特許 6089293 空調機器のボールバルブ用アクチュエータの制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6089293

(24)【登録日】2017年2月17日

(45)【発行日】2017年3月8日

(54)【発明の名称】空調機器のボールバルブ用アクチュエータの制御方法

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/04 20060101AFI20170227BHJP

   F16K 31/53 20060101ALI20170227BHJP

   F16K 5/06 20060101ALI20170227BHJP

【ＦＩ】

   F16K31/04 K

   F16K31/53

   F16K5/06 G

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-191617(P2012-191617)

(22)【出願日】2012年8月31日

(65)【公開番号】特開2014-47853(P2014-47853A)

(43)【公開日】2014年3月17日

【審査請求日】2015年8月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】390002381

【氏名又は名称】株式会社キッツ

(74)【代理人】

【識別番号】100081293

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 哲男

(72)【発明者】

【氏名】鳥山 勝之

【審査官】 北村 一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−００００７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０４７２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６１−０７９０７４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０１−２５０６８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６０−１９１７７２（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｋ ３１／００−３１／０５

Ｆ１６Ｋ ５／００− ５／２２

Ｆ１６Ｋ ３１／４４−３１／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アクチュエータにステムを介して接続した空調機器用ボールバルブのボール弁体を目標中間開度に制御するためのアクチュエータの制御方法であって、前記ステム上端と前記アクチュエータの出力軸の下端部とが嵌め合い接続され、かつ前記ステム下端と略扇形状の二次側流路口を有するボール弁体の凹状部とが嵌め合い接続され、前記ステムと前記出力軸並びに前記ステムと前記ボール弁体の凹状部との嵌め合い接続部位には、弁閉方向側と弁開方向側のそれぞれに生じる寸法公差の誤差による隙間を有し、弁閉動作の際、前記ステムと前記出力軸の嵌め合い接続部位の弁閉方向側の隙間と前記ステムと前記ボール弁体の凹状部の嵌め合い接続部位の弁閉方向側の隙間とを回転移動する回転角度を合算させた分だけ、前記アクチュエータの出力軸を弁閉方向にオーバーランさせるように回転駆動させて目標中間開度に制御し、その後、前記ステムと前記出力軸の嵌め合い接続部位の弁開方向側の隙間と前記ステムと前記ボール弁体の嵌め合い接続部位の弁開方向側の隙間とを回転移動する回転角度を合算させた分だけ、前記出力軸を弁開方向に反転させることにより、前記出力軸と前記ステムと前記ボール弁体の凹状部のそれぞれの嵌め合い接続部位が弁開方向側に当接し、弁閉方向にアンバランストルクが働いても前記ボール弁体の回転が弁開方向に支持された状態で前記ボール弁体を目標中間開度に保持するようにしたことを特徴とする空調機器のボールバルブ用アクチュエータの制御方法。

【請求項2】

前記ボールバルブは、フローティング形ボールバルブである請求項１に記載の空調機器のボールバルブ用アクチュエータの制御方法。

【請求項3】

前記アクチュエータにおける開度検出をアクチュエータに内蔵したギア群の最終段以降である出力軸で行うようにした請求項１又は２に記載の空調機器のボールバルブ用アクチュエータの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空調機器のボールバルブ用アクチュエータの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

空調機器等においては、アクチュエータ付きボールバルブが数多く用いられており、このアクチュエータ付きボールバルブにより温度制御用の冷温水などが流量制御される。この場合、ボールバルブは、ボールに対してステムが嵌め合い構造により接続されると、これらを嵌め合い可能にするために嵌め合い部位には寸法公差が設けられている。機械加工上、この寸法公差の誤差は避けられず、寸法公差の誤差が大きい場合には嵌め合い部位に隙間が生じてガタが発生し、このガタによってアクチュエータの回転力のボールへの伝達時に開度誤差が生じることがある。開度誤差が大きくなると、流量計測などが正確でなくなるため、空調機器では正しく温度調節を実施できなくなる場合がある。

【0003】

この種のボールバルブにおける流量計測は、バルブの開度からバルブ容量係数（Ｃｖ値）を算定し、このＣｖ値をもとに流量を計算しているので、開度誤差は流量演算値の誤差となり精度の悪い流量を得る結果となる。

【0004】

しかも、フローティング形ボールバルブの場合、中間開度において流体によって常にボール弁体が閉まる方向にアンバランストルクが発生することが知られている。ボールとステムとを嵌め合いで接続した場合、これらの隙間にアンバランストルクが加わるため開度誤差が発生しやすくなる。アンバランストルクは、円筒状の流路を有するボールバルブで発生する現象であり、空調機器等の流量制御用ボールバルブで使用される扇形の流路口を有するボールでは、さらにこのアンバランストルクが加わりやすくなる。

【0005】

ところで、開度誤差を少なくしたり、流量を良好にするボールバルブとして、例えば、特許文献１の流路開閉弁が開示されている。この流路開閉弁では、ステムであるシャフト軸の側面に一組の膨出した曲面部を形成し、ボール弁体の凹部にシャフト軸を曲面部を介して嵌合させてシャフト軸とボール弁体との回転動作のずれを低減しようとするものである。
特許文献２においては、球状の弁体と弁棒とが一体に設けられ、この弁棒に駆動軸が連結されたボールバルブの使用方法が開示されている。
特許文献３では、弁棒とボール、或は弁棒と操作部との間のアソビによる回動誤差に対して、ボールの貫通孔に設けた切り欠き溝によりボールを回転したときに微量の弁開状態に設定しようとするものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１０−２３６６８６号公報

【特許文献2】特開２００４−２２６６９４号公報

【特許文献3】特開２００５−９５１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１の流路開閉弁は、曲面部を介してシャフト軸をボール弁体に嵌合させることで回転動作のずれを低減しようとしているものの、程度の差こそあれ嵌合部にガタがあり、アンバランストルクが加わった場合には、開度誤差が発生してしまう。
特許文献２のボールバルブについては、長期間の使用におけるバルブ開度の誤差に基づいて、弁箱の流体通路に対して弁体の流体通路を予め所定角度ずらして流量を確保するものであるが、アンバランストルクが加わった場合には、やはり開度誤差が発生してしまう。
特許文献３のボールバルブは、ボールの貫通孔に設けた切り欠き溝で微量の弁開状態に設定しようとするものであるが、弁棒とボール、或は弁棒と操作部等との間のアソビが絶無ではなく、このアソビに起因する開度誤差が発生してしまう。
このため、これらのバルブは、高精度に温度調節をおこなう空調機器等の流量制御用として適していない。

【0008】

本発明は、上記の課題点を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、ボール弁体やステムなどの加工精度を高めることなく、コストアップにもならず、しかも、接合部のガタの影響を受けずに精度の良好な位置決め制御を可能とし、さらには、ボール弁体は誤差のない位置になるため、Ｃｖ値の誤差は発生せず、誤差のないＣｖ値を用いて精度が良好な流量を演算できることにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、アクチュエータにステムを介して接続した空調機器用ボールバルブのボール弁体を目標中間開度に制御するためのアクチュエータの制御方法であって、前記ステム上端と前記アクチュエータの出力軸の下端部とが嵌め合い接続され、かつ前記ステム下端と略扇形状の二次側流路口を有するボール弁体の凹状部とが嵌め合い接続され、前記ステムと前記出力軸並びに前記ステムと前記ボール弁体の凹状部との嵌め合い接続部位には、弁閉方向側と弁開方向側のそれぞれに生じる寸法公差の誤差による隙間を有し、弁閉動作の際、前記ステムと前記出力軸の嵌め合い接続部位の弁閉方向側の隙間と前記ステムと前記ボール弁体の凹状部の嵌め合い接続部位の弁閉方向側の隙間とを回転移動する回転角度を合算させた分だけ、前記アクチュエータの出力軸を弁閉方向にオーバーランさせるように回転駆動させて目標中間開度に制御し、その後、前記ステムと前記出力軸の嵌め合い接続部位の弁開方向側の隙間と前記ステムと前記ボール弁体の嵌め合い接続部位の弁開方向側の隙間とを回転移動する回転角度を合算させた分だけ、前記出力軸を弁開方向に反転させることにより、前記出力軸と前記ステムと前記ボール弁体の凹状部のそれぞれの嵌め合い接続部位が弁開方向側に当接し、弁閉方向にアンバランストルクが働いても前記ボール弁体の回転が弁開方向に支持された状態で前記ボール弁体を目標中間開度に保持するようにした空調機器のボールバルブ用アクチュエータの制御方法である。

【0012】

請求項２に係る発明は、ボールバルブは、フローティング形ボールバルブである。

【0013】

請求項３に係る発明は、アクチュエータにおける開度検出をアクチュエータに内蔵したギア群の最終段以降である出力軸で行うようにした。

【発明の効果】

【0014】

請求項１に係る発明によると、ボール弁体やステムなどの加工精度を高めることなく、コストアップにもならず、しかも、接合部のガタの影響を受けずに精度の良好な位置決め制御を可能とし、さらには、ボール弁体は誤差のない位置になるため、Ｃｖ値の誤差は発生せず、誤差のないＣｖ値を用いて精度が良好な流量を演算できる。

【0015】

しかも、ステムや出力軸の加工精度を向上させることなく、一般的な嵌め合い構造で接続してアクチュエータからステムまで正確に動力伝達でき、アクチュエータの出力軸からステムを介してボール弁体に動力伝達するときの開度誤差を抑えることができる。

【0016】

また、加工精度を高めることなくボール弁体とステムとを一般的な嵌め合い構造により接続し、コストアップを防ぎながら正確にボール弁体の開度調節をおこなうことができる。しかも、接合部のガタの影響を受けずに精度の良好な位置決め制御を可能とし、アンバランストルクが加わったときにもボール弁体の開度誤差を抑えて流量制御用として目標開度を維持できる。さらには、ボール弁体は誤差のない位置になるため、Ｃｖ値の誤差は発生せず、誤差のないＣｖ値を用いて精度が良好な流量を演算して高精度の流量制御が可能になる。

【0017】

請求項２に係る発明によると、トラニオン形ボールバルブに比較して構造が単純で部品点数も少なくでき、分解及び組立てが容易でメンテナンス性に優れたフローティング形ボールバルブを用いて誤差を抑えた開度調節が可能になる。

【0018】

請求項３に係る発明によると、アクチュエータ内のギア群の最終段以降である出力軸で開度検出することにより、ギア群の歯車のバックラッシュを考慮することなく出力軸でボール弁体の正確な開度を検出することができる。そのため、この開度検出結果を利用してボール弁体を高精度に開度制御できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】アクチュエータ付きボールバルブの一実施形態を示した部分断面図である。

【図2】出力軸、ステム、ボール弁体を接続した状態を示す一部切欠き断面図である。

【図3】図１のＡ−Ａ断面矢視図である。

【図4】（ａ）は、図２のＢ−Ｂ断面の弁閉状態を示す模式図である。（ｂ）は、図２のＣ−Ｃ断面の弁閉状態を示す模式図である。

【図5】（ａ）は、図２のＢ−Ｂ断面における弁開操作時の第１の開度状態を示す模式図である。（ｂ）は、図２のＣ−Ｃ断面における弁開操作時の第１の開度状態を示す模式図である。

【図6】（ａ）は、図２のＢ−Ｂ断面における弁開操作時の第２の開度状態を示す模式図である。（ｂ）は、図２のＣ−Ｃ断面における弁開操作時の第２の開度状態を示す模式図である。

【図7】（ａ）は、図２のＢ−Ｂ断面における弁開操作時の目標開度到達状態を示す模式図である。（ｂ）は、図２のＣ−Ｃ断面における弁開操作時の目標開度到達状態を示す模式図である。

【図8】（ａ）は、図２のＢ−Ｂ断面の弁開状態を示す模式図である。（ｂ）は、図２のＣ−Ｃ断面の弁開状態を示す模式図である。

【図9】（ａ）は、図２のＢ−Ｂ断面における弁閉操作時の第１の開度状態を示す模式図である。（ｂ）は、図２のＣ−Ｃ断面における弁閉操作時の第１の開度状態を示す模式図である。

【図10】（ａ）は、図２のＢ−Ｂ断面における弁閉操作時の第２の開度状態を示す模式図である。（ｂ）は、図２のＣ−Ｃ断面における弁閉操作時の第２の開度状態を示す模式図である。

【図11】（ａ）は、図２のＢ−Ｂ断面における弁閉操作時の目標開度到達状態を示す模式図である。（ｂ）は、図２のＣ−Ｃ断面における弁閉操作時の目標開度到達状態を示す模式図である。

【図12】（ａ）は、図２のＢ−Ｂ断面におけるオーバーランおよび反転弁開方向回転後の弁閉操作時の目標開度到達状態を示す模式図である。（ｂ）は、図３のＣ−Ｃ断面におけるオーバーランおよび反転弁開方向回転後の弁閉操作時の目標開度到達状態を示す模式図である。

【図13】バルブ開閉制御を示したフローチャートである。

【図14】（ａ）は、開度誤差のある場合の開度とＣｖ値との関係を示すグラフである。（ｂ）は、開度誤差を抑えた場合の開度とＣｖ値との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下に、本発明における空調機器のボールバルブ用アクチュエータの制御方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１においては、ボールバルブとバルブ用アクチュエータとを接続した状態、図２においては、アクチュエータの出力軸、ステム、ボール弁体の接続状態を示している。図１３においては、バルブ用アクチュエータの制御方法のバルブ開閉制御時のフローチャートを示している。

【0021】

図１、図２に示すように、本発明のバルブ用アクチュエータの制御方法で用いるバルブは、フローティング形ボールバルブであり、このバルブ本体１は、ボール弁体２、ステム４を有し、このバルブ本体にアクチュエータ３が取付けられる。

【0022】

アクチュエータ３は、ボール弁体２への回転伝達用の出力軸１０を有し、この出力軸１０がステム４を介してボール弁体２と接続されている。このアクチュエータ３内にはギア群１３が内蔵され、図示しないモータからこのギア群１３を介して回転力を出力軸１０に伝達する構造になっている。アクチュエータ３は、出力軸１０によりステム４を介してボール弁体２を回転してこのボール弁体２を所定開度に制御可能になっている。図１において、出力軸１０には開度検出用の開度センサ１７が設けられており、ギア群１３のバックラッシュの影響を排除するため、アクチュエータ３における開度検出をギア群１３の最終段以降である出力軸１０で行うようにしている。なお、図１においては、ギア群１３を簡略化したものを示しており、実際にはギア群１３は、多数の中間歯車等を有している。

【0023】

バルブ本体１内のボール弁体２は、流入口５、流出口６を有するボデー７内の両側にボールシート（環状弁座）８、８を介して装着される。
ステム４は、ボール弁体２とアクチュエータ３との間に介在され、このステム４によりボール弁体２とアクチュエータ３とが接続される。ステム４の両端部にはそれぞれ平行二面状の凸状部１１、１２が形成されており、出力軸１０、ボール弁体２には、これらの凸状部１１、１２を嵌め込み可能な平行二面状の凹状部１５、１６が形成されている。ボール弁体２とアクチュエータ３とは、これらの凸状部１１、１２と凹状部１５、１６との嵌め合いにより接続される。この嵌め合い接続により、アクチュエータ３の駆動で回転するステム４を介してボール弁体２を開閉自在に設け、ボール弁体２を目標となる中間開度に回転させるようになっている。

【0024】

このとき、図４〜図７に示すように、出力軸１０の凹状部１５とステム４の凸状部１１、ステム４の凸状部１２とボール弁体２の凹状部１６との間にはそれぞれ隙間（ガタ）Ｓ１、Ｓ２が設けられる。出力軸１０が回転すると、この出力軸１０は、隙間Ｓ１内を空転してステムの凸状部１１に当接し、その後、出力軸１０の回転に追従してステム４が回転する。ステム４が出力軸１０により回転すると、このステム４は、隙間Ｓ２内を空転してボール弁体２の凹状部１６に当接し、ステム４の回転に追従してボール弁体２が回転する。このように、アクチュエータ３の出力軸１０によりステム４を介してフローティングボールバルブのボール弁体２を回転させる際には、凹状部１５と凸状部１１、凸状部１２と凹状部１６との間の２箇所の隙間Ｓ１、Ｓ２によって開度誤差が生じることになる。

【0025】

さらに、このバルブ本体１の中間開度時には、アンバランストルクが加わることで開度誤差が生じやすくなっている。ここで、ボール弁体２に流体が流れるときのアンバランストルクの発生を図３により説明する。図３は、図１のＡ−Ａ断面矢視図（ボール付近の拡大図）である。弁閉状態のボール弁体２を０°、弁開状態のボール弁体２を９０°とした場合、ボール弁体２が８０°になった状態を図３に示している。この場合、ボール弁体２の閉方向の回転方向は右回転となる。

【0026】

図３において、Ｄ点では流れがボール弁体２にぶつかり、このボール弁体２を閉方向に回転させる方向に力が生じる。本実施形態におけるボール弁体２は、流量制御のため、二次側流路口２ａを、弁開状態になるにつれて順次開口面積を大きくするために略扇形状に設定している（図２参照）。この流路口２ａは、円筒状の流路に対して張り出し部２ｂを有するため、Ｅ点ではよどみが生じ、流体は非張り出し部側Ｆ点付近に片寄ることになる。このＦ点において、ボール弁体２の開口部位から流れ出す方向は、ボール弁体２が閉方向に回転する回転よりとなる。Ｇ点では管壁に沿って流れた流体がボール弁体２の外周側を押し、ボール弁体２には閉方向に回転する方向に力が生じる。
これらの力をアンバランスと呼び、弁開度９０°未満の状態では常にボール弁体２を閉方向に回転させる方向にアンバランストルクが働いている。特に、図３に示す扇形の流路口２ａを有するボール弁体２では、Ｅ点のよどみ現象が多く生じるためにこのアンバランストルクが大きく発生しやすくなっている。

【0027】

これらより、アンバランストルクが加わる中間開度とは、ボール弁体２が弁閉状態（０°）を越え９０°未満までの状態をいう。本発明におけるバルブ用アクチュエータの制御方法は、ボール弁体２が０°を越えて９０°未満までの範囲内において適用するものとする。

【0028】

本発明のバルブ用アクチュエータの制御方法では、先ず、ステム４を目標開度に対してボール弁体２とステム４との間の隙間（ガタ）Ｓ２分だけ閉方向にオーバーランさせるように回転駆動し、その後、このアクチュエータ３を反転してステム４を目標開度まで開方向に回転することにより、ボール弁体２を開方向に支持した状態で、ステム４を目標開度に保持するように制御した。

【0029】

この場合、上記したようにステム４と出力軸１０とを嵌め合い接続し、このステム４と出力軸１０との間のガタＳ１分をボール弁体２とステム４との間のガタＳ２分に合算して、アクチュエータ３でボール弁体２を目標の開度まで回転するようにした。

【0030】

ボール弁体２を目標の開度まで回転する際には、このボール弁体２の開度を検出するようにする。この場合、アクチュエータ３の出力軸１０の回転角度を開度センサ１７で測定する。これにより、ギア群１３のバックラッシュに起因する誤差の影響が排除され、出力軸１０の回転角度を高精度に測定できる。

【0031】

続いて、アクチュエータ３によりボール弁体２を動作させる場合を述べる。
先ず、ボール弁体２を弁閉状態から所定の中間開度まで弁開操作するときには、アクチュエータ３の出力軸１０とステム４、及びステム４とボール弁体２との関係は以下のようになる。図４（ａ）、図４（ｂ）においては、それぞれ図２（ｂ）のＢ−Ｂ拡大断面、Ｃ−Ｃ拡大断面を示しており、このとき、流体の流れる向きは図３と同様に図の上方から下方であり、図では弁閉状態を示している。この状態からアクチュエータ３の出力軸１０を弁開方向に回転（図において左回転）するとき、図５（ａ）に示すように、出力軸１０がステム４に対して隙間Ｓ１の角度θ１分回転する範囲ではステム４が回転することはないため、図５（ｂ）に示すようにステム４からボール弁体２に回転が伝達されることはない。ここで、図５（ａ）に示す矢印は、弁開方向を示している。

【0032】

出力軸１０がさらに回転して図６の状態になると、図６（ａ）に示すように出力軸１０の回転がステム４に伝達してこのステム４が回転するが、図６（ｂ）においてステム４がボール弁体２に対して隙間Ｓ２の角度θ２分回転する範囲では、ステム４の回転でボール弁体２が回転することはない。
このようにして、弁閉から弁開方向に出力軸１０が回転するときには、この出力軸１０からボール弁体２に回転が伝達するまでに隙間Ｓ１、Ｓ２の角度θ１、θ２分だけ空転が生じる。そのため、アクチュエータ３による弁開時には、この空転の角度θ１、θ２の回転分を考慮して回転制御を実施する必要がある。

【0033】

図７（ａ）、図７（ｂ）においては、図６の状態からさらに出力軸１０を回転して所定の目標開度に到達した際のこの出力軸１０、ステム４、ボール弁体２の状態を表したものである。この場合、図７（ｂ）に示すようにボール弁体２の凹状部１６にステム４の凸状部１２が接した状態にあるため、ボール弁体２に図７（ｂ）に示す点線方向、すなわち弁閉方向のアンバランストルクが働いても、ボール弁体２の回転がステム４の当接により防がれて弁開度が変わることが防止される。従って、この弁開操作時には、ボール弁体２が目標開度に到達すれば、それ以上オーバーランさせる必要はない。アンバランストルクが弱い場合には、図３のボールシート８の押付け力によってボール弁体２が動かないこともあるが、この場合にも既に図７（ｂ）の状態に到達しているため、出力軸１０、ステム４、ボール弁体２の位置関係が変わることはない。

【0034】

一方、ボール弁体２を弁開から目標の中間開度まで弁閉動作するときには、出力軸１０とステム４、及びステム４とボール弁体２との関係は以下のようになる。図８（ａ）、図８（ｂ）においては、それぞれ図２（ｂ）のＢ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面における弁開状態を示している。このとき、流体の流れる向きは図３と同様に図の上方から下方になっている。この状態からアクチュエータ３の出力軸１０を弁閉方向に回転（図において右回転）したとき、図９（ａ）に示すように、出力軸１０がステム４に対して隙間Ｓ１の角度θ１分回転する範囲ではステム４が回転することはないため、図９（ｂ）においてステム４からボール弁体２に回転が伝達されることはない。ここで、図９（ａ）に示す矢印は、弁閉方向を示している。

【0035】

出力軸１０がさらに弁閉方向に回転して図１０の状態になると、図１０（ａ）に示すように出力軸１０の回転がステム４に伝達してこのステム４が回転するが、図１０（ｂ）に示すようにステム４がボール弁体２に対して隙間Ｓ２の角度θ２分回転する範囲では、ステム４の回転でボール弁体２が回転することはない。
このように、弁開から弁閉方向に出力軸１０が回転するときにも、上記の弁閉から弁開方向への回転の場合と同様に、出力軸１０からボール弁体２に回転が伝達するまでに隙間Ｓ１、Ｓ２の角度θ１、θ２分だけ空転が生じる。

【0036】

図１１においては、図１０の状態からステムをさらに弁閉方向に回転させてボール弁体が目標開度に到達した状態を示している。
この状態でボール弁体２にアンバランストルクが働くと、図１１（ｂ）の点線矢印に示すようにボール弁体２が閉方向に回転し、このときボール弁体２とステム４との間の隙間Ｓ２が存在しているために、アクチュエータ３が動作していないにもかかわらずボール弁体２はステム４に当たるまで角度θ２の分だけ移動してしまう。この場合、ボール弁体２がアクチュエータ３に対して弁閉方向に余計に回転した位置で停止することになる。このずれが弁開度の誤差となる。

【0037】

この隙間Ｓ２、及び隙間Ｓ１によって生じるガタによるボール弁体２の開度誤差を抑えるために、アクチュエータ３には開度制御手段２０、算出手段２１が設けられている。開度制御手段２０は、弁閉回転時に隙間Ｓ１、Ｓ２の角度θ１、θ２を目標値の角度（目標開度）に加えた分だけ出力軸１０を弁閉方向に所定角度回転した後に、隙間Ｓ１、Ｓ２の角度θ１、θ２の分だけ出力軸１０を弁開方向に回転させて目標開度に動作させるようになっており、ボール弁体２とステム４とを弁開動作時の当接状態と同様になるように回転制御し、ボール弁体２を目標開度の中間開度に位置決め保持するものである。このとき、算出手段２１によって、ボール弁体２及び出力軸１０とステム４との凹凸嵌合の隙間Ｓ１、Ｓ２の角度θ１、θ２が算出される。

【0038】

図１１の状態から弁開度の誤差を防ぐようにする場合、ボール弁体２とステム４とのガタ分（隙間θ２）だけ閉方向にボール弁体２を回転（オーバーラン）させた後（図示せず）、図１２に示すように、ステム４をさらに角度θ２の分だけ開度制御手段２０により開方向に回転させる。
このように弁開から弁閉状態にボール弁体２を回転させる際に、出力軸１０とステム４との間に生じる隙間Ｓ１の角度θ１、ステム４とボール弁体２との間に生じる隙間Ｓ２の角度θ２による開度誤差を開度制御手段２０により制御し、ボール弁体２の動作を常に開方向動作と同じ状態のボール弁体２、ステム４、出力軸１０の関係にすることで、アンバランストルクでボール弁体２が動くことを防ぐことができる。その際、アクチュエータ３の停止位置とボール弁体２の停止位置の関係が変わることなく、ボール弁体２とステム４、ステム４と出力軸１０との間のそれぞれの隙間（ガタ）Ｓ１、Ｓ２の影響を受けることのない目標開度に制御できる。

【0039】

アンバランストルクは、ボール弁体２を開方向に回転させる力を有していないため、バルブ本体１を常に開方向の動作で終了させることにより、アンバランストルクを加味した効果を利用して、低コストで精度よくボール弁体２の位置決めが可能となる。

【0040】

ここで、図１１の暫定開度の状態でボール弁体がアンバランストルクによって角度θ２だけ移動してしまっていても、その後にステム４を角度θ２だけ開方向に回転して目標開度に設定する制御には支障がない。

【0041】

ボール弁体２を回転させる場合には、算出手段２１によってアクチュエータ３の流量を算出し、この流量からボール弁体２を所定の中間開度に回転制御して流量調節するようにする。
この場合、ボール弁体２の開度からバルブ容量係数（Ｃｖ値）を算出し、このＣｖ値をもとにしてアクチュエータ３の流量を算出する。

【0042】

続いて、上述した開度制御手段２０により、ボール弁体２を回転制御する場合の動作をより詳細に説明する。
図１３のフローチャートにおいては、開度制御手段２０により開度制御するときの動作を示している。アクチュエータ３の電源を投入し、弁閉から弁開方向に所定開度まで動作させる際には、目標値（目標開度）ＳＰと同じ弁開度になるようにアクチュエータ３を現在開度ＰＶから開動作させる。この場合、アクチュエータ３の出力軸１０によりステム４を介してボール弁体２が回転し、目標値ＳＰと現在開度ＰＶとが一致したときにアクチュエータ３が停止する。
弁閉から弁開方向にボール弁体２を回転させた場合、前述したとおり回転操作後にアンバランストルクが弁閉方向に加わっても、ボール弁体２とステム４との間に隙間が無いことから、回転操作後にボール弁体２が出力軸１０やステム４に対して回転することが防がれて所定の開度が維持される。

【0043】

一方、中間開度の弁開状態から目標開度まで弁閉方向に動作させる際には、ボール弁体２とステム４、ステム４と出力軸１０との間の隙間Ｓ１、Ｓ２の角度θ１、θ２の和である最大ガタ量αを、目標値ＳＰから引いた補正目標値ＳＰ´まで閉動作させる。この場合、例えば、現在開度ＰＶが５０°で目標値ＳＰの４０°に動作させ、最大ガタ量αが３°の場合には、４０−３＝３７°の補正目標値ＳＰ´の開度まで回転させる。
回転中の現在開度ＰＶが補正目標値ＳＰ´に達したら（現在開度ＰＶ＝補正目標値ＳＰ´になったら）、さらに目標値ＳＰである４０°まで開動作させるようにする。

【0044】

現在開度ＰＶが目標値ＳＰまで達したら、アクチュエータ３を停止させる。このとき、開動作の場合と同様のボール弁体２、ステム４、出力軸１０の状態になっているため、アンバランストルクによりボール弁体２が閉まる方向に力が働いても、このボール弁体２とステム４との間に隙間が生じることがないため、ボール弁体２の回転が確実に防がれてこのときの開度が維持される。

【0045】

上記の場合、弁開状態のボール弁体２の角度を９０°、弁閉状態のボール弁体２の角度を０°としたとき、これらの弁開・弁閉状態のボール弁体２の角度を基準として、現在開度ＰＶ（５０°）から目標値ＳＰ（４０°）まで閉動作させる場合の動作を表したものである。所定の中間開度（５０°）の弁開状態にあるボール弁体２の状態を基準とした場合には、このボール弁体２を目標値ＳＰ（４０°）まで回転制御する場合、５０−４０＝１０°の回転角度に３°の最大ガタ量αを加えた１３°の角度分だけ弁閉方向に回転し、次いで最大ガタ量α（３°）の分だけ弁開方向に回転すればよい。

【0046】

以上のように、本発明のバルブ用アクチュエータの制御方法は、先ず、ステム４を目標開度に対してボール弁体２とステム４との間のガタ量α分だけ閉方向にオーバーランさせるように回転駆動し、その後、アクチュエータ３を反転してステム４を目標開度ＳＰまで開方向に回転することにより、ステム４とボール弁体２との間の閉方向のガタ量αを防ぎつつボール弁体２を開方向に支持した状態で、ステム４を目標開度に保持するように制御しているので、ボール弁体２やステム４などの加工精度を高めることなく通常の加工精度で製作したボール弁体２、ステム４、出力軸１０を一体化して制御用として使用できる。これにより、コストアップを防ぎつつ、嵌合部位のガタＳ１、Ｓ２の影響を受けることなく、弁閉動作時のアンバランストルクを加味しながら精度よいボール弁体２の位置決めが可能となる。したがって、開度誤差を抑えながら高精度に流量制御でき、バルブ本体１の構造が複雑化したり部品点数が増加したりすることもない。

【0047】

しかも、ステム４と出力軸１０との間のガタＳ１分をボール弁体２とステム４との間のガタＳ２分に合算して、アクチュエータ３でボール弁体２を目標の開度まで回転しているので、アクチュエータ３からボール弁体２までの間に生じるガタ全体による開度誤差を抑えつつボール弁体２を正確に開度調節できる。このとき、アクチュエータ３内のギア群１３の最終段以降である出力軸１０で開度検出をおこなっていることで、ギア群１３のバックラッシュによる開度誤差の影響を排除している。

【0048】

流量制御時には、ボール弁体２の開度を算出手段２１により算出し、このボール弁体２の開度をもとに算出したＣｖ値からアクチュエータ３の流量を算出して流量調整していることから、ボール弁体２の回転時の誤差を抑えることによりＣｖ値の誤差の発生を防ぎ、この誤差の抑えられたＣｖ値を用いて精度の高い流量計算を実施できる。これにより高精度の弁開度調節が可能となる。

【0049】

図１４（ａ）、図１４（ｂ）においては、開度誤差のある場合と、本発明のバルブ用アクチュエータの制御方法により開度誤差を抑えた場合の、開度とＣｖ値との関係をそれぞれ示している。図１４（ａ）に示すように、アクチュエータ付きボールバルブを位置決めすることなく開度誤差が発生する場合には、この開度誤差により同じ開度であっても弁開方向と弁閉方向に動作させたときのＣｖ値が異なる。
一方、図１４（ｂ）に示すように、本発明の制御方法により開度誤差を抑えた場合、弁開方向と弁閉方向への動作時において同じ開度のときのＣｖ値の誤差の発生を防ぐことができ、これにより、この開度時のＣｖ値を一定値にできる。

【0050】

これらにより、本発明の制御方法によるバルブ用アクチュエータを空調機器等に用いることで、ボール弁体２の開度を正確に計測しながら流量制御して目標温度等の設定に近づけることができる。

【符号の説明】

【0051】

１ バルブ本体
２ ボール弁体
３ アクチュエータ
４ ステム
１０ 出力軸
２０ 開度制御手段
Ｓ１、Ｓ２ ガタ（隙間）
ＳＰ 目標開度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】