WO2019230281A1

WO2019230281A1 - 電動弁

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Publication number: WO2019230281A1
Application number: PCT/JP2019/017436
Authority: WO
Inventors: 佑樹小泉; 柳澤　秀; 力樹小城; 原田　貴雄; 共存大内; 菅沼　威
Original assignee: 株式会社不二工機
Priority date: 2018-05-29
Filing date: 2019-04-24
Publication date: 2019-12-05
Also published as: JP6791508B2; JP2019206998A

Abstract

ねじ部分への潤滑剤の注入を不要とした電動弁を提供する。電動弁（１）の弁体駆動部（４０）は、軸受部材（２２）と回転昇降軸（６４）とを有している。軸受部材（２２）は、弁本体（１０）に固定されており、金属製の外側円筒部（２３）と、内周面に雌ねじ（２４ａ）が設けられた樹脂製の内側円筒部（２４）とを一体に有している。金属製の回転昇降軸（６４）は、弁体（３０）に接続され、軸受部材（２２）の雌ねじ（２４ａ）に螺合される雄ねじ（６５ａ）が設けられている。

Description

電動弁

　本発明は、電動弁に関する。

　従来の電動弁の一例が特許文献１に開示されている。この電動弁１０１は、図４に示すように、弁本体１１０と、この弁本体１１０の筒状基台１１２に固着されたキャン１１８と、を有している。弁本体１１０およびキャン１１８の内側に、筒状基台１１２に固定された支持部材１２０と、支持部材１２０により昇降可能に支持される弁体１３０と、が配置されている。

　支持部材１２０は、筒状保持部材１２１を有している。筒状保持部材１２１の内側には、上端部がかしめ固定された金属製の軸受部材１２２が配置されている。軸受部材１２２は、内周面に雌ねじ１２４ａが設けられている。雌ねじ１２４ａには、金属製の回転昇降軸１６４の雄ねじ１６５ａが螺合されている。回転昇降軸１６４は、キャン１１８の外側に配置されたステータ１４２、ならびに、キャン１１８の内側に配置されたロータ１４３および減速歯車機構１５０を有する電動の回転駆動部によって回転される。回転昇降軸１６４は、雌ねじ１２４ａと雄ねじ１６５ａとのねじ送り機構によって上下方向に移動する。これにより、回転昇降軸１６４に接続された弁体１３０も上下方向に移動して、弁座部材１１３に設けられた弁口１１３ｃが開閉される。

特開２０１５－９４３７２号公報

　上記電動弁１０１は、軸受部材１２２に回転昇降軸１６４が螺合されている。軸受部材１２２と回転昇降軸１６４とは互いに金属製であることから、滑らかに回転させるためにねじ部分へのグリス等の潤滑剤の注入が必要となる。また、経年使用により潤滑剤が減少すると摺動抵抗が増大するおそれがある。

　そこで、本発明は、ねじ部分への潤滑剤の注入を不要とした電動弁を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る電動弁は、弁室が設けられた弁本体と、前記弁室内で弁座に対向して配置された弁体と、前記弁体を前記弁座に接離するように移動させる弁体駆動部と、を有し、前記弁体駆動部は、前記弁本体に固定され、金属製の外側筒部と内周面に雌ねじが設けられた樹脂製の内側筒部とを一体に有する軸受部材と、前記弁体に接続され、前記雌ねじに螺合される雄ねじが設けられた金属製の回転昇降軸と、を有していることを特徴とする。

　本発明によれば、弁体駆動部が、弁本体に固定され、金属製の外側筒部と内周面に雌ねじが設けられた樹脂製の内側筒部とを一体に有する軸受部材を有している。そして、弁体駆動部が、弁体に接続されるとともに、軸受部材の雌ねじに螺合される雄ねじが設けられた金属製の回転昇降軸を有している。このようにしたことから、回転昇降軸が回転されるとねじ送り作用によって回転昇降軸が軸方向に移動するので、回転昇降軸に接続された弁体も移動する。そして、軸受部材の内側筒部が樹脂製であるので、樹脂が備える自己潤滑性により潤滑剤を注入することなく回転昇降軸の滑らかな回転を確保することができる。

　本発明において、前記軸受部材は、前記外側筒部と前記内側筒部とがインサート成形により一体に構成されていることが好ましい。このようにすることで、軸受部材の外側筒部と内側筒部とを容易かつ強固に一体化することができる。

　本発明において、前記内側筒部が、前記外側筒部より長い筒状に形成されているとともに、前記外側筒部から突出された一方の端部の外周面に１または複数の平坦面が設けられていることが好ましい。このようにすることで、インサート成形の際、内側筒部の雌ねじに対応する雄ねじ形状の金型部分を回し抜くときに、平坦面をチャック治具により掴むことで、軸受部材が回転してしまうことを抑制できる。

　本発明によれば、軸受部材と回転昇降軸とのねじ部分への潤滑剤の注入を不要とすることができる。

本発明の一実施形態に係る電動弁の縦断面図である。図１の電動弁が有する軸受部材を示す図である。図１の電動弁が有する遊星歯車機構の固定リング歯車およびギヤケースを示す図である。従来の電動弁の縦断面図である。

　以下、本発明の一実施形態に係る流路切換弁の構成について、図１～図３を参照して説明する。

　図１は、本発明の一実施形態に係る電動弁の縦断面図（軸線Ｌに沿う断面図）である。図２は、図１の電動弁が有する軸受部材を示す。図２（ａ）は斜視図であり、図２（ｂ）は縦断面図である。図３は、図１の電動弁が有する遊星歯車機構の固定リング歯車およびギヤケースを示す。図３（ａ）～（ｃ）は、順に平面図、正面図および縦断面図である。なお、本明細書において、「上下左右」は各図において各部材の相対的な位置関係を示すために用いており、絶対的な位置関係を示すものではない。

　本実施形態の電動弁１は、例えばヒートポンプ式冷暖房システム等において膨張弁として使用される。電動弁１は、流体（冷媒）が双方向（第１流れ方向とその逆の第２流れ方向）に流動する双方向流通型の電動弁である。

　電動弁１は、弁本体１０と、キャン１８と、支持部材２０と、弁体３０と、弁体駆動部４０と、を有している。

　弁本体１０は、筒状基体１１と、筒状基台１２と、弁座部材１３と、を有している。

　筒状基体１１は、周壁部１１ａおよび底壁部１１ｂを有する円筒状に形成されている。筒状基体１１は、その内部に弁室１４が設けられている。周壁部１１ａには、弁室１４に通じる第１開口１１ｃが設けられている。底壁部１１ｂには、弁室１４に通じる第２開口１１ｄが設けられている。

　筒状基台１２は、上方に向かって縮径する段付きの略円筒状に形成されている。筒状基台１２の下端部は、筒状基体１１の上方開口部に取り付けられている。筒状基台１２の上端部は、後述するキャン１８の下方開口部に取り付けられている。

　弁座部材１３は、略円筒状に形成されている。弁座部材１３は、弁室１４に収容されている。弁座部材１３は、筒状基体１１の底壁部１１ｂに第２開口１１ｄと同軸に重なるようにして固着されている。弁座部材１３の上端部は、外縁から内縁に向かうにしたがって下方に向かう傾斜面１３ａが設けられている。傾斜面１３ａの内縁近傍は、後述する弁体３０が接する弁座１３ｂとなる。弁座１３ｂは、弁室１４に開口する弁口１３ｃを囲んでいる。

　筒状基体１１の周壁部１１ａの第１開口１１ｃには、側方に延びる第１導管継手１５が取り付けられる。また、弁座部材１３の下端部には、筒状基体１１の底壁部１１ｂの第２開口１１ｄを通って下方に延びる第２導管継手１６が取り付けられる。第１導管継手１５は弁室１４に通じている。第２導管継手１６は弁口１３ｃに通じている。

　キャン１８は、周壁部１８ａと天井部１８ｂとを有する円筒状に形成されている。キャン１８の下方開口部は、筒状基台１２の上端部に溶接等により接合されている。

　支持部材２０は、筒状保持部材２１を有している。

　筒状保持部材２１は、略円筒状に形成されている。筒状保持部材２１は、弁本体１０の筒状基台１２の内側に圧入等により固定されている。筒状保持部材２１は、弁座部材１３と同軸でかつ上下方向に間隔をあけて対向している。筒状保持部材２１の内周面の中間部には、隔壁２１ａが設けられている。また、筒状保持部材２１おける隔壁２１ａより上部には、連通孔２１ｂが設けられている。連通孔２１ｂは、隔壁２１ａより上部の空間とキャン１８の内部を連通する。隔壁２１ａより上部の空間は、後述するばね室２８となる。筒状保持部材２１の内側には、後述する昇降駆動部６０が有する軸受部材２２が配置されている。

　図２に示すように、軸受部材２２は、外側筒部としての金属製の外側円筒部２３と、内側筒部としての樹脂製の内側円筒部２４と、を一体に有している。

　本実施形態において、軸受部材２２はインサート成形により作製される。軸受部材２２の作製では、成形に用いる金型のキャビティ内にインサート品である外側円筒部２３を配置する。そして、当該キャビティに溶融樹脂材料を射出する。このようにして、外側円筒部２３と内側円筒部２４とが一体化した軸受部材２２を得る。なお、軸受部材２２は、インサート成形以外にも、外側円筒部２３と内側円筒部２４とを別々に作製したのち互いに組み付けるようにしてもよい。

　外側円筒部２３は、例えば、真ちゅうなどの金属製であり、円筒状の胴部２３ａと、胴部２３ａの上端に設けられたフランジ部２３ｂと、を有している。胴部２３ａには貫通孔２３ｃが設けられている。インサート成形により貫通孔２３ｃに樹脂が進入することで、外側円筒部２３に対する内側円筒部２４の回り止めとして機能する。フランジ部２３ｂの外周面には、金型内での位置決めのための平坦面２３ｄが設けられている。フランジ部２３ｂは、筒状保持部材２１の上端部にかしめにより固定される。外側円筒部２３は、かしめによる変形を抑制するため金属製であることが好ましい。外側円筒部２３が弁本体１０に固定された筒状保持部材２１にかしめにより固定される。すなわち、軸受部材２２が弁本体１０に固定される。外側円筒部２３は筒状保持部材２１に圧入により固定されていてもよい。

　内側円筒部２４は、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの樹脂製であり、外側円筒部２３より細長い円筒状に形成されている。内側円筒部２４は、外側円筒部２３と同軸に配置されている。内側円筒部２４の内周面の略下半分には、雌ねじ２４ａが設けられている。内側円筒部２４における一方の端部である下端部２４ｂは、外側円筒部２３の下端面から上下方向（弁体の昇降方向）のうち下方向へ突出している。内側円筒部２４の下端部２４ｂの外周面には、複数の平坦面２４ｃが設けられている。

　複数の平坦面２４ｃは、インサート成形の際、内側円筒部２４の雌ねじ２４ａに対応する雄ねじ形状の金型部分を回し抜くときに軸受部材２２が回転しないようにチャック治具により掴まれる部分である。本実施形態において、複数の平坦面２４ｃは周方向に１２０度間隔で３つ設けられている。複数の平坦面２４ｃは、周方向に等間隔に設けられていることが好ましい。内側円筒部２４の下端部２４ｂは、四角筒状や六角筒状などの多角形筒状に形成されていてもよく、これら多角形筒状も外周面に複数の平坦面を有する構成に含まれる。なお、内側円筒部２４の下端部２４ｂの外周面に平坦面２４ｃを一つ形成し、断面Ｄ字状としてもよい。

　弁体３０は、円筒状に形成されている。弁体３０は、筒状保持部材２１の下部に上下方向に移動可能に挿入されていることにより、支持部材２０に弁座部材１３と対向するように支持されている。具体的には、弁体３０は、弁座部材１３と同軸でかつ下端部３０ａが弁座部材１３の弁座１３ｂと対向するように配置されている。弁体３０の上端面３０ｂには、円環板状の押さえ部材３１が重ねられている。弁体３０と押さえ部材３１とによって形成された溝部３０ｃには、弁体３０と筒状保持部材２１との間の隙間を封止するＯリング３２が設けられている。

　弁体駆動部４０は、弁体３０を上下方向に移動（昇降）させることにより、弁体３０を弁座部材１３に接離するように移動させる。弁体駆動部４０は、回転駆動部４１と、昇降駆動部６０と、を有している。

　回転駆動部４１は、キャン１８の外側に配置されたステータ４２と、キャン１８の内側に回転可能に収容されたロータ４３と、ロータ４３の回転を減速する遊星歯車機構５０と、を有している。ステータ４２とロータ４３とは電動モーターを構成している。回転駆動部４１は、ロータ４３の回転駆動力を遊星歯車機構５０で減速して昇降駆動部６０に与える。

　遊星歯車機構５０は、ロータ４３の内側に配置されている。遊星歯車機構５０は、太陽歯車５１と、固定リング歯車５２と、遊星歯車５３と、キャリア５４と、出力歯車５５と、出力軸５６と、ギヤケース５７と、を有している。太陽歯車５１は、ロータ軸４４に取り付けられたロータ支持部材４５に一体に設けられている。固定リング歯車５２は、支持部材２０の筒状保持部材２１の上部に固着された円筒状のギヤケース５７の上端に固定されている。遊星歯車５３は、太陽歯車５１と固定リング歯車５２との間に配置されてそれぞれに噛み合っている。キャリア５４は、遊星歯車５３を回転自在に支持する。出力歯車５５は、遊星歯車５３に外側から歯合する有底筒状に形成されている。出力軸５６は、出力歯車５５の底部に形成された孔にその上部が圧入等によって固着されている。

　図３に示すように、本実施形態において、固定リング歯車５２は、インサート成形によって金属製のギヤケース５７と一体化されている。ギヤケース５７の上端部には切り欠き５７ａが設けられている。インサート成形によりギヤケース５７の切り欠き５７ａに樹脂が進入して、固定リング歯車５２の外周部が切り欠き５７ａと嵌まり合うことにより、固定リング歯車５２は、ギヤケース５７に対して回転方向および軸方向（上下方向）への移動が規制される。なお、本実施形態において、固定リング歯車５２は、ギヤケース５７の上端から上方にはみ出して配置されているが、ギヤケースの上端からはみ出すことなく、ギヤケース５７の内側に収まるように配置されていてもよい。また、上述した軸受部材２２のように、ギヤケース５７に貫通孔を設け、この貫通孔に樹脂を進入させて回転方向および軸方向（上下方向）への移動を規制するようにしてもよい。

　昇降駆動部６０は、ばね受け体６１と、弁開ばね６２と、推力伝達部材６３と、回転昇降軸６４と、上述した軸受部材２２と、を有している。

　ばね受け体６１は、円筒部６１ａと、円筒部６１ａの上端に設けられ、外側に突出する上端側引っかけ部６１ｂと、円筒部６１ａの下端に設けられ、内側に突出する下端側引っかけ部６１ｃと、を有している。円筒部６１ａは、内径が軸受部材２２の内側円筒部２４の下端部２４ｂの外径と同一または若干大きくなるように形成されている。ばね受け体６１は、筒状保持部材２１の隔壁２１ａと軸受部材２２との間に設けられたばね室２８に収容されている。円筒部６１ａには、内側円筒部２４の下端部２４ｂが上下方向に移動可能に挿入されている。

　開弁ばね６２は、らせん状のコイルばねである。開弁ばね６２は、ばね室２８において、筒状保持部材２１の隔壁２１ａとばね受け体６１の上端側引っかけ部６１ｂとの間に圧縮状態で挟まれている。これにより、開弁ばね６２は、ばね受け体６１に対して上方に押し上げる力を与えている。

　推力伝達部材６３は、全体が略円筒状に形成されており、上から順に大径部６３ａと、中径部６３ｂと、小径部６３ｃと、を一体に有している。推力伝達部材６３は、筒状保持部材２１の隔壁２１ａに設けられた貫通孔２１ｃに挿通されている。大径部６３ａは、ばね受け体６１の下端側引っかけ部６１ｃに引っかけられている。推力伝達部材６３は、小径部６３ｃが弁体３０の上端面３０ｂに開口した孔部３０ｄに圧入等により固定されており、中径部６３ｂと小径部６３ｃとの段部によって押さえ部材３１が弁体３０に押しつけられている。

　回転昇降軸６４は、例えば、ステンレスなどの金属製であり、円柱部６５と、円柱部６５の上端面に連なる平板部６６と、を一体に有している。円柱部６５の外周面には、雄ねじ６５ａが設けられている。雄ねじ６５ａは、軸受部材２２の雌ねじ２４ａに螺合する。平板部６６は、回転駆動部４１の出力軸５６に設けられたスリット５６ａに上下方向に移動可能に挿入されている。回転昇降軸６４は、出力軸５６の回転に伴って回転され、ねじ送り作用によって上下方向に移動する。回転昇降軸６４は、ボール６７、ボール受け座６８および推力伝達部材６３を介して弁体３０に接続されている。これにより、回転昇降軸６４が下方に移動することにより、弁体３０が押し下げられる。

　本実施形態において、弁座部材１３、軸受部材２２、弁体３０、ロータ軸４４、出力軸５６および回転昇降軸６４のそれぞれの軸心は、軸線Ｌに一致する。換言すると、これらは全て同軸に配置される。

　次に、本実施形態の電動弁１の動作の一例を説明する。

　電動弁１は、ステータ４２に電流を流すことによりロータ４３に回転力が生じる。ロータ４３の回転力は、遊星歯車機構５０で減速されて出力軸５６から回転昇降軸６４に伝達されて、回転昇降軸６４が回転される。回転昇降軸６４は、軸受部材２２とのねじ送り作用により回転方向に応じて上下に移動（昇降）する。

　回転昇降軸６４が下方に移動すると、推力伝達部材６３が押されて下方に移動する。これにより、推力伝達部材６３とともに弁体３０が下方に移動し、弁体３０の下端部３０ａが弁座部材１３の弁座１３ｂに接して弁口１３ｃが閉じられる。このとき、弁開ばね６２は圧縮状態となる。

　また、回転昇降軸６４が上方に移動すると、圧縮状態の弁開ばね６２が復元してばね受け体６１が上方に押し上げられて移動し、ばね受け体６１の下端側引っかけ部６１ｃに引っかけられている推力伝達部材６３が上方に引っ張られて移動する。これにより、推力伝達部材６３とともに弁体３０が上方に移動し、弁体３０の下端部３０ａが弁座部材１３の弁座１３ｂから離れて弁口１３ｃが開かれる。

　金属製の回転昇降軸６４はＰＰＳなどの樹脂製の内側円筒部２４に螺合されている。これにより、樹脂が備える自己潤滑性により潤滑剤を注入することなく滑らかな回転を確保することができる。また、軸受部材２２の下端部２４ｂの外周面には複数の平坦面２４ｃが設けられていることから、この平坦面２４ｃとばね受け体６１の円筒部６１ａとに隙間Ｓが形成される。そのため、この隙間Ｓを流体が通ることにより、回転昇降軸６４が上方に移動したときに、ばね受け体６１を回転昇降軸６４の上昇に速やかに追従させることができる。

　以上より、本実施形態の電動弁１によれば、弁体駆動部４０が、弁本体１０に固定され、金属製の外側円筒部２３と内周面に雌ねじ２４ａが設けられた樹脂製の内側円筒部２４とを一体に有する軸受部材２２を有している。そして、弁体駆動部４０が、弁体３０に接続されるとともに、軸受部材２２の雌ねじ２４ａに螺合される雄ねじ６５ａが設けられた金属製の回転昇降軸６４を有している。このようにしたことから、回転昇降軸６４が回転されるとねじ送り作用によって回転昇降軸６４が軸方向に移動するので、回転昇降軸６４に接続された弁体３０も移動する。そして、軸受部材２２の内側円筒部２４が樹脂製であるので、樹脂が備える自己潤滑性により潤滑剤を注入することなく回転昇降軸６４の滑らかな回転を確保することができる。

　また、軸受部材２２は、外側円筒部２３と内側円筒部２４とがインサート成形により一体に構成されている。このようにすることで、軸受部材２２の外側円筒部２３と内側円筒部２４とを容易かつ強固に一体化することができる。

　また、内側円筒部２４が、外側円筒部２３より長い円筒状に形成されているとともに、外側円筒部２３の下端面から突出された内側円筒部２４の下端部２４ｂの外周面に複数の平坦面２４ｃが設けられている。このようにすることで、インサート成形の際、内側円筒部２４の雌ねじ２４ａに対応する雄ねじ形状の金型部分を回し抜くときに、複数の平坦面２４ｃをチャック治具により掴むことで、軸受部材２２が回転してしまうことを抑制できる。

　上記に本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。前述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の趣旨に反しない限り、本発明の範囲に含まれる。

　１…電動弁、１０…弁本体、１１…筒状基体、１１ａ…周壁部、１１ｂ…底壁部、１１ｃ…第１開口、１１ｄ…第２開口、１２…筒状基台、１３…弁座部材、１３ａ…傾斜面、１３ｂ…弁座、１３ｃ…弁口、１４…弁室、１５…第１導管継手、１６…第２導管継手、１８…キャン、１８ａ…周壁部、１８ｂ…天井部、２０…支持部材、２１…筒状保持部材、２１ａ…隔壁、２１ｂ…連通孔、２１ｃ…貫通孔、２２…軸受部材、２３…外側円筒部、２３ａ…胴部、２３ｂ…フランジ部、２３ｃ…貫通孔、２３ｄ…平坦面、２４…内側円筒部、２４ａ…雌ねじ、２４ｂ…下端部、２４ｃ…平坦面、２８…ばね室、３０…弁体、３０ａ…下端部、３０ｂ…上端面、３０ｃ…溝部、３０ｄ…孔部、３１…押さえ部材、３２…Ｏリング、４０…弁体駆動部、４１…回転駆動部、４２…ステータ、４３…ロータ、４４…ロータ軸、４５…ロータ支持部材、５０…遊星歯車機構、５１…太陽歯車、５２…固定リング歯車、５３…遊星歯車、５４…キャリア、５５…出力歯車、５６…出力軸、５６ａ…スリット、５７…ギヤケース、５７ａ…切り欠き、６０…昇降駆動部、６１…ばね受け体、６１ａ…円筒部、６１ｂ…上端側引っかけ部、６１ｃ…下端側引っかけ部、６２…弁開ばね、６３…推力伝達部材、６３ａ…大径部、６３ｂ…中径部、６３ｃ…小径部、６４…回転昇降軸、６５…円柱部、６５ａ…雄ねじ、６６…平板部、６７…ボール、６８…ボール受け座、Ｌ…軸線

Claims

　弁室が設けられた弁本体と、前記弁室内で弁座に対向して配置された弁体と、前記弁体を前記弁座に接離するように移動させる弁体駆動部と、を有し、
　前記弁体駆動部は、
　前記弁本体に固定され、金属製の外側筒部と内周面に雌ねじが設けられた樹脂製の内側筒部とを一体に有する軸受部材と、
　前記弁体に接続され、前記雌ねじに螺合される雄ねじが設けられた金属製の回転昇降軸と、
を有していることを特徴とする電動弁。
　前記軸受部材は、前記外側筒部と前記内側筒部とがインサート成形により一体に構成されている、請求項１に記載の電動弁。
　前記内側筒部が、前記外側筒部より長い筒状に形成されているとともに、前記外側筒部から突出された一方の端部の外周面に平坦面が設けられている、請求項２に記載の電動弁。