(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁本体、該弁本体内に形成された環状弁座部、弁体、該弁体を移動させる弁ステムとを備えた電動弁において、
前記弁体は、前記環状弁座部に着座する円盤状の弁閉鎖部材と、該弁閉鎖部材の外周から弁座部側へ延伸する環状鍔部を有する弁閉鎖部材保持外カラーとを備え、
前記弁閉鎖部材保持外カラーの環状鍔部は、弁閉鎖状態において微少間隔をもって前記環状弁座部に嵌合するとともにその下端部を前記環状弁座部のシート端部の外周に位置させてあり、
前記環状鍔部の下端部と前記環状弁座部のシート端部との間の間隙で流量調整する
ことを特徴とする電動弁。
【請求項２】
前記環状弁座部のシート端部は、その断面形状が半円形状であることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
【請求項３】
前記環状弁座部のシート端部は、その外周断面形状がテーパー状であることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
【請求項４】
前記弁閉鎖部材保持外カラーの環状鍔部の下端部は、その内側に面取角部を備えることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルスモータ等の電動機によって弁体の開閉操作を行う電動弁に関し、特に、微少流量の調整が可能な電動弁の弁体部分の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から例えば暖房機器等の温水流体の配管系統の途中に介在されて、該温水流体の流路の開閉を行う機器として電動弁が使用されている。該電動弁は、弁本体に装着されたパルスモータ等の電動機と、前記弁本体内に装着されて前記パルスモータによって駆動される弁ステム、該弁ステムの一端に取付固定されている弁体、及び、弁本体内に形成された弁座部を含む弁開閉部とを備えている。
【０００３】
図６は、前記従来の電動弁５０の弁開閉部を示したものであり、弁本体５１は、その両側に配管接続部５２、５３を備えると共に、下部にプラグ５９を螺着する開口部５８を備えている。前記弁本体５１のプラグ５９の上部は弁室５５として構成され、該弁室５５内には、弁体５７が配置されている。該弁体５７は、上下摺動可能な弁ステム６０に取付固定されている。前記配管接続部５２内には、入口側通路５２ａが穿設されていると共に、前記配管接続部５３には、出口側通路５３ａが穿設され、両通路５２ａ、５３ａは、前記弁室５５に連通接続している。
【０００４】
前記入口側通路５２ａと前記弁室５５との接続部には、弁座部６１が形成される一方、前記弁体５７は、前記弁座部６１に接触する弁部材５７ａを備えている。該弁部材５７ａは、前記弁座部６１と接触する部分が前記弁室５５方向に径を拡大した凸環状テーパー部として形成されており、該凸環状テーパー部が前記弁座部６１に設けられた凹環状テーパー部と面接触するように構成されている。
【０００５】
前記弁本体５１の上部には電動機（図示省略）が取付られ、該電動機が回転することによって、前記弁ステム６０が上下に摺動移動し、前記弁座部６１に対して弁体５７（弁部材５７ａ）を接離自在として弁体５７を開閉動作する。該開閉動作によって、前記入口側通路５２ａからの流体を前記弁部５７で遮断、もしくは、流通させている。
【０００６】
そして、前記電動弁５０を暖房機器等の温水流体の配管系統の途中に介在させて使用する場合、通常、前記弁ステム６０の上下摺動移動、即ち、前記弁座部６１に対する弁体５７の接離移動は、例えば、０〜３mm程度の範囲を移動する。該移動によって、前記弁座部６１と前記弁体５７との間の開口間隙を調整して流体の流量調整を行っているが、流量を更に少なくする必要がある場合には、前記弁座部６１と前記弁体５７との間の間隙を、例えば、１０μ〜５０μ程度の微小間隙として行として行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記図６の従来の電動弁５０の弁座部６１と弁体５７との構造では、前記弁ステム６０の上下摺動移動（前記弁座部６１に対する弁体５７の接離移動）と調整流量との関係は、弁体５７の開口始めの時点から概ね直線状に変化するものであるために、流体の流量を微少調整を行う場合には、その微少調整を正確に実施し難いものであった。つまり、前記弁ステム６０の上下摺動、即ち、電動機を付勢するための出力信号であるパルス数に対する弁座部６１と弁体５７との間の離間距離（流量調整間隙）が直線的に変化し、かつ、微少流量の調整であっても、大流量を調整するのと略同じ割合で開口間隙が変化することで、特に、微少流量の調整が正確に行い得ないとの問題点があった。
【０００８】
また、前記電動弁５０の弁本体５１（弁座部６１）は真鍮で成形されている一方、前記弁体５７の弁部材５７ａはテフロン等の合成樹脂で成形されている場合があり、その使用材料を異にすることで熱膨張率が異なることで、低温の流体に代えて温度差のある高温の温水を通過させると、前記弁座部６１と弁体５７の弁部材５７ａとの両部材の温度の上昇によって、両部材とも膨張してその径を拡大するが、真鍮よりもテフロン等の合成樹脂の熱膨張率が大きいので、前記弁部材５７ａの方が膨張量が大きくなりその外径を拡大する。該膨張量の差によって、前記図６の如き配置状態ある前記弁座部６１と弁体５７の弁部材５７ａとは、前記常温水の状態で設定した開口間隙を狭める方向に作用して、前記微少流量の正確な調整を阻害する要因となっている。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、電動弁の弁体部分を通過する流体の調整において、その微少な調整が正確にかつ微細にできると共に、流量の多い状態での調整も行うことのできる弁体と弁座部との構造を備えた電動弁を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明の係る電動弁は、電動機により駆動される弁体が弁座に対して接離し、前記弁座は、環状弁座部から成ると共に、前記弁体は弁部材と該弁部材の外周を保持する保持部材から成り、前記弁部材が前記環状弁座部のシート端部の先端に着座することで流量遮断し、前記保持部材の下端部と前記シート端部の外側部との間で流量調整することを特徴としている。
【００１１】
また、本発明に係る電動弁の他の態様としては、該電動弁が弁本体、該弁本体内に形成された環状弁座部、弁体、該弁体を移動させる弁ステムとを備え、前記弁体は、前記環状弁座部に着座する円盤状の弾性体からなる弁閉鎖部材と該弁閉鎖部材の外周に位置する環状鍔部を有する弁閉鎖部材保持外カラーとを備え、前記弁閉鎖部材保持外カラーの環状鍔部の下端部を前記環状弁座部のシート端部の外周に位置させて、前記環状鍔部の下端部と前記環状弁座部のシート端部との間の間隙で流量調整することを特徴としている。
【００１２】
そして、本発明の電動弁の具体的態様としては、前記環状弁座部のシート端部が、その断面形状を半円形状もしくはその外周断面形状をテーパー状とし、前記弁閉鎖部材保持外カラーの環状鍔部の下端部が弁閉鎖部材の下面より下方に突出し、かつ、内側に面取角部を備えたことを特徴としている。
【００１３】
このように構成された本発明の電動弁は、該電動弁の入口側通路を介して流入した流体が環状弁座部と弁体との間の開口間隙を通過し、弁室を介して出口側通路を通って送出される。この時、電動機をパルス信号等により回動させると、該回動によって弁ステムを上下摺動させ、前記パルス信号の数量に比例した量だけ前記弁体の上下位置を移動させ、前記環状弁座部と前記弁体との間の開口間隙を調整して該開口間隙を流れる流体の流通量を調整する。また、前記環状弁座部と前記弁体との間を流れる流体を完全に閉鎖遮断をする場合は、前記環状弁座部のシート端部の先端に前記弁体の弁閉鎖部材の下面を着座して厚接接触させることによって行う。
【００１４】
前記環状弁座部と前記弁体との間を流れる流体の調整は、前記弁閉鎖部材保持外カラーの環状鍔部の下端部と前記環状弁座部のシート端部の外周部との間の開口間隙の幅を調整することで流量の調整を行う。
【００１５】
そして、本発明の電動弁は、環状弁座部のシート端部の断面形状が半円形状で、前記弁閉鎖部材保持外カラーの環状鍔部の下端部が弁閉鎖部材の下面より下方に突出し、かつ、内側に面取角部を備えていることによって、弁体の閉鎖位置からの移動初期においては、前記弁体の上下移動距離に対して前記面取角部と前記環状弁座部のシート端部との開口間隙は少ししかその間隙幅を広げないので、微小な開口間隙の調節が行い得て、流体流量の微少調整を可能にしている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の電動弁１０の縦断面図を示すものであり、図２は、前記電動弁１０の弁体４０と弁ステム２１との分解斜視図である。例えば真鍮等の材料で形成される弁本体１１は、上部にホルダ接続部１９を立設し、該ホルダ接続部１９に同一の材料で形成されたホルダ２０を嵌合取付固定しており、該ホルダ２０の上部には、例えば合成樹脂製の絶縁フランジ３２を介してパルスモータ等の電動機３１を載置固定している。
【００１７】
前記弁本体１１の両側には、ネジ切りされた配管接続部１２、１３が上下にその位置を異にして備えられていると共に、該弁本体１１の下部１８は密閉状となっている。前記弁本体１１内には、弁室１５が構成され、該弁室１５の上部は前記ホルダ接続部１９に嵌合する前記ホルダ２０によって閉鎖されている。該弁室１５内には、弁体４０が配置され、該弁体４０は、前記ホルダ２０に摺動可能に支持された弁ステム２１に取付固定されている。
【００１８】
前記弁本体１１の配管接続部１２内には、入口側通路１２ａが穿設されていると共に、前記配管接続部１３には、出口側通路１３ａが穿設され、両通路１２ａ、１３ａは、前記弁室１５に連通接続している。前記弁室１５の上部のホルダ接続部１９の内空部１９ａには、前記ホルダ２０が外側Ｏリング２２を介在して挿入嵌合され、ロックナット２３を前記ホルダ接続部１９の外周に刻設したネジにネジ込むことによって前記ホルダ２０を弁本体１１に取付固定している。
【００１９】
前記弁ステム２１の中間部は、一対のＯリング２９、２９を介在して前記ホルダ２０に摺動可能に軸支され、該弁ステム２１の上端は、拡大されて駆動軸保持部２１ａを形成している。該駆動軸保持部２１ａは、凹状部２１ｂを備え、該凹状部２１ｂ内には剛球体２４を介在して駆動軸２５の下端部２５ａが挿入接触され、該駆動軸２５の上端部２５ｂは、前記電動機３１の回転軸２６に係合している。前記駆動軸２５の中間部は雄ネジ部２５ｃとされ、前記ホルダ２０に取付固定された駆動軸ガイド２７に刻設された雌ネジ２７ａに螺合されている。
前記駆動軸保持部２１ａの下面と前記ホルダ２０の筒内上面との間にはコイルスプリング３０が介在され、弁ステム２１を常時上方に付勢している。
【００２０】
図３は、前記弁体４０の構造及び作動状態を示すものであって、図３の（ａ）は、前記弁体４０の閉鎖遮断状態を示すものであり、（ｂ）は開口状態を示すものである。該図３（ａ）（ｂ）に示されているように、前記入口側通路１２ａと前記弁室１５との接続部の弁室１５側には、環状弁座部１４が形成され、該環状弁座部１４のシール端部１４ａはその断面形状が半径Ｒの半円状に形成されている。前記弁ステム２１は、その下部に前記弁体４０を取付固定する軸端部２１ｂを備え、図２、図３に示すように、前記弁体４０は、三部材、即ち、前記弁座部１４に接触して閉鎖する弁閉鎖部材４１、弁閉鎖部材保持外カラー４２、及び、弁閉鎖部材保持内カラー４３とを備えていると共に、前記三部材はその中心に前記弁ステム２１の軸端部２１ｂを嵌合して該軸端部２１ａの端をかしめることによって該弁ステム２１に取付固定されている。
【００２１】
前記弁体４０の弁閉鎖部材４１は、ゴム材、テフロン等の合成樹脂からなる弾性体で形成されるとともに、円盤状をしており、前記弁閉鎖部材保持外カラー４２と弁閉鎖部材保持内カラー４３とはＳＵＳ等の材料で形成されると共に、該両カラー４２，４３で前記弁閉鎖部材４１をサンドイッチ状に挟持している。
前記弁閉鎖部材保持外カラー４２は、その外周に環状鍔部４２ａを備え、該環状鍔部４２ａの下端部４２ｂは、前記弁閉鎖部材４１の下面よりも下方に伸びており、前記弁体４０が閉鎖状態（図３（ａ））にあるときは、前記環状弁座部１４の外周面に極めて微小な間隙を置いて配置されるべく形成されている。
【００２２】
前記弁体４０と前記環状弁座部１４との間の閉鎖及び流量調整は、閉鎖においては前記弁体４０の弁閉鎖部材４１が前記環状弁座部１４のシート端部１４ａの先端に接触して着座することで行い、流量調整においては前記弁閉鎖部材保持外カラー４２の下端部４２ｂの内周部と前記環状弁座部１４のシート端部１４ａの外側円弧状部との間の間隙ａを調整することで行うものである。
【００２３】
図４は、前記環状弁座部１４と前記弁閉鎖部材保持外カラー４２の下端部４２ｂとの流量調整時の位置関係を更に詳細に示したものであり、前記弁閉鎖部材保持外カラー４２の下端部４２ｂはその内周部が面取りされ、弁が閉鎖状態にある時は、前記面取角部４２ｃは、前記環状弁座部１４の半円状シート端部の外側面に極めて微小な間隙を於いて配置された状態にあるが、前記弁体４０を電動弁を開口方向に移動すべく上昇させると、前記面取角部４２ｃと前記環状弁座部１４の半円状シート端部の外側面との間隙幅ａを、順次広くする。
【００２４】
具体的には、前記弁体４０が閉鎖状態の位置Ｌ0 から距離ｂ上昇して開口状態の位置Ｌ1 に移動したとき、前記弁閉鎖部材保持外カラー４２の面取角部４２ｃと前記環状弁座部１４のシート端部１４ａとの間隙幅はａ1 となる。そして、更に同じ距離ｂ上昇して、開口状態の位置Ｌ2 に移動したとき、前記の面取角部４２ｃと前記環状弁座部１４のシート端部１４ａとの間隙幅はａ2 となるが、該間隙ａ2 は、前記弁体４０の上昇距離が２ｂと二倍に移動したのに対して幅ａ1 の例えば二倍以上に変化する。即ち、前記弁体４０の移動距離に対して前記面取角部４２ｃと前記環状弁座部１４のシート端部１４ａとの間隙幅ａは、直線的には変化せず、２次曲線的に変化する。言い換えるならば、前記弁体４０の閉鎖位置からの移動初期においては、前記弁体４０の移動距離Ｌに対して前記面取角部４２ｃと前記環状弁座部１４のシート端部１４ａとの間隙幅ａは少ししかその間隙幅を広げず、該間隙の微小な調節が行い得て、流体流量の微少調整を可能にしている。この微少調整が行え得る理由は、前記環状弁座部１４のシート端部１４ａでその断面形状が半径Ｒの半円形状に形成されていることに起因している。
【００２５】
前記弁体４０の移動位置がＬ3 以上になると、前記流量の調整は、前記半円形状の影響を受けることが少なくなり、前記弁体４０の移動距離に対して略直線状に変化することとなる。
【００２６】
図５は、前記弁体４０の移動距離、即ち、前記電動機３１を回転させるための開弁パルス数と流量との関係を実験的の求めたグラフであり、開弁パルス数の少ない領域Ｉを微少流量調整に使用し、それ以上の開弁パルス数の多い領域IIを通常の流量調整に使用するものである。図５から開弁パルス数の少ない領域Ｉでは、パルス数の変化に対して流量の変化が少なく微少流量調整が行われており、パルス数の多い領域IIでは、パルス数の変化に対して流量の変化が前記領域Ｉより大きいことが理解されるであろう。
【００２７】
次に、本実施形態の電動弁の作動について説明する。暖房機器の供給源から供給される水もしくは温水等の流体は、入口側通路１２ａから供給され、環状弁座部１４と弁本体４０との間の間隙を通過した後、弁室１５を介して出口側通路１３ａを通って暖房器等の機器に送出される。この時、パルスモータ等の電動機３１をパルス信号等により適宜回動させると、前記電動機３１の回転軸２６が回転し、前記回転軸２６と係合している駆動軸２５を回転させる。該回転軸２５の回転によって該回転軸２５自体が上下に移動することで、前記弁ステム２１を上下摺動させる。該弁ステム２１は、前記パルス信号の量に比例した量だけ上下方向に移動し、前記弁座部１４のシート端部１４ａと前記弁体４０の前記面取角部４２ｃとの間の間隙幅ａを調整し、該幅ａの間隙を流れる流体の流通量を調整する。また、前記環状弁座部１４と前記弁体４０との完全閉鎖遮断は、前記環状弁座部１４のシート端部１４ａの先端に弁閉鎖部材４１が接触して着座することによって行われる。
【００２８】
前記流体の流通量の通常の調整は、前記弁座部１４と前記弁体４０との間の間隙の幅ａを、例えば、０〜３mmの範囲で調整することで行うものであるが、流量を絞って調整を行う場合には、前記間隔の幅ａを狭くした状態の前記領域Ｉ、即ち、１０〜５０μ程度の微小間隙として温水の流通量を調整している。
【００２９】
本実施形態においては、環状弁座部１４と、弁体４０の弁閉鎖部材保持外カラー４２の流量調整する下端部４２ｂとが、共に環状に形成され、かつ、前記環状弁座部１４の内部からの流体が外環状弁座部１４の外周に位置する弁閉鎖部材保持外カラー４２の下端部４２ｂ下方に向けて図３（ｂ）の矢印の如く放射スカート状に流れることで、弁体４０に求心力が働き、該弁体４０自体がぶれの少ない安定した作動する。
【００３０】
また、本実施形態では、流量調整部を構成する前記面取角部４２ｃと前記環状弁座部１４の半円状シート端部１４ａとを比較的容易な機械加工精度で形成できる。
更に、本実施形態の弁体４０は、閉鎖弁部材４１の外周が弁閉鎖部材保持外カラー４２の環状部４２ａに完全に覆われているので、該閉鎖弁部材４１の材質（テフロン等）に基づく熱膨張の影響を規制することができる。
【００３１】
更にまた、本実施形態では、電動弁の完全閉鎖遮断は、テフロン等の閉鎖良好材料で形成される前記弁閉鎖部材４１で行い、流量の調整は、真鍮等の材料で形成される環状弁座部１４とＳＵＳ等の材料で形成される弁閉鎖部材保持外カラー４２の熱膨張率の近似する金属同士で行うべく形成したので、流れる流体に温度変化が生じても、流量調整における熱膨張の影響が少ない弁部を構成でき、流体の微少流量の調整に好適な電動弁を提供できる。
【００３２】
本実施形態においては、電動弁を暖房機器の温水供給装置に実施するものとして説明したが、本発明の電動弁は前記実施形態に限定されるものではなく、冷媒を供給する管路に配置される弁、及び、冷却液として使用される油供給管路の弁としても使用できるものである。
【００３３】
また、本実施形態においては、環状弁座部のシート端部は、その断面形状を半円形状として示したが、該形状に限定されるものではなく、前記シート端部の外周部の断面形状をテーパー状とする等、微少の流量の調整が可能なように傾斜形状とすることもできる。更に、本実施形態においては、弁閉鎖部材保持外カラーの環状鍔部の下端部内側を面取りし、面取角部を備える形状として示したが、面取りせずに、該下端部の内側角部を流量調整部とすることもできる。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明の電動弁は、弁体の弁閉鎖部材保持外カラーの環状鍔部の下端部を環状弁座部のシート端部の外周に位置させて、前記環状鍔部の下端部と環状弁座部のシート端部との間の間隙で流量調整する構成としたので、通常の流量調整と必要に応じて行う微少の流量調整との両方の調整とを正確にかつ円滑に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の電動弁の縦断面図。
【図２】図１の電動弁の弁体と弁ステムの分解斜視図。
【図３】図１の電動弁の弁体と環状弁座部との作動状態（（ａ）閉鎖、（ｂ）開口）を示す作動断面図。
【図４】図１の電動弁の流量調整状態を示す拡大作動断面図。
【図５】図１の電動弁の開弁パルスと流量との関係図。
【図６】従来の電動弁の要部拡大断面図。
【符号の説明】
１０…電動弁
１１…弁本体
１４…環状弁座部
１４ａ…シート端部
１５…弁室
２１…弁ステム
３１…電動機
４０…弁体
４１…閉鎖弁部材
４２…閉鎖弁部材保持外カラー
４２ａ…環状鍔部
４２ｂ…下端部
４３…閉鎖弁部材保持内カラー
【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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【図６】
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