JP6963662B2 - 流量制御弁、流量制御用三方弁及び温度制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、流量制御弁、流量制御用三方弁及び温度制御装置に関する。

従来、流量制御用三方弁に関する技術として、本出願人は、特許文献１等に開示されたものを既に提案している。

特許文献１は、第１の流体が流入する断面矩形状の第１の弁口と第２の流体が流入する断面矩形状の第２の弁口が形成された円柱形状の空所からなる弁座を有する弁本体と、前記第１の弁口を閉状態から開状態に切り替えると同時に前記第２の弁口を開状態から閉状態に切り替えるよう前記弁本体の弁座内に回転自在に配置され、予め定められた中心角を有する半円筒形状に形成され且つ周方向に沿った両端面が曲面形状に形成された弁体と、前記弁体を回転駆動する駆動手段と、を備えるように構成したものである。

特許第６１０４４４３号公報

本発明は、弁口形成部材を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を配合したポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）から構成しない場合に比較して、低温域から高温域にわたり摺動性に優れた弁口形成部材を備えた流量制御弁、流量制御用三方弁及び温度制御装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、弁体と弁座の間隙から漏れた流体の圧力を第１及び第２の弁口形成部材に作用させ、弁体が第１及び第２の弁口を開閉する際に弁体の位置が変動するのを抑制する圧力作用部を有しない場合に比較して、弁体と弁口形成部材の接触に起因した弁体の駆動トルクの上昇を抑制することが可能な流量制御用三方弁及びこれを用いた温度制御装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載された発明は、流体が流通する断面矩形状の弁口が形成された円柱形状の空所からなる弁座を有する弁本体と、
前記弁本体に装着されて前記弁口を形成する弁口形成部材と、
前記弁本体の弁座内に回転自在に配置され、前記弁口の開閉状態に切り替える開口部が形成された円筒形状の弁体と、
前記弁体を回転駆動する駆動手段と、
を備え、
前記弁口形成部材を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を１０％配合したポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）から構成してなることを特徴とする流量制御弁である。

請求項２に記載された発明は、流体が流通する断面矩形状の第１の弁口と前記流体が流通する断面矩形状の第２の弁口が形成された円柱形状の空所からなる弁座を有する弁本体と、
前記弁本体に装着されて前記第１及び第２の弁口をそれぞれ形成する第１及び第２の弁口形成部材と、
前記弁本体の弁座内に回転自在に配置され、前記第１の弁口を閉状態から開状態に切り替えると同時に前記第２の弁口を開状態から閉状態に切り替える開口部が形成された円筒形状の弁体と、
前記弁体と前記弁座の間隙から漏れた前記流体の圧力を前記第１及び第２の弁口形成部材に作用させ、前記弁体が前記第１及び第２の弁口を開閉する際に前記弁体の位置が変動するのを抑制する圧力作用部と、
前記弁体を回転駆動する駆動手段と、
を備え、
前記第１及び第２の弁口形成部材を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を１０％配合したポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）から構成してなることを特徴とする流量制御用三方弁である。

請求項３に記載された発明は、前記圧力作用部は、前記弁体と前記弁座の間隙から漏れた前記流体の圧力を前記第１及び第２の弁口形成部材の前記弁体と反対側の面に作用させ、前記第１及び第２の弁口形成部材によって前記弁体を支持することにより、前記第１及び第２の弁口から流出又は流入する流体の圧力差によって前記弁体の位置が変動するのを抑制することを特徴とする請求項２に記載の流量制御用三方弁である。

請求項４に記載された発明は、前記圧力作用部は、前記第１及び第２の弁口を流通する流体と区画されている請求項２又は３に記載の流量制御用三方弁である。

請求項５に記載された発明は、前記第１及び第２の弁口形成部材は、前記弁体に対して接離する方向に移動自在に装着され、
前記第１及び第２の弁口形成部材の前記弁体と反対側の面を押動することによって前記第１及び第２の弁口形成部材の位置を調整する調整部材を備えたことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の流量制御用三方弁である。

請求項６に記載された発明は、前記弁本体は、当該弁本体に対して流体を流通させる部材を接続するための接続部材と、
前記接続部材と前記第１及び第２の弁口形成部材との間を密封した状態で接続する第１及び第２の流路形成部材と、
を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の流量制御用三方弁である。

請求項７に記載された発明は、前記調整部材は、前記第１及び第２の弁口形成部材が前記弁体に対して接離する方向に
移動するのを許容する弾性部材を介して前記第１及び第２の弁口形成部材を押動することを特徴とする請求項５に記載の流量制御用三方弁である。

請求項８に記載された発明は、混合比が調整された低温側流体及び高温側流体からなる温度制御用流体が流れる温度制御用流路を有する温度制御手段と、
低温側の予め定められた第１の温度に調整された前記低温側流体を供給する第１の供給手段と、
高温側の予め定められた第２の温度に調整された前記高温側流体を供給する第２の供給手段と、
前記第１の供給手段と前記第２の供給手段に接続され、前記第１の供給手段から供給される前記低温側流体と前記第２の供給手段から供給される前記高温側流体とを混合して前記温度制御用流路に供給する混合手段と、
前記温度制御用流路を流通した温度制御用流体を前記第１の供給手段と前記第２の供給手段に流量を制御しつつ分配する流量制御弁と、
を備え、
前記流量制御弁として請求項２〜７のいずれかに記載の流量制御用三方弁を用いたことを特徴とする温度制御装置である。

請求項９に記載された発明は、混合比が調整された低温側流体及び高温側流体からなる温度制御用流体が流れる温度制御用流路を有する温度制御手段と、
低温側の予め定められた第１の温度に調整された前記低温側流体を供給する第１の供給手段と、
高温側の予め定められた第２の温度に調整された前記高温側流体を供給する第２の供給手段と、
前記第１の供給手段と前記第２の供給手段に接続され、前記第１の供給手段から供給される前記低温側流体と前記第２の供給手段から供給される前記高温側流体とを混合比を調整して前記温度制御用流路に流す流量制御弁と、
を備え、
前記流量制御弁として請求項２〜７のいずれかに記載の流量制御用三方弁を用いたことを特徴とする温度制御装置である。

本発明によれば、弁口形成部材を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を１０％配合したポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）から構成しない場合に比較して、低温域から高温域にわたり摺動性に優れた弁口形成部材を備えた流量制御弁、流量制御用三方弁及び温度制御装置を提供することができる。

また、本発明は、弁体と弁座の間隙から漏れた流体の圧力を第１及び第２の弁口形成部材に作用させ、弁体が第１及び第２の弁口を開閉する際に弁体の位置が変動するのを抑制する圧力作用部を有しない場合に比較して、弁体と弁口形成部材の接触に起因した弁体の駆動トルクの上昇を抑制することが可能な流量制御用三方弁及びこれを用いた温度制御装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る流量制御用三方弁の一例としての三方弁型モータバルブを示す外観斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る流量制御用三方弁の一例としての三方弁型モータバルブを示す正面図、同右側面図及びアクチュエータ部の底面図である。 本発明の実施の形態１に係る流量制御用三方弁の一例としての三方弁型モータバルブを示す図２（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の実施の形態１に係る流量制御用三方弁の一例としての三方弁型モータバルブを示す図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の実施の形態１に係る流量制御用三方弁の一例としての三方弁型モータバルブを示す図２（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。 バルブ本体を示す断面構成図である。 本発明の実施の形態１に係る流量制御用三方弁の一例としての三方弁型モータバルブを示す要部の断面斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る流量制御用三方弁の一例としての三方弁型モータバルブを示す要部の分解斜視図である。 バルブシートを示す構成図である。 バルブシートと弁軸との関係を示す構成図である。 ウェーブワッシャーを示す構成図である。 調整リングを示す斜視構成図である。 弁軸の動作を示す構成図である。 弁軸を示す構成図である。 弁軸の動作を示す構成図である。 弁軸の動作を示す構成図である。 本発明の実施の形態１に係る流量制御用三方弁の一例としての三方弁型モータバルブの動作を示す断面構成図である。 本発明の実施の形態２に係る流量制御用三方弁の一例としての三方弁型モータバルブを示す断面構成図である。 本発明の実施の形態１に係る流量制御用三方弁の一例としての三方弁型モータバルブを適用した恒温維持装置（チラー装置）を示す概念図である。 本発明の実施の形態２に係る流量制御用三方弁の一例としての三方弁型モータバルブを適用した恒温維持装置（チラー装置）を示す概念図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

[実施の形態１]
図１は本発明の実施の形態１に係る流量制御用三方弁の一例としての三方弁型モータバルブを示す外観斜視図、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）は正面図、同右側面図及びアクチュエータ部の底面図、図３は図２（ｂ）のＡ−Ａ線断面図、図４は図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、図５は図２（ａ）のＣ−Ｃ線断面図、図６は三方弁型モータバルブのバルブ本体を示す断面図、図７は三方弁型モータバルブの要部を示す断面斜視図、図８は三方弁型モータバルブの要部を示す分解斜視図である。

三方弁型モータバルブ１は、回転型３方向弁として構成されている。三方弁型モータバルブ１は、図１に示すように、大別して、下部に配置されたバルブ部２と、上部に配置されたアクチュエータ部３と、バルブ部２とアクチュエータ部３の間に配置されたシール部４及びカップリング部５とから構成されている。

バルブ部２は、図２乃至図８に示すように、ＳＵＳ等の金属により略直方体状に形成されたバルブ本体６を備えている。バルブ本体６には、図３及び図４に示すように、その一方の側面（図示例では、左側面）に流体が流出する第１の流出口７と、円柱形状の空所からなる弁座８に連通した断面矩形状の第１の弁口９がそれぞれ設けられている。

本実施の形態では、第１の流出口７及び第１の弁口９をバルブ本体６に直接設けるのではなく、第１の弁口９を形成した第１の弁口形成部材の一例である第１のバルブシート７０と、第１の流出口７を形成する第１の流路形成部材１５とをバルブ本体６に装着することにより、第１の流出口７及び第１の弁口９を設けている。

第１のバルブシート７０は、図９に示すように、バルブ本体６の内側に配置される角筒形状に形成された角筒部７１と、バルブ本体６の外側に配置される円筒形状に形成された円筒部７２と、角筒部７１と円筒部７２の間に円筒部８２側へ向けて外径が大きくなるように配置されたテーパー部７３とを一体的に備えている。第１のバルブシート７０の角筒部７１の内部には、矩形状（本実施の形態では、正方形状）の断面を有する角柱形状の第１の弁口９が形成されている。また、第１のバルブシート７０の円筒部７２の内部には、第１の流出口７を形成する第１の流路形成部材１５の一端部が密封された状態で挿入されるように構成されている。第１のバルブシート７０の円筒部７２と第１の流路形成部材１５との間は、図４に示すように、Ｏリング１５ａによって密封されている。第１のバルブシート７０の円筒部７２の内周面には、図９に示すように、Ｏリング１５ａを収容する凹溝７５が設けられている。

第１のバルブシート７０の材料としては、例えば、所謂“スーパーエンジニアリングプラスチック”が用いられる。スーパーエンジニアリングプラスチックは、通常のエンジニアリングプラスチックを上回る耐熱性や高温時の機械的強度を有するものである。スーパーエンジニアリングプラスチックとしては、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、あるいはこれらの複合材料などが挙げられる。なお、第１のバルブシート７０の材料としては、例えば、エンズィンガージャパン株式会社製の切削加工用ＰＥＥＫ樹脂素材である「ＴＥＣＡＰＥＥＫ」（登録商標）、特に１０％ＰＴＦＥを配合して摺動性に優れた「ＴＥＣＡＰＥＥＫ ＴＦ １０ ｂｌｕｅ」（商品名）などが好適に使用される。

バルブ本体６には、図６及び図７に示されるように、第１のバルブシート７０の外形状に対応し当該バルブシート７０と相似形状の凹所７６が切削加工等により形成されている。凹所７６は、第１のバルブシート７０の角筒部７１に対応した角筒部７６ａと、円筒部７２に対応した円筒部７６ｂと、テーパー部７３に対応したテーパー部７６ｃとを備えている。バルブ本体６の円筒部７６ｂは、第１のバルブシート７０の円筒部７２より長さが長く設定されている。バルブ本体６の円筒部７６ｂは、後述するように、第１の圧力作用部９４を形成している。第１のバルブシート７０は、バルブ本体６の凹所７６に対して弁体としての弁軸３４に接離する方向に微小な距離ではあるが移動自在に装着される。

第１のバルブシート７０は、バルブ本体６の凹所７６に装着された状態で、第１のバルブシート７０の外周面とバルブ本体６の凹所７６の内周面との間には、微小な間隙が形成されている。弁座８の内部に流入した流体は、第１のバルブシート７０の外周の領域に微小な間隙を介して漏れて流入可能となっている。また、第１のバルブシート７０の外周の領域へと漏れた流体は、当該第１のバルブシート７０の円筒部７２の外側に位置する空間からなる第１の圧力作用部９４へと導入される。この第１の圧力作用部９４は、流体の圧力を第１のバルブシート７０の弁軸３４と反対側の面７０ａに作用させるものである。弁座８の内部に流入する流体は、第１の弁口９を介して流出する流体の他、後述するように、第２の弁口１８を介して流出する流体である。第１の圧力作用部９４は、第１の流出口７との間が第１の流路形成部材１５によって密封された状態で区画されている。

弁座８の内部に配置された弁軸３４に作用する流体の圧力は、弁軸３４の開閉度による流体の流量に依存する。弁座８の内部に流入する流体は、第１の弁口９と第２の弁口１８を介して弁座８と弁軸３４の外周面との間に形成される微小な間隙にも流れ込む（漏れ入る）。したがって、第１のバルブシート７０に対応した第１の圧力作用部９４には、第１の弁口９から流出する流体以外に、弁座８と弁軸３４の外周面との間に形成される微小な間隙に流れ込んだ第２の弁口１８から流出する流体も流れ込む（漏れ入る）。

また、第１のバルブシート７０のテーパー部７３と凹所７６のテーパー部７６ｃとの間には、図３、図４及び図７に示すように、微小な間隙が形成されている。その結果、バルブ本体６の凹所７６は、第１のバルブシート７０を装着した状態で、テーパー部７３と凹所７６のテーパー部７６ｃとの間の微小な間隙に対応した距離だけ、当該バルブシート７０がバルブ本体６の内外方向に沿って数１００μｍ〜数ｍｍ程度にわたり移動（変位）自在であり、バルブシート７０の装着位置が調整可能となっている。

第１のバルブシート７０の角筒部７１の先端には、図９（ｂ）に示すように、バルブ本体６に形成された円柱形状の弁座８に対応した円柱形状の曲面の一部を成す平面円弧形状の間隙縮小部の一例としての凹部７４が設けられている。凹部７４の曲率半径Ｒは、弁座８の曲率半径又は弁軸３４の曲率半径と略等しい値に設定される。バルブ本体６の弁座８は、後述するように、当該弁座８の内部で回転する弁軸３４の齧りを防止するため、弁軸３４の外周面との間に僅かな間隙を形成している。第１のバルブシート７０の凹部７４は、図１０に示すように、当該第１のバルブシート７０をバルブ本体６に装着した状態でバルブ本体６の弁座８より弁軸３４側に突出するように装着されるか、又は弁軸３４の外周面に接触するように装着される。その結果、弁軸３４と当該弁軸３４と対向する部材としてのバルブ本体６の弁座８の内面との間隙Ｇは、第１のバルブシート７０の凹部７４が突出した分だけ弁座８の他の部分に比較して部分的に縮小された値に設定される。このように、第１のバルブシート７０の凹部７４と弁軸３４との間隙Ｇ１は、弁軸３４と弁座８の内面との間隙Ｇ２より狭い（小さい）所要の値（Ｇ１＜Ｇ２）に設定されている。なお、第１のバルブシート７０の凹部７４と弁軸３４との間隙Ｇ１は、バルブシート７０の凹部７４が弁軸３４に接触した状態、つまり間隙無しの状態(間隙Ｇ１＝０)であっても良い。

ただし、第１のバルブシート７０の凹部７４が弁軸３４に接触する場合には、弁軸３４を回転駆動する際に凹部７４の接触抵抗によって弁軸３４の駆動トルクが上昇する虞れがある。そのため、第１のバルブシート７０の凹部７４が弁軸３４に接触する程度は、弁軸３４の回転トルクを考慮して調整される。すなわち、弁軸３４の駆動トルクが増加しないか、増加してもその増加量が小さく、弁軸３４の回転に支障がない程度に調整される。

第１の流路形成部材１５は、図８に示すように、ＳＵＳ等の金属によって比較的薄肉の円筒形状に形成されている。第１の流路形成部材１５は、第１のバルブシート７０の位置変動にかかわらず、第１の弁口９に連通した第１の流出口７を内部に形成している。

第１のバルブシート７０の円筒部７２の軸方向に沿った外側には、当該第１のバルブシート７０が弁軸３４に対して接離する方向に変位するのを許容しつつ、当該第１のバルブシート７０を弁軸３４に対して接離する方向に移動するのを許容する弾性部材の一例としての第１のウェーブワッシャー（波状ワッシャー）１６が設けられている。第１のウェーブワッシャー１６は、図１１に示すように、ステンレスや鉄、あるいは燐青銅などからなり、正面に投影した形状が所要の幅を有する円環状に形成されている。また、第１のウェーブワッシャー１６は、側面形状がウェーブ状（波状）に形成されており、その厚さ方向に沿って弾性変形が可能となっている。第１のウェーブワッシャー１６の弾性率は、厚さや材質、あるいは波の数等によって決定される。第１のウェーブワッシャー１６は、第１
の圧力作用部９４に収容されている。

さらに、第１のウェーブワッシャー１６の外側には、当該第１のウェーブワッシャー１６を介して弁軸３４と第１のバルブシート７０の凹部７４との間隙Ｇ１を調整する調整部材の一例としての第１の調整リング７７が配置される。第１の調整リング７７は、図１２に示すように、耐熱性を有する合成樹脂又は金属によって外周面に雄ネジ７７ａが形成された相対的に長さが短く設定された円筒形状の部材からなる。第１の調整リング７７の外側の端面には、当該第１の調整リング７７をバルブ本体６に設けられた雌ネジ部７８に締め付けて装着する際に、締付量を調整するための図示しない治具を係止して当該第１の調整リング７７を回転させるための凹溝７７ｂが１８０度対向する位置にそれぞれ設けられている。

バルブ本体６には、図６に示すように、第１の調整リング７７を装着するための第１の雌ネジ部７８が設けられている。バルブ本体６の開口端部には、外周に向けて直径が拡大するようにテーパー部７９が設けられている。テーパー部７９には、Ｏリング７９ａが介在される。

第１の調整リング７７は、バルブ本体６の雌ネジ部７８に対する締め込み量を調整することにより、当該第１の調整リング７７が第１のウェーブワッシャー１６を介して第１のバルブシート７０を内側に向けて押動する量（距離）を調整するものである。第１の調整リング７０の締め込み量を増加させると、第１のバルブシート７０は、図１０に示すように、第１の調整リング７７によって第１のウェーブワッシャー１６を介して押され、凹部７４が弁座８の内周面から突出して弁軸３４に近接する方向に変位し、当該凹部７４と弁軸３４との間隙Ｇ１が減少する。また、第１の調整リング７７の締め込み量を予め少ない量に設定すると、第１のバルブシート７０は、第１の調整リング７７によって押動される距離が減少し、弁軸３４から離間した位置に配置され、第１のバルブシート７０の凹部７４と弁軸３４との間隙Ｇ１が相対的に増大する。第１の調整リング７７の雄ネジ７７ａ及びバルブ本体６の雌ネジ部７８は、そのピッチが小さく設定されており、第１のバルブシート７０の突出量を微調整可能に構成されている。

また、バルブ本体６の一側面には、図３及び図４に示すように、流体を流出させる図示しない配管等を接続するため接続部材の一例としての第１のフランジ部材１０が４本の六角穴付きボルト１１により取り付けられている。図８中、符号１１ａは、六角穴付きボルト１１が締結されるネジ孔を示している。第１のフランジ部材１０は、バルブ本体６と同様にＳＵＳ等の金属により形成される。第１のフランジ部材１０は、バルブ本体６の側面形状と略同一の側面矩形状に形成されたフランジ部１２と、フランジ部１２の内側面に円筒形状に突設された挿入部１３（図３参照）と、フランジ部１２の外側面に厚肉の略円筒形状に突設され、図示しない配管が接続される配管接続部１４とを有している。第１のフランジ部材１０の挿入部１３と第１の流路形成部材１５との間は、図４に示すように、Ｏリング１３ａによって密封されている。第１のフランジ部材１０の挿入部１３の内周面には、Ｏリング１３ａを収容する凹溝１３ｂが設けられている。配管接続部１４の内周は、例えば、その口径が直径約２１ｍｍのテーパー付き雌ネジであるＲｃ１／２や直径約０．５８インチの雌ネジに設定されている。なお、配管接続部１４の形状は、テーパー付き雌ネジ或いは雌ネジに限定されるものではなく、チューブを装着するチューブフィッティングなどでもよく、第１の流出口７から流体を流出可能なものであれば良い。

バルブ本体６には、図３及び図４に示すように、その他方の側面（図中、右側面）に流体が流出する第２の流出口１７と、円柱形状の空所からなる弁座８に連通した断面矩形状の第２の弁口１８がそれぞれ設けられている。

本実施の形態では、第２の流出口１７及び第２の弁口１８をバルブ本体６に直接設けるのではなく、第２の弁口１８を形成した弁口形成部材の一例としての第２のバルブシート８０と、第２の流出口１７を形成した第２の流路形成部材２５とをバルブ本体６に装着することにより、第２の流出口１７及び第２の弁口１８を設けている。

第２のバルブシート８０は、図９に符号を括弧付きで示すように、第１のバルブシート７０と同様に構成されている。すなわち、第２のバルブシート８０は、バルブ本体６の内側に配置される角筒形状に形成された角筒部８１と、バルブ本体６の外側に配置される円筒形状に形成された円筒部８２と、角筒部８１と円筒部８２の間に円筒部８２側へ向けて外径が大きくなるよう配置されたテーパー部８３とを一体的に備えている。第２のバルブシート８０の角筒部８１の内部には、矩形状（本実施の形態では、正方形状）の断面を有する角柱形状の第２の弁口１８が形成されている。また、第２のバルブシート８０の円筒部８２の内部には、第２の流出口１７を形成する第２の流路形成部材２５の一端部が密封された状態で挿入されるように配置されている。第２のバルブシート８０の円筒部８２と第２の流路形成部材２５との間は、図４に示すように、Ｏリング２５ａによって密封されている。第２のバルブシート８０の円筒部８２の内周面には、図９に示すように、Ｏリング２５ａを収容する凹溝８５が設けられている。

バルブ本体６には、図６及び図７に示されるように、第２のバルブシート８０の外形状に対応し当該バルブシート８０と相似形状の凹所８６が切削加工等により形成されている。凹所８６は、第２のバルブシート８０の角筒部８１に対応した角筒部８６ａと、円筒部８２に対応した円筒部８６ｂと、テーパー部８３に対応したテーパー部８６ｃとを備えている。バルブ本体６の円筒部８６ｂは、第２のバルブシート８０の円筒部８２より長さが長く設定されている。バルブ本体６の円筒部８６ｂは、後述するように、第２の圧力作用部９６を形成している。第２のバルブシート８０は、バルブ本体６の凹所８６に対して弁体としての弁軸３４に接離する方向に微小な距離ではあるが移動自在に装着される。

第２のバルブシート８０は、バルブ本体６の凹所８６に装着された状態で、バルブシート８０の角筒部８１とバルブ本体６の角筒部８６ａとの間には、微小な間隙が形成されている。弁座８の内部に流入した流体は、微小な間隙を介して第２のバルブシート８０の外周の領域に流入可能となっている。また、第２のバルブシート８０の外周の領域へと流入した流体は、当該第２のバルブシート８０の円筒部８２の外側に位置する空間からなる第２の圧力作用部９６へと導入される。この第２の圧力作用部９６は、流体の圧力を第２のバルブシート８０の弁軸３４と反対側の面８０ａに作用させるものである。弁座８の内部に流入する流体は、第２の弁口１８を介して流出する流体の他、第１の弁口９を介して流出する流体がある。第２の圧力作用部９８は、第２の流出口１７との間が第２の流路形成部材２５によって密封された状態で区画されている。

弁座８の内部に配置された弁軸３４に作用する流体の圧力は、弁軸３４の開閉度による流体の流量に依存する。弁座８の内部に流入する流体は、第１の弁口９と第２の弁口１８を介して弁座８と弁軸３４の外周面との間に形成される微小な間隙にも流れ込む（漏れ入る）。したがって、第２のバルブシート８０に対応した第２の圧力作用部９６には、第２の弁口１８から流出する流体以外に、弁座８と弁軸３４の外周面との間に形成される微小な間隙に流れ込んだ第１の弁口９から流出する流体も流入する。

また、第２のバルブシート８０のテーパー部８３と凹所８６のテーパー部８６ｃとの間には、図３及び図４に示すように、微小な間隙が形成されている。その結果、バルブ本体６の凹所８６は、第２のバルブシート８０を装着した状態で、テーパー部８３と凹所８６のテーパー部８６ｃとの間の微小な間隙に対応した距離だけ、当該バルブシート８０がバルブ本体６の内外方向に沿って数１００μｍ〜数ｍｍ程度にわたり移動自在であり、バルブシート８０の装着位置が調整可能となっている。なお、第２のバルブシート８０は、第１のバルブシート７０と同じ材料により形成されている。

第２のバルブシート８０の角筒部８１の先端には、図９（ｂ）に示すように、バルブ本体６に形成された円柱形状の弁座８に対応した円柱形状の曲面の一部を成す平面円弧形状の間隙縮小部の一例としての凹部８４が設けられている。凹部８４の曲率半径Ｒは、弁座８の曲率半径又は弁軸３４の曲率半径と略等しい値に設定される。バルブ本体６の弁座８は、後述するように、当該弁座８の内部で回転する弁軸３４の齧りを防止するため、弁軸３４の外周面との間に僅かな間隙を形成している。第２のバルブシート８０の凹部８４は、当該第２のバルブシート７０をバルブ本体６に装着した状態でバルブ本体６の弁座８より弁軸３４側に突出するように装着されるか、又は弁軸３４の外周面に接触するように装着される。その結果、弁軸３４と当該弁軸３４と対向する部材としてのバルブ本体６の弁座８の内面との間隙Ｇは、第２のバルブシート８０の凹部８４が突出した分だけ弁座８の他の部分に比較して部分的に縮小された値に設定される。このように、第２のバルブシート８０の凹部８４と弁軸３４との間隙Ｇ３は、弁軸３４と弁座８の内面との間隙Ｇ２より狭い（小さい）所要の値（Ｇ３＜Ｇ２）に設定されている。なお、第２のバルブシート８０の凹部８４と弁軸３４との間隙Ｇ３は、バルブシート８０の凹部８４が弁軸３４に接触した状態、つまり間隙無しの状態(間隙Ｇ３＝０)であっても良い。

ただし、第２のバルブシート８０の凹部８４が弁軸３４に接触する場合には、弁軸３４を回転駆動する際に凹部８４の接触抵抗によって弁軸３４の駆動トルクが上昇する虞れがある。そのため、第２のバルブシート７０の凹部８４が弁軸３４に接触する程度は、初期的に、弁軸３４の回転トルクを考慮して調整される。すなわち、弁軸３４の駆動トルクが増加しないか、増加してもその増加量が小さく、弁軸３４の回転に支障がない程度に調整される。

第２のバルブシート８０の円筒部８２の外側には、当該第２のバルブシート８０が弁軸３４に対して接離する方向に変位するのを許容しつつ、当該第２のバルブシート８０を弁軸３４に対して接触する方向に押動する弾性部材の一例としての第２のウェーブワッシャー（波形ワッシャー）２６が設けられている。第２のウェーブワッシャー２６は、図１１に示すように、ステンレスや鉄、あるいは燐青銅などからなり、正面に投影した形状が所要の幅を有する円環状に形成されている。また、第２のウェーブワッシャー２６は、側面形状がウェーブ状（波状）に形成されており、その厚さ方向に沿って弾性変形が可能となっている。第２のウェーブワッシャー２６の弾性率は、厚さや材質、あるいは波の数等によって決定される。第２のウェーブワッシャー２６としては、第１のウェーブワッシャー１６と同一のものが使用される。

さらに、第２のウェーブワッシャー２６の外側には、当該第２のウェーブワッシャー２６を介して弁軸３４と第２のバルブシート８０の凹部８４との間隙Ｇ３を調整する調整部材の一例としての第２の調整リング８７が配置される。第２の調整リング８７は、図１２に示すように、耐熱性を有する合成樹脂又は金属によって外周面に雄ネジ８７ａが形成された相対的に長さが短く設定された円筒形状の部材からなる。第２の調整リング８７の外側の端面には、当該第２の調整リング８７をバルブ本体６に設けられた雌ネジ部８８に締め付けて装着する際に、締付量を調整するための図示しない治具を係止して当該第２の調整リング８７を回転させるための凹溝８７ｂが１８０度対向する位置にそれぞれ設けられている。

バルブ本体６には、図６及び図７に示すように、第２の調整リング８７を装着するための第２の雌ネジ部８８が設けられている。バルブ本体６の開口端部には、外周に向けて直径が拡大するようにテーパー部８９が設けられている。テーパー部８９には、Ｏリング８９ａが介在される。

第２の調整リング８７は、バルブ本体６の雌ネジ部８８に対する締め込み量を調整することにより、当該第２の調整リング８７が第２のウェーブワッシャー２６を介して第２のバルブシート８０を内側に向けて押動する量（距離）を調整するものである。第２の調整リング８７の締め込み量を増加させると、第２のバルブシート８０は、図１０に示すように、第２の調整リング８７によって第２のウェーブワッシャー２６を介して押され、凹部８４が弁座８の内周面から突出して弁軸３４に近接する方向に変位し、当該凹部８４と弁軸３４との間隙Ｇ３が減少する。また、第２の調整リング８７の締め込み量を予め少ない量に設定すると、第２のバルブシート８０は、第２の調整リング８７によって押動される距離が減少し、弁軸３４から離間した位置に配置され、第２のバルブシート８０の凹部８４と弁軸３４との間隙Ｇ３が相対的に増大する。第２の調整リング８７の雄ネジ８７ａ及びバルブ本体６の雌ネジ部８８は、そのピッチが小さく設定されており、第２のバルブシート８０の突出量を微調整可能に構成されている。

バルブ本体６の他方の側面には、図３及び図４に示すように、流体を流出させる図示しない配管を接続するため接続部材の一例としての第２のフランジ部材１９が４本の六角穴付きボルト２０により取り付けられている。第２のフランジ部材１９は、第１のフランジ部材１０と同様にＳＵＳ等の金属により形成される。第２のフランジ部材１９は、バルブ本体６の側面形状と同一の側面矩形状に形成されたフランジ部２１と、フランジ部２１の内側面に円筒形状に突設された挿入部２２と、フランジ部２１の外側面に厚肉の略円筒形状に突設され、図示しない配管が接続される配管接続部２３とを有している。第２のフランジ部材１９の挿入部２２と第２の流路形成部材２５との間は、図４に示すように、Ｏリング２２ａによって密封されている。第２のフランジ部材１９の挿入部２２の内周面には、Ｏリング２２ａを収容する凹溝２２ｂが設けられている。配管接続部２３の内周は、例えば、その口径が直径約２１ｍｍのテーパー付き雌ネジであるＲｃ１／２や、直径約０．５８インチの雌ネジに設定されている。なお、配管接続部２３の形状は、配管接続部１４と同様、テーパー付き雌ネジ或いは雌ネジに限定されるものではなく、チューブを装着するチューブフィッティングなどでもよく、第２の流出口１７から流体を流出可能なものであれば良い。

尚、図３及び図４に示す実施の形態では、第１及び第２の流路形成部材１５，２５を第１及び第２のフランジ部材１０，１９にわたり長尺に設けた場合について図示したが、第１及び第２の流路形成部材１５，２５は、これよりも短くとも良い。すなわち、第１及び第２の流路形成部材１５，２５は、図７に示すように、第１及び第２の調整リング７７，８７の内側にそれぞれ配置される第１及び第２の密封部材９７，９８までに達する相対的に短い長さに設定しても良い。第１及び第２の調整リング７７，８７は、第１及び第２のウェーブワッシャー１６，２６と同様に、第１及び第２の圧力作用部９６の内部に配置される。第１及び第２の調整リング７７，８７の内周面及び外周面には、第１及び第２の流路形成部材１５，２５との間を密封する図示しないＯリングを収容する凹溝９７ａ，９８ａが形成されている。また、第１及び第２のフランジ部材１０，１９は、バルブ本体６に設けられたテーパー部８９に介在されるＯリング８９ａによって密封されるのではなく、図７に示すように、第１及び第２のフランジ部材１０，１９のフランジ部１２，２１の内面に設けられた凹溝１２ａ，２１ａに装着されるＯリング７９ａ，８９ａによって密封されるように構成しても良い。

ここで、流体としては、例えば、圧力が０〜１ＭＰａ、０〜８０℃程度の温度に調整された水（純水など）などが好適に使用される。また、流体としては、例えば、−２０〜＋１２０℃程度の温度範囲において、−２０℃程度の温度においても凍結せず、＋１２０℃程度においても沸騰しないフロリナート（登録商標）などのフッ素系不活性液体、エチレングリコール等の流体が使用される。

また、バルブ本体６には、図３に示すように、その下端面に流体が流入する第３の弁口として断面円形状の流入口２６が開口されている。バルブ本体６の下端面には、流体を流入させる図示しない配管を接続するため接続部材の一例としての第３のフランジ部材２７が４本の六角穴付きボルト２８により取り付けられている。流入口２６の下端部には、第３のフランジ部材２７を装着するためテーパー状に拡径したテーパー部２６ａを介して円筒部２６ｂが開口されている。なお、流入口２６の下端部には、図７に示すように、テーパー部２６ａを設けずに円筒部２６ｂのみを設けるように構成しても良い。第３のフランジ部材２７は、第１及び第２のフランジ部材１０，１９と同様にＳＵＳ等の金属により形成される。第３のフランジ部材２７は、バルブ本体６の下端面形状より小さい平面矩形状に形成されたフランジ部２９と、フランジ部２９の上端面に円筒形状に突設された挿入部３０と、フランジ部２９の下端面に厚肉の略円筒形状に突設され、図示しない配管が接続される配管接続部３１とを有している。配管接続部３１の内周は、例えば、その口径が直径約２１ｍｍのテーパー付き雌ネジであるＲｃ１／２や直径約０．５８インチの雌ネジに設定されている。バルブ本体６の流入口２６の下端内周端には、第３のフランジ部材２７のフランジ部２９との間にＯリング３２を装着するための面取り３３が施されている。なお、配管接続部３１の形状は、テーパー付き雌ネジ或いは雌ネジに限定されるものではなく、チューブを装着するチューブフィッティングなどでもよく、流入口２６から流体を流入可能なものであれば良い。なお、第３のフランジ部材２７のフランジ部２９の密封構造は、図７に示すように、第１及び第２のフランジ部材１０，１９と同様に、フランジ部２９の内面に設けられた図示しない凹溝に装着されるＯリングによって密封されるように構成しても良い。

バルブ本体６の中央には、第１及び第２のバルブシート７０，８０を装着することによって断面矩形状の第１の弁口９及び断面矩形状の第２の弁口１８が設けられる弁座８を備えている。弁座８は、後述する弁体の外形状に対応した円柱形状に形成された空所からなる。また、弁座８の一部は、第１及び第２のバルブシート７０，８０によって形成されている。円柱形状に形成された弁座８は、バルブ本体６の上端面に貫通した状態で設けられる。バルブ本体６に設けられる第１の弁口９及び第２の弁口１８は、図１３に示すように、円柱形状に形成された弁座８の中心軸（回転軸）Ｃに対して軸対称に配置されている。更に説明すると、第１の弁口９及び第２の弁口１８は、円柱形状に形成された弁座８に対して直交するように配置されており、第１の弁口９の一方の端縁は、中心軸Ｃを介して第２の弁口１８の他方の端縁と対向する位置（１８０度異なる位置）に開口されている。また、第１の弁口９の他方の端縁は、中心軸Ｃを介して第２の弁口１８の一方の端縁と対向する位置（１８０度異なる位置）に開口されている。なお、図１３では、便宜上、弁座８と弁軸３４との間隙は図示が省略されている。

また、第１の弁口９及び第２の弁口１８は、図３及び図４に示すように、上記のごとく、バルブ本体６に第１及び第２のバルブシート７０，８０を装着することによって形成される断面正方形状等の断面矩形状に形成された開口部からなる。第１の弁口９及び第２の弁口１８は、その一辺の長さが第１の流出口７及び第２の流出口１７の直径より小さく設定されており、当該第１の流出口７及び第２の流出口１７に内接する断面矩形状に形成されている。

弁体の一例としての弁軸３４は、図１４に示すように、ＳＵＳ等の金属により外形が略円柱形状に形成されている。弁軸３４は、大別して、弁体として機能する弁体部３５と、当該弁体部３５の上下にそれぞれ設けられて弁軸３４を回転自在に支持する上下の軸支部３６，３７と、上軸支部３６の上部に設けられたシール部３８と、シール部３８の上部にテーパー部３９を介して設けられたカップリング部４０とを一体的に備えている。

上下の軸支部３６，３７は、弁体部３５より外径が小さく同一又は異なる直径を有するように設定された円筒形状にそれぞれ形成されている。下軸支部３７の軸方向に沿った長さは、上軸支部３６より若干長く設定されている。下軸支部３７は、図３に示すように、バルブ本体６に設けられた弁座８の下端部にベアリング４１を介して回転自在に支持されている。弁座８の下部には、ベアリング４１を支持する環状の支持部４２が内周へ向けて突出するように設けられている。ベアリング４１、支持部４２及び第３の弁口２６は、同一の内径に設定されており、弁体部３５の内部へと温度制御用流体が抵抗を殆ど生じることなく流入するよう構成されている。一方、上軸支部３６には、スラストワッシャー４３が装着されており、弁軸３４が後述するシール筐体５３に押圧されることで発生する負荷を低減させている。

また、弁体部３５は、図３及び図１４（ｂ）に示すように、第１及び第２の弁口９，１８の開口高Ｈ１より高さが低い開口高Ｈ２を有する略半円筒形状の開口部４４が設けられた円筒形状に形成されている。弁体部３５の開口部４４が設けられた弁動作部４５は、予め定められた中心角α（例えば、約１９０度）を有する半円筒形状（円筒形状の部分のうち、開口部４４を除いた略半円筒形状）に形成されている。弁動作部４５は、開口部４４の上下に位置する弁体部３５を含めて第１の弁口９を閉状態から開状態に切り替えると同時に、第２の弁口１８を逆方向の開状態から閉状態に切り替えるよう弁座８内に且つ弁座８の内周面に金属同士の齧りを防止するため微小な間隙を介して非接触状態となるよう回転自在に配置されている。弁動作部４５の上下に配置された上下の弁軸部４６，４７は、図１４に示すように、弁動作部４５と同一の外径を有する円筒形状に形成されており、弁座８の内周面に微小な間隙を介して非接触状態にて回転自在となっている。弁動作部４５及び上下の弁軸部４６，４７、更にはシール部３８にわたる内部には、円柱形状の空所４８が下端部に向けて貫通した状態で設けられている。

また、弁動作部４５は、周方向（回転方向）に沿った両端面４５ａ，４５ｂがその回転軸Ｃと交差する（直交する）方向に沿った断面形状が曲面形状に形成されている。更に説明すると、弁動作部４５は、図１４に示すように、周方向に沿った両端部４５ａ，４５ｂの回転軸Ｃと交差する断面形状が開口部４４に向けて凸形状を成す円弧形状に形成されている。両端部４５ａ，４５ｂの曲率半径は、例えば、弁動作部４５の厚さＴの１／２に設定される。その結果、両端部４５ａ，４５ｂの断面形状は、半円形状となる。

弁動作部４５は、周方向に沿った両端部４５ａ，４５ｂの回転軸Ｃと交差する断面形状が円弧形状に限定されるものではなく、周方向（回転方向）に沿った両端面４５ａ，４５ｂが曲面形状に形成されても良い。弁動作部４５としては、図１５（ｂ）に示すように、周方向に沿った両端部４５ａ，４５ｂの回転軸Ｃと交差する断面形状が外周面側に位置する第１の曲線部５０と、内周面側に位置して第１の曲線部５０より曲率半径が小さい第２の曲線部５１を滑らかに接続した曲線状に形成することも可能である。

弁動作部４５の周方向に沿った両端部４５ａ，４５ｂは、図１５に示すように、弁軸３４が回転駆動されて第１及び第２の弁口９，１８を開閉する際に、流体の流れの中において、第１及び第２の弁口９，１８の周方向に沿った端部から突出する又は退避するように移動（回転）することで第１及び第２の弁口９，１８を開状態から閉状態あるいは閉状態から開状態へと移行させる。このとき、弁動作部４５の周方向に沿った両端部４５ａ，４５ｂは、弁軸３４の回転角度に対する第１及び第２の弁口９，１８の開口面積をより一層リニア（直線状）に変化させるため、断面形状が曲面形状に形成されていることが望ましい。

また、弁動作部４５の周方向に沿った両端部４５ａ，４５ｂは、これに限定されず、図１６に示すように、半径方向に沿った平面形状に形成しても良い。弁動作部４５の周方向に沿った両端部４５ａ，４５ｂを平面形状に形成した場合でも、弁軸３４の回転角度に対する第１及び第２の弁口９，１８の開口面積を略リニア（直線状）に変化させることができる。

シール部４は、図３に示すように、弁軸３４を液密状態に密封するものである。シール部４は、ＳＵＳ等の金属によって弁軸３４を挿通する挿通孔５２を有する円筒形状に形成されたシール筐体５３を有している。シール筐体５３は、図６に示すように、バルブ本体６の上端面に設けられた円柱形状の凹部５４に配置されている。シール筐体５３は、環状のシール部材５５，５６を介して弁軸３４との位置関係が決まり、位置決めピン５８（図２（ｂ）参照）を介して後述するスペーサ部材５９に対して回り止め状態に固定される構造となっている。シール筐体５３の内周面には、弁軸３４を密封するＯリング等からなる２つの環状のシール部材５５，５６が上下に配置されている。シール部材５５，５６としては、例えば、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）製のＯリングが用いられる。上方に位置するシール部材５６は、押さえ部材５６ａにより押さえられている。また、シール筐体５３は、Ｏリング等からなる環状のシール部材５７によりバルブ本体６に対して密封されている。

カップリング部５は、シール部４が内蔵されたバルブ本体６とアクチュエータ部３との間に配置されている。カップリング部５は、弁軸３４と当該弁軸３４を一体に回転させる図示しない回転軸とを連結するためのものである。カップリング部５は、シール部４とアクチュエータ部３の間に配置されたスペーサ部材５９と、スペーサ部材５９の上部に固定されたアダプタプレート６０と、スペーサ部材５９及びアダプタプレート６０の内部に貫通状態で形成された円柱形状の空間６１に収容され、弁軸３４と図示しない回転軸とを連結するカップリング部材６２とから構成されている。スペーサ部材５９は、ＳＵＳ等の金属によりバルブ本体６と略同一の平面形状を有する比較的高さが低い角筒状に形成されている。スペーサ部材５９は、ネジ止め等の手段によってバルブ本体６及びアダプタプレート６０の双方に固定される。また、アダプタプレート６０は、図２（ｃ）に示すように、ＳＵＳ等の金属により平面多角形の板状に形成されている。アダプタプレート６０は、六角孔付きボルト６３によりアクチュエータ部３の基盤６４に固定した状態で取り付けられる。

カップリング部材６２は、図３に示すように、金属や耐熱性を有する合成樹脂、或いはセラミクス等により円柱形状に形成されたものである。弁軸３４の上端には、水平方向に沿って貫通するように凹溝６５が設けられている。そして、弁軸３４は、カップリング部材６２に設けられた凸部６６を凹溝６５に嵌合することによりカップリング部材６２に連結固定されている。一方、カップリング部材６２の上端には、水平方向に沿って貫通するように凹溝６７が設けられている。図示しない回転軸は、カップリング部材６２に設けられた凹溝６７に図示しない凸部を嵌合することによりカップリング部材６２に連結固定される。スペーサ部材５９は、シール部材５５，５６から液体が漏洩した際、挿通孔５２を通じて漏洩した液体を検知するための開口部６８を側面に有している。開口部６８は、例えば、その口径が直径約８ｍｍのテーパー付き雌ネジであるＲｃ１／１６に設定されている。

アクチュエータ部３は、図２に示すように、平面矩形状に形成された基盤６４を備えている。基盤６４の上部には、ステッピングモータやエンコーダ等からなる駆動手段を内蔵した直方体形状の箱体として構成されたケーシング９０がビス９１止めにより装着されている。アクチュエータ部３の駆動手段は、制御信号に基づいて図示しない回転軸を所望の方向に所定の精度で回転可能なものであれば良く、その構成は限定されない。駆動手段は、ステッピングモータ及び当該ステッピングモータの回転駆動力をギア等の駆動力伝達手段を介して回転軸に伝達する駆動力伝達機構、並びに回転軸の回転角度を検出するエンコーダ等の角度センサにより構成される。

なお、図２中、符号９２はステッピングモータ側ケーブルを、９３は角度センサ側ケーブルをそれぞれ示している。これらステッピングモータ側ケーブル９２及び角度センサ側ケーブル９３は、三方弁型モータバルブ１を制御する図示しない制御装置にそれぞれ接続される。

＜三方弁型モータバルブの動作＞
本実施の形態に係る三方弁型モータバルブ１では、次のようにして流体の流量が制御される。

三方弁型モータバルブ１は、図８に示すように、組立時又は使用する際の調整時に、第１及び第２のフランジ部材１０，１９がバルブ本体６から一旦取り外され、調整リング７７，８７が外部に露出した状態とされる。この状態で、図示しない治具を用いて調整リング７７，８７のバルブ本体６に対する締付量を調整することにより、図１０に示すように、第１及び第２のバルブシート７０，８０におけるバルブ本体６の弁座８に対する突出量を変化させる。調整リング７７，８７のバルブ本体６に対する締付量を増加させた場合には、第１及び第２のバルブシート７０，８０の凹部７４，８４がバルブ本体６の弁座８の内周面から突出し、第１及び第２のバルブシート７０，８０の凹部７４，８４と弁軸３４の外周面との間隙Ｇ１が減少して、第１及び第２のバルブシート７０，８０の凹部７４，８４と弁軸３４の外周面とが接触するに至る。一方、調整リング７７，８７のバルブ本体６に対する締付量を減少させた場合には、第１及び第２のバルブシート７０，８０の凹部７４，８４がバルブ本体６の弁座８の内周面から突出する長さが減少し、第１及び第２のバルブシート７０，８０の凹部７４，８４と弁軸３４の外周面との間隙Ｇ１が増加する。

本実施の形態では、第１及び第２のバルブシート７０，８０の凹部７４，８４と弁軸３４の外周面との間隙Ｇ１が１０μｍ未満に設定される。ただし、第１及び第２のバルブシート７０，８０の凹部７４，８４と弁軸３４の外周面との間隙Ｇ１は、この値に限定されるものではなく、当該値より小さい値、例えば間隙Ｇ１＝０μｍ（接触状態）であっても良く、１０μｍ以上に設定しても良い。

三方弁型モータバルブ１は、図１に示すように、第３のフランジ部材２７を介して流体が図示しない配管を介して流入し、第１のフランジ部材１０及び第２のフランジ部材１９を介して流体が図示しない配管を介して流出する。また、三方弁型モータバルブ１は、図１３（ａ）に示すように、例えば、動作を開始する前の初期状態において、弁軸３４の弁動作部４５が第１の弁口９を閉塞（全閉）すると同時に第２の弁口１８を開放（全開）した状態とされる。

三方弁型モータバルブ１は、図３に示すように、アクチュエータ部３に設けられた図示しないステッピングモータを所定量だけ回転駆動させると、ステッピングモータの回転量に応じて図示しない回転軸が回転駆動される。三方弁型モータバルブ１は、回転軸が回転駆動されると、当該回転軸に連結固定された弁軸３４が回転軸の回転量（回転角）と同一の角度だけ回転する。弁軸３４の回転に伴って弁動作部４５が弁座８の内部において回転し、図１５（ａ）に示すように、弁動作部４５の周方向に沿った一端部４５ａが第１の弁口９を徐々に開放して、流入口２６から流入した流体が弁座８の内部に流入するとともに、第１のハウジング部材１０から第１の流出口７を介して流出する。

このとき、弁動作部４５の周方向に沿った他端部４５ｂは、図１５（ａ）に示すように、第２の弁口１８を開放しているため、流入口２７から流入した流体が弁座８の内部に流入して弁軸３４の回転量に応じて分配されるととともに、第２のハウジング部材１９から第２の流出口１７を介して外部に流出する。

三方弁型モータバルブ１は、図１５（ａ）に示すように、弁軸３４が回転駆動されて弁動作部４５の周方向に沿った一端部４５ａが第１の弁口９を徐々に開放すると、弁座８並びに弁軸３４の内部を通って流体が第１及び第２の弁口９，１８を介して第１及び第２の流出口９，１８を介して外部に供給される。

また、三方弁型モータバルブ１は、弁動作部４５の周方向に沿った両端部４５ａ，４５ｂが断面曲面形状又は断面平面形状に形成されているため、弁軸３４の回転角度に対して第１及び第２の弁口９，１８の開口面積をリニア（直線状）に変化させることが可能となる。また、弁動作部４５の両端部４５ａ，４５ｂによって流量が規制される流体が層流に近い状態で流動すると考えられ、第１の弁口９及び第２の弁口１８の開口面積に応じて流体の分配比（流量）を精度良く制御することができる。

本実施の形態に係る三方弁型モータバルブ１では、上述したように、初期的に、弁軸３４の弁動作部４５が第１の弁口９を閉塞（全閉）すると同時に第２の弁口１８を開放（全開）した状態とされる。

このとき、三方弁型モータバルブ１は、弁軸３４の弁動作部４５が第１の弁口９を閉塞（全閉）すると、理想的には、流体の流量がゼロとなる筈である。

しかしながら、三方弁型モータバルブ１は、図１０に示すように、弁軸３４が弁座８の内周面に対して金属同士の齧りを防止するために、弁軸３４の外周面と弁座８の内周面との間に微小な間隙を介して非接触状態となるよう回転自在に配置されている。その結果、弁軸３４の外周面と弁座８の内周面との間には、微小な間隙Ｇ２が形成されている。そのため、三方弁型モータバルブ１は、弁軸３４の弁動作部４５が第１の弁口９を閉塞（全閉）した場合であっても、流体の流量がゼロとならず、弁軸３４の外周面と弁座８の内周面との間に存在する微小な間隙Ｇ２を介して流体が少量ながら第２の弁口１８側へ流れ込もうとする。

ところで、本実施の形態に係る三方弁型モータバルブ１では、図１０に示すように、第１及び第２のバルブシート７０，８０に凹部７４，８４が設けられており、当該凹部７４，８４が弁座８の内周面から弁軸３４側に突出して、弁軸３４の外周面と弁座８の内周面との間の間隙Ｇ１を部分的に縮小している。

したがって、三方弁型モータバルブ１は、弁軸３４が弁座８の内周面に対して金属同士の齧りを防止するため、弁軸３４の外周面と弁座８の内周面との間に微小な間隙を介して非接触状態となるよう回転自在に配置されていても、流体が第１の弁口９から弁軸３４の外周面と弁座８の内周面との間に存在する微小な間隙Ｇ２へ流れ込むことが、弁軸３４の外周面と弁座８の内周面との間隙が部分的に縮小された領域である間隙Ｇ１により大幅に制限されて抑制される。

そのため、三方弁型モータバルブ１では、弁軸３４と当該弁軸３４と対向する第１及び第２のバルブシート７０，８０との間隙を部分的に縮小するよう設けられた凹部７４，８４を備えない三方弁型モータバルブに比較して、当該三方弁型モータバルブ１の全閉時における流体の漏れを大幅に抑制することが可能となる。

望ましくは、本実施の形態に係る三方弁型モータバルブ１は、第１及び第２のバルブシート７０，８０の凹部７４，８４を弁軸３４の外周面と接触させることにより、間隙Ｇ１，Ｇ２を大幅に縮小することができ、当該三方弁型モータバルブ１の全閉時における流体の漏れが大幅に抑制される。

また同様に、三方弁型モータバルブ１は、弁軸３４の弁動作部４５が第２の弁口１８を閉塞（全閉）とした場合にも、流体が第２の弁口１８を介して、他方の第１の弁口９側に漏れて流出するのを大幅に抑制することができる。

さらに、本実施の形態では、図３に示すように、第１及び第２のバルブシート７０，８０の弁軸３４と反対側の面７０ａ，８０ａに、弁軸３４の外周面と弁座８の内周面との間に微小な間隙を介して流体の圧力を作用させる第１及び第２の圧力作用部９４，９６が設けられている。そのため、三方弁型モータバルブ１は、図１３（ａ）に示すように、開度０％つまり第１の弁口９が全閉の付近、及び開度１００％つまり第１の弁口９が全開の付近において、第１及び第２の弁口９，１８が全閉に近づくと、当該第１及び第２の弁口９，１８から流出する流体の量が大幅に減少する。これに伴って、三方弁型モータバルブ１は、全閉状態に近づく弁口では、流出する流体の圧力が低下する。そのため、例えば開度０％つまり第１の弁口９が全閉のとき、流入口２６から圧力７００ＫＰａ程度の流体が流入し、略７００ＫＰａのまま第２の弁口１８から流出する。このとき、全閉に近い状態である第１の弁口９側は、出口側の圧力が例えば１００ＫＰａ程度まで低下する。その結果、第２の弁口１８と第１の弁口９との間に６００ＫＰａ程度の圧力差が生じることになる。

したがって、対策を講じない三方弁型モータバルブ１では、第２の弁口１８と第１の弁口９との間の圧力差によって弁軸３４が相対的に圧力の低い第１の弁口９側に移動（変位）し、弁軸３４がベアリング４１に片当たりした状態となる。そのため、弁軸３４を閉じる方向に回転駆動する際の駆動トルクが増大して、動作不良を生じる虞れがある。

これに対して、本実施の形態に係る三方弁型モータバルブ１では、図１７に示すように、第１及び第２のバルブシート７０，８０の弁軸３４と反対側の面に、弁軸３４の外周面と弁座８の内周面との間に微小な間隙を介して漏れる流体の圧力を第１及び第２のバルブシート７０，８０に作用させる第１及び第２の圧力作用部９４，９６が設けられている。そのため、本実施の形態に係る三方弁型モータバルブ１では、第２の弁口１８と第１の弁口９との間の圧力差が生じる場合であっても、相対的に圧力が高い側の流体の圧力が弁軸３４の外周面と弁座８の内周面との微小な間隙を介して第１及び第２の圧力作用部９４，９６に作用する。その結果、相対的に１００ＫＰａ程度と圧力が低い側の第１のバルブシート７０は、当該第１の圧力作用部９４に作用する相対的に圧力が１００ＫＰａ程度と高い側の流体の圧力によって、弁軸３４を適正な位置へと戻すように作用する。したがって、本実施の形態に係る三方弁型モータバルブ１では、第２の弁口１８と第１の弁口９との間の圧力差によって弁軸３４が相対的に圧力の低い第１の弁口９側に移動（変位）するのを防止乃至抑制し、弁軸３４がベアリング４１によって滑らかに支持された状態を維持することができ、弁軸３４を閉じる方向に回転駆動する際の駆動トルクが増大するのを防止乃至抑制することができる。

また、本実施の形態に係る三方弁型モータバルブ１では、第１の弁口９が全開の付近、つまり第２の弁口１８が全閉状態に近いときにも同様に動作し、弁軸３４を回転駆動する際の駆動トルクが増大するのを防止乃至抑制することができる。

[実施の形態２]
図１８は本発明の実施の形態２に係る流量制御弁の一例としての三方弁型モータバルブを示すものである。

本実施の形態２に係る三方弁型モータバルブ１は、同一の流体を二つに分配するものではなく、異なる２種類の流体を混合する混合用の三方弁型モータバルブ１として構成されたものである。

三方弁型モータバルブ１は、図１８に示すように、バルブ本体６の一方の側面に第１の流体としての低温側流体が流入する第１の流入口７と、円柱形状の空所からなる弁座８に連通した断面矩形状の第１の弁口９がそれぞれ設けられている。本実施の形態では、第１の流出口７及び第１の弁口９をバルブ本体６に直接設けるのではなく、第１の弁口９を形成した弁口形成部材の一例としての第１のバルブシート７０と、第１の流入口７を形成した第１の流路形成部材１５とをバルブ本体６に装着することにより、第１の流入口１７及び第１の弁口９を設けている。

また、三方弁型モータバルブ１は、バルブ本体６の他方の側面に第２の流体としての高温側流体が流入する第２の流入口１７と、円柱形状の空所からなる弁座８に連通した断面矩形状の第２の弁口１８がそれぞれ設けられている。本実施の形態では、第２の流出口１７及び第２の弁口１８をバルブ本体６に直接設けるのではなく、第２の弁口１８を形成した弁口形成部材の一例としての第２のバルブシート８０と、第２の流出口１７を形成した第２の流路形成部材２５とをバルブ本体６に装着することにより、第２の流出口１７及び第２の弁口１８を設けている。

また、三方弁型モータバルブ１は、バルブ本体６の底面に第１及び第２の流体がバルブ本体６の内部で混合された混合流体である温度制御用流体が流出する流出口２６が開口されている。

ここで、第１の流体としての低温側流体及び第２の流体としての高温側流体は、温度制御用に使用される流体であって相対的に温度が低い流体を低温側流体と称し、相対的に温度が高い流体を高温側流体と称している。したがって、低温側流体及び高温側流体は、相対的なものを意味し、絶対的に温度が低い低温の流体及び絶対的に温度が高い高温の流体を意味するものではない。低温側流体及び高温側流体としては、例えば、圧力が０〜１ＭＰａ、０〜８０℃程度の温度範囲において０〜３０℃程度の温度に調整された水（純水など）、及び５０〜８０℃程度の温度に調整された水（純水）などが好適に使用される。また、低温側流体及び高温側流体としては、例えば、−２０〜＋１２０℃程度の温度範囲において、−２０℃程度の温度においても凍結せず、＋１２０℃程度においても沸騰しないフロリナート（登録商標）などのフッ素系不活性液体、エチレングリコール等の流体が使用される。

その他の構成及び作用は、前記実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。

[実施例１]
図１９は本発明の実施の形態１に係る流量制御用三方弁を適用した恒温維持装置（チラー装置）を示す概念図である。

このチラー装置１００は、例えば、プラズマエッチング処理などを伴う半導体製造装置に使用され、温度制御対象Ｗの一例としての半導体ウエハ等の温度を一定温度に維持するものである。半導体ウエハ等の温度制御対象Ｗは、プラズマエッチング処理等を受けると、プラズマの生成や放電等に伴って温度が上昇する場合がある。

チラー装置１００は、温度制御対象Ｗと接触するように配置される温度制御手段の一例としてのテーブル状に構成された温度制御部１０１を備える。温度制御部１０１は、混合比が調整された低温側流体及び高温側流体からなる温度制御用流体が流れる温度制御用流路１０２を内部に有している。

温度制御部１０１の温度制御用流路１０２には、開閉弁１０３を介して混合手段１１１が接続されている。混合手段１１１の一方には、予め定められた低温側の設定温度に調整された低温流体を貯蔵した低温側恒温槽１０４が接続されている。低温側恒温槽１０４からは、三方弁型モータバルブ１に第１のポンプ１０５により低温側流体が供給される。また、混合手段１１１の他方には、予め定められた高温側の設定温度に調整された高温流体を貯蔵した高温側恒温槽１０６が接続されている。高温側恒温槽１０６からは、三方弁型モータバルブ１に第２のポンプ１０７により高温側流体が供給される。混合手段１１１は、開閉弁１０３を介して温度制御部１０１の温度制御用流路１０２に接続されている。

また、温度制御部１０１の温度制御用流路１０２の流出側には、帰還用の配管が設けられており、分配用の流量制御用三方弁１を介して低温側恒温槽１０４及び高温側恒温槽１０６にそれぞれ接続されている。

このチラー装置１００は、温度制御部１０１の温度制御用流路１０２を流れた制御用流体を低温側恒温槽１０４と高温側恒温槽１０６とにそれぞれ分配するために三方弁型モータバルブ１を使用している。三方弁型モータバルブ１は、ステッピングモータ１１０によって弁軸３４を回転駆動することにより、低温側恒温槽１０４と高温側恒温槽１０６とにそれぞれ分配する制御用流体の流量を制御する。

なお、低温側恒温槽１０４から第１のポンプ１０５により供給される低温側流体と、高温側恒温槽１０６から第２のポンプ１０７により供給される高温側流体との混合部１１１には、各低温側流体及び高温側流体の流量を制御した後に適宜混合する混合手段が用いられる。混合手段としては、上述したように、混合用の三方弁型モータバルブ１を用いても勿論良い。

[実施例２]
図２０は本発明の実施の形態２に係る流量制御用三方弁を適用した恒温維持装置（チラー装置）を示す概念図である。

温度制御部１０１の温度制御用流路１０２には、開閉弁１０３を介して三方弁型モータバルブ１が接続されている。三方弁型モータバルブ１の第１のフランジ部１０には、予め定められた低温側の設定温度に調整された低温流体を貯蔵した低温側恒温槽１０４が接続されている。低温側恒温槽１０４からは、三方弁型モータバルブ１に第１のポンプ１０５により低温側流体が供給される。また、三方弁型モータバルブ１の第２のフランジ部１９には、予め定められた高温側の設定温度に調整された高温流体を貯蔵した高温側恒温槽１０６が接続されている。高温側恒温槽１０６からは、三方弁型モータバルブ１に第２のポンプ１０７により高温側流体が供給される。三方弁型モータバルブ１の第３のフランジ部２７は、開閉弁１０３を介して温度制御部１０１の温度制御用流路１０２に接続されている。

また、温度制御部１０１の温度制御用流路１０２の流出側には、帰還用の配管が設けられており、低温側恒温槽１０４及び高温側恒温槽１０６にそれぞれ接続されている。

三方弁型モータバルブ１は、弁軸３４を回転駆動するステッピングモータ１０８を備えている。また、温度制御部１０１には、当該温度制御部１０１の温度を検知する温度センサ１０９が設けられている。温度センサ１０９は、図示しない制御装置に接続されており、制御装置は、三方弁型モータバルブ１のステッピングモータ１０８の駆動を制御する。

チラー装置１００は、図２０に示すように、温度制御対象Ｗの温度を温度センサ１０９によって検知し、当該温度センサ１０９の検知結果に基いて制御装置によって三方弁型モータバルブ１のステッピングモータ１０８の回転を制御することにより、温度制御対象Ｗの温度を予め定められた設定温度と等しい温度となるよう制御する。

三方弁型モータバルブ１は、ステッピングモータ１０８によって弁軸３４を回転駆動することにより、低温側恒温槽１０４から第１のポンプ１０５により供給される低温側流体と、高温側恒温槽１０６から第２のポンプ１０７により供給される高温側流体との混合比を制御し、三方弁型モータバルブ１から開閉弁１０３を介して温度制御部１０１の温度制御用流路１０２に供給する低温側流体と高温側流体とが混合された温度制御用流体の温度を制御する。

このとき、三方弁型モータバルブ１は、弁軸３４の回転角に応じて低温側流体と高温側流体との混合比を高い精度で制御することができ、温度制御用流体の温度を微調整することが可能となる。そのため、本実施の形態に係る三方弁型モータバルブ１を使用したチラー装置１００は、低温側流体と高温側流体との混合比が制御された所定の温度に調整された温度制御用流体を温度制御部１０１の温度制御用流路１０２に流すことにより、温度制御部１０１が接触する温度制御対象Ｗの温度を所望の温度に制御することができる。

低温域から高温域にわたり摺動性に優れた弁口形成部材を備えた流量制御弁、流量制御用三方弁及び温度制御装置を提供することができる。

１…三方弁型モータバルブ
２…バルブ部
３…アクチュエータ部
４…シール部
５…カップリング部
６…バルブ本体
７…第１の流入口
８…弁座
９…第１の弁口
１０…第１のフランジ部材
１１…六角穴付きボルト
１２…フランジ部
１３…挿入部
１４…配管接続部
１５…Ｏリング
１６…面取り
１７…第２の流入口
１８…第２の弁口
１９…第２のフランジ部材
２０…六角穴付きボルト
２１…フランジ部
２２…挿入部
２３…配管接続部
３４…弁軸
３５…弁体部
４５…弁動作部
４５ａ，４５ｂ…両端部
７０，８０…第１及び第２のバルブシート
７４，８４…凹部
９４，９６…第１及び第２の圧力作用部

Claims (9)

1. 流体が流通する断面矩形状の弁口が形成された円柱形状の空所からなる弁座を有する弁本体と、
   前記弁本体に装着されて前記弁口を形成する弁口形成部材と、
   前記弁本体の弁座内に回転自在に配置され、前記弁口の開閉状態に切り替える開口部が形成された円筒形状の弁体と、
   前記弁体を回転駆動する駆動手段と、
   を備え、
   前記弁口形成部材を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を１０％配合したポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）から構成してなることを特徴とする流量制御弁。
2. 流体が流通する断面矩形状の第１の弁口と前記流体が流通する断面矩形状の第２の弁口が形成された円柱形状の空所からなる弁座を有する弁本体と、
   前記弁本体に装着されて前記第１及び第２の弁口をそれぞれ形成する第１及び第２の弁口形成部材と、
   前記弁本体の弁座内に回転自在に配置され、前記第１の弁口を閉状態から開状態に切り替えると同時に前記第２の弁口を開状態から閉状態に切り替える開口部が形成された円筒形状の弁体と、
   前記弁体と前記弁座の間隙から漏れた前記流体の圧力を前記第１及び第２の弁口形成部材に作用させ、前記弁体が前記第１及び第２の弁口を開閉する際に前記弁体の位置が変動するのを抑制する圧力作用部と、
   前記弁体を回転駆動する駆動手段と、
   を備え、
   前記第１及び第２の弁口形成部材を、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を１０％配合したポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）から構成してなることを特徴とする流量制御用三方弁。
3. 前記圧力作用部は、前記弁体と前記弁座の間隙から漏れた前記流体の圧力を前記第１及び第２の弁口形成部材の前記弁体と反対側の面に作用させ、前記第１及び第２の弁口形成部材によって前記弁体を支持することにより、前記第１及び第２の弁口から流出又は流入する流体の圧力差によって前記弁体の位置が変動するのを抑制することを特徴とする請求項２に記載の流量制御用三方弁。
4. 前記圧力作用部は、前記第１及び第２の弁口を流通する流体と区画されている請求項２又は３に記載の流量制御用三方弁。
5. 前記第１及び第２の弁口形成部材は、前記弁体に対して接離する方向に移動自在に装着され、
   前記第１及び第２の弁口形成部材の前記弁体と反対側の面を押動することによって前記第１及び第２の弁口形成部材の位置を調整する調整部材を備えたことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の流量制御用三方弁。
6. 前記弁本体は、当該弁本体に対して流体を流通させる部材を接続するための接続部材と、
   前記接続部材と前記第１及び第２の弁口形成部材との間を密封した状態で接続する第１及び第２の流路形成部材と、
   を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の流量制御用三方弁。
7. 前記調整部材は、前記第１及び第２の弁口形成部材が前記弁体に対して接離する方向に
   移動するのを許容する弾性部材を介して前記第１及び第２の弁口形成部材を押動することを特徴とする請求項５に記載の流量制御用三方弁。
8. 混合比が調整された低温側流体及び高温側流体からなる温度制御用流体が流れる温度制御用流路を有する温度制御手段と、
   低温側の予め定められた第１の温度に調整された前記低温側流体を供給する第１の供給手段と、
   高温側の予め定められた第２の温度に調整された前記高温側流体を供給する第２の供給手段と、
   前記第１の供給手段と前記第２の供給手段に接続され、前記第１の供給手段から供給される前記低温側流体と前記第２の供給手段から供給される前記高温側流体とを混合して前記温度制御用流路に供給する混合手段と、
   前記温度制御用流路を流通した温度制御用流体を前記第１の供給手段と前記第２の供給手段に流量を制御しつつ分配する流量制御弁と、
   を備え、
   前記流量制御弁として請求項２〜７のいずれかに記載の流量制御用三方弁を用いたことを特徴とする温度制御装置。
9. 混合比が調整された低温側流体及び高温側流体からなる温度制御用流体が流れる温度制御用流路を有する温度制御手段と、
   低温側の予め定められた第１の温度に調整された前記低温側流体を供給する第１の供給手段と、
   高温側の予め定められた第２の温度に調整された前記高温側流体を供給する第２の供給手段と、
   前記第１の供給手段と前記第２の供給手段に接続され、前記第１の供給手段から供給される前記低温側流体と前記第２の供給手段から供給される前記高温側流体とを混合比を調整して前記温度制御用流路に流す流量制御弁と、
   を備え、
   前記流量制御弁として請求項２〜７のいずれかに記載の流量制御用三方弁を用いたことを特徴とする温度制御装置。

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