JPH073271B2 - 流量制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、流体通路内を流れる流体の流量を制御する流
量制御装置に関し、例えば給湯器用熱交換器に供給する
水量を制御する水量制御装置、あるいはバーナに供給す
る燃料量を制御する燃料量制御装置に用いて好適な流量
制御装置にかかわる。

［従来の技術］ 従来より、流量制御装置としては、例えば給湯器用熱交
換器に供給する水量を制御する水量制御装置がある。

このような水量制御装置100は、第６図に示すように、
制御室111、軸方向流体通路112および径方向流体通路11
3を有するハウジング110と、このハウジング110に摺動
自在に支持され、制御室111内を回動しながら軸方向に
往復変移する弁体120と、この弁体120に連結されたねじ
付き可動スリーブ130を回動させて弁体120を軸方向に往
復変移させるギヤーモータ（図示せず）とから構成され
ている。

この水量制御装置100は、弁体120をギヤーモータにより
往復変移させることによって、制御室111を介する軸方
向流体通路112と径方向流体通路113との連通度合、つま
り流体通路の開口面積を変化させて水量を制御してい
る。

なお、水量制御装置100は、例えば径方向流体通路113か
ら制御室111内に流入した水の水量を絞って軸方向流体
通路112に流出させる際に、弁体120の弁頭部121に軸方
向に力が加わる。

径方向流体通路113を流れる水の水圧をP₁、軸方向流体
通路112を流れる水の水圧をP₂、弁体120の弁棒部122の
横断面積をS₁、弁体120の弁頭部121の横断面積をS₂とし
た場合、弁体120が停止しているときの弁体120の軸方向
の荷重の式は、 W₁＝P₁×（S₂−S₁）……図示右方向に加わる軸方向の荷
重 W₂＝P₂×S₂……図示左方向に加わる軸方向の荷重 ［発明が解決しようとする課題］ ところが、水量制御装置100は、水量を絞った際に、水
圧P₁は水圧P₂に対して著しく大きいため、弁体120の弁
頭部121の図示右方向に加わる軸方向の荷重W₁が図示左
方向に加わる軸方向の荷重W₂に対して著しく大きくな
り、弁体120が図示右方向に押された状態となる。よっ
て、水量制御装置100は、水量を絞った状態から弁体120
を図示左方向に変移させて水量を増加させるときに、大
きな力が必要となり容易に弁体120を動かすことができ
ないという問題点があった。

また、従来の水量制御装置100は、軸方向流体通路112と
径方向流体通路113とを水が流れる際に、弁体120の弁棒
部122の先端に設けられた弁頭部121とハウジング110と
の間で形成される１つの連通路のみを通って水が流れる
ようになっているので、水が連通路を通過する際の通過
抵抗が大きく、最大流量の流量値を大きくとることがで
きないという問題点もあった。さらに、最大流量の値を
大きくするためには、前述の連通路を大きくする必要が
あるため、水量制御装置100が大型化するという問題点
もあった。

本発明の目的は、流量を絞った際に弁体に加わる逆向き
の軸方向の荷重を釣り合わせて打ち消すことにより、変
移手段を小さな力でスムーズに動かすことができる流量
制御装置を提供することにある。

また、本発明の目的は、流体の通過抵抗を小さくして、
最大流量の流量値を大きく設定でき、且つ最大流量の流
量値を大きく設定しても大型化を防止できる流量制御装
置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の流量制御装置は、流体の流量制御が行われる制
御室と、この制御室の径方向に隣設され、常に前記制御
室に連通する第１流体通路、および前記制御室の軸方向
の一方側に隣設され、前記第１流体通路に前記制御室を
介して連通する第２流体通路を有するハウジングと、こ
のハウジングに摺動自在に支持され、前記制御室内を軸
方向に往復変移する変移手段と、この変移手段を軸方向
に往復駆動する駆動手段とを備えた流量制御装置であ
る。

そして、前記ハウジングは、前記制御室の軸方向の前記
第２流体通路側に対して逆側に隣設され、前記第１流体
通路に前記制御室を介して連通する均圧室、前記変移手
段が着座した際に前記制御室と前記第２流体通路とを区
画する第１区画部、および内周より内方に突出して設け
られ、前記変移手段が着座した際に前記制御室と前記均
圧室とを区画する第２区画部を有している。

さらに、前記変移手段は、内部に、常に前記均圧室と前
記第２流体通路とを連通する連通孔を形成した弁体であ
って、前記弁体は、最小流量時のみ前記第１区画部に略
着座し、且つその他は前記第１区画部を開放する第１弁
部、および外周より外方に突出して設けられ、最小流量
時に前記第２区画部に略着座し、且つ少なくとも最大流
量時に前記第２区画部を開放する第２弁部を有してい
る。

なお、第１区画部と第２区画部との開放時期と遮断時期
とをずらしても良い。

［作用］ 駆動手段によって弁体を軸方向に変移させることによ
り、弁体の第１、第２弁部がハウジングの第１、第２区
画部より共に離れ、制御室を介して第１流体通路と第２
流体通路とが連通し、また制御室、均圧室、連通孔を介
して第１流体通路と第２流体通路とが連通する。このた
め、ハウジング内の流体経路が、第１流体通路、制御
室、第２流体通路を流れる流体経路と、第１流体通路、
制御室、均圧室、連通孔、第２流体通路を流れる流体経
路というように２経路形成される。これにより、ハウジ
ング内に流体の流れる流体経路が１経路のみ形成される
ものと比較して、同一の変移量だけ駆動手段によって弁
体を軸方向に変移させた場合でも、流体経路を通過する
流体の通過抵抗が小さくなり、ハウジング内に大流量の
流体が流れる。

流体の流量を最も絞った際には、ハウジングの第１区画
部に弁体の第１弁部が略着座して制御室と第２流体通路
とが区画され、ハウジングの第２区画部に弁体の第２弁
部が略着座して制御室と均圧室とが区画されることによ
って、ハウジング内の流体経路が両方とも遮断され、ハ
ウジング内を流体がほとんど流れなくなり、最小流量と
なる。

このとき、第１流体通路内の圧力と第２流体通路内の圧
力とによって弁体に軸方向の荷重が加わるが、弁体内に
形成された連通孔を介して均圧室と第２流体通路とが連
通している。このため、弁体の軸方向の両側の均圧室内
の圧力と第２流体通路内の圧力とが略同一の圧力となる
ので、弁体に軸方向の両側から加わる荷重が互いに打ち
消され、弁体に加わる軸方向の荷重がほとんどなくな
る。

［発明の効果］ ハウジング内に２経路の流体通路が形成されることによ
って、ハウジング内を通過する流体の通過抵抗を小さく
することができる。このため、最大流量の流量値を大き
く設定できるので、流量を最も絞った最小流量の流量値
から最大流量の流量値までの流量制御の幅が広範囲とな
る。また、ハウジング内に大きな通路を形成することな
く、最大流量の流量値を大きく設定できるので、流量制
御装置の体格の小型化を図ることができる。

また、最小流量の際に、弁体に加わる逆向きの軸方向の
荷重を釣り合わせて打ち消すことにより、流体の流量の
絞り度合、つまり最小流量の状態より最大流量の状態へ
弁体を駆動する場合に弁体を駆動手段によって小さな力
でスムーズに動かすことができる。このため、弁体を駆
動する駆動手段に小型のものを使用しても容易に弁体を
往復駆動することができる。

さらに、最小流量の際に、弁体に加わる逆向きの軸方向
の荷重を釣り合わせて打ち消すことにより、弁体のハウ
ジングに対する軸方向の偏荷重を抑制できる。このた
め、ハウジングと弁体との摺動部分の偏摩耗を減少させ
ることができるので、その摺動部分の耐久性を向上でき
る。

［実施例］ 本発明の流量制御装置を第１図ないし第５図に示す実施
例に基づき説明する。

第１図および第４図は本発明の第１実施例を示し、給湯
器の水量制御装置を示す図である。

この水量制御装置１は、可変絞り弁２および駆動機構５
を備える。

可変絞り弁２は、ハウジング３および弁体４を有する。

ハウジング３は、筒状を呈し、内部に制御室30、第１流
体通路31および第２流体通路32を形成している。

制御室30は、弁体４の軸方向位置により水量が最も絞ら
れた（最小流量）際に、常に第１流体通路31に連通する
筒状の第１室（本発明の制御室）30aと、第２流体通路3
2の逆側に設けられ、第１流体通路31との連通が遮断さ
れる筒状の第２室（本発明の均圧室）30bとに区分され
る。

第１流体通路31は、制御室30の径方向に隣設されてい
る。また、第１流体通路31は、弁体４に対して径方向に
形成され、図示上端が公共の水道管とハウジング３とを
接続する水配管（図示せず）との連結部31aとされ、図
示下端が制御室30に臨む入口ポート31bとされている。

第２流体通路32は、制御室30の軸方向に隣設され、制御
室30を介して第１流体通路31に連通している。また、弁
体４に対して同軸上に形成され、図示左端が制御室30に
臨む出口ポート32aとされ、図示右端が給湯器用熱交換
器（図示せず）とハウジング３とを接続する給水配管
（図示せず）との連結部32bとされている。

また、ハウジング３は、本体33、第１スリーブ34、第２
スリーブ35および環状板36から構成される。

本体33の内周には、水量が最も絞られた際に、弁体４に
摺接して第１流体通路31と第２流体通路32とを区画する
第１弁座（第１区画部）37が設けられている。

第１スリーブ34は、本体33内に配設されている。この第
１スリーブ34の内周には、水量が最も絞られた際に、弁
体４に摺接して制御室30を第１室30aと第２室30bとに区
画する第２弁座（第２区画部）38が配設されている。

第２スリーブ35は、弁体４および駆動機構５を摺動自在
に支持するとともに、駆動機構５に歯合する内周ねじ37
が形成されている。

弁体４は、本発明の変移手段であって、第１弁部41、第
２弁部42、弁棒43および連通孔44を有する。

第１弁部41は、軸方向の位置に応じて制御室30を介して
第１流体通路31と第２流体通路32との連通度合を変化さ
せる。すなわち、第１弁部41は、軸方向の位置に応じて
水量の絞り度合を変化させる。この第１弁部41の一方側
の側面は第１流体通路31に臨み、他方側の側面は第２流
体通路32に臨む。そして、第１弁部41の外周面は、水量
を最も絞った際に本体33の第１弁座37に摺接される。

第２弁部42は、軸方向の位置に応じて第１流体通路31と
制御室30の第２室30bとの連通度合を変化させる。この
第２弁部42の一方側の側面は第１流体通路31に臨み、他
方側の側面は第２室30bに臨む。そして、第２弁部42の
外周面は、水量を最も絞った際に第１スリーブ34の第２
弁座38に摺接される。

弁棒43は、第１弁部41および第２弁部42と一体的に形成
され、弁棒43の端部は第２スリーブ35に摺動自在に支持
された駆動機構５に固定されている。

連通孔44は、弁棒43の内部に形成され、第２流体通路32
と第２室30bとを連通して、第１弁部41の一方側（第２
流体通路32側）の側面と第２弁部42の他方側（第２室30
b側）の側面とに互いに逆向きで同じ大きさの水圧を加
えるためのものである。

なお、弁棒43の外周面と第２スリーブ35の内周面との間
にはＯリング45が装着されており、本体33の内周面と第
２スリーブ35の外周面との間にはＯリング46が装着され
ている。

駆動機構５は、本発明の駆動手段であって、ギヤーモー
タ51および可動スリーブ52を有する。

ギヤーモータ51は、通電量に応じて可動スリーブ52を回
動方向に所定量変移させて弁体４の軸方向の位置を制御
するものでる。このギヤーモータ51は、第２スリーブ35
に固定された取付板53にモータケース54が締結されてい
る。また、ギヤーモータ51は、可動スリーブ52とスプラ
イン結合している。

可動スリーブ52は、内部に弁棒43の端部が嵌め込まれ、
一方側の外周に第２スリーブ35の内周ねじ39と歯合する
外周ねじ55が形成され、他方側の外周にギヤーモータ51
とスプライン結合するためのスプライン56が形成されて
いる。この可動スリーブ52は、ギヤーモータ51により回
転駆動されると、第２スリーブ35内を回転しながら軸方
向に移動して一体的に動作する弁棒43を軸方向に変移さ
せるものである。

本実施例の水量制御装置１の作用を第１図ないし第４図
に基づき説明する。

ギヤーモータ51が通電され、可動スリーブ52を回転させ
ると、可動スリーブ52は弁体４の弁棒43を伴って第２ス
リーブ35内を軸方向に変移していく。そして、弁棒43が
所定の軸方向位置で停止し、第１流体通路31から制御室
30の第１室30aを通って第２流体通路32へ流れる水の水
量が、ハウジング３の第１弁座37に対する第１弁部41の
軸方向の位置に応じて所定の絞り量（第１の絞り量）だ
け絞られる。さらに、第１流体通路31から制御室30の第
１室30a、第２室30b、弁体４の連通孔44を通って第２流
体通路32へ流れる水の水量が、ハウジング３の第２弁座
38に対する第２弁部42の軸方向の位置に応じて所定の絞
り量（第２の絞り量）だけ絞られる。

このため、通常、第２流体通路32を流れる水の水圧P
₂は、第１流体通路31を流れる水の水圧P₁より低くな
る。

したがって、ハウジング３内に、第１流体通路31→制御
室30の第１室30a→第１弁座37と第１弁部41との間の連
通路→第２流体通路32という第１の流体経路と、第１流
体通路31→制御室30の第１室30a→第２弁座38と第２弁
部42との間の連通路→制御室30の第２室30b→弁体４の
連通孔44→第２流体通路32を流れる第２の流体経路との
２経路の流体経路が形成されることによって、ハウジン
グ３内を通過する水の通過抵抗を小さくすることができ
る。このため、最大流量の流量値を大きく設定できるの
で、流量を最も絞った最小流量の流量値から最大流量の
流量値までの流量制御の幅が広範囲となる。また、ハウ
ジング３内に大きな通路を形成することなく、最大流量
の流量値を大きく設定できるので、水量制御装置１の体
格、とくにハウジング３の小型化を図ることができる。

つぎに、弁体４によって水量が最も絞られた最小流量の
際には、ハウジング３の第１弁座37に弁体４の第１弁部
41が略着座して制御室30の第１室30aと第２流体通路32
とを区画し、且つハウジング３の第２弁座38に弁体４の
第２弁部42が略着座して制御室30の第１室30aと第２室3
0bとを区画することによって、制御室30の第１室30aを
介して第１流体通路31と第２流体通路32との連通が遮断
されるため、水が流れ難くなる。

このとき、第１流体通路31の内部圧力（第１流体通路31
内の水の水圧に等しい）P₁が第２流体通路32の内部圧力
（第２流体通路32内の水の水圧に等しい）P₂より大きく
なる。本実施例では、第１流体通路31の内部圧力P₁は弁
体４の第１弁部41で図示右方向に作用し、さらに第２弁
部42で図示左方向に作用する。このため互いに逆向きの
同じ大きさの荷重が打ち消し合うので軸方向の荷重が発
生しない。また、第２流体通路32の内部圧力P₂について
は、第２室32bと第２流体通路32とが弁棒43内に形成さ
れた連通孔44を介して連通しているので、弁体４の軸方
向の両側に当たる第２流体通路32の内部圧力と第２室30
bの内部圧力とが同一となる。このため、弁体４の第１
弁部41の第２流体通路32側の側面と第２弁部42の第２室
30b側の側面とに加わる軸方向の荷重が互いに打ち消し
合うので、弁体４に加わる軸方向の荷重がほとんどなく
なる。

したがって、弁体４によって水量が最も絞られたとき
に、弁体４に加わる軸方向の荷重をなくすことができ
る。このため、水量の絞り度合を変更する目的で駆動機
構５により弁体４を図示左方向に変移させる場合でも、
弁体４の軸方向にはなんら荷重が加わっていないので、
弁体４を駆動機構４によって小さな力でスムーズに変移
させることができる。しかも、ハウジング２および可動
スリーブ52に対して弁体４が軸方向に偏荷重を加えるこ
とはないので、第２スリーブ35の内周ねじ39と可動スリ
ーブ52の外周ねじ55とが磨耗することはなく、これらの
摺動部分の耐久性を向上することができる。

よって、この水量制御装置１によって高水圧の水量を制
御する場合でも、弁体４の軸方向に偏った荷重が加わら
ず、しかも弁体４を小さな力でスムーズに変移させるこ
とができるので、小トルクでしかも小型のギヤーモータ
51を使用することができる。

また、給湯器用熱交換器とハウジング３とを接続する給
水配管に設けられた止水弁を開閉することによって、流
体通路内の水圧および水量が変化し、とくに止水弁を閉
じた場合に第２流体通路32の水圧P₂が第１流体通路31の
水圧P₁より大きくなる可能性がある。

ところが、本実施例では、連通孔44を通って、第１弁部
41の第２流体通路32側の側面に加わる荷重と同じ荷重が
第２弁部42の第２室30b側の側面にも加わっている。こ
のため、第２流体通路32の水圧P₂が第１流体通路31の水
圧P₁より大きくなった場合でも、弁体４が図示左方向に
押されることはない。したがって、弁体４が軸方向に振
動しないので、共鳴音の発生を防止できる。また、弁棒
43の外周面と第２スリーブ35の内周面との間に装着され
たＯリング45は、水量が最も絞られた際に、高水圧とな
る第１流体通路31の水圧P₁とは区画されるため磨耗され
難い。

さらに、従来装置においては、弁頭部の外周面とハウジ
ングの内周面との一部で水量を絞っていたが、第１弁部
41および第２弁部42の両方で水量を絞っているので、水
の流れがスムーズになりハウジング２内を通過する水の
水流音が小さくなる。

第５図は本発明の第２実施例を示し、水量制御装置を示
す図である。

この実施例では、第２弁部42の外周面と第１スリーブ34
の第２弁座38との間にＯリング47を装着している。この
ため、最も水量を絞ったときでも、すなわち、最も第１
流体通路31の内部圧力が第２流体通路32の内部圧力より
高くなるときでも、第１流体通路31から流入する水が制
御室30の第２室30bに漏れ出すことはない。したがっ
て、第２流体通路32の内部圧力と第２室30bの内部圧力
とが確実に同一となる。

（変形例） 本実施例では、本発明を給湯器用熱交換器に供給する水
量を制御する水量制御装置に用いたが、本発明をバーナ
に供給する燃料量を制御する燃料量制御装置に用いても
良い。

本実施例では、駆動手段としてギヤーモータを用いた
が、駆動手段として油圧等により変移手段を軸方向に往
復変移させるアクチュエータなどを用いても良い。

本実施例では、第１流体通路から第２流体通路に向かっ
て流体が流れる例を示したが、第２流体通路から第１流
体通路に向かって流体が流れるようにしても良い。

上流側の流体通路は、熱交換器とハウジングとを連結す
る給水配管に接続されていても良い。また、下流側の流
体通路は、ハウジングと風呂、台所等の給湯場所とを連
結する給湯配管に接続されていても良い。

弁棒、第１弁部および第２弁部が別途形成されていても
良い。

【図面の簡単な説明】

第１図および第４図は本発明の第１実施例を示す。第１
図は水量制御装置を示す断面図、第２図は水量制御装置
を示す側面図、第３図は水量制御装置を示す正面図、第
４図は水量制御装置を示す他の側面図である。 第５図は本発明の第２実施例を示し、水量制御装置を示
す断面図である。 第６図は従来の水量制御装置を示す断面図である。 図中 １……水量制御装置（流量制御装置）、２……可変絞り
弁、３……ハウジング、４……弁体（変移手段）、５…
…駆動機構（駆動手段）、30……制御室、30a……第１
室（制御室）、30b……第２室（均圧室）、31……第１
流体通路、32……第２流体通路、37……第１弁座（第１
区画部）、38……第２弁座（第２区画部）、41……第１
弁部、42……第２弁部、44……連通孔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体の流量制御が行われる制御室、この制
   御室の径方向に隣設され、常に前記制御室に連通する第
   １流体通路、および前記制御室の軸方向の一方側に隣設
   され、前記第１流体通路に前記制御室を介して連通する
   第２流体通路を有するハウジングと、このハウジングに
   摺動自在に支持され、前記制御室内を軸方向に往復変移
   する変移手段と、この変移手段を軸方向に往復駆動する
   駆動手段とを備えた流量制御装置であって、 （ａ）前記ハウジングは、前記制御室の軸方向の前記第
   ２流体通路側に対して逆側に隣設され、前記第１流体通
   路に前記制御室を介して連通する均圧室、前記変移手段
   が着座した際に前記制御室と前記第２流体通路とを区画
   する第１区画部、および内周より内方に突出して設けら
   れ、前記変移手段が着座した際に前記制御室と前記均圧
   室とを区画する第２区画部を有し、 （ｂ）前記変移手段は、内部に、常に前記均圧室と前記
   第２流体通路とを連通する連通孔を形成した弁体であっ
   て、 前記弁体は、最小流量時のみ前記第１区画部に略着座
   し、且つその他は前記第１区画部を開放する第１弁部、
   および外周より外方に突出して設けられ、最小流量時に
   前記第２区画部に略着座し、且つ少なくとも最大流量時
   に前記第２区画部を開放する第２弁部を有することを特
   徴とする流量制御装置。