JP2017161052A - 電動弁 - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦トルクが少なく、小さな駆動力かつ低電力で作動できる電動弁を提供する。
【解決手段】ロータの回転運動を、雄ネジ部材と雌ネジ部材とのネジ結合により直線運動に変換し、この直線運動に基づいて弁本体内に収容された弁体を軸方向に移動させる電動弁であって、前記ネジ結合により直線運動を行う弁軸４１の外周に張り出して形成されたフランジ部４１ｂと、前記弁軸の直線運動を前記弁体に伝達する筒状の弁ガイド１８の上方に形成された環状の天井部２１と、前記フランジ部と前記天井部との間に配置されたワッシャ７０とを備え、前記フランジ部の最大外径が前記ワッシャの前記フランジ部と接触する面の最大外径よりも大きい。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍サイクルなどに使用される電動弁に関する。

従来、パッケージエアコンや冷凍機に用いられる電動弁が知られている（例えば、特許文献１）。この電動弁においては、図６に示すように、ステッピングモータが駆動してロータ１０３が回転すると、雌ねじ１３１ａと雄ねじ１２１ａのねじ送り作業により、動軸１０２を介して弁体１１４が円筒状のガイド１１３に沿って軸Ｌ方向に移動する。これにより、弁体１１４を開閉する調整がなされ、管継手１１１から流入して管継手１１２から流出する冷媒の流量が制御される。

ところで、このような電動弁において、動軸１０２の回転に伴って弁体１１４も回転するような構造の場合、閉弁状態において弁体１１４の下端部が弁座部材１１５上で回転した場合には、弁座部材１１５が摩耗する可能性も否定できない。

このおそれを解決するため、図７（ａ）に示すように、動軸２０２の下端に形成されたフランジ部２０２ａとガイド２１３の天井部２１３ａとの間にワッシャ２１８を配置することで動軸２０２から伝達される回転を軽減するように設計された電動弁が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１４８６４３号公報

しかしながら、上述の図７（ａ）に示す電動弁においては、動軸２０２の回転運動が繰り返されてワッシャ２１８のフランジ部２０２ａとの接触面が摩耗した場合、図７（ｂ）に示すように、側壁２１８ｂがワッシャ２１８の外周に形成される。この場合、ワッシャ２１８の下面のみならず、側壁２１８ｂまでもがフランジ部２０２ａと接触することとなり、フランジ部２０２ａとの接触面積が大きくなる。このため、ワッシャ２１８とフランジ部２０２ａとの間に生じる摩擦トルクが増加し、動軸２０２の回転が弁体に伝達され易くなるという問題がある。また、このように摩擦トルクが増加した場合、大きな駆動力で電動弁を作動させなければならないため高電力が必要となる。
本発明の目的は、摩擦トルクが少なく、小さな駆動力かつ低電力で作動できる電動弁を提供することである。

上記目的を達成するための本発明の電動弁は、
ロータの回転運動を、雄ネジ部材と雌ネジ部材とのネジ結合により直線運動に変換し、この直線運動に基づいて弁本体内に収容された弁体を軸方向に移動させる電動弁であって、
前記ネジ結合により直線運動を行う弁軸の外周に張り出して形成されたフランジ部と、
前記弁軸の直線運動を前記弁体に伝達する筒状の弁ガイドの上方に形成された環状の天井部と、
前記フランジ部と前記天井部との間に配置されたワッシャと
を備え、
前記フランジ部の最大外径が前記ワッシャの前記フランジ部と接触する面の最大外径よりも大きいことを特徴とする。

これにより、フランジ部が回転したとしても、図７（ｂ）に示すように、側壁２１８ｂがワッシャ２１８に形成されることがなくなるため、ワッシャ２１８とフランジ部２０２ａとの間に生じる摩擦トルクを低減させることができる。このため、小さな駆動力かつ低電力で電動弁を作動させることができる。

また本発明の電動弁は、
前記ワッシャの前記フランジ部と接触する面の面積が、前記フランジ部の前記ワッシャと接触する側の面の面積よりも小さいことを特徴とする。

このように、前記ワッシャの前記フランジ部と接触する面の面積を小さくすることにより摩擦トルクをさらに低減することができ、電動弁の作動耐久性を向上させることができる。

また本発明の電動弁は、
前記ワッシャが、前記フランジ部と接触する側の面の面積よりも前記フランジ部と接触しない側の面の面積が大きくなる断面形状を有することを特徴とする。
これにより、弁ガイドの上方に形成された天井部と接触する側のワッシャの面積を確保することができ、弁ガイドをワッシャで的確に支持することができる。

また本発明の電動弁は、
前記ワッシャが、台形状の断面または段差が形成された断面を有することを特徴とする。
これにより、ワッシャが摩耗した場合において、ワッシャとフランジ部との接触面積を広がり難くすることができる。

また本発明の電動弁は、
前記フランジ部が、金属製の素材から成り、前記ワッシャが、樹脂製の素材から成ることを特徴とする。

また本発明の電動弁は、
前記ワッシャを構成する樹脂製の素材が、フッ素樹脂、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイドのいずれかであることを特徴とする。

本発明に係る発明によれば、摩擦トルクが少なく、小さな駆動力かつ低電力で作動できる電動弁を提供することができる。

実施の形態に係る電動弁の断面図である。 図１に示した電動弁の要部拡大断面図である。 実施の形態に係る電動弁に用いられるワッシャの平面図および断面図である。 他の実施の形態に係る電動弁の要部拡大断面図である。 他の実施の形態に係る電動弁の要部拡大断面図である。 従来の電動弁の断面図である。 動軸の回転の伝達を軽減するワッシャを備えた従来の電動弁を示す概念図である。

以下、図面を参照して、実施の形態に係る電動弁について説明する。図１は、実施の形態に係る電動弁２を示した断面図である。なお、本明細書において、「上」あるいは「下」とは図１の状態で規定したものである。すなわち、ロータ４は弁体１７より上方に位置している。

この電動弁２では、非磁性体製で筒状のカップ形状をなすケース６０の開口側の下方に、弁本体３０が溶接などにより一体的に接続されている。
ここで、弁本体３０は、ステンレス鋼板のプレス加工により製作されたプレス成型品であり、内部に弁室１１を有している。また、弁本体３０には、弁室１１に直接連通するステンレス製や銅製の第１の管継手１２が固定装着されている。さらに、弁本体３０の下方内側には、弁ポート１６が形成された弁座部材３０Ａが組み込まれている。弁座部材３０Ａには、弁ポート１６を介して弁室１１に連通するステンレス製や銅製の第２の管継手１５が固定装着されている。

ケース６０の内周には、回転可能なロータ４が収容され、ロータ４の軸芯部分には、ブッシュ部材３３を介して弁軸４１が配置されている。ブッシュ部材３３で結合されたこの弁軸４１とロータ４とは、回転しながら上下方向に一体的に移動する。なお、この弁軸４１の中間部付近の外周面には雄ネジ４１ａが形成されている。本実施例では、弁軸４１が雄ネジ部材として機能している。

ケース６０の外周には、図示しないヨーク、ボビン、およびコイルなどからなるステータが配置され、ロータ４とステータとでステッピングモータが構成されている。
ケース６０の天井面にはガイド支持体５２が固定されている。ガイド支持体５２は、円筒部５３と、円筒部５３の上端側に形成された傘状部５４とを有し、全体をプレス加工により一体成型されている。傘状部５４はケース６０の頂部内側と略同形状に成型されている。

ガイド支持体５２の円筒部５３内には、弁軸４１のガイドを兼ねる筒部材６５が嵌合されている。筒部材６５は、金属あるいは合成樹脂による潤滑材入り素材あるいは表面処理を施された部品により構成され、弁軸４１を回転可能に保持している。

弁軸４１のブッシュ部材３３より下方には、後述するように弁軸４１との間でネジ結合Ａを構成するとともに弁軸４１の傾きを抑制する機能を有する弁軸ホルダ６が、弁本体３０に対して相対的に回転不能に固定されている。

弁軸ホルダ６は、上部側の筒状小径部６ａと下部側の筒状大径部６ｂと弁本体３０の内周部側に収容される嵌合部６ｃとリング状のフランジ部６ｆとからなる。そして、弁軸ホルダ６のフランジ部６ｆは、弁体案内部材７２の上端とケース６０との間に溶接などで固定されている。また、弁軸ホルダ６の内部には、貫通孔６ｈが形成されている。

また、この弁軸ホルダ６の筒状小径部６ａの上部開口部６ｇから所定の深さまで下方に向かって雌ネジ６ｄが形成されている。
そして、弁軸４１の外周に形成された雄ネジ４１ａと、弁軸ホルダ６の筒状小径部６ａの内周に形成された雌ネジ６ｄとにより、ネジ結合Ａが構成されている。

さらに、弁軸ホルダ６の筒状大径部６ｂの側面には、均圧孔５１が穿設され、この均圧孔５１により、筒状大径部６ｂ内の弁軸ホルダ室８３と、ロータ収容室６７（第２の背圧室）との間が連通している。このように均圧孔５１を設けることにより、ケース６０のロータ４を収容する空間と、弁軸ホルダ６内の空間とを連通することにより、弁軸ホルダ６の移動動作をスムーズに行うことができる。

また、弁軸４１の下端側には、弁軸４１の直線運動を弁体１７に伝達する筒状の弁ガイド１８が、弁軸ホルダ６の貫通孔６ｈに対して摺動可能に配置されている。以下、図２を参照しながら、実施の形態に係る電動弁２の要部について説明する。図２に示すように、弁ガイド１８は天井部２１側がプレス成型により略直角に折り曲げられている。そして、この天井部２１には貫通孔１８ａが形成され、天井部２１の下側の面には後述するワッシャ７０と接触する接触面２１ａが円環状に形成されている。

一方、弁軸４１の下方には、弁軸４１の外周から張り出して円環状に形成され弁軸４１の他の位置の径よりも径の大きなフランジ部４１ｂが形成されている。ここで、フランジ部４１ｂには、ワッシャ７０と接触する円環状の上面４１ｃが形成されている。なお、弁軸４１およびフランジ部４１ｂは、ステンレスや真鍮などの金属製の素材によって構成されている。

ここで、弁軸４１は、弁ガイド１８に対して回転可能、かつ径方向に変位可能となるように弁ガイド１８の貫通孔１８ａに遊貫状態で挿入されている。さらに、フランジ部４１ｂは、弁ガイド１８に対して回転可能、かつ、径方向に変位可能となるように弁ガイド１８内に配置されている。また、弁軸４１は貫通孔１８ａを挿通し、フランジ部４１ｂの上面４１ｃが、弁ガイド１８の天井部２１に対向するように配置されている。なお、フランジ部４１ｂが弁ガイド１８の貫通孔１８ａより大径であることにより、弁軸４１の抜け止めがなされている。

弁軸４１と弁ガイド１８とが互いに径方向に移動可能であることにより、弁軸ホルダ６および弁軸４１の配置位置に関して、さほど高度な同芯取付精度を求められることなく、弁ガイド１８および弁体１７との同芯性が得られる。

また、弁ガイド１８の天井部２１と弁軸４１のフランジ部４１ｂとの間にはワッシャ７０が配置されている。ワッシャ７０を構成する素材は、フッ素樹脂、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの高滑性樹脂であることが好ましい。なお、フッ素樹脂の具体例としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などが考えられる。図３（ａ）は、ワッシャ７０を上方から視た平面図であり、図３（ｂ）は、そのＡ−Ａ断面図である。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、ワッシャ７０の中央部には貫通孔７０ａが形成されている。

また、ワッシャ７０の外周には段差７０ｄが形成されており、ワッシャ７０の上面７０ｃの面積よりもワッシャ７０の下面７０ｂ（すなわち、フランジ部４１ｂと接触する面）の面積の方が小さくなるように形成されている。また、図２に示すように、フランジ部４１ｂの最大外形Ｄｆがワッシャ７０の下面７０ｂの最大外形Ｄｗよりも大きく形成され、ワッシャ７０の上面７０ｃの面積がフランジ部４１ｂの上面の面積よりも小さくなるように形成されている。これにより、ワッシャ７０が摩耗した場合に側壁（図７（ｂ）参照）が形成されてワッシャ７０とフランジ部４１ｂとの接触面積が広がることを防止することができる。また、ワッシャ７０の上面７０ｃの面積を下面７０ｂの面積よりも大きくすることにより、天井部２１との接触面積を適度に確保することができ、弁ガイド１８をワッシャ７０で的確に支持することができる。

なお、図１に示すように、弁ガイド１８内には、圧縮された弁バネ２７とバネ受け３５とが収容され、また、弁本体３０の内側には、弁体１７の軸方向への移動を案内する弁体案内部材７２が配置され、弁体１７と弁体案内部材７２との間にシール部材４８が介装されている。

弁体１７の内部には、縦方向の孔部１７ｂと横方向の導通孔１７ｃがそれぞれ均圧路として形成されており、弁ポート１６（第２の管継手１５内）の圧力は、均圧路である孔部１７ｂ、導通孔１７ｃを介して背圧室２８に導かれる。

また、シール部材４８は、断面Ｌ字状の環状パッキン４８ａの間に環状の補強板４８ｂを挟んで形成された環状の部材であり、上方に配置された環状パッキン４８ａの上側、および下方に配置された環状パッキン４８ａの下側に、それぞれ環状パッキン４８ａを常に外側に付勢する板バネが配置されるのが好ましい。

この実施の形態に係る発明によれば、フランジ部４１ｂの最大外形Ｄｆ（図２参照）をワッシャ７０の下面７０ｂの最大外形Ｄｗよりも大きく形成することにより、ワッシャ７０が摩耗しても、ワッシャ７０に側壁（図７（ｂ）参照）が形成されてワッシャ７０とフランジ部４１ｂとの接触面積が広がることがなくなるため、ワッシャ７０とフランジ部４１ｂとの間に生じる摩擦トルクを低減させることができる。このため、小さな駆動力かつ低電力で電動弁を作動させることができる。

また、ワッシャ７０の外周には段差７０ｄを形成してワッシャ７０の上面７０ｃの面積がフランジ部４１ｂの上面の面積よりも小さくなるように形成することにより、ワッシャ７０が摩耗してもフランジ部４１ｂとの接触面積が広がらないようにすることができ、電動弁２の作動耐久性を向上させることができる。

なお、上述の実施の形態においては、図３（ｂ）に示すように、ワッシャ７０に段差７０ｄが形成されている場合を例に説明したが、図４に示すように、ワッシャ７０の断面が台形状に形成されていてもよい。このように、ワッシャ７０の断面を台形状にした場合においても、ワッシャ７０が摩耗した場合にフランジ部４１ｂとの接触面積を広がり難くすることができる。

また、上述の実施の形態において、図５に示すように、ワッシャ７０の上面７０ｃの面積を狭めて下面７０ｂの面積に合わせ、上面７０ｃの面積と下面７０ｂの面積を均等にしてもよい。この場合においても、ワッシャ７０が摩耗した場合にワッシャ７０とフランジ部４１ｂとの接触面積が広がることを防止することができる。

また、上述の実施の形態においては、均圧路として孔部１７ｂ、導通孔１７ｃを弁体１７内に設けた場合を例に説明しているが、必ずしも弁体１７内に均圧路を設けなくてもよい。たとえば、弁体１７内に均圧路を設けることに代えて、別途、弁ポート１６の圧力を背圧室２８に導く配管部材を配置してもよい。

さらに、上述の実施の形態においては、弁体１７と弁体案内部材７２との間にシール部材４８を介装し、弁ポート１６の圧力を均圧路によって背圧室２８に導くことで弁体１７に作用する圧力による力を打ち消す構造を備えた電動弁２を例に説明しているが、このような構造を備えない電動弁であってもよい。

２ 電動弁
４ ロータ
６ 弁軸ホルダ
６ａ 雌ネジ
１１ 弁室
１６ 弁ポート
１７ 弁体
１８ 弁ガイド
１８ａ 貫通孔
２１ 天井部
２１ａ 接触面
２８ 背圧室
３０ 弁本体
３０Ａ 弁座部材
４１ 弁軸
４１ａ 雄ネジ
４１ｂ フランジ部
４１ｃ 上面
４８ シール部材
７０ ワッシャ
７０ａ 貫通孔
７０ｂ 下面
７０ｃ 上面
７０ｄ 段差
７２ 弁体案内部材

また、ワッシャ７０の外周には段差７０ｄが形成されており、ワッシャ７０の上面７０ｃの面積よりもワッシャ７０の下面７０ｂ（すなわち、フランジ部４１ｂと接触する面）の面積の方が小さくなるように形成されている。また、図２に示すように、フランジ部４１ｂの最大外形Ｄｆがワッシャ７０の下面７０ｂの最大外形Ｄｗよりも大きく形成され、ワッシャ７０の下面７０ｂの面積がフランジ部４１ｂの上面の面積よりも小さくなるように形成されている。これにより、ワッシャ７０が摩耗した場合に、図７（ｂ）に示す従来の電動弁に見られるような側壁が形成されることがなく、ワッシャ７０とフランジ部４１ｂとの接触面積が広がることを防止することができる。また、ワッシャ７０の上面７０ｃの面積を下面７０ｂの面積よりも大きくすることにより、天井部２１との接触面積を適度に確保することができ、弁ガイド１８をワッシャ７０で的確に支持することができる。

この実施の形態に係る発明によれば、フランジ部４１ｂの最大外形Ｄｆ（図２参照）をワッシャ７０の下面７０ｂの最大外形Ｄｗよりも大きく形成することにより、ワッシャ７０が摩耗しても、ワッシャ７０に、図７（ｂ）に示す従来の電動弁に見られるような側壁が形成されることがなく、ワッシャ７０とフランジ部４１ｂとの接触面積が広がることがなくなるため、ワッシャ７０とフランジ部４１ｂとの間に生じる摩擦トルクを低減させることができる。このため、小さな駆動力かつ低電力で電動弁を作動させることができる。

Claims (6)

1. ロータの回転運動を、雄ネジ部材と雌ネジ部材とのネジ結合により直線運動に変換し、この直線運動に基づいて弁本体内に収容された弁体を軸方向に移動させる電動弁であって、
   前記ネジ結合により直線運動を行う弁軸の外周に張り出して形成されたフランジ部と、
   前記弁軸の直線運動を前記弁体に伝達する筒状の弁ガイドの上方に形成された環状の天井部と、
   前記フランジ部と前記天井部との間に配置されたワッシャと
   を備え、
   前記フランジ部の最大外径が前記ワッシャの前記フランジ部と接触する面の最大外径よりも大きいことを特徴とする電動弁。
2. 前記ワッシャの前記フランジ部と接触する面の面積が、前記フランジ部の前記ワッシャと接触する側の面の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
3. 前記ワッシャは、前記フランジ部と接触する面の面積よりも前記フランジ部と接触しない側の面の面積が大きくなる断面形状を有することを特徴とする請求項２に記載の電動弁。
4. 前記ワッシャは、台形状の断面または段差が形成された断面を有することを特徴とする請求項３に記載の電動弁。
5. 前記フランジ部は、金属製の素材から成り、前記ワッシャは、樹脂製の素材から成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動弁。
6. 前記ワッシャを構成する樹脂製の素材は、フッ素樹脂、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイドのいずれかであることを特徴とする請求項５に記載の電動弁。

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