JP2021101120A - 電動弁及び冷凍サイクルシステム - Google Patents

Abstract

【課題】マグネットロータ及びロータ軸を支持するための軸受部材の製造コストを低減した電動弁及び冷凍サイクルシステムを提供する。【解決手段】ステッピングモータ１０がマグネットロータ１０ｂ及びロータ軸１０ａを回転させるとともに、ロータ軸１０ａの回転に伴うニードル弁３０ｃの進退移動によって弁ポート２０ｃ１の開口面積を可変させる電動弁を構成する。ロータ軸１０ａの端部を遊嵌させる円筒部１１と、ロータ軸１０ａの外周に摺接する軸受部１２とを有する筒状の軸受部材１を構成する。軸受部材１の円筒部１１の内周部に、軸線Ｌ方向で内面の形状を変化させた内周面変化手段１３を形成する。内周面変化手段１３は縮径部１３ａと基準径部１３ｂと連結部１３ｃで構成する。【選択図】図３

Description

本発明は、冷凍サイクルなどに使用する電動弁及び冷凍サイクルシステムに関する。

従来、この種の電動弁として、例えば特開２０１８−１１５７４３号公報（特許文献１）に開示されたものがある。また、この特許文献１の電動弁は、ロータ軸と支持部材とのねじ送り機構により、弁部材を移動させて、弁ポートの開度を制御するものである。そして、ロータ軸の上端は密閉ケース内部の天井に設けた筒状の軸受部材で支持するようにしている。

特開２０１８−１１５７４３号公報

特許文献１の電動弁は、ロータ軸の上端部を円筒状の軸受部材で支持するようにしているが、この種の軸受部材はコスト低減や、摺動抵抗低減等のために樹脂成形により形成される。また、成形金型は、コスト低減のため円柱状のキャビティを有する固定金型と円筒の内径を形成するコアを有する可動金型を使用して樹脂成形している。しかしながら、このような軸受部材はその樹脂成形による製造過程において、成形金型に樹脂を射出注入し、固化後、型開きして離型する際、固定金型側に固化後の中間軸受部材（製品）が残ってしまうこと（固定金型側の内径から軸受の外径が離型できない）がある。このため、軸受部材の製造の生産性が悪くなり、コスト高となっていた。

本発明は、マグネットロータ及びロータ軸を支持するための軸受部材の製造コストを低減した電動弁及び冷凍サイクルシステムを提供することを課題とする。

本発明の電動弁は、モータ部がマグネットロータ及びロータ軸を回転させるとともに、前記ロータ軸の回転に伴う弁部材の進退移動によって弁ポートの開口面積を可変させる電動弁において、前記ロータ軸の端部を遊嵌させる円筒部と該ロータ軸の外周に摺接する軸受部とを有する筒状の軸受部材を備え、前記軸受部材の前記円筒部の内周部に、当該円筒部の中心軸方向で内面の形状を変化させた内周面変化手段が形成されていることを特徴とする。

この際、前記軸受部材の前記内周面変化手段が、凹部または凸部であることを特徴とする電動弁が好ましい。

また、前記凹部または凸部が少なくとも１つ以上設けられていることを特徴とする電動弁が好ましい。

また、前記凹部または凸部が、前記軸線周りの全周に形成された少なくとも１つの段部であることを特徴とする電動弁が好ましい。

また、前記前記凹部または凸部の前記軸線方向の断面の形状が、Ｒ形状、または矩形状、または三角形状であることを特徴とする電動弁が好ましい。

本発明の冷凍サイクルシステムは、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、を含む冷凍サイクルシステムであって、前記電動弁が、前記膨張弁として用いられていることを特徴とする。

本発明の電動弁及び冷凍サイクルシステムによれば、電動弁における軸受部材の製造過程において、樹脂成形の冷却後の中間軸受部材の内周面変化手段の部分が、例えば可動金型のコアに係るので、中間軸受部材を可動金型と共に固定金型のキャビティ内から容易に引き出すことができるので、軸受部材の製造コストを低減することができる。したがって、電動弁及び冷凍サイクルシステムのコストを低減できる。

本発明の実施形態の電動弁の縦断面図である。 実施形態の電動弁の要部拡大断面図である。 実施形態の電動弁における軸受部材の拡大断面図及び一部拡大断面図である。 実施形態における軸受部材を成形するための成形金型の概略断面図である。 実施形態の電動弁における軸受部材の側面図、底面図、断面図及び取り付け状態の底面図である。 実施形態の電動弁における軸受部材の第１変形例を示す拡大断面図である。 実施形態の電動弁における軸受部材の第２変形例を示す拡大断面図である。 実施形態の電動弁における軸受部材の第３変形例を示す拡大断面図である。 実施形態の電動弁における軸受部材の第４変形例を示す拡大断面図である。 実施形態の電動弁における軸受部材の第５変形例を示す拡大断面図である。 実施形態の冷凍サイクルシステムを示す図である。

次に、本発明の電動弁及び冷凍サイクルシステムの実施形態について図面を参照して説明する。図１は実施形態の電動弁の縦断面図、図２は同電動弁の要部拡大断面図である。図３は同電動弁における軸受部材の縦断面図及び一部拡大図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の一点鎖線の部分の一部拡大図である。図４は実施形態における軸受部材を成形するための成形金型の断面図である。なお、以下の説明における「上下」の概念は図１の図面における上下に対応する。この実施形態の電動弁１００は、「モータ部」としてのステッピングモータ１０と、弁ハウジング２０と、弁機構部３０と、非磁性体からなる密閉ケース４０とを備えている。

密閉ケース４０は、上端部が塞がれた略円筒形状に形成されており、弁ハウジング２０の上端に溶接等によって気密に固定されている。ステッピングモータ１０は、ロータ軸１０ａと、密閉ケース４０の内部に回転可能に配設されたマグネットロータ１０ｂと、密閉ケース４０の外周においてマグネットロータ１０ｂに対して対向配置されたステータコイル１０ｃと、その他、図示しないヨークや外装部材等により構成されている。ロータ軸１０ａはマグネットロータ１０ｂの中心に取り付けられ、このロータ軸１０ａは弁機構部３０側に延設されている。

弁ハウジング２０はステンレス等で略円筒形状に形成されており、その内側に弁室２０Ｒを有している。弁ハウジング２０の外周片側には弁室２０Ｒに導通される第１継手管２０ａが接続されるとともに、下端から下方に延びる筒状部に第２継手管２０ｂが接続されている。第２継手管２０ｂの弁室２０Ｒ側には弁ポート２０ｃ１を有する弁座リング２０ｃが嵌合されており、第２継手管２０ｂは弁ポート２０ｃ１を介して弁室２０Ｒに導通される。

弁機構部３０は、支持部材３０ａと、弁ホルダ３０ｂと、「弁部材」としてのニードル弁３０ｃとを有している。支持部材３０ａは例えば合成樹脂製で略円柱形状に形成されて、その外周にはインサート成形により一体に設けられた金属製のフランジ部３０ｄを有し、支持部材３０ａはフランジ部３０ｄを介して弁ハウジング２０の上端部に固定されている。また、支持部材３０ａの中心には、ロータ軸１０ａの軸線Ｌと同軸の雌ねじ部３０ａ１とそのねじ孔が形成されるとともに、雌ねじ部３０ａ１のねじ孔よりも径の大きな円筒状のガイド孔３０ｅが形成されている。

弁ホルダ３０ｂは円筒状の部材であり、ガイド孔３０ｅ内に嵌合されて軸線Ｌ方向に摺動可能に配設されている。そして、弁ホルダ３０ｂの下端部にニードル弁３０ｃが固着されている。弁ホルダ３０ｂ内には、バネ受け３０ｆが軸線Ｌ方向に移動可能に設けられ、バネ受け３０ｆとニードル弁３０ｃとの間に圧縮コイルバネ３０ｇが所定の荷重を与えられた状態で取り付けられている。

ロータ軸１０ａの支持部材３０ａ側の外周には雄ねじ部１０ａ１が形成されており、この雄ねじ部１０ａ１が支持部材３０ａの雌ねじ部３０ａ１に螺合されている。そして、支持部材３０ａのガイド孔３０ｅ内で、弁ホルダ３０ｂの上端部がロータ軸１０ａの下端部に係合され、弁ホルダ３０ｂ及びニードル弁３０ｃはロータ軸１０ａによって回転可能に吊り下げた状態で支持されている。

密閉ケース４０内の上部には、内ケース４１が嵌合され、この内ケース４１の中央のガイド管４２内に軸受部材１が嵌め込まれている。軸受部材１は、ロータ軸１０ａの上端部（端部）を遊嵌させる円筒部１１と、ロータ軸１０ａの外周に摺接する軸受部１２とを有しており、全体として筒状の形状をしている。すなわち、ロータ軸１０ａは軸受部材１の内部に回動自在に嵌め込まれている。そして、軸受部材１の円筒部１１の内周部には、この円筒部１１の中心軸である軸線Ｌ方向で内面の形状を変化させた内周面変化手段１３が形成されている。なお、内ケース４１のガイド管４２の外周には、螺旋ガイド線体４３が装着されるとともに螺旋ガイド線体４３に螺合した可動ストッパ部材４４が設けられている。

以上の構成により、ステッピングモータ１０の駆動により、マグネットロータ１０ｂ及びロータ軸１０ａが回転し、ロータ軸１０ａの雄ねじ部１０ａ１と支持部材３０ａの雌ねじ部３０ａ１とのねじ送り機構により、ロータ軸１０ａが軸線Ｌ方向に移動する。そして、弁部材３０ｃが軸線Ｌ方向に移動して弁座リング２０ｃに対して近接又は離間する。これにより、弁ポート２０ｃ１が開閉され、第１継手管２０ａから第２継手管２０ｂへ、あるいは第２継手管２０ｂから第１継手管２０ａへ流れる冷媒の流量が制御される。また、マグネットロータ１０ｂには突起部１０ｂ１が形成されており、マグネットロータ１０ｂの回転に伴って突起部１０ｂ１が可動ストッパ部材４４を蹴り回すことにより、可動ストッパ部材４４が螺旋ガイド線体４３との螺合によって旋回しながら上下動し、可動ストッパ部材４４が、螺旋ガイド線体４３の下端ストッパ４３ａに当接することによって、ロータ軸１０ａの最下端位置での回転ストッパ作用が得られる。また、可動ストッパ部材４４が、内ケース４１の上端ストッパ４１ａに当接することによって、ロータ軸１０ａの最上端位置での回転ストッパ作用が得られる。

図３に示すように、軸受部材１の円筒部１１の内側は、内径が「Ｄ１」の基準径部１１ａとなっており、内周面変化手段１３は、基準径部１１ａよりも僅かに拡径された内径が「Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４」の拡径部１３ａと、内径が「Ｄ１」の基準径部１３ｂ（基準径部１１ａと同径）と、拡径部１３ａと基準径部１３ｂとを繋ぐテーパ状の連結部１３ｃとで構成されている。そして、この拡径部１３ａ、基準径部１３ｂ及び連結部１３ｃにより、内周面変化手段１３は、円筒部１１の軸線Ｌ方向で、その内面の形状が半径方向に変化するような形状となっている。

図４は軸受部材１を成形するための成形金型の概略断面図であり、この金型は、固定金型５０と可動金型６０とで構成されている。固定金型５０には、軸受部材１の外形に対応するキャビティ５０ａとキャビティ５０ａに繋がるピンゲート５０ｂとが形成され、可動金型６０には、軸受部材１の円筒部１１と軸受部１２の内径、及び内周面変化手段１３に対応する形状のコア６０ａが形成されている。そして、可動金型６０のコア６０ａを固定金型５０のキャビティ５０ａ内に挿入して、可動金型６０と固定金型５０とを突き合わせて組み付け、ピンゲート５０ｂから溶融樹脂を注入して、キャビティ５０ａ内に中間軸受部材が樹脂成形される。なお、図４は固定金型５０と可動金型６０の要部のみを図示したものであり、実際の金型では例えばピンゲート５０ｂに連通するランナー溝及びスプール溝等も備えている。

そして、中間軸受部材の冷却後、可動金型６０のコア６０ａに中間軸受部材が固着された状態で、固定金型５０から可動金型６０を引き抜く。このとき、ピンゲート５０ｂ内の樹脂は切断されるが、可動金型６０のコア６０ａには内周面変化手段１３に対応する凹凸が形成されているため、中間軸受部材は可動金型６０と共に固定金型５０から離脱させることができ、中間軸受部材が固定金型５０のキャビティ５０ａ内に残留することがない。なお、成形された中間軸受部材は可動金型６０のコア６０ａの外側に付着しているので外側に拡径が可能であり、この中間軸受部材を容易にコア６０ａから離脱することができる。そして、中間軸受部材のバリの成形等の処理を行って軸受部材１が得られる。

図５は軸受部材１の側面図、底面図、断面図及び取り付け状態の底面図である。なお、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。図５に示すように、軸受部材１は、その外径部において、全長に対し、上から３／４程度の長さで、軸線Ｌ周りで９０°毎に突条１ａが形成されている。軸受部材１のガイド管４２への組み込み時には以下のようにする。ガイド管４２の上側開口部から、軸受部材１の下側（軸受部１２側）を挿入し、軸受部材１の上面の押圧面１ｂを押してガイド管４２内に圧入する。この時、軸受部材１の外周の上記４箇所の突条１ａが塑性変形及び若干の弾性変形により圧入される。また、この実施形態の軸受部材１は、その外径部に二面のＤカット面１ｃが形成されている。このため、ガイド管４２内に圧入され固定された状態で、ガイド管４２との間に逃げ空間ができる。したがって、二面のＤカット面１ｃにサイドゲートを向けて樹脂成形した場合、サイドゲートのランナー残りが多少生じても問題なく圧入できる。

図６乃至図１０は軸受部材１の「内周面変化手段」の変形例１乃至５を示す図である。図６に示す変形例１は、軸受部材１の円筒部１１の内側の内径が「Ｄ１」の基準径部１１ａに対して、内周面変化手段１４として、基準径部１１ａよりも僅かに拡径された内径が「Ｄ２」の拡径部１４ａを一つだけ形成したものである。

図７に示す変形例２は、軸受部材１の円筒部１１の内側の内径が「Ｄ１」の基準径部１１ａに対して、内周面変化手段１５を形成したものである。この内周面変化手段１５は、基準径部１１ａよりも僅かに縮径された内径が「Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７」の縮径部１５ａと、内径が「Ｄ１」の基準径部１５ｂ（基準径部１１ａと同径）と、縮径部１５ａと基準径部１５ｂとを繋ぐテーパ状の連結部１５ｃとで構成されている。そして、この縮径部１５ａ、基準径部１５ｂ及び連結部１５ｃにより、内周面変化手段１５は、円筒部１１の軸線Ｌ方向で、その内面の形状が半径方向に変化するような形状となっている。

図８に示す変形例３は、軸受部材１の円筒部１１の内側の内径が「Ｄ１」の基準径部１１ａに対して、内周面変化手段１６として、基準径部１１ａよりも僅かに拡径された内径が「Ｄ８」の拡径部１６ａを一つだけ形成したものである。

図９に示す変形例４は、軸受部材１の円筒部１１の内側の内径が「Ｄ１」の基準径部１１ａに対して、内周面変化手段１７として、基準径部１１ａよりも僅かに縮径された内径が「Ｄ９」の縮径部１７ａを一つだけ形成したものである。

図１０に示す変形例５は、軸受部材１の円筒部１１の内側の内径が「Ｄ１」の基準径部１１ａに対して、内周面変化手段１８として、基準径部１１ａより外側（軸線Ｌから離れる方向）に窪ませた凹部１８ａを軸線Ｌ周りの周方向の等間隔な４カ所に形成したものである。この凹部１８ａとは逆に内側（軸線Ｌ側）に突出する凸部を周方向の等間隔な４カ所に形成したものでもよい。また、上記の凹部１８ａや凸部は周方向に等間隔でなくてもよい。また、上記の凹部１８ａや凸部は、軸線Ｌ周りの周方向の等間隔な４カ所や、非等間隔な４カ所に限らず、１カ所でも２カ所以上でもよい。

図１１は実施形態の冷凍サイクルシステムを示す図である。図において、符号１００は膨張弁を構成する本発明の実施形態の電動弁、２００は室外ユニットに搭載された室外熱交換器、３００は室内ユニットに搭載された室内熱交換器、４００は四方弁を構成する流路切換弁、５００は圧縮機である。電動弁１００、室外熱交換器２００、室内熱交換器３００、流路切換弁４００、及び圧縮機５００は、それぞれ導管によって図示のように接続され、ヒートポンプ式の冷凍サイクルを構成している。なお、アキュムレータ、圧力センサ、温度センサ等は図示を省略してある。

冷凍サイクルの流路は、流路切換弁４００により冷房運転時の流路と暖房運転時の流路の２通りに切換えられる。冷房運転時には、図に実線の矢印で示したように、圧縮機５００で圧縮された冷媒は流路切換弁４００から室外熱交換器２００に流入され、この室外熱交換器２００は凝縮器として機能し、室外熱交換器２００から流出された液冷媒は電動弁１００を介して室内熱交換器３００に流入され、この室内熱交換器３００は蒸発器として機能する。

一方、暖房運転時には、図に破線の矢印で示したように、圧縮機５００で圧縮された冷媒は流路切換弁４００から室内熱交換器３００、電動弁１００、室外熱交換器２００、流路切換弁４００、そして、圧縮機５００の順に循環され、室内熱交換器３００が凝縮器として機能し、室外熱交換器２００が蒸発器として機能する。電動弁１００は、冷房運転時に室外熱交換器２００から流入する液冷媒、または暖房運転時に室内熱交換器３００から流入する液冷媒を、それぞれ減圧膨張し、さらにその冷媒の流量を制御する。

以上の実施形態や変形例１、２における拡径部（凹部）や縮径部（凸部）は軸線Ｌ方向の断面形状が矩形の例であるが、このような拡径部（凹部）や縮径部（凸部）は、軸線Ｌ方向の断面形状が変形例３〜５のようにＲ形状や三角形状であってもよい。また、実施形態及び変形例において、内周面変化手段は内面の形状にマクロな変化を付けたものであるが、ミクロな形状の変化により、軸受部材の内周面（及び可動金型のコア）の面粗度を高めるようにしたものでもよい。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

１ 軸受部材
１１ 円筒部
１２ 軸受部
１３ 内周面変化手段
１４ 内周面変化手段
１５ 内周面変化手段
１６ 内周面変化手段
１７ 内周面変化手段
１８ 内周面変化手段
１０ ステッピングモータ（モータ部）
１０ａ ロータ軸
１０ｂ マグネットロータ
１０ｃ ステータコイル
２０ 弁ハウジング
２０Ｒ 弁室
２０ａ 第１継手管
２０ｂ 第２継手管
２０ｃ 弁座リング
２０ｃ１ 弁ポート
３０ 弁機構部
３０ａ 支持部材
３０ｂ 弁ホルダ
３０ｃ ニードル弁（弁部材）
４０ 密閉ケース
４１ 内ケース
４２ ガイド管
１００ 電動弁
２００ 室外熱交換器
３００ 室内熱交換器
４００ 流路切換弁
５００ 圧縮機

Claims (6)

1. モータ部がマグネットロータ及びロータ軸を回転させるとともに、前記ロータ軸の回転に伴う弁部材の進退移動によって弁ポートの開口面積を可変させる電動弁において、
   前記ロータ軸の端部を遊嵌させる円筒部と該ロータ軸の外周に摺接する軸受部とを有する筒状の軸受部材を備え、
   前記軸受部材の前記円筒部の内周部に、当該円筒部の中心軸方向で内面の形状を変化させた内周面変化手段が形成されていることを特徴とする電動弁。
2. 前記軸受部材の前記内周面変化手段が、凹部または凸部であることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
3. 前記凹部または凸部が少なくとも１つ以上設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電動弁。
4. 前記凹部または凸部が、前記軸線周りの全周に形成された少なくとも１つの段部であることを特徴とする請求項２または３に記載の電動弁。
5. 前記前記凹部または凸部の前記軸線方向の断面の形状が、Ｒ形状、または矩形状、または三角形状であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の電動弁。
6. 圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、を含む冷凍サイクルシステムであって、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電動弁が、前記膨張弁として用いられていることを特徴とする冷凍サイクルシステム。

Images