JP2020118201A

JP2020118201A - 電動式ガス流量調節弁

Info

Publication number: JP2020118201A
Application number: JP2019008253A
Authority: JP
Inventors: 廣太郎 ▲葛▼谷; Kotaro Kuzuya
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2019-01-22
Filing date: 2019-01-22
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2039-01-22
Also published as: JP7168465B2; US10859177B2; US20200232574A1

Abstract

【課題】電動モータ３の回転により運動変換機構を介してニードル弁体２を軸方向に移動させる電動式ガス流量調節弁であって、運動変換機構は、電動モータ３の回転で回転する回転体５と、回り止めされた筒状のカム体６と、カム体６に形成した螺旋状のカム溝６１に係合する、ニードル弁体２に固定のカムピン２１とを備え、ニードル弁体２は、回転体５に対し軸方向に移動自在で、且つ、一緒に回転するように連結されるものにおいて、ヒステリシスの発生を抑制できるようにする。【解決手段】ニードル弁体２が弁座１１に接近する方向と離隔する方向を夫々往動方向と復動方向として、カム体６をカム溝６１を境にして往動方向側半部６２と復動方向側半部６３とに２分割する。復動方向側半部６３を付勢手段６４により往動方向に付勢し、往動方向側半部６２に形成したカム溝側縁６１ａと復動方向側半部６３に形成したカム溝側縁６１ｂとの間にカムピン２１を挟圧する。【選択図】図２

Description

本発明は、バルブケーシング内の弁座に向けて軸方向に接近、離間するニードル弁体と、電動モータと、電動モータの回転でニードル弁体を軸方向に移動させる運動変換機構とを備える電動式ガス流量調節弁に関する。

従来、この種の電動式ガス流量調節弁として、運動変換機構を、電動モータの回転で回転する回転体と、回転体に対し軸方向に移動自在で、且つ、一緒に回転するように連結された筒状のカム体と、カム体に形成した螺旋状のカム溝に係合する、ニードル弁体に固定のカムピンとを備えるカム機構で構成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このものでニードル弁体は、バルブケーシングに対し軸方向に移動自在で、且つ、回り止めされている。また、軸方向のうちニードル弁体が弁座に接近する方向を往動方向、弁座から離隔する方向を復動方向として、カム体の往動方向への移動を所定位置で制止するストッパと、カム体を所定位置に付勢保持する付勢手段とを備えている。そして、電動モータの正転方向と逆転方向の回転で回転体を介してカム体を正転方向と逆転方向に回転させると共に、カム体の正転方向の回転によるカム溝の復動方向側側縁のカムピンに対する当接力の往動方向成分でニードル弁体を往動方向に移動させ、カム体の逆転方向の回転によるカム溝の往動方向側側縁のカムピンに対する当接力の復動方向成分でニードル弁体を復動方向に移動させるようにしている。また、ニードル弁体が弁座に当接することでそれ以上の往動方向への移動が制止されてから更に電動モータが正転方向に回転しても、カム溝の復動方向側側縁のカムピンに対する当接反力の復動方向成分でカム体が付勢手段の付勢力に抗して復動方向に移動し、ニードル弁体と弁座との当接部に過大な力が作用して傷が付くことを防止できる。

ここで、上記第１の従来例のものは、ニードル弁体をバルブケーシングに対し回り止めし、カム体を回転体と一緒に回転させるようにしているが、回転体に対しニードル弁体を軸方向に移動自在で、且つ、一緒に回転するように連結し、カム体をバルブケーシングに対し回り止めするようにしたものも考えられている。この第２の従来例では、電動モータの正転方向と逆転方向の回転で回転体を介してニードル弁体を正転方向と逆転方向に回転させると共に、ニードル弁体の正転方向の回転によるカム溝の復動方向側側縁に対するカムピンの当接反力の往動方向成分でニードル弁体を往動方向に移動させ、ニードル弁体の逆転方向の回転によるカム溝の往動方向側側縁に対するカムピンの当接反力の復動方向成分でニードル弁体を復動方向に移動させる。

ところで、上記第１と第２の何れの従来例でも、カムピンをカム溝にスムーズに挿入できるように、カム溝の往動方向側側縁と復動方向側側縁との間の間隔をカムピンの直径より若干大きくすることが要求される。そのため、電動モータの正転方向の回転でカム溝の復動方向側側縁とカムピンとを当接させて、ニードル弁体を往動方向に移動させるときと、電動モータの逆転方向の回転でカム溝の往動方向側側縁とカムピンとを当接させて、ニードル弁体を復動方向に移動させるときとで、電動モータの回転位相が同じでもガス流量に差を生ずる現象、即ち、ヒステリシスが発生してしまう。

特開２０１８−１３２７４号公報

本発明は、以上の点に鑑み、ヒステリシスの発生を抑制できるようにした電動式ガス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、バルブケーシング内の弁座に向けて軸方向に接近、離間するニードル弁体と、電動モータと、電動モータの回転でニードル弁体を軸方向に移動させる運動変換機構とを備える電動式ガス流量調節弁であって、運動変換機構は、電動モータの回転で回転する回転体と、バルブケーシングに対し回り止めされた筒状のカム体と、カム体に形成した螺旋状のカム溝に係合する、ニードル弁体に固定のカムピンとを備え、ニードル弁体は、回転体に対し軸方向に移動自在で、且つ、一緒に回転するように連結され、軸方向のうちニードル弁体が弁座に接近する方向を往動方向、弁座から離隔する方向を復動方向、ニードル弁体を往動方向に移動させる電動モータの回転方向を正転方向、ニードル弁体を復動方向に移動させる電動モータの回転方向を逆転方向として、電動モータの正転方向と逆転方向の回転で回転体を介してニードル弁体を正転方向と逆転方向に回転させると共に、ニードル弁体の正転方向の回転によるカム溝の復動方向側側縁に対するカムピンの当接反力の往動方向成分でニードル弁体を往動方向に移動させ、ニードル弁体の逆転方向の回転によるカム溝の往動方向側側縁に対するカムピンの当接反力の復動方向成分でニードル弁体を復動方向に移動させるように構成されるものにおいて、カム体は、カム溝を境にして往動方向側半部と復動方向側半部とに２分割され、往動方向側半部にカム溝の往動方向側側縁が形成されると共に、復動方向側半部にカム溝の復動方向側側縁が形成され、往動方向側半部は、バルブケーシングに対し軸方向に移動不能で、且つ、回り止めされ、復動方向側半部は、バルブケーシングに対し軸方向に移動自在で、且つ、回り止めされ、カムピンがカム溝の往動方向側側縁と復動方向側側縁との間に挟圧されるように復動方向側半部を往動方向に付勢する付勢手段が設けられ、付勢手段の付勢力は、電動モータの正転方向の回転でニードル弁体を正転方向に回転させつつ往動方向に移動させる際にカム溝の復動方向側側縁にカムピンから作用する押圧力の復動方向成分を上回るように設定されることを特徴とする。

本発明によれば、電動モータを正転方向と逆転方向との何れの方向に回転させても、カムピンはカム溝の往動方向側と復動方向側の両側縁に接する。そのため、電動モータの正転方向回転でニードル弁体を往動方向に移動させるときと、電動モータの逆転方向回転でニードル弁体を復動方向に移動させるときとの何れにおいても、電動モータの回転位相が同じであれば、ニードル弁体の軸方向位置は同じになり、ヒステリシスの発生を抑制できる。

また、ニードル弁体が弁座に当接することでそれ以上の往動方向への移動が制止されてから更に電動モータが正転方向に回転しても、カム溝の復動方向側側縁に対するカムピンの当接力の復動方向成分でカム体の復動方向側半部が付勢手段の付勢力に抗して復動方向に移動する。そのため、ニードル弁体と弁座との当接部に過大な力が作用して傷が付くことを防止できる。

ところで、バルブケーシングに弁座を一体に形成せずに、バルブケーシング内に、弁座が形成された部材を装着することがある。この場合は、弁座が形成された部材に、カム体の往動方向側半部を一体に形成することが望ましい。これによれば、部品共用化で部品点数の削減を図ることができ、有利である。

本発明の実施形態の電動式ガス流量調節弁の切断側面図。図１のＩＩ−ＩＩで切断した電動式ガス流量調節弁の半部の断面図。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した断面図。実施形態の電動式ガス流量調節弁に設けられる運動変換機構の分解状態の斜視図。

図１、図２を参照して、本発明の実施形態の電動式ガス流量調節弁は、バルブケーシング１内の弁座１１に向けて軸方向に接近、離間する截頭円錐状のニードル弁体２と、電動モータ３と、電動モータ３の回転でニードル弁体２を軸方向に移動させる運動変換機構とを備えている。バルブケーシング１内には、図外のガス流入口に連通する一次側ガス室１２と、ガス流出口１３ａに連通する二次側ガス室１３とが設けられている。そして、二次側ガス室１３に、一次側ガス室１２と二次側ガス室１３とを仕切る弁座１１が形成された部材４を装着している。

以下、軸方向のうちニードル弁体２が弁座１１に接近する方向を往動方向、弁座１１から離隔する方向を復動方向、ニードル弁体２を往動方向に移動させる電動モータ３の回転方向を正転方向、ニードル弁体２を復動方向に移動させる電動モータ３の回転方向を逆転方向として説明する。

図４も参照して、運動変換機構は、電動モータ３の出力軸３１に連結子３２を介して連結される、電動モータ３の回転で回転する筒状の回転体５と、バルブケーシング１に対し回り止めされた筒状のカム体６と、カム体６に形成した螺旋状のカム溝６１に係合する、ニードル弁体２に固定のカムピン２１とを備えている。カムピン２１の基部には大径部２１ａが形成されており、この大径部２１ａを回転体５に形成した軸方向に長手のスリット５１に摺動自在に係合させている。そのため、ニードル弁体２は、回転体５に対し軸方向に移動自在で、且つ、一緒に回転するように連結される。そして、運動変換機構は、電動モータ３の正転方向と逆転方向の回転で回転体５を介してニードル弁体２を正転方向と逆転方向に回転させると共に、ニードル弁体２の正転方向（図３でカムピン２１が上方に移動する方向）の回転によるカム溝６１の復動方向側側縁６１ｂに対するカムピン２１の当接反力の往動方向成分でニードル弁体２を往動方向に移動させ、ニードル弁体２の逆転方向（図３でカムピン２１が下方に移動する方向）の回転によるカム溝６１の往動方向側側縁６１ａに対するカムピン２１の当接反力の復動方向成分でニードル弁体２を復動方向に移動させるように構成される。

ここで、カム体６は、カム溝６１を境にして往動方向側半部６２と復動方向側半部６３とに２分割される。そして、往動方向側半部６２にカム溝６１の往動方向側側縁６１ａが形成され、復動方向側半部６３にカム溝６１の復動方向側側縁６１ｂが形成される。往動方向側半部６２は、バルブケーシング１に対し軸方向に不動で、且つ、往動方向側半部６２の外周面に突設したリブ６２１をバルブケーシング１の内周面に形成した溝１４に係合することで回り止めされている。また、往動方向側半部６２は、復動方向側半部６３が内挿される周壁部６２２を有している。そして、この周壁部６２２の内周面に厚肉部６２２ａを形成すると共に、この周壁部６２２から復動方向に突出する、厚肉部６２２ａに連続する突起部６２３を設けて、この突起部６２３及び厚肉部６２２ａの復動方向を向く端縁でカム溝６１の往動方向側側縁６１ａを構成している。

また、復動方向側半部６３は、バルブケーシング１に対し軸方向に移動自在である。そして、後述する如くカム溝６１の往動方向側側縁６１ａと復動方向側側縁６１ｂとの間にカムピン２１を挟圧した状態において、復動方向側半部６３の復動方向の端縁とバルブケーシング１の復動方向の端壁部内面との間に隙間Ａが空いており、この隙間Ａ分だけ復動方向側半部６３が復動方向に移動可能である。また、復動方向側半部６３は、復動方向側半部６３の周壁部の復動方向側端部に形成した軸方向に長手の切欠き部６３１にバルブケーシング１の内面の復動方向側端部に突設したリブ１５（図２、図３参照）を係合させることで、バルブケーシング１に対し回り止めされている。尚、部品点数を削減できるように、往動方向側半部６２は、弁座１１を形成した部材４に一体に形成されている。

更に、カムピン２１が、図３に示す如く、カム溝６１の往動方向側側縁６１ａと復動方向側側縁６１ｂとの間に挟圧されるように、復動方向側半部６３を往動方向に付勢するコリルスプリングから成る付勢手段６４を設けている。付勢手段６４の付勢力は、電動モータ３の正転方向の回転でニードル弁体２を正転方向に回転させつつ往動方向に移動させる際にカム溝６１の復動方向側側縁６１ｂにカムピン２１から作用する押圧力の復動方向成分を上回るように設定されている。

以上の構成によれば、電動モータ３を正転方向と逆転方向との何れの方向に回転させても、カムピン２１はカム溝６１の往動方向側と復動方向側の両側縁６１ａ，６１ｂに接する。具体的には、電動モータ３の正転方向の回転でカムピン２１をカム溝６１の復動方向側側縁６１ｂに当接させて、ニードル弁体２を往動方向に移動させている状態において、カムピン２１はカム溝６１の往動方向側側縁６１ａにも接しており、同様に、電動モータ３の逆転方向の回転でカムピン２１をカム溝６の往動方向側縁６１ａに当接させて、ニードル弁体２を復動方向に移動させている状態において、カムピン２１はカム溝６１の復動方向側側縁６１ｂにも接している。そのため、電動モータ３の正転方向回転でニードル弁体２を往動方向に移動させるときと、電動モータ３の逆転方向回転でニードル弁体２を復動方向に移動させるときとの何れにおいても、電動モータ３の回転位相が同じであれば、ニードル弁体２の軸方向位置は同じになり、ヒステリシスの発生を抑制できる。

また、電動モータ３の正転方向の回転をニードル弁体２が弁座１１に当接した瞬間に停止することは制御上困難である。そのため、ニードル弁体２が弁座１１に当接することでそれ以上の往動方向への移動が制止されてから更に電動モータ３が正転方向に若干回転することになる。本実施形態によれば、ニードル弁体２が弁座１１に当接してから更に電動モータ３が正転方向に回転しても、カム溝６１の復動方向側側縁６１ｂに対するカムピン２１の当接力の復動方向成分でカム体６の復動方向側半部６３が付勢手段６４の付勢力に抗して復動方向に移動する。そのため、ニードル弁体２と弁座１１との当接部に過大な力が作用して傷が付くことを防止できる。

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、バルブケーシング１に弁座１１を一体に形成することも可能であり、この場合は、弁座１１から分離独立したカム体６の往動方向側半部６２をバルブケーシング１内に固定すればよい。また、ニードル弁体２が回転体５に対し軸方向に移動自在で、且つ、一緒に回転するように、ニードル弁体２を回転体５にスプライン係合させてもよい。

１…バルブケーシング、１１…弁座、２…ニードル弁体、２１…カムピン、３…電動モータ、４…弁座を形成した部材、５…回転体、６…カム体、６１…カム溝、６１ａ…カム溝の往動方向側側縁、６１ｂ…カム溝の復動方向側側縁、６２…往動方向側半部、６３…復動方向側半部、６４…付勢手段。

Claims

バルブケーシング内の弁座に向けて軸方向に接近、離間するニードル弁体と、電動モータと、電動モータの回転でニードル弁体を軸方向に移動させる運動変換機構とを備える電動式ガス流量調節弁であって、
運動変換機構は、電動モータの回転で回転する回転体と、バルブケーシングに対し回り止めされた筒状のカム体と、カム体に形成した螺旋状のカム溝に係合する、ニードル弁体に固定のカムピンとを備え、ニードル弁体は、回転体に対し軸方向に移動自在で、且つ、一緒に回転するように連結され、軸方向のうちニードル弁体が弁座に接近する方向を往動方向、弁座から離隔する方向を復動方向、ニードル弁体を往動方向に移動させる電動モータの回転方向を正転方向、ニードル弁体を復動方向に移動させる電動モータの回転方向を逆転方向として、電動モータの正転方向と逆転方向の回転で回転体を介してニードル弁体を正転方向と逆転方向に回転させると共に、ニードル弁体の正転方向の回転によるカム溝の復動方向側側縁に対するカムピンの当接反力の往動方向成分でニードル弁体を往動方向に移動させ、ニードル弁体の逆転方向の回転によるカム溝の往動方向側側縁に対するカムピンの当接反力の復動方向成分でニードル弁体を復動方向に移動させるように構成されるものにおいて、
カム体は、カム溝を境にして往動方向側半部と復動方向側半部とに２分割され、往動方向側半部にカム溝の往動方向側側縁が形成されると共に、復動方向側半部にカム溝の復動方向側側縁が形成され、
往動方向側半部は、バルブケーシングに対し軸方向に移動不能で、且つ、回り止めされ、復動方向側半部は、バルブケーシングに対し軸方向に移動自在で、且つ、回り止めされ、カムピンがカム溝の往動方向側側縁と復動方向側側縁との間に挟圧されるように復動方向側半部を往動方向に付勢する付勢手段が設けられ、
付勢手段の付勢力は、電動モータの正転方向の回転でニードル弁体を正転方向に回転させつつ往動方向に移動させる際にカム溝の復動方向側側縁にカムピンから作用する押圧力の復動方向成分を上回るように設定されることを特徴とする電動式ガス流量調節弁。
前記バルブケーシング内に装着される前記弁座が形成された部材に、前記往動方向側半部が一体に形成されることを特徴とする請求項１記載の電動式ガス流量調節弁。