JP4049622B2 - 流量制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種流体の流量を制御するための流量制御装置に関するものである。さらに詳しくは、流量制御装置の弁機構に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
LPガス、都市ガス、冷蔵庫やエアコン内の冷媒、あるいは液体の流量を制御する流量制御装置に用いられている弁機構は、弁体をソレノイドで駆動するのが一般的である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ソレノイドではオン・オフの繰り返しによる弁開閉制御を行うため、高精度の流量制御を行う際にはオン・オフ動作が頻繁に行われる結果、異音が発生するという問題点がある。また、ソレノイドがもっている固有の問題としてチャタリングの発生があり、このような状態に陥ると、高精度の制御が不可能になってしまう。
【0004】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、新たな弁機構、および弁駆動機構の採用によって、異音やチャタリングを発生することなく、流量を高い精度で制御可能な流量制御装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、流体流路の上流側と下流側とを仕切っているプレートと、該プレートに形成され前記上流側と前記下流側とを繋ぐ開口部と、該開口部の開口面積を調整して当該開口部を通過する流体の流量を調整するための弁体と、該弁体を前記開口部に対して相対移動させる弁駆動装置とを有する流量制御装置において、前記弁駆動装置は、駆動源としてのモータと、該モータの出力を前記弁体が前記開口部に接近する方向、および離間する方向の駆動力として伝達する伝達機構とを備え、前記プレート、前記弁体および前記伝達機構はハウジングの内部に収納されており、前記伝達機構は、前記モータの出力を前記弁体に伝達するためのピニオンと、弁体が形成されている円弧形状の移動体と、前記プレートに形成されている円弧形状のガイド溝とを有しており、前記移動体は前記ガイド溝に沿って移動するようになっており、前記ピニオンは前記移動体の円弧状内周側面に形成されている内歯と噛み合っており、当該ピニオンの回転軸は前記ハウジングの内部において両持ち状態で支持されており、前記弁体は、前記開口部に向かって径が細くなった先端形状を備えているとともに、前記モータの出力軸と交差する方向に駆動されて前記開口部に接近したときには、先細りの先端部分が当該開口部の内側に侵入することを特徴とする。
【0007】
本発明では、弁体を前記開口部に対して相対移動させる弁駆動装置の駆動源としてモータを用いているため、ソレノイドをオン・オフ制御する構成と違って、異音やチャタリングの発生が起こらない。また、弁体の先細りの先端部分が開口部の内側に侵入することにより、開口部の開度を調整するので、簡素な構成でありながら、高い精度で流量の制御を行うことができる。
【0008】
本発明において、前記弁体は、前記弁駆動装置によって円弧状の軌跡を描くように駆動され、前記開口部は、前記弁体を受け入れる入口が周方向に開口していることが好ましい。このように構成すると、モータの出力を回転運動のまま弁体に伝達すればよいので、弁体を直動させる方式と比較して、伝達機構の構成を簡素化でき、かつ、エネルギーロスも少ない。
【0009】
本発明において、前記弁体は、当該弁体の円弧状の軌跡に沿って先端部分が湾曲していることが好ましい。このように構成すると、弁体が他の部分と干渉することがないので、弁体のストロークを長く設定でき、このように設定すれば、流量の調整を容易に行うことができる。
【0010】
本発明において、前記伝達機構は、前記弁体が駆動されるときの回転中心軸線からみて前記弁体の全閉位置とは反対側に配置されていることが好ましい。このように構成すると、弁体や伝達機構を配置する領域を広く確保できるので、レイアウトが容易である。また、これにより流路内にある異物が機構部分に付着しにくくなる。
【0011】
本発明において、前記弁体および前記開口部のうちの少なくとも一方には前記開口部を囲むようにシール用弾性部材が構成されていることが好ましい。このように構成すると、開口部の密閉を確実に行うことができる。
【0012】
このように構成したとき、前記弁駆動装置は、前記弁体と前記開口部の周りとが前記シール用弾性部材を介して密着した全閉状態よりもさらに前記シール用弾性部材が圧縮される方向に駆動した状態を全閉状態の原点位置とすることが好ましい。この原点位置出しについては、電源投入時には必ず行い、それ以降については、随時、適当な間隔で、あるいは毎動作時に行えばよい。
【0013】
本発明において、前記弁体および前記伝達機構は、流路以外が密閉された空間内に収納されていることが好ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した流量制御装置を説明する。
【0015】
[全体構成]
図1(A)、(B)、(C)は、本発明を適用した流量制御装置の平面図、正面図、および底面図である。図2(A)、(B)はいずれも、本発明を適用した流量制御装置のケース内に配置された機構部品のレイアウトを示す平面図であり、そのうち、図2(A)には全閉状態が示され、図2(B)には開状態が示されている。図3は、図2(A)、(B)に示す歯車列などの展開図である。図4は、本形態の流量制御装置における弁体位置と流量との関係を示すグラフである。
【0016】
図1(A)、(B)、(C)において、本発明を適用した流量制御装置1は、LPガス、都市ガス、冷蔵庫やエアコン内の冷媒などの流量制御に用いられるものである。
【0017】
流量制御装置1では、フランジ部を備えたカップ状のケース21、蓋材22、および蓋材22とケース21との間に挟まれたゴムパッキン23によって密閉したハウジング2が形成されている。蓋材22では、ステッピングモータ30のロータ31などを配置する円筒部24が上方に突出し、円筒部24の外側にステッピングモータ30のステータ33が配置されている。
【0018】
ハウジング2の側面部には流体入口26が開口している一方、底部には流体出口27が開口している。
【0019】
ハジジング2の内部は、図2および図3に示すように、プレート4の底部分を隔壁40として、流体入口26が位置する上流側11と、円筒状の流体出口27が位置する下流側12とに仕切られており、隔壁40には、上流側11と下流側12とを繋ぐ開口部5が形成されている。この開口部5は、上流側11に位置する入口が横方向(周方向)に開口する一方、下流側12に位置する出口が下向きに開口している。
【0020】
開口部5の入口側には、フランジ状の基部61から先端に向かって先細り形状の先端部分62が延びた弁体6が配置されている。
【0021】
この弁体6において、基部61の前面側には先端部分62を取り巻くようにゴムシール63(シール用弾性部材)が固着され、図2(A)に示す全閉状態における気密を確保しているい。また、全閉状態において、弁体6は先端部分62が開口部5の内側に侵入し、かつ、基部61がゴムシール63を介して開口部5の入口の周りに密着した状態にある。
【0022】
これに対して、図2(B)に示す開状態において、弁体6は開口部5から後退した位置にあって、基部61と開口部5の入口の周りとは離間し、かつ、先端部分62は、開口部5の内側から抜け出た状態にある。
【0023】
そして、それらの中間状態においては、弁体6の先端部分62の一部が開口部5の内側に侵入した状態にあることにより、先端部分62と開口部5との隙間によって開度が調整される。
【0024】
ここで、図2(A)、(B)において、矢印Aで示す方向が閉方向であり、矢印Bで示す方向が開方向であり、弁体6は、以下に説明する弁駆動装置3によって、矢印Aおよび矢印Bで示す方向にように、ステッピングモータ30の出力軸35と交差する方向に駆動され、ステッピングモータ30の出力軸35の周りにおいて円弧状の軌跡を描く。従って、本形態において、弁体6の先端部分62は、弁体6の円弧状の軌跡に対応して湾曲している一方、開口部5の平面形状も、弁体6の円弧状の軌跡、および弁体6の先端部分62の湾曲形状に対応して湾曲した平面形状を有している。
【0025】
本形態では、弁体6を矢印Aおよび矢印Bで示す方向に駆動するために、双方向への回転が可能なステッピングモータ30と、歯車列からなる伝達機構70とを備えた弁駆動装置3が構成され、伝達機構70は、カップ状のケース21内に配置されている。
【0026】
弁駆動装置3において、ステッピングモータ30の出力軸35は、プレート4の受け部によって回転可能に支持されている。また、出力軸35の側方位置において、伝達機構70は、出力軸35に固着されたピニオンと噛み合う外歯を備えた第1車71を備えているとともに、この第1車71の側方位置には、第1車71の回転軸に固着されたピニオンと噛み合う外歯を備えた第2車72を備えている。
【0027】
一方、プレート4の内周壁に沿ってその底部たる隔壁40には、周方向にガイド溝44が形成され、このガイド溝44の上には、円弧状の移動体8が配置されている。
【0028】
移動体8は、その円弧状内周側面に、第2車72の回転軸に固着されたピニオンと噛み合う内歯を備え、かつ、その端部には前記の弁体6が一体に形成されている。
【0029】
[動作]
このように構成した流量制御装置1において、図2(A)に示す全閉状態からステッピングモータ30の出力軸35が反時計周りCCWの方向に回転すると、第1車71が時計周りCWの方向に回転し、第2車72が反時計周りCCWの方向に回転する。その結果、移動体8も反時計周りCCWの方向に回転し、弁体6は、矢印Bで示すように開方向に駆動される(図2(B)を参照)。その間、弁体6の移動距離に応じて、開口部5は、全閉状態から開度が徐々に増大し、流量が徐々に増大する。
【0030】
それ故、図4に示すように、ステッピングモータ30のステップ数、および弁体6の角度位置に対応して、流体入口26から開口部5を経由して流体出口27から流出していく流量が直線的に変化していく。
【0031】
これに対して、図2(B)に示す開状態からステッピングモータ30の出力軸35が時計周りCWの方向に回転すると、第1車71が反時計周りCCWの方向に回転し、第2車72が時計周りCWの方向に回転する。その結果、移動体8は時計周りCWの方向に回転し、弁体6は、矢印Aで示すように閉方向に駆動される(図2(A)を参照)。
【0032】
このとき、弁駆動装置3は、弁体6と開口部5の入口の周りとがゴムシール63を介して密着した閉状態よりもさらにゴムシール63が圧縮される方向に駆動した状態を全閉状態の原点位置とする。
【0033】
[本形態の効果]
以上説明したように、本形態では、弁体6を開口部5に対して移動させる弁駆動装置3の駆動源としてモータを用いているため、ソレノイドをオン・オフ制御する構成と違って、異音やチャタリングの発生が起こらない。また、弁体6の先細りの先端部分62が開口部の内側に侵入することにより、開口部の開度を調整するので、簡素な構成でありながら、高い精度で流量の制御を行うことができる。
【0034】
また、モータの出力軸35の回転を回転運動のまま弁体6に伝達しているので、弁体6を直動させる方式と比較して、伝達機構70の構成を簡素化でき、かつ、エネルギーロスも少ない。しかも、弁体6が円弧状の軌跡に沿って先端部分62が湾曲しているため、弁体6が他の部分と干渉することがない。それ故、弁体6のストロークを長く設定できるので、流量の調整を高い精度で行うことができる。
【0035】
さらに、伝達機構70は、弁体6が駆動されるときの回転中心軸線からみて弁体6の全閉位置とは反対側に配置されている。このため、弁体6や開口部5を配置する領域や、伝達機構70を配置する領域が広い。それ故、各構成要素のレイアウトを容易に行うことができる。
【0036】
また、弁駆動装置3は、弁体6と開口部5の入口の周りとがゴムシール63を介して密着した全閉状態よりもさらにゴムシール63が圧縮される方向に駆動した状態を全閉状態の原点位置とする。このため、流体を完全に遮断でき、かつ、流量が完全に0の状態を原点にして流量を制御できる。なお、このような原点出しについては、電源投入時には必ず行うが、それ以降については、随時、適当な間隔で、あるいは毎動作時に行えばよい。
【0037】
[その他の実施の形態]
なお、ゴムシールなどのシール用弾性部材については、弁体側および開口部側のうちの少なくとも一方に配置すればよい。
【0038】
また、上記形態では、1つの開口部5の開度を調整する構成であったが、複数の開口部を設け、その開閉状態の組み合わせを弁体6で切り換えることにより流量を制御してもよい。
【0040】
また、上記形態では、駆動源としてステッピングモータ30を用いたが、DCモータやACモータを用いてもよく、このようなモータを用いる場合には、ステップ制御に代えて、時間制御、あるいは位置認識を行いながらの時間制御を行えばよい。
【0041】
また、流量の制御対象となる流体としては気体に限らず、液体であってもよい。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る流量制御装置では、弁体を前記開口部に対して相対移動させる弁駆動装置の駆動源としてモータを用いているため、ソレノイドをオン・オフ制御する構成と違って、異音やチャタリングの発生が起こらない。また、弁体の先細りの先端部分が開口部の内側に侵入することにより、開口部の開度を調整するので、簡素な構成でありながら、高い精度で流量の制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)、(B)、(C)は、本発明を適用した流量制御装置の平面図、正面図、および底面図である。
【図2】(A)、(B)はそれぞれ、本発明を適用した流量制御装置のケース内に配置された機構部品の全閉状態における平面図、および開状態の平面図である。
【図3】図2に示す歯車列などの展開図である。
【図4】本発明を適用した流量制御装置における弁体位置と流量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 流量制御装置
2 ハウジング
3 弁駆動機構
4 プレート
5 開口部
6 弁体
8 移動体
11 上流側
12 下流側
26 流体入口
27 流体出口
30 ステッピングモータ(駆動源)
35 ステッピングモータの出力軸
61 弁体のフランジ状の基部
62 弁体の先端部分
63 ゴムシール
70 伝達機構
71 第1車
72 第2車
Claims (7)
- 流体流路の上流側と下流側とを仕切っているプレートと、該プレートに形成され前記上流側と前記下流側とを繋ぐ開口部と、該開口部の開口面積を調整して当該開口部を通過する流体の流量を調整するための弁体と、該弁体を前記開口部に対して相対移動させる弁駆動装置とを有する流量制御装置において、
前記弁駆動装置は、駆動源としてのモータと、該モータの出力を前記弁体が前記開口部に接近する方向、および離間する方向の駆動力として伝達する伝達機構とを備え、
前記プレート、前記弁体および前記伝達機構はハウジングの内部に収納されており、
前記伝達機構は、前記モータの出力を前記弁体に伝達するためのピニオンと、弁体が形成されている円弧形状の移動体と、前記プレートに形成されている円弧形状のガイド溝とを有しており、
前記移動体は前記ガイド溝に沿って移動するようになっており、
前記ピニオンは前記移動体の円弧状内周側面に形成されている内歯と噛み合っており、当該ピニオンの回転軸は前記ハウジングの内部において両持ち状態で支持されており、
前記弁体は、前記開口部に向かって径が細くなった先端形状を備えているとともに、前記モータの出力軸と交差する方向に駆動されて前記開口部に接近したときには、先細りの先端部分が当該開口部の内側に侵入することを特徴とする流量制御装置。 - 請求項1において、前記弁体は、前記弁駆動装置によって円弧状の軌跡を描くように駆動され、
前記開口部は、前記弁体を受け入れる入口が周方向に開口していることを特徴とする流量制御装置。 - 請求項2において、前記弁体は、当該弁体の円弧状の軌跡に沿って先端部分が湾曲していることを特徴とする流量制御装置。
- 請求項2または3において、前記伝達機構は、前記弁体が駆動されるときの回転中心軸線からみて前記弁体の全閉位置とは反対側に配置されていることを特徴とする流量制御装置。
- 請求項1ないし4のいずれかにおいて、
前記弁体および前記開口部のうちの少なくとも一方には、前記開口部を囲むようにシール用弾性部材が構成されていることを特徴とする流量制御装置。 - 請求項1ないし5のいずれかにおいて、
前記弁駆動装置は、前記弁体と前記開口部の周りとが前記シール用弾性部材を介して密着した全閉状態よりもさらに前記シール用弾性部材が圧縮される方向に駆動した状態を全閉状態の原点位置とすることを特徴とする流量制御装置。 - 請求項1ないし6のいずれかにおいて、前記弁体および前記伝達機構は、流路以外が密閉された空間内に収納されていることを特徴とする流量制御装置。
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