JP5550362B2 - 電動弁 - Google Patents

Description

この発明は、例えば自動車エアコンや航空機のギャレーに用いられ、弁本体がアルミニウム又はその合金製とされる電動弁に関する。

従来、電動弁の一例として、弁本体をアルミニウム又はその合金製とし、弁座を本体側に設け、流体の流入口及び流出口を有しこの流体流入口と流出口の連通部に弁口を設けた弁本体と、この弁本体の弁口の開度を制御する弁部を有した弁棒と、この弁棒の駆動部を密閉するキャンとを具備した電動流量制御弁が提案されている。

本出願人は、こうした電動弁において、弁本体を流体の流入口及び流出口とキャン接合部を一体的に設けた鍛造による一体化部品で構成し、弁本体のキャン接合部がキャンの開口部に内嵌される突出口と、この突出口の外囲部に凹設されキャンの開口端フランジ部をＯリングでシールして受入支持する環状の凹部とからなり、この凹部内に嵌合したキャン固定リングを本体カシメ部でカシメ固定して、このキャン固定リングと弁本体との間にキャンの開口端フランジ部を挾持固定したことを特徴とした電動流量制御弁を提案している（特許文献１参照）。この電動流量制御弁によれば、従来、キャン支持のために必要であった下蓋を無くして部品点数を減らし、溶接箇所を皆無にして製造コストを低減させることを実現している。また、弁本体とキャンを本体カシメ部のカシメ付けで接続固定することによって、アルミニウム等の鍛造品で作られた弁本体とステンレス材等で作られたキャンを容易且つ正確に接続固定し、流量制御弁の品質を向上させることを実現している。

また、本出願人は、特に自動車エアコン用であって、弁室とオリフィスを有する弁本体と、弁本体に固着されるガイドブッシュと、弁本体に取り付けられる円筒状のキャンと、キャンの外側に配設されるステータ部材及びキャンの内側に配設されるロータ部材とからなるモータと、ロータ部材に一体に連結されてガイドブッシュに螺合される弁ホルダと、弁ホルダに支持される弁体とを備え、オリフィスに接離する弁体により作動流体のオリフィスにおける流量を制御し、キャン内に作動流体が導入される電動弁を提案している（特許文献２参照）。電動弁を構成する弁本体、ロータを収容するキャン、ロータの回転を直線運動に変換して弁体をオリフィスに対して開閉するねじ送り機構を備えたガイドブッシュ、弁体及び弁ホルダをアルミ合金製とすることで電動弁全体の軽量化を図り、アルミ合金製の部材表面に陽極酸化処理を施すことで耐食性と耐久性を向上している。また、ガイドブッシュと弁ホルダのねじ部に二硫化モリブデンの被覆層を備えることで、潤滑性を確保し、円滑なねじ送り機構を得ている。

特許第３５７３３００号公報 特開平１０−２８１３２４号公報

自動車エアコン用あるいは航空機のギャレー用等の場合、移動体軽量化の観点から配管、機器類はアルミニウム又はその合金のような軽量材料製とすることが要求される。その一環として、電動弁についても、その弁本体はアルミニウム又はその合金製であることが求められている。しかしながら、アルミニウム又はその合金は、異種金属（鉄や銅）との溶接が難しく、また表面に硬質で耐久性のある酸化皮膜を形成するアルマイト処理（陽極酸化処理）が必要である。そのため、他の構成部品との間の寸法精度が出にくい等の問題点があり、現状の家電用電動弁で採用されているような、ロー付けや圧入等の組立方法を採用することができない。

弁本体がアルミニウム又はその合金製であるとすると、上記のように表面にアルマイト処理が必要であり、次のような問題がある。即ち、シート部の穴径寸法・形状精度を確保することができない、送りねじ圧入部の寸法精度を確保することができずシートとの同軸性の確保が難しくなる或いは圧入が緩いと圧入抜けが懸念される、更には異種金属との溶接が難しいためキャン等を支持する受け部材をロー付けで弁本体に結合することができない、という問題がある。そこで、弁体との寸法・位置の精度が要求されながらも弁本体の一部として弁本体と一体的に設けられることが当然視されていた弁シート（弁座）について、弁本体とではなく駆動部側とのユニット化を目指すことで、上記の寸法精度や異種金属との溶接上の問題の解決を図ることが求められている。

この発明の目的は、上記課題を解決することであり、従来、アルミニウム又はその合金製の弁本体に対して要求されていた弁体の駆動部の寸法・位置の精度と同等の精度を容易に確保するとともに、異種金属との溶接の必要のない電動弁を提供することである。

上記の課題を達成するため、この発明による電動弁は、流体の入力ポート及び出力ポートが形成されたアルミニウム又はアルミニウム合金製の弁本体、前記弁本体に固定されている受け部材を介して取り付けられているキャン、前記キャンの外側に配置されたステータと前記キャンの内側に配置されて前記ステータによって回転駆動されるロータとを備えたステッピングモータ、前記ロータの回転により進退動して前記弁本体と固定関係にある弁座に接離する弁体、及び前記弁体を収容し前記ロータと螺合するねじ部を備えたねじ送り部材を備え、前記弁座は、前記受け部材に取り付けられる弁シート部材に設けられていることを特徴としている。

この電動弁によれば、弁体が接離する弁座は、弁本体に固定されている受け部材に対して更に固定されている弁シート部材に設けられているので、受け部材、弁シート部材及び弁体が、キャン及びステッピングモータ等の駆動部側とユニット化することが可能になる。ユニット化された駆動部は、受け部材を弁本体に対して固定することで、一括して弁本体に固定することができる。受け部材と弁シート部材とは、アルミニウム又はその合金製とする必要がなくステンレス等の精度を上げやすい材料を使用することができるので、弁体及び弁座との間の組立についてもユニットの中で高い精度で合わせることができる。また、受け部材の弁本体への固定にはカシメやねじ等の機械的な固定手段を用いることができる。

この電動弁において、送りねじ部材は、弁シート部材を介して受け部材に保持させることで、弁シート部材及び受け部材を経て弁本体に間接的に固定することができる。また、受け部材の本体部への固定は、螺合によって行うことができ、難しい異種金属の溶接に依ることがない。更に、弁シート部材についても、送りねじ部材及び受け部材と同様に、硬い皮膜を形成する表面処理が必要なアルミニウム又はその合金製ではなく、ステンレス等の寸法精度を出しやすい材料とすることで、組立精度を向上することができる。

この発明による電動弁は、上記のように構成されており、弁座を与える弁シート部材を弁本体とは別部品に構成し、ねじ送り部材と受け部材とをこの弁シート部材に結合して、弁体のための駆動部をユニット化して構成したので、当該駆動部は、アルミニウム又はその合金製である弁本体に対して、かしめ、ねじ等の機械的結合手段で固定することができ、難しい異種金属の溶接という方法を採用する必要もなく、組立が簡単な電動弁を提供することができる。

図１は本発明による電動弁の一実施例を示す縦断面図である。 図２は図１に示す電動弁の正面図である。 図３は図１に示す電動弁の側面図である。 図４は図１に示す電動弁の要部を拡大して示す縦断面である。

以下、添付した図面に基づいて本発明による電動弁の実施例を説明する。図１〜図３は、それぞれ本発明による電動弁の一実施例を示す縦断面図、正面図及び側面図であり、図４は図１に示す電動弁のうちステータユニット、キャンを取り外した要部のみを示す拡大縦断面図である。

図１は、本発明による電動弁の全体構造を断面で示す図である。全体を符号１で示す電動弁は、アルミニウム（又はアルミニウム合金）製の弁本体１０と弁体を駆動する駆動部１１とを有しており、弁本体１０には下方及び側方に管状に延びて流入管及び流出管がそれぞれ接続されるポート２０，２２（いずれか一方が入力ポート、他方が出力ポート）が設けられている。駆動部１１は、弁本体１０の上部に一括して取り付けられる態様で設けられている。円筒形状の圧力容器であるキャン３０が例えばステンレス製の受け部材５０を介して弁本体１０に固着されている。弁本体１０と受け部材５０とは互いに異種金属であり、受け部材５０の弁本体１０への固定については詳細を後述する。

キャン３０の外側には、駆動モータの一例としてのステッピングモータのステータユニット４０が装備されている。また、キャン３０の内部には、ロータユニット６０が回転自在に配設される。ロータユニット６０は、磁性材料が樹脂に混入されて成形されたプラスチックマグネットからなるロータ６２と、ロータ６２に対してリング部材６４を介して連結される雌ねじ型のねじ送り部材７０とを備えている。ロータ６２は、リング部材６４を介してねじ送り部材７０にカシメ手段Ｋ１によって固着されている。なお、キャン３０及びステータユニット４０は、外側のケーシング４１によって覆われている。

ねじ送り部材７０にはその下端部の内周に、雌ねじ部７１が形成されている。ステム状の送りねじ部材７２は、後述するように弁本体１０に対して固定の関係にあるが、雌ねじ部７１に螺合する雄ねじ部７３を備えている。ねじ送り部材７０の外側には回転ストッパ部材８０が固着されており、ロータユニット６０が最下端に下降したときに、回転ストッパ部材８０の突部８１が送りねじ部材７２に固定されている固定側のストッパ部材７４の突部７５に当接することにより、ロータユニット６０の下端位置が規制される。

送りねじ部材７２内には、弁軸９０がその軸線方向に摺動自在に挿入されている。弁軸９０の先端にはコーン状の弁体９１が形成されている。弁軸９０は、ねじ送り部材７０との間に介装された圧縮コイルバネ９２により、閉弁方向の与圧が与えられている。弁体９１は弁シート部材１００との間で流路開口面積を制御する。弁軸９０の上端部には、ロータユニット６０が上昇しすぎて雌ねじ部７１と雄ねじ部７３との螺合が外れた場合に、再度螺合し易くするための付勢ばね９３が取り付けられる。

弁本体１０には、ポート２０の接続口に通じ且つ上面に開口する貫通した本体孔１２が形成されている。本体孔１２は、下側から順に、ポート２０の接続口に通じる下側の第１孔部１３、第１孔部１３に連なって弁室２５を形成する中間孔部としての第２孔部１４、第２孔部１４に連なって弁本体１０の上面１７に開口する上側の第３孔部１５が形成されており、これらの孔部１３〜１５の孔径は上側に至るに従って次第に大きくなるように形成されている。第３孔部１５の内周面は雌ねじ部１６が形成されている。弁本体１０の上面１７には、第３孔部１５の開口の周囲に環状溝１８が形成されており、環状溝１８にはシール用のＯリング１９が収容されており、上面１７に受け部材５０を取り付けた状態では、Ｏリング１９は上面１７と受け部材５０との間で挟まれて圧縮された状態となり、本体孔１２の上側で受け部材５０との間の水密性を確保している。

例えばステンレス製の受け部材５０は、弁本体１０の上面１７に当接される大径フランジ部５１と、大径フランジ部５１から一体的に延びて第３孔部１５に挿入される小径筒部５２とを備えている。小径筒部５２の外周面には雄ねじ部５３が形成されており、受け部材５０は、雄ねじ部５３を弁本体１０の第３孔部１５の内周面に形成されている雌ねじ部１６に螺合させることによって、弁本体１０に対して機械的に固定される。受け部材５０は全体としての形状も筒状であり、筒状の内部では大径フランジ部５１に対応した上側の大径内周面５４と小径筒部５２に対応した下側の小径内周面５５とが環状棚面５６を介して接続されている。

弁座１０１を設けるため、弁シート部材１００が、本体孔１２と受け部材５０の筒状内部に収容された状態で装着されている。弁シート部材１００は、概して筒状に構成された部材であり、長手方向一端側（下側）においては、本体孔１２の第１孔部１３内に嵌合される下側の第１筒部１０２を備えている。第１筒部１０２の外周面に形成された周溝１１０内にＯリング１１１が嵌入されており、弁本体１０との間の気密性を与えている。第１筒部１０２の内部は、弁本体１０の一方のポート２０に連通している。弁シート部材１００は、その長手方向中間部に、第１筒部１０２から続いて延びる第２筒部１０３を備えており、第２筒部１０３の内周に弁座１０１が形成されている。第２筒部１０３には、他方のポート２２に連通する複数の横孔１０５が形成されている。第２筒部１０３は、弁座１０１から上方部分において弁軸９０が内部を自由に昇降可能なような筒部に形成されている。

弁シート部材１００は、更にその長手方向他端側において第３筒部１０４を備えている。第３筒部１０４は、第２筒部１０３の延長としてもよい。第３筒部１０４は、本体孔１２の第３孔部１５に螺合されている受け部材５０の内部に嵌合している。詳細には、第３筒部１０４は、受け部材５０の大径内周面５４と小径内周面５５とにそれぞれ嵌まり合う外周面を有する上端の拡大フランジ部１０６とそれに連なる小径筒部１０７とを備えており、拡大フランジ部１０６は受け部材５０の環状棚面５６に当接・着座した状態に装着される。

弁シート部材１００の第３筒部１０４においては、その小径筒部１０７の内側において、送りねじ部材７２が装着される内周面１０８と環状棚部１０９が形成されている。送りねじ部材７２の下端部７６は、環状棚部１０９に端面が突き当たるまで、第３筒部１０４の内周面１０８に嵌合されており、この嵌合構造によって、送りねじ部材７２は弁シート部材１００、更に受け部材５０を介して弁本体１０に対して固定的に保持されている。

ロータユニット６０がステータユニット４０からのパルス信号（回転力）を受けて回転駆動されると、ロータユニット６０は、弁本体１０に対して固定的に保持されている送りねじ部材７２の雄ねじ部７３と螺合するねじ送り部材７０の雌ねじ部７１とのねじピッチに対応して、上下動する。ロータユニット６０の上下動は弁軸９０に伝達されて、弁軸９０は弁シート部材１００の弁座１０１に対して接離する。

本実施例によれば、受け部材５０と弁シート部材１００とは、送りねじ部材７２やねじ送り部材７０、ロータユニット６０及び弁体９０とともに駆動部としてユニット化され、アルミニウムやその合金製とされる弁本体１０とは、別の構成とされている。したがって、弁の作動上、重要となる弁座１０１の位置とその精度は、弁本体１０の精度に依存することなく、加工精度・組立て精度を上げやすいステンレス製の受け部材５０や弁シート部材１００、更には送りねじ部材７２によって定めることができる。

この様な構成を有する電動弁では、ステータユニットに所定のパルスを投入することにより、ロータユニット６０が所定方向に回動し、弁体９１を進退動させることができる。

１ 電動弁 １０ 弁本体 １１ 駆動部
１２ 本体孔 １３ 第１孔部 １４ 第２孔部
１５ 第３孔部 １６ 雌ねじ部 １７ 上面
１８ 環状溝 １９ Ｏリング ２０，２２管接続部
３０ キャン ４０ ステータユニット
５０ 受け部材 ５１ 大径フランジ部 ５２ 小径筒部
５３ 雄ねじ部 ５４ 大径内周面 ５５ 小径内周面
５６ 環状棚面
６０ ロータユニット ６２ ロータ ６４ リング部材
７０ ねじ送り部材 ７１ 雌ねじ部 ７２ 送りねじ部材
７３ 雄ねじ部 ７４ ストッパ部材 ７５ 突部
７６ 下端部
８０ 回転ストッパ部材 ８１ 突部
９０ 弁軸 ９１ 弁体 ９２ 圧縮コイルバネ
９３ 付勢ばね
１００ 弁シート部材 １０１ 弁座 １０２ 第１筒部
１０３ 第２筒部 １０４ 第３筒部 １０５ 横孔
１０６ 拡大フランジ部 １０７ 小径筒部 １０８ 内周面
１０９ 環状棚部 １１０ 周溝 １１１ Ｏリング
Ｋ１ カシメ

Claims (5)

1. 流体の入力ポート及び出力ポートが形成されたアルミニウム又はアルミニウム合金製の弁本体と、前記弁本体に着脱可能に装備される電動弁ユニット装置とからなり、前記電動弁ユニット装置は、
   前記弁本体に着脱可能な受け部材と、
   前記受け部材に取り付けられたキャンと、
   前記キャンの外側に配置されたステータと、前記キャンの内側に配置されて前記ステータによって回転駆動されるロータとを備えたステッピングモータと、
   前記ロータの回転により進退動して前記弁本体と固定関係にされた弁座に接離する弁体と、
   前記弁体を収容し前記ロータと螺合する送りねじ部材とからなり、
   前記弁座は、前記受け部材に取り付けられる弁シート部材に設けられており、
   前記受け部材は、前記弁シート部材を介して前記送りねじ部材を保持することを特徴とする電動弁。
2. 前記弁シート部材又は前記受け部材がステンレス製であることを特徴とする請求項１記載の電動弁。
3. 前記弁本体には、前記入力ポート及び出力ポートのいずれか一方のポートに連通し且つ前記弁本体の表面に開口する本体孔が形成されており、前記本体孔は、前記一方のポート側に第１孔部、前記第１孔部に連なり且つ他方のポート側に連通して弁室を与える第２孔部及び前記第２孔部に連なり且つ前記弁本体に開口する第３孔部とから成ることを特徴とする請求項１又は２記載の電動弁。
4. 前記弁シート部材は、概して筒状に形成されており、長手方向一端側において前記第１孔部に嵌合し且つ前記一方のポートに連通する第１筒部と、長手方向中間部において内周に前記弁座が形成されているとともに前記他方のポートに連通する横孔が形成されている第２筒部と、長手方向他端側において前記第３孔部に嵌合される前記受け部材の内部に嵌合する第３筒部とを備えていることを特徴とする請求項３記載の電動弁。
5. 前記受け部材と前記弁シート部材とは、前記弁本体に対して前記開口側から前記本体孔内に挿入可能であり、前記弁シート部材は前記長手方向他端側に形成された拡大フランジ部が前記受け部材の環状棚面に当接することにより位置決めされることを特徴とする請求項４記載の電動弁。

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