JPH0627904Y2 - 弁体位置検出機構付制御弁 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は弁体位置検出機構付制御弁に関する。

従来から、アクチュエータを操作するバルブとしてステ
ッピングモータにより弁体の位置を段階的に制御するデ
ジタル制御弁がある。このデジタル制御弁はアクチュエ
ータを動作させる流体の流量、圧力等を段階的に制御す
ることが出来るため、流量調整弁、圧力調整弁として極
めて有用なものである。

ところで、従来のデジタル制御弁では、例えば、アクチ
ュエータの動作を停止させる場合、弁体を駆動源より開
放し、バルブに内装されたスプリングの復元力によって
弁体を外力の負荷されない時の原点位置に復帰させるこ
とで流体がアクチュエータへ送出されるのを停止する方
法が採用されていた。

然しながら、このような構成では弁体が原点位置に確実
に復帰したか否かを検出する手段がないため、デジタル
制御弁のリセット時における弁体の位置はスプリングに
よる復元力を信頼し、無条件で原点位置にあるものと見
做していた。従って、弁体原点位置への復帰をより確実
なものとするためには、バルブ内周壁と弁体との摩擦力
による遅延時間を考慮し、スプリングによる弁体の原点
位置への復帰時間を長めにみる、あるいは、弁体の原点
位置に対する許容範囲を予め広く設定しておく等により
弁体が確実に原点に位置しているという取り扱いをしな
ければならなかった。

一方、デジタル制御弁ではステッピングモータの回転に
対する弁体の追従性の制約により、その応答周波数域が
制限されている。すなわち、その周波数域を外れると、
弁体は所望の動作を行うことが出来なくなる。さらに、
弁体が原点位置に復帰したか否かを検出する手段がない
ため、例えば、ポンプ等の流体供給手段からの流体圧が
変動して弁体の位置が変化したような場合、デジタル制
御弁を間違った原点位置から動作させてしまうことにな
り、この結果、アクチュエータを誤動作させてしまうと
いう不都合が露呈していた。

本考案は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、ステッピングモータによって駆動される制御弁
の弁体の位置を、前記ステッピングモータの駆動軸に連
結された回動片と検知手段から検出することにより、前
記弁体が原点位置に設定されているか否かの確認を可能
とし、しかも制御弁を確実に原点位置から動作させるこ
とが可能な、さらに、ステッピングモータを駆動させる
際に、脱調の有無を容易にチェックして弁体が原点位置
にある時、この制御弁を含むシステムをリセットし、該
システムが始動時から安定して使用することが可能な弁
体位置検出機構付制御弁を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本考案は、ステッピング
モータの回転によりスプール弁を構成する弁体の位置を
変位させる制御弁において、 前記ステッピングモータの駆動軸と共に所定角度の範囲
内で回動する回動片と、 前記回動片の回動域の所定の個所に配設され前記回動片
の有無によって感応する検知手段と、 前記ステッピングモータの駆動軸に連結され且つカムを
含む回転伝達機構と、 を有し、前記制御弁の本体内に前記カムに対し前記弁体
の一端部を常時当接させるためのコイルスプリングを設
け、 前記ステッピングモータの付勢作用下に前記カムのカム
面を介して前記弁体を前記コイルスプリングに抗して変
位させて前記制御弁の開閉を行うと共に前記回動片を変
位させ、前記検知手段が前記回動片を検知することによ
り弁体の原点位置を検出することを特徴とする。

次に、本考案に係る弁体位置検出機構付制御弁について
好適な実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳
細に説明する。

第１図において、参照符号10は図示しない制御回路から
のパルス信号を受けて所定角度ずつ段階的に回転するス
テッピングモータを示し、その駆動主軸12の一端部には
ギヤ14が嵌合されている。このギヤ14にはギヤ16が噛合
しており、ギヤ16の中心に一端部が嵌合されたシャフト
18の他端部にはベアリング20を介してクランク機構22の
一端部が連結されている。

クランク機構22はシャフト18の回転中心軸に対して距離
Ｘだけ偏心して回転するように構成されており、その他
端には円柱状のカム部材24が軸支されている。従って、
前記ギヤ14、ギヤ16、シャフト18、ベアリング20、クラ
ンク機構22およびカム部材24は回転伝達機構を構成す
る。

カム部材24の下方にはスプール弁からなるバルブ26が配
置される。バルブ26は、実際、図示しないアクチュエー
タを駆動するためのものであり、このバルブ26の上部に
は、スプールを構成する弁体の上端部28が突出し、カム
部材24の側周面に当接する。一方、ステッピングモータ
10の駆動主軸12の他端部側には板状の磁気を帯びた回動
片30が係着され、前記回動片30の回動域には近接スイッ
チ32が接近して配設されている。

この場合、前記近接スイッチ32は、第１図において回動
片30が略垂直状態で起立することにより、バルブ26内の
スプール弁が原点位置にあることが検出可能なように、
その配置位置が選択されている。

第２図ａおよびｂはバルブ26の一例としての方向切換弁
（ここでは、スプール弁）を示したものである。同図に
おいて、バルブ26を構成するチューブの内部には弁体34
が摺動自在に配設されており、この弁体34の上端部28
は、前記の通り、バルブ26上の外部に突出し、カム部材
24の側周面に臨む。

バルブ26は４つの入出力用のポート36、38、40、42およ
び排気口44を有し、この場合、ポート36は圧縮流体をア
クチュエータに供給するポンプと連結し、ポート38はア
クチュエータからの圧縮流体を回収するタンクと連結
し、ポート40および42は図示しないアクチュエータと液
密に連結される。

一方、弁体34は２つのランド46、48を有し、このランド
46、48によりポート36と40、およびポート38と42を連
通、または、閉塞するように構成されている。また、弁
体34の上下両端部側に第１のフランジ51、第２のフラン
ジ53を夫々設け、このフランジ51、53とバルブ26を構成
する側壁部26ａ、26ｂとの間に第１のコイルスプリング
50と、前記カム部材24側に弁体34を常時変位させるため
の付勢手段である第２のコイルスプリング52を配設して
いる。この場合、第２コイルスプリング52の弾発力は第
１コイルスプリング50の弾発力よりも大きく設定されて
いる。

第２図ａは弁体34がカム部材24により同図において下方
向に押圧されてポート40、42を閉塞し、アクチュエータ
を動作しない位置（以下、この位置を原点位置という）
にある時の状態を示す。この状態は第４図ａに対応す
る。

一方、第２図ｂは弁体34が第２コイルスプリング52の弾
発力によって上昇し、ポート36と40、およびポート38と
42とを通過し、アクチュエータを動作しうる位置（以
下、この位置を動作位置という）にある時の状態を示
す。この状態は第４図ｂに対応する。

第３図は近接スイッチ32としてリードスイッチ54を用い
た検出回路を示したものである。リードスイッチ54は磁
気を有した回動片30が接近することにより接片同士が磁
気を帯びて吸着し回路を閉じるものであり、このリード
スイッチ54には発光ダイオード56を直列に接続して電源
電圧Ｖccを印加するよう構成している。発光ダイオード
56の両端部には電流の逆流を防止するため、ダイオード
58が発光ダイオード56とは極性が逆の状態で並列に接続
されている。

本考案に係る弁体位置検出機構付制御弁は基本的には以
上のように構成されるものであり、次にその作用並びに
効果について説明する。

先ず、デジタル制御弁の動作につき説明する。

ステッピングモータ10は図示しない制御回路よりパルス
信号を受け、駆動主軸12を段階的に回動させる。この動
作開始時、回動片30が近接スイッチ32に臨んでいれば、
リードスイッチ54が閉じられて発光ダイオード56は発光
状態にある。従って、該発光ダイオード56の発光によっ
て弁体34が原点位置にあり、制御系がリセットされ、デ
ジタル制御弁が確実に原点位置から駆動されることにな
る。従って、ステッピングモータ10が脱調状態にないこ
とが示されることになる。

一方、弁体34が原点位置にあったとしても発光ダイオー
ド56が点灯しなければ、弁体34が原点位置にはなく、ス
テッピングモータ10が脱調しているとして取り扱う。こ
の結果、デジタル制御弁を含む制御系はリセットされる
ことはない。

前記のように、すなわち、発光ダイオード56が点灯し
て、制御系がリセットされて弁体34は原点位置から作動
を開始する。ステッピングモータ10の付勢によって、駆
動主軸12はギヤ14、16を介してシャフト18を回動する。
そして、シャフト18の一端に連結され該シャフト18と共
に回動するクランク機構22はカム部材24を回動させる。
その結果、上端部28がカム部材24の側周面に当接したバ
ルブ26の弁体34は前記カム部材24の位置変動によってバ
ルブ26内の所定の位置に移動することになる。

一方、回動片30はステッピングモータ10の駆動主軸12と
共に回動する。そして、弁体34がカム部材24の接触面が
上昇して第２コイルスプリング52の弾発力により第２図
ａの原点位置から第２図ｂの位置に変位すると、ポート
36と40およびポート38と42が開成され、図示しない制御
系のアクチュエータの動作が開始する。

弁体34がステッピングモータ10の駆動によって第２図ａ
の位置から移動した場合、すなわち、回動片30はステッ
ピングモータ10と近接スイッチ32との間に位置しなくな
り、リードスイッチ54の二つの切片が離間するので発光
ダイオード56が消灯する。従って、弁体34の位置が第２
図ａの原点位置よりずれていることを明確に判別するこ
とが出来る。

図示しないアクチュエータの動作を終了させたい時、ス
テッピングモータ10が付勢されて、弁体34は第２図ａの
原点位置に復帰させる。この時、再び回動片30は近接ス
イッチ32に臨み、発光ダイオード56が点灯して該弁体34
が原点位置に復帰したことが確認できる。その際、例え
ば、次の動作に待機させるために、前記ステッピングモ
ータ10に与えられるパルスのためのカウンタ（図示せ
ず）をリセットしておけばよい。なお、電源オフの際に
は、作動開始前に、当然にチェックを行い、発光ダイオ
ード56の点灯の有無によって、弁体34が原点位置にある
か否かの確認が出来る。

以上のように、本考案によれば、弁体の位置を変位する
ステッピングモータの駆動主軸と共に回動する回動片
と、前記回動片の回動域に近接して配設された前記回動
片に感応する検知手段とによって弁体並びにステッピン
グモータの駆動軸の原点位置を正確且つ確実に検出する
ことが出来ると共に、デジタル制御弁を構成する弁体を
間違った位置から動作させることがない。

以上、本考案については好適な実施例を挙げて説明した
が、本考案はこの実施例に限定されるものではなく、例
えば、近接スイッチとして光センサを使用する等、本考
案の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設
計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る弁体位置検出機構付制御弁の模式
的斜視説明図、 第２図ａおよびｂは本考案に係る制御弁の一例である方
向切換弁の２つの位置状態を示す模式的断面図、 第３図は本考案に係る制御弁における検知手段の回路
図、 第４図は本考案に係る制御弁における弁体位置検出機構
の原点位置と作動位置の状態の検出時の説明図である。 10……ステッピングモータ、12……駆動主軸 22……クランク機構、24……カム部材 26……バルブ、30……回動片 32……近接スイッチ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ステッピングモータの回転によりスプール
   弁を構成する弁体の位置を変位させる制御弁において、 前記ステッピングモータの駆動軸と共に所定角度の範囲
   内で回動する回動片と、 前記回動片の回動域の所定の個所に配設され前記回動片
   の有無によって感応する検知手段と、 前記ステッピングモータの駆動軸に連結され且つカムを
   含む回転伝達機構と、 を有し、前記制御弁の本体内に前記カムに対し前記弁体
   の一端部を常時当接させるためのコイルスプリングを設
   け、 前記ステッピングモータの付勢作用下に前記カムのカム
   面を介して前記弁体を前記コイルスプリングに抗して変
   位させて前記制御弁の開閉を行うと共に前記回動片を変
   位させ、前記検知手段が前記回動片を検知することによ
   り弁体の原点位置を検出することを特徴とする弁体位置
   検出機構付制御弁。