特許 6122541 流量制御用二方弁及びこれを用いた温度制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6122541

(24)【登録日】2017年4月7日

(45)【発行日】2017年4月26日

(54)【発明の名称】流量制御用二方弁及びこれを用いた温度制御装置

(51)【国際特許分類】

   F16K 3/26 20060101AFI20170417BHJP

   F16K 5/04 20060101ALI20170417BHJP

【ＦＩ】

   F16K3/26 A

   F16K5/04 A

【請求項の数】3

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2016-226423(P2016-226423)

(22)【出願日】2016年11月22日

【審査請求日】2017年1月6日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】594185097

【氏名又は名称】伸和コントロールズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087343

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 智廣

(74)【代理人】

【識別番号】100108925

【弁理士】

【氏名又は名称】青谷 一雄

(72)【発明者】

【氏名】平岡 克通

【審査官】 柏原 郁昭

(56)【参考文献】

【文献】 実開平５−６６３７５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５９−６３２６５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平１−１２６４８６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００８−６４４０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｋ ３／００− ３／３６

Ｆ１６Ｋ ５／００− ５／２２

Ｈ０１Ｌ ２３／３４−２３／４６

Ｆ２４Ｈ １／００

Ｆ２４Ｈ １／１８− １／２０

Ｆ２４Ｈ ４／００− ４／０６

Ｆ２５Ｄ １７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円柱形状の空所からなる弁座を有し、前記弁座の軸方向に沿った一端部に流体が流通する第１の弁口と前記弁座の周面に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弁本体と、
前記弁本体の前記弁座内に回転自在に配置され、前記第２の弁口の開口面積を直線状に変化させるよう予め定められた中心角を有する半円筒形状の開口部を有する円筒形状に形成された弁体弁体と、
前記弁体を回転駆動する駆動手段と、
を備えることを特徴とする流量制御用二方弁。

【請求項2】

前記弁体は、外周面が開口されて予め定められた中心角を有する半円筒形状に形成された半円筒部を有し、軸方向に沿った一端面が閉塞され他端面が開口された円筒体からなることを特徴とする請求項１に記載の流量制御用二方弁。

【請求項3】

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を混合して温度制御用流路に流す混合部と、
前記第１の供給手段から供給される前記低温側流体の流量を制御する第１の流量制御弁と、
前記第２の供給手段から供給される前記高温側流体の流量を制御する第２の流量制御弁と、
を備え、
前記第１及び第２の流量制御弁として請求項１又は２に記載の流量制御用二方弁を用いたことを特徴とする温度制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流量制御用二方弁及びこれを用いた温度制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、流量制御用二方弁に関連する技術としては、例えば、特許文献１や特許文献２等に開示されたものが既に提案されている。

【0003】

特許文献１は、一端が開放した筒状の弁体を本体内に回転可能に設けて該弁体の開放端を流入部とし、前記本体の周壁に複数の流出部を設け、更に前記弁体に前記流出部に整合して流路を開く連通孔を開設してなる切換弁において、前記連通孔を含む前記弁体の周壁に前記本体の内周壁よりも小さくなるように弾性素材のシール材を一体化し、且つ前記連通孔の開口縁に対応する部分の前記シール材に、前記本体の内周壁方向へ突き出る突条を設けるように構成したものである。

【0004】

特許文献２は、円筒状の弁体収容空間、及び、前記弁体収容空間に半径方向に連通する複数の連通口を具備するバルブボディと、前記バルブボディの複数の連通口にそれぞれ連通可能な複数の弁口を具備し、前記バルブボディの弁体収容空間に収容された状態で駆動手段により回動され、前記バルブボディの複数の連通口と複数の弁口とがそれぞれ連通、または、非連通のいずれかに切り替えられる円筒状の弁体と、流体流入口及び流体流出口を具備し、前記バルブボディを収容するケースとを備え、前記バルブボディの外周面とケースの内周面との間には全周にわたり均圧通路が形成され、前記均圧通路は前記流体流入口又は流体流出口と連通しており、バルブボディの複数の連通口と複数の弁口とがそれぞれ連通した状態では、流体が流体流入口から流体流出口に流れ、バルブボディの複数の連通口と複数の弁口とがそれぞれ非連通の状態では、流体の圧力がバルブボディの複数の連通口を介して弁体の外周面に作用するように構成したものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開昭６４−６５６７号公報

【特許文献2】特開２０１２−３６９２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、流出部に整合して流路を開く連通孔を弁体に単に開設してなる切換弁に比較して、流体の流量を直線状に精度良く制御することが可能な流量制御用二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。

【課題を解決するための手段】

【0007】

請求項１に記載された発明は、円柱形状の空所からなる弁座を有し、前記弁座の軸方向に沿った一端部に流体が流通する第１の弁口と前記弁座の周面に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弁本体と、
前記弁本体の前記弁座内に回転自在に配置され、前記第２の弁口の開口面積を直線状に変化させるよう予め定められた中心角を有する半円筒形状の開口部を有する円筒形状に形成された弁体弁体と、
前記弁体を回転駆動する駆動手段と、
を備えることを特徴とする流量制御用二方弁である。

【0008】

請求項２に記載された発明は、前記弁体は、外周面が開口されて予め定められた中心角を有する半円筒形状に形成された半円筒部を有し、軸方向に沿った一端面が閉塞され他端面が開口された円筒体からなることを特徴とする請求項１に記載の流量制御用二方弁である。

【0009】

請求項３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を混合して温度制御用流路に流す混合部と、
前記第１の供給手段から供給される前記低温側流体の流量を制御する第１の流量制御弁と、
前記第２の供給手段から供給される前記高温側流体の流量を制御する第２の流量制御弁と、
を備え、
前記第１及び第２の流量制御弁として請求項１又は２に記載の流量制御用二方弁を用いたことを特徴とする温度制御装置である。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、流出部に整合して流路を開く連通孔を弁体に単に開設してなる切換弁に比較して、流体の流量を直線状に精度良く制御することが可能な流量制御用二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。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施の形態１に係る流量制御用二方弁の一例としての二方弁型モータバルブをそれぞれ示す構成図である。

【図2】本発明の実施の形態１に係る流量制御用二方弁の一例としての二方弁型モータバルブを示す断面図である。

【図3】本発明の実施の形態１に係る流量制御用二方弁の一例としての二方弁型モータバルブの要部を示す構成図である。

【図4】本発明の実施の形態１に係る流量制御用二方弁の一例としての二方弁型モータバルブを示す要部の断面斜視図である。

【図5】弁軸を示す構成図である。

【図6】弁作動部を示す断面構成図である。

【図7】アクチュエータ部を示す構成図である。

【図8】角度センサを示す構成図である。

【図9】回転軸と角度センサの取付構造を示す分解構成図である。

【図10】回転軸と角度センサの取付構造を示す構成図である。

【図11】本発明の実施の形態１に係る流量制御弁の制御回路を示すブロック図である。

【図12】本発明の実施の形態１に係る流量制御弁の制御回路を示すブロック図である。

【図13】本発明の実施の形態１に係る流量制御弁の動作を示す説明図である。

【図14】本発明の実施の形態１に係る流量制御弁の動作を示すフローチャートである。

【図15】本発明の実施の形態１に係る流量制御弁の動作を示すグラフである。

【図16】本発明の実施の形態１に係る流量制御弁の動作を示すフローチャートである。

【図17】本発明の実施の形態１に係る流量制御弁の動作を示すグラフである。

【図18】本発明の実施の形態１に係る流量制御弁の動作を示すフローチャートである。

【図19】本発明の実施の形態１に係る流量制御弁の動作を示す構成図である。

【図20】本発明の実施の形態１に係る流量制御弁の動作を示す構成図である。

【図21】本発明の実施の形態１に係る流量制御弁の動作を示すフローチャートである。

【図22】本発明の実施の形態１に係る流量制御弁の動作を示すグラフである。

【図23】本発明の実施の形態１に係る流量制御弁の動作を示すブロック図である。

【図24】本発明の実施の形態１に係る流量制御弁の動作を示すグラフである。

【図25】本発明の実施の形態１に係る流量制御弁の動作を示すブロック図である。

【図26】本発明の実施の形態１に係る流量制御弁の動作を示すグラフである。

【図27】本発明の実施の形態１に係る流量制御弁の動作を示すグラフである。

【図28】実験例１の結果を示すグラフである。

【図29】本発明の実施の形態１に係る温度制御装置を示す構成図である。

【図30】本発明の実施の形態１に係る温度制御装置を示すブロック図である。

【図31】実験例２の結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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。

【0013】

[実施の形態１]
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の実施の形態１に係る流量制御用二方弁の一例としての二方弁型モータバルブを示す正面図、右側面図及び底面図、図２は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図３（ａ）（ｂ）は同二方弁型モータバルブを示す要部の平面図及び一部破断の正面図である。

【0014】

二方弁型モータバルブ１は、回転型２方向弁として構成されている。二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。

【0015】

バルブ部２は、図１乃至図３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の底面には、流体を流通（流入）させる図示しない配管を接続するための流入口７と、円柱形状の空所からなる弁座８に連通した第１の弁口９がそれぞれ開口されている。第１の弁口９は、弁座８より直径が小さい断面円形状に形成されている。流入口７の内周は、例えば、その口径が直径約２４ｍｍのテーパー付き雌ネジであるＲｃ３／４に設定されている。

【0016】

バルブ本体６には、その一方の側面（図示例では、正面）に流体を流出させる図示しない配管を接続するための断面円形状の流出口１０と、円柱形状の空所からなる弁座８に連通した第２の弁口１１がそれぞれ開口されている。第２の弁口１１は、流出口１０に略内接する断面矩形（図示例では断面正方形）状に形成されている。第２の弁口１１は、円柱形状の空所からなる弁座８に貫通するように形成されている。弁座８の周面には、図４に示すように、投影形状が正方形状であって且つ円弧状に湾曲した形状に第２の弁口１１が開口されている。流出口１０の内周は、例えば、その口径が直径約２４ｍｍのテーパー付き雌ネジであるＲｃ３／４に設定されている。

【0017】

ここで、流体としては、水、腐食液、薬液などの液体や気体を挙げることができる。流体は、例えば、温度制御用に使用される相対的に温度が低い低温側流体や、相対的に温度が高い高温側流体などとして使用される。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〜＋８０℃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、＋８０℃程度においても気化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。

【0018】

バルブ本体６の中央には、図２及び図４に示すように、上記の如く縦方向に沿って円柱形状に形成された空所からなる弁座８を備えている。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ている。バルブ本体６に設けられる第１の弁口７及び第２の弁口１１は、円柱形状に形成された弁座８の中心軸（回転軸）Ｃに対して直交するよう配置されている。更に説明すると、第１の弁口７は、円柱形状に形成された弁座８の底部に中心軸Ｃに対して断面円形状に開口されている。一方、第２の弁口１１は、円柱形状に形成された弁座８の周面に中心軸Ｃに対して直交するように開口されている。

【0019】

また、第２の弁口１１は、図１（ａ）に示すように、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２の弁口１１は、その一辺の長さが流出口１０の直径より小さく設定されており、当該流出口１１に略内接する断面矩形状を成している。

【0020】

弁体の一例としての弁軸１２は、図５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１２は、大別して、弁体として機能する弁体部１３と、当該弁体部１３の下端に設けられて弁軸１２を回転自在に支持する軸支部１４と、弁体部１３の上部に設けられたシール部１５と、シール部１５の上部にテーパー部１６を介して設けられたカップリング部１７とを一体的に備えている。

【0021】

軸支部１４は、弁体部１３より外径が小さく設定された薄肉の円筒形状に形成されている。軸支部１４は、図２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（底部）にＰＴＦＥ等からなるベアリング１８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１８を支持する環状の支持部１９が内周へ向けて突出するよう設けられている。支持部１９の内周には、上述したように、第１の弁口９が断面円形状に開口されている。軸支部１４の内径は、ベアリング１８の内径より小さく設定に設定されており、流入口７から流入した流体は、下端面がテーパ状に形成された支持部１９を介して流動抵抗を殆ど生じることなく弁軸１２の内部に流入するよう構成されている。弁体部１３の上端面には、ＰＴＦＥ等からなるスラストワッシャー２０が装着されており、弁軸１２が後述するシール筐体２８に押圧されることで発生する負荷を低減させている。

【0022】

また、弁体部１３は、図２及び図５（ｂ）に示すように、第２の弁口１１の開口高Ｈ１（図３参照）より大幅に高さが低い開口高Ｈ２を有する半円筒形状の開口部２１が設けられた円筒形状に形成されている。弁体部１３の開口部２１が設けられた弁動作部２２は、図６に示すように、予め定められた中心角α（例えば、１８０度）を有する半円筒形状（円筒形状の部分のうち、開口部２１を除いた略半円筒形状）に形成されている。弁動作部２２は、図２に示すように、開口部２１の上下に位置する円筒形状の弁体部１３を含めて第２の弁口１１を閉状態から開状態或いは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。開口部２１は、第２の弁口１１に対して上下方向に沿った中央に位置している。弁動作部２２の上部に配置された弁軸部２３は、弁動作部２２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２２の内部には、円柱形状の空所２４が下端部に向けて貫通した状態で設けられている。また、空所２４の天井部には、弁軸１２のトルク測定（検査）を行うための２つの小孔２５，２６が中心線Ｃに対して対称に形成されている。

【0023】

第２の弁口１１は、図６に示すように、弁座８の内周面に対して所定の開口位置及び開口寸法となるように形成されている。これに対して、弁動作部２２の開口部２１は、例えば、１８０度の中心角αを成すように設定されている。弁動作部２２の開口部２１は、第２の弁口１１を全閉状態から全開状態に開閉自在なものであれば良く、開口部２１の中心角αを第２の弁口１１に対応して９０度に設定しても良い。また、弁動作部２２の開口部２１の開口高Ｈ２は、二方弁型モータバルブ１の流量係数（Ｃｖ）を決定する一つのパラメータであり、流量係数（Ｃｖ）を大きく設定するためには、例えば、第２の弁口１１と等しい高さＨ１に設定しても良い。

【0024】

また、弁動作部２２は、開口部２１の周方向（回転方向）に沿った両端面２１ａ，２１ｂがその中心軸Ｃと交差する（直交する）方向に沿った断面形状が平面形状に形成されている。開口部２１の両端面２１ａ，２１ｂは、弁軸１２の半径方向に沿って配置されている。なお、弁動作部２２は、開口部２１の周方向に沿った両端面２１ａ，２１ｂの回転軸Ｃと交差する断面形状が平面形状に限定されるものではなく、円弧形状等の曲面形状に形成しても良い。

【0025】

弁動作部２２の開口部２１の周方向に沿った両端部２１ａ，２１ｂは、図６に示すように、弁軸１２が回転駆動されて第２の弁口１１を開閉する際に、流体の流れの中において、第２の弁口１１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２の弁口１１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２２の開口部２１の周方向に沿った両端面２１ａ，２１ｂ（主として２１ａ）は、弁軸１２の回転角度に対する第２の弁口１１の開口面積をリニア（直線状）に変化させるものである。

【0026】

シール部４は、図２及び図４に示すように、弁軸１２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１２を挿通する挿通孔２７を有する円筒形状に形成されたシール筐体２８を有している。シール筐体２８は、バルブ本体６の上端面に設けられた円柱形状の凹部２９にシール剤を塗布した状態で挿入固定されるか、外周に設けられた図示しない雄ネジ部により凹部２９に螺着される等の手段によりバルブ本体６に密封された状態で装着される。シール筐体２８は、バルブ本体６との間がＥＰＤＭ製のＯリング３０により密封されている。シール筐体２８の内周面には、弁軸１２を密封する２つの環状のシール部材３１，３２が上下に配置されている。シール部材３１としては、例えば、耐熱性、耐油性、耐候性に優れた水素化されたアクリロニトリル・ブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）製のＸリングやＯリングが用いられる。また、シール部材３２としては、例えば、ＥＰＤＭ製のＯリングが用いられる。シール部材３２は、ブッシュ３３によりシール筐体２８に固定されている。シール筐体２８は、図３（ｂ）に示すように、後述するアダプタプレート３６の凹部に平行ピン３４により位置を合わせて装着されている。

【0027】

カップリング部５は、図２に示すように、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１２と当該弁軸１２を一体に回転させる回転軸３５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の間に配置されたアダプタプレート３６と、アダプタプレート３６の内部に貫通状態で形成された円柱形状の空間３７に収容され、弁軸１２と回転軸３５とを連結するカップリング部材３８とから構成されている。アダプタプレート３６は、図３（ａ）に示すように、ＡＬ合金やＳＵＳ等の金属により前面側（図中下側）が平面半円形且つ背面側（図中上側）が平面台形の厚板状に形成されている。アダプタプレート３６は、４本の六角孔付きボルト３９により弁本体６に固定した状態で取り付けられている。

【0028】

カップリング部材３８は、図２に示すように、ＳＵＳ等の金属により円筒形状に形成されたものである。弁軸１２の上端には、水平方向に沿って貫通するように凹溝４０（図４参照）が設けられている。そして、弁軸１２は、カップリング部材３８に中心軸Ｃと直交する方向に貫通するよう設けられた連結ピン４１により凹溝４０を介して当該カップリング部材３８に連結固定されている。一方、回転軸３５の下端部は、カップリング部材３８及び回転軸３５に貫通するように設けられた連結ピン４２により当該カップリング部材３８に連結固定されている。アダプタプレート３６は、シール部材３１，３２から液体が漏洩した際、挿通孔３７を通じて漏洩した液体を検知するための開口部４３を側面に有している。開口部４３は、例えば、その口径が直径約１０ｍｍのテーパー付き雌ネジであるＲｃ１／８に設定されている。

【0029】

なお、図１中、符号４４は電源及びアラーム側のケーブルを、４５はアナログ側のケーブルをそれぞれ示している。これら電源及びアラーム側のケーブル４４とアナログ側のケーブル４５は、二方弁型モータバルブ１を制御する後述する制御装置８４にそれぞれ接続される。

【0030】

アクチュエータ部３は、図２に示すように、上端面が全面にわたり開口した平面矩形の高さが相対的に低い箱体状に形成された筐体４６と、下端面が筐体４６と同一形状に開口した平面矩形の高さが相対的に高い箱体状に形成された蓋体４７とを備えている。アクチュエータ部３の筐体４６は、ＳＵＳ等の金属からなり、図３に示すように、２本の六角孔付きボルト４８によりカップリング部５のアダプタプレート３６に固定した状態で取り付けられている。アクチュエータ部３の筐体４６には、当該筐体４６の底壁５０に一体的に設けられた軸受部５１及び軸受部材５２を介して回転軸３５の下端部が回転自在に保持されている。回転軸３５は、アダプタプレート３６を介してバルブ本体６に筐体４６を取り付ける際に基準となる当該筐体４６の底面５４に対して直交するよう配置されている。

【0031】

アクチュエータ部３の筐体４６には、その上端の開口部に位置するように第１の取付用基板５３が設けられている。第１の取付用基板５３の表面は、基準面を構成している。なお、基準面は、第１の取付用基板５３の表面から構成せず、筐体４６の開口部の内周に設けられたフランジ部等から構成しても良い。第１の取付用基板５３は、筐体４６の底壁５０又は筐体４６の開口部に設けられた図示しないフランジ部に図示しないネジ止め等の手段で固定されている。また、第１の取付用基板５３は、筐体４６の外側の底面５４に平行に配置されている。第１の取付用基板５３には、回転軸３５が軸受部材５５を介して回転自在に支持されている。その結果、第１の取付用基板５３は、回転軸３５に対して直交するように配置されている。回転軸３５には、その軸方向に沿った中間位置に外径が僅かに大きく形成されたフランジ部５６が設けられている。フランジ部５６は、軸受部材５５の下端面に接触している。

【0032】

第１の取付用基板５３には、回転軸３５を回転駆動する駆動手段の一例としての駆動モータ５７が取り付けられている。駆動モータ５７としては、ステッピングモータを使用することが好ましい。また、筐体４６の底壁５０と第１の取付用基板５３との間には、駆動モータ５７の回転駆動力を減速するとともにトルクを増加させて回転軸３５に伝達する減速機５８が配設されている。減速機５８は、図７に示すように、駆動モータ５７の出力軸に固定された出力ギア５９と、出力ギア５９と噛み合う第１の減速ギア６０と、第１の減速ギア６０と同軸に設けられた第２の減速ギア６１と、第２の減速ギア６１と噛み合う直径の大きな第３の減速ギア６２と、第３の減速ギア６２と同軸に設けられた直径の小さな第４の減速ギア６３と、第４の減速ギア６３と噛み合う直径の大きな第５の減速ギア６４と、第５の減速ギア６４と同軸に設けられた直径の小さな第６の減速ギア６５と、第６の減速ギア６５と噛み合う直径の大きな第７の減速ギア６６と、第７の減速ギア６６と同軸に設けられた直径の小さな第８の減速ギア６７と、第８の従動ギア６７と噛み合う回転軸３５に取り付けられた駆動ギア６８から構成されている。減速機５８は、駆動モータ５７の回転に対し所定の減速比（約１／６００）に応じて回転軸３５を回転駆動する。第１乃至第８の減速ギア６０〜６７の回転軸は、軸受部材６９を介して筐体４６の底壁５０及び第１の取付用基板５３にそれぞれ回転自在に支持されている。なお、図７（ｂ）は、第１乃至第８の減速ギア６０〜６７の噛み合せを駆動力の伝達方向であるアルファベットａ〜ｄの順に従い展開して図示したものである。

【0033】

第１の取付用基板５３の上部には、図２に示すように、支柱部材の一例としての一対の支柱ブロック７１，７２を介して第２の取付用基板７３が第１の取付用基板５３と平行に設けられている。第２の取付用基板７３には、回転軸３５の回転角を検出する角度検出手段の一例としての角度センサ７４が取り付けられている。角度センサ７４は、図８（ａ）に示すように、その中央に回転軸３５の上端部が直接接続される平面円形状の作動部７５を備えている。角度センサ７４の作動部７５には、Ｄカット面や２面取り等が設けられた回転軸３５の上端部を挿入することで直接接続されるように構成されている。なお、角度センサ７４としては、非接触式のものであっても良い。本実施の形態における直接接続との文言は、回転軸３５の上端部が角度センサ７４の作動部７５に非接触状態で挿入される場合をも含むものである（角度センサが変形する虞を有するため、回転軸３５の上端部は通常接触させない）。角度センサ７４は、３つの端子＃１，＃２，＃３を有しており、第１及び第３の端子＃１，＃３間に所定の電圧を印加することにより、図８（ｂ）に示すように、第２の端子＃２から出力される出力電圧が回転軸３５の回転角に応じてリニア（直線状）に変化することにより、回転軸３５の回転角θを検出する。

【0034】

角度センサ７４は、図８（ａ）に示すように、その基準となる取付面７６が第２の基板７３の表面に接触するように取付孔７７を介してネジ止め等の手段により第２の基板７３に固定されている。角度センサ７４としては、その検出精度が例えば１０〜６０分（０．１〜０．６°）程度のものが使用されるが、これに限定されるものではない。角度センサ７４としては、種々の方式のものが使用可能である。

【0035】

一対の支柱ブロック７１，７２は、図９に示すように、ＳＵＳ等の金属からなり、同一の高さＨ３を有し且つ上端面７１ａ，７２ａと下端面７１ｂ，７２ｂが平行に形成された直方体状の部材からなる。一対の支柱ブロック７１，７２の上端面７１ａ，７２ａ及び下端面７１ｂ，７２ｂと第１及び第２の取付用基板５３，７３には、図１０に示すように、回転軸３５と平行となるように、当該回転軸３５から等しい距離だけ離れた位置に位置決めピン７８，７９を挿入する挿入孔７１ｃ，７２ｃ，７１ｄ，７２ｄ及び８０，８１がそれぞれ開口されている。そして、第１及び第２の取付用基板５３，７３は、挿入孔７１ｃ，７２ｃ，７１ｄ，７２ｄ及び８０，８１にそれぞれ挿入される位置決めピン７８，７９によって位置決めされることで互いに平行に配置される。また、一対の支柱ブロック７１，７２は、当該支柱ブロック７１，７２に埋設された長尺な第１の取付ネジ８２によって第１の取付用基板５３に固定されている。また、一対の支柱ブロック７１，７２は、当該支柱ブロック７１，７２に挿通された長尺な第２の取付ネジ８３によって第１の取付用基板５３及び第２の取付用基板７３の双方に固定されている。

【0036】

さらに、第２の取付用基板７３の上部には、図２に示すように、二方弁型モータバルブ１を制御する制御基板８４が設けられている。制御基板８４は、第２の取付用基板７３にネジ８５，８６等により立設された複数本の支持パイプ８７，８８等を介して取り付けられている。

【0037】

図１１は制御基板を示すブロック図である。

【0038】

制御基板８４は、図１１に示すように、角度センサ７４からの検出信号が入力される角度センサ入力部８９と、駆動モータ５７を駆動するモータ出力部９０と、二方弁型モータバルブ１を使用するユーザが操作する外部装置９１の電源９２から所要の電力が供給される電源入力部９３と、外部装置９１の調節計９４から基準電流等が入力される調節計入力部９５と、二方弁型モータバルブ１の開度に応じた開度出力電流を出力する開度出力部９６と、二方弁型モータバルブ１が正常な状態か否かを示す信号を出力するオープンコレクタ出力部９７を備えている。また、角度センサ入力部８９は、角度センサ７４から出力される出力電圧をデジタル信号に変化する図示しないＡ／Ｄ変換器を有している。

【0039】

また、制御基板８４は、図１２に示すように、外部装置９１の調節計９４からの指示に基づいて後述するように、設定モード及び動作モードを実行する制御手段としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１と、ＣＰＵ１０１で実行する設定モード及び動作モードのプログラムを予め記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）１０２と、ＣＰＵ１０１で実行されたパラメータ等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）１０３と、これらＣＰＵ１０１やＲＯＭ１０２等を接続するバス１０４と、ＣＰＵ１０１と角度センサ入力部８９、モータ出力部９０、調整計入力部９５、開度出力部９６及びオープンコレクタ出力部９７とを図示しない切替回路などを介して接続するインタフェース部１０５などを備えている。なお、ＣＰＵ１０１は、図示しないコントローラにより制御される。

【0040】

＜二方弁型モータバルブの動作＞
本実施の形態に係る二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。

【0041】

二方弁型モータバルブ１は、図６（ａ）に示すように、組立時、バルブ部２の第２の弁口１１の開口面積が可能な限り最小となるよう機械的に調整する操作が行われる。具体的には、二方弁型モータバルブ１に外部装置９１の電源９２から電源入力部９３を介して電力を供給する以前に、図２に示すように、バルブ部２の弁軸１２が第２の弁口１１を閉塞した全閉位置に位置するように調整される。この操作は、図２に示すように、連結ピン４１の位置を治具によって固定し、その状態でバルブ部２を組み合わせることで弁軸１２が第２の弁口１１を閉塞した位置となるように調整することで実行される。このとき、弁軸１２の全閉位置は、図６（ｃ）に示すように、流体の流量が最小となる位置であるとともに、弁軸１２が所定方向（開方向）に回転を開始したときに流体の流量が増加する開始点となる位置であり、精度良く位置合わせされる必要がある。

【0042】

次に、二方弁型モータバルブ１では、図１３に示すように、設定モードが実行されて各種の値がＲＡＭ１０３に記憶された後、当該流量制御用モータバルブ１により流体の流量を制御する実動作モードが実行される。設定モードは、角度センサ５０のｍｉｎ／ｍａｘ設定と、調節計９４のｍｉｎ／ｍａｘ設定と、Ｄ／Ａ出力のｍｉｎ／ｍａｘ設定とからなる。また、実動作モードは、クローズループ制御又はオープンループ制御のいずれかからなる。

【0043】

角度センサ７４のｍｉｎ／ｍａｘ設定は、図１４に示すように、ＣＰＵ１０１が制御基板８４の電源投入直後における角度センサ７４の出力電圧の値を角度センサ入力部８９を介して読み出し、読み出した角度センサ７４の原点位置である出力電圧値（デジタル値）をＲＡＭ１０３に記憶する（ステップ１０１）。次に、ＣＰＵ１０１は、モータ出力部９０から駆動モータ５７に対して所定数の駆動パルスを出力し、減速機５８を介して回転軸３５を回転駆動させる。その後、ＣＰＵ１０１は、回転後の角度センサ７４の出力電圧値を読み出し、読み出した出力電圧値をＲＡＭ１０３に全開位置の値として記憶し（ステップ１０３）、当該角度センサのｍｉｎ／ｍａｘ設定動作を終了する。

【0044】

このように、二方弁型モータバルブ１では、角度センサ７４のｍｉｎ／ｍａｘ設定動作を実行することにより、図１５に示すように、駆動モータ５７に対する出力パルスがゼロのとき弁軸１２が全閉位置（原点位置）に位置し、原点位置における角度センサ７４の出力値が記憶されるとともに、駆動モータ５７に対する出力パルスが固定された所定数（最大値）のとき弁軸１２が全開位置に位置し、全開位置における角度センサ７４の出力値が記憶されることで校正される。そのため、二方弁型モータバルブ１の弁軸１２の位置や角度センサ７４の取付位置などに誤差が存在する場合であっても、図８（ｂ）に示すように、駆動モータ５７に対する出力パルスがゼロのときの角度センサ７４の出力値と、駆動モータ５７に対する出力パルスが最大値のときの角度センサ７４の出力値とが、常に一対一に対応し、弁軸１２に一体的に取り付けられた回転軸３５の回転角が精度良く検出可能となる。

【0045】

調節計９４のｍｉｎ／ｍａｘ設定は、図１６に示すように、外部装置９１の調節計９４から調節計入力部９５を介して予め定められた最小値の入力電流を制御基板８４に入力し、ＣＰＵ１０１は、当該電流値をＲＡＭ１０３に記憶する（ステップ２０１）。次に、外部装置７７の調節計９４から調節計入力部９５を介して予め定められた最大値の入力電流を制御基板８４に入力し、ＣＰＵ１０１は、当該電流値をＲＡＭ１０３に記憶する（ステップ２０２）。この調節計９４のｍｉｎ／ｍａｘ設定は、図１７に示すように、外部装置９１の調節計９４から入力する入力電流を弁軸１２の全閉位置と全開位置に一致させるための動作である。即ち、外部装置９１の調節計９４から入力する入力電流が最小値のとき弁軸１２が全閉位置となり、外部装置９１の調節計９４から入力する入力電流が最大値のとき弁軸１２が全開位置となるように校正される。

【0046】

Ｄ／Ａ出力のｍｉｎ／ｍａｘ設定は、図１８及び図１９に示すように、制御基板８４の開度出力部９６からの出力電流を調整計入力部９５に直接入力し、制御基板８４の開度出力部９６からの出力電流が調整計入力部９５に設定された入力電流と等しくなるように設定するものである。制御基板８４の開度出力部９６は、角度センサ入力部８９に入力する角度センサ７４からの出力電圧に応じて、弁軸１２の開度（回転角）に応じた出力電流を外部装置９１に出力し、外部装置９１においてフィードバック制御などを実行する際に使用される。

【0047】

ＣＰＵ１０１は、図１８に示すように、開度出力部９６からの所定の出力電流を出力し（ステップ３０１）、開度出力部９６からの調整計入力部９５に入力される出力電流が予め設定された最小値及び最大値にそれぞれ等しいか否かを判定し（ステップ３０２）、開度出力部９６からの出力電流と調整計入力部９５に入力されＲＯＭ１０３に記憶された最小値及び最大値との差が許容範囲以内となるまで、開度出力部９６からの出力電流を調整する動作を繰り返し、両者が等しくなった（誤差が許容範囲以内となった）時点で当該Ｄ／Ａ出力のｍｉｎ／ｍａｘ設定動作を終了する。このＤ／Ａ出力のｍｉｎ／ｍａｘ設定は、上述した調節計９４のｍｉｎ／ｍａｘ設定と併せることで、外部装置９１の調節計９４から入力する入力電流と、当該入力電流に応じて駆動モータ５７を駆動した場合における角度センサ７４からの出力電圧に対応した開度出力部９６からの所定の出力電流とを常に一対一に精度良く対応させることが可能となる。

【0048】

その後、二方弁型モータバルブ１では、図１３に示すように、実動作モードが実行される。実動作モードは、オープンループ制御又はクローズループ制御のいずれかが実行される。

【0049】

二方弁型モータバルブ１は、オープンループ制御又はクローズループ制御のいずれにおいても、図２０に示すように、ステッピングモータ５７により減速機５８及びカップリング部５を介して弁軸１２を駆動するとともに、回転軸３５の回転角が角度センサ７４により検出される。また、二方弁型モータバルブ１は、図２１に示すように、調節計９４からの信号を制御基板８４が受け（ステップ４０１）、制御基板８４からモータ出力部９０を介して駆動モータ５７に駆動パルス信号を出力する（ステップ４０２）。これに伴って、駆動モータ５７が回転し、減速機５８に駆動力が伝達され（ステップ４０３）、角度センサ７４の回転軸３５と弁軸１２が回転する（ステップ４０４）。

【0050】

その後、二方弁型モータバルブ１では、弁軸１２の回転に伴って開口部である第２の弁口１１の開口面積が変化し（ステップ４０５）、図２２（ａ）に示すように、調節計９４から出力される出力電流を調節することにより第２の弁口１１の開口面積に応じて流量係数Ｃｖ値が変化する（ステップ４０６）。このとき、調節計９４から出力される出力電流が最小値である場合、流量係数Ｃｖ値がゼロとなることが理想であるが、流量係数Ｃｖ値が完全にゼロとならずに約５％程度の値に留まることがある。このように、流量係数Ｃｖ値の最小値が約５％程度の値に止まる場合であっても許容される。

【0051】

また、二方弁型モータバルブ１では、図２１に示すように、角度センサ７４の回転軸３５の回転角に伴って角度センサ７４の出力電圧が変化し（ステップ４０７）、図２２（ｂ）に示すように、制御基板８４の開度出力部９６から出力される出力電流の値が変化する（ステップ４０８）。

【0052】

実動作モードをオープンループ制御で実行する場合には、図２３に示すように、流量制御用モータバルブ１に外部装置９１の調節計９４から流量を制御するため出力電流が入力される。外部装置９１の調節計９４から入力された電流に基づいて制御基板８４から駆動モータ５７に駆動パルスが出力され、図２４（ａ）（ｂ）に示すように、入力電流に応じたモータパルス数の位置に弁軸１２が回動し、調節計９４からの入力電流に応じた流量係数Ｃｖ値に制御される。また、二方弁型モータバルブ１は、弁軸１２の位置での角度センサ７４の電圧に応じて、開度出力部９６より出力電流が出力される。

【0053】

その際、二方弁型モータバルブ１が未調整状態の場合には、外部装置９１の調節計９４から出力される出力電流と、制御基板８４の調節計入力部９５に入力されて当該制御基板８４で検出される入力電流との間にずれが存在すると、外部装置９１の調節計９４から例えば弁軸１２の全閉位置に相当する電流を出力しても、制御基板８４の調節計入力部９５で検出される入力電流が弁軸１２の全閉位置に相当する電流と等しくならない場合が生じる。

【0054】

これに対して、本実施の形態では、図１７に示すように、外部装置９１の調節計９４から出力される最小値の出力電流及び最大値の出力電流が制御基板８４のＲＯＭ１０３に予め記憶されている。そのため、外部装置９１の調節計９４から最小値の出力電流を出力することにより、制御基板８４は、弁軸１２の全閉位置であることを検出し、駆動モータ５７に出力する駆動パルスをゼロの位置に設定する。また、外部装置９１の調整計９４から最大値の出力電流を出力することにより、制御基板８４は、弁軸１２の全開位置であることを検出し、駆動モータ５７に出力する駆動パルスを最大値の位置に設定する。さらに、外部装置９１の調節計９４から所定の出力電流を出力することにより、制御基板８４は、図２４（ａ）に示すように、当該所定の出力電流に応じた数の駆動パルスを駆動モータ５７に出力する。

【0055】

したがって、本実施の形態に係る二方弁型モータバルブ１では、オープンループ制御で動作される場合、図２４（ｂ）に示すように、外部装置９１の調整計９４から出力される出力電流に応じた位置に弁軸１２を回転させることができ、当該弁軸１２の回転角に応じて決定される流量係数Ｃｖ値に基づいて流体の流量が制御される。

【0056】

このとき、オープンループ制御においては、図２４（ａ）に示すように、調節計９４の出力電流に応じて駆動モータ５７に出力される駆動パルスが直線状に制御され、駆動モータ５７によって減速機５８を介して回転軸３５が安定して駆動される。また、オープンループ制御においては、図２４（ｂ）に示すように、角度センサ７４の出力が駆動モータ５７の駆動にフィードバックされないため、弁軸１２の開放位置への駆動と、開閉位置から閉塞位置への駆動で流量係数Ｃｖ値が異なるというヒステリシス現象が現れる。

【0057】

＜クローズループ制御＞
本実施の形態に係る二方弁型モータバルブ１では、実動作モードをクローズループ制御で実行する場合、図２５に示すように、調節計９４から入力電流が制御基板８４の調節計入力部９５に入力される。

【0058】

そして、制御基板８４のＣＰＵ１０１は、調節計９４からＲＡＭ１０３に記憶させた入力電流の最小値及び最大値のデジタル値と、角度センサ７４からＲＡＭ１０３に記憶させた原点位置の出力電圧及び全開位置の出力電圧のデジタル値に基づいてリニアな補正式を作成し、図２６に示すように、調節計９４からの入力電流に応じて角度センサ７４の出力電圧が不感帯内に収まるように駆動モータ５７を回動させる。ここで、不感帯とは、出力値の変化として感知できる変化を、まったく生じることのない入力変化の有限範囲をいう。

【0059】

このように、クローズループ制御においては、駆動モータ５７の駆動に起因した回転軸３５の回転角を角度センサ７４によって検出し、当該角度センサ７４の出力電圧をフィードバックさせて駆動モータ５７の駆動量を制御することができるため、弁軸１２の回転角を精度良く調整することが可能となる。

【0060】

また、本実施の形態に係る二方弁型モータバルブ１では、図２７に示すように、駆動モータ５７の駆動を開始する際に出力する単位時間当たりの駆動パルスを減少させて低速で駆動するように構成されている。その後、駆動モータ５７の駆動を開始した後は、通常の速度で単位時間当たりの駆動パルスが出力される。同様に、本実施の形態に係る二方弁型モータバルブ１では、駆動モータ５７の駆動を停止する際に出力する単位時間当たりの駆動パルスを減少させて低速で駆動するように構成されている。

【0061】

このように構成することにより、原点位置直前では、単位時間当たり出力する駆動パルスの数を再び減少させることにより低速で動作が行われることにより、原点位置で弁軸１２を停止させるにあたって、調整計９４からの入力電流に応じた駆動パルスを駆動モータ５７に出力し、駆動モータ５７によって弁軸１２を回動させるとともに、当該弁軸１２の位置に応じて角度センサ７４からの出力電圧をフィードバックさせる際に、角度センサ７４からの出力電圧に基づいて駆動モータ５７が過剰に回動するオーバーシュートと、過剰に回動した駆動モータ５７を逆方向に回動させるアンダーシュートが繰り返されてハンチングが発生するのを抑制することが可能となる。

【0062】

このように、上記実施の形態１に係る二方弁型モータバルブ１では、弁軸１２の回転角度を精度良く制御することが可能となる。

【0063】

二方弁型モータバルブ１は、図６（ｃ）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１２の弁動作部２３が第１の弁口１１を閉塞（全閉）した状態とされる。

【0064】

二方弁型モータバルブ１は、図２に示すように、アクチュエータ部３に設けられたステッピングモータ５７を所定量だけ回転駆動させると、ステッピングモータ５７の回転量に応じて回転軸３５が回転駆動される。二方弁型モータバルブ１は、回転軸３５が回転駆動されると、当該回転軸３５に連結固定された弁軸１２が回転軸３５の回転量（回転角）と同一の角度だけ回転する。弁軸１２の回転に伴って弁動作部２３が弁座８の内部において回転し、図６に示すように、弁動作部２３の周方向に沿った一端部２１ａが第２の弁口１１を徐々に開放して、第１の流入口７を介して流入する流体が第１の弁口９より弁座８の内部に流入する。

【0065】

二方弁型モータバルブ１に流入した流体は、弁軸１２の回転角に応じて第２の弁口１１を介して流出口１０から外部に供給される。

【0066】

二方弁型モータバルブ１は、弁動作部２３の周方向に沿った両端部２１ａ，２１ｂが平面状に形成されており、弁軸１２の回転角度に対して第２の弁口１１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。

【0067】

実験例１
本発明者らは、図１乃至図３に示すような弁軸１２を備えた二方弁型モータバルブ１を試作し、弁軸１２の回転に伴う第２の弁口１１の開度に応じて、流体の流量係数Ｃｖ値がどのように変化するかを確認する実験を行った。

【0068】

図２８（ａ）（ｂ）は上記実験例の結果をそれぞれ示すグラフである。図２８（ａ）は外部機器９１から出力される出力電流値を示し、同図（ｂ）は二方弁型モータバルブ１の流量係数Ｃｖ値を示している。

【0069】

その結果、図２８（ａ）（ｂ）に示すグラフから明らかなように、弁軸１２の回転角に伴って流体が略直線状に流量係数を示すＣｖ値が増加するとともに減少し、流体の流量を精度良く制御できることが判った。尚、図２８のグラフでは、二方弁型モータバルブ１を全閉状態から全開状態に変化させた場合と、全開状態から全閉状態に変化させた場合の双方を示している。

【0070】

[実施例１]
図２９は本発明の実施の形態１に係る流量制御用二方弁を適用した温度制御装置の一例としての恒温維持装置（チラー装置）を示す概念図である。

【0071】

このチラー装置２００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。

【0072】

チラー装置２００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２０１を備える。温度制御部２０１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２０２を内部に有している。

【0073】

温度制御部２０１の温度制御用流路２０２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側流体を貯蔵した低温側恒温槽２０３と、予め定められた高温側の設定温度に調整された高温側流体を貯蔵した高温側恒温槽２０４が接続されている。低温側恒温槽２０３から供給される低温側流体と、高温側恒温槽２０４から供給される高温側流体は、混合部２０５で混合された後、温度制御部２０１の温度制御用流路２０２へと送られる。低温側恒温槽２０３から供給される低温側流体は、流量制御用二方弁の一例としての第１の二方弁型モータバルブ２０７を介して混合部２０５へ送られる。また、高温側恒温槽２０４から供給される高温側流体は、流量制御用二方弁の一例としての第２の二方弁型モータバルブ２０８を介して混合部２０５へ送られる。温度制御部２０１の温度制御用流路２０２を流通した温度制御用流体は、ポンプ２０６により低温側恒温槽２０３及び高温側恒温槽２０４へと循環される。なお、低温側恒温槽２０３及び高温側恒温槽２０４は、必ずしも低温側流体及び高温側流体を貯蔵している必要はなく、流体を所要の温度に調整して供給可能なものであれば良い。この場合、低温側恒温槽２０３及び高温側恒温槽２０４は、低温側流体及び高温側流体が流れる凝縮器や蒸発器などから構成することができる。

【0074】

温度制御部２０１の温度制御用流路２０２には、その流入側及び流出側に第１及び第２の温度センサＴ１，Ｔ２がそれぞれ設けられている。また、第１の二方弁型モータバルブ２０７の下流側には、低温側流体の流量を計測する第１の流量計２０９と、低温側流体の温度を計測する第３の温度センサＴ３とが配置されている。一方、第２の二方弁型モータバルブ２０８の下流側には、高温側流体の流量を計測する第２の流量計２１０と、高温側流体の温度を計測する第４の温度センサＴ４とが配置されている。さらに、混合部２０６の下流側には、温度制御用流体の流量を計測する第３の流量計２１１が配置されている。第１及び第２の温度センサＴ１，Ｔ２、第１及び第２の流量計２０９，２１０及び第３及び第４の温度センサＴ３，Ｔ４は、コントローラ２１２に接続されている。コントローラ２１２は、第１の二方弁型モータバルブ２０７及び第２の二方弁型モータバルブ２０８を制御する。

【0075】

図３０はコントローラの制御系を示すブロック図である。

【0076】

コントローラ２１２は、温度制御対象Ｗの発熱量Ｑ及び第３の流量計２１１によって計測される温度制御用流体の流量、更には第１及び第２の温度センサＴ１，Ｔ２の計測値、温度制御対象Ｗの加重平均温度目標値に基いて、第１及び第２の二方弁型モータバルブ２０７，２０８の開度を調節し、温度制御対象Ｗの温度変化を所定の関係式に基いて予測して低温側流体及び高温側流体の流量をＦＦ（feed forward）制御する。なお、温度制御対象Ｗの発熱量Ｑは、温度制御対象Ｗを加工する際の電力等によって数値化される。

【0077】

また、コントローラ２１２は、図３０に示すように、第３の流量計２１１によって計測される温度制御用流体の流量に基いて、ＰＩコントローラによってＰＩ演算等を行うことにより第１及び第２の二方弁型モータバルブ２０７，２０８の開度を調節し、低温側流体及び高温側流体の流量をＦＢ（feed back）制御する。さらに、コントローラ２１２は、第１及び第２の温度センサＴ１，Ｔ２の計測値に基いて、ＰＩコントローラによってＰＩ演算等を行うことにより第１及び第２の二方弁型モータバルブ２０７，２０８の開度を調節し、低温側流体及び高温側流体が混合された温度制御用流体の温度をＦＢ（feed back）制御する。

【0078】

第１及び第２の二方弁型モータバルブ２０７，２０８は、コントローラ２１２から出力される制御信号に基いてステッピングモータ５７により弁軸１２を回転駆動することにより、低温側恒温槽２０３から供給される低温側流体と、高温側恒温槽２０４から供給される高温側流体との流量を各々制御し、混合部２０６を介して温度制御部２０１の温度制御用流路２０２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。

【0079】

このとき、第１及び第２の二方弁型モータバルブ２０７，２０８は、図２８に示すように、弁軸１２の回転角に応じて低温側流体と高温側流体の流量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二方弁型モータバルブ２０７，２０８を使用したチラー装置２００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２０１の温度制御用流路２０２に流すことにより、温度制御部２０１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。

【0080】

実験例２
本発明者らは、図２９に示すようなチラー装置２００を試作し、温度制御部２０１の温度制御用流路２０２に流れる流体の温度及び流量がどのように変化するかを確認する実験を行った。

【0081】

図３１は上記実験例２の結果を示すグラフである。

【0082】

図３１から明らかなように、本実施例に係るチラー装置２００によれば、温度制御対象Ｗの発熱量Ｑが変化した場合であっても、温度制御部２０１の温度制御用流路２０２に流れる流体の温度及び流量を設定値に略等しく制御することができることが判る。

【0083】

なお、前記実施の形態では、第１の弁口を流入側、第２の弁口を流出側とした場合について説明したが、第２の弁口を流入側、第１の弁口を流出側として構成しても良い。但し、第１の弁口を流入側として構成した場合には、流体の圧力が弁軸１２に均等に作用するため、弁軸１２の動作上望ましい。

【符号の説明】

【0084】

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…流入口
８…弁座
９…第１の弁口
１０…流出口
１１…第２の弁口
１２…弁軸

【要約】

【課題】流出部に整合して流路を開く連通孔を弁体に単に開設してなる切換弁に比較して、流体の流量を直線状に精度良く制御することが可能な流量制御用二方弁及びこれを用いた温度制御装置を提供する。
【解決手段】円柱形状の空所からなる弁座８を有し、弁座８の軸方向に沿った一端部に流体が流通する第１の弁口９と弁座８の周面に流体が流通する断面矩形状の第２の弁口１１が形成された弁本体６と、弁本体６の弁座８内に回転自在に配置され、第２の弁口１１の開口面積を直線状に変化させるよう予め定められた中心角αを有する円筒形状の一部を成す形状に形成された弁体１２と、弁体１２を回転駆動する駆動手段３と、を備える。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】