JP5219916B2

JP5219916B2 - 火力調節装置

Info

Publication number: JP5219916B2
Application number: JP2009118062A
Authority: JP
Inventors: 秀幸近藤; 雄一林
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2009-05-14
Filing date: 2009-05-14
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2029-05-14
Also published as: JP2010266128A

Description

本発明は、ガスコンロなどに組み込まれ、モータによってバーナの火力を調節する火力調節装置に関する。

従来のこの種の火力調節装置として、モータによって移動する可動板と、この可動板に当接した状態で保持される固定板との双方に開口を設け、可動板を移動させることにより両開口の重なり面積を増減して、両開口の重なり部分を通過するガス量を調節することにより火力を調節する火力調節部を備えたものが知られている。また、この火力調節部の上流側に電磁安全弁を設けると共に、モータによって回転されるカムとこのカムによって押されて移動するロッドを配置し、カムが回転してロッドを移動させて電磁安全弁を強制的に開弁させるようにしたものが知られている。

なお、電磁安全弁はロッドで強制的に全開状態まで開弁された状態で、内蔵された電磁石に保持電流が流されると、ロッドを元の位置まで戻して開弁させていた力を解除しても電磁石の電磁力で開弁保持される。そして、失火等の異常時には保持電流を遮断して電磁安全弁を閉弁させる必要があるため、ロッドが電磁安全弁を開弁した後は電磁安全弁の弁体が閉弁することを阻害しない位置までロッドが戻れるようにカムの形状が設定されている。

特開２００６−１８９２３１号公報（図５）

上記従来の火力調節装置では、点火操作がされると直ちに電磁安全弁を全開状態にしなければならないため、狭い回転範囲で電磁安全弁を一気に全開状態にする必要がある。そのため、特にロッドを押す部分のカム形状が非常に急峻なものにならざるを得ない。ところが、このような急峻な形状で一気にロッドを大きく移動させるためには、カムを回転させるモータとして高トルクを発生するものを用いなければならない。

高トルクのモータは形状が大きく、また消費電力が大きいため乾電池で駆動するような場合、電池寿命を延ばしにくいなどの不具合が生じる。

そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、上述の不具合の生じない火力調節装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明による火力調節装置は、モータによって移動する可動板と、この可動板に当接した状態で保持される固定板との双方に開口を設け、可動板を移動させることにより両開口の重なり面積を増減して、両開口の重なり部分を通過するガス量を調節することにより火力を調節する火力調節部を備えた火力調節装置において、上記モータによって回転されるカムによって開弁され、かつ、このカムによって開弁状態が保持される開閉機構を火力調節部に対して直列に設け、火力調節部が規定する火力が弱火状態から強火状態に増加するのに伴って開閉機構の開度を増加させ、火力が中火以上に到達した時点で開閉機構の開度が最大となるように、上記カムの形状を設定したことを特徴とする。

上記構成によれば、弱火状態で一気に開閉機構を全開にするのではなく、中火から強火の間の火力に到達するまでに徐々に開度を大きくしていくことにより小さなトルクのモータでも確実に開閉機構を開弁させるようにした。

なお、不具合が生じた場合に確実に開閉機構が閉弁した状態になるように、装置本体側にストッパ部を設けると共に、モータの回転軸と共に回転し開閉機構が閉弁状態になる位置でストッパ部に当接して回転軸の回転を強制的に停止させる停止手段を設けてもよい。

あるいは、モータの回転軸と共に回転するカムと、開閉機構が閉弁状態になる位置でこのカムによってオンオフ状態が反転するように取り付けられたリミットスイッチとを備え、リミットスイッチのオンオフ状態の反転により回転軸の回転を強制的に停止させることのできる停止手段を設けることも可能である。

以上の説明から明らかなように、本発明は、小さなトルクのモータであっても開閉機構を確実に開弁させることができるので、低トルクの小型のモータを用いることができる。

本発明の一実施の形態の構成を示す図カムの位相とガスの通路面積との関係を示す図カムのプロフィールを示す図位相検知センサの構造を示す図他の実施の形態を示す図

図１を参照して、１は本発明による火力調節装置である。この火力調節装置１の下部にはステッピングモータ２が取り付けられている。このステッピングモータ２の回転軸２１には、この回転軸２１の回転位相を検知するための位相検知センサ２２が取り付けられている。そして、回転軸２１にはさらにカム部材２３が、回転軸２１と共に回転するように取り付けられている。このカム部材２３の外周にはカム部２４が設けられており、ステッピングモータ２が作動して回転軸２１が回転すると、カム部２４は弁軸５を図において右方向に押す。この弁軸５には開閉機構である弁体５１が取り付けられており、弁軸５が右方向に押されると弁体５１は閉弁状態から開弁状態になる。そして、この弁体５１が開弁状態になるとガスが弁体５１の周囲を通過してカム部材２３に向かって流れる。

カム部材２３の上部には円形の可動板３が係合しており、カム部材２３に連動してこの可動板３が回転するように構成されている。この可動板３は固定板４の下面に押接されている。可動板３には１個の開口３１が形成されており、固定板４には本実施の形態では５個の開口４１が形成されている。

可動板３の位相によって、可動板３の開口３１がいずれかの開口４１と重なると、ガスはその重なった部分を通ってさらに下流に流れ、バーナに供給される。そして、可動板３が正方向に回転すると、開口３１と開口４１とが重なり合っている面積が増加する。そして、この重なり合っている面積が増加することによってバーナに供給されるガス量が増加して火力が大きくなる。

ところで、可動板３及びカム部材２３は所定の角度範囲内で正方向および逆方向に回動される。すなわち、可動板３及びカム部材２３が正方向に回転し、弁体５１が閉弁状態から最大開度を超えて再び閉弁状態になる位置まで回転すると、それ以上正方向に回転させる必要はない。ところが何らかの異常によってその角度範囲を超えて可動板３やカム部材２３が回転しないように、停止手段を設けた。具体的には、装置本体側にストッパ１１を設けると共に、カム部材２３が所定の角度範囲を超えた場合に、このストッパ１１に当接する係合部２３ａをカム部材２３に形成した。したがって、仮にステッピングモータ２が正逆いずれの方向にでも回転し続けると係合部２３ａがストッパ１１に当接して、それ以上カム部材２３が回転しないように、回転軸２１の回転を強制的に停止させる。

図２を参照して、上記構成において、図２の（ａ）に示す状態ではカム部２４は弁軸５に接触しておらず、即ち弁体５１は閉弁状態にある。したがって、図示のように開口３１が一部の開口４１に対して重なっていたとしても、ガスは弁体５１で堰き止められて、カム部材２３側に流れることはない。なお、この状態で、弁体５１が閉弁状態の場合に開口３１がいずれの開口４１とも重ならないように設定してもよい。

図において、ステッピングモータ２によってカム部材２３を右方向（正方向）に回転させると、カム部２４が弁軸５を右側に押して移動させ、弁体５１を開弁状態にする（図２（ｂ））。ただし、この状態では弁体５１の開度は小さい。また、開口３１は２個の開口４１としか重なっていないので、バーナに供給されるガスの流量は小さい。即ちバーナの火力は弱火状態になる。

この（ｂ）に示す状態からさらにカム部材２３を右方向に回転させると、弁軸５が右に移動し、弁体５１の開度が増加する。また、開口３１と重なる開口４１が増加し、かつ、重なる開口４１の直径が大きくなるので、バーナに供給されるガス量が増加する。そして、（ｃ）に示す状態が最大流量、即ち強火状態である。なお、通常の火力調節では（ｃ）に示す強火状態から消火する際には、回転軸２１を逆転させて（ｂ）に示す状態を経て（ａ）に示す状態まで戻す。即ち、通常の火力調節範囲は（ａ）から（ｃ）に示す範囲である。ところが、例えば（ｃ）に示す状態の場合に、バーナが風や吹きこぼれにより消火すると、バーナからのガスの噴出を早急に停止する必要が生じる。このような場合には（ｃ）に示す状態から回転軸２１を逆転させるのではなく正転させて（ｄ）に示す状態にすることにより弁体５１を閉弁状態にする。

ここで、カム部２４のプロフィールについて、図３を参照して説明する。図２に示したカム部２４のプロフィールはＰ１に示すものであり、弁体５１を全閉状態から徐々に開弁させ、火力３（中火）になる時点で弁体５１の開度が最大に到達し、その後火力５（強火）まで弁体５１を最大開度のままで保持するように設定した。なお、Ｐ２に示すように、火力５（強火）になるまで火力の増加と共に弁体５１の開度を増加させるようなプロフィールに設定してもよい。いずれにせよ、火力１（弱火）の状態で一気に弁体５１を全開状態にするプロフィールＳと比較して、プロフィールＰ１，Ｐ２は共に緩やかになっている。

プロフィールＳのように急激に弁体５１を全開状態まで開弁させると、ステッピングモータ２として高トルクのものを用いなければならず、ステッピングモータ２が大型化し、消費電力が増え、かつステッピングモータ２の価格が高くなる。一方、火力が小さい状態では弁体５１の開度は全開である必要はない。そのため、プロフィールＰ１，Ｐ２のものの方が、小型のステッピングモータ２を用いることができ、有利である。

上記位相検知センサ２２は半固定抵抗形のものを使用している。位相検知センサ２２の内部には、図４に示すように、Ｃ形の炭素皮膜２２ｂと、環状の電導部２ａとが設けられており、回転軸２１と共に回転する摺動子２２ｃが内蔵されている。摺動子２２ｃが回転すると抵抗被膜２２ｂと電導部２２ａとの短絡部分が移動するので電気抵抗が連続して変化し、出力される分圧から位相を検知することができる。なお、抵抗被膜２２ｂには必ず不連続な非検知範囲が形成される。そこで、この非検出範囲を、カム部材２３が通常は回転しない位置、即ちカム部２４から弁軸５が外れて弁体５１が閉弁状態になる位置に設定した。なお、この位置は上記ストッパ１１の設定位置とも一致する。

上述のように回転軸２１の回転位相は位相検知センサ２２によって常に検知されている。そして、その検知された位相データを基にステッピングモータ２の回転を制御している。また、例えばバーナが点火中に緊急にバーナを消火する場合や上述のように点火中に失火した場合には、ステッピングモータ２を逆転させ、弱火側に開口３１を移動させて弁体５１を閉弁させる方が早いか、正転させて開口３１を強火側に移動させて弁体５１を閉弁させた方が早いかを、位相検知センサ２２の出力する位相信号から判断することになる。

このように、ステッピングモータ２の位相制御は常に位相検知センサ２２の位相信号を基に行われているので、断線等により位相信号が出力されない状態になると、ステッピングモータ２の回転軸２１の位相を検知することができない。このような場合には、上述の係合部２３ａがストッパ１１に当接するまでステッピングモータ２を回転させると、回転軸２１の回転は、弁体５１が閉弁状態にあってバーナにガスを供給しない状態でストッパ１１によって強制的に停止されることになる。そして、この非常時の回転方向は正逆いずれの方向でもよい。

なお、停止手段は他の構成でもよく、例えば図５に示すように、回転軸２１にさらにカム６１を取り付け、弁体５１が閉弁状態になる位置でオンするようにリミットスイッチ６を設ける構成を採用することができる。この構成では、位相検知センサ２２に断線故障が生じてもリミットスイッチ６がオンする位置でステッピングモータ２の作動を停止させればよい。ただし、ステッピングモータ２の作動を制御するマイコン（図示せず）が暴走したような場合には、ストッパ１１を用いて機械的に回転軸２１の回転を停止させる構成が有効である。

なお、本発明は上記した形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもかまわない。

１火力調節装置
２ステッピングモータ
３可動板
４固定板
５弁軸
１１ストッパ
２２位相検知センサ
２４カム部
５１弁体

Claims

モータによって移動する可動板と、この可動板に当接した状態で保持される固定板との双方に開口を設け、可動板を移動させることにより両開口の重なり面積を増減して、両開口の重なり部分を通過するガス量を調節することにより火力を調節する火力調節部を備えた火力調節装置において、上記モータによって回転されるカムによって開弁され、かつ、このカムによって開弁状態が保持される開閉機構を火力調節部に対して直列に設け、火力調節部が規定する火力が弱火状態から強火状態に増加するのに伴って開閉機構の開度を増加させ、火力が中火以上に到達した時点で開閉機構の開度が最大となるように、上記カムの形状を設定したことを特徴とする火力調節装置。
装置本体側にストッパ部を設けると共に、モータの回転軸と共に回転し開閉機構が閉弁状態になる位置でストッパ部に当接して回転軸の回転を強制的に停止させる停止手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の火力調節装置。
モータの回転軸と共に回転するカムと、開閉機構が閉弁状態になる位置でこのカムによってオンオフ状態が反転するように取り付けられたリミットスイッチとを備え、リミットスイッチのオンオフ状態の反転により回転軸の回転を強制的に停止させることのできる停止手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の火力調節装置。