JP2009228765A - 減速歯車装置付き電動弁 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ励磁装置によって回転されるロータ組立体の回転を減速してねじ機構に伝達する遊星歯車減速装置を備えた電動弁において、樹脂製の固定ギアをギアケースに対して固定する際に加える力で樹脂割れを生じることがない電動弁を提供する。
【解決手段】減速歯車装置付き電動弁の遊星歯車減速装置において、円環状をなす固定ギア５８は、プラスチック射出成形によって形成されるが、その際の射出成形用のゲート位置９１，９１が端面上の複数位置にある。注入した溶融樹脂冷却後、合流したところが製品の表面にウェルドライン９５，９２として現れる。ギアケース５７への固定ギア５８の固定位置がウェルド部から外れた位置に配置されているので、固定ギア５８のギアケース５７への固定に際して固定位置がウェルド部と重ならず、固定作業の際の衝撃力で固定ギア５８がウェルド部から樹脂割れのような破壊が生じることがない。
【選択図】図２

Description

この発明は、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減速歯車装置を備える減速歯車装置付き電動弁に関する。

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、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がある。この種の電動弁は、例えば、特許文献１に記載されているように、キャンの外側に配置されたモータ励磁装置と、モータ励磁装置によって回転動作されるロータ組立体と、ロータ組立体の回転を減速する遊星歯車機構から成る減速歯車装置と、減速歯車装置を介して弁体を弁座に対し進退させるねじ機構とを備えており、ロータ組立体と、減速歯車装置とねじ機構とはキャンの内側に配置されて、コンパクトに構成されている。こ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ができる。

この減速歯車装置付き電動弁においては、弁本体は、弁室及び弁座を有しており、弁室内には、弁棒によって操作される弁体が弁座の開口を開閉可能に配置されている。弁本体には円筒状のキャンが固着されており、モータ励磁装置はキャンの外周部に装着されている。弁本体とキャンとによって区画形成される空間には、キャンの内周部に回転自在に支持され且つ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、ロータ組立体の回転を減速する遊星ギア式の減速歯車装置とが収容されている。ロータ組立体の回転動作は減速歯車装置を介して減速されてねじ機構に伝達され、ねじ機構によって回転動作が軸方向動作に変換されることにより、弁体が弁座に対し進退可能となっている。

減速歯車装置は、ロータ組立体と一体の太陽ギアと、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固定ギアに同時に噛合う遊星ギアと、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ている。また、キャン内の空間に固定的に配置されるホルダには円筒状のギアケースが固定されており、ギアケースの上端部で固定ギアが支持されている。
特開２００７−２４２０６号公報

上記のタイプの電動弁においては、その遊星歯車減速装置の固定ギアは、金属製の筒状のギアケースの上端に固定される環状の樹脂成形品として形成される。

一般に、樹脂成型品は、成形型のゲートからキャビティ内に溶融樹脂が注入されて成形される。ゲートが複数個設けられている場合やインサートを回り込んで流れる場合など、キャビティ内で生じている二つ以上の溶融樹脂流れが成形型内で合流する箇所にウェルド部（ウェルドライン）が生じる。ウェルドラインは、樹脂流れの先端の温度が低下しがちであるために発生を回避するのが困難であり、成形品の表面及び内部において合流した跡として現れる。ウェルド部の発生箇所は、概して機械的な特性、特に衝撃に対する強度が大幅に低下する。樹脂流動性向上や強度アップを図るために樹脂に添加剤を含んだ樹脂製品は、強度低下が問題となる。

上記の遊星歯車減速装置の環状の固定ギアを樹脂成形品として成形する場合にも、成形型の環状周方向に沿って離れて配置されている少なくとも２箇所のゲートから溶融樹脂が成形型内に注入されて形成される。各ゲートから成形型内に注入された溶融樹脂の流れは、隣り合うゲートのほぼ中間位置において合流して、ウェルド部を成形する。

ギアケースと固定ギアとの固定方法の一つとして、ギアケースに備わる舌片を固定ギアに対してカシメる方法がある。この固定方法においては、ギアケースの固定ギアとの結合側端部において複数の舌片が形成されるが、これら舌片のカシメの位置がちょうどウェルド部と一致すると、カシメを施すときの力がウェルド部に作用することになり、機械的強度が低下しているウェルド部において樹脂割れが生じる原因になる。

この発明の目的は、モータ励磁装置によって回転されるロータ組立体の回転を減速してねじ機構に伝達する遊星歯車減速装置を備えた電動弁において、遊星歯車減速装置の樹脂製の固定ギアをギアケースに対して当該ギアケースの舌片のカシメによって固定する際に、固定ギアがカシメの際の力で樹脂割れを生じることがない電動弁を提供することである。

上記の目的を達成するため、この発明による減速歯車装置付き電動弁は、上記したタイプの電動弁において、固定ギアとギアケースとの固定位置が、ゲート位置から注入された溶融樹脂が合流した後に冷却されて形成されたウェルド部を外れた位置に配置されることを特徴とする。

この減速歯車装置付き電動弁によれば、樹脂成形部品である固定ギアのギアケースへの固定に際して、固定位置がウェルド部と重ならないので、固定作業の際に与えられる力がウェルド部へ直接に及ぶことがない。

この発明による減速歯車装置付き電動弁は、上記のように、遊星歯車減速装置を構成する樹脂成形部品である固定ギアへのギアケースの固定位置を、当該固定ギアに生じるウェルド部とずらせた構成されているので、固定ギアが、ギアケースへの固定作業の際にその固定作業に伴う加圧力に起因してウェルド部から破壊するのを防止することができ、製品としての電動弁の不良品発生率を低減させることができる。

以下、添付した図面に基づいて、この発明による減速歯車装置付き電動弁の実施形態を説明する。図１はこの発明による減速歯車装置付き電動弁の全体構造を示す縦断面図である。

キャンドギア式電動弁１においては、気密容器であるキャン３０の外側に、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、板ばねから成る取付具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を通じて外部の電源に接続されている。キャン３の内部には、磁性材料を含有するプラスチック材料で形成されているロータ組立体５０が回転自在に配設されている。ロータ組立体５０は、モータ励磁装置２のコイル３に駆動信号を供給することにより回転する。キャン３０は、受け部材２０を介して弁本体１０に固着されている。弁本体１０は弁室１２とオリフィス１４を有しており、弁本体１０には冷媒の配管１８ａ，１８ｂが固着される。

遊星歯車減速装置５１について説明する。遊星歯車減速装置５１の中央に配設される太陽ギア５２はロータ組立体５０と一体に形成される。太陽ギア５２には、中心にシャフト５３が貫通している。キャリア５４は、例えばプラスチックを成型加工して製作され、中心部には上記のシャフト５３が貫通している。キャリア５４は、例えば３個の遊星ギア５５を太陽ギア５２に噛み合った状態で自転自在に軸支持している。各遊星ギア５５の下側部分にはリング状の内歯を有する出力ギア５６が噛み合って配設されており、出力ギア５６には出力軸６２が一体に結合されている。出力軸６２は、上端側からはシャフト５３を受け入れる有底の穴が形成されており、下端側からはねじ軸６３の平ドライバ部が挿入される溝が形成されている。

遊星歯車減速装置５１のギアケース５７は、円筒状の部材であって、下部がホルダ部６５の上部の段付部に嵌合されて支持されている。ギアケース５７の上端部には、固定ギア５８が固定される。固定ギア５８は、プラスチックを成型加工して製作されたリングギアであり、その内歯が遊星ギア５５の上側部分と噛み合っている。

遊星歯車減速装置５１は、ロータ組立体５０と一体の太陽ギア５２が入力ギアとなり、キャリア５４に支持された遊星ギア５５が太陽ギア５２と固定ギア５８に同時に噛み合っている。遊星ギア５５は出力ギア５６にも噛み合っており、太陽ギア５２の入力は減速されて出力ギア５６に出力される。遊星歯車減速装置５１は、所謂、ふしぎ遊星歯車を構成しており、例えば５０対１程度に達する大きな減速比に減速された回転をねじ機構６０に出力する。

出力軸６２はねじ機構６０の雄ねじであるねじ軸６３を駆動する。ねじ軸６３０は雌ねじが形成されている軸受６４に螺合している。ねじ軸６３と軸受６４とはねじ機構６０を構成している。軸受６４は、弁本体１０のホルダ部６５に固定支持されている。ねじ軸６３が、遊星歯車減速装置５５からの減速された出力回転によって軸受６４に対して回転されるとき、その回転量に応じて軸方向に移動する。ねじ軸６３の移動量は、ボール６６及びボール受け部材６７を介して弁棒６８へ伝達され、弁棒６８の先端に形成されている弁体６９を上下動させる。ねじ機構６０のねじ軸６３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。弁体６９の上下動により、弁体６９とオリフィス１４の間の流路面積は制御され、通過する冷媒流量が調節される。

弁本体１０には、軸受６４によって上端フランジ部７１が挟まれることにより保持されたガイドチューブ７０が設けられており、上端フランジ部７１と中間の絞り段部７２との間の上側筒部７３は弁棒６８との間に形成される筒状のスペースにコイルばね７５が圧縮状態に収容されており、弁軸６９を常時、開弁方向に付勢しており、ねじ機構６やボール６６に生じようとするガタを吸収している。ガイドチューブ７０の絞り段部７２よりも先端側の下側筒部７４は、弁棒６８を軸線方向にガイドするとともに、冷媒中の異物が遊星歯車減速装置５５やねじ機構６０に侵入するのを防止している。

図２〜図４を参照して、固定ギアのギアケースへの固定について説明する。図２は図１に示す減速歯車装置付き電動弁のギアケースとそれに組み付けられた固体ギアとの固定ギア組立体を示す平面図である。図３は図２に示す固定ギア組立体のＸ−Ｘで切断した縦断面図である。図４は図２に示す固定ギア組立体の矢視Ｙ方向から見た側面図である。

ギアケース５７は、金属製の円筒部材であり、図示例では、その上端には周方向に等間隔に４個の矩形状の舌片８０が形成されている。各舌片８０の先端部には舌片８０と比べて小さいカシメ用の係合片８１が更に突出する態様で形成されている。

一方、樹脂成形品である固定ギア５８は、内側に遊星ギア５５が噛み合い可能なリングギアとして内歯９０が形成されている円環状の製品である。固定ギア５８は、プラスチック射出成形によって形成されるので、射出成形用のゲート位置が端面上の複数位置にあり、図示例では、図２に黒丸として２箇所にゲート位置９１，９１が示されている。ゲート位置９１，９１から溶融樹脂が成形型内に注入されると、樹脂流れがゲート位置９１，９１の中間位置で合流し、この合流箇所でウェルドライン９２，９２が形成される。ウェルドライン９２，９２とその近傍（ウェルド部）では、樹脂の機械的強度が低下している。

固定ギア５８の外周部には、ギアケース５７の舌片８０の大きさに相応した複数の窪み９３が周方向に並んで形成されており、ギアケース５７の四つの舌片８０がそれぞれ窪み９３に係合される。各舌片８０が係合する窪み９３に対応して、中心軸方向に傾斜した斜面状の切欠き９４が形成されている。ギアケース５７の係合片８１にカシメを施して係合片８１が変形を受けて切欠き９４に強く係止され、この係止により固定ギア５８をギアケース５７に固定することができる。

本実施形態の構造では、係合片８１の切欠き９４へのカシメによるギアケース５７と固定ギア５８との固定位置が、ウェルド部から外れた位置に配置されている。その結果、樹脂成型品である固定ギア５８のウェルドライン９２，９２と固定部との位置が変更され、カシメ作業時の衝撃力がウェルド部に直接作用することが回避され、固定ギア５８がウェルド部から破壊するのを防止することができる。なお、ギアケース５７の舌片８０を４カ所（固定ギアの保持箇所）とし、固定ギアを３点に配置したゲートから樹脂を注入して成形した場合には、固定位置として選択できる領域が狭くなり易くなるが、固定ギア５８との固定位置をウェルド部から外れた位置にすることは可能である。

舌片８０を、特許文献１に記載のように、先端側が根元に比べて幅が広い逆テーパ状に形成し、その両側縁部にアンダーカット部を有するように構成することも可能である。この場合、固定ギア５８の凹部にギアケース５７の逆テーパ状の舌片を差し込み、その状態で加熱すると、素材のプラスチックが溶融し固定ギア５８を確実にギアケース５７に固着することができる。この場合も、固定ギアのギアケースへの固定部をウェルド部からずらすことができる。

以上、この発明による電動弁の実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限ることなく、発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変形が可能である。即ち、ロータ組立体の回転を減速する遊星ギア式の減速歯車装置として、実施形態ではふしぎ歯車機構を用いた例を説明したが、これに限るものではない。

この発明による減速歯車装置付き電動弁の全体構造を示す縦断面図である。 図１に示す減速歯車装置付き電動弁のギアケースとそれに組み付けられた固体ギアとの固定ギア組立体を示す平面図である。 図２に示す固定ギア組立体のＸ−Ｘで切断した縦断面図である。 図２に示す固定ギア組立体のＹ方向から見た側面図である。

符号の説明

１ キャンドギア式電動弁 ２ モータ励磁装置
３ コイル ４ 電気回路
５ 取付具
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
５１ 遊星歯車減速装置 ５２ 太陽ギア
５３ シャフト ５４ キャリア
５５ 遊星ギア ５６ 出力ギア
５７ ギアケース ５８ 固定ギア
６０ ねじ機構 ６２ 出力軸
６３ ねじ軸６３ 軸受６４
６５ ホルダ部 ６６ ボール
６７ ボール受け部材 ６８ 弁棒
６９ 弁体
７０ ガイドチューブ ７１ 上端フランジ部
７２ 絞り段部 ７２ 上側筒部７３
７４ 下側筒部 ７５ コイルばね
８０ 舌片 ８１ 係合片
９０ 内歯 ９１ ゲート位置
９２ ウェルドライン ９３ 窪み
９４ 切欠き

Claims (3)

1. 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遊星ギア式の減速歯車装置と、前記ロータ組立体の回転動作によって前記減速歯車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歯車装置とは、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され、
   前記減速歯車装置は、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含み、
   前記キャン内の空間に固定的に配置されるホルダ部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定されてなる減速歯車装置付き電動弁であって、
   円環状をなす前記固定ギアは、プラスチック射出成形によって形成されるとともに射出成形用のゲート位置が端面上の複数位置にあり、
   前記固定ギアと前記ギアケースとの固定位置が、前記ゲート位置から注入された溶融樹脂が合流した後に冷却されて形成されたウェルド部を外れた位置に配置される
   ことを特徴とする減速歯車装置付き電動弁。
2. 前記固定ギアの前記ギアケースへの固定はカシメによって行われることを特徴とする請求項１記載の減速歯車装置付き電動弁。
3. 前記ギアケースの上端部には周方向に隔置して複数の舌片が形成されているとともに、前記各舌片にはその先端部から突出する係合片が形成されており、前記固定ギアには前記ギアケースの前記舌片が嵌合する窪みと、当該窪みに連なり前記係合片の前記カシメによる変形を許容する切欠きが形成されていることを特徴とする請求項２記載の減速歯車装置付き電動弁。

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