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発明の名称 電動流量制御弁
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−141097(P2001−141097A)
公開日 平成13年5月25日(2001.5.25)
出願番号 特願平11−327077
出願日 平成11年11月17日(1999.11.17)
代理人 【識別番号】100096275
【弁理士】
【氏名又は名称】草野 浩一
【テーマコード(参考)】
3H062
5H002
5H605
【Fターム(参考)】
3H062 AA02 AA15 BB31 BB33 CC02 DD01 EE08 FF41 
5H002 AA02 AB07 AC04
5H605 BB05 BB17 CC05 CC08 CC09 CC10 DD37 EA12 GG03 GG06
発明者 関口 英樹 / 金子 守男
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 ねじ孔部が形成され且つ弁座をもつと共に弁座を間にして流体流入孔と流体流入孔とに連通する中心孔が貫通した弁本体、弁本体の外周にフランジ状に備えられた蓋板、大径部と小径部とが形成され、先端が弁座に対向する弁体を中心に備え、弁本体の中心孔に挿入される小径部にねじ孔部に螺合する雄ねじが形成されたロータ本体、ロータ本体の大径部の外周に円筒状に設けられたステッピングモータのマグネット、マグネットの外周に微小間隙で嵌合し、マグネット付きロータ本体を囲繞し、弁本体の蓋板と共に密閉空間を形成するカップ状の密閉用ケース、密閉用ケースの外周側において密閉用ケースと一体化され二重層体を形成し、開口端縁部が弁本体の蓋板に固着されたカップ状のステッピングモータのステータ及びステータの外周に設けられたステッピングモータの電磁コイル部から構成された電動流量制御弁。
【請求項2】 密閉用ケースとロータ本体との間に弾性体が介在し、弁体の端部と密閉用ケースの中心との間に、回転自在の当接関係が維持されていると共に、ねじ孔部と雄ねじとのバックラッシュが除去されている請求項1に記載の電動流量制御弁。
【請求項3】 密閉用ケースとステータとの固着は、ステータの位置決め小孔に対する密閉用ケースのティンブル加工による突起部形成による請求項1又は請求項2に記載の電動流量制御弁。
【請求項4】 ステータとロータ本体の固着は、ステータの開口端部の蓋板に対するカシメの抱えこみによる請求項1乃至請求項3のいずれかにに記載の電動流量制御弁。
【請求項5】 ステータは、円筒状櫛歯部が形成された複数部材が櫛歯部の噛み合いで軸線方向に結合されて構成された請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の電動流量制御弁。
【請求項6】 ステータは、円筒状櫛歯部が形成された複数部材が櫛歯部が噛み合いで軸方向にダイキャストにて成形されて構成された請求項1の記載の電動流量制御弁。
【請求項7】 ステータは、円筒状櫛歯部が形成された複数材部が櫛歯部が噛み合いで軸方向に樹脂成形にて成形されて構成された請求項1の記載の電動流量制御弁。
【請求項8】 ステータとロータ本体の固着がステータ開口端部と蓋板を耐圧溶着又は接着することからなる請求項7の記載の電動流量制御弁。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、流量を調節し得るように弁体が弁座に対し電動により接離作動する電動流量制御弁、例えば冷媒空調システムの冷却回路における電動膨張弁に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の技術における電動流量制御弁は、例えば特公平2−6299号公報に開示されている。特公平2−6299号公報に開示されている電動流量制御弁においては、ニードル弁3とねじ係合された支持筒10の外周面に筒状の永久磁石11が結合されてロータ9が構成され、弁本体1に開口側が結合したカップ状のケース6がロータ9を囲繞して、弁本体1と共にロータ9を囲む密閉空間が形成しており、ケース6の外周面に内部空間にコイル7を内蔵した円環状のステータ8が嵌められている。ロータ9とコイル7を内蔵した円環状のステータ8とによりステッピングモータが構成されている。
【0003】弁本体1には、一次口1aと二次口1bとが形成されていると共に、両者間の隔壁にニードル弁3が対向する弁座2aが形成されている。一次口1aから流入する圧力流体は、ステッピングモータの回転とねじ係合とにより軸線方向に変位するニードル弁3と弁座2aとの隙間を通って二次口1bに流出する。その際、弁本体1を変位可能に貫挿されたニードル弁3の外周隙間やねじ係合の隙間を介してケース6内の密閉空間に流出し、密閉空間内は圧力流体で充満する。その圧力は、弁本体1に開口側が結合したカップ状のケース6に加わる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来の技術の電動流量制御弁においては、電動流量制御弁に対する流入側の圧力流体の高い圧力が弁本体に開口側が、結合したカップ状のケースに加わる。しかし、ケースは、非磁性体材料の薄板から形成されているため、それ自体の耐圧強度及び弁本体との結合強度には限度がある。そこで、ケースの肉厚を大きくすると、コイルとマグネットとの間隙が大きくなり、磁気特性が低下する。従って、そのような電動流量制御弁は、流入側の圧力流体の圧力が大きい流体回路には使用困難である。
【0005】本発明は、流入側の圧力流体の圧力が大きい場合にも、磁気特性を損なわずに高圧流体に対して使用可能な電動流量制御弁を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明における電動流量制御弁は、ねじ孔部が形成され且つ弁座をもつと共に弁座を間にして流体流入孔と流体流入孔とに連通する中心孔が貫通した弁本体、弁本体の外周にフランジ状に備えられた蓋板、大径部と小径部とが形成され、先端が弁座に対向する弁体を中心に備え、弁本体の中心孔に挿入される小径部にねじ孔部に螺合する雄ねじが形成されたロータ本体、ロータ本体の大径部の外周に円筒状に設けられたステッピングモータのマグネット、マグネットの外周に微小間隙で嵌合し、マグネット付きロータ本体を囲繞し、弁本体の蓋板と共に密閉空間を形成するカップ状の密閉用ケース、密閉用ケースの外周側において密閉用ケースと一体化された二重層体を形成し、開口端縁部が弁本体の蓋板に固着されたカップ状のステッピングモータのステータ及びステータの外周に設けられたステッピングモータの電磁コイル部から構成されている。
【0007】そして、密閉用ケースとロータ本体との間に弾性体が介在し、弁体の端部と密閉用ケースの中心との間に回転自在の当接関係が維持されていると共に、ねじ孔部と雄ねじとのバックラッシュが除去されており、密閉用ケースとステータとは、ステータの位置決め小孔に対する密閉用ケースのティンブル加工による突起部形成により固着されている。更に、ステータとロータ本体の固着は、例えば、ステータの開口端部の蓋板に対するカシメによる抱えこみである。ステータは、例えば、円筒状櫛歯部が形成された複数部材が櫛歯部の噛み合いで軸線方向に結合されて構成されていてもよい。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態における冷却回路における電動膨張弁として用いられる電動流量制御弁を図面に従って説明する。なお、以下の説明における上下左右は、図1における方向である。
【0009】図1及び図2において、上側の小径部1a及び下側の大径部1bよりなる外周段付円柱体である弁本体1には、上下に貫通した上下軸線方向の中心孔2が形成され、中心孔2は、小径部1aの区域大部分においては内周面にねじが切られねじ孔3となり、大径部1bの下端部においては拡径孔部4となり段付き孔を形成している。又、弁本体1の小径部1aには環状板の蓋板5が嵌着され、弁本体1の外周段部に固着されている。
【0010】拡径孔部4には、後述の棒状の弁体6の先端のニードル弁部6aに対する弁座7aを形成した弁座部材7が嵌着された上、管継手T1が挿入される。即ち、弁座部材7は、中心孔2(段付き孔)の段部と管継手T1の端面とに挟まれた状態で嵌着される。
【0011】又、大径部1bの外周面に開口し、中心孔2の下端部位置に向って半径方向に流入管継手穴8が形成され、流入管継手穴8の底から中心孔2に向って連通孔9が貫通しており、流入管継手穴8には、管継手T2が挿入される。
【0012】電動流量制御弁は、管継手T1,T2を介して流量制御弁が適用される流体回路の管路に接続される。例えば、図6に示すような冷却回路に適用される場合には、管継手T2は凝縮器側の管路Aに、管継手T1は蒸発器側の管路Bに夫々接続される。
【0013】弁体6と一体となり、弁体6を軸線方向に変位させるロータ組立体は、小径部10aと大径部10bとからなる段付き円筒状のロータ本体10と、ロータ本体10の大径部10bの外周面に嵌着された円筒状のマグネット11とから構成されている。マグネット11は、長さが大径部10bより上下に長く、その外周域に後述のように配置される電磁コイル部40・ステータ20と共にステッピングモータを構成している。
【0014】ロータ本体10の小径部10aは、大径部10bに続く基部側にはねじが外周面に切られた雄ねじ部12となり、弁本体1のねじ孔3に螺合すると共に、先端側が弁本体1の中心孔2に回転自在に挿入されている。そしてロータ本体10の小径部10aの中心孔に嵌着された棒状の弁体6の下端部は、ロータ本体10の小径部10aより下方に伸び出て、先端のニードル弁部6aは、弁座部材7の弁座7aに対向している。又、弁体6の上端部は、ロータ本体10の大径部10b及びマグネット11より上方に伸び出ている。
【0015】弁体6の上端部には、ばね受部材13が挿入されている。即ち、ばね受部材13は、上端の頭部13aと下端側の脚部13bとからなり、頭部13aの頂面には中心突起13cが形成され、脚部13bには下端面に開口した中心穴13dが形成されており、中心穴13dに弁体6の上端部が軸線方向変位可能に挿入されている。
【0016】そして、弁体6及びばね受部材13の脚部13bを囲繞する圧縮コイルばね14は、ばね受部材13の頭部13aとロータ本体10の大径部10bの中空部の底面との間に嵌装され、ばね受部材13を上方に押し上げている。
【0017】図1に示すように、ロータ組立体のマグネット11の外周には、外面が磁性体の適宜の厚さを有する磁性体のステータ20であり、内面が非磁性体薄板材の密閉用ケース30である二層構造の下方開口の円筒カップ状体が適宜の微小間隙をもって嵌装されている。
【0018】密閉用ケース30は、図1及び図2に示すように、ロータ組立体のマグネット11の外周に微小間隙をもって嵌装される下方開口の円筒カップ状で、開口部が下方が拡径された大径部30aになり、底壁部の中心には内面が凹部30bとなるように外方に突出部が形成されている。
【0019】ステータ20は、図3に示すようにカップ状体に組立てられる上ステータ部材21、中ステータ部材22及び下ステータ部材23の3つの部材から構成されている。
【0020】図3に示すように、上ステータ部材21は、密閉用ケース30の上端部にかぶさるカップ状をなし、その上方の底壁部の内面の中心には密閉用ケース30の底壁部の外面の突出部が嵌まる凹部21aが形成され、周壁部21bの上端部には位置決め小孔21c,21cが直径方向で貫通しており、その下方には歯が下向きの櫛歯状部21dが形成されている。
【0021】中ステータ部材22は、密閉用ケース30の外周面にかぶさる円筒状で、上向櫛歯状部22aと下向櫛歯状部22bと両者の間の中間環状部22cとから形成されている。中間環状部22cには位置決め小孔22d,22dが直径方向で貫通している。
【0022】下ステータ部材23は、密閉用ケース30の外周面にかぶさる円筒状で、歯が上向きの櫛歯状部23aが形成されていると共に、櫛歯状部23aの部分より下方が拡径された大径部23bになっている。そして、上ステータ部材21、中ステータ部材22及び下ステータ部材23の夫々の櫛歯状部が互に噛み合わされて、三者で一体の下方開口の円筒カップ状のステータ20となる。
【0023】そして、図1に示すように、密閉用ケース30を内側に、円筒カップ状のステータ20を外側にして両者が嵌め込まれ、密閉用ケース30の底壁部の突出部が上ステータ部材21の中心の凹部21aに嵌められている。そして、上ステータ部材21の位置決め小孔21c,21c及び中ステータ部材22の位置決め小孔22d,22dに対し、密閉用ケース30の周壁部はディンブル加工されて、各突出部30cが位置決め小孔21c,21c;位置決め小孔22d,22dに食い込まれている。ディンブル加工は、密閉用ケース30にステータ20をかぶさた後に行う。密閉用ケース30の溶接は、かぶせたステータ20のうち下ステータ部材23のみを持ち上げて上方にスライドさせて行う。溶接後、下ステータ部材23を下ろしてかしめる。密閉用ケース30の大径部30aに嵌め込まれた下ステータ部材23の大径部23bは、軸線方向の寸法が適宜長く、密閉用ケース30の大径部30aの端縁より伸び出ている。
【0024】このように一体化された磁性体のステータ20・密閉用ケース30組立体の内面に弁本体1・弁体6・マグネット11組立体が嵌め込まれるのであるが、密閉用ケース30の底面中心の凹部30bに、ばね受部材13の中心突起13cが回転自在に当接し、更にばね受部材13は弁本体1に向って押され、ばね受部材13の頭部13aとロータ本体10の大径部10bの中空部の底面との間に嵌装された圧縮コイルばね14は適宜圧縮され、密閉用ケース30の下端縁は、環状板の蓋板5の上面に当接されて溶接される。
【0025】圧縮された圧縮コイルばね14のばね力により、ロータ本体10の雄ねじ部12と弁本体1のねじ孔3とのバックラッシュは除去される。
【0026】又、圧縮された圧縮コイルばね14のばね力により、ロータ本体10の軸線方向の変位に拘らず、常に密閉用ケース30の底面中心の凹部30bに、ばね受部材13の中心突起13cが回転自在に当接しているので、ロータ本体10の上部は安定して保持される。
【0027】そして、蓋板5より下方に突出した下ステータ部材23の大径部23bの端縁部は、密閉用ケース30の下端縁と環状板の蓋板5との溶接部を覆うように蓋板5の下面に向ってかしめられる。
【0028】かくして、磁性体のステータ20・密閉用ケース30組立体と弁本体1・弁体6・マグネット11組立体とが一体化され、密閉用ケース30、蓋板5及び弁本体1によって密閉空間が形成されている。
【0029】ステータ20の外周面には、ステッピングモータの電磁コイル部40が嵌着されている。電磁コイル部40は、磁性体の下板41、下側電磁コイル42、磁性体の中板43及び上側電磁コイル44が順に積上げられ、それら全体を外函45で囲って構成されている。外函45から半径方向に突出したグロメット46には上下両側の電磁コイル42,44に接続された端子47が設けられ、その端子47には、図示しない外部の制御部からの入力線が接続される。(図3参照)
【0030】上記の電動流量制御弁の構成において、外部の制御部からの制御パルス電流が上下両側の電磁コイル42,44に入力されると、その制御パルス電流に基づく電磁コイル42,44とステータ20との間の励磁作用により、ステッピングモータにおいて、マグネット11・ロータ本体10・弁体6の組立体は、所望回転方向及びパルス数に応じた所望回転角度で回転させられて、所望回転角度位置に位置決めされる。
【0031】ロータ本体10の雄ねじ部12と弁本体1のねじ孔3とのねじ結合により、ロータ本体10の回転により、固定側の弁本体1に対しロータ本体10は軸線方向に変位する。即ち、ロータ本体10と一体の弁体6が弁本体1と一体の弁座部材7に対し軸線方向に変位する。従って、ロータ本体10の所望回転角度位置によりニードル弁部6aの弁座7aに対する位置、即ち弁開度が所望値に定まる。
【0032】冷却回路においては、加圧された冷媒は、凝縮器側の管路Aから管継手T2を介して弁本体1の連通孔9及び中心孔2を経由して、ニードル弁部6aと弁座7aとの間隙を流れ、管継手T1を介して蒸発器側の管路Bへと流れる。その冷媒の流量は、上記のロータ本体10の所望回転角度位置によるニードル弁部6aの弁座7aに対する位置、即ち弁開度により制御される。
【0033】そして、管継手T2を介して弁本体1内に流入した加圧冷媒は、弁本体1の中心孔2とロータ本体10の小径部10aとの間隙、ねじ孔3と雄ねじ部12との間隙を流れ、密閉用ケース30、蓋板5及び弁本体1によって形成された密閉空間に加圧圧力をもって充満する。
【0034】その圧力は、密閉用ケース30及びその外側に重層されたステータ20並びにステータ20がかしめ結合された蓋板5により維持される。従って、薄板材の密閉用ケース30のみでなく、厚肉のステータ20とそのかしめ結合とにより高圧に対し耐圧可能である。
【0035】第2の実施例としてステータ50は、図4に示すように上ステータ51部材、上中ステータ部材52、下中ステータ部材53及び下ステータ部材54の4つのステータ部材を位置決めして組み込み、アルミ又はマグネシウムのダイキャスト成形により一体化する構成としてもよい。
【0036】その際、上ステータ51部材及び下ステータ部材54に金型との位置合わせのために凹部51a,54aを設ける。また、上中ステータ部材52と下中ステータ部材53とを組み込むための位置合わせに凸部52a,53aを設ける。
【0037】第3の実施例としてステータ50は、上ステータ部材51、上中ステータ部材52、下中ステータ部材53及び下ステータ部材54の4つのステータ部材を位置決めして組み込み、エンジニアプラスチック等で成形し一体化する構造としてもよい。その際、第2の実施例と同様に、上ステータ51部材及び下ステータ部材54に金型との位置合わせのために凹部51a,54aを設ける。また、上中ステータ部材52と下中ステータ部材53とを組み込むための位置合わせに凸部52a,53aを設ける。
【0038】図5左半側に示すように、ステータ50がアルミ又はマグネシウムのダイキャスト成形により一体化する構成とした場合は、密封用ケース30と下蓋55との溶接により気密を確保する。溶接後、ステータ50をかぶせて下端部50aをかしめて固定し、耐圧を確保する。ついで、コイル40を外函の下側部分48にてかしめて固定48する。
【0039】また、ステータ50がエンジニアプラステック樹脂等で成形し一体化する構造とした場合は、図5右半側に示すように、ステータ50の下端部50aは弁本体大径部1bに設けたひっかけ部材56に溶着され、エンジニアプラスチック樹脂の耐圧性を高めるようにする。
【0040】
【発明の効果】本発明の電動流量制御弁においては、弁体と一体に結合されたステッピングモータのロータを囲い密閉空間を形成する殻体がカップ状の密閉用ケースだけではなく、カップ状のステッピングモータのステータがケースの外周側において一体化された二重層構造であり、ステータの開口端縁部が弁本体の蓋板に固着されている。即ち、通常、非磁性体の薄板材であるケースに比し厚肉の磁性体のステータがケースを覆い、且つ弁本体の蓋板に固着されているため、密閉空間における圧力流体の圧力に対する耐圧強度が大きくなり高圧の圧力流体の回路にも使用が可能である。
【0041】ステータを弁本体に固着するときにロータとの位置、すなわち弁の初期開度に合わせるので、電磁コイル部を弁本体に取り付けるときに特別に位置決めをする必要がなく、グロメットの方向を自由に決めることができる。




 

 


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