JP2003307280A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体制御を行うバルブの弁体を駆動するアク
チュエータにおいて、噛み込んだ異物による弁体の作動
不良を防止する。 【解決手段】 弁体が取り付けられた出力軸１７と、ギ
アを介して出力軸１７と結合され、出力軸１７を回転さ
せて弁体を閉方向および開方向に駆動するモータ１８
と、動作指示信号を受けてモータ１８を回転させ、弁体
が全閉位置または全開位置とならない場合にはモータ１
８を反転させてギアをそのバックラッシ分だけ逆方向に
回転させた後に再度モータ１８を反転させて弁体を閉方
向または開方向に駆動する制御部２４とを有する構成と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアクチュエータに関
し、特に流体制御を行うバルブを駆動するアクチュエー
タに適用して有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】配管には流体の流れを制御するためにバ
ルブを設置する場合が多い。そして、バルブの駆動は手
動で、あるいはアクチュエータを用いて自動で行われ
る。

【０００３】ここで、流体中に異物があり、この異物が
流路を開閉するバルブの弁体と弁座との間に噛み込む
と、全閉付近あるいは全開付近における弁体の作動抵抗
が大きくなるのみならず、異物により弁体が全閉位置や
全開位置に到達できない場合が生じる。

【０００４】このような異物の噛み込みによる不具合が
生じると、流体の流れを正しく行うことができなくな
り、動作の信頼性を損ねることになる。

【０００５】そこで、異物の噛み込みによる問題を解決
するための技術として、たとえば特開平５−１０６７５
４号公報や特開平９−６４３９号公報に記載のものが知
られている。

【０００６】特開平５−１０６７５４号公報には、異物
噛み込みを検出したときには弁体を反対方向に動作させ
ることにより、当該異物を流体の流れを利用して除去す
る技術が開示されている。

【０００７】また、特開平９−６４３９号公報には、異
物を噛み込んだときにはステッピングモータに与えるパ
ルス周波数を低くして低速駆動することにより駆動トル
クを上昇させ、上昇した駆動トルクで弁体を駆動してこ
れを強制的に目的位置に到達させる技術が開示されてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、異物は
弁体と弁座とに挟み込まれることによって弁体あるいは
弁座に付着して取れにくくなっているために、特開平５
−１０６７５４号公報に記載の技術のように弁体を反対
方向に動作させても、異物が流体によって除去されない
場合がある。

【０００９】また、特開平９−６４３９号公報に記載の
技術のようにモータの駆動トルクを上昇させるのにも限
界があるため、弁体を目的位置に到達させることができ
ない場合が発生する。

【００１０】そこで、本発明は、噛み込んだ異物による
弁体の作動不良を防止することのできるアクチュエータ
についての技術を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係るアクチュエータは、流体制御を行うバ
ルブの弁体を駆動するアクチュエータであって、弁体が
取り付けられた出力軸と、ギアを介して出力軸と結合さ
れ、当該出力軸を回転させて弁体を閉方向および開方向
に駆動するモータと、動作指示信号を受けてモータを回
転させ、弁体が全閉位置または全開位置とならない場合
にはモータを反転させてギアをそのバックラッシ分だけ
逆方向に回転させた後に再度モータを反転させて弁体を
閉方向または開方向に駆動する制御部とを有することを
特徴とする。

【００１２】このように、弁体が全閉位置または全開位
置とならない場合には、モータを反転させてギアをその
バックラッシ分だけ逆方向に回転させた後に再度モータ
を反転させているので、モータがバックラッシ分だけ無
負荷の状態で回転することにより瞬間的に発生するトル
クは弁体に噛み込まれた異物に作用する。したがって、
異物はモータの電気エネルギによる駆動トルクおよび無
負荷の慣性力で瞬間的に発生するトルクにより潰されて
弁体が全開位置または全閉位置に到達するので、噛み込
んだ異物による弁体の作動不良を確実に防止することが
可能になる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付
図面において同一の部材には同一の符号を付しており、
また、重複した説明は省略されている。なお、発明の実
施の形態は、本発明が実施される特に有用な形態として
のものであり、本発明がその実施の形態に限定されるも
のではない。

【００１４】図１は本発明の一実施の形態であるアクチ
ュエータの内部構造をバルブとともに示す断面図、図２
は図１のアクチュエータの制御系を示すブロック図、図
３は図１のアクチュエータにおける動作を示すフローチ
ャート、図４は図１のアクチュエータにおいて弁体が異
物の噛み込みなく全閉位置から全開位置に到達した場合
の入出力信号を示すタイムチャート、図５は図１のアク
チュエータにおいて異物を噛み込んだ弁体が全閉位置か
ら全開位置に到達した場合の入出力信号を示すタイムチ
ャート、図６は弁体が異物を噛み込んだときにおけるギ
アの回転動作を連続的に示す説明図である。

【００１５】本実施の形態のアクチュエータ１１は流体
制御を行うバルブ１２の弁体（図示せず）を駆動するア
クチュエータである。

【００１６】図１に示すように、アクチュエータ１１
は、バルブ１２がボルト止めされた台座１３と、この台
座１３に取り付けられて台座１３との間に内部空間を形
成するハウジング１４とを有している。そして、ハウジ
ング１４内には、その内部空間を上下に区画するプレー
ト１５が、スペーサ１６によって台座１３との間に所定
の距離をおいて設けられている。また、台座１３を貫通
して、バルブ１２の弁体を駆動する出力軸１７が回転可
能に設けられている。

【００１７】プレート１５にはモータ１８が固定さてお
り、台座１３とプレート１５との間には、モータ１８の
出力を出力軸１７に伝達する複数のギア１９が配置され
ている。そして、これらのギア１９によりモータ１８の
回転が減速されて出力軸１７に伝達され、このようにし
て回転する出力軸１７により弁体が駆動される。なお、
台座１３には、モータ１８への給電を行うケーブルの引
き込み口となる開口部２０が形成されている。

【００１８】ここで、モータ１８には、与えられたパル
ス数に応じて回転するステッピングモータが用いられて
いる。但し、シンクロナスモータなど、回転角の制御が
可能な他の種類のモータを用いてもよい。

【００１９】出力軸１７の同軸上には、周方向に一定間
隔で複数の孔（図示せず）が形成された開度板２１が取
り付けられている。また、開度板２１を挟むようにして
フォトインタラプタ２２が配置されている。そして、開
度板２１およびフォトインタラプタ２２で構成される弁
開度計（開度検出部）２３では、開度板２１の回転によ
り遮断・透過されるフォトインタラプタ２２の発光部か
ら受光部に至る光をカウントすることで弁体の開度（つ
まり、全閉位置および全開位置ならびに中間開度）が検
出される。

【００２０】但し、開度検出部は、少なくとも弁体の全
閉位置および全開位置のみが検出できるようになってい
ればよい。したがって、図示するような中間開度も検出
できる弁開度計２３ではなく、たとえば弁体が全閉位置
および全開位置になったときにオン・オフする光学式、
磁気式、機械式などのリミットスイッチを開度検出部と
することができる。

【００２１】図２に示すように、アクチュエータ１１に
は、電源、弁体を全開位置とするようモータ１８を回転
させるための動作指示信号である開信号、および弁体を
全閉位置とするようモータ１８を回転させるための動作
指示信号である閉信号が入力され、弁開度計２３により
弁体が全開位置となったと検知されたときの信号である
全開信号、および弁開度計２３により弁体が全閉位置と
なったと検知されたときの信号である全閉信号が出力さ
れ、アクチュエータ１１の動作制御を行う制御部２４が
設けられている。また、ギア１９のバックラッシ量を検
出するバックラッシ検出部２５が設けられている。

【００２２】次に、このような構成を有するアクチュエ
ータ１１の制御部２４による弁体の開閉駆動制御につい
て、図３〜図６を用いて説明する。なお、ここでは弁体
を全閉位置から全開位置に駆動する場合について説明す
るが、全開位置から全閉位置に駆動する場合について
は、モータの回転方向や信号の種類などが逆になるだけ
で、動作自体は同様である。

【００２３】図３のフローチャートにおいて、弁体が全
閉位置となっている場合において（ステップＳ１）、弁
体を全開位置へ駆動する開信号が制御部２４に入力され
たならば（ステップＳ２）、バックラッシ検出部２５に
よるギア１９のバックラッシ量の検出が行われる。

【００２４】すなわち、バックラッシのカウントが開始
されてモータ１８が弁体の開方向へ駆動され（ステップ
Ｓ３、Ｓ４）、弁開度計２３が動作することで（リミッ
トスイッチを用いた場合には、弁閉リミットスイッチが
オフになることで）全閉信号が出力されなくなったかど
うかが、つまり弁体の作動が認識されたかどうかが判断
される（ステップＳ５）。そして、全閉信号が出力され
なくなったならば、ギア１９がバックラッシ分動いて弁
体の駆動が開始されたことになるので、その時点でのバ
ックラッシカウントが保存される（ステップＳ６）。

【００２５】ここで、モータ１８にステッピングモータ
を用いた本実施の形態では、開信号が入力されてモータ
１８が回転を開始してから開度検出部である弁開度計２
３により弁体の作動が認識されて全閉信号が出力されな
くなるまでにモータ１８に与えられたパルス数がバック
ラッシ量として検出される。なお、シンクロナスモータ
を用いた場合には、モータ１８が回転を開始してから弁
開度計２３により弁体の作動が認識されるまでに要した
時間がバックラッシ量として検出される。

【００２６】このようにしてバックラッシカウントが保
存されたならば、次に駆動パルスのカウントが開始され
（ステップＳ７）、モータ１８が弁体の開方向に駆動さ
れる（ステップＳ８）。そして、規定パルス数に達した
かが判断され（ステップＳ９）、達する前に弁開度計２
３の動作が停止して（リミットスイッチを用いた場合に
は、弁開リミットスイッチがオンになって）弁体の全開
信号が出力されたならば（ステップＳ１０）、弁体が全
開位置へ到達してその動作が停止する（ステップＳ１
１）。

【００２７】なお、シンクロナスモータを用いた場合に
は、ステップＳ７においては弁体の作動が開始してから
の時間がカウントされ、ステップＳ８でモータ１８が弁
体の開方向に駆動されて、ステップＳ９においては規定
の回転時間に達したかが判断される。

【００２８】このような一連の動作における入出力信号
のタイムチャートとして、弁体が異物の噛み込みなく全
閉位置から全開位置に到達した場合の入出力信号のタイ
ムチャートを図７に、異物を噛み込んだ弁体が全閉位置
から全開位置に到達した場合の入出力信号のタイムチャ
ートを図８に、それぞれ示す。

【００２９】ここで、ステップＳ９においてモータ１８
に与えられるパルス数が規定数に達したならば（図５の
（Ａ）点）、これはモータ１８に与えられるパルス数が
規定数に達したにも拘わらず全開信号が出力されない、
つまり弁体が全開位置となっていないことになり、弁体
が異物を噛み込んだものと考えられる。このときのギア
の状態を図６（Ａ）に示す。なお、図６において、符号
１９ａは弁体が取り付けられた出力軸１７に設けられた
出力ギアを、符号１９ｂはこの出力ギア１９ａを駆動す
るギアである第１ギアを、それぞれ示している。

【００３０】そこで、この場合には、前述したバックラ
ッシ検出部２５に保存されているバックラッシ量だけモ
ータ１８を戻す（ステップＳ１２）。つまり、第１ギア
１９ｂを出力ギア１９ａに対するバックラッシ分だけ逆
方向に回転させる（図５の（Ｂ）点）。このときのギア
の状態を図６（Ｂ）に示す。

【００３１】ステップＳ１２を実行して第１ギア１９ｂ
をそのバックラッシ分だけ逆方向に回転させたならば、
再度モータ１８を反転させて弁体を開方向に駆動する
（ステップＳ１３）。すると、モータ１８はバックラッ
シ分だけは無負荷の状態で回転することになる（図５の
（Ｃ）点）。このときのギアの状態を図６（Ｃ）に示
す。

【００３２】前述のようにモータ１８により第１ギア１
９ｂ出力ギア１９ａに対するバックラッシ分だけ逆方向
に回転させているので、出力軸１７およびこの出力軸１
７に取り付けられた弁体はモータ１８により逆方向には
動いていない。したがって、モータ１８から得られる電
気エネルギによる駆動トルクに加えてバックラッシ区間
において第１ギア１９ｂに生じる無負荷の慣性力で瞬間
的に発生するトルクが、つまりピークのトルクが弁体に
噛み込まれた異物に作用するので、弁体は当該異物を潰
して全開位置に到達するようになる。これにより、噛み
込んだ異物による弁体の作動不良が確実に防止される。

【００３３】なお、特開平５−１０６７５４号公報に記
載の技術では弁体を反対方向に回転させているので、バ
ックラッシ分だけ無負荷の状態で回転することにより得
られるトルクは噛み込んだ異物には作用しない。したが
って、異物にはモータの駆動トルクのみしか作用しない
ので、本願のように大きな異物潰し力は得られない。

【００３４】ステップＳ１３を実行してモータ１８を弁
体の開方向に駆動したならば、規定パルス数に達したか
が判断され（ステップＳ１４）、達する前に弁開度計２
３の動作が停止して（リミットスイッチを用いた場合に
は、弁開リミットスイッチがオンになって）弁体の全開
信号が出力されたならば（ステップＳ１５）、弁体が全
開位置へ到達してその動作が停止する（ステップＳ１
６）。

【００３５】また、ステップＳ１４において規定パルス
数に達したと判断された場合には弁体が全開位置となっ
ていないことになるので、ステップＳ１２およびステッ
プＳ１３の処理を繰り返す。この繰り返し操作により、
弁に噛み込んだ異物を徐々に潰すようにしてもよい。

【００３６】なお、シンクロナスモータを用いた場合に
は、ステップＳ１４においては規定の回転時間に達した
かが判断される。

【００３７】このように、本実施の形態によれば、弁体
が全開位置（または全閉位置）とならない場合には、モ
ータ１８を反転させてギア１９をバックラッシ分だけ逆
方向に回転させた後に再度モータ１８を反転させている
ので、モータ１８がバックラッシ分だけ無負荷の状態で
回転することにより瞬間的に発生するトルクは弁体に噛
み込まれた異物に作用する。したがって、異物はモータ
１８から得られる電気エネルギによる駆動トルクおよび
この無負荷の慣性力で瞬間的に発生するトルクにより潰
され、これにより弁体は全開位置（または全閉位置）に
到達するので、噛み込んだ異物による弁体の作動不良を
確実に防止することができる。

【００３８】以上の説明では、ギア１９のバックラッシ
量を検出してこれを保存するバックラッシ検出部２５が
設けられており、制御部２４は、バックラッシ検出部２
５に保存されたバックラッシ量に基づいてモータ１８を
介してギア１９をバックラッシ分だけ逆方向に回転させ
ているが、バックラッシ検出部２５の代わりに、ギア１
９のバックラッシ量が格納された記憶部を備えておき、
記憶部に格納されたバックラッシ量に基づいてモータ１
８を介してギア１９をバックラッシ分だけ逆方向に回転
させるようにしてもよい。

【００３９】なお、バックラッシ量は、ステッピングモ
ータの場合にはモータに与えられるパルス数として、シ
ンクロナスモータの場合にはモータの回転時間として、
格納される。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば以下の効果を奏することができる。

【００４１】すなわち、弁体が全閉位置または全開位置
とならない場合には、モータを反転させてギアをそのバ
ックラッシ分だけ逆方向に回転させた後に再度モータを
反転させているので、弁体に噛み込まれた異物はモータ
の電気エネルギによる駆動トルクおよびギアに生じる無
負荷の慣性力で瞬間的に発生するトルクにより潰されて
弁体が全開位置または全閉位置に到達することになり、
噛み込んだ異物による弁体の作動不良を確実に防止する
ことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態であるアクチュエータの
内部構造をバルブとともに示す断面図である。

【図２】図１のアクチュエータの制御系を示すブロック
図である。

【図３】図１のアクチュエータにおける動作を示すフロ
ーチャートである。

【図４】図１のアクチュエータにおいて弁体が異物の噛
み込みなく全閉位置から全開位置に到達した場合の入出
力信号を示すタイムチャートである。

【図５】図１のアクチュエータにおいて異物を噛み込ん
だ弁体が全閉位置から全開位置に到達した場合の入出力
信号を示すタイムチャートである。

【図６】弁体が異物を噛み込んだときにおけるギアの回
転動作を連続的に示す説明図である。

【符号の説明】

１１ アクチュエータ １２ バルブ １３ 台座 １４ ハウジング １５ プレート １６ スペーサ １７ 出力軸 １８ モータ １９ ギア １９ａ 出力ギア １９ｂ 第１ギア ２０ 開口部 ２１ 開度板 ２２ フォトインタラプタ ２３ 弁開度計（開度検出部） ２４ 制御部 ２４ 磁気体 ２５ バックラッシ検出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H062 BB08 CC02 CC15 EE07 HH01 5H307 DD18 DD20 EE02 EE06 FF27 GG20 5H580 AA10 BB06 CA12 FA04 FB03 FC10 FD12 HH01 HH35 JJ02 JJ05

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体制御を行うバルブの弁体を駆動する
   アクチュエータであって、 前記弁体が取り付けられた出力軸と、 ギアを介して前記出力軸と結合され、当該出力軸を回転
   させて前記弁体を閉方向および開方向に駆動するモータ
   と、 動作指示信号を受けて前記モータを回転させ、前記弁体
   が全閉位置または全開位置とならない場合には前記モー
   タを反転させて前記ギアをそのバックラッシ分だけ逆方
   向に回転させた後に再度前記モータを反転させて前記弁
   体を閉方向または開方向に駆動する制御部とを有するこ
   とを特徴とするアクチュエータ。
2. 【請求項２】 前記ギアのバックラッシ量を検出してこ
   れを保存するバックラッシ検出部を備え、 前記制御部は、前記バックラッシ検出部に保存された前
   記バックラッシ量に基づいて前記モータを介して前記ギ
   アをバックラッシ分だけ逆方向に回転させることを特徴
   とする請求項１記載のアクチュエータ。
3. 【請求項３】 前記弁体の少なくとも全閉位置および全
   開位置を検出する開度検出部を備え、 前記バックラッシ検出部は、前記モータが回転を開始し
   てから前記開度検出部が全閉位置または全開位置にある
   前記弁体の作動を認識するまでに前記モータに与えられ
   たパルス数、または前記モータが回転を開始してから前
   記開度検出部が全閉位置または全開位置にある前記弁体
   の作動を認識するまでの時間により前記バックラッシ量
   を検出することを特徴とする請求項２記載のアクチュエ
   ータ。
4. 【請求項４】 前記ギアのバックラッシ量が格納された
   記憶部を備え、 前記制御部は、前記記憶部に格納されたバックラッシ量
   に基づいて前記モータを介して前記ギアをバックラッシ
   分だけ逆方向に回転させることを特徴とする請求項１記
   載のアクチュエータ。
5. 【請求項５】 前記記憶部には、前記モータに与えられ
   るパルス数、または前記モータの回転時間として前記バ
   ックラッシ量が格納されていることを特徴とする請求項
   ４記載のアクチュエータ。