(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ガイドブッシュの内周面と弁軸との間は、弁軸が移動できるようにクリアランスが設けられている。近年は、電動弁による流量制御を高精度化する観点から、このクリアランスは狭められる方向に進展している。一方、ガイドブッシュを支持穴に圧入すると、ガイドブッシュには軸中心方向に膨出するように変形が生じる。そうすると、ガイドブッシュに挿通されている弁軸にガイドブッシュの内周面が圧接し、弁軸の移動を妨げる虞があった。
【0006】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたもので、弁軸を高精度で移動させることのできる電動弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の目的を達成するために、本発明に係る電動弁は、流量を制御する電動弁であって、弁室を有する弁本体と、前記弁本体に接続され、前記弁室を介して連通する複数のポートと、前記ポートの一つに設けられるオリフィスと、前記オリフィスに達する端部に弁体が形成され、軸方向移動可能に支持されて、軸方向移動によって前記オリフィスに対する前記弁体の差込量を変化させる弁軸と、概略円筒形状を有して前記弁軸が挿通されて、内周面で当該弁軸を移動可能に支持するガイドブッシュと、を備え、前記ガイドブッシュは、前記弁軸の挿通域の一部を含み、前記弁本体に圧入される圧入部と、前記圧入部内の内周面の少なくとも一部に形成され、前記圧入部の内周面を拡径して成る段差部と、を有する。
【0008】
前記段差部は、前記圧入部の前記内周面に一周に亘って形成されているようにしてもよい。
【0009】
前記段差部は、圧入された際に前記弁本体の最深まで差し込まれる、前記圧入部の先端まで及んで形成されているようにしてもよい。
【0010】
前記弁本体に重ね合わせられ、内部が密閉される円筒状部材と、前記弁室と前記円筒状部材とを均圧にする均圧孔と、を備え、前記均圧孔は、前記段差部の内周面に形成されているようにしてもよい。
【0011】
前記弁本体に接続された円筒部材と、前記円筒部材に外装されたステータと、を備えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、ガイドブッシュを圧入により弁本体に固定する方式であっても、弁軸の良好な移動性を確保することができる。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明に係る電動弁の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、本実施形態に係る電動弁100の構成を示す断面図である。但し、円筒部材1より外側に設けられるステッピングモータのステータは省略している。
【0015】
図1に示すように、電動弁100では、冷媒等の流体の経路である第1ポート3と第2ポート4の各々が弁室2aに接続され、弁室2aを介して第1ポート3と第2ポート4とが連通している。第1ポート3にはオリフィス5が設置されている。また弁室2aには弁体7が収容されている。弁体7は、オリフィス5に向かって先細りし、先端からの高さによって胴囲が異なる。この弁体7は、軸方向に移動可能な弁軸6の先端に形成されている。弁軸6は、ステッピングモータを駆動源とし、ねじ送り機構18によってオリフィス5に向けて、またはオリフィス5から離れるように、軸方向移動する。これにより弁体7のオリフィス5への差込量が可変となり、差込量に応じて第1ポート3と第2ポート4の間の流量が制御されている。
【0016】
このような電動弁100は、円筒部材1と弁本体2とを重ねて合わせて接続することにより構成される。円筒部材1は、ねじ送り機構18を含む、弁軸6の移動機構を収容する気密容器である。弁本体2は、その内部空間が弁室2aとなって弁体7が収容されている。この円筒部材1は、キャンとも称され、例えばステンレス等の非磁性の金属板を素材とし、一端面が半球状に閉じたカップ型形状を有し、電動弁100が備えるステッピングモータのステータ(不図示)が外装されている。弁本体2は、バルブボディとも称され、内部空間を有する概略円筒であり、一端面には開口が設けられている。円筒部材1と弁本体2とは、円筒部材1の開口と弁本体2の開口とを合わせて重ねられている。典型的には、弁本体2には、円筒部材1側に半径方向外方に拡がる鍔状部材2dが設けられ、円筒部材1と弁本体2との接続は鍔状部材2dを介する。鍔状部材2dは、弁本体2と一体であってもよく、即ち弁本体2から延長して形成されてもよい。
【0017】
第1ポート3は、円筒部材1に向く弁本体2の開口とは反対の端面に接続されて弁室2aに通じ、円筒部材1の中心軸と同軸に延びる。第2ポート4は、弁本体2の側周面に接続されて弁室2aに通じ、第1ポート3の延び方向と直交して延びる。オリフィス5は、第1ポート3の開口端面に設置されている。
【0018】
弁軸6は、円筒部材1の中心軸と同軸に配置され、棒形状を有する。この弁軸6は、円筒部材1の開口と弁本体2の開口を通って、円筒部材1内から弁室内に突き出し、先端が第1ポート3のオリフィス5に達する。弁体7は、オリフィス5に達した弁軸6の先端に形成されている。この弁体7は、この弁軸6を先端に向けて縮径させて形成される。
【0019】
弁軸6は、両端域を除き、円筒部材1に配置されたガイドブッシュ8によって回転かつ昇降可能に支持されている。ガイドブッシュ8は、弁軸6の周面を軸方向に沿って支持している。ガイドブッシュ8の外周には、雄ねじである固定ねじ8aが形成されている。一方、ガイドブッシュ8には、円筒部材1内に配置された弁軸ホルダ9が螺合している。即ち、弁軸ホルダ9は、円筒部材1の有底側の端面に穴空きの天井部9bを有する円筒体であり、弁軸ホルダ9の内周には、雌ねじである可動ねじ9aが形成されている。そして、ガイドブッシュ8の固定ねじ8aと弁軸ホルダ9の可動ねじ9aとがねじ合わせされている。
【0020】
弁軸ホルダ9の外周には、ステッピングモータのロータ10が同軸に設けられる。ロータ10は、例えばNd−Fe−B系等の希土類プラスチックマグネットを素材とし、円筒形状を有し、内周面に、弁軸ホルダ9を支持する支持体10bが延設されている。この支持体10bには、弁軸ホルダ9の装着孔10aが開口しており、この装着孔10aに弁軸ホルダ9が嵌まり込むことで、ロータ10と弁軸ホルダ9とが固定されている。
【0021】
また、円筒部材1の有底部に向かう弁軸6の後端は、ガイドブッシュ8から突出し、更に弁軸ホルダ9の天井部9bの開口からも突出している。その突出部分には、円筒部材1の半径方向に拡がるワッシャ状のロータ押さえ11を介してプッシュナット12が圧入や溶接などの手段で固定されている。更に、弁軸6は、軸の途中から後端まで一段細径となって段部6aが形成されており、この段部6aと弁軸ホルダ9の天井部9bとの間に、弁軸6に嵌め込まれた圧縮コイルばね14が設置されている。
【0022】
圧縮コイルばね14は、弁軸ホルダ9をプッシュナット12側へ付勢する。そのため、圧縮コイルばね14とプッシュナット12とによってロータ押さえ11及び弁軸ホルダ9の天井部9bが弾力的に挟み込まれ、ロータ10に固定された弁軸ホルダ9、ロータ押さえ11、プッシュナット12及び弁軸6がロータ10と共に一体となる。
【0023】
尚、プッシュナット12の外周には復帰ばね13が嵌め込まれている。この復帰ばね13は、弁軸6が円筒部材1の有底部側に移動した場合において、復帰ばね13が円筒部材1の有底部に接触し圧縮され、弁軸6と一体となった弁軸ホルダ9の可動ねじ9aとガイドブッシュ8の固定ねじ8aとが噛み合う方向に付勢する。
【0024】
また、ガイドブッシュ8における弁軸ホルダ9のはめ込み部分の下方には、下部ストッパ15が固定される。下部ストッパ15は、例えばその内側に設けられた雌ねじを固定ねじ8aにねじ込むことにより、ガイドブッシュ8に固定される。弁軸ホルダ9の下部には、ストッパ9cが一体に設けられる。ストッパ9cは、弁軸ホルダ9が最下降位置に達した場合に下部ストッパ15に当接し、弁軸ホルダ9のそれ以上の回転と下降を規制する。
【0025】
このような電動弁100では、外部からのパルス信号がステッピングモータに入力されてロータ10が回転する。ロータ10の回転量は、パルス数に比例する。圧縮コイルばね14とプッシュナット12とによって作出される一体性により、ロータ10が回転すると、弁軸ホルダ9もガイドブッシュ8の周りを軸回転する。
【0026】
ここで、ガイドブッシュ8は、
図1に示すように、円筒部材1に配置され、円筒部材1の内部から一部突き出ている。弁本体2の開口は、弁室2aに到る段付き孔であり、ガイドブッシュ8を固定する大径の支持穴2bと、この支持穴2bの底面に貫設され、弁軸6が通る小径の貫通孔2cとから成る。ガイドブッシュ8のうち、円筒部材1から突き出した部分は、圧入部8bとなっている。この圧入部8bは、ガイドブッシュ8を弁本体2に固定するため、支持穴2bに圧入される。即ち、圧入部8b及び支持穴2bは、ほぞ及びほぞ穴の関係を有する。
【0027】
そのため、ガイドブッシュ8は位置が固定されている。そうすると、弁軸ホルダ9とガイドブッシュ8とは、固定ねじ8aと可動ねじ9aとによって螺合関係にあるため、弁軸ホルダ9は、ガイドブッシュ8の周りを軸回転しながら、軸方向に移動する。弁軸ホルダ9が軸方向に移動すると、圧縮コイルばね14とプッシュナット12とによって作出される一体性により、弁軸6もガイドブッシュ8に支持されながら軸方向に移動する。
【0028】
弁軸6の移動の際、ガイドブッシュ8は、弁軸6の周面を軸方向に沿って支持することで、半径方向の変動や軸の傾きを規制しながら、弁体7をオリフィス5に案内する。即ち、ガイドブッシュ8は、弁軸6と同軸に配置され、内周面で弁軸6を覆う円筒形状を有する。ガイドブッシュ8の内周面と弁軸6の間にはクリアランスが設けられている。クリアランスは、半径方向の変動や軸の傾きを高精度に規制しつつ、弁軸6が軸方向移動可能となる程度である。
【0029】
図1及び
図2に示すように、弁軸6は圧入部8bを通り抜けて弁室2aに到るものである。圧入部8bの内周面には段差部16が形成されている。段差部16は、圧入部8bの内周面が拡径された領域であり、圧入部8bの内周面の全周及び全域に亘って一繋ぎに形成される。例えば、この段差部16は、弁本体2の最深まで差し込まれる圧入部8bの先端から固定ねじ8a側に向けて、圧入部8bの圧入長に亘って形成される。圧入部8bの先端が面取りされる場合、段差部16は少なくとも、この面取りより長い。
【0030】
支持穴2bへの圧入前においては、段差部16と弁軸6の外周面との間のクリアランスCaは、段差部16の無いガイドブッシュ8の内周面と弁軸6の外周面とのクリアランスCbよりも、大きく設定されていることになる。一方、圧入部8bを支持穴2bに圧入した状態では、
図3に示すように、圧入部8bは内周面が膨出するように変形し、圧入部8bの内周面と弁軸6との間のクリアランスは減少する。しかし、段差部16と弁軸6との間のクリアランスCaは大きくなっている。そのため、圧入部8bが変形しても、段差部16と弁軸6との間にはクリアランスCcが残り、圧入部8bの内周面が弁軸6に圧接せず、弁軸6の軸方向への移動は妨げられていない。
【0031】
従って、弁軸6は、段差部16の存在によって、外部からのパルス信号に良好に応答して精度良く移動し、弁体7のオリフィス5への差込量は良好に変化する。先細りした弁体7の差込量が変化すると、弁体7の外周面とオリフィス5の内周面とが画成する隙間の断面積は、差込量に応じて変化する。以上により、電動弁100は、第1ポート3と第2ポート4の流量を精度良く制御できる。
【0032】
尚、この電動弁100においては、
図1及び
図4に示すように、ガイドブッシュ8には均圧孔17が穿設加工されている。均圧孔17は、ガイドブッシュ8と弁軸6との間の隙間及び弁軸6と貫通孔2cとの間の隙間を介して、弁室2aと円筒部材1の内部を繋ぎ、弁室2aと円筒部材1の内部空間とを均圧に保つ。
【0033】
均圧孔17は段差部16に穿設加工される。即ち、穿設加工された均圧孔17には、突起であるバリBが生じる虞がある。バリBが弁軸6に届くと、弁軸6の軸方向への移動を阻害する。しかしながら、均圧孔17は、一段拡径された段差部16に形成されている。そのため、バリBが弁軸6に届き難くなり、弁軸6の軸方向への移動を妨げる虞が低減される。しかも、段差部16の存在により、圧入部8bが変形しても均圧孔17が弁軸6の外周面で閉蓋されず、弁室2aと円筒部材1の内部空間とを均圧を良好に保っている。均圧孔17を段差部16に設ける場合、
図4に示すように、段差部16は、圧入部8bの範囲を脱して固定ねじ8a側へ向けて及ぶ。
【0034】
段差部16に関し、段差部16の形成範囲は、圧入部8bの全周及び全域としたが、少なくとも、圧入部8bの内周面と弁軸6とが接触する範囲であればよい。典型的には、圧入部8bの内周面と弁軸6とが接触する可能性のある範囲は、ガイドブッシュ8の変形が始まる基端から、弁室2aに向かう圧入部8bの先端の範囲である。一方、ガイドブッシュ8の変形の基端からクリアランスの減少は始まるが、圧入部8bの根元付近では未だ十分なクリアランスが存在している場合もある。この場合、圧入部8bの根元にまで段差部16を及ぼす必要はない。即ち、
図5に示すように、段差部16は、圧入部8bの途中の接触基点から先端にかけて、圧入部8bの圧入長Laよりも短い範囲で形成されるようにしてもよい。もちろん、十分な余裕を確保するため、圧入部8bの圧入長Laと同長で段差部16を形成してもよい。
【0035】
また、段差部16は、圧入部8bの内周面と弁軸6とが接触する全範囲に限らず、圧入部8bの内周面と弁軸6とが接触する一部範囲に形成されるようにしてもよい。圧入部8bと弁軸6とは接触しているが、その接触圧が弁軸6の摺動性を妨げない範囲も存在し得るためである。この場合、低接触圧の範囲にまで段差部16を形成する必要はない。例えば、圧入部8bの根元地点で接触は始まるが、根元地点での接触圧が弁軸6の摺動性を妨げるものではない場合、圧入部8bの根元地点まで及んで段差部16を形成しなくてもよい。もちろん、弁軸6の移動性を確実に担保すべく、接触の虞のある範囲の全てに段差部16を形成してもよい。
【0036】
また、段差部16の深さ、即ち段差部16の内周面の径は、圧入部8bが変形しても、圧入部8bと弁軸6との間にクリアランスが存在する程度が望ましい。もっとも、弁軸6の摺動性が実用上耐え得る接触圧は許容できる。即ち、圧入部8bの深さは、非接触を目的として設定されてもよいし、接触圧の上限を定めて、この上限に接触圧が収まる程度に設定されてもよい。もちろん、弁軸6の移動性を確実に担保すべく、非接触となる深さまで段差部16を形成してもよい。
【0037】
更に、段差部16を圧入部8bの全周及び全域に設けなくとも、接触面積の減少によって摺動性の悪化は抑制される。従って、例えば、
図6に示すように、段差部16は、圧入部8bの内周よりも円周方向に幅狭とし、周方向に間欠的に複数並設してもよい。隣り合う段差部16間は、弁軸6の移動方向に沿って延びるリブ16aとなる。このリブ16aは、弁軸6の摺動方向に沿って延びるので、弁軸6と接触していても、弁軸6の摺動性の悪化度合いを減少させる。もちろん、弁軸6の移動性を確実に担保すべく、段差部16を圧入部8bの全周及び全域に設けてもよい。
【0038】
また、この幅狭の段差部16は、
図7に示すように、圧入部8bの先端ほど漸次幅広としてもよい。この段差部16は、接触圧が高い圧入部8bの先端に行くに連れて、弁軸6とガイドブッシュ8との接触面積を減少させる。段差部16の幅広箇所を圧入部8bの先端側で連結させ、圧入部8bの先端では、内周面の全周に亘って拡径領域が連続していてもよい。
【0039】
また、段差部16は、圧入部8bの先端に達するように形成されていてもよいし、
図8に示すように、圧入部8bの内周面内に収まるように掘り込まれて形成されていてもよい。圧入部8bの内周面内に収まる段差部16は、ガイドブッシュ8の軸方向及び内周方向に複数行列で並べてもよい。この場合、周方向に並ぶ段差部16の数を、圧入部8bの先端の列ほど増加させてもよい。掘り込まれた段差部16の形状は矩形であっても、円形であっても、楕円形であっても、多角形であっても、複雑な形状であってもよい。
【0040】
以上のように、この電動弁100は、概略円筒形状を有して弁軸6が挿通されて、内周面で当該弁軸6を移動可能に支持するガイドブッシュ8を備える。このガイドブッシュ8は、弁軸6の挿通域の一部を含み、弁本体2に圧入される圧入部8bを有している。そして、この圧入部8b内の内周面の少なくとも一部には、圧入部8bの内周面を拡径して成る段差部16を形成した。これにより、ガイドブッシュ8を圧入により弁本体2に固定しても、ガイドブッシュ8を通る弁軸6の良好な移動性を確保することができる。
【0041】
この段差部16は、圧入部8bの内周面を一周に亘って形成されているようにした。また、段差部16は、圧入された際に弁本体2の最深まで差し込まれる、圧入部8bの先端まで及んで形成されているようにした。これにより、ガイドブッシュ8の内周面が弁軸6に圧接する箇所を排除でき、弁軸6はより精密に軸方向に移動することができる。
【0042】
また、弁室2aと
円筒部材1とを均圧にする均圧孔17を段差部16に開口させるようにした。これにより、均圧孔17をガイドブッシュ8内に開口させても、穿設加工によるバリが弁軸6に到達する虞は低くなり、弁軸6を精密に軸方向に移動することができる。
【0043】
(他の実施形態)
以上のように本発明の実施形態を説明したが、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。そして、この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。