JP5904639B2

JP5904639B2 - ３ポートバルブ

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Publication number: JP5904639B2
Application number: JP2012104142A
Authority: JP
Inventors: 耕太郎只野; 健嗣川嶋; みずき小宮
Original assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2032-04-27
Also published as: WO2013161357A1; JP2013231482A; EP2843275A4; US20150114496A1; US9279507B2; EP2843275A1; EP2843275B1

Description

本発明は３ポートバルブに関し、特に流量制御や圧力制御に好適な３ポートバルブに関する。

通流する流体（空気等の気体、液体等）の供給方向や流量、圧力を制御するサーボバルブが用いられている。このようなサーボバルブには、供給口及び排出口等の複数のポートが備えられている。サーボバルブを用い、例えば圧力制御を行う場合、前記の供給口及び排出口に加えて、圧力が制御される制御対象物に接続される接続口が備えられる。このようなサーボバルブは、所謂３ポートバルブと呼称される。なお、通流する流体が気体である場合、前記の供給口は給気口になり、前記の排出口は排気口になる。

３ポートバルブとしては、例えば特許文献１に記載のサーボバルブが知られている。このサーボバルブは、３つのポート（供給ポート、負荷ポート及び排気ポート）を備えている。そして、このサーボバルブは、第１の弁体と第２の弁体を有するスプールと、該スプールを軸方向に移動可能に収容し、前記第１の弁体と前記第２の弁体との間にエアを供給する供給ポートを有するスリーブとを備えている。また、スプールは、前記弁体とは異なる第３の弁体も有している。

特開２００９−０１９６８４号公報

特許文献１に記載のサーボバルブにおいては、サーボバルブ内でのラップ領域（内蔵される弁体とスリーブとが対向する領域）での流量特性が非線形となる。そのため、通流する流体の流量を制御しにくいことがある。さらには、通流する流体の流量と圧力との関係を把握しにくいため、圧力を制御しにくいことがある。

さらに、特許文献１に記載のサーボバルブは、構造上、通流する流体が漏出することがある。具体的には、サーボバルブの内壁と弁体との間に形成される隙間から、流体が漏出することがある。特に、流体として液体を用いる場合、サーボバルブには、密閉性が特に要求される。しかしながら、特許文献１に記載のサーボバルブにおいては、流体が漏出し易い隙間が存在しているため、液体の通流制御用バルブとして用いることが困難である。

このように、特許文献１に記載のサーボバルブにおいては、様々な流体を用いて正確な制御を行うことができないことがある。即ち、制御可能な流体の種類に制限があることがある。

さらには、特許文献１に記載のサーボバルブにおいては、サーボバルブを構成するための部品点数が多数必要になる。具体的には、特許文献１に記載のサーボバルブは、大きさの異なる３つの弁体（第１の弁体、第２の弁体及び第３の弁体）、スプール、スリーブ等を備えている。そのため、装置の構造が複雑になり、メンテナンス等が煩雑になることがある。また、様々な種類の部品によって構成されているため、装置の小型化が困難であるという課題もある。

本発明は前記課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、スプール及び３つの弁体等を省略して１本の流路（管）に１つの流路制御手段（前記の弁体に相当）を設け、さらには、弾性材料の有する弾性力を利用して流路の開閉を制御することによって、３ポートバルブを構成する部品を少なくするとともに、簡便な構造で、種々の流体を用いてより正確に制御可能な３ポートバルブを提供することにある。

本発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討した結果、以下の手段によって前記課題を解決できることを見出した。即ち、本発明の要旨は、以下の３ポートバルブである。

（１）
流体が通流する第１弾性管と、前記第１弾性管における供給排出口である第１ポートと、流体が通流する第２弾性管と、前記第２弾性管における供給排出口である第２ポートと、前記第１ポート及び前記第２ポートと連通する第３ポートと、第１弾性部材と、前記第１弾性管が貫通する第１可動子とを備え、前記第１弾性部材の弾性方向において外側方向に前記第１弾性部材の弾性力に抗して前記第１可動子を移動させることにより前記第１弾性管を変形させて、前記第１弾性管内を通流する流体の通流を制御する第１通流制御手段と、第２弾性部材と、前記第２弾性管が貫通する第２可動子とを備え、前記第２弾性部材の弾性方向において外側方向に前記第２弾性部材の弾性力に抗して前記第２可動子を移動させることにより前記第２弾性管を変形させて、前記第２弾性管内を通流する流体の通流を制御する第２通流制御手段と、前記第１通流制御手段及び前記第２通流制御手段を駆動させる揺動子と、前記第１弾性部材の弾性方向において前記揺動子の方向に前記第１弾性部材の弾性力に抗して移動されることにより、前記揺動子の駆動から独立して、前記第１可動子を貫通する前記第１弾性管を変形させて流量を調節する第１調節部材と、前記第２弾性部材の弾性方向において前記揺動子の方向に前記第２弾性部材の弾性力に抗して移動されることにより、前記揺動子の駆動から独立して、前記第２可動子を貫通する前記第２弾性管を変形させて流量を調節する第２調節部材と、を備え、前記第１通流制御手段及び前記第２通流制御手段は前記揺動子の両側にそれぞれ設けられ、前記第１弾性管及び前記第１通流制御手段と、前記第２弾性管及び前記第２通流制御手段とは、前記揺動子を中心として対称に設けられている。
（２）
前記揺動子は回転可能に設けられ、前記揺動子が回転して前記第１通流制御手段及び前記第２通流制御手段を駆動させる
（３）
前記第１弾性管及び前記第２弾性管は常閉である。
（４）
前記第１ポートは給気口であり、前記第２ポートは排気口であり、前記第３ポートは制御対象物が接続される供給排出口である。

本発明によれば、３ポートバルブを構成する部品を少なくするとともに、簡便な構造で、種々の流体を用いてより正確に制御可能な３ポートバルブを提供することができる。即ち、本発明の３ポートバルブは、特許文献１に記載の３ポートバルブとは異なり、簡便な構造になっている。また、揺動子に対して、各手段が対称に設けられている。そのため、部品点数や種類を削減することができる。さらに、簡便な構造になっているため、メンテナンスが容易になる。

さらに、弾性管を変形させることにより、当該弾性管を通流する流体の通流が制御されている。これにより、弾性管内の流路を完全に閉じることができる。そのため、弾性管を通流する流体の漏出を確実に防止することができる。しかも、本発明の３ポートバルブは密閉性に優れているため、密閉性が特に要求される流体（液体等）の通流制御にも用いることができる。従って、種々の流体を用いてより正確に、流量や圧力等を制御することができる。即ち、使用可能な流体が過度に制限されることなく、流量や圧力等の制御が可能になる。

本実施形態の３ポートバルブの上部斜視図である。本実施形態の３ポートバルブの下部斜視図である。本実施形態の３ポートバルブの（ａ）分解上面図及び（ｂ）断面図である。本実施形態の３ポートバルブにおける、空気の通流方向を示す図である。本実施形態の３ポートバルブにおける、空気の通流制御時のフローである。本実施形態の３ポートバルブが適用された例のブロック図である。本実施形態の３ポートバルブが適用された別の例のブロック図である。本実施形態の３ポートバルブにおいて、イモネジを突出させたときの分解上面図である。本実施形態の３ポートバルブが適用された別の例のブロック図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（本実施形態）を説明する。ただし、本発明は以下の内容に何ら制限されず、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲内で任意に変更して実施可能である。

また、以下の説明においては、通流する流体の一例として気体（空気）を用いている。しかしながら、前記のように、本実施形態の３ポートバルブは液体の通流制御においても好適であり、通流する流体は気体に何ら限定されるものではない。

＜構成＞
図１は、本実施形態の３ポートバルブ１００の上部斜視図である。図１に示すように、３ポートバルブ１００は、サーボモータ１と、チューブ２ａ，２ｂと、マニホールド３と、カバー部材４と、ケース５と、を備えている。ケース５は中空部が形成され、後記する制御手段が収容されている。

ケース５の上面はカバー部材４によって封止されている。カバー部材４は、４つのねじ４ａによってケース５に固定されている。ケース５の両側面には、固定子調節穴５ａ，５ｂ（固定子調節穴５ｂは図１では図示しない）が形成されている。固定子調節穴５ａ，５ｂ内には、後記するイモネジ１０ａ，１０ｂ（図８を参照して後記する。図１では図示しない）が外部に臨んで設けられている。

ケース５の下面には、マニホールド３が固定されている。マニホールド３は、ねじ３ｄによってケース５に固定されている。

チューブ２ａ（第１弾性管）及びチューブ２ｂ（第２弾性管）は、空気等の気体が通流するものである。チューブ２ａにおいては、給気口２ａ１（第１ポート、供給排出口、供給口）から空気等が給気されるようになっている。また、チューブ２ｂにおいては、排気口２ｂ１（第２ポート、供給排出口、排出口）から空気等が排気されるようになっている。チューブ２ａ，２ｂは、サーボモータ１の軸に並行な方向に延在して設けられている。そして、チューブ２ａ，２ｂは、カバー部材４及びケース５を貫通して、マニホールド３に接続されている。この接続については、図２を参照しながら後記する。

サーボモータ１は、図１では図示しない揺動子９ａ（図３参照）を駆動（回転）させるものである。サーボモータ１は、その側部及び上部がケースによって覆われて構成されている。サーボモータ１の揺動子９ａに接続される軸（図示しない）は、カバー部材４を貫通して設けられている。これにより、サーボモータ１の駆動力が揺動子９ａに伝達して、揺動子９ａが駆動されるようになっている。

チューブ２ａ，２ｂは、弾性材料により構成される。このような弾性材料は、例えば樹脂、ゴム等である。

図２は、３ポートバルブ１００の下部斜視図である。マニホールド３は、チューブ接続口３ａ，３ｂ（供給排出口）と、密閉容器接続口３ｃ（第３ポート、供給排出口）と、を備えている。チューブ接続口３ａとチューブ接続口３ｂとは、同方向を向いて設けられている。一方で、チューブ接続口３ａ，３ｂと密閉容器接続口３ｃとは、逆方向を向いて設けられている。

前記のように、チューブ２ａ，２ｂは、カバー部材４及びケース５を貫通して、マニホールド３に接続されている。具体的には、チューブ２ａはチューブ接続口３ａに接続されている。また、チューブ２ｂはチューブ接続口３ｂに接続されている。なお、図２においては図示していないが、密閉容器接続口３ｃは、別のチューブによって、密閉容器（制御対象物）に接続されるようになっている。

チューブ接続口３ａ，３ｂと密閉容器接続口３ｃとは、相互に連通している。従って、例えばチューブ接続口３ａから供給された空気は、チューブ接続口３ｂからも排出されるし、密閉容器接続口３ｃからも排出されるようになっている。外部から供給された空気の通流に関しては、図４を参照しながら後記する。

図３は、３ポートバルブ１００の分解上面図である。即ち、図３は、図１に示す状態から、サーボモータ１及びカバー部材４を取り外したときの、ケース５内の制御手段を示す図である。なお、図３においては、図示の簡略化のために、固定子調節穴５ａ，５ｂ及びイモネジ１０ａ，１０ｂを示していない。

ケース５内には、サーボモータ１（図３では図示しない）に接続された揺動子９ａが設けられている。揺動子９ａは、可動子７ａ及び可動子７ｂを駆動させるものである。揺動子９ａは、ケース５内の底面で回転可能に設けられた回転部材９ｅに固定されている。また、サーボモータ１に接続されている軸（図示しない）が、孔９ｂに挿入固定されている。これにより、サーボモータ１の駆動力が揺動子９ａに伝達されるようになっている。

なお、図示の例においては、マイナスの方向に揺動子９ａが回転されているが、サーボモータ１の電源が断たれる等すると、後記する押しばね８ａ，８ｂにより、揺動子９ａの位置はゼロの位置（プラスとマイナスとの中間）に戻るようになっている。

揺動子９ａの両側（左右）には、揺動子９ａを中心として対称になるように、固定子６ａ，６ｂと、可動子７ａ，７ｂと、押しばね８ａ，８ｂと、が、設けられている。即ち、固定子６ａ、可動子７ａ及び押しばね８ａ（第１通流制御手段）と、固定子６ｂ、可動子７ｂ及び押しばね８ｂ（第２通流制御手段）とは、揺動子９ａの両側にそれぞれ設けられている。

揺動子９ａがプラスの方向に駆動したときに、固定子６ａ、可動子７ａ及び押しばね８ａ（これらが第１通流制御手段）が制御に関与するようになっている。また、揺動子９ａがマイナスの方向に駆動したときに、固定子６ｂ、可動子７ｂ及び押しばね８ｂ（これらが第２通流制御手段）が制御に関与するようになっている。このように、固定子６ａ、可動子７ａ及び押しばね８ａと、固定子６ｂ、可動子７ｂ及び押しばね８ｂとは、独立して制御されるようになっている。

固定子６ａ、６ｂは、一端がケース５の内壁に固定され、他端が押しばね８ａに接触している。固定子６ａ，６ｂには、チューブ２ａ，２ｂの太さ（外径）に対応する孔６ａ１，６ｂ１が形成されている。そして、孔６ａ１，６ｂ１には、それぞれチューブ２ａ，２ｂが挿入されている。

また、固定子６ａ，６ｂは、イモネジ１０ａ，１０ｂによって、揺動子９ａの方向に進退可能になっている。即ち、前記の第１通流制御手段及び前記第２通流制御手段は、揺動子９ａの方向に進退可能に設けられている。この点の詳細については、図８を参照しながら後記する。

可動子７ａ，７ｂは、揺動子９ａの駆動によってローラ９ｃが接触した時に、ケース５の内壁面に沿って摺動するようになっている。ここで、前記固定子６ａ，６ｂの外端面と可動子７ａ，７ｂの内端面との間には、押しばね８ａ，８ｂが設けられている。そのため、可動子７ａ，７ｂは、押しばね８ａ，８ｂの弾性方向に、当該弾性力に抗して摺動するようになっている。

ここで、可動子７ｂが移動した際の、チューブ２ｂの形状変化を説明する。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

図３（ｂ）に示すように、固定子６ｂと可動子７ｂとは、交差状態の下に嵌合して設けられている。この時、孔６ｂ１に挿入されたチューブ２ｂは、固定子６ｂと可動子７ｂとの両方に挟まれた状態になっており、流路が完全に閉じられている。従って、チューブ２ｂは常閉である。そして、揺動子９ａがマイナス方向に駆動されると、可動子７ｂに接触する。揺動子９ｂの同方向への駆動量がさらに増加すると、揺動子９ｂは、押しばね８ｂの力に抗して、可動子７ｂをケース５の外側方向に摺動させる。これにより、チューブ２ｂの変形が自ずと戻り、チューブ２の流路が開くようになっている。即ち、固定子６ｂ及び可動子７ｂ（第２通流制御手段）がチューブ２ｂ（第２弾性管）を変形させて、チューブ２ｂ（第２弾性管）内を通流する気体の通流を制御するようになっている。このように、３ポートバルブ１００においては、チューブ２ａ，２ｂの有する復元力を利用して、チューブ２ａ，２ｂの開閉制御が行われている。

なお、この動作は、揺動子９ａがプラス方向に駆動した時に、可動子７ａが摺動する際も同様の作用を行うものである。従って、ここでは説明を省略する。

チューブの変形による通流制御は、簡便な構成で実施可能あり、しかも、漏出がなく通流する気体をより確実に制御可能である。しかしながら、このような制御が可能な装置においては、従来、給気口（ポート）と排気口（ポート）との２つのポートしか設けることができなかった。しかしながら、３ポートバルブ１００においては、固定子６ａ，６ｂと、可動子７ａ，７ｂと、押しばね８ａ，８ｂとは、揺動子９ａを中心として、対称に設けられている。そして、これらによって制御されるチューブ２ａ，２ｂが、揺動子９ａを中心として対称に設けられている。

即ち、３ポートバルブ１００においては、チューブ２ａ（第１弾性管）及び固定子６ａと可動子７ａと押しばね８ａ（第１通流制御手段）と、チューブ２ｂ（第２弾性管）及び固定子６ｂと可動子７ｂと押しばね８ｂ（第２通流制御手段）とは、揺動子９ａを中心として対称に設けられている。このように構成することにより、チューブの変形を利用した、３ポートバルブが得られる。これにより、簡便な構成で実施可能あり、しかも、漏出がなく、通流する気体をより確実に制御可能な３ポートバルブが得られる。

＜作用＞
図４は、３ポートバルブ１００における空気の通流方向を示す図である。前記のように、チューブ２ａ，２ｂは常閉である。従って、チューブ２ａ，２ｂの開閉の状態に応じて、給気口２ａ１から取り込まれた空気は、密閉容器接続口３ｃに接続された密閉容器（図示しない）に供給されるようになっている。具体的には、チューブ２ａが開状態であり、チューブ２ｂが閉状態である場合には、空気が密閉容器に供給されるようになっている。

また、チューブ２ａ，２ｂの開閉の状態に応じて、密閉容器接続口３ｃに接続された密閉容器内の空気が、排気口２ｂ１から排気されるようになっている。具体的には、チューブ２ｂが開状態であり、チューブ２ａが閉状態である場合には、密閉容器から空気が排気されるようになっている。

密閉容器の圧力を制御する際のフローを、図５及び図６を参照しながら説明する。図５に示すフローは、図６に示すように、密閉容器２００に接続されている３ポートバルブ１００に対して行われる。なお、揺動子９ａの制御は前記のようにサーボモータ１が行うが、サーボモータ１の駆動制御は、図示のように制御部３００が行うようになっている。また、チューブ２ａ，２ｂ内の通流量とサーボモータ１の駆動量との対応関係（グラフ、関係式等）は、予め実験等によって決定される。

なお、制御部３００は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等を備え、ＲＯＭに格納されている所定の制御プログラムがＣＰＵによって実行されることにより具現化される。

給気口２ａ１に空気供給源（レギュレータ、コンプレッサ等；図示しない）が接続され、密閉容器接続口３ｃに密閉容器２００が接続された後、図５に示すフローが行われる。このとき、チューブ２ａ（給気側）は閉じられている。また、チューブ２ｂ（排気側）も閉じられている。はじめに、サーボモータ１は、揺動子９ａをプラス方向に駆動する（ステップＳ１０）。これにより、チューブ２ａの流路が開く（ステップＳ１１）。そして、密閉容器２００に給気が開始される（ステップＳ１２）。その後、制御部３００は、圧力センサ２０１によって密閉容器２００内の圧力を監視し、密閉容器２００内の圧力が所定圧力（ユーザが設定した圧力等）になるまで給気を行う（ステップＳ１３）。即ち、給気時においては、フィードバック制御が行われている。

密閉容器２００内の圧力が所定圧力になったことを制御部３００が検知すると、制御部３００は、揺動子９ａの駆動量をゼロに戻す（ステップＳ１４）。これにより、チューブ２ａの流路が閉じる（ステップＳ１５）。そして、密閉容器２００は密閉状態になって圧力が維持される（ステップＳ１６、定常状態）。

定常状態において、ユーザから圧力変更の指示があると（ステップＳ２０のＹｅｓ方向）、制御部３００は、指示された圧力が現在の密閉容器２００内の圧力よりも高いか低いかを判断する。その結果、現在の圧力よりも昇圧する必要がある場合（ステップＳ２１のＹｅｓ方向）、制御部３００は、揺動子９ａをプラス方向に駆動する（ステップＳ２２）。その後は、前記したステップＳ１１〜Ｓ２７と同様にして、密閉容器２００内の圧力が所定の圧力まで昇圧される（ステップＳ２３〜ステップＳ２７）。このようにして、密閉容器２００内の圧力の変更が行われる。

一方、ステップＳ２１において、現在の圧力よりも降圧させる必要がある場合（ステップＳ２１のＮｏ方向）、制御部３００は、揺動子９ａをマイナス方向に駆動する（ステップＳ２８）。これにより、チューブ２ｂの流路が開く（ステップＳ２９）。チューブ２ｂは外部に開放されているため、チューブ２ｂの流路が開くことにより、密閉容器２００から排気が開始される（ステップＳ３０）。その後、制御部３００は、圧力センサ２０１によって密閉容器２００内の圧力を監視し、密閉容器２００内の圧力が所定圧力になるまで排気を行う（ステップＳ３１）。即ち、排気時においても、給気時同様、フィードバック制御が行われている。

密閉容器２００内の圧力が所定圧力になることを制御部３００が検知すると、制御部３００は、揺動子９ａの駆動量をゼロに戻す（ステップＳ３２）。これにより、チューブ２ｂの流路が閉じる（ステップＳ３３）。このようにして、密閉容器２００内の圧力の変更が行われる。

図６に示す密閉容器としては、例えば図７に示すような空気圧シリンダ２００が好適である。空気圧シリンダ２００は、ピストン２００ｃによって区切られた２つの空間２００ａ，２００ｂを備えている。ピストン２００ｃは、ロッド２００ｄによって、図示しないマニピュレータ（鉗子等）に接続されている。

空気圧シリンダ２００の空間２００ａ及び空間２００ｂには、それぞれ３ポートバルブ１００ａ，１００ｂが設けられている。具体的には、空間２００ａには、サーボモータ１ａを備える３ポートバルブ１００ａが接続されている。従って、空間２００ａの圧力は、３ポートバルブ１００ａによって制御されるようになっている。また、空間２００ｂには、サーボモータ１ｂを備える３ポートバルブ１００ｂが接続されている。従って、空間２００ｂの圧力は、３ポートバルブ１００ｂによって制御されるようになっている。

３ポートバルブ１００ａ，１００ｂは、同一の空気供給源（図示しない）から給気されるようになっている。ただし、排気は、独立して行われるようになっている。空気圧シリンダを密閉容器２００として用いることにより、ピストン２００ｃの位置を精度よく制御することができる。

ピストン２００ｃに接続されたマニピュレータに外力が負荷されない場合、ピストン２００ｃの移動量は、空間２００ａの圧力と空間２００ｂの圧力との差圧によって決定される。即ち、空間２００ａの圧力が、空間２００ｂの圧力よりも大きい場合、空間２００ｂの体積が小さくなるようにピストン２００ｃが移動する。この場合においては、ピストン２００ｃは、紙面左方向に移動する。一方で、空間２００ａの圧力が、空間２００ｂの圧力よりも小さい場合、空間２００ａの体積が小さくなるようにピストン２００ｃが移動する。この場合においては、ピストン２００ｃは、紙面右方向に移動する。

なお、ロッド２００ｄは、ピストン２００ｃの空間２００ｂ側に接続されている。そのため、ピストン２００ｃにおいて、空間２００ａ側の受圧面積と空間２００ｂ側の受圧面積とは厳密には異なっている。従って、空間２００ａ内の圧力と空間２００ｂ内の圧力とが等しくなった場合でも、ピストン２００ｃの移動は停止しない。そのため、マニピュレータの駆動を制御する場合には、この受圧面積を考慮して制御することが好ましい。ただし、ピストン２００ｃにおける受圧面積の差は微小であるため、制御の簡便さの観点から、受圧面積の差を無視してマニピュレータを駆動制御することもできる。

このように、空間２００ａ，２００ｂの圧力を制御することにより、ピストン２００ｃを移動させることができる。そして、これにより、ピストン２００ｃに接続されたマニピュレータ等の駆動（ピストン２００ｃが移動する方向への駆動）を制御することができる。

＜効果＞
３ポートバルブ１００がこのような構成を有することにより、従来よりも精度よく制御可能な３ポートバルブとすることができる。特に、３ポートバルブ１００は通流する空気の漏出がないため、特に良好な制御を行うことができる。

また、３ポートバルブ１００においては、チューブ２ａ，２ｂの２系統を利用し、３つのポートが設けられている。そのため、２ポートのみの従来とは異なり、給気及び排気を独立して行うことができる。そのため、例えば、密閉容器に供給される空気の流量を精度よく制御できるようになる。また、例えば、密閉容器内の圧力を制御する場合等において、密閉容器内の圧力を上昇させたり、低下させたりすることが精度よくできるようになる。

３ポートバルブ１００においては、設けられる揺動子９ａの数は１つである。そのため、装置を小型化し、簡便な構造にすることができる。従って、３ポートバルブ１００によれば、従来よりも簡便、小型化しつつも、精度よく制御を行うことができる。

また、３ポートバルブ１００においては、サーボモータ１の電力が遮断された場合には、チューブ２ａ，２ｂが閉じられるようになっている（即ち常閉）。そのため、例えば予期せぬ停電等に十分に対応することができる。

＜別の実施形態＞
前記の３ポートバルブ１００においては、圧力が実測されて、フィードバック制御が行われている（前記のステップＳ１３、ステップＳ２５及びステップＳ３１参照）。しかしながら、例えば、図１において説明したイモネジ１０ａ，１０ｂを調整することにより、このようなフィードバック制御を行わなくても圧力制御が可能になる。

図８に、イモネジ１０ａ（固定子６ａに接触するねじ）をケース５内に突出させたときの分解上面図である。図８に示すように、イモネジ１０ａが突出することにより、固定子６ａの位置が、突出していないときと比べて、揺動子９ａ側にやや進む。その結果、イモネジ１０ａが突出していないときには常閉だったチューブ２ａの変形が回復する。これにより、図８に示すように、チューブ２ａは常開になる。

このような３ポートバルブ１００を図９に示すように密閉容器２００に対して接続すると、フィードバック制御を行うことなく、密閉容器２００内の圧力制御が可能にある。即ち、図９に示す密閉容器２００においては、図示しない空気供給源からの空気が、常開のチューブ２ａによって、密閉容器２００に常時供給されている。ただし、この場合でも、チューブ２ｂは常閉である。

この状態においては、密閉容器２００内の圧力は、以下のようにして、制御部３００によって算出可能である。なお、体積Ｖは、厳密には密閉容器２００内の体積、及び密閉容器２００とチューブ２ａ，２ｂの流路が閉じられる部位との間の体積の和になるが、後者の体積は通常密閉容器２００内の体積よりも通常は十分に小さい。そのため、体積Ｖを考慮するにあたって、後者の体積を考慮しなくても通常は十分な精度が得られる。

チューブ２ａを通じて３ポートバルブ１００内部に供給される空気の流量をＧ_ｉｎ、チューブ２ｂを通じて３ポートバルブ１００外部に排出される空気の流量をＧ_ｏｕｔ、密閉容器２００に供給される空気の流量をＧとすると、以下の式（１）が満たされる。

さらに、密閉容器２００内の圧力をＰ、密閉容器２００内の体積（内容積）をＶ、密閉容器２００内の空気の物質量をｎ、気体定数をＲ、温度をＴとすると、以下の式（２）が満たされる。なお、定常状態において、給気側のチューブ２ａは開状態、排気側のチューブ２ｂは閉状態であるため、密閉容器２００内の圧力Ｐは、給気される空気の圧力Ｐ_ｓと等しくなる。即ち、密閉容器２００内の定常状態における圧力ＰはＰ_ｓになる。

密閉容器２００に供給される空気の温度Ｔ、及び、密閉容器２００の内容積Ｖは変化しないと考えると、式（２）における圧力Ｐを時間ｔで微分することにより、以下の式（３）が得られる。

イモネジ１０ａをケース５内に突出させた場合、前記のように、給気側のチューブ２ａは常開となっている。一方で、排気側のチューブ２ｂは常閉である。即ち、Ｇ_ｏｕｔ＝０になっている。そして、揺動子９ａが駆動してチューブ２ｂの閉状態が解かれると、チューブ２ｂを通じて外部へ空気が排気され始める。即ち、Ｇ_ｏｕｔが増加し始める。このとき、式（１）に基づいて、Ｇ＜０となる。

Ｇ＜０になると、式（３）に基づいて、Ｐ’＜０になる。その結果、密閉容器２００内の圧力が、定常状態の圧力Ｐ_ｓから低下することになる。すると、供給される空気の圧力Ｐ_ｓと密閉容器２００内の圧力とに差圧が生じ、Ｇ_ｉｎが増加する。Ｇ_ｉｎの増加量は、チューブ２ｂの開度と圧力との関係（ＩＳＯ６３５８、ＪＩＳＢ８３９０等）に基づいて決定される。そして、決定された増加量分でＧ_ｉｎが増加するとともに、Ｇ_ｏｕｔも、Ｇ_ｉｎと等しくなるように変化する。

Ｇ_ｉｎとＧ_ｏｕｔとが等しくなると、Ｇ＝０、Ｐ’＝０となり、密閉容器２００内の圧力がある値でバランスする。この値は、Ｇ_ｉｎ及びＧ_ｏｕｔを与えるときのチューブ２ｂの開度、即ち、揺動子９ａの変位によって一意に決定される。これは、本発明者らの検討によれば、一次遅れ系であると考えられる。そして、このような揺動子９ａの位置制御によって、密閉容器２００内の圧力を制御することができる。

そして、このように制御することにより、圧力制御を行うにあたってフィードバック制御を行う必要がない。そのため、制御部における演算負荷を低減することができる。また、制御部による演算が容易になる。

なお、前記の例ではチューブ２ａを常開として説明したが、イモネジ１０ｂを用いてチューブ２ｂを常開とする場合でも同様に制御可能である。

具体的には、イモネジ１０ｂをケース５内に突出させた場合、排気側のチューブ２ｂは常開になる。一方で、給気側のチューブ２ａは常閉である（Ｇ_ｉｎ＝０）。そして、揺動子９ａが駆動してチューブ２ａの閉状態が解かれると、チューブ２ａを通じて外部から空気が給気され始める。即ち、Ｇ_ｉｎが増加し始める。このとき、式（１）に基づいて、Ｇ＞０となる。

Ｇ＞０になると、式（３）に基づいて、Ｐ’＞０になる。その結果、密閉容器２００内の圧力が、定常状態の圧力Ｐ_ｓから上昇することになる。すると、排気側の大気圧と密閉容器２００内の圧力とに生じている差圧が大きくなり、Ｇ_ｏｕｔが増加する。Ｇ_ｏｕｔの増加量は、チューブ２ａの開度と圧力との関係（ＩＳＯ６３５８、ＪＩＳＢ８３９０等）に基づいて決定される。そして、決定された増加量分でＧ_ｏｕｔが増加するとともに、Ｇ_ｉｎも、Ｇ_ｏｕｔと等しくなるように変化する。そして、その後は、前記の場合と同様にして、密閉容器２００内の圧力が制御可能である。

なお、給気側のチューブ２ａ及び排気側のチューブ２ｂのどちらを常開にするかは、圧力制御の条件に基づいて適宜決定すればよい。

＜変更例＞
以上、本実施形態を説明したが、本発明は前記の実施形態に何ら限定されるものではない。即ち、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲内で任意に変更して実施可能である。

例えば、３ポートバルブ１００に適用可能な気体は空気に限定されず、任意の気体を適宜使用することができる。また、３ポートバルブ１００に適用可能な流体は気体に限定されず、液体等の任意の流体が適用可能である。特に、液体の通流を制御するバルブは、気体の通流を制御するバルブよりも密閉性がとりわけ要求される。そのため、漏出が発生しない本実施形態の３ポートバルブは、液体の通流を制御するバルブとしても好適である。

また、例えば、３ポートバルブ１００においては、チューブ２ａの端部を給気口とし、チューブ２ｂの端部を排気口としているが、逆であってもよい。即ち、チューブ２ａの端部を排気口とし、チューブ２ｂの端部を給気口としてもよい。

チューブ２ａ，２ｂを通流する気体の通流を制御する第１通流制御手段（固定子６ａと可動子７ａと押しばね８ａ）、第２通流制御手段（固定子６ｂと可動子７ｂと押しばね８ｂ）及び揺動子９ｃは、図示の例に何ら限定されない。従って、例えば、揺動子９ｃを円筒状に構成し、円筒状揺動子９ｃの両端面を可動子７ａ，７ｂに付きあててこれらを移動させることもできる。

また、固定子６ａと可動子７ａとを設けず、押しばね８ａ，８ｂとこれに接続固定された制御部材（図示しない）等によって、チューブ２ａ，２ｂを常閉とすることができる。即ち、当該制御部材によってチューブ２ａ，２ｂを押し付けることにより、チューブ２ａ，２ｂを常閉とすることができる。そして、揺動子９ａによって当該制御部材を移動させて常閉状態を解除することにより、チューブ２ａ，２ｂの通流を制御することができる。

図８の例では、イモネジ１０ａ，１０ｂによって固定子６ａ，６ｂが移動可能になっているが、例えば押しばね８ａ，８ｂを用いない場合等においては、可動子７ａ，７ｂを移動させてもよい。

また、図５を参照しながら説明したフローにおいては、チューブ２ａ，２ｂを単に開閉させることのみを説明したが、例えば密閉容器２００内の圧力に応じて、チューブ２ａ，２ｂの開度を制御するようにしてもよい。即ち、密閉容器２００内の圧力と外部の圧力との圧力差によっては、密閉容器２００への給気速度と密閉容器２００からの排気速度が異なる場合がある。そこで、例えば給気速度が速い場合には、安定した制御を行う観点から、チューブ２ａの開度を小さくし、ゆっくりと給気を行うようにしてもよい。逆に、例えば給気速度が遅い場合には、迅速な制御を行う観点から、チューブ２ａの開度を大きくし、素早く給気を行うようにしてもよい。このように開度を調整することにより、給排気の速度を調整することができる。

さらに、例えば、図８においてはチューブ２ａを常開としたが、チューブ２ｂを常開としてもよい。また、チューブ２ａ，２ｂの両方を常開としてもよい。これらは、給気流量と排気流量とのバランスを異なるものにしたい場合に適宜調整すればよい。例えば、前記のように、給気速度と排気速度とが異なる場合がある。具体的には、例えば、空気供給源から供給される空気の圧力が０．５ＭＰａ、外部の圧力が０．１ＭＰａ（大気圧）の場合に、密閉容器の圧力を０．４ＭＰａ近傍で制御する場合等が挙げられる。

この場合、密閉容器内の圧力が、空気供給源から供給される空気の圧力に近くなっている。従って、密閉容器内の圧力と外部の圧力との差圧が、密閉容器内の圧力と空気供給源からの空気圧力との差圧よりも大きいため、排気速度は、給気速度よりも速くなることがある。そこで、このような場合には、イモネジ１０ａを突出させ、給気側のチューブ２ａを常開にすればよい。

また、例えば、図示の例では、チューブ２ａ，２ｂは紙面垂直に延在しているが、紙面に対して平衡に延在させてもよい。そして、これに対応させて、流量を制御する各手段を設ければよい。

２ａチューブ（第１弾性管）
２ａ１給気口（供給口、供給排出口、第１ポート）
２ｂチューブ（第２弾性管）
２ｂ１排気口（排出口、供給排出口、第２ポート）
３ｃ密閉容器接続口（供給排出口、第３ポート）
７ａ可動子（第１流量制御手段）
７ｂ可動子（第２流量制御手段）
８ａ押しばね（第１流量制御手段）
８ｂ押しばね（第２流量制御手段）
９ａ固定子（第１流量制御手段）
９ｂ固定子（第２流量制御手段）
９ｃ揺動子
１００３ポートバルブ
２００密閉容器（制御対象物）

Claims

流体が通流する第１弾性管と、
前記第１弾性管における供給排出口である第１ポートと、
流体が通流する第２弾性管と、
前記第２弾性管における供給排出口である第２ポートと、
前記第１ポート及び前記第２ポートと連通する第３ポートと、
第１弾性部材と、前記第１弾性管が貫通する第１可動子とを備え、前記第１弾性部材の弾性方向において外側方向に前記第１弾性部材の弾性力に抗して前記第１可動子を移動させることにより前記第１弾性管を変形させて、前記第１弾性管内を通流する流体の通流を制御する第１通流制御手段と、
第２弾性部材と、前記第２弾性管が貫通する第２可動子とを備え、前記第２弾性部材の弾性方向において外側方向に前記第２弾性部材の弾性力に抗して前記第２可動子を移動させることにより前記第２弾性管を変形させて、前記第２弾性管内を通流する流体の通流を制御する第２通流制御手段と、
前記第１通流制御手段及び前記第２通流制御手段を駆動させる揺動子と、
前記第１弾性部材の弾性方向において前記揺動子の方向に前記第１弾性部材の弾性力に抗して移動されることにより、前記揺動子の駆動から独立して、前記第１可動子を貫通する前記第１弾性管を変形させて流量を調節する第１調節部材と、
前記第２弾性部材の弾性方向において前記揺動子の方向に前記第２弾性部材の弾性力に抗して移動されることにより、前記揺動子の駆動から独立して、前記第２可動子を貫通する前記第２弾性管を変形させて流量を調節する第２調節部材と、を備え、
前記第１弾性管及び前記第１通流制御手段と、前記第２弾性管及び前記第２通流制御手段とは、前記揺動子を中心として対称に設けられている
ことを特徴とする、３ポートバルブ。
前記揺動子は回転可能に設けられ、
前記揺動子が回転して前記第１通流制御手段及び前記第２通流制御手段を駆動させる
ことを特徴とする、請求項１に記載の３ポートバルブ。
前記第１弾性管及び前記第２弾性管は常閉である
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の３ポートバルブ。
前記第１ポートは供給口であり、
前記第２ポートは排出口であり、
前記第３ポートは制御対象物が接続される供給排出口である
ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の３ポートバルブ。