(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体圧によって弁座から押し上げられて閉状態から開状態に切り換わる浮遊式の弁体と、この弁体の開度を制限するストッパと、このストッパに対して弾性圧縮可能な連結部材を介して連結されている駆動部材と、この駆動部材を前記弁体の開閉方向に移動させるモータとを有し、流体圧によって前記弁体が弁座から押し上げられて前記ストッパに当接した開状態における流量を前記ストッパの位置により調整するモータ駆動式流量調整弁において、
さらに、前記弁体の回転運動によって発電動作を行う発電機を有していることを特徴とするモータ駆動式流量調整弁。
【請求項２】
請求項１において、さらに、前記弾性圧縮可能な連結部材が所定量以上圧縮されたことを検出する過負荷検出器と、駆動部材の原点位置を検出する原点位置検出器とを有することを特徴とするモータ駆動式流量調整弁。
【請求項３】
請求項１または２において、前記弁体は、円錐台形状を有していることを特徴とするモータ駆動式流量調整弁。
【請求項４】
請求項１または２において、前記弁体は、球であることを特徴とするモータ駆動式流量調整弁。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記ストッパは、前記弁体の開閉方向に延びる軸線回りに回転自在に保持され、
前記発電機は、当該軸線回りのストッパの回転運動によっても発電動作を行うことを特徴とするモータ駆動式流量調整弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ駆動式流量調整弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流量調整弁としては、流体通路を封鎖している弁体に一体に連結されているシャフトをモータにより昇降して、弁体を開閉するように構成されたモータ駆動式の流量調整弁が知られている。モータを精度良く駆動制御することにより、流量調整を精度良く行なうことが可能である。
【０００３】
また、商用電源を供給できない箇所に設置することができるよう、モータ駆動式流量調整弁としてはバッテリ駆動型のモータが使用されつつある。また、流量調整弁を用いた各種機器においては、バッテリからの電力供給によって、この機器自身で流量の監視などを行い、この監視結果を出力するように構成されつつある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のモータ駆動式流量調整弁では、モータ出力軸が機械的伝達機構を介して直接に弁体シャフトに連結されているので、弁体に作用する水圧等が直接にモータに作用する。このために、弁体の開閉操作には大きな駆動力が必要であり、モータ負荷も大きくなるという問題点がある。この結果、モータ消費電力も増加してしまう。商用電源から電力を供給できる場合にはそれ程問題にはならないが、バッテリ駆動型のモータを使用する場合には消費電力を極力抑制することが望ましい。
【０００５】
また、流量調整弁においては、バッテリからの電力供給によって各種動作を行うように構成されつつあるが、従来のモータ駆動式流量調整弁では、電源に関する改良がなされていないという状況にある。
【０００６】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、モータ負荷を低減することにより省電力化を図るとともに、流量調整弁に発電という新たな機能を追加したモータ駆動式流量調整弁を提案することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明では、流体圧によって弁座から押し上げられて閉状態から開状態に切り換わる浮遊式の弁体と、この弁体の開度を制限するストッパと、このストッパに対して弾性圧縮可能な連結部材を介して連結されている駆動部材と、この駆動部材を前記弁体の開閉方向に移動させるモータとを有し、流体圧によって前記弁体が弁座から押し上げられて前記ストッパに当接した開状態における流量を前記ストッパの位置により調整するモータ駆動式流量調整弁において、さらに、前記弁体の回転運動によって発電動作を行う発電機を設けたことを特徴とする。
【０００８】
本発明のモータ駆動式流量調整弁では、モータと弁体とは、機械的連結が無く完全に相互に分離している。従って、弁体に作用する流体圧がモータの側に作用することを回避できるので、モータによって弁体を駆動するときの消費電力を低減することができる。また、ストッパにより弁体を弁座に押し付けて弁体を閉じる際、およびストッパによる押付け力を解除して弁体を開く際には、当該弁体に作用する流体圧によって、その開閉方向に延びる軸線を中心として弁体が急速に回転することが確認された。そこで、弁体の前記軸線周りに磁極を形成する一方、その周りに発電コイルを配置して発電機を構成しておけば、弁体の回転運動を利用して発電機により発電を行なわせることも可能であり、これにより得た電力をバッテリに充電すれば、省電力化を図ることができる。
【０００９】
本発明においては、さらに、前記弾性圧縮可能な連結部材が所定量以上圧縮されたことを検出する過負荷検出器と、駆動部材の原点位置を検出する原点位置検出器とを有することが好ましい。このように構成すると、弁体が持ち上がって流体が流れている状態で、モータを駆動してストッパの位置を移動して弁体の開度を制限しようとすると、ストッパは弁体によって押されているので、モータに過剰な負荷がかかる。しかし、本発明では、ストッパと駆動部材は弾性圧縮可能な連結部材を介して連結されているので、駆動部材のみが移動すると、連結部材が圧縮されて、過負荷検出器により過負荷状態が検出される。この検出器からの検出信号によりモータ駆動を強制的に停止すれば、モータが過負荷状態に陥ることを回避でき、従って、消費電力も節約できる。さらに、本発明では、駆動部材の原点位置を原点位置検出器により検出可能であるので、駆動部材を駆動するためには、すなわち、駆動部材に連結部材を介して連結されているストッパの位置を調整するためには、ストッパを一旦原点位置に戻し、そこから所定距離だけストッパを移動させて、目標とする位置に設定すればよい。このようにすれば、ストッパの位置を常に検出している必要が無く、また、ストッパ位置をメモリに保持しておく必要もない。よって、ストッパ位置の常時検出あるいはそれを記憶保持するための消費電力を削減できる。
【００１０】
本発明において、前記弁体としては、円錐台形状等々、各種の形状のものを用いることができる。ここで、前記弁体が球形状を有している場合には、弁体の開閉動作時の摺動抵抗を小さくできるという利点がある。
【００１１】
本発明において、前記ストッパは、前記弁体の開閉方向に延びる軸線回りに回転自在に保持されている場合には、前記発電機は、当該軸線回りのストッパの回転運動によっても発電動作を行うように構成することが好ましい。
【００１２】
【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モータ駆動式流量調整弁を説明する。
【００１３】
（第１の実施例）
図１は本例のモータ駆動式流量調整弁の概略構成図である。この図に示すように、本例のモータ駆動式流量調整弁１は、流体管、たとえば水道管に接続されている弁箱２を備え、この弁箱２の内部には、通水路３、４と、これらの通水路３、４を連通している円形開口５とが形成されている。この円形開口５の内周面が弁座６とされており、ここには、上側から円錐台形状の弁体７が着座して、当該円形開口５が封鎖されている。
【００１４】
弁体７は上下方向に移動自在に配置された浮遊型の弁体であり、この弁体７の直上にはストッパ８が上下方向に移動可能に配置されている。このストッパ８は同軸状態に連結した連結用コイルばね９を介して、駆動部材１１の下端に連結されている。駆動部材１１も上下方向に移動可能であり、当該駆動部材１１に形成したボールナット部分に、上側からボールねじ１２がねじ込まれている。このボールねじ１２はモータ１３の出力軸１４に同軸状態で連結されている。
【００１５】
なお、モータ１３と駆動部材１１の間に歯車列を介在させて連結してもよい。
また、モータ１３の回転運動を駆動部材１１の直線運動に変換する機構はボールねじ・ボールナット以外の雄ねじおよび雌ねじの組み合わせでもよく、あるいはそれ以外の変換機構を採用することもできる。
【００１６】
ここで、駆動部材１１は回転不可の状態で弁箱２内に配置されている。従って、モータ１３を駆動すると、その出力軸１４に連結されているボールねじ１２の回転により、駆動部材１１は上下に直線移動することになる。駆動部材１１を上昇させると、弁箱２の上端面２ａに当たるようになっており、当該上端面２ａおよび駆動部材１１の上端面にはそれぞれ原点位置検出器１５の検出用端子１５ａ、１５ｂが配置されている。駆動部材１１が弁箱上端面２ａに当たると、検出用端子１５ａ、１５ｂが導通状態となり、原点位置検出信号Ｓ１５が出力されるようになっている。
【００１７】
また、連結用コイルばね９が所定量以上圧縮状態になったことを検出するための過負荷検出器１６も備わっており、この過負荷検出器１６の一方の検出用端子１６ａは駆動部材１１の側に取り付けられ、他方の検出用端子１６ｂはストッパ８の側に取付けられている。コイルばね９が所定量以上圧縮して、双方の部材が接近すると、これらの検出用端子１６ａ、１６ｂが導通状態となり、過負荷検出信号Ｓ１６が出力されるようになっている。
【００１８】
上記の各検出信号Ｓ１５、Ｓ１６は駆動制御装置１７に供給される。これらの検出信号に基づき、駆動制御装置１７は、モータ１３の駆動を制御するようになっている。
【００１９】
このように構成した本例のモータ駆動式流量調整弁１の動作を説明する。まず、水が流れていない状態においてモータ１３を駆動して、駆動部材１１をその上端原点位置から所定の位置まで降下させる。すなわち、この駆動部材１１に連結用コイルばね９を介して連結されているストッパ８を所定の位置となるように位置決めする。
【００２０】
この状態で水を流すと、水圧に押されて浮遊式の弁体７が押し上げられ、開口５が開き、水が流れはじめる。弁体７はストッパ８に当たる位置まで上昇する。
よって、ストッパ８によって弁体７の開度が規制される。
【００２１】
ここで、通水状態においてモータ１３を駆動して、ストッパ８の位置を降下して弁開度を絞ろうとすると、ストッパ８には下側から弁体７が押し付けられているので、駆動部材１１のみが降下して、連結用コイルばね９を圧縮する。この結果、過負荷検出用端子１６ａ、１６ｂが接触して導通状態になり、過負荷検出信号Ｓ１６が出力される。駆動制御装置１７は、この検出信号Ｓ１６を受取ると、強制的にモータ駆動を停止する。従って、本例のモータ駆動式流量調整弁１においては、水圧に逆らって弁体を強制的に移動させるようなモータに過負荷が作用する駆動が行われることを回避できる。よって、かかる駆動により大電流が消費されてしまうことを防止できる。
【００２２】
次に、本例のモータ駆動式流量調整弁１では、流量調整はモータ駆動によりストッパ位置を調整することにより行なうことができる。この場合、通水を止めた後に、一旦、ストッパ８を原点位置まで上昇させる。すなわち、モータ１３を駆動して、連結用コイルばね９を介してストッパ８に連結されている駆動部材１１を上端原点位置まで上昇させる。駆動部材１１を上端原点位置まで上昇させると、原点位置検出用接点１５ａ、１５ｂが接触して導通状態になり、原点位置検出信号Ｓ１５が出力される。この出力を受取ることにより、駆動制御回路１７は駆動部材１１、したがってストッパ８が原点位置まで上昇したことを認識して、モータ１３を停止する。
【００２３】
この後は、モータ１３を逆回転させることにより、ストッパ８を所定量だけ降下させて、目標とする位置に位置決めする。これにより、弁開度が規定される。
このように、本例のモータ駆動式流量調整弁１では、ストッパ８の原点位置を記憶保持する必要がなく、また、常にストッパ位置を検出する必要もない。よって、駆動電力を節約することができる。
【００２４】
このように構成したモータ駆動式流量調整弁１において、ストッパ８により弁体７を弁座６に押し付けて弁体７を閉じる際、およびストッパ８による押付け力を解除して弁体７を開く際には、弁体７に作用する流体圧によって、その開閉方向に延びる軸線８００を中心として弁体７が急速に回転する。
【００２５】
そこで、本例では、弁体７の外周面に対して、その周方向に磁極を形成する一方、弁体７の周りを囲むように弁箱２の近傍に発電コイル１０１を配置して発電機１００を構成してある。
【００２６】
従って、本例のモータ移動式流量調整弁１では、弁体７の軸線８００周りの回転運動を利用して発電機１００により発電を行なわせることができ、これにより得た電力をバッテリに充電すれば、モータ移動式流量調整弁１の省電力化を図ることができる。
【００２７】
（第２の実施例）
図２は本発明を適用したモータ駆動式流量調整弁の第２の実施例を示す概略構成図である。本例のモータ駆動式流量調整弁２１の基本構成は図１のモータ駆動式流量調整弁１と同一であるので、対応する部分には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
【００２８】
本例のモータ駆動式流量調整弁２１では、弁体７、ストッパ８、連結用コイルばね９、駆動部材１１、ボールねじ１２およびモータ１３が垂線に対して所定の角度だけ傾斜した傾斜配列とされており、これに対応して弁箱２Ａも傾斜配置されている。このように弁体７の移動方向を斜めにすることにより、水流方向（水平流）を変えずに、すなわち、弁座６Ａが形成されている円形開口５Ａを挟み、両側の通水路３Ａ、４Ａを段差無く水平に同軸状態に配列して、弁体７を持ち上げることができる。よって、圧力損失が小さくて済む。
【００２９】
また、本例のモータ駆動式流量調整弁２１においても、ストッパ８により弁体７を弁座６に押し付けて弁体７を閉じる際、およびストッパ８による押付け力を解除して弁体７を開く際には、弁体７に作用する流体圧によって、その開閉方向に延びる軸線８００を中心として弁体７が急速に回転するので、弁体７の外周面に対して、その周方向に磁極を形成する一方、弁体７の周りを囲むように弁箱２の近傍に発電コイル１０１を配置して発電機１００を構成してある。
【００３０】
従って、本例のモータ移動式流量調整弁２１では、弁体７の軸線８００周りの回転運動を利用して発電機１００により発電を行なわせることができ、これにより得た電力をバッテリに充電すれば、モータ移動式流量調整弁２１の省電力化を図ることができる。
【００３１】
（第３の実施例）
ここで、本発明においては弁体７を、球状のものを使用してもよい。図３にはかかる構成を備えた第３の実施例に係るモータ駆動式流量調整弁を示す説明図である。
【００３２】
本例のモータ駆動式流量調整弁２２では、球状の弁体７Ａは、弁箱２の内周面２ｂとの接触が線接触となるので、接触抵抗が小さくなる。また、転動することにより上下方向の移動が円滑に行われるという利点がある。
【００３３】
次に、モータ１３を駆動してストッパの８位置を移動して弁体７Ａを開こうとしても、弁体７Ａが弁箱内２Ａの圧力に押されて持ち上がらないことがある。こうした場合は、弁箱２Ａの内部空間２００、すなわち弁体７Ａの背面側の空間と、弁体７Ａよりも下流側の通水路３Ａとの間にバイパス路１８を設けることが望ましい。バイパス路１８によって、弁箱２Ａの内部空間２００の圧力が常に下流側の水圧に等しくなるので、弁体７Ａをスムーズに持ち上げることができる。
【００３４】
また、本例のモータ駆動式流量調整弁２２においても、ストッパ８により弁体７Ａを弁座６Ａに押し付けて弁体７Ａを閉じる際、およびストッパ８による押付け力を解除して弁体７Ａを開く際には、弁体７Ａに作用する流体圧によって、その開閉方向に延びる軸線８００を中心として弁体７Ａが急速に回転するので、弁体７Ａの外周面に対して磁極を形成する一方、弁体７Ａの周りを囲むように弁箱２Ａの近傍に発電コイル１０１を配置して発電機１００を構成してある。
【００３５】
従って、本例のモータ移動式流量調整弁２２では、弁体７Ａの軸線８００周りの回転運動を利用して発電機１００により発電を行なわせることができ、これにより得た電力をバッテリに充電すれば、モータ移動式流量調整弁２２の省電力化を図ることができる。
【００３６】
（第４の実施例）
図４は本発明を適用した第４の実施例に係るモータ駆動式流量調整弁を示す概略構成図である。本例のモータ駆動式流量調整弁２３の基本構成は図３のモータ駆動式流量調整弁２２と同一であるので、対応する部分には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
【００３７】
本例のモータ駆動式流量調整弁２３においても、第３の実施例と同様、球状の弁体７Ａの外周面に対して磁極を形成する一方、弁体７Ａの周りを囲むように弁箱２Ａの近傍に発電コイル１０１を配置して発電機１００を構成してある。
【００３８】
また、本例のモータ駆動式流量調整弁２３では、ストッパ８Ａが連結用コイルばね９の先端に対して、弁体７Ａの開閉方向に延びる軸線８００を中心として回転自在の状態で取付けられている。また、当該ストッパ８Ａには、同軸状態でシャフト１９１の先端が連結されており、このシャフト１９１は、連結用コイルばね９、駆動部材１１、ボールねじ１２およびモータ１３の中心を、回転自在の状態で貫通しており、他端が発電機１９に連結され、この発電機１９は、弁体７Ａの回転動作によって発電する発電機１００とともに一つの発電機として機能する。
【００３９】
なお、ストッパ８Ａには、弁体７Ａの球状の外周面に対して面接触可能な弁体押付け面８０１が形成されている。換言すると、弁体７Ａに密着可能な凹状球面が形成されている。従って、ストッパ８Ａは確実に弁体７Ａを押し付けることができる。
【００４０】
このように構成されたモータ駆動式流量調整弁２３では、弁体７Ａを開けた直後あるいは閉じる直前に、当該弁体７Ａは、水流により急速に軸線８００回りに回転するが、それに伴い、弁体７Ａを押し付けているストッパ８Ａも一緒に回転したとき、このストッパ８Ａの回転によって発電機１９が駆動されて発電動作を行なう。よって、発電機１９、１００は、ひとつの発電機として弁体７Ａの回転を電力として取り出して利用することができる。
【００４１】
（その他の実施の形態）
なお、上記の各例においては弁体および弁座の素材については言及しなかったが、一般に、弁体に比べて弁座を軟質素材から形成しておけば、弁体によって弁座面が摩耗して、双方の納まりが良くなるので好ましい。
【００４２】
また、上記の各例は水の流量調整のためのものであるが、その他の流体流量を調整するために本発明を適用できることは勿論である。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のモータ駆動式流量調整弁では、モータと弁体とは、機械的連結が無く完全に相互に分離している。従って、弁体に作用する流体圧がモータの側に作用することを回避できるので、モータによって弁体を駆動するときの消費電力を低減することができる。また、ストッパにより弁体を弁座に押し付けて弁体を閉じる際、およびストッパによる押付け力を解除して弁体を開く際には、当該弁体が作用する流体圧によって、その開閉方向に延びる軸線を中心として急速に回転することが確認された。そこで、弁体の前記軸線周りに磁極を形成する一方、その周りに発電コイルを配置して発電機を構成しておけば、弁体の回転運動を利用して発電機により発電を行なわせることも可能であり、これにより得た電力をバッテリに充電すれば、省電力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した第１の実施例に係るモータ駆動式流量調整弁の概略構成図である。
【図２】本発明を適用した第２の実施例に係るモータ駆動式流量調整弁を示す概略構成図である。
【図３】本発明を適用した第３の実施例に係るモータ駆動式流量調整弁を示す概略構成図である。
【図４】本発明を適用した第４の実施例に係るモータ駆動式流量調整弁を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１、２１、２２、２３  モータ駆動式流量調整弁
２、２Ａ    弁箱
２ａ  弁箱の上端面
２ｂ  弁箱の内周面
３、４、３Ａ、４Ａ  通水路
５、５Ａ    円形開口
６、６Ａ    弁座
７、７Ａ    弁体
８、８Ａ    ストッパ
９    連結用コイルばね
１１  駆動部材
１２  ボールねじ
１３  モータ
１４  モータ出力軸
１５  原点位置検出器
１５ａ、１５ｂ  検出用接点
１６  過負荷検出器
１６ａ、１６ｂ  検出用接点
１７  駆動制御装置
１８  バイパス路
１９、１００  発電機
１０１  発電コイル
１９１  シャフト
２００  内部空間
８００  軸線
８０１  弁体押し付け面
Ｓ１５、Ｓ１６  検出信号
【図１】
0004576038.tif 000002
【図２】
0004576038.tif 000003
【図３】
0004576038.tif 000004
【図４】
0004576038.tif 000005