JP2006112501A - バルブのアクチュエータ及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 部品点数を増やすことなく本体内部を効率的に加熱して、結露の発生を確実に防止することのできるバルブのアクチュエータを提供すること。
【解決手段】 電動モータ２を駆動させてバルブ２０の弁体を開閉させるバルブのアクチュエータ１であって、電動モータ２への電力供給線上に接続された抵抗器３４をこの電動モータ２を支持する支持板９に接触ないしは近接させて、抵抗器３４からの発熱を支持板９の面で放熱させて結露を防止するようにしたバルブのアクチュエータである。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電動で回転軸を駆動させるアクチュエータに関し、特に、空調用のボール弁やバタフライ弁等の回転弁と結合してこれらを回転させるアクチュエータの結露を防止したものである。

例えば、ボール弁等の回転弁を装着した空調用配管に冷房・冷凍用の低温流体を供給すると、配管や回転弁の外表面の温度が大気の温度や湿度を条件に露点以下になったとき、これらの外表面には結露が生じる。そのため、通常、配管や回転弁の外周囲に保温材を巻いて大気を直接接触させないようにしてこれらの部位の結露を防いでいる。

ところで、この種の回転弁には、一般に回転駆動用のアクチュエータを搭載しているが、回転弁の外周囲を保温材で巻装した場合、回転弁の上部に搭載しているこのアクチュエータは、保温材より外方に露出させた状態になるのが通常である。
回転弁を通過する冷水からの冷熱が回転弁のステムと弁軸筒を伝わってフランジ部を介してアクチュエータに伝達されると、フランジ部の近傍位置で外気に触れている状態であるアクチュエータの出力軸部分には結露が発生する。アクチュエータの内外周囲に結露が発生した場合、アクチュエータ内部においては錆が発生したり、漏電等の電気的故障が生じたり、或は水滴が流れて周囲を汚す等の問題が生じ、このため、アクチュエータの結露を防止するものとして、例えば、回転弁のステムとアクチュエータの出力軸の間に熱伝導率の低い部材を介在させたり、或は、アクチュエータ内に断熱部材を設けたりするものが提案されているが、より効果的に結露を防止するものとして以下のようなものがある。

例えば、ケース内に設けたモータの回転を歯車輪列を介して出力軸に伝達し、この出力軸を被駆動部材と結合して駆動するアクチュエータのケース内に、被駆動部材側に近い出力軸の近傍にヒータを取付け、このヒータによって結露を防止しようとしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
また、バルブ駆動用の電動モータと、この電動モータの制御に必要な電装品を密閉性の収納ケース内に収納し、この収納ケース内にケース内を加熱するヒータと、このヒータへの通電を自力制御によりオンオフして収納ケース内を一定温度以上に昇温せず且つ結露を生じない温度域に保つスイッチング素子とを設けた電動バルブアクチュエータがある（例えば、特許文献２参照。）。
また、交流電動機の停止時に三相インバータを単相運転させ、その単相出力を交流電動機に印加する単相加熱制御回路を設けた交流電動機の結露防止装置がある（例えば、特許文献３参照。）。この結露防止装置は、インバータを単相運転して特定の一相に単相電圧を発生させて、この単相加熱によって運転停止時の電動機本体の結露の防止を行うようにしている。
これらはアクチュエータ内を加温することにより、積極的に結露を防止しようとしたものである。
特開平１１−２３０３９６号公報 特開平１０−６１８０９号公報 特開平３−２３０７８１号公報

しかしながら、特許文献１のアクチュエータは、結露防止用である加熱用ヒータを駆動系部品とは別部品としてあらたに設ける必要があった。また、加熱用ヒータを設ける場合にはアクチュエータ内にあらたに設置スペースを必要とし、更には、加熱用ヒータの動作を制御するための駆動回路（基板）をあらたに設計する必要が生じたりしてこの駆動回路の設計時に回路が複雑化するという問題も生じていた。また、組立てが面倒になるという問題もあった。

特許文献２における電動バルブアクチュエータは、収納ケースを駆動系の要素部品を収容する第１の収納部と、制御系の要素部品を収容する第２の収納部に区成し、ヒータの取付位置を支持板に設定して空間的に余裕があるものとしているが、結露防止用として加熱用のヒータを用いることには変わりが無く、上述した問題を解決することはできない。

また、特許文献３の結露防止装置は、三相インバータの特定の一相を加熱して停止中の電動機（モータ）の加熱を行うようにしたものであるため、モータ動作中の結露防止は考慮されていない。このモータをアクチュエータ動作用として使用する場合、モータから発生する加熱のみでアクチュエータの匡体内部全体の温度を高温に維持できることが可能であるかについても記載されておらず、このモータのみでアクチュエータ内部の結露防止を行うのは難しい。例えば、このモータをアクチュエータに搭載した場合、モータに連結されたギア機構が中心に加熱され、基板付近が十分に加熱されずにアクチュエータ内部に温度差が生じるおそれがある。

本発明は、上記した実情に鑑み、鋭意検討の結果開発に至ったものであり、その目的とするところは、部品点数を増やすことなく本体内部を効率的に加熱して、結露の発生を確実に防止することのできるバルブのアクチュエータを提供することにある。また、動作中又は停止中の何れにおいても確実に温度上昇させ、動作状態に関係無く常に本体内の結露を防止することができるバルブのアクチュエータの制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、請求項１記載の発明は、電動モータを駆動させてバルブの弁体を開閉させるバルブのアクチュエータであって、前記電動モータへの電力供給線上に接続された抵抗器をこの電動モータを支持する支持板に接触ないしは近接させて、前記抵抗器からの発熱を支持板の面で放熱させて結露を防止するようにしたバルブのアクチュエータである。

請求項２記載の発明は、電動モータの回転を伝達して出力軸を回転させるギヤ機構を有し、このギヤ機構を支持板に取付けた駆動ユニットと、電動モータの回転・停止動作を制御する電装部材を有し、この電装部材を配線板に実装した制御ユニットとを有し、駆動ユニットに制御ユニットを所定間隔で装着して抵抗器を支持板に接触させたバルブのアクチュエータである。

請求項３記載の発明は、制御ユニットは両面実装型の実装基板であり、この実装基板の裏面側に抵抗器を実装し、この抵抗器を制御ユニットの配線板と駆動ユニットの支持板との間に挟着させるように取付けたバルブのアクチュエータである。

請求項４記載の発明は、配線板と支持板の装着間隔を抵抗器の取付け高さに設定したバルブのアクチュエータである。

請求項５記載の発明は、支持板に装着可能な軸受を抵抗器及び電動モータから所定間隔を開けて取付け、この軸受を介して出力軸を支持板に軸着したバルブのアクチュエータである。

請求項６記載の発明は、抵抗器を直方体状に形成し、この抵抗器と支持板とを面状接触によって接触させたバルブのアクチュエータである。

請求項７記載の発明は、抵抗器は、巻装コイルを芯体に巻線した巻線型、又は酸化金属を芯体に皮膜した酸化金属皮膜型からなる抵抗体をセラミック等の樹脂ケースに内装し、この樹脂ケースをシリコン等の被覆樹脂で封止した構造のセメント抵抗であるバルブのアクチュエータである。

請求項８記載の発明は、電動モータを駆動させてバルブの弁体を開閉させるバルブのアクチュエータにおいて、電動モータの回転時にはこの電動モータから発生する発熱を伝達し、電動モータの停止時にはこの電動モータを停止状態で位置保持する励磁電流を抑制するための抵抗器から発生する発熱を伝達して、電動モータの回転・停止時における温度を常に略一定の高温に保持したバルブのアクチュエータの制御方法である。

請求項９記載の発明は、電動モータは支持板に固定され、この電動モータの回転時に発生する発熱を直接ないしは支持板を介して伝達して温度を上昇させ、抵抗器は、支持板に接触した状態で装着され、電動モータの停止時にこの抵抗器から発生する発熱を支持板に伝達して温度を上昇させるようにしたバルブのアクチュエータの制御方法である。

請求項１及び２に係る発明によると、加熱用にヒータ等の別部品を用いる必要がなく、アクチュエータの駆動系部品以外の部品点数を増やすことなく内部に搭載された部品を積極的に利用して少ない部品点数で合理的にアクチュエータ内部を加熱することができる。また、本体を通電状態とすることで、動作中から停止中において常に内部を効率的に加熱することができ、内部の一定高温を維持して結露の発生を確実に防止することができるバルブのアクチュエータを得ることができる。
また、内部の温度変化が少ないため各部品の温度変化による変形を抑えることができ、電動モータからの動力を確実に伝達して安定した駆動を行うことができるバルブのアクチュエータを得ることができる。

請求項３に係る発明によると、アクチュエータ本体の組立て作業を利用して結露を防止する部品を組み込むことができるため、組立てが容易なバルブのアクチュエータを得ることができる。また、コンパクト化が可能であり、省スペース化を図ることができる。

請求項４に係る発明によると、組立て時に調整作業を必要とすることなく、組立て作業を行うのみで適切な位置に確実に部品を組み込むことができ、組立て容易なバルブのアクチュエータを得ることができる。

請求項５に係る発明によると、本体内部が温度上昇したときに出力軸側の加熱を防ぐことができ、内部の部品を均一に加温して出力軸の回転摺動抵抗の増加を防ぎ、電動モータからの動力を確実に伝達して円滑に出力することができるバルブのアクチュエータを得ることができる。

請求項６に係る発明によると、効果的に支持板に伝熱させることができ、電動モータの回転停止時においてアクチュエータ内部を効率的に温度上昇させることができるバルブのアクチュエータを得ることができる。

請求項７に係る発明によると、本体内の加熱時に発火したりすることがなく、本体内の電装部品の実装が容易なバルブのアクチュエータを得ることができる。

請求項８に係る発明によると、動作中又は停止中の何れにおいても確実に本体内部を温度上昇させ、電動モータの動作状態に関係無く常に本体内の結露を防止することができるバルブのアクチュエータの制御方法を得ることができる。

請求項９に係る発明によると、バルブのアクチュエータ本体内を常時加温することができる。また、内部の温度変化が少ないため、各部品の温度変化による変形を抑制することができ、内部の駆動部位の位置関係が変化することが無いバルブのアクチュエータの制御方法を得ることができる。

本発明におけるバルブのアクチュエータの一例を実施形態に基づいて詳しく説明する。
図１〜図３において、アクチュエータ本体１は駆動源として電動モータ２を搭載しこの電動モータ２を駆動させてバルブ２０の図示しない弁体を開閉させており、この電動モータ２の回転を減速して伝達して出力軸４を回転させるギヤ機構３を有し、電動モータ２とギヤ機構３を鋼板製の支持板である上板９と下板５に取付けて駆動ユニット６を構成している。電動モータ２はステッピングモータが望ましく、このステッピングモータ２に励磁電流を流すことにより出力軸４の回転を阻止し、バルブ２０の弁体の位置保持をできるようにしており、そのモータ出力としては、例えば、約１Ｗのものを用いている。ギヤ機構３は下板５に載置され、この下板５に立設した円筒状のスペーサ７に、ネジ８等を介して支持板９が強固にネジ止めされており、支持板９に駆動軸２ａを挿通した状態で電動モータ２が載置固定されている。電動モータ２の駆動軸２ａは、支持板９によって回転自在に軸支されたギヤ機構３と噛合し、このギヤ機構３は支持板９を挿通し、回転自在に軸支された出力軸４のギヤ部４ａと噛合している。図中、上軸受９ａは支持板９の軸受孔に装着され、下軸受５ａは下板５の軸受孔に装着され、この上軸受９ａ、下軸受５ａは、抵抗器３４及び電動モータ２と所定間隔を開けて取付けられ、出力軸４は上軸受９ａ、下軸受５ａを介して支持板９及び下板５に軸着されている。

上板９には円弧状に切欠き形成した円弧状溝９ｂを形成し、この円弧状溝９ｂにギヤ部４ａの上面側に垂直方向に固定したストッパピン４ｂを遊嵌させるようにしながら出力軸４を挿通させ、出力軸４の回転時の回転角度を規制している。この回転規制角度は、電動モータ２動作時に原点を検出して正確な弁開度調節をする必要があることから９０°以上に設けることが望ましく、例えば、回転弁の回転制御角度である９０°の開閉方向にそれぞれ５°の余裕を持たせた１００°としている。出力軸４の周囲には、図９に示すように１８０°の範囲でＳ極とＮ極に磁極分けされた環状マグネット３６を装着し、一方、電装部材３１を実装する配線板３２において、環状マグネット３６と対向する位置にはこの環状マグネット３６の磁性を検出する磁気素子（ホールＩＣ）３７を設けており、弁開閉度の検出時に環状マグネット３６の磁性をこの磁気素子３７で検出し、このときプラスマイナス５°の幅で検出範囲を広げていることで回転制御角度である９０°の境界を検出することができ、この弁開（弁閉）時の境界位置を検出した後に、回転弁を回転制御角度９０°の範囲内において図７におけるＣＰＵ（中央処理装置）３８で制御することで確実な弁開閉動作を行うことができる。

電装部材３１は両面実装によって実装されて制御ユニット３０（実装基板）が構成され、この制御ユニット３０によって電動モータ２への電力供給を制御してアクチュエータ本体１の回転・停止動作を行っている。
電装部材３１としては、図５における電動モータ２への電力供給線３３上に接続された抵抗器３４があるが、これ以外にも弁開度表示部材（ＬＥＤ）６０や図示しないＩＣ、ＬＳＩ、端子などがあり、これらが配線板３２に実装されて制御ユニット３０が構成される。
抵抗器３４は、本実施形態においては、図８に示すように巻装コイル４１を抵抗体である芯体４２に巻線した巻線型、又は図示しない酸化金属を芯体に皮膜した酸化金属皮膜型からなる抵抗体をセラミック等の樹脂ケース４３に内装し、この樹脂ケース４３をシリコン等の被覆樹脂４４で封止した構造の、いわゆるセメント抵抗と呼ばれる抵抗を使用している。この抵抗器３４は、直方体に形成することで型成形が容易となり、また、支持板９との接触面積を大きくできるようにしている。この抵抗器３４は、制御ユニット３０（配線板３２）の裏面側に実装され、配線板３２を支持板９に対して所定間隔で装着することで抵抗器３４を上板９の上面側に接触ないしは近接させるようにしている。すなわち、抵抗器３４は配線板３２と支持板９との間に挟着またはほぼ挟着された状態で配線板３２に取付けられている。支持板９と配線板３２との装着の間隔Ｈ_１は、抵抗器３４を配線板３２に実装したときの取付け高さＨ_２とほぼ同じになるように設定しており、これにより配線板３２と支持板９との間に抵抗器３４が確実に挟着ないしは近接された状態となる。このように、抵抗器３４を支持板９に装着し、抵抗器３４からの発熱を支持板９の面で放熱させて結露を防止するようにしている。このとき、各電装部材３１は支持板９の上方に位置しているため、支持板９からの放熱が自然に上方に対流して効果的に結露の発生が抑えられる。

抵抗器３４と支持板９とは面状接触によって接触させ、また、抵抗器３４の長手方向の長さである空間距離Ｌ_１によって支持板５に接触させている。このように抵抗器３４を他の電装部品とは反対面に実装してギヤ機構３に接触させ、直方体からなる形状によって広い接触面積で接触させることにより電流が流れたときの発熱効率を向上させている。更に、この直方体の外形であることにより両端部の電極間の沿面距離（表面距離）Ｌ_２が長くなり、絶縁破壊を生じ難くしている。すなわち、通常、抵抗としての抵抗値が高い場合には、電極間を短絡するような電流の流れ方が生じることがあるが、本実施形態における抵抗器３４は、直方体とすることで沿面距離Ｌ_２が長くなり絶縁破壊が生じ難い。更には、上記のように抵抗体３４をセラミック抵抗とすることでも絶縁破壊を防ぐようにしている。
このように抵抗器３４は駆動系であるギヤ機構３の支持板９に接触させるように取付け、抵抗器３４によってこのギヤ機構３を積極的に加熱するようにしている。配線板３２に実装された電装部材３１は図示しないコーティング材によりコーティングされて防水対策が施されているが、駆動系は結露すると錆などが発生してアクチュータが作動不良となるおそれがあるため、このようにギヤ機構３の結露を優先的に防止する構造としている。

本実施形態では、電動モータへの電力供給線上に２つの抵抗器を実装しており、上述の抵抗器３４は、電動モータ２を停止させる際に流す励磁電流を抑制しつつアクチュエータ本体１内部の結露を防止するための発熱体として機能させるために設け、また、他の抵抗である抵抗器３５は、抵抗器３４と同様に制御ユニット３０の裏面側に実装されており、過電流を防止するために設けている。各抵抗器３４、３５の抵抗値としては、一例として、それぞれ約３００Ω、約５Ωのものを用いている。
なお、抵抗器３４は、図２に示すように上軸受９ａから離間して配置している。これにより上軸受９ａが加熱しすぎるのを防ぎ、上軸受９ａの内部に含浸させている潤滑用のオイルが揮発するのを防ぎ、出力軸４が円滑に作動するようにしている。

アクチュエータカバー１２は樹脂成形によって形成し、上カバー１３と下カバー１４とによって設けて駆動ユニット６及び制御ユニット３０などを密封状態で内蔵している。図１、３のように、駆動ユニット６とバルブ２０のアクチュエータ取付部位、本実施形態では取付フランジ２１との間に、下カバー１４を挟持させて駆動ユニット６の外周面を囲繞しており、また、図２に示すように、上カバー１３の内側には、内側方向に突設した押圧部１３ａ、１３ｂが形成されている。上下カバーを組付けたときには、この押圧部１３ａ、１３ｂで支持板９が押圧された状態で駆動ユニット６をカバー１２内に内蔵する構造となっており、従って、振動等の影響を受けることなく、駆動ユニット６とカバー１２とが強固に位置保持される。
下カバー１４には、出力軸４を挿通させてカバー１２の下面へ挿通させる出力軸挿通孔１４ａと、下板５に挿着されたバルブ接続ナット１０を挿入させる挿入穴１４ｂ、１４ｂがそれぞれ形成されており、出力軸４の挿通孔１４ａ、並びにバルブ接続ナット１０の挿入孔１４ｂの内側端面には、弾性ゴムから成る防水・防塵用のＯリング１５がそれぞれ装着されている。上カバー１３と下カバー１４の組付けには、締結部材を用いた締結固定や、凹凸部による嵌め込み構造などの係止固定を採用することができる。また、上カバー１３と下カバー１４とは、駆動ユニット６を挟持した状態において、互いの位置決めが成されるように構成されており、上カバー１３と下カバーとの間に介在されたガスケット１６が過度に押圧されることはない。

上カバー１３には出力軸４の挿通孔１３ｃが設けられ、また、上カバー１３の別位置にはクラッチロッド挿入穴１３ｄが設けられている。このクラッチロッド挿入穴１３ｄにはクラッチロッド５０が挿入され、このクラッチロッド５０の上端側にはクラッチボタン５１が装着され、このクラッチボタン５１を下方に押下げることでクラッチロッド５０を操作可能にしている。クラッチロッド５０は、ギヤ機構３においてバネ３ａで上方に付勢させた中間ギヤ３ｂに摺接させるよう取付けられ、また、クラッチ挿入穴１３ｄの下方周縁において止め輪５２が装着され、この止め輪５２によってクラッチロッド５０が当接する中間ギヤ３ｂの上方移動を規制している。クラッチボタン５１及びクラッチロッド５０はスプリング５３によって常時上方に付勢されていると共に、このスプリング５３によってクラッチロッド挿通穴１３ｄの上方周縁に装着されたＯリング５４、環状輪５５を押圧してクラッチロッド５０とクラッチロッド挿入穴１３ｄとをシールしている。クラッチボタン５１の内部上方位置には、マグネット５６が備えられており、一方、ギヤ機構３の支持板９に取付けられた配線板３２の対応する位置には磁気センサ３３が配置されている。
アクチュエータ本体１の手動操作を行う際には、クラッチボタン５１を押し下げることにより、クラッチロッド５０を介して中間ギヤ３ｂの噛合を解除することにより、ギヤ機構が３が電動モータ２から切り離された状態となり、出力軸４をギヤ機構３の減速比に抗することなく手動操作することができる。このとき、マグネット５６が磁気センサ３３に近接することによりこの磁束を磁気センサ３３によって検知して、例えば、電動モータ２の回転数（パルス数）を記憶している図７のＣＰＵ３８内部でリセット機能が働き、クラッチボタン５１を押し下げて手動操作を行った後に電動操作に復帰した際にパルス数を初期状態に戻すようにしている。このように、本実施形態では、バネ３ａやクラッチロッド５０、クラッチボタン５１、及びスプリング５３、マグネット５６なども駆動ユニット６の構成部品としている。

弁開度表示部材６０は、抵抗器３４を含む電装部材３１、磁気素子３７などとともに配線板３２に実装され、本実施形態においては配線板３２の左右側に発光色の異なる２色を配設している。
視認カバー６１は半透明の樹脂製からなり、上カバー１３において上面と側面に掛かる位置で、且つ、手動操作軸である出力軸４が貫通する挿通孔１３ｃを外した領域に切欠き形成した開口部６２に着脱自在に装着し、この装着は、ねじ６３によって行っている。弁開度表示部材６０は視認カバー６１を通して上方及び側方から視認可能であり、弁開度表示部材６０の発光をＣＰＵ３８によって適宜制御することで電源供給の有無、アクチュエータ制御信号の有無、弁開度の検出等を確認できるようにしている。視認カバー６１には上面側を横断する凸状の導光リブ６４を形成しており、この導光リブ６４は弁開度表示部材６０の収容部位を基部として、先端に向かってその断面積を縮小する先細形状とし、また、先端側に向かうにつれてカバーの側面側に偏向させ、弁開度表示部材６０からの発光を開口部６２を覆っている視認カバー６１全体に伝達させて、外部からの視認をよりし易くしている。
また、このように、配線板３２に弁開度表示部材６０、及び前述の電装部材３１、磁気素子等を装着することでこれらのユニットも駆動ユニット６と合わせてユニット化され、カバー１２内に強固に位置保持された状態で内蔵することができるので、アクチュエータ本体１の組立て作業が容易となり、メンテナンス時には、駆動ユニット６をはじめとする内部構成部品をユニットとしてカバー１２から取り出すことができ、給油作業や不調部分の特定作業を容易に行うことができる。

駆動ユニット６には、出力軸を芯出しする位置に連結部１０を設けており、本実施形態では連結部１０として、ナット部材（以下、バルブ接続ナットという）を採用しており、このバルブ接続ナット１０は、内面に雌ネジ部が形成された円筒部１０ａと、この円筒部１０ａより大径である頭部１０ｂから構成されている。図２に示すように、前記下板５にはバルブ接続ナット１０を挿着するための装着孔５ｂが、出力軸４の周方向に本実施形態では２ヶ所形成され、この装着孔５ｂ、５ｂのそれぞれに挿着されたバルブ接続用ナット１０、１０は、下板５の下面へ露出した状態でセットされる。なお、本実施形態ではバルブ接続用ナット１０の頭部１０ｂを円柱状に形成しているが、これに限定するものではなく、六角等の角柱形状としてもよい。また、本実施形態における鋼板製の下板５の板厚は、約２．５〜３．０ｍｍとしており、バルブ接続ナット１０の雌ネジ部の呼びはＭ６としている。

バルブ接続ナット１０の頭部１０ｂの高さは、出力軸４に装着される下軸受５ａの上面と同じ高さに抑えてあり、駆動ユニット６へのバルブ接続ナット１０の組み付けを容易にしている。また、バルブ接続ナット１０の下端１０ｃは、アクチュエータカバー１２の底面１２ａと略同一平面を成し、この面がバルブ２０との接続に際して、バルブ２０のアクチュエータ取付部に密着するようにしている。バルブ接続ナット１０の材質は、本実施形態では金属製（例えば、黄銅）としているが、断熱樹脂製とすることもでき、この場合、バルブ２０からの熱伝導をバルブ接続ナット１０にて遮断することができ、これによりアクチュエータ本体１内での結露現象などをより一層防止することもできる。なお、図中１１は止め輪である。

連結部１０としては、前記バルブ接続ナット１０の他、雄ネジを有するバルブ接続ボルトを採用することもできるが、防水・防塵用Ｏリング１５とのシール性や、駆動ユニット６への組み込み容易性などの観点から、本実施形態に示すナット部材が好ましい。また、使用するバルブ接続ナット１０の個数や挿着位置は、本実施形態に限定するものではないが、出力軸４を芯出しする位置であって、部品点数や組立工数、更にはバルブ本体との強固な接続を考慮すると、本実施形態に示す形態が好ましい。

アクチュエータ本体１の組立て時には、先ず、電動モータ２をギヤ機構３に取付けるように駆動ユニット６を組立てる。電動モータ２の駆動軸２ａはギヤ機構３と噛合し、かつ、ギヤ機構３は出力軸４のギヤ部４ａと噛合した状態で配設され、電動モータ２からの回転力が出力軸４へと減速して伝達される。
一方、配線板３２においては、予め磁気素子３７等の弁開度検出部材や弁開度表示部材６０を含む電装部材３１を装着し、下面側に抵抗器３４、３５を装着して制御ユニット３０を設ける。制御ユニット３０を駆動ユニット６に取付ける際には、支持板９に所定長さに設けたスペーサ２５を取付け、このスペーサ２５を介してボルト２６により制御ユニット３０を固定することにより少なくとも抵抗器３４の下面が支持板９の上面に当接ないしは近接するようにしている。このとき、スペーサ２５の長さを抵抗器３４の取付け高さＨ_２に合わせて設定しておけば、抵抗器３４を支持板９に当接させることができる。制御ユニット３０の取付後、出力軸４に環状マグネット３６を装着する。
次いで、下板５に設けた装着孔５ｂ、５ｂにバルブ接続ナット１０、１０を挿着する。挿着方法としては、本実施形態では圧入により取り付けているが、接着剤を併用したり、別途の係止部位を設けてもよく、実施に応じて任意である。

駆動ユニット６と制御ユニット３０を組立てた後にはカバー１２内にこれらを収容する。下カバー１４の出力軸４の挿通孔１４ａ、並びにバルブ接続ナット１０の挿入孔１４ｂ、１４ｂの内側端面にＯリング１５をそれぞれ装着する。これに下板５を挿通した出力軸４とバルブ接続ナット１０、１０をそれぞれ装着させた状態でセットし、下カバー１４の外周部にゴム製ガスケット１６を装着した後、上カバー１３に設けた押圧部１３ａ、１３ｂを駆動ユニット６の支持板９に押圧させた状態で、この上カバー１３と下カバー１４とで駆動ユニット６を挟み込み、上下カバーに設けた孔部にボルト１８を挿着し、これにナット１９を締め込んで固定する。組立てられたアクチュエータ本体１は、実施に応じた適宜のバルブ、例えば、ボールバルブ、バタフライバルブ等の回転弁や、ゲートバルブ、グローブバルブ等の開閉弁と接続する。

次に、バルブのアクチュエータの制御方法について説明する。
本発明におけるバルブのアクチュエータは、電動モータ２の回転時には、この電動モータ２から発生する発熱を直接ないしは支持板９を介してカバー１２内に伝達し、電動モータ２の停止時には、この電動モータ２を停止状態で位置保持する励磁電流を抑制するための抵抗器３４から発生する発熱を支持板９に伝達して放熱させてカバー１２内に伝達して、電動モータ２の回転・停止時におけるカバー１２内の温度を上昇させて常に略一定の高温に保持するようにしたものである。

電動モータ２として、二相励磁ステッピングモータを用いた場合のアクチュエータ本体１の作動を述べる。
図４に示す制御回路におけるモータ動作時を示したブロック図において、電動モータ２の駆動時には、フォトカプラＰＣ_５がオンになり、トランジスタＱ_５にＤＣ電源２７から電流Ｉ_Ａが供給される。これに伴って、トランジスタＱ_５のエミッタ−コレクタ間にも電流Ｉ_Ｂが流れ、電動モータ２の回路Ｘに電流が供給される。電流Ｉ_Ｂは、抵抗器３５を介して供給されるため、仮に回路Ｘ内に短絡が生じた場合でも過電流が流れるのを防ぎ、回路Ｘに接続されている電子機器の損傷を防止している。抵抗器３５と電動モータ２との間には、抵抗器３５よりも抵抗値の大きい抵抗器３４をトランジスタＱ_５と並列に接続している。抵抗器３４は、トランジスタＱ_５よりも抵抗値が大きいため、電流Ｉ_ＡはトランジスタＱ_５の中に流れる。
続いて、電動モータ２のＡ相及びＢ相に励磁電流が流れる際には、各相におけるフォトカプラＰＣ_１及びＰＣ_３がそれぞれオンとなり、電流Ｉ_ＢはＡ相及びＢ相の励磁電流Ｉ_Ｂ１、Ｉ_Ｂ２として、トランジスタＱ_１及びＱ_３のエミッタ−コレクタ間に流れる。次に、フォトカプラＰＣ_１及びＰＣ_３がそれぞれオフとなり、フォトカプラＰＣ_２及びＰＣ_４がオンとなった場合には、電流Ｉ_ＢはＡ´相及びＢ´相の励磁電流としてトランジスタＱ_２及びＱ_４のエミッタ−コレクタ間に流れる。電流Ｉ_Ｂは、抵抗器３５によって電流値の低下する割合は低く、Ａ相及びＢ相、Ａ´相及びＢ´相への電流の流れを切換えることによってステッピングモータ２の特性によって駆動すると共に、電動モータ２内部の各相を構成しているコイルが発熱してギヤ機構３の支持板９を加温する。この電動モータ２が駆動する動作は、磁気素子３７に環状マグネット３６の磁性の異なる極が到達するまで行われる。

バルブ２０の弁体が所定の開度に達し、磁気素子３７に環状マグネット３６の異極が到達すると、磁気素子３７によってこれが検知され、フォトカプラＰＣ_５がオフとなり、トランジスタＱ_５もオフとなってトランジスタＱ_５への電流の供給が停止する。
これに伴って、回路Ｘ内部ではトランジスタＱ_５をバイパスするような電流がＤＣ電源２７から流れ、電動モータ２にこの電流Ｉ_Ｅが供給される。電流Ｉ_Ｅは、抵抗器３５、３４を通して流れ、負荷の大きい抵抗器３４を通過することでこの抵抗器３４が発熱し、ギヤ機構３の支持板９を加温する。このとき、フォトカプラＰＣ_１及びＰＣ_３がオンとなり、電流Ｉ_ＥはＡ相及びＢ相の励磁電流Ｉ_Ｅ１及びＩ_Ｅ２としてトランジスタＱ_１及びＱ_３のエミッタ−コレクタ間に流れて電動モータ２が停止するような制御が行われる。すなわち、電動モータ２停止時には、電流Ｉ_Ｅは抵抗器３４によってその値が大きく低下して電動モータ２本体の焼損を防ぎながら励磁電流Ｉ_Ｅ１及びＩ_Ｅ２によって駆動軸２ａの位置が保持された状態となる。

以上のように、電動モータ２の駆動時にはこのモータ本体が回転するためのコイルから発する発熱により支持板９を加熱してこの支持板９から発する熱によってカバー１２内を加温し、モータ本体の回転停止時には抵抗器３４に通電することでこの抵抗器３４からの発熱を支持板９の面で放熱してカバー１２内を加温して、電動モータ２の動作又は停止の状態に関係なく常に支持板９を加温して放熱板として機能させることができ、電動モータ２と抵抗器３４が同一の支持板９に配置されているため、アクチュエータ本体１を通電状態にしたときに支持板９に常に電動モータ２或は抵抗器３４の何れかからの熱が伝導されるため、加熱用のヒータ等の部品が増えることなくアクチュエータ本体１内部を効率的に加温して結露を防止することができる。また、加熱用の部材の設置スペースが必要になることもなく、回路が複雑化することもない。しかも、抵抗器３４を電動モータ２から離した位置に配置しているので、支持板９の温度変化が少なくアクチュエータ本体１内部で均一な加温が行われると共に、支持板９の温度変化による変形が抑制され、この支持板９に支持された各ギヤの位置関係に影響を与え難く、常に円滑な回転動作が維持できる。
また、制御ユニット３０を駆動ユニット６に取付けるだけで抵抗器３４を支持板９に接触させることができ、抵抗器３４を最適な位置に配設することができるため組立てが容易であり、組立て後の省スペース化も図ることができる。

ここで、電動モータ２の動作時の電流と温度の関係を示したタイムチャートを図６に示す。電動モータ２の駆動・停止を交互に行うと、電動モータ２内を流れる電流は、図６（ａ）に示すようにモータ回転時における電流と、モータ停止時における励磁電流が弁体開閉動作に応じて交互に繰り返される。
電動モータ２の回転動作時には、Ａ相及びＢ相、Ａ´相及びＢ´相の各コイルに交互に電流が流れ、図６（ｂ）に示すようにこの電流の流れに対応してコイルの発熱による電動モータ２の表面温度Ｔ_１が上昇し、モータが停止するとコイルからの発熱は下降する温度変化となる。このモータ回転時における表面温度Ｔ_１の上昇・下降は電流のオンオフによって繰り返し行われる。
一方、電動モータ２の回転が停止すると、各コイルにはこのモータの回転停止状態を保持する励磁電流が供給されると共に、抵抗器３４に対して電流が流れることでこの抵抗器３４が発熱して図６（ｃ）に示すように動作停止時の抵抗器３４からの発熱による表面温度Ｔ_２の上昇・下降が繰り返し行われる。
従って、モータの回転時にはモータ本体から発熱し、モータの停止時には抵抗器３４から発熱するサイクルが、周期をずらした状態で行われることによりこの電動モータ２、抵抗器３４の両部品が装着された支持板９が常に加温され、表面温度Ｔ_１、Ｔ_２を時間の経過に沿って合成したときに図６（ｄ）に示すようになり、電動モータ２の動作・停止に拘わらず支持板９の表面温度（Ｔ_１＋Ｔ_２）をほぼ一定の高温に維持することができ、アクチュエータ本体１内部を常時一定温度に加温することができる。

本発明のバルブのアクチュエータは、空調用以外として汎用工業弁として各種の分野にも応用可能であり、ボール弁やバタフライ弁などの回転弁以外にも、ゲートバルブ・グローブバルブ等の開閉弁にも利用してアクチュエータ本体内の結露を防止できる。

本発明におけるバルブのアクチュエータの一実施形態を示す一部切欠き正面図である。 図１の上カバーを取外した状態を示した一部省略拡大平面図である。 図１の一部切欠き拡大側面図である。 電動モータの動作時における状態を示したブロック図である。 電動モータの停止時における状態を示したブロック図である。 （ａ）ないし（ｄ）は、電動モータの動作時の電流と温度の関係を示したタイムチャートである。 本発明のバルブのアクチュエータの内部構成を示したブロック図である。 （ａ）は、抵抗器を示した一部切欠き斜視図である。（ｂ）は、抵抗器の正面断面図である。 弁開度の検出を示した説明図である。

符号の説明

１ アクチュエータ本体
２ 電動モータ
３ ギヤ機構
４ 出力軸
５ 下板
５ａ 下軸受
６ 駆動ユニット
９ （上板）支持板
９ａ 上軸受
２０ バルブ
３０ 実装基板（制御ユニット）
３１ 電装部材
３２ 配線板
３４ セメント抵抗（抵抗器）
４１ 巻装コイル
４２ 芯体
４３ 樹脂ケース
４４ 被覆樹脂
Ｈ_１ 間隔
Ｈ_２ 取付け高さ

Claims (9)

1. 電動モータを駆動させてバルブの弁体を開閉させるバルブのアクチュエータであって、前記電動モータへの電力供給線上に接続された抵抗器をこの電動モータを支持する支持板に接触ないしは近接させて、前記抵抗器からの発熱を支持板の面で放熱させて結露を防止するようにしたことを特徴とするバルブのアクチュエータ。
2. 前記電動モータの回転を伝達して出力軸を回転させるギヤ機構を有し、このギヤ機構を前記支持板に取付けた駆動ユニットと、前記電動モータの回転・停止動作を制御する電装部材を有し、この電装部材を配線板に実装した制御ユニットとを有し、前記駆動ユニットに前記制御ユニットを所定間隔で装着して前記抵抗器を前記支持板に接触させた請求項１記載のバルブのアクチュエータ。
3. 前記制御ユニットは両面実装型の実装基板であり、この実装基板の裏面側に前記抵抗器を実装し、この抵抗器を前記制御ユニットの配線板と前記駆動ユニットの支持板との間に挟着させるように取付けた請求項２記載のバルブのアクチュエータ。
4. 前記配線板と支持板の装着間隔を前記抵抗器の取付け高さに設定した請求項２又は３に記載のバルブのアクチュエータ。
5. 前記支持板に装着可能な軸受を前記抵抗器及び電動モータから所定間隔を開けて取付け、この軸受を介して前記出力軸を前記支持板に軸着した請求項１乃至４の何れか１項に記載のバルブのアクチュエータ。
6. 前記抵抗器を直方体状に形成し、この抵抗器と前記支持板とを面状接触によって接触させた請求項１乃至５の何れか１項に記載のバルブのアクチュエータ。
7. 前記抵抗器は、巻装コイルを芯体に巻線した巻線型、又は酸化金属を芯体に皮膜した酸化金属皮膜型からなる抵抗体をセラミック等の樹脂ケースに内装し、この樹脂ケースをシリコン等の被覆樹脂で封止した構造のセメント抵抗である請求項１乃至６の何れか１項に記載のバルブのアクチュエータ。
8. 電動モータを駆動させてバルブの弁体を開閉させるバルブのアクチュエータにおいて、前記電動モータの回転時にはこの電動モータから発生する発熱を伝達し、前記電動モータの停止時にはこの電動モータを停止状態で位置保持する励磁電流を抑制するための抵抗器から発生する発熱を伝達して、電動モータの回転・停止時における温度を常に略一定の高温に保持したことを特徴とするバルブのアクチュエータの制御方法。
9. 前記電動モータは支持板に固定され、この電動モータの回転時に発生する発熱を直接ないしは前記支持板を介して伝達して温度を上昇させ、前記抵抗器は、前記支持板に接触した状態で装着され、前記電動モータの停止時にこの抵抗器から発生する発熱を支持板に伝達して温度を上昇させるようにした請求項８記載のバルブのアクチュエータの制御方法。
   
   
   
   

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