JP4719351B2 - モータ駆動式流量調整弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ駆動式流量調整弁に関し、更に詳しくは、モータ負荷を低減することにより省電力化を図ったモータ駆動式流量調整弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流量調整弁としては、流体通路を封鎖している弁体に一体に連結されているシャフトをモータにより昇降して、弁体を開閉するように構成されたモータ駆動式の流量調整弁が知られている。モータを精度良く駆動制御することにより、流量調整を精度良く行なうことが可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のモータ駆動式流量調整弁では、モータ出力軸が機械的伝達機構を介して直接に弁体シャフトに連結されているので、弁体に作用する水圧等が直接にモータに作用する。このために、弁体の開閉操作には大きな駆動力が必要であり、モータ負荷も大きくなる。この結果、モータ消費電力も増加してしまう。商用電源から電力を供給できる場合にはそれ程問題にはならないが、バッテリ駆動型のモータを使用する場合には消費電力を極力抑制することが望ましい。
【０００４】
本発明の課題は、モータ負荷を低減することにより省電力化を図ったモータ駆動式流量調整弁を提案することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明のモータ駆動型流量調整弁は、流体圧によって弁座から押し上げられて閉状態から開状態に切り換わる浮遊式の弁体と、この弁体の開度を制限するストッパと、このストッパに対して弾性圧縮可能な連結部材を介して連結されている駆動部材と、この駆動部材を前記弁体の開閉方向に移動させるモータと、前記弾性圧縮可能な連結部材が所定量以上圧縮されたことを検出する過負荷検出器と、駆動部材の原点位置を検出する原点位置検出器とを有することを特徴としている。
【０００６】
本発明のモータ駆動式流量調整弁では、モータと弁体とは、機械的連結が無く完全に相互に分離している。従って、弁体に作用する流体圧がモータの側に作用することを回避できる。
【０００７】
また、弁体が持ち上がって流体が流れている状態で、モータを駆動してストッパの位置を移動して弁体の開度を制限しようとすると、ストッパは弁体によって押されているので、モータに過剰な負荷がかかる。しかし、本発明では、ストッパと駆動部材は弾性圧縮可能な連結部材を介して連結されているので、駆動部材のみが移動すると、連結部材が圧縮されて、過負荷検出器により過負荷状態が検出される。この検出器からの検出信号によりモータ駆動を強制的に停止すれば、モータが過負荷状態に陥ることを回避でき、従って、消費電力も節約できる。
【０００８】
さらに、本発明では、駆動部材の原点位置を原点位置検出器により検出可能であるので、駆動部材を駆動するためには、すなわち、駆動部材に連結部材を介して連結されているストッパの位置を調整するためには、ストッパを一旦原点位置に戻し、そこから所定距離だけストッパを移動させて、目標とする位置に設定すればよい。このようにすれば、ストッパの位置を常に検出している必要が無く、また、ストッパ位置をメモリに保持しておく必要もない。よって、ストッパ位置の常時検出あるいはそれを記憶保持するための消費電力を削減できる。
【０００９】
ここで、一般には、前記弁体、前記ストッパ、前記連結部材および前記駆動部材がこの順序で下側から上側に向けて垂直に配列すればよい。
【００１０】
しかし、本発明は垂直配列に限定されるものではなく、前記弁体、前記ストッパ、前記連結部材および前記駆動部材をこの順序で下側から上側に向けて斜め方向に配列してもよい。
【００１１】
また、前記弁体としては各種の形状のものを用いることができ、例えば、弁体の開閉動作時の摺動抵抗を小さくするためには、球状の弁体を使用することが望ましい。
【００１２】
球状の弁体を用いる場合、ストッパにより弁体を弁座に押し付けて弁体を閉じる際、およびストッパによる押付け力を解除して弁体を開く際には、当該弁体が作用する流体圧によって、その開閉方向に延びる軸線を中心として急速に回転することが確認された。従って、この弁体を押し付けるためのストッパを前記の軸線回りに回転自在に保持しておき、当該ストッパの回転運動を利用して発電機により発電を行なわせることも可能である。
【００１３】
ここで、弁体としては正多面体を用いることができ、この場合、前記弁座の開口形状を当該弁体が嵌まり込む正多角形とすれば、止水性を改善できる。
【００１４】
また、前記弁座を、前記弁体に比べて軟質な素材から形成すれば、弁体の摺動によって弁座が摩耗して、双方の形状がなじむので、止水性を改善できる。
【００１５】
さらに、弁体としては、先端形状がほぼ半球状となっている砲弾形のものを用いることができ、この場合には、前記弁座の開口形状を、当該弁体の先端部分が嵌まり込む円形とすればよい。砲弾形の弁体は、不規則な水流や、水流の微小な変化を、自らの形状で安定化させる整流作用があるので、当該弁体が不規則に回転することがなく、振動等の発生を抑制できるという利点がある。
【００１６】
次に、前記ストッパに、前記弁体に面接触可能な弁体押付け面を形成しておけば、弁体を確実に押し付けることができる。
【００１７】
次に、弁体の開閉を円滑に行なわせるためには、前記弁体の移動空間と、この弁体よりも下流側の流体通路部分との間を連通しているバイパス路を形成することが望ましい。
【００１８】
【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モータ駆動式流量調整弁を説明する。
【００１９】
（第１の実施例）
図１は本例のモータ駆動式流量調整弁の概略構成図である。この図に示すように、本例のモータ駆動式流量調整弁１は、流体管、たとえば水道管に接続されている弁箱２を備え、この弁箱２の内部には、通水路３、４と、これらの通水路３、４を連通している円形開口５とが形成されている。この円形開口５の内周面が弁座６とされており、ここには、上側から円錐台形状の弁体７が着座して、当該円形開口５が封鎖されている。
【００２０】
弁体７は上下方向に移動自在に配置された浮遊型の弁体であり、この弁体７の直上にはストッパ８が上下方向に移動可能に配置されている。このストッパ８は同軸状態に連結した連結用コイルばね９を介して、駆動部材１１の下端に連結されている。駆動部材１１も上下方向に移動可能であり、当該駆動部材１１に形成したボールナット部分に、上側からボールねじ１２がねじ込まれている。このボールねじ１２はモータ１３の出力軸１４に同軸状態で連結されている。
【００２１】
なお、モータ１３と駆動部材１１の間に歯車列を介在させて連結してもよい。また、モータ１３の回転運動を駆動部材１１の直線運動に変換する機構はボールねじ・ボールナット以外の雄ねじおよび雌ねじの組み合わせでもよく、あるいはそれ以外の変換機構を採用することもできる。
【００２２】
ここで、駆動部材１１は回転不可の状態で弁箱２内に配置されている。従って、モータ１３を駆動すると、その出力軸１４に連結されているボールねじ１２の回転により、駆動部材１１は上下に直線移動することになる。駆動部材１１を上昇させると、弁箱２の上端面２ａに当たるようになっており、当該上端面２ａおよび駆動部材１１の上端面にはそれぞれ原点位置検出器１５の検出用端子１５ａ、１５ｂが配置されている。駆動部材１１が弁箱上端面２ａに当たると、検出用端子１５ａ、１５ｂが導通状態となり、原点位置検出信号Ｓ１５が出力されるようになっている。
【００２３】
また、連結用コイルばね９が所定量以上圧縮状態になったことを検出するための過負荷検出器１６も備わっており、この過負荷検出器１６の一方の検出用端子１６ａは駆動部材１１の側に取り付けられ、他方の検出用端子１６ｂはストッパ８の側に取付けられている。コイルばね９が所定量以上圧縮して、双方の部材が接近すると、これらの検出用端子１６ａ、１６ｂが導通状態となり、過負荷検出信号Ｓ１６が出力されるようになっている。
【００２４】
上記の各検出信号Ｓ１５、Ｓ１６は駆動制御装置１７に供給される。これらの検出信号に基づき、駆動制御装置１７は、モータ１３の駆動を制御するようになっている。
【００２５】
このように構成した本例のモータ駆動式流量調整弁１の動作を説明する。まず、水が流れていない状態においてモータ１３を駆動して、駆動部材１１をその上端原点位置から所定の位置まで降下させる。すなわち、この駆動部材１１に連結用コイルばね９を介して連結されているストッパ８を所定の位置となるように位置決めする。
【００２６】
この状態で水を流すと、水圧に押されて浮遊式の弁体７が押し上げられ、開口５が開き、水が流れはじめる。弁体７はストッパ８に当たる位置まで上昇する。よって、ストッパ８によって弁体７の開度が規制される。
【００２７】
ここで、通水状態においてモータ１３を駆動して、ストッパ８の位置を降下して弁開度を絞ろうとすると、ストッパ８には下側から弁体７が押し付けられているので、駆動部材１１のみが降下して、連結用コイルばね９を圧縮する。この結果、過負荷検出用端子１６ａ、１６ｂが接触して導通状態になり、過負荷検出信号Ｓ１６が出力される。駆動制御装置１７は、この検出信号Ｓ１６を受取ると、強制的にモータ駆動を停止する。従って、本例のモータ駆動式流量調整弁１においては、水圧に逆らって弁体を強制的に移動させるようなモータに過負荷が作用する駆動が行われることを回避できる。よって、かかる駆動により大電流が消費されてしまうことを防止できる。
【００２８】
次に、本例のモータ駆動式流量調整弁１では、流量調整はモータ駆動によりストッパ位置を調整することにより行なうことができる。この場合、通水を止めた後に、一旦、ストッパ８を原点位置まで上昇させる。すなわち、モータ１３を駆動して、連結用コイルばね９を介してストッパ８に連結されている駆動部材１１を上端原点位置まで上昇させる。駆動部材１１を上端原点位置まで上昇させると、原点位置検出用接点１５ａ、１５ｂが接触して導通状態になり、原点位置検出信号Ｓ１５が出力される。この出力を受取ることにより、駆動制御回路１７は駆動部材１１、したがってストッパ８が原点位置まで上昇したことを認識して、モータ１３を停止する。
【００２９】
この後は、モータ１３を逆回転させることにより、ストッパ８を所定量だけ降下させて、目標とする位置に位置決めする。これにより、弁開度が規定される。このように、本例のモータ駆動式流量調整弁１では、ストッパ８の原点位置を記憶保持する必要がなく、また、常にストッパ位置を検出する必要もない。よって、駆動電力を節約することができる。
【００３０】
（第２の実施例）
図２は本発明を適用したモータ駆動式流量調整弁の第２の実施例を示す概略構成図である。本例のモータ駆動式流量調整弁２１の基本構成は図１のモータ駆動式流量調整弁１と同一であるので、対応する部分には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
【００３１】
本例のモータ駆動式流量調整弁２１では、弁体７、ストッパ８、連結用コイルばね９、駆動部材１１、ボールねじ１２およびモータ１３が垂線に対して所定の角度だけ傾斜した傾斜配列とされており、これに対応して弁箱２Ａも傾斜配置されている。このように弁体７の移動方向を斜めにすることにより、水流方向（水平流）を変えずに、すなわち、弁座６Ａが形成されている円形開口５Ａを挟み、両側の通水路３Ａ、４Ａを段差無く水平に同軸状態に配列して、弁体７を持ち上げることができる。よって、圧力損失が小さくて済む。
【００３２】
（第３の実施例）
ここで、本発明においては弁体７を、球状のものを使用してもよい。図３にはかかる構成を備えた第３の実施例に係るモータ駆動式流量調整弁を示す説明図である。
【００３３】
本例のモータ駆動式流量調整弁２２では、球状の弁体７Ａは、弁箱２の内周面２ｂとの接触が線接触となるので、接触抵抗が小さくなる。また、転動することにより上下方向の移動が円滑に行われるという利点がある。
【００３４】
次に、モータ１３を駆動してストッパの８位置を移動して弁体７Ａを開こうとしても、弁体７Ａが弁箱内２Ａの圧力に押されて持ち上がらないことがある。こうした場合は、弁箱２Ａの内部空間２００、すなわち弁体７Ａの背面側の空間と、弁体７Ａよりも下流側の通水路３Ａとの間にバイパス路１８を設けることが望ましい。バイパス路１８によって、弁箱２Ａの内部空間２００の圧力が常に下流側の水圧に等しくなるので、弁体７Ａをスムーズに持ち上げることができる。
【００３５】
（第４の実施例）
図４は本発明を適用した第４の実施例に係るモータ駆動式流量調整弁を示す概略構成図である。本例のモータ駆動式流量調整弁２３の基本構成は図３のモータ駆動式流量調整弁２２と同一であるので、対応する部分には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
【００３６】
本例のモータ駆動式流量調整弁２３では、ストッパ８Ａが連結用コイルばね９の先端に対して、弁体の開閉方向に延びる軸線８００を中心として回転自在の状態で取付けられている。また、当該ストッパ８Ａには、同軸状態でシャフト１９１の先端が連結されており、このシャフト１９１は、連結用コイルばね９、駆動部材１１、ボールねじ１２およびモータ１３の中心を、回転自在の状態で貫通しており、他端が発電機１９に連結されている。
【００３７】
また、ストッパ８Ａには、弁体７Ａの球状の外周面に対して面接触可能な弁体押付け面８０１が形成されている。換言すると、弁体７Ａに密着可能な凹状球面が形成されている。従って、ストッパ８Ａは確実に弁体７Ａを押し付けることができる。
【００３８】
このように構成されたモータ駆動式流量調整弁２３では、弁体７Ａを開けた直後あるいは閉じる直前に、当該弁体７Ａは、水流により急速に軸線８００回りに回転する。この結果、弁体７Ａを押し付けているストッパ８Ａも一緒に回転する。このストッパ８Ａの回転により発電機１９が駆動されて発電動作を行なう。よって、弁体７Ａの回転を電力として取り出して利用することができる。
【００３９】
（第５の実施例）
次に、本発明においては弁体を球形の代わりに、正多面体とすることもできる。図５にはかかる構成を備えた第５の実施例に係るモータ駆動式流量調整弁を示す説明図である。
【００４０】
本例のモータ駆動式流量調整弁２４では、弁体７Ｂが正四面体となっている。これに対応して、弁座６Ｂの開口も正三角形の開口５Ｂとされている。このように構成すると、２点鎖線で示す弁箱２Ａ内のストッパ８が弁体７Ｂを押さえて、弁体７Ｂが開口５Ｂに確実に嵌まり込むので、止水性を向上させることができる。
【００４１】
（第６の実施例）
また、本発明においては弁体を球形、正多角形の代わりに、砲弾形とすることもできる。図６にはかかる形状の弁体を備えたモータ駆動式流量調整弁を示す説明図である。
【００４２】
本例のモータ駆動式流量調整弁２５では、弁体７０が砲弾形をしている。すなわち、弁体７０は、その先端部分７１がほぼ半球形状をしており、それ以外の部分が円柱状をしている。これに対して、弁座６０の開口６１は、弁体先端部分７１の大半部分が嵌まり込み可能な円形開口とされている。
【００４３】
弁体７０を砲弾形とすると次のような利点が得られる。弁体が球や正多角形の場合には、水流の微小な変化によって弁体には常に不規則な回転運動が起きる。このために、振動や騒音が発生し、また、弁体あるいは弁座の摩耗が激しくなる等の弊害が起きる。これに対して、砲弾形の弁体の場合には、その砲弾形状が水流変化を安定させる整流作用があるので、水流変化に起因する弁体の回転運動が低減される。よって、振動や騒音の発生を抑制でき、また、弁体、弁座の部分の摩耗も低減できる。
【００４４】
（その他の実施の形態）
なお、上記の各例においては弁体および弁座の素材については言及しなかったが、一般に、弁体に比べて弁座を軟質素材から形成しておけば、弁体によって弁座面が摩耗して、双方の納まりが良くなるので好ましい。
【００４５】
また、上記の各例は水の流量調整のためのものであるが、その他の流体流量を調整するために本発明を適用できることは勿論である。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のモータ駆動式流量調整弁では、弁体とモータとの機械的連結を断ち、弁体の開度調整を、モータに連結されている駆動部材に対して弾性圧縮可能な連結部材を介して連結されたストッパ位置を調整することにより行なうようにしている。従って、モータに水圧が作用することが無いので、モータ駆動電力を節約できる。
【００４７】
また、通水状態においてストッパ位置を調整すると、当該状態が過負荷検出器によって検出されてモータ駆動が停止する。よって、通常状態においてモータに負荷が作用する状態での調整を回避できるので、省電力化を達成できる。
【００４８】
さらには、ストッパの原点位置を検出する原点位置検出器を備え、ストッパ位置の調整時には、一旦原点位置にストッパを戻して所定位置に移動させるようにしている。従って、ストッパ位置を記憶保持しておくための電力あるいはストッパ位置を常時検出するための電力が不要となるので、その分、省電力化を達成できる。
【００４９】
次に、本発明において、弁体を球体とした場合には、当該弁体の開閉時に発生する回転運動をストッパを介して取出して発電機の発電用駆動源として利用することができる。
【００５０】
また、本発明において、弁体を正多面体とした場合には、これが嵌まり込む正多角形状となるように弁座の開口側を形成しておけば、弁体を確実に着座させることができるので、止水性を改善できる。
【００５１】
さらに、本発明において、弁体を砲弾形とした場合には、当該砲弾形状には整流作用があるので、水流変化に起因する弁体の回転運動等を低減でき、従って、弁体の運動に伴う振動や騒音を低減でき、また、弁体や弁座の部分の摩耗を低減できる。
【００５２】
一方、弁座は、弁体に比べて軟質な素材から形成しておけば、弁体の摺動によって弁座が摩耗して、弁体が弁座の座面に密着するようになるので、その止水性を改善できるので好ましい。
【００５３】
これに加えて、ストッパに、弁体に面接触可能な弁体押付け面を形成しておけば、確実に弁体を押付けことができる。
【００５４】
次に、本発明において、弁体の移動空間と、この弁体よりも下流側の流体通路部分との間を、バイパス路で連通させておけば、水圧差によって弁体の円滑が開閉動作が阻害されるという弊害を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した第１の実施例に係るモータ駆動式流量調整弁の概略構成図である。
【図２】本発明を適用した第２の実施例に係るモータ駆動式流量調整弁を示す概略構成図である。
【図３】本発明を適用した第３の実施例に係るモータ駆動式流量調整弁を示す概略構成図である。
【図４】本発明を適用した第４の実施例に係るモータ駆動式流量調整弁を示す概略斜視図である。
【図５】本発明を適用した第５の実施例に係るモータ駆動式流量調整弁を示す概略斜視図である。
【図６】本発明を適用した第６の実施例に係るモータ駆動式流量調整弁を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１、２１、２２、２３、２４、２５ モータ駆動式流量調整弁
２、２Ａ 弁箱
２ａ 弁箱の上端面
２ｂ 弁箱の内周面
３、４、３Ａ、４Ａ 通水路
５、５Ａ、６１ 円形開口
５Ｂ 三角形開口
６、６Ａ，６Ｂ、６０ 弁座
７、７Ａ、７Ｂ、７０ 弁体
８、８Ａ ストッパ
９ 連結用コイルばね
１１ 駆動部材
１２ ボールねじ
１３ モータ
１４ モータ出力軸
１５ 原点位置検出器
Ｓ１５ 検出信号
１５ａ、１５ｂ 検出用接点
１６ 過負荷検出器
Ｓ１６ 検出信号
１６ａ、１６ｂ 検出用接点
１７ 駆動制御装置
１８ バイパス路
１９ 発電機
１９１ シャフト
２００ 内部空間
８００ 軸線
８０１ 弁体押し付け面

Claims (10)

1. 流体圧によって弁座から押し上げられて閉状態から開状態に切り換わる浮遊式の弁体と、この弁体の開度を制限するストッパと、このストッパに対して弾性圧縮可能な連結部材を介して連結されている駆動部材と、この駆動部材を前記弁体の開閉方向に移動させるモータと、前記弾性圧縮可能な連結部材が所定量以上圧縮されたことを検出する過負荷検出器と、駆動部材の原点位置を検出する原点位置検出器とを有することを特徴とするモータ駆動式流量調整弁。
2. 請求項１において、
   前記弁体、前記ストッパ、前記連結部材および前記駆動部材がこの順序で下側から上側に向けて垂直に配列されていることを特徴とするモータ駆動式流量調整弁。
3. 請求項１において、
   前記弁体、前記ストッパ、前記連結部材および前記駆動部材がこの順序で下側から上側に向けて斜め方向に配列されていることを特徴とするモータ駆動式流量調整弁。
4. 請求項１ないし３のうちのいずれかの項において、
   前記弁体は球であることを特徴とするモータ駆動式流量調整弁。
5. 請求項４において、
   前記ストッパは、前記弁体の開閉方向に延びる軸線回りに回転自在に保持されており、
   当該軸線回りのストッパの回転運動により発電動作を行なう発電機を有していることを特徴とするモータ駆動式流量調整弁。
6. 請求項１ないし３のうちのいずれかの項において、
   前記弁体は正多面体であり、前記弁座の開口形状は当該弁体が嵌まり込む正多角形であることを特徴とするモータ駆動式流量調整弁。
7. 請求項６において、
   前記弁座は、前記弁体に比べて軟質な素材から形成されていることを特徴とするモータ駆動式流量調整弁。
8. 請求項１ないし３のうちのいずれかの項において、
   前記弁体は先端がほぼ半球状の砲弾形をしており、前記弁座の開口形状は当該弁体の先端部分が嵌まり込む円形であることを特徴とするモータ駆動式流量調整弁。
9. 請求項１ないし８のうちのいずれかの項において、
   前記ストッパは、前記弁体に面接触可能な弁体押付け面を備えていることを特徴とするモータ駆動式流量調整弁。
10. 請求項１ないし９のうちのいずれかの項において、
    前記弁体の移動空間と、この弁体よりも下流側の流体通路部分との間を連通しているバイパス路を有していることを特徴とするモータ駆動式流量調整弁。

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