JP2005127339A - モータ駆動式比例弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヒステリシス幅が変動しても流量調整を正確に行うことができるモータ駆動式比例弁を提供すること。
【解決手段】 入力ポート３と出力ポート４とを連通させる弁座５にニードル弁体１０が接離可能に設けられ、ステッピングモータ１５の駆動力を直線運動に変換してニードル弁体１０に伝達するものであって、ドライバ２５がステッピングモータ１５の回転角度を制御して弁開度を調整するモータ駆動式比例弁１において、流量を減少させるときに、目標流量より低流量に制御する位置までニードル弁体１０を弁座６方向に移動させるようにステッピングモータ１５を逆方向に回転させた後、目標流量に制御する位置までニードル弁体１０を弁座６から離間させる方向に移動させるようにステッピングモータ１５を正方向に回転させる弁開度調整プログラムを記憶したＲＯＭ２８をドライバ２５に設ける。
【選択図】 図４

Description

本発明は、モータによって弁開度を調整するモータ駆動式比例弁に関する。

近年、燃料電池は、水素と酸素を使用して電気分解の逆反応で発電し、水以外の排出物がなくクリーンな発電装置として注目を浴びている。燃料電池には、改質ガスや空気の管路などに流量制御弁が多数使用されており、その流量制御弁としてモータ駆動式比例弁が使用されている。

図７は、従来のモータ駆動式比例弁１００の一例を示す断面図である。
モータ駆動式比例弁１００は、入力ポート１０１と出力ポート１０２との間に弁座１０３が設けられ、その弁座１０３に弁体１０４が当接又は離間するようになっている。弁体１０４は、ロッド１０５を介してモータ１０６に連結している。モータ１０６は、リードスクリュー部１０７を回転自在に保持し、リードスクリュー部１０７に雌ネジが形成されている。ロッド１０５は、外周面に形成された雄ネジをリードスクリュー部１０７の雌ネジに螺入し、リードスクリュー部１０７の回転に応じて上下方向に直線運動するよう構成されている。

こうしたモータ駆動式比例弁１００は、モータ１０６が正方向に回転すると、ロッド１０５が上昇して弁体１０４を弁座１０３から離間させ、モータ１０６が逆方向に回転すると、ロッド１０５が下降して弁体１０４を弁座１０３に当接させる。従って、モータ駆動式比例弁１００は、モータ１０６の回転角度を制御すれば、弁開度を任意に設定して流量調整することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−９７３５９号公報（３〜５頁、第１図。）。

しかしながら、従来のモータ駆動式比例弁１００は、以下の問題があった。
（１）モータ駆動式比例弁１００は、ヒステリシス幅が不安定で正確に流量調整できない場合があった。具体的には、モータ駆動式比例弁１００は、例えば、リードスクリュー部１０７とロッド１０５とのネジ部に隙間があり、モータ１０６が回転方向を逆転させるときに、回転力をリードスクリュー部１０７から弁ロッド１０５に伝達できない時間がある。そのため、モータ駆動式比例弁１００は、開弁時と閉弁時との間でヒステリシスが発生する。ヒステリシス幅は、従来一定と考えられており、モータ駆動式比例弁１００は、例えば、弁開度を開から閉に制御するときに、一定のヒステリシス幅分だけモータ１０６を逆方向に回転させた後、目標流量に対応する回転角度だけモータ１０６を逆方向に回転させていた。

これに対し、発明者らがヒステリシス幅を分析した結果、ヒステリシス幅は一定でないことが判明した。これは、モータ１０６に発生する摩擦抵抗や部品の加工不具合などが原因と考えられる。よって、一定のヒステリシス幅を前提にモータ駆動式比例弁１００を制御すると、例えば、現実のヒステリシス幅が予め定められたヒステリシス幅より大きいときに、予め定められたヒステリシス幅分だけモータ１０６を回転させ、さらに目標流量に対応する回転角度だけモータ１０６を回転させても、弁開度を正確に制御することができず、流量を目標流量に調整できないことがあった。

（２）また、モータ駆動式比例弁１００は、部品の寸法公差や組立公差などにより、図９に示すように、モータ１０６が回転し始める回転開始位置から弁が開き始める原点位置Ｇ１，Ｇ２までの回転量が製品毎に異なることがあった。一方、モータ駆動式比例弁１００は、図示しないドライバによってモータ１０６の回転量を制御し、弁開度を調整する。ドライバは、弁が開き始める原点位置を予め記憶しており、該モータ駆動式比例弁１００の原点位置が予め記憶している原点位置と一致することを前提にモータ１０６を制御していた。そのため、モータ駆動式比例弁１００は、当該製品の弁が開き始める原点位置を認識されないままモータ１０６を制御され、当該製品の原点位置がドライバの原点位置とずれている場合には、原点出しが正確に行われず、モータ１０６の回転角度のみで流量を目標値に調整するように弁開度を調整することができなかった。

しかも、モータ駆動式比例弁１００は、当該製品の原点位置とドライバに記憶する原点位置とがずれていると、ドライバの原点位置から所定の回転角度だけモータ１０６を逆方向に回転させても、弁体１０４が決められた量だけ下降せず、一定のシール荷重が得られなかった。そのため、モータ駆動式比例弁１００は、製品毎に原点位置が異なると、シール荷重が製品毎に一定にならず、シール力が安定しない問題があった。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ヒステリシス幅が変動しても流量調整を正確に行うことができるモータ駆動式比例弁を提供することを第１の目的とする。
また、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、モータの回転角度に基づいて弁開度を正確に調整し、流量精度を向上させることができるとともに、安定したシール力を得ることができるモータ駆動式比例弁を提供することを第２の目的とする。

本発明に係るモータ駆動式比例弁は、次のような構成を有している。
（１）入力ポートと出力ポートとを連通させる弁座に弁体が接離可能に設けられ、モータの駆動力を直線運動に変換して弁体に伝達するものであって、制御手段がモータの回転角度を制御して弁開度を調整するモータ駆動式比例弁において、前記制御手段が、流量を減少させるときに、目標流量より低流量に制御する位置まで弁体を弁座方向に移動させるようにモータを逆方向に回転させた後、目標流量に制御する位置まで弁体を弁座から離間させる方向に移動させるようにモータを正方向に回転させる弁開度調整手段を有することを特徴とする。

（２）（１）に記載の発明において、制御手段は、所定のヒステリシス幅を記憶するヒステリシス記憶手段を有し、弁開度調整手段が、目標流量に対応する回転角度と所定のヒステリシス幅に対応する回転角度とを加算した回転角度だけモータを逆方向に回転させ、所定のヒステリシス幅に対応する回転角度だけモータを正方向に回転させることにより、流量を目標流量に減少させることを特徴とする。

（３）（２）に記載の発明において、モータは、ヒステリシス幅が回転角度に応じて変動し、所定のヒステリシス幅は、ヒステリシス幅の最大値以上、ヒステリシス幅の最大値の２倍以下であることを特徴とする。

（４）入力ポートと出力ポートとを連通させる弁座に弁体が接離可能に設けられ、モータの駆動力を直線運動に変換して弁体に伝達するものであって、制御手段がモータの回転角度を制御して弁開度を調整するモータ駆動式比例弁において、制御手段は、弁が現実に開き始める原点位置を記憶する原点位置記憶手段を有することを特徴とする。

続いて、上記構成を有する発明の作用効果について説明する。
モータ駆動式比例弁は、モータが正方向に回転すると、弁体が弁座から離間する方向に移動して流量を増加させる一方、モータが逆方向に回転すると、弁体が弁座方向に移動して流量を減少させる。

ここで、流量を減少させる場合には、弁体を目標流量より低流量に制御する位置まで移動させるようにモータを逆方向に回転させた後、モータを正方向に回転させて弁体を目標流量に制御する位置まで移動させる。これにより、モータ駆動式比例弁は、流量を減少させる場合でも、流量調整を行う際には弁体を開方向に移動させることになり、ヒステリシス幅の変動に関係なく、流量調整を正確に行うことができる。

具体的には、モータ駆動式比例弁は、目標流量に対応する回転角度と所定のヒステリシス幅に対応する回転角度とを加算した回転角度だけモータを逆方向に回転させる。モータの回転方向を正方向から逆方向に逆転させる場合には、部材間などの隙間による機械的損失があり、開方向における流量とモータの回転角度との関係から目標流量に対応する回転角度を求め、その回転角度だけモータを逆方向に回転させても、弁体が目標流量に対応する位置まで弁座方向に移動することができない。そこで、このヒステリシスを解消するために、所定のヒステリシス幅だけ余分にモータを逆方向に回転させ、目標流量より低流量に流体を制御する位置まで弁体を弁座方向に移動させる。それから、所定のヒステリシス幅に対応する回転角度だけモータを正方向に回転させ、弁体を弁座から離間する方向に移動させて流量調整を行う。所定のヒステリシス幅は、ヒステリシス記憶手段に予め記憶されているため、モータの回転角度を簡単に計算することができる。

特に、所定のヒステリシス幅は、ヒステリシス幅の最大値以上、ヒステリシス幅の最大値の２倍以下に設定されるので、弁体を原点位置まで復帰させた後に流量調整を行う場合と比較して、流量調整時間を短縮することができる。尚、ヒステリシス幅の最大値以上とするのは、モータのいずれの回転位置においてもヒステリシスを確実に解消するためである。ヒステリシス幅の最大値の２倍以下とするのは、部品の寸法公差や組立公差に対応するためである。

また、制御手段は、原点位置記憶手段が制御対象となるモータ駆動式比例弁の弁が現実に開き始める原点位置を記憶し、制御対象となるモータ駆動式比例弁の部品の寸法公差や組立公差が原点出しに与える影響を排除している。つまり、制御手段は、制御対象となるモータ駆動式比例弁のモータが回転し始めてから弁が現実に開き始める位置までの回転角度を的確に認識している。そのため、モータ駆動式比例弁は、原点出しが正確に行われ、モータの回転角度に基づいて弁開度を目標流量に対応する量に調整することが可能である。また、モータ駆動式比例弁は、制御手段の原点位置記憶手段が記憶している原点位置から所定の回転角度だけモータを回転させれば、弁体が決められた量だけ下降して、一定のシール荷重が得られる。そのため、モータ駆動式比例弁は、製品毎に原点位置が異なっても、シール荷重が製品毎に一定になり、シール力が安定する。よって、本発明のモータ駆動式比例弁は、モータの回転角度に基づいて弁開度を正確に調整し、流量精度を向上させることができるとともに、安定したシール力を得ることができる。

次に、本発明に係るモータ駆動式比例弁の一実施の形態について図面を参照して説明する。図１及び図２は、モータ駆動式比例弁１の断面図である。
モータ駆動式比例弁１は、例えば、燃料電池の改質ガスの管路上に設置され、改質ガスの流量調整を行うために用いられる。モータ駆動式比例弁１は、入力ポート３と出力ポート４との間に配設された弁座６にニードル弁体１０を当接又は離間するものであって、ニードル弁体１０に連結するステッピングモータ１５を制御するドライバ（「制御手段」に相当するもの。）２５に特徴を有する。

モータ駆動式比例弁１は、ボディ２に入力ポート３と出力ポート４が穿設され、入力ポート３と出力ポート４との間に弁室５が形成されている。弁室５には、出力ポート４が連通する開口部に弁座６が形成されている。弁室５は、ボディ２に開設された有底孔にシャフトガイド７を気密に取り付けることにより形成され、そのシャフトガイド７に弁軸８が摺動可能に保持されている。弁軸８の下端部には、保持用ワッシャ９が装着され、保持用ワッシャ９にニードル弁体１０が軸方向に摺動可能に保持されている。ニードル弁体１０は、先端部が弁座６に挿入されるように配設され、保持用ワッシャ９とニードル弁体１０との間にスプリング１１が縮設されている。このスプリング１１により、ニードル弁体１０が弁座６に所定のシール荷重を超えて押さえ付けられることを防止する。従って、弁軸８を上下動させてニードル弁体１０と弁座６との間に形成される隙間の面積を変動させれば、入力ポート３に供給された流体を弁部で微少量調整し、出力ポート４から出力することができる。

ボディ２には、中空孔を備えるアダプタ１２が締付板１３を介してボルト１４で固定され、弁軸８の上端部がボディ２から締付板１３を介してアダプタ１２へと突き出している。ステッピングモータ１５は、アダプタ１２に固設され、駆動軸１６がアダプタ１２の内部に下向きに突き出して変換機構１７を介して弁軸８に連結しており、ステッピングモータ１５の回転に応じて弁軸８を上下方向に直線運動させるよう構成されている。図３は、変換機構１７の分解斜視図である。

変換機構１７は、駆動軸１６、回転部材１８、ガイド部材１９などから構成され、アダプタ１２に収納されている。ガイド部材１９は、プラスチック材料を射出成形により略円筒形状に成形したものである。ガイド部材１９は、先端部が締付板１３からアダプタ１２に突き出すように配設され、シャフトガイド７と締付板１３との間で下端部を狭持されて、回転方向の移動を制限されている。ガイド部材１９は、外周面に一対の長孔２０が軸方向に長く形成されている。弁軸８は、上端部がガイド部材１９に挿入され、係合ピン２１がガイド部材１９の長孔２０に挿通するように貫き通されて固設されている。一方、回転部材１８は、プラスチック材料を射出成形により袋状に形成したものであり、ガイド部材１９の先端部に被せるようにして装着される。回転部材１８の内周面には、一対の送りネジ２２が雌ネジ状に形成され、係合ピン２１の両端部が送りネジ２２，２２に摺動可能に嵌め合わされている。かかる回転部材１８は、凸部２３が駆動軸１６の凹部２４に一義的に位置合わせされて係合し、駆動軸１６と一体的に回転するよう構成されている。従って、ステッピングモータ１５が駆動軸１６を介して回転部材１８を回転させると、送りネジ２２によって係合ピン２１をガイド部材１９の長孔２０に沿って移動させ、弁軸８を軸方向に摺動させる。そのため、ステッピングモータ１５の回転を制御すれば、ニードル弁体１０の上下方向の移動量を調整することができる。

ステッピングモータ１５には、回転動作を制御するためのドライバ２５が取り付けられている。図４は、ドライバ２５のブロック図である。
ドライバ２５は、入出力インターフェース２６、中央演算処理装置（以下、「ＣＰＵ」という。）、ＲＯＭ２８、ＲＡＭ２９などから構成されている。入力インターフェース２６は、ステッピングモータ１５に接続して制御信号を出力したり、外部情報を入力するものである。ＣＰＵは、データを加工、演算するものである。ＲＯＭ２８は、プログラムやデータなどを記憶するものである。ＲＯＭ２８には、後述する弁開度調整プログラム（「弁開度調整手段」に相当するもの。）３０、後述する原点位置補正プログラム３１、後述するヒステリシス記憶メモリ（「ヒステリシス記憶手段」に相当するもの。）３２、後述する原点位置記憶メモリ（「原点位置記憶手段」に相当するもの。）３３などを含む。ＲＡＭ２９は、データを一時的に格納するものである。

ここで、上述した弁開度調整プログラム３０、原点位置補正プログラム３１、ヒステリシス記憶メモリ３２、原点位置記憶メモリ３３について説明する。
ヒステリシス記憶メモリ３２は、ヒステリシス特性、そのヒステリシス特性の最大ヒステリシス幅、所定のヒステリシス幅αなど、ヒステリシスに関するデータを記憶している。

ここで、所定のヒステリシス幅αとは、弁開度調整する際のステップ数を決定するための基準値をいう。所定のヒステリシス幅αは、図８に示すように変動するヒステリシス幅のうちの最大値以上であることが望ましい。ヒステリシス幅の最大値以上とするのは、ステッピングモータ１５の何れの回転位置においてもヒステリシスを確実に解消するためである。特に、所定のヒステリシス幅αは、ヒステリシス幅最大値以上、ヒステリシス幅最大値の２倍以下とすることが望ましい。ヒステリシス幅最大値の２倍以下とするのは、部品などの寸法公差や組立公差に対応するためである。さらに、所定のヒステリシス幅αは、ヒステリシス幅最大値以上、ヒステリシス幅最大値の１．１倍以下とすることが望ましい。ヒステリシス幅αをできる限り小さく設定することによりニードル弁体１０の移動量を少なくし、流量調整時間を短くするためである。

本実施の形態では、ニードル弁体１０は、全閉位置から６ｍｍ上昇すると全開位置まで移動し、ニードル弁体１０を６ｍｍ移動させるためには、ステッピングモータ１５に電流を１５００パルス供給する必要があるものとする。この場合、最大ヒステリシス幅が４０パルスであるとし、所定のヒステリシス幅αを最大ヒステリシス幅（４０パルス）の２倍である８０パルスに設定して、ヒステリシス記憶メモリ３２に記憶するものとする。

次に、弁開度調整プログラム３０について説明する。
弁開度調整プログラム３０は、常に弁開度をヒステリシス特性の開方向への傾きに乗せて調整する処理を実行するためのものである。弁開度調整プログラム３０は、ＣＰＵ２７によってＲＯＭ２８から読み出されて実行される。図５及び図６は、弁開度調整プログラムの内容を概念的に示した図である。

具体的には、流量を増加させる場合には、先ず、ヒステリシス記憶メモリ３２に記憶されているヒステリシス特性を読み出し、ＲＡＭ２９に格納する。そして、図５に示すように、停止位置Ｐ１から目標流量に流量調整できる位置Ｐ２までニードル弁体１０を上昇させるために必要なステップ数Ｓ１を、ヒステリシス特性の開方向への傾きに基づいて決定する。そして、決定したステップ数Ｓ１だけ正方向に回転させる制御信号を入出力インターフェース２６からステッピングモータ１５に出力する。

一方、流量を減少させる場合には、ヒステリシス記憶メモリ３２からヒステリシス特性と所定のヒステリシス幅αを読み出してＲＡＭ２９に格納する。そして、図６に示すように、停止位置Ｐ３から目標流量より低流量に制御する位置Ｐ５までニードル弁体１０を下降させた後、ヒステリシス特性の開方向への傾きに乗せて目標流量に制御する位置Ｐ７までニードル弁体１０を上昇させるためのステップ数を決定する。そして、決定したステップ数だけステッピングモータ１５を回転させる制御信号を入出力インターフェース２６からステッピングモータ１５に出力する。

具体的には、先ず、ヒステリシス特性の開方向への傾きに基づいて目標流量に対応するステップ数Ｓ２を求める。そして、所定のヒステリシス幅αに対応するステップ数Ｓ３を求める。そして、ステップ数Ｓ２とステップ数Ｓ３とを加算したステップ数Ｓ２＋Ｓ３だけステッピングモータ１５を逆方向に回転させて、ニードル弁体１０を下降させる制御信号を作成する。それからさらに、所定のヒステリシス幅αに対応するステップ数Ｓ３だけステッピングモータ１５を正方向に回転させる制御信号を作成する。そして、作成した制御信号を入出力インターフェース２６からステッピングモータ１５に出力する。

次に、原点位置記憶メモリ３３について説明する。
原点位置記憶メモリ３３は、製品組立時にモータ駆動式比例弁１の弁が現実に開き始める原点位置（例えば、図９のＧ１，Ｇ２）を記憶するものである。原点位置記憶メモリ３３は、原点位置を次のようにして記憶する。モータ駆動式比例弁１は、製品組立後に入力ポート３と出力ポート４に流体が流れる配管を接続される。このとき、出力ポート４の出口には流量計が取り付けられる。そして、モータ駆動式比例弁１の入力ポート３に流体を供給し、ステッピングモータ１５を正方向に回転させてニードル弁体１０を全開位置まで上昇させる。そして、ステッピングモータ１５を逆方向に回転させてニードル弁体１０を弁座６に当接させる。そしてさらに、ステッピングモータ１５を逆方向に回転させ、ニードル弁体１０に所定のシール荷重を与える。これにより、ステッピングモータ１５が、回転し始める位置、すなわち、ステップ数０の位置に戻る。それから、ステッピングモータ１５を正方向に回転させてニードル弁体１０を少しずつ上昇させていく。そして、入力ポート３から出力ポート４に流体が流れ始める瞬間を流量計で検出し、その検出位置（例えば、図９のＧ１，Ｇ２）を原点位置記憶メモリ３３に記憶する。従って、モータ駆動式比例弁１の原点位置記憶メモリ３３に記憶されている原点位置は、製品毎に異なることがある。

次に、原点位置補正プログラム３１について説明する。
原点位置補正プログラム３１は、原点位置記憶メモリ３３に記憶されている原点位置（例えば、図９のＧ１，Ｇ２）に基づいて、ヒステリシス記憶メモリ３２に記憶されているヒステリシス特性の原点位置をずらし、原点出しを行う処理を実行するためのものである。

続いて、モータ駆動式比例弁１の動作について説明する。
モータ駆動式比例弁１は、電源投入前には、図１に示すように弁軸８が下降して、ニードル弁体１０の先端部が弁座６に挿入されている。ニードル弁体１０は、スプリング１１により所定のシール荷重を加えられ、弁座６を確実にシールする。よって、流体が入力ポート３から出力ポート４に流れない。

弁開度を全閉状態から全開状態にする場合には、図２に示すように、ステッピングモータ１５を正方向に回転させて、弁軸８を上昇させる。ニードル弁体１０は、スプリング１１で弁座６方向に付勢されているため、弁軸８が上昇し始めても、しばらくの間は弁座６に当接し続ける。弁軸８が所定量上昇すると、保持用ワッシャ９がニードル弁体１０に係合するので、その後さらに弁軸８を上昇させ続けると、保持用ワッシャ９を介してニードル弁体１０が弁座６から引き上げられる。これにより、入力ポート３に供給された流体が出力ポート４に流れ始める。その後、ステッピングモータ１５を全開位置に対応する所定のステップ数だけ正方向に回転させると、ニードル弁体１０がステップ数に応じて上昇し、全開位置まで移動する。

一方、弁開度を全開状態から全閉状態にする場合には、図１に示すように、ステッピングモータ１５を逆方向に回転させて、弁軸８を下降させる。ニードル弁体１０は、弁軸８とともに下降し、やがて原点位置まで復帰する。その後も、ステッピングモータ１５は、所定のステップ数だけ逆方向に回転して弁軸８を下降させ、ニードル弁体１０を所定のシール荷重で弁座６に押し付ける。尚、ステッピングモータ１５が回転しすぎても、スプリング１１が弁座６方向の荷重を吸収するので、ニードル弁体１０を弁座６に強く押し付けすぎない。

次に、流体流量を微小流量調整する場合について説明する。流量を増加させる場合には、図５に示すように、ヒステリシス特性の開方向への傾きに基づいて目標流量に対応するステップ数Ｓ１だけステッピングモータ１５を正方向に回転させ、ニードル弁体１０を停止位置Ｐ１から目標流量に対応する位置Ｐ２まで上昇させる。このとき、モータ駆動式比例弁１が、常にステッピングモータ１５を正方向に回転させて流量調整を行うため、停止位置Ｐ１が開方向への傾きに乗っており、ヒステリシスを考慮してステップ数Ｓ１を決定する必要はない。

一方、流量を減少させる場合には、図６に示すように、まず、ヒステリシス特性の開方向への傾きから求められる目標流量に対応するステップ数Ｓ２と、所定のヒステリシス幅αに対応するステップ数Ｓ３を加算したステップ数Ｓ２＋Ｓ３だけステッピングモータ１５を逆方向に回転させることにより、ニードル弁体１０を下降させ、流量を減少させる。

これは、ステッピングモータ１５の駆動軸１６と回転部材１８との連結部分や送りネジ２２と係合ピン２１との連結部分などに生じる摩擦抵抗や隙間などによってヒステリシスが発生するため、ヒステリシス特性の開方向への傾きから求められる目標流量に対応するステップ数Ｓ２だけステッピングモータ１５を逆方向に回転させるだけでは、ニードル弁体１０を位置Ｐ４までしか下降させることができない。すなわち、流量が目標流量より多く制御される。これに対し、ヒステリシス幅を一定として、目標流量に対応するステップ数Ｓ２に一定のヒステリシス幅に対応するステップ数を加算したステップ数だけステッピングモータ１５を逆方向に回転させれば、流体を目標流量に制御できるとも考えられる。

しかし、本実施の形態のモータ駆動式比例弁１は、回転部材１８が射出成形によって成形されているため、冷却時のひけなどにより送りネジ２２や凸部２３の形状が一定になりにくかった。そのため、ステッピングモータ１５の回転時に、ステッピングモータ１５の駆動軸１６と回転部材１８との連結部分や、回転部材１８の送りネジ２２と弁軸８の係合ピン２１との連結部分にガタが発生し、これがヒステリシス幅を変動させていた。よって、単純に、一定のヒステリシス幅を考慮してステップ数を決定するだけでは、一定のヒステリシス幅と現実のヒステリシス幅とが一致しない場合に、流体を目標流量に調整できない。

これに対し、モータ駆動式比例弁１は、目標流量に対応するステップ数Ｓ２に加え、さらに、ヒステリシス記憶メモリ３２に予め記憶されている所定のヒステリシス幅αに対応するステップ数Ｓ３だけステッピングモータ１５を逆方向に回転させる。所定のヒステリシス幅αは、変動するヒステリシス幅の最大値（４０パルス）を２倍した値（８０パルス）であるため、ステッピングモータ１５の何れの回転位置で発生するヒステリシスも解消することができる。もっともこの場合、所定のヒステリシス幅αが停止位置Ｐ３におけるヒステリシス幅より大きいと、ニードル弁体１０が、目標流量より低流量を制御する位置Ｐ５まで下降してしまう。

この不具合を解消するために、モータ駆動式比例弁１は、所定のヒステリシス幅αに対応するステップ数Ｓ３だけステッピングモータ１５を正方向に回転させる。この場合、ステッピングモータ１５が位置Ｐ５におけるヒステリシス幅に対応するステップ数Ｓ４だけ正方向に回転すると、当該ヒステリシスが解消され、流量は変化しないものの、ニードル弁体１０をヒステリシス特性の開方向への傾きに乗せることができる（位置Ｐ６参照）。所定のヒステリシス幅αと位置Ｐ５におけるヒステリシス幅とが同一の場合には、ニードル弁体６は位置Ｐ６で停止する。

一方、所定のヒステリシス幅αが位置Ｐ５におけるヒステリシス幅より大きい場合には、その後に、ステッピングモータ１５が、残りのヒステリシス幅、すなわち、所定のヒステリシス幅αから位置Ｐ５におけるヒステリシス幅を減算して求められるヒステリシス幅に対応するステップ数Ｓ５だけ正方向に回転する。これにより、ニードル弁体１０は、ヒステリシス特性の開方向への傾きに乗って上昇し、目標流量に対応する位置Ｐ７で停止する。これにより、モータ駆動式比例弁１は、流体を目標流量に制御する。

ところで、モータ駆動式比例弁１は、部品の寸法公差や組立公差などによって、図９のＧ１，Ｇ２に示すように、製品毎に原点位置Ｇ１，Ｇ２が異なることがある。これに対して、ドライバ２５は、原点位置記憶メモリ３３に制御対象となるモータ駆動式比例弁１の弁が現実に開き始める原点位置を記憶し、制御対象となるモータ駆動式比例弁１の部品の寸法公差や組立公差が原点出しに与える影響を排除している。つまり、ドライバ２５は、制御対象となるモータ駆動式比例弁１のステッピングモータ１５が回転し始めてから弁が現実に開き始める位置までのステップ数を的確に把握している。そのため、モータ駆動式比例弁１は、原点位置補正プログラム３１を実行した際に原点出しが正確に行われ、ステッピングモータ１５のステップ数に基づいて弁開度を目標流量に対応する量に調整することが可能である。

また、モータ駆動式比例弁１は、ドライバ２５の原点位置記憶メモリ３３に記憶されている原点位置から所定のステップ数だけステッピングモータ１５を逆方向させれば、ニードル弁体１０が現実に弁が開き始める原点位置から決められた量だけ下降し、一定のシール荷重で弁座６に当接する。そのため、モータ駆動式比例弁１は、製品毎に原点位置がばらついても、シール荷重が製品毎に一定になり、安定したシール力が得られる。

以上詳細に説明したように、本実施の形態のモータ駆動式比例弁１は、流量を減少させる場合には、弁開度調整プログラム３０を実行することにより、ニードル弁体１０を目標流量より低流量に制御する位置Ｐ５まで移動させるようにステッピングモータ１５を逆方向に回転させた後、ステッピングモータ１５を正方向に回転させてニードル弁体１０を目標流量に制御する位置Ｐ７まで移動させる（図６参照）。これにより、モータ駆動式比例弁１は、流量を減少させる場合でも、流量調整を行う際にはニードル弁体１０を開方向に移動させることになり、ヒステリシス幅の変動に関係なく、流量調整を正確に行うことができる。特に、モータ駆動式比例弁１のように、回転力を推進力に変換する変換機構１７がプラスチック材料を射出成形で成形される場合には、製品毎に送りネジ２２の形状などが歪になりやすく、ヒステリシス幅の変動が大きくなるため、有益である。

また、モータ駆動式比例弁１は、目標流量に対応するステップ数Ｓ２と所定のヒステリシス幅αに対応するステップ数Ｓ３とを加算したステップ数Ｓ２＋Ｓ３だけステッピングモータ１５を逆方向に回転させた後、所定のヒステリシス幅αに対応するステップ数Ｓ３だけステッピングモータ１５を正方向に回転させ、ニードル弁体１０を弁座６から離間する方向に移動させて流量調整を行う。所定のヒステリシス幅αは、ドライバ２５のヒステリシス記憶メモリ３２に予め記憶されているため、ステッピングモータ１５のステップ数を簡単に計算することができる。

特に、ステッピングモータ１５のヒステリシス幅が変動しており（図８参照）、所定のヒステリシス幅αは、ヒステリシス幅最大値以上、ヒステリシス幅最大値の２倍以下に設定されているので、ニードル弁体１０を原点位置まで復帰させた後に流量調整を行う場合と比較して、流量調整時間を短縮することができる。

また、モータ駆動式比例弁１は、制御対象となるモータ駆動式比例弁１の弁が現実に開き始める原点位置（例えば、図９のＧ１，Ｇ２）を原点位置記憶メモリ３３に記憶しているので、ステッピングモータ１５のステップ数に基づいて弁開度を正確に調整し、流量精度を向上させることができるとともに、安定したシール力を得ることができる。

なお、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、色々な応用が可能である。
例えば、上記実施の形態では、ニードル弁構造のモータ駆動式比例弁１について説明したが、ポペット弁構造を有するモータ駆動式比例弁にドライバ２５を適用してもよい。また、上記実施の形態では、変換機構１７の送りネジ２０に弁軸８の係合ピン２１を係合させたが、弁軸８の上端部に雄ネジを形成して、変換機構１７の送りネジ２０に螺合させてもよい。

本発明の実施の形態に係り、モータ駆動式比例弁の断面図であって、全閉状態を示す。 同じく、モータ駆動式比例弁の断面図であって、開弁状態を示す。 同じく、変換機構の分解斜視図である。 同じく、ドライバのブロック図である。 同じく、弁開度調整プログラムの内容を概念的に示した図であって、開方向に弁体を移動させる場合を示す。 同じく、弁開度調整プログラムの内容を概念的に示した図であって、閉方向に弁体を移動させる場合を示す。 従来のモータ駆動式比例弁の断面図である。 モータ駆動式比例弁のヒステリシス特性を示す図であって、縦軸に流量（Ｌ／ ｍｉｎ）を示し、係合ピンにステップ数を示す。 ２個のモータ駆動式比例弁のヒステリシス特性を比較した図であって、縦軸に流量（Ｌ／ｍｉｎ）を示し、係合ピンにステップ数を示す。

符号の説明

１ モータ駆動式比例弁
３ 入力ポート
４ 出力ポート
６ 弁座
１０ ニードル弁体
１５ ステッピングモータ
２５ ドライバ
３０ 弁開度調整プログラム
３２ ヒステリシス記憶メモリ
３３ 原点位置記憶メモリ

Claims (4)

1. 入力ポートと出力ポートとを連通させる弁座に弁体が接離可能に設けられ、モータの駆動力を直線運動に変換して前記弁体に伝達するものであって、制御手段によりモータの回転角度を制御して弁開度を調整するモータ駆動式比例弁において、
   前記制御手段が、
   流量を減少させるときに、目標流量より低流量に制御する位置まで前記弁体を前記弁座方向に移動させるように前記モータを逆方向に回転させた後、目標流量に制御する位置まで前記弁体を前記弁座から離間させる方向に移動させるように前記モータを正方向に回転させる弁開度調整手段を有することを特徴とするモータ駆動式比例弁。
2. 請求項１に記載するモータ駆動式比例弁において、
   前記制御手段は、
   所定のヒステリシス幅を記憶するヒステリシス記憶手段を有し、
   前記弁開度調整手段が、目標流量に対応する回転角度と前記所定のヒステリシス幅に対応する回転角度とを加算した回転角度だけ前記モータを逆方向に回転させ、前記所定のヒステリシス幅に対応する回転角度だけ前記モータを正方向に回転させることにより、流量を目標流量に減少させることを特徴とするモータ駆動式比例弁。
3. 請求項２に記載するモータ駆動式比例弁において、
   前記モータは、ヒステリシス幅が回転角度に応じて変動し、
   前記所定のヒステリシス幅は、前記ヒステリシス幅の最大値以上、前記ヒステリシス幅の最大値の２倍以下であることを特徴とするモータ駆動式比例弁。
4. 入力ポートと出力ポートとを連通させる弁座に弁体が接離可能に設けられ、モータの駆動力を直線運動に変換して前記弁体に伝達するものであって、制御手段がモータの回転角度を制御して弁開度を調整するモータ駆動式比例弁において、
   前記制御手段は、弁が現実に開き始める原点位置を記憶する原点位置記憶手段を有することを特徴とするモータ駆動式比例弁。
   

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