JP4443665B2

JP4443665B2 - Fluid control valve

Info

Publication number: JP4443665B2
Application number: JP10624599A
Authority: JP
Inventors: 行則尾崎; 茂岩永; 正樹山口; 紀夫新村
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-04-14
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2019-04-14
Also published as: JP2000308298A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流路中を流れるガス流体の流れを開閉制御する流体遮断弁の、駆動手段として用いる電動機およびそれを用いた流体制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の流体制御弁としては、特開平９−６０７５２号公報に示すようなものがあった。以下、その構成について図面を参照して説明する。図７において、１は弁筐体、この弁筐体１の中にはガス流体が流れる主流路２が構成されており、その一部には弁座３が設けられている。
【０００３】
４は主流路開閉手段であり、駆動部であるモータ５の回転子６の回転運動を上下運動に変換する変換手段７と、この変換手段７に連結され上下移動する主流路開閉弁８で構成されている。
【０００４】
この変換手段７は回転子６の回転運動をネジ機構（図示せず）を介して主流路開閉弁８の上下移動に変換している。９は回転子６に固定された磁石である。
【０００５】
１０は回転子６を一定位置に支持する軸受である。この軸受１０は主流路２内に設けられた支持板１１に固定されている。
【０００６】
主流路２内に設けられた回転子６はカバー１２で覆われており主流路２内のガス流体が漏れない構成となっている。１３はモータ５を構成する固定子でありコイルで構成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の流体制御弁は、モータ５の出力を有効に主流路開閉弁８の開成力として利用していなかった。
【０００８】
即ち、図７においてガス流体が主流路開閉弁８を閉成する方向に流れる場合、閉成している主流路開閉弁８を開成する時はガス流体の圧力が主流路開閉弁８を閉成するガス背圧に打ち勝って弁開する必要がある。
【０００９】
主流路開閉弁８を弁開する時には、回転子６は主流路開閉弁８を引き上げるため、下部の軸受１０に押し付けられることになる。
【００１０】
その結果、回転子６と下部の軸受１０による摩擦抵抗の影響で回転子６の回転力が有効に主流路開閉弁８の開成力として得られなかった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために本発明は、コイルを有するステータ、前記コイルへの励磁により回転するロータ、前記ロータの回転軸、前記回転軸の一方に設けられ、ラジアル軸受部およびスラスト軸受部で構成された第１の軸受、前記第１の軸受の他方に設けられ、ラジアル軸受部およびスラスト軸受部とで構成されるとともに、前記第１の軸受に比べ大きいストラス方向の摺動抵抗を有する第２の軸受とからなるステッピングモータと、前記回転軸に係止され、前記ロータの回転を直動に変換する変換手段と、前記変換手段に係止され、流路を開閉する弁体と、前記弁体が当接する弁座と、前記変換手段と前記弁体との間に設けられ、前記弁体が前記弁座に当接した後、前記変換手段が前記弁体を更に閉じる方向に移動した時、前記弁体を前記弁座に付勢する付勢手段とを備え、弁閉状態時、前記付勢手段の反力が前記変換手段を介してロータを回転させるロータ回転力に比べ、前記反力を受ける側の第２の軸受におけるスラスト軸受部の摺動抵抗とロータとステータ間の非通電時吸引力との和を大きくしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、コイルを有するステータ、前記コイルへの励磁により回転するロータ、前記ロータの回転軸、前記回転軸の一方に設けられ、ラジアル軸受部およびスラスト軸受部で構成された第１の軸受、前記第１の軸受の他方に設けられ、ラジアル軸受部およびスラスト軸受部とで構成されるとともに、前記第１の軸受に比べ大きいストラス方向の摺動抵抗を有する第２の軸受とからなるステッピングモータと、前記回転軸に係止され、前記ロータの回転を直動に変換する変換手段と、前記変換手段に係止され、流路を開閉する弁体と、前記弁体が当接する弁座と、前記変換手段と前記弁体との間に設けられ、前記弁体が前記弁座に当接した後、前記変換手段が前記弁体を更に閉じる方向に移動した時、前記弁体を前記弁座に付勢する付勢手段とを備え、弁閉状態時、前記付勢手段の反力が前記変換手段を介してロータを回転させるロータ回転力に比べ、前記反力を受ける側の第２の軸受におけるスラスト軸受部の摺動抵抗とロータとステータ間の非通電時吸引力との和を大きくしたものである。
【００１３】
したがって、弁体の開成および閉成動作時に、各々異なる出力特性を有する流体制御弁を実現することができる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００１５】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の電動機構成図である。また図２は同電動機を用いた流体制御弁の弁開時の断面図である。また図３は同流体制御弁の弁閉時の断面図である。図４は同流体制御弁の完全弁閉時の断面図である。図５は同流体制御弁が利用されたガス流路の構成図である。図６は電動機の電気系統図である。
【００１６】
図１において、１４はコイル１５を有するステータであり、１６はコイル１５への通電による励磁により回転するロータである。ロータ１６は円筒形状をしており、その外周には磁石１７が設けられている。ロータ１６には回転軸１８が設けられている。回転軸１８の一方には軸受１９があり、この軸受１９は回転軸１８に接触するラジアル軸受部２０と、ロータ１６に当接するスラスト軸受部２１で構成されている。
【００１７】
また、回転軸の他方には軸受２２があり、この軸受２２は回転軸１８に接触するラジアル軸受部２３と、ロータ１６に当接するスラスト軸受部２４で構成されている。軸受１９のスラスト軸受部２１の先端形状は、曲面形状でロータ１６に当接可能な状態に構成されている。
【００１８】
また、軸受１９のスラスト軸受部２１の方が軸受２２のスラスト軸受部２４に比べ、ロータ１６への接触面積が大きく構成されている。この構成により摺動抵抗に差が生じるものである。
【００１９】
軸受１９、２２の材質は、図１のように接触面積が異なる場合は、同じ材質でも良い。しかし、軸受１９と軸受２２の接触面積が同じ場合、例えば同じ形状の軸受（図示せず）を使用する場合には、小さい摺動抵抗を必要とする軸受には、摺動摩擦抵抗の小さい材質を選択する。例えば、図１において、軸受１９の摺動抵抗を小さくする必要がある場合は、軸受１９側の材質は摺動摩擦抵抗の小さい材質を選択することになる。
【００２０】
２５はステータ１４とロータ１６の間に構成された気密隔壁である。２６は気密隔壁２５とベース板２７の間をシールするＯリングである。以上のようにして電動機であるステッピングモータ２８が構成されている。
【００２１】
図２〜図４によりステッピングモータ２８を用いた流体制御弁について説明する。図において１４から２８までは図１と同様であり説明は省略する。
【００２２】
２９は流体制御弁であり、３０は入口、３１は出口である。流体制御弁２９は、流路３２と、この流路３２を開閉する弁体３３と、弁体３３に係止され弁体３３の直動を回転に変換する変換手段であるナット３４と、ナット３４に接続されたステッピングモータ２８の回転軸１８と、弁体３３が当接する弁座３５と、ナット３４と弁体３３の間に設けられた付勢手段であるスプリング３６とで構成されている。３７はロータ１６が回転した際にナット３４の回転を防止する回転防止ピンである。
【００２３】
ナット３４の先端３８と弁体３３の先端３９との間にはスプリング３６が圧縮された状態で係止されており、ナット３４と弁体３３はスプリング３６を圧縮する方向に摺動自在に構成されている。
【００２４】
４０は弁体３３に設けられた弁ゴム、４１はＯリングである。４２は回転軸に設けられたネジである。
【００２５】
図４において、４３はナット３４の先端３８と弁体３３の先端３９の間に構成された隙間である。他は図２、図３と同様であり説明は省略する。
【００２６】
図５、図６において、４４はガス流路のハウジングであり、ハウジング４４の内部には、入口４５と出口４６を連通する流路４７が構成されている。
【００２７】
流路４７には前記流体制御弁２９が接続され、さらに、演算処理部４８と、この演算処理部４８流体制御弁２９を駆動する駆動手段であるステッピングモータ２８と、演算処理部４８と、演算処理部４８からの信号を入力してステッピングモータ２８へ駆動回路部４９からの出力を制御する駆動制御手段５０と、電池電源部５１とで構成されている。５２は流量検出手段、５３は圧力センサ、５４は感震器を示す。
【００２８】
次に以上の構成における動作，作用について図１により説明する。軸受１９は回転軸１８に接触するラジアル軸受部２０と、ロータ１６に当接するスラスト軸受部２１で構成されている。また、回転軸の他方には軸受２２があり、この軸受２２は回転軸１８に接触するラジアル軸受部２３と、ロータ１６に当接するスラスト軸受部２４で構成されている。軸受１９のスラスト軸受部２１の方が軸受２２のスラスト軸受部２４に比べ、ロータ１６への接触面積が大きく構成されている。従って、図１のようにスラスト軸受部２１とロータ１６が当接した状態でロータ１６が回転する場合、この当接した箇所の摺動抵抗は大きくなり回転軸１８の出力トルクは小さくなる。一方、ロータ１６が図１において、下方向に移動し（図示せず）、スラスト軸受部２４とロータ１６が当接した状態でロータ１６が回転した場合、この当接した箇所の摺動抵抗は小さくなり回転軸１８の出力トルクは大きくなる。
【００２９】
また軸受１９、２２の材質は、図１のように接触面積が異なる場合は、同じ材質でも摺動抵抗の差ができる。しかし、軸受１９と軸受２２の接触面積が同じ場合、即ち、同じ形状の軸受（図示せず）を使用する場合には、小さい摺動抵抗を必要とする軸受には、摺動摩擦抵抗の小さい材質を選択する。例えば、図１においては、軸受１９の摺動抵抗を小さくするために、軸受１９側の材質は摺動摩擦抵抗の小さい材質を選択することになる。また逆に、軸受２２の摺動抵抗を小さくする必要がある場合、軸受２２側の材質は摺動摩擦抵抗の小さい材質を選択することになる。
【００３０】
また、軸受１９のスラスト軸受部２１の方が、軸受２２のスラスト軸受部２４に比べ、ロータ１６へ接触する直径が大きく、結果的に軸受１９のスラスト軸受部２１の方が軸受２２のスラスト軸受部２４に比べ、接触面積が大きく構成されている。この構成により軸受１９と軸受２２の摺動抵抗に差が生じるものである。
【００３１】
次に図２〜図６により流体制御弁２８の弁閉動作について説明すると、図２のように通常、ガス流路４７に設けられた流体制御弁２９の弁体３３は開成状態にある。この状態で流路４７をガスが流れ各種器具（図示せず）が使用される。ガス流量は流量検出手段５２により検出され、演算処理部４８にあらかじめ登録された流量データと比較され、その結果によっては駆動手段であるステッピングモータ２８を作動し、弁体３３を閉止状態にする。登録された流量データとは、例えば家庭のガスメータで規定されている最大通過量のデータ（この値を超える時はガス栓の開放などが考えられる）、一定流量で経過時間がその流量で規定された時間を超えた時のデータ（器具の消し忘れが考えられる）がある。流量検出手段５２としては、超音波式、ゴム膜式の何れであっても良い。
【００３２】
そして比較の結果、例えば最大通過量データを超えた場合には、演算処理部４８が判断し、遮断信号により駆動制御手段５０、駆動回路部４９を介してステッピングモータ２８を駆動し、弁体３３を閉成しガスの流れを遮断しガスの流出を防止する。弁閉動作時にステッピングモータ２８は、駆動回路部４９から起動周波数が入力されることで起動する。即ちロータ１６が一方向に回転するとネジ４２を有する出力軸１８が回転し、ネジ４２に勘合され回転防止ピン３７により回転防止されたナット３４は弁閉方向に移動する。またナット３４の先端３８と弁体３３の先端３９はスプリング３６が圧縮された状態で係止されているため、弁体３３も同様に弁閉方向に移動する。ステッピングモータ２８は、起動した後は、速い周波数で駆動可能であり、閉成動作時には、弁体３３への流路３２を流れるガスの圧力の影響をあまり受けないため、起動周波数より速い閉成動作時の周波数で駆動され、弁体３３は図３の状態まで移動し弁閉時の状態となる。
【００３３】
この動作時には、弁体３３に自重によりロータ１６は軸受２２のスラスト軸受部２４に当接して回転するため、ロータ１６の回転を効率良く弁体３３の駆動に変換することができる。そして弁体３３が弁座３５に当接した後には閉成動作時周波数に比べ遅い周波数で駆動され、弁体３３は図４の状態まで移動し完全弁閉の状態となる。即ちこの弁体３３が弁座３５に当接した後の出力は閉成動作時トルクに比べ大きいトルクで駆動されることになる。
【００３４】
また、弁体３３が弁座３５に当接した後の周波数を、弁体３３が弁座３５に当接した後、図４に示すように、隙間４３ができるまでナット３４が、スプリング３６を圧縮して、弁体３３が弁座３５を付勢する状態となるまで、閉成動作時より遅い周波数で駆動することにより、弁体３３を確実に付勢でき弁体３３の閉止性能をさらに確実にするものである。この時の出力は、付勢手段であるスプリング３６を圧縮できる大きいトルクである。
【００３５】
この動作時には、ロータ１６はスプリング３６を圧縮することによるスプリング３６の反力により、軸受２２のスラスト軸受部２４に当接している。この時摺動抵抗は大きくなるが、駆動周波数を閉成動作時より遅い周波数で駆動することにより、スプリング３６を圧縮することが出来るものである。図４が示す弁閉状態時でステッピングモータ２８への通電が停止されると、圧縮されたスプリング３６がナット３４を図４において上方向に押すように作用する。このナット３４を押す力は、ネジ４２を介してロータ１６を弁閉動作時と反対方向に回転させる力として作用する。
【００３６】
しかし本実施例においては、弁閉状態時は高摺動抵抗の軸受１９とロータ１６が当接する構成であり、スプリング３６の反力によりロータ１６が回転することはない。また弁体３３を弁座３５に付勢するように作用するスプリング３６の反力がネジ４２を介してロータ１６を回転させる力に比べ、ロータ１６とステータ１４間の非通電時吸引力と軸受１９の摺動抵抗の和を大きくした結果、スプリング３６の反力によるロータ１６の回転を確実に防止することができる。更に、圧縮されたスプリング３６の付勢力により、弁体３３のシール性能を確保することが出来るものである。
【００３７】
この様にして、弁閉動作時には、起動時の出力、閉成動作時の出力、付勢手段であるスプリング３６を圧縮できる大きい出力で駆動することにより、最大通過量データを超えた場合には、ガスの流れを遮断しガスの流出を防止することにより安全を確保する。
【００３８】
ガスの流れを遮断した後、ガス回路の安全が確認されると弁体３３は弁開される。次に弁開動作時について説明する。開成信号により駆動制御手段５０、駆動回路部４９を介してステッピングモータ２８を駆動し、弁体３３を開成しガスが流れる状態とする。図４において、先ず起動時には起動周波数が入力されロータ１６が弁閉動作時と反対方向に回転するとネジ３３を有する出力軸１８が回転し、ネジ３３に勘合され回転防止ピン３７により回転防止されたナット３４は弁開方向に移動する。この時ナット３４の先端３８と弁体３３の先端３９はスプリング３６が圧縮された状態で隙間４３が形成されており、この隙間４３が密着する図３の状態まで起動周波数で駆動される。この起動時にはスプリング３６が圧縮された状態であるため、スプリング３６はナット３４を図４において上方向に押しており、ネジ４２の溝は傾き角度を有しているため出力軸１８を介してロータ１６を回転する方向に力が作用する。
【００３９】
従ってロータ１６は起動しやすくなる。図３まで弁体３３が移動すると、ナット３４の先端３８と弁体３３の先端３９は当接するため、スプリング３６は弁体３３を弁座３５に付勢する力として作用しない状態となる。図３から図２への弁開動作時には、流路３２を流れるガスの圧力は、弁体３３を付勢する付勢力として作用しているので、ガスが弁体３３を付勢する力に打ち勝って弁開することになる。この時には起動周波数より遅い弁開動作時の周波数で駆動され、弁体３３に設けられた弁ゴム４０は、弁座３５から離脱するまで動作される。
【００４０】
この弁開動作時の出力は起動時出力に比べ大きいトルクとなる。この弁開動作時は、閉成状態にある弁体３３を開成するためロータ１６は図３において下方向に移動し、ロータ１６は低摺動抵抗の軸受２２のスラスト軸受部２４に当接して回転する。従ってロータ１６の回転を効率良く弁体３３の駆動に変換することができる。そして弁体３３が弁座３５から離脱した後には弁開動作時の周波数に比べ速い周波数で駆動し、弁体３３は図２の状態まで移動し弁開の状態となる。この弁体３３が弁座３５から離脱した後の出力は弁開動作時トルクに比べ小さいトルクで駆動される。この時は弁体３３には流路３２を流れるガスの流体圧は作用しないので小さいトルクで駆動可能である。
【００４１】
この様にして、弁開動作時には、起動時のトルク、弁開動作時は起動時に比べて大きいトルク、開成後は開成動作時のトルクより小さいトルクで駆動される。
【００４２】
以上説明した実施例の技術的意義を総括すれば以下の通りである。
【００４３】
（１）コイルを有するステータと、コイルへの通電による励磁により回転するロータと、ロータの回転軸と、回転軸の一方に設けられた第１の軸受と、回転軸の他方に設けられ第１の軸受に比べ大きい摺動抵抗を有する第２の軸受とを構成することにより、回転軸と摺動抵抗の異なる軸受との接触方向を選定して使用することにより、トルクの異なる電動機出力とし、流体制御弁を開閉を合理的に行うことができる。
【００４４】
（２）回転軸の一方に設けられた第１の軸受と、回転軸の他方に設けられ、第１の軸受に比べ大きい摺動抵抗を有する材質で構成された第２の軸受とを構成することにより、軸受材質の違いにより、異なる摺動抵抗を有する軸受を構成し、回転軸と摺動抵抗の異なる軸受との接触方向を選定して使用することにより、トルクの異なる電動機出力を得ることができる。
【００４５】
（３）回転軸の一方に設けられた第１の軸受と、軸受の他方に設けられ、第１の軸受に比べ大きい摺動面積を有する第２の軸受とを設けることにより、摺動面積の違いにより、異なる摺動抵抗を有する軸受を構成することができ、同じ材質の軸受でトルクの異なるモータ出力を有する電動機を容易に実現することができる。
【００４６】
（４）コイルを有するステータと、コイルへの励磁により回転するロータと、ロータの回転軸と、回転軸の一方に設けられたロータの第１の軸受と、軸受の他方に設けられ、第１の軸受に比べ大きい摺動抵抗を有する第２の軸受と、回転軸に係止され前記ロータの回転を直動に変換する変換手段と、変換手段に係止され流路を開閉する弁体と、弁体が当接する弁座と、変換手段と弁体との間に設けられ、弁体が弁座に当接した後、変換手段が弁体を更に閉じる方向に移動した時、弁体を弁座に付勢するように作用する付勢手段とを構成することで、異なる摺動抵抗を有する軸受により、摺動する軸受によってトルクの異なるモータ出力を有する電動機が実現できるとともに、開閉弁を組み合わせることにより開閉弁の開成および閉成動作時に、各々異なる出力特性を有する流体制御弁を実現することができる。
【００４７】
（５）電動機をステッピングモータで構成することで、ステップ動作することにより、付勢手段の付勢力の制御性を向上するものである。また弁体を微少変位で制御可能となり、流量制御性が向上する。
【００４８】
（６）ラジアル軸受部とスラスト軸受部とで構成する軸受の、スラスト軸受部とロータが当接する構成することにより、弁開閉時は弁体に作用する負荷がスラスト軸受とロータの当接に作用するため、摺動抵抗を容易に設定することができ、トルクの異なる電動機出力を得ることができる。
【００４９】
（７）弁開動作時は低摺動抵抗の軸受とロータが当接する構成とすることにより、ロータの回転出力を低摺動抵抗の軸受により、効率良く弁体の開閉動作に変換出来る。
【００５０】
（８）弁閉状態時は、高摺動抵抗の軸受とロータが当接する構成とすることにより、軸受とロータの摺動抵抗により、付勢手段の付勢力の反力によってロータが回転することを防止できる。
【００５１】
（９）弁閉状態時、弁体を弁座に付勢するように作用する付勢手段の反力が、変換手段を介してロータを回転させるロータ回転力に比べ、ロータとステータ間の非通電時吸引力と軸受の摺動抵抗の和を大きくする構成することにより、付勢手段の付勢力の反力によりロータが回転することを確実に防止できるものである。付勢手段を確実に付勢できるため弁体のシール性能を確保することが出来る。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように本発明の流体制御弁によれば、特に、確実な閉弁状態が得られるもので、流体の高精度制御が実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の電動機の構成を示す断面図
【図２】本発明の実施例１の流体制御弁の弁開時の構成を示す断面図
【図３】同流体制御弁の弁閉時の構成を示す断面図
【図４】同流体制御弁の完全弁閉時の構成を示す断面図
【図５】同流体制御弁と制御系統との関係を示す構成図
【図６】同電動機の電気系統図
【図７】従来の流体制御弁の構成図
【符号の説明】
１４ステータ
１５コイル
１６ロータ
１８回転軸
１９、２２軸受
２８電動機[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric motor used as a drive means of a fluid shut-off valve that controls opening and closing of a flow of gas fluid flowing in a flow path, and a fluid control valve using the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, this type of fluid control valve has been disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-60752. The configuration will be described below with reference to the drawings. In FIG. 7, reference numeral 1 denotes a valve housing, and a main flow path 2 through which a gas fluid flows is configured in the valve housing 1, and a valve seat 3 is provided in a part thereof.
[0003]
Reference numeral 4 denotes a main flow path opening / closing means, which comprises a conversion means 7 for converting the rotational movement of the rotor 6 of the motor 5 as a drive unit into a vertical movement, and a main flow path opening / closing valve 8 connected to the conversion means 7 and moving up and down. Has been.
[0004]
The conversion means 7 converts the rotational movement of the rotor 6 into vertical movement of the main flow path opening / closing valve 8 via a screw mechanism (not shown). Reference numeral 9 denotes a magnet fixed to the rotor 6.
[0005]
A bearing 10 supports the rotor 6 at a fixed position. The bearing 10 is fixed to a support plate 11 provided in the main flow path 2.
[0006]
The rotor 6 provided in the main flow path 2 is covered with a cover 12 so that the gas fluid in the main flow path 2 does not leak. Reference numeral 13 denotes a stator that constitutes the motor 5 and is constituted by a coil.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional fluid control valve does not effectively use the output of the motor 5 as the opening force of the main flow path opening / closing valve 8.
[0008]
That is, when the gas fluid flows in the direction of closing the main flow path opening / closing valve 8 in FIG. 7, the pressure of the gas fluid closes the main flow path opening / closing valve 8 when the closed main flow path opening / closing valve 8 is opened. It is necessary to overcome the gas back pressure and open the valve.
[0009]
When the main flow path opening / closing valve 8 is opened, the rotor 6 is pressed against the lower bearing 10 to raise the main flow path opening / closing valve 8.
[0010]
As a result, the rotational force of the rotor 6 was not effectively obtained as the opening force of the main flow path opening / closing valve 8 due to the influence of frictional resistance caused by the rotor 6 and the lower bearing 10.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention to solve the foregoing problems, a stator having a coil, a rotor which is rotated by excitation to the coil, the axis of rotation of the rotor, is one in provided et the rotary shaft, radial bearing portion and the thrust bearing portion the first bearing is constructed in, provided on the other of said first bearing be constituted by a radial bearing portion and the thrust bearing portion has a sliding resistance of greater strass direction than the first bearing A stepping motor composed of a second bearing, a conversion means that is locked to the rotating shaft and converts rotation of the rotor into a linear motion, and a valve element that is locked to the conversion means and opens and closes the flow path; Provided between the valve seat against which the valve body abuts, the conversion means and the valve body, and after the valve body abuts against the valve seat, the conversion means moves in a direction to further close the valve body When the valve body is An urging means for urging the valve seat, and when the valve is closed, the reaction force of the urging means is on the side receiving the reaction force compared to the rotor rotation force that rotates the rotor via the conversion means. The sum of the sliding resistance of the thrust bearing portion in the second bearing and the attractive force during non-energization between the rotor and the stator is increased.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention is a stator having a coil, a rotor which is rotated by excitation to the coil, the axis of rotation of the rotor, while the provided et al are of the rotary shaft, a first bearing made of a radial bearing portion and the thrust bearing portion A stepping step that is provided on the other side of the first bearing and is composed of a radial bearing portion and a thrust bearing portion, and a second bearing having a greater sliding resistance in the Strath direction than the first bearing. A motor, conversion means that is locked to the rotation shaft and converts rotation of the rotor to linear motion, a valve body that is locked to the conversion means and that opens and closes the flow path, and a valve seat that contacts the valve body And when the conversion means moves in a direction to further close the valve body after the valve body abuts on the valve seat, the valve body is moved between the conversion means and the valve body. Energizing means for energizing the valve seat And the sliding force of the thrust bearing portion of the second bearing on the side receiving the reaction force compared to the rotor rotation force that causes the reaction force of the biasing means to rotate the rotor via the conversion means when the valve is closed. The sum of the resistance and the attractive force during non-energization between the rotor and the stator is increased.
[0013]
Therefore, it is possible to realize fluid control valves having different output characteristics during opening and closing operations of the valve body.
[0014]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0015]
Example 1
FIG. 1 is a configuration diagram of an electric motor according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the fluid control valve using the same motor when the valve is opened. FIG. 3 is a sectional view of the fluid control valve when the valve is closed. FIG. 4 is a sectional view of the fluid control valve when the valve is completely closed. FIG. 5 is a configuration diagram of a gas flow path using the fluid control valve. FIG. 6 is an electric system diagram of the electric motor.
[0016]
In FIG. 1, reference numeral 14 denotes a stator having a coil 15, and reference numeral 16 denotes a rotor that rotates by excitation by energization of the coil 15. The rotor 16 has a cylindrical shape, and a magnet 17 is provided on the outer periphery thereof. The rotor 16 is provided with a rotating shaft 18. One of the rotating shafts 18 includes a bearing 19, and the bearing 19 includes a radial bearing portion 20 that contacts the rotating shaft 18 and a thrust bearing portion 21 that contacts the rotor 16.
[0017]
In addition, a bearing 22 is provided on the other side of the rotating shaft, and the bearing 22 includes a radial bearing portion 23 that contacts the rotating shaft 18 and a thrust bearing portion 24 that contacts the rotor 16. The tip end shape of the thrust bearing portion 21 of the bearing 19 is a curved surface shape that can contact the rotor 16.
[0018]
Further, the thrust bearing portion 21 of the bearing 19 has a larger contact area with the rotor 16 than the thrust bearing portion 24 of the bearing 22. This configuration causes a difference in sliding resistance.
[0019]
The material of the bearings 19 and 22 may be the same material when the contact areas are different as shown in FIG. However, when the contact area of the bearing 19 and the bearing 22 is the same, for example, when using a bearing (not shown) having the same shape, a material having a small sliding friction resistance is used for a bearing that requires a small sliding resistance. select. For example, in FIG. 1, when it is necessary to reduce the sliding resistance of the bearing 19, a material having a small sliding friction resistance is selected as the material on the bearing 19 side.
[0020]
Reference numeral 25 denotes an airtight partition wall formed between the stator 14 and the rotor 16. Reference numeral 26 denotes an O-ring that seals between the airtight partition wall 25 and the base plate 27. The stepping motor 28 which is an electric motor is configured as described above.
[0021]
A fluid control valve using the stepping motor 28 will be described with reference to FIGS. In the figure, 14 to 28 are the same as those in FIG.
[0022]
29 is a fluid control valve, 30 is an inlet, and 31 is an outlet. The fluid control valve 29 includes a flow path 32, a valve body 33 that opens and closes the flow path 32, a nut 34 that is locked to the valve body 33 and that converts conversion of the direct movement of the valve body 33 into rotation, The rotary shaft 18 of the stepping motor 28 connected to the valve 34, the valve seat 35 with which the valve element 33 abuts, and the spring 36 that is an urging means provided between the nut 34 and the valve element 33 are configured. . Reference numeral 37 denotes an anti-rotation pin that prevents the nut 34 from rotating when the rotor 16 rotates.
[0023]
A spring 36 is locked between the tip 38 of the nut 34 and the tip 39 of the valve body 33 in a compressed state, and the nut 34 and the valve body 33 are configured to be slidable in the direction in which the spring 36 is compressed. Has been.
[0024]
Reference numeral 40 denotes a valve rubber provided on the valve body 33, and 41 denotes an O-ring. Reference numeral 42 denotes a screw provided on the rotating shaft.
[0025]
In FIG. 4, 43 is a gap formed between the tip 38 of the nut 34 and the tip 39 of the valve element 33. Others are the same as FIG. 2 and FIG.
[0026]
5 and 6, reference numeral 44 denotes a gas flow path housing, and a flow path 47 that communicates the inlet 45 and the outlet 46 is formed inside the housing 44.
[0027]
The fluid control valve 29 is connected to the flow path 47, and further includes an arithmetic processing section 48, a stepping motor 28 that is a driving means for driving the arithmetic processing section 48 fluid control valve 29, an arithmetic processing section 48, and an arithmetic processing section 48. A drive control means 50 for inputting a signal from the processing section 48 and controlling an output from the drive circuit section 49 to the stepping motor 28 and a battery power supply section 51 are configured. 52 is a flow rate detecting means, 53 is a pressure sensor, and 54 is a seismic sensor.
[0028]
Next, the operation and action of the above configuration will be described with reference to FIG. The bearing 19 includes a radial bearing portion 20 that contacts the rotating shaft 18 and a thrust bearing portion 21 that contacts the rotor 16. In addition, a bearing 22 is provided on the other side of the rotating shaft, and the bearing 22 includes a radial bearing portion 23 that contacts the rotating shaft 18 and a thrust bearing portion 24 that contacts the rotor 16. The thrust bearing portion 21 of the bearing 19 has a larger contact area with the rotor 16 than the thrust bearing portion 24 of the bearing 22. Therefore, when the rotor 16 rotates with the thrust bearing 21 and the rotor 16 in contact with each other as shown in FIG. 1, the sliding resistance at the contacted portion increases and the output torque of the rotating shaft 18 decreases. On the other hand, when the rotor 16 moves downward in FIG. 1 (not shown) and the rotor 16 rotates in a state where the thrust bearing portion 24 and the rotor 16 are in contact with each other, the sliding resistance of the contacted portion is as follows. The output torque of the rotating shaft 18 increases as the torque decreases.
[0029]
Further, when the contact areas of the bearings 19 and 22 are different from each other as shown in FIG. However, when the contact areas of the bearing 19 and the bearing 22 are the same, that is, when a bearing having the same shape (not shown) is used, a material having a small sliding friction resistance is required for a bearing that requires a small sliding resistance. Select. For example, in FIG. 1, in order to reduce the sliding resistance of the bearing 19, a material having a small sliding frictional resistance is selected as the material on the bearing 19 side. Conversely, when it is necessary to reduce the sliding resistance of the bearing 22, a material having a low sliding frictional resistance is selected as the material on the bearing 22 side.
[0030]
Further, the thrust bearing portion 21 of the bearing 19 has a larger diameter in contact with the rotor 16 than the thrust bearing portion 24 of the bearing 22, and as a result, the thrust bearing portion 21 of the bearing 19 has a larger diameter than that of the bearing 22. Compared to the portion 24, the contact area is configured to be large. This configuration causes a difference in the sliding resistance between the bearing 19 and the bearing 22.
[0031]
Next, the valve closing operation of the fluid control valve 28 will be described with reference to FIGS. 2 to 6. Normally, the valve body 33 of the fluid control valve 29 provided in the gas flow path 47 is in an open state as shown in FIG. 2. In this state, gas flows through the flow path 47 and various instruments (not shown) are used. The gas flow rate is detected by the flow rate detection means 52 and compared with the flow rate data registered in advance in the arithmetic processing unit 48. Depending on the result, the stepping motor 28 which is the drive means is operated, and the valve body 33 is closed. The registered flow data, for example data of the maximum throughput specified in household gas meter (when exceeding this value is considered, and opening gas valve), time at a constant flow rate is regulated by the flow rate There is data when the last time is exceeded (forgetting to turn off the appliance). The flow rate detection means 52 may be either an ultrasonic type or a rubber film type.
[0032]
As a result of the comparison, for example, when the maximum passage amount data is exceeded, the arithmetic processing unit 48 determines, drives the stepping motor 28 via the drive control means 50 and the drive circuit unit 49 by the cutoff signal, and the valve element 33. Is closed to cut off the gas flow and prevent the outflow of gas. The stepping motor 28 is activated when the activation frequency is input from the drive circuit unit 49 during the valve closing operation. That is, when the rotor 16 rotates in one direction, the output shaft 18 having the screw 42 rotates, and the nut 34 fitted into the screw 42 and prevented from rotating by the rotation preventing pin 37 moves in the valve closing direction. Further, since the tip 38 of the nut 34 and the tip 39 of the valve body 33 are locked in a state where the spring 36 is compressed, the valve body 33 similarly moves in the valve closing direction. The stepping motor 28 can be driven at a high frequency after being started, and is less affected by the pressure of the gas flowing through the flow path 32 to the valve body 33 during the closing operation, so that the closing is faster than the starting frequency. Driven by the frequency at the time of operation, the valve element 33 moves to the state shown in FIG.
[0033]
During this operation, the rotor 16 abuts on the thrust bearing portion 24 of the bearing 22 and rotates due to its own weight on the valve body 33, so that the rotation of the rotor 16 can be efficiently converted into driving of the valve body 33. After the valve element 33 comes into contact with the valve seat 35, the valve element 33 is driven at a frequency slower than the closing operation frequency, and the valve element 33 moves to the state shown in FIG. That is, the output after the valve element 33 abuts on the valve seat 35 is driven with a torque larger than the closing operation torque.
[0034]
Further, the frequency after the valve element 33 comes into contact with the valve seat 35 is adjusted so that, after the valve element 33 comes into contact with the valve seat 35, as shown in FIG. By compressing and driving the valve body 33 at a frequency slower than that during the closing operation until the valve body 33 is in a state of urging the valve seat 35, the valve body 33 can be reliably urged to further improve the closing performance of the valve body 33. It is to ensure. The output at this time is a large torque capable of compressing the spring 36 as the biasing means.
[0035]
During this operation, the rotor 16 is in contact with the thrust bearing portion 24 of the bearing 22 by the reaction force of the spring 36 by compressing the spring 36. At this time, although the sliding resistance is increased, the spring 36 can be compressed by driving at a driving frequency slower than that in the closing operation. When the energization of the stepping motor 28 is stopped in the valve closed state shown in FIG. 4, the compressed spring 36 acts to push the nut 34 upward in FIG. The force that pushes the nut 34 acts as a force that rotates the rotor 16 in the direction opposite to that during the valve closing operation via the screw 42.
[0036]
However, in this embodiment, the high sliding resistance bearing 19 and the rotor 16 are in contact with each other when the valve is closed, and the rotor 16 is not rotated by the reaction force of the spring 36. Further, compared to the force that rotates the rotor 16 via the screw 42, the reaction force of the spring 36 that acts to urge the valve body 33 toward the valve seat 35 is a suction force between the rotor 16 and the stator 14 and the bearing. As a result of increasing the sum of the 19 sliding resistances, the rotation of the rotor 16 due to the reaction force of the spring 36 can be reliably prevented. Further, the sealing performance of the valve body 33 can be ensured by the urging force of the compressed spring 36.
[0037]
In this way, during the valve closing operation, when the maximum passage amount data is exceeded by driving the output at the start, the output at the closing operation, and the spring 36 as the biasing means with a large output capable of being compressed. , Ensuring safety by blocking gas flow and preventing gas outflow.
[0038]
After the gas flow is shut off, the valve body 33 is opened when the safety of the gas circuit is confirmed. Next, the valve opening operation will be described. In response to the opening signal, the stepping motor 28 is driven through the drive control means 50 and the drive circuit unit 49 to open the valve body 33 so that the gas flows. In FIG. 4, first, at the time of start-up, the start-up frequency is input, and when the rotor 16 rotates in the opposite direction to that during the valve closing operation, the output shaft 18 having the screw 33 rotates. The nut 34 moves in the valve opening direction. At this time, the tip end 38 of the nut 34 and the tip end 39 of the valve element 33 are formed with a gap 43 in a state where the spring 36 is compressed. The gap 43 is driven at the starting frequency until the state shown in FIG. Since the spring 36 is in a compressed state at the time of activation, the spring 36 pushes the nut 34 upward in FIG. 4, and the groove of the screw 42 has an inclination angle, so that the rotor 16 is connected via the output shaft 18. A force acts in the direction of rotating.
[0039]
Therefore, the rotor 16 is easy to start. When the valve body 33 moves to FIG. 3, the tip end 38 of the nut 34 and the tip end 39 of the valve body 33 come into contact with each other, so that the spring 36 does not act as a force for urging the valve body 33 against the valve seat 35. During the valve opening operation from FIG. 3 to FIG. 2, the pressure of the gas flowing through the flow path 32 acts as an urging force that urges the valve body 33, so that the gas overcomes the force that urges the valve body 33. Will be opened. At this time, the valve rubber 40 is driven at a valve opening operation frequency slower than the activation frequency, and the valve rubber 40 provided on the valve body 33 is operated until it is detached from the valve seat 35.
[0040]
The output at the time of this valve opening operation becomes a larger torque than the output at the time of starting. During this valve opening operation, the rotor 16 moves downward in FIG. 3 to open the valve body 33 in the closed state, and the rotor 16 abuts against the thrust bearing portion 24 of the low-sliding resistance bearing 22. Rotate. Therefore, the rotation of the rotor 16 can be efficiently converted into driving of the valve element 33. Then, after the valve element 33 is detached from the valve seat 35, the valve element 33 is driven at a frequency faster than the frequency at the time of the valve opening operation, and the valve element 33 moves to the state shown in FIG. The output after the valve element 33 is detached from the valve seat 35 is driven with a torque smaller than the torque during the valve opening operation. At this time, since the fluid pressure of the gas flowing through the flow path 32 does not act on the valve body 33, the valve body 33 can be driven with a small torque.
[0041]
In this way, the valve is driven with a torque at the time of start-up operation, a torque larger than that at the time of start-up during the valve-open operation, and a torque smaller than the torque at the time of the open operation after the opening.
[0042]
The technical significance of the embodiment described above is summarized as follows.
[0043]
(1) A stator having a coil, a rotor that is rotated by excitation by energization of the coil, a rotating shaft of the rotor, a first bearing provided on one of the rotating shafts, and a first provided on the other of the rotating shafts. By configuring the second bearing having a larger sliding resistance than that of the bearing, and selecting and using the contact direction between the rotating shaft and the bearing having a different sliding resistance, the motor output having a different torque is obtained. The fluid control valve can be rationally opened and closed .
[0044]
(2) A first bearing provided on one of the rotating shafts and a second bearing provided on the other of the rotating shafts and made of a material having a larger sliding resistance than the first bearing are configured. By constructing bearings with different sliding resistances depending on the bearing material, and selecting and using the contact direction between the rotating shaft and bearings with different sliding resistances, motor outputs with different torque can be obtained. Can do.
[0045]
(3) By providing a first bearing provided on one of the rotating shafts and a second bearing provided on the other bearing and having a larger sliding area than the first bearing, Due to the difference, bearings having different sliding resistances can be configured, and an electric motor having motor outputs with different torques can be easily realized with a bearing made of the same material.
[0046]
(4) A stator having a coil, a rotor rotating by excitation of the coil, a rotating shaft of the rotor, a first bearing of the rotor provided on one of the rotating shafts, and a first bearing provided on the other of the bearings. A second bearing having a sliding resistance greater than that of the bearing, a conversion means that is locked to the rotary shaft and converts the rotation of the rotor into a linear motion, and a valve element that is locked to the conversion means and opens and closes the flow path. , Provided between the valve seat with which the valve body abuts, the conversion means and the valve body, and after the valve body abuts the valve seat, when the conversion means moves in a direction to further close the valve body, By configuring the biasing means to act to bias the valve seat, a bearing having a different sliding resistance can realize an electric motor having a motor output having a different torque depending on the sliding bearing. In combination, when opening and closing the on-off valve It is possible to realize a fluid control valve having a respective different output characteristics.
[0047]
(5) The controllability of the urging force of the urging means is improved by performing a step operation by configuring the electric motor with a stepping motor. Further, the valve body can be controlled with a slight displacement, and the flow rate controllability is improved.
[0048]
(6) By configuring the bearing comprising the radial bearing portion and the thrust bearing portion so that the thrust bearing portion and the rotor come into contact with each other, the load acting on the valve element acts on the contact between the thrust bearing and the rotor when the valve is opened and closed. Therefore, sliding resistance can be set easily, and motor outputs with different torques can be obtained.
[0049]
(7) By adopting a configuration in which the low sliding resistance bearing and the rotor come into contact with each other during the valve opening operation, the rotational output of the rotor can be efficiently converted into the opening / closing operation of the valve body by the low sliding resistance bearing.
[0050]
(8) When the valve is closed, the rotor and the rotor having high sliding resistance are in contact with each other, so that the rotor rotates by the reaction force of the biasing force of the biasing means due to the sliding resistance of the bearing and rotor. Can be prevented.
[0051]
(9) When the valve is closed, the reaction force of the urging means that acts to urge the valve body to the valve seat is less than the rotor rotational force that rotates the rotor via the conversion means. By configuring the sum of the suction force during energization and the sliding resistance of the bearing, it is possible to reliably prevent the rotor from rotating due to the reaction force of the biasing force of the biasing means. Since the urging means can be reliably urged, the sealing performance of the valve body can be ensured.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the fluid control valve of the present invention, a particularly reliable closed state can be obtained, and high-precision control of fluid can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an electric motor according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of the fluid control valve according to the first embodiment of the present invention when the valve is opened. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the fluid control valve when the valve is completely closed. FIG. 5 is a block diagram showing the relationship between the fluid control valve and the control system. ] Electrical system diagram of the same motor [Fig. 7] Configuration diagram of conventional fluid control valve [Explanation of symbols]
14 Stator 15 Coil 16 Rotor 18 Rotating shaft 19, 22 Bearing 28 Electric motor

Claims

Stator having a coil, a rotor which is rotated by excitation to the coil, the axis of rotation of the rotor, while the provided et al are of the rotary shaft, the first bearing formed of a radial bearing portion and the thrust bearing portion, the first A stepping motor which is provided on the other side of the bearing and is composed of a radial bearing portion and a thrust bearing portion, and a second bearing having a sliding resistance in the Strath direction larger than that of the first bearing, A conversion means that is locked to a rotation shaft and converts rotation of the rotor into a linear motion, a valve body that is locked to the conversion means and opens and closes the flow path, a valve seat that contacts the valve body, and the conversion And the valve body is attached to the valve seat when the conversion means moves in a direction to further close the valve body after the valve body abuts on the valve seat. and a biasing means for energizing, Compared with the rotor rotational force that causes the reaction force of the biasing means to rotate the rotor via the conversion means in the closed state, the sliding resistance of the thrust bearing portion in the second bearing on the side receiving the reaction force and the rotor A fluid control valve with a larger sum of the suction force between the stators when not energized .

2. The fluid control valve according to claim 1, wherein the thrust bearing portion of the first bearing having a low sliding resistance contacts the rotor during the valve opening operation.

The fluid control valve according to claim 1 , wherein when the valve is closed, the thrust bearing portion of the second bearing having a high sliding resistance contacts the rotor.