(57)【要約】【課題】新たな弁機構、および弁駆動機構の採用によって、異音を発生することなく、流量を高い精度で制御可能な流量制御装置を提供すること。【解決手段】流量制御装置１において、流体流路の上流側と下流側とを繋げる開口部５と、この開口部５の開口面積を制御して流体の流量を調整するための弁体６と、弁体６を開口部５に対して移動させる弁駆動装置３とを有し、弁駆動装置３は、駆動源としてのステッピングモータと、このモータの出力軸３５の回転を弁体６が開口部５に接近する方向、および離間する方向に変換して伝達する歯車列からなる伝達機構７０とを備えている。弁体６は、開口部５に向かって径が細くなった先端形状を備え、この先細りの先端部分６２が開口部５の内側に侵入して開度の調整を行う。【選択図】　　　図２
2004028176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体流路の上流側と下流側とを繋ぐ開口部と、該開口部の開口面積を調整して当該開口部を通過する流体の流量を調整するための弁体と、該弁体を前記開口部に対して相対移動させる弁駆動装置とを有する流量制御装置において、
前記弁駆動装置は、駆動源としてのモータと、該モータの出力を前記弁体が前記開口部に接近する方向、および離間する方向の駆動力として伝達する伝達機構とを備え、
前記弁体は、前記開口部に向かって径が細くなった先端形状を備えているとともに、前記モータの出力軸と交差する方向に駆動されて前記開口部に接近したときには、先細りの先端部分が当該開口部の内側に侵入することを特徴とする流量制御装置。
【請求項２】
請求項１において、前記弁駆動装置は、前記モータの出力を前記弁体に伝達して当該弁体を前記開口部に接近する方向、および離間する方向に移動させることを特徴とする流量制御装置。
【請求項３】
請求項２において、前記弁体は、前記弁駆動装置によって円弧状の軌跡を描くように駆動され、
前記開口部は、前記弁体を受け入れる入口が周方向に開口していることを特徴とする流量制御装置。
【請求項４】
請求項３において、前記弁体は、当該弁体の円弧状の軌跡に沿って先端部分が湾曲していることを特徴とする流量制御装置。
【請求項５】
請求項３または４において、前記伝達機構は、前記弁体が駆動されるときの回転中心軸線からみて前記弁体の全閉位置とは反対側に配置されていることを特徴とする流量制御装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記弁体および前記開口部のうちの少なくとも一方には、前記開口部を囲むようにシール用弾性部材が構成されていることを特徴とする流量制御装置。
【請求項７】
請求項６において、前記弁駆動装置は、前記弁体と前記開口部の周りとが前記シール用弾性部材を介して密着した全閉状態よりもさらに前記シール用弾性部材が圧縮される方向に駆動した状態を全閉状態の原点位置とすることを特徴とする流量制御装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかにおいて、前記弁体および前記伝達機構は、流路以外が密閉された空間内に収納されていることを特徴とする流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種流体の流量を制御するための流量制御装置に関するものである。さらに詳しくは、流量制御装置の弁機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＰガス、都市ガス、冷蔵庫やエアコン内の冷媒、あるいは液体の流量を制御する流量制御装置に用いられている弁機構は、弁体をソレノイドで駆動するのが一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ソレノイドではオン・オフの繰り返しによる弁開閉制御を行うため、高精度の流量制御を行う際にはオン・オフ動作が頻繁に行われる結果、異音が発生するという問題点がある。また、ソレノイドがもっている固有の問題としてチャタリングの発生があり、このような状態に陥ると、高精度の制御が不可能になってしまう。
【０００４】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、新たな弁機構、および弁駆動機構の採用によって、異音やチャタリングを発生することなく、流量を高い精度で制御可能な流量制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、流体流路の上流側と下流側とを繋ぐ開口部と、該開口部の開口面積を調整して当該開口部を通過する流体の流量を調整するための弁体と、該弁体を前記開口部に対して相対移動させる弁駆動装置とを有する流量制御装置において、前記弁駆動装置は、駆動源としてのモータと、該モータの出力を前記弁体が前記開口部に接近する方向、および離間する方向に変換して伝達する伝達機構とを備え、前記弁体は、前記開口部に向かって径が細くなった先端形状を備えているとともに、前記モータの出力軸と交差する方向に駆動されて前記開口部に接近したときに先細りの先端部分が当該開口部の内側に侵入することを特徴とする。
【０００６】
本発明において、前記弁駆動装置は、例えば、前記モータの出力を前記弁体に伝達して当該弁体を前記開口部に接近する方向、および離間する方向に移動させる。
【０００７】
本発明では、弁体を前記開口部に対して相対移動させる弁駆動装置の駆動源としてモータを用いているため、ソレノイドをオン・オフ制御する構成と違って、異音やチャタリングの発生が起こらない。また、弁体の先細りの先端部分が開口部の内側に侵入することにより、開口部の開度を調整するので、簡素な構成でありながら、高い精度で流量の制御を行うことができる。
【０００８】
本発明において、前記弁体は、前記弁駆動装置によって円弧状の軌跡を描くように駆動され、前記開口部は、前記弁体を受け入れる入口が周方向に開口していることが好ましい。このように構成すると、モータの出力を回転運動のまま弁体に伝達すればよいので、弁体を直動させる方式と比較して、伝達機構の構成を簡素化でき、かつ、エネルギーロスも少ない。
【０００９】
本発明において、前記弁体は、当該弁体の円弧状の軌跡に沿って先端部分が湾曲していることが好ましい。このように構成すると、弁体が他の部分と干渉することがないので、弁体のストロークを長く設定でき、このように設定すれば、流量の調整を容易に行うことができる。
【００１０】
本発明において、前記伝達機構は、前記弁体が駆動されるときの回転中心軸線からみて前記弁体の全閉位置とは反対側に配置されていることが好ましい。このように構成すると、弁体や伝達機構を配置する領域を広く確保できるので、レイアウトが容易である。また、これにより流路内にある異物が機構部分に付着しにくくなる。
【００１１】
本発明において、前記弁体および前記開口部のうちの少なくとも一方には前記開口部を囲むようにシール用弾性部材が構成されていることが好ましい。このように構成すると、開口部の密閉を確実に行うことができる。
【００１２】
このように構成したとき、前記弁駆動装置は、前記弁体と前記開口部の周りとが前記シール用弾性部材を介して密着した全閉状態よりもさらに前記シール用弾性部材が圧縮される方向に駆動した状態を全閉状態の原点位置とすることが好ましい。この原点位置出しについては、電源投入時には必ず行い、それ以降については、随時、適当な間隔で、あるいは毎動作時に行えばよい。
【００１３】
本発明において、前記弁体および前記伝達機構は、流路以外が密閉された空間内に収納されていることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した流量制御装置を説明する。
【００１５】
［全体構成］
図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、本発明を適用した流量制御装置の平面図、正面図、および底面図である。図２（Ａ）、（Ｂ）はいずれも、本発明を適用した流量制御装置のケース内に配置された機構部品のレイアウトを示す平面図であり、そのうち、図２（Ａ）には全閉状態が示され、図２（Ｂ）には開状態が示されている。図３は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す歯車列などの展開図である。図４は、本形態の流量制御装置における弁体位置と流量との関係を示すグラフである。
【００１６】
図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）において、本発明を適用した流量制御装置１は、ＬＰガス、都市ガス、冷蔵庫やエアコン内の冷媒などの流量制御に用いられるものである。
【００１７】
流量制御装置１では、フランジ部を備えたカップ状のケース２１、蓋材２２、および蓋材２２とケース２１との間に挟まれたゴムパッキン２３によって密閉したハウジング２が形成されている。蓋材２２では、ステッピングモータ３０のロータ３１などを配置する円筒部２４が上方に突出し、円筒部２４の外側にステッピングモータ３０のステータ３３が配置されている。
【００１８】
ハウジング２の側面部には流体入口２６が開口している一方、底部には流体出口２７が開口している。
【００１９】
ハジジング２の内部は、図２および図３に示すように、プレート４の底部分を隔壁４０として、流体入口２６が位置する上流側１１と、円筒状の流体出口２７が位置する下流側１２とに仕切られており、隔壁４０には、上流側１１と下流側１２とを繋ぐ開口部５が形成されている。この開口部５は、上流側１１に位置する入口が横方向（周方向）に開口する一方、下流側１２に位置する出口が下向きに開口している。
【００２０】
開口部５の入口側には、フランジ状の基部６１から先端に向かって先細り形状の先端部分６２が延びた弁体６が配置されている。
【００２１】
この弁体６において、基部６１の前面側には先端部分６２を取り巻くようにゴムシール６３（シール用弾性部材）が固着され、図２（Ａ）に示す全閉状態における気密を確保しているい。また、全閉状態において、弁体６は先端部分６２が開口部５の内側に侵入し、かつ、基部６１がゴムシール６３を介して開口部５の入口の周りに密着した状態にある。
【００２２】
これに対して、図２（Ｂ）に示す開状態において、弁体６は開口部５から後退した位置にあって、基部６１と開口部５の入口の周りとは離間し、かつ、先端部分６２は、開口部５の内側から抜け出た状態にある。
【００２３】
そして、それらの中間状態においては、弁体６の先端部分６２の一部が開口部５の内側に侵入した状態にあることにより、先端部分６２と開口部５との隙間によって開度が調整される。
【００２４】
ここで、図２（Ａ）、（Ｂ）において、矢印Ａで示す方向が閉方向であり、矢印Ｂで示す方向が開方向であり、弁体６は、以下に説明する弁駆動装置３によって、矢印Ａおよび矢印Ｂで示す方向にように、ステッピングモータ３０の出力軸３５と交差する方向に駆動され、ステッピングモータ３０の出力軸３５の周りにおいて円弧状の軌跡を描く。従って、本形態において、弁体６の先端部分６２は、弁体６の円弧状の軌跡に対応して湾曲している一方、開口部５の平面形状も、弁体６の円弧状の軌跡、および弁体６の先端部分６２の湾曲形状に対応して湾曲した平面形状を有している。
【００２５】
本形態では、弁体６を矢印Ａおよび矢印Ｂで示す方向に駆動するために、双方向への回転が可能なステッピングモータ３０と、歯車列からなる伝達機構７０とを備えた弁駆動装置３が構成され、伝達機構７０は、カップ状のケース２１内に配置されている。
【００２６】
弁駆動装置３において、ステッピングモータ３０の出力軸３５は、プレート４の受け部によって回転可能に支持されている。また、出力軸３５の側方位置において、伝達機構７０は、出力軸３５に固着されたピニオンと噛み合う外歯を備えた第１車７１を備えているとともに、この第１車７１の側方位置には、第１車７１の回転軸に固着されたピニオンと噛み合う外歯を備えた第２車７２を備えている。
【００２７】
一方、プレート４の内周壁に沿ってその底部たる隔壁４０には、周方向にガイド溝４４が形成され、このガイド溝４４の上には、円弧状の移動体８が配置されている。
【００２８】
移動体８は、その円弧状内周側面に、第２車７２の回転軸に固着されたピニオンと噛み合う内歯を備え、かつ、その端部には前記の弁体６が一体に形成されている。
【００２９】
［動作］
このように構成した流量制御装置１において、図２（Ａ）に示す全閉状態からステッピングモータ３０の出力軸３５が反時計周りＣＣＷの方向に回転すると、第１車７１が時計周りＣＷの方向に回転し、第２車７２が反時計周りＣＣＷの方向に回転する。その結果、移動体８も反時計周りＣＣＷの方向に回転し、弁体６は、矢印Ｂで示すように開方向に駆動される（図２（Ｂ）を参照）。その間、弁体６の移動距離に応じて、開口部５は、全閉状態から開度が徐々に増大し、流量が徐々に増大する。
【００３０】
それ故、図４に示すように、ステッピングモータ３０のステップ数、および弁体６の角度位置に対応して、流体入口２６から開口部５を経由して流体出口２７から流出していく流量が直線的に変化していく。
【００３１】
これに対して、図２（Ｂ）に示す開状態からステッピングモータ３０の出力軸３５が時計周りＣＷの方向に回転すると、第１車７１が反時計周りＣＣＷの方向に回転し、第２車７２が時計周りＣＷの方向に回転する。その結果、移動体８は時計周りＣＷの方向に回転し、弁体６は、矢印Ａで示すように閉方向に駆動される（図２（Ａ）を参照）。
【００３２】
このとき、弁駆動装置３は、弁体６と開口部５の入口の周りとがゴムシール６３を介して密着した閉状態よりもさらにゴムシール６３が圧縮される方向に駆動した状態を全閉状態の原点位置とする。
【００３３】
［本形態の効果］
以上説明したように、本形態では、弁体６を開口部５に対して移動させる弁駆動装置３の駆動源としてモータを用いているため、ソレノイドをオン・オフ制御する構成と違って、異音やチャタリングの発生が起こらない。また、弁体６の先細りの先端部分６２が開口部の内側に侵入することにより、開口部の開度を調整するので、簡素な構成でありながら、高い精度で流量の制御を行うことができる。
【００３４】
また、モータの出力軸３５の回転を回転運動のまま弁体６に伝達しているので、弁体６を直動させる方式と比較して、伝達機構７０の構成を簡素化でき、かつ、エネルギーロスも少ない。しかも、弁体６が円弧状の軌跡に沿って先端部分６２が湾曲しているため、弁体６が他の部分と干渉することがない。それ故、弁体６のストロークを長く設定できるので、流量の調整を高い精度で行うことができる。
【００３５】
さらに、伝達機構７０は、弁体６が駆動されるときの回転中心軸線からみて弁体６の全閉位置とは反対側に配置されている。このため、弁体６や開口部５を配置する領域や、伝達機構７０を配置する領域が広い。それ故、各構成要素のレイアウトを容易に行うことができる。
【００３６】
また、弁駆動装置３は、弁体６と開口部５の入口の周りとがゴムシール６３を介して密着した全閉状態よりもさらにゴムシール６３が圧縮される方向に駆動した状態を全閉状態の原点位置とする。このため、流体を完全に遮断でき、かつ、流量が完全に０の状態を原点にして流量を制御できる。なお、このような原点出しについては、電源投入時には必ず行うが、それ以降については、随時、適当な間隔で、あるいは毎動作時に行えばよい。
【００３７】
［その他の実施の形態］
上記形態では、弁体６および開口部５のうち、弁体６の方を駆動したが、弁体６を固定し、開口部５の方を駆動する構成であってもよい。また、ゴムシールなどのシール用弾性部材については、弁体側および開口部側のうちの少なくとも一方に配置すればよい。
【００３８】
また、上記形態では、１つの開口部５の開度を調整する構成であったが、複数の開口部を設け、その開閉状態の組み合わせを弁体６で切り換えることにより流量を制御してもよい。
【００３９】
さらに、弁体６の駆動方法については、上記形態のように、回転方式に限らず、直動方式、あるいは、ネジ状の弁体６が回転しながらネジ溝内を移動する構成であってもよい。
【００４０】
また、上記形態では、駆動源としてステッピングモータ３０を用いたが、ＤＣモータやＡＣモータを用いてもよく、このようなモータを用いる場合には、ステップ制御に代えて、時間制御、あるいは位置認識を行いながらの時間制御を行えばよい。
【００４１】
また、流量の制御対象となる流体としては気体に限らず、液体であってもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る流量制御装置では、弁体を前記開口部に対して相対移動させる弁駆動装置の駆動源としてモータを用いているため、ソレノイドをオン・オフ制御する構成と違って、異音やチャタリングの発生が起こらない。また、弁体の先細りの先端部分が開口部の内側に侵入することにより、開口部の開度を調整するので、簡素な構成でありながら、高い精度で流量の制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、本発明を適用した流量制御装置の平面図、正面図、および底面図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を適用した流量制御装置のケース内に配置された機構部品の全閉状態における平面図、および開状態の平面図である。
【図３】図２に示す歯車列などの展開図である。
【図４】本発明を適用した流量制御装置における弁体位置と流量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１　流量制御装置
２　ハウジング
３　弁駆動機構
４　プレート
５　開口部
６　弁体
８　移動体
１１　上流側
１２　下流側
２６　流体入口
２７　流体出口
３０　ステッピングモータ（駆動源）
３５　ステッピングモータの出力軸
６１　弁体のフランジ状の基部
６２　弁体の先端部分
６３　ゴムシール
７０　伝達機構
７１　第１車
７２　第２車
【図１】
2004028176.tif 000003
【図２】
2004028176.tif 000004
【図３】
2004028176.tif 000005
【図４】
2004028176.tif 000006