(57)【要約】【課題】  構造が簡単で正確な開閉操作を行なうことができ、しかも弁の閉止状態における密閉性に優れたコントロール弁を提供する。【解決手段】  エンコーダ１５を備えるステップモータ３の駆動軸３ａの正逆回動により、所要の上下位置に移動、停止される昇降体４と、この昇降体の上下位置によって開度が制御されるダイヤフラム弁を備え、同ダイヤフラム弁を閉止する際に、前記ステップモータに供給する駆動用パルスを、前記エンコーダにて脱調が検出されるまで過剰に供給するように構成し、前記ダイヤフラム弁の弁座９における弁孔１２まわりに、弁孔と略同心の周条１３を突設し、かつこの周条に係合する周溝１１を、ダイヤフラム中央から下方に突出する弾性材よりなる弁体８の下面に形成し、ダイヤフラム弁を閉止すると上記周条に周溝が嵌合するように構成して弁の閉止状態におけるシール性を向上せしめた。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンコーダを備えるステップモータの駆動軸の正逆回動により、所要の上下位置に移動、停止される昇降体と、この昇降体の上下位置によって開度が制御されるダイヤフラム弁を備え、同ダイヤフラム弁を閉止する際に、前記ステップモータに供給する駆動用パルスを、前記エンコーダにて脱調が検出されるまで過剰に供給するように構成し、前記ダイヤフラム弁の弁座における弁孔まわりに、弁孔と略同心の周条を突設し、かつこの周条に係合する周溝を、ダイヤフラム中央から下方に突出する弾性材よりなる弁体の下面に形成し、ダイヤフラム弁を閉止すると上記周条に周溝が嵌合するように構成して弁の閉止状態におけるシール性を向上せしめてなるコントロール弁。
【請求項２】
前記ステップモータの駆動軸の外周に直接雄ねじを形成し、この雄ねじを前記昇降体の中央に形成した縦孔内面の雌ねじと螺合せしめるとともに、昇降体を弁箱に立設したガイド棒に沿って上下に移動可能に設け、駆動軸の正逆回動により昇降体が上下の任意の位置に移動、停止できるように構成してなる請求項１に記載のコントロール弁。
【請求項３】
前記ステップモータの駆動軸をボールねじで構成するとともに、前記昇降体を弁箱に立設したガイド棒に沿って上下に移動可能に設け、上記ボールねじを昇降体に取り付けて、駆動軸の正逆回動により昇降体が上下の任意の位置に移動、停止できるように構成してなる請求項１に記載のコントロール弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はステップモータを弁の開閉用駆動源に用いたコントロール弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のコントロール弁には、空圧アクチュエータとばね力を用いて弁の開閉の制御を行うものがあり、弁の開閉速度を、スピードコントローラにて調整される空圧アクチュエータへの供給空気圧によって制御している。
【０００３】
また、モータを弁の駆動源とし、このモータの回転をカムもしくはねじとスライダ機構を備える動力伝達機構により直線運動に変換し、ダイヤフラムを上下動させるものもある。
【０００４】
ところで、コントロール弁は流量制御や定量吐出制御用に利用されるが、いずれの場合においても、弁を閉止した状態における密閉度を高くする必要があり、従来のものでは圧縮コイルばね等のばねの弾発力を利用して弁体を弁座に押付けて閉切るようにしたものがある。
【０００５】
上述した空圧アクチュエータを利用したコントロール弁では、スピードコントローラによる弁開閉の制御における調整作業が非常に緻密であり、調整時間が非常に長く掛かり、また調整作業には熟練技術が必要であり、作業を行なう技術者の個人差が調整状態を大きく左右するという問題がある。
【０００６】
また、空気圧はコントロール弁の駆動にともなう発熱、流体の温度変化、周囲温度の変化等に起因する温度変化によって変動するので、弁開閉動作の再現性も悪い。
【０００７】
さらに、モータの回転駆動により弁体を昇降させる機構や弁の押え付け用のばねを有する構造のものでは、構造が複雑で小型のコントロール弁を実現する大きな障害となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、構造が簡単で正確な開閉操作を行なうことができ、しかも弁の閉止状態における密閉性に優れたコントロール弁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】
【０００９】
本発明の請求項１に係るコントロール弁は、エンコーダを備えるステップモータの駆動軸の正逆回動により、所要の上下位置に移動、停止される昇降体と、この昇降体の上下位置によって開度が制御されるダイヤフラム弁を備え、同ダイヤフラム弁を閉止する際に、前記ステップモータに供給する駆動用パルスを、前記エンコーダにて脱調が検出されるまで過剰に供給するように構成し、前記ダイヤフラム弁の弁座における弁孔まわりに、弁孔と略同心の周条を突設し、かつこの周条に係合する周溝を、ダイヤフラム中央から下方に突出する弾性材よりなる弁体の下面に形成し、ダイヤフラム弁を閉止すると上記周条に周溝が嵌合するように構成して弁の閉止状態におけるシール性を向上せしめた構成のものとしてある。
【００１０】
また、本発明の請求項２に係るコントロール弁は、前記ステップモータの駆動軸の外周に直接雄ねじを形成し、この雄ねじを前記昇降体の中央に形成した縦孔内面の雌ねじと螺合せしめるとともに、昇降体を弁箱に立設したガイド棒に沿って上下に移動可能に設け、駆動軸の正逆回動により昇降体が上下の任意の位置に移動、停止できるように構成したものとしてある。
【００１１】
さらに、本発明の請求項３に係るコントロール弁は、前記ステップモータの駆動軸をボールねじで構成するとともに、前記昇降体を弁箱に立設したガイド棒に沿って上下に移動可能に設け、上記ボールねじを昇降体に取り付けて、駆動軸の正逆回動により昇降体が上下の任意の位置に移動、停止できるように構成したものとしてある。
【実施例】
【００１２】
以下、本発明に係るコントロール弁の実施例を添付図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。
流体の流入口１ａから弁室２を経て同流出口１ｂに至る流路が形成された弁箱１の上部に、ステップモータ３が設けられ、同ステップモータ３の駆動軸３ａに昇降体４が接続されている。
【００１３】
上記昇降体４は、弁箱の上部に立設されたガイド棒５、５に沿って摺動可能に設けられていて、中央縦孔４ａの上部に形成された雌ねじ６と、前記駆動軸３ａの外周に直接形成された雄ねじ７を螺合せしめてあり、駆動軸３ａの正逆回転駆動にともない、昇降体４はガイド棒に沿って上下に移動するようになっており、昇降体４の中央縦孔４ａの下部には弁体８を、その下端が弁座９の上方に臨むよう取り付けてある。
【００１４】
弁体８は弾性を有する素材よりなり、略円柱状に形成されたものとしてあって、弁体の周囲に設けられたダイヤフラム１０の外周辺部が弁箱に固定されており、弁室２内はダイヤフラムによって上下に区画されている。
【００１５】
そして弁体８の下面には、断面が逆Ｖ字状をなす周溝１１が形成されているとともに、弁座９の弁孔１２まわりにはこの弁孔と略同心で、上記周溝と同径にして、断面が逆Ｖ字状をなす周条１３が形成されており、弁が閉止されると、周溝が周条に嵌合するようになっている。
【００１６】
なお、図において符号１４は弁箱上にモータを支承する支柱、１５はステップモータの駆動制御用のエンコーダを示す。
【００１７】
次ぎに、上述のように構成した本発明のコントロール弁の作用を、定量吐出制御に使用する場合の具体例に基づいて説明する。
【００１８】
定量吐出制御の場合、初期状態においては弁が閉止された状態となっており、したがって弁体８は最下位置にある。
【００１９】
弁の開成制御においては、図示省略の制御装置からステップモータ３に開方向の駆動パルスが予め設定された数だけ送られ、ステップモータはこのパルス数に対応する回転数分回転駆動し、その後停止する。
【００２０】
このステップモータの回転駆動にともない、弁体が上方へ移動させられて弁が開成され、流路内に流体が流通される。
【００２１】
流体の流路に別途設けられた流量計等の流量検出手段からの指令により、所定流量の流体が送られると、図示省略の制御装置からステップモータ３に閉方向の駆動パルスが予め設定された数だけ送られて、ステップモータはこのパルス数に対応する回転数分回転駆動し、弁体８が弁座９に当接する。
【００２２】
しかして、ステップモータにはその後さらに過剰パルスが送られ、弁体はその弾性復元力に抗して弁座に強く押し付けられ、弁孔が密閉される。ステップモータに過剰パルスが供給されると、エンコーダ１５においては供給パルス分に対応するステップモータの回転が行なわれていない状態すなわち脱調状態が検知され、制御装置はエンコーダにおいて脱調状態が検出されると過剰パルスの供給を停止する。
【００２３】
なお、実際の脱調状態の検知は、繰り返し行なわれる開閉動作における前回の閉成時に、弁の閉止に使用されたパルス数をメモリしておき、この前回のパルス数と、今回の閉止パルス数を比較して今回のパルス数が所定パルス数分大となったら脱調したと判定するように構成する。
【００２４】
上述のように、吐出制御においてステップモータによる電気的な弁の開閉を行うと、吐出量を精度良く制御することが可能であり、しかも開閉速度も電気的に自在に設定することができ、したがって吐出の切れを良くするように動作させることができる。
【００２５】
弁が閉止された状態においては、弁体８の弾性復元力とステップモータのトルクがつりあっていて全閉位置より押し付け側にあるので、開方向に起動トルクが最大となる速度で数パルス分回転させ全閉位置に戻すようにする。
【００２６】
ところで、弁体８は前述したようにその下面に周溝を有し、弁の閉止状態においてはこの周溝と弁座の周条とが係合するようになっているので、弁体と弁座間のシール性が高く、したがって弁の上下位置が最大押し付け位置よりもわずかに開方向にずれた位置でも十分なシール性が得られ、従来のもののように圧縮ばねのような他の押圧手段を設けなくても弁体と弁座間の安定した押し付けトルクが得られる。
【００２７】
なお、弁を駆動させない状態すなわちステップモータの停止時にはモータに流す電流をカットしても、昇降体とステップモータの駆動軸とは雌雄の螺状によって係合しているので、弁体の位置がずれるようなことはなく、したがって、弁の非駆動時におけるモータの発熱を抑えることができるとともに、駆動電力の低減も期すことができる。
【００２８】
上述した実施例においては、ステップモータの駆動軸３ａ外周に直接雄ねじを形成し、昇降体４の雌ねじと螺合せしめる構成としてあるが、駆動軸をボールねじで構成し、このボールねじを昇降体４に取り付ける構成のものとする場合もあり、かくすると、駆動軸の正逆回転時におけるバックラッシュが発生するおそれが殆どなくなり、より高精度の制御を行なうことができる。
【００２９】
本発明に係るコントロール弁は、上述した構成のものとしてあるので、弁体とステップモータの駆動軸との間に昇降体を介在せしめた極めて簡単な構造のものとすることができ、メンテナンスが容易であるとともに装置コストの低減も期すことができる。
【００３０】
また、ステップモータを駆動源として弁の開閉を電気的に行う構成としてあるので、弁の開閉速度、開度の設定を数値化することが可能であり、したがって従来は熟練が必要であった調整作用を容易かつ正確に行なうことができる。
【００３１】
ステップモータの脱調を利用して弾性材よりなる弁体を弁座に押し付けるようにしたので、弁の閉止状態における密閉度が高く、また弁体に周溝を設けるとともに弁座に周条を設けて、弁の閉止状態においてはこれらが嵌合するように構成してあるので、より密閉度を向上せしめることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係るコントロール弁の実施例を示す縦断面図。
【図２】本発明に係るコントロール弁の閉止状態を示す拡大縦断面図。
【図３】本発明に係るコントロール弁の開成状態を示す拡大縦断面図。
【図４】昇降体の平面図。
【符号の説明】
【００３３】
１  弁箱
２  弁室
３  ステップモータ
４  昇降体
５  ガイド棒
６  雌ねじ
７  雄ねじ
８  弁体
９  弁座
１０  ダイヤフラム
１１  周溝
１２  弁孔
１３  周条
１４  支柱
１５  エンコーダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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