JP4175937B2 - 流量制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【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、かつ、流量を広い範囲にわたって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、流体通路を仕切る隔壁と、該隔壁に形成された開口部の開度を調整する弁体と、該弁体を駆動する弁駆動装置とをケース内に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、前記モータの出力を前記弁体に伝達して当該弁体を所定の角度範囲にわたって回転移動させる伝達機構とを備え、前記弁体は、前記隔壁に対して摺動しながら回転移動して前記開口部の開度を調整し、前記隔壁は、前記開口部における前記弁体の閉方向に位置する閉側開口縁に向かって当該隔壁の厚さ方向における前記弁体との隙間を狭めていく傾斜面を備え、前記伝達機構が配置されている伝達機構配置空間と、前記流体通路とは、前記ケース内で仕切られているとともに、当該ケース内で前記弁体の移動空間を介して連通しており、前記弁体は、前記開口部の開度を調整する板状弁部と、該板状弁部から立ち上がって、前記移動空間の周りを前記隔壁とともに囲む周囲壁に対して接触、あるいは近接していることにより前記伝達機構配置空間と前記流体通路との連通を遮断する遮蔽板部とを備えていることを特徴とする。
【０００６】
本発明では、弁体を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、開口部が形成された隔壁を弁体が摺動しながら開口部を覆うことによって開度を調整するため、弁体が開口部内に入り込んで開度を調整するタイプとは異なり、弁体の形状を変えずに、開口部の形状を変更するだけで流量調整パターンを変更できる。また、前記隔壁は、前記開口部における前記弁体の閉方向に位置する閉側開口縁に向かって当該隔壁の厚さ方向における前記弁体との隙間を狭めていく傾斜面を備えているため、簡素な構成で小流量領域の流量制御を高い精度で行うことができる。また、伝達機構が配置されている伝達機構配置空間と、流体通路とは仕切られているため、流体通路内のグリスや金属粉などの異物が伝達機構に付着しないので、伝達機構に歯車などが用いられている場合でも、伝達機構はスムーズに動作する。さらに、伝達機構配置空間と流体通路とがケース内で弁体の移動空間を介して連通しており、弁体は、開口部の開度を調整する板状弁部と、この板状弁部から立ち上がって伝達機構配置空間と記流体通路との連通を遮断する遮蔽板部とを備えているため、弁体の位置にかかわらず、駆動機構配置空間と流体通路とを常時、仕切ることができ、かつ、弁駆動機構から弁体への駆動伝達も容易である。
【０００７】
本発明において、前記弁体と前記隔壁とは、前記弁体および前記隔壁のうちの一方側に対して頂部が断面円弧状となるように形成された突条部を介して接していることが好ましい。このように構成すると、弁体と隔壁とが突条部に頂部で線接触状態になるので、弁体が隔壁を摺動するときの摩擦抵抗を小さくできる。
【０００８】
本発明において、前記弁体を前記隔壁に向けて押圧する押圧手段を有していることが好ましい。このように構成すると、弁体が隔壁に密着した状態となるので、流体の漏れが発生しない。従って、流量を高い精度で制御できる。
【０００９】
本発明において、前記開口部は、前記弁体の閉方向に位置する閉側開口縁に向かって開口幅が狭まった平面形状を備えていることが好ましい。このように構成すると、簡素な構成で小流量領域の流量制御を高い精度で行うことができる。
【００１３】
本発明において、前記弁体は、前記隔壁に対して上流側に配置されているとともに、前記ケースには前記開口部と異なる方向に向かって開口する流体入口が形成され、前記弁体は、該弁体が閉方向に駆動されたときに前記流体入口に対して対向する位置に出現してくるシャッター板部とを備えていることが好ましい。このように構成すると、小流量領域では、シャッター板部が、流体入口から開口部に向かう流れ込む流体に抵抗を与えることができるので、流量の精度が向上する。これに対して、大流量領域では、弁体の移動に伴って、シャッター板部が流体入口に対して対向する位置から退避するので、シャッター板部が抵抗となることがない。
【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）はそれぞれ、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は、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歯車列などの展開図である。図３（Ａ）および（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おける弁体の開状態を示す平面図およびＤ−Ｄ′断面図である。図４（Ａ）および（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おける弁体の閉状態を示す平面図およびＥ−Ｅ′断面図である。
【００１６】
図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、および図２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、カップ状の下ケース２１ａ、この下ケース２１ａの開口を塞ぐ上ケース２１ｂ、この上ケース２１ｂの上面に被せられた蓋材２２、およびシール材（図示せず）によって密閉したケース２が形成されている。蓋材２２からは、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。ケース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。
【００１８】
図２、図３および図４に示すように、ケース２の内部は、下ケース２１ａの底壁４（隔壁）によって、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、底壁４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。
【００１９】
開口部５は、全体として一定幅で周方向に円弧状に延びた平面形状を有しており、底壁４に対して上流側１１に配置された弁体６によってその開度が調節される。弁体６は、底壁４上を摺動して開口部５を覆うようにしてその開度を調整する。なお、弁体６は、図３および図４に示すように、矢印Ａで示す方向が閉方向であり、矢印Ｂが開方向である。
【００２０】
（開口部の構成）
本形態において、底壁４には、開口部５を囲むように突条部４５が形成されており、この突条部４５の頂部は、断面円弧状になっている。このため、弁体６と底壁４は、突条部４５の断面円弧状の頂部を介して線接触した状態にある。
【００２１】
開口部５は、弁体６の閉方向側の先端部５１（閉側開口縁）で開口幅が狭まる先細り形状の平面形状を有している。また、底壁４は、先端部５１の開口縁付近において先端部５１に向かって、底壁４の厚さ方向における隙弁体６との間を狭める傾斜面５１ａを備えている。
【００２２】
下ケース２１ａにおいて、底壁４からは、半径方向に延びる仕切り壁４０が立ち上がっており、仕切り壁４０は、弁体６が矢印Ａおよび矢印Ｂで示す方向に回転移動する弁体移動空間６０と、後述する伝達機構が配置される伝達機構配置空間７０とを仕切っている。また、仕切り壁４０とは反対側において、流体入口２６から開口部５に向かう流体通路５０と、伝達機構配置空間７０とは、弁体移動空間６０を介して連通しているが、この部分では、後述するように、弁体６自身が弁体移動空間６０の周りを底壁４とともに囲む周囲壁に接触することにより、伝達機構配置空間７０と流体通路５０との連通が遮断されている。
【００２３】
（弁駆動装置の構成）
弁駆動装置３は、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７と、ステッピングモータ３０の回転により伝達機構７を介して弁体６を移動させる移動体８とを備えている。ステッピングモータ３０は、底壁４の受け部によって出力軸３５が回転可能に支持されている。伝達機構７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と、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。
【００２４】
移動体８は、底壁４において下ケース２１ａの内周壁に沿って周方向に形成されたガイド溝４４の上に配置されている。移動体８は、その内周側面に、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８０には弁体６が構成されている。従って、弁体６は、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ことになる。
【００２５】
このように構成した弁駆動装置３のうち、伝達機構７、およびステッピングモータ３０を構成する部材の一部が伝達機構配置空間７０内に配置されている。
【００２６】
（弁体の構成）
弁体６は、底壁４の突条部４５の頂部上を摺動する板状弁部６１と、板状弁部６１から上方に立ち上がる遮蔽板部６２とを備えている。板状弁部６１は、開口部５より大きく、一定幅で周方向に円弧状に延びている。
【００２７】
遮蔽板部６２は、板状弁部６１の閉方向Ａの縁を除いた三方の縁から平面コの字形状に立ち上がっており、板状弁部６１の外周縁から立ち上がる外周側遮蔽部６２ａと、板状弁部６１の内周縁から立ち上がって外周側遮蔽部６２ａに対向する内周側遮蔽部６２ｂと、板状弁部６１の開方向Ｂの側の縁で立ち上がって、外周側遮蔽部６２ａの開方向Ｂ側の端部と内周側遮蔽部６２ｂの開方向Ｂ側の端部とに連結する後方板部６２ｃとから構成されている。
【００２８】
内周側遮蔽部６２ｂは、仕切り壁４０の半径方向中心側に位置する円弧状部分４０１と常に面接触する状態にある。また、外周側遮蔽部６２ａは、下ケース２１ａにおいて内側に小さく張り出した突起２１０と常に接触する状態にある。さらに、外周側遮蔽部６２ａ、内周側遮蔽部６２ｂ、および後方板部６２ｃの上端部は、上ケース２１ｂの下面に近接している。このようにして、弁体６の遮蔽板部６２は、弁体移動空間６０の周りを底壁４とともに囲むケース２の内壁に対して接触、あるいは近接していることにより、伝達機構配置空間７０と、流体入口２６から流体出口２７へ繋がる流体通路５０とは、弁移動空間６０において連通が絶たれている。
【００２９】
ここで、下ケース２１ａでは開口部５と直交する方向に向かって流体入口２６が開口している。そこで、本形態では、弁体６が閉方向Ａに駆動されたときに流体入口２６に対して対向する位置に出現する外周側遮蔽部６２ａをシャッター板部として利用している。すなわち、後述する小流量領域では、シャッター板部としての外周側遮蔽部６２ａが流体入口２６から開口部５に向かう流れ込む流体に抵抗を与えるので、流量の精度が向上する。これに対して、大流量領域では、弁体６の移動に伴って、シャッター板部としての外周側遮蔽部６２ａが流体入口２６に対して対向する位置から退避するので、外周側遮蔽部６２ａが抵抗となることはない。
【００３０】
また、弁体６は、板ばね６３によって底壁４に押し付けられている。板ばね６３は、弁体６の外周側遮蔽部６２ａの上端部と、内周側遮蔽部６２ｂの上端部との間に掛け渡されている。板ばね６３は、幅方向における略中央部分が上方に膨らんでおり、この膨らみ部分に対して、上ケース２１ｂの下面に形成されている突起２２ａが当接している。このようにして本形態では、板ばね６３と突起２２ａとによって、弁体６を底壁４に向けて押圧する押圧手段が構成されている。
【００３１】
（動作）
このように構成された流量制御装置１の流量制御動作について、図３ないし図７を参照して説明する。
【００３２】
図５（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を適用した流量制御装置における弁体６が開口部５の先端部分５１に位置する状態を示す断面図および平面図である。図６は（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を適用した流量制御装置における弁体６が開口部５の先端部分５１より開方向に位置する状態を示す断面図および平面図である。図７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。
【００３３】
本形態の流量制御装置１において、図４（Ａ）、（Ｂ）に示す閉状態では、弁体６が最も閉方向Ａに位置する。この状態では、板状弁部６１により開口部５は完全に閉塞状態にある。このような状態は、図７における閉状態Ｌ０に相当する。なお、ガスの場合、閉状態でもガスがわずかに流れるように設定されるが、流量を０に設定してもよい。
【００３４】
この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の方向にわずか回転すると、第１車７１が時計周りＣＷの方向にわずかに回転し、第２車７２が反時計周りＣＣＷの方向にわずかに回転する。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わずかに回転移動する。その結果、図５に示すように、開口部５の先端部５１が開く。ここで、先端部５１は、開口幅が先細りに狭くなっているとともに、開口縁付近に傾斜面５１ａが形成されているため、矢印Ｇで示すように、弁体６と先端部５１の平面的な開口面積、および弁体６と傾斜面５１ａの隙間によって規定された開度に応じて、流体が上流側１１から下流側１２に流れることになる。また、この状態で、流体入口２６から流体出口２７へ繋がる流体通路５０では、弁体６の外周側遮蔽部６２ａ（シャッター板部）が抵抗となるので、流体入口２６から開口部５へ向かう流体は、流量が絞られる。
【００３５】
この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の方向にさらに回転すると、第１車７１が時計周りＣＷの方向にさらに回転し、第２車７２が反時計周りＣＣＷの方向にさらに回転する。その結果、移動体８も反時計周りＣＣＷの方向にさらに回転し、弁体６は、矢印Ｂで示すように開方向にさらに駆動される。その結果、図６に示すように、弁体６が先端部５１から離れる方向に移動するので、矢印Ｇで示すように、開口部５の開口面積に応じた流体が上流側１１から下流側１２に流れる。この状態で、弁体６の外周側遮蔽部６２ａは、開方向Ｂに退避するので、流体入口２６から流体出口２７へ繋がる流体通路５０における抵抗は小さくなっている。
【００３６】
この後は、弁体６が開口部５を全開とする図３の状態になるまで、開口部５の開口面積に応じた流体が上流側１１から下流側１２に流れる。弁体６が全開した状態は、図７における全開状態Ｌ１に相当する。このような状態において、弁体６の外周側遮蔽部６２ａは、流体入口２６から流体出口２７へ繋がる流体通路５０から完全に退避している。
【００３７】
これに対して、図３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の方向に回転していくと、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、上記の順序とは逆方向（閉方向／矢印Ａで示す方向）に駆動される。
【００３８】
（本形態の効果）
以上説明したように、本形態の流量制御装置１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。
【００３９】
また、開口部５が形成された底壁４に弁体６が摺動しながら開口部５を覆って開度を調整する。このため、弁体６が開口部５に入り込んで開度を調整するタイプとは異なり、弁体６の形状を変えずに、開口部５の形状を変更するだけで流量調整パターンを変更できる。
【００４０】
さらに、底壁４には、弁体６が移動する弁体移動空間６０と、弁体駆動装置３が配置される伝達機構配置空間７０とを仕切る仕切り壁４０が形成され、かつ、弁体６には、弁体移動空間６０において伝達機構配置空間７０と流体通路５０とを仕切る遮蔽板部６２が形成されている。このため、弁駆動装置３における伝達機構７と流体通路５０とを遮断することができるので、流体通路内、あるいは流体に含まれていたグリスや金属粉などの異物が伝達機構７を構成する歯車に付着することがない。
【００４１】
また、小流量領域では、弁体６の外周側遮蔽部６２ａが流体入口２６から開口部５に向かう流れ込む流体に抵抗を与えるので、流量の精度が向上する。これに対して、大流量領域では、弁体６の移動に伴って、外周側遮蔽部６２ａが流体入口２６に対して対向する位置から退避するので、外周側遮蔽部６２ａが抵抗となることはない。
【００４２】
また、弁体６は、板ばね６３によって底壁４に押し付けられているので、弁体６を底壁４に沿って移動させる際における開口部５の開度の調整、開口部５の封鎖を確実にすることができる。
【００４３】
一方、底壁４には、弁体６の表面に当たる突条部４５が形成されており、突条部４５の先端は円弧状となっている。それ故、弁体６は、突条部４５の先端に線接触して移動するので、摩擦抵抗を少なくできる。
【００４４】
また、開口部５は、弁体６の閉方向における先端部分５１の開口幅が狭くなっているとともに、先端部分５１の開口縁に付近に傾斜面５１ａが形成されているので、簡素な構成で小流量領域の流量制御を高い精度で行うことができる。
【００４５】
［その他の実施の形態］
なお、上記形態では、弁体６の遮蔽板部６２については、板状弁部６１の閉方向Ａの縁を除いた三方の縁から平面コの字形状に立ち上がる構成として、外周側遮蔽部６２ａ、内周側遮蔽部６２ｂ、および後方板部６２ｃを形成したが、図８に示すように、板状弁部６１の開方向Ｂの縁を除いた三方の縁から平面コの字形状に立ち上がる構成として、外周側遮蔽部６２ａ、内周側遮蔽部６２ｂ、および前方板部６２ｄを形成して、伝達機構配置空間７０と、流体入口２６から流体出口２７へ繋がる流体通路５０の連通を弁移動空間６０において絶ってもよい。
【００４６】
また上記形態では、突条部４５を底壁４の方に形成したが、弁体６の方に形成してもよい。
【００４７】
さらに上記形態では、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。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。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の流量制御装置では、弁体を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、開口部が形成された隔壁を弁体が摺動しながら開口部を覆うことによって開度を調整するため、弁体が開口部内に挿入して開度を調整するタイプとは異なり、弁体の形状を変えずに、開口部の形状を変更するだけで流量調整パターンを変更できる。
【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】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歯車列などの展開図である。
【図３】（Ａ）および（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おける弁体の開状態を示す平面図およびＤ−Ｄ′断面図である。
【図４】（Ａ）および（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おける弁体の閉状態を示す平面図およびＥ−Ｅ′断面図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を適用した流量制御装置における弁体が開口部の先端部分に位置する状態を示す断面図および平面図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を適用した流量制御装置における弁体が開口部の先端部分より開方向に位置する状態を示す断面図および平面図である。
【図７】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。
【図８】本発明を適用した別の流量制御装置のケース内における弁体の開状態を示す平面図である。
【符号の説明】
１ 流量制御装置
２ ケース
３ 弁駆動機構
４ 底壁部分（隔壁）
５ 開口部
６ 弁体
７ 伝達機構
８ 移動体
１１ 上流側
１２ 下流側
２１ａ 下ケース
２１ｂ 上ケース
２１０ 下ケースの突起
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
４０ 仕切り壁
４０１ 仕切り壁の円弧部分
４５ 突条部
５０ 流体通路
５１ 先端部（閉側開口縁）
５１ａ 傾斜面
６０ 弁体移動空間
６１ 板状弁部
６２ 遮蔽板部
６２ａ 外周側遮蔽部（シャッター板部）
６２ｂ 内周側遮蔽部
６２ｃ 後方板部
６２ｄ 前方板部
７０ 伝達機構配置空間
７１ 第１車
７２ 第２車
【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、かつ、流量を広い範囲にわたって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、流体通路を仕切る隔壁と、該隔壁に形成された開口部の開度を調整する弁体と、該弁体を駆動する弁駆動装置とをケース内に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、前記モータの出力を前記弁体に伝達して当該弁体を所定の角度範囲にわたって回転移動させる伝達機構とを備え、前記弁体は、前記隔壁に対して摺動しながら回転移動して前記開口部の開度を調整し、前記隔壁は、前記開口部における前記弁体の閉方向に位置する閉側開口縁に向かって当該隔壁の厚さ方向における前記弁体との隙間を狭めていく傾斜面を備え、前記伝達機構が配置されている伝達機構配置空間と、前記流体通路とは、前記ケース内で仕切られているとともに、当該ケース内で前記弁体の移動空間を介して連通しており、前記弁体は、前記開口部の開度を調整する板状弁部と、該板状弁部から立ち上がって、前記移動空間の周りを前記隔壁とともに囲む周囲壁に対して接触、あるいは近接していることにより前記伝達機構配置空間と前記流体通路との連通を遮断する遮蔽板部とを備えていることを特徴とする。
【０００６】
本発明では、弁体を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、開口部が形成された隔壁を弁体が摺動しながら開口部を覆うことによって開度を調整するため、弁体が開口部内に入り込んで開度を調整するタイプとは異なり、弁体の形状を変えずに、開口部の形状を変更するだけで流量調整パターンを変更できる。また、前記隔壁は、前記開口部における前記弁体の閉方向に位置する閉側開口縁に向かって当該隔壁の厚さ方向における前記弁体との隙間を狭めていく傾斜面を備えているため、簡素な構成で小流量領域の流量制御を高い精度で行うことができる。また、伝達機構が配置されている伝達機構配置空間と、流体通路とは仕切られているため、流体通路内のグリスや金属粉などの異物が伝達機構に付着しないので、伝達機構に歯車などが用いられている場合でも、伝達機構はスムーズに動作する。さらに、伝達機構配置空間と流体通路とがケース内で弁体の移動空間を介して連通しており、弁体は、開口部の開度を調整する板状弁部と、この板状弁部から立ち上がって伝達機構配置空間と記流体通路との連通を遮断する遮蔽板部とを備えているため、弁体の位置にかかわらず、駆動機構配置空間と流体通路とを常時、仕切ることができ、かつ、弁駆動機構から弁体への駆動伝達も容易である。
【０００７】
本発明において、前記弁体と前記隔壁とは、前記弁体および前記隔壁のうちの一方側に対して頂部が断面円弧状となるように形成された突条部を介して接していることが好ましい。このように構成すると、弁体と隔壁とが突条部に頂部で線接触状態になるので、弁体が隔壁を摺動するときの摩擦抵抗を小さくできる。
【０００８】
本発明において、前記弁体を前記隔壁に向けて押圧する押圧手段を有していることが好ましい。このように構成すると、弁体が隔壁に密着した状態となるので、流体の漏れが発生しない。従って、流量を高い精度で制御できる。
【０００９】
本発明において、前記開口部は、前記弁体の閉方向に位置する閉側開口縁に向かって開口幅が狭まった平面形状を備えていることが好ましい。このように構成すると、簡素な構成で小流量領域の流量制御を高い精度で行うことができる。
【００１３】
本発明において、前記弁体は、前記隔壁に対して上流側に配置されているとともに、前記ケースには前記開口部と異なる方向に向かって開口する流体入口が形成され、前記弁体は、該弁体が閉方向に駆動されたときに前記流体入口に対して対向する位置に出現してくるシャッター板部とを備えていることが好ましい。このように構成すると、小流量領域では、シャッター板部が、流体入口から開口部に向かう流れ込む流体に抵抗を与えることができるので、流量の精度が向上する。これに対して、大流量領域では、弁体の移動に伴って、シャッター板部が流体入口に対して対向する位置から退避するので、シャッター板部が抵抗となることがない。
【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）はそれぞれ、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は、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歯車列などの展開図である。図３（Ａ）および（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おける弁体の開状態を示す平面図およびＤ−Ｄ′断面図である。図４（Ａ）および（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おける弁体の閉状態を示す平面図およびＥ−Ｅ′断面図である。
【００１６】
図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、および図２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、カップ状の下ケース２１ａ、この下ケース２１ａの開口を塞ぐ上ケース２１ｂ、この上ケース２１ｂの上面に被せられた蓋材２２、およびシール材（図示せず）によって密閉したケース２が形成されている。蓋材２２からは、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。ケース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。
【００１８】
図２、図３および図４に示すように、ケース２の内部は、下ケース２１ａの底壁４（隔壁）によって、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、底壁４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。
【００１９】
開口部５は、全体として一定幅で周方向に円弧状に延びた平面形状を有しており、底壁４に対して上流側１１に配置された弁体６によってその開度が調節される。弁体６は、底壁４上を摺動して開口部５を覆うようにしてその開度を調整する。なお、弁体６は、図３および図４に示すように、矢印Ａで示す方向が閉方向であり、矢印Ｂが開方向である。
【００２０】
（開口部の構成）
本形態において、底壁４には、開口部５を囲むように突条部４５が形成されており、この突条部４５の頂部は、断面円弧状になっている。このため、弁体６と底壁４は、突条部４５の断面円弧状の頂部を介して線接触した状態にある。
【００２１】
開口部５は、弁体６の閉方向側の先端部５１（閉側開口縁）で開口幅が狭まる先細り形状の平面形状を有している。また、底壁４は、先端部５１の開口縁付近において先端部５１に向かって、底壁４の厚さ方向における隙弁体６との間を狭める傾斜面５１ａを備えている。
【００２２】
下ケース２１ａにおいて、底壁４からは、半径方向に延びる仕切り壁４０が立ち上がっており、仕切り壁４０は、弁体６が矢印Ａおよび矢印Ｂで示す方向に回転移動する弁体移動空間６０と、後述する伝達機構が配置される伝達機構配置空間７０とを仕切っている。また、仕切り壁４０とは反対側において、流体入口２６から開口部５に向かう流体通路５０と、伝達機構配置空間７０とは、弁体移動空間６０を介して連通しているが、この部分では、後述するように、弁体６自身が弁体移動空間６０の周りを底壁４とともに囲む周囲壁に接触することにより、伝達機構配置空間７０と流体通路５０との連通が遮断されている。
【００２３】
（弁駆動装置の構成）
弁駆動装置３は、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７と、ステッピングモータ３０の回転により伝達機構７を介して弁体６を移動させる移動体８とを備えている。ステッピングモータ３０は、底壁４の受け部によって出力軸３５が回転可能に支持されている。伝達機構７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と、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。
【００２４】
移動体８は、底壁４において下ケース２１ａの内周壁に沿って周方向に形成されたガイド溝４４の上に配置されている。移動体８は、その内周側面に、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８０には弁体６が構成されている。従って、弁体６は、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ことになる。
【００２５】
このように構成した弁駆動装置３のうち、伝達機構７、およびステッピングモータ３０を構成する部材の一部が伝達機構配置空間７０内に配置されている。
【００２６】
（弁体の構成）
弁体６は、底壁４の突条部４５の頂部上を摺動する板状弁部６１と、板状弁部６１から上方に立ち上がる遮蔽板部６２とを備えている。板状弁部６１は、開口部５より大きく、一定幅で周方向に円弧状に延びている。
【００２７】
遮蔽板部６２は、板状弁部６１の閉方向Ａの縁を除いた三方の縁から平面コの字形状に立ち上がっており、板状弁部６１の外周縁から立ち上がる外周側遮蔽部６２ａと、板状弁部６１の内周縁から立ち上がって外周側遮蔽部６２ａに対向する内周側遮蔽部６２ｂと、板状弁部６１の開方向Ｂの側の縁で立ち上がって、外周側遮蔽部６２ａの開方向Ｂ側の端部と内周側遮蔽部６２ｂの開方向Ｂ側の端部とに連結する後方板部６２ｃとから構成されている。
【００２８】
内周側遮蔽部６２ｂは、仕切り壁４０の半径方向中心側に位置する円弧状部分４０１と常に面接触する状態にある。また、外周側遮蔽部６２ａは、下ケース２１ａにおいて内側に小さく張り出した突起２１０と常に接触する状態にある。さらに、外周側遮蔽部６２ａ、内周側遮蔽部６２ｂ、および後方板部６２ｃの上端部は、上ケース２１ｂの下面に近接している。このようにして、弁体６の遮蔽板部６２は、弁体移動空間６０の周りを底壁４とともに囲むケース２の内壁に対して接触、あるいは近接していることにより、伝達機構配置空間７０と、流体入口２６から流体出口２７へ繋がる流体通路５０とは、弁移動空間６０において連通が絶たれている。
【００２９】
ここで、下ケース２１ａでは開口部５と直交する方向に向かって流体入口２６が開口している。そこで、本形態では、弁体６が閉方向Ａに駆動されたときに流体入口２６に対して対向する位置に出現する外周側遮蔽部６２ａをシャッター板部として利用している。すなわち、後述する小流量領域では、シャッター板部としての外周側遮蔽部６２ａが流体入口２６から開口部５に向かう流れ込む流体に抵抗を与えるので、流量の精度が向上する。これに対して、大流量領域では、弁体６の移動に伴って、シャッター板部としての外周側遮蔽部６２ａが流体入口２６に対して対向する位置から退避するので、外周側遮蔽部６２ａが抵抗となることはない。
【００３０】
また、弁体６は、板ばね６３によって底壁４に押し付けられている。板ばね６３は、弁体６の外周側遮蔽部６２ａの上端部と、内周側遮蔽部６２ｂの上端部との間に掛け渡されている。板ばね６３は、幅方向における略中央部分が上方に膨らんでおり、この膨らみ部分に対して、上ケース２１ｂの下面に形成されている突起２２ａが当接している。このようにして本形態では、板ばね６３と突起２２ａとによって、弁体６を底壁４に向けて押圧する押圧手段が構成されている。
【００３１】
（動作）
このように構成された流量制御装置１の流量制御動作について、図３ないし図７を参照して説明する。
【００３２】
図５（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を適用した流量制御装置における弁体６が開口部５の先端部分５１に位置する状態を示す断面図および平面図である。図６は（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を適用した流量制御装置における弁体６が開口部５の先端部分５１より開方向に位置する状態を示す断面図および平面図である。図７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。
【００３３】
本形態の流量制御装置１において、図４（Ａ）、（Ｂ）に示す閉状態では、弁体６が最も閉方向Ａに位置する。この状態では、板状弁部６１により開口部５は完全に閉塞状態にある。このような状態は、図７における閉状態Ｌ０に相当する。なお、ガスの場合、閉状態でもガスがわずかに流れるように設定されるが、流量を０に設定してもよい。
【００３４】
この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の方向にわずか回転すると、第１車７１が時計周りＣＷの方向にわずかに回転し、第２車７２が反時計周りＣＣＷの方向にわずかに回転する。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わずかに回転移動する。その結果、図５に示すように、開口部５の先端部５１が開く。ここで、先端部５１は、開口幅が先細りに狭くなっているとともに、開口縁付近に傾斜面５１ａが形成されているため、矢印Ｇで示すように、弁体６と先端部５１の平面的な開口面積、および弁体６と傾斜面５１ａの隙間によって規定された開度に応じて、流体が上流側１１から下流側１２に流れることになる。また、この状態で、流体入口２６から流体出口２７へ繋がる流体通路５０では、弁体６の外周側遮蔽部６２ａ（シャッター板部）が抵抗となるので、流体入口２６から開口部５へ向かう流体は、流量が絞られる。
【００３５】
この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の方向にさらに回転すると、第１車７１が時計周りＣＷの方向にさらに回転し、第２車７２が反時計周りＣＣＷの方向にさらに回転する。その結果、移動体８も反時計周りＣＣＷの方向にさらに回転し、弁体６は、矢印Ｂで示すように開方向にさらに駆動される。その結果、図６に示すように、弁体６が先端部５１から離れる方向に移動するので、矢印Ｇで示すように、開口部５の開口面積に応じた流体が上流側１１から下流側１２に流れる。この状態で、弁体６の外周側遮蔽部６２ａは、開方向Ｂに退避するので、流体入口２６から流体出口２７へ繋がる流体通路５０における抵抗は小さくなっている。
【００３６】
この後は、弁体６が開口部５を全開とする図３の状態になるまで、開口部５の開口面積に応じた流体が上流側１１から下流側１２に流れる。弁体６が全開した状態は、図７における全開状態Ｌ１に相当する。このような状態において、弁体６の外周側遮蔽部６２ａは、流体入口２６から流体出口２７へ繋がる流体通路５０から完全に退避している。
【００３７】
これに対して、図３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の方向に回転していくと、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、上記の順序とは逆方向（閉方向／矢印Ａで示す方向）に駆動される。
【００３８】
（本形態の効果）
以上説明したように、本形態の流量制御装置１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。
【００３９】
また、開口部５が形成された底壁４に弁体６が摺動しながら開口部５を覆って開度を調整する。このため、弁体６が開口部５に入り込んで開度を調整するタイプとは異なり、弁体６の形状を変えずに、開口部５の形状を変更するだけで流量調整パターンを変更できる。
【００４０】
さらに、底壁４には、弁体６が移動する弁体移動空間６０と、弁体駆動装置３が配置される伝達機構配置空間７０とを仕切る仕切り壁４０が形成され、かつ、弁体６には、弁体移動空間６０において伝達機構配置空間７０と流体通路５０とを仕切る遮蔽板部６２が形成されている。このため、弁駆動装置３における伝達機構７と流体通路５０とを遮断することができるので、流体通路内、あるいは流体に含まれていたグリスや金属粉などの異物が伝達機構７を構成する歯車に付着することがない。
【００４１】
また、小流量領域では、弁体６の外周側遮蔽部６２ａが流体入口２６から開口部５に向かう流れ込む流体に抵抗を与えるので、流量の精度が向上する。これに対して、大流量領域では、弁体６の移動に伴って、外周側遮蔽部６２ａが流体入口２６に対して対向する位置から退避するので、外周側遮蔽部６２ａが抵抗となることはない。
【００４２】
また、弁体６は、板ばね６３によって底壁４に押し付けられているので、弁体６を底壁４に沿って移動させる際における開口部５の開度の調整、開口部５の封鎖を確実にすることができる。
【００４３】
一方、底壁４には、弁体６の表面に当たる突条部４５が形成されており、突条部４５の先端は円弧状となっている。それ故、弁体６は、突条部４５の先端に線接触して移動するので、摩擦抵抗を少なくできる。
【００４４】
また、開口部５は、弁体６の閉方向における先端部分５１の開口幅が狭くなっているとともに、先端部分５１の開口縁に付近に傾斜面５１ａが形成されているので、簡素な構成で小流量領域の流量制御を高い精度で行うことができる。
【００４５】
［その他の実施の形態］
なお、上記形態では、弁体６の遮蔽板部６２については、板状弁部６１の閉方向Ａの縁を除いた三方の縁から平面コの字形状に立ち上がる構成として、外周側遮蔽部６２ａ、内周側遮蔽部６２ｂ、および後方板部６２ｃを形成したが、図８に示すように、板状弁部６１の開方向Ｂの縁を除いた三方の縁から平面コの字形状に立ち上がる構成として、外周側遮蔽部６２ａ、内周側遮蔽部６２ｂ、および前方板部６２ｄを形成して、伝達機構配置空間７０と、流体入口２６から流体出口２７へ繋がる流体通路５０の連通を弁移動空間６０において絶ってもよい。
【００４６】
また上記形態では、突条部４５を底壁４の方に形成したが、弁体６の方に形成してもよい。
【００４７】
さらに上記形態では、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。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。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の流量制御装置では、弁体を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、開口部が形成された隔壁を弁体が摺動しながら開口部を覆うことによって開度を調整するため、弁体が開口部内に挿入して開度を調整するタイプとは異なり、弁体の形状を変えずに、開口部の形状を変更するだけで流量調整パターンを変更できる。
【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】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歯車列などの展開図である。
【図３】（Ａ）および（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おける弁体の開状態を示す平面図およびＤ−Ｄ′断面図である。
【図４】（Ａ）および（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おける弁体の閉状態を示す平面図およびＥ−Ｅ′断面図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を適用した流量制御装置における弁体が開口部の先端部分に位置する状態を示す断面図および平面図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を適用した流量制御装置における弁体が開口部の先端部分より開方向に位置する状態を示す断面図および平面図である。
【図７】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。
【図８】本発明を適用した別の流量制御装置のケース内における弁体の開状態を示す平面図である。
【符号の説明】
１ 流量制御装置
２ ケース
３ 弁駆動機構
４ 底壁部分（隔壁）
５ 開口部
６ 弁体
７ 伝達機構
８ 移動体
１１ 上流側
１２ 下流側
２１ａ 下ケース
２１ｂ 上ケース
２１０ 下ケースの突起
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
４０ 仕切り壁
４０１ 仕切り壁の円弧部分
４５ 突条部
５０ 流体通路
５１ 先端部（閉側開口縁）
５１ａ 傾斜面
６０ 弁体移動空間
６１ 板状弁部
６２ 遮蔽板部
６２ａ 外周側遮蔽部（シャッター板部）
６２ｂ 内周側遮蔽部
６２ｃ 後方板部
６２ｄ 前方板部
７０ 伝達機構配置空間
７１ 第１車
７２ 第２車
Claims (5)
- 流体通路を仕切る隔壁と、該隔壁に形成された開口部の開度を調整する弁体と、該弁体を駆動する弁駆動装置とをケース内に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、前記モータの出力を前記弁体に伝達して当該弁体を所定の角度範囲にわたって回転移動させる伝達機構とを備え、
前記弁体は、前記隔壁に対して摺動しながら回転移動して前記開口部の開度を調整し、
前記隔壁は、前記開口部における前記弁体の閉方向に位置する閉側開口縁に向かって当該隔壁の厚さ方向における前記弁体との隙間を狭めていく傾斜面を備え、
前記伝達機構が配置されている伝達機構配置空間と、前記流体通路とは、前記ケース内で仕切られているとともに、当該ケース内で前記弁体の移動空間を介して連通しており、
前記弁体は、前記開口部の開度を調整する板状弁部と、該板状弁部から立ち上がって、前記移動空間の周りを前記隔壁とともに囲む周囲壁に対して接触、あるいは近接していることにより前記伝達機構配置空間と前記流体通路との連通を遮断する遮蔽板部とを備えていることを特徴とする流量制御装置。 - 請求項１において、前記開口部は、前記弁体の閉方向に位置する閉側開口縁に向かって開口幅が狭まった平面形状を備えていることを特徴とする流量制御装置。
- 請求項１または２において、前記弁体と前記隔壁とは、前記弁体および前記隔壁のうちの一方側に対して頂部が断面円弧状となるように形成された突条部を介して接していることを特徴とする流量制御装置。
- 請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記弁体を前記隔壁に向けて押圧する押圧手段を有し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、前記弁体は、前記隔壁に対して上流側に配置されているとともに、前記ケースには前記開口部と異なる方向に向かって開口する流体入口が形成され、
前記弁体は、該弁体が閉方向に駆動されたときに前記流体入口に対して対向する位置に出現してくるシャッター板部を備えていることを特徴とする流量制御装置。
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