(57)【要約】【課題】  遮断機能付流量制御装置において、簡略な構成で信頼性の高いガス遮断機能を実現する。【解決手段】  コア２２をコイル２３で巻き、その周囲をＣ字形断面形状を有するヨーク２４により取り囲む。ヨーク２４の２つの磁極片２４Ａ、２４Ｂの間にコア２２の磁極片２２Ａを配置する。磁極片２４Ａ、２２Ａ、２４Ｂと、それらから所定距離離れて配置されたヨーク２５との間に、弁軸２０を挿入する。コック本体１２内のガス流量を制御する制御弁２１を弁軸２０の先端に設ける。弁軸２０に永久磁石Ｍ１、Ｍ２を設置する。磁極片２４Ａと磁石Ｍ１との間に形成されるエアギャップＳ１を磁極片２２Ａ、２４Ｂと磁石Ｍ１、Ｍ２との間に形成されるエアギャップＳ２、Ｓ３よりも広くとることにより、磁気スプリング機能をもたせる。磁気スプリングの付勢力Ｆが制御弁２１を全閉状態となるように付勢するように配置する。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気スプリング機能を有したアクチュエータと、
前記アクチュエータにより駆動される制御弁と、
前記制御弁の駆動により流量を制御するコック本体とを備え、
前記アクチュエータに電力が供給されていない状態において、前記制御弁が前記磁気スプリング機能により前記コック本体において全閉状態となる
ことを特徴とする遮断機能付き流量制御装置。
【請求項２】
前記アクチュエータが直動式であり、前記制御弁がニードルバルブ形式であることを特徴とする請求項１に記載の流量制御装置。
【請求項３】
前記制御弁が弾性体から構成される円板状のバルブシートを備え、前記制御弁全閉時には前記バルブシートが流体を遮断することを特徴とする請求項２に記載の流量制御装置。
【請求項４】
前記制御弁が、最小流量を規定する細孔を備えることを特徴とする請求項３に記載の流量制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れかに記載の流量制御装置を用いたガス燃焼制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遮断機能を備えた流量制御弁及びガス機具等の流体機器の流量制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス燃焼器具等においては、ガス流量を制御するための機能と、ガスの供給を遮断するための遮断機能とを備える必要がある。ガス流量を制御する構成としては、制御弁等からなるガスコックを手動操作するものと電気的に制御するものが知られている。制御弁を電動制御するものとしては、直流モータやステップモータを用いるものが知られている（特許文献１、２参照）。しかし、これらのガス流量制御装置では、制御弁が開かれた状態において停電等により電源供給が止まると、制御弁が開いた状態に維持されてしまう。したがって、このような装置には、電源供給が停止したことを検知する機構と、制御弁を全閉状態まで戻すためのバックアップ電源や駆動機構を必要とし、構造が複雑になるとともにコスト高となる。またこのような装置では、モータコイルの断線等によるフェール時にはガス遮断機能を果たすことができない。
【０００３】
また、従来リニアソレノイドを用いて制御弁を制御するものも知られているが、このような装置では、コイルによる電磁力とスプリング力とのバランスにより制御弁の位置を制御しており、スプリング等のメカニカルな部品を必要とする。したがって、振動や部品の摩耗等により信頼性に問題がある。
【特許文献１】特公平７−０５４１７８号公報
【特許文献２】特開２００１−１１６２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願発明は、電源ダウン時及びアクチュエータのフェール時に備えた付加的な機構を用いることなく、信頼性の高い遮断機能を実現する遮断機能付流量制御装置を提供するとともに、このような遮断機能付流量制御装置を用いたガス燃焼制御システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の遮断機能付き流量制御装置は、磁気スプリング機能を有したアクチュエータと、アクチュエータにより駆動される制御弁と、制御弁の駆動により流量を制御するコック本体とを備え、アクチュエータに電力が供給されていない状態において、制御弁が磁気スプリング機能によりコック本体において全閉状態となることを特徴としている。
【０００６】
アクチュエータは直動式であり、制御弁がニードルバルブ形式であることが好ましく、更に制御弁は弾性体から構成される略円板状のバルブシートを備え、制御弁全閉時にはバルブシートが流体を遮断するように構成されることが好ましい。また更に、制御弁は、先端部がガス送出路に挿入された状態において最小流量を規定する細孔を備えることが好ましい。
【０００７】
また、本発明のガス燃焼制御システムは、上記流量制御装置を用いたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように、本発明によれば、電源ダウン時及びアクチュエータのフェール時に備えた付加的な機構を用いることなく、信頼性の高い遮断機能を実現する遮断機能付流量制御装置を提供するとともに、このような遮断機能付流量制御装置を用いたガス燃焼制御システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態であるガス燃焼制御システム全体のブロック図である。
【００１０】
本実施形態のガス燃焼制御システム１０のガスバーナ１１には、コック本体１２を介して燃焼ガスが供給される。コック本体１２では、制御弁（図２、３等参照）を用いてガスバーナ１１に供給されるガス流量が調整され、制御弁はアクチュエータ１３を動力として駆動される。
【００１１】
本実施形態のガス燃焼制御システム１０には、更に電子制御部１４が設けられ、アクチュエータ１３の動作は電子制御部１４により制御される。アクチュエータ又はコックに制御弁開度を検出する手段があり、電子制御部１４にフィードバックされることが望ましい。また、ガスバーナ１１には、ガスを点火させるための点火装置や、過熱防止のための温度センサ等（不図示）が設けられるが、これらも電子制御部１４により制御される。なお、電子制御部１４の動作は、操作パネル１５に設けられた各種スイッチを使用者が操作することによって制御され、その状態は操作パネル１５上の表示器（不図示）において表示される。例えば操作パネル１５上には、火力を調整するための操作スイッチや、点火を行うための操作スイッチが設けられる。電子制御部１４は、これらのスイッチ操作に応じて、アクチュエータ１３の駆動を制御して制御弁開度を調整し、点火装置を駆動してガスバーナ１１の点火を行う。また、操作パネル１５には、現在の火力調整位置等に関する情報が表示される。
【００１２】
次に図２を参照して、本実施形態のガス燃焼制御システム１０において用いられるアクチュエータ１３について説明する。図２は、アクチュエータ１３の断面図である。
【００１３】
アクチュエータ１３は例えばリニアアクチュエータであり弁軸２０を備える。図２において弁軸２０は、その長手方向（矢印Ａ方向）に直線的に往復運動することができ、弁軸２０の一方の先端には後述するように制御弁２１が一体的に組み付けられ、コック本体１２内に挿入されてガス流量の制御及び遮断に用いられる。
【００１４】
リニアアクチュエータ１３はコア２２を備え、コア２２の周囲にはコイル２３が巻回される。また、コイル２３の周りは略Ｃ字形断面形状を有するヨーク２４により取り囲まれる。コア２２の磁極片２２Ａは、Ｃ字形の両端に対応するヨーク２４の２つの磁極片２４Ａ、２４Ｂの間に配置される。すなわち、磁極片２４Ａ、２２Ａ、２４Ｂはこの順番で略直列して配置される。磁極片２２Ａ、２４Ａ、２４Ｂと対向する位置には、磁極片２２Ａ、２４Ａ、２４Ｂに沿ってヨーク２５が所定距離離れて配置される。ヨーク２５はＡ方向に沿った板状部材であり、Ａ方向に沿った長さはヨーク２４のＡ方向に沿った寸法に略等しい。
【００１５】
弁軸２０は、磁極片２２Ａ、２４Ａ、２４Ｂとヨーク２５の間の隙間に嵌入されヨーク２５の長手方向（Ａ方向）に沿って摺動される板状の可動部と、コック本体１２内に挿入され制御弁２１が組み付けられる軸状の軸部とから構成され、可動部には、２つの永久磁石Ｍ１、Ｍ２が長手方向に所定の間隔を置いて設置される。磁石Ｍ１、Ｍ２は、各々の磁極がそれぞれヨーク２４又はコア２２とヨーク２５とを結ぶ方向（Ａ方向に垂直）に向けられるように並列して配置される。また、磁石Ｍ１のＮ極、Ｓ極の方向と磁石Ｍ２のＮ極、Ｓ極の方向はそれぞれ逆向きとされる。すなわち、本実施形態では、磁石Ｍ１のＮ極はヨーク２５側にＳ極はヨーク２４、コア２２側に配置され、磁石Ｍ２のＮ極はヨーク２４、コア２２側にＮ極はヨーク２５側に配置される。
【００１６】
また、制御弁２１とは反対側に位置する磁極片２４Ａは、制御弁２１側の磁極片２４Ｂよりも薄く成形され、磁極片２４Ａと弁軸２０の可動部との間に形成されるエアギャップＳ１は、磁極片２２Ａと可動部の間に形成されるエアギャップＳ２や、磁極片２４Ｂと可動部との間に形成されるエアギャップＳ３よりも広い。なお、本実施形態において、ヨーク２５の位置は、ヨーク２４などに対し相対的に固定されているが、ヨーク２５は永久磁石Ｍ１、Ｍ２の磁力や他の方法により板状の可動部に固定され一緒に移動する構造となってもよい。
【００１７】
次にアクチュエータ１３の作動原理について図３を参照して説明する。図３（ａ）〜図３（ｃ）は、アクチュエータ１３の非通電時、通電開始時（始動時）、及び通常の通電時の各段階において形成される磁気回路の構成を模式的に示す図である。
【００１８】
コイル２３に電力が供給されていない図３（ａ）の状態では、磁界は弁軸２０の可動部に設けられた永久磁石Ｍ１、Ｍ２のみにより与えられ、アクチュエータ１３の磁気回路は、弁軸２０が図３（ａ）に示される位置において磁気的に安定する。すなわち、磁石Ｍ１、Ｍ２は、磁石Ｍ１が磁極片２２Ａに隣接するときに磁石Ｍ２が磁極片２４Ｂに隣接し、磁石Ｍ１が磁極片２４Ａに隣接するときに磁石Ｍ２が磁極片２２Ａに隣接するような間隔を置いて弁軸２０に設置されており、磁気回路において抵抗となるエアギャップは、磁極片２４Ａと磁石Ｍ１との間に形成されるエアギャップＳ１の方が、磁極片２２Ａと磁石Ｍ１との間に形成されるエアギャップＳ２や、磁極片２４Ｂと磁石Ｍ２との間に形成されるエアギャップＳ３よりも大きく設定される。このためアクチュエータ１３には実線Ｌ１で示されるように磁路が形成される。すなわち、磁石Ｍ１のＮ極から出た磁力線は、ヨーク２５を介して、磁石Ｍ２のＳ極に入り、磁石Ｍ２のＮ極から再び出て磁極片２４Ｂからヨーク２４の下半分を通ってコア２２を至り、コア２２から磁石Ｍ１のＳ極に至る。これにより弁軸２０は図３（ａ）の位置において安定する。
【００１９】
図３（ｂ）は、コイル２３に電力が供給された直後の状態を示している。コイル２３は、磁気的安定位置にある永久磁石Ｍ１、Ｍ２による磁気回路の磁場（図３（ａ）参照）を打ち消す方向に磁界を発生する（破線Ｌ２で示す）。これにより、磁気回路はヨーク２４の上半分の経路を通るようになり、磁石Ｍ１のＳ極には、磁極片２４Ａから磁力線が供給され、磁石Ｍ２のＮ極からの磁力線は、磁極片２２Ａを介してコア２２を通るようになる。
【００２０】
したがって、磁石Ｍ１は磁極片２４Ａの方向に引き付けられて移動し、磁石Ｍ２は磁極片２２Ａの方向に引き付けられ移動する。すなわち、弁軸２０は図３の上方向（矢印Ａの上向き方向）に移動する。図３（ｃ）に、コイル２３に更に電力が供給され磁気回路がヨーク２４の上半分を通る状態を示し、このときの磁路を実線Ｌ３で示す。なお、弁軸２０の移動量は、コイル２３に供給される電力を調整することにより制御することができる。
【００２１】
コイル２３への電力供給が停止すると弁軸２０は、永久磁石Ｍ１、Ｍ２とエアギャップＳ１、Ｓ２、Ｓ３の構成により、図３（ａ）の磁気的安定状態に戻るように力が働き（磁気スプリング機能）、図３（ａ）の位置で安定する。
【００２２】
次に図４と上記アクチュエータ１３の動作を参照して、制御弁２１のコック本体１２内での動作について説明する。図４（ａ）は、アクチュエータ１３（コイル２３）に電力が供給されておらず、制御弁２１が閉じられた状態を示し、図４（ｂ）は、アクチュエータ１３（コイル２３）に電力が供給され、制御弁２１が全開された状態を示す。
【００２３】
アクチュエータ１３の弁軸２０の軸部は、連結部１６に設けられた穴１６ｈを介してコック本体１２内に導かれる。コック本体１２には、コック本体１２にガスを供給するガス導入路１２Ａと、コック本体１２からガスバーナ１１へとガスを送出するガス送出路１２Ｂとが形成される。弁軸２０とガス送出路１２Ｂの軸線は略一致し、制御弁２１の先端は、ガス送出路１２Ｂに挿入可能である。すなわち、制御弁２１がガス送出路１２Ｂに嵌挿される度合いにより、ガスバーナ１１へ供給されるガス量を調整でき、制御弁２１がガス送出路１２Ｂを完全に塞ぐとガス供給が遮断される。なお連結部１６とコック本体１２の間、連結部１６と弁軸２０の軸部との間には、リングシール１６Ａ、１６Ｂなどが介装されており、その気密性が保たれる。
【００２４】
図４（ａ）のコイル２３に電力が供給されていない状態では、図３を用いて説明したように、弁軸２０には、図３（ａ）の磁気回路Ｌ１を形成するように力が作用する。一方、制御弁２１は、弁軸２０が図３（ａ）よりも若干上側の位置において全閉状態となるように構成される。すなわち、電力が供給されていない状態では、弁軸２０は磁気スプリング機能により磁気的な安定点である図３（ａ）の位置に向けて下向き（制御弁遮断方向）に付勢され（力Ｆ）、制御弁２１は付勢力Ｆによりガス送出路１２Ｂを密閉しガス供給を遮断する。
【００２５】
一方、コイル２３に電力が供給されると、図３（ｂ）、（ｃ）の状態となり、弁軸２０は上側に移動され、制御弁２１が塞いでいたガス送出路１２Ｂが開かれる。ガスはガス圧に従ってガス導入路１２Ａからコック本体１２内を通ってガス送出路１２Ｂに送られガスバーナ１１に送出される。
【００２６】
次に図５を参照して本実施形態の制御弁２１の特徴について説明する。なお、図５は制御弁２１の拡大断面図である。
【００２７】
弁軸２０の軸部２１Ａは略円筒状であるがその先端部２１Ｂは、先端に近づく程径が小さくなるようにテーパ状に形成される。軸部２１Ａの外径は、コック本体１２に設けられたガス送出路１２Ｂの内径に略等しく、軸部２１Ａはガス送出路１２Ｂに挿入可能である。
【００２８】
軸部２１Ａにおいて、先端部２１Ｂ近傍には略円板状の弾性部材（例えばゴム）からなるバルブシート２１Ｃが軸部２１Ａの軸方向に略直交して取り付けられる。バルブシート２１Ｃの外周縁には、軸部２１Ａの先端側に突出する外周リブ２１Ｄが全周に沿って形成される。外周リブ２１Ｄは、軸部２１Ａの先端部２１Ｂがガス送出路１２Ｂに挿入されるとき、ガス送出路１２Ｂが形成されたコック本体１２の内壁面に当接し、ガス送出路１２Ｂの周囲を閉塞してガスを遮断する。
【００２９】
軸部２１Ａにおいて、外周リブ２１Ｄの先端と略同じ高さには、細孔２１Ｅが軸部２１Ａの中心軸を略垂直に横切るように穿設されており、細孔２１Ｅは、先端部２１Ｂの端面から軸部２１Ａの中心軸に沿って穿設された細孔２１Ｆに連通される。すなわち、軸部２１Ａが全閉位置から僅かに持ち上げられ、バルブシート２１Ｃの外周リブ２１Ｄがコック本体１２の壁面から離接され、一定量のガスが細孔２１Ｅ、２１Ｆを通ってガス送出路１２Ｂに送られる。
【００３０】
更に軸部２１Ａが上方に移動し、テーパ状の先端部２１Ｂがガス送出路１２Ｂから抜き取られ始めると、ガスは先端部２１Ｂとガス送出路１２Ｂとの間に形成される隙間から供給され始める。このときの流路面積は制御弁２１の抜き取り量が大きくなるにしたがって広くなる。すなわち、ガス送出路１２Ｂに供給されるガス流量は、初め一定量で推移し、その後軸弁２０の抜き取り量に比例して大きくなる。なお、抜き取り量とガス流量との関係は、テーパ形状を調整することにより制御可能である。
【００３１】
以上のように、本実施形態のガス燃焼制御システムによれば、永久磁石と磁気抵抗部を有する磁気回路を用いた磁気スプリングにより制御弁にガス遮断機能を付加することができる。したがって、停電等により電源供給が止まった場合でも、特別な機構を追加する必要はない。また、アクチュエータのコイルが破断したようなフェール時においても確実にガス遮断機能を持たせることができる。また、このようなガス遮断機能を、メカニカルなスプリングを採用することなく実現できるので、部品点数及び組立工程を減らすことができるとともに、信頼性を向上することも可能となる。
【００３２】
また、本実施形態では直動式のアクチュエータを用いているので、モータ式の様に回転運動を直線運動に変換する必要がなく構成を簡略なものとすることができる。また更に、本実施形態では、制御弁に弾性部材からなるバルブシートを用いたので、ガス送出路と制御弁軸部との間にクリアランスを設けることにより、制御弁軸部とガス送出路との間の磨耗を抑える構造とすることができ、耐久性を向上できる。また、バルブシートに弾性部材を用いていることから、ガス圧を利用して全閉時の外周リブによる気密性を高めることができる。
【００３３】
更に、本実施形態では制御弁に設けた細孔により最小流量を規定するようにしたので最小流量と最大流量との差の大きい広範囲な流量制御を行うことができる。
【００３４】
なお、本実施形態では、ニードルバルブ形式のガス流量制御装置を一例に説明を行ったが、本実施形態のアクチュエータを例えばガス流通孔が設けられたスライド式の板などを用いたガス流量制御装置に適用することもできる。また、本実施形態では、ガスコンロなどのガス燃焼制御システムを前提に説明を行ったが、本発明に係る流量制御装置は、流体流量を制御するとともに遮断機能を必要とするシステム全般に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態であるガス燃焼制御システム全体のブロック図である。
【図２】本実施形態で適用される直動式アクチュエータの断面図である。
【図３】アクチュエータの非通電時、通電開始時（始動時）、及び通常の通電時の各段階において形成される磁気回路の構成を模式的に示す図である。
【図４】アクチュエータに電力が供給されず制御弁が閉じられた状態、及びアクチュエータに電力が供給されて制御弁が全開された状態を示す断面図である。
【図５】本実施形態に適用される制御弁の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ガス燃焼制御システム
１２  コック本体
１３  アクチュエータ
２１  制御弁
Ｆ  磁気スプリングによる付勢力
【図１】
2005214437.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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