JP2018189202A - 電動弁 - Google Patents

Abstract

【課題】モータトルクを遊星歯車機構により増大させるとともに、ストッパや歯車に掛かるアンバランスなモーメントによる負荷を抑制しながら、歯車の回動を利用して確実に弁体を停止させる。
【解決手段】ロータの回転運動を、差動遊星歯車機構を介して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、弁体を軸方向に移動させる電動弁であって、前記差動遊星歯車機構は、ロータ軸に固定された太陽歯車と、ケースおよび弁本体の少なくとも一方に固定された固定内歯車と、前記太陽歯車と前記固定内歯車に噛合された遊星歯車と、前記遊星歯車に噛合された可動内歯車とを備え、前記固定内歯車、前記可動内歯車、前記遊星歯車の中の二つの歯車にストッパが設けられ、前記ストッパ同士が直接または間接的に当接することにより、前記差動遊星歯車機構に含まれるすべての歯車が停止し、前記ロータの回転に伴う前記弁体の軸方向への移動が停止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、差動遊星歯車機構によりネジ送りのトルクを増幅させる電動弁に関する。

従来より、ロータの回転運動を雄ネジと雌ネジのネジ送り作用により直線運動に変換し、弁体を軸方向に移動させて流量を制御する電動弁が存在する。この電動弁において、たとえば、ＣＯ_２冷媒を使用した場合、電動弁内部の圧力は１４ＭＰａと超高圧になり、弁体に作用する差圧力が大きくなる。また、弁体から弁座へのバネによる押し付け荷重も他の流体を使用した場合よりも大きくなる。

このような場合に備え、より駆動力の強いアクチュエータを備えた電動弁への需要が高まっている。かかる電動弁としては、遊星歯車機構によりロータのトルクを増幅させる技術を用いたものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００６−１１８７２３号公報 特開２０１３−２４９８４７号公報

ところで、上述の遊星歯車機構を用いた電動弁においては、弁閉時に適切な位置で弁体を停止させることが困難であった。特に、遊星歯車機構を用いてネジ送りのトルクを増幅させた場合、弁閉時に弁体が強く弁座に押し付けられるため、弁体が弁座に喰い込んだり、雄ネジと雌ネジが喰い付いたりして、弁開方向に弁体を移動させ難くなるおそれがある。

この問題を解消するため、弁体を確実に停止させる手段として、図１６、１７に示すように、一つの遊星歯車１５４の自転軸１５５を上方に延長し、延長した自転軸１５５を可動ストッパとして、歯車ケース１６０に固定された固定ストッパ１８０と当接させることにより弁体を停止させる電動弁１００が知られている（たとえば、特許文献２参照）。

しかしながら、この電動弁１００においては、固定ストッパ１８０の軸方向の中心位置Ｇが歯車の噛み合い部の軸方向の中心位置Ｈと離間しているため、回転中心部分に大きな曲げモーメントが働くという問題があった。

本発明の目的は、モータトルクを遊星歯車機構により増大させるとともに、ストッパや歯車に掛かるアンバランスなモーメントによる負荷を抑制しながら、歯車の回動を利用して確実に弁体を停止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、
ケースの内周に収容されたロータの回転運動を、差動遊星歯車機構を介して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、
前記差動遊星歯車機構が、
ロータ軸に固定された太陽歯車と、
前記ケースおよび前記弁本体の少なくとも一方に固定された固定内歯車と、
前記太陽歯車と前記固定内歯車に噛合された遊星歯車と、
前記遊星歯車に噛合された可動内歯車と
を備え、
前記固定内歯車、前記可動内歯車、前記遊星歯車の中の二つの歯車にストッパが設けられ、
前記ストッパ同士が直接または間接的に当接することにより、前記差動遊星歯車機構に含まれるすべての歯車が停止し、前記ロータの回転に伴う前記弁体の軸方向への移動が停止することを特徴とする。

これにより、ストッパと歯車以外の部分に負わせるトルク負荷を抑制しながら確実に弁体を停止させることができる。

また、本発明の電動弁は、
前記ストッパ同士が当接する当接部分の軸方向の中心位置が、
前記固定内歯車と前記遊星歯車が噛合う第１噛合部分の軸方向の中心位置と、
前記可動内歯車と前記遊星歯車が噛合う第２噛合部分の軸方向の中心位置と
の略中央に位置することを特徴とする。

これにより、当接部分の軸方向の中心から第１噛合部分の軸方向の中心位置までの距離と、当接部分の軸方向の中心位置から第２噛合部分の軸方向の中心位置までの距離が同じかつ短い距離になる。このため、各歯車とストッパの間のモーメントの長さが均等になって、上下の曲げモーメントが打ち消し合い、アンバランスなモーメントによる負荷が抑制され、歯車同士、ストッパ同士の当接による摩耗、騒音が減少する。

また、本発明の電動弁は、
前記固定内歯車に設けられ前記可動内歯車側に突出する固定ストッパと、前記可動内歯車に設けられ前記固定内歯車側に突出する可動ストッパとが当接することにより、前記差動遊星歯車機構に含まれるすべての歯車が停止することを特徴とする。

このようにストッパを、固定内歯車と可動内歯車のそれぞれに設け、当接させる構造にすることにより、差動遊星歯車機構をコンパクトにまとめることができる。

また、本発明の電動弁は、
前記遊星歯車の一つには、軸方向の略中間位置において外周側に突出する自転ストッパが設けられ、
前記自転ストッパが、前記固定内歯車に設けられ前記可動内歯車側に突出する固定ストッパ、または前記可動内歯車に設けられ前記固定内歯車側に突出する可動ストッパの何れかと当接することにより、前記差動遊星歯車機構に含まれるすべての歯車が停止することを特徴とする。

これにより、ストッパと歯車以外の部分に掛かるトルク負荷をさらに抑制しながら確実に弁体を停止させることができる。また、多回転化が図れることにより、弁体の移動量が大きくなるため、より電動弁の流量調整範囲を大きくすることができる。

また、本発明の電動弁は、
軸方向において前記固定内歯車と前記可動内歯車の間に位置し、周方向に回転自在な環状のスライダーを備え、
前記スライダーは、前記固定内歯車に設けられ前記可動内歯車側に突出する固定ストッパ、および前記可動内歯車に設けられ前記固定内歯車側に突出する可動ストッパと当接する中間ストッパを備えることを特徴とする。

このように、スライダーを設けることにより、固定内歯車に対する可動内歯車の回転数を２回転以上とすることができ、弁体の移動量が大きくなるため、より電動弁の流量調整範囲を大きくすることができる。

また、本発明の電動弁は、
前記中間ストッパが、前記スライダーの内周側に突出することを特徴とする。
これにより、電動弁の軸方向の長さを抑えながらストッパを配置することができる。

また、本発明の電動弁は、
前記固定ストッパと前記可動ストッパとが当接する第１当接部分の軸方向の中心位置、前記自転ストッパと前記可動ストッパまたは前記固定ストッパとが当接する第２当接部分の軸方向の中心位置、および前記中間ストッパの軸方向の中心位置の何れかが、
前記固定内歯車と前記遊星歯車が噛合う第１噛合部分の軸方向の中心位置と、
前記可動内歯車と前記遊星歯車が噛合う第２噛合部分の軸方向の中心位置と
の略中央に位置することを特徴とする。

これにより、各歯車とストッパの間のモーメントの長さが均等になって、上下の曲げモーメントが打ち消し合い、アンバランスなモーメントによる負荷が抑制され、歯車同士、ストッパ同士の当接による摩耗、騒音が減少する。

また、本発明の電動弁は、
前記固定ストッパと前記可動ストッパの当接面、前記固定ストッパと前記中間ストッパの当接面、前記可動ストッパと前記中間ストッパの当接面の少なくとも一つは、前記太陽歯車の軸芯から放射状に延びる線上に位置していることを特徴とする。

これにより、当接面積を大きくすることができるため、ストッパに負荷をかけずに弁体を停止させることができる。

本発明に係る電動弁によれば、モータトルクを遊星歯車機構により増大させるとともに、ストッパや歯車に掛かるアンバランスなモーメントによる負荷を抑制しながら、歯車の回動を利用して確実に弁体を停止させることができる。

第１の実施の形態に係る電動弁の弁閉状態の概略断面図である。 図１におけるストッパ当接部と各歯車との噛合部分の位置関係を示す拡大図である。 第１の実施の形態に係る差動遊星歯車機構の弁開状態から弁閉状態への動作を示す図である。 第２の実施形態に係る電動弁の弁閉状態の概略断面図である 。 図４におけるストッパ当接部と各歯車噛合部分の位置関係を示す拡大図である。 第２の実施の形態に係る差動遊星歯車機構の弁開状態から弁閉状態への動作を示す図である。 第３の実施形態に係る電動弁の弁閉状態の概略断面図である 。 図７におけるストッパ当接部と各歯車噛合部分の位置関係を示す拡大図である。 第３の実施の形態に係る差動遊星歯車機構の弁開状態から弁閉状態への動作を示す図である。 第４の実施の形態に係る電動弁の弁閉状態の概略断面図である。 図１０におけるストッパ部分の概略概略図である。 図１０における固定ストッパ、可動ストッパ、中間ストッパの位置関係を示す拡大図である。 図１０におけるストッパ当接部と各歯車との噛合部分の位置関係を示す拡大図である。 第４の実施の形態に係る差動遊星歯車機構の弁開状態から弁閉状態への動作を示す図である。 他の実施の形態に係る差動遊星歯車機構の動作を示す図である。 従来の電動弁の遊星歯車機構を示す概略図である。 従来の電動弁の遊星歯車機構を示す概略図である。

以下、図面を参照して、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の弁閉状態を示した概略断面図である。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、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。ケース６０はたとえばステンンレス製等の金属からなる。

ここで、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６２が配置され、ロータ４とステータ６２とでステッピングモータが構成されている。また、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、図示しないブッシュ部材を介してロータ軸６１が結合されている。

ケース６０の内部において、ロータ４の下方には、差動遊星歯車機構Ｐが配置されている。この差動遊星歯車機構Ｐは、太陽歯車５２と、固定内歯車５３と、遊星歯車５４と、遊星歯車５４を支持する自転軸５５と、可動内歯車５６と、遊星キャリア５７とで構成されている。

太陽歯車５２は、外周に歯形が形成された円筒形状の歯車であり、ロータ軸６１に固定されている。
固定内歯車５３は、内周に歯形が形成された略円筒形状の歯車であり、その外周が溶接等によって気密にケース６０に固定されている。なお、固定内歯車５３には、内周の段差によって形成された環状平面部５３ｂが設けられている。この環状平面部５３ｂの所定の位置には、下方（可動内歯車５６側）に突出し可動ストッパ５６ｄと当接する固定ストッパ５３ｄが形成されている。

遊星歯車５４は、太陽歯車５２と固定内歯車５３とに噛合する歯車であり、自転軸５５に回転自在に遊嵌されている。なお、本実施の形態では、それぞれ自転軸５５を有する二つの遊星歯車５４が太陽歯車５２の周囲を公転する。

可動内歯車５６は、内周に固定内歯車５３の歯数と異なる歯数の歯形が形成された有底略円筒形状の歯車である。この可動内歯車５６は、固定内歯車５３と同芯に配置され、ロータ軸６１に回転自在に遊嵌されている。なお、可動内歯車５６の上端には、環状平面部５６ｂが設けられ、環状平面部５６ｂには、上方（ロータ４側）に突出し固定ストッパ５３ｄと当接する可動ストッパ５６ｄが形成されている。また、可動内歯車５６の下方には、可動内歯車５６の回転を弁軸４１（雄ネジ部材）に伝達する出力軸５８が延びている。

遊星キャリア５７は、自転軸５５を保持する一対の部品であり、自転軸５５の上下に配置されている。
ここで、図２に示すように、固定ストッパ５３ｄと可動ストッパ５６ｄとが当接する第１当接部分Ｔ１の軸方向の中心位置Ｃ１は、固定内歯車５３と遊星歯車５４が噛合う第１噛合部分Ｋ１の軸方向の中心位置Ｃ２と、可動内歯車５６と遊星歯車５４が噛合う第２噛合部分Ｋ２の軸方向の中心位置Ｃ３との略中央に位置している。

これにより、第１当接部分Ｔ１の軸方向の中心位置Ｃ１から第１噛合部分Ｋ１の軸方向の中心位置Ｃ２までの距離Ｓ１と、第１当接部分Ｔ１の軸方向の中心位置Ｃ１から第２噛合部分Ｋ２の軸方向の中心位置Ｃ３までの距離Ｓ２が同じ距離になる（Ｓ１＝Ｓ２）。このため、各噛合部分とストッパの間の軸方向のモーメントの長さが均等になって、上下の曲げモーメントが打ち消し合い、アンバランスなモーメントによる負荷が抑制され、歯車同士、ストッパ同士の当接による摩耗、騒音が減少する。

また、ロータ軸６１の下端には、可動内歯車５６の貫通孔５６ａより大径の大径部６１ａが形成されており、ロータ軸６１の抜け止めがなされている。
ケース６０の下端には、弁本体３０が溶接等でケース６０に固定されている。弁本体３０は、たとえばステンレス製等の金属から成り、内部に弁室１１を有している。また、弁本体３０には、弁室１１に直接連通する第１の管継手１２、および後述する弁ポート１６ａを介して弁室１１に連通する第２の管継手１５が固定装着されている。第１の管継手１２と第２の管継手１５は、いずれもたとえばステンレスや銅等の金属で形成されている。

さらに、弁本体３０の内側には、弁本体３０と第２の管継手１５に固定装着された弁座部材１６が設けられている。弁座部材１６には、断面円形の弁ポート１６ａが形成されている。

弁本体３０には、弁軸４１がロータ軸６１と同芯に配置されている。弁軸４１の上端には、複数の挿通穴５９ａを有する円盤５９が固定され、円盤５９の挿通穴５９ａに上述した出力軸５８が挿通されている。なお、円盤５９は出力軸５８に対し上下に摺動自在となっている。これにより、可動内歯車５６の回転が円盤５９を介して弁軸４１に伝達される。

また、この弁軸４１の中間部付近の外周面には雄ネジ４１ａが形成されており、弁軸４１が雄ネジ部材として機能している。また、弁軸４１の下方には、さらに鍔部４１ｂが形成されている。

また、弁本体３０には、後述するように弁軸４１との間でネジ送り機構α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、ネジ送り機構αが構成されている。

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。

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。
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、第１の実施の形態に係る電動弁２において、弁体１７を弁開（全開）状態から弁閉方向に移動させた場合における差動遊星歯車機構Ｐの動作について図３を参照しながら説明する。ここで、図３は、図１のＡ−Ａ断面を矢印Ｕの方向から視た図である。

まず、図３（ａ）に示すように、弁開状態において、固定ストッパ５３ｄと可動ストッパ５６ｄが当接している。ここで、固定ストッパ５３ｄと可動ストッパ５６ｄは、それぞれ断面扇形状を有しており、固定ストッパ５３ｄと可動ストッパ５６ｄが当接する第１当接部分Ｔ１の当接面は、太陽歯車５２の軸芯から放射状に延びる線Ｆ上に位置している。この状態で、ステッピングモータにより、ステータ６２にパルス信号が与えられると、そのパルス数に応じてロータ４及びロータ軸６１が回転し、さらに太陽歯車５２が回転する。ここで、図３（ｂ）に示すように、太陽歯車５２が反時計回りに自転した場合、太陽歯車５２と噛合する遊星歯車５４は時計回りに自転しながら固定内歯車５３と噛合し、太陽歯車５２の周囲を反時計回りに公転する。

ここで、遊星歯車５４は、上方が固定内歯車５３と噛合する一方、下方が可動内歯車５６と噛合している。このため、遊星歯車５４が反時計回りに公転すると、可動内歯車５６が時計回りに回転する。これにより、可動ストッパ５６ｄが固定ストッパ５３ｄから離れて可動内歯車５６と共に太陽歯車５２の周りを時計回りに移動する。

そして、図３（ｃ）に示すように、可動ストッパ５６ｄが固定ストッパ５３ｄに当接すると、差動遊星歯車機構Ｐを構成するすべての歯車の回転が停止し、弁体１７の軸方向の移動が停止される。なお、この時点においても、図３（ａ）に示した弁開状態のときと同様に、固定ストッパ５３ｄと可動ストッパ５６ｄが当接する第１当接部分Ｔ１の当接面は、太陽歯車５２の軸芯から放射状に延びる線Ｆ上に位置する。

この第１の実施の形態に係る電動弁２によれば、固定内歯車５３に設けられた固定ストッパ５３ｄと可動内歯車５６に設けられた可動ストッパ５６ｄを当接させることにより、差動遊星歯車機構Ｐにおけるトルク負荷を抑制しながら弁体１７の軸方向の移動を確実に停止させることができる。また、図２に示す距離Ｓ１と距離Ｓ２が同じ距離になるようにすることにより（Ｓ１＝Ｓ２）、各噛合部分とストッパの間の軸方向のモーメントの長さが均等になって、上下の曲げモーメントが打ち消し合い、アンバランスなモーメントによる負荷が抑制され、歯車同士、ストッパ同士の当接による摩耗、騒音が減少する。

次に、第２の実施の形態に係る電動弁について、第１の実施の形態と重複する部分の説明を適宜省略して説明する。なお、第２の実施の形態の説明においては、第１の実施の形態に係る電動弁２の構成と同一の構成には、第１の実施の形態の説明で用いたのと同一の符号を用いて説明を行なう。

図４は、第２の実施の形態に係る電動弁１０１の弁閉状態を示した概略断面図である。図４に示すように、ロータ４の下方には、差動遊星歯車機構Ｏが配置されている。差動遊星歯車機構Ｏは、太陽歯車５２と、固定内歯車５３と、遊星歯車５４と、遊星歯車５４を支持する自転軸５５と、可動内歯車５６と、遊星キャリア５７で構成されている。ここで、可動内歯車５６は、固定内歯車５３よりも上方に配置されている。また、第１の実施形態では可動内歯車５６を出力部材としたのに対し、本実施形態では遊星キャリア５７を出力部材とし、多回転化を図っている。

固定内歯車５３は、内周に歯形が形成された略円筒状の歯車であり、下端が弁本体３０に溶接等により固定されると共に、外周がケース６０に溶接等により固定されている。なお、固定内歯車５３の上端には環状平面部５３ｂが設けられ、環状平面部５３ｂの所定の位置に、上方（可動内歯車５６側）に突出し可動ストッパ５６ｄと当接する固定ストッパ５３ｄが形成されている。

可動内歯車５６は、内周に固定内歯車５３の歯数と異なる歯数の歯形が形成された略円筒状の歯車であり、上部の遊星キャリア５７の上に固定内歯車５３と同芯に配置され、ロータ軸６１に回転自在に遊嵌されている。この可動内歯車５６の下端には、環状平面部５６ｂが設けられ、この環状平面部５６ｂの所定の位置には、下方（固定内歯車５３側）に突出し、固定ストッパ５３ｄと当接する可動ストッパ５６ｄが設けられている。

遊星歯車５４は、第１の実施形態と同様に、太陽歯車５２、固定内歯車５３及び可動内歯車５６と噛合する歯車であり、自転軸５５に回転自在に遊嵌されている。本実施形態では、それぞれ自転軸５５を有する二つの遊星歯車５４が太陽歯車５２の周囲を公転する。

遊星キャリア５７は、自転軸５５を保持する一対の部品であり、自転軸５５の上下に配置されている。下部の遊星キャリア５７の下方には、遊星歯車５４の公転を弁軸４１（雄ネジ部材）に伝達する出力軸５８が延びている。

これらの出力軸５８は、弁軸４１の上端に固定された円盤５９の挿通穴５９ａにそれぞれ上下に摺動自在に挿通されている。これにより、遊星歯車５４の公転が円盤５９を介して弁軸４１に伝達される。

また、第２の実施形態では、上述した構造により、多回転化が可能となっている。
ここで、図５に示すように、固定ストッパ５３ｄと可動ストッパ５６ｄとが当接する第１当接部分Ｔ１の軸方向の中心位置Ｃ１は、固定内歯車５３と遊星歯車５４が噛合う第１噛合部分Ｋ１の軸方向の中心位置Ｃ２と、可動内歯車５６と遊星歯車５４が噛合う第２噛合部分Ｋ２の軸方向の中心位置Ｃ３との略中央に位置している。

これにより、第１当接部分Ｔ１の軸方向の中心位置Ｃ１から第１噛合部分Ｋ１の軸方向の中心位置Ｃ２までの距離Ｓ１と、第１当接部分Ｔ１の軸方向の中心位置Ｃ１から第２噛合部分Ｋ２の軸方向の中心位置Ｃ３までの距離Ｓ２が同じ距離になる（Ｓ１＝Ｓ２）。このため、第１の実施形態と同様に、各噛合部分とストッパの間の軸方向のモーメントの長さが均等になって、上下の曲げモーメントが打ち消し合い、アンバランスなモーメントによる負荷が抑制され、歯車同士、ストッパ同士の当接による摩耗、騒音が減少する。

また、ロータ軸６１の下端には、可動内歯車５６の貫通孔５６ａより大径の大径部６１ａが形成されており、ロータ軸６１の抜け止めがなされている。
次に、第２の実施の形態に係る電動弁１０１において、弁体１７を弁開（全開）状態から弁閉方向に移動させた場合における差動遊星歯車機構Ｏの動作について図６を参照しながら説明する。ここで、図６は、図４のＡ´−Ａ´断面を矢印Ｕ´の方向から視た図である。

まず、図６（ａ）に示すように、弁開状態において、固定ストッパ５３ｄと可動ストッパ５６ｄは、それぞれ断面扇形状を有しており、固定ストッパ５３ｄと可動ストッパ５６ｄが当接する第１当接部分Ｔ１の当接面は、太陽歯車５２の軸芯から放射状に延びる線Ｆ上に位置している。この状態で、ステッピングモータにより、ステータ６２にパルス信号が与えられると、そのパルス数に応じてロータ４及びロータ軸６１が回転し、さらに太陽歯車５２が回転する。ここで、図６（ｂ）に示すように、太陽歯車５２が時計回りに自転した場合、太陽歯車５２と噛合する遊星歯車５４は反時計回りに自転しながら固定内歯車５３と噛合し、太陽歯車５２の周囲を時計回りに公転する。

ここで、遊星歯車５４は、下方が固定内歯車５３と噛合する一方、上方が可動内歯車５６と噛合している。このため、遊星歯車５４が時計回りに公転すると、可動内歯車５６も時計回りに回転する。これにより、可動ストッパ５６ｄが固定ストッパ５３ｄから離れて可動内歯車５６と共に太陽歯車５２の周りを時計回りに移動する。

そして、図６（ｃ）に示すように、可動ストッパ５６ｄが固定ストッパ５３ｄに当接すると、差動遊星歯車機構Ｏを構成するすべての歯車の回転が停止し、弁体１７の軸方向の移動が停止される。なお、この時点においても、図６（ａ）に示した弁開状態のときと同様に、固定ストッパ５３ｄと可動ストッパ５６ｄが当接する第１当接部分Ｔ１の当接面は、太陽歯車５２の軸芯から放射状に延びる線Ｆ上に位置する。

次に、第３の実施の形態に係る電動弁について、第１の実施の形態と重複する部分の説明を適宜省略して説明する。なお、第３の実施の形態の説明においては、第３の実施の形態に係る電動弁２の構成と同一の構成には、第１の実施の形態の説明で用いたのと同一の符号を用いて説明を行なう。

図７は、第３の実施の形態に係る電動弁１０２の弁閉状態を示した概略断面図である。図７に示すように、差動遊星歯車機構Ｑを構成する遊星歯車５４の一つには、軸方向の略中間位置において外周側に突出する自転ストッパ５４ｄが形成されている。また、太陽歯車５２の軸方向中央部分には、断面視凹形状のくびれ５２ａが形成されている。これにより、自転ストッパ５４ｄは、太陽歯車５２に妨げられずに自転することが可能となる。

なお、可動内歯車５６の上端に設けられた環状平面部５６ｂには、上方（ロータ４側）に突出した可動ストッパ５６ｄが形成されている。この可動ストッパ５６ｄは、自転ストッパ５４ｄと当接する。

ここで、図８に示すように、自転ストッパ５４ｄと可動ストッパ５６ｄとが当接する第２当接部分Ｔ２の軸方向の中心位置Ｃ４は、固定内歯車５３と遊星歯車５４が噛合う第１噛合部分Ｋ１の軸方向の中心位置Ｃ２と、可動内歯車５６と遊星歯車５４が噛合う第２噛合部分Ｋ２の中心位置Ｃ３との略中央に位置している。

これにより、第２当接部分Ｔ２の軸方向の中心位置Ｃ４から第１噛合部分Ｋ１の軸方向の中心位置Ｃ２までの距離Ｓ３と、第２当接部分Ｔ２の軸方向の中心位置Ｃ４から第２噛合部分Ｋ２の軸方向の中心位置Ｃ３までの距離Ｓ４が同じ距離になる（Ｓ３＝Ｓ４）。このため、各噛合部分とストッパの間の軸方向のモーメントの長さが均等になって、上下の曲げモーメントが打ち消し合い、アンバランスなモーメントによる負荷が抑制され、歯車同士、ストッパ同士の当接による摩耗、騒音が減少する。

次に、第３の実施の形態に係る電動弁１０２において、弁体１７を弁開（全開）状態から弁閉方向に移動させた場合における差動遊星歯車機構Ｑの動作について図９を参照しながら説明する。ここで、図９（ａ）は、弁開状態における差動遊星歯車機構Ｑを上方から視た概念図であり、図９（ｂ）は、弁開状態における図７のＢ−Ｂ断面を矢印Ｖの方向から視た図である。

まず、図９（ａ）に示すように、弁開状態において、自転ストッパ５４ｄと可動ストッパ５６ｄが当接している。この状態で、ステッピングモータにより、ステータ６２にパルス信号が与えられると、そのパルス数に応じてロータ４及びロータ軸６１が回転し、さらに太陽歯車５２が回転する。

ここで、図９（ｂ）に示すように、太陽歯車５２が反時計回りに自転した場合、太陽歯車５２と噛合する遊星歯車５４は時計回りに自転しながら固定内歯車５３と噛合し、太陽歯車５２の周囲を反時計回りに公転する。そして、遊星歯車５４が反時計回りに公転すると、可動内歯車５６が時計回りに回転する。さらに、自転ストッパ５４ｄは可動ストッパ５６ｄから離れてハイポトロコイド曲線軌跡を描きながら回転する。

そして、図９（ｃ）に示すように、自転ストッパ５４ｄが可動ストッパ５６ｄに当接すると、差動遊星歯車機構Ｑを構成するすべての歯車の回転が停止し、弁体１７の軸方向の移動が停止される。

この第３の実施の形態に係る電動弁１０２によれば、遊星歯車５４に設けられた自転ストッパ５４ｄと可動内歯車５６に設けられた可動ストッパ５６ｄを当接させることにより、差動遊星歯車機構Ｑにおいて、ストッパと歯車以外の部分に掛かるトルク負荷をさらに抑制しながら弁体１７の軸方向の移動を確実に停止させることができる。また、多回転化が図れることにより、弁体の移動量が大きくなるため、より電動弁の流量調整範囲を大きくすることができる。また、図８に示す距離Ｓ３と距離Ｓ４が同じ距離になるようにすることにより（Ｓ３＝Ｓ４）、各噛合部分とストッパの間の軸方向のモーメントの長さが均等になって、上下の曲げモーメントが打ち消し合い、アンバランスなモーメントによる負荷が抑制され、歯車同士、ストッパ同士の当接による摩耗、騒音が減少する。

なお、上述の第３の実施の形態において、自転ストッパ５４ｄが可動ストッパ５６ｄと当接する場合を例に説明しているが、自転ストッパ５４ｄが当接するストッパは、必ずしも可動ストッパ５６ｄでなくてもよい。たとえば、可動ストッパ５６ｄに代えて、固定内歯車５３の環状平面部５３ｂに、下方（弁体１７側）に突出する固定ストッパ５３ｄが形成されていてもよい。この場合、自転ストッパ５４ｄを固定ストッパ５３ｄと当接（第２当接部分Ｔ２）させることにより、差動遊星歯車機構Ｑを構成するすべての歯車の回転が停止する。
なお、この第３の実施の形態では、遊星歯車５４に自転ストッパ５４ｄを設けたことにより、多回転にも対応可能となる。

次に、第４の実施の形態に係る電動弁について、第１の実施の形態と重複する部分の説明を適宜省略して説明する。なお、第４の実施の形態の説明においては、第１の実施の形態に係る電動弁２の構成と同一の構成には、第１の実施の形態の説明で用いたのと同一の符号を用いて説明を行なう。

図１０は、第４の実施の形態に係る電動弁２０２の弁閉状態を示した概略断面図である。図１０に示すように、差動遊星歯車機構Ｒは、軸方向において固定内歯車５３と可動内歯車５６の間、かつ固定内歯車５３の環状平面部５３ｂの下部の内周に位置し、周方向に回転自在な環状のスライダー７２を備えている。ここで、図１１は、図１０を左側面から視た図である。なお、図１１（ａ）は、図１０のＣ−Ｃ断面を矢印Ｗの方向から視た図であり、図１１（ｂ）は、スライダー７２を内側（太陽歯車５２側）から視た図である。図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、スライダー７２は、内周側に突出する中間ストッパ７２ａを備えている。

図１２は、図１１（ｂ）の各ストッパを拡大した図である。図１２に示すように、中間ストッパ７２ａの軸方向の中心位置Ｃ５は、固定ストッパ５３ｄと中間ストッパ７２ａとが当接する第３当接部分Ｔ３の軸方向の中心位置Ｃ６と、中間ストッパ７２ａと可動ストッパ５６ｄとが当接する第４当接部分Ｔ４の軸方向の中心位置Ｃ７の略中央に位置している。これにより、中間ストッパ７２ａの軸方向の中心位置Ｃ５から第３当接部分Ｔ３の軸方向の中心位置Ｃ６までの距離Ｓ６と、中間ストッパ７２ａの軸方向の中心位置Ｃ５から第４当接部分Ｔ４の軸方向の中心位置Ｃ７までの距離Ｓ７が同じ距離になる（Ｓ６＝Ｓ７）。

そして、図１３に示すように、中間ストッパ７２ａの軸方向の中心位置Ｃ５は、固定内歯車５３と遊星歯車５４が噛合う第１噛合部分Ｋ１の軸方向の中心位置Ｃ２と、可動内歯車５６と遊星歯車５４が噛合う第２噛合部分Ｋ２の中心位置Ｃ３との略中央に位置している。

これにより、中間ストッパ７２ａの軸方向の中心位置Ｃ５から第１噛合部分Ｋ１の軸方向の中心位置Ｃ２までの距離Ｓ８と、中間ストッパ７２ａの軸方向の中心位置Ｃ５から第２噛合部分Ｋ２の軸方向の中心位置Ｃ３までの距離Ｓ９が同じ距離になる（Ｓ８＝Ｓ９）。このため、各噛合部分とストッパの間の軸方向のモーメントの長さが均等になって、上下の曲げモーメントが打ち消し合い、アンバランスなモーメントによる負荷が抑制され、歯車同士、ストッパ同士の当接による摩耗、騒音が減少する。

次に、第４の実施の形態に係る電動弁２０２において、弁体１７を弁開（全開）状態から弁閉方向に移動させた場合における差動遊星歯車機構Ｒの動作について図面を参照しながら説明する。

まず、図１４（ａ）に示すように、弁開状態において、固定ストッパ５３ｄと中間ストッパ７２ａ、中間ストッパ７２ａと可動ストッパ５６ｄが当接している。ここで、固定ストッパ５３ｄ、可動ストッパ５６ｄ、中間ストッパ７２ａは、それぞれ断面扇形状を有している。そして、固定ストッパ５３ｄと中間ストッパ７２ａが当接する第３当接部分Ｔ３の当接面、中間ストッパ７２ａと可動ストッパ５６ｄが当接する第４当接部分Ｔ４の当接面は、それぞれ太陽歯車５２の軸芯から放射状に延びる線Ｆ１、Ｆ２上に位置している。この状態で、ステッピングモータにより、ステータ６２にパルス信号が与えられると、そのパルス数に応じてロータ４及びロータ軸６１が回転し、さらに太陽歯車５２が回転する。ここで、図１４（ｂ）に示すように、太陽歯車５２が反時計回りに自転した場合、太陽歯車５２と噛合する遊星歯車５４は時計回りに自転しながら固定内歯車５３と噛合し、太陽歯車５２の周囲を反時計回りに公転する。

遊星歯車５４が反時計回りに公転すると、可動内歯車５６が時計回りに回転する。これにより、可動ストッパ５６ｄが固定ストッパ５３ｄから離れて可動内歯車５６と共に太陽歯車５２の周りを時計回りに移動する。なお、図１４（ｂ）には、スライダー７２が全く回転していない場合を例示しているが、スライダー７２は、歯車に拘束されないフリーの状態にあるため、図１５に示すように、回転する場合もある。

そして、可動ストッパ５６ｄが略一周すると、図１４（ｃ）に示すように、中間ストッパ７２ａに当接する。中間ストッパ７２ａに当接した可動ストッパ５６ｄは、図１４（ｄ）に示すように、中間ストッパ７２ａと共に時計回りに回転する。そして、中間ストッパ７２ａに当接した可動ストッパ５６ｄが略２週目の回転を終えると、図１１（ａ）に示すように、固定ストッパ５３ｄに当接する。これにより、差動遊星歯車機構Ｒを構成するすべての歯車の回転が停止し、弁体１７の軸方向の移動が停止される。

この状態で、固定ストッパ５３ｄと中間ストッパ７２ａが当接する第３当接部分Ｔ３の当接面、中間ストッパ７２ａと可動ストッパ５６ｄが当接する第４当接部分Ｔ４の当接面は、それぞれ太陽歯車５２の軸芯から放射状に延びる線Ｆ１、Ｆ２上に位置している。

この第４の実施の形態に係る電動弁２０２によれば、固定内歯車５３に設けられた固定ストッパ５３ｄとスライダー７２に設けられた中間ストッパ７２ａ、可動内歯車５６に設けられた可動ストッパ５６ｄとスライダー７２に設けられた中間ストッパ７２ａをそれぞれ当接させることにより、差動遊星歯車機構Ｒにおけるトルク負荷を抑制しながら弁体１７の軸方向の移動を確実に停止させることができる。

また、図１３に示す距離Ｓ８と距離Ｓ９が同じ距離になるようにすることにより（Ｓ８＝Ｓ９）、各噛合部分とストッパの間の軸方向のモーメントの長さが均等になって、上下の曲げモーメントが打ち消し合い、アンバランスなモーメントによる負荷が抑制され、歯車同士、ストッパ同士の当接による摩耗、騒音が減少する。

さらに、スライダー７２を設けることにより、固定内歯車５３に対する可動内歯車５６の回転数を２回転以上とすることができ、弁体１７の移動量が大きくなるため、より電動弁２０２の流量調整範囲を大きくすることができる。

なお、上述の第４の実施の形態においては、中間ストッパ７２ａがスライダー７２の内周側に突出している場合を例に説明したが、中間ストッパ７２ａの突出方向は、中間ストッパ７２ａがストッパとしての機能を備えていれば突出方向は限定されない。たとえば、中間ストッパ７２ａは、スライダー７２の上側、下側の少なくとも一方に突出していてもよい。この場合、上側に突出した中間ストッパ７２ａが固定ストッパ５３ｄに当接し、下側に突出した中間ストッパ７２ａが可動ストッパ５６ｄに当接する。

また、上述の第４の実施の形態において、スライダー７２を軸方向に複数重ねるようにしてもよい。これにより、さらに電動弁２０２の流量調整範囲を大きくすることができる。

また、上述の各実施の形態においては、差動遊星歯車機構Ｐ、Ｏ、Ｑ、Ｒを構成する歯車に平歯車を用いる場合を例に説明しているが、差動遊星歯車機構Ｐ、Ｏ、Ｑ、Ｒに用いる歯車は、必ずしも平歯車でなくともよく、たとえば、はすば歯車を用いてもよい。

また、上述の各実施の形態において、差動遊星歯車機構Ｐ、Ｏ、Ｑ、Ｒを構成する各歯車は、ストッパを歯車に一体成形できるように樹脂成形されてなるのが望ましい。この場合、ＰＴＦＥやグラファイト等を含有する摺動性に優れた樹脂材が用いられるのが好ましい。

また、上述の各実施の形態において、固定内歯車５３は、必ずしもケース６０に固定されていなくてもよい。たとえば、弁本体３０の高さをロータ４近傍まで延ばし、弁本体３０に固定内歯車５３が固定されるようにしてもよい。

さらに、上述の各実施の形態においては、差動遊星歯車機構をロータ４の下側に設けた場合を例に説明しているが、ロータ４内部に中空空間を形成し、この中空空間内に差動遊星歯車機構を設けてもよい。この場合は、固定内歯車５３を弁本体３０に固定すればよい。

また、上述の各実施の形態においては、二個の遊星歯車５４が差動遊星歯車機構に配置されている場合を例に説明したが、遊星歯車５４は一つ以上であればよく、二個に限定するものではない。

また、ネジ螺合による直線運動への変換は、必ずしも上述の各実施形態に挙げた例に限定されない。たとえば、上述の各実施形態では、弁軸ホルダ６の内周部に雌ネジ６ｄを設けた場合を例に説明したが、弁軸ホルダ６の外周部に雄ネジを設けてもよい。そして、差動遊星歯車の出力軸５８に連結する円盤５９の内周に雌ネジを設け、この円盤５９に弁軸４１を装着してもよい。

２、１０１、１０２、２０２ 電動弁
４ ロータ
６ 弁軸ホルダ
６ａ 筒状小径部
６ｂ 筒状大径部
６ｃ 嵌合部
６ｄ 雌ネジ
６ｆ フランジ部
６ｇ 上部開口部
６ｈ 収容室
１１ 弁室
１２ 第１の管継手
１５ 第２の管継手
１６ 弁座部材
１６ａ 弁ポート
１７ 弁体
１８ 弁ガイド
１８ａ 貫通孔
２１ 天井部
２７ 弁バネ
３０ 弁本体
４１ 弁軸
４１ａ 雄ネジ
４１ｂ 鍔部
５２ 太陽歯車
５３ 固定内歯車
５３ｂ 環状平面部
５３ｄ 固定ストッパ
５４ 遊星歯車
５４ｄ 自転ストッパ
５５ 自転軸
５６ 可動内歯車
５６ａ 貫通孔
５６ｂ 環状平面部
５６ｄ 可動ストッパ
５７ 遊星キャリア
５８ 出力軸
５９ 円盤
５９ａ 挿通穴
６０ ケース
６１ ロータ軸
６１ａ 大径部
６２ ステータ
７０ ワッシャ
７２ スライダー
７２ａ 中間ストッパ
Ｃ１ 第１当接部分Ｔ１の軸方向の中心位置
Ｃ２ 第１噛合部分Ｋ１の軸方向の中心位置
Ｃ３ 第２噛合部分Ｋ２の軸方向の中心位置
Ｃ４ 第２当接部分Ｔ２の軸方向の中心位置
Ｃ５ 中間ストッパ７２ａの軸方向の中心位置
Ｃ６ 第３当接部分Ｔ３の軸方向の中心位置
Ｃ７ 第４当接部分Ｔ４の軸方向の中心位置
Ｋ１ 第１噛合部分
Ｋ２ 第２噛合部分
Ｐ、Ｏ、Ｑ、Ｒ 差動遊星歯車機構
Ｓ１ 中心位置Ｃ１から中心位置Ｃ２までの距離
Ｓ２ 中心位置Ｃ１から中心位置Ｃ３までの距離
Ｓ３ 中心位置Ｃ４から中心位置Ｃ２までの距離
Ｓ４ 中心位置Ｃ４から中心位置Ｃ３までの距離
Ｓ６ 中心位置Ｃ５から中心位置Ｃ６までの距離
Ｓ７ 中心位置Ｃ５から中心位置Ｃ７までの距離
Ｓ８ 中心位置Ｃ５から中心位置Ｃ２までの距離
Ｓ９ 中心位置Ｃ５から中心位置Ｃ３までの距離
Ｔ１ 第１当接部分
Ｔ２ 第２当接部分
Ｔ３ 第３当接部分
Ｔ４ 第４当接部分
１００ 電動弁
１５４ 遊星歯車
１５５ 自転軸
１６０ 歯車ケース
１８０ 固定ストッパ
Ｆ、Ｆ１、Ｆ２ 太陽歯車５２の軸芯から放射状に延びる線
Ｇ 固定ストッパ１８０の軸方向の中心位置
Ｈ 歯車の噛み合い部の軸方向の中心位置

Claims (8)

1. ケースの内周に収容されたロータの回転運動を、差動遊星歯車機構を介して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、
   前記差動遊星歯車機構は、
   ロータ軸に固定された太陽歯車と、
   前記ケースおよび前記弁本体の少なくとも一方に固定された固定内歯車と、
   前記太陽歯車と前記固定内歯車に噛合された遊星歯車と、
   前記遊星歯車に噛合された可動内歯車と
   を備え、
   前記固定内歯車、前記可動内歯車、前記遊星歯車の中の二つの歯車にストッパが設けられ、
   前記ストッパ同士が直接または間接的に当接することにより、前記差動遊星歯車機構に含まれるすべての歯車が停止し、前記ロータの回転に伴う前記弁体の軸方向への移動が停止することを特徴とする電動弁。
2. 前記ストッパ同士が当接する当接部分の軸方向の中心位置は、
   前記固定内歯車と前記遊星歯車が噛合う第１噛合部分の軸方向の中心位置と、
   前記可動内歯車と前記遊星歯車が噛合う第２噛合部分の軸方向の中心位置と
   の略中央に位置することを特徴とする請求項１記載の電動弁。
3. 前記固定内歯車に設けられ前記可動内歯車側に突出する固定ストッパと、前記可動内歯車に設けられ前記固定内歯車側に突出する可動ストッパとが当接することにより、前記差動遊星歯車機構に含まれるすべての歯車が停止することを特徴とする請求項１または２記載の電動弁。
4. 前記遊星歯車の一つには、軸方向の略中間位置において外周側に突出する自転ストッパが設けられ、
   前記自転ストッパが、前記固定内歯車に設けられ前記可動内歯車側に突出する固定ストッパ、または前記可動内歯車に設けられ前記固定内歯車側に突出する可動ストッパの何れかと当接することにより、前記差動遊星歯車機構に含まれるすべての歯車が停止することを特徴とする請求項１または２記載の電動弁。
5. 軸方向において前記固定内歯車と前記可動内歯車の間に位置し、周方向に回転自在な環状のスライダーを備え、
   前記スライダーは、前記固定内歯車に設けられ前記可動内歯車側に突出する固定ストッパ、および前記可動内歯車に設けられ前記固定内歯車側に突出する可動ストッパと当接する中間ストッパを備えることを特徴とする請求項１または２記載の電動弁。
6. 前記中間ストッパは、前記スライダーの内周側に突出することを特徴とする請求項５記載の電動弁。
7. 前記固定ストッパと前記可動ストッパとが当接する第１当接部分の軸方向の中心位置、前記自転ストッパと前記可動ストッパまたは前記固定ストッパとが当接する第２当接部分の軸方向の中心位置、および前記中間ストッパの軸方向の中心位置の何れかは、
   前記固定内歯車と前記遊星歯車が噛合う第１噛合部分の軸方向の中心位置と、
   前記可動内歯車と前記遊星歯車が噛合う第２噛合部分の軸方向の中心位置と
   の略中央に位置することを特徴とする請求項３〜６の何れか一項に記載の電動弁。
8. 前記固定ストッパと前記可動ストッパの当接面、前記固定ストッパと前記中間ストッパの当接面、前記可動ストッパと前記中間ストッパの当接面の少なくとも一つは、前記太陽歯車の軸芯から放射状に延びる線上に位置していることを特徴とする請求項３〜７の何れか一項に記載の電動弁。

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