(57)【要約】【課題】楕円形状のプレートからなる弁体とこれをその短径方向の軸を中心に回動させるシャフトとのスポット溶接部にかかる応力を低減させる電動弁を提供する。【解決手段】モータアクチュエータの出力ギヤ８のバタフライ弁側の面に凹設された半径方向に延びる溝部２２を有し、そこにシャフト２０をＬ字形状に曲げて形成したレバー２１を嵌める構成において、溝部２２の幅をレバー２１の径よりも大きくし、その内側の対向面に圧潰部２３を突設し、これら圧潰部２３の先端間距離をレバー２１の径に概略等しくし、レバー２１を圧潰部２３の先端で係合するようにした。最初の作動時に、圧潰部２３の先端が潰れることにより、２回目以降の作動時には、圧潰部２３の潰れ分だけスポット溶接部にかかる応力が低減されることになる。【選択図】図５
2009138856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状の通路に内設された弾力性を有するスリーブの中に楕円形状のプレートで構成された弁体をその短径方向の軸を中心に回動可能に配置されて流路の開閉または切り替えを行うバタフライ弁と、前記弁体にその短径方向の軸に配置されて接合されたシャフトを回転駆動するがその回動範囲がメカロックにて規定されているモータアクチュエータとを備え、前記モータアクチュエータの出力ギヤには前記バタフライ弁側の面に凹設された半径方向に延びる溝部を有し、前記シャフトの前記モータアクチュエータ側の先端がＬ字形状に曲げられたレバーを有し、このレバーを前記溝部に嵌めることで前記モータアクチュエータの駆動力を前記弁体に伝達するようにした電動弁において、
前記溝部は、前記レバーの径よりも大きな幅を有し、内側の対向面には圧潰部がそれぞれ突設され、前記圧潰部の先端間距離が前記レバーの径に概略等しくし、前記レバーが前記圧潰部の先端に係合状態で前記溝部に嵌められている電動弁。
【請求項２】
前記圧潰部は、前記溝部の半径方向に沿って複数対設けられている請求項１記載の電動弁。
【請求項３】
前記圧潰部は、前記溝部の対向面側の基端よりも先端が細い山型の形状を有している請求項１記載の電動弁。
【請求項４】
前記圧潰部は、前記溝部の対向面側の基端よりも先端が細い三角形の形状を有している請求項１記載の電動弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動弁に関し、特に給湯複合器の循環回路に用いられる開閉弁または切替弁として機能する電動弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
給湯複合器には、風呂水の追炊きのための循環回路が設けられており、その循環回路内には、一般に開閉弁として機能する電動弁が介挿配置されている。このような水回路の開閉を行う電動弁としては、一般にボール弁が知られているが、コスト低減を可能にしたバタフライ弁も提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
バタフライ弁は、円筒形状の通路に弾力性を有するスリーブを内設し、そのスリーブ内に楕円形状のプレートで構成された弁体を配置し、その弁体の短径方向の軸を中心にモータアクチュエータが弁体を回動させる構成になっている。弁体が通路に平行な方向に位置しているとき、バタフライ弁は全開状態になり、弁体が回動されてスリーブに押し付けられているとき、バタフライ弁は全閉状態となる。
【０００４】
また、バタフライ弁は、弁体の回動中心を通ってスリーブが内設された通路に直交する二方向に通路を形成することによって、１つの入口から導入された水をその二方向の通路に振り分ける、または二方向の通路から導入された水の一方を１つの出口に流すように切り替える切替弁を構成することができる。もちろん、弁体の角度を制御することにより、流量調整したり、振り分けまたは混合の割合を調整したりすることも可能である。
【０００５】
このようなバタフライ弁の開閉または切り替え動作において、プレートで構成された弁体は、その短径方向の軸に配置されて接合されたシャフトをモータアクチュエータが回転駆動することによって動作される。このバタフライ弁の開閉または切り替え動作は、プレートの長径方向の両端がスリーブに当接後、さらにプレートを回転駆動してスリーブが圧縮変形するまでプレートをスリーブに押し付けることによって完了する。このときのプレートの回動停止位置は、プレートの長径方向の両端がスリーブに当接する位置からさらに回動された位置である。この停止位置は、メカロックによる停止位置であって、シャフトを駆動するモータアクチュエータの出力ギヤをその許容回動範囲両端でストッパに当接させることによって強制的に止められる位置である。したがって、通路の閉止または切り替え完了時には、弁体の全周がスリーブを圧縮した状態で回動停止されていることにより、弁体とスリーブとの間には十分なシールが確立されている。
【特許文献１】特開２００５−９６７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、弁体は、楕円形状のプレートを弾力性のあるスリーブの中に押し込んでからシャフトをスポット溶接にてプレートに接合することによって組み立てられているので、そのスポット溶接部が経年変化により腐食して疲労限界応力が低下してくる部位であり、また、モータアクチュエータの荷重を受けたときに繰り返し応力が集中的に作用して疲労強度が低下する部位でもあることから、腐食が進行して疲労限界応力が低下してきた場合に、スポット溶接部で疲労破壊が発生してプレートがシャフトから外れる可能性があるという問題点があった。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、プレートとシャフトとの接合部にかかる応力を低減して疲労強度の低下を抑制するようにした電動弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では上記問題を解決するために、円筒形状の通路に内設された弾力性を有するスリーブの中に楕円形状のプレートで構成された弁体をその短径方向の軸を中心に回動可能に配置されて流路の開閉または切り替えを行うバタフライ弁と、前記弁体にその短径方向の軸に配置されて接合されたシャフトを回転駆動するがその回動範囲がメカロックにて規定されているモータアクチュエータとを備え、前記モータアクチュエータの出力ギヤには前記バタフライ弁側の面に凹設された半径方向に延びる溝部を有し、前記シャフトの前記モータアクチュエータ側の先端がＬ字形状に曲げられたレバーを有し、このレバーを前記溝部に嵌めることで前記モータアクチュエータの駆動力を前記弁体に伝達するようにした電動弁において、前記溝部は、前記レバーの径よりも大きな幅を有し、内側の対向面には圧潰部がそれぞれ突設され、前記圧潰部の先端間距離が前記レバーの径に概略等しくし、前記レバーが前記圧潰部の先端に係合状態で前記溝部に嵌められている電動弁が提供される。
【０００９】
このような電動弁によれば、最初の流路の開閉または切り替え作動時に圧潰部の先端がレバーによって潰される。これにより、２回目以降の流路の開閉または切り替え作動時には、弁体とシャフトとの接合部にかかる応力が圧潰部の潰れ分だけ低減されるようになる。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成の電動弁は、モータアクチュエータの出力ギヤとバタフライ弁との係合部に溶接部応力低減機能を有する圧潰部を備えたことにより、弁体が閉止を開始する位置の作動角度が大きくなってその閉止開始位置からギヤロック位置までの作動角度範囲、つまり、バタフライ弁の弁体がスリーブを圧縮変形していく角度範囲が小さくなるため、ギヤロック位置で溶接部にかかる応力を低減することができ、疲労強度の低下を大幅に遅らせることができるという利点がある。
【００１１】
また、バタフライ弁の製造時に弁体とこれを回動させるシャフトとの接合位置にずれが生じたとしても、その接合ずれは圧潰部の潰れ量によって吸収されるため、ギヤロック位置で接合ずれにより溶接部応力が増加してしまうことを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、給湯複合器の循環回路における水回路切替用の三方制御弁に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
図１は本実施の形態に係る電動弁を蓋を取った状態で示す正面図、図２は本実施の形態に係る電動弁を示す平面図、図３は図１のＡ−Ａ矢視断面図、図４は図１のＢ−Ｂ矢視断面図、図５は出力ギヤとシャフトとの係合状態を示す斜視図、図６は本実施の形態に係る電動弁の溶接部にかかる応力の変化を示す特性図である。
【００１３】
この電動弁は、図１および図２に示したように、１つの入口１ａおよび２つの出口１ｂ，１ｃを有するバタフライ弁１とこのバタフライ弁１の図の上部に配置されてバタフライ弁１を切替制御するモータアクチュエータ２とを備えている。なお、モータアクチュエータ２は、内部の部品配置を示すために、図１および図２では、バタフライ弁１と共通のボディ３に被せられるべき蓋を取り除いた状態で示している。
【００１４】
モータアクチュエータ２は、図２の平面図によく見られるように、モータ４を有し、その出力軸には、ウォーム５が設けられている。このウォーム５は、ウォームギヤ６に噛合され、このウォームギヤ６と一体に動作するよう形成された図示しない小径のギヤが中間ギヤ７に噛合されている。この中間ギヤ７は、これと一体に動作するよう形成された図示しない小径のギヤ７ａ（図４参照）を有し、これが出力ギヤ８に噛合されている。このウォーム５から出力ギヤ８までは、駆動力が一方向にしか伝達しない減速装置を構成している。
【００１５】
出力ギヤ８は、扇形の形状を有しており、その円周方向の両端は、当接面９，１０を有している。この出力ギヤ８を回動可能に支持しているボディ３には、当接面９，１０と円周方向に対向したストッパ１１，１２が一体に形成されている。これにより、出力ギヤ８は、反時計回り方向に回転されたときに、当接面９がストッパ１１に突き当たり、時計回り方向に回転されたときには、当接面１０がストッパ１２に突き当たって、強制的に回転停止するようになっており、出力ギヤ８の回動範囲を規制している。この出力ギヤ８は、バタフライ弁１を直接切替駆動するよう構成されている。
【００１６】
バタフライ弁１は、図３に示したように、図の上下方向に延びる第１通路１３と図の左右方向に延びる第２通路１４とが内部で交差した形状のボディ３を有している。第１通路１３の一端は、バタフライ弁１の入口１ａを構成し、他端は、プラグ１５によって閉止されている。第２通路１４は、その両端がそれぞれバタフライ弁１の出口１ｂ，１ｃを構成している。
【００１７】
第１通路１３は、ゴム製のスリーブ１６によって内張りされており、第２通路１４に対応して２つの連通孔１７，１８が横貫されている。スリーブ１６内には、プレートによって形成された弁体１９が配置されている。この弁体１９は、第１通路１３および第２通路１４の交差中心を通って垂下されているシャフト２０にスポット溶接により接合されており、シャフト２０を中心として回動可能に構成されている。なお、弁体１９およびシャフト２０は、それぞれ水に対する耐腐食性に優れたステンレス鋼で構成されている。
【００１８】
弁体１９は、楕円形状を有しており、その長径は、第１通路１３の中心軸線に対して切替位置の角度にあるときにその中心軸線の方向からの投影形状が真円になるような寸法を有し、短径は、スリーブ１６の内径よりも大きく形成されている。これにより、バタフライ弁１が切り替わっているときには、弁体１９の短径方向両端がスリーブ１６に食い込むことでシールし、それ以外の周縁部についてはスリーブ１６に押し付けられることでシールすることになる。
【００１９】
弁体１９を固定しているシャフト２０は、ボディ３によって回動自在に保持されているが、モータアクチュエータ２の側を支持しているボディ３とのクリアランスを介して水が漏れるのを防ぐため、軸シール部によってシールされている。この軸シール部は、図示はしないが、Ｏリングおよび平ワッシャを有し、その平ワッシャをモータアクチュエータ２の側から止め輪にて固定するようにしている。
【００２０】
シャフト２０は、図４および図５に示したように、モータアクチュエータ２側の先端がＬ字形状に曲げられて形成されたレバー２１を有し、このレバー２１は、出力ギヤ８のバタフライ弁１側の面（下面）に凹設された半径方向に長い溝部２２に嵌められている。この溝部２２は、レバー２１の径よりも大きな幅を有し、内側の対向面に山型の圧潰部２３が突設されており、その圧潰部２３の先端間距離がレバー２１の径に概略等しくなるようにしている。この圧潰部２３は、レバー２１が出力ギヤ８から過度の荷重を受けたときに先端が潰されて塑性変形する部分であり、これによって、スポット溶接部にかかる応力を低減する溶接部応力低減機能を有している。この構成により、出力ギヤ８の回動運動は、圧潰部２３、レバー２１を介してシャフト２０に荷重が制限された状態で伝達されることになる。
【００２１】
なお、この実施の形態では、出力ギヤ８を樹脂製とし、その溶接部応力低減機能である圧潰部２３は、図示の例では、溝部２２の長手方向中央付近の対向面に１対設けられている。しかし、この圧潰部２３は、出力ギヤ８の材質に応じてシャフト２０の側またはレバー２１の先端側に設けたり、必要に応じて溝部２２の長手方向に沿って複数対設けたりしてもよい。また、その圧潰部２３の形状についても、その基端部よりも先端部が細くなっていて潰れ易い形状であればよいので、図示のように山型に限らず、三角形であってもよい。
【００２２】
以上の構成の電動弁において、たとえばバタフライ弁１を図３に示すような切替位置に向けて制御するときには、モータ４をある回転方向に回転させて出力ギヤ８を図２中で反時計回り方向に回転駆動することになる。このとき、弁体１９とシャフト２０とのスポット溶接部には、ほとんど荷重がかからない。図６は、弁体１９の作動角度θに対する溶接部応力の変化を示した特性図であるが、弁体１９の長軸の縁部がスリーブ１６に当たらない作動角度θ＝０の位置では、溶接部応力は実質的に０である。なお、この特性図に示す疲労限界応力は、腐食環境下での腐食を見込んで設定されており、仕様上、腐食によって疲労限界応力が低下しても、ギヤロック位置での溶接部応力がその疲労限界応力よりも下回ることがないようにしている。
【００２３】
出力ギヤ８が作動角度θ＝０の位置からさらに反時計回り方向に回転していくと、弁体１９がゴム製のスリーブ１６に当たる最初の閉止開始位置では、バタフライ弁１は、第１通路１３の入口１ａから連通孔１７を介して第２通路１４の出口１ｂへ抜ける通路の閉止が開始される。その後、弁体１９は、スリーブ１６を圧縮しながら回転されていき、最終的には、出力ギヤ８の当接面９がストッパ１１に突き当たって出力ギヤ８の回転が強制的に止められるメカロックによって弁体１９の回転が止まり、切替動作が終了する。このとき、溝部２２の対向面に突設された圧潰部２３の一方は、最初のメカロック時において、レバー２１により潰される。
【００２４】
同様に、出力ギヤ８が図２中で時計回り方向に回転駆動された場合においても、まず、弁体１９がゴム製のスリーブ１６に当たる最初の閉止開始位置で、バタフライ弁１は、第１通路１３の入口１ａから連通孔１８を介して第２通路１４の出口１ｃへ抜ける通路の閉止が開始される。その後、弁体１９は、スリーブ１６を圧縮しながら回転されていき、最終的には、出力ギヤ８の当接面１０がストッパ１２に突き当たって出力ギヤ８の回転が強制的に止められるメカロックによって弁体１９の回転が止まり、切替動作が終了する。このとき、溝部２２の対向面に突設された圧潰部２３の他方は、最初のメカロック時において、レバー２１により潰される。
【００２５】
これにより、初回以降の切替動作では、バタフライ弁１の閉止開始位置の作動角度θは圧潰部２３の潰れ量だけ大きくなって、閉止開始位置は、図６に示す２回目以降の閉止開始位置に移動するようになってその閉止開始位置からギヤロック位置までの作動角度範囲（スリーブ１６のゴム圧縮範囲）が小さくなる。このとき、ギヤロック位置におけるそれぞれの切替完了位置での溶接部応力はほぼ等しく、しかも、従来の場合の溶接部応力よりも低減されている。
【００２６】
それぞれのギヤロック位置での溶接部応力がほぼ等しくなることによって、製造時に弁体１９とシャフト２０との接合位置が多少ずれたとしても、そのずれを吸収することができるようになる。すなわち、弁体１９およびシャフト２０は、中心角が０度の位置でスポット溶接しなければならないが、その接合位置がずれてしまうと、溶接部応力は、一方のギヤロック位置では小さくなって疲労限界応力から遠ざかるが、他方のギヤロック位置では大きくなって疲労限界応力に近づいてしまうことになる。しかし、圧潰部２３を有する上記構成の電動弁においては、最初に、一方のギヤロック位置に向かうときに圧潰部２３の一方は小さく潰れ、他方のギヤロック位置に向かうときには圧潰部２３の他方は大きく潰れることになるので、溶接部応力は、それぞれの圧潰部２３が潰される前よりも小さくなって平均化される。
【００２７】
また、ギヤロック位置における溶接部応力と疲労限界応力との間のマージンが大きくなるので、溶接部の腐食により疲労限界応力が低下していっても、疲労破壊に至るまでの疲労強度の低下を遅らせることができる。
【００２８】
さらに、出力ギヤ８の当接面９，１０がストッパ１１，１２に突き当たる直前に、弁体１９がゴム製のスリーブ１６に押し付けられるようなタイミングに設定されていることで、出力ギヤ８がストッパ１１，１２によってメカロックされるときの衝撃を吸収することができ、これによって疲労強度の低下を抑制することができる。
【００２９】
以上は、三方の切替制御弁について説明したが、開閉弁や四方の切替制御弁でも同じように適用することができる。また、圧潰部２３の潰れによって出力ギヤ８とレバー２１との係合部に遊びができるので、基本的には流量調整弁への適用には向かないが、正確な開度−流量特性が要求されない電動弁、またはモータアクチュエータ２の制御に流量のフィードバック制御を併用した電動弁ならば、上記の溶接部応力低減機能を適用することは可能である。
【００３０】
なお、上記の実施の形態では、溶接部応力低減機能を持つ構成として、出力ギヤ８と一体に形成されて塑性変形する圧潰部２３を示した。しかし、レバー２１と出力ギヤ８との間の溝部２２に、たとえばゴム（スリーブ１６よりも硬い）、板ばねなどのように弾性的に変形する変形部材を介装し、閉止開始位置からその変形部材を変形開始させるようにしても同様の溶接部応力低減効果を得ることができるが、部品点数、組み立て工数が増えてしまうので、好ましい選択ではない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本実施の形態に係る電動弁を蓋を取った状態で示す正面図である。
【図２】本実施の形態に係る電動弁を示す平面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図５】出力ギヤとシャフトとの係合状態を示す斜視図である。
【図６】本実施の形態に係る電動弁の溶接部にかかる応力の変化を示す特性図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  バタフライ弁
１ａ  入口
１ｂ，１ｃ  出口
２  モータアクチュエータ
３  ボディ
４  モータ
５  ウォーム
６  ウォームギヤ
７  中間ギヤ
７ａ  ギヤ
８  出力ギヤ
９，１０  当接面
１１，１２  ストッパ
１３  第１通路
１４  第２通路
１５  プラグ
１６  スリーブ
１７，１８  連通孔
１９  弁体
２０  シャフト
２１  レバー
２２  溝部
２３  圧潰部
【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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【図６】
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