JP5885932B2

JP5885932B2 - 電動弁

Info

Publication number: JP5885932B2
Application number: JP2011062078A
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: 2011-03-22
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2031-03-22
Also published as: JP2012197849A

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。
この電動弁にあっては、キャンと称する密閉構造の有底円筒部材の外周部にステータを配置し、これがキャンの内部に回転自在に支持されるロータを駆動する。このステータ及びロータはステッピングモータを構成する。

ロータの回転は遊星歯車機構を用いた減速装置の太陽ギヤに伝達され、出力ギヤに出力される。遊星歯車機構を用いることにより、太陽ギヤに対する出力ギヤの減速比は、１／５０程度の大きな減速比を得ることができ、微細な流量制御を達成することができる。この減速比は、遊星歯車機構を構成する各ギヤの歯数を適宜に選択することによって、設計上で要求される減速比を得ることができる。

出力ギヤの回転は、ドライバと称する雄ねじ部材（特許文献１においてはねじ軸５２）に伝達される。ドライバの雄ねじ（特許文献１においては雄ねじ部５３）はキャン内部に固定されたねじ軸受（特許文献１においては筒状軸受５０）の雌ねじ部に螺合されており、ドライバは、出力ギヤの回転運動をねじ機構により直線運動に変換する。ドライバの直線運動は、軸状の弁体に伝達され、弁体と弁座の間の流路面積を変化させる。この作用によって電動弁は、冷媒の流量を精密に制御することができる。

特開２００８−１０１７６５号公報

上述した電動弁にあっては、出力ギヤは軸方向の一定位置で回転運動し、出力ギヤの下端部に設けた平ドライバ形状の凸部をドライバに設けたスリット状の凹部に挿入して出力ギヤの回転運動をドライバ側に伝達する。出力ギヤの前記凸部がドライバに設けた前記凹部内で軸方向に摺動することにより、出力ギヤが回転すれば該出力ギヤはその回転軸方向に移動しないにも関わらず、ドライバはねじ機構で軸方向に直線運動することができる。これにより出力ギヤとドライバとの間の距離は変化する。

このドライバの直線運動を許容するために、前述の凸部と凹部との係合部には、ある程度の隙間が必要となる。出力ギヤは両方向に回転してドライバを介して弁体の軸線方向の位置を制御する。しかしながら、上述した隙間の存在により、出力ギヤの回転とドライバの回転には回転方向が変化する際にヒステリシスが発生する。
本発明の目的は、上述したヒステリシスを解消する電動弁を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明の電動弁は、弁室及びその内部に形成された弁座を有する弁本体と、弁本体に結合される円筒形状のキャンと、キャンの外部に装備されるステータ部材と、キャンの内部に装備されるロータ部材と、ロータの回転数を減速する遊星歯車減速装置と、前記弁座に接離して流体の通過量を制御する弁体と、遊星歯車減速装置の出力ギヤの回転をねじ機構を介して直線運動に変換して弁体を駆動するねじ駆動部材を備え、前記遊星歯車減速装置は、前記ロータに連結された太陽歯車と、キャリア上に回転自在に支持され前記太陽歯車に歯合する遊星歯車と、該遊星歯車に歯合する環状のリングギヤと、該リングギヤと異なる歯数を備え、前記遊星歯車に歯合する環状の出力ギヤとを備えるとともに前記キャンの内部に配置され、前記出力ギヤを遊星歯車減速装置内において昇降自在とし、前記ねじ軸受は、内周面の前記弁体側から所定の部分まで雌ねじ部が形成されており、前記ねじ駆動部材は、前記ねじ軸受の弁体側の雌ねじ部で螺合されるとともに、前記雌ねじ部よりも前記ねじ軸受のロータ側の内周面で回転自在に支持された状態で軸方向に移動することを基本構成とするものである。
この構成により、前記出力ギヤとねじ駆動部材との間の隙間がなくなり、上記のヒステリシスが低減される。

また、本発明の電動弁は、前記遊星歯車が、前記出力ギヤの昇降に応じて昇降されることを特徴とするものである。

さらに、本発明の電動弁は、前記出力ギヤが、前記遊星ギヤに対して昇降されることを特徴とするものである。

さらにまた、遊星歯車減速装置のリングギヤとロータとの間にロータの軸方向の位置を規制する皿ばねを備えるものである。
この構成により、前記出力ギヤが昇降してもロータの位置は変わらず、この結果、該ロータ及びステータで構成されるモータのトルクが低下することがない。

上述した手段を備えることにより、電動弁の開閉時に発生する流量特性のヒステリシスを低減することができる。

本発明の一実施例の断面図（全開状態）。本発明の一実施例の断面図（全閉状態）。

図１及び図２は本発明の一実施例を示す電動弁の断面図であって、図１は弁が全開した状態を示し、図２は弁が全閉した状態を示す。

全体を符号１で示す本発明の一実施例の電動弁は、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、カシメ手段Ｋ_１により弁本体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、これに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、プラスチック４２で覆われたボビン４４と、ボビン４４に巻き付けたコイル４６を有し、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、これらはロータを構成している。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により支持される。
キャリア５３は、後述の出力ギヤ７０の底面上に載置され、複数の遊星ギヤ５５を回転自在に支持するシャフト５４を備えている。

太陽ギヤ部材５１の太陽ギヤ５２は、前記シャフト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の上部にカシメ部Ｋ_２により取付けられた環状のリングギヤ（内歯固定ギヤ）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、この遊星歯車機構を用いた減速装置（遊星歯車減速装置）においては、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はドライバ７２に一体に連結される。
この出力ギヤ７０は後述のように昇降可能となっており、またドライバ７２の雄ねじ部７４は、ねじ軸受２０の雌ねじ部２２に螺合されているので、出力ギヤ７０とドライバ７２はその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継手７６を介して軸状の弁体８０に伝達される。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により案内されて軸方向に移動する。ばねケース９０と弁体８０の間には、コイルスプリング９２が配設されており、弁体８０を常時開弁方向に付勢している。

本発明の電動弁は以上のように、出力ギヤ７０とドライバ７２が一体となって回転及び軸方向に移動する。この構造のために従来の電動弁に存在した出力ギヤとドライバの間の継手構造を省略することができ、ヒステリシスの発生を減少させることができる。
すなわち、特許文献１に示されたような従来の電動弁では、遊星歯車機構の出力ギヤは昇降せず、その一方でドライバが昇降動作を行うために、前記出力ギヤとドライバとを分離し、かつ出力ギヤに対してドライバが昇降可能となるように、凸部及び凹部の係合による連結構造を採用していたが、本発明の一実施例では、上記のように出力ギヤ７０を昇降可能とし、かつ出力ギヤ７０とドライバ７２とを一体化するようにしたので、出力ギヤ７０とドライバ７２との間に存在していた隙間を省くことが出来、ヒステリシスの発生を減少させることができる。

この実施例においては、キャリア５３が出力ギヤ７０の底面上に載置されているので、該出力ギヤ７０が昇降に応じて、キャリア５３及び遊星ギヤ５５も昇降する。すなわち、出力ギヤ７０の昇降に応じて、リングギヤ５８に対する遊星ギヤ５５上部の噛み合い面がロータ部材５０の中心軸方向にずれることになる。
この場合、例えばロータ５０に設けられた太陽ギヤ５２の下端がキャリア５３上に載置されている場合には、出力ギヤ７０の昇降と共にロータ部材５０も昇降してしまい、該ロータ部材５０とステータ部材４０との間の軸方向の位置が変化し、ステッピングモータとしてのトルク低下が発生する。

この現象を防止するために、この実施例にあっては、固定部材であるリングギヤ５８と太陽ギヤ部材５１の間に皿ばね１００が装備されている。皿ばね１００は、固定部材であるリングギヤ５８に支持されて太陽ギヤ部材５１を常時シャフト６２の支持部材６０側に向けて押し上げ、該支持部材６０に当接させているので、出力ギヤ７０が下降してもロータ部材５０は下降することがなく、トルクの低下が生じない。

なお、上述の説明においては、出力ギヤ７０の昇降に応じて、キャリア５３、シャフト５４及び遊星ギヤ５５で構成されるユニットの全体が昇降するものとしたが、出力ギヤ７０の底面とキャリア５３との間に該キャリア５３を上方に押し上げるばね手段を設け、上記のユニットを例えば太陽ギヤ部材５１に当接させるようにすれば、出力ギヤ７０が昇降したときに該出力ギヤ７０のみを昇降させ、キャリア５３及び遊星ギヤ５５の軸方向の位置を変えないようにすることもできる。この場合は、出力ギヤ７０の昇降に伴い、遊星ギヤ５５下部に対する出力ギヤ７０の噛み合い面がロータ部材５０の中心軸方向にずれることになる。

図１は、弁体８０が最大位置まで上昇した全開状態を示し、弁体８０の先端のニードル部８２と弁座１８との間の弁リフトＬ_１が最大の状態を示す。
図２は弁体８０のニードル部８２が弁座１８に着座した全閉状態を示す。各部材の構造と作用は図１と同様であるので、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

１０弁本体
１２ａ、１２ｂパイプ
１４弁室
１６オリフィス
１８弁座
２０ねじ軸受
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
４２プラスチック
４４ボビン
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
８０弁体
８２ニードル部
９０ばねケース
９２コイルスプリング
１００皿ばね

Claims

弁室及びその内部に形成された弁座を有する弁本体と、弁本体に結合される円筒形状のキャンと、キャンの外部に装備されるステータ部材と、キャンの内部に装備されるロータ部材と、ロータの回転数を減速する遊星歯車減速装置と、前記弁座に接離して流体の通過量を制御する弁体と、前記弁本体に固定される雌ねじ部を有するねじ軸受と、遊星歯車減速装置の出力ギヤの回転をねじ機構を介して直線運動に変換して弁体を駆動するねじ駆動部材を備えた電動弁であって、
前記遊星歯車減速装置は、前記ロータに連結された太陽歯車と、キャリア上に回転自在に支持され前記太陽歯車に歯合する遊星歯車と、該遊星歯車に歯合する環状のリングギヤと、該リングギヤと異なる歯数を備え、前記遊星歯車に歯合する環状の出力ギヤとを備えるとともに前記キャンの内部に配置され、
前記出力ギヤを前記環状のリングギヤに対して昇降自在とし、
前記出力ギヤと前記ねじ駆動部材とを一体に形成し、前記ねじ軸受は、内周面の前記弁体側から所定の部分まで雌ねじ部が形成されており、
前記ねじ駆動部材は、前記ねじ軸受の弁体側の雌ねじ部で螺合されるとともに、前記雌ねじ部よりも前記ねじ軸受のロータ側の内周面で回転自在に支持された状態で軸方向に移動することを特徴とする電動弁。
前記遊星歯車は、前記出力ギヤの昇降に応じて昇降されることを特徴とする請求項１記載の電動弁。
前記出力ギヤは、前記遊星ギヤに対して昇降されることを特徴とする請求項１記載の電動弁。
前記遊星歯車減速装置のリングギヤと前記ロータとの間に該ロータの軸方向の位置を規制する皿ばねを備える請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電動弁。