JP2017180744A

JP2017180744A - 電動弁

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Publication number: JP2017180744A
Application number: JP2016071246A
Authority: JP
Inventors: 珠実田邊; tamami Tanabe; 元康石黒; motoyasu Ishiguro; 雄希北見; Yuki Kitami; 大樹中川; Daiki Nakagawa
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2036-03-31
Also published as: JP6523200B2; CN108700217A; CN108700217B; WO2017168943A1

Abstract

【課題】部材間の同芯性を容易に確保する。
【解決手段】ロータの回転運動を、雄ネジ部材と雌ネジ部材とのネジ結合により直線運動に変換し、この直線運動に基づいて弁本体内に収容された弁体を弁体案内部材の案内によって軸方向に移動させる電動弁であって、前記雌ネジ部材が前記弁体案内部材に圧入されて組み立てられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷凍サイクルなどに使用される電動弁に関する。

従来より、大型のパッケージエアコンや冷凍機に用いられる流量制御弁が知られている（たとえば、特許文献１参照）。この流量制御弁においては、流量制御用として複数使用されていた電動弁を１つにまとめるなどの制御機器合理化等の背景から、大口径かつ高圧力差が生じた際にも良好な作動性を発揮できる性能が望まれるが、比較的大口径の流量制御は、マグネットのトルクにより発生するねじの推力に対し圧力差によって発生する弁体への負荷が大きく、弁体を作動させるために大きな駆動力が必要となる。

そこで、かかる弁体の作動性を向上させるべく、以下に説明するような構造が採用されている。たとえば、図６に示す流量制御弁１０１では、筒状保持部材１１４の内周面に摺接する弁体１２０にシール部材１３７を装着して弁室１０７の上方側に背圧室１２９を画成するとともに、弁ポート１１９内の圧力を弁体１２０に設けられた導通路１２４を介して背圧室１２９内に導入し、背圧室１２９内の圧力（背圧）を利用することで、閉弁状態における弁体１２０に作用する押し下げ力（閉弁方向に作用する力）と押し上げ力（開弁方向に作用する力）との圧力差による力をキャンセルし、弁体１２０に対する負荷を小さくしている。

この流量制御弁においては、弁漏れを防止し、かつ耐久性を向上させるべく、弁軸ホルダ１０６、筒状保持部材１１４、および弁本体１３０を高い精度で組み付ける必要がある。なお、弁軸ホルダ１０６、筒状保持部材１１４、および弁本体１３０を高い精度で組み付ける必要性については、圧力差による力をキャンセルする方式以外の方式を採用した流量制御弁であっても同様に要求される。

特開２０１４−３５００６号公報

ところで、上述の流量制御弁においては、弁軸ホルダ１０６を筒状保持部材１１４に組み付ける際に、図７（ａ）（図６の円Ｆ内）に示すように、フランジ部１０６ｆを筒状保持部材１１４の上端に形成された段差部分１１４ａに係合させて芯出しを行った後に、フランジ部１０６ｆと筒状保持部材１１４の上端を溶接で固定している。この場合、弁軸ホルダ１０６と筒状保持部材１１４の同芯性を確保するためには、高精度の寸法公差が要求される上に、組み立て精度も必要とされる。

同様に、筒状保持部材１１４を弁本体１３０に組み付ける際には、図７（ｂ）（図６の円Ｇ内）に示すように、筒状保持部材１１４に形成された段差部分１１４ｂを弁本体１３０に形成された段差部分１３０ａに係合させ、気密性と耐圧強度を確保しながら筒状保持部材１１４と弁本体１３０をろう付けで固定している。この場合においても、組み付け時に筒状保持部材１１４と弁本体１３０の同芯性を確保するためには高精度の寸法公差が要求される。
本発明の目的は、部材間の同芯性を容易に確保することができる電動弁を提供することである。

上記目的を達成するための本発明の電動弁は、
ロータの回転運動を、雄ネジ部材と雌ネジ部材とのネジ結合により直線運動に変換し、この直線運動に基づいて弁本体内に収容された弁体を弁体案内部材の案内によって軸方向に移動させる電動弁であって、
前記雌ネジ部材が前記弁体案内部材に圧入されて組み立てられていることを特徴とする。
これにより、電動弁を組み立てる場合において、高度の組み立て精度がなくても、容易に部材間の同芯性を容易に確保することができる。

また、本発明の電動弁は、
さらに前記弁体案内部材が前記弁本体に圧入されて組み立てられていることを特徴とする。
これにより、電動弁を組み立てる際に、容易に弁本体、弁体案内部材、および雌ネジ部材（弁軸ホルダ）の同芯性を確保することができ、弁本体、弁体案内部材、および雌ネジ部材（弁軸ホルダ）の位置決めや固定が的確になされる。

また、本発明の電動弁は、
前記弁体案内部材に段差を設けることにより、前記弁体案内部材に第１圧入部分と前記段差によって前記第１圧入部分よりも径を小さくした第２圧入部分を形成し、
前記弁体案内部材が、前記第１圧入部分を前記弁本体に圧入させて前記弁本体に組み付けられ、
前記雌ネジ部材が、前記弁体案内部材の前記第２圧入部分に圧入させて前記弁本体に組み付けられていることを特徴とする。

このように、弁体案内部材に段差を形成することにより、第１圧入部分と雌ネジ部材（弁軸ホルダ）との間、および第２圧入部分と弁本体との間にそれぞれ空間が形成され、弁体案内部材が径方向に弾性変形することを可能となる。このため、弁本体に弁体案内部材を、また弁体案内部材に雌ネジ部材（弁軸ホルダ）をそれぞれ円滑に圧入させることができ、電動弁を組み立て易くすることができる。また、弁体案内部材に段差を設けて空間を形成することにより、圧入を行う過程で弁体案内部材や雌ネジ部材（弁軸ホルダ）が傾いたとしても、弁体案内部材が径方向に弾性変形するため弁体案内部材や雌ネジ部材（弁軸ホルダ）が傾いたまま組み付けられることがなく、弁本体、弁体案内部材、および雌ネジ部材（弁軸ホルダ）のそれぞれの同芯性を的確に確保することができる。

本発明に係る電動弁によれば、部材間の同芯性を容易に確保することができる。

第１の実施の形態に係る電動弁の断面図である。第１の実施の形態に係る電動弁の弁軸ホルダ（雌ネジ部材）の構造を示す図である。図１に示した電動弁の要部拡大断面図である。第２の実施の形態に係る電動弁の断面図である。図４に示した電動弁の要部拡大断面図である。特開２０１４−３５００６号公報に開示されている従来の流量制御弁の断面図である。図６に示す従来の流量制御弁の要部拡大断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る電動弁について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る電動弁２を示した断面図である。なお、本明細書において、「上」あるいは「下」とは図１の状態で規定したものである。すなわち、ロータ４は弁体１７より上方に位置している。

この電動弁２では、非磁性体製で筒状のカップ形状をなすケース６０の開口側の下方に、弁本体３０が溶接などにより一体的に接続されている。
ここで、弁本体３０は、ステンレス鋼板等の金属材料をプレス加工して製作されたプレス成型品であり、内部に弁室１１を有している。また、弁本体３０には、弁室１１に直接連通するステンレス製や銅製の第１の管継手１２が固定装着されている。さらに、弁本体３０の下方内側には、断面円形の弁ポート１６が形成された弁座部材３０Ａが組み込まれている。弁座部材３０Ａには、弁ポート１６を介して弁室１１に連通するステンレス製や銅製の第２の管継手１５が固定装着されている。

ケース６０の内周には、回転可能なロータ４が収容され、ロータ４の軸芯部分には、ブッシュ部材３３を介して弁軸４１が配置されている。ブッシュ部材３３で結合されたこの弁軸４１とロータ４とは、回転しながら上下方向に一体的に移動する。なお、この弁軸４１の中間部付近の外周面には雄ネジ４１ａが形成されている。本実施の形態では、弁軸４１が雄ネジ部材として機能している。

ケース６０の外周には、図示しないヨーク、ボビン、およびコイルなどからなるステータが配置され、ロータ４とステータとでステッピングモータが構成されている。
ケース６０の天井面にはガイド支持体５２が固定されている。ガイド支持体５２は、円筒部５３と、円筒部５３の上端側に形成された傘状部５４とを有し、全体をプレス加工により一体成型されている。傘状部５４はケース６０の頂部内側と略同形状に成型されている。

ガイド支持体５２の円筒部５３内には、弁軸４１のガイドを兼ねる筒部材６５が嵌合されている。筒部材６５は、金属あるいは合成樹脂による潤滑材入り素材あるいは表面処理を施された部材により構成され、弁軸４１を回転可能に保持している。

弁軸４１のブッシュ部材３３より下方には、後述するように弁軸４１との間でネジ結合Ａを構成するとともに弁軸４１の傾きを抑制する機能を有する弁軸ホルダ６が、弁本体３０に対して相対的に回転不能に固定されている。

図２は、弁軸ホルダ６の構造を示す図である。ここで、図２（ａ）は、弁軸ホルダ６の側面図であり、図２（ｂ）は、弁軸ホルダ６を上方から視た上面図である。また、図２（ｃ）は、これを下方から視た下面図であり、図２（ｄ）は、図２（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。

図２に示すように、弁軸ホルダ６は、上部側の筒状小径部６ａと下部側の筒状大径部６ｂと弁本体３０の内周部側に収容される嵌合部６ｃと嵌合部６ｃから張り出したフランジ部６ｆとからなる部材である。ここで、筒状小径部６ａ、筒状大径部６ｂ、および嵌合部６ｃは、たとえばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂等の樹脂材料で形成されており、フランジ部６ｆは、ステンレス等の金属で形成されている。

また、図２（ｂ）、（ｄ）に示すように、嵌合部６ｃには、外周の四方に突出する突出部６ｃ１が設けられている。さらに、この突出部６ｃ１の外壁面によって形成される嵌合部６ｃの最大外径は、弁本体３０の内周面側の直径よりも小さくならないように形成されている。このため、弁軸ホルダ６を弁体案内部材７２に圧入すると、弁軸ホルダ６の突出部６ｃ１を弁体案内部材７２の大径部７２ａの内周面に密に係止させることができ、弁軸ホルダ６が弁体案内部材７２に対して移動しないようにすることができる。また、フランジ部６ｆは、筒状大径部６ｂの下端を囲繞するリング形状を有している。

また、この弁軸ホルダ６の筒状小径部６ａの上部開口部６ｇから所定の深さまで下方に向かって雌ネジ６ｄが形成されている。このため、本実施の形態では、弁軸ホルダ６が雌ネジ部材として機能している。なお、弁軸４１の外周に形成された雄ネジ４１ａと、弁軸ホルダ６の筒状小径部６ａの内周に形成された雌ネジ６ｄとにより、図１に示すネジ結合Ａが構成されている。

さらに、弁軸ホルダ６の内部には、弁ガイド１８を収容する収容室６ｈが形成されている。また、弁軸ホルダ６の筒状大径部６ｂの側面には、均圧孔５１が穿設され、この均圧孔５１により、図１に示すように、筒状大径部６ｂ内の弁軸ホルダ室８３と、ロータ収容室６７（第２の背圧室）との間が連通している。このように均圧孔５１を設けることにより、ケース６０のロータ４を収容する空間と、弁軸ホルダ６内の空間とを連通することにより、弁軸ホルダ６の移動動作をスムーズに行うことができる。

また、弁軸４１の下方には、筒状の弁ガイド１８が弁軸ホルダ６の収容室６ｈに対して摺動可能に配置されている。この弁ガイド１８は天井部２１側がプレス成型により略直角に折り曲げられている。そして、この天井部２１には貫通孔１８ａが形成されている。また、弁軸４１の下方には、さらに鍔部４１ｂが形成されている。

ここで、弁軸４１は、弁ガイド１８に対して回転可能、かつ径方向に変位可能となるように弁ガイド１８の貫通孔１８ａに遊貫状態で挿入されており、鍔部４１ｂは、弁ガイド１８に対して回転可能、かつ、径方向に変位可能となるように弁ガイド１８内に配置されている。また、弁軸４１は貫通孔１８ａを挿通し、鍔部４１ｂの上面４１ｃが、弁ガイド１８の天井部２１に対向するように配置されている。なお、鍔部４１ｂが弁ガイド１８の貫通孔１８ａより大径であることにより、弁軸４１の抜け止めがなされている。

弁軸４１と弁ガイド１８とが互いに径方向に移動可能であることにより、弁軸ホルダ６および弁軸４１の配置位置に関して、さほど高度な同芯取付精度を求められることなく、弁ガイド１８および弁体１７との同芯性が得られる。

弁ガイド１８の天井部２１と弁軸４１の鍔部４１ｂとの間には、中央部には貫通孔が形成されたワッシャ７０が設置されている。ワッシャ７０は、高滑性表面の金属製ワッシャ、フッ素樹脂等の高滑性樹脂ワッシャあるいは高滑性樹脂コーティングの金属製ワッシャなどであることが好ましい。
さらに、弁ガイド１８内には、圧縮された弁バネ２７とバネ受け３５とが収容されている。

また、弁本体３０の内側には、弁体１７の軸方向への移動を案内する弁体案内部材７２が配置され、弁体１７と弁体案内部材７２との間には、シール部材４８が介装されている。

ここで、弁体１７内には、縦方向の孔部１７ｂと横方向の導通孔１７ｃが均圧路として形成されている。弁ポート１６（第２の管継手１５内）の圧力は、均圧路である孔部１７ｂ、導通孔１７ｃを介して背圧室２８に導かれる。

弁体案内部材７２は、内部が貫通した筒体であり、最上位に位置するフランジ部７２ｃと、その下方の大径部７２ａと、その下方の小径部７２ｂとを有したもので、ステンレス鋼板等の金属材料をプレス成形することによって形成されている。また、弁体案内部材７２の大径部７２ａの外周面側の直径は、弁本体３０の内周面側の直径より若干大きく形成されている。このため、弁体案内部材７２を弁本体３０に圧入すると、弁体案内部材７２の大径部７２ａを弁本体３０の内周面に密に係止させることができ、弁体案内部材７２が弁本体３０に対して移動しないようにすることができる。

シール部材４８は、断面Ｌ字状の環状パッキン４８ａの間に環状の補強板４８ｂを挟んで形成された環状の部材である。なお、シール部材４８においては、上方に配置された環状パッキン４８ａの上側、および下方に配置された環状パッキン４８ａの下側に、それぞれ環状パッキン４８ａを常に外側に付勢する板バネが配置されるのが好ましい。

次に、第１の実施の形態における電動弁２の要部について説明する。図３は、第１の実施の形態に係る電動弁２の要部を拡大した断面図である。図３に示すように、電動弁２においては、弁軸ホルダ６、弁体案内部材７２、および弁本体３０がそれぞれ独立した部材から構成されている。

ここで、電動弁２を組み立てる場合においては、まず弁体案内部材７２が、弁本体３０の内周面に大径部７２ａの外周面を接触させて弁本体３０に圧入される。また、弁軸ホルダ６は、嵌合部６ｃの外周から突出する突出部６ｃ１を弁体案内部材７２の大径部７２ａの内周面に接触させて弁体案内部材７２に圧入される。圧入後、弁軸ホルダ６のフランジ部６ｆの下面と、弁本体３０の上端部と、弁体案内部材７２のフランジ部７２ｃとの間が溶接により一体的に全周に亘って密閉した状態に固定される。

このように、弁本体３０の内周面に弁体案内部材７２の大径部７２ａの外周面を接触させて弁体案内部材７２を弁本体３０に圧入させた場合、弁体案内部材７２を弁本体３０に密に係止させることができるため、弁体案内部材７２は、自ずと弁本体３０と同芯になる位置に配置される。同様に、弁軸ホルダ６の突出部６ｃ１を弁体案内部材７２の大径部７２ａの内周面に接触させて弁軸ホルダ６を弁体案内部材７２に圧入させた場合、弁軸ホルダ６の突出部６ｃ１を弁体案内部材７２に密に係止させることができるため、弁軸ホルダ６は、自ずと弁体案内部材７２と同芯になる位置に配置される。

したがって、第１の実施の形態に係る発明によれば、電動弁２を組み立てる際に、高度の組み立て精度がなくても、容易に弁本体３０、弁体案内部材７２、および弁軸ホルダ６の同芯性を確保することができ、弁本体３０、弁体案内部材７２、および弁軸ホルダ６の位置決めや固定が的確になされる。このため、同芯性を確保するために治具等を用いる必要もない。また、弁体案内部材７２を弁本体３０密に係止させることにより、弁体１７の外方に形成される第１の部屋２６と、弁体１７と弁軸ホルダ６とで形成される背圧室２８との間が確実に密閉されため、第１の部屋２６と背圧室２８との間の圧力漏れを防止することができる。

次に、図面を参照して第２の実施の形態に係る電動弁について説明する。この第２の実施の形態に係る電動弁は、第１の実施の形態において、弁体案内部材７２に段差を設けたものである。従って、第１の実施の形態と同様の構成についての説明は省略し、異なる部分のみについて説明する。

図４は、第２の実施の形態に係る電動弁の断面図である。図４に示すように、弁体案内部材７２は、大径部７２ａ、下方の小径部７２ｂ、フランジ部７２ｃを備えている。また、大径部７２ａには、全周に亘って段差７４が形成されている。図５は、電動弁２０２の要部である段差７４の近傍を拡大した断面図である。図５に示すように、弁体案内部材７２の大径部７２ａは、段差７４を境に径を変えて構成され、段差７４の上方に形成された第１圧入部分７５と、段差７４の下方に形成された第１圧入部分７５よりも径の小さな第２圧入部分７６を備えている。なお、このように、弁体案内部材７２の大径部７２ａに段差７４を形成することにより、第１圧入部分７５と弁軸ホルダ６との間に空間８２が形成され、第２圧入部分７６と弁本体３０との間に空間８４が形成される。このため、弁体案内部材７２を径方向に弾性変形させることができる。

また、第１圧入部分７５の外周面側の直径は、弁本体３０の内周面側の直径より若干大きく形成されているため、弁体案内部材７２を弁本体３０に圧入すると、第１圧入部分７５が弁本体３０の内周面に密に係止される。同様に、突出部６ｃ１の外壁面によって形成される弁軸ホルダ６の嵌合部６ｃの最大外径は、第２圧入部分７６の内周面側の直径よりも小さくならないように形成されているため、弁軸ホルダ６を弁体案内部材７２に圧入すると、弁軸ホルダ６の突出部６ｃ１が第２圧入部分７６の内周面に密に係止される。

ここで、電動弁２０２を組み立てる場合において、弁体案内部材７２は、弁本体３０の内周面に大径部７２ａの第１圧入部分７５の外周面を接触させて弁本体３０に圧入される。この場合、第１圧入部分７５と弁軸ホルダ６との間には空間８２が形成されているため、弁本体３０の内周面の反力によって第１圧入部分７５が径方向に収縮可能となり、弁体案内部材７２に段差７４がない場合と比較して円滑に弁本体３０に圧入される。

また、弁軸ホルダ６は、嵌合部６ｃの外周から突出する突出部６ｃ１を弁体案内部材７２の大径部７２ａの第２圧入部分７６の内周面に接触させて弁体案内部材７２に圧入される。この場合、第２圧入部分７６と弁本体３０との間には空間８４が形成されているため、弁軸ホルダ６の突出部６ｃ１によって第２圧入部分７６が径方向に拡張可能となり、弁軸ホルダ６は、円滑に弁体案内部材７２に圧入される。

圧入後、弁軸ホルダ６のフランジ部６ｆの下面と、弁本体３０の上端部と、弁体案内部材７２のフランジ部７２ｃとの間が溶接により一体的に全周に亘って密閉した状態に固定される。

この第２の実施の形態に係る発明によれば、大径部７２ａに段差７４を設けて空間８２、空間８４を形成し、弁体案内部材７２が径方向に弾性変形することを可能とすることにより、弁本体３０に弁体案内部材７２を、また弁体案内部材７２に弁軸ホルダ６をそれぞれ円滑に圧入させることができ、電動弁２０２を組み立て易くすることができる。また、弁体案内部材７２の両サイドに段差７４によって形成された空間８２、空間８４を設けることにより、圧入を行う過程で弁体案内部材７２や弁軸ホルダ６が傾いたとしても、弁体案内部材７２が径方向に弾性変形するため弁体案内部材７２や弁軸ホルダ６が傾いたまま組み付けられることがなく、弁本体３０、弁体案内部材７２、および弁軸ホルダ６のそれぞれの同芯性を的確に確保することができる。

なお、上述の各実施の形態においては、均圧路として孔部１７ｂ、導通孔１７ｃを弁体１７内に設けた場合を例に説明しているが、必ずしも弁体１７内に均圧路を設けなくてもよい。たとえば、弁体１７内に均圧路を設けることに代えて、別途、弁ポート１６の圧力を背圧室２８に導く配管部材を配置してもよい。

さらに、上述の各実施の形態においては、弁体１７と弁体案内部材７２との間にシール部材４８を介装し、弁ポート１６の圧力を均圧路によって背圧室２８に導くことで弁体１７に作用する圧力による力を打ち消す構造を備えた電動弁２を例に説明しているが、このような構造を備えない電動弁であってもよい。

２電動弁
６弁軸ホルダ（雌ネジ部材）
６ｃ嵌合部
６ｃ１突出部
６ｄ雌ネジ
１７弁体
３０弁本体
４１弁軸
４１ａ雄ネジ
４８シール部材
７２弁体案内部材
７２ａ大径部
７２ｂ小径部
７２ｃフランジ部
７４段差
７５第１圧入部分
７６第２圧入部分
８２空間
８４空間

また、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、嵌合部６ｃには、外周の四方に突出する突出部６ｃ１が設けられている。さらに、この突出部６ｃ１の外壁面によって形成される嵌合部６ｃの最大外径は、弁体案内部材７２の大径部７２ａの内周面側の直径よりも小さくならないように形成されている。このため、弁軸ホルダ６を弁体案内部材７２に圧入すると、弁軸ホルダ６の突出部６ｃ１を弁体案内部材７２の大径部７２ａの内周面に密に係止させることができ、弁軸ホルダ６が弁体案内部材７２に対して移動しないようにすることができる。また、フランジ部６ｆは、筒状大径部６ｂの下端を囲繞するリング形状を有している。

ここで、弁軸４１は、弁ガイド１８に対して回転可能、かつ径方向に変位可能となるように弁ガイド１８の貫通孔１８ａに遊貫状態で挿入されており、鍔部４１ｂは、弁ガイド１８に対して回転可能、かつ、径方向に変位可能となるように弁ガイド１８内に配置されている。また、弁軸４１は貫通孔１８ａを挿通し、鍔部４１ｂの上面が、弁ガイド１８の天井部２１に対向するように配置されている。なお、鍔部４１ｂが弁ガイド１８の貫通孔１８ａより大径であることにより、弁軸４１の抜け止めがなされている。

Claims

ロータの回転運動を、雄ネジ部材と雌ネジ部材とのネジ結合により直線運動に変換し、この直線運動に基づいて弁本体内に収容された弁体を弁体案内部材の案内によって軸方向に移動させる電動弁であって、
前記雌ネジ部材が前記弁体案内部材に圧入されて組み立てられていることを特徴とする電動弁。
さらに前記弁体案内部材が前記弁本体に圧入されて組み立てられていることを特徴とする請求項１記載の電動弁。
前記弁体案内部材に段差を設けることにより、前記弁体案内部材に第１圧入部分と前記段差によって前記第１圧入部分よりも径を小さくした第２圧入部分を形成し、
前記弁体案内部材が、前記第１圧入部分を前記弁本体に圧入させて前記弁本体に組み付けられ、
前記雌ネジ部材が、前記弁体案内部材の前記第２圧入部分に圧入させて前記弁本体に組み付けられていることを特徴とする請求項２記載の電動弁。