(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁室及びその内部に形成された弁座を有する弁本体と、弁軸の先端に設けられ、前記弁座に接離して流体の通過流量を調整する弁体と、ロータ及び該ロータを回転駆動するステータを有する駆動部と、前記ロータの回転を前記弁体の前記弁座に対する接離動作に変換する送りねじ機構と、前記弁本体に取り付けられて前記ロータを収容するキャンと、前記弁室と前記キャン内とを連通する冷媒通路とを備え、該冷媒通路を通って異物が前記キャン内へ侵入するのを防止する異物侵入防止部材を配設した電動弁であって、
前記送りねじ機構に内在するバックラッシュ除去のため前記弁体の周囲に巻装して配設されており且つ前記弁体を前記弁座から離れる方向に付勢するばね部材と、前記ばね部材の外側を覆うばね覆い部材とを備え、
前記異物侵入防止部材は、前記ばね覆い部材の一端から前記弁軸の軸方向に延び、その内周面において前記弁軸をガイドするとともに前記弁軸の表面との間に微小な隙間を形成する延長ガイド部であることを特徴とする電動弁。
【請求項２】
前記ロータの回転を前記送りねじ機構に減速して伝達させるため、前記ロータと前記送りねじ機構との間を伝動連結する歯車列機構又は遊星歯車機構等から成るギア減速機部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の電動弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、空気調和機の冷媒の流量を制御するのに用いられる電動弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の空気調和機、冷凍機等に組み込まれて使用される電動弁は、冷媒等の流体の流量を調整する機能を有し、通常、弁室及び弁座を備えた弁本体と、弁本体の上部に固着された有底円筒状のキャンとを備えており、キャンの内側にはロータが内蔵され、キャンの外部には中央部に挿通孔を有するステータが外嵌されている。
【０００３】
図５は、公知の電動弁１００の縦断面図を示している。電動弁１００は、弁室１２１内の弁座１２２に離接する弁体１２３により冷媒の通過流量を調整する弁本体１２０と、弁本体１２０に固着され弁体１２３を離接させるロ−タ１３０を内蔵するキャン１４０と、キャン１４０に外嵌されロータ１３０を回転駆動するステータ１４３とを備えている。ロータ１３０とステータ１４３とはステッピングモータを構成している。また、弁本体１２０の下部及び側部には、冷媒の流出入管１２０ａ，１２０ｂが弁室１２１に連通して連結されている。
【０００４】
弁本体１２０には弁室１２１を形成し、弁室１２１の下方には弁座１２２を形成し、上方にはガイドブッシュ１２６を固定し、ガイドブッシュ１２６との間に環状溝を形成する。キャン１４０との接合は、弁本体１２０にカシメ固着された且つロー付けされた鍔状板１４１の段差部にキャン１４０の端部を突き合わせ溶接することにより行っている。
【０００５】
キャン１４０は有底円筒状をしており、弁本体１２０の上部に固着された鍔状板１４１に固着され、内部は気密状態に保たれている。ステータ１４３は磁性材により構成されるヨーク１５１と、このヨーク１５１に１ボビン５２を介して巻回される上下のステータコイル１５３，１５３とから構成され、キャン１４０に外嵌する嵌合穴１４４ａが形成されている。ステータ１４３から、ステータコイル１５３，１５３に接続された複数のリード端子１５４が突出しており、このリード端子１５４にコネクタ１５６が連結され、該コネクタ１５６に複数のリード線１５５が接続されている。
【０００６】
ニードル弁からなる弁体１２３は弁軸１２４の下端に形成されている。弁体１２３を弁座１２２に離接させる駆動機構は、弁本体１２０よりロータ１３０方向に延出して固定され固定ねじ部１２５が形成される筒状のガイドブッシュ１２６と、該ガイドブッシュ１２６の固定ねじ部１２５に螺合する移動ねじ部１３１を有する弁軸ホルダ１３２とから構成される。
【０００７】
上記固定ねじ部１２５はガイドブッシュ１２６の外周に雄ねじで構成され、移動ねじ部１３１は弁軸ホルダ１３２の内周に雌ねじとして形成されている。
【０００８】
弁軸ホルダ１３２はガイドブッシュ１２６の外側に位置する下方開口の円筒形状であり、内面に移動ねじ部１３１が形成され、弁軸ホルダ１３２の中心に弁軸１２４の上部縮径部が嵌合してプッシュナット１３３により連結されている。弁体１２３が下端に形成されている弁軸１２４は、弁軸ホルダ１３２の中心に上下動可能に嵌挿されており、弁軸ホルダ１３２内に縮装された圧縮コイルばね１３４によって常時下方に付勢されている。
【０００９】
弁軸ホルダ１３２とロータ１３０とは支持リング１３６を介して結合されており、支持リング１３６の内周孔部に弁軸ホルダ１３２の上部突部が嵌合し、上記突部の外周をカシメ固定してロータ１３０、支持リング１３６及び弁軸ホルダ１３２を結合している。
【００１０】
ガイドブッシュ１２６には、ストッパ機構の一方を構成する下ストッパ体１２７が固着されており、下ストッパ体１２７の上方に板状の下ストッパ片１２７ａが突設される。また、弁軸ホルダ１３２にはストッパ機構の他方を構成する上ストッパ体１３７が固着され、下方に向けて板状の上ストッパ片１３７ａが突設され下ストッパ片１２７ａと係合可能である。
【００１１】
下ストッパ体１２７はガイドブッシュ１２６の外周に形成された螺旋溝部分１２６ａに固着され、上ストッパ体１３７は弁軸ホルダ１３２の外周に形成された螺旋溝部分１３２ｂに固着されている。また、ガイドブッシュ１２６の側面には、弁室１２１とキャン１４０内の空間との均圧を図る目的で均圧孔１２６ｂが固定ねじ部１２５の直下部に設けられ、該均圧孔１２６ｂを通じて冷媒の流通が容易となるように構成されている。
【００１２】
上記の構造において、キャン１４０の内部と弁室１２１との間をシールして、弁室１２１を通る冷媒等の流体がキャン１４０の内部にまで浸入するのを防止しようとすると、両者間に圧力差が生じ、固定ねじ部１２５と移動ねじ部１３１には上下方向に負荷が掛かり、ねじ作動部にロックが生じる可能性がある。こうしたキャン１４０の内部と弁室１２１との間の圧力差を軽減するために、例えば、弁軸１２４とガイドブッシュ１２６との間に圧力を通じさせる均圧孔を１個所又は２個所程度、形成することが提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、均圧孔１２６ｂを形成すると、弁室１２１を流れる流体中の異物が均圧孔１２６ｂを通じてキャン１４０の内部に侵入するおそれがある。特に、ビル用のマルチエアコンのように、取付け工事の工事期間が長くなるときに冷媒用配管の取り付け口の封止が不十分であると、配管内にスラッジ等の異物が入り込みやすい。取付け工事終了後にエアコンを運転したときに、入り込んだ異物が冷媒流れに乗って電動弁１００のキャン１４０の内部に侵入すると、ねじ作動部に異物が付着し、円滑なねじ作動を妨げることがある。特許文献１では、ねじ螺合部（固定ねじ部１２５及び移動ねじ部１３１）と均圧孔１２６ｂの形成位置との間に距離を取って、ねじ螺合部へのスラッジ等の異物の付着の防止を図っているが、上記問題点を確実に防止できるとは言い難い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−１７２４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、流体に含まれる異物がキャン内に侵入して、ロータ或いは減速機構の作動に支障をきたすのを確実に防止することができる電動弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するため、この発明による電動弁は、弁室及びその内部に形成された弁座を有する弁本体と、弁軸の先端に設けられ、前記弁座に接離して流体の通過流量を調整する弁体と、ロータ及び該ロータを回転駆動するステータを有する駆動部と、前記ロータの回転を前記弁体の前記弁座に対する接離動作に変換する送りねじ機構と、前記弁本体に取り付けられて前記ロータを収容するキャンと、前記弁室と前記キャン内とを連通する冷媒通路とを備え、該冷媒通路を通って異物が前記キャン内へ侵入するのを防止する異物侵入防止部材を配設した電動弁であって、前記送りねじ機構に内在するバックラッシュ除去のため前記弁体の周囲に巻装して配設されており且つ前記弁体を前記弁座から離れる方向に付勢するばね部材と、前記ばね部材の外側を覆うばね覆い部材とを備え、前記異物侵入防止部材は、前記ばね覆い部材の一端から前記弁軸の軸方向に延び、その内周面において前記弁軸をガイドするとともに前記弁軸の表面との間に微小な隙間を形成する延長ガイド部であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
この電動弁によれば、弁室とキャン内とを連通する冷媒通路を通ってキャン内へ異物が侵入するのを防止する異物侵入防止部材を配設したので、冷媒に含まれる異物が冷媒通路を流れることがあっても、異物侵入防止部材によってキャン内への侵入が防止され、電動弁の作動に支障を来すことを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】電動弁の例を示す断面図である。
【図２】電動弁の別の例を示す部分断面図である。
【図３】本発明の電動弁の実施例を示す断面図である。
【図４】電動弁の他の例を示す断面図である。
【図５】従来の電動弁の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、電動弁の全体構造を示す断面図である。全体を符号１で示す電動弁は、励磁機能で作用しステータとロータとから成るモータを備える駆動部１ａと、当該駆動部１ａによる回転駆動力が入力されて歯車減速を行い減速した回転を出力するギア減速機部１ｂと、当該ギア減速機部１ｂからの減速回転をねじ作用によってねじ軸方向の変位に変換して出力する送りねじ機構部１ｃと、ねじ機構部１ｃの作動によって流体流路の開閉を行う弁本体部１ｄとを備えている。
【００１９】
符号３０は受け部材６８を介して弁本体１０に固着された気密容器である有頂円筒状のキャンであり、駆動部１ａは、キャン３０の外周部に配設されており且つボビンに巻き付けられて電動モータのステータを構成するコイル３が樹脂と一体にモールドされたモータ励磁装置２と、キャン３０の内部に回転自在に支持されており且つモータ励磁装置２によって回転駆動される永久磁石型のロータ組立体８とを有している。モータ励磁装置２とロータ組立体８とは、電動モータの一例としてのステッピングモータを構成している。
【００２０】
モータ励磁装置２は、板ばねにより形成された取付具５によりキャン３０に対して着脱自在に嵌装される。この例では、キャン３０に形成された凸部６が取付具５に形成された係合孔７に弾性的に嵌合して位置決めされている。モータ励磁装置２は、ステータを励磁するため、コイル３がコネクタ４及びリードを介して外部の電源に接続されて給電を受ける。弁本体１０は、その内部に弁室１４が形成されるとともに、その底部１５には弁本体１０の底面に開口するオリフィス１６が形成されている。弁本体１０には、弁室１４の側面に連通するパイプ２２、及びオリフィス１６の下端に連通するパイプ２０が固着されている。
【００２１】
ギア減速機部１ｂは、ロータ組立体８の回転を減速する遊星歯車式減速機構（以下、「減速機構」と略す）４０から成っている。減速機構４０は、ロータ組立体８と一体のサンギア４１、キャリア４２に回転自在に支持され且つサンギア４１と噛み合う複数の遊星ギア４３と、弁本体１０にギアケース３９を介して固定支持されており且つ遊星ギア４３の一部と噛み合うリングギア４４と、リングギア４４の歯数と僅かに歯数が異なる出力内歯ギア４５とを備えている。減速機構４０によって減速されたロータ組立体８の回転は、出力内歯ギア４５を介して送りねじ機構１ｃの出力軸４６に伝達される。なお、本例では減速機構４０として遊星歯車式減速機構を設けたが、遊星歯車式減速機構の代わりに直列に噛み合い配置された歯車列機構であってもよい。或いは、減速機構４０は必ずしも必要ではなく、ロータの回転を直接にねじ機構に入力させてもよい。なお、キャン３０の上部内部には、減速機構４０のシャフト４７を回転支持するため、金属板加工で形成された軸受４８が嵌合して取り付けられており、ロータ組立体８とリングギア４４との間にはロータ組立体８を軸受４８に向かって付勢する皿ばね４９が配置されている。
【００２２】
送りねじ機構部１ｃは、遊星歯車式減速機構４０を介して出力軸４６に伝達されたロータ組立体８の回転を、弁軸６０の弁体６１を弁座６２に対し接離させる直線運動に変換する。送りねじ機構部１ｃは、弁本体１０に支持されており且つ上側で出力軸４６を回転自在に支持するとともに下側内周に雌ねじ部５１が形成されている筒状軸受５０と、筒状軸受５０の雌ねじ部５１に螺合する雄ねじ部５３が形成されているねじ軸５２とを有している。筒状軸受５０は、弁本体１０に形成された弁穴６３の上部に嵌まり込む状態で固定支持されている。即ち、筒状軸受５０が固定ねじ部であり、ねじ軸５２が移動ねじ部である。出力軸４６の下端に形成された凸部５４は、ねじ軸５２の上端に形成されている凹部５５に係合しており、出力軸４６の回転をねじ軸５２に伝達する。出力軸４６の上端はロータ組立体８の回転軸に連結固定されている。
【００２３】
ねじ軸５２の軸方向変位は、ボール６５及びボール受け部材６６を介して弁軸６０へ伝達される。送りねじ機構１ｃにおいてねじ軸５２を開弁方向へ移動させるときには、雌ねじ部５１と雄ねじ部５３の間のバックラッシュを除去するため、弁本体１０には、弁軸６０を開弁方向に付勢するコイルばね７０が設けられている。
【００２４】
コイルばね７０を支持するため、弁室１４には金属製の有底筒状のばね受け７３（ばね覆い部材）が配設されている。このばね受け７３は、弁軸６０の外周面をその下端部を残して覆う筒状の周壁７４と、その上端に外側に屈曲する態様で形成された外向きフランジ部７５と、周壁７４の下端に内側に屈曲し且つ弁軸６０が貫通可能な孔７７を残す態様で形成された内向きフランジ部７６とを有している。コイルばね７０は、上端部７１が弁軸６０の大径部６７に当接しており、下端部７２がばね受け７３の内向きフランジ部７６に当接することによって、圧縮された状態に支持されている。周壁７４の外向きフランジ部７５は、弁本体１０の弁穴６３の下端に形成されている段差部６４と、弁穴６３に装着された筒状軸受５０の下端部との間に挟み込まれて固定されている。
【００２５】
ばね受け７３に圧縮状態に保持されたコイルばね７０のばね力によって弁軸６０は常に開弁方向（ねじ機構部１ｃの方向）に付勢されており、送りねじ機構１ｃからの力によって弁軸６０を閉弁方向に押し下げるときには、コイルばね７０のばね力に抗して弁軸６０を下げ、弁軸６０の先端に形成されている弁体６１を弁座６２に座着させてオリフィス１６を閉じる。弁軸６０の弁座６２に対する位置は、ギア減速部１ｂによって高い分解能で位置決めできるので、弁体６１とオリフィス１６の間の流路面積は高精度に制御され、通過する冷媒流量を高精度で調節することができる。送りねじ機構１ｃを開弁方向に作動させるときには、コイルばね７０のばね力によって、弁軸６０はねじ軸５２の上昇に追従して移動する。
【００２６】
コイルばね７０がそのばね力によって送りねじ機構１ｃを開弁方向に付勢しているので、筒状軸受５０の雌ねじ部５１とねじ軸５２の雄ねじ部５３との間に存在するガタは、筒状軸受５０に対してねじ軸５２が上方に寄せられることで吸収されている。閉弁の際には、弁体６１が弁座６２に当接したとき、雄ねじ部５３からは、ねじガタを吸収する無効な行程を経ることなく直ちに反力が雌ねじ部５１に伝達される。また、開弁の際には、弁体６１が弁座６２から離れたときに、雄ねじ部５３は雌ねじ部５１に追従して移動する。本実施例では、コイルばね７０を弁室１４内に設けたことで、コイルばねを弁室１４の上方に設ける場合よりも電動弁の上下方向の寸法を小さくすることができる。
【００２７】
図１に示す例においては、送りねじ機構部１ｃを構成している軸受筒部５０の外周面は弁本体１０の上部筒部の内周面に嵌合している。軸受筒部５０には環状溝８１とこれに連通した縦穴９０とが形成されている。弁本体１０の上部筒部には径方向に貫通して均圧孔８０が形成されている。均圧孔８０の内側開口は軸受筒部５０の環状溝８１及び縦穴９０に臨んでおり、外側開口はキャン３０内部空間に開いている。したがって、上記の環状溝８１、縦穴９０、均圧孔８０は、弁室１４側とキャン３０の内部とを連通し冷媒が通過可能な流体通路の一部を形成している。なお、従来の電動弁には、弁軸６０の外側にベローズを取り付けて、弁室１４に導入される冷媒がキャン３０内に浸入するのを防止するとともに、ベローズに作用する流体圧やベローズ自身の弾性力で弁軸６０には上方向への付勢力を与えている形式のものがある。本実施例においては、高価で溶接等の工程が必要なベローズを用いておらず、冷媒は均圧孔８０を通じてキャン３０内への浸入を可能としている。その結果、筒状軸受５０とねじ軸５２とのねじ作動部に圧力差に起因した荷重が作用せず、ねじ作動部にロックが生じることがない。
【００２８】
本例においては、筒状軸受５０の外周面には、均圧孔８０の開口が臨む位置を含んで環状溝８１が形成されている。そして、環状溝８１には、リング状の異物侵入防止部材８２が嵌まり合う形態で配設されている。異物侵入防止の機能を果たすには、均圧孔８０の開口が臨む位置にのみ異物侵入防止部材８２を配置させればよいが、異物侵入防止部材８２をリング状に構成することで、弁本体１０と筒状軸受５０とがどの角度位置で嵌合しても均圧孔８０の開口が臨む位置に異物侵入防止部材８２が存在することになり、組立時における位置合わせ作業負担の軽減が図られる。
【００２９】
異物侵入防止部材８２は、発泡金属のような、流体通過性のある多孔質体とすることが好ましい。異物侵入防止部材８２をこのような多孔質体とすることで、冷媒は通過可能であるが、異物はそのフィルタ作用によって捕捉されるのでキャン３０内に流入することがない。また、そのような流体通過性を備えつつ異物を捕捉するフィルタ作用を備えるものであれば、発泡金属に限ることなく、金網等のフィルタでもよい。
【００３０】
電動弁の別の例が図２に示されている。図２に示す電動弁１Ａにおいては、異物侵入防止部材８３が均圧孔８０内に配設されている。異物侵入防止部材８３は、先の例と同様の発泡金属等の材料から円柱状に成形され、均圧孔８０内に嵌入されている。他の構成要素は図１に示す実施例と同様であるので、同じ符号を用いることで再度の説明を省略する。
【００３１】
本発明の電動弁の実施例が図３に示されている。図３に示す電動弁１Ｂにおいても、図１に示す例と同等の部品及び部位には同じ符号を付すことで再度の説明を省略する。電動弁１Ｂにおいては、ばね受け（ばね覆い部材）７３ｂは、その下側フランジ部７６から弁軸６０に沿って弁体６１方向に延びる延長ガイド部としてのガイド筒部７８を備えている。ガイド筒部７８は、弁軸６０を軸方向にガイドするのに充分な長さを有しており、弁軸６０の外周面とガイド筒部７８の内周面との間に形成される隙間が、弁室１４からキャン３０の内部へ冷媒が流れる流体通路の一部を形成している。この狭い隙間から成る流体通路は、冷媒に含まれ得る異物が通過しにくくしており、送りねじ機構１ｃやキャン内に異物が侵入するのを防止する異物侵入防止部材としての働きをしている。ガイド筒部７８は、また、弁軸６０の軸方向のガイド性を向上しており、弁座６２に対する弁体６１の着座性（同心性）を向上している。
【００３２】
図４には、電動弁の他の例が示されている。図４に示す電動弁１Ｃにおいても、図１に示す実施例と同等の部品及び部位には同じ符号を付すことで再度の説明を省略する。電動弁１Ｃにおいては、ばね受け（ばね覆い部材）７３ｃは、その下側の絞り部８４から弁軸６０に沿って弁体６１方向に延びる延長部としての延長筒部８５を備えており、延長筒部８５の最下端は外周面側に屈曲した内側フランジ部８６に形成されている。内側フランジ部８６と弁軸６０との間には弁軸６０の移動や冷媒の通過を許容する隙間８７が形成されている。延長筒部８５の筒状内面の径は弁軸６０の外径よりも大きく、そのため、両者の間には環状スペース８８が形成されている。環状スペース８８内には、冷媒に含まれ得る異物を捕捉可能な円筒状の異物捕捉部材８９が装着されている。異物捕捉部材８９は内側フランジ部８６によって支えられており、環状スペース８８から脱落することはない。異物捕捉部材８７は既に説明した実施例と同様に、発泡金属から形成されているが、流体通過性と異物捕捉性を備えていれば他の材料でも用いることができる。延長筒部８５内に配設された異物捕捉部材８７は、弁軸６０のガイド性を向上させる機能も有しており、弁座６２に対する弁体６１の着座性を向上させている。なお、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で上記の各実施形態に種々の改変を施すことができる。
【符号の説明】
【００３３】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ  電動弁
１ａ  駆動部                        １ｂ  ギア減速機部
１ｃ  送りねじ機構                  １ｄ  弁本体部
２  モータ励磁装置                  ３  コイル
８  ロータ組立体
１０  弁本体                        １４  弁室
１６  オリフィス                    ２０，２２  配管
３０  キャン                        ３９  ギアケース
４０  遊星歯車式減速機構
４１  サンギア                      ４２  キャリア
４３  遊星ギア                      ４４  リングギア
４５  出力内歯ギア                  ４６  出力軸
４７  シャフト                      ４８  軸受
４９  皿ばね
５０  筒状軸受                      ５１  雌ねじ部
５２  ねじ軸                        ５３  雄ねじ部
６０  弁軸                          ６１  弁体
６２  弁座                          ６３  弁穴
６５  ボール                        ６６  ボール受け部材
７０  コイルばね                    ７３，７３ｂ，７３ｃ  ばね受け（覆い部材）
７８  ガイド筒部（延長ガイド部）
８０  均圧孔                        ８１  環状溝
８２，８３  異物侵入防止部材        ８５  延長筒部（延長部）
８８  環状スペース                  ８９  異物捕捉部材
【図１】
0005380562.tif 000002
【図２】
0005380562.tif 000003
【図３】
0005380562.tif 000004
【図４】
0005380562.tif 000005
【図５】
0005380562.tif 000006