特開 2023-119687 電動式火力調節弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023119687

(43)【公開日】2023-08-29

(54)【発明の名称】電動式火力調節弁

(51)【国際特許分類】

   F23K 5/00 20060101AFI20230822BHJP

   F16K 31/04 20060101ALI20230822BHJP

【ＦＩ】

F23K5/00 301D

F16K31/04 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022022676

(22)【出願日】2022-02-17

(71)【出願人】

【識別番号】000115854

【氏名又は名称】リンナイ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000305

【氏名又は名称】弁理士法人青莪

(72)【発明者】

【氏名】加藤 聖也

【テーマコード（参考）】

3H062

3K068

【Ｆターム（参考）】

3H062AA02

3H062AA14

3H062BB05

3H062BB24

3H062CC02

3H062DD01

3H062EE06

3H062HH02

3H062HH10

3K068AA01

3K068BB01

3K068BB13

3K068BB20

(57)【要約】

【課題】ステッピングモータ２の回転で運動変換機構３を介して弁体４を直線運動させることにより弁開度を可変するように構成された火力調節弁であって、弁体４を閉じ方向と開き方向との一方に移動させるステッピングモータ２の回転方向を正転方向として、ステッピングモータ２を正転方向に回転させて弁体４を前記一方のストローク端位置に移動させると共に、その後の更なる正転方向の回転でステッピングモータ２を脱調させて原点出しする脱調運転を行うものにおいて、脱調運転による運動変換機構３での食付きロックの発生を防止できるようにする。
【解決手段】脱調運転を行う直前のステッピングモータ２の回転位置を脱調前回転位置として記憶し、脱調運転時に、ステッピングモータ２を脱調前回転位置から原点位置まで回転させるのに必要な必要角度に所定角度を加えた回転角度だけ正転方向に回転させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バーナへのガス供給路に介設される電動式火力調節弁であって、ステッピングモータの回転で運動変換機構を介して弁体を直線運動させることにより弁開度を可変するように構成され、更に、弁体を閉じ方向と開き方向との一方に移動させるステッピングモータの回転方向を正転方向として、ステッピングモータを正転方向に回転させて弁体を前記一方のストローク端位置に移動させると共に、その後の更なる正転方向の回転でステッピングモータを脱調させる脱調運転を行い、脱調運転停止時のステッピングモータの回転位置を原点位置として、この原点位置を基準にして弁開度に対応するステッピングモータの回転位置を決定する制御を行うものにおいて、
脱調運転を行う直前のステッピングモータの回転位置を脱調前回転位置として記憶し、脱調運転時に、ステッピングモータを脱調前回転位置から原点位置まで回転させるのに必要な必要角度に所定角度を加えた回転角度だけ正転方向に回転させることを特徴とする電動式火力調節弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バーナへのガス供給路に介設される電動式火力調節弁に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の電動式火力調節弁は、一般的に、ステッピングモータの回転で運動変換機構を介して弁体を直線運動させることにより弁開度を可変するように構成されている（例えば、特許文献１，２参照）。また、このものでは、弁体を閉じ方向と開き方向との一方に移動させるステッピングモータの回転方向を正転方向として、ステッピングモータを正転方向に回転させて弁体を前記一方のストローク端位置に移動させると共に、その後の更なる正転方向の回転でステッピングモータを脱調させる脱調運転を行い、脱調運転停止時のステッピングモータの回転位置を原点位置として、この原点位置を基準にして弁開度に対応するステッピングモータの回転位置を決定する制御を行っている。

【0003】

ここで、従来は、脱調運転開始前にステッピングモータがどのような回転位置に存していても、脱調運転中に弁体が前記一方のストローク端位置に到達してステッピングモータが脱調するように、脱調運転時のステッピングモータの回転角度を設定している。そのため、脱調運転開始前のステッピングモータの回転位置が、前記一方のストローク端位置に弁体が到達する回転位置に近い場合、脱調運転時に弁体がストローク端位置に到着した後もステッピングモータが長い間正転方向に回転し続けることになる。ここで、弁体がストローク端位置に到着した後もステッピングモータを正転方向に回転させると、運動変換機構に作用する応力が強くなる。そして、弁体がストローク端位置に到着した後もステッピングモータが長い間正転方向に回転し続けることで、運動変換機構に長い間強い応力が作用し続けて、運動変換機構での食付きロックが発生し、弁体がうまく動かなくなることがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－８２２９６号公報

【特許文献2】特開２０２１－９２３４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、以上の点に鑑み、脱調運転による運動変換機構での食付きロックの発生を防止できるようにした電動式火力調節弁を提供することをその課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明は、バーナへのガス供給路に介設される電動式火力調節弁であって、ステッピングモータの回転で運動変換機構を介して弁体を直線運動させることにより弁開度を可変するように構成され、更に、弁体を閉じ方向と開き方向との一方に移動させるステッピングモータの回転方向を正転方向として、ステッピングモータを正転方向に回転させて弁体を前記一方のストローク端位置に移動させると共に、その後の更なる正転方向の回転でステッピングモータを脱調させる脱調運転を行い、脱調運転停止時のステッピングモータの回転位置を原点位置として、この原点位置を基準にして弁開度に対応するステッピングモータの回転位置を決定する制御を行うものにおいて、脱調運転を行う直前のステッピングモータの回転位置を脱調前回転位置として記憶し、脱調運転時に、ステッピングモータを脱調前回転位置から原点位置まで回転させるのに必要な必要角度に所定角度を加えた回転角度だけ正転方向に回転させることを特徴とする。

【0007】

本発明によれば、脱調運転時のステッピングモータの回転角度が脱調前回転位置に応じて可変設定されることになる。そのため、脱調前回転位置が上記一方のストローク端位置に弁体が到達する回転位置に近い場合でも、弁体が上記一方のストローク端位置に到着した後にステッピングモータが長い間正転方向に回転し続けることはない。従って、運動変換機構に長い間強い応力が作用し続けることはなく、運動変換機構での食付きロックの発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態の電動式火力調節弁の切断側面図。

【図2】実施形態の電動式火力調節弁の要部の分解状態の斜視図。

【図3】実施形態の電動式火力調節弁におけるステッピングモータの回転位置と弁開度との関係を示す特性図。

【図4】実施形態の電動式火力調節弁で行う脱調運転制御の内容を示すフロー図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１を参照して、Ａは、コンロバーナ等のバーナＢへのガス供給路Ｇに介設する本発明の実施形態の電動式火力調節弁である。この火力調節弁Ａは、ガス供給路Ｇの上流側部分と下流側部分とを夫々接続する流入口１１と流出口１２とを有する弁筐１を備えている。弁筐１内には、流入口１１に連通する弁室１３と、弁室１３の一端の弁座１４とが設けられ、弁座１４に、流出口１２に連通する弁孔１５が開設されている。

【0010】

電動式火力調節弁Ａは、コントローラＣで制御されるステッピングモータ２により運動変換機構３を介して弁体４を直線運動させることにより弁開度を可変するように構成されている。図２も参照して、弁体４は、弁室１３に、弁座１４に接近する閉じ方向（図１の右方）と弁座１４から離隔する開き方向（図１の左方）とに移動自在に設けられた主弁体４１と、主弁体４１に対し開き方向に対向する副弁体４２とで構成されている。主弁体４１は、第１弁バネ４１１により開き方向に付勢され、副弁体４２は、主弁体４１に対し第２弁バネ４２１により第１弁バネ４１１よりも強い付勢力で開き方向に付勢される。また、主弁体４１に対する副弁体４２の開き方向への移動を定位置で制止するストッパ手段４３が設けられている。

【0011】

主弁体４１は、弁孔１５に挿入可能なニードル部４１２と、弁座１４に着座可能な、ゴム等の弾性材料で形成された環状の閉塞部４１３とを備えている。主弁体４１には、更に閉塞部４１３が弁座１４に着座した状態でも主弁体４１の上流側から下流側にガスを流すバイパス孔４１４と、副弁体４２が着座可能で、バイパス孔４１４が開口する副弁座４１５とが形成されている。バイパス孔４１４には、バーナの最小火力を規定するオリフィス部４１４ａが設けられている。また、主弁体４１の開き方向の端部には、副弁体４２を囲うようにして開き方向にのびるガイド筒部４１６が結合されている。ガイド筒部４１６の外周面には、弁室１３の周壁面に摺接する複数の突条４１６ａが突設され、また、ガイド筒部４１６の基端部には、ガイド筒部４１６の内外を連通する透孔４１６ｂが形成されている。副弁体４２の外周面には、主弁体４１のガイド筒４１６の内周面に摺接するガイド部４２２が設けられている。

【0012】

ストッパ手段４３は、主弁体４１のガイド筒部４１６に形成した窓孔４３１と、副弁体４２の外周面に突設した、窓孔４３１に遊びを持って挿入される爪部４３２とで構成されている。そして、副弁体４２が主弁体４１に対し開き方向に移動して、窓孔４３１の開き方向の端縁に爪部４３２が係合したところで、副弁体４２が主弁体４１に対しそれ以上開き方向に移動しないようにしている。

【0013】

運動変換機構３は、ステッピングモータ２の出力軸２１に連結される雄ねじ３１と、雄ねじ３１が螺合する、回り止めされた摺動子３２とから成る送りねじ機構と、摺動子３２が当接する、送りねじ機構の配置部を弁室１３に対し仕切るダイヤフラム３３と、ダイヤフラム３３に連結された直動体３４とで構成されている。直動体３４の閉じ方向の端面は、球面状の凸面に形成されており、この凸面を、副弁体４２の開き方向の端面に当接させている。

【0014】

図１に示す如く、主弁体４１（正確には、主弁体４１の閉塞部４１３）が弁座１４に着座すると共に、副弁体４２が主弁体４１の副弁座４１５に着座してバイパス孔４１４を閉塞する状態が、電動式火力調節弁Ａの全閉状態であって、バーナＢへのガス供給が停止される。この全閉状態からステッピングモータ２により運動変換機構３の直動体３４を開き方向に移動させると、副弁体４２が第２弁バネ４２１の付勢力により直動体３４に追従して開き方向に移動する。主弁体４１に対する副弁体４２の開き方向への移動がストッパ手段４３で制止されるまでは、主弁体４１の開き方向への移動が第２弁バネ４２１の付勢力によって阻止されて、主弁体４１が弁座１４に着座した状態に維持されると共に、副弁体４２が副弁座４１５から離隔して、バイパス孔４１４が開放され、電動式火力調節弁Ａは、バーナＢの火力を最小にする最小火力状態になる。主弁体４１に対する副弁体４２の開き方向への移動がストッパ手段４３で制止された後、副弁体４２を更に開き方向に移動させれば、主弁体４１が第１弁バネ４１１の付勢力により副弁体４２に追従して開き方向に移動し、主弁体４１が弁座１４から離隔して、バーナＢの火力が次第に増加する。

【0015】

ここで、弁体４を閉じ方向に移動させるステッピングモータ２の回転方向を正転方向、弁体４を開き方向に移動させるステッピングモータ２の回転方向を逆転方向として、ステッピングモータ２の回転位置と弁開度（バーナＢの火力）との関係は、ステッピングモータ２を正転方向に回転させるときは、図３のａ線で示す通りになり、ステッピングモータ２を逆転方向に回転させるときは、図３のｂ線で示す通りになる。そして、同じ弁開度になるようにステッピングモータ２を正転方向に回転させたときの回転位置と逆転方向に回転させたときの回転位置との間には、運動変換機構３が持つ遊びによる回転角度差、即ち、ヒステリシスθｈｓを生ずる。

【0016】

また、電動式火力調節弁Ａの上流側に設ける図外の電磁安全弁を閉弁させるバーナ消火時に、ステッピングモータ２を正転方向に回転させて弁体４を閉じ方向のストローク端位置（上記全閉状態となる位置）に移動させると共に、その後の更なる正転方向の回転でステッピングモータ２を脱調させる脱調運転を行う。そして、コントローラＣは、脱調運転停止時のステッピングモータ２の回転位置を原点位置として、この原点位置を基準にして図３に示す特性線に従って弁開度に対応するステッピングモータ２の回転位置を決定する制御を行う。ここで、弁体４が閉じ方向のストローク端位置に到着した後もステッピングモータ２が長い間正転方向に回転し続けると、運動変換機構３（特に雄ネジ３１と摺動子３２との螺合部）に長い間強い応力が作用し続けて、運動変換機構３での食付きロックが発生し、弁体４がうまく動かなくなることがある。

【0017】

そこで、本実施形態では、コントローラＣにより図４に示す脱調運転制御を行うようにしている。この制御では、先ず、ＳＴＥＰ１でステッピングモータ２の現在の回転位置を記憶更新することをＳＴＥＰ２で消火指令が出されたと判断されるまで繰り返す。そして、消火指令が出されたときに、ＳＴＥＰ２からＳＴＥＰ３に進み、ＳＴＥＰ１での回転位置の更新を終了する。従って、ＳＴＥＰ１で記憶した回転位置は、脱調運転を行う直前のステッピングモータ２の回転位置である脱調前回転位置となる。ＳＴＥＰ３では、脱調前回転位置から原点位置まで回転させるのに必要な必要角度に所定角度を加えた角度を脱調時回転角度として算出する。尚、必要角度に所定角度を加えるのは、通常の火力調節中の意図しないステッピングモータ２の脱調で、ステッピングモータ２を正転方向に必要角度回転させても、弁体４が閉じ方向のストローク端位置に到達しない可能性があるためである。所定角度は、全開位置から原点位置までのステッピングモータ２の回転角度の１０％程度（例えば、３５°）に設定される。尚、所定角度を一定角度にせずに、例えば、必要角度の１０％に設定する等、変化させてもよい。

【0018】

上記の如く脱調時回転角度を算出すると、ＳＴＥＰ４に進み、ステッピングモータ２を脱調時回転角度だけ正転方向に回転させた後、脱調運転を停止する。次に、ＳＴＥＰ５において、今回の脱調運転停止時のステッピングモータ２の回転位置たる新たな原点位置を基準して決定される所定の点火開度に対応する回転位置までステッピングモータ２を逆転方向に回転させて、一連の処理を終了する。

【0019】

本実施形態の制御によれば、脱調運転時のステッピングモータ２の回転角度が脱調前回転位置に応じて可変設定されることになる。そのため、脱調前回転位置が閉じ方向のストローク端位置に弁体４が到達する回転位置に近い場合でも、弁体４が閉じ方向のストローク端位置に到着した後にステッピングモータ２が長い間正転方向に回転し続けることはない。例えば、ステッピングモータ２が原点位置まで回転したところで、弁体４が閉じ方向のストローク端位置に到達すれば、その後ステッピングモータ２は上記所定角度だけ正転方向に回転するだけになる。従って、運動変換機構３に長い間強い応力が作用し続けることはなく、運動変換機構３での食付きロックの発生を防止することができる。

【0020】

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、弁体４を閉じ方向に移動させるステッピングモータ２の回転方向を正転方向としているが、弁体４を開き方向に移動させるステッピングモータ２の回転方向を正転方向として、ステッピングモータ２の正転方向の回転により弁体４を開き方向のストローク端位置に移動させて、ステッピングモータ2を脱調させるようにしてもよい。また、運動変換機構３に、上記実施形態の送りねじ機構に代えて回転運動を直線運動に変換するカム機構を組み込むことも可能である。更に、上記実施形態では、弁体４を主弁体４１と副弁体４２とで構成しているが、弁体を単一構造のものとすることも可能である。

【符号の説明】

【0021】

Ａ…電動式火力調節弁、Ｂ…バーナ、Ｇ…ガス供給路、２…ステッピングモータ、３…運動変換機構、４…弁体。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】