JP7154115B2 - 電動弁用ステータ及び電動弁 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機等の冷凍サイクルシステムなどに使用する電動弁用ステータ及びそれを備えた電動弁に関する。

従来、この種の電動弁として、ステッピングモータ等のモータ部のマグネットロータの回転により弁本体内の弁部材を作動させるものがある。このような電動弁では流体の流路を密閉する必要があり、弁本体と共に密閉構造をなす円筒形状のキャン内に、モータ部のマグネットロータを収容している。そして、モータ部のステータはキャンの外周に配置する構造となっている。例えば特開２０１５－１０６５９号公報（特許文献１）に同様な電動弁が開示されている。

特開２０１５－１０６５９号公報 特開２０１７－１５１０４号公報

近年、空気調和機の室外機の省スペース化が盛んであり、また、省エネ性の向上も重要視されており、室外機内の配管形状なども多様化して複雑になっている。このように複雑に配管された室外機内はスペースが狭いため、弁装置の形状に制約がある。特許文献１のものでは、ステータを固定するためのブラケットがステータの軸線回りの全周に設けられ、その分だけステータの外周が大きくなっている。また、ブラケットがコイル（巻線）に接近している部分（特許文献１の図１、図３の引掛け部３８等）があるため、コイル（巻線）の巻きバラツキ等によりコイル（巻線）を損傷する虞や、モールド材（電気絶縁性樹脂）とブラケットの接着界面に隙間が空いた場合、外部からの浸水により、絶縁性にも問題がある。

本発明は、弁装置のマグネットロータとともにモータ部を構成する電動弁用ステータにおいて、弁装置のキャン等の円筒部に固定するためのブラケットを改良し、ステータ内のコイル（巻線）の損傷を防止するとともに、絶縁性の劣化を防止できる電動弁用ステータ、及び電動弁を提供することを課題とする。

請求項１の電動弁用ステータは、モータ部の駆動により作動する弁装置に対して装着されて該弁装置側のマグネットロータと共に内装するコイルにより前記モータ部を構成する電動弁用ステータであって、前記弁装置を嵌め込む嵌挿孔を有するとともに、前記弁装置に係合して当該電動弁用ステータと前記弁装置とを固定する弾性部材を備え、前記嵌挿孔の軸線回りの開口部の外周に前記コイルの前記軸線方向の端部より外側に固定ブロックが形成されるとともに、前記弾性部材は、前記弁装置と係合する弾性片と、前記固定ブロックに固定される基部とを有し、前記基部は、弾性力により前記固定ブロックを前記嵌挿孔の径方向に挟みつける外側板と内側板とを連結板で一体にした構造であり、前記外側板と前記内側板は、前記固定ブロックに対して前記コイルの前記軸線方向の端部の側から、前記軸線方向に嵌挿されており、前記基部は、前記固定ブロックと前記基部の前記外側板とにより、当該固定ブロックの軸線方向の幅内に位置し、前記固定ブロックに対して前記基部の前記軸線方向への移動を規制する固定構造を備えたことを特徴とする。

請求項２の電動弁用ステータは、請求項１に記載の電動弁用ステータであって、前記固定構造は、前記外側板の係止片と前記固定ブロックの突部とを係合させて、前記基部の前記連結板が前記固定ブロックから離間する方向への前記外側板の移動を規制するよう構成されていることを特徴とする。

請求項３の電動弁用ステータは、請求項２に記載の電動弁用ステータであって、前記外側板の前記係止片は、該外側板の前記軸線方向端部に該軸線と交差する方向に突出する係止アームであり、前記固定ブロックの前記突部は、前記外側板が嵌合する凹部を挟む一対の突条であることを特徴とする。

請求項４の電動弁用ステータは、請求項３に記載の電動弁用ステータであって、前記一対の突条は、前記固定ブロックの前記連結板と対向する側から前記係止アームをガイドするテーパ面を有することを特徴とする。

請求項５の電動弁は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電動弁用ステータを前記弁装置に備えてなることを特徴とする。

請求項１乃至４の電動弁用ステータによれば、固定ブロックはコイルの軸線方向の端部より外側に形成され、固定ブロックに対して弾性部材の基部の軸線方向への移動を規制する固定構造は、この固定ブロックと基部の外側板とにより構成されるとともに、この固定構造は、固定ブロックの軸線方向の幅内に位置しているので、弾性部材の基部の一部等がコイル（巻線）側に突出することがなく、コイルの損傷を防止できるとともに、弾性部材からの浸水による絶縁性の劣化を防止できる。

請求項５の電動弁によれば、請求項１乃至４と同様な効果が得られる。

本発明の第１実施形態の電動弁の一部断面側面図である。 第１実施形態の電動弁用ステータの縦断面図及び底面図である。 第１実施形態の電動弁用ステータのコイル部分の倒立外観図及び倒立底面図である。 第１実施形態におけるブラケットを示す図である。 第１実施形態における固定ブロックの周囲を示す図である。 第１実施形態におけるブラケットを固定ブロックに組み付けた状態を示す図である。 第１実施形態におけるブラケットとキャンとの係合状態を示す図である。 第２実施形態の電動弁用ステータの要部拡大図である。 実施形態におけるブラケットの変形例を示す図である。

次に、本発明の電動弁用ステータ及び電動弁の実施形態を図面を参照して説明する。図１は第１実施形態の電動弁の一部断面側面図、図２は第１実施形態の電動弁用ステータの縦断面図及び底面図であり、図２（Ｂ）は図１のＡ－Ａ断面図、図２（Ａ）は図２（Ｂ）のＢ－Ｂ断面図である。図３は第１実施形態の電動弁用ステータのコイル部分の倒立外観図及び倒立底面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のブラケット取り付け前のＥ－Ｅ断面図である。図４は第１実施形態におけるブラケットを示す図、図５は第１実施形態における固定ブロックの周囲を示す図、図６は第１実施形態におけるブラケットを固定ブロックに組み付けた状態を示す図である。なお、以下の説明における「上下」の概念は図１の図面における上下に対応する。

図１及び図２に示すように、この電動弁は、「弾性部材」としてのブラケット１と、「モータ部」としてのステッピングモータ２０と、弁本体３０と、非磁性体からなる円筒形状のキャン４０とを備えている。ステッピングモータ２０は、キャン４０の外周に取り付けられた後述説明する「電動弁用ステータ」としてのステータ２１と、キャン４０の内部に回転可能に配設されたマグネットロータ２２とで構成されている。なお、マグネットロータ２２の外周面とキャン４０の内周面との間には所定の隙間が設けられている。

弁本体３０はステンレス等のハウジング３１０を有し、このハウジング３１０の内部に弁部材等を内蔵している。そして、この弁本体３０はステッピングモータ２０の駆動（マグネットロータ２２の回転）により作動し、第１継手管３１から第２継手管３２へ流れる流体の流量、または第２継手管３２から第１継手管３１へ流れる流体の流量を制御する。

弁本体３０のハウジング３１０の上端には、キャン４０が溶接等によって気密に組み付けられ、これにより、弁本体３０及びキャン４０は「弁装置」を構成している。

ステータ２１は、樹脂製のボビン２１ａにコイル２１ｂ，２１ｂを巻装することで、軸線Ｌ方向に一対のコイル部を積層して構成されている。また、ボビン２１ａには、磁極歯２１ｄを持つ継鉄（ヨーク）２１ｃがモールド成形により一体に組み付けられている。さらに、ステータ２１は、中央に軸線Ｌを中心とする円柱形状の嵌挿孔２１Ｈを有しており、この嵌挿孔２１Ｈの内周面の一部に継鉄２１ｃの磁極歯２１ｄが配置されている。そして、この磁極歯２１ｄはキャン４０の外周面に対向配置されている。

以上の構成により、ステッピングモータ２０では、コイル２１ｂへのパルス出力の印加によりコイル２１ｂが磁力線を発生する。これにより、磁極歯２１ｄに磁極（Ｎ、Ｓ極）が交互に変化し、マグネットロータ２２に対して磁気吸引力及び磁気反発力を発生し、マグネットロータ２２が回転する。これにより弁本体３０内部の弁部材が作動し弁口の開度が可変に制御されることで、前記のように第１継手管３１から第２継手管３２へ、あるいは第２継手管３２から第１継手管３１へ流れる冷媒の流量が制御される。

ステータ２１のボビン２１ａの弁本体３０側の底部には、嵌挿孔２１Ｈの開口部２１Ｈ１から弁本体３０側に拡径された袴部２１Ｋを有している。また、キャン４０は軸線Ｌを中心軸とし、マグネットロータ２２の外周に対向する小径部４０Ａと、小径部４０Ａから弁本体３０側に拡径された大径部４０Ｂとから構成されている。そして、ステータ２１の嵌挿孔２１Ｈ内にキャン４０の小径部４０Ａが嵌め込まれるとともに、キャン４０の大径部４０Ｂが、開口部２１Ｈ１の弁本体３０側に位置する状態で、ステータ２１の袴部２１Ｋ内に、その一部が収容されている。これにより、ステータ２１が弁装置に装着されている。ステータ２１の底部には、「弾性部材」としてのブラケット１が取り付けられている。

図４はブラケット１を示す図であり、図４（Ａ）は図４（Ｃ）のＦ方向矢視図、図４（Ｂ）は図４（Ｃ）のＧ方向矢視図、図４（Ｃ）は図２（Ｂ）のブラケット１を抜き出した図である。図示のように、ブラケット１は、金属板のプレス加工等により形成され、３つの板状部からなる溝構造の基部１１と、基部１１と一体に該基部１１の側部から延設された弾性片１２とを有している。基部１１は、外側板１１ａと対向して上記弾性片１２が延設された内側板１１ｂと、外側板１１ａと内側板１１ｂとを連結する連結板１１ｃとで構成されている。外側板１１ａは、軸線Ｌと平行な両側に軸線Ｌと交差する方向（軸線Ｌ回りの周方向）に突出する一対の係止アーム１１ａ１，１１ａ１を有している。また、内側板１１ｂは基部１１の内側に切り出された爪１１ｂ１を有している。弾性片１２は、この弾性片１２と一体に形成された「第一係合部」としての凸部１２ａと、弾性片１２の基部１１とは反対側の一部を折り曲げることで形成された押圧部１２ｂと支点部１２ｃとを有している。

ステータ２１の袴部２１Ｋの一部には、ボビン２１ａによって略直方体状の固定ブロック２１Ｂが形成されている。すなわち、この固定ブロック２１Ｂは、嵌挿孔２１Ｈの軸線Ｌ回りの開口部２１Ｈ１の外周に形成されるとともに、ボビン２１ａにおいてコイル２１ｂの軸線Ｌ方向の端部より外側に形成されている。図５は固定ブロック２１Ｂの周囲を示す図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＣ－Ｃ断面図である。また、図５（Ｃ）は図５（Ａ）のＨ－Ｈ矢視図である。この固定ブロック２１Ｂを構成するボビン２１ａにおいて固定ブロック２１Ｂの内側（軸線Ｌ側）にはスリット５１が形成され、固定ブロック２１Ｂの外側には嵌め込み溝５２が形成されている。また、固定ブロック２１Ｂの外側（軸線Ｌと反対側の側部）には、テーパ面５３ａを有する一対の突起５３，５３が形成されており、この一対の突起５３，５３の間には、ブラケット１の外側板１１ａが嵌合する凹部５４が形成されている。そして、固定ブロック２１Ｂにブラケット１が取り付けられている。なお、図５（Ｃ）の様に、ボビン２１ａにおいて嵌め込み溝５２と、一対の突起５３，５３で構成された縦長の穴部は、ブラケット取り付け後も穴として残り、モールド材を充填する際、気泡が穴から抜けやすく、充填部分においてモールド材が流れやすくなるという効果がある。

固定ブロック２１Ｂに対するブラケット１の取り付け時には、固定ブロック２１Ｂの内側のスリット５１にブラケット１の内側板１１ｂと爪１１ｂ１を嵌め込むとともに、外側板１１ａを固定ブロック２１Ｂの外側に嵌め込む。このとき、基部１１の弾性力に抗して外側板１１ａと内側板１１ｂとを僅かに開き、外側板１１ａの係止アーム１１ａ１，１１ａ１を突起５３，５３のテーパ面５３ａ，５３ａ上を摺動させる。そして、係止アーム１１ａ１，１１ａ１が突起５３，５３を乗り越えるようにして、基部１１の弾性回復力により、図６に示すように、外側板１１ａを凹部５４内に嵌合させるとともに、係止アーム１１ａ１，１１ａ１を突起５３，５３の係合端５３ｂ，５３ｂに係合させる。

これにより、突起５３，５３の係合端５３ｂ，５３ｂと係止アーム１１ａ１，１１ａ１とは、基部１１が固定ブロック２１Ｂから離間する方向への外側板１１ａの移動を規制する。なお、ブラケット１の自然状態（図４（Ａ）において、外側板１１ａと連結板１１ｃとの内角αは、α＜９０°の関係に設定されており、固定ブロック２１Ｂは略直方体であり、固定ブロック２１Ｂの上面２１Ｂ１と固定ブロック２１Ｂの側面（凹部５４）は略直角となっている。これにより、ブラケット１の取り付け状態では、その基部１１の弾性力により外側板１１ａと内側板１１ｂが固定ブロック２１Ｂを挟み付けるように作用している。また、ボビン２１ａは樹脂製であり、ブラケット１の取り付け状態では、内側板１１ｂの爪１１ｂ１が固定ブロック２１Ｂの内側壁面に食い込むようになる。これにより、ブラケット１は固定ブロック２１Ｂから軸線Ｌ方向の抜けが防止されるとともに、固定ブロック２１Ｂに堅牢に固定される。このように、この実施形態では、ブラケット１の外側板１１ａの係止アーム１１ａ１が「係止片」、固定ブロック２の突起５３が「突部」の例であり、係止アーム１１ａ１と突起５３とで「固定構造」が構成されており、この係止アーム１１ａ１と突起５３とは、固定ブロック２１Ｂの軸線Ｌ方向の幅Ｗ１内に位置している。幅Ｗ１は、図６における固定ブロック２１Ｂの上面２１Ｂ１と固定ブロック２１Ｂの下面２１Ｂ２の間の長さであり、コイル２１ｂ（巻線）の端面２１Ｂ３と下面２１Ｂ２の間の長さＷ２の分だけ、下面２１Ｂ２からコイル２１ｂ（巻線）までの距離が離れているので、幅Ｗ１内に係止アーム１１ａ１が位置していれば、係止アーム１１ａ１とコイル２１ｂ（巻線）との距離は長さＷ２の分だけ遠くなる。

以上のようにブラケット１はステータ２１に取り付けられた状態で、弾性片１２は、ステータ２１の嵌挿孔２１Ｈの開口部２１Ｈ１の周囲の外側にある袴部２１Ｋ内において、開口部２１Ｈ１を臨む位置に配置される。また、図２（Ｂ）に示すように、弾性片１２の凸部１２ａは、ステータ２１の袴部２１Ｋの中心側（軸線Ｌ側）に突出している。さらに、図１に示すように、キャン４０は大径部４０Ｂの外周に、ブラケット１の凸部１２ａに係合する形状をした凹部４０ａが複数形成されている。この実施形態では５つ形成されている。

図７はブラケット１とキャン４０との係合状態を示す図であり、ブラケット１の凸部１２ａとキャン４０の凹部４０ａとは、ステータ２１が弁装置に組み付けた状態で係合する。これにより、キャン４０に対して、ステータ２１の軸線Ｌ回りの位置決めがなされるとともに、ステータ２１は軸線Ｌ方向の抜け防止をされた状態でキャン４０に取り付けられている。また、図７に示すように、弾性片１２は、押圧部１２ｂをキャン４０の外周に当接させた状態で、支点部１２ｃを袴部２１Ｋの内周に当接される。これにより、弾性片１２は、この弾性片１２の自己の弾性力により、支点部１２ｃを支点としてキャン４０を押圧している。これにより、弾性片１２と開口部２１Ｈ１の弾性片１２とは反対側の対向内壁とでキャン４０を挟み付けた状態となっている。

以上のように、この実施形態では、弾性部材としてのブラケット１は、弁装置と係合する弾性片１２と、固定ブロック２１Ｂに固定される基部１１とを有し、基部１１は、固定ブロック２１Ｂを嵌挿孔２１Ｈの径方向に挟みつける外側板１１ａと内側板１１ｂとを連結板１１ｃで一体にした構造である。また、固定ブロック２１Ｂと基部１１の外側板１１ａとにより、固定ブロック２１Ｂの軸線Ｌ方向の幅Ｗ１内に位置し、固定ブロック２１Ｂに対して基部１１の軸線Ｌ方向への移動を規制する固定構造を備えている。そして、固定ブロック２１Ｂはコイル２１ｂの軸線Ｌ方向の端部より外側に形成され、固定ブロック２１Ｂに対してブラケット１の基部１１の軸線Ｌ方向への移動を規制する固定構造は、この固定ブロック２１Ｂと基部１１の外側板１１ａとにより構成されるとともに、この固定構造は、固定ブロック２１Ｂの軸線Ｌ方向の幅Ｗ１内に位置しているので、ブラケット１の基部１１の一部（外側板１１ａ等）がコイル２１ｂ側に突出することがなく、コイル２１ｂの損傷を防止できるとともに、ブラケット１からの浸水による絶縁性の劣化を防止できる。

なお、この実施形態では、図４に示すように、ブラケット１において係止アーム１１ａ１の付け根部には円弧状の切り欠き１１ａ２が形成されている。これにより係止アーム１１ａ１の水平なストレート部を突起５３，５３の係合端５３ｂ，５３ｂに対して確実に当接させることができる。また、外側板１１ａの係止アーム１１ａ１を含む端部は、切り欠き１１ａ２の中程において外側に僅かに折り曲げられている。これにより、係止アーム１１ａ１をテーパ面５３ａ，５３ａ上でスムースに摺動させることができる。

図８は第２実施形態の電動弁用ステータの要部拡大図であり、図８に図した部分以外は第１実施形態と同様構成である。また、第１実施形態と同様な要素は同様な作用効果を奏するものであり、図１乃至図７と同符号を付記して重複する説明は適宜省略する。この第２実施形態と第１実施形態との違いは固定構造であり、第２実施形態では、ブラケット１の基部１１における外側板１１ａに矩形の孔１１ａ３を形成し、固定ブロック２１Ｂの外側の側部に矩形の突起５５を形成したものである。そして、基部１１を固定ブロック２１Ｂに嵌め込んだとき、外側板１１ａの孔１１ａ３内に突起５５を係合させる。これにより、突起５５の係合端５５ｂと孔１１ａ３の外側の外周片１１ａ４とは、基部１１が固定ブロック２１Ｂから離間する方向への外側板１１ａの移動を規制する。この実施形態では、外側板１１ａの外周片１１ａ４が「係止片」、固定ブロック２の突起５５が「突部」の例である。そして、外周片１１ａ４と突起５５とで「固定構造」が構成されており、この外周片１１ａ４と突起５５とは、固定ブロック２１Ｂの軸線Ｌ方向の幅Ｗ１内に位置している。

なお、以上の実施形態におけるブラケット１ではその弾性片１２の一部に切除部分１２Ａが形成されている。これは、ブラケット１においては凸部１２ａを設けるために弾性片１２はある程度の幅が必要であったが、特許文献２に示す電磁アクチュエータのブラケットでは、切除部分がないので、ブラケットの弾性力が強すぎて、電磁アクチュエータを弁本体に固定するための挿入時に、硬くて入れづらく、組立作業性が悪い場合があった。しかし、実施形態では、凸部１２ａと緩衝しない部分に切除部分１２Ａを設けることで、弾性片１２の弾性力を調整することができるため、ステータの弁装置への保持固定強度を維持しつつも、軽く挿入できる様になり、組立性が向上する。特に、切除部分は、ブラケットの折り曲げ部である支点部１２ｃや折り曲げ部１２ｄを跨ぐ様に設けると効果的である。また、切除部分の幅や高さや数を変えることで、弾性力を自在に調整可能である。図９はブラケット１の変形例を示す図であり、図９（Ｂ）は図９（Ａ）のＤ－Ｄ断面図である。この変形例のブラケット１は押圧部１２ｂの部分に開口を設けることで切除部分１２Ａ′としたものである。すなわち、弾性力調整用の切除部分は切り欠でもよいし、孔でもよい。また、図９に示すブラケットは支点部１２ｃ、折り曲げ部１２ｄに切り欠き（切除部分）を設け、押圧部１２ｂに開口（切除部分）を設け、３箇所で弾性力を調整しているが、このような切除部分は、３箇所に限らず、１箇所でも２箇所でもよい。また、各切除部分の大きさを調整することで、弾性力を調整可能なことはいうまでもない。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

１ ブラケット（弾性部材）
１１ 基部
１１ａ 外側板
１１ｂ 内側板
１１ｃ 連結板
１１ａ１ 係止アーム（係止片）
１２ 弾性片
１２ａ 凸部
５１ スリット
５２ 嵌め込み溝
５３ 突起（突部）
５３ａ テーパ面
５３ｂ 係合端
５４ 凹部
２０ ステッピングモータ（モータ部）
２１ ステータ（電動弁用ステータ）
２１ａ ボビン
２１ｂ コイル
２１Ｈ 嵌挿孔
２１Ｈ１ 開口部
２１Ｋ 袴部
２１Ｂ 固定ブロック
２２ マグネットロータ
３０ 弁本体（弁装置）
４０ キャン（弁装置、円筒部）
４０Ａ 小径部
４０Ｂ 大径部
Ｌ 軸線

Claims (5)

1. モータ部の駆動により作動する弁装置に対して装着されて該弁装置側のマグネットロータと共に内装するコイルにより前記モータ部を構成する電動弁用ステータであって、前記弁装置を嵌め込む嵌挿孔を有するとともに、前記弁装置に係合して当該電動弁用ステータと前記弁装置とを固定する弾性部材を備え、
   前記嵌挿孔の軸線回りの開口部の外周に前記コイルの前記軸線方向の端部より外側に固定ブロックが形成されるとともに、前記弾性部材は、前記弁装置と係合する弾性片と、前記固定ブロックに固定される基部とを有し、
   前記基部は、弾性力により前記固定ブロックを前記嵌挿孔の径方向に挟みつける外側板と内側板とを連結板で一体にした構造であり、
   前記外側板と前記内側板は、前記固定ブロックに対して前記コイルの前記軸線方向の端部の側から、前記軸線方向に嵌挿されており、前記基部は、前記固定ブロックと前記基部の前記外側板とにより、当該固定ブロックの軸線方向の幅内に位置し、前記固定ブロックに対して前記基部の前記軸線方向への移動を規制する固定構造を備えたことを特徴とする電動弁用ステータ。
2. 前記固定構造は、前記外側板の係止片と前記固定ブロックの突部とを係合させて、前記基部の前記連結板が前記固定ブロックから離間する方向への前記外側板の移動を規制するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動弁用ステータ。
3. 前記外側板の前記係止片は、該外側板の前記軸線方向端部に該軸線と交差する方向に突出する係止アームであり、前記固定ブロックの前記突部は、前記外側板が嵌合する凹部を挟む一対の突条であることを特徴とする請求項２に記載の電動弁用ステータ。
4. 前記一対の突条は、前記固定ブロックの前記連結板と対向する側から前記係止アームをガイドするテーパ面を有することを特徴とする請求項３に記載の電動弁用ステータ。
5. 請求項１～４のいずれか一項に記載の電動弁用ステータを前記弁装置に備えてなることを特徴とする電動弁。

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