JP2007024206A

JP2007024206A - 電動弁

Info

Publication number: JP2007024206A
Application number: JP2005208399A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Arai; 裕介荒井
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2005-07-19
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2025-07-19
Also published as: US7523917B2; EP1746319B1; JP4749784B2; US20070018128A1; EP1746319A1; KR20070011089A; CN1900565A; DE602006007518D1; CN1900565B

Abstract

【課題】ロータ内の小さな空間に減速装置をコンパクトに収容するのに適した電動弁を提供する。
【解決手段】弁室及び弁座を有する弁本体１０と、弁体２６０と、弁体を操作する弁棒２５０と、弁本体に固着される円筒状のキャン３０と、キャンの外周部に装着されるモータ励磁装置２と、キャンの内周部に回転自在に支持され前記励磁装置によって回転駆動される永久磁石型のロータ組立体５０と、ロータ組立体の回転を減速する減速装置１００と、前記ロータ組立体の回転動作によって前記減速装置を介して前記弁体を前記弁座に対し進退させるねじ機構とを備える。そして、ロータ組立体５０と減速装置１００とを、弁本体１０とキャン３０とによって区画形成される空間に配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機の冷媒の流量を制御する電動弁、特に気密容器であるキャン内にギア減速機構を備えるキャンドギア式電動弁に関する。

電動モータを介して弁の開閉を行ういわゆる電動弁としては、大きく分けて次の二つのタイプが知られている。第１のタイプは、ロータの回転を直接にねじ機構に伝達して弁の開閉を行うようにしたもので、例えば特許文献１に開示されている。第２のタイプは、ロータの回転を減速装置で減速してねじ機構に伝達する減速装置を備えたもので、例えば特許文献２や特許文献３等に開示されている。
特開２０００−３５６２７８号公報特開２００２−８４７３２号公報特開２００３−２３２４６５号公報

前記第１のタイプの電動弁は、比較的コンパクトに構成できるものの、用途が低負荷の場合に限られ、また１駆動パルス当たりの弁開度の分解能を高くすることは困難である不都合を有している。
前記第２のタイプの電動弁は、負荷が大きい場合にも使用でき、１駆動パルス当たりの弁開度の分解能を高くすることはできるが、減速装置のためのギヤボックスがモータ部分と別個に構成されるために電動弁全体が大型化してしまう問題を有している。

本発明は、ロータ内の小さな空間に減速装置をコンパクトに収容するのに好適な電動弁を提供するものである。

本発明の電動弁は、基本的な手段として、弁室及び弁座を有する弁本体と、前記弁室内で前記弁座の開口を開閉可能に配置される弁体と、前記弁体を操作する弁棒と、前記弁本体に固着される円筒状のキャンと、該キャンの外周部に装着されるモータ励磁装置と、前記キャンの内周部に回転自在に支持され前記励磁装置によって回転駆動される永久磁石型のロータ組立体と、該ロータ組立体の回転を減速する減速装置と、前記ロータ組立体の回転動作によって前記減速装置を介して前記弁体を前記弁座に対し進退させるねじ機構とを備え、前記ロータ組立体と前記減速装置とを、前記弁本体と前記キャンとによって区画形成される空間に配置し、前記減速装置は、前記ロータ組立体と一体の太陽ギアと、前記弁本体側に固定されるリングギアを有する固定ギアと、キャリアに支持されて太陽ギアと前記固定ギアに同時に噛合う遊星ギアと、該遊星ギアに噛合うリングギアを有する出力ギアとを備え、前記キャン内の空間に固定的に配置されるホルダに、前記固定ギアを上端部で支持する円筒状のギアケースが固着され、前記固定ギアの下方で前記ギアケース内の空間に位置する前記出力ギアが、前記ホルダによって直接的に又は間接的に回転自在に支持されるものである。

上述した手段を備えることにより、強力な弁操作力を発揮するとともに、高い分解能を有し、さらに減速装置のギアケースを限られたスペース内に合理的に固定する構造が得られる。
さらに、ベローズの伸縮時のキャン内の均圧を保つ構造を確保することができる。

図１は、本発明のキャンドギア式電動弁の全体構造を示す断面図である。
全体を符号１で示すキャンドギア式電動弁は、気密容器であるキャン３０内に回転自在に装備されるロータ組立体５０を有する。キャン３０の外側には、モータのステータを構成するコイル３が樹脂と一体にモールドされたモータ励磁装置２が配設され、板ばねによりつくられた取付具５によりキャン３０に対して着脱自在に嵌装される。コイル３は電気回路４を介して外部の電源に連結される。

キャン３０は、受け部材２０を介して弁本体１０に固着される。弁本体１０は弁室１２とオリフィス１４を有し、冷媒の配管１８ａ，１８ｂが固着される。弁本体１０の弁室１２に連通して冷媒が導入される室１６が設けられる。
キャン３０の内部に装備されるロータ組立体５０は、キャン３０の外側に嵌装されたモータ励磁装置のコイル３に駆動信号を供給することにより回転する。

ロータ組立体５０の回転は、遊星歯車を備える減速装置１００により減速され、出力ギア１６０の出力軸２００に伝達される。出力軸２００は、ねじ軸２１０を駆動する。ねじ軸２１０は軸受２３０に螺合し、軸受２３０は、受け部材２０に固定されるホルダ２２０に支持される。
なお、軸受２３０はホルダ２２０と一体に形成されることもあり、このときは出力ギア１６０（出力軸２００）はホルダ２２０に直接的に支持される。
ねじ軸２１０の移動量は、ボール２４０、ボール受け部材２４２を介して弁棒２５０へ伝達され、弁棒２５０の先端にとりつけた弁体２６０を上下動させる。弁体とオリフィスの間の流路面積は制御され冷媒の流量が調節される。
弁棒２５０の外側にはベローズ２７０がとりつけられ、弁室１２に連通する室１６内に導入される冷媒がキャン３０内に浸入するのを防止する。

図２以下を用いて、本発明のキャンドギア式電動弁の構成部材の詳細を説明する。
図２は、弁本体１０と受け部材２０及び弁棒２５０等の詳細を示す。
弁本体１０は、弁室１２とオリフィス１４を有し、配管１８ａ，１８ｂが固着される。弁本体１０の上部に固着される受け部材２０は、円筒部２２と円筒部２２から水平方向に拡がるフランジ部２４を有する。フランジ部２４はキャンの開口端部を受ける。円筒部２２の上端は、４つの凹部２８と凸部２６に形成されて、ホルダ２２０が係合される。
受け部材２０の凸部２６でホルダ２２０を支持し、受け部材２０とホルダ２２０との間に隙間Ｇを有するので空気の流通は可能となる。そこで、後述するベローズが伸縮しても、受け部材２０の内外の均圧化が図れ、動作への影響を生じない。
弁体２６０を支持する弁棒２５０の外側に取り付けられるベローズ２７０は、その上端はリング部材２７２を介して弁本体１０にカシメ加工部Ｋ_１により固着される。ベローズ２７０の下端２７４は弁棒２５０に固着される。ベローズ２７０は弁本体１０の室１６に導入される冷媒がキャン側へ浸入するのを防止する。

図３は、受け部材２０に固着されるキャン３０の断面図である。
キャン３０は、円筒形状の圧力容器であって、受け部材２０のフランジ部２４に重ね合わされるフランジ部３２を有し、頂部には軸受けを収容する突部３４が形成される。

図４は、軸受４０及びシャフト４２とロータ組立体５０の詳細を示す。
軸受４０は、キャン３０の頂部の突部３４内に圧入される。軸受４０の穴４１内にシャフト４２が挿入される。
ロータ組立体５０は、磁性材料を含有するプラスチック材料で形成され、中央に配設される太陽ギア部材５４と一体に成型される。
太陽ギア部材５４は、中心にシャフト４２の貫通穴を有するボス５５が設けられる。ボス５５の外側には遊星歯車減速機構を構成する太陽ギア５６が形成される。

図５は、ホルダ２２０、軸受２３０、ねじ軸２１０とボール２４０の詳細を示す。
ホルダ２２０は、軸受２３０の外径部２３１が挿入される内径部２２１と段付部２２２を有し、軸受２３０の外径の段付部２３２が当接される。両者は嵌合された後に、プレス加工部Ｐ_１等により一体化される。
ホルダ２２０の上側の外径部２２３は、後述するギアケースが嵌装され、段付部２２４で支持される。ホルダ２２０の下側の外径部２２５は弁本体１０に固定された受け部材２０の上端部に挿入され、段付部２２６で固定される。受け部材２２の凸部２６は、溶接等でホルダ２２０を保持する。
軸受２３０は、雌ねじ部２３４を有し、ねじ軸２１０の雄ねじ部２１４が螺合される。ねじ軸２１０は上部に後述する減速装置１００の出力軸のドライバが差し込まれるスリット２１２を有し、下部の凹部２１６にボール２４０が固着される。

図６は、減速装置１００を構成するギアケース１１０の詳細を示す。
ギアケース１１０は、円筒状の部材であって、下部がホルダ２２０の上部に嵌合される。ギアケース１１０の上端は、４本の舌片１１２が形成される。舌片１１２は先端１１２ａが根元１１２ｂに比べて幅が広い逆テーパ状に形成され、その両側縁部にアンダーカット部を有する。
この固定ギア１２０の凹部１２４にギアケース１１０の舌片１１２を差し込み、加熱することで素材のプラスチックが溶融し、確実にギアケース１１０に固着される。

図７は、固定ギア１２０の詳細を示す。
固定ギア１２０は、例えばプラスチックを成型加工してつくられ、外周部にはフランジ１２３と、ギアケースの上部に固定されるための凹部１２４と凸部１２２が形成される。固定ギアの内周側には遊星歯車減速機構を構成するリングギア１２６が形成される。

図８は、固定ギアの浮き上り及びロータ回転時の振動による騒音を抑制する皿ばね１３０の詳細を示す。
図１にも示すように、ギアケース１１０の上部に嵌装された固定ギア１２０は、ロータ組立体５０との間に配設される皿ばね１３０により浮き上りが防止される。
また、ロータ回転時に発生する振動を皿ばねのばね性により低減し、振動による騒音を抑制する。皿ばね１３０は、ロータ組立体５０の太陽ギア５６が貫通する穴１３２と、３方へ延びるばね部１３４を有する。

図９は、遊星歯車を備える減速装置を構成するキャリア１４０と遊星ギア１５０の詳細を示す。
キャリア１４０は、例えばプラスチックを成型加工してつくられ、中心部にシャフト４２が貫通する穴１４２を有する。キャリア１４０は３本のマスト１４４と３個の隔壁１４６を有する。遊星ギア１５０は、キャリア１４０のマスト１４４に嵌合される穴１５２とギア部１５４を有する。マスト１４４に３個の遊星ギア１５０を嵌合したキャリア１４０の上面には、プレートが被せられ、マスト１４４と隔壁１４６の頂部の凸部がプレートの穴に圧入され、固定される。

図１０は、減速装置を構成する出力ギア１６０及びこれと一体の出力軸２００の詳細を示す。
出力ギア１６０は、出力軸２００の円柱部が圧入される穴１６２を有する。出力ギア１６０の内側にはリングギア１６４が形成される。
出力軸２００は、シャフト４２を受け入れる有底の穴２０４と、平ドライバ部２０６を有する。平ドライバ部２０６は、ねじ軸２１０の溝２１２に係合される。
減速装置１００の構成は、ロータ組立体５０の太陽ギア５６が入力ギアとなり、キャリア１４０に支持された遊星ギア１５０が太陽ギア５６と固定ギア１２０のリングギア１２６に同時に噛み合う。
このキャリアの遊星ギア１５０は、出力ギア１６０のリングギア１６４にも噛み合っており、太陽ギア５６の入力は減速されて出力ギア１６０に出力される。
この減速装置１００は、大きな減速比を有し、例えば５０対１程度の大きな減速を行うことができる。
そこで、ロータ組立体５０の回転数は例えば５０分の１に減速されて、ねじ軸２１０に伝達される。
ねじ軸２１０は、微少回転が可能となり、分解能の高い弁開度制御が達成される。
図１１は、主要部の組立て状態を示す斜視図である。
弁本体１０には２本の配管１８ａ，１８ｂが固着される。弁本体１０の上部には受け部材２０が溶着され、受け部材２０の４本の凸部を溶接してホルダ２２０が支持される。
ホルダ２２０の上部にはギアケース１１０が嵌装される。ギアケース１１０の上部には４本の舌片１１２と凹部１１４が形成される。
舌片１１２の先端部１１２ａは根元部１１２ｂより幅寸法が大きくなるように形成される。樹脂等でつくられる固定ギア１２０は、内周面にリングギア１２６が形成され、外周部には４つの凹部１２４が形成される。
固定ギア１２０は、この凹部１２４をギアケース１１０の舌片１１２に差し込み、この部分を加熱してプラスチック製の固定ギアを溶融させることにより堅固に固定される。
この電動弁はギアケースを確実に固定し、また、ベローズの伸縮に対応するキャン内の均圧も確保する構造を備えている。

本発明のキャンドギア式電動弁の全体構造を示す断面図。弁本体と受け部材及び弁棒等の詳細を示す説明図。受け部材に固着されるキャンの断面図。軸受け及びシャフトとロータ組立体の詳細を示す説明図。ホルダ、ねじ軸受け、ねじ軸とボールの詳細を示す説明図。減速装置を構成するギアケースの詳細を示す説明図。固定ギア１２０の詳細を示す説明図。固定ギアの浮き上りを防止する皿ばねの詳細を示す説明図。減速装置を構成するキャリアと遊星ギアの詳細を示す説明図。減速装置を構成する出力ギアと出力軸の詳細を示す説明図。主要部の組立て状態を示す斜視図。

符号の説明

１キャンドギア式電動弁
１０弁本体
１２弁室
１４オリフィス
２０受け部材
３０キャン
５０ロータ組立体
５６太陽ギア
１００減速装置
１１０ギアケース
１１２舌片
１２０固定ギア
１２４凹部
１５０遊星ギア
１６０出力ギア
２００出力軸
２１０ねじ軸
２２０ホルダ
２５０弁棒
２６０弁体
Ｇ隙間

Claims

弁室及び弁座を有する弁本体と、前記弁室内で前記弁座の開口を開閉可能に配置される弁体と、前記弁体を操作する弁棒と、前記弁本体に固着される円筒状のキャンと、該キャンの外周部に装着されるモータ励磁装置と、前記キャンの内周部に回転自在に支持され前記励磁装置によって回転駆動される永久磁石型のロータ組立体と、該ロータ組立体の回転を減速する減速装置と、前記ロータ組立体の回転動作によって前記減速装置を介して前記弁体を前記弁座に対し進退させるねじ機構とを備え、前記ロータ組立体と前記減速装置とを、前記弁本体と前記キャンとによって区画形成される空間に配置してなる減速装置付電動弁であって、
前記減速装置は、前記ロータ組立体と一体の太陽ギアと、前記弁本体側に固定されるリングギアを有する固定ギアと、キャリアに支持されて太陽ギアと前記固定ギアに同時に噛合う遊星ギアと、該遊星ギアに噛合うリングギアを有する出力ギアとを備え、
前記キャン内の空間に固定的に配置されるホルダに、前記固定ギアを上端部で支持する円筒状のギアケースが固着され、
前記固定ギアの下方で前記ギアケース内の空間に位置する前記出力ギアが、前記ホルダによって直接的に又は間接的に回転自在に支持される
ことを特徴とする減速装置付き電動弁。
請求項１において、前記固定ギアは、前記ギアケースの上端部から延出する複数の舌片が前記固定ギアの外周面に凹設された凹部に侵入する状態で前記ギアケースに固定されることを特徴とする減速装置付き電動弁。
請求項２において、前記舌片の両側縁部にはアンダーカット部が形成され、このアンダーカット部に合成樹脂製の前記固定ギアの一部を適宜の加熱手段を介した熱溶融によって侵入させることによって、前記固定ギアは前記ギアケースに離脱不能に固定されることを特徴とする減速装置付き電動弁。
請求項１において、前記弁本体に固定配設される受け部材によって前記ホルダが固定保持されることを特徴とする減速装置付き電動弁。
請求項４において、前記受け部材と前記ホルダとの間には、前記受け部材の内外を均圧にする隙間を備えることを特徴とする減速装置付き電動弁。