JP2006070990A - 電動弁 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの材料として希土類プラスチックマグネットを用いても、必要とするトルクが得られるとともに、キャンの下端部と弁本体との溶接部分に充分な接合強度を確保することができるようにされた電動弁を提供する。
【解決手段】 弁室２１内の弁座２２に接離する弁体２４ａにより冷媒等の流体の通過流量を調整する弁本体２０と、該弁本体２０にその下端部４０ｂが溶接により密封接合されるキャン４０と、該キャン４０の内周に所定の間隙αをあけて配在されるロータ３０と、該ロータ３０を回転駆動すべく前記キャン４０に外嵌されたステータ５０と、前記ロータ３０と前記弁体２４ａとの間に配在され、前記ロータ３０の回転を利用して前記弁体２４ａを前記弁座２２に接離させる駆動機構と、を備え、前記キャン４０は、その下端部４０ｂの肉厚と前記ロータ３０と前記ステータ５０との間の部分の肉厚とに差を有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空気調和機、冷凍機等に組み込まれて使用される電動弁に係り、特に低コスト化を図りながらロータ側に所要のトルクを得ることができ、かつ、溶接部分の接合強度を向上させることができるようにされた電動弁に関する。

この種の電動弁の従来例を図３に示す。図示の電動弁１０’は、弁室２１、弁座２２（弁口２２ａ）、鍔状部材２３等を有する弁本体２０と、該弁本体２０にその下端部が溶接により密封接合されるキャン４０’と、該キャン４０’の内周に配在されるロータ３０’と、該ロータ３０’を回転駆動すべく前記キャン４０’に外嵌されたステータ５０とを備え、弁本体２０は、弁座２２に接離する弁体２４ａ（弁軸２４）により冷媒等の流体の通過流量を調整するようになっており、弁本体２０の鍔状部材２３（に形成された段差部２３ａ）に、下方開口の有底円筒状のキャン４０’の下端部４０ｂ’が突き合わせ溶接により密封接合されている。

前記弁本体２０の弁室２１の一側方には、冷媒導入管６１が連結されるとともに、弁室２１の下方には、冷媒導出管６２が連結されている。

前記キャン４０’の内周には、所定の間隙α’をあけてロータ３０’が配在され、該ロータ３０’を回転駆動すべく前記キャン４０’の外周には、ヨーク５１、ボビン５２、ステータコイル５３，５３、及び樹脂モールドカバー５６等からなるステータ５０が外嵌されている。

そして、ロータ３０’と弁軸２４との間には、ロータ３０’の回転を利用して前記弁体２４ａを前記弁座２２に接離させる駆動機構が設けられている。この駆動機構は、弁本体２０にその下端部２６ａが圧入固定されるとともに、弁軸２４が摺動自在に内挿された筒状のガイドブッシュ２６（の外周に形成された固定ねじ部２５）と、前記弁軸２４及びガイドブッシュ２６の外周に配在された下方開口の筒状の弁軸ホルダ３２（の内周に形成されて前記固定ねじ部２５に螺合せしめられた移動ねじ部３１）と、から構成されるねじ送り機構とされている（詳細は、下記特許文献１等を参照）。

特開２００１−５０４１５号公報

ところで、前記した電動弁１０’においては、ロータ３０’の材料として、希土類焼結マグネットが用いられている。しかし、希土類焼結マグネットは、保磁力は極めて大きいが高価である。そこで、比較的安価な希土類プラスチックマグネットを用いることが考えられている。

ところが、希土類プラスチックマグネットは、希土類焼結マグネットに比して安価ではあるが保磁力が小さいので、前記キャン４０’やロータ３０’の寸法形状等を同じにすると、ロータ３０’側に必要とするトルクが得られない。すなわち、ロータ側に発生するトルクは、ヨーク５１からロータ３０’までの距離、つまり、キャン４０’の肉厚にキャン４０’とロータ３０’との間の間隙α’を加算した距離により決まる。しかし、間隙α’を狭くすると、ロータ３０’がキャン４０’の内周面に接触するおそれがあるので、所定以上狭めることはできない。そこで、キャン４０’の肉厚を薄くすることが考えられている。しかし、キャン４０’の肉厚を薄くすると、キャン４０’の下端部４０ｂ’と弁本体２０（の鍔状部材２３）との溶接部分Ｋ（段差部２３ａ）に充分な接合強度が得られず、脆弱となる。

そして、空気調和機、冷凍機等に使用される電動弁１０’では、キャン４０’内に冷媒が充満することになるが、特に冷媒としてフロン系のものに代えて二酸化炭素（ガス）が使用される場合は、冷媒圧が高く設定されるため、キャン４０’内が極めて高圧となるので、前記溶接部分Ｋの接合強度が小さいと、ガス漏れ等が生じやすくなり、信頼性が低下する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ロータの材料として希土類プラスチックマグネットを用いても、必要とするトルクが得られるとともに、キャンの下端部と弁本体との溶接部分に充分な接合強度を確保することができるようにされた電動弁を提供することにある。

前記の目的を達成すべく、本発明に係る電動弁は、弁室内の弁座に接離する弁体により冷媒等の流体の通過流量を調整する弁本体と、該弁本体にその下端部が溶接により密封接合されるキャンと、該キャンの内周に所定の間隙をあけて配在されるロータと、該ロータを回転駆動すべく前記キャンに外嵌されたステータと、前記ロータと前記弁体との間に配在され、前記ロータの回転を利用して前記弁体を前記弁座に接離させる駆動機構と、を備え、前記キャンは、その下端部の肉厚と前記ロータと前記ステータとの間の部分の肉厚とに差を有していることを特徴としている。

好ましい態様では、前記ロータと前記ステータとの間の部分の肉厚は、前記キャンの下端部の肉厚より薄くされ、前記弁本体に段差部が形成され、この段差部に前記キャンの下端部が係合せしめられて付き合わせ溶接により密封接合される。

他の好ましい態様では、前記ロータは、希土類プラスチックマグネットで構成される。

本発明に係る電動弁は、キャンの下端部の肉厚がロータとステータとの間の部分の肉厚より厚くされる。言い換えれば、ロータ側に得られるトルクに関与する部分（ロータとステータとの間の部分）の肉厚が従来のものより薄くされて、ステータのヨークからロータまでの距離（キャンの肉厚にキャンとロータとの間の間隙を加算した距離）が短くされる。

これにより、ロータの材料として安価な希土類プラスチックマグネットを用いても、必要とするトルクが得られるとともに、キャンの下端部の肉厚が厚くされていることから、キャンの下端部と弁本体との溶接部分に充分な接合強度を確保することができ、冷媒として高圧の二酸化炭素等が用いられる場合でも、ガス漏れ等が生じにくくなり、信頼性が向上する。

以下、本発明の電動弁の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明に係る電動弁の一実施形態の縦断面図である。なお、図１においては、前述した図３に示される電動弁１０’の各部に対応する部分には、同一の符号が付されている。

図１に示される電動弁１０は、弁室２１、弁座２２（弁口２２ａ）、鍔状部材２３等を有し、前記弁座２２に接離するニードル状の弁体２４ａにより冷媒の通過流量を調整する弁本体２０と、この弁本体２０にその下端部４０ｂが溶接により密封接合されるキャン４０（後で詳述）と、このキャン４０の内周に所定の間隙αをあけて配在されるロータ３０と、該ロータ３０を回転駆動すべくキャン４０に外嵌されたステータ５０と、を備えている。

前記弁本体２０の弁室２１の一側方には、冷媒としての二酸化炭素（ガス）を弁室２１に導入するための冷媒導入管６１が連結されるとともに、弁室２１の下方には、冷媒導出管６２が連結されている。

ステータ５０は、磁性材からなるヨーク５１と、このヨーク５１にボビン５２を介して巻回される上下のステータコイル５３，５３と、樹脂モールドカバー５６とからなり、ロータ３０とステータ５０によりステッピングモータが構成される。

前記ロータ３０の材料として、ここでは、Ｎｄ-Ｆｅ-Ｂ系等の希土類プラスチックマグネットが用いられている。

前記キャン４０は、ステンレス等の非磁性の金属板を素材として、深絞り加工等により半球状の天底４０ａを有する有底円筒状に形成されたもので、その下端部（開口端縁部）４０ｂが、弁本体２０の上部に固着されているステンレス製の鍔状部材２３に形成された段差部２３ａに突き合わせ溶接により密封接合され（溶接部分Ｋ）、内部は気密状態に保たれている。

ここで、本実施形態では、図２（Ａ）に示される如くに、キャン４０の下端部４０ｂの肉厚Ｉｂが他の部分の肉厚Ｉａより厚くされている。言い換えれば、キャン４０の下端部４０ｂ以外の部分は、しごき加工（アイヨニング）等により薄くされている。より詳細には、ロータ３０側に得られるトルクに関与する部分（ロータ３０とステータ５０との間の部分）の肉厚Ｉａが、図２（Ｂ）に示される、従来のキャン４０’の同一部分の肉厚Ｉａ’より薄くされるとともに、下端部４０ｂの肉厚Ｉｂが、従来のそれ（Ｉｂ’）より厚くされている（従来のキャン４０’では、Ｉａ’＝Ｉｂ’）。

この場合、本実施形態のキャン４０の外径Ｄａと従来のそれ（Ｄａ’）とは同じであるが、本実施形態のキャン４０の内径Ｄｂ及びロータ３０の外径Ｒａの方が従来のそれ（Ｄｂ’、Ｒａ’）より大きく（肉厚が薄い分）されている。したがって、本実施形態のステータ５０のヨーク５１からロータ３０までの距離（キャン４０の肉厚Ｉａにキャン４０とロータ３０との間の間隙αを加算した距離）は、従来のそれより短くされている。

弁体２４ａは、黄銅製の弁軸２４の下端に形成されている。弁体２４ａを弁座２２に接離させる駆動機構は、弁軸２４が摺動自在に嵌挿された筒状のガイドブッシュ２６と、その外周に配在された下方開口の筒状の弁軸ホルダ３２と、から構成されるねじ送り機構とされ、前記ガイドブッシュ２６は、弁本体２０に設けられた嵌合穴４２にその下端部２６ａが圧入（又は螺合）固定されるとともに、その中央部付近に雄ねじ部２５が形成され、前記弁軸ホルダ３２は、ガイドブッシュ２６の雄ねじ部（固定ねじ部）２５に螺合する雌ねじ部（移動ねじ部）３１が形成され、また、その天底中央部に弁軸２４の上部小径部が挿通せしめられている。弁軸２４の上部小径部の上端部は、弁軸ホルダ３２の天底上面に乗せられたナット３３に圧入固定されている。

また、前記弁軸２４は、弁軸ホルダ３２の天底と弁軸２４の中間段差部との間に縮装された緩衝用のコイルばね３４によって常時下方に付勢されている。ガイドブッシュ２６の側面には弁室２１とキャン４０内の均圧を図る均圧孔３２ａが形成されている。

弁軸ホルダ３２の天底上には、コイルばねからなる復帰ばね３５が設けられている。復帰ばね３５は、ガイドブッシュ２６の固定ねじ部２５と弁軸ホルダ３２の移動ねじ部３１との螺合が外れたときに、キャン４０の内面に当接して固定ねじ部２５と移動ねじ部３１との螺合を復帰させるように働く。

弁軸ホルダ３２とロータ３０とは支持リング３６を介して結合されており、支持リング３６は、本実施形態ではロータ３０の成形時にインサートされた黄銅製の金属リングで構成されている。支持リング３６に弁軸ホルダ３２の上部突部がかしめ固定され、これにより、ロータ３０、支持リング３６及び弁軸ホルダ３２が一体的に連結されている。

ガイドブッシュ２６には、ストッパ機構の一方を構成する下ストッパ体（固定ストッパ）２７が固着され、弁軸ホルダ３２にはストッパ機構の他方を構成する上ストッパ体（移動ストッパ）３７が固着されている。

このような構成とされた電動弁１０にあっては、ステータコイル５３，５３に一方向の通電を行って励磁すると、弁本体２０に固定されたガイドブッシュ２６に対し、ロータ３０及び弁軸ホルダ３２が一方向に回転せしめられ、ガイドブッシュ２６の固定ねじ部２５と弁軸ホルダ３２の移動ねじ部３１とのねじ送りにより、例えば弁軸ホルダ３２が下方に移動して弁体２４ａが弁座２２に着座圧接して弁口２２ａは閉じられる。

弁口２２ａが閉じられた時点では、上ストッパ体３７は未だ下ストッパ体２７に当接しておらず、弁体２４ａが弁口２２ａを閉じたままロータ３０及び弁軸ホルダ３２はさらに回転下降する。このときは、弁軸２４に対して弁軸ホルダ３２が下降するため、緩衝用のコイルばね３４が圧縮せしめられることにより弁軸ホルダ３２の下降力は吸収される。その後、ロータ３０がさらに回転して弁軸ホルダ３２が下降すると、上ストッパ体３７が下ストッパ体２７に衝接し、ステータコイル５３，５３に対する通電が続行されても弁軸ホルダ３２の下降は強制的に停止される。

一方、ステータコイル５３，５３に他方向の通電を行って励磁すると、弁本体２０に固定されたガイドブッシュ２６に対し、ロータ３０及び弁軸ホルダ３２が前記と逆方向に回転せしめられ、ガイドブッシュ２６の固定ねじ部２５と弁軸ホルダ３２の移動ねじ部３１とのねじ送りにより、今度は弁軸ホルダ３２が上方に移動して弁軸２４の下端の弁体２４ａが弁座２２から離れて弁口２２ａが開かれ、冷媒が弁口２２ａを通過する。この場合、ロータ３０の回転量により弁口２２ａの実効開口面積、すなわち冷媒の通過流量を調整することができ、ロータ３０の回転量はパルス数により制御されるため、冷媒通過流量を高精度に調整することができる。

前記したように、本実施形態の電動弁１０は、キャン４０の下端部４０ｂの肉厚Ｉｂがロータ３０とステータ５０との間の部分の肉厚Ｉａより厚くされる。言い換えれば、ロータ側に得られるトルクに関与する部分の肉厚Ｉａが従来のものより薄くされて、ステータ５０のヨーク５１からロータ３０までの距離（キャン４０の肉厚Ｉａに間隙αを加算した距離）が短くされる。これにより、ロータ３０の材料として安価な希土類プラスチックマグネットを用いても、必要とするトルクが得られるとともに、キャン４０の下端部４０ｂの肉厚が厚くされていることから、キャン４０の下端部４０ｂと弁本体２０（鍔状部材２３）との溶接部分（Ｋ）に充分な接合強度を確保することができ、冷媒として高圧の二酸化炭素等が用いられる場合でも、ガス漏れ等が生じにくくなり、信頼性を向上させることができる。

本発明に係る電動弁の一実施形態を示す縦断面図。 （Ａ）は、図１に示されるキャン周りを示す拡大図、（Ｂ）は、図３に示されるキャン周りを示す拡大図 従来の電動弁の一例を示す縦断面図。

符号の説明

１０ 電動弁
２０ 弁本体
２１ 弁室
２２ 弁座
２３ 鍔状部材
２３ａ 段差部
２４ 弁軸
２４ａ 弁体
２５ 固定ねじ部（雄ねじ部）
２６ ガイドブッシュ
２７ 下ストッパ
３０ ロータ
３１ 移動ねじ部（雌ねじ部）
３２ 弁軸ホルダ
３３ プッシュナット
３４ 圧縮コイルバネ
３５ 復帰ばね
３６ 支持リング
３７ 上ストッパ体
４０ キャン
４０ｂ 下端部
５０ ステータ

Claims (4)

1. 弁室内の弁座に接離する弁体により冷媒等の流体の通過流量を調整する弁本体と、該弁本体にその下端部が溶接により密封接合されるキャンと、該キャンの内周に所定の間隙をあけて配在されるロータと、該ロータを回転駆動すべく前記キャンに外嵌されたステータと、前記ロータと前記弁体との間に配在され、前記ロータの回転を利用して前記弁体を前記弁座に接離させる駆動機構と、を備える電動弁であって、
   前記キャンは、その下端部の肉厚と前記ロータと前記ステータとの間の部分の肉厚とに差を有していることを特徴とする電動弁。
2. 前記ロータと前記ステータとの間の部分の肉厚は、前記キャンの下端部の肉厚より薄くされていることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
3. 前記弁本体に段差部が形成され、この段差部に前記キャンの下端部が係合せしめられて付き合わせ溶接により密封接合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動弁。
4. 前記ロータは、希土類プラスチックマグネットで構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電動弁。
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