JP7802372B2 - 電動弁 - Google Patents

Description

本発明は、電動弁に関する。

特許文献１は、従来の電動弁の一例を開示している。特許文献１の電動弁は、弁本体と、弁体と、駆動軸と、案内部材と、歯車機構と、ステッピングモーターと、を有している。弁本体は、弁口を有している。弁体は、開弁ばねによって弁口から離れる方向に押されている。駆動軸は、雄ねじを有している。弁口と弁体と駆動軸とは、一直線上に配置されている。案内部材は、駆動軸の雄ねじが螺合される雌ねじを有している。ステッピングモーターは、ローターと、ステーターと、を有している。ローターの回転は、歯車機構で減速され、駆動軸に伝わる。駆動軸が回転されると、駆動軸はねじ送り作用によって軸方向に移動する。

ローターが第１方向に回転すると、駆動軸が弁体を押して、駆動軸が弁体を弁口に近づく方向に移動させる。ローターが第２方向に回転すると、駆動軸が弁口から遠ざかり、開弁ばねが弁体を弁口から離れる方向に移動させる。

特開２０１８－１７３１０２号公報

電動弁は、例えば、自動車用エアコンの冷凍サイクルシステムにおいて冷媒流量を制御するために使用される。エアコンの運転モードの切り替えに応じて、電動弁は、全開状態から全閉状態に切り替わり、全閉状態から全開状態に切り替わることがある。ローターの回転が歯車機構で減速されるため、電動弁の状態の切り替えは時間がかかる。歯車機構の減速比を小さくすることで、弁体の移動速度が速くなり、切替時間を短くすることができる。しかしながら、歯車機構の減速比を小さくすると駆動軸が弁体を移動させるための力が小さくなる。そのため、弁口の大きさが制限され、電動弁のＣｖ値が下がる。

そこで、本発明は、弁体を移動させるために必要な力を備えつつ電動弁の状態の切替時間が短い電動弁を提供することを目的とする。

本発明者らは、歯車機構の減速比および駆動軸の雄ねじのピッチが異なる複数の電動弁において、全開状態から全閉状態に切り替わる時間（切替時間）と駆動軸が弁体を移動させるための力（軸力）との関係について鋭意検討した。

図５において、線Ａ１は、減速比と切替時間と軸力との関係を模式的に示す。線Ａ１の太さは、減速比の大きさを表している。図５において、線Ａ２は、ピッチと切替時間と軸力との関係を模式的に示す。線Ａ２の太さは、ピッチの大きさを表している。図５において、線Ａ１と線Ａ２との交点における減速比およびピッチは、基準の電動弁における減速比およびピッチである。

線Ａ１は、基準の電動弁においてピッチを変えずに減速比のみ変えたときの切替時間および軸力を示している。減速比が大きいほど切替時間および軸力が大きくなる。

線Ａ２は、基準の電動弁において減速比を変えずにピッチのみ変えたときの切替時間および軸力を示している。ピッチが大きいほど切替時間および軸力が小さくなる。

図５において、線Ａ３は、基準の電動弁において減速比およびピッチを変えずに雄ねじの条数を変えたときの切替時間および軸力を示している。条数が多いほど切替時間および軸力が小さくなる。雄ねじの条数をｎとしたとき、雄ねじのリードはピッチのｎ倍である。

本発明者らは、減速比およびリードの複数の組み合わせにおける切替時間および軸力を調査し、適切な切替時間および軸力を得ることができる減速比およびリードの関係を見出し、本発明に至った。

上記目的を達成するために、本発明に係る電動弁は、弁口を有する弁本体と、前記弁口と向かい合う弁体と、ローターを有するモーターと、雄ねじを有する駆動軸と、前記雄ねじが螺合される雌ねじを有する案内部材と、前記ローターの回転を減速して前記駆動軸に伝える歯車機構と、を有する電動弁であって、前記駆動軸が回転されると、前記駆動軸が前記弁口に近づく方向または前記弁口から離れる方向に移動し、前記弁体が前記弁口に対して移動され、前記雄ねじのリードをＬとし、前記歯車機構の減速比をＫとしたとき、以下の式（１）および式（２）を満たすことを特徴とする。
（１） ０．０４Ｋ≦Ｌ≦０．１０Ｋ
（２） ３０≦Ｋ≦１００

本発明において、前記雄ねじの外径をｄとし、前記雄ねじの谷径をｄ１とし、前記雄ねじのピッチをｐとしたとき、以下の式（３）および式（４）を満たす、ことが好ましい。
（３） ｐ≦｛４×（２×ｄ－５）｝／（５×√３） （ただしｄ≦３５／８のとき）
（４） ｐ≦（２４×ｄ）／（３５×√３） （ただしｄ≧３５／８のとき）

本発明において、前記雄ねじおよび前記雌ねじが、多条ねじである、ことが好ましい。

本発明によれば、駆動軸の雄ねじのリードをＬとし、歯車機構の減速比をＫとしたとき、電動弁が上記式（１）および式（２）を満たす。このようにしたことから、電動弁は、弁体を移動させるために必要な力を備えつつ電動弁の状態の切替時間をより短くすることができる。

本発明の一実施例に係る電動弁の断面図である。 電動弁の一部を拡大した断面図である。 電動弁の状態が切り替わる時間（切替時間）と電動弁の駆動軸が弁体を移動させるための力（軸力）との関係を示すグラフである。 駆動軸の外径と駆動軸のピッチとの関係を示すグラフである。 歯車機構の減速比と切替時間と軸力との関係、および、駆動軸の雄ねじのピッチと切替時間と軸力との関係、を模式的に示す図である。

以下、本発明の一実施例に係る電動弁について、図１～図４を参照して説明する。本実施例に係る電動弁は、自動車用エアコンの冷凍サイクルシステムにおいて冷媒流量を制御するために使用される。

図１は、本発明の一実施例に係る電動弁の断面図である。図２は、電動弁の一部（主に弁体および駆動機構）を拡大した断面図である。図２において、ステーターユニットの記載を省略している。図３は、電動弁の状態が切り替わる時間（切替時間）と電動弁の駆動軸が弁体を移動させるための力（軸力）との関係を示すグラフである。図４は、駆動軸の外径と駆動軸のピッチとの関係を示すグラフである。

図１、図２に示すように、本実施例に係る電動弁１は、弁本体１０と、ホルダー２０と、弁体支持部材２５と、キャン３０と、弁体４０と、駆動機構５０と、ステーターユニット８０と、を有している。

弁本体１０は、直方体形状を有している。弁本体１０は、弁室１３と、弁室１３に接続された弁口１４と、を有している。弁口１４は、弁室１３において弁座１５に囲まれている。弁本体１０は、第１通路１７と、第２通路１８と、を有している。第１通路１７は、弁本体１０の右側面１０ａから弁口１４まで延びている。第１通路１７は、弁口１４を介して弁室１３と接続されている。第２通路１８は、弁本体１０の左側面１０ｂから弁室１３まで延びている。弁本体１０は、取付孔１９を有している。取付孔１９は、弁本体１０の上面１０ｃに配置されている。取付孔１９の内周面には、雌ねじが設けられている。取付孔１９は、弁室１３と接続されている。取付孔１９と弁室１３との接続箇所には、上方を向く環状平面１９ａが設けられている。

ホルダー２０は、円筒形状を有している。ホルダー２０の外周面の下部には、雄ねじが設けられている。ホルダー２０の雄ねじは、弁本体１０の取付孔１９の雌ねじに螺合される。ホルダー２０は、弁本体１０にねじ構造で取り付けられている。

弁体支持部材２５は、円柱形状を有している。弁体支持部材２５は、取付孔１９において、弁本体１０とホルダー２０との間に配置されている。弁体支持部材２５の下部は、弁室１３に圧入されている。弁体支持部材２５の外周面には、下方を向く環状平面２５ａが設けられている。環状平面２５ａは、弁本体１０の環状平面１９ａと接している。弁体支持部材２５は、上下方向に延びる支持孔２６を有している。支持孔２６には、弁体４０が挿通される。弁体支持部材２５は、弁体４０を上下方向（軸線Ｍ方向）に移動可能に支持する。

キャン３０は、円筒形状を有している。キャン３０は、上端部が塞がれかつ下端部が開口している。キャン３０の下端部は、円環板形状の接続部材３５の外周縁に接合されている。接続部材３５の内側にはホルダー２０の上部２０ａが配置されている。接続部材３５の内周縁は、ホルダー２０に接合されている。キャン３０は、接続部材３５およびホルダー２０を介して、弁本体１０に固定されている。

弁体４０は、ステム４１と、弁部４２と、ばね受け部４３と、ボール受け部４４と、を有している。

ステム４１は、円柱形状を有している。ステム４１は、弁体支持部材２５の支持孔２６に配置されている。ステム４１は、弁体支持部材２５によって上下方向に移動可能に支持されている。

弁部４２は、円環形状を有している。弁部４２は、ステム４１と一体的に形成されており、ステム４１の下端部に配置されている。弁部４２は、ステム４１の外周面から径方向外方に突出している。弁部４２は、弁口１４と上下方向に向かい合う。

ばね受け部４３は、本体部４３ａと、フランジ部４３ｂと、を有している。本体部４３ａは、円柱形状を有している。本体部４３ａの外径は、ステム４１の外径と同じである。本体部４３ａは、第１孔４３ａ１と、第２孔４３ａ２と、を有している。第１孔４３ａ１は、本体部４３ａの下端面に配置されている。第１孔４３ａ１には、ステム４１の上端部が配置される。本体部４３ａは、ステム４１に同軸に接合されている。第２孔４３ａ２は、本体部４３ａの上端面に配置されている。フランジ部４３ｂは、円環形状を有している。フランジ部４３ｂは、本体部４３ａと一体的に形成されており、本体部４３ａの上端部に配置されている。フランジ部４３ｂは、本体部４３ａの外周面から径方向外方に突出している。

ボール受け部４４は、円形の平板部４４ａと、平板部４４ａの下面に接続された凸部４４ｂと、を有している。平板部４４ａの上面には、円すい形状の凹部が設けられている。凸部４４ｂは、ばね受け部４３の本体部４３ａの第２孔４３ａ２に嵌合されている。凸部４４ｂは、ばね受け部４３の本体部４３ａに固定されている。

弁体４０は、弁部４２が弁口１４に対して進退することにより、弁口１４の開口面積を無段階（実質的に無段階を含む）に変更する。弁口１４の開口面積の最小値は０である。なお、最小値は０より大きくてもよい。弁口１４の開口面積が最小値のとき、電動弁１は全閉状態である。

駆動機構５０は、弁体４０を上下方向に移動させる。駆動機構５０は、ローター５１と、永久磁石５５と、磁気遮蔽部材５６と、遊星歯車機構６０と、案内部材６８と、駆動軸７０と、ボール７６と、開弁ばね７７と、を有している。

ローター５１は、円筒形状を有している。ローター５１の外径は、キャン３０の内径より小さい。ローター５１は、キャン３０の内側に回転可能に配置されている。ローター５１の上端部には、円形の連結板５２が接合されている。連結板５２は、ローター５１の上端部を塞いでいる。連結板５２の中央をローター軸５３が貫通している。ローター５１は、連結板５２を介してローター軸５３に連結されている。ローター軸５３は、ローター５１とともに回転する。

ローター５１は、複数のＮ極と複数のＳ極とを有している。複数のＮ極と複数のＳ極とは、上下方向に延在している。複数のＮ極と複数のＳ極とは、ローター５１の外周面に周方向に交互に配置されている。

永久磁石５５は、キャン３０の内側においてローター５１の上方に配置されている。永久磁石５５は、円板形状を有している。永久磁石５５は、ローター軸５３の上端部に固定されている。永久磁石５５は、ローター５１と同軸に配置されており、ローター５１とともに回転する。

永久磁石５５は、１つのＮ極と１つのＳ極とを有している。永久磁石５５における直径で区画された一方の部分に１つのＮ極が配置され、他方の部分に１つのＳ極が配置されている。

磁気遮蔽部材５６は、円板形状を有している。磁気遮蔽部材５６は、ローター５１と永久磁石５５との間に配置されている。磁気遮蔽部材５６は、ケイ素鉄などの透磁率が比較的高い軟磁性体である。磁気遮蔽部材５６は、ローター軸５３に固定されている。磁気遮蔽部材５６は、ローター５１が生じる磁束を吸収する。磁気遮蔽部材５６は、ローター５１が生じる磁界によって永久磁石５５が生じる磁界が歪むことを抑制する。

遊星歯車機構６０は、３Ｋ型の遊星歯車機構である。遊星歯車機構６０は、例えば、２Ｋ－Ｈ型の遊星歯車機構でもよい。電動弁１は、遊星歯車機構６０に代えて、減速機として機能する歯車機構を採用してもよい。遊星歯車機構６０は、ローター５１の内側に配置されている。遊星歯車機構６０は、歯車ケース６１と、固定リング歯車６２と、太陽歯車６３と、複数の遊星歯車６４と、キャリア６５と、出力歯車６６と、出力軸６７と、を有している。

歯車ケース６１は、円筒形状を有している。歯車ケース６１の下端部は、ホルダー２０の上部２０ａに同軸に接合されている。固定リング歯車６２は、内歯車である。固定リング歯車６２は、歯車ケース６１の上端部に固定されている。

太陽歯車６３は、連結板５２と一体的に形成されており、連結板５２の下面に同軸に配置されている。太陽歯車６３をローター軸５３が貫通している。太陽歯車６３は、ローター５１および連結板５２とともに回転する。

キャリア６５は、円板形状を有している。キャリア６５の中央をローター軸５３が貫通している。キャリア６５は、ローター軸５３を中心として回転可能である。キャリア６５は、複数の遊星歯車６４を回転可能に支持する。複数の遊星歯車６４は、固定リング歯車６２と太陽歯車６３との間に配置されている。

出力歯車６６は、有底円筒形状を有している。出力歯車６６は内歯車である。出力歯車６６と太陽歯車６３との間に複数の遊星歯車６４が配置されている。出力軸６７は、円柱形状を有している。出力軸６７の上部は、出力歯車６６の底部に設けられた孔に圧入されている。出力軸６７の下部には、上下方向に延びるスリット６７ａが設けられている。出力軸６７は、出力歯車６６とともに回転される。

太陽歯車６３の回転は、固定リング歯車６２、複数の遊星歯車６４、キャリア６５および出力歯車６６によって減速されて、出力軸６７に伝達される。遊星歯車機構６０は、ローター５１の回転を減速する減速機である。太陽歯車６３の角速度を出力軸６７の角速度で除した値が減速比である。太陽歯車６３の角速度は、ローター５１の角速度である。

案内部材６８は、円筒形状を有している。案内部材６８は、ホルダー２０の上部２０ａの内側に配置されている。案内部材６８は、ホルダー２０を介して弁本体１０に対して固定されている。案内部材６８は、雌ねじ６８ｃを有している。雌ねじ６８ｃは、案内部材６８の内周面の下部に配置されている。案内部材６８の内側には、出力軸６７が配置されている。案内部材６８は、出力軸６７を回転可能に支持している。

駆動軸７０は、例えば、円柱形状の金属棒を切削加工することにより形成される。駆動軸７０は、第１部分７１と、第２部分７２と、を有している。

第１部分７１は、長方形の平板形状を有している。第１部分７１の厚さは、出力軸６７のスリット６７ａの幅よりわずかに小さい。第１部分７１は、出力軸６７のスリット６７ａの内側に上下方向に移動可能に配置される。スリット６７ａおよび第１部分７１によって、出力軸６７の回転を駆動軸７０に伝達しつつ、出力軸６７に対する駆動軸７０の上下方向の移動を可能にしている。

第２部分７２は、円柱形状を有している。第２部分７２は、第１部分７１と一体的に形成されており、第１部分７１の下端部に接続されている。第２部分７２は、雄ねじ７２ｃを有している。雄ねじ７２ｃは、第２部分７２の外周面に配置されている。雄ねじ７２ｃは、案内部材６８の雌ねじ６８ｃに螺合される。第２部分７２の下端面には、円すい形状の凹部が設けられており、凹部にボール７６が接合されている。ボール７６は、ボール受け部４４の平板部４４ａの凹部に摺動可能に接する。

案内部材６８の雌ねじ６８ｃおよび駆動軸７０の雄ねじ７２ｃは、１条のねじである。雌ねじ６８ｃおよび雄ねじ７２ｃは、多条ねじでもよい。雌ねじ６８ｃおよび雄ねじ７２ｃを多条ねじにすることで、ピッチを変えずにリードを大きくすることができる。

開弁ばね７７は、弁体支持部材２５と弁体４０のフランジ部４３ｂとの間に配置されている。開弁ばね７７は、圧縮コイルばねである。開弁ばね７７は、弁体４０を上方（弁口１４から離れる方向）に押している。

ステーターユニット８０は、ケース８１と、ステーター８２と、基板８３と、を有している。ケース８１は、合成樹脂製である。ケース８１は、箱形状を有している。ケース８１は、ステーター８２および基板８３を収容している。ステーター８２および基板８３は、ケース８１にねじ止めされている。

ステーター８２は、円筒形状を有している。ステーター８２の内側にキャン３０が配置される。ステーター８２とローター５１とは、ステッピングモーター８８を構成する。なお、電動弁１は、ステッピングモーター８８に代えて、他の種類のモーターを有していてもよい。

基板８３は、角度センサー８４を含む電子部品が実装されている。角度センサー８４は、磁気式角度センサーである。角度センサー８４は、基板８３の下面に実装されている。角度センサー８４は、キャン３０の上方に配置されている。角度センサー８４は、キャン３０を介して、永久磁石５５と上下方向に向かい合っている。角度センサー８４は、角度センサー８４を通る磁界の向きおよび大きさを検出する。角度センサー８４が出力する電気信号に基づいて、永久磁石５５の回転角度を取得することができる。

電動弁１において、弁口１４、ホルダー２０、弁体支持部材２５（支持孔２６）、キャン３０、弁体４０、ローター５１、連結板５２、ローター軸５３、永久磁石５５、出力軸６７、案内部材６８、駆動軸７０、ボール７６、ステーター８２は、それぞれの中心軸が軸線Ｍと一致する。

次に、電動弁１の動作について説明する。

電動弁１において、ステーター８２に電流を供給して、ローター５１を第１方向に回転させる。ローター５１の回転は、遊星歯車機構６０で減速されて駆動軸７０に伝達される。駆動軸７０が回転されると、駆動軸７０の雄ねじ７２ｃと案内部材６８の雌ねじ６８ｃとのねじ送り作用により、駆動軸７０が下方に移動し、弁口１４に近づく。駆動軸７０によって弁体４０が下方に押され、弁体４０が下方に移動して弁口１４の開口面積が小さくなる。弁体４０が弁座１５に接して弁口１４が閉じると、電動弁１は全閉状態になる。

電動弁１において、ステーター８２に電流を供給して、ローター５１を第２方向に回転させる。ローター５１の回転は、遊星歯車機構６０で減速されて駆動軸７０に伝達される。駆動軸７０が回転されると、駆動軸７０の雄ねじ７２ｃと案内部材６８の雌ねじ６８ｃとのねじ送り作用により、駆動軸７０が上方に移動し、弁口１４から離れる。開弁ばね７７によって弁体４０が上方に押され、弁体４０が上方に移動して弁口１４の開口面積が大きくなる。弁体４０が弁口１４から最も離れると、電動弁１は全開状態になる。電動弁１が全開状態になると、弁口１４の開口面積が最大になる。

電動弁１の全開状態から全閉状態（または、全閉状態から全開状態）に切り替わる時間である切替時間と、駆動軸７０が弁体４０を移動させるための力である軸力と、について検討する。

電動弁１において、全開状態から全閉状態までの弁体４０の移動量をＺとし、ステッピングモーターの極数をＮとし、ステッピングモーターのパルス信号の速度をＶとし、ステッピングモーターの励磁方式をγとし、遊星歯車機構６０の減速比をＫとし、駆動軸７０の雄ねじ７２ｃのリードをＬとしたとき、切替時間Ｔは次の式（ａ）で表される。
（ａ） Ｔ＝｛（Ｚ×Ｎ）／（γ×Ｖ）｝×（Ｋ／Ｌ）

また、電動弁１において、軸力は、駆動軸７０に入力されるトルクおよび雄ねじ７２ｃのリード角と関係を有する。トルクは減速比Ｋと関係を有し、リード角はリードＬと関係を有する。

このことから、切替時間および軸力は、減速比ＫおよびリードＬと関係を有する。

本発明者らは、遊星歯車機構６０の減速比Ｋおよび駆動軸７０の雄ねじ７２ｃのリードＬが異なる複数の電動弁１において、切替時間と軸力とを測定した。測定結果を図３に示す。雄ねじ７２ｃは１条のねじであるため、リードはピッチと同じである。

図３は、切替時間と軸力との関係を示すグラフである。切替時間の単位は「ｓ」であり、軸力の単位は「Ｎ」である。

点ａ１は、減速比Ｋが３０でかつ雄ねじ７２ｃのリードＬが０．１２Ｋの電動弁１の測定値である。
点ａ２は、減速比Ｋが３０でかつ雄ねじ７２ｃのリードＬが０．１０Ｋの電動弁１の測定値である。
点ａ３は、減速比Ｋが３０でかつ雄ねじ７２ｃのリードＬが０．０６７Ｋの電動弁１の測定値である。
点ａ４は、減速比Ｋが３０でかつ雄ねじ７２ｃのリードＬが０．０５Ｋの電動弁１の測定値である。
点ａ５は、減速比Ｋが３０でかつ雄ねじ７２ｃのリードＬが０．０４Ｋの電動弁１の測定値である。
点ａ６は、減速比Ｋが３０でかつ雄ねじ７２ｃのリードＬが０．０３Ｋの電動弁１の測定値である。
線Ｋ３０は、点ａ１～ａ６を通る線であり、減速比Ｋが３０である電動弁１においてリードＬを変化させたときの切替時間と軸力との関係を示す。

点ｂ１は、減速比Ｋが１００でかつ雄ねじ７２ｃのリードＬが０．１２Ｋの電動弁１の測定値である。
点ｂ２は、減速比Ｋが１００でかつ雄ねじ７２ｃのリードＬが０．１０Ｋの電動弁１の測定値である。
点ｂ３は、減速比Ｋが１００でかつ雄ねじ７２ｃのリードＬが０．０６７Ｋの電動弁１の測定値である。
点ｂ４は、減速比Ｋが１００でかつ雄ねじ７２ｃのリードＬが０．０５Ｋの電動弁１の測定値である。
点ｂ５は、減速比Ｋが１００でかつ雄ねじ７２ｃのリードＬが０．０４Ｋの電動弁１の測定値である。
点ｂ６は、減速比Ｋが１００でかつ雄ねじ７２ｃのリードＬが０．０３Ｋの電動弁１の測定値である。
線Ｋ１００は、点ｂ１～ｂ６を通る線であり、減速比Ｋが１００である電動弁１においてリードＬを変化させたときの切替時間と軸力との関係を示す。

自動車用エアコンにおいて運転モードをより速く切り替えることが求められている。そのため、電動弁１は、必要な軸力を備えつつ切替時間を短くすることが要求される。図３において、線Ｄ１は切替時間８ｓに対応し、線Ｄ２は、軸力の下限値（１４０Ｎ）に対応する。図３において線Ｄ１より左側でかつ線Ｄ２より上側の領域に含まれる測定値（点ａ２～ａ５、点ｂ１～ｂ５）を有する電動弁１は、必要な軸力を備えつつ切替時間をより短くすることができる。

このことから、電動弁１は、次の式（１）および式（２）を満たすことで、必要な軸力を備えつつ切替時間をより短くすることができる。
（１） ０．０４Ｋ≦Ｌ≦０．１０Ｋ
（２） ３０≦Ｋ≦１００

また、電動弁１は、次の式（１Ａ）および式（２）を満たすことが好ましい。図３において、線Ｄ３は切替時間５ｓに対応する。図３において線Ｄ３より左側でかつ線Ｄ２より上側の領域に含まれる測定値（点ａ２、ａ３、点ｂ１～ｂ３）を有する電動弁１は、必要な軸力を備えつつ切替時間をさらに短くすることができる。
（１Ａ） ０．０６７Ｋ≦Ｌ≦０．１０Ｋ
（２） ３０≦Ｋ≦１００

図４は、駆動軸７０の雄ねじ７２ｃの外径と雄ねじ７２ｃのピッチとの関係を示すグラフである。外径の単位は「ｍｍ」であり、ピッチの単位は「ｍｍ」である。

雄ねじ７２ｃの外径（雄ねじ外径の基準寸法：ＪＩＳＢ０２０５－４）をｄとし、雄ねじ７２ｃの谷径（雄ねじ谷の径の基準寸法：ＪＩＳＢ０２０５－４）をｄ１とし、雄ねじ７２ｃのピッチをｐとし、雄ねじ７２ｃのとがり山の高さをＨとする。

とがり山の高さＨとピッチｐとの関係、および、とがり山の高さＨと外径ｄと谷径ｄ１との関係を次の式（ｉ）および式（ｉｉ）に示す。
（ｉ） Ｈ＝（√３×ｐ）／２
（ｉｉ） ｄ１＝ｄ－２×（５／８）×Ｈ

これら式から、ピッチｐを示す次の式（ｉｉｉ）が得られる。
（ｉｉｉ）ｐ＝｛８×（ｄ－ｄ１）｝／（５×√３）

駆動軸７０において、雄ねじ７２ｃのピッチｐを大きくすると、谷径ｄ１が小さくなる。谷径ｄ１が小さくなると、駆動軸７０の剛性が下がる。駆動軸７０が必要な剛性を備えるようにするため、実績に基づき、谷径ｄ１は次の式（ｉｖ）および式（ｖ）で規定されている。
（ｉｖ） ｄ１≧２．５ （ただしｄ≦３５／８のとき）
（ｖ） ｄ／ｄ１≦１．７５ （ただしｄ≧３５／８のとき）

式（ｉｉｉ）および式（ｉｖ）から次の式（３）が得られる。
（３） ｐ≦｛４×（２×ｄ－５）｝／（５×√３） （ただしｄ≦３５／８のとき）

式（ｉｉｉ）および式（ｖ）から次の式（４）が得られる。
（４） ｐ≦（２４×ｄ）／（３５×√３） （ただしｄ≧３５／８のとき）

図４において、線Ｊ３は式（３）に対応し、線Ｊ４は式（４）に対応し、線Ｄ４は外径３５／８（４．３７５）ｍｍに対応する。雄ねじ７２ｃの外径が３５／８ｍｍ以下のときピッチｐを線Ｊ３以下にし、雄ねじ７２ｃの外径が３５／８ｍｍ以上のときピッチｐを線Ｊ４以下にすることで、駆動軸７０が必要な剛性を備えることができる。

以上説明したように、電動弁１は、弁口１４を有する弁本体１０と、弁口１４と向かい合う弁体４０と、ローター５１を有するステッピングモーター８８と、雄ねじ７２ｃを有する駆動軸７０と、雄ねじ７２ｃが螺合される雌ねじ６８ｃを有する案内部材６８と、ローター５１の回転を減速して駆動軸７０に伝える遊星歯車機構６０と、を有する。駆動軸７０が回転されると、駆動軸７０が弁口１４に近づく方向または弁口１４から離れる方向に移動し、弁体４０が弁口１４に対して移動される。そして、雄ねじ７２ｃのリードをＬとし、遊星歯車機構６０の減速比をＫとしたとき、上記式（１）および式（２）を満たす。このようにしたことから、電動弁１は、必要な軸力を備えつつ当該電動弁１の状態の切替時間をより短くすることができる。

また、雄ねじ７２ｃの外径をｄとし、雄ねじ７２ｃの谷径をｄ１とし、雄ねじ７２ｃのピッチをｐとしたとき、上記式（３）および式（４）を満たす。このようにすることで、駆動軸７０が、必要な剛性を備えることができる。

本明細書において、「円筒」や「円柱」、「直方体」等の形状を示す各用語は、実質的にその用語の形状を有する部材や部材の部分にも用いられている。例えば、「円筒形状の部材」は、円筒形状の部材と実質的に円筒形状の部材とを含む。

上記に本発明の実施例を説明したが、本発明は実施例の構成に限定されるものではない。前述の実施例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施例の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の趣旨に反しない限り、本発明の範囲に含まれる。

１…電動弁、１０…弁本体、１０ａ…右側面、１０ｂ…左側面、１０ｃ…上面、１３…弁室、１４…弁口、１５…弁座、１７…第１通路、１８…第２通路、１９…取付孔、１９ａ…環状平面、２０…ホルダー、２０ａ…上部、２５…弁体支持部材、２５ａ…環状平面、２６…支持孔、３０…キャン、３５…接続部材、４０…弁体、４１…ステム、４２…弁部、４３…ばね受け部、４３ａ…本体部、４３ａ１…第１孔、４３ａ２…第２孔、４３ｂ…フランジ部、４４…ボール受け部、４４ａ…平板部、４４ｂ…凸部、５０…駆動機構、５１…ローター、５２…連結板、５３…ローター軸、５５…永久磁石、５６…磁気遮蔽部材、６０…遊星歯車機構、６１…歯車ケース、６２…固定リング歯車、６３…太陽歯車、６４…遊星歯車、６５…キャリア、６６…出力歯車、６７…出力軸、６７ａ…スリット、６８…案内部材、６８ｃ…雌ねじ、７０…駆動軸、７１…第１部分、７２…第２部分、７２ｃ…雄ねじ、７６…ボール、７７…開弁ばね、８０…ステーターユニット、８１…ケース、８２…ステーター、８３…基板、８４…角度センサー、８８…ステッピングモーター、Ｍ…軸線

Claims (4)

1. 弁口を有する弁本体と、前記弁口と向かい合う弁体と、ローターを有するモーターと、雄ねじを有する駆動軸と、前記雄ねじが螺合される雌ねじを有する案内部材と、前記ローターの回転を減速して前記駆動軸に伝える歯車機構と、を有する電動弁であって、
   前記駆動軸が回転されると、前記駆動軸が前記弁口に近づく方向または前記弁口から離れる方向に移動し、前記弁体が前記弁口に対して移動され、
   前記雄ねじおよび前記雌ねじが、多条ねじであり、
   前記雄ねじのリードをＬとし、前記歯車機構の減速比をＫとしたとき、以下の式（１）および式（２）を満たすことを特徴とする電動弁。
   （１） ０．０４Ｋ≦Ｌ≦０．１０Ｋ
   （２） ３０≦Ｋ≦１００
2. 弁口を有する弁本体と、前記弁口と向かい合う弁体と、ローターを有するステッピングモーターと、雄ねじを有する駆動軸と、前記雄ねじが螺合される雌ねじを有する案内部材と、前記ローターの回転を減速して前記駆動軸に伝える歯車機構と、を有する電動弁であって、
   前記駆動軸が回転されると、前記駆動軸が前記弁口に近づく方向または前記弁口から離れる方向に移動し、前記弁体が前記弁口に対して移動され、
   前記雄ねじのリードをＬとし、前記歯車機構の減速比をＫとし、前記弁体が前記弁口から最も離れた全開状態から前記弁口が閉じた全閉状態までの前記弁体の移動量をＺとし、前記ステッピングモーターの極数をＮとし、前記ステッピングモーターのパルス信号の速度をＶとし、前記ステッピングモーターの励磁方式をγとしたとき、以下の式（１Ａ）、式（２Ａ）および式（ａ２）を満たすことを特徴とする電動弁。
   （１Ａ） ０．０６７Ｋ≦Ｌ≦０．１０Ｋ
   （２Ａ） Ｋ＝３０
   （ａ２） ｛（Ｚ×Ｎ）／（γ×Ｖ）｝×（Ｋ／Ｌ）＜５
3. 前記雄ねじの外径をｄとし、前記雄ねじのピッチをｐとしたとき、以下の式（３）および式（４）を満たす、請求項１または請求項２に記載の電動弁。
   （３） ｐ≦｛４×（２×ｄ－５）｝／（５×√３） （ただしｄ≦３５／８のとき）
   （４） ｐ≦（２４×ｄ）／（３５×√３） （ただしｄ≧３５／８のとき）
4. 前記雄ねじおよび前記雌ねじが、一条ねじである、請求項２に記載の電動弁。