JP2016065595A - モータ駆動弁 - Google Patents

Abstract

【課題】ねじ送り機構により回転運動を直線運動に変換スリ機構を設けた電動駆動弁の送りねじ機構の部分の耐久性を向上させる。
【解決手段】ロータ４２の回転運動を直動運動に変換するために、ロータ４２に雌螺子部材３６、および、ロッド５０に雄螺子部５１を設け、且つ雄螺子部５１を有するロッド５０の中間部分に非円形軸部５２を設ける。ロータ４２とロッド５０とを分離することにより、雌螺子部材３６と雄螺子部５１との螺合部分の作用負荷を軽減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、先端に弁体を備えたロッドをモータで直動させて弁口の開度を変更するモータ駆動弁に関する。

従来、この種のモータ駆動弁として、モータのロータにロッドを固定し、そのロッドに設けた雄螺子部と、ボディに備えた雌螺子部とを螺合させて、ロッドが回転しながら直動するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−１６９８２１号公報（図１、図２）

しかしながら、上述した従来のモータ駆動弁では、雄螺子部と雌螺子部との螺合部分の摩耗の進行が速く（特に車両等に搭載された強振動環境下で摩耗の進行が特に速く）、耐久性に問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、従来より耐久性に優れたモータ駆動弁の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明は、先端に弁体（５３）を備えたロッド（５０）をモータ（３０）によりボディ（１１，６０）に対して直動させて、前記ボディ（１１，６０）に備えた弁口（１６Ｋ）の開度を変更するモータ駆動弁（１０，１０Ｖ，１０Ｗ）において、前記モータ（３０）に設けられ、前記ロッド（５０）の同軸上に配置されかつ転がり軸受（３５）で回転可能に支持された筒状のロータ（４２）と、前記ロータ（４２）の内側に設けられて前記ロータ（４２）と一体に回転する第１螺合部（３６Ａ）と、前記ロッド（５０）に設けられ、前記第１螺合部（３６Ａ）に螺合した第２螺合部（５２）と、前記ロッド（５０）に設けられた断面非円形の非円形軸部（５２）と、前記ボディ（１１，６０）に設けられて前記非円形軸部（５２）が貫通し、その非円形軸部（５２）の直動を許容しかつ回転を禁止する非円形係合孔（５５）とを備えたモータ駆動弁（１０，１０Ｖ，１０Ｗ）である。

請求項２の発明は、前記ロッド（５０）のうち前記ロータ（４２）内に配置された部分から側方に突出したストッパ当接突部（５４）と、前記ロータ（４２）の内周面から突出し、前記ロッド（５０）が、その直動可能範囲の一端に位置したときに前記ストッパ当接突部（５４）に対して前記ロータ（４２）の一方の回転方向から当接する第１回転ストッパ（３７Ａ）と、前記ロータ（４２）の内周面から突出しかつ前記第１回転ストッパ（３７Ａ）に対して前記ロータ（４２）の回転軸方向でずれた位置に配置されて、前記ロッド（５０）が、その直動可能範囲の他端に位置したときに前記ストッパ当接突部（５４）に対して前記ロータ（４２）の他方の回転方向から当接する第２回転ストッパ（３７Ｂ）とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動弁（１０，１０Ｖ，１０Ｗ）である。

請求項３の発明は、前記モータ（３０）に設けられ、前記ロータ（４２）を収容しかつ少なくとも一端が開放した筒形ケース（３１）と、前記筒形ケース（３１）の一端の開放口を閉塞した状態に固定されかつ前記弁口（１６Ｋ）及び前記非円形係合孔（５５）を有する前記ボディとしての蓋部材（６０）と、前記蓋部材（６０）に形成され、前記弁口（１６Ｋ）に繋がった蓋流路（６２）と、前記蓋部材（６０）が嵌合した受容孔（１５Ｖ）を有すると共に、前記蓋流路（６２）に連通した流路（６３）を有する蓋支持部材（１１Ｖ，１１Ｗ）とを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ駆動弁（１０Ｖ，１０Ｗ）である。

［請求項１の発明］
請求項１のモータ駆動弁（１０，１０Ｖ，１０Ｗ）では、弁体（５３）を先端に備えたロッド（５０）とモータ（３０）のロータ（４２）とが分離され、ロータ（４２）が転がり軸受（３５）で支持され、ロッド（５０）のみが直動するので、ロータとロッドとが一体になって直動する従来のものに比べて、ロータ（４２）の回転をロッド（５０）の直動に変換する螺合部分（第１螺合部（３６Ａ）と第２螺合部（５２））の負荷が抑えられ、摩耗も抑えられる。即ち、本発明によれば、従来より耐久性に優れたモータ駆動弁（１０，１０Ｖ，１０Ｗ）の提供することができる。

［請求項２の発明］
請求項２のモータ駆動弁（１０，１０Ｖ，１０Ｗ）では、ロッド（５０）の直動可能範囲を限定する第１と第２の回転ストッパ（３７Ａ，３７Ｂ）がロータ（４２）の内部に配置されているので、モータ駆動弁（１０）全体が回転軸方向でコンパクトになる。

［請求項３の発明］
請求項３のモータ駆動弁（１０Ｖ，１０Ｗ）では、モータ（３０）の筒形ケース（３１）の開放口を閉塞する蓋部材（６０）に弁口（１６Ｋ）及び非円形係合孔（５５）が備えて、その蓋部材（６０）が蓋支持部材（１１Ｖ，１１Ｗ）に組み付けられるので、ロッド（５０）と弁口（１６Ｋ）及び非円形係合孔（５５）との位置合わせを容易に行うことができる。

本発明の第１実施形態に係るモータ駆動弁の側断面図 図１におけるＡ−Ａ切断面における断面図 第２実施形態のモータ駆動弁の側断面図 第３実施形態のモータ駆動弁の側断面図

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態のモータ駆動弁１０は、ベース部材１１の上面１２Ａにモータ３０を組み付けた構造になっている。ベース部材１１は、例えば、四角柱になっており、その中心軸ＣＬ１より上側部分には、一方の端面１３Ａから他方の端面１３Ｂ寄り位置まで中心軸ＣＬ１と平行に延びた第１流路１４Ａが形成され、中心軸ＣＬ１より下側部分には、他方の端面１３Ｂから一方の端面１３Ａ寄り位置まで中心軸ＣＬ１と平行に延びた第２流路１４Ｂが形成されている。また、第１と第２の流路１４Ａ，１４Ｂにおける開口側端部は、段付き状に拡径されている。なお、本実施形態では、ベース部材１１が本発明に係る「ボディ」に相当する。

ベース部材１１の上面１２Ａの中央には、円形凹部１５が陥没した状態に形成されている。また、上面１２Ａにおける円形凹部１５の開口縁には、後述するフランジ部３４Ｆを抜け止めするための薄肉部１５Ｈが備えられている。

円形凹部１５の中心軸上には、円形凹部１５の底面から下方に延びて、第１流路１４Ａと直交しかつ第２流路１４Ｂに連通したロッド受容孔１６が形成されている。そして、ロッド受容孔１６のうち第１と第２の流路１４Ａ，１４Ｂを連絡する部分の中間部をテーパ状に絞って弁座部１６Ｚが形成され、弁座部１６Ｚの内側が弁口１６Ｋになっている。

モータ３０は、例えば、ステッピングモータであって、筒形ケース３１の外側にリング状の界磁巻線ユニット４０を嵌合して備える一方、筒形ケース３１の内側にロータ４２を回転可能に収容して備えている。また、界磁巻線ユニット４０は、コネクタを介してコントローラに接続可能になっている。

筒形ケース３１は、薄肉の円筒管３２の上端部に上蓋部材３３を溶接にて固定する一方、下端部に下蓋部材３４を溶接にて固定してなり、全体が両端有底の円筒状をなしている。また、上蓋部材３３の下端部内面と下蓋部材３４の上端部内面とには、それぞれ転がり軸受３５，３５が組み付けられ、それら転がり軸受３５，３５にロータ４２が回転可能に支持されている。

ロータ４２は、円筒状をなしてその外周面に複数のマグネット４２Ｍを備えている。また、ロータ４２の内部には、その軸方向の中央に円筒状の雌螺子部材３６（本発明の「雌螺子部」に相当する）が嵌合固定され、その雌螺子部材３６の中心部に雌螺子孔３６Ａが貫通形成されている。さらに、ロータ４２の内周面には、ロータ４２の軸方向の中間位置と上端位置とに本発明に係る第１と第２の回転ストッパ３７Ａ，３７Ｂが形成されている。第１と第２の回転ストッパ３７Ａ，３７Ｂは、共にロータ４２の周方向の一箇所から突出した突片構造をなしている。なお、雌螺子部材３６は、ロータ４２の軸方向の中間位置の第１回転ストッパ３７Ａの下面に下方から突き当てられて位置決めされている。

雌螺子孔３６Ａには、上下に延びたロッド５０に備えた雄螺子部５１が螺合している。そのロッド５０は、上端寄り位置から上側が上記雄螺子部５１になっていて、その雄螺子部５１の上端部には、雄螺子部５１の外側面より側方に張り出した突片状のストッパ当接突部５４が備えられている。また、ロッド５０のうち雄螺子部５１の下端部からロッド５０の下端寄り位置までは、図２に示すように非円形の断面形状をなした非円形軸部５２になっている。具体的には、非円形軸部５２は、断面円形の棒体の周面にその中心軸と平行な平坦面を形成してなる。そして、ロッド５０のうち非円形軸部５２より下側部分が、弁体５３になっている。

図２に示すように、下蓋部材３４には、ロッド５０の非円形軸部５２と同じ断面形状の非円形係合孔５５が形成されている。また、下蓋部材３４のうち非円形軸部５２が形成された部分は、摺動材で構成されている。そして、非円形軸部５２が非円形係合孔５５が貫通している。これにより、ロッド５０は筒形ケース３１に対して直動を許容された状態で回転を禁止され、ロータ４２が筒形ケース３１に対して一方向に回転すると、例えば、ロッド５０が上方に向かって直動し、ロータ４２が筒形ケース３１に対して他方向に回転すると、例えば、ロッド５０が下方に向かって直動する。また、ロータ４２が一方向に回転し続けると、やがてストッパ当接突部５４と第２回転ストッパ３７Ｂとが当接して、それ以上はロータ４２が一方向に回転できなくなると共にロッド５０が上方に移動できなくなる。これとは逆に、ロータ４２が他方向に回転し続けると、やがてストッパ当接突部５４と第１回転ストッパ３７Ａとが当接して（図１参照）、それ以上はロータ４２が他方向に回転できなくなると共にロッド５０が下方に移動できなくなる。即ち、ストッパ当接突部５４と第１及び第２の回転ストッパ３７Ａ，３７Ｂとによってロッド５０の直動範囲が規制されようになっている。

図１に示すように、下蓋部材３４には、円板状のフランジ部３４Ｆが備えられ、その外周面に形成された０リング溝３４Ｍに０リング３４Ｎが収容されている。また、フランジ部３４Ｆは、円形凹部１５に嵌合され、前述の薄肉部１５Ｈをカシメることで抜け止めされている。なお、界磁巻線ユニット４０は、フランジ部３４Ｆが円形凹部１５に抜け止めされた後に、筒形ケース３１に嵌合されてベース部材１１にビス１２Ｃで固定される。

本実施形態のモータ駆動弁１０の構成に関する説明は以上である。次に、このモータ駆動弁１０の作用効果について述べる。本実施形態のモータ駆動弁１０では、ロータ４２を回転させてロッド５０を直動させることで弁口１６Ｋの開度が変更され、第１と第２の流路１４Ａ，１４Ｂの間を流れる流量を制御することができる。ここで、本実施形態のモータ駆動弁１０では、ロッド５０とロータ４２とが分離され、ロータ４２が転がり軸受け３５，３５にて直動不能かつ回転可能に支持され、ロッド５０のみが直動するので、ロータとロッドとが一体になって直動する従来のものに比べて、ロータ４２の回転をロッド５０の直動に変換する螺合部分、即ち、雌螺子部材３６及び雄螺子部５１の負荷が抑えられ、摩耗も抑えられて、耐久性が高くなる。また、ロータ４２を筒状にしてその内側に備えた雌螺子部材３６及び雄螺子部５１を配置したので、モータ駆動弁１０全体をロータ４２の回転軸方向でコンパクトにすることができる。さらには、ロッド５０の直動可能範囲を限定する第１と第２の回転ストッパ３７Ａ，３７Ｂをロータ４２の内部に配置したので、このことによってもモータ駆動弁１０がコンパクトになる。

なお、本実施形態のモータ駆動弁１０では、ロッド５０のストッパ当接突部５４の第１回転ストッパ３７Ａとの当接により、ロッド５０の下端位置が決められ、弁口１６Ｋは弁体５３によって全閉されず、少なくとも弁座部１６Ｚと弁体５３との間に隙間が形成されるようになっているが、ストッパ当接突部５４と第１回転ストッパ３７Ａとが当接する前に、弁体５３が弁座部１６Ｚに当接して弁口１６Ｋが全閉される構成にしてもよい。その場合、弁体５３は、回転せずに直動のみで弁座部１６Ｚに当接することになるので、回転しながら直動して弁体が弁座に当接する従来のものに比べて弁座部１６Ｚと弁体５３の摩耗が抑えられる。また、弁体５３が弁座部１６Ｚに当接可能な構成にした場合、弁体５３をロッド５０と別体にしてロッド５０に直動可能に組み付けかつスプリングで弁座部１６Ｚ側に付勢することが好ましい。

［第２実施形態］
本実施形態のモータ駆動弁１０Ｖは、図３に示されており、前記第１実施形態の下蓋部材３４とは異なる構造の下蓋部材６０（本発明の「ボディ」，「蓋部材」に相当する）を備えている。下蓋部材６０は、第１実施形態の下蓋部材３４のフランジ部３４Ｆから下方に円柱状の延長部６１を備え、その延長部６１に対応してベース部材１１Ｖ（本発明の「蓋支持部材」に相当する）の円形凹部１５Ｖ（本発明の「受容孔」に相当する）が深くなっている。また、第１実施形態で説明した第１と第２の流路１４Ａ，１４Ｂ及びロッド受容孔１６は、下蓋部材６０とベース部材１１Ｖとに跨がるように形成されていて、それらロッド受容孔１６等のうち下蓋部材６０に形成されている部分が本発明に係る蓋流路６２をなし、その蓋流路６２に弁口１６Ｋが備えられている。

本実施形態のモータ駆動弁１０Ｖの構成に関する説明は以上である。このモータ駆動弁１０Ｖによれば、モータ３０の筒形ケース３１の一端を閉塞する下蓋部材６０に弁口１６Ｋ及び非円形係合孔５５が備えられているので、ベース部材１１Ｖに弁口１６Ｋ及び非円形係合孔５５を設けた場合に比べて、ロッド５０と弁口１６Ｋ及び非円形係合孔５５との位置合わせを容易に行うことができる。

［第３実施形態］
本実施形態のモータ駆動弁１０Ｗは、図４に示されており、下蓋部材６０Ｗのフランジ部３４Ｆの外周面と、ベース部材１１Ｗの円形凹部１５Ｖの内周面とに互いに螺合する螺子部６３を備えた構造になっている。この構成によれば、ベース部材１１Ｗに対する下蓋部材６０Ｗの組み付け作業が容易になる。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）前記実施形態では、ロータ４２が、筒形ケース３１に転がり軸受３５により回転可能に支持されていたが、滑り軸受けによってロータ４２が筒形ケース３１に回転可能に支持された構造にしてもよい。

（２）前記実施形態では、ロッド５０に雄螺子部５１を備える一方、ロータ４２に雌螺子部材３６を備えた構成になっていたが、それとは逆の構成にしてもよい。即ち、例えば、雄螺子部５１の上端部を上面開放の筒状にしてその内面に雌螺子を形成する一方、ロータ４２の内部に天井壁を設けてその天井壁から雄螺子を垂下して雄螺子部５１の上端部の雌螺子に螺合させてもよい。

（３）前記実施形態のベース部材１１，１１Ｖ，１１Ｗは、アルミ合金、ステンレス等の金属であってもよいし、樹脂であってもよい。

１０，１０Ｖ，１０Ｗ モータ駆動弁
１１ ベース部材（ボディ）
１１Ｖ，１１Ｗ ベース部材（蓋支持部材）
３０ モータ
３６ 雌螺子部材（螺合係合部）
３６Ａ 雌螺子孔
３７Ａ 第１回転ストッパ
３７Ｂ 第２回転ストッパ
４２ ロータ
５０ ロッド
５１ 雄螺子部（螺合係合部）
５２ 非円形軸部（直動係合部）
５３ 弁体
５４ ストッパ当接突部
５５ 非円形係合孔（直動係合部）
６０，６０Ｗ 下蓋部材（ボディ，蓋部材）
６２ 蓋流路

Claims (3)

1. 先端に弁体（５３）を備えたロッド（５０）をモータ（３０）によりボディ（１１，６０）に対して直動させて、前記ボディ（１１，６０）に備えた弁口（１６Ｋ）の開度を変更するモータ駆動弁（１０，１０Ｖ，１０Ｗ）において、
   前記モータ（３０）に設けられ、前記ロッド（５０）の同軸上に配置されかつ転がり軸受（３５）で回転可能に支持された筒状のロータ（４２）と、
   前記ロータ（４２）の内側に設けられて前記ロータ（４２）と一体に回転する第１螺合部（３６Ａ）と、
   前記ロッド（５０）に設けられ、前記第１螺合部（３６Ａ）に螺合した第２螺合部（５２）と、
   前記ロッド（５０）に設けられた断面非円形の非円形軸部（５２）と、
   前記ボディ（１１，６０）に設けられて前記非円形軸部（５２）が貫通し、その非円形軸部（５２）の直動を許容しかつ回転を禁止する非円形係合孔（５５）とを備えたモータ駆動弁（１０，１０Ｖ，１０Ｗ）。
2. 前記ロッド（５０）のうち前記ロータ（４２）内に配置された部分から側方に突出したストッパ当接突部（５４）と、
   前記ロータ（４２）の内周面から突出し、前記ロッド（５０）が、その直動可能範囲の一端に位置したときに前記ストッパ当接突部（５４）に対して前記ロータ（４２）の一方の回転方向から当接する第１回転ストッパ（３７Ａ）と、
   前記ロータ（４２）の内周面から突出しかつ前記第１回転ストッパ（３７Ａ）に対して前記ロータ（４２）の回転軸方向でずれた位置に配置されて、前記ロッド（５０）が、その直動可能範囲の他端に位置したときに前記ストッパ当接突部（５４）に対して前記ロータ（４２）の他方の回転方向から当接する第２回転ストッパ（３７Ｂ）とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動弁（１０，１０Ｖ，１０Ｗ）。
3. 前記モータ（３０）に設けられ、前記ロータ（４２）を収容しかつ少なくとも一端が開放した筒形ケース（３１）と、
   前記筒形ケース（３１）の一端の開放口を閉塞した状態に固定されかつ前記弁口（１６Ｋ）及び前記非円形係合孔（５５）を有する前記ボディとしての蓋部材（６０）と、
   前記蓋部材（６０）に形成され、前記弁口（１６Ｋ）に繋がった蓋流路（６２）と、
   前記蓋部材（６０）が嵌合した受容孔（１５Ｖ）を有すると共に、前記蓋流路（６２）に連通した流路（６３）を有する蓋支持部材（１１Ｖ，１１Ｗ）とを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ駆動弁（１０Ｖ，１０Ｗ）。

Images