特許 7391393 アクチュエータ、及び、流体制御機器

(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】

(24)【登録日】2023-11-27

(45)【発行日】2023-12-05

(54)【発明の名称】アクチュエータ、及び、流体制御機器

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/04 20060101AFI20231128BHJP

   F16K 37/00 20060101ALI20231128BHJP

【ＦＩ】

F16K31/04 A

F16K37/00 B

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2021124262

(22)【出願日】2021-07-29

(62)【分割の表示】P 2019212692の分割

【原出願日】2019-11-25

(65)【公開番号】P2021181833

(43)【公開日】2021-11-25

【審査請求日】2022-09-27

(73)【特許権者】

【識別番号】390001166

【氏名又は名称】株式会社エム・システム技研

(72)【発明者】

【氏名】藤原 浩幸

(72)【発明者】

【氏名】和平 孝信

【審査官】藤森 一真

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－１４０２６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２０５５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５１１００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０４９７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２３７３４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０１４５９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－３２６９５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１２５３５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５０５１３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０７０９９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００４－５１９６２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０６７１１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ ３１／００ － ３１／０５

Ｆ１６Ｋ ３７／００

Ｆ２５Ｂ ４１／３５

Ｈ０２Ｋ ７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

駆動部を第１駆動力で駆動できる第１制御と、前記駆動部を前記第１駆動力よりも強い第２駆動力で駆動できる第２制御とが可能な制御部と、
所定方向に移動できる移動部と、
前記駆動部から前記第１駆動力及び前記第２駆動力の少なくとも一方が供給されたとき、前記移動部が移動するための力を前記移動部に供給できる弾性部材と、
前記第２制御を終了させる条件である終了条件を記憶可能な記憶部とを有するアクチュエータの操作方法であって、
前記制御部が、前記第１制御により前記駆動部の駆動を開始させる第１ステップと、
前記第１制御による前記駆動部の駆動が停止したとき、前記制御部が前記第１制御を終了し、前記第２制御による前記駆動部の駆動を開始させる第２ステップと、
前記記憶部に記憶された前記終了条件が満たされたとき、前記終了条件が満たされたときの前記駆動部の位置情報を前記記憶部に記憶させる第３ステップとを有するアクチュエータの操作方法。

【請求項2】

請求項１に記載されたアクチュエータの操作方法であって、
前記駆動部及び前記移動部は、押し引きする方向に移動可能であり、
前記弾性部材の一端側には前記駆動部が接続され、前記弾性部材の他端側には前記移動部が接続され、
前記移動部は、リフト弁を有するバルブ装置に取付け可能であるアクチュエータの操作方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アクチュエータ、及び、流体制御機器に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、スプリング８，８′とワッシャ９，９′によって軸方向に相互移動が可能であるよう釣合位置に支持された弁体３を有するステッピングモータバルブが記載されている。特許文献１には、常時は弁体３がロータ６と共に回転すること、及び、弁体・弁座間摩擦が増大したとき弁体３の回転が停止したままでロータ６が更に回転できることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平０１－０９８７７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

解決しようとする課題は、好適な制御を実現できるアクチュエータ、及び、流体制御機器を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の第１の観点に係るアクチュエータの操作方法は、駆動部を第１駆動力で駆動できる第１制御と、前記駆動部を前記第１駆動力よりも強い第２駆動力で駆動できる第２制御とが可能な制御部と、所定方向に移動できる移動部と、前記駆動部から前記第１駆動力及び前記第２駆動力の少なくとも一方が供給されたとき、前記移動部が移動するための力を前記移動部に供給できる弾性部材と、前記第２制御を終了させる条件である終了条件を記憶可能な記憶部とを有するアクチュエータの操作方法であって、前記制御部が、前記第１制御により前記駆動部の駆動を開始させる第１ステップと、前記第１制御による前記駆動部の駆動が停止したとき、前記制御部が前記第１制御を終了し、前記第２制御による前記駆動部の駆動を開始させる第２ステップと、前記記憶部に記憶された前記終了条件が満たされたとき、前記終了条件が満たされたときの前記駆動部の位置情報を前記記憶部に記憶させる第３ステップとを有する。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、好適な制御を実現できるアクチュエータ、及び、流体制御機器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は第１実施形態の流体制御機器を説明するための図である。

【図2】図２は第１実施形態のアクチュエータを説明するための図である。

【図3】図３は第１実施形態のアクチュエータの回路を説明するための図である。

【図4】図４は、第１実施形態のアクチュエータの動作を説明するための図である。

【図5】図５は、第１実施形態のアクチュエータの動作を説明するための別の図である。

【図6】図６は、第１実施形態のアクチュエータの動作を説明するための更に別の図である。

【図7】図７は、第１実施形態の流体制御機器の動作を説明するための図である。

【図8】図８は、第２実施形態の流体制御機器を説明するための図である。

【図9】図９は、第２実施形態のアクチュエータの動作を説明するための図である。

【図10】図１０は、第２実施形態のアクチュエータの動作を説明するための別の図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

（第１実施形態）

【0009】

図１は第１実施形態の流体制御機器を説明するための図、図２は第１実施形態のアクチュエータを説明するための図、図３は第１実施形態のアクチュエータの回路を説明するための図である。

【0010】

図１において、流体制御機器１は、例えば、水や油などの液体、粉体等の流体の流量を制御する機器である。流体制御機器１は、アクチュエータ２と、バルブ装置３とを有する。

【0011】

アクチュエータ２は、例えば、電動アクチュエータである。アクチュエータ２は、ケース７０と、弾性部４０と、駆動部５０と、移動部（駆動軸）６０とを有する。

【0012】

バルブ装置３は、アクチュエータ２に接続される接続部７５と、接続部７５に接続された弁体７６と、目盛７６１と、目印７６２と、流体７８が流れる管部７７とを有する。管部７７の＋Ｘ方向側には接触部７７１が備えられている。

【0013】

流体制御機器１は、アクチュエータ２を駆動することにより、アクチュエータ２の端部６１１が＋Ｘ方向又は－Ｘ方向に移動する。アクチュエータ２の端部６１１が＋Ｘ方向又は－Ｘ方向に移動すると、バルブ装置３の接続部７５及び弁体７６も＋Ｘ方向又は－Ｘ方向に移動する。

【0014】

目盛７６１は、弁体７６の側面にＸ方向に沿って備えられている。目印７６２は管部７７との相対的位置が変わらないように、目盛７６１に対向して備えられている。このため、ユーザは目印７６２に対応する目盛７６１を読むことで、弁体７６のＸ方向の位置を知ることができる。

【0015】

バルブ装置３を開方向に制御する場合、アクチュエータ２が端部６１１を－Ｘ方向に移動させ、弁体７６が－Ｘ方向に移動する。これにより、管部７７の流路が広くなり、バルブ装置３に流れる流体７８の流量が増大する。

【0016】

バルブ装置３を閉方向に制御する場合、アクチュエータ２が端部６１１を＋Ｘ方向に移動させ、弁体７６が＋Ｘ方向に移動する。これにより、管部７７の流路が狭くなり、バルブ装置３に流れる流体７８の流量が減少する。弁体７６が７６ａの位置に移動し弁体７６と管部７７の接触部７７１とが接触するまでは、流体制御機器１は、アクチュエータ２を＋Ｘ方向に移動させることができる。

【0017】

次に、図２、図３を用いて、アクチュエータ２の構成を詳細に説明する。

【0018】

図２、図３において、アクチュエータ２は、ケース７０と、弾性部４０と、駆動部５０と、移動部（駆動軸）６０と、操作部３１と、検出部３２と、制御部３３と、機構部３４とを有する。図２において、ケース７０は、制御部３３等の回路、機構部３４、駆動部５０の一部等を収容している。

【0019】

図２、図３において、操作部３１は、例えば、ケース７０の外部に備えられ、ユーザが操作可能な複数の操作ボタン（図示せず）や、外部機器（図示せず）から外部制御信号が供給される入力部を有する。操作部３１は、ユーザによる操作ボタンの操作や、外部制御信号に応じて操作信号Ｓ１を出力する。

【0020】

検出部３２は、例えば、駆動部５０の動作（駆動）、停止等を検出するためのセンサである。検出部３２は、例えば、ポテンショメータ、エンコーダ等の位置検出センサである。検出部３２は、直線的な移動を検出するセンサであってもよいし、回転を検出するセンサであってもよい。本実施形態において、検出部３２は、直線的な移動を検出するポテンショメータである。検出部３２はケース７０に固定されており、駆動部５０上を摺動するブラシ（図示せず）を用いて駆動部５０の移動を検出し、検出信号Ｓ２を出力する。検出信号Ｓ２は制御部３３の記憶部３５に記憶される。

【0021】

制御部３３は、例えば、マイクロコンピュータ（図示せず）と、記憶部３５とを有する。制御部３３は、検出信号Ｓ２に基づいて駆動部５０が停止したか否かを判断（検出）する。制御部３３は、操作部３１から出力された操作信号Ｓ１と、検出部３２から出力された検出信号Ｓ２と、記憶部３５に記憶された情報とを用いて演算を行い、制御信号Ｓ３を出力する。本実施形態において、制御部３３は、後述する第１制御と、第２制御と、通常制御とを行う。

【0022】

機構部３４は、モータ（図示せず）と、カム機構（図示せず）とを有する。モータは、例えば、回転するモータでもよいし、直線的に駆動するモータでもよい。モータは、DCモータ、交流モータ、ステッピングモータ、超音波モータ等を用いることができる。例えば、本実施形態では、高精度、高トルクを実現するためにステッピングモータを用いている。

【0023】

カム機構は、任意の構成を採用し得る。例えば、回転駆動と直線的駆動とを変換するものでもよいし、回転駆動から回転駆動に変換するものでもよいし、直線的駆動から直線的駆動に変換するものでもよいし、回転駆動を回転しながら直線的に駆動するものに変換するものでもよい。例えば、本実施形態では、モータの回転駆動を直線的駆動（＋Ｘ方向又は－Ｘ方向）に変換するカム機構を用いている。

【0024】

本実施形態において、機構部３４は、制御信号Ｓ３に基づいてモータを駆動し、モータの駆動力がカム機構に供給される。カム機構は供給された駆動力を用いて、所定の駆動力で駆動部５０を駆動する。

【0025】

図２において、駆動部５０は、Ｘ方向に伸びる基体５１と、基体５１の＋Ｘ方向側の端である端部５１１と、基体５１の＋Ｘ方向側の部分から－Ｙ方向に延びる第１突起部５３１と、基体５１の－Ｘ方向側の部分から－Ｙ方向に延びる第２突起部５３２とを有する。

【0026】

移動部６０は、Ｘ方向に伸びる基体６１と、基体６１の＋Ｘ方向側の端である端部６１１と、駆動部５０に対向する面に備えられた目盛６１２と、基体６１の－Ｘ方向側の部分からＹ方向に延びる第２突起部６３２と、基体６１の第２突起部６３２よりも＋Ｘ方向側の部分からＹ方向に延びる第１突起部６３１とを有する。

【0027】

図３において、弾性部４０は、弾性体４１と、弾性体４１の一端側に備えられた支持部材４５と、弾性体４１の他端側に備えられた支持部材４６とを有する。弾性体４１は、例えば、金属バネ、ゴム等の弾性部材である。

【0028】

支持部材４５は、第１突起部５３１及び第１突起部６３１の少なくとも一方に接触可能に、第１突起部５３１及び第１突起部６３１よりも－Ｘ方向側に備えられている。支持部材４６は、第２突起部５３２及び第２突起部６３２の少なくとも一方に接触可能に、第２突起部５３２及び第２突起部６３２よりも＋Ｘ方向側に備えられている。

【0029】

本実施形態において、弾性体４１の自然長ｘ１０［ｍｍ］（図示せず）は、第１突起部５３１と第２突起部５３２との間隔、又は、第１突起部６３１と第２突起部６３２との間隔よりも長い。このため、弾性体４１は、支持部材４５と支持部材４６との間隔が広がる方向の弾性力で支持部材４５及び支持部材４６を加圧している。

【0030】

次に、アクチュエータの動作を説明する。図４から図６は第１実施形態のアクチュエータの動作を説明するための図である。

【0031】

図４（ａ）は、初期状態を示す図である。本実施形態の初期状態では、第１突起部５３１と第１突起部６３１とが対向した位置にあり、第２突起部５３２と第２突起部６３２とが対向した位置にある。支持部材４５は第１突起部５３１及び第１突起部６３１に支持され、支持部材４６は第２突起部５３２及び第２突起部６３２に支持されている。

【0032】

図４（ａ）に示す初期状態において、制御部３３は駆動部５０を駆動するための制御信号Ｓ３を出力しておらず、駆動部５０が停止している。検出部３２は制御部３３に検出信号Ｓ２を出力し、制御部３３は検出信号Ｓ２に基づいて、駆動部５０の位置情報を記憶部３５に記憶する。

【0033】

弾性体４１は、第１突起部５３１及び第１突起部６３１と、第２突起部５３２及び第２突起部６３２とに加圧され圧縮されており、長さがｘ１１［ｍｍ］である。図４（ａ）の状態において、弾性体４１は自然長ｘ１０［ｍｍ］よりも（ｘ１０－ｘ１１）［ｍｍ］だけ縮んでいる。

【0034】

図４（ａ）の状態において、弾性体４１は、第１突起部５３１及び第２突起部５３２に挟まれている。このため、弾性体４１は、力Ｆ０（第１突起部５３１及び第２突起部５３２が弾性体４１を圧縮する力）で圧縮されて長さがｘ１１［ｍｍ］になっており、力Ｆ０と等しい大きさの弾性力を生じている。なお、弾性体４１のバネ乗数をｋ１［Ｎ／ｍｍ］とすると、力Ｆ０＝ｋ１×（ｘ１０－ｘ１１）［Ｎ］である。

【0035】

図４（ａ）の状態において、駆動部５０の端部５１１は、移動部６０の目盛６１２の０（ゼロ）の位置にある。この位置を第１位置と称する。

【0036】

図４（ｂ）は、図４（ａ）の状態から駆動部５０を第１駆動力で＋Ｘ方向に駆動した状態である。制御部３３は駆動部５０を第１駆動力で＋Ｘ方向に駆動するための制御信号Ｓ３を出力し、駆動部５０が第１駆動力で＋Ｘ方向に駆動する。検出部３２は制御部３３に検出信号Ｓ２を出力し、制御部３３は検出信号Ｓ２に基づいて、駆動部５０の位置情報を記憶部３５に記憶する。

【0037】

第１駆動力は、例えば、力Ｆ０（第１突起部５３１及び第２突起部５３２が弾性体４１を圧縮する力）よりも小さい力である。第１駆動力は、例えば、力Ｆ０以下、かつ、力Ｆ０の１／２０以上の値であることが好ましい。更に好ましくは、第１駆動力は、例えば、力Ｆ０以下、かつ、力Ｆ０の１／１０以上の値であることが好ましい。

【0038】

弁体７６（図１ご参照）と管部７７の接触部７７１（図１ご参照）とが接触するまでは、駆動部５０の第１駆動力が弾性部４０を介して移動部６０に伝達され、駆動部５０及び移動部６０が＋Ｘ方向に移動し、弁体７６が＋Ｘ方向に移動する。

【0039】

駆動部５０が図４（ａ）の状態よりも＋Ｘ方向にａ１移動し、弁体７６と接触部７７１とが接触すると、移動部６０が接触部７７１から抗力を受け移動できなくなる。第１駆動力が力Ｆ０以下であり弾性部４０が収縮しないので、駆動部５０も移動できなくなる。このとき、検出部３２は、制御部３３に検出信号Ｓ２を出力し、制御部３３は検出信号Ｓ２に基づいて、駆動部５０の位置情報を第１基準位置として記憶部３５に記憶する。

【0040】

なお、図４（ｂ）においては、弾性体４１が収縮していない（弾性体４１の長さがｘ１１）ので、駆動部５０の端部５１１は、移動部６０の目盛６１２の０（ゼロ）の位置（第１位置）にある。

【0041】

図５（ａ）は、図４（ｂ）と同一の状態である。図５（ｂ）は図５（ａ）の状態から駆動部５０を第２駆動力で＋Ｘ方向に駆動した状態である。

【0042】

図５（ｂ）において、制御部３３は駆動部５０を第２駆動力で＋Ｘ方向に駆動するための制御信号Ｓ３を出力し、駆動部５０を第２駆動力で＋Ｘ方向に駆動する。第２駆動力は、例えば、力Ｆ０（第１突起部５３１及び第２突起部５３２が弾性体４１を圧縮する力）よりも大きい力である。検出部３２は制御部３３に検出信号Ｓ２を出力し、制御部３３は検出信号Ｓ２に基づいて、駆動部５０の位置情報を記憶部３５に記憶する。

【0043】

弁体７６と接触部７７１とが接触しているので、移動部６０は＋Ｘ方向に（殆んど）移動できない。このため、駆動部５０が第２駆動力で＋Ｘ方向に駆動すると、弾性体４１が圧縮される。移動部６０は、弾性部４０を介して第２駆動力が伝達され、弁体７６と接触部７７１とを更に強く押し付ける（増し締め）。

【0044】

その後、駆動部５０が図５（ａ）の状態よりも＋Ｘ方向にａ２移動したとき、制御部３３は、後述する第２制御終了条件（第２制御により駆動部５０を移動させる距離がａ２［ｍｍ］）が満たされたと判断し、駆動部５０を停止させる。このとき、制御部３３は、検出信号Ｓ２に基づいて、駆動部５０の位置情報を第２基準位置として記憶部３５に記憶する。

【0045】

図５（ｂ）においては、駆動部５０が第２駆動力でａ２［ｍｍ］移動し、弾性体４１の長さはｘ１１［ｍｍ］よりも短いｘ１２［ｍｍ］になっている。本実施形態において、ｘ１１［ｍｍ］＝ｘ１２＋ａ２［ｍｍ］であり、弾性体４１に弾性力Ｆ１＝ｋ１×（ｘ１０－ｘ１２）［Ｎ］が生じる。

【0046】

第２駆動力は、例えば、機構部３４のモータの通常制御時の定格の駆動力以下、かつ、力Ｆ０（第１突起部５３１及び第２突起部５３２が弾性体４１を圧縮する力）以上の値であることが好ましい。更に好ましくは、第２駆動力は、例えば、モータの通常制御時の定格の駆動力以下、かつ、力Ｆ０の２倍以上の値であることが好ましい。

【0047】

図５（ｂ）においては、弾性体４１がａ２［ｍｍ］短くなったので、駆動部５０の端部５１１は、目盛６１２の０（ゼロ）の位置よりも＋Ｘ方向に２（２目盛）だけ移動している。この位置を第２位置と称する。

【0048】

図６（ａ）は、図４（ｂ）と同様の状態を説明するための図である。図６（ａ）に示した流体制御機器１は、図４（ａ）の状態で外部部材（図示せず）を用いて移動部６０の位置が固定される。移動部６０の位置が固定された状態で、制御部３３は、駆動部５０を第３駆動力で－Ｘ方向に駆動する第１制御を行う。。第３駆動力は、例えば、第１駆動力とは逆向きで第１駆動力と等しい力である。
第３駆動力は、例えば、力Ｆ０（第１突起部５３１及び第２突起部５３２が弾性体４１を圧縮する力）よりも小さい力であるから、駆動部５０は移動できない。制御部３３は検出信号Ｓ２に基づいて、駆動部５０の位置情報を第３基準位置として記憶部３５に記憶する。なお、図６（ａ）において、駆動部５０の端部５１１は、移動部６０の目盛６１２の０（ゼロ）の位置（第１位置）にある。

【0049】

図６（ｂ）において、制御部３３は駆動部５０を第４駆動力で－Ｘ方向に駆動するための制御信号Ｓ３を出力し、駆動部５０が第４駆動力で－Ｘ方向に駆動する第２制御を行う。第４駆動力は、例えば、第２駆動力と大きさが等しく逆向きの力である。

【0050】

その後、駆動部５０が図６（ａ）の状態よりも－Ｘ方向にａ３移動したとき、制御部３３は、第２制御終了条件（第２制御により駆動部５０を移動させる距離が－ａ３［ｍｍ］）が満たされたと判断し、駆動部５０を停止させる。このとき、制御部３３は、検出信号Ｓ２に基づいて、駆動部５０の位置情報を第４基準位置として記憶部３５に記憶する。

【0051】

図６（ｂ）においては、駆動部５０が第４駆動力で駆動されているので、弾性体４１の長さはｘ１１［ｍｍ］よりも短いｘ１３［ｍｍ］となっている。本実施形態において、ｘ１１［ｍｍ］＝ｘ１３＋ａ３［ｍｍ］であり、弾性体４１に弾性力Ｆ２＝ｋ１×（ｘ１０－ｘ１３）［Ｎ］が生じる。

【0052】

図６（ｂ）においては、弾性体４１がａ３［ｍｍ］短くなったので、駆動部５０の端部５１１は、目盛６１２の０（ゼロ）の位置よりも－Ｘ方向に２（２目盛）だけ移動している。この位置を第３位置と称する。

【0053】

次に、流体制御機器の動作を説明する。図７は第１実施形態の流体制御機器の動作を説明するための図である。

【0054】

図７に示すように、まず、ステップ１では、機器が設置される。本実施形態では、工場等の現場において、アクチュエータ２の移動部６０（図１ご参照）と、バルブ装置３の接続部７５（図１ご参照）とが接続される。また、流体制御機器１に必要な電源が供給される。

【0055】

ステップ２では、ユーザが操作部３１を用いて所定の設定を行う。操作部３１は、所定の設定に関する情報を操作信号Ｓ１として制御部３３に出力する。制御部３３は所定の設定に関する情報（操作信号Ｓ１）を記憶部３５に記憶する。

【0056】

所定の設定とは、例えば、第１駆動力の大きさの設定、第２駆動力の大きさの設定、第３駆動力の大きさの設定、第４駆動力の大きさの設定、第２制御終了条件の設定、通常制御時の駆動力の設定等を挙げることができる。通常制御時の駆動力は、例えば、通常制御時の定格の駆動力、通常制御時の最大の駆動力、通常制御時の最小の駆動力等を挙げることができる。

【0057】

例えば、第１～第４駆動力の大きさは、力［Ｎ］に対応する値で設定してもよいし、圧力［Ｐａ］に対応する値で設定してもよいし、第１～第４駆動力を弾性体４１に印加することにより収縮された弾性体４１の長さ［ｍｍ］で設定してもよいし、機構部３４のモータの回転数やモータに供給される電流等で設定してもよい。

【0058】

例えば、本実施形態では、弾性体４１の自然長ｘ１０、長さｘ１１（図４（ａ）ご参照）、力Ｆ０（第１突起部５３１及び第２突起部５３２が弾性体４１を圧縮する力）が予めユーザに知らされている。このため、ユーザは、例えば、力Ｆ０×（１／１０）を第１駆動力として設定する。例えば、本実施形態では、通常制御時の定格の駆動力を第２駆動力として設定する。例えば、力Ｆ０の整数倍を第２駆動力として設定してもよい。

【0059】

また、ユーザは、操作部３１を用いて第２制御終了条件を設定できる。第２制御終了条件は、第２制御を終了するための任意の条件である。例えば、図５に示した本実施形態では、「第２制御により駆動部５０を移動させる距離ａ２［ｍｍ］」を第２制御終了条件として設定している。

【0060】

駆動部５０が距離ａ２［ｍｍ］移動したか否かの判断は、例えば、制御部３３が機構部３４のモータの回転数を検出することにより判断してもよいし、制御部３３が検出部３２の検出信号Ｓ２を監視することにより判断してもよいし、他の方法で判断してもよい。

【0061】

例えば、本実施形態では、ステッピングモータを用いているので、モータの回転数と駆動部５０の移動距離とが一対一に対応する。また、第２制御時に駆動部５０が距離ａ２［ｍｍ］移動すると弾性体４１がａ２［ｍｍ］縮む。

【0062】

図５（ｂ）を用いて説明したように、ｘ１１［ｍｍ］＝ｘ１２＋ａ２［ｍｍ］であり、弾性体４１がａ２［ｍｍ］縮むと、弾性体４１の長さがｘ１１［ｍｍ］からｘ１２［ｍｍ］になり、弾性体４１に弾性力Ｆ１＝ｋ１×（ｘ１０－ｘ１２）［Ｎ］が生じる。弾性力Ｆ１は、第２制御が完了したときに、弁体７６が接触部７７１を加圧する力に対応する。

【0063】

このため、ユーザは操作部３１を用いて、弾性力Ｆ１＝ｋ１×（ｘ１０－ｘ１２）［Ｎ］に対応する所望の値を入力する。操作部３１は、操作信号Ｓ１として弾性力Ｆ１を制御部３３に出力する。

【0064】

制御部３３は、弾性力Ｆ１から駆動部５０の移動距離ａ２［ｍｍ］を演算し、駆動部５０を移動距離ａ２［ｍｍ］移動させるためのステッピングモータの回転数Ａ［回転］を演算し、制御信号Ｓ３として回転数Ａ［回転］を機構部３４に出力する。

【0065】

機構部３４のステッピングモータがＡ回転することにより、駆動部５０が距離ａ２［ｍｍ］移動し、弾性体４１がａ２［ｍｍ］縮み、弁体７６が接触部７７１をＦ１＝ｋ１×（ｘ１０－ｘ１２）の力で加圧することとなる。

【0066】

なお、第２制御終了条件の設定は、上記例に限定されない。例えば、ユーザが弾性体４１のバネ乗数ｋ１［Ｎ／ｍｍ］を知っている場合、ユーザは操作部３１を用いて、駆動部５０の移動距離ａ２［ｍｍ］を入力してもよい。この場合、操作部３１が操作信号Ｓ１として移動距離ａ２［ｍｍ］を生成し、制御部３３が制御信号Ｓ３として回転数Ａ［回転］を生成することにより、機構部３４のステッピングモータがＡ［回転］することになる。

【0067】

第２制御終了条件は、駆動部５０の移動距離に限定されるものではない。例えば、第２制御を開始してから所定の時間が経過したことを終了条件としてもよいし、機構部３４のモータが停止したことを終了条件としてもよいし、弁体７６や接触部７７１に設置されたセンサを用いて弁体７６と接触部７７１との間の加圧力が所定値以上になったことを検出したことを終了条件としてもよい。

【0068】

ステップ３において、ユーザが操作部３１のスタートボタンＳＷ１を押すことにより、第１制御が開始される。第１制御とは、例えば、駆動部５０を第１駆動力で駆動する制御である。

【0069】

第１制御において、操作部３１は、スタートボタンＳＷ１（図示せず）が押された旨の操作信号Ｓ１を制御部３３に出力する。検出部３２は、検出信号Ｓ２を制御部３３に出力する。制御部３３は、記憶部３５に記憶された情報に基づいて、第１駆動力で＋Ｘ方向に駆動部５０を駆動する旨の制御信号Ｓ３を生成し機構部３４に出力する。

【0070】

機構部３４は、制御信号Ｓ３に基づいてモータを駆動し、第１駆動力で＋Ｘ方向に駆動部５０を駆動させる。駆動部５０を＋Ｘ方向に駆動することにより、移動部６０が＋Ｘ方向に移動し、弁体７６（図１ご参照）が接触部７７１（図１ご参照）に近づいていく。

【0071】

その後、弁体７６を＋Ｘ方向に移動させることにより、弁体７６が接触部７７１に接触する。弁体７６が接触部７７１に接触すると、移動部６０が移動できなくなる。第１駆動力が力Ｆ０よりも小さいから、駆動部５０は弾性体４１を圧縮させることができず、駆動部５０の移動も停止する。

【0072】

駆動部５０が停止すると、検出部３２の検出信号Ｓ２に基づいて、制御部３３が駆動部５０の停止を検出（判断）する（ステップ４）。

【0073】

ステップ５において、制御部３３は、駆動部５０の位置情報を第１基準位置として記憶部３５に記憶する。本実施形態においては、駆動部５０が停止したときの検出部３２の検出信号Ｓ２が第１基準位置となる。なお、駆動部５０の端部５１１は、移動部６０の目盛６１２の０（ゼロ）の位置（第１位置）にある（図４（ｂ）ご参照）。

【0074】

制御部３３は、駆動部５０の停止を検出したので第１制御を終了し第２制御を開始する（ステップ６）。第２制御とは、例えば、駆動部５０を第２駆動力で駆動する制御である。

【0075】

第２制御において、制御部３３は、記憶部３５に記憶された情報に基づいて、第２駆動力で＋Ｘ方向に駆動部５０を駆動する旨の制御信号Ｓ３を生成し機構部３４に出力する。機構部３４は、制御信号Ｓ３に基づいてモータを駆動し、第２駆動力で＋Ｘ方向に駆動部５０を駆動する。

【0076】

弁体７６及び移動部６０は、＋Ｘ方向に（殆んど）移動できないので、駆動部５０の移動に応じて弾性体４１が収縮していく。弁体７６は接触部７７１に加圧接触する。

【0077】

制御部３３は、ステップ２で設定された第２制御終了条件が満たされたか否かを繰り返し判断する。本実施形態では、第２制御終了条件として、例えば、「第２制御により駆動部５０を移動させる距離ａ２［ｍｍ］（図５（ｂ）ご参照）」が設定されているので、制御部３３が機構部３４のモータの回転数を繰り返し検出することにより第２制御終了条件が満たされたか否かを判断する。制御部３３は、第２制御終了条件が満たされたと判断したとき（ステップ７）、検出部３２の検出信号Ｓ２を検出する。

【0078】

ステップ８において、制御部３３は、第２制御終了条件が満たされたと判断したときの駆動部５０の位置情報（検出部３２の検出信号Ｓ２）を第２基準位置として記憶部３５に記憶する。

【0079】

制御部３３は、第２基準位置を記憶部３５に記憶した後、駆動部５０の駆動を停止し第２制御を終了する。なお、駆動部５０の端部５１１は、移動部６０の目盛６１２の＋２の位置（第２位置）にある（図５（ｂ）ご参照）。

【0080】

ステップ９において、制御部３３は、第２制御が終了したので通常制御を開始する。通常制御とは、例えば、第１～第４基準位置の少なくとも一つを用いて、駆動部５０、移動部６０、弁体７６等を移動させる制御である。

【0081】

通常制御では、例えば、操作部３１の入力部に供給される外部制御信号や、ユーザによる操作部３１の操作に基づいて操作部３１が操作信号Ｓ１を出力する。制御部３３は、操作信号Ｓ１、検出信号Ｓ２及び記憶部３５に記憶された情報に基づいて、駆動部５０を駆動する旨の制御信号Ｓ３を生成し機構部３４に出力する。これにより、弁体７６を自由に制御できる。

【0082】

例えば、本実施形態において、制御部３３は第２基準位置をバルブ装置３の閉位置（バルブ装置３が閉じている状態。流体７８が流れない状態）として通常制御を行う。

【0083】

通常制御は、第１基準位置、第２基準位置、第３基準位置及び第４基準位置の１つのみを用いてもよいし、第１基準位置、第２基準位置、第３基準位置及び第４基準位置の２つ以上を用いてもよい。例えば、第１基準位置及び第２基準位置を用いて通常制御を行う場合、例えば、第１基準位置は流体７８が殆んど流れない状態とし、第２基準位置は流体７８が全く流れない状態としても良い。
流体制御機器１には、目盛７６１及び目印７６２が設けられているので、通常制御において、ユーザは、目盛７６１及び目印７６２を視認することにより、バルブ装置３の開閉状態や、弁体７６の動作を容易に確認できる

【0084】

また、目盛７６１に対する目印７６２の位置は、ポテンショメータ、エンコーダ等の位置検出センサ（第２位置検出センサと称する）を用いて検出することもできる。この場合、第２位置検出センサの出力信号は、制御部３３に供給されることが好ましい。上述した検出部３２（図３ご参照）から出力された検出信号Ｓ２（図３ご参照）と、第２位置検出センサの出力信号とを用いることにより、より高度な制御を実現できるからである。

【0085】

上述した本実施形態のアクチュエータ２は、第１基準位置、第２基準位置、第３基準位置及び第４基準位置の少なくとも一つを用いているので、好適な制御を実現できる。流体制御機器１は、アクチュエータ２の制御により弁体７６を所望の位置に移動させることができる。

【0086】

本実施形態のアクチュエータ２は、第１駆動力及び第２駆動力の少なくとも一方で駆動可能な駆動部５０と、所定方向に移動できる移動部６０と、駆動部５０から第１駆動力及び第２駆動力の少なくとも一方が供給され、移動部６０が移動するための力を移動部６０に供給する弾性部４０とを有する。

【0087】

このため、駆動部５０の駆動力が弾性部４０を介して移動部６０に供給されることになり、移動部６０が停止している場合に駆動部５０を駆動させることで弾性部４０を圧縮することができる。

【0088】

本実施形態のアクチュエータ２は、駆動部５０の停止を検出するための検出信号を制御部３３に供給する検出部３２を有するので、制御部３３は、第１制御を行った後、検出部３２の検出信号に基づいて駆動部５０の停止を検出することで第１制御を終了し、第２制御を開始することができる。

【0089】

本実施形態において、アクチュエータ２の制御部３３は、駆動部５０を第１駆動力で駆動できる第１制御と、駆動部５０を第１駆動力よりも強い第２駆動力で駆動できる第２制御とが可能である。

【0090】

このため、制御部３３は、第１制御により弁体７６と接触部７７１とを弱い力で接触させることができる。また、第２制御により弁体７６と接触部７７１とを強い力で加圧接触させることができる。

【0091】

例えば、本実施形態では、第１駆動力が力Ｆ０（第１突起部５３１及び第２突起部５３２が弾性体４１を圧縮する力）よりも小さい値に設定されているので、第１制御による弾性体４１の収縮量はゼロ又は非常に小さい値である。第２駆動力は力Ｆ０よりも大きい値に設定されているので、第２制御による弾性体４１の収縮量は比較的大きな値となる。

【0092】

本実施形態では、第１制御により弁体７６と接触部７７１とを接触させた状態から第２制御が開始され、「第２制御による駆動部５０のＸ方向の移動量」は、「第１制御の開始から第２制御の完了までの弾性体４１の収縮量」に等しいとみなすことができる。

【0093】

「第１制御の開始から第２制御の完了までの弾性体４１の収縮量」にバネ乗数をｋ１［Ｎ／ｍｍ］を乗算することにより「第２制御の完了時に弁体７６が接触部７７１を加圧する力（増し締め量）」が得られる。

【0094】

本実施形態では、ユーザが操作部３１を用いて所定の設定を行うことにより、第２制御時に制御部３３が「第２制御による駆動部５０のＸ方向の移動量」に対応する制御信号Ｓ３を機構部３４に供給することで「第２制御の完了時に弁体７６が接触部７７１を加圧する力（増し締め量）」を実現できる。

【0095】

本実施形態の流体制御機器１では、操作部３１を用いて、弁体７６が接触部７７１を加圧する力（増し締め量）を容易に設定できるので、流体７８の好適な流量制御を実現できる。例えば、好適な増し締め量（弁体７６が接触部７７１を加圧する力）が、流体７８の温度や組成、弁体７６及び接触部７７１の経年劣化具合等により変動する場合でも、操作部３１を用いて、好適に増し締め量を変更することができる。

【0096】

（第２実施形態）

【0097】

図８は第２実施形態の流体制御機器を説明するための図、図９は第２実施形態のアクチュエータの動作を説明するための図、図１０は第２実施形態のアクチュエータの動作を説明するための別の図である。以下の説明において、図１～図７に示した構成と同様の構成には同一の参照符号を付し、重複した説明を省略する。

【0098】

図８において、流体制御機器１’は、アクチュエータ２と、バルブ装置３’とを有する。バルブ装置３’は、接続部７５、弁体７６、目盛７６１、目印７６２、流体７８、管部７７及び接触部７７１に換えて、接続部７５ａ、弁体７６ｃ、７６ｅ、目盛７６１ａ、７６１ｂ、目印７６２ａ、７６２ｂ、流体７８ａ、７８ｂ、管部７７ａ、７７ｂ及び接触部７７１ａ、７７１ｂを有する。

【0099】

接続部７５ａは、弁体７６ｃ、７６ｅに接続されている。弁体７６ｃは接続部７５ａの＋Ｘ方向側に備えられ、弁体７６ｅは接続部７５ａの－Ｘ方向側に備えられている。目盛７６１ａ、７６１ｂは、弁体７６ｃ、７６ｅに備えられている。目印７６２ａ、７６２ｂは、目盛７６１ａ、７６１ｂに対向して備えられている。接触部７７１ａ、７７１ｂは、管部７７ａ、７７ｂに備えられている。

【0100】

駆動部５０を＋Ｘ方向側に駆動すると弁体７６ｃが接触部７７１ａに接触し流体７８ａの流れが制限される。駆動部５０を－Ｘ方向側に駆動すると弁体７６ｅが接触部７７１ｂに接触し流体７８ｂの流れが制限される。

【0101】

弁体７６ｃ、目盛７６１ａ、目印７６２ａ、流体７８ａ、管部７７ａ及び接触部７７１ａの動作は、上述した第１実施形態の流体制御機器１の動作と同様であるため、弁体７６ｅ、目盛７６１ｂ、目印７６２ｂ、流体７８ｂ、管部７７ｂ及び接触部７７１ｂの動作を中心に説明する。

【0102】

図９（ａ）は、初期状態を示す図である。制御部３３は駆動部５０を駆動するための制御信号Ｓ３を出力しておらず、駆動部５０が停止している。図９（ａ）の状態において、駆動部５０の端部５１１は、移動部６０の目盛６１２の０（ゼロ）の位置（第１位置）にある。

【0103】

弾性体４１は、長さがｘ１１［ｍｍ］である。弾性体４１のバネ乗数をｋ１とすると、図４（ａ）の状態において、弾性体４１は力Ｆ０（第１突起部５３１及び第２突起部５３２が弾性体４１を圧縮する力）の力で圧縮されている。

【0104】

図９（ｂ）は、図９（ａ）の状態から駆動部５０を第３駆動力で－Ｘ方向に駆動した状態である。第３駆動力は、例えば、第１駆動力とは逆向きで第１駆動力と等しい力である。制御部３３は駆動部５０を第３駆動力で－Ｘ方向に駆動するための制御信号Ｓ３を出力し、駆動部５０が第３駆動力で－Ｘ方向に駆動する第１制御を開始する。

【0105】

駆動部５０が図９（ａ）の状態よりも－Ｘ方向にａ４移動し、弁体７６ｅと接触部７７１ｂとが接触すると、移動部６０が接触部７７１ｂから抗力を受け移動できなくなる。第３駆動力が力Ｆ０以下であり弾性部４０が収縮しないので、駆動部５０も移動できなくなる。このとき、制御部３３は、検出部３２の検出信号Ｓ２に基づいて、駆動部５０の位置情報を第３基準位置として記憶部３５に記憶する。

【0106】

なお、図９（ｂ）においては、弾性体４１が収縮していない（弾性体４１の長さがｘ１１）ので、駆動部５０の端部５１１は、移動部６０の目盛６１２の０（ゼロ）の位置（第１位置）にある。

【0107】

図１０（ａ）は、図９（ｂ）と同一の状態である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の状態から駆動部５０を第４駆動力で－Ｘ方向に駆動した状態である。

【0108】

図１０（ｂ）において、制御部３３は駆動部５０を第４駆動力で－Ｘ方向に駆動するための制御信号Ｓ３を出力し、駆動部５０を第４駆動力で－Ｘ方向に駆動する第２制御を行う。第４駆動力は、例えば、第２駆動力とは逆向きで第２駆動力と等しい力である。第４駆動力は、例えば、力Ｆ０（第１突起部５３１及び第２突起部５３２が弾性体４１を圧縮する力）よりも大きい力である。

【0109】

弁体７６ｅと接触部７７１ｂとが接触しているので、移動部６０は－Ｘ方向に（殆んど）移動できない。このため、駆動部５０が第４駆動力で－Ｘ方向に駆動すると、弾性体４１が圧縮される。移動部６０は、弾性部４０を介して第４駆動力が伝達され、弁体７６ｅと接触部７７１ｂとを更に強く押し付ける（増し締め）。

【0110】

その後、駆動部５０が図１０（ａ）の状態よりも－Ｘ方向にａ５移動したとき、制御部３３は、第２制御終了条件（例えば、第２制御により駆動部５０を移動させる距離が－ａ５［ｍｍ］）が満たされたと判断し、駆動部５０を停止させる。このとき、制御部３３は、検出信号Ｓ２に基づいて、駆動部５０の位置情報を第４基準位置として記憶部３５に記憶する。

【0111】

図１０（ｂ）においては、弾性体４１がａ５［ｍｍ］短くなったので、駆動部５０の端部５１１は、目盛６１２の０（ゼロ）の位置よりも－Ｘ方向にａ５（１目盛）だけ移動している。この位置を第３位置と称する。

【0112】

上述した本実施形態のアクチュエータ２は、第１実施形態のアクチュエータ２と同様の構成を有するので、同様の優れた作用効果を奏することができる。

【0113】

上述した本実施形態の流体制御機器１’は、アクチュエータ２と、バルブ装置３’とを有する。バルブ装置３’は、接続部７５ａ、弁体７６ｃ、７６ｅ、目盛７６１ａ、７６１ｂ、目印７６２ａ、７６２ｂ、流体７８ａ、７８ｂ、管部７７ａ、７７ｂ及び接触部７７１ａ、７７１ｂを有する。

【0114】

このため、制御部３３は、第１基準位置、第２基準位置、第３基準位置及び第４基準位置の少なくとも１つを用いて、好適な制御を実現できる。流体制御機器１’は、アクチュエータ２の制御により弁体７６ｃ、弁体７６ｅを所望の位置に移動させることができる。

【0115】

また、本実施形態の流体制御機器１’は、第１実施形態の図４及び図５に示した動作と同様に駆動部５０を第１駆動力又は第２駆動力で＋Ｘ方向に駆動することにより弁体７６ｃと接触部７７１ａとを接触させたり、所定の圧力で加圧する制御、及び、第２実施形態の図９及び図１０に示したように駆動部５０を第３駆動力又は第４駆動力で－Ｘ方向に駆動することにより弁体７６ｅと接触部７７１ｂとを接触させたり、所定の圧力で加圧する制御を実現できる。

【0116】

上述した各実施形態の構成は互いに組み合わせることができる。上記では、種々の実施の形態及び変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。例えば、上述した各実施形態の構成を互いに組み合わせたもの、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0117】

本発明によれば、好適な制御を実現できるアクチュエータ、及び、流体制御機器を提供することができる。

【符号の説明】

【0118】

３２ 検出部
３３ 制御部
４０ 弾性部
５０ 駆動部
６０ 移動部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】