WO2022269798A1 - 流量制御弁 - Google Patents
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- F16K31/44—Mechanical actuating means
- F16K31/50—Mechanical actuating means with screw-spindle or internally threaded actuating means
Definitions
- the technology disclosed in the present application relates to a flow control valve that controls the flow rate of fluid by changing the distance between the valve body and the valve opening.
- Patent Document 1 and the like disclose a flow rate control valve in which the elasticity of a compression coil spring or the like acts on the valve body to reliably close the valve when the valve is closed.
- Patent Document 1 an inflow port and an outflow port that communicate with a valve chamber are formed at right angles to each other, a valve opening is formed on the outflow port side, and a valve body has a cylindrical shape with a bottom and is fitted into a valve body guide.
- the valve punch is linearly driven by the electric actuator, and the valve body and the outer locking portion are formed.
- a compression coil spring is mounted between the inner locking portion and the bottom surface of the valve body,
- An electric flow control valve is disclosed in which a valve body is pressed against a valve seat by the elasticity of a compression coil spring when the valve is closed.
- the compression coil spring is made of metal from the viewpoint of durability and elastic force. , there is a problem that it is exposed to hot water and rust and the like is easily deteriorated. Moreover, when biasing with a compression coil spring, the compression coil spring must also be increased in order to increase the biasing force. Therefore, there is also the problem that the flow control valve itself becomes large and the cost increases.
- An object of the present invention is to provide a flow control valve capable of suppressing the
- the flow control valve according to claim 1 comprises a casing, a motor, a shaft that rotates when driven by the motor, and a threaded portion formed on the peripheral surface of the shaft.
- a needle that moves in the axial direction of the rotary shaft and has a valve body provided at the end facing the shaft; a valve opening; a valve seat on which the valve body provided around the upper end of the valve opening is seated;
- a holder that supports the shaft and the needle in the casing in an engaged state is provided, and the opening of the valve body provided at the tip of the needle and the valve opening are controlled to increase or decrease, thereby controlling the flow rate of the fluid passing through the valve opening.
- the holder includes a partition wall, a first opening opening to the valve opening side and a second opening opening to the motor side along the axial direction of the rotating shaft across the partition wall.
- a through hole is provided in the center of the partition wall into which the shaft is movably inserted in the axial direction of the rotating shaft, and the needle is prevented from rotating with respect to the holder at the first opening of the holder.
- the second opening of the holder is isolated from the fluid flow path by a partition wall, and the valve is closed at the second opening.
- a biasing member is interposed between the shaft and the casing to bias the shaft in the direction of the valve opening (valve closing direction).
- the flow control valve according to claim 2 is the flow control valve according to claim 1, wherein the biasing member comprises at least one or more wave springs, and at the center of the wave spring is a cavity through which at least the shaft penetrates. is provided.
- a flow control valve according to claim 3 is the flow control valve according to claim 1 or 2, wherein between the shaft and the casing is provided a spring receiver that opens toward the motor side and surrounds the biasing member.
- a flow control valve according to claim 4 is the flow control valve according to claim 3, wherein the spring receiver is arranged independently of the shaft.
- the biasing member is composed of at least one or more wave springs. Since the wave spring can obtain the same biasing force as the coil spring with a small span, the biasing member can be stored in a small space. As a result, an increase in size of parts can be suppressed, and the cost can be reduced.
- FIG. 1 is a cross-sectional view of a closed state of a flow control valve that is an embodiment according to the present invention
- FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a state in which the valve body is further biased in the valve closing direction in the closed state of the flow control valve
- It is (A) a top view, (B) a front view, and (C) a bottom view of a holder according to the present invention.
- a flow control valve 1 which is one embodiment of the present invention, will be described with reference to the drawings.
- the flow control valve 1 is used by being provided in the middle of various hot water supply pipes connected to, for example, a water heater. Therefore, in the present embodiment, hot water and cold water are assumed to be the fluids to be subjected to flow rate control.
- descriptions indicating directions such as “up” and “down” in the description are shown with respect to the drawings, and do not show actual positional relationships.
- FIG. 1 is a cross-sectional view of the flow control valve 1 in the open state.
- a flow control valve 1 has a body 2 .
- a first connecting tube 14 is provided on one side of the lower portion of the body 2 so as to protrude sideways.
- a second connection tube 15 projects downward perpendicular to the axis of the first connection tube 14 on the lower side of the body 2 .
- a primary chamber 17 is formed inside the first connection tube 14 to serve as a fluid inflow side.
- a secondary chamber 18 is formed inside the second connection tube 15 to serve as the outflow side of the fluid.
- the primary chamber 17 is formed so as to gradually narrow toward the inner part.
- the interior of the body 2 above the secondary chamber 18 has a substantially cylindrical opening, and is provided with a valve chamber 16 that houses a valve mechanism 20, which will be described later.
- the upper end of the valve chamber 16 is open, and the motor mechanism 3 is mounted on the upper surface of the body 2 via a bracket 4 with a screw or the like (not shown) at the upper end, that is, above the body 2.
- a holder 5 constituting a mechanism 20 is assembled and held in the body 2 with its upper end sandwiched between the upper end of the body 2 and the bracket 4 .
- the motor mechanism 3 is composed of a motor (not shown) and a drive unit, and rotates a shaft 7, which will be described later.
- a stepping motor is used as the motor, but the motor is not limited to this, and a DC motor, a geared motor, or the like can also be used.
- the valve chamber 16 is an opening formed by continuously forming an upper upper opening 16a and a lower lower opening 16b having a slightly smaller diameter than the upper opening 16a. Between the valve chamber 16 and the secondary chamber 18, a valve port 19 is provided which is a cylindrical opening that communicates the valve chamber 16 and the secondary chamber 18 with each other.
- a valve seat 13 is provided at the boundary between the valve port 19 and the valve chamber 16 so as to protrude toward the valve chamber 16 .
- the valve seat 13 has an arc-shaped upper surface and is formed in an annular shape along the outer periphery of the lower opening 16b. do.
- the valve mechanism 20 is provided with the holder 5 assembled and held by the body 2 as described above, the shaft 7 rotated by the motor mechanism 3, and the female screw that engages with the male screw of the shaft 7.
- a needle 6 that can slide vertically in a holder 5, a wave spring 9 that integrates with the needle 6 when the valve is closed and urges the shaft 7 in the direction of the valve opening 19 (valve closing direction), and the wave spring 9 is surrounded.
- a cup (spring receiver) 8 is provided.
- a packing 12 is provided at the lower end of the needle 6 to be seated on a valve seat 13 when the valve is closed.
- An O-ring 10 is provided between the body 2 and the holder 5, and an O-ring 11 is provided between the holder 5 and the needle 6. These O-rings keep the valve chamber 16 sealed.
- the packing 12 (not shown) is fixed to the needle 6 by, for example, a pipe-shaped mounting member.
- valve mechanism 20 The details of each component that constitutes the valve mechanism 20 will be described.
- FIG. 4 is a top view of the holder 5 (A) viewed from above, (B) a front view (perspective view), and (C) a bottom view viewed from below.
- the holder 5 has, in a front view, an upper mounting portion 5a sandwiched between the upper end of the body 2 and the bracket 4, a cylindrical upper holder portion 5b, and an upper holder portion 5b having an outer diameter. It is formed from a lower holder part 5c which is smaller and has a holder recess 5d for fitting the O-ring 10 in the lower part.
- the outer diameter of the upper holder portion 5b is slightly smaller than the inner diameter of the upper opening portion 16a of the valve chamber 16, and the outer diameter of the upper and lower protrusions 5k sandwiching the holder recessed portion 5d and the maximum outer diameter of 5 m are the same as the valve chamber 16.
- the inner diameter of the lower opening 16b of the holder 5 is slightly smaller than that of the lower opening 16b.
- the upper mounting portion 5a is provided with a cylindrical upper opening 5f that opens upward, and the lower holder portion 5c is provided with a lower opening 5g that opens downward.
- a partition wall 5p having a through hole 5n through which the shaft 7 penetrates is provided in the center. The diameter of the through hole 5n is set slightly larger than the outer diameter of the shaft 7 so that the shaft 7 can slide.
- the inner surface of the upper opening 5f is provided with a vertically extending prismatic upper projection 5h for locking the rotation of the cup 8.
- prismatic lower projections 5j, 5j extending vertically for locking the rotation of the needle 6 are provided at opposite positions on the inner surface of the lower opening 5g.
- the upper attachment portion 5a has screw holes through which screws (not shown) are inserted for attaching the motor mechanism 3 to the body 2 via the holder 5 and the bracket 4. 5e, 5e are provided.
- FIG. 5 shows (A) a top view of the needle 6 viewed from above, (B) a front view (perspective view), and (C) a bottom view of the needle 6 viewed from below.
- the needle 6 has a cylindrical upper needle portion 6a whose outer diameter is slightly smaller than the opening diameter of the lower opening portion 5g of the holder 5, and a cylindrical upper needle portion 6a whose outer diameter is smaller than the upper needle portion 6a.
- a cylindrical lower needle portion 6b having substantially the same outer diameter as the upper needle portion 6a; a needle lower end portion 6c provided with a packing concave portion 6f to which the packing 12 is attached; Needle guides 6g, 6g, and 6g are formed on the lower end face of the needle lower end portion 6c at approximately equal intervals on the circumference.
- the diameter of the circumscribed circle formed by the outer surfaces of the needle guides 6g, 6g, and 6g is slightly smaller than the opening diameter of the valve port 19. The needle 6 is guided to the central axis of the valve port 19 when the needle 6 moves vertically.
- the needle 6 is provided with a needle opening 6h that extends from the upper needle portion 6a to the needle lower end portion 6c and opens upward.
- the inner surface of the needle opening 6h is processed with a female thread that fits with the male thread 7f of the shaft 7.
- the outer surface of the upper needle portion 6a is provided with needle recesses 6d, 6d which are fitted to the lower protrusions 5j, 5j of the holder 5, at opposing positions. It is
- the shaft 7 is composed of, from the top in the front view, an upper shaft portion 7a, a shaft support portion 7b, and a lower shaft portion 7c having different diameters.
- a gear portion 7e that engages with a gear portion (not shown) in the motor mechanism 3 is provided on the upper portion of the upper shaft portion 7a, and a female screw machined into the needle opening portion 6h is engaged on the side surface of the lower shaft portion 7c.
- a male screw 7f is processed.
- the shaft 7 is provided with a shaft opening 7d extending from the upper shaft portion 7a to the lower shaft portion 7c and opening upward.
- FIG. 7 shows (A) a top view of the cup 8 and (B) a front view.
- the cup 8 is formed of a frustoconical upper cup portion 8a and a cylindrical lower cup portion 8b.
- the upper cup portion 8a is provided with a cylindrical cup opening 8c that opens upward for disposing the wave spring 9.
- a cup through hole 8d through which the portion 7a passes is provided.
- the outer surface of the cup 8 is provided with a cup concave portion 8e that fits into the upper convex portion 5h of the holder 5. As shown in FIG.
- FIG. 8 is a top view of the wave spring 9 (A) and a front view (B).
- the wave spring 9 is provided with an opening 9a through which the upper shaft portion 7a of the shaft 7 passes.
- the wave spring 9 is made of stainless steel in order to obtain a high biasing force.
- the wave spring 9 is not limited to be made of stainless steel, but may be made of other materials depending on the required urging force and application.
- FIG. 9 is a diagram illustrating (A) the engagement state between the holder 5 and the cup 8 and (B) the engagement state between the holder 5 and the needle 6 in this embodiment.
- the upper protrusion 5h of the holder 5 and the cup recess 8e of the cup 8 are fitted, and the lower protrusions 5j, 5j of the holder 5 and the needle recesses 6d, 6d of the needle 6 are fitted. Even if the shaft 7 rotates, the needle 6 and the cup 8 are prevented from rotating.
- FIG. 1 is a cross-sectional view of the flow control valve 1 when it is open
- FIG. 2 is a cross-sectional view of the flow control valve 1 when it is closed.
- the opening degree between the packing 12 which is a valve element and the valve port 19 By controlling the opening degree between the packing 12 which is a valve element and the valve port 19, the flow rate of hot water or cold water flowing through the valve port 19 can be controlled.
- the needle 6 moves within the lower opening 5g of the holder 5 without rotating, the wear of the O-ring 11 that maintains a sealed state with respect to the holder 5 can be suppressed. Since the life of the O-ring 11 can be extended by this, maintenance becomes easy.
- the motor mechanism 3 rotates the shaft 7 in the direction opposite to that for opening the valve, thereby moving the needle 6 as indicated by the arrow (1) in FIG. downwards.
- the needle guides 6 g , 6 g , 6 g of the needle 6 allow the needle 6 to move downward along the central axis of the valve port 19 .
- FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a state in which the packing 12 is further pushed into the valve seat 13 in the closed state of the flow rate control valve 1 to completely close the valve port 19 .
- the shaft 7 is further rotated in the valve closing direction by the motor mechanism 3 .
- a predetermined gap is provided between the upper end of the shaft 7 and the motor mechanism 3 in advance.
- the shaft 7 moves in the direction of the motor mechanism 3 as indicated by arrow (1) in FIG.
- the wave spring 9 in the cup 8 arranged between the shaft 7 and the bracket 4 is compressed by the movement of the shaft 7 .
- the biasing force of the compressed wave spring 9 presses the shaft 7 together with the needle 6 in the direction of the valve port 19, so that the needle 6 is integrated with the shaft 7 as shown by arrow (2) in FIG.
- the packing 12 provided at the lower end of the needle 6 can be pushed into the valve seat 13 to completely close the valve opening 19 .
- the cup 8, which is a spring receiver for the wave spring 9 has an upper end surface of the cup 8 that contacts the bracket 4 when the shaft 7 moves to the motor mechanism 3, thereby suppressing excessive movement of the shaft 7. This prevents excessive deformation of the wave spring 9 and prevents the wave spring 9 from being damaged. Further, as described above, the cup 8 is independent of the shaft 7 and its rotation is restrained by the holder 5, so that the torsional stress caused by the rotation of the cup 8 and the wave spring 9 can be restrained.
- the wave spring 9 used in this embodiment can obtain the same load force as the coil spring with a smaller span than the coil spring used in the conventional flow control valve, so the wave spring 9 can be installed in a small space. Can be stored. As a result, an increase in size of parts can be suppressed, and the cost can be reduced.
- the cup 8 containing the wave spring 9 is arranged in the upper opening 5f of the holder 5, which is isolated from the flow path of hot water and cold water by the partition wall 5p and the O-ring 11 of the holder 5. Since the wave spring 9 can be prevented from being exposed to hot water or the like, it is possible to prevent the wave spring 9 from being rusted.
- the wave spring 9, which further urges the packing 12 to reliably close the valve when the valve is closed, is not exposed to hot or cold water, which is a fluid, and in a small space.
- the flow control valve 1 is an example of a flow control valve
- the body 2 is an example of a casing
- the motor mechanism 3 is an example of a motor
- the shaft 7 is an example of a shaft
- the needle 6 is an example of a needle.
- the valve port 19 is an example of a valve port
- the packing 12 is an example of a valve element
- the valve seat 13 is an example of a valve seat
- the holder 5 is an example of a holder
- the partition 5p is an example of a partition.
- the lower opening 5g is an example of a first opening
- the upper opening 5f is an example of a second opening
- the wave spring 9 is an example of a biasing member
- the cup 8 is a spring receiver. is an example.
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Abstract
弁体に付勢して確実に閉止する付勢部材を流体に晒すことなく、かつ、流量制御弁の大型化を抑止することが可能な流量制御弁を提供する。 隔壁(5p)と、隔壁(5p)を挟んで回転軸の軸線方向に沿って、弁口(19)に開口する下部開口部(5g)と、モータ機構(3)側に開口する上部開口部(5f)とを備えたホルダー(5)と、ホルダー(5)の下部開口部(5g)において、ホルダー(5)に対して回り止めされた状態でシャフト(7)の回転軸線方向に移動自在にホルダー(5)に支持されるニードル(6)とを備え、ホルダー(5)の上部開口部(5f)は、隔壁(5p)により流体の流路とは隔離し、上部開口部(5f)において、閉弁時にニードル(6)と一体としてシャフト(7)を弁口(19)方向(閉弁方向)に付勢するウェーブスプリング(9)をシャフト(7)とボディ(2)の上端部に設けたブラケット(4)との間に介在させた。
Description
本願に開示の技術は、弁体と弁口との間隔を変化させることにより流体の流量を制御する流量制御弁に関する。
従来、閉弁時において圧縮コイルばねなどの弾力が弁体に作用して確実に閉止されるようにした流量制御弁が特許文献1などに開示されている。
特許文献1には、弁室に連通する流入ポートと流出ポートが互いに直角をなして形成され、流出ポート側に弁口が形成され、弁体は有底筒形をなして弁体ガイドに嵌合し、電動アクチュエータにより直線方向に駆動される弁杵には弁体内とその外に係止部が形成され、内側の係止部と弁体の底面との間に圧縮コイルばねが装着され、閉弁状態において圧縮コイルばねの弾力により弁体が弁座に押し付けられる電動流量制御弁が開示されている。
特許文献1の電動流量制御弁では、電動アクチュエータの駆動により弁杵を下降させて、弁体が弁座に接触して弁口を閉じた状態で、さらに弁杵を下降させると、圧縮コイルばねが圧縮されてその弾力により弁体が弁座に押し付けられ、確実に閉止することができる。
しかしながら、耐久性や弾性力の点から圧縮コイルばねは金属製であることが多く、特許文献1のように流路内に圧縮コイルばねを装着する場合、流量を制御する流体が湯水などの場合、湯水に晒されて錆などが発生して劣化しやすいという問題がある。また、圧縮コイルばねで付勢する場合、付勢力を大きくするためには、圧縮コイルばねも大きくしなければならない。そのため、流量制御弁自体が大型化し、コストが高くなってしまうという問題もある。
本願に開示される技術は、上記の課題に鑑み提案されたものであって、弁体に付勢して確実に閉止する付勢部材を流体に晒すことなく、かつ、流量制御弁の大型化を抑止することが可能な流量制御弁を提供することを目的とする。
前記目的を達成するため請求項1に係る流量制御弁は、ケーシングと、モータと、モータの駆動で回転するシャフトと、シャフトの周面に形成されたネジ部に螺合し、シャフトの回転により該回転軸の軸線方向に移動し、シャフトとは対向する端部に弁体を設けたニードルと、弁口と、弁口の上端部の周囲に設けられた弁体が着座する弁座と、シャフトとニードルとを係合した状態でケーシング内に支持するホルダーとを備え、ニードルの先端に設けた弁体と弁口の開度を増減制御して弁口を通過する流体の流量を制御する流量制御弁において、ホルダーは、隔壁と、該隔壁を挟んで回転軸の軸線方向に沿って、弁口側に開口する第1の開口部と、モータ側に開口する第2の開口部とを備え、かつ、隔壁の中心にはシャフトが回転軸の軸線方向に移動自在に挿入される貫通穴が設けられており、ニードルは、ホルダーの第1の開口部において、ホルダーに対して回り止めされた状態でシャフトの回転軸線方向に移動自在にホルダーに支持されており、ホルダーの第2の開口部は、隔壁により流体の流路とは隔離されており、第2の開口部において、閉弁時にニードルと一体としてシャフトを弁口方向(閉弁方向)に付勢する付勢部材をシャフトとケーシングとの間に介在させたことを特徴とする。
請求項2に係る流量制御弁は、請求項1に記載の流量制御弁において、付勢部材は、少なくとも1つ以上のウェーブスプリングからなり、該ウェーブスプリングの中心には、少なくともシャフトが貫通する空洞が設けられていることを特徴とする。
請求項3に係る流量制御弁は、請求項1または2に記載の流量制御弁において、シャフトとケーシングとの間には、モータ側に開口し、付勢部材を囲うバネ受けを設けたことを特徴とする。
請求項4に係る流量制御弁は、請求項3に記載の流量制御弁において、バネ受けは、シャフトとは独立して配設されることを特徴とする。
請求項1に係る流量制御弁では、ニードルの先端に設けた弁体が弁座に着座した状態でさらにシャフトを回転させて、(ニードルに対して)シャフトを後退させると、シャフトとケーシングとの間に介在させた付勢部材が圧縮され、生じた付勢部材の付勢力によりニードルとシャフトとを係合した状態でニードルが弁口側に付勢されるため、ニードルの先端に設けた弁体により弁口を完全に閉止させることができる。さらに、隔壁により流体の流路と隔離した、弁体とは反対側の開口部(第2の開口部)に付勢部材を配置したことにより、付勢部材が湯水などに晒されることを抑止できる。そのため、付勢部材が金属製の場合でも錆の発生を抑止することができる。
請求項2に係る流量制御弁では、付勢部材は、少なくとも1つ以上のウェーブスプリングからなる。ウェーブスプリングは、小スパンでコイルバネと同荷重の付勢力が得られることから、小スペースに付勢部材を収納できる。これにより、部品の大型化が抑止され、コストも低減できる。
請求項3に係る流量制御弁では、付勢部材を囲う(例えばカップ形状の)バネ受けを設けることにより、シャフトがモータ側に後退する場合に、バネ受けのモータ側の端部をケーシングに当接させるようにする。これにより、付勢部材への過剰の負荷を抑止することができて、付勢部材の過剰変形を抑止することができる。
請求項4に係る流量制御弁では、バネ受けをシャフトから独立させることにより、シャフトが回転してもバネ受けや付勢部材の回転が抑止されるため、バネ受けや付勢部材の回転によるねじれ応力を抑止することができる。
まず、本発明にかかる一実施形態である流量制御弁1について図面を参照して説明する。流量制御弁1は、たとえば給湯器などに接続される各種の給湯用配管の途中に設けられて使用される。このため、本実施形態においては、流量制御対象となる流体は、湯水および水とする。尚、説明中に方向を示す「上」、「下」など方向を示す記載は図面に対して示したものであり、実際の位置関係を示したものではない。
図1は、流量制御弁1の開弁状態における断面図である。流量制御弁1はボディ2を有している。ボディ2の下部の一側には第1接続筒14が側方へ向けて突設されている。ボディ2の下部の下側には、第1接続筒14の軸心に対して垂直に第2接続筒15が下方に向けて突設されている。第1接続筒14の内部には流体の流入側となる一次室17が形成されている。一方、第2接続筒15の内部には流体の流出側となる二次室18が形成されている。
一次室17は奥部に行くにつれて次第に窄まるようにして形成されている。二次室18の上方のボディ2の内部は略円柱状の開口部となっており、下述する弁機構20を収納する弁室16が設けられている。弁室16の上端部は開口しており、その上端、すなわち、ボディ2の上方にはブラケット4を介してモータ機構3が図示しないネジなどによりボディ2の上面に取り付けられるとともに、下述する弁機構20を構成するホルダー5が、その上端部がボディ2の上端とブラケット4との間に挟持されてボディ2に組付け保持されている。モータ機構3は図示しないモータや駆動部より構成されており、下述するシャフト7を回転駆動する。本実施形態では、モータとしてステッピングモータを採用するが、これに限定することなく、DCモータやギヤードモータなども採用可能である。
弁室16は、それぞれ円柱状に形成された、上部の上部開口部16aと、上部開口部16aよりやや径が小さい下部の下部開口部16bとが連続して構成された開口部である。弁室16と二次室18との間には、弁室16と二次室18とを連通する円柱状の開口部からなる弁口19が設けられている。弁口19と弁室16との境界には弁座13が弁室16の方向に突出して設けられている。弁座13は上面が円弧状で下部開口部16bの外周に沿って円環状に形成されており、下述するように、流量制御弁1の閉弁時において、パッキン12が弁座13に着座する。
次に本発明にかかる流量制御弁1の弁機構20について図面を参照して説明する。
弁機構20は、上述したようにボディ2に組付け保持されたホルダー5と、モータ機構3により回転するシャフト7と、シャフト7の雄ネジと嵌合する雌ネジを設けてシャフト7の回転によりホルダー5内を上下方向に摺動可能なニードル6と、閉弁時にニードル6と一体としてシャフト7を弁口19の方向(閉弁方向)に付勢するウェーブスプリング9と、ウェーブスプリング9を囲うカップ(バネ受け)8とから構成される。また、ニードル6の下端部には、閉弁時に弁座13に着座するパッキン12が設けられている。ボディ2とホルダー5との間にはOリング10が、また、ホルダー5とニードル6との間にはOリング11が設けられ、これらOリングによりシール状態が保持されることにより、弁室16内において、ウェーブスプリング9とカップ8が設けられた弁室16の上部開口部16aと、パッキン12などが設けられた湯水や水の流路である弁室16の下部開口部16bとが隔離されるようになっている。なお、パッキン12は(図示はしない)例えば、パイプ状のような取付部材により、ニードル6に固定されている。
弁機構20を構成する各部品について、その詳細を説明する。
図4はホルダー5の(A)上から見た上面図、(B)正面図(透視図)、(C)下から見た下面図である。図4に示すようにホルダー5は、正面図において上から、ボディ2の上端とブラケット4との間に挟持される上部取付部5a、円筒状の上部ホルダー部5b、外径が上部ホルダー部5bより小さい円筒状で下部にOリング10を嵌め込むためのホルダー凹部5dを設けた下部ホルダー部5cから形成されている。上部ホルダー部5bの外径は弁室16の上部開口部16a内径よりやや小さく、また、ホルダー凹部5dを挟む上下の凸部5kの外径、および、5mの外径の最大径は弁室16の下部開口部16bの内径よりやや小さくなっており、これにより、ホルダー5は、弁室16内に収納され、かつ、ボディ2に取り付け保持されるようになっている。
上部取付部5aには上方に開口する円柱形状の上部開口部5fが、また、下部ホルダー部5cには下方に開口する下部開口部5gが設けられており、上部開口部5fと下部開口部5gとの間には中央にシャフト7が貫通する貫通穴5nを設けた隔壁5pが設けられている。貫通穴5nの径はシャフト7が摺動可能程度にシャフト7の外径よりやや大きく設定されている。また、図4の(A)に示すように上部開口部5fの内側面にはカップ8の回転を係止するための上下方向に伸長する角柱形状の上部凸部5hが設けられており、図4の(C)に示すように下部開口部5gの内側面には相対する位置にニードル6の回転を係止するための上下方向に伸長する角柱形状の下部凸部5j、5jが設けられている。
図4の(A)および(C)に示すように、上部取付部5aには、モータ機構3をホルダー5およびブラケット4を介してボディ2に取り付けるための(図示しない)ネジが貫通するネジ穴5e、5eが設けられている。
図5はニードル6の(A)上から見た上面図、(B)正面図(透視図)、(C)下から見た下面図である。図5に示すようにニードル6は、正面図において上から、外径がホルダー5の下部開口部5gの開口径よりやや小さい円筒状の上部ニードル部6a、外径が上部ニードル部6aより小さい円筒状でOリング11を嵌め込むためのニードル凹部6e、外径が上部ニードル部6aと略同一の円筒状の下部ニードル部6b、パッキン12が取り付けられるパッキン凹部6fが設けられたニードル下端部6c、ニードル下端部6cの下端面に円周上に略等間隔に設けられたニードルガイド6g、6g、6gから形成されている。ニードルガイド6g、6g、6gの外面から形成される外接円の径は弁口19の開口径よりやや小さく、ニードルガイド6g、6g、6gが弁口19内を上下方向に摺動させることにより、ニードル6が上下方向に移動する際に、ニードル6を弁口19の中心軸に案内する。
図5の(B)に示すように、ニードル6には上部ニードル部6aからニードル下端部6cに亘って伸長し、上方に開口するニードル開口部6hが設けられている。ニードル開口部6hの内側面は、シャフト7の雄ネジ7fと嵌合する雌ネジが加工されている。また、図5の(A)および(B)に示すように、上部ニードル部6aの外側面にはホルダー5の下部凸部5j、5jに嵌合するニードル凹部6d、6dが相対する位置に設けられている。
図6は、シャフト7の(A)上から見た上面図、(B)正面図、(C)下から見た下面図、(D)断面図である。図6に示すように、シャフト7には、正面図において上から、それぞれ異なる径の円柱状の上部シャフト部7a、シャフト支持部7b、下部シャフト部7cから形成されている。上部シャフト部7aの上部にはモータ機構3内の図示しないギア部と嵌合するギア部7eが設けられ、下部シャフト部7cの側面にはニードル開口部6hに加工された雌ネジと嵌合する雄ネジ7fが加工されている。また、図6の(D)に示すように、シャフト7には上部シャフト部7aから下部シャフト部7cに亘って伸長し、上方に開口するシャフト開口部7dが設けられている。
図7は、カップ8の(A)上から見た上面図、(B)正面図である。図7に示すように、カップ8は、円錐台形状の上部カップ部8a、円柱形状の下部カップ部8bから形成されている。上部カップ部8aには、ウェーブスプリング9が配されるための円柱形状で上方に開口するカップ開口部8cが設けられ、下部カップ部8bにはカップ開口部8cに連通し、シャフト7の上部シャフト部7aが貫通するカップ貫通穴8dが設けられている。また、カップ8の外側面には、ホルダー5の上部凸部5hに嵌合するカップ凹部8eが設けられている。
図8は、ウェーブスプリング9の(A)上から見た上面図、(B)正面図である。ウェーブスプリング9にはシャフト7の上部シャフト部7aが貫通する開口部9aが設けられている。尚、本実施形態では、ウェーブスプリング9は、高い付勢力を得るため、金属であるステンレスで形成されている。ここで、ウェーブスプリング9はステンレス製に限定するものでななく、必要する付勢力や用途に応じて他の材質ものもでも採用可能である。
図9は、本実施形態における(A)ホルダー5とカップ8の係合状態、(B)ホルダー5とニードル6の係合状態を説明する図である。上述したように、ホルダー5の上部凸部5hとカップ8のカップ凹部8eとが嵌合し、ホルダー5の下部凸部5j、5jとニードル6のニードル凹部6d、6dとが嵌合するため、シャフト7が回転しても、ニードル6およびカップ8は回転が係止されるようになっている。
次に、上記のように構成された本発明にかかる流量制御弁1の弁機構20の作用効果を説明する。図1は、上述のように、流量制御弁1の開弁時の断面図であり、図2は、流量制御弁1の閉弁時の断面図である。
図1に示すように、流量制御弁1を開弁する時は、モータ機構3によりシャフト7を回転させてニードル6を上方に移動させる。上記のように、シャフト7の雄ネジ7fとニードル6の雌ネジとは嵌合しており、また、ニードル6はホルダー5により回転を係止されているため、シャフト7を回転させるとニードル6は回転が抑止された状態で、ホルダー5の下部開口部5g内をシャフト7の軸方向に上方移動する。シャフト7を回転させてニードル6を上方に移動させると、図1に示すように、弁座13からニードル6の下端部に設けられたパッキン12が隔離して弁口19が開口し、流体である湯水または水が一次室17から弁室16および弁口19を介して二次室18に流れるようになる。弁体であるパッキン12と弁口19との開度を制御することにより、弁口19に流れる湯水または水の流量を制御することができる。ここで、前述のように、ニードル6は回転することなくホルダー5の下部開口部5g内を移動するため、ホルダー5に対してシール状態を保持するOリング11の摩耗を抑止することができる。これによりOリング11の寿命を延ばすことができるため、メンテナンスが容易になる。
図2に示すように、流量制御弁1を閉弁する時は、モータ機構3によりシャフト7を上記開弁する時とは逆の方向に回転させてニードル6を図2の矢印(1)のように下方に移動させる。上記のように、ニードル6のニードルガイド6g、6g、6gにより、ニードル6は弁口19の中心軸に沿って下方に移動させることができる。ニードル6が下方に移動してニードル6の下端部に設けられたパッキン12が弁座13に着座すると弁口19は閉止されて、閉弁する。
しかしながら、図2に示す閉弁状態では、パッキン12と弁座13との間に隙間が生じて弁口19を完全に閉止できない場合がある。そこで、弁口19を完全に閉止するために、さらにパッキン12を弁座13に少し押し込む必要がある。
図3は、流量制御弁1の閉弁状態においてさらにパッキン12を弁座13に少し押し込んで、弁口19を完全に閉止させた状態を説明する断面図である。
図2に示す閉弁状態で、さらにモータ機構3によりシャフト7を閉弁方向に回転させる。本実施形態では、予めシャフト7の上端部とモータ機構3との間には所定の隙間が設けられているため、閉弁状態でさらにモータ機構3によりシャフト7を閉弁方向に回転させると、図3の矢印(1)に示すように、シャフト7がモータ機構3の方向に移動する。すると、シャフト7とブラケット4との間に配されたカップ8内のウェーブスプリング9がシャフト7の移動により圧縮される。圧縮されたウェーブスプリング9の付勢力により、シャフト7がニードル6と一体として弁口19の方向に押圧されるため、図3の矢印(2)に示すように、ニードル6がシャフト7と一体として弁口19の方向に移動し、これにより、ニードル6の下端部に設けられたパッキン12を弁座13に押し込んで弁口19を完全に閉止させることができる。ウェーブスプリング9のバネ受けであるカップ8は、シャフト7がモータ機構3に移動する際にカップ8の上端面をブラケット4に当接させて、シャフト7が過度に移動することを抑止するために設けたものであり、これにより、ウェーブスプリング9の過剰変形を抑止し、ウェーブスプリング9の損傷を防止することができる。また、上記のように、カップ8はシャフト7から独立しており、かつ、ホルダー5により回転を抑止されているので、カップ8やウェーブスプリング9の回転によるねじれ応力を抑止することができる。
また、本実施形態で採用したウェーブスプリング9は、従来の流量制御弁で用いられているコイルバネに比べ、小スパンでコイルバネと同荷重の付勢力が得られることから、小スペースにウェーブスプリング9を収納できる。これにより、部品の大型化が抑止され、コストも低減できる。
さらに、ウェーブスプリング9を収納したカップ8は、ホルダー5の隔壁5pやOリング11により湯水や水が流れる流路と隔離したホルダー5の上部開口部5fに配されているため、ウェーブスプリング9が湯水などに晒されることを抑止できるため、ウェーブスプリング9に錆が発生することを抑止することができる。
以上のように、本実施形態である流量制御弁1では、閉弁時にさらにパッキン12を付勢して確実に閉止するウェーブスプリング9を流体である湯水または水に晒すことなく、かつ、小スペースに収納できるウェーブスプリング9の採用により流量制御弁の大型化を抑止することができるのである。
ここで、流量制御弁1は流量制御弁の一例である、ボディ2はケーシングの一例であり、モータ機構3はモータの一例であり、シャフト7はシャフトの一例であり、ニードル6はニードルの一例であり、弁口19は弁口の一例であり、パッキン12は弁体の一例であり、弁座13は弁座の一例であり、ホルダー5はホルダーの一例であり、隔壁5pは隔壁の一例であり、下部開口部5gは第1の開口部の一例であり、上部開口部5fは第2の開口部の一例であり、ウェーブスプリング9は付勢部材の一例であり、カップ8はバネ受けの一例である。
以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、これらはあくまでも例示であって、本発明はかかる実施形態における具体的な記載によって、何等、限定的に解釈されるものでなく、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることが、理解されるべきである。
1・・流量制御弁
2・・ボディ
3・・モータ機構
5・・ホルダー
6・・ニードル
7・・シャフト
8・・カップ
9・・ウェーブスプリング
10、11・・Oリング
12・・パッキン
13・・弁座
16・・弁室
17・・一次室
18・・二次室
19・・弁口
20・・弁機構
2・・ボディ
3・・モータ機構
5・・ホルダー
6・・ニードル
7・・シャフト
8・・カップ
9・・ウェーブスプリング
10、11・・Oリング
12・・パッキン
13・・弁座
16・・弁室
17・・一次室
18・・二次室
19・・弁口
20・・弁機構
Claims (4)
- ケーシングと、
モータと、
前記モータの駆動で回転するシャフトと、
前記シャフトの周面に形成されたネジ部に螺合し、前記シャフトの回転により該回転軸の軸線方向に移動し、前記シャフトとは対向する端部に弁体を設けたニードルと、
弁口と、
前記弁口の上端部の周囲に設けられた前記弁体が着座する弁座と、
前記シャフトと前記ニードルとを係合した状態で前記ケーシング内に支持するホルダーとを備え、
前記ニードルの先端に設けた前記弁体と前記弁口のと増減制御して前記弁口を通過する流体の流量を制御する流量制御弁において、
前記ホルダーは、隔壁と、該隔壁を挟んで前記回転軸の軸線方向に沿って、前記弁口側に開口する第1の開口部と、前記モータ側に開口する第2の開口部とを備え、かつ、前記隔壁の中心には前記シャフトが前記回転軸の軸線方向に移動自在に挿入される貫通穴が設けられており、
前記ニードルは、前記ホルダーの前記第1の開口部において、前記ホルダーに対して回り止めされた状態で前記シャフトの回転軸線方向に移動自在に前記ホルダーに支持されており、
前記ホルダーの前記第2の開口部は、前記隔壁により流体の流路とは隔離されており、
前記第2の開口部において、閉弁時に前記ニードルと一体として前記シャフトを弁口方向(閉弁方向)に付勢する付勢部材を前記シャフトと前記ケーシングとの間に介在させたことを特徴とする流量制御弁。 - 前記付勢部材は、少なくとも1つ以上のウェーブスプリングからなり、
該ウェーブスプリングの中心には、少なくとも前記シャフトが貫通する空洞が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の流量制御弁。 - 前記シャフトと前記ケーシングとの間には、前記モータ側に開口し、前記付勢部材を囲うバネ受けを設けたことを特徴とする請求項1または2に記載の流量制御弁。
- 前記バネ受けは、前記シャフトとは独立して配設されることを特徴とする請求項3に記載の流量制御弁。
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
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---|---|---|---|
PCT/JP2021/023770 WO2022269798A1 (ja) | 2021-06-23 | 2021-06-23 | 流量制御弁 |
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PCT/JP2021/023770 WO2022269798A1 (ja) | 2021-06-23 | 2021-06-23 | 流量制御弁 |
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WO (1) | WO2022269798A1 (ja) |
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---|---|---|---|---|
JP2014518361A (ja) * | 2011-06-27 | 2014-07-28 | ジェジアン サンホァ シーオーエルティーディー | 流量調整弁 |
JP2016133156A (ja) * | 2015-01-19 | 2016-07-25 | 株式会社鷺宮製作所 | 電動弁 |
-
2021
- 2021-06-23 JP JP2023501377A patent/JP7425522B2/ja active Active
- 2021-06-23 WO PCT/JP2021/023770 patent/WO2022269798A1/ja active Application Filing
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014518361A (ja) * | 2011-06-27 | 2014-07-28 | ジェジアン サンホァ シーオーエルティーディー | 流量調整弁 |
JP2016133156A (ja) * | 2015-01-19 | 2016-07-25 | 株式会社鷺宮製作所 | 電動弁 |
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---|---|
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JP7425522B2 (ja) | 2024-01-31 |
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