(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流量を調整するための弁体が所定の調整軸の回動により開閉する流量制御弁本体部と前記調整軸を回動させるモータ部とを備えた流量制御弁において、
前記弁体を全閉した際に、前記調整軸を回動させる前記モータ部の出力軸がその停止位置を検出し得る予め定めた停止角度から前記弁体を閉め込む方向に所定角度進んだ角度になるように前記モータ部と前記流量制御弁本体部とが組み付けられており、
前記停止角度は、前記弁体が全閉するよりも手前側に設定されていることを特徴とする流量制御弁。
【請求項２】
流量を調整するための弁体が所定の調整軸を回動させることで開閉する流量制御弁本体部に前記調整軸を回動するためのモータ部を組み付ける流量制御弁組立方法において、
前記弁体を全閉した際に、前記調整軸を回動させる前記モータ部の出力軸がその停止位置を検出し得る予め定めた停止角度から前記弁体を閉め込む方向に所定角度進んだ角度になるように前記モータ部を前記流量制御弁本体部に組み付けることを特徴とする流量制御弁組立方法。
【請求項３】
流量を調整するための弁体が所定の調整軸を回動させることで開閉する流量制御弁本体部の前記調整軸と当該調整軸を回動させるためのモータ部の出力軸とを同心に嵌合させて前記流量制御弁本体部に前記モータ部を組み付ける流量制御弁組立方法であって、前記モータ部の出力軸と前記調整軸のうちいずれか一方の軸はその内周面に当該軸と平行に延びる溝を略等角度間隔に複数備え、他方の軸は、その外周面に前記一方の軸の内周に形成された溝と係合する凸状の歯を少なくとも１つ備えるものにおいて、
前記流量制御弁本体部の前記弁体を全閉状態にし、
前記モータ部の出力軸をその停止位置の検出し得る予め定めた停止角度より前記弁体の閉め込み方向に所定角度進ませた角度に設定して保持し、
前記モータ部を前記流体制御弁本体部に取り付けるための所定の組み付け位置に合わせた状態でその出力軸と前記調整軸とを嵌合する際に、前記凸状の歯と前記溝との位相が合わず前記出力軸と前記調整軸とが嵌合しないとき、前記凸状の歯と前記溝の位相が合うまで前記モータ部を前記弁体の閉め込み方向に回して前記出力軸と前記調整軸とを嵌合させ、その後モータ部を前記閉め込み方向と逆方向に回して前記組み付け位置まで戻し当該位置で前記モータ部を前記流体制御弁本体部に固定することを特徴とする流量制御弁組立方法。
【請求項４】
流量を調整するための弁体が所定の調整軸の回動により開閉する流量制御弁本体部と前記調整軸を回動させるモータ部とを備えた流量制御弁であって、前記弁体を全閉した際に、前記調整軸を回動させる前記モータ部の出力軸がその停止位置を検出し得る予め定めた停止角度から前記弁体を閉め込む方向に所定角度進んだ角度になるように前記モータ部と前記流量制御弁本体部とが組み付けられているものの弁体を開閉する弁体開閉制御方法において、
前記弁体を開状態から全閉状態まで閉め込む際に、前記停止角度に到達したことが検知されるまで前記モータ部の出力軸を前記弁体の閉め込み方向へ第１の速度で回転させ、その後前記第１の速度より遅い第２の速度で前記出力軸を回転させ前記弁体を全閉状態まで徐々に閉め込むことを特徴とする弁体開閉制御方法。
【請求項５】
前記停止角度から前記出力軸を前記第２の速度で回した際に前記弁体が全閉するまでに要する最大時間より長い基準駆動時間を予め定めておき、前記出力軸が前記停止角度に到達してから前記基準駆動時間の経過するまでの間一律に前記モータ部を前記第２の速度で駆動することにより前記弁体を全閉状態まで徐々に閉め込むことを特徴とする請求項４記載の弁体開閉制御方法。
【請求項６】
前記弁体は弾性部材で止水する機能を備え、前記停止角度から前記出力軸を前記第２の速度で回して止水することを特徴とする請求項４または５記載の弁体開閉制御方法。
【請求項７】
請求項１記載の流量制御弁若しくは請求項２または３記載の流量制御弁組立方法により組み立てられる流量制御弁に適用する弁体において、
前記モータ部の出力軸の回転角の変化量と前記流量制御弁内の流量の変化量とが正比例するようにその形状を設定したことを特徴とする弁体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流量を調整するための弁体が所定の調整軸の回動により開閉する流量制御弁本体部と前記調整軸を回動させるモータ部とを備えた流量制御弁およびその組立方法、弁体開閉制御方法並びに弁体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、給湯器の水量制御弁などに用いる流量制御弁では、その弁体の開閉を駆動用モータで行うとともに、弁体を開状態から閉状態へ閉め込む際に、駆動用モータを、弁体が開状態から全閉状態に至るまで、予め定めた一定速度で駆動するようになっていた。
【０００３】
また、従来の流量制御弁は、たとえば、円錐台形状を成した弁体を流体の流入口である円形の開口部にその先端側から挿入するとともに、その挿入量によって弁の開度を調整するようになっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の技術では、弁体を開状態から全閉状態まで閉め込むとき、モータをその間一定速度で駆動し続けるので、弁体が流体の入口部へ突き当たる瞬間に大きな衝撃や負荷がモータに加わる。このため、これら弁体を駆動するモータや駆動用のギアが劣化あるいは破損し、耐久上好ましくないという問題があった。また、弁体が円錐台等の形状を成している場合、弁体を開閉するモータの回転角と流量との対応付けが難しく、意図どおりの流量を制御することが困難であった。
【０００５】
本発明は、このような従来の技術が有する問題点に着目してなされたもので、その第１の目的は、弁体を閉じる際の衝撃や負荷を簡単な制御で小さく抑えることのできる流量制御弁およびその組立方法並びに弁体の開閉制御方法を提供することにあり、第２の目的はモータの回転角を基準に流量の調整を行うことのできる弁体を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
［１］流量を調整するための弁体（３２）が所定の調整軸（３５）の回動により開閉する流量制御弁本体部（２０）と前記調整軸（３５）を回動させるモータ部（４０）とを備えた流量制御弁（２０、８０）において、
前記弁体（３２）を全閉した際に、前記調整軸（３５）を回動させる前記モータ部（４０）の出力軸（４３）がその停止位置を検出し得る予め定めた停止角度から前記弁体（３２）を閉め込む方向に所定角度進んだ角度になるように前記モータ部（４０）と前記流量制御弁本体部（２０）とが組み付けられており、
前記停止角度は、前記弁体（３２）が全閉するよりも手前側に設定されていることを特徴とする流量制御弁（２０、８０）。
【０００７】
［２］流量を調整するための弁体（３２）が所定の調整軸（３５）を回動させることで開閉する流量制御弁本体部（２０）に前記調整軸（３５）を回動するためのモータ部（４０）を組み付ける流量制御弁組立方法において、
前記弁体（３２）を全閉した際に、前記調整軸（３５）を回動させる前記モータ部（４０）の出力軸（４３）がその停止位置を検出し得る予め定めた停止角度から前記弁体（３２）を閉め込む方向に所定角度進んだ角度になるように前記モータ部（４０）を前記流量制御弁本体部（２０）に組み付けることを特徴とする流量制御弁組立方法。
【０００８】
［３］流量を調整するための弁体（３２）が所定の調整軸（３５）を回動させることで開閉する流量制御弁本体部（２０）の前記調整軸（３５）と当該調整軸（３５）を回動させるためのモータ部（４０）の出力軸（４３）とを同心に嵌合させて前記流量制御弁本体部（２０）に前記モータ部（４０）を組み付ける流量制御弁組立方法であって、前記モータ部（４０）の出力軸（４３）と前記調整軸（３５）のうちいずれか一方の軸はその内周面に当該軸と平行に延びる溝を略等角度間隔に複数備え、他方の軸は、その外周面に前記一方の軸の内周に形成された溝と係合する凸状の歯を少なくとも１つ備えるものにおいて、
前記流量制御弁本体部（２０）の前記弁体（３２）を全閉状態にし、
前記モータ部（４０）の出力軸（４３）をその停止位置の検出し得る予め定めた停止角度より前記弁体（３２）の閉め込み方向に所定角度進ませた角度に設定して保持し、
前記モータ部（４０）を前記流体制御弁本体部（２０）に取り付けるための所定の組み付け位置に合わせた状態でその出力軸（４３）と前記調整軸（３５）とを嵌合する際に、前記凸状の歯と前記溝との位相が合わず前記出力軸（４３）と前記調整軸（３５）とが嵌合しないとき、前記凸状の歯と前記溝の位相が合うまで前記モータ部（４０）を前記弁体（３２）の閉め込み方向に回して前記出力軸（４３）と前記調整軸（３５）とを嵌合させ、その後モータ部（４０）を前記閉め込み方向と逆方向に回して前記組み付け位置まで戻し当該位置で前記モータ部（４０）を前記流体制御弁本体部（２０）に固定することを特徴とする流量制御弁組立方法。
【０００９】
［４］流量を調整するための弁体（９２）が所定の調整軸（９９）の回動により開閉する流量制御弁本体部（８０）と前記調整軸（９９）を回動させるモータ部（４０）とを備えた流量制御弁（８０、４０）であって、前記弁体（９２）を全閉した際に、前記調整軸（９９）を回動させる前記モータ部（４０）の出力軸（４３）がその停止位置を検出し得る予め定めた停止角度から前記弁体（９２）を閉め込む方向に所定角度進んだ角度になるように前記モータ部（４０）と前記流量制御弁本体部（８０）とが組み付けられているものの弁体（９２）を開閉する弁体開閉制御方法において、
前記弁体（９２）を開状態から全閉状態まで閉め込む際に、前記停止角度に到達したことが検知されるまで前記モータ部（４０）の出力軸（４３）を前記弁体（３２）の閉め込み方向へ第１の速度で回転させ、その後前記第１の速度より遅い第２の速度で前記出力軸（４３）を回転させ前記弁体（９２）を全閉状態まで徐々に閉め込むことを特徴とする弁体開閉制御方法。
【００１０】
［５］前記停止角度から前記出力軸（４３）を前記第２の速度で回した際に前記弁体（３２）が全閉するまでに要する最大時間より長い基準駆動時間を予め定めておき、前記出力軸（４３）が前記停止角度に到達してから前記基準駆動時間の経過するまでの間一律に前記モータ部（４０）を前記第２の速度で駆動することにより前記弁体（３２）を全閉状態まで徐々に閉め込むことを特徴とする［４］記載の弁体開閉制御方法。
【００１１】
［６］前記弁体（９２）は弾性部材で止水する機能を備え、前記停止角度から前記出力軸（４３）を前記第２の速度で回して止水することを特徴とする［４］または［５］記載の弁体開閉制御方法。
【００１２】
［７］［１］記載の流量制御弁（２０、８０）若しくは[２]または[３]記載の流量制御弁組立方法により組み立てられる流量制御弁（２０、８０）に適用する弁体（３２、９２）において、
前記モータ部（４０）の出力軸（４３）の回転角の変化量と前記流量制御弁（２０、８０）内の流量の変化量とが正比例するようにその形状を設定したことを特徴とする弁体（３２、９２）。
【００１３】
前記本発明は次のように作用する。
流量制御弁本体部（２０）とモータ部（４０）とは、弁体（３２）を全閉した際に、モータ部（４０）の出力軸（４３）がその停止位置を検出し得る予め定めた停止角度から弁体（３２）の閉め込み方向に所定角度進んだ角度になるように組み付けられているので、モータ部（４０）が停止角度に到達した時点で弁体（３２）が全閉状態になることがない。
【００１４】
また、弁体（９２）を開状態から全閉状態まで閉め込むとき、停止角度に到達するまでモータ部（４０）の出力軸（４３）を第１の速度で回転させ、その後、第１の速度より遅い第２の速度で出力軸（４３）を回転させて弁体（９２）を全閉状態まで徐々に閉め込むようにする。
【００１５】
停止角度は弁体（９２）が全閉するよりも手前側に設定されているので、停止角度までモータを第１の速度（高速度）で一気に回してもモータに衝撃や大きな負荷が加わることがない。そして、停止角度以後、モータを第２の速度（低速度）で駆動することにより、衝撃や大きな負荷をモータに加えずに弁体（９２）を全閉することができる。
【００１６】
さらに弁体（９２）に弾性部材によって止水する機能を持たせておけば、第２の速度で除々に閉め込むことにより衝撃や大きな負荷をモータに加えずに完全に止水することができる。
【００１７】
停止角度以後、出力軸（４３）を第２の速度で回した際に弁体（９２）が全閉するまでに要する最大時間より長い基準駆動時間を予め定めておき、出力軸（４３）が停止角度に到達してから基準駆動時間の経過するまでの間、一律に、モータ部（４０）を第２の速度で駆動する。これにより、全閉したことを実際に検知することなく、弁体（９２）を全閉することができ、装置構成の簡略化を図ることができる。
【００１８】
このほか、全閉状態になった以後モータに加わる負荷が大きくなることを基にして弁体（９２）が全閉したことを検知し、モータを停止させるようにしてもよい。たとえば、モータに流れる電流値の変化により全閉状態を検知することができる。
【００１９】
また、調整軸（３５）と出力軸（４３）のいずれか一方の軸の内周面に軸と平行に延びる溝を設け、他方の軸の外周面に前記溝と係合する凸状の歯を少なくとも１つ備えるものにおいて、調整軸（３５）と当該調整軸（３５）を回動させるためのモータ部（４０）の出力軸（４３）とを同心に嵌合する際に、一方の軸（４３）の内周面に設けられた溝と他方の軸（３５）の外周面に設けられた凸状の歯とを係合させるものでは、次のような手順で流量制御弁本体部（８０）にモータ部（４０）を組み付ける。
【００２０】
たとえば、出力軸（４３）の内周面に溝が、調整軸（３５）の外周面に凸状の歯が形成されているものとする。まず、流量制御弁本体部（２０）の弁体（３２）を全閉状態にするとともに、モータ部（４０）の出力軸（４３）をその停止位置の検出し得る予め定めた停止角度より弁体（３２）の閉め込み方向に所定角度進ませた角度に設定して保持する。次に、モータ部（４０）を流体制御弁本体部の組み付け位置に合わせた状態でその出力軸（４３）と調整軸（３５）とを嵌合させる。
【００２１】
この際、調整軸（３５）外周面の凸状の歯と出力軸（４３）内周面の溝との位相が合わずこれらが嵌合しない場合には、凸状の歯と溝の位相が合うまでモータ部（４０）を弁体（３２）の閉め込み方向に回して出力軸（４３）と調整軸（３５）とを嵌合入し、その後モータ部（４０）を逆方向に回して組み付け位置まで戻し、当該位置でモータ部（４０）を流体制御弁本体部に固定する。
【００２２】
このような組立手順をとることにより、溝と凸状の歯の当初の位相ずれは、常に、弁体（３２）全閉時における出力軸（４３）の角度が弁体（３２）の閉め込み方向へ進む向きに吸収される。その結果、停止角度から弁体（３２）を全閉状態にするまでに要する回転角のばらつきが、当初の位相ずれを任意方向に吸収する場合に比べて半減する。
【００２３】
このような流量制御弁（２０、８０）に適用する弁体（３２、９２）の形状を、モータ部（４０）の出力軸（４３）の回転角の変化量と記流量制御弁（２０、８０）内の流量の変化量とが正比例するように設定すれば、モータの回転角度により流量を意図する値に容易に制御することができる。弁体（３２、９２）は、たとえば、円錐台形状に対し、その周面を外側に膨らませた凸曲線状の形状になる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の一実施の形態を説明する。
図２は、本発明にかかる流量制御弁を用いた給湯器の概略構成を示している。給湯器は、燃焼室１０を備えており、当該燃焼室１０の下部には、バーナー１１が、燃焼室１０の上部には、バーナー１１からの熱を給水に伝える熱交換器１２がそれぞれ配置されている。燃焼ファン１３によって燃焼室１０の下方側からバーナー１１へ給気され、排気は燃焼室１０の上部から排出されるようになっている。
【００２５】
給水パイプ１４は、熱交換器１２の流入口側に連通しており、熱交換器１２の流出口側には給湯パイプ１５が接続されている。また給湯パイプ１５の途中には、熱交換器１２で加熱された後の湯の出湯量を調整するためのメイン側水量制御弁２０が取り付けられている。給水パイプ１４と給湯パイプ１５とは、メイン側水量制御弁２０の下流側においてバイパス路１７で接続されており、バイパス路１７の途中には、給水パイプ１４からの給水のうち熱交換器１２を通さず給湯パイプ１５へバイパスさせる水量を調節するためのバイパス側水量制御弁８０が取り付けられている。
【００２６】
このほか図２に示す給湯器は、風呂への給湯および追い焚きを行う機能を備えており、浴槽に通じる風呂往パイプ１９ａおよび風呂戻パイプ１９ｂ等が設けられている。
【００２７】
図３、図４は、メイン側水量制御弁２０を分解した様子を、図１は、メイン側水量制御弁２０の断面をそれぞれ表している。メイン側水量制御弁２０は、流体の入口部２１と出口部２２とを備えたケーシングとしての水調ボディ２３と、水調ボディ２３の内部に収められ入口部２１から出口部２２への流量調整を行う水調部３０とを備えている。水調ボディ２３は、略円筒形を成し、その側部に出口部２２が設けられている。出口部２２は、水調ボディ２３の側面から略垂直方向に延びる短い円形の筒状を成している。
【００２８】
メイン側水量制御弁２０は、水調パッキン２４を挟んで水調部３０を水調ボディ２３内に収めた後、水調取付板２５で蓋をし、ナベネジ２６で水調取付板２５を水調ボディ２３に固定して組み立てられる。
【００２９】
図４に示すように、水調部３０は、プッシュナット３１、弁体３２、ボディージョイント３３、オーリング３４および水調シャフト３５とから構成される。水調シャフト３５には、中間部分にオーリング３４をはめ込むためのオーリング挿入箇所３６と、グリースを溜めるためのグリースだまり部３７が設けられている。
【００３０】
水調シャフト３５は、いわゆるセレーション軸になっており、その外周面に軸と並行に延びる多数の凸状の歯が設けられている。凸状の歯は、２２．５度ごとの等角度間隔に合計で１６歯設けてある。弁体３２は、略円錐台の形状を成しているが、その周面は、外側に僅かに膨らむ凸曲線の形状になっている。
【００３１】
メイン側水量制御弁２０の弁体３２は、水調シャフト３５を回動させることにより水調シャフト３５の軸方向に往動するとともに、全開の状態から水調シャフト３５を略１８０度回すことにより弁体３２がほぼ閉位置になり、１８８度以上の所定角度（組み付け誤差に依存する）で全閉するようになっている。
【００３２】
図５は、水量制御弁を駆動するモータ部４０の要部断面を示している。モータ部４０は、内部にモータ４１と減速ギア部４２を備えている。出力軸４３は、図中では下方を向いており、メイン側水量制御弁２０の水調シャフト３５をはめ込むための雌型になっている。出力軸４３の内周面には水調シャフト３５の有する凸状の歯と係合する溝４４が形成されている。溝４４は、水調シャフト３５の凸状の歯と同じく、２２．５度ごとの等角度間隔に合計で１６本設けてある。
【００３３】
モータ部４０の出力軸４３は、モータ４１を駆動することによって回動するが、減速ギア部４２を有するため、外部から力を加えても出力軸４３は容易に回すことができなくなっている。
【００３４】
またモータ部４０は、ホール素子および周辺回路をワンチップ化したホールＩＣ４７を含む回路基板４５を備えている。また出力軸４３には、ホールＩＣ４７と対応する箇所に磁石４９が取り付けられている。ホールＩＣ４７は、磁石４９からの磁力の有無により出力軸４３の回転位置を検知するようになっている。
【００３５】
図６は、モータ部４０の有するホールＩＣ４７の出力波形を表している。ホールＩＣ４７は出力軸４３の回転角度を０度と１８０度の２箇所について検出可能になっている。ホールＩＣ４７は、ハイレベル（Ｈ）とローレベル（Ｌ）の２値から成る位置検出信号６１を出力する。位置検出信号６１の値がローレベルからハイレベルに変化する点６２を回転角０度の位置とすると、位置検出信号６１がハイレベルからローレベルに変化する点６３が回転角１８０度の位置となる。
【００３６】
次にバイパス側水量制御弁８０の構成について説明する。
【００３７】
図７、図８は、バイパス側水量制御弁８０を分解した様子を、図９は、バイパス側水量制御弁８０の断面をそれぞれ表している。バイパス側水量制御弁８０は、流体の入口部８１と出口部８２とを備えた水調ボディ８３と、水調ボディ８３の内部に収められ入口部８１から出口部８２への流量調整を行う水調部９０とを備えている。
【００３８】
バイパス側水量制御弁８０は、水調部９０の水調シャフト９５に水調スプリング８４をはめ込み、さらに水調パッキン８５を挟み込むようにして水調部９０を水調ボディ８３内に収めた後、水調取付板８６で蓋をして、ナベネジ８７で水調取付板８６を水調ボディ８３に固定して組み立てられる。
【００３９】
図８に示すように、水調部９０は、プッシュナット９１、弁体９２、水調シート９３、水調ガイド９４、水調シャフト９５、スプリングピン９６、ボディージョイント９７、オーリング９８および水調軸受け９９とから構成される。
【００４０】
水調軸受け９９には、その中間部分にオーリング９８をはめ込むためのオーリング挿入箇所１００と、グリースを溜めるためのグリースだまり部１０１が設けられている。弁体９２は、略円錐台の形状を成しているが、その周面は、外側に僅かに膨らむ凸曲線の形状になっている。また、弁体９２の少なくともプッシュナット９１近傍部分は、弾性部材としてのゴムで形成されており、弁体９２を閉め込んだとき完全に止水できるようになっている。
【００４１】
バイパス側水量制御弁８０の弁体９２は、水調軸受け９９を回動させることにより水調軸受け９９の軸方向に往動し、全開の状態から水調軸受け９９を略９０度回すことにより弁体９２が閉位置になり、閉位置より８度以上進んだ所定角度（組み付け誤差に依存する）で全閉して完全な止水状態になるようになっている。
【００４２】
水調部９０を駆動するモータ部４０は、メイン側水量制御弁２０を駆動するものとほぼ同様でありその説明を省略するが、ホールＩＣ４７が位置検出する角度はメイン側水量制御弁２０に取り付けられるモータ部と相違している。
【００４３】
図１０は、水調部９０に取り付けられるモータ部４０の有するホールＩＣ４７の出力波形を表している。ホールＩＣ４７は出力軸４３の回転角度を９０度ごとに検出可能になっている。その位置検出信号１１１は、ハイレベル（Ｈ）とローレベル（Ｌ）の２値から成る。
【００４４】
位置検出信号１１１がローレベルからハイレベルに変化する点１１２を回転角９０度の位置とすると、位置検出信号１１１がハイレベルからローレベルに変化する点１１３が回転角１８０度の位置となる。したがって、弁体９２は、出力軸４３が１８０度の位置でほぼ閉じた状態の閉位置となり、１８８度以上の所定角度で全閉し止水状態になる。
【００４５】
図１１は、モータ部４０の駆動制御回路１２０を表している。駆動制御回路１２０は、モータ部４０へ駆動電力を供給するモータ駆動回路１２１と、モータ部４０の回転方向、回転速度および回転のオン・オフ等を統括制御する開閉制御部１２２を備えている。モータ駆動回路１２１は、モータ部４０の回転速度を供給する電流のデューティ比によって変化させるパルス幅制御部１２３を備えている。
【００４６】
開閉制御部１２２には、ホールＩＣ４７からの位置検出信号６１、１１１および開閉動作の指示信号１２４が入力されており、これらの信号を基に開閉制御部１２２はモータ駆動回路１２１へモータ部４０の駆動内容を表した制御信号１２５を送出するようになっている。
【００４７】
次に、メイン側水量制御弁２０にモータ部４０を取り付ける際の取り付け手順を説明する。メイン側水量制御弁２０にモータ部４０を組み付ける前準備として、図１のように組まれたメイン側水量制御弁２０の弁体３２を水調シャフト３５を回して全閉状態まで閉め込む。また、モータ部４０の出力軸４３の角度を図６に示すモータ組み込み位置６４に設定しておく。
【００４８】
組み込み位置６４への設定は、まず、ホールＩＣ４７によって１８０度の位置（点６２）が検出されるまで出力軸４３を駆動し、その後、駆動電流のデューティ比を約３０パーセントに下げて設定し、回転角の進む方向に約１秒間モータ部４０を駆動する。これによりモータ組み込み位置６４として約１８８度の角度に出力軸４３が設定される。ここでは回転角の進む方向、すなわち弁体３２を閉め込む際に出力軸４３の回転する方向は、時計方向になっている。
【００４９】
メイン側水量制御弁２０、モータ部４０をこのように初期設定した後、メイン側水量制御弁２０にモータ部４０をねじで固定するための所定の取り付け位置（ピン穴等を合わせた箇所）にモータ部４０を位置合わせし、メイン側水量制御弁２０の水調シャフト３５を出力軸４３へはめ込む。
【００５０】
このとき、水調シャフト３５外周面の凸状の歯と出力軸４３内周面の溝４４の位相がずれて出力軸４３と水調シャフト３５とを嵌合できない場合には、凸状の歯が最初の溝に嵌まる位置までモータ部４０を弁体３２の閉め込む方向、すなわち時計方向に回し、出力軸４３内に水調シャフト３５をはめ込む。凸状の歯および出力軸４３の溝４４は２２．５度刻みに設けられているので、最大でもモータ部４０を時計方向に２２．５度回す前に出力軸４３と水調シャフト３５が嵌合する。
【００５１】
つぎに、モータ部４０を反時計方向に回して、ピン穴等の位置を合わせた先の取り付け位置まで戻し、当該位置でメイン側水量制御弁２０にモータ部４０をねじ止めし固定する。このようにしてメイン側水量制御弁２０にモータ部４０を取り付けると、弁体３２が閉じた状態における出力軸４３の回転角は、１８８度（当初の組み込み位置）から２１０．５度の範囲に収まる。なお、モータ部４０をバイパス側水量制御弁８０に取り付ける手順も上記と同様であり、その説明を省略する。
【００５２】
次に、このようにして組み立てられたメイン側水量制御弁２０の弁体３２を開状態から閉位置へ閉め込む際におけるモータ部４０の駆動制御について説明する。
【００５３】
駆動制御回路１２０の開閉制御部１２２は、弁を閉じる旨の指示を受けると、所定の高速度でモータ部４０を弁体３２が閉じる方向（ここでは、時計方向）に駆動する。このときモータ部４０に供給される電流のデューティ比は約７０パーセントに設定されており、出力軸４３は０度から１８０度まで７秒から１０秒かけて回転する。
【００５４】
出力軸４３の回転角が略１８０度になると、ホールＩＣ４７の出力波形は図６に示すようにハイレベルからローレベルに変化し、開閉制御部１２２は、これを基に出力軸４３が１８０度の位置まで回転したことを認識し、モータ部４０の駆動を停止する。
【００５５】
メイン側水量制御弁２０は、当該位置で閉め込み動作を完了し、それ以上回して止水状態まで閉め込むことは行わない。先に説明した方法でメイン側水量制御弁２０にモータ部４０を組み付けた場合、弁体３２が全閉状態になるときの出力軸４３の回転角は１８８度から２１０．５度の範囲にあり、ホールＩＣ４７で位置検出される１８０度よりも必ず大きい角度になっている。
【００５６】
したがって、ホールＩＣ４７で位置検出される１８０度では、弁体３２が水調ボディ２３と接触せず、衝撃や大きな負荷がモータ部４０に加わることがない。このため、ホールＩＣ４７で位置検出される１８０度までモータ部４０の出力軸４３を、たとえばデューティ比１００パーセントになるような高速度で回転駆動することができ、弁を閉じるための所要時間を短くすることができる。
【００５７】
次に、バイパス側水量制御弁８０の弁体９２を開状態から全閉位置まで閉め込む際におけるモータ部４０の駆動制御について説明する。
【００５８】
図１２は、バイパス側水量制御弁８０の弁体９２を開状態から全閉状態へ閉め込む際に駆動制御回路１２０の行う動作の流れを表している。弁を閉じる旨の指示を受けると（ステップＳ２０１；Ｙ）、開閉制御部１２２は、第１の速度でモータ部４０を弁体９２が閉じる方向（ここでは、時計方向）に駆動する。このときモータ部４０に供給される電流のデューティ比は約７０パーセントに設定されている。
【００５９】
出力軸４３の回転角が略１８０度になると、ホールＩＣ４７の出力波形は図１０に示すようにハイレベルからローレベルに変化し、開閉制御部１２２は、これを基に出力軸４３が１８０度の位置まで回転したことを認識する。出力軸４３が１８０度まで回転したことを検知すると（ステップＳ２０３；Ｙ）、開閉制御部１２２は、出力軸４３の回転速度を低下させる指示をパルス幅制御部１２３に送出し、これを受けたパルス幅制御部１２３は、モータ部４０に供給する電流のデューティ比を３０パーセントに下げる（ステップＳ２０４）。
【００６０】
開閉制御部１２２は、出力軸４３の回転速度を低下させる指示を送出した時点から経過時間の計測を開始し（ステップＳ２０５）、予め定めた基準駆動時間が経過したとき（ステップＳ２０６；Ｙ）、モータ部４０を停止させる（ステップＳ２０７）。
【００６１】
先に説明した方法でバイパス側水量制御弁８０にモータ部４０を組み付けた場合、弁体９２が全閉した状態における出力軸４３の回転角は１８８度から２１０．５度の範囲にあり、ホールＩＣ４７で位置検出される１８０度よりも必ず大きい角度になる。
【００６２】
したがって、ホールＩＣ４７で位置検出される１８０度までモータ部４０の出力軸４３を比較的高速に回転駆動することができ、弁を閉じるための所要時間を短くすることができる。また、位置検出後に出力軸４３を低速度で回転駆動するので弁体９２が徐々に閉め込まれ、全閉して止水する際に衝撃や大きな負荷をモータ部４０に加えることがない。
【００６３】
なお、低速度でモータ部４０の駆動される基準駆動時間は、第２の速度で回転させたとき、出力軸４３が１８０度から最もばらつきの大きい２１０．５度まで回転するのに要する時間よりやや長い時間に設定してある。これにより、弁体９２が実際に全閉したか否かを検知しなくても、弁体９２を完全に閉め込むことができる。また、低速度で出力軸４３を動かすためのストロークを確保するとともに制御上の余裕を考慮して、モータ組み込み位置を、ホールＩＣ４７によって位置検出可能な１８０度から約８度進ませた１８８度に設定してある。
【００６４】
また、たとえば、１９０度で弁体９２が全閉すると、その後基準駆動時間が経過するまでモータ部４０への通電が行われるが、閉位置から全閉位置へ閉め込む際には第２の速度で駆動されるのでモータ部４０に流れる電流量が少ない。このため、回転できない状態で通電を行っても、発熱等によってモータのコイルが焼損するようなことを防止できる。なお、第２の速度は、モータの回転を基準駆動時間の間強制的に制止しても焼損が起きない程度に電流量が少なくなる速度に設定することが望ましい。
【００６５】
先に説明した組立方法では、バイパス側水量制御弁８０にモータ部４０をねじ止めする取り付け位置に当初合わせた際に水調軸受け９９の凸状の歯と出力軸４３の溝４４が位相ずれを起こしているとき、作業者が、モータ部４０を時計方向ではなく、その逆の反時計方向に回して出力軸４３と水調軸受け９９とを嵌合することが防止されている。すなわち、仮に、作業者が、モータ部４０を反時計方向に回して出力軸４３と水調軸受け９９とを嵌合させたとしても、モータ部４０を取り付け位置までに戻すことができなくなっている。
【００６６】
モータ部４０は、先に説明したように減速ギア部４２を内部に備えているので、当初設定した組み込み位置から出力軸４３が外部からの力によって回転することはなく、また、弁体９２は組立の準備段階で全閉状態にロックされているので、水調軸受け９９をさらに時計方向（弁体９２を閉め込む方向）に回すことはできない。これにより、モータ部４０を反時計方向に回して出力軸４３と水調軸受け９９とを嵌合させた場合には、モータ部４０を時計方向に回して取り付け位置へ戻すことはできない。その結果、必ず、モータ部４０を時計方向に回して水調軸受け９９の凸状の歯と出力軸４３の溝４４の位相合わせが行われることになる。
【００６７】
これに対して、組立の準備段階で、バイパス側水量制御弁８０の弁体９２を全閉状態に設定しない場合には、水調軸受け９９を時計方向に回すことが可能なので、モータ部４０を反時計方向に回し、出力軸４３と水調軸受け９９とを嵌合させた場合であっても、モータ部４０を時計方向に回して取り付け位置まで戻すことが可能になる。
【００６８】
このため、作業者は、位相を合わせるとき、モータ部４０を時計方向と反時計方向のいずれにも回すことができ、弁体９２が全閉した状態で出力軸４３の取り得る回転角の範囲が広くなってしまう。たとえば、出力軸４３の組み込み位置を１８８度に設定している場合には、弁体９２が全閉した状態で出力軸４３の取り得る回転角の範囲は、１８８度±２２．５度（１６５．５度〜２１０．５度）となり、誤差範囲は、位相ずれを反時計方向だけに回して吸収するように規制されている場合に比べて２倍になる。
【００６９】
ホールＩＣ４７で位置検出される１８０度の位置までモータ部４０を高速に回転させ、その後回転速度を遅くして徐々に弁体９２を閉じ込むような制御を行うためには、弁体９２が全閉状態になった際における出力軸４３の回転角が、ホールＩＣ４７の位置検出可能な１８０度より大きくなければならない。このため、組み込み準備段階で出力軸４３の回転角を１８０度＋８度（停止誤差等に対する余裕量）＋２２．５度（溝および歯の間隔）、すなわち２１０．５度に設定する必要がある。
【００７０】
このとき弁体９２が全閉の状態で出力軸４３の取り得る回転角の範囲は、１８８度〜２３３度になる。１８０度以後はモータ部４０を低速度で回転させるので、全閉時の最大回転角が大きくなると弁体９２を全閉状態にするまでの時間が長くかかるケースが生じる。また、基準駆動時間はばらつきを考慮した最大回転角である２３３度を基準に設定する必要があるので、１８８度の近傍で弁体９２が全閉した場合には、モータ部４０が回転できない状態下で長い時間に渡って駆動パルスが印加されることになり、モータ部４０の劣化が進んでしまう。
【００７１】
したがって、組立準備段階で弁体９２を全閉にした状態でバイパス側水量制御弁８０へモータ部４０を組み付けることにより、弁体９２が全閉した状態において出力軸４３の取り得る回転角の範囲が狭くなり、これに伴って基準駆動時間を短く設定でき、モータ部４０の劣化を防止することができる。
【００７２】
なお、メイン側水量制御弁２０の場合には、組立準備段階で弁体３２を全閉してメイン側水量制御弁２０へモータ部４０を組み付けることにより、閉位置（１８０度）から全閉位置に至るまでの回転角のバラツキ範囲が少なくなる。これにより、閉位置における流量を十分少ない量に維持することができる。
【００７３】
次に、弁体３２、弁体９２の形状について説明する。
図１３に示すように、通常、弁体１３１が往動することによって流入口１３２と弁体１３１との隙間に生じる流路の面積（通過面積）が変わり、これに相応して流量が変化する。この際、弁体１３１が円錐台の形状を成していると、弁体１３１が全閉状態から矢印１３３の方向へ移動した距離（ストローク）と流量との関係は図１４に示すような曲線１４１で表される。また、ストロークを通過面積に置き換えると、図１５に示すような曲線１５１が得られる。
【００７４】
次に、たとえば、最大流量までの流量を均等に５つの段階（ａ１〜ａ５）に分け、各段階の流量を図１５のグラフで示すように通過面積に写像すると、各段階の流量に対応する通過面積（ｓ１〜ｓ５）を取得することができる。すなわち、均等に流量を変化させるために要する各段階の通過面積が得られる。
【００７５】
次に、弁体１３１のストローク量を全閉状態（ストローク量「０」）から最大流量の得られるストローク量までを５等分し（図１６、ｄ１〜ｄ５）、図１５で取得した通過面積ｓ１〜ｓ５をこれらストローク量ｄ１〜ｄ５に対応させると、図１６に示す曲線１６１が得られる。すなわち、各ストローク量のとき確保すべき通過面積の大きさを得ることができる。
【００７６】
この曲線１６１を基にして、弁体１３１の形状を求めると、円錐台の形状に対して、その周面が外側にやや凸状に膨らむ形状になる。このような弁体を用いると、ストローク量に対する流量は、図１７に示すような一次関数で表される直線１７１となり、ストローク量と流量が正比例する関係を得ることができる。
【００７７】
通常、弁体のストローク量とモータの回転角は比例するので、たとえば、ステッピングモータを用いれば、モータに加えたパルス数によって単位時間当たりの流量を意図どおりに制御することができる。
【００７８】
以上説明した実施の形態では、ホールＩＣ４７で検出し得る停止角度を過ぎた後、モータ部４０を第２の速度で予め求めた基準駆動時間だけ一律に駆動するようにしたが、モータに加わる負荷の大きさにより弁体が全閉したか否かを判別し、弁体が全閉したときモータを停止させるようにしてもよい。たとえば、モータに流れる電流量の変化を基にして全体が全閉したことを検知することができる。
【００７９】
【発明の効果】
本発明によれば、弁体を全閉した状態におけるモータ部の出力軸の回転角が、出力軸の停止位置を検出し得る予め定めた停止角度から弁体の閉め込み方向に所定角度進んだ角度になるので、モータ部が停止角度に達した時点では弁体が全閉状態になることがない。このため、停止位置まで弁体を高速に閉め込むことができる。
【００８０】
また、停止角度の位置から弁体を徐々に低速度で閉め込むものでは、衝撃や大きな負荷をモータに加えることなく弁体を全閉して止水できるので、モータ等の耐久性の向上を図ることができる。
【００８１】
さらに、停止角度から所定の基準駆動時間が経過するまでの間、一律に、モータ部を低速度で駆動するものでは、全閉したか否かを検知しなくとも弁体を全閉できるので、装置構成を簡略化することができる。
【００８２】
また、弁体の形状を、モータ部の出力軸の回転角の変化量と流量制御弁内の流量の変化量とが正比例するように設定したものでは、モータの回転角度により流量を意図する値に容易に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る流量制御弁の本体部を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に流量制御弁を適用した給湯器の構成を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る流量制御弁本体部を分解した様子を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る流量制御弁本体部の水調部を分解した様子を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る流量制御弁のモータ部を示す断面図である。
【図６】メイン側水量制御弁に取り付けられるモータ部の有するホールＩＣの出力波形を示す説明図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係るバイパス側流量制御弁本体部を分解した様子を示す説明図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係るバイパス側流量制御弁本体部の水調部を分解した様子を示す説明図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係るバイパス側流量制御弁の本体部を示す断面図である。
【図１０】バイパス側水量制御弁に取り付けられるモータ部の有するホールＩＣの出力波形を示す説明図である。
【図１１】駆動制御回路の回路構成を示すブロック図である。
【図１２】バイパス側水量制御弁の弁体を開状態から全閉常態へ閉め込む際に駆動制御回路の行う動作の流れを表す流れ図である。
【図１３】円錐台形状の弁体を示す説明図である。
【図１４】円錐台形状の弁体のストローク量に対する流量の関係を示すグラフを表す説明図である。
【図１５】図１４のストローク量を流体の通過面積に置き換えたグラフを表す説明図である。
【図１６】図１５で取得した各段階の通過面積を均等に分けたストローク量に対応させた場合の通過面積とストローク量との関係を示すグラフを表す説明図である。
【図１７】図１６のグラフから求めた形状の弁体を用いた場合のストローク量と流量の関係を示すグラフを表す説明図である。
【符号の説明】
２０…メイン側水量制御弁
２１、８１…入口部
２２、８２…出口部
２３、８３…水調ボディ２３
２４、８５…水調パッキン
２５、８６…水調取付板
２６、８７…ナベネジ
３０、９０…水調部
３１、９１…プッシュナット
３２、９２…弁体３２
３３、９７…ボディージョイント
３４、９８…オーリング
３５…水調シャフト
４０…モータ部４０
４１…モータ
４２…減速ギア部
４３…出力軸
４４…溝
４７…ホールＩＣ
４９…磁石
６１、１１１…位置検出信号
６４…モータ組み込み位置
８０…バイパス側水量制御弁８０
８４…水調スプリング
９３…水調シート
９４…水調ガイド
９５…水調シャフト
９６…スプリングピン
９９…水調軸受け９９
１２０…駆動制御回路
１２１…モータ駆動回路
１２２…開閉制御部
１２３…パルス幅制御部
【図１】
0003911318.tif 000002
【図２】
0003911318.tif 000003
【図３】
0003911318.tif 000004
【図４】
0003911318.tif 000005
【図５】
0003911318.tif 000006
【図６】
0003911318.tif 000007
【図７】
0003911318.tif 000008
【図８】
0003911318.tif 000009
【図９】
0003911318.tif 000010
【図１０】
0003911318.tif 000011
【図１１】
0003911318.tif 000012
【図１２】
0003911318.tif 000013
【図１３】
0003911318.tif 000014
【図１４】
0003911318.tif 000015
【図１５】
0003911318.tif 000016
【図１６】
0003911318.tif 000017
【図１７】
0003911318.tif 000018