JP2016220403A - ステータユニット及びそれを用いた電動弁 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの大幅な増加を招くことなく、簡単な構成でもって防錆性能・耐腐食性能を効果的に高めることのできるステータユニット及びそれを用いた電動弁を提供する。【解決手段】ヨーク５１の内周側に環状に配設された各磁極歯５６の内周面の少なくとも一部が、ヨーク５１とステータコイル５３との外周にモールドされたモールド樹脂５５で被覆されている。【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機、冷凍機等の冷凍サイクルに流量制御弁等として組み込まれて使用される電動弁に装備されるステータユニットに係り、特に、防錆性・耐腐食性に優れたステータユニット及びそれを用いた電動弁に関する。

この種のステータユニット（以下、単にステータと称することがある）を備えた電動弁の従来例を図７に示す。図示従来例のステータ５０’を備えた電動弁１’は、流体が導入導出される弁室２１及び該弁室２１に開口する弁座２３付き弁口２２を有する弁本体２０と、弁室２１内に配在された弁体２４を有する弁軸２５と、弁本体２０に固着されたキャン４０と、キャン４０の内側に回転自在に配在されたロ−タ３０とキャン４０（の円筒状部分）に外嵌されたステータ５０’とで構成されるステッピングモータと、ロータ３０の回転を弁座２３に対する弁体２４の進退動に変換する駆動機構と、を備え、弁座２１に対する弁体２４のリフト量（弁開度）を制御することにより、冷媒等の流体の通過流量を調整するようになっている。また、前記駆動機構は、例えば、ロータ３０と一体的に連結された弁軸２５が摺動自在に内挿されたガイドブッシュ２６の外周に形成された固定ねじ部（雄ねじ部）２８と、そのガイドブッシュ２６の外周に配在された弁軸ホルダ２７の内周に形成された移動ねじ部（雌ねじ部）２９とからなるねじ送り機構で構成されている。

キャン４０に外嵌されるステータ５０’は、基本的に、ヨーク５１、ボビン５２、ステータコイル５３、及びモールド樹脂５５等から構成され、磁性材により構成されるヨーク５１にボビン５２を介してステータコイル５３を捲回した円筒形状のステータ半体（ステータ上半体５４ａ、ステータ下半体５４ｂ）を上下２段で重ねて配置し（ステータ組立体５４）、そのステータ組立体５４の外周をモールド樹脂５５でモールドした構成とされている。また、各ステータ半体５４ａ、５４ｂのステータコイル５３には、給電のためのリード端子５９が一部をモールド樹脂５５から露出するように接続されている。

このような従来のステータ５０’を備えた電動弁１’においては、ステータ５０’とロータ３０間の磁気ギャップを極力小さくするため、ヨーク５１の磁極歯５６の内周面（キャン４０と対向する面）は露出しているが、ステータ５０’内のステータコイル５３に外部から水分等が浸入しないように、ステータコイル５３の外周を含む磁極歯５６の内周面以外は前記モールド樹脂５５によりモールドされている。

前記した如くのステータ５０’を組み立てるに当たっては、図８に示すように、通常、円柱状の中子ＫＡを有する下型Ｋａと、該下型Ｋａと共にモールド樹脂が充填されるキャビティを形成する上型Ｋｂとからなる射出成形用の金型Ｋを用意する。また、ヨーク５１の内周側（キャン４０側）に設けられた磁極歯５６の周囲にボビン５２を介してステータコイル５３を捲装したステータ上半体５４ａ及びステータ下半体５４ｂを上下２段で重ねて配置したステータ組立体５４を用意する。次に、ヨーク５１の各磁極歯５６（の内周面）で中子ＫＡをガイドするようにステータ組立体５４を中子ＫＡに外嵌して下型Ｋａ上に載置すると共に、そのステータ組立体５４の外側を覆うように下型Ｋａ上に上型Ｋｂを載置して、当該ステータ組立体５４を金型Ｋ内にセットする。そして、金型Ｋに設けられたゲートから溶融状態のモールド樹脂を金型Ｋ内に供給（注入）して硬化させ、そのステータ組立体５４を合成樹脂からなるモールド樹脂５５と一体に成形する。

このような従来のステータ５０’においては、ヨーク５１の磁極歯５６の内周面が平坦面から構成され、射出成形時にその内周面が中子ＫＡの外周面と当接しているので、当該磁極歯５６の内周面と中子ＫＡの外周面との間にモールド樹脂が介入せず、組立完了時において、前記したように、ヨーク５１の磁極歯５６の内周面が露出すると共に、その内周面以外が前記モールド樹脂５５によりモールドされる。

ところで、ヨーク５１の磁極歯５６の内周面は露出しているものの、電磁鋼板等の磁性材により構成されているため、亜鉛メッキ等の防錆処理が施される。しかしながら、上記従来の電動弁１’を海上、船上、沿岸地域等の重度の塩害地域で用いた場合、その防錆効果が不足して磁極歯５６に錆が発生（腐食）し、作動不良を引き起こす可能性があった。

このような問題に対し、特許文献１には、水分等の浸入を更に確実に防止するため、ステータの下部と弁本体あるいはキャンの下部との間にシール部材を設けて、キャンとステータの間に水分等が浸入しないようにした技術が開示されている。

特開２００９−２８７６６３号公報

しかしながら、特許文献１に所載の従来技術では、ステータの下部と弁本体あるいはキャンの下部との間にシール部材を追加する必要があり、体格が大きくなる、製造工数が増加する、使用する材料量が増加する等といった種々の問題が発生して、製造コストの高騰に繋がるといった課題があった。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、製造コストの大幅な増加を招くことなく、簡単な構成でもって防錆性能・耐腐食性能を効果的に高めることのできるステータユニット及びそれを用いた電動弁を提供することにある。

本発明に係るステータユニットは、基本的に、環状に配設された複数の磁極歯を有するヨークと、前記複数の磁極歯の周りに装備されたステータコイルとの外周にモールド樹脂がモールドされたステータユニットであって、前記磁極歯の内周面の少なくとも一部が、前記モールド樹脂で被覆されていることを特徴としている。

好ましい態様では、前記磁極歯の内周面から内側に向けて突設された凸部が前記モールド樹脂から露出し、前記内周面における前記凸部以外が前記モールド樹脂で被覆される。

更に好ましい態様では、前記凸部は、前記磁極歯の内周面における端部又は中心部に設けられる。

別の好ましい態様では、前記ヨークに、前記磁極歯の内周面より内側に向けて突出する複数の凸部を有するガイド部材が設けられる。

更に好ましい態様では、前記ガイド部材は、前記ヨークの上端面及び下端面の少なくとも一方に設けられる。

更なる好ましい態様では、前記ガイド部材は、前記ヨークと一体又は別体に設けられる。

前記ガイド部材は、好ましくは、非導電性かつ非金属の材料から作製される。

また、前記モールド樹脂は、好ましくは熱可塑性樹脂からなり、さらにまた、前記モールドは、好ましくは射出成形により成される。

また、本発明に係る電動弁は、基本的に、前記ステータユニットと、該ステータユニットが外嵌されるキャンと、該キャンの内側に回転自在に配在され、前記ステータユニットのステータコイルへの通電励磁により回転するロータと、前記キャンに固着された弁本体と、前記ロータの回転に応じて前記弁本体に設けられた弁座に対して進退動する弁体と、を備えることを特徴としている。

本発明によれば、ヨークの内周側に環状に配設された磁極歯の内周面の少なくとも一部が、ヨークとステータコイルの外周にモールドされたモールド樹脂で被覆されることにより、当該ステータが組み込まれた電動弁を海上、船上、沿岸地域等の重度の塩害地域で用いた場合でも、磁極歯における錆の発生（腐食）を確実に低減できるので、製造コストの大幅な増加を招くことなく、簡単な構成でもって防錆性能・耐腐食性能を効果的に高めることができる。

本発明に係るステータユニットの第１実施形態を示す縦断面図。 図１に示されるステータユニットの組立工程の説明に供される図。 図１に示されるステータユニットの他例を示す縦断面図。 本発明に係るステータユニットの第２実施形態を示す縦断面図。 図４に示されるステータユニットのガイド部材を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、（Ｃ）は下面図。 図４に示されるステータユニットの組立工程の説明に供される図。 従来の電動弁の一例を示す縦断面図。 図７に示される電動弁におけるステータユニットの組立工程の説明に供される図。

以下、本発明に係るステータユニット及びそれを用いた電動弁の実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、各図において、部材間に形成される隙間や部材間の離隔距離等は、発明の理解を容易にするため、また、作図上の便宜を図るため、誇張して描かれている場合がある。

また、以下に示される第１及び第２実施形態のステータユニット５０、６０については、前述した図７、図８に示される従来例の電動弁１’及びステータユニット５０’の各部に対応する部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略し、以下においては、相異点を重点的に説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明に係るステータユニットの第１実施形態を示す縦断面図、図２は、図１に示されるステータユニットの組立工程の説明に供される図である。

本第１実施形態のステータユニット５０の基本構成は、図７、図８に示される従来例の電動弁１’におけるステータ５０’とほぼ同様であるが、本実施形態では、ヨーク５１の内周側に環状に配設された各磁極歯５６に、当該磁極歯５６の内周面から内側に向けて凸部５７が突設され、各凸部５７（の内側面）がモールド樹脂５５から露出し、各磁極歯５６の内周面における凸部５７以外の部分が前記モールド樹脂５５で被覆されている。

詳細には、ステータ組立体５４を構成する各ステータ半体５４ａ、５４ｂのヨーク５１の内周側に配設された磁極歯５６は、磁極の異なる逆三角形状の上側磁極歯と三角形状の下側磁極歯とが周方向で交互に配置されて構成されており、各磁極歯５６の先端部分である頂部に、当該磁極歯５６の内周面から内側に向けて凸部５７が突設されている。

なお、この凸部５７は、図７、図８に示される従来例のステータ５０’の磁極歯５６と同等の肉厚の磁極歯の一部（頂部）を内側に向けて膨出させることにより形成してもよいし、図７、図８に示される従来例のステータ５０’の磁極歯５６と同等の肉厚の磁極歯の頂部以外の部分をプレス加工等により薄肉化することにより、各磁極歯５６の頂部に前記凸部５７を形成してもよい。

上記ステータ５０の組立工程を、図２を参照しながら概説すると、まず、図８に基づき説明した従来例のステータ５０’の組立工程と同様に、射出成形用の金型Ｋと円筒形状のステータ組立体５４（図２（１）参照）とを用意する。次に、ヨーク５１の各磁極歯５６に設けられた凸部５７（の内側面）で中子ＫＡをガイド（位置決めする）するようにステータ組立体５４を中子ＫＡに外嵌して下型Ｋａ上に載置すると共に、そのステータ組立体５４の外側を覆うように下型Ｋａ上に上型Ｋｂを載置して、当該ステータ組立体５４を金型Ｋ内にセットする（図２（２）参照）。そして、金型Ｋに設けられたゲート（不図示）から熱可塑性樹脂からなる溶融状態のモールド樹脂を金型Ｋ内に供給（注入）して硬化させた後、モールド樹脂５５で一体に成形されたステータ５０を脱型する（図２（３）参照）。

かかる構成のステータ５０では、射出成形時に各磁極歯５６に設けられた凸部５７の内側面が中子ＫＡの外周面と当接しているので、当該凸部５７の内側面と中子ＫＡの外周面との間にモールド樹脂が介入しないものの、磁極歯５６の凸部５７以外の部分と中子ＫＡの外周面との間には若干の隙間が形成されているので、その間にモールド樹脂が浸入する。そのため、組立完了時において、前記したように、ヨーク５１の各磁極歯５６の凸部５７の内側面のみが露出すると共に、各磁極歯５６の内周面における凸部５７以外の部分が前記モールド樹脂５５によりモールドされる。

そして、上記組立工程を経て作製されたステータ５０を、ステータ５０のステータコイル５３への通電励磁により回転するロータ３０や、ロータ３０の回転に応じて弁本体２０に設けられた弁座２３に対して進退動する弁体２４を有する弁軸２５等が内装された有蓋円筒状のキャン４０（の円筒状部分）に外嵌すると共に、キャン４０の下端部が溶接等により固着された弁本体４０に対し、例えば溶着、締結、接着等により固定することにより、電動弁として形成される。

このように、本実施形態のステータ５０においては、例えば各磁極歯５６の板厚を調整したりして、各磁極歯５６に当該磁極歯５６の内周面から内側に向けて凸部５７を形成し、各磁極歯５６の内周面における凸部５７以外の部分をヨーク５１とステータコイル５３とからなるステータ組立体５４の外周にモールドされたモールド樹脂５５で被覆することにより、当該磁極歯５６における錆の発生（腐食）を確実に低減できるので、製造コストの大幅な増加を招くことなく、簡単な構成でもって防錆性能・耐腐食性能を効果的に高めることができ、安定した作動を維持することができる。

なお、上記実施形態では、三角形状を有する各磁極歯５６の内周面における頂部（先端部分）に凸部５７を形成し、その凸部５７の内側面のみがモールド樹脂５５から露出し、各磁極歯５６の内周面における凸部５７以外の部分が前記モールド樹脂５５で被覆されるようにしたが、前記凸部は各磁極歯５６の任意の箇所に設けることができ、例えば、図３に示すように、各磁極歯５６の内周面における中心部に形成してもよい。

［第２実施形態］
図４は、本発明に係るステータユニットの第２実施形態を示す縦断面図、図５は、図４に示されるステータユニットのガイド部材を示す図であり、図５（Ａ）は上面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、図５（Ｃ）は下面図であり、図６は、図４に示されるステータユニットの組立工程の説明に供される図である。

上記第１実施形態のステータ５０では、その組立工程において、ヨーク５１の各磁極歯５６に設けた凸部５７の内側面を中子ＫＡの外周面と当接させて当該中子ＫＡをガイドするようにしたが、本第２実施形態のステータ６０では、別途に用意したガイド部材６１で前記中子ＫＡをガイドし、ヨーク５１の磁極歯５６の内周面（平坦面）と中子ＫＡの外周面との間に若干の隙間が形成されるようにし、これにより、各磁極歯５６の内周面がモールド樹脂５５で被覆されるようにした。

具体的には、前記ガイド部材６１は、図５を参照すればよく理解されるように、円環状の平板部材からなり、その内周側に内側に向けて複数の凸部６２が突設されている。図示例では、８個の凸部６２が周方向で略等間隔に（すなわち、約４５°の角度間隔をあけて）設けられると共に、各凸部６２の間の部分は、平面視略半円形に窪んで形成されている。また、ガイド部材６１の一方面（図５では下面）には、当該ガイド部材６１をヨーク５１に位置決め固定するための複数の突起６３が形成されている。図示例では、４個の突起６３が周方向で略等間隔に（すなわち、約９０°の角度間隔をあけて）形成されている。なお、このガイド部材６１は、防錆性や耐腐食性、電動弁の動作に対する影響等を考慮して、ステンレスやテフロン（登録商標）等の非導電性かつ非金属の材料から作製するのが望ましい。

一方で、ステータ組立体５４を構成するヨーク５１の上下両端面（詳細には、ステータ上半体５４ａのヨーク５１の上端面とステータ下半体５４ｂのヨーク５１の下端面）には、前記したガイド部材６１の突起６３に対応する位置決め用の複数（図示例では、４個）の嵌合穴５８が形成されている。

本実施形態では、ステータ組立体５４を構成するヨーク５１の上下両端面のそれぞれに、各ガイド部材６１の突起６３をステータ組立体５４の嵌合穴５８に嵌合させるように、ガイド部材６１を位置決めして配置すると、各ガイド部材６１の内周側に設けた各凸部６２（の先端部分）がヨーク５１の各磁極歯５６の内周面より内側に突出し、これにより、各磁極歯５６の内周面がモールド樹脂５５で被覆される。

上記ステータ６０の組立工程を、図６を参照しながら概説すると、まず、図８に基づき説明した従来例のステータ５０’の組立工程と同様に、射出成形用の金型Ｋと円筒形状のステータ組立体５４とを用意すると共に、そのステータ組立体５４の上下両端面のそれぞれに前記したガイド部材６１を位置決めして配置する（図６（１）参照）。次に、ステータ組立体５４を構成するヨーク５１の各磁極歯５６の内周面より内側に突出するガイド部材６１の凸部６２（の内側面）で中子ＫＡをガイド（位置決めする）するようにステータ組立体５４を中子ＫＡに外嵌して下型Ｋａ上に載置すると共に、そのステータ組立体５４の外側を覆うように下型Ｋａ上に上型Ｋｂを載置して、当該ステータ組立体５４を金型Ｋ内にセットする（図６（２）参照）。そして、金型Ｋに設けられたゲート（不図示）から熱可塑性樹脂からなる溶融状態のモールド樹脂を金型Ｋ内に供給（注入）して硬化させた後、モールド樹脂５５で一体に成形されたステータ６０を脱型する（図６（３）参照）。

かかる構成のステータ６０では、射出成形時に各ガイド部材６１に設けられた各凸部６２の内側面が中子ＫＡの外周面と当接しているが、ステータ組立体５４を構成するヨーク５１の磁極歯５６の内周面（平坦面）と中子ＫＡの外周面との間には若干の隙間が形成されているので、溶融状態のモールド樹脂が、各ガイド部材６１の隣接する凸部６２の間を通ってガイド部材６１同士の間、すなわち、磁極歯５６（の内周面）と中子ＫＡ（の外周面）との間に浸入する。そのため、組立完了時において、前記したように、各磁極歯５６の内周面の全面がモールド樹脂５５によりモールドされる。

このように、本実施形態のステータ６０においては、各磁極歯５６の内周面より内側に向けて突出する複数の凸部６２を有するガイド部材６１を使用し、各磁極歯５６の内周面の全面をヨーク５１とステータコイル５３とからなるステータ組立体５４の外周にモールドされたモールド樹脂５５で被覆することにより、当該磁極歯５６における錆の発生（腐食）を確実に低減できるので、製造コストの大幅な増加を招くことなく、簡単な構成でもって防錆性能・耐腐食性能を効果的に高めることができ、安定した作動を維持することができる。

なお、本実施形態では、ガイド部材６０が、ヨーク５１と別体に設けられているが、組立工数を削減するために、ガイド部材６０とヨーク５１とを一体に形成してもよいことは勿論である。

また、上記した実施形態では、第１実施形態と第２実施形態とが別形態として示されているが、第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせて適用する、すなわち、ヨーク５１の内周側に配設された各磁極歯５６に、当該磁極歯５６の内周面から内側に向けて凸部５７を突設すると共に、前記ヨーク５１に、当該磁極歯５６の内周面より内側に向けて突出する複数の凸部６２を有するガイド部材６１を設けてもよいことは当然である。

また、本発明は、様々なタイプの電動弁に採用し得ることは言うまでも無い。その一例としては、例えば、弁体が最下降位置にあるときに、弁体が弁座に接当（着座）して流体の流れが遮断される閉弁タイプの電動弁や、弁体が弁座に接当（着座）しつつ、弁体に設けられた連通穴や弁座に設けられたブリード溝等を介して所定量の通過流量が確保されるタイプの電動弁（いずれも弁体が弁座に接離する電動弁）、弁体が最下降位置（通常なら全閉状態となる）にあるときに、弁体と弁座との間に所定の大きさの間隙が形成されて所定量の通過流量が確保される閉弁レスタイプの電動弁（弁体が弁座に近接離間する電動弁）などが挙げられる。

１’ 電動弁
２０ 弁本体
２１ 弁室
２２ 弁口
２３ 弁座
２４ 弁体
２５ 弁軸
３０ ロータ
４０ キャン
５０、５０’、６０ ステータ（ステータユニット）
５１ ヨーク
５２ ボビン
５３ ステータコイル
５４ ステータ組立体
５５ モールド樹脂
５６ 磁極歯
５７ 凸部
５８ 嵌合穴
６１ ガイド部材
６２ 凸部
６３ 突起

Claims (10)

1. 環状に配設された複数の磁極歯を有するヨークと、前記複数の磁極歯の周りに装備されたステータコイルとの外周にモールド樹脂がモールドされたステータユニットであって、
   前記磁極歯の内周面の少なくとも一部が、前記モールド樹脂で被覆されていることを特徴とするステータユニット。
2. 前記磁極歯の内周面から内側に向けて突設された凸部が前記モールド樹脂から露出し、前記内周面における前記凸部以外が前記モールド樹脂で被覆されていることを特徴とする請求項１に記載のステータユニット。
3. 前記凸部は、前記磁極歯の内周面における端部又は中心部に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のステータユニット。
4. 前記ヨークに、前記磁極歯の内周面より内側に向けて突出する複数の凸部を有するガイド部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のステータユニット。
5. 前記ガイド部材は、前記ヨークの上端面及び下端面の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のステータユニット。
6. 前記ガイド部材は、前記ヨークと一体又は別体に設けられていることを特徴とする請求項４又は５に記載のステータユニット。
7. 前記ガイド部材は、非導電性かつ非金属の材料から作製されることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載のステータユニット。
8. 前記モールド樹脂は、熱可塑性樹脂からなることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のステータユニット。
9. 前記モールドは、射出成形により成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のステータユニット。
10. 請求項１から９のいずれかに記載のステータユニットと、該ステータユニットが外嵌されるキャンと、該キャンの内側に回転自在に配在され、前記ステータユニットのステータコイルへの通電励磁により回転するロータと、前記キャンに固着された弁本体と、前記ロータの回転に応じて前記弁本体に設けられた弁座に対して進退動する弁体と、を備えることを特徴とする電動弁。

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