JPH0650444A - 流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 流体の開閉、流量調節を行う流量制御装置に
関するもので、流量センサと直流モータによる流量フィ
ードバック制御の安定性と応答性を高める。 【構成】 ２つの入口１８，１９と１つの出口２０を有
する流路に、１つの弁軸６に連結された２つの弁体２
２，２４を設け、弁軸の中央位置で２つの弁体をともに
閉止状態とし、弁軸の中央位置からの動きで２つの弁体
のいずれかを選択して開き、２つの弁体に対応する開お
よび閉方向にそれぞれ独立してゲインを切り換えるゲイ
ン切換部３０とその信号をうけ、流量を設定値に等しく
弁開閉をするモータ１２を制御するフィードバック制御
部１５とで構成している。弁体の開および閉方向それぞ
れ別々にゲインを設定したことにより、ばねの力や水圧
の力等による弁軸６のトルクの変化を吸収して制御特性
を一定に保つよう作用して流量制御の安定性を損なうこ
となく応答速度を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、浴室や洗面あるいは台
所等で湯・水の出し止め、および所望の流量をうる流量
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の流量制御装置は例えば図４
に示すようなものがあった。

【０００３】ボデー１に流路入口２と流路出口３との間
に弁座４を設け、さらにこの弁座に対向した弁体５に遊
嵌して連結された弁軸６と弁体５を付勢するばね７を設
けている。弁軸６はそのねじ部８をボデー１の回転直線
変換ネジ９と螺合している。また、弁軸６はギヤー１０
およびギヤー１１を介して回転駆動する直流モータ１２
と結合している。直流モータ１２は流量センサ１３と流
量演算部１４と、流量演算部１４からの流量信号と設定
流量との差に応じてフィードバック制御部１５により制
御される。１６はギヤー１１と一体のカムで、モータ１
２の位置検出器１７を有する。

【０００４】図５はフィードバック制御部１５の特性で
あり、流量信号と設定流量の差である流量誤差に比例し
た電圧でモータ１２を駆動し、弁軸６を左右に動かして
弁体５を開あるいは閉方向に調節して流量信号が設定流
量にほぼ一致したところで直流モータ１２を停止させ流
量を設定流量に等しく調節するものである。同図Ａの流
量誤差が小さい範囲では誤差に比例した電圧となるが、
同図Ｂの一定以上の流量誤差の範囲では直流モータ１２
に加える電圧限界があるためモータ電圧は一定になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の構成のものに於いては次のような課題を有
していた。

【０００６】上記構成では、弁体５にはばね７の力が弁
体５を閉止する方向へ、また流路の入口２にかかる水圧
も同じく弁体５を閉止する方向へかかっている。従って
弁軸６を動かすトルクは弁体５を開く時には大きく、逆
に閉じるときには小さくなる。直流モータ１２を駆動す
る電圧を図４のように開及び閉方向で同一流量誤差に対
して同じ電圧の絶対値となるよう制御すると直流モータ
１２の特性でトルクの差により開く方向は遅く、閉方向
は速く動くことになる。

【０００７】図６は設定流量を同図Ｃのように増減した
場合の流量の変化特性であり、設定流量を増加させた時
は直流モータ１２の速度が遅くなるので同図Ｄのように
応答が遅く、設定流量を減少させた時は逆に速すぎて同
図Ｅのように振動的な応答になる。したがって、湯や水
の出口の開閉、流量調節に使用してすばやい応答性が必
要になる場合、フィードバック制御部のゲインを大きく
して直流モータ１２を速く動かすと流量を減少させると
きに振動的に動作するようになり、応答性を速くするこ
とに制限があった。

【０００８】本発明は上記の課題を解決し、流量減少時
の安定性を高めかつ全体の応答性を高めて操作性の良い
流量制御装置を実現しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、弁体の開及び閉方向ごとにゲインを切り換え
るフィードバック制御部を設けている。

【００１０】

【作用】この構成により、トルクの大きい開方向にはゲ
インを大きくしてモータに加える電圧を大きくしスピー
ドを高め、一方トルクの小さい閉方向にはゲインを小さ
くしてモータに加える電圧を小さくして動作を安定する
ように作用する。

【００１１】

【実施例】以下本発明の一実施例について図１〜図３を
参照しながら説明する。

【００１２】図１において湯が流入する第１の入口１８
と水が流入する第２の入口１９と、１つの出口２０と、
第１の入口１８と出口２０の間に第１の弁座２１と第１
の弁体２２とが、また第２の入口１９と出口２０の間に
第２の弁座２３と第２の弁体２４とが流路本体１にそれ
ぞれ設けてある。第１の弁体２２と第２の弁体２４とに
それぞれ閉方向に付勢する第１のばね２５および第２の
ばね２６とが設けられ、そして弁軸６は第２の弁体２４
を摺動可能に貫通してその先端は第１の弁体２２の穴部
２７に摺動可能に連結され、さらに止め輪２８で第２の
弁体２４に当接している。第２の弁体２４と弁軸６の貫
通部にはＯリング２９が設けられ摺動部をシールしてい
る。出口２０には流量センサ１３が設けられ、流量セン
サ１３の信号は流量演算部１４で周期を測定され流量信
号が演算される。この流量信号は設定流量信号と比較さ
れ、その偏差信号を入力されたフィードバック制御部１
５は直流モータ１２を駆動しギヤ１１およびギヤ１０に
より弁軸６を回動し弁軸６のねじ部８と回転直線変換ネ
ジ９により弁軸６をスラスト方向に駆動する。ギヤ１１
にはカム１６および位置検出器１７が設けられ、弁軸６
の中央位置を検出する。ゲイン切換部３０には湯出／止
スイッチ３１、水出／止スイッチ３２が接続され、ゲイ
ン切換部３０はフィードバック制御部１５のゲインを切
換える。

【００１３】上記構成により、弁軸６が中央位置のとき
は第１および第２の弁体２２，２４共にそれぞれ第１の
弁座２１、第２の弁座２３に当接しており、出口２０に
は混合湯は流れない。

【００１４】図２は本実施例の流量誤差対モータ電圧の
特性である。湯出／止スイッチ３１を操作すると、ゲイ
ン切換部３１は同図Ｃのゲイン特性を選択しフィードバ
ック制御部１５は弁軸６を左方へ動かすよう直流モータ
１２を駆動する。第２の弁体２４は第２の弁座２３に当
接したまま弁軸６はＯリング２９で摺動して第１のばね
２５の力および第１の入口１８の水圧による力に対抗し
て第１の弁体２２を開き出口２０に湯を供給する。流量
センサ１３が流量に比例した周波数のパルス信号を発生
し流量演算部１４が流量を演算しフィードバック制御部
１５が設定流量に等しくなるよう制御する。流量が設定
流量を越えるとその信号をうけて流量誤差の極性が変わ
りゲイン切換部３１は図２のＤのゲインを選択し弁軸６
を右方に駆動し流量が一定に保たれる。このとき第１の
ばね２５の力及び水圧の力は第１の弁体２２を右方に押
すので弁軸の回転トルクは弁を開く時と比べて極めて小
さくなる。従ってＤのゲイン（傾き）はＣのゲインより
小さく設定している。すなわち、弁の開方向、閉方向の
トルクの大きさに合わせてゲインを変えることで、同一
の流量誤差に対する直流モータ１２の速度が同一になる
よう設定する。

【００１５】図３は設定流量を同図Ｇのように増減させ
たときの流量応答特性で、設定流量増時の応答Ｈは従来
例の応答Ｄより速くできる。設定流量減時の応答は同図
Ｉのように振動を抑えて安定となる。

【００１６】一方、水出／止スイッチ３２を操作する
と、弁軸６が右方に駆動され、第１の弁体２２は第１の
弁座２１に当接し、さらに弁軸６は穴部２７の摺動で右
方に動き止め輪２８が第２の弁体２４を押し開け、第２
の入口１９の水を出口２０に供給する。このとき第２の
ばね２６の力および第２の入口１９の水圧の力が上記と
同様に働いている。第２図波線のＥは第２の弁体を開く
時、同図のＦは閉じる時のゲイン特性である。弁軸６の
摺動方向が前記と逆になるので同図実線の場合とモータ
電圧極性が反対である。さらに第２の弁体２４を右方に
駆動するときは弁軸６とＯリング２９の摺動が無いので
第１の弁体２２を駆動する場合よりトルクが小さくて済
むため、同図Ｅのゲインは同図Ｃのゲインより小さく、
また同図Ｆのゲインは同図Ｄゲインより小さく設定して
ある。

【００１７】この一実施例によれば、フィードバック制
御部１５が第１および第２の弁体２２，２４のそれぞれ
開方向、閉方向に独立したゲインＣ，Ｅ，Ｄ，Ｆを設定
して、バネ２５，２６による力、水圧による力、そして
Ｏリング２９の摺動摩擦等による弁軸６のトルク変化を
吸収することにより、いずれの場合も流量誤差に対する
直流モータ１２の速度の関係を一定にすることができ、
同一の流量応答特性が得られ全体の応答速度を高めるこ
とができるのである。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の流量制御
装置によれば、弁体と弁体を付勢するばねと、弁軸を駆
動するモータと、流量センサと、弁体の開および閉方向
によりゲインを切り換えるフィードバック制御部とで構
成したので、ばねの力や水圧の力等による開および閉方
向の弁軸トルクの変化を吸収して流量誤差に対する直流
モータのスピードの関係を一定に保つよう作用し、開お
よび閉両方向で同一の応答特性を持たせることができる
ため、動作の安定性を保ったまま全体の応答速度を高め
ることができる。

【００１９】また、２つの入口と１つの出口を有する流
路に、１つの弁軸に連結された２つの弁体を設け、弁軸
の中央位置で２つの弁体をともに閉止状態とし、弁軸の
中央位置からの動きで２つの弁体のいずれかを選択して
開き、２つの弁体に対応する開および閉方向にそれぞれ
独立してゲインを切り換えるフィードバック制御部とで
構成したので、それぞれの弁体を駆動する時の弁軸のト
ルクの差を吸収して流量誤差に対するモータ速度の関係
を一定にするよう作用し、それぞれの弁体の開閉方向そ
れぞれで同一の流量応答速度が得られ、２流体の選択開
閉・流量調節が、良好な安定性、操作性で、かつ安価に
実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における流量制御装置の全体
構成図

【図２】同装置のフィードバック制御のゲイン特性図

【図３】同装置の流量応答特性図

【図４】従来の流量制御装置の構成図

【図５】従来のフィードバック制御のゲイン特性図

【図６】従来の流量応答特性図

【符号の説明】 ６ 弁軸 １２ 直流モータ １３ 流量センサ １５ フィードバック制御部 １８ 第１の入口 １９ 第２の入口 ２０ 出口 ２１ 第１の弁座 ２２ 第１の弁体 ２３ 第２の弁座 ２４ 第２の弁体 ２５ 第１のばね ２６ 第２のばね ３０ ゲイン切換部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入口と出口とを有する流路本体と、前記流
   路本体に設けた弁座および弁体と、前記弁体に連結され
   る弁軸と前記弁体を閉方向に付勢するばねと、前記弁軸
   を駆動して弁体を開閉するモータと、前記出口の流路に
   設けた流量センサと、前記流量センサの信号と設定流量
   の信号の差に応じて前記モータを制御するとともに前記
   弁体の開および閉方向によりゲインを切り換えるフィー
   ドバック制御部を備えた流量制御装置。
2. 【請求項２】弁体を開く方向のときゲインを大きくし、
   閉じる方向の時ゲインを小さくするフィードバック制御
   部を設けた請求項１記載の流量制御装置。
3. 【請求項３】２つの入り口と１つの出口を有する流路本
   体と、前記２つの入り口に対応する対向した２組の弁座
   及び弁体と、前記２つの弁体を１つの弁軸で弁軸の中央
   位置で２つの弁体とも閉止状態、中央位置からの動きで
   前記２つの弁体を単独で開放するよう連結した弁軸と前
   記弁体を閉方向に付勢するばねと、前記２つの弁体の下
   流で１つの出口に合流した流路に設けた流量センサと、
   前記流量センサの信号と設定流量の信号の差に応じて弁
   軸を駆動して弁を開閉するモータを制御するとともに、
   前記２つの弁体に対応する開および閉方向にそれぞれ独
   立してゲインを切り換えるフィードバック制御部を備え
   た流量制御装置。