JP2007071216A - 流量制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】弁ハウジング内を流通する流体の汚染やねじ部の摩耗を防止すると共に、耐久性の向上を図る。
【解決手段】流量制御弁１０は、フロートロッド３８が挿通され、外周面にねじ部３３が形成された固定筒３４と、フロートロッド３８を支持し、内周面に形成されたねじ部６４が固定筒３４のねじ部３３に螺合する保持筒６６と、固定筒３４とフロートロッド３８との間に装着され軸方向に伸縮可能なフェンスカバー５２と、弁体４０より上方に設けられた上部シール部材４８と、弁体４０より下方に設けられた下部シール部材５０とを備える。この上部シール部材４８、下部シール部材５０及びフロートロッド３８の最大外周径が略同一に形成され、ステップモータ１２の付勢作用下にフロートロッド３８が変位して弁体４０の弁座３０に対する離間距離により流体の流量が制御される。
【選択図】図２

Description

本発明は、駆動源の駆動作用下に弁体を軸方向に変位させることにより、流路を流通する流体の流量を制御可能な流量制御弁に関する。

従来、流量制御弁として、弁ハウジング内において内周面にねじ部を有する内筒が回転自在に設けられ、この内筒内には、一端に弁体を固定し外周面にねじ部を有する弁軸が挿入され、内筒及び弁軸のねじ部が螺合されている構造のものが採用されている。

この場合、前記内筒及び弁軸のねじ部が螺合された状態で弁軸の回転を阻止しながら、内筒をステップモータにより回転させ、弁軸をその軸方向に移動させることによって弁体の開閉が制御され、流体の流量制御が行われる。このような従来例は、例えば、以下に示す特許文献１に開示されている。

実開昭５７−５４６３６号公報

ところで、前記流量制御弁では、内筒及び弁軸のねじ部に、グリス等の潤滑剤が塗布され、該ねじ部の摩耗を未然に防止しているが、ねじ部が内筒内に存在するため、例えば、弁内に流体として純水を流通させた際に、該純水が潤滑剤によって汚染されるという問題がある。

また、流量制御弁の弁室内に純水等の液体が流入する際に、高い水圧が弁体の一方向に作用することで、弁軸のねじ部の一方向に圧力が掛かり、前記弁軸のねじ部と内筒のねじ部との間の摩擦力が増大する。この結果、内筒を回転させるために高い回転トルクが必要になると共に、弁軸及び内筒のねじ部における摩耗が促進され、流量制御弁の寿命が短縮化するという問題がある。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、弁ハウジング内を流通する流体の汚染やねじ部の摩耗が防止され、低トルクで弁体の開閉動作を行うことが可能であると共に、耐久性に優れた流量制御弁を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、弁ハウジング内の上下方向に形成された弁穴に、フロートロッドが上下往復動可能に挿通され、前記フロートロッドに設けられた弁体が、螺合による進退動によって、弁穴に形成された弁座を開閉する流量制御弁であって、前記フロートロッドが挿通され、外周面にねじ部が形成された固定筒と、前記フロートロッドを支持し、内周面に形成されたねじ部が前記固定筒のねじ部に螺合され、回転可能な保持筒と、前記固定筒と前記フロートロッドとの間に装着され、軸方向に伸縮可能なカバー部材と、前記弁体より上方の前記フロートロッドに設けられた上部受圧部と、前記上部受圧部と同じ受圧面積を有し、前記弁体より下方の前記フロートロッドに設けられた下部受圧部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、固定筒及び保持筒のねじ部が固定筒の外側にあり、しかも固定筒とフロートロッドとの間に外部と遮断するカバー部材が存在するため、弁内に流入する流体とねじ部に塗布されるグリス等の潤滑剤との接触が回避され、前記潤滑剤による流体の汚染が防止される。

また、上部受圧部と下部受圧部とが、同じ受圧面積を有するので、フロートロッドの上方向及び下方向に同等の負荷が掛かる。このため、フロートロッドを介して保持筒のねじ部に作用する上下方向の負荷が互いに相殺し均衡する。これにより、固定筒及び保持筒のねじ部の摩擦力が軽減し、ねじ部の摩耗が低減されると共に、保持筒を低い回転トルクで回転させることができる。

さらに、カバー部材は、大径な一方の端部が固定筒に固定部材を介してシールして装着され、小径な他方の端部がフロートロッドに形成された環状溝にシール効果を有して装着されるとよい。

これにより、フロートロッドの変位動作に伴ってカバー部材が好適に追従して動作し、しかもシール効果も良好である。結局、流体が固定筒は保持筒に塗布された潤滑剤によって汚染されることはない。

さらにまた、第１及び第２受圧部を、フロートロッドに装着し、弁体側に向けた開口部を有する環状の第１と第２のシール部材とし、流体導入ポートと流体導出ポートとの間に形成した弁室を第１と第２のシール部材によってシールするとよい。

これにより、第１及び第２のシール部材の開放部側が弁内に流入する流体の圧力によって拡がることにより、該第１及び第２のシール部材を流体の受圧面として機能させることができる。

またさらに、保持筒の最上点位置及び最下点位置に、前記保持筒の回転を止めるストップ手段を設けることにより、前記保持筒の変位が最上点位置及び最下点位置において確実に規制され、最上点位置及び最下点位置における固定筒に対する必要以上のねじ込み作用が回避されてねじ部の破損が防止される。

また、ストップ手段を、保持筒に設けられたストッパ部と、該ストッパ部を係止する受部とから構成することにより、ねじ込みによるねじ部の破損が、簡単な構造のストップ手段によって達成される。

さらに、フロートロッドの内部に、一端部がカバー部材と固定筒によって形成される空間に開口し、他端部が弁ハウジングを介して外部に連通する通路を形成することにより、前記カバー部材及び固定筒間の空間に浸入した不要な流体が、通路を通じて外部に確実に排出される。このため、この不要な流体が空間内に溜まることが防止される。

さらにまた、第１のシール部材、第２のシール部材及びフロートロッドの外周径を略同等に形成することにより、弁ハウジング内を流体が流通する際にフロートロッドに対して軸線方向に作用する力を好適に相殺して該フロートロッドを均衡させることが可能となる。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、固定筒及び保持筒のねじ部が固定筒の外側に設けられ、カバー部材によって弁室内と前記固定筒と保持筒とが隔絶されるため、前記ねじ部に用いられる潤滑剤と流体との接触を回避することができる。そのため、弁室内を流通する流体、例えば、純水等が前記潤滑剤によって汚染されることを防止することができる。

また、フロートロッドに同じ受圧面積の上部受圧部及び下部受圧部が設けられているので、前記フロートロッドの上下方向に作用する流体の圧力が均衡し、固定筒及び保持筒のねじ部の摩耗が低減される。このため、保持筒を低い回転トルクによって回転することができ、流量制御弁の開閉動作を迅速且つ確実に行うことができる。

本発明に係る流量制御弁について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に示す。なお、図１は、流量制御弁の全体構造を示す概略縦断面図であり、また、図２は、流量制御弁の要部構造を詳細に示す要部拡大縦断面図である。

図１に示す流量制御弁１０は、駆動モータ、例えば、ステップモータ１２と、前記ステップモータ１２の回転駆動力によって駆動する弁本体１４と、この弁本体１４にステップモータ１２の回転駆動力を伝達する駆動力伝達機構１６とを備える。また、流量制御弁１０は、弁本体１４に、流体（例えば、純水）を導入する入口ポート（流体導入ポート）１８と、前記弁本体１４によって流量制御された流体を導出する出口ポート（流体導出ポート）２０と、前記入口ポート１８内に配設され、流入される流体の流量を検出する流量センサ２２と、入口ポート１８内の前記流量センサ２２より下流側に配置され、流体の温度を検出する温度センサ２４とから構成されている。

前記弁本体１４は、図２に示すように、弁ハウジング２６を有し、この弁ハウジング２６には、弁孔２８が上下方向に延在するように形成され、前記弁孔２８を形成する弁ハウジング２６の内壁には、環状の弁座３０が突出形成されている。

前記弁ハウジング２６の上部には、台座３２が前記弁孔２８と同軸上に固定され、この台座３２には、外周面にねじ部３３を有する円筒状の固定筒３４がボール３６を備えたラチェット機構によって所定角度（例えば、４５°）だけ回転可能な角度位置に位置決め可能に立設されている。なお、前記固定筒３４の詳細については後述する。

前記弁孔２８及び固定筒３４を貫通してフロートロッド３８が軸方向に移動可能に挿通され、前記フロートロッド３８には、前記弁座３０に着座可能な弁体４０が設けられている。前記弁体４０は、下方に向け縮径するテーパ面を有する略円錐形状に形成され、該テーパ面は、前記フロートロッド３８が図２において上方から下方へと移動することにより、弁座３０との間隔を徐々に少なくし、最終的には弁座３０の内周面に密接するようになっている。

前記弁体４０より所定距離上方に離間するフロートロッド３８には、上部受圧部４４が設けられ、弁体４０より所定距離下方に離間するフロートロッド３８には、上部受圧部４４と略同一直径からなる下部受圧部４６が設けられている。実際、前記上部受圧部４４には、弁孔２８とフロートロッド３８との間に環状の上部シール部材（第１受圧部）４８が一組のフランジに挟持されるように装着され、一方、前記下部受圧部４６には、弁孔２８とフロートロッド３８との間に環状の下部シール部材(第２受圧部)５０が一組のフランジに挟持されるように装着されている。

この上部及び下部シール部材４８、５０は、断面Ｖ字状に形成され、その開放部はそれぞれ前記弁体４０側に向けて装着される。なお、前記上部及び下部シール部材４８、５０は、断面Ｖ字状のものに限定されることなく、Ｏリング等を用いるようにしてもよい。

この場合、上部シール部材４８と下部シール部材５０とは同一の弾性に富むゴム製材料で同一形状に構成され、該上部シール部材４８と下部シール部材５０が装着される弁孔２８の直径と同一である。従って、上部シール部材４８と下部シール部材５０とは同一の受圧面積となるように略同一の外周径で形成される。ここで上部及び下部シール部材４８、５０と、弁孔２８とによって形成される領域を弁室（空間）Ａと称する。

前記弁室Ａには、入口ポート１８及び出口ポート２０が連通し、弁体４０が弁座３０に着座した際、前記入口ポート１８と出口ポート２０との連通が遮断され、弁体４０が弁座３０より離間した際には、入口ポート１８と出口ポート２０とが連通されるようになっている。

前記フロートロッド３８と固定筒３４との間には、耐圧ゴム材からなり、段差のある筒状のフェンスカバー（カバー部材）５２が軸方向に伸縮可能に取り付けられている。

詳細には、図３に示すように、前記フェンスカバー５２は、大径な筒部５２ａと小径な筒部５２ｂとが同軸状に一体的に形成された断面屈曲形状をなしており、前記筒部５２ａの開口端部は、外側に屈曲したフランジ部５２ｃを有し、筒部５２ｂの開口端部は、内側に屈曲した環状部位５２ｄを有している。前記フランジ部５２ｃは、固定筒３４の内壁に形成された環状突片５４に載置され、固定筒３４の上端部に嵌合する環状の固定部材５６によって該固定筒３４に挟着される。前記環状部位５２ｄは、フロートロッド３８に形成された周溝５８に嵌着されている。

前記フロートロッド３８内の軸線方向には、水抜き孔（通路）５９が形成され、この水抜き孔５９の一端部は、該フロートロッド３８の途上に形成された膨出部５５を介して水平方向に延在し、フロートロッド３８が上昇する際、前記フェンスカバー５２、上部シール部材４８及びフロートロッド３８によって形成される領域Ｂに臨む。また、前記水抜き孔５９の他端部は、弁ハウジング２６の底部から外部に開放されている。

前記固定筒３４には、ねじ部３３と螺合すべく内周面にねじ部６４を有する保持筒６６が同軸上に外挿される。すなわち、固定筒３４のねじ部３３と保持筒６６のねじ部６４とが螺合され、保持筒６６は、回転しながら上下方向（軸方向）に移動可能である。

前記保持筒６６の上端部には、環状のメインギア６０が該保持筒６６と同軸上に配置される。メインギア６０の中心には円形の開口部６１が形成され、この開口部６１にベアリング６２が嵌着されている。従って、フロートロッド３８は、メインギア６０の内周部にベアリング６２によって回転可能に支持される。なお、メインギア６０は、その外周部位に歯部６３を備える。

前記保持筒６６の下端部には、図４に示すように、下方に向け突出する下部ストッパ部６８が形成され、前記台座３２には、前記下部ストッパ部６８を係止する下部受部７０が形成されている。

この下部ストッパ部６８は、保持筒６６の最下点位置において、下部受部７０に係止されることで、保持筒６６の回転が阻止され、保持筒６６が所定の最下点位置より下方に移動することを防止している。

前記メインギア６０には、ステップモータ１２の回転駆動力が駆動力伝達機構１６を介して伝達される。駆動力伝達機構１６は、メインギア６０に噛合される中間ギア８０と、この中間ギア８０に噛合される駆動ギア７８とからなる。中間ギア８０は、大径な歯部８１と小径な歯部８３とを有し、弁ハウジング２６に回転軸８２によって回転自在に支持される。また、駆動ギア７８は、歯部７９を有し、この歯部７９は中間ギア８０の大径な歯部８１と噛合する。一方、中間ギア８０の小径な歯部８３はメインギア６０の歯部６３に噛合する。駆動ギア７８はステップモータ１２のモータ軸７６に固定されている。

メインギア６０上には上部ストッパ部７２が設けられ、前記ステップモータ１２には、保持筒６６の最上点位置を規制する上部受部８４が設けられている。すなわち、上部ストッパ部７２は、保持筒６６の最上点位置において、上部受部８４に係止されることで、保持筒６６の回転が阻止され、保持筒６６が所定の最上点位置より上方に移動することを防止している。

本実施の形態に係る流量制御弁１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。なお、流量制御弁の閉弁時は、図２に示すように、弁体４０が弁座３０に密着し、入口ポート１８と出口ポート２０との連通を遮断している。

この連通が遮断された状態から、流量制御弁１０を開弁する場合は、先ず、ステップモータ１２を回転駆動する。これによって、順次、駆動ギア７８、中間ギア８０、メインギア６０を介して、保持筒６６が固定筒３４に対し、上方に移動するように回転を始める。

そして、保持筒６６の上昇に伴って、フロートロッド３８及び弁体４０が上昇することで、弁体４０が弁座３０より離間し、入口ポート１８と出口ポート２０とが、弁体４０と弁座３０との間隙を介して連通される。この入口ポート１８から導入された流体、例えば、純水は、出口ポート２０より導出される（図５参照）。

さらに、ステップモータ１２を回転駆動させ、保持筒６６を同じ方向に回転させると、弁体４０の上方向の移動によって、弁座３０との間隙の大きさがテーパ面に沿って増大するため、該間隙を通じてより多量の純水が出口ポート２０に導出される（図６参照）。すなわち、純水の流量制御が、テーパ面を有する簡単な形状の弁体４０によって容易になされる。

なお、保持筒６６がさらに上昇して、上部ストッパ部７２が上部受部８４に係止されると、その位置が保持筒６６の最上位位置となり、保持筒６６の必要以上の回転が阻止される。従って、保持筒６６のねじ部６４と固定筒３４のねじ部３３の相互の破損が防止される。なお、保持筒６６の最下点位置、つまり、弁体４０を閉じる位置でも、下部ストッパ部６８が下部受部７０に係止され、ねじ込みによる保持筒６６及び固定筒３４のねじ部の破損が防止される。

このような流量制御弁では、弁体４０が着座している状態（弁閉状態）では、入口ポート１８に導入された高圧の純水等の圧力を上部シール部材４８が受圧し、フロートロッド３８を上方向に押し上げているが、弁体４０の弁座３０に対する着座が解除され、弁室Ａに純水が流入すると、上述したように、上部シール部材４８、下部シール部材５０及びフロートロッド３８の最大外周径が略同一であるため、フロートロッド３８に作用する上下方向の力が互いに相殺され均衡する。よって、保持筒６６及び固定筒３４のねじ部３３、６４の負荷がなくなり、ねじ部の摩擦力が軽減され、摩耗が低減される。このため、保持筒６６が低い回転トルクによって回転可能となる。

また、フロートロッド３８は、メインギア６０に回転自在に支持されているため、保持筒６６が回転しても、回転することなく上昇する。従って、弁体４０の上昇動作は、上部及び下部シール部材４８、５０の弁孔２８との直線方向のみの摺動抵抗に抗して行われる。このため、保持筒６６の回転トルクがより軽減されると共に、上部及び下部シール部材４８、５０の摩耗が低減し、上部及び下部シール部材４８、５０の耐久性を向上することができる。

なお、固定筒３４及び保持筒６６のねじ部３３、６４が前記固定筒３４の外側にあり、固定筒３４とフロートロッド３８との間にフェンスカバー５２が存在するため、弁室Ａ内に流入する純水と、保持筒６６及び固定筒３４のねじ部３３、６４に塗布されるグリス等の潤滑剤との接触が回避され、潤滑剤によって純水が汚染されることから回避される。

しかも、フェンスカバー５２の装着によって形成される領域Ｂは、外部と遮断されているために、該領域Ｂに浸入する純水等は、フロートロッド３８の水抜き孔５９を通して、外部に速やかに排出される。

なお、本実施の形態の流量制御弁では、純水の流量制御について述べたが、純水に限定されず、その他の流体の制御に適用可能であることは言うまでもない。

本発明の実施の形態に係る流量制御弁の全体構造を示す概略縦断面図である。 図１の流量制御弁における要部拡大縦断面図である。 図２の流量制御弁に用いられるフェンスカバーの単体斜視図である。 図２の流量制御弁における保持筒が下部ストッパ部を介して台座の下部受部に係止されたロック状態を示す要部斜視図である。 図２に示す流量制御弁が開弁した状態を示す要部拡大縦断面図である。 図２の流量制御弁における弁体が全開である状態を示す要部拡大縦断面図である。

符号の説明

１０…流量制御弁 １２…ステップモータ
１４…弁本体 ２６…弁ハウジング
２８…弁孔 ３０…弁座
３３、６４…ねじ部 ３４…固定筒
３８…フロートロッド ４０…弁体
４４…上部受圧部 ４６…下部受圧部
４８…上部シール部材 ５０…下部シール部材
５２…フェンスカバー ５９…水抜き孔
６８…下部ストッパ部 ７２…上部ストッパ部

Claims (7)

1. 流体導入ポートと流体導出ポートとを有する弁ハウジングに形成された弁孔に、フロートロッドが往復動可能に挿通され、前記フロートロッドに設けられた弁体が弁座を開閉する流量制御弁であって、
   前記フロートロッドが挿通され、外周面にねじ部が形成された固定筒と、
   内周面に形成されたねじ部が前記固定筒のねじ部に螺合され、回転することによって変位可能な保持筒と、
   前記固定筒と前記フロートロッドとの間に装着され、軸方向に伸縮可能なカバー部材と、
   前記フロートロッドの一端部側に設けられた第１受圧部と、
   前記第１受圧部と同一の受圧面積を有し且つ前記フロートロッドの他端部側に設けられた第２受圧部と、
   を備えることを特徴とする流量制御弁。
2. 請求項１記載の流量制御弁において、
   前記カバー部材は、大径な一方の端部が固定筒に固定部材を介してシールして装着され、小径な他方の端部がフロートロッドに形成された環状溝にシール効果を有して装着されることを特徴とする流量制御弁。
3. 請求項１又は２記載の流量制御弁において、
   前記第１及び第２受圧部は、前記フロートロッドに装着され、前記弁体側に向けた開口部を有する環状の第１と第２のシール部材からなり、前記流体導入ポートと流体導出ポートとの間に形成された弁室が、前記第１と第２のシール部材によりシールされることを特徴とする流量制御弁。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の流量制御弁において、
   前記保持筒の最上点位置及び最下点位置に、前記保持筒の回転を止めるストップ手段が設けられることを特徴とする流量制御弁。
5. 請求項４記載の流量制御弁において、
   前記ストップ手段は、前記保持筒に設けられたストッパ部と、前記ストッパ部を係止する受部とからなることを特徴とする流量制御弁。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の流量制御弁において、
   前記フロートロッドの内部には、一端部が前記カバー部材と固定筒によって形成される空間に開口し、他端部が弁ハウジングを介して外部に連通する通路が形成されることを特徴とする流量制御弁。
7. 請求項３記載の流量制御弁において、
   前記第１のシール部材、第２のシール部材及び前記フロートロッドの外周径は、略同等に形成されることを特徴とする流量制御弁。

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