JP2019124315A - Motor-operated valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動弁に係り、例えば冷暖房システム等において流体(冷媒)の流量を制御する電動弁に関する。 The present invention relates to a motor-operated valve, for example, to a motor-operated valve that controls the flow rate of fluid (refrigerant) in an air conditioning system or the like.
この種の電動弁の従来例を図4に示す。図示従来例の電動弁1’は、基本的に、弁室14及びその内部に形成された弁座15を有する弁本体10と、ベースプレート31を介して弁本体10に固着された天井部付き円筒形状のキャン30と、キャン30の外部に装備されるステータ40及びキャン30の内部に装備されるロータ50からなるステッピングモータ63と、ロータ50の回転数を減速する遊星歯車減速機構60と、前記弁座15に接離して流体の通過量を制御する弁体21と、遊星歯車減速機構60の出力ギヤ57の回転運動をねじ送り機構27を介して直線運動に変換して弁体21を駆動するねじ駆動部材22と、から構成される。
A conventional example of this type of motor-operated valve is shown in FIG. The motor-operated valve 1 'of the illustrated conventional example basically includes a
弁本体10には、弁室14に連通する弁口16が形成されるとともに、その弁口16側にパイプ11が接続され、弁室14の側面に形成された開口に連通するようにパイプ12が接続されている。また、弁本体10の弁室14の上部には、中心部下半部に雌ねじ部13aが形成されたねじ軸受部材13が嵌挿され、かしめにより弁本体10に固定されている(かしめ部17)。
The
キャン30の外周部に嵌着されたステータ40は、ヨーク41、ボビン42、コイル43、樹脂モールド44等からなり、キャン30の内部に(上下動せずに)回転自在に支持されるロータ50は、磁性材料で作製された円筒形状のロータ部材51と樹脂材料で作製された太陽ギヤ部材(ピニオンギヤともいう)52とが一体に連結されて構成されている。太陽ギヤ部材52の中心部にはシャフト62が挿入され、そのシャフト62の上部は、キャン30の頂部内側に配置された支持部材61により支持されている。
The
太陽ギヤ部材52の太陽ギヤ53は、出力ギヤ57の底面上に載置されたキャリア54に設けられたシャフト56に回転自在に支持される複数の遊星ギヤ55に噛み合う。遊星ギヤ55の上半分は、弁本体10の上部に固定された円筒部材18の上部にかしめにより取り付けられた環状のリングギヤ(内歯固定ギヤ)58に噛み合い、遊星ギヤ55の下半分は、環状の出力ギヤ57の内歯ギヤ57aに噛み合っている。リングギヤ58の歯数と出力ギヤ57の内歯ギヤ57aの歯数とはわずかに異なる歯数とされ、これにより、太陽ギヤ53の回転数が大きな減速比で減速されて出力ギヤ57に伝達される(このような歯車構成を、いわゆる不思議遊星歯車減速機構60という)。
The
出力ギヤ57は、ねじ軸受部材13の上面に摺動接触しており、その出力ギヤ57の底部中央には段付き円筒形状の出力軸59の上部が圧入され、出力軸59の下部がねじ軸受部材13の中心部上半部に形成された嵌挿穴13bに回転自在に挿入されている。また、出力軸59の上部には、シャフト62の下部が嵌め込まれている。
The output gear 57 is in sliding contact with the upper surface of the
ねじ軸受部材13の雌ねじ部13aには、ねじ駆動部材(ドライバともいう)22の雄ねじ部22aが螺合されており、そのねじ駆動部材22は、出力ギヤ57(すなわち、ロータ50)の回転運動を雄ねじ部22aと雌ねじ部13aとからなるねじ送り機構27により軸線O方向(昇降方向)の直線運動(昇降運動)に変換する。ここで、出力ギヤ57は軸線O方向の一定位置で上下動せずに回転運動しており、出力ギヤ57に連結された出力軸59の下端部に設けたスリット状の嵌合溝59bにねじ駆動部材22の上端部に設けた平ドライバ形状の板状部22bを挿入して出力ギヤ57の回転運動をねじ駆動部材22側に伝達する。ねじ駆動部材22に設けた板状部22bが出力軸59の嵌合溝59b内で軸線O方向に摺動することにより、出力ギヤ57(ロータ50)が回転すれば該出力ギヤ57はその回転軸方向に移動しないにも関わらず、ねじ駆動部材22は前記ねじ送り機構27で軸線O方向に直線運動する。ねじ駆動部材22の直線運動は、ボール23とボール受座24とからなるボール状継手25を介して軸状の弁体21に伝達され、弁体21は弁本体10の内部に固定された段付き円筒形状のばねケース19により案内されて軸線O方向に移動する。また、ばねケース19と弁体21との間には、圧縮コイルばね26が縮装されており、弁体21を常時開弁方向に付勢している。
An
かかる構成により、弁体21と弁座15との間の流路面積(弁開度)が変化し、弁口16を通過する冷媒の流量を制御することができる(例えば、下記特許文献1等参照)。
With this configuration, the flow passage area (valve opening degree) between the
また、この種の電動弁として、出力ギヤ57がねじ駆動部材(ドライバ)22に一体に連結され、出力ギヤ57とねじ駆動部材22が一体となって回転及び軸線O方向に移動(昇降)するとともに、出力ギヤ57の昇降に応じて、出力ギヤ57の底面上に載置されたキャリア53及び遊星ギヤ55も昇降する一方で、固定部材であるリングギヤ58と太陽ギヤ部材52の間に、リングギヤ58に支持されて太陽ギヤ部材52を常時シャフト62の支持部材61側に向けて押し上げ、該支持部材61に当接させる皿ばねが装備されたものも既に知られている(例えば、下記特許文献2参照)。
Further, as the motor-operated valve of this type, the output gear 57 is integrally connected to the screw drive member (driver) 22, and the output gear 57 and the
ところで、前記した如くの従来の電動弁においては、ロータに挿入されたシャフトの上部を支持する支持部材は、キャンの内径と同径に形成され、シャフトの上部に外挿されて前記ロータの太陽ギヤ部材の上面上に載置されてキャンの内側に配置されており、これにより、前記ロータ(に挿入されたシャフト)の(径方向の)位置決めをおこなっている。 By the way, in the conventional motor-operated valve as described above, the support member for supporting the upper portion of the shaft inserted into the rotor is formed to have the same diameter as the inner diameter of the can, and is extrapolated to the upper portion of the shaft. It is placed on the upper surface of the gear member and disposed inside the can, thereby positioning (in the radial direction) the rotor (a shaft inserted into the rotor).
そのため、前記した如くの従来の電動弁では、ロータが回転したときに、ロータの太陽ギヤ部材(の上面)と支持部材(の下面)とが相対的に回転(摺動)し、ロータ回転時の摺動抵抗が大きくなる懸念がある。 Therefore, in the conventional motor-operated valve as described above, when the rotor rotates, (the upper surface of) the sun gear member of the rotor and (the lower surface of) the support member relatively rotate (slide) and the rotor rotates There is a concern that the sliding resistance of the
本発明は、上記事情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、従前の電動弁に対して大きな変更を加えることなく、ロータ回転時の摺動抵抗を確実に低減することのできる電動弁を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to reliably reduce the sliding resistance at the time of rotor rotation without making a major change to the conventional motorized valve. Providing a motorized valve that can
上記課題を解決するために、本発明に係る電動弁は、基本的に、弁室及び弁座を有する弁本体と、前記弁室に昇降可能に配在された弁体と、前記弁本体に固着されたキャンと、前記キャンの外部に装備されたステータ、及び、前記キャンの内部に回転可能に装備されたロータを有するモータと、前記ロータを前記キャンの内部で回転可能に支持する支持部材と、前記ロータの回転運動を前記弁体の昇降運動に変換するねじ送り機構と、を備え、前記支持部材は、前記キャンに圧入されて固定されていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the motor-operated valve according to the present invention basically includes a valve body having a valve chamber and a valve seat, a valve body disposed so as to be able to move up and down in the valve chamber, and the valve body. A motor having a fixed can, a stator mounted outside the can, and a rotor rotatably mounted inside the can, and a support member rotatably supporting the rotor inside the can And a screw feed mechanism for converting the rotational movement of the rotor to the vertical movement of the valve body, wherein the support member is press-fitted and fixed to the can.
好ましい態様では、前記支持部材は、前記ロータの上側に位置せしめられ、前記ロータの中心部に挿入されたシャフトの上部を支持する。 In a preferred embodiment, the support member is located on the upper side of the rotor and supports the upper portion of a shaft inserted in the center of the rotor.
更に好ましい態様では、前記弁本体に固定され、前記ねじ送り機構の一方を構成する雌ねじ部が形成されたねじ軸受部材によって、前記シャフトの下部が支持される。 In a further preferred aspect, the lower portion of the shaft is supported by a screw bearing member fixed to the valve body and formed with an internal thread forming one of the screw feed mechanisms.
他の好ましい態様では、前記支持部材は、前記ロータから隙間をあけて配在される。 In another preferred embodiment, the support member is disposed with a gap from the rotor.
別の好ましい態様では、前記支持部材は樹脂製である。 In another preferred embodiment, the support member is made of resin.
別の好ましい態様では、前記支持部材と前記キャンとの嵌め合い代は0.1mm以下であり、前記支持部材の線膨張率は60×10−6/℃以下である。 In another preferred embodiment, the fitting margin between the support member and the can is 0.1 mm or less, and the linear expansion coefficient of the support member is 60 × 10 −6 / ° C. or less.
他の好ましい態様では、前記ロータは、上下動せずに回転するようになっている。 In another preferred aspect, the rotor is adapted to rotate without moving up and down.
本発明によれば、ロータをキャンの内部で回転可能に支持する支持部材がキャンに圧入されて固定されるので、ロータと支持部材との摺動を抑制できるため、例えば、支持部材がロータの太陽ギヤ部材上に載置されてキャンの内側に配置された従来のものと比べて、ロータ回転時の摺動抵抗を確実に低減することでき、もって、回転(つまり、弁体の昇降)に要する駆動トルクを小さくできるとともに、体格の小型化を図ることができる。 According to the present invention, since the support member that rotatably supports the rotor inside the can is press-fit and fixed to the can, sliding between the rotor and the support member can be suppressed. As compared with the conventional one placed on the sun gear member and disposed inside the can, the sliding resistance at the time of the rotor rotation can be reliably reduced, so that the rotation (that is, the raising and lowering of the valve body) The required driving torque can be reduced, and the physique can be miniaturized.
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る電動弁の一実施形態を示す縦断面図である。また、図2は、キャンに対する支持部材の組付方法を説明する要部拡大縦断面図である。 FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of a motor-operated valve according to the present invention. Moreover, FIG. 2 is a principal part enlarged longitudinal cross-sectional view explaining the attachment method of the supporting member with respect to a can.
なお、各図面において、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。 In each drawing, the gap formed between the members, the separation distance between the members, and the like may be drawn in an exaggerated manner for easy understanding of the invention and for convenience of drawing. is there.
また、以下に示される本実施形態の電動弁において、前述した図4に示される従来例の電動弁1’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、以下では、相異点を重点的に説明する。 In the motor-operated valve of the present embodiment shown below, the parts corresponding to the respective parts of the motor-operated valve 1 'of the conventional example shown in FIG. In the following, differences will be mainly described.
本実施形態の電動弁1は、その基本構成は図4に示される従来例の電動弁1’とほぼ同様であるが、主として、弁室14及び弁座15を有する弁本体10と、弁室14に昇降可能に配在された弁体21と、ベースプレート31を介して弁本体10に固着された天井部付き円筒形状のキャン30と、キャン30の外部に装備されるステータ40及びキャン30の内部に回転可能に装備されるロータ50からなるステッピングモータ63と、ロータ50の回転数を減速する遊星歯車減速機構60と、遊星歯車減速機構60の出力ギヤ57の回転運動を弁体21の直線運動(昇降運動)に変換するねじ送り機構27と、を備える。
The basic configuration of the motor-operated valve 1 of this embodiment is substantially the same as that of the motor-driven valve 1 'of the prior art shown in FIG. 4, but mainly the
前記ねじ送り機構27は、前述のように、弁本体10の弁室14の上部に固定されたねじ軸受部材13の内周に形成された雌ねじ部13aと、ねじ駆動部材22の外周に形成された雄ねじ部22aとから構成される。
The
前述した従来例の電動弁1’では、ロータ50を構成する太陽ギヤ部材52の中心部に挿入されたシャフト62の上部を支持する支持部材61は、シャフト62の上部に外挿されてロータ50の太陽ギヤ部材52の上面上に載置されてキャン30の内側に配置されている。
In the motor-operated valve 1 ′ of the conventional example described above, the
一方、本実施形態の電動弁1では、前記支持部材61は、キャン30の頂部内側に圧入されて(相対移動不能及び相対回転不能に)固定されている。
On the other hand, in the motor-operated valve 1 of the present embodiment, the
詳しくは、前記支持部材61は、例えば樹脂材料で作製された厚肉円板で構成され、組付前の状態においてキャン30の内径より若干大きく設定されており、キャン30との嵌め合い代(圧入代)を若干潰すようにして板金製のキャン30の頂部内側に圧入されて配置固定される(図2参照)。前記ロータ50は、支持部材61の中央部に設けられた通し穴61aにシャフト62の上部を(回転可能に)内挿して、当該支持部材61の下側に配置される。その際、前記支持部材61は、ロータ50の上側で当該ロータ50(の太陽ギヤ部材52)から所定の隙間Gをあけて(浮かせて)配置固定される。なお、前記支持部材61の位置決めを容易にするため、支持部材61をキャン30の天井部に当接させて配置してもよい。
Specifically, the
また、ロータ50に挿入されたシャフト62の下部は、弁本体10に固定されたねじ軸受部材13によって、詳細には、その上部が出力ギヤ57の底部中央に圧入され、その下部が弁本体10に固定されたねじ軸受部材13の中心部上半部に形成された嵌挿穴13bに回転自在に挿入された出力軸59の上部に嵌め込まれることによって支持されている。
Further, the lower portion of the
なお、前記出力軸59やねじ駆動部材22は、SUS等の金属製、セラミックス製、ガラス製等とすることができる。また、本例では、出力ギヤ57に出力軸59が圧入されているが、インサート成形によって出力ギヤ57と出力軸59とを一部品として構成してもよい。
The
かかる構成により、前記ロータ50は、太陽ギヤ部材52の上面が支持部材61の下面に摺接することなく、キャン30の内部で回転可能に支持される。
With this configuration, the
前述のように、板金製のキャン30の内側に樹脂製の支持部材61を圧入して固定する場合、組付時の支持部材61の削れやキャン30の変形等を防止するため、圧入時(例えば、雰囲気温度が約20℃)嵌め合い代は、0.1mm以下であることが好ましい(図2及び図3参照)。それとともに、冷凍サイクルでの使用条件(−30℃以上)を考慮すると、一般的な締まり嵌め公差幅を含めた最低温度(−30℃)での嵌め合い代を確保するために、支持部材61の材料として、線膨張係数(線膨張率)が60×10−6/℃以下の材料を使用することがさらに好ましい(図3参照)。なお、図3に図示されるように、線膨張係数(線膨張率)が100×10−6/℃の材料を使用すると、一般的な締まり嵌め公差幅を考慮した最低温度(−30℃)での嵌め合い代を確保し得なくなる。このような条件を満たし得る樹脂材料としては、例えば、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)等を採用できる。
As described above, when the
かかる構成を有する本実施形態の電動弁1においても、前述した従来例の電動弁1’と同様、弁体21と弁座15との間の流路面積(弁開度)が変化し、弁口16を通過する冷媒の流量を制御することができる。
Also in the motor-operated valve 1 of this embodiment having such a configuration, the flow passage area (valve opening degree) between the
このように、本実施形態の電動弁1では、ロータ50をキャン30の内部で回転可能に支持する支持部材61がキャン30に圧入されて固定されるので、ロータ50と支持部材61との摺動を抑制できるため、例えば、支持部材がロータの太陽ギヤ部材上に載置されてキャンの内側に配置された従来のものと比べて、ロータ回転時の摺動抵抗を確実に低減することでき、もって、回転(つまり、弁体の昇降)に要する駆動トルクを小さくできるとともに、体格の小型化を図ることができる。
As described above, in the motor-operated valve 1 according to the present embodiment, the
なお、本発明は、図示実施形態のような、ポペット型もしくはピストン型の弁体が最下降位置にあるとき、その弁体が弁座に着座して流体の流れが遮断されるタイプ以外に、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。例えば、弁体が最上昇位置にあるとき、その弁体が弁口の裏面側に設けた弁座に着座して流体の流れが遮断される閉弁タイプの電動弁(この場合、弁軸と弁本体との間には弁体を閉弁方向に付勢する圧縮コイルばねが介装される)であってもよい。また、弁体が弁座に着座しつつ、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であってもよいし、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であってもよい。 The present invention is not limited to a type in which the poppet-type or piston-type valve body is seated at the valve seat and the flow of fluid is blocked when the poppet-type or piston-type valve body is at the lowest position. It goes without saying that it can be adopted for various types of motorized valves. For example, when the valve body is at the highest position, the valve body is seated on a valve seat provided on the back side of the valve port to shut off the flow of fluid (in this case, the valve shaft and A compression coil spring may be interposed between the valve body and the valve body to bias the valve in the valve closing direction. In addition, even if the valve body is seated on the valve seat, the motor-operated valve of a type in which the passing flow rate of the predetermined amount is secured via the communication hole provided in the valve body or the bleed groove provided in the valve seat. When the valve body is in the fully lowered position (usually fully closed), a gap of a predetermined size is formed between the valve body and the valve seat to ensure a predetermined amount of passing flow rate. It may be a closed valveless type motorized valve.
また、上記実施形態では、駆動時に、ロータ50(出力軸59)が上下動せずに回転し、ねじ駆動部材22に突設した板状部22bが出力軸59の嵌合溝59b内で軸線O方向(昇降方向)に摺動することにより、ねじ駆動部材22(弁体21)が弁本体10等に対して昇降方向に直線運動するようになっているが、本発明は、ロータ50が回転しながら上下動するタイプの電動弁にも採用し得ることは詳述するまでも無い。また、上記実施形態では、出力ギヤ57に連結された出力軸59に嵌合溝59bを設け、ねじ駆動部材22に板状部22bを設けているが、逆に、出力軸59に板状部を設け、ねじ駆動部材22に嵌合溝を設けてもよいことは勿論である。
Further, in the above embodiment, at the time of driving, the rotor 50 (the output shaft 59) rotates without moving up and down, and the plate-
1 電動弁
10 弁本体
13 ねじ軸受部材
13a 雌ねじ部
14 弁室
15 弁座
16 弁口
18 円筒部材
19 ばねケース
21 弁体
22 ねじ駆動部材
22a 雄ねじ部
22b 板状部
26 圧縮コイルばね
27 ねじ送り機構
30 キャン
31 ベースプレート
40 ステータ
50 ロータ
51 ロータ部材
52 太陽ギヤ部材
57 出力ギヤ
59 出力軸
59b 嵌合溝
60 不思議遊星歯車減速機構
61 支持部材
62 シャフト
63 ステッピングモータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 motor-operated
Claims (7)
前記弁室に昇降可能に配在された弁体と、
前記弁本体に固着されたキャンと、
前記キャンの外部に装備されたステータ、及び、前記キャンの内部に回転可能に装備されたロータを有するモータと、
前記ロータを前記キャンの内部で回転可能に支持する支持部材と、
前記ロータの回転運動を前記弁体の昇降運動に変換するねじ送り機構と、を備える電動弁であって、
前記支持部材は、前記キャンに圧入されて固定されていることを特徴とする電動弁。 A valve body having a valve chamber and a valve seat;
A valve body disposed movably up and down in the valve chamber;
A can fixed to the valve body,
A motor having a stator mounted on the exterior of the can and a rotor rotatably mounted on the interior of the can;
A support member rotatably supporting the rotor inside the can;
A screw feed mechanism for converting the rotational movement of the rotor to the vertical movement of the valve body,
The motor-operated valve, wherein the support member is press-fitted and fixed to the can.
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2018
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