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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024120283
(43)【公開日】2024-09-05
(54)【発明の名称】電動弁
(51)【国際特許分類】
   F16K 31/04 20060101AFI20240829BHJP
【FI】
F16K31/04 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023026961
(22)【出願日】2023-02-24
(71)【出願人】
【識別番号】391002166
【氏名又は名称】株式会社不二工機
(74)【代理人】
【識別番号】100100365
【弁理士】
【氏名又は名称】増子 尚道
(72)【発明者】
【氏名】吉田 竜也
(72)【発明者】
【氏名】早川 潤哉
(72)【発明者】
【氏名】細谷 岳史
(72)【発明者】
【氏名】荒井 裕介
(72)【発明者】
【氏名】岡山 賢
【テーマコード(参考)】
3H062
【Fターム(参考)】
3H062AA02
3H062AA15
3H062BB30
3H062BB31
3H062CC02
3H062DD01
3H062EE01
3H062EE06
3H062GG06
3H062HH04
3H062HH08
3H062HH09
(57)【要約】
【課題】接続部材をプレス部品で構成することを可能とし、電動弁の生産性を向上させ、製造コストを低減する。
【解決手段】流入路15及び流出路16に連通する弁室13を有する弁本体12と、弁座14に対し進退動する弁体17と、弁体を駆動するロータ43及びステータ42を有する電動機41と、内側にロータを収容すると共に外側にステータを配置するキャン40と、キャンと弁本体を接続する接続部材21と、接続部材を取り囲むように延び接続部材の外周面と電動機のハウジング56の内周面とに押圧状態で当接するシール部材30を備えた電動弁で、接続部材は、プレス加工により成形され、筒状部22を有し、筒状部に剛性部品31が嵌挿されており、電動弁の軸線A方向について筒状部と剛性部品とシール部材とが互いに重なり合うように配置されている。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
流入路および流出路に連通する弁室を内部に有する弁本体と、
前記弁室内に形成した弁座に対して進退動する弁体と、
前記弁体を駆動するロータおよびステータを有する電動機と、
内側に前記ロータを収容するとともに外側に前記ステータを配置するキャンと、
前記キャンと前記弁本体を接続する接続部材と、
前記接続部材を取り囲むように延在し、前記接続部材の外周面と前記ステータのハウジングの内周面とに押圧状態で当接する、シール部材と、
を備えた電動弁であって、
前記接続部材は、
プレス加工により成形され、
筒状部を有し、
前記筒状部に剛性部品が嵌挿されており、
当該電動弁の軸線方向について、前記筒状部と、前記剛性部品と、前記シール部材とが互いに重なり合うように配置されている
ことを特徴とする電動弁。
【請求項2】
前記弁本体は、前記接続部材が固定される接続開口を有し、
前記筒状部は、
前記接続開口内に配置される挿入部と、
前記接続開口から電動機側に突出する突出部と、
前記弁本体と間隔を隔てて対向するように前記突出部から外方へ広がる鍔部と、
を有し、
前記シール部材はさらに、前記弁本体と前記鍔部との間に配置され、前記弁本体と前記鍔部とに押圧状態で当接している
請求項1に記載の電動弁。
【請求項3】
前記鍔部に前記キャンが固定されている
請求項2に記載の電動弁。
【請求項4】
前記接続開口はその内周面に雌ねじを有し、
前記挿入部は、前記雌ねじに螺合する雄ねじを外周面に備えて前記接続開口にねじ込まれることにより前記弁本体に固定され、
前記接続開口は、当該接続開口にねじ込まれて当該接続開口の深さ方向に進行する前記挿入部を突き当てて停止させることが可能なストッパ部を有し、
前記挿入部が前記ストッパ部に突き当てられたときに、前記シール部材が前記弁本体と前記鍔部とに押圧状態で当接する
請求項2に記載の電動弁。
【請求項5】
前記シール部材はその外周面に、前記ハウジングの内周面に当接する凸部を備えている
請求項1から4のいずれか一項に記載の電動弁。
【請求項6】
前記接続部材は、
プレス加工により前記筒状部と一体に成形され、前記弁体を前記弁座に対して進退動可能に支持する、弁体ガイド部
を備えている
請求項1から4のいずれか一項に記載の電動弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電動弁に係り、特に、弁本体と電動機を接続する接続部の構造に関する。
【背景技術】
【0002】
ステッピングモータ等の電動機を使用して弁の開度を制御する電動弁が空気調和機や冷蔵・冷凍装置などの冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置に従来から使用されている。
【0003】
図11はこのような電動弁の一例を示すものである。この図に示すように従来の電動弁71は、内部に弁室13を有するとともに弁室13に冷媒を流出入させる流路(流入路15及び流出路16)を有する弁本体12と、流入路15の弁室13への開口部に形成した弁座14と、弁座14に対して進退動(上下動)することにより冷媒の通過量(流量)を変更する弁体17と、弁室13の上面を閉塞するように備えられて弁体17を上下動可能に支持する弁体ガイド部材18と、弁体17を駆動する電動機41と、電動機41の回転を減速する減速機構55と、減速した回転運動を直線運動に変換して弁体17に伝達する伝達機構33と、電動機41と弁本体12を接続する接続部材72と、接続部材72とともに弁本体12の上面に密封空間を形成するキャン(密封容器)40を備えている。
【0004】
接続部材72は、上下方向(軸線A方向)に貫通する中心孔を有する筒状部材で、弁室13と連通するように弁本体12の上面に穿設された接続開口19にねじ込むことにより弁本体12に固定される。接続部材72の外周面と弁本体12との間には冷媒の漏出を防ぐシール部材(Oリング)73が備えられる。なお、当該シール材73を本願では「第1シール部材」と称し、第1シール部材73が有する機能を「第1封止機能」と称する。
【0005】
接続部材72の上部外周面には、リング状のベース部材75を介してキャン40が溶接により接合される。さらに、接続部材72の中心孔上部には、ねじ軸受31が嵌挿され、ねじ軸受31の内部には、上記伝達機構として送りねじ機構33が備えられる。
【0006】
一方、電動機41は、例えばステッピングモータにより構成され、当該ステッピングモータ41は、キャン40の外側に配置したステータ42と、キャン40の内側に回転自在に配置したロータ43と、樹脂モールドカバー56とを含む。樹脂モールドカバー56はその下端部に、接続部材72を取り囲む円筒状の脚部56aを有し、電動機41内への水分の浸入を防ぐため、当該円筒状脚部56aの内周面と接続部材72の外周面との間に介在されるようにシール部材(Oリング)74が備えられる。なお、当該シール材74を本願では「第2シール部材」と称し、第2シール部材74の有する機能を「第2封止機能」と称する。
【0007】
また、図12は従来の電動弁の別の一例を示すものである。この図に示す電動弁81は、前記電動弁71(図11)と同様に電動機(ステッピングモータ)41によって弁体17aを上下動させて冷媒の流量を調整するものであるが、前記電動弁71と異なり、電動弁81の中心軸線Aに沿ってロータ43の内部から弁室13まで上下方向に延びる棒状の弁軸63を有し、弁軸63の下端に弁体17aを一体に備えている。また、ロータ43は、キャン40の内側に回転可能で且つ上下方向へ移動可能に備えられ、弁軸63とロータ43が一体となって上下動することにより弁の開度が調整される。
【0008】
またこの電動弁81では、弁本体が、内部に弁室13を有し接続部材72がねじ込まれて固定される本体部12aと、流入路と流出路を内部に備えて本体部12aがねじ込まれて固定される流路ブロック(図示せず)とからなるが、電動機41と弁本体(本体部12a)との接続構造、すなわち、接続部材72や第1シール部材73および第2シール部材74については前記電動弁71と同様の構造を有する。
【0009】
また、電動弁を開示する文献として下記特許文献1がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開2021-110409号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
ところで、従来の電動弁71,81には、弁本体12と電動機41との接続部に改良の余地がある。
【0012】
具体的には、電動機41を弁本体12に固定する接続部材72は、ねじ部を含み形状が複雑であることから、快削性のある材料(例えばSUS303)により形成される。一方、キャン40との接合には溶接性に優れた材料(例えばSUS304)で形成したベース部材75を介在させ、両部材(接続部材72とベース部材75)をろう付けにより一体化している。このため、弁本体12と電動機41との接続部は、部品点数および工程数が多く、製造コストが嵩む面があった。
【0013】
一方、接続部材72とベース部材75を量産性に優れコスト面で有利なプレス部品として一体化し、ねじ部を切削加工することが考えられる。ところが、従来の接続部材72を単にプレス部品に置き換えただけでは、次のような問題が生じるおそれがある。
【0014】
プレス部品は一般に肉厚が薄く、強度が不足したり、弁使用時の圧力変動により径方向に変形が生じるおそれがある。他方、接続部材72の外周面には、樹脂モールドカバー56(脚部56a)や弁本体12(接続開口19の内周面)との間にそれぞれシール部材(Oリングからなる第1シール部材73及び第2シール部材74)が備えられている。したがって、接続部材が径方向に変形すれば、シール部材73,74の圧縮率(接続部材外周面や樹脂モールドカバー56の内周面、接続開口19の内周面に対するシール部材73,74の押圧強度)が変化して弁室13から冷媒が漏出し、あるいは電動機41や弁室13内に水分や外気が浸入するおそれがある。
【0015】
なお、上記のような問題は、前記特許文献1に記載の発明によっても解決することは出来ない。
【0016】
したがって、本発明の目的は、上記問題を解消して接続部材をプレス部品で構成することを可能とし、電動弁の生産性を向上させ、製造コストを低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【0017】
前記課題を解決し目的を達成するため、本発明に係る電動弁は、流入路および流出路に連通する弁室を内部に有する弁本体と、弁室内に形成した弁座に対して進退動する弁体と、弁体を駆動するロータおよびステータを有する電動機と、内側にロータを収容するとともに外側にステータを配置するキャンと、キャンと弁本体を接続する接続部材と、接続部材を取り囲むように延在し接続部材の外周面とステータのハウジングの内周面とに押圧状態で当接するシール部材とを備えた電動弁であって、接続部材は、プレス加工により成形され、筒状部を有し、筒状部に剛性部品が嵌挿されており、当該電動弁の軸線方向について、筒状部と剛性部品とシール部材とが互いに重なり合うように配置されている。
【0018】
本発明の電動弁では、キャン(密封容器)と弁本体を接続する接続部材をプレス加工により成形したプレス部品により構成する。そのために本発明では、接続部材の筒状部に剛性部品を嵌挿(例えば圧入)する構造とし、電動弁の軸線方向について筒状部と剛性部品とシール部材とが互いに重なり合うようにする。
【0019】
ここで、「剛性部品」とは、外力が加わっても径方向に変形し難い部品を言う。このような剛性部品を接続部材に嵌め込めば、プレス部品である接続部材(筒状部)の強度を高め、径方向の変形を阻止または抑制することが可能となる。したがって本発明によれば、筒状部を取り囲むように備えられたシール部材の径方向の圧縮率を安定させる(一定に保つ)ことができ、外部から電動機内に水分が浸入することを防ぐことが出来る。
【0020】
なお、上記「電動弁の軸線方向について筒状部と剛性部品とシール部材とが互いに重なり合うように配置されている」とは、言い換えれば、筒状部の、剛性部品が嵌挿されている部分の外周面に、シール部材が配置されるようにすることである。さらに別の表現をすれば、電動弁の軸線方向に直交する方向(筒状部の径方向でもある)から見たときに筒状部と剛性部品とシール部材が重なり合って存在する箇所があるようにすることである。
【0021】
剛性部品についてさらに述べれば、当該部品は、典型的には切削加工により作製された肉厚の大きな部品(切削部品)である。ただし、筒状部の変形を抑える剛性を備えていれば本発明の目的を達成できるから、必ずしも切削部品に限定されず、他の方法で作製された部品であっても良い。また、剛性部品の種類(用途機能)は問わない。後に述べる実施形態では伝達機構(送りねじ機構)を構成するねじ軸受を本発明に言う剛性部品として接続部材に嵌挿したが、筒状部の変形を抑える剛性を備えていれば同様に本発明の目的を達成できるから、当該電動弁に備えられる他の用途機能を有する部品やその一部であっても構わない。
【0022】
本発明では、以下の(1)から(5)の各態様を好ましく採用することが出来る。
【0023】
(1)弁本体は、接続部材が固定される接続開口を有し、筒状部は、接続開口に挿入されて(例えば差し込まれて或いはねじ込まれて)接続開口内に配置される挿入部と、接続開口から電動機側に突出する突出部と、弁本体と間隔を隔てて対向するように突出部から外方へ広がる鍔部とを有し、シール部材はさらに、弁本体と鍔部との間に配置されて弁本体と鍔部とに押圧状態で当接している。なお、上記接続開口は、弁本体の、電動機が設置される側の面(電動機設置面)に形成されている。
【0024】
前述した本発明においてシール部材は、接続部材の外周面と電動機のハウジングの内周面とに押圧状態で当接することで電動機内への水分の浸入を防ぐ機能(前記従来の電動弁の第2封止機能に相当)を果たしたが、これに加えて上記態様(1)によれば、弁本体に対向する鍔部と弁本体との間を封止することで、接続開口内周面と嵌挿部との間を通じて弁室から冷媒が漏れ出し、あるいは外部から弁室内に外気や水分が浸入することを防ぐ機能(前記従来の電動弁の第1封止機能に相当)も果たすことが出来る。したがって当該態様(1)によれば、シール部材を1つにする(従来の電動弁における第1シール部材と第2シール部材を1つのシール部材で兼用する)ことができ、従来の電動弁と比べて部品点数と製造工数を削減することが可能となる。
【0025】
(2)上記態様(1)において、鍔部にキャンが固定(例えば溶接により接合)されるようにする。このように鍔部にキャンを固定すれば、従来使用されていたベース部材を省くことができ、従来の電動弁と比べて部品点数と製造工数をさらに削減することが可能となる。
【0026】
(3)上記態様(1)において、接続開口はその内周面に雌ねじを有し、挿入部は、前記雌ねじに螺合する雄ねじを外周面に備えて接続開口にねじ込まれることにより弁本体に固定され、接続開口は、当該接続開口にねじ込まれて当該接続開口の深さ方向に進行する挿入部を突き当てて停止させることが可能なストッパ部を有し、挿入部がストッパ部に突き当てられたときに、シール部材が弁本体と鍔部とに押圧状態で当接するようにする。
【0027】
このような態様(3)によれば、電動弁の軸線方向に関するシール部材の圧縮率(鍔部及び鍔部に対向する弁本体表面への押圧強度)を正確に設定することが可能となる。
【0028】
(4)前記本発明または上記(1)から(3)の各態様のいずれかにおいて、シール部材がその外周面に、ステータのハウジングの内周面に当接する凸部を有する。シール部材の封止効果(第2封止機能)を高めるためである。
【0029】
(5)前記本発明または上記(1)から(3)の各態様のいずれかにおいて、接続部材が、プレス加工により筒状部と一体に成形され且つ弁座に対して進退動可能に弁体を支持する弁体ガイド部を有する。
【0030】
このような態様(5)によれば、弁体を支持する機能を接続部材に付加することが出来るから、弁体ガイド部材を別部品として備えていた電動弁に比べ、部品点数と製造工数を削減することが可能となる。なお、上記弁体ガイド部について「弁体を支持する」とは、弁体を直接支持することのみを意味するものではなく、他の部材や部分を介して(例えば後述する第3実施形態のように弁軸を介して)間接的に支持することも含む概念である。
【発明の効果】
【0031】
本発明によれば、電動機を弁本体に接続する接続部材をプレス部品とすることができ、電動弁の生産性を向上させ、製造コストを低減することが出来る。
【0032】
本発明の他の目的、特徴および利点は、図面に基いて述べる以下の本発明の実施の形態の説明により明らかにする。なお、本発明は下記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で種々の変更を行うことが出来ることは当業者に明らかである。また、各図中、同一の符号は、同一又は相当部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【0033】
図1図1は、本発明の第1の実施形態に係る電動弁(閉弁状態)を示す縦断面図である。
図2図2は、前記第1実施形態に係る電動弁(開弁状態)を示す縦断面図である。
図3図3は、前記第1実施形態に係る電動弁の接続部材をプレス加工により成形した状態を示す縦断面図である。
図4図4は、前記第1実施形態に係る電動弁の接続部材をプレス加工により成形した後、切削加工により完成させた状態を示す縦断面図である。
図5図5は、本発明の第2の実施形態に係る電動弁(閉弁状態)を示す縦断面図である。
図6図6は、前記第2実施形態に係る電動弁の接続部材をプレス加工により成形した状態を示す縦断面図である。
図7図7は、前記第2実施形態に係る電動弁の接続部材をプレス加工により成形した後、切削加工により完成させた状態を示す縦断面図である。
図8図8は、本発明の第3の実施形態に係る電動弁(閉弁状態)を示す縦断面図である。
図9図9は、前記第3実施形態に係る電動弁の接続部材をプレス加工により成形した状態を示す縦断面図である。
図10図10は、前記第3実施形態に係る電動弁の接続部材をプレス加工により成形した後、切削加工により完成させた状態を示す縦断面図である。
図11図11は、従来の電動弁の一例(閉弁状態)を示す縦断面図である。
図12図12は、従来の電動弁の別の一例(閉弁状態)を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0034】
図1から図10を参照して本発明の実施形態に係る電動弁について説明する。なお、各図には上下方向および左右方向を表す互いに直交する二次元座標を適宜表示し、以下の説明はこれらの方向に基いて行うが、本発明および各実施形態の電動弁は様々な向きで使用することが可能であり、各方向は説明の便宜上のものであって本発明の各部構成はこれらの方向によって何ら限定されるものではない。また、「垂直」および「水平」と言うことがあるが、垂直方向は上下方向に一致し、垂直方向に直交する方向が左右方向を含む水平方向である。
【0035】
〔第1実施形態〕
図1から図4に示すように本発明の第1の実施形態に係る電動弁11は、内部に弁室13を有するとともに弁室13に冷媒を流入させる流入路15および弁室13から冷媒を流出させる流出路16を有する弁本体12と、流入路15の弁室13への開口部に形成した弁座14と、弁座14に対して進退動(上下動)することにより冷媒の通過量(流量)を変更する弁体17と、弁室13の上面を閉塞するように備えられて弁体17を上下動可能に支持する弁体ガイド部材18と、弁体17を駆動する電動機41と、電動機41の回転を減速する減速機構(不思議遊星歯車減速機構)55と、減速した回転運動を直線運動に変換して弁体17に伝達する伝達機構33と、電動機41と弁本体12を接続する接続部材21と、無底有蓋の(底面が開放され天面が閉塞された)円筒状の形状を有して接続部材21とともに弁本体12の上面に密封空間を形成するキャン(密封容器)40を備えている。
【0036】
電動機41と弁本体12を接続する接続部材21は、プレス加工により当該部材21の全体的な形状を成形した後に、必要な切削加工を施すことにより作製する。具体的には、図3に示すように円筒状の形状を有する筒状部22と、筒状部22の上端から外方へ水平に広がるフランジ部(鍔部)23とを備えた無底無蓋の円筒部材20をプレス加工により成形する。その後、当該円筒部材20に対して図4に示すように、本発明に言う剛性部品であるねじ軸受31(後述する)を圧入するためのリング状の拡径部24を切削加工により円筒部材20の上端部の内側に形成するとともに、筒状部22の下端部外周面に雄ねじ25を形成する。
【0037】
一方、電動機41を設置する弁本体12の上面(電動機設置面)には、接続部材21(筒状部22)を受け入れる接続開口19を形成し、この接続開口19の内周面に上記雄ねじ25に螺合する雌ねじ19aを形成する。また、当該接続開口19には、接続部材21(筒状部22)が突き当てられる段部19bを形成しておく。接続部材21は、外周面の雄ねじ25を接続開口19の内周面の雌ねじ19aに螺合させつつ接続開口19にねじ込まれるが、筒状部22の下端が段部19bに突き当てられることにより停止され、弁本体12に固定される。またこの固定状態では、筒状部22の全体が接続開口19の中に没入するのではなく、筒状部22の上部は、接続開口19から上方に突き出した状態となる。
【0038】
なお、筒状部22のうち、接続開口19の内部に配置された(没入された)部分22aを「挿入部」、接続開口19から上方に突き出した部分22bを「突出部」とそれぞれ称する。また、当該突出部22bが形成されるように接続部材21が弁本体12に固定されることで、フランジ部23と弁本体12の上面との間に隙間が形成されることとなり、この隙間にシール部材30(後述する)が配置される。
【0039】
電動機41は、キャン40の外側に配置したステータ42と、キャン40の内側に回転自在に配置したロータ43と、キャン40およびステータ42を覆う樹脂モールドカバー(ハウジング)56とを備えたステッピングモータにより構成する。樹脂モールドカバー56はその下端部に、一定の間隔を隔てて接続部材21の突出部22bとフランジ部23を取り囲む円筒状の脚部56aを有する。
【0040】
そして、上記脚部56aの内周面と突出部22bの外周面との間に介在され、且つ、フランジ部23の下面と弁本体12の上面との間に介在されるようにシール部材30を備える。このシール部材30は、弾性を有するリング状の樹脂部材で、当該部材30の外周面から外方へ突出するように当該部材30の全周に亘って延びるリング状の凸部30aを備えている。設置にあたっては、前記接続部材21を接続開口19にねじ込むときに、フランジ部23と弁本体12の上面との間に挟まれるように筒状部22の外周面にシール部材30を配置しておけば良い。
【0041】
シール部材30の高さ寸法(上下方向の寸法)は、接続部材21が接続開口19に固定されたとき(筒状部22の下端が段部19bに突き当たったとき)のフランジ部23と弁本体12の上面との間隔より大きくしてあり、前述のように接続開口19にねじ込んでいった接続部材21(筒状部22)の下端が段部19bに突き当たって停止されたときに、シール部材30がフランジ部23と弁本体12とに挟まれることによって所定の(予め設計された)圧縮率で押し潰される(圧縮される)ようにしておく。これにより、フランジ部23と弁本体12の上面との間のシールが可能となり、弁室13から外部に冷媒が漏れ出し、あるいは外部から弁室13内に外気が浸入することを防ぐことが出来る。すなわち前記第1封止機能を得ることが出来る。
【0042】
さらに、上記高さ寸法と同様に、シール部材30の厚さ寸法(水平方向の寸法)、すなわち、筒状部22の外周面に接しているシール部材30の内周面と、凸部30aの先端との間の距離を、樹脂モールドカバー56の脚部56aの内周面と、筒状部22(突出部22b)の外周面との間の間隔より大きくしてある。したがって、ステータ42を内部に含む樹脂モールドカバー56をキャン40に被せるように装着すると、シール部材30の凸部30aが樹脂モールドカバー56の脚部56aの内周面に押し当てられ、同時にシール部材30の内周面が筒状部22(突出部22b)の外周面に押し当てられることとなる。これにより、筒状部22(突出部22b)と樹脂モールドカバー56の脚部56aとの間のシールが可能となり、外部から電動機41の内部(樹脂モールドカバーの中)に水分が浸入することを防ぐことが出来る。すなわち前記第2封止機能を得ることが出来る。
【0043】
このように本実施形態によれば、従来備えられていた2つのシール部材(第1シール部材73及び第2シール部材74)を1つのシール部材30で兼用することが可能となるから、部品点数ならびに製造時の工数を削減することが出来る。
【0044】
なお、本実施形態のシール部材30は、第1封止機能と第2封止機能をいずれも有しているが、シール部材30の位置に第2封止機能のみを有するシール部材(つまり、突出部22bと脚部56aの間をシールする部材)を使用しても良い。この場合、第1封止機能を有するシール部材を別途用いる必要があるため、例えば、弁本体12に接続部材21を取り付けた状態で、接続部材21の外周面と弁本体12の接続開口19の内周面との間をシールするシール部材(第2シール部材)を用いれば良い(後に述べる第2実施形態と第3実施形態についても同様である)。
【0045】
フランジ部23の上面には、キャン40を接合する。本実施形態では、従来使用されていたベース部材75(図11参照)と同様のリング状の形状を有するフランジ部23を接続部材21が備えているため、ベース部材75は不要となる。
【0046】
キャン40の外側に配置されるステータ42は、ヨーク44と、ボビン45に巻線を施したコイル46を含む。一方、キャン40の内側に配置したロータ43は、磁性材料(永久磁石)で作製された円筒状のロータ部材43aと、樹脂材料で作製した太陽ギヤ部材48とを一体に連結して構成する。
【0047】
太陽ギヤ部材48の中心部にはシャフト44を挿入し、シャフト44の上部はキャン40の頂部内側に配置した支持部材47により支持する。
【0048】
太陽ギヤ部材48の太陽ギヤ48aは、出力ギヤ54の底面上に載置したキャリア53に設けたシャフト52に回転自在に支持させた複数の遊星ギヤ49に噛み合っている。遊星ギヤ49の上部は、ねじ軸受31(後述する)の上部に固定した円筒部材39の上部に取り付けた環状のリングギヤ(内歯固定ギヤ)50に噛み合い、遊星ギヤ49の下部は、環状の出力ギヤ54の内歯ギヤ51に噛み合っている。リングギヤ50の歯数と出力ギヤ54の内歯ギヤ51の歯数とは僅かに異なる歯数としてあり、これにより太陽ギヤ48aの回転数が大きな減速比で減速されて出力ギヤ54に伝達される。なお、これらの歯車機構(太陽ギヤ48a、遊星ギヤ49、リングギヤ50および出力ギヤ54)は、前述したステッピングモータ41の回転を減速する減速機構(不思議遊星歯車減速機構)55を構成するものである。
【0049】
接続部材21の上部には、円筒状のねじ軸受31を、拡径部24の下端に突き当てるようにして拡径部24に圧入(ねじ軸受31によって筒状部22が拡径方向へ押圧される状態でねじ軸受31を筒状部22に挿入)することにより固定する。ねじ軸受31は、肉厚の大きな円筒状部材で、このような剛性部品を圧入することで比較的肉厚の小さな接続部材21の強度を高め、径方向の変形を抑制することが可能となる。
【0050】
したがって本実施形態によれば、弁使用時の圧力変動等により接続部材21が径方向に変形してシール部材30の圧縮率が変化し、シール性が低下するような事態が生じることを防ぐことが出来る。さらに、接続部材21(フランジ部23)にはキャン40が接合されているが、筒状部22の径変化によってフランジ部23の径が変化し、キャン40の内径が変わってキャン40の内周面にロータ43が擦れて回転を阻害するような事態が生じることを防ぐことも可能となる。
【0051】
出力ギヤ54は、ねじ軸受31の上面に摺動可能に接触している。また、出力ギヤ54の底部中央には段付き円筒状の出力軸38の上部を圧入し、出力軸38の下部はねじ軸受31の上面中心部に形成した嵌挿穴31aに回転自在に挿入する。また、出力軸38の上部には、シャフト44の下端部を相対回転自在に嵌め込んである。
【0052】
ねじ軸受31の中心部下部には雌ねじ部31bを形成し、この雌ねじ部31bにねじ駆動部材32の外周面に形成した雄ねじ部32bが螺合している。これらねじ軸受31(雌ねじ部31b)とねじ駆動部材32(雄ねじ部32b)は、減速機構55を介してステッピングモータ41から供給される回転運動を上下方向への直線運動に変換して弁体17に伝達する伝達機構(送りねじ機構)33を構成するものである。
【0053】
ここで、出力ギヤ54は上下方向の一定位置で上下動せずに回転運動しており、出力ギヤ54に連結された出力軸38の下端部に設けたスリット状の嵌合溝38aにねじ駆動部材32の上端部に設けた平ドライバ形状の板状部32aを挿入して出力ギヤ54の回転運動をねじ駆動部材32側に伝達する。ねじ駆動部材32に設けた板状部32aが出力軸38の嵌合溝38a内で上下方向に摺動することにより、出力ギヤ54(ロータ43)が回転すれば出力ギヤ54は上下方向に移動しないにも拘らず、ねじ駆動部材32は前記送りねじ機構33によって上下方向に直線運動する。
【0054】
このねじ駆動部材32の直線運動は、ボール34aおよびボール受座34bからなるボール状継手35と、ばね受け部材36とを介して弁体17に伝達される。弁体17は、弁座14に接離する弁体本体部17aと、弁体本体部17aの上面中心部から上方に立ち上がる段付き円柱状の弁体支持部17bとからなり、ばね受け部材36の下面中心部に形成した嵌合穴(下面嵌合穴)36bに弁体支持部17bの上端部を嵌挿させてばね受け部材36と弁体17(弁体支持部17b)とを連結してある。また、ばね受け部材36の上面中心部にも嵌合穴(上面嵌合穴)36aを設け、この上面嵌合穴36aにボール受座34bを嵌め込んである。
【0055】
また、弁本体上面の接続開口19の底面には弁体ガイド部材18を固定し、これにより弁室13の上面を閉塞している。弁室13の上部に固定された弁体ガイド部材18には、その中心部に、弁体支持部17bを上下摺動可能に貫通させるとともに圧縮コイルばね37を設置する段付き貫通孔を形成してある。そして当該貫通孔上部の段部と、前記ばね受け部材36との間に圧縮コイルばね37を備える。この圧縮コイルばね37は、弁体17を開弁方向である上方に付勢するもので、開弁操作時に電動機41の駆動力に加えて当該コイルばね37の付勢力を弁体17に付与することによって、より確実に開弁動作を行わせることが可能となる。
【0056】
なお、本実施形態において、弁体17、弁座14、弁体ガイド部材18、接続部材21、ねじ軸受31、ねじ駆動部材32、出力軸38、シャフト44、ロータ43の各中心軸線は、上下方向に垂直に延びる電動弁11の軸線Aに一致する。
【0057】
本実施形態に係る電動弁11の動作について述べれば次のとおりである。
【0058】
図1に示す閉弁状態からロータ43が一方向に回転するようにステータ42(コイル46)に電流が供給されると、ロータ43の回転が送りねじ機構33によって直線運動に変換され、ねじ駆動部材32が上方へ引き上げられる。これに伴い、圧縮コイルばね37の付勢力によってボール状継手35を介しねじ駆動部材32の下面に押し付けられているばね受け部材36、並びにばね受け部材36に連結されている弁体支持部17bが上方に引き上げられて弁体本体部17aが弁座14から離れ、流入路15から流入した冷媒が弁室13を通って流出路16から流出する(図2参照)。なお、この開弁状態における冷媒の通過量(冷媒流量)は、ロータ43の回転量によって調整することが出来る。
【0059】
一方、この開弁状態から上記一方向とは逆方向にロータ43が回転するようにステータ42(コイル46)に電流が供給されると、ロータ43の回転が送りねじ機構33によって直線運動に変換され、ねじ駆動部材32が下方へ移動する。この下降動作に伴い、ボール状継手35、ばね受け部材36および弁体17は下方へ移動し、弁体本体部17aが弁座14に当接すると流入路15と流出路16と間の流路が遮断され、閉弁状態(図1参照)となる。
【0060】
〔第2実施形態〕
図5から図7を参照して本発明の第2の実施形態に係る電動弁について説明する。なお、前記第1実施形態の電動弁と同様の構成については同一の符号を付して重複した説明を省略し、相違点を中心に述べる。
【0061】
図5から図7に示すように本発明の第2の実施形態に係る電動弁61は、前記第1実施形態における接続部材21と弁体ガイド部材18を一体の部品(弁体ガイド部28を備えた接続部材21a)として構成した点が前記第1実施形態と異なる。
【0062】
具体的には、第1実施形態と同様に接続部材21aの全体的な形状をプレス加工により成形した後に必要な切削加工を施すことにより作製するが、図6に示すようにプレス加工で成形した円筒部材20aは、第1実施形態と同様の筒状部22とフランジ部23に加えて、筒状部22の下端から下方に延びる縮径部26と、縮径部26の下端から下方に延びる弁体ガイド部28とを備えている。
【0063】
また、縮径部26は筒状部22より径が小さく、このため、筒状部22と縮径部26との間に段差部27が形成される。この段差部27は、第1実施形態における筒状部22の下端と同様に、接続開口19の内周面に形成された段部19bに突き当てることでシール部材30の上下方向の圧縮率を適正値に設定する機能を果たす。なお、当該段差部27は、段部19bに突き当てられる下面を平坦にする加工を次に述べる切削加工時に行う(図7参照)。また弁体ガイド部28は、前記弁体ガイド部材18(図1参照)と同様に、弁体17(弁体支持部17b)を上下動可能に支持する機能を果たす。
【0064】
円筒部材20aを成形した後には、図7に示すように筒状部22の上端部に拡径部24を、また、筒状部22の下端部外周面に雄ねじ25をそれぞれ切削加工により形成する。これら拡径部24および雄ねじ25は、第1実施形態と同様の機能を有する。さらに本実施形態では、圧縮コイルばね37を受けることが出来るように、弁体ガイド部28の上端(縮径部26と弁体ガイド部28の境界部)に平坦なばね受け面29を切削加工により形成する。
【0065】
本実施形態によれば、弁体ガイド部材18を接続部材21aの下端に成形した弁体ガイド部26として接続部材21aと一体に成形することが出来るから、第1実施形態と比べて部品点数と製造時の工数をさらに削減することが可能となる。
【0066】
〔第3実施形態〕
図8から図10を参照して本発明の第3の実施形態に係る電動弁について説明する。なお、前記第1実施形態および第2実施形態の電動弁と同様の構成については同一の符号を付して重複した説明を省略し、相違点を中心に述べる
【0067】
図8から図10に示すように本実施形態の電動弁62は、第1実施形態と同様に電動機(ステッピングモータ)41によって弁体17aを上下動させて冷媒の流量を調整するものであるが、軸線Aに沿ってロータ43の内部から弁室13まで上下方向に延びて下端に弁体17aを有する棒状の弁軸63を備え、減速機構(不思議遊星歯車減速機構)を介さずに弁体17a(弁軸63)がロータ43に接続された構造を有する。
【0068】
より詳しくは、弁軸63は、円柱状の胴部63aと、胴部63aの上端部に胴部63aに連続して同軸状に形成した外径が小さな上部小径部63bとを有する。また、弁軸63(胴部63a)の下端には、弁体17aを一体に備えている。ロータ43は、キャン40の内側に回転可能で且つ上下方向へ移動可能に配置され、下端に弁体17aを備えた弁軸63とロータ43とが一体に上下方向へ移動することにより弁が開閉される。
【0069】
ロータ43の内側には、弁軸ホルダ64を備える。弁軸ホルダ64は上端が塞がれた円筒状の形状を有し、弁軸ホルダ64の上端部に支持リング65をかしめにより固定してある。また、支持リング65を介してロータ43と弁軸ホルダ64とが一体に結合されている。弁軸ホルダ64の内周面には、雌ねじ部64aを形成する。この雌ねじ部64aは、後述するガイドブッシュ68の雄ねじ部68cと螺合して電動機41の回転を直線運動に変換して弁軸63に伝達する伝達機構(送りねじ機構)を構成する。
【0070】
弁軸63の上部小径部63bは弁軸ホルダ64を貫通し、上部小径部63bの上端部には抜け止めとなるプッシュナット66が取り付けられている。弁軸63は、弁軸ホルダ64と、弁軸63における胴部63aと上部小径部63bの間の段部との間に備えた圧縮コイルばね67によって下方に向け付勢されている。したがって、弁軸63は、これらプッシュナット66と圧縮コイルばね67によって弁軸ホルダ64に対する上下方向への相対移動が規制され、弁軸ホルダ64と一緒に上下動する。
【0071】
接続部材21bは、前記第1実施形態および第2実施形態と同様に全体的な形状をプレス加工により成形した後に必要な切削加工を施すことにより作製する。図9に示すようにプレス加工で成形した円筒部材20bは、第1実施形態と同様の筒状部22とフランジ部23を備え、第2実施形態と同様に弁体ガイド部28とを備えている。なお、弁体ガイド部28は、筒状部22の下部に形成され、弁軸63を上下動可能に支持する。また弁体ガイド部28は、筒状部22より径が小さく、筒状部22と弁体ガイド部28との間には段差部27が形成され、この段差部27を接続開口19の段部19bに突き当てることが可能である。また本実施形態によれば、弁体ガイド部28を接続部材21bに一体に備えるから、第1実施形態と比べて部品点数と製造時の工数を削減することが出来る。
【0072】
円筒部材20bを成形した後には、図10に示すように筒状部22の上端部の内側に拡径部24を、また、筒状部22の下端部外周面に雄ねじ25をそれぞれ切削加工により形成する。これら拡径部24および雄ねじ25は、第1実施形態および第2実施形態と同様の機能を有する。
【0073】
接続部材21bの拡径部24には、本発明に言う剛性部品としてガイドブッシュ68を圧入して固定する。このガイドブッシュ68は、外径が大きい大径円筒部68aと、大径円筒部68aの上部に当該大径円筒部68aに連続して同軸状に形成した外径が小さい小径円筒部68bとを有する。小径円筒部68bの外周面には、弁軸ホルダ64の前記雌ねじ部64aと螺合する雄ねじ部68cを形成してある。
【0074】
また、弁軸ホルダ64には上ストッパ体69を備える一方、ガイドブッシュ68の大径円筒部68aには下ストッパ体70を備える。これらのストッパ体69,70は、弁軸ホルダ64の下限位置を決定するもので、弁軸ホルダ64が回転することにより下降して下限位置に至ると、上ストッパ体69が下ストッパ体70に当接して弁軸ホルダ64のさらなる回転が規制される。
【0075】
さらに本実施形態では、弁本体12が、内部に弁室13を有し接続部材21bがねじ込まれて固定される本体部12aと、内部に流入路および流出路を備えて本体部12aがねじ込まれて固定される流路ブロック(図示せず)とからなる。なお、弁室13に連通するように本体部12aに備えられた流入孔15aと流出孔16aは、本体部12aが流路ブロックにねじ込まれるとそれぞれ流路ブロックの流入路と流出路に連通する。シール部材30は、第1実施形態および第2実施形態と同様の構造と機能を有する。
【0076】
本実施形態に係る電動弁62の動作を述べれば次のとおりである。
【0077】
図8に示す閉弁状態からロータ43が一方向に回転するようにステータ42(コイル46)に電流が供給されると、ロータ43に結合された弁軸ホルダ64がロータ43とともに回転する。弁軸ホルダ64の内周面には、ガイドブッシュ68の小径円筒部68bの外周面に形成した雄ねじ部68cと螺合する雌ねじ部64aを形成してあるから、これら雄ねじ部68cと雌ねじ部64aの相互作用によりロータ43(弁軸ホルダ64)の回転が上下方向の直線運動に変換されて弁軸ホルダ64は上方へ移動することとなり、弁軸ホルダ64に結合されたロータ43、並びに、弁軸ホルダ64との間の相対移動を規制された弁軸63も、弁軸ホルダ64と一緒に上方へ移動する。弁軸63の上方への移動に伴い、弁軸63の下端に備えられた弁体17aは、弁座14から離れ、流入路から流入した冷媒が弁室13を通って流出路から流出するようになる。なお、冷媒の通過量(冷媒流量)は、ロータ43の回転量によって調整することが出来る。
【0078】
一方、この開弁状態から上記一方向とは逆方向にロータ43が回転するようにステータ42(コイル46)に電流が供給されると、上記雌ねじ部64aと雄ねじ部68cの相互作用によってロータ43(弁軸ホルダ64)の回転が上下方向の直線運動に変換され、弁軸ホルダ64がロータ43および弁軸63とともに下方へ移動する。これにより弁体17aが弁座14に向け下降し、弁体17aが弁座14に当接すると図8に示す閉弁状態となる。
【符号の説明】
【0079】
A 軸線(中心軸線)
11,61,62,71,81 電動弁
12 弁本体
12a 弁本体の本体部
13 弁室
14 弁座
15 流入路
15a 流入孔
16 流出路
16a 流出孔
17,17a 弁体
17b 弁体支持部
18 弁体ガイド部材
19 接続開口
19a 雌ねじ
19b 段部
20,20a,20b 円筒部材
21,21a,21b,72 接続部材
22 筒状部
22a 挿入部
22b 突出部
23 フランジ部(鍔部)
24 拡径部
25 雄ねじ
26 縮径部
27 段差部
28 弁体ガイド部
29 ばね受け面
30 シール部材
30a 凸部
31 ねじ軸受
31a 嵌挿穴
31b 雌ねじ部
32 ねじ駆動部材
32a 板状部
32b 雄ねじ部
33 伝達機構(送りねじ機構)
34a ボール
34b ボール受座
35 ボール状継手
36 ばね受け部材
37,67 圧縮コイルばね
38 出力軸
38a 嵌合溝
39 円筒部材
40 キャン(密封容器)
41 電動機(ステッピングモータ)
42 ステータ
43 ロータ
43a ロータ部材
44 ヨーク
45 ボビン
46 コイル
47 支持部材
48 太陽ギヤ部材
48a 太陽ギヤ
49 遊星ギヤ
50 リングギヤ(内歯固定ギヤ)
51 内歯ギヤ
52 シャフト
53 キャリア
54 出力ギヤ
55 減速機構(不思議遊星歯車減速機構)
56 樹脂モールドカバー(ステータのハウジング)
56a 円筒状脚部
63 弁軸
63a 胴部
63b 上部小径部
64 弁軸ホルダ
64a 雌ねじ部
65 支持リング
66 プッシュナット
68 ガイドブッシュ
68a 大径円筒部
68b 小径円筒部
68c 雄ねじ部
69 上ストッパ体
70 下ストッパ体
73 第1シール部材
74 第2シール部材
75 ベース部材
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12