JPH01288678A - バルブ制御用パルスモータ組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はエアコンにおける冷媒流量制御や、風呂、シャ
ワーにおける燃焼用ガス、空気、温水、液体燃料などの
流量制御に用いられるバルブ制御用パルスモータ組立体
に関するものである。

［従来の技術］ 最近例えば、第２図第３図に示すようにパルスモータを
用いて電子的に回転が制御される所謂電子制御弁か実用
化されている。

第２図は上記電子制御弁に用いられるパルスモータ組立
体の一例を示し、これは、外および内ヨーク２１．２２
と環状コイル２３とてステータ部を構成し、ロータ２４
とロータ軸２５とでロータ部を構成し、内周歯極部２１
ａ、２２ａに嵌入する非磁性体の密閉ケース２６を設け
、密閉ケース２６の内部にはロータ軸２５の出力側にね
し軸部２５ａとニードル弁体２７を設けたロータ２４を
軸受２８ａとねし係合板２８とにより上下動自在かつ回
転しつるように支持したものとなっている。そしてロー
タ２４の正逆回転にイ」′ってニードル弁体２７を弁口
２９の弁座３０に対して下降または上昇させることによ
り、バルブ流路３１から流路３２への流量制御を行うも
のである。

また第３図に示すものは、この種パルスモータ組立体の
他の例てあり、これはパルスモータ４１の回転出力を減
速歯車機構４２を介して軸受４３とねし係合板４４によ
り支持されたマイナスネジ頭状ねし軸４５に、減速機構
出力軸４２ａをマイナストライバ状にして係合伝達し、
その正逆回転によりベローズ４６により支持されたニー
ドル弁体４７に下降と上昇を行わせて弁口４８の開口度
を調節することにより流量の制御を行なうようになって
いる。

［発明か解決しようとする課題］ ところで、上記したようなバルブ制御用パルスモータ組
立体ては弁部４９を流れる流体の漏出によるパルスモー
タコイルの腐蝕、絶縁劣化等の損傷や、冷媒の消耗、ガ
スの爆発などを防止するために流体の漏出を招かないよ
うにすることが必要である。またこの種のバルブ制御は
近年業務用から家庭用へと利用分野か拡がっていること
から、小形で効率か良く、推力か大ぎく消費電流か少な
く、分解能が高く、ローコストのものが強く求められて
いる。

しかし上記のような従来構造のバルブ制御用パルスモー
タ組立体では次に述へるような欠点かある。

第２図のパルスモータ組立体では、密閉ケース２６内に
モータのロータ部と弁部を収容し、その外周にステータ
部を固定する構造をとっているためステータ部とロータ
間の間隙が大きくなってトルクか小さくつまり推力か小
さくならざるを得ないという欠点がある。このことから
所要推力を得るためには必然的にモータ組立体全体か大
きくならざるを得すコスト高を招くはかりてなく、消費
電力、モータを駆動する電源容量およびモータを駆動す
るトランジスタの容量等すべてか大きくなるという欠点
がある。また、ロータ軸２５かそのまま出力軸になって
いるため、モータ単体の分解能（１回転ステップ数）が
４８ステップ／回転という低いものにならざるを得ない
という欠点かある。

次に第３図に示すパルスモータ組立体では、減速機構を
介して最終出力軸を駆動するようになっているため第２
図のものに比しモータか小さい、消費電力が小さい、減
速機構により大きな推力が得られ、分解能が高い（減速
比が１７３０であると、分解能は４８Ｘ　３０＝　１４
４０ステップ／回転）という利点は有るが、第４図に示
すように減速機構出力軸のマイナストライバ形状の加工
、同しくねし軸のマイナス状溝加工といりた加工を必要
とし、生産コスト高を招くはかりでなく、部品点数も多
いという欠点かあった。

本発明は、第３図に示す如きバルブ制御用パルスモータ
組立体におけるパルスモータ、減速機構、弁体をより合
理的なものにできないものかという考えのもとになされ
たものであり、第３図に示すものの利点である大推力、
小形、小消費電力、高分解能はそのまま活かしながら、
部品点数削減によるコストタウン、設計改善による気密
経費の削減も図れる、合理的な構造のバルブ制御用パル
スモータ組立体の提供を目的とするものである。

［ｉ！Ｉ！ＩＩを解決するための手段］上記目的を達成
するために、本発明は、パルスモータと、該パルスモー
タの回転を減速するための中間歯車、出力歯車およびこ
れらの歯車を収めたキャケースからなる減速機構とを外
ケースおよびジヨイント付の出力軸受を有する地仮によ
り密閉収納し、前記出力軸受にネジ孔を設けるとともに
、前記出力歯車と一体の出力軸に設りたネジ部を前記出
力軸受のネジ孔に螺合させ、前記パルスモータの回転制
御により、前記出力歯車および出力軸を回転しながら進
退動せしめ、該出力軸の進退動により前記ジヨイントに
より接続されたバルブユニットの弁開閉制御を行なわせ
るものとした。

［作　用コ パルスモータの出力はモータビニオン５ａ。

中間歯車６ａ、６ｂ出力歯車７ａからなる減速機構を介
して出力歯車７ａと一体の出力軸７に伝達される。出力
軸７にはネジ部７ｂが、出力軸受にはネジ孔１２ａか構
成され、互いに螺合されているから、パルスモータの回
転駆動力により、出力軸７は、回転しながら進退運動す
ることになる。モータ単体トルクをＴｍ　（ｇ−ｃｍ）
、減速比をｌ／Ｎ　、減速機効率をη１出力軸ネジピッ
チをＰ、（ｃｍ）、ネジ効率を１１２とし、ネジ推力を
Ｆ　（ｇ）　　とすると となり、ネジスピードＳ　（ｃｍ／ｓ）は、パルスモー
タ駆動周波数ｆ　（５ｔｅｐｓ／５ｅｃ）、パルスモー
タ１回転ステップ数ηθ（ｓｔｅｐｓ／Ｖｅｖ）　　と
すると、となる。

例えは、外径３５ｍｍ、厚み１５ｍｍ、ステップ角度７
．５度、１回転ステップ数４８、周波数２００　（ｓｔ
ｅｐｓ／５ｅｃ）の時のトルク９０　（ｇ−ｃｍ）の小
形パルスモータを用いた場合に、減速比を１／２５、減
速効率０．８１出力ネシビツチを０．０５（ｃｍ）ネジ
効率を０２とすると、式（１）から推力Ｆは＃　４５Ｑ
４　（ｇ）片４５．８（ｔｔｇ）となり、ネジスピード
Ｓは、式（２）からとなる。

つまり、４５．８（ｋｇ）の推力、及び８．３　ｘ　１
０−”（ｃｍ／ｓ）のスピードでバルブを開閉てきるこ
とになる。

冷媒、ガス、空気、水等を用いた制御においては、一般
的に熱伝達時定数は、数分〜数時間であるから、バルブ
の全開、全開のストロークを仮に２ｍｍとしても、２４
秒でこれを行なえることから、小形モータと減速機との
組合せの制御弁でその機能を十分に果すことができる。

このように本発明はバルブの開閉制御機能を簡素化した
構造で達成するものである。

また、あわせて冷媒用の制御弁は低温条件下で使われる
ことか多く、モータ、減速機構内の結露、氷結、発錆等
の障害が発生することが多い。従来この種の制御弁用パ
ルスモータ組立体てはこれらの対策として制御弁の空気
流通部をシール剤、接着剤を用いたり、制御弁全体を樹
脂モールドしたりして気密確保を行なっていた。しかし
これらの手法ては、気密不良が多く、作業に時間かかか
り過ぎ、生産性が悪く、コスト高等の問題かあった。

しかしながら、本発明では、気密をゴムシール等の圧縮
で行なうから、作業性が向上し、特別な生産設備を必要
とせず、ローコストでの大量生産供給か可能となる。

また本発明パルスモータ組立体とバルブユニットとを合
体した構造においても、総合的に構成部品か簡略化され
るという利点かある。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例を示し、このパルスモータ組
立体に用いられるパルスモータは、外および内ヨーク１
，２と環状コイル３とて構成されたステータ部と、ロー
タ４とモータビニオン５ａを有するロータ軸５とで構成
されたロータ部とからなり、該パルスモータは、モータ
ビニオン５ａおよび出力歯車７ａにそれぞれ噛合する中
間歯車６ａ、６ｂとこれらの歯車を収めたギヤケース９
とて構成される減速機構とともに外ケース８内に収納さ
れる。外ケース８は、樹脂例えはＩ’ＢＴ　１５％ガラ
ス入り材料でつくられる。

ギヤケース９は前記減速機構の歯車を収めた上で外ケー
ス８内に収納されるか、この場合ロータ軸５は外ケース
８に設けた軸受８ａとギヤケース９に設ζプた軸受９ａ
とにより軸受され、中間歯車６ａ、６ｂの歯、車軸６は
ギヤケース９に設けた軸受９ｂと地板１０に取付けた軸
受１１とにより軸受され、さらに出力軸７はギヤケース
９に設けた軸受９ｃと地板１０に取付けた出力軸受１２
とにより軸受される。なお、ギヤケース９は外ケース８
と同様に例えはＰＢＴ１５％カラス人でつくられ、また
、地板１０は、例えは亜鉛メツキ鋼板、金属製てあり、
回転止めを外径部に設け、外ケース８にはめ込まれる。

前記中間歯車６ｂとこれと噛合する出力歯車７ａは平歯
車てあり、出力歯車７ａと一体の出力軸７にはネジ部７
ｂか形成され、該ネジ部７ｂは前記出力軸受１２に設け
たネジ孔１２ａに螺合されるようにする。

ジヨイント１６およびロックナツト１７は、上記構成の
パルスモータおよび減速機構からなるパルスモータ組立
体をバルブユニットに締付連結するためのもので、ジヨ
イント１６の先１を鋭角部＋６ａとしロックナツト１７
の締付けによりバルブユニットの接続パイプ端部に対し
喰込ませて気密を保つようになっている。またジヨイン
ト１６は出力軸受１２に対し螺着により固定される。な
お、出力軸受１２は黄銅、リン青銅等の金属製とし、ま
たジヨイント１６およびロックナツト１７は黄銅製とす
るのがよい。

出力軸受１２には出力軸７のストレート部か嵌入し、ラ
ジアル荷重を支承する。Ｃリング１５は地板１０の抜は
止め固定に用い、パルスモータとギヤケースに収めた減
速機構とを外ケース８に収納後、ゴム製のＯリング１４
ａを地板１０で押しながら外ケース８の内側溝にはめ込
むことにより、地板１０と外ケース８の気密を保持する
ようになっている。

中間軸受１１は、気密シート１３ａを介して地板１０に
固定している。ホール７ｃは出力軸７の先端に固着した
鋼球である。これは弁体に作用する時押しながら回転す
るのて、摩擦抵抗の軽減と摩擦防止を目的とするもので
ある。

出力軸７のネジ部７ｂは一例として４ｍｍネジでピッチ
０．５ｍｍである。出力平歯車７ａか中間歯車６ｂとの
噛合伝達て回転することにより、出力平歯車７ａには出
力軸７か固定されているから出力平歯車７ａは回転しな
がら前後に直進する。

中間歯車６ａはモータビニオン５ａと噛合っており、初
段の減速比および２段目の減速比は各１７５で、減速機
としては１／２５の減速比となっている。

図中Ａ部の構成は永久磁石型パルスモータで、軸受取付
板か省略されており、軸受は前述のようにギヤケース９
と外ケース８に成形しである。パルスモータはロータ軸
５、ロータ軸５とプラスチックマグネットロータ４との
回り止め間座４ａ、外ヨーク１、内ヨーク２、巻線用コ
イルボビン３、巻線を外部に引出すために用いるポスト
ポストにはまり半田付けされるプリント基板、プリント
基板をモータに固定するロック部材、プリント基板上に
半田付けされる外部コネクタ受部であるヘッダーより構
成されている。

０−タッグネットＮ５２４極であり、パルスモータは２
相又は４相である。パルスモータは１信号当り７５度ス
テップ回転する。つまり４８ステツプでモータは１回転
する。

減速比が１７２５、出力軸ネジピッチが０．５ｍｍであ
るから、パルスモータが１ステツプつまり１／４８回転
することにより、１／２５Ｘ　１／４８＝　ｌ／１２０
０出力軸は回転し、直進８動量は０．５　ｘｔ／＋２ｏ
ｏ＝０．０００４１７　（ｍｍ／５ｔｅｐ）　　となっ
ている。作用で説明した通り推力は４５．８（ｋｇ）、
制御速度は８．３　ｘ　１０１０−３（／ｓ）を達成す
ることができる。

実施例に示した本発明によるパルスモータ組立体は、ニ
ードル弁ユニット等とカップリングして用いる。図示し
た出力軸の先端鋼球７ｃか弁体を前後させることにより
、流路を開閉して流量制御を行なうものである。

［発明の効果］ （１）出力軸そのものを雄ネジとし、該雄ネジを出力軸
受に結合されるジヨイントのネジ孔に螺合した構成とす
ることにより構造を簡略化てき、第２図に示す従来品に
比し部品点数が少なく信頼性が向上する。

（２）出力歯車が中間歯車と噛み合い回転しながらかつ
前後に直進するシンプルな直進変換機構を採用している
ため、部品か少なく、加工量が少なく、信頼性か向上す
る。

（３）樹脂製の減速機地板およびケースが各軸の軸柱を
支承する構造となフており、小形化できる。

（４）気密にＯリング、平パツキン等のゴム材を用い、
Ｃリングで簡易に組立できる構造としたから、シール剤
、接着剤等の従来の気密処理か不要となる。

（５）モータのり−ト線出口をコネクタ化したから、各
極長さのり−ト線仕様に容量に応じることがてきる。

（６）総合的に制御弁を含めて、小形パルスモータを用
いて、省電力て小形で、ローコストの大推進力のバルブ
制御用パルスモータ組立体を提供することができる。

】　５

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示したバルブ制御用パルス
モータ組立体の断面図、第２図および第３図は従来のバ
ルブ制御用パルスモータ組立体の二つの例を示す断面図
、第４図は第３図におけるマイナスドライバ状出力伝達
部の拡大斜視図である。 １・・・外ヨーク　　　　２・・・内ヨーク３・・・環
状コイル　　４・・・ロータ５・・・ロータ軸　　　６
・・・中間軸７・・・出力軸　　　　８・・・外ケース
９・・・ギヤケース　　１０・・・地板１１・・・軸受
　　　　１２・・・出力軸受１３ａ、１３ｂ・・・平パ
ツキン １４ａ、１４ｂ　・−０リング １５・・・Ｃリング　　１６・・・ジヨイント１７・・
・ロックナツト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　パルスモータと、該パルスモータの回転を減速する
   ための中間歯車、出力歯車およびこれらの歯車を収めた
   ギヤケースからなる減速機構とを外ケースおよびジョイ
   ント付の出力軸受を有する地板により密閉収納し、前記
   出力軸受にネジ孔を設けるとともに、前記出力歯車と一
   体の出力軸に設けたネジ部を前記出力軸受のネジ孔に螺
   合させ、前記パルスモータの回転制御により、前記出力
   歯車および出力軸を回転しながら進退動せしめ、該出力
   軸の進退動により前記ジョイントにより接続されたバル
   ブユニットの弁開閉制御を行なわせるようにしたことを
   特徴とするバルブ制御用パルスモータ組立体。