(57)【要約】【課題】流量制御弁の大型化を抑制しつつ電動モータに掛かる負荷トルクを軽減する。【解決手段】ステッピングモータ１１の回転出力軸１６が回転すると、回転出力軸１６は、その軸線１６２の方向に移動する。回転出力軸１６には大径部１６３と小径部１６４とが隣り合わせに形成されている。弁体１９の一方の端面１９１には環状の収容凹部１９２が形成されている。環状の収容凹部１９２は、小径部１６４を包囲している。大径部１６３と小径部１６４との段差１６５は、収容凹部１９２に入り込んでいる。収容凹部１９２にはゴム製の弾性リング２１が収容されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータと、弁座に接して流路を閉じる閉位置と弁座から離れて流路を開く開位置とに切り換え配置される弁体とを備え、前記電動モータにおける回転出力軸を回転しながら前記回転出力軸の軸線方向に移動することによって前記弁体を駆動する流量制御弁において、
前記回転出力軸の周りで相対回転可能に、かつ前記回転出力軸に対して前記回転出力軸の軸線方向に相対移動可能に前記弁体を前記回転出力軸に取り付け、前記軸線方向に対向する前記回転出力軸と前記弁体との対向部の間に、前記回転出力軸を包囲するように弾性リングを介在し、前記弁体が前記閉位置にある状態では、前記回転出力軸と前記弁体との前記対向部の間の間隔を狭めていって前記弾性リングを弾性変形できるようした流量制御弁。
【請求項２】
前記弾性リングの周方向に一周する環状凹条を前記弾性リングに設けた請求項１に記載の流量制御弁。
【請求項３】
前記回転出力軸に大径部と小径部とを隣り合わせに設け、前記小径部を前記弁体に貫通させ、前記大径部と小径部との段差と前記弁体とを対向させ、前記段差と前記弁体との間に前記弾性リングを介在した請求項１及び請求項２のいずれか１項に記載の流量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータにおける回転出力軸を回転しながら回転出力軸の軸線方向に移動することによって弁体を駆動する流量制御弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の流量制御弁は、給湯器等の通水路を流れる湯水の流量を調整したりする場合に使用される。この種の流量制御弁が特許文献１，２に開示されている。電動モータによって回転される軸は、回転しながらその軸線方向に移動し、弁体は、軸の回転に共連れするようになっている。軸と弁体との間にはばねが介在されており、軸の移動は、ばねを介して弁体に伝達される。つまり、弁体は、軸と共に移動する。
【０００３】
【特許文献１】
実開平６−７１９７３号
【特許文献２】
特開平９−２９２０４７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
弁体が弁座に接した後、軸は若干回転されて弁体を弁座に押し付ける方向に若干移動される。そのため、弁座に接している弁体は、弁座に押接されながら軸の周りに回転する。このとき、弁体と弁座との間の摺動抵抗が負荷トルクとして電動モータに掛かる。通常、電動モータとしてはステッピングモータが用いられるが、前記した負荷トルクが大きいと、ステッピングモータが脱調するおそれがある。ステッピングモータが脱調すると、精度の高い流量制御や止水制御ができなくなる。
【０００５】
軸と弁体との間に介在されたばねは縮小し、この縮小に応じたばねの付勢力が弁体を弁座に押接する。弁座に弁体を押接する荷重は、ばねの付勢力を適度に設定することによって小さくできる。つまり、軸と弁体との間に介在されたばねは、弁座に弁体を押接する荷重を緩和し、前記した摺動抵抗、つまり前記した負荷トルクの低減に寄与する。しかし、ばねの存在は、流量制御弁の軸方向の長さを大きくする。そのため、流量制御弁が大きくなってしまう。
【０００６】
本発明は、流量制御弁の大型化を抑制しつつ電動モータに掛かる負荷トルクを軽減することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのために本発明は、電動モータと、弁座に接して流路を閉じる閉位置と弁座から離れて流路を開く開位置とに切り換え配置される弁体とを備え、前記電動モータにおける回転出力軸を回転しながら前記回転出力軸の軸線方向に移動することによって前記弁体を駆動する流量制御弁を対象とし、請求項１の発明では、前記回転出力軸の周りで相対回転可能に、かつ前記回転出力軸に対して前記回転出力軸の軸線方向に相対移動可能に前記弁体を前記回転出力軸に取り付け、前記軸線方向に対向する前記回転出力軸と前記弁体との対向部の間に、前記回転出力軸を包囲するように弾性リングを介在し、前記弁体が前記閉位置にある状態では、前記回転出力軸と前記弁体との前記対向部の間の間隔を狭めていって前記弾性リングを弾性変形できるようにした。
【０００８】
弁体が弁座に接した後、回転出力軸を電動モータ側から弁座側へ更に移動させると、回転出力軸と弁体との対向部の間にある弾性リングが両対向部に挟まれた状態で弾性変形する。この弾性変形が弁座に弁体を押接する荷重を緩和する。この荷重の緩和は、電動モータに掛かる負荷トルクの軽減をもたらす。弾性リングを収容するためのスペースは、ばねに比べて少なくて済む。そのため、流量制御弁の大型化を抑制することができる。
【０００９】
請求項２の発明では、請求項１において、前記弾性リングの周方向に一周する環状凹条を前記弾性リングに設けた。
環状凹条の存在は、弾性リングの弾性変形量を大きくする上で有効である。弾性リングの弾性変形が大きいほど、弾性リングが回転出力軸と弁体との両対向部に接触した状態での両対向部の間の間隔変化が大きくなる。この間隔変化が大きいほど、弁体と弁座との接触確保、つまりシール性の確保が容易となる。
【００１０】
請求項３の発明では、請求項１及び請求項２のいずれか１項において、前記回転出力軸に大径部と小径部とを隣り合わせに設け、前記小径部を前記弁体に貫通させ、前記大径部と小径部との段差と前記弁体とを対向させ、前記段差と前記弁体との間に前記弾性リングを介在した。
【００１１】
弁体が弁座に接した後、回転出力軸を電動モータ側から弁座側へ更に移動させると、段差と弁体との間にある弾性リングが段差と弁体とに挟まれた状態で弾性変形する。段差と弁体との間の相対回転によって段差と弁体との間で生じる摺動抵抗が負荷トルクとなって電動モータに掛かるが、小径部の径及び弾性リングの径を小さくするほど、電動モータに掛かる負荷トルクが小さくなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態を図１及び図２に従って説明する。
【００１３】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、流量制御弁１０は、電動モータとしてのステッピングモータ１１と弁本体１２とからなる。弁本体１２を構成するバルブハウジング１３には入力通路１３１と出力通路１３２と取り付け孔１３３とが形成されている。取り付け孔１３３には筒形状のガイド１４が嵌入されている。ガイド１４は、バルブハウジング１３に対して固着されており、取り付け孔１３３の内周面とガイド１４の外周面との間にはシールリング１５が設けられている。シールリング１５は、取り付け孔１３３を経由する流体洩れを防止する。
【００１４】
筒形状のガイド１４の筒内にはステッピングモータ１１の回転出力軸１６が通されている。回転出力軸１６の中間には雄ねじ部１６１が形成されており、ガイド１４の内周面には雌ねじ部１４１が形成されている。雄ねじ部１６１は雌ねじ部１４１に螺合されており、回転出力軸１６が回転すると、回転出力軸１６は、その軸線１６２の方向に移動する。
【００１５】
回転出力軸１６には大径部１６３と小径部１６４とが隣り合わせに形成されている。大径部１６３と雄ねじ部１６１との間の回転出力軸１６の周面にはシールリング１７，１８が設けられている。シールリング１７，１８は、回転出力軸１６とガイド１４との間を経由する流体洩れを防止する。
【００１６】
弁室１３５内には弁体１９が収容されている。弁体１９には回転出力軸１６の小径部１６４が貫通されており、弁体１９は、小径部１６４に支持されている。弁体１９は、小径部１６４に対して回転出力軸１６の軸線１６２の方向に相対移動可能、かつ小径部１６４に対して軸線１６２の周りに相対回転可能である。小径部１６４には位置規制リング２０が取り付けられている。位置規制リング２０は、小径部１６４からの弁体１９の抜けを防止して弁体１９の位置を規制する。位置規制リング２０としては例えばサークリップが用いられる。
【００１７】
弁体１９の外周の段差にはゴム製の環状のパッキング２２が取り付けられている。パッキング２２は、弁体１９の一部である。図１（ｂ）に示すように、パッキング２２は、環状の弁座１３４に当接可能である。入力通路１３１、出力通路１３２及び弁室１３５は、弁体１９によって開閉される流路Ｌを構成する。
【００１８】
出力通路１３２の内周にはガイド２３が一体形成されている。ガイド２３は、筒部２３１と、複数の支持片２３２とからなり、筒部２３１は、複数の支持片２３２を介して出力通路１３２の内周部に支持されている。小径部１６４は、筒部２３１にスライド可能に通されており、筒部２３１は、小径部１６４を軸線１６２の方向にスライド可能に案内する。
【００１９】
弁体１９の一方の端面１９１には環状の収容凹部１９２が形成されている。環状の収容凹部１９２は、小径部１６４を包囲している。環状の収容凹部１９２の径Ｒ（図２に図示）は、大径部１６３の径ｒ（図２に図示）よりも若干大きくしてあり、大径部１６３と小径部１６４との段差１６５は、収容凹部１９２に入り込んでいる。段差１６５と収容凹部１９２の底面１９３とは、回転出力軸１６の軸線１６２の方向に対向する。段差１６５は、回転出力軸１６側に設けられた対向部であり、収容凹部１９２の底面１９３は、弁体１９側に設けられた対向部である。収容凹部１９２にはゴム製の弾性リング２１が収容されている。弾性リング２１及び収容凹部１９２は、図２にも図示されている。
【００２０】
弾性リング２１は、回転出力軸１６の小径部１６４を包囲している。弾性リング２１の内周径は、小径部１６４の径と同じくらいの径にしてあり、弾性リング２１の内周部が小径部１６４の周面に接触する。弾性リング２１の外周径は、収容凹部１９２の径Ｒと同じくらいの径にしてあり、弾性リング２１の外周部が収容凹部１９２の外周面に接触する。つまり、弾性リング２１の幅Ｈ１（図２に図示）は、収容凹部１９２の幅Ｗ〔図１（ｂ）に図示〕と同じ程度の大きさである。
【００２１】
弾性リング２１にはその周方向に一周する一対の環状凹条２１１，２１２が設けられている。環状凹条２１１は、段差１６５に対向しており、環状凹条２１２は、収容凹部１９２の底面１９３に対向している。環状凹条２１１，２１２の両側にはそれぞれ環状の突条２１３，２１４が形成される。
【００２２】
図１（ａ）の状態では、弁体１９は、弁座１３４から離れて流路Ｌを開く開位置にあり、流体が入力通路１３１から流入して出力通路１３２から流出可能である。図１（ａ）の状態からステッピングモータ１１を正転させると、回転出力軸１６が回転しながらステッピングモータ１１側から弁座１３４側に向けて移動する。弁体１９は、回転出力軸１６と共に移動して弁座１３４に近づいてゆく。弁体１９が図１（ｂ）に示すように弁座１３４に接して流路Ｌを閉じる閉位置に配置された後、ステッピングモータ１１が続けて若干正転されて停止される。弁体１９が弁座１３４に接した後のステッピングモータ１１の若干の正転は、段差１６５を収容凹部１９２の底面１９３に近づける。つまり、段差１６５と底面１９３との間隔Ｋが狭まる。弾性リング２１は、段差１６５と底面１９３との間隔Ｋが狭まることによって図１（ｂ）に示すように弾性変形する。
【００２３】
図１（ｂ）の状態からステッピングモータ１１を逆転すると、段差１６５と底面１９３との間隔Ｋが広がり、弾性リング２１が弾性復帰する。ステッピングモータ１１をさらに逆転してゆくと、弁体１９が弁座１３４から離れてゆく。
【００２４】
第１の実施の形態では以下の効果が得られる。
（１−１）弁体１９が弁座１３４に接した後、回転出力軸１６をステッピングモータ１１側から弁座１３４側へ更に移動させると、弾性リング２１が段差１６５と底面１９３とに挟まれた状態で弾性変形する。段差１６５と底面１９３との間に介在された弾性リング２１は、平たくなるように弾性変形し、この弾性変形に応じた弾性リング２１の弾性復元力が弁体１９を弁座１３４に押接する。仮に、ステッピングモータ１１の回転力によって回転しながら移動する回転出力軸１６の移動変位が弾性リング２１を介することなく直接に弁体１９に伝えられるとすると、弁体１９は大きな荷重を受けながら弁座１３４に押接される。
【００２５】
弾性リング２１の弾性変形は、弁座１３４に弁体１９を押接する荷重を緩和する。この荷重の緩和は、ステッピングモータ１１に掛かる負荷トルクの軽減をもたらす。このような効果をもたらす弾性リング２１を収容するためのスペース（即ち、収容凹部１９２の容積）は、ばねを収容するためのスペースに比べて遙かに少なくて済む。そのため、弾性リング２１を用いた構成は、流量制御弁１０の大型化を抑制しつつステッピングモータ１１に掛かる負荷トルクを軽減する上で有効である。
【００２６】
（１−２）弾性リング２１の厚みＴ（図２に図示）の方向における弾性変形（つまり、弾性リング２１の厚みＴの方向の縮小）が大きいほど、段差１６５と底面１９３との間の間隔Ｋの変化が大きくなる。この間隔Ｋの変化が大きいほど、弁体１９と弁座１３４との接触確保、つまりシール性の確保が容易となる。つまり、流量制御弁１０の構成部品の組み付け誤差が大きい場合にも、弁体１９と弁座１３４との接触を確保して流体洩れを防止することができる。
【００２７】
弾性リング２１に環状凹条２１１，２１２を設けたことにより、それらの両側には突条２１３，２１４が形成される。弾性リング２１全体の幅Ｈ１よりも小さい幅ｈ（図２に図示）の突条２１３，２１４は、弾性リング２１の厚みＴの方向における弾性変形量（縮み量）が大きい。環状凹条の存在は、弾性リングの弾性変形量を大きくする上で有効であり、弁体１９と弁座１３４との接触確保が容易となる。
【００２８】
（１−３）環状凹条２１１の存在は、弾性リング２１と段差１６５との接触面積を減らす上で有効であり、環状凹条２１２の存在は、弾性リング２１と底面１９３との接触面積を減らす上で有効である。このような接触面積の低減は、弁体１９と弾性リング２１との間の摺動抵抗や、大径部１６３と弾性リング２１との間の摺動抵抗を減らす。このような摺動抵抗の低減は、ステッピングモータ１１に掛かる負荷トルクを軽減する。
【００２９】
（１−４）弾性リング２１と弁体１９との間の摺動抵抗あるいは弾性リング２１と大径部１６３との間の摺動抵抗による負荷トルクは、弁座１３４に接触した弁体１９を回転したときの弁体１９と弁座１３４との間の摺動抵抗による負荷トルクよりも小さいと仮定する。そうすると、弁体１９が弁座１３４に接触した状態で回転出力軸１６が回転するときには、回転出力軸１６のみが回転し、弁体１９が回転することはない。つまり、この場合には、弾性リング２１と弁体１９との間の摺動抵抗あるいは弾性リング２１と大径部１６３との間の摺動抵抗による負荷トルクがステッピングモータ１１に掛かる。
【００３０】
回転出力軸１６の小径部１６４を包囲して小径部１６４の周面に接触する弾性リング２１のリング径は、環状の弁座１３４の内径及び環状のパッキング２２のリング径よりも小さくしてある。このような径の大小関係は、弾性リング２１と弁体１９との間の摺動抵抗、あるいは弾性リング２１と大径部１６３との間の摺動抵抗による負荷トルクを、弁座１３４に接触した弁体１９を回転したときの摺動抵抗による負荷トルクよりも小さくし易い。従って、弁体１９に貫通させる小径部１６４を包囲して小径部１６４の周面に接触する位置に弾性リング２１を設けた構成は、ステッピングモータ１１に掛かる負荷トルクを軽減する上で有利である。
【００３１】
（１−５）弾性リング２１が捩れて変形すれば、流体洩れが生じたり、弾性リング２１が損傷したりする。弾性リング２１の幅Ｈ１は、収容凹部１９２の幅と同じ程度の大きさである。そのため、段差と底面とに挟まれた弾性リング２１が捻れて変形できるようなスペース的な余裕がない。つまり、段差１６５が回転しながら収容凹部１９２に入り込んでゆく場合にも、弾性リング２１が段差１６５との摺接あるいは収容凹部１９２の底面１９３との摺接によって捩れて変形することはない。
【００３２】
（１−６）弾性リング２１の採用は、従来のばね採用に比べて構成を簡素にする。
次に、図３の第２の実施の形態を説明する。第１の実施の形態と同じ構成部には同じ符号が用いてある。
【００３３】
収容凹部１９２にはゴム製の弾性リング２４が収容されている。弾性リング２４の内周径は、小径部１６４の径と同じ程度の大きさであり、弾性リング２４の内周部は、小径部１６４の周面に接触する。弾性リング２４の外周径は、収容凹部１９２の径Ｒよりも小さくしてあり、弾性リング２４の外周部が収容凹部１９２の外周面に接触することはない。つまり、弾性リング２４の幅Ｈ２は、収容凹部１９２の幅Ｗよりも小さくしてある。弁体１９が弁座１３４（図１参照）に接した後、段差１６５と底面１９３との間隔Ｋが狭まると、段差１６５と底面１９３とに挟まれた弾性リング２４が弾性変形する。
【００３４】
第２の実施の形態においても、第１の実施の形態における（１−１）項、（１−４）項及び（１−６）項と同じ効果が得られる。弾性リング２４の外周側には収容凹部１９２の残余空隙があるため、弾性リング２４は、この残余空隙側に張り出すように容易に弾性変形できる。又、弾性リング２４の内周径が小径部１６４の径と同じ程度にしてあるため、段差１６５が回転しながら収容凹部１９２に入り込んでゆく場合にも、弾性リング２４が段差１６５との摺接あるいは収容凹部１９２の底面１９３との摺接によって捩れて変形することはない。
【００３５】
次に、図４の第３の実施の形態を説明する。第１の実施の形態と同じ構成部には同じ符号が用いてある。
収容凹部１９２にはゴム製の弾性リング２５が収容されている。弾性リング２５の外周部にはその周方向に一周する環状凹条２５１が設けられている。環状凹条２５１は、収容凹部１９２の外周面に対向している。環状凹条２５１は、弾性リング２５の弾性変形時の厚みの縮小を稼ぐ上で有効である。
【００３６】
次に、図５の第４の実施の形態を説明する。第１の実施の形態と同じ構成部には同じ符号が用いてある。
大径部１６３と小径部１６４との段差１６５には収容凹部１６６が形成されており、収容凹部１６６には弾性リング２１が収容されている。弁体１９の端面１９１には環状の対向凸部１９４が形成されている。対向凸部１９４の端面１９５は、収容凹部１６６に入り込んでいる。端面１９５と収容凹部１６６の底面１６７とは、回転出力軸１６の軸線１６２の方向に対向する。底面１６７は、回転出力軸１６側に設けられた対向部であり、端面１９５は、弁体１９側に設けられた対向部である。
【００３７】
弁体１９が弁座１３４に接した後、底面１６７と端面１９５との間隔が狭まると、収容凹部１６６の底面１６７と対向凸部１９４の端面１９５とに挟まれた弾性リング２１が弾性変形する。
【００３８】
第３の実施の形態においても、第１の実施の形態と同じ効果が得られる。
本発明では以下のような実施の形態も可能である。
（１）第２の実施の形態において、リング径の異なる複数の弾性リング２４を収容凹部１９２に並べて設けること。
【００３９】
（２）第３の実施の形態において、弾性リング２５の外周部に環状凹条２５１を設ける代わりに、弾性リング２５の内周部にその周方向に一周する環状凹条を設けること。
【００４０】
（３）ステッピングモータの代わりにサーボモータを用いること。
前記した実施の形態から把握できる技術的思想について以下に記載する。
〔１〕請求項１乃至請求項３のいずれか１項において、前記弁座に接する側とは反対側の前記弁体の端面に対向する対向端面を前記回転出力軸に設け、前記弁体側の端面又は前記対向端面のいずれか一方に収容凹部を設け、前記収容凹部に前記弾性リングを収容し、前記収容凹部を設けた端面とは別の端面を前記収容凹部に入り込み可能とした流量制御弁。
【００４１】
〔２〕前記〔１〕項において、前記弁座に接する側とは反対側の前記弁体の端面に収容凹部を設け、前記収容凹部に対向する対向端面を前記回転出力軸に設け、前記収容凹部に前記弾性リングを収容し、前記収容凹部に前記対向端面を入り込み可能とした流量制御弁。
【００４２】
〔３〕請求項１乃至請求項３、前記〔１〕項及び〔２〕項のいずれか１項において、前記弾性リングの径を前記弁座の径よりも小さくした流量制御弁。
〔４〕前記〔３〕項において、前記弾性リングの内周部が前記回転出力軸の周面に接触するようにした流量制御弁。
【００４３】
〔５〕請求項１乃至請求項３、前記〔１〕項乃至〔４〕項のいずれか１項において、前記弾性リングはゴム製である流量制御弁。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明では、流量制御弁の大型化を抑制しつつ電動モータに掛かる負荷トルクを軽減することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態を示し、（ａ）は、弁体が開位置にある状態を示す断面図。（ｂ）は、弁体が閉位置にある状態を示す断面図。
【図２】要部分解斜視図。
【図３】第２の実施の形態を示す要部拡大断面図。
【図４】第３の実施の形態を示す要部拡大断面図。
【図５】第４の実施の形態を示す断面図。
【符号の説明】
１０…流量制御弁。１１…電動モータとしてのステッピングモータ。１３４…弁座。１６…回転出力軸。１６２…軸線。１６３…大径部。１６４…小径部。１６５…回転出力軸側の対向部としての段差。１６７…回転出力軸側の対向部としての底面。１９５…弁体側の対向部としての端面。１９…弁体。１９３…弁体側の対向部としての底面。２１，２４，２５…弾性リング。２１１，２１２，２５１…環状凹条。Ｌ…流路。Ｋ…間隔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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