JP2008261441A - 流量調整弁 - Google Patents

Abstract

【課題】流量調整の精度が向上される流量調整弁を提供する。
【解決手段】ステッピングモータ４の回転駆動力が回転軸７を介して伝わって回転ディスク５が回転することにより、回転ディスク５の連通孔５０と固定ディスク６の連通孔６０との組み合わせ又は重なり具合が変わって流路の形状が変化し、流出口２２から流出する流体流量が調整される流量調整弁１において、回転ディスク５が、突起部５１を有し、ハウジング２が突起部５１に当接可能な当接部２３を有し、突起部５１と当接部２３との当接によって回転ディスク５の回転が規制されるとともに、ステッピングモータ４のモータ軸４０と回転軸７との間の遊び及び回転軸７と回転ディスク５との間の遊びが回転ディスク５の回転方向の一方向に対してなくなった状態で、回転ディスク５の回転方向の原点が決定されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、流量調整弁に関するものである。

従来、この種の流量調整弁は、水洗便器に備えられた局部洗浄用の洗浄ノズルに組み込まれ、洗浄ノズルへ供給される先浄水の流量を調整するために使用されている。

図８を参照して、従来の流量調整弁について説明する。図８は、従来技術に係る流量調整弁の構造を説明する図であり、（ａ）は従来技術に係る流量調整弁の断面図であり、（ｂ）は従来技術に係る流量調整弁の一部拡大斜視図である。

水洗便器には、便座に着座した使用者の局部に温水の洗浄水を噴射するための洗浄ノズルが備えられており、噴射される先浄水の流量は切り替え可能に構成されている。流量調整弁１００は、不図示の洗浄ノズルに組み込まれており、ディスク弁体を構成するロータの位置を任意に変えることにより、洗浄ノズルから噴射される先浄水の流量を制御するものである。

流量調整弁１００は概略、流入口１０１と流出口１０２とを有するハウジング１０３と、ロータ１０４とステータ１０５とからなるディスク弁体と、ロータ１０４を回転駆動するロータシャフト１０６と、ロータシャフト１０６を回転駆動するステッピングモータ１０７と、各構成部材間をシールして先浄水の流路と外部とを遮断するシール部材１０８から構成される。

ハウジング１０３は略有底筒状に構成されており、複数の流出口１０２がハウジング１０３の底部を軸方向に貫通し、ハウジング１０３の流出口１０２が設けられた端部とは反対側の端部は、軸方向に開放された開口部となっている。流入口１０１は、ハウジング１０３の軸方向一方側の側面を貫通する構成となっている。

流量調整弁１００は、ロータ１０４やステータ１０５等の各種構成部材がハウジング１０３の開口部から順次組み付けられる構成となっており、ロータ１０４を回転駆動する部材間は、各部材に形成された凹凸形状が互いに嵌合することで結合される。

ステッピングモータ１０７のモータ軸１０９に嵌合され軸方向に延びるロータシャフト１０６の先端にはロータ１０４が嵌合されており、ロータ１０４はモータ軸１０９の回転によってロータシャフト１０６が回転することにより回転する。

ステータ１０５は、流出口１０２が形成されているハウジング１０３の底部に固定されており、軸方向に貫通する複数の連通孔１１０が設けられている。各連通孔１１０は、それぞれ異なる形状を有し、それぞれハウジング１０３の複数の流出口１０２のいずれかと連通するように構成されている。

ロータ１０４とステータ１０５は、互いに軸方向に重ねられた構成となっており、ロータスプリング１１１によってロータ１０４がステータ１０５側に付勢され、ロータ１０４とステータ１０５が互いに密着する。

ロータ１０４にも軸方向に貫通する連通孔１１２が設けられており、この連通孔１１０とステータ１０５に設けられた複数の連通孔１０９とが重なった部分において、ハウジン
グ１０３の流入口１０１と流出口１０２とが連通する流路が形成されるようになっている。

そして、ステッピングモータ１０７がロータ１０４を回転駆動して任意の位置に停止させることにより、ロータ１０４の連通孔１１２とステータ１０５の連通孔１０９との重なり具合が変化したり、連通孔１１２と重なる連通孔１０９の組み合わせが変わることになる。これにより、流入口１０１から流出口１０２までの流路が変化し、流出口１０２から流出する洗浄水の流量が調整されるように構成されている。

ロータ１０４の回転・停止は、ステッピングモータ１０７に任意のパルス信号を与えてモータ軸１０９を任意の回転位置まで回転させることで行うため、予めロータ１０４の回転方向の原点を決めておく必要がある。

ロータシャフト１０６とステッピングモータ１０７との間には、原点出し用の突起１１３ａを設けたプレート１１３が介設されており、ロータ１０４の回転方向の原点出しは、全ての構成部材をハウジング１０３に組み付けた後にステッピングモータ１０７を駆動して、ロータシャフト１０６に設けた突起１０６ａとプレート１１３に設けた突起１１３ａとが当接した位置を原点とすることで行っている。

なお、関連する技術については以下に示す文献に開示されている。
特開２００４−３３０２号公報 特許第３７０７３１５号公報 特開平１１-１９０４５１号公報 特開平１０-１８４４９５号公報

ロータ１０４の回転方向が正方向から逆方向に反転すると、モータ軸１０９、ロータシャフト１０６、ロータ１０４の各嵌合部のガタによって、ロータ１０４の停止位置にずれが生じる。したがって、ステッピングモータ１０７に発生させるパルス数は、回転駆動部のガタを考慮したパルス数を加算して補正している。

しかしながら、回転駆動部の駆動状態によっては各嵌合部のガタにばらつきがあり、ロータ１０４の停止位置に差異が生じることがある。このようにロータ１０４の停止位置に差異が生じると、流量調整弁１００による流量調整の精度が低下してしまう。

また、ロータ１０４の原点出しをするプレート１１３は、ハウジング１０３に位置決めされるステータ１０５とは別部材で構成されているため、プレート１１３の組み付けが精度を欠くことで、ロータ１０４の停止位置の精度低下を生じる原因となっていた。

本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、流量調整の精度が向上される流量調整弁を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明における流量調整弁は、
軸方向一方側に設けられた流入口と、軸方向他方側に設けられた流出口と、を有する筒状のハウジングと、
前記ハウジングの流入口側に設けられたステッピングモータと、
前記ステッピングモータのモータ軸に遊びを有して取り付けられ、前記ハウジングの流出口側に延びる回転軸と、
前記回転軸の先端に遊びを有して取り付けられた回転ディスクと、
前記回転ディスクにおける前記ハウジングの流出口側の面に軸方向に重なるように密着するとともに、前記ハウジングに固定された固定ディスクと、を備え、
前記回転ディスク及び前記固定ディスクは、それぞれ軸方向に貫通する連通孔を有しており、前記回転ディスクの連通孔と前記固定ディスクの連通孔とが重なる部分において、前記ハウジングの前記流入口から前記流出口まで連通する流路が形成され、
前記ステッピングモータの回転駆動力が前記回転軸を介して伝わって前記回転ディスクが回転することにより、前記回転ディスクの連通孔と前記固定ディスクの連通孔との組み合わせ又は重なり具合が変わって前記流路の形状が変化し、前記流出口から流出する流体流量が調整される流量調整弁において、
前記回転ディスクが、突起部を有し、
前記ハウジングが、前記突起部に当接可能な当接部を有し、
前記突起部と前記当接部との当接によって前記回転ディスクの回転が規制されるとともに、前記ステッピングモータのモータ軸と前記回転軸との間の遊び及び前記回転軸と前記回転ディスクとの間の遊びが前記回転ディスクの回転方向の一方向に対してなくなった状態で、前記回転ディスクの回転方向の原点が決定されていることを特徴とする。

係る構成によれば、回転ディスクと回転軸とステッピングモータのモータ軸との間の組み付け状態がどのような状態であっても、一定の原点出しが可能となり、また、回転ディスクと回転軸とステッピングモータのモータ軸との間の遊びが、回転ディスクの回転方向の一方向に対してなくなった状態、すなわち、各部材が回転ディスクの回転方向の一方向に押し付けられた状態で、回転ディスクの回転方向の原点が決定されるので、回転ディスクの回転停止位置のばらつきが低減される。

すなわち、ステッピングモータによる回転運動の制御は、回転ディスクの回転量に対応した所定のパルス数を発生させることで行うため、回転ディスクの回転方向が反転して、回転ディスクを回転駆動する各部材の相対的な位置が各部材間に存在する遊びによって回転方向にずれた場合には、回転ディスクの所定のパルス数に対応した計算上の停止位置と実際の停止位置との間にずれが生じる。したがって、実際の制御においては、各部材間の遊びを予め考慮したパルス数を発生させることで行うことになる。しかし、回転ディスクの回転方向の原点決めの際に各部材間の遊びが回転ディスクの回転方向の一方向に対してなくなった状態となっていない場合には、遊びを考慮したパルス数による停止位置との間でもずれが生じてしまうことがある。

しかしながら、本発明に係る上記構成によれば、回転ディスクを駆動する各部材間の遊びを一方向に対してなくなった状態で回転ディスクの原点決めがされているので、回転ディスクの計算上の停止位置と実際の停止位置と間のずれを低減することができる。また、従来のように原点出し用のプレート部材等が不要となるため、部材点数の削減を図ることができる。

以上説明したように、本発明により、流量調整の精度が向上される。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例）
図１〜図７を参照して、本発明の実施例に係る流量調整弁について説明する。図１は、本実施例に係る流量調整弁の断面図である。図２は、本実施例に係る流量調整弁の構成を説明する図であり、各構成部材に分解して示す斜視図である。図３は、本実施例に係る流量調整弁のディスク弁体の構成を示す図であり、（ａ）はロータ（回転ディスク）を軸方向からみた図、（ｂ）はステータ（固定ディスク）を軸方向からみた図、（ｃ）はステータをロータとの当接面側からみた斜視図である。図４は、ステッピングモータ（電動機）のモータ軸とロータシャフト（回転駆動軸）との嵌合部の様子を示す斜視図であり、（ａ）は嵌合前の状態、（ｂ）は嵌合後の状態を示している。図５は、ロータシャフトとロータとの嵌合部の様子を示す斜視図であり、（ａ）は嵌合前の状態、（ｂ）は嵌合後の状態を示している。図６は、ロータの回転の原点出しをするための規制部の構成を説明する斜視図であり、（ａ）はロータが組み付けられる前の状態、（ｂ）はロータが組み付けられた後の状態を示している。図７は、本実施例に係る流量調整弁の原点出しのメカニズムを説明する概念図であり、（ａ）は従来の原点出しメカニズム、（ｂ）は本実施例の原点出しメカニズムを示している。

＜流量調整弁の概要及び構成＞
本実施例に係る流量調整弁１は概略、流出入口を備えたハウジング２と、ハウジング２内部の流路上に組み付けられて流出口から流出する流体流量を変化させることが可能なディスク弁体３と、ディスク弁体３を駆動する電動機としてのステッピングモータ４とから構成される。

流量調整弁１は、不図示の水洗便器に備えられる洗浄ノズルに組み込まれて使用されるものであり、供給される洗浄水の流量をディスク弁体３によって変化させることで洗浄ノズルから噴射される先浄水の流量を調整する。

ハウジング２は、軸方向一方側に流入口２１を、軸方向他方側に流出口２２をそれぞれ備えた略有底筒状に部材であり、複数の流出口２２は、ハウジング２の底部を軸方向に貫通し、流入口２１は開口部側の側面を貫通する構成となっている。流入口２１側の軸方向に開放された開口部は、各種構成部材をハウジング２内部に組み付けるための挿入口となっている。

ディスク弁体３は、回転ディスクとしてのロータ５と、固定ディスクとしてのステータ６とから構成されている。

ステッピングモータ４は、ハウジング２の開口部側に取り付けられ、ハウジング２内部に軸方向に突出するモータ軸４０に、モータの回転動力をロータ５に伝達するためロータシャフト７が取り付けられている。

ロータ５は、ロータシャフト７の先端に嵌合して取り付けられており、軸方向に貫通する連通孔５０が複数設けられている。ステータ６は、流出口２２が形成されているハウジング２の底部に固定されており、軸方向に貫通する連通孔６０が複数設けられている。各連通孔６０は、それぞれ異なる形状を有するとともに、それぞれハウジング２の複数の流出口２２のいずれかと連通するように構成されている。

ロータ５とステータ６は、互いに軸方向に重ねられた構成となっており、連通孔５０と連通孔６０とが軸方向に重なっている部分において、ハウジング２の流入口２１と流出口２２とが連通する流路が形成される。

そして、ステッピングモータ４の駆動によってロータシャフト７を介してロータ５が回転して任意の位置に停止することにより、連通孔５０と連通孔６０との重なり具合が変化
し、あるいは、重なる連通孔５０と連通孔６０との組み合わせが変化することになる。これにより、流入口２１から流出口２２までの流路が変化し、流出口２２から流出する先浄水の流量が調整される。

ロータ５の回転・停止は、ステッピングモータ４に任意のパルス信号を与えてモータ軸４０を任意の回転位置まで回転させることで行う。そして、パルス信号の値を変更することにより、ロータ５の停止位置を任意の位置に変更することができる。

図３に示すように、ステータ６のロータ５との当接面６１上には種々の形状に構成された凹部６２が形成されており、ロータ５の回転によって連通孔５０の位置が僅かに変わるだけで、連通孔６０を流通する洗浄水に種々の流水抵抗が発生するように構成されている。

ロータ５及びロータ５の回転駆動部を構成するロータシャフト７、モータ軸４０は、互いに嵌合して連結されている。

図４に示すように、ステッピングモータ４のモータ軸４０は、ロータシャフト７に設けられた軸方向凹部７０に挿入され、モータ軸４０の軸に平行な側面４１と凹部７０の軸に平行な側面７１とが当接して、モータ軸４０とロータシャフト７とが相対回転しないように構成されている。

また、図５に示すように、ロータシャフト７とロータ５は、ロータシャフト７の軸部７２が、ロータ５の軸穴部５２に挿入され、軸部７２に設けられた嵌合凸部７３と軸穴部５２の嵌合凹部５３とが嵌合することにより、ロータシャフト７とロータ５との相対回転が規制される。

また、上記各構成部材は、インナーカラー８によってハウジング２内の所定位置にそれぞれ保持されるとともに、各部材間は各種シール部材によって密封されている。

ステータ６とハウジング２の底面との間にはステータシール９が介装されており、各流出口２２とこれ対応する連通孔６０とがそれぞれ独立した流路を形成するようにシールされている。

インナーカラー８とハウジング２の内周面との間にはＯリング１０が装着され、インナーカラー８の内周面とロータシャフト７の外周面との間にはＹパッキン１１が装着されおり、それぞれハウジング２の内部と外部とをシールしている。

ロータスプリング１２は、シールフランジ１３を介してロータシャフト７の流出口２２側端面とロータ５の流入口２１側端面との間に介装されており、ロータ５をステータ６に向って付勢してロータ５とステータ６との当接面の密封性を高めている。

＜回転ディスクの原点出し＞
ロータ５の回転・停止位置は、ステッピングモータ４に発生させるパルス数の大小によって制御されるため、予めロータ５の回転方向の原点（基準位置）を決めておく必要がある。

本実施例に係る流量調整弁１は、図６に示すように、ロータ５の外周面には外径方向に突出する突起部５１が設けられており、ハウジング２内周面の底部側には、突起部５１に当接してロータ５の回転を規制可能な当接部２３が設けられている。本実施例においては、この突起部５１と当接部２３とが、ロータ５の回転方向の原点を決定するための規制部
を構成する。

すなわち、上記各構成部材がハウジング２内部に組み付けられた後、ロータ５の突起部５１とハウジング２の当接部２３とが当接してロータ５の回転が規制されるまで、ステッピングモータ４がロータ５を回転駆動し、ロータ５の回転が規制された位置をロータ５の回転方向の原点に設定する。

図４及び図５に示すモータ軸４０、ロータシャフト７、ロータ５のそれぞれの嵌合部には、ガタ（遊び）が装着性を考慮して意図的に設けられたり、あるいは、各部材の製作精度の誤差等によって発生する場合がある。本実施例においては、ロータ５の回転が規制された後も、各嵌合部のガタがそれぞれ回転方向の一方向に対してなくなった状態となるまでステッピングモータ４を駆動する。

こうすることにより、ロータ５の回転駆動部を組み付けたときにそれぞれの嵌合部のガタにばらつきがあっても、原点出しの際には、各部材が一定の位置（一定の方向にガタがなくなった状態）で位置決めされることになる。したがって、ロータ５の回転駆動部の組み付け状態の如何にかかわらず、各構成部が常に一定の状態でロータ５の原点出しをすることができる。

係る原点出しのメカニズムについて、図７を参照して説明する。なお、図７に示した構成は、図１や図８に示す構成と若干異なる部分はあるものの、メカニズムの概念的には共通するものである。また、以下の説明においては、図１〜図６に示す実施例及び図８に示す従来例と同様の構成については同じ符号を付して説明する。

図７（ａ）に示す従来の原点出しメカニズムにおいては、ハウジングに取り付けられたプレートの原点出し突起１１３ａと、ロータシャフト１０６とを当接させることによりロータ１０４の回転方向の原点を決定している。

したがって、ロータ１０４、ロータシャフト１０６、モータ軸１０９の組み付け状態によっては、図に示すように、ロータシャフト１０６とロータ１０４との嵌合部におけるガタが完全に偏る（ロータ１０４の回転方向の一方向に対してなくなる）前にロータシャフト１０６が原点出し突起１１３ａと当接する場合がある。

使用時においては、各嵌合部のガタを予め考慮したパルス数でロータ１０４の停止位置を制御するため、図に示すような状態でロータ１０４の原点が決定されると、計算上のロータ１０４の停止位置と実際のロータ１０４の停止位置にずれが生じてしまうことになる。すなわち、ロータ１０４が回転して所定の停止位置に停止する場合において、原点から直接停止した場合と、一度停止位置を通り越してから折り返して停止した場合とでロータ１０４の停止位置にずれが生じる場合がある。

一方、図７（ｂ）に示す、本実施例の原点出しメカニズムにおいては、ロータ５の回転をハウジング２によって規制することでロータ５の原点出しを行う構成である。

この構成によれば、モータ軸４０、ロータシャフト７、ロータ５の各嵌合部のガタにそれぞればらつきがあったとしても、それぞれのガタがいずれかの方向に完全に偏った状態となるまで、モータ軸４０を駆動させることができる。したがって、モータ軸４０、ロータシャフト７、ロータ５の組み付け状態がどのような状態であっても、各部材の回転が完全に規制された状態、すなわち、各嵌合部のガタがロータ５の回転方向の一方向に対してなくなった状態でロータ５の原点出しがされることになる。

＜本実施例の優れた点＞
このような原点出し構成によれば、ロータの回転駆動部を構成する各部材が常に一定の位置に位置決めされることになり、原点出し精度が向上される。

また、原点出しの精度が向上されることにより、回転駆動部のガタを考慮したパルス数の制御において実際のロータの回転位置とのずれの発生が抑制される。したがって、ロータの停止位置精度も向上されることになり、流量調整弁による流量調整の精度が向上される。

また、ステータが位置決めされるハウジングとの間でロータの位置決めがされるので、精度の高いロータの原点出しが可能となる。また、従来のような原点出し用のプレート部材が不要となるため、部材点数の削減を図ることができる。

本実施例においては、水洗便器の洗浄ノズル用の流量調整弁について説明したが、本発明が適用可能な構成はこれに限られるものではない。したがって、ステッピングモータによってディスク弁の回転を制御する構成であれば本実施例と同様に原点出しの精度を向上させることが可能となる。

また、ロータの回転を規制する規制部の構成も、本実施例の構成に限られるものではなく、従来からある種々の構成を適宜採用することが可能である。

本実施例に係る流量調整弁の断面図。 本実施例に係る流量調整弁の構成を示す斜視分解図。 ディスク弁体の構成を示す図。 ステッピングモータのモータ軸とロータシャフトとの嵌合部を示す斜視図。 ロータシャフトとロータとの嵌合部を示す斜視図。 規制部の構成を示す斜視図。 原点出しのメカニズムを説明する概念図。 従来技術に係る流量調整弁の構造を説明する図。

符号の説明

１ 流量調整弁
２ ハウジング
３ ディスク弁体
４ ステッピングモータ
５ ロータ
６ ステータ
７ ロータシャフト
８ インナーカラー
９ ステータシール
１０ Ｏリング
１１ Ｙパッキン
１２ ロータスプリング
１３ シールフランジ
２１ 流入口
２２ 流出口
２３ 当接部
４０ モータ軸
４１ 側面
５０ 連通孔
５１ 突起部
５２ 軸穴部
５３ 嵌合凹部
６０ 連通孔
６１ 当接面
６２ 凹部
７０ 凹部
７１ 側面
７２ 軸部
７３ 嵌合凸部

Claims (1)

1. 軸方向一方側に設けられた流入口と、軸方向他方側に設けられた流出口と、を有する筒状のハウジングと、
   前記ハウジングの流入口側に設けられたステッピングモータと、
   前記ステッピングモータのモータ軸に遊びを有して取り付けられ、前記ハウジングの流出口側に延びる回転軸と、
   前記回転軸の先端に遊びを有して取り付けられた回転ディスクと、
   前記回転ディスクにおける前記ハウジングの流出口側の面に軸方向に重なるように密着するとともに、前記ハウジングに固定された固定ディスクと、を備え、
   前記回転ディスク及び前記固定ディスクは、それぞれ軸方向に貫通する連通孔を有しており、前記回転ディスクの連通孔と前記固定ディスクの連通孔とが重なる部分において、前記ハウジングの前記流入口から前記流出口まで連通する流路が形成され、
   前記ステッピングモータの回転駆動力が前記回転軸を介して伝わって前記回転ディスクが回転することにより、前記回転ディスクの連通孔と前記固定ディスクの連通孔との組み合わせ又は重なり具合が変わって前記流路の形状が変化し、前記流出口から流出する流体流量が調整される流量調整弁において、
   前記回転ディスクが、突起部を有し、
   前記ハウジングが、前記突起部に当接可能な当接部を有し、
   前記突起部と前記当接部との当接によって前記回転ディスクの回転が規制されるとともに、前記ステッピングモータのモータ軸と前記回転軸との間の遊び及び前記回転軸と前記回転ディスクとの間の遊びが前記回転ディスクの回転方向の一方向に対してなくなった状態で、前記回転ディスクの回転方向の原点が決定されていることを特徴とする流量調整弁。

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