JP5590936B2 - 電動弁 - Google Patents

Description

本発明は、ロータを回転可能に内蔵するキャンと、前記ロータを駆動するため前記キャンに外嵌されるステータとを備えた電動弁に関し、特に、キャンに対するステータの固定構造に特徴を有する電動弁に関する。

従来、この種の電動弁は、非磁性金属で円筒形状に製作されるキャンと称される部材と、当該キャンの内部に収容されたロータと、コイルユニットから成り当該キャンの外周に着脱自在に嵌合されるドーナツ形状を有するステータとを装備している。当該ロータとステータとは、組み合わされてステッピングモータを構成している。ステータによってロータが回転駆動され、ロータの回転は、必要に応じて歯車機構等の減速機構により減速された後、ねじ機構によって弁体の弁軸線方向の直線運動に変換される。弁体がこの直線運動によって弁本体内に配設されるオリフィスに接離することにより、弁開度、即ち、オリフィスを通る流量について制御が行われる。

下記の特許文献には、減速装置をロータと一緒に単一のキャン内に収容配置することで小型で大出力・高分解能とした電動弁の一例が提案されている。即ち、電動弁本体内には弁体を有する弁棒が挿入されており、本体側に固着されるキャン内にはロータが装備され、ロータの内側には、所謂、不思議遊星歯車機構から成る減速装置が収容されている。この減速装置においては、ロータの出力はサンギヤに入力され、サンギヤからプラネタリギヤに伝達される。プラネタリギヤは同時に固定ギヤとこの固定ギヤと歯数が僅かに相違する出力ギヤに噛み合っており、この歯数差に基づいて出力ギヤが大減速比で減速駆動される。出力ギヤの回転出力は、ドライバーを介してねじ軸に伝達され、ねじ軸のねじ作用によって回転運動が弁棒の軸方向の直線運動に変換され、これにより弁体が弁座に対して接近・離間する動作をする。

図９及び図１０に、従来の電動弁の一例を示す。図９は電動弁の分解斜視図であり、図１０はその組立て後の電動弁を示す斜視図である。弁本体１０に対して着脱自在に装着されるステータ５０は、キャン２０に嵌合した後に３本の弾性を有する取付部（板状部材）８３を備えた取付部材８０を用いて弁本体１０に固定される。取付部材８０は、ステータ５０に備わるボス７０を、環状本体８１に形成されている取付孔８２に嵌入させて溶接することでステータ５０に固定される。ステータ５０は、キャン２０に対して、キャン２０の円周上で４個所の取付姿勢のうちいずれかを選択できるように構成されている。この構成により、冷凍サイクルに電動弁を配設する際に、ステータの取付姿勢を相手機器に対して最適な姿勢に選択することができる。

具体的には、キャン２０の外周部に形成される４個の突起３０に対して、ステータ５０に固定した３本の取付部８３のうちの１本の取付部に形成した打ち抜き等により形成された嵌合孔８４を嵌合させることによって、ステータ５０を電動弁本体側に固定している。取付部８３に形成される孔８４の直径をキャン２０の外周部に形成される突起３０の最低部の直径よりもやや小さく形成することで、ステータ５０は電動弁本体のキャン２０に対して位置決めされる。こうした構造によって、孔８２が形成された取付部８１が突起３０を介してキャン２０を押圧し、孔８２が形成されていない残りの取付部８１は直接キャン２０を押圧することで、ステータ５０がキャン２０に対して位置決めされると共に固定される。

特開２００６−２２６３６９号公報

しかしながら、上記の位置決め及び固定構造を備えた電動弁においては、例えばその流通過程において落下する等によって電動弁に対して衝撃が作用したときには、ステータの弁本体に対する取付位置が本来の位置から外れたり、ずれが生じることがある。また、突起と穴との嵌合による取付のための位置合わせが難しく、取り付けに手間取ったり、取付不良が発生したりする懸念もある。

本発明の目的は、弁本体に対してステータを組付ける際に、その取付を容易に、正確に且つ確実に行って、ステータの弁本体からの外れを防止することができる電動弁を提供することである。

上記の課題を解決するため、この発明による電動弁は、弁座が形成されており且つ当該弁座に対して接離可能な弁体を収容している弁本体と、前記弁本体に固着され且つ外側に複数の凸部を有する円筒形のキャンと、前記キャンの外側に嵌挿されるステータと、前記ステータに設けられており前記キャンの前記凸部に係合することにより前記ステータを前記弁本体に着脱自在に取り付ける取付手段とを備え、前記キャンの内部に回転自在に配設されているロータを前記ステータによって駆動し、前記ロータの駆動に基づいて前記弁体を前記弁座に向けて接離させることにより流体の通過流量を調整する電動弁において、前記取付手段は、前記凸部のうちの一つに当該取付手段の弾性により中心部に前記凸部が案内されて自動的に調芯されて係合する位置決め孔を有する位置決め部、及び前記弁本体又は前記キャンに係合して前記ステータが回転軸線方向へ抜け出るのを防止し前記キャンの周方向に融通性がある抜止め部を備えていることを特徴としている。

この電動弁によれば、ステータが円筒形のキャンの外側に嵌挿されるときに、ステータに設けられている取付手段の位置決め部が有している位置決め孔が、キャンが有する複数の凸部のうちの一つに係合することで、ステータはキャンに対して位置決めがなされる。この位置決め部は衝撃等が加わることによりステータがキャンから抜け出るのを阻止するほどの作用を奏することが無くても、取付手段に備わる抜止め部が弁本体又はキャンに係合してステータがロータの回転軸線方向へ抜け出るのを防止するので、ステータはキャンに対して位置決めされた状態でその位置に保持される。

本発明による電動弁は、上記のように構成され、位置決め部によってステータのキャンに対する位置決めがなされ且つ取付手段に備わる抜止め部によってステータのキャンからの抜出しが防止されるので、たとえ梱包される状態にある流通段階等で衝突等によって電動弁に衝撃が作用したとしても、位置決め部の他に取付手段に備わる抜止め部が弁本体又はキャンに係合してステータがロータの回転軸線方向へ抜け出るのを防止するので、ステータはキャンから抜け出すことがなく、完成品の状態を良好に保つことができる。
また、弁本体に対してステータを組付ける際に、ステータのキャンへの取付不良が防止されるとともに、その取付を容易に、正確に且つ確実に行って、ステータの弁本体からの外れを防止することができる。

本発明による電動弁の一実施例を示す分解斜視図である。 図１に示す電動弁の組立て完成斜視図である。 図２に示す電動弁における位置決め部と抜止め部とを説明する展開図。 図２に示す電動弁における位置決め部の詳細を示す拡大説明図である。 本発明による電動弁における位置決め部の変形例を示す図である。 本発明による電動弁の他の実施例を示す分解斜視図である。 図６に示す電動弁の組立て完成斜視図である。 図６に示す電動弁における位置決め部と抜止め部との変形例を示す図である。 従来の電動弁の一例を示す分解斜視図である。 図９に示す電動弁の組立て完成斜視図である。

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は本発明による電動弁の一実施例を弁本体及びキャンの組立部品とステータとに分解した状態で示す分解斜視図であり、図２は図１に示す電動弁を組み立てた後の完成品を示す外観図である。

全体を符号１で示す電動弁は、黄銅等の材料でつくられる円柱形状の弁本体１０を有しており、弁本体１０に配管１２，１４が接続されている。弁本体１０内には、図示しないが、弁室と、当該弁室に通じる弁座とが設けられており、当該弁座に対して接離動作が可能な弁体を収容している。弁本体１０の上部には、ステンレススチール等の非磁性材料でつくられる有底円筒形状のキャン２０が取付部２２を介して固着されている。キャン２０内には、円筒形状のロータ（図示せず）が回転自在に配設されている。ロータの回転はねじ機構（図示せず）により直線運動に変換され、この直線運動によって弁体が弁軸方向に移動されて弁座に対して接離動作をする。弁座に対する弁体の位置を制御することにより、弁を通過し配管１２，１４を流れる冷媒等の流体の流量を制御することができる。

キャン２０の外周部には、コイルユニットを備えたステータ５０が着脱自在に装着される。ステータ５０内には、電線を巻いたボビンが配置され、合成樹脂で一体化されている。ステータ５０はコイルユニットの一側にターミナルを収容するカバー部６０を備えており、リード線（図示せず）により外部の給電側に連結される。キャン２０外側のステータ５０とキャン２０内側のロータとはステッピングモータを構成しており、ステータ５０側に給電されるパルスによりロータを所定の角度回転させることができる。キャン２０を固着した弁本体１０は、図１に示すようにユニット部品として供給され、ステータ５０を組み付けることで図２に示すような完成品となった電動弁１が得られる。

ステータ５０は、合成樹脂でコイルボビンを覆った部材であって、その下部には、下方に向けて突起状に突出した樹脂製の複数のボス７０（図示の例では８個；一部のみに符号を付す）を有する。取付手段としての取付部材１００は、ステータ５０に対してボス７０の溶着によって一体的に固定された状態で設けられるものであり、その詳細については後述する。

円筒形状のキャン２０の弁本体１０に近くで開口する開口端の近傍には、円周上に例えば９０度毎の等間隔に合計４個の凸部であるところの突起３０が形成されている。ただし、図１、図２では２つのみを見ることができる。突起３０は、キャン２０の内側からポンチ、プレス等の工具を用いてキャン２０を部分的に加工することで形成される。突起３０は、半球状、あるいはその縦断面形状が円若しくは楕円の一部、又はその他の曲面を描くように形成することができる。

取付部材１００は、弾性を有する金属板で製作されており、ステータ５０のリング状の下端面５２に取り付けられる環状本体１０１を備えている。環状本体１０１には、ボス７０を嵌合させるための複数の取付孔１０２（図示の例では８個；一部のみに符号を付す）がボス７０と合わせた間隔で形成されている。取付孔１０２に嵌合させた状態のボス７０を環状本体１０１に溶着することで、取付部材１００は、ステータ５０に対して一体化されたものとして設けられる。環状本体１０１には、その内側にキャン２０の外周部に挿入される空間１０４が形成されている。環状本体１０１からは、折曲げ加工により例えば４本の係合部がステータ５０から遠ざかる方向に延びるように形成されている。ステータ５０をキャン２０の外側に嵌挿するとき、キャン２０は空間１０４内を通り、各係合部はキャン２０の外周面に沿って延びる。

図３は、取付部材１００を環状本体１０１の周方向に展開して、一連の係合部を並べて示す展開図である。ステータ５０のキャン２０への装着時に、各係合部は自らの弾性によってキャン２０の外周を押圧する方向に付勢されており、撓みながら突起３０を乗り越えて突起３０が位置決め孔２００又は横長孔２３０に嵌まることで、コイルユニット５０をキャン２０の外周部に確実に固定する機能を有する。４本の係合部のうち１本の係合部は、位置決め孔２００が形成された位置決め部１１０を構成している。位置決め部１１０は、ステータ５０の周方向及びロータ軸線方向の位置決めを担っており、詳細については後述する。また、他の３本の係合部は、ロータの軸線と直交する横方向に長い横長孔２３０が形成された抜止め部１２０を構成している。三つの抜止め部１２０は同じ構造に構成することができる。

各抜止め部１２０において、横長孔２３０に突部３０が嵌入している状態では、ステータ５０がキャン２０からスラスト方向（ロータ軸線方向）に抜け出そうとすると、突部３０が横長孔２３０の上下の孔縁２３１に突き当たって係合しているので、ステータ５０のロータ軸線方向の変位を規制する。したがって、各抜止め部１２０は、位置決め部１１０が単独では弱いものとなる抜止め作用を補って、ステータ５０の抜け出しを効果的に阻止する働きをする。図示の例では、抜止め部１２０は、位置決め部１１０以外のすべての突部３０に対して設けられているが、これに限ることなく、一つの突部３０又は二つの突部３０，３０に対してのみ設けることができる。この場合、残った突部３０に対しては、係合部は無孔とし、自身の弾性力で突部３０を押圧した状態に保持することができるが、抜止め部１２０の設置箇所が多いほど、ステータ５０を周方向に分散してキャン２０に対して確実に保持することができる。

各抜止め部１２０においては、横長孔２３０と突部３０との間にはキャン２０の周方向の相対位置に融通性があるので、横長孔２３０又は突部３０の形成に際して角度寸法（ロータ軸線と垂直な方向で切断した場合の中心からの角度寸法）に若干のバラツキがあったとしても、位置決め部１１０による周方向の位置決めがされたときに、横長孔２３０と突部３０との製作誤差を吸収することができる。なお、横長孔２３０は、上下の孔縁が平行で両端が半円形の形状であっても、或いは横軸を長軸とした楕円形状であってもよい。

位置決め部１１０は、図４（ａ）に示すように卵形の位置決め孔２００を有する。位置決め孔２００はステータ側の上部が小径部２０４に、下方が大径部２０２に形成された卵形に形成される。即ち、突起３０を位置決めすべき位置を中心として円形の大径部２０２が形成され、該大径部２０２の上方に突出するように小径部２０４が形成され、そしてそれらの輪郭が直線で結ばれるようにして、位置決め孔２００が形成される。また大径部２０２は、突起３０の最低部の直径よりもやや小さく設定されている。更にこの実施例では、位置決め孔２００は例えば上記の形状をした型を用いた打ち抜き加工により形成され、その内壁面は、取付部１１０の表面に対して垂直に形成されている。
そこで、例えば、図４の（ｂ）に示すように、組立時に位置決め孔２００と突起３０の高さ方向の位置が不一致であっても、突起３０の頂点を卵形の位置決め孔２００の入口内に入れることができれば、取付部の弾性により卵形の位置決め孔２００の中心部（大径部２０２の中心部）に突起３０が案内されて自動的に調芯される。これにより突起３０が大径部２０２に係合され、ステータ５０がキャン２０の正確な位置に取り付けられる（図４の（ｃ））。

図５は、本発明の電動弁における位置決め部の他の例を説明する説明図である。
図５の（ａ）に示す実施例においては、位置決め部１１０に形成される位置決め孔２１０は、上方が大径部２１２に、下方が小径部２１４に形成された倒立の卵形の形状を有する。この例は、図４に示した卵形の位置決め孔２００を上下逆にした形状であり、円形の輪郭を有する大径部２０２の中心は突起３０を位置決めすべき位置に設定されている。この倒立の卵型の２１０の持つ機能は図４で説明したものと同様である。
図５の（ｂ）に示す実施例においては、ひし形の位置決め孔２２０は、図４に示した実施例及び図５（ａ）に示した実施例の機能を併せ持つもので、円形の大径部２２２の上下に円形の小径部２２４，２２４を有し、かつそれらが直線で結ばれるようにされている。即ち、位置決め孔２２０は、上下方向に長軸を持つひし形の形状を有する。したがって、上下の小径部２２４内に突起３０の中心が位置すれば、突起３０の中心は位置決め孔２２０の中央（大径部２２２の中心）に案内され、自動的に調芯される。

自動調芯作用を有する位置決め孔の形状・構造は、上記の例に限らず、図示を省略するが、例えば、上下方向に長軸を有する楕円形状に形成したり、あるいは、その他、位置決め孔の断面がテーパー形状になるように形成する（位置決め孔を、位置決め部１１０のキャン側が大径孔、キャンと反対側がそれより小さい小径孔となるように、かつそれらを円錐の側面で繋ぐようなテーパー形状に形成する）、或いは位置決め孔を、バーリング加工によるＲ面を形成（位置決め部１１０のキャン側が大径孔となるようにバーリング加工によりＲ面を形成）することもでき、これによりその斜面（テーパー面）やＲ面の案内作用で突部３０を位置決め孔の最も安定な位置へと自動的に調芯させることができる。なお、位置決め孔は、上述のような自動調芯作用を有するもののみ限定されることはなく、単なる円形に形成しても良い。また、位置決め部１１０の、位置決め孔に隣接した両端部に、キャンに形成された突起３０が入り込むような、空間となる凹み部分や半円状の切欠き部を形成すれば、該凹み部分や切欠き部に突起３０が入った後は、該突起３０を前記位置決め穴に案内されやすくすることができる。

本発明による電動弁の別の実施例が図６に分解斜視図として、また組み立てた状態が図７に斜視図として示されている。図６及び図７に示す実施例と図１及び図２に示す実施例とは、取付部材の具体的な構造が異なる以外に相違するところはないので、同等の部材や部位については同じ符号を付すことで再度の説明を省略する。図６、図７に示す電動弁に用いられる取付部材３００は、取付部材１００と同様に、弾性を有する金属板で製作されており、環状本体３０１を備え、環状本体３０１には、その内側にキャン２０の外周部に挿入される空間３０４が形成されている。取付部材３００は、複数の取付孔３０２に嵌合させた状態のボス７０の環状本体３０１への溶着によってステータ５０に対して一体的に固定されたものとして設けられる。環状本体３０１からは、折曲げ加工により例えば少なくとも１本の係合部と少なくとも１本の係合脚がステータ５０から遠ざかる方向に延びるように形成されている。ステータ５０をキャン２０の外側に嵌挿するとき、キャン２０は空間３０４内を通り、各係合部はキャン２０の外周面に沿って延びる。

係合部のうち一つは、図３に示す位置決め部１１０と同様の構造を有する位置決め部３１０とされており、少なくとも１本の係合脚は詳細を後述する抜止め部３３０とされている。図６に示すように、合計で４本となる係合部及び係合脚を設ける場合、残る二本については、図８に示すように、抜止め部３２０，３３０として機能する係合部又は係合脚としてよく、この場合の組合せは、（ａ）２本とも図３に示すような抜止め部１２０と同様の係合部から成る抜止め部３２０、（ｂ）図３に示すような抜止め部１２０と同様の係合部から成る１本の抜止め部３２０、及び抜止め部３３０と同様の係合脚が１本ずつ、（ｃ）２本とも抜止め部３３０と同様の係合脚の、合計３通りがある。或いは残る二本については、一方又は両方とも無孔として、自らの弾性力で突部３０を押圧する係合部とすることができる。一方のみを無孔な係合部とするときには、残る１本については抜止め部３２０或いは抜止め部３３０として機能する係合部又は係合脚とすることができる。

抜止め部３３０として機能する係合脚は、図示のように、環状本体３０１から延びる脚本体３３１と、脚本体３３１の先端側において両脇に延び、かつ内側に折り曲げられた係合爪３３２，３３２と、脚本体３３１先端側末端に設けられ、キャンの外側方向にやや折り曲げられた尾部３３３とを備えている。係合爪３３２，３３２は、キャン２０の弁本体１０への取付部２２に引っ掛けられ、それによって、弁本体１０側に特別な部材を設けることなく、ステータ５０のキャン２０からの抜け出しを容易に且つ確実に阻止することができる。取付部２２は、キャン２０の下端の弁本体１０への取付部分（弁本体の顎部）であり、この部分においてキャンが本体に溶接により取り付けられている。係合爪３３２，３３２の取付部２２への引っ掛けは、尾部３３３をつまんで引いて脚本体３３１を弾性変形させることにより、容易に行うことができる。また尾部３３３をつまんで引かなくても、ステータ５０をキャン２０に押し込むことにより、尾部３３３が外側に折り曲げられたことにより形成された傾斜面（尾部３３３のキャン２０側の面）や係合爪３３２の先端側の傾斜部３３２Ａがキャン２０の表面に当接して脚本体３３１が弾性変形するので、そのまま押し込み操作を続ければ、係合爪３３２の後端３３２Ｂが前記取付部２２に至ると脚本体３３１の変形が回復し、その後、前記後端３３２Ｂが取付部２２に引っ掛かる。また、二つの係合爪３３２，３３２が、抜止め部３３０の両脇で固定側に引っ掛けられるので、一つの係合爪のみで引っ掛けられる場合と比較して、強度が大きくなり、引っ掛けの安定性も向上する。

図７は、図６に分解して示した電動弁２を組み立てた状態で示す斜視図である。取付部材３００の一つの係合部が位置決め部３１として機能しており、それに径方向で対向する位置に設けられている一つの係合脚が抜止め部３３０として機能している。残る二つのうち見えている側の係合部は、横長孔と突起３０とから成る抜止め部３２０として機能している。

１，２ 電動弁
１０ 弁本体 １２，１４ 配管
２０ キャン ２２ 取付部
３０ 突起（凸部）
５０ ステータ ５２ 下端面
６０ カバー部 ７０ ボス
１００，３００ 取付部材
１０１，３０１ 環状本体 １０２，３０２ 取付孔
１０４，３０４ 空間
１１０，３１０ 位置決め部 ２００，２１０，２２０ 位置決め孔
２０２，２１２，２２２ 大径部 ２０４，２１４，２２４ 小径部
１２０ 抜止め部 ２３０ 横長孔
３２０ 抜止め部 ３３０ 抜止め部
３３１ 脚本体 ３３２ 係合爪
３３３ 尾部

Claims (7)

1. 弁座が形成されており且つ当該弁座に対して接離可能な弁体を収容している弁本体と、前記弁本体に固着され且つ外側に複数の凸部を有する円筒形のキャンと、前記キャンの外側に嵌挿されるステータと、前記ステータに設けられており前記キャンの前記凸部に係合することにより前記ステータを前記弁本体に着脱自在に取り付ける取付手段とを備え、前記キャンの内部に回転自在に配設されているロータを前記ステータによって駆動し、前記ロータの駆動に基づいて前記弁体を前記弁座に向けて接離させることにより流体の通過流量を調整する電動弁において、
   前記取付手段は、前記凸部のうちの一つに当該取付手段の弾性により中心部に前記凸部が案内されて自動的に調芯されて係合する位置決め孔を有する位置決め部、及び前記弁本体又は前記キャンに係合して前記ステータが回転軸線方向へ抜け出るのを防止し前記キャンの周方向に融通性がある抜止め部を備えていることを特徴とする電動弁。
2. 前記抜止め部は、前記複数の凸部のうち前記位置決め部が係合した前記凸部を除く少なくとも一つの前記凸部に対して前記ロータが抜け出す方向に係合する抜止め孔が形成された係合部であることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
3. 前記抜止め孔は、前記ロータの前記回転軸線方向と直交する方向に長い横長孔であることを特徴とする請求項２に記載の電動弁。
4. 前記抜止め部は、前記キャンの下方に設けられた前記弁本体の顎部に係合する少なくとも一つの係合腕であることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
5. 前記各係合腕は、前記ロータの前記回転軸線と直交する方向に互いに離間した一対の係合爪を備えていることを特徴とする請求項４に記載の電動弁。
6. 前記位置決め部の前記位置決め孔は、卵形又は菱形、若しくは断面テーパ状又はバーリングにより形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電動弁。
7. 前記位置決め部は、前記位置決め孔の両側に前記凸部が入り込むような、空間となる凹み部分又は切欠き部が形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電動弁。

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