JPS60179581A - 逆転起動の容易な電動弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はモータの回転子と一体に構成された弁軸の回転
をねじ作用により直進運動に変換し弁座を と針状弁の間の隙間按変化させることにより流量を制御
する°電動弁において、全閉あるいは全開位置に達した
ときの直進停止を比較的強いバネを介して止めることに
より、停止後の逆方向への弁軸回転・直進再起動性を保
証できる構造を提供しようとするものである。

従来の電動弁においては、モータの回転そのものを機械
的に停止させる構造を弁内に内蔵しておリ、その−例を
第１図および第２図によって説明すると、弁軸■を弁座
■側から針状弁■、おねじ■、外周多極着磁された円筒
形の永久磁石からなるモータの回転子■および軸受端■
の順に一体化して形成し、おねじ■は弁本体■に固定さ
れ中心にめねじ■を切った推進軸受■とはめあわされ、
軸受端■は、非磁性体からなるケース［相］内に固定さ
れた軸受■とはめあわされている。

ケース［相］の外側には、モータの回転子■に対応する
位置にモータの固定子コイル［相］が固定されてお９、
このケース［相］は流体の出入口［相］■と弁座■を有
する弁本体■にプラズマ溶接などにより気密的に一体化
されている。そして機械的な停止機構として弁軸■上に
はおねじ■の両端部より少し離れて止めピン０［相］を
圧入などの方法で固定するとともに、この止めピン［相
］［相］の回転を制限する丸形ピン状のストッパー■を
第２図に示すような推進軸受■の固定穴［相］に貫油し
て固定していた。

以上のごとく構成された従来品においては、モータの固
定子コイル＠に所定量の通電をすると回転子■が回転し
、おねじ■とめねじ■のねじ作用によシ弁軸■は回転し
ながら前方（閉弁方向）あるいは後方（開弁方向）に移
動し、あらかじめ設定された弁軸位置（この位置は、た
とえば閉弁方向においては弁部■が弁座■に着座して閉
弁し、ねじ部■■間に強いねじつけ摩擦力が発生し、次
の量弁運動が不能になるといったことを避けるよう、針
状弁■と弁座０間にきわめてわずかな隙間があるように
設定される）で止めピン［相］あるいは［相］とストッ
パ＠が接触して弁軸の直進運動が停止させられる。止め
ピン［相］は閉オ方向運動を停止、止めピン［相］は開
弁方向運動を停止するときにはたらくものである。ここ
で、ピン状のストッパ＠は第２図のように推進軸受０面
上に等角度で複数個穿った固定穴［相］のうちの１ケ所
に選択的に挿入することによって、ねじピッチＰ内での
軸方向の止め位置バラツキを少なくするよう調整される
。

以上のように構成された従来の電動弁では機械的にモー
タの回転運動を停止させる方法であるため、弁の停止機
能としては確実なものであるが、次のような欠点を有し
ていた。

（１）止めピン［相］［相］とストッパ＠が衝撃的に当
たることによって騒音が発生する。

とくに本電動弁を低騒音が峨しく要求されるルームエア
コンやガス燃焼器具などの家庭用機器に適用しようとす
る場合に、この騒音が問題となるものである。

（２）止めピン［相］［相］とストッパ＠の部品加工精
度、組付精度に高いレベルが要求され、したがって高価
となる。

（８）ストッパ＠の挿入位置が複数個の固定穴［相］か
らの選択のため、軸方向停止位置のバラツキ縮少に限度
がある。

本発明は、以上のような従来品の欠点を解決する新しい
構造を提供するものであり、詳しくは、モータの回転子
■とともに回転・直進運動する弁軸■をバネ定数が比較
的大きなコイルバネなどの弾性体を介して弁軸■の直進
運動そのものを停止させるものである。

以下、第８図によって本発明の詳細な説明するが、第８
図において第１図と同じ番号を付したものは、従来の電
゛動弁と同様の働きをする部分である。また第１図と比
較して後部の軸受■が省かれ、弁軸■を芯とした回転・
直進体は推進軸受■による片持ち状態で運動をするよう
構成されているが、これは単に電動弁を廉価に製造する
だめのものであって、本発明に不可欠な要素ではない。

第８図は弾性体として線材をコイル状に成形した圧縮コ
イルバネを２個用いたもので、弁軸■を推進軸受■にね
じ込んだ後にコイルバネ［相］を弁軸■の前方からはめ
こみ、フランジ状のノくネ受け＠を弁軸■に圧入固定し
てコイルバネ［相］が抜は出さないようにし、次いでコ
イルバネ＠を弁軸にはめ込んだ後、これらを弁本体■に
て包囲する如く推進軸受■と弁本体■の後部とをカシメ
ると共に、その後部からケース［相］の前方を臨ませプ
ラズマ溶接などで固定したものである。コイルバネ＠は
閉弁時に、コイルバネ■は開弁時に弁軸■の直進停止部
材として働き、第８図は閉弁時に停止した状態を示すも
のである。

コイルバネ■［相］の内径は、装着されている弁軸■の
外径よりやや大き目にして軸方向へ自由にたわむことが
でき、かつ常時は弁軸■の中心にコイルバネの中心が位
置するように弁座■の内面とバネ受＠の両面に四部が設
けられている。そしてこのコイルバネ［相］［相］のバ
ネ特性は弁軸■が移動し、コイルバネが挟圧され碗んで
弁軸■が停止するまでに発生するたわみ量が、コイルバ
ネの密着たわみ量より十分小さく、かつ単位たわみ量当
りのバネ力も弁軸■の推進力にくらべ十分大きくなるよ
う設計されている。すなわち、弁軸が前後いずれに移動
してもコイルバネが圧縮されて密着する前に弁軸の直進
が停止するように選定されている。

一方、弁軸■のおねじ■と推進軸受■のめねじ■は、た
とえば２条ねじにするなどの方法で、ねじ効率を５０％
未満の範囲で高くするように構成されている。

本発明の要点は以上のよう（比較的強力なバネを介して
弁軸■の進行を停止させることと、回転運動を直進運動
に変換するねじ部のねじ効率を５０％未満の範囲で高く
したことにあるが、次にその作用と効果について実験例
のデータに基き説明するＯ 表−１はその実験結果の概要を示すものであり電動弁の
モータ部としては４相永久磁石型のステッピングモータ
で起動トルク約２２０１−１’ｌＮのものを使用し、ね
じ部には外径６騎、ピッチ９　、３　ｍｍ、ねじのリー
ド１．６朋の２条ねじ（結果として、弁軸■の推進力は
約２に９の電動弁となる）を用いて実験したものである
。

弾性体としてはコイルバネを用い、電動弁の具体的な構
成は第４図に示す構造の電動弁を用いている。

表−１においてはコイルバネの強さ、すなわちバネ定数
ｋ　（”９７ｍ　）を変えた時、各バネととモータ通電
中に弁軸■とコイルバネが当接して弁軸が停止したあと
反対方向へ回転させるのに必要な回転トルクＴＣｆ−３
）をトルクゲージで機械的に測定した結果を中央の欄に
示しているが、この数値がモータの起動トルクより小さ
ければ逆転起動可能となる。

又、右側の欄のバネ反力とは、弁軸停止時のバネたわみ
を測定し、これとは別にバネ単体で測定したバネのたわ
み量と荷重の関係図から、前出のバネたわみ時の荷重を
推定して示したものであり、このバネ反力が小さければ
当然再起動に有利といえるものである。

表−１ 後部をケース［相］底などの剛体に当てて停止させた場
合、反対方向へ動かすために必要なトルクＴは１８０〜
４００　ｆｌ・α、平均値で２９０ｇ・個とモータの起
動トルク２２０ｇ・１を上回るため再起動が不可能とな
る場合がほとんどであった。

これを弾性体としてコイルバネを用いた本発明の例では
バネ常数ｋ　＝　９　、２　”Ｆ＜７ｗのコイルバネを
用いると、必要な逆転トルクＴは５７〜２０１ｆ−ｃｍ
（平均で１２９ｆ−１）とモータの起動トルクよシ小さ
く実際にモータに通電して実施した逆回転確認実験にお
いても１００％逆回転が可能であった。

このコイルバネの強さを９　、２　嘩／ｙｔｍから８　
、５Ｋｇ／朋へと順次弱くしていくと逆回転に必要なト
ルクＴ　Ｕ・Ｃ匍は徐々に増してゆき、ａ　、　５１（
ｇ、−のバネではモータの起動トルクを上回る場合も発
生して逆回転に不利となってきている。

以上のような傾向は、停止時のバネ反力Ｆからもうかが
われ、バネ常数ｋが９　、２　Ｋｇ／ａ＋の強いバネの
場合にはバネ反力Ｆ＝０．４１（ｇと小さい。この値は
供試品の弁軸推進力２Ｋｇのわずかに２０％である。

これに対してバネが弱くなり、たとえばに＝８．５Ｋｇ
／ＷＩ、の場合には、バネ反力１．９−となり、はとん
ど供試品の弁軸推進力２Ｋｇに等しい力がバネに保存さ
れていることになる。この力はそのままおねじ−めねじ
間のねじ締付力となって働く。

表−五にあげた実験結果は、やや強力なバネを介して弁
軸■を停止させるときには、その弁軸■の推進エネルギ
ーがバネに吸収され、その結果、ねじに働くスラスト方
向の力が弱まってねじ相互の締まり現象が弱まるため、
起動時に必要な回転力が少なくてすむようになるもので
ある。

さらにバネ力が強くなると、圧接時のバネのたわみ量な
らびにそのバラツキが小さくなるため軸方向の弁軸停止
位置をあらかじめ設計的に見込んでおくことが可能とな
る。

なお、表−１内のバネ定数９　、２　Ｋｇ／、屑のバネ
を用いたときの停止時たわみ量は０．０２〜０．１４Ｍ
Ｎの範囲にあり、弁軸の全ストローク設計値６闘に対し
極めて小さなものであった。（供試品の弁軸推進力２Ｋ
ｇとバネ定数９　、２　Ｋｇ／ａｍから停止時たわみ量
を逆算すると０．２８ｒｔｘとなるが、実験時のたわみ
はこれより小さかった） 推奨される弾性体のバネ常数（Ｋ４１．／ｗ　）は、使
用する電動弁の推進力（Ｋｇ　）の２倍以上であること
が望ましいことが表−１のデータからいえる。

また、本発明の本来の目的である低騒音化に対しては、
第１図に示した構造の電動弁ではストッパでの当たり音
が６０〜７０ｄＢ（Ａ）と極めて高いものであったのに
対し、本発明品では弾性体との接触であるために音が弱
められ約８５ｄＢ　（Ａ）と実用上、問題のないレベル
まで低下し、また高精度の加工を要する部品の廃止、精
度の高い組付・調整工程の廃止などにともない、極めて
安価に製造できるようになった。

本発明において、ねじ効率を６０％を越えない範囲で高
くとるという点は、流体が流れることによってオリフィ
ス部で発生する圧力差による流体力が弁軸に働いて高い
効率で弁軸の回転力に変換され、モータに通電されてい
ない時に弁軸およびモータの回転子が流体力で回転して
しまうことを防ぎ、かつバネによ）弁軸が停止させられ
た時、ねじが自然にゆるむ条件のねじ（すなわち、ねじ
効率５０％以上のねじ）に近づけることによってモータ
の逆回転を有利にしようとするためのものであるＯ 第４図は本発明の別の実施例であり、バネとしては第８
図と同様に圧縮コイルバネを用い、閉弁時に作用するコ
イルバネ［相］は弁軸■のおねじ■後方の弁軸■太径部
［相］と推進軸受■の間で圧縮可能なようにはめこまれ
、また開弁時に作用するコイルバネ［相］は弁軸■の最
後端の段付部■にはめ込み固定され、弁軸■が開弁方向
へ移動した時ケース［相］底の平面部に当たるよう構成
されている。そしてねじ部については第８図と同様に、
ねじ効率５０％未満の範囲で高い効率が得られるよう構
成されている。この第４図の実施例における作用、効果
は第８図で説明した例と同一であるが、部品の点数が少
なく、組付けの方法が簡単かつ弁本体部を小形にできる
といった点で有利な実施例である。

以上、本発明の実施例では弾性体として圧縮コイルバネ
を例に説明したが、比較的強力なバネとして作用できる
皿バネやバネ座金などを用いても同様な効果が得られる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電動弁の一溝成例を示す縦断側面図、第
２図は従来の推進軸受の斜視図、第８図は本発明に係る
電動弁の一構成例を示す縦断側面図、第４図は本発明に
係る別の構成例を示す縦断側面図。 ■弁軸　■弁座　■針状弁　■おねじ ■モータの回転子　〇軸受端　■弁本体部めねじ　■推
進軸受　［相］ケース　■軸受＠モータの固定子コイル
　［相］■流体の出入口［相］［相］止めどン　■スト
ッパ　［相］固定穴［相］コイルバネ　■バネ受ケ　［
相］コイルバネ［相］弁軸の大径部　［Ｆ］弁軸後方の
段付部特許出願人 太平洋工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）非磁性体からなるケース［相］の外周部に固定した
   モータの固定子コイル＠への通電により、ケース［相］
   内に収納したおねじ■を有する弁軸■と一体的に形成し
   たモータの回転子■を回転させ、この回転をめねじ■を
   切った推進軸受■によシ弁軸■の直進運動に変換するこ
   とによって弁座■の開口度を制御する電動弁において、
   弁軸■の前後動を２個の弾性体を介して所定位置に停止
   させることによりモータの逆回転の起動をスムーズに行
   えるようにしたことを特徴とする逆転起動の容易な電動
   弁。 ２）弾性体がコイルバネである特許請求の範囲１）項記
   載の逆転起動の容易な電動弁。 ８）弾性体が弁座■と推進軸受■の間の弁軸■上に固定
   されたバネ受＠の前後に設けられているものである特許
   請求の範囲ｌ）項記載の逆転起動の容易な電動弁。 ４）弾性体が、弁軸■の後端部とケース［相］の問およ
   び回転子■と推進軸受■との間に設けられているもので
   ある特許請求の範囲１）項記載の逆転起動の容易な電動
   弁。 ５）おねじ■とめねじ■間のねじ効率が５０％を越えな
   い範囲で高くしたところの特許請求の範囲１）項記載の
   逆転起動の容易な電動弁。