JPH0651841A - 流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 流体の開閉、流量調節を行う流量制御装置に
関するもので、流量センサとモータを用いた流量フィー
ドバック制御において、開弁時の流量オーバーシュート
を防ぎ安定性と即応性を高める。 【構成】 第１および第２の弁体２２，２４と、弁軸６
と、モータ１２と、流量センサ１３と流量演算部１４
と、フィードバック制御部１５と、開弁時のモータ速度
と流量センサの信号が得られるまでの時間を検出するモ
ータ速度・時間記憶部３０と、記憶信号よりモータの最
高速度で駆動するときの必要時間を算出する開弁時速度
・時間演算部３１とで構成してある。２回目以降の開弁
動作は弁が開き始める位置まで最短時間で駆動しその後
フィードバック制御部に制御を移すよう作用し、流量検
出の遅れによる流量のオーバーシュートを防ぎ、安定に
かつ最短の時間で開弁動作を行わせることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、浴室や洗面あるいは台
所等で湯・水の出し止め、および所望の流量をうる給湯
流量制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の給湯装置に関し、例えば図
５に示すようなものがあった。

【０００３】ボデー１に流路入口２と流路出口３との間
に弁座４を設け、弁体５に連結された弁軸６と弁体５を
付勢するばね７を設け、弁軸６のねじ部８と回転直線変
換ネジ９と、弁軸５をギヤー１０およびギヤー１１を介
して回転駆動するモータ１２と、流量センサ１３と流量
演算部１４と、流量演算部１４からの流量信号と設定流
量との差に応じてモータ１２の速度を制御するフィード
バック制御部１５と、ギヤー１１と一体のカム１６と位
置検出器１７とで構成される。

【０００４】図６はフィードバック制御部１５の特性で
あり、流量信号と設定流量の差である流量誤差に比例し
た速度でモータ１２を駆動し、弁体５を開あるいは閉方
向に調節して流量信号が設定流量にほぼ一致したところ
でモータ１２を停止させ流量を設定流量に等しく調節す
るものである。同図Ａの流量誤差が小さい範囲では誤差
に比例した速度となるが同図Ｂの一定以上の流量誤差の
範囲ではモータ１２のスピードに限界があるためモータ
速度は一定になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の構成のものにおいては次のような課題を有
していた。

【０００６】上記構成では、位置検出器１７は弁体５の
閉止位置を確実に検出するために弁体５が弁座４に当接
した位置から弁軸６がさらに右方の位置で弁軸６の先端
が弁体５から離れた位置を閉止位置として検出してい
る。

【０００７】図７は開弁時の流量変化の特性図である。
閉止状態から開弁動作を行う時、位置検出器１７が閉止
位置を検出している位置からＡ時点でモータ１２を回し
て弁軸６を左方に駆動するが、弁軸６の先端が弁体５を
押すまで流体は流れない。さらに弁軸６が弁体５を押し
開いて、Ｂ時点で流体が流れると水量センサ１３が回り
パルス信号を発生する。流量演算部１４は流量センサ１
３のパルス信号の１周期の時間Ｔを計測し、時間の逆数
を求めて単位時間当たりの流量である流量信号を求めて
いる。従って少なくとも２つ目のパルス信号がきたＣ時
点でしか流量を計算できないため検出した流量信号は実
際の流量よりも必ず遅れが生じる。さらに流量センサ１
３は通常流体の流れにより羽根車を回す構成であり羽根
車の慣性による遅れがさらに加わる。開弁時に流量信号
が得られるまでの間、流量信号はゼロとなり、図６の制
御特性により、設定流量の大小にかかわらずＢの範囲で
モータを最大速度で動かすことになる。図７のＣ時点か
ら設定流量に等しくなるようフィードバック制御がかか
るが、同図Ｄの設定流量が小さい時の流量はＣ時点です
でに設定流量を越えるようになりオーバーシュートが発
生してしまう。同図Ｅの設定流量が大きい時にはオーバ
ーシュートは起こらない。

【０００８】オーバーシュートをなくすためにはモータ
の最高速度を低くすればよいが、そうすると上記の弁軸
６が弁体５に当たるまでの範囲を動かす時間（図７のＡ
時点からＢ時点までの時間）が長くなり、開弁を指令し
てから実際に流体が流れ始めるまでの遅れが大きくなり
操作性を損なうことになる。

【０００９】本発明は上記の課題を解決し、設定流量が
小さい場合の開弁時のオーバーシュートを防ぎ開弁動作
の時間を短くして、操作性の良い流量制御装置を実現し
ようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、閉止位置からの開弁時に、モータ速度と流量
信号が得られるまで時間を記憶する速度・時間記憶部
と、前記速度・時間記憶部の記憶信号よりモータ速度が
高速の場合の開弁までの必要時間を算出する開弁速度・
時間演算部とを設けたものである。

【００１１】

【作用】この構成により、１回目の開弁時に低速でモー
タを駆動し流量センサの信号が得られるまでの時間を速
度・時間記憶部で記憶し、以降の開弁動作時には開弁速
度・時間演算部でモータを高速で駆動する場合の必要時
間を演算し、高速で必要時間だけ駆動しフィードバック
制御部に切り換えるよう作用し、設定流量が小さいとき
の流量のオーバーシュートを防止でき、設定流量が大き
い時も小さい時にも最短の時間で開弁するよう作用す
る。

【００１２】

【実施例】以下本発明の一実施例について図１〜図４を
参照しながら説明する。

【００１３】図１において湯が接続された第１の入口１
８と水が接続された第２の入口１９と、１つの出口２０
と、第１の入口１８と出口２０の間に第１の弁座２１と
第１の弁体２２とが、第２の入口１９と出口２０の間に
第２の弁座２３と第２の弁体２４とがある。第１の弁体
２２と第２の弁体２４とにそれぞれ閉方向に付勢する第
１のばね２５および第２のばね２６とが設けられ、弁軸
６は第２の弁体２４を貫通してその先端は第１の弁体２
２の穴部２７に摺動可能に連結され、また止め輪２８で
第２の弁体２４に当接している。第２の弁体２４と弁軸
６の貫通部にはＯリング２９が設けられ摺動部をシール
している。出口２０には流量センサ１３が設けられ、流
量センサ１３の信号は流量演算部１４で周期を測定され
流量信号が演算される。流量信号は設定流量信号と比較
され、フィードバック制御部１５はモータ１２を駆動し
ギヤ１１およびギヤ１０により弁軸６を回動し弁軸６の
ねじ部８と回転直線変換ネジ９により弁軸６をスラスト
方向に駆動する。ギヤ１１にはカム１６および位置検出
器１７が設けられ弁軸の中央位置を検出する。流量演算
部１４から流量センサ１３のパルス入力タイミングと開
弁速度・時間演算部３１の出力のモータ速度信号が速度
・時間記憶部３０に伝えられ、速度・時間記憶部３０の
記憶信号が開弁速度・時間演算部３１に伝えられその出
力はスイッチ３２を介してモータ１２を駆動する。

【００１４】上記構成により、弁軸６が中央位置のとき
は第１および第２の弁体２２，２４共にそれぞれ第１の
弁座２１、第２の弁座２３に当接しており出口２０には
流量は流れない。

【００１５】図２は本実施例の動作を説明する処理３３
〜処理４５にわたるフローチャート、図３は開弁時のモ
ータ速度、流量の変化を示す特性図である。実線は１回
目の開弁動作、破線は２回目以降の開弁動作の特性であ
る。

【００１６】１回目の開弁動作時、３３で湯の出湯が指
示されると３４で速度・時間記憶部３０内のタイマーが
始動すると同時に３５で開弁速度・時間演算部３１はモ
ータ速度の初期値として図３のｖ１を出力する。開弁時
スイッチ３２は開弁速度・時間演算部３１側にあり、図
３のＣ時点で弁軸６を左方へ動かす方向にモータ１２を
同図ｖ１の速度で駆動する。第２の弁体２４は第２の弁
座２３に当接したまま弁軸６はＯリング２９で摺動し、
同図Ｄ時点で第１の弁体２２を開き出口２０に湯を供給
する。流量センサ１３が回転を始め同図Ｅ時点で１つ目
の流量センサパルスが発生し、３６で速度・時間記憶部
３０は流量センサパルスを検出し３７でスタートからの
時間ｔ１およびモータ速度ｖ１を記憶する。その後Ｆ時
点で２つ目の流量センサパルスにより流量演算部１４は
周期Ｔを得て流量信号を算出する。３８で流量信号の確
定を検出し３９でスイッチ３２がフィードバック制御部
１５側に切り換えられる。以後流量誤差がゼロになるＧ
時点でモータ１２は停止し流量が設定流量に等しくなる
よう制御される。モータ速度ｖ１は設定流量が小さい時
でもオーバーシュートを起こさないよう低速である。

【００１７】２回目以降の開弁動作は、４０で閉止位置
から湯の出湯が指示されると４１で開弁速度・時間演算
部がモータ１２の最高速度ｖ２で駆動するときの流量が
流れ始めるまでの必要時間ｔ２を算出する。ｖ１×ｔ１
は位置検出器１７が検出した弁時区６の閉止位置から第
１の弁体２２が開き始めるまでの距離であるから ｖ２
×ｔ２＝ｖ１×ｔ２ の関係式からｔ２を求める。４２
でタイマーを始動し、同時に４３でモータ速度ｖ２でモ
ータ１２を駆動する。４４でタイマーがｔ２を経過する
と開弁速度・時間演算部３１はモータ速度をｖ１に落と
し３８で流量信号が確定すると１回目の動作と同様にフ
ィードバック演算部１５に制御が移される。ｔ２経過時
点図３のＨ時点で第２の弁体２２が開き始める位置にあ
り、以降流量信号が確定するまで行き過ぎを生じないよ
うモータ速度をｖ１に落としている。１回目の開弁時に
Ｄ時点で湯が出始めたものが、２回目ではＨ時点まで早
くなっているがオーバーシュートすることなく安定に制
御される。

【００１８】一方、第２の入口１９側の水の開弁の場合
は、弁軸６が右方に駆動され、第１の弁体２２は第１の
弁座２１に当接し、さらに弁軸６は穴部２７の摺動で右
方に動き、止め輪２８が第２の弁体２４を押し開け第２
の入口１９の水を出口２０に供給する。位置検出器１７
が検出する閉止位置から、止め輪２８が第２の弁体２４
にあたるまでの遊びがあるのは湯側の場合と同様であり
上記と同様に制御される。

【００１９】ここで図４は弁軸６の変位と第１の入口１
８側と第２の入口１９側の流量の特性を示すもので、中
央のＩ位置は位置検出器１７の検出する閉止位置であり
それぞれ第１の弁体２２が開くまでの距離Ｊ、第２の弁
体２４が開くまでの距離Ｋがある。Ｉ位置はＪ＝Ｋに設
定すればいずれの開弁動作の時間が等しくなり操作性で
好ましいが、部品のバラツキでＪ≠Ｋになる場合が多
い。開弁時に低速でモータ１２を駆動する従来例の場合
は開弁時の遅れ時間の差が大きくなり操作性を悪くする
が、本実施例では開弁時にこのＪおよびＫ区間をモータ
１２の最高速度で駆動するのでその時間差が気にならな
い。

【００２０】上記のように、開弁時に速度・時間演算部
３０で記憶したモータ速度と流量センサ１３のパルス発
生までの時間をもとに、開弁速度・時間演算部３１がモ
ータ１２の最高速度で駆動する場合の時間ｔ２を算出
し、ｔ２時間モータ１２を最高速度で駆動するので、設
定流量が小さいときも流量検出の遅れによるオーバーシ
ュートを防ぎ、安定にかつ設定流量に応じた最短の時間
で開弁動作を行うことができる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の流量制御
装置によれば、弁体と弁軸と弁軸を駆動するモータと、
流量センサと、フィードバック制御部と、開弁時のモー
タ速度と流量センサの信号が得られるまでの時間を検出
するモータ速度・時間記憶部と、この記憶信号よりモー
タの最高速度で駆動するときの必要時間を算出する開弁
時速度・時間演算部とで構成したので、２回目以降の開
弁動作は弁が開き始める位置まで最短時間で駆動しその
後フィードバック制御部に制御を移すよう作用し、流量
検出の遅れによる流量のオーバーシュートを防ぎ、安定
にかつ最短の時間で開弁動作を行わせることができる。

【００２２】また、２つの入口と１つの出口を有する流
路に、１つの弁軸に連結された２つの弁体を設け、弁軸
の中央位置で２つの弁体をともに閉止状態とし、弁軸の
中央位置からの動きで２つの弁体のいずれかを選択し開
くよう構成したので、２つの弁体の閉止位置からそれぞ
れの開弁位置までの弁軸移動距離が異なっても、上記と
同様に開弁位置までモータの最高速度で駆動される様作
用し、それぞれの弁体の開弁時間差が小さくなり、２流
体の選択開閉・流量調節が、良好な操作感覚でかつ安価
に実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における流量制御装置の全体
構成図

【図２】同装置の開弁時の動作フローチャート

【図３】同装置の開弁時のモータ速度および流量の特性
図

【図４】同装置の弁軸変位に対する流量の特性図

【図５】従来の流量制御装置の構成図

【図６】従来の流量制御装置の流量誤差に対するモータ
速度の特性図

【図７】従来の流量制御装置の開弁時の流量の特性図

【符号の説明】

６ 弁軸 １２ モータ １３ 流量センサ １５ フィードバック制御部 １８ 第１の入口 １９ 第２の入口 ２０ 出口 ２１ 第１の弁座 ２２ 第１の弁体 ２３ 第２の弁座 ２４ 第２の弁体 ２５ 第１のばね ２６ 第２のばね ３０ 速度・時間記憶部 ３１ 開弁速度・時間演算部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入口と出口とを有する流路と、前記流路
   に設けられ流路の開閉及び流量調節を行う弁座および弁
   体と、前記弁体に連結される弁軸と、前記弁軸を駆動す
   るモータと、前記流路に設けられた流量センサと、前記
   流量センサの流量信号と設定流量とを比較して前記モー
   タを駆動するフィードバック制御部と、開弁時の前記モ
   ータ速度と前記流量センサの信号が得られるまでの時間
   とを記憶する速度・時間記憶部と、前記速度・時間記憶
   部の記憶信号より前記モータの速度が高速の時の必要時
   間を算出し前記流量信号が得られるまでの間、前記フィ
   ードバック制御部に代わって前記モータを駆動する開弁
   速度・時間演算部とからなる流量制御装置。
2. 【請求項２】 流量に応じた周波数のパルス信号を発生
   する流量センサと、前記流量センサのパルス周期の時間
   を測定し、前記時間から流量信号を演算する流量演算部
   とを有する請求項１記載の流量制御装置。
3. 【請求項３】 ２つの入口と１つの出口を有する流路
   と、前記２つの入口に対応する２組の弁座及び弁体と、
   前記２つの弁体を１つの弁軸で弁軸の中央位置で２つの
   弁体とも閉止状態、中央位置からの動きで前記２つの弁
   体のいずれかを単独で開放するよう連結し、前記２つの
   弁体の下流で１つの出口に合流した流路に流量センサと
   を有する請求項１または２記載の流量制御装置。