JP4136636B2

JP4136636B2 - Flow control device

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Publication number: JP4136636B2
Application number: JP2002360262A
Authority: JP
Inventors: 滋小澤
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2022-12-12
Also published as: JP2004003598A

Description

【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としては、ニードル方式、ディスク方式、ボール方式が代表的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ニードル方式は、流量のリニア調整機能は優れているが、完全閉状態とする場合に各部品に高い精度が要求されるので、高価となる。また、モータから出力された回転運動を直線運動に変換する機構が必要であるため、エネルギー変換効率が低く、かつ、耐久性に劣るという問題点がある。さらに、閉状態では、ニードルが楔状に入り込むので、閉状態から開状態への切り換えに大きなエネルギーが必要である。
【０００４】
また、ディスク方式は、流量のリニア調整機能に優れ、かつ、任意の流量パターンを容易に実現できるという利点があるが、完全閉状態を実現するには、相対向する面の精度として１μｍ以下の平面度、鏡面に近い面粗度が要求されるので、やはり高価となる。また、高精度な面同士では、面同士の吸着が起こりやすいため、駆動に大きなエネルギーを必要とする。さらに、一般的には、適用できる機種が開口が２φ以下と小さなものに限られるという問題点もある。
【０００５】
さらに、ボール方式は、完全閉状態を容易に実現できるが、流量のリニア調整が困難であるという問題点がある。
【０００６】
このように従来の弁機構には、流量のリニア調整と完全閉機能の双方を兼ね備えたものがなく、従来の弁機構にこのような機能を付与しようとすると、各部品にμオーダーの精度が要求されるため、高価なものとなってしまう。とりわけ、開口部が大きな弁機構において、流量のリニア調整と完全閉機能の双方を付与しようとすると、部品精度をさらに高める必要が出てくるので、かなり高価なものになってしまう。また、駆動には、回転運動を直線運動に変換する際の損失や摩擦損失などが伴うため、省電力化あるいは制御の高速化が困難である。
【０００７】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、新たな弁機構の採用によって、開口部の大小にかかわらず、流量のリニア調整と完全閉機能の双方を兼ね備えた流量制御装置を安価、かつ、省電力化可能な構成で提供することにある。
【０００８】
【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仕切る隔壁と、該隔壁に形成された開口部と、前記開口部を覆うように前記隔壁に沿って展開される一方、この展開状態から前記開口部を開放する状態に切り換えられるシート状弁体と、前記シート状弁体による前記開口部の開度を調整する弁体駆動機構とを有し、前記隔壁は、内側が下流側とされる円筒壁であり、前記弁体駆動機構は、前記円筒壁の上流側に面する外側の壁面に沿って遊星運動を行う転動可能な転動体と、当該転動体を回転可能に支持した状態で前記円筒壁側を中心に回転可能な可動体とを備え、当該可動体は、前記円筒壁を中心に回転駆動されることにより前記転動体を前記円筒壁の外側の壁面に沿って移動させ、前記シート状弁体の一端は、前記円筒壁に固定され、前記シート状弁体の他端は、前記転動体に固定されるとともに、前記シート状弁体は、前記転動体の閉方向への転動により当該転動体に巻き付けられている状態から前記開口部を覆うように前記円筒壁に沿って展開される一方、当該転動体の開方向への転動により展開された状態から前記開口部を開放するように当該転動体に巻き付けられることを特徴とする。なお、本願明細書における転動とは、自転しながら移動することを意味する。
【０００９】
本発明に係る流量制御装置では、シート状弁体を開口部を覆うように展開する一方、シート状弁体を開口部を開放する状態に切り換えて、シート状弁体による開口部の開度調整を行う。従って、開口部の形状によって任意の流量パターンを調整できるので、流量のリニア制御を容易に行うことができる。また、シート状弁体で開口部を完全に覆って塞ぐことができ、かつ、流体圧によってシート状弁体が壁面に沿って密着状態になるため、完全閉状態を容易に実現できる。さらに、動作的には弁体を摺動させる機構を採用していないため、磨耗などのおそれがないので、部品の寸法に高い精度が求められず、かつ、信頼性も高い。
【００１０】
また、本発明では、開口部が形成された壁面に沿って転動体を閉方向に転動させてシート状弁体を開口部を覆うように展開する一方、転動体を開方向に転動させて展開された状態のシート状弁体を転動体に巻きつけて開口部を開放する。このため、転動体の位置によってシート状弁体による開口部の開度調整を行うことができる。従って、開口部の形状によって任意の流量パターンを調整できるので、流量のリニア制御を容易に行うことができる。また、転動体を完全に閉方向に転動させれば、シート状弁体で開口部を完全に覆って塞ぐことができ、かつ、流体圧によってシート状弁体が壁面に沿って密着状態になるため、完全閉状態を容易に実現できる。さらに、動作的には摺動機構を採用していないため、磨耗などのおそれがないので、部品の寸法に高い精度が求められず、かつ、信頼性も高い。さらにまた、動作的には転動体を転動させるという回転運動を採用しているため、モータから出力された回転運動を転動体に伝達すればよく、回転運動を直線運動に変換する必要がなく、摩擦損失もないので、エネルギー損失も小さい。
【００１１】
さらに、本発明では、隔壁は、内側が下流側とされる円筒壁であり、転動体は、円筒壁の外側の壁面に沿って遊星運動を行う構成を採用するため、転動体を壁面に沿って転動させる機構を簡素化できる。また、転動体の転動方向に開口部を延ばしても狭いスペース内に弁機構を構成できる。また、本発明では、弁体駆動機構は、転動体を回転可能に支持した状態で円筒壁側を中心に回転可能な可動体を備え、可動体は、円筒壁を中心に回転駆動されることにより転動体を円筒壁の外側の壁面に沿って移動させる構成を採用するため、簡素な構成でモータから出力された回転運動を転動体に伝達して転動体を公転させることができる。
【００１２】
本発明において、前記開口部は、前記転動体の転動方向に延びた形状を備えていることが好ましい。このように構成すれば、開口部の開度、すなわち、流量を高い精度で制御できる。
【００１３】
本発明において、前記開口部は、一方側で開口幅が狭く、他方側で開口幅が広いことが好ましい。例えば、小流量側で開口幅が狭く、大流量側で開口幅を広くすれば、小流量側で流量を高い精度で制御できる。それとは逆に、大流量側で高い精度が必要であれば、小流量側で開口幅を広くし、大流量側で開口幅を狭くすればよい。
【００１５】
本発明において、前記可動体は、例えば、内歯が形成されたリング状スプロケットであり、前記弁体駆動機構では、リング状スプロケットの前記内歯と、駆動源側の動力伝達歯車とが噛み合っていることが好ましい。このように構成すると、リング状スプロケットの内側に機構部品の全体あるいは大部分を配置できるので、狭いスペースで流量制御装置を構成できる。
【００１６】
本発明において、前記転動体には外歯が形成されている一方、前記壁面側には、当該外歯と噛み合って前記転動体を回転させる外歯が形成されていることが好ましい。このように構成すると、簡素な構成で転動体を自転させることができる。
【００１７】
本発明において、さらに、前記転動体を前記壁面に向けて付勢する付勢部材を備えていることが好ましい。このように構成すると、転動体の公転と自転とを確実に連動させることができ、かつ、シート状弁体を壁面に密接させることができる。
【００１８】
本発明において、さらに、前記弁体駆動機構の駆動源としてのモータへの通電を停止したときに、前記シート状弁体を前記開口部が完全に開いた原点位置、あるいは前記開口部が完全に閉じた原点位置に向けて復帰させる原点位置復帰手段を有し、前記弁体駆動機構は、前記原点位置復帰手段が前記シート状弁体に加える力に抗して前記シート状弁体を前記原点位置側から所定方向に駆動することが好ましい。このように構成すると、弁体駆動機構の駆動源としてのモータへの通電が停止した際、シート状弁体の位置を原点位置に自動的に復帰させることができるので、例えば、下流側へのガス供給を瞬時に停止することなどができる。従って、異常時等に必要な流体の遮断を電磁弁等の高価な遮断弁を用いることなく、簡素な構成で行うことができる。
【００１９】
このように構成した場合、前記モータでは、界磁極とマグネットとの隙間が０．２ｍｍ以上であることが好ましい。また、前記弁体駆動機構における減速比が１／１０以下であることが好ましい。このように構成すると、前記原点位置復帰手段は、モータのディテントトルクなどに打ち勝って、シート状弁体を原点位置に確実に復帰させることができる。
【００２０】
本発明において、前記シート状弁体は、弾性を備えたシートであることが好ましい。このように構成すると、シート状弁体自身の弾性によってシート状部材を壁面に密接させることができる。
【００２１】
本発明に係る流量制御装置は、気体あるいは液体のいずれの流量を制御するのに用いてもよいが、特に、従来の方式では困難であった気体の流量制御に用いると効果的である。
【００２２】
【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。
【００２３】
［実施の形態１］
（外観、および弁体駆動機構などの構成）
図１は、本発明を適用した流量制御装置の平面図である。図２（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を適用した流量制御装置の下ケースの平面図、およびＡ−Ａ′断面図である。図３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を適用した流量制御装置の上ケースの平面図、およびＢ−Ｂ′断面図である。図４は、本発明を適用した流量制御装置に構成されている各構成要素の展開図である。
【００２４】
図１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、全体として円形の平面形状をしている。
【００２５】
この流量制御装置１には、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、下底に円筒状の流体出口２１を備える円筒状の凹部２０、凹部２０の周壁で形成された流体入り口２２、および凹部２０の上端から外周側に拡がるフランジ部２３を備えた下ケース２が用いられている。この下ケース２には、図３（Ａ）、（Ｂ）に示す上ケース３が被せられ、上ケース３の外周側と下ケース２のフランジ部２３とがネジなどによって止められる。上ケース３には、図４に示すステッピングモータ４０のロータなどを配置する円筒部３０が突出している。
【００２６】
本形態では、流量制御装置１の弁体駆動機構４として、ステッピングモータ４０、このステッピングモータ４０の出力軸４１に固着された外歯と噛み合う第１の動力伝達歯車４６、およびこの第１の動力伝達歯車４６と噛み合う第２の動力伝達歯車４８とが用いられている。ここで、ステッピングモータ４０のロータ４２などは、上ケース３の円筒部３０内に配置されている一方、ステータ４３は、円筒部３０の外側に配置されている。
【００２７】
（弁機構の構成）
図５（Ａ）、（Ｂ）は、本発明を適用した流量制御装置における開状態を示す平面図、および閉状態を示す平面図である。図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ、本発明を適用した流量制御装置に用いたドラム体の平面図、このドラム体の開口部を形成した円筒壁のＣ矢視図、ドラム体のＤ−Ｄ′断面図、およびドラム体のＥ−Ｅ′断面図である。図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、本発明を適用した流量制御装置に用いたギア体の平面図、ギア体の底面図、およびギア体のＦ−Ｆ′断面図である。図８（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を適用した流量制御装置に用いたリング状スプロケットの平面図、およびリング状スプロケットのＧ−Ｇ′断面図である。図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、本発明を適用した流量制御装置に用いた転動体の平面図、転動体のＨ−Ｈ断面図、および転動体の底面図である。図１０（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を適用した流量制御装置に用いたシート状弁体の側面図、および平面図である。
【００２８】
図４および図５（Ａ）に示すように、本発明を適用した流量制御装置１は、上ケース３で覆われた下ケース２の凹部２０の中央位置に、図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示すドラム体５が配置されている。
【００２９】
ドラム体５は円盤状を有しており、その中央に円筒壁５０が形成されている一方、実質的な流体出口となる円筒部５１が下方に突き出ている。円筒壁５０の外側の壁面５５０には、周方向に延びた開口部５５が開口し、この開口部５５は、円筒壁５０の内部を経て円筒部５１に連通している。
【００３０】
本形態において、開口部５５は、後述するシート状弁体６の閉方向（矢印Ｑで示す方向）、すなわち、小流量側で開口幅が狭く、開方向（矢印Ｒで示す方向）、すなわち、大流量側で開口幅が広い台形形状になっている。
【００３１】
円筒壁５０の側面には、後述するシート状弁体６の一方の端部が差し込み固定される溝５３が上面側から下方に向かって延びている。
【００３２】
このような構成のドラム体５は、それを下ケース２の凹部２０の底に配置した状態で、円筒部５１が下ケース２の円筒状の流体出口２１に嵌るとともに、ドラム体５の貫通孔５４に下ケース２の突起２５（図２（Ａ）、（Ｂ）を参照）が嵌ることにより下ケース２に固定された状態となる。
【００３３】
ここで、ドラム体５の上面には、円筒壁５０の周りに３つの円筒状の軸受部５７、５８、５９が周方向に形成されている。これら３つの軸受部５７、５８、５９のうち、軸受部５７は、ステッピングモータ４０の出力軸４１の先端を回転可能に支持している。また、両側の軸受部５７、５９が形成されている部分は、外側に向けて分厚く形成され、それによって形成された段差部分５７０、５９０は、図８を参照して後述するリング状スプロケット８の窓８０の内縁に当接して、このリング状スプロケット８の回転範囲を規制するストッパを構成している。
【００３４】
ドラム体５の円筒壁５０は、上部分が閉塞された構造になっており、上面部分から上方には、図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すギア体７を取り付ける突起５２が形成されている。
【００３５】
ギア体７は、ドラム体５の円筒壁５０の上部に固定される固定部７１と、この固定部７１の外側に形成された外歯７２と、固定部７１から外周側に扇形に延びた延設部７３とを備えており、この延設部７３は、ギア体７をドラム体５の円筒壁５０の上部に固定した状態で、ドラム体５の軸受部５８、５９が形成されている部分と対向する。ここで、延設部７３の下面には、ドラム体５の軸受部５８、５９と対向する位置に２つの軸受孔７８、７９が形成されており、軸受孔７８および軸受部５８によって第１の動力伝達歯車４６の回転軸を回転可能に支持しているとともに、軸受孔７９および軸受部５９によって第２の動力伝達歯車４８の回転軸を回転可能に支持している。
【００３６】
再び図４および図５（Ａ）において、下ケース２の凹部２０内のうち、ドラム体５の上側には、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すリング状スプロケット８（可動体）が配置され、このリング状スプロケット８は、ドラム体５の上で円筒壁５０を中心に回転可能に支持されている。リング状スプロケット８には、ステッピングモータ４０の出力軸４１、第１の動力伝達歯車４６、および第２の動力伝達歯車４８を支持する円筒状の軸受部５７、５８、５９が形成されている領域を含む領域が窓８０になっている。この窓８０において、時計周りＣＷ側の内縁８０１は、リング状スプロケット８が反時計周りＣＣＷに回転したときにドラム体５の段差部分５９０に当接して、リング状スプロケット８のこれ以上の回転を規制する一方、反時計周りＣＣＷ側の内縁８０２は、リング状スプロケット８が時計周りＣＷに回転したときにドラム体５の段差部分５７０に当接して、リング状スプロケット８のこれ以上の回転を規制するようになっている。
【００３７】
ここで、リング状スプロケット８の窓８０の外周縁には内歯８５が形成され、この内歯８５は、第２の動力伝達歯車４８と噛み合っている。
【００３８】
また、リング状スプロケット８において、ドラム体５の円筒壁５０に形成されている開口部５５の近くには回転中心軸８６が形成され、この回転中心軸８６には、図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す転動体９が回転可能に取り付けられている。
【００３９】
転動体９は、リング状スプロケット８の回転中心軸８６が嵌る軸孔９０が形成された円筒体であって、その上端側の周面には外歯９１が形成されている。ここで、転動体９の外歯９１は、リング状スプロケット８とともに下ケース２の凹部２０内に配置された状態でギア体７の外歯７２と噛み合っている。また、この状態で、転動体９の上端部分と円筒壁５０の上端部分との間には、転動体９を円筒壁５０に向けて付勢するゴムリング９９が伸張した状態で掛けられている。
【００４０】
また、転動体９には、外歯９１の形成位置より下方部分が、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すシート状弁体６が巻きつく胴部９５になっており、この胴部９５の下面には、シート状弁体６の一方の端部が差し込み固定される深い溝９６が開口している。
【００４１】
図１０（Ａ）、（Ｂ）において、シート状弁体６は、ゴム製の帯状体であり、その両端部分には、円筒壁５０の側面に形成されている溝５３に差し込み固定される丸棒状の第１の連結部６１、および転動体９に形成されている溝９６に差し込み固定される丸棒状の第２の連結部６２が形成されている。
【００４２】
ここで、シート状弁体６は、図５（Ａ）に示すように、開状態で転動体９の胴部９５に巻き付けられており、後述するように、閉状態では、転動体９の時計周りＣＷの転動に伴って、図５（Ｂ）に示すように、円筒壁５０の外側の壁面５５０に沿って展開し、開口部５５を覆って塞ぐようになっている。
【００４３】
（作用および効果）
図１１（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を適用した流量制御装置１に用いた開口部の説明図、およびこの開口部に対する転動体の角度位置と開口面積との関係を示すグラフである。
【００４４】
本形態の流量制御装置１では、図４および図５（Ａ）に示すように、転動体９が反時計周りＣＣＷ側に位置した状態において、シート状弁体６は、転動体９の胴部９５に巻き付けられており、円筒壁５０に形成されている開口部５５は全開放状態にある。従って、この反時計周りＣＣＷの方向が、本形態の流量制御装置１における開方向である。
【００４５】
この全開状態から、ステッピングモータ４０を動作させて、その回転を出力軸４１、第１の動力伝達車４６、および第２の動力伝達車４８を介してリング状スプロケット８に伝達してリング状スプロケット８を時計周りＣＷ（閉方向）に回転させると、図５（Ｂ）に示すように、転動体９は、リング状スプロケット８とともに時計周りＣＷの方向に円筒壁５０の外側の壁面５５０に沿って公転する。この際、転動体９の外歯９１は、円筒壁５０の側、すなわち、ギア体７の外歯７２と噛み合っているので、転動体９が時計周りＣＷに公転したとき、転動体９は、時計周りＣＷに自転する。その結果、転動体９の胴部９５に巻きつけられていたシート状弁体６は、円筒壁５０の外側の壁面５５０に沿って展開され、開口部５５を覆って塞ぐことになる。この状態が全閉状態である。
【００４６】
この全閉状態から、ステッピングモータ４０を動作させて、その回転を出力軸４１、第１の動力伝達車４６、および第２の動力伝達車４８を介してリング状スプロケット８に伝達してリング状スプロケット８を反時計周りＣＣＷに回転させると、図５（Ａ）に示すように、転動体９は、リング状スプロケット８とともに反時計周りＣＣＷの方向に円筒壁５０の外側の壁面５５０に沿って公転する。この際、転動体９の外歯９１は、ギア体７の外歯７２と噛み合っているので、転動体９が反時計周りＣＣＷに公転したとき、転動体９は、反時計周りＣＣＷに自転する。その結果、展開されていたシート状弁体６は、転動体９の胴部９５に巻きつけられるので、開口部５５が開放状態になる。
【００４７】
従って、図５（Ａ）に示すように、開口部５５を開放状態にして下ケース２の流体入口２２から流体出口２１に向かって気体を流す際、転動体９を時計周りＣＷの方向に完全に移動させれば、流体の流れを完全に止めることができる。また、転動体９の周方向における位置を制御すれば、開口部５５の開度を制御できるので、流量を制御できる。
【００４８】
例えば、図１１（Ａ）に示す開口部５５をシート状弁体６で矢印Ｐで示す方向（閉方向）に塞いでいくと、流量は、例えば、図１１（Ｂ）に示すように、開口面積が３０ｍｍ²の全開状態からリニアに減少していき、最終的には開口面積が０ｍｍ²の全閉状態となる。従って、開口部５５を通過する気体の流量は、開口面積に対応して精度よく制御されることになる。
【００４９】
以上説明したように、本形態の流量制御装置１では、転動体９に巻きつけられたシート状弁体６を用い、開口部５５が形成された壁面５５０に沿って転動体９を閉方向に転動させてシート状弁体６を開口部５５を覆うように展開する一方、転動体９を開方向に転動させて、展開された状態のシート状弁体６を転動体９に巻きつけて開口部５５を開放する。このため、転動体９の位置によってシート状弁体６による開口部５５の開度調整を行うことができる。従って、開口部５５の形状によって任意の流量パターンを調整できるので、流量のリニア制御を容易に行うことができる。
【００５０】
しかも、シート状弁体６としてゴムシートを用いているため、それ自身の弾性によってシート状弁体６を壁面５５０に密接させることができる。従って、気体の漏れが発生しない。また、転動体９を完全に閉方向に転動させれば、シート状弁体６で開口部５５を完全に覆って塞ぐことができ、かつ、流体圧によってシート状弁体６が壁面５５０に沿って密着状態になるため、完全閉状態を容易に実現できる。
【００５１】
さらに、動作的には摺動機構を採用していないため、磨耗などのおそれがないので、部品の寸法に高い精度が求められず、かつ、信頼性も高い。
【００５２】
さらにまた、動作的には転動体９を転動させるという回転運動を採用しているため、ステッピングモータ４０から出力された回転運動を転動体９に伝達すればよく、回転運動を直線運動に変換する必要がないので、簡素な機構で済み、かつ、エネルギー損失も小さい。
【００５３】
しかも、開口部５５は、転動体９の転動方向に延び、かつ、小流量側（閉方向側）で開口幅が狭く、大流量側（開方向側）で開口幅が広い。このため、開口部５５の開度、すなわち、流量を高い精度で制御でき、とりわけ、小流量側であっても流量を高い精度で制御できるという利点がある。
【００５４】
また、本形態では、円筒壁５０の外側の壁面５５０に沿って転動体９に遊星運動を行わせる構成であるため、転動体９を壁面５５０に沿って転動させる機構を簡素化できる。また、転動体９の転動方向に開口部５５を延ばしても狭いスペース内に弁機構を構成できる。
【００５５】
さらに、円筒壁５０を中心に回転可能なリング状スプロケット８に転動体９が回転可能に支持された構成を採用しているため、簡素な構成でステッピングモータ４０から出力された回転運動を転動体９に伝達して転動体９を公転させることができる。しかも、リング状スプロケット８の内歯８５と弁体駆動機構４の第２の動力伝達歯車４８とが噛み合う構成を採用しているため、リング状スプロケット８の内側に機構部品の全体あるいは大部分を配置できるので、狭いスペースで流量制御装置１を構成できる。
【００５６】
さらにまた、転動体９の外歯と円筒壁５０側に形成された外歯７２とが噛み合う構成を採用しているので、簡素な構成で転動体９を自転させることができる。しかも、転動体９は、ゴムリング９９で円筒壁５０に向けて付勢されているので、転動体９の公転と自転とを確実に連動させることができ、かつ、シート状弁体６を壁面５５０に密接させることができる。
【００５７】
［実施の形態２］
（外観、および弁体駆動機構などの構成）
図１２は、本例の流量制御装置の平面図である。図１３は、本例の流量制御装置に構成されている各構成要素の展開図である。図１４は、本例の流量制御装置を示す分解斜視図である。
【００５８】
これらの図に示すように、本例の流量制御装置１００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り、下底に円筒状の流体出口１２１を備える円筒状の凹部１２０、凹部１２０の周壁で形成された流体入り口１２２、および凹部１２０の上端から外周側に拡がる角型のフランジ部１２３を備えた下ケース１０２が用いられている。
【００５９】
下ケース１０２の凹部１２０には、内側ケース１０５が嵌められており、この内側ケース１０５は、流体出口１２２に対向する部分が切りかかれた周壁１５１と、周壁１５１を上端より下がった位置で塞ぐ天板１５２とを備えている。また、内側ケース１０５における下ケース１０２の流体出口１２２側は、周壁１５１および天板１５２が切りかかれた切り欠き部１５３となっている。
【００６０】
この内側ケース１０５が嵌められた状態で下ケース１０２には、オーリング１３１を挟んで上ケース１０３が被せられ、上ケース１０３の外周側と下ケース２のフランジ部１２３とがネジなどによって止められる。上ケース１０３には、ステッピングモータ１４０のロータなどを配置する円筒部１３０が突出している。
【００６１】
本形態では、流量制御装置１００の弁体駆動機構１０４として、ステッピングモータ１４０、このステッピングモータ１４０の出力軸１４１に固着されたピニオン１４２に噛み合う外歯１８１を備えた第１のレバー１０８が用いられている。ここで、ステッピングモータ１４０のロータ１４３、リーフスプリング１４４などは、上ケース１０３の円筒部１３０内に配置されている一方、ステータ１４５のモータコイル１４６、モータカバー１４７は、円筒部１３０の外側に配置されている。
【００６２】
また、ステッピングモータ１４０の出力軸１４１は、先端を内ケース１０５の天板１５２に形成された軸受孔１５４によって回転可能に支持されている。この軸受孔１５４は、天板１５２における切り欠き部分１５３側に形成されている。切り欠き部分１５３には、第１のレバー１０８の外歯１８１が配置され、外歯１８１は出力軸１４１のピニオン１４２に噛み合うようになっている。
【００６３】
第１のレバー１０８は、円筒部１８２と、円筒部１８２の下半部分から外周側に扇形に延びて外歯１８１が形成されている延設部１８３と、延設部１８３から外周側に延びる腕部１８４を備えている。腕部１８４の先端には軸孔１８５が形成されている。第１のレバー１０８の外歯１８１と出力軸１４１のピニオン１４２が噛み合った状態において、腕部１８４は、内ケース１０５の天板部分１５２の底面側に配置される。
【００６４】
（弁機構の構成）
図１５（Ａ）、（Ｂ）は、本発明を適用した流量制御装置における開状態を示す平面図、および閉状態を示す平面図である。図１６は、本発明を適用した流量制御装置におけるモータのディテントトルク、出力トルク、および復帰ばねのトルクの大小関係を示す説明図である。
【００６５】
図１３および図１４において、本発明を適用した流量制御装置１００は、上ケース１０３で覆われた下ケース１０２の凹部１２０に、流体出口１２１から上方に突き出ている円筒壁１２４が形成されている。円筒壁１２４の外側の壁面１２５には、周方向に延びた開口部１２６が開口している。この開口部１２６は、円筒壁１２４の内部を経て流体出口１２１に連通している。
【００６６】
本形態において、開口部１２６は、実施の形態１における開口部５５とは逆に、後述するシート状弁体１０６の閉方向（図１４において矢印ＣＷで示す方向）、すなわち、小流量側で開口幅が広く、開方向（図１４において矢印ＣＣＷで示す方向）、すなわち、大流量側で開口幅が狭い台形形状になっている。
【００６７】
円筒壁１２４の側面には、後述するシート状弁体６の一方の端部が差し込み固定される溝１２７が上面側から下方に向かって延びている。
【００６８】
円筒壁１２４は、上部分が閉塞された構造になっており、上面部分から上方には、ギア体１０７を取り付ける突起１２８が形成されている。
【００６９】
ギア体１０７は、下ケース１０２の円筒壁１２４の上部に固定される円筒状の固定部１７１と、この固定部１７１の下端部分の外側に形成された外歯１７２とを備えている。固定部１７１には、第１のレバー１０８の円筒部１８２が嵌り、第１のレバー１０８を回転可能に支持する。
【００７０】
本形態では、固定部１７１には、第１のレバー１０８における円筒部１８２と外歯１７２との間に、ねじりばねからなる復帰ばね２００（原点位置復帰手段）が嵌められている。この復帰ばね２００は、一方の端部２０１が第１のレバー１０８に固定され、他方の端部２０２がギア体１０７に固定され、第１のレバー１０８を時計周りＣＷに付勢している。
【００７１】
ここで、ステッピングモータ１４０のディテントトルク（通電停止時）、出力トルク（通電時）、および復帰ばね２００のトルクのレベルは、図１６にそれぞれ点線Ｌ１、実線Ｌ２、および実線Ｌ３で示すように、復帰ばね２００のトルクＬ３が、いずれの状態にあっても、ステッピングモータ１４０のディテントトルクＬ１よりも大きく、出力トルクＬ２よりも小さい。
【００７２】
また、円筒壁１２４には、その外周に沿って、円筒壁１２４を中心にして回転に可能に支持された第２のレバー１１０（可動体）が配置されている。第２のレバー１１０は、円筒壁１２４に嵌る円環部分１１１と、円環部１１１から外側に延びる腕部１１２を備えている。この腕部１１２において、時計周りＣＷ側の外縁１１２ａは、第２のレバー１１０が時計周りＣＷに回転したときに下ケース１０２の底面に形成された凸部分１０２ａに当接して、第２のレバー１１０のこれ以上の回転を規制する一方、反時計周りＣＣＷ側の外縁１１２ｂは、第２のレバー１１０が反時計周りＣＣＷに回転したときに下ケース１０２の底面に形成された凸部分１０２ｂ（図１５（Ｂ）参照）に当接して、第２のレバー１１０のこれ以上の回転を規制するようになっている。
【００７３】
また、第２のレバー１１０は、腕部１１２の先端から上方に延びる回転中心軸１１３を備えている。回転中心軸１１３の先端部分１１４は、第１のレバー１０８の腕部１８４に形成された軸孔１８５に嵌るようになっている。
【００７４】
回転中心軸１１３には、転動体１０９が回転可能に取り付けられている。転動体１０９は、回転中心軸１１３が嵌る軸孔１９０が形成された円筒体であって、その上端側の周面には外歯１９１が形成されている。ここで、転動体１０９の外歯１９１は、第２のレバー１１０とともに下ケース１０２の凹部１２０内に配置された状態でギア体１０７の外歯１７２と噛み合っている。
【００７５】
また、転動体１０９には、外歯１９１の形成位置より下方部分がシート状弁体１０６が巻きつく胴部１９２になっており、この胴部１９２の下面には、シート状弁体６の一方の端部が差し込み固定される深い溝１９３が開口している。
【００７６】
シート状弁体１０６は、ゴム製の帯状体であり、その両端部分には、円筒壁１２４の側面に形成されている溝１２７に差し込み固定される丸棒状の第１の連結部１６１、および転動体１０９に形成されている溝１９３に差し込み固定される丸棒状の第２の連結部１６２が形成されている。
【００７７】
ここで、シート状弁体１０６は、図１５（Ａ）に示すように、開状態で転動体１０９の胴部１９２に巻き付けられており、後述するように、閉状態では、転動体１０９の時計周りＣＷの転動に伴って、図５（Ｂ）に示すように、円筒壁１２４の外側の壁面１２５に沿って展開し、開口部１２６（斜線で示す部分）を覆って塞ぐようになっている。
【００７８】
（作用および効果）
図１７（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明を適用した流量制御装置１００に用いた開口部の説明図、およびこの開口部に対する転動体の角度位置と開口面積との関係を示すグラフである。
【００７９】
本形態の流量制御装置１００では、図１３および図１５（Ａ）に示すように、転動体１０９が反時計周りＣＣＷ側に位置した状態において、シート状弁体１０６は、転動体１０９の胴部１９２に巻き付けられており、円筒壁１２５に形成されている開口部１２６は全開放状態にある。従って、この反時計周りＣＣＷの方向が、本形態の流量制御装置１００における開方向である。
【００８０】
この全開状態から、ステッピングモータ１４０を動作させて、その回転を出力軸１４１のピニオン１４２、第１のレバー１０８を介して第２のレバー１１０に伝達して第２のレバー１１０を時計周りＣＷ（閉方向）に回転させると、図１５（Ｂ）に示すように、転動体１０９は、第２のレバー１１０とともに時計周りＣＷの方向に円筒壁１２４の外側の壁面１２５に沿って公転する。この際、転動体１０９の外歯１９１は、円筒壁１２４の側、すなわち、ギア体１０７の外歯１７２と噛み合っているので、転動体１０９が時計周りＣＷに公転したとき、転動体１０９は、時計周りＣＷに自転する。その結果、転動体１０９の胴部１９２に巻きつけられていたシート状弁体１０６は、円筒壁１２４の外側の壁面１２５に沿って展開され、開口部１２６を覆って塞ぐことになる。この状態が全閉状態である。
【００８１】
この全閉状態から、ステッピングモータ１４０を動作させて、その回転を出力軸１４１のピニオン１４２、第１のレバー１０８の外歯１８１を介して第２のレバー１１０に伝達して第２のレバー１１０を反時計周りＣＣＷに回転させると、図１５（Ａ）に示すように、転動体１０９は、第２のレバー１１０とともに反時計周りＣＣＷの方向に円筒壁１２４の外側の壁面１２５に沿って公転する。この際、転動体１０９の外歯１９１は、ギア体１０７の外歯１７２と噛み合っているので、転動体１０９が反時計周りＣＣＷに公転したとき、転動体１０９は、反時計周りＣＣＷに自転する。その結果、展開されていたシート状弁体６は、転動体１０９の胴部１９２に巻きつけられるので、開口部１２６が開放状態になる。
【００８２】
従って、図１５（Ａ）に示すように、開口部１２６を開放状態にして下ケース１０２の流体入り口１２２から流体出口１２１に向かって気体を流す際、図１５（Ｂ）に示すように、転動体１０９を時計周りＣＷの方向に完全に移動させれば、流体の流れを完全に止めることができる。また、転動体１０９の周方向における位置を制御すれば、開口部１２６の開度を制御できるので、流量を制御できる。
【００８３】
例えば、図１７（Ａ）に示す開口部１２６をシート状弁体１０６で塞いだ状態から矢印Ｐ１で示す方向（開方向）に開いていくと、流量は、例えば、図１７（Ｂ）に示すように、開口面積が０ｍｍ²の全閉状態からリニアに増加していき、最終的には開口面積が３０ｍｍ²の全開状態となる。従って、開口部１２６を通過する気体の流量は、開口面積に対応して精度よく制御されることになる。
【００８４】
ここで、本形態の流量制御装置１００では、第１のレバー１０８を復帰ばね２００でギア体１０７に対して時計周りＣＷに付勢している。このため、ステッピングモータ１４０に対する給電停止の状態では、復帰ばね２００の付勢力により第１のレバー１０８が時計周りＣＷに回転し、転動体１０９が第２のレバー１１０とともに時計周りＣＷの方向に転動してシート状弁体１０６が開口部１２６を塞ぐ全閉状態になる。
【００８５】
この全閉状態からシート状弁体１０６を開くときには、ステッピングモータ１４０によって第１のレバー１０８を反時計周りＣＣＷに回転させるので、復帰ばね２００が反時計周りＣＣＷにねじられている。
【００８６】
従って、シート状弁体１０６が開口部１２６から開放状態の際に、ステッピングモータ１４０に対する給電が停止した場合、ねじられていた復帰ばね２００が時計回りＣＷに戻る。そうすると、復帰ばね２００の付勢力により第１のレバー１０８が時計周りＣＷに回転し、転動体１０９が第２のレバー１１０とともに時計周りＣＷの方向に転動してシート状弁体１０６が開口部１２６を塞ぐ全閉状態になる。よって、ステッピングモータ１４０に対する給電が停止した際には、下流側への流体供給を瞬時に遮断することができる。
【００８７】
なお、復帰ばね２００によるシート状弁体１０６の原点位置への復帰をスムーズに行うようにするためには、ロータ１４３における界磁極とマグネット表面の隙間を一般のモータより大きく、例えば、２ｍｍ以上に設定し、ロータ１４３のディテントトルクを軽減することが望ましい。また、ステッピングモータ１４０と第１のレバー１０８間の減速比も、通常より小さく、例えば、１／１０以下に設定することが望ましい。
【００８８】
以上説明したように、本形態の流量制御装置１００では、転動体１０９に巻きつけられたシート状弁体１０６を用い、開口部１２６が形成された壁面１２５に沿って転動体１０９を閉方向に転動させてシート状弁体１０６を開口部１２６を覆うように展開する一方、転動体１０９を開方向に転動させて、展開された状態のシート状弁体１０６を転動体１０９に巻きつけて開口部１２６を開放する。このため、転動体１０９の位置によってシート状弁体１０６による開口部１２６の開度調整を行うことができる。従って、開口部１２６の形状によって任意の流量パターンを調整できるので、流量のリニア制御を容易に行うことができる。
【００８９】
しかも、シート状弁体１０６としてゴムシートを用いているため、それ自身の弾性によってシート状弁体１０６を壁面１２５に密接させることができる。従って、気体の漏れが発生しない。また、転動体１０９を完全に閉方向に転動させれば、シート状弁体１０６で開口部１２６を完全に覆って塞ぐことができ、かつ、流体圧によってシート状弁体１０６が壁面１２６に沿って密着状態になるため、完全閉状態を容易に実現できる。
【００９０】
さらに、動作的には摺動機構を採用していないため、磨耗などのおそれがないので、部品の寸法に高い精度が求められず、かつ、信頼性も高い。
【００９１】
さらにまた、動作的には転動体１０９を転動させるという回転運動を採用しているため、ステッピングモータ１４０から出力された回転運動を転動体１０９に伝達すればよく、回転運動を直線運動に変換する必要がないので、簡素な機構で済み、かつ、エネルギー損失も小さい。
【００９２】
しかも、本形態の開口部１２６は、実施の形態１とは異なり、小流量側（閉方向側）で開口幅が広く、大流量側（開方向側）で開口幅が狭い。このため、大流量側の流量を高い精度で制御できるという利点がある。
【００９３】
また、円筒壁１２４の外側の壁面１２５に沿って転動体１０９に遊星運動を行わせる構成であるため、転動体１０９を壁面１２５に沿って転動させる機構を簡素化できる。また、転動体１０９の転動方向に開口部１２６を延ばしても狭いスペース内に弁機構を構成できる。
【００９４】
さらに、円筒壁１２４を中心に回転可能な第２のレバー１１０に転動体１０９が回転可能に支持し、この第２のレバー１１０に第１のレバー１０８を介してステッピングモータ１４０から出力された回転運動を伝達するので、簡素な構成で転動体１０９を公転させることができる。
【００９５】
さらにまた、転動体１０９の外歯１９１と円筒壁１２４側に形成された外歯１７２とが噛み合う構成を採用しているので、簡素な構成で転動体１０９を自転させることができる。
【００９６】
さらにまた、シート状弁体１０６を開口部１２６を完全に覆う全閉位置（原点位置）に復帰させる復帰ばね２００を備えているので、弁体駆動機構１０４への通電を停止することで、瞬時に流体の下流側への供給を停止することができる。従って、異常時に電磁弁等の遮断弁を用いることなく、簡素な構成で流体の遮断を行うことができる。
【００９７】
なお、瞬時に大流量の流体供給に切り換えることが必要になる場合には、シート状弁体１０６が開口部１２６を全開放する全開位置に復帰させる方向に復帰ばねを取り付けるようにすればよい。
【００９８】
［その他の実施の形態］
上記実施の形態１、２は、実施の形態１を例にすると、以下のように構成することもできる。
【００９９】
まず、気体の流量をリニアに制御することを目的に開口部５５の形状を、図６（Ａ）および図１１（Ａ）に示すような台形形状としたが、得ようとする流量パターンに応じて開口部５５、１２６の形状を変更してもよい。
【０１００】
また、開口部５５が円筒壁５０に形成され、その外側の壁面５５０に沿って転動体９が転動する構成であったが、開口部５５が形成される壁面５５０については、平面あるいは円形以外の湾曲面であってもよい。
【０１０１】
さらに、シート状弁体６としてゴムシートを用いたが、閉状態においては、流体圧によってシート状弁体６が壁面５５０に沿って密着状態となるため、流体の種類あるいは温度などによっては、ゴムシートに代えて、樹脂シートや金属シート、さらには各種複合材料からなるシートを用いてもよい。
【０１０２】
さらにまた、上記の実施の形態１では転動体９に対して確実な転動を行わせることを目的に遊星ギアを用いて転動体９を遊星運動させるようにしたが、実施の形態２のような第１のレバー１０８および第２のレバー１１０を用いた方式の他にも、転動体９に突起を設け、これを案内するサイクロイド曲線状の溝カムなどを利用してもよい。また、ギアを省略して、摩擦転動を採用した構成であってもよい。
【０１０３】
さらにまた、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。
【０１０４】
【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、シート状弁体を開口部を覆うように展開する一方、シート状弁体を開口部を開放する状態に切り換えて、シート状弁体による開口部の開度調整を行う。従って、開口部の形状によって任意の流量パターンを調整できるので、流量のリニア制御を容易に行うことができる。また、シート状弁体で開口部を完全に覆って塞ぐことができ、かつ、流体圧によってシート状弁体が壁面に沿って密着状態になるため、完全閉状態を容易に実現できる。さらに、動作的には弁体を摺動させる機構を採用していないため、磨耗などのおそれがないので、部品の寸法に高い精度が求められず、かつ、信頼性も高い。
【０１０５】
また、転動体の閉方向への転動によりシート状弁体が転動体に巻き付けられている状態から開口部を覆うように展開される一方、転動体の開方向への転動によりシート状弁体が開口部を開放するように転動体に巻き付けられる構成を採用すると、転動体の位置によってシート状弁体による開口部の開度調整を行うことができる。従って、開口部の形状によって任意の流量パターンを調整できるので、流量のリニア制御を容易に行うことができる。また、転動体を完全に閉方向に転動させれば、シート状弁体で開口部を完全に覆って塞ぐことができ、かつ、流体圧によってシート状弁体が壁面に沿って密着状態になるため、完全閉状態を容易に実現できる。さらに、動作的には摺動機構を採用していないため、磨耗などのおそれがないので、部品の寸法に高い精度が求められず、かつ、信頼性も高い。さらにまた、動作的には転動体を転動させるという回転運動を採用しているため、モータから出力された回転運動を転動体に伝達すればよく、回転運動を直線運動に変換する必要がなく、摩擦損失もないので、エネルギー損失も小さい。しかも、省電力化、および制御の高速化も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る流量制御装置の平面図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明の実施の形態１に係る流量制御装置の下ケースの平面図、およびＡ−Ａ′断面図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明の実施の形態１に係る流量制御装置の上ケースの平面図、およびＢ−Ｂ′断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る流量制御装置に構成されている各構成要素の展開図である。
【図５】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る流量制御装置における開状態を示す平面図、および閉状態を示す平面図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ、本発明の実施の形態１に係る流量制御装置に用いたドラム体の平面図、このドラム体の開口部を形成した円筒壁のＣ矢視図、ドラム体のＤ−Ｄ′断面図、およびドラム体のＥ−Ｅ′断面図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、本発明の実施の形態１に係る流量制御装置に用いたギア体の平面図、ギア体の底面図、およびギア体のＦ−Ｆ′断面図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明の実施の形態１に係る流量制御装置に用いたリング状スプロケットの平面図、およびリング状スプロケットのＧ−Ｇ′断面図である。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、本発明の実施の形態１に係る流量制御装置に用いた転動体の平面図、転動体のＨ−Ｈ断面図、および転動体の底面図である。
【図１０】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明の実施の形態１に係る流量制御装置に用いたシート状弁体の側面図、および平面図である。
【図１１】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明の実施の形態１に係る流量制御装置１に用いた開口部の説明図、およびこの開口部に対する転動体の角度位置と開口面積との関係を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る流量制御装置の平面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る流量制御装置に構成されている各構成要素の展開図である。
【図１４】本発明の実施の形態２に係る流量制御装置を示す分解斜視図である。
【図１５】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の実施の形態２に係る流量制御装置における開状態を示す平面図、および閉状態を示す平面図である。
【図１６】本発明の実施の形態２に係る流量制御装置におけるモータのディテントトルク、出力トルク、および復帰ばねのトルクの大小関係を示す説明図である。
【図１７】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明の実施の形態２に係る流量制御装置に用いた開口部の説明図、およびこの開口部に対する転動体の角度位置と開口面積との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１、１００流量制御装置
２、１０２下ケース
３、１０３上ケース
４、１０４弁体駆動機構
５ドラム体
６、１０６シート状弁体
７、１０７ギア体
８リング状スプロケット（可動体）
９、１０９転動体
２１、１２１流体出口
２２、１２２流体入り口
４０、１４０ステッピングモータ
４６、４８動力伝達歯車
５０、１２４円筒壁
５１流体出口となる円筒部
５３、９６、１２７、１９３シート状弁体を保持する溝
５５、１２６開口部
８０リング状スプロケットの窓
７２、１７２ギア体の外歯（円筒壁側の外歯）
８５リング状スプロケットの内歯
９１、１９１転動体の外歯
９５、１９５胴部
９９ゴムリング
１０５内側ケース
１０８第１のレバー
１１０第２のレバー
２００復帰ばね（原点位置復帰手段）
５５０、１２５壁面
５７０、５９０、１０２ａ、１０２ｂストッパとしての段差部分（凸部分）
８０１、８０２窓の内縁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a flow rate control device for controlling the flow rate of various fluids. More specifically, the present invention relates to a valve mechanism of a flow control device.
[0002]
[Prior art]
As the valve mechanism used in the flow rate control device for controlling the flow rate of LP gas, city gas, refrigerant in a refrigerator or air conditioner, or liquid, a needle method, a disk method, and a ball method are representative.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the needle method is excellent in the linear adjustment function of the flow rate, but high accuracy is required for each component when it is in a completely closed state, so that it becomes expensive. Further, since a mechanism for converting the rotary motion output from the motor into a linear motion is required, there is a problem that the energy conversion efficiency is low and the durability is inferior. Furthermore, since the needle enters the wedge shape in the closed state, a large amount of energy is required for switching from the closed state to the open state.
[0004]
In addition, the disk method has an advantage that the flow rate linear adjustment function is excellent and an arbitrary flow rate pattern can be easily realized. However, in order to realize a completely closed state, the accuracy of the opposing surfaces is 1 μm or less. Since flatness and surface roughness close to a mirror surface are required, it is also expensive. Further, since high-accuracy surfaces tend to be attracted to each other, a large amount of energy is required for driving. Furthermore, in general, there is a problem that applicable models are limited to those having an opening as small as 2φ or less.
[0005]
Furthermore, the ball system can easily realize a completely closed state, but has a problem that linear adjustment of the flow rate is difficult.
[0006]
As described above, there is no conventional valve mechanism that has both the linear adjustment of the flow rate and the complete closing function. When trying to add such a function to the conventional valve mechanism, each part has an accuracy of μ order. Because it is required, it becomes expensive. In particular, in a valve mechanism having a large opening, if both linear adjustment of the flow rate and a complete closing function are to be provided, it is necessary to further improve the accuracy of the parts, and the cost becomes considerably high. In addition, since driving involves loss, friction loss, and the like when converting rotational motion to linear motion, it is difficult to save power or increase the speed of control.
[0007]
In view of the above problems, the problem of the present invention is that a flow control device that has both linear adjustment of the flow rate and a completely closed function regardless of the size of the opening by adopting a new valve mechanism is inexpensive, and It is to provide a configuration that can save power.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-described problem, in the present invention, a partition wall that partitions the upstream side and the downstream side of the fluid flow path, an opening formed in the partition wall, and an expansion along the partition wall so as to cover the opening part. On the other hand, it has a sheet-like valve body that can be switched from the developed state to a state in which the opening is opened, and a valve body drive mechanism that adjusts the opening of the opening by the sheet-like valve bodyThe partition wall is a cylindrical wall whose inner side is the downstream side, and the valve body drive mechanism is a rollable rolling element that performs planetary motion along an outer wall surface facing the upstream side of the cylindrical wall. And a movable body rotatable around the cylindrical wall side in a state where the rolling element is rotatably supported, and the movable body is driven to rotate about the cylindrical wall, thereby rotating the rolling element. The sheet-like valve body is moved along the outer wall surface of the cylindrical wall, one end of the sheet-like valve body is fixed to the cylindrical wall, the other end of the sheet-like valve body is fixed to the rolling element, and the seat The valve-like valve body is deployed along the cylindrical wall so as to cover the opening from the state wound around the rolling element by rolling in the closing direction of the rolling element, while the rolling element is opened in the opening direction. So that the opening is opened from the state of being unfolded by rolling It is wound on the rolling memberIt is characterized by that.In addition, the rolling in this specification means moving while rotating.
[0009]
In the flow control device according to the present invention, the seat-like valve body is expanded so as to cover the opening, while the seat-like valve body is switched to a state in which the opening is opened, and the opening degree of the opening is adjusted by the seat-like valve body. I do. Therefore, since an arbitrary flow rate pattern can be adjusted depending on the shape of the opening, linear control of the flow rate can be easily performed. Further, the opening can be completely covered and closed by the sheet-like valve body, and the sheet-like valve body is brought into a close contact state along the wall surface by the fluid pressure, so that the completely closed state can be easily realized. Furthermore, since a mechanism for sliding the valve element is not employed in terms of operation, there is no possibility of wear and the like, so high accuracy is not required for the dimensions of the parts and the reliability is high.
[0010]
  Further, in the present invention, the rolling element is rolled in the closing direction along the wall surface in which the opening is formed, and the sheet-like valve body is expanded so as to cover the opening, while the rolling element is rolled in the opening direction. The sheet-like valve element in a state of being expanded is wound around the rolling element to open the opening. For this reason, the opening degree adjustment of the opening part by a sheet-like valve body can be performed with the position of a rolling element. Therefore, since an arbitrary flow rate pattern can be adjusted depending on the shape of the opening, linear control of the flow rate can be easily performed. Further, if the rolling element is completely rolled in the closing direction, the opening can be completely covered and closed by the sheet-like valve element, and the sheet-like valve element is brought into close contact with the wall surface by the fluid pressure. Therefore, the fully closed state can be easily realized. Furthermore, since the sliding mechanism is not employed in terms of operation, there is no possibility of wear and the like, so high accuracy is not required for the dimensions of the parts, and reliability is high. Furthermore, since the rotational motion of rolling the rolling element is adopted in terms of operation, it is only necessary to transmit the rotational motion output from the motor to the rolling body, and there is no need to convert the rotational motion into a linear motion. Because there is no friction loss, energy loss is small.
[0011]
  Furthermore, in the present invention, the partition wall is a cylindrical wall whose inner side is the downstream side, and the rolling element employs a configuration in which planetary motion is performed along the outer wall surface of the cylindrical wall. The rolling mechanism can be simplified. Further, even if the opening is extended in the rolling direction of the rolling element, the valve mechanism can be configured in a narrow space. Further, in the present invention, the valve body drive mechanism includes a movable body that can rotate about the cylindrical wall side in a state where the rolling element is rotatably supported, and the movable body is driven to rotate about the cylindrical wall. Therefore, since the rolling element is moved along the outer wall surface of the cylindrical wall, it is possible to revolve the rolling element by transmitting the rotational motion output from the motor to the rolling element with a simple configuration.
[0012]
In this invention, it is preferable that the said opening part is equipped with the shape extended in the rolling direction of the said rolling element. If comprised in this way, the opening degree of an opening part, ie, the flow volume, can be controlled with high precision.
[0013]
In the present invention, the opening preferably has a narrow opening width on one side and a wide opening width on the other side. For example, if the opening width is narrow on the small flow rate side and the opening width is wide on the large flow rate side, the flow rate can be controlled with high accuracy on the small flow rate side. On the contrary, if high accuracy is required on the large flow rate side, the opening width may be widened on the small flow rate side and narrowed on the large flow rate side.
[0015]
  In the present invention,The movable body is, for example, a ring-shaped sprocket in which inner teeth are formed. In the valve body driving mechanism, the inner teeth of the ring-shaped sprocket and the power transmission gear on the drive source side are preferably meshed with each other. . With this configuration, all or most of the mechanical components can be arranged inside the ring-shaped sprocket, so that the flow control device can be configured in a narrow space.
[0016]
In the present invention, it is preferable that external teeth are formed on the rolling elements, while external teeth that mesh with the external teeth and rotate the rolling elements are formed on the wall surface side. If comprised in this way, a rolling element can be rotated with a simple structure.
[0017]
In the present invention, it is preferable that a biasing member that biases the rolling element toward the wall surface is further provided. If comprised in this way, the revolution and rotation of a rolling element can be made to interlock | cooperate reliably, and a sheet-like valve body can be closely_contact | adhered to a wall surface.
[0018]
Further, in the present invention, when energization of the motor as a drive source of the valve body drive mechanism is stopped, the sheet-like valve body is opened at the origin position where the opening is completely opened, or the opening is completely opened. An origin position return means for returning toward the closed origin position, and the valve body drive mechanism causes the sheet-like valve body to move against the force applied to the sheet-like valve body by the origin position return means. It is preferable to drive in a predetermined direction from the position side. If comprised in this way, when electricity supply to the motor as a drive source of a valve element drive mechanism stops, the position of a sheet-like valve element can be automatically returned to the origin position. The gas supply can be stopped instantaneously. Therefore, it is possible to cut off the fluid required in the event of an abnormality with a simple configuration without using an expensive shut-off valve such as a solenoid valve.
[0019]
When configured in this manner, in the motor, the gap between the field pole and the magnet is preferably 0.2 mm or more. Moreover, it is preferable that the reduction ratio in the said valve body drive mechanism is 1/10 or less. If comprised in this way, the said origin position return means can overcome the detent torque of a motor, etc., and can return a sheet-like valve body to an origin position reliably.
[0020]
In this invention, it is preferable that the said sheet-like valve body is a sheet | seat provided with elasticity. If comprised in this way, a sheet-like member can be closely_contact | adhered to a wall surface with the elasticity of sheet-like valve body itself.
[0021]
The flow rate control device according to the present invention may be used to control the flow rate of either gas or liquid, but is particularly effective when used for gas flow rate control, which is difficult with the conventional method.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A flow control device to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.
[0023]
[Embodiment 1]
(Appearance and configuration of valve body drive mechanism, etc.)
FIG. 1 is a plan view of a flow control device to which the present invention is applied. 2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view taken along line AA ′ of the lower case of the flow control device to which the present invention is applied, respectively. 3A and 3B are a plan view and a BB ′ cross-sectional view, respectively, of the upper case of the flow control device to which the present invention is applied. FIG. 4 is a development view of each component included in the flow control device to which the present invention is applied.
[0024]
In FIG. 1, a flow control device 1 to which the present invention is applied is used for flow control of LP gas, city gas, refrigerant in a refrigerator or an air conditioner, and has a circular planar shape as a whole.
[0025]
As shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B), the flow rate control device 1 includes a cylindrical recess 20 having a cylindrical fluid outlet 21 at the bottom, and a fluid inlet 22 formed by a peripheral wall of the recess 20. And the lower case 2 provided with the flange part 23 extended from the upper end of the recessed part 20 to an outer peripheral side is used. The lower case 2 is covered with an upper case 3 shown in FIGS. 3A and 3B, and the outer peripheral side of the upper case 3 and the flange portion 23 of the lower case 2 are fixed by screws or the like. A cylindrical portion 30 in which a rotor of the stepping motor 40 shown in FIG.
[0026]
In this embodiment, as the valve body drive mechanism 4 of the flow control device 1, the stepping motor 40, the first power transmission gear 46 that meshes with the external teeth fixed to the output shaft 41 of the stepping motor 40, and the first power A second power transmission gear 48 that meshes with the transmission gear 46 is used. Here, the rotor 42 and the like of the stepping motor 40 are disposed in the cylindrical portion 30 of the upper case 3, while the stator 43 is disposed outside the cylindrical portion 30.
[0027]
(Configuration of valve mechanism)
5A and 5B are a plan view showing an open state and a plan view showing a closed state in a flow control device to which the present invention is applied. 6 (A), (B), (C), and (D) are plan views of the drum body used in the flow rate control device to which the present invention is applied, and C of the cylindrical wall that forms the opening of the drum body. FIG. 4 is an arrow view, a DD ′ cross-sectional view of the drum body, and a EE ′ cross-sectional view of the drum body. 7A, 7B, and 7C are a plan view of a gear body, a bottom view of the gear body, and a cross-sectional view of the gear body taken along line FF ′, respectively, used in the flow control device to which the present invention is applied. is there. FIGS. 8A and 8B are a plan view of a ring-shaped sprocket used in a flow control device to which the present invention is applied, and a GG ′ sectional view of the ring-shaped sprocket, respectively. 9A, 9B, and 9C are a plan view of a rolling element used in a flow control device to which the present invention is applied, an HH sectional view of the rolling element, and a bottom view of the rolling element, respectively. . 10A and 10B are a side view and a plan view, respectively, of a seat-like valve body used in a flow control device to which the present invention is applied.
[0028]
As shown in FIGS. 4 and 5A, the flow control device 1 to which the present invention is applied is shown in FIGS. 6A and 6B at the center position of the recess 20 of the lower case 2 covered with the upper case 3. ), (C), and (D), the drum body 5 is disposed.
[0029]
The drum body 5 has a disk shape, and a cylindrical wall 50 is formed at the center thereof, while a cylindrical portion 51 serving as a substantial fluid outlet projects downward. An opening 55 extending in the circumferential direction opens on the outer wall surface 550 of the cylindrical wall 50, and the opening 55 communicates with the cylindrical portion 51 through the inside of the cylindrical wall 50.
[0030]
In this embodiment, the opening 55 has a closing direction (a direction indicated by an arrow Q) of a sheet-like valve body 6 to be described later, that is, an opening width is narrow on the small flow rate side, and an opening direction (a direction indicated by an arrow R), that is, It has a trapezoidal shape with a wide opening on the large flow rate side.
[0031]
On the side surface of the cylindrical wall 50, a groove 53 into which one end of a sheet-like valve body 6 described later is inserted and fixed extends downward from the upper surface side.
[0032]
In the drum body 5 having such a configuration, the cylindrical portion 51 fits into the cylindrical fluid outlet 21 of the lower case 2 in a state where the drum body 5 is disposed at the bottom of the concave portion 20 of the lower case 2, and the through hole of the drum body 5 When the protrusion 25 (see FIGS. 2A and 2B) of the lower case 2 is fitted to the lower case 2, the state is fixed to the lower case 2.
[0033]
Here, on the upper surface of the drum body 5, three cylindrical bearing portions 57, 58 and 59 are formed in the circumferential direction around the cylindrical wall 50. Of these three bearing portions 57, 58, 59, the bearing portion 57 supports the tip of the output shaft 41 of the stepping motor 40 in a rotatable manner. Further, the portions where the bearing portions 57 and 59 on both sides are formed are formed thicker toward the outside, and step portions 570 and 590 formed thereby are formed on the ring-shaped sprocket 8 described later with reference to FIG. A stopper that restricts the rotational range of the ring-shaped sprocket 8 is formed in contact with the inner edge of the window 80.
[0034]
The cylindrical wall 50 of the drum body 5 has a structure in which an upper portion is closed, and a projection 52 for attaching the gear body 7 shown in FIGS. 7A, 7B, and 7C is provided above the upper surface portion. Is formed.
[0035]
The gear body 7 includes a fixed portion 71 fixed to the upper portion of the cylindrical wall 50 of the drum body 5, external teeth 72 formed outside the fixed portion 71, and an extension extending from the fixed portion 71 to the outer peripheral side in a fan shape. The extending portion 73 is a portion where the bearing portions 58 and 59 of the drum body 5 are formed in a state where the gear body 7 is fixed to the upper portion of the cylindrical wall 50 of the drum body 5. Opposite. Here, two bearing holes 78 and 79 are formed on the lower surface of the extending portion 73 at positions facing the bearing portions 58 and 59 of the drum body 5, and the first holes are formed by the bearing hole 78 and the bearing portion 58. The rotation shaft of the power transmission gear 46 is rotatably supported, and the rotation shaft of the second power transmission gear 48 is rotatably supported by the bearing hole 79 and the bearing portion 59.
[0036]
4 and 5A again, the ring-shaped sprocket 8 (movable body) shown in FIGS. 8A and 8B is disposed above the drum body 5 in the recess 20 of the lower case 2. The ring-shaped sprocket 8 is supported on the drum body 5 so as to be rotatable about the cylindrical wall 50. In the ring-shaped sprocket 8, regions where cylindrical bearing portions 57, 58, and 59 that support the output shaft 41 of the stepping motor 40, the first power transmission gear 46, and the second power transmission gear 48 are formed. A region including the window 80 is. In this window 80, the inner edge 801 on the clockwise CW side abuts on the step portion 590 of the drum body 5 when the ring-shaped sprocket 8 rotates counterclockwise CCW, and the ring-shaped sprocket 8 further rotates. On the other hand, the inner edge 802 on the counterclockwise CCW side abuts against the stepped portion 570 of the drum body 5 when the ring-shaped sprocket 8 rotates clockwise CW, thereby restricting further rotation of the ring-shaped sprocket 8. It is supposed to be.
[0037]
Here, an inner tooth 85 is formed on the outer peripheral edge of the window 80 of the ring-shaped sprocket 8, and the inner tooth 85 meshes with the second power transmission gear 48.
[0038]
Further, in the ring-shaped sprocket 8, a rotation center shaft 86 is formed near the opening 55 formed in the cylindrical wall 50 of the drum body 5. The rolling elements 9 shown in B) and (C) are rotatably attached.
[0039]
The rolling element 9 is a cylindrical body in which a shaft hole 90 into which the rotation center shaft 86 of the ring-shaped sprocket 8 is fitted, and external teeth 91 are formed on the peripheral surface on the upper end side. Here, the external teeth 91 of the rolling element 9 mesh with the external teeth 72 of the gear body 7 in a state of being disposed in the recess 20 of the lower case 2 together with the ring-shaped sprocket 8. In this state, a rubber ring 99 that urges the rolling element 9 toward the cylindrical wall 50 is hung between the upper end portion of the rolling element 9 and the upper end portion of the cylindrical wall 50 in an extended state. .
[0040]
Further, the lower part of the rolling element 9 from the position where the external teeth 91 are formed is a body part 95 around which the sheet-like valve body 6 shown in FIGS. 10 (A) and 10 (B) is wound. A deep groove 96 into which one end of the sheet-like valve body 6 is inserted and fixed is opened on the lower surface of the sheet.
[0041]
10 (A) and 10 (B), the sheet-like valve body 6 is a rubber band-like body, and round ends that are inserted into and fixed to grooves 53 formed on the side surfaces of the cylindrical wall 50 at both end portions thereof. A rod-shaped first coupling portion 61 and a round bar-shaped second coupling portion 62 that is inserted and fixed in a groove 96 formed in the rolling element 9 are formed.
[0042]
Here, as shown in FIG. 5 (A), the sheet-like valve body 6 is wound around the trunk portion 95 of the rolling element 9 in the open state. As the surrounding CW rolls, as shown in FIG. 5 (B), it develops along the outer wall surface 550 of the cylindrical wall 50 and covers and covers the opening 55.
[0043]
(Function and effect)
FIGS. 11A and 11B are explanatory diagrams of the opening used in the flow control device 1 to which the present invention is applied, and a graph showing the relationship between the angular position of the rolling element with respect to the opening and the opening area. is there.
[0044]
In the flow control device 1 of this embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5A, the sheet-like valve body 6 is the body portion of the rolling element 9 in a state where the rolling element 9 is positioned on the counterclockwise CCW side. 95, and the opening 55 formed in the cylindrical wall 50 is fully open. Accordingly, the counterclockwise CCW direction is the opening direction in the flow control device 1 of the present embodiment.
[0045]
From this fully open state, the stepping motor 40 is operated, and the rotation is transmitted to the ring-shaped sprocket 8 via the output shaft 41, the first power transmission wheel 46, and the second power transmission wheel 48, and the ring-shaped sprocket. When rotating 8 clockwise CW (closed direction), as shown in FIG. 5B, the rolling elements 9 along with the ring-shaped sprocket 8 along the outer wall surface 550 of the cylindrical wall 50 in the clockwise CW direction. Revolve. At this time, since the external teeth 91 of the rolling element 9 mesh with the cylindrical wall 50 side, that is, the external teeth 72 of the gear body 7, when the rolling element 9 revolves clockwise CW, the rolling element 9 Spins clockwise around CW. As a result, the sheet-like valve body 6 wound around the body portion 95 of the rolling element 9 is developed along the outer wall surface 550 of the cylindrical wall 50 and covers and closes the opening 55. This state is a fully closed state.
[0046]
From this fully closed state, the stepping motor 40 is operated, and its rotation is transmitted to the ring-shaped sprocket 8 via the output shaft 41, the first power transmission wheel 46, and the second power transmission wheel 48 to form a ring shape. When the sprocket 8 is rotated counterclockwise CCW, as shown in FIG. 5A, the rolling elements 9 together with the ring-shaped sprocket 8 along the outer wall surface 550 of the cylindrical wall 50 in the counterclockwise CCW direction. Revolve. At this time, since the external teeth 91 of the rolling element 9 mesh with the external teeth 72 of the gear body 7, when the rolling element 9 revolves counterclockwise CCW, the rolling element 9 rotates counterclockwise CCW. . As a result, the deployed sheet-like valve body 6 is wound around the body 95 of the rolling element 9, so that the opening 55 is opened.
[0047]
Therefore, as shown in FIG. 5A, when the gas flows from the fluid inlet 22 to the fluid outlet 21 of the lower case 2 with the opening 55 opened, the rolling element 9 is completely rotated in the clockwise CW direction. The flow of fluid can be completely stopped. Moreover, if the position of the rolling element 9 in the circumferential direction is controlled, the opening degree of the opening 55 can be controlled, so that the flow rate can be controlled.
[0048]
For example, when the opening 55 shown in FIG. 11A is closed with the sheet-like valve body 6 in the direction indicated by the arrow P (the closing direction), the flow rate is, for example, as shown in FIG. Area is 30mm²It will decrease linearly from the fully open state of the final, finally the opening area is 0mm²Is fully closed. Therefore, the flow rate of the gas passing through the opening 55 is accurately controlled according to the opening area.
[0049]
As described above, in the flow control device 1 of this embodiment, the sheet-like valve body 6 wound around the rolling element 9 is used, and the rolling element 9 is closed in the closing direction along the wall surface 550 in which the opening 55 is formed. While rolling, the sheet-like valve body 6 is expanded so as to cover the opening 55, while the rolling element 9 is rolled in the opening direction, and the deployed sheet-like valve element 6 is wound around the rolling element 9. To open the opening 55. For this reason, the opening degree adjustment of the opening part 55 by the sheet-like valve body 6 can be performed by the position of the rolling element 9. Therefore, since an arbitrary flow rate pattern can be adjusted depending on the shape of the opening 55, linear control of the flow rate can be easily performed.
[0050]
Moreover, since a rubber sheet is used as the sheet-like valve body 6, the sheet-like valve body 6 can be brought into close contact with the wall surface 550 by its own elasticity. Therefore, no gas leakage occurs. Further, if the rolling element 9 is completely rolled in the closing direction, the opening 55 can be completely covered and closed by the sheet-like valve element 6, and the sheet-like valve element 6 is blocked on the wall surface 550 by the fluid pressure. Since it becomes a close contact state along, a completely closed state can be easily realized.
[0051]
Furthermore, since the sliding mechanism is not employed in terms of operation, there is no possibility of wear and the like, so high accuracy is not required for the dimensions of the parts, and reliability is high.
[0052]
Furthermore, since the rotational motion of rolling the rolling element 9 is adopted in terms of operation, the rotational motion output from the stepping motor 40 may be transmitted to the rolling element 9, and the rotational motion is converted into a linear motion. Therefore, a simple mechanism is required and energy loss is small.
[0053]
Moreover, the opening 55 extends in the rolling direction of the rolling element 9, and has a small opening width on the small flow rate side (closed direction side) and a wide opening width on the large flow rate side (opening direction side). For this reason, the opening degree of the opening 55, that is, the flow rate can be controlled with high accuracy, and in particular, there is an advantage that the flow rate can be controlled with high accuracy even on the small flow rate side.
[0054]
Further, in this embodiment, since the rolling element 9 is configured to perform planetary motion along the outer wall surface 550 of the cylindrical wall 50, a mechanism for rolling the rolling element 9 along the wall surface 550 can be simplified. Further, even if the opening 55 is extended in the rolling direction of the rolling element 9, the valve mechanism can be configured in a narrow space.
[0055]
Further, since the rolling element 9 is rotatably supported by the ring-shaped sprocket 8 that can rotate around the cylindrical wall 50, the rotating motion output from the stepping motor 40 with a simple structure is used. 9 to revolve the rolling element 9. In addition, since the internal teeth 85 of the ring-shaped sprocket 8 and the second power transmission gear 48 of the valve body drive mechanism 4 are engaged, the whole or most of the mechanical parts are placed inside the ring-shaped sprocket 8. Since it can arrange | position, the flow control apparatus 1 can be comprised in a narrow space.
[0056]
Furthermore, since the structure which the external tooth of the rolling element 9 and the external tooth 72 formed in the cylindrical wall 50 side mesh is employ | adopted, the rolling element 9 can be rotated by simple structure. In addition, since the rolling element 9 is urged toward the cylindrical wall 50 by the rubber ring 99, the revolution and rotation of the rolling element 9 can be reliably interlocked, and the seat-like valve element 6 is attached to the wall surface. 550.
[0057]
[Embodiment 2]
(Appearance and configuration of valve body drive mechanism, etc.)
FIG. 12 is a plan view of the flow control device of this example. FIG. 13 is a development view of each component configured in the flow control device of this example. FIG. 14 is an exploded perspective view showing the flow control device of this example.
[0058]
As shown in these drawings, the flow control device 100 of this example is used for flow control of LP gas, city gas, refrigerant in a refrigerator or an air conditioner, and a cylindrical fluid outlet 121 is provided at the bottom. A lower case 102 having a cylindrical concave portion 120 provided, a fluid inlet 122 formed by a peripheral wall of the concave portion 120, and a square flange portion 123 extending from the upper end of the concave portion 120 to the outer peripheral side is used.
[0059]
An inner case 105 is fitted in the recess 120 of the lower case 102. The inner case 105 has a peripheral wall 151 cut off at a portion facing the fluid outlet 122, and a ceiling that closes the peripheral wall 151 at a position below the upper end. And a plate 152. Further, the fluid outlet 122 side of the lower case 102 in the inner case 105 is a notch 153 in which the peripheral wall 151 and the top plate 152 are cut.
[0060]
With the inner case 105 fitted, the lower case 102 is covered with the upper case 103 with the O-ring 131 interposed therebetween, and the outer peripheral side of the upper case 103 and the flange portion 123 of the lower case 2 are fixed by screws or the like. . A cylindrical portion 130 on which the rotor of the stepping motor 140 and the like are disposed protrudes from the upper case 103.
[0061]
In this embodiment, a first lever 108 having a stepping motor 140 and an external tooth 181 that meshes with a pinion 142 fixed to an output shaft 141 of the stepping motor 140 is used as the valve body drive mechanism 104 of the flow control device 100. ing. Here, the rotor 143 and the leaf spring 144 of the stepping motor 140 are arranged in the cylindrical portion 130 of the upper case 103, while the motor coil 146 and the motor cover 147 of the stator 145 are arranged outside the cylindrical portion 130. Has been.
[0062]
Further, the output shaft 141 of the stepping motor 140 is rotatably supported at the tip by a bearing hole 154 formed in the top plate 152 of the inner case 105. The bearing hole 154 is formed on the notch portion 153 side of the top plate 152. In the cutout portion 153, the external teeth 181 of the first lever 108 are disposed, and the external teeth 181 mesh with the pinion 142 of the output shaft 141.
[0063]
The first lever 108 includes a cylindrical portion 182, an extending portion 183 that extends in a fan shape from the lower half of the cylindrical portion 182 to the outer peripheral side, and has external teeth 181 formed thereon, and extends from the extending portion 183 to the outer peripheral side. Arm 184 is provided. A shaft hole 185 is formed at the tip of the arm portion 184. In a state where the external teeth 181 of the first lever 108 and the pinion 142 of the output shaft 141 are engaged with each other, the arm portion 184 is disposed on the bottom surface side of the top plate portion 152 of the inner case 105.
[0064]
(Configuration of valve mechanism)
FIGS. 15A and 15B are a plan view showing an open state and a plan view showing a closed state in a flow control device to which the present invention is applied. FIG. 16 is an explanatory diagram showing the magnitude relationship among the motor detent torque, output torque, and return spring torque in the flow control device to which the present invention is applied.
[0065]
13 and 14, in the flow control device 100 to which the present invention is applied, a cylindrical wall 124 protruding upward from the fluid outlet 121 is formed in the concave portion 120 of the lower case 102 covered with the upper case 103. . An opening 126 extending in the circumferential direction is opened on the outer wall surface 125 of the cylindrical wall 124. The opening 126 communicates with the fluid outlet 121 via the inside of the cylindrical wall 124.
[0066]
In the present embodiment, the opening 126 is opposite to the opening 55 in the first embodiment, and is opened in the closing direction of the sheet-like valve body 106 described later (the direction indicated by the arrow CW in FIG. 14), that is, on the small flow rate side. It is wide and has a trapezoidal shape with an opening direction (direction indicated by an arrow CCW in FIG. 14), that is, a narrow opening width on the large flow rate side.
[0067]
On the side surface of the cylindrical wall 124, a groove 127 into which one end of a sheet-like valve body 6 described later is inserted and fixed extends downward from the upper surface side.
[0068]
The cylindrical wall 124 has a structure in which an upper portion is closed, and a protrusion 128 for attaching the gear body 107 is formed above the upper surface portion.
[0069]
The gear body 107 includes a cylindrical fixing portion 171 that is fixed to the upper portion of the cylindrical wall 124 of the lower case 102, and external teeth 172 that are formed outside the lower end portion of the fixing portion 171. The cylindrical portion 182 of the first lever 108 is fitted into the fixed portion 171 and rotatably supports the first lever 108.
[0070]
In this embodiment, a return spring 200 (origin position return means) made of a torsion spring is fitted to the fixed portion 171 between the cylindrical portion 182 and the external teeth 172 of the first lever 108. The return spring 200 has one end 201 fixed to the first lever 108, the other end 202 fixed to the gear body 107, and urges the first lever 108 clockwise CW.
[0071]
Here, the detent torque of the stepping motor 140 (when energization is stopped), the output torque (when energization is performed), and the torque level of the return spring 200 are as shown by the dotted line L1, the solid line L2, and the solid line L3 in FIG. The torque L3 of the return spring 200 is larger than the detent torque L1 of the stepping motor 140 and smaller than the output torque L2 in any state.
[0072]
Further, the second lever 110 (movable body) supported so as to be rotatable around the cylindrical wall 124 is disposed on the cylindrical wall 124 along the outer periphery thereof. The second lever 110 includes an annular portion 111 that fits into the cylindrical wall 124 and an arm portion 112 that extends outward from the annular portion 111. In the arm portion 112, the outer edge 112a on the clockwise CW side abuts on the convex portion 102a formed on the bottom surface of the lower case 102 when the second lever 110 rotates clockwise CW, so that the second lever The outer edge 112b on the counterclockwise CCW side is restricted from being further rotated by the counterclockwise CCW, while the outer edge 112b on the counterclockwise CCW side is a convex portion 102b formed on the bottom surface of the lower case 102 (see FIG. 15 (B)), and further rotation of the second lever 110 is restricted.
[0073]
The second lever 110 includes a rotation center shaft 113 that extends upward from the tip of the arm portion 112. The distal end portion 114 of the rotation center shaft 113 is adapted to fit into a shaft hole 185 formed in the arm portion 184 of the first lever 108.
[0074]
A rolling element 109 is rotatably attached to the rotation center shaft 113. The rolling element 109 is a cylindrical body in which a shaft hole 190 into which the rotation center shaft 113 is fitted is formed, and external teeth 191 are formed on the peripheral surface on the upper end side. Here, the external teeth 191 of the rolling element 109 mesh with the external teeth 172 of the gear body 107 in a state of being disposed in the recess 120 of the lower case 102 together with the second lever 110.
[0075]
Further, the rolling element 109 has a body portion 192 around which the sheet-like valve body 106 is wound from the position where the external teeth 191 are formed, and the lower surface of the body portion 192 has one side of the sheet-like valve body 6. A deep groove 193 into which the end of each is inserted and fixed is opened.
[0076]
The sheet-like valve body 106 is a rubber belt-like body, and at both ends thereof, a round bar-shaped first connecting portion 161 that is inserted into and fixed to a groove 127 formed on the side surface of the cylindrical wall 124, and a rolling member. A round bar-shaped second connecting portion 162 is formed that is inserted into and fixed to a groove 193 formed in the moving body 109.
[0077]
Here, as shown in FIG. 15A, the sheet-like valve body 106 is wound around the body 192 of the rolling element 109 in the open state, and as described later, in the closed state, the timepiece of the rolling element 109 is wound. As the surrounding CW rolls, as shown in FIG. 5 (B), it develops along the outer wall surface 125 of the cylindrical wall 124 and covers and covers the opening 126 (the portion indicated by the oblique lines). Yes.
[0078]
(Function and effect)
FIGS. 17A and 17B are explanatory diagrams of the opening used in the flow control device 100 to which the present invention is applied, and a graph showing the relationship between the angular position of the rolling element with respect to the opening and the opening area. is there.
[0079]
In the flow control device 100 of the present embodiment, as shown in FIG. 13 and FIG. 15A, the sheet-like valve body 106 is the body portion of the rolling element 109 when the rolling element 109 is positioned counterclockwise CCW. The opening 126 formed in the cylindrical wall 125 is wound around 192 and is fully open. Therefore, the counterclockwise CCW direction is the opening direction in the flow control device 100 of this embodiment.
[0080]
From this fully open state, the stepping motor 140 is operated, and the rotation is transmitted to the second lever 110 via the pinion 142 of the output shaft 141 and the first lever 108, and the second lever 110 is rotated clockwise CW ( When rotated in the closing direction, the rolling element 109 revolves along the outer wall surface 125 of the cylindrical wall 124 in the clockwise CW direction together with the second lever 110 as shown in FIG. At this time, since the external teeth 191 of the rolling element 109 mesh with the cylindrical wall 124 side, that is, the external teeth 172 of the gear body 107, when the rolling element 109 revolves clockwise CW, the rolling element 109 Spins clockwise around CW. As a result, the sheet-like valve body 106 wound around the body portion 192 of the rolling element 109 is developed along the outer wall surface 125 of the cylindrical wall 124 and covers and covers the opening 126. This state is a fully closed state.
[0081]
From this fully closed state, the stepping motor 140 is operated, and the rotation is transmitted to the second lever 110 via the pinion 142 of the output shaft 141 and the external teeth 181 of the first lever 108 to transmit the second lever 110. Is rotated counterclockwise CCW, the rolling element 109 revolves along the outer wall surface 125 of the cylindrical wall 124 in the counterclockwise CCW direction together with the second lever 110 as shown in FIG. To do. At this time, since the external teeth 191 of the rolling element 109 mesh with the external teeth 172 of the gear body 107, when the rolling element 109 revolves counterclockwise CCW, the rolling element 109 rotates counterclockwise CCW. . As a result, the deployed sheet-like valve body 6 is wound around the body 192 of the rolling element 109, so that the opening 126 is opened.
[0082]
Accordingly, as shown in FIG. 15A, when the gas flows from the fluid inlet 122 to the fluid outlet 121 of the lower case 102 with the opening 126 opened, as shown in FIG. If the moving body 109 is completely moved in the clockwise direction CW, the fluid flow can be completely stopped. Further, if the position of the rolling element 109 in the circumferential direction is controlled, the opening degree of the opening 126 can be controlled, so that the flow rate can be controlled.
[0083]
For example, when the opening 126 shown in FIG. 17A is closed in the direction (opening direction) indicated by the arrow P1 from the state in which the opening 126 is closed with the sheet-like valve body 106, the flow rate is shown in FIG. 17B, for example. The opening area is 0mm²It increases linearly from the fully closed state, and finally the opening area is 30mm²Is fully open. Therefore, the flow rate of the gas passing through the opening 126 is accurately controlled according to the opening area.
[0084]
Here, in the flow control device 100 of this embodiment, the first lever 108 is urged clockwise CW with respect to the gear body 107 by the return spring 200. For this reason, in a state where power supply to the stepping motor 140 is stopped, the first lever 108 rotates clockwise CW by the urging force of the return spring 200, and the rolling element 109 rotates together with the second lever 110 in the clockwise CW direction. The sheet-like valve body 106 is moved to a fully closed state in which the opening 126 is closed.
[0085]
When the seat-like valve body 106 is opened from this fully closed state, the first lever 108 is rotated counterclockwise CCW by the stepping motor 140, so that the return spring 200 is twisted counterclockwise CCW.
[0086]
Therefore, when the power supply to the stepping motor 140 is stopped when the sheet-like valve body 106 is opened from the opening 126, the twisted return spring 200 returns to the clockwise CW. Then, the first lever 108 rotates clockwise CW by the urging force of the return spring 200, the rolling element 109 rolls in the clockwise CW direction together with the second lever 110, and the sheet-like valve body 106 opens. It will be in the fully closed state which plugs 126. Therefore, when power supply to the stepping motor 140 is stopped, the fluid supply to the downstream side can be instantaneously interrupted.
[0087]
In order to smoothly return the seat-like valve body 106 to the origin position by the return spring 200, the gap between the field pole and the magnet surface in the rotor 143 is larger than that of a general motor, for example, 2 mm or more. It is desirable to set and reduce the detent torque of the rotor 143. Further, the reduction ratio between the stepping motor 140 and the first lever 108 is also preferably smaller than usual, for example, 1/10 or less.
[0088]
As described above, in the flow control device 100 of this embodiment, the sheet-like valve body 106 wound around the rolling element 109 is used, and the rolling element 109 is closed in the closing direction along the wall surface 125 where the opening 126 is formed. The sheet-like valve body 106 is rolled and deployed so as to cover the opening 126, while the rolling element 109 is rolled in the opening direction, and the deployed sheet-like valve body 106 is wound around the rolling element 109. To open the opening 126. For this reason, the opening degree adjustment of the opening part 126 by the sheet-like valve body 106 can be performed according to the position of the rolling element 109. Therefore, since an arbitrary flow rate pattern can be adjusted according to the shape of the opening 126, linear control of the flow rate can be easily performed.
[0089]
In addition, since the rubber sheet is used as the sheet-like valve body 106, the sheet-like valve body 106 can be brought into close contact with the wall surface 125 by its own elasticity. Therefore, no gas leakage occurs. Further, if the rolling element 109 is completely rolled in the closing direction, the opening 126 can be completely covered and closed by the sheet-like valve element 106, and the sheet-like valve element 106 is blocked by the wall surface 126 by the fluid pressure. Since it becomes a close contact state along, a completely closed state can be easily realized.
[0090]
Furthermore, since the sliding mechanism is not employed in terms of operation, there is no possibility of wear and the like, so high accuracy is not required for the dimensions of the parts, and reliability is high.
[0091]
Furthermore, since the rotational motion of rolling the rolling element 109 is adopted in terms of operation, the rotational motion output from the stepping motor 140 may be transmitted to the rolling element 109, and the rotational motion is converted into a linear motion. Therefore, a simple mechanism is required and energy loss is small.
[0092]
In addition, unlike the first embodiment, the opening 126 of the present embodiment has a wide opening width on the small flow rate side (closed direction side) and a small opening width on the large flow rate side (opening direction side). For this reason, there is an advantage that the flow rate on the large flow rate side can be controlled with high accuracy.
[0093]
In addition, since the rolling element 109 performs planetary motion along the outer wall surface 125 of the cylindrical wall 124, a mechanism for rolling the rolling element 109 along the wall surface 125 can be simplified. Further, even if the opening 126 is extended in the rolling direction of the rolling element 109, the valve mechanism can be configured in a narrow space.
[0094]
Further, the rolling element 109 is rotatably supported by the second lever 110 that can rotate around the cylindrical wall 124, and the rotation output from the stepping motor 140 to the second lever 110 via the first lever 108. Since the motion is transmitted, the rolling element 109 can be revolved with a simple configuration.
[0095]
Furthermore, since the structure which the external tooth 191 of the rolling element 109 and the external tooth 172 formed in the cylindrical wall 124 side mesh is employ | adopted, the rolling element 109 can be rotated with a simple structure.
[0096]
Furthermore, since the return spring 200 that returns the seat-like valve body 106 to the fully closed position (origin position) that completely covers the opening 126 is provided, the energization to the valve body drive mechanism 104 is stopped, so that In addition, the supply of fluid to the downstream side can be stopped. Therefore, the fluid can be shut off with a simple configuration without using a shut-off valve such as a solenoid valve in the event of an abnormality.
[0097]
In addition, when it is necessary to instantaneously switch to supply of a large flow rate, a return spring may be attached in a direction in which the seat-like valve body 106 returns to the fully open position where the opening 126 is fully opened.
[0098]
[Other embodiments]
The first and second embodiments can be configured as follows, taking the first embodiment as an example.
[0099]
First, the shape of the opening 55 is a trapezoidal shape as shown in FIGS. 6 (A) and 11 (A) for the purpose of linearly controlling the gas flow rate, but it depends on the flow rate pattern to be obtained. The shape of the openings 55 and 126 may be changed.
[0100]
Moreover, although the opening part 55 was formed in the cylindrical wall 50 and the rolling element 9 rolled along the outer wall surface 550, about the wall surface 550 in which the opening part 55 is formed, it is other than a plane or circular It may be a curved surface.
[0101]
Further, although a rubber sheet is used as the sheet-like valve body 6, in the closed state, the sheet-like valve body 6 is brought into close contact with the wall surface 550 by the fluid pressure, so depending on the type of fluid or the temperature, the rubber Instead of the sheet, a resin sheet, a metal sheet, or a sheet made of various composite materials may be used.
[0102]
Furthermore, in the above-described first embodiment, the rolling element 9 is caused to perform planetary motion using a planetary gear for the purpose of surely rolling the rolling element 9, but as in the second embodiment. In addition to the method using the first lever 108 and the second lever 110, a groove cam having a cycloid curve shape for providing a protrusion on the rolling element 9 and guiding it may be used. Moreover, the structure which abbreviate | omitted the gear and employ | adopted friction rolling may be sufficient.
[0103]
Furthermore, the fluid whose flow rate is to be controlled is not limited to gas but may be liquid.
[0104]
【The invention's effect】
As described above, in the flow control device according to the present invention, the sheet-like valve body is expanded so as to cover the opening, while the sheet-like valve body is switched to a state in which the opening is opened, and the sheet-like valve body is used. Adjust the opening of the opening. Therefore, since an arbitrary flow rate pattern can be adjusted depending on the shape of the opening, linear control of the flow rate can be easily performed. Further, the opening can be completely covered and closed by the sheet-like valve body, and the sheet-like valve body is brought into a close contact state along the wall surface by the fluid pressure, so that the completely closed state can be easily realized. Furthermore, since a mechanism for sliding the valve element is not employed in terms of operation, there is no possibility of wear and the like, so high accuracy is not required for the dimensions of the parts and the reliability is high.
[0105]
Further, the sheet-like valve element is deployed so as to cover the opening from the state where the sheet-like valve element is wound around the rolling element by rolling in the closing direction of the rolling element, while the sheet-like valve is developed by rolling in the opening direction of the rolling element. When a configuration is adopted in which the body is wound around the rolling element so as to open the opening, the opening degree of the opening by the sheet-like valve element can be adjusted according to the position of the rolling element. Therefore, since an arbitrary flow rate pattern can be adjusted depending on the shape of the opening, linear control of the flow rate can be easily performed. Also, if the rolling element is completely rolled in the closing direction, the opening can be completely covered with the sheet-like valve element, and the sheet-like valve element is brought into close contact with the wall surface by the fluid pressure. Therefore, the fully closed state can be easily realized. Furthermore, since the sliding mechanism is not employed in terms of operation, there is no possibility of wear and the like, so high accuracy is not required for the dimensions of the parts, and reliability is high. Furthermore, since the rotary motion of rolling the rolling element is adopted in terms of operation, it is only necessary to transmit the rotary motion output from the motor to the rolling element, and there is no need to convert the rotary motion into a linear motion. Because there is no friction loss, energy loss is small. In addition, power saving and high speed control are possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a flow control device according to a first embodiment of the present invention.
2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view taken along line AA ′ of a lower case of the flow control device according to the first embodiment of the present invention, respectively.
FIGS. 3A and 3B are a plan view and a BB ′ cross-sectional view, respectively, of an upper case of the flow control device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a development view of each component configured in the flow control device according to the first embodiment of the present invention.
FIGS. 5A and 5B are a plan view showing an open state and a plan view showing a closed state in the flow control device according to the first embodiment of the present invention. FIGS.
6 (A), (B), (C), and (D) are plan views of a drum body used in the flow rate control device according to Embodiment 1 of the present invention, respectively, and openings of the drum body are shown. It is the C arrow directional view of the formed cylindrical wall, DD 'sectional drawing of a drum body, and EE' sectional drawing of a drum body.
7A, 7B, and 7C are a plan view of a gear body, a bottom view of the gear body, and an F of the gear body, respectively, used in the flow rate control device according to the first embodiment of the present invention. -F 'sectional drawing.
FIGS. 8A and 8B are a plan view of a ring-shaped sprocket used in the flow control device according to the first embodiment of the present invention, and a GG ′ cross-sectional view of the ring-shaped sprocket, respectively.
FIGS. 9A, 9B, and 9C are a plan view of a rolling element used in the flow control device according to the first embodiment of the present invention, a cross-sectional view of the rolling element taken along line HH, and FIGS. It is a bottom view of a moving body.
FIGS. 10A and 10B are a side view and a plan view, respectively, of a seat-like valve body used in the flow control device according to the first embodiment of the present invention.
11A and 11B are explanatory diagrams of an opening used in the flow control device 1 according to Embodiment 1 of the present invention, and the angular position and opening area of a rolling element with respect to the opening, respectively. It is a graph which shows the relationship.
FIG. 12 is a plan view of a flow control device according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 13 is a development view of each component configured in the flow control device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is an exploded perspective view showing a flow rate control apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
FIGS. 15A and 15B are a plan view showing an open state and a plan view showing a closed state in the flow control device according to the second embodiment of the present invention. FIGS.
FIG. 16 is an explanatory diagram showing a magnitude relationship among a motor detent torque, an output torque, and a return spring torque in the flow control device according to the second embodiment of the present invention;
FIGS. 17A and 17B are explanatory diagrams of an opening used in the flow control device according to the second embodiment of the present invention, and the angular position and opening area of a rolling element with respect to the opening, respectively. It is a graph which shows a relationship.
[Explanation of symbols]
1,100 Flow control device
2,102 Lower case
3, 103 Upper case
4, 104 Valve body drive mechanism
5 drum body
6, 106 Sheet valve
7, 107 Gear body
8 Ring-shaped sprocket (movable body)
9, 109 Rolling elements
21, 121 Fluid outlet
22, 122 Fluid inlet
40, 140 Stepping motor
46, 48 Power transmission gear
50, 124 cylindrical wall
51 Cylindrical part to be fluid outlet
53, 96, 127, 193 Groove for holding the sheet-like valve body
55, 126 opening
80 Ring-shaped sprocket window
72,172 External teeth of gear body (external teeth on the cylindrical wall side)
85 Inner teeth of ring-shaped sprocket
91, 191 External teeth of rolling elements
95, 195 trunk
99 Rubber ring
105 Inner case
108 First lever
110 Second lever
200 Return spring (home position return means)
550, 125 wall surface
570, 590, 102a, 102b Stepped part (convex part) as a stopper
801, 802 The inner edge of the window

Claims

A partition partitioning the upstream side and the downstream side of the fluid flow path, an opening formed in the partition, and deployed along the partition so as to cover the opening. and the sheet-shaped valve body is switched to a state of opening and a valve body drive mechanism for adjusting the opening of the opening by the sheet-shaped valve body possess,
The partition wall is a cylindrical wall whose inner side is the downstream side,
The valve body drive mechanism includes a rolling element that performs a planetary motion along an outer wall surface facing the upstream side of the cylindrical wall, and the cylindrical wall side in a state of rotatably supporting the rolling element. It has a movable body that can rotate at the center,
The movable body is driven to rotate around the cylindrical wall to move the rolling element along the outer wall surface of the cylindrical wall,
One end of the sheet-like valve body is fixed to the cylindrical wall, and the other end of the sheet-like valve body is fixed to the rolling element,
While the sheet-like valve body is deployed along the cylindrical wall so as to cover the opening from a state wound around the rolling element by rolling in the closing direction of the rolling element, A flow rate control device, wherein the flow control device is wound around the rolling element so as to open the opening from a state developed by rolling in an opening direction .

The flow rate control device according to claim 1, wherein the opening has a shape extending in a rolling direction of the rolling element .

3. The flow rate control device according to claim 2, wherein the opening has a narrow opening width on one side and a wide opening width on the other side .

In any one of Claim 1 thru | or 3, The said movable body is a ring-shaped sprocket in which the internal tooth was formed,
In the valve body drive mechanism, the internal gear of the ring-shaped sprocket and the power transmission gear on the drive source side mesh with each other .

5. The external teeth according to claim 1, wherein external teeth are formed on the rolling elements, and external teeth that mesh with the external teeth and rotate the rolling elements are formed on the wall surface side. A flow control device characterized by.

6. The flow rate control device according to claim 1, further comprising a biasing member that biases the rolling element toward the wall surface .

7. The origin position at which the opening is completely opened when the energization to a motor as a drive source of the valve drive mechanism is stopped, or the opening of the seat-like valve, according to any one of claims 1 to 6. Origin position return means for returning toward the origin position where the part is completely closed,
The said valve body drive mechanism drives the said sheet-like valve body to the predetermined direction from the said origin position side against the force which the said origin position return means applies to the said sheet-like valve body, The flow control apparatus characterized by the above-mentioned .

8. The flow control device according to claim 7, wherein a gap between the field pole and the magnet is 0.2 mm or more in the motor .

The flow rate control device according to claim 7, wherein a reduction ratio in the valve body drive mechanism is 1/10 or less .

The flow rate control device according to claim 1, wherein the sheet-like valve body is a seat having elasticity .

11. The flow rate control device according to claim 1 , wherein a flow rate of gas or liquid passing through the fluid flow path is controlled.