KR101234937B1 - 전동 밸브 - Google Patents

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KR101234937B1
KR101234937B1 KR1020060042293A KR20060042293A KR101234937B1 KR 101234937 B1 KR101234937 B1 KR 101234937B1 KR 1020060042293 A KR1020060042293 A KR 1020060042293A KR 20060042293 A KR20060042293 A KR 20060042293A KR 101234937 B1 KR101234937 B1 KR 101234937B1
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야스시 이노우에
코우지 히구치
히토시 우메자와
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가부시기가이샤 후지고오키
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Abstract

과제
로터의 회전에 대한 밸브축의 이동량의 분해 성능을 향상하는 전동 밸브를 제공한다.
해결 수단
전동 밸브(1)는, 캔(30) 내에 로터 유닛(60)을 가지며, 스테이터 유닛(40)에 의해 회전 구동된다. 로터 유닛(60)의 회전은, 나사 이송 부재(70)에 전달된다. 밸브 본체(10)에 고정된 스템 부재(110)는 나사 이송 부재(70)와 제 1의 나사부(S1)로 나사결합한다. 나사 이송 부재(70)는 동시에 밸브축(120)에 고정한 수나사 부재(160)에 대해 제 2의 나사부(S2)로 나사결합한다. 제 1의 나사부(S1)와 제 2의 나사부(S2)는 차동 나사 기구를 구성하고, 피치의 차에 따라 밸브축을 이송한다.
전동밸브

Description

전동 밸브{MOTOR-OPERATED VALVE}
도 1은 본 발명의 전동 밸브의 전체 구조를 도시한 설명도.
도 2는 스테이터 유닛, 캔, 배관 등을 떼어낸 상태의 전동 밸브의 구성을 도시한 설명도.
도 3은 주요한 부재의 설명도.
도 4는 로터 유닛의 전체의 구성을 도시한 설명도.
도 5는 밸브축 유닛의 전체 구성을 도시한 설명도.
도 6은 밸브축의 조립체를 도시한 설명도.
도 7은 스템 부재의 전체 구성을 도시한 설명도.
도 8은 본 발명의 전동 밸브의 다른 실시예를 도시한 설명도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1 : 전동 밸브 10 : 밸브 본체
16 : 밸브시트 부재 30 : 캔
40 : 스테이터 유닛 60 : 로터 유닛
70 : 나사 이송 부재 80 : 회전 스토퍼 부재
100 : 밸브축 유닛 110 : 스템 부재
120 : 밸브축 160 : 수나사 부재
S1 : 제 1의 나사부 S2 : 제 2의 나사부
기술 분야
본 발명은, 공기 조화기, 냉장고 등에 조립되어 사용되는 전동 밸브에 관한 것이며, 고압의 냉매가 이용되는 경우에도, 냉매의 통과 유량을 미소량까지 정확하게 조정할 수 있는 전동 밸브에 관한 것이다.
배경 기술
예를 들면, 하기한 특허 문헌 1은, 종래의 일반적인 전동 밸브를 도시하고, 캔의 외측에 마련한 스테이터에 의해 캔의 내측에 배설한 로터를 회전 구동하고, 로터의 회전 운동을 나사 기구에 의해 직선 운동으로 변환하여 밸브의 밸브시트에 대한 밸브 개방도를 제어하는 기구를 구비한다.
특허 문헌 1 : 특개2001-50415호 공보
상기한 바와 같은 종래의 전동 밸브에서는, 냉매의 통과 유량은, 밸브 구(口)의 실효 개구 면적, 즉, 밸브체의 밸브시트로부터의 리프트량에 의해 결정되고, 밸브체의 리프트량은, 상기 나사 기구의 피치와 로터의 회전수(스테핑 모터의 스탭 수)에 의해 정해진다.
여기서, 일반적으로, 이런 종류의 전동 밸브에서는, 소망하는 최대 통과 유 량을 얻을 수 있도록, 미리 밸브의 최대 리프트량(전개(全開) 상태), 환언하면, 스테핑 모터의 최대 스탭 수가 정해진다. 즉, 로터를 최대로 예를 들면 5회전시키도록 스테이터에의 통전 제어가 행하여진다. 이 경우, 상기 나사 기구의 피치가, 예를 들면, 0.6[㎜]로 되어 있는 경우, 상기 로터 및 밸브축 홀더가 1회전, 2회전, 3회전, 4회전, 5회전하면, 상기 밸브체의 리프트량은 0.6, 1.2, 1.8, 2.4, 3.0[㎜]와 0.6[㎜] 간격으로 변화한다.
그런데, 특히, 냉장고 등에 사용되는 전동 밸브(팽창 밸브로서 사용)에서는, 제어 냉매 유량이 매우 미량임에도 불구하고 공지 기술에서는 제어가 러프하게 된다. 특히, 이산화탄소(가스) 등을 이용하는 경우에는, 냉매압을 고압(종래 비(比)로 10배 정도)으로 할 필요가 있고, 고압의 냉매를 이용하면, 상기한 바와 같이 0.6[㎜] 간격으로 밸브를 리프트시키면, 냉매의 통과 유량의 변화가 지나치게 커진다는 문제가 있다.
이러한 문제를 해소하기 위한 하나의 방책으로서, 예를 들면, 상기 밸브 구의 구경이나 밸브 각도(실효 개구 면적)를 작게 하는 것이 고려된다. 그러나, 실효 개구 면적을 작게 하는 데도 한계가 있고, 그것만으로는, 이러한 문제를 완전하게는 해소할 수 없다.
또 다른 방책으로서, 상기 나사 기구의 피치를 작게 하는 것(예를 들면, 0.6[㎜]로부터 0.2[㎜]로)이 고려된다. 그러나, 나사 기구의 피치를 작게 하면, 고정밀 가공이 요구되어 가공 비용이 상승하고, 이에 더하여 로터 1회전당의 리프트량이 작고, 회전 규제용의 고정 스토퍼와 가동 스토퍼와의 충접(衝接)·이간이 적 절하게 행하여지지 않게 되는 등의 문제가 생긴다.
본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 점은, 기존의 전동 밸브에 이용되고 있는 스테이터 등의 부품을 공용하면서, 고압의 냉매가 사용되는 경우에도, 회전 규제 등에 지장을 초래하는 일 없이, 냉매의 통과 유량을 미세하고 적절하게 조정할 수 있는 신규 구조의 전동 밸브를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 전동 밸브는, 캔의 내측에 수용되는 모터의 로터와, 캔의 외측에 배설되는 여자 코일을 포함하는 스테이터와, 상기 로터의 회전 운동을 나사 기구에 의해 진퇴 운동으로 변환하여 밸브체의 밸브 시트에 대한 밸브 개방도를 제어하는 전동 밸브로서, 상기 나사 기구는, 동일 방향이면서 피치가 다른 2개의 나사부를 갖는 차동 나사에 의해 구성되고, 상기 로터와 일체로 회전하고 제 1의 암나사부와 그 상부에 제 2의 암나사부를 갖는 나사 이송 부재와, 상기 밸브 시트를 수용하는 밸브 본체에 고정되고 제 1의 수나사부를 갖는 스템 부재와, 상기 스템 부재의 내측에 활주 자유롭게 삽입되어 상기 밸브체를 하방에서 지지하는 밸브축과, 상기 밸브축의 상부에 고착되고 제 2의 수나사부를 갖는 수나사 부재와, 상기 밸브축에 고정되는 회전 멈춤 부재와, 상기 회전 멈춤 부재와 맞닿아서 상기 밸브축의 회전 멈춤이 되고 상기 밸브 본체에 고정되는 스토퍼 부재를 구비하고, 상기 나사 이송 부재의 상기 제 1의 암나사부와 상기 스템 부재의 상기 제 1의 수나사부가 나사결합하고, 상기 나사 이송 부재의 제 2의 암나사부와 상기 수나사 부재의 상기 제 2의 수나사부가 나사결합하고, 상기 제 1의 암나사부 및 상기 제 1의 수나사부는, 상기 제 2의 암나사부 및 상기 제 2의 수나사부에 대해 큰 피치를 구비한다. 또한, 상기 나사부에서의 백래시를 제거하는 가세 스프링을 구비한다. 또한, 상기 가세 스프링은, 상기 수나사 부재와 상기 캔의 내면 사이에 개재하는 코일 스프링이다. 또한, 상기 스토퍼 부재는, 상기 밸브 본체에 고착되는 오리피스 부재이다.
삭제
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
도 1은 본 발명의 전동 밸브의 전체 구조를 도시한다.
전체를 부호 1로 나타내는 전동 밸브는, 밸브 본체(10)를 가지며, 밸브 본체(10) 내에는 밸브시트 부재(16)가 삽입된다. 밸브 본체(10)에는 배관(20, 22)이 접속된다.
밸브 본체(10)의 상부에는, 원통형상의 압력 용기인 캔(30)이 받이부재(50)를 사이에 두고 고착된다. 캔(30)의 외측에는 구동 모터의 한 예로서의 스테핑 모터의 스테이터 유닛(40)이 장비(裝備)된다.
캔(30)의 내부에는, 로터 유닛(60)이 회전 자유롭게 배설된다. 로터 유닛(60)은, 자성(磁性) 재료가 수지에 혼입되어 성형된 플라스틱 마그넷으로 이루어지는 로터(62)와, 로터(62)에 대해 링 부재(64)를 통하여 연결되는 나사 이송 부재(70)를 구비한다.
나사 이송 부재(70)는, 동일한 감는 방향으로 형성된 제 1의 나사부(S1)와 제 2의 나사부(S2)를 가지며, 제 1의 나사부(S1)의 피치는 제 2의 나사부의 피치보다 크게 설정된다.
밸브 본체(10)에 고정되는 스템 부재(110)는 제 1의 나사부(S1)에 나사결합하는 수나사부를 구비한다. 나사 이송 부재(70)의 외측에는 회전 스토퍼 부재(80)가 고착되고, 로터 유닛(60)이 최하단으로 하강한 때에, 회전 스토퍼 부재(80)의 돌기부가 고정측의 스토퍼 부재(112)의 돌기부에 맞닿음에 의해, 로터 유닛(60)의 하단 위치가 규제된다.
스템 부재(110) 내에는, 밸브축(120)이 활주 자유롭게 삽입된다. 밸브축(120)의 선단에는 밸브체(130)가 부착되고, 코일 스프링(150)에 의해 여압(與壓)이 주어진다. 밸브체(130)는 밸브시트 부재(16)와의 사이에서 유로(流路) 개구 면적을 제어한다.
밸브축(120)의 상부에 부착되는 수나사 부재(160)는, 나사 이송 부재(70)의 제 2의 나사부(S2)에 나사결합하는 수나사부를 갖는다. 수나사 부재(160)의 상부에는 나사부의 백래시를 제거하기 위한 가세 스프링(170)이 장착된다.
로터 유닛(60)이 스테이터 유닛(40)으로부터의 펄스 신호를 받아 회전하면, 로터 유닛(60)은 스템 부재(110)와 나사결합하는 제 1의 나사부(S1)의 나사 피치에 대응하여 상하 이동한다.
로터 유닛(60)이 회전하면, 나사 이송 부재(70)의 제 2의 나사부(S2)의 암나사측도 회전하고, 밸브축(120)에 부착된 수나사 부재(160)의 나사 작용에 의해 밸브축(120)을 이송한다.
밸브축(120)의 이송량(피치)은, 제 1의 나사부(S1)의 피치로부터 제 2의 나사부(S2)의 피치를 공제한 것이 된다. 즉, 제 1의 나사부(S1)와 제 2의 나사부(S2)는, 이른바 차동 나사 기구를 구성한다. 이 차동 나사 기구를 이용함에 의해, 본 발명의 전동 밸브는, 스테핑 모터의 분해 성능을 같게 한 채, 밸브 개방도의 분해 성능을 향상시킬 수 있다.
도 2는, 스테이터 유닛(40), 캔(30), 배관(20, 22) 등을 떼어낸 상태의 전동 밸브의 구성을 도시한 설명도이다.
로터 유닛(60)을 구성하는 로터(62)는, 링 부재(64)를 통하여 나사 이송 부재(70)에 고착된다. 고착 수단으로서 코킹 수단(K1)이 채용되고 밸브축(120)의 상단부는 소경부(小徑部; 122)를 가지며, 소경부(122)는, 단면 형상이 평탄면을 갖는다. 이른바 D커트면으로 가공된다.
수나사 부재(160)는, 이 D커트면을 이용하여 밸브축(120)에 끼워 장착(嵌裝)되고, 코킹 가공 수단(K2)에 의해 고착된다. 이 구성에 의해, 수나사 부재(160)는 회전 정지 기능을 구비하고 밸브축(120)에 고착된다. 나사 이송 부재(70)와 수나사 부재(160)는, 제 2의 나사부(S2)를 통하여 나사 결합한다. 로터(62)와 함께 나사 이송 부재(70)가 회전하면 제 2의 나사부(S2)의 작용에 의해 밸브축(120)은 상하 이동한다.
한편, 나사 이송 부재(70)는, 내부(內)나사부를 가지며, 스템 부재(110)의 외부(外)나사부에 대해 제 1의 나사부(S1)로 나사결합한다.
제 1의 나사부(S1)와 제 2의 나사부(S2)는, 같은 방향의 나사부가 가공되어 있고, 예를 들면, 제 1의 나사부(S1)는, 호칭 지름이 6㎜이고 피치가 0.6㎜의 나사로 가공된다. 제 2의 나사부(S2)는, 호칭 지름이 3.5㎜이고 피치가 0.5㎜의 나사로 가공된다.
이 구성에 의해, 로터(62)가 1회전하면, 나사 이송 부재(70)는 0.6㎜ 상하이동한다. 동시에, 나사 이송 부재(70)에 나사결합한 밸브축(120)은, 나사 이송 부재(70)에 대해 0.5㎜ 상하이동한다. 나사부(S1, S2)는 같은 방향의 나사부이기 때문에, 밸브축(120)은, 로터(62)의 1회전에 대해 0.1㎜만 이동하는 것으로 된다.
그래서, 이송 나사부로서, 예를 들면 제 1의 나사부(S1)만을 갖는 전동 밸브는, 로터의 1회전당 0.6㎜의 이송량을 갖기 때문에, 그 전동 밸브에 대해 6배의 제어 정밀도(분해 성능)를 구비할 수 있다.
또한, 이 전동 밸브에서는, 밸브축(120)을 축선 둘레로 회전시키는 일 없이, 축선 방향으로 활주시키는 기구를 필요로 한다.
본 발명의 전동 밸브에서는, 밸브축(120)의 선단에 회전 정지 부재(140)를 압입하고, 밸브 본체(10)에 압입한 가이드 부재(144)에 맞닿음으로써, 회전을 정지하고, 축선 방향으로 활주하는 기구를 구성하고 있다.
도 3은 밸브 본체(10)에 조립하기 전의 주요한 부재를 도시한다.
회전 스토퍼 부재(80)의 하단부의 돌기부가 스템 부재(110)에 고정되는 스토퍼 부재(112)의 돌기부(112a)에 맞닿아, 로터 유닛의 하단 위치가 규제된 상태가 도시되어 있다.
도 4는 로터 유닛(60)의 전체의 구성을 도시한다. 제 1의 나사부(S1)의 암나사부와 제 2의 나사부(S2)의 암나사부 및 회전 스토퍼 부재(80)의 하단부에 형성된 돌기(80a)가 도시되어 있다.
도 5는 밸브축 유닛(100)의 전체 구성을 도시한다.
밸브축(120)은, 스템 부재(110) 내에 활주 자유롭게 삽입됨과 함께, 회전 정지 부재(140)가 압입된다. 회전 정지 부재(140)는, 대경부(大徑部; 140a)에 일부에 마련한 평탄면 또는 홈부(溝部)를 갖는다.
밸브 본체(10)측에 고정되는 스토퍼 부재(144)는, 내측으로 돌출하는 돌기부(144a)를 가지며, 회전 정지 부재(140)의 평탄면 또는 홈부에 맞닿아 밸브축(120)의 회전 정지를 구성한다.
도 6은 밸브축의 조립체를 도시하고, 소경부(122)에 부착된 수나사 부재(160)의 상세를 도시한다. 밸브축(120)의 소경부(122)의 상단부는, 원통면(122a)에 가공된 평탄면(122b)을 갖는다. 수나사 부재(160)을 밸브축(120)의 소경부에 감합(嵌合)하고, 외측에서 코킹 가공을 시행(도 2 및 도 3에 도시한다 K2 부분)함에 의해 밸브축(120)에 고착된다. 코킹 가공부의 내측은 평탄면(122b)에 압접되어, 회전 정지를 겸한다.
도 7은 스템 부재의 전체 구성을 도시한다. 스템 부재(110)는, 내경부(110a)가 밸브축(120)을 활주 자유롭게 받아들인다. 외주부에는, 스토퍼 부재(112)가 고착된다. 스토퍼 부재(112)는, 스토퍼용의 돌기부(112a)를 갖는다.
도 8은 본 발명의 전동 밸브의 다른 실시예를 도시한다.
밸브축의 선단부(124)에 회전 고정 부재(140)가 삽입되는 구성은, 이전의 실시예와 마찬가지이다.
밸브 본체(10)에 고정되는 안내 부재에 대신하여 오리피스(200)가 밸브 본체(10)에 고정된다. 오리피스(200)는, 통과하는 냉매중의 기포의 통과를 저지하는 기능을 가짐과 함께, 선단부가 회전 정지 부재(140)에 맞닿아 밸브축의 회전 정지로서 기능한다.
본 발명의 전동 밸브는, 차동 나사 기구를 구비함에 의해, 로터의 회전 각도에 대한 밸브 개방도의 분해 성능을 향상시켜, 더욱 정밀도가 높은 제어가 가능하다.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 캔의 내측에 수용되는 모터의 로터와, 캔의 외측에 배설되는 여자 코일을 포함하는 스테이터와, 상기 로터의 회전 운동을 나사 기구에 의해 진퇴 운동으로 변환하여 밸브체의 밸브 시트에 대한 밸브 개방도를 제어하는 전동 밸브로서,
    상기 나사 기구는, 동일 방향이면서 피치가 다른 2개의 나사부를 갖는 차동 나사에 의해 구성되고,
    상기 로터와 일체로 회전하고 제 1의 암나사부와 그 상부에 제 2의 암나사부를 갖는 나사 이송 부재와, 상기 밸브 시트를 수용하는 밸브 본체에 고정되고 제 1의 수나사부를 갖는 스템 부재와, 상기 스템 부재의 내측에 활주 자유롭게 삽입되어 상기 밸브체를 하방에서 지지하는 밸브축과, 상기 밸브축의 상부에 고착되고 제 2의 수나사부를 갖는 수나사 부재와, 상기 밸브축에 고정되는 회전 멈춤 부재와, 상기 회전 멈춤 부재와 맞닿아서 상기 밸브축의 회전 멈춤이 되고 상기 밸브 본체에 고정되는 스토퍼 부재를 구비하고,
    상기 나사 이송 부재의 상기 제 1의 암나사부와 상기 스템 부재의 상기 제 1의 수나사부가 나사결합하고, 상기 나사 이송 부재의 제 2의 암나사부와 상기 수나사 부재의 상기 제 2의 수나사부가 나사결합하고, 상기 제 1의 암나사부 및 상기 제 1의 수나사부는, 상기 제 2의 암나사부 및 상기 제 2의 수나사부에 대해 큰 피치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전동 밸브.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 나사부에서의 백래시를 제거하는 가세 스프링을 구비하는 것을 특징으로 하는 전동 밸브.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 가세 스프링은, 상기 수나사 부재와 상기 캔의 내면 사이에 개재하는 코일 스프링인 것을 특징으로 하는 전동 밸브.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 스토퍼 부재는, 상기 밸브 본체에 고착되는 오리피스 부재인 것을 특징으로 하는 전동 밸브.
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