JP2007239957A

JP2007239957A - ロータリー式流量制御弁

Info

Publication number: JP2007239957A
Application number: JP2006066568A
Authority: JP
Inventors: Haruyasu Sakamoto; 晴康阪本
Original assignee: Taiyo Steel Co Ltd; Taiyo Ltd
Current assignee: Taiyo Steel Co Ltd; Taiyo Ltd
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2026-03-10
Also published as: JP4606353B2

Abstract

【課題】開度の調整を精密に行うことができ、流量制御を容易に行えること。
【解決手段】２つのハウジング部材１１，１２とこれら２つのハウジング部材に挟まれた回転弁体１３とを有し、２つのハウジング部材には、それらを貫通する流通穴２１，２２が設けられ、回転弁体には、その回転角度位置に応じて流通穴の開度を最小から最大まで可変させる弁穴４２が設けられており、回転弁体は、その少なくとも一部が円弧である外周面が２つのハウジング部材よりも半径方向の外方に突出しており、回転弁体の外周面に接触して当該回転弁体を回転駆動するためのモータ１４がハウジング部材に取り付けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、圧油、切削液、または冷却水などの流体の流量を制御するロータリー式流量制御弁に関する。

従来において、油圧シリンダなどの速度制御を行うために、または各種装置の冷却水や切削油などの流量を調整するために、流量制御弁、電磁弁、または絞り弁などが用いられている。また、そのための流量制御弁として、種々の形式のロータリー式流量制御弁が提案されている。

例えば、ロータリーバルブのシャフトに２極のマグネットを固着し、更にこのマグネットに対向して一対のヨークを配置し、これらによって磁路を形成するとともに、ヨークにコイルによって発生する磁束が流れるようにし、磁束を変化させることによってロータリーバルブの開度を変えるようにしたロータリー式流量制御弁が提案されている（特許文献１）。

また、成形金型からの戻りの熱媒体の流量および方向をロータリーバルブで制御する技術についても提案がなされている（特許文献２）。
特開平４−１３６５７８特開昭６２−１７３２１９

しかし、上に述べた特許文献１のロータリー式流量制御弁では、コイルに流れる電流によって発生する磁束を変化させることによって開度を可変するので、開度の調整を精密に行うことが難しく、精密な流量制御が容易ではないという問題がある。

また、そのようなロータリー式流量制御弁は構造が複雑であるため、外形寸法が大きくなってコンパクト化が難しいという問題もある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、開度の調整を精密に行うことができ、流量制御を容易に行えるコンパクトなロータリー式流量制御弁を提供することを目的とする。

本発明に係るロータリー式流量制御弁は、２つのハウジング部材とこれら２つのハウジング部材に挟まれた回転弁体とを有し、前記２つのハウジング部材には、それらを貫通する流通穴が設けられ、前記回転弁体には、その回転角度位置に応じて前記流通穴の開度を最小から最大まで可変させる弁穴が設けられており、前記回転弁体は、その少なくとも一部が円弧である外周面が前記２つのハウジング部材よりも半径方向の外方に突出しており、前記回転弁体の外周面に接触して当該回転弁体を回転駆動するためのモータが前記ハウジング部材に取り付けられてなる。

好ましくは、前記回転弁体の中心位置に設けられた穴に球体が圧入されており、前記球体が前記２つのハウジング部材に設けられた凹部に嵌まり込むことによって、前記回転弁体が前記２つのハウジング部材に対して回転可能に支持される。

また、前記２つのハウジング部材と前記回転弁体の２つの表面との間に、それぞれの間をシールするための環状のシール部材が装着される。

また、前記回転弁体の外周面は、手動で回転させるための手動操作部となっている。また、前記回転弁体には円弧状の溝が設けられ、前記２つのハウジング部材の間には、前記溝を貫通して前記回転弁体の回転角度を規制するための角度規制ピンが設けられる。

本発明によると、開度の調整を精密に行うことができ、流量制御を容易に行えるコンパクトなロータリー式流量制御弁を提供することができる。

図１は本発明の一実施形態に係る流量制御弁１の正面図、図２は流量制御弁１の断面正面図、図３は流量制御弁１の断面側面図、図４は流路の可変状態を示す図である。

これらの図において、流量制御弁１は、２つのハウジング部材１１，１２、回転弁体１３、およびモータ１４などからなる。

ハウジング部材１１，１２は、金属材料または合成樹脂などからなり、図１および図２によく示されるように、正面視で略矩形状に形成されている。ハウジング部材１１，１２は、鋳造、ロストワックス、樹脂成形、または機械加工、またはそれらの組み合わせによって製作することができる。

図３によく示されるように、ハウジング部材１１，１２には、それらを貫通する流通穴２１，２２が設けられている。流通穴２１，２２は、いずれも、配管部材などを接続するためのネジ部２１１、２２１、および、断面が円形の流路２１２、２２２を有する。ネジ部２１１、２２１の周囲の部分は、外周の断面が六角形となって本体部分から外側へ突出している。

ハウジング部材１１，１２のそれぞれの内側面には、図２によく示されるように４角形の４隅部分３３ａ〜ｄ，３４ａ〜ｄを残して、円形に凹んだ摺動面３１、３２が形成されている。摺動面３１、３２には、その中央部に球面状または円柱状の凹部２３，２４が設けられ、凹部２３，２４を中心とする円周上に周溝２５，２６が設けられている。ハウジング部材１１の側の４隅部分３３ａ〜ｄにはそれぞれ穴が設けられ、ハウジング部材１２の側の４隅部分３４ａ〜ｄには、それぞれ外側の一部がネジ部となった穴が設けられている。４隅部分３３ａ〜ｄの穴から４隅部分３４ａ〜ｄの穴にかけて、インローボルト３５ａ〜ｄが挿通されてネジ込まれ、これによって２つのハウジング部材１１，１２が互いに位置決めされて一体化されている。

なお、インローボルト３５ａ〜ｄは、４隅部分３３ａ〜ｄの穴と４隅部分３４ａ〜ｄの穴に対して嵌合して半径方向の位置決めを行うための円柱状のインロー部と、その先端側にあってネジ穴に螺合するネジ軸部とを有する公知のものである。上の説明ではこのようなインローボルト３５を４本用いたが、インローボルト３５は２本のみとし、後の２本は普通のボルトを用いるようにしてもよい。

また、ハウジング部材１１，１２の外周面には、各辺部の中央の４ヵ所に、円弧状の凹部２７ａ〜ｄ、２８ａ〜ｄが設けられている。

回転弁体１３は、金属材料または合成樹脂などからなり、図２によく示されるように円板状に形成されている。回転弁体１３は、その直径が摺動面３１、３２の外周円の直径よりも若干小さく、その厚さが２つの摺動面３１、３２の間隔よりも僅かに小さい。回転弁体１３の中心位置に穴が設けられ、その穴に硬球４１が圧入されており、硬球４１が２つのハウジング部材１１，１２に設けられた凹部２３，２４に嵌まり込むことによって、回転弁体１３が２つのハウジング部材１１，１２に対して回転可能に支持されている。つまり、硬球４１が回転軸となり、凹部２３，２４が軸受けとなり、回転弁体１３の表面が摺動面３１、３２と密着して摺動しながら回転するようになっている。

回転弁体１３には、その回転角度位置に応じて流通穴２１，２２の開度を零から最大まで可変させる弁穴４２が設けられている。図４によく示されるように、弁穴４２は、流路２１２、２２２の直径とほぼ同じ円形状の部分から、硬球４１の中心点Ｐ１を中心とする円周線上に沿って延び、徐々に幅が狭くなって最後に小さな円形状の部分で終わっている。回転弁体１３の回転角度位置によって、流路２１２、２２２の中間において弁穴４２がその開度を可変調整することとなる。

つまり、図４（Ａ）に示すように、回転弁体１３の回転角度が０度のときには、流路２１２、２２２の開度は最大である。図４（Ｂ）に示すように、回転弁体１３の回転角度が増大することによって流路２１２、２２２の開度が徐々に絞られていく。図４（Ｃ）に示すように、回転弁体１３の回転角度が最大になったときには、流路２１２、２２２の開度は零となる。このように、回転弁体１３の回転に応じて、流路２１２、２２２における流量制御および遮断を行うことができる。

回転弁体１３には、円弧状のスリット溝４３が設けられており、ハウジング部材１２の摺動面３２から突出して設けられた角度規制ピン４４がスリット溝４３に嵌まり込み、これによって回転弁体１３の回転角度位置の範囲が規制されている。

また、ハウジング部材１１，１２に設けられた周溝２５，２６には環状のシール部材４５，４６が装着されており、シール部材４５，４６によって、摺動面３１、３２と回転弁体１３の２つの表面との間がシールされている。なお、シール部材４５，４６として、半径方向内側からの圧力に対してシール効果の高いリップパッキンを用いるのが好ましいが、Ｏリングなど、他のシール部材であってもよい。

回転弁体１３の外周には歯車４７が設けられており、歯車４７は、ハウジング部材１１，１２の凹部２７ａ〜ｄ、２８ａ〜ｄにおいて半径方向の外方に突出している。歯車４７における凹部２７ａ、２８ａから突出した部分において、後で述べる歯車５１が噛み合って回転駆動される。また、歯車４７における凹部２７ｂ〜ｄ、２８ｂ〜ｄから突出した部分は、手動で回転させるための手動操作部となっている。

モータ１４は、ハウジング部材１１から上方に突出した取り付け部１１１にネジなどによって取り付けられている。モータ１４には、その回転軸に歯車５１が取り付けられており、歯車５１によって回転弁体１３が回転駆動される。モータ１４として、パルスモータ、ステッピングモータ、交流モータなどが用いられ、図示しない制御装置によって、その回転角度、回転速度などが制御される。また、モータ１４には、必要に応じてロータリエンコーダなどが取り付けられ、そこから出力されるパルスが制御装置に入力され、モータ１４の制御に用いられる。

次に、流量制御弁１の動作について説明する。

ネジ部２１１、２２１に配管を接続し、その一方、例えばネジ部２１１の方から流体を供給すると、流体は弁穴４２の開口度合いに応じた流量で流通穴２１から流通穴２２に向かって流れる。モータ１４を駆動し、歯車５１によって回転弁体１３を回転させることによって、弁穴４２の位置を変え、開度を零から最大まで可変調整することができる。その開度は、モータ１４に与えるパルスなどの制御信号によって制御することができる。

例えば、回転弁体１３の原点位置、例えば開度零または最大開度の位置から、モータ１４に与えるパルス数をカウントすることにより、回転弁体１３の回転角度位置をオープンループで制御することができ、開度を制御することができる。

歯車５１と歯車４７との減速比が大きいので、モータ１４の出力トルクが小さくても十分大きなトルクで回転弁体１３を回転駆動することができ、また、回転弁体１３の回転角度位置の位置決め精度がよく、流量を精度よく調整することができる。

また、モータ１４によることなく、歯車４７を手で掴み、回転弁体１３を手動で回転させて流量を調整することもできる。なお、歯車４７またはその周辺に目盛りを設けることによって、開度を目視することが可能である。

流通穴２１，２２に流入した流体は、シール部材４５，４６による密閉によって外部に漏れない。

このように、流量制御弁１によると、開度の調整を精密に行うことができ、流量制御を容易に行える。また、流量制御弁１の構造が簡単であり、部品点数も少なく、全体がコンパクトである。特に、厚さの薄い回転弁体１３によって開度の調整を行うので、流通穴２１，２２の設けられた配管軸方向に沿う長さが小さい。

流量制御弁１によると、開度を零にすることにより、ストップ弁としても機能する。しかし、開度を零にすることなく、微小な最小開度を残しておいてもよい。

次に、他の実施形態の流量制御弁１Ｂについて説明する。

図５は本発明の他の実施形態に係る流量制御弁１Ｂの断面側面図である。

図５に示す流量制御弁１Ｂは、図１に示す流量制御弁１に対して、フローセンサ１５が追加されており、フローセンサ１５の追加のために、ハウジング部材１２Ｂが図１のハウジング部材１２から若干変更されている。ハウジング部材１１、回転弁体１３、モータ１４については、図１と同一である。したがって、同一である構造および作用については説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

ハウジング部材１２Ｂには、図１のネジ部２１１に相当する部分がなく、流路２２２に整流用絞り６１が設けられている。整流用絞り６１によって、フローセンサ１５に流入する流体の流れが整えられる。流通穴２１、弁穴４２、流通穴２２Ｂを順次通過した流体は、流路６２に入り、フロー検出室６３に流入して羽根車を回転させる。これによって、フローセンサ１５からは、流量に応じたパルス信号が出力される。パルス信号をカウントし、その他の種々の処理を行うことにより、流体の流量が検出される。

流体は、フロー検出室６３から流路６２に入り、ネジ部６５に接続された配管から出ていく。

回転弁体１３によって弁穴４２の開度を制御することができ、フローセンサ１５からの出力と合わせることにより、種々の流量制御システムを構築することができる。

流量制御弁１Ｂによると、ロータリー式の流量制御弁とフローセンサ１５とが一体となっているので、それらを互いに接続するための配管などが不要であり、全体がコンパクトとなって設置スペースが少なくて済む。

上に述べた流量制御弁１，１Ｂにおいて、回転弁体１３に設ける弁穴４２の形状は、上に述べた以外の形状でもよい。例えば、円形、楕円形、長方形、三角形などでもよい。回転弁体１３の外周に歯車４７を設けたが、歯車４７の種類は種々のものを採用し得る。また、歯車４７を設けることなく円筒面とし、モータ１４の回転軸との摩擦によって回転力を伝達して回転弁体１３を回転させてもよい。

その他、ハウジング部材１１，１２、回転弁体１３、モータ１４、フローセンサ１５、または流量制御弁１，１Ｂの全体または各部の構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

本発明の一実施形態に係る流量制御弁の正面図である。流量制御弁の断面正面図である。流量制御弁の断面側面図である。流路の可変状態を示す図である。本発明の他の実施形態に係る流量制御弁の断面側面図である。

符号の説明

１，１Ｂ流量制御弁
１１，１２ハウジング部材
１２Ｂハウジング部材
１３回転弁体
１４モータ
１５フローセンサ
２１，２２流通穴
２２Ｂ流通穴
２３，２４凹部
４１硬球（球体）
４２弁穴
４３スリット溝（溝）
４４角度規制ピン
４５，４６シール部材
４７歯車（外周面）

Claims

２つのハウジング部材とこれら２つのハウジング部材に挟まれた回転弁体とを有し、
前記２つのハウジング部材には、それらを貫通する流通穴が設けられ、
前記回転弁体には、その回転角度位置に応じて前記流通穴の開度を最小から最大まで可変させる弁穴が設けられており、
前記回転弁体は、その少なくとも一部が円弧である外周面が前記２つのハウジング部材よりも半径方向の外方に突出しており、
前記回転弁体の外周面に接触して当該回転弁体を回転駆動するためのモータが前記ハウジング部材に取り付けられてなる、
ことを特徴とするロータリー式流量制御弁。
前記回転弁体の中心位置に設けられた穴に球体が圧入されており、前記球体が前記２つのハウジング部材に設けられた凹部に嵌まり込むことによって、前記回転弁体が前記２つのハウジング部材に対して回転可能に支持されてなる、
請求項１記載のロータリー式流量制御弁
前記２つのハウジング部材と前記回転弁体の２つの表面との間に、それぞれの間をシールするための環状のシール部材が装着されてなる、
請求項１または２記載のロータリー式流量制御弁。
前記回転弁体の外周面は、手動で回転させるための手動操作部となっている、
請求項１ないし３のいずれかに記載のロータリー式流量制御弁。
前記回転弁体には円弧状の溝が設けられ、
前記２つのハウジング部材の間には、前記溝を貫通して前記回転弁体の回転角度を規制するための角度規制ピンが設けられている、
請求項１ないし４のいずれかに記載のロータリー式流量制御弁。