流量制御弁
【課題】耐久性が高く、ニードルの偏芯を長期に亘って防止し安定して正確な流量を通過させることができる流量調整弁を提供することである。
【解決手段】ＦＣＭ８００によりガス燃料５１０を流通させる流量制御配管７００内に配設されたニードル２００が軸方向（Ｘ方向）に進退動作される。断面積が変化するように形成されたニードル２００が進退動作を行なうことにより、ニードル２００と流量制御配管７００との間隙を変化させて、流量制御配管７００内を流通させるガス燃料５１０の流量が調整される。また、第１磁石３１０および第２磁石３２０により流量制御配管７００とニードル２００との間に磁力が作用され、磁力によりニードル２００の軸芯が、流量制御配管７００の軸芯と一致するように調整される。
【解決手段】ＦＣＭ８００によりガス燃料５１０を流通させる流量制御配管７００内に配設されたニードル２００が軸方向（Ｘ方向）に進退動作される。断面積が変化するように形成されたニードル２００が進退動作を行なうことにより、ニードル２００と流量制御配管７００との間隙を変化させて、流量制御配管７００内を流通させるガス燃料５１０の流量が調整される。また、第１磁石３１０および第２磁石３２０により流量制御配管７００とニードル２００との間に磁力が作用され、磁力によりニードル２００の軸芯が、流量制御配管７００の軸芯と一致するように調整される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管に介挿され、配管内を流れる気体の流量を調整することが可能な流量調整弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、流量調整弁について種々の研究が行なわれている。例えば、特許文献１には、プレリフトの時点で特に均一な噴霧パターンの得られる燃料噴射弁について開示されている。
【０００３】
特許文献１に記載の燃料噴射弁においては、ノズルボデーの弁孔３内に上下動自在にニードル弁を備えており、このニードル弁は、その開弁圧力が２本のスプリングにより２段階に亘って制御されている。ニードル弁の外周、またはノズルボデーの弁孔の内周のいずれか一方の周壁には、ニードル弁の芯振れを阻止するガイドが一体的に形成されており、このガイドとノズルボデーの弁座面との間には、弁座面の各噴口へ向かう燃料の圧力を均等に維持する燃料溜りが形成されているものである。
【０００４】
また、特許文献２には、ディーゼル機関等に用いられる燃料噴射ノズルについて開示されている。
【０００５】
特許文献２に記載の燃料噴射ノズルにおいては、ノズルボデーのシート部近傍に円筒状の補助ニードルガイド部を形成するとともに、ニードル弁先端部にこれと摺動可能に嵌合する補助摺動部を形成して、ニードル弁の先端部および基端側の二箇所で同軸度を規制するようにし、かつ上記補助ニードルガイド部と補助摺動部との摺接面には、軸方向に沿った燃料通路部を切欠形成して、燃料の通流を阻害することのないようにしたものである。
【特許文献１】特開平０４−３１１６７１号公報
【特許文献２】実公昭６１−０３７４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載の燃料噴射弁では、ガイドが設けられており、当該ガイドが、ノズルボデーと摺動する構造であるため、長期の使用によりガイドが磨耗した場合、ニードル弁の芯振れが生じる。
【０００７】
同じく、特許文献２記載の燃料噴射ノズルでは、補助摺動部が設けられており、当該補助摺動部が、補助ニードルガイド部と摺動する構造であるため、特許文献１の燃料噴射弁と同様に、長期の使用により補助摺動部が磨耗した場合、燃料噴射ノズルの芯振れが生じる。
【０００８】
ここで、芯振れが生じた場合に問題となる点について説明する。図９は軸振れが生じていない場合を説明するための図であり、図１０は軸振れが生じた場合を説明するための図である。図９（ａ）は流量調整弁の横断面図を示し、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ断面を示し、図１０（ａ）は流量調整弁の横断面図を示し、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ−Ａ断面を示す。
【０００９】
図９（ａ），（ｂ）に示すように、ニードル２００が流量制御配管７００および細配管６２０の軸芯と一致している場合、均一に気体が流れる。一方、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、ニードル２００が流量制御配管７００および細配管６２０の軸芯と一致せず、鉛直上方向にニードル２００が偏芯している場合、図１０（ａ）に示すように、部分αにおいて流体の圧損が生じ、流量の低下が生じる。その結果、ニードル２００の軸振れが生じた場合、流量調整弁全体において流量の変動が生じる。
【００１０】
本発明の目的は、耐久性が高く、ニードルの偏芯を長期に亘って防止し安定して正確な流量を通過させることができる流量調整弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）
本発明に係る流量制御弁は、弁体と、弁体を外包する配管と、配管内に配設された弁体を進退動作させることにより、弁体と配管との間隙を流通する気体の流量を調整する駆動手段と、配管と弁体との間に磁界を発生させる磁力装置と、を含み、磁力装置は、磁力により弁体の位置ずれを抑制するものである。
【００１２】
本発明に係る流量制御弁においては、駆動手段により配管内に配設された弁体を進退動作させ、弁体と配管との間隙を流通する気体の流量を調整する。また、磁力装置により配管と弁体との間に磁界を発生させて、磁力により弁体の位置ずれを抑制するものである。
【００１３】
この場合、弁体の進退動作において生じる弁体の軸ぶれを磁力により支持することで、軸ぶれを防止することができる。その結果、弁体と配管との間隙を安定して変化させることができる。また、磁力を利用することにより、摩擦または磨耗等の影響もなく、耐久性の高い流量制御弁を製造することができる。
【００１４】
（２）
弁体は、弁体の進退方向に対して垂直な断面の断面積が、弁体の進退方向において変化するように形成されていてもよい。
【００１５】
この場合、弁体が進退動作を行うことにより、気体の流量を調整することができる。
【００１６】
（３）
弁体は、円周部を有し、配管は、円形をした内周面を有し、磁力装置は、弁体の円周部の中心と配管の円形をした内周面の中心とを結んだ線が弁体の進退方向と平行となるように調整されてもよい。
【００１７】
この場合、磁力装置が弁体の円周部の中心と、配管の円形をした内周面の中心とを結ぶように調整されるので、弁体の進退動作において生じる弁体の軸ぶれを磁力により支持することで、軸ぶれを防止することができる。
【００１８】
（４）
気体は、ガス燃料からなってもよい。
【００１９】
この場合、ガスヒートポンプにおける燃料コントロールとして流量制御弁を適用することができる。その結果、耐久性が高く、ガス燃料を正確に調整して流通させることが可能となる。
【００２０】
（５）
磁力装置は、永久磁石からなってもよい。
【００２１】
この場合、磁力装置は、永久磁石からなるので、低コストで流量制御弁を製造することができる。また、永久磁石を使用することにより、軸振れを防止し、流量が正確で、耐久性の高い流量制御弁を製造することができる。
【００２２】
（６）
磁力装置は、第１磁石および第２磁石を含み、配管の長手方向の軸に垂直な断面において、少なくとも３方向から軸に対して磁力を発生させるように第２の磁石が配設され、ニードルの長手方向の軸の垂直な断面において、３方向から働く磁力との間で斥力を発生させるように断面において第１磁石が設けられてもよい。
【００２３】
この場合、配管に設けられた第２磁石により、少なくとも３方向から軸に対して磁力が発生され、ニードルには当該磁力に対して斥力が働くように第１磁石が設けられる。その結果、第２磁石および第１磁石との間で少なくとも３方向から斥力が働き、ニードルの軸芯が配管の軸芯と一致するように調整される。したがって、ニードルの進退動作時における軸振れを防止し、流量が正確で、かつ耐久性の高い流量制御弁を提供することができる。
【００２４】
（７）
磁力装置は、第１磁石および第２磁石を含み、配管の長手方向の軸に垂直な断面において、円環状からなる第２磁石が配管に配設され、第２磁石との間において斥力が発生するようにニードルの外周面に円環状からなる第１磁石が配設されてもよい。
【００２５】
この場合、第１磁石および第２磁石が円環状の磁石からなるため、磁力装置の詳細な取り付け位置の調整を行なう必要がなくなる。また、円環状の第１磁石および円環状の第２磁石との全周面において斥力が発生することから、ニードルの軸芯と配管の軸芯とを容易に一致させることができる。その結果、低コストで、軸振れを防止し、流量が正確で、かつ耐久性の高い流量制御弁を提供することができる。
【００２６】
（８）
磁力装置は、ニードルの軸上で、かつニードルの進退方向の進方向の先端側に配設された第３磁石と、配管の軸の延長上で、かつ進方向で配管に配設された第４磁石と、を備え、第３磁石と第４磁石との間において引力が作用するように第３磁石および第４磁石が設けられてもよい。
【００２７】
この場合、第３磁石と第４磁石との間において引力が作用するように設けられるので、ニードルの軸芯が配管におけるニードルの軸延長部分と一致するように調整される。したがって、ニードルの進退動作時における軸振れを防止し、気体の流量が正確で、かつ耐久性の高い流量制御弁を提供することができる。また、配管を曲折させて第４磁石を配管の外側に配設させてもよく、気体の乱れを生じさせないように、第４磁石を配管の内部に配設させてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に係る実施の形態について説明する。本実施の形態においては、本発明に係る流量調整弁をガスヒートポンプに使用される燃料弁に適用した場合について説明する。
（一実施の形態）
【００２９】
図１は、本発明に係る一実施の形態に係る燃料弁１００の構造の一例を示す模式図である。
【００３０】
図１に示すように、燃料弁１００は、ニードル２００、第１磁石３１０、第２磁石３２０、燃料供給配管４００、空気配管６００、細配管６２０、流量制御配管７００およびＦＣＭ（フューエルコントロールモータ）８００を含む。また、ニードル２００は、ニードル先端部２１０およびシャフト部２２０からなる。さらに、空気配管６００はベンチュリ構造６１０を有する。
【００３１】
図１の燃料弁１００においては、燃料供給配管４００内にガス燃料５１０が供給される。同時に、空気配管６００内を空気５００が供給される。
【００３２】
ＦＣＭ８００は、内蔵されたモータを駆動させてシャフト部２２０を矢印Ｘの方向に進退動作させる。それにより円錐状に形成されたニードル２００のニードル先端部２１０が矢印Ｘの方向に進退動作を行なう。また、流量制御配管７００は、ニードル先端部２１０を外包するように形成され、細配管６２０に接続される。
【００３３】
また、後述するように、ニードル先端部２１０には、第１磁石３１０が配設され、流量制御配管７００には、第２磁石３２０が配設される。この場合、後述するように、第１磁石３１０および第２磁石３２０の間において斥力が発生し、流量制御配管７００の中心軸に沿ってニードル先端部２１０が進退動作を行なう。
【００３４】
ガス燃料５１０は、ニードル先端部２１０および流量制御配管７００との間に形成された間隙を通過して細配管６２０から空気配管６００に形成されたベンチュリ構造６１０に供給される。ここで、ガス燃料５１０は、ベンチュリ構造６１０の働きにより、空気配管６００を流れる空気５００と混合される。
【００３５】
次に、図２は、ニードル２００および流量制御配管７００との関係の一例を示す模式的斜視図である。
【００３６】
図２に示すように、第１磁石３１０は、円環状からなり、ニードル先端部２１０の先端に埋設して設けられる。また、第２磁石３２０は、第１磁石よりも大きな円環状からなり、流量制御配管７００の外側に設けられる。
【００３７】
次に、図３および図４は、燃料弁１００の動作の一例を示す模式的断面図である。
【００３８】
図３に示すように、ニードル先端部２１０の先端に埋設して設けられた第１磁石３１０は、永久磁石からなり、Ｎ極３１１およびＳ極３１２からなる。また、流量制御配管７００の外側に設けられた第２磁石３２０は、永久磁石からなり、Ｓ極３２１およびＮ極３２２からなる。
【００３９】
図３に示すように、第１磁石３１０のＳ極３１２と第２磁石のＳ極３２１とが互いに対向し、斥力Ｆを発生させる。
【００４０】
続いて、図４に示すように、ニードル先端部２１０がＦＣＭ８００によりＸ方向（進方向）に移動した場合においても、第１磁石３１０のＳ極３１２と第２磁石のＳ極３２１とが互いに対向し続け、斥力Ｆを発生させる。すなわち、第１磁石３１０および第２磁石３２０は、少なくともニードル先端部２１０が矢印Ｘの方向に進退動作を行なう距離以上において相互に対向可能な幅を有するように設けられる。それにより、第１磁石３１０のＳ極３１２と第２磁石のＳ極３２１とが常に対向し、斥力Ｆを発生させる。
【００４１】
次に、図５は、矢印Ｘ方向に垂直な断面において第１磁石と第２磁石との関係を示す模式図である。
【００４２】
図５に示すように、第１磁石３１０内側にＮ極３１１が設けられ、第１磁石３１０の外側にＳ極３１２が設けられる。また、第２磁石３２０の内側にＳ極３２１が設けられ、第２磁石３２０の外側にＮ極３２２が設けられる。それにより、Ｓ極３１２およびＳ極３２１の間において斥力Ｆが発生し、第２磁石３２０の中心と、第１磁石３１０の中心とが同一位置になるように斥力Ｆが作用する。その結果、ニードル先端部２１０が流量制御配管７００の軸芯に沿って進退動作を行なうこととなる。
【００４３】
（他の例）
図６は、燃料弁１００の他の例を示す模式的断面図である。
【００４４】
図６に示す燃料弁１００ａは、燃料弁１００のニードル先端部２１０の代わりに、ニードル先端部２１０ａを備えたものである。ニードル先端部２１０ａは、ニードル先端部２１０ａの先端部に円柱状のニードル突出部２３０を備える。
【００４５】
ニードル突出部２３０に円環状の第１磁石３１０ａを設ける。図６に示すように、第１磁石３１０ａのニードル突出部２３０には、Ｎ極３１１ａおよびＳ極３１２ａが形成され、流量制御配管７００の外側には、Ｓ極３２１ａおよびＮ極３２２ａが形成される。それにより、Ｓ極３１２ａおよびＳ極３２１ａの間において斥力Ｆが発生し、第２磁石３２０ａの中心と、第１磁石３１０ａの中心とが同一位置になるように斥力Ｆが作用する。その結果、ニードル先端部２１０ａが流量制御配管７００の軸芯に沿って進退動作を行なうこととなる。
【００４６】
（さらに他の例）
図７は、燃料弁１００，１００ａのさらに他の例を示す模式的断面図である。
【００４７】
図７に示す燃料弁１００ｂは、ニードル先端部２１０の円環状の第１磁石３１０の代わりに、３個の第１磁石３１０ｂを設けたものである。この３個の第１磁石３１０ｂは、それぞれ、Ｎ極３１１ｂおよびＳ極３１２ｂからなる。流量制御配管７００の外側には、Ｓ極３２１ｂおよびＮ極３２２ｂが形成される。
【００４８】
それにより、Ｓ極３１２ｂおよびＳ極３２１ｂの間においてそれぞれ斥力Ｆが発生し、３個の第２磁石３２０ｂの中心と、３個の第１磁石３１０ｂの中心とが同一位置になるように斥力Ｆが作用する。その結果、ニードル先端部２１０が流量制御配管７００の軸芯に沿って進退動作を行なうこととなる。
【００４９】
（さらに他の例）
図８は、燃料弁１００，１００ａ，１００ｂのさらに他の例を示す模式的断面図である。
【００５０】
図８に示す燃料弁１００ｃは、ニードル先端部２１０の円環状の第１磁石３１０の代わりに、第３磁石３１０ｃを設けたものである。この第３磁石３１０ｃは、第１磁石３１０のように断面方向に異極が設けられるのではなく、ニードル先端部２１０の進退方向に対してＮ極３１１ｃおよびＳ極３１２ｃが設けられる。また、流量制御配管７００の外側で、ニードル先端部２１０の延長軸上に、第４の磁石３２０ｃが設けられる。第４の磁石は、流量制御配管７００側にＳ極３２１ｃが設けられ、逆側にＮ極３２２ｃが設けられる。
【００５１】
それにより、Ｎ極３１１ｃおよびＳ極３２１ｃの間において引力Ｆが発生し、第３磁石３１０ｃの中心と、第４磁石３２０ｃの中心とが同一位置になるように引力Ｆが作用する。その結果、ニードル先端部２１０ａが流量制御配管７００の軸芯に沿って進退動作を行なうこととなる。
【００５２】
なお、本実施の形態においては、第１磁石から第４の磁石において、それぞれＳ極同士で斥力を発生させ、Ｎ極とＳ極とで引力を発生させることとしたが、これに限定されず、Ｎ極同士で斥力を発生させてもよく、永久磁石のみならず、電磁石、または他の磁力装置を設けてもよい。また、第３および第４の磁石における引力Ｆは、ＦＣＭ８００による進退動作の力よりも小さいものとする。
【００５３】
さらに、本実施の形態は、新たに磁力装置を設けることとしているが、ニードルおよび配管自体に磁力装置の機能を持たせてもよい。例えば、配管を永久磁石で形成し、ニードルを永久磁石で作製してもよい。
【００５４】
以上のように、本実施の形態における燃料弁１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃにおいては、ニードル２００の進退動作において生じるニードル２００の軸振れを磁力により支持することで軸振れを防止することができる。その結果、ニードル２００と流量制御配管７００との間隙を安定して変化させ、ＦＣＭ８００により正確にガス燃料５１０の流量を調整することができる。また、磁力を利用することにより、摩擦または磨耗等の影響もなく、耐久性の高い燃料弁１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃを製造することができる。
【００５５】
また、第１磁石３１０，第２磁石３２０，第３磁石３１０ａｃ，第４磁石３２０ｃは、永久磁石からなるので、低コストで燃料弁１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃを製造することができる。また、永久磁石を使用することにより、軸振れを防止し、流量が正確で、耐久性の高い流量制御弁を製造することができる。
【００５６】
流量制御配管７００に設けられた第２磁石３２０により、少なくとも３方向から軸に対して磁力が発生され、ニードル２００には当該磁力に対して斥力が働くように第１磁石３１０が設けられる。その結果、第２磁石３２０および第１磁石３１０との間で少なくとも３方向から斥力が働き、ニードル２００の軸芯が流量制御配管７００の軸芯と一致するように調整されので、ニードル２００の進退動作時における軸振れを防止し、気体の流量を正確に、かつ安定して供給することができる。
【００５７】
第１磁石３１０および第２磁石３２０が円環状の磁石からなる場合、第１磁石３１０および第２磁石３２０の詳細な取り付け位置の調整を行なう必要がなくなる。また、円環状の第１磁石３１０および円環状の第２磁石３２０との全周面において斥力が発生することから、ニードル２００の軸芯と流量制御配管７００の軸芯とを容易に一致させることができ、低コストで、正確にかつ安定したガス燃料５１０の流量を調整することができる。
【００５８】
また、第３磁石３１０ｃと第４磁石３２０ｃとの間においては、互いに引力が作用するように設けられるので、ニードル２００の軸芯が流量制御配管７００におけるニードル２００の軸延長部分と一致するように調整される。その結果、ニードル２００の進退動作時における軸振れを防止し、気体の流量を正確に、かつ安定して供給することができる。
【００５９】
上記一実施の形態においては、ニードル２００がニードルに相当し、流量制御配管７００が配管に相当し、ＦＣＭ（フューエルコントロールモータ）８００が駆動手段に相当し、第１磁石３１０、第２磁石３２０、第３磁石３１０ｃ、第４磁石３２０ｃが磁力装置に相当し、燃料弁１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃが流量制御弁に相当し、ガス燃料５１０がガス燃料に相当し、第１磁石３１０、第２磁石３２０、第３磁石３１０ｃ、第４磁石３２０ｃが永久磁石に相当し、第１磁石３１０が第１磁石に相当し、第２磁石３２０が第２磁石に相当し、第３磁石３１０ｃが第３磁石に相当し、第４磁石３２０ｃが第４磁石に相当する。
【００６０】
本発明は、上記の好ましい一実施の形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る一実施の形態に係る燃料弁の構造の一例を示す模式図
【図２】ニードルおよび流量制御配管との関係の一例を示す模式的斜視図
【図３】燃料弁の動作の一例を示す模式的断面図
【図４】燃料弁の動作の一例を示す模式的断面図
【図５】矢印Ｘ方向に垂直な断面において第１磁石と第２磁石との関係を示す模式図
【図６】燃料弁の他の例を示す模式的断面図
【図７】燃料弁のさらに他の例を示す模式的断面図
【図８】燃料弁のさらに他の例を示す模式的断面図
【図９】軸振れが生じていない場合を説明するための図
【図１０】軸振れが生じた場合を説明するための図
【符号の説明】
【００６２】
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ 燃料弁
２００ ニードル
３１０ 第１磁石
３１０ｃ 第３磁石
３２０ 第２磁石
３２０ｃ 第４磁石
５１０ ガス燃料
７００ 流量制御配管
８００ ＦＣＭ（フューエルコントロールモータ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管に介挿され、配管内を流れる気体の流量を調整することが可能な流量調整弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、流量調整弁について種々の研究が行なわれている。例えば、特許文献１には、プレリフトの時点で特に均一な噴霧パターンの得られる燃料噴射弁について開示されている。
【０００３】
特許文献１に記載の燃料噴射弁においては、ノズルボデーの弁孔３内に上下動自在にニードル弁を備えており、このニードル弁は、その開弁圧力が２本のスプリングにより２段階に亘って制御されている。ニードル弁の外周、またはノズルボデーの弁孔の内周のいずれか一方の周壁には、ニードル弁の芯振れを阻止するガイドが一体的に形成されており、このガイドとノズルボデーの弁座面との間には、弁座面の各噴口へ向かう燃料の圧力を均等に維持する燃料溜りが形成されているものである。
【０００４】
また、特許文献２には、ディーゼル機関等に用いられる燃料噴射ノズルについて開示されている。
【０００５】
特許文献２に記載の燃料噴射ノズルにおいては、ノズルボデーのシート部近傍に円筒状の補助ニードルガイド部を形成するとともに、ニードル弁先端部にこれと摺動可能に嵌合する補助摺動部を形成して、ニードル弁の先端部および基端側の二箇所で同軸度を規制するようにし、かつ上記補助ニードルガイド部と補助摺動部との摺接面には、軸方向に沿った燃料通路部を切欠形成して、燃料の通流を阻害することのないようにしたものである。
【特許文献１】特開平０４−３１１６７１号公報
【特許文献２】実公昭６１−０３７４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載の燃料噴射弁では、ガイドが設けられており、当該ガイドが、ノズルボデーと摺動する構造であるため、長期の使用によりガイドが磨耗した場合、ニードル弁の芯振れが生じる。
【０００７】
同じく、特許文献２記載の燃料噴射ノズルでは、補助摺動部が設けられており、当該補助摺動部が、補助ニードルガイド部と摺動する構造であるため、特許文献１の燃料噴射弁と同様に、長期の使用により補助摺動部が磨耗した場合、燃料噴射ノズルの芯振れが生じる。
【０００８】
ここで、芯振れが生じた場合に問題となる点について説明する。図９は軸振れが生じていない場合を説明するための図であり、図１０は軸振れが生じた場合を説明するための図である。図９（ａ）は流量調整弁の横断面図を示し、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ断面を示し、図１０（ａ）は流量調整弁の横断面図を示し、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ−Ａ断面を示す。
【０００９】
図９（ａ），（ｂ）に示すように、ニードル２００が流量制御配管７００および細配管６２０の軸芯と一致している場合、均一に気体が流れる。一方、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、ニードル２００が流量制御配管７００および細配管６２０の軸芯と一致せず、鉛直上方向にニードル２００が偏芯している場合、図１０（ａ）に示すように、部分αにおいて流体の圧損が生じ、流量の低下が生じる。その結果、ニードル２００の軸振れが生じた場合、流量調整弁全体において流量の変動が生じる。
【００１０】
本発明の目的は、耐久性が高く、ニードルの偏芯を長期に亘って防止し安定して正確な流量を通過させることができる流量調整弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）
本発明に係る流量制御弁は、弁体と、弁体を外包する配管と、配管内に配設された弁体を進退動作させることにより、弁体と配管との間隙を流通する気体の流量を調整する駆動手段と、配管と弁体との間に磁界を発生させる磁力装置と、を含み、磁力装置は、磁力により弁体の位置ずれを抑制するものである。
【００１２】
本発明に係る流量制御弁においては、駆動手段により配管内に配設された弁体を進退動作させ、弁体と配管との間隙を流通する気体の流量を調整する。また、磁力装置により配管と弁体との間に磁界を発生させて、磁力により弁体の位置ずれを抑制するものである。
【００１３】
この場合、弁体の進退動作において生じる弁体の軸ぶれを磁力により支持することで、軸ぶれを防止することができる。その結果、弁体と配管との間隙を安定して変化させることができる。また、磁力を利用することにより、摩擦または磨耗等の影響もなく、耐久性の高い流量制御弁を製造することができる。
【００１４】
（２）
弁体は、弁体の進退方向に対して垂直な断面の断面積が、弁体の進退方向において変化するように形成されていてもよい。
【００１５】
この場合、弁体が進退動作を行うことにより、気体の流量を調整することができる。
【００１６】
（３）
弁体は、円周部を有し、配管は、円形をした内周面を有し、磁力装置は、弁体の円周部の中心と配管の円形をした内周面の中心とを結んだ線が弁体の進退方向と平行となるように調整されてもよい。
【００１７】
この場合、磁力装置が弁体の円周部の中心と、配管の円形をした内周面の中心とを結ぶように調整されるので、弁体の進退動作において生じる弁体の軸ぶれを磁力により支持することで、軸ぶれを防止することができる。
【００１８】
（４）
気体は、ガス燃料からなってもよい。
【００１９】
この場合、ガスヒートポンプにおける燃料コントロールとして流量制御弁を適用することができる。その結果、耐久性が高く、ガス燃料を正確に調整して流通させることが可能となる。
【００２０】
（５）
磁力装置は、永久磁石からなってもよい。
【００２１】
この場合、磁力装置は、永久磁石からなるので、低コストで流量制御弁を製造することができる。また、永久磁石を使用することにより、軸振れを防止し、流量が正確で、耐久性の高い流量制御弁を製造することができる。
【００２２】
（６）
磁力装置は、第１磁石および第２磁石を含み、配管の長手方向の軸に垂直な断面において、少なくとも３方向から軸に対して磁力を発生させるように第２の磁石が配設され、ニードルの長手方向の軸の垂直な断面において、３方向から働く磁力との間で斥力を発生させるように断面において第１磁石が設けられてもよい。
【００２３】
この場合、配管に設けられた第２磁石により、少なくとも３方向から軸に対して磁力が発生され、ニードルには当該磁力に対して斥力が働くように第１磁石が設けられる。その結果、第２磁石および第１磁石との間で少なくとも３方向から斥力が働き、ニードルの軸芯が配管の軸芯と一致するように調整される。したがって、ニードルの進退動作時における軸振れを防止し、流量が正確で、かつ耐久性の高い流量制御弁を提供することができる。
【００２４】
（７）
磁力装置は、第１磁石および第２磁石を含み、配管の長手方向の軸に垂直な断面において、円環状からなる第２磁石が配管に配設され、第２磁石との間において斥力が発生するようにニードルの外周面に円環状からなる第１磁石が配設されてもよい。
【００２５】
この場合、第１磁石および第２磁石が円環状の磁石からなるため、磁力装置の詳細な取り付け位置の調整を行なう必要がなくなる。また、円環状の第１磁石および円環状の第２磁石との全周面において斥力が発生することから、ニードルの軸芯と配管の軸芯とを容易に一致させることができる。その結果、低コストで、軸振れを防止し、流量が正確で、かつ耐久性の高い流量制御弁を提供することができる。
【００２６】
（８）
磁力装置は、ニードルの軸上で、かつニードルの進退方向の進方向の先端側に配設された第３磁石と、配管の軸の延長上で、かつ進方向で配管に配設された第４磁石と、を備え、第３磁石と第４磁石との間において引力が作用するように第３磁石および第４磁石が設けられてもよい。
【００２７】
この場合、第３磁石と第４磁石との間において引力が作用するように設けられるので、ニードルの軸芯が配管におけるニードルの軸延長部分と一致するように調整される。したがって、ニードルの進退動作時における軸振れを防止し、気体の流量が正確で、かつ耐久性の高い流量制御弁を提供することができる。また、配管を曲折させて第４磁石を配管の外側に配設させてもよく、気体の乱れを生じさせないように、第４磁石を配管の内部に配設させてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に係る実施の形態について説明する。本実施の形態においては、本発明に係る流量調整弁をガスヒートポンプに使用される燃料弁に適用した場合について説明する。
（一実施の形態）
【００２９】
図１は、本発明に係る一実施の形態に係る燃料弁１００の構造の一例を示す模式図である。
【００３０】
図１に示すように、燃料弁１００は、ニードル２００、第１磁石３１０、第２磁石３２０、燃料供給配管４００、空気配管６００、細配管６２０、流量制御配管７００およびＦＣＭ（フューエルコントロールモータ）８００を含む。また、ニードル２００は、ニードル先端部２１０およびシャフト部２２０からなる。さらに、空気配管６００はベンチュリ構造６１０を有する。
【００３１】
図１の燃料弁１００においては、燃料供給配管４００内にガス燃料５１０が供給される。同時に、空気配管６００内を空気５００が供給される。
【００３２】
ＦＣＭ８００は、内蔵されたモータを駆動させてシャフト部２２０を矢印Ｘの方向に進退動作させる。それにより円錐状に形成されたニードル２００のニードル先端部２１０が矢印Ｘの方向に進退動作を行なう。また、流量制御配管７００は、ニードル先端部２１０を外包するように形成され、細配管６２０に接続される。
【００３３】
また、後述するように、ニードル先端部２１０には、第１磁石３１０が配設され、流量制御配管７００には、第２磁石３２０が配設される。この場合、後述するように、第１磁石３１０および第２磁石３２０の間において斥力が発生し、流量制御配管７００の中心軸に沿ってニードル先端部２１０が進退動作を行なう。
【００３４】
ガス燃料５１０は、ニードル先端部２１０および流量制御配管７００との間に形成された間隙を通過して細配管６２０から空気配管６００に形成されたベンチュリ構造６１０に供給される。ここで、ガス燃料５１０は、ベンチュリ構造６１０の働きにより、空気配管６００を流れる空気５００と混合される。
【００３５】
次に、図２は、ニードル２００および流量制御配管７００との関係の一例を示す模式的斜視図である。
【００３６】
図２に示すように、第１磁石３１０は、円環状からなり、ニードル先端部２１０の先端に埋設して設けられる。また、第２磁石３２０は、第１磁石よりも大きな円環状からなり、流量制御配管７００の外側に設けられる。
【００３７】
次に、図３および図４は、燃料弁１００の動作の一例を示す模式的断面図である。
【００３８】
図３に示すように、ニードル先端部２１０の先端に埋設して設けられた第１磁石３１０は、永久磁石からなり、Ｎ極３１１およびＳ極３１２からなる。また、流量制御配管７００の外側に設けられた第２磁石３２０は、永久磁石からなり、Ｓ極３２１およびＮ極３２２からなる。
【００３９】
図３に示すように、第１磁石３１０のＳ極３１２と第２磁石のＳ極３２１とが互いに対向し、斥力Ｆを発生させる。
【００４０】
続いて、図４に示すように、ニードル先端部２１０がＦＣＭ８００によりＸ方向（進方向）に移動した場合においても、第１磁石３１０のＳ極３１２と第２磁石のＳ極３２１とが互いに対向し続け、斥力Ｆを発生させる。すなわち、第１磁石３１０および第２磁石３２０は、少なくともニードル先端部２１０が矢印Ｘの方向に進退動作を行なう距離以上において相互に対向可能な幅を有するように設けられる。それにより、第１磁石３１０のＳ極３１２と第２磁石のＳ極３２１とが常に対向し、斥力Ｆを発生させる。
【００４１】
次に、図５は、矢印Ｘ方向に垂直な断面において第１磁石と第２磁石との関係を示す模式図である。
【００４２】
図５に示すように、第１磁石３１０内側にＮ極３１１が設けられ、第１磁石３１０の外側にＳ極３１２が設けられる。また、第２磁石３２０の内側にＳ極３２１が設けられ、第２磁石３２０の外側にＮ極３２２が設けられる。それにより、Ｓ極３１２およびＳ極３２１の間において斥力Ｆが発生し、第２磁石３２０の中心と、第１磁石３１０の中心とが同一位置になるように斥力Ｆが作用する。その結果、ニードル先端部２１０が流量制御配管７００の軸芯に沿って進退動作を行なうこととなる。
【００４３】
（他の例）
図６は、燃料弁１００の他の例を示す模式的断面図である。
【００４４】
図６に示す燃料弁１００ａは、燃料弁１００のニードル先端部２１０の代わりに、ニードル先端部２１０ａを備えたものである。ニードル先端部２１０ａは、ニードル先端部２１０ａの先端部に円柱状のニードル突出部２３０を備える。
【００４５】
ニードル突出部２３０に円環状の第１磁石３１０ａを設ける。図６に示すように、第１磁石３１０ａのニードル突出部２３０には、Ｎ極３１１ａおよびＳ極３１２ａが形成され、流量制御配管７００の外側には、Ｓ極３２１ａおよびＮ極３２２ａが形成される。それにより、Ｓ極３１２ａおよびＳ極３２１ａの間において斥力Ｆが発生し、第２磁石３２０ａの中心と、第１磁石３１０ａの中心とが同一位置になるように斥力Ｆが作用する。その結果、ニードル先端部２１０ａが流量制御配管７００の軸芯に沿って進退動作を行なうこととなる。
【００４６】
（さらに他の例）
図７は、燃料弁１００，１００ａのさらに他の例を示す模式的断面図である。
【００４７】
図７に示す燃料弁１００ｂは、ニードル先端部２１０の円環状の第１磁石３１０の代わりに、３個の第１磁石３１０ｂを設けたものである。この３個の第１磁石３１０ｂは、それぞれ、Ｎ極３１１ｂおよびＳ極３１２ｂからなる。流量制御配管７００の外側には、Ｓ極３２１ｂおよびＮ極３２２ｂが形成される。
【００４８】
それにより、Ｓ極３１２ｂおよびＳ極３２１ｂの間においてそれぞれ斥力Ｆが発生し、３個の第２磁石３２０ｂの中心と、３個の第１磁石３１０ｂの中心とが同一位置になるように斥力Ｆが作用する。その結果、ニードル先端部２１０が流量制御配管７００の軸芯に沿って進退動作を行なうこととなる。
【００４９】
（さらに他の例）
図８は、燃料弁１００，１００ａ，１００ｂのさらに他の例を示す模式的断面図である。
【００５０】
図８に示す燃料弁１００ｃは、ニードル先端部２１０の円環状の第１磁石３１０の代わりに、第３磁石３１０ｃを設けたものである。この第３磁石３１０ｃは、第１磁石３１０のように断面方向に異極が設けられるのではなく、ニードル先端部２１０の進退方向に対してＮ極３１１ｃおよびＳ極３１２ｃが設けられる。また、流量制御配管７００の外側で、ニードル先端部２１０の延長軸上に、第４の磁石３２０ｃが設けられる。第４の磁石は、流量制御配管７００側にＳ極３２１ｃが設けられ、逆側にＮ極３２２ｃが設けられる。
【００５１】
それにより、Ｎ極３１１ｃおよびＳ極３２１ｃの間において引力Ｆが発生し、第３磁石３１０ｃの中心と、第４磁石３２０ｃの中心とが同一位置になるように引力Ｆが作用する。その結果、ニードル先端部２１０ａが流量制御配管７００の軸芯に沿って進退動作を行なうこととなる。
【００５２】
なお、本実施の形態においては、第１磁石から第４の磁石において、それぞれＳ極同士で斥力を発生させ、Ｎ極とＳ極とで引力を発生させることとしたが、これに限定されず、Ｎ極同士で斥力を発生させてもよく、永久磁石のみならず、電磁石、または他の磁力装置を設けてもよい。また、第３および第４の磁石における引力Ｆは、ＦＣＭ８００による進退動作の力よりも小さいものとする。
【００５３】
さらに、本実施の形態は、新たに磁力装置を設けることとしているが、ニードルおよび配管自体に磁力装置の機能を持たせてもよい。例えば、配管を永久磁石で形成し、ニードルを永久磁石で作製してもよい。
【００５４】
以上のように、本実施の形態における燃料弁１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃにおいては、ニードル２００の進退動作において生じるニードル２００の軸振れを磁力により支持することで軸振れを防止することができる。その結果、ニードル２００と流量制御配管７００との間隙を安定して変化させ、ＦＣＭ８００により正確にガス燃料５１０の流量を調整することができる。また、磁力を利用することにより、摩擦または磨耗等の影響もなく、耐久性の高い燃料弁１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃを製造することができる。
【００５５】
また、第１磁石３１０，第２磁石３２０，第３磁石３１０ａｃ，第４磁石３２０ｃは、永久磁石からなるので、低コストで燃料弁１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃを製造することができる。また、永久磁石を使用することにより、軸振れを防止し、流量が正確で、耐久性の高い流量制御弁を製造することができる。
【００５６】
流量制御配管７００に設けられた第２磁石３２０により、少なくとも３方向から軸に対して磁力が発生され、ニードル２００には当該磁力に対して斥力が働くように第１磁石３１０が設けられる。その結果、第２磁石３２０および第１磁石３１０との間で少なくとも３方向から斥力が働き、ニードル２００の軸芯が流量制御配管７００の軸芯と一致するように調整されので、ニードル２００の進退動作時における軸振れを防止し、気体の流量を正確に、かつ安定して供給することができる。
【００５７】
第１磁石３１０および第２磁石３２０が円環状の磁石からなる場合、第１磁石３１０および第２磁石３２０の詳細な取り付け位置の調整を行なう必要がなくなる。また、円環状の第１磁石３１０および円環状の第２磁石３２０との全周面において斥力が発生することから、ニードル２００の軸芯と流量制御配管７００の軸芯とを容易に一致させることができ、低コストで、正確にかつ安定したガス燃料５１０の流量を調整することができる。
【００５８】
また、第３磁石３１０ｃと第４磁石３２０ｃとの間においては、互いに引力が作用するように設けられるので、ニードル２００の軸芯が流量制御配管７００におけるニードル２００の軸延長部分と一致するように調整される。その結果、ニードル２００の進退動作時における軸振れを防止し、気体の流量を正確に、かつ安定して供給することができる。
【００５９】
上記一実施の形態においては、ニードル２００がニードルに相当し、流量制御配管７００が配管に相当し、ＦＣＭ（フューエルコントロールモータ）８００が駆動手段に相当し、第１磁石３１０、第２磁石３２０、第３磁石３１０ｃ、第４磁石３２０ｃが磁力装置に相当し、燃料弁１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃが流量制御弁に相当し、ガス燃料５１０がガス燃料に相当し、第１磁石３１０、第２磁石３２０、第３磁石３１０ｃ、第４磁石３２０ｃが永久磁石に相当し、第１磁石３１０が第１磁石に相当し、第２磁石３２０が第２磁石に相当し、第３磁石３１０ｃが第３磁石に相当し、第４磁石３２０ｃが第４磁石に相当する。
【００６０】
本発明は、上記の好ましい一実施の形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る一実施の形態に係る燃料弁の構造の一例を示す模式図
【図２】ニードルおよび流量制御配管との関係の一例を示す模式的斜視図
【図３】燃料弁の動作の一例を示す模式的断面図
【図４】燃料弁の動作の一例を示す模式的断面図
【図５】矢印Ｘ方向に垂直な断面において第１磁石と第２磁石との関係を示す模式図
【図６】燃料弁の他の例を示す模式的断面図
【図７】燃料弁のさらに他の例を示す模式的断面図
【図８】燃料弁のさらに他の例を示す模式的断面図
【図９】軸振れが生じていない場合を説明するための図
【図１０】軸振れが生じた場合を説明するための図
【符号の説明】
【００６２】
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ 燃料弁
２００ ニードル
３１０ 第１磁石
３１０ｃ 第３磁石
３２０ 第２磁石
３２０ｃ 第４磁石
５１０ ガス燃料
７００ 流量制御配管
８００ ＦＣＭ（フューエルコントロールモータ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体と、
前記弁体を外包する配管と、
前記配管内に配設された前記弁体を進退動作させることにより、前記弁体と配管との間隙を流通する気体の流量を調整する駆動手段と、
前記配管と前記弁体との間に磁界を発生させる磁力装置と、を含み、
前記磁力装置は、前記磁力により前記弁体の位置ずれを抑制することを特徴とする流量制御弁。
【請求項２】
前記弁体は、弁体の進退方向に対して垂直な断面の断面積が、弁体の進退方向において変化するように形成されていることを特徴とする請求項１記載の流量制御弁。
【請求項３】
前記弁体は、円周部を有し、
前記配管は、円形をした内周面を有し、
前記磁力装置は、前記弁体の円周部の中心と前記配管の円形をした内周面の中心とを結んだ線が前記弁体の進退方向と平行となるように調整することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流量制御弁。
【請求項４】
前記気体は、ガス燃料からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の流量制御弁。
【請求項５】
前記磁力装置は、永久磁石からなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の流量制御弁。
【請求項６】
前記磁力装置は、第１磁石および第２磁石を含み、
前記配管の長手方向の軸に垂直な断面において、少なくとも３方向から前記軸に対して磁力を発生させるように前記第２磁石が配設され、
前記ニードルの長手方向の軸に垂直な断面において、前記３方向から働く磁力との間で斥力を発生させるように前記断面において前記第１磁石が設けられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の流量制御弁。
【請求項７】
前記磁力装置は、第１磁石および第２磁石を含み、
前記配管の長手方向の軸に垂直な断面において、円環状からなる前記第２磁石が前記配管に配設され、
前記第２磁石との間において斥力が発生するように前記ニードルの外周面に円環状からなる前記第１磁石が配設されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の流量制御弁。
【請求項８】
前記磁力装置は、
前記ニードルの軸上で、かつ前記ニードルの進退方向の進方向の先端側に配設された第３磁石と、
前記ニードルの軸の延長上で、かつ前記進方向で前記配管に配設された第４磁石と、を備え、
前記第３磁石と前記第４磁石との間において引力が作用するように前記第３磁石および前記第４磁石が設けられたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の流量制御弁。
【請求項１】
弁体と、
前記弁体を外包する配管と、
前記配管内に配設された前記弁体を進退動作させることにより、前記弁体と配管との間隙を流通する気体の流量を調整する駆動手段と、
前記配管と前記弁体との間に磁界を発生させる磁力装置と、を含み、
前記磁力装置は、前記磁力により前記弁体の位置ずれを抑制することを特徴とする流量制御弁。
【請求項２】
前記弁体は、弁体の進退方向に対して垂直な断面の断面積が、弁体の進退方向において変化するように形成されていることを特徴とする請求項１記載の流量制御弁。
【請求項３】
前記弁体は、円周部を有し、
前記配管は、円形をした内周面を有し、
前記磁力装置は、前記弁体の円周部の中心と前記配管の円形をした内周面の中心とを結んだ線が前記弁体の進退方向と平行となるように調整することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流量制御弁。
【請求項４】
前記気体は、ガス燃料からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の流量制御弁。
【請求項５】
前記磁力装置は、永久磁石からなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の流量制御弁。
【請求項６】
前記磁力装置は、第１磁石および第２磁石を含み、
前記配管の長手方向の軸に垂直な断面において、少なくとも３方向から前記軸に対して磁力を発生させるように前記第２磁石が配設され、
前記ニードルの長手方向の軸に垂直な断面において、前記３方向から働く磁力との間で斥力を発生させるように前記断面において前記第１磁石が設けられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の流量制御弁。
【請求項７】
前記磁力装置は、第１磁石および第２磁石を含み、
前記配管の長手方向の軸に垂直な断面において、円環状からなる前記第２磁石が前記配管に配設され、
前記第２磁石との間において斥力が発生するように前記ニードルの外周面に円環状からなる前記第１磁石が配設されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の流量制御弁。
【請求項８】
前記磁力装置は、
前記ニードルの軸上で、かつ前記ニードルの進退方向の進方向の先端側に配設された第３磁石と、
前記ニードルの軸の延長上で、かつ前記進方向で前記配管に配設された第４磁石と、を備え、
前記第３磁石と前記第４磁石との間において引力が作用するように前記第３磁石および前記第４磁石が設けられたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の流量制御弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−１９６５９３（Ｐ２００８−１９６５９３Ａ）
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２３００（Ｐ２００７−３２３００）
【出願日】平成１９年２月１３日（２００７．２．１３）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月１３日（２００７．２．１３）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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