JPH06109163A - 流量調節弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本流量調節弁１は、パイロット弁機構１００
のステッピングモータ１２０に対して高いシール性を有
すると共に、耐久性に優れている。 【構成】 流量調節弁１は、ステッピングモータ１２０
でパイロット弁体１４０を進退させ、主弁３０を主弁座
１４に着座または離反させることにより流量の調節を行
なう。また、パイロット弁機構１００は、ステッピング
モータ１２０で背圧室２７に対してシールするベローズ
１５０を用いている。パイロット弁体１４０を開く場合
には、背圧室１２の圧力がベローズ１５０に加わり、一
方、閉じる場合には、ベローズ１５０の復元力がパイロ
ット弁体１４０の閉弁方向への力として作用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パイロット弁形式の流
量調節弁に関するものであり、詳しくは、パイロット弁
体を駆動するモータに対するシール構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、給湯装置等に用いられ、かつ湯の
温度を調節するための流量調節弁として、例えば、特開
昭５６−１２９９１９号公報の技術が知られている。

【０００３】すなわち、図４に示すように、流量調節弁
３００は、弁本体３０２内に主流路３０４を設けてお
り、この主流路３０４に、流路開口３０６を有する主弁
座３０８を設けている。この主弁座３０８に対向した位
置には、主流路３０４の一部を背圧室３０９となるよう
に区画するダイヤフラム３１０及びこのダイヤフラム３
１０と一体の主弁体３１２からなる主弁３１４が設けら
れている。この主弁３１４は、ばね３１３により付勢さ
れている。

【０００４】このような構成の流量調節弁３００では、
主弁座３０８の流路開口３０６の開度、つまり、主弁３
１４の開度は、背圧室３０９から主弁３１４に加わる力
とばね３１３による付勢力を合わせた閉弁方向（図示下
向き）への力と、主弁３１４の開弁時における主流路３
０４からの開弁方向（図示上向き）への力のつり合いに
より調節される。上記背圧室３０９の圧力は、ソレノイ
ド式のパイロット弁機構３２０のパイロット弁体３２２
を進退させてパイロット流路３２４の開度を調節するこ
とにより変更される。この背圧室３０９の圧力の変更に
応じて、ばね３１３に抗して主弁３１４がつり合い位置
まで移動することにより、主弁３１４の開度が決まり主
流路３０４の流量が定まる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の流量調節弁３０
０では、パイロット弁体３２２をソレノイド式のプラン
ジャ３２６と共に一体的に可動させているが、パイロッ
ト弁体３２２は、背圧室３０９に面しているために、背
圧室３０９の圧力変動の影響により振動して不安定な動
きとなり、よって精度の高い流量調節が難しいという問
題があった。また、パイロット弁機構３２０は、ソレノ
イド式であり、パイロット弁体３２２の移動割合を大き
な値毎にしか設定できないので、細かい範囲での流量調
節が難しいという問題もあった。

【０００６】さらに、パイロット弁機構３２０は、パイ
ロット弁体３２２を軸方向へ移動する構成であるが、背
圧室３０９の液体に対してソレノイドコイル等をシール
するる必要がある。しかし、パイロット弁機構３２０で
は、パイロット弁体３２２の軸体の外周を、例えばＯリ
ング等によりシールする構造を採用しても、パイロット
弁体３２２が軸方向へ僅かに傾くと、シール性が低下す
るという問題があった。また、パイロット弁体３２２が
軸方向へ摺動すると、Ｏリング等のシール部材が摩耗し
易く、耐久性に劣るという問題もあった。

【０００７】本発明は、上記従来の技術の問題点を解決
するためになされたものであり、パイロット式の流量調
節弁において、精度の高く、かつ安定した流量調節がで
き、しかも、パイロット弁機構のモータに対して高いシ
ール性を確保すると共に、耐久性に優れた流量調節弁を
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされた本発明は、液体を流通させる管路の間に介在
して、液体の流量を調節する流量調節弁において、上記
管路の上流側及び下流側にぞれぞれ接続される一次側流
路及び二次側流路を含む主流路を有すると共に、この主
流路に、流路開口を有する主弁座を設けた弁本体と、上
記主弁座の流路開口に対する開度を変更する主弁体を有
すると共に、主弁体を支持しかつ主流路の一部を背圧室
となるように区画するダイヤフラムを有する主弁と、上
記弁本体または主弁に形成され、背圧室と二次側流路と
を接続するパイロット流路と、このパイロット流路の流
路開口に対する開度を変更することで背圧室の圧力を変
更するパイロット弁機構とを備え、上記パイロット弁機
構は、上記背圧室に隣接して設けられ、スライド室を形
成するスライド室形成部材と、スライド室に隣接して設
置され、その駆動軸が該スライド室内に突入しているモ
ータと、上記スライド室内に配設され、モータの駆動軸
の回転に応じて、駆動軸の軸方向へ進退するスライド部
材と、該スライド部材に設けられ、上記パイロット流路
の流路開口の開度を変更するパイロット弁体と、そのほ
ぼ中央部が該パイロット弁体またはスライド部材に固定
され、その周縁部がスライド室形成部材に固定され、上
記背圧室とスライド室との間をシールするベローズと、
を備えたことを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明において、管路を流通する液体の流量
は、流量調節弁により調節される。流量調節弁は、ダイ
ヤフラムと主弁体とからなる主弁が主弁座の流路開口に
対する開度を変更すること、つまり、主弁の開度を変更
することで、主流路を流れる液体の流量を調節する。主
弁の開度は、主弁に加わる力、すなわち、背圧室の圧力
に基づく主弁に加わる閉じ方向への力と、主流路の一次
側圧力に基づく主弁に加わる開く方向への力とのつり合
いで定まる。主流路の一次側圧力は、主流路を流れる供
給圧で一定であり、よって、主弁の開き方向への力は一
定であるから、主弁の開度は、背圧室の圧力に応じて変
更される。背圧室の圧力は、パイロット弁機構によって
パイロット弁体がパイロット弁座に対して進退して、パ
イロット弁座の流路開口に対する開度を変更することに
より制御される。

【００１０】すなわち、パイロット弁機構を構成するモ
ータの駆動軸が回転すると、この駆動軸の回転力がスラ
イド部材に伝達され、該スライド部材が軸方向へ移動す
る。スライド部材の先端には、パイロット弁体が設けら
れており、パイロット弁体が進退する。このパイロット
弁体の進退により、パイロット弁座の流路開口における
開度が変更される。このとき、スライド部材は、モータ
の回転駆動力をパイロット弁体に対して、微少な軸方向
への移動量に変換するので、パイロット弁体による微少
な範囲での流量調節が行なえる。

【００１１】こうしたパイロット弁機構に用いているモ
ータは、背圧室との間で電気的絶縁性を確保するために
シールする必要があるが、シール構造として、ベローズ
を採用している。該ベローズは、そのほぼ中央部でパイ
ロット弁体またはスライド部材に固定され、背圧室とス
ライド室との間をシールしている。したがって、ベロー
ズには、接触摺動する部分がないので、耐摩耗性や耐久
性に優れ、しかも、パイロット弁体の多少の傾きに無関
係に優れたシール性を発揮する。

【００１２】

【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の好適な実施例について説
明する。

【００１３】図１に示すダイヤフラム式流量調節弁１
は、管路に接続された主弁機構１０と、この主弁機構１
０を制御するパイロット弁機構１００とを備えている。

【００１４】上記主弁機構１０は、主流路２０を設けた
弁本体１２を備えている。上記主流路２０は、流入口２
２を含む一次側流路２４と、流出口２５を含む二次側流
路２６とを備えており、一次側流路２４と二次側流路２
６との間に主弁３０が着座するための主弁座１４が設け
られている。

【００１５】上記主弁３０は、主弁用ダイヤフラム３２
と、この主弁用ダイヤフラム３２の中央部に支持された
主弁体３４とを備えている。上記主弁用ダイヤフラム３
２は、その外周縁部にて、弁本体１２の内周部に形成さ
れた段部１５と、弁本体１２に形成された上部開口１６
を閉じる蓋体４０の突出端部４１との間で挟持されるこ
とにより弁本体１２に装着されている。このように弁本
体１２に装着された主弁３０により一次側流路２４が区
画されて、該一次側流路２４の一部が背圧室２７となっ
ている。

【００１６】上記主弁体３４は、鍔部３７及びその中央
下部から突出した突出部３８からなる基部３５と、この
基部３５の突出部３８の外周に螺着されて上記主弁用ダ
イヤフラム３２を鍔部３７の下面との間で挟持する締付
具３９とを備えている。

【００１７】また、主弁体３４の締付具３９の先端に
は、二次側ダイヤフラム５０がその中央部にて押え部材
５１を介してネジ５３により固定されている。また、二
次側ダイヤフラム５０の周縁部は、弁本体１２の段部１
８と下部開口１７に螺着された円板状の締付具６０によ
り挟持されることにより弁本体１２に装着されている。
この二次側ダイヤフラム５０は、上記主弁用ダイヤフラ
ム３２と同心状に対向配設されると共に、その受圧面積
が主弁座１４の流路開口のシート径とほぼ同径に形成さ
れている。

【００１８】上記流量調節弁１の一次側流路２４、背圧
室２７及び二次側流路２６は、小流路によりぞれぞれ接
続されている。すなわち、上記主弁体３４の基部３５及
び主弁用ダイヤフラム３２の外周部には、一次側流路２
４と背圧室２７とを連通する小流路７０が形成されてい
る。また、主弁体３４の基部３５の突出部３８には、軸
方向の中心に穿設され、さらに径方向に穿設されたパイ
ロット流路７２が形成されており、このパイロット流路
７２により、背圧室２７と二次側流路２６とが接続され
ている。

【００１９】なお、上記パイロット流路７２の背圧室２
７側であって、主弁体３４の中央上面部には、パイロッ
ト弁座１０２が形成されている。

【００２０】上記パイロット弁機構１００は、上記パイ
ロット弁座１０２の流路開口の開度を制御することによ
り、背圧室２７の圧力を制御するものである。すなわ
ち、パイロット弁機構１００は、蓋体４０の上部に装着
されたケーシング１１０内に収納されたステッピングモ
ータ１２０を備えている。このステッピングモータ１２
０の駆動軸１２１は、ケーシング１１０内のスライド室
１３２に収納されたスライド機構１３０を介してパイロ
ット弁体１４０に接続されている。

【００２１】上記スライド機構１３０は、駆動軸１２１
の先端部に取り付けられ、外周部にネジを形成したネジ
部１３１と、ネジ部１３１のネジに螺合するネジを内周
に有し、かつ外周部に軸方向へ案内するための案内部
（図示省略）を有するスライド部材１３３とを備えてお
り、このスライド部材１３３の先端に、該スライド部材
１３３と一体的に移動する上記パイロット弁体１４０が
固定されている。このパイロット弁体１４０の先端に
は、ゴム製の着座部１４１が形成されており、この着座
部１４１がパイロット弁座１０２に着座する。

【００２２】また、スライド部材１３３の先端及びパイ
ロット弁体１４０との間には、ゴム製のベローズ１５０
の中央部が挟持されており、このベローズ１５０の周縁
部は、蓋体４０側に固定されている。このベローズ１５
０により、背圧室２７とスライド室１３２及びステッピ
ングモータ１２０側とがシールされている。また、ベロ
ーズ１５０は、図２に示す主弁３０の閉じた状態にて、
それ自体が延びた自由長状態にあり、この自由長状態か
ら図３に示す蛇腹の縮み状態にするには、つまり、主弁
３０を開弁方向へ移動するには、それ自体にも閉弁方向
の力を必要とするように設置されている。

【００２３】こうしたパイロット弁機構１００の構成に
より、ステッピングモータ１２０の駆動軸１２１が正転
または逆転すると、駆動軸１２１と一体のネジ部１３１
がスライド部材１３３内を回転する。ネジ部１３１の回
転により、スライド部材１３３が軸方向へ進退する。ス
ライド部材１３３の進退に伴って、パイロット弁体１４
０がパイロット弁座１０２に対して閉じまたは開き方向
へ移動する。これにより、パイロット弁座１０２の流路
開口の開度を変更する。なお、ベローズ１５０は、開弁
時に縮み力を必要とし、一方、閉弁時に縮み状態から伸
び状態への復元力をもたらす。

【００２４】次に、こうした動作を行なうパイロット弁
機構１００を備えた流量調節弁１の動作について説明す
る。流量調節弁１は、主弁用ダイヤフラム３２に支持さ
れた主弁体３４が主弁座１４の流路開口に対してその開
度を変更することにより、つまり、主弁３０の開度を変
更することにより主流路２０の流量を調節する。上記主
弁３０の開度は、主弁用ダイヤフラム３２及び主弁体３
４の両面に加わる力、すなわち、背圧室２７の圧力によ
る閉じ方向（下向き方向）の力と主流路２０を流れる高
温水から受ける開き方向（上向き方向）への力とのつり
合いで定まる。ここで、一次側流路２４から主弁３０に
加えられる開き方向の力は、一次側流路２４の供給圧に
依拠しほぼ一定の値であるから、主弁３０の開度は、背
圧室２７の圧力による閉じ方向の力に応じて変更され
る。背圧室２７の圧力は、パイロット弁機構１００のス
テッピングモータ１２０の駆動によって、スライド機構
１３０を介してパイロット弁体１４０がパイロット弁座
１０２に対して進退して、パイロット弁座１０２の流路
開口に対する開度を変更することにより制御される。

【００２５】まず、図２に示すように、パイロット弁体
１４０がパイロット弁座１０２の流路開口を閉じている
状態から、図３に示すように、パイロット弁体１４０を
後退させてパイロット弁座１０２の流路開口を開いて、
主流路２０の流量が増大する場合について説明する。

【００２６】いま、ステッピングモータ１２０に電子制
御装置等（図示省略）から信号が送られて駆動軸１２１
及びネジ部１３１が回転すると、スライド部材１３３が
図示上方へ移動し、これと一体のパイロット弁体１４０
がパイロット弁座１０２から後退して、パイロット弁座
１０２の流路開口の開度が大きくなる。このとき、ベロ
ーズ１５０は自然長状態にあるから、これを縮めるには
力を必要とするが、ステッピングモータ１２０による力
と共に、背圧室２７の圧力も、この力として作用する。

【００２７】そして、パイロット弁座１０２の流路開口
の開度が大きくなると、背圧室２７の高温水がパイロッ
ト流路７２を介して二次側流路２６に流れ、背圧室２７
の圧力が低下する。これにより、主弁３０が主流路２０
の流路開口の開度を大きくする図示上方向へ移動し、主
流路２０の流量が大きくなる。

【００２８】そして、主弁３０の図示上方向への移動に
よって、主弁体３４に一体に設けたパイロット弁座１０
２もパイロット弁体１４０側へ移動して、パイロット弁
座１０２の流路開口の開度が小さくなる。これにより、
背圧室２７からパイロット流路７２を通じた二次側流路
２６側への流量が減少して、背圧室２７の圧力が高くな
る。そして、主弁３０は、背圧室２７の圧力による下向
き力と一次側流路２４の圧力による上向き力とがつり合
う位置にて、停止してその開度を維持する。よって、こ
の主弁３０の開度によって主流路２０の流量が定まる。

【００２９】一方、パイロット弁体１４０を、パイロッ
ト弁座１０２の流路開口に対して閉じる方向へ移動し
て、主流路２０の流量を減少させる場合について説明す
る。ステッピングモータ１２０の駆動軸１２１を上述と
反対方向へ駆動すると、スライド機構１３０の動作によ
り、パイロット弁体１４０がパイロット弁座１０２側へ
進出して、パイロット弁座１０２の流路開口の開度が小
さくなる。このとき、ベローズ１５０は、蛇腹の縮み状
態にあるから、伸び状態への復元力がパイロット弁体１
４０が背圧室２７から受ける力と反対方向への力として
作用し、ステッピングモータ１２０による負荷を小さく
する。

【００３０】そして、パイロット弁座１０２の流路開度
が小さくなると、背圧室２７からパイロット流路７２を
通じて二次側流路２６への流量が減少する。一方、一次
側流路２４の高温水が小流路７０を介して背圧室２７に
流入しているので、背圧室２７の圧力が上昇する。よっ
て、主弁３０が閉じ方向へ移動して、主流路２０の流量
が小さくなる。

【００３１】なお、二次側流路２６の圧力は、主弁用ダ
イヤフラム３２及び二次側ダイヤフラム５０の両方に対
して加わるが、主弁用ダイヤフラム３２と二次側ダイヤ
フラム５０の受圧面は、互いに対向しかつ同じ面積に形
成されているので、二次側流路２６の圧力は、主弁用ダ
イヤフラム３２及び二次側ダイヤフラム５０に対して方
向が反対で同一の大きさで加わる。一方、主弁用ダイヤ
フラム３２と二次側ダイヤフラム５０とは、主弁体３４
の突出部３８等により相互に連結されているので、主弁
用ダイヤフラム３２及び二次側ダイヤフラム５０に加わ
る力は相殺される。よって、二次側流路２６の圧力が変
動しても、主弁３０の開度は変動しない。

【００３２】上記流量調節弁１によれば、ステッピング
モータ１２０の駆動軸１２１の回転駆動力は、スライド
機構１３０によりパイロット弁体１４０をパイロット弁
座１０２に対して微小な移動量で進退させることができ
る。このようなパイロット弁機構１００の微少な移動量
による調節機能より、主弁３０を微小な開度範囲で調節
することができ、よって、流量調節弁１は、細かい範囲
での流量設定が可能になる。

【００３３】また、パイロット弁体１４０に背圧室２７
の圧力が加わっても、スライド機構１３０のネジ部１３
１とスライド部材１３３とが螺合しているのでパイロッ
ト弁体１４０が軸方向へ移動せず、パイロット弁体１４
０の安定した位置制御が可能になる。しかも、主弁３０
の開度は、該主弁３０の両側にぞれぞれ加わる背圧室２
７及び一次側流路２４の圧力だけで定まり、つまり、ば
ね等によらないで定まるから、応答性に優れている。

【００３４】さらに、パイロット弁機構１００では、ス
テッピングモータ１２０を背圧室２７に対してシールす
る構成として、ベローズ１５０を採用している。該ベロ
ーズ１５０は、その中央部でパイロット弁体１４０とス
ライド部材１３３との間で固定され、その周縁部で蓋体
４０側に固定されて、背圧室２７とスライド室１３２と
の間をシールしている。このベローズ１５０には、従来
の技術で説明したＯリングのように摺動部分がないの
で、耐摩耗性や耐久性に優れ、しかも、パイロット弁体
１４０の多少の傾きに無関係に優れたシール性を発揮す
る。

【００３５】また、ベローズ１５０は、主弁３０の開弁
状態にて蛇腹の縮み状態にあるから、パイロット弁体１
４０をステッピングモータ１２０で進出させる際に、そ
の復元力がパイロット弁体１４０を進出させる力として
加わる。よって、ベローズ１５０の復元力は、パイロッ
ト弁体１４０の進出を妨げるように加わっている背圧室
２７の圧力と反対方向に加わって、ステッピングモータ
１２０による負荷を軽減する。一方、パイロット弁体１
４０をステッピングモータ１２０で後退させる際に、ベ
ローズ１５０は自然長状態にあるから、これを縮めるに
は力を必要とするが、ステッピングモータ１２０による
力と共に、背圧室２７の圧力も、この力として作用する
から、ステッピングモータ１２０の負荷が大きくならな
い。

【００３６】したがって、ステッピングモータ１２０
は、小さい力でパイロット弁体１４０を開閉させること
ができ、過負荷を受けないから、小型のモータで、素早
い開閉動作を行なうことができる。

【００３７】なお、ベローズ１５０の材料としては、そ
の用途等に応じて種々の材料を用いることができ、すな
わち、上記実施例のように、ゴムを用いて、小さい力で
ストローク量を大きくとることができるほか、ニッケル
等の金属を用いて、信頼性や耐久性を向上させることが
できる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
主弁の開度をパイロット弁機構により制御する流量調節
弁において、モータの駆動軸の回転駆動力は、スライド
部材を介してパイロット弁体をパイロット弁座に対して
微小な移動量で進退させることができる。このようなパ
イロット弁機構の微少な移動量による調節機能より、主
弁を微小な開度範囲で調節することができる。よって、
流量調節弁は、細かい範囲での流量設定が可能になる。

【００３９】また、パイロット弁体に背圧室の圧力が加
わっても、パイロット弁体と一体に移動するスライド部
材がモータの駆動軸の部分で移動することが阻止される
から、パイロット弁体は、軸方向へ移動せず、よって、
パイロット弁体の安定した位置制御が可能になる。

【００４０】さらに、パイロット弁機構では、モータを
背圧室に対してシールする構成として、ベローズを採用
している。該ベローズは、その中央部でパイロット弁体
またはスライド部材に固定され、その周縁部でケース側
に固定されて、背圧室とスライド室との間をシールして
いる。このベローズには、Ｏリングのように摺動部分が
ないので、耐摩耗性や耐久性に優れ、しかも、パイロッ
ト弁体の多少の傾きに無関係に優れたシール性を発揮す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る流量調節弁を示す断面
図。

【図２】同実施例に係る流量調節弁が閉じた状態の要部
を示す拡大断面図。

【図３】同実施例に係る流量調節弁が開いた状態の要部
を示す拡大断面図。

【図４】従来の流量調節弁を示す断面図。

【符号の説明】

１…流量調節弁 １０…主弁機構 １２…弁本体 １４…主弁座 １５…段部 １６…上部開口 １７…下部開口 １８…段部 ２０…主流路 ２２…流入口 ２４…一次側流路 ２５…流出口 ２６…二次側流路 ２７…背圧室 ３０…主弁 ３２…主弁用ダイヤフラム ３４…主弁体 ３５…基部 ３７…鍔部 ３８…突出部 ３９…締付具 ４０…蓋体 ４１…突出端部 ５０…二次側ダイヤフラム ５１…押え部材 ５３…ネジ ６０…締付具 ７０…小流路 ７２…パイロット流路 １００…パイロット弁機構 １０２…パイロット弁座 １２０…ステッピングモータ １２１…駆動軸 １３０…スライド機構 １３１…ネジ部 １３２…スライド室 １３３…スライド部材 １４０…パイロット弁体 １４１…着座部 １５０…ベローズ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体を流通させる管路の間に介在して、
   液体の流量を調節する流量調節弁において、 上記管路の上流側及び下流側にぞれぞれ接続される一次
   側流路及び二次側流路を含む主流路を有すると共に、こ
   の主流路に、流路開口を有する主弁座を設けた弁本体
   と、 上記主弁座の流路開口に対する開度を変更する主弁体を
   有すると共に、主弁体を支持しかつ主流路の一部を背圧
   室となるように区画するダイヤフラムを有する主弁と、 上記弁本体または主弁に形成され、背圧室と二次側流路
   とを接続するパイロット流路と、 このパイロット流路の流路開口に対する開度を変更する
   ことで背圧室の圧力を変更するパイロット弁機構とを備
   え、 上記パイロット弁機構は、 上記背圧室に隣接して設けられ、スライド室を形成する
   スライド室形成部材と、 スライド室に隣接して設置され、その駆動軸が該スライ
   ド室内に突入しているモータと、 上記スライド室内に配設され、モータの駆動軸の回転に
   応じて、駆動軸の軸方向へ進退するスライド部材と、 該スライド部材に設けられ、上記パイロット流路の流路
   開口の開度を変更するパイロット弁体と、 そのほぼ中央部が該パイロット弁体またはスライド部材
   に固定され、その周縁部がスライド室形成部材に固定さ
   れ、上記背圧室とスライド室との間をシールするベロー
   ズと、 を備えたことを特徴とする流量調節弁。