JP4713934B2 - 電動弁 - Google Patents

Description

本発明は、ロータの回転量を規制するストッパ装置を改良した電動弁に関する。

キャンと称する円筒容器内に装備されるロータと、キャンの外側に取付けられる励磁コイルを含むステータによりパルスモータを構成し、ロータの回転運動をねじ機構により前進後退運動に変換して弁の開閉を行う電動弁は、下記の特許文献１に開示されている。

この種の電動弁にあっては、先細形状の弁体を弁座に対して離接して弁開度を制御する。そこで、弁の全閉状態にあっては、テーパ部が弁座に挿入され当接されるので、余分な推力で弁体を弁座に挿入すると弁体と弁座の間に強力な接合力が発生し、弁体を弁座から引き抜くことが困難となる。そこで、ロータの閉弁方向の回転位置を規制するストッパ装置が設けられる。

逆にロータが開弁方向に回転したときに、規定の回転量を超えると、ロータなどが他部品と干渉する不具合が生ずる。そこで、弁の全開位置にあってもロータの回転位置を規制するストッパ装置が設けられる。

特許文献１には、ロータ上部に設けた螺旋状のガイド線と、ガイド線により案内されるガイドピンによりロータの回転範囲を規制する装置が示されている。
また、特許文献２には、ロータの上部にとりつけられるクランクとピン歯車を用いたロータのストッパ機構が示されている。

また、特許文献３は、ロータと平行に設けられたゼネバ軸にとりつけられたゼネバホイールを間欠駆動する機構を用いてロータの回転範囲を規制する装置を開示している。
また、特許文献４は、遊星ギアと称する偏心しながら回転する外接ギアと遊星ギアの歯数より多い歯数をもつ内接ギアと、ストッパーピンを用いて、ロータの回転範囲を規制する装置を開示している。
特開平１０−１６９８２１号公報 特開平１０−４７５１９号公報 特許第２６５９６７７号公報 特許第３１９５６８７号公報

特許文献１，２のものにあっては、電動弁の全高寸法が大きくなり、小型化が達成できない問題がある。
特許文献３のものは、ゼネバ軸をロータに対して平行に設けるので、電動弁の径寸法が大きくなり、またゼネバ機構という特殊構造のために部品及び組立の精度管理が面倒で製造コストが高くなる問題がある。
また、特許文献４のものは、偏心回転する遊星ギアと内接ギアの製造、組立に工数を要する問題がある。
本発明の目的は、上述した不具合を解消するストッパ装置を備えた電動弁を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明の電動弁は、キャンの内側に収容されるモータのロータと、キャンの外側に配設される励磁コイルを含むステータを有し、ロータの回転運動をねじ機構により進退運動に変換して弁体の弁座に対する弁開度を制御する電動弁であって、弁体の全開位置と全閉位置に対応するロータの回転位置を規制するストッパ装置が遊星歯車機構を含み、このストッパ装置は、ロータの内側に形成される内歯車と、太陽歯車を有し固定側の突部に当接する制止部を備えるロータリストッパ部材と、ロータリストッパ部材の制止部が当接する突部を有する固定部材と、内歯車と太陽歯車とに噛み合い、ロータとロータリストッパ部材に回転自在に支持される遊星歯車と、ロータに設けられて遊星歯車の公転範囲を規制するガイド溝を備えるものである。

本発明の電動弁は、以下の効果を有する。
・一般的なギア構造であるため部品の製造が容易で、機械的信頼性が高い。
・遊星ギアであるため平歯車を用いる装置に比べて設置スペースが少ない。
・ロータの回転数は、減速比や遊星ギアのガイド溝の長さによって正確に調整できる。
・ロータ回転軸を基準に構成することによって、芯ずれによる動作不安定要素を排除できる。

図１乃至図６は、本発明の電動弁の構造を示す。
本発明の電動弁は、弁室１２を形成する弁本体１０を有し、弁本体１０内に弁座部材２０が固定される。弁座部材２０は弁座２２を有し、弁体１２０の間で流路面積を制御する。弁本体１０と弁座部材２０にはそれぞれ配管３０，３２が接続される。

弁本体１０の上部は、フランジ部１４に形成され、支持部材４０が固定される。支持部材は、弁本体１０に係合する取付部４２と、支柱部４４を有する。
弁本体１０のフランジ部１４の外周部にはキャン（円筒容器）５０が固着される。
支持部材４０の支柱４４の上端部には、雌ねじ部材８０が固着される。雌ねじ部材８０は雌ねじ部８４を有するとともに、半径方向へ突出するストッパ用の突部８２を有する。

キャン５０の内部に装備されるロータ６０の中心には、ねじ棒７０が取付けられる。ねじ棒７０は雄ねじ部７２を有し、雌ねじ部材８０の雌ねじ部８４に螺合する。
ねじ棒７０の下端部には取付部７４が形成され、パイプ部材９０が取付けられる。パイプ部材９０内にはコイルバネ１００を介して押圧部材１１０が配設される。押圧部材１１０はパイプ部材９０に支持される弁体１２０を押圧する。

ロータ６０がキャン５０の外側に取付ける図示しない励磁コイルを含むステータにより駆動されると、ロータ６０と一体のねじ棒７０は回転し、支持部材４０に固定された雌ねじ部材８０の雌ねじ部８４に螺合する雄ねじ部７２のねじ作用によってねじ棒７０は回転しながら前進後退運動を行う。ねじ棒７０の進退運動はパイプ部材９０を介して弁体１２０に伝達される。

弁体１２０が全開位置から弁座２２に当接する全閉位置に向けて送られると、弁体１２０の先端のテーパ部１２２と弁座２２との間の間隙が徐々に狭くなり、流路面積は絞られる。
弁体１２０のテーパ部１２２が弁座２２に当接すると、弁体の移動は制止される。その後、ロータ６０はストッパ装置により規制される所定の回転角度まで回転を続ける。この作用により、コイルバネ１００は圧縮され、押圧部材１１０は所定の圧力で弁体１２０を押圧する。

この圧力により弁体１２０は弁座２２に確実に着座し、全閉位置となる。この構成により、配管３２側に高圧側が作用しても、全閉状態は維持される。
弁の全閉位置からロータに逆方向の回転が与えられると、ねじ棒７０と一体のパイプ部材９０により弁体１２０は弁座２２から引き抜かれる。弁体１２０が全開位置まで引き上げられると、ロータ６０の回転がストッパ装置により規制される。

本発明におけるストッパ装置は、遊星歯車機構を備える。
ロータ６０の内側には内歯車６２が形成される。一方、ねじ棒７０が貫通する穴１５１を有するロータリストッパ部材１５０は、太陽歯車１５４を有する。
ロータ６０の内歯車６２とロータリストッパ部材１５０の太陽歯車１５４に同時に噛み合う歯車１６４を有する遊星歯車１６０は、両側に突出する軸部１６２を備える。遊星歯車１６０は、軸部１６２がそれぞれロータ６０のガイド溝６４とロータリストッパ部材１５０のリング溝１５６に嵌合され、案内される。この構成により１個の遊星歯車１６０のみで遊星歯車機構を構成することができ、キャリアを省略することができる。

ロータリストッパ部材１５０の穴部１５１は、ねじ棒７０に対して遊嵌する寸法を有する。そこでロータ６０の回転は、内歯車６２を介して遊星歯車１６０に伝達され、太陽歯車１５４を介してロータリストッパ部材１５０を回動させる。

ロータリストッパ部材１５０は、ねじ棒７０に平行に延びる棒状の制止部１５２を有する。一方、固定側の雌ねじ部材８０も、半径方向に突出する突部８２を有する。
なお、後述するように、突部８２は、ロータリストッパ部材１５０の回転を停止する機能を備える。したがって、この突部は雌ねじ部材に限らず、固定側の部材であれば、いずれの個所に設けてもよい。

図７は、弁の全閉状態から全開状態までのストッパ装置の作動を示す説明図である。図の左上部の図は、全閉状態を示し、ロータ６０は静止している。
ロータ６０に矢印Ｒ_１方向への回転指令が与えられると、ロータ６０とともにねじ棒７０が回転して弁体１２０を弁座２２から引き抜く方向に作動する。
ロータリストッパ部材１５０は、ロータ６０と共に回転し、棒状の制止部１５２が雌ねじ部材８０の突部８２の反対側に突き当る。
この状態になると、ロータリストッパ部材１５０は制止され、太陽歯車１５４は固定される。

次にロータ６０が矢印Ｒ_２で示す２回転目に達すると、遊星歯車１６０は自転するとともに同時に公転して、ガイド溝６４の一方の端部６４ｂから離れる。
同様に、ロータ６０が矢印Ｒ_３，Ｒ_４，Ｒ_５で示す回転をすると、遊星歯車１６０は自転するとともに、公転し、ガイド溝６４内を進行する。
ロータ６０の回転によりねじ棒７０を介して弁体１２０が全開位置まで引き上げられると、遊星歯車１６０はロータ６０のガイド溝６４の反対側の端部６４ａに突き当り、ロータ６０のそれ以上の回転を規制する。弁の全開位置から全閉位置の作動は、上述したものを逆に行うことになる。

本発明の電動弁にあっては、以上のようにロータの内部空間にロータの回転を規制するストッパ装置を装備するので、電動弁のサイズを大きくすることなく弁の全閉と全閉位置におけるロータの回転位置を確実に規制することができる。
ストッパ装置を遊星歯車機構で構成し、遊星歯車の公転を案内する円弧状のガイド溝の両端位置で遊星歯車の公転を停止することによってロータの回転を規制するので、コンパクトなストッパ機構とすることができるものである。

また、ストッパ装置の構成部品を樹脂製とすることができ、加工も容易であり、また軽量につくることができる。

本発明の電動弁の要部の断面図。 （ａ）〜（ｃ）は図１のＡ―Ａ線、Ｂ―Ｂ線、Ｃ―Ｃ線における断面図。 ロータとロータに取付けられる部材の断面図。 図３のＤ−Ｄ線断面図。 遊星歯車の正面図及び底面図。 ロータリストッパ部材の平面図、中央縦断面図、底面図。 本発明の作用を示す説明図。

符号の説明

１ 電動弁
１０ 弁本体
２０ 弁座部材
４０ 支持部材
５０ キャン
６０ ロータ
６２ 内歯車
７０ ねじ棒
８０ 雌ねじ部材
８２ 突部
９０ パイプ部材
１２０ 弁体
１５０ ロータリストッパ部材
１５４ 太陽歯車
１６０ 遊星歯車

Claims (2)

1. キャンの内側に収容されるモータのロータと、キャンの外側に配設される励磁コイルを含むステータを有し、前記ロータの回転運動をねじ機構により前進後退運動に変換して弁体の弁座に対する弁開度を制御する電動弁であって、
   前記弁体の全開位置と全閉位置に対応する前記ロータの回転位置を規制するストッパ装置が遊星歯車機構を含み、
   前記ストッパ装置は、前記ロータの内側に形成される内歯車と、太陽歯車を有し固定側の突部に当接する制止部を備えるロータリストッパ部材と、前記ロータリストッパ部材の前記制止部が当接する前記突部を有する固定側部材と、前記内歯車と前記太陽歯車とに噛み合い、前記ロータと前記ロータリストッパ部材に回転自在に支持される遊星歯車と、前記ロータに設けられて前記遊星歯車の公転範囲を規制するガイド溝を備える
   ことを特徴とする電動弁。
2. 前記ストッパ装置は、前記ロータの内側に装備される請求項１記載の電動弁。

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