JP2016125554A - 電動弁の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電動弁において、組立精度や使用部品の精度に影響されずに、弁開点のばらつきを低減して細かい制御性を確保する。
【解決手段】ステータコイル６３とケース６１との非装着状態において、図２（Ａ）の「弁棒基準点設定工程」で、支持部材２を弁ハウジング１に圧入して取り付けて、付勢バネ４を装着した弁棒３を支持部材２に挿通し、弁棒３のニードル部３１を弁ポート１３に着座させ、「弁棒基準点」を設定する。図２（Ｂ）の工程で、マグネットロータ６２を支持部材２に装着する。図２（Ｃ）の「回転基準点設定工程」で、マグネットロータ６２を右回りさせて、可動下端ストッパＭＤを固定下端ストッパＳＤに当接させた「回転基準点」とする。図２（Ｄ）の第４工程で「回転基準点」からマグネットロータ６２を所定設定量（所定回転量）だけ回転させる。その状態を保持して、固定部材５を弁棒３に固着する。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気調和機や冷凍機などの冷凍回路の膨張弁など冷媒等の流体の流量を制御する電動弁の製造方法に関する。

従来、空気調和機や冷凍機などの冷凍回路に用いられる電動弁として、例えば、特開２０１３−２０４６１３号公報（特許文献１）に開示された流量制御弁がある。この流量制御弁（電動弁）は、ステッピングモータ（電動モータ）のケース内にマグネットロータを配設し、マグネットロータに固着した雄ネジ軸の中心に、下部にニードル部（弁体部）を有する弁体が嵌挿されている。また、雄ネジ軸は弁本体側の支持部材の雌ネジとともにネジ送り機構を構成している。

そして、マグネットロータを回転させてネジ送り機構によりニードル部で弁ポートを開閉するように構成されている。また、支持部材の上端の固定下端ストッパとマグネットロータ側の可動下端ストッパによりマグネットロータの回転範囲を規制するようにしている。

特開２０１３−２０４６１３号公報

近年、空気調和機や冷凍機には省エネ性の向上が盛んに検討されており、その冷凍回路に使用される電動弁にも同様の性能が求められている。電動弁に求められる性能としては、例えば微小流量域の制御性の向上や、流量ばらつきの低減化などが挙げられる。

特に大型の空気調和機（ＰＡＣ、ビルマルチ等）では、電動弁を閉じなければならない用途がある。この場合、電動弁は弁閉状態から所定のパルス（弁開点）で弁開しなければならないが、電動弁の組立精度及び使用部品の精度により、弁開点が大きくばらつくことがある。空気調和機は省エネ性の向上を目的とした運転を行う場合、圧縮機やファン等の制御でこのばらつきを考慮して対処するしかない。弁開点が大きくばらつく場合、指定の弁開度における流量も大きくばらつくため、細かい制御性を損なうことが考えられる。このようなばらつきを解消することは、特に空気調和機で微小流量域での制御を行うにあたり、非常に重要な課題であり、空気調和機に使用する電動弁としても大きな課題となっている。

本発明は、電動弁において、組立精度や使用部品の精度に影響されずに、例えば弁開点のばらつきを低減して細かい制御性を確保することを課題とする。

請求項１の電動弁の製造方法は、電動モータを構成するマグネットロータと、弁ポートを有する弁室に対して該弁ポートの反対側に配置されるとともに前記マグネットロータをネジ送り機構を介して前記弁ポートの軸線と同軸に支持する支持部材と、前記弁ポート側の端部に弁体部が設けられるとともに、該弁体部とは反対側の端部が前記マグネットロータの中心に貫通された弁棒と、前記弁棒の前記端部に固着されて前記マグネットロータに当接する固定部材と、前記弁体部が前記マグネットロータから離間する方向に前記弁棒を付勢する付勢バネと、前記マグネットロータの少なくとも前記弁ポート側の下端位置を規制するストッパ機構と、を備え、前記ステータコイルにより前記マグネットロータを回動して前記ネジ送り機構により当該マグネットロータを軸線方向に移動させるとともに、前記付勢バネの付勢力により前記固定部材が前記マグネットロータに当接する状態で前記弁棒の前記弁体部を前記弁ポートに対して進退させて、該弁ポートを通る流体の流量を制御するようにした電動弁の製造方法であって、 前記支持部材と前記下端ストッパとを有する弁本体、または、前記支持部材と同等な支持部材及び前記下端ストッパと同等な下端ストッパを有する弁本体治具、を用いて実行する工程であって、前記支持部材に対する前記弁体部の軸線方向の予め決められた前記弁棒の位置である弁棒基準点を設定する弁棒基準点設定工程と、前記マグネットロータが前記下端位置に達した点であるマグネットロータの回転基準点を設定する回転基準点設定工程と、前記固定部材を前記弁棒に固着する固着工程と、を備え、前記固着工程において、前記弁棒と前記マグネットロータとの間に前記付勢バネを配設するとともに、前記弁棒基準点設定工程で前記弁棒基準点に設定した前記弁棒と、前記回転基準点設定工程で前記回転基準点に設定した前記マグネットロータと、について、前記マグネットロータの前記回転基準点に対する回転角度が所定設定量になるように設定し、該所定設定量を保持した状態で、前記弁棒基準点に設定した前記弁棒に対して、前記固定部材を固着するようにした、ことを特徴とする。

請求項２電動弁の製造方法は、前記弁本体を用いた請求項１に記載の電動弁の製造方法であって、前記弁棒基準点設定工程で設定する前記弁棒基準点が、前記弁体部が前記弁ポートを開状態から閉状態に達する点である
ことを特徴とする。

請求項３の電動弁の製造方法は、前記弁本体治具を用いた請求項１に記載の電動弁の製造方法であって、前記弁棒基準点設定工程で設定する前記弁棒基準点が、前記弁体部が前記弁ポートを開状態から閉状態に達する点よりも軸線方向に調整幅だけずらした点である、ことを特徴とする。

請求項１の電動弁の製造方法によれば、回転基準点を設定したマグネットロータの回転角度である所定設定量を設定して、弁棒基準点を設定した弁棒に対して固定部材を固着するようにしたので、付勢バネの付勢力により固定部材がマグネットロータに当接する状態でのマグネットロータと弁体部との距離を設定することができ、例えば弁開点のばらつきを低減することができる。

請求項２の電動弁の製造方法によれば、弁本体を用いて電動弁を製造し、請求項１と同様に例えば弁開点のばらつきを低減することができるとともに、弁棒基準点が、弁体部が弁ポートを開状態から閉状態に達する点であるので、弁体部が弁ポートを閉じてさらに付勢バネが圧縮された状態となる閉仕様弁にも設定できる。

請求項３の電動弁の製造方法によれば、弁本体治具を用いて電動弁を製造し、請求項１と同様な効果が得られる。また、弁本体治具の前記弁棒基準点を決める位置を任意に設定できるので、開仕様弁も設定できる。

本発明の一実施形態の製造方法によって製造された電動弁の縦断面図である。 第１実施例の電動弁の製造方法及び組立工程の前段を示す図である。 第１実施例の電動弁の製造方法及び組立工程の後段を示す図である。 第２実施例の電動弁の製造方法及び組立工程の前段を示す図である。 第２実施例の電動弁の製造方法及び組立工程の後段を示す図である。

次に、本発明の電動弁の製造方法の実施形態を図面を参照して説明する。図１は実施形態の製造方法によって製造された電動弁の縦断面図である。なお、以下の説明における「上下」の概念は図１の図面における上下に対応する。また、「右回り（時計回り）」及び「左回り（反時計回り）」の表現は、電動弁を上から見た状態での回転方向を示す。

この電動弁は、ステンレス等で金属部材の切削加工により形成された弁ハウジング１を有しており、弁ハウジング１はその内側に弁室１Ａを有している。弁ハウジング１の外周片側には弁室１Ａに導通される第１継手管１１が接続されている。また、弁ハウジング１の下端には第２継手管１２が接続されるとともに、弁ハウジング１の内底面には弁ポート１３が形成されており、第２継手管１２は弁ポート１３を介して弁室１Ａに導通される。なお、第１継手管１１及び第２継手管１２は、弁ハウジング１に対して蝋付け等により固着されている。弁ハウジング１の弁ポート１３と反対側には上端に開口する取り付け孔１４が形成されており、この取り付け孔１４には支持部材２が圧入により取り付けられている。

支持部材２は略円柱状のホルダ部２１と、このホルダ部２１の弁ハウジング１寄りにフランジ部２２とを有しており、フランジ部２２には固定端側ストッパ部材７が固着されて取り付けられており、固定端側ストッパ部材７の片側一箇所には上に突出した固定下端ストッパＳＤが形成されている。また、支持部材２のホルダ部２１の略中間部には、その外周に雄ネジ部２１ａが形成されており、この雄ネジ部２１ａより上部には後述のマグネットロータ６２をガイドする円筒状のロータガイド２１ｂが形成されている。さらに、支持部材２の中心には、弁ポート１３の軸線Ｌと同軸の弁ガイド孔２１ｃが形成されており、このガイド孔２１ｃ内に弁棒３が挿通されている。

弁棒３はＳＵＳ等により形成され、下端の「弁体部」としてのニードル部３１と、支持部材２のガイド孔２１ｃに挿通される円柱部３２と、円柱部３２より径が小さい棒状のロッド部３３とを有している。ロッド部３３の周囲には円柱部３２の段部３２ａとマグネットロータ６２との間に付勢バネ４が圧縮した状態で配置されている。これにより、弁棒３は、マグネットロータ６２に対して常時弁ポート１３側に付勢されている。

弁ハウジング１の上端には蓋１５が取り付けられ、この蓋１５に電動モータとしてのステッピングモータ６のケース６１が溶接等によって気密に固定されている。ケース６１内には外周部を多極に着磁されたマグネットロータ６２が回転可能に設けられている。また、ケース６１の外周には、ステータコイル６３が配設されており、このステッピングモータ６は、ステータコイル６３にパルス信号が与えられることにより、そのパルス数に応じてマグネットロータ６２を回転させる。

マグネットロータ６２はロータ本体６２１とその外周に固着されたマグネット６２２とから構成されている。なお、ロータ本体６２１は摺動性を向上させる添加材が添加されたＰＰＳ樹脂からなるが、これはＳＵＳ、真鍮等の金属でもよい。マグネット６２２は、ＰＰＳ等からなる母材に磁性粉を混入して型成形したものであ。なお、マグネット６２２はフェライトからなる永久磁石でもよい。

ロータ本体６２１の中心下方には、弁ポート１３の軸線Ｌと同軸の雌ネジ部６２１ａとそのネジ孔が形成されるとともに、ロータ本体６２１の中央には雌ネジ部６２１ａのネジ孔の内周よりも径の小さな円筒状のスライド孔６２１ｂが形成されている。さらに、スライド孔６２１ａの上方中心には、弁棒挿通孔６２１ｃが形成されている。また、マグネット６２２の下部一箇所には下に突出する可動下端ストッパＭＤが形成されている。

弁棒３は支持部材２のガイド孔２１ｃに挿通され、ロータ本体６２１の弁棒挿通孔６２１ｃに弁棒３の端部３ａが（ロッド部３３の端部）挿通されている。また、マグネットロータ６２は、スライド孔６２１ｂに支持部材２のロータガイド２１ｂを挿通するとともに、このマグネットロータ６２側の雌ネジ部６２１ａが支持部材２側の雄ネジ部２１ａに螺合されている。そして、弁棒３の端部３ａに、固定部材５が圧入され、溶接により弁棒３と一体に固着されている。

なお、雄ネジ部２１ａと雌ネジ部６２１ａはネジ送り機構であるが、この実施形態では、雄ネジ部２１ａと雌ネジ部６２１ａは右ネジである。また、ケース６１とマグネットロータ６２との間には、マグネットロータ６２を弁閉方向に付勢する圧縮バネ６４が配設されているが、雄ネジ部２１ａと雌ネジ部６２１ａとのバックラッシュを除去することで、マグネットロータ６２の作動音を低減する役割をする。

以上の構成により、マグネットロータ６２が回転すると、雌ネジ部６２１ａと雄ネジ部２１ａのネジ送り作用により、マグネットロータ６２が軸線Ｌ方向（上下）に移動する。ニードル部３１が弁ポート１３に着座していない状態では、付勢バネ４の付勢力により固定部材５がマグネットロータ６２に当接する状態となり、弁棒３がマグネットロータ６２と共に移動し、弁棒３のニードル部３１が弁ポート１３に対して進退する。これにより、弁ポート１３の開度を変化させ、第１継手管１１から第２継手管１２へ流れる冷媒の流量、または第２継手管１２から第１継手管１１へ流れる冷媒の流量が制御される。

また、ニードル部３１が流量を制御する制御範囲にあって、マグネットロータ６２が回転して下降するときは、可動下端ストッパＭＤは固定下端ストッパＳＤの上を通過する。さらに回転して下降すると、可動下端ストッパＭＤが固定下端ストッパＳＤに係合して回転が規制される。すなわち、この可動下端ストッパＭＤが固定下端ストッパＳＤがマグネットロータ６２の下端位置を規制するストッパ機構を構成している。以上のように、ストッパ機構によりマグネットロータ６２の回動が停止する。すなわち、右回りには回動できない状態となる。この可動下端ストッパＭＤが固定下端ストッパＳＤに当接した瞬間位置を「回転基準点」という。

ここで、実施形態の電動弁は、概略以下の２通りの仕様に設定できる。第１に、マグネットロータ６２が右回りして可動下端ストッパＭＤが固定下端ストッパＳＤに当接したとき、すなわち「回転基準点」で、ニードル部３１が弁ポート１３を閉じてさらに付勢バネ４が圧縮された状態となる仕様、これを「閉仕様弁」いう。第２に、上記「回転基準点」で、ニードル部３１が弁ポート１３を閉じないような仕様、これを「開仕様弁」という。勿論、「回転基準点」で丁度弁閉となるようにもできる。

また、ステッピングモータ６は、ステータコイル６３にパルス信号が与えられることにより、そのパルス数に応じた回動角度だけマグネットロータ６２を回動させるが、上記「閉仕様弁」の場合に、「回転基準点」から左回りして弁開となる瞬間までのパルス数を「弁開パルス」という。

なお、マグネットロータ６２において、マグネット６２２の周囲の着磁パターンと可動下端ストッパＭＤの位置関係、支持部材２（及び固定下端ストッパＳＤ）の位置とステータコイル６３との位置関係、ステータコイル６３における磁相の位置関係は、それぞれ決められている。したがって、「閉仕様弁」の「弁開パルス」、「開仕様弁」の「回転基準点」での弁開度は、正確に設定されていないと、細かい制御性を損なう。そこで、以下の第１実施例及び第２実施例のように、電動弁の組立工程において、ニードル部３１から固定部材５までの距離、すなわち弁棒３に対する固定部材５の位置を設定する。

図２及び図３は第１実施例の電動弁の製造方法及び組立工程を示す図である。なお、図２、図３、図４及び図５において、符号は要部部材のみに付してその他の部材は符号を省略する。また、断面を示す斜線を省略するとともに、各工程で動作に関する部位を斜線で示している。

この第１実施例は、弁ハウジング１及び支持部材２からなる「弁本体」を用いた製造方法である。まず、ステータコイル６３とケース６１との非装着状態において、図２（Ａ）の「弁棒基準点設定工程」としての第１工程で、支持部材２を弁ハウジング１に圧入して取り付けるとともに、付勢バネ４を装着した弁棒３を支持部材２に挿通して弁ハウジング１に取り付け、弁棒３のニードル部３１を弁ポート１３に着座させる。すなわち、この着座により支持部材２に対するニードル部３１（弁体部）の軸線Ｌ方向の予め決められた弁棒３の位置である「弁棒基準点」を設定する。次に、図２（Ｂ）の第２工程で、マグネットロータ６２を支持部材２に装着する。

次に、図２（Ｃ）の「回転基準点設定工程」としての第３工程で、マグネットロータ６２を右回りさせて、可動下端ストッパＭＤを固定下端ストッパＳＤに当接させた状態、すなわち、「回転基準点」とする。次に、図２（Ｄ）の第４工程で「回転基準点」からマグネットロータ６２を所定設定量（所定回転量）だけ回転させる。次に、図３（Ａ）の第５工程で、弁棒３の「弁棒基準点」（着座状態）と、マグネットロータ６２の「所定設定量」を保持した状態で、固定部材５を弁棒３に挿入する。次に、図３（Ｂ）の第６工程で、棒３の「弁棒基準点」と、マグネットロータ６２の「所定設定量」を保持した状態で、固定部材５を弁棒に溶接、圧入等で固着する。次に、図３（Ｃ）の第７工程で、圧縮バネ６４を配設して、溶接等によりケース６１と弁ハウジング１とを接合する。

図４及び図５は第２実施例の電動弁の製造方法及び組立工程を示す図である。この第２実施例は弁本体治具を用いた製造方法である。まず、図４（Ａ）の第１工程で、支持部材２を弁ハウジング１に圧入して取り付け、弁本体アッセンブリ１０とする。また、この弁本体アッセンブリ１０と同等な弁本体治具２０を用意する。この弁本体治具２０には、弁本アッセンブリ１０の支持部材２と同等な支持部材２′を設けておく。また、弁本体治具２０には弁本体アッセンブリ１０の弁ポート１３と同径の疑似ポート１３′を形成しておく。そして、この疑似ポート１３′の着座部と、弁ポート１３の着座部との間に軸線Ｌ方向の高さの差を設けておく。この高さの差は「調整高さ」であり、「閉仕様弁」とする場合は、疑似ポート１３′の着座部を設定量だけ弁ポート１３の着座部よりも低くする。また、「開仕様弁」とする場合は、疑似ポート１３′の着座部を設定量だけ弁ポート１３の着座部よりも高くする。なお、支持部材２′における雄ネジ部２１ａ′と固定下端ストッパＳＤ′は設定の精度には影響しないので、支持部材２に近似したものでよい。

次に、図４（Ｂ）の第２工程で、付勢バネ４を装着した弁棒３を弁本体治具２０の支持部材２′に挿通して取り付け、弁棒３のニードル部３１を疑似ポート１３′に着座させる。すなわち、この着座により支持部材２′に対するニードル部３１（弁体部）の軸線Ｌ方向の予め決められた弁棒３の位置である「弁棒基準点」を設定する。そして、マグネットロータ６２を支持部材２′に装着する。

次に、図４（Ｃ）の「回転基準点設定工程」としての第３工程で、マグネットロータ６２を右回りさせて、可動下端ストッパＭＤを固定下端ストッパＳＤ′に当接させた状態、すなわち、「回転基準点」とする。次に、図５（Ａ）の第４工程で、弁棒３の「弁棒基準点」（着座状態）と、マグネットロータ６２の「回転基準点」を保持した状態で、固定部材５を弁棒３に挿入する。次に、図５（Ｂ）の第５工程で、棒３の「弁棒基準点」と、マグネットロータ６２の「回転基準点」を保持した状態で、固定部材５を弁棒に溶接、圧入等で固着する。そして、マグネットロータ６２と弁棒３のアッセンブリを弁本体治具２０から取り出す。

次に、図５（Ｃ）の第６工程で、前記第５工程を経て得られたマグネットロータ６２と弁棒３のアッセンブリを弁本体アッセンブリ１０に装着し、図５（Ｄ）の第７工程で、圧縮バネ６４を配設して、溶接等によりケース６１と弁ハウジング１とを接合する。

この第２実施例においても、第１実施例の第３工程である「回転基準点設定工程」によりマグネットロータ６２を所定回転量だけ回転させるようにしてもよい。この場合、この所定回転量と前記「調整高さ」に応じて設定量が決まる。なお、第２実施例は、「回転基準点設定工程」で回転量を０度とした場合に相当する。

以上の第２実施例のように着座部を弁ポート１３の着座部より低くした疑似ポート１３′を有する弁本体治具２０を用いることにより、「閉仕様弁」として設定することもできる。なお、弁本体治具を用いて、弁棒３の「弁棒基準点」を設定する際に、上記第２実施例では疑似弁ポート１３′の着座部にニードル部３１を着座させるようにしているが、例えば弁棒の円柱部３２の下端など別の部位を、弁本体治具の所定の位置で受けるようにしてもよい。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

１ 弁ハウジング
１Ａ 弁室
１１ 第１継手管
１２ 第２継手管
１３ 弁ポート
２ 支持部材
２１ ホルダ部
２１ａ 駆動雄ネジ部
３ 弁棒
３１ ニードル部（弁体部）
３２ 円柱部
３３ ロッド部
４ 付勢バネ
５ 固定部材
６ ステッピングモータ（電動モータ）
６１ ケース
６２ マグネットロータ
６２１ａ 駆動雌ネジ部
６３ ステータコイル
ＳＤ 固定下端ストッパ（ストッパ機構）
ＭＤ 可動下端ストッパ（ストッパ機構）
１０ 本体アッセンブリ
２０ 本体治具
Ｌ 軸線

Claims (3)

1. 電動モータを構成するマグネットロータと、弁ポートを有する弁室に対して該弁ポートの反対側に配置されるとともに前記マグネットロータをネジ送り機構を介して前記弁ポートの軸線と同軸に支持する支持部材と、前記弁ポート側の端部に弁体部が設けられるとともに、該弁体部とは反対側の端部が前記マグネットロータの中心に貫通された弁棒と、前記弁棒の前記端部に固着されて前記マグネットロータに当接する固定部材と、前記弁体部が前記マグネットロータから離間する方向に前記弁棒を付勢する付勢バネと、
   前記マグネットロータの少なくとも前記弁ポート側の下端位置を規制するストッパ機構と、を備え、前記ステータコイルにより前記マグネットロータを回動して前記ネジ送り機構により当該マグネットロータを軸線方向に移動させるとともに、前記付勢バネの付勢力により前記固定部材が前記マグネットロータに当接する状態で前記弁棒の前記弁体部を前記弁ポートに対して進退させて、該弁ポートを通る流体の流量を制御するようにした電動弁の製造方法であって、
   前記支持部材と前記下端ストッパとを有する弁本体、または、前記支持部材と同等な支持部材及び前記下端ストッパと同等な下端ストッパを有する弁本体治具、を用いて実行する工程であって、
   前記支持部材に対する前記弁体部の軸線方向の予め決められた前記弁棒の位置である弁棒基準点を設定する弁棒基準点設定工程と、
   前記マグネットロータが前記下端位置に達した点であるマグネットロータの回転基準点を設定する回転基準点設定工程と、
   前記固定部材を前記弁棒に固着する固着工程と、
   を備え、
   前記固着工程において、
   前記弁棒と前記マグネットロータとの間に前記付勢バネを配設するとともに、前記弁棒基準点設定工程で前記弁棒基準点に設定した前記弁棒と、前記回転基準点設定工程で前記回転基準点に設定した前記マグネットロータと、について、前記マグネットロータの前記回転基準点に対する回転角度が所定設定量になるように設定し、該所定設定量を保持した状態で、前記弁棒基準点に設定した前記弁棒に対して、前記固定部材を固着するようにした、
   ことを特徴とする電動弁の製造方法。
2. 前記弁本体を用いた請求項１に記載の電動弁の製造方法であって、
   前記弁棒基準点設定工程で設定する前記弁棒基準点が、前記弁体部が前記弁ポートを開状態から閉状態に達する点である
   ことを特徴とする電動弁の製造方法。
3. 前記弁本体治具を用いた請求項１に記載の電動弁の製造方法であって、
   前記弁棒基準点設定工程で設定する前記弁棒基準点が、前記弁体部が前記弁ポートを開状態から閉状態に達する点よりも軸線方向に調整幅だけずらした点である、
   ことを特徴とする電動弁の製造方法。

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