JPH0689858B2 - ステッピングモ−タバルブおよびその操作方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 産業上の利用分野 本発明は冷凍装置等において用いられる電動式制御弁に
関する。

従来の技術 弁の開度を電気的に制御するに当って、弁体に同軸的に
結合したロータを有するステッピングモータを用い、ロ
ータの回転角に応じてねじ部を有するガイド部材に添っ
て弁体を進退させる方式のモータバルブがある。このよ
うなモータバルブはたとえば第４図に示すように、弁本
体１には一次口1aと二次口1bが設けられると共にその間
に弁座２が設けられ、該弁座２に対向する弁体３が本体
１に付設した筒体４のモータ室Ｒ内に固定した送りねじ
を有するガイド部材５に螺合しており、該弁体３に固着
した磁石付きのロータ６が該筒体４の外部に設けた電磁
コイル７に対する駆動信号により回転変位することによ
り弁体３がその軸方向に移動して弁座２に接離する構造
となっている。

このような構成を有するモータバルブにおいては、例え
ば弁閉止時において直ちに駆動信号を停止するように制
御することは極めて困難であり、弁の閉止動作を確保す
るためには余分の駆動信号を送るように構成しなければ
ならないので、弁体の弁座に対する喰い付き現象を発生
し易く、その為に開閉時において駆動信号に基づいて該
弁体が迅速に動作しない欠点がある。

そのため従来は、たとえば特開昭60−196477に開示され
ているように弁体３の開閉終端を感知するストッパなど
を別個に設けて、ロータ６の回転を制限するような工夫
がなされていた。

解決しようとする問題点 このような従来のモータバルブに於いては、ロータの回
転がストッパ等によって機械的に阻止されるようになっ
ていたため、開閉終端においてロータが停止した後、停
止位置を正確に合せるために更に電磁コイルに送り込ま
れる余分の駆動信号によって機械的騒音が発生するばか
りでなく余計な負荷がかかり、耐久性にも不安があっ
た。

そこで本発明は、ストッパによって発生する騒音の問題
を解消すると共に弁体が所定の位置に達したときに正確
に電磁コイルの励磁を停止することができる長寿命のモ
ータバルブを提供しようとしたものである。

〔発明の構成〕

問題点を解決するための手段 前述のような目的は、ステッピングモータのロータをガ
イド部材に螺合して支持すると共に該ロータと弁体とを
同軸的に結合してなり、該ロータの回転によって該弁体
を軸方向に移動させるようにしたモータバルブにおい
て、該弁体は２個のスプリングにより該ロータに対して
軸方向に釣合位置を中心として相互移動可能であるよう
結合され、且つ該スプリングの結合面の回転方向の限界
摩擦値が弁閉時の弁体・弁座間摩擦値より大であるよう
該スプリングのばね強さが選択されていると共に、ステ
ッピングモータ用駆動装置を制御するためのパルス信号
を該弁体の回転に対応して発生する回転検出手段を備え
たことを特徴とするステッピングモータバルブによって
達成することができる。

かかる回転検出手段としては、たとえば弁体に永久磁石
を固定して設け、永久磁石の回動を磁力線検出器によっ
て検出するものなどを用いることができ、また光学的に
検出するものなどでもよいが、検出手段からは電気信号
として検知出力が得られるものであることが望ましい。

作 用 前述のように構成された本発明のステッピングモータバ
ルブは、ロータと弁体とがスプリングを介して結合され
ているので、弁閉時に弁体が弁座に圧着されると弁体の
回転は停止するが、スプリングと接する摩擦面で滑りが
起きてロータの回転は継続する。このとき弁体の回転検
出手段は弁体の停止を検知してバルブ駆動装置に対して
信号を出力するから、ロータが所定の角度だけ更に回転
を続けたのちにモータの駆動を確実に停止するようにバ
ルブ駆動装置を作動させることが可能である。

この際、弁体とロータとはスプリングによって結合され
ているから、弁体が停止してからロータは更に釣合位置
から所定距離だけ軸方向にずれて停止することとなり、
弁座への弁体の圧着力は一定の値となり、常に安定した
弁閉状態を再現することができる。

実施例 本発明のステッピングモータバルブの１例を第１図に示
す。

１は弁本体、２は弁座、３は弁体であり、筒状のガイド
部材５の外側面に形成された送りねじに多極着磁された
ロータ６が螺合して設けられていて、電磁コイル７に駆
動信号が入力されるとロータ６が回転すると同時にガイ
ド部材５にそって軸方向に移動するようになっている。

弁体３はロータ６に対して回転可能に同軸に結合されて
おり、スプリング8,8′とワッシャ9,9′によって軸方向
に相互移動が可能であるよう釣合位置に支持されてい
る。かかるワッシャ9,9′の面は摩擦面を構成していて
常時は弁体３がロータ６と共に回転するが、弁体３が弁
座２に当接したときには弁体・弁座間摩擦値よりもスプ
リング8,8′に押圧されたワッシャ9,9′の面の限界摩擦
値が大きいために、ロータ６が回転すると共に弁体２も
更に回転して増締めされる。その結果、弁体・弁座間摩
擦が増大して最終的にワッシャ9,9′の摩擦面の限界摩
擦値を越えるに至り、弁体２の回転が止まると共に限界
摩擦値を越えるトルクがロータ６に加わることによって
摩擦面の滑りが起き、弁体３の回転が停止したままでロ
ータ６が更に回転できるようになっている。

また、弁体３の頂部には、ロータ６と同様に多極着磁さ
れたディスク10が同軸に結合固定されており、ディスク
10の磁力線を検出できる位置にホール素子11が設けられ
ている。従ってロータ６と連動して弁体３が回転する
と、ホール素子11は弁体３の回転を検知してパルス信号
を出力する。そして弁体３が全閉または全開位置に達す
ると弁体３は弁座２またはストッパ（図示せず）等に当
接して移動を停止するからディスク10の回転も止まり、
ホール素子11からのパルス信号の出力も停止する。この
ときバルブ駆動装置は弁体の回転停止を検出する。

このように構成された本発明のステッピングモータバル
ブにおいては、作動開始時にたとえば弁閉位置を確認
し、これに基いて弁の開度の制御を行なう必要がある
が、このようなときの弁体の位置出しは、第２図のフロ
ーチャートに従って行なうことができる。

先ず、スタート時においては弁体位置が不明であるか
ら、バルブ駆動装置は閉信号を出力する。そして閉信号
によってロータが回転して弁体の回転が検知されたとき
は、続いて閉信号が出力され、弁体の回転が検出されな
くなったら一定数、たとえば30パルスの閉信号が出力さ
れたのちに閉信号の出力が停止される。このとき弁体は
第３図のグラフにおけるＰ点、ロータは同じくＯ点にあ
る。

また若し、最初の閉信号によってロータが閉方向に回転
したに拘らず弁体の回転が検知されなかったときは、弁
体は全閉位置かまたは全開位置のいづれかにあることに
なる。そこで、弁体の回転が検知されないときは開信号
を一定数、たとえば30パルスだけ出力し、次いで更に開
信号を出力して弁体の回転信号が検出されたならば、弁
体は弁閉位置にあったことになるので、次に閉信号を出
力し、前記と同様の弁閉作動に入る。

さらに、最初の閉信号によって弁体の回転が検知され
ず、次の30パルスの開信号とその次の開信号によっても
弁体の回転が検知されなかったならば、弁体は完全に弁
開位置（Ｑ〜Ｒ間）にあったことになるので、少なくと
も30パルスの閉信号を出力して弁体の回転が検知できた
のち、前記と同様の弁閉作動に入る。

このようにすれば、弁体はいつも同一の弁閉状で待機で
きることになる。

次に弁開度を所定の位置に調整しようとするときは、バ
ルブ駆動装置から開信号が出力されると、ロータは第３
図のグラフのＯ点から回転を開始し30パルスの開信号に
よりＰ点に達する。そして次の開信号と共に弁体も回転
を開始するので、回転信号がバルブ駆動装置によって検
知され、これによってバルブ駆動装置は回転信号の計数
を開始する。このようにして回転信号の計数値が、所定
の弁開度に対応する数値に達したときに開信号の出力が
停止され、弁体は正確に所定の弁開度の位置に止まるこ
とになる。

また更に、弁を全開するときは、弁閉時と同様に、弁体
は第３図のグラフのＱ点で回転を停止する。

〔発明の効果〕

本発明のステッピングモータバルブは、前述のように弁
体の回転状態を回転検出手段によって検知し、またロー
タに対して弁体が軸方向に釣合位置を中心として相互移
動が可能であるようスプリングによって結合され、かつ
回転方向に摩擦面を介して限界摩擦値以下のトルクでは
滑らずに連動するように構成されているので、弁の開閉
作動終端において弁体が停止しても、ロータは摩擦面に
おいて滑ると共にスプリングを圧縮しながら所定値だけ
回転を続けて弁体を更に圧着したのちに停止し、従って
従来の機械式ストッパ方式における開閉作動停止時の騒
音が発生しない。そして前述のスプリング結合構造と相
俟ってモータに過度の負荷をかけることがなく、寿命も
改善された。更にまた、弁体の回転は回転検出手段によ
り検知されて適時にモータの駆動を停止することができ
るから、全閉、中間開度および全開のいづれかの場合で
も正確に弁体位置の制御をすることができる利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のステッピングモータバルブの例の構造
を示す断面図、 第２図はそのバルブにおける弁体の位置出し操作の例を
示すフローチャート 第３図は同じく弁開度と信号パルス数との関係の例を示
すグラフ、 第４図は従来のステッピングモータバルブの例の断面図
である。 １……弁本体、２……弁座、３……弁体、５……ガイド
部材、６……ロータ、７……電磁コイル、8,8′……ス
プリング、9,9′……ワッシャ、10……ディスク、11…
…ホール素子。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステッピングモータのロータをガイド部材
   に螺合して支持すると共に該ロータと弁体とを同軸的に
   結合してなり、該ロータの回転によって該弁体を軸方向
   に移動させるようにしたモータバルブにおいて、該弁体
   は２個のスプリングにより該ロータに対して軸方向に釣
   合位置を中心として相互移動可能であるよう結合され、
   且つ該スプリングの結合面の回転方向の限界摩擦値が弁
   閉時の弁体・弁座間摩擦値より大であるよう該スプリン
   グのばね強さが選択されていると共に、ステッピングモ
   ータ用駆動装置を制御するためのパルス信号を該弁体の
   回転に対応して発生する回転検出手段を備えたことを特
   徴とする、ステッピングモータバルブ。
2. 【請求項２】ステッピングモータのロータをガイド部材
   に螺合して支持すると共に該ロータと弁体とを同軸的に
   結合してなり、該ロータの回転によって該弁体を軸方向
   に移動させるようにしたモータバルブであって、該弁体
   は２個のスプリングにより該ロータに対して軸方向に釣
   合位置を中心として相互移動可能であるよう結合され、
   且つ該スプリングの結合面の回転方向の限界摩擦値が弁
   閉時の弁体・弁座間摩擦値より大であるよう該スプリン
   グのばね強さが選択されていると共に、ステッピングモ
   ータ用駆動装置を制御するためのパルス信号を該弁体の
   回転に対応して発生する回転検出手段を備えたステッピ
   ングモータバルブに対し、前記パルス信号を制御信号の
   一部として受けてステッピングモータ駆動信号を出力す
   る駆動装置を設け、運転開始時に駆動装置が閉信号を出
   力して弁体の回転が検知されない場合（Ａ）には、所定
   数の開信号を出力したのちの開信号により弁体の回転が
   検知されないとき（A1）は少なくも所定数の閉信号を出
   力したのちの閉信号による弁体の回転とその後の回転停
   止とを順次検知したのちに所定数の閉信号を出力し、所
   定数の開信号を出力したのちの開信号により弁体の回転
   が検知されたとき（A2）は閉信号による弁体の回転とそ
   の後の回転停止とを順次検知したのち所定数の閉信号を
   出力し、又運転開始時に駆動装置が閉信号を出力して弁
   体の回転が検知された場合（Ｂ）には、閉信号を継続出
   力して弁体の回転停止を検知したのちに所定数の閉信号
   を出力して、弁体を弁座に圧着させ、次いで所定数の開
   信号と所望の弁開度に対応する数の開信号を続いて出力
   して、弁体の開度の調節を行なうことを特徴とする、ス
   テッピングモータバルブの操作方法。