WO2017221370A1

WO2017221370A1 - 電動弁

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Publication number: WO2017221370A1
Application number: PCT/JP2016/068644
Authority: WO
Inventors: 藤本　聡; 輝聖見津
Original assignee: Pacific Industrial Co Ltd
Current assignee: Pacific Industrial Co Ltd
Priority date: 2016-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2017-12-28
Anticipated expiration: 2018-12-23
Also published as: CN107076329A; US20170370499A1; JP6542806B2; JPWO2017221370A1; DE112016002578T5; CN107076329B; DE112016002578B4; US10253903B2

Abstract

本発明は、振動音を低減することが可能な電動弁の提供を目的とする。本発明の電動弁（１０）は、ステータ（１１）の一端に設けられたベース部（１５）と、ロータ（４０）に螺合しかつベース部（１５）に直動可能かつ回転不能に支持された直動シャフト（５０）と、直動シャフト（５０）に設けられて弁口（１８）を開閉する弁体（６０）とを有し、ロータ（４０）とステータ（１１）との間に配された中間部材（３５）又はステータ（１１）と、ロータ（４０）と、にそれぞれ設けられて、ロータ（４０）の回転軸方向で互いに当接する、ロータ（４０）側の第１当接部（４２Ａ，４２Ｔ）及びステータ（１１）側又は中間部材（３５）側の第２当接部（１５Ｔ，３５Ｔ）が互いに押し付けられるようにロータ付勢手段（３６，５８）にて付勢されている。

Description

電動弁

　本発明は、モータを駆動源として備える電動弁に関する。

　従来の電動弁として、先端に弁体を備える直動シャフトがモータによって駆動されるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０－１６９８２１号公報（段落［０００７］、図１）

　上述した従来の電動弁においては、ロータがステータに対してがたつき、振動音が発生するという欠点があった。

　本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、振動音を低減することが可能な電動弁の提供を目的とする。

　上記目的を達成するためになされた本発明に係る電動弁は、モータと、前記モータのステータの一端に設けられたベース部と、前記モータのロータに螺合しかつ前記ベース部に直動可能かつ回転不能に支持されている直動シャフトと、前記ベース部に形成されている弁口と、前記直動シャフトの一端に設けられ、前記弁口を開閉する弁体と、前記ロータと前記ステータとの間に配された中間部材又は前記ステータと、前記ロータと、にそれぞれ設けられて、前記ロータの回転軸方向で互いに当接する、前記ロータ側の第１当接部及び前記ステータ側又は前記中間部材側の第２当接部と、前記第１当接部及び前記第２当接部が互いに押し付けられるように前記ロータを回転軸方向に付勢するロータ付勢手段とを備える電動弁である。

本発明の第１実施形態に係る電動弁の側断面図弁口が開いた状態の電動弁の側断面図シャフト支持部材近傍の平断面図弁体部品近傍の側断面図ロータ受容部近傍の側断面図変形例に係るロータ受容部近傍の側断面図変形例に係るロータ受容部近傍の側断面図変形例に係るロータ受容部近傍の側断面図

　［第１実施形態］
　以下、本発明の第１実施形態を図１～図５に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態の電動弁１０は、ステータ１１と、ステータ１１の内側に回転可能に収容されたロータ４０と、ロータ４０の回転によりステータ１１内を直動する直動シャフト５０と、を備えている。

　ステータ１１は、上下に延びたスリーブ１２の外側にステータ側界磁部１３を固定してなる。ステータ側界磁部１３は円環状をなし、電磁コイル１３Ａを並べて備えている。

　スリーブ１２は、上側筒部１４と下側筒部１５（本発明の「ベース部」に相当する）とから構成されており、これら上側筒部１４と下側筒部１５とが同軸上に配置されている。上側筒部１４は、全体に亘って略同径の円筒状をなし、上面開口が蓋体２３によって密閉されている。上述したステータ側界磁部１３は、この上側筒部１４の下端部に固定されている。なお、スリーブ１２、蓋体２３及びステータ側界磁部１３から本発明の「ステータの本体」が構成されている。

　図１に示すように、下側筒部１５は、内部に、下端部から中間部まで延びた弁体直動部屋１５Ｘと、弁体直動部屋１５Ｘの上方に位置し、弁体直動部屋１５Ｘより大径のロータ受容部１５Ｙと、ロータ受容部１５Ｙの上方に位置し、ロータ受容部１５Ｙより大径の上端受容部１５Ｚと、を有している。これらのうち上端受容部１５Ｚに上側筒部１４の下端部が嵌合することで上側筒部１４と下側筒部１５とが連結している。なお、上側筒部１４の下端面が上端受容部１５Ｚの内面である円環段差部１５Ｄに突き当てられ、かつ、下側筒部１５の上端から側方に張り出したフランジ１５Ｆがステータ側界磁部１３の下面に当接した状態で、上側筒部１４と下側筒部１５とは溶接されている。

　下側筒部１５の下端側の開口部１６には、弁座部材１７が嵌合されている。弁座部材１７は円筒状をなし、その上端開口が弁口１８になっている。また、下側筒部１５には、下端寄り位置に、側方に開放した側部開口１５Ｂが形成されている。そして、弁座部材１７に第１流路Ｒ１が接続され、側部開口１５Ｂに第２流路Ｒ２が接続されている。

　弁口１８は、直動シャフト５０の先端に備えられた弁体６０によって開閉される。弁体６０は、先端部に向かって縮径した円錐台形状をなし、図１に示すように、上方から弁口１８内に進入し、弁座１９に当接することで、弁口１８を閉塞して、流動を規制する。そして、図２に示すように、この弁体６０が上方に移動し、弁口１８を開放することで、第１流路Ｒ１と第２流路Ｒ２との間の流動が可能となる。

　弁体６０を有する直動シャフト５０は、下側筒部１５に対して直動可能かつ回転不能に支持されている。詳細には、図１及び図３に示すように、直動シャフト５０の上下方向の中間部分は、断面Ｄ字状の摺動軸部５０Ｂになっていて、下側筒部１５のうち弁体直動部屋１５Ｘの上端部に取り付けられたシャフト支持部材２５に受容されている。シャフト支持部材２５は、略円筒状をなすと共に、摺動軸部５０ＢのＤ字状の断面に対応したＤ字状のシャフト受容孔２５Ｄを有していて、直動シャフト５０の回転を規制している。

　図４に示すように、シャフト支持部材２５は、上側部材２５Ａと下側部材２５Ｂとを有する。上側部材２５Ａは、下側部材２５Ｂよりも小径であり、下側部材２５Ｂの内側に受容されている。上側部材２５Ａの上端には、側方に張り出したフランジ２５Ｆが設けられていて、このフランジ２５Ｆの下面が下側部材２５Ｂの上端に当接している。一方、下側部材２５Ｂの下端寄り位置には、内側に張り出して上側部材２５Ａの下端面と対向する突出円環板２５Ｈが設けられている。なお、断面Ｄ字状のシャフト受容孔２５Ｄは、上側部材２５Ａに形成されている。

　なお、下側筒部１５のうちシャフト支持部材２５を受容する受容部１５Ｇの周辺部には、図３に示すように、２本の連通穴１５Ｈが形成され、シャフト支持部材２５により隔てられる上下の空間の圧力が略均一になっている。

　図１に示すように、ロータ４０は、円筒状の回転螺合筒４２の外側に、磁性を有するロータ側界磁部４１を固定してなる。このロータ側界磁部４１とステータ側界磁部１３とを主要部として本発明の「モータ」に相当するステッピングモータ２０が構成され、ステータ側界磁部１３の電磁コイル１３Ａの励磁パターンが変更されることで、ロータ側界磁部４１が所定の回転位置に位置決め制御される。なお、ロータ側界磁部４１は、回転螺合筒４２における下端寄り位置から上方にかけて配されていて、ステータ１１のロータ受容部１５Ｙには、ロータ４０のうちの回転螺合筒４２の下端部が受容されている。

　回転螺合筒４２は、両端開放の筒状をなし、下端寄り位置の内側に雌螺子部４２Ｎが形成されている。また、直動シャフト５０における摺動軸部５０Ｂの上方には、外面に雄螺子部５０Ｎが形成されていて、この雄螺子部５０Ｎが回転螺合筒４２の雌螺子部４２Ｎに螺合している。

　ロータ４０は、後述する位置決め機構により軸方向で位置決めされた状態でステータ１１に対して回転する。この回転に従い、ステータ１１の下側筒部１５に回転不能に支持された直動シャフト５０が、回転螺合筒４２との螺合により直動し、弁体６０の直動位置が変更される。

　電動弁１０には、ロータ４０の回転量を規制するために、以下に説明する部品が備えられている。即ち、図１に示すように、ステータ１１には、蓋体２３から下方に垂下したガイドシャフト３０が備えられている。このガイドシャフト３０には、螺旋ガイド３１が固定されている。螺旋ガイド３１は、ガイドシャフト３０の下部に線材を螺旋状に巻回してなる。

　螺旋ガイド３１にはストッパリング３２が係合している。ストッパリング３２は、螺旋ガイド３１のうち軸方向で隣り合った線材同士の隙間の一部に収まったリング状をなしかつ側方にストッパアーム３２Ａを張り出して備えている。また、ロータ４０の回転螺合筒４２の内面には、雌螺子部４２Ｎより上方で上下方向に延びかつストッパアーム３２Ａを挟むようにして配されたリング当接部４２Ｓ，４２Ｓ（図１には、奥側のリング当接部４２Ｓのみが示されている）が形成されている。そして、ロータ４０が回転すると、ストッパリング３２がリング当接部４２Ｓに押され、螺旋ガイド３１に対して相対回転して上下動し、螺旋ガイド３１の上端部又は下端部まで移動したときに回動不能となる。これにより、ロータ４０の回転量が規制される。

　次に、ロータ４０の位置決め機構について説明する。図１に示すように、ステータ１１における上側筒部１４の内部のうち蓋体２３とロータ４０との間には、本発明の「中間部材」に相当する押付部材３５が備えられている。押付部材３５は、下方へ膨出した円環板状の主板部３５Ａと、その内縁から上方へ起立した支持用筒部３５Ｂと、を有している。押付部材３５は、支持用筒部３５Ｂ内にガイドシャフト３０が挿通して直動可能かつ回転可能に支持されている。即ち、本実施形態では、押付部材３５の支持に、ロータ４０の回転量を規制するガイドシャフト３０が兼用されている。

　押付部材３５の主板部３５Ａの外縁部には、テーパ面３５Ｔが形成されていて、このテーパ面３５Ｔがロータ４０における回転螺合筒４２の上端開口縁４２Ａに当接する。上端開口縁４２Ａは面取りされて小さいテーパ面になっている。なお、ガイドシャフト３０の螺旋ガイド３１は、押付部材３５よりも下方に配されている。

　また、押付部材３５と蓋体２３との間には圧縮コイルバネ３６（本発明の「ロータ付勢手段」及び「弾性部材」に相当する）が突っ張るように配されている。押付部材３５は、この圧縮コイルバネ３６により下方へ付勢され、ロータ４０をロータ受容部１５Ｙの内面へ押し付ける。これにより、ロータ４０が軸方向で位置決めされる。なお、本実施形態では、押付部材３５及び圧縮コイルバネ３６がロータ４０の回転に伴い回転し、圧縮コイルバネ３６が蓋体２３に設けられた摺接板３７に対して摺接する構成となっているが、例えば、押付部材３５が回転不能又は回転しにくい構成になっていて、ロータ４０が押付部材３５に対して摺接する構成であってもよい。

　図５に示すように、下側筒部１５のうちロータ受容部１５Ｙの内面は、中心に向かって下ったテーパ面１５Ｔとなっている。また、ロータ４０の回転螺合筒４２の下端面にも先細りしたテーパ面４２Ｔが形成されていて、ロータ４０が押付部材３５により下方へ付勢されることにより、これらテーパ面１５Ｔ，４２Ｔ同士が互いに面当接してロータ４０がステータ１１に対して芯出しされる。なお、下側筒部１５のテーパ面１５Ｔと回転螺合筒４２のテーパ面４２Ｔとは略同じ傾斜角となっている。また、これらテーパ面１５Ｔ，４２Ｔの傾斜角は、回転螺合筒４２がロータ受容部１５Ｙの奥部へと圧入されない程度の角度（例えば、１５度以下）であることが好ましい。

　なお、ロータ４０のうち回転螺合筒４２の上端開口縁４２Ａ及びテーパ面４２Ｔが本発明の「第１当接部」に相当し、押付部材３５のテーパ面３５Ｔ及び下側筒部１５のテーパ面１５Ｔが本発明の「第２当接部」に相当する。

　図１に示すように、直動シャフト５０は、上下方向に延び、摺動軸部５０Ｂと雄螺子部５０Ｎとを有するシャフト本体５０Ａの下端部に、弁体６０を含む弁体部品５５を取り付けてなる。詳細には、図４に示すように、直動シャフト５０におけるシャフト本体５０Ａの下端面中央部には、連結孔５０Ｄが穿孔されていて、この連結孔５０Ｄに弁体部品５５の上端部が収容されている。

　以下、弁体部品５５について詳説する。図４に示すように、弁体部品５５は、弁体６０と、例えば、圧入、溶接等により弁体６０の上端部に固定された抜止部材５６と、を有している。弁体６０は、下方へ先細りした円錐台状の弁体本体部６０Ａと、弁体本体部６０Ａの上面中央から上方に延びた軸部６０Ｂと、弁体本体部６０Ａの上端寄り位置から側方に張り出したフランジ６０Ｆと、を有している。なお、フランジ６０Ｆは、直動シャフト５０より側方に張り出している。

　抜止部材５６は、弁体６０の軸部６０Ｂを受容する上端有底の円筒状をなし、その上端には、フランジ形係止壁５６Ａが形成されている。そして、フランジ形係止壁５６Ａが連結孔５０Ｄに挿入された状態で連結孔５０Ｄの下端部に抜止リング５７が圧入され、弁体部品５５の基端部が連結孔５０Ｄに抜け止めされている。また、連結孔５０Ｄは、抜止部材５６の全長より深くなっているので、抜止部材５６が連結孔５０Ｄ内で直動可能となっている。これにより、抜止部材５６に固定された弁体６０が直動シャフト５０に対して直動可能となっている。なお、抜止部材５６、連結孔５０Ｄ及び抜止リング５７が本発明の「直動連結機構」に相当する。

　そして、弁体６０のフランジ６０Ｆと、ステータ１１におけるシャフト支持部材２５の突出円環板２５Ｈとの間に圧縮コイルバネ５８（本発明の「シャフト付勢手段」、「弁体付勢手段」、「ロータ付勢手段」に相当する）が配されている。これにより、弁体６０が弁口１８側へ付勢される。さらに、弁体６０がステータ１１に対して下方へ付勢されることにより、直動シャフト５０もステータ１１に対して下方へ付勢されると共に、ロータ４０も下方へ付勢される。なお、弁体６０のフランジ６０Ｆが本発明の「受圧部」に相当し、シャフト支持部材２５の突出円環板２５Ｈが本発明の「対向部」に相当する。

　本実施形態の構成は以上である。次に、本実施形態の作用効果について説明する。本実施形態の電動弁１０は、例えば、ボディ１００（図１参照）に組み込まれている。そして、ステータ側界磁部１３の励磁を受けてロータ４０が回転することにより、ロータ４０の回転螺合筒４２との螺合により弁体６０を有する直動シャフト５０が直動し、弁開度が変更されて、第１流路Ｒ１と第２流路Ｒ２との間を流れる冷媒の流量が変更される。

　ここで、本実施形態の電動弁１０では、押付部材３５及び圧縮コイルバネ３６により、ロータ４０が、ステータ１１におけるロータ受容部１５Ｙの内面（テーパ面１５Ｔ）に押し付けられた状態で回転するので、ロータ４０が軸方向でがたつくことが防がれ、従来よりも振動音を低減することができる。

　さらに、ロータ受容部１５Ｙの内面とロータ４０の回転螺合筒４２の下端面とに、それぞれテーパ面１５Ｔ，４２Ｔが形成されていて、これらテーパ面１５Ｔ，４２Ｔ同士が互いに面当接してロータ４０がステータ１１に対して芯出しされるので、ロータ４０が径方向でがたつくことも防がれ、振動音がより低減される。

　また、押付部材３５にもテーパ面３５Ｔが形成されていて、このテーパ面３５Ｔが回転螺合筒４２のテーパ状の上端開口縁４２Ａに当接するので、これによってもロータ４０がステータ１１に対して芯出しされる。

　また、本実施形態では、弁体６０が直動シャフト５０に対して直動可能に連結されているので、弁体６０と弁口１８の開口縁との当接による衝撃を吸収することができると共に、圧縮コイルバネ５８により、弁体６０と弁口１８の開口縁との間の接触圧力を得ることができる。

　そればかりか、弁口１８の開口状態にかかわらず、圧縮コイルバネ５８により直動シャフト５０が弁体６０と共に、ロータ４０に対して下方に付勢されるので、直動シャフト５０とロータ４０との間のガタによる振動音を低減することができる。また、直動シャフト５０が下方へ付勢されることによって、ロータ４０も下方へ付勢されるため、ロータ４０のロータ受容部１５Ｙの内面への押し付けをより強力にすることができる。

　しかも、本実施形態では、弁体６０を付勢する圧縮コイルバネ５８が、ロータ４０の付勢と、直動シャフト５０の付勢とに兼用されているので、部品点数の削減が図られる。

　［他の実施形態］
　本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）上記実施形態では、ロータ受容部１５Ｙの内面とロータ４０の回転螺合筒４２の下端面とが両方テーパ面となっていたが、図６又は図７に示すように、片方のみであってもよい。

（２）上記実施形態では、ロータ受容部１５Ｙのテーパ面１５Ｔとロータ４０の回転螺合筒４２のテーパ面４２Ｔとが、中央部に向けて下るように傾斜していたが、図８に示すように、中央部に向けて上がるように傾斜していてもよい。

（３）上記実施形態では、ロータ受容部１５Ｙの内面とロータ４０の回転螺合筒４２の下端面とが、面当接していたが、一方に突条やローラ等を設け、点当接又は線当接される構成としてもよい。その際、ロータ受容部１５Ｙと回転螺合筒４２とが点当接又は線当接する箇所は、３か所以上が好ましい。

（４）上記実施形態では、押付部材３５にテーパ面３５Ｔが形成されていたが、形成されていなくてもよく、平坦形状であってもよい。

（５）上記実施形態では、本発明の「弁体付勢手段」が「シャフト付勢手段」を兼用する構成であったが、これらを別個に設ける構成であってもよい。その一例として、例えば、直動シャフト５０の雄螺子部５０Ｎに本発明の「シャフト付勢手段」としての圧縮コイルバネを挿通して、回転螺合筒４２の雌螺子部４２Ｎの下側開口縁と、直動シャフト５０のうち雄螺子部５０Ｎと摺動軸部５０Ｂとの段差面との間に圧縮状態で収容した構成が挙げられる。

（６）本発明の「ロータ付勢手段」が、圧縮コイルバネ５８のみにより構成されていてもよいし、圧縮コイルバネ３６のみにより構成されていてもよい。

（７）上記実施形態では、本発明の「ロータ付勢手段」が、圧縮コイルバネ３６，５８であったが、他の弾性部材（板バネやゴム等）であってもよいし、例えば、ロータ４０に重りをつけてその重さによりロータ４０を付勢する構成であってもよいし、ロータ４０とステータ１１の蓋体２３とに反発し合うように磁石を取り付けて、それらの反発力により付勢する構成であってもよい。

（８）同様に、上記実施形態では、本発明の「弁体付勢手段」及び「シャフト付勢手段」が、圧縮コイルバネ５８であったが、他の弾性部材（板バネやゴム等）であってもよいし、例えば、弁体６０に重りをつけてその重さにより直動シャフト５０を付勢する構成であってもよいし、弁体６０とステータ１１のシャフト支持部材２５とに反発し合うように磁石を取り付けて、それらの反発力により弁体６０を付勢する構成であってもよい。

　１０　　電動弁
　１１　　ステータ
　１５Ｔ　　テーパ面（ステータ側摺接部）
　１５Ｙ　　ロータ受容部
　１８　　弁口
　２０　　ステッピングモータ（モータ）
　２５　　シャフト支持部材
　２５Ｄ　　シャフト受容孔
　３０　　ガイドシャフト
　３１　　螺旋ガイド
　３２　　ストッパリング
　３５　　押付部材（中間部材）
　３５Ｔ　　テーパ面（ステータ側摺接部）
　３６　　圧縮コイルバネ（ロータ付勢手段）
　４０　　ロータ
　４２　　回転螺合筒
　４２Ａ　　上端開口縁４２Ａ（ロータ側摺接部）
　４２Ｔ　　テーパ面（ロータ側摺接部）
　５０　　直動シャフト
　５５　　弁体部品
　５８　　圧縮コイルバネ（弁体付勢手段、シャフト付勢手段、ロータ付勢手段）
　６０　　弁体

Claims

　モータと、
　前記モータのステータの一端に設けられたベース部と、
　前記モータのロータに螺合しかつ前記ベース部に直動可能かつ回転不能に支持されている直動シャフトと、
　前記ベース部に形成されている弁口と、
　前記直動シャフトの一端に設けられ、前記弁口を開閉する弁体と、
　前記ロータと前記ステータとの間に配された中間部材又は前記ステータと、前記ロータと、にそれぞれ設けられて、前記ロータの回転軸方向で互いに当接する、前記ロータ側の第１当接部及び前記ステータ側又は前記中間部材側の第２当接部と、
　前記第１当接部及び前記第２当接部が互いに押し付けられるように前記ロータを回転軸方向に付勢するロータ付勢手段とを備える電動弁。
　前記第１当接部は、前記ロータの両端部に設けられ、
　前記第２当接部は、前記ロータを回転軸方向で挟む２位置に設けられると共に、それら２位置のうちの少なくとも一方の前記第２当接部が、前記ステータの本体に対して直動可能な前記中間部材に設けられ、
　前記中間部材と前記ステータの本体との間には、前記ロータ付勢手段としての弾性部材が設けられている請求項１に記載の電動弁。
　前記ステータの本体に取り付けられ、かつ、前記直動シャフトと同軸上に延びたガイドシャフトと、
　前記ガイドシャフトの外面に設けられた螺旋ガイドと、
　前記ガイドシャフトに取り付けられ、前記ロータの回転に応じて前記螺旋ガイドの上端から下端まで移動して前記ロータの回転量を規制するストッパリングと、を備え、
　前記中間部材は前記ガイドシャフトに支持されている請求項２に記載の電動弁。
　前記第１当接部及び前記第２当接部の一方又は両方に、前記ロータを前記ステータに対して芯出しするテーパ面が形成されている請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載の電動弁。
　前記直動シャフトを前記ロータに対して直動方向の一方に付勢するシャフト付勢手段を備える請求項１乃至４の何れか１の請求項に記載の電動弁。
　前記弁口は、前記弁体を挟んで前記直動シャフトの反対側に配置され、
　前記弁体を、前記直動シャフトの一端部に直動可能かつ離脱不能に連結する直動連結機構と、
　前記弁体を前記直動シャフトに対して前記弁口に向けて付勢する弁体付勢手段とを備える請求項１乃至５の何れか１の請求項に記載の電動弁。
　前記弁体付勢手段が前記ロータ付勢手段を兼ねている請求項６に記載の電動弁。
　前記弁体に形成されて、前記直動シャフトより側方に張り出す受圧部と、
　前記ベース部に形成されて、前記受圧部に前記弁口の反対側から対向する対向部と、
　前記受圧部と前記対向部との間で圧縮状態になっている前記弁体付勢手段としての圧縮コイルバネとを備える請求項６又は７に記載の電動弁。