JP2004092801A

JP2004092801A - 電動弁

Info

Publication number: JP2004092801A
Application number: JP2002255361A
Authority: JP
Inventors: Hideki Minamizawa; 南澤　英樹
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】ロータの支持構造を改善してロータの傾き等の偏心による偏荷重がねじ係合部に作用することを回避し、十分な耐久性を得ること。
【解決手段】ロータ２０に取り付けられた軸受部材２３の軸受孔２３Ａに雄ねじ軸２７の軸部２７Ｂを挿入し、ロータ２０を雄ねじ軸２７の軸部２７Ｂによって、雌ねじ孔２２の雌ねじ孔２２Ａと雄ねじ部２７Ａとのねじ係合部に隣接した部位で、回転且つ軸線方向に移動可能に支持する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動弁に関し、特に、冷凍サイクル装置の電動膨張弁等に用いられる電動式の流量制御弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電動弁としては、特開２０００−３５６２７８号公報、特開２００１−３０４４４５号公報等に示されているように、ステッピングモータの回転をロータに設けられた雌ねじ部（ねじ孔）と弁ハウジング側に固定配置された雄ねじ（ねじ軸）とのねじ係合（ねじ機構）によって直線運動に変換し、ロータに連結されている弁体を軸線方向移動によって開閉移動させ、弁体の軸線方向の移動量に応じて流量を定量的に制御するものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の電動弁では、ステッピングモータのロータに設けられた雌ねじ部と弁ハウジング側に固定配置された雄ねじとのねじ係合部の近くに、軸受支持部がなく、ねじ係合部だけで回転が案内されるため、ロータの傾き等の偏心による偏荷重がねじ係合部に作用し、耐久性に問題を生じる。
【０００４】
また、弁体の開閉駆動が低トルクで円滑に行われるよう、ねじ係合部の摩擦抵抗を低減すべく、ロータに設けられる雌ねじ部をフッ素系樹脂のような高滑性樹脂で構成しようとすると、スペース的な制約等により、多極着磁によるロータに対して雌ねじ部をインサート成形するか、プラスチックスマグネットによるロータに対して雌ねじ部を二色成形（２種樹脂成形）する等の必要性が生じ、コスト高になる。
【０００５】
また、ロータが多回転（２回転）して弁体が全開、全閉する電動弁では、ロータの過剰回転を規制して弁体の全開位置、あるいは全閉位置を機械的に設定するストッパ機構を組み込むために、構造が複雑になったり、多くの部品を必要としたり、各部品の製造方法や加工に制約を与え、ストッパ機構がコスト高の原因になる。
【０００６】
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、ロータの支持構造を改善してロータの傾き等の偏心による偏荷重がねじ係合部に作用することを回避し、十分な耐久性を有し、しかも、ロータに設けられる雌ねじ部をフッ素系樹脂のような高滑性樹脂で構成しても、成形上のコスト高を招くことがなく、また、ロータが２回転するものでも、それのストッパ機構がコスト高になることがなく、コスト面でも優れた電動弁を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明による電動弁は、ステッピングモータの回転をねじ機構によって直線運動に変換し、直線移動によって弁体を開閉移動させる電動弁において、外周部にステッピングモータのステータ組立体を取り付けられ、内部に、前記弁体とステッピングモータのロータを回転且つ軸線方向に移動可能に収容するキャン状のロータケースと、前記ロータケースに気密に装着され、弁座部、弁ポートを形成された弁ハウジングを有し、前記ロータケース内の中心部に雄ねじ軸が配置され、当該雄ねじ軸は、雄ねじ部と軸部とを同一軸線上に有し、一端を前記ロータケースに固定され、前記ロータは、中心部に雌ねじ孔と軸受孔とを同一軸線上に有し、雌ねじ孔に前記雄ねじ軸の雄ねじ部がねじ係合し、軸受孔に前記雄ねじ軸の軸部を挿入されて前記雄ねじ軸より回転且つ軸線方向に移動可能に支持され、前記ロータの前記弁ハウジング側に前記弁体が連結されている。
【０００８】
この発明による電動弁によれば、ロータの軸受孔に雄ねじ軸の軸部が挿入され、ロータが雄ねじ軸の軸によって回転且つ軸線方向に移動可能に支持されているから、ロータの雌ねじ孔と雄ねじ軸の雄ねじ部とのねじ係合部の近くに、軸受支持部ができ、ロータの傾き等の偏心による偏荷重がねじ係合部に作用しなくなる。
【０００９】
この発明による電動弁において、前記ロータを多極着磁されたプラスチックスマグネットによって構成し、前記雌ねじ孔を構成する雌ねじ部材と前記軸受孔を構成する軸受部材を前記ロータとは別部品として高滑性樹脂により構成し、前記雌ねじ部材と前記軸受部材とを前記ロータに一体的に固定する構造にすることができる。
【００１０】
これにより、ロータに設けられる雌ねじ部（雌ねじ部材）をフッ素系樹脂のような高滑性樹脂で構成しても、インサート成形、２色成形等の成形を必要としない。
【００１１】
この発明による電動弁は、更に、前記ロータの前記弁ハウジング側に前記弁体の支持具を兼ねたガイド部材が固定され、当該ガイド部材が前記弁ハウジングに設けられたガイド筒体に回転且つ軸線方向に移動可能に嵌合している。
【００１２】
この発明による電動弁によれば、ロータの回転且つ軸線方向に移動可能な支持が、より確実なものになり、ロータの傾き等の偏心による偏荷重がねじ係合部に作用することが、より一層、確実に回避される。
【００１３】
また、この発明による電動弁は、前記ガイド部材の外周部に回転可能に取り付けられた可動ストッパ部材と、前記弁ハウジング側に設けられた固定ストッパ部とを有し、前記ロータに前記可動ストッパ部材と回転方向に係脱可能に係合して前記可動ストッパ部材をつれ回りさせる突起部が設けられ、前記可動ストッパ部材が前記固定ストッパ部に当接することにより、全開位置、全閉位置を設定される。
【００１４】
この場合、前記可動ストッパ部材を、巻端にストッパ線体を有するコイルばね状部材により構成し、前記固定ストッパ部を前記ガイド筒体の前記弁ハウジングに対する固定端に折曲されたストッパ片によって構成することができ、ロータが２回転するものでも、ストッパ機構の構造が複雑になったり、多くの部品を必要としたり、各部品の製造方法や加工に制約を与えることがない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１はこの発明による電動弁の一つの実施形態を示している。
【００１６】
電動弁は、弁ハウジングをなす円盤形状の底蓋状の金属製の本体１１と、本体１１上に気密に溶接あるいはろう付けされたキャン状のロータケース１２とを有している。ロータケース１２は、本体１１と共働として、内側に気密室構造のロータ室１３を形成している。
【００１７】
本体１１の中心部には、弁座部１４、弁ポート１５を画定する弁座部材１６がろう付け等によって固着されている。弁座部材１６はロータ室１３内にあり、弁ポート１５は、一方においてロータ室１３に連通し、他方において本体１１に取り付けられた継手管１７に連通している。本体１１にはもう一つの継手管１８が取り付けられており、継手管１８はロータ室１３に直接連通（常時連通）している。
【００１８】
本体１１には金属製のフランジ付きのガイド筒体１９が弁座部材１６の外周に嵌合した状態で固定装着されている。ガイド筒体１９は本体１１に対する固定端に形成されているフランジ部１９Ａを本体１１にろう付け等によって固着され、フランジ部１９Ａに起立したストッパ片１９Ｂが折曲形成されている。なお、ガイド筒体１９の側部には筒内とロータ室１３との連通のための連通孔１９Ｂが貫通形成されている。
【００１９】
ロータケース１２内には多極着磁されたプラスチックスマグネットによるステッピングモータのロータ２０が回転且つ軸線方向に移動可能に設けられている。ロータ２０は筒状をなしており、ロータ２０の筒内下側には金属製のフランジ付き筒状のガイド部材２１がインサート成形されている。ロータ２０の筒内上側にはフッ素樹脂等の高滑性樹脂製の雌ねじ部材２２と軸受部材２３がセレーション部２０Ａによって廻り止め係合している。なお、この廻り止めは、セレーション係合以外に、キー係合等によって行うことができる。
【００２０】
雌ねじ部材２２と軸受部材２３は、軸線方向に互いに隣接配置され、ガイド部材２１のフランジ部２１Ａとロータ２０に係止された止め輪２４とに挟まれて軸線方向に移動できないように固定されている。雌ねじ部材２２には雌ねじ孔２２Ａが、軸受部材２３には軸受孔２３Ａが各々ロータ中心部の同一軸線上に貫通形成されている。なお、軸受部材２３は雌ねじ部材２２よりガイド部材２１側（下側）にある。
【００２１】
雌ねじ部材２２と軸受部材２３は超音波溶着や熱かしめによってロータ２０に固定することも可能である。この場合には止め輪２４は省略される。
【００２２】
ガイド部材２１はガイド筒体１９内に回転可能に且つ軸線方向に移動可能に嵌合している。ガイド部材２１は、弁体支持具を兼ねており、筒内に弁体２５の基部２５Ａを軸線方向に変位可能に保持している。
【００２３】
弁体２５は、基部２５Ａの段差部２５Ｂがガイド部材２１の端部２１Ｂに当接することにより、弁座部材１６の側の移動を規制、換言すれば、ガイド部材２１より脱落しないようガイド部材２１により保持されている。弁体２５は、弁座部材１６の弁座部１４に着座することにより弁ポート１５を閉じ、弁座部１４より離れることにより、その離間量（弁リフト量）に応じた開弁量を定量的に設定する。
【００２４】
軸受部材２３の端面と弁体２５の基部２５Ａの端面との間には圧縮コイルばね２６が挟まれている。圧縮コイルばね２６は弁体２５を弁座部材１６の側に付勢している。
【００２５】
ロータケース１２内の中心部には金属製の雄ねじ軸２７が配置されている。雄ねじ軸２７は、雄ねじ部２７Ａと軸部２７Ｂとを同一軸線上に有し、上端部２７Ｃをロータケース１２の天井部に形成された孔１２Ａに挿入され、溶接等によってロータケース１２に固定されている。雄ねじ部２７Ａは雌ねじ部材２２の雌ねじ孔２２Ａにねじ係合し、雄ねじ部２７Ａより下側にある軸部２７Ｂが軸受部材２３の軸受孔２３Ａに嵌合している。
【００２６】
ガイド部材２１の外周部に可動ストッパ部材２８が回転可能に取り付けられている。可動ストッパ部材２８は巻端にストッパ線体２８Ａを有するコイルばね状部材により構成され、コイルばね状部２８Ｂにてガイド部材２１の外周部に回転可能に係合している。ロータ２０の筒内部にはキー状の突起部２０Ｂが一体成形されている。突起部２０Ｂは、ロータ回転によって回転方向に可動ストッパ部材２８と係脱可能に係合し、可動ストッパ部材２８をつれ回りさせる。
【００２７】
可動ストッパ部材２８は、ロータ２０の時計廻り方向の回転によって突起部２０Ｂにより同方向に押され、ストッパ線体２８Ａが、図２（ａ）、（ｂ）に示されているように、ストッパ片１９Ｂの一方の端面に当接することにより、それ以上の時計廻り方向の回転を規制して全閉側のイニシャライズ位置を設定する。これとは、反対に、可動ストッパ部材２８は、ロータ２０の反時計廻り方向の回転によって突起部２０Ｂにより同方向に押され、ストッパ線体２８Ａが、図４（ａ）、（ｂ）に示されているように、ストッパ片１９Ｂの他方の端面に当接することにより、それ以上の反時計廻り方向の回転を規制して全開位置を設定する。
【００２８】
ロータケース１２の外周部にはステッピングモータのステータ組立体３０が位置決め固定されている。ステータ組立体３０は、上下２段のステータコイル３１、複数個の磁極歯３２、電気コネクタ部３３を有し、モールド樹脂、ポッティング樹脂等の封止樹脂３４によって全体を液密封止されている。
【００２９】
上述の構成による電動弁によれば、ステータ組立体３０のステータコイル３１に通電が行われることにより、ロータ２０が回転する。ロータ２０は、雌ねじ部材２２の雌ねじ孔２２Ａによって雄ねじ軸２７の雄ねじ部２７Ａとねじ係合しているから、回転に伴い軸線方向（上下方向）に移動する。このロータ２０の軸線方向の移動（直線移動）によって弁体２５が弁リフト方向に開閉移動する。
【００３０】
このロータ２０の回転と軸線方向移動は、ねじ係合部近傍の雄ねじ軸２７の軸部材２７Ｂと軸受部材２３の軸受け孔２３Ａとの軸受係合と、ガイド部材２１とガイド筒体１９との嵌合に案内されて大きい振れを生じることなく行われる。これにより、ロータ２０の傾き等の偏心による偏荷重が雌ねじ孔２２Ａと雄ねじ部２７Ａとのねじ係合部に作用することが回避され、十分な耐久性が得られるようになる。
【００３１】
雌ねじ部材２２と軸受部材２３がフッ素系樹脂のような高滑性樹脂により構成されているから、ロータ２０の回転が低摩擦抵抗で円滑に行われ、弁体２５の開閉駆動に必要なトルクが低減し、省電力化が図られる。高滑性樹脂製の雌ねじ部材２２、軸受部材２３は、プラスチックスマグネット製のロータ２０とは別部品で、ロータ２０に組み付けられる構造であるので、雌ねじ部等を含むロータの製造を、インサート成形、二色成形等を必要とすることなく、通常の成形で行うことができる。これにより、コストダウンが図られる。
【００３２】
つぎに、図２乃至図４を参照して全閉側のイニシャライズ位置と全開位置との間の開閉動作について説明する。この実施形態では、ロータ２回転（略２回転）で、全閉側のイニシャライズ位置と全開位置が得られる。
【００３３】
図２（ａ）、（ｂ）は、ロータ２０、弁体２５が全閉側のイニシャライズ位置に位置している状態を示している。この全閉側のイニシャライズ位置では、ストッパ線体２８Ａがロータ２０の突起部２０Ｂによって時計廻り方向に押され、ストッパ線体２８Ａがストッパ片１９Ｂの一方の端面に当接し、それ以上にロータ２０が時計廻り方向に回転することを規制されている。
【００３４】
この全閉側のイニシャライズ位置では、弁体２５は弁座部１４に着座し、弁ポート１５を完全に閉じている。
【００３５】
全閉側のイニシャライズ位置よりロータ２０が反時計廻り方向（弁開方向）に回転すると、突起部２０Ｂがストッパ線体２８Ａを置き去りにして同方向に回転し、ロータ２０の反時計廻り方向の回転量に応じた弁リフト量をもって弁体２５が弁座部１４より離れ、それに応じた開弁量が得られる。
【００３６】
全閉側のイニシャライズ位置よりロータ２０が反時計廻り方向に略１回転すると、図３（ａ）、（ｂ）に示されているように、突起部２０Ｂがストッパ線体２８Ａの反対側に当接する。この時には中間的な弁リフト量Ａが得られる。
【００３７】
これより更にロータ２０が反時計廻り方向に回転すると、突起部２０Ｂがストッパ線体２８Ａを同方向に押し、可動ストッパ部材２８がロータ２０と共に反時計廻り方向につれ回りする。全閉側のイニシャライズ位置よりロータ２０が反時計廻り方向に略２回転すると、図４（ａ）、（ｂ）に示されているように、ストッパ線体２８Ａがストッパ片１９Ｂの他方の端面に当接し、それ以上にロータ２０が反時計廻り方向に回転することを規制されている。これにより、全開位置が決まり、全開時の弁リフト量Ｂが得られる。
【００３８】
上述のストッパ構造は、固定側がプレス成形等で形成されるストッパ片１９Ｂで、可動側が巻端にストッパ線体２８Ａを有するコイルばね状部材であるから、これらが樹脂成形である場合に比してコストダウンが図られる。
【００３９】
つぎに、図５を参照して組立手順について説明する。まず、本体１１に弁座部材１６を組み付け、弁座部材１６の外周にガイド筒体１９を仮止めする。また、本体１１に継手管１７、１８を取り付け、全体をろう付けする。ガイド筒体１９に可動ストッパ部材２８を組み付ける。これにより本体ろう付け組立体Ａが完成する。
【００４０】
ガイド部材２１をインサート成形されているロータ２０に、弁体２５、圧縮コイルばね２６、雌ねじ部材２２、軸受部材２３を組み込み、これらを止め輪２４によってロータ２０に固定する。雄ねじ軸２７の雄ねじ部２７Ａを雌ねじ部材２２の雌ねじ孔２２Ａにねじ係合させ、雄ねじ軸２７の軸部２７Ｂを軸受部材２３の挿入する。
【００４１】
組立治具１００を用いて雄ねじ部２７Ａの上端がロータ２０の上面に整合するように、雄ねじ軸２７の初期ねじ込み量を調整し、雄ねじ軸２７の上方突出長Ｌを設定する。これによりロータ組立体Ｂが完成する。
【００４２】
つぎに、本体ろう付け組立体Ａにロータ組立体Ｂを組み付け、ロータ組立体Ｂの突起部２０Ｂが可動ストッパ部材２８がストッパ線体２８Ａに当たり、ストッパ線体２８Ａがガイド筒体１９のストッパ片１９Ｂの当接する全閉側のイニシャライズ状態（図２（ａ）の状態）にする。
【００４３】
組立治具１００を外して、ロータケース１２をかぶせる。これにより、雄ねじ軸２７の上端部２７Ｃがロータケース１２の孔１２Ａに挿入される。そして、ロータケース１２と本体１１とを全周溶接し、最後に雄ねじ軸２７の上端部２７Ｃとロータケース１２とを溶接する。これにより、ステータ組立体３０を除く電動弁の組立が、ロータ組立体を逆さにひっくり返したり、抜け止めや脱落防止を行うことなく、完了する。
【００４４】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明による電動弁によれば、ロータの軸受孔に雄ねじ軸の軸部が挿入され、ロータが雄ねじ軸の軸部によって回転且つ軸線方向に移動可能に支持されているから、ロータの雌ねじ孔と雄ねじ軸の雄ねじ部とのねじ係合部の近くに、軸受支持部ができ、ロータの傾き等の偏心による偏荷重がねじ係合部に作用しなくなり、耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による電動弁の一つの実施形態を示す縦断面図である。
【図２】（ａ）は全閉側のイニシャライズ状態のストッパ部分の平断面図、（ｂ）は同縦断面図である。
【図３】（ａ）は中間開度状態のストッパ部分の平断面図、（ｂ）は同縦断面図である。
【図４】（ａ）は全開状態のストッパ部分の平断面図、（ｂ）は同縦断面図である。
【図５】この発明による電動弁の組立手順を示す分解図である。
【符号の説明】
１１　本体
１２　ロータケース
１３　ロータ室
１６　弁座部材
１７、１８　継手管
１９　ガイド筒体
２０　ロータ
２１　ガイド部材
２２　雌ねじ部材
２２Ａ　雌ねじ孔
２３　軸受部材
２３Ａ　軸受孔
２５　弁体
２７　雄ねじ軸
２７Ａ　雄ねじ部
２７Ｂ　軸部
２８　可動ストッパ部材
２８Ａ　ストッパ線体
３０　ステータ組立体

Claims

ステッピングモータの回転をねじ機構によって直線運動に変換し、直線移動によって弁体を開閉移動させる電動弁において、
外周部にステッピングモータのステータ組立体を取り付けられ、内部に、前記弁体とステッピングモータのロータを回転且つ軸線方向に移動可能に収容するキャン状のロータケースと、前記ロータケースに気密に装着され、弁座部、弁ポートを形成された弁ハウジングを有し、
前記ロータケース内の中心部に雄ねじ軸が配置され、当該雄ねじ軸は、雄ねじ部と軸部とを同一軸線上に有し、一端を前記ロータケースに固定され、
前記ロータは、中心部に雌ねじ孔と軸受孔とを同一軸線上に有し、雌ねじ孔に前記雄ねじ軸の雄ねじ部がねじ係合し、軸受孔に前記雄ねじ軸の軸部を挿入されて前記雄ねじ軸より回転且つ軸線方向に移動可能に支持され、
前記ロータの前記弁ハウジング側に前記弁体が連結されている、
ことを特徴とする電動弁。
前記ロータは多極着磁されたプラスチックスマグネットによって構成され、前記雌ねじ孔を構成する雌ねじ部材と前記軸受孔を構成する軸受部材が前記ロータとは別部品として高滑性樹脂により構成され、前記雌ねじ部材と前記軸受部材とが前記ロータに一体的に固定されていることを特徴とする請求項１記載の電動弁。
前記ロータは前記弁ハウジング側に前記弁体の支持具を兼ねたガイド部材を固定され、当該ガイド部材が前記弁ハウジングに設けられたガイド筒体に回転且つ軸線方向に移動可能に嵌合している請求項１または２記載の電動弁。
前記ガイド部材の外周部に回転可能に取り付けられた可動ストッパ部材と、前記弁ハウジング側に設けられた固定ストッパ部とを有し、前記ロータに前記可動ストッパ部材と回転方向に係脱可能に係合して前記可動ストッパ部材をつれ回りさせる突起部が設けられ、前記可動ストッパ部材が前記固定ストッパ部に当接することにより、全開位置、全閉位置を設定されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の電動弁。
前記可動ストッパ部材は巻端にストッパ線体を有するコイルばね状部材により構成され、前記固定ストッパ部は前記ガイド筒体の前記弁ハウジングに対する固定端に折曲されたストッパ片によって構成されていることを特徴とする請求項４記載の電動弁。