JP2019158150A - 電動弁及びそれを用いた熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器等に設けられた弁本体に対して容易にかつ精緻に組み付けることのできる電動弁及びそれを用いた熱交換器を提供する。【解決手段】上部大径部２６ａ及び該上部大径部２６ａより大径の中間拡径部２６ｂを有する段付き円筒状の受け部材２６と、下端が上部大径部２６ａに溶接されたキャン４０と、キャン４０の外側に配置されたステータ５０と、キャン４０の内側に配置されてステータ５０によって回転駆動されるロータ３０と、ロータ３０と一体的に回転する弁軸２５と、ロータ３０の回転を弁座２０に対する弁軸２５の進退動に変換する駆動機構２３と、受け部材２６の外周にキャン４０の溶接部４１を覆うように配置された状態で、他部品に固定されるフランジ部材２６Ａと、を備える。【選択図】図６

Description

本発明は、カーエアコン等に組み込まれて使用される電動弁に係り、例えば、熱交換器等に設けられた弁本体への組み付けが容易とされた電動弁及びそれを用いた熱交換器に関する。

この種の電動弁として、受け部材と、該受け部材との間で所定の空間を画定するキャンと、前記空間内に配置された弁軸と、該弁軸を回転するロータと、該ロータの回転を弁座に対する前記弁軸の進退動に変換する駆動機構と、前記キャンに外嵌されたステータと、を備え、前記弁軸の下端部に設けられた弁体の弁座に対するリフト量を制御することにより、冷媒等の流体の通過流量を調整するようになっているものが知られている。

また、受け部材を収容する内挿穴と該内挿穴に連通する流入口及び流出口とを備えた弁本体に対する前記した電動弁の組付方法として、例えば、弁軸、ロータ等を組み付けた受け部材にキャンの下端部を溶接して固定した後、その受け部材を内挿穴に上から落とし込むように挿入し、続いて、ステータをキャンに上から落とし込むように外嵌し、そのステータのモールドカバーをねじ止めにより弁本体に締め付け固定する方法（例えば、特許文献１参照）や、内挿穴の内周面に雌ねじ部を形成し、受け部材の外周面に雄ねじ部を形成しておき、前記受け部材の雄ねじ部を前記内挿穴の雌ねじ部に螺合させる方法（例えば、特許文献２参照）等が知られている。

特開２０１２−０６２９５２号公報 特許第５５５０３６２号公報

ところで、特許文献１に所載の従来の電動弁では、弁軸、ロータ、キャン等が組み付けられた受け部材を弁本体の内挿穴に挿入した後に、当該電動弁を構成するステータをキャンに外嵌し、そのステータのモールドカバーを本体部に固定する必要があるので、弁本体に対する電動弁の組付工程が煩雑となるといった問題があった。

また、特許文献２に所載の電動弁では、例えば、弁軸、ロータ、キャン、ステータ等が組み付けられた受け部材を、その雄ねじ部を内挿穴の雌ねじ部に螺合させて弁本体に固定する必要があるので、弁本体に対する受け部材やステータ（のリード端子やリード線）の回転角度位置を精緻に決めることが難しいといった問題があった。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、熱交換器等に設けられた弁本体に対して容易にかつ精緻に組み付けることのできる電動弁及びそれを用いた熱交換器を提供することにある。

上記する課題を解決するために、本発明に係る電動弁は、上部大径部及び該上部大径部より大径の中間拡径部を有する段付き円筒状の受け部材と、天井部を有する下方開口の円筒状であり、下端が前記上部大径部に溶接されたキャンと、該キャンの外側に配置されたステータと、前記キャンの内側に配置されて前記ステータによって回転駆動されるロータと、前記ロータと一体的に回転する弁軸と、前記ロータの回転を前記受け部材に設けられた弁座に対する前記弁軸の進退動に変換する駆動機構と、前記受け部材の外周に前記キャンの溶接部を覆うように配置された状態で、他部品に固定されるフランジ部材と、を備えることを特徴としている。

好ましい態様では、前記フランジ部材は、前記電動弁を前記他部品に固定するためのフランジと、前記上部大径部が嵌入される嵌合穴と、を有する。

他の好ましい態様では、前記フランジ部材の板厚は、前記上部大径部の上下方向の高さよりも大きい。

他の好ましい態様では、前記フランジ部材には、前記ステータのモールドカバーの下面側が固定される。

また、本発明に係る熱交換器は、前記電動弁と、該電動弁の前記受け部材を収容する内挿穴、及び該内挿穴に連通する流入口及び流出口を備えた弁本体とを具備し、前記電動弁が、前記フランジ部材を介して前記弁本体に固定されていることを特徴としている。

本発明によれば、受け部材の外周に当該電動弁を他部品に固定するためのフランジが設けられていることにより、弁軸、ロータ、キャン、ステータ等が受け部材に予め組み付けられた電動弁を、受け部材の外周に設けられたフランジを介して弁本体等の他部品に固定できるので、弁本体等の他部品に対して当該電動弁を容易にかつ精緻に組み付けることができる。

また、受け部材の外周に設けられたフランジが、弁軸の軸線方向で視てステータより外側まで延びていることにより、弁軸、ロータ、キャン、ステータ等が受け部材に予め組み付けられた場合でも、前記フランジを弁本体等の他部品に簡便に固定できるので、弁本体等の他部品に対する当該電動弁の組付が更に容易となる。

また、前記ステータのモールドカバーが前記フランジに固定されていることにより、当該電動弁に対するステータの組付工程を簡素化することができる。

さらに、前記モールドカバーが該モールドカバーの下面側で前記フランジに固定されていることにより、当該電動弁を弁本体等の他部品に組み付けた際にステータの固定箇所が見え難くなり、当該電動弁の外観（意匠性）を良くすることもできる。

本発明に係る電動弁の第１実施形態を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は下面図、（Ｄ）は左側面図。 図１（Ａ）のＡ−Ａ矢視線に従う拡大断面図。 図１（Ａ）のＢ−Ｂ矢視線に従う拡大断面図。 図１に示される電動弁が組み付けられた熱交換器を示す斜視図。 本発明に係る電動弁の第２実施形態を示す正面図。 図５に示される電動弁を、図１（Ａ）のＢ−Ｂ矢視線と同様の矢視線に従って破断した拡大断面図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明に係る電動弁の第１実施形態を示し、図１（Ａ）は平面図、図１（Ｂ）は正面図、図１（Ｃ）は下面図、図１（Ｄ）は左側面図である。また、図２は、図１（Ａ）のＡ−Ａ矢視線に従う拡大断面図、図３は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ矢視線に従う拡大断面図である。なお、図２及び図３では、後述する熱交換器の弁本体部分を併せて示している。

図示第１実施形態の電動弁１は、基本的には、受け部材１６との間で所定の空間を画定するための、天井部４０ａを有する下方開口の円筒状のキャン４０と、このキャン４０の内周に所定の間隙αをあけて配在されたロータ３０と、キャン４０に外嵌されたステータ５０と、段付き逆円錐状の弁体２４がその下端部に設けられ、前記ロータ３０と一体的に回転する弁軸２５と、キャン４０の下端部を受ける弁座（弁口）２０付きの受け部材１６と、ロータ３０と弁軸２５との間に配在され、ロータ３０の回転を利用して弁軸２５に設けられた弁体２４を前記弁座２０に進退動（接離）させる駆動機構としてのねじ送り機構２３とを備え、弁座２０に対する弁体２４のリフト量を制御することにより、冷媒等の流体の通過流量を調整するようになっている。ステータ５０によるロータ３０の回転を弁座２０に対する弁軸２５（弁体２４）の進退動に変換するねじ送り機構２３は、筒状のガイドブッシュ２１の外周に形成された雄ねじ部と、下方開口の筒状の弁軸ホルダ２２の内周に形成されて前記雄ねじ部と螺合せしめられた雌ねじ部とで構成されている。

なお、受け部材１６とキャン４０とで画定される前記空間内の内部構成は、上記した特許文献１、２に所載の電動弁とほぼ同じであるため、その詳細説明については特許文献１、２を参照されたい。以下では、主に、本発明の特徴部分である、受け部材１６とキャン４０の外側に配置されたステータ５０の構成についてのみ具体的に説明する。

前記ステータ５０は、ヨーク５１、ボビン５２、コイル５３，５３、及びそれらを囲包む樹脂製のモールドカバー５４等からなり、このステータ５０とロータ３０とでステッピングモータが構成される。コイル５２には、基板５６を介して複数のリード線５５が接続されている。

前記モールドカバー５４は、断面外形が凸字状を呈し、キャン４０の天井部４０ａを含む上部に外嵌される天井部５４ａと、ヨーク５１、ボビン５２、コイル５３，５３等のステータ５０の主要部を囲包む円筒状胴部５４ｂとを有する。前記天井部５４ａの下面中央（弁軸２５の軸線Ｏ上）には、キャン４０の天井部４０ａを下方に押圧すべく、下方に向けて凸部５４ｃが形成されている。

一方、受け部材１６は、基本的に、上部大径部１６ａと中間中径部１６ｂと下部小径部１６ｃからなる段付き円筒状とされ、その上部大径部１６ａの上部外周端縁に形成された段丘部にキャン４０の下端部が溶接されている（溶接部４１）。なお、受け部材１６の上部に形成された嵌合凹部１６ｄには、ガイドブッシュ２１の大径下部２１ａが圧入固定されている。また、前記受け部材１６の下部小径部１６ｃの内部に、縦向きの開口からなる弁座（弁口）２０が形成されるとともに、その弁座２０の上流側（上側）に弁室１４に開口する横孔２０ａが形成され、弁座２０の下流側（下側）に縦孔２０ｂが形成されている。

前記受け部材１６の中間中径部１６ｂ（の下端より若干上側）の外周に形成された環状凹溝１６ｅには、弁室１４と外部空間との間を気密的にシールすべく、シール部材としてのＯリング３１が装着され、前記受け部材１６の下部小径部１６ｃ（の下端より若干上側）の外周に形成された環状凹溝１６ｆは、弁室１４と流出口１２との間を気密的にシールすべく、シール部材としてのＯリング３２が装着されている。

また、前記受け部材１６の上部大径部１６ａの外周左右には、当該電動弁１を後述する弁本体１５に固定するためのフランジ１７、１７が一体的に形成されている。図示例では、各フランジ１７は、上部大径部１６ａの下面（言い換えれば、中間中径部１６ｂの上面）と面一となるように、かつ平面視でステータ５０（のモールドカバー５４）より外側まで延びている。各フランジ１７の端部付近には、ボルト６０を通す通し穴１７ａが貫設されている。なお、この通し穴１７ａは、より具体的には、ボルト６０の頭部が平面視でステータ５０（のモールドカバー５４）より外側に位置するように形成される。また、前記上部大径部１６ａの外周前後には、当該電動弁１を弁本体１５に固定した際に当該電動弁１の姿勢を安定させるべく、比較的小さいフランジ１８、１８が一体的に形成されている。図示例では、各フランジ１８は、上部大径部１６ａの下面と面一となるように、かつ平面視でキャン４０より外側であってステータ５０（のモールドカバー５４）より内側まで延びている。

さらに、左右方向に延びるフランジ１７、１７と前後方向に延びるフランジ１８、１８とで画定される４箇所の角部には、前記ステータ５０（のモールドカバー５４）を受け部材１６に固定するための固定部１９が一体的に形成されている。この固定部１９は、フランジ１７、１７やフランジ１８、１８より板厚の小さい平面視矩形状の平板から構成され、その上面がフランジ１７やフランジ１８の上面と面一となるように延設されており、その略中央に通し穴１９ａが貫設されている。ステータ５０のモールドカバー５４の下面から下方に向けて突設された固定ピン５４ｄがこの通し穴１９ａに通された後、通し穴１９ａから突出した固定ピン５４ｄの下端が固定部１９に溶着されることにより、前記ステータ５０（のモールドカバー５４）が受け部材１６に固定される。

次に、図２及び図３に加えて、図４を参照しながら、上記した電動弁１を膨張弁として使用した熱交換器１０への当該電動弁１の組立構成について詳述する。図４は、図１に示される電動弁が組み付けられた熱交換器を示す斜視図である。

熱交換器１０は例えばエバポレータ（蒸発器）であり、これに設けられた弁本体１５は、その上部中央に、前記電動弁１の受け部材１６の一部（中間中径部１６ｂと下部小径部１６ｃ）が挿入係止される段付きの内挿穴１３が設けられている。この内挿穴１３は、弁本体１５の上面に開口する上部大径穴１３ａと、該上部大径穴１３ａより小径の下部小径穴１３ｂとからなっている。

内挿穴１３における上部大径穴１３ａ及び下部小径穴１３ｂには、受け部材１６の中間中径部１６ｂ及び下部小径部１６ｃがそれぞれ嵌挿され、上部大径穴１３ａにおける受け部材１６の中間中径部１６ｂの下面より下方の空間が弁室１４とされている。

また、前記弁本体１５には、前記弁室１４に連なる流入口１１が（前側に向けて）開口せしめられるとともに、前記下部小径穴１３ｂに連なる流出口１２が（右側に向けて）開口せしめられている。ここで、流出口１２の開口面積は、流入口１１の開口面積より大きくされている。

上記構成とされた電動弁１を熱交換器１０に組み立てる際には、例えば、まず、受け部材１６に、ねじ送り機構２３の一方を構成するガイドブッシュ２１を圧入固定し、これに、弁軸２５、弁軸ホルダ２２、ロータ３０等を組み付け、しかる後、キャン４０の下端部を受け部材１６（の上部外周端縁に形成された段丘部）に溶接する。続いて、ステータ５０をキャン４０に上から落とし込むように外嵌しながら、ステータ５０のモールドカバー５４の下面に突設した固定ピン５４ｄを固定部１９の通し穴１９ａに通し、その通し穴１９ａから突出した固定ピン５４ｄの下端を固定部１９に溶着して固定し、さらに、各環状凹溝１６ｅ、１６ｆにＯリング３１、３２をそれぞれ装着して、上記電動弁１を得る。

次に、電動弁１（の受け部材１６）を弁本体１５の内挿穴１３に上から落とし込むように挿入する。これにより、受け部材１６の中間中径部１６ｂ及び下部小径部１６ｃが内挿穴１３の上部大径穴１３ａ及び下部小径穴１３ｂにそれぞれ嵌挿されるとともに、その上部大径部１６ａに設けられた各フランジ１７、１７、１８、１８が弁本体１５の上面に当接して配置される。

そして、２本のボルト６０をそれぞれ、受け部材１６に一体に形成されたフランジ１７に設けられた通し穴１７ａを介して弁本体１５の上部に形成された雌ねじ部１５ａに上方からねじ込んで、各フランジ１７を弁本体１５の上面に締め付け固定する。これにより、上記構成の電動弁１付き熱交換器１０が組み立てられる。

なお、前記ボルト６０を弛めれば、熱交換器１０の弁本体１５から電動弁１自体を分離して取り外すことができる。

このように、本実施形態の電動弁１では、受け部材１６の外周に当該電動弁１を他部品（熱交換器１０の弁本体１５）に固定するためのフランジ１７が設けられていることにより、弁軸２５、ロータ３０、キャン４０、ステータ５０等が受け部材１６に予め組み付けられた電動弁１を、前記フランジ１７を介して他部品に固定できるので、他部品に対して当該電動弁１を容易にかつ精緻に組み付けることができる。

また、受け部材１６の外周に設けられたフランジ１７が、弁軸２５の軸線Ｏ方向で視てステータ５０より外側まで延びていることにより、弁軸２５、ロータ３０、キャン４０、ステータ５０等が受け部材１６に予め組み付けられた場合でも、前記フランジ１７を弁本体１５等の他部品に簡便に固定できるので、他部品に対する当該電動弁１の組付が更に容易となる。

また、前記ステータ５０のモールドカバー５４が前記受け部材１６又は前記フランジ１７に固定されていることにより、当該電動弁１に対するステータ５０の組付工程を簡素化することができる。

さらに、前記モールドカバー５４が該モールドカバー５４の下面側で前記受け部材１６又は前記フランジ１７に固定されていることにより、当該電動弁１を弁本体等の他部品に組み付けた際にステータ５０の固定箇所が見え難くなり、当該電動弁１の外観（意匠性）を良くすることもできる。

さらにまた、前記受け部材１６と前記フランジ１７とが一体に形成されていることにより、当該電動弁１における部品点数の増加を抑制することもできる。

［第２実施形態］
図５は、本発明に係る電動弁の第２実施形態を示す正面図であり、図６は、図５に示される電動弁を、図１（Ａ）のＢ−Ｂ矢視線と同様の矢視線に従って破断した拡大断面図である。

本第２実施形態の電動弁２は、上記第１実施形態の電動弁１に対し、主に、受け部材とフランジの構成のみが相違している。そのため、以下では、主に受け部材とフランジの構成についてのみ詳述し、図１〜図４に示した電動弁１と同じ構成については、同様の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図示第２実施形態の電動弁２における受け部材２６は、基本的に、上部大径部２６ａと（上部大径部２６ａより大径の）中間拡径部２６ｂと下部小径部２６ｃからなる段付き円筒状とされ、その上部大径部２６ａの上部外周端縁に形成された段丘部にキャン４０の下端部が溶接されるとともに（溶接部４１）、その上部大径部２６ａの外周に、前記受け部材２６と別体に形成されたフランジ部材２６Ａが（前記溶接部４１を覆うように）取付固定されている。

前記フランジ部材２６Ａは、上部大径部２６ａと略同径に形成された嵌合穴２６ｇを介して前記上部大径部２６ａに圧入固定されており、その左右の部分に、当該電動弁２を弁本体１５に固定するためのフランジ２７、２７が一体的に形成され、その前後の部分に、当該電動弁２を弁本体１５に固定した際に当該電動弁２の姿勢を安定させるための、比較的小さいフランジ２８、２８が一体的に形成されている。なお、本実施形態でも、各フランジ２７は、平面視でステータ５０（のモールドカバー５４）より外側まで延びており、各フランジ２７の端部付近に、ボルト６０を通す通し穴２７ａが貫設されている。

また、本実施形態では、フランジ部材２６Ａ（フランジ２７、２８）の板厚が受け部材２６の上部大径部２６ａの上下方向高さよりも大きくされており、受け部材２６とフランジ部材２６Ａとステータ５０とを組み立てたときに、フランジ部材２６Ａ（フランジ２７、２８）の上面がステータ５０のモールドカバー５４の下面と当接するようにされている。

上記構成の電動弁２を組み立てるにあたっては、まず、受け部材２６に、ねじ送り機構２３の一方を構成するガイドブッシュ２１を圧入固定し、これに、弁軸２５、弁軸ホルダ２２、ロータ３０等を組み付け、しかる後、キャン４０の下端部を受け部材２６（の上部外周端縁に形成された段丘部）に溶接する。続いて、フランジ部材２６Ａを、キャン４０に挿通させながら受け部材２６（の上部大径部２６ａ）に圧入により固定し、しかる後、ステータ５０をキャン４０に上から落とし込むように外嵌しながら、ステータ５０のモールドカバー５４の下面に突設した固定ピン５４ｄをフランジ部材２６Ａに一体に形成した固定部２９の通し穴２９ａに通し、その通し穴２９ａから突出した固定ピン５４ｄの下端を固定部２９に溶着して固定し、さらに、各環状凹溝２６ｅ、２６ｆにＯリング３１、３２をそれぞれ装着する。

また、上記構成とされた電動弁２を熱交換器１０に組み立てる際には、上記第１実施形態と同様、電動弁２（の受け部材２６）を弁本体１５の内挿穴１３に上から落とし込むように挿入し、２本のボルト６０をそれぞれ、受け部材２６に別体に形成された（フランジ部材２６Ａの）フランジ２７に設けられた通し穴２７ａを介して弁本体１５の上部に形成された雌ねじ部１５ａに上方からねじ込んで、各フランジ２７を弁本体１５の上面に締め付け固定する。

かかる構成の電動弁２では、上記第１実施形態の電動弁１と同様の作用効果が得られると共に、受け部材２６とフランジ２７（フランジ部材２６Ａ）とが別体に形成されているので、フランジ２７の設計自由度を高めることができ、例えば受け部材２６の構成を変更することなく、様々な形態の弁本体１５に対して当該電動弁２を簡便に組み付けることができる。

なお、上記した実施形態では、ステータ（のモールドカバー）をフランジ又は受け部材（の固定部）に溶着により固定し、電動弁（のフランジ）を弁本体にねじ止めにより固定しているが、ステータのフランジ又は受け部材に対する固定方法や電動弁の弁本体に対する固定方法は、適宜に変更できることは言うまでも無い。例えば、ステータをフランジ又は受け部材にねじ止め等により固定しても良い。また、弁本体に予めスタッドボルトを植立しておき、該スタッドボルトをフランジの通し穴に挿通し、その後、該スタッドボルトにナットを螺合させることにより、電動弁を弁本体に固定しても良い。

また、上記した実施形態では、弁本体１５の前側に向けて形成された開口を流入口１１とし、その右側に向けて形成された開口を流入口１２としているが、流入口１１と流出口１２とを逆にしても良い。

さらに、上記した実施形態では、弁座２０が受け部材１６に一体的に形成されているが、例えば、弁座（弁口）を有する弁座部材（受け部材とは別体に形成された弁座部材）を受け部材に、かしめ、圧入、溶接等により固着しても良いことは当然である。

１ 第１実施形態の電動弁
２ 第２実施形態の電動弁
１０ 熱交換器
１１ 流入口
１２ 流出口
１３ 内挿穴
１４ 弁室
１５ 弁本体
１６、２６ 受け部材
１７、２７ フランジ
１８、２８ フランジ
１９、２９ 固定部
２０ 弁座
２３ ねじ送り機構（駆動機構）
２４ 弁体
２５ 弁軸
２６Ａ フランジ部材
３０ ロータ
４０ キャン
４０ａ 天井部
５０ ステータ
５４ モールドカバー
６０ ボルト

Claims (5)

1. 上部大径部及び該上部大径部より大径の中間拡径部を有する段付き円筒状の受け部材と、
   天井部を有する下方開口の円筒状であり、下端が前記上部大径部に溶接されたキャンと、
   該キャンの外側に配置されたステータと、
   前記キャンの内側に配置されて前記ステータによって回転駆動されるロータと、
   前記ロータと一体的に回転する弁軸と、
   前記ロータの回転を前記受け部材に設けられた弁座に対する前記弁軸の進退動に変換する駆動機構と、
   前記受け部材の外周に前記キャンの溶接部を覆うように配置された状態で、他部品に固定されるフランジ部材と、を備えることを特徴とする電動弁。
2. 前記フランジ部材は、前記電動弁を前記他部品に固定するためのフランジと、前記上部大径部が嵌入される嵌合穴と、を有することを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
3. 前記フランジ部材の板厚は、前記上部大径部の上下方向の高さよりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動弁。
4. 前記フランジ部材には、前記ステータのモールドカバーの下面側が固定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電動弁。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の電動弁と、該電動弁の前記受け部材を収容する内挿穴、及び該内挿穴に連通する流入口及び流出口を備えた弁本体とを具備し、
   前記電動弁が、前記フランジ部材を介して前記弁本体に固定されていることを特徴とする熱交換器。

Images