JPH07217760A

JPH07217760A - 弁制御装置

Info

Publication number: JPH07217760A
Application number: JP1341694A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kawai; 健児河井; Katsuhiro Fujiwara; 克博藤原; Tomio Miyake; 富雄三宅
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 1994-02-07
Filing date: 1994-02-07
Publication date: 1995-08-15
Anticipated expiration: 2013-05-20
Also published as: JP2755152B2

Abstract

(57)【要約】【目的】弁体を全閉リミッタ位置または全開リミッタ
位置で機械的に強制停止させるようにするとともに、リ
セット処理の実行時におけるステッピングモータの駆動
制御を簡易化して、製作コストの低減を図ること。【構成】弁体５を、弁開度制御の基準となるゼロ点位
置（全閉リミッタ位置または全開リミッタ位置のいずれ
か一方）へ移動させるリセット処理時に、現在位置によ
らずどの位置からでも前記ゼロ点位置を通過させるのに
必要なステップ数でもってステッピングモータ３を駆動
して、弁体５がゼロ点位置に到達したときに、ここで機
械式リミッタ６で機械的に強制停止させるようにして、
これ以後ではステッピングモータ３を未駆動ステップ数
について脱調させるようにして、ステッピングモータ３
を自動停止させるようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ステッピングモータを
用いた弁制御装置に係り、特に所要時期に弁体を弁開度
制御の基準となるゼロ点位置（全閉リミッタ位置または
全開リミッタ位置のいずれか一方）へ移動させるリセッ
ト処理時の制御を改良したものに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の弁制御装置は、例えば熱交換器
で加熱された湯とバイパス路を経由した水とを所要の分
配率で混合して所望温度の湯を給湯するバイパスミキシ
ング方式の給湯器などにおいて、熱交換器と並列に配置
されるバイパス路の途中にバイパス水量を可変設定する
ために用いられる。

【０００３】ところで、一般的に、弁体駆動用のステッ
ピングモータへの電源電圧の一時的な低下や、弁体機構
部分へのゴミの噛み込み等が原因で、ステッピングモー
タが所期の弁開度通りに制御されなくなる現象(いわゆ
る脱調)が生じることがある。このような現象の発生を
考慮して、従来では、例えば給湯停止した後や電源のオ
ン・オフ時などに、脱調を回復させるための下記リセッ
ト処理を行うことにより、弁開度制御の信頼性向上を図
っている。

【０００４】前述のリセット処理とは、弁体を現在開度
位置から、一旦、弁開度制御の基準となるゼロ点位置と
して例えば全閉リミッタ位置または全開リミッタ位置の
いずれか一方へ移動させることを言う。この場合、ステ
ッピングモータの駆動ステップ数は無制限としておき、
電気的または磁気的なスイッチやセンサなどの位置検出
手段を用いて前述のゼロ点位置を検出し、このゼロ点位
置の検出に基づいてステッピングモータを駆動停止させ
るように制御している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例では、リセ
ット処理においてゼロ点位置を検出するために、電気的
または磁気的な位置検出手段を用いる他、この位置検出
手段から出力される信号に基づいてステッピングモータ
を停止させるための制御を行っているので、弁制御装置
の製作コストが高くつくことが指摘される。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑み、弁体を
全閉リミッタ位置または全開リミッタ位置で機械的に強
制停止させるようにするとともに、リセット処理の実行
時におけるステッピングモータの駆動制御を簡易化し
て、製作コストの低減を図ることを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の弁制御装置は、
ステッピングモータと、ステッピングモータにより正逆
いずれかの方向に回転されるとともに軸方向に進退変位
される軸体と、軸体の自由端に固定されて流路の開度を
可変するための弁体と、弁体が流路を全閉にする全閉リ
ミッタ位置および全開にする全開リミッタ位置で前記軸
体の回転をそれぞれ機械的に強制停止させる機械式リミ
ッタと、前記ステッピングモータを駆動制御する制御手
段とを備え、制御手段は、所要時期に弁体を弁開度制御
の基準となるゼロ点位置（全閉リミッタ位置または全開
リミッタ位置のいずれか一方）へ移動させるリセット処
理を実行するもので、このリセット処理の実行時にステ
ッピングモータに与える駆動ステップ数が全閉リミッタ
位置と全開リミッタ位置との間の片道移動ストローク以
上の値に一義的に設定されている。

【０００８】なお、前述の機械式リミッタは、前記軸体
と同期回転するとともに外周の所要角度範囲に歯が設け
られるロータと、このロータの歯により間欠的に回転駆
動させられるとともに正逆両回転方向のそれぞれ所要角
度位置で前記ロータを回転不可能に拘束する間欠歯車と
で構成することができる。

【０００９】

【作用】本発明では、要するに、弁体を、弁開度制御の
基準となるゼロ点位置（全閉リミッタ位置または全開リ
ミッタ位置のいずれか一方）へ移動させるリセット処理
時に、現在位置によらずどの位置からでも前記ゼロ点位
置を通過させるのに必要なステップ数でもってステッピ
ングモータを駆動して、弁体がゼロ点位置に到達したと
きに、ここで機械式リミッタで機械的に強制停止させる
ようにして、これ以後では未駆動ステップ数についてス
テッピングモータを脱調させるようにして、ステッピン
グモータを自動停止させるようにしている。

【００１０】このように、弁体をゼロ点位置で停止させ
るのに機械式リミッタを用いているとともに、リセット
処理時にステッピングモータを所要ステップ数だけ駆動
させるだけでその停止制御を行わないようにして制御を
簡易化している。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の詳細を図１ないし図４に示す
実施例に基づいて説明する。図１ないし図３は本発明の
一実施例にかかり、図１は弁制御装置の構成図、図２は
機械式リミッタの分解斜視図、図３の（ａ）は機械式リ
ミッタの全閉リミッタ位置でのロック状態を示す下面
図、図３の（ｂ）は機械式リミッタの全開リミッタ位置
でのロック状態を示す下面図である。

【００１２】図中、１は流量調整弁、２は制御手段であ
り、これらで弁制御装置を構成している。まず、流量調
整弁１は、ステッピングモータ３と、ステッピングモー
タ３により正逆いずれかの方向に回転されるとともに軸
方向に進退変位される軸体４と、軸体４の自由端側に固
定されて流路７の開度を可変するための弁体５と、弁体
５が流路７を全閉にする全閉リミッタ位置および全開に
する全開リミッタ位置で軸体４の回転をそれぞれ機械的
に強制停止させる機械式リミッタ６とを備えている。こ
れら各部の詳細は下記する。また、制御手段２は、ステ
ッピングモータ３を駆動制御するものであり、下記詳述
するような流量調整処理やリセット処理を実行する。

【００１３】前述のステッピングモータ３は、有底円筒
形のケース３１と、このケース３１の開口部位に閉塞状
態に装着され中心に貫通孔を有する取付板３２と、ケー
ス３１の円筒形周壁の内面に固定装着されているステー
タ３３と、非磁性材からなる円筒形ボスの外周数箇所に
永久磁石が櫛歯状に取り付けられてなりステータ３３の
内周部位に非接触状態に同心状に嵌挿されるロータ３４
と、一端がケース３１の底壁内面の中心に固着されて同
心状に設けられる円筒形の雌ねじ部材３５と、ロータ３
４と雌ねじ部材３５との間に圧縮状態に介装されてロー
タ３４を取付板３２側へ弾発付勢するコイルバネ３６
と、ステータ３３と制御手段２とを接続する接続線３７
とを備えている。ロータ３４は、その中心に一端面から
他端面へ向けて大・中・小と３段階に縮径する貫通孔が
設けられているとともに、この貫通孔の中径孔部にはス
プライン歯３４１が設けられている。また、この貫通孔
の大径孔部には雌ねじ部材３５の中間から他端部位が同
心状に遊嵌されている。

【００１４】軸体４は、その基端側外周に雄ねじ４１が
刻設されているとともに、中間部位外周にスプライン歯
４２が刻設されている。この軸体４の雄ねじ４１が雌ね
じ部材３５に螺合され、軸体４の外周スプライン歯４２
がロータ３４の内周スプライン歯３４１にセレーション
嵌合され、自由端側がロータ３４の小径孔部に軸方向ス
ライド自在に嵌合され、さらに、この軸体４の所要位置
が焼結金属からなるすべり軸受３８を介して取付板３２
の中心貫通孔に回動自在に支持されている。

【００１５】弁体５は、ゴムなどの弾性体からなり、断
面ほぼ台形状に形成されている。この弁体５は、流路７
の入口と出口との中間に位置する連通路７１に嵌入され
るもので、その小径部位が連通路７１の出口側開口に位
置するときに全開状態となり、大径部位が連通路７１の
出口側開口に当接するときに全閉状態となる。

【００１６】機械式リミッタ６は、図２および図３に示
すように、ステッピングモータ３のロータ３４の小径孔
部側外周に一体的に設けられるロータ６１と、このロー
タ６１により間欠的に回転駆動させられるとともに正逆
両回転方向のそれぞれ所要角度位置でロータ６１を回転
不可能に拘束する間欠歯車としての偏平なゼネバ歯車６
２とからなり、ステッピングモータ３に内蔵されてい
る。ロータ６１は、大径部６１ａと小径部６１ｂとを有
し、この外周の所要角度範囲には大径部６１ａと小径部
６１ｂの双方にまたがって単一の三角形歯６１ｃが設け
られており、大径部６１ａの三角形歯６１ｃの両側には
三角形溝６１ｄ、６１ｅが設けられている。ゼネバ歯車
６２は、２枚の偏平円板６２ａ、６２ｂを重合したもの
からなり、第１円板６２ａの外周６等配位置のうちの５
箇所には矩形歯６２ｃが突設され、第２円板６２ｂの外
周６等配位置のうちの４箇所には４つの三角形歯６２ｅ
・・・が、また第２円板６２ｂの外周６等配位置のうち
の残り２箇所を含む扇形範囲には単一の矩形歯６２ｄが
突設されている。このゼネバ歯車６２の第１円板６２ａ
がロータ６１の小径部６１ｂに、ゼネバ歯車６２の第２
円板６２ｂがロータの大径部６１ａにそれぞれ噛合しう
るように対向配置されている。そして、この機械式リミ
ッタ６の動作としては、ロータ６１が正逆方向にいずれ
も５回転するとゼネバ歯車６２がその反対方向にほぼ１
回転してロックするようになっている。例えば、ロータ
６１を時計方向に５回転させると図３（ａ）に示すよう
にロータ６１とゼネバ歯車６２とがロックして弁体５を
全閉リミッタ位置で停止させる一方、ロータ６１を反時
計方向に５回転させると図３（ｂ）に示すようにロータ
６１とゼネバ歯車６２とがロックして弁体５を全開リミ
ッタ位置で停止させる。このように本実施例では、機械
式リミッタ６をステッピングモータ３に内蔵するだけで
なく、機械式リミッタ６のロータ６１を、ステッピング
モータ３のロータ３４の小径孔部側外周に一体に形成す
るとともに、偏平なゼネバ歯車６２を用いることによ
り、流量調整弁１の軸方向寸法をコンパクトに仕上げて
いるが、ストップ機構６のロータ６１を、ステッピング
モータ３のロータ３４と別体に形成してもよい。また、
ゼネバ歯車６２の第１、第２円板は一体で形成してもよ
いし、さらに、矩形歯６２ｄ、三角形歯６２ｅは軸方向
全幅にわたって形成して強度アップを図るようにしても
よい。

【００１７】このような流量調整弁１の動作を説明す
る。ステッピングモータ３のステータ３３を励磁してロ
ータ３４を所要回転方向に所要ステップずつ回すと、こ
れとセレーション嵌合する軸体４が同期して回ることに
なり、これに伴い、軸体４の雄ねじと雌ねじ部材３５と
の螺合による送り作用でもって軸体４が軸方向不動のロ
ータ３４に対して軸方向一方へと前記セレーション嵌合
部分に案内されて送り出されることになり、軸体４の自
由端に固定の弁体５と流路７の連通路７１との相対位置
つまり開度が変化する。この変化量は、制御手段２に入
力される流量設定信号により決まる。

【００１８】そして、制御手段２による流量調整処理お
よびリセット処理を説明する。流量調整処理では、入力
される流量設定信号に応じてステッピングモータ３の駆
動ステップ数を設定し、この駆動ステップ数に基づいて
ステッピングモータ３を駆動することにより、前述のよ
うな動作を行わせて弁体５による開度を調整することを
行う。

【００１９】また、リセット処理では、例えば給湯停止
した時や電源をオン・オフした時などを検出して、弁体
５を現在位置から弁開度制御の基準となるゼロ点位置
（全閉リミッタ位置または全開リミッタ位置のいずれか
一方）へ移動させることを行う。このリセット処理時に
おけるステッピングモータ３の駆動ステップ数は、例え
ば全閉リミッタ位置と全開リミッタ位置との間の片道移
動ストローク以上の値に一義的に設定され、この駆動終
了時点でステッピングモータ３が自動停止する。つま
り、リセット処理が起動すると、制御手段２は前記駆動
ステップ数に対応する制御信号をステッピングモータ３
へ出力し、ステッピングモータ３を駆動すると、弁体５
の現在位置がどこであろうとも必ずゼロ点位置を通過す
ることになる。ゼロ点位置に到達すると、機械式リミッ
タ６が軸体４およびステッピングモータ３のロータ３４
の回転を強制停止させることになり、弁体５をゼロ点位
置にとどめる。このために、ゼロ点位置に到達してもス
テッピングモータ３の駆動が継続されている場合には未
駆動ステップ数についてステッピングモータ３が脱調す
ることになり、予め設定される駆動ステップ数に対応す
る制御信号が出力され終わると自動停止する。

【００２０】以上説明したように、本発明では、リセッ
ト処理において、弁体５の現在位置に関係なく必ずゼロ
点位置を通過させるのに必要な駆動ステップ数でもって
ステッピングモータ３を駆動させておいて、ゼロ点位置
に到達したときに機械式リミッタ６で弁体５を強制停止
させるようにして、それ以後においては未駆動ステップ
数についてステッピングモータ３を脱調させてから自動
停止するように工夫しており、従来例のようにゼロ点位
置への到達を検出して駆動停止させるといった制御を行
わない。つまり、本発明では、ステッピングモータ３の
駆動ステップ数を一義的に設定するだけの制御で済む
他、従来例の電気的または磁気的な位置検出手段に比べ
て安価な機械式リミッタ６を用いるだけで済むので、製
作コストを従来例に比べて削減できるようになる。

【００２１】図４は本発明の弁制御装置の他の実施例を
示している。この実施例の流量調整弁１Ａは機械式リミ
ッタ６Ａを内蔵しない一般的なステッピングモータ３Ａ
を利用している。

【００２２】この実施例の流量調整弁１Ａにおいて図１
の流量調整弁１と異なる構成は、主として軸体４Ａがス
テッピングモータ３Ａの外部に配置されていることと、
機械式リミッタ６Ａがステッピングモータ３Ａの外部に
配置されていることである。詳しくは、ステッピングモ
ータ３Ａのロータ（図示省略）と一体的に連結されてス
テッピングモータケース３１Ａから外部へ突出するカッ
プリング１０Ａを備えており、このカップリング１０Ａ
の凹部内周面にスプライン歯１０１Ａが設けられてい
る。軸体４Ａは、その上端外周にスプライン歯４２Ａ
が、また中間部分外周に雄ねじ４１Ａがそれぞれ設けら
れており、下端側自由端に弁体５Ａが取り付けられてい
る。この軸体４Ａの上端の外周スプライン歯４２Ａがカ
ップリング１０Ａの内周スプライン歯１０１Ａにセレー
ション嵌合されている。軸体４Ａの中間の雄ねじ４１Ａ
は、弁ケース１１Ａに設けられている雌ねじ部１１１Ａ
に螺合されている。そして、弁ケース１１Ａのステッピ
ングモータ３Ａ側に、機械式リミッタ６Ａが設けられて
いる。この機械式リミッタ６Ａは、基本的には上記実施
例のものと同じ構成であるが、ロータ６１Ａがカップリ
ング１０Ａの下端側外周に一体形成されている点が上記
実施例のものと異なる。

【００２３】さらに、この例では、弁体５Ａの上端にフ
ランジ５１Ａが形成されており、このフランジ５１Ａが
流路７Ａの連通路７１Ａの壁面に当接して全閉状態にす
るようになっている。この構造では、リセット処理時の
ゼロ点位置を全閉リミッタ位置とする場合において、フ
ランジ５１Ａが連通路７１Ａの壁面に対して圧接するこ
とになって食い込むおそれがあるため、この全閉リミッ
タ位置から開側へ動作させるときに動きにくくなりやす
い。そこで、このようなことを考慮して、全閉リミッタ
位置から開側への動作時においてステッピングモータ３
Ａへ与える励磁周波数（単位時間当たりのパルス数のこ
と）を、開側から全閉リミッタ位置側への動作時におい
てステッピングモータ３Ａへ与える励磁周波数よりも小
さくするようにしている。これはつまり、励磁周波数と
作動トルクとが反比例の関係にあり、ステッピングモー
タ３Ａへ与える励磁周波数を小さくすると作動トルクが
大きくなるという特性があることを利用している。具体
的に例えば、開側から全閉リミッタ位置側への動作時に
おいてステッピングモータ３Ａへ与える励磁周波数を２
００（ＰＰＳ）に設定し、全閉リミッタ位置側から開側
への動作時にはステッピングモータ３Ａへ与える励磁周
波数を１００（ＰＰＳ）に設定する。

【００２４】なお、本発明は上記実施例のみに限定され
ない。例えば、リセット処理により弁体５をゼロ点位置
へ移動させた後で、このゼロ点位置から適宜設定される
待機位置（例えば全閉リミッタ位置と全開リミッタ位置
との中間位置など）へ移動させるようにしてもよい。こ
の待機位置への移動においてステッピングモータ３の駆
動ステップ数は、ゼロ点位置から適宜設定される待機位
置までの移動に必要な値に一義的に設定される。また、
リセット処理時のステッピングモータ３の駆動ステップ
数は、駆動途中での万一の脱調発生を考慮して余裕を持
つように上述の最小限値よりも若干大きく設定するのが
好ましい。さらに、本発明の弁制御装置は例えばバイパ
スミキシング方式の給湯装置のバイパス弁や各種の湯水
混合装置などでの給湯量調整弁や給水量調整弁として用
いることができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明では、弁体が全閉リミッタ位置お
よび全開リミッタ位置に到達した時点で機械式リミッタ
を用いて機械的に強制停止させるようにするとともに、
リセット処理時において弁体がどのような開度位置にあ
ろうとも必ずゼロ点位置（全閉リミッタ位置または全開
リミッタ位置のいずれか一方）を通過させるのに必要な
駆動ステップ数でもってステッピングモータを駆動させ
て、ゼロ点位置への到達後には未駆動ステップ数につい
てステッピングモータを脱調させて、自動停止させるよ
うにしている。このように、本発明では、従来のような
ゼロ点位置を検出するための電気的または磁気的な位置
検出手段を用いないようにするとともにこの位置検出手
段からの出力信号に基づいてステッピングモータの駆動
停止を制御することを行なわないようにしているから、
従来例に比べて製作コストを低減できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の弁制御装置の一実施例の構成図。

【図２】機械式リミッタの分解斜視図。

【図３】機械式リミッタの動作説明に用いる下面図で、
（ａ）は全閉リミッタ位置でのロック状態、（ｂ）は全
開リミッタ位置でのロック状態である。

【図４】本発明の弁制御装置の他の実施例の構成図。

【符号の説明】

１流量調整弁２制御手段３ステッピングモータ４軸体５弁体６機械式リミッタ７流路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステッピングモータと、ステッピングモ
ータにより正逆いずれかの方向に回転されるとともに軸
方向に進退変位される軸体と、軸体の自由端に固定され
て流路の開度を可変するための弁体と、弁体が流路を全
閉にする全閉リミッタ位置および全開にする全開リミッ
タ位置で前記軸体の回転をそれぞれ機械的に強制停止さ
せる機械式リミッタと、前記ステッピングモータを駆動
制御する制御手段とを備え、制御手段は、所要時期に弁体を弁開度制御の基準となる
ゼロ点位置（全閉リミッタ位置または全開リミッタ位置
のいずれか一方）へ移動させるリセット処理を実行する
もので、このリセット処理の実行時にステッピングモー
タに与える駆動ステップ数が全閉リミッタ位置と全開リ
ミッタ位置との間の片道移動ストローク以上の値に一義
的に設定されている、ことを特徴とする弁制御装置。
【請求項２】前記機械式リミッタは、前記軸体と同期
回転するとともに外周の所要角度範囲に歯が設けられる
ロータと、このロータの歯により間欠的に回転駆動させ
られるとともに正逆両回転方向のそれぞれ所要角度位置
で前記ロータを回転不可能に拘束する間欠歯車とからな
る、ことを特徴とする請求項１の弁制御装置。