JP2004360762A

JP2004360762A - 電動弁

Info

Publication number: JP2004360762A
Application number: JP2003158395A
Authority: JP
Inventors: Hideki Minamizawa; 英樹南澤; Yosuke Sugiyama; 洋介杉山
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【課題】弁座部とガイド孔部と駆動ねじとが同一軸線上に精度よく同心配置され、弁体の弁座面への片当たりによる偏摩耗などを生じないようにする。
【解決手段】一つの円筒部材２０に、弁ポート２３、弁座部２４、雄ねじ２６を同一軸線上に同心形成する。
【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、冷蔵冷凍庫や冷暖房装置の冷媒流量の制御、燃料電池の改質器のスチーム流量制御等に用いられる電動弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ステッピングモータ駆動の電動弁として、ステッピングモータの回転を雄ねじと雌ねじとのねじ係合による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軸線方向に移動させ、弁体の軸線方向移動によって流量制御を行う電動弁が知られている（たとえば、特許文献１、２、３、４）。
【０００３】
従来の電動弁は、耐摩耗性の向上のために弁座部材が弁ハウジングとは別部品として構成されて弁ハウジングに圧入固定されたり、弁体の弁軸部を軸線方向に摺動可能に支持するニードルガイド部材としてのガイド孔部や駆動ねじとしての雄ねじ部材等がそれぞれ別部品で構成されたりし、弁ハウジングにかしめ等により固定される構造になっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１３５８２９号公報
【特許文献２】
特開平１０−８２３４９号公報
【特許文献３】
特開２０００−３５６２７８号公報
【特許文献４】
特開２００２−１４７９００号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
電動弁の弁座部材とガイド孔部材と駆動ねじは、同一軸線上に同心配置されなくてはならないが、従来の電動弁では、弁座部材とガイド孔部材、弁座部材と雄ねじ部材、あるいはガイド孔部材と雄ねじ部材とが別部品であるため、それら部品の弁ハウジングに対する組付位置誤差により、同心性が損なわれ、芯ずれ、傾きが生じ易い。
【０００６】
このことは、弁体の弁座面への片当たりによる偏摩耗を招き、耐久性、動作信頼性を低下する原因になる。また、動作音による騒音問題も生じる。
【０００７】
従来の電動弁では、駆動ねじ部には、摺動性や耐久性の向上のために、摺動性のよい銅合金や潤滑油などが使われているが、燃料電池の改質器でスチーム流量を制御するような場合、燃料電池のシステムに影響を及ぼすため、銅合金や潤滑油を使用することができない。
【０００８】
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、弁座部とガイド孔部と駆動ねじとが同一軸線上に精度よく同心配置され、弁体の弁座面への片当たりによる偏摩耗などを生じることがなく、また、駆動ねじ部の摺動性、耐久性がよい電動弁を提供することを目的としている。
【０００９】
【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連結された弁ハウジングとを有し、前記弁ハウジングには中心部と中心部より離れた位置に各々接続ポートが形成され、前記弁ハウジングの中心部には円筒部材が固定され、前記円筒部材は、前記弁体を軸線方向に移動可能に収容し、中心配置の前記接続ポートと連通する弁ポート及び弁座部と、前記弁体の弁軸部を軸線方向に摺動可能に支持するガイド孔部とを同一軸線上に同心に有し、当該円筒部材の外周面に雄ねじが形成され、前記ロータには前記雄ねじとねじ係合する雌ねじ部材が固定され、当該ロータに前記弁体が連結されている。
【００１０】
この発明による電動弁によれば、弁ポート、弁座部、ガイド孔部、雄ねじが、全て円筒部材に形成され、一部品として弁ハウジングに組み付けられるから、それら相互の組付位置誤差によって同心性が損なわれることが皆無になり、芯ずれ、傾きが生じない。
【００１１】
この発明による電動弁は、前記ロータケースと前記弁ハウジングと前記弁体と前記円筒部材とがステンレス鋼により構成され、前記ロータが多極着磁されたプラスチックスマグネットにより構成され、前記雌ねじ部材がプラスチックスにより構成されている。
【００１２】
この発明による電動弁によれば、ロータケースと弁ハウジングと弁体と円筒部材とがステンレス鋼により構成されていることにより、耐食性が向上し、雄ねじと雌ねじ部材とがステンレス鋼とプラスチックスとの組合せになるので、駆動ねじ部の摺動性、耐久性がよい。
【００１３】
この発明による電動弁は、前記円筒部材の外周面の雄ねじが転造加工によるものである。雄ねじが転造加工による場合、ねじ山形状に丸みを持たせることができ、耐摩耗性が向上する。
【００１４】
【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、図２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。
【００１５】
電動弁は、弁ハウジングをなす円盤形状の底蓋部材１１と、底蓋部材１１上に気密に溶接（溶接部１４）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、底蓋部材１１と共働して、内側に気密構造のロータ室１３を形成している。ロータケース１２と底蓋部材１１とは、ＳＵＳ３０２鋼、ＳＵＳ３０４鋼、ＳＵＳ３１６鋼等のオーステナイト系ステンレス鋼により構成されている。
【００１６】
底蓋部材１１の中心部（中央部）と中心部より離れた位置には各々接続ポート１５、１６が貫通形成されている。底蓋部材１１の下底部側には、各々接続ポート１５、１６には連通接続された継手管１７、１８が取り付けられている。
【００１７】
ロータ室１３内に位置する底蓋部材１１の上面部中央（中心部）には円筒部材２０が垂直に立てられた姿勢で固定されている。円筒部材２０は、底蓋部材１１と同様に、ＳＵＳ３０２鋼、ＳＵＳ３０４鋼、ＳＵＳ３１６鋼等のオーステナイト系ステンレス鋼により構成されている。円筒部材２０は、底蓋部材１１ならびにロータ室１３の中心軸線位置にあり、下端部２１が中心部の接続ポート１５に嵌合し、溶接（溶接部２２）によって底蓋部材１１に固定されている。
【００１８】
円筒部材２０は、筒内部２９にニードル弁体３０を軸線方向に移動可能に収容するもので、中心配置の接続ポート１５と連通する弁ポート２３及び弁座部２４と、ニードル弁体３０の弁軸部３１を軸線方向に摺動可能に支持するガイド孔部２５とを同一軸線上に同心に有している。円筒部材２０には筒内部２９とロータ室１３とを連通するための横孔２８が穿けられている。円筒部材２０の外周面には雄ねじ２６が転造加工によって形成されている。
【００１９】
ここで、図３（ａ）〜（ｃ）を参照して円筒部材２０の製造工程について説明する。図３（ａ）に示されているように、切削によって外径加工された円筒ブランク材Ａを作成する。
【００２０】
次に、図３（ｂ）に示されているように、転造ねじダイス工具（図示省略）を用いて円筒ブランク材Ａの外周面部に雄ねじ２６を転造加工によって形成する。転造加工による雄ねじ２６のねじ山形状は、転造ねじダイス工具の転写により得られるから、丸みを持ったものにすることができる。
【００２１】
次に、チャック代部分Ｂをチャックし、図３（ｃ）に示されているように、弁ポート２３、弁座部２４、ガイド孔部２５を、掴み換えなしで、同心に仕上げ加工する。最後に、横孔２８をドリル加工する。これにより、円筒部材２０が完成する。
【００２２】
図１、図２に示すニードル弁体３０は、弁軸部３１、連結軸部３２の全てをＳＵＳ３０２鋼、ＳＵＳ３０４鋼、ＳＵＳ３１６鋼等のオーステナイト系ステンレス鋼により構成されている。ニードル弁体３０は、軸線方向移動（上下方向移動）によって弁座部２４に選択的に着座して弁ポート２３を開閉し、また、軸線方向位置に応じて弁ポート２３の実効開口面積を増減し、流量制御を定量的に行う。
【００２３】
ロータ室１３には多極着磁されたプラスチックスマグネット（ＰＰＳ＋フェライト）によるステッピングモータのロータ４０が回転且つ軸線方向に移動可能に設けられている。
【００２４】
ロータ４０は筒状をなしており、筒内下側にはナット状の雌ねじ部材４１が挿入され、熱溶着もしくは超音波溶着で一体に結合されている。雌ねじ部材４１は、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）やＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）またはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等、高滑性で、耐摩耗性に優れ、機械強度が強い樹脂（エンジニアリングプラスチックス）により構成され、円筒部材外周の雄ねじ２６にねじ係合している。
【００２５】
ロータ４０には、連結金具４２、固定金具３３によってニードル弁体３０の連結軸部３２の上端が接続されている。連結金具４２と弁軸部３１の肩部との間には圧縮コイルばね３４が挟まれている。
【００２６】
ロータケース１２の半球状天井部１２Ａにはストッパ保持部材４３が取り付けられている。ストッパ保持部材４３には螺旋ガイド４４が取り付けられており、螺旋ガイド４４には可動ストッパ４５が係合している。
【００２７】
可動ストッパ４５は、ロータ４０の係合部４６に係合し、ロータ４０の回転に伴って螺旋ガイド４４に案内されて旋回しつつ上下移動し、螺旋ガイド４４の下端のストッパ部４７あるいは螺旋ガイド４１の上端のストッパ部４８に当接することにより、弁閉方向、あるいは弁開方向のロータ４０の回転を制限する。
【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５０が位置決め固定されている。ステータ組立体５０は、外凾５１、上下２段のステータコイル５２、複数個の磁極歯５３、電気コネクタ部５４等を有し、モールド樹脂、ポッティング樹脂等の封止樹脂５５によって全体を液密封止されている。ロータケース１２へのステータ組立体５０の位置決め取り付けは、ステータ組立体５０の上部に係止された取付金具５６によって、ロータケース１２の軸線方向移動を規制すると共に、取付金具５６の突起部（図示せず）をロータケース１２の係止孔（図示せず）に係止させて、ロータケース１２の周方向移動を規制することによって行われる。
【００２９】
上述の構成による電動弁によれば、ステータ組立体５０のステータコイル５２に通電が行われることにより、ロータ４０が回転する。ロータ４０は、雌ねじ部材４１によって固定側の雄ねじ２６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４０の軸線方向移動（直線移動）によって弁体３０が、弁リフト方向に移動し、弁ポート２３の開閉、流量制御を行う。
【００３０】
弁ポート２３、弁座部２４、ガイド孔部２５、雄ねじ２６の全てが円筒部材２０に形成され、一部品として底蓋部材１１に組み付けられるから、それら相互の組付位置誤差によって同心性が損なわれることがなくなり、芯ずれ、傾きが生じない。
【００３１】
これにより、弁座部２４とガイド孔部２５と雄ねじ２６とが組付位置誤差を含むことなく同一軸線上に精度よく同心配置され、ニードル弁体３０の弁座面への片当たりによって偏摩耗などを生じることがなくなり、優れた耐久性、動作信頼性が得られ、動作音の低下も図られる。
【００３２】
また、ロータケース１２と底蓋部材１１と円筒部材２０がステンレス鋼により構成されていることにより、耐食性が向上し、雄ねじ２６と雌ねじ部材４１とがステンレス鋼とプラスチックスとの組合せになるので、駆動ねじ部の摺動性、耐久性が、銅合金や潤滑油を用いることなく改善される。これにより、燃料電池の改質器のスチーム回路システムに悪影響を与えることなく安定した流量制御を高精度に行うことができる。
【００３３】
また、円筒部材２０の外周面の雄ねじ２６が転造加工によるものであるから、ねじ山形状に丸みを持たせることができ、耐摩耗性が向上する。
【００３４】
【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、弁ポート、弁座部、ガイド孔部、雄ねじが、全て円筒部材に形成され、一部品として弁ハウジングに組み付けられるから、それら相互の組付位置誤差によって同心性が損なわれることが皆無になり、芯ずれ、傾きが生じなく、優れた耐久性、動作信頼性が得られる。
【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断面図である。
【図２】この発明による電動弁の一つの実施形態を示す一部截断斜視図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、一つの実施形態による電動弁で用いられる円筒部材の製造工程例を示す説明図である。
【符号の説明】
１１底蓋部材
１２ロータケース
１５、１６接続ポート
２０円筒部材
２３弁ポート
２４弁座部
２５ガイド孔部
２６雄ねじ
３０ニードル弁体
４０ロータ
４１雌ねじ部材
５０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連結された弁ハウジングとを有し、
前記弁ハウジングには中心部と中心部より離れた位置に各々接続ポートが形成され、前記弁ハウジングの中心部には円筒部材が固定され、
前記円筒部材は、前記弁体を軸線方向に移動可能に収容し、中心配置の前記接続ポートと連通する弁ポート及び弁座部と、前記弁体の弁軸部を軸線方向に摺動可能に支持するガイド孔部とを同一軸線上に同心に有し、当該円筒部材の外周面に雄ねじが形成され、
前記ロータには前記雄ねじとねじ係合する雌ねじ部材が固定され、当該ロータに前記弁体が連結されている、
ことを特徴とする電動弁。
前記ロータケースと前記弁ハウジングと前記弁体と前記円筒部材とがステンレス鋼により構成され、前記ロータが多極着磁されたプラスチックスマグネットにより構成され、前記雌ねじ部材がプラスチックスにより構成されていることを特徴とする請求項１記載の電動弁。
前記円筒部材の外周面の雄ねじが転造加工によるものであることを特徴とする請求項１または２記載の電動弁。