JP6791508B2 - 電動弁 - Google Patents

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Description

本発明は、電動弁に関する。
従来の電動弁の一例が特許文献1に開示されている。この電動弁101は、図4に示すように、弁本体110と、この弁本体110の筒状基台112に固着されたキャン118と、を有している。弁本体110およびキャン118の内側に、筒状基台112に固定された支持部材120と、支持部材120により昇降可能に支持される弁体130と、が配置されている。
支持部材120は、筒状保持部材121を有している。筒状保持部材121の内側には、上端部がかしめ固定された金属製の軸受部材122が配置されている。軸受部材122は、その内周面に設けられた雌ねじ124aに金属製の回転昇降軸164の雄ねじ165aが螺合されている。回転昇降軸164は、キャン118の内外に設けられたステータ142、ロータ143および減速歯車機構150を有する電動の回転駆動部によって回転され、雌ねじ124aに螺合した雄ねじ165aを回転させるねじ送り機構によって上下方向に移動する。これにより、回転昇降軸164に接続された弁体130も上下方向に移動して、弁座部材113設けられた弁口113cが開閉される。
特開2015−94372号公報
上記電動弁101は、軸受部材122に回転昇降軸164が螺合されているところ、これらは互いに金属製であることから、滑らかに回転させるためにねじ部分へのグリス等の潤滑剤の注入が必要となる。また、経年使用により潤滑剤が減少すると摺動抵抗が増大するおそれがある。
そこで、本発明は、ねじ部分への潤滑剤の注入を不要とした電動弁を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る電動弁は、弁室が設けられた弁本体と、前記弁室内で弁座に対向して配置された弁体と、前記弁体を前記弁座に接離するように移動させる弁体駆動部と、を有し、前記弁体駆動部は、前記弁本体に固定され、金属製の外側筒部と内周面に雌ねじが設けられた樹脂製の内側筒部とを一体に有する軸受部材と、前記弁体に接続され、前記雌ねじに螺合される雄ねじが設けられた金属製の回転昇降軸と、を有していることを特徴とする。
本発明によれば、弁体駆動部が、弁本体に固定され、金属製の外側筒部と内周面に雌ねじが設けられた樹脂製の内側筒部とを一体に有する軸受部材を有している。そして、弁体駆動部が、弁体に接続されるとともに、軸受部材の雌ねじに螺合される雄ねじが設けられた金属製の回転昇降軸を有している。このようにしたことから、回転昇降軸が回転されるとねじ送り作用によって回転昇降軸が軸方向に移動するので、回転昇降軸に接続された弁体も移動する。そして、軸受部材の内側筒部が樹脂製であるので、樹脂が備える自己潤滑性により潤滑剤を注入することなく回転昇降軸の滑らかな回転を確保することができる。
本発明において、前記軸受部材は、前記外側筒部と前記内側筒部とがインサート成形により一体に構成されている。このようにすることで、軸受部材の外側筒部と内側筒部とを容易かつ強固に一体化することができる。
本発明において、前記内側筒部が、前記外側筒部より長い筒状に形成されているとともに、前記外側筒部から前記弁座側に突出された一方の端部の外周面に1または複数の平坦面が設けられ、当該一方の端部の内周面に前記雌ねじが設けられ、前記内側筒部の他方の端部の内側には、前記回転昇降軸を回転させる出力軸が配置されている。このようにすることで、インサート成形の際、内側筒部の雌ねじに対応する雄ねじ形状の金型部分を回し抜くときに、平坦面をチャック治具により掴むことで、軸受部材が回転してしまうことを抑制できる。
本発明において、前記弁体駆動部が、有底筒状に形成され、底部に前記出力軸が固着された出力歯車を有する遊星歯車機構を有し、前記出力歯車の前記底部が、前記内側筒部の前記他方の端部と接して配置されていることが好ましい。
本発明において、前記電動弁は、開弁ばねと、前記開弁ばねによって前記弁座から離れる方向に押されるばね受け体と、前記弁体に固定された推力伝達部材と、をさらに有し、前記推力伝達部材が、前記回転昇降軸が前記弁座に近づく方向に移動すると、前記回転昇降軸に押されて前記ばね受け体とともに前記弁座に近づく方向に移動し、前記回転昇降軸が前記弁座から離れる方向に移動すると、前記ばね受け体に引っ張られて前記弁座から離れる方向に移動し、前記内側筒部の前記一方の端部が、円筒状に形成されており、前記ばね受け体が、前記内側筒部の前記一方の端部が摺動可能に挿入される円筒部を有していることが好ましい。
本発明において、前記平坦面が、前記外周面において前記ばね受け体の移動方向全体にわたって延在していることが好ましい。
本発明において、前記弁本体に固定された筒状保持部材をさらに有し、前記筒状保持部材における前記弁座に近い端部に前記弁体が移動可能に挿入され、前記筒状保持部材における前記弁座から遠い端部に前記軸受部材の前記外側筒部がかしめにより固定されていることが好ましい。
本発明によれば、軸受部材と回転昇降軸とのねじ部分への潤滑剤の注入を不要とすることができる。
本発明の一実施形態に係る電動弁の縦断面図である。 図1の電動弁が有する軸受部材を示す図である。 図1の電動弁が有する遊星歯車機構の固定リング歯車およびギヤケースを示す図である。 従来の電動弁の縦断面図である。
以下、本発明の一実施形態に係る流路切換弁の構成について、図1〜図3を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る電動弁の縦断面図(軸線Lに沿う断面図)である。図2は、図1の電動弁が有する軸受部材を示し、図2(a)は斜視図であり、図2(b)は縦断面図である。図3は、図1の電動弁が有する遊星歯車機構の固定リング歯車およびギヤケースを示し、図3(a)〜(c)は、順に平面図、正面図および縦断面図である。なお、本明細書において、「上下左右」は各図において各部材の相対的な位置関係を示すために用いており、絶対的な位置関係を示すものではない。
本実施形態の電動弁1は、例えばヒートポンプ式冷暖房システム等において膨張弁として使用され、流体(冷媒)が双方向(第1流れ方向とその逆の第2流れ方向)に流動する双方向流通型の電動弁である。
電動弁1は、弁本体10と、キャン18と、支持部材20と、弁体30と、弁体駆動部40と、を有している。
弁本体10は、筒状基体11と、筒状基台12と、弁座部材13と、を有している。
筒状基体11は、周壁部11aおよび底壁部11bを有する円筒状に形成されている。筒状基体11は、その内部に弁室14が設けられている。周壁部11aには、弁室14に通じる第1開口11cが設けられている。底壁部11bには、弁室14に通じる第2開口11dが設けられている。
筒状基台12は、上方に向かって縮径する段付きの略円筒状に形成されている。筒状基台12の下端部は、筒状基体11の上方開口部に取り付けられている。筒状基台12の上端部は、後述するキャン18の下方開口部に取り付けられている。
弁座部材13は、略円筒状に形成されている。弁座部材13は、弁室14に収容されており、筒状基体11の底壁部11bに第2開口11dと同軸に重なるようにして固着されている。弁座部材13の上端部は、外縁から内縁に向かうにしたがって下方に向かう傾斜面13aが設けられている。傾斜面13aの内縁近傍は、後述する弁体30が接する弁座13bとなる。弁座13bは、弁室14に開口する弁口13cを囲んでいる。
筒状基体11の周壁部11aの第1開口11cには、側方に延びる第1導管継手15が取り付けられる。また、弁座部材13の下端部には、筒状基体11の底壁部11bの第2開口11dを通って下方に延びる第2導管継手16が取り付けられる。第1導管継手15は弁室14に通じ、第2導管継手16は弁口13cに通じている。
キャン18は、周壁部18aと天井部18bとを有する円筒状に形成されている。キャン18の下方開口部は、筒状基台12の上端部に溶接等により接合されている。
支持部材20は、筒状保持部材21を有している。
筒状保持部材21は、略円筒状に形成されている。筒状保持部材21は、弁本体10の筒状基台12の内側に圧入等により固定されている。筒状保持部材21は、弁座部材13と同軸でかつ上下方向に間隔をあけて対向している。筒状保持部材21の内周面の中間部には、隔壁21aが設けられている。また、筒状保持部材21には、後述するばね室28となる隔壁21aより上部の空間とキャン18の内部を連通する連通孔21bが設けられている。筒状保持部材21の内側には、後述する昇降駆動部60が有する軸受部材22が配置されている。
図2に示すように、軸受部材22は、外側筒部としての金属製の外側円筒部23と、内側筒部としての樹脂製の内側円筒部24と、を一体に有している。
本実施形態において、軸受部材22はインサート成形により作製される。すなわち、成形に用いる金型のキャビティ内にインサート品である外側円筒部23を配置しておき、当該キャビティに溶融樹脂材料を射出することにより、外側円筒部23と内側円筒部24とが一体化した軸受部材22を得る。なお、軸受部材22は、インサート成形以外にも、外側円筒部23と内側円筒部24とを別々に作製したのち互いに組み付けるようにしてもよい。
外側円筒部23は、例えば、真ちゅうなどの金属製であり、円筒状の胴部23aと、胴部23aの上端に設けられたフランジ部23bと、を有している。胴部23aには貫通孔23cが設けられている。インサート成形により貫通孔23cに樹脂が進入することで、外側円筒部23に対する内側円筒部24の回り止めとして機能する。フランジ部23bの外周面には、金型内での位置決めのための平坦面23dが設けられている。フランジ部23bは、筒状保持部材21の上端部にかしめにより固定される。外側円筒部23は、かしめによる変形を抑制するため金属製であることが好ましい。外側円筒部23が弁本体10に固定された筒状保持部材21にかしめにより固定され、すなわち、軸受部材22が弁本体10に固定される。外側円筒部23は筒状保持部材21に圧入により固定されていてもよい。
内側円筒部24は、例えば、ポリフェニレンサルファイド(PPS)などの樹脂製であり、外側円筒部23より細長い円筒状に形成されている。内側円筒部24は、外側円筒部23と同軸に配置されている。内側円筒部24の内周面の略下半分には、雌ねじ24aが設けられている。内側円筒部24における一方の端部である下端部24bは、外側円筒部23の下端面から上下方向(弁体の昇降方向)のうち下方向へ突出している。内側円筒部24の下端部24bの外周面には、複数の平坦面24cが設けられている。
複数の平坦面24cは、インサート成形の際、内側円筒部24の雌ねじ24aに対応する雄ねじ形状の金型部分を回し抜くときに軸受部材22が回転しないようにチャック治具により掴まれる部分である。本実施形態において、複数の平坦面24cは周方向に120度間隔で3つ設けられている。複数の平坦面24cは、周方向に等間隔に設けられていることが好ましい。内側円筒部24の下端部24bは、四角筒状や六角筒状などの多角形筒状に形成されていてもよく、これら多角形筒状も外周面に複数の平坦面を有する構成に含まれる。なお、内側円筒部24の下端部24bの外周面に平坦面24cを一つ形成し、断面D字状としてもよい。
弁体30は、円筒状に形成されている。弁体30は、筒状保持部材21の下部に上下方向に移動可能に挿入されていることにより、支持部材20に弁座部材13と対向するように支持されている。具体的には、弁体30は、弁座部材13と同軸でかつ下端部30aが弁座部材13の弁座13bと対向するように配置されている。弁体30の上端面30bには、円環板状の押さえ部材31が重ねられている。弁体30と押さえ部材31とによって形成された溝部30cには、弁体30と筒状保持部材21との間の隙間を封止するOリング32が設けられている。
弁体駆動部40は、弁体30を上下方向に移動(昇降)させることにより、弁体30を弁座部材13に接離するように移動させる。弁体駆動部40は、回転駆動部41と、昇降駆動部60と、を有している。
回転駆動部41は、キャン18の外側に配置されたステータ42と、キャン18の内側に回転可能に収容されたロータ43と、ロータ43の回転を減速する遊星歯車機構50と、を有している。ステータ42とロータ43とは電動モーターを構成している。回転駆動部41は、ロータ43の回転駆動力を遊星歯車機構50で減速して昇降駆動部60に与える。
遊星歯車機構50は、ロータ43の内側に配置されており、太陽歯車51と、固定リング歯車52と、遊星歯車53と、キャリア54と、出力歯車55と、出力軸56と、ギヤケース57と、を有している。太陽歯車51は、ロータ軸44に取り付けられたロータ支持部材45に一体に設けられている。固定リング歯車52は、支持部材20の筒状保持部材21の上部に固着された円筒状のギヤケース57の上端に固定されている。遊星歯車53は、太陽歯車51と固定リング歯車52との間に配置されてそれぞれに噛み合っている。キャリア54は、遊星歯車53を回転自在に支持する。出力歯車55は、遊星歯車53に外側から歯合する有底筒状に形成されている。出力軸56は、出力歯車55の底部に形成された孔にその上部が圧入等によって固着されている。
図3に示すように、本実施形態において、固定リング歯車52は、インサート成形によって金属製のギヤケース57と一体化されている。ギヤケース57の上端部には切り欠き57aが設けられている。インサート成形によりギヤケース57の切り欠き57aに樹脂が進入して、固定リング歯車52の外周部が切り欠き57aと嵌まり合うことにより、固定リング歯車52は、ギヤケース57に対して回転方向および軸方向(上下方向)への移動が規制される。なお、本実施形態において、固定リング歯車52は、ギヤケース57の上端から上方にはみ出して配置されているが、ギヤケースの上端からはみ出すことなく、ギヤケース57の内側に収まるように配置されていてもよい。また、上述した軸受部材22のように、ギヤケース57に貫通孔を設け、この貫通孔に樹脂を進入させて回転方向および軸方向(上下方向)への移動を規制するようにしてもよい。
昇降駆動部60は、ばね受け体61と、弁開ばね62と、推力伝達部材63と、回転昇降軸64と、上述した軸受部材22と、を有している。
ばね受け体61は、円筒部61aと、円筒部61aの上端に設けられ、外側に突出する上端側引っかけ部61bと、円筒部61aの下端に設けられ、内側に突出する下端側引っかけ部61cと、を有している。円筒部61aは、内径が軸受部材22の内側円筒部24の下端部24bの外径と同一または若干大きくなるように形成されている。ばね受け体61は、筒状保持部材21の隔壁21aと軸受部材22との間に設けられたばね室28に収容されている。円筒部61aには、内側円筒部24の下端部24bが上下方向に移動可能に挿入されている。
開弁ばね62は、らせん状のコイルばねである。開弁ばね62は、ばね室28において、筒状保持部材21の隔壁21aとばね受け体61の上端側引っかけ部61bとの間に圧縮状態で挟まれている。これにより、開弁ばね62は、ばね受け体61に対して上方に押し上げる力を与えている。
推力伝達部材63は、全体が略円筒状に形成されており、上から順に大径部63aと、中径部63bと、小径部63cと、を一体に有している。推力伝達部材63は、筒状保持部材21の隔壁21aに設けられた貫通孔21cに挿通されている。大径部63aは、ばね受け体61の下端側引っかけ部61cに引っかけられている。推力伝達部材63は、小径部63cが弁体30の上端面30bに開口した孔部30dに圧入等により固定されており、中径部63bと小径部63cとの段部によって押さえ部材31が弁体30に押しつけられている。
回転昇降軸64は、例えば、ステンレスなどの金属製であり、円柱部65と、円柱部65の上端面に連なる平板部66と、を一体に有している。円柱部65の外周面には、雄ねじ65aが設けられている。雄ねじ65aは、軸受部材22の雌ねじ24aに螺合する。平板部66は、回転駆動部41の出力軸56に設けられたスリット56aに上下方向に移動可能に挿入されている。回転昇降軸64は、出力軸56の回転に伴って回転され、ねじ作用によって上下方向に移動する。回転昇降軸64は、ボール67、ボール受け座68および推力伝達部材63を介して弁体30に接続されている。これにより、回転昇降軸64が下方に移動することにより、弁体30が押し下げられる。
本実施形態において、弁座部材13、軸受部材22、弁体30、ロータ軸44、出力軸56および回転昇降軸64のそれぞれの軸心は、軸線Lに一致する。換言すると、これらは全て同軸に配置される。
次に、本実施形態の電動弁1の動作の一例を説明する。
電動弁1は、ステータ42に電流を流すことによりロータ43に回転力が生じる。ロータ43の回転力は、遊星歯車機構50で減速されて出力軸56から回転昇降軸64に伝達されて、回転昇降軸64が回転される。回転昇降軸64は、軸受部材22とのねじ送り作用により回転方向に応じて上下に移動(昇降)する。
回転昇降軸64が下方に移動すると、推力伝達部材63が押されて下方に移動する。これにより、推力伝達部材63とともに弁体30が下方に移動し、弁体30の下端部30aが弁座部材13の弁座13bに接して弁口13cが閉じられる。このとき、弁開ばね62は圧縮状態となる。
また、回転昇降軸64が上方に移動すると、圧縮状態の弁開ばね62が復元してばね受け体61が上方に押し上げられて移動し、ばね受け体61の下端側引っかけ部61cに引っかけられている推力伝達部材63が上方に引っ張られて移動する。これにより、推力伝達部材63とともに弁体30が上方に移動し、弁体30の下端部30aが弁座部材13の弁座13bから離れて弁口13cが開かれる。
金属製の回転昇降軸64はPPSなどの樹脂製の内側円筒部24に螺合されている。これにより、樹脂が備える自己潤滑性により潤滑剤を注入することなく滑らかな回転を確保することができる。また、軸受部材22の下端部24bの外周面には複数の平坦面24cが設けられていることから、この平坦面24cとばね受け体61の円筒部61aとに隙間Sが形成される。そのため、この隙間Sを流体が通ることにより、回転昇降軸64が上方に移動したときに、ばね受け体61を回転昇降軸64の上昇に速やかに追従させることができる。
以上より、本実施形態の電動弁1によれば、弁体駆動部40が、弁本体10に固定され、金属製の外側円筒部23と内周面に雌ねじ24aが設けられた樹脂製の内側円筒部24とを一体に有する軸受部材22を有している。そして、弁体駆動部40が、弁体30に接続されるとともに、軸受部材22の雌ねじ24aに螺合される雄ねじ65aが設けられた金属製の回転昇降軸64を有している。このようにしたことから、回転昇降軸64が回転されるとねじ作用によって回転昇降軸64が軸方向に移動するので、回転昇降軸64に接続された弁体30も移動する。そして、軸受部材22の内側円筒部24が樹脂製であるので、樹脂が備える自己潤滑性により潤滑剤を注入することなく回転昇降軸64の滑らかな回転を確保することができる。
また、軸受部材22は、外側円筒部23と内側円筒部24とがインサート成形により一体に構成されている。このようにすることで、軸受部材22の外側円筒部23と内側円筒部24とを容易かつ強固に一体化することができる。
また、内側円筒部24が、外側円筒部23より長い円筒状に形成されているとともに、外側円筒部23の下端面から突出された内側円筒部24の下端部24bの外周面に複数の平坦面24cが設けられている。このようにすることで、インサート成形の際、内側円筒部24の雌ねじ24aに対応する雄ねじ形状の金型部分を回し抜くときに、複数の平坦面24cをチャック治具により掴むことで、軸受部材22が回転してしまうことを抑制できる。
上記に本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。前述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の趣旨に反しない限り、本発明の範囲に含まれる。
1…電動弁、10…弁本体、11…筒状基体、11a…周壁部、11b…底壁部、11c…第1開口、11d…第2開口、12…筒状基台、13…弁座部材、13a…傾斜面、13b…弁座、13c…弁口、14…弁室、15…第1導管継手、16…第2導管継手、18…キャン、18a…周壁部、18b…天井部、20…支持部材、21…筒状保持部材、21a…隔壁、21b…連通孔、21c…貫通孔、22…軸受部材、23…外側円筒部、23a…胴部、23b…フランジ部、23c…貫通孔、23d…平坦面、24…内側円筒部、24a…雌ねじ、24b…下端部、24c…平坦面、28…ばね室、30…弁体、30a…下端部、30b…上端面、30c…溝部、30d…孔部、31…押さえ部材、32…Oリング、40…弁体駆動部、41…回転駆動部、42…ステータ、43…ロータ、44…ロータ軸、45…ロータ支持部材、50…遊星歯車機構、51…太陽歯車、52…固定リング歯車、53…遊星歯車、54…キャリア、55…出力歯車、56…出力軸、56a…スリット、57…ギヤケース、57a…切り欠き、60…昇降駆動部、61…ばね受け体、61a…円筒部、61b…上端側引っかけ部、61c…下端側引っかけ部、62…弁開ばね、63…推力伝達部材、63a…大径部、63b…中径部、63c…小径部、64…回転昇降軸、65…円柱部、65a…雄ねじ、66…平板部、67…ボール、68…ボール受け座、L…軸線

Claims (5)

  1. 弁室が設けられた弁本体と、前記弁室内で弁座に対向して配置された弁体と、前記弁体を前記弁座に接離するように移動させる弁体駆動部と、を有し、
    前記弁体駆動部は、
    前記弁本体に固定され、金属製の外側筒部と内周面に雌ねじが設けられた樹脂製の内側筒部とを一体に有する軸受部材と、
    前記弁体に接続され、前記雌ねじに螺合される雄ねじが設けられた金属製の回転昇降軸と、を有し、
    前記軸受部材は、前記外側筒部と前記内側筒部とがインサート成形により一体に構成され、
    前記内側筒部が、前記外側筒部より長い筒状に形成されているとともに、前記外側筒部から前記弁座側に突出された一方の端部の外周面に平坦面が設けられ
    前記内側筒部の一方の端部の内周面には、前記雌ねじが設けられ、
    前記内側筒部の他方の端部の内側には、前記回転昇降軸を回転させる出力軸が配置されている
    ことを特徴とする電動弁。
  2. 前記弁体駆動部が、有底筒状に形成され、底部に前記出力軸が固着された出力歯車を有する遊星歯車機構を有し、
    前記出力歯車の前記底部が、前記内側筒部の前記他方の端部と接して配置されている、請求項1に記載の電動弁。
  3. 開弁ばねと、
    前記開弁ばねによって前記弁座から離れる方向に押されるばね受け体と、
    前記弁体に固定された推力伝達部材と、をさらに有し、
    前記推力伝達部材が、前記回転昇降軸が前記弁座に近づく方向に移動すると、前記回転昇降軸に押されて前記ばね受け体とともに前記弁座に近づく方向に移動し、前記回転昇降軸が前記弁座から離れる方向に移動すると、前記ばね受け体に引っ張られて前記弁座から離れる方向に移動し、
    前記内側筒部の前記一方の端部が、円筒状に形成されており、
    前記ばね受け体が、前記内側筒部の前記一方の端部が摺動可能に挿入される円筒部を有している、請求項1または請求項2に記載の電動弁。
  4. 前記平坦面が、前記外周面において前記ばね受け体の移動方向全体にわたって延在している、請求項3に記載の電動弁。
  5. 前記弁本体に固定された筒状保持部材をさらに有し、
    前記筒状保持部材における前記弁座に近い端部に前記弁体が移動可能に挿入され、
    前記筒状保持部材における前記弁座から遠い端部に前記軸受部材の前記外側筒部がかしめにより固定されている、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の電動弁。
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