JP2009228689A - 電動弁 - Google Patents

Abstract

【課題】高負荷用に高いばね荷重が設定される電動弁であっても、ばね曲がりを抑制することで、動作を安定させることができる電動弁を提供する。
【解決手段】弁軸２４を閉弁方向に常時付勢しているコイルばね３４は、その端部７０，７１がテーパ面７４，７５に当接して支持されているので、コイルばね３４の端部のテーパ面７４，７５に対する衝接姿勢には自由度が与えられる。コイルばね３４にばね曲がり、即ち、螺旋状のプロフィールに歪みが生じていることに起因して横方向の成分を持つ力が弁軸２４に作用しようとする場合でも、その横方向力に応じてコイルばね３４の端部７０，７１の姿勢が変更される。その結果、弁軸２４には横方向力は生じず、コイルばね３４の復元力は弁軸２４の軸線方向に揃うことになり、コイルばね３４から弁軸２４にこじり力が生じることがない。
【選択図】図１

Description

この発明は、弁座の弁口の実効開口面積を変更可能な弁本体と、弁本体に密封接合されるキャンと、キャンの内周に配設されるロータと、キャンに外嵌されロータを回転駆動するステータとを備え、冷媒の通過流量を調整可能な電動弁に関する。

本出願人は、弁本体、キャン、ロータ及びステータを備えた電動弁を既に提案しており、そのひとつの例として、図４に記載されているような電動弁を提案している。

図５に示される電動弁１０は、弁本体２０と、弁本体２０にその下端部４０ｂが溶接により密封接合されるキャン４０と、キャン４０の内周に所定の間隙αをあけて配在されるロータ３０と、当該ロータ３０を回転駆動すべくキャン４０に外嵌されたステータ（図示せず）とを備えている。弁本体２０には、弁室２１及び弁座２２（弁口２２ａ）が形成されており、上部には鍔状部材２３が固着されている。弁軸２４の下端には弁体２４ａが形成されている。電動弁１０は、弁座２２と弁座２２に接離するニードル状の弁体２４ａとの間の開度を変更することにより、冷媒の通過流量を調整することができる。

弁本体２０の弁室２１の一側方には、冷媒を弁室２１に導入するための冷媒導入管６１が連結されるとともに、弁室２１の下方には、冷媒導出管６２が連結されている。

ステータは、図示していないが、磁性材からなるヨークと、ヨークにボビンを介して巻回される上下のステータコイルと、樹脂モールドカバーとを備えている。ロータ３０とステータにより、ステッピングモータが構成されている。

キャン４０は、ステンレス等の非磁性の金属板を素材として、深絞り加工等により半球状の天底４０ａを有する有底円筒状に形成されている。キャン４０の下端部に設けられている開口端縁部４０ｂが、弁本体２０に固着されている鍔状部材２３に形成された段差部２３ａに突き合わせ溶接（溶接部分をＫで示す）により密封接合されており、キャン４０の内部は気密状態に保たれている。

弁体２４ａを弁座２２に接離させる駆動機構は、弁軸２４が摺動自在に嵌挿された筒状のガイドブッシュ２６と、その外周に配在された下方開口の筒状の弁軸ホルダ３２と、から構成されるねじ送り機構である。ガイドブッシュ２６は、弁本体２０に設けられた嵌合穴４２にその下端部２６ａが圧入（又は螺合）固定されている。ガイドブッシュ２６には、その中央部付近に雄ねじ部２５が形成されている。また、ガイドブッシュ２６の側面には弁室２１とキャン４０内の均圧を図る均圧孔３２ａが形成されている。

弁軸ホルダ３２には、ガイドブッシュ２６の雄ねじ部（固定ねじ部）２５に螺合する雌ねじ部（移動ねじ部）３１が形成されている。また、弁軸ホルダ３２の天底中央部には弁軸２４の上部小径部が挿通している。弁軸２４の上部小径部の上端部は、弁軸ホルダ３２の天底上面側に位置するナット３３に圧入固定されている。

弁軸ホルダ３２の天底と弁軸２４の中間段差部との間には緩衝用のコイルばね３４が縮装されており、弁軸２４はコイルばね３４の復元力によって常時下方に付勢されている。

弁軸ホルダ３２の天底上には、コイルばねからなる復帰ばね３５が設けられている。復帰ばね３５は、ガイドブッシュ２６の固定ねじ部２５と弁軸ホルダ３２の移動ねじ部３１との螺合が外れるほどに弁軸ホルダ３２が上昇したときに、キャン４０の内面に当接して固定ねじ部２５と移動ねじ部３１との螺合を復帰させるように働く。

弁軸ホルダ３２とロータ３０とは支持リング３６を介して結合されている。支持リング３６は、ロータ３０の成形時に金属リングをインサートして形成することができる。支持リング３６に弁軸ホルダ３２の上部突部がかしめ固定され、これにより、ロータ３０、支持リング３６及び弁軸ホルダ３２が一体的に連結されている。

ガイドブッシュ２６には、ストッパ機構の一方を構成する下ストッパ体（固定ストッパ）２７が固着されている。弁軸ホルダ３２には、ストッパ機構の他方を構成する上ストッパ体（移動ストッパ）３７が固着されている。弁軸ホルダ３２が下降するとき、上ストッパ体３７が下ストッパ体２７に衝接することにより、それ以上の下降が制限される。

このような構成とされた電動弁１０において、ステータコイル５３，５３に一方向の通電を行って励磁すると、弁本体２０に固定されたガイドブッシュ２６に対し、ロータ３０及び弁軸ホルダ３２が一方向に回転せしめられ、ガイドブッシュ２６の固定ねじ部２５と弁軸ホルダ３２の移動ねじ部３１とのねじ送りにより、弁軸ホルダ３２が下方に移動して弁体２４ａが弁座２２に着座圧接して弁口２２ａは閉じられる。

弁口２２ａが閉じられた時点では、上ストッパ体３７は未だ下ストッパ体２７に当接していない。ロータ３０が更に同じ方向に回転され続けると、弁体２４ａが弁口２２ａを閉じたまま弁軸ホルダ３２が弁軸２４に対して更に回転下降する。弁軸ホルダ３２のこの下降は、緩衝用のコイルばね３４が圧縮されることにより吸収される。その後、ロータ３０が更に回転して弁軸ホルダ３２が下降すると、上ストッパ体３７が下ストッパ体２７に衝接し、ステータコイルに対する通電が続行されても弁軸ホルダ３２の下降は強制的に停止される。

ステータコイルに他方向の通電を行って励磁すると、弁本体２０に固定されたガイドブッシュ２６に対し、ロータ３０及び弁軸ホルダ３２が前記と逆方向に回転する。ガイドブッシュ２６の固定ねじ部２５と弁軸ホルダ３２の移動ねじ部３１とのねじ送りにより、弁軸ホルダ３２が上方に移動する。弁軸２４の下端の弁体２４ａが弁座２２から離れて弁口２２ａが開かれるので、冷媒が弁口２２ａを通過可能となる。この場合、ロータ３０の回転量により弁口２２ａの実効開口面積、すなわち冷媒の通過流量を調整することができる。ロータ３０の回転量はパルス数により制御されるため、冷媒通過流量を高精度に調整することができる。
特開２００６−７０９９０号公報

ところで、駆動機構は、弁軸を閉弁方向に常時付勢するコイルばねを備えているが、コイルばねは、その製造時のばらつきによって、螺旋状のプロフィールが正確に円筒状に倣って形成することは難しく、円筒の軸線が僅かではあっても撓みを呈することが避けられない。また、コイルばねの製造時の両端端面は、通常、ばね軸線に対する直交面ではなく、傾斜面となっている。このように、閉弁方向付勢用のコイルばねにおいて、その螺旋状のプロフィールに歪みが生じている場合、或いは両端端面が傾斜面となっていることに起因して、弁軸には当該弁軸の軸線方向とは揃わない方向にこじり力が作用し、弁軸の弁座に対するスムーズな接離動作が得られないおそれがある。こうした現象は、特に、高負荷用に高いばね荷重が設定されている場合に顕著である。

この発明の目的は、高負荷用に高いばね荷重が設定される電動弁であっても、ばね曲がりを抑制することで、動作を安定させることができる電動弁を提供することである。

上記の課題を解決するため、この発明による電動弁は、弁室内に開口する弁座が形成されている弁本体と、冷媒等の流体の通過流量を調整するため前記弁座に接離可能な弁体を先端に備える弁軸と、前記弁本体に下端部が溶接により密封接合されるキャンと、前記キャンの内周に所定の間隙をあけて配設されるロータと、前記ロータを回転駆動するため前記キャンに外嵌されたステータと、前記ロータと前記弁体との間に配設されており前記ロータの回転を利用して前記弁体を前記弁座に接離させる駆動機構と、を備えており、前記駆動機構は前記弁軸を閉弁方向に常時付勢しているコイルばねを有している電動弁であって、前記コイルばねのばね端部が当接する前記ロータ側又は前記弁軸側の当接面をテーパ面に形成したことを特徴としている。

この電動弁によれば、駆動機構に備わっており弁軸を閉弁方向に常時付勢しているコイルばねは、その端部がテーパ面に当接して支持されているので、コイルばねの端部のテーパ面に対する衝接姿勢には自由度が与えられる。したがって、コイルばねにばね曲がり、即ち、螺旋状のプロフィールに歪みが生じていることに起因して横方向の成分を持つ力が弁軸に作用しようとする場合でも、その横方向力に応じてコイルばね端部の姿勢が変更される。その結果、弁軸には横方向力は生じず、コイルばねの復元力は弁軸の軸線方向に揃うことになる。したがってコイルばねから弁軸にこじり力が生じることがない。

この発明による電動弁は、上記のように構成されているので、コイルばねの螺旋状のプロフィールに歪みが生じていることに起因してロータ又は弁軸に横方向の成分を持つ力が作用しようとする場合でも、コイルばね端部の姿勢が変更されてコイルばねのばね曲がりが抑制され、コイルばねからロータ又は弁軸にこじり力が生じることがない。高負荷用に高いばね荷重を設定した電動弁の場合、こじり力が生じると、力の大きさとしては大きなものとなるが、本発明によれば、こじり力の発生を防止することができるので、高負荷用に高いばね荷重が設定される電動弁であっても、弁の開閉動作が安定した電動弁を提供することができる。

以下、添付した図面に基づいて、この発明による電動弁の実施例を説明する。図１は本発明による電動弁の一実施形態を示す断面図である。図１に示す電動弁は、図４に示す電動弁と同様、ステータについては記載を省略している。図１に示す電動弁においては、図４に示す電動弁の構成要素及び部位と同等のものについては、図４に用いたのと同じ符号を付すことで、再度の説明を省略する。図２は、図１に示す電動弁の要部を拡大して示す図である。

図１及び図２に示すように、ロータ３０と弁軸２４との間に介装されているコイルばね３４は、コイル内部に弁軸２４が遊嵌状態に入り込む状態で、上側についてはばね受けワッシャ７２と、下側については弁軸２４の中間部に形成されている中間段差部７３との間で挟まれて、弁軸２４に装着されている。コイルばね３４は、上側の端部７０がばね受けワッシャ７２に衝接しており、下側の端部７１が弁軸２４の中間段差部７３に衝接している。コイルばね３４の圧縮装填状態では、コイルばね３４の復元力によって、上側の端部７０側ではばね受けワッシャ７２がロータ３０と一体の弁軸ホルダ３２の天底面に押し当てられ、下側の端部７１側では弁軸２４の中間段差部７３に押し当てられている。

ばね受けワッシャ７２は、弁軸２４の小径部２４ｂに嵌挿されている。ばね受けワッシャ７２がコイルばね３４の上側の端部７０と衝接する当接面７４は、コイルばね３４に向かう側に凸状のテーパ面となっている。また、中間段差部７３がコイルばね３４の下側の端部７１と衝接する当接面７５は、コイルばね３４に向かう側に凸状のテーパ面となっている。当接面７４，７５の各テーパ面は、それぞれ、ばね受けワッシャ７２の中心軸線或いは中間段差部７３の中心軸線を中心線とした円錐面の環状部分に相当する。

上記したように、この実施形態によれば、弁軸２４を閉弁方向に常時付勢しているコイルばね３４は、その端部７０、７１がテーパ状の当接面７４，７５に当接して支持されている。それゆえ、コイルばね３４の端部７０、７１は、ユニバーサルジョイントのようにテーパ状の当接面７４，７５に対する衝接姿勢に自由度があり、テーパ状の当接面７４，７５に当接しながら姿勢が変更可能である。

コイルばね３４の製造時のばらつきや、端部７０，７１の端面に傾斜面が形成されていることによって、装着状態のコイルばね３４にばね曲がりが生じることがあり、このばね曲がりに起因して、横方向の成分を持つ力が弁軸２４に作用しようとすることがある。そのような場合でも、横方向力に応じてコイルばね３４の端部７０，７１の姿勢が変更され、その結果、コイルばね３４のばね曲がりが抑制され、コイルばね３４の復元力は弁軸２４の軸線方向に揃うことになり弁軸２４には横方向力は生じない。したがって、コイルばね３４から弁軸２４には、こじり力が生じることがない。コイルばね３４に高負荷用に高いばね荷重が設定される場合でも、電動弁の開閉動作が安定する。

図３には、図１及び図２に示したばね受けワッシャの変形例が示されている。ばね受けワッシャ８２のコイルばね３４側の構造は、図１及び図２に示したばね受けワッシャ７２と同様のテーパ状の当接面８４に形成されているが、ロータ３０側の弁軸ホルダ３２に当接する背面は、球面、円錐面等の凸状の曲面８５に形成されている。ばね受けワッシャ８２は、凸状の曲面８５に形成された背面で弁軸ホルダ３２に対して当接するので、ばね受けワッシャ８２自体が、弁軸ホルダ３２に対して姿勢変更可能となる。したがって、コイルばね３４のばね曲がり等に起因した歪みに対してばね受けワッシャ８２自身も適切に対応して、コイルばね３４からの横方向の力が弁軸２４に作用するのを防止する。なお、曲面８５としては、好ましくは球面に設定される。

当接面７４，７５は、図１及び図２に実施形態として示したように、ばね受けワッシャ７２と弁軸２４の中間段差部７３との両方に形成されるものであるが、ばね受けワッシャ７２にのみ形成してもよく、或いは、図４に示すように、弁軸２４の中間段差部７３にのみに形成してもよい。この場合、ばね受けワッシャは、平ワッシャ９２とされる。

本発明による電動弁の一実施形態を示す断面図である。 図１に示す電動弁の要部を拡大して示す図である。 図１に示す電動弁のばね受けワッシャの変形例を示す図である。 本発明による電動弁の別の実施形態の要部を拡大して示す断面図である。 従来の電動弁の一例を示す断面図である。

符号の説明

１０ 電動弁 ２０ 弁本体
２１ 弁室 ２２ 弁座
２３ 鍔状部材 ２３ａ 段差部
２４ 弁軸 ２４ａ 弁体 小径部２４ｂ
２５ 固定ねじ部（雄ねじ部） ２６ ガイドブッシュ
２７ 下ストッパ ３０ ロータ
３１ 移動ねじ部（雌ねじ部） ３２ 弁軸ホルダ
３３ プッシュナット ３４ コイルばね
３５ 復帰ばね ３６ 支持リング
３７ 上ストッパ体 ４０ キャン
４０ｂ 下端部
７０，７１ 端部 ７２ ばね受けワッシャ
７３ 中間段差部 ７４，７５ 当接面
８２ ばね受けワッシャ ８４ 当接面
８５ 曲面 ９２ 平ワッシャ

Claims (6)

1. 弁室内に開口する弁座が形成されている弁本体と、冷媒等の流体の通過流量を調整するため前記弁座に接離可能な弁体を先端に備える弁軸と、前記弁本体に下端部が溶接により密封接合されるキャンと、前記キャンの内周に所定の間隙をあけて配設されるロータと、前記ロータを回転駆動するため前記キャンに外嵌されたステータと、前記ロータと前記弁体との間に配設されており前記ロータの回転を利用して前記弁体を前記弁座に接離させる駆動機構と、を備えており、前記駆動機構は前記弁軸を閉弁方向に常時付勢しているコイルばねを有している電動弁であって、
   前記コイルばねのばね端部が当接する前記ロータ側又は前記弁軸側の当接面をテーパ面に形成したことを特徴とする電動弁。
2. 前記当接面は、前記弁軸に嵌挿され且つ前記ロータ側に当接するばね受けワッシャに形成されていることを特徴とする請求項１記載の電動弁。
3. 前記当接面は、前記弁軸の中間段差部に形成されていることを特徴とする請求項１記載の電動弁。
4. 前記当接面は、前記弁軸に嵌挿され且つ前記ロータ側に当接するばね受けワッシャ及び前記弁軸の中間段差部に形成されていることを特徴とする請求項１記載の電動弁。
5. 前記ばね受けワッシャの前記ロータ側に当接する面は、球面、円錐面等の凸状の曲面に形成されていることを特徴とする請求項２又は４記載の電動弁。
6. 前記ロータ側又は前記弁軸側の前記当接面は、前記コイルばねに向かって凸状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の電動弁。

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