JP5291477B2 - 電動弁 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍サイクルシステムにおける冷媒の流量制御等に使用される電動弁に関する。

上記電動弁として、特許文献１には、電動モータのロータの回転を利用して弁体を弁座に接離させる駆動機構を備え、該弁の全閉時に、弁軸ホルダに固着された上ストッパ体がガイドブッシュに固着された下ストッパ体に衝突し、弁軸の回転下動が終了する電動弁が提案されている。この電動弁は、全開方向については、最終的に弁軸ホルダが弁本体に固定されたガイドブッシュとの螺合が解除され、弁軸の上動が終了するねじ抜け構造を採用している。

一方、特許文献２には、弁座及び弁体等を備えたバルブ部と、該バルブ部の上方に位置し、ロータの回転により前記弁座に弁体を接離させるステッピングモーター部とで構成され、密閉型ケース内のロータの上方に該弁の全開ストッパと全閉ストッパとを備える電動式コントロールバルブが提案されている。

特開２００６−７０９９０号公報 実公平３−９５６５号公報

しかし、特許文献１に記載の電動弁のような全開方向のねじ抜け構造は、弁軸ホルダとガイドブッシュとの螺合を解除することができない構成を有する電動弁には採用することができない。

また、特許文献２に記載の電動式コントロールバルブでは、全開閉ストッパがロータの上方に位置するため、電動式コントロールバルブの全長が長くなる上、全開閉ストッパに用いる部品点数が多くなり、バルブの組立作業性が悪化し、製造コストの上昇に繋がるという問題があった。また、このような全開閉ストッパをロータ内に設置しようとすると、設置スペースを設けるために弁軸ホルダの外径を小さくする必要があり、これに伴い、弁体を付勢するためのコイルばねの設置スペースを確保することが困難となる。そのため、大きな弁口径を維持しながら電動弁を小型化することが困難であるという問題があった。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、部品点数が少なく、組立が容易で、小型化しても大きな弁口径を維持することのできる電動弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、電動モータのロータの回転に伴って回転し、弁本体に固定された雌ねじ部材と螺合する雄ねじ部材と、該雄ねじ部材が回転することにより、前記弁本体内の弁座と接離する弁体とを備えた電動弁において、前記電動モータのロータの回転に伴って回転する２つのストッパ部と、前記雌ねじ部材に、該電動弁の全開時において、前記２つのストッパ部の一方と当接して前記雄ねじ部材の弁開方向の回転を規制する全開ストッパ部と、該電動弁の全閉時において、前記２つのストッパ部の他方と当接して前記雄ねじ部材の弁閉方向の回転を規制する全閉ストッパ部とを備え、前記ロータの回転に伴って回転する前記２つのストッパ部は、前記雄ねじ部材に螺嵌されることを特徴とする。

そして、本発明によれば、雌ねじ部材に、電動弁の全開時及び全閉時に機能する２つのストッパ部を設けたため、電動弁の小型化が可能となる上、部品点数が少なく、組立性も良好な電動弁を提供することができる。また、雌ねじ部材に全開ストッパ部と全閉ストッパ部両方を設けているため、全開ストッパ部と全閉ストッパ部の位置関係を安定させることもできる。また、前記ロータの回転に伴って回転する前記２つのストッパ部を前記雄ねじ部材に螺嵌することにより、前記２つのストッパ部が前記全開ストッパ部及び前記全閉ストッパ部に対してねじを基準として位置決めされるため、これらの相対位置関係を精度良く決定することができる。

上記電動弁において、前記雌ねじ部材の前記全閉ストッパ部に当接する前記他方のストッパ部を、前記ロータと前記雄ねじ部材とを接続する支持リングあるいは前記ロータに設けることができる。また、前記雌ねじ部材の前記全閉ストッパ部に当接する前記他方のストッパ部を、前記雄ねじ部材の側表面に設けることができる。

さらに、上記電動弁において、前記全開ストッパ部及び前記全閉ストッパ部を、前記雌ねじ部材に一体成形することができ、より一層の部品点数の減少、電動弁の組立性の向上を図ることができる。

また、上記電動弁において、前記雄ねじ部材と前記弁体との間に、該雄ねじ部材より外径が大径で、内部に前記弁体を前記弁座方向に付勢するコイルばねを備えるばね収容部を備え、該ばね収容部の前記ロータ側外表面に前記一方のストッパ部を備えるように構成することができる。これにより、コイルばねの設置スペースを充分に確保することが可能となり、大きな弁口径を維持しながら電動弁を小型化することが可能となる。

以上のように、本発明によれば、部品点数が少なく、組立が容易で、小型化しても大きな弁口径を維持することのできる電動弁を提供することができる。

本発明にかかる電動弁の第１の実施形態を示す断面図であって、（ａ）は全閉時、（ｂ）は全開時を示す。 本発明にかかる電動弁の第２の実施形態を示す断面図であって、（ａ）は全閉時、（ｂ）は全開時を示す。 本発明にかかる電動弁の第３の実施形態を示す断面図であって、（ａ）は全閉時、（ｂ）は全開時を示す。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明にかかる電動弁の第１の実施形態を示し、図１（ａ）は全閉時の断面図を示し、図１（ｂ）は全開時の断面図を示す。この電動弁１は、２本の導管２、３と弁座４とを備える弁本体５と、弁本体５に接合されたキャン６と、キャン６の内部に配置され、電動モータの一部を構成するロータ７と、キャン６の外周部に固定され、ロータ７を回転駆動するステータ（不図示）と、支持リング９を介してロータ７に一体に連結された弁軸（雄ねじ部材）１０と、弁本体５に下端部が圧入固定され、弁軸１０が内挿された弁軸ホルダ１１（雌ねじ部材）と、弁軸１０の下端部に係止された弁体１２等で構成される。

弁本体５は、円筒状に形成され、２本の導管２、３によって形成される２つの流路２ａ、３ａに連通する弁室５ａを備える。弁室５ａと流路３ａとの間に弁座４が位置し、弁体１２を弁座４に接離させることで電動弁１が開閉する。

キャン６は、下部が開口し、上部が閉じた円筒状に形成され、弁本体５の上部に接合される。キャン６の内部には、ロータ７等の主要部品が収容される。

ロータ７は、円筒状に形成され、キャン６の内部に回転可能に配置される。このロータ７は、該ロータ７の上部に固定された支持リング９を介して弁軸１０と一体に連結される。支持リング９には、全閉上ストッパ部９ａが弁軸ホルダ１１の上面に向かって突出するように一体に形成される。ロータ７と、キャン６の外周部に固定されたステータとで電動モータが構成され、ステータへの給電によりロータ７が回転する。

弁軸１０は、上部に雄ねじ部１０ａが螺刻されるとともに、下端部１０ｃが下方に向かって開口し、天井部１０ｅを備えるばね収容部１０ｂを形成し、下端部１０ｃには、弁体１２の係止リング１６がかしめ固定される。ばね収容部１０ｂ内には、弁体１２をボール１３を介して下方に付勢する緩衝用のコイルばね１４が縮装される。天井部１０ｅの雄ねじ部１０ａ側の面には、雄ねじ部１０ａに螺嵌されて固定される全開下ストッパ部１７が設けられる。

弁軸ホルダ１１は樹脂製で、上部に雌ねじ部１１ａが成形されるとともに、雌ねじ部１１ａの下方には天井部１１ｅを備える筒状の嵌挿部１１ｂが設けられている。この嵌挿部１１ｂはばね収容部１０ｂの外周に配在され、下端部１１ｃが下方に向かって開口している。なお、弁軸ホルダ１１は連結保持部５ｂに一体成形されており、連結保持部５ｂは弁本体５に圧入されることによって固定される。そして、弁軸ホルダ１１の雌ねじ部１１ａと弁軸１０の雄ねじ部１０ａとが螺合し、弁軸ホルダ１１の内部を弁軸１０が上下方向に案内される。また、弁軸ホルダ１１の上面には、全閉下ストッパ部１１ｄが設けられ、天井部１１ｅのばね収容部１０ｂ側の面には、全開上ストッパ部１１ｆが設けられる。弁軸ホルダ１１の側面には、弁室５ａとキャン６との均圧を図る均圧孔１５が穿設される。

弁体１２は、下部に円錐状部分を有し、全体的に円柱状に形成される。弁体１２の上部１２ａは、弁軸１０のばね収容部１０ｂに内挿されるとともに、弁軸１０の係止リング１６により抜け止め係止される。

次に、上記構成を有する電動弁１の動作について、図１を参照しながら説明する。

電動弁１を閉じる場合には、図１（ｂ）の状態で、ステータに一方向の通電を行い励磁すると、ロータ７が上面視時計方向に回転すると同時に弁軸１０も回転下降し、弁体１２が弁座４に着座して電動弁１が閉弁する。

弁体１２が弁座４に着座した時点では、全閉上ストッパ部９ａが全閉下ストッパ部１１ｄまで到達せず、ロータ７がさらに回転可能な状態にある。ロータ７がさらに上面視時計方向に回転し、全閉上ストッパ部９ａが全閉下ストッパ部１１ｄに当接すると、ロータ７の回転が強制的に停止される。

また、弁体１２が弁座４に着座すると、弁体１２の移動は停止するが、弁軸１０はさらに下降するため、コイルばね１４が圧縮されて弁体１２を弁座４に押圧し、図１（ａ）に示す姿勢で動作が終了する。

一方、電動弁１を開く場合には、図１（ａ）の状態で、ステータに上記とは逆方向の通電を行い励磁すると、ロータ７が上面視反時計方向に回転し、弁軸１０が上昇し、弁体１２が弁座４から離れて電動弁１が開弁する。そして、ロータ７がさらに回転し、全開下ストッパ部１７が全開上ストッパ部１１ｆに当接すると、ロータ７の回転が停止し、弁体１２の上昇も停止する。

以上のように、本実施の形態によれば、弁軸ホルダ１１に、電動弁１の全開時及び全閉時に機能する２つのストッパ部１１ｄ、１１ｆを一体成形したため、電動弁１の小型化が可能となる上、部品点数が少なくなり、さらに、弁軸ホルダ１１に２つのストッパ部１１ｄ、１１ｆを一体成形したため、２つのストッパ部１１ｄ、１１ｆの位置関係を安定させることができ、組立性が向上する。

また、弁軸１０にコイルばね１４を収容するばね収容部１０ｂを設け、このばね収容部１０ｂの外径を雄ねじ部１０ａの外径より大径に形成し、ばね収容部１０ｂのロータ７側の外表面に全開下ストッパ部１７を設けたため、コイルばね１４の設置スペースを充分に確保することが可能となり、大きな弁口径を維持しながら電動弁１を小型化することが可能となる。

なお、上記実施の形態においては、全開下ストッパ部１７を弁軸１０とは別部材として構成したが、部品点数の削減や組立性向上の観点から、弁軸１０と一体成形することもできる。

また、全閉下ストッパ部１１ｄを弁軸ホルダ１１の上面に形成したが、全閉下ストッパ部１１ｄの位置は、必ずしも弁軸ホルダ１１の上面に限定されず、全閉下ストッパ部１１ｄを弁軸ホルダ１１の側面部に配置してもよい。この場合、全閉上ストッパ部９ａの位置も半径方向外側へ合わせて変更する。

次に、本発明にかかる電動弁の第２の実施形態について、図２を参照しながら説明する。

この電動弁２１は、図１に示した電動弁１と以下の点で異なる。すなわち、弁軸３０と弁体３２との間にばね収容部３３を介装し、コイルばね３４をばね収容部３３の内部に縮装し、下方に凸状に形成された椀状部材２３を介して弁体３２を押圧している。また、弁本体２５を薄肉の椀状に形成し、樹脂で成形した弁軸ホルダ３１を接合リング３５を介して溶接等で弁本体２５に装着している。弁軸３０の上端の側表面に全閉上ストッパ部３７ａを有するストッパ部材３７が螺嵌され、弁軸ホルダ３１の嵌挿部３１ａの天井部内面には全開上ストッパ部３１ｂが形成され、弁軸ホルダ３１の上端には全閉下ストッパ部３１ｃが形成されている。弁体３２は、弁軸３０の下端部３０ａにおいてかしめ固定されているばね収容部３３に圧入固定されている係止リング３６により抜け止め係止されている。椀状部材２３、薄肉の弁本体２５、及び樹脂成形した弁軸ホルダ３１を用いたのは、電動弁２１の軽量化のためである。他の構成要素は第１の実施形態の電動弁１と同様であり、第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

上記構成を有する電動弁２１についても、電動弁１と同様の弁の全開全閉機能を発揮させることができ、部品点数が少なく、組立が容易で、小型化しても大きな弁口径を維持することができ、より軽量化を図った電動弁を実現することができる。

次に、本発明にかかる電動弁の第３の実施形態について、図３を参照しながら説明する。

この電動弁４１は、金属製の雌ねじ部４２を弁軸ホルダ５１に一体成形した点が図２に示した電動弁２１と異なっている。弁軸ホルダ５１の嵌挿部５１ａの天井部内面には全開上ストッパ部５１ｂが形成され、弁軸ホルダ５１の上端には全閉下ストッパ部５１ｃが形成されている。弁軸ホルダ５１及び雌ねじ部４２により本発明の雌ねじ部材が構成されている。他の構成要素は電動弁２１と同様である。金属製の雌ねじ部４２を弁軸ホルダ５１に一体成形したのは、用途に応じて雌ねじ部４２の材質（耐摩耗性）を任意に選定できる自由度を持たせるという理由からである。

このような構成を有する電動弁４１についても、電動弁１及び電動弁２１と同様の弁の全開全閉機能を発揮させることができ、部品点数が少なく、組立が容易で、小型化しても大きな弁口径を維持することのできる電動弁を実現することができる。

１ 電動弁
２ 導管
２ａ 流路
３ 導管
３ａ 流路
４ 弁座
５ 弁本体
５ａ 弁室
５ｂ 連結保持部
６ キャン
７ ロータ
９ 支持リング
９ａ 全閉上ストッパ部
１０ 弁軸
１０ａ 雄ねじ部
１０ｂ ばね収容部
１０ｃ 下端部
１０ｅ 天井部
１１ 弁軸ホルダ
１１ａ 雌ねじ部
１１ｂ 嵌挿部
１１ｃ 下端部
１１ｄ 全閉下ストッパ部
１１ｅ 天井部
１１ｆ 全開上ストッパ部
１２ 弁体
１２ａ 上部
１３ ボール
１４ コイルばね
１５ 均圧孔
１６ 係止リング
１７ 全開下ストッパ部
２１ 電動弁
２３ 椀状部材
２５ 弁本体
３０ 弁軸
３０ａ 下端部
３１ 弁軸ホルダ
３１ａ 嵌挿部
３１ｂ 全開上ストッパ部
３１ｃ 全閉下ストッパ部
３２ 弁体
３３ ばね収容部
３４ コイルばね
３５ 接合リング
３６ 係止リング
３７ ストッパ部材
３７ａ 全閉上ストッパ部
４１ 電動弁
４２ 雌ねじ部
５１ 弁軸ホルダ
５１ａ 嵌挿部
５１ｂ 全開上ストッパ部
５１ｃ 全閉下ストッパ部

Claims (5)

1. 電動モータのロータの回転に伴って回転し、弁本体に固定された雌ねじ部材と螺合する雄ねじ部材と、
   該雄ねじ部材が回転することにより、前記弁本体内の弁座と接離する弁体とを備えた電動弁において、
   前記電動モータのロータの回転に伴って回転する２つのストッパ部と、
   前記雌ねじ部材に、該電動弁の全開時において、前記２つのストッパ部の一方と当接して前記雄ねじ部材の弁開方向の回転を規制する全開ストッパ部と、該電動弁の全閉時において、前記２つのストッパ部の他方と当接して前記雄ねじ部材の弁閉方向の回転を規制する全閉ストッパ部とを備え、
   前記ロータの回転に伴って回転する前記２つのストッパ部は、前記雄ねじ部材に螺嵌されることを特徴とする電動弁。
2. 前記雌ねじ部材の前記全閉ストッパ部に当接する前記他方のストッパ部は、前記ロータと前記雄ねじ部材とを接続する支持リングあるいは前記ロータに設けられることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
3. 前記雌ねじ部材の前記全閉ストッパ部に当接する前記他方のストッパ部は、前記雄ねじ部材の側表面に設けられることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
4. 前記全開ストッパ部及び前記全閉ストッパ部は、前記雌ねじ部材に一体成形されることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の電動弁。
5. 前記雄ねじ部材と前記弁体との間に、該雄ねじ部材より外径が大径で、内部に前記弁体を前記弁座方向に付勢するコイルばねを備えるばね収容部を備え、該ばね収容部の前記ロータ側外表面に前記一方のストッパ部を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電動弁。

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