JP2019218997A - 電動弁および冷凍サイクルシステム - Google Patents

Abstract

【課題】的確にシール部材を弁体案内部に装着し、シール部材のシール性を向上させた組立性の良い電動弁、および該電動弁を用いた冷凍サイクルシステムを提供する。【解決手段】弁本体内において中心軸方向に延び、弁体のロータ側の一部を内径側に収容する側壁７２ａと、前記側壁の弁ポート側の内周に装着され、シール部と前記シール部を付勢する付勢部とを複合した複合型のシール部材４８と、前記側壁において前記シール部材の前記弁ポート側に配置され、前記シール部材を保持する保持部７２ｃとを備え、前記側壁の前記弁ポート側には、前記シール部材の上面と係合する係合部７２ｂが設けられ、前記シール部材は、前記中心軸方向において前記係合部と前記保持部との間に配置され、前記側壁の内周面および前記保持部の外周面の少なくとも一方に形成された段差７２ｘを利用し、前記保持部を前記中心軸方向に突き当てて前記側壁に固着する。【選択図】図３

Description

本発明は、電動弁および該電動弁を用いた冷凍サイクルシステムに関する。

従来より、大型のパッケージエアコンや冷凍機に用いられる流体制御弁が知られている。この流体制御弁においては、流量制御用として複数使用されていた電動弁を１つにまとめるなどの制御機器合理化等の背景から、大口径かつ高圧力差が生じた際にも良好な作動性を発揮できる性能が望まれる。しかしながら、比較的大口径の流量制御は、マグネットのトルクにより発生するねじの推力に対し圧力差によって発生する弁体への負荷が大きく、弁体を作動させるために大きな駆動力が必要となる。

そこで、かかる弁体の作動性を向上させるべく、以下に説明するような圧力バランス機構が採用されている（たとえば、特許文献１参照）。具体的には、図８に示す電動弁１０１のように、弁室１０７の上方側に背圧室１２９を画成するとともに、弁ポート１１９内の圧力を弁体１２０に設けられた導通路１２４を介して背圧室１２９内に導入し、背圧室１２９内の圧力（背圧）を利用することで、弁閉状態における弁体１２０に作用する押し下げ力（弁閉方向に作用する力）と押し上げ力（弁開方向に作用する力）との圧力差による力をキャンセルし、弁体１２０に対する負荷を小さくしている。

この圧力バランス機構を採用した電動弁１０１においては、背圧室１２９と弁室１０７とを気密に分離するために、弁体１２０と弁体案内部１７２の間にシール部材１３７が介装されている。ここで、上述の電動弁１０１においては、シール部材１３７が弁体１２０側に装着され、弁体案内部１７２の内周面と当接する外シール構造を採用しているが、シール部材１３７の配置については必ずしも外シール構造を採用しなくてもよい。たとえば、シール部材１３７が弁体案内部１７２側に装着され、弁体１２０の外周面と当接する内シール構造を採用することも考えられる。

特開２０１７−１８０６３９号公報

しかしながら、内シール構造を採用した場合には、外シール構造を採用した場合よりも電動弁を構成する部品の部品点数が多くなる上、組立性も複雑になるという問題がある。
また、漏れが生じたり摺動抵抗が増加するなど、シール性能に影響が出ないように的確にシール部材を弁体案内部に装着できるようにすることが課題である。

本発明の目的は、的確にシール部材を弁体案内部に装着し、シール部材のシール性を向上させた組立性の良い電動弁、および該電動弁を用いた冷凍サイクルシステムを提供することである。

［１］本発明の電動弁は、
ケースの内部に収容されたロータの回転運動を、雄ネジ部材と雌ネジ部材とのネジ螺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前記弁本体の中心軸方向に移動させるとともに、前記弁体の上方側に背圧室を設け、前記背圧室に弁ポート内の圧力を導入する電動弁であって、
前記弁本体内において前記中心軸方向に延び、前記弁体の前記ロータ側の一部を内径側に収容する側壁と、
前記側壁の前記弁ポート側の内周に装着され、シール部と前記シール部を付勢する付勢部とを複合した複合型のシール部材と、
前記側壁において前記シール部材の前記弁ポート側に配置され、前記シール部材を保持する保持部と
を備え、
前記側壁の前記弁ポート側には、前記シール部材の上面と係合する係合部が設けられ、前記シール部材は、前記中心軸方向において前記係合部と前記保持部との間に配置され、
前記側壁の内周面および前記保持部の外周面の少なくとも一方に形成された段差を利用し、前記保持部を前記中心軸方向に突き当てて前記側壁に固着することを特徴とする。

このように、段差を利用し、保持部を中心軸方向に突き当てて側壁に固着することにより、側壁の正確な位置にシール部材を装着し、シール部材のシール性を向上させることができる。また、組立時において保持部の挿入量を荷重や位置によって管理する必要がないため、シール部材を側壁の内周に装着した場合においても電動弁の組立性を維持することができる。

［２］また、本発明の電動弁は、
前記保持部には、外径側に突出するガイドフランジが形成され、
前記ガイドフランジによって外周面に形成された前記段差を前記側壁の下端部に突き当てて前記保持部を前記側壁に固着することを特徴とする。
このように、ガイドフランジに形成された段差を側壁の下端に突き当てて保持部を側壁に固着することにより、弁体案内部の所定の位置に正確に保持部を装着することができる。

［３］また、本発明の電動弁は、
前記側壁の内周面に形成された前記段差に前記保持部の上端面を突き当てて前記保持部を前記側壁に固着することを特徴とする。
このように、側壁の内周面に形成された段差に保持部を突き当てて保持部を側壁に固着させた場合においても、弁体案内部の所定の位置に正確に保持部を装着することができる。

［４］また、本発明の電動弁は、
前記保持部は、前記弁体の前記弁ポート側の径方向の位置を規制することを特徴とする。
これにより、弁体の径方向への揺れの振幅が大きくならないように抑制される。このため、たとえば、弁体が弁座部に着座したときの弁漏れを低減することができる。

［５］また、本発明の電動弁は、
前記保持部は、前記側壁に挿入される部分よりも外周面の外径を小径にして前記弁ポート側に延設された延設部を備えることを特徴とする。
このように、外周面の外径を小さくした延設部を設けることにより、管継手から弁室に流入した流体の流量を低下させずに弁ポートに導くことができる。

［６］また、本発明の電動弁は、
前記弁体を付勢する付勢バネをさらに備えることを特徴とする。
このように、弁体を付勢する付勢バネを備えることにより雄ネジと雌ネジのネジ山の接触面を一定に保つことができる。

［７］また、本発明の電動弁は、
前記付勢バネは、前記弁体の摺動面の径よりも内径が大きく形成され、かつ前記弁本体内において前記弁体を前記中心軸方向に付勢することを特徴とする。
このように、内径の大きな付勢バネで弁体を付勢するため、中心軸に対して弁体の軸が傾くことを抑制することができる。

［８］また、本発明の電動弁は、
前記付勢バネの内側には、前記弁体の少なくとも一部が収容されることを特徴とする。
これにより、電動弁全体の中心軸方向の長さを短くすることができる。

［９］また、本発明の電動弁は、
前記側壁の前記ロータ側には、内径側に突出する内フランジが形成され、
前記弁体には、外径側に突出する弁フランジが配置され、
前記付勢バネは、前記内フランジと前記弁フランジとの間に配置されていることを特徴とする。

このように、付勢バネの上端が、側壁の内フランジに配置されることにより、中心軸に対して付勢バネの軸が傾かないように付勢バネの径方向の位置を保持することができる。また、付勢バネの下端が、弁体の外径側に突出する弁フランジに配置されることにより、付勢バネの外周が弁体案内部と接触して付勢バネに過剰な摺動抵抗が生じることを抑制することができる。

［１０］また、本発明の電動弁は、
前記付勢バネの固定端側には、前記側壁の内径側に突出し、前記中心軸方向において局所的に前記側壁の内径を小さくする凸部が形成され、
前記付勢バネの可動端側には、前記付勢バネの内径側において中心軸方向に延在する壁部が形成されていることを特徴とする。

このように、付勢バネの固定端側に、側壁の内径側に突出する凸部を形成することにより、固定端側において付勢バネの外径側が案内されるため、付勢バネの径が大きい場合に好適である。また、付勢バネの可動端の内径側に壁部を形成することにより、可動端側において付勢バネの内径側が案内される。

また、凸部を内径側に突出させることにより、付勢バネの径方向の位置が規制され、径方向に位置がずれることが防止できるため電動弁の制御性が向上する。また、凸部により径方向の位置が規制されるのは、付勢バネの全長の一部であるため、全長にわたって径方向の位置が規制される場合に比べて付勢バネの弁体案内部の内周面への過度な摺動が抑制される。

［１１］また、本発明の電動弁は、
前記シール部材は、弁体と摺動するリップ部を有するリップシールを用いて形成されていることを特徴とする。
このように、リップシールを用いたシール部材を使用することにより、側壁と保持部の部品寸法によってシール部材の潰し量を決定することができるため、シール部材の潰し量を安定させることができる。

［１２］また、本発明の冷凍サイクルシステムは、
圧縮機、凝縮器、膨張弁、および蒸発器を含む冷凍サイクルシステムであって、上述の電動弁を用いることを特徴とする。
このような電動弁であれば、制御弁として、確実に弁の開度を調整し、流量を制御することが出来るため、冷凍サイクルシステムとして好適である。

本発明によれば、的確にシール部材を弁体案内部に装着し、シール部材のシール性を向上させた組立性の良い電動弁、および該電動弁を用いた冷凍サイクルシステムを提供することができる。

実施の形態に係る電動弁の概略断面図である。 実施の形態に係る電動弁における弁体案内部上方部分の拡大図である。 実施の形態に係る電動弁におけるシール部材近傍の拡大図である。 他の実施の形態に係る電動弁における弁体案内部の拡大図である。 他の実施の形態に係る電動弁における保持部の拡大図である。 他の実施の形態に係る電動弁における弁体の拡大図である。 他の実施の形態に係る電動弁におけるシール部材の拡大図である。 従来の電動弁のシール部分を示す概略断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の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を示した概略断面図である。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、金属により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、たとえばステンレス等の金属から成り、内部において弁体１７の外側に形成された空間である弁室１１を有している。また、弁本体３０の側面には、弁室１１に直接連通するたとえばステンレス製や銅製の第１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、断面円形の弁ポート１６ａが内部に貫通して形成された弁座部１６が組み込まれている。弁ポート１６ａは、弁体１７の直下において弁体１７と同軸方向に設けられている。弁座部１６には、弁ポート１６ａ、弁室１１を介して第１管継手１２に連通するたとえばステンレス製や銅製の第２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。なお、ロータ４は、磁性粉を含有する樹脂材料等の磁性を有する素材で形成されている。ブッシュ部材３３と弁軸４１は、共にたとえばステンレス等の金属で形成されており、ブッシュ部材３３で結合された弁軸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。本実施の形態では、弁軸４１が雄ネジ部材として機能している。また、弁体１７は弁ポート１６ａに対して近接又は離間可能となっている。

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形されている。傘状部５４はケース６０の頂部内側と略同形状に成形されている。

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、合成樹脂、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との間でネジ送り機構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。

この弁軸ホルダ６は、上部側の筒状小径部６ａ、下部側の筒状大径部６ｂ、後述する弁体案内部７２の内周面に嵌合される嵌合部６ｃ、リング状のフランジ部６ｆ、および嵌合部６ｃの下方に延設された延設部６ｋから成る。そして、弁軸ホルダ６の内部には、後述する弁ガイド１８を収容する収容室６ｈが形成されている。なお、弁軸ホルダ６は、金属のフランジ部６ｆ以外が樹脂材料で形成されている。

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。このため、本実施の形態では、弁軸ホルダ６が雌ネジ部材として機能している。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、ネジ送り機構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内の収容室６ｈと、ロータ収容室６６（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内の空間とが連通され、弁体１７の移動動作をスムーズに行うことができる。

また、弁軸４１の下方には、筒状の弁ガイド１８が弁軸ホルダ６の収容室６ｈに対して摺動可能に配置されている。また、弁ガイド１８内には、圧縮された弁バネ２７とバネ受け３５とが収容されている。バネ受け３５の上端部は、弁軸４１の突出部４１ｃと接触している。

弁ガイド１８は天井部２１側がプレス成形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が形成されている。また、弁軸４１の下方には、さらに鍔部４１ｂが形成されている。

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おり、鍔部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、鍔部４１ｂの上面が、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、鍔部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。

弁ガイド１８の天井部２１と弁軸４１の鍔部４１ｂとの間には、中央部に貫通孔が形成されたワッシャ７０が設置されている。
また、弁本体３０の内側には、弁体１７、および弁体１７の中心軸Ｍ方向への移動を案内する弁体案内部７２が配置され、弁体１７と弁体案内部７２との間には、シール部材４８が介装されている。

弁体１７は、たとえばステンレス等の金属で形成された部品であり、音叉形の断面形状を有している。弁体１７は、環状の固定具３６を介して弁ガイド１８に固定される略円柱状の頭部１７ａ、内部に柱状の空間１７ｄが形成されたシール部材４８と摺動する部分である円筒状の摺動筒部１７ｂ、および頭部１７ａと摺動筒部１７ｂを一体的に接続する接続部１７ｃから構成されている。さらに、頭部１７ａの内部には、縦方向の孔部１７ｋ、および横方向の導通孔１７ｌが均圧路として形成されている。このため、弁ポート１６ａ（第２の管継手１５内）の圧力は、空間１７ｄ、孔部１７ｋ、および導通孔１７ｌを介して背圧室２８に導かれる。

弁体案内部７２は、内部が貫通した筒体であり、中心軸Ｍ方向に延びる円筒状の側壁７２ａ、シール部材４８を固定するフランジ７２ｂ、シール部材４８を保持する保持部７２ｃを備えている。なお、フランジ７２ｂは、側壁７２ａの下方（弁ポート１６ａ側）において内径側に突出するように配置されており、シール部材４８の上面と係合する係合部としての機能を有している。保持部７２ｃは、側壁７２ａの内周においてシール部材４８の下方（弁ポート１６ａ側）に配置された部品である。また、弁体案内部７２において弁体１７は、シール部材４８によって中心軸Ｍ方向の移動を案内される。

また、側壁７２ａは、弁本体３０内において中心軸Ｍ方向に延び、弁体１７の上側（ロータ４側）の一部を内径側に収容している。この側壁７２ａは、上側（ロータ４側）の端部に位置するフランジ部７２ｊと、その下方の中間筒部７２ｋと、さらにその下方の下端部７２ｌとを有したもので、たとえば切削加工等によって形成されている。

この弁体案内部７２は、弁軸ホルダ６のフランジ部６ｆおよびケース６０の下端部と弁本体３０の上端部との間にフランジ部７２ｊを配置することで、弁本体３０内の所定の位置に配置されている。ここで、弁体案内部７２のフランジ部７２ｊとケース６０の下端部、および弁体案内部７２のフランジ部７２ｊと弁本体３０の上端部との間は、溶接、ろう付け、接着などの固着手段により全周に亘って密閉した状態に一体化されている。なお、弁体案内部７２を構成する部品は、たとえばステンレス等の金属でそれぞれ形成されている。

ここで、フランジ部７２ｊは弁軸ホルダ６の受入部としての機能も有している。すなわち、フランジ部７２ｊの内側に弁軸ホルダ６の嵌合部６ｃが嵌合され、フランジ部７２ｊの内周面と嵌合部６ｃの外周面の摩擦力によって弁軸ホルダ６が所定の位置および角度に保持される。

また、図２に示すように、中間筒部７２ｋの上方（ロータ４側）には、内径側に突出し、中心軸Ｍ方向において局所的に内径を小さくした凸部７２ｍが形成されている。このように、凸部７２ｍを内径側に突出させることにより、後述する付勢バネ３２の径方向の位置が規制され、径方向に位置がずれることが防止できるため電動弁２の制御性が向上する。また、凸部７２ｍにより径方向の位置が規制されるのは付勢バネ３２の全長の一部であるため、全長にわたって径方向の位置が規制される場合に比べて付勢バネ３２の弁体案内部の内周面への過度な摺動が抑制される。このため、電動弁２の制御性がさらに向上する。

また、図３（ａ）に示すように、弁体案内部７２の側壁７２ａの下方（弁ポート１６ａ側）の内周面には、側壁７２ａの上方よりも内径を大きくすることによって形成された段差７２ｘが設けられている。

保持部７２ｃの外周には、上部側の上部外周面７３ａ、上部外周面７３ａの下方において外径側に突出したガイドフランジ７３ｆ、下部側において大幅に外径を小さくした下部外周面７３ｂが形成されている。また、保持部７２ｃの内周には、上部側の上部内周面７４ａ、下部側において内径を小さくした下部内周面７４ｂが形成されている。また、保持部７２ｃの下方には、側壁７２ａに挿入される部分よりも外周面の外径を小径にして下方に延設された延設部７５が設けられている。この延設部７５の外周に下部外周面７３ｂが形成され、内周には下部外周面７３ｂが形成されている。

このように、延設部７５を設け、下部外周面７３ｂの外径を上部外周面７３ａの外径よりも小さくすることにより、第１管継手１２から弁室１１に流入した流体の流量を低下させずに弁ポート１６ａに導くことができる。ここで、仮に下部外周面７３ｂの外径が上部外周面７３ａの外径と同等であれば第１管継手１２から弁室１１に流入した流体が保持部７２ｃに衝突して流量の低下を招くおそれがある。一方、延設部７５が存在しない場合には、第１管継手１２から流入した流体が直接弁体１７に衝突するため、弁体１７の径方向への揺れの振幅が大きくなるおそれが生じる。

ここで、シール部材４８は、中心軸Ｍ方向においてフランジ７２ｂと保持部７２ｃの間に挟持されて弁体案内部７２に配置されている。このため、シール部材４８の中心軸Ｍ方向の潰し量を一定にすることができる。また、フランジ７２ｂは、その上面の外周側を段差７２ｘに突き当てて弁体案内部７２の側壁７２ａに当接されている。さらに、保持部７２ｃは、保持部７２ｃの外周面に形成された段差７３ｚ（ガイドフランジ７３ｆの上面）を弁体案内部７２の側壁７２ａの下端７２ｚに突き当てて固着されている。これにより、弁体案内部７２の所定の位置に正確に保持部７２ｃを装着することができる。

なお、電動弁２の組み立て時には、図３（ｂ）に示すように、側壁７２ａの下方の段差７２ｘに当接するフランジ７２ｂと保持部７２ｃでシール部材４８を挟み込む。次に、保持部７２ｃを上方に移動させてガイドフランジ７３ｆを側壁７２ａの下端７２ｚに当て止めし、保持部７２ｃの位置決めをする。ここで、保持部７２ｃを上方に移動させた移動分（Ｔ）、シール部材４８が中心軸Ｍ方向に押し潰される。この状態で、保持部７２ｃのガイドフランジ７３ｆを側壁７２ａの下端７２ｚに溶接する。これにより、保持部７２ｃは側壁７２ａに固着される。なお、固着する手段は、上部外周面７３ａを側壁７２ａに対して圧入することにより行われてもよく、さらには、このような圧入に加えて溶接を併用してもよい。

また、保持部７２ｃの下部内周面７４ｂの内径は、上部内周面７４ａの上端側の内径よりも小径となるように形成されている。そして、保持部７２ｃの下部内周面７４ｂは、弁体１７にシ―ル部材４８が摺動する部分である摺動筒部１７ｂの外周面（以下、摺動面という）に対して、微小な間隙を隔てて近接して配置され、弁体１７の下方（弁ポート１６ａ側）の径方向の位置を規制している。このため、弁体１７の径方向への揺れの振幅が大きくならないように抑制される。これにより、たとえば、弁体１７が弁座部１６に着座したときの漏れを低減することができる。

シール部材４８は、中心軸Ｍ方向に配置された二つの断面Ｌ字状のＬ字環状パッキン４８ａの間に補強板４８ｂを挟んで環状に形成され、弁体１７の外周面と摺接している。ここで、Ｌ字環状パッキン４８ａは、弁体１７側から中心軸Ｍ方向上側（ロータ４側）または下側（弁ポート１６ａ側）に延設され、弁体１７の外周面と摺接するリップ部４８ｊを備えている。これにより、Ｌ字環状パッキン４８ａのリップ部４８ｊの内周面と弁体１７の外周面とを密着させることができ、背圧室２８と弁室１１との間を気密に分離することができる。また、上方に配置されたＬ字環状パッキン４８ａの上側、および下方に配置されたＬ字環状パッキン４８ａの下側には、弁体１７側にＬ字環状パッキン４８ａのリップ部４８ｊを付勢する環状の板バネ４８ｃが配置されている。このように、シール部材４８は、Ｌ字環状パッキン４８ａ（シール部）、板バネ４８ｃ（付勢部）などの異なる複数の環状の部材を複合して構成された複合型のシール部材である。このシール部材４８は、板バネ４８ｃでＬ字環状パッキン４８ａのリップ部４８ｊを弁体１７側に付勢することにより、内周面と弁体１７の外周面とを密着させることができ、長期にわたり気密性を維持することができるため電動弁２の作動性の低下を抑制することができる。

なお、Ｌ字環状パッキン４８ａは、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等やＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等のフッ素系樹脂材料で形成されている。また、補強板４８ｂは、たとえば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂材料や真鍮、黄銅等の金属材料で形成されており、板バネ４８ｃは、たとえばステンレス等の金属材料で形成されている。

また、図２に示すように、弁体案内部７２の側壁７２ａの上方（ロータ側）の内周には、内径側に突出する内フランジ７２ｕが形成されている。そして、中心軸Ｍ方向に移動可能な弁体１７の接続部１７ｃの外周には、図１に示すように、円錐台型の筒体であるバネ受け金具２９が配置されている。バネ受け金具２９は、下端部において外径側に延びる環状平面である弁フランジ２９ａを有している。この弁フランジ２９ａと弁体案内部７２の内フランジ７２ｕとの間には、圧縮された付勢バネ３２が配置されている。ここで、付勢バネ３２の内径は、弁体１７の摺動面の径よりも大きく形成され、弁体１７の頭部１７ａと接続部１７ｃが付勢バネ３２の内径側に収容されている。

このように、内径の大きな付勢バネ３２の内側に弁体１７の一部を収容することにより、電動弁２全体の中心軸Ｍ方向の長さを短くすることができる。また、内径の大きな付勢バネ３２で弁体１７を付勢するため中心軸Ｍに対して弁体１７の軸が傾くことを抑制することができる。

また、付勢バネ３２により弁体１７が下方に押し下げられるため、雄ネジ４１ａと雌ネジ６ｄのネジ山の接触面を一定に保つことができる。したがって、弁体１７の作動方向を切り替えた場合においてネジガタが生じることがなく、弁体１７の作動方向が切り替わる際に流量特性にヒステリシスが生じることを防止できる。

また、付勢バネ３２の上端は、弁体案内部７２の内フランジ７２ｕに配置されることにより、弁本体３０に対して中心軸Ｍ方向に相対的に可動しない固定端を構成している。これにより、中心軸Ｍに対して付勢バネ３２の軸が傾かないように付勢バネ３２の径方向の位置を保持される。また、付勢バネ３２の下端は、弁フランジ２９ａに配置されることにより、弁体１７の中心軸Ｍ方向への移動に伴って可動する可動端を構成している。これにより、弁体１７が中心軸Ｍ方向へ移動した際に付勢バネ３２の外周が弁体案内部７２と接触して過度な摺動抵抗となることを抑制することができる。

また、側壁７２ａにおける付勢バネ３２の固定端側には、中心軸Ｍ方向において局所的に内径を小さくした凸部７２ｍが形成されている。この凸部７２ｍは、固定端側において付勢バネ３２の外径側を案内するため、付勢バネ３２の径が大きい場合に特に好適である。一方、側壁７２ａにおける付勢バネ３２の可動端側（付勢バネ３２の、弁体１７の中心軸Ｍ方向への移動に伴って可動する端部側）には、弁フランジ２９ａによって支持され、弁フランジ２９ａの内径側には上方（ロータ４側）に立ち上がる壁部２９ｂが形成されている。この壁部２９ｂは、付勢バネ３２の内径側において中心軸Ｍ方向に延在しており、可動端側において、付勢バネ３２の内径を案内している。

この実施の形態にかかる電動弁２によれば、ガイドフランジ７３ｆを弁体案内部７２の側壁７２ａの下端７２ｚに突き当てて保持部７２ｃを側壁７２ａに固着させることにより、弁体案内部７２の所定の位置に正確にシール部材４８を装着し、シール部材４８のシール性を向上させることができる。

また、シール部材４８の潰し量を側壁７２ａと保持部７２ｃの部品寸法によって決定することができる。このため、シール部材４８の潰し量を安定させ、シール部材４８のシール性を向上させることができる。

また、組立時において保持部７２ｃの挿入量を荷重や位置によって管理する必要がないため、電動弁２の組立性が向上する。また、側壁７２ａがシール部材４８の配置機能とバネ受けの機能の双方を有することで、部品点数を削減することができる。

また、中心軸Ｍ方向においてフランジ７２ｂと保持部７２ｃの間にシール部材４８を挟持することにより、シール部材４８を弁体案内部７２に組付け易くすることができる。比較例として、たとえば、弁体案内部７２の内周面に切削加工などによる溝が形成され、Ｏリングを単独で配置する構成の電動弁が従来知られている。

かかる従来型の電動弁に、本実施の形態のシール部材４８を適用することを考えると、板バネ４８ｃの素材とＬ字環状パッキン４８ａの素材の硬度には硬度差がある場合がある。このような場合、この従来の電動弁では、硬い方の板バネ４８ｃを溝に組み付けることができないが、本実施の形態の電動弁２のようにフランジ７２ｂと保持部７２ｃの間にシール部材４８を挟持する場合には、素材の硬度には硬度差がある場合であってもシール部材４８を弁体案内部７２に組付けることができる。

なお、上述の実施の形態においては、弁体案内部７２のフランジ７２ｂが側壁７２ａとは別部品として組み込まれているが、図４に示すように、側壁７２ａと一体的に形成され、シール部材４８の上面と係合する係合部としての機能を有するフランジ部分７２βを設けてもよい。この場合においても、弁体案内部７２の所定の位置に正確にシール部材４８を装着し、シール部材４８のシール性を向上させることができる。

また、弁体案内部７２に内フランジ７２ｕを設けなくてもよい。この場合、圧縮された付勢バネ３２は、図４に示すように、弁フランジ２９ａと弁軸ホルダ６の嵌合部６ｃとの間に配置される。この場合、付勢バネ３２を上側から挿入し、弁軸ホルダ６で抑えることで電動弁２の組立性が向上する。

また、上述の実施の形態においては、保持部７２ｃを弁体案内部７２の側壁７２ａに配置する手段としてガイドフランジ７３ｆが形成されている場合を例に説明しているが、ガイドフランジ７３ｆを用いずに保持部７２ｃを側壁７２ａに配置してもよい。たとえば、図５に示すように、側壁７２ａの内周面の下方に、内周面の径を大きくした段差７２ｙを形成してもよい。

さらに、シール部材４８の下方に円環状の固定部材８２を配置し、そのさらに下方にスプリング８４を配置し、シール部材４８、固定部材８２、およびスプリング８４がフランジ部分７２βと保持部７２ｃの間に挟まれた形状となるようにしてもよい。

この場合、電動弁２の組み立て時には、シール部材４８上面をフランジ部分７２βに当接させてシール部材４８、固定部材８２、およびスプリング８４を側壁７２ａに装着する。次に、保持部７２ｃを上方に移動させて、段差７２ｙに保持部７２ｃの上端面７２ｃ´を突き当てて保持部７２ｃの位置決めをし、フランジ部分７２βと保持部７２ｃの間にシール部材４８を挟み込む。この場合、シール部材４８は、保持部７２ｃを上方に移動させること、およびスプリング８４の弾性により中心軸Ｍ方向の潰し量が一定になるように保持される。

なお、保持部７２ｃは、かしめて固着してもよい。すなわち、図５に示すように、側壁７２ａの下端を、内径側に折り曲げて爪部７８を形成し、爪部７８で保持部７２ｃの外径下端をかしめて保持部７２ｃを弁体案内部７２の側壁７２ａに固着してもよい。なお、爪部７８を形成する前に、圧入、溶接、および圧入と溶接などにより、保持部７２ｃを側壁７２ａに予め固着しておいてもよい。

また、上述の実施の形態において、図６に示すように、弁体１７の摺動筒部１７ｂの外周面を外径側に突出させてもよい。この場合においても、摺動筒部１７ｂの外周面と保持部７２ｃの内周面の間の隙間を縮めることができ、弁体１７の径方向の位置が規制され、弁体１７の径方向への揺れの振幅が大きくならないように抑制される。また、保持部７２ｃの内周面を内径側に突出させて摺動筒部１７ｂの外周面と保持部７２ｃの内周面の間の隙間を縮めてもよい。

また、上述の実施の形態において、弁体１７の少なくとも一部が付勢バネ３２の内径側に収容されていればよい。このため、たとえば、頭部１７ａと接続部１７ｃに加えて、弁体１７の摺動筒部１７ｂの上半部が収容されていてもよい。

また、上述の実施の形態において、下方で付勢バネ３２を支持する部材として、弁体１７に固定されたバネ受け金具２９が例示されている。このバネ受け金具２９は弁体１７とは別部品であるが、下方で付勢バネ３２を支持するフランジが弁体１７と一体的に成形されていてもよい。

また、上述の実施の形態においては、付勢バネ３２が、弁体１７を弁座部１６に着座させる着座方向に付勢される場合を例示しているが、付勢バネ３２は、弁体１７を上昇させる方向に付勢されていてもよい。

また、上述の形態に係るシール部材４８において、図７に示すように、シール部材４８として、ＮＢＲ（ニトリルゴム）やＨ−ＮＢＲ（水素添加ニトリルゴム）等から成るＯリング４８ｄとＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂材料からなる断面Ｃ字状を有する環状部材４８ｆを組み合わせたシール部材４８を採用してもよい。かかるシール部材４８もまた、シール部としての環状部材４８ｆと付勢部としてのＯリング４８ｄを組み合わせて成る、異なる複数の環状の部材を複合した複合型のシール部材である。シール部としての環状部材４８ｆは、弁体１７との間で背圧室２８と弁室１１とを気密に分離する。また、付勢部としてのＯリング４８ｄは、環状部材４８ｆを弁体１７側に付勢している。また、Ｏリング４８ｄは、径方向内側に押し潰された状態でフランジ７２ｂと保持部７２ｃの間に組みつけられている。このため、Ｏリング４８ｄの外周面は側壁７２ａの内周面に密着し、側壁７２ａとの間で背圧室２８と弁室１１とが気密に分離される。よって、長期にわたり気密性を維持することができ、電動弁２の作動性の低下が抑制される。

また、図７に示された実施の形態においても、シール部材４８はフランジ７２ｂと保持部７２ｃの間に挟持されているため、シール部材４８が、Ｏリング４８ｄと比較して硬いＰＴＦＥ製の環状部材４８ｆを備えていても弁体案内部７２に容易に組付けることができる。

また、上述の実施の形態においては、下部外周面７３ｂが中心軸Ｍと平行である場合を例示しているが、下部外周面７３ｂは、上下何れかの方向に径を大きくするテーパー面であってもよい。

また、上述の実施の形態においては、シール部材４８がＬ字環状パッキン４８ａを備える場合を例に説明しているが、弁体１７に摺動するリップ部を有するリップシール型のものであればよく、必ずしも断面Ｌ字形状でなくてもよい。

また、上述の実施の形態においては、フランジ７２ｂやフランジ部分７２βにシール部材４８の上面を突き当てているが、側壁７２ａの内周面に形成された段差７２ｘに直接シール部材４８の上面を当接させてもよい。この場合、段差７２ｘがシール部材４８の上面と係合する係合部としての機能を有する。

また、上述の実施の形態においては、付勢バネ３２が弁閉方向に弁体１７を付勢する場合を例に説明しているが、付勢バネ３２が弁開方向に弁体１７を付勢するようにしてもよい。たとえば、弁体を吊り上げるフランジの下面に付勢バネの一端を配置し、弁体保持部の内径側に突出するフランジの上面に付勢バネの他端を配置する。これにより、電動弁２の上方（ロータ４側）が可動端側となり、下方（弁ポート１６ａ側）が固定端側となるようにする。

また、上述の実施の形態の電動弁２は、たとえば、圧縮機、凝縮器、膨張弁、および蒸発器等から成る冷凍サイクルシステムにおいて、凝縮器と蒸発器との間に設けられる膨張弁や各種流路の流量制御弁として用いられる。

２ 電動弁
４ ロータ
６ 弁軸ホルダ
６ａ 筒状小径部
６ｂ 筒状大径部
６ｃ 嵌合部
６ｄ 雌ネジ
６ｆ フランジ部
６ｇ 上部開口部
６ｈ 収容室
６ｋ 延設部
１１ 弁室
１２ 第１管継手
１５ 第２管継手
１６ 弁座部
１６ａ 弁ポート
１７ 弁体
１７ａ 頭部
１７ｂ 摺動筒部
１７ｃ 接続部
１７ｄ 空間
１７ｋ 孔部
１７ｌ 導通孔
１８ 弁ガイド
１８ａ 貫通孔
２１ 天井部
２７ 弁バネ
２８ 背圧室
２９ バネ受け金具
２９ａ 弁フランジ
２９ｂ 壁部
３０ 弁本体
３２ 付勢バネ
３３ ブッシュ部材
３６ 固定具
４１ 弁軸
４１ａ 雄ネジ
４１ｂ 鍔部
４１ｃ 突出部
４８ シール部材
４８ａ Ｌ字環状パッキン
４８ｂ 補強板
４８ｃ 板バネ
４８ｆ Ｏリング
４８ｊ リップ部
５１ 均圧孔
５２ ガイド支持体
５３ 円筒部
５４ 傘状部
６０ ケース
６５ 筒部材
６６ ロータ収容室
７０ ワッシャ
７２ 弁体案内部
７２ａ 側壁
７２ｂ フランジ
７２ｃ 保持部
７２ｃ´ 保持部の上端面
７２ｊ フランジ部
７２ｋ 中間筒部
７２ｌ 下端部
７２ｍ 凸部
７２ｕ 内フランジ
７２ｘ 段差
７２ｙ 段差
７２ｚ 下端
７２β フランジ部分
７３ａ 上部外周面
７３ｂ 下部外周面
７３ｆ ガイドフランジ
７３ｚ 段差
７４ａ 上部内周面
７４ｂ 下部内周面
７５ 延設部
７８ 爪部
８２ 固定部材
８４ スプリング
９２ 弁体案内部
１０１ 電動弁
１０７ 弁室
１１９ 弁ポート
１２０ 弁体
１２４ 導通路
１２９ 背圧室
１３７ シール部材
１７２ 弁体案内部
Ｍ 中心軸
Ｌ 中心軸

Claims (12)

1. ケースの内部に収容されたロータの回転運動を、雄ネジ部材と雌ネジ部材とのネジ螺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前記弁本体の中心軸方向に移動させるとともに、前記弁体の上方側に背圧室を設け、前記背圧室に弁ポート内の圧力を導入する電動弁であって、
   前記弁本体内において前記中心軸方向に延び、前記弁体の前記ロータ側の一部を内径側に収容する側壁と、
   前記側壁の前記弁ポート側の内周に装着され、シール部と前記シール部を付勢する付勢部とを複合した複合型のシール部材と、
   前記側壁において前記シール部材の前記弁ポート側に配置され、前記シール部材を保持する保持部と
   を備え、
   前記側壁の前記弁ポート側には、前記シール部材の上面と係合する係合部が設けられ、前記シール部材は、前記中心軸方向において前記係合部と前記保持部との間に配置され、
   前記側壁の内周面および前記保持部の外周面の少なくとも一方に形成された段差を利用し、前記保持部を前記中心軸方向に突き当てて前記側壁に固着することを特徴とする電動弁。
2. 前記保持部には、外径側に突出するガイドフランジが形成され、
   前記ガイドフランジによって外周面に形成された前記段差を前記側壁の下端部に突き当てて前記保持部を前記側壁に固着することを特徴とする請求項１記載の電動弁。
3. 前記側壁の内周面に形成された前記段差に前記保持部の上端面を突き当てて前記保持部を前記側壁に固着することを特徴とする請求項１記載の電動弁。
4. 前記保持部は、前記弁体の前記弁ポート側の径方向の位置を規制することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の電動弁。
5. 前記保持部は、前記側壁に挿入される部分よりも外周面の外径を小径にして前記弁ポート側に延設された延設部を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の電動弁。
6. 前記弁体を付勢する付勢バネをさらに備えることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の電動弁。
7. 前記付勢バネは、前記弁体の摺動面の径よりも内径が大きく形成され、かつ前記弁本体内において前記弁体を前記中心軸方向に付勢することを特徴とする請求項６記載の電動弁。
8. 前記付勢バネの内側には、前記弁体の少なくとも一部が収容されることを特徴とする請求項７記載の電動弁。
9. 前記弁本体に固定された前記側壁の前記ロータ側には、内径側に突出する内フランジが形成され、
   前記弁本体内において前記中心軸方向に移動する前記弁体には、外径側に突出する弁フランジが配置され、
   前記付勢バネは、前記内フランジと前記弁フランジとの間に配置されていることを特徴とする請求項６〜８の何れか一項に記載の電動弁。
10. 前記付勢バネの固定端側には、前記側壁の内径側に突出し、前記中心軸方向において局所的に前記側壁の内径を小さくする凸部が形成され、
    前記付勢バネの可動端側には、前記付勢バネの内径側において中心軸方向に延在する壁部が形成されていることを特徴とする請求項６〜９の何れか一項に記載の電動弁。
11. 前記シール部材は、前記弁体と摺動するリップ部を有するリップシールを用いて形成されていることを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の電動弁。
12. 圧縮機、凝縮器、膨張弁、および蒸発器を含む冷凍サイクルシステムであって、請求項１〜１１の何れか一項に記載の電動弁を用いることを特徴とする冷凍サイクルシステム。

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