WO2019208385A1 - ポペット式流量制御弁 - Google Patents

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WO2019208385A1
WO2019208385A1 PCT/JP2019/016619 JP2019016619W WO2019208385A1 WO 2019208385 A1 WO2019208385 A1 WO 2019208385A1 JP 2019016619 W JP2019016619 W JP 2019016619W WO 2019208385 A1 WO2019208385 A1 WO 2019208385A1
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WO
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valve body
valve
chamber
flow control
electric motor
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PCT/JP2019/016619
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English (en)
French (fr)
Inventor
英泰 村岡
英紀 田中
博明 清水
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川崎重工業株式会社
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    • F16K37/0025—Electrical or magnetic means
    • F16K37/0041—Electrical or magnetic means for measuring valve parameters

Definitions

  • the present invention relates to a poppet type flow control valve.
  • Patent Document 1 discloses a pilot operation type in which the flow rate between the first and second ports is selectively controlled by controlling the pressure of a control chamber provided on the opposite side of the valve body from the valve seat.
  • a poppet type flow control valve is disclosed. This poppet type flow control valve has a pilot passage communicating with the control chamber and the second port, and a pilot valve element that operates to open and close the pilot passage. When the pilot valve element is operated by the solenoid actuator, the opening of the pilot passage is adjusted. When the opening of the pilot passage reaches a predetermined size, the valve body is separated from the valve seat.
  • the flow rate control of the fluid passing through the pilot passage that is, the flow rate control in the small flow rate range
  • Control the pressure in the control chamber In order to perform highly accurate positioning of the valve body, a poppet type flow control valve that employs another method instead of pressure control of the control chamber is desired.
  • an object of the present invention is to provide a poppet type flow control valve capable of positioning a valve body with higher accuracy.
  • a poppet type flow control valve includes an inlet channel, an outlet channel, a valve chamber provided between the inlet channel and the outlet channel, and the valve A valve housing having a valve seat provided in the chamber; a valve body that is accommodated in the valve housing and moves forward and backward with respect to the valve seat; and moves integrally with the valve body in a forward and backward direction in which the valve body moves forward and backward
  • a moving member, an electric motor, a position detector for detecting a rotation angle of the output shaft of the electric motor, and a rotation amount of the output shaft of the electric motor are converted into a linear displacement amount of the moving member in the advancing / retreating direction. Feedback control of the electric motor so that the rotation angle of the output shaft detected by the linear motion conversion mechanism and the position detector corresponds to a predetermined target interval between the valve seat and the valve body And a controller.
  • the valve body since the valve body is positioned by feedback control of the electric motor, the valve body can be positioned with respect to the valve seat with high accuracy.
  • the poppet type flow control valve is formed on the retraction direction side of the valve body in the valve housing, and is separated from the valve chamber by the valve body, the inlet flow path, and the You may provide the communicating path which connects a back pressure chamber and makes the fluid pressure of the said inlet flow path and the said back pressure chamber equal.
  • a force against the force acting in the backward direction on the valve body can be applied in the traveling direction by the fluid pressure in the back pressure chamber equal to the fluid pressure in the inlet channel. For this reason, it is possible to reduce the thrust of the electric motor required to act on the valve body in the traveling direction.
  • the valve seat is provided around the opening of the inlet channel with respect to the valve chamber, and the valve housing and the valve body are arranged on the back pressure chamber side.
  • the pressure receiving area of the valve body may be formed so as to be larger than the pressure receiving area of the valve body on the inlet channel side.
  • the communication path may be formed in the valve body. According to this structure, the structure of a valve housing can be simplified and the enlargement of the whole poppet type flow control valve can be prevented.
  • the poppet-type flow control valve includes a biasing member that applies a biasing force to the valve body in the traveling direction, and the valve body has a fluid pressure in the inlet flow path within the outlet flow path.
  • the valve body moves in the retraction direction with respect to the moving member. You may move relative.
  • Inlet pressure may be lower than outlet pressure.
  • the inlet pressure becomes lower than the outlet pressure, so that the force acting on the valve body in the retraction direction acts on the valve body in the traveling direction.
  • the pressure exceeds the value, the valve body moves in the backward direction and moves away from the valve seat, so that the fluid in the outlet channel can be supplied to the inlet channel.
  • the moving member has an engaging portion for engaging with the valve body, A contact portion that contacts the engagement portion from the advancing direction side, and when the fluid pressure in the inlet channel is higher than the fluid pressure in the outlet channel, the engagement portion is The state of contact with the contact portion is maintained, and the fluid pressure in the inlet channel is lower than the fluid pressure in the outlet channel, and the force acting in the retraction direction on the valve body is applied to the valve body.
  • the contact portion may be separated from the engaging portion, and the valve body may move relative to the moving member in the retreat direction.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the valve housing and the valve body shown in FIG. 1, showing a closed state of the flow control valve.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the valve housing and the valve body shown in FIG. 1, and is a view showing an open state of a flow control valve.
  • It is a figure which shows schematic structure of the poppet-type flow control valve concerning 3rd Embodiment of this invention.
  • It is a figure which shows schematic structure of the poppet type flow control valve which concerns on 4th Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a poppet type flow control valve (hereinafter referred to as “flow control valve”) 1 according to the first embodiment.
  • the flow control valve 1 ⁇ / b> A includes a valve housing 10, a poppet type valve element 20, and a valve element driving device 30.
  • the valve housing 10 has an inlet channel 11 that is a channel of the inlet port, an outlet channel 12 that is a channel of the outlet port, and a valve chamber 13 that is interposed between the inlet channel 11 and the outlet channel 12.
  • a valve seat S is provided in the valve chamber 13, and a substantially cylindrical valve body 20 that moves forward and backward with respect to the valve seat S is accommodated in the valve housing 10.
  • the valve body 20 advances and retreats in a direction orthogonal to the valve seat S.
  • the inlet channel 11 extends from the valve chamber 13 in a direction in which the valve body 20 faces the valve seat S, and the outlet channel 12 has a valve chamber in a direction orthogonal to the direction in which the valve body 20 faces the valve seat S. 13.
  • valve seat S is provided around the opening of the inlet channel 11 with respect to the valve chamber 13.
  • a cylindrical sliding surface 14 that supports the valve body 20 is formed in the valve housing 10 so as to be slidable in the forward / backward direction D of the valve body 20.
  • traveling direction D1 the direction in which the valve body 20 is directed toward the valve seat S among the advancing and retreating directions D of the valve body 20
  • regressing direction D2 the direction opposite to the traveling direction D1
  • the valve body 20 in a steady state is in a closed state where it is seated (contacted) on the valve seat S as shown in FIG.
  • the end of the valve body 20 on the traveling direction D1 side is formed in a taper shape that decreases in diameter in the traveling direction D1.
  • a back pressure chamber 15 separated from the valve chamber 13 by the valve body 20 is formed on the side of the valve body 20 in the retraction direction D2 in the valve housing 10. That is, the valve body 20 is between the valve chamber 13 and the back pressure chamber 15. A fluid is guided from the inlet channel 11 into the back pressure chamber 15. More specifically, the valve body 20 is formed with a communication passage 21 that communicates the inlet passage 11 and the back pressure chamber 15 when the valve body 20 is in contact with the valve seat S.
  • the communication path 21 communicates the inlet channel 11 and the back pressure chamber 15 and supplies fluid from the inlet channel 11 to the back pressure chamber 15. Thereby, the communication path 21 equalizes the fluid pressure of the inlet flow path 11 and the back pressure chamber 15.
  • valve housing 10 and the valve body 20 are the valve on the inlet flow path 11 side when the pressure receiving area S1 of the valve body 20 on the back pressure chamber 15 side is in contact with the valve seat S. It is formed so as to be larger than the pressure receiving area S ⁇ b> 2 of the body 20.
  • valve housing 10 and the valve body 20 receive a fluid pressure in the back pressure chamber 15 and are applied with a load that acts in the traveling direction D1.
  • the pressure receiving area S1 of the valve body 20 is formed so as to be larger than the pressure receiving area S2 of the valve body 20 to which a load acting on the retreating direction D2 by receiving the fluid pressure in the inlet channel 11 is applied.
  • the value obtained by subtracting the cross-sectional area of the shaft portion 42 described later from the cross-sectional area of the back pressure chamber 15 cut perpendicular to the advancing / retreating direction D of the valve body 20 is the inlet of the valve body 20 cut perpendicularly to the advancing / retreating direction D Larger than the cross-sectional area of the flow path 11. For this reason, when the valve body 20 comes into contact with the valve seat S, the force acting on the valve body 20 in the traveling direction D1 due to the fluid pressure in the back pressure chamber 15 is regressed by the fluid pressure in the inlet channel 11. The force acting on the valve body 20 is larger than D2.
  • a biasing member 16 is provided that applies a biasing force to the valve body 20 in the traveling direction D1.
  • the biasing member 16 is, for example, a compression coil spring.
  • the valve body drive device 30 controls the position of the valve body 20 by driving the valve body 20 in contact with the valve seat S in the backward direction D2.
  • the valve 20 from the inlet passage 11 is flowed at a flow rate corresponding to the interval between the valve body 20 and the valve seat S.
  • a fluid flows to the outlet channel 12 through the chamber 13.
  • the valve body driving device 30 servo-controls the electric motor 31 based on the electric motor 31, a position detector 33 that detects the rotation angle of the output shaft 32 of the electric motor 31, and the detection value output from the position detector 33. And a controller 34. That is, the electric motor 31 is a servo motor.
  • the position detector 33 is, for example, a resolver. However, the position detector 33 is not limited to a resolver, and may be an encoder or a hall element, for example.
  • valve body driving device 30 determines the amount of rotation of the piston 40 (corresponding to the “moving member” of the present invention) 40 that moves integrally with the valve body 20 in the forward / backward direction D and the output shaft 32 of the electric motor 31.
  • the linear motion conversion mechanism 50 for converting the linear motion displacement amount in the forward / backward direction D is provided.
  • the piston 40 as a whole has a cylindrical shape extending in parallel with the advancing / retreating direction D, and a cylindrical part 41 provided on the retreating direction D2 side and a shaft part 42 provided on the advancing direction D1 side are integrally formed. Yes.
  • the cylinder portion 41 of the piston 40 is formed in a substantially bottomed cylindrical shape that opens toward the retraction direction D2.
  • the cylindrical portion 41 is inserted into a substantially cylindrical cylinder 43 coupled to the valve housing 10.
  • the cylinder 43 is coupled to a wall portion 10a that closes the backward direction D2 side of the back pressure chamber 15.
  • the inner peripheral surface of the cylinder 43 and the outer peripheral surface of the piston 40 may not be in contact with each other, and a gap may be provided between the inner peripheral surface of the cylinder 43 and the outer peripheral surface of the piston 40.
  • the end of the cylinder 43 on the reverse direction D2 side is coupled to the flange of the electric motor 31.
  • the output shaft 32 of the electric motor 31 extends in the forward / backward direction D and is inserted into the cylindrical portion 41 of the piston 40.
  • the output shaft 32 is a screw shaft in which a male screw 51 is formed on the outer peripheral surface.
  • a nut 52 is fixed to the inner peripheral wall of the cylindrical portion 41 of the piston 40.
  • a male screw 51 of the output shaft 32 is screwed into a female screw 53 formed on the inner wall of the nut 52.
  • the linear motion conversion mechanism 50 includes a rotation prevention mechanism (not shown) that prevents the cylinder 43 from rotating around the axis of the piston 40.
  • a protrusion projecting in the radial direction is formed on the outer peripheral surface of the cylinder portion 41, and a groove portion parallel to the advance / retreat direction D is formed on the inner peripheral surface of the cylinder 43. (Both not shown).
  • the rotation prevention mechanism is constituted by these protrusions and grooves, and the protrusions on the outer peripheral surface of the cylinder part 41 are fitted into the grooves on the inner peripheral surface of the cylinder 43, whereby the output shaft 32 of the piston 40 with respect to the cylinder 43 is obtained. Around rotation is prevented.
  • the rotation prevention mechanism is not limited to such a configuration.
  • a groove portion is formed on the outer peripheral surface of the cylinder portion 41, and a projection portion that fits into the groove portion is formed on the inner peripheral surface of the cylinder 43. Good.
  • the linear motion converting mechanism 50 is a ball screw mechanism having the male screw 51 and the nut 52 of the output shaft 32.
  • the linear motion conversion mechanism may be, for example, a trapezoidal screw, a sliding screw, or a rack and pinion.
  • the shaft portion 42 of the piston 40 extends from the tube portion 41 in the traveling direction D1 and passes through a hole 10b formed in the wall portion 10a of the valve housing 10.
  • the shaft portion 42 is engaged with the valve body 20 at the end portion in the traveling direction D1.
  • the engagement aspect of the shaft part 42 of the piston 40 and the valve body 20 in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2A and 2B.
  • FIG. 2A and 2B are enlarged views of the valve body 20 and the valve housing 10 shown in FIG.
  • FIG. 2A shows the closed state of the flow control valve 1A
  • FIG. 2B shows a valve open state in which the valve body 20 in the flow control valve 1A is separated from the valve seat S.
  • An engagement portion 42 a for the piston 40 to engage with the valve body 20 is provided at the distal end portion in the traveling direction D ⁇ b> 1 of the shaft portion 42 of the piston 40.
  • the engaging portion 42 a protrudes radially outward from the shaft portion 42, and has a substantially cylindrical shape whose diameter is larger than the diameter of the shaft portion 42.
  • the valve body 20 is formed with a housing chamber 22 for housing the engaging portion 42a.
  • the storage chamber 22 is connected to the back pressure chamber 15 through a through hole 23 formed in the valve body 20 and extending in the forward / backward direction D, and a shaft portion 42 is inserted through the through hole 23. Since the diameter of the through hole 23 is smaller than that of the engaging portion 42 a, the engaging portion 42 a is not allowed to escape from the storage chamber 22.
  • the valve body 20 is movable relative to the piston 40 in the forward / backward direction D within a predetermined range. Specifically, the interval between the wall portion 22a on the retracting direction D2 side and the wall portion 22b on the traveling direction D1 side in the accommodating chamber 22 is longer than the length in the advancing / retreating direction D of the engaging portion 42a that is substantially cylindrical.
  • the storage chamber 22 is formed such that the engagement portion 42a is slidable in the forward / backward direction D between the wall portion 22a and the wall portion 22b in the storage chamber 22.
  • the wall portion 22a of the storage chamber 22 is pressed against the engaging portion 42a and is engaged.
  • a gap g is formed between the portion 42 a and the wall portion 22 b of the storage chamber 22.
  • the wall portion 22a of the storage chamber 22 corresponds to a contact portion of the present invention that contacts the engaging portion 42a from the traveling direction D1 side (in other words, toward the retreating direction D2 side).
  • valve body 20 and the piston 40 are integrated in the forward / backward direction D. Move on. As will be described later, when a predetermined condition is satisfied, the valve body 20 moves relative to the piston 40 in the retraction direction D2.
  • the communication path 21 described above extends from the end face 20b on the valve body 20 on the traveling direction D1 side in the retreat direction D2 and is connected to the accommodation chamber 22.
  • the communication path 21 has a first flow path 21a and a second flow path 21b.
  • the first flow path 21 a extends from the end surface 20 b of the valve body 20 to the wall portion 22 b of the storage chamber 22.
  • the second flow path 21b extends from the end of the first flow path 21a on the retraction direction D2 side to the end surface 20c of the valve body 20 on the retraction direction D2 side.
  • the second flow path 21 b is a groove formed on the wall portion surrounding the accommodation chamber 22 and the inner peripheral surface of the through hole 23.
  • the controller 34 corresponds to a predetermined target interval (that is, a predetermined target flow rate) between the valve seat S and the valve body 20 with the rotation angle of the output shaft 32 detected by the position detector 33.
  • the electric motor 31 is feedback-controlled so that the rotation angle is obtained.
  • the linear motion conversion mechanism 50 converts the rotation amount of the output shaft 32 into the linear motion displacement amount in the forward / backward direction D of the piston 40, so that the position of the piston 40 is the rotation of the output shaft 32.
  • the position corresponds to the angle.
  • the valve body 20 and the piston 40 move integrally in the forward / backward direction D. For this reason, the valve body 20 moves in the advance / retreat direction D by the amount of linear displacement corresponding to the amount of rotation of the output shaft 32.
  • the valve body 20 can be positioned by feedback control of the rotation angle of the output shaft 32 of the electric motor 31 by the controller 34.
  • the controller 34 uses a certain point defined in the piston 40 (for example, the tip of the traveling direction D1 of the piston 40) as a reference point, and the position of the reference point reaches a target position corresponding to a predetermined target flow rate. 31 is feedback controlled.
  • the controller 34 sets the position of the piston 40 so that the valve body 20 abuts the valve seat S and the wall portion 22a. Is controlled to a position where it is in contact with the engaging portion 42a.
  • the controller 34 is a predetermined between the valve seat S and the valve body 20.
  • the electric motor 31 is feedback-controlled so that the piston 40 reaches a position corresponding to the target interval (that is, a predetermined target flow rate).
  • the flow control valve 1A of the present embodiment is configured so that the valve body 20 is moved to the valve seat S when the fluid pressure in the inlet channel 11 is lower than the fluid pressure in the outlet channel 12 in the closed state shown in FIG. 2A. And an anti-cavitation function that prevents the fluid pressure in the inlet channel 11 from becoming negative pressure by replenishing the hydraulic fluid in the inlet channel 11 from the outlet channel 12.
  • valve body 20 acts on the valve body 20 by the difference between the force acting on the traveling direction D1 side by the fluid pressure and the force acting on the retreating direction D2 side, and the urging member 16.
  • the urging force is pressed against the valve seat S.
  • the fluid pressure in the inlet channel 11 is higher than the fluid pressure in the outlet channel 12, and in this case, the state where the engaging portion 42a is in contact with the wall portion 22a is maintained.
  • the flow rate control valve 1A when used to control a hydraulic cylinder that drives a self-weighting element such as a boom lowering of a shovel, for example, if the supply flow rate to the hydraulic cylinder is insufficient, the inlet pressure and the outlet pressure of the flow rate control valve 1A are increased or decreased. May reverse and the inlet pressure may be lower than the outlet pressure. In this case, among the forces acting on the valve body 20, the force acting on the valve body 20 in the backward direction D ⁇ b> 2 due to the taper surface 20 a of the valve body 20 receiving the fluid pressure of the outlet channel 12 becomes relatively large. .
  • the fluid pressure in the inlet channel 11 is lower than the fluid pressure in the outlet channel 12, and the force acting on the valve body 20 in the retraction direction D2 exceeds the force acting on the valve body 20 in the traveling direction D1.
  • the wall portion 22a is separated from the engaging portion 42a, and the valve body 20 moves relative to the piston 40 in the retreat direction D2. In this way, the fluid in the outlet channel 12 can be supplied to the inlet channel 11.
  • the taper surface 20a of the valve body 20 receives the fluid pressure of the outlet flow path 12 and a force acts on the valve body 20 in the retraction direction D2.
  • the valve body 20 has a taper surface 20a. It is not limited to. That is, the valve body 20 only needs to be configured to receive the fluid pressure of the outlet flow path 12 and to apply a force to the valve body 20 in the backward direction D2 side as a whole.
  • the valve body 20 is positioned by feedback control of the electric motor 31, and therefore the valve body 20 is positioned with respect to the valve seat S with high accuracy. be able to.
  • positioning of the valve body S can be performed with higher accuracy and higher response even under conditions of high pressure and large flow rate that are easily affected by the flow force.
  • the flow rate can be controlled with high accuracy even in a high pressure and large flow rate application such as a main control valve of a construction machine (mainly a hydraulic excavator).
  • a method of positioning the valve body with an electric motor a method of positioning the valve body with the number of input pulses using a stepping motor can be considered.
  • the stepping motor has a stationary angle error due to the mechanical accuracy of the stator and the rotor and variations in the resistance of the stator winding, it is difficult to position the valve body with high accuracy as in the present embodiment. It is.
  • the position detector 33 used for rotation control of the electric motor 31 that is a servo motor is also used for positioning the valve body 20. For this reason, positioning of the valve body 20 can be realized with a simple configuration.
  • the fluid pressure in the inlet flow path 11 and the back pressure chamber 15 is made equal by the communication path 21, so that the valve body 20 acts in the backward direction D ⁇ b> 2 by the fluid pressure in the inlet flow path 11.
  • the force against the force can be applied in the traveling direction by the fluid pressure in the back pressure chamber 15 equal to the fluid pressure in the inlet channel 11. For this reason, reducing the thrust of the electric motor 31 required to act on the valve body 20 in the traveling direction D1, for example, the thrust of the electric motor 31 required to bring the valve body 20 into contact with the valve seat S. Can do.
  • valve housing 10 and the valve body 20 have a pressure receiving area S1 of the valve body 20 on the back pressure chamber 15 side of the valve body 20 on the inlet flow path 11 side when the valve body 20 is in contact with the valve seat S. It is formed to be larger than the pressure receiving area S2. For this reason, when the valve body 20 is in contact with the valve seat S, the force acting on the valve body 20 in the traveling direction D1 due to the fluid pressure in the back pressure chamber 15 is regressed by the fluid pressure in the inlet channel 11. It can be made larger than the force acting on the valve body 20 in the direction D2.
  • the valve body 20 is caused to act in the traveling direction D ⁇ b> 1 by the fluid pressure in the back pressure chamber 15. Can do. Therefore, the valve closing state can be maintained by the fluid pressure in the back pressure chamber 15 without driving the electric motor 31, and as a result, the thrust of the electric motor 31 is not required to maintain the valve closing state. Power consumption can be reduced.
  • the flow control valve 1A has a pressure receiving area of the valve body on the back pressure chamber side that is equal to the pressure control area of the valve body on the inlet flow path side when the valve body is in contact with the valve seat. The urging force of the urging member 16 can also be reduced.
  • the configuration of the valve housing 10 can be simplified and the overall flow control valve 1A can be prevented from being enlarged.
  • no gap is formed between the engaging portion 42a and the shaft portion 42 on both sides in the forward / backward direction D, and the valve body 20 and the piston 40 are not movable relative to each other. And always move together.
  • the communication path 21 includes a valve body side flow path 21c formed in the valve body 20 and a shaft side flow path formed in the shaft section 42 and connected to the valve body side flow path 21c. 21d.
  • the valve element side flow passage 21c extends from the end surface 20b of the valve element 20 to the end portion in the traveling direction D1 side of the shaft portion 42.
  • the shaft portion side flow passage 21d extends in the shaft portion 42 from the end in the traveling direction D1 side of the shaft portion 42 in the retracting direction D2 and extends in the radial direction to the outer peripheral surface of the shaft portion 42 facing the back pressure chamber 15 in the middle. .
  • valve body 20 since the valve body 20 is positioned by feedback control of the electric motor 31 as in the first embodiment, the valve body 20 can be positioned with respect to the valve seat S with high accuracy.
  • the communication path 21 that communicates the inlet flow path 11 and the back pressure chamber 15 has the shaft-side flow path 21d, but the communication path 21 is not limited to this.
  • the communication path 21 may be formed only in the valve body 20.
  • the inlet passage 11 and the back pressure chamber 15 may be communicated without providing a passage in the shaft portion 42 by providing the communication passage 21 at a position shifted from the central axis of the valve body 20.
  • the valve body 20 and the piston 40 cannot move relative to each other.
  • the linear motion conversion mechanism 50 uses a mechanism with low resistance in both forward and backward directions.
  • an anti-cavitation function that provides the same effect as that of the first embodiment can be provided. That is, when the flow control valve 1B is closed, the inlet pressure and the outlet pressure of the flow control valve 1B are reversed, the inlet pressure becomes lower than the outlet pressure, and the force acting on the retreat direction D2 side is relatively
  • the valve body 20 becomes larger the valve body 20 and the piston 40 are integrally moved relative to each other in the retraction direction D2. In this way, the fluid in the outlet channel 12 can be supplied to the inlet channel 11.
  • the flow control valve 1C of the present embodiment is the same as that of the second embodiment except for the method of communicating the inlet channel 11 and the back pressure chamber 15. However, in the flow control valve 1C of the present embodiment, when the valve body 20 is in contact with the valve seat S, the communication passage 61 that communicates the inlet flow path 11 and the back pressure chamber 15 is not the valve body 20 but the valve body 20.
  • the second embodiment is different from the second embodiment in that it is formed in the housing 10.
  • valve body 20 since the valve body 20 is positioned by feedback control of the electric motor 31 as in the first embodiment, the valve body 20 can be positioned with respect to the valve seat S with high accuracy.
  • the position of the inlet flow path 11 and the position of the outlet flow path 12 in the valve housing 10 are different from the flow rate control valves 1A to 1C of the above embodiment. More specifically, the inlet channel 11 extends from the valve chamber 13 in a direction perpendicular to the traveling direction D1 of the valve body 20, and the outlet channel 12 extends from the valve chamber 13 in the traveling direction D1 of the valve body 20. It extends.
  • the valve seat S is provided around the opening of the outlet flow path 12 with respect to the valve chamber 13 instead of being provided around the opening of the inlet flow path 11 with respect to the valve chamber 13. For this reason, when the valve body 20 contacts the valve seat S, the outlet flow path 12 is closed with respect to the valve chamber 13.
  • valve body 20 is not supported by the sliding surface 14 in the valve housing 10, and the outer peripheral surface of the valve body 20 in the radial direction.
  • a gap is provided between the valve housing 10 and the inner wall of the valve housing 10.
  • valve body 20 since the valve body 20 is positioned by feedback control of the electric motor 31 as in the first embodiment, the valve body 20 can be positioned with respect to the valve seat S with high accuracy.
  • the position of the inlet channel 11 and the position of the outlet channel 12 in the valve housing 10 are the same as in the fourth embodiment.
  • valve housing 10 is formed with a communication path 72 that allows the back pressure chamber 15 and the external tank 71 to communicate with each other. Due to the communication path 72, the fluid pressures in the outlet channel 12 and the back pressure chamber 15 are substantially equal. However, since the fluid pressure in the inlet channel 12 acts on the valve body 20 (in the present embodiment, the tapered surface 20a) in the retraction direction D2, the urging force of the urging member 16 is applied to maintain the valve closed state. It is necessary to set so as to overcome the force caused by the fluid pressure. Alternatively, the valve closed state may be maintained by always driving the electric motor 31.
  • valve body 20 since the valve body 20 is positioned by feedback control of the electric motor 31 as in the first embodiment, the valve body 20 can be positioned with respect to the valve seat S with high accuracy.
  • the configurations of the first to fifth embodiments can be appropriately combined.
  • the position of the inlet channel 11 and the position of the outlet channel 12 in the valve housing 10 may be reversed. That is, in the flow control valves 1A to 1C of the first to third embodiments, the inlet flow path 11 extends from the valve chamber 13 in a direction orthogonal to the traveling direction D1 of the valve body 20, and the outlet flow path 12 is The valve body 20 may extend from the valve chamber 13 in the traveling direction D1. Also in the flow control valves 1D and 1E of the fourth and fifth embodiments, the position of the inlet flow path 11 and the position of the outlet flow path 12 in the valve housing 10 may be reversed.
  • the inlet flow path 11 extends from the valve chamber 13 in the traveling direction D1 of the valve body 20, and the outlet flow path 12 is the traveling direction of the valve body 20. You may extend from the valve chamber 13 in the direction orthogonal to D1.
  • the communication path 21 One end of the valve body 20 is not the end face 20b but the outer periphery of the valve body 20 so that the communication passage 21 communicates the inlet flow path 11 and the back pressure chamber 15 when the valve body 20 is in contact with the valve seat S. It may be provided on the surface.
  • the pressure receiving area S1 of the valve body 20 on the back pressure chamber 15 side is such that the valve body 20 on the inlet flow path 11 side when the valve body 20 is in contact with the valve seat S.
  • the present invention is not limited to this.
  • the pressure receiving areas S1 and S2 may be equal to each other.
  • the valve closing state may be maintained by the urging force of the urging member 16.
  • the biasing member 16 is attached. The valve closing state may be maintained by driving the electric motor 31 in addition to or instead of the force.
  • the communication path 21 formed in the valve body 20 is connected to the storage chamber 22.
  • the communication path of the present invention is not limited to this, and for example, the communication path is the storage chamber 22. It may be formed so as to extend linearly in the forward / backward direction D on the radially outer side of the storage chamber 22 without being connected.
  • the communication passage 61 for equalizing the fluid pressure in the back pressure chamber 15 and the fluid pressure in the inlet channel 11 is formed in the valve housing 10.
  • a flow path that equalizes the fluid pressure in the back pressure chamber 15 and the fluid pressure in the inlet flow path 11 may be provided.
  • the configuration for providing the anti-cavitation function in the first embodiment is not limited to the configuration shown in FIGS.
  • the engaging part provided in the shaft part 42 of the piston 40 may be formed so as to protrude radially inward.
  • the engaging portion 42a is made to be a wall portion by another means such as making the back pressure chamber 15 higher than the pressure of the valve chamber 13, for example.
  • the biasing member 16 may not be provided when the state in contact with 22a (contact portion) can be maintained. Also in the second to fifth embodiments, the urging member 16 may be omitted.
  • the urging member 16 is provided in the back pressure chamber 15, but the position of the urging member 16 is not limited to this.
  • a clearance may be provided between the inner peripheral surface of the cylinder 43 and the outer peripheral surface of the piston 40, and the biasing member 16 may be provided in this clearance so as to apply a biasing force to the piston 40 in the traveling direction D1. Good.
  • Flow control valve 10 Valve housing 11: Inlet passage 12: Outlet passage 13: Valve chamber 15: Back pressure chamber 16: Energizing member 20: Valve body 21: Communication passage 22a: Wall (contact) Part) 31: Electric motor 32: Output shaft 33: Position detector 34: Controller 40: Piston (moving member) 42: Shaft part 42a: Engagement part 50: Linear motion conversion mechanism D: Forward / backward direction D1: Traveling direction D2: Retraction direction S: Valve seat S1: Pressure receiving area S2: Pressure receiving area g: Gap

Abstract

ポペット式流量制御弁は、入口流路、出口流路、入口流路と出口流路の間に設けられた弁室、および、弁室に設けられた弁座を有する弁ハウジングと、弁ハウジング内に収容され、弁座に対し進退する弁体と、弁体が進退する進退方向に弁体と一体的に移動するピストンと、弁体が進退する進退方向に移動可能な移動部材であって、進退方向のうち少なくとも退行方向に移動する際に、弁体と一体的に退行方向に移動する移動部材と、電動モータと、電動モータの出力軸の回転角度を検出する位置検出器と、電動モータの出力軸の回転量をピストンの進退方向の直動変位量に変換する直動変換機構と、位置検出器により検出された出力軸の回転角度が、弁座と弁体の間の所定の目標間隔に対応した回転角度となるよう電動モータをフィードバック制御するコントローラと、を備える。

Description

ポペット式流量制御弁
　本発明は、ポペット式の流量制御弁に関する。
　従来から、弁体が弁座に対し進退することにより当該弁体と弁座の間を通過する流体の流量を制御する、いわゆるポペット式の流量制御弁が種々開発されている。
　例えば特許文献１には、弁体に対し弁座とは反対側に設けられた制御チャンバの圧力を制御することにより、第１及び第２ポート間の流量を選択的に制御するパイロット動作型のポペット式流量制御弁が開示されている。このポペット式流量制御弁は、制御チャンバと第２ポートを連通するパイロット通路と、パイロット通路を開閉するように動作するパイロットバルブ素子を有する。パイロットバルブ素子がソレノイドアクチュエータにより動作すると、パイロット通路の開口部が調整される。パイロット通路の開口部が所定の大きさに達すると、弁体は弁座から離間する。
特開２００７－２３９９９６号公報
　上述のポペット式流量制御弁では、弁体と弁座の間を通過する流体の流量制御を行うために、パイロット通路を通過する流体の流量制御、すなわち、小流量域の流量制御を行って、制御チャンバの圧力を制御する。しかしながら、小流量域の流量制御は、僅かな流量変動により制御チャンバ内の圧力が変動しやすく、精度の良い制御が難しい。弁体の高精度な位置決めを行うために、制御チャンバの圧力制御に代わる別の方法を採用したポペット式流量制御弁が望まれる。
　そこで、本発明は、弁体の位置決めをより高精度に行うことができるポペット式流量制御弁を提供することを目的とする。
　上記の課題を解決するために、本発明に係るポペット式流量制御弁は、入口流路、出口流路、前記入口流路と前記出口流路の間に設けられた弁室、および、前記弁室に設けられた弁座を有する弁ハウジングと、前記弁ハウジング内に収容され、前記弁座に対し進退する弁体と、前記弁体が進退する進退方向に前記弁体と一体的に移動する移動部材と、電動モータと、前記電動モータの出力軸の回転角度を検出する位置検出器と、前記電動モータの出力軸の回転量を前記移動部材の前記進退方向の直動変位量に変換する直動変換機構と、前記位置検出器により検出された前記出力軸の回転角度が、前記弁座と前記弁体の間の所定の目標間隔に対応した回転角度となるよう前記電動モータをフィードバック制御するコントローラと、を備える。
　上記の構成によれば、電動モータのフィードバック制御によって弁体の位置決めを行うため、弁座に対する弁体の位置決めを高精度に行うことができる。
　また、上記のポペット式流量制御弁は、前記弁ハウジング内における前記弁体の前記退行方向側に形成され、前記弁体によって前記弁室と隔てられた背圧室と、前記入口流路と前記背圧室とを連通して、前記入口流路と前記背圧室の流体圧を等しくする連通路を備えてもよい。この構成によれば、弁体に対して退行方向に作用する力に抗した力を、入口流路内の流体圧と等しい背圧室内の流体圧により進行方向に作用させることができる。このため、弁体に対して進行方向に作用させるのに必要な電動モータの推力を低減することができる。
　また、上記のポペット式流量制御弁において、前記弁座は、前記弁室に対する前記入口流路の開口の周囲に設けられており、前記弁ハウジングおよび前記弁体は、前記背圧室側の前記弁体の受圧面積が、前記入口流路側の前記弁体の受圧面積より大きくなるように形成されていてもよい。この構成によれば、背圧室内の流体圧により進行方向に弁体に作用する力を、入口流路内の流体圧により退行方向に弁体に作用する力より大きくすることができる。これにより、弁座が弁室に対する入口流路の開口の周囲に設けられている場合であっても、弁体を背圧室内の流体圧により進行方向に作用させることができる。また、弁体が弁座に当接している閉弁状態を維持する場合に、電動モータの推力が不要となるため、消費電力をほぼゼロとすることができる。
　また、上記のポペット式流量制御弁において、前記連通路は、前記弁体に形成されていてもよい。この構成によれば、弁ハウジングの構成を簡略化して、ポペット式流量制御弁全体の大型化を防止することができる。
　また、上記のポペット式流量制御弁は、前記弁体に対し前記進行方向に付勢力を付与する付勢部材を備え、前記弁体は、前記入口流路内の流体圧が前記出口流路内の流体圧を下回って、前記弁体に対し前記退行方向に作用する力が前記弁体に対し前記進行方向に作用する力を超えた場合、前記移動部材に対し前記弁体が前記退行方向に相対移動してもよい。
　例えばショベルのブームなど自重のかかる要素を駆動する油圧シリンダの制御に流量制御弁を用いる場合、油圧シリンダへの供給流量が不足するとその流量制御弁の入口圧と出口圧の高低が逆転して、入口圧が出口圧より低圧になることがある。上記の構成によれば、油圧シリンダへの供給流量が不足する時に入口圧が出口圧より低圧になることにより、弁体に対し退行方向に作用する力が弁体に対し進行方向に作用する力を超えた場合に、弁体が退行方向に移動して弁座から離間し、出口流路の流体を入口流路に補給することができる。
　前記移動部材に対し前記弁体が前記退行方向に相対移動する上記のポペット式流量制御弁において、前記移動部材は、前記弁体と係合するための係合部を有し、前記弁体は、前記係合部に前記進行方向側から当接される当接部を有し、前記入口流路内の流体圧が前記出口流路内の流体圧より高い場合、前記係合部が前記当接部に当接した状態が維持され、前記入口流路内の流体圧が前記出口流路内の流体圧を下回って、前記弁体に対し前記退行方向に作用する力が前記弁体に対し前記進行方向に作用する力を超えた場合、前記当接部が前記係合部から離間して、前記移動部材に対し前記弁体が前記退行方向に相対移動してもよい。
　本発明によれば、弁体の位置決めをより高精度に行うことができるポペット式流量制御弁を提供することができる。
本発明の第１実施形態に係るポペット式流量制御弁の概略構成を示す図である。 図１に示す弁ハウジングおよび弁体の拡大図であり、流量制御弁の閉弁状態を示す図である。 図１に示す弁ハウジングおよび弁体の拡大図であり、流量制御弁の開弁状態を示す図である。 図１に示すポペット式流量制御弁のアンチキャビテーション機能について説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係るポペット式流量制御弁の概略構成を示す図である。 本発明の第３実施形態に係るポペット式流量制御弁の概略構成を示す図である。 本発明の第４実施形態に係るポペット式流量制御弁の概略構成を示す図である。 本発明の第５実施形態に係るポペット式流量制御弁の概略構成を示す図である。
　次に、図面を参照して本発明の実施の形態に係るポペット式流量制御弁の概略構成を説明する。
　＜第１実施形態＞
　図１は、第１実施形態に係るポペット式流量制御弁（以下、「流量制御弁」）１の概略構成を示す図である。流量制御弁１Ａは、弁ハウジング１０と、ポペット式の弁体２０と、弁体駆動装置３０とを備えている。
　弁ハウジング１０は、入口ポートの流路である入口流路１１、出口ポートの流路である出口流路１２、および入口流路１１と出口流路１２の間に介在する弁室１３を有する。弁室１３には、弁座Ｓが設けられており、弁ハウジング１０内には、当該弁座Ｓに対し進退する略円柱状の弁体２０が収容されている。弁体２０は、弁座Ｓに対し直交する方向に進退する。入口流路１１は、弁体２０が弁座Ｓに向かう方向に弁室１３から延びており、出口流路１２は、弁体２０が弁座Ｓに向かう方向に対して直交する方向に弁室１３から延びている。弁座Ｓは、弁室１３に対する入口流路１１の開口の周囲に設けられている。本実施形態では、弁ハウジング１０内に、弁体２０の進退方向Ｄに摺動可能に当該弁体２０を支持する円筒状の摺動面１４が形成されている。
　以下の説明では、弁体２０の進退方向Ｄのうち、弁体２０が弁座Ｓに向かう方向を「進行方向Ｄ１」といい、進行方向Ｄ１と相対する方向を「退行方向Ｄ２」ということとする。
　流量制御弁１Ａでは、定常時の弁体２０は、図１に示すように弁座Ｓに着座（当接）した閉弁状態にある。本実施形態では、弁体２０の進行方向Ｄ１側の端部が、進行方向Ｄ１にいくにつれ縮径するテーパ状に形成されている。この弁体２０のテーパ面２０ａが弁座Ｓに当接することにより、弁室１３に対し入口流路１１が閉塞され、その結果、入口流路１１から出口流路１２への流体の流れが禁止される。
　また、弁ハウジング１０内における弁体２０の退行方向Ｄ２側には、弁体２０によって弁室１３と隔てられた背圧室１５が形成されている。すなわち、弁体２０は、弁室１３と背圧室１５の間にある。背圧室１５の内部には、入口流路１１から流体が導かれる。より詳しくは、弁体２０には、弁体２０が弁座Ｓに当接している場合に入口流路１１と背圧室１５とを連通する連通路２１が形成されている。
　連通路２１は、入口流路１１と背圧室１５とを連通し、入口流路１１から背圧室１５に流体を供給する。これにより、連通路２１は、入口流路１１と背圧室１５の流体圧を等しくする。
　本実施形態では、弁ハウジング１０および弁体２０が、背圧室１５側の弁体２０の受圧面積Ｓ１が、弁体２０が弁座Ｓに当接している場合の入口流路１１側の弁体２０の受圧面積Ｓ２より大きくなるように形成されている。
　より詳しくは、弁ハウジング１０および弁体２０は、弁体２０が弁座Ｓに当接している場合に、背圧室１５内の流体圧を受けて進行方向Ｄ１に作用する荷重が付与される弁体２０の受圧面積Ｓ１が、入口流路１１内の流体圧を受けて退行方向Ｄ２に作用する荷重を付与される弁体２０の受圧面積Ｓ２より大きくなるように形成されている。言い換えれば、弁体２０の進退方向Ｄに垂直に切断した背圧室１５の断面積から後述の軸部４２の断面積を減算した値は、弁体２０の進退方向Ｄに垂直に切断した入口流路１１の断面積に比べて大きい。このため、弁体２０が弁座Ｓに当接したときに、背圧室１５内の流体圧によって進行方向Ｄ１に弁体２０に作用する力を、入口流路１１内の流体圧により退行方向Ｄ２に弁体２０に作用する力より大きくしている。
　なお、弁体２０が弁座Ｓに当接している場合だけでなく、弁体２０が弁座Ｓから離間する距離が微小な場合にも、流体圧によって進行方向Ｄ１に弁体２０に作用する力が、流体圧により退行方向Ｄ２に弁体２０に作用する力より大きくなる。これは、弁体２０が弁座Ｓから離間する距離が微小な場合には、入口流路１１と出口流路１２の間に圧力差があり、結果として、弁体２０における退行方向Ｄ２側の受圧面積Ｓ２に比べて、弁体２０における進行方向Ｄ１側に作用する受圧面積Ｓ１が大きくなるためである。
　また、背圧室１５内には、弁体２０に対し進行方向Ｄ１に付勢力を付与する付勢部材１６が設けられている。付勢部材１６は、例えば圧縮コイルばねである。
　弁体駆動装置３０は、弁座Ｓに当接した状態にある弁体２０を退行方向Ｄ２に駆動させて、弁体２０の位置を制御する。弁座Ｓに当接した状態にある弁体２０が、退行方向Ｄ２に移動して弁座Ｓから離間すると、弁体２０と弁座Ｓの間隔に応じた流量で、入口流路１１から弁室１３を介して出口流路１２へ流体が流れる。
　弁体駆動装置３０は、電動モータ３１と、電動モータ３１の出力軸３２の回転角度を検出する位置検出器３３と、位置検出器３３から出力された検出値に基づき電動モータ３１をサーボ制御するコントローラ３４とを備える。つまり、電動モータ３１は、サーボモータである。位置検出器３３は、例えばレゾルバである。ただし、位置検出器３３は、レゾルバに限定されず、例えばエンコーダあるいはホール素子などでもよい。
　さらに、弁体駆動装置３０は、進退方向Ｄに弁体２０と一体的に移動するピストン（本発明の「移動部材」に相当）４０と、電動モータ３１の出力軸３２の回転量をピストン４０の進退方向Ｄの直動変位量に変換する直動変換機構５０を備えている。
　ピストン４０は、全体として進退方向Ｄと平行に延びる円柱形状を呈し、退行方向Ｄ２側に設けられた筒部４１と、進行方向Ｄ１側に設けられた軸部４２とが一体的に形成されている。
　ピストン４０の筒部４１は、退行方向Ｄ２側に開口した大略有底筒状に形成されている。筒部４１は、弁ハウジング１０と結合された略円筒状のシリンダ４３に内挿されている。具体的に、シリンダ４３は、背圧室１５の退行方向Ｄ２側を閉塞する壁部１０ａに結合されている。なお、シリンダ４３の内周面とピストン４０の外周面とは当接していなくてもよく、シリンダ４３の内周面とピストン４０の外周面の間に隙間が設けられていてもよい。
　シリンダ４３の退行方向Ｄ２側の端部は、電動モータ３１のフランジと結合されている。電動モータ３１の出力軸３２は、進退方向Ｄに延伸し、ピストン４０の筒部４１に内挿されている。出力軸３２は、外周面に雄ネジ５１が形成されたネジ軸となっている。また、ピストン４０の筒部４１の内周壁にはナット５２が固定されている。ナット５２の内壁に形成された雌ネジ５３には、出力軸３２の雄ネジ５１が螺入されている。
　また、直動変換機構５０は、シリンダ４３に対してピストン４０の軸まわりの回転を防止する図略の回転防止機構を備える。具体的には、筒部４１の外周面には、径方向に突設した突起部が形成されており、また、シリンダ４３の内周面には、進退方向Ｄと平行な溝部が形成されている（いずれも図示略）。回転防止機構は、これら突起部および溝部により構成されており、筒部４１の外周面の突起部が、シリンダ４３の内周面の溝部に嵌り込むことで、シリンダ４３に対するピストン４０の出力軸３２まわりの回転が防止される。ただし、回転防止機構は、このような構成に限られず、例えば、筒部４１の外周面に、溝部が形成され、シリンダ４３の内周面に、当該溝部に嵌まる突起部が形成されてもよい。
　このように、ピストン４０のシリンダ４３に対する回転が防止されているため、電動モータ３１の出力軸３２が回動すると、雌ネジ５３に対する雄ネジ５１の相対的回動により、ナット５２およびピストン４０が一体的に出力軸３２に沿って直動する。つまり、直動変換機構５０は、出力軸３２の雄ネジ５１とナット５２とを有するボールねじ機構である。ただし、本発明に適用され得る直動変換機構はこれに限定されない。直動変換機構は、例えば、台形ネジ、滑りネジ、または、ラックアンドピニオンなどであってもよい。
　ピストン４０の軸部４２は、筒部４１から進行方向Ｄ１に延び、弁ハウジング１０の壁部１０ａに形成された孔１０ｂを挿通している。軸部４２は、進行方向Ｄ１の端部で弁体２０と係合している。以下、本実施形態におけるピストン４０の軸部４２と弁体２０の係合態様について、図２Ａおよび図２Ｂを参照して説明する。
　図２Ａおよび図２Ｂは、図１に示す弁体２０および弁ハウジング１０の拡大図である。図２Ａは、図１と同様に、流量制御弁１Ａにおける閉弁状態を示す。図２Ｂは、流量制御弁１Ａにおける弁体２０が弁座Ｓから離間した開弁状態を示す。
　ピストン４０の軸部４２の進行方向Ｄ１における先端部には、ピストン４０が弁体２０と係合するための係合部４２ａが設けられている。本実施形態では、係合部４２ａは、軸部４２から径方向外方に突き出ており、軸部４２の径より拡径した略円柱状を呈している。弁体２０には、係合部４２ａを収容する収容室２２が形成されている。収容室２２は、弁体２０に形成された進退方向Ｄに延びる貫通孔２３により背圧室１５とつながっており、この貫通孔２３を軸部４２が挿通している。この貫通孔２３の径は係合部４２ａより径が小さいため、係合部４２ａは、収容室２２から脱出不能となっている。
　本実施形態では、弁体２０は、ピストン４０に対し進退方向Ｄに所定の範囲内で相対移動可能である。具体的には、収容室２２における退行方向Ｄ２側の壁部２２ａと進行方向Ｄ１側の壁部２２ｂの間の間隔は、略円柱状である係合部４２ａの進退方向Ｄの長さより長く、収容室２２は、当該収容室２２における壁部２２ａと壁部２２ｂの間で係合部４２ａが進退方向Ｄに摺動可能に形成されている。
　本実施形態では、弁体２０は、少なくとも付勢部材１６の付勢力により進行方向Ｄ１に押圧されているため、収容室２２の壁部２２ａが、係合部４２ａに押し付けられており、係合部４２ａと収容室２２の壁部２２ｂとの間には、隙間ｇが形成されている。収容室２２の壁部２２ａは、係合部４２ａに進行方向Ｄ１側から（言い換えれば、退行方向Ｄ２側に）当接される本発明の当接部に相当する。
　このように、基本的に、付勢部材１６によって、収容室２２の壁部２２ａが係合部４２ａに当接された状態にあるため、弁体２０とピストン４０とは、進退方向Ｄに一体的に移動する。なお、後述するように、所定の条件が満たされた場合には、弁体２０がピストン４０に対して退行方向Ｄ２に相対移動する。
　なお、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、上述した連通路２１は、弁体２０における進行方向Ｄ１側の端面２０ｂから退行方向Ｄ２に延びて収容室２２につながっている。具体的には、連通路２１は、第１流路２１ａと、第２流路２１ｂとを有する。第１流路２１ａは、弁体２０の端面２０ｂから収容室２２の壁部２２ｂへと延びる。第２流路２１ｂは、第１流路２１ａの退行方向Ｄ２側の端部から、弁体２０の退行方向Ｄ２側の端面２０ｃへと延びる。第２流路２１ｂは、収容室２２を取り囲む壁部および貫通孔２３の内周面に形成された溝である。
　次に、流量制御弁１Ａにおける弁体２０の位置制御について説明する。本実施形態では、コントローラ３４は、位置検出器３３により検出された出力軸３２の回転角度が、弁座Ｓと弁体２０の間の所定の目標間隔（すなわち、所定の目標流量）に対応した回転角度となるよう電動モータ３１をフィードバック制御する。
　より詳しくは、本実施形態では、直動変換機構５０が、出力軸３２の回転量をピストン４０の進退方向Ｄの直動変位量に変換するため、ピストン４０の位置は、出力軸３２の回転角度に対応した位置となる。また、上述したように、弁体２０とピストン４０とは進退方向Ｄに一体的に移動する。このため、弁体２０は、出力軸３２の回転量に応じた直動変位量だけ進退方向Ｄに移動する。
　従って、本実施形態では、弁体２０の位置決めを、コントローラ３４による電動モータ３１の出力軸３２の回転角度のフィードバック制御により行うことが可能である。コントローラ３４は、ピストン４０に規定された或る点（例えばピストン４０の進行方向Ｄ１先端）を基準点とし、その基準点の位置が所定の目標流量に対応した目標位置へ至るように、電動モータ３１をフィードバック制御する。
　本実施形態では、流量制御弁１Ａを閉弁状態にする場合、図２Ａに示すように、コントローラ３４は、ピストン４０の位置を、弁体２０が弁座Ｓに当接し、且つ、壁部２２ａが係合部４２ａに当接した状態となる位置に制御する。
　また、図２Ｂに示すように、流量制御弁１Ａを開弁して出口流路１２から流出する流量を所定の流量に制御する場合、コントローラ３４は、弁座Ｓと弁体２０の間の所定の目標間隔（すなわち、所定の目標流量）に対応した位置にピストン４０が至るよう、電動モータ３１をフィードバック制御する。
　さらに、本実施形態の流量制御弁１Ａは、図２Ａに示す閉弁状態において、入口流路１１の流体圧が出口流路１２の流体圧より低くなった場合に、弁体２０を弁座Ｓから離間させて、出口流路１２から入口流路１１の作動液を補給して、入口流路１１の流体圧が負圧になることを防止するアンチキャビテーション機能を備えている。
　図２Ａおよび図３を参照して、流量制御弁１Ａのアンチキャビテーション機能について説明する。
　図２Ａに示す閉弁状態では、弁体２０が、弁体２０に流体圧により進行方向Ｄ１側に作用する力と退行方向Ｄ２側に作用する力の差分により作用する力と、付勢部材１６の付勢力とによって、弁座Ｓに対し押圧された状態にある。定常時では、入口流路１１内の流体圧が出口流路１２内の流体圧より高く、この場合、係合部４２ａが壁部２２ａに当接した状態が維持される。
　ところが、例えばショベルのブーム下げなど自重のかかる要素を駆動する油圧シリンダの制御に流量制御弁１Ａを用いる場合、油圧シリンダへの供給流量が不足すると、流量制御弁１Ａの入口圧と出口圧の高低が逆転して、入口圧が出口圧より低圧になることがある。この場合、弁体２０に作用する力のうち、弁体２０のテーパ面２０ａが出口流路１２の流体圧を受けて弁体２０に退行方向Ｄ２側に作用する力が、相対的に大きくなる。
　こうして、入口流路１１内の流体圧が出口流路１２内の流体圧を下回って、弁体２０に対し退行方向Ｄ２に作用する力が弁体２０に対し進行方向Ｄ１に作用する力を超えた場合、図３に示すように、壁部２２ａが係合部４２ａから離間して、ピストン４０に対し弁体２０が退行方向Ｄ２に相対移動する。こうして、出口流路１２の流体を入口流路１１に補給することができる。
　なお、本実施形態では、弁体２０のテーパ面２０ａが出口流路１２の流体圧を受けて弁体２０に退行方向Ｄ２側に力が作用したが、弁体２０はテーパ面２０ａを有するものに限定されない。すなわち、弁体２０は、出口流路１２の流体圧を受けて、総合して弁体２０に退行方向Ｄ２側に力が作用するように構成されていればよい。
　以上に説明したように、本実施形態に係る流量制御弁１Ａによれば、電動モータ３１のフィードバック制御によって弁体２０の位置決めを行うため、弁座Ｓに対する弁体２０の位置決めを高精度に行うことができる。特に、本実施形態に係る流量制御弁１Ａでは、弁体Ｓの位置決めをフローフォースの影響を受け易い高圧且つ大流量の条件においても、より高精度且つ高応答に行うことができる。例えば、建設機械（主に油圧ショベル）のメインコントロールバルブのような高圧且つ大流量の用途においても、高精度に流量を制御することができる。
　ところで、電動モータで弁体を位置決めする方法としては、ステッピングモータを用いて入力パルス数により弁体を位置決めする方法が考えられる。しかしながら、ステッピングモータは、ステータおよびロータの機械的精度やステータ巻線の抵抗のばらつきなどに起因した静止角度誤差を有するため、本実施形態のような弁体の高精度な位置決めを行うことが困難である。さらに、本実施形態では、サーボモータである電動モータ３１の回転制御に使用される位置検出器３３が、弁体２０の位置決めにも兼用される。このため、弁体２０の位置決めをシンプルな構成で実現することができる。
　また、本実施形態では、連通路２１により入口流路１１と背圧室１５の流体圧を等しくするため、弁体２０に対して、入口流路１１内の流体圧により退行方向Ｄ２に作用する力に抗した力を、入口流路１１内の流体圧と等しい背圧室１５内の流体圧により進行方向に作用させることができる。このため、弁体２０に対して進行方向Ｄ１に作用させるために必要な電動モータ３１の推力、例えば弁体２０を弁座Ｓに当接させるために必要な電動モータ３１の推力を低減することができる。
　また、弁ハウジング１０および弁体２０は、背圧室１５側の弁体２０の受圧面積Ｓ１が、弁体２０が弁座Ｓに当接している場合の入口流路１１側の弁体２０の受圧面積Ｓ２より大きくなるように形成されている。このため、弁体２０が弁座Ｓに当接している場合において、背圧室１５内の流体圧により進行方向Ｄ１に弁体２０に作用する力を、入口流路１１内の流体圧により退行方向Ｄ２に弁体２０に作用する力より大きくすることができる。これにより、弁座Ｓが弁室１３に対する入口流路１１の開口の周囲に設けられている場合であっても、弁体２０を背圧室１５内の流体圧により進行方向Ｄ１に作用させることができる。従って、電動モータ３１を駆動することなく、背圧室１５内の流体圧によって閉弁状態を維持することができ、その結果、閉弁状態の維持に電動モータ３１の推力が不要となるため、消費電力を低減することができる。また、流量制御弁１Ａは、背圧室側の弁体の受圧面積が、弁体が弁座に当接している場合の入口流路側の弁体の受圧面積と等しい流量制御弁に比べ、付勢部材１６の付勢力を小さくすることもできる。
　また、本実施形態では、連通路２１は、弁体２０に形成されているため、弁ハウジング１０の構成を簡略化して、流量制御弁１Ａ全体の大型化を防止することができる。
　＜第２実施形態＞
　次に、第２実施形態に係る流量制御弁１Ｂについて、図４を参照して説明する。なお、本実施形態および後述する実施形態において、第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複した説明は省略する。また、以降の図４～図７において、コントローラ３４の図示は省略する。
　本実施形態の流量制御弁１Ｂでは、係合部４２ａの進退方向Ｄにおける両側には軸部４２との隙間は形成されておらず、弁体２０とピストン４０とは、互いに相対移動不能となっており、常に一体的に移動する。
　また、本実施形態では、連通路２１の一部が、ピストン４０の軸部４２にも形成されている。具体的には、本実施形態では、連通路２１が、弁体２０に形成された弁体側流路２１ｃと、軸部４２に形成された、当該弁体側流路２１ｃにつながる軸部側流路２１ｄとを有する。弁体側流路２１ｃは、弁体２０の端面２０ｂから軸部４２の進行方向Ｄ１側端部へと延びている。軸部側流路２１ｄは、軸部４２の進行方向Ｄ１側端部から軸部４２内を退行方向Ｄ２へ延び、途中で背圧室１５に面する軸部４２の外周面へ径方向に延びる。
　本実施形態でも、第１実施形態と同様、電動モータ３１のフィードバック制御によって弁体２０の位置決めを行うため、弁座Ｓに対する弁体２０の位置決めを高精度に行うことができる。
　なお、本実施形態では、入口流路１１と背圧室１５を連通する連通路２１が軸部側流路２１ｄを有していたが、連通路２１はこれに限定されない。例えば、連通路２１は、弁体２０にのみ形成されていてもよい。具体的には、弁体２０の中心軸からずれた位置に連通路２１を設けることで、軸部４２に通路を設けずに入口流路１１と背圧室１５を連通してもよい。
　なお、本実施形態では、弁体２０とピストン４０とは、互いに相対移動不能であったが、このような構成であっても、直動変換機構５０に進退の両方向に低抵抗の機構を用いることで、第１実施形態と同様の効果をもたらすアンチキャビテーション機能を備えることができる。すなわち、流量制御弁１Ｂの閉弁時にその流量制御弁１Ｂの入口圧と出口圧の高低が逆転して、入口圧が出口圧より低圧になり、退行方向Ｄ２側に作用する力が、相対的に大きくなった場合、弁体２０、ピストン４０が一体となって、退行方向Ｄ２に相対移動する。こうして、出口流路１２の流体を入口流路１１に補給することができる。
　＜第３実施形態＞
　次に、第３実施形態に係る流量制御弁１Ｃについて、図５を参照して説明する。
　本実施形態の流量制御弁１Ｃは、入口流路１１と背圧室１５とを連通する方法以外は第２実施形態と同じである。但し、本実施形態の流量制御弁１Ｃは、弁体２０が弁座Ｓに当接している場合に入口流路１１と背圧室１５とを連通する連通路６１が、弁体２０ではなく弁ハウジング１０内に形成されている点で、第２実施形態と異なる。
　本実施形態でも、第１実施形態と同様、電動モータ３１のフィードバック制御によって弁体２０の位置決めを行うため、弁座Ｓに対する弁体２０の位置決めを高精度に行うことができる。
　＜第４実施形態＞
　次に、第４実施形態に係る流量制御弁１Ｄについて、図６を参照して説明する。
　本実施形態では、上記実施形態の流量制御弁１Ａ～１Ｃとは、弁ハウジング１０における入口流路１１の位置および出口流路１２の位置が異なる。より詳しくは、入口流路１１は、弁体２０の進行方向Ｄ１に対して直交する方向に弁室１３から延びており、出口流路１２は、弁体２０の進行方向Ｄ１に弁室１３から延びている。そして、弁座Ｓが、弁室１３に対する入口流路１１の開口の周囲に設けられる代わりに、弁室１３に対する出口流路１２の開口の周囲に設けられている。このため、弁体２０が弁座Ｓに当接することにより、弁室１３に対し出口流路１２が閉塞される。
　また、本実施形態では、上記実施形態の流量制御弁１Ａ～１Ｃとは異なり、弁体２０が弁ハウジング１０内の摺動面１４に支持されておらず、弁体２０の径方向の外周面と弁ハウジング１０の内壁との間に隙間が設けられている。このため、本実施形態では、弁ハウジング１０内に弁室１３と隔てられた背圧室１５が存在せず、弁室１３は、弁体２０全体を収容するように形成されている。
　本実施形態でも、第１実施形態と同様、電動モータ３１のフィードバック制御によって弁体２０の位置決めを行うため、弁座Ｓに対する弁体２０の位置決めを高精度に行うことができる。
　＜第５実施形態＞
　次に、第５実施形態に係る流量制御弁１Ｅについて、図７を参照して説明する。
　本実施形態では、弁ハウジング１０における入口流路１１の位置および出口流路１２の位置については、第４実施形態と同様である。
　また、弁ハウジング１０には、背圧室１５と外部のタンク７１とを連通する連通路７２が形成されている。連通路７２により、出口流路１２と背圧室１５の流体圧は概ね等しくなっている。ただし、入口流路１２の流体圧が弁体２０（本実施形態では、テーパ面２０ａ）に退行方向Ｄ２に作用するため、閉弁状態を維持するためには、付勢部材１６の付勢力を、この流体圧による力に打ち勝つように設定する必要がある。あるいは、電動モータ３１を常時駆動することにより、閉弁状態を維持してもよい。
　本実施形態でも、第１実施形態と同様、電動モータ３１のフィードバック制御によって弁体２０の位置決めを行うため、弁座Ｓに対する弁体２０の位置決めを高精度に行うことができる。
　＜その他の実施形態＞
　本発明は上述した実施形態および変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
　例えば、第１～第５実施形態の構成は、適宜組合せ可能である。
　例えば、第１～第３実施形態の流量制御弁１Ａ～１Ｃにおいて、弁ハウジング１０における入口流路１１の位置と出口流路１２の位置とが逆であってもよい。すなわち、第１～第３実施形態の流量制御弁１Ａ～１Ｃにおいて、入口流路１１は、弁体２０の進行方向Ｄ１に対して直交する方向に弁室１３から延び、出口流路１２は、弁体２０の進行方向Ｄ１に弁室１３から延びてもよい。また、第４および第５実施形態の流量制御弁１Ｄ，１Ｅにおいても、弁ハウジング１０における入口流路１１の位置と出口流路１２の位置とが逆であってもよい。すなわち、第４および第５実施形態の流量制御弁１Ｄ，１Ｅにおいて、入口流路１１は、弁体２０の進行方向Ｄ１に弁室１３から延び、出口流路１２は、弁体２０の進行方向Ｄ１に対して直交する方向に弁室１３から延びてもよい。例えば、第１実施形態の流量制御弁１Ａにおいて、入口流路１１が進行方向Ｄ１に対して直交する方向に延びており、出口流路１２が進行方向Ｄ１に延びている場合、例えば連通路２１の一端部は、弁体２０が弁座Ｓに当接している場合に当該連通路２１が入口流路１１と背圧室１５とを連通するように、端面２０ｂではなく、弁体２０の外周面に設けられてもよい。
　また、上記第１～第３実施形態では、背圧室１５側の弁体２０の受圧面積Ｓ１が、弁体２０が弁座Ｓに当接している場合の入口流路１１側の弁体２０の受圧面積Ｓ２より大きくなるように形成されていたが、本発明は、これに限定されない。例えば、受圧面積Ｓ１，Ｓ２は互いに等しくてもよい。この場合、例えば付勢部材１６の付勢力により、閉弁状態を維持してもよい。また、例えば、第２～第５実施形態のように、弁体２０がピストン４０に対し相対移動不能に係合しており、且つアンチキャビテーション機能が不要な場合には、付勢部材１６の付勢力に加えてまたは代わりに、電動モータ３１を駆動させることにより閉弁状態を維持してもよい。
　また、第１実施形態では、弁体２０に形成された連通路２１は、収容室２２につながっていたが、本発明の連通路はこれに限定されず、例えば、連通路は、収容室２２とはつながらずに、収容室２２の径方向外方側で進退方向Ｄに直線状に延びるように形成されていてもよい。
　また、第３実施形態では、背圧室１５の流体圧と入口流路１１内の流体圧と等しくするための連通路６１が、弁ハウジング１０に形成されていたが、弁ハウジング１０の外部に、別途背圧室１５の流体圧と入口流路１１内の流体圧と等しくする流路を設けてもよい。
　また、第１実施形態におけるアンチキャビテーション機能を備えるための構成は、図１～図３に示した構成に限定されない。例えば、ピストン４０の軸部４２に設けられた係合部は、径方向内方に突設するように形成されていてもよい。
　また、第１実施形態において、弁体２０が弁座Ｓから離間しているときに、例えば背圧室１５を弁室１３の圧力より高くするなど別の手段により、係合部４２ａが壁部２２ａ（当接部）に当接した状態を維持できる場合には、付勢部材１６はなくてもよい。また、第２～第５の実施形態においても、付勢部材１６はなくてもよい。
　また、上記第１～第５実施形態では、付勢部材１６は背圧室１５に設けられていたが、付勢部材１６の位置はこれに限定されない。例えば、シリンダ４３の内周面とピストン４０の外周面との間に隙間を設け、この隙間に、ピストン４０に対して進行方向Ｄ１に付勢力を付与するように付勢部材１６を設けてもよい。
１Ａ～１Ｅ：流量制御弁
１０　　　：弁ハウジング
１１　　　：入口流路
１２　　　：出口流路
１３　　　：弁室
１５　　　：背圧室
１６　　　：付勢部材
２０　　　：弁体
２１　　　：連通路
２２ａ　　：壁部（当接部）
３１　　　：電動モータ
３２　　　：出力軸
３３　　　：位置検出器
３４　　　：コントローラ
４０　　　：ピストン（移動部材）
４２　　　：軸部
４２ａ　　：係合部
５０　　　：直動変換機構
Ｄ　　　　：進退方向
Ｄ１　　　：進行方向
Ｄ２　　　：退行方向
Ｓ　　　　：弁座
Ｓ１　　　：受圧面積
Ｓ２　　　：受圧面積
ｇ　　　　：隙間

Claims (6)

  1. 　入口流路、出口流路、前記入口流路と前記出口流路の間に設けられた弁室、および、前記弁室に設けられた弁座を有する弁ハウジングと、
    　前記弁ハウジング内に収容され、前記弁座に対し進退する弁体と、
    　前記弁体が進退する進退方向に前記弁体と一体的に移動する移動部材と、
    　電動モータと、
    　前記電動モータの出力軸の回転角度を検出する位置検出器と、
    　前記電動モータの出力軸の回転量を前記移動部材の前記進退方向の直動変位量に変換する直動変換機構と、
    　前記位置検出器により検出された前記出力軸の回転角度が、前記弁座と前記弁体の間の所定の目標間隔に対応した回転角度となるよう前記電動モータをフィードバック制御するコントローラと、を備える、ポペット式流量制御弁。
  2. 　前記弁ハウジング内における前記弁体の前記退行方向側に形成され、前記弁体によって前記弁室と隔てられた背圧室と、
    　前記入口流路と前記背圧室とを連通して、前記入口流路と前記背圧室の流体圧を等しくする連通路を備える、請求項１に記載のポペット式流量制御弁。
  3. 　前記弁座は、前記弁室に対する前記入口流路の開口の周囲に設けられており、
    　前記弁ハウジングおよび前記弁体は、前記背圧室側の前記弁体の受圧面積が、前記入口流路側の前記弁体の受圧面積より大きくなるように形成されている、請求項２に記載のポペット式流量制御弁。
  4. 　前記連通路は、前記弁体に形成されている、請求項２または３に記載のポペット式流量制御弁。
  5. 　前記弁体に対し前記進行方向に付勢力を付与する付勢部材を備え、
    　前記弁体は、前記入口流路内の流体圧が前記出口流路内の流体圧を下回って、前記弁体に対し前記退行方向に作用する力が前記弁体に対し前記進行方向に作用する力を超えた場合、前記移動部材に対し前記弁体が前記退行方向に相対移動する、請求項２～４のいずれか１項に記載のポペット式流量制御弁。
  6. 　前記移動部材は、前記弁体と係合するための係合部を有し、
    　前記弁体は、前記係合部に前記進行方向側から当接される当接部を有し、
    　前記入口流路内の流体圧が前記出口流路内の流体圧より高い場合、前記係合部が前記当接部に当接した状態が維持され、
    　前記入口流路内の流体圧が前記出口流路内の流体圧を下回って、前記弁体に対し前記退行方向に作用する力が前記弁体に対し前記進行方向に作用する力を超えた場合、前記当接部が前記係合部から離間して、前記移動部材に対し前記弁体が前記退行方向に相対移動する、請求項５に記載のポペット式流量制御弁。
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