JP7386529B2 - バタフライバルブ、その制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、バタフライバルブの制御方法に関する。

バタフライバルブは、シャフトに円板状の弁体を組み付けた簡素な構成を有し、比較的低コストにて実現できる。このため、給湯装置等の水回路に設置され、流体通路の開閉や切り替えに用いられることが多い。近年、モータアクチュエータを備える電動式のバタフライバルブを冷凍サイクルに適用することも提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１７－２０３５３２号公報

このようなバタフライバルブを冷凍サイクルなどの高圧流体を扱う装置に適用する場合、閉弁時のシール性能をより高く確保する必要がある。そのため、駆動源であるモータの回転トルクを十分に大きく設定することが考えられる。しかし、その回転トルクが必要以上に大きくなると、閉弁時に弁体に作用する反力が過大となり、アクチュエータを破損させてしまう可能性がある。

本発明の目的の一つは、電動式のバタフライバルブにおいて、閉弁時のシール性能を確保するとともにアクチュエータへの過負荷を防止することにある。

本発明のある態様は、電動式のバタフライバルブである。このバタフライバルブは、流体の通路を有するボディと、ボディに回動可能に支持されたシャフトと、シャフトに組み付けられた状態で通路に配置され、シャフトと共に回動することにより通路の開閉状態又は開度を調整する弁体と、シャフトを回転駆動させるモータアクチュエータと、モータアクチュエータを制御する制御部と、を備える。弁体は、通路の内面に着座した際に弾性変形することで、閉弁状態における通路との間のシールを確保するシール部を含む。モータアクチュエータは、シャフトを回転駆動するためのモータと、シャフトの基準位置からの回転角度を検出する回転センサと、を含む。

制御部は、通常制御に先立ってシャフトの基準位置からの作動角度を検出する検出モードと、通常制御を実行する制御モードとを実行対象として含む。制御部は、制御モードにおいてモータに供給する制御電流値よりも、検出モードにおいてモータに供給する検出用電流値を小さく設定する。制御部は、検出モードにおいて、弁体の閉弁作動に伴いシャフトの回転変化量が設定値以下となったときの回転角度を作動角度として設定し、作動角度に予め定める微小角度を加算した値を閉弁角度として設定する。制御部は、制御モードにおいて弁体を閉弁作動させるとき、検出される回転角度が閉弁角度となったときに弁体の作動を停止させる。

この態様では、検出モードにおいて低トルクにてシャフトが回転され、弁体が通路に着座したときの回転角度が作動角度として検出される。その作動角度に微小角度が加算された値が閉弁角度とされ、制御モードにおける閉弁時に制御指令値として設定される。微小角度は、弁体の弾性変形域を考慮して予め設定される。この態様によれば、制御モードの閉弁時にシール部が弾性変形することによりシール性が確保される。一方、弁体の閉弁角度がその弾性変形域を考慮した範囲に制限されるため、モータアクチュエータに過負荷がかかることも防止できる。

本発明の別の態様は、弁体が弾性を有するバタフライバルブの制御装置である。この制御装置は、弁体の基準位置からの回転角度を検出する検出部と、通常制御よりも低トルクにて弁体を閉弁方向へ回転駆動し、弁体が自律的に停止したときの回転角度を作動角度とし、その作動角度に所定の微小角度を加算した値を閉弁角度として設定する設定管理部と、通常制御を実行し、弁体を閉弁作動させるときには、検出される回転角度が閉弁角度となったときに弁体の作動を停止させる回転制御部と、を備える。

この態様では、低トルクにてシャフトが閉弁方向に回転され、弁体が自律的に停止したときの回転角度が作動角度として検出される。その作動角度に微小角度が加算された値が閉弁角度とされ、閉弁制御時における制御指令値として設定される。微小角度は、弁体の弾性変形域を考慮して予め設定される。この態様によれば、閉弁制御時にシール部が少なくとも微小角度分は弾性変形するため、シール性を確保できる。一方、弁体の閉弁角度がその弾性変形域を考慮した範囲に制限されるため、バタフライバルブのアクチュエータに過負荷がかかることも防止できる。

本発明のさらに別の態様は、弁体が弾性を有するバタフライバルブの制御方法である。この制御方法は、通常制御よりも低トルクにて弁体を閉弁方向へ回転駆動し、弁体が自律的に停止したときの回転角度を作動角度として検出する検出工程と、作動角度に所定の微小角度を加算した値を閉弁角度として設定する設定工程と、通常制御を実行し、弁体を閉弁作動させるときには、検出される回転角度が閉弁角度となったときに弁体の作動を停止させる制御工程と、を備える。

この態様では、低トルクにてシャフトが閉弁方向に回転され、弁体が自律的に停止したときの回転角度が作動角度として検出される。その作動角度に微小角度が加算された値が閉弁角度とされ、制御工程における閉弁時に制御指令値として設定される。この態様によれば、閉弁制御時にシール部が少なくとも微小角度分は弾性変形するため、シール性を確保できる。一方、弁体の閉弁角度がその弾性変形域を考慮した範囲に制限されるため、バタフライバルブのアクチュエータに過負荷がかかることも防止できる。

本発明によれば、電動式のバタフライバルブにおいて、閉弁時のシール性能を確保するとともにアクチュエータへの過負荷を防止できる。

実施形態に係るバタフライバルブの構成を表す図である。 弁体およびその周辺構造を示す図である。 制御装置およびその周辺の電気的構成を表す図である。 バタフライバルブの機能ブロック図である。 バタフライバルブの閉弁制御方法を表す図である。 検出モードにおいて実行される処理の流れを示すフローチャートである。 制御モードにおいて実行される処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を表現することがある。

本実施形態のバタフライバルブは、車両用エアコンシステムの冷凍サイクルに適用される。このエアコンシステムは、いわゆるヒートポンプ式の冷暖房装置であり、図示しない圧縮機、室内凝縮器、室外熱交換器、蒸発器及びアキュムレータを配管にて接続した冷凍サイクルを備える。室外熱交換器は、冷房運転時に室外凝縮器として機能する一方、暖房運転時には室外蒸発器として機能する。冷媒としては、例えばＨＦＣ－１３４ａ、ＨＦＯ－１２３４ｙｆなどが採用される。このバタフライバルブは、冷凍サイクルの所定位置に設置され、運転状態に応じた冷媒循環回路の切り替えの際に特定の冷媒通路を開閉する開閉弁として機能する。

図１は、実施形態に係るバタフライバルブの構成を表す図である。図１（Ａ）は縦断面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ－Ａ矢視断面図である。
図１（Ａ）に示すように、バタフライバルブ１は、弁部を内蔵する弁本体２と、弁部を駆動するモータアクチュエータ４（以下、単に「アクチュエータ４」という）とを組み付けて構成される。弁本体２は、冷媒通路が形成されたボディ１２を有する。

ボディ１２は、例えばアルミニウム合金や真鍮などの金属材を切削加工して得られる。ボディ１２の側面を貫通するように直線状の通路１５が設けられている。通路１５の一端には上流側から冷媒を導入するための導入ポート１６が設けられ、他端には下流側へ冷媒を導出する導出ポート１８が設けられている。通路１５の中央に弁体２０が設けられている。

ボディ１２は、アクチュエータ４の機構が配置される作動室２２と通路１５とを区画する隔壁２４を有する。隔壁２４を上下に貫通するように挿通孔３０が設けられている。挿通孔３０は、上方から下方に向けて複数段に縮径される段付孔となっており、上段から大径部３２、中径部３４、小径部３６が連設されている。大径部３２には雌ねじ部３８が形成されている。ボディ１２にはまた、通路１５を挟んで挿通孔３０と対向する軸受穴４０が設けられている。軸受穴４０は、挿通孔３０と同軸状に形成されている。挿通孔３０を軸線方向に貫通するようにシャフト４２が設けられている。シャフト４２は、弁体２０の回転軸を構成する。

シャフト４２は、段付円柱状をなし、その軸線方向中間部にフランジ状の摺動部４４が設けられている。摺動部４４は、中径部３４に挿通され、回転摺動可能に支持されている。シャフト４２の下半部に弁体２０が組み付けられている。シャフト４２は、弁体２０を同軸状に貫通し、通路１５を径方向に横断するように延在する。シャフト４２の下端部は、軸受穴４０に挿通され、回転自在に支持されている。すなわち、シャフト４２は、中径部３４と軸受穴４０とによって軸線周りに回動自在に支持されている。

挿通孔３０の上半部には、段付円筒状の支持部材４６が固定されている。支持部材４６には雄ねじ部４８が形成されている。雄ねじ部４８を雌ねじ部３８に螺合させて締結することにより、支持部材４６がボディ１２に固定される。支持部材４６の下端部が中径部３４に挿通され、摺動部４４との間にリング状のすべり軸受５１を介装している。支持部材４６は、すべり軸受５１を介してシャフト４２を上方から支持し、シャフト４２の上方への変位を規制するストッパとして機能する。

シャフト４２は支持部材４６を貫通し、その上端部がアクチュエータ４に接続されている。アクチュエータ４は、回路基板４１、モータ４３および回転センサ４５を含む。モータ４３は、本実施形態ではＤＣモータであるが、ステッピングモータその他のモータとしてもよい。回路基板４１には、モータ４３への通電制御を実行するための制御回路等が実装されている（詳細については後述）。モータ４３とシャフト４２との間には減速機４７が設けられている。減速機４７は複数のギヤからなる。モータ４３の回転は、減速機４７を介して所定の減速比にてシャフト４２に伝達され、弁体２０が回転駆動される。回転センサ４５は、本実施形態ではポテンショメータからなり、シャフト４２の回転角度（つまり弁体２０の回転角度）を検出する。

中径部３４における摺動部４４の下方には、すべり軸受５２およびＯリング５４が配設されている。Ｏリング５４は、通路１５側から作動室２２側への流体の漏洩を防止する「シール部材」として機能する。すべり軸受５２は、すべり軸受５１と同様にリング状をなし、シャフト４２を下方から支持するとともに、Ｏリング５４に対するバックアップリングとしても機能する。なお、変形例においてはシール部材として、Ｏリング５４に代えて断面が円形でないＸリングその他のシールリングを採用してもよい。

弁体２０は、シャフト４２に対して軸線方向に固定されておらず、通路１５の内面により軸線方向への動きが規制されている。通路１５において弁体２０の上端面および下端面とそれぞれ対向する部分が半径方向に隆起し、一対のガイド部５６，５８を形成している。各ガイド部の径方向の端面は、平坦面６０，６２となっている。それらの平坦面により弁体２０の軸線方向への動きが規制されている。これらの平坦面は、例えばマシニングセンタやインターナルブローチ等による切削加工による得ることができる。

図１（Ｂ）に示すように、弁体２０は、実線にて示す全開状態から約４５度回動すると、その外周部が通路１５の内面に沿って当接する。それにより、通路１５が閉止され、その閉止状態（閉弁状態）におけるシールが実現される。すなわち、弁体２０は、通路１５の軸線Ｌ１に沿う全開状態から一方向（図中反時計回り）および反対方向（図中時計回り）に回動可能であり（図中点線および破線参照）、アクチュエータ４により回転駆動される。

次に、弁体２０の構成の詳細について説明する。図２は、弁体２０およびその周辺構造を示す図である。（Ａ）は弁体２０とシャフト４２との接続構造を示す正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図である。（Ｃ）は弁体２０の外観を表す平面図である。

図２（Ａ）および（Ｂ）に示すように、弁体２０は、金属製のプレート７２の外面を弾性部材７４により被覆して得られ、軸線Ｌ２に対して対称な構造を有する。プレート７２は、正面視楕円状をなし、シャフト４２を挿通する筒状のベース８０と、ベース８０から半径方向外向きに延出する板状の本体部８２と、本体部８２の外周部に沿って設けられたシール支持部８４とを有する。

ベース８０の内方にシャフト４２を挿通するための取付孔８６が形成されている。シール支持部８４は断面三股形状をなし、本体部８２の延在方向に延出する第１支持部８１と、本体部８２から弁体２０の回転方向一方の側に延出する第２支持部８３と、本体部８２から弁体２０の回転方向他方の側に延出する第３支持部８５とを有する。第２支持部８３と第３支持部８５とは、本体部８２に対して互いに反対側に延び、それぞれ第１支持部８１と約９０度の角度をなす。

弁体２０の製造工程においては、プレート７２に対して弾性部材７４（耐食性を有する樹脂材）の焼き付けが行われる。本実施形態では、弾性部材７４としてゴムが採用され、そのゴムとプレート７２との加硫接合が行われる。それにより、弾性部材７４がプレート７２に対し、密着した状態で安定に固定される。

シャフト４２は、全体的に段付円柱状をなすが、弁体２０に挿通される部分に平坦な面取りがなされている。すなわち、シャフト４２において取付孔８６に挿通される部分には一対の平坦面が形成され、それらがアクチュエータ４の回転力を伝達するための回転力伝達面８８を構成する。

一方、ベース８０の内壁面には、一対の回転力伝達面８８にそれぞれ当接する一対の受圧面９０が形成されている。アクチュエータ４の駆動によりシャフト４２が回転駆動されると、回転力伝達面８８が受圧面９０を押圧することによりプレート７２に回転トルクを作用させる。弁体２０は、アクチュエータ４の回転に応じた方向に回動して通路１５の開閉状態を調整する。

図２（Ａ）および（Ｃ）に示すように、弁体２０は、平面視において上下左右対称に構成されている。弾性部材７４の上端面および下端面は、それぞれ軸線Ｌ２に対して垂直であり、互いに平行な平坦面９２，９４とされている。平坦面９２には、取付孔８６の上端開口部を取り囲むように円形の環状ビード９６が突設されている。環状ビード９６は、挿通孔３０の開口部を同軸状に取り囲みつつ平坦面６０に密着し、弁体２０の内方への冷媒の流入を阻止する（図１（Ａ）参照）。一方、平坦面９４には、取付孔８６の下端開口部を取り囲むように円形の環状ビード９８が突設されている。この環状ビード９８は、軸受穴４０の開口部を同軸状に取り囲みつつ平坦面６２に密着し、弁体２０の内方への冷媒の流入を阻止する（図１（Ａ）参照）。

また、弾性部材７４の外周面に沿ってそれぞれ円弧を描くようにビード１００～１０６が突設されている。これらのビード１００～１０６は、「シール部」として機能する。弁体２０の軸線Ｌ２に対して一方の側にビード１００，１０２が並設され、他方の側にビード１０４，１０６が並設されている。一方、弾性部材７４の上面には、環状ビード９６から半径方向外向きに延出するように一対の直線ビード１０８，１１０が設けられている。さらに、これら直線ビード１０８，１１０の先端とそれぞれ直交するように弧状ビード１１２，１１４が設けられている。ビード１００の上端が弧状ビード１１２の一端とつながり、ビード１０２の上端が弧状ビード１１２の他端とつながっている。ビード１０４の上端が弧状ビード１１４の一端とつながり、ビード１０６の上端が弧状ビード１１４の他端とつながっている。

同様に、弾性部材７４の下面には、環状ビード９８から半径方向外向きに延出するように一対の直線ビード１１６，１１８が設けられている。さらに、これら直線ビード１１６，１１８の先端とそれぞれ直交するように弧状ビード１２０，１２２が設けられている。ビード１００の下端が弧状ビード１２０の一端とつながり、ビード１０２の下端が弧状ビード１２０の他端とつながっている。ビード１０４の下端が弧状ビード１２２の一端とつながり、ビード１０６の下端が弧状ビード１２２の他端とつながっている。

弧状ビード１１２，１１４は、環状ビード９６と同心状に設けられている。同様に、弧状ビード１２０，１２２は、環状ビード９８と同心状に設けられている。なお、ここでいう「同心状」は、円弧状であることは望ましいが、図示のように弧状ビードの長さが短い場合、直線状（環状シール部の同心円の接線方向に延びる形状）としてもよい。このような直線状は、実質的に「同心状」の概念に含めてよい。

環状ビード９６，直線ビード１０８，１１０および弧状ビード１１２，１１４は、弁部の開閉状態にかかわらず、実質的に同じ潰し代にて通路１５の平坦面６０に密着する。弧状ビード１１２，１１４は、弾性部材７４において軸線Ｌ２を中心とした半径方向の最も外側で平坦面６０に当接する。同様に、環状ビード９８，直線ビード１１６，１１８および弧状ビード１２０，１２２も、弁部の開閉状態にかかわらず、実質的に同じ潰し代にて通路１５の平坦面６２に密着する。弧状ビード１２０，１２２は、弾性部材７４において軸線Ｌ２を中心とした半径方向の最も外側で平坦面６２に当接する。

ビード１０２，１０４は、「第１シール部」として機能し、弁体２０が一方向に回転することにより通路１５の内面に着座して第１の弁を閉じることができる（図１（Ｂ）の点線参照）。第１の弁が閉じられるときには、ビード１０２，１０４が通路１５の内面に沿って密着する。このとき、モータ４３の回転トルクによりビード１０２，１０４が通路１５の内面に押し付けられて弾性変形し、十分なシール性能が確保される。すなわち、環状ビード９６→直線ビード１０８→弧状ビード１１２→ビード１０２→弧状ビード１２０→直線ビード１１６→環状ビード９８→直線ビード１１８→弧状ビード１２２→ビード１０４→弧状ビード１１４→直線ビード１１０→環状ビード９６のように連続的につながる環状のシール構造が実現され、第１の弁を介する冷媒の流通が確実に遮断される。このとき、ビード１００，１０６は、通路１５の内面から離脱している。

一方、ビード１００，１０６は、「第２シール部」として機能し、通路１５の内面に着脱して第２の弁を開閉する（図１（Ｂ）の破線参照）。第２の弁が閉じられるときには、ビード１００，１０６が通路１５の内面に沿って密着する。このとき、モータ４３の回転トルクによりビード１００，１０６が通路１５の内面に押し付けられて弾性変形し、十分なシール性能が確保される。すなわち、環状ビード９６→直線ビード１０８→弧状ビード１１２→ビード１００→弧状ビード１２０→直線ビード１１６→環状ビード９８→直線ビード１１８→弧状ビード１２２→ビード１０６→弧状ビード１１４→直線ビード１１０→環状ビード９６のように連続的につながる環状のシール構造が実現され、第２の弁を介する冷媒の流通が確実に遮断される。このとき、ビード１０２，１０４は、通路１５の内面から離脱している。

なお、本実施形態では、バタフライバルブ１がいわゆる二方弁として構成されているため、上述した第１の弁と第２の弁の一方を機能させれば足りる。このため、弁体２０が軸線Ｌ１上に位置する状態を全開状態とし、第１の弁が閉じる状態を閉弁状態としてもよい。そして、弁体２０の回転駆動をこれらの間でのみ行ってもよい。なお、以下では、弁体２０の角度を全開状態を基準として定義するため、この全開状態における弁体２０およびシャフト４２の位置をそれぞれの「基準位置」ともいう。

図３は、バタフライバルブ１の制御装置およびその周辺の電気的構成を表す図である。
本実施形態のエアコンシステムは、車両に搭載された電子制御装置（以下「ＥＣＵ」と表記する）であるエアコンＥＣＵ１４０によって制御される。バタフライバルブ１の制御装置１３０は、車載ネットワークの通信ラインＬを介してエアコンＥＣＵ１４０と接続されている。本実施形態では、この車載ネットワークの通信プロトコルとしてＬＩＮ（Local Interconnect Network）が採用されているが、ＣＡＮ（Controller Area Network）その他のプロトコルを採用してもよい。制御装置１３０は、本実施形態ではアクチュエータ４に組み込まれている。

制御装置１３０は、マイクロコンピュータ１３２を中心に構成され、電源回路１３４、通信回路１３６および駆動回路１３８（モータドライバ）を含む。これらの回路が回路基板４１に実装されている。駆動回路１３８がモータ４３に接続されている。マイクロコンピュータ１３２には、回転センサ４５の出力ラインが接続されている。

電源回路１３４は、エアコンＥＣＵ１４０を介して供給される電源電圧を、マイクロコンピュータ１３２、通信回路１３６、駆動回路１３８および回転センサ４５に供給する。電源回路１３４からの電力は、マイクロコンピュータ１３２を介して駆動回路１３８ひいてはモータ４３に供給される。回転センサ４５の検出信号は、マイクロコンピュータ１３２に入力される。

通信回路１３６は、ＬＩＮトランシーバとして構成され、エアコンＥＣＵ１４０からの指令信号を受信してマイクロコンピュータ１３２に送る。また、マイクロコンピュータ１３２からの出力信号をエアコンＥＣＵ１４０に向けて送信する。駆動回路１３８は、マイクロコンピュータ１３２からの指令に基づき、モータ４３に制御電流を供給する。

マイクロコンピュータ１３２は、通信回路１３６を介して受信した制御指令に基づいて弁体２０の制御量（回転方向および回転角度）を演算し、これを実現するための駆動指令を駆動回路１３８に出力する。駆動回路１３８は、その駆動指令に基づき、モータ４３に対して制御電流を供給する。

本実施形態では図示のように、エアコンＥＣＵ１４０から電源ライン（ＶＣＣ）、グランドライン（ＧＮＤ）および通信ラインＬが延びており、回路基板４１の電源端子、グランド端子、通信端子とそれぞれ接続されている。回路基板４１上の各回路のグランドライン（ＧＮＤ）はそのグランド端子に接続されている。

図４は、バタフライバルブ１の機能ブロック図である。
バタフライバルブ１の各構成要素は、ＣＰＵおよび各種コプロセッサなどの演算器、メモリやストレージといった記憶装置、計時用のタイマ、それらを連結する通信ラインを含むハードウェアと、記憶装置に格納され、演算器に処理命令を供給するソフトウェアによって実現される。以下に説明する各ブロックは、ハードウェア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。

バタフライバルブ１は、通信部１５０、データ処理部１５２、データ格納部１５４、検出部１５６および駆動部１５８を含む。通信部１５０は、通信回路１３６を含み、エアコンＥＣＵ１４０との通信処理を担当する。データ格納部１５４は、各種プログラムやデータを格納する。データ格納部１５４は、マイクロコンピュータ１３２に内蔵された記憶装置を含む。検出部１５６は、回転センサ４５を含む。データ処理部１５２は、通信部１５０により取得されたデータ、検出部１５６により検出された情報、およびデータ格納部１５４に格納されているデータに基づいて各種処理を実行する。データ処理部１５２は、通信部１５０、検出部１５６、駆動部１５８およびデータ格納部１５４のインタフェースとしても機能する。

データ格納部１５４は、設定情報格納部１６０および制御情報格納部１６２を含む。設定情報格納部１６０には、制御量の設定に際して用いられる各種情報が格納される。その情報には、後述する検出モードで用いられる調整値（微小角度）、検出値（作動角度）および設定値（閉弁角度）などが含まれる。制御情報格納部１６２には、弁体２０の開閉制御に際して用いられる各種情報が格納される。その情報には、後述する検出モードにおいてモータ４３へ供給する電流値（検出用電流値）、および後述する制御モードにおいてモータ４３へ供給する電流値（制御電流値）などが含まれる。データ格納部１５４は、また、検出モードや制御モードにおける処理を実行するためのプログラムを格納する。

データ処理部１５２は、弁体２０の開閉制御のための処理を実行する制御部１６４を含む。制御部１６４は、設定管理部１６６および回転制御部１６８を含む。設定管理部１６６は、電源投入時ごとに演算する閉弁角度を管理する。回転制御部１６８は、シャフト４２ひいては弁体２０の回転制御を実行する。

次に、閉弁時におけるシール方法および閉弁制御方法について詳細に説明する。
図５は、バタフライバルブ１の閉弁制御方法を表す図である。（Ａ）～（Ｃ）は閉弁角度の設定過程を示す。
バタフライバルブ１の閉弁制御時には、モータ４３の回転トルクにより弁体２０が通路１５の内面に押し付けられるように着座する。このとき弁体２０が通路１５から受ける反力は、シャフト４２および減速機４７を介してモータ４３に作用する。このため、その反力が過大であると、アクチュエータ４を破損させてしまう可能性がある。

そこで本実施形態では、回転制御部１６８の実行対象として、通常制御が実行される制御モードと、それに先立って実行される検出モードが設けられる。検出モードでは、制御モードで用いる制御量（制御設定値）として、閉弁制御時の回転角度（閉弁角度）を設定する。この閉弁角度として、モータ４３の回転トルクにより閉弁状態におけるシール性能を確保しつつ、弁体２０への反力が過大とならない回転角度が設定される。制御モードでは、閉弁制御時に弁体２０の回転角度をその閉弁角度に設定することで、アクチュエータ４への過負荷を防止する。

なお以下では、検出モードにおいて設定される回転トルクを「検出用トルク」、その検出用トルクを発生させるためにモータ４３に供給される電流値を「検出用電流値」ともいう。また、制御モードにおいて設定される回転トルクを「制御用トルク」、その制御用トルクを発生させるためにモータ４３に供給される電流値を「制御電流値」ともいう。検出用トルクは制御用トルクよりも小さい（つまり、検出用電流値は制御電流値よりも小さい）。以下、閉弁角度の設定方法について具体的に説明する。

図５（Ａ）に示すように、検出モードにおいて、まず弁体２０が軸線Ｌ１上に位置するように（つまり、弁体２０の延在方向が軸線Ｌ１に沿うように）シャフト４２を基準位置に設定する。弁体２０が基準位置にあることは、回転センサ４５（ポテンショメータ）の検出値（抵抗値）に基づいて判定できる。この基準位置から弁体２０を制御モードよりも低トルクで回転させる。このとき、回転センサ４５により弁体２０の回転角度（つまりシャフト４２の回転角度）を検出する。

その結果、図５（Ｂ）に示すように、シール部（ビード１０２，１０４）が通路１５の内面に押し付けられると、通路１５から受ける反力により弁体２０の回転が自律的に停止する。このように弁体２０の閉弁作動に伴いシャフト４２の回転変化がなくなったとき、そのときの回転角度を作動角度θ（弁体が開閉作動できる角度）として記憶する。なお、本実施形態では図示のように、弁体２０が通路１５の内面に着座したときにシール部が弾性変形しない程度に検出用電流値の大きさが設定されている。なお、「弾性変形しない程度」は、全く変形しない場合はもちろん、制御モードにおける弾性変形量に対して無視できる程度の変形量であればよい。

そして、この作動角度θに予め定める微小角度Δθset（例えば３度）を加算した値を、通常制御で用いる閉弁角度θcloseとして設定する。微小角度Δθsetは、弁体２０の仕様（具体的には弾性部材７４の特性）に基づき、制御モードにおいてシール部が弾性変形可能な範囲で設定される。言い換えれば、微小角度Δθsetは、シール部が通路１５の内面に着座後に弾性変形することによりシャフト４２の回転（微小回転）が許容される範囲内で設定されている。本実施形態では、作動角度θと微小角度Δθsetとの関係で、シール部の圧縮率を１０％以上確保できるようにしている。

通常制御における閉弁時には、図５（Ｃ）に示すように、弁体２０の回転角度が閉弁角度θcloseとなったときにモータ４３が停止される。このとき、シール部が適度に弾性変形することでシール性能を確保できるとともに、弁体２０が受ける反力を抑制し、アクチュエータ４に過負荷がかかることが防止される。

なお、図５の例では、弁体２０を基準位置から一方向（図中反時計回り）に回転させて第１の弁の閉弁角度を設定する例を示したが、基準位置から反対方向（図中時計回り）に回転させて第２の弁の閉弁角度を設定してもよい。

次に、制御部１６４が実行する具体的処理の流れについて説明する。
図６は、検出モードにおいて実行される処理の流れを示すフローチャートである。この処理は、バタフライバルブ１への電源投入ごとに実行される。

回転制御部１６８は、まず、弁体２０を基準位置に移動又は待機させ、通路１５を全開状態とする（Ｓ１０）。設定管理部１６６は、モータ４３の回転トルクとして検出用トルクを設定する（Ｓ１２）。具体的には、制御情報格納部１６２に格納された検出用電流値を取得し、検出モードにおけるモータ４３への供給電流値として設定する。回転制御部１６８は、その検出用電流をモータ４３に供給し、弁体２０を閉弁方向にイニシャライズ駆動する（Ｓ１４）。本実施形態では、弁体２０を一方向（図１（Ｂ）における反時計回り）に駆動する。

設定管理部１６６は、回転センサ４５の検出情報に基づき弁体２０が停止したと判定すると（Ｓ１６のＹ）、タイマをオンして計時を開始する（Ｓ１８）。そして、設定時間（例えば１秒相当）が経過すると（Ｓ２０のＹ）、そのとき回転センサ４５により検出された回転角度を作動角度θとして設定情報格納部１６０に格納し（Ｓ２２）、タイマをクリアする（Ｓ２４）。設定管理部１６６は、作動角度θに微小角度Δθsetを加算した値を閉弁角度θcloseとし、設定情報格納部１６０に格納する（Ｓ２６）。その後、回転制御部１６８は、弁体２０を基準位置へ駆動して待機させる（Ｓ２８）。設定管理部１６６は、後の通常制御に備えてモータ４３の回転トルクとして制御用トルクを設定する（Ｓ３０）。具体的には、制御情報格納部１６２に格納された制御電流値を取得し、制御モードにおけるモータ４３への供給電流値として設定しておく。

図７は、制御モードにおいて実行される処理の流れを示すフローチャートである。この処理は、エアコンＥＣＵ１４０から制御コマンドが入力されるごとに実行される。

回転制御部１６８は、エアコンＥＣＵ１４０からの制御コマンドが閉弁指令である場合（Ｓ４０のＹ）、設定情報格納部１６０から閉弁角度θcloseを取得する（Ｓ４２）。そして、モータ４３に制御電流を供給し、弁体２０を閉弁方向に回転駆動する（Ｓ４４）。回転制御部１６８は、回転センサ４５の検出情報に基づき回転角度θが閉弁角度θcloseに到達したと判定すると（Ｓ４６のＹ）、モータ４３への制御電流の供給を遮断し、弁体２０の駆動を停止する（Ｓ４８）。このとき、弁体２０は制御用トルクにて通路１５の内面に押し付けられるため、十分なシール性能が確保される。回転角度θが閉弁角度θcloseに到達していなければ（Ｓ４６のＮ）、Ｓ４４に戻る。

回転制御部１６８は、エアコンＥＣＵ１４０からの制御コマンドが開弁指令である場合（Ｓ４０のＮ）、全開状態でなければ（Ｓ５０のＮ）、弁体２０を開弁方向に回転駆動する（Ｓ５２）。回転センサ４５の検出情報に基づき回転角度θがゼロ、つまり弁体２０が基準位置に到達したと判定すると（Ｓ５４のＹ）、その駆動を停止する（Ｓ５６）。回転角度θがゼロでなければ（Ｓ５４のＮ）、Ｓ５２に戻る。既に全開状態であれば（Ｓ５０のＹ）、本処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態では、検出モードにおいて低トルクにてシャフト４２が回転され、弁体２０が通路に着座したときの回転角度が作動角度θとして検出される。その作動角度θに微小角度Δθsetが加算された値が閉弁角度θcloseとされ、制御モードにおける閉弁時に制御指令値として設定される。本実施形態によれば、通常制御において、閉弁時に弁体２０のシール部が少なくとも微小角度Δθset分は弾性変形するため、十分なシール性能が確保される。一方、弁体２０の閉弁角度θcloseがその弾性変形域を考慮した範囲に制限されるため、アクチュエータ４に過負荷がかかることも防止できる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。

上記実施形態では、検出モードにおいて、シャフトの回転角度が設定時間以上変化しないときに弁体が作動角度に達したと判定する例を示した。変形例においては、シャフトの回転速度が設定速度以下となったときに弁体が作動角度に達したと判定してもよい。いずれにしても、シャフトの回転変化量が設定値以下となったときの回転角度が作動角度として設定されることとなる。「設定値以下」はゼロであってもよい。

上記実施形態では、図７に関連して説明したように、制御モードにおいて閉弁角度θcloseに達したときにモータへの通電を停止する例を示した。変形例においては、モータへの通電を、制御電流よりも小さい電流（「保持電流」ともいう）にて維持してもよい。それにより、弁体の着座性能の緩み（弾性反力により弁体が押し返されてシール性能が低下すること）を確実に防止できる。「保持電流値」として検出用電流値と同等以上の値を設定してもよい。減速機等の機構部の摩擦により緩みが生じ難い構成であれば、上記実施形態のように通電を停止することで省電力化が図れる。

上記実施形態では、バタフライバルブとして、導入ポートおよび導出ポートを有し、一方向への流れを許容する二方弁を例示した。変形例においては、二つのポートが導入ポートおよび導出ポートに切り替え可能な双方向の二方弁としてもよい。

上記実施形態では、バタフライバルブとして、導入ポートおよび導出ポートを一つずつ有する二方弁を例示した。変形例においては、導入ポートおよび導出ポートの少なくともいずれかを複数有する三方弁や四方弁としてもよい。

例えば、三方弁とする場合、ボディにおいて第１通路と第２通路が同軸状に配置され、直線状通路を形成してもよい。その直線状通路に対して第３通路が直交するように接続され、Ｔ字状の通路を形成してもよい。弁体をその直線状通路における３つの通路の接続部に設けてもよい。そして、第１通路と第３通路とにより形成される第１直交通路を第１の弁により開閉可能としてもよい。また、そして、第２通路と第３通路とにより形成される第２直交通路を第２の弁により開閉可能としてもよい。さらなる変形例においては、第１～第３通路が互いに交わり共通の接続点を有するものの、いずれか２つ又は全てが直交しない構造としてもよい。

上記実施形態では、ボディ１２を金属製としたが、樹脂その他の材質から構成してもよい。また、上記実施形態では弁体を構成するプレートを金属製としたが、樹脂その他の材質から構成してもよい。ただし、弾性部材よりも硬質な材質を選択する。

上記実施形態では、プレートを覆う弾性部材にビードを突設し、シール部や流量調整部とする例示した。本変形例では逆に、弁体を構成する弾性部材の表面を溝状に切り欠いた残余部によりビードを形成し、シール部としてもよい。

あるいは、ビードを有しない構成としつつ、シール部として機能する部分を弾性部材に設定してもよい。ただし、閉弁時における弁体の回転トルク（締め切りトルク）を小さく抑える観点からは、シール部をビード状とするのが好ましい。

上記実施形態では、プレートの外周縁の形状を三股形状とする例を示したが、二股形状その他の形状としてもよい。

上記実施形態では、閉弁時における通路の軸線に対する弁体の角度を約４５度に設定し、弁体がその通路を斜めにシールする構成を示した。変形例においては、その弁体の角度として他の適正な角度を採用してもよい。その弁体の角度は９０度としてもよいが、９０度よりも小さい角度とするほうが、締め切りトルクを抑制し易い点で好ましい。

上記実施形態および変形例では述べなかったが、シャフトが弁体を貫通しない構成としてもよい。具体的には、図１に示す構成において、シャフト４２の先端が弁体２０の内部に留まる構成としてもよい。その場合、軸受穴４０を省略することができる。

上記実施形態では、回転センサとしてポテンショメータを例示したが、ロータリエンコーダその他のセンサを採用してもよい。ロータリエンコーダとする場合、光学方式を採用してもよいし、磁気方式を採用してもよい。光学方式とする場合、透過型、反射型のいずれを採用してもよい。基準位置については、ロータリエンコーダのコードホイールに基準位置検出用のスリット等を設けることで検出できる。なお、このようなロータリエンコーダについては公知であるため、その詳細な説明については省略する。

上記実施形態では、バタフライバルブとして通路を開閉する開閉弁として機能するものを例示した。変形例においては、通路の開度を所定開度に制御可能な制御弁（流量調整弁）として構成してもよい。制御中の開度を微小角度として冷媒を減圧膨張させる膨張弁として構成してもよい。

上記実施形態では、制御装置をモータアクチュエータ内に配設した例を示したが、モータアクチュエータとは別の筐体内に配置し、両者を電気的に接続してもよい。

上記実施形態では、バタフライバルブを車両用空調装置の冷凍サイクルに適用する例を示した。変形例においては、家庭用等その他の空調装置の冷凍サイクルに適用してもよい。あるいは、バッテリやモータの冷却等を目的とする自動車用の冷却液（冷却水や冷却オイル）の循環回路に適用してもよい。すなわち、自動車用流体制御システムの流体回路に適用してもよい。あるいは、給湯装置等の水回路に適用してもよい。さらに、オイルその他の作動流体の流れを制御する装置に適用してもよい。

なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

１ バタフライバルブ、２ 弁本体、４ モータアクチュエータ、１０ バタフライバルブ、１２ ボディ、１５ 通路、１６ 導入ポート、１８ 導出ポート、２０ 弁体、４１ 回路基板、４２ シャフト、４３ モータ、４５ 回転センサ、４７ 減速機、７２ プレート、７４ 弾性部材、１００ ビード、１０２ ビード、１０４ ビード、１０６ ビード、１３０ 制御装置、１３２ マイクロコンピュータ、１３４ 電源回路、１３６ 通信回路、１３８ 駆動回路、１５０ 通信部、１５２ データ処理部、１５４ データ格納部、１５６ 検出部、１５８ 駆動部、１６０ 設定情報格納部、１６２ 制御情報格納部、１６４ 制御部、１６６ 設定管理部、１６８ 回転制御部。

Claims (7)

1. 電動式のバタフライバルブであって、
   流体の通路を有するボディと、
   前記ボディに回動可能に支持されたシャフトと、
   前記シャフトに組み付けられた状態で前記通路に配置され、前記シャフトと共に回動することにより前記通路の開閉状態又は開度を調整する弁体と、
   前記シャフトを回転駆動させるモータアクチュエータと、
   前記モータアクチュエータを制御する制御部と、
   を備え、
   前記弁体は、前記通路の内面に着座した際に弾性変形することで、閉弁状態における前記通路との間のシールを確保するシール部を含み、
   前記モータアクチュエータは、前記シャフトを回転駆動するためのモータと、前記シャフトの基準位置からの回転角度を検出する回転センサと、を含み、
   前記制御部は、
   通常制御に先立って前記シャフトの前記基準位置からの作動角度を検出する検出モードと、前記通常制御を実行する制御モードとを実行対象として含み、
   前記制御モードにおいて前記モータに供給する制御電流値よりも、前記検出モードにおいて前記モータに供給する検出用電流値を小さく設定し、
   前記検出モードにおいて、前記弁体の閉弁作動に伴い前記シャフトの回転変化量が設定値以下となったときの回転角度を前記作動角度として設定し、
   前記作動角度に予め定める微小角度を加算した値を閉弁角度として設定し、
   前記制御モードにおいて前記弁体を閉弁作動させるとき、検出される回転角度が前記閉弁角度となったときに前記弁体の作動を停止させることを特徴とするバタフライバルブ。
2. 前記検出用電流値は、前記シール部が前記通路の内面に着座したときに前記モータの回転トルクにより実質的に弾性変形しない程度の大きさに設定されていることを特徴とする請求項１に記載のバタフライバルブ。
3. 前記制御部は、前記検出モードにおいて、前記シール部が前記通路の内面に着座した状態で前記シャフトの回転角度が設定時間以上変化しないときに前記作動角度に達したと判定することを特徴とする請求項１又は２に記載のバタフライバルブ。
4. 前記微小角度は、前記制御モードにおいて、前記シール部が前記通路の内面に着座後に弾性変形することにより前記シャフトの回転が許容される範囲内で設定されていることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のバタフライバルブ。
5. 前記制御部は、前記制御モードの閉弁制御時において、前記シャフトの回転角度が前記閉弁角度となったときに前記モータへの制御電流の供給を遮断することを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のバタフライバルブ。
6. 弁体が弾性を有するバタフライバルブの制御装置であって、
   前記弁体の基準位置からの回転角度を検出する検出部と、
   通常制御よりも低トルクにて前記弁体を閉弁方向へ回転駆動し、前記弁体が自律的に停止したときの回転角度を作動角度とし、その作動角度に所定の微小角度を加算した値を閉弁角度として設定する設定管理部と、
   前記通常制御を実行し、前記弁体を閉弁作動させるときには、検出される回転角度が前記閉弁角度となったときに前記弁体の作動を停止させる回転制御部と、
   を備えることを特徴とするバタフライバルブの制御装置。
7. 弁体が弾性を有するバタフライバルブの制御方法であって、
   通常制御よりも低トルクにて前記弁体を閉弁方向へ回転駆動し、前記弁体が自律的に停止したときの回転角度を作動角度として検出する検出工程と、
   前記作動角度に所定の微小角度を加算した値を閉弁角度として設定する設定工程と、
   前記通常制御を実行し、前記弁体を閉弁作動させるときには、検出される回転角度が前記閉弁角度となったときに前記弁体の作動を停止させる制御工程と、
   を備えることを特徴とするバタフライバルブの制御方法。

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