(57)【要約】【課題】従前の電動弁に対して大きな変更を加えることなく、ロータ回転時の摺動抵抗を確実に低減することのできる電動弁を提供する。【解決手段】ロータ５０をキャン３０の内部で回転可能に支持する支持部材６１がキャン３０に圧入されて固定される。支持部材６１は、ロータ５０の太陽ギヤ部材５２から隙間をあけて配在される。【選択図】図１
2019124315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁室及び弁座を有する弁本体と、
前記弁室に昇降可能に配在された弁体と、
前記弁本体に固着されたキャンと、
前記キャンの外部に装備されたステータ、及び、前記キャンの内部に回転可能に装備されたロータを有するモータと、
前記ロータを前記キャンの内部で回転可能に支持する支持部材と、
前記ロータの回転運動を前記弁体の昇降運動に変換するねじ送り機構と、を備える電動弁であって、
前記支持部材は、前記キャンに圧入されて固定されていることを特徴とする電動弁。
【請求項２】
前記支持部材は、前記ロータの上側に位置せしめられ、前記ロータの中心部に挿入されたシャフトの上部を支持していることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
【請求項３】
前記弁本体に固定され、前記ねじ送り機構の一方を構成する雌ねじ部が形成されたねじ軸受部材によって、前記シャフトの下部が支持されていることを特徴とする請求項２に記載の電動弁。
【請求項４】
前記支持部材は、前記ロータから隙間をあけて配在されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電動弁。
【請求項５】
前記支持部材は樹脂製であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電動弁。
【請求項６】
前記支持部材と前記キャンとの嵌め合い代は０．１ｍｍ以下であり、前記支持部材の線膨張率は６０×１０−６／℃以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電動弁。
【請求項７】
前記ロータは、上下動せずに回転するようになっていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の電動弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動弁に係り、例えば冷暖房システム等において流体（冷媒）の流量を制御する電動弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電動弁の従来例を図４に示す。図示従来例の電動弁１’は、基本的に、弁室１４及びその内部に形成された弁座１５を有する弁本体１０と、ベースプレート３１を介して弁本体１０に固着された天井部付き円筒形状のキャン３０と、キャン３０の外部に装備されるステータ４０及びキャン３０の内部に装備されるロータ５０からなるステッピングモータ６３と、ロータ５０の回転数を減速する遊星歯車減速機構６０と、前記弁座１５に接離して流体の通過量を制御する弁体２１と、遊星歯車減速機構６０の出力ギヤ５７の回転運動をねじ送り機構２７を介して直線運動に変換して弁体２１を駆動するねじ駆動部材２２と、から構成される。
【０００３】
弁本体１０には、弁室１４に連通する弁口１６が形成されるとともに、その弁口１６側にパイプ１１が接続され、弁室１４の側面に形成された開口に連通するようにパイプ１２が接続されている。また、弁本体１０の弁室１４の上部には、中心部下半部に雌ねじ部１３ａが形成されたねじ軸受部材１３が嵌挿され、かしめにより弁本体１０に固定されている（かしめ部１７）。
【０００４】
キャン３０の外周部に嵌着されたステータ４０は、ヨーク４１、ボビン４２、コイル４３、樹脂モールド４４等からなり、キャン３０の内部に（上下動せずに）回転自在に支持されるロータ５０は、磁性材料で作製された円筒形状のロータ部材５１と樹脂材料で作製された太陽ギヤ部材（ピニオンギヤともいう）５２とが一体に連結されて構成されている。太陽ギヤ部材５２の中心部にはシャフト６２が挿入され、そのシャフト６２の上部は、キャン３０の頂部内側に配置された支持部材６１により支持されている。
【０００５】
太陽ギヤ部材５２の太陽ギヤ５３は、出力ギヤ５７の底面上に載置されたキャリア５４に設けられたシャフト５６に回転自在に支持される複数の遊星ギヤ５５に噛み合う。遊星ギヤ５５の上半分は、弁本体１０の上部に固定された円筒部材１８の上部にかしめにより取り付けられた環状のリングギヤ（内歯固定ギヤ）５８に噛み合い、遊星ギヤ５５の下半分は、環状の出力ギヤ５７の内歯ギヤ５７ａに噛み合っている。リングギヤ５８の歯数と出力ギヤ５７の内歯ギヤ５７ａの歯数とはわずかに異なる歯数とされ、これにより、太陽ギヤ５３の回転数が大きな減速比で減速されて出力ギヤ５７に伝達される（このような歯車構成を、いわゆる不思議遊星歯車減速機構６０という）。
【０００６】
出力ギヤ５７は、ねじ軸受部材１３の上面に摺動接触しており、その出力ギヤ５７の底部中央には段付き円筒形状の出力軸５９の上部が圧入され、出力軸５９の下部がねじ軸受部材１３の中心部上半部に形成された嵌挿穴１３ｂに回転自在に挿入されている。また、出力軸５９の上部には、シャフト６２の下部が嵌め込まれている。
【０００７】
ねじ軸受部材１３の雌ねじ部１３ａには、ねじ駆動部材（ドライバともいう）２２の雄ねじ部２２ａが螺合されており、そのねじ駆動部材２２は、出力ギヤ５７（すなわち、ロータ５０）の回転運動を雄ねじ部２２ａと雌ねじ部１３ａとからなるねじ送り機構２７により軸線Ｏ方向（昇降方向）の直線運動（昇降運動）に変換する。ここで、出力ギヤ５７は軸線Ｏ方向の一定位置で上下動せずに回転運動しており、出力ギヤ５７に連結された出力軸５９の下端部に設けたスリット状の嵌合溝５９ｂにねじ駆動部材２２の上端部に設けた平ドライバ形状の板状部２２ｂを挿入して出力ギヤ５７の回転運動をねじ駆動部材２２側に伝達する。ねじ駆動部材２２に設けた板状部２２ｂが出力軸５９の嵌合溝５９ｂ内で軸線Ｏ方向に摺動することにより、出力ギヤ５７（ロータ５０）が回転すれば該出力ギヤ５７はその回転軸方向に移動しないにも関わらず、ねじ駆動部材２２は前記ねじ送り機構２７で軸線Ｏ方向に直線運動する。ねじ駆動部材２２の直線運動は、ボール２３とボール受座２４とからなるボール状継手２５を介して軸状の弁体２１に伝達され、弁体２１は弁本体１０の内部に固定された段付き円筒形状のばねケース１９により案内されて軸線Ｏ方向に移動する。また、ばねケース１９と弁体２１との間には、圧縮コイルばね２６が縮装されており、弁体２１を常時開弁方向に付勢している。
【０００８】
かかる構成により、弁体２１と弁座１５との間の流路面積（弁開度）が変化し、弁口１６を通過する冷媒の流量を制御することができる（例えば、下記特許文献１等参照）。
【０００９】
また、この種の電動弁として、出力ギヤ５７がねじ駆動部材（ドライバ）２２に一体に連結され、出力ギヤ５７とねじ駆動部材２２が一体となって回転及び軸線Ｏ方向に移動（昇降）するとともに、出力ギヤ５７の昇降に応じて、出力ギヤ５７の底面上に載置されたキャリア５３及び遊星ギヤ５５も昇降する一方で、固定部材であるリングギヤ５８と太陽ギヤ部材５２の間に、リングギヤ５８に支持されて太陽ギヤ部材５２を常時シャフト６２の支持部材６１側に向けて押し上げ、該支持部材６１に当接させる皿ばねが装備されたものも既に知られている（例えば、下記特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１７−００９０２５号公報
【特許文献２】特開２０１６−１０６２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、前記した如くの従来の電動弁においては、ロータに挿入されたシャフトの上部を支持する支持部材は、キャンの内径と同径に形成され、シャフトの上部に外挿されて前記ロータの太陽ギヤ部材の上面上に載置されてキャンの内側に配置されており、これにより、前記ロータ（に挿入されたシャフト）の（径方向の）位置決めをおこなっている。
【００１２】
そのため、前記した如くの従来の電動弁では、ロータが回転したときに、ロータの太陽ギヤ部材（の上面）と支持部材（の下面）とが相対的に回転（摺動）し、ロータ回転時の摺動抵抗が大きくなる懸念がある。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、従前の電動弁に対して大きな変更を加えることなく、ロータ回転時の摺動抵抗を確実に低減することのできる電動弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明に係る電動弁は、基本的に、弁室及び弁座を有する弁本体と、前記弁室に昇降可能に配在された弁体と、前記弁本体に固着されたキャンと、前記キャンの外部に装備されたステータ、及び、前記キャンの内部に回転可能に装備されたロータを有するモータと、前記ロータを前記キャンの内部で回転可能に支持する支持部材と、前記ロータの回転運動を前記弁体の昇降運動に変換するねじ送り機構と、を備え、前記支持部材は、前記キャンに圧入されて固定されていることを特徴としている。
【００１５】
好ましい態様では、前記支持部材は、前記ロータの上側に位置せしめられ、前記ロータの中心部に挿入されたシャフトの上部を支持する。
【００１６】
更に好ましい態様では、前記弁本体に固定され、前記ねじ送り機構の一方を構成する雌ねじ部が形成されたねじ軸受部材によって、前記シャフトの下部が支持される。
【００１７】
他の好ましい態様では、前記支持部材は、前記ロータから隙間をあけて配在される。
【００１８】
別の好ましい態様では、前記支持部材は樹脂製である。
【００１９】
別の好ましい態様では、前記支持部材と前記キャンとの嵌め合い代は０．１ｍｍ以下であり、前記支持部材の線膨張率は６０×１０−６／℃以下である。
【００２０】
他の好ましい態様では、前記ロータは、上下動せずに回転するようになっている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ロータをキャンの内部で回転可能に支持する支持部材がキャンに圧入されて固定されるので、ロータと支持部材との摺動を抑制できるため、例えば、支持部材がロータの太陽ギヤ部材上に載置されてキャンの内側に配置された従来のものと比べて、ロータ回転時の摺動抵抗を確実に低減することでき、もって、回転（つまり、弁体の昇降）に要する駆動トルクを小さくできるとともに、体格の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る電動弁の一実施形態を示す縦断面図。
【図２】キャンに対する支持部材の組付方法を説明する要部拡大縦断面図。
【図３】材料違いによる、雰囲気温度と嵌め合い代との関係を示す図。
【図４】従来の電動弁を示す縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、本発明に係る電動弁の一実施形態を示す縦断面図である。また、図２は、キャンに対する支持部材の組付方法を説明する要部拡大縦断面図である。
【００２５】
なお、各図面において、部材間に形成される隙間や部材間の離隔距離等は、発明の理解を容易にするため、また、作図上の便宜を図るため、誇張して描かれている場合がある。
【００２６】
また、以下に示される本実施形態の電動弁において、前述した図４に示される従来例の電動弁１’の各部に対応する部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略し、以下では、相異点を重点的に説明する。
【００２７】
本実施形態の電動弁１は、その基本構成は図４に示される従来例の電動弁１’とほぼ同様であるが、主として、弁室１４及び弁座１５を有する弁本体１０と、弁室１４に昇降可能に配在された弁体２１と、ベースプレート３１を介して弁本体１０に固着された天井部付き円筒形状のキャン３０と、キャン３０の外部に装備されるステータ４０及びキャン３０の内部に回転可能に装備されるロータ５０からなるステッピングモータ６３と、ロータ５０の回転数を減速する遊星歯車減速機構６０と、遊星歯車減速機構６０の出力ギヤ５７の回転運動を弁体２１の直線運動（昇降運動）に変換するねじ送り機構２７と、を備える。
【００２８】
前記ねじ送り機構２７は、前述のように、弁本体１０の弁室１４の上部に固定されたねじ軸受部材１３の内周に形成された雌ねじ部１３ａと、ねじ駆動部材２２の外周に形成された雄ねじ部２２ａとから構成される。
【００２９】
前述した従来例の電動弁１’では、ロータ５０を構成する太陽ギヤ部材５２の中心部に挿入されたシャフト６２の上部を支持する支持部材６１は、シャフト６２の上部に外挿されてロータ５０の太陽ギヤ部材５２の上面上に載置されてキャン３０の内側に配置されている。
【００３０】
一方、本実施形態の電動弁１では、前記支持部材６１は、キャン３０の頂部内側に圧入されて（相対移動不能及び相対回転不能に）固定されている。
【００３１】
詳しくは、前記支持部材６１は、例えば樹脂材料で作製された厚肉円板で構成され、組付前の状態においてキャン３０の内径より若干大きく設定されており、キャン３０との嵌め合い代（圧入代）を若干潰すようにして板金製のキャン３０の頂部内側に圧入されて配置固定される（図２参照）。前記ロータ５０は、支持部材６１の中央部に設けられた通し穴６１ａにシャフト６２の上部を（回転可能に）内挿して、当該支持部材６１の下側に配置される。その際、前記支持部材６１は、ロータ５０の上側で当該ロータ５０（の太陽ギヤ部材５２）から所定の隙間Ｇをあけて（浮かせて）配置固定される。なお、前記支持部材６１の位置決めを容易にするため、支持部材６１をキャン３０の天井部に当接させて配置してもよい。
【００３２】
また、ロータ５０に挿入されたシャフト６２の下部は、弁本体１０に固定されたねじ軸受部材１３によって、詳細には、その上部が出力ギヤ５７の底部中央に圧入され、その下部が弁本体１０に固定されたねじ軸受部材１３の中心部上半部に形成された嵌挿穴１３ｂに回転自在に挿入された出力軸５９の上部に嵌め込まれることによって支持されている。
【００３３】
なお、前記出力軸５９やねじ駆動部材２２は、ＳＵＳ等の金属製、セラミックス製、ガラス製等とすることができる。また、本例では、出力ギヤ５７に出力軸５９が圧入されているが、インサート成形によって出力ギヤ５７と出力軸５９とを一部品として構成してもよい。
【００３４】
かかる構成により、前記ロータ５０は、太陽ギヤ部材５２の上面が支持部材６１の下面に摺接することなく、キャン３０の内部で回転可能に支持される。
【００３５】
前述のように、板金製のキャン３０の内側に樹脂製の支持部材６１を圧入して固定する場合、組付時の支持部材６１の削れやキャン３０の変形等を防止するため、圧入時（例えば、雰囲気温度が約２０℃）嵌め合い代は、０．１ｍｍ以下であることが好ましい（図２及び図３参照）。それとともに、冷凍サイクルでの使用条件（−３０℃以上）を考慮すると、一般的な締まり嵌め公差幅を含めた最低温度（−３０℃）での嵌め合い代を確保するために、支持部材６１の材料として、線膨張係数（線膨張率）が６０×１０−６／℃以下の材料を使用することがさらに好ましい（図３参照）。なお、図３に図示されるように、線膨張係数（線膨張率）が１００×１０−６／℃の材料を使用すると、一般的な締まり嵌め公差幅を考慮した最低温度（−３０℃）での嵌め合い代を確保し得なくなる。このような条件を満たし得る樹脂材料としては、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等を採用できる。
【００３６】
かかる構成を有する本実施形態の電動弁１においても、前述した従来例の電動弁１’と同様、弁体２１と弁座１５との間の流路面積（弁開度）が変化し、弁口１６を通過する冷媒の流量を制御することができる。
【００３７】
このように、本実施形態の電動弁１では、ロータ５０をキャン３０の内部で回転可能に支持する支持部材６１がキャン３０に圧入されて固定されるので、ロータ５０と支持部材６１との摺動を抑制できるため、例えば、支持部材がロータの太陽ギヤ部材上に載置されてキャンの内側に配置された従来のものと比べて、ロータ回転時の摺動抵抗を確実に低減することでき、もって、回転（つまり、弁体の昇降）に要する駆動トルクを小さくできるとともに、体格の小型化を図ることができる。
【００３８】
なお、本発明は、図示実施形態のような、ポペット型もしくはピストン型の弁体が最下降位置にあるとき、その弁体が弁座に着座して流体の流れが遮断されるタイプ以外に、様々なタイプの電動弁に採用し得ることは言うまでも無い。例えば、弁体が最上昇位置にあるとき、その弁体が弁口の裏面側に設けた弁座に着座して流体の流れが遮断される閉弁タイプの電動弁（この場合、弁軸と弁本体との間には弁体を閉弁方向に付勢する圧縮コイルばねが介装される）であってもよい。また、弁体が弁座に着座しつつ、弁体に設けられた連通穴や弁座に設けられたブリード溝等を介して所定量の通過流量が確保されるタイプの電動弁であってもよいし、弁体が最下降位置（通常なら全閉状態となる）にあるときに、弁体と弁座との間に所定の大きさの間隙が形成されて所定量の通過流量が確保される閉弁レスタイプの電動弁であってもよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、駆動時に、ロータ５０（出力軸５９）が上下動せずに回転し、ねじ駆動部材２２に突設した板状部２２ｂが出力軸５９の嵌合溝５９ｂ内で軸線Ｏ方向（昇降方向）に摺動することにより、ねじ駆動部材２２（弁体２１）が弁本体１０等に対して昇降方向に直線運動するようになっているが、本発明は、ロータ５０が回転しながら上下動するタイプの電動弁にも採用し得ることは詳述するまでも無い。また、上記実施形態では、出力ギヤ５７に連結された出力軸５９に嵌合溝５９ｂを設け、ねじ駆動部材２２に板状部２２ｂを設けているが、逆に、出力軸５９に板状部を設け、ねじ駆動部材２２に嵌合溝を設けてもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００４０】
１      電動弁
１０    弁本体
１３    ねじ軸受部材
１３ａ  雌ねじ部
１４    弁室
１５    弁座
１６    弁口
１８    円筒部材
１９    ばねケース
２１    弁体
２２    ねじ駆動部材
２２ａ  雄ねじ部
２２ｂ  板状部
２６    圧縮コイルばね
２７    ねじ送り機構
３０    キャン
３１    ベースプレート
４０    ステータ
５０    ロータ
５１    ロータ部材
５２    太陽ギヤ部材
５７    出力ギヤ
５９    出力軸
５９ｂ  嵌合溝
６０    不思議遊星歯車減速機構
６１    支持部材
６２    シャフト
６３    ステッピングモータ
【図１】
2019124315.tif 000003
【図２】
2019124315.tif 000004
【図３】
2019124315.tif 000005
【図４】
2019124315.tif 000006