JP2013108535A - 電動弁 - Google Patents

Abstract

【課題】ローターマグネット、コイルなどを大型にすることなく、磁力が大きく、トルクを稼ぐことができ、しかも、錆に強く、耐錆性が高いコンパクト化が可能な電動弁を提供する。
【解決手段】ステータコイルユニット８０とローターマグネット３６を有するステッピングモータでニードル弁６４を操作し流体を制御する電動弁１０において、磁石特性を有するローターマグネット３６を、極異方性のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系マグネットにより一体に構成、または合成樹脂バインダーを用い接着構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、流量制御弁などの電動弁に関し、特に、永久磁石からなるローターマグネットを備えた電動弁に関する。

従来、特許文献１（特開２０１１−１７４５８７号公報）に開示されるように、永久磁石からなるローターマグネットを備えたこの種の電動弁では、図３に示したような構造となっている。

すなわち、従来の電動弁１００は、弁本体１０２を備えており、弁本体１０２内には弁室１０４が形成されている。そして、この弁室１０４に連通するように、第１の配管部材１０６と第２の配管部材１０８とが装着されている。また、弁本体１０２には、弁座１１０が形成され、この弁座１１０に弁ポート１１２が設けられている。

さらに、弁本体１０２の上部には、雄ネジ１１６ａが形成された雄ネジ部材１１６が固定されている。雄ネジ部材１１６の外周には、この雄ネジ部材１１６の雄ネジ１１６ａと噛合する雌ネジ１１８ａが形成された雌ネジ部材１１８が固定されている。

この雄ネジ部材１１６の内部には、下方に弁体１２２が形成された軸部材１２０が、摺動自在に貫挿されている。

軸部材１２０の上方部分には、溶接により軸部材１２０に固定された止め輪１１４によって固定部材１２４が挟み込みこまれており、これによりローター本体１２６が取り付けられている。このローター本体１２６の外周には、永久磁石からなるローターマグネット１２８が固定されている。また、ローター本体１２６の上部には、ストッパー１３０が突設されている。

弁本体１０２には、下ケース１３２が固定され、この下ケース１３２の上部にケース本体１３４が固定されている。また、ケース本体１３４の頂壁１３６には、案内軸１３８が固定されており、この案内軸１３８の外周には、案内コイル部材１４０が設けられている。この案内コイル部材１４０には、この案内コイル部材１４０に沿って摺動し、側方に突設するスライダーリング１４２が装着されている。また、案内コイル部材１４０の上端には、上部ストッパー部１４０ａが形成されている。

ローター本体１２６と固定部材１２４との間には、圧縮状態でスプリング１４４が介装されている。

一方、ケース本体１３４の外周には、ステータコイルユニット１５２が取り付けられている。このステータコイルユニット１５２のコイルケース１４６の内部にはコイル１４８が納められており、コイルケース１４６の内部は封止樹脂により封止されている。図中、符号１５０は、コイルに通電するためのリード線を示している。

このように構成される電動弁１００は、図３の閉弁状態においては、弁体１２２が下方の位置にあり、弁体１２２によって、弁座１１０の弁ポート１１２が閉止された状態となっている。この際、スライダーリング１４２が、ローター本体１２６の上部のストッパー１３０と当接した状態となり、下方位置が規制されるようになっている。

この状態から、コイル１４８に通電することによって、ローターマグネット１２８が回転し、このローターマグネット１２８とともに、ローター本体１２６、軸部材１２０、弁体１２２が一体的に回転して、軸部材１２０に形成された雄ネジ１２０ａと、雌ネジ部材１１６に形成された雌ネジ１１６ａとが噛合して案内され、弁体１２２が上方に移動し、弁開状態となるようになっている。

この際、ローターマグネット１２８が回転にともなって、ストッパー１３０と当接した状態で、ライダーリング１４２が案内コイル部材１４０に沿って摺動し、案内コイル部材１４０の上端に形成された上部ストッパー部１４０ａに当接して上方位置が規制されるようになっている。

そして、この状態から、コイル１４８に逆の電流を通電することによって、図３に示したように、ローターマグネット１２８が回転し、このローターマグネット１２８とともに、ローター本体１２６、軸部材１２０、弁体１２２が一体的に回転して、軸部材１２０に形成された雄ネジ１２０ａと、雌ネジ部材１１６に形成された雌ネジ１１６ａとが噛合して案内され、弁体１２２が下方に移動し、再び、図３に示した閉弁状態になるように構成されている。

特開２０１１−１７４５８７号公報 特許第４５４１３８６号公報

しかしながら、このような従来の電動弁１００では、永久磁石からなるローターマグネット１２８は、フェライト系永久磁石から構成されているのが通常である。このフェライト系永久磁石は、磁力が弱いため、トルクを稼ぐためには、ローターマグネット１２８、コイル１４８を大型にする必要があった。特に、電動弁１００の口径を大きくする必要がある場合には、弁体１２２に加わる加重、すなわち、一次側の圧力と二次側の圧力との差圧による加重が大きくなるため、トルクを稼ぐためには、ローターマグネット１２８、コイル１４８を大型にする必要があり、このため、電動弁１００自体が大型になってしまうことになっていた。

本発明は、このような現状に鑑み、ローターマグネット、コイルなどを大型にすることなく、磁力が大きく、トルクを稼ぐことができ、しかも、錆に強く、耐錆性が高いコンパクト化が可能な電動弁を提供することを目的とする。

本発明は、前述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、本発明の電動弁は、
永久磁石からなるローターマグネットを備えた電動弁であって、
前記ローターマグネットが、極異方性のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系マグネットから構成したことを特徴とする。

このように構成することによって、極異方性のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系マグネットは磁力が強いので、弁口径を大型化しても、ローターマグネット、コイルなどを大型にすることなく、磁力が大きく、トルクを稼ぐことができ、コンパクト化が可能であり、しかも、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系マグネットは錆に強く、耐錆性が高い電動弁を提供することができる。

また、本発明の電動弁は、前記ローターマグネットが、極異方性のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石を含むことを特徴とする。

このように構成することによって、成形性が向上することになり、ローターマグネットの形状の自由度が向上する。

また、本発明の電動弁は、前記ローターマグネットが、合成樹脂をバインダーとして使用した極異方性のボンドマグネットであることを特徴とする。

このように構成することによって、加工性が良好で、しかも、極異方性であるため、高磁力であり、弁口径を大型化しても、ローターマグネット、コイルなどを大型にすることなく、磁力が大きく、トルクを稼ぐことができ、コンパクト化が可能である。

また、本発明の電動弁は、前記ローターマグネットが、前記バインダーを１０〜１５質量％含むことを特徴とする。

このように構成することによって、成形性を維持したまま、高磁力であり、弁口径を大型化しても、ローターマグネット、コイルなどを大型にすることなく、磁力が大きく、トルクを稼ぐことができ、コンパクト化が可能である。

また、本発明の電動弁は、前記バインダーが、ポリフェニレンサルファイド樹脂であることを特徴とする。

このように構成することによって、ポリフェニレンサルファイド樹脂は、冷媒や冷凍機油に対して耐性があるため、電動弁を、例えば、空調システム、冷凍システムなどに用いた場合にも、冷媒や冷凍機油を吸収することがない。そのため、ローターマグネットが膨張したり劣化して、脆くなったりすることがなく、電動弁の耐久性を向上することができる。

また、本発明の電動弁は、前記ローターマグネットが、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系マグネットを３０〜５０質量％、極異方性のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石を３５〜６０質量％、バインダーを１０〜１５質量％含むことを特徴とする。

このように構成することによって、加工性、成形性が向上することになり、コストを低減することができるとともに、極異方性であるため、高磁力であり、弁口径を大型化しても、ローターマグネット、コイルなどを大型にすることなく、磁力が大きく、トルクを稼ぐことができ、コンパクト化が可能である。

本発明によれば、極異方性のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系マグネットは磁力が強いので、弁口径を大型化しても、ローターマグネット、コイルなどを大型にすることなく、磁力が大きく、トルクを稼ぐことができ、コンパクト化が可能であり、しかも、極異方性のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系マグネットは錆に強く、耐錆性が高い電動弁を提供することができる。

図１は、本発明の電動弁の弁閉状態の縦断面図である。 図２は、本発明の電動弁の弁開状態の縦断面図である。 図３は、従来の電動弁の弁閉状態の縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいてより詳細に説明する。

図１は、本発明の電動弁の弁閉状態の縦断面図、図２は、本発明の電動弁の弁開状態の縦断面図である。

図１〜図２において、符号１０は、全体で本発明の電動弁を示している。

図１〜図２に示したように、本発明の電動弁１０は、弁本体１２を備えており、弁本体１２内には弁室１４が形成されている。そして、この弁室１４に連通するように、第１の配管部材１６と第２の配管部材１８とが装着されている。また、弁本体１２には、弁座２０が形成され、この弁座２０に弁ポート２２が設けられている。

また、弁本体１２の上部には、下ケース４２が固定され、この下ケース４２の上部にケース本体４４が固定されている。

下ケース４２には、雌ネジ２６ａが形成された雌ネジ部材２６が固定されている。この雌ネジ部材２６の内部には、雌ネジ部材２６の雌ネジ２６ａと噛合する雄ネジ３０ａが形成された軸部材３０が配置されており、この軸部材３０の下方に弁部材３２が軸部材３０に対して回動自在に取り付けられている。

軸部材３０の上方部分には、永久磁石からなるローターマグネット３６が固定されている。また、ローターマグネット３６の上部には、ストッパー３８が形成されている。

また、ケース本体４４の頂壁４６には、案内軸受け４８が固定されており、この案内軸受け４８の外周には、スリーブ３４を介して、案内コイル部材５０が設けられている。この案内コイル部材５０には、案内コイル部材５０に沿って摺動し、側方に突設するスライダーリング５２が装着されている。さらに、案内コイル部材５０の下端にはストッパー部５０ａが形成されている。

一方、ケース本体４４の外周には、ステータコイルユニット８０が取り付けられている。このステータコイルユニット８０のコイルケース５４の内部にはコイル５６が納められており、コイルケース５４の内部は封止樹脂により封止されている。図中、符号５８は、コイルに通電するためのリード線を示している。

また、弁部材３２は、軸部材３０の下端３０ｂに回動自在に取り付けられたニードルガイド６０と、ニードルガイド６０の内部に配置されたバネ受け６２と、ニードルガイド６０の下端に溶接により固定されたニードル弁６４を備えている。

さらに、ニードル弁６４の上端とバネ受け６２との間には、圧縮状態でスプリング７０が介装されている。

このように構成される電動弁１０は、図１の閉弁状態においては、ニードル弁６４が下方の位置にあり、ニードル弁６４によって、弁座２０の弁ポート２２が閉止された状態となっている。この際、スライダーリング５２が、ローターマグネット３６のストッパー３８と当接した状態となり、ストッパー部５０ａに当接することで下方位置が規制されるようになっている。

この状態から、コイル５６に通電することによって、図２に示したように、ローターマグネット３６が回転し、このローターマグネット３６とともに、軸部材３０、弁部材３２が一体的に回転して、軸部材３０に形成された雄ネジ３０ａと、雌ネジ部材２６に形成された雌ネジ２６ａとが噛合して案内され、ニードル弁６４が上方に移動し、弁開状態となるようになっている。

この際、ローターマグネット３６の回転にともなって、ストッパー３８と当接した状態で、スライダーリング５２が案内コイル部材５０に沿って摺動し、案内コイル部材５０の上端に当接して上方位置が規制されるようになっている。

そして、この状態から、コイル５６に逆の電流を通電することによって、ローターマグネット３６が回転し、このローターマグネット３６とともに、ローター本体１２６、軸部材３０が一体的に回転して、軸部材３０に形成された雄ネジ３０ａと、雌ネジ部材２６に形成された雌ネジ２６ａとが噛合して案内され、ニードル弁６４が下方に移動し、再び、図１に示した閉弁状態になるように構成されている。

ところで、図３に示した従来の電動弁１００では、永久磁石からなるローターマグネット１２８は、フェライト系永久磁石から構成されているのが通常である。このフェライト系永久磁石は、磁力が弱いため、トルクを稼ぐためには、ローターマグネット１２８、コイル１４８を大型にする必要があった。特に、電動弁１００の口径を大きくする必要がある場合には、弁体１２２に加わる加重、すなわち、一次側の圧力と二次側の圧力との差圧による加重が大きくなるため、トルクを稼ぐためには、ローターマグネット１２８、コイル１４８を大型にする必要があり、このため、電動弁１００自体が大型になってしまうことになっていた。

このため、本発明の電動弁１０では、ローターマグネット３６が、極異方性のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系マグネットから構成している。

このように構成することによって、極異方性のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系マグネットは磁力が強いので、弁口径を大型化しても、図１、図２に示したように、ローターマグネット、コイルなどを大型にすることなく、磁力が大きく、トルクを稼ぐことができ、コンパクト化が可能であり、しかも、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系マグネットは錆に強く、耐錆性が高い電動弁を提供することができる。

また、本発明の電動弁１０では、ローターマグネット３６が、極異方性のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石を含むのが望ましい。

このように構成することによって、成形性が向上することになり、ローターマグネットの形状の自由度が向上する。

また、本発明の電動弁１０では、ローターマグネット３６が、合成樹脂をバインダーとして使用した極異方性のボンドマグネットであるのが望ましい。

このように構成することによって、加工性が良好で、しかも、極異方性であるため、高磁力であり、弁口径を大型化しても、ローターマグネット、コイルなどを大型にすることなく、磁力が大きく、トルクを稼ぐことができ、コンパクト化が可能である。

この場合、ローターマグネット３６が、合成樹脂をバインダーとして使用した極異方性のボンドマグネットとする方法としては、従来公知の方法を用いることができ、特に限定されるものではなく、例えば、射出成形、圧縮成形、押出成形、焼結成形などで成形することができる。この場合、樹脂バインダーの流動性、磁気特性に優れる射出成形が好ましい。

また、本発明の電動弁では、ローターマグネット３６が、バインダーを１０〜１５質量％含むのが望ましい。

このように構成することによって、成形性を維持したまま、高磁力であり、弁口径を大型化しても、ローターマグネット、コイルなどを大型にすることなく、磁力が大きく、トルクを稼ぐことができ、コンパクト化が可能である。

この場合、合成樹脂のバインダーとしては、特に限定されるものではなく、例えば、ナイロン６、ナイロン１２、ナイロン６−１２、４−６ナイロン、およびその変性ナイロン、ナイロン系エラストマー等のポリアミド樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリビニル系樹脂、アクリル系樹脂、アクリロニトリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ふっ素樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルホン樹脂、酢酸ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリエーテルエーテルケトンなどを用いることができる。

この場合、バインダーが、ポリフェニレンサルファイド樹脂であるのが望ましい。

すなわち、ポリフェニレンサルファイド樹脂は、冷媒や冷凍機油に対して耐性があるため、電動弁を、例えば、空調システム、冷凍システムなどに用いた場合にも、冷媒や冷凍機油を吸収することがない。そのため、ローターマグネットが膨張したり劣化して、脆くなったりすることがなく、電動弁の耐久性を向上することができる。

また、本発明の電動弁１０では、ローターマグネット３６が、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系マグネットを３０〜５０質量％、極異方性のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石を３５〜６０質量％、バインダーを１０〜１５質量％含むのが望ましい。

このように構成することによって、加工性、成形性が向上することになり、コストを低減することができるとともに、極異方性であるため、高磁力であり、弁口径を大型化しても、ローターマグネット、コイルなどを大型にすることなく、磁力が大きく、トルクを稼ぐことができ、コンパクト化が可能である。

以上、本発明の好ましい実施の態様を説明してきたが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、上記実施例では、図１、図２に示した形状の電動弁に用いたが、電動弁の形状は特に限定されるものではなく、あらゆるタイプの永久磁石からなるローターマグネットを備えた電動弁に用いることも可能であるなど本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

本発明は、例えば、流量制御弁などの電動弁に関し、特に、永久磁石からなるローターマグネットを備えた電動弁に適用することができる。

１０ 電動弁
１２ 弁本体
１２ ナイロン
１４ 弁室
１６ 第１の配管部材
１８ 第２の配管部材
２０ 弁座
２２ 弁ポート
２６ 雌ネジ部材
２６ａ 雌ネジ
３０ 軸部材
３０ａ 雄ネジ
３０ｂ 下端
３２ 弁部材
３４ スリーブ
３６ ローターマグネット
３８ ストッパー
４２ 下ケース
４４ ケース本体
４６ 頂壁
５０ 案内コイル部材
５２ スライダーリング
５４ コイルケース
５６ コイル
５８ リード線
６０ ニードルガイド
６４ ニードル弁
７０ スプリング
８０ ステータコイルユニット
１００ 電動弁
１０２ 弁本体
１０４ 弁室
１０６ 第１の配管部材
１０８ 第２の配管部材
１１０ 弁座
１１２ 弁ポート
１１４ 締結部材
１１６ 雄ネジ部材
１１６ａ 雄ネジ
１１８ 雌ネジ部材
１１８ａ 雌ネジ
１２０ 軸部材
１２２ 弁体
１２４ 固定部材
１２６ ローター本体
１２８ ローターマグネット
１３０ ストッパー
１３２ 下ケース
１３４ ケース本体
１３６ 頂壁
１３８ 案内軸
１４０ 案内コイル部材
１４０ａ 上部ストッパー部
１４２ スライダーリング
１４４ スプリング
１４６ コイルケース
１４８ コイル
１５０ リード線
１５２ ステータコイルユニット

Claims (6)

1. 永久磁石からなるローターマグネットを備えた電動弁であって、
   前記ローターマグネットが、極異方性のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系マグネットから構成したことを特徴とする電動弁。
2. 前記ローターマグネットが、極異方性のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石を含むことを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
3. 前記ローターマグネットが、合成樹脂をバインダーとして使用した極異方性のボンドマグネットであることを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載の電動弁。
4. 前記ローターマグネットが、前記バインダーを１０〜１５質量％含むことを特徴とする請求項３に記載の電動弁。
5. 前記バインダーが、ポリフェニレンサルファイド樹脂であることを特徴とする請求項３から４のいずれかに記載の電動弁。
6. 前記ローターマグネットが、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系マグネットを３０〜５０質量％、極異方性のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石を３５〜６０質量％、バインダーを１０〜１５質量％含むことを特徴とする請求項４から５のいずれかに記載の電動弁。

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