JP5296740B2 - 電動式切換弁 - Google Patents

Description

本発明は、電動式切換弁に関し、より詳しくは、１個のモータにより複数のバーナに対する燃料ガスの供給を夫々オンオフ制御できるものに関する。

従来、電動式の弁としては例えば特許文献１記載ものが知られている。この電動式の弁は、ガス流入口とガス流出口とが形成されると共に、内部に、ガス流入口に連通する弁室とこの弁室に面する弁座に開設した弁孔とを有するバルブケーシングと、弁孔を開閉する弁体と、この弁体の弁軸に連結したアーマチュアを吸着する電磁石と、弁体に対して電磁石を進退するモータとを備える。そして、モータにより電磁石を前進させてアーマチュアに当接させた後、電磁石を励磁してアーマチュアを吸着する。この状態でモータにより電磁石を後退させると、弁体が弁座から離間して開弁し、ガス流入口とガス流出口とが弁室を介して連通する。

このように従来の電動式の弁は、１個のモータにより単一の弁孔の開閉を行うものである。そして、このような電動式の弁は、例えば、ガス給湯器にて給湯用の熱交換器を加熱するガスバーナに対するガス供給路に比例制御弁と直列に介設され、ガスバーナへの燃料ガスの供給をオンオフ制御することに用いられている。

ところで、近年のガス給湯器には、ガスバーナを複数設けて燃焼量を大きくするときには全てのガスバーナを燃焼させる一方で、燃焼量を小さくするときには一部のガスバーナのみを燃焼させ、燃焼量を広範囲に変更制御し得るものもある。このようなガス給湯器では、比例制御弁の二次側のガス管が分岐され、分岐したガス管により複数のガスバーナに燃料ガスが夫々供給されるように構成されている（例えば、特許文献２参照）。

このため、上記従来例の電動式の弁にて燃料ガスの供給をオンオフ制御するには、分岐したガス管の数、つまり、ガスバーナの数だけ電動式の弁が必要となる。その結果、部品点数が増加してガス給湯器の重量増加やコストアップを招来するという不具合が生じる。

特開２００５−３０４４０号公報 特許第３５５６４８１号公報

本発明は、以上の点に鑑み、１個のモータで複数のガス流出口に通じる弁孔を夫々開閉することができ、複数のガスバーナを備えたガス器具に適用したときに器具の重量増加やコストアップを抑制できる電動式切換弁を提供することをその課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、ガス流入口とに連通する複数のガス流出口とが形成されると共に、内部に、ガス流入口に連通する弁室と、この弁室に面する弁座に開設した、複数のガス流出口に夫々連通する複数の弁孔とを有するバルブケーシングと、バルブケーシングと、弁座から弁室に向かう方向を上方、弁室から弁座に向かう方向を下方として、モータにより弁室内で上方及び下方に移動される単一の可動体と、弁室内に設けられ、複数の弁孔を夫々開閉する複数の弁体とを備え、各弁体は、弁座に着座して各弁孔を閉じる弁部と、弁部から上方にのびる軸部と、軸部に取り付けたアーマチュアとを有し、可動体に、複数の弁体のアーマチュアを夫々吸着する複数の電磁石を固定し、アーマチュアに電磁石を当接させた状態で電磁石を励磁すると共に可動体を上方に移動させることにより対応する弁体を開弁させるようにした電動式切換弁であって、閉弁状態の弁体のアーマチュアに電磁石が当接し始める可動体の上下方向位置を開弁起点位置として、弁体毎に開弁起点位置を異ならせ、少なくとも開弁起点位置が他の弁体よりも上方に位置する弁体に、この弁体の弁部に対する軸部の下方への相対移動を許容するクッション機構を設けることを特徴とする。

本発明によれば、全ての弁体が弁座に着座した状態からモータを一方に回転させ、例えば、最も下方に位置する開弁起点位置まで可動体を移動させる。このとき、弁体毎に開弁起点位置を異ならせているため、開弁起点位置が最も下方の弁体より開弁起点位置が上方に位置する他の弁体には電磁石からの押圧力が作用することとなるが、これら他の弁体にはクッション手段を設けているため、可動体の下方への移動が規制されたり、モータに負荷が加わるといった不具合は生じない。そして、開弁起点位置が最も下方の弁体に対応する電磁石を励磁して当該弁体の吸着が行われ、その後、モータを他方に逆転させて可動体を上方に移動させると、開弁起点位置が最も下方の弁体が上方に移動して開弁する。

次に、更に他の弁体を開弁するために、モータを一方に再度回転させ、他の弁体の開弁起点位置まで可動体を下方に移動させる。このとき、先に開弁させた開弁起点位置が最も下方の弁体の弁部と弁座との間には、各弁体の開弁起点位置相互の高さの差に相当する隙間を生じ、開弁起点位置が最も下方の弁体は開弁状態に保持される。そして、上記同様に、他の弁体に対応する電磁石を励磁して当該他の弁体の吸着が行われ、その後、モータを他方に逆転させて可動体を上方に移動させると、開弁起点位置が最も下方の弁体に加え、他の弁体も上方に移動して開弁する。

このように本発明によれば、１個のモータで複数のガス流出口に通じる弁孔を夫々開閉することができるため、本発明の電動式切換弁を複数のガスバーナを備えたガス給湯器等のガス器具に適用すれば、１個のモータにより複数のバーナに対する燃料ガスの供給を夫々オンオフ制御することができ、かつ、燃焼中のガスバーナを消火することなく、他のガスバーナに燃焼ガスを供給して燃焼を開始させることができる。その上、器具の重量増加やコストアップを抑制することができる。

本発明において、例えば、前記複数の電磁石の前記各アーマチュアに当接する下端の高さを電磁石毎に異ならせたり、前記弁座の前記各弁孔の開設箇所の高さを弁孔毎に異ならせたり、または、前記各弁体の軸部の長さを弁体毎に異ならせたりすれば、前記開弁起点位置を弁体毎に異ならせる構成を実現できる。そして、例えば、可動体への電磁石の固定時、可動体と電磁石との間にスペーサ等を介在させたり、可動体の電磁石の固定面の高さを変えたりして下端の高さを電磁石毎に異ならせるか、または、弁座の前記各弁孔の開設箇所の高さを弁孔毎に異ならせるようにすれば、弁体や電磁石などの部品を共通にでき、コスト面等で有利である。

本発明の第１実施形態の電動式切換弁を備えたガス給湯器の構成を模式的に示す図。 （ａ）は、第１実施形態の電動式切換弁の構成を閉弁状態で示す断面図、（ｂ）は、各弁体の開弁起点位置を説明する図。 （ａ）〜（ｆ）は、各弁体の開弁手順を説明する図。 本発明の第２実施形態の電動式切換弁の構成を示す断面図。 本発明の第３実施形態の電動式切換弁の構成を示す断面図。

以下、図面を参照して、ガス給湯器に組み込んで複数のガスバーナへの燃焼ガスの供給を夫々オンオフ制御する本発明の実施形態の電動式切換弁ＭＶについて説明する。

図１を参照して、Ｈは、本発明の第１実施形態の電動式切換弁ＭＶが組み込まれたガス給湯器である。ガス給湯器Ｈは、単一の燃焼室１１に収納された第１、第２及び第３の３個のガスバーナ１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、これらのガスバーナ１２ａ、１２ｂ、１２ｃにより加熱される熱交換器１３と、各ガスバーナに燃焼用の空気を供給するファン１４とを備える。そして、給湯負荷が小さいときは第１のガスバーナ１２ａのみを燃焼させ、給湯負荷が増加したときには、第１と第２の両ガスバーナ１２ａ、１２ｂを燃焼させ、給湯負荷が更に増加したときは、第１、第２及び第３の全ガスバーナ１２ａ、１２ｂ、１２ｃを燃焼させ、燃焼量を広範囲に変更制御できるようにしている。

熱交換器１３には、水を供給する給水管１５と、熱交換器１３で加熱された湯を出湯する出湯管１６とが接続されている。各ガスバーナ１２ａ、１２ｂ、１２ｃに対して燃料ガスを供給するガス供給管１７には、元電磁弁１８ａと比例制御弁１８ｂとが介設されている。そして、この比例制御弁１８ｂの下流側のガス供給管１７が電動切換弁ＭＶのガス流入口に接続されている。以下、図２を参照して、電動切換弁ＭＶを説明する。

図２（ａ）に示すように、電動切換弁ＭＶはバルブケーシング２を備え、バルブケーシング２には、ガス供給管１７が接続されるガス流入口２１と、第１のガス流出口２２ａ、第２のガス流出口２２ｂ及び第３のガス流出口２２ｃとが形成されている。そして、各ガス流出口２２ａ、２２ｂ、２２ｃには、各ガスバーナ１２ａ、１２ｂ、１２ｃに通じるガス分岐管１９ａ、１９ｂ、１９ｃが夫々接続される（図１参照）。

また、バルブケーシング２内には、ガス流入口２１に連通する弁室２３が設けられ、弁室２３に面する弁座２４に、弁室２３に向けて開口する３つの弁孔２５ａ、２５ｂ、２５ｃが開設され、各弁孔２５ａ、２５ｂ、２５ｃを介して弁室２３と各ガス流出口２２ａ、２２ｂ、２２ｃとが夫々連通する。以下においては、図２（ａ）中、弁座２４から弁室２３に向かう方向を上方、弁室２３から弁座２４に向かう方向を下方として説明する。

ここで、弁座２４の各弁孔２５ａ、２５ｂ、２５ｃの開設箇所の高さは上下方向で互いに一致させている。また、弁室２３内には、３つの弁孔２５ａ、２５ｂ、２５ｃを夫々開閉する第１の弁体３ａ、第２の弁体３ｂ及び第３の弁体３ｃが設けられている。各弁体３ａ、３ｂ、３ｃは、同一形態を有し、弁座２４に着座して各弁孔２５ａ、２５ｂ、２５ｃを夫々閉じる弁部３１と、弁部３１から上方にのびる軸部３２と、軸部３２に取り付けたアーマチュア３３とから構成されている。弁室２３内には更に、１個のモータＭにより弁室２３内で上方及び下方に移動される単一の可動体４が設けられている。モータＭとしては、例えばステッピングモータが用いられる。

可動体４の下面には、各弁体３ａ、３ｂ、３ｃの各軸部３２の延長線上に夫々位置させて、同一の形態を有する第１の電磁石５ａ、第２の電磁石５ｂ及び第３の電磁石体５ｃが取り付けられている。この場合、可動体４の下面の所定位置には、各電磁石５ａ、５ｂ、５ｃを固定する面の高さが互いに異なるように、高さの異なる凸部４１、４２が形成されており、第１、第２及び第３の各電磁石５ａ、５ｂ、５ｃの下端面の高さが互いに異なるようにしている。これにより、モータＭを回転させて可動体４を下方に移動させたときに、閉弁状態の各弁体３ａ、３ｂ、３ｃの各アーマチュア３３の上面に各電磁石５ａ、５ｂ、５ｃの下端面が夫々当接し始める可動体４の上下方向位置を開弁起点位置として、図２（ｂ）に示すように、第１の弁体３ａの開弁起点位置Ｐａと、第２の弁体３ｂの可動体４の開弁起点位置Ｐｂと、第３の弁体３ｃの可動体４の開弁起点位置Ｐｃとを互いに異ならせることができる。

本実施形態においては、可動体４の凸部のない位置に固定された第１の電磁石５ａに対応する第１の弁体３ａの開弁起点位置Ｐａが最も下方に位置し、凸部４ｂ、４ｃのうち比較的高さの低い凸部４ｂに固定された第２の電磁石５ｂに対応する第２の弁体３ｂの開弁起点位置Ｐｂが二番目に下方に位置し、凸部４ｃに固定された第３の電磁石５ｃに対応する第３の弁体３ｃの開弁起点位置Ｐｃが最も上方に位置している。また、各弁体３ａ、３ｂ、３ｃには、弁部３１に対する軸部３２の下方への相対移動を許容するクッション機構３４が設けられている。

クッション機構３４は次のように構成されている。即ち、弁部３１内に上方に開放した空間３１ａが形成され、この空間３１ａ内に、軸部３２の下端に形成したフランジ３２ａが挿入されている。この空間３１ａの上面開口の内周縁部には、フランジ３２ａが係止される係止部３１ｂが形成されている。また、軸部３２には、下端に開放した軸孔３２ｂが形成され、この軸孔３２ｂ内には、コイルばねからなる付勢手段６を介して支持ピン７が挿入され、この支持ピン７の下端が空間３１ａの底面に当接している。

これにより、常時は、付勢手段６により各弁体３ａ、３ｂ、３ｃの軸部３２が上方に向かって付勢され、係止部３１ｂに軸部３２のフランジ３２ａが係止された状態となる。そして、可動体４の下方への移動により各電磁石５ａ、５ｂ、５ｃが各弁体３ａ、３ｂ、３ｃのアーマチュア３３にそれぞれ当接し、この状態から可動体４の更なる下方への移動により各弁体３ａ、３ｂ、３ｃに押圧力が作用すると、付勢手段６に抗して軸部３２が弁部３１に対して下方に相対移動するようにしている。

また、可動板４の下面には、各電磁石５ａ、５ｂ、５ｃをそれぞれ囲うように可動枠８が夫々固定され、この可動枠８と、各弁体３ａ、３ｂ、３ｃの弁部３１の上面との間にはコイルばね９が縮設されている。そして、常時は、コイルばね９の付勢力により弁部３１が弁座２４に向かって付勢されて閉弁状態に保持される。

次に、図３を参照して、第１実施形態の電動式切換弁ＭＶを用いた各ガスバーナ１２ａ、１２ｂ、１２ｃへの燃料ガスのオンオフ制御を説明する。全ての弁体３ａ、３ｂ、３ｃが弁座２４に着座した状態（つまり、第１、第２及び第３の各ガスバーナ１２ａ、１２ｂ、１２ｃへの燃料ガスの供給が停止された状態）から、弁室２３と第１のガス流出口２２ａとを連通して第１のガスバーナ１２ａに燃料ガスを供給して燃焼させるために、モータＭを一方に回転させ、最も下方に位置する第１の弁体３ａの開弁起点位置Ｐａまで可動体４を移動させる（図３（ａ）参照）。このとき、第２及び第３の両弁体３ｂ、３ｃの開弁起点位置Ｐｂ、Ｐｃを超えて可動体４が下方に移動するため、第２及び第３の両弁体３ｂ、３ｃには電磁石５ｂ、５ｃからの押圧力が作用することとなるが、第２及び第３の両弁体３ｂ、３ｃにはクッション手段３４が設けられているため、可動体４の下方への移動が規制されたり、モータＭに負荷が加わるといった不具合は生じない。

そして、第１の電磁石５ａを励磁することで、アーマチュア３３を介して第１の弁体３ａの吸着が行われ、その後、モータＭを他方に逆転させて可動体４を上方に移動させると、第１の弁体３ａは、コイルばね９の付勢力に抗して上記吸着が維持され、弁部３１が上方に移動して開弁する（図３（ｂ）参照）。これにより、弁室２３と第１のガス流出口２２ａとが連通し、ガス供給管１７からガス分岐管１９ａを介して第１のガスバーナ１２ａに燃料ガスが供給されて燃焼が開始される。

次に、燃焼負荷が、第１のガスバーナ１２ａの最大燃焼量（比例制御弁１８ｂの全開状態での燃焼量）を上回る場合には、弁室２３と第２のガス流出口２２ｂとを連通して第２のガスバーナ１２ｂに燃料ガスを供給して燃焼させるために、モータＭを一方に再度回転させ、２番目に下方に位置する第２の弁体３ｂに対する開弁起点位置Ｐｂまで可動体４を移動させる。このとき、先に開弁状態の第１の弁体３ａの弁部３１と弁座２４との間には、第１の弁体３ａの開弁起点位置Ｐａと、第２の弁体３ｂの開弁起点位置Ｐｂとの高さの差に相当する隙間Ｄ１が生じ、第１の弁体３ａが開弁状態に保持される（図２（ｂ）及び図３（ｃ）参照）。このため、第１のガスバーナ１２ａが消火されることはない。

そして、上記同様に、第２の電磁石５ｂを励磁することで、アーマチュア３３を介して第２の弁体３ｂの吸着が行われ、その後、モータＭを他方に逆転させて可動体４を上方に移動させると、第２の弁体３ｂは、コイルばね９の付勢力に抗して上記吸着が維持され、弁部３１が上方に移動して開弁する（図３（ｄ）参照）。これにより、第２のガス流出口２２ｂが弁室２３と連通し、ガス供給管１７からガス分岐管１９ｂを介して第２のガスバーナ１２ｂにも燃料ガスが供給されて燃焼が開始される。

更に、燃焼負荷が、第１及び第２の両ガスバーナ１２ａ、１２ｂの最大燃焼量を上回る場合には、弁室２３と第３のガス流出口２２ｃとを連通して第３のガスバーナ１２ｃに燃料ガスを供給して燃焼させるために、モータＭを一方に更に回転させ、最も上方に位置する第３の弁体３ｃに対する開弁起点位置Ｐｃまで可動体４を移動させる。このとき、先に開弁状態の第１の弁体３ａの弁部３と弁座２４との間には、第１の弁体３ａの開弁起点位置Ｐａと第３の弁体３ｃの開弁起点位置Ｐｃとの高さの差に相当する隙間Ｄ１＋Ｄ２が生じ、また、第２の弁体３ｂの弁部３１と弁座２４との間には、第２の弁体３ｂの開弁起点位置Ｐｂと、第３の弁体３ｃの開弁起点位置Ｐｃとの高さの差に相当する隙間Ｄ２が生じ、第１及び第２の両弁体３ａ、３ｂは開弁状態に保持される（図２（ｂ）及び図３（ｅ）参照）。このため、第１及び第２の両ガスバーナ１２ａ、１２ｂが消火されることはない。

そして、上記同様に、第３の電磁石５ｃを励磁することで、アーマチュア３３を介して第３の弁体３ｃの吸着が行われ、その後、モータＭを他方に逆転させて可動体４を上方に移動させると、第３の弁体３ｃは、コイルばね９の付勢力に抗して上記吸着が維持され、弁部３１が上方に移動して開弁する（図３（ｆ）参照）。これにより、第３のガス流出口２２ｃが弁室２３と連通し、ガス供給管１７からガス分岐管１９ｃを介して第３のガスバーナ１２ｃにも燃料ガスが供給されて燃焼が開始される。

なお、各弁体３ａ、３ｂ、３ｃを閉弁する場合には、各電磁石５ａ、５ｂ、５ｃの励磁を夫々解消する。これにより、各電磁石５ａ、５ｂ、５ｃによるアーマチュア３３の吸着が解除され、コイルばね９の付勢力により各弁体３ａ、３ｂ、３ｃの弁部３１が弁座２４に向かって付勢されて着座し、閉弁状態に戻る。

以上、説明したように、第１実施形態の電動式切換弁ＭＶによれば、１個のモータＭで３つのガス流出口２２ａ、２２ｂ、２２ｃに通じる各弁孔２５ａ、２５ｂ、２５ｃを夫々開閉することができる。このため、複数のガスバーナ１２ａ、１２ｂ、１２ｃを備えたガス給湯器Ｈに適用すれば、１個のモータで各ガスバーナ１２ａ、１２ｂ、１２ｃに対する燃料ガスの供給を夫々オンオフ制御することができ、かつ、燃焼中のガスバーナを消火することなく、他のガスバーナに燃焼ガスを供給して燃焼するガスバーナを増加させることができる。その上、器具の重量増加やコストアップを抑制することができる。

以上、本発明の第１実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上記第１実施形態では、可動体４の下面に凸部４１、４２を形成し、電磁石５ａ、５ｂ、５ｃを固定する面に高さの差を付けて、電磁石５ａ、５ｂ、５ｃの下端の高さを変えることで、開弁起点位置Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃを弁体３ａ、３ｂ、３ｃ毎に異ならせたものを例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、円板からなる可動体の下面に電磁石５ａ、５ｂ、５ｃを固定するときに、夫々厚さの異なるスペーサを介在させて電磁石５ａ、５ｂ、５ｃの下端の高さを変えることもできる。

また、上記第１実施形態と同じ部材または要素に同一の符号を付して説明すれば、図４に示す第２実施形態のように、弁座２４の各弁孔２５ａ、２５ｂ、２５ｃの開設箇所の高さを弁孔２５ａ、２５ｂ、２５ｃ毎に異ならせることで、開弁起点位置Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃを弁体３ａ、３ｂ、３ｃ毎に異ならせることができる。この場合、可動体４は、その下面が平坦に形成され、下面の所定位置に各電磁石５ａ、５ｂ、５ｃが夫々固定されている。第１実施形態及び第２実施形態によれば、弁体３ａ、３ｂ、３ｃや電磁石５ａ、５ｂ、５ｃなどの部品を共通にでき、コスト面等で有利である。

更に、図５に示す第３実施形態のように、各弁体３ａ、３ｂ、３ｃの軸部３２の長さを各弁体３ａ、３ｂ、３ｃ毎に異ならせることで開弁起点位置Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃを弁体３ａ、３ｂ、３ｃ毎に異ならせることができる。この場合も、その下面が平坦に形成され、下面の所定位置に各電磁石５ａ、５ｂ、５ｃが夫々固定されている。他方、特に図示して説明しないが、電磁石５ａ、５ｂ、５ｃの上下方向の長さを異ならせるようにしてもよい。

また、上記第１実施形態においては、全ての弁体３ａ、３ｂ、３ｃにクッション機構３４を設けているが、開弁起点位置が最も下方に位置する弁体３ａついてはこれを省略することができる。また、クッション機構３４は上記に限定されるものではなく、例えば、本願の出願人より特許出願され、出願公開された特開２００７−３０９４３７号公報記載のものを用いることもできる。

更に、上記第１実施形態においては、ガス給湯器Ｈの燃焼器１１に設けた３個のガスバーナ１２ａ、１２ｂ、１２ｃへの燃料ガスのオンオフ制御を例に説明したが、ガスバーナの数は上記に限定されるものではなく、また、他のガス器具においても本発明の電動式切換弁ＭＶは適用できる。

Ｈ…ガス給湯器、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…ガスバーナ、ＭＶ…電動式切換弁、２…バルブケーシング、２１…ガス流入口、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ…ガス流出口、２３…弁室、２４…弁座、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ…弁孔、３ａ、３ｂ、３ｃ…弁体、３１…弁部、３２…軸部、３３…アーマチュア、３４…クッション機構、４…可動体、５ａ、５ｂ、５ｃ…電磁石、Ｍ…モータ

Claims (4)

1. ガス流入口と複数のガス流出口とが形成されると共に、内部に、ガス流入口に連通する弁室と、この弁室に面する弁座に開設した、複数のガス流出口に夫々連通する複数の弁孔とを有するバルブケーシングと、
   弁座から弁室に向かう方向を上方、弁室から弁座に向かう方向を下方として、
   モータにより弁室内で上方及び下方に移動される単一の可動体と、弁室内に設けられ、複数の弁孔を夫々開閉する複数の弁体と、を備え、
   各弁体は、弁座に着座して各弁孔を閉じる弁部と、弁部から上方にのびる軸部と、軸部に取り付けたアーマチュアとを有し、
   可動体に、複数の弁体のアーマチュアを夫々吸着する複数の電磁石を固定し、アーマチュアに電磁石を当接させた状態で電磁石を励磁すると共に可動体を上方に移動させることにより対応する弁体を開弁させるようにした電動式切換弁であって、
   閉弁状態の弁体のアーマチュアに電磁石が当接し始める可動体の上下方向位置を開弁起点位置として、弁体毎に開弁起点位置を異ならせ、
   少なくとも開弁起点位置が他の弁体よりも上方に位置する弁体に、この弁体の弁部に対する軸部の下方への相対移動を許容するクッション機構を設けることを特徴とする電動式切換弁。
2. 前記複数の電磁石の前記各アーマチュアに当接する下端の高さを電磁石毎に異ならせることで、前記開弁起点位置を弁体毎に異ならせることを特徴とする請求項１記載の電動式切換弁。
3. 前記弁座の前記各弁孔の開設箇所の高さを弁孔毎に異ならせることで、前記開弁起点位置を弁体毎に異ならせることを特徴とする請求項１記載の電動式切換弁。
4. 前記各弁体の軸部の長さを弁体毎に異ならせることで、前記開弁起点位置を弁体毎に異ならせることを特徴とする請求項１記載の電動式切換弁。

Images