JP5022960B2 - 減速歯車装置付き電動弁 - Google Patents

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この発明は、空気調和機の冷媒の流量を制御する電動弁、特に気密容器であるキャン内に減速歯車装置を備える減速歯車装置付き電動弁に関する。
電動モータを介して弁の開閉を行ういわゆる電動弁として、ロータの回転を減速装置で減速してねじ機構に伝達する減速装置を備えたものがある。この種の電動弁は、例えば、特許文献1に記載されているように、キャンの外側に配置されたモータ励磁装置と、モータ励磁装置によって回転動作されるロータ組立体と、ロータ組立体の回転を減速する遊星歯車機構から成る減速歯車装置と、減速歯車装置を介して弁体を弁座に対し進退させるねじ機構とを備えており、ロータ組立体と、減速歯車装置とねじ機構とはキャンの内側に配置されて、コンパクトに構成されている。このタイプの電動弁は、負荷が大きい場合にも使用でき、1駆動パルス当たりの弁開度の分解能を高くすることができる。
この減速歯車装置付き電動弁においては、弁本体は、弁室及び弁座を有しており、弁室内には、弁棒によって操作される弁体が弁座の開口を開閉可能に配置されている。弁本体には円筒状のキャンが固着されており、モータ励磁装置はキャンの外周部に装着されている。弁本体とキャンとによって区画形成される空間には、キャンの内周部に回転自在に支持され且つ励磁装置によって回転駆動される永久磁石型のロータ組立体と、ロータ組立体の回転を減速する遊星ギア式の減速歯車装置とが収容されている。ロータ組立体の回転動作は減速歯車装置を介して減速されてねじ機構に伝達され、ねじ機構によって回転動作が軸方向動作に変換されることにより、弁体が弁座に対し進退可能となっている。
減速歯車装置は、ロータ組立体と一体の太陽ギアと、弁本体側に固定されるリングギアを有する固定ギアと、キャリアに支持されて太陽ギアと固定ギアに同時に噛合う遊星ギアと、遊星ギアに噛合うリングギアを有する出力ギアとを備えている。また、キャン内の空間に固定的に配置されるホルダには円筒状のギアケースが固定されており、ギアケースの上端部で固定ギアが支持されている。
特開2007−24206号公報
上記のタイプの電動弁の製作においては、遊星歯車減速装置についても、遊星ギア、固定ギア、キャリア及び出力ギアを金属製の筒状のギアケース内に予め組み立てておき、その組立体を弁本体に組み付けて最後にキャンで覆うことにより製作されている。
しかしながら、ギアケース内に予め組み立てた組立体は、ギアケースの下方が開いているために、開いた開口から出力ギアが落下するおそれがあり、そのため電動弁の組立性に問題を有していた。
また、電動弁の仕様は、遊星歯車減速装置の仕様と、ねじ機構、弁口径などとの組合せによって、本来、数多くの仕様のものを提供し得るものであるが、製作面では需要に応じて個別の型式毎に製作することがあり、かかる多品種少量生産のような場合も含めて効率的な生産管理、試験管理が行えないという問題もあった。また、ギアケース内に組み立てたギアモジュールの性能試験については、ギアモジュールの弁本体への組付け完了後でないと行うことができず、試験の作業性でも問題を有していた。
このように、従来の電動弁は、遊星歯車減速装置がユニットとして取り扱いができず、組立や試験等の作業性に問題があると共に、電動弁の仕様の多様化に十分対応が取れていないという問題があった。
この発明の目的は、モータ励磁装置によって回転されるロータ組立体の回転を減速してねじ機構に伝達する遊星歯車減速装置を備えた電動弁において、遊星歯車減速装置がギアケース内に組み込まれた状態でユニットとして取り扱いができ、電動弁の仕様の多様化への対応に好適な電動弁を提供することである。
上記の目的を達成するため、この発明による減速歯車装置付き電動弁は、上記したタイプの電動弁において、減速歯車装置は、太陽ギアを除く構成要素が組込み前の状態でユニット化してあり、ギアケースは出力ギアを離脱不能かつ回転自在に受ける支承部を備えることを特徴としている。
この減速歯車装置付き電動弁によれば、減速歯車装置は、太陽ギアを除く構成要素、即ち、遊星ギア、固定ギア、キャリア及び出力ギアなどの多くの部品点数が、電動弁への組込み前の状態で、ギアケース内に当該ギアケースと共にユニット化されている。また、出力ギアは、ギアケースに備わる支承部によって受けられていても、回転自在であって減速歯車装置としての機能は維持される。そして、支承部によってギアケースから離脱不能であるので、出力ギアはユニットからギアケースの外へ出ることがない。
この発明による減速歯車装置付き電動弁は、上記のように、減速歯車装置は、太陽ギアを除く構成要素がユニット化され、出力ギアは、ギアケースに備わる支承部によって回転可能であるがギアケースから離脱不能に構成されているので、ギアアッセンブリとしての試験や評価が可能となるとともに、ユニットとして取り扱いが容易となり電動弁への組付けが可能となり組立性が向上する。また、ギア比の異なるモジュール(アッセンブリ)として複数種類用意されているものから選択することにより、弁体側負荷にした仕様変更に簡単に対応することができる。また、同じモジュール又は異なるモジュールの減速歯車装置を、ねじ機構のねじピッチや弁口径が異なる多機種の弁本体へ組付けが可能である。
以下、添付した図面に基づいて、この発明による減速歯車装置付き電動弁の実施形態を説明する。図1はこの発明による減速歯車装置付き電動弁の全体構造を示す縦断面図である。
キャンドギア式電動弁1においては、気密容器であるキャン30の外側に、モータのステータを構成するコイル3が一体に樹脂モールドされたモータ励磁装置2が配設され、板ばねから成る取付具5によりキャン30に対して着脱自在に嵌装される。コイル3は電気回路4を通じて外部の電源に接続されている。キャン30の内部には、磁性材料を含有するプラスチック材料で形成されているロータ組立体50が回転自在に配設されている。ロータ組立体50は、モータ励磁装置2のコイル3に駆動信号を供給することにより回転する。キャン30は、受け部材20を介して弁本体10に固着されている。弁本体10は弁室12とオリフィス14を有しており、弁本体10には冷媒の配管18a,18bが固着される。
遊星歯車減速装置51について説明する。遊星歯車減速装置51の中央に配設される太陽ギア52はロータ組立体50と一体に成型される。太陽ギア52には、中心にシャフト53が貫通している。キャリア54は、例えばプラスチック成形によって製作され、中心部には上記のシャフト53が貫通している。キャリア54は、例えば3個の遊星ギア55を太陽ギア52に噛み合った状態で自転自在に軸支持している。各遊星ギア55の下側部分にはリング状の内歯を有する出力ギア56が噛み合って配設されており、出力ギア56には出力軸62が一体に結合されている。出力軸62は、上端側からはシャフト53を受け入れる有底の穴が形成されており、下端側からはねじ軸63の平ドライバ部が挿入される溝が形成されている。
遊星歯車減速装置51のギアケース57は、円筒状の部材であって、下部がホルダ部65の上部の段付部に嵌合されて支持されている。ギアケース57の上端部には、固定ギア58が固定される。固定ギア58は、プラスチック成形によって製作されたリングギアであり、その内歯が遊星ギア55の上側部分と噛み合っている。
遊星歯車減速装置51は、ロータ組立体50と一体の太陽ギア52が入力ギアとなり、キャリア54に支持された遊星ギア55が太陽ギア52と固定ギア58に同時に噛み合っている。遊星ギア55は出力ギア56にも噛み合っており、太陽ギア52の入力は減速されて出力ギア56に出力される。遊星歯車減速装置51は、所謂、ふしぎ遊星歯車を構成しており、例えば50対1程度に達する大きな減速比に減速された回転をねじ機構60に出力する。
出力軸62はねじ機構60の雄ねじであるねじ軸63を駆動する。ねじ軸63は雌ねじが形成されている軸受64に螺合している。ねじ軸63と軸受64とはねじ機構60を構成している。軸受64は、弁本体10のホルダ部65に固定支持されている。ねじ軸63が、遊星歯車減速装置51からの減速された出力回転によって軸受64に対して回転されるとき、その回転量に応じて軸方向に移動する。ねじ軸63の移動量は、ボール66及びボール受け部材67を介して弁棒68へ伝達され、弁棒68の先端に形成されている弁体69を上下動させる。ねじ機構60のねじ軸63は、微少回転が可能となり、分解能の高い弁開度制御が達成される。弁体69の上下動により、弁体69とオリフィス14の間の流路面積は制御され、通過する冷媒流量が調節される。
弁本体10には、軸受64によって上端フランジ部71が挟まれることにより保持されたガイド筒体70が設けられており、上端フランジ部71と中間の絞り段部72との間の上側筒部73は弁棒68との間に形成される筒状のスペースにコイルばね75が圧縮状態に収容されており、弁軸69を常時、開弁方向に付勢しており、ねじ機構6やボール66に生じようとするガタを吸収している。ガイド筒体70の絞り段部72よりも先端側の下側筒部74は、弁棒68を軸線方向にガイドするとともに、冷媒中の異物が遊星歯車減速装置55やねじ機構60に侵入するのを防止している。
図2〜図4を参照して、遊星歯車減速装置をギアケース内に組み込んでユニット化されたギアモジュールについて説明する。図2(a)はかかるギアモジュールの一例を示す縦断面図であり、図2(b)は図2(a)に示すギアモジュールを組み込んだ減速歯車装置付き電動弁1aを示す縦断面図である。図2(a)及び図2(b)においては、図1に示した構成要素と同等のものには同じ符号を付すことで、再度の説明を省略する(図3及び図4にそれぞれ示す別の実施例についても同様)。
図2(a)に示すように、太陽ギア52及びシャフト53を除いて、キャリア54、遊星ギア55、出力ギア56及び固定ギア58を含む遊星歯車減速装置51がギアケース57内に組み込まれて、ギアモジュール100が構成されている。ギアモジュール100においては、ギアケース57に組み付けた出力ギア56の外周下側角部101の位置に対応した高さ位置に、ギアケース57にその内方に向かって周方向に任意数(好ましくは、バランスの観点から3箇所以上)の凸部102が形成されている。各凸部102は、例えば、ギアケース57の外方からポンチ加工によって形成することができる。
各凸部102は、出力ギア56に対する支承部として機能しており、出力ギア56を回転自在に支持するとともに、出力ギア56がギアケース57の下側に開いた開口を通じて外部に出るのを防止している。なお、支承部としては、部分的な凸部102に代えて、ギアケース57の内方に向かって例えばロールカシメによって形成された全周状の凸部とすることもできる。ギアモジュール100を電動弁に組み付けるには、シャフト53と太陽ギア52とを上部から差し込むことによってロータ組立体50と連結される。また、出力軸62は、弁本体10内に装着されたねじ機構60に連結される。
図3(a)はギアケースとその内部に組み付けられた各種ギアとをユニット化したギアモジュールの別の例を示す縦断面図であり、図3(b)は図3(a)に示すギアモジュールを組み込んだ減速歯車装置付き電動弁1bを示す縦断面図である。図3(a)に示すように、太陽ギア52及びシャフト53を除いた遊星歯車減速装置51がギアケース57内に組み込まれて、ギアモジュール110が構成されている。ギアモジュール110においては、ギアケース57に組み付けた出力ギア56の外周下側角部101の位置に対応した高さ位置に、ギアケース57にその内方に向かって周方向に任意数(好ましくは、バランスの観点から3箇所以上)の爪部112が形成されている。各爪部112は、ギアケース57の周壁の一部を切り起こすことによって形成することができる。
各爪部112は、出力ギア56に対する支承部として機能しており、出力ギア56を回転自在に支持するとともに、出力ギア56がギアケース57の下側に開いた開口を通じて外部に離脱するのを防止している。
図4は図3に示すギアモジュールの変形例を示す縦断面図である。図1に示した減速歯車装置付き電動弁1は、図4に示すギアモジュールを組み込んだ電動弁である。図4に示すギアモジュール120は、図3(a)に示すギアモジュール110において、ギアケース57の支承部は、出力ギア56の底面121と爪部112との間に介装されたテフロン(登録商標)シートのような低摩擦シート122を含んでいる。低摩擦シート122は、円環状に形成するのが好ましい。ギアモジュール120は、ギアモジュール110の作用を奏するとともに、低摩擦シート122が設けられていることにより出力ギア56が爪部112に対して少ない摩擦抵抗でスムーズに回転することができる。
以上、この発明による電動弁の実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限ることなく、発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変形が可能である。例えば、ロータ組立体の回転を減速する遊星ギア式の減速歯車装置として、実施形態ではふしぎ歯車機構を用いた例を説明したが、これは一例であり、通常の遊星ギア式減速歯車装置を用いることができる。
この発明による減速歯車装置付き電動弁の全体構造を示す縦断面図である。 この発明による減速歯車装置付き電動弁のギアモジュールとそれを組み付けた電動弁の縦断面図である。 この発明による減速歯車装置付き電動弁の別のギアモジュールとそれを組み付けた電動弁の縦断面図である。 図1に示す減速歯車装置付き電動弁のギアモジュールを示す縦断面図である。
符号の説明
1,1b,1c キャンドギア式電動弁 2 モータ励磁装置
3 コイル 4 電気回路
5 取付具
10 弁本体 12 弁室
14 オリフィス
20 受け部材 30 キャン
50 ロータ組立体
51 遊星歯車減速装置 52 太陽ギア
53 シャフト 54 キャリア
55 遊星ギア 56 出力ギア
57 ギアケース 58 固定ギア
60 ねじ機構 62 出力軸
63 ねじ軸63 軸受64
65 ホルダ部 66 ボール
67 ボール受け部材 68 弁棒
69 弁体
70 ガイド筒体 71 上端フランジ部
72 絞り段部 72 上側筒部73
74 下側筒部 75 コイルばね
100 ギアモジュール 101 出力ギア56の外周下側角部
102 凸部
110 ギアモジュール 112 爪部
120 ギアモジュール 121 出力ギア56の底面
122 低摩擦シート

Claims (5)

  1. 弁室及び弁座を有する弁本体と、前記弁室内で前記弁座の開口を開閉可能に配置される弁体と、前記弁体を操作する弁棒と、前記弁本体に固着される円筒状のキャンと、該キャンの外周部に装着されるモータ励磁装置と、前記キャンの内周部に回転自在に支持され前記励磁装置によって回転駆動される永久磁石型のロータ組立体と、該ロータ組立体の回転を減速する遊星ギア式の減速歯車装置と、前記ロータ組立体の回転動作によって前記減速歯車装置を介して前記弁体を前記弁座に対し進退させるねじ機構とを備え、
    前記ロータ組立体と前記減速歯車装置とは、前記弁本体と前記キャンとによって区画形成される空間に配置され
    前記減速歯車装置は、前記ロータ組立体と一体の太陽ギアと、前記弁本体側に固定されるリングギアを有する固定ギアと、キャリアに支持されて太陽ギアと前記固定ギアに同時に噛合う遊星ギアと、該遊星ギアに噛合うリングギアを有する出力ギアとを含み、
    前記キャン内の空間に固定的に配置されるホルダ部に前記固定ギアを上端部で支持する円筒状のギアケースが固定されてなる減速歯車装置付き電動弁であって、
    前記減速歯車装置は、前記太陽ギアを除く構成要素が組込み前の状態でユニット化してあり、前記ギアケースは前記出力ギアを離脱不能かつ回転自在に受ける支承部を備える
    ことを特徴とする減速歯車装置付き電動弁。
  2. 前記ギアケースの前記支承部は、前記ギアケースの内面に当該ギアケースの内方に向かって形成された複数の凸部であることを特徴とする請求項1記載の減速歯車装置付き電動弁。
  3. 前記ギアケースの前記支承部は、前記ギアケースの内面に当該ギアケースの内方に向かって形成された全周の凸部であることを特徴とする請求項1記載の減速歯車装置付き電動弁。
  4. 前記ギアケースの前記支承部は、前記ギアケースの周壁の一部が当該ギアケースの内方に向かって折り曲げられた複数の爪部であることを特徴とする請求項1記載の減速歯車装置付き電動弁。
  5. 前記出力ギアと前記爪部との間に前記出力ギア摺動用の低摩擦シートが介在することを特徴とする請求項4記載の減速歯車装置付き電動弁。
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