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

Description

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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