JP5191454B2 - Flow control valve - Google Patents
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Description
本発明は、ステッピングモータによって開度が自在に増減する流量制御弁に関する。 The present invention relates to a flow control valve whose opening degree is freely increased or decreased by a stepping motor.
従来のこの種の流量制御弁として、例えば、ステッピングモータにウォームを取り付け、このウォームでウォームホイルを回転させるようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。このものでは、ウォームホイルが固定側に対してネジ機構により螺合しており、ウォームホイルが回転するとウォームホイル自体が回転軸線に沿って往復移動するように構成されている。また、ウォームホイルには弁軸が固定されており、弁軸の先端には弁体が取り付けられている。したがって、ウォームホイルが往復移動すると、その往復移動に伴って弁軸と共に弁体も往復移動する。ステッピングモータは所望する位相で停止することができるので、弁体の位置を自在に変更することができるため、開度を調節して流量を制御することができる。 As a conventional flow control valve of this type, for example, a worm is attached to a stepping motor, and the worm wheel is rotated by this worm (for example, see Patent Document 1). In this configuration, the worm wheel is screwed to the fixed side by a screw mechanism, and the worm wheel itself is configured to reciprocate along the rotation axis when the worm wheel rotates. A valve shaft is fixed to the worm wheel, and a valve body is attached to the tip of the valve shaft. Therefore, when the worm wheel reciprocates, the valve body reciprocates together with the valve shaft along with the reciprocation. Since the stepping motor can be stopped at a desired phase, the position of the valve body can be freely changed. Therefore, the flow rate can be controlled by adjusting the opening degree.
上記の流量制御弁に用いられているステッピングモータは、入力されるパルス数に比例して回転するので、弁体の位置は入力するパルス数によって制御することができる。ただし、実際の位相と入力したパルス数から本来あるべき位相との間でずれが生じる場合がある。そのため、上記の流量制御弁ではウォームホイルをストッパに当接する位置まで移動させてリセットを行っている。 Since the stepping motor used in the above-described flow control valve rotates in proportion to the number of input pulses, the position of the valve body can be controlled by the number of input pulses. However, there may be a deviation between the actual phase and the phase that should be originally generated from the number of input pulses. For this reason, in the above flow control valve, the worm wheel is moved to a position where it abuts against the stopper to perform resetting.
ところが、ストッパに当接する際にステッピングモータに大きな負荷がかかり、消費電力が増加するほかに、ウォームとウォームホイルとの噛み合い部分に大きな応力が生じ、摩耗が激しくなるという不具合が生じる。 However, a large load is applied to the stepping motor when it comes into contact with the stopper, which increases power consumption. In addition, a large stress is generated in the meshing portion between the worm and the worm wheel, resulting in a problem that the wear becomes severe.
そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、ウォームホイルをストッパに当接することなくウォームホイルの位相を補正することのできる流量制御弁を提供することを課題とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a flow control valve capable of correcting the phase of the worm wheel without bringing the worm wheel into contact with the stopper.
上記課題を解決するために本発明による流量制御弁は、ステッピングモータで回転するウォームにウォームホイルを噛み合わせてウォームホイルを回転させ、このウォームホイルの回転運動を直線運動に変換して弁体を往復移動させる流量制御弁において、ウォームホイルを回転軸線方向に移動しないように回転自在に保持すると共に、ウォームホイルの側面に永久磁石を取り付け、磁気検知手段をこの永久磁石に対向する位置に固定して、ウォームホイルの回転位相を検知し得るように構成し、ウォームホイルの中心にスプライン部を形成し、このスプライン部を介して上記直線運動に変換する機構を連結して、この機構からウォームホイルに対してスラスト方向の力が作用しないようにしたことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the flow control valve according to the present invention has a worm wheel meshed with a worm that is rotated by a stepping motor, the worm wheel is rotated, and the rotary motion of the worm wheel is converted into a linear motion to change the valve body. In the reciprocating flow control valve, the worm wheel is rotatably held so as not to move in the rotational axis direction, and a permanent magnet is attached to the side surface of the worm wheel, and the magnetic detection means is fixed at a position facing the permanent magnet. The rotational phase of the worm wheel can be detected, a spline part is formed at the center of the worm wheel, and a mechanism for converting to the linear motion is connected via the spline part. On the other hand, the thrust force is prevented from acting.
本発明では磁気検知手段により非接触でウォームホイルの回転位相を検知するように構成している。上記従来のものではウォームホイルが回転軸線に沿って移動するためウォームホイルに永久磁石を取り付けても、永久磁石がウォームホイルと共に移動するため、磁気検知手段との間隔が変化し、そのため磁気検知手段で永久磁石の磁気を検知することができなかった。本発明ではウォームホイルを回転軸線方向には移動しないように保持する構成を採用することにより、ウォームホイルに取り付けた永久磁石と磁気検知手段との間隔が一定で変化することが無く、この磁気検知手段でウォームホイルの回転位相を検知することができる。 In the present invention, the rotational phase of the worm wheel is detected in a non-contact manner by the magnetic detection means. In the above conventional one, since the worm wheel moves along the rotation axis, even if a permanent magnet is attached to the worm wheel, the permanent magnet moves together with the worm wheel, so the distance from the magnetic detection means changes, so that the magnetic detection means The magnetism of the permanent magnet could not be detected. In the present invention, by adopting a configuration in which the worm wheel is held so as not to move in the direction of the rotation axis, the interval between the permanent magnet attached to the worm wheel and the magnetic detection means does not change and the magnetic detection is not caused. The rotational phase of the worm wheel can be detected by the means.
なお、ウォームホイルは防塵や安全性のため一般にケーシング内に収納する。磁気検知手段をこのケーシングの外面に取り付けてケーシングの壁面越しに磁気を検知することも考えられるが、上記ウォームホイルおよび磁気検知手段を同一のケーシング内に収納すれば、永久磁石との間隔を更に狭めることができ、かつ省スペース化や信頼性の向上を図ることができる。 The worm wheel is generally stored in a casing for dust prevention and safety. It is conceivable to attach a magnetic detection means to the outer surface of the casing to detect the magnetism through the wall surface of the casing. However, if the worm wheel and the magnetic detection means are housed in the same casing, the distance from the permanent magnet can be further increased. It can be narrowed, and space saving and reliability improvement can be achieved.
以上の説明から明らかなように、本発明は、ステッピングモータにより駆動されるウォームホイルの回転位相の補正を、ウォームホイルをストッパに当接させることなく行うことができるので、ステッピングモータに負荷がかからず、また、機械的摩耗等が増加しない。 As is apparent from the above description, the present invention can correct the rotational phase of the worm wheel driven by the stepping motor without bringing the worm wheel into contact with the stopper. In addition, mechanical wear and the like do not increase.
本発明の前提となる構成を参考例として図1から図4に示す。図1を参照して、本図に示す流量制御弁は本体1を有しており、この本体1に設けた流入部11から流入する水等の流体を、弁口部13を介して流出部12へと流すものである。弁口部13には弁口部13を開閉すると共に開弁状態での開度を増減するための弁体2が取り付けられている。
A configuration which is a premise of the present invention is shown as a reference example in FIGS. Referring to FIG. 1, the flow control valve shown in the figure has a
この弁体2は図において上下方向に長手の弁軸21の下端に取り付けられている。一方、弁軸21の上端にはねじ部材22が取り付けられている。このねじ部材22には外周面にねじ部23が設けられ、かつ下方に延設された1対の回り止め部24が形成されている。この回り止め部24は本体1に対して上下方向に摺動自在に係合しており、ねじ部材22が上下方向に移動することを許容しながら回転することを防止している。
The
ねじ部材22のねじ部23にはウォームホイル6が螺合している。このウォームホイル6は相互に連結され一体である2重の筒状に形成されており、内周面にはねじ部23と螺合するねじ部61が設けられている。また、ウォームホイル6の外周面にはウォームギア部62が設けられている。このウォームギア部62にはステッピングモータ5の回転軸に固定されたウォーム51が噛み合っており、ステッピングモータ5によりウォーム51が回転すると、ウォームホイル6が回転する。
The
ウォームホイル6はホルダ部材3とカバー8とによって上下方向から挟まれており、上下方向に長手となる回転軸線を中心に回転することはできるが、回転軸線方向、すなわち上下方向には移動することができないように保持されている。そして、本実施の形態では、ウォームホイル6の上面に、磁極が上方を向くようにして永久磁石7を1個取り付けた。そして、この永久磁石7に対して所定の隙間を介して対峙するように、ホール素子等の磁気センサ71を取り付けた。この磁気センサ71は回路基板72上に取り付けられており、磁気センサ71の下方に永久磁石7が位置すると、検知信号を回路基板72の出力端子から出力するように構成されている。なお、本体1とホルダ部材3とは後述する連結板4を介して相互に連結されている。
The
上記構成で、図1に示す状態からステッピングモータ5によってウォーム51が回転し、更にウォームホイル6が回転すると、ウォームホイル6のねじ部61に螺合しているねじ部材22は、回り止め部24によって回転することなく、上方に移動する。すると、ねじ部材22が取り付けられている弁軸21と共に弁体2が引き上げられて弁口部13が開放される。なお、弁体2が上昇端位置まで引き上げられた状態を図2に示す。
With the above configuration, when the
この図2に示す位置まで弁体2が引き上げられるまでに永久磁石7は磁気センサ71の下方に複数回通過する。そして、ステッピングモータ5に入力したパルス数の累積から予想されるウォームホイル6の回転位相と、永久磁石7が磁気センサ71の下方に位置した際の回転位相とから、ステッピングモータ5の位置を補正することができる。
The
ところで、図1に示すように弁体2が弁口部13を閉塞している状態で冬期などのように外気温が低下すると、本体1内部の水が凍結する場合が生じる。水が凍結すると体積が膨張するので本体1や弁体2が破損するおそれが生じる。このような部位に破損が生じると、外気温が上昇して凍結が解除されると、内部から水が漏出し続けるという不具合が生じる。
Incidentally, as shown in FIG. 1, when the outside air temperature decreases in the state where the
そこで、図3に示すように、連結板4を介して本体1とホルダ部材3とを連結した。すなわち、連結板4には4箇所に連結用のボルトを挿通するが、2個のボルト42で連結板と本体1とを連結し、残りの2個のボルト41でホルダ部材3と連結板4とを連結した。したがって、本体1とホルダ部材3とは直接連結されておらず、連結板4を介して連結されることになる。
Therefore, as shown in FIG. 3, the
図4を参照して、本体1内の水が凍結して体積が膨張すると、連結板4が変形してホルダ部材3を上方に押し上げようとする。上述のように、本体1とホルダ部材3とは直接連結されていないので、ホルダ部材3が押し上げられようとすると、連結板4が変形してホルダ部材3が上方に移動することになる。ホルダ部材3と本体1との間にはシール14が取り付けられているが、ホルダ部材3が上方に移動すると、このシール14が本体1から外れる。すると、直ちに本体1内の水が外部へと漏出し本体1内の圧力が低下するため、ホルダ部材3はそれ以上上方へは移動しない。外気温が上昇した場合には、変形した連結板4の弾性変形分による付勢力でホルダ部材3は若干であるが本体1内に押し戻される。すると、シール14は再度本体1とホルダ部材3との間をシールするため、本体1内の水が漏出し続けるという事態を回避することができる。
Referring to FIG. 4, when the water in
上記の参考例では、弁軸21はバネ21aの付勢力によって常に下方に付勢されている。そしてこの付勢力はねじ部23からねじ部61を介してウォームホイル6に作用する。そのためウォームホイル6は常に下方に付勢された状態で回転することになり、ウォームホイル6の下面が摩耗すると共に、ウォームホイル6を回転させるトルクが増加する場合が生じる。
In the above reference example , the
そこで、図5に示すように、ウォームホイル100の内周面にスプライン部101を形成し、ねじ部材9の外周面に形成したスプライン部91を係合させるようにした。このような構成を採用することにより、ウォームホイル100が回転すると、その回転力は両スプライン部101,91を介してねじ部材9に伝達される。
Therefore, as shown in FIG. 5, the
ねじ部材9にはねじ部92が形成されており、カバー8に形成したねじ部81に螺合している。したがって、ねじ部材9が回転するとねじ部材9が上下して弁軸21および弁体2を上下方向に変位させる。
A
上述のように、ねじ部材9とウォームホイル100とは、スプライン部101,91が相互に係合しているので、ねじ部材9が上下しても両スプライン部101,91間で上下方向の滑りが生じて、ウォームホイル100には上下方向であるスラスト力が作用しない。したがって、ウォームホイル100にはバネ21aの付勢力が作用せず、ウォームホイル100が上下方向に押し付けられることがないので、回転トルクが増加することがない。
As described above, since the
なお、本発明は上記した形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもかまわない。 In addition, this invention is not limited to an above-described form, You may add a various change in the range which does not deviate from the summary of this invention.
1 本体
2 弁体
3 ホルダ部材
4 連結板
5 ステッピングモータ
6 ウォームホイル
7 永久磁石
13 弁口部
14 シール
21 弁軸
51 ウォーム
62 ウォームギア部
71 磁気センサ
DESCRIPTION OF
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