JP5735937B2

JP5735937B2 - 電動式ダイヤフラム弁

Info

Publication number: JP5735937B2
Application number: JP2012157482A
Authority: JP
Inventors: 近藤　秀幸; 秀幸近藤
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2032-07-13
Also published as: JP2014020410A

Description

本発明は、ガス器具等で使用する電動式ダイヤフラム弁に関する。

従来、この種の電動式ダイヤフラム弁として、内部に弁室と弁室の一端の端壁に設けた弁座とを有する弁筐と、弁室の他端側の端面に装着したダイヤフラムと、弁座に対向するようにダイヤフラムに設けた弁体部と、モータと、モータの正逆転により弁体部が弁座に接近離隔するようにダイヤフラムを変位させる送りねじ機構とを備える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、軸方向に進退する送りねじ機構の出力部材をダイヤフラムに固定して、出力部材と一緒にダイヤフラムが変位するようにしている。

ところで、送りねじ機構の出力部材は、ガイド部材によって回り止めされ、軸方向にのみ移動するようになっている。然し、出力部材とガイド部材との間には、出力部材の摺動を許容するクリアランスを確保する必要があり、モータの正転と逆転の切換え時に、出力部材がこのクリアランス分だけ回転してしまう。
そして、従来は、出力部材をダイヤフラムに固定しているため、出力部材の回転でダイヤフラムがねじられてしまい、耐久性が悪化する不具合がある。

特開２００７−２２４９８４号公報（図６）

本発明は、以上の点に鑑み、ダイヤフラムのねじれを防止して耐久性を向上できるようにした電動式ダイヤフラム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、内部に弁室と弁室の一端の端壁に設けた弁座とを有する弁筐と、弁室の他端側の端面に装着したダイヤフラムと、弁座に対向するようにダイヤフラムに設けた弁体部と、モータと、モータの正逆転により弁体部が弁座に接近離隔するようにダイヤフラムを変位させる送りねじ機構とを備える、バーナへのガス供給路に介設する電動式ダイヤフラム弁であって、弁体部が弁座に着座したダイヤフラム弁の閉弁時にもガスが流れるオリフィスを有し、ダイヤフラム弁の開閉で供給ガス量の大小切替を行うものにおいて、送りねじ機構は、ガイド部材により回り止めされた状態でモータの正逆転により軸方向に進退する出力部材を備え、ダイヤフラムの外面に硬質プレートが固定され、この硬質プレートに送りねじ機構の出力部材が相対回転自在に当接することを特徴とする。

本発明によれば、出力部材がこれを回り止めするガイド部材との間の摺動クリアランス分だけ回転しても、出力部材はダイヤフラムに対し相対回転自在であるため、ダイヤフラムには出力部材の回転力が伝達されない。従って、ダイヤフラムがねじられることを防止して耐久性を向上できる。

尚、出力部材をダイヤフラムに当接させるだけであっても、ダイヤフラムに作用する弁室内のガス圧でダイヤフラムを出力部材に押接させ、出力部材の進退に追従してダイヤフラムを変位させることができる。但し、出力部材をダイヤフラムに直接当接させたのでは、ダイヤフラムと出力部材との間の摩擦による回転力の伝達でダイヤフラムが若干ねじられる可能性がある。これに対し、本発明では、上記の如くダイヤフラムの外面に硬質プレートを固定し、この硬質プレートに出力部材を当接させるため、出力部材との間の摩擦を低減して、ダイヤフラムのねじれをより確実に防止できる。

ところで、出力部材をダイヤフラムに当接するだけでは、閉弁中に弁体部が弁座に粘着した場合は、開き方向（弁体部が弁座から離隔する方向）に出力部材を移動させても、ダイヤフラムが追従して変位せず、開弁不能になる可能性がある。

これに対し、ダイヤフラムを開き方向に付勢するスプリングを設け、或いは、出力部材の開き方向への移動でダイヤフラムに開き方向への牽引力が伝達されるように、出力部材にダイヤフラムに対する引掛け部を設ければ、弁体部が弁座に粘着しても開弁させることができ、有利である。

本発明の実施形態の電動式ダイヤフラム弁を使用するガスコンロの断面図。図１のガスコンロで行う温調制御の内容を示すフロー図。電動式ダイヤフラム弁の第１実施形態の断面図。図３のＩＶ−ＩＶ線で切断した断面図。電動式ダイヤフラム弁の第２実施形態の断面図。

図１を参照して、１は、図示省略したコンロ本体の上面を覆う天板を示している。天板１には、バーナ用開口１ａが開設されており、コンロ本体に、バーナ用開口１ａに臨むようにバーナ２を設置している。天板１上には、環状の五徳枠３１に放射状に複数の五徳爪３２を取り付けて成る五徳３がバーナ２を囲うようにして設置されており、五徳３に載置する鍋等の調理容器がバーナ２で加熱される。

バーナ２は、混合管２１に連なる環状のバーナボディ２２と、バーナボディ２２上に載置され、バーナボディ２２との間に炎口２３ａを画成する環状のバーナキャップ２３と、バーナキャップ２３上に載置され、バーナキャップ２３との間に二次空気通路を画成する環状の二次空気ガイド板２４とを備える公知の環状バーナで構成されている。また、バーナ２の外周には、点火電極２５と火炎検知のための熱電対２６とが付設されている。

バーナ２に対するガス供給路４には、上流側から順に、バーナ２の失火で熱電対２６の起電力が所定レベル以下になったときに閉弁する電磁安全弁４１と、コンロ本体前面の図示省略した操作ボタンによる点火操作で開弁され消火操作で閉弁される手動の主弁４２と、コンロ本体前面の図示省略した火力調節レバーに連動する手動の流量調節弁４３と、制御弁４４と、制御弁４４に並列のオリフィス４５とが設けられている。

また、バーナ２で囲われるバーナ内方空間を通してバーナ２の上方に突出する鍋底温度センサ５が設置されている。鍋底温度センサ５は、バーナ内方空間に挿通される上下方向に長手の支持パイプ５１と、支持パイプ５１の上端部に支持される感熱ヘッド５２とを備えている。支持パイプ５１は、図示省略した固定具でバーナ２に対し固定される。感熱ヘッド５２は、調理容器の底面に当接する集熱板５２ａと、集熱板５２ａで上端が閉塞される内筒５２ｂと、内筒５２ｂを囲う遮熱用の外筒５２ｃとを備え、集熱板５２ａの下面に、集熱板５２ａを介して調理容器の温度を検出するサーミスタ等の感熱素子５３が取り付けられている。

内筒５２ｂは、支持パイプ５１の上端に固定したばね受け５４ａに上下動自在に外挿されており、このばね受け５４ａと集熱板５２ａとの間にばね５４を介設して、支持パイプ５１に対し感熱ヘッド５２をばね５４により上方に付勢している。また、内筒５２ｂの下端部には縮径した段差部５２ｄが形成されており、五徳３に調理容器を載せない自由状態では、感熱ヘッド５２がばね受け５４ａの下面への段差部５２ｄの当接で規制される上動端位置に保持される。この上動端位置では、感熱ヘッド５２が五徳３よりも上方に突出している。そして、五徳３に調理容器を載置したとき、感熱ヘッド５２が調理容器の底面に当接してばね５４の付勢力に抗して押し下げられ、集熱板５２ａがばね５４の圧縮反力で調理容器の底面に確実に当接するようにしている。

感熱素子５３からのびるリード線５３ａは、支持パイプ５１に挿通され、その下端から外部に引き出されて制御手段たるコントローラ６に接続される（図１参照）。尚、リード線５３ａには、断熱被覆５３ｂが外挿されている。

コントローラ６は、コンロ前面の操作部で加熱モードとして温調モードが選択された場合、鍋底温度センサ５（感熱素子５３）の検出温度に基づく温調制御を行う。温調制御では、図２に示す如く、ＳＴＥＰ１において、鍋底温度センサ５の検出温度Ｔが所定の設定温度範囲の上限温度ＹＴｍａｘ以上になったか否かを判別し、Ｔ≧ＹＴｍａｘになったとき、ＳＴＥＰ２に進んで制御弁４４を閉弁させる。次に、ＳＴＥＰ３に進み、鍋底温度センサ５の検出温度Ｔが設定温度範囲の下限温度ＹＴｍｉｎ以下になったか否かを判別し、Ｔ≦ＹＴｍｉｎになったとき、ＳＴＥＰ４に進んで制御弁４４を開弁させた後、ＳＴＥＰ１に戻る。

制御弁４４を閉弁させると、バーナ２への供給ガス量がオリフィス４５で規定する最小ガス量に制限され、バーナ２の火力低下により鍋底温度センサ５で検出される調理容器温度が次第に低下する。ここで、設定温度範囲が比較的低温に設定された場合、上限温度ＹＴｍａｘに対する調理容器温度のオーバーシュートを小さくして温調性能を向上できるようにするには、オリフィス４５で規定する最小ガス量を可及的に小さくすることが望まれる。然し、制御弁４４の閉弁でバーナ２への供給ガス量を急激に減少させた場合、バーナ２の失火を生じやすくなる。そこで、オリフィス４５で規定する最小ガス量を可及的に小さく設定しても失火を防止できるように、制御弁４４を図３に示す電動式ダイヤフラム弁１００で構成している。

電動式ダイヤフラム弁１００は、ガス入口１１１とガス出口１１２とを有する弁筐１１０を備えている。弁筐１１０の内部には、ガス入口１１１に連通する弁室１１３と、弁室１１３の一端の端壁１１３ａに設けた弁座１１４と、弁座１１４に形成した、弁室１１３とガス出口１１２とを連通する弁孔１１５とが設けられている。

また、弁筐１１０には、弁室１１３とガス出口１１２とを連通する、弁孔１１５に並列の通路孔１１６が形成されており、この通路孔１１６にオリフィス４５を設けている。即ち、通路孔１１６の一部をオリフィス４５となる小径孔に形成している。

電動式ダイヤフラム弁は、更に、弁室１１３の他端側の端面に装着したダイヤフラム１２０と、弁座１１４に対向するようにダイヤフラム１２０に設けた弁体部１３０と、ステッピングモータ等から成るモータ１４０と、モータ１４０の正逆転により弁体部１３０が弁座１１４に接近離隔するようにダイヤフラム１２０を変位させる送りねじ機構１５０とを備えている。

弁筐１１０の外面には、ダイヤフラム１２０の周縁部を弁筐１１０との間に挟むようにしてダイヤフラムカバー１１７が取り付けられており、このダイヤフラムカバー１１７の外端部にモータ１４０が搭載され、ダイヤフラムカバー１１７の内部に送りねじ機構１５０が配置されている。送りねじ機構１５０は、モータ１４０の出力軸上のねじ軸１５１と、ねじ軸１５１に螺合するナット１５２とで構成されている。図４に示す如く、ナット１５２の外形状は非円形であり、断面非円形に形成したダイヤフラムカバー１１７にナット１５２を回り止めした状態で摺動自在に収納している。かくして、モータ１４０によるねじ軸１５１の正逆転で出力部材たるナット１５２が軸方向に進退する。

ここで、電動式ダイヤフラム弁１００は、モータ１４０の回転によりある程度時間をかけて開弁状態から閉弁することになる。そのため、オリフィス４５で規定する最小ガス量をかなり小さく設定しても、制御弁４４たる電動式ダイヤフラム弁１００の閉弁に際し、バーナ２への供給ガス量を緩やかに減少させて失火を防止できる。従って、最小ガス量を可及的に小さく設定でき、設定温度範囲を比較的低温に設定する場合でも、上限温度に対する調理容器温度のオーバーシュートを低減して温調性能を向上できる。

また、電動式ダイヤフラム弁１００は、開閉動作時にモータ１４０に通電するだけであって、通電しなくても開弁状態及び閉弁状態に保持されるため、消費電力を低減できる。更に、電動式ダイヤフラム弁１００は、ダイヤフラムを具備しない通常の電動弁と異なり、送りねじ機構１５０の配置部が弁室１１３に対しダイヤフラム１２０で気密にシールされるため、送りねじ機構１５０にモータ１４０へのガスリークを防止するシール部材を組み込む必要がない。従って、シール部材との摩擦による電力ロスも発生せず、通常の電動弁よりも消費電力を低減できる。そのため、制御弁４４を電動式ダイヤフラム弁１００とすることは、電源を乾電池とする場合に特に有利である。

ところで、送りねじ機構１５０の出力部材であるナット１５２をダイヤフラム１２０に固定することも可能であるが、これでは、モータ１４０の正転と逆転の切換え時に、ナット１５２がこれを回り止めするガイド部材であるダイヤフラムカバー１１７との間の摺動クリアランス分だけ回転（図４の実線示と仮想線示との間の回転）したときに、ダイヤフラム１２０がねじられてしまい、耐久性が悪化する。

そこで、本実施形態では、ナット１５２とダイヤフラム１２０とを相対回転自在に連結している。より具体的に説明すれば、ダイヤフラム１２０の外面に金属製又は樹脂製の硬質プレート１２１を固定し、この硬質プレート１２１にナット１５２の先端を当接させている。これによれば、ナット１５２が上記摺動クリアランス分だけ回転しても、硬質プレート１２１に対しナット１５２が回転摺動して、ダイヤフラム１２０にはナット１５２の回転力が伝達されない。従って、ダイヤフラム１２０がねじられることを防止して耐久性を向上できる。

尚、ナット１５２をダイヤフラム１２０に直接当接させることも可能であるが、ナット１５２との間の摩擦を低減して、ダイヤフラム１２０のねじれをより確実に防止にするには、本実施形態の如く硬質プレート１２１にナット１５２を当接させることが望ましい。

また、本実施形態では、ダイヤフラム１２０と弁室１１３の端壁１１３ａとの間に、ダイヤフラム１２０を開き方向（弁体部１３０が弁座１１４から離隔する方向）に付勢するスプリング１６０を配置している。

ここで、ダイヤフラム１２０は、弁室１１３内のガス圧で開き方向に押圧されるから、スプリング１６０を設けなくても、硬質プレート１２１がナット１５２に押接し、ナット１５２の進退動作に追従してダイヤフラム１２０を変位させることができる。然し、閉弁中に弁体部１３０が弁座１１４に粘着した場合は、ナット１５２を開き方向に移動させても、ダイヤフラム１２０が追従して変位せず、開弁不能になる。これに対し、本実施形態の如くスプリング１６０を設ければ、弁体部１３０が弁座１１４に粘着しても開弁させることができ、有利である。

次に、図５に示す第２実施形態の電動式ダイヤフラム弁１００について説明する。この電動式ダイヤフラム弁１００の基本的な構造は、上記第１実施形態の電動式ダイヤフラム弁１００と特に異ならず、上記第１実施形態と同様の部材、部位に上記と同一の符号を付している。

第２実施形態の電動式ダイヤフラム弁１００では、第１実施形態のスプリング１６０を設けずに、ナット１５２の開き方向への移動でダイヤフラム１２０に開き方向への牽引力が伝達されるように、ナット１５２にダイヤフラム１２０に対する引掛け部１５３を設けている。具体的には、ダイヤフラム１２０に固定した硬質プレート１２１の外面中央部に膨大頭部１２２ａを有する突起１２２を突設し、ナット１５２の先端部内周に、膨大頭部１２２ａに係合可能な引掛け部１５３を形成している。

第２実施形態では、閉弁中に弁体部１３０が弁座１１４に粘着した場合、ナット１５２の開き方向への移動で引掛け部１５３が膨大頭部１２２ａに係合して、ダイヤフラム１２０が開き方向に牽引される。従って、弁体部１３０が弁座１１４に粘着しても開弁させることができる。

尚、ダイヤフラム１２０に硬質プレート１２１を固定せずに、ダイヤフラム１２０の外面中央部に、ナット１５２に設けた引掛け部１５３が係合可能な膨大頭部を有する突起を突設してもよい。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、軸方向に進退する送りねじ機構１５０の出力部材をナット１５２で構成しているが、モータ１４０でナットを回転させ、ナットに螺合するねじ軸が軸方向に進退する出力部材になるように送りねじ機構１５０を構成してもよい。

また、上記実施形態は、鍋底温度センサ５の検出温度に基づいて開閉制御する制御弁４４として用いる電動式ダイヤフラム弁１００に本発明を適用したものであるが、他の用途の電動式ダイヤフラム弁にも同様に本発明を適用できる。

１００…電動式ダイヤフラム弁、１１０…弁筐、１１３…弁室、１１３ａ…端壁、１１４…弁座、１２０…ダイヤフラム、１２１…硬質プレート、１３０…弁体部、１４０…モータ、１５０…送りねじ機構、１５２…ナット（出力部材）、１５３…引掛け部、１６０…スプリング。

Claims

内部に弁室と弁室の一端の端壁に設けた弁座とを有する弁筐と、弁室の他端側の端面に装着したダイヤフラムと、弁座に対向するようにダイヤフラムに設けた弁体部と、モータと、モータの正逆転により弁体部が弁座に接近離隔するようにダイヤフラムを変位させる送りねじ機構とを備える、バーナへのガス供給路に介設する電動式ダイヤフラム弁であって、
ダイヤフラム弁に並列のオリフィスを有し、ダイヤフラム弁の開閉で供給ガス量の大小切替を行うものにおいて、
送りねじ機構は、ガイド部材により回り止めされた状態でモータの正逆転により軸方向に進退する出力部材を備え、
ダイヤフラムの外面に硬質プレートが固定され、この硬質プレートに送りねじ機構の出力部材が相対回転自在に当接することを特徴とする電動式ダイヤフラム弁。
前記弁体部が前記弁座から離隔する方向を開き方向として、前記ダイヤフラムを開き方向に付勢するスプリングを備えることを特徴とする請求項１記載の電動式ダイヤフラム弁。
前記弁体部が前記弁座から離隔する方向を開き方向として、前記出力部材の開き方向への移動で前記ダイヤフラムに開き方向への牽引力が伝達されるように、出力部材にダイヤフラムに対する引掛け部が設けられることを特徴とする請求項１記載の電動式ダイヤフラム弁。