JP2016156447A

JP2016156447A - 電動弁及びその組立方法

Info

Publication number: JP2016156447A
Application number: JP2015034537A
Authority: JP
Inventors: 共存大内; Tomoari Ouchi; 菅沼　威; Takeshi Suganuma; 威菅沼; 康平菱谷; Kohei Hishitani
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2015-02-24
Publication date: 2016-09-01
Anticipated expiration: 2035-02-24
Also published as: CN105909804B; CN105909804A; JP6563213B2

Abstract

【課題】負荷トルクの変化率に基づいて、制御用原点出しを行う際の組立用基準位置を正確に検出することができ、もって、流量等の制御精度を可及的に向上できる電動弁及びその組立方法を提供する。【解決手段】弁体付勢ばね２４の付勢力により弁体２５が弁座１１ａに押し付けられた押圧閉弁状態を作り出すべく、昇降駆動機構により弁軸２１を一方向に回転させながら下降させて弁体２５を弁座１１ａに着座させた後、さらに弁軸２１を弁体付勢ばね２４の付勢力に抗して閉弁方向ストッパ機構により定められる制御用原点位置まで下降させるようにされ、当該電動弁１の組立時において、弁軸２１を制御用原点位置よりさらに所定量だけ下降させた組立用基準位置を検出するための、固定ストッパ２９と可動ストッパ２７とからなる組立用ストッパ機構が弁体２５と弁軸２１との間に設けられてなる。【選択図】図３

Description

本発明は、ヒートポンプ式冷暖房システム等に組み込まれて使用される電動弁に係り、特に、ロータの回転を利用してねじ送りにより弁体を弁座から接離させるタイプの電動弁及びその組立方法に関する。

この種の電動弁として、弁体が弁座に着座した後も弁体付勢ばねが所定量圧縮されるまでは弁体を下降させ続け（押圧し続け）、弁体を弁座に所定の押圧力をもって押し付けた押圧閉弁状態を作り出すようにしたものが知られている（例えば特許文献１、２参照）。

このような電動弁の従来例を図１２に示し、以下、簡単に説明する（後述する本発明の実施形態のものと基本構成は略同じであるので、詳細はそちらを参照されたい）。

図示例の電動弁１’は、弁体２５と、弁体２５を軸方向に相対移動及び相対回転可能に保持する、雄ねじ部２１ｅを持つ弁軸２１と、弁体２５と弁軸２１との間に縮装された弁体付勢ばね２４と、弁軸２１の雄ねじ部２１ｅが螺合する雌ねじ部１５ｉを持つガイドステム１５及び弁体２５が接離する弁座１１ａが設けられた弁本体１０と、弁軸２１をガイドステム１５に対して回転させながら昇降させるためのロータ３０及びステータ５０を有する昇降駆動機構と、弁軸２１の制御用原点位置を定める閉弁方向ストッパ機構（固定ストッパ５５、可動ストッパ３５）と、を備え、弁体付勢ばね２４の付勢力により弁体２５が弁座１１ａに押し付けられた押圧閉弁状態を作り出すべく、前記昇降駆動機構により弁軸２１を一方向に回転させながら下降させて弁体２５を弁座１１ａに着座させた後、さらに弁軸２１を弁体付勢ばね２４の付勢力に抗して、閉弁方向ストッパ機構により定められる制御用原点位置、言い換えれば、閉弁方向ストッパ機構を構成する固定ストッパ５５に可動ストッパ３５が接当係止される前記制御用原点位置まで下降させるようにされる。

かかる電動弁１’の動作をより具体的に説明する。

すなわち、ステータ５０に閉弁方向用駆動パターンとなるパルス（正転パルスと称することがある）を供給することにより、ロータ３０及び弁軸２１が一方向（例えば、平面視時計回り）に回転せしめられ、雌ねじ部１５ｉと雄ねじ部２１ｅからなるねじ送り機構により、弁軸２１及び閉弁方向用可動ストッパ３５が回転しながら下降し、弁体２５が弁座１１ａに着座して弁口が閉じられる。

この時点では、可動ストッパ３５は未だ固定ストッパ５５に接当しておらず、ロータ３０及び弁軸２１の回転下降は停止されず、弁体付勢ばね２４が所定量圧縮されるまでパルス供給が継続され、それによって、弁体２５が弁座部材１１に着座したままロータ３０、弁軸２１、弁ホルダ２３等はさらに回転しながら下降する。

このときは、弁体２５に対して弁軸２１及び弁ホルダ２３が下降するため、弁体付勢ばね２４が圧縮せしめられ、これによって弁軸２１及び弁ホルダ２３の下降力が吸収され、その後、弁体付勢ばね２４の圧縮量が所定量となったとき、可動ストッパ３５が固定ストッパ５５に接当して係止され、ロータ３０及び弁軸２１が最下降位置に達し、ステータ５０に閉弁方向用駆動パターンとなるパルス供給が続行されてもロータ３０及び弁軸２１の下降は強制的に停止される。このときの弁軸２１の位置を制御用原点位置と称し、前記着座位置から前記原点位置までの下降量Ｌａは、パルス数で換算するとＰｏ（例えば３２パルスで、これを開弁セットパルス数Ｐｏと称することがある）である。なお、本例の電動弁１’では、ステッピングモータにおける１パルス供給による回転角度、弁軸２１の雄ねじ部２１ｅのピッチ等が予め分かっているので、弁軸２１の下降量及び上昇量は、閉弁方向用駆動パターンとなる正転パルス数、開弁方向用駆動パターンとなる逆転パルス数をカウントすることにより設定できる。

このように、弁体２５が弁座１１ａに着座して弁口が閉じられた後においても、可動ストッパ３５が固定ストッパ５５に接当して係止される制御用原点位置に達するまでは、ロータ３０、弁軸２１、及び弁ホルダ２３の回転下降が継続されることにより、弁体付勢ばね２４が圧縮されるため、弁体２５が弁座１１ａに強く押し付けられ（この状態を押圧閉弁状態と称する）、弁漏れ等を確実に防止できる。

一方、上記制御用原点位置（押圧閉弁状態）からステータ５０に開弁方向用駆動パターンとなるパルス（逆転パルスと称することがある）を供給すると、ロータ３０及び弁軸２１が前記とは逆方向（例えば、平面視反時計回り）に回転せしめられ、雌ねじ部１５ｉと雄ねじ部２１ｅからなるねじ送り機構により、ロータ３０、弁軸２１、弁ホルダ２３及び開弁方向用可動ストッパ３６が回転しながら上昇し、これに伴い、弁体２５に対する押圧力が弱められ、弁体付勢ばね２４が所定量伸張して元のセット状態に戻り、弁体２５が弁座１１ａから離れ、弁口が開く。この場合、図８に示される如くに、ステータ５０への供給パルス数に応じて弁体２５のリフト量（弁開度＝流量）が定まり、さらに前記パルス供給を続けると、最終的には、全開状態となるとともに、可動ストッパ３６が開弁方向用固定ストッパ５６に接当係止され、これにより、ロータ３０、弁軸２１、及び弁ホルダ２３の回転及び上昇が強制的に停止せしめられる。

上記のような電動弁１’においては、組立時において、正確に制御用原点位置を出して、この原点位置にて閉弁方向ストッパ機構の固定ストッパ５５に可動ストッパ３５が確実に接当係止されるようにしておくことが要求される。

そのため、上記電動弁１’の組立にあたっては、例えば、次のような工程がとられる。

なお、本例では、図１３に示される如くに、弁軸２１を回転させながら昇降させるための、前記電動弁１’におけるロータ３０やステータ５０を有するステッピングモータと同一仕様の組立用モータ２１０を含む組立用モータユニット２００が予め用意されている。該ユニット２００は、ハードウェア自体はよく知られた構成の、マイクロコンピュータを内蔵するコントローラ１００、操作盤１２０等が備えられ、組立用モータ２１０の出力軸２２０は、回転伝動機構２４０を介して弁軸２１に連結されており、また、出力軸２２０には、弁軸２１に加えられる負荷トルクを検出するための、トルクセンサ１５０が付設されている。トルクセンサ１５０からコントローラ１００には、弁軸２１の負荷トルクに応じた信号が供給される。

組立にあたっては、まず、図１３に示される如くに、弁本体１０にガイドステム１５、弁座部材１１を組み付け、弁軸２１に弁ホルダ２３を組み付けるとともに、弁体２５を、間に弁体付勢ばね２４を介装させた状態で組み付けて弁軸組立体２０を得る。弁軸組立体２０の弁軸２１（の雄ねじ部２１ｅ）をガイドステム１５（の雌ねじ部１５ｉ）に螺合させる。

次に、組立用ユニット２００における操作盤１２０を操作してコントローラ１００にスタート信号を送る。そうすると、コントローラ１００は、図６（Ａ）にフローチャートで示される如くの処理を実行する。すなわち、スタート後、ステップＳ７１（以下、ステップは省略）で組立用モータ２１０に向けて正転パルスを供給するとともに、Ｓ７２でトルクセンサ１５０からの信号に基づいて負荷トルクの変化率ΔＴを算出し、続いて、Ｓ７３で負荷トルクの変化率ΔＴが予め定められたしきい値αより大きいか否かを判断し、このステップＳ７３において、変化率ΔＴがしきい値α以下であると判断された場合（Ｎｏの場合）には、変化率ΔＴがしきい値αを超えるまでステップＳ７１、７２、７３を繰り返し実行する。

ここでの処理は、図５（Ａ）における、供給パルス数が０である点から着座点までを示し、弁軸組立体２０における摩擦抵抗等により負荷トルクが緩やかに上昇するがその変化率ΔＴは通常は前記しきい値α以下となる。前記しきい値αは、弁体２５が弁座１１ａに着座した後もさらに弁軸２１が下降して弁体付勢ばね２４が圧縮せしめられるときに超えることのできる値に設定されている。

Ｓ７３において、変化率ΔＴがしきい値αを超えたと判断された場合（Ｙｅｓの場合）には、弁体２５が弁座１１ａに着座したと判断する。この着座した時点の状態が図１４に示されており、この着座点位置が組立用基準位置とされる。Ｓ７３でＹｅｓの場合は、Ｓ７４に進み、予め定められたパルス数Ｐｏ（例えば３２パルス）の正転パルスの供給を開始し、送ったパルス数をカウントする（今回のパルス数Ｐ←前回のパルス数Ｐ＋１）。

そして、Ｓ７５において、正転パルス数Ｐが予め定められたパルス数Ｐｏに達するまで、Ｓ７４を繰り返し実行し、正転パルス数Ｐがパルス数Ｐｏ以上となった場合には、Ｓ７６に進んで、正転パルスの供給を停止してこのプログラムを終了する。前記パルス数Ｐｏ（例えば３２パルス）を供給することにより、前記したように弁軸２１は、図５（Ａ）及び図１５に示される如くに、着座点位置（組立用基準位置）から制御用原点位置まで下降する（下降量Ｌｏ）。この場合、図７（Ａ）の（１）、（２）に示される如くに、図１４に示される着座点位置にあるときには、弁体付勢ばね２４の長さはＷ１であるが、図１５に示される如くに、弁軸２１がＬｏ分下降せしめられると、弁体付勢ばね２４は、前記Ｌｏ分圧縮せしめられてその長さはＷ２となる。

上記のように弁軸２１が制御用原点位置にある状態において、図１２に示される如くに、弁軸２１に閉弁方向用可動ストッパ３５をねじ込んで閉弁方向用固定ストッパ５５に接当させた状態にするとともに、その上にロータ３０を被せるようにして載せ置き、ロータ３０の連結体３２と弁軸２１の小径部２１ｂとを溶接等で固着する。これにより、ロータ３０と可動ストッパ３５は一体的に回転しながら昇降し、弁軸２１が制御用原点位置に達したときには、固定ストッパ５５に可動ストッパ３５が接当係止される。

次に、キャン４５の下端部を弁本体１０に溶接等により密封接合するとともに、キャン４５の外周にステータ５０を位置決め固定すると、電動弁１’の組立が完了する。

特開２０１２−１７２８３９号公報特開２００７−１９８３７２号公報

上記のように、従来の電動弁１’の組立においては、負荷トルクの変化率ΔＴをしきい値αと比較することにより、弁体２５が弁座１１ａに着座したか否かを判定するようにされているが、弁体２５が着座しても弁軸２１は押し下げられるので負荷トルクは緩やかに変化し、変化率ΔＴ＞しきい値αとなる着座点位置、つまり、制御用原点出しを行う際の組立用基準位置に大きな誤差が生じやすく、そのため、電動弁１’に所定数のパルスを与えても、所要の押圧閉弁状態とはならず、所望するリフト量（＝流量）が得られない等の問題が生じるおそれがあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、負荷トルクの変化率に基づいて、制御用原点出しを行う際の組立用基準位置を正確に検出することができ、もって、流量等の制御精度を可及的に向上できる電動弁及びその組立方法を提供することにある。

前記の目的を達成すべく、本発明に係る電動弁は、基本的には、弁体と、該弁体を軸方向に相対移動可能及び相対回転可能に保持する、雄ねじ部を持つ弁軸と、前記弁体と前記弁軸との間に縮装された弁体付勢ばねと、前記弁軸の雄ねじ部が螺合する雌ねじ部を持つガイドステム及び前記弁体が接離する弁座が設けられた弁本体と、前記弁軸を前記ガイドステムに対して回転させながら昇降させるためのロータ及びステータを有する昇降駆動機構と、前記弁軸の制御用原点位置を定める閉弁方向ストッパ機構と、を備え、前記弁体付勢ばねの付勢力により前記弁体が前記弁座に押し付けられた押圧閉弁状態を作り出すべく、前記昇降駆動機構により前記弁軸を一方向に回転させながら下降させて前記弁体を前記弁座に着座させた後、さらに前記弁軸を前記弁体付勢ばねの付勢力に抗して前記閉弁方向ストッパ機構により定められる前記制御用原点位置まで下降させるようにされ、前記電動弁の組立時において、前記弁軸を前記制御用原点位置よりさらに所定量だけ下降させた組立用基準位置を検出するための、固定ストッパと可動ストッパとからなる組立用ストッパ機構が前記弁体と前記弁軸との間に設けられていることを特徴としている。

好ましい一つの態様では、前記ガイドステムの円筒部に摺動自在に嵌挿される弁ホルダが前記弁軸の下部に設けられるとともに、該弁ホルダに、前記弁体が軸方向の相対移動可能及び相対回転可能に内挿されて前記弁ホルダの底部に抜け止め係止され、前記弁体と前記弁ホルダの天井部との間に前記弁体付勢ばねが縮装されるとともに、前記弁体における前記弁ホルダの底部より下側に突出している部分に鍔状部が設けられ、前記弁ホルダの底部を可動ストッパ、前記弁体の鍔状部を固定ストッパとして前記組立用ストッパ機構が構成される。

好ましい他の態様では、前記ガイドステムの円筒部に摺動自在に嵌挿される弁ホルダが前記弁体の上部に設けられるとともに、該弁ホルダに、前記弁軸が軸方向の相対移動可能及び相対回転可能に内挿されて前記弁ホルダの天井部に抜け止め係止され、前記弁体と前記弁軸に外嵌固定されたばね受け部材との間に前記弁体付勢ばねが縮装されるとともに、前記弁軸における前記弁ホルダの天井部より上側に位置している部分に鍔状部が設けられ、前記弁ホルダの天井部を固定ストッパ、前記弁軸の鍔状部を可動ストッパとして前記組立用ストッパ機構が構成される。

好ましい他の態様では、前記ガイドステムの円筒部に摺動自在に嵌挿される弁ホルダが前記弁軸の下部に設けられるとともに、該弁ホルダに、前記弁体が軸方向の相対移動可能及び相対回転可能に内挿されて前記弁ホルダの底部に抜け止め係止され、前記弁体の上部に設けられたばね受け部材と前記弁ホルダの天井部との間に前記弁体付勢ばねが縮装され、前記弁ホルダの天井部を可動ストッパ、前記ばね受け部材を固定ストッパとして前記組立用ストッパ機構が構成される。

好ましい他の態様では、前記ガイドステムの円筒部に摺動自在に嵌挿される弁ホルダが前記弁体の上部に設けられるとともに、該弁ホルダに、前記弁軸が軸方向の相対移動可能及び相対回転可能に内挿されて前記弁ホルダの天井部に抜け止め係止され、前記弁体の上部に設けられた下側ばね受け部材と前記弁軸の下部に設けられた上側ばね受け部材との間に前記弁体付勢ばねが縮装され、前記下側ばね受け部材を固定ストッパ、前記上側ばね受け部材を可動ストッパとして前記組立用ストッパ機構が構成される。

好ましい態様では、前記弁軸が前記組立用基準位置まで下降せしめられたときの前記弁体付勢ばねの圧縮量が、前記弁軸が前記制御用原点位置まで下降せしめられたときの圧縮量より大きく、かつ、前記弁体付勢ばねが塑性変形を生じる圧縮量より小さくなるように各部の寸法形状が設定される。

他の好ましい態様では、前記弁軸が前記組立用基準位置まで下降せしめられたときの前記弁体付勢ばねの圧縮量が、前記弁軸が前記制御用原点位置まで下降せしめられたときの圧縮量の整数倍となるように各部の寸法形状が設定される。

一方、本発明に係る電動弁の組立方法は、上記した構成の電動弁についてのもので、前記弁本体に前記ガイドステムを組み付けるとともに、前記弁軸に前記弁体をその間に前記弁体付勢ばねを介装させた状態で組み付けて弁軸組立体を得、該弁軸組立体の弁軸を前記ガイドステムに螺合させ、予め用意されている組立用モータにより、前記弁体が前記弁座から離れた状態から前記弁軸を一方向に回転させながら下降させるとともに、このときの負荷トルクの変化率を算出し、該負荷トルクの変化率が予め定められたしきい値より大きくなったとき、前記弁軸の下降を停止し、続いて、前記組立用ストッパ機構の可動ストッパが固定ストッパに接当するまでの設計値としての下降量から前記弁軸における前記弁体が前記弁座に着座した位置から前記制御用原点位置までの設計値としての下降量を差し引いた量だけ他方向に回転させながら上昇させて停止させ、この停止状態において、前記弁軸に前記ロータ及び前記閉弁方向用ストッパの可動ストッパを閉弁方向用固定ストッパに接当させた状態で組み付けて固定することを特徴としている。

本発明に係る電動弁では、弁体と弁軸との間に固定ストッパと可動ストッパからなる組立用ストッパ機構が設けられ、組立時において、弁軸を下降させて固定ストッパに可動ストッパを接当させて、負荷トルクを大きく変化させ、この負荷トルクが大きく変化する変曲点を検出してそこを組立用基準位置としているので、従来のように負荷トルクの変化がさほど大きくない着座点付近を組立用基準位置とする場合に比べて、制御用原点出しをより的確に行うことができ、その結果、流量等の制御精度を可及的に向上することができる。

（Ａ）は本発明に係る電動弁の第１実施形態を示す縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ矢視図。図１に示される電動弁の組立方法の説明に供される、初期セット状態を示す縦断面図。図１に示される電動弁の組立方法の説明に供される、組立用基準位置を示す縦断面図。図１に示される電動弁の組立方法の説明に供される、制御用原点位置を示す縦断面図。（Ａ）は従来の、（Ｂ）は本発明の、それぞれ電動弁の組立方法の説明に供される、負荷トルク−ねじ送り量関係図。（Ａ）は従来の、（Ｂ）は本発明の、それぞれ電動弁の組立方法の説明に供される、組立時制御用原点出しプログラムの一例を示すフローチャート。（Ａ）は従来の、（Ｂ）は本発明の、それぞれ弁体付勢ばねの圧縮量の説明に供される図。電動弁における流量と供給パルス数との関係を示すグラフ。本発明に係る電動弁の第２実施形態を示す縦断面図。本発明に係る電動弁の第３実施形態を示す縦断面図。本発明に係る電動弁の第４実施形態を示す縦断面図。従来の電動弁の一例を示す縦断面図。図１２に示される電動弁の組立方法の説明に供される、初期セット状態を示す縦断面図。図１２に示される電動弁の組立方法の説明に供される、着座位置（組立用基準位置）を示す縦断面図。図１２に示される電動弁の組立方法の説明に供される、制御用原点位置を示す縦断面図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

［第１実施形態］
図１（Ａ）は、本発明に係る電動弁の第１実施形態を示す縦断面図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ矢視図（ロータの上面図）、図２〜図４は、図１に示される電動弁の組立方法（制御用原点出し）の説明に供される図である。

図示電動弁１は、上面が開口した有底円筒状の弁本体１０、該弁本体１０の上端面部外周側にその下端部が溶接等により密封接合されたキャン４５、弁本体１０の上端面部内周側に溶接等により固定された鍔状円板１８付きのガイドステム１５、該ガイドステム１５の小径上部１５ｂに形成された雌ねじ部１５ｉに、その軸状部２１ａ外周に形成された雄ねじ部２１ｅが螺合せしめられた弁軸２１、該弁軸２１に一体回動可能に連結固定されたロータ３０、及び該ロータ３０を回転駆動すべく前記キャン４５の外周に外嵌されたステータ５０を備えている。

ここでは、ロータ３０とステータ５０とでステッピングモータが構成され、また、ガイドステム１５の雌ねじ部１５ｉと弁軸２１の雄ねじ部２１ｅとでねじ送り機構が構成され、前記ステッピングモータとねじ送り機構とで弁軸２１を回転させながら昇降させるための昇降駆動機構が構成されている。

前記弁本体１０は、金属板材を素材としてプレス加工により作製されたもので、その底部１０ｂには、弁座（弁口）１１ａを有する弁座部材１１がろう付け等で固定され、その上部にはガイドステム１５の下部が挿入されている。

前記弁本体１０の弁室１２の一側方には、管継手からなる第１入出口６が、また、弁座部材１１には、管継手からなる第２入出口７がそれぞれろう付け等により接合されている。

前記弁軸２１は、前記ロータ３０の連結体３２が外嵌せしめられる小径部２１ｂ、ガイドステム１５の雌ねじ部１５ｉに螺合する雄ねじ部２１ｅ、及び、該雄ねじ部２１ｅより下側の鍔状部２１ｄ及びかしめ部２１ｆ付きの下部連結部２１ｃを有し、該弁軸２１の下端部には、そのかしめ部２１ｆにその天井穴部分が連結固定され、ガイドステム１５の大径円筒状胴部１５ａに摺動自在に嵌挿された天井部２３ｂ付き円筒状の弁ホルダ２３が保持され、該弁ホルダ２３の円筒部２３ａ下部には、弁体２５の上部が摺動自在に挿入されている。

弁体２５は、逆円錐面部を有する弁座（弁口）１１ａ内にその下部が挿入されて着座する逆円錐台状の弁体部２５ａ、該弁体部２５ａの上部に連なる円柱状胴部２５ｂ、及び、この円柱状胴部２５ｂの上部に圧入・溶接等により外嵌固定された厚肉の抜止スリーブ２５ｃを有することに加えて、前記円柱状胴部２５ｂの下部の所定部位には鍔状部２９が設けられている。ここで、前記弁ホルダ２３の下端部に固定された底板部２７の通し穴に挿通される前記円柱状胴部２５ｂ（の上部）の外径は、前記弁座（弁口）１１ａの口径よりも大きくされている。

弁ホルダ２３の下端部には、前記弁体２５（の抜止スリーブ２５ｃ）を、間に薄肉の環状円板２８を挟んで抜け止め係止するとともに、通し穴が設けられた厚肉板からなる底板部２７がかしめ・溶接等により保持固定されている。

一方、弁体２５の上面には、断面外形がハット形のばね受け部材２６が乗せられ、このばね受け部材２６の鍔状部と弁ホルダ２３の天井部２３ｂとの間には弁体押圧兼緩衝用の圧縮コイルばねからなる弁体付勢ばね２４が縮装されており、弁体２５は弁体付勢ばね２４により常時下向きに付勢されている。

ここで、前記弁体２５に設けられた鍔状部２９及び弁ホルダ２３に設けられた該弁ホルダ２３の底部を構成する底板部２７は、それぞれ後述する組立時（組立用基準位置を検出するため）の便宜を図るための組立用ストッパ機構の固定ストッパ及び可動ストッパとなる（詳細は後述）。

上記した弁軸２１、弁ホルダ２３、弁体２５、及び弁体付勢ばね２４は、弁体２５が弁座１１ａから離隔している状態（開弁状態）においては実質的に一体的に回転しながら昇降せしめられる。

この場合、図２に示される如くの開弁状態（組立初期状態）においては、弁体２５の抜止スリーブ２５ｃは、間に環状円板２８を挟んで底板部２７に対接係止されており、底板部２７の下面と前記鍔状部２９の上面、言い換えれば、組立用ストッパ機構の可動ストッパ（底板部）２７と固定ストッパ（鍔状部）２９とは、所定の距離Ｌｐだけ離隔している（組立については後で詳述する）。

また、ロータ３０及び弁軸２１の制御用原点位置を設定すべく、ガイドステム１５の小径上部１５ｂの上面には、所定の幅、高さ、奥行きを持つ断面矩形の閉弁方向用固定ストッパ５５が上向きに突設され、ガイドステム１５の大径円筒状胴部１５ａの上部には所定の幅、高さ、奥行きを持つ断面矩形の開弁方向用固定ストッパ５６が下向きに突設されている。

弁軸２１における雄ねじ部２１ｅの上端部には、閉弁方向用可動ストッパ３５が螺合せしめられてロータ３０の円板状天井部に抜け止め係止されている。この閉弁方向用可動ストッパ３５は、雄ねじ部２１ｅに螺合する平面視外形が六角形でその一辺が円弧状とされたナット部３５ａとこのナット部３５ａから下向きに突設された所定の幅、高さ、奥行きを持つ断面矩形のストッパ部３５ｓとからなっている。

また、弁軸２１の雄ねじ部２１ｅの下端部には、前記開弁方向用固定ストッパ５６に接当係止される開弁方向用可動ストッパ３６が螺合せしめられて前記弁ホルダ２３の天井部２３ｂに抜け止め係止されている。この開弁方向用可動ストッパ３６は、雄ねじ部２１ｅに螺合するナット部３６ａとこのナット部３６ａから上向きに突設された所定の幅、高さ、奥行きを持つ断面矩形のストッパ部３６ｓとからなっている。

前記ロータ３０は、天井付き円筒状のマグネット３１とこれの天井部に一体結合された連結体３２とからなり、連結体３２は、弁軸２１における小径部２１ｂに外嵌されるとともに、前記閉弁方向用可動ストッパ３５上に載せられて前記小径部２１ｂに溶接固定されている。

ここで、前記ロータ３０の天井部の下面側には、図１（Ｂ）に破線で示される如くに、両端部が平面視でＤ字状に形成されたＤカット部を備えた凹部３３が設けられ、この凹部３３に形成されたＤカット部以外の円弧状とされた部分に前記閉弁方向用可動ストッパ３５のナット部３５ａの円弧状とされた一辺が接当した状態で嵌め込まれ、Ｄカット部に前記ナット部３５ａの他の２辺が接当した状態で嵌め込まれており、これにより、ロータ３０と閉弁方向用可動ストッパ３５と弁軸２１とは、一体的に回転しながら昇降せしめられる。

一方、前記キャン４５の外周には、ヨーク５１、ボビン５２、コイル５３、樹脂モールド５４等からなるステータ５０が外嵌されている。このステータ５０は、その底部に設けられた位置決め固定具（図示省略）により、弁本体１０に対して所定の位置に位置決め固定されている。

また、本実施形態の電動弁１には、当該電動弁１の動作（流量）制御等を行うべく、マイクロコンピュータを内蔵したコントローラが備えられている。コントローラは、当該電動弁１が組み込まれているシステム内に配置された各センサ類や操作盤（リモコン）等からの信号に基づき所要の演算処理を行い、電動弁１のステータ５０に駆動パルスを供給する。

これにより、電動弁１のロータ３０が供給パルス数に応じた分だけ回転する。ロータ３０が回転せしめられると、それと一体に弁軸２１が回転せしめられ、このとき、前記ねじ送り機構により弁軸２１が弁体２５を伴って昇降せしめられ、これによって、冷媒の通過流量が調整される。

かかる電動弁１の動作をより具体的に説明する。

このときは、弁体２５に対して弁軸２１及び弁ホルダ２３が下降するため、弁体付勢ばね２４が圧縮せしめられ、これによって弁軸２１及び弁ホルダ２３の下降力が吸収され、その後、弁体付勢ばね２４の圧縮量が所定量となったとき、可動ストッパ３５が固定ストッパ５５に接当して係止され、ロータ３０及び弁軸２１が最下降位置に達し、ステータ５０に閉弁方向用駆動パターンとなるパルス供給が続行されてもロータ３０及び弁軸２１の下降は強制的に停止される。このときの弁軸２１の位置を制御用原点位置と称し、前記着座位置から前記原点位置までの下降量Ｌｏは、パルス数で換算するとＰｏ（例えば３２パルスで、これを開弁セットパルス数Ｐｏと称することがある）である。なお、本例の電動弁１では、ステッピングモータにおける１パルス供給による回転角度、弁軸２１の雄ねじ部２１ｅのピッチ等が予め分かっているので、弁軸２１の下降量及び上昇量は、閉弁方向用駆動パターンとなる正転パルス数、開弁方向用駆動パターンとなる逆転パルス数をカウントすることにより設定できる。

上記のような電動弁１においては、組立時において、正確に制御用原点位置を出して、この原点位置にて閉弁方向ストッパ機構の固定ストッパ５５に可動ストッパ３５が確実に接当係止されるようにしておくことが要求される。

そのため、上記電動弁１の組立にあたっては、例えば、次のような工程がとられる。

なお、本例では、図２に示される如くに、弁軸２１を回転させながら昇降させるための、前記電動弁１におけるロータ３０やステータ５０を有するステッピングモータと同一仕様の組立用モータ２１０を含む組立用モータユニット２００が予め用意されている。該ユニット２００は、ハードウェア自体はよく知られた構成の、マイクロコンピュータを内蔵するコントローラ１００、操作盤１２０等が備えられ、組立用モータ２１０の出力軸２２０は、回転伝動機構２４０を介して弁軸２１に連結されており、また、出力軸２２０には、弁軸２１に加えられる負荷トルクを検出するための、トルクセンサ１５０が付設されている。トルクセンサ１５０からコントローラ１００には、弁軸２１の負荷トルクに応じた信号が供給される。

組立にあたっては、まず、図２に示される如くに、弁本体１０にガイドステム１５、弁座部材１１を組み付け、弁軸２１に弁ホルダ２３を組み付けるとともに、弁体２５を、間に弁体付勢ばね２４を介装させた状態で組み付けて弁軸組立体２０を得る。弁軸組立体２０の弁軸２１（の雄ねじ部２１ｅ）をガイドステム１５（の雌ねじ部１５ｉ）に螺合させる。

次に、組立用ユニット２００における操作盤１２０を操作してコントローラ１００にスタート信号を送る。そうすると、コントローラ１００は、図６（Ｂ）にフローチャートで示される如くの処理を実行する。すなわち、スタート後、ステップＳ８１（以下、ステップは省略）で組立用モータ２１０に向けて正転パルスを供給するとともに、Ｓ８２でトルクセンサ１５０からの信号に基づいて負荷トルクの変化率ΔＴを算出し、続いて、Ｓ８３で負荷トルクの変化率ΔＴが予め定められたしきい値βより大きいか否かを判断し、このステップＳ８３において、変化率ΔＴがしきい値β以下であると判断された場合（Ｎｏの場合）には、変化率ΔＴがしきい値βを超えるまでステップＳ８１、８２、８３を繰り返し実行する。

この処理は、図５（Ｂ）における、供給パルス数が０である点から組立用可動ストッパ２７が固定ストッパ２９に接当する、組立用基準位置までを示す。ここで、組立用可動ストッパ２７が固定ストッパ２９に接当係止されると、負荷トルクが垂直に近い角度で増大し、負荷トルクの変化率ΔＴが急激に大きくなるため、前記しきい値βを、弁体付勢ばね２４が圧縮（弾性変形）されている状態ではとり得ない程度の大きな値に設定することができ、そのため、組立用可動ストッパ２７が固定ストッパ２９に接当する組立用基準位置を正確にかつ確実に検出することができる。

Ｓ８３において、変化率ΔＴがしきい値βを超えたと判断された場合（Ｙｅｓの場合）には、組立用可動ストッパ２７が固定ストッパ２９に接当係止された組立用基準位置まで来ていると判断する。この組立用基準位置にある状態が図３に示されている。Ｓ８３でＹｅｓの場合は、Ｓ８４に進み、予め定められたパルス数Ｐｒの逆転パルスの供給を開始し、送ったパルス数をカウントする（今回のパルス数Ｐ’←前回のパルス数Ｐ’＋１）。ここで、逆転パルス数Ｐｒは、組立用可動ストッパ２７が固定ストッパ２９に接当するまでの、設計値としての下降量Ｌｐから、前述した着座点位置から制御用原点位置までの下降量Ｌｏを差し引いた戻し量Ｌｒ（Ｌｒ＝Ｌｐ−Ｌｏ）に相当するパルス数とされる。本例では、下降量Ｌｐ、下降量Ｌｏ、戻し量（上昇量）Ｌｒは、設計値として予め設定されており、下降量Ｌｏは、パルス数Ｐｏ（例えば３２パルス）に換算され、下降量Ｌｐは、下降量Ｌｏの２倍、つまり、パルス数Ｐｏ（例えば３２パルス）の２倍のパルス数Ｐｐ（例えば６４パルス）に換算され、上昇量Ｌｒは、パルス数Ｐｐ（例えば６４パルス）からパルス数Ｐｏ（例えば３２パルス）を差し引いたパルス数Ｐｒ（例えば３２パルス）に換算される。

そして、Ｓ８５において、逆転パルス数Ｐ’が戻しパルス数Ｐｒに達するまで、Ｓ８４を繰り返し実行し、逆転パルス数Ｐ’がパルス数Ｐｒ以上となった場合には、Ｓ８６に進んで、逆転パルスの供給を停止してこのプログラムを終了する。前記逆転パルス数Ｐｒ（例えば３２パルス）を供給することにより、前記したように弁軸２１は、図５（Ｂ）及び図４に示される如くに、組立用可動ストッパ２７が固定ストッパ２９に接当する組立用基準位置から制御用原点位置まで上昇する（上昇量Ｌｒ）。この場合、図５（Ｂ）、図７（Ｂ）の（１）、（２）、（３）に示される如くに、図２に示される初期セット位置にあるときには、弁体付勢ばね２４の長さはＷ１であるが、図３、図４に示される如くに、弁軸２１がｂ＝Ｌｐ分下降せしめられると、弁体付勢ばね２４は、前記Ｌｐ分圧縮せしめられてその長さはＷ３となる。その後、弁軸２１がＬｒ分上昇せしめられると、弁体付勢ばね２４は、前記Ｌｒ分伸長してその長さはＷ２となり、このときの圧縮量はａ＝Ｌｏである。なお、圧縮量ｂ＝Ｌｐを圧縮量ａ＝Ｌｏの整数倍とすることにより、治具等を大きく変更する必要がなく、従前の治具をそのまま使うことができる。なお、ここでは、圧縮量ｂ＝Ｌｐを圧縮量ａ＝Ｌｏの整数倍としたが、圧縮量ｂ＝Ｌｐは圧縮量ａ＝Ｌｏよりも大きく、且つ弁体付勢ばね２４が弾性を維持できる圧縮量の上限までで自由に設定可能であり、例えば圧縮量ｂ＝Ｌｐを圧縮量ａ＝Ｌｏの１．５〜３．０倍の間で設定すると好適である。

上記のように弁軸２１が制御用原点位置にある状態において、図１に示される如くに、弁軸２１に閉弁方向用可動ストッパ３５をねじ込んで閉弁方向用固定ストッパ５５に接当させた状態にするとともに、その上にロータ３０を被せるようにして載せ置き、ロータ３０の連結体３２と弁軸２１の小径部２１ｂとを溶接等で固着する。これにより、ロータ３０と可動ストッパ３５は一体的に回転しながら昇降し、弁軸２１が制御用原点位置に達したときには、固定ストッパ５５に可動ストッパ３５が接当係止される。

次に、キャン４５の下端部を弁本体１０に溶接等により密封接合するとともに、キャン４５の外周にステータ５０を位置決め固定すると、電動弁１の組立が完了する。

上記のように、本実施形態の電動弁１では、弁体２５と弁軸２１との間に固定ストッパ２９と可動ストッパ２７からなる組立用ストッパ機構が設けられ、組立時において、弁軸２１を下降させて固定ストッパ２９に可動ストッパ２７を接当させて、負荷トルクを大きく変化させるようにしているので、負荷トルクの変化率に基づいて、弁軸２１を制御用原点位置よりさらに所定量だけ下降させた組立用基準位置を正確にかつ確実に検出することができる。この場合、下降量Ｌｐ、下降量Ｌｏ、戻し量（上昇量）Ｌｒは、設計値として予め設定されているので、前記組立用基準位置を正確に検出することができることと相俟って、その誤差は、従来のように弁体２５が弁座１１ａに着座した際の負荷トルクの変化の変曲点を検出する場合に比べて相当小さくなり、そのため、制御用原点出しを的確に行うことができ、その結果、流量等の制御精度を可及的に向上することができる。

［実施形態２］
図９は、本発明に係る電動弁の第２実施形態を示す縦断面図である。図示例の電動弁２において、第１実施形態の電動弁１の各部と同一構成ないし同一機能部分には共通の符号を付して重複説明を省略し、以下においては相違点のみを説明する。

本実施形態の電動弁２では、弁体６５が、逆円錐台状の弁体部６５ａ、短円柱状胴部６５ｂ、及び上部突設部６５ｃを有し、ガイドステム１５の円筒部１５ａに摺動自在に嵌挿される弁ホルダ６０が弁体６５の短円柱状胴部６５ｂの上部に固着されるとともに、該弁ホルダ６０に、弁軸２１が軸方向の相対移動可能及び相対回転可能に内挿されて当該弁ホルダ６０の天井部６０ｂに間に環状円板６６を挟んで抜け止め係止される。また、弁ホルダ６０の円筒部６０ａ内で、弁体６５の上部突設部６５ｃに外嵌された下側ばね受け部材６２と弁軸２１の下部連結部２１ｃに外嵌固定された上側ばね受け部材６１との間に弁体付勢ばね２４が縮装されるとともに、弁軸２１における弁ホルダ６０の天井部６０ｂより上側に位置している部分に鍔状部２１ｇが設けられ、弁ホルダ６０の天井部６０ｂを固定ストッパ、弁軸２１の鍔状部２１ｇを可動ストッパとして前記組立用ストッパ機構が構成されている。

このような構成とされた電動弁２では、固定ストッパとされる弁ホルダ６０の天井部６０ｂと可動ストッパとされる弁軸２１の鍔状部２１ｇとの間の離隔距離が、第１実施形態の下降量Ｌｐとされ、また、第１実施形態の下降量Ｌｏ、戻し量（上昇量）Ｌｒも同様に設定され、組立時において、弁軸２１を下降させて固定ストッパ６０ｂに可動ストッパ２１ｇを接当させて、負荷トルクを大きく変化させるようにしているので、負荷トルクの変化率に基づいて、弁軸２１を制御用原点位置よりさらに所定量だけ下降させた組立用基準位置を正確にかつ確実に検出することができる。この場合、下降量Ｌｐ、下降量Ｌｏ、戻し量（上昇量）Ｌｒは、設計値として予め設定されているので、前記組立用基準位置を正確に検出することができることと相俟って、その誤差は、従来のように弁体６５が弁座１１ａに着座した際の負荷トルクの変化の変曲点を検出する場合に比べて相当小さくなり、そのため、第１実施形態と同様に、制御用原点出しを的確に行うことができ、流量等の制御精度を可及的に向上することができる。

［実施形態３］
図１０は、本発明に係る電動弁の第３実施形態を示す縦断面図であり、図１に示された第１実施形態から弁体２５に設けられた鍔状部２９を削除して、ばね受け部材２６に固定ストッパを形成し、弁ホルダ２３に可動ストッパを設けた例を示したものである。図示例の電動弁３において、第１実施形態の電動弁１の各部と同一構成ないし同一機能部分には共通の符号を付して重複説明を省略し、以下においては相違点のみ説明する。

本実施形態の電動弁３では、弁ホルダ２３の天井部２３ｂに設けられた天井穴の周囲の部分がかしめ部２１ｆよりも下側に延長されてその下部が可動ストッパとして形成され、弁体２５の上部に設けられたばね受け部材２６が第１実施形態と比較して上側に延長されてその上部が固定ストッパとして形成され、これにより前記組立用ストッパが構成されている。

このような構成とされた電動弁３では、可動ストッパとされる弁ホルダ２３の天井部２３ｂと固定ストッパとされるばね受け部材２６との間の離間距離が、第１実施形態の下降量Ｌｐとされ、また、第１実施形態の下降量Ｌｏ、戻し量（上昇量）Ｌｒも同様に設定され、組立時において、弁軸２１を下降させて固定ストッパ２６に可動ストッパ２３ｂを当接させて、負荷トルクを大きく変化させるようにしているので、第１実施形態と同様に、負荷トルクの変化率に基づいて、弁軸２１を制御用原点位置よりさらに所定量だけ下降させた組立用基準位置を正確にかつ確実に検出することができる。

［実施形態４］
図１１は、本発明に係る電動弁の第４実施形態を示す縦断面図であり、図９に示された第２実施形態から弁軸２１に設けられた鍔状部２１ｇを削除して、弁軸２１の下端に一体に設けられた上側ばね受け部材６１に可動ストッパを形成し、下側ばね受け部材６２に固定ストッパを設けた例を示したものである。図示例の電動弁において、第２実施形態の電動弁２の各部と同一構成ないし同一機能部分には共通の符号を付して重複説明を省略し、以下においては相違点のみ説明する。

本実施形態の電動弁４では、上側ばね受け部材６１と弁軸２１とを一体に形成し、上側ばね受け部材６１の下面が下側まで延長されてその下部が可動ストッパとして形成され、弁体６５の上部に設けられた下側ばね受け部材６２が第２実施形態と比較して上側に延長されてその上部が固定ストッパとして形成され、これにより前記組立用ストッパが構成されている。

このような構成とされた電動弁４では、可動ストッパとされる上側ばね受け部材６１と固定ストッパとされる下側ばね受け部材６２との間の離間距離が、第１実施形態の下降量Ｌｐとされ、また、第１実施形態の下降量Ｌｏ、戻し量（上昇量）Ｌｒも同様に設定され、組立時において、弁軸２１を下降させて固定ストッパ６２に可動ストッパ６１を当接させて、負荷トルクを大きく変化させるようにしているので、第２実施形態と同様に、負荷トルクの変化率に基づいて、弁軸２１を制御用原点位置よりさらに所定量だけ下降させた組立用基準位置を正確にかつ確実に検出することができる。

１電動弁
１０弁本体
１１ａ弁座（弁口）
１５ガイドステム
１５ｉ雌ねじ部
２０弁軸組立体
２１弁軸
２１ｅ雄ねじ部
２３弁ホルダ
２４弁体付勢ばね
２５弁体
２６ばね受け部材
２７底板部（組立用可動ストッパ）
２９鍔状部（組立用固定ストッパ）
３０ロータ
３５閉弁方向用可動ストッパ
３６開弁方向用可動ストッパ
５０ステータ
５５閉弁方向用固定ストッパ
５６開弁方向用固定ストッパ

Claims

弁体と、該弁体を軸方向に相対移動可能及び相対回転可能に保持する、雄ねじ部を持つ弁軸と、前記弁体と前記弁軸との間に縮装された弁体付勢ばねと、前記弁軸の雄ねじ部が螺合する雌ねじ部を持つガイドステム及び前記弁体が接離する弁座が設けられた弁本体と、前記弁軸を前記ガイドステムに対して回転させながら昇降させるためのロータ及びステータを有する昇降駆動機構と、前記弁軸の制御用原点位置を定める閉弁方向ストッパ機構と、を備え、前記弁体付勢ばねの付勢力により前記弁体が前記弁座に押し付けられた押圧閉弁状態を作り出すべく、前記昇降駆動機構により前記弁軸を一方向に回転させながら下降させて前記弁体を前記弁座に着座させた後、さらに前記弁軸を前記弁体付勢ばねの付勢力に抗して前記閉弁方向ストッパ機構により定められる前記制御用原点位置まで下降させるようにされた電動弁であって、
前記電動弁の組立時において、前記弁軸を前記制御用原点位置よりさらに所定量だけ下降させた組立用基準位置を検出するための、固定ストッパと可動ストッパとからなる組立用ストッパ機構が前記弁体と前記弁軸との間に設けられていることを特徴とする電動弁。
前記ガイドステムの円筒部に摺動自在に嵌挿される弁ホルダが前記弁軸の下部に設けられるとともに、該弁ホルダに、前記弁体が軸方向の相対移動可能及び相対回転可能に内挿されて前記弁ホルダの底部に抜け止め係止され、前記弁体と前記弁ホルダの天井部との間に前記弁体付勢ばねが縮装されるとともに、前記弁体における前記弁ホルダの底部より下側に突出している部分に鍔状部が設けられ、前記弁ホルダの底部を可動ストッパ、前記弁体の鍔状部を固定ストッパとして前記組立用ストッパ機構が構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
前記ガイドステムの円筒部に摺動自在に嵌挿される弁ホルダが前記弁体の上部に設けられるとともに、該弁ホルダに、前記弁軸が軸方向の相対移動可能及び相対回転可能に内挿されて前記弁ホルダの天井部に抜け止め係止され、前記弁体と前記弁軸に外嵌固定されたばね受け部材との間に前記弁体付勢ばねが縮装されるとともに、前記弁軸における前記弁ホルダの天井部より上側に位置している部分に鍔状部が設けられ、前記弁ホルダの天井部を固定ストッパ、前記弁軸の鍔状部を可動ストッパとして前記組立用ストッパ機構が構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
前記ガイドステムの円筒部に摺動自在に嵌挿される弁ホルダが前記弁軸の下部に設けられるとともに、該弁ホルダに、前記弁体が軸方向の相対移動可能及び相対回転可能に内挿されて前記弁ホルダの底部に抜け止め係止され、前記弁体の上部に設けられたばね受け部材と前記弁ホルダの天井部との間に前記弁体付勢ばねが縮装され、前記弁ホルダの天井部を可動ストッパ、前記ばね受け部材を固定ストッパとして前記組立用ストッパ機構が構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
前記ガイドステムの円筒部に摺動自在に嵌挿される弁ホルダが前記弁体の上部に設けられるとともに、該弁ホルダに、前記弁軸が軸方向の相対移動可能及び相対回転可能に内挿されて前記弁ホルダの天井部に抜け止め係止され、前記弁体の上部に設けられた下側ばね受け部材と前記弁軸の下部に設けられた上側ばね受け部材との間に前記弁体付勢ばねが縮装され、前記下側ばね受け部材を固定ストッパ、前記上側ばね受け部材を可動ストッパとして前記組立用ストッパ機構が構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
前記弁軸が前記組立用基準位置まで下降せしめられたときの前記弁体付勢ばねの圧縮量が、前記弁軸が前記制御用原点位置まで下降せしめられたときの圧縮量より大きく、かつ、前記弁体付勢ばねが塑性変形を生じる圧縮量より小さくなるように各部の寸法形状が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
前記弁軸が前記組立用基準位置まで下降せしめられたときの前記弁体付勢ばねの圧縮量が、前記弁軸が前記制御用原点位置まで下降せしめられたときの圧縮量の整数倍となるように各部の寸法形状が設定されていることを特徴とする請求項６に記載の電動弁。
請求項１に記載の電動弁の組立方法であって、前記弁本体に前記ガイドステムを組み付けるとともに、前記弁軸に前記弁体をその間に前記弁体付勢ばねを介装させた状態で組み付けて弁軸組立体を得、該弁軸組立体の弁軸を前記ガイドステムに螺合させ、予め用意されている組立用モータにより、前記弁体が前記弁座から離れた状態から前記弁軸を一方向に回転させながら下降させるとともに、このときの負荷トルクの変化率を算出し、該負荷トルクの変化率が予め定められたしきい値より大きくなったとき、前記弁軸の下降を停止し、続いて、前記組立用ストッパ機構の可動ストッパが固定ストッパに接当するまでの設計値としての下降量から前記弁軸における前記弁体が前記弁座に着座した位置から前記制御用原点位置までの設計値としての下降量を差し引いた量だけ他方向に回転させながら上昇させて停止させ、この停止状態において、前記弁軸に前記ロータ及び前記閉弁方向用ストッパの可動ストッパを閉弁方向用固定ストッパに接当させた状態で組み付けて固定することを特徴とする電動弁の組立方法。