JP2004308835A

JP2004308835A - 電動弁

Info

Publication number: JP2004308835A
Application number: JP2003105236A
Authority: JP
Inventors: Tomoari Ouchi; 共存大内
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2003-04-09
Filing date: 2003-04-09
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】全体形状の小型化と構成の簡略化・製造コストの低廉化。
【解決手段】ステッピングモータで回転駆動される回転軸２１の回転運動のみによって弁室内のシート部１２ｄに離接する弁体１５を具備する。弁体１５は回転軸２１に対して平行にシート部１２ｄに離接する。回転軸２１には上下摺動可能に弁ホルダ１６を支持させ、弁ホルダ１６に弁体１５を装着させる。弁ホルダ１６は、回転軸２１と同芯的で且つ回転軸２１に摺動可能に嵌合されたリフタ１８に装着され、リフタ１８にはリフタ１８の上下動を規制するストッパ１９が設けられる。ストッパ１９は、リフタ１８に巻回されるコイル状のスプリングで、スプリング間に配置されてロータ２３の回転により上下動するスライダ２０を具備する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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、特に、ステッピングモータを構成するロータによる回転軸と、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。
【０００２】
【従来の技術】
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、特許文献２及び特許文献３に示されているようなものがある。図７はその従来の電動弁を示す縦断面図である。
【０００３】
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はともに直交する方向に突出している。
【０００４】
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。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２２０７５９号公報
【０００６】
【特許文献２】特開２０００−１７０９４２号公報
【０００７】
【特許文献３】実開昭６０−１８２５７７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
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点がある。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って経済性が悪くなるというおそれがある。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（特にろう付け）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。
【０００９】
そこで、弁本体の加工コストを低くし、経済性を向上するため、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・経済性が悪い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（モータサイズ大）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。
【００１０】
したがって、本発明は上述の問題点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、生産性・経済性に優れ、小型化が可能な電動弁を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明に係る電動弁は、下記の構成を具備する。即ち、
請求項１記載の電動弁は、ステッピングモータにより回転する回転軸と、上記回転軸に駆動されて弁本体に形成されたシート部に接離する弁体とからなり、上記弁体は上記回転軸の回転運動のみにより上下動されることを特徴とする。
請求項２記載の電動弁は、請求項１記載の電動弁において、上記弁体は、上記回転軸の側方位置に配置されていることを特徴とする。
【００１２】
かかる請求項１，２記載の電動弁により、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離接することがなく、したがって、弁座が磨耗するおそれが少ないのみならず、電動弁の長さを短くすることができる。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、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できる。
【００１３】
換言すれば、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（モータサイズ大）か、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が、本発明はこれを解消した。
【００１４】
請求項３記載の電動弁は、請求項１又は請求項２記載の電動弁において、上記回転軸に支持された弁ホルダを具え、上記弁ホルダは上記弁体を具備することを特徴とする。
かかる特徴により、回転軸の位置に対して弁体の位置を、弁ホルダを用いて独立的に設定することができる。
【００１５】
請求項４記載の電動弁は、請求項３記載の電動弁において、上記弁ホルダは上記回転軸に同軸で且つ同回転軸に上下動可能に嵌合されたリフタに装着され、該リフタにはリフタの上下動を規制するストッパが設けられていることを特徴とする。
かかる特徴により、弁体及びストッパの構成が簡略化される。
【００１６】
請求項５記載の電動弁は、請求項４記載の電動弁おいて、前記ストッパは、上記弁ホルダに巻回されるコイル状のスプリングと、該コイル状のスプリング間に配置されて上記ロータの回転により上下動するスライダとからなることを特徴とする。
かかる特徴により、特にストッパの構成が簡略化されると共に、ストッパの作用が緩衝的になる。
【００１７】
請求項６記載の電動弁は、請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の電動弁において、上記弁本体は板状部材にて構成されていることを特徴とする。
かかる特徴により、従来、弁本体の加工コストを低くし、経済性を向上するため、例えば、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、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・経済性が悪いという問題が生じたが、この発明はこれを解消した。
【００１８】
請求項７記載の電動弁は、請求項６記載の電動弁において、上記弁本体は、上記シート部が形成するシート孔に連通する第１の流体流出入管と、該第１の流体流出入管とシート孔を介して連通する第２の流体流出入管とを具え、上記第１及び第２の流体流出入管はともに上記弁本体から上記回転軸の軸方向に突出して設けられていることを特徴とする。
かかる特徴により、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ことがないから、組立時の姿勢保持が容易で、組立性・生産性がよくなる。
【００１９】
【発明の実施態様】
【実施態様１】
以下、本発明の実施態様１について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る電動弁の閉状態における縦断面図、図２は同電動弁の開状態における縦断面図、図３は弁ホルダの平面図、図４は同電動弁を構成するバネ受カップの正面図（Ａ）及び縦断面図（Ｂ）、図５は同電動弁を構成するストッパの正面図である。
【００２０】
（全体構成）
本発明の実施態様１に係る電動弁１０は、弁本体１２部と、ステータ８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回転駆動部からなる。
（弁本体１２部）
所定の厚みを有し、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、前記第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に連通している。また、弁本体１２の上面でシート孔１２ｅの周部には、シート部１２ｄが形成される。
【００２１】
弁本体１２の中心部には、上面が凹状に形成された軸受部１２ｃが形成されると共に、該軸受部１２ｃの近傍には第２流体出入孔１２ｂが形成され、更に、該第２流体出入孔１２ｂから所定距離離れて、所定長さ（高さ）の棒状のガイド１７が立設される。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、前記軸受部１２ｃには、後述の回転軸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、前記回転軸２１の上部をブッシュ２２及びコイルバネ２４を介して支持するバネ受カップ２５が配置される。該バネ受カップ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、上記受け凹部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。
【００２２】
（弁体１５）
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円筒状のリフタ１８がねじ嵌合により同芯状に配置され、更に、該回転軸２１の上部にはブッシュ２２を介してロータ２３が固定され、ロータ２３の内部に回転軸２１が配置される。また、上記リフタ１８の下部には、カシメ用の舌片１８ａが形成され、該舌片１８ａにより、後述の弁ホルダ１６に形成された軸孔１６ｂの周縁部がカシメ固定される。かくして、弁ホルダ１６は、リフタ１８の下部にて回転軸２１の軸線方向と直交する方向に固定される。
【００２３】
上記弁ホルダ１６は、図３に示すように、平板状の板体から形成され、その中心部にはリフタ１８の下部がカシメ固定される軸孔１６ｂが形成される。また、上記弁ホルダ１６の端部には２つのガイド孔１６ａが形成される。
弁体１５は、図１，２に示すように、円柱体１５ｂとこれに連続する三角錐体１５ｃとからなり、そのテーパ部でシート部１２ｄへの当接部が形成され、前記その円柱体１５ｂの上底部にはカシメ用の舌片１５ａが形成される。そして、この舌片１５ａは弁ホルダ１６に穿設されている弁体孔１６ｃに下方から挿通され該弁体孔１６ｃの周縁部にカシメられて、弁体１５は弁ホルダ１６に固定される。
したがって、弁ホルダ１６は回転軸２１及びリフタ１８の周囲外方に延出する状態で、即ちキャン２６の横方向に配置されることになる。かくして弁体孔１６ｃに装着後の弁体１５の位置は、前記回転軸２１の側方で回転軸２１に平行する位置となる。
そして、装着後の弁ホルダ１６に対するへの弁体１５の位置は、シート孔１２ｅの直上部であることはいうまでもない。また、弁ホルダ１６の適宜個所、例えばガイド孔１６ａと軸孔１６ｂとの間にはストッパ孔１６ｄが形成される。
【００２４】
上記リフタ１８の外周には、コイル状スプリングからなるストッパ１９がリフタ１８に弾発状態で巻回される。該ストッパ１９は、図５に示すように、下部は下方に延設されて下方延設部１９ａが形成され、ストッパ孔１６ｄに挿通されると共に、上部は上方に延設されて上方延設部１９ｂが形成される。
そして、該ストッパ１９の隙間にはリフタ１８に対して例えば略一巻き半からなるスライダ２０が遊嵌されており、その一端は延設部２０ａとして外方に延設され、後述のロータ２３に形成された突条２３ａの回動軌跡内に配置される。
【００２５】
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。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、ステ−タカバー３３が設けられている。なお、図中符号２８は端子である。上記ロータ２３の内周面には回転軸２１と平行にスライダ２０を回転軸２１と共に回転させる突条２３ａが形成される。
【００２６】
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も回転すると共にスライダ２０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リフタ１８は上下動することになる。このリフタ１８の上下動によってリフタ１８に固定された弁ホルダ１６と一体の弁体１５がシート部１２ｄと離接し、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。
【００２７】
上記スライダ２０はロータ２３の回転で回転し、ストッパ１９に対して上下動することになるが、スライダ２０が図１の状態ではストッパ１９の上方延設部１９ｂに当接することで、ロータ２３の回転を停止させる。また、図２の状態では、スライダ２０はストッパ１９の最下位置まで移動し、ストッパ１９の下方延設部１９ａに当接してロータ２３の回転を停止させることになる。
【００２８】
上記実施形態１においては上記構成、即ち、電動弁１０は、ステッピングモータにより回転する回転軸２１と、該回転軸２１に駆動されて弁本体１２に形成されたシート部１２ｄに接離する弁体１５とからなり、該弁体１５は回転軸２１の回転運動のみにより上下動され、回転軸２１の側方位置に配置されているから、弁体１５が回転軸２１と同調して回転しながらシート部１２ｄに離接することがなく、シート部１２ｄが磨耗するおそれが少ないのみならず、電動弁１０の長さを短くすることができる。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、回転軸２１のネジのサイズをできるだけ小さくすることができる。
【００２９】
換言すれば、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１５にするためには、ネジサイズを大きくするか、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が、本発明はこれを解消した。
【００３０】
また、回転軸２１に支持された弁ホルダ１６を具え、弁ホルダ１６は弁体１５を具備することで、回転軸２１の位置に対して弁体１５の位置を、弁ホルダ１６を用いて独立的に設定することができる。また、更に弁ホルダ１６は回転軸２１に同芯状で且つ同回転軸２１に上下動可能に嵌合されたリフタ１８に装着され、該リフタ１８にはリフタ１８の上下動を規制するストッパ１９が設けられていることで、弁体１５及びストッパ１９の構成が簡略化される。また、ストッパ１９はコイルスプリングで構成されていることから、そのストップ作用が緩衝的で可動部全体に衝撃的な力を作用させないことから、電動弁１０の耐久性を向上させることができる。
【００３１】
更に、上記ストッパ１９は、弁ホルダ１６に巻回されるコイル状のスプリングと、該スプリング間に配置されてロータ２３の回転により上下動するスライダ２０からなることで、ストッパ１９の構成が簡略化されると共に、その作用が緩衝的になる。
【００３２】
また、上記弁本体１２は板状部材にて構成されていることで、従来、弁本体１２の加工コストを低くし、経済性を向上するため、例えば、キャン２６と接合するために継手部材を別途設ける必要がなくなり、気密確保が容易となって、生産性・経済性が向上する。
【００３３】
また、上記弁本体１２は、シート部１２ｄが形成するシート孔１２ａに連通する第１の流体流出入管１１ａと、該第１の流体流出入管１１ａとシート孔１２ｅを介して連通する第２の流体流出入管１１ｂとを具え、上記第１及び第２の流体流出入管１１ａ，１１ｂはともに弁本体１２から回転軸２１の軸方向に突出して設けられていることで、一方側の流出入管が円柱状の弁本体１２の側部から放射状に突出していることがないから、組立時の姿勢保持が容易で、組立性・生産性がよくなる。
【００３４】
【実施態様２】
次に、実施形態２について図面を用いて説明する。図６は、実施態様２に係る電動弁１０’の閉状態における縦断面図を示している。なお、実施形態２において、実施形態１のシート部１２ｄ及び軸受部１２ｃとその形状が異なるので同一の構成部分については、図１、図２と同一符号を付すことによってその説明を省略する。実施態様２においては、回転軸２１下部を支持する軸受１３が弁本体１２とは別体で配置されているとともに、シート１４が弁本体１２とは別体の部材にて形成されている点が相違する。そして、シート１４にはテーパー状のシート孔１４ａが形成されており、弁体１５のシート１４への接離によりシート孔１４ａの断面積を可変する。
【００３５】
上記構成により、実施形態１の電動弁１０’が有する作用効果の加えて、回転軸２１との摺接部である軸受１３、及び、弁体１５との当接部であるシート１４を別体で形成したことにより、弁本体の加工を容易にすることができると共に、これらの素材を適宜選択することが可能になり、また、耐久性を向上させることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明によれば、電動弁の全体形状の小型化と構成の簡略化・製造コストの低廉化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様１に係る電動弁の閉状態における縦断面図。
【図２】同電動弁の開状態における縦断面図。
【図３】同電動弁を構成する弁ホルダの平面図。
【図４】同電動弁を構成するバネ受カップの正面図（Ａ）及び縦断面図（Ｂ）。
【図５】同電動弁を構成するストッパの正面図。
【図６】実施態様２に係る電動弁の閉状態における縦断面図。
【図７】従来技術に係る電動弁の縦断面図。
【符号の説明】
１・・電動弁（公知）
２・・弁室２ａ，２ｂ・・流出入管２ｃ・・弁座３・・弁体（弁棒）
４・・弁本体５・・ロ−タ６・・キャン８・・ステータ
８ａ・・ヨーク８ｂ・・ボビン８ｃ・・ステータコイル８ｄ・・嵌合穴
１０，１０’・・電動弁（本発明）
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１２ｄ・・シート部１２ｅ・・シート孔
１３・・軸受１４・・シート１４ａ・・シート孔
１５・・弁体１５ａ・・（カシメ用の）舌片
１５ｂ・・円柱体１５ｃ・・三角錐体
１６・・弁ホルダ１６ａ・・ガイド孔１６ｂ・・軸孔
１６ｃ・・弁体孔１６ｄ・・ストッパ孔
１７・・ガイド１８・・リフタ１８ａ・・（カシメ用の）舌片
１９・・ストッパ１９ａ・・下方延設部
１９ｂ・・上方延設部２０・・スライダ２０ａ・・延設部
２１・・回転軸２１ａ・・送りねじ２２・・ブッシュ
２３・・ロータ２３ａ・・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

Claims

ステッピングモータにより回転する回転軸と、上記回転軸に駆動されて弁本体に形成されたシート部に接離する弁体とからなり、上記弁体は上記回転軸の回転運動のみにより上下動されることを特徴とする電動弁。
上記弁体は、上記回転軸の側方位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載の電動弁。
上記回転軸に支持された弁ホルダを具え、該弁ホルダは上記弁体を具備することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電動弁。
上記弁ホルダは、上記回転軸に同軸で且つ同回転軸に上下動可能に嵌合されたリフタに装着され、該リフタにはリフタの上下動を規制するストッパが設けられていることを特徴とする請求項３記載の電動弁。
前記ストッパは、上記弁ホルダに巻回されるコイル状のスプリングと、該コイル状のスプリング間に配置されて上記ロータの回転により上下動するスライダとからなることを特徴とする請求項４記載の電動弁。
上記弁本体は、板状部材にて構成されていることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の電動弁。
上記弁本体は、上記シート部が形成するシート孔に連通する第１の流体流出入管と、該第１の流体流出入管とシート孔を介して連通する第２の流体流出入管とを具え、上記第１及び第２の流体流出入管は、ともに上記弁本体から上記回転軸の軸方向に突出して設けられていることを特徴とする請求項６記載の電動弁。