JP2002349722A - 流量制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】安定した正確な流量制御を行うことができ、構
造が簡単で、かつ低コストな流量制御弁を提供する。 【解決手段】シャフト２０は、先端に弁部２１を有して
おり、この弁部２１を弁孔１０に挿入する方向およびそ
の反対方向に直進移動する。シャフト２０には、弁孔１
０の周囲を閉塞するバルブシート４０が取り付けられて
いる。弁部２１には、その側壁と挿入側の先端とを連通
する孔部２５が形成されている。弁部２１が閉位置から
所定量移動すると、バルブシート４０が弁孔１０の周囲
の閉塞を解除し、弁部２１の孔部２５を介して最小流量
のガスが流れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス燃料を利用し
たテーブルコンロや燃料電池などにおいて、ガスの流量
を制御するために用いられる流量制御弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、調理用のテーブルコンロなど
では、ＬＰガスや天然ガス（いわゆる１３Ａ都市ガス）
などのガス燃料を利用した燃焼が行なわれている。ま
た、燃料電池においては、ガス、天然ガスおよびブタン
ガスなどのガス燃料を利用した発電が行われている。こ
れらテーブルコンロや燃料電池などの機器には、ガスの
流量を可変制御して燃焼制御や発電制御を行うため、流
量制御弁が設けられている。

【０００３】図４に、特開平６−２４１４３８号に記載
されている従来の流量制御弁の一例を示す。図４に示し
た流量制御弁では、ガス流出口７１を有するコックボデ
ィー７０の表面に沿って、ガス通過口７３を有する流量
規制体７２がスライド可能に設けられている。さらに、
この流量規制体７２の表面には、流量規制口７５を有す
る流量規制板７４が押し当てられており、ガス流出口７
１，ガス通過口７３および流量規制口７５が重なり合う
面積により、ガス流路面積が規定されるようになってい
る。この流量制御弁では、流量規制体７２をコックボデ
ィー７０の表面に沿ってスライドさせることにより、ガ
ス流出口７１，ガス通過口７３および流量規制口７５が
重なり合う面積（すなわちガス流路面積）を変化させ、
これによりガス流量を制御するようになっている。特公
平７−４３０４１号および特公平７−４３０４２号に
も、ほぼ同様のコンセプトの流量制御弁が開示されてい
る。

【０００４】しかしながら、このような流量制御弁で
は、コックボディー７０、流量規制体７２および流量規
制板７４のそれぞれの接触面の間に隙間があると正確な
流量制御が行えないため、これらの表面をきわめて高い
面精度に加工しなければならなず、製造コストがかかる
という問題がある。また、広範囲な流量制御を行うため
には、それだけ流量規制体７２の移動量を大きくしなけ
ればならず、流量制御弁が大型化してしまうという問題
もある。また、流量規制体７２を直進移動させるために
は送り機構が用いられるが、この送り機構のがた（バッ
クラッシ）の除去が十分に行われていないため、精度の
高い流量制御を行うことができないという問題もある。
加えて、この種の流量制御弁では、可動部に取り付けた
抵抗体にブラシを接触させて位置検出を行うようになっ
ているため、ブラシの摩耗などにより位置検出精度が低
下するという問題もある。

【０００５】一方、実公平６−３６３７７号には、図５
に示したように、シャフト９０の先端に形成した弁部９
１によって弁孔８１を開閉するようにした流量制御弁が
開示されている。弁孔８１の上流側には開口部８２が形
成されており、この開口部８２は電磁弁８５によって開
閉されるようになっている。弁部９１には、最小流量の
ガスを通過させる孔部９２が形成されている。シャフト
９０の図中上側（弁部９１と反対の側）には、図示しな
いモータの回転をシャフト９０の直進運動に変換するた
めの回転ロッド９５およびカム９６が設けられている。
この流量制御弁では、弁部９１が弁孔８１を閉塞してい
るときには、ガスの流量は０となり、弁部９１が僅かに
弁孔８１から抜け出しときには、孔部９２を介して最小
流量のガスが流れる。また、弁部９１がさらに弁孔８１
から抜け出したときには、弁部９１の外周と弁孔との間
を通ってガスが流れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示した流量制御弁では、弁部９１が弁孔８１に係合する
ことよって弁孔８１を閉塞しているため、弁部９１と弁
孔８１との摺動に伴う摩耗が発生しやすい。このように
弁部９１および弁孔８１に摩耗が発生すると、ガスの流
路面積に経時変化が生じ、安定した流量制御を行うこと
ができないという問題がある。また、シャフト９０の他
に電磁弁８５を設けなければならないため、流量制御弁
の構造が複雑になるという問題もある。

【０００７】従って、本発明の目的は、安定した正確な
流量制御を行うことができ、構造が簡単で、かつ低コス
トな流量制御弁を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明の流量制御弁は、弁孔と、前記弁孔に挿入可能な
弁部を先端に有するシャフトであって、前記弁部が前記
弁孔に挿入される閉位置と、前記弁部が前記弁孔から所
定量離間する開位置との間で直進移動可能なシャフト
と、前記シャフトに取り付けられるとともに、前記弁部
が前記閉位置にあるときに前記弁孔の周囲を閉塞する周
囲閉塞部材と、を備えるとともに、前記弁部は、該弁部
の側壁と挿入側の先端とを連通する孔部を有しており、
前記弁部が前記閉位置の近傍での所定の範囲にあるとき
に、前記孔部を介して一定流量のガスを通過させること
を特徴とするものである。

【０００９】この場合、周囲閉塞部材は、弾性部材によ
り構成されていることが好ましい。さらに、シャフトの
位置を検出する検出手段をさらに備えることが好まし
い。この検出手段は、非接触センサであることが好まし
い。また、周囲閉塞部材を弁孔側に向けて付勢する付勢
手段をさらに備えることが好ましい。さらに、弁部が弁
孔に挿入された状態で、弁部の外周と弁孔の内周との間
にクリアランスがあることが好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に沿って詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態
に係る流量制御弁の要部断面図である。この流量制御弁
は、テーブルコンロや燃料電池などにおいて、燃焼部や
発電部へのガスの供給経路中に設けられたものである。
流量制御弁のケーシング１には、円形断面を有する弁孔
１０が形成されている。流量制御弁は、さらに、弁孔１
０を開閉するためのシャフト（ニードルバルブとも呼ば
れる。）２０を有している。このシャフト２０は、軸方
向先端が、弁孔１０に挿入可能な弁部２１となってお
り、それ以外の部分は一定の径を有する軸形状（ストレ
ート形状）となっている。このシャフト２０は、ケーシ
ング１において弁孔１０に対向する部位に形成された案
内孔１１に挿通され、弁孔１０に対して接近および離間
する方向に移動可能に案内されている。案内孔１１の内
周面には、その円周方向に沿って延びる溝１２が形成さ
れており、この溝１２には、シャフト２０の外周に接触
するパッキン１３が設けられている。このパッキン１３
は、案内孔１１とシャフト２０との隙間からガスが流出
しないようにするためのものである。

【００１１】シャフト２０は、図示しない動力変換機構
を介してモータ１６に連結されており、このモータ１６
の駆動力により、軸方向に直進移動するようになってい
る。シャフト２０の図中上側（弁部２１と反対側）の端
部近傍には、位置検出用マグネット１４が取り付けられ
ている。このマグネット１４は、ホールＩＣを内蔵した
非接触センサ１５によって検出されるようになってい
る。

【００１２】シャフト２０の軸形状の部位には、ほぼ円
板形状の弾性部材（例えばゴム）よりなるバルブシート
４０が取り付けられている。このバルブシート４０は、
その径方向中心部に形成された取り付け孔４１におい
て、シャフト２０に固定されている。バルブシート４０
の外周部に沿って、図中下側（弁部２１側）に突出する
外周リブ４２が形成されている。この外周リブ４２は、
弁部２１が弁孔１０に挿入された状態で、弁孔１０の周
囲のケーシング１に当接することにより、弁孔１０の周
囲を閉塞するものである。

【００１３】バルブシート４０の図中上側（弁部２１側
と反対の側）の面には、バルブシート４０を補強するガ
イド板４５が取り付けられている。バルブシート４０の
径方向中央部は図中上側（弁部２１側と反対の側）に突
出した形状を有する突出部４３となっており、ガイド板
４５は、バルブシート４０の突出部４３から外周部分ま
でを覆っている。ガイド板４５の図中上側（弁部２１側
と反対の側）には、ガイド板４５およびバルブシート４
０を図中下側（弁孔１０側）に向けて付勢するコイルバ
ネ４６が設けられている。ケーシング１における案内孔
１１の周囲には、図中下側（弁孔１０側）に突出した形
状を有する突出部１９が形成されており、コイルバネ４
６の一端はこの突出部１９の周囲に装着されている。コ
イルバネ４６の他端は、バルブシート４０の突出部４３
の周囲にガイド板４５を介して装着されている。なお、
コイルバネ４６の付勢方向は、バネ荷重及びモータ１６
の負荷を低減する観点から、弁孔１０側であることが好
ましい。このコイルバネ４６により、シャフト２０を直
進移動させる機構にがた（バックラッシ）があった場合
でも、バルブシート４０を弁孔１０の周囲のケーシング
１に確実に当接させることができる。

【００１４】図２は、図１に示した流体制御弁のシャフ
ト２０における弁部２１を拡大して示すものである。弁
部２１は、先端に行くほど外径が小さくなるテーパを有
しており、その端面（挿入側の端面）２３は、弁部２１
の軸方向に直交する平坦面となっている。この弁部２１
の外周（テーパ部分）と弁孔１０の間で、ガス流路が規
定される。

【００１５】弁部２１は、さらに、一定流量のガスを通
過させる孔部２５を有している。この孔部２５は、端面
２３から弁部２１の軸方向に延出する第１経路２６と、
この第１経路２６の末端から弁部２１の外周面まで延出
する第２経路２７とを有している。第２経路２７は、弁
部２１の外周面（側壁）に開口し、小開口ｃを形成して
いる。すなわち、この孔部２５は、弁部２１の側壁と挿
入側の端面２３とを連通するよう構成されている。小開
口ｃの位置は、上述したバルブシート４０の位置とほぼ
一致している。第１経路２６には、孔部２５を通過する
ガスの流量（最小流量）を規定する絞り部２８が設けら
れている。

【００１６】流量制御弁の制御回路１７は、テーブルコ
ンロなどに設けられた操作つまみ（図示せず）の操作に
応じてモータ１６を駆動制御し、シャフト２０を直進移
動させるようになっている。この制御回路１７は、上述
した非接触センサ１５からの検出信号に基づいて、シャ
フト２０の位置を正確に把握できるようになっている。

【００１７】次に、このように構成された流量制御弁の
動作について説明する。図３は、流量制御弁の開閉状態
とガス流量との関係を表す図である。

【００１８】流量制御弁が閉状態にあるとき、すなわち
弁部２１がその移動範囲の下端（閉位置）に位置してい
るときには、弁孔１０には、弁部２１の図２に符号ａで
示した部分までが挿入されている。この状態では、弁部
２１および小開口ｃは弁孔１０の内部に位置している。
さらに、バルブシート４０の外周リブ４２は、弁孔１０
の周囲のケーシング１に当接している。弁部２１の外周
は弁孔１０の内周よりも小さく、両者の間には一定のク
リアランスが形成されるが、バルブシート４０が弁孔１
０の周囲を閉塞しているため、ガス流量は０となる。

【００１９】図示しない操作つまみの操作に応じて、制
御回路１７は、モータ１６を駆動し、シャフト２０を図
中上方に（すなわち、弁孔１０から離間する方向に）移
動させる。弁部２１の小開口ｃが弁孔１０の内部に位置
している状態、すなわち、例えば弁部２１の図２に符号
ｂで示した部分までが弁孔１０に挿入されている状態で
は、バルブシート４０が弁孔１０の周囲のケーシング１
に当接しているため、図３に符号ｂで示したように、ガ
ス流量は０となる。

【００２０】弁部２１がさらに図中上方に移動し、弁部
２１の小開口ｃが弁孔１０から抜け出すと、同時に、バ
ルブシート４０も弁孔１０の周囲のケーシング１から離
間する。これにより、弁部２１の孔部２５を通じてガス
が流れるようになる。このときのガス流量は、図３に符
号ｃで示したように、孔部２５の絞り部２８の径によっ
て定まる一定流量（すなわち、最小流量Ｍｉｎ）とな
る。このガス流量は、弁部２１がさらに移動してテーパ
部分の上端ｄが弁孔１０から抜け出すまで一定である。

【００２１】弁部２１がさらに図中上方に移動し、弁部
２１のテーパ部分の上端ｄが弁孔１０から抜け出すと、
弁部２１のテーパ部分と弁孔１０との間を介してガスが
流れるようになる。弁部２１の移動により弁部２１のテ
ーパ部分と弁孔１０との間が広がるにつれ、ガス流量が
増加する。最大流量Ｍａｘは、図３に符号ｅで示したよ
うに、弁部２１がその移動範囲の上端（開位置）に位置
しているときのガス流量であり、上述した最小流量の８
０倍〜１００倍であることが好ましい。

【００２２】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、シャフト２０に取り付けたバルブシート４０によっ
て弁孔１０の周囲を閉塞するようにしたので、弁孔１０
と弁部２１との間にクリアランスを設けることができ
る。このようにすれば、弁孔１０および弁部２１の摩耗
に伴う流路面積の径時変化がなくなるため、長期間に亘
って安定した正確な流量制御を行うことが可能になる。
また、特別に高度な面精度を要求される部分が無いた
め、製造コストを低減することもできる。加えて、電磁
弁などを設ける必要がないため、流量制御弁の構造が簡
単になる。

【００２３】さらに、孔部２５によって最小流量を規定
するようにしたので、小型の流量制御弁でありながら、
最小流量と最大流量との差が大きい広範囲な流量制御を
行うことができる。

【００２４】また、非接触センサ１５を用いてシャフト
２０の位置を検出するようにしたので、接触式のブラシ
を用いた場合のように摩耗の心配がなく、長期間にわた
って信頼性の高い位置検出を行うことができる。

【００２５】以上、本発明の一実施形態を図面に沿って
説明したが、本発明は前記実施形態において示された事
項に限定されず、特許請求の範囲及び発明の詳細な説明
の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者がその変
更・応用を行うことができる範囲が含まれる。

【００２６】

【発明の効果】以上の如く本発明によれば、弁部が弁孔
に挿入された状態で、その弁孔の周囲を周囲閉塞部材に
よって閉塞するようにしたので、弁孔と弁部とが摺接し
ないような構成が可能となる。このようにすれば、弁孔
や弁部の摩耗が生じないため、長期間に亘って安定した
正確な流量制御を行うことが可能になる。加えて、電磁
弁などを設ける必要がなく、また、特別に高い面精度の
加工も必要ないため、流量制御弁の構造が簡単になり、
かつ製造コストも低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る流量制御弁の要部断
面図である。

【図２】図１に示した流量制御弁におけるシャフトの先
端部（弁部）の拡大断面図である。

【図３】図１に示した流量制御弁の開閉状態とガス流量
との関係を表す図である。

【図４】従来の流量制御弁の一例を示す要部断面図であ
る。

【図５】従来の流量制御弁の他の例を示す要部断面図で
ある。

【符号の説明】

１ ケーシング １０ 弁孔 １４ マグネット １５ 非接触センサ １６ モータ １７ 制御回路 ２０ シャフト ２１ 弁部 ２５ 孔部 ４０ バルブシート ４２ 外周リブ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H052 AA01 BA02 BA25 BA32 CA04 CA12 CA18 DA01 EA01 EA14 3H062 AA02 AA15 BB30 BB31 CC01 DD01 DD11 EE06 FF01 HH02 HH10 3K068 AA01 BB01 BB12 BB20 5H307 AA12 BB04 DD18 DD20 EE02 EE06 EE12 EE20 ES05 FF27 HH04

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁孔と、 前記弁孔に挿入可能な弁部を先端に有するシャフトであ
   って、前記弁部が前記弁孔に挿入される閉位置と、前記
   弁部が前記弁孔から所定量離間する開位置との間で直進
   移動可能なシャフトと、 前記シャフトに取り付けられるとともに、前記弁部が前
   記閉位置にあるときに前記弁孔の周囲を閉塞する周囲閉
   塞部材と、 を備えるとともに、 前記弁部は、該弁部の側壁と挿入側の先端とを連通する
   孔部を有しており、前記弁部が前記閉位置の近傍での所
   定の範囲にあるときに、前記孔部を介して一定流量のガ
   スを通過させることを特徴とする流量制御弁。
2. 【請求項２】 前記周囲閉塞部材は、弾性部材により構
   成されていることを特徴とする請求項１に記載の流量制
   御弁。
3. 【請求項３】 前記シャフトの位置を検出する検出手段
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１または請求項
   ２に記載の流量制御弁。
4. 【請求項４】 前記検出手段は、非接触センサであるこ
   とを特徴とする請求項３に記載の流量制御弁。
5. 【請求項５】 前記周囲閉塞部材を、前記弁孔側に向け
   て付勢する付勢手段をさらに備えたことを特徴とする請
   求項１〜４のいずれかに記載の流量制御弁。
6. 【請求項６】 前記弁部が前記弁孔に挿入された状態
   で、前記弁部の外周と前記弁孔の内周との間にはクリア
   ランスがあることを特徴とする請求項１〜５のいずれか
   に記載の流量制御弁。