JP2014020457A - 電動式流量調節弁 - Google Patents

Abstract

【課題】チャタリングの発生を抑制できるようにした電動式流量調節弁を提供する。
【解決手段】モータ３の正逆転により送りねじ機構４を介して軸方向に進退される弁軸５と、弁軸の進退で閉じ方向と開き方向とに移動する弁体６とを備える電動式流量調節弁１で、弁体を閉じ方向に付勢する第１ばね７_１と、弁軸に対する弁体の閉じ方向への移動を所定位置で規制するストッパ８_１とを備え、弁体が弁座２２に着座して弁孔２２ａが閉塞された後も、第１ばねを圧縮しつつ弁軸が閉じ方向に更に前進するようにし、弁体６に、弁室２１と弁孔２２ａとを連通し、弁軸５が隙間を存して挿通される副弁孔６３が形成され、弁軸５に、弁体６が弁座５に着座した後に弁軸５が閉じ方向に所定ストローク前進したところで副弁孔６３を閉塞する副弁体５２が設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、給湯用熱交換器に連なる給水路等に介設する電動式流量調節弁に関し、更に詳細には、内部に弁室と弁室に面する弁座とを有する弁筐と、モータと、モータの正逆転により送りねじ機構を介して軸方向に進退される弁軸と、弁軸の進退で弁座に接近する閉じ方向と弁座から離隔する開き方向とに移動する弁体とを備える電動式流量調節弁に関する。

従来、この種の電動式流量調節弁として、弁体が弁軸に移動自在に外挿した状態で弁室に収納され、弁体を弁軸に対し閉じ方向に付勢するばねと、弁軸に対する弁体の閉じ方向への移動を所定位置で規制するストッパとを備え、弁体が弁座に着座して、弁座に形成した弁孔が閉塞された後も、ばねを圧縮しつつ弁軸が閉じ方向に更に前進するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このものでは、弁体が弁座に着座した後のばねの圧縮で、弁座に対する弁体の接触圧が高められ、閉弁時の良好なシール性が得られる。

然し、このような流量調節弁では、弁体が弁軸に固定されていないため、弁体が弁座に着座して閉弁する直前に、弁体付近の流体の流れが圧力脈動を起こしやすい高速流の状態になると、弁体の振動、即ち、チャタリングが発生し易くなる。

特開２００５−２９９８３６号公報

本発明は、以上の点に鑑み、チャタリングの発生を抑制できるようにした電動式流量調節弁を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、内部に弁室と弁室に面する弁座とを有する弁筐と、モータと、モータの正逆転により送りねじ機構を介して軸方向に進退される弁軸と、弁軸の進退で弁座に接近する閉じ方向と弁座から離隔する開き方向とに移動する弁体とを備える電動式流量調節弁であって、弁体は、弁軸に移動自在に外挿した状態で弁室に収納され、弁体を、弁軸に対し閉じ方向に付勢する第１ばねと、弁軸に対する弁体の閉じ方向への移動を所定位置で規制する第１ストッパとを備え、弁体が弁座に着座して、弁座に形成した弁孔が閉塞された後も、第１ばねを圧縮しつつ弁軸が閉じ方向に更に前進するようにしたものにおいて、弁体に、弁室と弁孔とを連通し、弁軸が隙間を存して挿通される副弁孔が形成され、弁軸に、弁体が弁座に着座した後に弁軸が閉じ方向に所定ストローク前進したところで副弁孔を閉塞する副弁体が設けられることを特徴とする。

本発明によれば、弁体が閉じ方向に前進して弁座に着座しても、その後弁軸が所定ストローク前進して副弁孔が閉塞されるまでは、弁室内の流体が副弁孔を介して弁孔に流れる。そのため、弁体が弁座に着座しても、弁室と弁孔との圧力差は急上昇せず、弁体が弁座に着座する直前に弁体の周面付近の流体の流れが圧力脈動を起こしやすい高速流の状態になることを阻止できる。従って、圧力脈動によるチャタリングの発生を抑制できる。

また、本発明においては、弁軸が、送りねじ機構の出力部材に対し移動自在であり、弁軸を閉じ方向に付勢する第２ばねと、送りねじ機構の出力部材に対する弁軸の閉じ方向への移動を所定位置で規制する第２ストッパとを備え、第２ばねの付勢力は第１ばねの付勢力よりも大きいことが望ましい。これによれば、出力部材を閉じ方向に前進させる際、弁軸が第２ばねの付勢力で閉じ方向に前進して、弁体が弁座に着座し、その後は、第２ばねの付勢力で第１ばねを圧縮しつつ弁軸が前進し、副弁体が副弁孔を閉塞する。そのため、弁座に対する弁体の圧接力は第２ばねの付勢力以上には増加せず、閉弁時にモータがロックするまで弁体を押し付けるものと異なり、弁体、モータの耐久性が向上する。尚、出力部材を開き方向に後退させるときは、出力部材から第２ストッパを介して弁軸に伝達される後退方向への推力で、弁軸が第２ばねを圧縮しつつ開き方向に後退する。

ところで、閉弁時、弁体は弁室内の流体圧で閉じ方向に押圧され、開弁動作時にモータにかかる負荷が大きくなる。そのため、副弁孔に連通し、弁体を閉じ方向に押圧する圧力室を弁室に対し仕切られた状態で画成すると共に、圧力室を弁室に連通する連通孔を設け、連通孔の断面積を、副弁孔と弁軸との間の隙間の断面積よりも小さくすることが望ましい。これによれば、閉弁状態から弁軸を開き方向に後退させる際、副弁体の後退で副弁孔が開放されたところで、圧力室内の流体圧が弁室内の流体圧よりも低下して、モータにかかる負荷が低減される。

本発明の実施形態の電動式流量調節弁を示す断面図。 （ａ）実施形態の電動式流量調節弁の弁体が弁座に着座した状態の断面図、（ｂ）実施形態の電動式流量調節弁の副弁孔が閉塞された状態の断面図。

図１を参照して、１は、給湯用熱交換器に連なる給水路等に介設する本発明の実施形態の電動式流量調節弁を示している。この流量調節弁１は、内部に弁室２１と弁室２１に面する弁座２２とを有する弁筐２と、ステッピングモータ等から成るモータ３と、モータ３の正逆転により送りねじ機構４を介して軸方向に進退される弁軸５と、弁軸５の進退で弁座２２に接近する閉じ方向（図面で左方）と弁座２２から離隔する開き方向（図面で右方）とに移動する弁体６とを備えている。

弁筐２の外面には、弁室２１に連通する流入口２３と、弁座２２に形成した弁孔２２ａに連通する流出口２４とが開設されている。また、弁筐２内には、弁体６を弁座２２と同心状態で摺動自在に支持するガイドスリーブ２５が設けられている。

送りねじ機構４は、ガイドスリーブ２５の尾端部（右端部）に突設した雌ねじ部材４１と、雌ねじ部材４１に螺挿した雄ねじ部材４２と、雄ねじ部材４２が軸方向に摺動自在に且つ相対回転不能に挿通されるスプラインスリーブ４３とで構成されている。そして、モータ３によりスプラインスリーブ４３を介して雄ねじ部材４２を正逆転させることにより、雄ねじ部材４２が軸方向に進退するようにしている。

弁体６は、弁軸５に移動自在に外挿した状態で弁室２１に収納されており、弁軸５に固定したばね受け部５１との間に介設する第１ばね７_１により弁軸５に対し閉じ方向（左方）に付勢されている。弁軸５の先端（左端）には、スナップリングから成る第１ストッパ８_１が装着されており、弁体６の先端に突設したピン状突起６１が第１ストッパ８_１に当接することで、弁軸５に対する弁体６の閉じ方向への移動が所定位置で規制されるようにしている。

また、弁軸５は、送りねじ機構４の出力部材たる雄ねじ部材４２に対し移動自在である。即ち、弁軸５は、その尾端部において雄ねじ部材４２に摺動自在に挿通されている。更に、ばね受け部５１とガイドスリーブ２５との間に介設した第２ばね７_２により弁軸５を閉じ方向（左方）に付勢している。弁軸５の尾端（右端）には、スナップリングから成る第２ストッパ８_２が装着されており、雄ねじ部材４２の尾端に第２ストッパ８_２が当接することで、雄ねじ部材４２に対する弁軸５の閉じ方向への移動が所定位置で規制されるようにしている。尚、第２ばね７_２の付勢力は第１ばね７_１の付勢力よりも大きい。

弁体６の外周先端部にはゴム製のシール部６２が設けられており、弁体６がこのシール部６２で弁座２２に着座する。また、弁体６には、弁室２１と弁孔２２ａとを連通し、弁軸５が隙間を存して挿通される副弁孔６３が形成されている。そして、弁軸５に副弁孔６３の尾端に対向するゴム製の副弁体５２を設け、弁体６が弁座２２に着座した後に弁軸５が閉じ方向に所定ストローク前進したところで副弁体５２によって副弁孔６３が閉塞されるようにしている。

また、ガイドスリーブ２５と弁体６との間には、副弁孔６３に連通し、弁体６を閉じ方向に押圧する圧力室２６が弁室２１に対し仕切られた状態で画成されている。圧力室２６は、弁体６の周壁部に形成した連通孔２６ａを介して弁室２１に連通している。ここで、連通孔２６ａの断面積は、副弁孔６３と弁軸５との間の隙間の断面積よりも小さい。

次に、本実施形態の作動について説明する。図１に示す開弁状態からモータ３を正転させて、送りねじ機構４の出力部材たる雄ねじ部材４２を閉じ方向に前進させると、第２ストッパ８_２が雄ねじ部材４２の尾端に当接したまま、弁軸５が第２ばね７_２の付勢力により雄ねじ部材４２に追従して閉じ方向に前進し、図２（ａ）に示す如く、弁体６が弁座２２に着座する。

ここで、弁体６が弁座２２に着座して弁孔２２ａが閉塞されても、副弁孔６３は開放状態に維持されるから、弁室２１内の流体は連通孔２６ａと圧力室２６と副弁孔６３とを介して弁孔２２ａに流れる。そのため、弁体６が弁座２２に着座しても、弁室２１と弁孔２２ａとの圧力差は急上昇せず、弁体６が弁座２２に着座する直前に、弁体６の周面付近の流体の流れが圧力脈動を起こしやすい高速流の状態になることを阻止できる。従って、圧力脈動によるチャタリング（弁体６の振動）の発生を抑制できる。

弁体６が弁座２２に着座した後は、第２ばね７_２の付勢力の方が第１ばね７_１の付勢力よりも大きいため、第２ばね７_２の付勢力で第１ばね７_１を圧縮しつつ弁軸５が前進し、所定ストローク前進したところで、副弁体５２によって副弁孔６３が閉塞され、図２（ｂ）に示す閉弁状態となる。ここで、弁座２２に対する弁体６の圧接力は第２ばね７_２の付勢力以上には増加せず、閉弁時にモータ３がロックするまで弁体６を押し付けるものと異なり、弁体６、モータ３の耐久性が向上する。

尚、副弁体５２が副弁孔６３を閉塞すると、弁軸５はそれ以上前進しなくなり、引き続くモータ３の正転で雄ねじ部材４２が前進すると、雄ねじ部材４２の尾端と第２ストッパ８_２との間に隙間があく。図２（ｂ）はこの状態を示している。

閉弁状態から開弁させる場合は、モータ３を逆転させて雄ねじ部材４２を開き方向に後退させる。これによれば、雄ねじ部材４２の尾端が第２ストッパ８_２に当接したところで、雄ねじ部材４２から弁軸５に後退方向への推力が伝達され、弁軸５が第２ばね７_２を圧縮しつつ後退する。この後退で、先ず、副弁体５２が副弁孔６３から離れて副弁孔６３が開放され、次に、第１ストッパ８_１が弁体６の突起６１に当接する。以後、弁体６が弁軸５と一緒に後退して弁座２２から離れ、開弁状態になる。

ここで、圧力室２６を設けないと、弁体６が弁室２１内の比較的高い流体圧で閉じ方向に押圧されることになり、開弁動作時にモータ３にかかる負荷が大きくなる。これに対し、本実施形態では、圧力室２６を設けると共に、圧力室２６を弁室２１に連通する連通孔２６ａの断面積が、副弁孔６３と弁軸５との間の隙間の断面積よりも小さいため、副弁孔６３が開放されたところで、圧力室２６内の流体圧が弁室２１内の流体圧よりも低下する。従って、開弁動作時にモータ３にかかる負荷を低減でき、省エネ化を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、送りねじ機構４を、雄ねじ部材４２が出力部材となるように構成しているが、ガイドスリーブ２５とは別体で軸方向に移動自在な雌ねじ部材を設けて、この雌ねじ部材にモータで正逆転される雄ねじ部材を螺合させ、雌ねじ部材が軸方向に進退する出力部材となるように送りねじ機構を構成することも可能である。

また、上記実施形態では、弁軸５を送りねじ機構４の出力部材（雄ねじ部材４２）に対し軸方向に移動自在としているが、弁軸５を出力部材に固定してもよい。この場合、第２ばね７_２と第２ストッパ８_２は不要となる。また、圧力室２６及び連通孔２６ａを省略することも可能である。

１…電動式流量調節弁、２…弁筐、２１…弁室、２２…弁座、２２ａ…弁孔、２６…圧力室、２６ａ…連通孔、３…モータ、４…送りねじ機構、４２…雄ねじ部材（出力部材）、５…弁軸、５２…副弁体、６…弁体、６３…副弁孔、７_１…第１ばね、７_２…第２ばね、８_１…第１ストッパ、８_２…第２ストッパ。

Claims (3)

1. 内部に弁室と弁室に面する弁座とを有する弁筐と、モータと、モータの正逆転により送りねじ機構を介して軸方向に進退される弁軸と、弁軸の進退で弁座に接近する閉じ方向と弁座から離隔する開き方向とに移動する弁体とを備える電動式流量調節弁であって、
   弁体は、弁軸に移動自在に外挿した状態で弁室に収納され、弁体を弁軸に対し閉じ方向に付勢する第１ばねと、弁軸に対する弁体の閉じ方向への移動を所定位置で規制する第１ストッパとを備え、弁体が弁座に着座して、弁座に形成した弁孔が閉塞された後も、第１ばねを圧縮しつつ弁軸が閉じ方向に更に前進するようにしたものにおいて、
   弁体に、弁室と弁孔とを連通し、弁軸が隙間を存して挿通される副弁孔が形成され、弁軸に、弁体が弁座に着座した後に弁軸が閉じ方向に所定ストローク前進したところで副弁孔を閉塞する副弁体が設けられることを特徴とする電動式流量調節弁。
2. 前記弁軸は、前記送りねじ機構の出力部材に対し移動自在であり、弁軸を閉じ方向に付勢する第２ばねと、前記送りねじ機構の出力部材に対する弁軸の閉じ方向への移動を所定位置で規制する第２ストッパとを備え、第２ばねの付勢力は前記第１ばねの付勢力よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の電動式流量調節弁。
3. 前記副弁孔に連通し、前記弁体を閉じ方向に押圧する圧力室が前記弁室に対し仕切られた状態で画成されると共に、圧力室を弁室に連通する連通孔が設けられ、連通孔の断面積は、副弁孔と前記弁軸との間の隙間の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２記載の電動式流量調節弁。

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