JP2010117013A

JP2010117013A - 電動弁

Info

Publication number: JP2010117013A
Application number: JP2008292479A
Authority: JP
Inventors: Tomoari Ouchi; 共存大内; Takeshi Suganuma; 威菅沼
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2008-11-14
Filing date: 2008-11-14
Publication date: 2010-05-27

Abstract

【課題】電動弁の小型化による弁体の押圧力の低下に関する問題を解消し、電動弁の組立が容易で、電動モータへの負荷を減少させることのできる電動弁を提供する。
【解決手段】電動モータのロータ７が回転することにより直線的に移動して弁座４に接離する弁体１２と、弁体が弁座に着座した後に斥力にて弁体を弁座に押圧する一対の磁石１６、１７とを備える電動弁１。磁石の斥力を用いて弁体を弁座に押圧するため、電動弁を小型化しても弁体を弁座に十分に押圧することができ、弁体が回転する際に摩擦力が発生せず、電動モータの負荷を低減することができる。磁石を配置する場所が限定されても、その場所に設置可能な形状の磁石を配置するだけでよいので、設置が容易である。一対の磁石を、弁体の移動を案内するための弁ホルダ（円筒状部材）１１の内部に配置することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクルシステムにおける冷媒の流量制御等に使用され、電動モータのロータが回転することにより直線的に移動する弁体を備えた電動弁に関する。

上記電動弁として、例えば特許文献１には、図３に示すように、２つの導管５１及び５２と弁座５３とを備えた弁本体５４と、弁本体５４に接合された密閉ケース５５と、密閉ケース５５の内部に配置されたロータ５６と、密閉ケース５５の外周部に固定され、ロータ５６とで電動モータ（ステッピングモータ）を構成するステータ５７等を備え、ロータ５６の内部には、ロータ５６にナット部材５８を介して一体に連結さた弁軸５９と、弁本体５４及び密閉ケース５５に連結された連結保持部６０ａを下端部に備えるガイドステム６０と、弁軸５９の下端部５９ａに上部が圧入固定され、ガイドステム６０に摺動自在に内挿された弁ホルダ６１とを備え、さらに、弁ホルダ６１内で弁軸５９の下端に配置されたばね受けボール６２と、上部６３ａが弁ホルダ６１の下端部に設けられた係止部６１ａにて抜け止め係止された弁体６３と、ばね受けボール６２と弁体６３との間に、弁体６３を弁座５３に押圧するコイルばね６４が縮装された電動弁５０が提案されている。

上記構成を有する電動弁５０において、ロータ５６が回転すると、それに伴って弁軸５９及び弁体６３が昇降し、弁体６３が弁座５３に接離することによって電動弁５０が開閉する。ここで、コイルばね６４は、弁体６３が弁座５３に当接する閉弁状態において所要のシール圧を得るため、及び、弁体６３が弁座５３に衝接した際の衝撃を緩和するため、弁ホルダ６１内で常に下方（閉弁方向）に向けて付勢されている。

一方、特許文献２には、図４に示すように、２つの導管５１、５２と弁座５３とを備えた弁本体５４と、弁本体５４と接合された密閉ケース５５と、密閉ケース５５の内部に配置されたロータ５６と、密閉ケース５５の外周部に固定され、ロータ５６とで電動モータを構成するステータ５７と、弁座５３と接離する弁体７６を備えた弁軸７１と、弁軸７１が摺動可能に内挿された雄ねじ管７２と、ロータ５６と雄ねじ管７２との間に、ロータ５６とともに連結部材７３を介して回転する弁軸ホルダ７４と、弁体７６が弁座５３と接触した後に弁体７６を弁座５３に押圧するコイルばね７５が、雄ねじ管７２と弁軸７１との間に縮装された電動弁７０が提案されている。

上記構成を有する電動弁７０においても、ロータ５６が回転すると、それに伴って弁軸７１及び弁体７６が昇降し、弁体７６が弁座５３に接離することによって電動弁７０が開閉する。また、コイルばね７５は、弁体７６が弁座５３に当接する閉弁状態において所要のシール圧を得るため、及び、弁体７６が弁座５３に衝接した際の衝撃を緩和するため、弁軸ホルダ７４内で常に下方（閉弁方向）に向けて付勢されている。

特開２００８−３２２１５号公報特開２００６−８４０１２号公報

前述の電動弁は、いずれも弁体を弁座に押圧するためにコイルばねを用いるため、電動弁を小型化すると、より小型で反力の大きいコイルばねを使用する必要があるものの、コイルばねでは押圧力に限界があり、この要求に対応できない場合がある。また、電動弁の小型化によってコイルばねの配置スペースが狭くなると、コイルばねを設置し難く、電動弁の組立作業性が低下するという問題もあった。さらに、弁軸が回転する際にコイルばねを支持する部材とコイルばねとの間に摩擦力が発生する上、コイルばね自身が湾曲し、コイルばねと弁ホルダや雄ねじ管の側壁との摩擦力が発生する。このため、弁軸を回転させるためのトルクが増大し、電動モータへの負荷が増加し、モータが大型化するという問題があった。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、電動弁の小型化による弁体の押圧力の低下に関する問題を解消し、電動弁の組立が容易で、電動モータへの負荷を減少させることができてモータを小型化することのできる電動弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、電動弁であって、電動モータのロータが回転することにより直線的に移動して弁座に接離する弁体と、該弁体が該弁座に着座した後に斥力にて前記弁体を前記弁座に押圧する一対の磁石とを備えることを特徴とする。

そして、本発明によれば、一対の磁石の斥力を用いて弁体を弁座に押圧するため、電動弁を小型化した場合であっても弁体を弁座に十分に押圧することができる。また、電動弁の小型化の際に、磁石を配置する場所が限定されても、その場所に設置可能な形状の磁石を配置するだけでよいので、設置が容易である。さらに、一対の磁石の斥力を利用して弁体を押圧するため、弁体が回転する際に摩擦力が発生せず、電動モータの負荷を低減することができる。また、モータ負荷低減に伴ってモータを小型化することができる。

前記電動弁において、前記一対の磁石を、前記弁体の移動を案内するための円筒状部材の内部に配置することができる。

以上のように、本発明によれば、小型化による弁体の押圧力の低下に関する問題を解消し、組立作業性がよく、電動モータの小型化も可能な電動弁を提供することができる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明にかかる電動弁の第１の実施形態を示し、この電動弁１は、大別して、２本の導管２、３と弁座４とを備える弁本体５と、弁本体５に接合された密閉ケース６と、密閉ケース６の内部に配置されたロータ７と、密閉ケース６の外周部に固定され、ロータ７とで電動モータを構成するステータ８と、ナット部材９を介してロータ７に一体に連結された弁軸１０と、弁軸１０の移動を案内する弁ホルダ（円筒状部材）１１と、弁軸１０の下端部に係止された弁体１２と、弁体１２を弁座４に接離させるためのねじ送り機構を構成する固定ねじ部１３ａ及び可動ねじ部１０ｄと、ロータ７の回転を規制するストッパ機構を構成する固定ストッパ１４及び可動ストッパ１５と、弁体１２を弁座４に押圧する弁体押圧機構を構成する一対の磁石１６、１７等で構成される。

弁本体５は、円筒状に形成され、２本の導管２、３によって形成される２つの流路２ａ、３ａに連通する弁室５ａを備える。弁室５ａと流路３ａとの間に弁座４が位置し、弁体１２を弁座４に接離させることで電動弁１が開閉する。

密閉ケース６は、下部が開口し、上部が閉じた円筒状に形成され、弁本体５の上部に接合される。密閉ケース６の内部には、ロータ７等の主要部品が収容される。

ロータ７は、円筒状に形成され、密閉ケース６の内部に回転可能に配置される。また、ロータ７の内壁には、可動ストッパ１５の上端部１５ａと当接可能な押動板部７ｂが上下方向に延設される。ロータ７の内部には、弁軸１０、弁ホルダ１１等、ロータ７の回転を弁体１２の上下方向の移動に変換させるための機構が設けられる。

ステータ８は、円筒状に形成され、密閉ケース６の外周部に固定される。このステータ８とロータ７とで電動モータが構成され、ステータ８への給電によりロータ７が回転する。

弁軸１０は、ロータ７の上部７ａに螺嵌されたナット部材９を介してロータ７に一体に連結される。弁軸１０は、可動ねじ部１０ｄを備えるとともに、円筒状の下部１０ａが下方に向かって開口して凹部１０ｂを形成し、下端部に弁体１２の係止部１０ｃを備える。

弁ホルダ１１は、円筒状に形成され、弁本体５及び密閉ケース６と連結された連結保持部１１ａを下端部に備える。この弁ホルダ１１の内部を弁軸１０が上下方向に案内される。

弁体１２は、下部に円錐状部分を有し、全体的に円柱状に形成される。弁体１２の上部１２ａは、弁軸１０の下部１０ａに内挿されるとともに、弁軸１０の係止部１０ｃにより抜け止め係止される。

ねじ送り機構は、弁体１２を弁座４に接離させるために備えられ、弁ホルダ１１の上部に内嵌固定された雌ねじ部材１３に形成された固定ねじ部（雌ねじ部）１３ａと、弁軸１０の外周に形成され、固定ねじ部１３ａと螺合する可動ねじ部（雄ねじ部）１０ｄとで構成される。

ストッパ機構は、ロータ７の回転を規制するために設けられ、上端部１４ａが上方に起曲し、下端部１４ｂが弁ホルダ１１の連結保持部１１ａの近傍に固定され、中央部が弁ホルダ１１に外嵌された固定ストッパ１４と、上端部１５ａが弁ホルダ１１の軸方向に対して略々垂直な方向に突出し、下端部１５ｂが平坦面状に形成され、中央部が弁ホルダ１１に外嵌された可動ストッパ１５とで構成される。固定ストッパ１４及び可動ストッパ１５のピッチは同じであり、有効巻数が各々５．５及び１．５の右巻きのコイルばねである。また、固定ストッパ１４の螺旋部分に可動ストッパ１５が組み込まれ、可動ストッパ１５の上端部１５ａが、回転するロータ７の押動板部７ｂと当接することで、可動ストッパ１５が固定ストッパ１４の螺旋部分に沿って回転しながら昇降することができる。

弁体押圧機構は、弁体１２が弁座４に当接する閉弁状態において所要のシール圧を得るため、及び、弁体１２が弁座４に衝接した際の衝撃を緩和するために設けられ、弁軸１０の凹部１０ｂに収容された一対の円板状の磁石１６、１７からなる。磁石１６、１７は、同一磁極が対向するように配置され、互いの磁力に起因する斥力で弁体１２を下方に押圧する。磁石１６、１７としては、珪素鋼板、アルニコ磁石、フェライト磁石、ＳｍＣｏ磁石及びＮｄＦｅＢ系磁石等の希土類磁石等を用いることができる。

磁石１６、１７は、配置箇所の容積を考慮した上で、電動弁１の仕様により必要な斥力が発生するような径及び板厚を適宜選択する。また、磁石１６、１７の設置方法は、弁軸１０及び弁体１２が鉄等の軟磁性合金等からなる場合には、磁石との引力にて各々に固着することができる。弁軸１０及び弁体１２が樹脂等の非磁性材料からなる場合には、接着剤等にて固着する。磁石１６、１７の設置箇所が狭く、磁石１６、１７自身が互いの磁力によって反対磁極が対向するように反転しないような場合には、単に一対の磁石１６、１７を設置箇所に配置するだけでよい。

次に、上記構成を有する電動弁１の動作について、図１を参照しながら説明する。

電動弁１を閉じる場合には、ステータ８に一方向の通電を行い励磁すると、ロータ７が上面視時計方向に回転し、雌ねじ部材１３の固定ねじ部１３ａと弁軸１０の可動ねじ部１０ｄとのねじ送り機構により、弁軸１０が下降し、弁体１２が弁座４に着座して電動弁１が閉弁する。また、弁全開時には固定ストッパ１４の上端部１４ａと可動ストッパ１５の上端部１５ａとが当接しているが、上記ロータ７の回転に伴い、ロータ７の押動板部７ｂにて可動ストッパ１５の上端部１５ａが固定ストッパ１４の螺旋部分に沿って回転しながら下降する。

弁体１２が弁座４に着座した時点では、可動ストッパ１５の下端部１５ｂは最下点まで到達せず、ロータ７がさらに回転可能な状態にある。ロータ７がさらに上面視時計方向に回転し、可動ストッパ１５の下端部１５ｂが固定ストッパ１４の下端部１４ｂに当接すると、ロータ７の回転が強制的に停止される。

また、弁体１２が弁座４に着座すると、弁体１２の移動は停止するが、弁軸１０はさらに下降するため、一対の磁石１６、１７間の距離が短縮され、同一磁極が対向することで発生する斥力により弁体１２を弁座４に押圧し、図１に示す姿勢で動作が終了する。

一方、電動弁１を開く場合には、ステータ８に上記とは逆方向の通電を行い励磁すると、ロータ７が上面視反時計方向に回転し、雌ねじ部材１３の固定ねじ部１３ａと弁軸１０の可動ねじ部１０ｄとのねじ送り機構により、弁軸１０が上昇し、弁体１２が弁座４から離れ電動弁１が開弁する。ロータ７の回転に伴い、可動ストッパ１５の上端部１５ａが押動板部７ｂを介して上方に移動し、固定ストッパ１４の上端部１４ａに当接すると、ロータ７の回転が停止し、弁体１２の上昇も停止する。

以上のように、電動弁１は、一対の磁石１６、１７により、従来のようにコイルばねを用いずに、弁体１２を弁座４に押圧することができるため、コイルばねを用いることによって生ずる種々の摩擦力が発生しない。そのため、電動モータの負荷を低減することがでる。また、モータ負荷低減に伴ってモータを小型化することができる。これに加え、電動弁１の小型化により部材の配置箇所が狭小化しても、円板状の磁石１６、１７を容易に設置することができ、電動弁１の組立作業性が向上する。

次に、本発明にかかる電動弁の第２の実施形態について、図２を参照しながら説明する。

この電動弁２１は、大別して、２本の導管２２、２３と弁座２４とを備える弁本体２５と、弁本体２５に接合された密閉ケース２６と、密閉ケース２６の内部に配置されたロータ２７と、密閉ケース２６の外周部に固定され、ロータ２７とで電動モータを構成するステータ２８と、連結部材２９を介してロータ２７に連結された弁軸ホルダ（円筒状部材）３１と、下部に弁座２４と接離可能な弁体３２を備える弁軸３０と、弁軸３０の外側に位置し、弁軸３０の移動を案内する雄ねじ管３３と、弁体３２を弁座２４に接離させるためのねじ送り機構を構成する固定ねじ部３３ａ及び可動ねじ部３１ｂと、閉弁後におけるロータ２７の閉弁方向の回転を規制するストッパ機構を構成する可動ストッパ３４及び固定ストッパ３５と、弁体３２を弁座２４に押圧する弁体押圧機構を構成する一対の磁石３６、３７等で構成される。

弁本体２５は、円筒状に形成され、２本の導管２２、２３によって形成される２つの流路２２ａ、２３ａに連通する弁室２５ａを備える。弁室２５ａと流路２３ａとの間に弁座２４が位置し、弁体３２を弁座２４に接離させることで電動弁２１が開閉する。

密閉ケース２６は、下部が開口し、上部が閉じた円筒状に形成され、弁本体２５の上部に接合される。密閉ケース２６の内部には、ロータ２７等の主要部品が収容される。

ロータ２７は、円筒状に形成され、密閉ケース２６の内部に回転可能に配置される。ロータ２７の内部には、弁軸３０、雄ねじ管３３等、ロータ２７の回転を弁体３２の上下方向の移動に変換させるための機構が設けられる。

ステータ２８は、円筒状に形成され、密閉ケース２６の外周部に固定される。このステータ２８とロータ２７とで電動モータが構成され、ステータ２８への給電によりロータ２７が回転する。

弁軸ホルダ３１は、雄ねじ管３３の外側に位置し、下方に開口する円筒状に形成され、その内周面に、雄ねじ管３３の固定ねじ部（雌ねじ部）３３ａと螺合する可動ねじ部（雌ねじ部）３１ｂが螺設される。弁軸ホルダ３１の上部には、弁軸３０の上部縮径部３０ａが嵌合してプッシュナット３８により連結される。弁軸ホルダ３１には、可動ストッパ３４が固着され、雄ねじ管３３の固定ストッパ３５と当接可能に構成される。

弁軸３０は、その下端部に弁体３２を備え、雄ねじ管３３の中心に上下動可能に嵌挿される。弁軸３０は、弁軸ホルダ３１の上部空間３１ａに設けられた磁石３６、３７によって常時下方に付勢される。

雄ねじ管３３は、その外周面に固定ねじ部３３ａが螺設され、雄ねじ管３３には、ストッパ機構の一方を構成する固定ストッパ３５が固着される。

ねじ送り機構は、弁体３２を弁座２４に接離させるために備えられ、雄ねじ管３３の外周に形成された固定ねじ部３３ａと、弁軸ホルダ３１の内部に形成され、固定ねじ部３３ａと螺合可能な可動ねじ部３１ｂとで構成される。

ストッパ機構は、弁軸ホルダ３１とともに回転移動する可動ストッパ３４と、雄ねじ管３３に付設され、密閉ケース２６の弁本体２５側に位置する固定ストッパ３５とで構成される。可動ストッパ３４が下降すると、固定ストッパ３５に当接し、ロータ２７の回転及び下降を強制的に停止させる。

弁体押圧機構は、弁軸ホルダ３１の上部空間３１ａに嵌入されたドーナツ形状の一対の磁石３６、３７で構成され、磁石３６、３７は、同一磁極が対向するように配置され、互いの磁力に起因する斥力で弁体３２を下方に押圧することができる。磁石３６、３７の材質や寸法等については前述の磁石１６、１７と同様に選定される。

次に、上記電動弁２１の動作について、図２を参照しながら説明する。

電動弁１を閉じる場合には、ステータ２８に一方向の通電を行い励磁すると、ロータ２７が上面視時計方向に回転し、ロータ２７に連動して弁軸ホルダ３１も回転し、弁軸ホルダ３１の可動ねじ部３１ｂと雄ねじ管３３の固定ねじ部３３ａとのねじ送り機構で弁軸３０が下降し、弁体３２が弁座２４に着座して閉弁する。

弁体３２が弁座２４に着座した時点では、可動ストッパ３４は、まだ固定ストッパ３５に当接せず、弁体３２が着座した状態でロータ２７及び弁軸ホルダ３１が回転可能な状態である。ロータ２７及び弁軸ホルダ３１がさらに回転して下降すると、可動ストッパ３４が固定ストッパ３５に当接し、ロータ２７の回転が強制的に停止される。

また、弁体３２が弁座２４に着座すると、弁体３２の移動は停止するが、弁軸ホルダ３１はさらに下降するため、一対の磁石３６、３７間の距離が短縮され、同一磁極が対向することで発生する斥力により弁体３２を弁座２４に押圧し、図２に示す姿勢で動作が終了する。

一方、電動弁２１を開く場合には、ステータ２８に上記とは逆方向の通電を行い励磁すると、ロータ２７が上面視反時計方向に回転し、雄ねじ管３３の固定ねじ部３３ａと、弁軸ホルダ３１の可動ねじ部３１ｂとのねじ送り機構により、弁軸３０が上昇し、弁体３２が弁座２４から離れ電動弁２１が開弁する。

以上のように、本実施の形態においても、電動弁２１は、一対の磁石３６、３７により、従来のようにコイルばねを用いずに、弁体３２を弁座２４に押圧することができるため、コイルばねを用いることで発生する種々の摩擦力が発生せず、電動モータの負荷を低減することができる。また、モータ負荷低減によりモータを小型化することができる。その上、電動弁２１の小型化により部材の配置箇所が狭小化しても、ドーナツ状の磁石３６、３７を弁軸３０に嵌入するだけで設置することができ、電動弁２１の組立作業性が向上する。

本発明にかかる電動弁の第１の実施形態を示す断面図である。本発明にかかる電動弁の第２の実施形態を示す断面図である。従来の電動弁の一例を示す断面図である。従来の電動弁の他の例を示す断面図である。

符号の説明

１電動弁
２導管
２ａ流路
３導管
３ａ流路
４弁座
５弁本体
５ａ弁室
６密閉ケース
７ロータ
７ａ上部
７ｂ押動板部
８ステータ
９ナット部材
１０弁軸
１０ａ下部
１０ｂ凹部
１０ｃ係止部
１０ｄ可動ねじ部
１１弁ホルダ
１１ａ連結保持部
１２弁体
１２ａ上部
１３雌ねじ部材
１３ａ固定ねじ部
１４固定ストッパ
１４ａ上端部
１４ｂ下端部
１５可動ストッパ
１５ａ上端部
１５ｂ下端部
１６磁石
１７磁石
２１電動弁
２２導管
２２ａ流路
２３導管
２３ａ流路
２４弁座
２５弁本体
２６密閉ケース
２７ロータ
２８ステータ
２９連結部材
３０弁軸
３０ａ上部縮径部
３１弁軸ホルダ
３１ａ上部空間
３１ｂ可動ねじ部
３２弁体
３３雄ねじ管
３３ａ固定ねじ部
３４可動ストッパ
３５固定ストッパ
３６磁石
３７磁石
３８プッシュナット

Claims

電動モータのロータが回転することにより直線的に移動して弁座に接離する弁体と、
該弁体が該弁座に着座した後に斥力にて前記弁体を前記弁座に押圧する一対の磁石とを備えることを特徴とする電動弁。
前記一対の磁石は、前記弁体の移動を案内するための円筒状部材の内部に配置されることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。