CN103917772B - 流量控制阀 - Google Patents

Abstract

提供一种简化流量控制阀的防止晃动的结构、可以维持较少的控制流量、而且可实现小型化的流量控制阀。该流量控制阀具有旋转体(6)，该旋转体(6)设置在转动轴(8)的周围，与转动轴(8)一体地借助电磁力进行旋转。该流量控制阀具有阀芯(9)，该阀芯(9)与转动轴(8)的一端部侧的内螺纹部(93)螺合，通过基于转动轴(8)的旋转沿着转动轴(8)的轴向移动来开闭供流体通过的开口部。该流量控制阀具有轴支撑部件(14)，该轴支撑部件(14)设置在转动轴(8)的另一端部侧，将转动轴(8)支撑为旋转自如，并且限制转动轴8朝向另一端部侧的移动。该流量控制阀具有压缩螺旋弹簧(10)，该压缩螺旋弹簧(10)沿着转动轴(8)的轴向对阀芯(9)向转动轴(8)的另一端部侧施力。

Description

流量控制阀

技术领域

本发明涉及具有电动机和通过该电动机的旋转进行工作来控制流体的流量的阀的流量控制阀。

背景技术

以往，在汽车和摩托车等车辆中，例如在具有通过电子控制装置控制燃料喷射和点火的喷射的发动机的情况下，在节流阀的旁边设置有被进行电子控制的另一个节流阀即ISCV(怠速控制阀)，进行当空调装置工作时的低速升高的控制，或者进行使怠速运转稳定的控制。即，ISCV例如在缩小节流阀而使汽车处于怠速运转状态时，控制向发动机的进气量，将发动机控制为达到怠速运转时的目标转速。

ISCV例如具备使阀进行动作的作为致动器的步进电动机、该步进电动机的进行旋转的轴、以及在与该轴之间具有螺纹机构且在轴的轴向上移动的阀芯。轴的末端部侧形成外螺纹，固定在阀芯上的螺母部与该外螺纹的部分螺合，阀芯根据轴的正转和反转在轴的轴向上移动，从而控制怠速运转时向发动机进气的进气流量。

在这样的ISCV中，控制流量小，在通常待机位置(车辆的怠速状态)，要求更小的流量，因而需要减小阀(ISCV)的开口面积。

并且，在ISCV中，如上所述由于控制流量小，因而即使存在少许的晃动，对流量产生的影响也较大。因此，需要抑制晃动的结构(部件)。

并且，ISCV由于设置在例如汽车和摩托车等车辆上，因而与设置在固定的装置上的部件相比，热和振动等环境条件严格，需要耐久性。因此，在ISCV中，旋转自如地支撑轴或旋转体的轴承也需要使用具有耐久性的轴承。

这里，如上所述，在考虑了由汽车的振动和晃动引起的对流量控制的影响的情况下，例如可以考虑通过弹簧等分别按压阀芯和电动机的旋转体来防止晃动。并且，如上所述控制流量小，因而需要在使阀芯基本上接近阀座的状态下控制阀芯的移动。例如，在使用圆锥形的阀芯的流量控制阀的情况下，需要维持使阀芯朝向流量控制阀的主体的阀座部分伸展的状态，减小阀的开口面积，由此减小控制流量。

并且，作为电动机中的一般的轴承结构，一般为如下结构：在旋转体侧设置凸部、例如可从旋转体突出的轴的端部等，利用设置在主体侧的凹状的轴承部件旋转自如地支撑该凹部。

作为流量控制阀，例如提出了在轴上固定磁铁并在轴的后端侧和前部配置有环状的干式轴承(滑动轴承)的流量控制阀(例如，参照专利文献1)。在该流量控制阀中，轴处于插入在干式轴承的孔内的状态，这些干式轴承不限制轴的轴向移动。

另外，作为流量控制阀，提出了内燃机用电动机式流量控制阀，该流量控制阀是固定有磁铁的树脂制的旋转体由球轴承支撑的结构，在环状的球轴承的内侧配置有旋转体，在球轴承的内圈固定有旋转体，旋转体与内圈一体地相对于球轴承的外圈旋转(例如，参照专利文献2)。在该流量控制阀中，在轴的外周形成有外螺纹，外螺纹与设置在旋转体上的内螺纹螺合，随着旋转体的旋转，轴与阀芯一体地在轴向上移动。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008－19957号公报

专利文献2：日本专利第3598219号公报

发明内容

发明所要解决的课题

另外，在上述那样的流量控制阀中为了防止晃动而使用弹簧等部件的情况下，为了防止阀芯的晃动以及防止旋转体(转子)的晃动，必须使用2个弹簧等部件。并且，有可能在利用弹簧防止旋转的旋转体晃动的情况下结构变得复杂。由此有可能用于防止晃动的成本增高或者组装作业变得烦杂。

并且，如上所述，在ISCV的情况下，由于控制小流量，因而为了减小开口面积，在使阀芯侧相对于主体的阀座部分伸展并接近的状态下进行主要控制。此时，当由于汽车的振动而存在上述那样的晃动时，伸展的阀芯侧与阀座侧接触。在该情况下，有可能产生由于阀座和阀芯的接触引起的磨损，开口面积变大，导致控制流量变大。

并且，如上所述，作为旋转体的轴承结构，当在旋转体上设置凸部(突出的轴)并在主体侧设置凹状的轴承时，与凸部相应地流量控制阀变长，空间效率变差。另外，在专利文献1、2所述的流量控制阀中，无法应对这些问题。

本发明是鉴于上述情况而完成的，本发明的目的是提供一种简化了流量控制阀的防止晃动的结构、可以维持少的控制流量而且可实现小型化的流量控制阀。

用于解决课题的手段

为了达到所述目的，本发明的流量控制阀的特征在于，所述流量控制阀具有：

旋转自如的转动轴；

旋转体，其被设置在所述转动轴的周围，并与所述转动轴一体地借助电磁力jinx旋转；

阀芯，其被设置成与所述转动轴的一端部侧卡合，通过基于该转动轴的旋转沿着该转动轴的轴向移动，由此开闭供流体通过的开口部；

轴支撑部件，其被设置在所述转动轴的另一端部侧，将所述转动轴支撑为旋转自如，并限制所述转动轴朝向另一端部侧的移动；

轴承部件，其被设置在所述旋转轴的一端部与另一端部之间，经由所述旋转体将转动轴支撑为旋转自如；以及

弹簧，其沿着所述转动轴的轴向对所述阀芯向该转动轴的另一端部侧施力。

在本发明中，与转动轴的一端侧卡合的阀芯被弹簧向转动轴的另一端侧施力。由此，成为将供阀芯卡合的转动轴向其另一端部侧按压的状态。即，弹簧的沿着轴向朝向另一端部侧的作用力经由阀芯作用于转动轴，将该转动轴的另一端部按压到轴支撑部件上。

由此，与在阀芯侧和转动轴(旋转体)侧的两个部位设置弹簧的情况一样，不仅用1个弹簧就可抑制阀芯的晃动，而且还可以抑制电动机侧的转动轴和旋转体的晃动。由此，部件数目减少，而且可以使组装费工夫的弹簧为1个，因而可以实现成本降低、以及流体控制阀组装时的作业性提高。

并且，利用弹簧的力抑制了阀芯的晃动，并且利用弹簧的作用力将阀芯向例如从形成在主体上的阀座侧离开的方向按压，因而抑制了在阀座和阀芯接近的状态下由阀芯朝阀座的振动等引起的接触。由此，可以抑制由于与阀芯的摩擦而使供流体通过的开口部变大。

在本发明的上述结构中，优选的是，所述流体控制阀设置有螺纹机构，所述螺纹机构由设置在所述阀芯的轴芯部的内螺纹部和以与所述内螺纹部螺合的方式设置于所述转动轴的所述阀芯侧的外螺纹部构成，所述螺纹机构通过所述转动轴的旋转来使所述阀芯在所述开口部的开闭方向上移动，所述转动轴的除了外螺纹部以外的部分的直径比所述外螺纹部的直径细。

根据这样的结构，在转动轴旋转的情况下通过利用螺纹机构使阀芯移动来进行开口部的开闭的结构中，通过使转动轴的除了外螺纹部以外的部分的直径比外螺纹部的直径小，可以在确保阀芯的开闭驱动所需要的力的同时，实现转动轴的轻量化。

通过使包括外螺纹部的转动轴整体的直径大，可以提高由转动轴作用于阀芯的力，然而转动轴变重。由此，例如有可能由于转动轴的惯性变大而使阀芯的开闭移动的响应性能变差。并且，用于转动轴的材料变多，有成本升高的可能性。

相对于此，通过仅使外螺纹部的直径大，使其它部分的直径小，实现转动轴整体的重量的减轻，从而可以实现上述的响应性的提高和成本的降低。

并且，在本发明的上述结构中，优选的是，所述旋转体的至少靠所述转动轴的另一端部的一侧形成为空心，所述轴支撑部件在所述旋转体的空心部分内对所述转动轴的一端部进行支撑。

根据这样的结构，例如通过具有磁铁或电磁铁等而借助电磁力相对于定子进行旋转的转子即旋转体形成为空心的。由此，可以通过旋转体的轻量化实现惯性的减小，并通过材料的削减实现成本降低。

并且，由于成为转动轴的一端部在旋转体的空心部分由轴支撑部件支撑的结构，因而无需使转动轴从旋转体的一端部侧突出，即使成为利用凹状的轴承等支撑部件支撑轴等的凸部的形状，通过将凸部配置在空心部内，也能够缩短轴向的长度，可以实现流量控制阀的空间效率的提高和小型化。

并且，在本发明的上述结构中，优选的是，所述流量控制阀具有覆盖所述阀芯的周围且内周面的截面是非圆形的筒状的主体，在所述阀芯上设置有沿着所述主体的内表面的周向和轴向延伸的壁部，在所述壁部上，沿着所述主体的轴向且在所述主体的周向上相互隔开间隔地设置有多个凸部，所述多个凸部朝向所述主体的内周面突出并与所述主体的内周面抵接。

根据这样的结构，壁部沿着截面非圆形的筒状的主体的内周面配置，而且从壁部突出并抵接于主体内表面的多个凸部沿着主体的轴向在主体的周向上相互隔开间隔来设置。由于这些凸部与截面非圆形的主体的内周面抵接，因而利用该壁部的凸部和主体的内周面的接触抑制了阀芯的轴向相对于主体的轴向倾斜。而且，通过多个凸部在主体周向上隔开间隔地与截面非圆形的主体内周面抵接，由此借助壁部及其凸部限制了阀芯的旋转。例如，在如上所述使用螺纹机构使阀芯进行开闭移动的情况下，通过限制阀芯侧的旋转，可以使阀芯随着工作轴的旋转而在转动轴的轴向上移动。此时，壁部的凸部由主体内周面引导，并且抑制阀芯的倾斜。在该情况下，不仅如上所述抑制阀芯的晃动，还抑制在阀芯和阀座接近的状态下阀芯倾斜，从而可以抑制阀芯与阀座侧接触。由此，可以防止由阀座、阀芯的磨损引起的开口部面积的扩大。

并且，通过仅使壁部中的凸部与主体内周面接触，可以减少主体内周面和壁部之间的滑动阻力，可以使阀芯顺畅地沿着轴向移动。

发明的效果

根据本发明，可以进行较少流量的控制，并可以以低成本防止借助与电动机的旋转体一体旋转的转动轴在轴向上移动来进行阀的开闭的阀芯的晃动。并且，由此可以防止由阀座和阀芯的磨损引起的阀的开口部面积的扩大。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式的流量控制阀的剖视图。

图2是示出所述流量控制阀的阀芯的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

如图1所示，该实施方式的流量控制阀具有树脂制的电动机侧主体1、和阀侧主体2。在电动机侧主体1侧设置有电动机(步进电动机)11，在阀侧主体2侧设置有流体用(空气用)阀21。

在所述电动机侧主体1中，主体12形成为有盖有底的圆筒状，在其内周面侧，沿着主体12的轴向前后排列地设置有沿着主体12的内周面的环状的两个线圈3作为电动机的定子。线圈3在卷绕于线圈绕线架5上的状态下被支撑在线圈支撑部件4上。

在圆环状的线圈3的内侧设置有旋转体6，该旋转体6将圆筒状的磁铁7配备成被固定于外周的状态。该旋转体6成为相对于定子旋转的转子，由定子和转子构成电动机，具有磁铁7的旋转体6利用电磁力旋转。

并且，旋转体6形成为有盖圆筒状，内部为空心的。并且，在旋转体6的盖61部分上贯穿并固定有成为转子的旋转轴的转动轴8。并且，在旋转体6的盖61的供转动轴8贯穿的部分，以与旋转体6的主体同轴的方式形成有直径比旋转体6主体的圆筒部分的直径小的圆筒状的突出部62。并且，旋转体6的盖61部分向外周侧呈凸缘状突出，从而将圆筒状的磁铁7的一端部侧定位。另外，盖61的凸缘状部分的外周面和磁铁7的外周面形成为外径大致相同，并且同轴配置。

转动轴8是圆杆状的部件，将旋转体6的一端侧的突出部62的末端部作为大致中央，转动轴8的一端部侧从电动机侧主体1伸出到阀侧主体2内。并且，转动轴8的另一端部侧配置在旋转体6的内侧。在该实施方式中，转动轴8的另一端配置在与旋转体6的敞开的另一端侧(无盖侧)大致相同的位置(沿着轴向的位置)。

并且，转动轴8的一端部侧在其外周面形成有螺纹，成为螺栓状的外螺纹部81。另外，这里，除了外螺纹部81以外的部分为轴部82。

转动轴8的外螺纹部81的直径大于轴部82的直径，外螺纹部81为相对于转动轴8的其它部分扩径的形状。如后所述，阀芯9的内螺纹部93与该外螺纹部81螺合。

并且，转动轴8的由其中央部的旋转体6的突出部62覆盖的部分经由突出部62旋转自如地被支撑在主体1的作为径向轴承且滑动轴承的轴承部件13上。另外，在图1中，轴承部件13与电动机侧主体1一体地形成，然而也可以为与主体1分体的。

并且，转动轴8的另一端部在如上所述配置于旋转体的内侧的状态下，由轴支撑部件14支撑为旋转自如。轴支撑部件14作为滑动轴承执行功能并作为径向轴承和推力轴承执行功能。即，转动轴8由轴支撑部件14限定旋转中心，并且被限制沿着转动轴8的轴向从转动轴8的一端部朝向另一端部的方向的移动。另外，朝其相反方向的移动如后所述由压缩螺旋弹簧10限制。

阀芯9的作为阀主体执行功能的末端部的外周面形成为圆锥台状，阀芯9可插入到形成在有盖筒状的阀侧主体2的盖23上的贯通孔22内。另外，阀芯9的外周面与贯通孔22的内周面抵接而使阀21成为闭状态，所述贯通孔部分作为阀21的阀座执行功能。通过使作为该阀座的贯通孔22的内周面和阀芯9的末端部分的外周面接近地配置，利用较少的流量控制流体。

并且，在阀侧主体2上，在其筒状部分(截面大致椭圆(截面非圆形)的筒状部分)形成有供流体通过的贯通孔24。作为由流量控制阀控制流量的流体的空气流经阀侧主体2的盖23侧的贯通孔22和阀侧主体2主体的筒状部分的贯通孔24之间。例如，将盖23侧的贯通孔22作为排出口，将阀侧主体2的筒状的主体的贯通孔24作为吸入口。

如图1和图2所示，阀芯9的主体的末端部侧如上所述形成为圆锥台状，并且阀芯9的除了末端部以外的部分形成为内侧为内螺纹部93的圆筒状。内螺纹部93是与转动轴8的外螺纹部81螺合的螺纹孔，该内螺纹部93和外螺纹部81构成随着转动轴8绕轴线旋转而使阀芯9沿着转动轴8的轴向移动的螺纹机构。另外，移动方向根据旋转方向的不同成为相反的，例如，在将顺时针旋转设为正向旋转的情况下，通过使转动轴8沿正向旋转方向旋转，例如阀芯9沿着转动轴8的轴向向从主体1离开的方向移动，在转动轴8沿逆时针旋转的反向旋转方向旋转的情况下，阀芯9沿着转动轴8的轴向向接近主体1的方向移动。

并且，阀芯9配置在阀侧主体2的内部，阀侧主体2形成为有盖筒状。该阀侧主体2形成为截面大致椭圆状的筒状，而不是圆筒状。

阀芯9以向阀芯的后部的左右伸出的方式设置有与阀侧主体2的截面的大致椭圆对应的形状的支撑板92，在该支撑板92的左右的大致圆弧状的端部分别配置有沿着所述椭圆的内周面配置的大致圆弧板状的壁部91。壁部91由于沿着主体2的截面的大致椭圆，因而不会使具有一对壁部91的阀芯9沿着主体2的内周面旋转，抑制了阀芯9的旋转。另外，如后所述，壁部的外表面不与主体2的内周面直接抵接，而如后所述，壁部的凸部95、96、97与主体2的内周面抵接。并且，大致圆弧板状的壁部91的沿着上述的内螺纹部93的轴向的长度为阀芯9的沿着内螺纹部93的轴向的长度的1/2以上且2/3以下。

壁部91是如上所述沿着轴向较长的壁部，在其外表面侧的大致圆弧方向(椭圆的周向)的中央部、一个侧缘侧、和另一个侧缘侧形成有沿着阀芯9的轴向向前后延伸的较长的肋状的凸部95、96、97。

该凸部95、96、97的延伸方向与内螺纹部93的轴向、阀芯9的轴向平行，这些方向与阀芯9的移动方向平行，该方向为阀芯9在流体控制阀中的开闭方向。

形成在阀芯9的壁部91上的凸部95、96、97与阀侧主体2的内周面抵接，沿着阀芯9的移动方向引导阀芯9，并限制阀芯9的旋转。也就是说，通过设置与阀侧主体2的内周面抵接的凸部95、96、97，在减少阀芯9与阀侧主体2之间的滑动阻力的同时可靠地支撑阀芯9朝轴向的移动，并且防止阀芯9追随旋转的轴8而旋转。

据此，通过壁部91以及这些凸部95、96、97，阀芯9与阀侧主体的内周面卡合而被限制旋转，并在阀芯9的移动方向(阀的开闭方向)上被引导。此时，通过壁部91以及这些凸部95、96、97，防止阀芯9的轴向与阀侧主体2的轴向倾斜。

即，防止由于壁部91在阀芯9的轴向上延伸得长而使阀芯9倾斜。由此，防止阀芯9倾斜而与阀芯9的末端部被插入的状态下的贯通孔22即阀座的内周面接触。由此，可以防止如下情况：由于阀芯9的外周面与贯通孔22的内周面的接触所引起的磨损使贯通孔22的内周面与阀芯9的外周面之间的间隔变宽，使得流量的控制变得困难。

并且，在阀芯9的支撑板92与在阀侧主体2的盖23的内侧部分成为阀座的贯通孔22的外侧部分之间配置作为弹簧的压缩螺旋弹簧10。该压缩螺旋弹簧10在阀芯9的开闭方向的开侧向电动机侧主体1的底部的轴支撑部件14侧按压阀芯9。通过该压缩螺旋弹簧10，防止阀芯9、转动轴8和旋转体6的晃动。

该压缩螺旋弹簧10通过朝向电动机侧主体1按压阀芯9，将外螺纹部81与阀芯9的内螺纹部93螺合的转动轴8向设置在其另一端部侧的轴支撑部件14按压。轴支撑部件14也受到沿着轴向的载荷，通过使转动轴8的另一端部旋转自如地支撑在轴支撑部件14上，转动轴8成为能够稳定地旋转的状态。

在这样的流体控制阀中，通过上述的1个压缩螺旋弹簧10就能够防止阀芯9、与阀芯9螺合的转动轴8、与转动轴8一体旋转的旋转体6及其磁铁7的晃动。由此，可以通过减少部件数目来降低成本，并且实现作业性的提高。特别是，通过使安装费工夫的弹簧仅为1个，可靠地提高了作业性。

并且，除了通过压缩螺旋弹簧10防止阀芯9的晃动之外，即使在接近的阀侧主体2的盖23的贯通孔22的内周面与阀芯9的末端部的外周面接近的状态下，也由压缩螺旋弹簧10向使阀芯9的外周面从贯通孔22的内周面离开的方向施力，因而抑制了贯通孔22的内周面与阀芯9的外周面之间的接触。

并且，阀芯9的壁部91形成在比阀芯9的轴向长度的1/2长的长度内，该壁部91的外表面侧的凸部95、96、97与阀侧主体2的大致椭圆状的内周面抵接，限制了阀芯9的轴向的倾斜和周向的移动，因而可以抑制阀芯9的轴向与阀侧主体2的轴向发生偏离。根据该结构，还抑制了贯通孔22的内周面与阀芯9的外周面之间的接触。

据此，通过抑制作为阀座的阀侧主体2的贯通孔22的内周面与阀芯9的末端部侧的外周面之间的接触，可以防止所述贯通孔22的内周面和阀芯9的外周面的磨损，可以抑制由于磨损而使阀的开口部面积变大。

受到径向方向和推力方向的力的轴支撑部件14支撑转动轴8的位于盖圆筒状的旋转体6的底部侧的开口内即旋转体6的空心部内的一端部，因而可以缩短包括旋转体6的转子的长度。由此，可以实现流体控制阀的小型化。

在该情况下，也可以说缩短了转动轴8，可以实现构成转动轴8的材料的削减，通过使旋转体6为空心的，可以削减构成旋转体6的部件。由此，减少了旋转的部分的质量，可以减小作用于旋转体6等的惯性力，提高响应性能。

并且，转动轴8通过使向阀芯9传递旋转运动的外螺纹部81的直径大于轴部82的直径，与使外螺纹部81的直径与轴部82的直径相同的情况相比较，能够以更强的力使阀芯9进行开闭动作。此时，由于轴部82的直径比外螺纹部81小，因而可以在维持外螺纹部81的旋转运动的传递能力的状态下，实现转动轴8的轻量化。由此，可以基于由转动轴8所使用的材料的减少引起的成本降低、以及由转动轴8的质量减轻引起的惯性的减小，实现响应性能的迅速化。

标号说明

1：电动机侧主体；

2：阀侧主体；

6：旋转体；

8：转动轴；

81：外螺纹部；

82：轴部；

9：阀芯；

10：压缩螺旋弹簧(弹簧)；

13：轴承部件；

14：轴支撑部件；

91：壁部；

95、96、97：凸部。

Claims (3)

1.一种流体控制阀，其特征在于，

所述流体控制阀具有：

旋转自如的转动轴；

旋转体，其被设置在所述转动轴的周围，并与所述转动轴一体地借助电磁力进行旋转；

阀芯，其被设置成与所述转动轴的一端部侧卡合，通过基于该转动轴的旋转沿着该转动轴的轴向移动，由此开闭供流体通过的开口部；

轴支撑部件，其被设置在所述转动轴的另一端部侧，并将所述转动轴支撑为旋转自如；

轴承部件，其被设置在所述旋转轴的一端部与另一端部之间，经由所述旋转体将转动轴支撑为旋转自如；

弹簧，其沿着所述转动轴的轴向对所述阀芯向该转动轴的另一端部侧施力；以及

筒状的主体，其覆盖所述阀芯的周围且内周面的截面是非圆形，

在所述阀芯上设置有沿着所述主体的内表面的周向和轴向延伸的壁部，

在所述壁部上，沿着所述主体的轴向且在所述主体的周向上相互隔开间隔地设置有多个凸部，所述多个凸部朝向所述主体的内周面突出并与所述主体的内周面抵接。

2.根据权利要求1所述的流体控制阀，其特征在于，

所述流体控制阀设置有螺纹机构，所述螺纹机构由设置在所述阀芯的轴芯部的内螺纹部和以与所述内螺纹部螺合的方式设置于所述转动轴的所述阀芯侧的外螺纹部构成，所述螺纹机构通过所述转动轴的旋转来使所述阀芯在所述开口部的开闭方向上移动，

所述转动轴的除了外螺纹部以外的部分的直径比所述外螺纹部的直径细。

3.根据权利要求1所述的流体控制阀，其特征在于，

所述旋转体的至少靠所述转动轴的另一端部的一侧形成为空心的，所述轴支撑部件在所述旋转体的空心部分内对所述转动轴的另一端部进行支撑。