JP4456352B2 - Motor driven proportional valve - Google Patents
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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。 The present invention relates to a motor-driven proportional valve that adjusts a valve opening degree by a motor.
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。 In recent years, fuel cells are attracting attention as clean power generators that generate electricity by reverse reaction of electrolysis using hydrogen and oxygen and have no emissions other than water. In fuel cells, many flow control valves are used for reformed gas, air pipes, etc., and motor-driven proportional valves are used as the flow control valves.
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。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of a conventional motor-driven
The motor-driven
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)。
In such a motor-driven
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。
However, the conventional motor driven
(1) The motor-driven
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。
On the other hand, as a result of analysis of the hysteresis width by the inventors, it has been found that the hysteresis width is not constant. This is considered to be caused by a frictional resistance generated in the
(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。
(2) Further, the motor-driven
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。
In addition, if the origin position of the product is different from the origin position stored in the driver, the motor-driven
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、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目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, accurately adjust the valve opening based on the rotation angle of the motors, it is possible to improve the flow accuracy, stable sealing and purpose thereof is to provide a motor-driven proportional valve which can be obtained force.
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、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、製品組み立て後に、実際に配管を行い、モータを回転させ、入力ポートから出力ポートに向けて流体が流れ始める瞬間を、出力ポートに取り付けた流量計によって検出すること、原点位置記憶手段では、流量計で検出した時のモータの回転角度を、原点位置とすることを特徴とする。
The motor-driven proportional valve according to the present invention has the following configuration.
(1) A valve body is provided on a valve seat that allows communication between an input port and an output port so that the valve body can be contacted and separated. The motor drive force is converted into a linear motion and transmitted to the valve body. In the motor-driven proportional valve that adjusts the valve opening by controlling the rotation angle of the valve, the control means has an origin position storage means for storing the origin position at which the valve starts to actually open, Rotate the motor to detect the moment when fluid begins to flow from the input port to the output port with the flow meter attached to the output port. The rotation angle is the origin position .
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。
Subsequently, functions and effects of the invention having the above-described configuration will be described.
When the motor rotates in the forward direction, the motor-driven proportional valve moves the valve body away from the valve seat to increase the flow rate, while when the motor rotates in the reverse direction, the valve body moves in the valve seat direction. To reduce the flow rate.
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。 Here, when reducing the flow rate, after rotating the motor in the reverse direction so that the valve body is moved to a position where the flow rate is controlled to be lower than the target flow rate, the motor is rotated in the forward direction to target the valve body. Move to the position where the flow rate is controlled .
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。 When reversing the direction opposite the direction of rotation of the motors from the forward direction, there is the mechanical loss due to the gap, such as between the members, corresponding to the target flow rate from the relationship between the flow rate and the rotational angle of the motor in the opening direction rotation Even if the angle is obtained and the motor is rotated in the reverse direction by the rotation angle, the valve body cannot move in the valve seat direction to the position corresponding to the target flow rate .
本発明では、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。 In the present invention, the control means stores the origin position at which the valve of the motor-driven proportional valve to be controlled is controlled by the origin position storage means, and the dimensional tolerance of the parts of the motor-driven proportional valve to be controlled Eliminates the effect of assembly tolerances on origin search. That is, the control means accurately recognizes the rotation angle from when the motor of the motor-driven proportional valve to be controlled starts to rotate until the valve actually opens. For this reason, the motor-driven proportional valve can accurately determine the origin, and can adjust the valve opening to an amount corresponding to the target flow rate based on the rotation angle of the motor. In addition, the motor-driven proportional valve, when the motor is rotated by a predetermined rotation angle from the origin position stored in the origin position storage means of the control means, the valve body is lowered by a predetermined amount, and a constant amount is obtained. A seal load is obtained. Therefore, in the motor-driven proportional valve, even if the origin position is different for each product, the sealing load is constant for each product, and the sealing force is stabilized. Therefore, the motor-driven proportional valve of the present invention can accurately adjust the valve opening based on the rotation angle of the motor, improve the flow rate accuracy, and obtain a stable sealing force.
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。
Next, an embodiment of a motor-driven proportional valve according to the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are sectional views of the motor-driven proportional valve 1.
The motor-driven proportional valve 1 is installed, for example, on the reformed gas pipe of the fuel cell, and is used for adjusting the flow rate of the reformed gas. The motor-driven proportional valve 1 has a
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。
In the motor-driven proportional valve 1, an
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。
An
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。
The
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、後述する参考例の弁開度調整プログラム30、後述する原点位置補正プログラム31、後述する参考例のヒステリシス記憶メモリ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。
A
The
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。
Here, the valve opening
The
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。
Here, the predetermined hysteresis width α refers to a reference value for determining the number of steps when adjusting the valve opening. The predetermined hysteresis width α is preferably equal to or greater than the maximum value of the varying hysteresis width as shown in FIG. The reason why the hysteresis width is equal to or greater than the maximum value is to surely eliminate the hysteresis at any rotational position of the stepping
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。
In the present embodiment, the
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、参考例である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。
Next, the valve opening
The valve opening
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。
Specifically, when increasing the flow rate, first, the hysteresis characteristic stored in the
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。
On the other hand, when the flow rate is decreased, the hysteresis characteristic and the predetermined hysteresis width α are read from the
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。
Specifically, first, the step number S2 corresponding to the target flow rate is obtained based on the inclination of the hysteresis characteristic in the opening direction. Then, a step number S3 corresponding to a predetermined hysteresis width α is obtained. Then, the stepping
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。
Next, the origin
The origin
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。
Next, the origin
The origin
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。
Next, the operation of the motor driven proportional valve 1 will be described.
In the motor-driven proportional valve 1, before turning on the power, the
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。
When the valve opening is changed from the fully closed state to the fully open state, as shown in FIG. 2, the stepping
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。
On the other hand, when the valve opening is changed from the fully open state to the fully closed state, as shown in FIG. 1, the stepping
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。
Next, a case where the fluid flow rate is adjusted to a minute flow rate will be described. When increasing the flow rate, as shown in FIG. 5, the stepping
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。
On the other hand, when decreasing the flow rate, as shown in FIG. 6, first, the number of steps S2 corresponding to the target flow rate obtained from the inclination of the hysteresis characteristic in the opening direction and the number of steps corresponding to the predetermined hysteresis width α. By rotating the stepping
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。
This is because hysteresis occurs due to frictional resistance and gaps generated at the connecting portion between the
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。
However, in the motor-driven proportional valve 1 of the present embodiment, since the rotating
これに対し、モータ駆動式比例弁1は、参考例である弁開度調整プログラムにより、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。
On the other hand, the motor-driven proportional valve 1 has a predetermined hysteresis width stored in advance in the
この不具合を解消するために、参考例であるこの弁開度調整プログラムにより、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。
In order to eliminate this problem , the motor-driven proportional valve 1 rotates the stepping
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。
On the other hand, if the predetermined hysteresis width α is larger than the hysteresis width at the position P5, then the stepping
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。
Incidentally, the motor driven proportional valve 1 may have different origin positions G1, G2 for each product, as shown by G1, G2 in FIG. On the other hand, the
本実施の形態のモータ駆動式比例弁1では、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。
In motor-driven proportional valve 1 of this embodiment, if the reverse the stepping
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、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。
As described above in detail, the motor-driven proportional valve 1 of the present embodiment is the origin position where the valve of the motor-driven proportional valve 1 to be controlled actually starts to open (for example, G1 and G2 in FIG. 9). Is stored in the
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。
Although the embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various applications are possible.
For example, in the above embodiment, the motor-driven proportional valve 1 having a needle valve structure has been described. However, the
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor drive type
Claims (1)
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、
製品組み立て後に、実際に配管を行い、前記モータを回転させ、前記入力ポートから前記出力ポートに向けて流体が流れ始める瞬間を、前記出力ポートに取り付けた流量計によって検出すること、
前記原点位置記憶手段では、前記流量計で検出した時の前記モータの前記回転角度を、前記原点位置とすることを特徴とするモータ駆動式比例弁。 A valve body is provided in a valve seat that allows the input port and the output port to communicate with each other so that the valve body can be contacted and separated, and the driving force of the motor is converted into a linear motion and transmitted to the valve body. In a motor-driven proportional valve that adjusts the valve opening by controlling the angle,
The control means includes origin position storage means for storing an origin position at which the valve actually starts to open ;
After product assembly, actually performing piping, rotating the motor, and detecting the moment when fluid begins to flow from the input port toward the output port by a flow meter attached to the output port;
The motor-driven proportional valve characterized in that the origin position storage means uses the rotation angle of the motor when detected by the flow meter as the origin position .
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