JP2018096493A - Flow control valve - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate unsatisfactory state in which a controlling operation becomes unstable when a driving operation is started (when a low voltage driving is performed) even under severe use environment such as a heat cycle and to assure high degree of safety and reliability in operation.SOLUTION: When a flow control valve 1 is constituted to comprise a valve body mechanism part 5 having a plunger part 7 for supporting a valve body part 6 with a valve part 6s formed by rubber raw material R and displaced in an axial direction Fs in correspondence with a value of a driving voltage applied to a solenoid part 3 and having an elastic member 8 for elastically supporting this plunger part 7 and an orifice part 9 arranged in front of an axial direction Fs of the valve part 6s to define a flow passage J and formed with metallic raw material M having a valve seat part 9s to be opened or closed, there is provided a DLC film forming layer 10 in which a surface 9sf of the valve seat part 9s to which at least the valve part 6s is abutted has a predetermined film thickness Ls improving a peeling characteristic when the valve part 6s abutted against said surface 9sf is spaced apart.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、流路を流れるガス等の各種流体の流量を可変制御する際に用いて好適な流量制御弁に関する。   The present invention relates to a flow rate control valve suitable for use in variably controlling the flow rate of various fluids such as gas flowing in a flow path.

従来、ゴム素材により形成した弁部材を有する弁体を支持するとともに、ソレノイド部に印加する駆動電圧の大きさに対応して軸方向に変位するプランジャ部,及びこのプランジャ部を弾性支持する弾性部材を有する弁体機構部と、弁体の軸方向前方に配し、かつ流路を仕切るように設けるとともに、弁部材により開閉される弁座を有する金属素材により形成したオリフィス部とを備える流量制御弁としては、特許文献1で開示される流量制御弁及び特許文献2で開示される流量制御弁が知られている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a plunger portion that supports a valve body having a valve member formed of a rubber material, is displaced in the axial direction in response to the magnitude of a drive voltage applied to the solenoid portion, and an elastic member that elastically supports the plunger portion. A valve body mechanism portion, and an orifice portion that is disposed in front of the valve body in the axial direction and that is provided so as to partition the flow path and that is formed of a metal material having a valve seat that is opened and closed by a valve member. As the valve, a flow control valve disclosed in Patent Document 1 and a flow control valve disclosed in Patent Document 2 are known.

特許文献1で開示される流量制御弁は、ガス噴射孔(流体流出孔)及び弁座を有する制振合金を用いたバルブシートと、バルブシートの弁座に対してゴム状弾性材を用いたシール部材を介して着座及び離座する弁体とを備えるとともに、バルブシートが、支持側の第1のシート部材と、その第1のシート部材に組付けられ、かつガス噴射孔及び弁座が設けられた第2のシート部材とから構成され、開弁時における最大流量を、第2のシート部材の弁座とシール部材との間の間隙によって規定し、閉弁時における弁体の全閉位置を、第1のシート部材に設けられた座面に対する弁体の当接によって規定するようにしたものである。   The flow control valve disclosed in Patent Document 1 uses a valve seat using a damping alloy having a gas injection hole (fluid outflow hole) and a valve seat, and uses a rubber-like elastic material for the valve seat of the valve seat. A valve body seated and separated via a seal member, and a valve seat is assembled to the first seat member on the support side, the first seat member, and a gas injection hole and a valve seat The maximum flow rate when the valve is opened is defined by the gap between the valve seat of the second seat member and the seal member, and the valve body is fully closed when the valve is closed. The position is defined by the contact of the valve body with the seat surface provided on the first seat member.

また、特許文献2で開示される流量制御弁は、ソレノイドの外部に設けたアウタヨーク及び内部に設けたインナヨークを有するとともに、インナヨークの前端面に対して、後端面が対向し、かつソレノイドに印加する励磁電圧の大きさに対応して変位するプランジャを有する電磁駆動部と、プランジャの前端に設けることにより流路を開閉するゴム等で形成した弁部材を有する弁体及びこの弁体を弾性支持するダイヤフラムを有する弁機構部と、この弁体が当接可能な流入口を形成した平坦面を有する閉塞ブロック(弁座)とを備える流量制御弁であって、プランジャの後端面をリング状の平坦部とこの平坦部の内側に設けたテーパ面を有する凸部(又は凹部)との組合わせにより形成するとともに、インナヨークの前端面をリング状の平坦部とこの平坦部の内側に設けたテーパ面を有する凹部(又は凸部)との組合わせにより形成し、後端面又は前端面の直径に対する凸部又は凹部の直径の比率及びテーパ面の角度を所定の大きさに設定したものである。   Further, the flow control valve disclosed in Patent Document 2 has an outer yoke provided outside the solenoid and an inner yoke provided inside, and the rear end surface is opposed to the front end surface of the inner yoke and is applied to the solenoid. An electromagnetic drive unit having a plunger that displaces in accordance with the magnitude of the excitation voltage, a valve body having a valve member formed of rubber or the like that opens and closes the flow path by being provided at the front end of the plunger, and elastically supports the valve body A flow control valve comprising a valve mechanism having a diaphragm and a blocking block (valve seat) having a flat surface on which an inflow port with which the valve body can abut is formed, and the rear end surface of the plunger is ring-shaped flat And a convex portion (or a concave portion) having a tapered surface provided inside the flat portion, and the front end surface of the inner yoke is formed as a ring-shaped flat portion. It is formed by a combination with a concave portion (or convex portion) having a tapered surface provided inside the flat portion, and the ratio of the diameter of the convex portion or concave portion to the diameter of the rear end surface or the front end surface and the angle of the tapered surface are predetermined. The size is set.

特開2010−19362号公報JP 2010-19362 A 特開2010−25303号公報JP 2010-25303 A

しかし、上述した特許文献1及び2で開示される流量制御弁をはじめ、従来の流量制御弁は、次のような解決すべき課題が存在した。   However, the conventional flow control valves including the flow control valves disclosed in Patent Documents 1 and 2 described above have the following problems to be solved.

即ち、流量制御弁が、ソレノイドの非通電時に、弁部材(弁体)が弁座に当接して流路を閉じる、いわゆるノーマルクローズ機能を有するとともに、弁体の弁部材にゴム素材を使用し、かつ弁座に金属素材を使用して構成した場合、非通電状態が継続した流量制御弁を駆動する際に、使用環境等によっては、弁部材が弁座に密着し、駆動開始時(低電圧駆動時)において制御動作が不安定(不能)になる問題を生じる。   In other words, the flow control valve has a so-called normal close function in which the valve member (valve element) abuts the valve seat and closes the flow path when the solenoid is not energized, and a rubber material is used for the valve member of the valve element. When a metal material is used for the valve seat, when driving a flow control valve that has been de-energized, the valve member may be in close contact with the valve seat depending on the operating environment, etc. This causes a problem that the control operation becomes unstable (impossible) during voltage driving.

具体的には、図10に示すように、非通電状態を24時間継続した後、駆動を開始した場合、常温環境では、特性線Eonで示すように、駆動電圧Vdが7〔V〕付近から電圧が高くなるに従い、その電圧の大きさに対応して弁部材(弁座)が開き、流量〔L/min〕も対応して徐々に増加する正常動作を行うが、ヒートサイクル環境(温度80〔℃〕及び湿度90〔%〕の環境が8時間,温度0〔℃〕及び湿度0〔%〕の環境が8時間の繰り返しを2回継続)の後では、弁部材が弁座に対して密着状態(くっつき状態)となり、特性線Eocで示すように、駆動電圧Vdが11〔V〕付近まで閉状態を維持し、11〔V〕付近のいわば臨界点に達した時点で弁部材が弁座から離れ、瞬時に全開に移行する不安定動作を生じる。   Specifically, as shown in FIG. 10, when driving is started after 24 hours of non-energization, the drive voltage Vd starts from around 7 [V] as shown by the characteristic line Eon in a normal temperature environment. As the voltage increases, the valve member (valve seat) opens corresponding to the magnitude of the voltage, and the flow rate [L / min] gradually increases correspondingly, but the heat cycle environment (temperature 80 After the temperature of [° C] and humidity of 90% is 8 hours and the temperature of 0 ° C and humidity of 0% is repeated for 8 hours twice, the valve member As shown by the characteristic line Eoc, the valve member is closed when the drive voltage Vd is kept close to 11 [V] and reaches a critical point near 11 [V], as shown by the characteristic line Eoc. An unstable operation is generated that leaves the seat and instantaneously shifts to full opening.

この問題は、常温環境など、通常の使用環境では生じないとともに、生じても駆動開始時などに限られる場合も多いため、さほど問題視されていない側面もあるが、流量制御弁の安定性及び信頼性を確保する観点からは望ましくない。したがって、一般的には、弁部材を形成するゴム素材の選定や表面処理により対応しているのが実情である。図10中、Ern,Ercが弁部材の表面に、密着力を低減する表面コーティングを施した場合の特性線を示し、Ernが常温環境、Ercがヒートサイクル環境の場合を示す。   This problem does not occur in normal use environments such as room temperature environments, and even if it occurs, it is often limited to the start of driving, etc., so there are aspects that are not regarded as problematic, but the stability of the flow control valve and This is not desirable from the viewpoint of ensuring reliability. Therefore, in general, the actual situation is to cope with the selection and surface treatment of the rubber material forming the valve member. In FIG. 10, Ern and Erc indicate characteristic lines when the surface of the valve member is subjected to a surface coating for reducing adhesion, and Ern is a room temperature environment and Erc is a heat cycle environment.

しかし、このような改善処理を行った場合でも、ヒートサイクル環境における不安定動作を完全に解消するまでには至っておらず、高度の安定性及び信頼性を有する流量制御弁を得る観点からは更なる改善の余地があった。   However, even when such improvement processing is performed, the unstable operation in the heat cycle environment has not been completely eliminated, and it is further from the viewpoint of obtaining a flow control valve having high stability and reliability. There was room for improvement.

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した流量制御弁の提供を目的とするものである。   The object of the present invention is to provide a flow control valve that solves the problems in the background art.

本発明は、上述した課題を解決するため、ソレノイド部3の外部に配したアウタヨーク4f,及びソレノイド部3の内部に配したインナヨーク4iを有する電磁駆動部2と、インナヨーク4iの軸方向Fs前方に配し、かつゴム素材Rにより形成した弁部6sを有する弁体部6を支持するとともに、ソレノイド部3に印加する駆動電圧Vdの大きさに対応して軸方向Fsに変位するプランジャ部7,及びこのプランジャ部7を弾性支持する弾性部材8を有する弁体機構部5と、弁部6sの軸方向Fs前方に配し、かつ流路Jを仕切るように設けるとともに、弁部6sにより開閉される弁座部9sを有する金属素材Mにより形成したオリフィス部9とを備える流量制御弁1を構成するに際して、少なくとも弁部6sが当接する弁座部9sの表面9sfに、当該表面9sfに当接した弁部6sが離間する際の剥離性を高める所定の膜厚Lsを有するDLC(ダイヤモンドライクカーボン)成膜層10を設けてなることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides an electromagnetic drive unit 2 having an outer yoke 4f disposed outside the solenoid unit 3, an inner yoke 4i disposed inside the solenoid unit 3, and an axial direction Fs front of the inner yoke 4i. A plunger portion 7 that is disposed and supports the valve body portion 6 having the valve portion 6s formed of the rubber material R, and that is displaced in the axial direction Fs in accordance with the magnitude of the drive voltage Vd applied to the solenoid portion 3; The valve body mechanism portion 5 having an elastic member 8 that elastically supports the plunger portion 7 and the valve portion 6s are disposed in front of the axial direction Fs and provided to partition the flow path J, and are opened and closed by the valve portion 6s. The surface of the valve seat portion 9s with which at least the valve portion 6s abuts when the flow control valve 1 including the orifice portion 9 formed of the metal material M having the valve seat portion 9s is provided. In sf, characterized by comprising providing a DLC (diamond-like carbon) film formation layer 10 having a predetermined thickness Ls enhancing the releasability when contact with the valve portion 6s on the surface 9sf are separated.

この場合、発明の好適な態様により、弾性部材8には、外縁側を固定し、かつ中心側でプランジャ部7を支持する板バネ8sを用いることができるとともに、弾性部材8には、ソレノイド部3の非通電時に、弁部6sを弁座部9sに当接させる方向にプランジャ部7を付勢する機能を持たせることができる。なお、板バネ8sには、非線形特性のバネ荷重を持たせることが望ましい。また、弁体機構部5には、板バネ8sにおけるバネ荷重及び(又は)ストロークを外部からの操作により変更調整可能なバネ調整機構部12x,12yを設けることができる。さらに、弁部6sの表面は、ブラスト処理による粗面6scにより形成することができるとともに、弁部6sの表面には、架橋処理によるシリコン系被膜層11を設けることができる。このシリコン系被膜層11は、膜厚Lcを2〜4.5〔μm〕の範囲に選定できるとともに、シリコン系被膜層11は、単層又は多層構造により設けることができる。一方、DLC成膜層10は、膜厚Lsを1.5〜4.5〔μm〕の範囲に選定できるとともに、硬度をヌープ硬度500〜1500〔HK〕の範囲に選定することができる。なお、駆動電圧Vdは、オリフィス部9の前後差圧が250〔kPa〕以上であることを条件に、4〜6〔V〕の範囲において、0.2〜200〔L/min〕の流量を制御可能な傾き電圧に設定することができる。   In this case, according to a preferred aspect of the invention, the elastic member 8 can be provided with a leaf spring 8s that fixes the outer edge side and supports the plunger portion 7 on the center side, and the elastic member 8 includes a solenoid portion. 3 can be provided with a function of urging the plunger portion 7 in a direction in which the valve portion 6s is brought into contact with the valve seat portion 9s. The leaf spring 8s preferably has a non-linear characteristic spring load. The valve body mechanism 5 can be provided with spring adjustment mechanisms 12x and 12y that can change and adjust the spring load and / or stroke of the leaf spring 8s by an external operation. Furthermore, the surface of the valve portion 6s can be formed by a rough surface 6sc by blasting, and the silicon-based coating layer 11 by cross-linking treatment can be provided on the surface of the valve portion 6s. The silicon-based coating layer 11 can have a film thickness Lc in the range of 2 to 4.5 [μm], and the silicon-based coating layer 11 can be provided with a single layer or a multilayer structure. On the other hand, the DLC film-forming layer 10 can select the film thickness Ls in the range of 1.5 to 4.5 [μm] and the hardness in the range of Knoop hardness 500 to 1500 [HK]. The drive voltage Vd has a flow rate of 0.2 to 200 [L / min] in the range of 4 to 6 [V], provided that the differential pressure across the orifice 9 is 250 [kPa] or more. The controllable slope voltage can be set.

このような構成を有する本発明に係る流量制御弁1によれば、次のような顕著な効果を奏する。   According to the flow control valve 1 according to the present invention having such a configuration, the following remarkable effects can be obtained.

(1) 少なくとも弁部6sが当接する弁座部9sの表面9sfに、当該表面9sfに当接した弁部6sが離間する際の剥離性を高める所定の膜厚Lsを有するDLC成膜層10を設けてなるため、ヒートサイクル環境のような苛酷の使用環境下であっても、駆動開始時(低電圧駆動時)において制御動作が不安定(不能)になる不具合を解消することができ、流量制御弁1における高度の安定性及び信頼性を確保できる。   (1) A DLC film-forming layer 10 having a predetermined film thickness Ls that enhances peelability when the valve portion 6s abutting against the surface 9sf is separated from at least the surface 9sf of the valve seat portion 9s abutting against the valve portion 6s. Therefore, even under severe usage environment such as heat cycle environment, it is possible to solve the problem that the control operation becomes unstable (impossible) at the start of driving (during low voltage driving), A high degree of stability and reliability in the flow control valve 1 can be ensured.

(2) 好適な態様により、弾性部材8に、外縁側を固定し、かつ中心側でプランジャ部7を支持する板バネ8sを用いれば、流量制御弁1全体の小型化に寄与できることに加え、弁体部6が板バネ8sによる弾性圧力により支持され、弁部6sが弁座部9sに対して比較的強い圧力により当接(圧接)する場合であっても、DLC成膜層10の有効作用により、弁部6sが弁座部9sから離間する際における十分な剥離性を確保できる。   (2) In addition to being able to contribute to downsizing of the entire flow control valve 1 by using a leaf spring 8s that fixes the outer edge side to the elastic member 8 and supports the plunger portion 7 on the center side according to a preferred embodiment, Even when the valve body 6 is supported by the elastic pressure of the leaf spring 8s and the valve 6s abuts against the valve seat 9s by a relatively strong pressure (pressure contact), the DLC film formation layer 10 is effective. Due to the action, it is possible to ensure sufficient peelability when the valve portion 6s is separated from the valve seat portion 9s.

(3) 好適な態様により、弾性部材8に、ソレノイド部3の非通電時に、弁部6sを弁座部9sに当接させる方向にプランジャ部7を付勢する機能を持たせれば、弁部6sが弁座部9sに密着する不具合が最も生じやすい状態にあってもDLC成膜層10の有効作用により、弁部6sが弁座部9sから離間する際における十分な剥離性を確保できる。   (3) If the elastic member 8 has a function of urging the plunger portion 7 in the direction in which the valve portion 6s is brought into contact with the valve seat portion 9s when the solenoid portion 3 is not energized, the valve portion Even in the state where the trouble that 6s is in close contact with the valve seat portion 9s is most likely to occur, the effective action of the DLC film forming layer 10 can ensure sufficient peelability when the valve portion 6s is separated from the valve seat portion 9s.

(4) 好適な態様により、板バネ8sに、非線形特性のバネ荷重を持たせれば、板バネ8sのバネ荷重をソレノイド部3の吸引力に対して、より広い範囲でバランスさせることができるため、弁部6sの変位動作の直線性及び安定性の向上に寄与できる。   (4) According to a preferred embodiment, if the leaf spring 8s has a non-linear characteristic spring load, the spring load of the leaf spring 8s can be balanced with respect to the suction force of the solenoid unit 3 in a wider range. This can contribute to the improvement in linearity and stability of the displacement operation of the valve portion 6s.

(5) 好適な態様により、弁体機構部5に、板バネ8sにおけるバネ荷重及び(又は)ストロークを外部からの操作により変更調整可能なバネ調整機構部12x,12yを設ければ、組立完了後の最終段階において板バネ8sにおけるバネ荷重及び(又は)ストロークを調整できるため、バラツキの少ない精度の高い流量制御弁1を提供できる。   (5) According to a preferred embodiment, when the valve body mechanism 5 is provided with spring adjustment mechanisms 12x and 12y capable of changing and adjusting the spring load and / or stroke of the leaf spring 8s by an external operation, the assembly is completed. Since the spring load and / or the stroke of the leaf spring 8s can be adjusted at the final stage later, the flow control valve 1 with high accuracy with little variation can be provided.

(6) 好適な態様により、弁部6sの表面を、ブラスト処理による粗面6scにより形成すれば、弁座部9sに対して密着する実質的な表面積を縮小できるため、分子間力を抑制し、分子間力と水素結合が原因とされている弁部6sと弁座部9s間の固着性をより低減することができる。   (6) If the surface of the valve portion 6s is formed by a rough surface 6sc by blasting according to a preferred embodiment, the substantial surface area in close contact with the valve seat portion 9s can be reduced, thereby suppressing intermolecular forces. The sticking property between the valve portion 6s and the valve seat portion 9s caused by the intermolecular force and the hydrogen bond can be further reduced.

(7) 好適な態様により、弁部6sの表面に、架橋処理によるシリコン系被膜層11を設ければ、弁部6sの表面を架橋処理による表面改質により不活性化できるため、弁部6sと弁座部9s間の固着の原因とされている水素結合を効果的に抑制することができる。加えて、弁座部9sに設けるDLC成膜層10との相乗作用により、より高い剥離性を確保できるため、流量制御弁1における更なる安定性及び信頼性の向上に寄与できる。   (7) According to a preferred embodiment, if the surface of the valve portion 6s is provided with the silicon-based coating layer 11 by the crosslinking treatment, the surface of the valve portion 6s can be inactivated by surface modification by the crosslinking treatment. And the hydrogen bond, which is the cause of the sticking between the valve seat portion 9s, can be effectively suppressed. In addition, the synergistic action with the DLC film-forming layer 10 provided in the valve seat portion 9s can ensure higher peelability, which can contribute to further improvement in stability and reliability in the flow control valve 1.

(8) 好適な態様により、シリコン系被膜層11の膜厚Lcを、2〜4.5〔μm〕の範囲に選定すれば、弁部6sの変形等に対しても良好な追従性を確保できる。   (8) If the film thickness Lc of the silicon-based coating layer 11 is selected in the range of 2 to 4.5 [μm] according to a preferred embodiment, good followability can be ensured even for deformation of the valve portion 6s. it can.

(9) 好適な態様により、シリコン系被膜層11を、多層構造により設ければ、シリコン系被膜層11の被膜強度を高め、より耐久性に優れるシリコン系被膜層11を得ることができる。   (9) According to a preferred embodiment, if the silicon-based coating layer 11 is provided with a multilayer structure, the silicon-based coating layer 11 having higher durability and higher durability can be obtained.

(10) 好適な態様により、DLC成膜層10の膜厚Lsを、1.5〜4.5〔μm〕の範囲に選定すれば、流量制御弁1の駆動開始時(低電圧駆動時)において、制御動作が不安定(不能)になる不具合を解消できるため、DLC成膜層10の膜厚Lsを選定する観点から、本発明の実現性及び有効性を確保できる望ましい態様(形態)として実施できる。   (10) When the film thickness Ls of the DLC film-forming layer 10 is selected in a range of 1.5 to 4.5 [μm] according to a preferred embodiment, when the flow control valve 1 starts driving (at low voltage driving) Therefore, from the viewpoint of selecting the film thickness Ls of the DLC film-forming layer 10, it is possible to ensure the feasibility and effectiveness of the present invention as a desirable mode (form). Can be implemented.

(11) 好適な態様により、DLC成膜層10の硬度をヌープ硬度500〜1500〔HK〕の範囲に選定すれば、流量制御弁1の駆動開始時(低電圧駆動時)において、制御動作が不安定(不能)になる不具合を解消できるため、DLC成膜層10の硬度を選定する観点から、本発明の実現性及び有効性を確保できる望ましい態様(形態)として実施できる。   (11) If the hardness of the DLC film-forming layer 10 is selected in the range of Knoop hardness of 500 to 1500 [HK] according to a preferred embodiment, the control operation can be performed when the flow control valve 1 starts to drive (during low voltage driving). Since the problem of becoming unstable (impossible) can be solved, from the viewpoint of selecting the hardness of the DLC film-forming layer 10, it can be implemented as a desirable mode (form) that can ensure the feasibility and effectiveness of the present invention.

(12) 好適な態様により、駆動電圧Vdを、オリフィス部9の前後差圧が250〔kPa〕以上であることを条件に、4〜6〔V〕の範囲において、0.2〜200〔L/min〕の流量を制御可能な傾き電圧に設定すれば、吸引力を徐々に強くしながら開度を大きくする際の良好な追従性を確保できる。   (12) According to a preferred embodiment, the driving voltage Vd is set to 0.2 to 200 [L] in the range of 4 to 6 [V] on condition that the differential pressure across the orifice 9 is 250 [kPa] or more. / Min] is set to a controllable gradient voltage, it is possible to ensure good followability when increasing the opening while gradually increasing the suction force.

本発明の好適実施形態に係る流量制御弁の内部構造を示す断面正面図、Sectional front view showing the internal structure of a flow control valve according to a preferred embodiment of the present invention, 同流量制御弁の図1中A−A線断面図、AA line sectional view of the same flow control valve in FIG. 同流量制御弁に用いるオリフィス部の平面図及び断面正面図、A plan view and a cross-sectional front view of an orifice part used for the flow control valve, 同流量制御弁に用いる弁部の一部抽出拡大図を含む断面正面図、Cross-sectional front view including a partially extracted enlarged view of the valve portion used for the flow control valve, 同流量制御弁の弁体機構部及びオリフィス部を示す作用説明図、Action explanatory view showing the valve body mechanism part and the orifice part of the flow control valve, 同流量制御弁の使用説明図、Usage explanation of the same flow control valve, 同流量制御弁におけるDLC成膜層の膜厚を2〔μm〕に選定したときの駆動電圧に対する流量特性図、A flow rate characteristic diagram with respect to driving voltage when the film thickness of the DLC film-forming layer in the same flow control valve is selected to be 2 [μm] 同流量制御弁におけるDLC成膜層の膜厚を1〔μm〕に選定したときの駆動電圧に対する流量特性図、A flow rate characteristic diagram with respect to a driving voltage when the film thickness of the DLC film-forming layer in the flow rate control valve is selected to be 1 [μm], 同流量制御弁と背景技術に係る流量制御弁を対比して示す駆動電圧に対する流量特性図、A flow rate characteristic diagram with respect to the drive voltage showing the flow rate control valve and the flow rate control valve according to the background art in comparison. 背景技術に係る流量制御弁の駆動電圧に対する流量特性図、Flow rate characteristic diagram with respect to driving voltage of the flow control valve according to the background art,

次に、本発明に係る好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。   Next, preferred embodiments according to the present invention will be given and described in detail with reference to the drawings.

まず、本実施形態に係る流量制御弁1の基本構成について、図1及び図2を参照して説明する。   First, the basic configuration of the flow control valve 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

例示の流量制御弁1は、ノーマルクローズ機能を有するタイプであり、図1に示すように、基本構成として、電磁駆動部2,弁体機構部5及びオリフィス部9を備える。電磁駆動部2は、コイルボビン21にマグネットワイヤを巻回したコイル22を有する筒形のソレノイド部3を備える。また、ソレノイド部3の外部にはアウタヨーク4fを配してソレノイド部3を覆うとともに、ソレノイド部3の内部にはインナヨーク4iを配する。アウタヨーク4fは、全体を磁性材により下方に開口した逆カップ状に一体形成するとともに、インナヨーク4iは磁性材により円棒状に一体形成し、上端面をアウタヨーク4fの内面に機械的かつ磁気的に結合する。したがって、アウタヨーク4fは流量制御弁1のケーシングを兼用する。   The illustrated flow control valve 1 is of a type having a normal close function, and includes an electromagnetic drive unit 2, a valve body mechanism unit 5 and an orifice unit 9 as a basic configuration as shown in FIG. The electromagnetic drive unit 2 includes a cylindrical solenoid unit 3 having a coil 22 in which a magnet wire is wound around a coil bobbin 21. Further, an outer yoke 4 f is arranged outside the solenoid unit 3 to cover the solenoid unit 3, and an inner yoke 4 i is arranged inside the solenoid unit 3. The outer yoke 4f is integrally formed in a reverse cup shape that is opened downward by a magnetic material, and the inner yoke 4i is integrally formed in a circular bar shape by a magnetic material, and the upper end surface is mechanically and magnetically coupled to the inner surface of the outer yoke 4f. To do. Therefore, the outer yoke 4 f also serves as the casing of the flow control valve 1.

さらに、インナヨーク4iの上端には軸方向に延設するボルト23bを一体形成し、このボルト23bをアウタヨーク4fの内部から上端面を貫通して上面上に突出させるとともに、外部に突出したボルト23bにはロックナット23nを螺着する。これにより、ロックナット23nを緩め、ボルト23bを回し操作することにより、インナヨーク4iの軸方向Fsの位置(後述する弁体部6の全開位置)を調整することができる。そして、調整後は、ロックナット23nを締め付けることにより、ボルト23bの位置を固定(ロック)する。これにより、板バネ8sのストロークを外部からの操作により変更調整可能なバネ調整機構部12xが構成される。このようなバネ調整機構部12xを設ければ、組立完了後の最終段階において、板バネ8sのストロークを調整できるため、バラツキの少ない精度の高い流量制御弁1を提供できる利点がある。   Further, a bolt 23b extending in the axial direction is integrally formed at the upper end of the inner yoke 4i, and this bolt 23b penetrates the upper end surface from the inside of the outer yoke 4f and protrudes on the upper surface, and is connected to the bolt 23b protruding outward. Screw the lock nut 23n. Thereby, the position of the inner yoke 4i in the axial direction Fs (the fully open position of the valve body portion 6 described later) can be adjusted by loosening the lock nut 23n and turning the bolt 23b. After the adjustment, the position of the bolt 23b is fixed (locked) by tightening the lock nut 23n. Thereby, the spring adjustment mechanism part 12x which can change and adjust the stroke of the leaf | plate spring 8s by operation from the outside is comprised. Providing such a spring adjustment mechanism portion 12x has an advantage that the stroke of the leaf spring 8s can be adjusted at the final stage after the assembly is completed, so that the highly accurate flow control valve 1 with less variation can be provided.

また、アウタヨーク4fの下端開口には、磁性材により形成したリング形のキャップ部材24を装着(螺着)する。このキャップ部材24は、上端面によりコイルボビン21を保持し、かつ下端面により内部における流路Jの一部を形成する機能を備え、また、内周面によりプランジャ部7を軸方向Fsへ変位自在にガイドする機能を備える。以上により電磁駆動部2が構成される。   A ring-shaped cap member 24 formed of a magnetic material is attached (screwed) to the lower end opening of the outer yoke 4f. The cap member 24 has a function of holding the coil bobbin 21 by the upper end surface and forming a part of the flow path J inside by the lower end surface, and the plunger portion 7 can be displaced in the axial direction Fs by the inner peripheral surface. The function to guide to. The electromagnetic drive part 2 is comprised by the above.

一方、キャップ部材24の内周面には、磁性材により形成したプランジャ部7を収容する。これにより、上述したように、プランジャ部7は、キャップ部材24の内周面により軸方向Fsへ変位自在に支持され、プランジャ部7の上端面は、インナヨーク4iの下端面(前端面)に対面する。   On the other hand, the plunger portion 7 formed of a magnetic material is accommodated on the inner peripheral surface of the cap member 24. Thereby, as described above, the plunger portion 7 is supported by the inner peripheral surface of the cap member 24 so as to be displaceable in the axial direction Fs, and the upper end surface of the plunger portion 7 faces the lower end surface (front end surface) of the inner yoke 4i. To do.

また、プランジャ部7の前端部(下端部)は弁体部6を支持する。弁体部6は、下端面に、ゴム素材、例えば、フッソ系ゴム素材により形成した弁部6sを一体に備える。弁部6sの下端面は平坦面となり、後述する弁座部9sに当接して流路Jを閉じるとともに、軸方向Fsに変位して流路Jに対する開度を可変する機能を備える。さらに、弁体部6の上部は、プランジャ部7への取付部として形成する。これにより、プランジャ部7に対して螺着することができ、螺着する際には、リング形に形成した板バネ8sの中心側を通し、この板バネ8sと共に、プランジャ部7の下端部に固定することができる。他方、板バネ8sの外縁側は、キャップ部材24の内周面の下端部に螺着する固定リング25とキャップ部材24間に挟まれることにより固定される。この板バネ8sは、プランジャ部7を弾性支持する弾性部材8を構成する。   Further, the front end portion (lower end portion) of the plunger portion 7 supports the valve body portion 6. The valve body portion 6 is integrally provided with a valve portion 6s formed of a rubber material, for example, a fluorine rubber material, on the lower end surface. The lower end surface of the valve portion 6s is a flat surface, and has a function of abutting a later-described valve seat portion 9s to close the flow path J, and displacing in the axial direction Fs to vary the opening degree with respect to the flow path J. Further, the upper portion of the valve body portion 6 is formed as an attachment portion to the plunger portion 7. Thereby, it can screw with respect to the plunger part 7, and when screwing, it passes along the center side of the leaf | plate spring 8s formed in the ring shape, and this blade spring 8s is attached to the lower end part of the plunger part 7. Can be fixed. On the other hand, the outer edge side of the leaf spring 8s is fixed by being sandwiched between the fixing ring 25 and the cap member 24 which are screwed to the lower end portion of the inner peripheral surface of the cap member 24. The leaf spring 8 s constitutes an elastic member 8 that elastically supports the plunger portion 7.

この場合、板バネ8sには、非線形特性のバネ荷重を持たせることが望ましい。これにより、板バネ8sのバネ荷重をソレノイド部3の吸引力に対して、より広い範囲でバランスさせることができるため、弁部6sの変位動作の直線性及び安定性の向上に寄与できる利点がある。   In this case, it is desirable that the leaf spring 8s has a non-linear characteristic spring load. As a result, the spring load of the leaf spring 8s can be balanced over a wider range with respect to the suction force of the solenoid part 3, so that there is an advantage that it can contribute to the improvement of linearity and stability of the displacement operation of the valve part 6s. is there.

さらに、この板バネ8s(弾性部材8)には、ソレノイド部3の非通電時に、弁部6sを後述する弁座部9sに当接させる方向にプランジャ部7を付勢する機能を持たせている。したがって、非通電時には、流路Jが閉じた状態、即ち、ノーマルクローズ機能を有するタイプとして構成される。板バネ8sに、このような機能を持たせれば、弁部6sが弁座部9sに密着する不具合が最も生じやすい状態にあってもDLC成膜層10の有効作用により、弁部6sが弁座部9sから離間する際における十分な剥離性を確保できる。   Further, the leaf spring 8s (elastic member 8) has a function of urging the plunger portion 7 in a direction in which the valve portion 6s is brought into contact with a later-described valve seat portion 9s when the solenoid portion 3 is not energized. Yes. Therefore, when not energized, the flow path J is closed, that is, a type having a normal close function. If the leaf spring 8 s has such a function, the valve portion 6 s can be controlled by the effective action of the DLC film-forming layer 10 even when the valve portion 6 s is most likely to be in close contact with the valve seat portion 9 s. Sufficient peelability when separating from the seat 9s can be ensured.

このように、弾性部材8に、外縁側を固定し、かつ中心側でプランジャ部7を支持する板バネ8sを用いれば、流量制御弁1全体の小型化に寄与できることに加え、弁体部6が板バネ8sによる弾性圧力により支持され、弁部6sが弁座部9sに対して比較的強い圧力により当接(圧接)する場合であっても、DLC成膜層10の有効作用により、弁部6sが弁座部9sから離間する際における十分な剥離性を確保できる。   In this way, if the leaf spring 8s that fixes the outer edge side and supports the plunger portion 7 on the center side is used for the elastic member 8, in addition to contributing to downsizing of the entire flow control valve 1, the valve body portion 6 Is supported by the elastic pressure of the leaf spring 8s, and even if the valve portion 6s is in contact (pressure contact) with the valve seat portion 9s by a relatively strong pressure, the valve operates due to the effective action of the DLC film formation layer 10. It is possible to ensure sufficient peelability when the portion 6s is separated from the valve seat portion 9s.

他方、アウタヨーク4fの外周面のおける下端部には、ロックナック26を螺着するとともに、ロックナック26の下方に位置するアウタヨーク4fの外周面には、上方に開口したステンレス素材等の非磁性材により一体形成したカップ状のベースブロック27を螺着する。これにより、ベースブロック27に対してアウタヨーク4fを回し操作することにより、ベースブロック27(後述する弁座部9s)と弁部6s間の軸方向Fsにおける相対位置を調整できるとともに、ロックナック26により位置を固定(ロック)することができる。これにより、板バネ8sのバネ荷重を外部からの操作により変更調整可能なバネ調整機構部12yが構成される。このようなバネ調整機構部12yを設ければ、組立完了後の最終段階において板バネ8sにおけるバネ荷重を調整できるため、バラツキの少ない精度の高い流量制御弁1を提供できる利点がある。以上により、流量制御弁1における弁体機構部5が構成される。   On the other hand, a lock nack 26 is screwed to the lower end portion of the outer peripheral surface of the outer yoke 4f, and a nonmagnetic material such as a stainless steel material opened upward is formed on the outer peripheral surface of the outer yoke 4f positioned below the lock nack 26. Thus, the cup-shaped base block 27 integrally formed is screwed. Accordingly, by rotating the outer yoke 4f with respect to the base block 27, the relative position in the axial direction Fs between the base block 27 (a valve seat portion 9s described later) and the valve portion 6s can be adjusted, and the lock nack 26 The position can be fixed (locked). Thereby, the spring adjustment mechanism part 12y which can change and adjust the spring load of the leaf | plate spring 8s by the operation from the outside is comprised. Providing such a spring adjustment mechanism 12y has the advantage of providing a highly accurate flow control valve 1 with little variation because the spring load on the leaf spring 8s can be adjusted at the final stage after assembly is completed. The valve body mechanism unit 5 in the flow control valve 1 is configured as described above.

また、ベースブロック27の中心位置には、ネジ孔を有する円形開口部を形成し、この円形開口部に、金属素材Mにより一体形成したリング状のオリフィス部9を螺着して固定する。オリフィス部9は、上面部が、前述した弁部6sに対面する弁座部9sとして形成されるとともに、内周面は、流路Jの流入口Jiとなる。これにより、前述した弁部6sの軸方向Fs前方に配し、かつ流路Jを仕切るように設けるとともに、弁部6sにより開閉される弁座部9sを有するオリフィス部9が構成される。   In addition, a circular opening having a screw hole is formed at the center position of the base block 27, and a ring-shaped orifice 9 integrally formed of the metal material M is screwed and fixed to the circular opening. The orifice portion 9 is formed as a valve seat portion 9 s whose upper surface portion faces the valve portion 6 s described above, and an inner peripheral surface serves as an inlet Ji of the flow path J. As a result, the orifice part 9 having the valve seat part 9s that is disposed in front of the valve part 6s in the axial direction Fs and is provided so as to partition the flow path J and that is opened and closed by the valve part 6s is configured.

さらに、図2に示すように、オリフィス部9の回りに位置するベースブロック27には、周方向へ等間隔に位置する流路Jの流出口Je…を形成する。これにより、キャップ部材24を含む弁体機構部5の下方とベースブロック27の内面に囲まれる空間が流路Jとして形成される。以上が流量制御弁1の基本構成となる。   Further, as shown in FIG. 2, the base block 27 positioned around the orifice portion 9 is formed with outlets Je of the flow path J positioned at equal intervals in the circumferential direction. As a result, a space surrounded by the valve body mechanism 5 including the cap member 24 and the inner surface of the base block 27 is formed as the flow path J. The above is the basic configuration of the flow control valve 1.

次に、本実施形態に係る流量制御弁1の要部の構成について、図1〜図8を参照して説明する。   Next, the structure of the principal part of the flow control valve 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

上述した基本構成では、前述したように、流量制御弁1は、ノーマルクローズ機能を有するタイプとして構成されるため、ソレノイド部3の非通電時には、弁部6sが弁座部9sに当接(圧接)して流路Jを閉じている。この結果、非通電状態が継続した流量制御弁1を駆動する際に、使用環境等によっては、弁部6sが弁座部9sに密着し、駆動開始時(低電圧駆動時)において、制御動作が不安定(不能)になる不具合を生じる問題があった。   In the basic configuration described above, as described above, the flow control valve 1 is configured as a type having a normally closed function. Therefore, when the solenoid unit 3 is not energized, the valve unit 6s abuts against the valve seat unit 9s (pressure contact). ) And the flow path J is closed. As a result, when driving the flow control valve 1 that has been kept in a non-energized state, depending on the usage environment and the like, the valve portion 6s is in close contact with the valve seat portion 9s, and the control operation is performed at the start of driving (during low voltage driving). There is a problem that causes a problem that becomes unstable (impossible).

このため、本実施形態に係る流量制御弁1は、弁部6sが当接する弁座部9sの表面9sfに、当該表面9sfに当接した弁部6sが離間する際の剥離性を高めるDLC(ダイヤモンドライクカーボン)成膜層10を設けたものである。図3に、弁座部9sを設けたオリフィス部9の部品図を示し、上側がオリフィス部9の平面図であり、下側がオリフィス部9の断面正面図となる。   For this reason, the flow control valve 1 according to the present embodiment increases the peelability when the valve portion 6s that contacts the surface 9sf is separated from the surface 9sf of the valve seat portion 9s that contacts the valve portion 6s. A diamond-like carbon) film-forming layer 10 is provided. FIG. 3 shows a component diagram of the orifice portion 9 provided with the valve seat portion 9 s, the upper side being a plan view of the orifice portion 9, and the lower side being a sectional front view of the orifice portion 9.

また、本実施形態では、オリフィス部9の弁座部9sに対してDLC成膜層10の設けることに加え、前述した弁体部6における弁部6sに対しては、図4に示すように、弁部6sの表面に、架橋処理によるシリコン系被膜層11を設けている。これにより、弁部6sの表面を、架橋処理による表面改質により不活性化できるため、弁部6sと弁座部9s間の固着の原因とされている水素結合を効果的に抑制することができる。しかも、弁座部9sに設けるDLC成膜層10との相乗作用により、より高い剥離性を確保できるため、流量制御弁1における更なる安定性及び信頼性の向上に寄与できる利点がある。   Further, in the present embodiment, in addition to providing the DLC film forming layer 10 on the valve seat portion 9s of the orifice portion 9, the valve portion 6s in the valve body portion 6 described above is shown in FIG. The silicon-based coating layer 11 is provided on the surface of the valve portion 6s by a crosslinking process. As a result, the surface of the valve portion 6s can be inactivated by surface modification by a cross-linking treatment, so that hydrogen bonding that is a cause of sticking between the valve portion 6s and the valve seat portion 9s can be effectively suppressed. it can. In addition, the synergistic action with the DLC film-forming layer 10 provided in the valve seat portion 9s can ensure higher peelability, and thus has an advantage of contributing to further improvement in stability and reliability in the flow control valve 1.

この場合、シリコン系被膜層11を設けるに際しては、図4に示すように、弁部6sの表面を、予め、ブラスト処理による粗面6scにより形成する。これにより、弁部6sの表面には微細な凹凸部が形成され、弁座部9sに対して密着する実質的な表面積を縮小できるため、分子間力を抑制し、分子間力と水素結合が原因とされている弁部6sと弁座部9s間の固着性をより低減することができる。   In this case, when the silicon-based coating layer 11 is provided, as shown in FIG. 4, the surface of the valve portion 6s is previously formed with a rough surface 6sc by blasting. As a result, a fine uneven portion is formed on the surface of the valve portion 6s, and the substantial surface area in close contact with the valve seat portion 9s can be reduced, so that the intermolecular force is suppressed and the intermolecular force and hydrogen bond are reduced. The sticking property between the valve portion 6s and the valve seat portion 9s, which is the cause, can be further reduced.

そして、図4に示すように、この粗面6sc上に、架橋処理によるシリコン系被膜層11を設ける。この場合、シリコン系被膜層11の膜厚Lcは、2〜4.5〔μm〕の範囲に選定することが望ましい。このように選定することにより、弁部6sの変形等に対しても良好な追従性を確保することができる。また、シリコン系被膜層11は、単層構造であってもよいが、図4に示すように、第一層11fと第二層11sからなる二層構造(一般的には多層構造)にすることにより、被膜強度を高め、より耐久性に優れるシリコン系被膜層11を得ることができる。この場合、膜厚Lcは、全層を含めて、2〜4.5〔μm〕の範囲に選定することができるが、各層の膜厚を2〜4.5〔μm〕の範囲に選定する場合を排除するものではない。   Then, as shown in FIG. 4, a silicon-based coating layer 11 is provided on the rough surface 6sc by a crosslinking process. In this case, it is desirable to select the film thickness Lc of the silicon-based coating layer 11 in the range of 2 to 4.5 [μm]. By selecting in this way, it is possible to ensure good followability even with respect to deformation of the valve portion 6s. The silicon-based coating layer 11 may have a single layer structure, but as shown in FIG. 4, it has a two-layer structure (generally a multilayer structure) composed of a first layer 11f and a second layer 11s. As a result, it is possible to obtain the silicon-based coating layer 11 having higher coating strength and more excellent durability. In this case, the film thickness Lc can be selected in the range of 2 to 4.5 [μm] including all layers, but the film thickness of each layer is selected in the range of 2 to 4.5 [μm]. The case is not excluded.

一方、オリフィス部9は、非磁性材となるステンレス素材(金属素材)により全体をリング状に形成し、図3に示すように、下端部に設けた大径のフランジ部31と、上部の外周面に形成したネジ部32と、上面部に形成した弁座部9sを備えており、ネジ部32は、前述したベースブロック27に螺着する。また、オリフィス部9の内周面(流入口Ji)における上半部は、上側が広くなるテーパ面33に形成するとともに、このテーパ面33に連続する上面部における弁座部9sの内側半部には、リング状をなす上方への盛上部34を形成する。   On the other hand, the orifice portion 9 is formed in a ring shape entirely from a stainless material (metal material) as a non-magnetic material, and as shown in FIG. 3, a large-diameter flange portion 31 provided at the lower end portion and an upper outer periphery. A screw portion 32 formed on the surface and a valve seat portion 9 s formed on the upper surface portion are provided, and the screw portion 32 is screwed onto the base block 27 described above. Further, the upper half portion of the inner peripheral surface (inlet Ji) of the orifice portion 9 is formed on the tapered surface 33 whose upper side is widened, and the inner half portion of the valve seat portion 9s on the upper surface portion continuous with the tapered surface 33. Is formed with a ring-shaped upper raised portion 34.

実施形態では、図3に格子線により描いた成膜形成範囲W、即ち、テーパ面33の中間位置から盛上部34を覆うエリアを成膜形成範囲Wとして選定し、この成膜形成範囲WにDLC成膜層10を設けた。したがって、DLC成膜層10を形成するに際しては、オリフィス部9における当該成膜形成範囲Wを除いた部分をマスキングし、この後、例えば、マスキングしたオリフィス部9を、所定の蒸着炉に収容するとともに、プラズマCVD(プラズマ化学気相成長)による薄膜形成方法などを用いて公知の蒸着処理を行えば、目的のDLC成膜を形成することができる。このようなマスキングを行うことにより、ネジ部32等の不要な部位に対するDLC成膜の形成を排除できるため、ネジ部32のネジ機能に悪影響を与えるなどの弊害を回避することができる。   In the embodiment, the film formation range W drawn by the grid lines in FIG. 3, that is, the area that covers the raised portion 34 from the intermediate position of the tapered surface 33 is selected as the film formation range W, and this film formation range W A DLC film-forming layer 10 was provided. Therefore, when forming the DLC film-forming layer 10, a portion of the orifice portion 9 excluding the film-forming formation range W is masked, and thereafter, for example, the masked orifice portion 9 is accommodated in a predetermined vapor deposition furnace. At the same time, if a known vapor deposition process is performed using a thin film formation method by plasma CVD (plasma chemical vapor deposition) or the like, a target DLC film can be formed. By performing such masking, it is possible to eliminate the formation of DLC film formation on unnecessary portions such as the screw portion 32, and therefore, adverse effects such as adversely affecting the screw function of the screw portion 32 can be avoided.

また、DLC成膜層10の膜厚Lsは、1.5〜4.5〔μm〕の範囲に選定することが望ましく、特に、2〔μm〕前後の態様が最適である。図7及び図8は、膜厚に対して検証した特性図を示す。図7は、膜厚Lsを2〔μm〕に選定した特性図であり、特性線Eicはヒートサイクル環境の場合、Einは常温環境の場合をそれぞれ示す。図8は、膜厚Lsを1〔μm〕に選定した特性図であり、特性線Escはヒートサイクル環境の場合、Esnは常温環境の場合をそれぞれ示す。さらに、比較を容易にするため、図7中に、図8の特性線Escを仮想線により重ねて示した。   Further, the film thickness Ls of the DLC film-forming layer 10 is preferably selected in the range of 1.5 to 4.5 [μm], and an aspect around 2 [μm] is particularly optimal. 7 and 8 show characteristic diagrams verified with respect to the film thickness. FIG. 7 is a characteristic diagram in which the film thickness Ls is selected to be 2 [μm]. A characteristic line Eic indicates a heat cycle environment, and Ein indicates a room temperature environment. FIG. 8 is a characteristic diagram in which the film thickness Ls is selected to be 1 [μm], and a characteristic line Esc indicates a heat cycle environment and Esn indicates a normal temperature environment. Further, in order to facilitate the comparison, the characteristic line Esc of FIG. 8 is shown in FIG.

図8(図7)から明らかなように、1〔μm〕の場合、2〔μm〕の場合に対して、比較的低い電圧から応答しているものの、ヒートサイクル環境の場合には、特性線Escのように、駆動初期では、7〔V〕付近から急激に立ち上がる特性となり、不安定性が完全には解消されていない。ただし、図10に示したように、DLC成膜層10を設けない背景技術に係るErcに対しては、かなり改善されていることを確認できる。一方、図7から明らかなように、ヒートサイクル環境における2〔μm〕の場合には、駆動初期における急激な立ち上がりはほぼ解消されている。   As is clear from FIG. 8 (FIG. 7), in the case of 1 [μm], the response is made from a relatively low voltage as compared to the case of 2 [μm]. Like Esc, in the initial stage of driving, the characteristic suddenly rises from around 7 [V], and the instability is not completely eliminated. However, as shown in FIG. 10, it can be confirmed that the Erc according to the background art in which the DLC film formation layer 10 is not provided is considerably improved. On the other hand, as is clear from FIG. 7, in the case of 2 [μm] in the heat cycle environment, the sudden rise at the initial stage of driving is almost eliminated.

したがって、図7及び図8に示す検証結果より、膜厚Lsが1,5〔μm〕を確保すれば、実用上問題のないレベルと想定される。他方、膜厚Lsが大きすぎる場合は、ゴム素材により形成した弁部6sの性質が失われる虞れがあるとともに、DLC成膜層10の形成に時間がかかるなどのデメリットも大きくなるため、製造面の要請から、上限として、4.5〔μm〕程度が望ましいと考えられる。この結果、DLC成膜層10の膜厚Lsは、1.5〜4.5〔μm〕の範囲に選定すれば、流量制御弁1の駆動開始時(低電圧駆動時)において、制御動作が不安定(不能)になる不具合を解消できるため、DLC成膜層10の膜厚Lsを選定する観点から、本発明の実現性及び有効性を確保できる望ましい態様(形態)として実施できる。   Therefore, from the verification results shown in FIG. 7 and FIG. 8, if the film thickness Ls is 1,5 [μm], it is assumed that there is no practical problem. On the other hand, if the film thickness Ls is too large, the properties of the valve portion 6s formed of a rubber material may be lost, and disadvantages such as the time required to form the DLC film-forming layer 10 increase. From the request of the surface, it is considered that an upper limit of about 4.5 [μm] is desirable. As a result, if the film thickness Ls of the DLC film-forming layer 10 is selected in the range of 1.5 to 4.5 [μm], the control operation can be performed at the start of driving the flow rate control valve 1 (during low voltage driving). Since the problem of becoming unstable (impossible) can be solved, from the viewpoint of selecting the film thickness Ls of the DLC film-forming layer 10, it can be implemented as a desirable mode (form) that can ensure the feasibility and effectiveness of the present invention.

なお、図9には、2〔μm〕の膜厚Lsに形成したDLC成膜層10を設けた本実施形態に係る流量制御弁1の特性線Ein,Eicと、背景技術に係るゴム素材により形成した弁部6sに密着力を低減する表面コーティングを施した場合であって、弁座部9sにDLC成膜層10を設けない場合の特性線Ercを重ねて示した。本実施形態に係る流量制御弁1(Eic)では、弁部6sに密着力を低減する表面コーティングのみを施した従来の流量制御弁(Erc)に対して、駆動開始時における制御動作は、かなり改善されていることを確認できる。   In FIG. 9, the characteristic lines Ein and Eic of the flow control valve 1 according to this embodiment provided with the DLC film-forming layer 10 having a film thickness Ls of 2 [μm] and the rubber material according to the background art are used. The characteristic line Erc when the DLC film forming layer 10 is not provided on the valve seat portion 9s is shown in an overlapped manner when the formed valve portion 6s is provided with a surface coating for reducing the adhesion. In the flow control valve 1 (Eic) according to the present embodiment, the control operation at the start of driving is considerably different from the conventional flow control valve (Erc) in which only the surface coating for reducing the adhesion force is applied to the valve portion 6s. It can be confirmed that it has been improved.

さらに、DLC成膜層10の硬度は、ヌープ硬度500〜1500〔HK〕の範囲に選定することが望ましい。500〔HK〕を下回る場合には、柔らかすぎる態様となり、耐久性及び信頼性の観点からのデメリットを無視できないとともに、1500〔HK〕を上回る場合には、ゴム素材により形成した弁部6sの性質が失われる虞れがあるデメリットを無視できない。したがって、DLC成膜層10の硬度は、ヌープ硬度500〜1500〔HK〕の範囲に選定することが望ましく、これにより、流量制御弁1の駆動開始時(低電圧駆動時)において、制御動作が不安定(不能)になる不具合を解消できるため、DLC成膜層10の硬度を選定する観点から、本発明の実現性及び有効性を確保できる望ましい態様(形態)として実施できる。   Furthermore, the hardness of the DLC film-forming layer 10 is preferably selected in the range of Knoop hardness 500 to 1500 [HK]. If it is less than 500 [HK], it becomes too soft, and the disadvantages from the viewpoint of durability and reliability cannot be ignored. If it exceeds 1500 [HK], the properties of the valve portion 6s formed of a rubber material Disadvantages that can be lost cannot be ignored. Therefore, it is desirable that the hardness of the DLC film-forming layer 10 is selected in the range of Knoop hardness of 500 to 1500 [HK], so that the control operation can be performed when the flow control valve 1 starts driving (at the time of low voltage driving). Since the problem of becoming unstable (impossible) can be solved, from the viewpoint of selecting the hardness of the DLC film-forming layer 10, it can be implemented as a desirable mode (form) that can ensure the feasibility and effectiveness of the present invention.

このように、ステンレス素材(金属素材)を用いたオリフィス部9の表面9sfに、DLC成膜層10を設けることにより表面上の活性酸化物を減少させるとともに、他方、ゴム素材を用いた弁部6sの表面にシリコン系溶剤を架橋させ、シリコン系被膜層11を設けた表面改質により不活性状態としたため、オリフィス部9(弁座部9s)と弁部6sが固着する原因といわれている水素結合を効果的に抑制することができる。   As described above, the active oxide on the surface is reduced by providing the DLC film-forming layer 10 on the surface 9sf of the orifice portion 9 using a stainless material (metal material), while the valve portion using the rubber material. It is said that the orifice part 9 (valve seat part 9s) and the valve part 6s adhere to each other because the silicon solvent is cross-linked on the surface of 6s and the surface is modified to provide an inactive state by providing the silicon film layer 11. Hydrogen bonds can be effectively suppressed.

次に、本実施形態に係る流量制御弁1の使用方法及び動作について、図1〜図10を参照して説明する。   Next, the usage method and operation | movement of the flow control valve 1 which concern on this embodiment are demonstrated with reference to FIGS.

本実施形態に係る流量制御弁1は、図6に示すようなマスフローコントローラ51に利用することができる。符号41はガス配管を示す。マスフローコントローラ51は、このガス配管41の中途位置に接続して使用する。図中、矢印Fgはガスが流れる方向を示している。   The flow control valve 1 according to the present embodiment can be used for a mass flow controller 51 as shown in FIG. Reference numeral 41 indicates a gas pipe. The mass flow controller 51 is used by connecting to the midway position of the gas pipe 41. In the figure, the arrow Fg indicates the direction in which the gas flows.

流量制御弁1は、図1及び図2に示すように、流入口Jiと流出口Je…を有しているため、ガス配管41の中途位置における上流側配管を流入口Jiに接続するとともに、下流側配管を流出口Je…に接続する。また、流量制御弁1に対して上流側に位置するガス配管41の中途位置には流量センサ52を接続する。流量センサ52からは流量に比例した出力信号が得られるため、この出力信号は、アンプ53の入力部に付与され、増幅されるとともに、増幅された流量検出信号は制御部54に付与される。制御部54には、監視部55から流量指令が付与されるため、制御部54は、流量検出信号を監視し、流量検出信号が流量指令に一致させるためのバルブ制御信号を出力する。このバルブ制御信号は、バルブドライバ56の入力部に付与され、さらに、バルブドライバ56からこのバルブ制御信号に対応した駆動電圧Vdが流量制御弁1に付与される。即ち、マスフローコントローラ51では、ガス配管41を流れるガスの流量が検出され、検出された流量が流量指令に一致するように流量に対するフィードバック制御が行われる。   As shown in FIGS. 1 and 2, the flow control valve 1 has an inlet Ji and an outlet Je..., And thus connects the upstream side pipe in the middle position of the gas pipe 41 to the inlet Ji. Connect the downstream piping to the outlet Je. In addition, a flow sensor 52 is connected to a midway position of the gas pipe 41 located on the upstream side with respect to the flow control valve 1. Since an output signal proportional to the flow rate is obtained from the flow rate sensor 52, this output signal is applied to the input unit of the amplifier 53 and amplified, and the amplified flow rate detection signal is applied to the control unit 54. Since the flow rate command is given to the control unit 54 from the monitoring unit 55, the control unit 54 monitors the flow rate detection signal and outputs a valve control signal for making the flow rate detection signal coincide with the flow rate command. This valve control signal is applied to the input portion of the valve driver 56, and the drive voltage Vd corresponding to the valve control signal is applied from the valve driver 56 to the flow control valve 1. That is, the mass flow controller 51 detects the flow rate of the gas flowing through the gas pipe 41, and performs feedback control on the flow rate so that the detected flow rate matches the flow rate command.

一方、流量制御弁1は、ノーマルクローズ機能を有するため、制御信号が0〔V〕のときは、非通電状態となる。この結果、流量制御弁1では、板バネ8sの弾性復帰力により、プランジャ部7及び弁体部6が下降変位し、弁部6sは、図5に示すように、オリフィス部9の上面部における弁座部9sに圧接している。したがって、ガスの供給が停止し、ガス配管41を流れていない状態では、弁部6sが長期にわたって弁座部9sに圧接する状態となる。また、プランジャ部7が下降変位するため、プランジャ部7の上端面は、インナヨーク4iの下端面から離間し、プランジャ部7とインナヨーク4i間には、図示しない所定の隙間が発生する。   On the other hand, since the flow control valve 1 has a normal close function, when the control signal is 0 [V], it is in a non-energized state. As a result, in the flow rate control valve 1, the plunger portion 7 and the valve body portion 6 are moved downward by the elastic return force of the leaf spring 8 s, and the valve portion 6 s is formed on the upper surface portion of the orifice portion 9 as shown in FIG. 5. The valve seat 9s is in pressure contact. Therefore, in a state where the supply of gas is stopped and the gas pipe 41 is not flowing, the valve portion 6s is in pressure contact with the valve seat portion 9s for a long time. Further, since the plunger part 7 is displaced downward, the upper end surface of the plunger part 7 is separated from the lower end surface of the inner yoke 4i, and a predetermined gap (not shown) is generated between the plunger part 7 and the inner yoke 4i.

この後、ガスの供給が開始し、流量制御弁1に所定の制御信号、例えば、9〔V〕が付与された場合を想定する。これにより、ソレノイド部7が励磁され、インナヨーク4iに磁極が生じることにより、プランジャ部7に対して、板バネ8sの弾性に抗した上方への吸引力が作用する。この場合、本実施形態に係る流量制御弁1では、図9に示すように、ヒートサイクルに対応する苛酷な環境下であっても、正常動作に従って、約50〔L/min〕の流量に制御される。しかし、図10に示す背景技術に係る流量制御弁の場合には、流量制御弁が開かないエラー状態となる。   Thereafter, it is assumed that gas supply starts and a predetermined control signal, for example, 9 [V] is applied to the flow control valve 1. As a result, the solenoid portion 7 is excited and a magnetic pole is generated in the inner yoke 4i, whereby an upward attractive force against the elasticity of the leaf spring 8s acts on the plunger portion 7. In this case, in the flow rate control valve 1 according to the present embodiment, as shown in FIG. 9, the flow rate is controlled to a flow rate of about 50 [L / min] according to normal operation even under a severe environment corresponding to the heat cycle. Is done. However, in the case of the flow control valve according to the background art shown in FIG. 10, an error state occurs in which the flow control valve does not open.

他方、制御信号の電圧が大きくなり、例えば、12〔V〕の最大電圧の制御信号が付与された場合には、流量制御弁1は、全開状態となり、流量は、約250〔L/min〕に制御される。図5中、レベルHoが弁部6sを最下降位置まで変位した全閉位置であり、弁部6sを実線で示すとともに、レベルHhが弁部6sが最上昇位置まで変位した全開位置であり、弁部6sを仮想線で示す。レベルHoとレベルHh間の変位ストロークはLvとなる。したがって、例示の場合、駆動電圧Vdを9〔V〕から12〔V〕まで徐々に大きくすれば、駆動電圧Vdの大きさに対応してガスの流量も徐々に増加する可変制御を行うことができる。   On the other hand, when the control signal voltage increases, for example, when a control signal having a maximum voltage of 12 [V] is applied, the flow control valve 1 is fully opened and the flow rate is about 250 [L / min]. Controlled. In FIG. 5, the level Ho is a fully closed position where the valve portion 6s is displaced to the lowest position, the valve portion 6s is indicated by a solid line, and the level Hh is a fully open position where the valve portion 6s is displaced to the highest position, The valve portion 6s is indicated by a virtual line. The displacement stroke between level Ho and level Hh is Lv. Therefore, in the illustrated example, if the drive voltage Vd is gradually increased from 9 [V] to 12 [V], variable control can be performed in which the gas flow rate gradually increases in accordance with the magnitude of the drive voltage Vd. it can.

特に、駆動電圧Vdは、オリフィス部9の前後差圧が250〔kPa〕以上であることを条件に、4〜6〔V〕の範囲において、0.2〜200〔L/min〕の流量を制御可能な傾き電圧に設定することができ、このように設定すれば、吸引力を徐々に強くしながら開度を大きくする際の良好な追従性を確保できる。   In particular, the drive voltage Vd has a flow rate of 0.2 to 200 [L / min] in the range of 4 to 6 [V], provided that the differential pressure across the orifice 9 is 250 [kPa] or more. The controllable gradient voltage can be set, and if set in this way, it is possible to ensure good followability when increasing the opening while gradually increasing the suction force.

このように、本実施形態に係る流量制御弁1は、ソレノイド部3の外部に配したアウタヨーク4f,及びソレノイド部3の内部に配したインナヨーク4iを有する電磁駆動部2と、インナヨーク4iの軸方向Fs前方に配し、かつゴム素材Rにより形成した弁部6sを有する弁体部6を支持するとともに、ソレノイド部3に印加する駆動電圧の大きさに対応して軸方向Fsに変位するプランジャ部7,及びこのプランジャ部7を弾性支持する弾性部材8を有する弁体機構部5と、弁部6sの軸方向Fs前方に配し、かつ流路Jを仕切るように設けるとともに、弁部6sにより開閉される弁座部9sを有する金属素材Mにより形成したオリフィス部9との基本構成を備えるとともに、特に、少なくとも弁部6sが当接する弁座部9sの表面9sfに、当該表面9sfに当接した弁部6sが離間する際の剥離性を高める所定の膜厚Lsを有するDLC成膜層10を設けてなるため、ヒートサイクル環境のような苛酷の使用環境下であっても、駆動開始時(低電圧駆動時)において、制御動作が不安定(不能)になる不具合を解消することができ、流量制御弁1における高度の安定性及び信頼性を確保できる。   As described above, the flow control valve 1 according to the present embodiment includes the outer yoke 4f disposed outside the solenoid unit 3, the electromagnetic drive unit 2 including the inner yoke 4i disposed inside the solenoid unit 3, and the axial direction of the inner yoke 4i. Plunger portion arranged in front of Fs and supporting valve body portion 6 having valve portion 6s formed of rubber material R, and displaced in axial direction Fs corresponding to the magnitude of drive voltage applied to solenoid portion 3 7 and a valve body mechanism portion 5 having an elastic member 8 that elastically supports the plunger portion 7, and the valve portion 6 s is provided in front of the axial direction Fs of the valve portion 6 s so as to partition the flow path J. In addition to having a basic configuration with the orifice portion 9 formed of a metal material M having a valve seat portion 9s that is opened and closed, in particular, at least the surface 9s of the valve seat portion 9s with which the valve portion 6s abuts. In addition, since the DLC film-forming layer 10 having a predetermined film thickness Ls that increases the releasability when the valve portion 6s that contacts the surface 9sf is separated is provided, it can be used under a severe use environment such as a heat cycle environment. However, the problem that the control operation becomes unstable (impossible) at the start of driving (at the time of low voltage driving) can be solved, and high stability and reliability in the flow control valve 1 can be secured.

以上、好適実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成,形状,素材,数量,数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更,追加,削除することができる。   As mentioned above, although preferred embodiment was described in detail, this invention is not limited to such embodiment, It does not deviate from the summary of this invention in a detailed structure, a shape, a raw material, quantity, a numerical value, etc. It can be changed, added, or deleted arbitrarily.

例えば、DLC成膜層10は、マスキングを施すことによりオリフィス部9における弁座部9sの一部に設けた場合を示したが、他の部位を含めた範囲、或いは全体範囲に設ける場合を排除するものではない。一方、弾性部材8として板バネ8sが望ましいが、コイルスプリング等の他の弾性部材により置換する場合を排除するものではない。また、実施形態では、ノーマルクローズ機能の流量制御弁1を例示したが、ノーマルオープン機能(非通電時に全開)を有するタイプであっても同様に適用できる。さらに、弁部6sの表面には、シリコン系被膜層11を設けることが望ましいが、必須の構成要素となるものではないし、他のコーティング剤を用いた被膜層であってもよい。   For example, although the case where the DLC film-forming layer 10 is provided in a part of the valve seat portion 9s in the orifice portion 9 by performing masking is shown, the case where it is provided in a range including other portions or the entire range is excluded. Not what you want. On the other hand, the leaf spring 8s is desirable as the elastic member 8, but the case where the elastic member 8 is replaced by another elastic member such as a coil spring is not excluded. Further, in the embodiment, the flow control valve 1 having a normally closed function is exemplified, but the present invention can be similarly applied to a type having a normally open function (fully opened when not energized). Furthermore, although it is desirable to provide the silicon-based coating layer 11 on the surface of the valve portion 6s, it is not an essential component and may be a coating layer using another coating agent.

本発明に係る流量制御弁は、流路を流れる、ガス,エア,液体等の流体の流量を可変制御する際における各種用途に利用できる。   The flow control valve according to the present invention can be used for various applications when variably controlling the flow rate of a fluid such as gas, air, or liquid flowing through a flow path.

1:流量制御弁,2:電磁駆動部,3:ソレノイド部,4f:アウタヨーク,4i:インナヨーク,5:弁体機構部,6:弁体部,6s:弁部,7:プランジャ部,8:弾性部材,8s:板バネ,9:オリフィス部,9s:弁座部,9sf:弁座部の表面,10:DLC(ダイヤモンドライクカーボン)成膜層,11:シリコン系コーティング層,Fs:軸方向,R:ゴム素材,M:金属素材,J:流路,Ls:膜厚,Vd:駆動電圧,11x:バネ調整機構部,11y:バネ調整機構部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Flow control valve, 2: Electromagnetic drive part, 3: Solenoid part, 4f: Outer yoke, 4i: Inner yoke, 5: Valve body mechanism part, 6: Valve body part, 6s: Valve part, 7: Plunger part, 8: Elastic member, 8s: leaf spring, 9: orifice part, 9s: valve seat part, 9sf: surface of valve seat part, 10: DLC (diamond-like carbon) film-forming layer, 11: silicon-based coating layer, Fs: axial direction , R: rubber material, M: metal material, J: flow path, Ls: film thickness, Vd: drive voltage, 11x: spring adjustment mechanism, 11y: spring adjustment mechanism

Claims (12)

ソレノイド部の外部に配したアウタヨーク,及び前記ソレノイド部の内部に配したインナヨークを有する電磁駆動部と、前記インナヨークの軸方向前方に配し、かつゴム素材により形成した弁部を有する弁体を支持するとともに、前記ソレノイド部に印加する駆動電圧の大きさに対応して軸方向に変位するプランジャ部,及びこのプランジャ部を弾性支持する弾性部材を有する弁体機構部と、前記弁部の軸方向前方に配し、かつ流路を仕切るように設けるとともに、前記弁部により開閉される弁座部を有する金属素材により形成したオリフィス部とを備える流量制御弁において、少なくとも前記弁部が当接する前記弁座部の表面に、当該表面に当接した前記弁部が離間する際の剥離性を高める所定の膜厚を有するDLC成膜層を設けてなることを特徴とする流量制御弁。   An outer yoke disposed outside the solenoid portion, an electromagnetic drive portion having an inner yoke disposed inside the solenoid portion, and a valve body having a valve portion disposed in front of the inner yoke in the axial direction and formed of a rubber material. And a valve body mechanism portion having a plunger portion that is displaced in the axial direction corresponding to the magnitude of the drive voltage applied to the solenoid portion, an elastic member that elastically supports the plunger portion, and the axial direction of the valve portion In a flow control valve that is disposed forward and is provided so as to partition the flow path, and includes an orifice portion formed of a metal material having a valve seat portion that is opened and closed by the valve portion, at least the valve portion contacts A DLC film-forming layer having a predetermined film thickness is provided on the surface of the valve seat to enhance the peelability when the valve contacting the surface is separated. Flow control valve according to claim. 前記弾性部材は、外縁側を固定し、かつ中心側でプランジャ部を支持する板バネを用いることを特徴とする請求項1記載の流量制御弁。   The flow rate control valve according to claim 1, wherein the elastic member uses a leaf spring that fixes an outer edge side and supports a plunger portion at a center side. 前記弾性部材は、前記ソレノイド部の非通電時に、前記弁部を前記弁座部に当接させる方向に前記プランジャ部を付勢する機能を有することを特徴とする請求項1又は2記載の流量制御弁。   The flow rate according to claim 1 or 2, wherein the elastic member has a function of urging the plunger portion in a direction in which the valve portion abuts on the valve seat portion when the solenoid portion is not energized. Control valve. 前記板バネは、非線形特性のバネ荷重を有することを特徴とする請求項2記載の流量制御弁。   The flow control valve according to claim 2, wherein the leaf spring has a non-linear characteristic spring load. 前記弁体機構部は、前記板バネにおけるバネ荷重及び(又は)ストロークを外部からの操作により変更調整可能なバネ調整機構部を備えることを特徴とする請求項1記載の流量制御弁。   The flow control valve according to claim 1, wherein the valve body mechanism portion includes a spring adjustment mechanism portion that can change and adjust a spring load and / or a stroke of the leaf spring by an external operation. 前記弁部は、表面を、ブラスト処理による凹凸面により形成することを特徴とする請求項1記載の流量制御弁。   The flow rate control valve according to claim 1, wherein the valve portion has a surface formed by an uneven surface by blasting. 前記弁部は、表面に、架橋処理によるシリコン系被膜層を設けてなることを特徴とする請求項1又は6記載の流量制御弁。   The flow rate control valve according to claim 1 or 6, wherein the valve portion is provided with a silicon-based coating layer formed by a crosslinking treatment on a surface thereof. 前記シリコン系被膜層は、膜厚を3〜4〔μm〕の範囲に選定してなることを特徴とする請求項7記載の流量制御弁。   8. The flow rate control valve according to claim 7, wherein the silicon-based coating layer has a thickness selected in a range of 3 to 4 [μm]. 前記シリコン系被膜層は、単層又は多層構造により設けることを特徴とする請求項7記載の流量制御弁。   The flow rate control valve according to claim 7, wherein the silicon-based coating layer is provided by a single layer or a multilayer structure. 前記DLC成膜層は、膜厚を2〜4〔μm〕の範囲に選定してなることを特徴とする請求項1記載の流量制御弁。   The flow rate control valve according to claim 1, wherein the DLC film-forming layer has a film thickness selected from a range of 2 to 4 [μm]. 前記DLC成膜層は、硬度をヌープ硬度500〜1500〔HK〕の範囲に選定してなることを特徴とする請求項1又は10記載の流量制御弁。   The flow rate control valve according to claim 1 or 10, wherein the DLC film-forming layer has a hardness selected within a Knoop hardness range of 500 to 1500 [HK]. 前記駆動電圧は、前記オリフィス部の前後差圧が250〔kPa〕以上であることを条件に、4〜6〔V〕の範囲において、0.2〜200〔L/min〕の流量を制御可能な傾き電圧に設定することを特徴とする請求項1記載の流量制御弁。   The drive voltage can control a flow rate of 0.2 to 200 [L / min] in the range of 4 to 6 [V] on condition that the differential pressure across the orifice is 250 [kPa] or more. 2. The flow rate control valve according to claim 1, wherein the flow rate control valve is set to an appropriate slope voltage.
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