供給された流体の一部を調圧して調圧室５３に供給する内部パイロット式減圧弁としてもよい。

この減圧弁５０ｂにおいても、連通路４３の構造は、減圧弁５０ａと同様となっている。連通路４３の構造には、図３に示される構造と、図６に示される構造とがある。連通路４３を上述した構造とすることにより、二次側圧力を高い精度で設定することができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。本発明の流体制御弁は、上述のように、流体圧機器に供給される圧縮空気等の流量を制御するための流量制御弁つまり比例制御弁、流体圧機器への圧縮空気等の供給を制御する開閉弁、および流体圧機器に供給される圧縮空気等の圧力を制御するための減圧弁として適用することができる。本発明の流体制御弁は、作動流体は圧縮空気等の圧縮性流体に限られることなく、非圧縮性流体の流量や圧力を制御するための流体制御弁にも、適用することができる。

１０ 比例制御弁
１１ 流路ブロック
１２ ソレノイド組立体
１３ 流入口
１４ 流出口
１５ 仕切り壁
１６，１７ 底面
２１ 制御室
２３ 連通路
２４ 弁座
２６ コイル
３４ 可動鉄心
３６ 圧縮コイルばね
３７ 弁体
３７ａ 中心部
３７ｂ 外周部
３７ｃ 弾性変形部
４１ 内周面
４２ａ，４２ｂ 円弧面
４３ 連通路
４３ａ 第１の連通孔
４３ｂ 第２の連通孔
４３ｃ 長孔
４４ 仕切り部
４５ａ 第１の流体案内面
４５ｂ 第２の流体案内面
４５ｃ ストレート面
５０ａ，５０ｂ 減圧弁
５１ 弁軸案内孔
５３ 弁軸
５４ ガイド部材
５６ 案内筒部
５７ 摺動部
６０ ボンネット
６１ ダイヤフラム
６２ 二次側圧力室
６３ 調圧室
６６ パイロットポート
６７ パイロット圧供給配管
７１ 調圧ばね
７２ 圧力調整ねじ
７３ ばね受け部材
７５ 操作ハンドル

Claims (8)

1. 流体が流入する流入口、流体が流出する流出口、前記流入口に一次側の連通路により連通する制御室、および当該制御室を前記流出口に連通する二次側の連通路が設けられた流路ブロックと、前記一次側の連通路の前記制御室側開口部に形成された弁座の開度を調整する弁体と、を備える流体制御弁であって、
   前記流出口は、底面と、該底面と前記流路ブロックの開口部との間に延びる内周面とを有し、
   前記二次側の連通路は、前記流出口の横方向の一方側に変位し前記底面に向けて延びる第１の流体案内面と、前記流出口の横方向の他方側に変位し前記底面に向けて延びる第２の流体案内面とを有する、流体制御弁。
2. 請求項１記載の流体制御弁において、前記二次側の連通路は、前記第１の流体案内面を有する第１の連通孔と、前記第２の流体案内面を有し前記第１の連通孔に仕切り壁により仕切られた第２の連通孔とを有する、流体制御弁。
3. 請求項１記載の流体制御弁において、前記二次側の連通路は、前記第１の流体案内面と前記第２の流体案内面との間に延びるストレート面を有し、長径が流出口の横方向に延びた長孔である、流体制御弁。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体制御弁において、前記弁体の開度に応じたばね力を前記弁体に加えるばね部材と、前記ばね部材によって加えられるばね力と逆方向の駆動力を前記弁体に加える駆動手段とを有する、流体制御弁。
5. 請求項４記載の流体制御弁において、前記駆動手段が、外側にコイルが巻き付けられるボビンと、当該ボビンの内側に配置され前記弁体が取り付けられる可動鉄心とを備え、前記流路ブロックに設けられるソレノイド組立体である、流体制御弁。
6. 請求項５記載の流体制御弁において、前記弁体は、ポペット型、または前記弁座に接触する中心部、前記流路ブロックに固定される外周部、および前記中心部と前記外周部との間の弾性変形部とを有するダイヤフラム型である、流体制御弁。
7. 請求項４記載の流体制御弁において、前記弁体が設けられる弁軸と、調圧室が設けられ前記流路ブロックに装着されるボンネットと、前記流出口に連通する二次側圧力室を前記流路ブロックとの間で区画するダイヤフラムと、前記調圧室内に装着され前記流出口に流出する二次側の圧力を設定する調圧ばねとを有し、前記駆動手段が前記調圧ばねである、流体制御弁。
8. 請求項４記載の流体制御弁において、前記弁体が設けられる弁軸と、調圧室が設けられ前記流路ブロックに装着されるボンネットと、前記流出口に連通する二次側圧力室を前記流路ブロックとの間で区画するダイヤフラムと、前記調圧室に圧力設定用の流体を供給するパイロットポートとを有し、前記駆動手段が前記調圧室に供給される圧力設定用の流体である、流体制御弁。
   

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