JP2015194167A - 絞り弁 - Google Patents

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Abstract

【課題】出力の小さい電動モータにより絞り弁体を駆動することができるようにすることにある。
【解決手段】絞り弁１０は、第１のポート１１と第２のポート１２とを連通させる連通孔１７を流れる空気の流量を絞り弁体２２により連続的に増減する。連通孔１７を有する弁座部材１５がハウジング１３に装着される。ハウジング１３に形成されたモータ収容孔２４には、電動モータ２５が装着される。絞り弁体２２は電動モータ２５のモータ軸２８により軸方向に駆動される。モータ収容孔２４と電動モータ２５の間は大径の固定シール部材４１によりシールされ、モータ軸２８は小径の回転シール部材４２によりシールされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動モータにより駆動される絞り弁体を有し、連通孔を流れる空気の流量を絞り弁体により増減する絞り弁に関する。
流入側のポートと流出側のポートとの間の連通孔を流れる空気の流量を変化させるようにした絞り弁としては、特許文献１に記載されるような電動式ニードル弁がある。この電動式ニードル弁は、一次側ポートと二次側ポートとを連通させる連通孔が形成された円筒形状の弁体受け部材と、連通孔の開度を変化させるニードル弁軸とを有している。ニードル弁軸を駆動するための電動モータがバルブケースに取り付けられている。
特許第５０６１２５８号公報
ニードル弁軸を軸方向に往復動自在に収容するために、ガイド孔がバルブケースに形成されている。ガイド孔内に配置されたねじ軸つまり回転駆動軸は、雄ねじを有している。ニードル弁軸は、雄ねじにねじ結合つまり螺合される雌ねじを有している。このガイド孔は電動モータの取付孔に連なっている。シール部材がニードル弁軸の外周面に装着されている。シール部材はガイド孔とニードル弁軸との間をシールする。
ニードル弁軸つまり絞り弁体とこの絞り弁体を軸方向に摺動自在に案内するガイド孔つまり弁体案内孔の内周面との間を、シール部材によりシールするようにすると、絞り弁体を軸方向に駆動するには、大きな駆動力つまり出力を必要とする。したがって、絞り弁体を駆動するためには駆動力の大きい電動モータを必要とするので、外形寸法の大きい電動モータを用いることになる。したがって、絞り弁を小型化することができないという問題点がある。
本発明の目的は、出力の小さい電動モータにより絞り弁体を駆動することができるようにすることにある。
本発明の絞り弁は、第１のポートと第２のポートとを連通させる連通孔を有し、該連通孔を流れる空気の流量を絞り弁体により連続的に増減する絞り弁であって、前記絞り弁体を軸方向に駆動するモータ軸を有し、モータ収容孔に装着される電動モータと、前記モータ収容孔と前記電動モータとの間をシールする大径の固定シール部材と、前記モータ軸をシールする小径の回転シール部材と、を有する。
電動モータと電動モータが装着されるモータ収容孔との間は固定シール部材によりシールされる。モータ軸は固定シール部材よりも小径の回転シール部材によりシールされる。このように、大小２つのシール部材により電動モータとモータ収容孔とのシールと、モータ軸のシールとを二段階にシールすると、絞り弁体を駆動するためのモータ軸には、大きな負荷が加わることがなくなる。これにより、出力の小さい電動モータにより絞り弁体を駆動することができ、電動モータを小型化することができ、さらに、絞り弁を小型化することができる。
一実施の形態である絞り弁を示す断面図である。 従来の絞り弁を示す断面図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示されるように、絞り弁１０は、第１のポート１１と第２のポート１２とが設けられたハウジング１３を有している。ハウジング１３は、ほぼ直方体形状のブロック材により形成されている。第１のポート１１はハウジング１３の一方の側面に開口し、第２のポート１２は他方の側面に開口している。ハウジング１３の一端部には、横断面が円形の弁座収容孔１４が形成されている。弁座部材１５がこの弁座収容孔１４内に設けられている。シール部材１６は、弁座部材１５の外周面と弁座収容孔１４の間をシールする。
第１のポート１１と第２のポート１２とを連通させる連通孔１７が、弁座部材１５に設けられている。この連通孔１７は、径方向孔１７ａと軸方向孔１７ｂとを有している。径方向孔１７ａは、弁座部材１５に径方向に延びて第１のポート１１に連通する。軸方向孔１７ｂは一端が径方向孔１７ａに連通し、他端が弁座収容孔１４に開口している。第１のポート１１を空気の流入側のポートとすると、第１のポート１１から流入した空気は連通孔１７を介して第２のポート１２に流出する。一方、第２のポート１２を空気の流入側のポートとすると、第２のポート１２から流入した空気は連通孔１７を介して第１のポート１１に流出する。第１のポート１１と第２のポート１２のいずれを流入側のポートとしても、流出する空気流量が調節される。
貫通孔１８がハウジング１３に形成され、貫通孔１８は長手方向に延びている。この貫通孔１８の一端部は弁座収容孔１４に開口し、他端部はハウジング１３の他端面に開口している。弁体案内孔２１は、貫通孔１８の弁座部材１５側に設けられている。また、弁体案内孔２１は、弁座収容孔１４に向けて開口している。絞り弁体２２はこの弁体案内孔２１に装着され、軸方向に自在に移動する。ニードル部２３が絞り弁体２２の先端に設けられ、ニードル部２３は先端に向けて徐々に小径となるテーパ形状を有している。このニードル部２３は、連通孔１７の軸方向孔１７ｂ内に挿入されている。流入側のポートから流出側のポートに向けて流れる空気の流量は、弁座部材１５とニードル部２３との間の隙間の増減により、連続的に増減される。
モータ収容孔２４は、弁体案内孔２１に隣り合って、貫通孔１８に設けられている。このモータ収容孔２４には電動モータ２５が装着される。モータ挿入孔２６は、ハウジング１３の他端部側に設けられ、モータ収容孔２４に連通している。電動モータ２５はモータ挿入孔２６から挿入されて、モータ収容孔２４に固定される。電動モータ２５はモータ収容孔２４に固定されるモータケース２７を有している。モータケース２７の先端部からはモータ軸２８が突出している。
モータ軸２８には、回転駆動軸３１が固定されている。回転駆動軸３１はねじ部材３２によりモータ軸２８に固定されている。雄ねじ３３が回転駆動軸３１の先端部に設けられている。この雄ねじ３３は、絞り弁体２２に設けられた雌ねじ３４に螺合つまりねじ結合されている。したがって、モータ軸２８が回転駆動軸３１を回転させると、絞り弁体２２は弁体案内孔２１を軸方向に移動する。絞り弁体２２が回転駆動軸３１の回転によって回転するのを防止するために、絞り弁体２２は二面幅構造を有している。つまり、平坦面３５が弁体案内孔２１に設けられており、この平坦面３５に接触する平坦面が絞り弁体２２の外周面に形成されている。
モータ軸２８の回転は、回転駆動軸３１を介して絞り弁体２２の軸方向移動に変換される。回転駆動軸３１を設けず、モータ軸２８に雄ねじ３３を設けて、その回転を絞り弁体２２の軸方向移動に直接変換してもよい。
圧縮コイルばね３６が絞り弁体２２と弁座部材１５との間に装着され、絞り弁体２２に軸方向のばね力を加える。この圧縮コイルばね３６の一端部は、弁座部材１５の端面に当接し、圧縮コイルばね３６の他端部は、絞り弁体２２に形成された段部３７に当接している。このように、絞り弁体２２に軸方向のばね力を加えると、雄ねじ３３の回転により雌ねじ３４を介して絞り弁体２２を軸方向に駆動するときに、ねじの遊びに起因するバックラッシュの発生が防止される。これにより、モータ軸２８が正方向、逆方向に回転するときの回転角度と、絞り弁体２２の軸方向位置が正確に対応するので、連通孔１７の開度を高精度に設定することができる。
モータケース２７の先端部には、ガイド筒３８が突出して設けられており、モータ軸２８はガイド筒３８の先端から突出している。
モータ収容孔２４と電動モータ２５との間をシールするために、大径の固定シール部材４１がモータ収容孔２４に装着されている。この固定シール部材４１は、モータ収容孔２４の内周面とモータケース２７の端面に接触し、モータ収容孔２４とモータケース２７との間からのエア洩れを封止する。
モータ軸２８をシールするために、小径の回転シール部材４２がモータ軸２８に装着されている。この回転シール部材４２の外径寸法は、固定シール部材４１の外径寸法よりも小径となっている。回転シール部材４２はモータ軸２８と、固定シール部材４１と、回転駆動軸３１の端面とに接触している。この回転シール部材４２は、回転駆動軸３１とともに回転駆動される。
さて、一般的に、回転側部材が固定側部材と摺動する場合の摺動抵抗については以下のようになる。回転側部材と固定側部材との間の摺動抵抗に抗して、モータが回転側部材を回転させるときに、そのモータへの負荷は、２つの部材間の単位長さ当たりの摺動抵抗と摺動部分の長さと回転側の半径との積になると考えられる。したがって、２つの部材間の単位長さ当たりの摺動抵抗が同じ場合には、摺動部分の長さが短い方がモータへの負荷は小さくなり、回転側の半径が小さい方がモータへの負荷は小さい。
大径の固定シール部材４１の外径をＤ１，内径をＤ２とし、回転シール部材４２の外径をｄ１，内径をｄ２とすると、回転シール部材４２の中心径ｄ３（（ｄ１＋ｄ２）／２）は、固定シール部材４１の中心径Ｄ３（（Ｄ１＋Ｄ２）／２）よりも小さく設定されている。これにより、回転シール部材４２は、固定シール部材４１の内周面側に接触する。
このように、大径の固定シール部材４１は電動モータ２５とモータ収容孔２４との間をシールする。さらに、小径の回転シール部材４２は、モータ軸２８と一体となって回転してモータ軸２８をシールする。モータ軸２８の回転時には、回転シール部材４２が固定シール部材４１のみと摺動接触する。したがって、回転シール部材４２と固定シール部材４１との間の摺動抵抗が、モータ軸２８への負荷となる。しかし、大径の固定シール部材４１は固定されているので摺動することはないから、その摺動抵抗はモータ軸２８への負荷とならない。回転シール部材４２の中心径は、大径の固定シール部材４１の中心径に比較して小径となっているので、小径の回転シール部材４２から回転駆動軸３１を介してモータ軸２８に加わる負荷は、小さい。これにより、出力が小さい電動モータ２５を用いても、絞り弁体２２は軸方向に円滑に駆動されるので、絞り弁１０は小型化される。
図２は比較例として示す従来の絞り弁１０ａであり、図１に示された部材と共通する部材には同一の符号が付されている。
図２に示すように、弁体案内孔２１と絞り弁体２２との間をシールするために、絞り弁体２２にシール部材４３が装着される。すると、絞り弁体２２を軸方向に移動させるときには、シール部材４３と弁体案内孔２１との間の摺動抵抗が電動モータ２５への負荷となる。さらに、図２のシール部材４３は絞り弁体２２の外周面に設けられているので、加圧された空気の圧力に絞り弁体２２の断面積を乗じた力が、絞り弁体２２に加わる。したがって、絞り弁体２２を前進させるときには、その力も電動モータ２５への負荷となる。このため、絞り弁体２２を駆動するために、駆動力の大きな電動モータ２５を使用する必要があった。
これに対し、図１に示す実施の形態の絞り弁１０においては、大径の固定シール部材４１と小径の回転シール部材４２の２段のシール構造とし、固定シール部材４１と摺動接触する回転シール部材４２の外径を小さくした。これにより、モータへの負荷を小さくしたので、絞り弁体２２は僅かな駆動力により駆動される。また、摺動抵抗が小さいので、それに対抗する圧縮コイルばねは、ばね力の小さいもので足りる。したがって、小型の電動モータ２５により絞り弁体２２を駆動することができ、絞り弁１０を小型化することができる。
絞り弁体２２にシール部材４３を装着することなく、回転駆動軸３１とモータ収容孔２４との間をシールするために、回転駆動軸３１にシール部材を装着した絞り弁を製造し、絞り弁体２２の駆動力を、図１に示した実施の形態と比較した。その結果、回転駆動軸３１にシール部材を装着するには、図１に示した固定シール部材４１とほぼ同一外径のシール部材を用いる必要がある。そのようなシール部材は、モータ収容室２４の内周面に摺動接触するので、摺動部分の長さと回転側の半径は大きい。したがって、シール部材によるモータへの負荷は大きくなり、電動モータ２５の出力を大きくしなければならず、絞り弁を小型化することができなかった。
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、弁座収容孔１４と弁体案内孔２１とモータ収容孔２４とが形成された円筒部材をハウジング１３に装着するようにしても良い。
１０ 絞り弁
１１ 第１のポート
１２ 第２のポート
１３ ハウジング
１４ 弁座収容孔
１５ 弁座部材
１７ 連通孔
１８ 貫通孔
２１ 弁体案内孔
２２ 絞り弁体
２３ ニードル部
２４ モータ収容孔
２５ 電動モータ
２６ モータ挿入孔
２７ モータケース
２７ａ 端面
２８ モータ軸
３１ 回転駆動軸
３３ 雄ねじ
３４ 雌ねじ
３６ 圧縮コイルばね
３８ ガイド筒
４１ 固定シール部材
４２ 回転シール部材

Claims (4)

  1. 第１のポートと第２のポートとを連通させる連通孔を有し、該連通孔を流れる空気の流量を絞り弁体により連続的に増減する絞り弁であって、
    前記絞り弁体を軸方向に駆動するモータ軸を有し、モータ収容孔に装着される電動モータと、
    前記モータ収容孔と前記電動モータとの間をシールする大径の固定シール部材と、
    前記モータ軸をシールする小径の回転シール部材と、
    を有する、絞り弁。
  2. 第１のポートと第２のポートとを連通させる連通孔を有し、該連通孔を流れる空気の流量を絞り弁体により連続的に増減する絞り弁であって、
    前記連通孔を有する弁座部材が装着され、前記絞り弁体を軸方向に移動自在に案内する弁体案内孔が形成されたハウジングと、
    前記絞り弁体を軸方向に駆動するモータ軸を有し、前記弁体案内孔に連通して前記ハウジングに形成されたモータ収容孔に装着される電動モータと、
    前記モータ収容孔と前記電動モータとの間をシールする大径の固定シール部材と、
    前記モータ軸をシールする小径の回転シール部材と、
    を有する、絞り弁。
  3. 請求項２記載の絞り弁において、前記モータ軸に固定される回転駆動軸を有し、前記絞り弁体は雌ねじを有し、前記回転駆動軸は前記雌ねじに螺合する雄ねじを有する、絞り弁。
  4. 請求項１記載の絞り弁において、前記絞り弁体に軸方向のばね力を加える圧縮コイルばねを有する、絞り弁。
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