JP2008175289A - 電動弁 - Google Patents

Abstract

【課題】構成部材間の摩擦抵抗低減により、開弁時駆動トルクの軽減、構成の簡素化、部品点数の削減、装置コスト低減等ができる電動弁。
【解決手段】弁体６１は、弁座７２ｂに着座する基体６１Ａと、基体６１Ａの小径軸部６１ｃに軸方向の相対移動と相対回転可能に外嵌され、弁ホルダ５５に設けられた筒状係止部６３に係止されて圧縮コイルばね６４の下端部を受ける鍔状掛止部材６６とを有し、弁ホルダ５５が最下降位置では、鍔状掛止部材６６の下面が基体６１Ａの大径軸部６１ｂの上端段丘面に圧接し、鍔状掛止部材６６の下面と筒状係止部６３の上端面との間に間隙αが形成され、ロータ３０及び弁ホルダ５５が最下降位置から回転すると、筒状係止部６３の上端面が鍔状掛止部材６６の下面に接当して鍔状掛止部材６６が大径軸部６１ｂの上端段丘面から離間し、ロータ３０及び弁ホルダ５５がさらに回転すると、鍔状掛止部材６６がフランジ部６１ｄを押し上げる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動弁に係り、特に、空気調和機、冷蔵庫等の冷凍サイクルに流量制御弁等として組み込まれて使用される、ステッピングモータ駆動式の電動弁に関する。

空気調和機、冷蔵庫等に組み込まれて使用される電動弁として、本願の発明者等により図６に示される如くのものが考えられている。

図６に示される電動弁１０’は、弁室７１を有する弁本体７０を備えている。弁本体７０は、断面円形の弁口７２ａ及び円錐面状の弁座７２ｂを有する弁座部材７２と、キャン受け鍔状部７４ａ付き円筒状の弁室形成部材７４と、からなり、前記弁室形成部材７４のキャン受け鍔状部７４ａに、下方開口の有底円筒状のキャン４０の下端部４０ｂが突き合わせ溶接により密封接合されており、弁座７２ｂに接離する弁体６１により冷媒等の流体の通過流量を調整するようになっている。

前記弁本体７０の弁室７１の一側方には、冷媒入出用の第１の導管（継手）４１が、また、弁室７１の下方には、冷媒入出用の第２の導管（継手）４２がそれぞれろう付け等により連結固定されている。

前記キャン４０の内周には、所定の間隙をあけてロータ３０が配在され、該ロータ３０を回転駆動すべく前記キャン４０の外周には、図示はされていないが、ヨーク、ボビン、及びステータコイル等からなるステータが配置され、前記ロータ３０と前記ステータとでステッピングモータが構成されている。

そして、前記ロータ３０の内周側には、該ロータ３０にナット部材６２を介して一体に連結された弁軸６０と、該弁軸６０が内挿される円筒部８１を有するガイドステム８０とが配在されている。

前記ガイドステム８０の円筒部８１の下端部には、弁本体７０及びキャン４０との同軸度を上げるための位置決めに供される凹状の連結保持部８２が一体に設けられている。

一方、前記弁軸６０の大径下端部には、円筒状の弁ホルダ５５の上端部が圧入固定されている。弁ホルダ５５は、弁軸６０に保持固定されてガイドステム８０の円筒部８１に摺動自在に内挿されている。

前記弁軸６０、弁ホルダ５５、弁体６１等は一つの組立体（以下、弁軸組立体５０と称す）として構成されており、弁ホルダ５５の下端部に、弁体６１が弁軸６０に対して軸方向の相対移動及び相対回転可能な状態で内挿されて後述する筒状係止部６３により抜け止め係止されている。

弁体６１は、弁座７２ｂに着座する円錐弁部６１ａを有する基体６１Ａと、弁ホルダ５５の下端部に圧入、溶接等の手法により固定される筒状係止部６３により係止される、前記基体６１Ａとは別パーツの鍔状掛止部材６６とを含んで構成されている。前記弁体６０の基体６１Ａは、下から順に、円錐弁部６１ａ、該円錐弁部６１ａの上部（底面部）の外径より小径の胴部６１ｂ、及び該胴部６１ｂの外径より小径の、かしめ部（となる円筒部）６１ｃを有し、胴部６１ｂの上端面（円筒部６１ｃとの間に形成される段丘面）に、前記円錐弁部６１ａの上部（底面部）の外径より小径の外径を持つ、断面矩形のリング状に形成された鍔状掛止部材６６が、前記円筒部６１ｃをかしめることにより固定されている。この鍔状掛止部材６６は、前記コイルばね６４の下端を受けるばね受けにもなっている。

前記弁ホルダ５５内における弁軸６０の下側には、ばね受けボール６５が配在され、このばね受けボール６５と弁体６１との間には、弁体６１を下方に付勢する弁締め切り兼緩衝用の圧縮コイルばね６４が縮装されている。

上記に加え、前記弁体６１を前記弁座７２ｂに接離させるためのねじ送り機構１６が備えられており、このねじ送り機構１６は、ガイドステム８０の円筒部８１に内嵌固定された雌ねじ部材８５の内周に形成された固定ねじ部（雌ねじ部）２８と、前記弁軸６０の中央部外周に形成された、前記固定ねじ部２８に螺合せしめられる可動ねじ部（雄ねじ部）２９とからなっている。

したがって、かかる構成の電動弁１０では、ロータ３０が回転せしめられると、それと一体に弁軸６０（弁軸組立体５０）が回転せしめられ、このとき、前記ねじ送り機構１６により弁軸６０が弁体６１を伴って昇降せしめられ、これによって、冷媒の通過流量が調整される。

さらに、前記ガイドステム８０の外周には、回転規制用ストッパ機構を構成する固定ストッパ６８と可動ストッパ（スライダ）６９とが外嵌されている。固定ストッパ６８及び可動ストッパ６９は、それぞれコイルばね（線材を螺旋状に曲成したもの）からなっている（詳細は後述の実施形態で説明する）。

このような構成とされた電動弁１０’にあっては、ステータを第１の態様で通電励磁（パルス供給）することにより、ロータ３０及び弁軸組立体５０が一方向に回転せしめられ、固定ねじ部（雌ねじ部）２８と可動ねじ部（雄ねじ部）２９からなるねじ送り機構１６により、弁軸組立体５０が下方に移動して弁体６１が弁座７２ｂに着座して弁口７２ａが閉じられる。

弁口７２ａが閉じられた時点では、可動ストッパ６９の端面当接部６９ｂは未だ固定ストッパ６８の下端係止部（図示せず）に当接しておらず、弁体６１が弁口７２ａを閉じたままロータ３０、弁軸６０、及び弁ホルダ５５はさらに回転下降する。このときは、弁体６１に対して弁軸６０及び弁ホルダ５５が一体的に回転しながら下降するため、圧縮コイルばね６４がさらに圧縮せしめられ、これにより弁軸６０及び弁ホルダ５５の下降力が吸収されるとともに、弁体６１が弁座７２ｂに押し付けられ、その後、ロータ３０がさらに回転せしめられると、可動ストッパ６９の端面当接部６９ｂが固定ストッパ６８の下端係止部（図示せず）に衝接し、弁軸６０及び弁ホルダ５５が最下降位置に達し、ステータに対するパルス供給が続行されても弁軸６０及び弁ホルダ５５の下降は強制的に停止され、弁締め切り状態（全閉状態）となる。

ここで、前記弁軸６０及び弁ホルダ５５が図６及び図７（Ａ）に示される如くの最下降位置（全閉状態）にあるときには、前記圧縮コイルばね６４の付勢力により、前記弁体６１が鍔状掛止部材６６を介して弁座７２ｂに強く押し付けられ、このときには、図７（Ａ）に示される如くに、鍔状掛止部材６６の下端面と筒状係止部６３の上端面との間に所定の間隙αが形成される。

一方、この全閉状態からステータを第２の態様で通電励磁（パルス供給）すると、ロータ３０及び弁軸組立体５０が前記とは逆方向に回転せしめられ、固定ねじ部（雌ねじ部）２８と可動ねじ部（雄ねじ部）２９からなるねじ送り機構１６により、今度は弁体６１に対して弁軸６０及び弁ホルダ５５が回転しながら上方に移動する。ここでは、前記鍔状掛止部材６６の下端面と筒状係止部６３の上端面との間に所定の間隙αがあるため、前記弁軸６０及び弁ホルダ５５が前記最下降位置から所定量回転せしめられると、図７（Ｂ）に示される如くに、鍔状掛止部材６６の下端面と筒状係止部６３の上端面が接当する。この接当時点から弁軸６０及び弁ホルダ５５をさらに回転上昇させると、筒状係止部６３が鍔状掛止部材６６を掛止した状態で弁体６１が引き上げられ、開弁する。

ところが、この開弁時（弁体６１が引き上げられる直前）においては、弁体６１は圧縮コイルばね６４の付勢力により弁座７２ｂに強く押し付けられて不動状態（摩擦抵抗が大）にあり、また、弁体６１と一体の鍔状掛止部材６６を圧縮コイルばね６４の下端部と筒状係止部６３の上端部とで挟んだ状態となるため、弁軸６０及び弁ホルダ５５を回転上昇させる際、鍔状掛止部材６６と圧縮コイルばね６４及び筒状係止部６３との間に大きな摩擦抵抗が発生する。

ところで、この種の電動弁においては、ステッピングモータを含む電動弁全体の大型化を招くことなく、コンパクトな構成のもとで大容量化等に対応できるようにするためには、構成部材間の摩擦抵抗、特に、最も大きな駆動トルクが必要とされる全閉状態から開弁するまでの摩擦抵抗を低減して、開弁に必要とされる駆動トルクを軽減することが重要となる。

しかしながら、前記電動弁１０’においては、最も大きな駆動トルクが必要とされる開弁時において大きな摩擦抵抗が発生するので、ステッピングモータとして出力トルクの大きなもの、すなわち、大型で価格の高いものを使用しなければならず、また、消費電力も大きくなるという問題があった。

前記した如くの、開弁時における摩擦抵抗の低減化を図るべく、下記特許文献１には、次のような構成の電動弁が記載されている。なお、以下の説明文中の括弧付き符号は前記文献１に所載のものである。

すなわち、弁ホルダ（２０）が下側リップ片（２１Ａ）を有する下側部材（２１）と、上側リップ片（２２Ａ）を有する上側部材（２２）と、下側部材（２１）と上側部材（２２）との間に挟まれたストッパ体（２３）とからなっており、また、弁体（３０）には前記鍔状掛止部材６６に相当するフランジ部（３０Ａ）が設けられるとともに、弁体（３０）上部に圧縮コイルばね（２９）の下端を受ける下側ばねリテーナ部材（２５）が遊嵌されていて、弁ホルダ（２０）が前記最下降位置から所定量回転せしめられると、ストッパ体（２３）が下側ばねリテーナ部材（２５）に接当し、この接当時点から弁ホルダ（２０）をさらに回転上昇させると、ストッパ体（２３）が圧縮コイルばね（２９）の付勢力に抗して下側ばねリテーナ部材（２５）を引き上げる。

この場合、弁ホルダ（２０）、圧縮コイルばね（２９）、下側ばねリテーナ部材（２５）は、一体的に回転するので、それらの間には実質的に摩擦抵抗が発生せず、下側ばねリテーナ部材（２５）が引き上げられることにより、弁体（３０）が弁ホルダ（２０）から切り離され、弁体（３０）は実質的に自重のみで弁座（１３）に着座した状態となる。その後、弁ホルダ（２０）をさらに回転上昇させると、下側リップ片（２１Ａ）がフランジ部（３０Ａ）を掛止した状態で弁体（３０）が引き上げられ、開弁する。
特開２００６−２０７８５２号公報

しかしながら、前記特許文献１に所載の電動弁では、開弁時における構成部材間の摩擦抵抗を低減できるが、弁ホルダの構成が複雑で部品点数も多く、製造に手間がかかり、装置コストが高くなる嫌いがあった。

また、弁体に一体にフランジ部（鍔状掛止部材）が設けられているので、弁口（弁座）の口径に対して弁ホルダの外径が比較的大きなものとなり、そのため、弁ホルダとガイドステムとの間に大きな摩擦抵抗が発生する。この摩擦抵抗が大きいほど、弁開閉動作に大きな駆動力を必要するので、ステッピングモータとして出力トルクの大きなもの、すなわち、大型で価格の高いものを使用しなければならず、また、消費電力も大きくなる。

この場合、前記摩擦抵抗は、弁ホルダの外径が大きいほど大きくなるが、従来の一般的な電動弁でも、前記特許文献１に記載のものと同様に、弁口（弁座）の口径に対して弁ホルダの外径が比較的大きなものとなっていた。すなわち、図５（Ｂ）に示される如くに、弁体６１’の円錐弁部６１ａ’の上部（底面）外径Ｄａ’は、弁座部材７２の弁座７２ｂの上部（底面）径と略同径であるが、弁体６１’には、弁ホルダ５５’に設けられた筒状係止部６３’に抜け止め係止されるように、前記円錐弁部６１ａ’の上部（底面）外径Ｄａ’より相当大きな外径Ｄｂ’を持つ鍔状掛止部６１ｅ’を設ける必要があり、必然的に弁ホルダ５５’の外径Ｄｃ’も大きくなってしまう。そのため、弁ホルダとガイドステムとの間の摩擦抵抗が大きいものとなっていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、構成部材間の摩擦抵抗を低減できて、開弁に必要とされる駆動トルクを軽減し得るとともに、構成の簡素化、部品点数の削減等を図ることができて、装置コストを低く抑えることができ、もって、ステッピングモータを含む電動弁全体の大型化を招くことなく、コンパクトな構成のもとで大容量化等に対応できるようにされた電動弁を提供することにある。

前記の目的を達成すべく、本発明に係る電動弁は、キャンと、該キャン内に配置された円筒部を有するガイドステムと、前記キャンの内周に配在されたロータと、該ロータに連結固定された弁軸と、該弁軸の下端部に設けられて前記ガイドステムの円筒部に内挿された円筒状の弁ホルダと、該弁ホルダに、前記弁軸に対して軸方向の相対移動及び相対回転可能な状態でその上部が内挿され、かつ、前記弁軸との間に縮装された圧縮コイルばねにより下方に付勢されるとともに、前記弁ホルダの下端部に設けられた係止部により抜け止め係止された弁体と、流体が入出せしめられる弁室及び前記弁体が接離する弁座を有する弁本体と、前記ロータの回転に伴って前記弁体を前記弁座に対して接離させるためのねじ送り機構とを備える。

そして、前記弁体は、下から順次、前記弁座に着座する円錐弁部、大径軸部、小径軸部、及びフランジ部が設けられた基体と、該基体の前記小径軸部に、軸方向の相対移動及び相対回転可能な状態で外嵌されるとともに、前記弁ホルダに設けられた係止部により係止され、かつ、前記圧縮コイルばねの下端部を受けるようにされた鍔状掛止部材とを有し、前記弁ホルダが最下降位置にあるときには、前記鍔状掛止部材の下面が前記基体の大径軸部の上端段丘面に圧接するとともに、前記鍔状掛止部材の下面と前記係止部の上端面との間に所定の間隙が形成され、前記ロータ及び弁ホルダが前記最下降位置から所定量回転せしめられると、前記係止部の上端面が前記鍔状掛止部材の下面に接当して、前記鍔状掛止部材が前記大径軸部の上端段丘面から離間し、その後、前記ロータ及び弁ホルダがさらに回転せしめられると、前記鍔状掛止部材が前記フランジ部を押し上げるようにされていることを特徴としている。

前記基体は、好ましくは、前記円錐弁部及び大径軸部を有する胴部と、前記大径軸部に圧入等により固定されたフランジ付きピンとで構成される。

前記鍔状掛止部材は、好ましくは、前記円錐弁部の上側底面部の外径より小径の外径を持つリング状に作製される。

本発明の電動弁では、弁ホルダが最下降位置（全閉状態）にあるときには、前記鍔状掛止部材の下面が前記基体の大径軸部の上端段丘面に圧接するとともに、前記鍔状掛止部材の下面と前記係止部の上端面との間に所定の間隙が形成され、前記ロータ及び弁ホルダが前記最下降位置から所定量回転せしめられると、前記係止部の上端面が前記鍔状掛止部材の下面に接当して、前記鍔状掛止部材が前記大径軸部の上端段丘面から離間し、その後、前記ロータ及び弁ホルダがさらに回転せしめられると、前記鍔状掛止部材が前記フランジ部を押し上げるようにされるので、最も大きな駆動トルクが必要とされる開弁時（前記ばね受け部材を押し上げるとき）には、前記鍔状掛止部材が弁体から切り離され、弁体は実質的に自重のみで弁座に着座した状態となる。このとき、弁ホルダ、圧縮コイルばね、鍔状掛止部材は一体的に回転するので、それらの間には実質的に摩擦抵抗が発生しない。

つまり、従来の電動弁においては、前記開弁時（弁体が引き上げられるとき）においては、弁体は圧縮コイルばねの付勢力により弁座に強く押し付けられて不動状態（摩擦抵抗が大）にあり、また、弁体と一体の鍔状掛止部材を圧縮コイルばねの下端部と筒状係止部の上端部とで挟んだ状態となるため、弁軸及び弁ホルダを回転上昇させる際、鍔状掛止部材と圧縮コイルばね及び筒状係止部との間に大きな摩擦抵抗が発生するが、本発明の電動弁では、弁体（基体）が鍔状掛止部材や弁ホルダから切り離されるので、それらの間には実質的に摩擦抵抗が発生しない。

そのため、開弁時における構成部材間の摩擦抵抗を大幅に低減できて、開弁時に必要とされる駆動トルクを軽減し得、その結果、ステッピングモータを含む電動弁全体の大型化を招くことなく、コンパクトな構成のもとで大容量化等に対応できる。

また、前記鍔状掛止部材は、圧縮コイルばねの下端部を受けるばね受け部材を兼ねているので、構成の簡素化、部品点数の削減等を図ることができて、装置コストを低く抑えることができる。

さらに、弁体を構成する、円錐弁部を有する基体と弁ホルダに設けられた係止部により係止される鍔状掛止部材とが別体化されることにより、弁体の組み立てにあたっては、例えば、円錐弁部に連なる胴部（大径軸部）に前記係止部を相対移動及び相対回転可能に外挿しておき、この大径軸部に、小径軸部及びフランジ部を構成するフランジ付きピンを圧入固定する際に、前記小径軸部に前記鍔状掛止部材を外嵌しておくことで、図５（Ａ）に例示される如くに、弁体６１の円錐弁部６１ａの上部（底面）外径Ｄａは、図５（Ｂ）に例示される従来例のものと同様に、弁座部材７２の弁座７２ｂの上部（底面）径と略同径であるが、鍔状掛止部材６６（従来例の鍔状掛止部６１ｅ’に相当）の外径Ｄｂを、従来例（鍔状掛止部６１ｅ’）の外径Ｄｂ’より相当小さくできる（弁体６１の円錐弁部６１ａの上部（底面）外径Ｄａと同等以下にできる）。そのため、弁ホルダ５５の外径Ｄｃも従来のもの（Ｄｃ’）より相当小さくすることが可能となり、その結果、弁ホルダとガイドステムとの間で発生する摩擦抵抗を大幅に低減できるとともに、動作騒音も効果的に抑えることができる。

以上の結果、弁開閉動作に必要とされる駆動力を一層小さくすることができ、ステッピングモータを含む電動弁全体のコンパクト化並びに省電力化等を効果的に図ることができる。

以下、本発明の電動弁の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る電動弁の一実施形態を示す図である。
図１に示される電動弁１０は、弁室７１を有する弁本体７０を備えている。弁本体７０は、断面円形の弁口７２ａ及び円錐面状の弁座７２ｂを有する弁座部材７２と、プレス加工により作製されたキャン受け鍔状部７４ａ付き円筒状の弁室形成部材７４と、からなっており、弁座７２ｂに接離する弁体６１により冷媒等の流体の通過流量を調整するようになっている。なお、弁座部材７２には、弁室形成部材７４の窓穴付き底面部が圧入、溶接等により固定されている。また、前記弁室形成部材７４のキャン受け鍔状部７４ａに、下方開口の有底円筒状のキャン４０の下端部４０ｂが突き合わせ溶接により密封接合されている。

前記弁本体７０の弁室７１の一側方には、冷媒入出用の第１の導管（継手）４１が、また、弁室７１の下方には、冷媒入出用の第２の導管（継手）４２がそれぞれろう付け等により連結固定されている。

前記キャン４０の内周には、所定の間隙をあけてロータ３０が配在され、該ロータ３０を回転駆動すべく前記キャン４０の外周には、図示はされていないが、ヨーク、ボビン、及びステータコイル等からなるステータが配置され、前記ロータ３０と前記ステータとでステッピングモータが構成されている。

そして、前記ロータ３０の内周側には、該ロータ３０にナット部材６２を介して一体に連結された弁軸６０と、該弁軸６０が内挿される円筒部８１を有するガイドステム８０とが配在されている。

前記ガイドステム８０の円筒部８１の下端部には、弁本体７０及びキャン４０との同軸度を上げるための位置決めに供される凹状の連結保持部８２が一体に設けられている。

一方、前記弁軸６０の大径下端部には、円筒状の弁ホルダ５５の上端部が圧入固定されている。弁ホルダ５５は、弁軸６０に保持固定されてガイドステム８０の円筒部８１に摺動自在に内挿されている。

前記弁軸６０、弁ホルダ５５、弁体６１等は一つの組立体（以下、弁軸組立体５０と称す）として構成されており、弁ホルダ５５の下端部に、弁体６１が弁軸６０に対して軸方向の相対移動及び相対回転可能な状態で内挿されて後述する筒状係止部６３により抜け止め係止されている。

弁体６１は、下から順次、前記弁座７２ｂに着座する円錐弁部６１ａ、大径軸部６１ｂ、小径軸部６１ｃ、及びフランジ部６１ｄが設けられた基体６１Ａと、この基体６１Ａの前記小径軸部６１ｃに、軸方向の相対移動及び相対回転可能な状態で外嵌されるとともに、前記弁ホルダ５５に設けられた筒状係止部６３により係止され、かつ、前記圧縮コイルばね６４の下端部を受けるばね受けを兼ねるようにされた鍔状掛止部材６６とを有する。

なお、前記基体６１Ａは、円錐弁部６１ａ及び大径軸部６１ｂからなる胴部と、前記大径軸部６１ｂに圧入等により固定された小径軸部６１ｃ及びフランジ部６１ｄを有するフランジ付きピン６１Ｂとで構成されている。

また、前記鍔状掛止部材６６は、前記円錐弁部６１ａの上部（底面部）の外径より小径の外径を持つリング状に形成されていて、大径軸部６１ｂの上端段丘面とフランジ部６１ｄとの間で所定の間隙β分（図２（Ａ）参照）だけ軸方向に相対移動可能とされている。

そして、この鍔状掛止部材６６が前記弁ホルダ５５の下端部に圧入、溶接等により固着された筒状係止部６３に抜け止め係止されるようになっている。前記弁ホルダ５５内における弁軸６０の下側には、ばね受けボール６５が配在され、このばね受けボール６５と鍔状掛止部材６６との間に、弁体６１を下方に付勢する弁締め切り兼緩衝用の圧縮コイルばね６４が縮装されている。

なお、本実施形態の電動弁１０では、前記弁体６１の弁ホルダ５５への組み付け前に、予め、前記胴部６１ｂに、弁体６１を係止すべく弁ホルダ５５に設けられる係止部としての筒状係止部６３が相対移動及び相対回転可能に外挿されていて、前記弁体６１の弁ホルダ５５への組み付け時に、前記筒状係止部６３が前記弁ホルダ５５に溶接、かしめ、圧入等の手法で固定される。

上記に加え、前記弁体６１を前記弁座７２ｂに接離させるためのねじ送り機構１６が備えられており、このねじ送り機構１６は、ガイドステム８０の円筒部８１に内嵌固定された雌ねじ部材８５の内周に形成された固定ねじ部（雌ねじ部）２８と、前記弁軸６０の弁軸６０の中央部外周に形成された、前記固定ねじ部２８に螺合せしめられる可動ねじ部（雄ねじ部）２９とからなっている。

したがって、かかる構成の電動弁１０では、ロータ３０が回転せしめられると、それと一体に弁軸６０（弁軸組立体５０）が回転せしめられ、このとき、前記ねじ送り機構１６により弁軸６０が弁体６１を伴って昇降せしめられ、これによって、冷媒の通過流量が調整される。

さらに、前記ガイドステム８０の外周には、回転規制用ストッパ機構を構成する固定ストッパ６８と可動ストッパ（スライダ）６９とが外嵌されている。固定ストッパ６８は、図３（Ａ）に示される如くに、有効巻数が５．５（５巻半）で巻方向が右のコイルばね（線材を螺旋状に曲成したもの）で、その上端部は螺旋部分から上向きに折り曲げられた上側係止部６８ａとされ、その下端部は螺旋部分から下向きに折り曲げられた下側係止部６８ｂとされている。また、可動ストッパ６９は、図３（Ｂ）に示される如くに、有効巻数が１．５（１巻半）で巻方向が右のコイルばね（線材を螺旋状に曲成したもの）で、その上端部は螺旋部分から側方に折り曲げられた側方突出接当部６９ａとされ、螺旋部分の下端（末端）は平坦面に形成された端面接当部６９ｂとされている。

可動ストッパ６９の材料である線材の直径は固定ストッパ６８の材料である線材の直径より若干大きくされているが、可動ストッパ６９のピッチと固定ストッパ６８のピッチは同じとされている。固定ストッパ６８（の下側係止部６８ｂ）はガイドステム８０の連結保持部８２（の底部）に固定され、可動ストッパ６９は、図６に示される如くに、固定ストッパ６８の螺旋部分に組み込まれてその螺旋部分に沿って回転しながら昇降できるようになっている。

可動ストッパ６９の側方突出接当部６９ａは、ロータ３０の回転時（正転時、逆転時のいずれも）にロータ３０の内周に突設された縦長の押動板部３９により押動されるようになっている。したがって、ロータ３０が平面視時計回りに回転せしめられるときには、可動ストッパ６９が同方向に回転しながら下降し、最終的には、図４において最も下降した位置が実線で示されているように、端面接当部６９ｂが固定ストッパ６８の下側係止部６８ｂに衝接して係止され、これにより、ロータ３０の回転及び下降が強制的に停止せしめられる。ロータが平面視反時計回りに回転せしめられるときは、可動ストッパ６９が同方向に回転しながら上昇し、最終的には、図４において最も上昇した位置が仮想線で示されているように、側方突出接当部６９ａが固定ストッパ６８の上側係止部６８ａに衝接して係止され、これにより、ロータ３０の回転及び上昇が強制的に停止せしめられる。

このような構成とされた本実施形態の電動弁１０にあっては、ステータを第１の態様で通電励磁（パルス供給）することにより、ロータ３０及び弁軸組立体５０が一方向に回転せしめられ、固定ねじ部（雌ねじ部）２８と可動ねじ部（雄ねじ部）２９からなるねじ送り機構１６により、弁軸組立体５０が下方に移動して弁体６１が弁座７２ｂに着座して弁口７２ａが閉じられる。

弁口７２ａが閉じられた時点では、可動ストッパ６９は未だ固定ストッパ６８に当接しておらず、弁体６１が弁口７２ａを閉じたままロータ３０、弁軸６０、及び弁ホルダ５５はさらに回転下降する。このときは、弁体６１に対して弁軸６０及び弁ホルダ５５が一体的に回転しながら下降するため、圧縮コイルばね６４がさらに圧縮せしめられ、これにより弁軸６０及び弁ホルダ５５の下降力が吸収されるとともに、弁体６１が弁座７２ｂに押し付けられ、その後、ロータ３０がさらに回転せしめられると、可動ストッパ６９の端面当接部６９ｂが固定ストッパ６８の下側係止部６８ｂに衝接し、弁軸６０及び弁ホルダ５５が最下降位置に達し、ステータに対するパルス供給が続行されても弁軸６０及び弁ホルダ５５の下降は強制的に停止され、弁締め切り状態（全閉状態）となる。

ここで、前記弁軸６０及び弁ホルダ５５が図１及び図２（Ａ）に示される如くの最下降位置（全閉状態）にあるときには、前記圧縮コイルばね６４の付勢力により、前記弁体６１が鍔状掛止部材６６を介して弁座７２ｂに強く押し付けられ、このときには、図２（Ａ）に示される如くに、鍔状掛止部材６６の下面と筒状係止部６３の上端面との間に所定の間隙αが形成される。

一方、この全閉状態からステータを第２の態様で通電励磁（パルス供給）すると、ロータ３０及び弁軸組立体５０が前記とは逆方向に回転せしめられ、固定ねじ部（雌ねじ部）２８と可動ねじ部（雄ねじ部）２９からなるねじ送り機構１６により、今度は弁体６１に対して弁軸６０及び弁ホルダ５５が回転しながら上方に移動する。ここでは、前記鍔状掛止部材６６の下面と筒状係止部６３の上端面との間に所定の間隙αがあるため、前記弁軸６０及び弁ホルダ５５が前記最下降位置から所定量回転せしめられると、図２（Ｂ）に示される如くに、鍔状掛止部材６６の下面と筒状係止部６３の上端面が接当し、この接当時点から弁軸６０及び弁ホルダ５５をさらに回転上昇させると、図２（Ｃ）に示される如くに、筒状係止部６３が鍔状掛止部材６６を掛止した状態で弁体６１が引き上げられ、前記鍔状掛止部材６６が前記大径軸部６１ｂの上端段丘面から離間して、弁体６１が弁座７２ｂから離れ、開弁する。

ここでは、最も大きな駆動トルクが必要とされる開弁時（前記鍔状掛止部材６６を引き上げるとき）には、前記鍔状掛止部材６６が弁体６１から切り離され、弁体６１は実質的に自重のみで弁座７２ｂに着座した状態となる。このとき、弁ホルダ５５、圧縮コイルばね６４、前記鍔状掛止部材６６は一体的に回転するので、それらの間には実質的に摩擦抵抗が発生しない。

つまり、前述した従来の電動弁１０’においては、前記開弁時（弁体６１が引き上げられる直前）においては、弁体６１は圧縮コイルばね６４の付勢力により弁座７２ｂに強く押し付けられて不動状態（摩擦抵抗が大）にあり、また、弁体６１と一体の鍔状掛止部材６６を圧縮コイルばね６４の下端部と筒状係止部６３の上端部とで挟んだ状態となるため、弁軸６０及び弁ホルダ５５を回転上昇させる際、鍔状掛止部材６６と圧縮コイルばね６４及び筒状係止部６３との間に大きな摩擦抵抗が発生するが、本実施形態の電動弁１０では、弁体６１（基体６１Ａ）が鍔状掛止部材６６や弁ホルダ５５から切り離されるので、それらの間には実質的に摩擦抵抗が発生しない。

そのため、開弁時における構成部材間の摩擦抵抗を大幅に低減できて、開弁時に必要とされる駆動トルクを軽減し得、その結果、ステッピングモータを含む電動弁全体の大型化を招くことなく、コンパクトな構成のもとで大容量化等に対応できる。

また、前記鍔状掛止部材６６は、圧縮コイルばね６４の下端部を受けるばね受け部材を兼ねているので、構成の簡素化、部品点数の削減等を図ることができて、装置コストを低く抑えることができる。

さらに、弁体６１を構成する、円錐弁部６１ａを有する基体６１Ａと弁ホルダ５５に設けられた筒状係止部６３により係止される鍔状掛止部材６６とが別体化されることにより、弁体６１の組み立てにあたっては、例えば、円錐弁部６１ａに連なる胴部（大径軸部６１ｂ）に前記筒状係止部６３を相対移動及び相対回転可能に外挿しておき、この大径軸部６１ｂに、小径軸部６１ｃ及びフランジ部６１ｄを構成するフランジ付きピン６１Ｂを圧入固定する際に、前記小径軸部６１ｃに前記鍔状掛止部材６６を外嵌しておくことで、図５（Ａ）に例示される如くに、弁体６１の円錐弁部６１ａの上部（底面）外径Ｄａは、図５（Ｂ）に例示される従来例のものと同様に、弁座部材７２の弁座７２ｂの上部（底面）径と略同径であるが、鍔状掛止部材６６（従来例の鍔状掛止部６１ｅ’に相当）の外径Ｄｂを、従来例（鍔状掛止部６１ｅ’）の外径Ｄｂ’より相当小さくできる（弁体６１の円錐弁部６１ａの上部（底面）外径Ｄａと同等以下にできる）。そのため、弁ホルダ５５の外径Ｄｃも従来のもの（Ｄｃ’）より相当小さくすることが可能となり、その結果、弁ホルダ５５とガイドステム８０との間で発生する摩擦抵抗を大幅に低減できるとともに、動作騒音も効果的に抑えることができる。

以上の結果、弁開閉動作に必要とされる駆動力を一層小さくすることができ、ステッピングモータを含む電動弁全体のコンパクト化並びに省電力化等を効果的に図ることができる。

本発明に係る電動弁の一実施形態のステータを除いた主要部の縦断面図。 図１に示される電動弁の動作説明に供される主要部拡大断面図。 図１に示される電動弁の回転規制用ストッパ機構を構成する固定ストッパ（Ａ）と可動ストッパ（Ｂ）を示す図。 図１に示される回転規制用ストッパ機構の動作説明に供される図。 電動弁の弁軸組立体部分を示し、（Ａ）は図１に示される実施形態のもの、（Ｂ）は従来例のもの。 従来の電動弁の一例を示す主要部の縦断面図。 図６に示される電動弁の動作説明に供される主要部拡大断面図。

符号の説明

１０ 電動弁
１６ ねじ送り機構
３０ ロータ
２８ 固定ねじ部
２９ 可動ねじ部
４０ キャン
５０ 弁軸組立体
５５ 弁ホルダ
６０ 弁軸
６１ 弁体
６１Ａ 基体
６１Ｂ フランジ付きピン
６１ａ 円錐弁部
６１ｂ 胴部（大径軸部）
６１ｃ 小径軸部
６１ｄ フランジ部
６３ 筒状係止部
６４ 緩衝用コイルばね
６６ 鍔状掛止部材
７０ 弁本体
７１ 弁室
７２ 弁座部材
７２ａ 弁口
７２ｂ 弁座
７４ 弁室形成部材
８０ ガイドステム
８１ 円筒部

Claims (3)

1. キャンと、該キャン内に配置された円筒部を有するガイドステムと、前記キャンの内周に配在されたロータと、該ロータに連結固定された弁軸と、該弁軸の下端部に設けられて前記ガイドステムの円筒部に内挿された円筒状の弁ホルダと、該弁ホルダに、前記弁軸に対して軸方向の相対移動及び相対回転可能な状態でその上部が内挿され、かつ、前記弁軸との間に縮装された圧縮コイルばねにより下方に付勢されるとともに、前記弁ホルダの下端部に設けられた係止部により抜け止め係止された弁体と、流体が入出せしめられる弁室及び前記弁体が接離する弁座を有する弁本体と、前記ロータの回転に伴って前記弁体を前記弁座に対して接離させるためのねじ送り機構とを備えた電動弁であって、
   前記弁体は、下から順次、前記弁座に着座する円錐弁部、大径軸部、小径軸部、及びフランジ部が設けられた基体と、該基体の前記小径軸部に、軸方向の相対移動及び相対回転可能な状態で外嵌されるとともに、前記弁ホルダに設けられた係止部により係止され、かつ、前記圧縮コイルばねの下端部を受けるようにされた鍔状掛止部材とを有し、
   前記弁ホルダが最下降位置にあるときには、前記鍔状掛止部材の下面が前記基体の大径軸部の上端段丘面に圧接するとともに、前記鍔状掛止部材の下面と前記係止部の上端面との間に所定の間隙が形成され、前記ロータ及び弁ホルダが前記最下降位置から所定量回転せしめられると、前記係止部の上端面が前記鍔状掛止部材の下面に接当して、前記鍔状掛止部材が前記大径軸部の上端段丘面から離間し、その後、前記ロータ及び弁ホルダがさらに回転せしめられると、前記鍔状掛止部材が前記フランジ部を押し上げるようにされていることを特徴とする電動弁。
2. 前記基体は、前記円錐弁部及び大径軸部を有する胴部と、前記大径軸部に圧入等により固定されたフランジ付きピンとで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
3. 前記鍔状掛止部材は、前記円錐弁部の上側底面部の外径より小径の外径を持つリング状に作製されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動弁。

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