JP4679613B2

JP4679613B2 - 電動弁

Info

Publication number: JP4679613B2
Application number: JP2008200541A
Authority: JP
Inventors: 尚平川; 誠一中野
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2008-08-04
Filing date: 2008-08-04
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2028-08-04
Also published as: JP2010038219A; CN101644337A; CN101644337B

Description

本発明は、冷凍サイクルの膨張弁など冷媒の流量を制御する電動弁に関する。

従来、冷凍サイクルにおいて、室外熱交換器と室内熱交換器との間には膨張弁が設けられており、冷房モードのときは室外熱交換器からの冷媒を膨張弁で膨張させて室内熱交換器に導かれ、暖房モードのときは室内熱交換器からの冷媒を膨張弁で膨張させて室外熱交換器に導かれる。このような膨張弁としては、通常運転、デフロスト運転、除湿運転などに対応するように、冷媒の流量を制御する電動弁が各種提案されている。

この種の電動弁では、弁の最大開度、弁の最小開度（あるいは全閉状態）の弁の位置を規制するためにストッパ機構を備えている。
弁閉位置と弁開位置（特許文献１参照）。

特許文献１のものは、ガイドステムに弁軸を螺合させるとともに、弁軸にマグネットロータを固定し、ステッピングモータによってマグネットロータを回動する。そして、マグネットロータ及び弁軸（ロータ軸）を回動することにより、弁軸とガイドステムのネジ送り作用にて弁軸に取り付けられた弁体を進退させ、弁口の開度を制御している。また、流量の制御範囲における弁閉方向の弁体の最下端位置や弁開方向の弁体の最上端位置を規制するために、マグネットロータの回動位置を規制するためのストッパ機構を備えている。
特開２００６−１１２６１７号公報

特許文献１におけるストッパ機構は、線材を螺旋状に成形した固定ストッパと可動ストッパを組み合わせ、これをガイドステムの円筒外周部に取り付けたものである。

しかしながら、この特許文献１のものでは、ガイドステムに対して固定ストッパを取り付けなければならないので、部品点数が多く改良の余地を残している。また、固定ストッパが線材を螺旋状に成形したものであり、ガイドステムへの取り付け時に固定ストッパが変形する、あるいはこの変形を考慮して設計されているため、回転位置を正確に規制するのが困難であり、また、電動弁のロットにおいてストッパ機構にバラツキが生じやすいという問題がある。

本発明は、モータ部のマグネットロータとロータ軸のネジ送り作用により弁体部を弁ポートに接離させることで流体の流量を制御する電動弁において、流量の制御範囲における弁体部の最下端位置と最上端位置を規制するストッパ機構を部品点数を少なくするとともに、ストッパ機構の精度が高くバラツキを低減した電動弁を提供することを課題とする。

請求項１の電動弁は、弁ポートを有する弁室に対して該弁ポートと反対側に配置され該弁ポートの軸と同軸に駆動雌ネジが形成されたホルダ部と、該ホルダ部の前記駆動雌ネジに螺合する外周に駆動雄ネジを有するロータ軸と、該ロータ軸に固定され前記ホルダ部の一部を覆うマグネットロータと該マグネットロータの外周に配置されたモータ部とを備え、該モータ部により前記マグネットロータ及びロータ軸を回動することにより、該ロータ軸のネジ送り作用にて該ロータ軸の端部の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において、前記ホルダ部の外周に該ホルダ部と一体に形成されたガイド雄ネジと、前記ホルダ部の外周の周上の一部のみにて前記ガイド雄ネジに螺合するガイド雌ネジを有する従動スライダと、前記ホルダ部の前記ガイド雄ネジの前記弁ポート側一端に該ガイド雄ネジより半径方向に突出して形成された第１固定ストッパ部と、前記ホルダ部の他端に前記ガイド雄ネジより半径方向に突出して該ホルダ部と一体に形成された第２固定ストッパ部と、前記マグネットロータの内周に形成され、該マグネットロータの回動により前記従動スライダに当接して該従動スライダを前記ホルダ部の回りに回動する連れ回し部と、を備え、前記従動スライダは前記ホルダ部の外周の１８０度未満の角度範囲にて前記ガイド雄ネジに螺合し、前記連れ回し部は、前記マグネットロータの前記軸方向に形成された溝部で構成され、前記溝部内に前記従動スライダが軸方向に摺動自在に嵌合された状態で、該従動スライダを前記マグネットロータと共に回動させて前記第１固定ストッパ部と前記第２固定ストッパ部との間で移動して、該マグネットロータの回動を規制するようにしたことを特徴とする。

請求項２電動弁は、請求項１に記載の電動弁であって、前記従動スライダと前記連れ回し部との接触面、該従動スライドと前記第１固定ストッパ及び第２固定ストッパとの接触面が、前記軸を通る放射線上に形成されていることを特徴とする。

請求項３の電動弁は、請求項１または２のいずれか一項に記載の電動弁であって、前記ガイド雄ネジ及びガイド雌ネジのピッチが、前記駆動雌ネジ及び駆動雄ネジのピッチより大きいことを特徴とする。

請求項１の電動弁によれば、ロータ軸がネジ送り作用で移動するとき、マグネットロータの回動により連れ回し部が従動スライダに当接して該従動スライダを回動し、従動スライダがそのガイド雌ネジとホルダ部のガイド雄ネジとのネジ送り作用により該従動スライダが移動し、第１固定ストッパ部または第２固定ストッパ部に当接して、ロータ軸及び弁部の移動範囲を規制することができる。そして、従動スライダはホルダ部に対してその一部のみに嵌合するようにしているので、ホルダ部の少なくとも第２固定ストッパ部と、ガイド雄ネジとを、該ホルダ部と一体に形成した構造とすることができる。したがって、部品点数を低減できるとともに、ストッパ機構のバラツキを低減することができる。さらに、従動スライダがホルダ部に対して１８０度未満の角度範囲で螺合するので、従動スライダとホルダ部との接触抵抗が少なく、よりなめらかに動作する。

請求項２の電動弁によれば、請求項１の効果に加えて、従動スライダ、連れ回し部、第１固定ストッパ、第２固定ストッパのそれぞれの当接部が、回動方向に直角な接触面となり、停止位置が安定する。

請求項３の電動弁によれば、ロータ軸の移動量より従動スライダの移動量が大きくなるので、従動スライダと第１及び第２固定ストッパとの当接面積を大きくすることができるので、停止位置が安定し、繰り返し耐久に対する信頼性が高くなる。

次に、本発明の電動弁の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態及び変形例において、参考例と同様な要素及び対応する要素には同符号を付記して重複する詳細な説明は省略する。図１は参考例の電動弁の縦断面図、図２は図１におけるＣ−Ｃ断面図、図３は同電動弁の支持部材の外観側面図、図４は同電動弁の従動スライダの平面図及び縦断面図である。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。この電動弁は、円筒形状の弁本体１を有している。弁本体１には、その片側端部に弁ポート１ａが開口されている。また、弁本体１の弁ポート１ａと反対側の開口部には支持部材２が取り付けられている。これにより、弁本体１はその内側に弁室１ｂを形成している。弁本体１の外周片側には冷媒の流路としての第１継手管１１が接続され、この第１継手管１１は弁室１ｂに導通されている。また、弁ポート１ａ側には第２継手管１２が接続され、この第２継手管１２は弁ポート１ａを介して弁室１ｂに導通される。なお、第１継手管１１、第２継手管１２及び支持部材２は、弁本体１に対してろう付け等により固着されている。

支持部材２は中央の円柱状のホルダ部２１とこのホルダ部２１の下端外周のフランジ部２２とを有しており、フランジ部２２により弁本体１に取り付けられている。ホルダ部２１の中心には、弁ポート１ａの軸Ｌと同軸の駆動雌ネジ２１ａとそのネジ孔が形成されるとともに、弁ポート１ａ側には駆動雌ネジ２１ａのネジ孔の外周よりも径の大きな円筒状のスライド孔２１１が形成されている。そして、この駆動雌ネジ２１ａのネジ孔とスライド孔２１１の中に円柱棒状のロータ軸３が配設されている。

スライド孔２１１には円筒状の弁ホルダ３１が軸Ｌ方向に摺動可能に嵌合されている。これにより、弁ホルダ３１は支持部材２を介して軸Ｌ方向に移動可能に支持されている。弁ホルダ３１は弁室１ｂと同軸に取り付けられ、この弁ホルダ３１の弁ポート１ａ側の下端部には端部がニードル状の弁体３２が固着されている。

また、弁ホルダ３１はロータ軸３に係合している。すなわち、ロータ軸３の下端部にはフランジ部３ｂが一体形成され、このフランジ部３ｂが弁ホルダ３１の上端部と共にワッシャ３３を挟み込み、このロータ軸３の下端部は弁ホルダ３１の上端部で回転可能に係合している。この係合により、弁ホルダ３１がロータ軸３によって回転可能に吊り下げた状態で支持されている。また、弁ホルダ３１内には、バネ受け３４が軸Ｌ方向に移動可能に設けられている。バネ受け３４と弁体３２との間には圧縮コイルバネ３５が所定の荷重を与えられた状態で取り付けられている。これにより、バネ受け３４は、上側に付勢され、ロータ軸３の下端部に当接係合している。ロータ軸３の外周には雄ネジ３ａが形成されており、この雄ネジ３ａはホルダ部２１の雌ネジ２１ａに螺合されている。なお、雌ネジ２１ａと雄ネジ３ａは右ネジである。

図３に示すように、支持部材２は合成樹脂により型成形されたものであり、ホルダ部２１には、その外周にガイド雄ネジ２１ｂが形成されている。また、ガイド雄ネジ２１ｂの下側一端（前記弁ポート側一端）には、このガイド雄ネジ２１ｂより半径方向に突出した「第１固定ストッパ」としての固定下端ストッパＳＤ１が形成され、上端部の外周縁には「第２固定ストッパ」としての固定上端ストッパＳＵ１が形成されている。そして、このガイド雄ネジ２１ｂ、固定下端ストッパＳＤ１及び固定上端ストッパＳＵ１は支持部材２の本体と一体に形成されている。

また、図１及び図２に示すように、ホルダ部２１の側部には従動スライダ４が配設されている。従動スライダ４は合成樹脂により型成形されたものであり、図４に示すように、円弧状部４１と、この円弧状部４１の両端で軸Ｌを挟んで１８０度離間した位置で対向する可動下端ストッパ部ＭＤ１及び可動上端ストッパ部ＭＵ１を一体に形成したものである。この可動下端ストッパ部ＭＤ１、可動上端ストッパ部ＭＵ１及び円弧状部４１は、軸Ｌの回りに略２４０度の範囲をカバーしている。そして、円弧状部４１、可動下端ストッパ部ＭＤ１及び可動上端ストッパ部ＭＵ１の内側（軸Ｌ側）にはガイド雌ネジ４ａが形成されており、このガイド雌ネジ４ａは前記ホルダ部２１のガイド雄ネジ２１ｂに螺合されている。なお、ガイド雄ネジ２１ｂとガイド雌ネジ４ａは右ネジであり、このガイド雄ネジ２１ｂ（ガイド雌ネジ４ａ）のピッチは駆動雌ネジ２１ａ（及び駆動雄ネジ３ａ）のピッチよりも大きく設定されている。

図５は支持部材２及び従動スライダ４の組み付け方法を説明する図である。従動スライダは弾性部材である合成樹脂により形成されており、図５に示すように、可動下端ストッパ部ＭＤ１及び可動上端ストッパ部ＭＵ１を僅かに開き、ガイド雌ネジ４ａをホルダ部２１のガイド雌ネジ２１ｂに倣って従動スライダ４をホルダ部２１に嵌め込む。そして、従動スライダ４の円弧状部４１の弾性回復力により、従動スライダ４はホルダ部２１を抱え込むように挟持し、従動スライダ４はガイド雌ネジ２１ｂに沿って回動可能に保持されている。

図１に示すように、弁本体１の上端には、モータ部としてのステッピングモータ５のケース５１が溶接等によって気密に固定されている。ケース５１内には外周部を多極に着磁されたマグネットロータ５２が回転可能に設けられている。また、ケース５１の外周には、ステータコイル５３が配設されており、このステッピングモータ５は、ステータコイル５３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５２を回転させる。

マグネットロータ５２はその中央においてロータ軸３に固着されている。そして、マグネットロータ５２の回転によってマグネットロータ５２と共にロータ軸３が回転し、駆動雄ネジ３ａと駆動雌ネジ２１ａのネジ送り作用により、ロータ軸３が軸Ｌ方向（上下）に移動して弁体３２が弁ポート１ａに対して進退する。これにより、弁ポート１ａ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。なお、支持部材２のフランジ部２２には均圧孔２２ａが形成されており、ケース５１内は弁室１ｂと常時同圧にされる。

また、マグネットロータ５２は円柱状のマグネット部５２１とその内側の円盤部５２２とで構成されており、マグネット部５２１の内周面の一部には軸Ｌと平行な「連れ回し部」としての突条５２３が形成されている。そして、この突条５２３はマグネットロータ５２の回転時に、従動スライダ４の可動下端ストッパ部ＭＤ１または可動上端ストッパ部ＭＵ１に当接し、このマグネットロータ５２の回転に伴って従動スライダ４を同方向に連れ回すように回転する。これにより、ガイド雄ネジ２１ｂとガイド雌ネジ４ａのネジ送り作用により、従動スライダ４がロータ軸３と同方向（上下）に移動する。

図６は参考例の電動弁の動作を示す図であり、弁ポート１ａの開度により流量を制御する制御範囲では、例えば図６(B1)及び図６(B2) の状態にある。この状態からマグネットロータ５２及びロータ軸３を下降すると図６(A1)及び図６(A2)の状態になり、従動スライダ４の可動下端ストッパ部ＭＤ１が支持部材２の固定下端ストッパＳＤ１に当接し、従動スライダ４、マグネットロータ５２及びロータ軸３の回動が停止し、弁体３２が弁ポート１ａを全閉状態とする。一方、図６(B1)及び図６(B2)の状態からマグネットロータ５２及びロータ軸３を上昇すると図６(C1)及び図６(C2)の状態になり、従動スライダ４の可動上端ストッパ部ＭＵ１が支持部材２の固定上端ストッパ部ＳＵ１に当接し、従動スライダ４、マグネットロータ５２及びロータ軸３の回動が停止し、弁体３２が弁ポート１ａを全開状態とする。

このように、支持部材２のホルダ部２１、従動スライダ４、ロータ軸３及びマグネットロータ５２は合成樹脂の型成形により形成されているので、電動弁のロットにおいてストッパ機構のバラツキはなく、制御域の上端及び下端を規制するストッパ機構として精度よいものが得られる。また、ホルダ部２１のガイド雄ネジ２１ｂはホルダ部２１（支持部材２）と一体に形成されており、前記従来のものよりも部品点数が少なくなる。

前記参考例の従動スライダ４は、可動下端ストッパ部ＭＤ１が円弧状部４１よりも下側に突出し、可動上端ストッパ部ＭＵ１は円弧状部４１よりも上側に突出しているが、図７のように、可動下端ストッパ部ＭＤ２、可動上端ストッパ部ＭＵ２が円弧状部４１と同じ高さでもよい。

また、前記参考例の従動スライダ４は、ガイド雌ネジ４ａが複数山で形成されているが、図８に示すようにガイド雌ネジ４ａは１つの山で形成してもよい。

また、前記参考例の従動スライダ４は、円弧状部４１の両端にそれぞれ可動下端ストッパ部ＭＤ１と可動上端ストッパ部ＭＵ１を形成しているが、図９に示すように、円弧状部４１の中央１箇所に一つの部分により可動下端ストッパ部ＭＤ３と可動上端ストッパ部ＭＵ３を一体に形成してもよい。この場合も、従動スライダ４は弾性部材である合成樹脂により形成されているので、図１０に示すように、円弧状部４１を僅かに開き、ガイド雌ネジ４ａをホルダ部２１のガイド雌ネジ２１ｂに倣って従動スライダ４をホルダ部２１に嵌め込むようにすればよい。そして、円弧状部４１の弾性回復力により、従動スライダ４はホルダ部２１を抱え込むように挟持し、従動スライダ４はガイド雌ネジ２１ｂに沿って回動可能に保持されている。

図１１は実施形態の電動弁の縦断面図、図１２は図１１におけるＣ−Ｃ断面図、図１３は同電動弁の従動スライダの平面図及び側面図である。この実施形態では、マグネットロータ５２′の内周の一部に「連れ回し部」としての縦溝５２３′を形成するとともに、この縦溝５２３′内に嵌合する従動スライダ４′を用いたものである。従動スライダ４′は平面形状が扇形をしており、外周部分の一端が可動下限ストッパＭＤ４、他端が可動上限ストッパＭＵ４とされ、軸Ｌ側にガイド雌ネジ４ａ′が形成されている。そして、この従動スライダ４′の外周部分の一部が縦溝５２３′内に上下に摺動可能に嵌合されている。また、ホルダ部２１の固定上限ストッパＳＵ１と固定下限ストッパＳＤ１は回動角度において同じ位置に形成されている。

マグネットロータ５２′が弁閉方向に回動すると、縦溝５２３′の片側の内側面５２３ａ′が可動上限ストッパＭＵ４に当接し、このマグネットロータ５２′と共に従動スライダ４′が回動する。そして、最下端位置で可動下限ストッパＭＤ４が固定下限ストッパＳＤ１に当接し、回動が規制される。同様に、マグネットロータ５２′が弁開方向に回動すると、縦溝５２３′の他方の内側面５２３ｂ′が可動下限ストッパＭＤ４に当接して従動スライダ４′が回動し、最上端位置で可動上限ストッパＭＵ４が固定上限ストッパＳＵ１に当接し、回動が規制される。

以上の実施形態では、ホルダ部２１の外周のガイド雄ネジ２１ｂ（及びガイド雌ネジ４ａ）と中心の駆動雌ネジ２１ａ（及び駆動雄ネジ３ａ）が共に右ネジの場合であるが、これらは互いに逆ネジであってもよい。逆ネジの場合には、ロータ軸が下方に移動するときは従動スライダは上方に移動し、ロータ軸が上方に移動するときは従動スライダは下方に移動する。この場合、下方の第１固定ストッパが固定上限ストッパとなり、上方の第２固定ストッパが固定下限ストッパとなる。なお、実施形態のように逆ネジでない方が、マグネットロータに対する従動スライダの移動量が少ないので、動作的には安定している。

また、以上の実施形態では、弁体を固着した弁ホルダをロータ軸に係合させるようにしているが、ロータ軸３自体の端部をニードル状の弁部としたものでもよい。

本発明の参考例の電動弁の縦断面図である。図１のＣ−Ｃ断面図である。参考例における支持部材の外観側面図である。参考例における同電動弁の従動スライダを示す図である。参考例における支持部材及び従動スライダの組み付け方法を説明する図である。参考例の電動弁の動作を示す図である。参考例における従動スライダの第１他の例を示す図である。参考例における従動スライダの第２他の例を示す図である。参考例における従動スライダの第３他の例を示す図である。支持部材及び第３他の例の従動スライダの組み付け方法を説明する図である。実施形態の電動弁の縦断面図である。図１１のＣ−Ｃ断面図である。実施形態における従動スライダを示す図である。

符号の説明

１弁本体
１ａ弁ポート
１ｂ弁室
２支持部材
２１ホルダ部
２１ａ駆動雌ネジ
２１ｂガイド雄ネジ
３ロータ軸
３ａ駆動雄ネジ
４従動スライダ
４ａガイド雌ネジ
５ステッピングモータ
５２マグネットロータ
５２３突条部（連れ回し部）
ＳＤ１固定下端ストッパ
ＭＤ１可動下端ストッパ
ＳＵ１固定上端ストッパ
ＭＵ１可動上端ストッパ

Claims

弁ポートを有する弁室に対して該弁ポートと反対側に配置され該弁ポートの軸と同軸に駆動雌ネジが形成されたホルダ部と、該ホルダ部の前記駆動雌ネジに螺合する外周に駆動雄ネジを有するロータ軸と、該ロータ軸に固定され前記ホルダ部の一部を覆うマグネットロータと該マグネットロータの外周に配置されたモータ部とを備え、該モータ部により前記マグネットロータ及びロータ軸を回動することにより、該ロータ軸のネジ送り作用にて該ロータ軸の端部の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において、
前記ホルダ部の外周に該ホルダ部と一体に形成されたガイド雄ネジと、
前記ホルダ部の外周の周上の一部のみにて前記ガイド雄ネジに螺合するガイド雌ネジを有する従動スライダと、
前記ホルダ部の前記ガイド雄ネジの前記弁ポート側一端に該ガイド雄ネジより半径方向に突出して形成された第１固定ストッパ部と、
前記ホルダ部の他端に前記ガイド雄ネジより半径方向に突出して該ホルダ部と一体に形成された第２固定ストッパ部と、
前記マグネットロータの内周に形成され、該マグネットロータの回動により前記従動スライダに当接して該従動スライダを前記ホルダ部の回りに回動する連れ回し部と、
を備え、
前記従動スライダは前記ホルダ部の外周の１８０度未満の角度範囲にて前記ガイド雄ネジに螺合し、前記連れ回し部は、前記マグネットロータの前記軸方向に形成された溝部で構成され、
前記溝部内に前記従動スライダが軸方向に摺動自在に嵌合された状態で、該従動スライダを前記マグネットロータと共に回動させて前記第１固定ストッパ部と前記第２固定ストッパ部との間で移動して、該マグネットロータの回動を規制するようにしたことを特徴とする電動弁。
前記従動スライダと前記連れ回し部との接触面、該従動スライドと前記第１固定ストッパ及び第２固定ストッパとの接触面が、前記軸を通る放射線上に形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。
前記ガイド雄ネジ及びガイド雌ネジのピッチが、前記駆動雌ネジ及び駆動雄ネジのピッチより大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の電動弁。