JP6580125B2

JP6580125B2 - 電動弁

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Publication number: JP6580125B2
Application number: JP2017507450A
Authority: JP
Inventors: 輝聖見津; 治高見
Original assignee: Pacific Industrial Co Ltd
Current assignee: Pacific Industrial Co Ltd
Priority date: 2016-08-04
Filing date: 2016-08-04
Publication date: 2019-09-25
Anticipated expiration: 2036-08-04
Also published as: US20180038512A1; US10267434B2; DE112016003702T5; JPWO2018025373A1; CN108291663A; CN108291663B; WO2018025373A1

Description

本発明は、モータを駆動源として備える電動弁に関する。

従来の電動弁として、先端に弁体を備える直動シャフトがモータによって駆動されるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−１６９８２１号公報（段落［０００７］、図１）

上述した従来の電動弁においては、直動シャフトがステータに対してがたつき、振動音が発生するという欠点があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、振動音を低減することが可能な電動弁の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた本発明に係る電動弁は、モータと、前記モータの動力を受けて直動し、バルブボディの一端に形成されている弁口を開閉する弁体を有する直動シャフトと、前記バルブボディに設けられ、前記直動シャフトの外周面に当接して前記直動シャフトの径方向の動きを規制する弾性部材と、前記直動シャフトに設けられ、前記バルブボディに形成された非円形孔と遊嵌して、前記直動シャフトを回転不能とする断面非円形の非円形軸部と、前記バルブボディに設けられ、前記非円形孔を有し、前記直動シャフトを受容する受容筒体と、を備え前記受容筒体は、前記非円形孔を一端側に有する筒本体部と、前記筒本体部の他端側に取り付けられた直動軸受と、を有し、前記弾性部材は、円環状のシートからなり、その外縁部が前記筒本体部と前記直動軸受との間に挟持されている電動弁である。

本発明の第１実施形態に係る電動弁の側断面図弁口が開いた状態の電動弁の側断面図受容筒体近傍の平断面図受容筒体近傍の側断面図受容筒体近傍の側断面図テフロンシート近傍の側断面図変形例に係る電動弁の側断面図変形例に係る弾性部材近傍の平断面図変形例に係る電動弁の側断面図変形例に係る電動弁の側断面図

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態の電動弁１０は、ステータ１１と、ステータ１１の内側に回転可能に収容されたロータ４０と、ロータ４０の回転によりステータ１１内を直動する直動シャフト５０と、を備えている。

ステータ１１は、バルブボディ１１Ｂの外側にステータ側界磁部１３を固定してなる。ステータ側界磁部１３は円環状をなし、電磁コイル１３Ａを並べて備えている。

バルブボディ１１Ｂは、上下に延びたスリーブ１２を有している。スリーブ１２は、上側筒部１４と下側筒部１５とから構成されており、これら上側筒部１４と下側筒部１５とが同軸上に配置されている。上側筒部１４は、全体に亘って略同径の円筒状をなし、上面開口が蓋体２３によって密閉されている。上述したステータ側界磁部１３は、この上側筒部１４の下端部に固定されている。

図１に示すように、下側筒部１５は、下端部から中間部まで延びた弁体直動部１５Ｘと、弁体直動部１５Ｘの上方に位置し、内径が弁体直動部１５Ｘの内径より大径のベアリング受容部１５Ｙと、ベアリング受容部１５Ｙの上方に位置し、内径がベアリング受容部１５Ｙの内径より大径の上端受容部１５Ｚと、を有している。これらのうち上端受容部１５Ｚに上側筒部１４の下端部が嵌合することで上側筒部１４と下側筒部１５とが連結している。なお、上側筒部１４の下端面が上端受容部１５Ｚの内面である円環段差部１５Ｄに突き当てられ、かつ、下側筒部１５の上端から側方に張り出したフランジ１５Ｆがステータ側界磁部１３の下面に当接した状態で、上側筒部１４と下側筒部１５とは溶接されている。

下側筒部１５の下端部には開口部１６が形成され、その開口部１６の開口縁から弁体直動部１５Ｘに向かって円筒部１７が起立している。そして、この円筒部１７の上端開口が弁口１８になっている。また、下側筒部１５には、下端寄り位置に、側方に開放した側部開口１５Ｂが形成されている。そして、開口部１６に第１流路Ｒ１が接続され、側部開口１５Ｂに第２流路Ｒ２が接続される。

図１に示すように、ロータ４０は、両端開放の円筒状の回転螺合筒４２の外側に、磁性を有するロータ側界磁部４１を固定してなる。このロータ側界磁部４１とステータ側界磁部１３とを主要部として本発明の「モータ」に相当するステッピングモータ２０が構成され、ステータ側界磁部１３の電磁コイル１３Ａの励磁パターンが変更されることで、ロータ側界磁部４１が所定の回転位置に位置決めされる。

ロータ４０の上端部と蓋体２３との間及びロータ４０の下端部と下側筒部１５との間には、それぞれベアリング３５，３６が配されている。それらベアリング３５，３６は、共に、アウターレース３５Ａ，３６Ａとインナーレース３５Ｂ，３６Ｂとの間に複数のボール３５Ｃ，３６Ｃを転動可能に保持したボールベアリングである。

上側のベアリング３５は、アウターレース３５Ａがロータ４０の回転螺合筒４２の上端部に固定され、インナーレース３５Ｂが蓋体２３に固定されている。なお、具体的には、蓋体２３には、下方へ突出した円筒部２３Ｔが形成されていて、この円筒部２３Ｔの外側にインナーレース３５Ｂが嵌合されている。また、ロータ４０における回転螺合筒４２の内部空間のうち上端部が段付き状に拡径した段差部４２Ｄになっていて、その段差部４２Ｄにアウターレース３５Ａが嵌合されている。

下側のベアリング３６は、アウターレース３６Ａが、バルブボディ１１Ｂの下側筒部１５に固定され、インナーレース３６Ｂがロータ４０の回転螺合筒４２の下端部に固定されている。なお、具体的には、アウターレース３６Ａが下側筒部１５のベアリング受容部１５Ｙに嵌合されている。また、ロータ４０における回転螺合筒４２の外壁のうち下端部が段付き状に縮径した段差部４２Ｅになっていて、その段差部４２Ｅにインナーレース３６Ｂが嵌合されている。

蓋体２３と上側ボールベアリング３５のインナーレース３５Ｂとの間には、ガタ防止用のウェーブワッシャ３７が配されている。これにより、ロータ４０は、径方向及び軸方向において位置決めされた状態でステータ１１に対して回転する。

また、電動弁１０には、ロータ４０の回転量を規制するために、以下に説明する部品が備えられている。即ち、図１に示すように、バルブボディ１１Ｂには、蓋体２３から下方に垂下したガイドシャフト３０が備えられている。このガイドシャフト３０には、螺旋ガイド３１が固定されている。螺旋ガイド３１は、ガイドシャフト３０の下端部に線材を螺旋状に巻回してなる。

螺旋ガイド３１にはストッパリング３２が係合している。ストッパリング３２は、螺旋ガイド３１のうち軸方向で隣り合った線材同士の隙間の一部に収まったリング状をなしかつ側方にストッパアーム３２Ａを張り出して備えている。また、ロータ４０の回転螺合筒４２の内面には、雌螺子部４２Ｎより上方で上下方向に延びかつストッパアーム３２Ａを挟むようにして配されたリング当接部４２Ｓ（図１には、奥側のリング当接部４２Ｓのみが示されている）が形成されている。ロータ４０が回転すると、ストッパリング３２がリング当接部４２Ｓに押され、螺旋ガイド３１に対して相対回転して上下動し、螺旋ガイド３１の上端部又は下端部まで移動したときに回動不能となる。これにより、ロータ４０の回転量が規制される。

図１に示すように、ロータ４０のうち回転螺合筒４２には下端寄り位置の内側に雌螺子部４２Ｎが形成されていて、この雌螺子部４２Ｎに、直動シャフト５０が螺合している。直動シャフト５０は、上端部にロータ４０の雌螺子部４２Ｎに螺合する雄螺子部５０Ｎ（本発明の「螺合部」に相当する）を有する一方、下端部に弁口１８を開閉する弁体６０を有している。弁体６０は、先端部に向かって縮径した円錐台形状をなし、図１に示すように、上方から弁口１８内に進入し、弁座１９に当接することで、弁口１８を閉塞して、流動を規制する。そして、図２に示すように、弁体６０が上方に移動し、弁口１８を開放することで、第１流路Ｒ１と第２流路Ｒ２との間の流動が可能となる。

直動シャフト５０は、下側筒部１５に対して直動可能かつ回転不能に支持されていて、ロータ４０の回転に従い、回転螺合筒４２との螺合により上下方向に直動する。以下に、直動シャフト５０の支持機構について、詳細を説明する。

図１及び図３に示すように、直動シャフト５０のうち、雄螺子部５０Ｎと弁体６０との間には、断面Ｄ字状の摺動軸部５０Ｂ（本発明の「非円形軸部」に相当する）と、断面円形の円形軸部５０Ｇと、が上下に並んで形成されている。これら摺動軸部５０Ｂ及び円形軸部５０Ｇは、図４に示すように、バルブボディ１１Ｂに設けられた受容筒体２５に受容されている。受容筒体２５は、下側筒部１５のうち弁体直動部１５Ｘの上端部に形成され、弁体直動部１５Ｘより内径の大きい受容部１５Ｇに取り付けられている。受容部１５Ｇには、その周辺部に２本の連通孔１５Ｈが形成され（図３参照）、さらに、受容筒体２５の下端部の外面と下側筒部１５の内面（詳細には、弁体直動部１５Ｘの内面）との間には隙間Ｓが設けられている。これにより、受容筒体２５により隔てられる上下の空間の圧力、即ち、バルブボディ１１Ｂ内の空間のうち弁体６０が上下動する部分の圧力とステッピングモータ２０内部の圧力とが略均一になっている。

受容筒体２５は、円筒状をなした筒本体部２６を有している。筒本体部２６は、内部が断面円形の円形孔２６Ｅになっていて、その内径は直動シャフト５０の円形軸部５０Ｇの外径より僅かに大きくなっている。また、筒本体部２６の上端には、円形孔２６Ｅの開口縁から内側に張り出した張出部２６Ａが設けられていて、その中央には、摺動軸部５０Ｂに対応したＤ字状のシャフト受容孔２６Ｄ（本発明の「非円形孔」に相当する）が形成されている。図４及び図５に示すように、シャフト受容孔２６Ｄは、直動シャフト５０の直動範囲において、摺動軸部５０Ｂとのみ当接し、直動シャフト５０の回転を規制する。

図６に示すように、筒本体部２６の下端部には、外縁部から下方へ突出した環状突壁２６Ｃ（本発明の「突壁」に相当する）が形成されている。そして、この環状突壁２６Ｃの内側に、直動軸受２７が受容された状態で、環状突壁２６Ｃの先端部２６Ｕが内側に倒されるようにカシメられて、直動軸受２７が筒本体部２６に回転不可能に固定されている。

直動軸受２７は、筒本体部２６と同様に円筒状をなし、その内径は直動シャフト５０の円形軸部５０Ｇの外径より大きく、筒本体部２６の円形孔２６Ｅの内径より小さくなっている。図４及び図５に示すように、直動軸受２７は、直動シャフト５０の直動範囲において、円形軸部５０Ｇとのみ摺接して、直動シャフト５０の直動を支持する。

ここで、本実施形態の電動弁１０では、受容筒体２５に、直動シャフト５０における円形軸部５０Ｇの外周面５０Ｍに当接するテフロンシート２８（本発明の「弾性部材」に相当する）が備えられている。

テフロンシート２８は、円環板状をなし、その内径が直動シャフト５０の円形軸部５０Ｇの外径よりも小さくなっている。テフロンシート２８は、筒本体部２６に直動軸受２７を組み付ける際に、同時に組み付けられて、外縁部が筒本体部２６と直動軸受２７との間に挟持されている。詳細には、テフロンシート２８は、筒本体部２６に環状突壁２６Ｃの先端部２６Ｕ側から挿入されて、筒本体部２６の環状突壁２６Ｃが突出した下端面２６Ｈに配された状態で、直動軸受２７の上端面２７Ｈとの間に挟持される。このとき、テフロンシート２８は、環状突壁２６Ｃによって径方向の移動が規制されているので、位置ズレし難くなっている。また、筒本体部２６の下端面２６Ｈと直動軸受２７の上端面２７Ｈとは共に、内側に向かうにつれて上方へ傾斜したテーパー状となっていて、テフロンシート２８の内縁部が直動軸受２７の内面より内側に張り出して上方へ向かって傾斜した状態となる。そして、受容筒体２５に直動軸受２７側から直動シャフト５０を挿通すると、テフロンシート２８が、図６に示すように、直動軸受２７を向く側の面２８Ａの内縁部が直動シャフト５０の円形軸部５０Ｇの外周面Ｍと当接すると共に、筒本体部２６を向く側の面２８Ｂの内縁部が筒本体部２６の円形孔２６Ｅの内面と当接した状態となる。これにより、直動シャフト５０の円形軸部５０Ｇがテフロンシート２８を介して受容筒体２５に保持された状態となる。

本実施形態の構成は以上である。次に、本実施形態の作用効果について説明する。本実施形態の電動弁１０は、例えば、ボディ１００（図１参照）に組み付けられている。そして、ステータ側界磁部１３の励磁を受けてロータ４０が回転することにより、ロータ４０の回転螺合筒４２との螺合により弁体６０を有する直動シャフト５０が直動し、弁開度が変更されて、第１流路Ｒ１と第２流路Ｒ２との間を流れる冷媒の流量が変更される。

ここで、本実施形態の電動弁１０では、バルブボディ１１Ｂに、直動シャフト５０の外周面５０Ｍに当接するテフロンシート２８が備えられているので、直動シャフト５０が径方向でがたつくことを防ぐことができ、振動音を低減することができる。

また、ステータ１１とロータ４０との間にベアリング３５，３６が配されているので、ロータ４０が径方向でがたつくことも防がれ、振動音がより低減される。さらに、ベアリング３５，３６のガタを防止するためのウェーブワッシャ３７によって、ロータ４０が軸方向においても位置決めされるため、ロータ４０が軸方向でがたつくことが防がれ、振動音がより低減される。

また、テフロンシート２８が、直動シャフト５０のうち、断面Ｄ字状の摺動軸部５０Ｂに当接する構成とすると、テフロンシート２８がＤ字の角に摺接して摩耗してしまうことが考えられるが、本実施形態では、テフロンシート２８が断面円形状の円形軸部５０Ｇに当接するように構成されているので、テフロンシート２８の摩耗も防がれる。

また、テフロンシート２８が、直動シャフト５０の回り止めと直動支持とを行うための受容筒体２５に取り付けられているので、受容筒体２５と、テフロンシート２８を固定するための部材とを別個に設ける構成よりも、部品点数の削減が図られる。さらに、テフロンシート２８は、筒本体部２６に直動軸受２７を取り付ける際に同時に取り付けられるので、作業時間の短縮が図られる。しかも、受容筒体２５を下側筒部１５と別部品にすることにより、電動弁１０の組み付けが容易となると考えられる。

［他の実施形態］
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）上記実施形態では、ロータ４０の回転螺合筒４２が、上側のベアリング３５では、アウターレース３５Ａに固定され、下側のベアリング３６では、インナーレース３６Ｂに固定されていたが、逆であってもよいし、図７に示すように、両方ともアウターレース３５Ａ，３６Ａに固定されていてもよいし、両方ともインナーレース３５Ｂ，３６Ｂに固定されていてもよい。

（２）上記実施形態では、テフロンシート２８が、直動シャフト５０における円形軸部５０Ｇの外周面５０Ｍの全周に当接する構成であったが、図８（Ａ）に示すように、テフロンシート２８の内縁が波状をなし、断続的に直動シャフト５０の外周面５０Ｍに当接する構成であってもよい。また、図８（Ｂ）に示すように、直動軸受２７の上端面２７Ｈの開口縁に、例えば、半球状の受容凹部２７Ｊを設け、その受容凹部２７Ｊにエラストマー製の球体２８Ｂ（本発明の「弾性部材」に相当する）を配置した構成であってもよい。なお、受容凹部２７Ｊ及び球体２８Ｂは、２か所であってもよいが、図８（Ｂ）に示すように、直動シャフト５０の周方向に均等に３か所、設ける構成の方が好ましい。また、上記例の場合、連通孔１５Ｈ及び隙間Ｓが形成されていなくても、受容筒体２５により隔てられる上下の空間の圧力が略均一になる。

（３）上記実施形態では、ロータ４０の径方向の動きがベアリング３５，３６により規制されていたが、例えば、図９に示すように、ロータ４０の下端部と下側筒体１５とが互いに当接する部分をテーパー状とし、それらテーパーによりロータ４０の径方向の動きを規制する構成であってもよい。なお、図９では、ロータ４０の下端部及び下側筒体１５をテーパー状とし、ロータ４０の上端部と蓋体２３との間にベアリング３５を備えた例を示したが、これとは逆に、ロータ４０の下端部と下側筒体１５との間にベアリング３６を備え、ロータ４０の上端部及び蓋体２３をテーパー状としてもよいし、ロータ４０の下端部及び下側筒体１５と、ロータ４０の上端部と蓋体２３との両方をテーパー状としてもよい。

（４）上記実施形態では、弁体６０が弁口１８よりもステッピングモータ２０側に配され、弁口１８に対して上方から当接する構成であったが、弁体６０が、弁口１８を挟んでステッピングモータ２０と反対側に配され、弁口１８に対して下方から当接する構成であってもよい。

（５）上記実施形態では、直動シャフト５０における摺動軸部５０Ｂと円形軸部５０Ｇとが雄螺子部５０Ｎと弁体６０との間に配されると共に、受容筒体２５が弁口１８とロータ４０との間に配されていたが、摺動軸部５０Ｂと円形軸部５０Ｇとが雄螺子部５０Ｎの上方に配され、受容筒体２５がロータ４０の上方に配される構成であってもよい。

（６）上記実施形態では、直動シャフト５０において、上側に摺動軸部５０Ｂが配され、下側に円形軸部５０Ｇが配されていたが、逆であってもよい。即ち、図１０に示すように、上から、雄螺子部５０Ｎ、円形軸部５０Ｇ、摺動軸部５０Ｂ、弁体６０の順で配置されていてもよい。この場合、受容筒体２５は、摺動軸部５０Ｂと当接するシャフト受容孔２６Ｄが下側に配置され、円形軸部５０Ｇと摺接又は当接する直動軸受２７及びテフロンシート２８が上側に配置された構成となる。

（７）上記実施形態では、テフロンシート２８が内側に向かうにつれて上方に傾斜していたが、テフロンシート２８が内側に向かうにつれて下方に傾斜した構成であってもよい。また、テフロンシート２８の内周面が直動シャフト５０における円形軸部５０Ｇの外周面５０Ｍに当接する構成であってもよい。

（８）上記実施形態では、環状突壁２６Ｃの先端部２６Ｕが内側に倒されるようにカシメられることにより直動軸受２７が筒本体部２６に保持されていたが、直動軸受２７が環状突壁２６Ｃ内に圧入された構成であってもよい。

１０電動弁
１１ステータ
１１Ｂバルブボディ
１８弁口
２０ステッピングモータ（モータ）
２５受容筒体
２６筒本体部
２６Ｄシャフト受容孔（非円形孔）
２７直動軸受
２８テフロンシート（弾性部材）
４０ロータ
５０直動シャフト
５０Ｂ摺動軸部（非円形軸部）
５０Ｇ円形軸部
５０Ｍ外周面
６０弁体

Claims

モータと、
前記モータの動力を受けて直動し、バルブボディの一端に形成されている弁口を開閉する弁体を有する直動シャフトと、
前記バルブボディに設けられ、前記直動シャフトの外周面に当接して前記直動シャフトの径方向の動きを規制する弾性部材と、
前記直動シャフトに設けられ、前記バルブボディに形成された非円形孔と遊嵌して、前記直動シャフトを回転不能とする断面非円形の非円形軸部と、
前記バルブボディに設けられ、前記非円形孔を有し、前記直動シャフトを受容する受容筒体と、を備え
前記受容筒体は、前記非円形孔を一端側に有する筒本体部と、前記筒本体部の他端側に取り付けられた直動軸受と、を有し、
前記弾性部材は、円環状のシートからなり、その外縁部が前記筒本体部と前記直動軸受との間に挟持されている電動弁。
前記バルブボディに対して、回転軸方向で位置決めされた状態で回転すると共に、前記直動シャフトと螺合する前記モータのロータと、
前記直動シャフトに設けられた断面円形の円形軸部と、を備え、
前記直動シャフトは、前記弾性部材が前記円形軸部に当接する範囲でのみ直動する請求項１に記載の電動弁。
前記非円形軸部と前記円形軸部とは、前記直動シャフトのうち、前記弁体と、前記ロータに螺合する螺合部との間に並べて配され、
前記受容筒体は、前記バルブボディのうち前記弁口と前記ロータとの間に配され、
前記弾性部材は、前記受容筒体に取り付けられている請求項２に記載の電動弁。
前記筒本体部の前記他端側の外周縁から突出し、内側に前記直動軸受を回転不能に保持する突壁を有する請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載の電動弁。