JP5875777B2

JP5875777B2 - 電動弁

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Publication number: JP5875777B2
Application number: JP2011078702A
Authority: JP
Inventors: 原田　貴雄; 貴雄原田; 健資田渕; 吉田　竜也; 竜也吉田
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2031-03-31
Also published as: EP2505887A1; US8851448B2; EP2505887B1; JP2012211679A; US20120248355A1; ES2673955T3

Description

本発明は、例えば、空気調和機の冷媒の流量を制御する電動弁に関する。

特許文献１は、本出願人に係る電動弁の詳細な構造を開示する。この電動弁は、不思議遊星歯車機構を用いて、弁体を昇降するためのステッピングモータの回転を大きく減速させ、冷媒等の微小流量制御を可能としたものである。

図４は特許文献１に開示された電動弁に類似した電動弁の構造を示す。同図においては、要部にハッチングを施してある。
この電動弁は、特許文献１に記載された電動弁の弁口径を大きくしたものであり、弁体の先端部が弁座口径に合わせて拡大されたものである。
この電動弁は、弁本体１０を有し、弁本体１０には弁室１４と弁室１４に通ずるオリフィス１６が形成される。
弁本体１０に対しては、オリフィス１６側のパイプ１２ａと、弁室１４の側面の開口部に通ずるパイプ１２ｂが接続される。弁本体１０の弁室１４の上部にはねじ軸受２０が挿入され、弁本体１０に固定される。
ねじ軸受２０の中心部には雌ねじ部２２が形成される。弁本体１０の上部にはベースプレート２８が固着され、有底円筒形状のキャン３０がとりつけられる。

キャン３０の外周部には、全体を符号４０で示すステータ部材が嵌着される。ステータ部材４０は、ヨーク４４と、ヨーク４４の内部に設けられボビンに巻き付けたコイル４６を有し、その全体がプラスチック４２で覆われている。コイル４６はリード線４８を介して給電を受ける。このステータ部材４０はキャン３０の内部に回転自在に支持されるロータ部材５０とともにステッピングモータを構成する。

磁性材料でつくられたロータ部材５０は、プラスチック材料でつくられた太陽ギヤ部材５１に一体に連結され、太陽ギヤ部材５１の中心部にはシャフト６２が挿入される。シャフト６２の上部はキャン３０の頂部の内側に配置される支持部材６０に設けられた穴内に挿入され支持されると共に、その下部は後述する軸部７０ａの上部に設けられた穴内に挿入されこれに支持される。

太陽ギヤ部材５１の太陽ギヤ５２は、キャリア５３に立設された複数のシャフト５４に回転自在に支持される複数個の遊星ギヤ５５に噛み合う。遊星ギヤ５５は軸方向に長いギヤであって、その上半分はねじ軸受２０の上部に固定された円筒部材２４の上部に取付けられた環状のリングギヤ５８に噛み合っている。
遊星ギヤ５５の下半分は環状の出力ギヤ７０の内歯ギヤ７１に噛み合っている。

上述した歯車構成は、いわゆる不思議遊星歯車機構を構成し、リングギヤ５８の歯数と、出力ギヤ７０の内歯ギヤ７１の歯数をわずかに異なる歯数とすることで、太陽ギヤ５２の回転数を大きな減速比で減速して出力ギヤ７０に伝達することができる。

出力ギヤ７０の下面中央に固着され下側に突出する軸部７０ａの下部にはスリット７３ａが形成され、またドライバ７２の上部には該スリット７３ａに挿入される平板状の凸部（平板部）７３ｂが形成されている。これらスリット７３ａ及び平板部７３ｂで構成される継手を介して、出力ギヤ７０はドライバ７２に連結される。

ドライバ７２に形成された雄ねじ部７４は、ねじ軸受２０に形成された雌ねじ部２２に螺合されているので、ドライバ７２は回転ととともに軸方向に移動する。ドライバ７２の軸方向の移動量はボール状の押圧部材７６を介して軸状の弁体８０に伝達される。このボール状の押圧部材７６は、ドライバ７２の回転が弁体８０に伝達されないように作用する。

弁体８０は弁本体１０の内部に固定されたパイプ状のばねケース９０の下部小径部９０ｃにより案内されて軸方向に移動する。この例においては、ばねケース９０は、その上端に設けられたフランジ９０ａが、弁本体１０の上部に形成された径小部の上端面とねじ軸受２０の下面との間で挟持されることにより、弁本体１０の内部に固定されている。
弁体８０の上部にはばね受け部材８４が固着され、このばね受け部材８４の上部に設けられた径大部８４ｄの下面とばねケース９０の段部９０ｂとの間には、コイルばね９２が縮装されており、これが弁体８０を常時開弁方向に付勢している。

特開２００８−１０１７６５号公報

上述した電動弁にあっては、弁体８０を案内するばねケース９０は、その上端に設けられたフランジ部９０ａを弁本体１０の上部に形成した径小部の上端面に支持された状態で弁室１４内に突出して配置されている。電動弁のオリフィス１６の径寸法Ｄ_１を大きくして流量の大きなものに設計を変更しようとすると、弁室１４内での流体の流路の空間１４ａを確保するために、ばねケース９０の位置（特にコイルばね９２が収容された部分の位置）を弁室１４の上部に移動させる必要が生ずる。この設計変更のためには、図４に示されたように、弁本体１０を軸方向に延長する必要があり、電動弁全体が大型化してしまう問題が発生する。

また、弁体８０は弁本体１０とは別部材であるばねケース９０により案内されるので弁本体１０に形成される弁座１８と弁体８０及びその先端の傾斜部８２との間の同軸精度を確保することが難しいという問題があった。
本発明の目的は、上述した問題を解消する電動弁を提供するものである。

本発明の電動弁は、基本的手段として、弁座が形成された弁本体と、前記弁本体に固定され、その内側に雌ねじが形成されたねじ軸受と、前記雌ねじに螺合する雄ねじを備えたドライバと、前記ドライバによる押圧によって、前記弁座に当接又は近接可能とされた弁体と、前記弁本体に固着されたキャンと、前記キャン内に回動自在に配置され、その回転力が前記ドライバを介して前記弁体に伝達されるロータと、前記キャンの外周に配置されたステータと、前記弁体を前記ロータの側に付勢するコイルばね手段とを備え、前記ロータ側において外側に張り出す外フランジ部を有すると共に、前記弁体の上部に係止又は固着されたばねケースをさらに備え、前記ねじ軸受は下端側に細径部を備え、前記細径部は前記ばねケースの内側に挿入され、前記コイルばね手段は、少なくともその一部が前記ねじ軸受と軸方向で重なる位置に配置されたものである。

また、前記ねじ軸受の外周に配置されると共に、前記ロータ側において外側に張り出す外フランジ部を備え、前記弁体の上部に係止又は固着されたばねケースをさらに備え、前記コイルばね手段は、前記弁本体と前記ばねケースとにより画定された空間内において、前記外フランジ部及び前記弁本体の内周段差部との間に配置されることもできる。

さらに、前記弁本体は、前記弁体をガイドするガイド部を備えることもできる。
さらにまた、前記弁座の口径及び前記ガイド部の径はほぼ同一であり、前記弁体は、その弁座側の端部、及び該端部と反対側の端部に位置する背圧室を連通する均圧路を備えることもできる。

上述したように、コイルばね手段を少なくともその一部をねじ軸受側に配置することにより、あるいはコイルばね手段を、弁本体とばねケースとにより画定された空間内において、ばねケースの外フランジ部と前記弁本体の内周段差部との間に配置されることにより、当該電動弁をその全高寸法を増大させることなく製作することができる。

また、弁本体に弁体をガイドするガイド部を備えるようにすれば、該弁体の摺動をさらに良好に行うことが出来る。

さらに、弁座の口径及びガイド部の径をほぼ同一とし、弁体に、その弁座側の端部、及び該端部と反対側の端部に位置する背圧室を連通する均圧路を形成すれば、弁体前後の圧力バランスがとれ、該弁体の摺動を低トルクで行うことが出来、これにより、当該電動弁のアクチュエータ、ひいては当該電動弁をさらに小型化することができる。

本発明の電動弁の一実施例を示す縦断面図。本発明の電動弁の他の実施例を示す縦断面図。本発明の電動弁の更に他の実施例を示す縦断面図。従来の電動弁の一例を示す縦断面図。

図１は本発明の電動弁の一実施例を示す断面図である。図１において、図４と同一の符号は同一又は同等部分をあらわしているので、その説明は省略する。

本実施例の電動弁の弁本体１１０は、オリフィス１６の弁室１４側の開口部に弁座１８を有し、これが弁体１８０の先端に設けられた傾斜部８２に対向する。弁本体１１０の上部には、ねじ軸受１２０が固着されており、ねじ軸受１２０の上部には、出力ギヤ７０に固着された軸部７０ａが挿入される。出力ギヤ７０の軸部７０ａにはスリット７３ａが形成されており、これにドライバ７２の平板部７３ｂが軸方向に摺動自在に挿入されている。ドライバ７２の雄ねじ部７４はねじ軸受１２０の下側に形成された雌ねじ部２２に螺合しており、出力ギヤ７０の回転を軸方向の直線運動に変換して、押圧部材７６を介して弁体１８０の上部に固定した係止部材１８４に伝達する。これにより、弁体１８０は弁座１８に対して接離される。係止部材１８４は、後述するばねケース１９０の内フランジ部１９０ｂを係止する。

弁体１８０の係止部材１８４側の外周部は、弁室１４の開口部に形成される内径部をガイド部１１０ｄとして摺動して案内される。このガイド部１１０ｄの内径寸法は、弁座１８の内径寸法（オリフィス１６の内径寸法）Ｄ_１にほぼ均しく設定されている。

円筒形状に成形されたばねケース１９０は、その下端に設けられ内側に突出する内フランジ部１９０ｂが係止部材１８４の上部に設けられた径大部１８４ａと弁体８０との間に挟まれて弁体８０に取付られる。コイルばね９２は、ばねケース１９０の外側と弁本体１１０の内径部１１０ｅとの間に配設され、かつばねケース１９０の上端に設けられて外側に突出する外フランジ部１９０ａとガイド部１１０ｄの上面との間に縮装される。これによりばねケース１９０とともに弁体１８０は常時押し上げる方向（開弁方向）に付勢される。

本実施例にあっては、ねじ軸受１２０の下部に設けられた細径部１２０ａは、ばねケース１９０の内側に挿入される構造となっている。これによりコイルばね９２の上半分は、ねじ軸受１２０と軸方向で重なる位置に配置され、またコイルばね９２の全体（及びばねケース１９０の全体）が弁室１４よりも上側（アクチュエータ側）に配置される。

図１は弁体１８０が弁座１８に着座した状態を示しているが、この状態からロータ部材５０の所定方向の回動によりドライバ７２が上昇すると、ばねケース１９０はコイルばね９２の弾発力により、細径部１２０ａの外周面及び内径部１１０ｅで規定される空間内で上昇し、また弁体８０もガイド部１１０ｄに案内されて上昇する。
同様に、ロータ部材５０が逆方向に回動するとドライバ７２が下降し、コイルばね９２の弾発力に抗してばねケース１９０及び弁体１８０が下降する。

上述した構成により、電動弁が軸方向に大型化することなく、弁本体１１０の側壁部に挿入されるパイプ１２ｂに対向する弁室１４の空間１４ａを大として、大容量の流量に対して充分なスペースを確保することができる。

図２は、本発明の電動弁の他の実施例を示す。図２において、図１および図４と同一の符号は、同一又は同等部分をあらわしているので、その説明は省略する。
本実施例の電動弁にあっては弁体２８０の中心部に均圧路２８０ａが設けてある。係止部材２８４にも弁体２８０の均圧路２８０ａに連通する均圧路２８４ａ、及び均圧路２８４ａと背圧室２８５とを連通する均圧路２８４ｂが設けてあり、これによりパイプ１２ａ側の流体圧力が背圧室２８５に導入される。この均圧路２８０ａ、２８４ａ及び２８４ｂと背圧室２８５を備えることにより、弁体２８０の上下にかかる圧力差は解消される。弁体２８０と弁本体２１０のガイド部２１０ｄとの間にはシール部材２３０が嵌装され、このシール部材２３０は、係止部材２８４を介して押え部材２７０で固定される。

円筒状に成形されたばねケース２９０の下部に設けられた内フランジ部２９０ｂは、径大部２８４ｃの下面に係止されている。
コイルばね９２は、ばねケース２９０の外側と弁本体２１０の内径部２１０ｅとの間に配設され、かつばねケース２９０の上端に設けられて外側に突出する外フランジ部２９０ａとガイド部２１０ｄの上面との間に縮装される。これによりばねケース２９０とともに弁体２８０は常時押し上げる方向に付勢される。

本実施例にあっても、ねじ軸受２２０の下部に設けられた細径部２２０ａは、ばねケース２９０の内側に挿入される構造となっている。これによりコイルばね９２の上半分は、ねじ軸受２２０と軸方向で重なる位置に配置され、またコイルばね９２の全体（及びばねケース２９０の全体）が弁室１４よりも上側（アクチュエータ側）に配置される。

図２は図１と同様、弁体２８０が弁座１８に着座した状態を示しているが、この状態からロータ部材５０の所定方向の回動によりドライバ７２が上昇すると、ばねケース２９０はコイルばね９２の弾発力により、細径部２２０ａの外周面及び内周部２１０ｅで規定される空間内で上昇し、また弁体２８０もガイド部２１０ｄに案内されて上昇する。
またロータ部材５０が逆方向に回動するとドライバ７２が下降し、コイルばね９２の弾発力に抗してばねケース２９０及び弁体２８０が下降する。

上述した構成により、電動弁が軸方向に大型化することなく、弁本体２１０の側壁部に挿入されるパイプ１２ｂに対向する弁室１４の空間１４ａを大として、大容量の流量に対して充分なスペースを確保することができる。
またこの実施例においては、ガイド部２１０ｄの内径寸法と弁座１８の内径寸法Ｄ_１をほぼ均しくし、かつパイプ１２ａ側の流体を背圧室２８５に導入することによって、弁体２８０の前後にかかる軸方向の力はバランスする。
この構成により、弁体８０を小さな推力で操作することができる。

図３は、本発明の電動弁の更に他の実施例を示す。図３において、図１、図２および図４と同一の符号は、同一または同等部分をあらわしているので、その説明は省略する。
本実施例の電動弁はさらに大容量の流量を取扱う電動弁に適用される。この例においては、弁本体は、弁本体胴部３１０及び弁本体蓋部３５０とより成る。

弁本体胴部３１０の弁室１４の上部の開口部には弁体３８０のガイド部材となる弁本体蓋部３５０がボルト３６０により固着される。また弁本体蓋部３５０と弁本体胴部３１０との間はシール部材３５４でシールされる。弁本体蓋部３５０は弁室１４内に挿入される円筒部３５２を有し、円筒部３５２の内径部であるガイド部３５２ａには弁体３８０が挿入され、弁体３８０はガイド部３５２ａ内を摺動する。弁体３８０に固着された係止部材２８４は、弁本体蓋部３５０の小径部３５０ｄに摺動自在に支持される。

なお、弁体３８０はガイド部３５２ａにより摺動自在に支持されるので、係止部材２８４と小径部３５０ｄとを摺動させることなく、両部材の間に間隙が設けられても良い。
弁体３８０とガイド部３５２ａとの間にはシール部材３２０が嵌装され、係止部材２８４を介して押え部材２７０で固定される。

円筒状に成形されたばねケース３９０の下部に設けられた内フランジ部３９０ｂは、係止部材２８４の上部に設けられる径大部２８４ｃの下面に係止されている。
コイルばね９２は、ばねケース３９０の外側と弁本体蓋部３５０の内径部３５０ａとの間に配設され、かつばねケース３９０の上端に設けられて外側に突出する外フランジ部３９０ａと小径部３５０ｄの上面との間に縮装される。これによりばねケース３９０とともに弁体３８０は常時押し上げる方向に付勢される。

本実施例にあっても、ねじ軸受２２０の下部に設けられた細径部２２０ａは、ばねケース３９０の内側に挿入される構造となっている。これによりコイルばね９２の上半分は、ねじ軸受２２０と軸方向で重なる位置に配置され、またコイルばね９２の全体（及びばねケース３９０の全体）が弁室１４よりも上側（アクチュエータ側）に配置される。

この実施例においては、ガイド部３５２ａと弁体３８０の摺接部の長さ寸法は長く設定されているので、大型の弁体３８０も弁座１８に対して高精度の同芯性を保って確実に案内される。
また実施例においても、弁体３８０が収容されるガイド部３５２ａの内径寸法は、弁座１８の内径寸法Ｄ_１とほぼ均しく形成される。

さらに弁体３８０の中心部には均圧路２８０ａが設けてあり、また係止部材２８４には均圧路２８０ａに連通する均圧路２８４ａが、さらにこの均圧路２８４ａと背圧室２８５とを連通する均圧路２８４ｂが設けてある。この均圧路２８０ａ、２８４ａ及び２８４ｂと背圧室２８５とを備えることにより、パイプ１２ａ側の流体圧力が背圧室２８５に導入され、弁体３８０の上下にかかる圧力差は解消される。
これにより、小さな推力で弁体３８０を操作することができる。

さて、前述の各実施例においては、図１ないし図３に示されるように、弁体１８０、２８０、３８０の胴部は、その前面に形成され弁座と当接する傾斜部８２及びその後端部よりも径小となる縮径部１８０ｓ、２８０ｓ、３８０ｓとなっており、特に大流量制御に適した構造となっているが、本発明は特に大流量制御用の電動弁のみに限定されることはなく、上記縮径部を備えない弁体を備えた小流量制御用の電動弁に適用されても良いことは当然である。

１２ａパイプ
１２ｂパイプ
１４弁室
１４ａ流路
１４ａ空間
１６オリフィス
１８弁座
２２雌ねじ部
２４円筒部材
２８ベースプレート
３０キャン
４０ステータ部材
４６コイル
４８リード線
５０ロータ部材
５１太陽ギヤ部材
５２太陽ギヤ
５３キャリア
５４シャフト
５５遊星ギヤ
５８リングギヤ
６０支持部材
６２シャフト
７０出力ギヤ
７１内歯ギヤ
７２ドライバ
７４雄ねじ部
８２傾斜部
９２コイルばね
１１０弁本体
１１０ｄガイド部
１２０ねじ軸受
１２０ａ細径部
１８０弁体
１８４係止部材
１９０ばねケース
１９０ａ外フランジ部
１９０ｂ内フランジ部
２１０弁本体
２１０ｄガイド部
２２０ねじ軸受
２２０ａ細径部
２３０シール部材
２７０押え部材
２８０弁体
２８０ａ均圧路
２８４係止部材
２８４ａ均圧路
２８４ｂ均圧路
２８５背圧室
２９０ばねケース
２９０ａ外フランジ部
２９０ｂ内フランジ部
３１０弁本体胴部
３２０シール部材
３５０弁本体蓋部
３５２円筒部
３５２ａガイド部
３５４シール部材
３８０弁体
３８５背圧室
３９０ばねケース
３９０ａ外フランジ部
３９０ｂ内フランジ部

Claims

弁座が形成された弁本体と、
前記弁本体に固定され、その内側に雌ねじが形成されたねじ軸受と、
前記雌ねじに螺合する雄ねじを備えたドライバと、
前記ドライバによる押圧によって、前記弁座に当接又は近接可能とされた弁体と、
前記弁本体に固着されたキャンと、
前記キャン内に回動自在に配置され、その回転力が前記ドライバを介して前記弁体に伝達されるロータと、
前記キャンの外周に配置されたステータと、
前記弁体を前記ロータの側に付勢するコイルばね手段とよりなる電動弁において、
前記ロータ側において外側に張り出す外フランジ部を有すると共に、前記弁体の上部に係止又は固着されたばねケースをさらに備え、
前記ねじ軸受は下端側に細径部を備え、前記細径部は前記ばねケースの内側に挿入され、
前記コイルばね手段は、少なくともその一部が前記ねじ軸受と軸方向で重なる位置に配置されたことを特徴とする電動弁。
弁座が形成された弁本体と、
前記弁本体に固定され、その内側に雌ねじが形成されたねじ軸受と、
前記雌ねじに螺合する雄ねじを備えたドライバと、
前記ドライバによる押圧によって、前記弁座に当接又は近接可能とされた弁体と、
前記弁本体に固着されたキャンと、
前記キャン内に回動自在に配置され、その回転力が前記ドライバを介して前記弁体に伝達されるロータと、
前記キャンの外周に配置されたステータと、
前記弁体を前記ロータの側に付勢するコイルばね手段とよりなる電動弁において、
前記ねじ軸受の外周に配置されると共に、前記ロータ側において外側に張り出す外フランジ部と前記弁体側において内側に突出する内フランジ部とを有し、前記弁体の上部に係止又は固着されたばねケースをさらに備え、
前記コイルばね手段は、前記弁本体と前記ばねケースとにより画定された空間内において、前記外フランジ部と前記弁本体の内周段差部との間に配置されると共に、前記ばねケースの前記外フランジ部を上向きに付勢することを特徴とする電動弁。
請求項１又は２に記載の電動弁において、
前記弁本体は、前記弁体をガイドするガイド部を備えたことを特徴とする電動弁。
請求項３に記載の電動弁において、
前記弁座の口径及び前記ガイド部の径はほぼ同一であり、
前記弁体は、その弁座側の端部、及び該端部と反対側の端部に位置する背圧室を連通する均圧路を備えたことを特徴とする電動弁。