(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-01-12
(45)【発行日】2024-01-22
(54)【発明の名称】電動弁
(51)【国際特許分類】
F16K 31/04 20060101AFI20240115BHJP
【FI】
F16K31/04 A
(21)【出願番号】P 2021153484
(22)【出願日】2021-09-21
【審査請求日】2022-06-17
(73)【特許権者】
【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】110002608
【氏名又は名称】弁理士法人オーパス国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】柳澤 秀
(72)【発明者】
【氏名】小城 力樹
【審査官】橋本 敏行
(56)【参考文献】
【文献】特開2015-094460(JP,A)
【文献】国際公開第2020/230382(WO,A1)
【文献】特開2007-046317(JP,A)
【文献】特開2018-126023(JP,A)
【文献】国際公開第2021/025023(WO,A1)
【文献】特開2019-206998(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F16H 1/28-1/48
48/00-48/42
F16K 31/00-31/05
31/44-31/62
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
弁口を有する弁本体と、前記弁口と向かい合って配置される弁体と、前記弁本体に対して回転可能に配置されるローターと、前記ローターに連結される遊星歯車装置と、前記遊星歯車装置に連結される駆動軸と、前記弁本体に固定される駆動軸支持部と、を有する電動弁であって、
前記遊星歯車装置が、太陽歯車と、前記太陽歯車と噛み合う遊星歯車と、前記遊星歯車を回転可能に支持する遊星キャリアと、前記遊星歯車と噛み合う
円筒形状の固定内歯車と、を有し、
前記駆動
軸が雄ねじを有し、
前記駆動軸支持部が前記雄ねじが螺合される雌ねじを有し、前記駆動軸が前記遊星歯車装置によって回転されると、前記駆動軸が前記弁口に近づく方向または前記弁口から離れる方向に移動し、
前記駆動軸支持部と前記固定内歯車とが、
円筒形状の連結部を介して同軸に結合され
、
前記駆動軸支持部と前記連結部とが、金属製であり、一体的に形成され、
前記固定内歯車が、合成樹脂製であり、
前記駆動軸支持部と前記連結部と前記固定内歯車とが、一体成形され、
前記連結部が貫通孔を有し、当該貫通孔に前記固定内歯車の一部が配置されていることを特徴とする電動弁。
【請求項2】
前記遊星歯車装置が、前記太陽歯車と前記遊星歯車と前記遊星キャリアとを1組とする歯車セットをN個(ただし、Nは2以上の自然数である。)有し、
前記ローターが、第1の前記歯車セットの前記太陽歯車と同軸に連結され、
第K(ただし、K=1、・・・、N-1である。)の前記歯車セットの前記遊星キャリアが、第K+1の前記歯車セットの前記太陽歯車と同軸に連結され、
第Nの前記歯車セットの前記遊星キャリアが前記駆動軸と同軸に連結され、
前記遊星歯車装置が、前記固定内歯車を1つのみ有し、
前記固定内歯車にN個の前記歯車セットのそれぞれの前記遊星歯車が噛み合う、請求項
1に記載の電動弁。
【請求項3】
前記連結部の下端部が、前記駆動軸支持部に連設され、
前記固定内歯車の下部が、前記連結部の内側に配置され、
前記固定内歯車の上部が、前記連結部の上端部から上方に突出しており、
前記N個の前記歯車セットの一部の前記歯車セットの前記遊星歯車が前記固定内歯車の下部と噛み合い、
前記N個の前記歯車セットの他の一部の前記歯車セットの前記遊星歯車が前記固定内歯車の上部と噛み合う、請求項2に記載の電動弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電動弁に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1は、従来の電動弁を開示している。特許文献1の電動弁は、弁口を有する弁本体と、弁口と向かい合って配置された弁体と、弁本体に接合されるキャンと、を有している。キャンの外側には、ステーターが配置される。キャンの内側には、ローターが配置される。また、電動弁は、ローターの回転を減速する遊星歯車装置と、遊星歯車装置に連結された駆動軸と、駆動軸支持部材と、を有している。
【0003】
遊星歯車装置は、ローターと連結された太陽歯車と、太陽歯車と噛み合う遊星歯車と、遊星歯車を回転可能に支持する遊星キャリアと、遊星歯車と噛み合う固定内歯車である固定歯車と、遊星歯車と噛み合う内歯車である出力歯車と、を有している。
【0004】
駆動軸は、出力歯車と連結されている。駆動軸には雄ねじが形成されている。駆動軸支持部材には、雌ねじが形成されている。駆動軸の雄ねじは、駆動軸支持部材の雌ねじに螺合される。遊星歯車装置によって駆動軸が回転されると、駆動軸はねじ送り作用によって弁口に近づく方向または弁口から離れる方向に移動する。駆動軸の移動に伴って弁体が移動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上述した電動弁では、固定歯車が円筒形状の歯車ケースを介して弁本体に結合されている。駆動軸支持部材は、弁本体に固定されている。固定歯車の中心軸と駆動軸支持部材の雌ねじの中心軸とは、互いに同軸に配置されている。しかしながら、部品精度または組立精度によっては、固定歯車の中心軸と駆動軸支持部材の雌ねじの中心軸とがずれてしまうことがあった。これにより、歯車や駆動軸などの回転部品に偏摩耗が生じて製品寿命が短くなることがあった。
【0007】
そこで、本発明は、回転部品の偏摩耗を抑制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】
【0008】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る電動弁は、弁口を有する弁本体と、前記弁口と向かい合って配置される弁体と、前記弁本体に対して回転可能に配置されるローターと、前記ローターに連結される遊星歯車装置と、前記遊星歯車装置に連結される駆動軸と、前記弁本体に固定される駆動軸支持部と、を有する電動弁であって、前記遊星歯車装置が、太陽歯車と、前記太陽歯車と噛み合う遊星歯車と、前記遊星歯車を回転可能に支持する遊星キャリアと、前記遊星歯車と噛み合う円筒形状の固定内歯車と、を有し、前記駆動軸が雄ねじを有し、前記駆動軸支持部が前記雄ねじが螺合される雌ねじを有し、前記駆動軸が前記遊星歯車装置によって回転されると、前記駆動軸が前記弁口に近づく方向または前記弁口から離れる方向に移動し、前記駆動軸支持部と前記固定内歯車とが、円筒形状の連結部を介して同軸に結合されていることを特徴とする。
【0009】
本発明において、前記駆動軸支持部が、金属製であり、前記連結部が、金属製であり、前記駆動軸支持部に溶接されている、ことが好ましい。
【0010】
本発明において、前記駆動軸支持部と前記連結部とが、金属製であり、一体的に形成されている。
【0011】
本発明において、前記固定内歯車が、合成樹脂製であり、前記駆動軸支持部と前記連結
部と前記固定内歯車とが、一体成形されている。前記連結部が貫通孔を有し、当該貫通孔に前記固定内歯車の一部が配置されている。
【0012】
上記目的を達成するために、本発明の他の一態様に係る電動弁は、弁口を有する弁本体と、前記弁口と向かい合って配置される弁体と、前記弁本体に対して回転可能に配置されるローターと、前記ローターに連結される遊星歯車装置と、前記遊星歯車装置に連結される駆動軸と、前記弁本体に固定される駆動軸支持部と、を有する電動弁であって、前記遊星歯車装置が、太陽歯車と、前記太陽歯車と噛み合う遊星歯車と、前記遊星歯車を回転可能に支持する遊星キャリアと、前記遊星歯車と噛み合う固定内歯車と、を有し、前記駆動軸および前記駆動軸支持部の一方が雄ねじを有し、他方が前記雄ねじが螺合される雌ねじを有し、前記駆動軸が前記遊星歯車装置によって回転されると、前記駆動軸が前記弁口に近づく方向または前記弁口から離れる方向に移動し、前記駆動軸支持部が、金属製であり、前記固定内歯車が、合成樹脂製であり、前記駆動軸支持部と前記固定内歯車とが、一体成形されていることを特徴とする。
【0013】
本発明において、前記遊星歯車装置が、前記太陽歯車と前記遊星歯車と前記遊星キャリアとを1組とする歯車セットをN個(ただし、Nは2以上の自然数である。)有し、前記ローターが、第1の前記歯車セットの前記太陽歯車と同軸に連結され、第K(ただし、K=1、・・・、N-1である。)の前記歯車セットの前記遊星キャリアが、第K+1の前記歯車セットの前記太陽歯車と同軸に連結され、第Nの前記歯車セットの前記遊星キャリアが前記駆動軸と同軸に連結され、前記遊星歯車装置が、前記固定内歯車を1つのみ有し、前記固定内歯車にN個の前記歯車セットのそれぞれの前記遊星歯車が噛み合う、ことが好ましい。
本発明において、前記連結部の下端部が、前記駆動軸支持部に連設され、前記固定内歯車の下部が、前記連結部の内側に配置され、前記固定内歯車の上部が、前記連結部の上端部から上方に突出しており、前記N個の前記歯車セットの一部の前記歯車セットの前記遊星歯車が前記固定内歯車の下部と噛み合い、前記N個の前記歯車セットの他の一部の前記歯車セットの前記遊星歯車が前記固定内歯車の上部と噛み合う、ことが好ましい。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、駆動軸支持部と固定内歯車とが、円筒形状の連結部を介して同軸に結合されている。または、金属製の駆動軸支持部と合成樹脂製の固定内歯車とが、一体成形されている。このようにしたことから、例えば、弁本体と固定内歯車とが円筒形状の連結部を介して結合されている構成に比べて、駆動軸支持部のねじ(雄ねじまたは雌ねじ)の中心軸と固定内歯車の中心軸とを高い精度で同軸に配置することができる。そのため、回転部品の偏摩耗を抑制できる。また、回転部品の偏心による回転伝達効率の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【
図1】本発明の第1実施例に係る電動弁の開弁状態を示す断面図である。
【
図2】
図1の電動弁の閉弁状態を示す断面図である。
【
図3】
図1の電動弁の一部を拡大した断面図である。
【
図4】
図1の電動弁の変形例である電動弁の開弁状態を示す断面図である。
【
図5】
図4の電動弁の閉弁状態を示す断面図である。
【
図6】
図4の電動弁の一部を拡大した断面図である。
【
図7】本発明の第2実施例に係る電動弁の開弁状態を示す断面図である。
【
図8】
図7の電動弁の閉弁状態を示す断面図である。
【
図9】
図7の電動弁の一部を拡大した断面図である。
【
図10】
図7の電動弁の変形例である電動弁の開弁状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
(第1実施例)
以下、本発明の第1実施例に係る電動弁について、
図1~
図6を参照して説明する。本実施例の電動弁1は、例えば、冷凍サイクル等において冷媒流量を調整するために使用される。
【0017】
図1、
図2は、本発明の第1実施例に係る電動弁の断面図である。
図1は、開弁状態の電動弁を示し、
図2は、閉弁状態の電動弁を示す。
図3は、
図1の電動弁の一部(主に弁体駆動部)を拡大した断面図である。
図4、
図5は、
図1の電動弁の変形例である電動弁の断面図である。
図4は、開弁状態の電動弁を示し、
図5は、閉弁状態の電動弁を示す。
図6は、
図4の電動弁の一部(主に弁体駆動部)を拡大した断面図である。
図3、
図6において、ステーターユニットの記載を省略している。
【0018】
図1、
図2に示すように、本実施例に係る電動弁1は、弁本体10と、スリーブ20と、キャン30と、弁体40と、弁体駆動部50と、ステーターユニット90と、を有している。
【0019】
弁本体10は、有底円筒形状を有している。弁本体10は、周壁部11と、底壁部12と、を有している。弁本体10は、その内側に弁室13を有している。底壁部12は、円形の弁口14を有している。弁口14は、弁室13に接続されている。周壁部11の内周面には、上方を向く円環形状の平面15が形成されている。周壁部11には、第1導管16が接合されている。第1導管16は、周壁部11を軸線Lと直交する方向に貫通している。第1導管16は、弁室13に接続されている。底壁部12には、第2導管17が接合されている。第2導管17は、弁口14に接続されている。弁本体10は、ステンレスや真ちゅうなどの金属製である。
【0020】
スリーブ20は、段付きの円筒形状を有している。スリーブ20は、下方から上方に向かって順に配置された第1円筒部21と、段部22と、第2円筒部23と、フランジ部24と、を有している。段部22およびフランジ部24は、円環平板形状を有している。第1円筒部21の外径は、第2円筒部23の内径より小さい。第1円筒部21の上端部は、段部22の内周縁に連設されている。第2円筒部23の下端部は、段部22の外周縁に連設されている。第2円筒部23の上端部は、フランジ部24の内周縁に連設されている。スリーブ20は、弁本体10の内側に配置される。第1円筒部21は、弁口14と上下方向(軸線L方向)に間隔をあけて配置されている。フランジ部24は、弁本体10の平面15と接している。
【0021】
キャン30は、上端部が塞がれかつ下端部が開口した円筒形状を有している。キャン30の下端部は、円環平板形状の接合部材35の外周縁に接合されている。接合部材35の内側には弁本体10の上部10a(すなわち周壁部11の上部)が配置されている。弁本体10は、接合部材35の内周縁に接合されている。
【0022】
弁体40は、ステム41と、弁部42と、ばね受け部43と、ボール受け部44と、を有している。ステム41は、円柱形状を有している。ステム41の外径は、スリーブ20の第1円筒部21の内径よりわずかに小さい。ステム41は、第1円筒部21の内側に配置される。ステム41は、第1円筒部21によって上下方向に移動可能に支持される。弁部42は、上方から下方に向かうにしたがって外径が徐々に小さくなる円錐台形状を有している。弁部42は、ステム41の下端部に連設されている。弁部42の最も大きい外径は、ステム41の外径より大きい。弁部42は、弁口14と上下方向に向かい合って配置されている。ばね受け部43は、円柱形状を有している。ばね受け部43の外径は、ステム41の外径と同じである。ばね受け部43は、ステム41の上端部に接合されている。ばね受け部43は、その外周面から径方向外方に突出する円環形状のフランジ部43aを有している。ボール受け部44は、円形の平板部44aと、平板部44aの下面に連設された凸部44bと、を有している。凸部44bは、ばね受け部43に形成された孔に嵌合されている。弁体40は、弁部42が弁口14に対して進退することにより、弁口14の開口面積を無段階に変更する。弁体40は、弁口14を閉じてもよい(すなわち、開口面積を0としてもよい)。
【0023】
弁体駆動部50は、弁体40を上下方向に移動させる。弁体駆動部50は、ローター51と、連結部材52と、ローター軸53と、軸受部材54と、支持部材60と、歯車機構70と、駆動軸80と、ボール85と、開弁ばね86と、を有している。
【0024】
ローター51は、円筒形状を有している。ローター51の外周面には、N極とS極とが周方向に交互に配置されている。ローター51の外径は、キャン30の内径より小さい。ローター51は、キャン30の内側に回転可能に配置されている。ローター51の上端部には、円板形状の連結部材52が同軸に接合されている。連結部材52は、合成樹脂製である。連結部材52は、ローター51の上端部を塞いでいる。連結部材52の中心をローター軸53が貫通している。軸受部材54は、ローター51の上方に配置されており、ローター軸53の上端部を回転可能に支持している。
【0025】
支持部材60は、駆動軸支持部61と、固定歯車62と、歯車ケース63と、を有している。固定歯車62は、ポリフェニレンサルファイド(PPS)やポリエーテルエーテルケトン(PEEK)などの合成樹脂製である。駆動軸支持部61および歯車ケース63は、真ちゅうやステンレスなどの金属製である。駆動軸支持部61と歯車ケース63とは、同一の金属製であることが好ましい。本実施例において、駆動軸支持部61と歯車ケース63とが、共に真ちゅう製である。駆動軸支持部61が合金製であり、歯車ケース63が、当該合金と主成分が同一でかつ成分または成分比率が異なる他の合金製であってもよい。
【0026】
駆動軸支持部61は、円筒形状を有している。駆動軸支持部61の上部61aの外径は、駆動軸支持部61の下部61bの外径より大きい。下部61bは、弁本体10の上部10aの内側に同軸に配置されている。下部61bは、弁本体10の上部10aに圧入されている。下部61bは、その下端面から上方に延びる縦孔と、その外周面に周方向に沿って形成され、縦孔の上端部が接続された環状溝と、を有している。環状溝は、弁本体10の上部10aに形成された横孔に接続されている。下部61bと弁本体10の平面15との間にスリーブ20のフランジ部24が保持される。駆動軸支持部61は、内周面61dの下部に雌ねじ61cが形成されている。駆動軸支持部61は、弁本体10の上部10aに溶接されていてもよい。
【0027】
固定歯車62は、円環形状を有している。固定歯車62は、内周面に歯が形成された固定内歯車である。
【0028】
歯車ケース63は、円筒形状を有している。歯車ケース63の下端部は、駆動軸支持部61の上部61aに溶接されている。歯車ケース63の上端部に、固定歯車62が固定されている。具体的には、固定歯車62は、歯車ケース63の上端部にかしめられている。固定歯車62は、歯車ケース63の上端部に接着剤で接着されていてもよい。駆動軸支持部61と固定歯車62とは、連結部である歯車ケース63を介して結合されている。駆動軸支持部61と固定歯車62と歯車ケース63とは、同軸に配置される。なお、歯車ケース63は、円筒形状に限らない。歯車ケース63は、駆動軸支持部61と固定歯車62とを同軸に連結する形状であればよい。
【0029】
歯車機構70は、固定歯車62とともに遊星歯車装置78を構成する。歯車機構70は、歯車セット71と、出力軸74と、を有している。電動弁1は、3K型の不思議遊星歯車機構を有している。
【0030】
歯車セット71は、太陽歯車71aと、複数の遊星歯車71bと、遊星キャリア71cと、出力歯車71dと、を有している。太陽歯車71aは、連結部材52の下面に同軸に連結されている。太陽歯車71aは、合成樹脂製であり、連結部材52と一体成形されている。遊星歯車71bは、太陽歯車71aおよび固定歯車62と噛み合う。遊星キャリア71cは、キャリア本体71c1と、複数の支持柱71c2と、複数の補助柱71c3と、連結板71c4と、を有している。キャリア本体71c1は、円板形状を有している。複数の支持柱71c2と複数の補助柱71c3とは、キャリア本体71c1の上面に周方向に交互に並んで立設されている。複数の支持柱71c2は、複数の遊星歯車71bを回転可能に支持している。連結板71c4は、円環平板形状を有している。連結板71c4は、複数の支持柱71c2の上端部と複数の補助柱71c3の上端部とを連結している。太陽歯車71aの中心およびキャリア本体71c1の中心をローター軸53が貫通している。出力歯車71dは、有底円筒形状を有している。出力歯車71dは、周壁部71d1と、周壁部71d1の下端部に連設された底壁部71d2と、を有している。出力歯車71dは、周壁部71d1の内周面に歯が形成された内歯車である。出力歯車71dは、複数の遊星歯車71bと噛み合う。
【0031】
出力軸74は、例えば、円柱形状の金属棒を切削加工することにより形成される。出力軸74は、第1部分75と、第2部分76と、を有している。第1部分75と第2部分76とは、上方から下方に順に連設されている。第1部分75は、出力歯車71dに連結されている。具体的には、第1部分75は、その外周面にローレット加工が施されており、出力歯車71dの底壁部71d2の中央に形成された孔に圧入されている。第2部分76は、円柱形状を有している。第2部分76の下部には、上下方向に延在するスリット77が形成されている。第2部分76の外径は、駆動軸支持部61の内径よりわずかに小さい。第2部分76は、駆動軸支持部61の内側に配置される。第2部分76は、駆動軸支持部61によって回転可能に支持されている。第1部分75から第2部分76まで延びる軸穴74aにローター軸53の下端部が配置されている。
【0032】
駆動軸80は、例えば、円柱形状の金属棒を切削加工することにより形成される。駆動軸80は、円柱部分81と、平板部分82と、を有している。円柱部分81と平板部分82とは、下方から上方に順に連設されている。円柱部分81の外周面には、雄ねじ81cが形成されている。雄ねじ81cは、駆動軸支持部61の雌ねじ61cに螺合される。なお、駆動軸支持部61が雄ねじを有し、駆動軸80が雌ねじを有していてもよい。平板部分82の厚さは、出力軸74のスリット77の幅よりわずかに小さい。平板部分82は、出力軸74のスリット77の内側に上下方向に移動可能に配置される。スリット77および平板部分82によって、出力軸74の回転を駆動軸80に伝達しつつ、出力軸74に対する駆動軸80の上下方向の移動が可能になる。駆動軸80が回転されると、雄ねじ81cと駆動軸支持部61の雌ねじ61cとのねじ送り作用により、駆動軸80が上下方向に移動する。なお、電動弁1において、歯車機構70、連結部材52およびローター51は上下方向に移動しない。
【0033】
ボール85は、円柱部分81の下端面に接合される。ボール85は、ボール受け部44の平板部44aと接している。
【0034】
開弁ばね86は、ばね受け部43のフランジ部43aとスリーブ20の段部22との間に配置されている。開弁ばね86は、圧縮コイルばねである。開弁ばね86は、弁体40(フランジ部43a)を上方に押している。
【0035】
ステーターユニット90は、ステーター91と、カバー92と、複数の取付部93と、を有している。ステーター91は、円筒形状を有している。カバー92は、キャップ形状を有している。カバー92の内側にステーター91が配置されている。ステーター91の内側にキャン30が配置される。ステーター91は、ローター51とともにステッピングモーターを構成する。複数の取付部93は、弾性変形可能な金属片である。複数の取付部93は、カバー92に接合されている。複数の取付部93は、キャン30に形成された複数の凸部32に対応している。複数の取付部93は、それぞれに対応する凸部32が嵌まる嵌合孔93aを有している。複数の取付部93の嵌合孔93aに複数の凸部32が嵌まることで、ステーターユニット90がキャン30に取り付けられる。
【0036】
電動弁1において、弁本体10(周壁部11、底壁部12、弁口14)、スリーブ20、キャン30、弁体40、ローター51、連結部材52、ローター軸53、支持部材60(駆動軸支持部61(雌ねじ61c)、固定歯車62、歯車ケース63)、太陽歯車71a、遊星キャリア71c、出力軸74および駆動軸80は、それぞれの中心軸が軸線L上で一致する。
【0037】
次に、電動弁1の動作について説明する。
【0038】
電動弁1において、ステーター91に電流を流して、ローター51を一方向に回転させる。ローター51の回転は、遊星歯車装置78で減速されて駆動軸80に伝達される。駆動軸80の雄ねじ81cと駆動軸支持部61の雌ねじ61cとのねじ送り作用により、駆動軸80が下方に移動する。駆動軸80によって弁体40が下方に押され、弁口14の開口面積が小さくなる。弁体40が弁口14を閉じると電動弁1は閉弁状態になる。
【0039】
電動弁1において、ステーター91に電流を流して、ローター51を他方向に回転させる。ローター51の回転は、遊星歯車装置78で減速されて駆動軸80に伝達される。駆動軸80の雄ねじ81cと駆動軸支持部61の雌ねじ61cとのねじ送り作用により、駆動軸80が上方に移動する。開弁ばね86によって弁体40が上方に押され、弁口14の開口面積が大きくなる。弁体40が弁口14を開くと電動弁1は開弁状態になる。
【0040】
次に、電動弁1の製造方法について説明する。
【0041】
弁本体10に、第1導管16および第2導管17をろう付けする。弁本体10の上部10aを接合部材35の内側に挿入し、上部10aを接合部材35の内周縁に溶接する。弁体40のステム41をスリーブ20の第1円筒部21および開弁ばね86に挿入する。ステム41にばね受け部43を接合し、ばね受け部43にボール受け部44を嵌合する。弁体40を組み付けたスリーブ20を弁本体10の内側に配置する。弁本体10の上部10aに駆動軸支持部61の下部61bを圧入し、弁本体10の平面15と駆動軸支持部61とによってスリーブ20のフランジ部24を保持する。駆動軸支持部61の上部61aに、歯車ケース63の下端部を溶接する。なお、駆動軸支持部61の上部61aに歯車ケース63の下端部を溶接した後に、弁本体10の上部10aに駆動軸支持部61の下部61bを圧入してもよい。
【0042】
駆動軸80の先端にボール85を接合する。駆動軸80の雄ねじ81cを駆動軸支持部61の雌ねじ61cに螺合させる。複数の遊星歯車71b、遊星キャリア71c、出力歯車71dおよび出力軸74を含む組付体を支持部材60の内側に配置する。そして、固定歯車62を歯車ケース63の上端部にかしめる。
【0043】
ローター軸53を、ローター51と接合された連結部材52、太陽歯車71aおよび遊星キャリア71cに通す。ローター軸53の下端部を出力軸74の軸穴74aに挿入する。ローター軸53の上端部を軸受部材54に挿入する。
【0044】
キャン30の内側に、弁本体10の上部10a、ローター51、連結部材52、ローター軸53、軸受部材54、支持部材60および歯車機構70を挿入する。キャン30の下端部を接合部材35の外周縁に溶接する。ステーターユニット90をキャン30に取り付ける。このようにして、電動弁1が完成する。
【0045】
本実施例の電動弁1は、弁口14を有する弁本体10と、弁口14と向かい合って配置される弁体40と、弁本体10に対して回転可能に配置されるローター51と、ローター51に連結される遊星歯車装置78と、遊星歯車装置78に連結される駆動軸80と、弁本体10に固定される駆動軸支持部61と、を有する。遊星歯車装置78が、太陽歯車71aと、太陽歯車71aと噛み合う複数の遊星歯車71bと、複数の遊星歯車71bを回転可能に支持する遊星キャリア71cと、複数の遊星歯車71bと噛み合う固定歯車62と、複数の遊星歯車71bと噛み合う出力歯車71dと、を有する。駆動軸80が雄ねじ81cを有する。駆動軸支持部61が、雄ねじ81cが螺合される雌ねじ61cを有する。駆動軸80が遊星歯車装置78によって回転されると、駆動軸80が下方(弁口14に近づく方向)または上方(弁口14から離れる方向)に移動する。そして、駆動軸支持部61と固定歯車62とが、円筒形状の歯車ケース63を介して同軸に結合されている。
【0046】
このようにしたことから、従来の電動弁のように弁本体10と固定歯車62とが円筒形状の歯車ケース63を介して結合されている構成に比べて、駆動軸支持部61の雌ねじ61cの中心軸と固定歯車62の中心軸とを高い精度で同軸に配置することができる。そのため、歯車などの回転部品の偏摩耗を抑制できる。また、回転部品の偏心による回転伝達効率の低下を抑制できる。
【0047】
また、駆動軸支持部61が、金属製である。歯車ケースが、金属製であり、駆動軸支持部61に溶接されている。このようにすることで、駆動軸支持部61および歯車ケース63が合成樹脂製である構成に比べて、駆動軸支持部61および歯車ケース63の寸法精度を高めることができる。そのため、駆動軸支持部61の雌ねじ61cの中心軸と固定歯車62の中心軸とをより高い精度で同軸に配置することができる。
【0048】
図4~
図6に、上述した電動弁1の変形例である電動弁1Aを示す。電動弁1Aは、支持部材60に代えて、当該支持部材60とは構成の異なる支持部材160を有すること以外は、電動弁1と同じ構成を有する。電動弁1Aの説明において、電動弁1と同じ構成には同じ符号を付して詳細説明を省略する。
【0049】
支持部材160は、駆動軸支持部161と、固定歯車62と、歯車ケース163と、を有している。
【0050】
駆動軸支持部161と歯車ケース163とは、一体的に形成されている。具体的には、例えば円柱形状の真ちゅう製のワークピースを切削加工することにより、駆動軸支持部161と歯車ケース163とが1つの部品として一体的に形成される。
【0051】
駆動軸支持部161は、円筒形状を有している。駆動軸支持部161の上部161aの外径は、駆動軸支持部161の下部161bの外径より大きい。下部161bは、弁本体10の上部10aの内側に同軸に配置されている。下部161bは、弁本体10の上部10aに圧入されている。下部161bは、その下端面から上方に延びる縦孔と、その外周面に周方向に沿って形成され、縦孔の上端部が接続された環状溝と、を有している。環状溝は、弁本体10の上部10aに形成された横孔に接続されている。下部161bと弁本体10の平面15との間にスリーブ20のフランジ部24が保持される。駆動軸支持部161は、内周面161dの下部に雌ねじ161cが形成されている。雌ねじ161cは、駆動軸80の雄ねじ81cと螺合される。
【0052】
歯車ケース163は、円筒形状を有している。歯車ケース163の下端部は、駆動軸支持部161の上部161aに同軸に連設されている。歯車ケース163の上端部に、固定歯車62が固定されている。具体的には、固定歯車62は、歯車ケース163の上端部にかしめられている。固定歯車62は、歯車ケース163の上端部に接着剤で接着されていてもよい。駆動軸支持部161と固定歯車62とは、連結部である歯車ケース163を介して結合されている。駆動軸支持部161と固定歯車62と歯車ケース163とは、同軸に配置される。なお、歯車ケース163は、円筒形状に限らない。歯車ケース163は、駆動軸支持部161と固定歯車62とを同軸に連結する形状であればよい。
【0053】
電動弁1Aにおいても、上述した電動弁1と同様の作用効果を奏する。
【0054】
また、駆動軸支持部161と歯車ケース163とが、金属製であり、一体的に形成されている。このようにすることで、駆動軸支持部161と歯車ケース163とが、1つの部品として形成されるため、駆動軸支持部161の雌ねじ161cの中心軸と固定歯車62の中心軸とをより高い精度で同軸に配置することができる。また、電動弁1Aの部品点数が少なくなり、電動弁1Aの組立性を向上させることができる。
【0055】
(第2実施例)
以下、本発明の第2実施例に係る電動弁について、
図7~
図12を参照して説明する。本実施例に係る電動弁2も、電動弁1と同様に、冷凍サイクル等において使用される。
【0056】
図7、
図8は、本発明の第2実施例に係る電動弁の断面図である。
図7は、開弁状態の電動弁を示し、
図8は、閉弁状態の電動弁を示す。
図9は、
図7の電動弁の一部(主に弁体駆動部)を拡大した断面図である。
図10、
図11は、
図7の電動弁の変形例である電動弁の断面図である。
図10は、開弁状態の電動弁を示し、
図11は、閉弁状態の電動弁を示す。
図12は、
図10の電動弁の一部(主に弁体駆動部)を拡大した断面図である。
図9、
図12において、ステーターユニットの記載を省略している。
【0057】
第2実施例に係る電動弁2は、(1)支持部材60に代えて、当該支持部材60とは構成の異なる支持部材260を有すること、および、(2)歯車機構70に代えて、当該歯車機構とは構成の異なる歯車機構270を有すること、以外は、電動弁1と同じ構成を有する。電動弁2の説明において、電動弁1と同じ構成には同じ符号を付して詳細説明を省略する。
【0058】
支持部材260は、合成樹脂製部品と金属製部品とを射出成形(インサート成形)によって一体的に形成した1つの部品である。支持部材260は、駆動軸支持部261と、固定歯車262と、連結部263と、を有している。固定歯車262は、ポリフェニレンサルファイド(PPS)やポリエーテルエーテルケトン(PEEK)などの合成樹脂製である。駆動軸支持部261と連結部263は、真ちゅうやステンレスなどの金属製である。
【0059】
駆動軸支持部261と連結部263とは、一体的に形成されている。具体的には、例えば円柱形状の真ちゅう製のワークピースを切削加工することにより、駆動軸支持部261と連結部263とが1つの部品として一体的に形成される。
【0060】
駆動軸支持部261は、円筒形状を有している。駆動軸支持部261の上部261aの外径は、駆動軸支持部261の下部261bの外径より大きい。下部261bは、弁本体10の上部10aの内側に同軸に配置されている。下部261bは、弁本体10の上部10aに圧入されている。下部261bは、その下端面から上方に延びる縦孔と、その外周面に周方向に沿って形成され、縦孔の上端部が接続された環状溝と、を有している。環状溝は、弁本体10の上部10aに形成された横孔に接続されている。下部261bと弁本体10の平面15との間にスリーブ20のフランジ部24が保持される。駆動軸支持部261は、内周面261dの下部に雌ねじ261cが形成されている。雌ねじ261cは、駆動軸80の雄ねじ81cと螺合される。
【0061】
固定歯車262は、円筒形状を有している。固定歯車262は、内周面に歯が形成された固定内歯車である。
【0062】
連結部263は、円筒形状を有している。連結部263の下端部は、駆動軸支持部261の上部261aに連設されている。連結部263の内側に、固定歯車262の下部が配置される。駆動軸支持部261と連結部263と固定歯車262とが、一体成形されている。駆動軸支持部261と固定歯車262とは、連結部263を介して結合されている。駆動軸支持部261と固定歯車262と連結部263とは、同軸に配置される。
【0063】
連結部263は、周方向に間隔をあけて並ぶ複数の貫通孔263aを有している。支持部材260を射出成形する際に複数の貫通孔263aに合成樹脂が充填される。これにより、電動弁2において、連結部263から固定歯車262が脱落してしまうことを規制する。
【0064】
なお、電動弁2において、連結部263を省略して、駆動軸支持部261と固定歯車262とを一体成形した構成を採用してもよい。この構成において、駆動軸支持部261の上部261aに固定歯車262の下端部が接して互いに同軸に配置され、駆動軸支持部261と固定歯車262とが、直接的に結合される。
【0065】
歯車機構270は、固定歯車262とともに遊星歯車装置278を構成する。歯車機構270は、第1の歯車セット271と、第2の歯車セット272と、第3の歯車セット273と、を有している。電動弁2は、2K-H型の遊星歯車機構を3段有している。
【0066】
第1の歯車セット271は、第1の太陽歯車271aと、複数の第1の遊星歯車271bと、第1の遊星キャリア271cと、を有している。第1の太陽歯車271aは、連結部材52の下面に同軸に連結されている。第1の太陽歯車271aは、合成樹脂製であり、連結部材52と一体成形されている。複数の第1の遊星歯車271bは、第1の太陽歯車271aおよび固定歯車262と噛み合う。第1の遊星キャリア271cは、第1のキャリア本体271c1と、複数の第1の支持柱271c2と、複数の第1の補助柱271c3と、第1の連結板271c4と、を有している。第1のキャリア本体271c1は、円板形状を有している。複数の第1の支持柱271c2と複数の第1の補助柱271c3とは、第1のキャリア本体271c1の上面に周方向に交互に並んで立設されている。複数の第1の支持柱271c2は、複数の第1の遊星歯車271bを回転可能に支持している。第1の連結板271c4は、円環平板形状を有している。第1の連結板271c4は、複数の第1の支持柱271c2の上端部と複数の第1の補助柱271c3の上端部とを連結している。第1の太陽歯車271aの中心および第1のキャリア本体271c1の中心をローター軸53が貫通している。
【0067】
第2の歯車セット272は、第2の太陽歯車272aと、複数の第2の遊星歯車272bと、第2の遊星キャリア272cと、を有している。第2の太陽歯車272aは、第1のキャリア本体271c1の下面に同軸に連結されている。第2の太陽歯車272aは、合成樹脂製であり、第1のキャリア本体271c1と一体成形されている。複数の第2の遊星歯車272bは、第2の太陽歯車272aおよび固定歯車262と噛み合う。第2の遊星キャリア272cは、第2のキャリア本体272c1と、複数の第2の支持柱272c2と、複数の第2の補助柱272c3と、第2の連結板272c4と、を有している。第2のキャリア本体272c1は、円板形状を有している。複数の第2の支持柱272c2と複数の第2の補助柱272c3とは、第2のキャリア本体272c1の上面に周方向に交互に並んで立設されている。複数の第2の支持柱272c2は、複数の第2の遊星歯車272bを回転可能に支持している。第2の連結板272c4は、円環平板形状を有している。第2の連結板272c4は、複数の第2の支持柱272c2の上端部と複数の第2の補助柱272c3の上端部とを連結している。第2の太陽歯車272aの中心および第2のキャリア本体272c1の中心をローター軸53が貫通している。
【0068】
第3の歯車セット273は、第3の太陽歯車273aと、複数の第3の遊星歯車273bと、第3の遊星キャリア273cと、を有している。第3の太陽歯車273aは、第2のキャリア本体272c1の下面に同軸に連結されている。第3の太陽歯車273aは、合成樹脂製であり、第2のキャリア本体272c1と一体成形されている。複数の第3の遊星歯車273bは、第3の太陽歯車273aおよび固定歯車262と噛み合う。第3の遊星キャリア273cは、第3のキャリア本体273c1と、複数の第3の支持柱273c2と、複数の第3の補助柱273c3と、第3の連結板273c4と、を有している。第3のキャリア本体273c1は、円板形状を有している。複数の第3の支持柱273c2と複数の第3の補助柱273c3とは、第3のキャリア本体273c1の上面に周方向に交互に並んで立設されている。複数の第3の支持柱273c2は、複数の第3の遊星歯車273bを回転可能に支持している。第3の連結板273c4は、円環平板形状を有している。第3の連結板273c4は、複数の第3の支持柱273c2の上端部と複数の第3の補助柱273c3の上端部とを連結している。第3の太陽歯車273aの中心をローター軸53が貫通している。出力軸74の第1部分75が、第3のキャリア本体273c1の中央に形成された孔に圧入されている。
【0069】
電動弁2においても、上述した電動弁1と同様の作用効果を奏する。
【0070】
また、駆動軸支持部261と連結部263とが、金属製であり、一体的に形成されている。そして、固定歯車262が、合成樹脂製であり、駆動軸支持部261と連結部263と固定歯車262とが、一体成形されている。このようにすることで、駆動軸支持部261と連結部263と固定歯車262とが、1つの部品として形成されるため、駆動軸支持部261の雌ねじ261cの中心軸と固定歯車262の中心軸とをより高い精度で同軸に配置することができる。また、電動弁2の部品点数が少なくなり、電動弁2の組立性を向上させることができる。
【0071】
また、ローター51が、連結部材52を介して第1の太陽歯車271aと同軸に連結される。第1の遊星キャリア271cが、第2の太陽歯車272aと同軸に連結される。第2の遊星キャリア272cが、第3の太陽歯車273aと同軸に連結される。第3の遊星キャリア273cが出力軸74と同軸に連結される。固定歯車262に、複数の第1の遊星歯車271bと複数の第2の遊星歯車272bと複数の第3の遊星歯車273bが噛み合う。このようにすることで、遊星歯車装置278が、2K-H型の遊星歯車機構を3段組み合わせた構成を有し、比較的大きい減速比を得ることができる。また、固定歯車262を第1の歯車セット271、第2の歯車セット272および第3の歯車セット273で共用するので、遊星歯車装置278を簡易な構成にすることができる。
【0072】
なお、遊星歯車装置278は、2K-H型の遊星歯車機構を1段または2段有していてもよく、4段以上有していてもよい。遊星歯車装置278が、太陽歯車と遊星歯車と遊星キャリアとを1組とする歯車セットをN個(ただし、Nは2以上の自然数である。)有する構成では、ローター51が連結部材52を介して第1の歯車セットの太陽歯車と同軸に連結され、第K(ただし、K=1、・・・、N-1である。)の歯車セットの遊星キャリアが、第K+1の歯車セットの太陽歯車と同軸に連結され、第Nの歯車セットの遊星キャリアが出力軸74と同軸に連結される。そして、遊星歯車装置278が、固定歯車262を1つのみ有し、固定歯車262にN個の歯車セットのそれぞれの遊星歯車が噛み合う。このようにすることで、比較的大きい減速比を得ることができる。また、複数の歯車セットで固定歯車262を共用するので、遊星歯車装置278を簡易な構成にすることができる。
【0073】
図10~
図12に、上述した電動弁2の変形例である電動弁2Aを示す。電動弁2Aは、(1)出力軸74が省略されていること、(2)駆動軸80に代えて、当該駆動軸80とは構成の異なる駆動軸280を有すること、(3)ローターばね55を有すること、以外は、電動弁2と同じ構成を有する。電動弁2Aの説明において、電動弁1および電動弁2と同じ構成には同じ符号を付して詳細説明を省略する。
【0074】
駆動軸280は、例えば、円柱形状の金属棒を切削加工することにより形成される。駆動軸280は、第1部分281と、第2部分282と、第3部分283と、を有している。第1部分281と第2部分282と第3部分283とは、上方から下方に順に連設されている。第1部分281は、第3のキャリア本体273c1に連結されている。具体的には、第1部分281は、その外周面にローレット加工が施されており、第3のキャリア本体273c1の中央に形成された孔に圧入されている。第2部分282は、円柱形状を有している。第2部分282の外径は、駆動軸支持部261の内径よりわずかに小さい。第2部分282は、駆動軸支持部261の内側に配置される。第2部分282は、駆動軸支持部261によって回転可能および上下方向に移動可能に支持されている。第3部分283は、円柱形状を有している。第3部分283の外径は、第2部分282の外径より小さい。第3部分283の外周面には、雄ねじ283cが形成されている。雄ねじ283cは、駆動軸支持部261の雌ねじ261cに螺合される。第1部分281から第2部分282まで延びる軸穴280aにローター軸53の下端部が配置されている。第3部分283の下端面には、ボール85が接合される。
【0075】
ローターばね55は、連結部材52と軸受部材54との間に配置されている。ローターばね55は、圧縮コイルばねである。ローターばね55は、連結部材52(ローター51)を下方に押している。
【0076】
電動弁2Aにおいて、駆動軸280とともに、歯車機構270、連結部材52およびローター51が上下方向に移動する。
【0077】
電動弁2Aにおいても、上述した電動弁2と同様の作用効果を奏する。
【0078】
なお、上記実施例に係る電動弁は、駆動軸が雄ねじを有し、駆動軸支持部が雌ねじを有するものであったが、駆動軸が雌ねじを有し、駆動軸支持部が雄ねじを有する構成を採用してもよい。この構成では、例えば、駆動軸支持部が円筒形状を有し、駆動軸支持部の外周面に雄ねじが形成される。駆動軸が、内周面に雌ねじが形成された円筒部と、円筒部の内側に配置された軸部と、を有する。そして、駆動軸の雌ねじが駆動軸支持部の雄ねじに螺合され、駆動軸の軸部が駆動軸支持部を貫通するように配置される。この構成において、駆動軸が回転されると、駆動軸の円筒部の雌ねじと駆動軸支持部の雄ねじとのねじ送り作用によって駆動軸の円筒部および軸部が上下方向に移動する。軸部の移動に応じて、弁体が上下方向に移動される。
【0079】
上記に本発明の実施例を説明したが、本発明は実施例の構成に限定されるものではない。前述の実施例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施例の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の趣旨に反しない限り、本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0080】
1、1A、2、2A…電動弁、10…弁本体、10a…上部、11…周壁部、12…底壁部、13…弁室、14…弁口、15…平面、16…第1導管、17…第2導管、20…スリーブ、21…第1円筒部、22…段部、23…第2円筒部、24…フランジ部、30…キャン、32…凸部、35…接合部材、40…弁体、41…ステム、42…弁部、43…ばね受け部、43a…フランジ部、44…ボール受け部、44a…平板部、44b…凸部、50…弁体駆動部、51…ローター、52…連結部材、53…ローター軸、54…軸受部材、55…ローターばね、60…支持部材、61…駆動軸支持部、61a…上部、61b…下部、61c…雌ねじ、61d…内周面、62…固定歯車、63…歯車ケース、70…歯車機構、71…歯車セット、71a…太陽歯車、71b…遊星歯車、71c…遊星キャリア、71c1…キャリア本体、71c2…支持柱、71c3…補助柱、71c4…連結板、71d…出力歯車、71d1…周壁部、71d2…底壁部、74…出力軸、74a…軸穴、75…第1部分、76…第2部分、77…スリット、78…遊星歯車装置、80…駆動軸、81…円柱部分、81c…雄ねじ、82…平板部分、85…ボール、86…開弁ばね、90…ステーターユニット、91…ステーター、92…カバー、93…取付部、93a…嵌合孔、160…支持部材、161…駆動軸支持部、161a…上部、161b…下部、161c…雌ねじ、161d…内周面、163…歯車ケース、260…支持部材、261…駆動軸支持部、261a…上部、261b…下部、261c…雌ねじ、261d…内周面、262…固定歯車、263…連結部、263a…貫通孔、270…歯車機構、271…第1の歯車セット、271a…第1の太陽歯車、271b…第1の遊星歯車、271c…第1の遊星キャリア、271c1…第1のキャリア本体、271c2…第1の支持柱、271c3…第1の補助柱、271c4…第1の連結板、272…第2の歯車セット、272a…第2の太陽歯車、272b…第2の遊星歯車、272c…第2の遊星キャリア、272c1…第2のキャリア本体、272c2…第2の支持柱、272c3…第2の補助柱、272c4…第2の連結板、273…第3の歯車セット、273a…第3の太陽歯車、273b…第3の遊星歯車、273c…第3の遊星キャリア、273c1…第3のキャリア本体、273c2…第3の支持柱、273c3…第3の補助柱、273c4…第3の連結板、278…遊星歯車装置、280…駆動軸、280a…軸穴、281…第1部分、282…第2部分、283…第3部分、283c…雄ねじ