(57)【要約】【課題】ホール素子の取付位置にばらつきがあっても流体の流量のばらつきを抑制することができる流量制御装置を提供する。【解決手段】弁ケース３に内装される弁体１０をステッピングモータ２０により回転させて流体の流量を調整する弁装置２を備える。弁装置２は、弁体１０の回転を停止させる弁体回転停止手段３０を有する。弁体回転停止手段３０は、弁体１０を回転させた際にステッピングモータ２０の動作原点となる位置から所定角度回転させた位置で弁体１０が停止可能に形成されている。流量制御装置１は、動作原点となる位置から弁体回転停止手段３０で停止した位置までの弁体１０の回転に基づいて動作原点の補正が可能とされている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁ケースに内装される弁体をステッピングモータにより回転させて流体の流量を調整する弁装置を備え、前記弁装置は、前記弁体の回転を停止させる弁体回転停止手段を有し、前記弁体回転停止手段は、前記弁体を回転させた際にステッピングモータの動作原点となる位置から所定角度回転させた位置で前記弁体が停止可能に形成されており、前記動作原点となる位置から前記弁体回転停止手段で停止した位置までの前記弁体の回転に基づいて前記動作原点の補正が可能とされていることを特徴とする流量制御装置。
【請求項２】
前記弁体回転停止手段は、前記弁体に形成される突起部と、前記弁ケースに形成され、前記突起部と当接可能なストッパー部とを有し、前記突起部が前記ストッパー部に当接することによって前記弁体がステッピングモータの動作原点となる位置から所定角度回転させた位置で停止することを特徴とする請求項１に記載の流量制御装置。
【請求項３】
さらに、ステッピングモータの回転を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記弁体回転停止手段によって前記弁体が停止するまで前記弁体を回転させてステッピングモータの動作原点として初期に設定された位置からこの停止位置までのステップ数Ａを求め、目的の開度となる位置に前記弁体を回転させる際には、目的の開度に対応するステップ数を前記ステップ数Ａで補正して前記ステッピングモータを回転駆動させることを特徴とする請求項１または２に記載の流量制御装置。
【請求項４】
前記ステップ数Ａと、ステッピングモータの動作原点となる正規位置から前記停止位置までのステップ数があらかじめ定められているステップ数Ｂとの差を求め、この差を補正値とし、初期に設定された位置から目的の開度となる位置に前記弁体を回転させる際には、目的の開度に対応するステップ数から前記補正値に基づいて設定されたステップ数に応じて前記ステッピングモータを回転駆動させることを特徴とする請求項３に記載の流量制御装置。
【請求項５】
弁ケースに内装される弁体を回転させて流体の流量を調整するステッピングモータの動作原点補正方法であって、前記弁体の回転を停止させる弁体回転停止手段を有し、前記弁体回転停止手段は、前記弁体を回転させた際にステッピングモータの動作原点となる位置から所定角度回転させた位置で前記弁体が停止可能に形成されており、前記弁体が停止するまで前記弁体を回転させてステッピングモータの動作原点として初期に設定された位置から停止位置までのステップ数Ａを求め、このステップ数Ａと、ステッピングモータの動作原点となる正規位置から停止位置までのステップ数があらかじめ定められているステップ数Ｂとの差を求め、この差を補正値とし、初期に設定された位置から目的の開度となる位置に前記弁体を回転させる際には、目的の開度に対応するステップ数から前記補正値に基づいて設定されたステップ数に応じて前記ステッピングモータを回転駆動させることを特徴とするステッピングモータの動作原点補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量制御装置及びステッピングモータの動作原点補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の流量の調整を行う弁装置を備えた流量制御装置において、弁ケースに内装される弁体を回転させて流体の流量を調整するものが利用されており、ステッピングモータにより弁装置の弁体の開度を調節して所望の流量に調整している。ここで所望の流量を正確に得るには、弁装置の弁体を回転させるステッピングモータの動作原点（回転の始点）を正確に設定することが求められる。ステッピングモータの動作原点を正確に設定するために、これまでホール素子による原点位置検出機構を採用したステッピングモータを使用することが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような原点位置検出機構を採用したステッピングモータは、一般的には、そのモータの出力軸に磁石が固定され、その出力軸の回転軌跡の近傍に磁気を検出するホール素子が設けられている。ステッピングモータの動作原点は、出力軸を回転させて出力軸に固定された磁石がホール素子と対向する位置になった際の磁石の磁束密度の変化に基づいて求められる。したがって、ステッピングモータの動作原点を正確に設定するためにはホール素子を正確な位置に取り付けることが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−９６３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ホール素子を正確な位置に取り付けることは容易でない。ホール素子の取付位置にばらつきがある場合、ステッピングモータの動作原点となる位置は正規位置からずれた状態となり、流体の流量を目的とする流量に調整することができないなど流量にばらつきが生じることがあった。この流量のばらつきを抑えるため、従来は流量または温度センサー等の出力値からズレを検出し補正を行うことが検討されているが、この方式ではセンサー使用によるコストアップやセンサー設置によるスペースが必要となる等の課題があった。
【０００５】
本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、流体の流量のばらつきを抑制することができる流量制御装置及びそれに用いられるステッピングモータの動作原点補正方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の流量制御装置は、弁ケースに内装される弁体をステッピングモータにより回転させて流体の流量を調整する弁装置を備え、前記弁装置は、前記弁体の回転を停止させる弁体回転停止手段を有し、前記弁体回転停止手段は、前記弁体を回転させた際にステッピングモータの動作原点となる位置から所定角度回転させた位置で前記弁体が停止可能に形成されており、前記動作原点となる位置から前記弁体回転停止手段で停止した位置までの前記弁体の回転に基づいて前記動作原点の補正が可能とされていることを特徴とする。
【０００７】
この流量制御装置においては、前記弁体回転停止手段は、前記弁体に形成される突起部と、前記弁ケースに形成され、前記突起部と当接可能なストッパー部とを有し、前記突起部が前記ストッパー部に当接することによって前記弁体がステッピングモータの動作原点となる位置から所定角度回転させた位置で停止することが好ましい。
【０００８】
この流量制御装置においては、さらに、ステッピングモータの回転を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記弁体回転停止手段によって前記弁体が停止するまで前記弁体を回転させてステッピングモータの動作原点として初期に設定された位置からこの停止位置までのステップ数Ａを求め、目的の開度となる位置に前記弁体を回転させる際には、目的の開度に対応するステップ数を前記ステップ数Ａで補正して前記ステッピングモータを回転駆動させることが好ましい。
【０００９】
この流量制御装置においては、前記ステップ数Ａと、ステッピングモータの動作原点となる正規位置から前記停止位置までのステップ数があらかじめ定められているステップ数Ｂとの差を求め、この差を補正値とし、初期に設定された位置から目的の開度となる位置に前記弁体を回転させる際には、目的の開度に対応するステップ数から前記補正値に基づいて設定されたステップ数に応じて前記ステッピングモータを回転駆動させることが好ましい。
【００１０】
また、本発明のステッピングモータの動作原点補正方法は、弁ケースに内装される弁体を回転させて流体の流量を調整するステッピングモータの動作原点補正方法であって、前記弁体の回転を停止させる弁体回転停止手段を有し、前記弁体回転停止手段は、前記弁体を回転させた際にステッピングモータの動作原点となる位置から所定角度回転させた位置で前記弁体が停止可能に形成されており、前記弁体が停止するまで前記弁体を回転させてステッピングモータの動作原点として初期に設定された位置から停止位置までのステップ数Ａを求め、このステップ数Ａと、ステッピングモータの動作原点となる正規位置から停止位置までのステップ数があらかじめ定められているステップ数Ｂとの差を求め、この差を補正値とし、初期に設定された位置から目的の開度となる位置に前記弁体を回転させる際には、目的の開度に対応するステップ数から前記補正値に基づいて設定されたステップ数に応じて前記ステッピングモータを回転駆動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、流体の流量のばらつきを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の流量制御装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】図１の流量制御装置における弁装置のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１の流量制御装置における弁装置の要部を示す側面図である。
【図４】ステッピングモータの動作原点の補正を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を図面に沿って説明する。図１は本発明の流量制御装置の一実施形態を示す模式図である。図２は、図１の流量制御装置における弁装置のＡ−Ａ線断面図である。図３は、図１の流量制御装置における弁装置の要部を示す側面図である。なお、図１において弁装置及びステッピングモータについては断面図としている。
【００１４】
流量制御装置１は、図１に示すように、流体の流量を調整する弁装置２を備えている。
【００１５】
弁装置２は、円筒状の弁ケース３と、この弁ケース３に回転可能に内装される円筒状の弁体１０とを有する。
【００１６】
弁ケース３は、水などの流体が外部に流出する流出口４と、流体が外部から流入する流入口５とを有する。流出口４は、弁ケース３の主体を構成する円筒状の側壁部６に内外に貫通する開口部９に形成されている。側壁部６の軸方向一端部は開口しており、この開口部分に流入口５が形成されている。
【００１７】
弁体１０は、弁体１０の主体を構成する円筒状の側壁部１１に、流出口４に対応する開口１２を有する。ここで、流出口４に対応する開口１２とは、弁体１０の回転によって流出口４に重なる開口１２を意図しており、弁体１０の回転に従って流出口４に対する開口１２の重なり度合いが変わり、開口１２の開度が変わる。
【００１８】
流出口４に対する開口１２の重なり度合いが最小となる位置（流出口４と開口１２とが重なっていない位置）が開口１２の開度が全閉となる位置（全閉位置）であり、この位置において流体の流通を停止させることができる。この位置から弁体１０を回転させると、弁体１０の開口１２が流出口４に次第に重なり、やがて流出口４に対する開口１２の重なり度合いが最大となる。この位置が開口１２の開度が全開となる位置（全開位置）であり、最も多い流量で流体を流通させることができる。弁装置２においては弁体１０が全閉位置と全開位置との間で回転可能とされ、開口１２の開度に応じて流体の流量が調整される。
【００１９】
弁体１０の側壁部１１の内部には流体が流通する内部流路１３が形成されている。この内部流路１３は、弁体１０の側壁部１１の軸方向一端部に形成されている開口１４を介して弁ケース３の流入口５に連通している。したがって、弁ケース３の流入口５から弁体１０内に導入される流体は、内部流路１３を通じて弁ケース３の流出口４から吐出することができる。
【００２０】
弁体１０の軸方向他端部には、側壁部１１の中心軸と一致するように回転軸１５が形成されている。回転軸１５は、ステッピングモータ２０に連結可能とされ、ステッピングモータ２０の回転駆動によって弁体１０を周方向に回転させることができる。
【００２１】
ステッピングモータ２０は、ホール素子による原点位置検出機構を具備する。ホール素子による原点位置検出機構は公知である（例えば、特許文献１、特開２００３−３２９４０５号公報など）。このような原点位置検出機構を具備したステッピングモータは、例えば、そのモータの出力軸（回転軸１５）に磁石が固定され、その出力軸の回転軌跡の近傍に磁気を検出するホール素子が設けられている。ステッピングモータ２０の動作原点は、出力軸を回転させて出力軸に固定された磁石がホール素子と対向する位置になった際の磁石の磁束密度の変化に基づいて求めることができる。
【００２２】
弁装置２は、さらに弁体１０の回転を停止させる弁体回転停止手段３０を有する。この弁体回転停止手段３０は、弁体１０を回転させた際にステッピングモータ２０の動作原点となる位置から所定角度回転させた位置で弁体１０が停止可能に形成されている。本実施形態では、弁体回転停止手段３０は、弁体１０に形成される突起部１６と、弁ケース３に形成され、突起部１６と当接可能なストッパー部７とを有して構成されている。
【００２３】
突起部１６は、弁体１０の側壁部１１の外面に、弁体１０の開口１４付近に設けられており、弁ケース３の側壁部６に向かって突出して形成されている。
【００２４】
本実施形態では、弁ケース３の側壁部６に、突起部１６に対応する位置に開口部８が形成されている。開口部８は、弁ケース３の側壁部６の内外に貫通し、弁体１０の回転方向（周方向）に延びて形成されている。突起部１６はこの開口部８内に配置され、その先端が開口部８から外方に突出しないように弁ケース３の側壁部６の外面と同程度かやや低くなるように形成されている。また図３に示すように、開口部８の周縁部では流入口５側の部分の一部が切り欠かれている。この切欠部分８１に弁体１０の突起部１６を挿入するように弁体１０を弁ケース３に内装することで、突起部１６を開口部８内に配置することができる。
【００２５】
弁体１０は、突起部１６が開口部８内で移動可能な範囲で回転可能とされている。このため開口部８の周方向の長さは、弁体１０の回転範囲として想定している回転範囲に対応した長さになるように設定すればよい。
【００２６】
本実施形態においては開口部８の周方向端部がストッパー部７を構成し、その端部の内面に突起部１６が当接して弁体１０の回転が停止する。
【００２７】
突起部１６とストッパー部７とを有して構成される弁体回転停止手段３０は、装置の構成が複雑にならず、低コスト化が可能である。また、装置の大型化を抑制できるという利点も有する。なお、突起部１６とストッパー部７の設置位置は図１−３の例に限定されず、適宜の位置に設置することができる。
【００２８】
弁体回転停止手段３０としては、図１−３の構成以外に次の構成のものを採用することができる。例えば、弁ケースの側壁部の内面に突起部を設けるとともに、弁体の側壁部の外面に周方向に延びる凹み部を設け、弁体の凹み部内に突起部を配置するようにし、凹み部の周方向端部に突起部を当接させて弁体の回転を停止させるようにした構成である。もちろんこの構成以外の構成であってもよい。
【００２９】
流量制御装置１は、ステッピングモータ２０の回転を制御する制御部４０を備えることもできる。
【００３０】
この制御部４０によるステッピングモータ２０の動作原点の補正を図４を参照して説明する。図４では、図１−図３に示した実施形態と同じ部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。なお、図４は弁装置の断面図を示しており、図２に示した弁装置において弁体を所定方向に回転させている。図４において矢印Ｌで示す回転方向は、全閉位置から全開位置方向への回転方向（正転方向）であり、矢印Ｒで示す回転方向は、全開位置から全閉位置方向への回転方向（逆転方向）である。
【００３１】
図４（ａ）は、ステッピングモータの動作原点として初期に設定された位置に弁体１０が配置されている状態を示している。このとき突起部１６はＳ１で示す位置に配置されている。ここで、初期に設定された位置とは、工場出荷時や装置取付時などステッピングモータを駆動させる前の状態の位置を意図しており、例えば原点位置検出機構のホール素子の取付位置によって所定の位置に設定される。
【００３２】
この状態においてステッピングモータの電源をＯＮとし、ステッピングモータを回転駆動させ、弁体１０をＲ方向に回転させる。すると図４（ｂ）に示すように、突起部１６がストッパー部７に当接して弁体１０の回転が強制的に停止する。このときのステッピングモータの動作原点として初期に設定された位置から弁体１０の停止位置までのステップ数Ａを求める。ここでステップ数とは、ステッピングモータに印加されるパルスの数を意味する。
【００３３】
弁体１０の回転が停止した状態でステッピングモータにパルスを印加しつづけると脱調状態となり、ステップ数Ａを正確に求めることができない。そこでステッピングモータの回転駆動が強制的に抑えられたとき（突起部１６がストッパー部７に当接したとき）、そのときのトルク増大などの情報に基づいてパルスの印加を停止してステッピングモータの駆動を停止するようにすればよい。
【００３４】
次いで、ステップ数Ａと、ステッピングモータの動作原点となる正規位置から弁体１０の停止位置までの弁体１０のステップ数Ｂとの差を求める。ここで、ステッピングモータの動作原点となる正規位置とは、原点位置検出機構のホール素子が正しい位置に取り付けられているときの動作原点となる位置である。動作原点として設計上予定している回転の始点ともいえる。ステッピングモータの動作原点となる正規位置に弁体１０が配置されているとき、突起部１６はＳ２で示す位置に配置されている。
【００３５】
ステップ数Ｂは設計上あらかじめ定められているので、ステップ数Ａを求めれば、ステップ数Ａとステップ数Ｂとの差を求めることができる。このステップ数Ａとステップ数Ｂとの差を補正値とする。
【００３６】
初期に設定された位置から目的の開度となる位置に弁体１０をＬ方向に回転させる際には、目的の開度に対応するステップ数から補正値に基づいて設定されたステップ数に応じてステッピングモータを回転駆動させる。例えば、ステップ数Ａとステップ数Ｂとの差をＸステップ数（補正値）とする。ここで、Ｘがプラスの数値の場合、例えばＸ＝＋５の場合、ステッピングモータの動作原点として初期に設定された位置は正規位置からＬ方向に５ステップ数ずれて配置されていることになる。この算出された５ステップ数のずれをメモリに記憶し、実際の使用時において弁体をＬ方向に回転させる際には、ステッピングモータの回転駆動に際してＸステップ数（＋５ステップ数）差し引いたステップ数の駆動出力を与えるようにする。Ｘがマイナスの数値の場合、例えばＸ＝−５の場合、ステッピングモータの動作原点として初期に設定された位置は正規位置からＲ方向に５ステップ数ずれて配置されていることになる。この場合でも同様に、算出された５ステップ数のずれをメモリに記憶し、実際の使用時において弁体をＬ方向に回転させる際には、ステッピングモータの回転駆動に際してＸステップ数（−５ステップ数）差し引いたステップ数の駆動出力を与えるようにする。
【００３７】
こうして、ステッピングモータの動作原点として初期に設定された位置が正規位置からずれている場合でも、動作原点が補正され、流体の流量を目的とする流量に調整することができるなど流体の流量のばらつきを抑制することができる。したがって、ホール素子の取付位置にばらつきがあっても流体の流量のばらつきを抑制することができる。
【００３８】
また、補正値を得るための処理は補正値を記憶させることで初回電源投入時の一回で済む。この場合、弁体回転停止手段の構成に過度の耐久性を要しないので、低コスト化が可能である。
【００３９】
以上の流量制御装置においては、ステッピングモータの動作原点として初期に設定された位置からステップ数Ａを求めるために弁体を回転させて弁体が停止するまで弁体の開度が全閉状態となるように設定されていることが好ましい。これによって、ステッピングモータの動作原点の補正の際に流体が外部に流出することを回避することができる。
【００４０】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において各種の変更が可能である。例えば、図４の例では、弁体１０をＲ方向に回転させてステップ数Ａを求めているが、弁体１０をＬ方向に回転させてステップ数Ａを求めることもできる。この場合、実際の使用時において弁体１０をＬ方向に回転させる際に、目的の開度に対応するステップ数に補正値を加えたステップ数の駆動出力を与えるようにすることでステッピングモータの動作原点を補正することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  流量制御装置
２  弁装置
３  弁ケース
７  ストッパー部
１０  弁体
１６  突起部
２０  ステッピングモータ
３０  弁体回転停止手段
４０  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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