JPS59219586A - ガス制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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って、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って
、コイル１０１に吸引されるプランジャ１０２と連動し
て軸線方向に移動するピストン１ｏ３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って小孔１０６、大孔１０了がガス
通路３　　、・ とガる。１０８はピストン１０３とプランジャ１ｏ２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
の下ダイヤプラムである。

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１１ｏの力
でゴムパツキン１０６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ってピ
ストン１ｏ３が上方へ移動し、小孔１０６を通って流れ
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、電流によって流量を調節で
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
った。

微少なピストン１０３の位置変化によって流量変化を生
じるものなので、プランジャ１０２やピストン１ｏ３の
可動部と固定部との間の摩擦によっ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Ｒ，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
かあ一す、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。従って、電流値によってガス流量を
代表させて、例えば空燃比制御を行うといったことも不
可能であった。

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と最少開度を繰り返すことも
考えられるが、プランジャ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。

−２ 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って達成するもの
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弁体と
、前記弁体と一体に動くステッピングモータのロータと
、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
設けたステッピング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ょう６　ベー
コ２ 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、通電されると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
。

回転によって開度調節するものな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、回出の
Ａ−Ａ線種断面を第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０又、第５図は
第４図のＢ−Ｂ線種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を通っ
てシリンダ室３７　　− に入り、弁孔４から出口６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１ｏ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１
４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によって弁体１５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
と同心の密封ケース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１６の外周にはステー
タ１８が設けられていて、第２図のよ特開昭５９−２１
９５８Ｇ（３） 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０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
。

ＣＩ−−夕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２２，２ノｌ　２３　、２３’、　２４　、２４
’が形成され、各々にコイル２５．２６’、２６．２６
’。

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、密封ケース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３ｏ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、一体となって上下９　　　・ｌ 動と回転を行うものである０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
はズしているのも同様である。

実施例の効果 ステーク１８のコイル群に無通電の状態ではスプリング
１９の力によって弁体１６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の平行度が狂っていると
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１
３が弁孔４に添うようになって閉塞が保たれる。次に、
ステータ１８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’を通って磁極２２′
へ抜ける磁束が生じ、回転方向のトルクは生じないが磁
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
ことになって、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ＩＱ、・−二・ 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　、２ｄは至近距離にあるロータ
１７の突極２０　、２ｃ；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２７，２デヘ切
換えると、磁極２４゜２４′はロータの突極２１’、２
１を吸引して時計方向に更に３０度回転し、第５図Ｇ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２０　、２０’を吸引して更に３
０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図り位置であって、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’　””
”切り変えて行くことによって、第５図のＡの位置へ戻
ってくる。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って弁体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１１　　−ζ゛ り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。従って、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りな
反力を生じるものがなく、通電対象のコイルによってロ
ータの回転位置すなわち調節孔２の開度が決めら１．る
。従って、ガス流量の調節方法は、第６図のＡ、Ｂ、Ｃ
，Ｉｌの４状態の糾合せ及び、Ａ、８間の繰り返し、Ａ
、Ｂ、０間の繰り返えし、Ｂ、Ｃ，Ｄ間の練り返えし等
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って、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ＩＩＩ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
る制御方法ばかってなく、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度毎のステップ動作ではなく、第５図Ａか
ら次第にＢへと回転するようになる０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１３・ジ するリラクタンス形であるが、これはコイルが無通電状
態になった時に、伺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だめのスプリング１
９の刀がそのｉｔ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日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１６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った。本発明の実施例では
、このような問題がリラクタンス形とすることによって
解消されている。

ステータ１８は、密封ケース１６の外周にあって、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第１」で、燃焼量の異る
バーナへの適用や、発熱量の異るガス釉への適用を行う
時に、コイル通電制御を行うマイクロコンピュータを含
む制御１４、．５゜ 回路部の変更を必要としないから、汎用化を図る効果は
太きい。

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、回転によって調
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
となっている。従って、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、ステッピング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１５、ジ 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」：っ
て、例えば、調節孔が全開となる位置で開弁したり、半
開と々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カス制御弁である。

【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、１６・・・・・・
弁体、１６・・・・・・密封ケース、１７・・・・・・
ロータ、１８・・・・・・ステータ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 ＩＯ’？ 第２図 第３図 第５図 第６図 ６１６一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ０）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ステッピングモータのロータと
   、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
   位させて設けたステッピングモータのステータとから構
   成されたガス制御弁。 （２）ステッピングモータのロータは、ハウジングに取
   付けられ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ステッピングモ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）ステッピングモータが可変レラクタンス形で２ペ
   ーミ、゛ ある特許請求の範囲第１項記載のガス制御弁。 （４）ステッピング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。