JP4970708B2

JP4970708B2 - 電動弁

Info

Publication number: JP4970708B2
Application number: JP2004010432A
Authority: JP
Inventors: 共存大内
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2004-01-19
Filing date: 2004-01-19
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2024-01-19
Also published as: JP2005201407A

Description

本発明は、空気調和機、冷凍機等の冷凍サイクルに組み込まれて使用される電動弁に係り、詳しくは、ステッピングモータにより回転する回転軸と該回転軸の回転により弁座に離接する弁体とからなる電動弁に関する。

従来、この種の空気調和機、冷凍機等の冷凍サイクルに組み込まれて使用される電動弁は、冷媒等の流体の流量を調整する機能を有し、通常、弁室及び弁座を備えた弁本体と、弁本体の上部に固着された有底円筒状のキャンとを備えており、キャンの内側には電磁力で回転駆動されるロータが内蔵され、キャンの外部にはロータと共にステッピングモータを構成するステータが外嵌されている。
この種電動弁は従来種々提案されており、例えば、特許文献１に示されているようなものがある。図６はその従来の電動弁を示す縦断面図である。

この公知の電動弁１は、弁室２内の弁座２ｃに離接する弁体３により冷媒の通過流量を調整するブロック状の弁本体４と、該弁本体４に固着され弁体３を離接させるロ−タ５を内蔵するキャン６と、該キャン６に外嵌されロータ５を回転駆動するステータ８とを備えている。前記ロータ５とステータ８とはステッピングモータを構成している。このステッピングモータで回転駆動される弁棒の下部に同芯状に弁体３が設けられている。また、前記弁本体４の下部及び側部には、冷媒の流出入管２ａ，２ｂが弁室２に連通して連結されており、流出入管２ａ、２ｂは直交する方向に突出している。

上記キャン６は有底円筒状をしており、内部は気密状態に保たれ、ステータ８は磁性材により構成されるヨーク８ａと、このヨーク８ａにボビン８ｂを介して巻回される上下のステータコイル８ｃとから構成され、前記キャン６に外嵌する嵌合穴８ｄが形成されている。
かかる構成の電動弁１０においては、ロータの回転運動を弁棒に伝達し、弁棒の回転運動をネジ機構を用いて弁棒が上下動する直線運動に変換している。したがって、弁棒は回転運動と共に直線運動を行い、これに伴い弁体は弁座に接離する。

特開２０００−２２０７５９号公報

上述した従来から種々提案されている電動弁においては、以下に述べるような問題がある。即ち、
従来品は、弁体がネジ機構の駆動ネジと同調して回転しながら弁座に繰り返し離接するため、その頻度に応じて弁座が磨耗するおそれが生じる不具合があった。また、弁本体形状がブロック状をなす円柱形状であるため加工が複雑となり、その加工コストが大きくなるという不利点がある。しかも、一方側の流出入管が円柱状本体の側部から放射状に突出しているため、組立時の姿勢保持が容易ではなく、組立性・生産性に問題が生じることもある。

そこで、弁本体の加工コストを低くするため、例えば、黄銅材を使用した場合、キャンと接合するために継手部材を別途設ける必要が生じる。即ち、この継手部材を省くためにＴＩＧ溶接等の気密確保が可能な材質、例えば、ＳＵＳ３０４を使おうとすると、加工性が悪くなって大幅なコスト上昇となり、生産性・経済性が悪くなるという問題が生じる。
また、回転トルクを効率良く軸力、即ち、上下運動へ変換するためには、ネジ機構のネジのサイズをできるだけ小さくすることが有効であるが、従来品は弁体が駆動ネジと同芯状に配置されていたので、組立の都合上、弁体サイズにより駆動ネジサイズも制限されていた。即ち、大きい弁体にするためには、ネジサイズを大きくするか、高価な高磁力マグネットを使う必要があり、このため電動弁を小型化できず、製造コストが大きくなるなどの問題があった。

また、更なる課題として、ステッピングモータの構成を簡略化させることで製造コストの低廉化を検討し、例えば、電動弁の代りにキャピラリチューブ等を用いる廉価タイプのルームエアコン等への適用を検討した。

したがって、本発明は上述課題に着目してなされたものであり、ステッピングモータを用いることにより弁体がシート部に接離する電動弁において、弁特性に優れ、回転駆動部の小型化が可能で構成が簡略化され、生産性・経済性に優れた電動弁を提供することを目的とする。

前記目的を達成するべく、本発明の電動弁は、基本的には、弁本体と、該弁本体に対して上下方向に移動自在かつ回転しないように支持される弁体と、上下方向に延びるとともに前記弁本体に対して回転自在に支持された回転軸と、該回転軸の外周に設けられ前記弁体に設けられたねじ部に螺合して前記回転軸の回転を前記弁体の上下方向の移動に変換する送りねじと、前記回転軸に固着されたロータと、該ロータの外周に位置するキャンと、前記ロータとともにステッピングモータを構成するステータと、を備え、前記弁本体は、その上面にシート孔を有するシート部を形成するとともに、その上面外周に前記キャンを固着しており、前記弁体は、前記シート孔を開閉する蓋部を一体的に備えるとともに、該弁体を上下方向に案内する被ガイド部となるガイド孔を一体的に備えており、前記蓋部は、前記シート孔の周囲に形成された前記シート部に接離するとともに前記シート孔内に突入せずに該シート孔の開口部を覆う平面状に形成されている。

そして、前記ロータは、その内周面に係合突条を備え、前記弁体は、前記ロータの前記内周面内に位置するストッパ部を備えるとともに、前記ロータが回転することにより前記係合突条が前記ストッパ部に当接して該ロータの回転を阻止し、前記ステッピングモータを回転させることで前記弁体を上下動させ、前記シート部と前記蓋部との間の隙間の大きさを変化させることにより前記シート孔を通る流体の流量を制御することを特徴としている。

更に、本発明の電動弁の他の態様は、弁本体と、該弁本体に対して上下方向に移動自在かつ回転しないように支持される弁体と、上下方向に延びるとともに前記弁本体に対して回転自在に支持された回転軸と、該回転軸の外周に設けられ前記弁体に設けられたねじ部に螺合して前記回転軸の回転を前記弁体の上下方向の移動に変換する送りねじと、前記回転軸に固着されたロータと、該ロータの外周に位置するキャンと、前記ロータとともにステッピングモータを構成するステータと、を備え、前記弁本体は、その上面にシート孔を有するシート部を形成するとともに、その上面外周に前記キャンを固着しており、前記弁体は、前記シート孔を開閉する蓋部を一体的に備えるとともに、該弁体を上下方向に案内する被ガイド部となるガイド孔を一体的に備えており、前記蓋部は、前記シート孔の周囲に形成された前記シート部に接離するとともに前記シート孔内に突入せずに該シート孔の開口部を覆う平面状に形成され、前記ロータは、その内周面に係合突条を備え、前記弁体は、前記ロータの前記内周面内に位置するストッパ部を備えるとともに、前記弁体の上方の前記ロータの内周面内の前記回転軸に、外周部に受け部とロータストッパとを突設した遊転リングを回転自在に取り付け、前記ロータが回転することにより前記係合突条が前記受け部に当接して前記遊転リングを回転させ、前記ロータストッパが前記ストッパ部に当接して該ロータの回転を阻止し、前記ステッピングモータを回転させることで前記弁体を上下動させ、前記シート部と前記蓋部との間の隙間の大きさを変化させることにより前記シート孔を通る流体の流量を制御することを特徴としている。

更にまた、本発明の電動弁の他の具体的な態様は、前記弁体は樹脂成型品であり、前記遊転リングは樹脂成型品であることを特徴としている。

上記手段により、本発明の電動弁は下記の効果を奏する。即ち、弁体に回転軸の雄ねじと螺合する雌ねじを一体に形状したから、構成が極めて簡略化された電動弁を得るに至った。また、弁体は回転軸の回転運動により上下のみ移動すると共にシート部に形成されたシート孔に突入させない形状としたから、シート孔に対する弁体の位置を正確にする必要性を少なくして、生産性を向上することができる。更に、弁体を回転させないので、磨耗を抑制することができる。

また、弁体のシート部側にシート孔の開口部を覆う蓋部を形成したから、シート孔に対する弁体の位置を正確にする必要性を一層少なくした。また、弁体にその上下動を案内する被ガイド部、特に被ガイド孔を一体に設け、更に、弁本体に弁体の上下動を案内するガイドを設けたから、電動弁全体の部品点数を一層少なくして、構成を簡略化した。

また、ガイドにロータの回転を停止させるストッパ部を形成したから、弁体への回転停止に伴う衝撃をなくすことができる。また、弁体にはロータの回転を停止させるストッパ部を設けたから、電動弁の全体の構成が更に簡略化される。
また、弁体に近接させて遊転リングが設けられ、該遊転リングには上記ストッパ部に当接する受け部が設けられると共に、上記ロータの回転を停止させるロータストッパが設けられているから、シート孔の開口部と弁体との隙間（開口の程度、即ち、冷媒流量）を、より多くの段階に設定することができる。

また、遊転リングは、ロータ内に配置されているから、遊転リングを配置する空間を新たに配慮する必要が無く、電動弁の大型化を防ぐことができる。
また、遊転リングは、回転軸側の雄ねじの外周部近傍に配置されているから、芯のずれによる影響がなく回転・停止が円滑に行われる。また、弁体或いは遊転リングを、一体の樹脂成形品で構成することで、部品コストを低廉化することができる。

以下、図面により本発明に係る膨張弁の実施例について説明する。

本発明の実施例１について図面を参照して説明する。図１（Ａ）はその縦断面図、図１（Ｂ）は別例の部分縦断面図、図２はその要部説明図、図３はその要部底面図である。
本発明の実施例１に係る電動弁１０は、弁本体１２部と、ステータ４０及びロータ２３で構成されるステッピングモータからなる。

先ず、弁本体１２について説明する。
平面視概略円形の弁本体１２には第１流体出入孔１２ａと第２流体出入孔１２ｂとが形成され、第１流体出入孔１２ａには第１流出入管１１ａが連結され、第２流体出入孔１２ｂには第２流出入管１１ｂが連結される。また、第２流体出入孔１２ｂは後述のシート孔１２ｅが連続して形成されている。また、弁本体１２の上面であってシート孔１２ｅの周部上面の弁室１８側には、シート部１２ｄが形成される。

弁本体１２の中心部の弁室１８側には、上面が凹状の軸受部１２ｃが形成されると共に、軸受部１２ｃから所定距離離れて、所定長さ（高さ）の棒状のガイド１７が２本立設される。そして、このガイド１７は、後述の弁体１５側に形成されるガイド棒孔１５ｆに挿通される。換言すれば、弁体１５はガイド１７に案内されて、上下動のみ可能に配置されることになる。
さらに、軸受部１２ｃは、図１（Ｂ）に示すように、弁本体１２と別体に形成し、弁本体１２と溶接により一体化して弁本体１２に設けてもよい。

また、弁本体１２の上面外周にはキャン２６が溶接されると共に、上記軸受部１２ｃには回転軸２１の下端が軸支される。また、キャン２６の上底部には、内側が凹状となるように受け凹部２６ａが上方に突出して形成され、また、回転軸２１の上部をブッシュ２２及びコイルバネ２４を介して支持されるバネ受カップ２５が配置される。バネ受カップ２５は、特に図４に示すように、略倒立カップ状で、その上底部には受け凹部２６ａに支持されるように球面状の凸部２５ｂが形成されると共にその内部にはバネ受け段部２５ａが形成される。

また、前記回転軸２１の外周部には送りねじ２１ａが形成されると共に、該送りねじ２１ａにより上下に移動する弁体１５が同芯状に配置され、更に前記回転軸２１の上部にはブッシュ２２を介してロータ２３が固定される。
弁体１５は、図１−３に示すように、全体として径大部１５ａと径小部１５ｂとからなる円筒状で、弁体１５の中心部には上下方向に回転軸孔１５ｄが形成され、この回転軸孔１５ｄの内周面には雌ネジ部１５ｅが形成されている。また、前記径大部１５ａの下面（シート部当接面）には、図３に示すように、所定高さで平面状の蓋部１５ｃがシート孔１２ｅの開口部より広い範囲をカバーするように円周方向に所定長さ・幅で形成される。また、径大部１５ａの外周部の近傍には、２個所にガイド棒孔１５ｆが上下に形成されている。

更に、図２に示すように、径小部１５ｂの外周面の一個所には、上下に長いストッパ部１５ｇが形成される。そして、既述のように、弁体１５は回転軸２１に回転軸孔１５ｄが挿通されるように配置され、この状態において、回転軸２１の回転により送りねじ２１ａが回転して雌ネジ部１５ｅが上下に送られて、その結果として、回転軸２１の回転角に応じて弁体１５がその分上下に移動することになる。この回転軸２１の外周に形成された送りねじ２１ａと弁体１５の雌ネジ部１５ｅとの直接伝動（駆動）により、伝動の円滑化と構成の簡略化を実現化した。
また、この弁体１５の上下動により、蓋部１５ｃがシート部１２ｄの上面に離接し、シート孔１２ｅを所定量開閉することになる。また、ガイド棒孔１５ｆには、弁本体１２の上面（弁室１８側）に設けられている棒状のガイド１７が挿通される。
上記弁体１５は、加工の簡略化のために、全体として一体形成される。そのために金属素材よりも、合成樹脂、例えば、テフロン（登録商標）やカーボンを含有した潤滑性がよいＰＰＳ材を素材として形成される。

上記回転軸２１の上部にはブッシュ２２を介してロータ２３が固着されている。そして、前記ブッシュ２２の上面とバネ受カップ２５におけるバネ受け段部２５ａとの間にはコイルバネ２４が縮装されている。すなわち、弁体１５をシート部１２ｄ方向へ押さえつけている。なお、コイルバネ２４は、弁閉時の緩衝機能をもつ。
上記キャン２６の外面にはステ−タヨーク３２を介してコイルボビン２７にロータワイヤ２９が巻回されており、該ロータワイヤ２９の外面はテープ３０で被覆されており、さらに、モールド３１とステ−タカバー３３が設けられている。また、上記ロータ２３の内周面には回転軸２１と平行に係合突条２３ａが形成される。なお、図中符号２８は端子である。

かかる構成により、端子２８を介して通電するとロータ２３が回転し、ロータ２３と一体の回転軸２１も回転する。この回転軸２１の回転により送りねじ２１ａを介してガイド１７により回転規制された弁体１５は上下動することになる。この弁体１５の上下動によって蓋部１５ｃがシート部１２ｄと離接し、その離接の程度（隙間）に応じてシート孔１２ｅを通過する冷媒量を制御する。
かくして、弁体１５は、ロータ２３の回転による回転軸２１の回転のみにより、回転軸２１の上下動を伴なわずに上下動し、弁体１５はシート部１２ｄに接離することになる。

また、回転軸２１の回転で弁体１５は上下動し、係合突条２３ａに対してストッパ部１５ｇは上下動することになるが、弁体１５が図１（Ａ）の状態では、係合突条２３ａがストッパ部１５ｇに当接することで、ロータ２３の回転を停止させる。この実施例１によれば、ロータの回転が１回以内で、弁体１５の開閉を実現することができる。また、弁体１５は上下するのみであるから、弁体１５或いはシート部１２ｄが摩耗することがない。

上記構成により、従来のものよりロータの回転数が少なくなるので、構造を簡略化でき、更に小型化できる。また、耐久性に優れた電動弁を実現することができる。

本発明の実施例２について、図４，５を用いて説明する。図４はその縦断面図、図５は図４の要部説明図である。なお、実施例１と同一構成部分には図４，５に図１乃至図３に付した符号と同一符号を付すことで、その説明を省略する。
図４に示すように、実施例２に係る電動弁１０’は、弁体１５の上部に近接させて、回転軸２１に同芯状に遊転リング１９が設けられる。該遊転リング１９には上記ストッパ部１５ｇに当接する受け部１９ａが設けられると共に、上記ロータ２３の回転を停止させる上記受け部１９ａと兼用のロータストッパ１９ａが設けられている。
上記遊転リング１９は、加工の簡略化のために、全体として一体形成される。そのために金属素材よりも、合成樹脂、例えば、テフロン（登録商標）やカーボンを含有した潤滑性がよいＰＰＳ材を素材として形成される。

この構成により、ロータ２３の回転停止のタイミングが実施例１に比べて延期されることになる。これは、遊転リング１９を追加することでストッパ部１５ｇに対して係合突条２３ａを間接当接させて、ロータ２３の回転停止を遅らせるようにするもので、弁体１５の開度調整をより細かく設定することが可能になる。なお、実施例２においては、受け部１９ａとロータストッパ１９ａとを同一部材としたが、別部材（この場合、ロータの停止角位置に応じて所定角離して配置する。）としてもよい。

本発明に係る実施例１の縦断面図（Ａ）及び別例の部分縦断面図（Ｂ）。同実施例１の要部説明図。同実施例１の要部底面図。本発明に係る実施例２の縦断面図。本発明に係る実施例２の要部説明図。従来技術に係る膨張弁の縦断面図。

１０・・電動弁（実施例１）、１０’・・電動弁（実施例２）、
１１ａ・・第１流出入管、
１１ｂ・・第２流出入管、１２・・弁本体、１２ａ・・第１流体出入孔、
１２ｂ・・第２流体出入孔、１２ｃ・・軸受部、１２ｃ’・・軸受部材、
１２ｄ・・シート部、
１２ｅ・・シート孔、１５・・弁体、１５ａ・・径大部、１５ｂ・・径小部、
１５ｃ・・蓋部、１５ｄ・・回転軸孔、１５ｅ・・雌ネジ部、
１５ｆ・・ガイド棒孔、１５ｇ・・ストッパ部、１７・・ガイド、
１７ａ・・ストッパ部、１８・・弁室、
１９・・遊転リング（実施例２）、１９ａ・・受け部・ロータストッパ、
２１・・回転軸、２１ａ・・送りねじ、２２・・ブッシュ、２３・・ロータ、
２３ａ・・係合突条、２４・・コイルバネ、２５・・バネ受カップ、
２５ａ・・バネ受け段部、２５ｂ・・凸部、２６・・キャン、
２６ａ・・受け凹部、２７・・コイルボビン、２８・・端子、
２９・・ロータワイヤ、３０・・テープ、３２・・ステ−タヨーク、
３３・・ステ−タカバー、４０・・ステータ

Claims

弁本体と、該弁本体に対して上下方向に移動自在かつ回転しないように支持される弁体と、上下方向に延びるとともに前記弁本体に対して回転自在に支持された回転軸と、該回転軸の外周に設けられ前記弁体に設けられたねじ部に螺合して前記回転軸の回転を前記弁体の上下方向の移動に変換する送りねじと、前記回転軸に固着されたロータと、該ロータの外周に位置するキャンと、前記ロータとともにステッピングモータを構成するステータと、を備えた電動弁であって、
前記弁本体は、その上面にシート孔を有するシート部を形成するとともに、その上面外周に前記キャンを固着しており、
前記弁体は、前記シート孔を開閉する蓋部を一体的に備えるとともに、該弁体を上下方向に案内する被ガイド部となるガイド孔を一体的に備えており、前記蓋部は、前記シート孔の周囲に形成された前記シート部に接離するとともに前記シート孔内に突入せずに該シート孔の開口部を覆う平面状に形成され、
前記ロータは、その内周面に係合突条を備え、前記弁体は、前記ロータの前記内周面内に位置するストッパ部を備えるとともに、前記ロータが回転することにより前記係合突条が前記ストッパ部に当接して該ロータの回転を阻止し、
前記ステッピングモータを回転させることで前記弁体を上下動させ、前記シート部と前記蓋部との間の隙間の大きさを変化させることにより前記シート孔を通る流体の流量を制御することを特徴とする電動弁。
弁本体と、該弁本体に対して上下方向に移動自在かつ回転しないように支持される弁体と、上下方向に延びるとともに前記弁本体に対して回転自在に支持された回転軸と、該回転軸の外周に設けられ前記弁体に設けられたねじ部に螺合して前記回転軸の回転を前記弁体の上下方向の移動に変換する送りねじと、前記回転軸に固着されたロータと、該ロータの外周に位置するキャンと、前記ロータとともにステッピングモータを構成するステータと、を備えた電動弁であって、
前記弁本体は、その上面にシート孔を有するシート部を形成するとともに、その上面外周に前記キャンを固着しており、
前記弁体は、前記シート孔を開閉する蓋部を一体的に備えるとともに、該弁体を上下方向に案内する被ガイド部となるガイド孔を一体的に備えており、前記蓋部は、前記シート孔の周囲に形成された前記シート部に接離するとともに前記シート孔内に突入せずに該シート孔の開口部を覆う平面状に形成され、
前記ロータは、その内周面に係合突条を備え、前記弁体は、前記ロータの前記内周面内に位置するストッパ部を備えるとともに、前記弁体の上方の前記ロータの内周面内の前記回転軸に、外周部に受け部とロータストッパとを突設した遊転リングを回転自在に取り付け、前記ロータが回転することにより前記係合突条が前記受け部に当接して前記遊転リングを回転させ、前記ロータストッパが前記ストッパ部に当接して該ロータの回転を阻止し、
前記ステッピングモータを回転させることで前記弁体を上下動させ、前記シート部と前記蓋部との間の隙間の大きさを変化させることにより前記シート孔を通る流体の流量を制御することを特徴とする電動弁。
前記弁体は、樹脂成型品であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動弁。
前記遊転リングは、樹脂成型品であることを特徴とする請求項２又は３に記載の電動弁。