JP5140801B2 - 水流制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、小型構造を有することで処理性と作業性を確保し、安価である水流制御弁に関する。

図９に示すように、従来の水流制御弁には、ハウジング１、モーター２、および、その第１端がモーター２に連動して動作し、その第２端がハウジング１にねじ込まれてハウジング１の入口に隣接して配置されている動力伝達シャフト３が含まれている。

従来の水流制御弁において、動力伝達シャフト３は、モーター２の駆動力によって回転することで、ハウジング１の内周面に沿って前後に動かされ、それによってハウジング１の入口を開閉し水流制御する。

技術的課題
しかし、通常の水流制御弁は、動力伝達がギヤ機構を使用してなされるため、水流制御弁の構造が複雑であり、そのため製造工程の作業性が低下するという点で問題がある。

また、ＤＣモーターやステッピングモータが水流制御弁において使用されている。ＤＣモーターは安価であり、比較的大きな力を伝達できるが、繰り返し反転する回転によってブラシが摩耗しやすいため、モーターの寿命が短いという欠点がある。

ステッピングモータは、ロータとステータが歯車におけるものに類似する構造で互いに噛み合う構造を有しているため、その回転は正確に制御できる。しかし、ステッピングモータは、高価であるという欠点を有している。

技術的解決
従って、本発明は、従来技術において生じる上記の課題に留意してなされ、本発明の目的は、改善された構造を有し、製造コストを削減し製品の信頼性を高める水流制御弁を提供することである。

有利な効果
本発明は、逆回転する同期モーター、同期モーターの回転力を前後の直線運動に変換する偏心カム、および偏心カムの動作を利用してハウジングを流れる水の量を調節する動力伝達ユニットを含む水流制御弁を提供する。従って本発明の水流制御弁は小型構造を有する。さらに、本発明の水流制御弁は、安価な通常のＡＣモーターを同期モーターとして使用できるという利点を有する。

上記の目的を達成するため、本発明は、互いに反対方向の駆動力を生じる一対の同期モーター、同期モーター間に設置され、同期モーターに連動して動作する偏心カムであって、駆動力が伝達される方向を変換する偏心カム、偏心カムと転がり接触し、偏心カムの動作を利用してハウジングを流れる流体の量を調節する動力伝達ユニット、および、同期モーターと偏心カムとの間に設置され、同期モーターの１つの駆動力を伝達しつつ、残りの同期モーターの駆動力が無負荷動作状態で伝達されないようにするラチェットギヤを含む水流制御弁を提供する。

発明の態様
以下、本発明の好適な実施形態を添付の図面を参照して詳述する。

図１は、本発明の概略平面断面図である。図２は、本発明の概略正面断面図である。図３および４は、本発明に従った偏心カムの動作を示す概略図である。図５および６は、本発明に従ったラチェットギヤの動作を示す概略図である。

図１および２に示すように、本発明の水流制御弁１００には、中に流体が流れる経路を規定するハウジング１０、互いに反対方向に回転力を生じる一対の同期モーター３０、および回転シャフト３１に偏心して回転するよう結合されている偏心カム３０が含まれる。水流制御弁１００には、同期モーター２０と偏心カム３０との間に設置され、これらと連動して動作するラチェットギヤ４０がさらに含まれる。各ラチェットギヤ４０は、同期モーター２０に対応する回転力を一方向のみに伝達する。水流制御弁１００には、さらに動力伝達ユニット５０が含まれ、その第１端が偏心カム３０と転がり接触し、その第２端がハウジング１０内で前後に可動であるよう設置されている。このようにして、動力伝達ユニット５０は、偏心カム３０の回転力を利用してハウジング１０の入口１１を開閉する。

ハウジング１０は、流体が流れる入口１１および出口１２を中に有する。入口１１に対応する位置に結合穴１３がハウジング１０に形成されることで、入口１１の軸と同軸上にロッド５３（後述する。）が配置される。

少なくとも１つのシーリング部材１４が、結合穴１３の内周面に設置されている。

通常のＡＣモーターが各同期モーター２０として使用され得る。同期モーター２０は、その出力シャフト２１が互いに向かい合うように配向されており、それにより駆動力が互いに反対方向に生じる。

偏心カム３０は、所定の距離だけその中心から離れた偏心位置で回転シャフト３１に結合されている。

ラチェットギヤ４０は、同期モーター２０の出力シャフト２１と偏心カム３０の回転シャフト３１との間に配置されて、偏心カム３０が回転する方向を制御する。

すなわち、ラチェットギヤ４０は、１つの同期モーター２０の駆動力が偏心カムに伝達されると、他方の同期モーター２０の駆動力が偏心カムに伝達されないように構成されている。図６に示すように、各ラチェットギヤ４０は、典型的なラチェットギヤ構造を有しており、そのためその構造をさらに説明する必要はないものと思われる。

動力伝達ユニット５０には、その第１端が偏心カム３０の外周面上に転がり接触して取り付けられているクランクシャフト５１、およびクランクシャフト５１の第２端にヒンジ５２によって結合され、ハウジング１０の結合穴１３に挿入されていることで、その端部がハウジング１０の入口１１に隣接して配置されているロッド５３が含まれている。

また、水流センサＱが出口１２に設置されている。水量センサＱから伝達された信号に応答して水量制御弁１００を制御する制御ユニット（図示せず）が設置されている。

水流制御弁１００の動作と効果を図３および５を参照して以下に記載する。水流を減少するため、対応する同期モーター２０の回転力が、組み合わされたラチェットギヤ４０を介して偏心カム３０に伝達されることで、偏心カム３０は時計方向に回転する。このとき、図３に示すように、偏心カム３０と転がり接触しているクランクシャフト５１は、ロッド５３を前方に動かす。それにより、ロッド５３は、結合穴１３を介して前方に動かされることで入口１１の開口率を減少させる。

一方で、図４および６に示すように、水流を増加するため、他方の同期モーター２０の回転力が、組み合わされたラチェットギヤ４０を介して偏心カム３０に伝達されることで、偏心カム３０が反時計方向に回転する。このとき、偏心カム３０と転がり接触しているクランクシャフト５１は、図４に示す方向に動かされる。それによって、ロッド５３は、ハウジング１０の結合穴１３を介して後方に動かされることで、入口１１の開口率を増加させる。その結果、水流が増加する。

このとき、制御弁は、出口１２の水流センサＱを流れる水の量のデータ値を読み取り、水流制御弁１００によって開放される入口１１の開度を制御することで、出口１２の水流を一定に保つ。

詳細には、水流制御弁１００は、設定した開度に開放され、その開度は、制御ユニットの信号によって正確に制御される。この工程において、水流制御弁１００の開度が設定された開度で維持される一方で、水流センサＱによって検出された値が設定データ値より大きいときは、対応する同期モーター２０から伝達された駆動力によって、偏心カム３０と動力伝達ユニット５０を介して、ロッドは所定の距離を入口１１に向かって前方に進められる。このとき、水流センサＱは、出口１２を通過する水流を検出し、制御ユニットは、水流センサＱから伝達されたデータ値を設定されたデータ値と比較する。検出されたデータ値が、設定されたデータ値よりも小さいときは、同期モーター２０の動力が遮断され、同時に、ロッドは、他方のモーター２０から伝達された駆動力によって、偏心カム３０と動力伝達ユニット５０を介して、入口１１から所定の距離だけ離れる方に動かされる。弁の水流は、このような繰り返し制御動作によって、設定された水流値に正確に維持され得る。

ここで、図３および４に示すように、回転シャフト３１が、一方の同期モーター２０の駆動力によって一方向に回転され、それにより偏心カム３０が上死点に到達するとき、動力伝達ユニット５０は最前方位置に動かされる。回転シャフト３１が、他方の同期モーター２０の駆動力によって他方向に回転され、それにより偏心カム３０が下死点に到達するとき、動力伝達ユニット５０は、最後方位置に動かされる。

図５および６に示すように、制御ユニットが設定された水流量に弁の水流値を維持するとき、他方の同期モーター２０は逆回転する。この工程において、一方の同期モーター２０の時計回りの回転力が偏心カム３０に伝達されつつ、制御ユニットが同期モーター２０を反時計方向に回転させると、他方の同期モーター２０の反時計回りの回転力が瞬時に偏心カム３０に伝達されることで、偏心カム３０は反時計方向に回転する。このようにして、一方の同期モーター２０の駆動力が偏心カム３０に伝達されると、他方の同期モーター２０の駆動力が、ラチェットギヤ４０の動力伝達によって遮断される。

上述のように、本発明は、逆回転する同期モーター、同期モーターの回転力を前後の直線運動に変換する偏心カム、およびハウジングを流れる水の量を偏心カムの動作を利用して調節する動力伝達ユニットを含む水流制御弁を提供する。それにより、水流制御弁は、小型構造を有する。また、本発明の水流制御弁は、同期モーターとして通常のＡＣモーターが使用され得、安価であるという利点を有する。

本発明の概略平面断面図である。 本発明の概略正面断面図である。 本発明による偏心カムの動作を示す概略図である。 本発明による偏心カムの動作を示す概略図である。 図６、６ａ、６ｂは、本発明によるラチェットギヤの動作を示す概略図である。 従来の水流制御弁を示す概略断面図である。

Claims (4)

1. 互いに反対方向に駆動力を生じる一対の同期モーターと、
   前記同期モーターの間に設置され、前記同期モーターと連動して動作し、前記駆動力が伝達される方向を変換する偏心カムと、
   前記偏心カムと転がり接触し、ハウジングを流れる流体の量を前記偏心カムの動作を利用して調節する動力伝達ユニットと、
   前記同期モーターおよび前記偏心カムの間に設置され、前記同期モーターの一方の駆動力を伝達しつつ、残りの同期モーターの駆動力が無負荷動作状態で伝達されないようにするラチェットギヤと、を備える水流制御弁。
2. 前記動力伝達ユニットが、前記偏心カムの外周面にベアリングによって結合されたクランクシャフトと、前記クランクシャフトにヒンジによって結合され、前記ハウジングの結合穴に挿入されることで、前記ハウジングの入口の方へおよび入口から離れて移動できるロッドとを備える、請求項１に記載の水流制御弁。
3. 前記ハウジングは、前記流体が引かれる入口と、前記入口と連絡する出口と、ロッドが前記入口の軸と同軸に配置されるように前記ハウジングに形成された結合穴と、前記結合穴に挿入された動力伝達ユニットの気密性を維持する少なくとも１つのOリングとを有する、請求項１に記載の水流制御弁。
4. 前記偏心カムが、駆動力を長手方向で受けて回転力を側方向に伝達する回転シャフトを有する、請求項１〜３のいずれかに記載の水流制御弁。

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