JPH0133714B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は給湯機や暖房機に用いられるガス燃焼
装置の燃焼量調節を行うガス制御弁に関する。

従来例の構成とその問題点 給湯や暖房の負荷に応じてガス燃焼量を連続的
に調節する制御弁に完全閉塞の機能を付加するこ
とによつて、制御弁と共に用いていた電磁弁を省
略し燃焼機器の小型化を図る試みがある。

第１図は、このような目的に利用される従来例
であつて、コイル１０１に吸引されるプランジヤ
１０２と連動して軸線方向に移動するピストン１
０３がガス通路孔に臨んでおり、弁座１０４とピ
ストン１０３に設けられたゴムパツキン１０５と
で閉塞している。ピストン１０３が上方へ移動す
るに従つて小孔１０６、大孔１０７がガス通路と
なる。１０８はピストン１０３とプランジヤ１０
２との間を気密シールする上ダイヤフラムであ
り、１０９はピストン１０３の下端を通路孔中心
位置に保持するための下ダイヤフラムである。更
に、１１０は閉塞方向に付勢したスプリングであ
り、１１１は流入口、１１２は流出口である。

コイル１０１への通電が無ければスプリング１
１０の力でゴムパツキン１０５が弁座１０４へ押
圧されて閉塞状態にある。コイル１０１への電流
が増加するに従つてピストン１０３が上方へ移動
し、水孔１０６を通つて流れるようになり、やが
て大孔１０７を通る位置に至れば最大流量とな
る。このように、電流によつて流量を調節できる
ものであるが制御精度の面から次のような問題が
あつた。

微少なピストン１０３の位置変化によつて流量
変化を生じるものなので、プランジヤ１０２やピ
ストン１０３の可動部と固定部との間の摩擦によ
つて電流変化に対する流量変化の関係にヒステリ
シスや不感帯を生じる。又、少流量側では、流量
調節用の小孔１０６の通過面積よりも、開閉用の
弁座１０４での通過面積の方が少い領域があり、
この領域では特にピストン１０３の微少な位置変
化が大きな流量変化を生じるもので、僅かな製作
誤差でも影響を受ける。この結果、通電電流値と
流量の関係は直線性に乏しいことはもちろん、品
物間のバラツキも多いものである。従つて、電流
値によつてガス流量を代表させて、例えば空燃比
制御を行うといつたことも不可能であつた。

ガス燃焼量を調節する方法として、前述のよう
に電流値をアナログ変化させる他に、燃焼に影響
を及ぼさない範囲でガス通路の開、閉を繰り返し
その比率や周期を制御する方法がある。第１図の
従来例は、このような使い方も可能であるが、閉
位置においてゴムパツキン１０５が弁座１０４に
衝突するので、騒音を生じる上に耐久性も悪い。
衝突しない範囲で最大開度を繰り返すことも考え
られるが、プランジヤ１０２の運動範囲を精度良
くコントロールすることは第１図の従来例では極
めて困難である。

発明の技術的課題 燃焼機器の小型化に役立つように、閉塞可能な
ガス流量の制御弁で、制御精度を高く確保するこ
とと、騒音発生などの副作用を生じないことが本
発明の技術的課題である。この課題解決のために
本発明では開閉動作の方向と、調節動作の方向を
分離することによつて達成するものである。

発明の技術的手段 前述の課題達成のために本発明では、径方向の
調節孔及び軸線方向の弁孔を有するハウジング
と、前記ハウジングの中に位置して回転により前
記調節孔の面積を調節すると共に軸線方向への移
動で前記弁孔を開閉すると弁体と、前記弁体と一
体に動くモータのロータと、前記弁体を閉塞方向
に附勢するスプリングと、閉塞位置でのロータの
磁気的中心よりも開弁方向へ変位させて設けたモ
ータのステータとから構成した制御弁である。

発明の作用 ステータへの通電が無い時はスプリングによつ
て弁体がハウジングの弁孔へ押圧されて閉塞して
いる。そして、通電されるロータはその磁気的中
心が軸線方向にずれているため、ステータの方向
へ吸引され弁孔は開弁状態となる。軸線方向には
ステータとロータの磁気的中心が一致した位置に
おいて、ステータのコイルへの通電方法を変える
とロータは回転し、同時に弁体も回転してハウジ
ングの調節孔開度を変化させることができる。回
転によつて開度調節するもので閉塞のための弁座
に衝突することがない。又、弁孔は常に全開の状
態で調節孔の開度のみが変わるので、調節孔の開
度のみでガス流量が決定される。

実施例の構成 次に本発明の具体例を用いて詳細に説明を行
う。第２図は本発明の一実施例に於ける縦断面図
で、同図のＡ―Ａ線横断面を第３図に示した。第
４図は同実施例において開弁状態を示した縦断面
図である。又、第５図は第４図はＢ―Ｂ線横断面
図でガス流量調節動作を示している。これらの図
において、入口１から調節孔２を通つてシリンダ
室３に入り、弁孔４から出口５へ通るガス通路を
有するハウジング６があり、そのシリンダ室３に
は、シリンダ室３の内径より僅かに小さい外径を
有し、下方が開いた穴７を形成した調節筒８が設
けられ、軸方向と回転方向に移動自在である。調
節筒８の外径には、調節孔２とほぼ等しい大きさ
の開孔９が径方向に設けられている。一方、穴７
の下端には透孔１０を有する板１１が固着されて
おり、板１１にかしめられた軸１２の先端に弁ゴ
ム１３が取付けられている。弁ゴム１３は当て板
を介してバネ１４で下方へ附勢されている。これ
ら調節筒８や軸１２や弁ゴム１３によつて弁体１
５が構成されている。次に、ハウジング６のシリ
ンダ室３の上方には、シリンダ室３を同心の密封
ケース１６が固定されていて、ハウジング内のガ
ス流路と外部との気密を保持している。そして密
封ケース１６の内側には調節筒８の上部に固着さ
れたロータ１７があり、回転・軸線方向移動がと
もに自由な状態で収納されている。密封ケース１
６の外周にはステータ１８が設けられていて、第
２図のような閉塞位置ではロータ１７の磁気的中
心より上方へ、すなわち開弁方向へずれた位置に
固定される。又、弁体１５に対しては閉塞方向に
附勢されたスプリング１９が弁体１５の回転中心
に力を加えるように設けられている。

ロータ１７は４ケの突極２０，２０′，２１，
２１′が形成してあり、ステータ１８は対称形の
６ケの磁極２２，２２′，２３，２３′，２４，２
４′が形成され、各々にコイル２５，２５′，２
６，２６′２７，２７′が巻回されている。

次に、第６図には本発明の他の実施例の縦断面
図を示した。これは開弁状態を示したもので、第
２図から第５図に示した実施例と同一部分には同
一番号を付与している。ここで、密形ケース１６
の上端には軸受ケース２８が気密固着されてい
て、スプリング１９と共に軸受２９が収納されて
いる。一方、ハウジング６の下端にも軸受３０が
収納されている。この両軸受２９と３０に軸支さ
れて軸３１があり、この軸３１にロータ１７と調
節筒８と弁ゴム１３が取付けられて、一体となつ
て上下動と回転を行うものである。ロータ１７と
ステータ１８の磁極形成は第３図と同様であり、
軸方向に閉塞位置ではズレているのも同様であ
る。

実施例の効果 ステータ１８のコイル群に無通電の状態ではス
プリング１９の力によつて弁体１５は弁孔４に対
して押圧され、弁ゴム１３がガス通路を閉塞す
る。この時に、弁ゴム１３と弁孔４の平行度が狂
つているとガス漏れを生じるが、本発明の実施例
では弁ゴム１３と軸１２又は３１との密着点を中
心に多少の首振り運動が可能である上、バネ１４
が作用しているので、弁ゴム１３が弁孔４に添う
ようになつて閉塞が保たれる。次に、ステータ１
８のコイル２５，２５′に通電すると、磁極２２
からロータの突極２１，２１′を通つて磁極２
２′へ抜ける磁束が生じ、回転方向のトルクは生
じない磁気抵抗がより少くなる位置へ移動する力
を生じる。すなわち、軸方向に第４図又は第６図
の位置へ変位することによつて、制御弁としては
最大状態である。ここで、コイルへの通電を切り
換えると弁体１５全体が回転する。すなわち、コ
イル２６，２６′へ通電すると磁極２３，２３′は
至近距離にあるロータ１７の突極２０，２０′を
吸引して、時計方向に30度回転する。これが第５
図Ｂの状態でハウジング６の調節孔２と調節筒８
に設けた開孔９の両者が一致する面積は減少し
た。次に、通電対称をコイル２７，２７′へ切換
えると、磁極２４，２４′はロータの突極２１′，
２１を吸引して時計方向に更に30度回転し、第５
図Ｃの位置となる。更に通電を２５，２５′のコ
イルに戻すと磁極２２，２２′はロータの突極２
０，２０′を吸引して更に30度回転するので、初
期から合計90度回転したことになる。これが第５
図Ｄ位置であつて、通路抵抗は最も高く、ガス流
量としては最小状態である。次に、コイルへの通
電を２７，２７′へ、次に２５，２５′へと切り変
えて行くことによつて、第５図のＡの位置へ戻つ
てくる。このように、通電対象コイルを図示して
いないコントローラで切換えることによつて弁体
１５は90度の範囲内での回転往復運動を行うこと
になる。この間、ロータ１７は軸線方向にも吸引
力を受けた状態なので、第４図又は第６図のよう
にスプリング１９に打勝ち弁孔４は開放状態のま
まである。従つて、通過ガス量は調節孔２と開孔
９の部分での位置関係のみで決められる。

弁体１５の回転方向の力に対してはスプリング
のような反力を生じるものがなく、通電対象のコ
イルによつてロータの回転位置すなわち調節孔２
の開度が決められる。従つて、ガス流量の調節方
法は、第５図のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４状態の組合せ
及び、Ａ，Ｂ間の繰り返し、Ａ，Ｂ，Ｃ間の繰り
返えし、Ｂ，Ｃ，Ｄ間の繰り返えし等々、複数の
開度を時間的な比率を変更しながら平均ガス流量
を可変する方法が可能となつて、実に広いガス流
量調節幅が得られる。同時に、コイルへの通電条
件がガス流量を代表する値となるので、例えば、
燃焼空気を供給する送風機の回転数と関連させ
て、空燃比を最適に保つことが容易となる。

特に、図に示した実施例では、ロータ１７が密
封ケース１６の内側にあるので、ロータ１７と弁
体１５を直接固着することが可能となり軸封部が
無いため回転速度を高くして応答性を向上すると
共に、長寿命化を図ることが出来る。又、スプリ
ング１９の軸方向反力も回転中心に加えられるの
で回転運動に対する障害にはならずに済んでい
る。第６図の実施例では、回転軸受を設けている
ので、摺動回転半径が短く摩擦トルクが少くな
り、より高速応答化と長寿命化に有利な構成であ
る。

既に述べたような、第５図の４位置での組合せ
方法による制御方法ばかりでなく、例えば、コイ
ル２５，２５′に通電しつつコイル２６，２６′に
も通電し、その電流比率を次第に２５側を減らし
２６側を増大すれば、ロータ１７は30度毎のステ
ツプ動作ではなく、第５図Ａから次第にＢへと回
転するようになる。このように、隣接するコイル
に同時通電し、その電流比を調節すれば、アナロ
グ動作をする制御弁として用いることも可能であ
る。

実施例では、ロータ１７を第３図のような突極
を有する形状とした。これは磁気抵抗の差で回転
するレラクタンス形であるが、これはコイルが無
通電状態になつた時に、何ら力を生じるものでな
いから、永久磁石回転子の場合に比べると閉塞の
ためのスプリング１９の力がそのまま閉止圧とし
て利用できる。永久磁石回転子では、ステータ１
８方向への吸引力が残るため、スプリング１９の
荷重を高く設定しておく必要があり、これは、開
弁状態で回転に対して障害となるばかりでなく、
スプリング１９と弁体１５の当接部の摩耗も激し
く寿命が短くなるという問題があつた。本発明の
実施例では、このような問題がレラクタンス形と
することによつて解消されている。但し、永久磁
石回転子を用いると回転トルクが強く得られるた
めに高速応答性が求められる場合や駆動部の小型
化を図る場合には有利であるから、目的に応じて
使い分けるべきである。

ステータ１８は、密封ケース１の外周にあつ
て、ハウジング６の上端に設けられているが、ス
テータ自体を第３図から時計方向に30度回転させ
て固定すれば、最大開度位置でも第５図Ｂ状態と
なる。これは、最大ガス量を簡便に変更する方法
として便利で、燃焼量の異るバーナへの適用や、
発熱量の異るガス種への適用を行う時に、コイル
通電制御を行うマイクロコンピユータを含む制御
回路部の変更を必要としないから、汎用化を図る
効果は大きい。

発明の効果 以上、述べたように本発明では、径方向の調節
孔と軸線方向の弁孔を有するハウジングの中に、
回転によつて調節孔開度を調節し軸線方向移動で
弁孔を開閉する弁体を設け、この弁体を閉塞方向
へ押圧するスプリングと、弁体と一体に回転及び
軸方向移動をするロータと、閉塞位置におけるロ
ータの磁気的中心より開弁方向へ変位させて設け
たステータとから構成されているので、ガス通路
における開閉作用が軸線運動であり調節作用が回
転運動となつている。従つて、調節作用を行う場
合に開閉作用を行う弁孔部の影響がなく、高精度
のガス量制御が可能となる。同時に、調節作用は
回転運動なので、微少流量制御域でも従来例のよ
うに弁座部に衝突することがなく騒音を生じるこ
とがない。

本発明では、モータのステータとロータを用
い、軸方向運動と回転運動を同時に実現したもの
であり、駆動部の一体化が図れ、小型化を可能と
している。又、通電コイルを選択することによつ
て、例えば、調節孔が全開となる位置で開弁した
り、半開となるように回転しつつ軸方向に移動し
たりすることが可能で、点火初期において、火移
り促進や着火音低減のために必要なガス供給法が
任意に得られるものである。このように、高精度
の制御性を確保し、閉塞作用を有する構成簡易で
小型化可能なガス制御弁である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す縦断面図、第２図は本発
明の一実施例における縦断面図、第３図は第２図
のＡ―Ａ線断面図、第４図は第２図実施例のガス
制御弁の開弁状態を示した縦断面図、第５図Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞれ第４図のＢ―Ｂ線断面によ
る動作図、第６図は本発明によるガス制御弁の他
の実施例を示した縦断面図である。 ２……調節孔、４……弁孔、６……ハウジン
グ、８……調節筒、９……開孔、１３……弁ゴ
ム、１５……弁体、１６……密封ケース、１７…
…ロータ、１８……ステータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 径方向の調節孔及び軸線方向の弁孔を有する
   ハウジングと、前記ハウジングの中に位置して回
   転により前記調節孔の通路面積を調節すると共に
   軸線方向への移動により前記弁孔を開閉する弁体
   と、前記弁体と一体に回転及び軸線方向移動を行
   うモータのロータと、前記弁体を閉塞方向へ押圧
   附勢するスプリングと、閉塞位置におけるロータ
   の磁気的中心よりも開弁方向へ変位させて設けた
   モータのステータとから構成されたガス制御弁。 ２ モータのロータは、ハウジングに取付けられ
   た気密保持する密封ケースの内部に位置し、前記
   密封ケースの外周にモータのステータを設けた特
   許請求の範囲第１項記載のガス制御弁。 ３ モータが可変レラクタンス形である特許請求
   の範囲第１項記載のガス制御弁。 ４ モータのステータは、ハウジングに対し回転
   方向へ回動自在に挿着された特許請求の範囲第１
   項記載のガス制御弁。