JP4892697B2 - バルブ駆動装置、バルブ駆動装置の制御方法、及びポンプ - Google Patents

Description

本発明は、モータ駆動によって、バルブ保持部材を移動させて流路の開閉を行うバルブ駆動装置、バルブ駆動装置の制御方法、及びポンプに関する。

従来より、冷蔵庫や空調機には、ステッピングモータ等の駆動源によって弁体を移動させ、冷媒の流路を開閉することによって、流路に通じる室の温度制御を行うバルブ駆動装置が設置されている。また、近年になって、ノート型パソコンなどのモバイル機器の電源として、メタノール型燃料電池が開発されつつあるが、このメタノール型燃料電池の燃料電極層（セル）に、還元剤となる燃料（メタノールや水）を供給する際にも、その流量を調節するためにバルブ駆動装置が利用されている。

このように、現在、バルブ駆動装置は様々な分野で利用されているが、搭載される装置が小型化するに伴って、冷媒や燃料などの流体の流量を如何に精度良くコントロールするか、が重要な技術課題になってきている。流体の流量を精度良くコントロールする方策の一つとして、弁体の閉止性能（シール性）の向上が挙げられる（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。

特許文献１には、弁体の閉止状態における密閉性（シール性）を向上させるコントロール弁が開示されている。具体的に説明すると、特許文献１には、ステッピングモータの駆動軸を正逆回転させて、昇降体を上下に直動させるとともに、エンコーダによりモータの脱調を検出して、ダイヤフラム（コントロール弁）の開度を制御するバルブ駆動装置が開示されている。そして、このバルブ駆動装置では、流体の流入穴の周囲に突起が形成され、この突起とコントロール弁とが勘合するようになっている。このため、弁体の閉止状態におけるシール性を向上させることが可能となっている。

また、特許文献２には、薬液ノズルの吐出精度を向上させる基板処理装置及び吐出制御方法が開示されている。具体的に説明すると、特許文献２には、薬液が流通する薬液配管を開閉する流量制御弁と、エンコーダとを有する基板処理装置が開示されている。そして、この基板処理装置では、エンコーダによりモータの脱調を検出して、流通制御弁を閉止状態にしたり、薬液の性質に応じて流量制御弁の移動量（ストローク）を調節したりして、薬液ノズルの吐出精度を向上させることが可能となっている。

このように、特許文献１及び特許文献２に記載された発明は、エンコーダによりモータの脱調を検出して、コントロール弁や流量制御弁で流路を閉止するとともに、突起とコントロール弁と勘合させたり、流量制御弁のストロークを調節したりして、弁体のシール性を向上させ得るものとなっている。

特開２００５−５４９５４号公報（図１） 特開２００４−３２７７７５号公報（図４）

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載された発明は、上述のとおり、エンコーダによりモータの脱調を検出して、モータのディテントトルクによって弁の閉止状態を維持しようとしているため、モータ、及びロータから弁までの各部材の誤差が重畳してしまう（積み上げられてしまう）結果、弁体の閉止状態におけるシール性が安定しない。

例えば、コントロール弁や流通制御弁などの弁体が流体の流入穴（或いは流出穴）に当接して、流路を閉止している状態では、モータが脱調していることから、流体の流入穴（或いは流出穴）を閉止する閉止力は、弁体の弾性変形ストローク内で、かつ、モータのディテント極数の範囲内で、バラツキが生じることになる（流路を閉止する度に閉止力が異なることになる）。その結果、弁体の閉止性能にバラツキが生じ、弁体の閉止状態におけるシール性が安定しない。

また、流路を閉止しているときに、あまりに強い力で弁体が押付けられると、ヒステリシスによって弁体の弾性力が変化したり、当接部分の磨耗が進んだりする結果、上述した弁体の閉止性能のバラツキを更に惹き起こし、弁体の閉止状態におけるシール性が益々安定しなくなる。

このように、従来のバルブ駆動装置は、弁体の閉止状態におけるシール性が安定し難いことから、弁体の閉止性能に関する信頼性に欠けるものとなっていた。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、弁体の閉止状態におけるシール性を安定化させることができ、ひいては弁体の閉止性能に関する信頼性を向上させることが可能なバルブ駆動装置、バルブ駆動装置の制御方法、及びポンプを提供することにある。

以上のような課題を解決するために、本発明は、以下のものを提供する。

（１） モータによって回転されるリードスクリューと螺子結合により係合したバルブ保持部材と、前記リードスクリューと前記バルブ保持部材との係合により、前記リードスクリューの回転を直動に変換して前記バルブ保持部材を直動させる変換手段と、前記バルブ保持部材の直動動作に伴って開口部を開閉するダイヤフラム弁と、を有するバルブ駆動装置において、前記バルブ保持部材の内側には、前記リードスクリューが螺子結合により係合して配置されるとともに、前記バルブ保持部材の外周側には、前記バルブ保持部材を前記開口部が閉止される方向に付勢するスプリングを保持するスプリング受部が同心状に設けられ、前記バルブ保持部材に設けられたダイヤフラム保持部には、弾性体により形成された前記ダイヤフラム弁が保持され、前記ダイヤフラム弁には、前記開口部の周囲に当接してシール面になるビードが形成されており、前記バルブ保持部材は、前記リードスクリューの回転に伴って前記ダイヤフラム弁の前記ビードを前記スプリングにより前記開口部の周囲に当接し閉鎖するまで駆動し、さらに前記リードスクリューを回転させて前記バルブ保持部材により前記ダイヤフラム弁を当接し閉鎖した後、前記リードスクリューを所定量逆回転させて前記ダイヤフラム弁の閉止状態とし、前記ダイヤフラム弁の閉止状態においては、前記スプリングの付勢力と前記ビードが所定量潰れて前記開口部の周囲から受ける反作用の力とが釣り合って、前記リードスクリューと前記バルブ保持部材とを非係合として前記開口部がダイヤフラム弁の前記ビードによって閉鎖されていることを特徴とするバルブ駆動装置。

本発明によれば、回転部材の回転を直動に変換して直動部材を直動させる変換手段と、弾性を有し、直動部材の直動動作に伴って開口部を開閉するダイヤフラム弁と、ダイヤフラム弁を開口部に付勢状態で当接することにより、開口部を閉鎖させる付勢部材とが設けられたバルブ駆動装置で、付勢部材で付勢されたダイヤフラム弁によって、回転部材と直動部材とを非係合として開口部が閉鎖されることとしたので、ダイヤフラム弁の閉止状態におけるシール性を安定化させることができる。

すなわち、本発明に係るバルブ駆動装置には、ダイヤフラム弁を開口部（例えば流体の流入穴や流出穴）の周囲に付勢状態で当接することにより、その開口部を閉鎖させる付勢部材が設けられている。従って、ダイヤフラム弁の閉止状態において、回転部材と直動部材とが非係合となっていても、この付勢部材により、開口部を閉止する閉止力を安定的に得ることができる。その結果、ダイヤフラム弁の閉止状態におけるシール性を安定化させることができ、ひいてはダイヤフラム弁の閉止性能に関する信頼性を向上させることができる。

また、上述のとおり、ダイヤフラム弁の閉止状態においては、回転部材と直動部材とは非係合となっているため、過剰な力がダイヤフラム弁に加わって、ヒステリシスに起因してダイヤフラム弁の弾性力が変化したり、当接部分の磨耗が進んだりすることはない。従って、これらが原因で、ダイヤフラム弁の閉止性能がばらつくのを防ぐことができ、ひいてはダイヤフラム弁の閉止性能に関する信頼性向上に寄与することができる。なお、当接部分の磨耗が進むのを防ぐことで、耐久性向上に寄与することもできる。

さらに、従来のバルブ駆動装置では、開口部を閉止する閉止力は、弁体の弾性変形ストローク内で、かつ、モータのディテント極数の範囲内でバラツキが生じているため、正確な閉止力の予測は困難であったが、本発明によれば、この閉止力を付勢部材から得ているため、正確に設定することができる。また、従来のバルブ駆動装置では、モータ、及びロータから弁までの各部材の誤差が重畳してしまう（積み上げられてしまう）結果、弁体の閉止状態におけるシール性が安定しなかったが、本発明によれば、付勢部材の付勢力によって開口部を閉止することとしているので、上述した積み上げ誤差を少なくすることができ（閉止に関わる部品点数を少なくすることができ）、ひいてはシール性を安定させることができる。

ここで、「付勢部材」は、ダイヤフラム弁を開口部の周囲に付勢状態で当接しうるものであれば如何なるものであってもよく、例えば、コイルバネ，板バネ，磁気バネ，ゴムなどの部材が挙げられる。また、大きさ・形状・断面積など、その種類の如何も問わない。

また、本発明において、ダイヤフラム弁の閉止状態では、回転部材と直動部材とは「非係合」となっているが、これは、回転部材と直動部材とが全く接触しない場合が含まれるのは勿論のこと、回転部材と直動部材とが一部で接触する場合も含まれるものとする。すなわち、回転部材と直動部材とが一部で接触していても、その接触箇所が開口部を閉止する閉止力に影響を与えない箇所であれば、ここでいう「非係合」に含まれるものとする。また、この「非係合」には、回転部材と直動部材が接触していても負荷がかかっていない場合が含まれるものとする。

（２） 前記バルブ保持部材は、前記リードスクリューのネジ斜面に係合して押圧されるネジ斜面を有し、前記バルブ保持部材のネジ斜面が前記リードスクリューのネジ斜面に押圧されることにより直動することを特徴とする（１）記載のバルブ駆動装置。

本発明によれば、上述した直動部材は、回転部材に係合して押圧される被押圧部を有し、この被押圧部が押圧されることによって直動することとしたので、ダイヤフラム弁が閉止状態に至るまでは、回転部材により被押圧部が押圧され、直動部材を直動させる一方で、ダイヤフラム弁が閉止状態になった場合には、回転部材と被押圧部とが非係合となる。そして、この場合、上述した付勢部材によって、開口部を閉止する力を安定的に得ることができ、ひいてはダイヤフラム弁の閉止性能に関する信頼性を向上させることができる。

ここで、「被押圧部」は、回転部材と係合して押圧されるものであれば如何なるものであってもよく、例えば、回転部材が雄ネジである場合には、この雄ネジと接触する雌ネジの斜面であってもよいし、回転部材がフランジを有していれば、そのフランジにより押圧される部位（部材）であってもよい。

前記回転部材と前記被押圧部とは、螺子結合或いはカム結合によって係合していることを特徴とする。

本発明によれば、上述した回転部材と被押圧部とは、螺子結合（雄ネジと雌ネジ或いはラックアンドピニオン）或いはカム結合によって係合していることとしたので、ダイヤフラム弁が閉止状態に至るまでは、例えば雄ネジの回転部材により雌ネジの被押圧部（雄ネジと接触する斜面）が押圧され、直動部材を直動させる一方で、ダイヤフラム弁が閉止状態になった場合には、雄ネジの回転部材と雌ネジの被押圧部とが非係合となる。そして、この場合、上述した付勢部材によって、開口部を閉止する力を安定的に得ることができ、ひいてはダイヤフラム弁の閉止性能に関する信頼性を向上させることができる。

（３） 前記リードスクリューと前記バルブ保持部材のネジ斜面とは、ネジピッチとネジ山角度が同じであり、両者を非係合として前記開口部をダイヤフラム弁によって閉鎖させる隙間を有していることを特徴とする（２）記載のバルブ駆動装置。

本発明によれば、上述した回転部材と被押圧部とは、両者を非係合として開口部をダイヤフラム弁によって閉鎖させる隙間を有していることとしたので、被押圧部を有する直動部材を、被押圧部を押圧する方向とは逆方向に直動させることによって、回転部材と被押圧部との非係合状態を簡易に作り出すことができる。その結果、上述同様、付勢部材によって開口部を閉止する力を安定的に得ることができ、ひいてはダイヤフラム弁の閉止性能に関する信頼性を向上させることができる。

バルブ駆動装置の制御方法であって、前記バルブ保持部材は、前記ダイヤフラム弁の前記ビードを前記スプリングにより前記開口部の周囲に当接し閉鎖するまで駆動し、前記リードスクリューと前記バルブ保持部材との非係合の位置で停止させたことを特徴とする。

本発明によれば、上述したバルブ駆動装置の制御方法であって、直動部材は、ダイヤフラム弁を付勢部材により開口部に当接し閉鎖するまで駆動するとともに、回転部材と直動部材との非係合の位置で停止させたので、ダイヤフラム弁の閉止状態において、上述した付勢部材により開口部を閉止する閉止力を安定的に得ることができ、ひいてはダイヤフラム弁の閉止性能に関する信頼性を向上させることができる。

（４） モータによって回転されるリードスクリューと螺子結合により係合したバルブ保持部材と、前記リードスクリューと前記バルブ保持部材との係合により、前記リードスクリューの回転を直動に変換して前記バルブ保持部材を直動させる変換手段と、前記バルブ保持部材の直動動作に伴って開口部を開閉するダイヤフラム弁と、を有するバルブ駆動装置において、前記バルブ保持部材の内側には、前記リードスクリューが螺子結合により係合して配置されるとともに、前記バルブ保持部材の外周側には、前記バルブ保持部材を前記開口部が閉止される方向に付勢するスプリングを保持するスプリング受部が同心状に設けられ、前記バルブ保持部材に設けられたダイヤフラム保持部には、弾性体により形成された前記ダイヤフラム弁が保持され、前記ダイヤフラム弁には、前記開口部の周囲に当接してシール面になるビードが形成されており、前記ダイヤフラム弁の閉止状態においては、前記スプリングの付勢力と前記ビードが所定量潰れて前記開口部の周囲から受ける反作用の力とが釣り合って、前記リードスクリューと前記バルブ保持部材とを非係合として前記開口部がダイヤフラム弁の前記ビードによって閉鎖されるバルブ駆動装置の制御方法であって、前記バルブ保持部材は、前記リードスクリューの回転に伴って前記ダイヤフラム弁の前記ビードを前記スプリングにより前記開口部の周囲に当接し閉鎖するまで駆動し、さらに前記リードスクリューを回転させて前記バルブ保持部材により前記ダイヤフラム弁を当接し閉鎖した後、前記リードスクリューを所定量逆回転させて前記ダイヤフラム弁の閉止状態とし、前記リードスクリューと前記バルブ保持部材との非係合の位置で停止させたことを特徴とするバルブ駆動装置の制御方法。

本発明によれば、直動部材は、ダイヤフラム弁を付勢部材により開口部に当接し閉鎖するまで駆動して、直動部材によりダイヤフラム弁を当接し閉鎖した後、回転部材を逆転させて回転部材と直動部材との非係合の位置で停止させたので、モータの回転方向を制御するだけで、回転部材と直動部材との非係合状態を簡易に作り出すことができる。そして、この非係合状態において、上述した付勢部材により開口部を閉止する力を簡易かつ安定的に得ることができる。

前記バルブ保持部材は、前記ダイヤフラム弁の前記ビードを前記スプリングにより前記開口部の周囲に当接し閉鎖するまで駆動して前記バルブ保持部材により前記ダイヤフラム弁を当接し閉鎖する手前で停止させて、前記リードスクリューと前記バルブ保持部材との非係合の位置で停止させたことを特徴とする。

本発明によれば、直動部材は、ダイヤフラム弁を付勢部材により開口部に当接し閉鎖するまで駆動して、直動部材によりダイヤフラム弁を当接し閉鎖する手前で停止させて、回転部材と直動部材との非係合の位置で停止させたので、回転部材と直動部材との非係合状態を簡易に作り出すことができる。特に、上述した制御方法と異なり、モータの回転方向を変える必要がないので、モータを制御する制御プログラムを簡易化しつつ、開口部を閉止する力を安定的に得ることができる。

（５） （１）から（３）のいずれか記載のバルブ駆動装置を有するポンプであって、流入穴に連通する流入路と、前記流入路に配置された流入側の前記バルブ駆動装置と、前記流入路に接続されたポンプ室と、前記ポンプ室に配置されたポンプ機構と、前記ポンプ室から延びて複数の流出穴の各々に連通する複数の流出路と、前記複数の流出路の各々に配置された流出側の前記バルブ駆動装置と、から構成されていることを特徴とするポンプ。

本発明によれば、ポンプに、流入路及び流出路と、流入路に配置された流入側の上記バルブ駆動装置と、流入路に接続されたポンプ室と、ポンプ室に配置されたポンプ機構と、複数の流出路の各々に配置された流出側の上記バルブ駆動装置と、を設けることとしたので、ダイヤフラム弁の閉止性能に関する信頼性を向上させたポンプを提供することができる。

本発明に係るバルブ駆動装置、バルブ駆動装置の制御方法、及びポンプによれば、モータのディテントトルクではなく、バルブ駆動装置に設けられた付勢部材により、開口部を閉止する閉止力を安定的に得ているので、ダイヤフラム弁の閉止状態におけるシール性を安定化させることができ、ひいてはダイヤフラム弁の閉止性能に関する信頼性を向上させることができる。また、ダイヤフラム弁のヒステリシスや磨耗によって、ダイヤフラム弁の閉止性能がばらつくのを防ぐことができる。さらに、ダイヤフラム弁の閉止力が正確に設定することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明するバルブ駆動装置は、流入路，流出路，ポンプ室及びポンプ機構等を有するポンプに搭載することが可能である。

［機械構成］
図１は、本発明の実施の形態に係るバルブ駆動装置１０の縦断面図である。図２は、本発明の実施の形態に係るバルブ駆動装置１０の分解図である。なお、図２の左半分には、各部品の縦断面図を示しており、図２の右半分には、各部品の平面断面図を示している。

図１及び図２において、バルブ駆動装置１０は、主に、駆動源となるステッピングモータ（以下、単に「モータ」という）１と、モータ１を内設するケース６と、流体の流入口（流入穴）８ａ及び流体の流出口（流出穴）８ｂが形成され、ケース６と係合するケース８と、から構成されている。

モータ１の回転軸１ａには、例えば右ネジからなるリードスクリュー２が圧入固定されており、このリードスクリュー２は、モータ１の回転方向と同方向に回転する。そして、リードスクリュー２には、バルブ保持部材３の雌ネジ３ａがネジ勘合されている。すなわち、直動部材の一例に相当するバルブ保持部材３は、回転部材の一例に相当するリードスクリュー２に係合している。従って、モータ１がリードスクリュー２側からみてＣＣＷの方向（反時計回り）に回転すると、バルブ保持部材３はモータ１に近寄る一方で、モータ１がリードスクリュー２側からみてＣＷの方向（時計回り）に回転すると、バルブ保持部材３はモータ１から遠ざかることになる。このように、リードスクリュー２の回転は、リードスクリュー２とバルブ保持部材３とが螺子結合によって係合し、バルブ保持部材３は回止めされているため、直動に変換される。

バルブ保持部材３の外周側には、スプリング受部３ｂが同心状に設けられており、このスプリング受部３ｂとモータ１によって、スプリング４が保持されている。スプリング４は圧縮コイルバネからなり、バルブ保持部材３をモータ１から離反する方向に付勢している。なお、本実施形態では、圧縮コイルバネを採用したが、例えば「引っ張りコイルバネ」を採用することもできる。この場合、バルブ保持部材３のスプリング受け部３ｂの反対面に、引っ張りコイルバネを保持することができる。

バルブ保持部材３の中央部には、凸形状のダイヤフラム保持部３ｃが設けられており、このダイヤフラム保持部３ｃは、ダイヤフラム弁５のアンダーカット部５ａと勘合している。また、バルブ保持部材３において、スプリング受部３ｂとダイヤフラム保持部３ｃとの間のフランジ部には、３箇所の円弧状の回止め穴部３ｄが形成されている（図２参照）。

モータ１を内設するケース６には、この立ち上がり部６ａは、上述した回止め穴部３ｄと係合するように３分割されている（図２参照）。また、図２に示すように、ケース６には、バルブとなるダイヤフラム弁５の背圧をモータ１側に逃すための背圧逃し穴６ｂと、モータ１の運転時の熱を逃す熱逃し穴６ｃとが開けられており、モータ１の取り付け、位置決め用の板バネ７が入り込む溝６ｄと、モータ１の給電用配線を通す溝６ｅとが設けられている。なお、リードスクリュー２の回転を直動に変換してバルブ保持部材３を直動させる「変換手段」として、立ち上がり部６ａと、これに係合する回止め穴部３ｄとを考えることができる。また、板バネ７は、モータ１の両側に嵌まり込む抜け止め部７ａ，バネ部７ｂ及びバネ部７ｃを有しており、これら各部の作用によってモータ１がケース６に取り付けられるようになっている。

一方で、ケース６とケース９の間には、ゴム弾性を有する弾性体により形成されたダイヤフラム弁５が介在している。より具体的には、ダイヤフラム弁５の外周部５ｂが、ケース６とケース９に挟み込まれて固定され（図１参照）、同時に、ビード５ｅも挟み込まれて固定される。ビード５ｅは、流体がケース６とケース９との隙間から漏れ出るのを防ぎ、シール性の向上に貢献している。また、ダイヤフラム弁５の膜部５ｃは変形し易いため、応力が集中しないように円弧状に形成されている。

ケース８は、ダイヤフラム弁５，ケース９及びシールリング１１を介在させた上で、ケース６と係合する。ケース９には、流入口８ａから流入する流体を流通させる流路９ａと、流出口８ｂへ流出する流体を流通させる流路９ｂが形成されている。ここで、ダイヤフラム弁５とケース９とによって、流路の一部を形成している。それ故、流入路８ａから流入し、流路９ａを通過した流体が、開口部２０を通過した後、ダイヤフラム弁５とケース９とによって構成された流路を経て流路９ｂに到るようになっている。シールリング１１は、ケース８とケース９との間に挟みこまれるように配置され、流体がケース８とケース９との隙間から漏れ出るのを防ぎ、シール性の向上に貢献している。

次に、バルブ駆動装置１０の中心部（ダイヤフラム弁５の近傍）について、図３を用いて詳述する。

図３は、図１に示すバルブ駆動装置１０の中心部を拡大した拡大図である。

図３に示すように、ダイヤフラム弁５のアンダーカット部５ａのモータ１とは反対側の面には、細く尖った同心状のビード５ｄが形成されている。このビード５ｄがケース９と当接する面は、開口部２０を閉止する際のシール面になる。また、ダイヤフラム保持部３ｃの直径は、細く尖ったビード５ｄの直径よりも小さくなるようにしている。これにより、ビード５ｄに、ダイヤフラム保持部３ｃから十分な圧力が加わることになり、僅かな力でも安定した信頼性の高いシール性を得ることができる。

また、図３において、バルブは開口状態で、リードスクリュー２と、ダイヤフラム保持部３ｃの雌ネジ３ａとは、ネジピッチとネジ山角度が同じである。なお、回転軸１ａの軸方向に遊び（隙間）Ｚが生じている。

ここで、本実施形態に係るバルブ駆動装置１０では、上述したように、スプリング４によって、バルブ保持部材３がモータ１から離反する方向に付勢されている。従って、バルブ保持部材３が直動動作しているときには、リードスクリュー２（のネジ部）におけるモータ１側の斜面と、バルブ保持部材３の雌ネジ３ａにおけるモータ１側と反対側の斜面とが接触した状態、すなわちリードスクリュー２とバルブ保持部材３とが係合した状態で保たれる。

一方で、開口部２０がダイヤフラム弁５のビード５ｄによって閉鎖されているときには、リードスクリュー２（のネジ部）におけるモータ１側と反対側の斜面と、バルブ保持部材３の雌ネジ３ａにおけるモータ１側の斜面とが接触していない状態、すなわちリードスクリュー２とバルブ保持部材３とが遊びＺとの間で非係合となった状態で保たれる。

開口部２０を閉鎖する様子について、図４及び図５を用いて詳述する。図４は、図１に示すバルブ駆動装置１０の開口部２０が開閉される様子を示す図である。図５は、図４に示すバルブ駆動装置１０の中心部を拡大した拡大図である。なお、図４（ａ）及び図５（ａ）は、それぞれ図１及び図３と同じ図である。

図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、バルブ保持部材３が直動動作しているときには、スプリング４の付勢力によって、リードスクリュー２とバルブ保持部材３とが係合している。

一方で、図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示すように、開口部２０がダイヤフラム弁５（のビード５ｄ）によって閉鎖されているときには、スプリング４の付勢力と、ダイヤフラム弁５がケース９から受ける反作用の力とが釣り合って、リードスクリュー２とバルブ保持部材３とが遊びＺの間で非係合となっている。すなわち、ダイヤフラム弁５（のビード５ｄ）は、スプリング４によって開口部２０の周囲に付勢状態で当接されており、その結果、開口部２０が閉鎖されている。

［本実施形態の効果］
本実施形態に係るバルブ駆動装置１０によれば、スプリング４により、開口部２０を閉止する閉止力を安定的に得ることができるので、ダイヤフラム弁５の閉止状態におけるシール性を安定化させることができ、ひいてはダイヤフラム弁５の閉止性能に関する信頼性を向上させることができる。

また、ダイヤフラム弁５の閉止状態において、リードスクリュー２とバルブ保持部材３とが遊びＺの間で非係合となっているため、ダイヤフラム弁５に過剰な力が加わることがなく、ダイヤフラム弁５のヒステリシスや磨耗に起因して閉止性能がばらつくのを防ぐことができる。また、スプリング４の付勢力を予め計測しておくことによって、ダイヤフラム弁５の閉止状態における閉止力がどの程度になるかを正確に設定することができる。

さらに、本実施形態に係るバルブ駆動装置１０によれば、スプリング４を外側に、リードスクリュー２を内側にしているので、リードスクリュー２がスプリング４の軸心の一部になる結果、スプリング４の偏りを防ぐことができ、ひいては安定した閉止力を得ることができる。また、バルブ保持部材３のダイヤフラム保持部３ｃを開口部２０よりも小径としているので、アンダーカット部５ａが閉止されているとき、ダイヤフラム弁５が均等に変形することになり、ひいては安定した信頼性の高いシール製を得ることができる。

さらにまた、モータ１の位置決め固定方法を板バネ７で一方向から固定できるようにしているので、モータ１を容易に取り付けることができるとともに、製造コストが上昇するのを防ぐことができる。

［他の実施の形態］
本実施形態では、リードスクリュー２とバルブ保持部材３とは、雄ネジと雌ネジ３ａによって係合しているが、例えばラックアンドピニオンによって係合していてもよい。また、本実施形態では、リードスクリュー２に係合して押圧される被押圧部の一例として、バルブ保持部材３の雌ネジ３ａを考えているが、本発明はこれに限られない。例えば、リードスクリュー２をカムに置き換えた場合には、被押圧部としては、そのカムと当接する部位（部材）が被押圧部となる。

また、本実施形態に係るバルブ駆動装置１０は、図１〜図４に示すバルブ駆動装置１０と異なり、流入口８ａと流出口８ｂが逆になっていてもよいし、両者が丸穴ではなく四角穴等になっていてもよいし、リードスクリュー２が回転軸１ａと一体になっていてもよいし、バルブ保持部材３とダイヤフラム弁５の結合状態が凹凸が逆になっていてもよいし、ダイヤフラム弁５におけるビード５ｄが丸みを帯びた形状になっていてもよいし、ダイヤフラム弁５側ではなくケース９側にビードが形成されていてもよいし、種々変更可能である。

［制御方法］
図６は、本発明の実施の形態に係るバルブ駆動装置１０の制御方法を説明するための説明図である。

まず、図４（ａ）及び図５（ａ）を用いて説明したように、バルブ保持部材３がモータ１から離反する方向に直動動作しているときには、スプリング４の付勢力によって、リードスクリュー２（のネジ部）におけるモータ１側の斜面と、バルブ保持部材３の雌ネジ３ａにおけるモータ１側と反対側の斜面とが接触した状態となっている（図６（ａ）参照）。より具体的には、モータ１にパルス電圧を与え、リードスクリュー２をＣＣＷの方向に回転させると、バルブ保持部材３がモータ１から離反する方向に前進するが、このとき、リードスクリュー２とバルブ保持部材３とは係合している。

そして、バルブ保持部材３のビード５ｄがケース９に当接すると、ダイヤフラム弁５がケース９から反作用の力を受け始め、この反作用の力とスプリング４の付勢力とが釣り合ったとき、リードスクリュー２（のネジ部）におけるモータ１側と反対側の斜面と、バルブ保持部材３の雌ネジ３ａにおけるモータ１側の斜面とは、非接触の状態に遷移する（図６（ｂ））。

このように、本制御方法は、ダイヤフラム弁５のビード５ｄを開口部２０に当接し閉鎖するまで駆動して、ビード５ｄが沈み込む位置より先までモータ１を駆動させるとともに、バルブ保持部材３によりダイヤフラム弁５を沈み込ませる手前で、バルブ保持部材３の直動を停止させる。すなわち、スプリング４によって、ビード５ｄを所定量潰してダイヤフラム弁５が閉鎖した位置より、リードスクリュー２を若干進めて停止させる（図６（ａ）→図６（ｂ））。これにより、リードスクリュー２とバルブ保持部材３とを非係合とすることができ、ひいては開口部２０を閉止する閉止力を安定的に得ることができる。また、バルブ保持部材３の直動を所望の位置で停止させるには、モータ１に与えるパルス電圧（パルス数）を適宜調整すればよく、モータ１の回転方向を変える必要がないので、モータ１を制御する制御プログラムを簡易化しつつ、開口部２０を閉止する閉止力を安定的に得ることができる。

次に、続けて図６（ｃ）及び図６（ｄ）を用いて、バルブ駆動装置１０の他の制御方法について説明する。

まず、上述同様に、リードスクリュー２とバルブ保持部材３とを、係合している状態から遊びＺの間で非係合の状態に遷移させる（図６（ａ）→図６（ｂ）参照）。そして、さらに規定ストローク動作以上のパルス電圧をモータ１に与えることで、リードスクリュー２（のネジ部）におけるモータ１側の斜面と、バルブ保持部材３の雌ネジ３ａにおけるモータ１側と反対側の斜面とが、接触した状態に遷移する（図６（ｂ）→図６（ｃ））。すなわち、リードスクリュー２とバルブ保持部材３とは、再び係合する。このとき、ダイヤフラム弁５のビード５ｄの先端は、開口部２０の周囲に当接して潰れている（図６（ｃ）参照）。

その後、所定のタイミングで、遊びＺの範囲内でモータ１をＣＷ方向に回転（反転）させる。より具体的には、例えば、ＣＣＷ方向に回転させる所定数のパルス電圧をモータ１に与え終わったことを契機として、モータ１に対し、ＣＷ方向に回転させる４〜５ステップ数のパルス電圧を与える。これにより、遊びＺの範囲でモータ１を僅かに（例えば回転軸１ａを約９０度）反転させることができる。なお、本実施形態では、エンコーダを不要としているので、製造コスト削減，モータ１の小型化に資することができる。ただし、モータ１にエンコーダを設け、これによりモータ１の脱調を検出したことを契機として、上述した４〜５ステップ数のパルス電圧を与えることとしても構わない。

遊びＺの範囲でモータ１を僅かに反転させると、バルブ保持部材３はスプリング４の付勢力により押さえつけられたままで、バルブは閉止状態となる。すなわち、リードスクリュー２（のネジ部）におけるモータ１側の斜面と、バルブ保持部材３の雌ネジ３ａにおけるモータ１側と反対側の斜面とは、非接触の状態に遷移する（図６（ｄ））。このとき、ビード５ｄは、ダイヤフラム弁５がケース９から受ける反作用の力と、スプリング４の付勢力とが釣り合う位置まで弾性力（復元力）によって復元し、その先端は、少しへこんだ状態となる。

このように、本制御方法は、スプリング４によってダイヤフラム弁５のビード５ｄを開口部２０の周囲に当接して、ビード５ｄが沈み込む位置より先までモータ１を駆動させるとともに、バルブ保持部材３によりダイヤフラム弁５を沈み込ませた後、後退させてリードスクリュー２とバルブ保持部材３との非係合の位置で、バルブ保持部材３の直動を停止させる（図６（ｃ）→図６（ｄ））。これにより、開口部２０を閉止する閉止力を安定的に得ることができる。また、本制御方法は、モータ１の回転方向を制御するだけで、リードスクリュー２とバルブ保持部材３との非係合状態を簡易に作り出すことができるものなので、開口部２０を閉止する力を簡易かつ簡易かつ安定的に得ることができる。

以上説明したように、上述したバルブ駆動装置１０の制御方法によれば、モータトルクによりシール性を確保するのではなく、スプリング４の付勢力による安定したシール性を確保することができる。また、ダイヤフラム弁５、リードスクリュー２に大きな応力を残さず耐久性の高いバルブを提供することができる。さらに、スプリング４の付勢力によって、開口部２０を閉止する閉止力を安定的に得ることができるので、ダイヤフラム弁５の閉止性能に関する信頼性を向上させることができる。

なお、図６（ｄ）示す状態において、さらにモータ１をＣＷ方向に回転させた場合には、バルブ保持部材３は、図６（ａ）に示すような状態でモータ１側に引き寄せられ、バルブが開放される。このようにして、モータ１に与えるパルス数によって、バルブの開度を制御することも可能である。

本発明に係るバルブ駆動装置、バルブ駆動装置の制御方法、及びポンプは、弁体の閉止性能に関する信頼性を向上させ得るものとして有用である。

本発明の実施の形態に係るバルブ駆動装置の縦断面図である。 本発明の実施の形態に係るバルブ駆動装置の分解図である。 図１に示すバルブ駆動装置の中心部を拡大した拡大図である。 図１に示すバルブ駆動装置の開口部が開閉される様子を示す図である。 図４に示すバルブ駆動装置の中心部を拡大した拡大図である。 本発明の実施の形態に係るバルブ駆動装置の制御方法を説明するための説明図である。

符号の説明

１ モータ
２ リードスクリュー
３ バルブ保持部材
４ スプリング
５ ダイヤフラム弁
６，８，９ ケース
７ 板バネ
１０ バルブ駆動装置
１１ シールリング

Claims (5)

1. モータによって回転されるリードスクリューと螺子結合により係合したバルブ保持部材と、
   前記リードスクリューと前記バルブ保持部材との係合により、前記リードスクリューの回転を直動に変換して前記バルブ保持部材を直動させる変換手段と、
   前記バルブ保持部材の直動動作に伴って開口部を開閉するダイヤフラム弁と、を有するバルブ駆動装置において、
   前記バルブ保持部材の内側には、前記リードスクリューが螺子結合により係合して配置されるとともに、前記バルブ保持部材の外周側には、前記バルブ保持部材を前記開口部が閉止される方向に付勢するスプリングを保持するスプリング受部が同心状に設けられ、
   前記バルブ保持部材に設けられたダイヤフラム保持部には、弾性体により形成された前記ダイヤフラム弁が保持され、
   前記ダイヤフラム弁には、前記開口部の周囲に当接してシール面になるビードが形成されており、
   前記バルブ保持部材は、前記リードスクリューの回転に伴って前記ダイヤフラム弁の前記ビードを前記スプリングにより前記開口部の周囲に当接し閉鎖するまで駆動し、さらに前記リードスクリューを回転させて前記バルブ保持部材により前記ダイヤフラム弁を当接し閉鎖した後、前記リードスクリューを所定量逆回転させて前記ダイヤフラム弁の閉止状態とし、
   前記ダイヤフラム弁の閉止状態においては、前記スプリングの付勢力と前記ビードが所定量潰れて前記開口部の周囲から受ける反作用の力とが釣り合って、前記リードスクリューと前記バルブ保持部材とを非係合として前記開口部がダイヤフラム弁の前記ビードによって閉鎖されていることを特徴とするバルブ駆動装置。
2. 前記バルブ保持部材は、前記リードスクリューのネジ斜面に係合して押圧されるネジ斜面を有し、前記バルブ保持部材のネジ斜面が前記リードスクリューのネジ斜面に押圧されることにより直動することを特徴とする請求項１記載のバルブ駆動装置。
3. 前記リードスクリューと前記バルブ保持部材のネジ斜面とは、ネジピッチとネジ山角度が同じであり、両者を非係合として前記開口部をダイヤフラム弁によって閉鎖させる隙間を有していることを特徴とする請求項２記載のバルブ駆動装置。
4. モータによって回転されるリードスクリューと螺子結合により係合したバルブ保持部材と、
   前記リードスクリューと前記バルブ保持部材との係合により、前記リードスクリューの回転を直動に変換して前記バルブ保持部材を直動させる変換手段と、
   前記バルブ保持部材の直動動作に伴って開口部を開閉するダイヤフラム弁と、を有するバルブ駆動装置において、
   前記バルブ保持部材の内側には、前記リードスクリューが螺子結合により係合して配置されるとともに、前記バルブ保持部材の外周側には、前記バルブ保持部材を前記開口部が閉止される方向に付勢するスプリングを保持するスプリング受部が同心状に設けられ、
   前記バルブ保持部材に設けられたダイヤフラム保持部には、弾性体により形成された前記ダイヤフラム弁が保持され、
   前記ダイヤフラム弁には、前記開口部の周囲に当接してシール面になるビードが形成されており、
   前記ダイヤフラム弁の閉止状態においては、前記スプリングの付勢力と前記ビードが所定量潰れて前記開口部の周囲から受ける反作用の力とが釣り合って、前記リードスクリューと前記バルブ保持部材とを非係合として前記開口部がダイヤフラム弁の前記ビードによって閉鎖されるバルブ駆動装置の制御方法であって、
   前記バルブ保持部材は、前記リードスクリューの回転に伴って前記ダイヤフラム弁の前記ビードを前記スプリングにより前記開口部の周囲に当接し閉鎖するまで駆動し、さらに前記リードスクリューを回転させて前記バルブ保持部材により前記ダイヤフラム弁を当接し閉鎖した後、前記リードスクリューを所定量逆回転させて前記ダイヤフラム弁の閉止状態とし、前記リードスクリューと前記バルブ保持部材との非係合の位置で停止させたことを特徴とするバルブ駆動装置の制御方法。
5. 請求項１から３のいずれか記載のバルブ駆動装置を有するポンプであって、
   流入穴に連通する流入路と、
   前記流入路に配置された流入側の前記バルブ駆動装置と、
   前記流入路に接続されたポンプ室と、
   前記ポンプ室に配置されたポンプ機構と、
   前記ポンプ室から延びて複数の流出穴の各々に連通する複数の流出路と、
   前記複数の流出路の各々に配置された流出側の前記バルブ駆動装置と、から構成されていることを特徴とするポンプ。

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