JP4217470B2 - Electric control valve - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動式コントロールバルブに関し、特に、冷凍・冷蔵・空調システムの冷媒流量を制御する電動式コントロールバルブに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
冷凍・冷蔵・空調システムの冷媒流量を制御する電動式コントロールバルブとして、弁ハウジングに回り止め状態で軸線方向に移動可能に雌ねじ部材が設けられ、雌ねじ部材にステッピングモータのロータに連結された雄ねじ部材がねじ係合し、ロータの回転によって雌ねじ部材が軸線方向に移動し、雌ねじ部材に所定範囲のみ軸線方向に移動可能に設けられた弁体によって弁ハウジングの弁室底面に形成された弁ポートを開閉するものがある(例えば、特許文献1)。
【0003】
この電動式コントロールバルブでは、雌ねじ部材が弁体ホルダをなし、弁閉状態で、雌ねじ部材が弁室底面に当接してそれ以上の弁閉方向の軸線方向移動を高剛性で確実に拘束され、この拘束状態で、それ以上の弁閉方向のロータ回転が雄ねじ部材の軸線方向移動によって許容されることにより、弁閉点でのステッピングモータの位相合わせ、すなわち基点出しが再現性よく的確に行われる。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−343083号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の電動式コントロールバルブでは、雌ねじ部材の回り止めが、雌ねじ部材の外周面に形成された凹溝と前記弁ハウジング側の固定部材に設けられた回り止め帯状部との軸線方向滑り係合に行われ。この場合、雌ねじ部材が軸線方向には移動できるよう、凹溝の横幅は回り止め帯状部の横幅より少し大きく、回り止め帯状部と凹溝との間に回転方向の必須の間隙がある。
【0006】
このため、基点出しにおいて、ロータの回転が反転するとき、ロータの反転に伴い雄ねじ部材と共に雌ねじ部材が、回り止め部の回転方向の必須の間隙分(がた分)、回転方向に動き、凹溝の溝側面が回り止め帯状部の一側面に衝突することが生じる。このため、振動、衝突音が生じ、電動式コントロールバルブの耐久性、動作静粛性が阻害される。
【0007】
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、ロータの回転反転時に生じる雌ねじ部材の回り止め部の衝突に起因する振動、衝突音の発生を回避し、優れた耐久性、動作静粛性を示す電動式コントロールバルブを提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明による電動式コントロールバルブは、弁室と弁室底面に開口した弁ポートとを有する弁ハウジングと、前記弁ハウジングに回り止め状態で軸線方向に移動可能に設けられ、軸線方向移動によって一端面にて前記弁室底面に当接する雌ねじ部材と、前記雌ねじ部材に所定範囲のみ軸線方向に移動可能に設けられ、前記弁室底面の側の軸線方向移動によって前記弁ポートを閉じ、前記弁室底面とは反対方向の軸線方向移動によって前記弁ポートを開く弁体と、前記弁体を前記雌ねじ部材に対して前記弁室底面の側に付勢する弁ばねと、前記雌ねじ部材とねじ係合した雄ねじ部材と、多極着磁のロータとステータとを含み、前記ロータのボス部を前記雄ねじ部材に固定連結され、前記雄ねじ部材を回転駆動するステッピングモータとを有し、前記雌ねじ部材の回り止めが、当該雌ねじ部材と前記弁ハウジング側の固定部材とに軸線方向に延在形成された凹溝と回り止め帯状部との軸線方向滑り係合に行われ、前記凹溝と前記回り止め帯状部との間に、前記凹溝の一方の溝側面を前記回り止め帯状部の一側面に押し付けるばね等による押付手段が設けられている。
【0009】
この発明による電動式コントロールバルブによれば、押付手段によって凹溝の一方の溝側面が回り止め帯状部の一側面に予め押し付けられ、ロータの回転反転時に凹溝の溝側面が回り止め帯状部の一側面に衝突することがない。
【0010】
この発明による電動式コントロールバルブは、詳細構造として、前記固定部材が周方向の複数位置に各々前記回り止め帯状部を有する円筒籠状のガイド部材であって内側に前記雌ねじ部材を軸線方向に移動可能に収容し、前記凹溝が雌ねじ部材の外周面に形成され、前記押付手段として前記凹溝と前記回り止め帯状部との間に弾性変形状態で挟まれた板ばねが設けられている。
【0011】
この発明による電動式コントロールバルブによれば、板ばねによって雌ねじ部材外周の凹溝の一方の溝側面がガイド部材の回り止め帯状部の一側面に予め押し付けられ、ロータの回転反転時に凹溝の溝側面が回り止め帯状部の一側面に衝突することがない。
【0012】
また、上述の目的を達成するために、この発明による電動式コントロールバルブは、弁室と弁室底面に開口した弁ポートとを有する弁ハウジングと、前記弁ハウジングに回り止め状態で軸線方向に移動可能に設けられ、軸線方向移動によって一端面にて前記弁室底面に当接する雌ねじ部材と、前記雌ねじ部材に所定範囲のみ軸線方向に移動可能に設けられ、前記弁室底面の側の軸線方向移動によって前記弁ポートを閉じ、前記弁室底面とは反対方向の軸線方向移動によって前記弁ポートを開く弁体と、前記弁体を前記雌ねじ部材に対して前記弁室底面の側に付勢する弁ばねと、前記雌ねじ部材とねじ係合した雄ねじ部材と、多極着磁のロータとステータとを含み、前記ロータのボス部に固定連結されている前記雄ねじ部材を回転駆動するステッピングモータと、前記雄ねじ部材を前記ロータ及び前記ロータのボス部を介して前記弁室底面の側に付勢する第1のばねと、前記雌ねじ部材を前記弁室底面の側とは反対の側に付勢する第2のばねとを有し、前記雌ねじ部材の回り止めが、当該雌ねじ部材と前記弁ハウジング側の固定部材とに軸線方向に延在形成された凹溝と回り止め帯状部との軸線方向滑り係合に行われ、弁閉反転時に前記雌ねじ部材が弁開方向に回転変位することを阻止するねじ面摩擦力が前記雌ねじ部材と前記雄ねじ部材のねじ係合面に作用するよう前記第1のばねのばね荷重と前記第2のばねのばね荷重が設定されている。
【0013】
この発明による電動式コントロールバルブによれば、第1のばねのばね荷重と第2のばねのばね荷重の最適設定により、弁閉反転時に雌ねじ部材が弁開方向に回転変位することを阻止するねじ面摩擦力が雌ねじ部材と雄ねじ部材のねじ係合面に作用し、弁閉反転時に雌ねじ部材が弁開方向に回転変位しないので、ロータの回転反転時に凹溝の溝側面が回り止め帯状部の一側面に衝突することがない。
【0014】
このばね荷重の最適設定は、下式を満たすように行われればよい。
Fu>Q・tanβ−Fn(1+μh/(A・cosβ))
A=(μm−μh)cosβ−(μm・μh+1)sinβ
但し、Fu:第1のばねのばね荷重
Fn:第2のばねのばね荷重
Q:反転時の接線方向の力
β:ねじリード角
μm:ねじ面の摩擦係数
μh:弁ハウジング固定側と雌ねじ部材の摩擦係数
【0015】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
図1〜図4はこの発明による電動式コントロールバルブの実施形態1を示している。
【0016】
図1に示されているように、電動式コントロールバルブは弁ハウジング10を有している。弁ハウジング10には、一次側ポート11、二次側ポート12、弁室13、弁ポート14が形成されている。弁ポート14は、弁室13の平らな弁室底面15の中央部に開口し、一次側ポート11と二次側ポート12とを連通している。一次側ポート11には一次側継手16が、二次側ポート12には二次側継手17が各々接続されている。
【0017】
弁室13は上方開口の円孔形状をなしており、弁室13には中空軸状の雌ねじ部材18の下側部分が軸線方向に移動可能に挿入されている。雌ねじ部材18は、軸線方向移動によって下端面18Aにて弁室底面15に当接し、それ以上の降下(弁閉方向の移動)を拘束される。
【0018】
雌ねじ部材18は、弁体19を軸線方向に移動可能に吊り下げ式に支持し、弁体ホルダをなしている。弁体19は、フランジ部19Aが雌ねじ部材18の中空孔18Bの段差部18Cに当接することによって雌ねじ部材18より軸線方向に移動可能に吊り下げ支持され、後述する弁ばね20によって下方(弁閉方向)に付勢されている。弁体19は、雌ねじ部材18の下部より弁室底面15の側(下方)に突出したニードル部19Bによって弁ポート14を開閉し、軸線方向位置に応じて弁ポート14の開度を定量的に増減する。
【0019】
弁ハウジング10の上面には、一つの固定部材として、円筒籠状のカイド部材21がかしめ結合されている。ガイド部材21は軸線方向に延在する脚状の回り止め帯状部21Aを周方向に隔置した位置に3個有している。
【0020】
雌ねじ部材18の上側部分は上部大径部18Eとして弁室13より弁ハウジング10の上方に突出してガイド部材21の内側に軸線方向に移動可能に収容されている。雌ねじ部材18の上部大径部18Eの外周面には各々軸線方向に延在する3個の回り止め凹溝18Dが形成されており、回り止め凹溝18Dが回り止め帯状部21Aに滑りキー式に軸線方向滑り係合している。この軸線方向滑り係合により、雌ねじ部材18が弁ハウジング10に対して軸線方向には移動可能な状態に状態で、回り止めされる。回り止め凹溝18Dの横幅Waは回り止め帯状部21Aの横幅Wbより充分大きく設定されている(図4参照)
【0021】
雌ねじ部材18の上部大径部18Eには押付手段としての板ばね部材34が取り付けられている。板ばね部材34は、リング状基板部34Aと、リング状基板部34Aより折曲起立した3個のくの字形のばね片部34Bとを有している。図2に示されているように、板ばね部材34は、リング状基板部34Aにて雌ねじ部材18の外周に嵌合し、後述の下ばね35によって上部大径部18Eの段差底面18Fに押し付けられ、ばね片部34Bが各々回り止め凹溝18Dと回り止め帯状部21Aとの間に弾性変形状態で挟み込まれている(図3、4参照)。
【0022】
ばね片部34Bのばね力により、図4に示されているように、雌ねじ部材18の外周に形成されている回り止め凹溝18Dの一方の溝側面18Gがガイド部材21の回り止め帯状部21Aの一側面21Bに予め押し付けられる。
【0023】
図1に示されているように、雌ねじ部材18の中空孔18Bの上側部分は雌ねじ孔22になっている。雌ねじ孔22には雄ねじ部材23の雄ねじ部24がねじ係合している。弁ばね20は、圧縮コイルばねであって、中空孔18B内の雄ねじ部24と弁体19との間に挟み設けられ、弁体19を雌ねじ部材18に対して弁室底面15の側に付勢している。
【0024】
雌ねじ部材18の段差底面18F(図2参照)と弁ハウジング10との間には圧縮コイルばねによる下ばね(第2のばね)35が設けられている。下ばね35は所定のばね荷重を与えられて雌ねじ部材18を弁室底面15とは反対側(上方)に付勢している。
【0025】
雄ねじ部材23は、雄ねじ部24より上側に、フランジ部25と上部軸部23Aとを一体形成されている。上部軸部23Aは、ガイド部材21の上面部がなす固定側ストッパ部26の中心孔26A(図2参照)を貫通し、ステッピングモータ50のロータ51の中心部にインサート成形されたボス部52に固着嵌合している。この固着嵌合により、ロータ51のボス部52に雄ねじ部材23が固定連結されている。弁ハウジング10の上部には下蓋29によってキャン形状のロータケース30が固定されており、ロータ51やガイド部材21がロータケース30内に収納されている。
【0026】
固定側ストッパ部26は、軸線方向に見て雌ねじ部材18とロータ51のボス部52との間にあり、図2に示されているように、上下両面が各々衝突式ストッパのストッパ面26A、26Bになっている。
【0027】
フランジ部25は、固定側ストッパ部26より雌ねじ部材18の側(下側)にあり、高滑性樹脂製の滑りワッシャ27を挟んで固定側ストッパ部材26の下面側のストッパ面26Bに当接することにより、ロータ51と雄ねじ部材23との連結体が弁室底面15とは反対方向の軸線方向(弁開方向)に移動することを禁止する。
【0028】
図1に示されているように、雄ねじ部材23の上部軸部23Aにはスペーサ28が装着されている。スペーサ28は、高滑性樹脂により構成され、固定側ストッパ部26よりボス部52の側(上側)にあり、上端面にてボス部52の下底面に当接し、下端側に形成された円環状突起28A(図1参照)にて滑りワッシャ27の上面に当接し、周面中程に形成されているフランジ部28Bの下面28C(図2参照)が固定側ストッパ部材26の上面側のストッパ面26Aに当接することにより、ロータ51と雄ねじ部材23との連結体が、それ以上、弁室底面15の側に軸線方向(弁閉方向)に移動することを禁止する。
【0029】
滑りワッシャ27の上面とフランジ部28Bの下面28Cとの軸線方向間隔は固定側ストッパ部26の板厚より大きく、その差分だけ、ロータ51と雄ねじ部材23との連結体が弁ハウジング10に対して軸線方向に移動可能になっている。換言すれば、ロータ51と雄ねじ部材23との連結体の弁ハウジング10に対する軸線方向移動が上述の差分により決まる所定範囲に制限されている。
【0030】
ボス部52は上部延長軸部52Aを有し、上部延長軸部52Aは、ロータケース30内の天井部に凹凸係合した軸受部材31に回転可能且つ軸線方向に移動可能に嵌合し、軸受部材31より軸受け支持されている。この軸受け支持により、ロータ51と雄ねじ部材23との連結体の中心位置確保(支持)が行われる。
【0031】
軸受部材31のフランジ部31Aとロータ51との間には圧縮コイルばねによる上ばね(第1のばね)32が設けられている。上ばね32は、所定のばね荷重を与えられてロータ51と雄ねじ部材23との連結体を弁室底面15の側(下方)に付勢し、このことによって、雄ねじ部材23をロータ51及びそのボス部52を介して弁室底面15の側に付勢している。
【0032】
ロータ51は、ロータケース30内に収納されて外周面部を周方向に等間隔に多極着磁されている。ロータケース30の外周部にはステッピングモータ50のステータ組立体53が装着されている。ステータ組立体53は、上下2段のステータコイル54、複数個の磁極歯56、電気コネクタ部57等を有し、位置決め片58が弁ハウジング10に固定された位置決めピン33に係合することにより、周方向の位置決めを行われている。
【0033】
つぎに、上述の構成による電動式コントロールバルブの動作について説明する。
弁閉動作時には、スペーサ28のフランジ部28Bの下面28Cが固定側ストッパ部材26の上面側のストッパ面26Aに当接した状態で、ロータ51と雄ねじ部材23の連結体が弁閉方向に回転し、雄ねじ部24と雌ねじ孔22とのねじ係合により雌ねじ部材18、弁体19が降下(弁室底面15側への軸線方向移動)する。
【0034】
この降下によって弁体19のニードル部19Bが弁ポート14を閉じ、ニードル部19と弁ポート14との係合により弁体19の降下が止まる。これより更にロータ51と雄ねじ部材23の連結体が同方向に回転することにより、雌ねじ部材18が引き続き降下する。
【0035】
この降下によって雌ねじ部材18の下端面18Aが弁室底面15に当接し、それ以上の降下を拘束される。これより更にロータ51と雄ねじ部材23の連結体が同方向に回転することにより、ロータ51と雄ねじ部材23の連結体が上ばね32のばね力に抗して上昇移動し始める。
【0036】
この上昇は、高滑性ワッシャ27の上面が固定側ストッパ部材26の下面側のストッパ面26Bに当接するまで、所定範囲内で行われ、弁閉点での基点出しが行われる。
【0037】
弁閉状態では、スペーサ28のフランジ部28Bの下面28Cが固定側ストッパ部材26の上面側のストッパ面26Aより離れており、この状態で、ロータ51と雄ねじ部材23の連結体が弁開方向に回転すると、雄ねじ部24と雌ねじ孔22とのねじ係合によって、まず、ロータ51と雄ねじ部材23の連結体が降下移動する。
【0038】
この降下に伴いスペーサ28も降下し、スペーサ28のフランジ部28Bの下面28Cが固定側ストッパ部材26の上面側のストッパ面26Aに当接すると、ロータ51と雄ねじ部材23の連結体が降下移動が止まる。
【0039】
これより更に、ロータ51と雄ねじ部材23の連結体が同方向に回転することにより、雌ねじ部材18が上昇し始め、雌ねじ部材18の段差部18Cが弁体19のフランジ部19Aに係合することにより、雌ねじ部材18の上昇移動に伴い弁体19が持ち上げられ、弁開する。
【0040】
上述した弁開閉動作において、下ばね35は、常に雌ねじ部材18を持ち上げる方向に作用し、雄ねじ部24と雌ねじ孔22とのねじ係合面(当接面)を一方の面とし、ねじがた(間隙)による流量制御の影響をなくしている。上ばね32は、ロータ51と雄ねじ部材23の連結体に下向きに作用し、ロータ反転後に、ばね荷重が、即座に雄ねじ部24と雌ねじ孔22とのねじ係合部、および雌ねじ部材18の下端面18Aと弁室底面15との当接部に作用する。
【0041】
基点出しにおけるロータ反転時には、雌ねじ部材18がガイド部材21に対して反転回転しようとするが、ばね片部34Bのばね力により、雌ねじ部材18の回り止め凹溝18Dの一方の溝側面18Gがガイド部材21の回り止め帯状部21Aの一側面21Bに予め押し付けられるから、雌ねじ部材18の回転が抑えられ、このロータ反転時に、回り止め凹溝18Dの他方の溝側面18Hが回り止め帯状部21Aの他側面21Cに勢いよく衝突することや、回り止め凹溝18Dの一方の溝側面18Gが回り止め帯状部21Aの一側面21Bに勢いよく衝突することが未然に回避される。
【0042】
これにより、基点出し時等のロータ反転時に、衝突音や振動が生じることがなくなり、優れた動作静粛性、耐久性が得られるようになる。
【0043】
図5はこの発明による電動式コントロールバルブの実施形態2を示している。なお、図5において、図1に対応する部分は、図1に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【0044】
実施形態2の実施形態1との相違は、実施形態2では、板ばね部材34が省略され、弁閉反転時に雌ねじ部材18が弁開方向に回転変位することを阻止するねじ面摩擦力が雄ねじ部24と雌ねじ孔22とのねじ係合面に作用するよう、上ばね32のばね荷重と下ばね35のばね荷重が設定されていることである。
【0045】
この上ばね32のばね荷重と下ばね35のばね荷重の最適設定について、図6に示されているモデル図を参照して説明する。
まず、各記号を下記の通り定義する。
Fu:上ばね32のばね荷重
Fn:下ばね35のばね荷重
P:雄ねじ−雌ねじ間の抗力
Q:反転時の接線方向の力
β:雄ねじ部24と雌ねじ孔22のねじリード角
μm:ねじ面の摩擦係数
fm:ねじ面の摩擦力
μh:本体底部(弁室底面15)と雌ねじ部材18の摩擦係数
fh:本体底部(弁室底面15)と雌ねじ部材18の摩擦力
N:本体底部(弁室底面15)と雌ねじ部材18との間の抗力
Q:雌ねじに作用する水平方向の力
【0046】
まず、雌ねじのねじ面と垂直方向における力の釣合を考える。
P−Fu・cosβ−Fn・cosβ+Q・sinβ=0 …(1)
雌ねじのねじ面に生じる摩擦力fmは、
fm=μm・P …(2)
=μm(Fu・cosβ+Fn・cosβ−Q・sinβ) …(3)
本体底部(弁室底面15)と雌ねじ部材18との摩擦力fhは、
【0047】
ここで、雌ねじに作用する本体底部(弁室底面)との水平方向の力Mについて考える。
M=fm・cosβ−P・sinβ±fh …(6)
この時、雌ねじが図6の右方向に動く条件を求めると、
M>0
∴fm・cosβ−P・sinβ−fh>0 …(7)
(7)式に(5)式を代入する。
fm・cosβ−P・sinβ−{μh(P・cosβ+fm・sinβ−Fn)}>0 …(8)
【0048】
fmについてまとめる。
fm(cosβ−μh・sinβ)−P・sinβ−{μh(P・cosβ−Fn)}>0 …(9)
(9)式に(2)式を代入する。
μm・P(cosβ−μh・sinβ)−P・sinβ−{μh(P・cosβ−Fn)}>0 …(10)
【0049】
Pについてまとめる。
P(μm・cosβ−μm・μh・sinβ)−P・sinβ−P・μh・cosβ+μh・Fn>0 …(11)
P{(μm−μh)cosβ−(μm・μh+1)sinβ}+μh・Fn>0 …(12)
ここで、(12)式の{}のなかを、
(μm−μh)cosβ−(μm・μh+1)sinβ=A…(13)
と置くと、
P・A+μh・Fn>0 …(14)
【0050】
更に、(2)、(3)式より、
P=Fu・cosβ+Fn・cosβ−Q・sinβ …(15)
、であり、これを(14)式に代入すると、
(Fu・cosβ+Fn・cosβ−Q・sinβ)・A+μh・Fn>0 …(16)
となる。
これを展開して整理する。
Fu・A・cosβ+Fn(A・cosβ+μh)−Q・sinβ・A>0 …(17)
【0051】
ここで、Aの正負を求める。
A<0と、仮定すると、(13)式より、
(μm−μh)cosβ−(μm・μh+1)sinβ<0…(18)
μm−μh−(μm・μh+1)tanβ<0…(19)
μm、μhは、ともに樹脂−金属間の摩擦係数であるので、μm=μhとすると、μm−μh=0より、(19)式は、
−(μm・μh+1)tanβ<0…(20)
μm>0、μh>0、ねじリード角β=8.39°で、tanβ=0.147>0であるので、(20)式が成立する。よって、A<0の仮定も成立する。
【0052】
A<0であるから、(17)式は、
Fu・A・cosβ>Q・sinβ・A−Fn(A・cosβ+μh)…(21)
Fu<Q・tanβ−Fn(1+μh/(A・cosβ)) …(22)
となる。
これは、雌ねじが右方向に動く条件であるので、逆に右方向に動かない条件は下式(23)で表される。
Fu>Q・tanβ−Fn(1+μh/(A・cosβ)) …(23)
【0053】
以上により、ロータ反転時に雌ねじが右方向(CCW方向)に動かないためには、上ばね荷重Fuが、Q・tanβ−Fn(1+μh/(A・cosβ))の値以上であればよい。
【0054】
上述した上ばね32のばね荷重と下ばね35のばね荷重の最適設定により、弁閉反転時に雌ねじ部材18が弁開方向に回転変位することを阻止するねじ面摩擦力が雄ねじ部24と雌ねじ孔22とのねじ係合面に作用し、ロータ反転時に雌ねじ部材18が動かなくなる。
【0055】
これにより、基点出し時等のロータ反転時に、衝突音や振動が生じることがなくなり、優れた動作静粛性、耐久性が得られるようになる。
【0056】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明による電動式コントロールバルブによれば、板ばねによる雌ねじ部材の回転方向の付勢やばね荷重の適正化により、基点出し時等のロータ反転時に、衝突音や振動が生じることがなくなり、優れた動作静粛性、耐久性が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明による電動式コントロールバルブの実施形態1を示す縦断面図である。
【図2】 この発明による電動式コントロールバルブの実施形態1の要部の分解斜視図である。
【図3】 この発明による電動式コントロールバルブの実施形態1の要部の拡大正面図である。
【図4】 この発明による電動式コントロールバルブの実施形態1の要部の拡大側面図である。
【図5】 この発明による電動式コントロールバルブの実施形態2を示す縦断面図である。
【図6】 この発明による電動式コントロールバルブの実施形態2におけるばね荷重適正化の計算モデル図である。
【符号の説明】
10 弁ハウジング
11 一次側ポート
12 二次側ポート
13 弁室
14 弁ポート
15 弁室底面
18 雌ねじ部材
18D 回り止め凹溝
19 弁体
20 弁ばね
21 ガイド部材
21A 回り止め帯状部
23 雄ねじ部材
25 フランジ部
26 固定側ストッパ部
28 スペーサ
32 上ばね(第1のばね)
34 板ばね部材
35 下ばね(第2のばね)
50 ステッピングモータ
51 ロータ
52 ボス部
53 ステータ組立体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric control valve, and more particularly to an electric control valve that controls a refrigerant flow rate in a refrigeration / refrigeration / air conditioning system.
[0002]
[Prior art]
As an electric control valve that controls the flow rate of refrigerant in a refrigeration / refrigeration / air conditioning system, a male screw member is provided in the valve housing so as to be movable in the axial direction in a non-rotating state, and the female screw member is connected to the rotor of the stepping motor The valve port formed on the bottom surface of the valve chamber of the valve housing by a valve body provided so that the female screw member is moved in the axial direction by rotation of the rotor and the female screw member is movable in the axial direction only within a predetermined range. There is one that opens and closes (for example, Patent Document 1).
[0003]
In this electric control valve, the female screw member forms a valve body holder, and in the valve closed state, the female screw member abuts against the bottom of the valve chamber, and further axial movement in the valve closing direction is reliably restrained with high rigidity. In this constrained state, further rotation of the rotor in the valve closing direction is permitted by the axial movement of the male screw member, so that the phase adjustment of the stepping motor at the valve closing point, that is, the reference point is accurately performed with good reproducibility. .
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-343083
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional electric control valve described above, the rotation prevention of the female screw member is an axial sliding engagement between the concave groove formed on the outer peripheral surface of the female screw member and the rotation stopper band portion provided on the fixing member on the valve housing side. Done in case. In this case, the lateral width of the concave groove is slightly larger than the lateral width of the detent band-shaped portion so that the female screw member can move in the axial direction, and there is an essential gap in the rotational direction between the detent band-shaped portion and the concave groove.
[0006]
For this reason, when the rotation of the rotor is reversed in the reference point finding, the female screw member together with the male screw member moves in the rotational direction of the rotation preventing portion in the rotational direction along with the rotation of the rotor. The groove side surface of the groove may collide with one side surface of the detent band-shaped portion. For this reason, vibration and collision noise are generated, and the durability and quiet operation of the electric control valve are hindered.
[0007]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and avoids the occurrence of vibration and collision noise caused by the collision of the rotation-preventing portion of the female screw member that occurs when the rotation of the rotor is reversed, and has excellent durability. An object of the present invention is to provide an electric control valve that exhibits quiet operation.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an electric control valve according to the present invention has a valve housing having a valve chamber and a valve port opened at the bottom of the valve chamber, and is movable in the axial direction in a non-rotating state with respect to the valve housing. A female screw member that is in contact with the bottom surface of the valve chamber at one end surface by axial movement, and is provided in the female screw member so as to be movable in the axial direction only within a predetermined range, and by the axial movement on the valve chamber bottom side, A valve body that closes the valve port and opens the valve port by an axial movement opposite to the bottom surface of the valve chamber; and a valve spring that biases the valve body toward the bottom surface of the valve chamber with respect to the female screw member. A male screw member screw-engaged with the female screw member, a multi-pole magnetized rotor and a stator, and a boss portion of the rotor is fixedly connected to the male screw member, and the male screw member is driven to rotate. A stepping motor, and the rotation stop of the female screw member is an axial sliding engagement between a concave groove formed in the axial direction on the female screw member and the fixing member on the valve housing side, and a rotation belt-like portion. And a pressing means using a spring or the like that presses one groove side surface of the concave groove against one side surface of the anti-rotation belt-like portion is provided between the concave groove and the anti-rotation belt-like portion.
[0009]
According to the electric control valve of the present invention, one groove side surface of the groove is pressed against one side surface of the non-rotating belt-like portion in advance by the pressing means, and the groove side surface of the groove is There is no collision with one side.
[0010]
In the electric control valve according to the present invention, as a detailed structure, the fixing member is a cylindrical rod-shaped guide member having the detent belt-like portions at a plurality of positions in the circumferential direction, and the female screw member is moved in the axial direction inside. The concave groove is formed on the outer peripheral surface of the female screw member, and a leaf spring sandwiched in an elastically deformed state between the concave groove and the detent belt-like portion is provided as the pressing means.
[0011]
According to the electric control valve of the present invention, one groove side surface of the concave groove on the outer periphery of the female screw member is pressed against one side surface of the guide member by the leaf spring in advance, and the groove of the concave groove is rotated when the rotor is rotated and reversed. The side surface does not collide with one side surface of the detent belt-shaped portion.
[0012]
In order to achieve the above-described object, an electric control valve according to the present invention includes a valve housing having a valve chamber and a valve port opened on the bottom surface of the valve chamber, and moves in the axial direction in a non-rotating state with respect to the valve housing. An internal thread member that comes into contact with the bottom surface of the valve chamber at one end surface by axial movement, and is movable in the axial direction only within a predetermined range on the internal thread member, and moves axially on the bottom side of the valve chamber A valve body that closes the valve port and opens the valve port by an axial movement opposite to the valve chamber bottom surface, and a valve that biases the valve body toward the valve chamber bottom surface with respect to the female screw member a spring, and the female screw member and the screw engagement with the externally threaded member, and a multi-pole magnetization of the rotor and the stator, to rotate the front Symbol male screw member that is fixedly coupled to the boss portion of the rotor stearate Ping motor and a first spring for urging the side of the valve chamber bottom surface of the male screw member through the boss portion of the rotor and the rotor, the side opposite to the side of the valve chamber bottom surface of the female screw member A female spring member that has a second spring that is urged against the female screw member, and the female screw member and a fixing member on the valve housing side are formed in a groove extending in the axial direction and a detent belt-like portion. The screw surface frictional force is applied to the screw engagement surfaces of the female screw member and the male screw member to prevent the female screw member from being rotationally displaced in the valve opening direction when the valve is closed. A spring load of the first spring and a spring load of the second spring are set.
[0013]
According to the electric control valve of the present invention, the screw that prevents the female screw member from being rotationally displaced in the valve opening direction when the valve is reversed by the optimum setting of the spring load of the first spring and the spring load of the second spring. Since the surface frictional force acts on the screw engaging surfaces of the female screw member and the male screw member, and the female screw member does not rotate and displace in the valve opening direction when the valve is closed , the groove side surface of the concave groove is There is no collision with one side .
[0014]
The optimum setting of the spring load may be performed so as to satisfy the following expression.
Fu> Q · tan β-Fn (1 + μh / (A · cos β))
A = (μm−μh) cosβ− (μm · μh + 1) sinβ
Where Fu: spring load of the first spring Fn: spring load of the second spring Q: force in the tangential direction during reversal β: screw lead angle μm: friction coefficient μh of the screw surface: valve housing fixed side and female screw member Friction coefficient of
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
1 to 4 show Embodiment 1 of an electric control valve according to the present invention.
[0016]
As shown in FIG. 1, the motorized control valve has a
[0017]
The
[0018]
The
[0019]
A cylindrical rod-shaped
[0020]
The upper portion of the
[0021]
A
[0022]
Due to the spring force of the
[0023]
As shown in FIG. 1, the upper part of the
[0024]
A lower spring (second spring) 35 formed by a compression coil spring is provided between the step
[0025]
The
[0026]
The fixed-
[0027]
The
[0028]
As shown in FIG. 1, a
[0029]
The axial distance between the upper surface of the sliding
[0030]
The
[0031]
An upper spring (first spring) 32 formed by a compression coil spring is provided between the
[0032]
The
[0033]
Next, the operation of the electric control valve configured as described above will be described.
During the valve closing operation, the coupling body of the
[0034]
Due to this lowering, the
[0035]
By this lowering, the
[0036]
This rise is performed within a predetermined range until the upper surface of the high-sliding
[0037]
In the valve closed state, the
[0038]
Along with this lowering, the
[0039]
Furthermore, when the coupling body of the
[0040]
In the valve opening / closing operation described above, the
[0041]
At the time of reversing the rotor at the base point positioning, the
[0042]
As a result, no collision noise or vibration is generated when the rotor is reversed such as when the reference point is set, and excellent operational quietness and durability can be obtained.
[0043]
FIG. 5 shows Embodiment 2 of the electric control valve according to the present invention. In FIG. 5, parts corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
[0044]
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that, in the second embodiment, the
[0045]
The optimum setting of the spring load of the
First, each symbol is defined as follows.
Fu: Spring load of
First, consider the balance of forces in the direction perpendicular to the thread surface of the female thread.
P-Fu.cos .beta.-Fn.cos .beta. + Q.sin .beta. = 0 (1)
The frictional force fm generated on the thread surface of the female thread is
fm = μm · P (2)
= Μm (Fu · cosβ + Fn · cosβ−Q · sinβ) (3)
The frictional force fh between the bottom of the main body (valve chamber bottom 15) and the
[0047]
Here, the horizontal force M with the bottom of the main body (valve chamber bottom) acting on the female screw will be considered.
M = fm · cos β−P · sin β ± fh (6)
At this time, when the condition for the female screw to move to the right in FIG.
M> 0
∴fm · cos β-P · sin β-fh> 0 (7)
Substitute equation (5) into equation (7).
fm · cos β−P · sin β− {μh (P · cos β + fm · sin β−Fn)}> 0 (8)
[0048]
Summarize fm.
fm (cosβ-μh · sinβ) -P · sinβ- {μh (P · cosβ-Fn)}> 0 (9)
Substitute equation (2) into equation (9).
μm · P (cosβ−μh · sinβ) −P · sinβ− {μh (P · cosβ-Fn)}> 0 (10)
[0049]
Summarize P.
P (μm · cosβ−μm · μh · sinβ) −P · sinβ−P · μh · cosβ + μh · Fn> 0 (11)
P {(μm−μh) cosβ− (μm · μh + 1) sinβ} + μh · Fn> 0 (12)
Here, in {} of the equation (12),
(Μm−μh) cos β− (μm · μh + 1) sin β = A (13)
And put
P · A + μh · Fn> 0 (14)
[0050]
Furthermore, from equations (2) and (3)
P = Fu · cos β + Fn · cos β−Q · sin β (15)
And substituting this into equation (14),
(Fu.cos.beta. + Fn.cos.beta.-Q.sin.beta.). A + .mu.h.Fn> 0 (16)
It becomes.
Expand and organize this.
Fu · A · cosβ + Fn (A · cosβ + μh) −Q · sinβ · A> 0 (17)
[0051]
Here, the sign of A is obtained.
Assuming A <0, from equation (13):
(Μm−μh) cos β− (μm · μh + 1) sin β <0 (18)
μm−μh− (μm · μh + 1) tan β <0 (19)
Since μm and μh are both coefficients of friction between the resin and the metal, when μm = μh, from μm−μh = 0, the equation (19) is
− (Μm · μh + 1) tan β <0 (20)
Since μm> 0, μh> 0, screw lead angle β = 8.39 °, and tanβ = 0.147> 0, equation (20) is established. Therefore, the assumption of A <0 also holds.
[0052]
Since A <0, equation (17) is
Fu · A · cosβ> Q · sinβ · A-Fn (A · cosβ + μh) (21)
Fu <Q · tan β−Fn (1 + μh / (A · cos β)) (22)
It becomes.
Since this is a condition for the female screw to move in the right direction, the condition for not moving in the right direction is expressed by the following equation (23).
Fu> Q · tan β−Fn (1 + μh / (A · cos β)) (23)
[0053]
As described above, in order to prevent the female screw from moving in the right direction (CCW direction) when the rotor is reversed, the upper spring load Fu may be equal to or greater than the value of Q · tan β−Fn (1 + μh / (A · cos β)).
[0054]
Due to the optimal setting of the spring load of the
[0055]
As a result, no collision noise or vibration is generated when the rotor is reversed such as when the reference point is set, and excellent operational quietness and durability can be obtained.
[0056]
【The invention's effect】
As can be understood from the above description, according to the electric control valve of the present invention, the impact sound is generated when the rotor is reversed, such as when the rotor is reversed, by biasing the rotational direction of the female screw member by the leaf spring and by optimizing the spring load. And no vibration is generated, and excellent operational quietness and durability can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing Embodiment 1 of an electric control valve according to the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of essential parts of Embodiment 1 of the electric control valve according to the present invention.
FIG. 3 is an enlarged front view of an essential part of Embodiment 1 of the electric control valve according to the present invention.
FIG. 4 is an enlarged side view of the main part of Embodiment 1 of the electric control valve according to the present invention.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing Embodiment 2 of an electric control valve according to the present invention.
FIG. 6 is a calculation model diagram of spring load optimization in Embodiment 2 of the electric control valve according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
34
50
Claims (5)
前記弁ハウジングに回り止め状態で軸線方向に移動可能に設けられ、軸線方向移動によって一端面にて前記弁室底面に当接する雌ねじ部材と、
前記雌ねじ部材に所定範囲のみ軸線方向に移動可能に設けられ、前記弁室底面の側の軸線方向移動によって前記弁ポートを閉じ、前記弁室底面とは反対方向の軸線方向移動によって前記弁ポートを開く弁体と、
前記弁体を前記雌ねじ部材に対して前記弁室底面の側に付勢する弁ばねと、
前記雌ねじ部材とねじ係合した雄ねじ部材と、
多極着磁のロータとステータとを含み、前記ロータのボス部を前記雄ねじ部材に固定連結され、前記雄ねじ部材を回転駆動するステッピングモータと、
を有し、
前記雌ねじ部材の回り止めが、当該雌ねじ部材と前記弁ハウジング側の固定部材とに軸線方向に延在形成された凹溝と回り止め帯状部との軸線方向滑り係合に行われ、前記凹溝と前記回り止め帯状部との間に、前記凹溝の一方の溝側面を前記回り止め帯状部の一側面に押し付ける押付手段が設けられている電動式コントロールバルブ。A valve housing having a valve chamber and a valve port opened in a bottom surface of the valve chamber;
A female screw member that is provided in the valve housing so as to be movable in the axial direction in a non-rotating state, and abuts against the valve chamber bottom surface at one end surface by the axial movement;
The female screw member is provided so as to be movable in the axial direction only within a predetermined range, the valve port is closed by axial movement on the valve chamber bottom surface side, and the valve port is closed by axial movement in a direction opposite to the valve chamber bottom surface. A valve body that opens,
A valve spring that urges the valve body toward the valve chamber bottom surface with respect to the female screw member;
A male screw member screw-engaged with the female screw member;
A stepping motor including a multi-pole magnetized rotor and a stator, wherein the boss portion of the rotor is fixedly connected to the male screw member, and the male screw member is driven to rotate;
Have
The female screw member is prevented from rotating by an axial sliding engagement between a concave groove formed in the axial direction on the female screw member and the fixing member on the valve housing side, and a non-rotating belt-like portion. An electric control valve provided with pressing means for pressing one groove side surface of the concave groove against one side surface of the detent belt-shaped portion between the detent belt-shaped portion and the detent belt-shaped portion.
前記弁ハウジングに回り止め状態で軸線方向に移動可能に設けられ、軸線方向移動によって一端面にて前記弁室底面に当接する雌ねじ部材と、
前記雌ねじ部材に所定範囲のみ軸線方向に移動可能に設けられ、前記弁室底面の側の軸線方向移動によって前記弁ポートを閉じ、前記弁室底面とは反対方向の軸線方向移動によって前記弁ポートを開く弁体と、
前記弁体を前記雌ねじ部材に対して前記弁室底面の側に付勢する弁ばねと、
前記雌ねじ部材とねじ係合した雄ねじ部材と、
多極着磁のロータとステータとを含み、前記ロータのボス部に固定連結されている前記雄ねじ部材を回転駆動するステッピングモータと、
前記雄ねじ部材を前記ロータ及び前記ボス部を介して前記弁室底面の側に付勢する第1のばねと、
前記雌ねじ部材を前記弁室底面の側とは反対の側に付勢する第2のばねと、
を有し、
前記雌ねじ部材の回り止めが、当該雌ねじ部材と前記弁ハウジング側の固定部材とに軸線方向に延在形成された凹溝と回り止め帯状部との軸線方向滑り係合に行われ、弁閉反転時に前記雌ねじ部材が弁開方向に回転変位することを阻止するねじ面摩擦力が前記雌ねじ部材と前記雄ねじ部材のねじ係合面に作用するよう前記第1のばねのばね荷重と前記第2のばねのばね荷重が設定されている電動式コントロールバルブ。A valve housing having a valve chamber and a valve port opened in a bottom surface of the valve chamber;
A female screw member that is provided in the valve housing so as to be movable in the axial direction in a non-rotating state, and abuts against the valve chamber bottom surface at one end surface by the axial movement;
The female screw member is provided so as to be movable in the axial direction only within a predetermined range, the valve port is closed by axial movement on the valve chamber bottom surface side, and the valve port is closed by axial movement in a direction opposite to the valve chamber bottom surface. A valve body that opens,
A valve spring that urges the valve body toward the valve chamber bottom surface with respect to the female screw member;
A male screw member screw-engaged with the female screw member;
And a multi-pole magnetization of the rotor and the stator, the stepping motor for rotating the pre-Symbol male screw member that is fixedly coupled to the boss portion of the rotor,
A first spring that biases the male screw member toward the valve chamber bottom surface via the rotor and the boss portion ;
A second spring that biases the female screw member to a side opposite to the valve chamber bottom surface;
Have
The rotation prevention of the female screw member is performed by the axial sliding engagement between the concave groove formed in the axial direction on the female screw member and the fixing member on the valve housing side, and the rotation-preventing belt-like portion, and the valve is closed and reversed. The spring load of the first spring and the second spring are such that a thread surface frictional force that sometimes prevents the female screw member from rotationally displacing in the valve opening direction acts on the screw engaging surfaces of the female screw member and the male screw member. Electric control valve with spring load set.
Fu>Q・tanβ−Fn(1+μh/(A・cosβ))
A=(μm−μh)cosβ−(μm・μh+1)sinβ
但し、Fu:第1のばねのばね荷重
Fn:第2のばねのばね荷重
Q:反転時の接線方向の力
β:ねじリード角
μm:ねじ面の摩擦係数
μh:弁ハウジング固定側と雌ねじ部材の摩擦係数The electric control valve according to claim 4, wherein the spring load Fu of the first spring and the second spring spring load Fn are set so as to satisfy the following formula.
Fu> Q · tan β-Fn (1 + μh / (A · cos β))
A = (μm−μh) cosβ− (μm · μh + 1) sinβ
Where Fu: spring load of the first spring Fn: spring load of the second spring Q: force in the tangential direction during reversal β: screw lead angle μm: friction coefficient μh of the screw surface: valve housing fixed side and female screw member Friction coefficient
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