JP2006226369A - 減速装置付電動弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 減速装置をロータと一緒に単一のキャン内に収容して小型で大出力・高分解能の電動弁を低価格で提供する。
【解決手段】 電動弁本体１０内には弁体３０を有する弁棒３２が挿入される。本体１０側に固着されるキャン１００内にはロータ１７０が装備され、ロータ１７０の内側に減速装置２００が収容される。ロータの出力はサンギヤ２２０に入力し、プラネタリギヤ２３０に伝達される。プラネタリギヤ２３０は同時に固定ギヤ２５０と出力ギヤ２６０に噛み合って出力ギヤ２６０が大減速比で減速駆動される。出力ギヤ２６０の出力はドライバー３００を介してねじ軸３２０に伝達され、直線運動に変換されて弁棒３２に伝達される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、減速装置を備えた電動弁に関する。

電動モータを介して弁の開閉を行ういわゆる電動弁としては、大きく分けて次の二つのタイプが知られている。第１のタイプは、ロータの回転を直接にねじ機構に伝達して弁の開閉を行うようにしたもので、例えば特許文献１に開示されている。第２のタイプは、ロータの回転を減速装置で減速してねじ機構に伝達する減速装置を備えたもので、例えば特許文献２や特許文献３等に開示されている。
特開２０００−３５６２７８号公報 特開２００２−８４７３２号公報 特開２００３−２３２４６５号公報

前記第１のタイプの電動弁は、比較的コンパクトに構成できるものの、用途が低負荷の場合に限られ、また１駆動パルス当たりの弁開度の分解能を高くすることは困難である不都合を有している。
前記第２のタイプの電動弁は、負荷が大きい場合にも使用でき、１駆動パルス当たりの弁開度の分解能を高くすることはできるが、減速装置のためのギヤボックスがモータ部分と別個に構成されるために電動弁全体が大型化してしまう問題を有している。

そこで、本発明の目的は、減速装置を備えた電動弁において、キャンの内部にロータと一緒に減速装置をも配置して、小型でかつ強力な弁操作力と高分解能の弁開度特性を得ることができる減速装置付電動弁を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明の減速装置付電動弁は、弁室及び弁座を有する弁本体と、前記弁室内で前記弁座の開口を開閉可能に配置される弁体と、前記弁体を操作する弁棒と、前記弁本体に固着される円筒状のキャンと、該キャンの外周部に装着されるモータ励磁装置と、前記キャンの内周部に回転自在に支持され前記励磁装置によって回転駆動される永久磁石型ロータと、該ロータの回転を減速する減速装置と、前記ロータの回転動作によって前記減速装置を介して前記弁体を前記弁座に対し進退させるねじ機構とを備え、前記弁本体と前記キャンとによって区画形成される空間に、前記ロータと一緒に前記減速装置が配置されている。
減速装置は、好ましくは、ロータの内側に配置される。
しかしこの減速装置は、ロータの下部に配置されることもある。
さらに好ましくは、減速装置は遊星歯車を備える減速装置が採用される。
しかしこの減速装置は、複数の平歯車群からなる多段の減速輪列機構によって構成されることもある。
さらに好ましくは、ロータや減速装置が冷媒に晒されないように、弁室には、キャン内部との間をシールするベローズが設けられる。

本発明の電動弁は、以上のように、減速装置をロータと一緒にキャン内に収容するので、小型で大出力・高分解能の電動弁を低価格で提供することができる。

図１に示すように、本発明の電動弁は、弁座１２と弁室１４を有する弁本体１０を備える。弁室１４内には弁体３０が配置され、弁座１２に対して離接する。弁室１４に連通する２本の配管２０、２２が弁本体１０に取り付けられる。

弁本体３０には弁棒３２が連結される。弁本体１０の上部の開口部には、リング部材３８が載置され、この実施例では、一例としてカシメ加工部Ｋ_１により固定されている。リング部材３８の固定は、はんだ付けにより封止固定されることもある。リング部材３８と弁棒３２との間には、ベローズ４０が設けられ、冷媒の浸入をシールする。弁棒３２の上端部には、ボール３６の受け部材３４が挿入固定される。

ボール３６の上部には、ねじ棒３２０が当接され、ねじ機構により軸方向の推力を弁棒３２側へ伝達する。

弁本体１０の上端の外周部には、弁本体の一部を構成するフランジ部材７０が溶接等の手段により固定され、これによって外気と遮断し、ガスや水分等の浸入を防止している。このフランジ部材７０の上部には受け部材８０が固着される。受け部材８０の外周側には、円筒部材８２が取付けられ、受け部材８０の内周側には、雌ねじ部材９０が取付けられる。

一方、フランジ部材７０の上部には、キャンと称する非磁性の金属材で作られる円筒形状のキャン１００が、溶接等で固着される。キャン１００の外側には、駆動モータの一例としてのステッピングモータ用の励磁装置Ｍが取り付けられる。

この励磁装置Ｍは、樹脂モールド１２０と、その内に装備されるボビン１３０に巻き付けたコイル１４０と、このコイルへの通電によって励磁されるステータＳを有し、コイル１４０はリード１４２を介して給電される。
この励磁装置Ｍは、下部に取付用金具１８０を有し、この取付用金具１８０の穴１８２をキャン１００に形成した突起１０２に係合することにより、着脱自在にキャン１００に装着される。

キャン１００の頂部には、円筒状の突部１０４が形成され、この突部１０４の内部に支持部材１５０が圧入固定される。この支持部材１５０は固定シャフト１５２を支持する。
キャン１００の内部には、ステッピングモータの永久磁石型ロータ１７０が回転自在に配設される。ロータ１７０は永久磁石材料で円筒状に作られ、樹脂等で作られる回転部材１６０と一体に形成される。回転部材１６０の回転力は、全体を符号２００で示す減速装置に伝達される。

図２乃至図５は、ロータ内部に組込まれる減速装置２００の説明図である。
減速装置２００は、この実施例では、遊星歯車機構を利用して大きな減速比を実現している。

この減速装置２００は、シャフト２１０を介して、図１に示すロータ１７０と一体の回転部材１６０と一体に形成されるサンギヤ２２０を有する。サンギヤ２２０はプラネタリギヤ２３０に噛み合い、プラネタリギヤ２３０はキャリアによって支持される。

本装置にあっては、キャリアは１対の円盤２４０，２４２と、２枚の円盤２４０，２４２を連結する軸２３２により構成され、３個のプラネタリギヤ２３０はキャリアに対して回転自在に取付けられる。

図４に示すように、キャリア２４０は、３本の支柱２４４を有し、プレート２４２により３つのプラネタリギヤ２３０の軸２３２を支持するとともに、プレート２４２はビス等で支柱２４４に固定される。

このキャリア全体は、後述する出力ギヤ２６０上で自由に回転できるように支持されている。プラネタリギヤ２３０は、リング状の固定ギヤ２５０と出力ギヤ２６０に同時に噛み合っている。固定ギヤ２５０は、弁本体１０側に固定された円筒部材８２の内側に固定される。出力ギヤ２６０は、固定ギヤ２５０とは異なる数の内歯を有し、受け部材８０上に回転摺動自在に支持されていて、下面側にドライバー３００が突出して備わっている。

ドライバー３００は、マイナスドライバー形状の駆動部３１０を有し、ねじ軸３２０に挿入される。ねじ軸３２０の回転は、軸方向の移動に変換され、ボール３６を介して弁棒３２側へ伝達される。
ロータ側の回転部材１６０と減速装置側の固定ギヤ２５０との間に皿ばね１９０を介在させて回転部材１６０（サンギヤ２２０）を支持部材１５０側へ付勢している。

この減速装置２００にあって、出力ギヤ２６０の歯数が固定ギヤ２５０の歯数より多い場合は、ロータ１７０と一体に回転するサンギヤ２２０が時計廻り（ＣＷ）に回転すると、プラネタリギヤ２３０は反時計廻り（ＣＣＷ）に回転する。キャリア２４０は減速されて時計廻り（ＣＷ）に回転する。出力ギヤ２６０は、時計廻り（ＣＷ）に回転する。
逆に出力ギヤ２６０の歯数が固定ギヤ２５０の歯数より少ない場合は、サンギヤ２２０が時計廻り（ＣＷ）に回転すると、出力ギヤ２６０は反時計廻り（ＣＣＷ）に回転する。
この遊星歯車式減速装置にあっては、サンギヤ２２０、プラネタリギヤ２３０、固定ギヤ２５０、出力ギヤ２６０の歯数をそれぞれＺ_ａ，Ｚ_ｂ，Ｚ_ｃ，Ｚ_ｆとしたとき、出力ギヤ２６０の出力ギヤ比は次式で表される。
（Ｚ_ａ・Ｚ_ｆ−Ｚ_ａ・Ｚ_ｃ）／［Ｚ_ｆ・（Ｚ_ａ＋Ｚ_ｃ）］
ただし、 Ｚ_ｆ≠Ｚ_ｃ
因みに、Ｚ_ａ＝１２、Ｚ_ｂ＝１８、Ｚ_ｃ＝４８、Ｚ_ｆ＝５４としたとき、出力ギヤ２６０の出力ギヤ比は、１／４５の大きな減速比となる。
ロータの回転は大きな減速比でねじ棒３２０に伝達されるので、微小に、つまりは高分解能をもって弁開度を制御することが可能となる。

ロータ１７０とロータ１７０の回転を減速する減速装置２００は、単一のキャン１００内に封入されるので、外気や水分等の浸入を完全に防ぐことができる。このため、内部の結露等の発生もなく、厳しい環境下でも確実な流量制御を行うことができる。

図６は、本発明の他の実施態様に係る電動弁の構成を示す説明図である。
この電動弁にあっても、弁本体の構成やキャン１００の外側に駆動モータの一例であるステッピングモータの励磁装置Ｍを着脱自在に装着する構成と、ステッピングモータのロータの内部に減速装置を組込む構成は、先に説明した電動弁と同様であるので、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

この電動弁にあっては、弁本体１０の上部の外側にフランジ部材７０Ａが固着され、フランジ部材７０Ａはキャン１００を支持する。
弁本体１０の上部の内側に雌ねじ部材４２０が固着され、雌ねじ部材４２０は、受け部材８０を介して円筒部材８２を支持する。

雌ねじ部材４２０にねじ部Ｓ_１で螺合される雄ねじ部材４１０は、内部に弁棒４００が挿動自在に挿入される。弁棒４００の先端には弁部４０２が形成され、弁座１２に当接する。
弁棒４００は、コイルスプリング４３０とプレート４３２を介して雄ねじ部材４１０内に挿入される。雄ねじ部材４１０の外側には、樹脂製の伝動部材４４０が一体に成型される。この伝動部材４４０は、雄ねじ部材の軸線に平行な溝４４２が形成される。

一方、ロータ１７０の内側に装備される減速装置２００の出力部材である出力ギヤ２６０は、伝動部材４４０側へ伸びるアーム状の駆動部２６２を有する。この駆動部２６２は、伝動部材４４０の溝４４２に係合する。
この構成により、出力ギヤ２６０の回転力は、伝動部材４４０に伝動され、雄ねじ部材４１０は回転駆動される。雄ねじ部材４１０の回転は、ねじ部Ｓ_１で軸方向の移動に変換され、弁棒４００を上下動させる。

ステッピングモータにより駆動されるロータ１７０の回転量は、大きな減速比で減速され、弁棒４００を駆動する。そこで、小型で小トルクのステッピングモータを使用して大容量・高分解能の電動弁を構成することが低価格で可能となる。

なお、以上の実施例にあっては、いずれも遊星歯車を利用した減速装置の例を説明したが、複数の平歯車群からなる多段の歯車列を用いた歯車減速装置に置き換えることもできる。
また、いずれの実施例においても、減速装置をロータ１７０の内部に収容した例を示したが、減速装置をロータの下方に配置するように構成することも可能である。

また、ねじ機構を構成するねじのピッチを選択したり、弁座に対向する弁体の先端形状を変更することにより、ロータの回転に対する弁の流量制御特性を任意に設定することができる。
したがって、ユーザの要求等を満足する弁特性を備えた電動弁を容易に提供することができる。

本発明の電動弁の構成を示す説明図。 本発明の電動弁に装備される減速装置の説明図。 減速装置の構成部品を示す説明図。 減速装置の構成部品を示す説明図。 減速装置の構成部品を示す説明図。 本発明の他の実施例の電動弁の構成を示す説明図。

符号の説明

１ 電動弁
１０ 弁本体
１２ 弁座
１４ 弁室
３０ 弁体
３２ 弁棒
４０ ベローズ
７０ フランジ部材
８０ 受け部材
１００ キャン
Ｍ モータ励磁装置
Ｓ ステータ
１４０ コイル
１７０ ロータ
２００ 減速装置
２２０ サンギヤ
２３０ プラネタリギヤ
２４０ キャリア
２５０ 固定ギヤ
２６０ 出力ギヤ

Claims (6)

1. 弁室及び弁座を有する弁本体と、前記弁室内で前記弁座の開口を開閉可能に配置される弁体と、前記弁体を操作する弁棒と、前記弁本体に固着される円筒状のキャンと、該キャンの外周部に装着されるモータ励磁装置と、前記キャンの内周部に回転自在に支持され前記励磁装置によって回転駆動される永久磁石型ロータと、該ロータの回転を減速する減速装置と、前記ロータの回転動作によって前記減速装置を介して前記弁体を前記弁座に対し進退させるねじ機構とを備え、
   前記弁本体と前記キャンとによって区画形成される空間に、前記ロータと一緒に前記減速装置を配置してなる
   ことを特徴とする減速装置付電動弁。
2. 前記減速装置は、前記ロータの内側に配置される請求項１記載の減速装置付電動弁。
3. 前記減速装置は、前記ロータの下部に配置される請求項１記載の減速装置付電動弁。
4. 前記減速装置は、遊星歯車を備える減速装置である請求項１記載の減速装置付電動弁。
5. 前記減速装置は、多段の減速輪列機構である請求項１記載の減速装置付電動弁。
6. 前記弁室には、前記キャン内部との間をシールするベローズを備える請求項１記載の減速装置付電動弁。

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