JP2018105445A - 電動弁 - Google Patents

Abstract

【課題】ブッシュを変形させずにロータとの接合強度を向上させることができる電動弁を提供する。【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螺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軸方向に移動させる電動弁であって、前記ロータに固定され、かつ前記雄ネジ部材を貫通させる貫通孔が形成されたブッシュ部材を備え、前記ブッシュ部材の外周には、前記ブッシュ部材を側面から視た場合において、略同一方向に傾斜する複数列の第１溝と、前記第１溝と別に配置され、かつ略同一方向に傾斜する複数列の第２溝とが形成され、前記第１溝と前記第２溝は、前記ブッシュ部材の中心軸を中心に互いに正逆回転方向に形成されたそれぞれが連続する螺旋溝である。【選択図】図２

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、パッケージエアコン、ルームエアコン、冷凍機などに用いられる電動弁が知られている。この電動弁１００においては、図５に示すように、ステッピングモータが駆動してロータ１０３が回転すると、雌ネジ１３１ａと雄ネジ１２１ａのネジ送り作用により、ニードル弁１１４が中心軸Ｌ´方向に移動する。これにより、弁ポート１２１を開閉する調整がなされ、管継手１１１から流入して管継手１１２から流出する冷媒の流量が制御される。

また、この電動弁１００では、雄ネジ１２１ａが、ロータ１０３に一体成形されているブッシュ１３３と溶接固定されているため、ロータ１０３の回転と雄ネジ１２１ａの回転が同期する。したがって、ブッシュ１３３に抜けや回転等の事象が発生すると、ロータ１０３の回転が雄ネジ１２１ａに伝わらず、電動弁１００が機能しなくなるおそれがある。

ここで、ブッシュ１３３が軸方向に抜ける事象は、たとえば、冷凍サイクルが不安定な状態にある場合や、周辺バルブの急激な開閉等がなされた場合において液衝撃が発生したときに生じやすい。図６（ａ）に示すように、電動弁１００の内部に液衝撃が加わると、ブッシュ１３３は、ニードル弁１１４（図５参照）を介して雄ネジ１２１ａに伝わる軸方向の衝撃によって、図６（ｂ）に示すように、ロータ１０３から剥離するおそれがある。また、ブッシュ１３３がロータ１０３から剥離する際には、剥離した部分の周辺の樹脂を破壊するおそれがある。

また、ブッシュ１３３が径方向に回転する事象は、ロータ１０３の過回転を防止するストッパにロータ１０３が当接し、図７（ａ）に示すように、ロータ１０３の回転トルクによる負荷がブッシュ１３３とロータ１０３の接合部に掛かった場合に生じやすい。

このときに、ブッシュ１３３とロータ１０３の接合強度がロータ１０３の回転トルクに対して低ければ、図７（ｂ）に示すように、ブッシュ１３３が回転してしまうおそれがある。

この点、ブッシュ１３３とロータ１０３の接合強度を向上させる方法として、ブッシュ１３３にローレット加工を施すことが考えられる。このような技術としては、図８に示すように、雄ネジ部材４Ａにローレット加工４Ａ１を施すことにより、雄ネジ部材４Ａとロータ５Ａの接合強度を高めた電動流量制御弁５０が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開平７−１１９８５７号公報

しかしながら、上述の電動流量制御弁５０においては、ローレット加工を行う際にバリが発生するという問題がある。このため、仮に図５のブッシュ１３３にローレット加工を施した場合、ロータ１０３の成形時にバリが金型に引っ掛かり、成形が良好に行えないおそれがある。

また、ブッシュ１３３には、雄ネジ１２１ａを貫通させるための貫通孔１３３ａが設けられているため、ブッシュ１３３にローレット加工を施すと、貫通孔１３３ａが歪んだり縮んだりして変形してしまう。さらに、小さな部品の表面にピッチが大きく深い溝を形成する手段としてローレット加工は適さない。したがって、ブッシュ１３３とロータ１０３の接合強度を向上させるのにブッシュ１３３にローレット加工を施すことは適切ではない。

本発明の目的は、ブッシュを変形させずにロータとの接合強度を向上させることができる電動弁を提供することである。

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螺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軸方向に移動させる電動弁であって、
前記ロータに固定され、かつ前記雄ネジ部材を貫通させる貫通孔が形成されたブッシュ部材を備え、
前記ブッシュ部材の外周には、前記ブッシュ部材を側面から視た場合において、
略同一方向に傾斜する複数列の第１溝と、
前記第１溝と別に配置され、かつ略同一方向に傾斜する複数列の第２溝と
が形成され、
前記第１溝と前記第２溝は、前記ブッシュ部材の中心軸を中心に互いに正逆回転方向に形成されたそれぞれが連続する螺旋溝であることを特徴とする。

このように、ブッシュ部材の外周に、ローレット加工で形成することが難しいピッチが大きく深い溝を設けることにより、ロータとの接触面積が増加し、かつ軸方向に加重を受けることが可能となって抜け強度が上昇する。また、ブッシュ部材の中心軸を中心に互いに正逆回転方向に形成された第１溝と第２溝を設けることにより、ロータが正逆方向のいずれに回転してもブッシュ部材がロータから外れないようにすることができる。このため、ブッシュとロータの接合強度を向上させることができる。

また、本発明の電動弁は、
前記第１溝と第２溝は、前記ブッシュ部材の中心軸と直交する線を基準として線対称に配置されていることを特徴とする。
これにより、ブッシュとロータの接合強度をさらに向上させることができる。

また、本発明の電動弁は、
前記ブッシュ部材の両端に、外周を円周方向に一周する円周状の第３溝が形成されていることを特徴とする。
これにより、バリが金型に引っ掛かることなくロータを成形することができる。

また、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螺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軸方向に移動させる電動弁であって、
前記ロータに固定され、かつ前記雄ネジ部材を貫通させる貫通孔が形成されたブッシュ部材を備え、
前記ブッシュ部材の外周には、前記ブッシュ部材を側面から視た場合において、
略同一方向に傾斜する複数列の第１溝と、
前記第１溝と別に配置され、かつ略同一方向に傾斜する複数列の第２溝と
が形成され、
前記第１溝と前記第２溝は、それぞれ前記ブッシュ部材の略軸方向に形成されていることを特徴とする。
これにより、ロータが回転してもブッシュ部材がロータから外れないようにブッシュ部材とロータの接合強度をさらに向上させることができる。

また、本発明の電動弁は、
前記第１溝と前記第２溝が、前記ブッシュ部材の中心軸と平行する線を基準として線対称であることを特徴とする。
これにより、ロータが正逆方向のいずれに回転してもブッシュ部材がロータから外れないようにすることができる。

また、本発明の電動弁は、
前記第１溝と前記第２溝が、切削加工にて形成されていることを特徴とする。
このように、ブッシュ部材の外周に切削加工により、ローレット加工で形成することが難しいピッチが大きく深い溝を設けることにより、ロータとの接触面積が増加し、かつ軸方向に加重を受けることが可能となって抜け強度が上昇する。また、ローレット加工を施さず、ブッシュ部材に切削加工にて溝を形成するため、ブッシュ部材を加工したときに貫通孔が歪む、縮むなどの変形が生じることがなく、電動弁を組み立てる際に的確に貫通孔に雄ネジ部材を通すことができ、ロータ回転の軸心精度が向上する。

本発明に係る電動弁によれば、ブッシュを変形させずにロータとの接合強度を向上させることができる。

実施の形態に係る電動弁の断面図である。 実施の形態に係る電動弁の要部であるブッシュ部材の断面図である。 実施の形態に係る電動弁の要部であるブッシュ部材の断面図である。 実施の形態に係る電動弁の要部であるブッシュ部材の断面図である。 従来の電動弁の断面図である。 従来の電動弁において、ブッシュ部材が軸方向に抜ける状況を説明する図である。 従来の電動弁において、ブッシュ部材が径方向に回転する状況を説明する図である。 特開平７−１１９８５７号公報に開示されている従来の電動流量制御弁の断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る電動弁について説明する。図１は、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、ステンレス等の金属から成り、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１６ａが形成された弁座部材１６が組み込まれている。弁座部材１６には、弁ポート１６ａ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。

ここで、ブッシュ部材３３は、ステンレス等の金属から成り、中央に弁軸４１が貫通する貫通孔３３ａが形成された円筒状の部材である。また、ロータ４は、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂で形成された略円筒状の部材である。ロータ４を成形する際には、まず金型の中の所定の位置にブッシュ部材３３を配置し、その後金型内の空間に樹脂を流し込む。空間に流し込まれた樹脂は、ブッシュ部材３３の外周と接触したまま固化し、ロータ４にブッシュ部材３３が固定される。ブッシュ部材３３の外周には、後述する溝３４が形成されているため、ロータ４とブッシュ部材３３は高い接合強度で接合される。次に、貫通孔３３ａに弁軸４１を貫通させて溶接することにより、ブッシュ部材３３に弁軸４１が固定される。

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形されている。傘状部５４はケース６０の頂部内側と略同形状に成形されている。

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品により構成され、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。

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とリング状のフランジ部６ｆとからなる。そして、弁軸ホルダ６のフランジ部６ｆは、弁本体３０の上端に溶接などで固定されている。また、弁軸ホルダ６の内部には、後述する弁ガイド１８を収容する収容室６ｈが形成されている。

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。
そして、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、ネジ結合Ａが構成されている。

さらに、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、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側がプレス成形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。

次に、本発明の電動弁２の要部である溝付きのブッシュ部材３３について説明する。図２は、実施の形態のブッシュ部材３３を側面から視た図である。図２に示すように、ブッシュ部材３３の外周には、中心軸Ｌを中心に互いに正逆回転方向に形成されたそれぞれが連続する螺旋溝である第１溝３４ｅと第２溝３４ｆが設けられている。ここで、第１溝３４ｅ、第２溝３４ｆは、ブッシュ部材３３を側面から視ると、それぞれ略同一方向に傾斜する複数列の溝３４となる。また、第１溝３４ｅと第２溝３４ｆは、それぞれが、螺旋状にブッシュ部材３３の外周に切削加工された一本の溝３４であり、ブッシュ部材３３の中心軸Ｌと直交する線Ｈを基準として線対称に形成されている。

このように、ブッシュ部材３３の外周に、ローレット加工で形成するのが難しいピッチの大きな深い溝３４を設けることにより、ロータ４との接触面積が増加し、かつ軸方向に加重を受けることが可能となって抜け強度が上昇する。また、ブッシュ部材３３の中心軸Ｌを中心に互いに正逆回転方向に形成された第１溝３４ｅと第２溝３４ｆを設けることにより、ロータ４が正逆方向のいずれに回転してもブッシュ部材３３がロータ４から外れないようにすることができる。よって、ブッシュ部材３３とロータ４の接合強度を向上させることができる。

また、第１溝３４ｅ、第２溝３４ｆは、切削加工により形成されるため、ローレット加工を施した場合に生じる、貫通孔３３ａが歪む、縮むなどの問題を解決することもできる。このため、電動弁２を組み立てる際に障害なく貫通孔３３ａに弁軸４１を通すことができ、ロータ４の軸心精度が向上する。

なお、上述の実施の形態において、図３に示すように、ブッシュ部材３３の上下両端に、外周を円周方向に一周する円周状の第３溝３４ｇを形成してもよい。これにより、ブッシュ部材３３の上端、下端に直接第１溝３４ｅ、第２溝３４ｆが掛かることがなくなるため、ブッシュ部材３３に第１溝３４ｅ、第２溝３４ｆを切削加工したときにバリがブッシュ部材３３の上端および下端に残らないようにすることができる。よって、ロータ４を成形する際にバリが金型に引っ掛かることを防止することができる。また、電動弁２を製造する際のバリ取り工程をなくすことができる。

また、上述の実施の形態において、図４に示すように、ブッシュ部材３３の下端から右上に向かって略軸方向に延びる複数列の第１溝３４ｊ、およびブッシュ部材３３の下端から左上に向かって略軸方向に延びる複数列の第２溝３４ｋを設けてもよい。ここで、第１溝３４ｊと第２溝３４ｋは、ブッシュ部材３３の中心軸Ｌと平行する線Ｉを基準として線対称に配置されている。これにより、ロータ４が回転してもブッシュ部材３３がロータ４から外れないようにブッシュ部材３３とロータ４の接合強度をさらに向上させることができる。

なお、上述の実施の形態において、ブッシュ部材３３に形成される溝３４（第１溝３４ｅ、第２溝３４ｆ、第３溝３４ｇ、第１溝３４ｊ、第２溝３４ｋ）は、断面Ｕ字状、または断面Ｖ字状の形状を有している。また、溝３４の加工幅に対する溝３４のピッチ（ピッチ／加工幅）の比は、０．４以上０．５以下の範囲内にあり、ブッシュ部材３３の外周径に対する溝３４の深さ（溝深さ／外周径）の比は、０．０４以上０．０６以下の範囲内にある。これに対し、従来のローレット加工（図８参照）の加工幅に対するピッチ（ピッチ／加工幅）の比は、０．１以上０．２以下の範囲内にあり、ローレット加工部分の外周径に対するローレットの深さ（溝深さ／外周径）の比は、０．０２以上０．０３以下の範囲内にある。

２ 電動弁
４ ロータ
１６ 弁座部材
１６ａ 弁ポート
１７ 弁体
３３ ブッシュ部材
３３ａ 貫通孔
３４ 溝
３４ｅ、３４ｊ 第１溝
３４ｆ、３４ｋ 第２溝
３４ 第３溝
４１ 弁軸
４１ａ 雄ネジ

Claims (6)

1. ロータの回転運動を、雄ネジ部材と雌ネジ部材とのネジ螺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軸方向に移動させる電動弁であって、
   前記ロータに固定され、かつ前記雄ネジ部材を貫通させる貫通孔が形成されたブッシュ部材を備え、
   前記ブッシュ部材の外周には、前記ブッシュ部材を側面から視た場合において、
   略同一方向に傾斜する複数列の第１溝と、
   前記第１溝と別に配置され、かつ略同一方向に傾斜する複数列の第２溝と
   が形成され、
   前記第１溝と前記第２溝は、前記ブッシュ部材の中心軸を中心に互いに正逆回転方向に形成されたそれぞれが連続する螺旋溝であることを特徴とする電動弁。
2. 前記第１溝と第２溝は、前記ブッシュ部材の中心軸と直交する線を基準として線対称に配置されていることを特徴とする請求項１記載の電動弁。
3. 前記ブッシュ部材の両端には、外周を円周方向に一周する円周状の第３溝が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の電動弁。
4. ロータの回転運動を、雄ネジ部材と雌ネジ部材とのネジ螺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軸方向に移動させる電動弁であって、
   前記ロータに固定され、かつ前記雄ネジ部材を貫通させる貫通孔が形成されたブッシュ部材を備え、
   前記ブッシュ部材の外周には、前記ブッシュ部材を側面から視た場合において、
   略同一方向に傾斜する複数列の第１溝と、
   前記第１溝と別に配置され、かつ略同一方向に傾斜する複数列の第２溝と
   が形成され、
   前記第１溝と前記第２溝は、それぞれ前記ブッシュ部材の略軸方向に形成されていることを特徴とする電動弁。
5. 前記第１溝と前記第２溝は、前記ブッシュ部材の中心軸と平行する線を基準として線対称であることを特徴とする請求項４記載の電動弁。
6. 前記第１溝と前記第２溝は、切削加工にて形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の電動弁。

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