JP2022050923A - ステーターユニットおよび電動弁、ならびに、ステーターユニットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カバーとステーターとの位置ずれを抑制できるステーターユニットおよび電動弁、ならびに、ステーターユニットの製造方法を提供する。【解決手段】ステーターユニット３０は、周壁部４１と上端壁部４２とを有するカバー４０と、カバー４０の内側に配置された円筒形状のステーター５０と、を有している。ステーター５０は、上端壁部４２に接する円環形状の上板５１ａ１と、上板５１ａ１の内周縁に周方向に間隔をあけて配置された複数の下向き極歯５１ａ４と、を一体的に有している。そして、上端壁部４２には、上端壁部４２の当接面４６から周壁部４１の下端４１ｂ側に突出し、複数の下向き極歯５１ａ４の間に配置された位置決め突起４７が設けられている。【選択図】図６

Description

本発明は、電動弁で用いられるステーターユニット、および、ステーターユニットを有する電動弁、ならびに、ステーターユニットの製造方法に関する。

従来のステーターユニットの一例が特許文献１に開示されている。

特許文献１のステーターユニット（電動弁用コイル）は、カバーと、ステーターと、を有している。カバーは、キャップ形状を有している。ステーターは、円筒形状を有している。ステーターには、側方に突出する複数のコイル端子ピンが設けられている。複数のコイル端子ピンは、先端部分が下方に向けて折り曲げられている。複数のコイル端子ピンの先端部分には、リード線コネクタが接続されている。ステーターは、カバー内に配置される。カバーとステーターとの間には、可とう性を有する充填樹脂が充填されている。

特開２００１－３４３０８５号公報

特許文献１のステーターユニットは、カバー内にステーターを配置し、液状の充填樹脂を注ぎ込み、当該充填樹脂を硬化させることにより作製される。しかしながら、カバー内にステーターを配置したときに、ステーターがその軸線周りに位置ずれしてしまうことがあった。そのため、コイル端子ピンやリード線コネクタがカバーに近づいてしまい、これらの絶縁距離が設計値より短くなってしまうおそれがあった。

そこで、本発明は、カバーとステーターとの位置ずれを抑制できるステーターユニットおよび電動弁、ならびに、ステーターユニットの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るステーターユニットは、周壁部と前記周壁部の一端に連設された端壁部とを有するカバーと、前記カバーの内側に配置された円筒形状のステーターと、前記ステーターと前記カバーとの間に充填された充填樹脂からなるモールドと、を有し、前記ステーターは、前記端壁部に接する円環形状のヨーク板と、前記ヨーク板の内周縁に周方向に間隔をあけて配置された複数の極歯と、を一体的に有し、前記端壁部には、前記端壁部から前記周壁部の他端側に突出し、前記複数の極歯の間に配置された１または複数の位置決め突起が設けられていることを特徴とする。

本発明において、前記位置決め突起における前記周方向の長さが、前記複数の極歯の間隔の大きさと同じであることが好ましい。

本発明において、弁本体と、前記弁本体に取り付けられたキャンと、前記キャンの外側に取り付けられたステーターユニットと、を有する電動弁であって、前記ステーターユニットが、上記ステーターユニットであることが好ましい。

上記目的を達成するために、本発明の他の一態様に係るステーターユニットの製造方法は、周壁部と前記周壁部の一端に連設された端壁部とを有するカバーと、円筒形状のステーターと、を有するステーターユニットの製造方法であって、前記ステーターは、円環形状のヨーク板と、前記ヨーク板の内周縁に周方向に間隔をあけて配置された複数の極歯と、を一体的に有し、前記端壁部は、前記端壁部から前記周壁部の他端側に突出する１または複数の位置決め突起を有し、前記ヨーク板が前記端壁部に接しかつ前記位置決め突起が前記複数の極歯の間に配置されるように、前記ステーターを前記カバーの内側に配置し、前記カバーの周壁部の他端を上方に向けた状態で、前記ステーターと前記カバーとの間に液状の充填樹脂を充填することを特徴とする。

本発明によれば、ステーターが、カバーの端壁部に接する円環形状のヨーク板と、ヨーク板の内周縁に周方向に間隔をあけて配置された複数の極歯と、を一体的に有している。そして、端壁部には、当該端壁部からカバーの周壁部の他端側に突出し、複数の極歯の間に配置された１または複数の位置決め突起が設けられている。このようにしたことから、位置決め突起と複数の極歯とがステーターの軸線周りに並び、カバーに対してステーターが軸線周りに回転することが規制される。そのため、カバーとステーターとの軸線周りの位置ずれを抑制できる。

本発明の一実施例に係るステーターユニットを有する電動弁を示す図である。 図１のステーターユニットのカバーの底面図である。 図２のカバーの一部断面を含む斜視図である。 図１のステーターユニットのステーターの断面図である。 図１のステーターユニットの製造方法を説明する図である（分解状態）。 図１のステーターユニットの製造方法を説明する図である（組み付け状態）。 図１のステーターユニットの製造方法を説明する図である（完成状態）。 図６の組み付け状態のステーターユニットを示す図である（位置ずれなし） 図６の組み付け状態のステーターユニットを示す図である（位置ずれあり） 図１のステーターユニットの変形例の構成を示す断面図である。 図１０のステーターユニットのカバーの底面図である。 図１０のカバーの一部断面を含む斜視図である。

以下、本発明の一実施例に係る電動弁について、図１～図９を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施例に係るステーターユニットを有する電動弁を示す正面図である。図１では、ステーターユニットを断面図で示している。図２は、図１のステーターユニットのカバーの底面図である。図３は、図２のカバーの一部断面を含む斜視図である。図４は、図１のステーターユニットのステーターの断面図である。図５～図７は、図１のステーターユニットの製造方法を説明する図である。図５～図７は、順に、分解状態、組み付け状態および完成状態を示す。図５～図７において、カバー、ステーターおよびモールドを断面図で示している。図６において、治具である心棒を破線で示している。図８、図９は、図６の組み付け状態のステーターユニットを示す図である。図８、図９は、図６に示すステーターユニットを上方から見た図である。図８は、ステーターがカバーに対して軸線周りに位置ずれしていない状態を示している。図９は、ステーターがカバーに対して軸線周りに位置ずれしている状態を示している。

図１に示すように、電動弁１は、弁本体１０と、キャン２０と、ステーターユニット３０と、を有している。なお、以下の説明において、明示の記載がない場合、「上下」は図１、図４における位置関係を示している。

弁本体１０は、有底円筒形状を有している。弁本体１０は、弁室と、弁室に開口した弁口と、を有している。弁本体１０には、第１導管１１および第２導管１２がろう付けされている。第１導管１１は、弁室に接続されている。第２導管１２は、弁口に接続されている。弁室には、弁口を開閉する弁体（図示なし）が配置されている。

キャン２０は、上端が塞がれた円筒形状を有している。キャン２０は、円筒部２１と、天井部２２と、を一体的に有している。円筒部２１の下端には、弁本体１０が取り付けられている。円筒部２１の外周面には、複数の突部２３が設けられている。各突部２３は、半球形状を有している。複数の突部２３は、円筒部２１の外周面に９０度間隔で４つ設けられている。天井部２２は、ドーム形状を有している。天井部２２は、円筒部２１の上端に連設されている。天井部２２は、円筒部２１の上端を塞いでいる。キャン２０の内側には、ローター（図示なし）が配置されている。ローターは、ステーターユニット３０とともにステッピングモーターを構成する。弁本体１０はステンレス製または真ちゅう製である。キャン２０はステンレス製である。

ステーターユニット３０は、キャン２０の外側に配置される。ステーターユニット３０は、カバー４０と、ステーター５０と、モールド６０と、を有している。

カバー４０は、合成樹脂製である。カバー４０は、キャップ形状を有している。カバー４０は、周壁部４１と、上端壁部４２と、を一体的に有している。周壁部４１は、その内側にステーター５０が配置されたときに周壁部４１とステーター５０との間にスペースが設けられるように、ステーター５０の外形より大きく形成されている。上端壁部４２は、周壁部４１の上端４１ａ（一端）に連設されている。上端壁部４２におけるキャン２０と対向する箇所には、上方に突出するドーム部４３が設けられている。なお、ドーム部４３の頂部に開口が設けられていてもよい。ドーム部４３の内面には、内向きの円周面４５が設けられている。円周面４５の径は、キャン２０の外径と同一である。

図２、図３に示すように、上端壁部４２の内面には、当接面４６が設けられている。当接面４６は、下方を向く円環状の平面である。当接面４６の内周縁には、円周面４５が接続されている。上端壁部４２は、２つの位置決め突起４７、４７を有している。位置決め突起４７、４７は、当接面４６から下方（周壁部４１の下端４１ｂ側）に向けて突出している。位置決め突起４７、４７は、当接面４６の内周縁近傍に配置されている。また、位置決め突起４７、４７は、周方向に１８０度間隔で配置されている。位置決め突起４７、４７の内向きの面は、円周面４５と面一である。なお、上端壁部４２は、１つの位置決め突起４７のみ有していてもよい。

カバー４０は、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ、線膨張係数２．５×１０^－５／℃）やポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ、線膨張係数６．６×１０^－５／℃）などの硬質樹脂で構成されている。

ステーター５０は、円筒形状を有している。ステーター５０は、第１ステーター５１と、第２ステーター５２と、固定部材５３と、リード線接続部５７と、を有している。第１ステーター５１と第２ステーター５２と固定部材５３とは、各図において上下方向（軸線Ｌ方向）に並べて配置されている。

図４に示すように第１ステーター５１は、金属部品であるヨーク５１ａと、ボビン５１ｂと、コイル５１ｃと、を有している。ヨーク５１ａには、コイル５１ｃを構成するコイル線材がボビン５１ｂを介して巻回されている。

ヨーク５１ａは、上板５１ａ１と、下板５１ａ２と、側板５１ａ３と、複数の下向き極歯５１ａ４と、複数の上向き極歯５１ａ７と、を一体的に有している。上板５１ａ１および下板５１ａ２は、円環平板形状を有している。側板５１ａ３は、上板５１ａ１の外周縁および下板５１ａ２の外周縁を連結している。上板５１ａ１の内周縁には、複数の下向き極歯５１ａ４が周方向に間隔をあけて配置されている。複数の下向き極歯５１ａ４は、上板５１ａ１の内周縁から径方向内方に突出し、先端部５１ａ５が下方を向くように基端部５１ａ６が直角に折り曲げられている。下板５１ａ２の内周縁には、複数の上向き極歯５１ａ７が周方向に間隔をあけて配置されている。複数の上向き極歯５１ａ７は、下板５１ａ２の内周縁から径方向内方に突出し、先端部５１ａ８が上方を向くように基端部５１ａ９が直角に折り曲げられている。複数の下向き極歯５１ａ４と複数の上向き極歯５１ａ７とは、クローポール型の極歯であり、周方向に交互に並べて配置されている。複数の下向き極歯５１ａ４の間隔の大きさと、位置決め突起４７、４７における上板５１ａ１の内周縁の周方向の長さ（当接面４６の内周縁の周方向の長さ）とが、同じであることが好ましい。

第２ステーター５２は、第１ステーター５１と同様の構成を有している。第２ステーター５２は、金属部品であるヨーク５２ａと、ボビン５２ｂと、コイル５２ｃと、を有している。第２ステーター５２も、第１ステーター５１と同様に、クローポール型の極歯（下向き極歯５２ａ４および上向き極歯５２ａ７）を有している。第１ステーター５１および第２ステーター５２の内径は、キャン２０の外径と同一である。

固定部材５３は、円環状の平板部５４と、複数の接続片５５と、複数の保持片５６と、を有している。固定部材５３は、平板部５４、複数の接続片５５および複数の保持片５６の形状に板金を打ち抜き、複数の接続片５５を、平板部５４に対して直交するように一方向に折り曲げ、複数の保持片５６を平板部５４に対して直交するように他方向に折り曲げて形成される。平板部５４には、複数の貫通孔５４ａが設けられている。複数の接続片５５は、第２ステーター５２のヨーク５２ａに溶接されている。第１ステーター５１と、第２ステーター５２と、固定部材５３と、は同軸に配置されている。

本実施例において、複数の保持片５６は、キャン２０の複数の突部２３に対応するように４つ設けられている。複数の保持片５６のうちステーター５０の径方向に対向する２つの保持片５６の距離は、キャン２０の外径と同一である。すなわち、複数の保持片５６は、ステーター５０の内側にキャン２０を挿入したときに、複数の保持片５６の内向きの面がキャン２０の外周面に接するように配置されている。複数の保持片５６に設けられた保持孔５６ａに、複数の突部２３が嵌まることにより、キャン２０とステーターユニット３０との位置が固定される。

リード線接続部５７は、ステーター５０から軸線Ｌと直交する方向に延びるコイル端子ピン５８の先端に接続された基板である。リード線接続部５７には、リード線５９が接続されている。

本実施例において、ステーター５０の内径（具体的には、第１ステーター５１および第２ステーター５２の内径）は、カバー４０の円周面４５の径と同一である。

ステーター５０は、円周面４５と同軸になるようにカバー４０の内側に配置される。これにより、第１ステーター５１の上板５１ａ１が当接面４６に接し、第１ステーター５１の複数の下向き極歯５２ａ４の間に位置決め突起４７、４７が配置される。上板５１ａ１は、カバー４０の上端壁部４２の当接面４６に接する円環形状のヨーク板である。

モールド６０は、ステーター５０の内部（具体的には、第１ステーター５１の内部、第２ステーター５２の内部、第２ステーター５２と平板部５４との間、および、平板部５４の複数の貫通孔５４ａ）に充填されている。平板部５４は、モールド６０に埋もれている。また、モールド６０は、カバー４０とステーター５０との間にも充填されている。

モールド６０は、例えば、ウレタン、エポキシ、シリコーンなどの可とう性の高い樹脂（以下、「充填樹脂」という。）で構成されている。本実施例において、充填樹脂として、熱硬化性のウレタンを用いている。

電動弁１において、弁本体１０、キャン２０、カバー４０（円周面４５、当接面４６）、ステーター５０（第１ステーター５１、第２ステーター５２、固定部材５３）は、それぞれの中心軸が軸線Ｌに一致するように配置されている。

次に、上述した電動弁１のステーターユニット３０の製造に用いる心棒１００について説明する。

心棒１００は、円筒形状を有する治具である。心棒１００は、中実の円柱形状を有していてもよい。心棒１００は、合成樹脂製である。心棒１００は、射出成形により作製される。心棒１００は、カバー４０の線膨張係数より大きい線膨張係数を有する合成樹脂で構成されている。心棒１００は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ、線膨張係数１０×１０^－５／℃）、ポリスチレン（ＰＳ、線膨張係数５．０～８．３×１０^－５／℃）、ポリアセタール（ＰＯＭ、線膨張係数３．３～７．５×１０^－５／℃）などの硬質樹脂で構成されている。または、心棒１００は、金属で構成されていてもよい。

心棒１００は、胴部１０１と、ステーター保持部１０２と、を有している。胴部１０１は、円筒形状を有している。胴部１０１の外径は、常温において、カバー４０の円周面４５の径と同一かわずかに小さい。また、胴部１０１の外径は、キャン２０の外径と略同一である。ステーター保持部１０２は、胴部１０１に連設されている。ステーター保持部１０２は、円筒形状を有している。ステーター保持部１０２の外径は、胴部１０１の外径より大きい。ステーター保持部１０２と胴部１０１との間に、環状のスリット１０３が設けられている。複数の保持片５６は、ステーター５０の内側に心棒１００を挿入したとき、複数の保持片５６の内向きの面が心棒１００の胴部１０１の外周面１０１ｂに接し、かつ、スリット１０３に挿入されるように配置されている（図６）。

次に、上述した電動弁１のステーターユニット３０の製造方法について、図５～図９を参照して説明する。

常温雰囲気中において、図５に示すように、カバー４０を、周壁部４１の下端４１ｂ（他端）が上方を向くように配置する。そして、図６に示すように、カバー４０の内側に、ステーター５０を配置する。具体的には、上板５１ａ１が当接面４６に接するように、ステーター５０を配置する。これにより、カバー４０とステーター５０との上下方向の位置が決まる。また、複数の下向き極歯５１ａ４の間に位置決め突起４７、４７が配置されるように、ステーター５０を配置する。これにより、上板５１ａ１の内周縁に沿って複数の下向き極歯５１ａ４と位置決め突起４７、４７とが並ぶ。そのため、図８に示すように、ステーター５０が軸線Ｌ周りに正しく位置決めされ、ステーター５０の軸線Ｌ周りの回転が規制される。なお、位置決め突起４７、４７を有しないステーターユニットでは、ステーター５０の軸線Ｌ周りの回転が規制されず、図９に示すように、ステーター５０がカバー４０に対して軸線Ｌ周りに位置ずれしてしまうことがある。これにより、リード線接続部５７やコイル端子ピン５８、リード線５９などの絶縁距離が設計値より短くなってしまう。

次に、ステーター５０の内側に心棒１００の胴部１０１を挿入する。胴部１０１の先端１０１ａをカバー４０のドーム部４３の内側に進入させて、胴部１０１の外周面１０１ｂと円周面４５とが軸線Ｌと直交する方向に対向するように、心棒１００を配置する。このとき、ステーター５０の複数の保持片５６が胴部１０１に当接され、複数の保持片５６が心棒１００のスリット１０３の内側に位置づけられる。これにより、ステーター５０と心棒１００とが同軸に配置される。また、心棒１００のステーター保持部１０２が平板部５４に当接される。

次に、互いに組み付けたカバー４０、ステーター５０および心棒１００を加熱する。カバー４０の線膨張係数より心棒１００の線膨張係数の方が大きいため、カバー４０の円周面４５の径の変化より心棒１００の外径の変化の方が大きく、心棒１００の先端１０１ａの外周面１０１ｂと円周面４５とが全周にわたって当接する。これにより、円周面４５と心棒１００とが同軸に配置された状態で、心棒１００がカバー４０に固定される。また、心棒１００とステーター５０も同軸に配置され、ステーター５０が、カバー４０と心棒１００のステーター保持部１０２との間に保持される。

次に、液状の充填樹脂であるウレタンをカバー４０に注ぎ込み、ウレタンをステーター５０の内部およびカバー４０とステーター５０との間に充填する。ウレタンが硬化してモールド６０が形成される。そして、カバー４０、ステーター５０および心棒１００の温度が常温まで低下したのち、心棒１００をステーター５０から引き抜く。このようにして、ステーターユニット３０が完成する。

以上説明したように、本実施例の電動弁１が有するステーターユニット３０は、カバー４０と、ステーター５０と、モールド６０と、を有している。カバー４０は、周壁部４１と周壁部４１の上端４１ａに連設された上端壁部４２とを有している。ステーター５０は、円筒形状を有しており、カバー４０の内側に配置されている。モールド６０は、カバー４０とステーター５０との間に充填されている。ステーター５０は、上端壁部４２に接する円環形状の上板５１ａ１と、上板５１ａ１の内周縁に周方向に間隔をあけて配置された複数の下向き極歯５１ａ４と、を一体的に有している。そして、上端壁部４２には、当該上端壁部４２から周壁部４１の下端４１ｂ側に突出し、複数の下向き極歯５１ａ４の間に配置された位置決め突起４７、４７が設けられている。このようにしたことから、位置決め突起４７、４７と複数の下向き極歯５１ａ４とがの軸線Ｌ周りに並び、カバー４０に対してステーター５０が軸線Ｌ周りに回転することが規制される。そのため、カバー４０とステーター５０との軸線Ｌ周りの位置ずれを抑制できる。

また、位置決め突起４７、４７における上板５１ａ１の内周縁の周方向の長さを、複数の下向き極歯５１ａ４の間隔の大きさと同じにすることで、複数の下向き極歯５１ａ４の間に位置決め突起４７、４７が嵌合される。これにより、カバー４０に対するステーター５０の軸線Ｌ周りの位置が固定される。そのため、カバー４０とステーター５０との軸線Ｌ周りの位置ずれをより効果的に抑制でき、カバー４０に対するステーター５０の軸線Ｌ周りの位置のばらつき（基準位置に対するずれ角度のばらつき）を抑えることができる。なお、位置決め突起４７、４７における上板５１ａ１の内周縁の周方向の長さを、複数の下向き極歯５１ａ４の間隔より小さくしてもよい。この場合、上記位置ずれが生じてもリード線接続部５７やコイル端子ピン５８、リード線５９の絶縁距離が確保でき、かつ上記ずれ角度のばらつきが許容範囲内に収まるように、位置決め突起４７、４７の前記長さを設定する。

上述したステーターユニット３０では、カバー４０が２つの位置決め突起４７、４７を有する構成であったが、本発明は、このような構成に限定されるものではない。図１０～図１２に、上述したステーターユニット３０の変形例であるステーターユニット３０Ａを示す。このステーターユニット３０Ａのカバー４０Ａには、位置決め突起４７がステーター５０の複数の下向き極歯５１ａ４と同数（本変形例においては１２個）設けられている。そして、複数の下向き極歯５１ａ４の間のすべてに位置決め突起４７が配置されている。このような構成でも、上述したステーターユニット３０と同様の作用効果を奏する。

上記に本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。前述の実施例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施例の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の趣旨に反しない限り、本発明の範囲に含まれる。

１…電動弁、１０…弁本体、１１…第１導管、１２…第２導管、２０…キャン、２１…円筒部、２２…天井部、２３…突部、３０、３０Ａ…ステーターユニット、４０、４０Ａ…カバー、４１…周壁部、４２…上端壁部、４３…ドーム部、４５…円周面、４６…当接面、４７…位置決め突起、５０…ステーター、５１…第１ステーター、５１ａ…ヨーク、５１ａ１…上板、５１ａ２…下板、５１ａ３…側板、５１ａ４…下向き極歯、５１ａ５…先端部、５１ａ６…基端部、５１ａ７…上向き極歯、５１ａ８…先端部、５１ａ９…基端部、５１ｂ…ボビン、５１ｃ…コイル、５２…第２ステーター、５２ａ…ヨーク、５２ａ４…下向き極歯、５２ａ７…上向き極歯、５２ｂ…ボビン、５２ｃ…コイル、５３…固定部材、５４…平板部、５４ａ…貫通孔、５５…接続片、５６…保持片、５６ａ…保持孔、５７…リード線接続部、５８…コイル端子ピン、５９…リード線、６０…モールド、１００…心棒、１０１…胴部、１０２…ステーター保持部、１０３…スリット、Ｌ…軸線

Claims (4)

1. 周壁部と前記周壁部の一端に連設された端壁部とを有するカバーと、
   前記カバーの内側に配置された円筒形状のステーターと、
   前記ステーターと前記カバーとの間に充填された充填樹脂からなるモールドと、を有し、
   前記ステーターは、前記端壁部に接する円環形状のヨーク板と、前記ヨーク板の内周縁に周方向に間隔をあけて配置された複数の極歯と、を一体的に有し、
   前記端壁部には、前記端壁部から前記周壁部の他端側に突出し、前記複数の極歯の間に配置された１または複数の位置決め突起が設けられていることを特徴とするステーターユニット。
2. 前記位置決め突起における前記周方向の長さが、前記複数の極歯の間隔の大きさと同じである、請求項１に記載のステーターユニット。
3. 弁本体と、前記弁本体に取り付けられたキャンと、前記キャンの外側に取り付けられたステーターユニットと、を有する電動弁であって、
   前記ステーターユニットが、請求項１または請求項２に記載のステーターユニットである、電動弁。
4. 周壁部と前記周壁部の一端に連設された端壁部とを有するカバーと、円筒形状のステーターと、を有するステーターユニットの製造方法であって、
   前記ステーターは、円環形状のヨーク板と、前記ヨーク板の内周縁に周方向に間隔をあけて配置された複数の極歯と、を一体的に有し、
   前記端壁部は、前記端壁部から前記周壁部の他端側に突出する１または複数の位置決め突起を有し、
   前記ヨーク板が前記端壁部に接しかつ前記位置決め突起が前記複数の極歯の間に配置されるように、前記ステーターを前記カバーの内側に配置し、
   前記カバーの周壁部の他端を上方に向けた状態で、前記ステーターと前記カバーとの間に液状の充填樹脂を充填することを特徴とするステーターユニットの製造方法。
   
   

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