特開 2024-164551 バルブアクチュエータおよび電動弁

(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】P2024164551

(43)【公開日】2024-11-27

(54)【発明の名称】バルブアクチュエータおよび電動弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/04 20060101AFI20241120BHJP

   H02K 11/33 20160101ALI20241120BHJP

   H02K 11/21 20160101ALI20241120BHJP

【ＦＩ】

F16K31/04 A

H02K11/33

H02K11/21

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023080115

(22)【出願日】2023-05-15

(71)【出願人】

【識別番号】000143949

【氏名又は名称】株式会社鷺宮製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100134832

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧野 文雄

(74)【代理人】

【識別番号】100165308

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 俊明

(74)【代理人】

【識別番号】100115048

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 康弘

(72)【発明者】

【氏名】星野 和正

(72)【発明者】

【氏名】米沢 蕉真

【テーマコード（参考）】

3H062

5H611

【Ｆターム（参考）】

3H062AA07

3H062AA15

3H062BB30

3H062CC01

3H062DD01

3H062EE07

3H062FF01

5H611BB01

5H611QQ03

5H611TT01

5H611UA01

5H611UA08

(57)【要約】

【課題】機器の外形寸法の小型化による省スペース化を実現することができるバルブアクチュエータおよび電動弁を提供する。
【解決手段】電動弁１の弁体３を開閉動作させるためのバルブアクチュエータ５であって、電動モータ５４と、電動モータ５４の回転を弁体３に伝達する出力軸５６と、電動モータ５４の回転を制御するための回路基板５８と、電動モータ５４が取り付けられる取付板５３と、を備え、回路基板５８は、複数枚の第１基板６０および第２基板７０で構成され、出力軸５６の軸線方向に積層されて取付板５３に取り付けられている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電動弁の弁体を開閉動作させるためのバルブアクチュエータであって、
電動モータと、
前記電動モータの回転を前記弁体に伝達する出力軸と、
前記電動モータの回転を制御するための回路基板と、
前記電動モータが取り付けられる取付板と、を備え、
前記回路基板は、複数枚で構成され、前記出力軸の軸線方向に積層されて前記取付板に取り付けられていることを特徴とするバルブアクチュエータ。

【請求項2】

前記複数枚の回路基板のうち前記取付板に近い第１基板は、その外縁の一部が切り欠かれた第１切欠き部を有し、前記電動モータが前記第１切欠き部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のバルブアクチュエータ。

【請求項3】

前記出力軸の回転角度を検出する回転角度検出機構をさらに備え、
前記複数枚の回路基板のうち前記取付板から遠い第２基板は、その外縁の一部が切り欠かれた第２切欠き部を有し、前記回転角度検出機構の一部が前記第２切欠き部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のバルブアクチュエータ。

【請求項4】

前記複数枚の回路基板は、各々の外縁の少なくとも一部に円弧部を有していることを特徴とする請求項１に記載のバルブアクチュエータ。

【請求項5】

前記複数枚の回路基板は、電子部品が実装されたプリント基板であることを特徴とする請求項１に記載のバルブアクチュエータ。

【請求項6】

前記電動モータと、前記出力軸の一部と、前記複数の回路基板と、前記取付板と、を収容するケースをさらに備え、
前記複数枚の回路基板は、前記ケースの側壁に支持されていることを特徴とする請求項１に記載のバルブアクチュエータ。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか一項に記載のバルブアクチュエータを備えることを特徴とする電動弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バルブアクチュエータおよび電動弁に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電動弁の弁体を開閉動作させるための駆動部としてバルブアクチュエータが利用されている。バルブアクチュエータ（ギヤードモータ）としては、駆動源であるモータと、モータの駆動力を出力軸に伝達する複数のギア（歯車輪列）と、出力軸の回転角度を検出する検出手段（ポテンショメータ）と、モータの回転を制御するための回路基板（リジッド基板）と、を有したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－２３７６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来のギヤードモータは、回路基板が一枚で構成されているため、基板の占める面積が大きくなり、基板を収容するケースが大型化するという問題があった。

【0005】

本発明の目的は、機器の外形寸法の小型化による省スペース化を実現することができるバルブアクチュエータおよび電動弁を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のバルブアクチュエータは、電動弁の弁体を開閉動作させるためのバルブアクチュエータであって、電動モータと、前記電動モータの回転を前記弁体に伝達する出力軸と、前記電動モータの回転を制御するための回路基板と、前記電動モータが取り付けられる取付板と、を備え、前記回路基板は、複数枚で構成され、前記出力軸の軸線方向に積層されて前記取付板に取り付けられていることを特徴とする。

【0007】

このような本発明によれば、回路基板が複数枚で構成され、出力軸の軸線方向に積層されて取付板に取り付けられていることで、軸線方向から見たときの回路基板の占める面積を小さくすることができ、基板等を収容するケースの大型化を回避できることができる。

【0008】

この際、本発明のバルブアクチュエータでは、前記複数枚の回路基板のうち前記取付板に近い第１基板は、その外縁の一部が切り欠かれた第１切欠き部を有し、前記電動モータが前記第１切欠き部に配置されていることが好ましい。このような構成によれば、第１基板の第１切欠き部に電動モータを配置することで、第１基板および電動モータを軸線方向から見たときの占める面積を小さくすることができる。

【0009】

さらに、本発明のバルブアクチュエータは、前記出力軸の回転角度を検出する回転角度検出機構をさらに備え、前記複数枚の回路基板のうち前記取付板から遠い第２基板は、その外縁の一部が切り欠かれた第２切欠き部を有し、前記回転角度検出機構の一部が前記第２切欠き部に配置されていることが好ましい。このような構成によれば、第２基板の第２切欠き部に回転角度検出機構の一部を配置することで、第２基板および回転角度検出機構を軸線方向から見たときの占める面積を小さくすることができる。

【0010】

また、本発明のバルブアクチュエータでは、前記複数枚の回路基板は、各々の外縁の少なくとも一部に円弧部を有していることが好ましい。このような構成によれば、複数枚の回路基板の外縁の一部に円弧部が設けられていることで、軸線方向から見た面積を小さくすることができる。

【0011】

さらに、本発明のバルブアクチュエータでは、前記複数枚の回路基板は、電子部品が実装されたプリント基板であることが好ましい。このような構成によれば、回路基板がプリント基板であることで、基板の小型化を図ることができる。

【0012】

さらに、本発明のバルブアクチュエータは、前記電動モータと、前記出力軸の一部と、前記複数の回路基板と、前記取付板と、を収容するケースをさらに備え、前記複数枚の回路基板は、前記ケースの側壁に支持されていることが好ましい。このような構成によれば、複数枚の回路基板がケースの側壁に支持されていることで、ケースの外形寸法を小型化することができる。

【0013】

本発明の電動弁は、前記いずれかのバルブアクチュエータを備えることを特徴とする。このような電動弁によれば、バルブアクチュエータが小型化されていることで、電動弁の設置場所の省スペース化を図ることができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明のバルブアクチュエータおよび電動弁によれば、機器の小型化による省スペース化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態に係る電動弁を示す部分断面図である。

【図2】前記電動弁に設けられるバルブアクチュエータを示す分解斜視図である。

【図3】前記バルブアクチュエータの一部を示す断面図である。

【図4】（Ａ）～（Ｃ）はそれぞれ前記バルブアクチュエータの内部を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態の電動弁１は、弁本体としての弁ハウジング２と、弁ハウジング２内部に回転可能に設けられた弁体３と、弁体３に固定されて弁ハウジング２を上方に貫通する駆動軸４と、弁ハウジング２の上部に固定されたバルブアクチュエータ５と、を備えている。

【0017】

弁ハウジング２は、軸線Ｘ方向に延びる円筒状で弁体３を収容する第１筒部２１と、第１筒部２１から軸線Ｘと直交する軸線Ｚ方向に延びる第２筒部２２と、第１筒部２１の上流側（図１の左側）に延びて上流側の配管（不図示）が接続される継手部２３と、第１筒部２１の下流側（図１の右側）に固定されて下流側の配管（不図示）が接続される継手部材２４と、を有している。また、第１筒部２１と継手部２３との間には、弁体３と弁ハウジング２との間をシールするシール部材２５が設けられ、第１筒部２１と継手部材２４との間には、弁体３と弁ハウジング２との間をシールするシール部材２６が設けられている。

【0018】

弁体３は、全体球状に形成されたボールバルブであって、一方の側面に開口した第１開口３１と、他方の側面に開口して第１開口３１に連通する第２開口３２と、を有し、弁体３の上部に駆動軸４が固定されている。駆動軸４は、弁ハウジング２の第２筒部２２に挿通され、軸線Ｚ回りに回転可能に支持されるとともに、後述するバルブアクチュエータ５の出力軸５６に接続されている。弁体３は、出力軸５６および駆動軸４の回転に伴って軸線Ｚ回りに回転し、図１に示すように、第１開口３１が継手部２３内部に連通し、第２開口３２が継手部材２４内部に連通した弁開状態となる。この弁開状態から弁体３が軸線Ｚ回りに９０°回転し、第１開口３１および第２開口３２が図１の紙面前後方向に位置することで、継手部２３内部と継手部材２４内部とが非連通な弁閉状態となる。

【0019】

次に、図２～４に示すように、本実施形態のバルブアクチュエータ５は、上方に開口した有底状のケース５１と、ケース５１の開口を閉じて部品収容空間を形成するカバー５２と、ケース５１に固定される取付板５３と、取付板５３に取り付けられる電動モータ５４と、電動モータ５４に接続される歯車列５５と、歯車列５５に接続されるとともにケース５１から下方に突出する出力軸５６と、出力軸５６の回転角度を検出する回転角度検出機構５７と、電動モータ５４の回転を制御するための回路基板５８と、を備えて構成されている。

【0020】

ケース５１は、底壁５１Ａと、底壁５１Ａの周縁から立ち上がる側壁５１Ｂと、底壁５１Ａおよび側壁５１Ｂが側方に突出した突出部５１Ｃと、を有し、突出部５１Ｃの先端には、電線を導入するための導入孔５１Ｄが設けられている。カバー５２は、上壁５２Ａと、上壁５２Ａの周縁から立ち下がる側壁５２Ｂと、上壁５２Ａおよび側壁５２Ｂが側方に突出した突出部５２Ｃと、を有して形成されている。ケース５１およびカバー５２は、互いの側壁５１Ａ，５２Ｂおよび突出部５１Ｃ，５２Ｃの端縁同士を当接させた状態でねじ止め固定されることで、その内部に部品収容空間が形成される。

【0021】

取付板５３は、金属板材であって、ケース５１の側壁５１Ｂの内周に沿って設けられ、側壁５１Ｂの内周から内側に突出した固定部にねじ止め固定されている。この取付板５３の上面には、後述する第１基板６０と所定の隙間を確保するための複数のスペーサ５３Ａが固定されている。電動モータ５４は、取付板５３の上面に固定され、電動モータ５４のピニオンギア５４Ａが取付板５３を貫通して、ケース５１内に突出して設けられている。

【0022】

図３に示すように、歯車列５５は、第１ギア５５Ａ、第２ギア５５Ｂ、第３ギア５５Ｃ、および第４ギア５５Ｄからなる減速輪列であり、電動モータ５４の回転を減速させつつ出力軸５６に伝達するものである。なお、図３は、歯車列５５の噛合を見やすく示した断面図であり、バルブアクチュエータ５を一平面で切断して見た断面図ではない。第１ギア５５Ａは、電動モータ５４のピニオンギア５４Ａに噛合するアイドルギアであり、ケース５１の底壁５１Ａと取付板５３との間に設けられた軸５５Ｆに回転可能かつ上下移動自在に設けられている。そして、第１ギア５５Ａは、ケース５１の底壁５１Ａに設けられたクラッチボタン５５Ｅによって押し上げられることで、第２ギア５５Ｂとの噛合が解除され、不図示の手動操作機構により、手動で弁体３の開閉操作ができるようになっている。なお、クラッチボタン５５Ｅへの押し上げ力を解除すると、第１ギア５５Ａと取付板５３との間に設けられた不図示の圧縮ばねの付勢力により、第１ギア５５Ａと第２ギア５５Ｂとの噛合が自動復帰される。

【0023】

第２ギア５５Ｂは、ケース５１の底壁５１Ａと取付板５３との間に設けられた軸５５Ｇに回転可能に支持され、第１ギア５５Ａに噛合することで第１ギア５５Ａの回転に伴って回転する。第３ギア５５Ｃは、出力軸５６の中間部に回転可能に支持され、第２ギア５５Ｂのピニオンに噛合することで第２ギア５５Ｂの回転に伴って回転する。第４ギア５５Ｄは、軸５５Ｇに回転可能に支持され、第３ギア５５Ｃのピニオンに噛合することで第３ギア５５Ｃの回転に伴って回転する。この第４ギア５５Ｄのピニオンに出力軸５６の出力ギア５６Ｂが噛合していることで、第４ギア５５Ｄの回転に伴って出力ギア５６Ｂが固定された出力軸５６が回転する。

【0024】

出力軸５６は、ケース５１の底壁５１Ａに設けられた軸受けに回転可能に支持されるとともに、上端側の小径部５６Ａが取付板５３に設けられた軸受けに回転可能に支持されている。出力軸５６の小径部５６Ａは、取付板５３を貫通して設けられているものの、第１基板６０の下面とは離隔して設けられている。出力軸５６は、ケース５１の底壁５１Ａから下方に突出して設けられ、電動弁１の駆動軸４に接続されている。

【0025】

回転角度検出機構５７は、出力ギア５６Ｂに噛合して出力ギア５６Ｂの回転角度を伝達する角度伝達ギア５７Ａと、角度伝達ギア５７Ａに固定されるとともにケース５１の底壁５１Ａに回転可能に支持された角度伝達軸５７Ｂと、中間ギア５７Ｃと、ポテンショギア５７Ｄと、ポテンショメータ５７Ｅと、カム５７Ｆと、マイクロスイッチ５７Ｇと、を備える。角度伝達軸５７Ｂは、取付板５３および第１基板６０を貫通して設けられ、第１基板６０よりも上側に中間ギア５７Ｃが固定されている。中間ギア５７Ｃには、ポテンショギア５７Ｄが噛合し、ポテンショメータ５７Ｅによって出力軸５６の回転角度が検出される。また、角度伝達軸５７Ｂの上端側には、カム５７Ｆが固定され、カム５７Ｆの回転によってマイクロスイッチ５７ＧのＯＮ／ＯＦＦが切り替えられるようになっている。

【0026】

回路基板５８は、取付板５３に近い第１基板６０と、第１基板６０よりも取付板５３から遠い第２基板７０と、の２枚で構成され、これらが出力軸５６の軸線方向に積層されて取付板５３に取り付けられている。第１基板６０は、スペーサ５３Ａを介して取付板５３の上面に対向して固定されている。第１基板６０は、複数の電子部品が実装されたプリント基板６１であり、その外縁には、ケース５１の側壁５１Ｂの内周面に沿った円弧部６２と、外縁の一部が切り欠かれた第１切欠き部６３と、を有して形成されている。第１基板６０は、出力軸５６の軸線方向において電動モータ５４の高さの範囲内に配置され、第１切欠き部６３に電動モータ５４が入り込むようにして配置されている。

【0027】

第１基板６０には、オペアンプＩＣ６５や端子台６６等の電子部品が実装され、端子台６６に後述する第２基板７０からの信号線が接続されるとともに、オペアンプＩＣ６５によって電動モータ５４の回転を制御するように構成されている。すなわち、第１基板６０は、電動モータ５４の回転を制御する制御系基板である。

【0028】

第２基板７０は、スペーサ７４を介して第１基板６０の上方に対向して固定されている。第２基板７０は、複数の電子部品が実装されたプリント基板７１であり、その外縁には、カバー５２の側壁５２Ｂの内周面に沿った円弧部７２と、外縁の一部が切り欠かれた第２切欠き部７３と、を有して形成されている。第２基板７０は、出力軸５６の軸線方向において電動モータ５４の上側を覆って配置され、第２切欠き部７３に回転角度検出機構５７の一部が入り込むようにして配置されている。

【0029】

第２基板７０には、複数の端子台７５やトランジスタ７６、トライアック７７、コンデンサ７８等の電子部品が実装され、端子台７５のいずれかに導入孔５１Ｄから導入された電線が接続され、他の端子台７５を介して第１基板６０や電動モータ５４と信号線や電力線が接続されている。このような第２基板６０は、第１基板６０や電動モータ５４に信号や電力を供給するパワー系基板である。また、第２基板６０には、回転角度検出機構５７のポテンショメータ５７Ｅが取り付けられている。また、第１基板６０および第２基板７０は、第２基板７０、スペーサ７４、第１基板６０、スペーサ５３Ａおよび取付板５３を貫通するねじ７９によって、側壁５１Ｂの固定部にねじ止め固定されている。

【0030】

以上のような本実施形態によれば、回路基板５８が２枚の第１基板６０および第２基板７０で構成され、出力軸５６の軸線方向に積層されて取付板５３に取り付けられていることで、軸線方向から見たときの回路基板５８の占める面積を小さくすることができる。このため、基板等を収容するケース５１およびカバー５２の大型化を回避できることができるので、電動弁１の設置の省スペース化を実現できる。

【0031】

また、回路基板５８のうち第１基板６０は、その外縁の一部が切り欠かれた第１切欠き部６３を有し、電動モータ５４が第１切欠き部６３に配置されていることで、第１基板６０および電動モータ５４を軸線方向から見たときの占める面積を小さくすることができる。

【0032】

さらに、回路基板５８のうち第２基板７０は、その外縁の一部が切り欠かれた第２切欠き部７３を有し、回転角度検出機構５７のカム５７Ｆやマイクロスイッチ５７Ｇが第２切欠き部７３に配置されていることで、第２基板７０および回転角度検出機構５７を軸線方向から見たときの占める面積を小さくすることができる。

【0033】

また、回路基板５８の第１基板６０および第２基板７０は、各々の外縁の少なくとも一部に円弧部６２，７２を有していることで、軸線方向から見た面積を小さくすることができる。さらに、第１基板６０および第２基板７０は、電子部品が実装されたプリント基板６１，７１であることで、各基板の小型化を図ることができる。

【0034】

また、バルブアクチュエータ５がケース５１を備え、第１基板６０および第２基板７０がケース５１の側壁５１Ｂに支持されていることで、ケース５１の外形寸法を小型化することができる。

【0035】

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。

【0036】

前記実施形態では、電動弁１の駆動に用いられるバルブアクチュエータ５について説明したが、本発明のバルブアクチュエータは、前記実施形態のような弁体３としてのボールバルブを有した電動弁１に限らず、弁体が直動する形式の電動弁に採用することもできる。また、電動弁としては、弁体を弁開または弁閉のいずれかに切り替える形式のものに限らず、弁体によって弁口の開度を変動させる形式のものであってもよい。

【0037】

また、前記実施形態では、複数枚の回路基板５８として、第１基板６０および第２基板７０の２枚で構成された例を説明したが、これに限らず、回路基板が３枚以上で構成され、それらの回路基板が出力軸の軸線方向に積層されていてもよい。また、前記実施形態では、取付板５３に近い第１基板６０を制御系基板とし、取付板５３から遠い第２基板７０をパワー系基板としたが、これに限らず、第１基板６０をパワー系基板とし、第２基板７０を制御系基板としてもよい。

【0038】

その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

【符号の説明】

【0039】

１ 電動弁
３ 弁体
５ バルブアクチュエータ
５１ ケース
５２ カバー
５３ 取付板
５４ 電動モータ
５５ 歯車列
５６ 出力軸
５７ 回転角度検出機構
５８ 回路基板
６０ 第１基板
６１ プリント基板
６２ 円弧部
６３ 第１切欠き部
７０ 第２基板
７１ プリント基板
７２ 円弧部
７３ 第２切欠き部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】