(57)【要約】【課題】弁体をバルブシートに突き当てても脱調を防止でき、全閉近傍での制御性をより向上させることができるステッパモータを提供する。【解決手段】シャフト（３４）の先端に設けられた弁体（４０）をシャフトの回転方向に対して垂直な方向に往復動させて、弁体に対向する位置に設けられたバルブシート（８０）と弁体との間隙を調節するステッパモータ（１）であって、シャフトは、バルブシートの方向に付勢されており、弁体の往復動により弁体がバルブシートに突き当たった場合、シャフトは弁体と反対の方向にスライド可能な構造を有する。更に、弁体とは反対側のシャフトの端面と、当該端面と対向するステッパモータの筐体（１０）との間に予め調節可能な間隙（Ｗ）を設け、この間隙内でシャフトをスライド可能とする。【選択図】        図１
2004301307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルとロータとシャフトとを有し、コイルに通電してロータに固定されたシャフトを回転させ、シャフトの先端に設けられた弁体をシャフトの回転方向に対して垂直な方向に往復動させて、弁体に対向する位置に設けられたバルブシートと弁体との間隙を調節するステッパモータであって、
シャフトは、バルブシートの方向に付勢されており、
弁体の往復動により弁体がバルブシートに突き当たった場合、シャフトは弁体と反対の方向にスライド可能な構造を有する、
ことを特徴とするステッパモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のステッパモータであって、
弁体とは反対側のシャフトの端面と、当該端面と対向するステッパモータの筐体との間に予め調節可能な間隙を設け、当該間隙内にてシャフトが弁体と反対の方向にスライド可能な構造を有する、
ことを特徴とするステッパモータ。
【請求項３】
請求項２に記載のステッパモータであって、
弁体とは反対側のシャフトの端面、あるいは当該端面と対向するステッパモータの筐体面の少なくとも一方の形状を、当接した場合の当接面積が小さくなる形状とする、
ことを特徴とするステッパモータ。
【請求項４】
請求項２または３に記載のステッパモータであって、
予め調節可能な間隙は、所定の厚さの間隙調節部材を設けることで調節され、
バルブシートの方向に付勢された状態のシャフト及びロータの少なくとも一方と、ステッパモータの筐体との当接する面に、付勢方向に対してベアリングを設け、
前記間隙調節部材が前記ベアリングと付勢方向に当接する構造を有する、
ことを特徴とするステッパモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステッパモータに関し、特にステッパモータの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば車両のアイドル回転数を制御する絞り弁にステッパモータが用いられている。
従来、バルブシートと当接する部分の弁体における弁テーパ角を所定角度（５０°）に限定して、閉弁時の弁体のバルブシートへの食い込みをなくし、空気のもれ量も少なくする、ステッパモータを用いたアイドル回転数制御弁が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２２７２３２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のステッパモータでは、弁体がバルブシートに当接した状態（突き当たった状態）において、更に弁体を押し込もうと制御すると、ステッパモータが脱調し、その後のオープンループ制御に影響を及ぼす場合がある。このため、従来では、弁体をバルブシートにできるだけ突き当てないように制御している。
しかし、弁体をバルブシートに突き当てないため、バルブシートを全閉あるいは非常に小さな開度に制御することが困難である。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、弁体をバルブシートに突き当てても脱調を防止でき、全閉近傍での制御性をより向上させることができるステッパモータを提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりのステッパモータである。
請求項１に記載のステッパモータでは、シャフトはバルブシートの方向に付勢されており、弁体の往復動により弁体がバルブシートに突き当たった場合、シャフトは弁体と反対の方向にスライド可能な構造を有する。
このため、弁体がバルブシートに突き当たってからも更にシャフトを回転させて弁体を押し込んでも、シャフトが（回転しながら）弁体と反対の方向にスライドし、脱調を防止することができ、全閉近傍での制御性をより向上させることができる。
【０００６】
また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりのステッパモータである。
請求項２に記載のステッパモータでは、弁体とは反対側のシャフトの端面と、当該端面と対向するステッパモータの筐体との間に予め調節可能な間隙を設ける。この間隙の範囲内にてシャフトは弁体と反対の方向にスライド可能である。また、この間隙を調節可能であるため、便利である。
【０００７】
また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりのステッパモータである。
請求項３に記載のステッパモータでは、弁体とは反対側のシャフトの端面、あるいは当該端面と対向するステッパモータの筐体面の少なくとも一方の形状を、当接した場合の当接面積が小さくなる形状とする。
これにより、シャフトが弁体と反対の方向にスライドし、且つスライド可能範囲の上限に達し、スライド方向のシャフトの端面がステッパモータの筐体に突き当たった場合、更にシャフトを回転させても、シャフトと筐体との摩擦力を低減することができる。
【０００８】
また、本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりのステッパモータである。
請求項４に記載のステッパモータでは、予め調節可能な間隙は所定の厚さの間隙調節部材（シム等）を設けることで調節され、バルブシートの方向に付勢された状態のシャフト及びロータの少なくとも一方と、ステッパモータの筐体との当接する面に、付勢方向に対してベアリングを設ける。更に前記間隙調節部材が前記ベアリングと付勢方向に当接する構造を有する。
このように、調節可能な間隙を所定の厚さの間隙調節部材にて調節することで容易に間隙を調節できる。また、突き当たり状態でない通常の制御時において、最も大きな摩擦力が働く部分（付勢されたシャフト及びロータと、筐体との付勢方向における当接部）にベアリング（スラストベアリング等）を用いる。更に、間隙調節部材を間隙の調整のみならず、ベアリングと当接する摩擦低減手段としても利用する。
これにより、円滑な動作と耐久性を向上させ、部品点数も低減することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明のステッパモータ１の一実施の形態の概略図（断面図）を示している。
ステッパモータ１は、コイル１４と、ロータ３０（磁石等）と、シャフト３４とを有している。
コイル１４は、Ｚ軸方向（弁体４０が往復動する方向）を軸とした円筒状に形成されており、図１の例では２個のコイル１４が形成されている。コイル１４の内部には、Ｚ軸方向を回転軸とするロータ３０が設けられている。ロータ３０にはシャフト３４が固定されており、コイル１４が通電されるとロータ３０及びシャフト３４が通電方向に応じた方向に回転する。
【００１０】
カバー１０はステッパモータ１の筐体（上部筐体）であり、コネクタ１０ａと一体整形されている。コネクタ１０ａの内部には、コイル１４に通電するための電極１６が設けられている。
本体２０はステッパモータ１の筐体（下部筐体）であり、カバー１０とレーザ溶接等にて固定され、更に弁体４０を収納している。弁体４０は、本体２０内でＺ軸方向を軸として回転しないように取り付けられている。弁体４０及びシャフト３４との当接部には、互いにネジが形成されており、シャフト３４が回転すると、回転方向に応じて弁体４０がＺ軸方向に往復動する。
【００１１】
弁体４０は、本体２０に対して弾性体４４（スプリング等）にてバルブシート８０の方向に付勢されている。なお、弁体４０が付勢されていることにより、シャフト３４及びロータ３０も付勢されていることになる。また、弁体４０を付勢せずに、シャフト３４あるいはロータ３０をバルブシート８０の方向に付勢してもよい。
図１において、シャフト３４、ロータ３０及び弁体４０の全開位置及び全閉位置を示している。左側の図におけるシャフト３４、ロータ３０及び弁体４０の位置は全開状態の位置を示しており、右側の図におけるシャフト３４、ロータ３０及び弁体４０の位置は全閉状態の位置を示している。なお、右側の図における全閉状態の位置は、弁体４０がバルブシート８０に突き当たり、シャフト３４（及びロータ３０）が弁体４０と反対の方向にスライドした状態を示している。
【００１２】
弁体４０とは反対側のシャフト３４の端面と、当該端面と対向するカバー１０（上部筐体）との間には、予め間隙Ｗが設けられている。シャフト３４は、この間隙Ｗの範囲内でスライドすることが可能である。
また、弁体４０とは反対側のシャフト３４の端面と、当該端面と対向するカバー１０（上部筐体）との当接面１２（シャフト３４がスライドした場合の当接部分）において、シャフト３４側あるいは筐体面側の少なくとも一方の形状を、例えば球状または円錐状に形成し、当接時における面積を小さくする（当接時に点接触するように形成する）。図１の例ではカバー１０（上部筐体）側を球状に形成している。これにより、シャフト３４とカバー１０（上部筐体）が当接した場合、かつシャフト３４が回転した場合に、摩擦力を低減することができ、筐体へのかみこみ、固着等を防止できる。
【００１３】
弁体４０の方向に付勢されたシャフト３４及びロータ３０は、ベアリング２２（スラストベアリング等）を介して、本体２０（筐体）に当接している。図１に示す例では、ベアリング２２とロータ３０とが、付勢方向（下向き）の力で当接している。ここで、ベアリング２２とロータ３０との間に、間隙調節部材３２（シム等）を設ける。間隙調節部材３２は、間隙Ｗの値を所定の値に設定することが可能であるとともに、ベアリング２２からロータ３０を保護する。
図２に、本体２０（筐体）と、ベアリング２２と、間隙調節部材３２と、シャフト３４が固定されたロータ３０とを組み付ける様子を示す。
このように、間隙調節部材３２がベアリング２２と付勢方向に当接するように構成し、間隙調節部材３２を間隙の調整のみならず、ベアリング２２と当接する摩擦低減手段としても利用する。これにより、円滑な動作と耐久性を向上させ、部品点数も低減することができる。なお、種々の厚さの間隙調節部材３２を用いれば（あるいは、所定の厚さの間隙調節部材３２を必要枚数重ねて用いれば）、図１における間隙Ｗを種々の値に設定することが可能である。また、本体２０とベアリング２２との間に金属シート等を設けてもよい。
【００１４】
上記に説明した構造により、本実施の形態のステッパモータ１は、弁体４０をバルブシート８０に突き当てた場合であっても、シャフト３４及びロータ３０が回転しながらも弁体４０と反対の方向にスライドするため、脱調を防止することができる。ここで、ステップモータ１の推力（回転軸方向に弁体４０を移動させる力）を、以下の関係式を満足する推力に設定する。
モータ推力＞弾性体４４の荷重＞［（シャフト３４＋ロータ３０＋弁体４０の質量）＊（耐振動係数（５０Ｇ等））＋差圧（図１中の（圧力）Ｐｉｎ−（圧力）Ｐｏｕｔ）により弁体４０にかかる力］
上記の関係式を満足させれば、ステッパモータ１の制御中に弾性体４４の荷重が不足して弁体４０が外力により振動することを防止できる。なお、耐振動係数は、使用環境等、種々の条件により適切な値に設定する。本実施の形態におけるステッパモータ１では、（シャフト３４＋ロータ３０＋弁体４０の質量）が約２０ｇであり、（耐振動係数）を５０Ｇに設定し、差圧により弁体４０にかかる力を０．６Ｋｇと設定した。これにより、本実施の形態におけるステッパモータ１の例では、弾性体４４の荷重を約１．６Ｋｇ（＝０．０２Ｋｇ＊５０＋０．６Ｋｇ）に設定し、モータ推力をそれ以上に設定した。
モータ推力は、弁体４０がバルブシート８０に突き当たった場合にシャフト３４及びロータ３０を弁体４０と反対の方向にスライドさせるために、弾性体４４の荷重よりも大きくする必要がある。
【００１５】
以上に説明したステッパモータ１を、例えば車両のアイドル回転数を制御する絞り弁（以下、ＩＳＣＶと記載する）に用いた場合、図３に示すような特性（制御ステップ・流量特性）を有する。例えば、最大流量１００［ｍ３／ｈ］のＩＳＣＶの場合、従来のＩＳＣＶ（特開平１０−２２７３２号公報にて提案されているＩＳＣＶ等）では、制御ステップを「０」にしても、１［ｍ３／ｈ］程度の「もれ量」があり、全閉時の制御性が好ましくない場合があった。しかし、本実施の形態におけるステッパモータ１では、制御ステップを「０」にした場合、脱調させずに弁体４０をバルブシート８０に突き当てることができ、０．１［ｍ３／ｈ］以下の「もれ量」に低減することができた。
【００１６】
なお、間隙Ｗを大きくすると、「０」近傍において制御ステップを増加させても流量が増加しない領域（シャフト３４及びロータ３０がスライドしている状態）が長くなるので、間隙Ｗは小さな値に設定することが好ましい。本実施の形態では、０．０４［ｍｍ］／１ステップのステッパモータ１を用いて、間隙Ｗを約０．１２［ｍｍ］（３ステップ相当）に設定した。
このように、本実施の形態におけるステッパモータ１は、全閉近傍において、制御性をより向上させることができる。
また、弁体４０をバルブシート８０に突き当てても、シャフト３４及びロータ３０が弁体４０と反対方向にスライドして、弁体４０がバルブシート８０に食い込むことを抑制するので、弁体４０の外形の角度を自由に設定できる。これにより、設計自由度が増し、弁体４０の外形の角度を含む形状を、用途あるいは要求特性等に応じて種々の形状にすることができる。
【００１７】
本発明のステッパモータ１は、本実施の形態で説明した構成、形状、構造等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
本発明のステッパモータ１は、車両のアイドル回転数の絞り弁の他にも、種々の流体の流量を制御するバルブに適用することが可能である。
本実施の形態にて説明した制御ステップ・流量特性は、図３に示すグラフに限定されるものではない。
なお、図１中における、（圧力）Ｐｉｎと（圧力）Ｐｏｕｔは、Ｐｉｎ＞ＰｏｕｔあるいはＰｉｎ＜Ｐｏｕｔのどちらの場合も有り得る。
また、以上（≧）、以下（≦）、より大きい（＞）、未満（＜）等は、等号を含んでも含まなくてもよい。
また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜４のいずれかに記載のステッパモータを用いれば、弁体をバルブシートに突き当てても脱調を防止でき、全閉近傍での制御性をより向上させることができるステッパモータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のステッパモータ１の一実施の形態の概略図である。
【図２】本発明のステッパモータ１において、本体２０（筐体）と、ベアリング２２と、間隙調節部材３２と、シャフト３４が固定されたロータ３０とを組み付ける様子を説明する図である。
【図３】本発明のステッパモータ１における、制御ステップ・流量特性の例を示すグラフである。
【符号の説明】
１      ステッパモータ
１０    カバー（上部筐体）
１０ａ  コネクタ
１２    当接面
１４    コイル
１６    電極
２０    本体（下部筐体）
２２    ベアリング
３０    ロータ
３２    間隙調節部材
３４    シャフト
４０    弁体
４４    弾性体
８０    バルブシート
【図１】
2004301307.tif 000003
【図２】
2004301307.tif 000004
【図３】
2004301307.tif 000005