特開 2024-172235 流体制御弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024172235

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】流体制御弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 1/32 20060101AFI20241205BHJP

【ＦＩ】

F16K1/32 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023089815

(22)【出願日】2023-05-31

(71)【出願人】

【識別番号】000106760

【氏名又は名称】ＣＫＤ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】今枝 博秀

【テーマコード（参考）】

3H052

【Ｆターム（参考）】

3H052AA01

3H052BA02

3H052CA33

3H052CD02

(57)【要約】

【課題】弁体の環状弁座に対する片当たりが発生することを防止可能な流体制御弁を提供すること。
【解決手段】金属製の環状弁座３１７と、環状弁座３１７に対して当接離間をする樹脂製の弁体３４と、弁体３４の環状弁座３１７とは反対側で当接離間の方向に沿って延在し、かつ、弁体３４を保持する駆動ロッド２４と、駆動ロッド２４を当接離間の方向に沿って駆動することで、当接離間を行うための駆動部２と、を備える流体制御弁１において、弁体３４は、環状弁座３１７に当接する当接面３４１の反対側の端面が、駆動ロッド２４の側に膨出する凸球面３４２であること、駆動ロッド２４は、凸球面３４２に対向して、凸球面３４２とはめ合い可能であるとともに駆動ロッド２４の軸心上に中心Ｃ１１を有する凹球面３３３を備えること、弁体３４を、当接離間の方向および当接離間の方向に対して垂直な方向に遊びをもって保持していること。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属製の環状弁座と、
前記環状弁座に対して当接離間をする樹脂製の弁体と、
前記弁体の前記環状弁座とは反対側で前記当接離間の方向に沿って延在し、かつ、前記弁体を保持する駆動ロッドと、
前記駆動ロッドを前記当接離間の方向に沿って駆動することで、前記当接離間を行うための駆動部と、
を備える流体制御弁において、
前記弁体は、
前記環状弁座に当接する当接面の反対側の端面が、前記駆動ロッドの側に膨出する凸球面であること、
前記駆動ロッドは、
前記凸球面に対向して、前記凸球面とはめ合い可能であるとともに前記駆動ロッドの軸心上に中心を有する凹球面を備えること、
前記弁体を、前記当接離間の方向および前記当接離間の方向に対して垂直な方向に遊びをもって保持していること、
を特徴とする流体制御弁。

【請求項2】

請求項１に記載の流体制御弁において、
前記凸球面と前記凹球面は、半径が略同一であること、
を特徴とする流体制御弁。

【請求項3】

請求項１または２に記載の流体制御弁において、
前記当接面上に、前記凸球面の中心が位置すること、
を特徴とする流体制御弁。

【請求項4】

請求項１または２に記載の流体制御弁において、
前記当接面は、前記当接離間の方向に垂直な平面であること、
前記環状弁座の、前記当接面に当接する第２当接面は、前記当接面と平行な平面であること、
を特徴とする流体制御弁。

【請求項5】

請求項１または２に記載の流体制御弁において、
前記凸球面と前記凹球面とは、前記環状弁座の前記当接面に当接する第２当接面の直径よりも広い範囲で対向していること、
を特徴とする流体制御弁。

【請求項6】

請求項１または２に記載の流体制御弁において、
前記駆動ロッドは 前記当接離間の方向において、前記駆動部から延伸する第１ロッドと、前記弁体の側の第２ロッドと、に分割されていること、
前記第２ロッドの前記第１ロッド側の端部は、第１ロッドに対して連結されない自由端であること、
を特徴とする流体制御弁。

【請求項7】

請求項１または２に記載の流体制御弁において、
前記駆動ロッドの当接離間の方向に沿った駆動をガイドする摺動部材を備えること、
前記摺動部材は、前記駆動部の外部に位置すること、
を特徴とする流体制御弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体制御弁に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、自動車用アンチロックブレーキシステムや、油圧機器の気密性検査には、高圧エア（５ＭＰａ以上）が用いられており、この高圧エアの制御を行うために、高圧エアの供給管路上に設けられた流体制御弁が用いられている。流体制御弁としては、例えば、図４に示すシリンダバルブ５０や、特許文献１に開示されるシリンダバルブが知られている。

【0003】

図４に示すシリンダバルブ５０は、駆動部５１と弁部５２とが、後述する弁体６５と環状弁座６４との当接離間が行われる方向（上下方向）に沿って、積み重なって構成されている。

【0004】

駆動部５１は、操作エアの供給を受けて動作するエアシリンダであり、内部空間にピストン５３が装填されている。ピストン５３は、内部空間を、離間方向の側の第１室５４と、当接方向の側の第２室５５と、に区画している。第１室５４には、ピストン５３を当接方向に付勢する圧縮コイルばね５７が収納されている。第２室５５には、供給ポート５８から、後述する駆動ロッド５６に設けられた通気路５９を介して、操作エアを供給可能となっている。操作エアが供給されることにより、第２室５５の圧力が高くなると、圧縮コイルばね５７の付勢力に抗して、ピストン５３が離間方向に摺動される。

【0005】

ピストンには、弁部５２側に延伸する駆動ロッド５６が連結されている。よって、駆動ロッド５６は、ピストン５３の当接離間方向の摺動に伴い、当接離間方向に駆動される。駆動ロッド５６は、すべり軸受け６０により、当接離間方向の駆動がガイドされている。

【0006】

弁部５２は、制御流体をシリンダバルブ５０に流入するための入力ポート６１と、制御流体をシリンダバルブ５０から出力するための出力ポート６２と、入力ポート６１と出力ポート６２とを連通する弁室６３と、を備えている。また、弁室の底面には環状弁座６４が設けられている。

【0007】

弁室６３内には、環状弁座６４に対して当接離間をする弁体６５が収納されている。弁体６５は、樹脂製（例えばポリイミド）であり、駆動ロッド５６の弁部５２側の先端に固定されている。また、弁体６５は先細り形状となっており、環状弁座６４に当接する面は傾斜面である。駆動部５１が駆動ロッド５６を当接離間の方向に沿って駆動することで、弁体６５と環状弁座６４の当接離間が行われ、流体の制御が行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開平９－１４４９０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

駆動ロッド５６が当接離間方向に駆動されるとき、駆動ロッド５６の軸心は、当接離間の方向に平行であることが望ましい。しかし、製造誤差や、弁室６３に流入する制御流体が弁体６５に圧力を与えることにより、駆動ロッド５６の軸心がぶれて駆動ロッド５６が当接離間方向に対して傾斜することがある。

【0010】

駆動ロッド５６が、当接方向に駆動されるときに、上記のように傾斜したとすると、弁体６５は、環状弁座６４の全周に当接せず、一部が当接する状態になるおそれがある（全周で当接せず、一部が当接する状態のことを、片当たりと言う）。片当たりが生じる状態では、弁閉時でも、入力ポート６１から入力された流体が弁室６３に漏れ（内部漏れ）が発生する。また、弁体６５が先細り形状であるために、弁体６５が環状弁座６４と当接したときに、面同士の接触とならず、線接触になりやすい。線接触では、弁体６５が環状弁座６４に当接する際に荷重が集中するため、弁体６５が塑性変形しやすい。弁体６５が塑性変形すると、弁体６５と環状弁座６４との接触面積が変化するため、弁閉時のシール性が不安定になるおそれがある。このため、特許文献１に開示される流体制御弁のように、当接離間方向に垂直な当接面を備える弁体により、環状弁座と面接触させることが考えられるが、単に面接触としただけでは、片当たりが発生したとき、片当たり状態から環状弁座の全周を弁体に接触させるために、より強い力で弁体を環状弁座に押し付けなければ内部漏れを防ぐことができない。これは、駆動部の負荷が大きくなるため好ましくない。

【0011】

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、弁体の環状弁座に対する片当たりが発生することを防止可能な流体制御弁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】

【0012】

上記課題を解決するために、本発明の一態様における流体制御弁は、次のような構成を有している。

【0013】

（１）金属製の環状弁座と、前記環状弁座に対して当接離間をする樹脂製の弁体と、前記弁体の前記環状弁座とは反対側で前記当接離間の方向に沿って延在し、かつ、前記弁体を保持する駆動ロッドと、前記駆動ロッドを前記当接離間の方向に沿って駆動することで、前記当接離間を行うための駆動部と、を備える流体制御弁において、前記弁体は、前記環状弁座に当接する当接面の反対側の端面が、前記駆動ロッドの側に膨出する凸球面であること、前記駆動ロッドは、前記凸球面に対向して、前記凸球面とはめ合い可能であるとともに前記駆動ロッドの軸心上に中心を有する凹球面を備えること、前記弁体を、前記当接離間の方向および前記当接離間の方向に対して垂直な方向に遊びをもって保持していること、を特徴とする。

【0014】

（１）に記載の流体制御弁によれば、前記弁体は、前記環状弁座に当接する当接面の反対側の端面が、前記駆動ロッドの側に膨出する凸球面であること、前記駆動ロッドは、前記凸球面に対向して、前記凸球面とはめ合い可能であるとともに前記駆動ロッドの軸心上に中心を有する凹球面を備えること、前記弁体を、前記当接離間の方向および前記当接離間の方向に対して垂直な方向に遊びをもって保持していること、を特徴とするため、弁体の凸球面が駆動ロッドの凹球面が接触した状態で、凸球面が凹球面に沿って摺動することができる。つまり、弁体が駆動ロッドの軸心に対して傾斜することができる。

【0015】

弁体を環状弁座に当接させようと駆動部が駆動ロッドを駆動したときに、駆動ロッドの軸心がぶれ、駆動ロッドが当接離間方向に対して傾いたとすると、弁体は、まず環状弁座の全周の内の一部と当接する。ここからさらに駆動部の駆動力が弁体に加わると、上記したように凸球面が凹球面に沿って摺動し、弁体が駆動ロッドの軸心に対して傾斜する。この弁体の傾きにより、駆動ロッドの傾きが吸収されるため、弁体の環状弁座に対する片当たりを防止することが可能である。また、弁体が傾くことで片当たりを防止するため、内部漏れの発生を防止するために強い力で弁体を環状弁座に押し付ける必要がなく、駆動部の負荷も小さく抑えることができる。

【0016】

ここで、凸球面が凹球面に沿って円滑に摺動するためには、（２）（１）に記載の流体制御弁において、前記凸球面と前記凹球面は、半径が略同一であること、が好ましい。

【0017】

（３）（１）または（２）に記載の流体制御弁において、前記当接面上に、前記凸球面の中心が位置すること、が好ましい。

【0018】

凸球面の摺動は、弁体が環状弁座に当接して力を受けることで行われる。このとき、より小さい力で効率的に摺動させるためには、凸球面の摺動の中心の、当接離間の方向における位置は、弁体に力を加える環状弁座に対して可能な限り近いことが望ましい。（３）に記載の流体制御弁によれば、凸球面の中心が当接面上に位置しているため、凸球面の摺動の中心の、当接離間の方向における位置は、環状弁座に対して近くなる。よって、凸球面をより小さい力で効率的に摺動させることが可能である。

【0019】

（４）（１）乃至（３）のいずれか１つに記載の流体制御弁において、前記当接面は、前記当接離間の方向に垂直な平面であること、前記環状弁座の、前記当接面に当接する第２当接面は、前記当接面と平行な平面であること、が好ましい。

【0020】

線接触による弁体と環状弁座の当接が繰り返されると、弁体が塑性変形し、弁閉時のシール性が低下するおそれがある。（４）に記載の流体制御弁によれば、弁体と環状弁座とが当接したとき、面同士で接触するため、線接触による弁体の塑性変形を防止し、安定した弁閉時のシール性を維持することができる。

【0021】

（５）（１）乃至（４）のいずれか１つに記載の流体制御弁において、前記凸球面と前記凹球面とは、前記環状弁座の前記当接面に当接する第２当接面の直径よりも広い範囲で対向していること、が好ましい。

【0022】

凸球面と凹球面が、第２当接面の直径よりも狭い範囲で対向、つまり、第２当接面の内周側で対向していると、弁体が環状弁座から力を受けたときに、凸球面の摺動が円滑に行われない。（５）に記載の流体制御弁によれば、前記凸球面と前記凹球面とは、前記環状弁座の前記当接面に当接する第２当接面の直径よりも広い範囲で対向しているため、凸球面の摺動が円滑に行われる。

【0023】

（６）（１）乃至（５）のいずれか１つに記載の流体制御弁において、前記駆動ロッドは 前記当接離間の方向において、前記駆動部から延伸する第１ロッドと、前記弁体の側の第２ロッドと、に分割されていること、前記第２ロッドの前記第１ロッド側の端部は、第１ロッドに対して連結されない自由端であること、が好ましい。

【0024】

従来技術に係る流体制御弁（シリンダバルブ５０）においては、駆動部５１の動作のしかたにより、片当たりが発生するおそれがあった。具体的には、ピストン５３が動作する際に傾くことで、駆動ロッド５６を傾かせ、片当たりが発生するおそれがあった。

【0025】

（６）に記載の流体制御弁によれば、駆動ロッドは 当接離間の方向において、駆動部から延伸する第１ロッドと、弁体の側の第２ロッドと、に分割され、さらに、第２ロッドの第１ロッド側の端部は、第１ロッドに対して連結されない自由端であるため、第２ロッドは、駆動部の動作のしかたに影響を受けにくい。つまり、例えば駆動部がピストンを備えるものとしたとき、ピストンが傾いたとしても、第２ロッドはその影響を受けにくく、傾きにくい。よって、片当たりの発生を防止することができる。

【0026】

（７）（１）乃至（６）のいずれか１つに記載の流体制御弁において、前記駆動ロッドの当接離間の方向に沿った駆動をガイドする摺動部材を備えること、前記摺動部材は、前記駆動部の外部に位置すること、が好ましい。

【0027】

従来技術に係る流体制御弁（シリンダバルブ５０）においては、駆動ロッド５６の当接離間の方向に沿った駆動を、駆動部５１内に設けられた摺動部材（例えば、すべり軸受け６０）がガイドしている。このような構成では、摺動部材（すべり軸受け６０）と弁体６５の距離が遠いため、弁体６５が制御流体の圧力を受けたときに、駆動ロッド５６の軸心がぶれやすく、片当たりが発生するおそれがある。

【0028】

（７）に記載の流体制御弁によれば、摺動部材は、前記駆動部の外部に位置するため、摺動部材を弁体に近づけることができ、弁体が制御流体の圧力を受けたときの、駆動ロッドの軸心のぶれを最小限に抑えることが可能である。これにより、片当たりの発生を防止することができる。

【発明の効果】

【0029】

本発明の流体制御弁によれば、弁体の環状弁座に対する片当たりが発生することを防止可能である。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本実施形態に係る流体制御弁の断面図である。

【図2】弁体が環状弁座に対して当接を開始した状態における、図１の部分Ａの部分拡大図である。

【図3】弁閉状態における、図１の部分Ａの部分拡大図である。

【図4】従来技術に係る流体制御弁の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

本発明に係る流体制御弁の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る流体制御弁１の断面図である。なお、図１中の上下方向は、弁体３４が環状弁座３１７に対して当接離間をする方向（当接離間方向）であり、図中上側を離間方向と言い、図中下側を当接方向と言う。図２は、弁体３４が環状弁座３１７に対して当接を開始した状態における、図１の部分Ａの部分拡大図である。図３は、弁閉状態における、図１の部分Ａの部分拡大図である。

【0032】

（流体制御弁の構成について）
本実施形態に係る流体制御弁１は、例えば、自動車用アンチロックブレーキシステムや、油圧機器の気密性検査に用いられる高圧エア等の高圧（５ＭＰａ以上）な流体を制御流体とするシリンダバルブである。ただし、用途は、自動車用アンチロックブレーキシステムや、油圧機器の気密性検査に限定されるものでない。さらに、制御流体も、高圧エアに限定されるものではなく、高圧エア以外の気体や、飲料等の液体であっても良い。

【0033】

流体制御弁１は、駆動部２および弁部３を備えており、弁部３の離間方向の側に駆動部２を積み重ねて構成されている。以下に、駆動部２および弁部３について説明する。

【0034】

（駆動部について）
まず駆動部２について説明する。駆動部２は、操作エアの供給を受けて動作するエアシリンダであり、ケース体２１と、ピストン２３と、ガイド部材２５と、を主な構成要素としている。また、ケース体２１は、上カバー部材２１１と、胴部２１２と、下カバー部材２１３と、を主な構成要素としている。

【0035】

胴部２１２は、材質を例えばアルミニウム合金とし、円筒状に形成されている。胴部２１２の軸方向は、当接離間方向と平行である。胴部２１２の軸方向の上側（離間方向の側）および軸方向の下側（当接方向の側）は開口されている。そして、胴部２１２の上側の開口を上カバー部材２１１により閉塞し、胴部２１２の下側の開口を下カバー部材２１３により閉塞することで、略円柱状のケース体２１が形成されている。なお、上カバー部材２１１および下カバー部材２１３は、材質を例えばアルミニウム合金としている。

【0036】

上カバー部材２１１は、当接方向の側に開口した断面略コの字状に形成されており、その開口にガイド部材２５が圧入固定されている。ガイド部材２５は、円柱状のケース体２１と同軸上に、筒状部２５１を備えている。また、下カバー部材２１３には、ケース体２１と同軸上で当接離間方向に貫通した挿通孔２１３ａが設けられている。この筒状部２５１と挿通孔２１３ａは、ピストン２３の当接離間方向に沿った摺動をガイドする部分である。

【0037】

ケース体２１内部は、円柱状の空間となっており、この空間がピストン室２２である。ピストン室２２には、ピストン２３が、当接離間方向に沿って摺動可能に装填されている。

【0038】

ピストン２３は、円盤状のピストン部２３１を備えている。ピストン部２３１の軸方向は当接離間方向と平行であり、かつ、ピストン部２３１は、円柱状の空間であるピストン室２２と同軸上に位置している。このようなピストン部２３１により、ピストン室２２は、離間方向の側の第１室２２１と、当接方向の側の第２室２２２と、に区画されている。そして、ピストン部２３１の外周面には、Ｏリング２３８が取り付けられており、このＯリング２３８は、ピストン部２３１の外周面と、ピストン室２２の内周面に圧縮されることで、第１室２２１と第２室２２２との間の気密を保っている。

【0039】

さらに、ピストン２３は、ピストン部２３１から離間方向の側に向かって突設される円柱状の軸部２３２と、ピストン部２３１から当接方向の側に向かって突設される円柱状の第１ロッド２３３と、を備えている。なお、ピストン部２３１と、軸部２３２と、第１ロッド２３３とは、全て同軸上に位置している。

【0040】

軸部２３２は、ガイド部材２５の筒状部２５１に挿入されている。軸部２３２の外周面には、Ｏリング２３７が取り付けられており、このＯリング２３７は、軸部２３２の外周面と、筒状部２５１の内周面に圧縮されている。これにより、上カバー部材２１１と筒状部２５１とピストン２３の軸部２３２とに囲まれた空間（第３室２７）の気密を保っている。なお、第３室２７の気密は、上カバー部材２１１とガイド部材２５との間に設けられるＯリング２３６によっても保たれている。

【0041】

第１ロッド２３３は、下カバー部材２１３の挿通孔２１３ａに挿入されている。ここで、第１ロッド２３３の先端部は、駆動部２から突出し、弁部３に入り込んでいる。また、第１ロッド２３３の外周面には、Ｏリング２３５が取り付けられており、このＯリング２３５は、第１ロッド２３３の外周面と、挿通孔２１３ａの内周面に圧縮されている。これにより、第２室２２２の気密を保っている。

【0042】

以上のように、軸部２３２が筒状部２５１に挿入されるとともに、第１ロッド２３３が挿通孔２１３ａに挿入されることで、筒状部２５１および挿通孔２１３ａが、ピストン２３を両持ち状態で保持するとともに、ピストン２３の当接離間方向の摺動をガイドしている。

【0043】

ピストン２３の当接離間方向の摺動について詳しく説明する。当接離間方向の摺動は、当接方向への摺動と、離間方向への摺動と、に分けられる。

【0044】

まず、ピストン２３の当接方向への摺動について説明する。当接方向への摺動は、圧縮コイルばね２６Ａ，２６Ｂにより行われる。圧縮コイルばね２６Ａ，２６Ｂは、第１室２２１に、ピストン部２３１の離間方向の側の端面（図中の上端面）と、ガイド部材２５の当接方向の側の端面（図中の下端面）とにより圧縮された状態で収納されている。これにより、圧縮コイルばね２６Ａ，２６Ｂは、常にピストン２３を当接方向（図中の下側）に付勢力を与えている。この圧縮コイルばね２６Ａ，２６Ｂの付勢力により、ピストン２３の当接方向への摺動が行われる。

【0045】

次に、ピストン２３の離間方向への摺動について説明する。離間方向への摺動は、駆動部２の第２室２２２に供給される操作エアにより行われる。操作エアの第２室２２２への供給は、供給ポート２１１ａと、第３室２７と、通気路２３４と、を用いて行われる。

【0046】

供給ポート２１１ａは、上カバー部材２１１の軸心上において、上カバー部材２１１を当接離間方向に貫通して設けられている。供給ポート２１１ａにより、第３室２７が駆動部２の外部と連通している。また、供給ポート２１１ａには、操作エアの供給源（不図示）が接続される。

【0047】

通気路２３４は、ピストン２３の軸部２３２の先端に開口して設けられている。この通気路２３４は、ピストン２３の中心軸上を、第１ロッド２３３の側に延伸している。さらに、通気路２３４は、第１ロッド２３３の根本（第１ロッド２３３とピストン部２３１の接続部）の近傍で、ピストン２３の中心軸に対して垂直方向に分岐し、第１ロッド２３３の外周面の、Ｏリング２３５よりも離間方向の側（図中の上側）で開口している。以上のような通気路２３４は、第３室２７と第２室２２２とを連通している。

【0048】

以上のような構成により、操作エアは、以下のようにして第２室２２２に供給される。まず供給源から操作エアが駆動部２に供給されると、操作エアは、供給ポート２１１ａから第３室２７に流入する。そして、第３室２７はＯリング２３６，２３７により気密が保たれているため、第３室２７に流入した操作エアは、第１室２２１に漏れることなく通気路２３４を通り、第２室２２２に流入される。

【0049】

以上のように操作エアが第２室２２２に流入されると、第２室２２２内の圧力が高まる。そうすると、ピストン部２３１が離間方向に圧力を受けるため、ピストン２３が、圧縮コイルばね２６Ａ，２６Ｂの付勢力に抗して、離間方向に摺動するのである。

【0050】

（弁部について）
次に弁部３について説明する。弁部３は、バルブボディ３１と、アダプタ３２と、第２ロッド３３と、弁体３４と、を主な構成要素としている。

【0051】

アダプタ３２は、円筒状に形成されており、駆動部２と同軸上に位置している。また、アダプタ３２の外周面のうち、当接方向の側の端部（バルブボディ３１側の端部）には、雄ねじ部３２２が設けられており、この雄ねじ部３２２は、バルブボディ３１の離間方向の側の端部（アダプタ３２側の端部）に設けられた雌ねじ部３１５に螺合されている。さらに、アダプタ３２の外周面のうち、離間方向の側の端部（駆動部２側の端部）には、雄ねじ部３２１が設けられており、この雄ねじ部３２１は、駆動部２（下カバー部材２１３）の当接方向の側の端部（アダプタ３２側の端部）に設けられた雌ねじ部２８に螺合されている。これにより、弁部３が駆動部２と結合している。

【0052】

バルブボディ３１は、例えばステンレス鋼等の金属製で、制御流体を流体制御弁１に流入するための入力流路３１１と、制御流体を流体制御弁１から出力するための出力流路３１２と、を備えている。さらに、バルブボディ３１は、駆動部２およびアダプタ３２と同軸上において、離間方向の側（図中の上側）に向かって突設される筒状部３１３を備えている。この筒状部３１３は、駆動部２およびアダプタ３２と同軸上に位置している。筒状部３１３の先端部の内周面は、先述の雌ねじ部３１５である。そして、筒状部３１３の内周側の空間のうち、雌ねじ部３１５よりも当接方向の側が、入力流路３１１と出力流路３１２とを連通する弁室３１４とされている。

【0053】

弁室３１４と入力流路３１１は、筒状部３１３と同軸上に設けられた弁孔３１６により連通している。また、弁室３１４の底面には、弁孔３１６の外周側に、弁孔３１６と同軸に環状弁座３１７が離間方向の側に向かって突設されている。環状弁座３１７は、バルブボディ３１と一体的に形成されているため、バルブボディ３１と同じく、ステンレス鋼等の金属製である。また、環状弁座３１７は、先端側の外周面にテーパ３１７ａが設けられることで、先端に向かって縮径されている。環状弁座３１７の離間方向の側の先端面は、後述する弁体３４が当接離間をする当接面３１７ｂ（第２当接面）である。この当接面３１７ｂは、当接離間方向に対して垂直な平面である。

【0054】

弁室３１４には、環状弁座３１７に対して当接離間をする弁体３４が収納されている。弁体３４は、アダプタ３２の中空部から弁室３１４にかけて延在する第２ロッド３３の、当接方向の側の端部に保持されている。

【0055】

ここで、第２ロッド３３および弁体３４の構成について、より詳しく説明する。第２ロッド３３は、ステンレス鋼等の金属製で、略円柱状に形成されている。第２ロッド３３は、第１ロッド２３３とともに、弁体３４の環状弁座３１７に対する当接離間を行うための駆動ロッド２４として機能する。第２ロッド３３の離間方向の側の端面（先端面３３４ａ）は、第１ロッド２３３の先端面２３３ａに接触されているため、ピストン２３が当接方向に駆動されると、第１ロッド２３３の先端面２３３ａにより、第２ロッド３３の先端面３３４ａが押圧され、第２ロッド３３が当接方向に駆動される。ただし、第２ロッド３３の離間方向の側の端部（上端部３３４）は、先端面３３４ａが第１ロッド２３３の先端面２３３ａに接触されているのみで、第１ロッド２３３に対して連結されない自由端である。

【0056】

また、第２ロッド３３の上端部３３４には、円環状の摺動部材３６が、第２ロッド３３と同軸上に位置した状態で固定されている。また、摺動部材３６は、外周面にすべり軸受け３７を備えている。このすべり軸受け３７は、アダプタ３２の内周面に摺接しており、これによって、摺動部材３６は、第２ロッド３３の、当接離間方向の駆動をガイドすることができる。

【0057】

摺動部材３６の当接方向の側の端面には、圧縮コイルばね３８が当接されている。圧縮コイルばね３８は、摺動部材３６と、摺動部材３６の当接方向の側に対向して位置するストッパ３９とにより圧縮されている。これにより、圧縮コイルばね３８は、摺動部材３６に対し、離間方向の側に付勢力を与えている。つまり、摺動部材３６は第２ロッド３３に固定されているため、第２ロッド３３が離間方向の側に付勢されている。よって、ピストン２３が離間方向に駆動されると、圧縮コイルばね３８の付勢力により、ピストン２３（第１ロッド２３３）に追従して、第２ロッド３３が離間方向に駆動される。

【0058】

第２ロッド３３の当接方向の側の端部は その他の部分よりも直径の大きい拡径部３３１である。拡径部３３１には、当接方向の側の端面（下端面）から離間方向に向かって、弁体３４を保持するための円柱状の保持溝３３２が穿設されている。この保持溝３３２は 第２ロッド３３と同軸上に位置している。また、保持溝３３２の離間方向の側の面は、凹球面３３３である。この凹球面３３３の中心Ｃ１１は、第２ロッド３３の軸心上に位置している。

【0059】

弁体３４は、略円柱形状に形成されており、軸方向のおおよそ中央部分を境として、離間方向の側（第２ロッド３３１側）の大径部３４ａと、当接方向の側（環状弁座３１７側）の小径部３４ｂと、に分けられる。また、弁体３４の材質は、例えばポリイミド等の樹脂製で、圧縮強さが１２５ＭＰａ以上であることが望ましい。弁体３４の当接方向の側の端面は、環状弁座３１７に対して当接離間をする当接面３４１である。この当接面３４１は、当接離間方向に対し垂直な平面である。また、弁体３４の当接面３４１と反対側の端面は、第２ロッド３３の側（離間方向の側）に向かって膨出して形成される凸球面３４２である。この凸球面３４２の中心Ｃ１２は、当接面３４１上に位置している。加えて、凸球面３４２の半径と凹球面３３３の半径は同一とされている。このため、凸球面３４２が凹球面３３３に接した状態では、凸球面３４２の中心Ｃ１２は、凹球面３３３の中心Ｃ１１に一致されている。

【0060】

凹球面３３３と凸球面３４２が対向するようにして、保持溝３３２に収納されている。また、大径部３４ａと小径部３４ｂとの径の違いにより、環状段差部３４３が形成されている。第２ロッド３３の拡径部３３１に螺合された円環状の固定部材３５が、弁体３４の環状段差部３４３に引っ掛かることで、弁体３４が保持溝３３２から抜け落ちないようになっている。

【0061】

弁体３４は、保持溝３３２に、当接離間の方向および当接離間の方向に対して垂直な方向に遊びをもって保持されている。具体的には、環状段差部３４３と、固定部材３５との間には所定量の間隙Ｇ１１が設けられている。この間隙Ｇ１１により、当接離間の方向における遊びが確保されている。また、弁体３４の直径は、保持溝３３２の直径よりも小さくされており、弁体３４の外周面と保持溝３３２との内周面との間には、所定量の間隙Ｇ１２が設けられている。この間隙Ｇ１２により、上記した当接離間の方向に対して垂直な方向における遊びが確保されている。なお、この間隙Ｇ１２の大きさは、保持溝３３２の直径から弁体３４の直径を引いた値を２で割った値である。

【0062】

（流体制御弁の作用および効果）
以上のような構成を備える流体制御弁１は、以下のように作用する。まず、流体制御弁１の開弁動作、すなわち、弁体３４が環状弁座３１７から離間する離間動作について説明する。駆動部２が操作エアの供給を受けていない状態では、図１に示すように、弁体３４が環状弁座３１７に当接された状態である。すなわち、流体制御弁１は閉弁状態にある。

【0063】

この状態において、駆動部２に操作エアが供給されると、以下のように流体制御弁１の開弁動作が行われる。操作エアが駆動部２に供給されると、操作エアは、供給ポート２１１ａから第３室２７に流入する。そして、第３室２７に流入した操作エアは通気路２３４を通り、第２室２２２に流入される。操作エアが第２室２２２に流入されると、第２室２２２内の圧力が高まる。そうすると、ピストン部２３１が離間方向に圧力を受けるため、ピストン２３が、圧縮コイルばね２６Ａ，２６Ｂの付勢力に抗して、離間方向に摺動する。

【0064】

駆動部２のピストン２３が、操作エアにより離間方向に摺動すると、第１ロッド２３３の先端面２３３ａは、第２ロッド３３の先端面３３４ａから離れる方向に動くため、第２ロッド３３は、圧縮コイルばね３８の付勢力により、離間方向に駆動される。第２ロッド３３が離間方向に駆動されることで、第２ロッド３３に保持されている弁体３４が環状弁座３１７から離間し、流体制御弁１は開弁状態になる。

【0065】

次に、流体制御弁１の閉弁動作、すなわち、弁体３４が環状弁座３１７に当接する当接動作について説明する。

【0066】

流体制御弁１が開弁状態にあるとき、すなわち、弁体３４が環状弁座３１７から離間している状態にあるときに、駆動部２の第２室２２２から操作エアが排出されると、駆動部２のピストン２３が、圧縮コイルばね２６Ａ，２６Ｂの付勢力により当接方向に摺動する。

【0067】

ピストン２３が当接方向に摺動すると、第１ロッド２３３の先端面２３３ａが、第２ロッド３３の先端面３３４ａを当接方向に押圧するため、第２ロッド３３は、圧縮コイルばね３８の付勢力に抗して、当接方向に駆動される。このように、第２ロッド３３が当接方向に駆動されることで、第２ロッド３３に保持されている弁体３４が環状弁座３１７に当接し、流体制御弁１は閉弁状態になる。なお、圧縮コイルばね２６Ａ，２６Ｂの付勢力により、圧縮コイルばね３８の付勢力に抗して第２ロッド３３を駆動するのであるから、圧縮コイルばね３８のばね荷重は、圧縮コイルばね２６Ａ，２６Ｂのばね荷重よりも弱いものでなければならないことを付言する。また、流体制御弁１は、高圧エア等の高圧（５ＭＰａ以上）な流体を制御流体とするところ、圧縮コイルばね２６Ａ，２６Ｂのばね荷重は、流体圧に抗して閉弁可能な程度に、十分なばね荷重を備えるものでなければならない。

【0068】

弁体３４の当接面３４１および環状弁座３１７の当接面３１７ｂは、ともに当接離間方向に対して垂直な平面であるため、弁体３４が環状弁座３１７に当接したとき、面同士が接触することになる。よって、弁体と環状弁座を線接触させる従来技術に係る流体制御弁（例えばシリンダバルブ５０）に比べ、弁体３４への当接動作の繰り返しによる応力の負荷が緩和され、弁体３４の塑性変形を防止することができる。

【0069】

また、ピストン２３が当接方向に駆動される際、ピストン２３の軸心がぶれて、ピストン２３が傾くおそれがある。しかし、第２ロッド３３の上端部３３４は自由端であり、ピストン２３から延伸する第１ロッド２３３には連結されていないため（すなわち、駆動ロッド２４が 当接離間の方向において、第１ロッド２３３と第２ロッド３３とに分割されているため）、ピストン２３が傾いたとしても、第２ロッド３３はその影響を受けにくく、傾きにくい。よって、片当たりの発生を防止することができる。

【0070】

また、弁体３４が制御流体により圧力を受けることで、第２ロッド３３（駆動ロッド２４）の軸心がぶれるおそれがある。第２ロッド３３（駆動ロッド２４）の当接離間方向の駆動は、摺動部材３６によりガイドされるものであるところ、摺動部材３６は駆動部２の外部（具体的にはアダプタ３２の内部）に位置しているため、従来技術に係る流体制御弁（例えばシリンダバルブ５０）に比べて、弁体３４により近い位置で第２ロッド３３（駆動ロッド２４）がガイドされる。よって、第２ロッド３３（駆動ロッド２４）の軸心のぶれを最小限に抑えることが可能である。これにより、片当たりの発生を防止することができる。

【0071】

また、製造誤差により第２ロッド３３（駆動ロッド２４）の軸心のぶれを完全に無くすことができないため、片当たりが発生するおそれがある。しかし、流体制御弁１によれば、第２ロッド３３（駆動ロッド２４）の軸心がぶれたとしても、片当たりの発生を防止することができる。具体的には、第２ロッド３３が当接方向に摺動しようとしたときに、第２ロッド３３の軸心がぶれた場合を、図２および図３を用いて説明する。

【0072】

図２中には、第２ロッド３３の軸心が全くぶれなかったとした場合の理想の軸心を理想軸心ＣＬ１１として表している。そして、第２ロッド３３の軸心がぶれてしまい、理想軸心ＣＬ１１に対して図中の右側に傾斜した軸心を軸心ＣＬ２１として表している。理想軸心ＣＬ１１に対する軸心ＣＬ２１の角度は、角度Ａ１１である。このとき、弁体３４の軸心ＣＬ３１は、第２ロッド３３の軸心ＣＬ２１に一致しているものとする。

【0073】

このように、第２ロッド３３が当接方向に摺動する際に、軸心ＣＬ２１が図中の右側に傾斜した場合、弁体３４が環状弁座３１７に対して当接しようとするとき、弁体３４は、まず環状弁座３１７の全周の内の一部と当接する。具体的には、例えば、図２に示すように、弁体３４の当接面３４１が、環状弁座３１７の当接面３１７ｂの全周の内、図中の右側では当接し、図中の左側では当接していない状態である。

【0074】

しかし、弁体３４の凸球面３４２が第２ロッド３３の凹球面３３３に嵌め合わされていること（すなわち、弁体３４と第２ロッド３３が球面同士で当接していること）に加え、弁体３４は、間隙Ｇ１１による当接離間の方向の遊びと、間隙Ｇ１２による当接離間の方向に対して垂直方向の遊びと、をもって第２ロッド３３に保持されているため、図２に示すような片当たり状態から、駆動部２の駆動力が弁体３４に加わると、凸球面３４２が凹球面３３３に沿って摺動し、弁体３４が第２ロッド３３の軸心ＣＬ２１に対して傾斜することができる。つまり、図３に示すように、弁体３４は、中心Ｃ１２を中心に、図２中の反時計回りに回転し、弁体３４の軸心ＣＬ３１が、理想軸心ＣＬ１１と平行になる。この弁体３４の回転により、第２ロッド３３の傾きが吸収され、弁体３４が環状弁座３１７の全周と当接するため、弁体３４の環状弁座３１７に対する片当たりを防止することが可能である。

【0075】

なお、間隙Ｇ１１と、間隙Ｇ１２の大きさは、製造誤差による第２ロッド３３の軸心ＣＬ２１の傾き量（角度Ａ１１の大きさ）を考慮し、当該傾きを吸収可能な程度に、弁体３４が傾くことができるような大きさに設定される。例えば、本実施形態においては、角度Ａ１１は１．６度であり、弁体３４の軸心ＣＬ３１は、第２ロッド３３１の軸心ＣＬ２１に対して、１．６度傾斜することが可能なように、間隙Ｇ１１と、間隙Ｇ１２の大きさが設定されている。

【0076】

また、本実施形態に係る流体制御弁１では、弁体３４の大径部３４ａの直径Ｄ１１が、環状弁座３１７の当接面３１７ｂの直径Ｄ２１よりも大きく設定されているため、凸球面３４２と凹球面３３３とは、環状弁座３１７の当接面３１７ｂの直径Ｄ２１よりも広い範囲で対向している。これにより、凸球面３４２の摺動が円滑に行われる。凸球面３４２と凹球面３３３が、当接面３１７ｂの直径Ｄ２１よりも狭い範囲で対向、つまり、当接面３１７ｂの内周側で対向していると、弁体３４が環状弁座３１７から力を受けたときに、凸球面３４２の摺動が円滑に行われないため、これを防止している。

【0077】

以上説明したように、本実施形態に係る流体制御弁１は、
（１）金属製の環状弁座３１７と、環状弁座３１７に対して当接離間をする樹脂製の弁体３４と、弁体３４の環状弁座３１７とは反対側で当接離間の方向に沿って延在し、かつ、弁体３４を保持する駆動ロッド２４と、駆動ロッド２４を当接離間の方向に沿って駆動することで、当接離間を行うための駆動部２と、を備える流体制御弁１において、弁体３４は、環状弁座３１７に当接する当接面３４１の反対側の端面が、駆動ロッド２４の側に膨出する凸球面３４２であること、駆動ロッド２４は、凸球面３４２に対向して、凸球面３４２とはめ合い可能であるとともに駆動ロッド２４の軸心上に中心Ｃ１１を有する凹球面３３３を備えること、弁体３４を、当接離間の方向および当接離間の方向に対して垂直な方向に遊びをもって保持していること、を特徴とする。

【0078】

（１）に記載の流体制御弁１によれば、弁体３４は、環状弁座３１７に当接する当接面３４１の反対側の端面が、駆動ロッド２４の側に膨出する凸球面３４２であること、駆動ロッド２４は、凸球面３４２に対向して、凸球面３４２とはめ合い可能であるとともに駆動ロッド２４の軸心上に中心Ｃ１１を有する凹球面３３３を備えること、弁体３４を、当接離間の方向および当接離間の方向に対して垂直な方向に遊びをもって保持していること、を特徴とするため、弁体３４の凸球面３４２が駆動ロッド２４の凹球面３３３が接触した状態で、凸球面３４２が凹球面３３３に沿って摺動することができる。つまり、弁体３４が駆動ロッド２４の軸心に対して傾斜することができる。

【0079】

弁体３４を環状弁座３１７に当接させようと駆動部２が駆動ロッド２４を駆動したときに、駆動ロッド２４の軸心がぶれ、駆動ロッド２４が当接離間方向に対して傾いたとすると、弁体３４は、まず環状弁座３１７の全周の内の一部と当接する。ここからさらに駆動部２の駆動力が弁体３４に加わると、上記したように凸球面３４２が凹球面３３３に沿って摺動し、弁体３４が駆動ロッド２４の軸心に対して傾斜する。この弁体３４の傾きにより、駆動ロッド２４の傾きが吸収されるため、弁体３４の環状弁座３１７に対する片当たりを防止することが可能である。また、弁体３４が傾くことで片当たりを防止するため、片当たりを防止するために強い力で弁体３４を環状弁座３１７に押し付ける必要がなく、駆動部２の負荷も小さく抑えることができる。

【0080】

ここで、凸球面３４２が凹球面３３３に沿って円滑に摺動するためには、（２）（１）に記載の流体制御弁１において、凸球面３４２と凹球面３３３は、半径が略同一であること、が好ましい。

【0081】

（３）（１）または（２）に記載の流体制御弁１において、当接面３４１上に、凸球面３４２の中心Ｃ１２が位置すること、が好ましい。

【0082】

凸球面３４２の摺動は、弁体３４が環状弁座３１７に当接して力を受けることで行われる。このとき、より小さい力で効率的に摺動させるためには、凸球面３４２の摺動の中心の、当接離間の方向における位置は、弁体３４に力を加える環状弁座３１７に対して可能な限り近いことが望ましい。（３）に記載の流体制御弁１によれば、凸球面３４２の中心Ｃ１２が当接面３４１上に位置しているため、凸球面３４２の摺動の中心の、当接離間の方向における位置は、環状弁座３１７に対して近くなる。よって、凸球面３４２をより小さい力で効率的に摺動させることが可能である。

【0083】

（４）（１）乃至（３）のいずれか１つに記載の流体制御弁１において、当接面３４１は、当接離間の方向に垂直な平面であること、環状弁座３１７の、当接面３４１に当接する第２当接面（当接面３１７ｂ）は、当接面３４１と平行な平面であること、が好ましい。

【0084】

線接触による弁体３４と環状弁座３１７の当接が繰り返されると、弁体３４が塑性変形し、弁閉時のシール性が低下するおそれがある。（４）に記載の流体制御弁１によれば、弁体３４と環状弁座３１７とが当接したとき、面同士で接触するため、線接触による弁体３４の塑性変形を防止し、安定した弁閉時のシール性を維持することができる。

【0085】

（５）（１）乃至（４）のいずれか１つに記載の流体制御弁１において、凸球面３４２と凹球面３３３とは、環状弁座３１７の当接面３４１に当接する第２当接面（当接面３１７ｂ）の直径Ｄ２１よりも広い範囲で対向していること、が好ましい。

【0086】

凸球面３４２と凹球面３３３が、第２当接面（当接面３１７ｂ）の直径Ｄ２１よりも狭い範囲で対向、つまり、第２当接面（当接面３１７ｂ）の内周側で対向していると、弁体３４が環状弁座３１７から力を受けたときに、凸球面３４２の摺動が円滑に行われない。（５）に記載の流体制御弁１によれば、凸球面３４２と凹球面３３３とは、環状弁座３１７の当接面３１７ｂに当接する第２当接面（当接面３１７ｂ）の直径Ｄ２１よりも広い範囲で対向しているため、凸球面３４２の摺動が円滑に行われる。

【0087】

（６）（１）乃至（５）のいずれか１つに記載の流体制御弁１において、駆動ロッド２４は 当接離間の方向において、駆動部２から延伸する第１ロッド２３３と、弁体３４の側の第２ロッド３３と、に分割されていること、第２ロッド３３の第１ロッド２３３側の端部（上端部３３４）は、第１ロッド２３３に対して連結されない自由端であること、が好ましい。

【0088】

従来技術に係る流体制御弁（シリンダバルブ５０）においては、駆動部５１の動作のしかたにより、片当たりが発生するおそれがあった。具体的には、ピストン５３が動作する際に傾くことで、駆動ロッド５６を傾かせ、片当たりが発生するおそれがあった。

【0089】

（６）に記載の流体制御弁１によれば、駆動ロッド２４は 当接離間の方向において、駆動部２から延伸する第１ロッド２３３と、弁体３４の側の第２ロッド３３と、に分割され、さらに、第２ロッド３３の第１ロッド２３３側の端部（上端部３３４）は、第１ロッド２３３に対して連結されない自由端であるため、第２ロッド３３は、駆動部２の動作のしかたに影響を受けにくい。つまり、例えば駆動部２がピストン２３を備えるものとしたとき、ピストン２３が傾いたとしても、第２ロッド３３はその影響を受けにくく、傾きにくい。よって、片当たりの発生を防止することができる。

【0090】

（７）（１）乃至（６）のいずれか１つに記載の流体制御弁１において、駆動ロッド２４（第２ロッド３３）の当接離間の方向に沿った駆動をガイドする摺動部材３６を備えること、摺動部材３６は、前記駆動部の外部に位置すること、が好ましい。

【0091】

従来技術に係る流体制御弁（シリンダバルブ５０）においては、駆動ロッド５６の当接離間の方向に沿った駆動を、駆動部５１内に設けられた摺動部材（例えば、すべり軸受け６０）がガイドしている。このような構成では、摺動部材（すべり軸受け６０）と弁体６５の距離が遠いため、弁体６５が制御流体の圧力を受けたときに、駆動ロッド５６の軸心がぶれやすく、片当たりが発生するおそれがある。

【0092】

（７）に記載の流体制御弁１によれば、摺動部材３６は、駆動部２の外部に位置するため、摺動部材３６を弁体３４に近づけることができ、弁体３４が制御流体の圧力を受けたときの、駆動ロッド２４（第２ロッド３３）の軸心のぶれを最小限に抑えることが可能である。これにより、片当たりの発生を防止することができる。

【0093】

なお、上記の実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な改良、変形が可能である。例えば、本実施形態に係る流体制御弁１は、操作エアの供給を受けた場合に開弁動作を行うノーマルクローズタイプとして説明しているが、操作エアの供給を受けた場合に閉弁動作を行うノーマルオープンタイプであっても良い。

【符号の説明】

【0094】

１ 流体制御弁
２ 駆動部
２４ 駆動ロッド
３４ 弁体
３１７ 環状弁座
３３３ 凹球面
３４１ 当接面
３４２ 凸球面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】