(57)【要約】【課題】流体の流量を調節するバルブ装置に用いられるモータユニットについて、弁体が装着されていない状態でも動作検証を実施可能とする。【解決手段】駆動源であるモータと、前記モータにより進退動作する軸体と、前記軸体に固定される環状体と、前記環状体をその進出方向へ付勢する弾性部材と、流体の流路を開閉する弁体を装着可能な弁体装着部と、を備え、前記環状体は前記弁体とは別体の部材であり、前記弁体装着部は前記軸体または前記環状体に設けられ、前記弾性部材は、前記モータへの給電が停止されたときに、前記環状体とともに前記弁体装着部を進出方向へ移動させることを特徴とするモータユニットにより解決する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源であるモータと、
前記モータにより進退動作する軸体と、
前記軸体に固定される環状体と、
前記環状体をその進出方向へ付勢する弾性部材と、
流体の流路を開閉する弁体を装着可能な弁体装着部と、を備え、
前記環状体は前記弁体とは別体の部材であり、
前記弁体装着部は前記軸体または前記環状体に設けられ、
前記弾性部材は、前記モータへの給電が停止されたときに、前記環状体とともに前記弁体装着部を進出方向へ移動させることを特徴とするモータユニット。
【請求項２】
前記モータは円筒形状のロータを有し、該ロータの筒内には雌ねじが形成されており、
前記軸体の外面には雄ねじである進退動作用ねじが形成されており、
前記進退動作用ねじは前記ロータの筒内の雌ねじに螺合されていることを特徴とする請求項１に記載のモータユニット。
【請求項３】
前記環状体は金属製であり、
前記弁体は、前記弁体装着部に装着されたときに、前記環状体の進出方向側の端部に当接することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータユニット。
【請求項４】
前記弁体装着部は前記軸体の先端部に設けられ、
前記軸体の先端部には、その外面に、前記弁体が螺合される雄ねじである弁体装着用ねじが形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のモータユニット。
【請求項５】
前記軸体の外面には雄ねじである環状体装着用ねじが形成されており、
前記環状体は、
前記環状体装着用ねじに螺合される筒部と、
前記筒部から環状に広がるフランジ部と、を有し、
前記フランジ部は、前記筒部の軸線方向における進出方向側の端部よりも後退方向側に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のモータユニット。
【請求項６】
前記弾性部材は、環内に前記軸体が挿通されたコイルばねであり、
前記環状体は、前記コイルばねとの接触面に、前記コイルばねの内径寸法と略同径の凸部である位置決めボスを有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のモータユニット。
【請求項７】
前記モータはステッピングモータであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のモータユニット。
【請求項８】
前記弁体装着部に装着された前記弁体をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のモータユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータユニットに関し、特に、モータユニットの検査技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、ガスの流量を調節するモータ１が開示されている。モータ１は、円筒形状のロータ２を有しており、ロータ２の内周面には雌ねじが切られている。ロータ２の筒内にはリードスクリュー４が螺合されており、リードスクリュー４はロータ２が回転することでその軸線方向に進退する。リードスクリュー４の先端には弁部材１５が装着されており、リードスクリュー４とともに弁部材１５が進退することでガス管の流路幅が調節される。
【０００３】
モータ１では、戻しスプリング１６により弁部材１５がその進出方向側に常時付勢されている。停電などによりステータ３への給電が断たれたときには、戻しスプリング１６が弁部材１５を進出方向へ移動させる。これによりガスの流路が弁部材１５により遮断され、ガス漏れなどの二次災害が防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１２６３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のモータ１の構成では、戻しスプリング１６が弁部材１５を直接付勢しているため、出荷前に上記安全機構の動作確認を行うためには、その時点で弁部材１５が装着されている必要がある。例えば弁部材１５の仕様が一つではなく、モータ１が実装される製品に応じて異なる種類の弁部材１５が装着される場合には、使用される弁部材１５が決定され、それが装着された後でなければ動作確認を行うことができず、検査の実施条件が煩雑になる。
【０００６】
上記問題に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、流体の流量を調節するバルブ装置に用いられるモータユニットについて、弁体が装着されていない状態でも動作検証を実施可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明のモータユニットは、駆動源であるモータと、前記モータにより進退動作する軸体と、前記軸体に固定される環状体と、前記環状体をその進出方向へ付勢する弾性部材と、流体の流路を開閉する弁体を装着可能な弁体装着部と、を備え、前記環状体は前記弁体とは別体の部材であり、前記弁体装着部は前記軸体または前記環状体に設けられ、前記弾性部材は、前記モータへの給電が停止されたときに、前記環状体とともに前記弁体装着部を進出方向へ移動させることを要旨とする。
【０００８】
軸体に固定される環状体を弁体とは別に備え、弾性部材が環状体を付勢する構成とすることにより、弁体を装着していなくても給電停止時の動作を検査することが可能となる。
【０００９】
また、本発明のモータユニットは、前記モータが円筒形状のロータを有し、該ロータの筒内には雌ねじが形成され、前記軸体の外面には雄ねじである進退動作用ねじが形成され、前記進退動作用ねじが前記ロータの筒内の雌ねじに螺合される構成とすることが好ましい。ロータが軸体を直接進退させることにより、ロータの回転を軸体に伝達する機構・構造が簡略化される。
【００１０】
また、本発明のモータユニットは、前記環状体が金属製であり、前記弁体が前記弁体装着部に装着されたときに、前記環状体の進出方向側の端部に前記弁体が当接する構成とすることが好ましい。環状体を金属製にすることにより、必要な強度と信頼性を確保しつつ環状体を小型化・軽量化することができる。また、本発明のモータユニットは、従来単一の部材であった弁部材を、弾性部材に付勢される環状体と、流路を開閉する弁体とに分割することで基本構造の汎用化を図っている。環状体と弁体とが接触する構成では、弁部材がこれら２部品に分割されることで理論上累積公差は大きくなるが、環状体を寸法精度が出しやすい金属部品とすることにより、公差による弁体の位置の乱れを小さく抑えることができる。この場合、弁体も金属部品であることがより好ましい。
【００１１】
また、本発明のモータユニットは、前記軸体の先端部に前記弁体装着部が設けられ、前記軸体の先端部には、その外面に、前記弁体が螺合される雄ねじである弁体装着用ねじが形成される構成とすることが好ましい。軸体の先端部に弁体を螺合することにより、簡易な構造で環状体および弁体（弁体装着部）の進退動作を同期させることができる。
【００１２】
また、本発明のモータユニットは、前記軸体の外面に雄ねじである環状体装着用ねじが形成され、前記環状体が、前記環状体装着用ねじに螺合される筒部と、前記筒部から環状に広がるフランジ部と、を有し、前記フランジ部が、前記筒部の軸線方向における進出方向側の端部よりも後退方向側に設けられる構成とすることが好ましい。軸体の環状体装着用ねじに筒部を螺合することにより環状体と環状体装着用ねじとの螺合幅が確保され、厚み（進退方向の幅寸法）が要求されない部位はフランジ部とすることにより、環状体を小型化・軽量化することができる。また、環状体の進出方向側端部に弁体が当接する構成では、弁体は筒部の先端面に接触することとなる。これにより、環状体を均一な厚みの扁平なプレートとする場合に比べ、環状体の進出方向側端部の面精度、すなわち弁体の位置決め精度をより容易に高めることが可能となる。
【００１３】
また、本発明のモータユニットは、前記弾性部材が、環内に前記軸体が挿通されたコイルばねであり、前記環状体は、前記コイルばねとの接触面に、前記コイルばねの内径寸法と略同径の凸部である位置決めボスを有することが好ましい。環状体が位置決めボスを有し、これがコイルばねの環内に嵌合されることにより、環状体に対するコイルばねの位置を安定させることができる。
【００１４】
また、本発明のモータユニットは、前記モータがステッピングモータであることが好ましい。駆動源としてステッピングモータを採用することにより、別途エンコーダ等を備えることなく軸体の進退位置を制御することができ、モータユニットの構造を簡略化することができる。
【００１５】
また、本発明のモータユニットは、前記弁体装着部に装着された前記弁体をさらに備える構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
このように、本発明のモータユニットによれば、流体の流量を調節するバルブ装置に用いられるモータユニットについて、弁体が装着されていない状態でも動作検証を実施することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】モータユニットの外観を示す斜視図である。
【図２】プランジャーロッドの先端部分の部分拡大側面図である。
【図３】プランジャーロッドの構造を示す平面図である。
【図４】プランジャーロッドが後退した状態を示す側面視断面図である。
【図５】プランジャーロッドが前進した状態を示す側面視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明のモータユニットの実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態のモータユニット１は、ガス等の流体の流量を制御するバルブ装置の駆動部である。
【００１９】
［構成概要］
図１はモータユニット１の外観を示す斜視図である。なお、以下の説明における「前後」、「先端側／後端側」とは同座標軸のＸ軸に平行な方向をいい、Ｘ１側を「前」、「先端側」、Ｘ２側を「後ろ」、「後端側」とする。
【００２０】
モータユニット１は、駆動源であるステッピングモータ１１（以下、単に「モータ１１」ともいう。）により、軸体であるプランジャーロッド４０を前後方向へ進退させる装置である。なお、以下の説明では、前方（Ｘ１方向）をプランジャーロッド４０の「進出方向」、後方（Ｘ２側）をプランジャーロッド４０の「後退方向」という。
【００２１】
プランジャーロッド４０の先端付近には円環形状のばね止め部材５０が装着されている。ばね止め部材５０はプランジャーロッド４０に固定されており、プランジャーロッド４０とともに進退する。ばね止め部材５０の背面（後ろ側の面）には弾性部材であるコイルばね１５の先端が接触しており、ばね止め部材５０はコイルばね１５により進出方向へ付勢されている。コイルばね１５の後端は後述するガイド部材１３に保持されている。ガイド部材１３の位置は不変であり、よってコイルばね１５は、ばね止め部材５０が後退したときに圧縮され、ばね止め部材５０が進出したときに伸長する。
【００２２】
図２は、モータユニット１の先端部分の部分拡大側面図である。図２に示すように、プランジャーロッド４０の先端部４１は、弁体６０が装着される弁体装着部を構成している。プランジャーロッド４０の先端部４１には、雄ねじである弁体装着用ねじ４１１がその外面に形成されている。弁体６０は弁体装着用ねじ４１１に螺合されることでプランジャーロッド４０に固定される。本形態のモータユニット１は、プランジャーロッド４０の先端部分に弁体装着部を設けることにより、簡易な構造でばね止め部材５２および弁体６０（弁体装着部）の進退動作を同期させている。なお、弁体装着部を設ける部材はプランジャーロッド４０には限られず、ばね止め部材５２に設けることも可能である。
【００２３】
コイルばね１５は、停電などによりモータ１１への給電が停止されたときに、ばね止め部材５０とともに弁体６０（弁体装着部）を進出方向に移動させる。これにより流体の流路が弁体６０により遮断され、例えばガス漏れなどの二次災害が防止される。
【００２４】
モータユニット１は、弁体６０とは別体のばね止め部材５２を備えていることにより、弁体６０が装着されていない状態でもコイルばね１５による安全機構の動作を確認することができる。モータユニット１は、例えば弁体６０の仕様が一種類ではなく、モータユニット１が実装される上位装置に応じて複数の種類に分かれる場合でも、駆動部であるモータユニット１の動作検証を単独で事前に済ませることができ、検査作業の自由度が高い。
【００２５】
また、モータユニット１では、その駆動源としてステッピングモータ１１が採用されていることにより、別途エンコーダ等を備えることなくプランジャーロッド４０の進退位置を制御することができる。これによりモータユニット１の構造が簡略化されている。
【００２６】
［ばね止め部材］
以下、図２を参照してばね止め部材５０の形状について説明する。本形態のばね止め部材５０はアルミ製の環状体である。また、本形態のモータユニット１に装着される弁体６０もアルミ製の弁体である。
【００２７】
ばね止め部材５０は、プランジャーロッド４０の先端部４１に設けられた環状体装着用ねじ４１２に螺合される筒部５１と、筒部５１から環状に広がるフランジ部５２と、を有している。ばね止め部材５０の筒部５１をプランジャーロッド４０に螺合することにより、ばね止め部材５０とプランジャーロッド４０との螺合幅が確保され、そして、厚み（前後方向の幅）がそれほど要求されない部位は薄肉のフランジ部５２とすることにより、ばね止め部材５０の小型化・軽量化が図られている。
【００２８】
ばね止め部材５０は、その筒部５１がプランジャーロッド４０の中間部４２（後述）の先端面４２ａに当接する位置までねじ込まれる。そして、弁体６０は、その後端面が筒部５１の先端面５１ａに当接する位置までねじ込まれる。
【００２９】
また、ばね止め部材５０は、コイルばね１５との接触面に、コイルばね１５の内径寸法ｄと略同径の凸部である位置決めボス５３を有している。ばね止め部材５０が位置決めボス５３を有し、これがコイルばね１５の環内に嵌合されることにより、ばね止め部材５０に対するコイルばね１５の位置が安定する。
【００３０】
上でも述べたように、本形態のばね止め部材５０はアルミ製であり、また、弁体６０もアルミ製である。そして、弁体６０が弁体装着用ねじ４１１に螺合されたときには、弁体６０の後端面がばね止め部材５０の先端面５１ａに当接する。モータユニット１は、従来単一の部材であった弁部材（上記特許文献１参照）を、ばね止め部材５０と弁体６０とに分割することでモータユニット１の検査作業の自由度を高めている。本形態のモータユニット１のように、ばね止め部材５０と弁体６０とが接触することでこれらの位置が定められる構成では、弁部材が２部品に分割されることで理論上累積公差は大きくなる。本形態では、ばね止め部材５０を寸法精度が出しやすい金属部品とし、同様に弁体６０の方も金属部材とすることにより、公差による弁体６０の位置の乱れが小さく抑えられている。
【００３１】
本形態のフランジ部５２は、筒部５１の先端よりも後ろ側に設けられている。つまり、筒部５１の先端面５１ａはフランジ部５２よりも前方に突き出している。例えばばね止め部材５０を均一な厚みのプレートにする場合に比べ、本形態のばね止め部材５０は、その先端面の面積が必要最小限な大きさに絞られている。これにより、ばね止め部材５０の先端面の面精度、すなわち弁体６０の位置決め精度をより容易に高めることが可能とされている。
【００３２】
なお、ばね止め部材５０は上で述べたような種々の効果を目的として本形態の形状・構造とされているが、ばね止め部材５０の具体構成は本形態のものには限られない。ばね止め部材５０は、プランジャーロッド４０のような軸体に固定可能な環状体であり、コイルばね１５のような弾性部材のその伸縮方向における一端を受け止めることができ、弁体とは別体の部材であれば、その他の形状・構造は任意である。
【００３３】
また、本形態のばね止め部材５０は、環状体装着用ねじ４１２に螺合されることでプランジャーロッド４０に固定されているが、ばね止め部材５０の固定方法はこれに限られない。例えば本形態の固定方法に代えて、接着や溶接、抜け止めピンを用いる方法などを採用してもよく、組立可能であればプランジャーロッド４０とばね止め部材５０とを一体成形してもよい。
【００３４】
［プランジャーロッド］
図３は、プランジャーロッド４０の構造を示す平面図である。以下、図２および図３を参照してプランジャーロッドの形状および構造について説明する。
【００３５】
本形態のプランジャーロッド４０は、前方から後方に向かって、順に、先端部４１、中間部４２、および後端部４３を有している。
【００３６】
先端部４１の外面には、ばね止め部材５０が装着される環状体装着用ねじ４１２と、弁体６０が装着される弁体装着用ねじ４１１とが形成されている。環状体装着用ねじ４１２および弁体装着用ねじ４１１は連続した一つながりのねじであり、そのうちの後端部分を環状体装着用ねじ４１２としている。
【００３７】
中間部４２は円柱形状の部位であり、その後端近傍には、中間部４２をその径方向に貫通した穴４２１が形成されている。穴４２１には回り止めピン４２２が挿通され、回り止めピン４２２の長手方向の両端がガイド部材１３の内面に形成された溝部１３１に嵌合されることでプランジャーロッド４０はその周方向の角度位置が固定される。
【００３８】
後端部４３には、ロータ３０の内面に形成された雌ねじ３２１に螺合される進退動作用ねじ４３１が形成されている。
【００３９】
なお、プランジャーロッド４０の形状・構造は本形態のものには限られない。プランジャーロッド４０は、モータ１１などの駆動源により軸線方向に進退可能であり、ばね止め部材５０のような環状体を固定可能であれば、その他の形状・構造は任意である。
【００４０】
［駆動機構］
図４および図５は、図１のモータユニット１を矢印Ａ方向からみた側面視断面図である。図４はプランジャーロッド４０が後退した状態を示す図であり、図５はプランジャーロッド４０が前進した状態を示す図である。
【００４１】
本形態のモータユニット１は、主に、駆動源であるモータ１１、プランジャーロッド４０、ねじ止め部材５０、およびコイルばね１５により構成されている。
【００４２】
モータ１１はＡ相およびＢ相の２相のステータ２０を有するステッピングモータである。ロータ３０は、有底筒状のケース体であるプランジャーケース１２の中に収容されており、ステータ２０は、プランジャーケース１２の外面に固定されたステータケース２９に収容されている。
【００４３】
ステータ２０は、コイル２３が巻回されたボビン２２と、極歯２１１が形成されたフィールドプレート２１とを有している。ステータ２０には、ユニット外に露出した端子２４から電力が供給される。
【００４４】
ロータ３０は全体として略円筒形状の回転子であり、円筒形状のマグネット３１と、マグネット３１の筒内に一体成形された樹脂製の支承部であるロータサポータ３２と、により構成されている。ロータサポータ３２の筒内には雌ねじ３２１（図５参照）が形成されている。
【００４５】
プランジャーロッド４０の後端部４３の外面には、雄ねじである進退動作用ねじ４３１が形成されている。進退動作用ねじ４３１はロータサポータ３２の内周面に切られた雌ねじ３２１に螺合される。上でも述べたように、プランジャーロッド４０は回り止めピン４２２によりその周方向の角度位置が固定されているため、ロータ３０が回転してもプランジャーロッド４０は回転しない。よって、ロータ３０が回転すると、プランジャーロッド４０はロータ３０の雌ねじ３２１により前方または後方に送り出される。このように、モータユニット１では、ロータ３０がプランジャーロッド４０を直接進退させることにより、ロータ３０の回転をプランジャーロッド４０に伝達する機構・構造が簡略化されている。なお、プランジャーロッド４０の進退機構は本形態のものには限られず、サイズ、コスト、流量制御の精密さ等の要件に応じて、減速歯車等を介在させてプランジャーロッド４０を進退させることも可能である。
【００４６】
コイルばね１５の付勢力はモータ１１の回転トルクより小さく、モータ１１のディテントトルクより大きくなるように調節されている。そのため、モータ１１への給電が停止されたときには、コイルばね１５はばね止め部材５０とともにプランジャーロッド４０を前方に押し出す。この間、モータ１１のロータ３０はプランジャーロッド４０の移動により空転する。
【００４７】
また、本形態のモータユニット１は、ロータ３０の前後位置を安定させるための付勢構造を有している。かかる付勢構造は、プランジャーケース１２内の後端に配置されたコイルばね３４、コイルばね３４の前側に被せられるカバー体であるコイルばね側玉受け部材３５、ロータ３０の後端面の中央に設けられた凹部に嵌合されたロータ側玉受け部材３６、および、玉受け部材３５，３６の対向面のそれぞれの中央に形成された凹部に保持された鋼球３７により構成されている。これによりロータ３０はその前方に配置されたベアリング３３に押し付けられ、ロータ３０の前後方向のガタツキが抑制される。
【００４８】
ロータサポータ３２は、前方に突き出した筒状の軸部３２２を有しており、軸部３２２はベアリング３３に回転可能に支持されている。また、プランジャーケース１２の開口部付近には、プランジャーロッド４０の周方向における配置角度や進退可能範囲を定め、また、コイルばね１５の後端部を保持するガイド部材１３が配置されている。
【００４９】
ガイド部材１３は、先端側から後端側に向かって外径寸法が段状に大きくなった凸形状の筒状部材である。ガイド部材１３は、その大径筒部１３３がプランジャーケース１２に嵌合されている。ガイド部材１３の小径筒部１３２の根元には円環形状のプッシュワッシャー１４が嵌め込まれている。プッシュワッシャー１４の周縁は側面視断面がくの字に折り曲げられている。本形態のプッシュワッシャー１４は例えばプレス切断により製造される。そして、プレス切断された際に生じたプッシュワッシャー１４のバリがプランジャーケース１２の内面に食い込み、ガイド部材１３の前後方向の位置が定められる。
【００５０】
ガイド部材１３の小径筒部１３２の外径寸法はコイルばね１５の内径寸法よりも小さく、よって小径筒部１３２はコイルばね１５の環内に差し込まれる。ガイド部材１３の大径部１３３の外径寸法はコイルばね１５の外径寸法よりも大きく、よって、コイルばね１５の後端は大径部１３３の前面にプッシュワッシャー１４を介して支持される。
【００５１】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら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で種々の改変が可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１：モータユニット，１１：ステッピングモータ（モータ），１５：コイルばね（弾性部材），２０：ステータ，３０：ロータ，３１：マグネット，３２：ロータサポート，３２１：雌ねじ，４０：プランジャーロッド（軸体），４１：先端部（弁体装着部），４１１：弁体装着用ねじ，４１２：環状体装着用ねじ，４２：中間部，４２１：貫通穴，４２２：回り止めピン，４３：後端部，４３１：進退動作用ねじ，５０：ばね止め部材（環状体），５１：筒部，５１ａ：先端面（進出方向側端部），５２：フランジ部，５３：位置決めボス，６０：弁体
【図１】
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【図２】
2020191723.tif 000004
【図３】
2020191723.tif 000005
【図４】
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【図５】
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