(57)【要約】【課題】小型モータで開閉可能な高圧シャットバルブ機構を提供する。【解決手段】バルブ本体１０とアクチュエータ５０とからなり、バルブ本体は、主弁孔１５を開閉する主弁体２０と、主弁体に設けられたパイロットポート２１と、パイロットポートに先端部が挿入された操作軸６０とを備える。操作軸には、第１の位置に移動したときパイロットポートを閉じ、第２の位置に移動したときパイロットポートを開くパイロット弁部６１と、第３の位置に移動したとき、主弁体と係合して主弁体を開き方向に変位させる係合部６３とが設けられている。アクチュエータは、キャン型のモータハウジング５１、ステータコイル５２、ロータ５４、直線移動可能且つ回転不能に支持された出力シャフト５７、ロータの回転を出力シャフトの直線運動に変換するリードスクリュー機構５３を有する直進モータよりなり、操作軸が出力シャフトに一体結合されている。【選択図】図２
2011169441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブ本体と、該バルブ本体に取り付けられてバルブ本体を駆動するアクチュエータとからなり、
上記バルブ本体は、高圧流体の流路を有すると共に、該流路の途中に主弁孔が形成され、その主弁孔の開口周囲に主弁座が形成されたバルブハウジングと、該バルブハウジングの上記流路途中に設けられた弁室内に、上記主弁孔の軸線方向に沿って変位自在に装備されており、上記主弁座に着座することで上記主弁孔を閉じ、上記主弁座から離間することで上記主弁孔を開く主弁体と、該主弁体に上記主弁孔の軸線方向に沿って貫通して形成された、上記主弁孔より小さい流路断面積のパイロットポートと、該パイロットポートに先端部が挿入され、上記主弁孔の軸線方向に移動可能な操作軸とを備え、
上記操作軸には、該操作軸が第１の位置に移動したとき上記パイロットポートを閉じると共に、上記操作軸が上記第１の位置よりも上記主弁体の開き方向にある第２の位置に移動したとき上記パイロットポートを開くパイロット弁部と、上記操作軸が上記第２の位置よりも上記主弁体の開き方向にある第３の位置に移動したときに、上記主弁体と係合して該主弁体を開き方向に変位させる係合部とが設けられ、
一方、アクチュエータは、モータハウジングと、該モータハウジングに固定されたステータコイルと、上記モータハウジングに回転自在に支持されて上記ステータコイルの励磁により回転するロータと、上記モータハウジングに直線移動可能且つ回転不能に支持された出力シャフトと、上記ロータの内周と上記出力シャフトの外周との間に設けられ、上記ロータの回転を出力シャフトの軸線方向の直線運動に変換するリードスクリュー機構とを有する直進モータにより構成されており、上記操作軸が、軸線方向移動する上記出力シャフトに結合されていることを特徴とする高圧シャットバルブ機構。
【請求項２】
上記直進モータは、上記モータハウジングの一端が閉塞し上記出力シャフトの突出する他端開口部が封止され、該モータハウジングの内部に上記ロータや上記出力シャフト及びそれらロータ及び出力シャフトの支持機構が内蔵され、モータハウジングの外部に上記ステータコイルが装備されたキャンタイプのものであり、
上記モータハウジングの他端開口部側に設けたフランジが、上記バルブハウジングの弁室の開口の取付面に結合されることで、上記バルブ本体に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の高圧シャットバルブ機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型の冷凍サイクル等の高圧流体回路に使用される高圧シャットバルブ機構に係り、特に１次側と２次側を開閉する主弁体にパイロットポートが設けられ、弁開時にパイロットポートを先に開いて１次側と２次側の圧力差を緩和し、その状態で１次側と２次側を閉じている主弁体を小さい力で開けられるようにした高圧シャットバルブ機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のバルブ機構の従来例は、例えば、特許文献１などにおいて広く知られている。図５は、それと類似のこの種のバルブ機構の一例を簡略化して示している。
【０００３】
このバルブ機構は、バルブ本体１１０と、該バルブ本体１１０に取り付けられてバルブ本体１１０を駆動する電磁アクチュエータ１５０とからなる。
【０００４】
バルブ本体１１０は、１次側１１１Ａから２次側１１１Ｂまで連通した高圧流体の流路１１１を有すると共に、流路１１１の途中に主弁孔１１５が形成され、その主弁孔１１５の開口周囲に主弁座１１６が形成されたバルブハウジング１１０Ａと、バルブハウジング１１０Ａの上記流路１１１途中に設けられた弁室１１２内に、主弁孔１１５の軸線方向に沿って変位自在に装備されており、主弁座１１６に着座することで主弁孔１１５を閉じ、主弁座１１６から離間することで主弁孔１１５を開く主弁体１２０と、主弁体１２０に主弁孔１１５の軸線方向に沿って貫通して形成された、主弁孔１１５より小さい流路断面積のパイロットポート１２１と、該パイロットポート１２１を閉じるパイロット弁体１５３とからなる。パイロット弁体１５３は、直動式の電磁アクチュエータ１５０のプランジャ１５１の先端に設けられ、プランジャ１５１を矢印Ａ方向に移動させると、パイロットポート１２１が開き、高圧側（１次側）と低圧側（２次側）の差圧が小さくなるので、その後、弱い推力で主弁体１２０を持ち上げることで、主弁孔１１５を開くことができるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３２９３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、図５に示したバルブ機構の場合、主弁体１２０をプランジャ１５１の磁力で引き上げる構成になっていたため、パイロットポート１２１を開いた段階でも、１次側と２次側の圧力差が多少とも残っている状態では、主弁体１２０を動かすのに大きな電磁力が必要であった。従って、流体圧が非常に高圧である場合には、非常に大きな電磁石を備えた電磁アクチュエータを使用する必要があり、バルブ機構全体が大型化する問題があった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、流体圧が高くても、小型モータで開閉可能な高圧シャットバルブ機構を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の高圧シャットバルブ機構は、バルブ本体と、該バルブ本体に取り付けられてバルブ本体を駆動するアクチュエータとからなり、上記バルブ本体は、高圧流体の流路を有すると共に、該流路の途中に主弁孔が形成され、その主弁孔の開口周囲に主弁座が形成されたバルブハウジングと、該ハウジングの上記流路途中に設けられた弁室内に、上記主弁孔の軸線方向に沿って変位自在に装備されており、上記主弁座に着座することで上記主弁孔を閉じ、上記主弁座から離間することで上記主弁孔を開く主弁体と、該主弁体に上記主弁孔の軸線方向に沿って貫通して形成された、上記主弁孔より小さい流路断面積のパイロットポートと、該パイロットポートに先端部が挿入され、上記主弁孔の軸線方向に移動可能な操作軸とを備え、上記操作軸には、該操作軸が第１の位置に移動したとき上記パイロットポートを閉じると共に、上記操作軸が上記第１の位置よりも上記主弁体の開き方向にある第２の位置に移動したとき上記パイロットポートを開くパイロット弁部と、上記操作軸が上記第２の位置よりも上記主弁体の開き方向にある第３の位置に移動したときに、上記主弁体と係合して該主弁体を開き方向に変位させる係合部とが設けられ、一方、アクチュエータは、モータハウジングと、該モータハウジングに固定されたステータコイルと、上記モータハウジングに回転自在に支持されて上記ステータコイルの励磁により回転するロータと、上記モータハウジングに直線移動可能且つ回転不能に支持された出力シャフトと、上記ロータの内周と上記出力シャフトの外周との間に設けられ、上記ロータの回転を出力シャフトの軸線方向の直線運動に変換するリードスクリュー機構と、を有する直進モータにより構成されており、上記操作軸が、軸線方向移動する上記出力シャフトに結合されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項２に記載の高圧シャットバルブ機構は、請求項１に記載の高圧シャットバルブ機構において、上記直進モータは、上記モータハウジングの一端が閉塞し上記出力シャフトの突出する他端開口部が封止され、該モータハウジングの内部に上記ロータや上記出力シャフト及びそれらロータ及び出力シャフトの支持機構が内蔵され、モータハウジングの外部に上記ステータコイルが装備されたキャンタイプのものであり、上記モータハウジングの他端開口部側に設けたフランジが、上記バルブハウジングの弁室の開口の取付面に結合されることで、上記バルブ本端に取り付けられていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１または２に記載の高圧シャットバルブ機構によれば、アクチュエータとしてリードスクリュー機構を持つ直進モータを採用しているので、その出力シャフトと結合された操作軸の変位によって、小型モータであっても、非常に強い機械的な力（直進力）で主弁体を主弁座から引き上げることができ、高圧流体にも対応可能である。
【００１１】
さらに、請求項２に記載の高圧シャットバルブによれば、キャンタイプの直進モータを使用しているので、高圧流体の使用下でシール性を厳重に管理しないでも、簡単な取り付けが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態の高圧シャットバルブ機構の外観斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】図２の直進モータだけ取り出して別の角度から見て示す断面図である。
【図４】同モータの出力シャフトの位置による弁の開閉状態を示す要部断面図であり、（ａ）は主弁体が閉じると共にパイロットポートも閉じられている状態を示す図、（ｂ）はパイロットポートを開けた状態を示す図、（ｃ）はパイロットポートを開けた上で主弁体を引き上げた状態を示す図である。
【図５】従来例のバルブ機構の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。
図１は実施形態の高圧シャットバルブ機構の外観斜視図、図２は図１のＡ−Ａ矢視断面図、図３は図２の直進モータだけ取り出して別の角度から見て示す断面図、図４は同モータの出力シャフトの位置による弁の開閉状態を示す要部断面図であり、（ａ）は主弁体が閉じると共にパイロットポートも閉じられている状態を示す図、（ｂ）はパイロットポートを開けた状態を示す図、（ｃ）はパイロットポートを開けた上で主弁体を引き上げた状態を示す図である。
【００１４】
図１および図２に示すように、この高圧シャットバルブ機構は、バルブ本体１０と、該バルブ本体１０に取り付けられてバルブ本体１０を駆動するアクチュエータとしての小型の直進モータ１５０とから概略構成されている。
【００１５】
バルブ本体１０は、図２に示すように、１次側１１１Ａから２次側１１１Ｂまで連通した高圧流体の流路１１を有すると共に、該流路１１の途中に主弁孔１５が形成され、その主弁孔１５の開口周囲に主弁座１６が形成されたバルブハウジング１０Ａと、該バルブハウジング１０Ａの上記流路１１途中に設けられた弁室１２内に、上記主弁孔１５の軸線方向に沿って変位自在に装備されており、主弁座１６に着座することで主弁孔１５を閉じ、主弁座１６から離間することで主弁孔１５を開く主弁体２０と、該主弁体２０に主弁孔１５の軸線方向に沿って貫通して形成された、上記主弁孔１５より小さい流路断面積のパイロットポート２１と、該パイロットポート２１に先端部が挿入され、主弁孔１５の軸線方向に移動可能な操作軸６０とを備えている。
【００１６】
また、操作軸６０には、該操作軸６０が第１の位置〔図４（ａ）の位置〕に移動したときパイロットポート２１を閉じると共に、操作軸６０が第１の位置よりも主弁体２０の開き方向にある第２の位置〔図４（ｂ）の位置〕に移動したときパイロットポート２１を開くパイロット弁部６１と、パイロット弁部６１の下の細径部６２と、細径部６２の下に連設され、操作軸６０が第２の位置よりも主弁体２０の開き方向にある第３の位置〔図４（ｃ）の位置〕に移動したときに、主弁体２０と係合して該主弁体２０を開き方向に変位させる係合部６３とが設けられている。
【００１７】
この場合、パイロット弁部６１は、例えばテーパ面からなり、細径部６２は、パイロットポート２１との間に必要量の隙間を作れる径に設定され、係合部６３は、パイロットポート２１の径よりも大きく、図４中の矢印Ｂ方向に操作軸６０が変位した際に、パイロットポート２１と干渉する大きさに設定されている。
【００１８】
一方、アクチュエータとしての直進モータ５０は、図２および図３に示すように、モータハウジング５１と、該モータハウジング５１に固定されたステータコイル５２と、モータハウジング５１に回転自在に支持されてステータコイル５２の励磁により回転するロータ５４と、モータハウジング５１に直線移動可能且つ回転不能に支持された出力シャフト５６と、ロータ５４の内周と出力シャフト５６の外周との間に設けられ、ロータ５４の回転を出力シャフト５６の軸線方向の直線運動に変換するリードスクリュー機構５３とを有しており、操作軸６０が出力シャフト５６に一体に結合されている。
【００１９】
ここで、ロータ５４は、マグネット５４Ａとその内周に一体回転するように設けられたロータサポート５４Ｂとから構成されており、ロータサポート５４Ｂの内周のリード雌ネジ（リードスクリュー機構５３の片方の要素）が出力シャフト５６の端部外周のリード雄ネジ（リードスクリュー機構５３のもう片方の要素）に噛み合っている。
【００２０】
この場合の直進モータ５０は、モータハウジング５１の一端（後端）が閉塞し出力シャフト５６の突出する他端（前端）開口部が封止され、該モータハウジング５１の内部にロータ５４や出力シャフト５６及びそれらロータ５４及び出力シャフト５６の支持機構（ボールベアリング５５やシャフトガイド５７）が内蔵され、モータハウジング５１の外部にステータコイル５２が装備されたキャンタイプのものであり、モータハウジング５１の他端開口部側に設けたフランジ５１Ａが、バルブハウジング１０Ａの弁室１２の開口の取付面１２Ａに結合されることで、バルブ本体１０に取り付けられている。
【００２１】
なお、シャフトガイド５７のガイド溝５７Ａに、出力シャフト５６側に固定されたガイドピン５８が軸線方向スライド自在に嵌まることで、出力シャフト５６が回り止めされている。また、図３中符号５９で示すものは軸方向に部品を位置決めするプッシュナットである。
【００２２】
次に、以上の構成からなる高圧シャットバルブ機構の作用について説明する。
バルブ本体１０の流路１１には、１次側１１Ａから２次側に高圧流体が流れる。
図４（ａ）に示すように、主弁体２０が弁座１６に着座して主弁孔１５を閉鎖され、パイロットポート２１が閉じられているとき、流体による高圧は、主弁体２０に主弁孔１５の断面積に応じた閉鎖力を作用させている。
【００２３】
この状態から弁開動作を行う場合は、まず、図４（ｂ）に示すように、操作軸（出力シャフト）５６を少し矢印Ｂ方向に変位させ、パイロット弁部６１を持ち上げる。すると、細径部６２とパイロットポート２１の隙間が開状態となり、当該隙間を高圧流体が流れることにより、１次元１１Ａと２次側１１Ｂの圧力差が緩和される。
【００２４】
そこで、引き続いて操作軸（出力シャフト）５６を更に矢印Ｂ方向に変位させ、係合部６３により主弁体２０を持ち上げ、主弁孔１５を開状態とする。これにより、１次側１１Ａから高圧流体が２次側１１Ｂに流れる。
【００２５】
以上のように、本実施形態の高圧シャットバルブ機構では、アクチュエータとしてリードスクリュー機構５３を持つ直進モータ５０を採用しているので、その出力シャフト５６と結合された操作軸６０の変位によって、小型モータであっても、非常に強い機械的な力（直進力）で主弁体２０を主弁座１６から引き上げることができ、高圧流体にも対応可能である。
【００２６】
また、キャンタイプの直進モータ５０を使用しているので、高圧流体の使用下でシール性を厳重に管理しないでも、簡単な取り付けが可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  バルブ本体
１０Ａ  バルブハウジング
１１  流路
１２  弁室
１２Ａ  取付面
１５  主弁孔
１６  主弁座
２０  主弁体
２１  パイロットポートと、
５０  直進モータ（アクチュエータ）
５１  モータハウジング
５１Ａ  フランジ
５２  ステータコイル
５３  リードスクリュー機構
５４  ロータ
５５  ボールベアリング（支持機構）
５６  出力シャフト（支持機構）
５７  シャフトガイド
６０  操作軸
６１  パイロット弁部
６３  係合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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