JP7226796B2 - 電動弁 - Google Patents
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Description
図1は、第1実施形態における電動弁100の構造を表す断面図である。
本実施形態の電動弁100は、膨張装置として機能する電動膨張弁であり、ボディ200とモータユニット300とを組み付けて構成されている。ボディ200の内部には、弁部202が設けられている。
モータユニット300は、ロータ320とステータ340とを含む三相ステッピングモータとして構成されている。モータユニット300は有底円筒状のキャン302を有し、そのキャン302の内方にロータ320、外方にステータ340を配置して構成される。
電動弁100は、回転軸326の並進運動を規制するストッパ機構を有する。ストッパ機構は、回転軸326の開口端部に設けられる突部、ガイド部材242の外周面に設けられる2つの突部およびストッパ部材500を備える。
回転軸326は、下部に内径が拡径された拡径部334を有する。拡径部334は、雌ねじ部328の直下から回転軸326の下端まで延在する。回転軸326の開口端部がロータ320の下方に突出し、その外周面に沿って環状の凹部336が設けられる。凹部336にはストッパ部材500が嵌合される。
図3は、ストッパ部材500の外観を表す図である。(A)は側面図、(B)は底面図、(C)は斜視図である。
回転軸326の下端は段差を有する形状となっている。段差は、段部338と突部327を含む。段部338は回転軸326の下端面から凹状に形成されている。段部338は回転軸326の回転方向(回転軸326の周方向)に延在している。段部338には突出部506が径方向に挿通される。突出部506は、回転方向において段部338の範囲だけ可動となる。突部327は回転軸326の下端面から凸状に形成されている。突部327は第1突部250との間に突出部506を挟み込む。すなわち、突部327において、突出部506と対向する部分は「挟持部」として機能する。また、その反対側の部分は第2突部252との「係止部」として機能する(詳細は後述する)。
まず、回転軸326の内方にガイド部材242の先端を挿入する。雄ねじ部244と雌ねじ部328とが螺合し(図1参照)、ガイド部材242が回転軸326に挿入されていく。第1突部250と拡径部334との間には隙間が存在する。この隙間が存在することによって、第1突部250を拡径部334の内方に挿入できる。第1突部250が段部338より上方にまで挿入された後、回転軸326にストッパ部材500を径方向に嵌合させる。その際には、まず、ガイド部505の端部が凹部336の底部にあてがわれ、凹部336に沿ってガイド部505と嵌合部502が順次嵌着されていく。ガイド部505の狭部Nは凹部336の底部に沿って広がり、底部を乗り越える。狭部Nが凹部336の底部を通り過ぎると、ばね力によって狭部Nの広がりが解消されていく。凹部336の底部が嵌合部502と同心状となる位置にまで嵌着されて、凹部336への嵌合部502の嵌合が完了する。段部338には突出部506が挿通される。突起部508は突部327とガイド部材242の間に挿入され、突出部506は突部327と第1突部250との間に挟持される。このようにして回転軸326、ガイド部材242、ストッパ部材500の組み付けが完了する。
図6は、ストッパ機構が作動した状態におけるストッパ部材500近傍を下方から見た状態を表す横断面図である。(A)は閉弁状態を表し、(B)は全開状態を表す。
弁部202が閉弁状態のとき、回転軸326、ガイド部材242およびストッパ部材500の位置関係は図5(A)、図6(A)に示すとおりとなる。すなわち、第2突部252と突部327(「係止部」として機能する)とが回転軸326の回転方向に当接することで、回転軸326の下方への移動が規制される。弁部202(図1参照)が開いていく過程では(図5(B)、(C))、第2突部252と突部327とが離れ、回転軸326の軸線方向への移動が可能となる。弁部202が全開状態になると(図5(D)、図6(B))、第1突部250と突出部506とが当接し、回転軸326の上方への移動が規制される。弁部202の閉弁状態から全開状態になるまでの回転軸326の並進運動に際しては、突部327と突出部506は一体となって移動する。
電動弁100においては、導入ポート222から導入された流体が入口ポート262、弁室266を通じて、キャン302内部に充填される。キャン302内部に導入された流体によってシャフト246の上端部は下方向へ圧力(弁部202より上流の流体圧力)を受ける。一方、導出ポート224、出口ポート264に導入されている流体によって、シャフト246(弁体204)の下端部は上方向へ圧力(弁部202より下流の流体圧力)を受ける。弁部202が閉弁となるとき、弁部202より上流の流体圧力は下流の流体圧力より大きい。したがって、閉弁状態のとき、シャフト246(弁体204)は上流側流体圧力と下流側流体圧力との差圧による力を閉弁方向に受けることとなる。シャフト246を閉弁方向へ付勢する力は、閉弁状態のとき、すなわち、第2係止面810が第2ストッパ部800を係止するときに最大となる(図5(A)、図6(A))。
図7は、ガイド部材242および回転軸326の構造を示す。(A)はガイド部材242の第2係止面810を含む断面図、(B)は回転軸326の当接面812を含む断面図、(C)は第2突部252と第2ストッパ部800との当接態様を示す概念図である。
図4に関連して説明したとおり、第2突部252の外周面には、雄ねじ部244と同様の螺旋状の切欠き部253が設けられている。また、突部327の内周面には、雌ねじ部328と同様の螺旋状の切欠き部301が設けられている。
図9は、図8の状態から回転軸326が150度回転した状態を表す。(A)は、切欠き部253近傍を表す正面図、(B)は(A)のB-B矢視断面図である。
図10は図8の状態から回転軸326が300度回転した状態を表す。(A)は、切欠き部253近傍を表す正面図、(B)は(A)のC-C矢視断面図である。
図7(C)は、第2突部252と第2ストッパ部800の当接態様を表す。図7(C)には、第2突部252および第2ストッパ部800の各種長さが示されている。l1は、第2突部252の上端面と交点253aの軸線方向距離を示す。l2は、第2ストッパ部800の下端面と交点301aの軸線方向距離を示す。lmは、閉弁時における交点253aと交点301aの軸線方向距離を示す。
図8-10に関連して説明したとおり、当接面812と第2係止面810の当接部分における軸線方向の長さl1+l2-lmは、ピッチPより短くなるように設定される。この設定は、第2ストッパ部800と第2突部252のそれぞれが延在する仮想円弧の中心角が、両者ともに0度となる場合を想定している。実際には、図8-10に示すとおり、第2ストッパ部800と第2突部252は、回転軸326の回転方向にそれぞれ長さを有する。図7(C)に戻り、第2ストッパ部800と第2突部252が延在する仮想円弧の中心角の合計をx度とすると、開弁作動時において第2ストッパ部800がスムーズに回転するために必要な条件は、l1+l2-lm<(1-x/360)P(式1)となる。
距離L1および距離L2をともにピッチPの整数倍と設定することで、距離lmがおのずと定められる。よって、式1を満たすためには、距離l1および距離l2を設定するのみでよい。距離l1および距離l2が中心角xに基づき定められるので、結果的に位相管理を伴うことにもなる。距離L1および距離L2をともにピッチPの整数倍とすることで、適切な開弁作動を実現するための第2ストッパ部800と第2突部252の設計を簡素にすることができる。
図11(A)、(B)において、実線矢印は開弁作動時の回転軸326の回転方向を示す。点線矢印は、ストッパ部材600の移動方向を示す。
第2実施形態は、ストッパ部材700の形状が第1実施形態と異なる。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
図12は、第2実施形態におけるストッパ部材700を電動弁100に使用する場合の電動弁100の断面図である。(A)は、閉弁状態を表し、(B)は、全開状態を表す。
ストッパ部材700は、角板形状の嵌合部702a、702b、702c(まとめて「嵌合部702」という)、円板状の連結部704、角板形状の突出部706を有する。嵌合部702は、板状の嵌合端部708と板状の架橋部710を有する。嵌合端部708は連結部704と平行に配設される。架橋部710は嵌合端部708と連結部704の内周面とを架橋し、嵌合端部708を連結部704に接続する。嵌合部702は連結部704の内周面から連結部704の内接円中心に向かう方向に延出する。嵌合部702は120度の間隔で周方向に3つ配設されている。連結部704は、嵌合部702と突出部706とを接続する。突出部706は、板状のストッパ部712と板状の架橋部714を有する。ストッパ部712は連結部704と平行に配設される。架橋部714はストッパ部712と連結部704の内周面とを架橋する。連結部704とストッパ部712の高さは、連結部704と嵌合端部708の高さよりも大きい。突出部706は、連結部704の内周面から連結部704の内接円中心に向かう方向に延出する。突出部706は、嵌合部702bと180度の間隔で設けられる。
図15は、ストッパ機構が作動した状態におけるストッパ部材700近傍を下方から見た横断面図である。(A)は閉弁状態を表し、(B)は全開状態を表す。
図14(A)、図15(A)に示すとおり、閉弁状態においては、突部327が第2突部252と突出部706との間に挟みこまれる。すなわち、突部327(係止部、第2ストッパ部800)が第2突部252の係止面(第2係止面810)によって回転軸326の回転方向に係止される。この構成によって回転軸326の閉弁方向への移動が規制される。また、図14(B)、図15(B)に示すとおり、全開状態においては、突出部706が第1突部250と突部327(挟持部)との間に挟みこまれる。すなわち、突出部706(第1ストッパ部820)が第1突部250の係止面(第1係止面830)によって回転軸326の回転方向に係止される。この構成によって、回転軸326の開弁方向への移動が規制される。
第3実施形態は、回転軸326の構造が第1実施形態と異なる。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
図16は、第3実施形態における電動弁100のストッパ部材500近傍を表す断面図である。(A)は閉弁状態を表し、(B)は全開状態を表す。
図17は、回転軸326とガイド部材242を組み付ける動作過程を表す図である。図17(A)-(E)は、ストッパ部材500近傍を下方から見た横断面図であり、動作過程の各時点を順に示す。図17(A)-(E)における実線矢印は組み付け時の回転軸326の回転方向を示す。点線矢印は、ストッパ部材500の移動方向を示す。
第4実施形態は、第2突部350の位置が第1実施形態と異なる。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
図18は、第4実施形態における電動弁100のストッパ部材500近傍を表す断面図である。(A)は閉弁状態を表し、(B)は全開状態を表す。
第5実施形態は、ストッパ部材500を設けない点で第1実施形態と異なる。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
図19は、第5実施形態における電動弁100のストッパ機構近傍を示す部分拡大断面図である。(A)は弁作動状態を示し、(B)は閉弁状態を示し、(C)は開弁状態を示す。
第5実施形態においては、回転軸352の開口端部の一部が軸線方向へ突出してストッパ部840を構成する。ストッパ部840は、第1ストッパ部と第2ストッパ部を兼ねる。ストッパ部840は、回転軸352の開口端部の突出部を曲げ加工して得られる。ストッパ部840の成形について詳細は後述する。
まず、雄ねじ部244と雌ねじ部328を噛合して、回転軸352をガイド部材242に組み付けていく。図20(B)のように、回転軸352の開口端部の突出部354を軸線方向において第1突部250と第2突部252の間の高さに位置させた後、ロータ320と第2ボディ240との間に工具900を挿入する。突出部354の下端部に工具900を当接させた後、工具900を回転軸352の径方向へ押圧することで、突出部354が曲げ加工される(図20(C))。曲げ加工後の突出部354がストッパ部840となる。ストッパ部840は、回転軸352の開口端部における「曲がり部」ともいえる。
Claims (7)
- 上流側から流体を導入する入口ポートと、下流側へ流体を導出する出口ポートと、前記入口ポートと前記出口ポートとを連通させる通路が設けられるボディと、
前記通路に設けられる弁部を開閉する弁体と、
前記弁体を前記弁部の開閉方向に駆動するためのロータを含むモータと、
前記ロータの回転運動を並進運動に変換するねじ送り機構と、
前記ロータの並進運動を規制するストッパ機構と、
を備え、
前記ねじ送り機構は、
前記ボディに立設され、外周面に雄ねじ部が設けられるガイド部と、
前記ロータの回転軸を構成する筒状体からなり、内周面に前記雄ねじ部と螺合する雌ねじ部が設けられ、前記ガイド部に外挿される態様で支持される被ガイド部と、
を有し、
前記ストッパ機構は、
前記被ガイド部に設けられるストッパ部と、
前記ガイド部に一体成形された係止面と、
を含み、
前記モータの駆動により前記弁体が閉弁方向に変位するとき前記係止面が前記ストッパ部を係止することで、前記ロータの閉弁方向への移動を規制し、
前記ストッパ部は、前記被ガイド部の開口端部から前記ロータの軸線方向に突出し、
前記モータの駆動により前記弁体が閉弁方向に変位するとき、前記ストッパ部が前記係止面により前記ロータの回転方向に係止されることで前記ロータの閉弁方向への移動が規制されることを特徴とする電動弁。 - 前記ガイド部は、金属材料からなる切削加工部品であることを特徴とする請求項1に記載の電動弁。
- 前記ガイド部の外周面における前記係止面の位置には、前記雄ねじ部の位相管理のための第1の切欠きが設けられていることを特徴とする請求項2に記載の電動弁。
- 前記第1の切欠きと前記ガイド部の軸線とを含む平面のうち、その軸線に対して前記第1の切欠きを含む側の面において、前記第1の切欠きと前記雄ねじ部の谷部との軸線方向距離は、ねじピッチの整数倍であることを特徴とする請求項3に記載の電動弁。
- 前記被ガイド部は、金属材料からなる切削加工部品であり、
前記ストッパ部は、前記被ガイド部に一体成形され、
前記被ガイド部の内周面における前記係止面との当接面の位置には、前記雌ねじ部の位相管理のための第2の切欠きが設けられていることを特徴とする請求項3または4に記載の電動弁。 - 前記モータは、前記ロータを前記弁部の開閉方向に駆動するためのステータを含み、
前記ストッパ部が前記係止面に係止されるとき、前記ロータと前記ステータとの対向面積が最大となることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の電動弁。 - 前記弁部が閉弁となるとき、前記弁体が閉弁方向への流体圧力を受ける受圧構造を有することを特徴とする請求項6に記載の電動弁。
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