JP4371606B2 - スプリングリターン型モータアクチュエーター - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、弁本体の流路を開閉する弁体の流路開放時にモータの回転力を利用し、弁体の流路閉塞時においてスプリングのバネ力を利用したスプリングリターン型のモータアクチュエーターに関するもので、主として、冷水、温水の開閉制御用のバルブとして用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスプリングリターン型のモータアクチュエーターは、弁本体の流路を開閉する弁体と、モータの回転を減速歯車列、出力歯車を介して弁体に伝達する出力軸と、出力軸を一定方向に付勢するスプリングと、を備え、モータの駆動コイルには電源が直列に接続される。
従って、弁体の流路開放時にあっては、モータの駆動コイルに通電してモータを回転し、この回転力が出力軸に伝達され、出力軸がスプリングのバネ力に抗して一方向へ回転することによって弁体の開放状態が得られる。
一方、弁体の流路閉塞時にあっては、モータの駆動コイルへの通電が停止され、出力軸がスプリングのバネ力によって他方向へ回転することによって弁体の閉鎖状態が得られる。
又、第２の従来例としては、モータの駆動コイルにサーマルスイッチと電源とを直列に接続配置されるものがある。
前記サーマルスイッチは、モータの雰囲気温度が一定温度以下で接点を閉じ、一定温度以上で接点を開く、ＯＮ−ＯＦＦ機能を備える。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来の第１のスプリングリターン型のモータアクチュエーターによると、流路開放時においてはモータの駆動コイルに常時、スプリングの付勢力に抗して弁体を開放する大なる電流を通電して弁体をモータの回転力によって開放保持するものである。
一方、モータにおいて弁体が開放状態に保持されて大なる電流が継続して供給されると、図３の実線に示される如く、通電時間の経過とともにモータの駆動コイル温度は徐々に上昇するもので、例えば１６０℃の高温に達する。
以上によれば、長時間に渡る開弁使用時において、モータの駆動コイルが焼損する恐れがあり、長時間に渡る開弁使用に不具合を生ずる。
又、従来の第２のスプリングリターン型のモータアクチュエーターによると、モータの駆動コイルの温度上昇をサーマルスイッチが感知してＯＦＦとし、駆動コイルへの通電を停止することができる。従って駆動コイルの温度上昇を一定温度以下に抑止することができ、駆動コイルの焼損を防止することが可能である。然しながら長時間に渡って連続して開弁状態を維持することができない。例えば、９０℃において接点がＯＦＦとなるサーマルスイッチを用いた場合、図３から明らかな如く通電時間５０分において駆動コイルの通電が停止され、以後の開弁状態を得ることができない。
又、前記駆動コイルへの通電が停止された後、即座に駆動コイルへ通電して再び開弁状態を得ようとした場合にあっては、駆動コイルへの通電を開始できない。すなわち駆動コイルの温度が充分に低下しサーマルスイッチがＯＮとなる迄の間、開弁状態を得ることができない。
【０００４】
本発明になるスプリングリターン型モータアクチュエーターは前記不具合に鑑み成されたもので、モータの駆動コイルの温度上昇を一定に押えて、モータの駆動コイルの焼損を抑止するとともに所望の長時間に渡って弁体を開放保持することのできる前記アクチュエーターを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決する為の手段】
上記目的を達成するために、本発明は、弁本体を貫通する流路を開閉する弁体と、モータの回転を減速歯車列、出力歯車を介して前記弁体に伝達する出力軸と、この出力軸を一定方向に付勢するスプリングとを備えるスプリングリターン型モータアクチュエーターにおいて、前記モータの駆動コイルに電源と正特性サーミスタとを直列に配置するとともに、前記正特性サーミスタを、これが前記駆動コイルの温度の作用を受けるよう前記駆動コイルに近接配置し、前記正特性サーミスタに固定抵抗又はコンデンサーを並列に接続配置し、 前記駆動コイルの一定温度以下においては、正特性サーミスタの抵抗値を前記固定抵抗又はコンデンサーの抵抗値より小として、前記正特性サーミスタを介して前記駆動コイルに前記弁体を開放駆動する起動電流を供給し、また前記駆動コイルの一定温度以上においては、前記正特性サーミスタの抵抗値を前記固定抵抗又はコンデンサーの抵抗値より大として、前記固定抵抗又はコンデンサーを介して前記駆動コイルに前記弁体の開放状態を保持する、前記起動電流より小なる保持電流を供給するようにしたことを第１の特徴とする。
【０００６】
又、本発明は、前記第１の特徴に加え、正特性サーミスタを、モータの駆動コイルの外周に装着したことを第２の特徴とする。
【０００７】
【作用】
前記第１の特徴によると、駆動コイルの温度が一定温度以下において、正特性サーミスタを介して駆動コイルに、弁体を閉状態から開状態に駆動させる為の大きな起動電流を供給することができ、モータはスプリングのバネ力に抗して回転し、出力軸の一定方向の回転によって弁体をして流路を開放及び開放保持できる。前記弁体の開放保持状態において、駆動コイルの温度が時間の経過とともに一定温度を超えて上昇すると、正特性サーミスタの抵抗値が固定抵抗又はコンデンサーの抵抗値より大となることによって駆動コイルには固定抵抗又はコンデンサーを介して起動電流に比較して小なる保持電流が供給され、これによって駆動コイルの温度上昇が抑止され、弁体は流路を継続的に開放保持できる。
【０００８】
又、本発明の第２の特徴によると、駆動コイルの外周に正特性サーミスタを装着配置したので、駆動コイルの温度状態を正特性サーミスタが正確に感知し、それに応じた抵抗値を得ることができる。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明になるスプリング型モータアクチュエーターの一実施例を図１によって説明する。
１は内部を流路２が貫通する弁本体であり、流路２は弁体３によって開閉される。本例における弁体３はボール弁であり、ボール弁の中心に弁孔が穿設され、９０度正逆回転することによって流路２が開閉される。
４は弁本体１に回転自在に支持される連結軸であり、その上下に平取り部４Ａ，４Ｂが形成され、下方の平取り部４Ａは弁体３に設けた平取り溝３Ａに係合される。
５はロアケース５Ａとそれをおおうアッパケース５Ｂとによって形成されるケースであり、ケース５内には以下の構成部品が配置される。
前記ロアケース５Ａとアッパケース５Ｂとの間には、金属材料よりなる支持プレート６が固定配置され、この支持プレート６上に駆動コイルＭＡを備えるモータＭが固定配置される。
モータＭは例えばくま取りモータが用いられるが、これに限定されるものでない。
又、７は、ロアケース５Ａ、支持プレート６及びアッパケース５Ｂに回転自在に支承される出力軸であり、下方に設けた平取り溝７Ａが連結軸４の上方の平取り部４Ｂに係合される。
従って出力軸７の回転は連結軸４を介して弁体３に伝達されるもので、出力軸７と弁体３とは同期的に回転することになる。
そして、モータＭの回転軸ＭＢの下方に配置したピニオン歯車８と、出力軸７に一体的に配置した出力歯車９とは減速歯車列１０によって噛合される。
又、Ｓは出力軸７に回転力を付与するスプリングであり、出力軸７の外周に配置されるとともにその一端は支持プレート６に固定支持され、他端は出力軸７に一体的に配置されたスプリングガイド１１に支持される。
以上において、モータＭの駆動コイルＭＡに電流が供給されてモータＭが一定方向に回転すると、この回転はピニオン歯車８、減速歯車列１０、出力歯車９を介して出力軸７をスプリングＳのバネ力に抗して正転させ、これによって弁体３は弁本体１の流路２を開放する。
一方、モータＭの駆動コイルＭＡへの電流の供給が停止されると、出力軸７はスプリングＳのバネ力によって逆転し、これによって弁体３は流路２を閉塞する。
【００１０】
そして、モータＭの駆動コイルＭＡの電気回路は以下によって形成される。
駆動コイルＭＡは、操作スイッチＴと電源Ｇと正特性サーミスタＰとが直列接続される。
この正特性サーミスタＰはチタン酸バリウムに希土類が微量に添加された正の抵抗温度特性をもった感熱抵抗素子であり、電流を流した初期状態から一定時間経過迄の間は抵抗値が小さく保持されて大きい電流を流し、一方一定時間が経過すると、素子の自己発熱によって抵抗値が増加し、電流を減少させるものである。そして、前記正特性サーミスタＰに、例えば巻線抵抗よりなる固定抵抗又はコンデンサーＲが並列に接続される。また前記正特性サーミスタＰは、駆動コイルＭＡの温度の作用を受けるべく、駆動コイルＭＡに近接して配置される。
【００１１】
ここで前記正特性サーミスタＰの抵抗値と固定抵抗又はコンデンサーＲの抵抗値との関係は以下の如く選択される。
第１には、駆動コイルＭＡの温度が一定温度以下の状態において、正特性サーミスタＰの抵抗値を、固定抵抗又はコンデンサーＲの抵抗値より小さくしたことである。
より具体的に図３を用いて説明すると、駆動コイルＭＡの温度が９０℃以下において、正特性サーミスタの抵抗値＜固定抵抗又はコンデンサーの抵抗値としたものである。
【００１２】
第２には、駆動コイルＭＡの温度が一定温度以上の状態において、正特性サーミスタＰの抵抗値を固定抵抗又はコンデンサーＲの抵抗値より大としたものである。
より具体的には駆動コイルＭＡの温度が９０℃を超えて上昇した際において、正特性サーミスタＰの抵抗値＞固定抵抗又はコンデンサーＲの抵抗値としたものである。
【００１３】
以上よりなる本発明のスプリングリターン型モータアクチュエーターの作用について以下に説明する。
第１に操作スイッチＴがＯＦＦであって、駆動コイルＭＡの電流が供給されない状態において、モータＭは非回転状態にあり、出力軸７はスプリングＳのバネ力によって他方向へ回転付勢され、これによって弁体３は流路２を閉塞保持する。
【００１４】
次いで操作スイッチＴがＯＮされると、一定温度以下の状態にある駆動コイルＭＡには小なる抵抗値を有する正特性サーミスタＰを介して、スプリングＳのバネ力に抗して出力軸７を一方向へ回転させる大きな起動電流が供給されるもので、この出力軸７の一方向への回転によると、閉状態にある弁体３は出力軸７と同期して一方向へ回転して流路２を開放し、次いでその開放状態を保持する。
かかる弁体３の閉状態から開状態への初期の開放操作時において、駆動コイルＭＡの温度は、未だ一定温度（例えば９０℃）に上昇していないもので、正特性サーミスタＰの抵抗値が固定抵抗又はコンデンサーＲの抵抗値より小さく保持されるので、駆動コイルＭＡには正特性サーミスタＰを介して大きな起動電流を供給できる。
【００１５】
次いで弁体３の前記開状態が継続的に保持されて通電が経過すると、大なる起動電流が供給される駆動コイルＭＡ自体の発熱によって駆動コイルＭＡの温度は図３に示す如く徐々に上昇する。
ここで本発明にあっては、正特性サーミスタＰを駆動コイルＭＡに近接して配置し、駆動コイルＭＡの温度を正特性サーミスタＰに作用させたもので駆動コイルＭＡの温度が一定温度に達すると、正特性サーミスタＰの抵抗値は増加し、この抵抗値は固定抵抗又はコンデンサーＲより大なる抵抗値へと変化する。
具体的には駆動コイルＭＡへの通電時間が５０分に達すると駆動コイルＭＡの温度は、９０℃迄上昇し、この上昇温度を正特性サーミスタＰが受けると、正特性サーミスタＰの抵抗値は増加し、正特性サーミスタの抵抗値＞固定抵抗又はコンデンサーの抵抗値の関係となる。
以上によると、正特性サーミスタＰからの電流の流れが阻止され駆動コイルＭＡに向けて固定抵抗又はコンデンサーＲから起動電流に比較して小であって、弁体３を全開保持する為の保持電流が供給されるもので、これによって弁体３は開状態を保持できる。
すなわち固定抵抗又はコンデンサーＲの抵抗値は、開放された弁体３を、開状態に保持するに必要な小なる電流が供給されればよい。
以上によれば、弁体３の開保持状態において、駆動コイルＭＡには固定抵抗又はコンデンサーＲを介して小なる保持電流が供給されるもので、これによると、駆動コイルＭＡの温度は一定温度の例えば９０℃を超えることなく、それより低い温度状態（例えば８０℃）で継続して保持される。
これは図３の点線でよく示される。
従って、弁体３が継続して長時間に渡って開状態に保持されたとしても、駆動コイルＭＡの温度を一定温度以下に保持できるので駆動コイルＭＡが焼損することはない。
又、開状態において、駆動コイルＭＡには小なる保持電流が供給されるので従来の大なる起動電流が供給されるものに比して大なる節電効果を奏する。
更に、駆動コイルＭＡの温度上昇が一定温度以上に上昇することがないので、操作スイッチＴがＯＦＦとなった後に、再びＯＮとして再起動する際、駆動コイルＭＡの温度低下が短時間に行われ、再起動時において何等問題が生ずるものでない。
【００１６】
又、正特性サーミスタＰを駆動コイルＭＡの外周に直接的にテープ等によって装着すると、駆動コイルＭＡの温度変化を正特性サーミスタが正確にして且つ短時間で感知しうるもので、応答性を大きく向上できたものである。
【００１７】
【発明の効果】
以上の如く、本発明によれば、モータの駆動コイルに電源と正特性サーミスタとを直列に配置するとともに、前記正特性サーミスタを、これが前記駆動コイルの温度の作用を受けるよう前記駆動コイルに近接配置し、前記正特性サーミスタに固定抵抗又はコンデンサーを並列に接続配置し、 前記駆動コイルの一定温度以下においては、正特性サーミスタの抵抗値を前記固定抵抗又はコンデンサーの抵抗値より小として、前記正特性サーミスタを介して前記駆動コイルに前記弁体を開放駆動する起動電流を供給し、また前記駆動コイルの一定温度以上においては、前記正特性サーミスタの抵抗値を前記固定抵抗又はコンデンサーの抵抗値より大として、前記固定抵抗又はコンデンサーを介して前記駆動コイルに前記弁体の開放状態を保持する、前記起動電流より小なる保持電流を供給するようにしたので、長時間に渡って駆動コイルが焼損することなく弁体を安定した開放状態に保持することができるとともに省電力型の前記アクチュエーターを提供できる。コンデンサーの場合は、固定抵抗と比較して自己発熱量が低くなり、アクチュエーター全体として温度上昇を低く押さえられる効果がある。
又、アクチュエーターを一旦停止した後の再起動時にあっても即座に再起動が可能と成ったものである。
更に、正特性サーミスタを、モータの駆動コイルの外周に装着したことによると、駆動コイルの温度を正特性サーミスタが正確に感知することができ、応答性の優れた前記アクチュエーターを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明になるスプリングリターン型モータアクチュエーターの一実施例を示す縦断面図。
【図２】 図１のモータの駆動コイルの電気回路図。
【図３】 駆動コイル温度と駆動コイルへの通電時間の関係を示す線図。
【符号の説明】
Ｍ モータ
ＭＡ 駆動コイル
Ｐ 正特性サーミスタ
Ｒ 固定抵抗又はコンデンサー
Ｓ スプリング
１ 弁本体
２ 流路
３ 弁体
７ 出力軸
１０ 減速歯車列

Claims (2)

1. 弁本体（１）を貫通する流路（２）を開閉する弁体（３）と、モータ（Ｍ）の回転を減速歯車列（１０）、出力歯車（９）を介して前記弁体（３）に伝達する出力軸（７）と、この出力軸（７）を一定方向に付勢するスプリング（Ｓ）とを備えるスプリングリターン型モータアクチュエーターにおいて、
   前記モータ（Ｍ）の駆動コイル（ＭＡ）に電源（Ｇ）と正特性サーミスタ（Ｐ）とを直列に配置するとともに、前記正特性サーミスタ（Ｐ）を、これが前記駆動コイル（ＭＡ）の温度の作用を受けるよう前記駆動コイル（ＭＡ）に近接配置し、
   前記正特性サーミスタ（Ｐ）に固定抵抗又はコンデンサー（Ｒ）を並列に接続配置し、 前記駆動コイル（ＭＡ）の一定温度以下においては、正特性サーミスタ（Ｐ）の抵抗値を前記固定抵抗又はコンデンサー（Ｒ）の抵抗値より小として、前記正特性サーミスタ（Ｐ）を介して前記駆動コイル（ＭＡ）に前記弁体（３）を開放駆動する起動電流を供給し、
   また前記駆動コイル（ＭＡ）の一定温度以上においては、前記正特性サーミスタ（Ｐ）の抵抗値を前記固定抵抗又はコンデンサー（Ｒ）の抵抗値より大として、前記固定抵抗又はコンデンサー（Ｒ）を介して前記駆動コイル（ＭＡ）に前記弁体（３）の開放状態を保持する、前記起動電流より小なる保持電流を供給するようにしたことを特徴とするスプリングリターン型モータアクチュエーター。
2. 前記正特性サーミスタ（Ｐ）を、モータ（Ｍ）の駆動コイル（ＭＡ）の外周に装着したことを特徴とする請求項１記載のスプリングリターン型モータアクチュエーター。

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