JP6101511B2 - ステッピングモータ及びそれを用いた電動弁 - Google Patents

Description

本発明はステッピングモータ及びそれを用いた電動弁に関する。

従来から、ステッピングモータを用いた電動弁においては、例えば電動弁の閉弁に必要な最大ステップ数を超える駆動パルス信号をステッピングモータに入力することによって、ステッピングモータの確実な基点位置出し（イニシャライズともいう）を保証している。このような電動弁におけるステッピングモータの電磁コイル装置は、例えば特許文献１に開示されており、この従来技術では、その内側に上下から一対の磁極板（磁極歯）が設けられた励磁コイルが上下に２段重ねに設けられている。

ところで、ステッピングモータを構成するロータが基点位置でストッパ等によって停止した後、当該ステッピングモータに駆動パルス信号を入力し続けると、異音や振動が発生したり、電動弁の耐久性が低下するといった問題が生じることが知られている。

このような問題に対し、特許文献２には、ステッピングモータの基点位置出し時にロータがストッパに当接したことを検出し、駆動コイルに通電する基点位置出しパルスを停止する技術が開示されている。

特許文献２に開示されている電動弁の駆動装置は、電動弁の基点位置出し時にステッピングモータのロータを基点位置に復帰するようにステータの駆動コイルに基点位置出しパルス出力を行うとともに、磁気検出手段からの磁気検出信号を入力し、この磁気検出信号のハイレベルからローレベルあるいはローレベルからハイレベルに遷移したときとストッパ当たりとのタイミングの差に対応する変化パターンを認識し、その変化パターンに応じた工程でロータのストッパへの当接を検出して基点位置出しパルス出力を停止する装置である。

特開２００５−２８７１５２号公報 特許第４０２８２９１号公報

ところで、上記したように、ロータが基点位置でストッパに当接し停止した後、当該ステッピングモータに駆動パルス信号を入力し続けると、あるステップでロータが反対の相（磁極）に引き寄せられて反転し、さらにステッピングモータに駆動パルス信号を入力し続けると、再びロータが反転してストッパに再度当接する。

例えば、ステータコイルへの所定の励磁順序により該コイルの磁極パターンが８ステップ毎に繰り返される場合、図８に示すように、ステップ７からステップ４では、駆動パルス信号の入力毎に、ロータが所定角度回転駆動してロータ側のストッパがロータの基点位置に設けられた固定側のストッパに接近していく。そして、ステップ３では、ロータ側のストッパと固定側のストッパとが当接し、ロータは基点位置で停止する。その後、ステップ２からステップ０では、駆動パルス信号が入力されても、ロータの回転駆動は阻止されており、当該ロータは基点位置で停止し続ける（足踏）。なお、図８において、想像線（二点鎖線）で描かれたマークは、固定側ストッパが存在しないと仮定した場合にロータ側ストッパが回転を続ける様子を示している。

しかし、ステータコイルへの励磁がステップ０からステップ７へ移行されると、ロータは反対の相（磁極）に引き寄せられて反転し、ロータ側のストッパは固定側のストッパと離間する（８ステップ反転）。すなわち、ステップ２からステップ０においては固定側ストッパに当接したロータ側ストッパは二点鎖線で示される位置へ引き寄せられるが、ステップ０から再びステップ７に移行すると、後続する相にロータが引き寄せられてロータが反転する。

特許文献２に開示されている電動弁の駆動装置では、このような当接・反転動作を交番型のホールＩＣ等を用いてデジタル信号化し、通常の駆動波形と比較することによってロータの停止を検知している。

しかしながら、上記する当接・反転動作は周期運動であり、検出位置によっては当接・反転動作に伴う駆動波形と通常の駆動波形とが同期するおそれ、すなわち当接・反転動作に伴う駆動波形と通常の駆動波形とがあまり変化しなくなるおそれがある。そのため、当接・反転動作を利用してロータの基点位置出しを行う上記方法においては、ストッパとの当接によるロータの停止を確実に検知することができないといった問題が生じ得る。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、簡単な構成でストッパに対するロータの停止、すなわちロータの基点位置出しを精緻にかつ確実に行うことのできるステッピングモータ及びそれを用いた電動弁を提供することにある。

上記する課題を解決するために、本発明に係るステッピングモータは、ステータと、該ステータによって回転駆動されるロータと、を備え、前記ロータの回転位置を検出する検出ロータを有し、該検出ロータは、前記ロータと同軸心上に回転自在に配置されて該ロータと前記検出ロータとの間の回転駆動機構を介して該ロータによって回転駆動され、前記回転駆動機構は、回転方向に所定の長さ又は角度の駆動遊びを有し、前記ロータが反転した際に前記駆動遊びの長さ又は角度だけ前記ロータから前記検出ロータへの回転駆動力の伝達が抑止されることを特徴としている。

また、本発明に係るステッピングモータは、ステータと、該ステータによって回転駆動されるロータと、を備え、前記ロータの回転位置を検出する検出ロータを有し、該検出ロータは、前記ロータと同軸心上に回転自在に配置されて該ロータと前記検出ロータとの間の回転駆動機構を介して該ロータによって回転駆動され、前記回転駆動機構は、回転方向に所定の長さ間隔又は角度間隔を置いて配置された前記ロータの複数の突起と、前記ロータの前記複数の突起の間に配置された前記検出ロータの別途の突起と、から構成され、回転方向に所定の長さ又は角度の駆動遊びを有していることを特徴としている。

また、本発明に係るステッピングモータは、ステータと、該ステータによって回転駆動されるロータと、を備え、前記ロータの回転位置を検出する検出ロータを有し、該検出ロータは、前記ロータと同軸心上に回転自在に配置されて該ロータと前記検出ロータとの間の回転駆動機構を介して該ロータによって回転駆動され、前記回転駆動機構は、回転方向に所定の長さ間隔又は角度間隔を有する前記ロータの駆動遊び凹部と、前記ロータの前記駆動遊び凹部に遊嵌された前記検出ロータの突起と、から構成され、回転方向に所定の長さ又は角度の駆動遊びを有していることを特徴としている。

好ましい形態では、前記ステッピングモータは、前記ロータの回転を阻止する回転ストップ機構を有し、前記回転駆動機構の前記駆動遊びの長さ又は角度は、前記回転ストップ機構によって前記ロータの回転が阻止された際の該ロータの反転長さ又は反転角度以上である。

また、好ましい形態では、前記検出ロータには、該検出ロータの回動を抑制する付勢力が付与されており、好ましくは、前記付勢力は、前記検出ロータの外側に設けられた磁性体によって生成される。

また、本発明に係る電動弁は、前記ステッピングモータを含み、弁室および該弁室に開口する弁口を有する弁本体と、前記弁口を開閉すべく前記弁室に昇降自在に配置される弁体と、前記ステッピングモータの前記ロータの回転運動を前記弁体の昇降運動に変換する変換機構と、を備え、前記ステッピングモータは、前記ステータによって前記ロータを回転駆動させ、前記変換機構によって前記弁体を昇降させて前記弁体が所定の位置に到達した際に、回転ストップ機構によって前記ロータの回転が阻止されるようになっていることを特徴としている。

好ましい形態では、前記所定の位置は、前記弁体が前記弁口を閉弁する位置もしくは前記弁体が前記弁口を全開する位置である。

また、好ましい形態では、前記弁本体にはキャンが固着され、前記ロータおよび前記検出ロータは、前記キャンの内部に配置されている。

本発明のステッピングモータ及びそれを用いた電動弁によれば、ロータの回転位置を検出する検出ロータが、ロータの回転軸心と同軸心上に回転自在に配置されて該ロータにより回転駆動され、ロータと検出ロータとの間の回転駆動機構が、回転方向に所定の長さ又は角度の駆動遊びを有していることによって、ロータが反転した際に前記駆動遊びの長さ又は角度だけロータから検出ロータへの回転駆動力の伝達が抑止されるため、ロータがストッパに当接して振動しても、この振動が検出ロータへは伝達されない。したがって、この検出ロータに基づく信号を検出することによって、例えば電動弁の弁体が所定の位置に到達したことを確実に検知することができ、ロータの基点位置出しを精緻に行うことができる。また、回転駆動機構の駆動遊びの長さ又は角度がロータの反転長さ又は反転角度以上であることによって、ロータが反転した際のロータから検出ロータへの回転駆動力の伝達がさらに確実に抑止されるため、ロータの基点位置出しをより精緻に行うことができる。さらに、検出ロータに該検出ロータの回動を抑制する付勢力が付与されていることによって、ロータが反転した際の検出ロータに基づく信号が安定するため、ロータのストッパ当接状態の検知、すなわちロータの基点位置出しをより一層精緻に行うことができる。

本発明に係る電動弁の実施の形態の基本構成を示す縦断面図。 図１に示す電動弁に適用されるステッピングモータの基本構成を模式的に示す模式図。 図２のＡ−Ａ矢視断面図。 図２に示すステッピングモータのロータの駆動を模式的に説明した図。 図２に示すステッピングモータのロータの駆動とホールＩＣの出力信号を説明した図。 図１に示す電動弁に適用されるステッピングモータの他の実施の形態の基本構成を模式的に示す模式図。 図６のＢ−Ｂ矢視断面図。 従来のステッピングモータのロータの駆動を模式的に説明する図。

以下、本発明に係るステッピングモータとそのステッピングモータを用いた電動弁の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る電動弁の実施の形態の基本構成を示したものであり、その閉弁状態を示している。図示する電動弁１は、例えばヒートポンプ式冷暖房システム等に使用されるものである。また、図２は、図１に示す電動弁に適用されるステッピングモータの基本構成を模式的に示したものであり、図３は、図２のＡ−Ａ矢視断面図である。

図１に示す電動弁１は、主として、弁室２１および該弁室２１に開口する弁口２２ａを有する弁本体２０と、弁口２２ａを開閉すべく弁室２１に昇降自在に配置される軸状の弁体２５と、弁体２５を昇降させるステッピングモータ５０と、を備えている。

弁本体２０の弁室２１には、その下部に弁室２１に開口する弁座２２付き弁口２２ａが形成されると共に、その側部に第１入出口１１が開口され、弁口２２ａの下部には該弁口２２ａに連通する第２入出口１２が開口されている。

弁本体２０の上方開口部には、天井部を有する筒体状のキャン５８の下端部が固着され、弁本体２０の上方内周部には、筒体状のガイドブッシュ２６の下端部が圧入固定され、ガイドブッシュ２６の内側に弁体２５が摺動自在に嵌挿されている。ガイドブッシュ２６の上方縮径部２６ｂの外周には雄ねじ２８が形成されると共に、その周囲に筒体状の弁体ホルダ３２が外嵌され、弁体ホルダ３２の内周には雌ねじ３８が形成され、ガイドブッシュ２６の雄ねじ２８と弁体ホルダ３２の雌ねじ３８とが螺合している。

また、弁体２５の上方縮径部２５ｂは、弁体ホルダ３２の上部（天井部）に摺動自在に挿通された状態で筒体状の回転軸（支持軸）５６に圧入等により固着されている。また、弁体２５の上方縮径部２５ｂの外周、かつ、弁体ホルダ３２の天井部および弁体２５の下部大径部２５ａと上方縮径部２５ｂの間の段部の間には圧縮コイルばね３４が配置され、このコイルばね３４によって弁体２５が下方（閉弁方向）に付勢されている。

一方、ステッピングモータ５０は、ヨーク５１、ボビン５２、ステータコイル５３及び樹脂モールドカバー５４等で構成され、キャン５８に外嵌固定されるステータ５５と、キャン５８の内側に該キャン５８に対して回転自在に配置されるロータ５７とを有している。ロータ５７は、例えば、磁性材料が樹脂に混入されて成形され、Ｎ極及びＳ極が所定の間隔で着磁されたマグネットから形成されている。ロータ５７の上端部には支持リング３６が一体に固着され、この支持リング３６に弁体ホルダ３２の上部突部がかしめ固定されている。したがって、ロータ５７と支持リング３６と弁体ホルダ３２とが一体に連結され、また回転軸５６が固着された弁体２５がコイルばね３４を介して弁体ホルダ３２に摺動自在に支持されている。よって、ロータ５７が回転して上下動すると、弁体２５も上下動するようになっている。

また、ロータ５７の上方かつキャン５８の内側には、ロータ５７の回転軸５６に形成された突状の支持部５６ａに載置され、ロータ５７の回転軸５６に対して相対的に回転自在にかつロータ５７の回転軸心Ｌと同軸心上に配置され、ロータ５７の回転駆動力によって回転駆動する検出ロータ４７が配置されている。この検出ロータ４７は、ロータ５７の直径と同一又は異なる直径を備えており、ロータ５７と同一のパターン（Ｎ極及びＳ極の角度間隔がロータ５７のそれと同一となるようなパターン）で磁化されている。そして、検出ロータ４７及びロータ５７は、それぞれの磁力が互いに影響を与えない程度に離間して配置されている。なお、検出ロータ４７の外周に形成される磁化パターンのＮ極及びＳ極の角度間隔は、ロータ５７のそれと異なる角度間隔であってもよい。

ロータ５７の上面には、該ロータ５７の回転方向に所定の長さ間隔（又は角度間隔）Ｒ１を置いて配置される２つの突起５７ｂ、５７ｃが設けられ、検出ロータ４７の下面には、先端がロータ５７の２つの突起５７ｂ、５７ｃの間に配置される棒状突起４７ａが設けられている（図２参照）。このように、棒状突起４７ａの先端がロータ５７の２つの突起５７ｂ、５７ｃの間に配置されることによって、検出ロータ４７が、ロータ５７の回転方向に所定の長さ間隔（又は角度間隔）Ｒ１の内側（すなわちＲ１の範囲内）で該ロータ５７に対して相対的に回転自在となっている（図３参照）。この間隔Ｒ１は、図８を参照して前述したように、ロータ側ストッパが固定側ストッパに当接した後、ロータが後続の相（磁極）により反転される長さ（反転長さ）あるいは角度（反転角度）以上回転可能となるように設定されている。

なお、回転軸５６の上端は、キャン５８に内接して配置される支持部材４８の中心部に形成された孔に挿通されて支持されている。

また、検出ロータ４７の外側には磁性体４６が配置され、この磁性体４６により検出ロータ４７の周囲に形成された磁場によって検出ロータ４７の回動を抑制する付勢力（ディテントトルクともいう）が付与されている。さらに、検出ロータ４７の外側には、検出ロータ４７による磁気の変化を検出するホールＩＣ４５が配置され、このホールＩＣ４５で検出される出力信号に基づいてロータ５７の回転位置が検出される。

さらに、ガイドブッシュ２６の外側にストッパ（固定側ストッパ）２７が固着され、弁体ホルダ３２の外側にはストッパ３７が固着され、弁体２５が所定の位置に到達した際、例えば弁体２５の下端の弁体部２４が弁口２２ａを閉弁する位置までロータ５７が回転下降した際、ロータ５７がそれ以上回転するのを阻止するようになっている。すなわち、本実施の形態では、ガイドブッシュ２６のストッパ２７と弁体ホルダ３２のストッパ３７によってロータ５７の回転を阻止する回転ストップ機構５９が構成されている。

上記する電動弁１において、ステータ５５に第１の態様（閉弁方向への駆動態様）で駆動パルス信号を供給すると、弁本体２０に固定されたガイドブッシュ２６に対してロータ５７や弁体ホルダ３２、回転軸５６等が一方向（例えば、図１中、上方から視て右回り）へ回転し、ガイドブッシュ２６の雄ねじ２８と弁体ホルダ３２の雌ねじ３８のねじ送りによって弁体ホルダ３２が下降し、圧縮コイルばね３４を介して弁体２５の弁体部２４が弁口２２ａに押し付けられて弁口２２ａを閉弁する。このガイドブッシュ２６の雄ねじ２８や弁体ホルダ３２の雌ねじ３８等によってステッピングモータ５０のロータ５７の回転運動を弁体の昇降運動に変換する変換機構が構成される。その際、検出ロータ４７の下面の突起４７ａとロータ５７の上面の突起５７ｃとが当接し、突起５７ｃ、４７ａを介してロータ５７から検出ロータ４７へ駆動力が伝達され、検出ロータ４７がロータ５７に追従して一方向へ回転する。なお、検出ロータ４７は、検出ロータ４７とロータ５７の間隔が略一定に維持されるように、ロータ５７の回転に応じて下降する。

弁口２２ａが閉弁すると、弁体ホルダ３２のストッパ３７がガイドブッシュ２６のストッパ２７に衝接し、ステータ５５に駆動パルス信号が供給されても弁体ホルダ３２の下降は強制的に阻止され、検出ロータ４７の突起４７ａとロータ５７の突起５７ｃとが当接した状態で、ロータ５７や検出ロータ４７の回転が阻止される。

さらにステータ５５に駆動パルス信号が供給されると、ロータ５７はあるステップで反対の相（磁極）に引き寄せられて反転し、例えばガイドブッシュ２６のストッパ２７と弁体ホルダ３２のストッパ３７が離間する。一方、検出ロータ４７は、ロータ５７に対して相対的に回転自在となっており、上述のようにロータ５７の突起５７ｂ、５７ｃ同士の回転方向の間隔Ｒ１は、その内側で検出ロータ４７の棒状突起４７ａがロータ５７の反転長さ（又は反転角度）以上回転できるように設定されている（図３参照）。そのため、ロータ５７が反対の相に引き寄せられて反転しても、検出ロータ４７の突起４７ａは、ロータ５７の突起５７ｂに接触せず、ロータ５７から検出ロータ４７へ駆動力が伝達されず、磁性体４６により付勢力が付与された検出ロータ４７は回動しない。すなわち、一旦弁体２５が弁口２２ａを閉弁した位置で停止した検出ロータ４７は、ロータ５７が反転してもその位置で停止し続ける。この検出ロータ４７で発生する磁気をホールＩＣ４５を用いて検出することによって、弁体２５の下降が停止し弁口２２ａを閉弁したことを確実に検出する（ロータ５７の基点位置出しを行う）ことができる。

また、その後、ステータ５５への通電を停止すれば、ガイドブッシュ２６のストッパ２７と弁体ホルダ３２のストッパ３７の当接による振動や騒音の発生も抑止することができる。

さらに、検出ロータ４７の外側に磁性体４６を配置したので、検出ロータ４７及び磁性体４６間の磁力により、ロータ５７が反転しても検出ロータ４７はその位置で安定して停止し続けることができる。

なお、弁口２２ａの閉弁状態からステータ５５に第２の態様（開弁方向への駆動態様）にて駆動パルス信号を供給し、弁本体２０に固定されたガイドブッシュ２６に対してロータ５７や弁体ホルダ３２、回転軸５６等を他方向（例えば、図１中、上方から視て左回り）へ回転させると、ガイドブッシュ２６の雄ねじ２８と弁体ホルダ３２の雌ねじ３８のねじ送りによって弁体ホルダ３２が上昇し、弁体２５の弁体部２４が弁口２２ａから離間して弁口２２ａが開弁し、例えば冷媒が弁口２２ａを通過する。その際、あるステップ分だけ検出ロータ４７は停止し続けた後、検出ロータ４７の下面の突起４７ａとロータ５７の上面の突起５７ｂとが当接し、その後、突起５７ｂ、４７ａを介してロータ５７から検出ロータ４７へ駆動力が伝達され、検出ロータ４７がロータ５７に追従して他方向へ回転する。

次に、図４を参照して、ロータ５７等が一方向（例えば、図１中、上方から視て右回り）へ回転する場合の、検出ロータ４７とロータ５７の駆動をより詳細に説明する。例えば、図８の場合と同様に、ステータコイルへの所定の励磁順序により該コイルの磁極パターンが８ステップ毎に繰り返される場合、まず、図４の上側の図に示されたステップ７では、ステータ５５の駆動パルス信号に基づいてロータ５７が一方向へ回転することによって、ロータ５７の上面に設けられた突起５７ｃと検出ロータ４７の下面に設けられた突起４７ａが当接している。

次いで、ステップ７からステップ４では、駆動パルス信号が入力されると、突起５７ｃ、４７ａを介してロータ５７から検出ロータ４７へ駆動力が伝達され、検出ロータ４７は、磁性体４６による付勢力に抗してロータ５７と共に回転駆動する。これにより、弁体ホルダ３２のストッパ３７（ロータ５７側ストッパ）がガイドブッシュ２６のストッパ２７（固定側ストッパ）に近接していき、ロータ５７の突起５７ｃと検出ロータ４７の突起４７ａがロータ５７の基点位置に対応する位置に接近していく。そして、ステップ３では、駆動パルス信号が入力されると、弁体ホルダ３２のストッパ３７（ロータ５７側ストッパ）とガイドブッシュ２６のストッパ２７（固定側ストッパ）が当接し、ロータ５７の突起５７ｃと検出ロータ４７の突起４７ａが当接した状態でロータ５７が基点位置で停止する。その後、ステップ２からステップ０では、駆動パルス信号が入力されても、ロータ５７と検出ロータ４７の回転が阻止されており、ロータ５７は基点位置で停止し続ける（足踏）。

次に、ステップ０からステップ７へ移行されて駆動パルス信号が入力されると、図４の下側の図に示されるようにロータ５７は反対の相（磁極）に引き寄せられて反転し、弁体ホルダ３２のストッパ３７（ロータ５７側ストッパ）はガイドブッシュ２６のストッパ２７（固定側ストッパ）から離間する。一方、検出ロータ４７は、ロータ５７に対して相対的に回転自在となっており、上述のようにロータ５７の突起５７ｂ、５７ｃ同士の回転方向の間隔Ｒ１は、その内側で検出ロータ４７の棒状突起４７ａがロータ５７の反転長さ（又は反転角度）以上回転できるように設定されている。そのため、ロータ５７が反対の相に引き寄せられて反転しても、ロータ５７から検出ロータ４７へ駆動力が伝達されず、検出ロータ４７は、ロータ５７の基点位置で停止し続ける。そして、一旦ロータ５７の基点位置で停止した検出ロータ４７は、ロータ５７の当接・反転動作が繰り返し発生してもロータ５７の基点位置で停止し続ける。この検出ロータ４７で発生する磁気をホールＩＣ４５を用いて検出することによって、ロータ５７が反転してもロータ５７が所定の基点位置に到達したことを確実に検出する（ロータ５７の基点位置出しを行う）ことができる。

図５を参照して、特許文献１に開示されたような、内側に上下から一対の磁極歯が設けられたコイルが上下に２段重ねに設けられているステータを備えたステッピングモータ５０を使用し、ロータ５７等が一方向（例えば、図１中、上方から視て右回り）へ回転する場合の、ステッピングモータ５０の検出ロータ４７とロータ５７の駆動とホールＩＣ４５の出力信号を更に具体的に説明する。

まず、ステータ５５の駆動パルス信号に基づいてロータ５７が一方向へ回転することによって、ロータ５７の上面に設けられた突起５７ｃと検出ロータ４７の下面に設けられた突起４７ａが当接する（図中、丸１）。ロータ５７の突起５７ｃと検出ロータ４７の突起４７ａが接触した状態で、ステータ５５のＮ極とＳ極が順次入れ替わると、突起５７ｃ、４７ａを介してロータ５７から検出ロータ４７へ駆動力が伝達され、マグネットからなるロータ５７が回動し、検出ロータ４７がロータ５７と共に回転し、ホールＩＣ４５によって例えば０Ｖから５Ｖ、５Ｖから０Ｖ、０Ｖから５Ｖへ変化する矩形波形の出力信号が検出される（図中、丸１〜丸10）。

次のステップでは、弁体ホルダ３２のストッパ３７（ロータ５７側ストッパ）とガイドブッシュ２６のストッパ２７（固定側ストッパ）が当接し、ロータ５７の突起５７ｃと検出ロータ４７の突起４７ａが当接した状態でロータ５７と検出ロータ４７の回転が阻止される（図中、丸11：図４のステップ３に対応）。このように弁体ホルダ３２のストッパ３７（ロータ５７側ストッパ）とガイドブッシュ２６のストッパ２７（固定側ストッパ）が当接した状態で、ステータ５５のＮ極とＳ極が順次入れ替わっても、ロータ５７と検出ロータ４７は回転せず、ロータ５７と検出ロータ４７はロータ５７の基点位置で停止し続け、ホールＩＣによって例えば５Ｖの一定の電圧が検出される（図中、丸12〜丸14：図４のステップ２〜ステップ０に対応）。

次のステップでは、ロータ５７のＮ極とＳ極がステータ５５の反対の相（後続する磁極）のＮ極とＳ極に引き寄せられ、ロータ５７が前記一方向と反対方向（他方向）へ４ステップ分の反転長さだけ反転する。ここで、検出ロータ４７は、ロータ５７に対して相対的に回転自在となっており、ロータ５７の突起５７ｂ、５７ｃ同士の間隔Ｒ１は、ロータ５７がその反転長さ（又は反転角度）以上空転できる程度の間隔となっている。そのため、ロータ５７が反対の相に引き寄せられて前記反転長さ（又は反転角度）だけ反転しても、検出ロータ４７の突起４７ａは、ロータ５７の突起５７ｂ、５７ｃと接触せず、検出ロータ４７はロータ５７の反転に追従して反転せず、ロータ５７の基点位置で停止し続け、ホールＩＣによって例えば５Ｖの一定の電圧が検出される（図中、丸15：図４のステップ７に対応）。

その後、ステータ５５のＮ極とＳ極が入れ替わってロータ５７が回転しても、検出ロータ４７の突起４７ａはロータ５７の突起５７ｂ、５７ｃ同士の間に配置されており、検出ロータ４７はロータ５７の基点位置で停止し続ける。その際、磁性体４６により検出ロータ４７の周囲に形成された磁場によって検出ロータ４７の回動を抑制する付勢力が付与されており、ホールＩＣによって例えば５Ｖの一定の電圧が検出される（図中、丸16：図４のステップ６に対応）。このホールＩＣ４５の一定電圧を検知することにより、ロータ５７が所定の基点位置に到達したことを確実に検出する（ロータ５７の基点位置出しを行う）ことができる。

なお、ロータ５７が他方向（例えば、図１中、上方から視て左回り）へ回転する場合には、あるステップ分だけ検出ロータ４７は停止し続け、すなわち検出ロータ４７は所定の駆動遊びをもって停止し続け、あるステップでロータ５７の上面に設けられた突起５７ｂと検出ロータ４７の下面に設けられた突起４７ａが当接し、その後、突起５７ｂ、４７ａを介してロータ５７から検出ロータ４７へ駆動力が伝達され、検出ロータ４７がロータ５７と共に回転し、検出ロータ４７の外側に設けられたホールＩＣによって矩形波形の出力信号が検出される。

このように、本実施の形態では、ロータ５７の上面に設けられた２つの突起５７ｂ、５７ｃと検出ロータ４７の下面に設けられた棒状突起４７ａによってロータ５７から検出ロータ４７へ回転駆動力を伝達する回転駆動機構が構成され、この回転駆動機構が、ロータ５７の回転方向に所定の長さ又は角度の駆動遊び、具体的にはロータ５７の反転長さ又は反転角度以上の駆動遊びを有することによって、ロータ５７が反転した際のロータ５７から検出ロータ４７への回転駆動力の伝達が駆動遊びの長さ又は角度だけ抑止されるため、弁体２５が弁口２２ａを閉弁したことを確実に検出する（ロータ５７の基点位置出しを精緻に行う）ことができ、電動弁の継続的な異音や振動の発生や電動弁の耐久性の低下を抑制でき、ステッピングモータ５０のステータ５５の不要な駆動を抑制することができる。

なお、上記する実施の形態では、弁体２５が弁口２２ａを閉弁した際に弁体ホルダ３２のストッパ３７がガイドブッシュ２６のストッパ２７に衝接し、弁口２２ａの閉弁位置で回転ストップ機構によってロータ５７の回転が阻止される形態について説明したが、閉弁の際に若干の流体の漏れを許容するような構成としても良く、また例えば弁体２５の全開位置（ロータ５７の終点位置）等、適宜の位置にロータ５７の回転を阻止する回転ストップ機構を設定することができ、ロータ５７の所望の回転位置を検出することもできる。

また、上記する実施の形態では、検出ロータ４７が、ロータ５７の回転軸５６に形成された支持部５６ａに載置され、ロータ５７の回転軸５６に対して相対的に回転自在に配置される形態について説明したが、例えば検出ロータ４７と回転軸５６を一体とし、回転軸５６を弁体２５の上方縮径部２５ｂに遊嵌させると共に、回転軸５６の下部を弁体ホルダ３２の上部に載置し、検出ロータ４７と回転軸５６とが一体としてロータ５７と支持リング３６と弁体ホルダ３２に対して相対的に回転自在となっていてもよい。

図６は、図１に示す電動弁に適用されるステッピングモータの他の実施の形態の基本構成を模式的に示したものであり、図７は、図６のＢ−Ｂ矢視断面図である。

図６および図７に示す実施の形態のステッピングモータ５０Ａは、図２および図３に示すステッピングモータ５０に対し、回転駆動機構と回転ストップ機構の構成が相違しており、その他の構成は図２および図３に示すステッピングモータ５０とほぼ同様である。したがって、図２および図３に示すステッピングモータ５０と同様の構成については、同様の符号を付してその詳細な説明は省略する。

図６に示すロータ５７Ａの上面には、このロータ５７Ａの回転方向に所定の長さ間隔（又は角度間隔）を有する凹部（駆動遊び凹部）５７Ａｄが形成され、ロータ５７Ａの上方に配置された検出ロータ４７Ａの下面には、先端がロータ５７Ａの凹部５７Ａｄ内に遊嵌される棒状突起４７Ａａが設けられている。ここで、凹部５７Ａｄは、ロータ５７Ａの上面の外縁よりも内側に形成されている。このように、棒状突起４７Ａａの先端がロータ５７Ａの凹部５７Ａｄ内に遊嵌されることによって、検出ロータ４７Ａが、ロータ５７Ａの回転方向の所定の長さ（又は角度）、すなわちロータ５７Ａの凹部５７Ａｄの側面５７Ａｂと側面５７Ａｃの長さ間隔（又は角度間隔）Ｒ２の内側（すなわちＲ２の範囲内）でロータ５７Ａに対して相対的に回転自在となっている（図７参照）。この間隔Ｒ２は、前述の間隔Ｒ１と同様に、その内側で検出ロータ４７Ａの棒状突起４７ａＡがロータ５７Ａの反転長さ（又は反転角度）以上回転できるように設定されている。

検出ロータ４７Ａの棒状突起４７Ａａがロータ５７Ａの凹部５７Ａｄの側面５７Ａｃと当接した状態で、ロータ５７Ａが一方向（例えば、図中、上方から視て右回り）へ回転駆動されると、ロータ５７Ａから検出ロータ４７Ａへ駆動力が伝達され、検出ロータ４７Ａがロータ５７Ａに追従して強制的に前記一方向へ回転する。一方で、検出ロータ４７Ａの棒状突起４７Ａａがロータ５７Ａの凹部５７Ａｄの側面５７Ａｂと当接した状態で、ロータ５７Ａが他方向（例えば、図中、上方から視て左回り）へ回転駆動されると、検出ロータ４７Ａがロータ５７Ａに追従して強制的に前記他方向へ回転するようになっている。

また、キャン５８のロータ５７Ａの下方にはストッパ５８Ａａが固定され、ロータ５７Ａの下面にはストッパ５７Ａａが設けられ、ロータ５７Ａが一方向へ所定の回転数だけ回転した際に、ストッパ５７Ａａとストッパ５８Ａａが当接してロータ５７Ａの回転が阻止されるようになっている。すなわち、図６および図７に示す実施の形態では、ロータ５７Ａに設けられたストッパ５７Ａａとキャン５８の内部に設けられたストッパ５８Ａａによってロータ５７Ａの回転を阻止する回転ストップ機構５９Ａが構成される。

このように、図６および図７に示す実施の形態では、ロータ５７Ａの上面に設けられた凹部５７Ａｄと検出ロータ４７Ａの下面に設けられた棒状突起４７Ａａによってロータ５７Ａから検出ロータ４７Ａへ回転駆動力を伝達する回転駆動機構が構成され、この回転駆動機構が、ロータ５７Ａの回転方向に所定の長さ又は角度の駆動遊び、例えばロータ５７Ａの反転長さ又は反転角度以上の駆動遊びを有することによって、ロータ５７Ａが反転した際のロータ５７Ａから検出ロータ４７Ａへの回転駆動力の伝達が駆動遊びの長さ又は角度だけ抑止される。そのため、ロータ５７Ａが回転ストッパ機構５９Ａにより強制的に停止された後にステータ５５に対する駆動電流の供給が継続されても、ロータ５７Ａが振動するだけで検出ロータ４７Ａは停止したままとなり、ロータ５７Ａがストッパに当接したことを正確に検知し、ロータ５７Ａの基点位置出しを精緻に行うことができ、例えば電動弁の継続的な異音や振動の発生や電動弁の耐久性の低下を抑制でき、ステッピングモータのステータの不要な駆動を抑制することができる。

なお、上記する実施の形態では、ロータ５７に回転方向で間隔を置いて配置される２つの突起５７ｂ、５７ｃを設け、検出ロータ４７にロータ５７の２つの突起５７ｂ、５７ｃの間に配置される突起４７ａを設ける形態や、ロータ５７Ａに回転方向で所定の長さ間隔（又は角度間隔）を有する凹部５７Ａｄを設け、検出ロータ４７Ａにロータ５７Ａの凹部５７Ａｄに遊嵌される突起４７Ａａを設ける形態について説明したが、例えば検出ロータ４７に回転方向で間隔を置いて配置される複数の突起を設け、ロータ５７に検出ロータ４７の複数の突起の間に配置される突起を設けてもよいし、検出ロータ４７Ａに回転方向で所定の長さ間隔（又は角度間隔）を有する凹部を設け、ロータ５７Ａに検出ロータ４７Ａの凹部に遊嵌される突起を設けてもよい。また、ロータの突起や凹部等の位置や形状は、適宜変更することができる。

また、上記する実施の形態では、ロータ５７、５７Ａが反転した際に検出ロータ４７、４７Ａが回動しないように、ロータ５７の突起５７ｂ、５７ｃ同士の間隔Ｒ１やロータ５７Ａの凹部５７Ａｄの側面５７Ａｂ、５７Ａｃ同士の間隔Ｒ２をロータの反転長さ（又は反転角度）以上とする形態について説明したが、例えばロータ５７の突起５７ｂ、５７ｃ同士の間隔Ｒ１やロータ５７Ａの凹部５７Ａｄの側面５７Ａｂ、５７Ａｃ同士の間隔Ｒ２がロータの反転長さ（又は反転角度）よりも小さい場合であっても、ロータ５７、５７Ａが反転した際に検出ロータ４７、４７Ａがロータ５７、５７Ａに追従して回転しない範囲が存在する（すなわち駆動遊びが存在する）ため、通常の駆動波形と確実に識別することができ、ロータ５７、５７Ａの基点位置出しを精緻に行うことができる。

また、上記する実施の形態では、弁体ホルダ３２に設けられたストッパ３７とガイドブッシュ２６に設けられたストッパ２７や、ロータ５７Ａに設けられたストッパ５７Ａａとキャンに設けられたストッパ５８Ａａによってロータの回転を阻止する回転ストップ機構が構成される形態について説明したが、ステータの内側に配されたロータの回転を阻止できれば回転ストップ機構の構成は適宜変更することができる、

また、上記する実施の形態では、磁性体４６によりロータの周囲に形成された磁場によってロータの回動を抑制する形態について説明したが、例えば摩擦抵抗等の適宜の付勢力によってロータの回動を抑制してもよい。

さらに、上記する実施の形態では、本発明に係るステッピングモータを電動弁に適用し、弁体が所定の位置に到達した際のロータの基点位置出しを行う形態について説明したが、本発明に係るステッピングモータは、ロータの所定の回転位置を検出する必要のある電動弁以外の他の装置にも適用することができる。

１ 電動弁
２０ 弁本体
２１ 弁室
２２ａ 弁口
２４ 弁体部
２５ 弁体
２６ ガイドブッシュ
２７ ストッパ
３２ 弁体ホルダ
３７ ストッパ
４５ ホールＩＣ
４６ 磁性体
４７ 検出ロータ
４７ａ 棒状突起
５０ ステッピングモータ
５５ ステータ
５６ 回転軸
５７ ロータ
５７Ａａ ロータ側ストッパ
５７ｂ、５７ｃ 突起
５７Ａｄ 凹部（駆動遊び凹部）
５８Ａａ キャン側ストッパ
５９ 回転ストップ機構
Ｌ 回転軸心

Claims (9)

1. ステータと、該ステータによって回転駆動されるロータと、を備えるステッピングモータであって、
   前記ロータの回転位置を検出する検出ロータを有し、
   該検出ロータは、前記ロータと同軸心上に回転自在に配置されて該ロータと前記検出ロータとの間の回転駆動機構を介して該ロータによって回転駆動され、
   前記回転駆動機構は、回転方向に所定の長さ又は角度の駆動遊びを有し、
   前記ロータが反転した際に前記駆動遊びの長さ又は角度だけ前記ロータから前記検出ロータへの回転駆動力の伝達が抑止されることを特徴とするステッピングモータ。
2. ステータと、該ステータによって回転駆動されるロータと、を備えるステッピングモータであって、
   前記ロータの回転位置を検出する検出ロータを有し、
   該検出ロータは、前記ロータと同軸心上に回転自在に配置されて該ロータと前記検出ロータとの間の回転駆動機構を介して該ロータによって回転駆動され、
   前記回転駆動機構は、回転方向に所定の長さ間隔又は角度間隔を置いて配置された前記ロータの複数の突起と、前記ロータの前記複数の突起の間に配置された前記検出ロータの別途の突起と、から構成され、回転方向に所定の長さ又は角度の駆動遊びを有していることを特徴とするステッピングモータ。
3. ステータと、該ステータによって回転駆動されるロータと、を備えるステッピングモータであって、
   前記ロータの回転位置を検出する検出ロータを有し、
   該検出ロータは、前記ロータと同軸心上に回転自在に配置されて該ロータと前記検出ロータとの間の回転駆動機構を介して該ロータによって回転駆動され、
   前記回転駆動機構は、回転方向に所定の長さ間隔又は角度間隔を有する前記ロータの駆動遊び凹部と、前記ロータの前記駆動遊び凹部に遊嵌された前記検出ロータの突起と、から構成され、回転方向に所定の長さ又は角度の駆動遊びを有していることを特徴とするステッピングモータ。
4. 前記ロータの回転を阻止する回転ストップ機構を有し、
   前記回転駆動機構の前記駆動遊びの長さ又は角度は、前記回転ストップ機構によって前記ロータの回転が阻止された際の該ロータの反転長さ又は反転角度以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のステッピングモータ。
5. 前記検出ロータには、該検出ロータの回動を抑制する付勢力が付与されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のステッピングモータ。
6. 前記付勢力は、前記検出ロータの外側に設けられた磁性体によって生成されることを特徴とする請求項５に記載のステッピングモータ。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のステッピングモータを含み、
   弁室および該弁室に開口する弁口を有する弁本体と、前記弁口を開閉すべく前記弁室に昇降自在に配置される弁体と、前記ステッピングモータの前記ロータの回転運動を前記弁体の昇降運動に変換する変換機構と、を備え、
   前記ステッピングモータは、前記ステータによって前記ロータを回転駆動させ、前記変換機構によって前記弁体を昇降させて前記弁体が所定の位置に到達した際に、回転ストップ機構によって前記ロータの回転が阻止されるようになっていることを特徴とする電動弁。
8. 前記所定の位置は、前記弁体が前記弁口を閉弁する位置もしくは前記弁体が前記弁口を全開する位置であることを特徴とする請求項７に記載の電動弁。
9. 前記弁本体にはキャンが固着され、
   前記ロータおよび前記検出ロータは、前記キャンの内部に配置されていることを特徴とする請求項７または８に記載の電動弁。

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