JP7522603B2

JP7522603B2 - 電動式ガス流量調節弁

Info

Publication number: JP7522603B2
Application number: JP2020133501A
Authority: JP
Inventors: 廣太郎葛谷
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2020-08-06
Filing date: 2020-08-06
Publication date: 2024-07-25
Anticipated expiration: 2040-08-06
Also published as: JP2022029903A; US11466790B2; US20220042618A1

Description

本発明は、バルブケーシング内の弁座に向けて軸方向に接近、離間するニードル弁体と、電動モータと、電動モータの回転でニードル弁体を軸方向に移動させる運動変換機構とを備える電動式ガス流量調節弁に関する。

従来、この種の電動式ガス流量調節弁として、運動変換機構を、ニードル弁体に固定のカムピンと、カムピンが摺動自在に係合する、軸方向にのびる長孔が形成されたガイド筒と、カムピンが長孔を通して係合するカム部たる螺旋状溝を有する筒状のカム体とを備えるものとし、カム体を電動モータの回転で回転させ、ガイド筒をバルブケーシングに対し回り止めするようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このものでは、軸方向のうちニードル弁体が弁座に接近する方向を往動方向、弁座から離隔する方向を復動方向、ニードル弁体を往動方向に移動させる電動モータの回転方向を正転方向、ニードル弁体を復動方向に移動させる電動モータの回転方向を逆転方向として、電動モータの正転方向の回転に伴うカム体の正転方向の回転により、螺旋状溝の復動方向側側縁をカムピンに当接させ、この当接力の往動方向成分でニードル弁体を往動方向に移動させ、電動モータの逆転方向の回転に伴うカム体の逆転方向の回転により、螺旋状溝の往動方向側側縁をカムピンに当接させ、この当接力の復動方向成分でニードル弁体を復動方向に移動させる。

尚、上記第１の従来例では、カム体を電動モータの回転で回転させ、ガイド筒をバルブケーシングに対し回り止めしているが、ガイド筒を電動モータの回転で回転させ、カム体をバルブケーシングに対し回り止めしてもよい。この第２の従来例では、電動モータの正転方向と逆転方向の回転でガイド筒とカムピンとを介してニードル弁体を正転方向と逆転方向に回転させると共に、ニードル弁体の正転方向の回転による螺旋状溝の復動方向側側縁に対するカムピンの当接反力の往動方向成分でニードル弁体を往動方向に移動させ、ニードル弁体の逆転方向の回転による螺旋状溝の往動方向側側縁に対するカムピンの当接反力の復動方向成分でニードル弁体を復動方向に移動させる。

ところで、上記第１と第２の何れの従来例でも、カムピンを螺旋状溝にスムーズに挿入でき、且つ、螺旋状溝に対するカムピンのこじりを生じないように、螺旋状溝の往動方向側側縁と復動方向側側縁との間の間隔をカムピンの直径より若干大きくすることが要求される。そのため、電動モータの正転方向の回転で螺旋状溝の復動方向側側縁とカムピンとを当接させて、ニードル弁体を往動方向に移動させるときと、電動モータの逆転方向の回転で螺旋状溝の往動方向側側縁とカムピンとを当接させて、ニードル弁体を復動方向に移動させるときとで、電動モータの回転位相が同じでもガス流量に差を生ずる現象、即ち、ヒステリシスが発生してしまう。

特開２０１８－１３２７４号公報

本発明は、以上の点に鑑み、ヒステリシスの発生を抑制できるようにした電動式ガス流量調節弁を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、バルブケーシング内の弁座に向けて軸方向に接近、離間するニードル弁体と、電動モータと、電動モータの回転でニードル弁体を軸方向に移動させる運動変換機構とを備える電動式ガス流量調節弁であって、運動変換機構は、ニードル弁体に固定のカムピンと、カムピンが摺動自在に係合する、軸方向にのびる長孔が形成されたガイド筒と、カムピンが長孔を通して係合する螺旋状のカム部を有する筒状のカム体とを備え、ガイド筒を電動モータの回転で回転させ、カム体をバルブケーシングに対し回り止めするようにし、軸方向のうちニードル弁体が弁座に接近する方向を往動方向、弁座から離隔する方向を復動方向、ニードル弁体を往動方向に移動させる電動モータの回転方向を正転方向、ニードル弁体を復動方向に移動させる電動モータの回転方向を逆転方向として、電動モータの正転方向と逆転方向の回転により、カム体に対するカムピンの相対回転でカム部とカムピンとを介してニードル弁体を往動方向と復動方向とに移動させるように構成されるものにおいて、カム部は、カムピンが復動方向又は往動方向から当接可能な螺旋状傾斜辺で構成され、ガイド筒に第１バネ受け部が設けられ、この第１バネ受け部とニードル弁体に設けられた第２バネ受け部との間に、カムピンを螺旋状傾斜辺に向けて往動方向又は復動方向に付勢するバネ部材が介設されることを特徴とする。

本発明によれば、電動モータを正転方向と逆転方向との一方に回転させるときに、カムピンは、螺旋状傾斜辺に押圧案内されて、バネ部材の付勢力に抗して往動方向と復動方向との一方に押し動かされ、電動モータを正転方向と逆転方向との他方に回転させるときに、カムピンは、バネ部材の付勢力で螺旋状傾斜辺に接触案内されて、往動方向と復動方向との他方に動く。そのため、電動モータの正転方向回転でニードル弁体を往動方向に移動させるときと、電動モータの逆転方向回転でニードル弁体を復動方向に移動させるときとの何れにおいても、カムピンは同じ螺旋状傾斜辺に案内されることになる。その結果、電動モータの回転位相が同じであれば、ニードル弁体の軸方向位置は同じになり、ヒステリシスの発生を抑制できる。

また、本発明においては、上記の如くガイド筒を電動モータの回転で回転させるようにし、ガイド筒に第１バネ受け部を設け、この第１バネ受け部とニードル弁体に設けられた第２バネ受け部との間にバネ部材を介設するため、第１と第２の両バネ受け部が共に回転することになり、第１バネ受け部と第２バネ受け部との一方のみが回転する場合と異なり、バネ部材のよじれを生ずることを防止できる。更に、後述する如く、バネ部材の配置部にガスが流れず、バネ部材による圧力損失の増加を防止できる。

また、ガイド筒を電動モータの回転で回転させるようにし、ガイド筒に第１バネ受け部を設ける場合、螺旋状傾斜辺に復動方向からカムピンが当接するようにし、ガイド筒の復動方向側の端部に第１バネ受け部を設けることが望ましい。これによれば、組立時、ガイド筒に往動方向側の端部からバネ部材とニードル弁体のカムピン及び第２バネ受け部を設けた部分とを順に挿入するだけで、第１バネ受け部と第２バネ受け部との間にバネ部材を介設でき、組立性が向上する。

本発明の実施形態の電動式ガス流量調節弁の切断側面図。図１のＩＩ－ＩＩで切断した電動式ガス流量調節弁の断面図。実施形態の電動式ガス流量調節弁に設けられる運動変換機構の分解状態の斜視図。

図１、図２を参照して、本発明の実施形態の電動式ガス流量調節弁は、バルブケーシング１内の弁座１１に向けて軸方向に接近、離間する截頭円錐状のニードル弁体２と、電動モータ３と、電動モータ３の回転でニードル弁体２を軸方向に移動させる運動変換機構とを備えている。バルブケーシング１内には、ガス流入口１２ａに連通する一次側ガス室１２と、ガス流出口１３ａに連通する二次側ガス室１３とが設けられている。そして、二次側ガス室１３に、一次側ガス室１２と二次側ガス室１３とを仕切る弁座１１が形成された部材４を装着している。

以下、軸方向のうちニードル弁体２が弁座１１に接近する方向を往動方向、弁座１１から離隔する方向を復動方向、ニードル弁体２を往動方向に移動させる電動モータ３の回転方向を正転方向、ニードル弁体２を復動方向に移動させる電動モータ３の回転方向を逆転方向として説明する。

図３も参照して、運動変換機構は、ニードル弁体２に固定のカムピン２１と、カムピン２１が摺動自在に係合する、軸方向にのびる長孔５１が形成されたガイド筒５と、カムピン２１が長孔５１を通して係合する螺旋状のカム部を有する筒状のカム体６とを備えている。電動モータ３は、バルブケーシング１の復動方向側の端部外面に配置されている。そして、電動モータ３の回転でガイド筒５を回転させるようにしている。具体的には、ガイド筒５の復動方向側の端部に突設したボス部５２に断面非円形の連結孔５２ａを形成すると共に、電動モータ３の出力軸３１に連結される連結子３２の断面非円形の軸部３２ａを連結孔５２ａに嵌合させている。これにより、電動モータ３の出力軸３１に連結子３２を介してガイド筒５が連結され、電動モータ３の回転でガイド筒５が回転する。

ニードル弁体２は、復動方向にのびてガイド筒５内に挿入される筒部２２を有している。そして、この筒部２２の復動方向側端部に、径方向外方に突出するようにカムピン２１が突設されている。また、カムピン２１の基部には大径部２１ａが形成されており、この大径部２１ａをガイド筒５に形成した長孔５１に摺動自在に係合させている。そのため、ニードル弁体２は、ガイド筒５に対し軸方向に移動自在で、且つ、一緒に回転するように連結される。

カム体６は、バルブケーシング１に対し回り止めされている。具体的には、カム体６の外周面に突設したリブ６２をバルブケーシング１の内周面に形成した溝１４に係合することで、カム体６をバルブケーシング１に対し回り止めしている。また、部品点数を削減するため、カム体６は、弁座１１を形成した部材４に一体に形成されている。

カム体６に設けられるカム部は、カムピン２１が復動方向から当接可能であって、正転方向に向けて往動方向に傾斜した螺旋状傾斜辺６１で構成されている。また、カムピン２１を螺旋状傾斜辺６１に向けて往動方向に付勢するバネ部材７を設けている。より具体的に説明すれば、ガイド筒５の復動方向側の端部に第１バネ受け部７１を設けると共に、ニードル弁体２の筒部２２の基端部内面に、復動方向を向く段差面からなる第２バネ受け部７２を設け、第１バネ受け部７１と第２バネ受け部７２との間にコイルバネから成るバネ部材７を介設している。

以上の構成によれば、電動モータ３を逆転方向に回転させるときに、カムピン２１は、螺旋状傾斜辺６１に押圧案内されて、バネ部材７の付勢力に抗して復動方向に押し動かされ、電動モータ３を正転方向に回転させるときに、カムピン２１は、バネ部材７の付勢力で螺旋状傾斜辺６１に接触案内されて、往動方向に動く。そのため、電動モータ３の正転方向回転でニードル弁体２を往動方向に移動させるときと、電動モータ３の逆転方向回転でニードル弁体２を復動方向に移動させるときとの何れにおいても、カムピン２１は同じ螺旋状傾斜辺６１に案内されることになる。その結果、電動モータ３の回転位相が同じであれば、ニードル弁体２の軸方向位置は同じになり、ヒステリシスの発生を抑制できる。

尚、第１バネ受け部７１をバルブケーシング１に設け、この第１バネ受け部７１とニードル弁体２に設けられた第２バネ受け部７２との間にバネ部材７を介設することも可能である。然し、これでは、電動モータ３の回転で第２バネ受け部７２のみが回転することになり、バネ部材７のよじれを生ずる。これに対し、本実施形態の如く、ガイド筒５に第１バネ受け部７１を設ければ、電動モータ３の回転で第２バネ受け部７２と第１バネ受け部７１とが共に回転することになり、バネ部材７のよじれを生ずることはない。

また、カム体６をバルブケーシング１内の復動方向寄りの部分に配置して、このカム体６に、カムピン２１が往動方向から当接可能な螺旋状傾斜辺６１を設けることも可能である。この場合は、ガイド筒５の往動方向側の端部に第１バネ受け部７１を設けると共に、ニードル弁体２に第１バネ受け部７１よりも復動方向側に位置させて第２バネ受け部７２を設け、第１バネ受け部７１と第２バネ受け部７２との間に介設するバネ部材７でカムピン２１を螺旋状傾斜辺６１に向けて復動方向に付勢することが考えられる。然し、これでは、第１バネ受け部７１をガイド筒５と別体として、組立時、カムピン２１及び第２バネ受け部７２が設けられたニードル弁体２の部分とバネ部材７とをガイド筒５にその往動方向側の端部から挿入した後に、ガイド筒５の往動方向側端部に第１バネ受け部７１を取付けることが必要になり、組立が面倒になる。

そのため、組立性を向上させるには、本実施形態の如く、螺旋状傾斜辺６１に復動方向からカムピン２１が当接するようにし、ガイド筒５の復動方向側の端部に第１バネ受け部７１を設けることが望ましい。これによれば、組立時、ガイド筒５に往動方向側の端部からバネ部材７とニードル弁体２のカムピン２１及び第２バネ受け部７２を設けた部分、即ち、筒部２２とを順に挿入するだけで、第１バネ受け部７１と第２バネ受け部７２との間にバネ部材７を介設でき、組立が容易になる。

ところで、上記実施形態では、ガイド筒５を電動モータ３の回転で回転させ、カム体６をバルブケーシング１に対し回り止めしているが、カム体６を電動モータ３に近いバルブケーシング１内の復動方向寄りの部分に配置して、電動モータ３の回転でカム体６を回転させ、ガイド筒５をバルブケーシング１に対し回り止めすることも可能である。この場合、カム体６に、カムピン２１が往動方向から当接可能な螺旋状傾斜辺６１を設け、弁座１１を第１バネ受け部として、弁座１１とニードル弁体２に設けた第２バネ受け部との間に介設したバネ部材７によりカムピン２１を螺旋状傾斜辺６１に向けて復動方向に付勢することが考えられる。然し、これでは、バネ部材７の配置部にガスが流れることになり、バネ部材７によって圧力損失が増加してしまう。これに対し、本実施形態の如くガイド筒５を電動モータ３の回転で回転させるようにし、ガイド筒５に第１バネ受け部７１を設ければ、バネ部材７の配置部にガスは流れず、バネ部材７による圧力損失の増加を防止でき、有利である。

１…バルブケーシング、１１…弁座、２…ニードル弁体、２１…カムピン、３…電動モータ、５…ガイド筒、５１…長孔、６…カム体、６１…螺旋状傾斜辺、７…バネ部材、７１…第１バネ受け部、７２…第２バネ受け部。

Claims

バルブケーシング内の弁座に向けて軸方向に接近、離間するニードル弁体と、電動モータと、電動モータの回転でニードル弁体を軸方向に移動させる運動変換機構とを備える電動式ガス流量調節弁であって、
運動変換機構は、ニードル弁体に固定のカムピンと、カムピンが摺動自在に係合する、軸方向にのびる長孔が形成されたガイド筒と、カムピンが長孔を通して係合する螺旋状のカム部を有する筒状のカム体とを備え、ガイド筒を電動モータの回転で回転させ、カム体をバルブケーシングに対し回り止めするようにし、軸方向のうちニードル弁体が弁座に接近する方向を往動方向、弁座から離隔する方向を復動方向、ニードル弁体を往動方向に移動させる電動モータの回転方向を正転方向、ニードル弁体を復動方向に移動させる電動モータの回転方向を逆転方向として、電動モータの正転方向と逆転方向の回転により、カム体に対するカムピンの相対回転でカム部とカムピンとを介してニードル弁体を往動方向と復動方向とに移動させるように構成されるものにおいて、
カム部は、カムピンが復動方向又は往動方向から当接可能な螺旋状傾斜辺で構成され、
ガイド筒に第１バネ受け部が設けられ、この第１バネ受け部とニードル弁体に設けられた第２バネ受け部との間に、カムピンを螺旋状傾斜辺に向けて往動方向又は復動方向に付勢するバネ部材が介設されることを特徴とする電動式ガス流量調節弁。
前記螺旋状傾斜辺に復動方向から前記カムピンが当接するようにし、前記ガイド筒の復動方向側の端部に前記第１バネ受け部が設けられることを特徴とする請求項１記載の電動式ガス流量調節弁。