JP4968761B2

JP4968761B2 - 電動弁における摺動抵抗の軽減装置

Info

Publication number: JP4968761B2
Application number: JP2001146985A
Authority: JP
Inventors: 宏内田; 英樹南澤; 道夫小俣; 透坂本
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2000-05-17
Filing date: 2001-05-16
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2021-05-16
Also published as: JP2002039417A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータの回転をねじ機構により軸方向の動作に転換して弁座に対する弁体の離接を行う電動弁に関し、特に電動弁における弁軸の芯振れの防止及び摺動抵抗の減少ならびに弁座磨耗の抑制を図った電動弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、冷凍サイクル１００は、図６に示すように、コンプレッサ１０１、コンデンサ１０３、膨張弁１０４、蒸発器１０５、アキュムレータ１０６により構成されており、コンプレッサ１０１の吸入側に吸入圧力調整弁１０２が設けられている。
【０００３】
このような吸入圧力調整弁１０２として、従来、ステッピングモータ式のものでは、図７に示すような電動弁が知られている。すなわち、この電動弁は、弁本体２８と、弁本体２８の上部に一体的に固着され弁駆動部の一部を構成するステッピングモータＭとによって形成されている。
【０００４】
図７において、この弁本体２８の内部に、上下一組の弁座２８ａ，２８ｂを備えた弁室２８Ｂが設けられている。弁本体２８の上部に弁駆動部の基部としてのモータ本体２５が取り付けられており、このモータ本体２５にステッピングモータＭが支持されている。
【０００５】
弁本体２８に、上下１組の弁座２８ａ，２８ｂが設けられ、これら各弁座２８ａ，２８ｂにそれぞれ離接可能な一組の弁部を有する弁体３８を備えた弁棒３７が配設されている。弁棒３７は、後述の弁駆動部のニードル２０の下動により押し下げられ、その下降時弁体３８を押し下げるよう作用する。弁体３８の上動は弁ばね２６により行われる。さらに、弁本体２８の左右両端開口に、それぞれ流体の流入継手２９ａ，流出継手２９ｂが接続され、流体は弁本体２８内を図７において右から左方向に流れ、弁座２８ａ，２８ｂで上下に分岐し２次側で合流するようになっている。
【０００６】
符号５は上下１組のコイル、１５はマグネットを示しており、コイル（固定側部材）５、マグネット（回転側部材）１５及びケース１４ならびにケ−ス１４に固着された心棒１０、ガイド７、スライダー９、スプリングピン８からなる回転停止機構により、通常構造のステッピングモータＭが形成されている。なお、コイル５はモールド３で被覆されている。また、モ−タ本体２５に下蓋受け２４が固着され、更に、下蓋受け２４に雄ねじ管１９が立設固定されている。そして、この雄ねじ管１９を中心にした状態において下蓋２３が設けられ、この下蓋２３上にケース１４が固定されている。
【０００７】
ケース１４の外周にはコイル５を内蔵して周方向に等間隔を存して多数の歯を配列したステータ４が着脱自在に設けられている。ケース１４内においてロータＲを形成する雌ねじ１８が雄ねじ管１９の雄ねじに螺合するように支持されて設けられている。符号３２はガスケットを示している。
【０００８】
ステッピングモータＭのロータは、マグネット１５の内側に取り付けられたスペーサ１６の上端部を拡開してから両者を一体化し、スペーサ１６の内側下方に嵌合固着した雌ねじ１８が雄ねじ管１３に螺合して回転かつ軸方向に移動可能に設けられている。マグネット１５には周方向においてＮ極とＳ極とが交互に着磁されている。
【０００９】
スペーサ１６の軸方向の中間部にはプレート１７が設けられ、その小孔にニードル２０の上端部が、連結金具１１とともに溶接されている。また、ニードル２０の上端小径部には、ばね１３とワッシャ１２がニードル２０の段部とプレート１７との間に設けられている。符号２１は波座金，２２は止め輪を示している。ニードル２０はニードル受け３５を介して弁棒３７に連接されていて、ステッピングモータＭの回転時、ニードル２０は回転しながら上下動し、これに連動して弁棒３７も回転しながら上下動するようになっている。
【００１０】
弁ばね２６は調節金具２７と弁３８との間に設けられている。ステッピングモータＭは蓋２５に対し、六角穴付きボルト３０とガスケット３１とで気密状に固定されている。符号３３，３４はそれぞれ蓋を示している。また、符号３５はニードル受け、３９はガスケット、４０は底蓋を示している。図中の符号６はコネクタを示している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前記の従来の電動弁では、弁棒３７の芯振れを防止するために、弁棒３７の下端部を調節金具２７の内部まで延長して弁棒３７の下端部を調節金具２７で支持させる構成となっている。その結果、弁棒の全長が長くなって芯振れ発生の原因となるばかりか、摺動抵抗が大きく、また、ステッピングモータＭの回転軸の回転がそのまま弁に伝わって弁が回転し、弁座が磨耗するなどの不都合がある。
【００１２】
本発明は、従来の電動弁の前記のような不都合を解消するものであり、弁棒とモータの連結棒（ニードル）とを別部材で構成して、弁軸系部材の短縮化を図るとともに弁棒の少なくとも上端部寄りをベアリングを介して支持させて、弁作動時の芯ぶれの抑制と摺動抵抗の減少とを図る一方、モータ回転軸の回転が弁体に伝達されるのを防止して、弁座の磨耗を防止できるようにした電動弁における摺動抵抗の軽減装置を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、モータの回転をねじ機構により軸方向の動作に転換して弁座に対する弁体の離接を行う電動弁において、両端部に流体の流入管及び流出管への各接続部が形成され、内部に前記弁座及び弁体が設けられた弁本体を備え、前記弁体の前記弁座に対する接離を行う部材が、前記モータの回転軸としての連結棒と別部材に形成されるとともに、前記部材の上部には中空状の大径部が形成され、該中空部の大径部の内部上端部にベアリングを取り付け、前記連結棒の下端部が前記ベアリングに挿入されることで、前記部材の上端部寄りが前記ベアリングで支持され、更に、前記連結棒の下端部に止め輪を設け、該止め輪と前記ベアリングの下面との間にばね部材を介することで、前記部材が前記連結棒と同芯状でかつ上下動可能に配設され、前記部材の下端部寄りは、前記弁本体の下部に設けた手動開閉機構のスピンドルに圧入されたリングで前記連結棒と同芯状でかつ上下動可能に支持される電動弁における摺動抵抗の軽減装置に構成して課題解決の手段としている。

【００１４】
また、前記部材が、その下端部寄りを前記弁体に嵌入される手動開機構のスピンドルに圧入されたリングで前記連結棒と同芯状でかつ上下動可能に支持されるように構成して、更なる課題解決の手段としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の第１参考例に係る流体制御用電動弁の断面図、図２は同第２参考例に係る流体制御用電動弁の断面図、図３は本発明の実施形態に係る流体制御用電動弁の断面図、図４は同弁底部の拡大断面図、図５は同メネジ部の拡大断面図である。なお、図１〜５において図６同じ部材には同一の符号を付し、それらについては詳細な説明を省略する。
【００１６】
はじめに、第１参考例に係る流体制御弁について説明する。この流体制御用電動弁は、弁本体２８と、弁本体２８の上部に一体的に固着され弁駆動部の一部を構成するステッピングモータＭとによって形成されている。
【００１７】
この弁本体２８の内部に、上下一組の弁座２８ａ，２８ｂを備えた弁室２８Ｂが設けられている。これら各弁座２８ａ，２８ｂにそれぞれ離接可能な一組の弁部を有する弁体３８が配設されている。弁本体２８の上部に弁駆動部基部としてのモ−タ本体２５が取り付けられ、このモ−タ本体２５に、ステッピングモータＭが支持されている。
【００１８】
符号３７は弁棒を示しており、弁座に対する弁体の離接を行う部材として作用し、連結棒２０と別部材に形成されている。この弁棒３７と弁体３８との間には若干のクリアランスが形成されている。そして、弁棒３７は、後述の弁駆動部の連結棒２０の下動により押し下げられ、その下降時弁体３８を押し下げるよう作用する。弁体３８の上動は弁ばね２６により行われる。弁体３８の下端部は調節金具２７の中まで延びていて、この部分と後述のベアリング３６とで弁棒３７の芯出し及び芯振れが防止されるようになっている。弁本体２８の左右両端開口に、それぞれ流体の流入継手２９ａ、流出継手２９ｂが接続され、流体は弁本体２８内を図１において右から左方向に流れ、弁座２８ａ，２８ｂで上下に分岐し２次側で合流するようになっている。
【００１９】
弁棒３７の振れ防止と滑らかな動きの確保、すなわち摺動抵抗の軽減のために、モ−タ本体２５にベアリング３６が、その外側をモ−タ本体２５に圧入されて取り付けられており、ベアリング３６に弁棒３７がそのほぼ中心部で回転可能に支持されている。なお、弁棒３７とベアリング３６とは一体の製品として形成されている。また、ニードル受け３５は、上部より取り付ける弁駆動部と弁棒３７の連結のため、テフロン(登録商標)等の合成樹脂により摩擦の少ない滑らかな駆動力の伝達を目的として用いられている。
【００２０】
弁棒３７と弁体３８との間には、若干のクリアランスが形成されおり、従って、弁棒３７の回転が弁体３８に伝わることはない。そして、ボール４１にて弁棒３７の回転は吸収される構成となっていて、弁棒３７の磨耗防止作用が奏される。符号４２はボール４１の抜け防止部材を示しており、この抜け防止部材４２は弁体３８の下部にねじ込まれる構成となっている。
【００２１】
次に、図２に示す第２参考例について説明する。この参考例の電動弁も、図１の電動弁とほぼ同一の構成となっているが、この第２参考例の電動弁では、第１参考例の電動弁における連結棒２０（ステッピングモータの回転軸）に代えて回転軸（弁駆動用軸）２０Ａが用いられるとともに、回転軸２０Ａと弁棒３７との間にボール２０Ｂが介設され、図１に示すニードル受け３５が撤去される構成となっているが、その他の構成において差異はないので、図２において図１と同じ部材に同一符号を付し、それらについては詳細な説明は省略する。
【００２２】
図２に示す通り、この第２参考例のものでも、ステッピングモータＭの動きで弁を駆動する弁軸系が、短い寸法の回転軸２０Ａと弁棒３７とにより構成されている。弁棒３７は弁座に対する弁体の離接を行う部材として作用し、回転軸２０Ａと別部材に形成されている。従って、弁軸系を、短い寸法の回転軸２０Ａと短い寸法の弁棒３７とにより構成したため、弁軸系の芯振れを抑制することができ、その結果、前記弁棒を支持するために、特に軸受け等を必要としなくなることから、弁棒３７の摺動抵抗を軽減することが可能となる。
【００２３】
更に、弁軸系が、回転軸２０Ａと弁棒３７とに分割構成れていて、かつ両者間にボール２０Ｂが介設されているため、ステッピングモータＭの回転がそのまま弁体３８に伝わることがない。したがって、弁体３８が回転しながら弁座２８ａなどに対して接離するような事態は発生せず、弁座２８ａなどの磨耗を抑制できる。なお、図２において、符号５１は、弁体３８がロック状態となった時、外部から弁体３８を押し開くための手動開ねじを示しており、弁棒３７の下端細径部３７Ａは、この手動開ねじ５１の中心部の深穴５１Ａに支持される構成となっている。
【００２４】
このように、第１参考例では、弁棒３７がそのほぼ中心部でベアリング３６に回転可能に支持され、また、ニードル受け３５と弁棒３７は、テフロン等の合成樹脂により摩擦の少ない滑らかな材料で形成されており、更に、弁棒３７が回転してもその回転はボール４１にて吸収される構成となっているから、弁棒３７の摺動抵抗を軽減することが可能となる。また、弁棒３７は短い寸法に形成されているため、芯振れの発生のおそれがなく、更に、ステッピングモータＭの回転がそのまま弁３８に伝わることがないので、弁座２８ａ，２８ｂの磨耗を抑制することができる。
【００２５】
第２参考例においても、前記第１参考例の場合と同様に、弁軸系が、短い寸法の回転軸２０Ａと弁棒３７とに分割構成されていて、弁棒の芯振れを抑制することができ、その結果、弁棒の芯振れを抑制するために、特に軸受け等を必要としなくてすみ、かつ両者間にボール２０Ｂが介設されているため、ステッピングモータＭの回転がそのまま弁体３８に伝わることがなく、弁座の磨耗については何ら問題はない。
【００２６】
更に、図３〜図５により本発明の実施形態について説明する。本実施形態の電動弁では、弁棒３７がモ−タＭの回転軸としての連結棒２０とは別部材で形成されている。即ち、弁棒３７は弁座に対する離接を行う部材として作用し、連結棒２０と別部材に形成されている。図３に示すように、弁本体２８には一対の弁座２８ａ，２８ｂが形成されており、各弁座２８ａ，２８ｂに対する接・離を行う一対の弁３８ａ，３８ｂが取り付けられた弁棒３７が、モータの回転軸と同芯状でかつ上下動可能にモータ本体２５内に配設されている。ここで、同芯状とは、弁棒３７の中心軸とモータの回転軸の中心とが一致していることをいう。
【００２７】
一対の弁３８ａ，３８ｂは弁棒３７の下方部に取り付けられる一方、弁棒３７の上部は中空状の大径部に形成され、この中空状の大径部の内部上端部に、ベアリング６０が取り付けられている。そしてこのベアリング６０に連結棒２０の下端部が挿入され、このようにして、弁棒３７はその上端部寄りをベアリング６０で支持される構成となっている。弁棒３７の下端部寄りは、次に述べる手動開機構Ｈのスピンドル４５に圧入されたリング６２で同芯状に支持されるようになっている。連結棒２０の下端部とベアリング６０の下面との間にはコイルばね５３が介装されている。符号２１は波座金、２２は止め輪であり、組立て時に連結金具１１にマグネット１５を嵌合し下から波座金２１を挿入し、止め輪２２で押える。５４はＥ型止め輪、５２はカラ−、６１はベアリング６０と弁棒３７の内面との間に圧入されたリングを示す。
【００２８】
手動開機構Ｈは、図４にその詳細を示すように、弁本体２８の下側開口部の内部に設けられており、弁本体２８の下側開口部の内面に螺合するばね押え４７と、ばね押え４７の上面に当接するように配設された凹型のパッキン受け４６と、パッキン受け４６の内面に螺合するスピンドル４５と、スピンドル４５の椀型部に圧入され弁棒３７の下端部寄りをモ−タの回転軸と同芯状で上下動可能に支持にするリング６２とを備えている。符号４０は底蓋、４３はばね押え４７とハンドル４４ａとの間でスピンドル４５に挿入されたスペーサ、４３ａはハンドル４４ａがスピンドル４５に対して左右に移動しないための固定用止め輪、４４はばね押え４７に形成された複数の穴４７ａに嵌入支持されるストッパピン、４４ａはスピンドル４５に取り付けられたハンドル、４８はパッキン、４９はパッキン４８を押圧する皿ばね、３７ａは弁棒３７の下端部に取り付けられたワッシャを示している。
【００２９】
モ−タ部Ｍについては、図７のものとほぼ同じであるが、連結棒２０と固定金具１１とは一体構造となっている。更に、図５に示すように、固定金具１１とマグネット１５と一体構造である連結金具１５ａとの間にコイルバネ１１ａが介装されている。
【００３０】
図３の状態は基点出し（弁全開）を表している。基点出し時はマグネット１５が時計方向に回るようにコイル５に通電する。弁閉方向に動作させるには、マグネット１５が反時計方向に回るように通電する。コイル５への通電によりマグネット１５は雌ねじ１８とともに回転する。雌ねじ１８は、モータ本体２５に立設されている雄ねじ１９に螺合しているから、雌ねじ１８の回転運動は連結棒２０の直線運動に変換され、これにより、連結棒２０は回転しながら上下運動することになる。
【００３１】
連結棒２０はベアリング６０、リング６１を介して弁棒３７に連結されているので、連結棒２０が上下動するとき、弁棒３７は回転運動を伴うことなく上方向に移動し、これにより弁の閉鎖がおこなわれることになる。弁３８ａ，３８ｂがそれぞれ弁座２８ａ，２８ｂにそれらの下方から当接すると、ベアリング６０の下に配置されているコイルバネ５３が撓み、各弁３８ａ，３８ｂをそれぞれ弁座２８ａ，２８ｂに密着させる。
【００３２】
弁開時には、マグネット１５が時計方向に回るようにコイル５に通電する。コイル５が通電されると、雌ねじ１８は上記逆方向に回転し、同様の機構により回転運動が直線運動に変換されて、弁棒３７は回転運動を伴うことなく下方向に移動し、これにより弁の開放が行われる。ここで、弁閉時はコイルバネ５３が圧縮されているので、弁開時に弁座２８ａ，２８ｂに密着されている各弁３８ａ，３８ｂを解除する作用をする。
【００３３】
上記の弁開閉中、弁棒３７はその上端部寄りをベアリング６０を介してモータ本体２５に支持される一方、その下端部寄りを手動開機構Ｈのスピンドル４５に圧入されたリング２７で連結棒２０と同芯状に支持される構成となっているので、つまり、弁棒３７はその上下端をガイドされる構成であるので、弁棒３７の動きに対し摺動抵抗を減少させることが可能となる。
【００３４】
更に、弁棒３７は直線運動のみの動きとなるので、弁座２８ａ，２８ｂが磨耗しにくくなり、耐久性が向上する。
【００３５】
この実施形態の電動弁は、弁棒３７を弁本体２８の下方向から組み込むことにより、組み立てる方式を採用している。そのため、上側の弁３８ａの外径が下側の弁座２８ｂの内径よりもわずかに小さく設定されている。したがって、この径の差に相当する面積分にかかる圧力が弁棒３７を下方向に動かそうとして作用する。しかし、この力はモータの発生トルクから換算される軸推力に比べて十分に小さいので、小型のキャンドルタイプ駆動用モ−タの使用が可能となる。
【００３６】
また、流体の圧力が、上側の弁３８ａの下側と下側の弁３８ｂの上側とから作用するので、弁にかかる圧力がバランスしており、弁の開閉をスムーズに行うことができる。そのほか、基点出しを、弁全開点とすることで、安全性が増す。即ち、この弁が完全閉してしまうと圧縮機が焼きつく恐れがあるため基点出しを弁開側で行う。また、弁ばねが流体通路に存在しないため、流体通過音やごみ対策上有利である。
【００３７】
次に、図４の手動開機構Ｈの作動を説明する。
手動で弁を開く必要があるとき、底蓋４０をスパナで取り外し、ストッパピン４４を抜き去り、スピンドル４５に取り付けられたハンドル４４ａを反時計方向に回転する。スピンドル４５のこの回転により、弁本体２８と一体のパッキン受け４６の雌ねじ４６ａとスピンドル４５の雄ねじ４５ａとが螺合しているため、スピンドル４５は下方に移動する。スピンドル４５の下方への移動時、弁棒３７の下端部に取り付けられているワッシャ３７ａがスピンドル４５と一体のリング６２に当接して弁棒３７を下方に押し下げるように作用する。これにより、弁棒３７が下方に移動し、弁開状態となる。
【００３８】
手動開操作時、リング６２を上下方向に貫通する穴６２ａ及びスピンドル４５の貫通する穴４７ａから、内部の冷凍機油をメイン冷媒回路に逃がすことができ、手動開操作はスムーズになる。
また、スピンドル４５が貫通しシ−ル部材（パッキン）４８を押し当てているばね押え４７には、複数の穴４７ａが形成されており、この穴を使用してパッキン受け４６を弁本体２８に密着させることができるようになっている。また、この穴４７ａにストッパピン４４を挿入してスピンドル４５が外部からの振動等で勝手に動いたとしても、ねじ１ピッチ回転の範囲以内に動きを規制できるようになっている。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、弁作動時の芯ぶれの抑制と摺動抵抗の減少を図る一方、弁座の摩耗を防止することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１参考例に係る流体制御弁の断面図である。
【図２】本発明の第２参考例に係る流体制御弁の断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る流体制御用電動弁の断面図である。
【図４】同弁底部の拡大断面図である。
【図５】同雌ねじ部の拡大断面図である。
【図６】冷凍サイクルの回路図である。
【図７】従来の流体制御弁の断面図である。
【符号の説明】
１ステイ
２キャップ
４ステータ
５コイル
７ガイド
１１連結金具
１４ケース
１５マグネット
１８雌ねじ
１９雄ねじ
２０ニードル（連結棒）
２０Ａ回転軸
２０Ｂボール
２３下蓋
２４下蓋受け
２５モータ本体
２６弁バネ
２７調節金具
２８弁本体
２８ａ，２８ｂ弁座
２９ａ流体の流入継手
２９ｂ流体の流出継手
３７弁棒
３８ａ，３８ｂ弁
３９ガスケット
４０底蓋
４１ボール
４３スペ−サ
４４ストッパピン
４５スピンドル
４６パッキン受け
４７ばね押さえ
４８パッキン
４９皿ばね
５０，Ｈ手動開（弁）装置
５１手動開ねじ
５２カラ−
５３コイルばね
５４Ｅ型止め輪
５７Ｏリング
６０ベアリング
６１リング
６２リング
６２ａリング６２の穴
Ｍステッピングモータ
Ｒステッピングモータのロータ

Claims

モータの回転をねじ機構により軸方向の動作に転換して弁座に対する弁体の離接を行う電動弁において、両端部に流体の流入管及び流出管への各接続部が形成され、内部に前記弁座及び弁体が設けられた弁本体を備え、前記弁体の前記弁座に対する接離を行う部材が、前記モータの回転軸としての連結棒と別部材に形成されるとともに、前記部材の上部には中空状の大径部が形成され、該中空部の大径部の内部上端部にベアリングを取り付け、前記連結棒の下端部が前記ベアリングに挿入されることで、前記部材の上端部寄りが前記ベアリングで支持され、更に、前記連結棒の下端部に止め輪を設け、該止め輪と前記ベアリングの下面との間にばね部材を介することで、前記部材が前記連結棒と同芯状でかつ上下動可能に配設され、前記部材の下端部寄りは、前記弁本体の下部に設けた手動開閉機構のスピンドルに圧入されたリングで前記連結棒と同芯状でかつ上下動可能に支持されることを特徴とする電動弁における摺動抵抗の軽減装置。