(57)【要約】【課題】高価な遊星歯車減速機構を用いることなく、高分解能な弁回度を持つことができ、且つ小型で安価な電動弁を提供する。【解決手段】空気調和機の冷媒の流量を制御する電動弁１は、電動モータ３０の回転を、弁の開閉動作に変換するために低速回転に減速するべく、複数の平歯車５４〜５８を組み合わせて成る平歯車式減速輪列機構５０を備えている。平歯車５４〜５８のモジュールをｍ、減速比を１／Ｋ、平歯車式減速輪列機構５０の歯車径方向の最大外形寸法を表す円の直径をＤとしたとき、ＤとＫとが以下の関係を満足するので、各平歯車の寸法バランスが良好であり、小型・安価で且つ高い分解能と大きな減速比を得ることができる。  Ｄ＝α・ｍ        α＝２０〜１００  Ｋ＝ｍ／β        β＝  ８〜２０【選択図】図１
2008014485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気調和機の冷媒の流量を制御する電動弁であって、
電動モータの回転を、弁の開閉動作に変換するために低速回転に減速するべく、複数の平歯車を組み合わせて成る平歯車式減速輪列機構を備え、
前記平歯車式減速輪列機構に用いられる平歯車のモジュールをｍ、減速比を１／Ｋ、前記平歯車式減速輪列機構の歯車径方向の最大外形寸法を表す円の直径をＤとしたとき、ＤとＫとが以下の関係を満足することから成る電動弁。
Ｄ＝α・ｍ        α＝２０〜１００
Ｋ＝ｍ／β        β＝  ８〜２０
【請求項２】
前記平歯車式減速輪列機構は、互いに噛み合う二つの平歯車から成る減速段を複数段備えて成るものである請求項１に記載の電動弁。
【請求項３】
前記平歯車式減速輪列機構の平歯車の前記モジュールｍは０．２〜０．４であり、前記最大外形の寸法を表す円の直径Ｄは４０ｍｍ以下であり、前記減速比１／Ｋが１／３０〜１／１００である請求項１に記載の電動弁。
【請求項４】
前記平歯車式減速輪列機構が歯車箱内に収容されるとともに、前記平歯車式減速輪列機構からの回転出力をねじ軸方向の出力変位に変換するねじ機構部が前記歯車箱に取り付けられており、
前記電動モータは前記歯車箱の外部に配設されるモータ励磁装置と、前記歯車箱の外部に回転自在に支持され且つ前記モータ励磁装置によって回転駆動されるとともに当該回転を前記平歯車式減速輪列機構に入力させる永久磁石型のロータ組立体とを備えており、
前記歯車箱の外部には前記ねじ機構部に接続された弁本体が配設され、前記弁本体は、弁室と、当該弁室の壁面の一部に形成された弁座と、前記弁座に接離して前記弁座に形成されている開口を開閉する弁体と、前記ねじ機構部の出力変位を受けて前記弁体を前記弁座に対して接離させる弁棒と、当該弁棒と前記弁本体とに渡って装着され冷媒が前記歯車箱内に侵入するのを阻止するベローズとを備えている請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動弁。
【請求項５】
前記ねじ機構部に用いられるねじは、ねじピッチが０．５〜１．５ｍｍであり、ねじサイズがＭ３〜Ｍ７の範囲である請求項４に記載の電動弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機の冷媒の流量を制御する電動弁、特に、電動モータの回転を、弁の開閉動作に変換するために低速回転に減速するべく、複数の平歯車を組み合わせて成る平歯車式減速輪列機構を備えた電動弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機の冷媒の流量を制御する電動弁であって、電動モータの回転を弁の開閉動作に変換するものとしては、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や特許文献２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ようにしたもので、例えば特許文献３や特許文献４等に開示されている。
【特許文献１】特開２０００−３５６２７８号公報
【特許文献２】特開２００４−１９７８００号公報
【特許文献３】特開２００２−８４７３２号公報
【特許文献４】特開２００３−２３２４６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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を細かく設定することは困難であるという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を細かく設定することはできるが、コンパクトに構成するには、例えば遊星歯車式減速機構を採用することになる。しかしながら、遊星歯車式減速機構には厳しい製造精度が求められ、構造が複雑になるとともに、製造コストが高くなるという問題を有している。
【０００４】
本発明の目的は、高価な遊星歯車減速機構を用いることなく、高分解能な弁開度を持つことができ、且つ小型で安価な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】
【０００５】
本発明による電動弁は、空気調和機の冷媒の流量を制御する電動弁であって、電動モータの回転を、弁の開閉動作に変換するために低速回転に減速するべく、複数の平歯車を組み合わせて成る平歯車式減速輪列機構を備え、前記平歯車式減速輪列機構に用いられる平歯車のモジュールをｍ、減速比を１／Ｋ、前記平歯車式減速輪列機構の歯車径方向の最大外形寸法を表す円の直径をＤとしたとき、ＤとＫとが以下の関係を満足することから成っている。
Ｄ＝α・ｍ        α＝２０〜１００
Ｋ＝ｍ／β        β＝  ８〜２０
【０００６】
この電動弁によれば、平歯車式減速輪列機構に用いられる平歯車のモジュール、減速比、及び歯車径方向の最大外形寸法を表す円の直径が上記の範囲に定められているので、平歯車式減速輪列機構の各平歯車の寸法のバランスが良好であり、小型及び安価で、且つ高い分解能、大きな減速比を持つ電動弁を得ることができる。
【０００７】
前記電動弁において、前記平歯車式減速輪列機構を、互いに噛み合う二つの平歯車から成る減速段を複数段備えて成るものとすることができる。このような構成によれば、電動モータの出力回転が平歯車式減速輪列機構に入力されると、複数段の減速段によって非常に高い減速比で減速され、弁開度を高い分解能で制御することができる。
【０００８】
前記電動弁において、前記平歯車式減速輪列機構の平歯車の前記モジュールｍは０．２〜０．４であり、前記最大外形寸法を表す円の直径Ｄは４０ｍｍ以下であり、前記減速比１／Ｋが１／３０〜１／１００であるとすることができる。これらの数値範囲を選択することにより、製造が困難になることなく、軸方向及び径方向に十分に小型でありながら、大きな減速比を持つ電動弁を得ることができる。
【０００９】
前記電動弁は、より具体的には、前記平歯車式減速輪列機構が歯車箱内に収容されるとともに、前記平歯車式減速輪列機構からの回転出力をねじ軸方向の出力変位に変換するねじ機構部が前記歯車箱に取り付けられており、前記電動モータは前記歯車箱の外部に配設されるモータ励磁装置と、前記歯車箱の外部に回転自在に支持され且つ前記モータ励磁装置によって回転駆動されるとともに当該回転を前記平歯車式減速輪列機構に入力させる永久磁石型のロータ組立体とを備えており、前記歯車箱の外部には前記ねじ機構部に接続された弁本体が配設され、前記弁本体は、弁室と、当該弁室の壁面の一部に形成された弁座と、前記弁座に接離して前記弁座に形成されている開口を開閉する弁体と、前記ねじ機構部の出力変位を受けて前記弁体を前記弁座に対して接離させる弁棒と、当該弁棒と前記弁本体とに渡って装着され冷媒が前記歯車箱内に侵入するのを阻止するベローズとを備えることができる。
【００１０】
前記ねじ機構部に用いられるねじは、ねじピッチが０．５〜１．５ｍｍであり、ねじサイズがＭ３〜Ｍ７の範囲であるとすることができる。モータの回転が平歯車式減速輪列機構によって大きく減速されると、それに応じて大きなトルクとなった回転出力が当該ねじに作用するが、ねじ機構部のねじについて上記の数値範囲にあるようなねじを採用することで、小型でありながらも、弁体を確実に作動させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明による電動弁では、上記のように構成されていることにより、電動モータの回転が平歯車式減速輪列機構の減速作用によって大きな減速比で伝達され、減速された出力において大きなトルクを得ることができる。したがって、平歯車式減速輪列機構の出力回転を弁の開閉動作に変換するねじ機構部において、強力な弁駆動力を発揮することができる。また、大きく減速された回転がねじ機構に与えられるので、弁体の弁座に対する移動距離、即ち、弁座に形成された開口の開度を高い精度で制御可能となり、弁開度の高い分解能が得られ、電動弁を通過する流量を高精度で制御することができる。更に、平歯車式減速輪列機構の各平歯車について、設計・製造の厳しい制約が課せられることなく、各平歯車の仕様がバランス良く設定される。したがって、平歯車式減速輪列機構を採用しながらもサイズを可及的に小型化することが可能である。また、本発明による電動弁は、簡素な構造で量産性に優れ、安価に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明による平歯車式減速輪列機構を備えた電動弁（以下、単に「電動弁」と略す）の弁本体を除く主要部の縦断面図である。なお、一部の要素についてはハッチングを省略してある。図２は、図１に示す電動弁の主要部と組み合わされる弁本体、ねじ軸受け、ねじ軸、ボールの詳細を示す断面図である。
【００１３】
図１に示すように、全体を符号１で示す電動弁は、基本的構造として、励磁機能で作用しステータとロータとから成る電動モータを含む駆動部２と、駆動部２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平歯車式減速輪列機構を含むギア減速機部３と、ギア減速機部３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ねじ機構部４とを有している。電動弁１は、ねじ機構部４の出力部に弁本体部を接続することで完成した弁として用いられるが、図１には、接続されるべき弁本体部は示されていない。ねじ機構部４のねじ軸方向の変位出力は、図２に符号５で示されている弁本体部に伝達される。
【００１４】
電動弁１において、駆動部２は、ステータを構成する筒状のモータ励磁装置３１と、モータ励磁装置３１の内部に配置され、且つ回転駆動される永久磁石型のロータ組立体３２とを有する電動モータ３０を備えている。この電動モータ３０は、ステッピングモータである。モータ励磁装置３１は、内部に装備されるボビン３４に巻き付けたコイル３３と、コイル３３への通電によって励磁されるステータ３５とを有し、コイル３３は電気回路３６、リード３７、及びリード線７を介して外部の電源に接続されて給電を受ける。ロータ組立体３２は、出力部として、その出力回転を伝達する支軸３９の下端部に出力歯車４０を備えている。
【００１５】
駆動部２は、全体として、ギア減速機部３の上方に配置されており、支軸３９がギア減速機部３内に延びて、出力歯車４０の回転をギア減速機部３に伝達する。駆動部２とギア減速機部３とは、気密容器であるカバー４１によって覆われている。カバー４１は、金属材で作られる有頂円筒形状の容器であり、その下側部分４１ａはギア減速機部３に備わる歯車箱４３を覆っており、下側部分４１ａの上方に一体的に延びる上段部分４１ｂには、駆動部２の電動モータ３０が収容されている。なお、図面を見やすくするために、ギア減速部３の各平歯車を横方向に展開して図示しているため、カバー４１は多段円筒状に描かれているが、実際には、各平歯車は電動モータ３０の下方に位置しており、カバー４１は直線的な円筒状である。カバー４１をモータ励磁装置３１に装着したとき、モータ励磁装置３１は、板ばねにより形成された取付具４２により、歯車箱４３上に押し付けられて固定される。カバー４１は、底側が、歯車箱４３の底板４３１を覆うゴム製の覆い部分３４と一体に固定されている。下側部分４１ａの下端周縁部分と覆い部分３４の周縁部分とはカシメ部４１ｄによって固定されており、カバー４１の内部を外部から密閉状態に保っている。
【００１６】
電動弁１のギア減速機部３は、ロータ組立体３２の回転を減速する平歯車式減速輪列機構（以下、「減速輪列機構」と略す）５０を備えている。減速輪列機構５０は、駆動部２の支軸３９と平行に且つ間隔を置いて配置された縦回転軸５１，５２，５３と、それらの縦回転軸５１〜５３にそれぞれ設けられた減速用の大径歯車５４，５５，５６及び小径歯車５７，５８を有している。大径歯車５４は出力歯車４０に噛み合い、大径歯車５４と一体の小径歯車５７は大径歯車５５に噛み合い、大径歯車５５と一体の小径歯車５８は大径歯車５６に噛み合っている。これらの歯車によって、ロータ組立体３２の回転は大きく減速され、最終段の歯車５６と一体の縦回転軸５３に伝達される。
【００１７】
減速輪列機構５０の出力ギア軸である縦回転軸５３に接続されるねじ機構部４においては、縦回転軸５３からの回転出力は、縦回転軸５３の下端に形成された平ドライバ部６３を介してねじ軸６２に伝達される。ねじ軸６２は上部には、この平ドライバ部６３が差し込まれるスリット６４が形成されている。ねじ軸６２は、筒状の軸受６０の内面に形成された雌ねじ６１に螺合している。ねじ軸６２の下部には凹部６６が形成されており、この凹部６６にボール６７が固着されている。軸受６０の下端部には、後述する弁本体部５に固定されたナット部材６５が支持されている。なお、軸受６０はナット部材６５と回転自在に組み付けられている。電動弁１のねじ機構部４は、ロータ組立体３２の回転が減速輪列機構５０を介して縦回転軸５３に伝達されたときに、ねじ軸６２及びボール６６を介して、後述するように、弁を開閉させる直線運動に変換する。
【００１８】
次に、電動弁１の弁本体部５の詳細を説明する。図２は、弁本体部５に備わる弁本体７０、弁棒８０等の詳細を示す断面図である。弁本体７０は、内部下方に弁室７２が形成されており、この弁室７２の壁面の一部として弁座７７が形成されている。弁本体７０には、その底部から下方に向けて延び、且つ弁室７２に通じるオリフィス７４が形成されている。また、弁本体７０には、冷媒を流入及び流出させるために、弁室７２の側面に連通する配管７８ａと、オリフィス７４に連通する配管７８ｂが気密に取り付けられている。弁本体７０の上端部の外周部が、ナット部材６５の内周部にねじ係合することによって、水分等の弁本体７０内への浸入を防止している。また、弁本体７０には、その弁室７２の上部に連通して冷媒が導入される室７６が形成されている。
【００１９】
弁室７２内には、弁座７７に対して接離して弁座７７に形成されている開口を開閉する弁体９０が配置されている。弁体９０を移動させるため、ねじ機構４のねじ軸６２に連係される弁棒８０が弁体９０に連結されている。弁棒８０の外側に配設されたベローズ８１の上端部８２は、リング部材８３を介して、弁本体７０にカシメ加工により固着されている。リング部材８３の弁本体７０への固定については、カシメ加工の他に、はんだ付けにより気密性を保っている。
【００２０】
ベローズ８１の下端部８４は弁棒８０に固着されている。ベローズ８１は、弁本体７０の室７６に導入される冷媒が歯車箱４３へ浸入するのを防止する。弁棒８０の上端部には、ボール６７のためのボール受け部材８５が挿入固定されている。図１に示すように、ボール６７の上部には、ねじ軸６２が当接し、ねじ機構４により軸方向の推力を弁棒８０側へ伝達する。
【００２１】
カバー４１の内部に装備されるロータ組立体３２は、モータ励磁装置３１のコイル３３に駆動信号を供給することにより回転する。
【００２２】
弁本体部５では、ねじ軸方向の変位出力を受けて弁体９０が弁座７７に対して接離動作し、その動作によって弁開度が変更される。即ち、弁本体部５においては、ねじ軸６２が軸受６０内で回転すると、ねじ軸６２の軸方向の移動に変換され、ねじ軸６２の軸方向の移動量は、ボール６７、ボール受け部材８５を介して弁棒８０側へ伝達され、弁棒８０の先端に取り付けた弁体９０が上下方向に直線移動する。これによって、弁体９０とオリフィス７４の間の流路面積は制御され冷媒の流量が調節される。このとき、弁棒８０と弁本体７０とに渡って装着されたベローズ８１は、弁室７２に連通する室７６内に導入される冷媒が歯車箱４３内に浸入するのを防止する。
【００２３】
減速輪列機構５０においては、ロータ組立体３２の出力歯車４０からの回転が入力となる。出力歯車４０は小径歯車であり、出力歯車４０に噛み合い且つ縦回転軸５１に支持されている大径歯車５４とで第１の減速段が構成されている。大径歯車５４と一体の小径歯車５７と、隣接する縦回転軸５２に支持されている大径歯車５５で第２の減速段が構成されている。同様にして、大径歯車５５と一体の小径歯車５８と、隣接する縦回転軸（出力ギア軸）５３に支持されている大径歯車５６とで第３の減速段が構成されており、縦回転軸（出力ギア軸）５３が減速輪列機構５０の出力軸となっている。したがって、ギア減速機部３では、歯車径方向に接続された複数の減速段によって、電動モータ３０の出力回転（ロータ組立体３２の回転）は、例えば５０対１程度の大きな減速比で減速されて、ねじ軸６２に伝達される。これによって、ねじ軸６２は、微少回転数での回転が可能となり、分解能の高い弁開度制御が達成される。
【００２４】
本発明による電動弁の実施例として、以下のものが挙げられる。電動弁１においては、減速輪列機構５０に用いられる平歯車の歯の大きさを定めるギアモジュールｍとして０．２〜０．４とすることが好ましい。ギアモジュールｍをこの範囲よりも小さくし過ぎると、平歯車の歯の大きさが小さ過ぎて製造が困難になり、また伝達トルクの大きさに耐えるには、歯車軸方向の長さを長くする必要が生じ、ギア減速機部３の歯車軸方向長さが長くなる。また、逆にギアモジュールｍを上記範囲よりも大きくすると、製造し易くなるが、歯車径が大きくなり、減速輪列機構５０の歯車径方向の最大外形寸法を表す円（図４に破線で示す円）の直径、即ち、電動弁１のサイズも大きくなる。この円は、平歯車式減速輪列機構５０の歯車径方向を直径とし、且つ全ての平歯車５４〜５８を包含する最小の円であり、一部又は全部の平歯車の歯先を通る円である。減速輪列機構５０は、前記最大外形寸法が直径１５〜４０ｍｍというような小型でありながら、減速比が３０〜１００であるような大きな値を得ることができる。また、ねじ機構４のねじ軸６２としては、ねじピッチが０．５〜１．５ｍｍであるＭ３〜Ｍ７の小型の三角ねじ（又は、台形ねじ、角ねじでも可能）とすることができる。
【００２５】
一例として、減速段数を３段又は４段とし、モジュールｍを０．２、０．３、０．４として、減速輪列機構の歯車径方向の最大外形寸法を表す円の直径を１５〜４０ｍｍとしたときに、減速比を３０〜１００となる組合せが得られることを、図３のグラフに示している。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による電動弁の電動モータと減速機構を示す断面図。
【図２】本発明による電動弁の弁本体の詳細を示す断面図。
【図３】減速比と減速輪列機構の歯車径方向の最大外形寸法を表す円の直径との関係を示すグラフ。
【図４】平歯車式減速機構の歯車径方向の最大外形寸法を表す円を示す説明図。
【符号の説明】
【００２７】
１  電動弁                              ２  駆動部
３  ギア減速機部                        ４  ねじ機構部
４ａ  出力部                            ５  弁本体部
３０  電動モータ                        ３１  モータ励磁装置
３２  ロータ組立体                      ３３  コイル
３４  樹脂モールド                      ３５  ステータ
３６  電気回路                          ３７  リード
３８  電源                              ３９  出力軸
４０  出力歯車                          ４１  カバー
４１ａ  低段部分                        ４１ｂ  高段部分
４２  取付具                            ４３  歯車箱
５０  平歯車式減速輪列機構（減速輪列機構）
５１，５２，５３  縦回転軸（又は、回転支持軸）（５３：出力ギア軸）
５４，５５，５６  大径歯車
５７，５８  小径歯車
６０  軸受                              ６１  雌ねじ
６２  ねじ軸                            ６３  平ドライバ部
６４  スリット                          ６５  ナット部材
６６  凹部                              ６７  ボール
７０  弁本体                            ７２  弁室
７４  オリフィス                        ７６  室
７７  弁座                              ７８ａ，７８ｂ  配管
７９  受け部                            ８０  弁棒
８１  ベローズ                          ８２  上端部
８３  リング部材                        ８４  下端部
８５  ボール受け部材                    ９０  弁体
【図１】
2008014485.tif 000003
【図２】
2008014485.tif 000004
【図３】
2008014485.tif 000005
【図４】
2008014485.tif 000006