JP5424919B2 - 電動弁 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機、冷凍機等に組み込まれて使用される電動弁に係り、特に、ロータの回転を利用してねじ送りにより弁棒（弁体）を弁座から接離させるタイプの電動弁に関する。

この種の電動弁の従来例を図４に示す。図示の電動弁１’は、下端部に弁体２４が一体に設けられた弁棒２５と、前記弁体２４が接離する弁座２２が設けられるとともに、この弁座２２に形成された弁口２２ａを介して冷媒が導入される弁室２１を有する弁本体２０と、この弁本体２０にその下端部が密封接合されたキャン４０と、このキャン４０の内周に所定の間隙αをあけて配在されたロータ３０と、このロータ３０を回転駆動すべく前記キャン４０に外嵌されたステータ５０と、前記ロータ３０と前記弁体２４との間に配在され、前記ロータ３０の回転を利用して前記弁体２４を前記弁座２２に接離させるねじ送り機構とを備え、前記弁座２２に対する弁体２４のリフト量を変化させることにより流量を制御するようになっている。

前記弁本体２０の一側部及び下端部には、それぞれ導管４６、４７が連結固定されている。

前記ステータ５０は、ヨーク５１、ボビン５２、ステータコイル５３、及び樹脂モールドカバー５６等で構成され、前記ロータ３０やステータ５０等でステッピングモータが構成される。

前記ロータ３０には、支持リング３６が一体的に結合されるとともに、この支持リング３６に、前記弁棒２５及びガイドブッシュ２６の外周に配在された下方開口で筒状の弁棒ホルダ３２の上部突部がかしめ固定され、これにより、ロータ３０、支持リング３６及び弁棒ホルダ３２が一体的に連結されている。

前記ねじ送り機構は、弁本体２０に設けられた嵌合穴２９にその下端部２６ａが圧入固定されるとともに、弁棒２５（の下部大径部２５ａ）が摺動自在に内挿された筒状のガイドブッシュ２６の外周に形成された固定ねじ部（雄ねじ部）２８と、前記弁棒ホルダ３２の内周に形成されて前記固定ねじ部２８に螺合せしめられた移動ねじ部（雌ねじ部）３８とから構成されている。

また、前記ガイドブッシュ２６の上部小径部２６ｂが弁棒ホルダ３２の上部に内挿されるとともに、弁棒ホルダ３２の天井部３２ａの中央（に形成された通し穴）に弁棒２５の上部小径部２５ｂが挿通せしめられている。弁棒２５の上部小径部２５ｂの上端部にはプッシュナット３３が圧入固定されている。

また、前記弁棒２５は、該弁棒２５の上部小径部２５ｂに外挿され、かつ、弁棒ホルダ３２の天井部３２ａと弁棒２５における下部大径部２５ａの上端段丘面との間に縮装された閉弁ばね３４によって、常時下方（閉弁方向）に付勢されている。

弁棒ホルダ３２の天井部３２ａ上でプッシュナット３３の外周には、コイルばねからなる復帰ばね３５が設けられている。この復帰ばね３５は、実質的に全開状態となった後もロータ３０と共に弁棒ホルダ３２がさらに回転しながら上昇せしめられた際、キャン４０の天井部４０ａの内面に圧接して弁棒ホルダ３２を下方に付勢するようになっており、これにより、ガイドブッシュ２６の固定ねじ部２８と弁棒ホルダ３２の移動ねじ部３８との螺合が外れた（所謂ねじ抜けした）場合に、ロータ３０を逆回転（下降）させることで、再び固定ねじ部２８と移動ねじ部３８との螺合を復帰させるように働く。

ガイドブッシュ２６には、前記ロータ３０が所定の閉弁位置まで回転下降せしめられた際、それ以上の回転下降を阻止するための回転下降ストッパ機構の一方を構成する下ストッパ体（固定ストッパ）２７が固着され、弁棒ホルダ３２には前記ストッパ機構の他方を構成する上ストッパ体（移動ストッパ）３７が固着されている。

なお、前記閉弁ばね３４は、弁体２４が弁座２２に着座する閉弁状態において所要のシール圧を得るため（弁洩れ防止）、及び、弁体２４が弁座２２に衝接した際の衝撃を緩和するために配備されている。

このような構成とされた電動弁１’にあっては、ステータコイル５３，５３に第１の態様で通電励磁パルスを供給することにより、弁本体２０に固定されたガイドブッシュ２６に対し、ロータ３０及び弁棒ホルダ３２が一方向に回転せしめられ、ガイドブッシュ２６の固定ねじ部２８と弁棒ホルダ３２の移動ねじ部３８とのねじ送りにより、例えば弁棒ホルダ３２が下方に移動（下降）して弁体２４が弁座２２に押し付けられて弁口２２ａが閉じられる（全閉状態）。

弁口２２ａが閉じられた時点では、上ストッパ体３７は未だ下ストッパ体２７に衝接しておらず、弁体２４が弁口２２ａを閉じたままロータ３０及び弁棒ホルダ３２はさらに回転下降する。この場合、弁棒２５（弁体２４）は下降しないが、弁棒ホルダ３２は下降するため、閉弁ばね３４が所定量圧縮せしめられ、その結果、弁体３４が弁座２２に強く押し付けられるとともに、弁棒ホルダ３２の回転下降により、上ストッパ体３７が下ストッパ体２７に衝接し、その後ステータコイル５３，５３に対するパルス供給が続行されても弁棒ホルダ３２の回転下降は強制的に停止される。

一方、ステータコイル５３，５３に第２の態様で通電励磁パルスを供給すると、弁本体２０に固定されたガイドブッシュ２６に対し、ロータ３０及び弁棒ホルダ３２が前記と逆方向に回転せしめられ、ガイドブッシュ２６の固定ねじ部２８と弁棒ホルダ３２の移動ねじ部３８とのねじ送りにより、今度は弁棒ホルダ３２が上方に移動（上昇）する。この場合、弁棒ホルダ３２の回転上昇開始時点（パルス供給開始時点）では、閉弁ばね３４が前記のように所定量圧縮せしめられているので、閉弁ばね３４が前記所定量分伸長するまでは、前記弁体２４が弁座２２からは離れず閉弁状態（リフト量＝０）のままである。そして、閉弁ばね３４が前記所定量分伸長した後、弁棒ホルダ３２がさらに回転上昇せしめられると、前記弁体２４が弁座２２から離れて弁口２２ａが開かれ、冷媒が弁口２２ａを通過する。この場合、ロータ３０の回転量により弁体２４のリフト量、すなわち冷媒の通過流量を調整することができ、ロータ３０の回転量は供給パルス数により制御されるため、冷媒通過流量を高精度に制御することができる（詳細は、下記特許文献１等を参照）。

また、電動弁として、下記特許文献２に見られるように、雄ねじ部が設けられた弁棒（シャフト）と、雌ねじ部が設けられた弁体と、該弁体を、その回転は阻止するが軸線方向に対しては往復動可能にガイドするガイド部を有する弁本体とを備え、弁棒の上端部がキャンの頂部に設けられた支持部により支持され、弁棒の下端部が弁本体に固定された軸受部材により支持され、前記弁体部分を、上下動のみ許容して回転はさせないように構成したもの等も知られている。

特開２００８−１６９９１０号公報 特開２０００−３４６２２５号公報

上記した電動弁１’では、ガイドブッシュ２６の固定ねじ部２８と弁棒ホルダ３２の移動ねじ部３８とのねじ送りにより、ロータ３０、弁棒ホルダ３２、及び上ストッパ体３７は、一体的に回転しながら上下動（昇降）するようになっており、弁棒ホルダ３２の下降規制は、弁棒ホルダ３２と一体の上ストッパ体３７が回転しながら下降（螺旋運動）してその前端面が下ストッパ体２７の後端面上部に衝接する（回転方向に沿って接当する）ことよりなされる。この場合、上ストッパ体３７は１回転で１ピッチずつ下降するため、しばしば、上ストッパ体３７の底面が下ストッパ体２７の上面に接触して噛み込み、それ以上回転下降できなくなって（弁棒２５がロックして）しまう等の作動不良が発生することがあった。このような作動不良が発生すると、流量を適切に調節できなくなってしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、比較的簡素な構成でありながら、噛み込み・ロック等の作動不良を生じ難くでき、低コストで信頼性の高い電動弁を提供することにある。

前記の目的を達成すべく、本発明に係る電動弁は、基本的には、下端部に弁体が設けられた弁棒と、前記弁体が接離する弁座が設けられた弁本体と、該弁本体にその下端部が固定されるとともに、前記弁棒が内挿された筒状のガイド部材と、前記弁本体にその下端部が密封接合されたキャンと、該キャンの内周側に配在されたロータと、該ロータを回転駆動すべく前記キャンに外嵌されたステータと、前記ロータの回転を利用して前記弁棒を上下動させるねじ送り機構とを備え、前記ロータは、前記ガイド部材に回転自在に支持されるが上下動は阻止され、前記ロータに固定ストッパが設けられるとともに、前記弁棒に移動ストッパが設けられ、前記弁棒及び移動ストッパは、前記ロータ及び固定ストッパと一体的に回転するとともに、前記ねじ送り機構により上下方向にねじ送りされ、該ねじ送りにより前記弁棒が所定位置まで移動せしめられたとき、前記移動ストッパが前記固定ストッパに接当係止されるように構成されていることを特徴としている。

前記ねじ送り機構は、好ましくは、前記ガイド部材の内周に形成された雌ねじ部と、前記弁棒の外周に形成された雄ねじ部とで構成される。

好ましい態様では、前記弁棒は、前記雄ねじ部が設けられた中央ねじ部とこの中央ねじ部の下側に連設された天井付き円筒部とを備え、該天井付き円筒部の下部に、前記弁体が摺動自在に嵌挿されるとともに、該弁体と前記円筒部の天井部との間に、前記弁体を常時下方に付勢する閉弁ばねが縮装される。

他の好ましい態様では、前記弁棒における中央ねじ部の上側に、断面非円形の嵌挿軸部が設けられ、前記固定ストッパに、前記嵌挿軸部が上下方向に摺動自在に嵌挿される平面視非円形の挿通穴が形成される。

他の好ましい態様では、前記中央ねじ部と前記嵌挿軸部との間に形成される段丘面が、前記弁棒の上昇限界位置を定める上限用移動ストッパとされ、前記嵌挿軸部の上側には、前記弁棒の下降限界位置を定める下限用移動ストッパが設けられる。

本発明に係る電動弁の好ましい態様では、ロータ、固定ストッパ、弁棒、上限用移動ストッパ、及び下限用移動ストッパが一体回転するようにされていて、固定ストッパに対して上限用移動ストッパ及び下限用移動ストッパは相対回転せず、固定ストッパに対して上限用移動ストッパ及び下限用移動ストッパがその上下方向から接当して弁棒の動き（回転しながらの上下動）を止める構成となっているので、従来例のようにストッパを回転方向から衝接させる場合に比して、比較的簡素な構成でありながら、噛み込み・ロック等の作動不良を生じ難くでき、その結果、低コストで信頼性の高い電動弁を提供することが可能となる。

本発明に係る電動弁の一実施形態の全閉状態を示す縦断面図。 本発明に係る電動弁の一実施形態の全開状態を示す縦断面図。 図１に示される電動弁の弁棒の上半部周りを示す拡大分解斜視図。 従来の電動弁の一例を示す縦断面図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

図１、図２は、本発明に係る電動弁の一実施形態の全閉状態及び全開状態を示す縦断面図である。この図１、図２に示される電動弁１において、前述した図４に示される従来例の電動弁１’の各部に対応する部分には同一の符号を付して重複説明を省略する。

図示の電動弁１は、下端部に弁体１５が摺動自在に設けられた弁棒１０と、弁室２１及び弁座２２が設けられた弁本体２０と、この弁本体２０にその下端部が密封接合されたキャン４０と、弁本体２０にその下端部が圧入固定されたガイドブッシュ６０と、キャン４０の内周に所定の間隙αをあけて配在されたロータ３０と、このロータ３０を回転駆動すべく前記キャン４０に外嵌されたステータ５０（図示省略）と、前記ロータ３０の回転を利用して前記弁体１５を前記弁座２２に接離させるねじ送り機構１１（雄ねじ部１１Ａと雌ねじ部１１Ｂ）とを備え、前記弁座２２に対する弁体１５のリフト量を変化させることにより流量を制御するようになっている。

前記ガイドブッシュ６０は、弁棒１０（の天井付き円筒部１０ｄ）が摺動自在に内挿された円筒状ガイド部６１と前記ねじ送り機構１１を構成する雌ねじ部１１Ｂが設けられた雌ねじ形成部６２とからなり、雌ねじ形成部６２は、前記円筒状ガイド部６１と同外径の大径部６２ａと小径部６２ｂとからなり、小径部６２ｂの上端部がかしめ部６３（後述）となっている。

前記ロータ３０は、外周円筒部３０Ａと内周円筒部３０Ｂとそれらを連結する複数本の連結部３０Ｃとからなり、内周円筒部３０Ｂは、薄肉上部３０ｄと該薄肉上部３０ｄより内径が小なる厚肉下部３０ｅとからなっている。この厚肉下部３０ｅは、ガイドブッシュ６０の大径部６２ａ上（段丘面６２ｃ上）に乗せられるとともに、小径部６２ｂに回転自在に緩く外嵌されている。加えて、ガイドブッシュ６０に対するロータ３０の回転を許容するがその上下動（昇降）は阻止すべく、小径部６２ｂの上端部に、厚肉下部３０ｅの上側内端面部３０ｆに被さるように、係止用かしめ部６３が形成されている。

また、内周円筒部３０Ｂの上端段丘部には、厚肉段付き円板状の蓋状固定ストッパ１７が内嵌されて溶接等で固定されている。

一方、前記弁棒１０は、前記ガイドブッシュ６０の雌ねじ部１１Ｂに螺合する雄ねじ部１１Ａが設けられた中央ねじ部１０ｃとこの中央ねじ部１０ｃの下側に連設された天井付き円筒部１０ｄとを備え、天井付き円筒部１０ｄの下部には、鍔状部１５ａ付きの弁体１５が摺動自在に嵌挿された抜け止め用カラー１６が溶接等により内嵌固定され、弁体１５の鍔状部１５ａと天井付き円筒部１０ｄの天井部との間には、弁体１５を常時下方（閉弁方向）に付勢する閉弁ばね１４が縮装されている。

また、弁棒１０における中央ねじ部１０ｃの上側には、図１、図２に加えて図３の分解斜視図を参照すればよくわかるように、断面非円形（平行面取りしたレーストラック形）の嵌挿軸部１０ｂが設けられ、前記蓋状固定ストッパ１７の中央部には、この嵌挿軸部１０ｂが上下方向に摺動自在に嵌挿される平面視レーストラック形の挿通穴１７ａが形成されている。

ここでは、前記中央ねじ部１０ｃと嵌挿軸部１０ｂとの間の段差部分（段丘面）が、弁棒１０の上昇限界位置を定める上限用移動ストッパ１２とされ、また、前記嵌挿軸部１０ｂの上端面には、弁棒１０の下降限界位置を定める下限用移動ストッパ１３が外嵌されて溶接等で固定される固定用小径部１０ａが突設されている。

前記嵌挿軸部１０ｂが蓋状固定ストッパ１７の挿通穴１７ａに嵌挿されることにより、ロータ３０、蓋状固定ストッパ１７、弁棒１０（上限用移動ストッパ１２）、及び下限用移動ストッパ１３が一体回転するとともに、ロータ３０は、ガイドブッシュ６０の段丘面６２ｃと係止用かしめ部６３とによりその上下動（昇降）が阻止されるが、弁棒１０は、ねじ送り機構１１（雄ねじ部１１Ａと雌ねじ部１１Ｂ）により上下方向にねじ送り（昇降）せしめられる。この場合、弁棒１０は、図１に示される如くに、下限用移動ストッパ１３が蓋状固定ストッパ１７上面に接当係止された位置が下降限界位置であり、図２に示される如くに、上限用移動ストッパ（段丘面）１２が蓋状固定ストッパ１７下面に接当係止された位置が上昇限界位置となる。

このような構成とされた本実施形態の電動弁１では、ロータ３０が一方向に回転せしめられると、弁棒１０がそれと一体に回転するとともに、弁棒１０がねじ送り機構１１（雄ねじ部１１Ａと雌ねじ部１１Ｂ）により、上下動が阻止されているロータ３０及び蓋状固定ストッパ１７に対して下降し、弁体１５が弁座２２に押し付けられて弁口２２ａが閉じられる（全閉状態）。

弁口２２ａが閉じられた時点では、下限用移動ストッパ１３は未だ蓋状固定ストッパ１７に接当しておらず、弁体１５が弁口２２ａを閉じたまま弁棒１０はさらに回転下降する。この場合、弁棒１０が下降するため、閉弁ばね１４が所定量圧縮せしめられ、その結果、弁体１５が弁座２２に強く押し付けられるとともに、弁棒１０の回転下降により、やがて下限用移動ストッパ１３が蓋状固定ストッパ１７に接当してそれ以上の下降は阻止され、弁棒１０の回転下降は強制的に停止される（図１に示される状態）。

一方、ロータ３０が前記と逆方向に回転せしめられると、弁棒１０がそれと一体に回転するとともに、弁棒１０がねじ送り機構１１（雄ねじ部１１Ａと雌ねじ部１１Ｂ）により、上下動が阻止されているロータ３０及び蓋状固定ストッパ１７に対して上昇する。この場合、弁棒１０の回転上昇開始時点では、閉弁ばね１４が前記のように所定量圧縮せしめられているので、閉弁ばね１４が前記所定量分伸長するまでは、前記弁体１５が弁座２２からは離れず閉弁状態（リフト量＝０）のままである。そして、閉弁ばね１４が前記所定量分伸長した後、弁棒１０がさらに回転上昇せしめられると、前記弁体１５が弁座２２から離れて弁口２２ａが開かれる。

弁棒１０が回転上昇して弁体１５のリフト量が所定量を超えると全開状態となり、このときは、上限用移動ストッパ（段丘面）１２が蓋状固定ストッパ１７下面に接当してそれ以上の上昇は阻止され、弁棒１０の回転上昇は強制的に停止される（図２に示される状態）。

このように本実施形態の電動弁１では、ロータ３０、蓋状固定ストッパ１７、弁棒１０（上限用移動ストッパ１２）、及び下限用移動ストッパ１３が一体回転するようにされていて、蓋状固定ストッパ１７に対して上限用移動ストッパ１２及び下限用移動ストッパ１３は相対回転せず、蓋状固定ストッパ１７に対して上限用移動ストッパ１２及び下限用移動ストッパ１３がその上下方向から接当して弁棒１０の動きを止める構成となっているので、比較的簡素な構成でありながら、従来例のようにストッパを回転方向から衝接させる場合に比して、噛み込み・ロック等の作動不良を生じ難くでき、その結果、低コストで信頼性の高い電動弁を提供することが可能となる。

なお、電動弁１の各部、例えば、ロータ３０、固定ストッパ１７、移動ストッパ１２、１３、嵌挿軸部１０ｂ等の形状・構成は、上記した実施形態のものに限られる訳ではなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。

１ 電動弁
１０ 弁棒
１１ ねじ送り機構
１１Ａ 雄ねじ部
１１Ｂ 雌ねじ部
１２ 上限用移動ストッパ
１３ 下限用移動ストッパ
１４ 閉弁ばね
１５ 弁体
１７ 蓋状固定ストッパ
２０ 弁本体
２１ 弁室
２２ 弁座
２２ａ 弁口
３０ ロータ
４０ キャン
５０ ステータ
６０ ガイドブッシュ
６３ 係止用かしめ部

Claims (5)

1. 下端部に弁体が設けられた弁棒と、前記弁体が接離する弁座が設けられた弁本体と、該弁本体にその下端部が固定されるとともに、前記弁棒が内挿された筒状のガイド部材と、前記弁本体にその下端部が密封接合されたキャンと、該キャンの内周側に配在されたロータと、該ロータを回転駆動すべく前記キャンに外嵌されたステータと、前記ロータの回転を利用して前記弁棒を上下動させるねじ送り機構とを備えた電動弁であって、
   前記ロータは、前記ガイド部材に回転自在に支持されるが上下動は阻止され、前記ロータに固定ストッパが設けられるとともに、前記弁棒に移動ストッパが設けられ、前記弁棒及び移動ストッパは、前記ロータ及び固定ストッパと一体的に回転するとともに、前記ねじ送り機構により上下方向にねじ送りされ、該ねじ送りにより前記弁棒が所定位置まで移動せしめられたとき、前記移動ストッパが前記固定ストッパに接当係止されるように構成されていることを特徴とする電動弁。
2. 前記ねじ送り機構は、前記ガイド部材の内周に形成された雌ねじ部と、前記弁棒の外周に形成された雄ねじ部とで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
3. 前記弁棒は、前記雄ねじ部が設けられた中央ねじ部とこの中央ねじ部の下側に連設された天井付き円筒部とを備え、該天井付き円筒部の下部に、前記弁体が摺動自在に嵌挿されるとともに、該弁体と前記円筒部の天井部との間に、前記弁体を常時下方に付勢する閉弁ばねが縮装されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動弁。
4. 前記弁棒における中央ねじ部の上側に、断面非円形の嵌挿軸部が設けられ、前記固定ストッパに、前記嵌挿軸部が上下方向に摺動自在に嵌挿される平面視非円形の挿通穴が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電動弁。
5. 前記中央ねじ部と前記嵌挿軸部との間に形成される段丘面が、前記弁棒の上昇限界位置を定める上限用移動ストッパとされ、前記嵌挿軸部の上側には、前記弁棒の下降限界位置を定める下限用移動ストッパが設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載の電動弁。

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