耐振比例バルブおよび流体の流れ調整時の振動減衰方法
【課題】流体の流れの調整に悪影響を及ぼす振動を排除できる比例バルブを提供する。
【解決手段】比例バルブはオリフィスを交互に閉鎖および開放するためにオリフィスに対して近接する方向およびオリフィスから離隔する方向に移動可能なバルブステムを備え、バルブステムはオリフィスが開状態にある間、オリフィスから流出する流体を調整する。流体的制動空間がバルブステムとオリフィスを取り巻く面との間に形成される。制動空間またはその中に存在する流体は、バルブステムの振動を減衰させるかまたは振動に抗する制動（減衰）機構として機能し、それによって流体の流れを安定化させる。
【解決手段】比例バルブはオリフィスを交互に閉鎖および開放するためにオリフィスに対して近接する方向およびオリフィスから離隔する方向に移動可能なバルブステムを備え、バルブステムはオリフィスが開状態にある間、オリフィスから流出する流体を調整する。流体的制動空間がバルブステムとオリフィスを取り巻く面との間に形成される。制動空間またはその中に存在する流体は、バルブステムの振動を減衰させるかまたは振動に抗する制動（減衰）機構として機能し、それによって流体の流れを安定化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流れ（フロー）を制御し調整するために用いられる比例バルブ全般に関し、より詳細には、比例バルブにおける振動を減衰して、その性能を改善することに関する。
【背景技術】
【０００２】
比例バルブは多種多様の装置および機器において、気体または液体等の流体の流れを調整するために利用されている。通常、比例バルブは流体流入口と、流体流出口と、上記流入口および流出口の間に介在されて封止または閉塞可能なオリフィスとを備えている。流体は流入口経由で比例バルブに流入し、オリフィスを貫流する。オリフィスを貫流した流れは、オリフィス上方に一定距離をおいて浮動するバルブステム（弁軸）に装着されたバルブシールによって制御される。バルブステムは通常、バルブシールをオリフィスから軸方向に離隔移動させるよう駆動される。オリフィスが開いている間、オリフィスを貫流した流体の流れは、バルブシールとオリフィスとの間の距離を変動させることにより調整可能である。バルブステム（ひいてはバルブシール）をオリフィスから離間移動させて上記距離を増大させると、オリフィスから流出する流体の流れが増加する。一方、バルブステムをオリフィスに対し近接移動させて上記距離を減少させると、流れが減少する。
【０００３】
上記バルブステムは機械的、電気的、および／または磁気的手段により作動されてもよい。通常の比例バルブにおいて、バルブステムは、ばねにより上記オリフィスに近接する方向に付勢される。バルブステムは通常、その周りを取り巻くバルブコイルを介して印加される規定量の電圧または電流によって形成される磁力により、ばねの付勢力に抗してオリフィスから離隔する方向に駆動される。したがって、上記比例バルブの動作中、バルブステムの位置は、それぞれ反対方向からバルブステムにかけられるばねの荷重の力と磁力（または他の種類の駆動力）との間の均衡によるものである。
【０００４】
比例バルブが流体の流れを調整している間、浮動しているバルブステムはオリフィスとバルブシールとの間に一定の間隙を保持している。この均衡位置は、外部の震動または振動、特にバルブステムの移動方向と同じ軸方向に伝えられる振動によって容易に乱されることがある。外部振動はバルブステムの不要で制御不可能な運動、とりわけ比例バルブのオリフィスに対して近接および／またはそこから離隔する軸方向の平行移動を引き起こすことがある。そのため、外部振動により比例バルブを貫流する流体の量が変動し、これによって比例バルブの精密な流れ調整能力が損なわれる。
【０００５】
比例バルブにおける振動に伴う問題は、分析、計測、検知、および検出機器などの用途において特に深刻となる場合がある。一例として、比例バルブはクロマトグラフィ装置における流体の流れの調整に頻用される。例えば、ガスクロマトグラフィ（ＧＣ）技術によって行われる計測は、１種以上の気体流が不安定であることにより阻害されることがあるが、上記の説明から明らかなように、この不安定さはＧＣ装置における気体流調整に利用される比例バルブで生じる振動に起因する可能性がある。この様な阻害または不安定さは、検出器信号によって表されるノイズ量を増加させるおそれがある。バルブステム中またはバルブステムに伝達される有害な振動は、例えばファンモータ、標本化装置、または周囲の領域で動作する他の装置等の多数の振動源や、比例バルブのバルブステムに作用する磁力の乱れおよび比例バルブに設けられた機械ばねの撓みによって起きる振動から生じる可能性がある。振動はまた、流体の流れ自体の摂動によって引き起こされる場合もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記から鑑みて、比例バルブにおいて貫流する流体の流れの調整に悪影響を及ぼす振動を排除するか、無効にするか、抑制するか、または軽減する必要がある。分析、計測、検知、および検出機器などの用途において、流れ障害およびその結果生じるノイズを低減することにより、この様な分析的または計測的機能の精度を高める必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の問題に全面的または部分的に対処および／または当業者によって報告される可能性のある他の問題に対処するため、本開示は下記の実施態様の説明において例示される比例バルブに係る装置、機器、システムおよび／または方法を提供する。
１つの実施態様によれば、比例バルブは長手方向軸に沿って移動可能な第１の面を含むバルブステムと、上記第１の面に略対向する第２の面を含む本体部とを備えている。上記本体部は上記第２の面に形成されたオリフィスと、上記オリフィスと連通する流体通路とを有している。上記第２の面は上記オリフィスから、上記第１の面の表面領域のうちのかなりの部分と同一の広がりを有する横方向距離にわたり、主として上記長手方向軸に垂直な軸に沿って外方に延びている。上記バルブステムは閉位置から、開位置へ移動可能である。上記閉位置において、上記第１の面の少なくとも一部が上記オリフィスを流体的に封止する。上記開位置において、流体的制動空間が形成される。上記流体的制動空間は上記第１の面と上記第２の面とによって規定される軸方向寸法と、上記第２の面の上記横方向距離と同一の広がりを有する横方向寸法とを有している。
【０００８】
他の実施態様によれば、比例バルブは、バルブステムと、本体部とを含んでいる。上記本体部は、上記バルブステムとその長手方向軸方向に沿って略対向するオリフィスと、上記オリフィスと連通する流体通路とを有する。上記比例バルブは、上記バルブステムと上記本体部との間に流体的制動空間を形成して、流体が上記オリフィスから流出している間、上記バルブステムの振動を減衰するための手段を更に含んでいる。
【０００９】
他の実施態様によれば、比例バルブのバルブステムの振動を減衰させるための方法が提供される。上記バルブステムを上記比例バルブのオリフィスから軸方向距離位置に配置して、初期的に上記バルブステムに向かう方向に上記オリフィスを貫通する流れ経路を形成する。流体は、上記流体経路に沿って上記オリフィスを貫流される。上記オリフィスから流出する上記流体の少なくとも一部に、上記バルブステムと上記オリフィス体を取り巻く面との間に介在される制動流体の空間を形成させ、それによって上記制動流体が上記バルブステムの振動を減衰させる。
【００１０】
本発明の他の装置、機器、システム、方法、特徴および／または利点は、以下の図面および詳細な説明を検討することにより当業者に明らかになろう。この様な付加的な装置、機器、システム、方法、特徴および／または利点は、この説明および本発明の範囲内に包含され、特許請求の範囲により保護されるべきものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本明細書において使用される「流体」という語は、気相または液相いずれかにおける流動可能な物質全般のほか、超臨界流体ならびに気相および液相の両成分の混合物を含む流体を包含する。
一般に、「連通する」という語（例えば、第１の構成要素が第２の構成要素と「連通する」または「連通している」）は、本明細書において２個以上の構成要素または部材の間の構造的、機能的、機械的、電気的、光学的、磁気的、イオン的、または流体的な関係を示すために用いられる。よって、１個の構成要素が第２の構成要素と連通するということは、他の付加的な構成要素がその間に介在され、および／または第１および第２の構成要素と動作可能に関連または係合する可能性を排除することを意図するものではない。
【００１２】
本明細書に開示される内容は、概して比例バルブ全般および比例バルブに関連するいくつかの構成要素、特徴、および機能に関する。本発明に係る実施態様の例は、図１ないし図５を参照して以下により詳細に説明する。
図１は先行技術による従来の比例バルブのバルブ封止領域１００を示している。この様な比例バルブは通常、図１に部分的にのみ示されるバルブステム（弁軸）１０４とオリフィス体１０８とを備えている。参照のために、バルブステム１０４とオリフィス体１０８とは、バルブ封止領域１００の長手方向軸１１２に沿って略整列配置されていると考えてよい。通常、バルブステム１０４は図１の矢印１１６によって示される様に、比例バルブの動作中は長手方向軸１１２に沿って移動可能である一方、オリフィス体１０８はバルブステム１０４に対して定常的に静止している。バルブステム１０４はバルブステム封止端部、すなわち側部１２０において終端し、オリフィス体１０８はバルブステム封止端部、すなわち側部１２０と略対向するオリフィス体封止端部、すなわち側部１２４において終端している。バルブステム封止端部１２０は、通常平坦である。バルブステム１０４は、通常バルブステム封止端部１２０に配置されたバルブ封止部材１２８を備えている。バルブ封止部材１２８は、当業者に理解される適切な弾性またはエラストマー材料から構成してもよい。バルブステム１０４は、バルブ封止部材１２８の外向面がバルブステム１０４の軸方向端面１３６と面一になるよう、内部にバルブ封止部材１２８が配置される凹部１３２を備えていてもよい。バルブ封止部材１２８の外向面はバルブステム封止側部１２０の大部分を構成していてもよいが、実際には、比例バルブが閉位置にある間、バルブ封止部材１２８のより狭い表面領域が往々にして流体の流れを遮断するよう機能する。
【００１３】
図１に更に示されているように、内部流体通路１４０はオリフィス体１０８を貫通して形成され、オリフィス体封止端部１２４に形成されているオリフィス１４４と連通している。通常、流体の流れは矢印１４８によって示される方向に生じる。すなわち、流体はオリフィス１４４に向かって流体通路１４０を貫流し、オリフィス１４４から流出した後、比例バルブのバルブ封止領域１００に形成された流体チャンバ１５２に直接流れ込む。図１は、上記の従来のバルブが開位置にあって図示されている流体の流れを流す様子を示している。
【００１４】
上記の従来のオリフィス体１０８のオリフィス体封止端部１２４は、明らかに円錐切頭形の断面を有する。すなわち、オリフィス体封止側部１２４は、オリフィス１４４を直接取り巻く平坦な環状バルブ封止面１５６、つまりバルブシート１５６と、バルブ封止面１５６から下方に延びている円錐面１６０とを有する。図１に示されている従来のバルブの開位置において、バルブステム封止端部１２０とオリフィス体封止端部１２４とは、長手方向軸１１２の軸方向に隔てられている。特に、バルブ封止部材１２８とオリフィス１４４を取り巻くバルブ封止面１５６とは、間隙１６４によって軸方向に隔てられている。間隙１６４の軸方向の幅または高さは、バルブステム１０４のオリフィス体１０８に対する軸方向の位置決めをソレノイド駆動により行うことで調節可能であり、これによってオリフィス１４４を貫流する流体の流れの調整が可能となる。比例バルブの全閉位置（図示せず）において、バルブ封止部材１２８はバルブ封止面１５６と接触し、この位置において間隙１６４は消失する。
【００１５】
図１に示されるように、従来のオリフィス体１０８の円錐切頭形断面は急勾配、つまり鋭角的である。図１の矢印１６８によって示されるように、バルブ封止面１５６の最外径は、バルブ封止部材１２８、バルブステム１０４、および円錐面１６０それぞれの最外径に比して極めて小さい。しかも、バルブ封止面１５６から円錐面１６０にかけての移行部は、先鋭、つまり急であり、円錐面１６０とバルブ封止面１５６が存在する水平面との間の角度は通常約２０度より大きい。したがって、流体が流過する空間は流体がオリフィス１４４から流出して流体チャンバ１５２内に拡がり始めるに従って急激に増大する。その結果、流体によって付与される力は、バルブステム１０４を作動させるためにはほとんど利用できない。というのも、従来の比例バルブは、流体をこの様な目的で利用するようには意図または設計されていないからである。実際、この従来の構成は上記バルブステム１０４における振動がもたらす悪影響に対処できない。
【００１６】
図２は本発明の一つの実施態様の一例に係る比例バルブ２００に包含される構成要素または特徴の一部を示している。一般に、比例バルブ２００は、流体バルブ部２０４と駆動部２０８とを備えていてもよい。流体バルブ部２０４は、一般にバルブ体２１２を備えている。バルブ体２１２内には、流体流入ポート、つまり流入路２１６と、流体流出ポート、つまり流出路２２０と、上記の流体流入ポート２１６と流体流出ポート２２０との間に介在されたバルブ内部チャンバ２２４とが形成されている。オリフィス体２２８は、バルブ体２１２内に位置してバルブ内部チャンバ２２４内に配置されているか、またはオリフィス体２２８の少なくとも一部がバルブ内部チャンバ２２４内まで延びている。オリフィス体２２８はバルブ体２１２と一体に製造されるか、任意の適切な手段によってバルブ体２１２に装着または支持される別体の構成要素であってもよい。オリフィス体２２８はオリフィス体封止端部、つまり側部２３２において終端している。オリフィス２３６は、オリフィス体封止端部２３２においてオリフィス体２２８内に形成され、バルブ内部チャンバ２２４と流体的に連通している。オリフィス体２２８に内部通路２４０を形成して、オリフィス２３６と流体流入ポート２１６とを流体的に相互接続してもよい。
【００１７】
図２に更に示されるように、比例バルブ２００の駆動部２０８は、通常電磁ソレノイド式であるが、他の実施態様において、他の公知の駆動手段を用いてもよい。図示される電磁式の例において、駆動部２０８は、バルブステム、つまりプランジャ２４４と、バルブステム２４４の周囲に同軸状に配置されたソレノイドコイルアセンブリ２４８とを備えている。当業者に理解されるように、コイルアセンブリ２４８は適切な支持構造（特に図示せず）の周りに幾度も巻回された巻線を備え、電磁石となってもよい。コイルアセンブリ２４８は中空の芯部、つまりボア２５２を有しており、その中を通ってバルブステム２４４が、芯部２５２と非接触または少なくとも低摩擦状態で軸方向に平行移動する。バルブステム２４４は、オリフィス体封止端部２３２と略対向するバルブステム封止端部、つまり側部２５６において終端している。バルブステム封止端部２５６の、オリフィス２３６と対向する軸方向端面は、平坦または実質的に平坦であってもよい。バルブステム２４４は、バルブステム封止端部２５６に配置されたバルブ封止部材２６０を有していてもよい。バルブ封止部材２６０は、当業者に理解される適切な弾性またはエラストマー材料から構成してもよい。バルブ封止部材２６０は、任意の適切な手段によってバルブステム２４４に装着されてもよい。図示された例において、バルブステム２４４は、バルブ封止部材２６０がバルブステム封止端部２５６の軸方向端面と面一になるか、またはその一部を構成するように、内部にバルブ封止部材２６０が配置される凹部２６４を備えている。バルブ封止部材２６０の外向面が、バルブステム封止端部２５６の全表面領域の大部分を構成していてもよい。
【００１８】
参照のために、図２に例として示される比例バルブ２００は一般に、オリフィス２３６、オリフィス体封止端部２３２、およびバルブステム封止端部２５６が位置するバルブ封止領域２７２を備えていると考えてもよい。また、バルブステム２４４およびオリフィス体２２８は、バルブ封止領域２７２の長手方向軸２６８に沿って略整列配置されていると考えてもよい。当業者に理解されるように、バルブステム２４４は、図２の矢印２７６によって示される、コイルアセンブリ２４８に印加される電気的エネルギーに応じて、長手方向軸２６８に沿って移動可能である。コイルアセンブリ２４８の極性は通常、コイルアセンブリ２４８が適切な電源（図示せず）によって通電されているとき、バルブステム２４４が長手方向軸２６８に沿って、オリフィス２３６から離隔する方向に（つまり図２で上方に）直線駆動されるように向いている。
【００１９】
図２に更に示されるように、上記の比例バルブ２００は、環状の、板ばねと称するばね２８０を備えていてもよい。ばね２８０の周縁部は、比例バルブ２００の適切な構成部によって定位置に取り付けられていてもよい。ばね２８０は、同軸状にバルブステム２４４の周りを取り巻いて接触しており、その結果、バルブステム２４４の線状平行移動にともなってばね２８０が収縮する。ばね２８０は、長手方向軸２６８に沿ってオリフィス２３６に向かう方向、すなわちコイルアセンブリ２４８によって付与される駆動力と反対方向（つまり図２で下方）の付勢力を、バルブステム２４４に付与するよう構成され、取り付けられている。よって、コイルアセンブリ２４８が非通電状態のとき、ばね２８０は比例バルブ２００を閉位置に保持し、その閉位置において、バルブ封止部材２６０はオリフィス２３６を取り巻くバルブシート（もし設けられているとすれば）、または少なくともオリフィス２３６の最上縁部と接触し、これによってオリフィス２３６を封止して、比例バルブ２００を通る流体の流れを阻止する。ばね２８０はまた、コイルアセンブリ２４８の芯部２５２内の中心位置にあるバルブステム２４４を支持し、これによってコイルアセンブリ２４８と何ら接触することなく、またはバルブステム２４４を横（左右）方向に移動させることなく、バルブステム２４４の移動を長手方向軸２６８に沿って線状平行移動に制限するよう補助的な役割を果たしてもよい。
【００２０】
図２に更に示されるように、比例バルブ２００は例えばコイル状ばねの様な圧縮ばねとして設けられる制御バネ２８４を備えていてもよい。制御バネ２８４は、ねじまたはノブのような制御部材２９２の支柱またはボスの周囲に取り付けられて、制御部材２９２と、バルブステム２４４のオリフィス２４８から遠い方の端部との間に延びていてもよい。当業者に理解されるように、制御部材２９２を、コイルアセンブリ２４８の構成部と嵌合ねじ山等により整合させ、制御部材２９２の回転が制御バネ２８２の圧縮量を決定するようにしてもよい。制御バネ２８４を、比例バルブ２００の開始流を設定するために用いてもよい。
【００２１】
図２は、比例バルブ２００が「開いている」状態に対応する通電状態のコイルアセンブリ２４８を示している。コイルアセンブリ２４８の電磁作用が、ばね２８０の下向きの付勢力に抗して（図２で）上方にバルブステム２４４を駆動し、オリフィス体２２８から離隔する。特に、バルブシール２６０は、間隙によってオリフィス２３６とオリフィス体２２８の周囲のバルブシートから長手方向軸２６８に沿って分離される。この開位置において、流体の流れの経路は矢印２９６によって示されるように流入口２１６から内部通路２４０およびオリフィス２９８を通り、更にバルブ内部チャンバ２２４内を通って、矢印２９８によって示されるように流出口２２０まで、比例バルブ２００内に貫通形成される。比例バルブの特徴として、バルブ封止部材２６０とオリフィス２３６との間の間隙の大きさと、ひいてはオリフィス２３６を通る流れの流量とは、バルブステム２４４の軸方向の位置との関係から相対的に定まり、一方、バルブステム２４４の軸方向の位置は、コイルアセンブリ２４８に印加される電流の量によって調整される。
【００２２】
図３は、図２に示される比例バルブ２００のバルブ封止領域２７２のより詳細な図である。オリフィス体２２８のオリフィス体封止端部２３２は、段下げ部または凹部を有する略平坦断面を有している。すなわち、オリフィス体封止端部２３２は、オリフィス２３６を直接取り巻く平坦（または略平坦）な環状バルブ封止面、つまりバルブシート３０４と、バルブ封止面３０４を環状に取り巻く平坦（または略平坦）な後退面３０８とを備えている。後退面３０８は、バルブ封止面３０４から後退面３０８にかけての移行部が、掘り下げ部、つまり肩部を構成しているという意味で凹んでいる。この様に、後退面３０８とバルブステム封止端部２５６（バルブ封止部材２６０の外向面を含む）との間の軸方向距離、つまり間隙３１２は、バルブ封止面３０４とバルブステム封止端部２５６の端面との間の軸方向距離よりも大きい。後退面３０８を、バルブ封止面３０４またはオリフィス２３６を画成している縁部よりも「低い」または「下げられた」面と考えてもよい。後退面３０８が平坦な本実施態様においては、間隙３１２の大きさは、長手方向軸２６８に対して半径方向に沿って（すなわち、横方向、つまり直交軸に沿って）一定である。図３において、矢印３１６によって示されるバルブ封止面３０４の外径は、オリフィス２３６の直径より若干大きくてもよい。一方、後退面３０８の外径は、バルブ封止面３０４の外径よりかなり大きくてもよい。図３に示されるように、後退面３０８の外径は、バルブシール２６０の外径と同じか、ほぼ同じであってよく、そのため、後退面３０８の表面領域はバルブシール２６０の表面領域と同一の広がりを有するか、実質的に同一の広がりを有する。あるいは、後退面３０８の外径は、更に半径方向外方に延びて、バルブステム２４４の外径と同じか、実質的に同じであってもよい。
【００２３】
図３に示される構成の結果、流体的制動空間、つまりチャンバ３２０がオリフィス体封止端部２３２の後退面３０８とバルブステム封止端部２５６との間、特に後退面３０８とバルブ封止部材２６０との間に画成される。流体的制動空間３２０の軸方向における（すなわち、長手方向軸２６８に沿った）寸法は、バルブステム封止端部２５６の端面と後退面３０８とによって境界が定められる狭い間隙３１２と略一致し、よってバルブステム２４４の移動に応じて変化する。垂直または半径方向（つまり、長手方向軸２６８と垂直方向）における流体的制動空間３２０の横寸法は、後退面３０８の外径と略一致する（すなわち、後退面３０８の表面領域と同一の広がりを有する）。流体的制動空間３２０は、周囲のバルブ内部チャンバ２２４（図２）とは構造的および機能的に異なっており、オリフィス２３６とバルブ内部チャンバ２２４との間に流体的に介在されている。その結果、流体的制動空間３０２は大きな半径方向成分を、図２に一例として示される比例バルブ２００の様な、関連する比例バルブを貫流する流体の流れの経路に導入する。言い換えると、流体的制動空間３２０を画成する構造上の境界部は流体を、主として半径方向の（つまり横方向のまたは垂直な）経路に沿って、後退面３０８の横寸法と略一致する距離にわたって流れるよう強制する。図３に示されるように、比例バルブ２００が開（通電）状態にあるとき、流体は流入口２１６（図２）からオリフィス体２２８の内部通路２４０を通って、矢印３２４によって示されるようにオリフィス２３６まで流れる。流体はその後、オリフィス２３６から流出して、流体的制動空間３２０に流入する。オリフィス２３６から流出すると、流体は流体的制動空間３２０によって強制され、矢印３２８によって示されるように、主として半径方向外向きの経路を、垂直軸に沿った相当距離にわたって辿る。最終的に流体は、流体的制動空間３２０から流出してバルブ内部チャンバ２２４に流入し、比例バルブ２００の流出口２２０（図２）を貫流する。
【００２４】
以上より、また図２および図３を参照すれば、比例バルブ２００内を通って導かれる流体が、比例バルブ２００によって備えられる流体循環路のいずれかの下流部（例えば、バルブ内部チャンバ２２４、導出口２２０等）にまで流れ込むか、または拡がる前に、軸方向に狭い流体的制動空間３２０を満たすか、またはその隅々にまで拡がる必要があることは明らかである。流体的制動空間３２０は、流体材料の層または膜をオリフィス体２２８の後退面３０８とバルブステム２４４との間に形成する。流体制動層は、バルブステム２４４の端面の表面領域のうち、かなりの部分の下に位置する。例えば、流体制動層はこの表面領域の５０％を超える部分と同一の広がりを有していてもよい。流体的制動空間３２０と、その下の定位置後退面３０８に支持された流体塊との寸法により、この流体の空間は浮いているバルブステム２４４の下面（バルブステム封止端部２５６の端面）に向かう方向に力を加える。その結果、流体的制動空間３２０（または流体的制動空間３２０中に収容される流体の層）は、バルブステム２４４用の制動（減衰）機構、ばね、または衝撃吸収材として作用する。流体的制動空間３２０は、外部振動によって引き起こされるバルブステム２４４の不要な移動の量を制限し、それによってバルブステム２４４の位置がこの様な振動から受ける影響を軽減する。したがって、図３に示される実施態様において、関連する比例バルブ２００を通る流体の流れは安定性を増し、その結果、比例バルブ２００によって行われる比例フロー調整の精度が増す。なお、流体的制動空間３２０内の流体によって加えられる力は、バルブステム２４４の軸方向位置に比例して変化し、流体的制動空間３２０は比例バルブ２００が定常開状態にある間、バルブステム２４４の移動全域にわたって制動機構として有効に機能する。
【００２５】
図４はオリフィス体２２８の上平面図である。図４はオリフィス２３６と、バルブ封止面３０４と、後退面３０６との相対的な寸法を示している。上記の流体的制動空間３２０（図３）を支持するために、かなりの表面領域が利用可能であることが明らかである。
図５は他の実施態様の一例に係るバルブ封止領域５７２を示している。バルブ封止領域５７２は、図２に例として示される比例バルブまたは他の任意の適切な比例バルブにおいて実現されてもよい。バルブ封止領域５７２の様々な構成要素または特徴は、図３に示されるバルブ封止領域２７２の構成要素または特徴と同様であってよく、したがって同一構成要素または特徴は、便宜上同一の参照符号によって示されている。
【００２６】
図５に示される例において、オリフィス体５２８は若干角度のついた、つまり傾斜した形状を有するオリフィス体封止端部５３２を備えている。すなわち、バルブステム２４４に対向するオリフィス体封止端部５３２の表面は、オリフィス２３６またはオリフィス２３６近傍の半径方向位置から次第に（図５で）下方に傾斜し、バルブステム封止端部２５６から離隔する。オリフィス体封止端部５３２は、オリフィス２３６を直接取り巻く環状のバルブ封止面５０４を備えていてもよく、環状のバルブ封止面５０４はバルブ封止面５０４を取り巻く傾斜面５０８へと移行する。バルブ封止面５０４は、実施態様によっては、図３に示されるバルブ封止面３０４の場合の様に平坦（または実質的に平坦）であってもよく、または若干（すなわち、傾斜面５０８よりも緩勾配で）傾斜していてもよい。この様な場合、図４に示されるオリフィス体２２８の上平面図は、図５に示されるオリフィス体５２８を表していてもよい。
【００２７】
他の実施態様において、バルブ封止面５０４の外径は、オリフィス２３６自体の直径よりもほんの僅か大きいだけでもよい。その場合、バルブ封止面５０４は傾斜面５０８とほとんど見分けがつかなくなる可能性がある。更に他の実施態様において、バルブ封止面５０４はオリフィス３６２を画成する縁部、つまり境界線そのものに略一致してもよい。その場合、バルブ封止面５０４は本質的に傾斜面５０８と見分けがつかないか、オリフィス体封止端部５３２に存在しなくなると考えてもよく、その結果、バルブ封止面５０４のうちオリフィス２３６に近接する部分がバルブシートとして機能する。この様な実施態様全てにおいて、オリフィス体封止端部５３２は、関連する比例バルブが閉状態にあるとき、オリフィス２３６とバルブステム２４４のバルブシール２６０との間で耐漏封止を実現することができる。
【００２８】
図３に示される後退面３０８の場合の様に、図５に示される傾斜面５０８は、傾斜面５０８とバルブステム封止端部２５６（バルブ封止部材２６０の外向面を含む）との間の軸方向距離、つまり間隙が、バルブ封止面５０４（もしあれば）またはオリフィス２３６の最上縁部とバルブステム封止端部２５６の端面との間の軸方向距離よりも大きいという意味で、後退している、つまり低くなっている。図３に示される実施態様とは異なり、面５０８は軸方向の間隙の大きさがオリフィス２３６から半径方向外方に沿って変化（増す）よう傾斜されている。したがって、図５に示される様に、軸方向の間隙はオリフィス２３６付近で（において、またはその近傍で）最小値５６２を有し、傾斜面５０８の外径付近で（において、またはその近傍で）最大値５６６を有する。傾斜面５０８は平坦であるか、実質的に平坦であるか、または若干曲折するかもしくは半球形であってもよい。
【００２９】
図５に示される構成は、流体的制動空間５２０の軸方向寸法が上記の傾斜断面に従って垂直軸に沿って変化している点を除き、図３に示される実施態様と同様の、軸方向に狭い流体的制動空間、つまりチャンバ５２０を形成している。本実施態様により形成された流体の流れの経路は、図５の矢印５２４および５３０によって図示されている。断面の角度は従来設けられていた（例えば図１参照）円錐形状ほど急勾配ではない。傾斜面５０８と、オリフィス２３６の最上縁部を含む水平面との間の角度は比較的小さい。この様に、流体的制動空間５２０は流体を、オリフィス２３６から流出した後、関連する比例バルブの下流部に流入するまで、かなりの表面領域（傾斜面５０８の表面領域と略同一の広がりを有する表面領域）にわたり、主として半径方向または直交方向の経路５３０を辿らせる。更に、面５０８は傾斜してはいるものの、構造上および機能上異なる流体的制動空間５２０を依然として支持することができ、上記の制動（減衰）機能の実現が可能である。ただし、本実施態様において制動機能は、オリフィス２３６から半径方向に離れるにつれて減少してもよい。
【００３０】
図２ないし図５はそれぞれ、その断面図の構成要素または部分のうち多くのものが円筒形状であり、図示される基準の長手方向軸と同軸である実施態様の例を示すが、本発明は円筒形状または円形の形状に限定されるものではない。本発明は１個以上の構成要素が多角形状である実施態様を包含する。したがって、本発明のより広い局面において、「同軸の」、「環状の」、および「直径」等の記述用語は、「周囲の」、「周辺の」、および「外径」等の記述用語を包含するか、またはそれらと同等であると考えてもよく、よって特定の構成要素または特徴が円筒形状または円形形状を有するよう限定するものではない。
【００３１】
上記から、本明細書において開示された実施態様は、比例バルブ内に存在する構造および流体を利用して比例バルブの制動機構を提供することが理解されよう。制動機構は、振動が比例バルブの性能に及ぼす影響を排除、または少なくとも軽減することができる。この様な比例バルブが、精密検知や計測等の目的のために安定した流体の流れに依存する装置または工程と併せて用いられると、制動機構はこの様な装置の性能または工程を改善することができる
本発明の様々な局面または詳細が、発明の範囲を逸脱することなく変更可能であることは言うまでもない。更に、上記の説明は例示のみを目的とし、特許請求の範囲で定義される本発明を何ら制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】先行技術による従来の比例バルブのバルブ封止領域の立断面図である。
【図２】本発明の一実施態様による比例バルブの一例の立断面図である。
【図３】図２に示される比例バルブのバルブ封止領域のより詳細な立断面図である。
【図４】図３に示されるバルブ封止領域に設けられたオリフィス体の上平面図である。
【図５】本発明の他の実施態様の一例に係るバルブ封止領域の詳細な立断面図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流れ（フロー）を制御し調整するために用いられる比例バルブ全般に関し、より詳細には、比例バルブにおける振動を減衰して、その性能を改善することに関する。
【背景技術】
【０００２】
比例バルブは多種多様の装置および機器において、気体または液体等の流体の流れを調整するために利用されている。通常、比例バルブは流体流入口と、流体流出口と、上記流入口および流出口の間に介在されて封止または閉塞可能なオリフィスとを備えている。流体は流入口経由で比例バルブに流入し、オリフィスを貫流する。オリフィスを貫流した流れは、オリフィス上方に一定距離をおいて浮動するバルブステム（弁軸）に装着されたバルブシールによって制御される。バルブステムは通常、バルブシールをオリフィスから軸方向に離隔移動させるよう駆動される。オリフィスが開いている間、オリフィスを貫流した流体の流れは、バルブシールとオリフィスとの間の距離を変動させることにより調整可能である。バルブステム（ひいてはバルブシール）をオリフィスから離間移動させて上記距離を増大させると、オリフィスから流出する流体の流れが増加する。一方、バルブステムをオリフィスに対し近接移動させて上記距離を減少させると、流れが減少する。
【０００３】
上記バルブステムは機械的、電気的、および／または磁気的手段により作動されてもよい。通常の比例バルブにおいて、バルブステムは、ばねにより上記オリフィスに近接する方向に付勢される。バルブステムは通常、その周りを取り巻くバルブコイルを介して印加される規定量の電圧または電流によって形成される磁力により、ばねの付勢力に抗してオリフィスから離隔する方向に駆動される。したがって、上記比例バルブの動作中、バルブステムの位置は、それぞれ反対方向からバルブステムにかけられるばねの荷重の力と磁力（または他の種類の駆動力）との間の均衡によるものである。
【０００４】
比例バルブが流体の流れを調整している間、浮動しているバルブステムはオリフィスとバルブシールとの間に一定の間隙を保持している。この均衡位置は、外部の震動または振動、特にバルブステムの移動方向と同じ軸方向に伝えられる振動によって容易に乱されることがある。外部振動はバルブステムの不要で制御不可能な運動、とりわけ比例バルブのオリフィスに対して近接および／またはそこから離隔する軸方向の平行移動を引き起こすことがある。そのため、外部振動により比例バルブを貫流する流体の量が変動し、これによって比例バルブの精密な流れ調整能力が損なわれる。
【０００５】
比例バルブにおける振動に伴う問題は、分析、計測、検知、および検出機器などの用途において特に深刻となる場合がある。一例として、比例バルブはクロマトグラフィ装置における流体の流れの調整に頻用される。例えば、ガスクロマトグラフィ（ＧＣ）技術によって行われる計測は、１種以上の気体流が不安定であることにより阻害されることがあるが、上記の説明から明らかなように、この不安定さはＧＣ装置における気体流調整に利用される比例バルブで生じる振動に起因する可能性がある。この様な阻害または不安定さは、検出器信号によって表されるノイズ量を増加させるおそれがある。バルブステム中またはバルブステムに伝達される有害な振動は、例えばファンモータ、標本化装置、または周囲の領域で動作する他の装置等の多数の振動源や、比例バルブのバルブステムに作用する磁力の乱れおよび比例バルブに設けられた機械ばねの撓みによって起きる振動から生じる可能性がある。振動はまた、流体の流れ自体の摂動によって引き起こされる場合もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記から鑑みて、比例バルブにおいて貫流する流体の流れの調整に悪影響を及ぼす振動を排除するか、無効にするか、抑制するか、または軽減する必要がある。分析、計測、検知、および検出機器などの用途において、流れ障害およびその結果生じるノイズを低減することにより、この様な分析的または計測的機能の精度を高める必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の問題に全面的または部分的に対処および／または当業者によって報告される可能性のある他の問題に対処するため、本開示は下記の実施態様の説明において例示される比例バルブに係る装置、機器、システムおよび／または方法を提供する。
１つの実施態様によれば、比例バルブは長手方向軸に沿って移動可能な第１の面を含むバルブステムと、上記第１の面に略対向する第２の面を含む本体部とを備えている。上記本体部は上記第２の面に形成されたオリフィスと、上記オリフィスと連通する流体通路とを有している。上記第２の面は上記オリフィスから、上記第１の面の表面領域のうちのかなりの部分と同一の広がりを有する横方向距離にわたり、主として上記長手方向軸に垂直な軸に沿って外方に延びている。上記バルブステムは閉位置から、開位置へ移動可能である。上記閉位置において、上記第１の面の少なくとも一部が上記オリフィスを流体的に封止する。上記開位置において、流体的制動空間が形成される。上記流体的制動空間は上記第１の面と上記第２の面とによって規定される軸方向寸法と、上記第２の面の上記横方向距離と同一の広がりを有する横方向寸法とを有している。
【０００８】
他の実施態様によれば、比例バルブは、バルブステムと、本体部とを含んでいる。上記本体部は、上記バルブステムとその長手方向軸方向に沿って略対向するオリフィスと、上記オリフィスと連通する流体通路とを有する。上記比例バルブは、上記バルブステムと上記本体部との間に流体的制動空間を形成して、流体が上記オリフィスから流出している間、上記バルブステムの振動を減衰するための手段を更に含んでいる。
【０００９】
他の実施態様によれば、比例バルブのバルブステムの振動を減衰させるための方法が提供される。上記バルブステムを上記比例バルブのオリフィスから軸方向距離位置に配置して、初期的に上記バルブステムに向かう方向に上記オリフィスを貫通する流れ経路を形成する。流体は、上記流体経路に沿って上記オリフィスを貫流される。上記オリフィスから流出する上記流体の少なくとも一部に、上記バルブステムと上記オリフィス体を取り巻く面との間に介在される制動流体の空間を形成させ、それによって上記制動流体が上記バルブステムの振動を減衰させる。
【００１０】
本発明の他の装置、機器、システム、方法、特徴および／または利点は、以下の図面および詳細な説明を検討することにより当業者に明らかになろう。この様な付加的な装置、機器、システム、方法、特徴および／または利点は、この説明および本発明の範囲内に包含され、特許請求の範囲により保護されるべきものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本明細書において使用される「流体」という語は、気相または液相いずれかにおける流動可能な物質全般のほか、超臨界流体ならびに気相および液相の両成分の混合物を含む流体を包含する。
一般に、「連通する」という語（例えば、第１の構成要素が第２の構成要素と「連通する」または「連通している」）は、本明細書において２個以上の構成要素または部材の間の構造的、機能的、機械的、電気的、光学的、磁気的、イオン的、または流体的な関係を示すために用いられる。よって、１個の構成要素が第２の構成要素と連通するということは、他の付加的な構成要素がその間に介在され、および／または第１および第２の構成要素と動作可能に関連または係合する可能性を排除することを意図するものではない。
【００１２】
本明細書に開示される内容は、概して比例バルブ全般および比例バルブに関連するいくつかの構成要素、特徴、および機能に関する。本発明に係る実施態様の例は、図１ないし図５を参照して以下により詳細に説明する。
図１は先行技術による従来の比例バルブのバルブ封止領域１００を示している。この様な比例バルブは通常、図１に部分的にのみ示されるバルブステム（弁軸）１０４とオリフィス体１０８とを備えている。参照のために、バルブステム１０４とオリフィス体１０８とは、バルブ封止領域１００の長手方向軸１１２に沿って略整列配置されていると考えてよい。通常、バルブステム１０４は図１の矢印１１６によって示される様に、比例バルブの動作中は長手方向軸１１２に沿って移動可能である一方、オリフィス体１０８はバルブステム１０４に対して定常的に静止している。バルブステム１０４はバルブステム封止端部、すなわち側部１２０において終端し、オリフィス体１０８はバルブステム封止端部、すなわち側部１２０と略対向するオリフィス体封止端部、すなわち側部１２４において終端している。バルブステム封止端部１２０は、通常平坦である。バルブステム１０４は、通常バルブステム封止端部１２０に配置されたバルブ封止部材１２８を備えている。バルブ封止部材１２８は、当業者に理解される適切な弾性またはエラストマー材料から構成してもよい。バルブステム１０４は、バルブ封止部材１２８の外向面がバルブステム１０４の軸方向端面１３６と面一になるよう、内部にバルブ封止部材１２８が配置される凹部１３２を備えていてもよい。バルブ封止部材１２８の外向面はバルブステム封止側部１２０の大部分を構成していてもよいが、実際には、比例バルブが閉位置にある間、バルブ封止部材１２８のより狭い表面領域が往々にして流体の流れを遮断するよう機能する。
【００１３】
図１に更に示されているように、内部流体通路１４０はオリフィス体１０８を貫通して形成され、オリフィス体封止端部１２４に形成されているオリフィス１４４と連通している。通常、流体の流れは矢印１４８によって示される方向に生じる。すなわち、流体はオリフィス１４４に向かって流体通路１４０を貫流し、オリフィス１４４から流出した後、比例バルブのバルブ封止領域１００に形成された流体チャンバ１５２に直接流れ込む。図１は、上記の従来のバルブが開位置にあって図示されている流体の流れを流す様子を示している。
【００１４】
上記の従来のオリフィス体１０８のオリフィス体封止端部１２４は、明らかに円錐切頭形の断面を有する。すなわち、オリフィス体封止側部１２４は、オリフィス１４４を直接取り巻く平坦な環状バルブ封止面１５６、つまりバルブシート１５６と、バルブ封止面１５６から下方に延びている円錐面１６０とを有する。図１に示されている従来のバルブの開位置において、バルブステム封止端部１２０とオリフィス体封止端部１２４とは、長手方向軸１１２の軸方向に隔てられている。特に、バルブ封止部材１２８とオリフィス１４４を取り巻くバルブ封止面１５６とは、間隙１６４によって軸方向に隔てられている。間隙１６４の軸方向の幅または高さは、バルブステム１０４のオリフィス体１０８に対する軸方向の位置決めをソレノイド駆動により行うことで調節可能であり、これによってオリフィス１４４を貫流する流体の流れの調整が可能となる。比例バルブの全閉位置（図示せず）において、バルブ封止部材１２８はバルブ封止面１５６と接触し、この位置において間隙１６４は消失する。
【００１５】
図１に示されるように、従来のオリフィス体１０８の円錐切頭形断面は急勾配、つまり鋭角的である。図１の矢印１６８によって示されるように、バルブ封止面１５６の最外径は、バルブ封止部材１２８、バルブステム１０４、および円錐面１６０それぞれの最外径に比して極めて小さい。しかも、バルブ封止面１５６から円錐面１６０にかけての移行部は、先鋭、つまり急であり、円錐面１６０とバルブ封止面１５６が存在する水平面との間の角度は通常約２０度より大きい。したがって、流体が流過する空間は流体がオリフィス１４４から流出して流体チャンバ１５２内に拡がり始めるに従って急激に増大する。その結果、流体によって付与される力は、バルブステム１０４を作動させるためにはほとんど利用できない。というのも、従来の比例バルブは、流体をこの様な目的で利用するようには意図または設計されていないからである。実際、この従来の構成は上記バルブステム１０４における振動がもたらす悪影響に対処できない。
【００１６】
図２は本発明の一つの実施態様の一例に係る比例バルブ２００に包含される構成要素または特徴の一部を示している。一般に、比例バルブ２００は、流体バルブ部２０４と駆動部２０８とを備えていてもよい。流体バルブ部２０４は、一般にバルブ体２１２を備えている。バルブ体２１２内には、流体流入ポート、つまり流入路２１６と、流体流出ポート、つまり流出路２２０と、上記の流体流入ポート２１６と流体流出ポート２２０との間に介在されたバルブ内部チャンバ２２４とが形成されている。オリフィス体２２８は、バルブ体２１２内に位置してバルブ内部チャンバ２２４内に配置されているか、またはオリフィス体２２８の少なくとも一部がバルブ内部チャンバ２２４内まで延びている。オリフィス体２２８はバルブ体２１２と一体に製造されるか、任意の適切な手段によってバルブ体２１２に装着または支持される別体の構成要素であってもよい。オリフィス体２２８はオリフィス体封止端部、つまり側部２３２において終端している。オリフィス２３６は、オリフィス体封止端部２３２においてオリフィス体２２８内に形成され、バルブ内部チャンバ２２４と流体的に連通している。オリフィス体２２８に内部通路２４０を形成して、オリフィス２３６と流体流入ポート２１６とを流体的に相互接続してもよい。
【００１７】
図２に更に示されるように、比例バルブ２００の駆動部２０８は、通常電磁ソレノイド式であるが、他の実施態様において、他の公知の駆動手段を用いてもよい。図示される電磁式の例において、駆動部２０８は、バルブステム、つまりプランジャ２４４と、バルブステム２４４の周囲に同軸状に配置されたソレノイドコイルアセンブリ２４８とを備えている。当業者に理解されるように、コイルアセンブリ２４８は適切な支持構造（特に図示せず）の周りに幾度も巻回された巻線を備え、電磁石となってもよい。コイルアセンブリ２４８は中空の芯部、つまりボア２５２を有しており、その中を通ってバルブステム２４４が、芯部２５２と非接触または少なくとも低摩擦状態で軸方向に平行移動する。バルブステム２４４は、オリフィス体封止端部２３２と略対向するバルブステム封止端部、つまり側部２５６において終端している。バルブステム封止端部２５６の、オリフィス２３６と対向する軸方向端面は、平坦または実質的に平坦であってもよい。バルブステム２４４は、バルブステム封止端部２５６に配置されたバルブ封止部材２６０を有していてもよい。バルブ封止部材２６０は、当業者に理解される適切な弾性またはエラストマー材料から構成してもよい。バルブ封止部材２６０は、任意の適切な手段によってバルブステム２４４に装着されてもよい。図示された例において、バルブステム２４４は、バルブ封止部材２６０がバルブステム封止端部２５６の軸方向端面と面一になるか、またはその一部を構成するように、内部にバルブ封止部材２６０が配置される凹部２６４を備えている。バルブ封止部材２６０の外向面が、バルブステム封止端部２５６の全表面領域の大部分を構成していてもよい。
【００１８】
参照のために、図２に例として示される比例バルブ２００は一般に、オリフィス２３６、オリフィス体封止端部２３２、およびバルブステム封止端部２５６が位置するバルブ封止領域２７２を備えていると考えてもよい。また、バルブステム２４４およびオリフィス体２２８は、バルブ封止領域２７２の長手方向軸２６８に沿って略整列配置されていると考えてもよい。当業者に理解されるように、バルブステム２４４は、図２の矢印２７６によって示される、コイルアセンブリ２４８に印加される電気的エネルギーに応じて、長手方向軸２６８に沿って移動可能である。コイルアセンブリ２４８の極性は通常、コイルアセンブリ２４８が適切な電源（図示せず）によって通電されているとき、バルブステム２４４が長手方向軸２６８に沿って、オリフィス２３６から離隔する方向に（つまり図２で上方に）直線駆動されるように向いている。
【００１９】
図２に更に示されるように、上記の比例バルブ２００は、環状の、板ばねと称するばね２８０を備えていてもよい。ばね２８０の周縁部は、比例バルブ２００の適切な構成部によって定位置に取り付けられていてもよい。ばね２８０は、同軸状にバルブステム２４４の周りを取り巻いて接触しており、その結果、バルブステム２４４の線状平行移動にともなってばね２８０が収縮する。ばね２８０は、長手方向軸２６８に沿ってオリフィス２３６に向かう方向、すなわちコイルアセンブリ２４８によって付与される駆動力と反対方向（つまり図２で下方）の付勢力を、バルブステム２４４に付与するよう構成され、取り付けられている。よって、コイルアセンブリ２４８が非通電状態のとき、ばね２８０は比例バルブ２００を閉位置に保持し、その閉位置において、バルブ封止部材２６０はオリフィス２３６を取り巻くバルブシート（もし設けられているとすれば）、または少なくともオリフィス２３６の最上縁部と接触し、これによってオリフィス２３６を封止して、比例バルブ２００を通る流体の流れを阻止する。ばね２８０はまた、コイルアセンブリ２４８の芯部２５２内の中心位置にあるバルブステム２４４を支持し、これによってコイルアセンブリ２４８と何ら接触することなく、またはバルブステム２４４を横（左右）方向に移動させることなく、バルブステム２４４の移動を長手方向軸２６８に沿って線状平行移動に制限するよう補助的な役割を果たしてもよい。
【００２０】
図２に更に示されるように、比例バルブ２００は例えばコイル状ばねの様な圧縮ばねとして設けられる制御バネ２８４を備えていてもよい。制御バネ２８４は、ねじまたはノブのような制御部材２９２の支柱またはボスの周囲に取り付けられて、制御部材２９２と、バルブステム２４４のオリフィス２４８から遠い方の端部との間に延びていてもよい。当業者に理解されるように、制御部材２９２を、コイルアセンブリ２４８の構成部と嵌合ねじ山等により整合させ、制御部材２９２の回転が制御バネ２８２の圧縮量を決定するようにしてもよい。制御バネ２８４を、比例バルブ２００の開始流を設定するために用いてもよい。
【００２１】
図２は、比例バルブ２００が「開いている」状態に対応する通電状態のコイルアセンブリ２４８を示している。コイルアセンブリ２４８の電磁作用が、ばね２８０の下向きの付勢力に抗して（図２で）上方にバルブステム２４４を駆動し、オリフィス体２２８から離隔する。特に、バルブシール２６０は、間隙によってオリフィス２３６とオリフィス体２２８の周囲のバルブシートから長手方向軸２６８に沿って分離される。この開位置において、流体の流れの経路は矢印２９６によって示されるように流入口２１６から内部通路２４０およびオリフィス２９８を通り、更にバルブ内部チャンバ２２４内を通って、矢印２９８によって示されるように流出口２２０まで、比例バルブ２００内に貫通形成される。比例バルブの特徴として、バルブ封止部材２６０とオリフィス２３６との間の間隙の大きさと、ひいてはオリフィス２３６を通る流れの流量とは、バルブステム２４４の軸方向の位置との関係から相対的に定まり、一方、バルブステム２４４の軸方向の位置は、コイルアセンブリ２４８に印加される電流の量によって調整される。
【００２２】
図３は、図２に示される比例バルブ２００のバルブ封止領域２７２のより詳細な図である。オリフィス体２２８のオリフィス体封止端部２３２は、段下げ部または凹部を有する略平坦断面を有している。すなわち、オリフィス体封止端部２３２は、オリフィス２３６を直接取り巻く平坦（または略平坦）な環状バルブ封止面、つまりバルブシート３０４と、バルブ封止面３０４を環状に取り巻く平坦（または略平坦）な後退面３０８とを備えている。後退面３０８は、バルブ封止面３０４から後退面３０８にかけての移行部が、掘り下げ部、つまり肩部を構成しているという意味で凹んでいる。この様に、後退面３０８とバルブステム封止端部２５６（バルブ封止部材２６０の外向面を含む）との間の軸方向距離、つまり間隙３１２は、バルブ封止面３０４とバルブステム封止端部２５６の端面との間の軸方向距離よりも大きい。後退面３０８を、バルブ封止面３０４またはオリフィス２３６を画成している縁部よりも「低い」または「下げられた」面と考えてもよい。後退面３０８が平坦な本実施態様においては、間隙３１２の大きさは、長手方向軸２６８に対して半径方向に沿って（すなわち、横方向、つまり直交軸に沿って）一定である。図３において、矢印３１６によって示されるバルブ封止面３０４の外径は、オリフィス２３６の直径より若干大きくてもよい。一方、後退面３０８の外径は、バルブ封止面３０４の外径よりかなり大きくてもよい。図３に示されるように、後退面３０８の外径は、バルブシール２６０の外径と同じか、ほぼ同じであってよく、そのため、後退面３０８の表面領域はバルブシール２６０の表面領域と同一の広がりを有するか、実質的に同一の広がりを有する。あるいは、後退面３０８の外径は、更に半径方向外方に延びて、バルブステム２４４の外径と同じか、実質的に同じであってもよい。
【００２３】
図３に示される構成の結果、流体的制動空間、つまりチャンバ３２０がオリフィス体封止端部２３２の後退面３０８とバルブステム封止端部２５６との間、特に後退面３０８とバルブ封止部材２６０との間に画成される。流体的制動空間３２０の軸方向における（すなわち、長手方向軸２６８に沿った）寸法は、バルブステム封止端部２５６の端面と後退面３０８とによって境界が定められる狭い間隙３１２と略一致し、よってバルブステム２４４の移動に応じて変化する。垂直または半径方向（つまり、長手方向軸２６８と垂直方向）における流体的制動空間３２０の横寸法は、後退面３０８の外径と略一致する（すなわち、後退面３０８の表面領域と同一の広がりを有する）。流体的制動空間３２０は、周囲のバルブ内部チャンバ２２４（図２）とは構造的および機能的に異なっており、オリフィス２３６とバルブ内部チャンバ２２４との間に流体的に介在されている。その結果、流体的制動空間３０２は大きな半径方向成分を、図２に一例として示される比例バルブ２００の様な、関連する比例バルブを貫流する流体の流れの経路に導入する。言い換えると、流体的制動空間３２０を画成する構造上の境界部は流体を、主として半径方向の（つまり横方向のまたは垂直な）経路に沿って、後退面３０８の横寸法と略一致する距離にわたって流れるよう強制する。図３に示されるように、比例バルブ２００が開（通電）状態にあるとき、流体は流入口２１６（図２）からオリフィス体２２８の内部通路２４０を通って、矢印３２４によって示されるようにオリフィス２３６まで流れる。流体はその後、オリフィス２３６から流出して、流体的制動空間３２０に流入する。オリフィス２３６から流出すると、流体は流体的制動空間３２０によって強制され、矢印３２８によって示されるように、主として半径方向外向きの経路を、垂直軸に沿った相当距離にわたって辿る。最終的に流体は、流体的制動空間３２０から流出してバルブ内部チャンバ２２４に流入し、比例バルブ２００の流出口２２０（図２）を貫流する。
【００２４】
以上より、また図２および図３を参照すれば、比例バルブ２００内を通って導かれる流体が、比例バルブ２００によって備えられる流体循環路のいずれかの下流部（例えば、バルブ内部チャンバ２２４、導出口２２０等）にまで流れ込むか、または拡がる前に、軸方向に狭い流体的制動空間３２０を満たすか、またはその隅々にまで拡がる必要があることは明らかである。流体的制動空間３２０は、流体材料の層または膜をオリフィス体２２８の後退面３０８とバルブステム２４４との間に形成する。流体制動層は、バルブステム２４４の端面の表面領域のうち、かなりの部分の下に位置する。例えば、流体制動層はこの表面領域の５０％を超える部分と同一の広がりを有していてもよい。流体的制動空間３２０と、その下の定位置後退面３０８に支持された流体塊との寸法により、この流体の空間は浮いているバルブステム２４４の下面（バルブステム封止端部２５６の端面）に向かう方向に力を加える。その結果、流体的制動空間３２０（または流体的制動空間３２０中に収容される流体の層）は、バルブステム２４４用の制動（減衰）機構、ばね、または衝撃吸収材として作用する。流体的制動空間３２０は、外部振動によって引き起こされるバルブステム２４４の不要な移動の量を制限し、それによってバルブステム２４４の位置がこの様な振動から受ける影響を軽減する。したがって、図３に示される実施態様において、関連する比例バルブ２００を通る流体の流れは安定性を増し、その結果、比例バルブ２００によって行われる比例フロー調整の精度が増す。なお、流体的制動空間３２０内の流体によって加えられる力は、バルブステム２４４の軸方向位置に比例して変化し、流体的制動空間３２０は比例バルブ２００が定常開状態にある間、バルブステム２４４の移動全域にわたって制動機構として有効に機能する。
【００２５】
図４はオリフィス体２２８の上平面図である。図４はオリフィス２３６と、バルブ封止面３０４と、後退面３０６との相対的な寸法を示している。上記の流体的制動空間３２０（図３）を支持するために、かなりの表面領域が利用可能であることが明らかである。
図５は他の実施態様の一例に係るバルブ封止領域５７２を示している。バルブ封止領域５７２は、図２に例として示される比例バルブまたは他の任意の適切な比例バルブにおいて実現されてもよい。バルブ封止領域５７２の様々な構成要素または特徴は、図３に示されるバルブ封止領域２７２の構成要素または特徴と同様であってよく、したがって同一構成要素または特徴は、便宜上同一の参照符号によって示されている。
【００２６】
図５に示される例において、オリフィス体５２８は若干角度のついた、つまり傾斜した形状を有するオリフィス体封止端部５３２を備えている。すなわち、バルブステム２４４に対向するオリフィス体封止端部５３２の表面は、オリフィス２３６またはオリフィス２３６近傍の半径方向位置から次第に（図５で）下方に傾斜し、バルブステム封止端部２５６から離隔する。オリフィス体封止端部５３２は、オリフィス２３６を直接取り巻く環状のバルブ封止面５０４を備えていてもよく、環状のバルブ封止面５０４はバルブ封止面５０４を取り巻く傾斜面５０８へと移行する。バルブ封止面５０４は、実施態様によっては、図３に示されるバルブ封止面３０４の場合の様に平坦（または実質的に平坦）であってもよく、または若干（すなわち、傾斜面５０８よりも緩勾配で）傾斜していてもよい。この様な場合、図４に示されるオリフィス体２２８の上平面図は、図５に示されるオリフィス体５２８を表していてもよい。
【００２７】
他の実施態様において、バルブ封止面５０４の外径は、オリフィス２３６自体の直径よりもほんの僅か大きいだけでもよい。その場合、バルブ封止面５０４は傾斜面５０８とほとんど見分けがつかなくなる可能性がある。更に他の実施態様において、バルブ封止面５０４はオリフィス３６２を画成する縁部、つまり境界線そのものに略一致してもよい。その場合、バルブ封止面５０４は本質的に傾斜面５０８と見分けがつかないか、オリフィス体封止端部５３２に存在しなくなると考えてもよく、その結果、バルブ封止面５０４のうちオリフィス２３６に近接する部分がバルブシートとして機能する。この様な実施態様全てにおいて、オリフィス体封止端部５３２は、関連する比例バルブが閉状態にあるとき、オリフィス２３６とバルブステム２４４のバルブシール２６０との間で耐漏封止を実現することができる。
【００２８】
図３に示される後退面３０８の場合の様に、図５に示される傾斜面５０８は、傾斜面５０８とバルブステム封止端部２５６（バルブ封止部材２６０の外向面を含む）との間の軸方向距離、つまり間隙が、バルブ封止面５０４（もしあれば）またはオリフィス２３６の最上縁部とバルブステム封止端部２５６の端面との間の軸方向距離よりも大きいという意味で、後退している、つまり低くなっている。図３に示される実施態様とは異なり、面５０８は軸方向の間隙の大きさがオリフィス２３６から半径方向外方に沿って変化（増す）よう傾斜されている。したがって、図５に示される様に、軸方向の間隙はオリフィス２３６付近で（において、またはその近傍で）最小値５６２を有し、傾斜面５０８の外径付近で（において、またはその近傍で）最大値５６６を有する。傾斜面５０８は平坦であるか、実質的に平坦であるか、または若干曲折するかもしくは半球形であってもよい。
【００２９】
図５に示される構成は、流体的制動空間５２０の軸方向寸法が上記の傾斜断面に従って垂直軸に沿って変化している点を除き、図３に示される実施態様と同様の、軸方向に狭い流体的制動空間、つまりチャンバ５２０を形成している。本実施態様により形成された流体の流れの経路は、図５の矢印５２４および５３０によって図示されている。断面の角度は従来設けられていた（例えば図１参照）円錐形状ほど急勾配ではない。傾斜面５０８と、オリフィス２３６の最上縁部を含む水平面との間の角度は比較的小さい。この様に、流体的制動空間５２０は流体を、オリフィス２３６から流出した後、関連する比例バルブの下流部に流入するまで、かなりの表面領域（傾斜面５０８の表面領域と略同一の広がりを有する表面領域）にわたり、主として半径方向または直交方向の経路５３０を辿らせる。更に、面５０８は傾斜してはいるものの、構造上および機能上異なる流体的制動空間５２０を依然として支持することができ、上記の制動（減衰）機能の実現が可能である。ただし、本実施態様において制動機能は、オリフィス２３６から半径方向に離れるにつれて減少してもよい。
【００３０】
図２ないし図５はそれぞれ、その断面図の構成要素または部分のうち多くのものが円筒形状であり、図示される基準の長手方向軸と同軸である実施態様の例を示すが、本発明は円筒形状または円形の形状に限定されるものではない。本発明は１個以上の構成要素が多角形状である実施態様を包含する。したがって、本発明のより広い局面において、「同軸の」、「環状の」、および「直径」等の記述用語は、「周囲の」、「周辺の」、および「外径」等の記述用語を包含するか、またはそれらと同等であると考えてもよく、よって特定の構成要素または特徴が円筒形状または円形形状を有するよう限定するものではない。
【００３１】
上記から、本明細書において開示された実施態様は、比例バルブ内に存在する構造および流体を利用して比例バルブの制動機構を提供することが理解されよう。制動機構は、振動が比例バルブの性能に及ぼす影響を排除、または少なくとも軽減することができる。この様な比例バルブが、精密検知や計測等の目的のために安定した流体の流れに依存する装置または工程と併せて用いられると、制動機構はこの様な装置の性能または工程を改善することができる
本発明の様々な局面または詳細が、発明の範囲を逸脱することなく変更可能であることは言うまでもない。更に、上記の説明は例示のみを目的とし、特許請求の範囲で定義される本発明を何ら制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】先行技術による従来の比例バルブのバルブ封止領域の立断面図である。
【図２】本発明の一実施態様による比例バルブの一例の立断面図である。
【図３】図２に示される比例バルブのバルブ封止領域のより詳細な立断面図である。
【図４】図３に示されるバルブ封止領域に設けられたオリフィス体の上平面図である。
【図５】本発明の他の実施態様の一例に係るバルブ封止領域の詳細な立断面図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向軸に沿って移動可能な第１の面を含むバルブステムと、
上記第１の面に略対向する第２の面を含む本体部であって、上記第２の面に形成されたオリフィスと、上記オリフィスと連通する流体通路とを有する本体部とを備え、
上記第２の面は、上記オリフィスから、上記第１の面の表面領域のうちのかなりの部分と同一の広がりを有する横方向距離にわたり、主として上記長手方向軸に垂直な軸に沿って外方に延びており、
上記バルブステムは、上記第１の面の少なくとも一部が上記オリフィスを流体的に封止する閉位置から、流体的制動空間が形成される開位置へ移動可能であり、上記流体的制動空間は、上記第１の面と上記第２の面とによって規定される軸方向寸法と、上記第２の面の上記横方向距離と同一の広がりを有する横方向寸法とを有している、比例バルブ。
【請求項２】
上記第２の面が主として上記垂直な軸に沿って延びている上記横方向距離は、上記第１の面の表面領域の５０％を超える部分と同一の広がりを有している、請求項１に記載の比例バルブ。
【請求項３】
上記本体部は上記オリフィスを取り巻くバルブシートを含み、上記第２の面は上記バルブシートから外方に延びている、請求項１に記載の比例バルブ。
【請求項４】
上記第２の面は実質的に平坦であり、それによって上記流体的制動空間の上記軸方向寸法は、上記垂直な軸に沿って実質的に一定である、請求項１に記載の比例バルブ。
【請求項５】
上記第２の面は傾斜した面を有し、それによって上記流体的制動空間の上記軸方向寸法は、上記オリフィス近傍における最小値から、上記第２の面の、上記オリフィスから遠い方の最外域における最大値まで増大する、請求項１に記載の比例バルブ。
【請求項６】
上記バルブステムは、上記第１の面の少なくとも一部を構成し上記長手方向軸に沿って上記オリフィスと整列しているバルブシールを含んでいる、請求項１に記載の比例バルブ。
【請求項７】
上記バルブシールは、上記第２の面が主として上記垂直な軸に沿って延びている上記横方向距離と実質的に等しい横方向寸法を有している、請求項６記載の比例バルブ。
【請求項８】
上記流体的制動空間よりも大きい空間を有する流体チャンバを更に含み、上記流体的制動空間は上記オリフィスと上記流体チャンバとの間に流体的に介在されている、請求項１に記載の比例バルブ。
【請求項９】
上記本体部は上記オリフィスを取り巻くバルブシートを含み、上記第２の面は、上記バルブシートから外方に延び、上記バルブシートから後退しており、それによって上記流体的制動空間の上記軸方向寸法が、上記第１の面と上記バルブシートとの間の軸方向距離よりも大きくなっている、請求項１に記載の比例バルブ。
【請求項１０】
上記本体部は上記オリフィスを取り巻くバルブシートを含み、また上記第２の面は上記バルブシートから外方に延び、傾斜した面を有しており、それによって上記流体的制動空間の上記軸方向寸法は、上記バルブシート近傍における最小値から、上記第２の面の、上記バルブシートから遠い方の最外域の近傍における最大値まで増大する、請求項１に記載の比例バルブ。
【請求項１１】
バルブステムを比例バルブのオリフィスから軸方向距離位置に配置して、初期的に上記バルブステムに向かう方向に上記オリフィスを貫通する流体の流れの経路を形成する工程と、
流体を、上記流体経路に沿って上記オリフィスを貫流させる工程と、
上記オリフィスから流出する上記流体の少なくとも一部に、上記バルブステムと上記オリフィス体を取り巻く面との間に介在される制動流体の空間を形成させる工程とを含み、
それによって上記制動流体が上記バルブステムの振動を減衰させる、比例バルブのバルブステムの振動を減衰するための方法。
【請求項１２】
上記バルブステムは、上記オリフィスと、上記オリフィスを取り巻く上記面とに略対向する端面を含み、
上記流体の上記部分に上記制動流体の空間を形成させる工程は、上記バルブステムが、上記端面のうちのかなりの部分と同一の広がりを有する横方向距離にわたり、軸に沿う移動方向に主として垂直な方向に、上記オリフィスから流出する上記流体が流れるように強制することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
上記バルブステムは、上記オリフィスと、上記オリフィスを取り巻く上記面とに略対向する端面を含み、
上記流体の上記部分に上記制動流体の空間を形成させる工程は、上記オリフィスから流出する上記流体を、上記バルブステムと上記オリフィスを取り巻く面との間の軸方向の間隙内に規制することを含み、上記軸方向の間隙は上記端面のうちのかなりの部分と同一の広がりを有する横方向距離にわたり延びている、請求項１１に記載の方法。
【請求項１】
長手方向軸に沿って移動可能な第１の面を含むバルブステムと、
上記第１の面に略対向する第２の面を含む本体部であって、上記第２の面に形成されたオリフィスと、上記オリフィスと連通する流体通路とを有する本体部とを備え、
上記第２の面は、上記オリフィスから、上記第１の面の表面領域のうちのかなりの部分と同一の広がりを有する横方向距離にわたり、主として上記長手方向軸に垂直な軸に沿って外方に延びており、
上記バルブステムは、上記第１の面の少なくとも一部が上記オリフィスを流体的に封止する閉位置から、流体的制動空間が形成される開位置へ移動可能であり、上記流体的制動空間は、上記第１の面と上記第２の面とによって規定される軸方向寸法と、上記第２の面の上記横方向距離と同一の広がりを有する横方向寸法とを有している、比例バルブ。
【請求項２】
上記第２の面が主として上記垂直な軸に沿って延びている上記横方向距離は、上記第１の面の表面領域の５０％を超える部分と同一の広がりを有している、請求項１に記載の比例バルブ。
【請求項３】
上記本体部は上記オリフィスを取り巻くバルブシートを含み、上記第２の面は上記バルブシートから外方に延びている、請求項１に記載の比例バルブ。
【請求項４】
上記第２の面は実質的に平坦であり、それによって上記流体的制動空間の上記軸方向寸法は、上記垂直な軸に沿って実質的に一定である、請求項１に記載の比例バルブ。
【請求項５】
上記第２の面は傾斜した面を有し、それによって上記流体的制動空間の上記軸方向寸法は、上記オリフィス近傍における最小値から、上記第２の面の、上記オリフィスから遠い方の最外域における最大値まで増大する、請求項１に記載の比例バルブ。
【請求項６】
上記バルブステムは、上記第１の面の少なくとも一部を構成し上記長手方向軸に沿って上記オリフィスと整列しているバルブシールを含んでいる、請求項１に記載の比例バルブ。
【請求項７】
上記バルブシールは、上記第２の面が主として上記垂直な軸に沿って延びている上記横方向距離と実質的に等しい横方向寸法を有している、請求項６記載の比例バルブ。
【請求項８】
上記流体的制動空間よりも大きい空間を有する流体チャンバを更に含み、上記流体的制動空間は上記オリフィスと上記流体チャンバとの間に流体的に介在されている、請求項１に記載の比例バルブ。
【請求項９】
上記本体部は上記オリフィスを取り巻くバルブシートを含み、上記第２の面は、上記バルブシートから外方に延び、上記バルブシートから後退しており、それによって上記流体的制動空間の上記軸方向寸法が、上記第１の面と上記バルブシートとの間の軸方向距離よりも大きくなっている、請求項１に記載の比例バルブ。
【請求項１０】
上記本体部は上記オリフィスを取り巻くバルブシートを含み、また上記第２の面は上記バルブシートから外方に延び、傾斜した面を有しており、それによって上記流体的制動空間の上記軸方向寸法は、上記バルブシート近傍における最小値から、上記第２の面の、上記バルブシートから遠い方の最外域の近傍における最大値まで増大する、請求項１に記載の比例バルブ。
【請求項１１】
バルブステムを比例バルブのオリフィスから軸方向距離位置に配置して、初期的に上記バルブステムに向かう方向に上記オリフィスを貫通する流体の流れの経路を形成する工程と、
流体を、上記流体経路に沿って上記オリフィスを貫流させる工程と、
上記オリフィスから流出する上記流体の少なくとも一部に、上記バルブステムと上記オリフィス体を取り巻く面との間に介在される制動流体の空間を形成させる工程とを含み、
それによって上記制動流体が上記バルブステムの振動を減衰させる、比例バルブのバルブステムの振動を減衰するための方法。
【請求項１２】
上記バルブステムは、上記オリフィスと、上記オリフィスを取り巻く上記面とに略対向する端面を含み、
上記流体の上記部分に上記制動流体の空間を形成させる工程は、上記バルブステムが、上記端面のうちのかなりの部分と同一の広がりを有する横方向距離にわたり、軸に沿う移動方向に主として垂直な方向に、上記オリフィスから流出する上記流体が流れるように強制することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
上記バルブステムは、上記オリフィスと、上記オリフィスを取り巻く上記面とに略対向する端面を含み、
上記流体の上記部分に上記制動流体の空間を形成させる工程は、上記オリフィスから流出する上記流体を、上記バルブステムと上記オリフィスを取り巻く面との間の軸方向の間隙内に規制することを含み、上記軸方向の間隙は上記端面のうちのかなりの部分と同一の広がりを有する横方向距離にわたり延びている、請求項１１に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１０１７７７（Ｐ２００８−１０１７７７Ａ）
【公開日】平成２０年５月１日（２００８．５．１）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００７−２６８０３１（Ｐ２００７−２６８０３１）
【出願日】平成１９年１０月１５日（２００７．１０．１５）
【出願人】（５０６０２７２７３）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月１日（２００８．５．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６８０３１（Ｐ２００７−２６８０３１）
【出願日】平成１９年１０月１５日（２００７．１０．１５）
【出願人】（５０６０２７２７３）
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]