WO2017170939A1

WO2017170939A1 - 流路切替弁、及びその製造方法

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Publication number: WO2017170939A1
Application number: PCT/JP2017/013413
Authority: WO
Inventors: 伊藤　彰浩; 雅之纐纈; 桂一西川; 泰久廣瀬; 隆弘南谷
Original assignee: Ckd株式会社
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2017-10-05

Abstract

流体の流路を切り替える流路切替弁は、所定面３１ａにおいて所定方向に所定長で開口する開口流路３２が形成された弁体３１と、所定面に対向する対向面４１ａに開口する複数のポートが、所定方向に所定長よりも短い間隔で並んで形成され、且つ複数のポートにそれぞれ接続された接続流路４２，４３，４４が形成された本体４１と、を備える。流路切替弁は、所定方向において弁体の両端部３６にそれぞれ取り付けられ、所定面と対向面との間に所定隙間が形成されるように弁体を支持し、所定方向への弁体の移動量に応じて弁体に弾性力を加える板ばね５１と、弁体を所定方向に往復駆動するアクチュエータと、を備える。

Description

流路切替弁、及びその製造方法

関連出願の相互参照

　本出願は、２０１６年３月３０日に出願された日本出願番号２０１６－０６８３７９号と、２０１６年７月２５日に出願された日本出願番号２０１６－１４５７２６号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本発明は、流体の流路を切り替える流路切替弁に関する。

　従来、この種の流路切替弁において、外周面に流体の流路が形成されたスプールと、流体を流入出させる複数のポートが形成され、スプールを摺動自在に収容するスリーブと、を備えるものがある（特許文献１参照）。特許文献１に記載のものでは、スプールを軸方向に往復駆動することにより、流体の流路を切り替えている。

特開２００７－２１１８５７号公報

　ところで、特許文献１に記載のものでは、流体の流路を切り替える際に、スプールとスリーブとが擦れる。このため、スプールを駆動する際に摩擦力が発生し、流体の流路を切り替える応答性が低下することとなる。

　本開示は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、流体の流路を切り替える応答性を向上させることのできる流路切替弁を提供することにある。

　上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用した。

　第１の手段は、流体の流路を切り替える流路切替弁であって、所定面において所定方向に所定長で開口する開口流路が形成された弁体と、前記所定面に対向する対向面に開口する複数のポートが、前記所定方向に前記所定長よりも短い間隔で並んで形成され、且つ前記複数のポートにそれぞれ接続された接続流路が形成された本体と、前記所定方向において前記弁体の両端部にそれぞれ取り付けられ、前記所定面と前記対向面との間に所定隙間が形成されるように前記弁体を支持し、前記所定方向への前記弁体の移動量に応じて前記弁体に弾性力を加える板ばねと、前記弁体を前記所定方向に往復駆動するアクチュエータと、を備えることを特徴とする。

　上記構成によれば、本体に形成された接続流路を通じて、各接続流路に接続された各ポートに対して流体を流入出させることができる。弁体には、所定面において所定方向に所定長で開口する開口流路が形成されている。本体には、上記所定面に対向する対向面に開口する複数のポートが、上記所定方向に上記所定長よりも短い間隔で並んで形成されている。このため、アクチュエータにより弁体を上記所定方向に往復駆動することで、複数のポートが弁体の開口流路を介して接続される状態、すなわち流体の流路を切り替えることができる。

　ここで、上記所定方向において弁体の両端部にそれぞれ板ばねが取り付けられており、板ばねは、上記所定面と上記対向面との間に所定隙間が形成されるように弁体を支持している。このため、弁体と本体とが擦れない状態で、弁体を往復駆動することができる。したがって、弁体を駆動する際に摩擦力が発生することを抑制することができ、流体の流路を切り替える応答性を向上させることができる。さらに、板ばねは、上記所定方向への弁体の移動量に応じて弁体に弾性力を加えるため、弁体の移動量を制御する際に板ばねによる弾性力を利用することができる。

　第２の手段では、前記弁体において、前記開口流路は、前記所定面と前記所定面の反対側の反対面とにおいて前記所定方向に前記所定長で開口しており、前記本体は、前記所定面に対向する第１対向面に開口する複数のポートが、前記所定方向に前記所定長よりも短い間隔で並んで形成され、且つ前記複数のポートにそれぞれ接続された接続流路が形成された第１本体と、前記反対面に対向する第２対向面に開口する複数のポートが、前記所定方向に前記所定長よりも短い間隔で並んで形成され、且つ前記複数のポートにそれぞれ接続された接続流路が形成された第２本体と、を含み、前記板ばねは、前記所定面と前記第１対向面との間に第１所定隙間が形成されるように前記弁体を支持し、前記反対面と前記第２対向面との間に第２所定隙間が形成されるように前記弁体を支持している。

　板ばねにより弁体の両端部が支持される構成では、ポートから弁体に向かって流れる流体の圧力により、弁体がポートから離れる方向へ変位するおそれがある。

　この点、上記構成によれば、弁体を挟んで両側に第１本体と第２本体とが設けられている。そして、第１本体及び第２本体には、同様の複数のポートがそれぞれ形成されている。このため、第１本体のポートと、そのポートに対応する第２本体のポートとに、同様の流体を流通させることにより、第１本体のポートから弁体に向かって流れる流体による圧力と、第２本体のポートから弁体に向かって流れる流体による圧力とを相殺することができる。したがって、ポートから弁体に向かって流れる流体の圧力により、弁体がポートから離れる方向へ変位することを抑制することができる。

　さらに、板ばねは、上記所定面と第１対向面との間に第１所定隙間が形成されるように弁体を支持し、上記反対面と第２対向面との間に第２所定隙間が形成されるように弁体を支持している。したがって、弁体と第１本体及び第２本体とが擦れない状態で、弁体を往復駆動することができる。

　具体的には、第３の手段のように、前記板ばねは、最も面積の大きい主面が前記所定方向に垂直となるように、前記本体に取り付けられているといった構成を採用することができる。こうした構成によれば、板ばねは、弁体の所定面と本体の対向面との間の所定隙間を維持するように弁体を支持し、且つ所定方向に沿った弾性力のみを弁体に作用させる構成を、容易に実現することができる。

　第４の手段では、前記弁体において、前記板ばねの間に位置する部分に可動子が固定されており、前記アクチュエータは、前記所定方向において前記板ばねの間で前記可動子に作用させる電磁力により、前記弁体を非接触で前記所定方向に往復駆動する。

　上記構成によれば、アクチュエータによって、弁体に固定された可動子に作用させられる電磁力により、弁体が非接触で所定方向へ駆動される。その結果、弁体を駆動する際に摩擦力が発生せず、弁体を駆動する応答性を向上させることができる。また、電磁力が作用させられる可動子と、弁体とを別体にすることができ、弁体の設計の自由度を向上させることができる。

　さらに、弁体の両端部が板ばねにより支持されており、上記所定方向において板ばねの間で電磁力が可動子に作用させられる。このため、駆動される際に弁体がぶれることを抑制することができる。

　第５の手段では、前記アクチュエータにおいて、前記板ばねが自然状態で前記弁体を支持する状態における前記弁体の位置は、前記弁体を前記所定方向に往復駆動させる電磁力を作用させていない中立位置に設定されている。

　上記構成によれば、板ばねが自然状態で弁体を支持し、且つアクチュエータにより電磁力を作用させていない状態において、弁体を所定方向の中立位置に維持することができる。このため、中立位置を基準として、可動子に作用させる電磁力を制御することにより、弁体を所定方向に容易に往復駆動することができる。

　第６の手段では、前記アクチュエータは、前記板ばね及び前記弁体を貫通して前記弁体に取り付けられた可動軸を備え、前記可動軸を前記所定方向に往復駆動する。

　上記構成によれば、アクチュエータの可動軸は、板ばね及び弁体を貫通して弁体に取り付けられているため、弁体の所定面と本体の対向面とを平行に維持し易くなる。

　第７の手段では、前記アクチュエータは、電磁力により前記可動軸を非接触で往復駆動する。

　上記構成によれば、アクチュエータの可動軸は、電磁力により非接触で往復駆動される。したがって、弁体を駆動する際に摩擦力が発生することを、アクチュエータにおいても抑制することができ、流体の流路を切り替える応答性をさらに向上させることができる。

　第８の手段では、前記アクチュエータにおいて、前記板ばねが自然状態で前記弁体を支持する状態における前記可動軸の位置は、前記可動軸を前記所定方向に往復駆動させる電磁力を作用させていない中立位置に設定されている。

　上記構成によれば、板ばねが自然状態で弁体を支持し、且つアクチュエータにより電磁力を作用させていない状態において、可動軸を所定方向の中立位置に維持することができる。このため、中立位置を基準として、可動軸に作用させる電磁力を制御することにより、可動軸ひいては弁体を容易に往復駆動することができる。

　第９の手段では、前記所定面及び前記対向面は、所定の平面度に仕上げられており、前記板ばねは、前記所定面と前記対向面とが所定の平行度となるように、前記弁体を支持している。

　上記構成によれば、弁体の所定面及び本体の対向面の平面度及び平行度が管理されているため、所定面と対向面との間に形成される所定隙間の精度を向上させることができる。

　第１０の手段は、第９の手段の流路切替弁を製造する方法であって、前記所定面と前記対向面との間に、前記所定隙間の幅に基づいて設定された厚みの隙間冶具を挿入した状態で、前記板ばねを前記本体に固定した後、前記隙間冶具を取り外すことを特徴とする。

　上記工程によれば、弁体の所定面と本体の対向面との間に、所定隙間の幅に基づいて設定された厚みの隙間冶具が挿入されるため、所定面と対向面との間隔を所定隙間に容易に調節することができる。そして、その状態で板ばねが本体に固定された後に隙間冶具が取り外されるため、所定面と対向面との間に所定隙間を容易に形成することができる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。
流路切替弁を示す斜視断面図。第１実施形態の弁体、本体、板ばねを示す斜視図。第１実施形態の弁体、本体、板ばねを示す断面図。第１実施形態の弁体、本体を示す模式図。アクチュエータを示す斜視図。非励磁状態のアクチュエータを示す斜視断面図。正方向の励磁状態のアクチュエータを示す斜視断面図。負方向の励磁状態のアクチュエータを示す斜視断面図。第１実施形態の板ばねの変形状態を示す模式図。第１実施形態のコイルに流す電流と弁体のストロークとの関係を示すグラフ。第１実施形態のコイルに流す電流と空気の流量との関係を示すグラフ。第２実施形態の弁体、本体、板ばねを示す斜視図。第２実施形態の弁体、本体、板ばねを示す断面図。第２実施形態の弁体、本体を示す模式図。第２実施形態のコイルに流す電流と空気の流量との関係を示すグラフ。第２実施形態の流量の入力値及び出力値を示すタイムチャート。第２実施形態の流量の入力値及び出力値を示す他のタイムチャート。第２実施形態の流量の入力値及び出力値を示す他のタイムチャート。第２実施形態の流量の入力値及び出力値を示す他のタイムチャート。第３実施形態の流路切替弁を示す斜視断面図。第３実施形態の流路切替弁を示す斜視断面図。第３実施形態の弁機構を示す斜視断面図。第３実施形態の非励磁状態の弁機構を示す正面視断面図。第３実施形態における正方向の励磁状態の弁機構を示す正面視断面図。第３実施形態における負方向の励磁状態の弁機構を示す正面視断面図。第３実施形態における弁機構の変更例を示す斜視断面図。第３実施形態における駆動電流と流量との関係の一例を示すグラフ。第３実施形態における駆動電流と流量との関係の変更例を示すグラフ。第３実施形態における駆動電流と流量との関係の他の変更例を示すグラフ。

　（第１実施形態）
　以下、負荷（容積）に対して空気を供給及び排出する流路を切り替える流路切替弁に具現化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

　図１に示すように、流路切替弁１０は、弁機構２０とアクチュエータ７０とを備えている。弁機構２０とアクチュエータ７０とは、接続部材２４を介して接続されている。アクチュエータ７０は、弁機構２０を駆動する。

　弁機構２０は、ハウジング２１、弁体３１、本体４１、板ばね５１、蓋２７等を備えている。

　ハウジング２１は、四角筒状に形成されている。ハウジング２１には、加圧された空気（流体に相当）を供給するＰ０ポート（加圧ポート）、負荷に対して空気を供給及び排出するＡ０ポート（出力ポート）、空気を排出するＲ０ポート（排気ポート）が形成されている。ハウジング２１の内部には、Ｐ０ポート、Ａ０ポート、Ｒ０ポートにそれぞれ接続され、ハウジング２１の内面でそれぞれ開口する加圧流路、出力流路、排気流路が形成されている。

　ハウジング２１の内部には、弁体３１、本体４１、板ばね５１等が収容されている。図２～４に示すように、本体４１は、溝形状（一面が開いた四角筒状）に形成されている。本体４１は、ハウジング２１に固定されている。弁体３１は、直方体状に形成されている。本体４１の互いに対向する内側面４１ｂの間に、弁体３１が配置されている。本体４１の内側面４１ｂと弁体３１の外側面との間には、隙間が形成されている。すなわち、本体４１の内側面４１ｂと弁体３１の外側面とは非接触状態になっている。

　図４に示すように、弁体３１の所定面３１ａ（具体的には下面）には、弁体３１の長手方向（所定方向に相当）に所定長Ｌ１で開口する開口流路３２が形成されている。開口流路３２は、長軸の長さが所定長Ｌ１の長穴状の凹部になっている。図２，３に示すように、弁体３１には、長手方向に貫通する貫通孔３３が形成されている。弁体３１には、上下方向に貫通するピン孔３４及びねじ孔３５が形成されている。なお、本体４１の下底部には、ピン孔３４及びねじ孔３５に対応する位置に、それぞれピン孔及びねじ孔が形成されている。

　本体４１の下底部には、弁体３１の所定面３１ａに対向する対向面４１ａに開口するＰ１ｂポート，Ａ１ｂポート，Ｒ１ｂポート（複数のポートに相当）が形成されている。Ｐ１ｂポート，Ａ１ｂポート，Ｒ１ｂポートは、弁体３１の長手方向に所定長Ｌ１よりも短い間隔で並んで形成されている。本体４１の下底部には、Ｐ１ｂポート，Ａ１ｂポート，Ｒ１ｂポートにそれぞれ接続された接続流路４２，４３，４４が形成されている。接続流路４２，４３，４４は、それぞれ本体４１の下底部の下面で開口している。本体４１の下底部の下面における接続流路４２，４３，４４の開口は、それぞれＰ１ａポート，Ａ１ａポート，Ｒ１ａポートになっている。Ｐ１ａポート，Ａ１ａポート，Ｒ１ａは、それぞれ上記加圧流路、出力流路、排気流路に接続されている。

　図１，２に示すように、弁体３１の長手方向の両端部３６には、板ばね５１がそれぞれ取り付けられている。板ばね５１は、ばね鋼等のばね性材料により、矩形板状に形成されている。板ばね５１の所定部分には、スリット５１ａが形成されている。板ばね５１にスリット５１ａが形成されることにより、板ばね５１は蛇行する所定パターンに形成されている。板ばね５１の厚みは、板ばね５１が所定の剛性を有し、板ばね５１が所定の弾性力を発生するように設定されている。板ばね５１の２つの短辺部分５１ｂがそれぞれ本体４１に固定されている。板ばね５１は、最も面積の大きい主面（図２における垂直面）が弁体３１の長手方向に垂直となるように、本体４１に取り付けられている。

　弁体３１の所定面３１ａ及び本体４１の対向面４１ａは、所定の平面度に仕上げられている。また、板ばね５１は、所定面３１ａと対向面４１ａとが所定の平行度となるように、弁体３１を支持している。詳しくは、弁体３１の長手方向の両端部３６が、板ばね５１の中央を貫通してそれぞれ固定されている。図４に示すように、板ばね５１は、弁体３１の所定面３１ａと本体４１の対向面４１ａとの間に所定隙間Ｃ１が形成されるように弁体３１を支持している。所定隙間Ｃ１は５μｍ程度である。弁体３１において所定面３１ａと反対側の面と、本体４１との間には、隙間が形成されている。すなわち、弁体３１には、他の部材と摺動する部分が存在していない。

　そして、板ばね５１は、弁体３１の長手方向（板ばね５１の主面に垂直な方向）への弁体３１の移動量に応じて、弁体３１に弾性力を加える。詳しくは、板ばね５１は、弁体３１の長手方向への弁体３１の移動量に比例した弾性力を弁体３１に加える。

　次に、弁機構２０（流路切替弁１０）の製造方法を説明する。

　まず、本体４１の下底部の上面（対向面４１ａ）に隙間冶具を載せる。隙間冶具の厚みは、上記所定隙間Ｃ１の幅に基づいて設定されている。すなわち、隙間冶具の厚みは、弁機構２０を組立後に、弁体３１の所定面３１ａと本体４１の対向面４１ａとの間に所定隙間Ｃ１が形成されるように設定されている。

　続いて、本体４１の対向面４１ａと弁体３１の下面（所定面３１ａ）とで隙間冶具を挟むように、隙間冶具の上に弁体３１を載せる。このとき、本体４１の内側面４１ｂと弁体３１の外側面との間に、隙間を形成する。

　続いて、板ばね５１の中央に形成された貫通孔に弁体３１の長手方向の端部３６を挿入する。そして、板ばね５１の中央部を、弁体３１の端部３６に溶接により固定する。また、板ばね５１の短辺部分５１ｂを、本体４１に溶接により固定する。

　続いて、隙間冶具を、本体４１及び弁体３１から外す。以上により、本体４１、弁体３１、及び板ばね５１の組立が完了する。

　次に、図１，５を参照して、アクチュエータ７０の構成を説明する。アクチュエータ７０は、コア７１、コイル７２、蓋７３、磁石７４，７５、可動子７６、可動軸８１等を備えている。

　コア７１は、常磁性体材料により、四角柱状に形成されている。コア７１の外周には、コイル７２が取り付けられている。コア７１及びコイル７２は、平行（並列）に一対設けられている。一対のコア７１は、蓋７３により互いに連結されている。蓋７３は、常磁性体材料により、板状に形成されている。

　コア７１の一端部は、コイル７２の内部から突出している。一対のコア７１の一端部には、互いに平行な平面である平行部７１ａが形成されている。

　一対の平行部７１ａには、磁石７４，７５がそれぞれ取り付けられている。磁石７４，７５は、強磁性体材料により形成された永久磁石である。磁石７４，７５は、直方体状に形成されている。磁石７４，７５は、コア７１の軸方向（弁体３１の長手方向）にＮ極とＳ極とが並ぶように、コア７１の平行部７１ａにそれぞれ取り付けられている。磁石７４のＮ極と磁石７５のＳ極とが対向しており、磁石７４のＳ極と磁石７５のＮ極とが対向している。すなわち、磁石７４と磁石７５とは、コア７１の軸方向において互いの磁極の向きが反対になるように配置されている。磁石７４，７５の互いに対向する面は、平行になっている。

　磁石７４と磁石７５との間には、上記接続部材２４の一部分を介して可動子７６が配置されている。接続部材２４は、非磁性体材料により形成されている。接続部材２４のうち磁石７４と磁石７５との間に配置される部分は、磁束を透過させ易いように薄く形成されている。可動子７６は、常磁性体材料により、四角柱状に形成されている。可動子７６には、弁体３１の長手方向（可動子７６の軸方向）に可動子７６を貫通する貫通孔７６ａが形成されている。

　可動子７６の貫通孔７６ａには、アクチュエータ７０の可動軸８１が挿通されている。可動軸８１は、非磁性体材料により、円柱状に形成されている。可動軸８１は、小径部と中径部と大径部とを備えている。小径部が２つの板ばね５１及び弁体３１の貫通孔３３に挿通されており、中径部が可動子７６の貫通孔７６ａに挿通されている。小径部と中径部との段差部に、弁体３１の端部３６が当接している。

　弁体３１の長手方向において、可動子７６は、磁石７４，７５の磁力により磁石７４，７５の中央位置（中立位置）に配置している。この状態で可動子７６が可動軸８１に固定されるように、可動子７６と可動軸８１との相対位置がスペーサ８２により調節されている。そして、可動軸８１の中径部と大径部との段差に可動子７６又はスペーサ８２を当接させ、中径部にナット８３を締め付けることにより、可動軸８１に可動子７６が取り付けられている。

　また、２つの板ばね５１が自然状態において、２つの板ばね５１及び弁体３１を可動軸８１の小径部が貫通している。この状態において、小径部の先端にナット３７を締め付けることにより、小径部が弁体３１に取り付けられている。すなわち、アクチュエータ７０において、板ばね５１が自然状態で弁体３１を支持する状態における可動子７６及び可動軸８１の位置は、可動軸８１（可動子７６）を弁体３１の長手方向に往復駆動させる電磁力を作用させていない中立位置に設定されている。ナット３７と蓋２７との間には隙間が形成されており、ナット３７と蓋２７とは非接触状態になっている。

　可動軸８１の大径部の端部は、端部部材８４により覆われている。端部部材８４は、非磁性体材料により形成されている。上記蓋２７、ハウジング２１、接続部材２４、及び端部部材８４により、本体４１、弁体３１、及び可動軸８１、可動子７６等を収容する空間は、Ｏリング８５，８６，８７（シール部材）により密閉（シール）されている。可動軸８１、可動子７６、スペーサ８２、及びナット８３と、接続部材２４及び端部部材８４との間には隙間が形成されている。すなわち、可動軸８１、可動子７６、スペーサ８２、及びナット８３と、接続部材２４及び端部部材８４とは非接触状態になっている。

　次に、図６～８を参照して、アクチュエータ７０により、弁体３１の長手方向に可動軸８１及び弁体３１を往復駆動する原理を説明する。

　アクチュエータ７０のコイル７２に電流を流していない非励磁状態では、図６に示すように、磁石７４のＮ極から磁石７５のＳ極へ向かう磁界、及び磁石７５のＮ極から磁石７４のＳ極へ向かう磁界が発生する。この状態では、可動子７６は、可動軸８１の軸方向（弁体３１の長手方向）において中立位置で釣り合って静止している。この状態では、板ばね５１は自然状態になっており、板ばね５１から可動軸８１へ力が作用していない。また、この状態では、図４に示すように、本体４１のＰ１ｂポート及びＲ１ｂポートは、弁体３１により閉じられている。

　アクチュエータ７０のコイル７２に正方向の電流を流した正方向の励磁状態では、図７に矢印Ｈ１で示すように、上側のコア７１の平行部７１ａから下側のコア７１の平行部７１ａへ向かうコイル磁界が発生する。このため、磁石７４のＮ極から磁石７５のＳ極へ向かう磁界とコイル磁界とは強め合い、磁石７５のＮ極から磁石７４のＳ極へ向かう磁界とコイル磁界とは弱め合う。その結果、可動子７６は、弁体３１の方向へ引き付ける磁力を受ける。そして、矢印Ｆ１で示すように、可動子７６と共に可動軸８１及び弁体３１が矢印Ｆ１の方向へ移動する。この際に、アクチュエータ７０は電磁力により可動軸８１を非接触で駆動し、弁体３１も本体４１と非接触で駆動される。これに対して、図９に矢印Ｆ３で示すように、板ばね５１は、弁体３１の移動量に比例した抗力を弁体３１に作用させる。図４において、弁体３１が左方向（蓋２７の方向）へ駆動されると、本体４１のＡ１ｂポートとＲ１ｂポートとが、弁体３１の開口流路３２を介して接続される。すなわち、流路切替弁１０の流路が切り替えられる。

　アクチュエータ７０のコイル７２に負方向の電流を流した負方向の励磁状態では、図８に矢印Ｈ２で示すように、下側のコア７１の平行部７１ａから上側のコア７１の平行部７１ａへ向かうコイル磁界が発生する。このため、磁石７４のＮ極から磁石７５のＳ極へ向かう磁界とコイル磁界とは弱め合い、磁石７５のＮ極から磁石７４のＳ極へ向かう磁界とコイル磁界とは強め合う。その結果、可動子７６は、端部部材８４（弁体３１と反対）の方向へ引き付ける磁力を受ける。そして、矢印Ｆ２で示すように、可動子７６と共に可動軸８１及び弁体３１が矢印Ｆ２の方向へ移動する。この際に、アクチュエータ７０は電磁力により可動軸８１を非接触で駆動し、弁体３１も本体４１と非接触で駆動される。これに対して、板ばね５１は、弁体３１の移動量に比例した抗力を弁体３１に作用させる。図４において、弁体３１が右方向（端部部材８４の方向）へ駆動されると、本体４１のＡ１ｂポートとＰ１ｂポートとが、弁体３１の開口流路３２を介して接続される。すなわち、流路切替弁１０の流路が切り替えられる。

　板ばね５１が発生する荷重と弁体３１のストロークとは比例している。また、板ばね５１が薄いほど、同一の板ばね荷重に対するストロークが長くなる。

　図１０は、コイル７２に流す電流と弁体３１のストロークとの関係を示すグラフである。正方向の電流を大きくするほど正方向のストロークが大きくなり、負方向の電流を大きくするほど負方向のストロークが大きくなっている。

　図１１は、コイル７２に流す電流と空気の流量との関係を示すグラフである。実線は空気の圧力が０．１ＭＰａの実験結果を示しており、破線は空気の圧力が０．２ＭＰａの実験結果を示している。０．１ＭＰａ及び０．２ＭＰａのいずれの圧力においても、正方向の電流を大きくするほどＡポート（Ａ０ポート）からＲポート（Ｒ０ポート）への流量が大きくなり、負方向の電流を大きくするほどＰポート（Ｐ０ポート）からＡポート（Ａ０ポート）への流量が大きくなっている。０．２ＭＰａの圧力では、０．１ＭＰａの圧力と比較して、同一の電流に対する流量が大きくなっている。

　以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

　・弁体３１の長手方向（所定方向）において、弁体３１の両端部３６にそれぞれ板ばね５１が取り付けられている。板ばね５１は、弁体３１の所定面３１ａと本体４１の対向面４１ａとの間に所定隙間Ｃ１が形成されるように弁体３１を支持している。このため、弁体３１と本体４１とが擦れない状態で、弁体３１を往復駆動することができる。したがって、弁体３１を駆動する際に摩擦力が発生することを抑制することができ、空気の流路を切り替える応答性を向上させることができる。さらに、板ばね５１は、上記所定方向への弁体３１の移動量に応じて弁体３１に弾性力を加えるため、弁体３１の移動量を制御する際に板ばね５１による弾性力を利用することができる。

　・板ばね５１は、最も面積の大きい主面が所定方向に垂直となるように、本体４１に取り付けられている。このため、板ばね５１は、弁体３１の所定面３１ａと本体４１の対向面４１ａとの間の所定隙間Ｃ１を維持するように弁体３１を支持し、且つ所定方向に沿った弾性力のみを弁体３１に作用させる構成を、容易に実現することができる。

　・アクチュエータ７０は、板ばね５１及び弁体３１を貫通して弁体３１に取り付けられた可動軸８１を備え、可動軸８１を所定方向に往復駆動する。こうした構成によれば、アクチュエータ７０の可動軸８１は、板ばね５１及び弁体３１を貫通して弁体３１に取り付けられているため、弁体３１の所定面３１ａと本体４１の対向面４１ａとを平行に維持し易くなる。

　・アクチュエータ７０の可動軸８１は、電磁力により非接触で往復駆動される。したがって、弁体３１を駆動する際に摩擦力が発生することを、アクチュエータ７０においても抑制することができ、空気の流路を切り替える応答性をさらに向上させることができる。

　・アクチュエータ７０において、板ばね５１が自然状態で弁体３１を支持する状態における可動軸８１（可動子７６）の位置は、可動軸８１を所定方向に往復駆動させる電磁力を作用させていない中立位置に設定されている。こうした構成によれば、板ばね５１が自然状態で弁体３１を支持し、且つアクチュエータ７０により電磁力を作用させていない状態において、可動軸８１を所定方向の中立位置に維持することができる。このため、中立位置を基準として、可動軸８１に作用させる電磁力を制御することにより、可動軸８１ひいては弁体３１を容易に往復駆動することができる。

　・弁体３１の所定面３１ａ及び本体４１の対向面４１ａは、所定の平面度に仕上げられている。板ばね５１は、所定面３１ａと対向面４１ａとが所定の平行度となるように、弁体３１を支持している。こうした構成によれば、弁体３１の所定面３１ａ及び本体４１の対向面４１ａの平面度及び平行度が管理されているため、所定面３１ａと対向面４１ａとの間に形成される所定隙間Ｃ１の精度を向上させることができる。

　・弁体３１の所定面３１ａと本体４１の対向面４１ａとの間には所定隙間Ｃ１が形成されているため、図４に示すように、Ｐ１ｂポートが開口流路３２に接続されていない状態であっても、Ｐ１ｂポートから弁体３１に向かって流れる空気が所定隙間Ｃ１を介して漏れることとなる。この点、所定隙間Ｃ１は５μｍ程度であるため、所定隙間Ｃ１を介して漏れる空気の量を少なくすることができる。

　・所定面３１ａと対向面４１ａとの間に、所定隙間Ｃ１の幅に基づいて設定された厚みの隙間冶具が挿入されるため、所定面３１ａと対向面４１ａとの間隔を所定隙間Ｃ１に容易に調節することができる。そして、その状態で板ばね５１が本体４１に固定された後に隙間冶具が取り外されるため、所定面３１ａと対向面４１ａとの間に所定隙間Ｃ１を容易に形成することができる。

　・図６に示すように、磁石７４，７５は直方体状に形成されている。このため、図８，９に示すように、アクチュエータ７０を励磁状態にした場合に、可動子７６及び可動軸８１には矢印Ｆ１，Ｆ２に示す方向の磁力のみが作用し、弁体３１の所定面３１ａ（図８，９における紙面）に垂直な方向の磁力が作用しない。したがって、可動軸８１が所定面３１ａに垂直な方向へずれることを抑制することができる。これに対して、磁石７４，７５を半円筒状に形成した場合は、可動子７６及び可動軸８１に所定面３１ａに垂直な方向の磁力が作用し、その磁力の不釣り合いにより可動軸８１が所定面３１ａに垂直な方向へずれるおそれがある。

　上記第１実施形態では、所定隙間Ｃ１を５μｍ程度とすることにより、所定隙間Ｃ１を介して漏れる空気の量を少なくしている。しかしながら、図１１に示すように、電流０においても、空気の漏れによる流量が発生している。特に、空気の圧力が０．２ＭＰａの場合は、空気の圧力が０．１ＭＰａの場合と比較して、空気の漏れによる流量が大きくなっている。

　この原因として、板ばね５１により弁体３１の両端部３６が支持される構成では、図４に示すように、Ｐ１ｂポート，Ａ１ｂポートから弁体３１に向かって流れる空気の圧力により、弁体３１がＰ１ｂポート，Ａ１ｂポートから離れる方向へ変位することが考えられる。すなわち、弁体３１の所定面３１ａと本体４１の対向面４１ａとの間の所定隙間Ｃ１が、空気の圧力により広がることが考えられる。

　（第２実施形態）
　そこで、本実施形態では、図１２～１４に示すように、弁体３１を挟んで両側に第１本体４１Ａと第２本体４１Ｂとを設けている。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態の部材と対応する部材については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

　弁体３１において、開口流路３２は、弁体３１の所定面３１ａと所定面３１ａの反対側の反対面３１ｂとにおいて弁体３１の長手方向（所定方向に相当）に所定長Ｌ１で開口している。開口流路３２は、弁体３１において所定面３１ａから反対面３１ｂまで貫通している。なお、開口流路３２が、弁体３１の所定面３１ａ側と反対面３１ｂ側とにそれぞれ形成されており、所定面３１ａから反対面３１ｂまで貫通していない構成を採用することもできる。

　第１本体４１Ａには、所定面３１ａに対向する第１対向面４５ａに開口するＰ１ｂポート，Ａ１ｂポート、Ｒ１ｂポートが、弁体３１の長手方向に所定長Ｌ１よりも短い間隔で並んで形成されている。第２本体４１Ｂには、反対面３１ｂに対向する第２対向面４５ｂに開口するＰ１ｂポート，Ａ１ｂポート、Ｒ１ｂポートが、弁体３１の長手方向に所定長Ｌ１よりも短い間隔で並んで形成されている。第１本体４１ＡのＰ１ｂポート，Ａ１ｂポート、Ｒ１ｂポートは、それぞれ第２本体４１ＢのＰ１ｂポート，Ａ１ｂポート、Ｒ１ｂポートに対向している。Ｐ１ｂポート，Ａ１ｂポート、Ｒ１ｂポートには、それぞれ接続流路４２，４３，４４が接続されている。

　第１本体４１Ａと第２本体４１Ｂとの間には、第３本体４１Ｃが設けられている。板ばね５１の短辺部分５１ｂが、第３本体４１Ｃの長手方向の両端部にそれぞれ溶接により固定されている。第１本体４１Ａ及び第２本体４１Ｂは、ねじ４５により第３本体４１Ｃにそれぞれ固定されている。そして、板ばね５１は、所定面３１ａと第１対向面４５ａとの間に第１所定隙間Ｃ１が形成されるように弁体３１を支持し、反対面３１ｂと第２対向面４５ｂとの間に第２所定隙間Ｃ２が形成されるように弁体３１を支持している。本実施形態では、第１所定隙間Ｃ１と第２所定隙間Ｃ２とは等しく設定されている。なお、本体４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ、弁体３１、及び板ばね５１は、第１実施形態の組立方法に準じた組立方法により組み立てられる。

　ここで、第１本体４１ＡのＰ１ｂポートと、そのＰ１ｂポートに対応する第２本体４１ＢのＰ１ｂポートとに、同様の加圧した空気を流通させる。これにより、第１本体４１ＡのＰ１ｂポートから弁体３１に向かって流れる空気による圧力と、第２本体４１ＢのＰ１ｂポートから弁体３１に向かって流れる空気による圧力とが相殺される。

　図１５は、コイル７２に流す電流と空気の流量との関係を示すグラフである。図１５では、図１１と比較して空気の漏れによる流量が減少している。さらに、空気の漏れ量が減少していることから、より低い圧力の空気であっても流量の最大値を大きくすることができる。

　図１６～１９は、流量の入力値（ｉｎｐｕｔ）及び出力値（ｏｕｔｐｕｔ）を示すタイムチャートである。

　図１６は、流路切替弁１０が空気を供給及び排出する対象の負荷（容積）が３ｃｃであり、ステップ状の入力値（指令値）を与えた場合を示している。入力値が変わった瞬間に若干のオーバーシュートはあるが、それを除いて入力値に出力値が一致している。

　図１７は、対象の負荷が３ｃｃであり、正弦波状の入力値を１０Ｈｚの周波数で与えた場合を示している。正弦波の極大値及び極小値付近において若干のオーバーシュートがあるが、それを除いて入力値に出力値が一致している。

　図１８は、対象の負荷が３ｃｃであり、正弦波状の入力値を２Ｈｚの周波数で与えた場合を示している。この場合は入力値に出力値が精度良く一致している。

　図１９は、対象の負荷が８０ｃｃであり、ステップ状の入力値を与えた場合を示している。この場合は入力値に出力値が精度良く一致している。

　以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。ここでは、第１実施形態と相違する利点のみを述べる。

　・弁体３１を挟んで両側に第１本体４１Ａと第２本体４１Ｂとが設けられている。そして、第１本体４１Ａ及び第２本体４１Ｂには、同様の複数のＰ１ｂポート，Ａ１ｂポート，Ｒ１ｂポートがそれぞれ形成されている。このため、第１本体４１ＡのＰ１ｂポート，Ａ１ｂポート，Ｒ１ｂポートと、そのポートに対応する第２本体４１ＢのＰ１ｂポート，Ａ１ｂポート，Ｒ１ｂポートとに、同様の空気を流通させることにより、第１本体４１ＡのＰ１ｂポート，Ａ１ｂポートから弁体３１に向かって流れる空気による圧力と、第２本体４１ＢのＰ１ｂポート，Ａ１ｂポートから弁体３１に向かって流れる空気による圧力とを相殺することができる。したがって、Ｐ１ｂポート，Ａ１ｂポートから弁体３１に向かって流れる空気の圧力により、弁体３１がポートＰ１ｂポート，Ａ１ｂポートから離れる方向へ変位することを抑制することができる。

　・第１本体４１Ａのポートから弁体３１に向かって流れる空気による圧力と、第２本体４１Ｂのポートから弁体３１に向かって流れる空気による圧力とを相殺することができる。このため、板ばね５１に要求される剛性を低下させることができ、第１実施形態と比較して薄い板ばね５１を採用することができる。

　・板ばね５１は、弁体３１の所定面３１ａと第１対向面４５ａとの間に第１所定隙間Ｃ１が形成されるように弁体３１を支持し、弁体３１の反対面３１ｂと第２対向面４５ｂとの間に第２所定隙間Ｃ２が形成されるように弁体３１を支持している。したがって、弁体３１と第１本体４１Ａ及び第２本体４１Ｂとが擦れない状態で、弁体３１を往復駆動することができる。

　なお、上記第１，第２実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

　・本体４１（４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ）、弁体３１、及び板ばね５１を組み立てる際に用いる隙間冶具の個数や形状は、任意に変更することができる。要するに、隙間冶具の厚みが、弁体３１の所定面３１ａと本体４１の対向面４１ａ（４５ａ）との間の所定隙間Ｃ１の幅に基づいて設定されていればよい。

　・所定隙間Ｃ１の幅は、５μｍ程度に限らず、１～５μｍであったり、６～１０μｍであったり、１０～２０μｍであってもよい。

　・可動軸８１が弁体３１を途中まで貫通する構成や、可動軸８１が弁体３１の一方の端部３６に固定された構成を採用することもできる。

　・アクチュエータ７０において、板ばね５１が自然状態で弁体３１を支持する状態における可動軸８１（可動子７６）の位置を、可動軸８１を弁体３１の長手方向に往復駆動させる電磁力を作用させていない中立位置以外に設定することもできる。

　・弁体３１の両端部３６にそれぞれ取り付けられた板ばね５１の弾性力が、互いに等しくない構成を採用することもできる。

　・板ばね５１の最も面積の大きい主面が、弁体３１の長手方向に垂直ではなく、傾斜した状態で本体４１に取り付けられている構成を採用することもできる。

　・アクチュエータ７０として、モータや、ピエゾ素子、サーマルアクチュエータ等を採用することもできる。ただし、アクチュエータ７０においても、弁体３１を駆動する際に摩擦力が発生しない構成が望ましい。なお、アクチュエータ７０において、弁体３１を駆動する際に摩擦力が発生したとしても、弁体３１と本体４１とが擦れない状態で弁体３１を往復駆動することにより、従来と比較して流路切替弁１０において流路を切り替える応答性を向上させることができる。

　・本体４１に形成されるポートの数は３つに限らず、２つや４つ以上であってもよい。

　・流路切替弁１０により流路を切り替える流体は空気に限らず、空気以外の気体や、液体を採用することもできる。

　（第３実施形態）
　本実施形態では、上記可動軸８１を省略し、弁体３１と可動子７６とを一体に構成している。以下、第２実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第１，第２実施形態の部材と対応する部材については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

　図２０～２２に示すように、弁機構２０は、ハウジング２１、弁体３１、第３本体４１Ｃ、第４本体４１Ｄ、板ばね５１、蓋２７等を備えている。ハウジング２１、弁体３１、第３本体４１Ｃ、第４本体４１Ｄ、板ばね５１、蓋２７は、非磁性体により形成されている。

　ハウジング２１は、四角筒状に形成されている。ハウジング２１には、加圧された空気（流体に相当）を供給するＰ０ポート（加圧ポート）、負荷に対して空気を供給及び排出するＡ０ポート（出力ポート）、空気を排出するＲ０ポート（排気ポート）が設けられている。Ｐ０ポート、Ａ０ポート、Ｒ０ポートは、非磁性体により形成されている。Ｐ０ポート、Ａ０ポート、Ｒ０ポートには、それぞれ加圧流路、出力流路、排気流路が接続されている。加圧流路及び排気流路は、第３本体４１Ｃに接続されている。出力流路は、ハウジング２１の内面で開口している。

　ハウジング２１の内部には、弁体３１、本体４１Ｃ，４１Ｄ、板ばね５１、磁石７４Ａ，７４Ｂ，７５Ａ，７５Ｂ等が収容されている。本体４１Ｃ，４１Ｄは、直方体状（平板状）に形成されている。第３本体４１Ｃは、ハウジング２１に固定されている。第４本体４１Ｄは、第３本体４１Ｃに固定されている。弁体３１は、直方体状（平板状）に形成されている。

　並列に配置された第４本体４１Ｄの間に、弁体３１が配置されている。第４本体４１Ｄと弁体３１との間には、隙間が形成されている。すなわち、第４本体４１Ｄと弁体３１とは非接触状態になっている。

　弁体３１は、板ばね５１を介して第４本体４１Ｄに固定されている。板ばね５１の２つの短辺部分５１ｂがそれぞれ第４本体４１Ｄに固定されている。板ばね５１は、最も面積の大きい主面（図２０，２１における垂直面）が弁体３１の長手方向に垂直となるように、第４本体４１Ｄに取り付けられている。こうした構成により、弁体３１（可動部材に相当）は、一対の板ばね５１により弁体３１の長手方向（所定方向に相当）に移動可能に支持されている。

　弁体３１の所定面３１ａと第４本体４１Ｄの第１面４１ｄとは同一平面上に位置している。図２２に示すように、弁体３１の所定面３１ａに第３本体４１Ｃの対向面４１ａが対向している。そして、第４本体４１Ｄの第１面４１ｄは、第３本体４１Ｃの対向面４１ａに対向している。第４本体４１Ｄの第１面４１ｄと第３本体４１Ｃの対向面４１ａとの間に所定厚みのシム４６（スペーサ）が並んで２つ挿入された状態で、第３本体４１Ｃと第４本体４１Ｄとが固定されている。シム４６の厚みは１０μｍ程度である。すなわち、弁体３１の所定面３１ａと第３本体４１Ｃの対向面４１ａとの間には、シム４６の厚みに相当する隙間（所定隙間）が形成されている。このように、弁体３１には、他の部材と摺動する部分が存在していない。なお、シム４６の数は２つに限らず、１つや、３つ以上であってもよい。

　図２２に示すように、弁体３１の所定面３１ａには、弁体３１の長手方向（所定方向）に所定長Ｌ１で開口する開口流路３２が２つ形成されている。開口流路３２は、弁体３１を所定面３１ａに垂直な方向へ貫通し、長軸の長さが所定長Ｌ１の長孔になっている。なお、開口流路３２が、弁体３１の所定面３１ａ側にそれぞれ形成された凹部になっており、弁体３１を貫通していない構成を採用することもできる。

　それぞれの第３本体４１Ｃには、対向面４１ａに開口するＰ１ｂポート，Ａ１ｂポート，Ｒ１ｂポート（複数のポートに相当）が形成されている。Ｐ１ｂポート，Ａ１ｂポート，Ｒ１ｂポートは、弁体３１の長手方向に所定長Ｌ１よりも短い間隔Ｌ２で並んで形成されている。第３本体４１Ｃには、Ｐ１ｂポート，Ａ１ｂポート，Ｒ１ｂポートにそれぞれ接続された接続流路４２，４３，４４が形成されている。接続流路４２，４３，４４は、それぞれ上記加圧流路、出力流路、排気流路に接続されている。なお、接続流路４３は、ハウジング２１内の空間を介して出力流路に接続されている。ハウジング２１内の空間は、シール部材４７によりシールされている。

　そして、板ばね５１は、弁体３１の長手方向（板ばね５１の主面に垂直な方向）への弁体３１の移動量に応じて、弁体３１に弾性力を加える。詳しくは、板ばね５１は、弁体３１の長手方向への弁体３１の移動量、すなわち板ばね５１の変形量に比例した弾性力を弁体３１に加える。

　次に、図２０，２１を参照して、アクチュエータ７０の構成を説明する。アクチュエータ７０は、コア７１（７１ｃ，７１ｄ）、コイル７２、磁石７４Ａ，７４Ｂ，７５Ａ，７５Ｂ等を備えている。

　コア７１は、常磁性体材料により、「Ｕ」字形状に形成されている。コア７１における「Ｕ」字形状の底部７１ｃの外周には、コイル７２が取り付けられている。コア７１における「Ｕ」字形状の一対の直線部７１ｄは、互いに平行になっている。

　一対の直線部７１ｄには、磁石７４Ａ，７５Ａと磁石７４Ｂ，７５Ｂとがそれぞれ取り付けられている。磁石７４Ａ～７５Ｂは、強磁性体材料により形成された永久磁石である。磁石７４Ａ～７５Ｂは、直方体状に形成されている。磁石７４Ａ，７５Ｂは、コア７１の直線部７１ｄ側にＳ極が位置し、弁体３１（可動子７６）側にＮ極が位置するように、コア７１の直線部７１ｄにそれぞれ取り付けられている。磁石７４Ｂ，７５Ａは、コア７１の直線部７１ｄ側にＮ極が位置し、弁体３１（可動子７６）側にＳ極が位置するように、コア７１の直線部７１ｄにそれぞれ取り付けられている。磁石７４ＡのＮ極と磁石７４ＢのＳ極とが対向しており、磁石７５ＡのＳ極と磁石７５ＢのＮ極とが対向している。磁石７４Ａ，７４Ｂの互いに対向する面は平行になっており、磁石７５Ａ，７５Ｂの互いに対向する面は平行になっている。弁体３１の長手方向（以下、「所定方向」という）において、磁石７４Ａと磁石７５Ａとが所定間隔で配置されており、磁石７４Ｂと磁石７５Ｂとが同じく所定間隔で配置されている。

　磁石７４Ａ，７５Ａと磁石７４Ｂ，７５Ｂとの間には、上記ハウジング２１の一部分を介して可動子７６が配置されている。ハウジング２１のうち、磁石７４Ａと磁石７４Ｂとの間に配置される部分、及び磁石７５Ａと磁石７５Ｂとの間に配置される部分は、磁束を透過させ易いように薄く形成されている。可動子７６は、常磁性体材料により、四角筒状に形成されている。上記所定方向における可動子７６の幅Ｌ３は、磁石７４Ｂ（７４Ａ）の接続部材２４側の端面と磁石７５Ｂ（７５Ａ）の蓋２７側の端面との間隔Ｌ４よりも短くなっている。可動子７６の中空部には、弁体３１が挿通されている。所定方向において、弁体３１の中央に可動子７６が固定されている。すなわち、弁体３１において、一対の板ばね５１の間に位置する部分に可動子７６が固定されている。可動子７６は、弁体３１以外の部材とは接触していない。

　所定方向において、可動子７６は、磁石７４Ａ，７４Ｂ，７５Ａ，７５Ｂの磁力により磁石７４Ａ（７４Ｂ）と磁石７５Ａ（７５Ｂ）との中央位置（中立位置）に配置している。この状態で、自然状態の一対の板ばね５１により支持された弁体３１に、可動子７６が固定されている。すなわち、アクチュエータ７０において、板ばね５１が自然状態で弁体３１を支持する状態における可動子７６の位置は、弁体３１（可動子７６）を所定方向に往復駆動させる電磁力を作用させていない中立位置に設定されている。そして、アクチュエータ７０は、所定方向において一対の板ばね５１の間で可動子７６に作用させる電磁力により、弁体３１を非接触で所定方向へ駆動する。

　次に、図２３～２５を参照して、アクチュエータ７０により、弁体３１の長手方向（所定方向）に弁体３１を往復駆動する原理を説明する。

　アクチュエータ７０のコイル７２に電流を流していない非励磁状態では、図２３に示すように、磁石７４ＡのＮ極から磁石７４ＢのＳ極へ向かう磁界、及び磁石７５ＢのＮ極から磁石７４ＢのＳ極へ向かう磁界が発生する。この状態では、可動子７６は、上記所定方向において中立位置で釣り合って静止している。この状態では、一対の板ばね５１は自然状態になっており、一対の板ばね５１から弁体３１へ力が作用していない。また、この状態では、図２２に示すように、第３本体４１ＣのＰ１ｂポート及びＲ１ｂポートは、弁体３１により閉じられている。

　アクチュエータ７０のコイル７２に正方向の電流を流した正方向の励磁状態では、図２４に矢印Ｈ３で示すように、コア７１の上側の直線部７１ｄから下側の直線部７１ｄへ向かうコイル磁界が発生する。このため、磁石７４ＡのＮ極から磁石７４ＢのＳ極へ向かう磁界とコイル磁界とは強め合い、磁石７５ＢのＮ極から磁石７５ＡのＳ極へ向かう磁界とコイル磁界とは弱め合う。その結果、可動子７６は、接続部材２４の方向へ引き付ける磁力を受ける。そして、矢印Ｆ４で示すように、可動子７６と共に弁体３１が矢印Ｆ４の方向へ移動する。この際に、アクチュエータ７０は電磁力により弁体３１を非接触で駆動し、弁体３１は本体４１Ｃ，４１Ｄと非接触で駆動される。これに対して、一対の板ばね５１は、弁体３１の移動量に比例した抗力を弁体３１に作用させる。図２２において、弁体３１が接続部材２４の方向へ駆動されると、第３本体４１ＣのＡ１ｂポートとＰ１ｂポートとが、弁体３１の開口流路３２を介して接続される。すなわち、流路切替弁１０の流路が切り替えられる。

　ここで、それぞれの第３本体４１ＣのＰ１ｂポートに、同様の加圧した空気を流通させる。これにより、それぞれの第３本体４１ＣのＰ１ｂポートから弁体３１に向かって流れる空気による圧力が相殺される。

　また、アクチュエータ７０のコイル７２に負方向の電流を流した負方向の励磁状態では、図２５に矢印Ｈ４で示すように、コア７１の下側の直線部７１ｄから上側の直線部７１ｄへ向かうコイル磁界が発生する。このため、磁石７４ＡのＮ極から磁石７４ＢのＳ極へ向かう磁界とコイル磁界とは弱め合い、磁石７５ＢのＮ極から磁石７５ＡのＳ極へ向かう磁界とコイル磁界とは強め合う。その結果、可動子７６は、蓋２７の方向へ引き付ける磁力を受ける。そして、矢印Ｆ５で示すように、可動子７６と共に弁体３１が矢印Ｆ５の方向へ移動する。この際に、アクチュエータ７０は電磁力により弁体３１を非接触で駆動し、弁体３１は本体４１Ｃ，４１Ｄと非接触で駆動される。これに対して、一対の板ばね５１は、弁体３１の移動量に比例した抗力を弁体３１に作用させる。図２２において、弁体３１が蓋２７の方向へ駆動されると、第３本体４１ＣのＡ１ｂポートとＲ１ｂポートとが、弁体３１の開口流路３２を介して接続される。すなわち、流路切替弁１０の流路が切り替えられる。

　以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

　・一対の板ばね５１により、板ばね５１の変形量に応じた弾性力が所定方向へ加えられる。弁体３１は、一対の板ばね５１により上記所定方向へ移動可能に支持されているため、弁体３１を非摺動で移動可能に支持することができる。そして、アクチュエータ７０によって作用させられる電磁力により、弁体３１が非接触で所定方向へ駆動される。その結果、弁体３１を駆動する際に摩擦力が発生せず、弁体３１を駆動する応答性を向上させることができる。さらに、弁体３１を非摺動で駆動するため、弁体３１に摩耗が生じず、摺動を伴う一般的な弁体と比較して半永久的に使用することができる。

　・弁体３１は一対の板ばね５１により支持されており、上記所定方向において一対の板ばね５１の間で電磁力が作用させられる。このため、駆動される際に弁体３１がぶれることを抑制することができる。

　・弁体３１に固定された可動子７６に電磁力が作用させられる。このため、電磁力が作用させられる可動子７６と、弁体３１とを別体にすることができ、弁体３１の設計の自由度を向上させることができる。

　・第３本体４１Ｃに形成された接続流路を通じて、各接続流路に接続された各ポートに対して流体を流入出させることができる。弁体３１には、所定面３１ａにおいて所定方向に所定長Ｌ１で開口する開口流路３２が形成されている。第３本体４１Ｃには、上記所定面３１ａに対向する対向面４１ａに開口する複数のポートが、上記所定方向に上記所定長Ｌ１よりも短い間隔Ｌ２で並んで形成されている。このため、アクチュエータ７０により弁体３１を上記所定方向に駆動することで、複数のポートが弁体３１の開口流路３２を介して接続される状態、すなわち流体の流路を切り替えることができる。

　・弁体３１の所定面３１ａと第４本体４１Ｄの第１面４１ｄとは同一平面上に位置しており、第３本体４１Ｃの対向面４１ａと第４本体４１Ｄの第１面４１ｄとの間に所定厚みのシム４６が挿入された状態で、第３本体４１Ｃと第４本体４１Ｄとが固定されている。このため、弁体３１の所定面３１ａと第３本体４１Ｃの対向面４１ａとの間に、シム４６の厚み分の隙間を容易に形成することができる。

　・アクチュエータ７０において、板ばね５１が自然状態で弁体３１を支持する状態における弁体３１（可動子７６）の位置は、弁体３１を所定方向に往復駆動させる電磁力を作用させていない中立位置に設定されている。こうした構成によれば、板ばね５１が自然状態で弁体３１を支持し、且つアクチュエータ７０により電磁力を作用させていない状態において、弁体３１を所定方向の中立位置に維持することができる。このため、中立位置を基準として、可動子７６に作用させる電磁力を制御することにより、弁体３１を容易に再現性よく往復駆動することができる。さらに、アクチュエータ７０により電磁力を作用させていない状態における流体の流量を、一定に安定させることができる。

　・弁体３１を挟んで両側に第３本体４１Ｃが設けられている。そして、それぞれの第３本体４１Ｃには、同様の複数のＰ１ｂポート，Ａ１ｂポート，Ｒ１ｂポートが形成されている。このため、それぞれの第３本体４１ＣのＰ１ｂポート，Ａ１ｂポート，Ｒ１ｂポートに、同様の空気を流通させることにより、それぞれの第３本体４１ＣのＰ１ｂポート，Ａ１ｂポートから弁体３１に向かって流れる空気による圧力を相殺することができる。したがって、Ｐ１ｂポート，Ａ１ｂポートから弁体３１に向かって流れる空気の圧力により、弁体３１がＰ１ｂポート，Ａ１ｂポートから離れる方向へ変位することを抑制することができる。また、板ばね５１に要求される剛性を低下させることができ、より薄い板ばね５１を採用することができる。

　なお、上記第３実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

　・一対の板ばね５１が、弁体３１の両端部３６以外の部分、例えば若干中央寄りの部分を支持する構成を採用することもできる。

　・シム４６の厚みは、１０μｍ程度に限らず、５～１０μｍであったり、１０～１５μｍであったり、１５～２０μｍであってもよい。

　・図２６に示すように、所定方向において、２つの開口流路３２の互いに離れた側の端同士の間隔Ｌ５と、Ｐ１ｂポートとＲ１ｂポートとの間隔Ｌ６との関係を、以下のように変更することができる。（１）Ｌ６≧Ｌ５。この場合は、図２７に示すように、電流０ｍＡ付近に不感帯を有する流路切替弁１０として使用することができ、流体の流れ始めを安定させることができる。（２）Ｌ６＜Ｌ５。この場合は、図２８に示すように、電流０ｍＡ付近にコンスタントブリード流量を有する流路切替弁１０として使用することができ、流体の流量を変更する応答性を向上させることができる。（３）Ｌ６＜＜Ｌ５。この場合は、図２９に示すように、ポートＰからポートＡへ流す流体と、ポートＲからポートＡへ流す流体とを混合する混合弁として使用することができる。

　・可動子７６と弁体３１とを常磁性体材料により、一体に形成することもできる。この場合、可動子そのものにより弁体３１（可動部材）が構成され、可動子に開口流路３２が形成される。

　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

　１０…流路切替弁、２０…弁機構、３１…弁体、３１ａ…所定面、３１ｂ…反対面、３２…開口流路、３６…両端部、４１…本体、４１Ａ…第１本体、４１Ｂ…第２本体、４１Ｃ…第３本体、４１Ｄ…第４本体、４１ａ…対向面、４１ｄ…第１面、４２…接続流路、４３…接続流路、４４…接続流路、４５ａ…第１対向面、４５ｂ…第２対向面、４６…シム、５１…板ばね、７０…アクチュエータ、７６…可動子、８１…可動軸。

Claims

　流体の流路を切り替える流路切替弁であって、
　所定面において所定方向に所定長で開口する開口流路が形成された弁体と、
　前記所定面に対向する対向面に開口する複数のポートが、前記所定方向に前記所定長よりも短い間隔で並んで形成され、且つ前記複数のポートにそれぞれ接続された接続流路が形成された本体と、
　前記所定方向において前記弁体の両端部にそれぞれ取り付けられ、前記所定面と前記対向面との間に所定隙間が形成されるように前記弁体を支持し、前記所定方向への前記弁体の移動量に応じて前記弁体に弾性力を加える板ばねと、
　前記弁体を前記所定方向に往復駆動するアクチュエータと、
を備えることを特徴とする流路切替弁。
　前記弁体において、前記開口流路は、前記所定面と前記所定面の反対側の反対面とにおいて前記所定方向に前記所定長で開口しており、
　前記本体は、前記所定面に対向する第１対向面に開口する複数のポートが、前記所定方向に前記所定長よりも短い間隔で並んで形成され、且つ前記複数のポートにそれぞれ接続された接続流路が形成された第１本体と、前記反対面に対向する第２対向面に開口する複数のポートが、前記所定方向に前記所定長よりも短い間隔で並んで形成され、且つ前記複数のポートにそれぞれ接続された接続流路が形成された第２本体と、を含み、
　前記板ばねは、前記所定面と前記第１対向面との間に第１所定隙間が形成されるように前記弁体を支持し、前記反対面と前記第２対向面との間に第２所定隙間が形成されるように前記弁体を支持している請求項１に記載の流路切替弁。
　前記板ばねは、最も面積の大きい主面が前記所定方向に垂直となるように、前記本体に取り付けられている請求項１又は２に記載の流路切替弁。
　前記弁体において、前記板ばねの間に位置する部分に可動子が固定されており、
　前記アクチュエータは、前記所定方向において前記板ばねの間で前記可動子に作用させる電磁力により、前記弁体を非接触で前記所定方向に往復駆動する請求項１～３のいずれか１項に記載の流路切替弁。
　前記アクチュエータにおいて、前記板ばねが自然状態で前記弁体を支持する状態における前記弁体の位置は、前記弁体を前記所定方向に往復駆動させる電磁力を作用させていない中立位置に設定されている請求項４に記載の流路切替弁。
　前記アクチュエータは、前記板ばね及び前記弁体を貫通して前記弁体に取り付けられた可動軸を備え、前記可動軸を前記所定方向に往復駆動する請求項３に記載の流路切替弁。
　前記アクチュエータは、電磁力により前記可動軸を非接触で往復駆動する請求項６に記載の流路切替弁。
　前記アクチュエータにおいて、前記板ばねが自然状態で前記弁体を支持する状態における前記可動軸の位置は、前記可動軸を前記所定方向に往復駆動させる電磁力を作用させていない中立位置に設定されている請求項７に記載の流路切替弁。
　前記所定面及び前記対向面は、所定の平面度に仕上げられており、
　前記板ばねは、前記所定面と前記対向面とが所定の平行度となるように、前記弁体を支持している請求項１～８のいずれか１項に記載の流路切替弁。
　請求項９に記載の流路切替弁を製造する方法であって、
　前記所定面と前記対向面との間に、前記所定隙間の幅に基づいて設定された厚みの隙間冶具を挿入した状態で、前記板ばねを前記本体に固定した後、前記隙間冶具を取り外すことを特徴とする流路切替弁の製造方法。