JP5469422B2 - バルブ装置 - Google Patents

Description

本発明は、バルブ装置に関し、さらに詳しくは、流路を流れる流体の流量を調節する流量調節機能および非常時に流路を遮断する流路遮断機能を備えたバルブ装置に関するものである。

ガス給湯器やガスコンロなどのガス燃焼器具は、燃料ガスの流量を調節する流量調節機能を有するバルブ装置を備える。この流量調節機能により、燃焼に供給されるガス量を自在に調節、すなわちバーナの火力を自在に調節できる。一方、かかるバルブ装置には、停電（電池駆動の器具の場合は電池切れ）や各種配線の断線等により、バルブ装置（モータ）を制御することができなくなったとき、即座にガスの流路を遮断する流路遮断（以下、シャットダウンということもある。）機能を備える。この流路遮断機能を備えることにより、非常時におけるガス漏れ等のおそれが低減するため、ガス燃焼器具の安全性が高まる。

流量調節機能および流路遮断機能を備えたバルブ装置として、特許文献１にその一例が記載されている。かかるバルブ装置は、モータのロータに螺合され、回転方向の動きが規制されている出力軸が、ロータの正転・逆転に伴ってその軸線方向に進退動作するというものである。つまり、ロータの回転動力が、出力軸の直線動力に変換されて流路に設けられた開口部を開閉する弁体に出力される構成を備える。そして、停電等によりモータへの給電が停止すると、出力軸の外周側に固定された付勢部材（弁体付勢手段）が、開口部を閉鎖する方向に弁体が移動するように出力軸を回転させて開口部を遮断するという流路遮断機能を有する。

しかし、かかる構成は、永久磁石を用いたモータを駆動源としているため、駆動コイルが非通電状態であってもモータにはいわゆるディテントトルク（コギングトルク）が発生する。したがって、非常時に開口部が閉鎖される方向に回転軸を付勢する付勢部材には、このディテントトルクに逆らってモータの出力軸を回転させることのできる付勢力が必要となり、付勢部材の付勢力が大きくなってしまうという問題があった。

つまり、このように付勢部材の付勢力が大きいと、付勢部材の大型化に伴う装置の大型化を招くだけでなく、通常動作時（流量調節時）において付勢部材の付勢力に抗して弁体を駆動させるモータへの負荷が大きくなり、モータの消費電力が増大してしまうため問題であった。

ＵＳ２００６−００７１１９０Ａ１号公報

上記問題に鑑みて、本発明が解決しようとする課題は、流量調節機能および流路遮断機能を備えたバルブ装置であって、装置の消費電力を低減させたバルブ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に係るバルブ装置は、流路に設けられた開口部の大きさを弁体の移動によって変化させ、該開口部を通過する流体の流量を調節するバルブ装置であって、前記弁体は、駆動源であるモータと動力伝達機構を介して連繋され、該動力伝達機構は、前記モータの動力を前記弁体に伝達する出力部と、ソレノイドを駆動源とし該ソレノイドが励磁状態にあるときには前記モータと前記弁体との間における前記出力部を介した動力の伝達が可能な状態とする一方、該ソレノイドが非励磁状態にあるときには前記モータと前記弁体との間における前記出力部を介した動力の伝達を遮断するクラッチ手段と、前記ソレノイドが非励磁状態にあるときに前記開口部を閉鎖する方向へ前記弁体を移動させる前記出力部に設けられた弁体付勢手段とを備え、前記弁体付勢手段から前記動力伝達機構を介して前記モータに作用するトルクの大きさは、前記モータのディテントトルクの大きさよりも小さくなっており、前記クラッチ手段は、前記モータの動力を回転方向に受けるクラッチ部材を有し、該クラッチ部材は、前記ソレノイドの励磁・非励磁状態を切り替えることによりその軸線方向に移動するように設けられ、前記動力伝達機構は、前記出力部が前記モータの一方側に設けられるとともに、前記クラッチ手段が前記モータを間に挟んだ逆側である前記モータの他方側に設けられていることを要旨とするものである。
そして、前記動力伝達機構は、前記モータと回転中心が同じになるように前記モータの一方側に設けられ、前記出力部に連繋された第一歯車と、前記モータと回転中心が同じになるように前記モータの他方側に設けられ、前記クラッチ手段に連繋された第二歯車と、を含む差動歯車部を備え、前記ソレノイドが励磁状態にあるときには前記クラッチ手段を介して前記第二歯車が拘束されることにより、前記モータの動力が前記第一歯車から前記出力部を通じて前記弁体に伝達可能な状態となる一方、前記ソレノイドが非励磁状態にあるときには前記第二歯車が非拘束状態となることにより、前記モータの動力が前記第一歯車に伝達されずに前記第二歯車に伝達される状態となるように構成されていればよい。

かかる構成を備える本発明に係るバルブ装置は、停電や配線の断線等によりモータおよびソレノイドへの電力供給が遮断された場合、次のように動作する。まず、ソレノイドが非励磁状態となることから、クラッチ手段はモータと弁体との間における動力伝達機構による動力の伝達を遮断する（以下、この状態をクラッチが「断」状態にあるということもある。これに対し、ソレノイドが励磁状態にあり、モータの動力が動力伝達機構を介して弁体に伝達される状態をクラッチが「継」状態にあるということもある。）。すると、弁体付勢手段の付勢力により、弁体は開口部を閉鎖する方向に移動する。このとき、クラッチは「断」状態にあり、モータと弁体との間の動力伝達機構は切り離された状態にあるから、弁体付勢手段によって開口部を閉鎖する方向に弁体が移動する際、モータのディテントトルクの影響がない。つまり、開口部を閉鎖するために必要な弁体付勢手段の付勢力を従来よりも小さくすることができる。具体的には、クラッチ手段より出力側に位置する動力伝達機構を構成する歯車等を逆転（弁体が閉鎖する方向に移動するときの動作をいうものとする。一方、弁体が開放する方向に移動するときの動作を「正転」というものとする。以下同じ。）させる付勢力があればよい。このように、弁体付勢手段の付勢力が小さくなれば、通常動作時において弁体付勢手段の付勢力に抗して開口部を開放する方向に弁体を移動させるモータの負荷が低減するため、装置の消費電力を従来よりも低減させることができる。したがって、本発明に係るバルブ装置を、電池を駆動源としている機器（一般的にガスコンロ等は電池を駆動源としているものが多い。）に用いた場合には、電池の交換頻度を抑えることができる。

また、上述した特許文献１の構成は、出力軸を介しモータ（ロータ）に対して付勢部材により常に閉方向に回転させようとする付勢力が働いているため、モータはこの付勢力に抗して弁体を所定の位置で保持させるトルク（以下、保持トルクということもある。）を出力し続けなければならず、通常動作時における装置全体の消費電力が大きいという問題もあった。一方、本発明は、弁体付勢手段から動力伝達機構を介してモータに作用するトルクの大きさをモータのディテントトルクよりも小さくしている（シャットダウン時にはクラッチが「断」状態となるため、モータのディテントトルクに抗して弁体を閉方向に付勢させる弁体付勢手段の付勢力は必要ない。したがって、弁体付勢手段の付勢力をモータのディテントトルクより小さくすることが可能。）。かかる構成を採用すれば、通常動作時において、弁体を所定位置まで移動させた後にモータを非励磁状態としても、モータに作用する弁体付勢手段の付勢力（トルク）がモータのディテントトルクを上回ることはないから、所定位置で弁体が保持される。つまり、モータは流量の大小を制御する際にのみ駆動させればよく、流量を一定にしているときにはその位置で弁体を保持させる保持トルクを出力し続ける必要がないため、従来と比較して消費電力を低減することができる。
また、クラッチの「継」「断」の切替が、モータの動力を回転方向に受けるクラッチ部材の軸線方向の移動によってなされるようにすれば、ソレノイドの動作方向であるクラッチ部材の軸線方向に掛かる力が小さくなるため、ソレノイドに掛かる負荷を小さくすることができ、ソレノイドの小型化、省電力化につながる。

また、前記動力伝達機構には、前記クラッチ手段よりも出力側に前記弁体の位置を検出する位置検出手段が設けられていればよい。

かかる構成によれば、弁体と位置検出手段の間にクラッチ手段が存在しないから、流路がシャットダウンされてクラッチが「断」状態となっても、弁体の実際の位置と、位置検出手段が検知する弁体の位置との関係が狂うことはない。したがって、シャットダウンする度に両者の位置関係を修正するといった作業を行うことなく、シャットダウンの原因が解消しさえすれば、即座にバルブ装置が搭載された機器の使用を再開することができる。

そして、前記弁体は、前記開口部に対して略平行に移動するように構成されていればよい。

このように弁体を開口部に対して略平行、すなわち開口部を通過する流体の流れに対して略直交する方向に移動するようにすれば、弁体が移動しているときに弁体に掛かる流体圧を小さくすることができる。そのため、モータや弁体付勢手段の出力を小さく設定することが可能となり、装置の小型化、省電力化につながる。

本発明に係るバルブ装置によれば、シャットダウン時にはソレノイドによって駆動されるクラッチが「断」状態となるため、モータのディテントトルクは開口部を閉鎖する方向に弁体を移動させる際の抵抗とならない。したがって、弁体を閉鎖方向に付勢する弁体付勢部材の付勢力を小さくすることが可能となり、その付勢力に抗して開口部を開放する方向に弁体を移動させるモータの負荷が低減するため、装置の省電力化につながる。

ソレノイドが非励磁状態にあるときの本実施形態に係るバルブ装置の断面図である。 ソレノイドが励磁状態にあるときの本実施形態に係るバルブ装置の断面図である。 図１および図２に示したバルブ装置が備える弁体（および弁座）の正面図である。 図１および図２に示したバルブ装置が備える遊星歯車部の分解斜視図である。 図１および図２に示したバルブ装置が備えるクラッチギアを下から見た外観斜視図である。 図５に示したクラッチギアが係合する係合溝を上から見た外観斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１および図２は、本実施形態に係るバルブ装置１の断面図であって、図１は後述のソレノイド５８が非励磁状態にあるとき、図２はソレノイド５８が励磁状態にあるときを示している。なお、以下の説明における上下方向とは、図１および図２における上下方向をいうものとする。

（全体構成の概略）
本実施形態に係るバルブ装置１は、その移動により流路９０を流れる流体の流量を変化させる弁体１０と、この弁体１０の駆動源となるモータ２０と、モータ２０の動力を弁体１０へ伝達するための動力伝達機構３０とを備える。このうち、モータ２０および動力伝達機構３０（ソレノイド５８を除く）は、ケース８０に収納されている。なお、ケース８０は、複数の部品が組み合わされてなるものであるが、その組合せ方等は特に限定されるものではない。以下の説明では、ケースを構成する全ての部品をまとめてケース８０と称する。

弁体１０は、その移動により流路９０に設けられた弁座９２の開口部９４の大きさを変化させる。これにより、流路９０を流れる流体の流量が調節される。その具体的な構成について、図１、図２に加えて弁体１０を下から見た図（図１および図２におけるＡ矢視図）である図３を参照して説明する。流路９０には、弁座９２が設けられている。図３に示すように、弁座９２には、点Ｐを対称の中心として点対称に位置する二つの開口部９４が設けられている。また、弁座９２は、弁座付勢ばね９６により下方向に押しつけられており、この弁座９２の下面に弁体１０が取り付けられている。弁体１０は、弁体連結軸６５の先端に固定され、モータ２０を駆動源として点Ｐを中心として回転する。

この弁体１０の回転によって弁体１０に覆われる開口部９４の大きさが変化するため、流路９０において、弁体１０側（開口部９４の下側）から弁座９２側（開口部９４の上側）へ流れる流体の流量が変化する。図３に示すように、本実施形態では、弁体１０を０度（全開）から３０度（全閉）の範囲内で回転させ、開口部９４の大きさを変化させることにより、流体の流量が調節される。

弁体１０の駆動源であるモータ２０は、ステッピングモータである。なお、ステッピングモータ以外のモータを適用することも可能である。かかるモータ２０は、ステータ２２およびロータ２４とを備える。ステータ２２は、駆動コイル２２１およびステータコア２２２を備える。ステータコア２２２は、内ステータコアと外ステータコアが上下に配設されてなる。ステータコア２２２は、駆動コイル２２１への給電により発生する磁界によって着磁し、その内側に位置するロータ２４を回転させる。

ロータ２４は、ロータ本体２４１とマグネット（永久磁石）２４２とを備える。具体的には、合成樹脂製のロータ本体２４１の外周にマグネット２４２が固定されており、ロータ本体２４１の内側には、動力伝達機構３０の一部である遊星歯車部４０が配設されている。

かかるモータ２０の動力は、動力伝達機構３０を介して弁体１０に伝達される。以下、この動力伝達機構３０の構成について説明する。動力伝達機構３０は、遊星歯車部４０と、クラッチ部（本発明におけるクラッチ手段に相当する。）５０と、出力部６０とを備える。また、出力部６０には、位置検出部（本発明における位置検出手段に相当する。）７０が設けられている。以下、各構成について詳細に説明する。

（遊星歯車部の構成）
遊星歯車部４０は、ロータ２４のロータ本体２４１の内側に設けられた差動歯車列である。かかる差動歯車列（差動機構）の作用については、後述のバルブ装置１の動作説明にて詳述する。図４は、この遊星歯車部４０の分解斜視図（上下方向に中央で切断した断面を示す。）である。なお、図４には、説明のためロータ２４も併せて記載している。図１、図２および図４に示すように、遊星歯車部４０は、二つの遊星歯車４２、この遊星歯車４２と噛合する下歯車４４、および同じく遊星歯車４２と噛合する上歯車４６を備える。

図４の分解斜視図から分かるように、二つの遊星歯車４２は、それぞれ遊星歯車用支軸４２１に回転自在に支持される。ロータ本体２４１には、その下端部に第一の遊星歯車支持部２６が形成されている。第一の遊星歯車支持部２６には、二つの下固定孔２６１が形成されており、遊星歯車４２が支持された遊星歯車用支軸４２１の一端（下端）がこの下固定孔２６１に嵌め込み固定されている。一方、遊星歯車用支軸４２１の他端（上端）は、ロータ本体２４１とは別に成形された第二の遊星歯車支持部２８に形成された二つの上固定孔２８１のそれぞれに固定される。具体的には、遊星歯車用支軸４２１の一端を下固定孔２６１に嵌め込んだ後、第二の遊星歯車支持部２８の突起２８３をロータ本体２４１に設けられた取付孔２４１ｂに嵌め込んで取り付けることにより、遊星歯車用支軸４２１の上端が上固定孔２８１に固定される。つまり、ロータ本体２４１と一体的に形成された第一の遊星歯車支持部２６、およびロータ本体２４１に固定された第二の遊星歯車支持部２８が、二つの遊星歯車４２を連結するキャリアを構成する。

また、第一の遊星歯車支持部２６および第二の遊星歯車支持部２８のそれぞれの中央には、軸孔２６２および軸孔２８２が形成されている。この軸孔２６２および軸孔２８２には、ケース８０に形成された支持孔８１、８２に固定された遊星キャリア用支軸２４３（図４には図示せず。図１および図２参照。）が挿通されている。つまり、ロータ２４は、ステータ２２から発生する磁界により、遊星キャリア用支軸２４３を中心として回転する。このロータ２４の回転により、第一の遊星歯車支持部２６および第二の遊星歯車支持部２８に固定された二つの遊星歯車４２は、ロータ２４の回転中心（遊星キャリア用支軸２４３の軸線）を中心として公転する。

下歯車４４は、円筒部４４１と大径部４４２とからなり、その中央には円筒部４４１の内底面から大径部４４２にかけて貫通した支持孔４４３が形成されている。この支持孔４４３にケース８０に形成された支持突起８５が挿通されることにより、下歯車４４は回転自在に支持されている。支持突起８５の中央には、遊星キャリア用支軸２４３が固定されている。つまり、支持突起８５の軸線は、遊星キャリア用支軸２４３の軸線と一致し、下歯車４４とロータ２４の回転中心は同一である。下歯車４４の円筒部４４１の内側には、内歯４４１ａが形成されており、ロータ２４の回転に伴って公転する二つの遊星歯車４２と噛合している。一方、大径部４４２の外周には、外歯４４２ａが形成されている。

大径部４４２の外歯４４２ａは、クラッチ伝達ギア４８の小径歯車部４８ａと噛合している。クラッチ伝達ギア４８は、ケース８０に形成されたクラッチ伝達ギア用支持軸８８に回転自在に支持されている。このクラッチ伝達ギア４８の大径歯車部４８ｂは、クラッチ部５０を構成するクラッチギア５２の外歯５２１ａと噛合している。

上歯車４６は、円筒部４６１と小径部４６２とからなり、その中央には円筒部４６１の内底面から小径部４６２にかけて貫通した支持孔４６３が形成されている。この支持孔４６３に挿通された遊星キャリア用支軸２４３により、上歯車４６は回転自在に支持されている。つまり、上歯車４６の回転中心は、ロータ２４および下歯車４４と同じである。上歯車４６の円筒部４６１の内側には、内歯４６１ａが形成されており、ロータ２４の回転に伴って公転する二つの遊星歯車４２と噛合している。一方、小径部４６２の外周には、外歯４６２ａが形成されている。

（クラッチ部の構成）
クラッチ部５０は、遊星歯車部４０の差動機構を利用して、モータ２０の動力が出力部６０を介して弁体１０に伝わる状態とするか、あるいはモータ２０の動力が弁体１０に伝わらない状態とするかを切り替える役割を果たす。例えば、停電や配線の断線等の非常時には、強制的にモータ２０の動力が弁体１０に伝わらない状態とする。このクラッチ部５０は、図１および図２に示すように、クラッチギア５２（本発明におけるクラッチ部材に相当する。）と、クラッチ切断用ばね５４と、作動軸５６と、ソレノイド５８とを備える。なお、以下で説明するように、本実施形態ではクラッチを「継」状態とする際、ケース８０に形成された係合溝８６を利用するため、ケース８０もクラッチ部５０に含まれる。

クラッチギア５２は、円筒部５２１と円板部５２２とを有し、ケース８０に設けられた支持軸８４に挿通されることにより、支持軸８４の軸線を中心として回転可能かつ上下方向にスライド可能に取り付けられている。上述したように、円筒部５２１の外周に形成された外歯５２１ａは、クラッチ伝達ギア４８の大径歯車部４８ｂと噛合している。つまり、下歯車４４の回転は、クラッチ伝達ギア４８を介してクラッチギア５２に伝達される。また、図５に示すように、クラッチギア５２の円板部５２２の下端面からは、円周上等間隔に係合突起５２２ａが形成されている。

これに対応して、ケース８０における円板部５２２と対向する箇所には、係合突起５２２ａと同数の係合溝８６が形成されている。図６は、この係合溝８６を上から見た外観斜視図である。係合溝８６の大きさは、係合突起５２２ａより若干大きく、クラッチギア５２が下方向にスライドすると、係合突起５２２ａと係合溝８６とが一対一の関係で係合するようになっている。このように両者が係合すると、クラッチギア５２は回転不能となる。後の動作説明で述べるように、本実施形態ではモータ２０から出力部６０への動力伝達に遊星歯車部４０の差動機構を利用しているため、クラッチギア５２が回転不能となることにより、クラッチは「継」状態となる。

クラッチ切断用ばね５４は、クラッチが「継」状態にあるときにクラッチギア５２を上方向に付勢する部材である。具体的には、クラッチ切断用ばね５４は、ケース８０の支持軸８４に挿通され、ケース８０とクラッチギア５２の円板部５２２の下端面との間に挟まれた状態で配設される。このように配設されたクラッチ切断用ばね５４は、クラッチギア５２が下方向にスライドすることによって縮み、クラッチギア５２を上方向に付勢する。つまり、クラッチギア５２の係合突起５２２ａと係合溝８６とが係合した状態にある場合、クラッチ切断用ばね５４は、その係合を切り離す方向、すなわちクラッチを「断」状態とする方向にクラッチギア５２を付勢する。

作動軸５６は、ソレノイド５８の動力をクラッチギア５２に伝達するための部材であり、円形の係合板５６１と、この係合板５６１から突出した複数の連結軸部５６２とを有する。係合板５６１の中央には、クラッチギア５２の円筒部５２１より大きい貫通穴５６１ａが形成されている。図１および図２に示すように、作動軸５６は、貫通穴５６１ａを通してクラッチギア５２の円筒部５２１を上方に突出させ、クラッチギア５２の円板部５２２を上から覆うように位置する。

連結軸部５６２は、ケース８０に形成されたガイド穴８７に挿通される。連結軸部５６２の先端には、内側に向かって突出した爪片５６２ａが形成されている。作動軸５６は、この爪片５６２ａを利用して連結板５５と連結されている。具体的には、連結軸部５６２を連結板５５に貫通させ、先端の爪片５６２が連結板５５の下面に当接するようにして連結されている。このように連結することで、作動軸５６に作用する上方向の力が連結板５５に作用し、連結板５５に作用する下方向の力が作動軸５６に作用する。すなわち、互いに引っ張り合う方向にのみ力が作用し合うことになる。

ソレノイド５８は、クラッチを「継」状態とするために作動軸５６を移動・保持させる駆動源であって、駆動コイル５８２と、その内側に配設された出力軸５８１とを有する。駆動コイル５８２に通電する（駆動コイル５８２に通電した状態を励磁状態といい、駆動コイル５８２に通電していない状態を非励磁状態という。）と、発生する磁界により出力軸５８１がその軸線方向下向きに移動する。出力軸５８１の先端には突起５８１ａが形成されており、その突起５８１ａには連結板５５が固定されている。

かかる構成とすることにより、ソレノイド５８、連結板５５、作動軸５６、およびクラッチギア５２は、それぞれが次のように作用し合う。図１に示すソレノイド５８の非励磁状態から駆動コイル５８２に通電し出力軸５８１が下方向に移動すると、連結板５５を介して作動軸５６が下方向に移動する。作動軸５６が下方向に移動すると、作動軸５６の係合板５６１がクラッチギア５２を押し下げ、クラッチギア５２の係合突起５２２ａと係合溝８６が係合し図２に示す状態となる。これに対し、図２に示すソレノイド５８の励磁状態から駆動コイル５８２への通電を停止すると、クラッチ切断用ばね５４の付勢力によりクラッチギア５２が上方に移動する。これに伴い作動軸５６も上方向に移動し、連結板５５を介して出力軸５８１が上方向に移動し図１に示す状態となる（出力軸５８１が原位置に戻る。）。

（出力部の構成）
出力部６０は、遊星歯車部４０の差動機構を利用して上歯車４６に伝達されたモータ２０の動力を弁体１０に伝達する構成を有する。具体的には、第一の出力歯車６２と、第二の出力歯車６４と、弁体付勢ばね６６（本発明における弁体付勢手段に相当する。）とを備える。

第一の出力歯車６２は、相対的に大径の大径歯車部６２１ａと、相対的に小径の小径歯車部６２２ａとを有する複合歯車であり、ケース８０に取り付けられた第一の出力歯車用支持軸６３に回転自在に支持されている。第一の出力歯車６２の大径歯車部６２１ａは、上歯車４６の外歯４６２ａと噛合している。この第一の出力歯車６２は、モータ２０の出力を、第二の出力歯車６４だけでなく、位置検出部７０にも伝達する役割を果たす。

第二の出力歯車６４は、相対的に大径の大径部６４１と、相対的に小径の小径部６４２とを有し、ケース８０に設けられた第二の出力歯車用支持軸８９に回転自在に支持されている。大径部６４１の外周には、歯車部６４１ａが形成されており、第一の出力歯車６２の小径歯車部６２２ａと噛合している。一方、小径部６４２の一部はケース８０より突出し、その先端には弁体連結軸６５が固定されている。弁体１０は、この弁体連結軸６５を介して第二の出力歯車６４と連結されており、第二の出力歯車６４と一体的に回転する。

第二の出力歯車６４の大径部６４１には、所定深さの円形状の溝が形成されており、この溝に弁体付勢ばね６６が収納されている。弁体付勢ばね６６は、第二の出力歯車６４を回転方向に付勢するねじりコイルばねである。その付勢方向は、第二の出力歯車６４と一体的に回転する弁体１０が、流体の流路である開口部９４を閉鎖する方向に回転（移動）する方向（図３（ａ）における左回転方向）になるように設定され、その付勢力は、動力伝達機構３０を介してモータ２０に作用するトルクの大きさが、モータ２０のディテントトルクよりも小さくなるように設定されている。

この弁体付勢ばね６６は、必ず第二の出力歯車６４に取り付けなければならないものではないが、クラッチが「断」状態にあるときに弁体付勢ばね６６の付勢力がモータ２０に作用しないようにするため、クラッチ部５０（クラッチギア５２）より出力側に設ける必要がある。「クラッチ部５０より出力側」とは、動力伝達機構３０において、クラッチが「継」状態となることによってはじめてモータ２０の動力が伝達される部分をいう。後述の「バルブ装置の動作」説明を参照すれば分かるように、本実施形態における「クラッチ部５０より出力側」に位置する部材としては、上歯車４６と、出力部６０を構成する各部材が該当する。つまり、弁体付勢ばね６６は、例えば第一の出力歯車６２に取り付けられていてもよい。

（位置検出部の構成）
位置検出部７０は、弁体１０の回転角度（回転位置）を検出するための構成である。本実施形態では、ポテンショメータ７２によって被検出軸７４の回転を検出する構成を有する。

被検出軸７４は、ケース８０に設けられた被検出軸支持孔８３に回転自在に支持されている。このケース８０に支持された部分の近傍には、歯車部７４２が設けられている。この歯車部７４２が第一の出力歯車６２の大径歯車部６２１ａと噛合している。したがって、被検出軸７４は、第一の出力歯車６２の回転に伴って回転する。

ポテンショメータ７２は、バルブ装置１を制御する制御基板９９上に実装されており、被検出軸７４の回転角度を検出する。この被検出軸７４の回転角度を検出することにより、弁体１０の回転角度が算出できる。なお、弁体１０の回転角度の算出にあたっては、第一の出力歯車６２、第二の出力歯車６４、および被検出軸７４が構成する歯車輪列の減速比を考慮する。このようにして弁体１０の回転角度を検出することにより弁体１０に覆われていない開口部９４の大きさが得られ、当該開口部９４を通過する流体の流量が算出できる。

かかる構成を有する位置検出部７０は、第一の出力歯車６２と連動して回転する被検出軸７４の回転角度を検出するが、検出対象となる部材は、クラッチ部５０より出力側に位置するものでなければならない。「クラッチ部５０より出力側」とは、前述した通りである。つまり、位置検出部７０は、上歯車４６、または出力部６０を構成する各部材のうち、いずれか（被検出軸７４のように、これらの部材と連動して動く部材を含む。）の回転角度を検出するものである必要がある。

（バルブ装置の動作）
以上のような構成を備えるバルブ装置１の動作について、一部上記説明と重複するが詳細に説明する。以下の動作説明は、１）通常時（停電や配線の断線等が発生しておらず、モータ２０やソレノイド５８が制御可能な状態にあるとき）における動作と、２）非常時（停電や配線の断線等により、モータ２０やソレノイド５８が制御不可能な状態にあるとき）における動作に分けて説明する。

１）通常時における動作
制御基板９９に搭載された制御装置は、流体の流量を変更する際、まずソレノイド５８の駆動コイル５８２に通電し、ソレノイド５８を励磁状態とする。ソレノイド５８が励磁状態となると、出力軸５８１が下方向に移動する。出力軸５８１が下方向に移動すると、出力軸５８１に固定されている連結板５５および連結板５５に係合する作動軸５６を介し、クラッチギア５２がクラッチ切断用ばね５４の付勢力に逆らって下方向に移動する。クラッチギア５２が下方向に移動すると、クラッチギア５２の外歯５２１ａがケース８０の係合溝８６に係合し、クラッチギア５２は回転不能（拘束状態）となる（図２参照）。

クラッチギア５２が回転不能となった後、モータ２０の駆動コイル２２１に通電し、ロータ２４を回転（正転）させる。ロータ２４が回転すると、ロータ２４の内側に配設されている二つの遊星歯車４２が公転する。この遊星歯車４２は、その外側に位置する下歯車４４の内歯４４１ａと、上歯車４６の内歯４６１ａの二つと噛合している。このうち一方の下歯車４４は、拘束された状態にあるクラッチギア５２とクラッチ伝達ギア４８を介して連繋されているため、拘束された状態にある。つまり、公転する遊星歯車４２の動力は、固定された歯車である下歯車４４には出力されず、上歯車４６（出力部６０側）に出力される。

このように、モータ２０の動力は、遊星歯車部４０によって構成される差動機構を利用して上歯車４６に出力される。つまり、クラッチ部５０によってクラッチギア５２を拘束された状態、すなわちクラッチを「継」状態とすれば、モータ２０の動力は全て上歯車４６に伝達される。

なお、ソレノイド５８が非励磁状態であって、クラッチが「断」状態にあるときにロータ２４が回転すると、クラッチギア５２は拘束されていないため、モータ２０の動力のほとんどが下歯車４４（クラッチ部５０側）に出力され、上歯車４６には出力されない。弁体１０に流体圧等が掛かっている出力部６０側の抵抗と比較し、クラッチ部５０側の抵抗が非常に小さいため、遊星歯車部４０の差動機構により、モータ２０の動力がクラッチ部５０側に出力され、下歯車４４、クラッチ伝達ギア４８、およびクラッチギア５２が空回りしてしまうことになるからである。

このようにしてモータ２０の動力が伝達された上歯車４６が回転すると、上歯車４６の外歯４６２ａに噛合する大径歯車部６２１ａを有する第一の出力歯車６２が回転する。第一の出力歯車６２が回転すると、第一の出力歯車６２の小径歯車部６２２ａと噛合する歯車部６４１ａを有する第二の出力歯車６４が回転する。第二の出力歯車６４の小径部６４２の先端には、弁体連結軸６５を介して弁体１０が固定されているため、第二の出力歯車６４と一体的に弁体１０が回転する。

このとき、第一の出力歯車６２の小径歯車部６２２ａと噛合する歯車部７４２を有する被検出軸７４も回転するから、ポテンショメータ７２によって弁体１０の回転角度が検出される。制御装置は、弁体１０が所定角度まで回転し、開口部９４が目標とする流量を実現する大きさとなったことをもって、モータ２０の駆動コイル２２１への通電を停止する。

本実施形態では、このように駆動コイル２２１への通電を停止しても、第二の出力歯車６４に取り付けられた弁体付勢ばね６６によって開口部９４を閉鎖する方向に付勢されている弁体１０が、開口部９４を閉鎖する方向に動くことはない。これは、上述したように、弁体付勢ばね６６から動力伝達機構３０を介してモータ２０に作用するトルクの大きさが、モータ２０のディテントトルクよりも小さくなるように設定されているからである。つまり、本実施形態では、モータ２０によって所定位置まで弁体１０を回転させた後、モータ２０を非励磁状態としても、弁体付勢ばね６６の付勢力によってモータ２０が逆転してしまうことがなく、弁体１０の位置がそのまま保持される。

よって、制御基板９９に設けられた制御装置は、ソレノイド５８の駆動コイル５８２にのみ通電し続け、弁体１０の位置をそのまま保持する。そして、再び流量を変化させる必要が生じた場合には、モータ２０のロータ２４を回転（流量を大きくする場合は正転、小さくする場合は逆転）させ、目標流量を実現する位置まで弁体１０を回転させる。

２）非常時における動作
停電や配線の断線等が発生した場合、ソレノイド５８への通電が停止する。そうなると、連結板５５や作動軸５６を介してクラッチギア５２を下向きに引っ張っていたソレノイド５８の力が無くなり、クラッチ切断用ばね５４の付勢力によってクラッチギア５２は上方向に移動する。これにより、クラッチギア５２の外歯５２１ａがケース８０の係合溝８６から外れ、クラッチギア５２の拘束が解かれる。

クラッチギア５２の拘束が解かれると、このクラッチギア５２にクラッチ伝達ギア４８を介して連繋されている下歯車４４の拘束も解かれる。このようにクラッチが「断」状態となると、モータ２０と弁体付勢ばね６６との間における動力伝達機構３０による動力の伝達が切断された状態となるため、モータ２０のディテントトルクが弁体付勢ばね６６の付勢力に作用しない。つまり、モータ２０のディテントトルクによって所定の位置に保持されていた弁体１０は、弁体付勢ばね６６の付勢力によって開口部９４を閉鎖する方向に回転し、流体の流れが遮断される。

このように、本実施形態では、弁体付勢ばね６６から動力伝達機構３０を介してモータ２０に作用するトルクの大きさが、モータ２０のディテントトルクよりも小さくなるように設定されているため、通常時、すなわちクラッチが「継」状態にある場合には、モータ２０の駆動コイル２２への通電を停止しても弁体１０は、開口部９４を閉鎖する方向に移動しない。しかし、弁体付勢ばね６６は、クラッチが「断」状態にある場合における動力伝達機構３０の輪列負荷に逆らって弁体１０を回転させることができる付勢力は備えているため、クラッチが「断」状態となる非常時には、弁体付勢ばね６６が弁体１０を開口部９４を閉鎖する方向に回転させる。

（本実施形態の効果）
本実施形態に係るバルブ装置１によれば、停電や配線の断線等により、非常時にはソレノイド５８が非励磁状態となることから、クラッチは「断」状態となり弁体１０とモータ２０とを連繋する動力伝達機構３０は切り離された状態になる。そのため、開口部９４を閉鎖する方向に弁体１０を付勢する弁体付勢ばね６６の付勢力に対抗する力として、モータ２０のディテントトルクが寄与しない。つまり、開口部９４を閉鎖するために必要な弁体付勢ばね６６の付勢力を、モータ２０のディテントトルクが寄与しない分従来よりも小さくすることができる。このように弁体付勢ばね６６の付勢力が小さくなれば、通常動作時において、弁体付勢ばね６６の付勢力に抗して弁体１０を移動させるモータ２０の負荷が低減するため、従来よりも装置の消費電力が抑えられる。

また、本実施形態では、シャットダウン時に弁体１０が開口部９４を閉鎖する方向に移動するとき、モータ２０のディテントトルクの影響を受けないため、弁体付勢ばね６６から動力伝達機構３０を介してモータ２０に作用するトルクの大きさを、モータ２０のディテントトルクより小さくすることができる。このようにすれば、通常動作時において、弁体１０を所定位置まで移動させた後にモータ２０を非励磁状態としても、モータ２０に作用する弁体付勢ばね６６の付勢力（トルク）がモータ２０のディテントトルクを上回ることはないから、モータ２０が非励磁状態であっても所定位置で弁体１０を保持することができる。したがって、モータ２０は流量の大小を調節する際にのみ駆動させればよく、流量を一定にしているときには保持トルクを出力し続ける必要がない。よって、従来と比較して消費電力を低減することができる。

また、バルブ装置１には、クラッチ部５０（クラッチギア５２）よりも出力側に、弁体１０の位置を検出するポテンショメータ７２を有する位置検出部７０が設けられている。かかる構成により、弁体１０と位置検出部７０の間で動力伝達機構３０が切り離されることがないから、非常時に流路９０がシャットダウンされても、弁体１０の位置と位置検出部７０が検知する弁体１０の位置関係が狂うことはない。したがって、バルブ装置１（バルブ装置１が搭載された機器）の使用を再開するときに、弁体１０の実際の位置と、位置検出部７０が検知する弁体１０の位置のずれを修正するといった作業は必要なく、シャットダウンした原因となった問題が解消しさえすれば、即座にその使用を再開することができる。

また、クラッチギア５２は、その回転により動力が伝達されるように構成されている一方、ソレノイド５８の励磁・非励磁状態を切り替えることによりその軸線方向に上下動し、係合突起５２２ａと係合溝８６との係合・非係合が切り替えられるように構成されている。このように、クラッチの「継」「断」の切替が、「回転方向」に力を受けるクラッチギア５２の「軸線方向」の移動によってなされるようにすれば、クラッチギア５２を軸線方向に駆動させるソレノイド５８に掛かる負荷を小さくすることができ、ソレノイド５８の小型化、省電力化につながる。

そして、流量を変化させる際、弁体１０は、開口部９４が形成された弁座９２上を移動（回転）する。このように、開口部９４に対して略平行、すなわち開口部９４を通過する流体の流れに対して略直交する方向に移動するようにすれば、弁体１０が移動するときに掛かる流体圧の影響を小さくすることができる。そのため、弁体１０を移動させるモータ２０や弁体付勢ばね６６の出力を小さくすることができ、装置の小型化、省電力化につながる。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら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で種々の改変が可能である。

例えば、本実施形態では、動力伝達機構３０は、遊星歯車部４０が構成する差動機構を利用し、クラッチが「継」状態にある場合には、モータ２０の動力が出力部６０に伝達される構成であることを説明したが、このような差動機構を用いなくともよい。例えば、単純な歯車輪列を構成し、そのうちの一の歯車をソレノイド等の駆動源により駆動させることで、クラッチの「継」「断」を切り替えるような構成としてもよい。

１ バルブ装置
１０ 弁体
２０ モータ
３０ 動力伝達機構
４０ 遊星歯車部
５０ クラッチ部
５２ クラッチギア
５８ ソレノイド
６０ 出力部
６６ 弁体付勢ばね
７０ 位置検出部
９０ 流路
９２ 弁座
９４ 開口部

Claims (4)

1. 流路に設けられた開口部の大きさを弁体の移動によって変化させ、該開口部を通過する流体の流量を調節するバルブ装置において、
   前記弁体は、駆動源であるモータと動力伝達機構を介して連繋され、
   該動力伝達機構は、前記モータの動力を前記弁体に伝達する出力部と、ソレノイドを駆動源とし該ソレノイドが励磁状態にあるときには前記モータと前記弁体との間における前記出力部を介した動力の伝達が可能な状態とする一方、該ソレノイドが非励磁状態にあるときには前記モータと前記弁体との間における前記出力部を介した動力の伝達を遮断するクラッチ手段と、前記ソレノイドが非励磁状態にあるときに前記開口部を閉鎖する方向へ前記弁体を移動させる前記出力部に設けられた弁体付勢手段とを備え、
   前記弁体付勢手段から前記動力伝達機構を介して前記モータに作用するトルクの大きさは、前記モータのディテントトルクの大きさよりも小さくなっており、
   前記クラッチ手段は、前記モータの動力を回転方向に受けるクラッチ部材を有し、該クラッチ部材は、前記ソレノイドの励磁・非励磁状態を切り替えることによりその軸線方向に移動するように設けられ、
   前記動力伝達機構は、前記出力部が前記モータの一方側に設けられるとともに、前記クラッチ手段が前記モータを間に挟んだ逆側である前記モータの他方側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のバルブ装置。
2. 前記動力伝達機構は、
   前記モータと回転中心が同じになるように前記モータの一方側に設けられ、前記出力部に連繋された第一歯車と、
   前記モータと回転中心が同じになるように前記モータの他方側に設けられ、前記クラッチ手段に連繋された第二歯車と、
   を含む差動歯車部を備え、
   前記ソレノイドが励磁状態にあるときには前記クラッチ手段を介して前記第二歯車が拘束されることにより、前記モータの動力が前記第一歯車から前記出力部を通じて前記弁体に伝達可能な状態となる一方、
   前記ソレノイドが非励磁状態にあるときには前記第二歯車が非拘束状態となることにより、前記モータの動力が前記第一歯車に伝達されずに前記第二歯車に伝達される状態となることを特徴とする請求項１に記載のバルブ装置。
3. 前記動力伝達機構には、前記クラッチ手段よりも出力側に前記弁体の位置を検出する位置検出手段が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のバルブ装置。
4. 前記弁体は、前記開口部に対して略平行に移動するように設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のバルブ装置。

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