WO2022230456A1

WO2022230456A1 - 電動弁

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Publication number: WO2022230456A1
Application number: PCT/JP2022/013209
Authority: WO
Inventors: 優太保坂; 文太成川; 祐太安本
Original assignee: 株式会社不二工機
Priority date: 2021-04-30
Filing date: 2022-03-22
Publication date: 2022-11-03
Also published as: US20240218938A1; JP7383328B2; DE112022002387T5; CN117280147A; JPWO2022230456A1

Abstract

通信機能を有する電動弁において、ノイズ性能を向上させることを目的とする。　電動弁(10)は、モータ(12)と、モータ(12)により生ずる回転運動を、弁体の軸線方向運動に変換する動力伝達機構(14)と、動力伝達機構(14)の少なくとも一部とモータを収容するハウジング(16)と、ハウジング(16)に設けられ、モータ(12)への電力供給とネットワークで接続された制御装置との通信を可能にする外部コネクタ(18)と、ハウジング(16)内に設けられ、該通信を処理すると共にモータ(12)を制御し、外部コネクタ側端子(18B)との接続位置とモータ側端子(12B)との接続位置とがモータ(12)の軸線(L)を基準として互いに反対側に配置されている制御基板(41,42,43)と、を有する。

Description

電動弁

　本開示は、電動弁に関する。

　国際公開第２０２０／２０３００７号には、弁体を変位させるステータ部材及びロータ部材からなるモータと、該モータを収容するハウジングとを有する電動弁が開示されている。ハウジングのカバー部材には、モータを駆動する駆動回路を備えた制御基板が保持されている。ハウジングの筒状部材には、外部電源と接続可能なコネクタ部（外部コネクタ）が設けられている。コネクタ部の内部に配置された端子は、フレキシブル基板を介して制御基板に接続されている。

　ところで、車載ネットワークのコストダウンを図るための通信規格の一例として、ＬＩＮ（Ｌｏｃａｌ　Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）が策定されている。車載用空調機に用いられる電動弁にも、ＬＩＮ通信機能が搭載されるようになっている。そのような電動弁は、ＬＩＮ通信を処理するための制御基板を有し、コネクタを介し、電源線、アース線及び通信線を共有している。そして、この電動弁は、制御基板に搭載されたＩＣ等のマイクロコンピュータでＬＩＮ通信を処理し、電動弁内部におけるモータの通電を制御することで、弁の開閉を制御するようになっている。

　上記した従来例では、ＬＩＮ通信のための制御基板が設けられていないため、外部コネクタ付近に制御基板が設置され、該外部コネクタと、制御基板にモータを接続するモータコネクタとが互いに接近して配置されている。

　ところが、ＬＩＮ通信機能を有する現行の電動弁では、制御基板のうち外部コネクタ付近に新たなモータコネクタ（フレキシブル基板）を設置するため、ＩＣ等をコネクタ部付近に設置できず、外部コネクタから離れた電動弁の径方向反対側の位置にＩＣ等を設置している。

　その結果、外部コネクタから入力された信号（電流）は、制御基板の例えば上面を通じ外部コネクタから離れたＩＣ等で処理された後に、制御基板の例えば下面を通じ外部コネクタ側に戻って来て、フレキシブル基板を介しモータへ通電される。しかしながら、制御基板にこのような複雑な電路が存在するとノイズの受発信の基となる。また、フレキシブル基板に柔軟性があるため電路を安定させることが難しい。

　本開示は、通信機能を有する電動弁において、ノイズ性能を向上させることを目的とする。

　第１の態様に係る電動弁は、モータと、前記モータにより生ずる回転運動を、弁体の軸線方向運動に変換する動力伝達機構と、前記動力伝達機構の少なくとも一部と前記モータを収容するハウジングと、前記ハウジングに設けられ、前記モータへの電力供給とネットワークで接続された制御装置との通信を可能にする外部コネクタと、前記ハウジング内に設けられ、前記通信を処理すると共に前記モータを制御する制御基板と、を有し、前記制御基板における外部コネクタ側端子との接続位置とモータ側端子との接続位置とが前記制御基板の長手方向の両端部側にそれぞれ位置している。

　この電動弁は、ネットワークで接続された制御装置との通信機能を有しており、制御基板が通信を処理すると共に、モータを制御する。この制御基板において、外部コネクタ側端子との接続位置とモータ側端子との接続位置とが制御基板の長手方向の両端部側にそれぞれ位置しているので、制御基板を介した外部コネクタからモータへの電路が一方向に簡略化される。

　第２の態様は、第１の態様に係る電動弁において、前記制御基板が、前記モータの軸線と交差する方向に配置され前記外部コネクタ側端子に接続される第１基板部と、前記モータの軸線に沿う方向に配置され前記モータ側端子に接続される第２基板部とを有し、前記第１基板部と前記第２基板部とが、前記第１基板部及び前記第２基板部よりも薄く可撓性を有するフレックス配線部により結合されている。

　この電動弁では、制御基板が、外部コネクタ側端子に接続される第１基板部と、モータ側端子に接続される第２基板部とを有し、第１基板部と第２基板部とがフレックス配線部により結合されている。フレックス配線部は、第１基板部及び第２基板部よりも薄く可撓性を有する。換言すれば、第１基板部及び第２基板部は、フレックス配線部よりも厚く可撓性が少ない。フレキシブル基板のように全体的に可撓性を有する部材がモータ側端子に接続される場合と比較して、比較的可撓性の少ない第２基板部がモータ側端子に接続されるので、第２基板部からのノイズの受発信が抑制される。

　また、第２基板部をモータの軸線に沿う方向に配置しつつモータ側端子に接続した後、フレックス配線部を折り曲げて、第１基板部を外部コネクタ側端子に接続することで、該第１基板部をモータの軸線と交差する方向に容易に配置することができる。

　第３の態様は、第２の態様に係る電動弁において、前記外部コネクタ側端子及びモータ側端子が、前記制御基板に設けられたスルーホールにそれぞれ圧入されるプレスフィット端子である。

　この電動弁では、外部コネクタ側端子及びモータ側端子がプレスフィット端子であり、制御基板のスルーホールにそれぞれ圧入されるので、制御基板の組付けが容易である。また、半田付けが不要となるので、半田クラックや半田ボールの心配がなく、信頼性の向上が見込まれる。更に、制御基板をフレックス配線部で折り曲げる工程と同時に、第１基板部を外部コネクタ側端子に接続することができる。

　第４の態様は、第２の態様又は第３の態様に係る電動弁において、前記第１基板部と前記ハウジングとの間に、組立時に前記第１基板部を把持することを可能とする間隙が設けられている。

　この電動弁では、第１基板部とハウジングとの間に間隙が設けられているので、工具（組立ロボットのハンド等）で第１基板部を把持して外部コネクタ側端子に接続する工程を容易に行うことができる。

　本開示によれば、通信機能を有する電動弁において、ノイズ性能を向上させることができる。

本実施形態に係る電動弁を示す断面図である。本実施形態に係る電動弁において、ハウジングのカバー部材を取り外して制御基板を露出させた状態を示す平面図である。本実施形態に係る電動弁における制御基板の組付け工程を示す断面図である。変形例に係る電動弁において、ハウジングのカバー部材を取り外して制御基板を露出させた状態を示す平面図である。

　以下、本開示を実施するための形態を図面に基づき説明する。各図面において同一の符号を用いて示される構成要素は、同一又は同様の構成要素であることを意味する。なお、以下に説明する実施形態において重複する説明及び符号については、省略する場合がある。また、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面に示される、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。

　図１、図２において、本実施形態に係る電動弁１０は、モータ１２と、動力伝達機構１４と、ハウジング１６と、外部コネクタ１８と、制御基板２０を有している。なお、図１では、動力伝達機構１４の軸線方向（モータの軸線方向）を上下方向とし、後述するハウジング１６の蓋体２４が上側に位置している。便宜上、この配置を基準として各部材の位置関係を説明する。

　モータ１２は、例えばステッピングモータである。モータ１２の給電部１２Ａには、モータ側端子１２Ｂが例えば４箇所設けられている。モータ側端子１２Ｂは、例えばプレスフィット端子であり、制御基板２０に設けられたスルーホール３２に圧入されている。モータ１２の構造は公知であるので、他の説明は省略する。

　動力伝達機構１４は、モータ１２により生ずる回転運動を、弁体（図示せず）の軸線方向運動に変換する機構である。動力伝達機構１４の構造は公知であるので、他の説明は省略する。なお、符号１４が指し示しているのは動力伝達機構の少なくとも一部を収容するキャンであり、キャンは動力伝達機構１４には含まれない。

　ハウジング１６は、動力伝達機構１４の少なくとも一部とモータ１２を収容する部材であり、例えば筒状部２２と、筒状部２２の上端を閉塞するための蓋体２４とを有している。ハウジング１６は、モータ１２及び動力伝達機構１４に加えて、制御基板２０等も収容している。ハウジング１６のうち、動力伝達機構１４の接する部分には、例えばＯリング２６が配置されている。

　動力伝達機構１４には、ハウジング１６の下側に隣接して取付けブラケット２８が設けられている。取付けブラケット２８の更に下側には、電動弁１０により開閉される流路を有する下側ベース部材を取付け可能とされている。電動弁１０により駆動される弁体は、この下側ベース部材内に配置される。

　外部コネクタ１８は、ハウジング１６に設けられ、モータ１２への電力供給とネットワーク４８で接続された制御装置５０との通信、例えばＬＩＮ通信を可能にする。ＬＩＮは、車載ネットワークの一例である。外部コネクタ１８は、ネットワーク４８を介して制御装置５０に接続され、外部コネクタ１８を介して制御基板１２に電力が供給される。図１において、外部コネクタ１８は、ハウジング１６から水平方向に延在している。外部コネクタ１８の内部に配置された端子１８Ａは、ハウジング１６の内部で上方に延びる外部コネクタ側端子１８Ｂと電気的に導通している。外部コネクタ側端子１８Ｂは、例えばプレスフィット端子であり、例えば４箇所設けられ、制御基板２０に設けられたスルーホール３８に圧入されている。

　制御基板２０は、ハウジング１６内に設けられ、制御装置５０との通信、例えばＬＩＮ通信を処理すると共にモータ１２を制御するマイクロコンピュータ（ＩＣ等の電子部品３４）が搭載されている。制御基板２０のうち、外部コネクタ側端子１８Ｂとの接続位置（スルーホール３８）とモータ側端子１２Ｂとの接続位置（スルーホール３２）は、制御基板２０の長手方向の両端部側にそれぞれ位置している。一例として、外部コネクタ側端子１８Ｂとの接続位置とモータ側端子１２Ｂとの接続位置とは、モータ１２の軸線Ｌを基準として互いに反対側に配置されている。図示の例では、制御基板２０と外部コネクタ側端子１８Ｂとの接続位置がモータ１２の軸線Ｌの右側に配置され、制御基板２０とモータ側端子１２Ｂとの接続位置がモータ１２の軸線Ｌの左側に配置されている。

　制御基板２０は、第１基板部４１と、第２基板部４２と、フレックス配線部４３と、を有している。第１基板部４１は、モータ１２の軸線Ｌと交差する方向に配置され、外部コネクタ側端子１８Ｂに接続されている。第２基板部４２は、モータ１２の軸線Ｌに沿う方向に配置され、モータ側端子１２Ｂに接続されている。フレックス配線部４３は、例えば制御基板２０の一部を第１基板部４１及び第２基板部４２よりも薄く加工したものであり、可撓性を有している。第１基板部４１と第２基板部４２とは、フレックス配線部４３により結合されて一体化されている。図３に示されるように、組付け前の制御基板２０は、フレックス配線部４３が折り曲げられていないため、全体的に略平板状となっている。

　図２に示されるように、第１基板部４１の例えば４箇所には、位置決め孔４１Ａが形成されている。ハウジング１６には、位置決め用の４箇所のボス３０が設けられており、該ボス３０が位置決め孔４１Ａに挿入されることで、第１基板部４１が位置決めされ、かつ保持されている。ボス３０を変形させることで、第１基板部４１がボス３０から外れないようにしてもよい。

　第１基板部４１とハウジング１６との間には、組立時に第１基板部４１を把持することを可能とする間隙Ｓが設けられている。この間隙Ｓは、工具（図示せず）の掴み代となる。この工具とは、例えば組立ロボットのハンド等である。間隙Ｓを設けるために第１基板部４１の幅Ｗを狭くすると電子部品の搭載面積が少なくなるが、電子部品は第２基板部４２にも搭載できるので、電子部品の搭載面積は十分に確保される。

　図３に示されるように、制御基板２０を電動弁１０に組み付ける際には、制御基板２０の全体を上下方向に立て、第２基板部４２のスルーホール３２にモータ側端子１２Ｂを圧入する。次に第１基板部４１を矢印Ａ方向に倒し、第１基板部４１のスルーホール３８に外部コネクタ側端子１８Ｂを圧入する。このとき、フレックス配線部４３が折れ曲がる。また、ボス３０が位置決め孔４１Ａに挿入される（図２）。そして、蓋体２４を筒状部２２に取り付け（矢印Ｂ方向）、筒状部２２の上端を閉塞する。

（作用）
　本実施形態は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。図１において、本実施形態に係る電動弁１０は、ＬＩＮ通信機能を有しており、制御基板２０がＬＩＮ通信を処理すると共に、モータ１２を制御する。この制御基板２０において、外部コネクタ側端子１８Ｂとの接続位置（スルーホール３８）とモータ側端子１２Ｂとの接続位置（スルーホール３２）とがモータ１２の軸線Ｌを基準として互いに反対側に配置されているので、制御基板２０を介した外部コネクタ１８からモータ１２への電路が一方向（矢印Ｃ方向）に簡略化される。

　この電動弁１０では、制御基板２０が、外部コネクタ側端子１８Ｂに接続される第１基板部４１と、モータ側端子１２Ｂに接続される第２基板部４２とを有し、第１基板部４１と第２基板部４２とがフレックス配線部４３により結合されている。フレックス配線部４３は、第１基板部４１及び第２基板部４２よりも薄く可撓性を有する。換言すれば、第１基板部４１及び第２基板部４２は、フレックス配線部４３よりも厚く可撓性が少ない。フレキシブル基板のように全体的に可撓性を有する部材がモータ側端子１２Ｂに接続される場合と比較して、比較的可撓性の少ない第２基板部４２がモータ側端子１２Ｂに接続されるので、第２基板部４２からのノイズの受発信が抑制される。

　また、第２基板部４２をモータ１２の軸線Ｌに沿う方向に配置しつつモータ側端子１２Ｂに接続した後、フレックス配線部４３を撓ませて、第１基板部４１を外部コネクタ側端子１８Ｂに接続することで、該第１基板部４１をモータ１２の軸線Ｌと交差する方向に容易に配置することができる。

　この電動弁１０では、外部コネクタ側端子１８Ｂ及びモータ側端子１２Ｂがプレスフィット端子であり、制御基板２０のスルーホール３８，３２にそれぞれ圧入されるので、制御基板２０の組付けが容易である。また、半田付けが不要となるので、半田クラックや半田ボールの心配がなく、信頼性の向上が見込まれる。更に、制御基板２０をフレックス配線部４３で折り曲げる工程と同時に、第１基板部４１を外部コネクタ側端子１８Ｂに接続することができる。

　図２に示されるように、第１基板部４１とハウジング１６との間に間隙Ｓが設けられているので、工具（組立ロボットのハンド等）で第１基板部４１を把持して外部コネクタ側端子１８Ｂに接続する工程を容易に行うことができる。

　このように、本実施形態によれば、通信機能を有する電動弁１０において、ノイズ性能を向上させることができる。

［他の実施形態］
　以上、本開示の実施形態の一例について説明したが、本開示の実施形態は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

　上記実施形態では、制御基板２０が、第１基板部４１、第２基板部４２及びフレックス配線部４３を有するものとしたが、制御基板２０の構成はこれに限られない。制御基板２０における外部コネクタ側端子１８Ｂとの接続位置とモータ側端子１２Ｂとの接続位置とがモータ１２の軸線Ｌを基準として反対側に配置されればよい。また、車載ネットワークの一例としてＬＩＮを挙げたが、車載ネットワークはこれに限られず、ＣＡＮ等であってもよい。

　また、図４に示される変形例のように、制御基板２０における外部コネクタ側端子１８Ｂとの接続位置とモータ側端子１２Ｂとの接続位置とがモータ１２の軸線Ｌを基準として９０°異なる側に配置されてもよい。すなわち、両接続位置が、モータ１２の軸線Ｌを基準として同じ側に配置されていなければよい。

　外部コネクタ側端子１８Ｂとモータ側端子１２Ｂがプレスフィット端子であるものとしたが、プレスフィット端子を用いず、半田付けにより接続する構成であってもよい。

　第１基板部４１とハウジング１６との間に、工具の掴み代となる間隙Ｓが設けられるものとしたが、必ずしも間隙Ｓが設けられていなくてもよい。

　２０２１年４月３０日に出願された日本国特許出願２０２１－７７６５７号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
　本明細書に記載されたすべての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims

　モータと、
　前記モータにより生ずる回転運動を、弁体の軸線方向運動に変換する動力伝達機構と、
　前記動力伝達機構の少なくとも一部と前記モータを収容するハウジングと、
　前記ハウジングに設けられ、前記モータへの電力供給とネットワークで接続された制御装置との通信を可能にする外部コネクタと、
　前記ハウジング内に設けられ、前記通信を処理すると共に前記モータを制御する制御基板と、を有し、
　前記制御基板における外部コネクタ側端子との接続位置とモータ側端子との接続位置とが前記制御基板の長手方向の両端部側にそれぞれ位置している電動弁。
　前記制御基板は、前記モータの軸線と交差する方向に配置され前記外部コネクタ側端子に接続される第１基板部と、前記モータの軸線に沿う方向に配置され前記モータ側端子に接続される第２基板部とを有し、
　前記第１基板部と前記第２基板部とが、前記第１基板部及び前記第２基板部よりも薄く可撓性を有するフレックス配線部により結合されている請求項１に記載の電動弁。
　前記外部コネクタ側端子及びモータ側端子は、前記制御基板に設けられたスルーホールにそれぞれ圧入されるプレスフィット端子である請求項２に記載の電動弁。
　前記第１基板部と前記ハウジングとの間に、組立時に前記第１基板部を把持することを可能とする間隙が設けられている請求項２又は請求項３に記載の電動弁。