JPH02176283A - バルブ制御用パルスモータ組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はエアコンにおける冷媒流量制御や、風呂、シャ
ワーにおける燃焼用ガス、空気、温水、液体燃料などの
流量制御に用いられるバルブ制御用パルスモータ組立体
に関するものである。

［従来の技術］ 最近、たとえば、第２図および第３図に示すように、パ
ルスモータを用いて電子的に回転が制御されるいわゆる
電子制御弁が実用化されている。

第２図は上記電子制御弁に用いられるパルスモータ組立
体の一例を示し、これは外ヨーク３１および内ヨーク３
２と環状コイル３３とでステータ部を構成し、ロータ３
４とロータ軸３５とでロータ部を構成し、内周歯極部３
１ａ。

３２ａに嵌入する非磁性体の密閉ケース３６を設け、密
閉ケース３６の内部にはロータ軸３５の出力側にねじ軸
部３５ａとニードル弁体３７を設けたロータ３４を軸受
３８ａとねじ係合板３８とにより、上下動自在に、かつ
、回転しつるように支持したものとなフている。そして
、ロータ３４の正逆回転に伴なってニードル弁体３７を
弁口３９の弁座４０に対して下降または上昇させること
により、バルブ流路４１から流路４２への流量制御を行
うものである。

また第３図に示すものは、この種パルスモータ組立体の
他の例であり、これはパルスモータ５１の回転出力を、
減速歯車機構５２を介して軸受５３とねじ係合板５４に
より支持されたマイナスネジ頭状ねじ軸５５に、減速機
構出力軸５２ａをマイナスドライバ状にして係合伝達し
、その正逆回転によりベローズ５６により支持されたニ
ードル弁体５７に下降と上昇を行わせて弁口５８の開口
部を調節することにより流量の制御を行なうようになっ
ている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、上記したようなバルブ制御用パルスモータ組
立体では弁部５９を流れる流体の漏出によるパルスモー
タコイルの腐蝕、絶縁劣化等の損傷や、冷媒の消耗、ガ
スの爆発などを防止するために流体の漏出を招かないよ
うにすることが必要である。またこの種のバルブ制御は
、近年、業務用から家庭用へと利用分野が拡がっている
ことから、小形で効率が良く、推力が大きく消費電流が
少なく、分解能が高く、ローコストのものが強く求めら
れている。

しかし、上記のような従来構造のバルブ制御用パルスモ
ータ組立体では、次に述べるような問題点がある。

第２図のパルスモータ組立体では、密閉ケース３６内に
モータのロータ部と弁部を収容し、その外周にステータ
部を固定する構造をとっているため、ステータ部とロー
タ間の間隙が大きくなってトルクが小さく、つまり、推
力が小さくならざるを得ないという欠点がある。このこ
とから所要推力を得るためには、必然的にモータ組立体
全体が大きくなフてしまい、コスト高を招くばかりでな
く、消費電力、モータを駆動する電源容量およびモータ
を駆動するトランジスタの容量等すべてが大きくなると
いう欠点がある。また、ロータ軸３５がそのまま出力軸
になっているため、モータ単体の分解能（１回転ステッ
プ数）が４８ステップ／回転という低いものにならざる
を得ないという問題点がある。

つぎに第３図に示すパルスモータ組立体では、減速機構
を介して最終出力軸を駆動するようになっているため第
２図のものに比し、モータが小さい、消費電力が小さい
、減速機構により大きな推力が得られ、分解能が高い（
減速比がｌ／３０であると、分解能は４８ｘ　３０＝　
１４４０ステップ／回転）という利点は有るが、第４図
に示すように、減速機構出力軸のマイナスドライバ形状
の加工、同じくねじ軸のマイナス状溝加工といった加工
を必要とし、生産コスト高を招くばかりでなく、部品点
数も多いという問題点があった。

本発明は、第３図に示すようなバルブ制御用パルスモー
タ組立体におけるパルスモータ、減速機構、弁体を、よ
り合理的なものにできないものかという考えのもとにな
されたものであり、第３図に示すものの利点である大推
力、小形、小消費電力、高分解能はそのまま活かしなが
ら、部品点数削減によるコストダウン、設計改善による
気密経費の削減も図れる、合理的な構造のバルブ制御用
パルスモータ組立体の提供を目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明のバルブ制御用パル
スモータ組立体は、ステータ部およびロータ部からなる
パルスモータと、このパルスモータのモータピニオンの
回転を出力軸に固定された出力歯車に減速して伝達する
ための中間歯車群からなる減速機構と、前記出力軸を支
承する出力軸受および外部のバルブユニットに締付連結
するロックナツトを有する外ケースとを備え、かつ、前
記パルス千−夕および減速機構が前記外ケースに収納さ
れていて、前記パルスモータの回転制御により、前記出
力軸を回転駆動せしめることによって前記ロックナツト
で接続されたバルブユニットの弁開閉制御を行なわしめ
るようにした。

［作　　　用］ 本発明によれば、パルスモータの出力はモータピニオン
、中間歯車群、出力歯車からなる減速機構を介して出力
歯車と一体の出力軸に伝達される。該出力軸は移動可能
にスタッドに係合されているから、パルスモータの回転
駆動力により、該出力軸は、回転運動または回転しなが
ら進退運動することになる。その進退運動の場合に、モ
ータ単体トルクを”　ｍ　（ｇ−ｃｍ）　、減速比を１
／Ｎ、減速機効率をη０、出力軸ネジピッチをＰｌ（ｃ
ｍ）、ネジ効率をη２とし、ネジ推力をＦ（８）とする
と、 Ｆ＝Ｔ′″１°２″″１°″２（ｇ）　　・・・（１）
Ｐ　。

となり、ネジスピードＳ　（ｃｍ／ｓ）は、パルスモー
タ駆動周波数をｆ　（５ｔｅｐｓ／５ｅｃ）、パルスモ
ータ１回転ステップ数をηθ（５ｔｅｐｓ／Ｖｅｖ）と
すると、 ５＝ｆ′Ｐ・ 、　、　Ｎ（ＣＯＩ／Ｓ）　　　　　　　・・・（２）
となる。

たとえば、外形２５ｍｍ、厚み１５ｍ１Ｑ、ステップ角
度７．５度、１回転ステップ数４８、周波数２００（ｓ
ｔｅｐｓ／５ｅｃ）の時のトルク８０　（ｇ／ｃｍ）の
小形パルスモータを用いた場合に、減速比をｌ／３０、
減速効率０．７２、出力ネジピッチを０．０５　（ｃｍ
）、ネジ効率を０．２とすると、上記式（１）から推力
Ｆは、 〜３２５７２　（ｇ）　Ｌ９３２．６　（ｋｇ）となり
、ネジスピードＳは、上記式（２）から、Ｓ　ｍ　２０
０ｘＯｘ”０５４６．９４Ｘ　１０−’（ａｍ／ｓ）８
ｘ３０ となる。

つまり、３２．６（ｋｇ）の推力、および６．９４Ｘ　
ＩＱ−’（ｃｍ／ｓ）のスピードでバルブを開閉できる
ことになる。

冷媒、ガス、空気、水等を用いた制御においては、−数
的に熱伝達時定数は、数分〜数時間であるから、バルブ
の全閉、全開のストロークを仮に２ｍｍとしても、２９
秒でこれを行なえることから、小形モータと減速機との
組合せの制御弁でその機能を十分に果すことができる。

このように本発明はバルブの開閉制御機能を簡素化した
構造で達成するものである。

また、あわせて冷媒用の制御弁は低温条件下で使われる
ことが多（、モータ、減速機構内の結露、氷結、発錆等
の障害が発生することが多い。従来、この種の制御弁用
パルスモータ組立体では、これらの対策として制御弁の
空気流通部をシール剤、接着剤を用いたり、制御弁全体
を樹脂モールドしたりして気密確保を行なっていた。し
かしこれらの手法では、気密不良が多く、作業に時間が
かかり過ぎ、生産性が悪く、コスト高等の問題があった
。

しかしながら、本発明では、気密をゴムシール等の圧縮
で行ない、さらに、外ケースの反出力側側に設けたプー
ル部に密着性および乾燥性の高いシール剤を流し込みな
どだけで気密を保持できることから、作業性が向上し、
特別な生産設備を必要とせず、ローコストでの大量生産
供給が可能となる。

また本発明パルスモータ組立体とバルブユニットを合体
した構造においても、総合的に構成部品が簡略化される
という利点がある。

［実　施　例］ 第１図は本発明の一実施例を示し、このパルスモータ組
立体に用いられるパルスモータは、外ヨーク１および内
ヨーク２と環状コイル３とで構成されたステータ部と、
ロータコア４および一体成形からなるロータ間座４ａな
らびにモータピニオン４ｂとで構成されたロータ部から
なり、該パルスモータは、モータピニオン４ｂと出力歯
車６ａの間に設けられた中間歯車７　ａ、７　ｂ、８　
ａ、８　ｂから構成される減速機構とともに外ケース２
３内に収納される。外ケース２３は、金属、たとえば、
亜鉛ダイカスト材料で継目のない一体化したパイプ状の
ものに作られる。

前記減速機構の各歯車は、外ケース２３内に収納される
が、この場合、ロータ軸５は外ケース２３に設けたロー
タ軸受２３ａと地板１２に設けた軸穴１２ａに支承され
、前記ロータコア４とともに中間歯車７ａ、７ｂがロー
タ軸５に紐挿入されている。また中間歯車８ａ、８ｂは
外ヨーク１に溶接されているフランジ１１に設けたスタ
ッド軸穴１１ａにかしめられたスタッド１４に紐挿入さ
れる。

なお地板１２は、たとえば、亜鉛メツキ鋼板であり、外
ケース２３に設けた爪部２３ｂによってゴムシート１３
とともにかしめられる。

前記中間歯車７ｂとこれに噛合する出力歯車６ａはとも
に平歯車であり、出力歯車６ａと一体の出力軸６にはね
じ孔６ｂが形成され、該ねじ孔６ｂは前記スタッド１４
に設けたねじ部１４ａに螺合されるようにする。

ロックナツト１０は上記構成のパルスモータおよび減速
機構からなるパルスモータ組立体を外部のバルブユニッ
ト締付連結するためのもので、外ケース２３の先端を鋭
角部２３ｃとし、該ナツト１０の締付けにより、バルブ
ユニットの接続パイプ端部に対して食い込ませて気密を
保つようになっている。

またロックナツト１０は外ケース２３に設けた溝２３ｄ
にストッパリング２１を嵌め込むことで、ロックナツト
１０の抜けを防ぐ構造をとっている。

出力軸受９には出力軸６のストレート部が嵌入し、ラジ
アル荷重を支承する。ボール６Ｃは出力軸６の先端に固
着した鋼球である。これは弁体に作用するとき、押しな
がら回転するので、摩擦抵抗の軽減と摩耗防止とを目的
とするものである。

また出力軸６に設けた溝６ｄにストッパリング２２を嵌
め込む構造をとっており、これは出力軸６がパルスモー
タの回転動力によフて上昇する場合に、前記ストッパリ
ング２２と出力軸受９とで機械的に停止させ、平歯車か
らなる中間歯車８ａ、８ｂへの衝当防止の機能を果して
いる。また出力軸６が下降した場合は、出力軸６に設け
た段付部６ｅと出力軸受９に設けた段部９ａとで機械的
に停止させ、出力軸６の出の量の規制および出力歯車６
ａの抜は防止の機能を果している。

なお出力軸受９は黄銅、りん青銅等の金属製とし、ロッ
クナツト１０は黄銅製とするのがよい。

出力＠６のねじ孔６ｂは、−例として、３ｎｕｕねじで
、ピッチ０．５ｍｍである。平歯車からなる出力歯車６
ａが中間歯車７ａと噛合伝達で回転することにより、出
力歯車６ａには出力軸６が固定されているから、出力歯
車６ａは進退動（上下に直進）する。

中間歯車８ａと８ｂは一体成形品であって、中間歯車８
ｂはモータピニオン４ｂと噛合する。

この実施例では、初段の減速比は１／３，２で、２段目
は１／３，１２５　、出力段はｌ／３の減速比となって
おり、減速機としては、１／３０の減速比となっている
。

モータ部の構成は、永久磁石型パルスモータで、軸受お
よび反出力側の軸受取付板が省略されており、ロータコ
ア４とモータピニオン４ｂで構成されたロータ部は、前
述のように、外ケース２３に設けたロータ軸受２３ａと
地板１２に設けた軸穴１２ａによって固定されたロータ
軸５に紐挿入されている。

パルスモータは、ロータ軸５、上記ロータ部、外ヨーク
１、内ヨーク２、フランジ１１、スタッド１４、巻線用
コイルボビン１５、巻線を外部に引き出すために用いる
ポスト１６、該ポストにはまって半田付けされるフレキ
シブルプリント基板１７とリード線を中継して半田付け
されるポスト１８、該ポスト１８を半田付けして支持す
るガラスエポキシ材の基板１９、該基板１９を固定する
ブツシュ２０により構成されている。

また前記パルスモータおよび減速機構ならびに地板１２
が外ケース２３にゴムシート１３を押し付けながら該地
板１２により収納され、外ケース２３の反出力側に設け
られたプール部に給電用リード線接続部２６を設け、該
プール部にシール剤２４を流入密閉してあり、外からの
給電用リード線２５などを伝わって、毛細管現象による
水分がパルスモータ組立体の中に侵入することをも含め
て防水密閉対策をしている。

ロータマグネットは、Ｎ５２４極であり、パルスモータ
は２相または４相である。パルスモータは１信号当り７
．５度ステップ回転する。

つまり、４８ステツプで、該モータは１回転する。

前述のように、減速比が１７３０、出力軸ねじピッチが
０．５ｍｍであるから、パルスモータが１ステツプ、つ
まり、１７４８回転することにより、１／３０Ｘ　１／
４８＝　１／１４４０だけ出力軸６は回転し、直進穆動
量は、０．５Ｘ　１／１４４０＃０．０００３４７　（
１ステップ当りのｍｍ）となっている。また前記の作用
で説明したとおり、推力は３２．６（ｋｇ）、制御速度
は６．９４　ｘ　１０”　（ｃｍ／ｓ）を達成すること
ができる。

この実施例に示したパルスモータ組立体は、ニードル弁
ユニット等とカップリングして用いる。図示した出力軸
６の先端のボール６Ｃが弁体を進退動させることにより
、流路を開閉して流量制御を行なうものである。

この実施例においては、出力軸６そのものにねじ孔６ｂ
を設け、スタッド１４に設けたねじ部１４ａと螺合する
ようにし、かつ、出力歯車６ａが中間歯車７ａと噛み合
い回転しながら進退動するので、構造が簡略化されて、
部品点数および加工量が少なく、信頼性が向上する。ま
た構造が落とし込みタイプになっているため、組立作業
が容易であり、さらに、ロータ軸５と中間歯車７ａ、７
ｂを同軸上に、スタッド１４と中間歯車８ａ、８ｂを同
軸に設けたので、無駄な空間が減少し、外形的に小形化
でき、また省電力でローコストの大推進力が得られる。

しかも、外ケース２３の反出力側をシール材２４で密閉
しているので、内部のパルスモータなどが完全に防水保
護される。

なお第１図の実施例においては、出力軸６が回転しなが
ら進退動する例を示しているが、スタッド１４のねじ部
１４ａを省略して、出力軸６を回転するトライバ型にし
、負荷のバルブユニットの弁を回すことによって開閉す
る方式のものに適用させることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、スタッドに係合
されている出力軸に固定された出力歯車がロータ軸に紐
挿入された出力段の中間歯車と噛合して該出力軸が回転
駆動される構成なので、構造が簡略化されて、部品点数
および加工量が少なく、信頼性が向上し、また構造が落
とし込みタイプになっているため、組立作業が容易であ
り、さらに、減速機構の歯車群は樹脂製を採用すること
ができるので、該歯車群の歯面のたたき音などの消音効
果が向上するとともに、コンパクトにまとめることがで
きて、無駄な空間が減少し、外形的に小形化が可能とな
る。しかも、外ケースの出力端側を除くすべての部分を
容易に密閉構造にして、リード線などからの水分の侵入
を遮断することができて、内部のパルスモータなどが防
水保護され、動作不能になることが避けられ、信頼性が
向上する。

したがフて、総合的に制御弁を含めて、小形パルスモー
タを用いて、省電力で小形で、ローコストの大推力のバ
ルブ制御用パルスモータ組立体を提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示した正面断面図、第２図
は従来の技術の１つの例を示した正面断面図、第３図は
同じくのもう１つの例を示した正面断面図、第４図は第
３図のマイナスドライバ状出力伝達部の一部を示した拡
大斜視図である。 ｌ・・・外ヨーク　　　　　２・・・内ヨーク３・・・
環状コイル　　　４・・・ロータコア４ｂ・・・モータ
ピニオン　５・・・ロータ軸６・・・出力軸　　　　　
６ａ・・・出力歯車６ｂ・・・ねじ孔　　　　　７ａ、
７ｂ・・・中間歯車８ａ、８ｂ・・・中間歯車　　９・
・・出力軸受１１・・・ロックナツト　１２・・・地板
１３・・・ゴムシート　　１４・・・スタッド１４ａ・
・・ねじ部 １５・・・巻線要コイルボビン １６・・・ポスト １７・・・フレキシブルプリント基板 １８・・・ポスト　　　　１９・・・基板２０・・・ブ
ツシュ　　　２３・・・外ケース２３ａ・・・ロータ軸
受　　２４・・・シール材２５・・・給電用リード線 ２６・・・給電用リード線接続部 他４名

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ステータ部およびロータ部からなるパルスモータと
   、このパルスモータのモータピニオンの回転を出力軸に
   固定された出力歯車に減速して伝達するための中間歯車
   群からなる減速機構と、前記出力軸を支承する出力軸受
   および外部のバルブユニットに締付連結する ロックナットを有する外ケースとを備え、かつ、前記パ
   ルスモータおよび減速機構が前記外ケースに収納されて
   いて、前記パルスモータの回転制御により、前記出力軸
   を回転駆動せしめることによつて前記ロックナットで接
   続されたバルブユニットの弁開閉制御を行なわせるよう
   にしたことを特徴とするバルブ制御用パルスモータ組立
   体。 ２　出力軸の回転駆動は該出力軸の回転と進退動となる
   ようにスタッドに螺合している請求項１記載のバルブ制
   御用パルスモータ組立 体。 ３　外ケースの反出力側に設けられたプール部に給電用
   リード線接続部を設け、該プール部にシール剤が流入密
   閉されている請求項１または２記載のバルブ制御用パル
   スモータ組立体。 ４　外ケースが継目のない一体化した金属によるパイプ
   状のものからなる請求項１、２ま たは３記載のバルブ制御用パルスモータ組 立体。