JP2005325887A - Motor-driven valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パルスモータ等の電動機によって弁体の開閉操作を行う電動弁に関し、特に、流体の微少流量の調整が可能な電動弁の弁体部分の構造に関する。 The present invention relates to a motor-operated valve that opens and closes a valve body with an electric motor such as a pulse motor, and more particularly to a structure of a valve body portion of a motor-operated valve capable of adjusting a minute flow rate of a fluid.
暖房機器等の温水の配管系統の途中に介在させて流量制御を行う温水弁として従来から電動弁が使用されている。図4は、従来技術に係る下記特許文献1に開示された電動弁を示しており、該電動弁10は、配管接続部12,13、弁室15及び上部にホルダ20が設けられた弁本体11と、上記ホルダ20に合成樹脂製の絶縁フランジ32を介して載置固定されたパルスモータ等の電動機31と、弁本体11内に装着されて前記電動機31によって駆動される弁ステム21と、弁ステム21の一端に取付固定されている弁体40と、弁本体11内に形成された環状弁座部14を含む弁開閉部と、を備えている。
Conventionally, an electric valve has been used as a hot water valve for controlling a flow rate by interposing it in a hot water piping system such as a heating device. FIG. 4 shows a motor-operated valve disclosed in the following Patent Document 1 according to the prior art. The motor-operated
上記公知の手段の電動弁10は、弁本体11(環状弁座部14)が真鍮で成形されている一方、弁体40の閉鎖弁部材41はテフロン等の合成樹脂で成形されており、その使用材料を異にすることで熱膨張率が異なることから、低温の流体に代えて温度差のある高温の温水を通過させると、前記環状弁座部14と弁体40の閉鎖弁部材41との両部材の温度の上昇によって、両部材とも膨張してその径を拡大するが、真鍮よりもテフロン等の合成樹脂の熱膨張率が大きいので、前記閉鎖弁部材41の方が膨張量が大きくなり、その外径を拡大する。
そして、該膨張量の差によって、図4の如き配置状態にある環状弁座部14と弁体40の閉鎖弁部材41とは、常温水の状態で設定した開口間隙を狭める方向に作用して、流体の微少流量の正確な調整を阻害する要因となるが、環状弁座部14と閉鎖弁部材41の保持カラー42の外側下端部との隙間を調整することで、電動弁の弁体部分を通過する流体の微少な流量調整を可能にすると共に、流量の多い状態での調整も行うようにしている。
Then, due to the difference in expansion amount, the annular
しかしながら、図4の従来の技術では、長期使用において、環状弁座部14と弁体40側の保持カラー42の下端部との間に流体中に含まれるスケール(金属小片等)の詰まり問題が発生することがあり、メンテナンスや耐久性の観点から更なる改良が望まれていた。
したがって、本発明は、このような要望に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、電動弁において、弁体部分を通過する流体の微少な流量調整を可能とすると共に流量の多い状態での流量調整も可能であり,しかも、スケールの流動性を高めてその詰まりをなくし、トラブルの発生をなくして耐久性を高くすることにある。
However, in the conventional technique shown in FIG. 4, there is a problem of clogging of a scale (a small metal piece or the like) contained in the fluid between the annular
Therefore, the present invention has been made in view of such a demand, and the object of the present invention is to enable a minute flow rate adjustment of a fluid passing through a valve body portion and a flow rate of a motor-operated valve. It is also possible to adjust the flow rate in a large number of states, and to improve the fluidity of the scale to eliminate clogging, to prevent troubles and to increase durability.
前記目的を達成すべく、本発明の係る電動弁は、電動機により駆動される弁体が弁座に対して接離する電動弁において、弁座は環状弁座部から成ると共に、弁体は弁部材と該弁部材を保持する保持部材から成り、弁部材は環状弁座部への着座部以外の部分に段差部を有し、弁部材が前記環状弁座部のシート端部に着座することで流体の流れを遮断し、弁部材が前記環状弁座部のシート端部に近接することで前記段差部とシート端部の側部との間で流体の流量を調整することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the motor-operated valve according to the present invention is a motor-operated valve in which a valve body driven by an electric motor contacts and separates from the valve seat, the valve seat is composed of an annular valve seat portion, and the valve body is a valve A member and a holding member for holding the valve member, the valve member having a step portion other than the seating portion on the annular valve seat portion, and the valve member seated on the seat end portion of the annular valve seat portion The flow of the fluid is blocked by the valve member, and the flow rate of the fluid is adjusted between the stepped portion and the side portion of the seat end portion by approaching the seat end portion of the annular valve seat portion. .
また、本発明の他の態様に係る電動弁は、弁本体と、該弁本体に形成される環状弁座部と、弁体と、該弁体を弁座に対して接離させる弁ステムとを備えた電動弁において、前記弁体は、前記環状弁座部に着座する円盤状の弁部材と該弁部材を保持する保持部材とを備え、前記弁部材の下部内周部分は、弁体を環状弁座部に近接させた状態において、環状弁座部に形成されたシート端部の内周面に隙間を形成して位置するように形成し、該間隙で流体の流量を調整することを特徴とする。 An electric valve according to another aspect of the present invention includes a valve main body, an annular valve seat portion formed on the valve main body, a valve body, and a valve stem that contacts and separates the valve body from the valve seat. The valve body includes a disc-shaped valve member that is seated on the annular valve seat portion and a holding member that holds the valve member, and a lower inner peripheral portion of the valve member includes a valve body In a state where the valve is in the vicinity of the annular valve seat, a gap is formed on the inner peripheral surface of the seat end formed in the annular valve seat, and the fluid flow rate is adjusted by the gap. It is characterized by.
そして、本発明の電動弁の具体的態様としては、前記いずれかの手段において、環状弁座部のシート端部は、その断面形状が半円形状であることを特徴とする。
そして、本発明の電動弁の更なる具体的態様としては、前記いずれかの手段において、環状弁座部のシート端部は、上記隙間を形成する面がテーパ状であることを特徴とする。
And as a specific aspect of the motor-operated valve of the present invention, in any one of the above means, the seat end of the annular valve seat has a semicircular cross-sectional shape.
As a further specific aspect of the electric valve of the present invention, in any one of the above means, the seat end portion of the annular valve seat portion is characterized in that the surface forming the gap is tapered.
このように構成された本発明の電動弁は、入口側通路を介して流入した流体が環状弁座部と弁体との間の開口間隙を通過し、弁室を介して出口側通路を通って送出される。この時、電動機をパルス信号等により回動させると、回動によって弁ステムが上下摺動し、パルス信号の数量に比例した量だけ弁体の上下位置が移動し、前記環状弁座部と弁体との間の開口間隙を調整して流れる流体の流通量を調整する。また、環状弁座部と弁体との間を流れる流体を完全に閉鎖遮断をする場合は、環状弁座部のシート端部の先端に弁体の弁部材の下面を着座して圧接接触させる。 In the motor-operated valve of the present invention configured as described above, the fluid flowing in through the inlet side passage passes through the opening gap between the annular valve seat and the valve body, and passes through the outlet side passage through the valve chamber. Are sent out. At this time, when the electric motor is rotated by a pulse signal or the like, the valve stem slides up and down due to the rotation, and the vertical position of the valve body moves by an amount proportional to the quantity of the pulse signal. The amount of fluid flowing is adjusted by adjusting the opening gap between the body and the body. Further, when the fluid flowing between the annular valve seat and the valve body is completely closed and shut off, the lower surface of the valve member of the valve body is seated and brought into pressure contact with the tip of the seat end of the annular valve seat. .
また、前記環状弁座部と前記弁体との間を流れる流量の調整は、前記弁部材の段差部と前記環状弁座部のシート端部の内周部との間の開口間隙の幅を調整することで流量の調整を行う。 The flow rate between the annular valve seat portion and the valve body is adjusted by adjusting the width of the opening gap between the step portion of the valve member and the inner peripheral portion of the seat end portion of the annular valve seat portion. Adjust the flow rate by adjusting.
そして、本発明の電動弁は、環状弁座部のシート端部の断面形状が半円形状で、前記弁部材の段差部の下端部が弁部材の下面(当接面)より下方に突出し、かつ、突出部の外側に面取角部を備えていることによって、弁体の閉鎖位置からの移動初期においては、前記弁体の上下移動距離に対して前記面取角部と前記環状弁座部のシート端部との開口間隙は少ししかその間隙幅を広げないので、微小な開口間隙の調節が行い得て、流体流量の微少調整を可能にしている。 And the motor operated valve of the present invention has a semicircular cross-sectional shape at the seat end of the annular valve seat, and the lower end of the stepped portion of the valve member protrudes downward from the lower surface (contact surface) of the valve member, In addition, since the chamfered corner portion is provided outside the protruding portion, the chamfered corner portion and the annular valve seat with respect to the vertical movement distance of the valve body at the initial stage of movement from the closed position of the valve body. Since the gap between the opening and the sheet end portion of the part is slightly widened, the fine opening gap can be adjusted, and the fluid flow rate can be finely adjusted.
以上の説明から理解されるように、本発明の電動弁は、弁体と環状弁座部とが近接している状態において、弁体の弁部材の下部の段差部を環状弁座部のシート端部の内周に位置させて、弁部材の下部と環状弁座部のシート端部との間の間隙で流量調整する構成としたので、通常の流量調整と必要に応じて行う微少の流量調整との両方の調整とを正確にかつ円滑に行うことができる。
また、本発明は上記構成により、弁部材の下部と環状弁座部のシート端部との間の間隙入口部で絞る(流量調整する)から、スケールは流れやすく、たまりにくい。又、テフロン等の合成樹脂のためスケールは付着しにくく、はさまりにくい。また、環状弁座部のシート端部の内周(絞り部)を、テーパ面とすれば、このテーパ面の傾斜角度により、任意の流量設計を行うことができる。
As can be understood from the above description, the motor-operated valve of the present invention is configured so that the stepped portion at the lower part of the valve member of the valve body is located in the seat of the annular valve seat portion when the valve body and the annular valve seat portion are close to each other. The flow rate is adjusted by the gap between the lower part of the valve member and the seat end of the annular valve seat, located on the inner periphery of the end, so that the normal flow rate adjustment and the minute flow rate that is performed as necessary Both the adjustment and the adjustment can be performed accurately and smoothly.
Further, according to the present invention, the scale is squeezed at the gap inlet portion between the lower portion of the valve member and the seat end portion of the annular valve seat portion (the flow rate is adjusted). In addition, the scale does not easily adhere and does not get stuck because of a synthetic resin such as Teflon. Further, if the inner periphery (throttle portion) of the seat end portion of the annular valve seat portion is a tapered surface, an arbitrary flow rate design can be performed by the inclination angle of the tapered surface.
以下、本発明の一実施形態を図面を参照しながら説明する。図1は本発明の一実施形態の電動弁50の縦断面図、図2は図1の電動弁50の弁体と環状弁座部との作動状態((A)閉鎖、(B)開口)を示す作動断面図、図3は図1の電動弁50の流量調整状態を示す説明図である。
(弁本体51)
例えば、真鍮等の材料で形成される弁本体51は、上部にホルダ接続部59を立設し、該ホルダ接続部59に同様に真鍮等の材料で形成されたホルダ60を嵌合取付固定しており、該ホルダ60の上部には、例えば合成樹脂製の絶縁フランジ72を介してパルスモータ等の電動機71を載置固定している。
前記弁本体51の両側には、ネジ切りされた配管接続部52、53が上下にその位置を異にして備えられていると共に、該弁本体51の下部58は密閉状となっている。その内部には弁室55が構成され、弁室55の上部は前記ホルダ接続部59に嵌合するホルダ60によって閉鎖されている。弁室55内には弁体80が配置され、弁体80はホルダ60に摺動可能に支持された弁ステム61に取付固定されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is a longitudinal sectional view of a motor-operated
(Valve body 51)
For example, the valve
On both sides of the
前記弁本体51の配管接続部52内には、入口側通路52aが穿設されていると共に、前記配管接続部53には出口側通路53aが穿設され、両通路52a、53aは、前記弁室55に連通接続している。前記弁室55の上部のホルダ接続部59の内空部59aには、前記ホルダ60が外側Oリング62を介在して挿入嵌合され、ロックナット63を前記ホルダ接続部59の外周に刻設したネジに螺合することによってホルダ60を弁本体51に取付固定している。
An
前記弁ステム61の中間部は、一対のOリング69、69を介在してホルダ60に摺動可能に軸支され、弁ステム61の上端は、拡大されて駆動軸保持部61aを形成している。駆動軸保持部61aは凹状部61cを備え、凹状部61c内には剛球体64を介在して駆動軸65の下端部65aが挿入接触され、該駆動軸65の上端部65bは電動機71の回転軸66に係合している。また、駆動軸65の中間部は雄ネジ部65cとされ、前記ホルダ60に取付固定された駆動軸ガイド67に刻設された雌ネジ67aに螺合されている。前記駆動軸保持部61aの下面とホルダ60の筒内上面との間にはコイルスプリング70が介在され、弁ステム61を常時上方に付勢している。
An intermediate portion of the
(弁体80)
図2は、弁体80の構造及び作動状態を示すものであって、図2の(A)は、弁体80の閉鎖遮断状態を示すものであり、図2の(B)は開口状態を示すものである。図2(A)(B)に示されているように、入口側通路52aと弁室55との接続部の弁室55側には、環状弁座部54が形成され、該環状弁座部54のシート端部54aはその断面形状が半径Rの半円状に形成されている。
前記弁ステム61は、その下部に弁体80を取付固定する軸端部61bを備え、弁体80は、三部材、即ち、弁座部54に接触して閉鎖する弁部材81、弁部材の保持部材82を構成する外カラー82a及び内カラー82bとを備えている。また、三部材はその中心に前記弁ステム61の軸端部61bを嵌合して軸端部61bの端をかしめることによって弁ステム21に取付固定されている。
(Valve 80)
2 shows the structure and operating state of the
The valve stem 61 is provided with a
(弁部材81)
弁体80の弁部材81は、ゴム材、テフロン等の合成樹脂からなる弾性体で形成されるとともに、リング状をしており、保持部材82を構成する外カラー82aと内カラー82bとはSUS等の材料で形成されると共に、該両カラー82a,82bで外周及び内周から弁部材81をサンドイッチ状に挟持している。また、弁部材81は、その下面内周で、前記環状弁座部54のシート端部54aに当接しない部分に段差部84を備えている。
段差部84は、シート端部54aとの当接面84bに連続する垂下面84aと面取角部84cと水平面84eとを形成しており、垂下面84aは、環状弁座部54のシート端部54aの内周面と共に流路を構成する。そして、弁体80が閉鎖状態(図2(A))にあるときは、前記環状弁座部54の外周面に極めて微小な間隙を置いて配置されるべく形成されている。
(Valve member 81)
The
The
弁体80と環状弁座部54との間の閉鎖及び流量調整は、閉鎖においては、弁体80の弁部材81の当接面84bが環状弁座部54のシート端部54aの先端に接触して着座することで行い、流量調整においては、弁部材の下部の段差部84の垂下面84aと環状弁座部54のシート端部54aの内側円弧状部との間の間隙を調整することで行うものである。なお、段差部84の垂下面84aと水平面84eとの間には面取角部84cが形成されている。
In closing and adjusting the flow rate between the
図3は、環状弁座部54と弁部材81の段差部84との流量調整時の位置関係を更に詳細に示したものであり、段差部84の垂下面84a下端とシート端部54aの円弧状部の中心点との距離aとし、且つ、円弧状部の半径をRとすると、その間隙は、a−Rとなる。
弁体80が閉鎖状態にある時(L0の位置)は、垂下面84a下端(面取角部84cの上端)は、環状弁座部54の半円状シート端部の外側面に極めて微小な間隙を於いて配置された状態にあるが、弁体80を開口方向に移動すべく、例えばL1の位置まで上昇させると、面取角部84cと半円状シート端部の内側面との間隙幅aを順次広くする。
3 shows in more detail the positional relationship between the annular
When the
具体的には、弁体80が閉鎖状態の位置L0 から距離bだけ上昇して開口状態の位置L1 に移動したとき、段差部84の面取角部84cと環状弁座部54のシート端部54aとの間隙幅はa1−R となる。そして、更に距離bだけ上昇して、開口状態の位置L2 に移動したとき、面取角部84cと環状弁座部54のシート端部54aとの間隙の幅はa2−R となるが、該間隙a2−R は、弁体80の上昇距離が2bと二倍に移動した場合でも幅a1は二倍以下の移動に留まる。
即ち、弁体80の上下移動距離に対して面取角部84cと環状弁座部54のシート端部54aとの間隙幅a−Rは、直線的には変化せず、2次曲線的に変化する。言い換えるならば、弁体80の閉鎖位置からの移動初期においては、弁体80の移動距離Lに対して面取角部84cと環状弁座部54のシート端部54aとの間隙幅a−Rは少ししかその間隙幅を広げず、該間隙の微小な調節が行い得て、流体流量の微少調整を可能にしている。この微少調整が行え得る理由は、環状弁座部54のシート端部54aでその断面形状が半径Rの半円形状に形成されていることに起因している。
Specifically, when the
That is, the gap width a-R between the
前記弁体80が更に移動すると、前記流量の調整は、前記半円形状の影響を受けることが少なくなり、前記弁体80の移動距離に対して略直線状に変化することとなる。
When the
次に、本実施形態の電動弁50の作動について説明する。暖房機器の供給源から供給される水もしくは温水等の流体は、入口側通路52aから供給され、環状弁座部54と弁体80との間の間隙を通過した後、弁室55を介して出口側通路53aを通って暖房器等の機器に送出される。この時、パルスモータ等の電動機71をパルス信号等により適宜回動させると、前記電動機71の回転軸66が回転し、前記回転軸66と係合している駆動軸65を回転させる。該駆動軸65の回転によって該駆動軸65自体が上下に移動することで、弁ステム61を上下摺動させる。
Next, the operation of the
該弁ステム61は、前記パルス信号の量に比例した量だけ上下方向に移動し、前記弁座部54のシート端部54aの曲率中心(半径R)と前記弁体80の前記面取角部84cとの間の間隙幅aを調整し、該幅a−Rの間隙を流れる流体の流通量を調整する。また、前記環状弁座部54と前記弁体80との完全閉鎖遮断は、前記環状弁座部54のシート端部54aの先端に弁部材81が接触して着座することによって行われる。
The valve stem 61 moves in the vertical direction by an amount proportional to the amount of the pulse signal, and the center of curvature (radius R) of the
前記流体の流通量の通常の調整は、前記弁座部54と前記弁体80との間隙bを、例えば、0〜2mmの範囲で調整することで行うものであるが、流量を絞って調整を行う場合には、間隔の幅a−Rを狭くした状態の領域I、即ち、μ単位の微小間隙として温水の流通量を調整している。
The normal adjustment of the flow rate of the fluid is performed by adjusting the gap b between the
本実施形態においては、環状弁座部54と、弁体80の弁部材81の流量調整する段差部84とがともに環状に形成され、かつ、前記環状弁座部54の内部からの流体が環状弁座部54の内周に位置する弁部材81の流量調整する段差部84に向けて図2(B)の矢印の如く放射スカート状に流れることで、弁体80に求心力が働き、該弁体80自体がぶれの少ない安定した作動する。
In the present embodiment, the annular
また、本実施形態では、流量調整部を構成する前記面取角部84cと前記環状弁座部54の半円状シート端部54aとを比較的容易な機械加工精度で形成できる。
Further, in the present embodiment, the chamfered
本実施形態においては、電動弁を暖房機器の温水供給装置に実施するものとして説明したが、本発明の電動弁は前記実施形態に限定されるものではなく、冷媒を供給する管路に配置される弁、及び、冷却液として使用される油供給管路の弁としても使用できるものである。 In the present embodiment, the motor-operated valve is described as being implemented in the hot water supply device of the heating device. And a valve for an oil supply line used as a coolant.
また、本実施形態においては、環状弁座部のシート端部は、その断面形状を半円形状として示したが、該形状に限定されるものではなく、前記シート端部の外周部の断面形状をテーパ状とする等、微少の流量の調整が可能なように傾斜形状とすることもできる。更に、本実施形態においては、段差部の角部を面取りし、該面取角部を備える形状として示したが、面取りせずに、該下端部の内側角部を流量調整部とすることもできる。 In the present embodiment, the seat end portion of the annular valve seat portion is shown as a semicircular cross-sectional shape, but is not limited to this shape, and the cross-sectional shape of the outer peripheral portion of the seat end portion It is also possible to form an inclined shape so that a minute flow rate can be adjusted. Furthermore, in the present embodiment, the corner portion of the stepped portion is chamfered and shown as a shape including the chamfered corner portion, but the inner corner portion of the lower end portion may be used as a flow rate adjusting portion without chamfering. it can.
10・・電動弁(従来技術)11・・弁本体 12,13・・配管接続部
14・・環状弁座部 14a・・シート端部 15・・弁室 20・・ホルダ
21・・弁ステム 31・・電動機 32・・絶縁フランジ
40・・弁体 41・・閉鎖弁部材 42・・保持カラー
50・・電動弁(本発明) 51・・弁本体 52・・配管接続部
52a・・入口側通路 53・・配管接続部 53a・・出口側通路
54・・弁座(環状弁座部) 54a・・シート端部 55・・弁室
58・・下部 59・・ホルダ接続部 59a・・内空部 60・・ホルダ
10.-Motorized valve (prior art) 11.-
61・・弁ステム 61a・・駆動軸保持部 61b・・軸端部
61c・・凹状部 62・・外側Oリング 63・・ロックナット
64・・剛球体 65・・駆動軸 65a・・下端部 65b・・上端部
65c・・雄ネジ部66・・回転軸 67・・駆動軸ガイド 67a・・雌ネジ
69・・Oリング 70・・コイルスプリング 71・・電動機
61 ...
72・・絶縁フランジ 80・・弁体 81・・弁部材
82・・保持部材 82a・・外保持カラー 82b・・内保持カラー
84・・段差部 84a・・垂下面 84b・・当接面
84c・・面取角部 84e・・水平面
72 ·· Insulating
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