JP4968761B2 - 電動弁における摺動抵抗の軽減装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータの回転をねじ機構により軸方向の動作に転換して弁座に対する弁体の離接を行う電動弁に関し、特に電動弁における弁軸の芯振れの防止及び摺動抵抗の減少ならびに弁座磨耗の抑制を図った電動弁に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、冷凍サイクル100は、図6に示すように、コンプレッサ101、コンデンサ103、膨張弁104、蒸発器105、アキュムレータ106により構成されており、コンプレッサ101の吸入側に吸入圧力調整弁102が設けられている。
【0003】
このような吸入圧力調整弁102として、従来、ステッピングモータ式のものでは、図7に示すような電動弁が知られている。すなわち、この電動弁は、弁本体28と、弁本体28の上部に一体的に固着され弁駆動部の一部を構成するステッピングモータMとによって形成されている。
【0004】
図7において、この弁本体28の内部に、上下一組の弁座28a,28bを備えた弁室28Bが設けられている。弁本体28の上部に弁駆動部の基部としてのモータ本体25が取り付けられており、このモータ本体25にステッピングモータMが支持されている。
【0005】
弁本体28に、上下1組の弁座28a,28bが設けられ、これら各弁座28a,28bにそれぞれ離接可能な一組の弁部を有する弁体38を備えた弁棒37が配設されている。弁棒37は、後述の弁駆動部のニードル20の下動により押し下げられ、その下降時弁体38を押し下げるよう作用する。弁体38の上動は弁ばね26により行われる。さらに、弁本体28の左右両端開口に、それぞれ流体の流入継手29a,流出継手29bが接続され、流体は弁本体28内を図7において右から左方向に流れ、弁座28a,28bで上下に分岐し2次側で合流するようになっている。
【0006】
符号5は上下1組のコイル、15はマグネットを示しており、コイル(固定側部材)5、マグネット(回転側部材)15及びケース14ならびにケ−ス14に固着された心棒10、ガイド7、スライダー9、スプリングピン8からなる回転停止機構により、通常構造のステッピングモータMが形成されている。なお、コイル5はモールド3で被覆されている。また、モ−タ本体25に下蓋受け24が固着され、更に、下蓋受け24に雄ねじ管19が立設固定されている。そして、この雄ねじ管19を中心にした状態において下蓋23が設けられ、この下蓋23上にケース14が固定されている。
【0007】
ケース14の外周にはコイル5を内蔵して周方向に等間隔を存して多数の歯を配列したステータ4が着脱自在に設けられている。ケース14内においてロータRを形成する雌ねじ18が雄ねじ管19の雄ねじに螺合するように支持されて設けられている。符号32はガスケットを示している。
【0008】
ステッピングモータMのロータは、マグネット15の内側に取り付けられたスペーサ16の上端部を拡開してから両者を一体化し、スペーサ16の内側下方に嵌合固着した雌ねじ18が雄ねじ管13に螺合して回転かつ軸方向に移動可能に設けられている。マグネット15には周方向においてN極とS極とが交互に着磁されている。
【0009】
スペーサ16の軸方向の中間部にはプレート17が設けられ、その小孔にニードル20の上端部が、連結金具11とともに溶接されている。また、ニードル20の上端小径部には、ばね13とワッシャ12がニードル20の段部とプレート17との間に設けられている。符号21は波座金,22は止め輪を示している。ニードル20はニードル受け35を介して弁棒37に連接されていて、ステッピングモータMの回転時、ニードル20は回転しながら上下動し、これに連動して弁棒37も回転しながら上下動するようになっている。
【0010】
弁ばね26は調節金具27と弁38との間に設けられている。ステッピングモータMは蓋25に対し、六角穴付きボルト30とガスケット31とで気密状に固定されている。符号33,34はそれぞれ蓋を示している。また、符号35はニードル受け、39はガスケット、40は底蓋を示している。図中の符号6はコネクタを示している。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
前記の従来の電動弁では、弁棒37の芯振れを防止するために、弁棒37の下端部を調節金具27の内部まで延長して弁棒37の下端部を調節金具27で支持させる構成となっている。その結果、弁棒の全長が長くなって芯振れ発生の原因となるばかりか、摺動抵抗が大きく、また、ステッピングモータMの回転軸の回転がそのまま弁に伝わって弁が回転し、弁座が磨耗するなどの不都合がある。
【0012】
本発明は、従来の電動弁の前記のような不都合を解消するものであり、弁棒とモータの連結棒(ニードル)とを別部材で構成して、弁軸系部材の短縮化を図るとともに弁棒の少なくとも上端部寄りをベアリングを介して支持させて、弁作動時の芯ぶれの抑制と摺動抵抗の減少とを図る一方、モータ回転軸の回転が弁体に伝達されるのを防止して、弁座の磨耗を防止できるようにした電動弁における摺動抵抗の軽減装置を提供するものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、モータの回転をねじ機構により軸方向の動作に転換して弁座に対する弁体の離接を行う電動弁において、両端部に流体の流入管及び流出管への各接続部が形成され、内部に前記弁座及び弁体が設けられた弁本体を備え、前記弁体の前記弁座に対する接離を行う部材が、前記モータの回転軸としての連結棒と別部材に形成されるとともに、前記部材の上部には中空状の大径部が形成され、該中空部の大径部の内部上端部にベアリングを取り付け、前記連結棒の下端部が前記ベアリングに挿入されることで、前記部材の上端部寄りが前記ベアリングで支持され、更に、前記連結棒の下端部に止め輪を設け、該止め輪と前記ベアリングの下面との間にばね部材を介することで、前記部材が前記連結棒と同芯状でかつ上下動可能に配設され、前記部材の下端部寄りは、前記弁本体の下部に設けた手動開閉機構のスピンドルに圧入されたリングで前記連結棒と同芯状でかつ上下動可能に支持される電動弁における摺動抵抗の軽減装置に構成して課題解決の手段としている。
【0014】
また、前記部材が、その下端部寄りを前記弁体に嵌入される手動開機構のスピンドルに圧入されたリングで前記連結棒と同芯状でかつ上下動可能に支持されるように構成して、更なる課題解決の手段としている。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態について説明する。図1は本発明の第1参考例に係る流体制御用電動弁の断面図、図2は同第2参考例に係る流体制御用電動弁の断面図、図3は本発明の実施形態に係る流体制御用電動弁の断面図、図4は同弁底部の拡大断面図、図5は同メネジ部の拡大断面図である。なお、図1〜5において図6同じ部材には同一の符号を付し、それらについては詳細な説明を省略する。
【0016】
はじめに、第1参考例に係る流体制御弁について説明する。この流体制御用電動弁は、弁本体28と、弁本体28の上部に一体的に固着され弁駆動部の一部を構成するステッピングモータMとによって形成されている。
【0017】
この弁本体28の内部に、上下一組の弁座28a,28bを備えた弁室28Bが設けられている。これら各弁座28a,28bにそれぞれ離接可能な一組の弁部を有する弁体38が配設されている。弁本体28の上部に弁駆動部基部としてのモ−タ本体25が取り付けられ、このモ−タ本体25に、ステッピングモータMが支持されている。
【0018】
符号37は弁棒を示しており、弁座に対する弁体の離接を行う部材として作用し、連結棒20と別部材に形成されている。この弁棒37と弁体38との間には若干のクリアランスが形成されている。そして、弁棒37は、後述の弁駆動部の連結棒20の下動により押し下げられ、その下降時弁体38を押し下げるよう作用する。弁体38の上動は弁ばね26により行われる。弁体38の下端部は調節金具27の中まで延びていて、この部分と後述のベアリング36とで弁棒37の芯出し及び芯振れが防止されるようになっている。弁本体28の左右両端開口に、それぞれ流体の流入継手29a、流出継手29bが接続され、流体は弁本体28内を図1において右から左方向に流れ、弁座28a,28bで上下に分岐し2次側で合流するようになっている。
【0019】
弁棒37の振れ防止と滑らかな動きの確保、すなわち摺動抵抗の軽減のために、モ−タ本体25にベアリング36が、その外側をモ−タ本体25に圧入されて取り付けられており、ベアリング36に弁棒37がそのほぼ中心部で回転可能に支持されている。なお、弁棒37とベアリング36とは一体の製品として形成されている。また、ニードル受け35は、上部より取り付ける弁駆動部と弁棒37の連結のため、テフロン(登録商標)等の合成樹脂により摩擦の少ない滑らかな駆動力の伝達を目的として用いられている。
【0020】
弁棒37と弁体38との間には、若干のクリアランスが形成されおり、従って、弁棒37の回転が弁体38に伝わることはない。そして、ボール41にて弁棒37の回転は吸収される構成となっていて、弁棒37の磨耗防止作用が奏される。符号42はボール41の抜け防止部材を示しており、この抜け防止部材42は弁体38の下部にねじ込まれる構成となっている。
【0021】
次に、図2に示す第2参考例について説明する。この参考例の電動弁も、図1の電動弁とほぼ同一の構成となっているが、この第2参考例の電動弁では、第1参考例の電動弁における連結棒20(ステッピングモータの回転軸)に代えて回転軸(弁駆動用軸)20Aが用いられるとともに、回転軸20Aと弁棒37との間にボール20Bが介設され、図1に示すニードル受け35が撤去される構成となっているが、その他の構成において差異はないので、図2において図1と同じ部材に同一符号を付し、それらについては詳細な説明は省略する。
【0022】
図2に示す通り、この第2参考例のものでも、ステッピングモータMの動きで弁を駆動する弁軸系が、短い寸法の回転軸20Aと弁棒37とにより構成されている。弁棒37は弁座に対する弁体の離接を行う部材として作用し、回転軸20Aと別部材に形成されている。従って、弁軸系を、短い寸法の回転軸20Aと短い寸法の弁棒37とにより構成したため、弁軸系の芯振れを抑制することができ、その結果、前記弁棒を支持するために、特に軸受け等を必要としなくなることから、弁棒37の摺動抵抗を軽減することが可能となる。
【0023】
更に、弁軸系が、回転軸20Aと弁棒37とに分割構成れていて、かつ両者間にボール20Bが介設されているため、ステッピングモータMの回転がそのまま弁体38に伝わることがない。したがって、弁体38が回転しながら弁座28aなどに対して接離するような事態は発生せず、弁座28aなどの磨耗を抑制できる。なお、図2において、符号51は、弁体38がロック状態となった時、外部から弁体38を押し開くための手動開ねじを示しており、弁棒37の下端細径部37Aは、この手動開ねじ51の中心部の深穴51Aに支持される構成となっている。
【0024】
このように、第1参考例では、弁棒37がそのほぼ中心部でベアリング36に回転可能に支持され、また、ニードル受け35と弁棒37は、テフロン等の合成樹脂により摩擦の少ない滑らかな材料で形成されており、更に、弁棒37が回転してもその回転はボール41にて吸収される構成となっているから、弁棒37の摺動抵抗を軽減することが可能となる。また、弁棒37は短い寸法に形成されているため、芯振れの発生のおそれがなく、更に、ステッピングモータMの回転がそのまま弁38に伝わることがないので、弁座28a,28bの磨耗を抑制することができる。
【0025】
第2参考例においても、前記第1参考例の場合と同様に、弁軸系が、短い寸法の回転軸20Aと弁棒37とに分割構成されていて、弁棒の芯振れを抑制することができ、その結果、弁棒の芯振れを抑制するために、特に軸受け等を必要としなくてすみ、かつ両者間にボール20Bが介設されているため、ステッピングモータMの回転がそのまま弁体38に伝わることがなく、弁座の磨耗については何ら問題はない。
【0026】
更に、図3〜図5により本発明の実施形態について説明する。本実施形態の電動弁では、弁棒37がモ−タMの回転軸としての連結棒20とは別部材で形成されている。即ち、弁棒37は弁座に対する離接を行う部材として作用し、連結棒20と別部材に形成されている。図3に示すように、弁本体28には一対の弁座28a,28bが形成されており、各弁座28a,28bに対する接・離を行う一対の弁38a,38bが取り付けられた弁棒37が、モータの回転軸と同芯状でかつ上下動可能にモータ本体25内に配設されている。ここで、同芯状とは、弁棒37の中心軸とモータの回転軸の中心とが一致していることをいう。
【0027】
一対の弁38a,38bは弁棒37の下方部に取り付けられる一方、弁棒37の上部は中空状の大径部に形成され、この中空状の大径部の内部上端部に、ベアリング60が取り付けられている。そしてこのベアリング60に連結棒20の下端部が挿入され、このようにして、弁棒37はその上端部寄りをベアリング60で支持される構成となっている。弁棒37の下端部寄りは、次に述べる手動開機構Hのスピンドル45に圧入されたリング62で同芯状に支持されるようになっている。連結棒20の下端部とベアリング60の下面との間にはコイルばね53が介装されている。符号21は波座金、22は止め輪であり、組立て時に連結金具11にマグネット15を嵌合し下から波座金21を挿入し、止め輪22で押える。54はE型止め輪、52はカラ−、61はベアリング60と弁棒37の内面との間に圧入されたリングを示す。
【0028】
手動開機構Hは、図4にその詳細を示すように、弁本体28の下側開口部の内部に設けられており、弁本体28の下側開口部の内面に螺合するばね押え47と、ばね押え47の上面に当接するように配設された凹型のパッキン受け46と、パッキン受け46の内面に螺合するスピンドル45と、スピンドル45の椀型部に圧入され弁棒37の下端部寄りをモ−タの回転軸と同芯状で上下動可能に支持にするリング62とを備えている。符号40は底蓋、43はばね押え47とハンドル44aとの間でスピンドル45に挿入されたスペーサ、43aはハンドル44aがスピンドル45に対して左右に移動しないための固定用止め輪、44はばね押え47に形成された複数の穴47aに嵌入支持されるストッパピン、44aはスピンドル45に取り付けられたハンドル、48はパッキン、49はパッキン48を押圧する皿ばね、37aは弁棒37の下端部に取り付けられたワッシャを示している。
【0029】
モ−タ部Mについては、図7のものとほぼ同じであるが、連結棒20と固定金具11とは一体構造となっている。更に、図5に示すように、固定金具11とマグネット15と一体構造である連結金具15aとの間にコイルバネ11aが介装されている。
【0030】
図3の状態は基点出し(弁全開)を表している。基点出し時はマグネット15が時計方向に回るようにコイル5に通電する。弁閉方向に動作させるには、マグネット15が反時計方向に回るように通電する。コイル5への通電によりマグネット15は雌ねじ18とともに回転する。雌ねじ18は、モータ本体25に立設されている雄ねじ19に螺合しているから、雌ねじ18の回転運動は連結棒20の直線運動に変換され、これにより、連結棒20は回転しながら上下運動することになる。
【0031】
連結棒20はベアリング60、リング61を介して弁棒37に連結されているので、連結棒20が上下動するとき、弁棒37は回転運動を伴うことなく上方向に移動し、これにより弁の閉鎖がおこなわれることになる。弁38a,38bがそれぞれ弁座28a,28bにそれらの下方から当接すると、ベアリング60の下に配置されているコイルバネ53が撓み、各弁38a,38bをそれぞれ弁座28a,28bに密着させる。
【0032】
弁開時には、マグネット15が時計方向に回るようにコイル5に通電する。コイル5が通電されると、雌ねじ18は上記逆方向に回転し、同様の機構により回転運動が直線運動に変換されて、弁棒37は回転運動を伴うことなく下方向に移動し、これにより弁の開放が行われる。ここで、弁閉時はコイルバネ53が圧縮されているので、弁開時に弁座28a,28bに密着されている各弁38a,38bを解除する作用をする。
【0033】
上記の弁開閉中、弁棒37はその上端部寄りをベアリング60を介してモータ本体25に支持される一方、その下端部寄りを手動開機構Hのスピンドル45に圧入されたリング27で連結棒20と同芯状に支持される構成となっているので、つまり、弁棒37はその上下端をガイドされる構成であるので、弁棒37の動きに対し摺動抵抗を減少させることが可能となる。
【0034】
更に、弁棒37は直線運動のみの動きとなるので、弁座28a,28bが磨耗しにくくなり、耐久性が向上する。
【0035】
この実施形態の電動弁は、弁棒37を弁本体28の下方向から組み込むことにより、組み立てる方式を採用している。そのため、上側の弁38aの外径が下側の弁座28bの内径よりもわずかに小さく設定されている。したがって、この径の差に相当する面積分にかかる圧力が弁棒37を下方向に動かそうとして作用する。しかし、この力はモータの発生トルクから換算される軸推力に比べて十分に小さいので、小型のキャンドルタイプ駆動用モ−タの使用が可能となる。
【0036】
また、流体の圧力が、上側の弁38aの下側と下側の弁38bの上側とから作用するので、弁にかかる圧力がバランスしており、弁の開閉をスムーズに行うことができる。そのほか、基点出しを、弁全開点とすることで、安全性が増す。即ち、この弁が完全閉してしまうと圧縮機が焼きつく恐れがあるため基点出しを弁開側で行う。また、弁ばねが流体通路に存在しないため、流体通過音やごみ対策上有利である。
【0037】
次に、図4の手動開機構Hの作動を説明する。
手動で弁を開く必要があるとき、底蓋40をスパナで取り外し、ストッパピン44を抜き去り、スピンドル45に取り付けられたハンドル44aを反時計方向に回転する。スピンドル45のこの回転により、弁本体28と一体のパッキン受け46の雌ねじ46aとスピンドル45の雄ねじ45aとが螺合しているため、スピンドル45は下方に移動する。スピンドル45の下方への移動時、弁棒37の下端部に取り付けられているワッシャ37aがスピンドル45と一体のリング62に当接して弁棒37を下方に押し下げるように作用する。これにより、弁棒37が下方に移動し、弁開状態となる。
【0038】
手動開操作時、リング62を上下方向に貫通する穴62a及びスピンドル45の貫通する穴47aから、内部の冷凍機油をメイン冷媒回路に逃がすことができ、手動開操作はスムーズになる。
また、スピンドル45が貫通しシ−ル部材(パッキン)48を押し当てているばね押え47には、複数の穴47aが形成されており、この穴を使用してパッキン受け46を弁本体28に密着させることができるようになっている。また、この穴47aにストッパピン44を挿入してスピンドル45が外部からの振動等で勝手に動いたとしても、ねじ1ピッチ回転の範囲以内に動きを規制できるようになっている。
【0039】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、弁作動時の芯ぶれの抑制と摺動抵抗の減少を図る一方、弁座の摩耗を防止することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1参考例に係る流体制御弁の断面図である。
【図2】本発明の第2参考例に係る流体制御弁の断面図である。
【図3】本発明の実施形態に係る流体制御用電動弁の断面図である。
【図4】同弁底部の拡大断面図である。
【図5】同雌ねじ部の拡大断面図である。
【図6】冷凍サイクルの回路図である。
【図7】従来の流体制御弁の断面図である。
【符号の説明】
1ステイ
2キャップ
4ステータ
5コイル
7ガイド
11連結金具
14ケース
15マグネット
18雌ねじ
19雄ねじ
20ニードル(連結棒)
20A回転軸
20Bボール
23下蓋
24下蓋受け
25モータ本体
26弁バネ
27調節金具
28弁本体
28a,28b弁座
29a流体の流入継手
29b流体の流出継手
37弁棒
38a,38b弁
39ガスケット
40底蓋
41ボール
43スペ−サ
44ストッパピン
45スピンドル
46パッキン受け
47ばね押さえ
48パッキン
49皿ばね
50,H 手動開(弁)装置
51手動開ねじ
52カラ−
53コイルばね
54E型止め輪
57Oリング
60ベアリング
61リング
62リング
62aリング62の穴
Mステッピングモータ
Rステッピングモータのロータ
Claims (1)
- モータの回転をねじ機構により軸方向の動作に転換して弁座に対する弁体の離接を行う電動弁において、両端部に流体の流入管及び流出管への各接続部が形成され、内部に前記弁座及び弁体が設けられた弁本体を備え、前記弁体の前記弁座に対する接離を行う部材が、前記モータの回転軸としての連結棒と別部材に形成されるとともに、前記部材の上部には中空状の大径部が形成され、該中空部の大径部の内部上端部にベアリングを取り付け、前記連結棒の下端部が前記ベアリングに挿入されることで、前記部材の上端部寄りが前記ベアリングで支持され、更に、前記連結棒の下端部に止め輪を設け、該止め輪と前記ベアリングの下面との間にばね部材を介することで、前記部材が前記連結棒と同芯状でかつ上下動可能に配設され、前記部材の下端部寄りは、前記弁本体の下部に設けた手動開閉機構のスピンドルに圧入されたリングで前記連結棒と同芯状でかつ上下動可能に支持されることを特徴とする電動弁における摺動抵抗の軽減装置。
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