JP2022035317A - 電動弁および冷凍サイクルシステム - Google Patents

Abstract

【課題】転がり軸受によってロータ軸の回転抵抗を低減して駆動力伝達効率を高めつつ軸方向寸法の大型化を抑制することができる電動弁および冷凍サイクルシステムを提供する。【解決手段】電動弁１０は、弁本体１Ａと、ねじ軸３３を回転駆動する駆動部３と、ねじ軸３３の回転に伴ってねじ軸３３を軸線Ｌ方向に進退させるねじ送り機構４と、ねじ軸３３の進退に伴って弁座部１Ｆに着座または離座可能な弁体２と、ねじ軸３３と弁体２とを接続する弁ホルダ５と、弁ホルダ５に内蔵されて弁体２を弁閉方向に付勢する圧縮ばね６と、ねじ軸３３の先端部と弁ホルダ５とを回転自在に接続する転がり軸受７と、を備え、転がり軸受７は、圧縮ばね６の両端部よりも内側かつ内径側に位置して設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、電動弁および冷凍サイクルシステムに関する。

従来、電動弁として、弁本体とステッピングモータとねじ軸（ロータ軸）と弁体と弁ホルダとを備え、弁ホルダに内蔵された圧縮ばねによって弁体を弁座に向かって付勢するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。従来の電動弁は、ねじ軸の先端部と弁ホルダとがボールベアリング（転がり軸受）で接続され、このボールベアリングの内輪がねじ軸に固定され、ボールベアリングの外輪が弁ホルダの内周面に当接されるとともに、外輪の下側にばね受けが当接して設けられ、ばね受けの下側に圧縮ばねが設けられている。

中国特許出願公開第１１０７６２２７６号

しかしながら、特許文献１に記載されたような従来の電動弁では、弁ホルダの内部において、ボールベアリング、ばね受けおよび圧縮ばねが軸方向に並んで配置されているため、電動弁の軸方向寸法が大型化してしまうという問題がある。

本発明の目的は、転がり軸受によってロータ軸の回転抵抗を低減して駆動力伝達効率を高めつつ軸方向寸法の大型化を抑制することができる電動弁および冷凍サイクルシステムを提供することである。

本発明の電動弁は、第１ポート、第２ポート、弁室および弁座部を構成する弁本体と、ロータ軸を回転駆動する駆動部と、前記ロータ軸の回転に伴って前記ロータ軸を軸線方向に進退させるねじ送り機構と、前記ロータ軸の進退に伴って前記弁座部に着座または離座可能な弁体と、前記ロータ軸と前記弁体とを接続する弁ホルダと、前記弁ホルダに内蔵または外挿されて前記弁体を弁閉方向に付勢する圧縮ばねと、前記ロータ軸または前記弁体と前記弁ホルダとを回転自在に接続する転がり軸受と、を備え、前記転がり軸受は、前記圧縮ばねの両端部よりも内側かつ内径側に位置して設けられていることを特徴とする。

このような本発明によれば、ロータ軸または前記弁体と弁ホルダとが転がり軸受によって回転自在に接続されることで、ロータ軸の回転抵抗を低減して駆動力伝達効率を高めることができるとともに、さらに、転がり軸受が圧縮ばねの両端部よりも内側かつ内径側に位置して設けられていることで、電動弁の軸方向寸法の大型化を抑制することができる。

この際、前記転がり軸受は、内輪、外輪および鋼球を有したラジアルベアリングであり、前記内輪が前記ロータ軸の先端部に保持され、前記外輪が前記弁ホルダに保持されていることが好ましい。また、前記転がり軸受は、内輪、外輪および鋼球を有したラジアルベアリングであり、前記内輪が前記弁体の基端部に保持され、前記外輪が前記弁ホルダに保持されていてもよい。この構成によれば、転がり軸受としてラジアルベアリングを用いることで、ロータ軸の回転抵抗をさらに低減させることができる。

また、前記弁ホルダは、全体略円筒状のホルダ本体と、前記ホルダ本体の内部における弁体の反対側に設けられるばね受け部材と、を備え、前記ばね受け部材は、前記圧縮ばねと前記転がり軸受との間にて軸線方向に延びる筒部と、前記筒部の一端側から径方向外側に延びて前記圧縮ばねの一端側に当接する外鍔部と、前記筒部の他端側から径方向内側に延びて前記転がり軸受の外輪に当接する内鍔部と、を有して構成されていることが好ましい。この構成によれば、ばね受け部材が筒部と外鍔部と内鍔部とを有して構成されていることで、ロータ軸の前進に伴って弁体を弁座部に向かって押圧する際に、ロータ軸および転がり軸受からばね受け部材を介して圧縮ばねに確実に力を伝達し、圧縮ばねの付勢力を弁体に作用させることができる。

さらに、前記ホルダ本体は、前記圧縮ばねの外径側を覆う円筒部と、前記円筒部の一端側に設けられて前記ロータ軸を挿通させる挿通孔を有した上底部と、前記円筒部の他端側に設けられて前記弁体の弁閉方向への移動を規制する規制部と、を有し、前記上底部には、前記挿通孔の周囲にて前記弁ホルダの内方に延びて前記内鍔部との間に前記転がり軸受の外輪を保持する保持部が設けられ、前記保持部の外周面に前記ばね受け部材が圧入固定されていることが好ましい。

また、前記弁ホルダは、全体略円筒状のホルダ本体と、前記ホルダ本体に固定されて前記転がり軸受の外輪に当接する押さえ部材と、を備え、前記ホルダ本体は、前記圧縮ばねの外径側を覆う円筒部と、前記円筒部の一端側から径方向内側に延びる上底部と、前記上底部に連続して前記圧縮ばねと前記転がり軸受との間を軸線方向に延びる内筒部と、前記内筒部の他端側から径方向内側に延びて前記転がり軸受の外輪に当接する内鍔部と、を有し、前記押さえ部材は、前記ホルダ本体の前記上底部および前記内筒部に固定され、前記押さえ部材と前記内鍔部との間に前記転がり軸受が設けられ、前記上底部の内面に前記圧縮ばねの一端側が当接して設けられていることが好ましい。この構成によれば、弁ホルダのホルダ本体が上底部と内筒部と内鍔部とを有して構成され、上底部の内面に圧縮ばねの一端側が当接して設けられていることで、ロータ軸の前進に伴って弁体を弁座部に向かって押圧する際に、ロータ軸および転がり軸受からホルダ本体を介して圧縮ばねに確実に力を伝達し、圧縮ばねの付勢力を弁体に作用させることができる。

また、前記弁体は、軸線方向に延びて前記弁座部に着座可能なニードル部と、前記ニードル部の基端部を回転自在に保持する円板状のフランジ部と、を有し、前記フランジ部が前記弁ホルダに内蔵されるとともに軸線方向に移動自在に支持され、前記圧縮ばねの他端側が前記フランジ部に当接していることが好ましい。この構成によれば、弁体がニードル部とフランジ部とを有し、ニードル部とフランジ部とが回転自在に接続されるとともに、圧縮ばねの他端側がフランジ部に当接していることで、着座の際にニードル部が弁座部に摺れ回りすることが防止でき、これらの部材の摩耗を抑制することができる。

また、前記弁ホルダは、第１ばね受けおよび第２ばね受けを備え、前記ロータ軸の先端部には、前記圧縮ばねの一端部に当接する前記第１ばね受けが接続され、前記弁体の基端部には、前記圧縮ばねの他端部に当接する前記第２ばね受けが接続され、前記第１ばね受けと前記第２ばね受けとの間に前記圧縮ばねが圧縮状態で介装され、前記第１ばね受けおよび前記第２ばね受けは、一方が他方に挿入されて軸線方向に摺動自在な第１筒状案内部および第２筒状案内部を有し、前記第１筒状案内部および前記第２筒状案内部がともに軸線方向に延びる筒状に形成されていることが好ましい。この構成によれば、弁ホルダと弁本体との摺動抵抗が抑えられ、駆動力伝達効率をさらに高めつつ軸方向寸法の大型化を抑制することができる。

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、前記いずれかの電動弁が、前記膨張弁として用いられていることを特徴とする。

本発明の電動弁および冷凍サイクルシステムによれば、転がり軸受によってロータ軸の回転抵抗を低減して駆動力伝達効率を高めつつ電動弁の軸方向寸法の大型化を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る電動弁の弁開状態を示す縦断面図である。 前記電動弁の弁閉状態を示す縦断面図である。 前記電動弁の要部を拡大して示す縦断面図である。 前記電動弁の変形例１における要部を拡大して示す縦断面図である。 前記電動弁の変形例２における要部を拡大して示す縦断面図である。 前記電動弁の変形例３における要部を拡大して示す縦断面図である。 前記電動弁の変形例４に係る電動弁の弁開状態を示す縦断面図である。 前記変形例４に係る電動弁の弁閉状態を示す縦断面図である。 前記変形例４に係る電動弁の弁開状態の要部を拡大して示す縦断面図である。 本発明の冷凍サイクルシステムを示す図である。

本発明の一実施形態に係る電動弁を図１～図３に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態の電動弁１０は、弁ハウジング１と、弁体２と、駆動部３と、ねじ送り機構４と、弁ホルダ５と、圧縮ばね６と、転がり軸受７と、を備えている。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。

弁ハウジング１は、筒状の弁本体１Ａと、弁本体１Ａの上部に固定される蓋部材１Ｂと、を有している。弁本体１Ａは、切削加工されたＳＵＳ製の部材であって、その内部に円筒状の弁室１Ｃが形成され、側面に第１ポート１Ｄが形成され、底面に第２ポート１Ｅが形成され、第２ポート１Ｅの上側に弁座部１Ｆが形成されている。弁本体１Ａの第１ポート１Ｄには、弁室１Ｃに連通して冷媒が流入又は流出される第１継手管１１が取り付けられ、第２ポート１Ｅには、弁室１Ｃに連通して冷媒が流出又は流入される第２継手管１２が取り付けられている。弁座部１Ｆには、断面円形状の弁ポート１３が形成されている。蓋部材１Ｂは、ＳＵＳ製の金属板材からプレス加工により筒状に形成された部材であって、弁本体１Ａの上部にカシメ固定されるとともにろう付け固定されている。また、蓋部材１Ｂの上側には、駆動部３を覆うケース１４が固定されている。また、蓋部材１Ｂと弁本体１Ａの境界部には、弁体２のニードル部２１を軸線Ｌ方向に案内する案内部材１５が固定されている。

弁体２は、図３にも示すように、弁座部１Ｆに対して接離して着座及び離座するニードル部２１と、ニードル部２１の基端部に螺合されるナット２２と、ニードル部２１及びナット２２に回転自在に保持される円板状のフランジ部２３と、を有して構成されている。ニードル部２１は、全体円柱状のＳＵＳ製部材であって、軸線Ｌ方向に延びる軸部２１Ａと、軸部２１Ａの基端側（上側）にて縮径された縮径部２１Ｂと、さらに基端側にてナット２２が螺合する雄ねじ部２１Ｃと、を有して形成されている。フランジ部２３は、ニードル部２１の縮径部２１Ｂが挿通される挿通孔２３Ａが中央に設けられ、挿通孔２３Ａの周囲に複数の導通孔２３Ｂが設けられ、外周部に圧縮ばね６が当接するばね受け部２３Ｃが設けられている。フランジ部２３は、挿通孔２３Ａに対しニードル部２１の縮径部２１Ｂが径方向の遊びをもって挿通されるとともに、軸部２１Ａおよび縮径部２１Ｂの境界位置の段差とナット２２との間に軸方向の遊びをもって保持されている。

駆動部３は、電動モータとしてのステッピングモータ３Ａと、ステッピングモータ３Ａの回転を規制するストッパ機構３Ｂと、を備える。ステッピングモータ３Ａは、外周部が多極に着磁されたマグネットロータ３１と、ケース１４の外周に配設されたステータコイル３２と、マグネットロータ３１に固定されたロータ軸としてのねじ軸３３と、を備えている。ねじ軸３３は、固定部材３３Ａを介してマグネットロータ３１に固定されるとともに、軸線Ｌに沿って延びて設けられている。ねじ軸３３の中間部には雄ねじ部３３Ｂが一体に形成され、この雄ねじ部３３Ｂがねじ送り機構４の一方を構成している。ねじ軸３３の先端部には、拡径部３３Ｃが形成され、拡径部３３Ｃよりも上方には保持部材３４が固定されている。転がり軸受７は、拡径部３３Ｃと保持部材３４との間に挟持されてねじ軸３３に取り付けられている。転がり軸受７は、図３に示すように、内輪７１、外輪７２及び鋼球７３を有したラジアルベアリングであり、内輪７１がねじ軸３３の先端部に保持され、外輪７２が弁ホルダ５に保持されている。

ストッパ機構３Ｂは、ケース１４の天井部から垂下された円柱状のガイド３５と、ガイド３５の外周に固定されたガイド線体３６と、ガイド線体３６にガイドされて回転かつ上下動可能な可動スライダ３７と、を備えている。可動スライダ３７には、径方向外側に突出した爪部３７Ａ，３７Ｂが設けられ、回転するマグネットロータ３１の延長軸３１Ａが爪部３７Ｂを押すことで、可動スライダ３７がガイド線体３６に倣って回転かつ上下するようになっている。ガイド線体３６には、マグネットロータ３１の最上端位置を規定する上端ストッパ３６Ａと、マグネットロータ３１の最下端位置を規定する下端ストッパ３６Ｂと、が形成されている。これらの上端ストッパ３６Ａおよび下端ストッパ３６Ｂに可動スライダ３７の爪部３７Ａ，３７Ｂが当接することで、可動スライダ３７の回転が停止され、これによりマグネットロータ３１の回転が規制され、弁体２の上昇または下降も停止される。

ねじ送り機構４は、ステッピングモータ３Ａの回転により弁体２を進退させるものであって、蓋部材１Ｂの上端部に固定される支持部材４Ａと、支持部材４Ａの内部に設けられる雌ねじ部材４Ｂと、を備えている。支持部材４Ａは、全体略円筒状に形成されたＳＵＳ製の部材であって、その下端部から径方向外側に延びるフランジ部４１を有し、フランジ部４１の外縁上端部が蓋部材１Ｂに溶接固定されている。フランジ部４１には、周方向の複数個所に導通孔４２が設けられている。雌ねじ部材４Ｂは、全体円筒状の樹脂製部材であって、その内周面にねじ送り機構４の他方を構成する雌ねじ部４３が形成されている。ねじ送り機構４は、ねじ軸３３の雄ねじ部３３Ｂと雌ねじ部材４Ｂの雌ねじ部４３とが螺合することで構成され、ステッピングモータ３Ａによりマグネットロータ３１及びねじ軸３３が回転駆動されると、雄ねじ部３３Ａが雌ねじ部４３に案内されてねじ軸３３が軸線Ｌ方向に進退移動し、これに伴って弁体２も軸線Ｌに沿って上昇または下降する。

弁ホルダ５は、図３に示すように、ねじ軸３３の先端部に設けられた転がり軸受７と弁体２とを接続するとともに、圧縮ばね６を内蔵するものであって、弁体２のフランジ部２３を保持する全体略円筒状のホルダ本体５Ａと、ホルダ本体５Ａの内部上側に設けられるばね受け部材５Ｂと、を有して構成される。この弁ホルダ５は、ホルダ本体５Ａの外周面が蓋部材１Ｂの内周面によって軸線Ｌ方向に案内されて進退移動可能に構成されている。

ホルダ本体５Ａは、圧縮ばね６の径方向外側を覆う円筒部５１と、円筒部５１の一端側（上側）に設けられてねじ軸３３を挿通させる挿通孔５２を有した上底部５３と、円筒部５１の他端側（下側）に設けられて弁体２のフランジ部２３の弁閉方向（下向き）への移動を規制する規制部である止め輪５４と、を有して構成されている。上底部５３には、挿通孔５２の周囲にて弁ホルダ５の内方（下方）に延びてばね受け部材５Ｂを保持する保持部５５が設けられている。ばね受け部材５Ｂは、保持部５５の外周面に圧入固定されている。また、ホルダ本体５Ａの外周面には、周方向の３箇所にＤカット部５６が形成され、このＤカット部５６と蓋部材１Ｂの内周面との隙間によって均圧流路Ｒが構成されている。また、Ｄカット部５６には、径方向に貫通する導通孔５７が形成され、上底部５３には、軸方向に貫通する導通孔５８が周方向の複数箇所に形成されている。

ばね受け部材５Ｂは、圧縮ばね６と転がり軸受７との間を軸線Ｌ方向に延びる筒部６１と、筒部６１の一端側（上端側）から径方向外側に延びて圧縮ばね６の一端側（上端側）に当接する外鍔部６２と、筒部６１の他端側（下端側）から径方向内側に延びて転がり軸受７の外輪７２に当接する内鍔部６３と、を有して形成されている。また、筒部６１の上部とホルダ本体５Ａの保持部５５下面との間には、座金６４が設けられ、この座金６４が転がり軸受７の外輪７２に当接するようになっている。転がり軸受７の外輪７２は、ばね受け部材５Ｂの筒部６１に対し径方向の遊びをもって保持されるとともに、座金６４の下面と内鍔部６３の上面と間に軸方向の遊びをもって保持されている。また、圧縮ばね６は、弁体２のフランジ部２３におけるばね受け部２３Ｃの上面と、ばね受け部材５Ｂの外鍔部６２の下面と、の間に圧縮状態で介装されている。

圧縮ばね６は、弁ホルダ５に内蔵されるコイルばねであり、弁ホルダ５に対して弁閉方向（下向き）に弁体２を付勢している。転がり軸受７は、圧縮ばね６の上下の両端部よりも内側かつ内径側（径方向の内側）に位置して設けられている。図１に示す弁開状態において、弁体２のフランジ部２３は、弁ホルダ５の止め輪５４に当接して移動が規制され、弁体２及び弁ホルダ５は、転がり軸受７を介してねじ軸３３に吊り下げられた状態となる。このような弁開状態から駆動部３のステッピングモータ３Ａを回転駆動させ、ねじ軸３３を弁閉方向に下降させていくと、先ず、弁体２のニードル部２１先端が弁座部１Ｆに当接（着座）する。さらに、ねじ軸３３が下降すると、ニードル部２１の段差部とフランジ部２３との軸方向の遊びがなくなり、次に、転がり軸受７とばね受け部材５Ｂの内鍔部６３との軸方向の遊びがなくなり、その後に、圧縮ばね６の付勢力に抗してフランジ部２３が止め輪５４から浮き上がり、図２に示す弁閉状態となる。この弁閉状態では、ニードル部２１及び弁座部１Ｆを圧縮ばね６の付勢力で押圧することで、第２継手管１２側から冷媒の高い圧力がニードル部２１に作用した場合でも、ニードル部２１の浮き上がりを防止して弁閉状態が維持できるようになっている。

なお、本実施形態の電動弁１０では、弁ホルダ５は、上述した構成に限らず、図４、図５に示す構成を採用してもよい。図４、図５は、それぞれ電動弁の変形例１，２における要部（弁ホルダ５の周辺部）を拡大して示す縦断面図である。図４に示す弁ホルダ５は、ばね受け部材５Ｂが省略されており、全体略円筒状のホルダ本体５Ａと、ホルダ本体５Ａに固定されて転がり軸受７の外輪７２に当接する押さえ部材５Ｃと、を備える。ホルダ本体５Ａは、圧縮ばね６の外径側を覆う円筒部５１と、円筒部５１の一端側（上端側）から径方向内側に延びる上底部５３と、上底部５３に連続して圧縮ばね６と転がり軸受７との間を軸線Ｌ方向に延びる内筒部６６と、内筒部６６の他端側（下端側）から径方向内側に延びて転がり軸受７の外輪７２に当接する内鍔部６７と、を有して構成されている。押さえ部材５Ｃは、ホルダ本体５Ａの上底部５３及び内筒部６６に固定され、押さえ部材５Ｃと内鍔部６７との間に転がり軸受７が設けられ、上底部５３の内面に圧縮ばね６の一端側（上端側）が当接して設けられている。

図５に示す弁ホルダ５は、ホルダ本体５Ａの保持部５５と、ばね受け部材５Ｂの筒部６１及び内鍔部６３と、によって転がり軸受７の外輪７２を保持している。一方、ねじ軸３３の拡径部３３Ｃ及び保持部材３４と、転がり軸受７の内輪７１と、の間には、軸方向及び径方向の遊びが設けられている。従って、図１の弁開位置からねじ軸３３が下降するのに伴って、弁体２のニードル部２１先端が弁座部１Ｆに当接した後、ニードル部２１の段差部とフランジ部２３との軸方向の遊びがなくなり、次に、転がり軸受７と保持部材３４との軸方向の遊びがなくなってから、圧縮ばね６の付勢力に抗してフランジ部２３が止め輪５４から浮き上がり、図２に示す弁閉状態となり、ニードル部２１及び弁座部１Ｆに圧縮ばね６の付勢力が作用する。

以上の本実施形態によれば、ねじ軸３３の先端部と弁ホルダ５とが転がり軸受７によって回転自在に接続されることで、ねじ軸３３の回転抵抗を低減して駆動力伝達効率を高めることができるとともに、さらに、転がり軸受７が圧縮ばね６の両端部よりも内側かつ内径側に位置して設けられていることで、電動弁１０の軸方向寸法の大型化を抑制することができる。

また、転がり軸受７は、内輪７１、外輪７２及び鋼球７３を有したラジアルベアリングであり、内輪７１がねじ軸３３の先端部に保持され、外輪７２が弁ホルダ５に保持されていることで、ラジアルベアリングによってねじ軸３３の回転抵抗をさらに低減させることができる。

また、図３、図５に示すように、弁ホルダ５のばね受け部材５Ｂが筒部６１と外鍔部６２と内鍔部６３とを有して構成されていることで、ねじ軸３３の下降に伴って弁体２のニードル部２１を弁座部１Ｆに向かって押圧する際に、ねじ軸３３および転がり軸受７からばね受け部材５Ｂを介して圧縮ばね６に確実に力を伝達し、圧縮ばね６の付勢力を弁体２に作用させることができる。

一方、図４に示すように、弁ホルダ５のホルダ本体５Ａが上底部５３と内筒部６６と内鍔部６７とを有して構成され、上底部５３の内面に圧縮ばね６の一端側（上端側）が当接して設けられていることで、ねじ軸３３の下降に伴って弁体２のニードル部２１を弁座部１Ｆに向かって押圧する際に、ねじ軸３３および転がり軸受７からホルダ本体５Ａを介して圧縮ばね６に確実に力を伝達し、圧縮ばね６の付勢力を弁体２に作用させることができる。

また、弁体２がニードル部２１とフランジ部２３とを有し、ニードル部２１及びナット２２とフランジ部２３とが回転自在に接続されるとともに、圧縮ばね６の他端側（下端側）がフランジ部２３のばね受け部２３Ｃに当接していることで、着座の際にニードル部２１が弁座部１Ｆに摺れ回りすることが防止でき、これらの部材の摩耗を抑制することができる。

また、弁ハウジング１が弁本体１Ａと筒状の蓋部材１Ｂとを備え、弁ホルダ５はホルダ本体５Ａの外周面が蓋部材１Ｂの内周面によって軸線Ｌ方向に進退案内されることで、従来のようなガイド部材を省略することができ、電動弁１０の径方向寸法の大型化や重量の増加を抑制することができる。

また、蓋部材１Ｂが金属板材からプレス加工により筒状に形成された部材であることで、蓋部材１Ｂの軽量化を図るとともに安価に製造することができる。

また、ホルダ本体５Ａの外周面と蓋部材１Ｂの内周面との間に均圧流路Ｒが設けられていることで、弁ホルダ５の前後の空間において圧力の均衡化を図ることができ、弁ホルダ５や弁体２の動作を安定させて電動弁１０の信頼性を高めることができる。

また、弁本体１Ａと蓋部材１Ｂとの境界部に弁体２のニードル部２１を軸線Ｌ方向に案内する案内部材１５が設けられていることで、弁ホルダ５および蓋部材１Ｂよりも弁本体１Ａの弁座部１Ｆに近い位置でニードル部２１が案内され、弁座部１Ｆに対してニードル部２１を適正位置に着座させることができ、弁漏れ性能を向上させることができる。

図６は、本発明の変形例３に係る電動弁１０の要部を拡大した縦断面図であり、転がり軸受が弁体側に設けられたものである。具体的には、弁体２の基端部と弁体側ばね受け５Ｄとを接続するように転がり軸受７が設けられ、ねじ軸３３の先端部と弁ホルダ５のホルダ本体５Ａとが保持部材３４を介して接続されている。転がり軸受７は、図６に示すように、内輪７１、外輪７２及び鋼球７３を有したラジアルベアリングであり、内輪７１が弁体２の縮径部２１Ｂに挿通され、基端部に螺合されるナット２２と弁体２の軸部２１Ａおよび縮径部２１Ｂの境界位置の段差との間に軸方向の遊びをもって保持され、外輪７２が弁体側ばね受け５Ｄの上部内径保持部端面と弁ホルダ５の止め輪５４に当接可能なリング状保持部材５Ｅとの間に保持されている。なお、弁体側ばね受け５Ｄとリング状保持部材５Ｅは互いに固着されている。また、圧縮ばね６は、圧縮ばね６の上端面が弁ホルダ５の上底部５３の下面に当接し、圧縮ばね６の下端面が弁体側ばね受け５Ｄの外径側ばね保持部に当接して、弁ホルダ５に内蔵されている。このような変形例３の電動弁１０においても、図６に示すように、弁体２の基端部と弁ホルダ５とが転がり軸受７によって回転自在に接続されることで、ねじ軸３３の回転抵抗を低減して駆動力伝達効率を高めることができるとともに、さらに、転がり軸受７が圧縮ばね６の両端部よりも内側かつ内径側に位置して設けられていることで、電動弁１０の軸方向寸法の大型化を抑制することができる。

図７～図９に示された電動弁は、本発明の変形例４に係る電動弁１０Ａであり、電動弁１０Ａは、図１～図３に示す電動弁１０と略同様に、弁ハウジング１、弁体２、駆動部３、ねじ送り機構４、弁ホルダ８、圧縮ばね６、および転がり軸受７を備える。電動弁１０Ａにおいて、弁ホルダ８の構成が電動弁１０の弁ホルダ５と相違している。

以下では主に図９を参照して電動弁１０Ａの弁ホルダ８の詳細を説明する。弁ホルダ８は、第１のばね受けおよび第２のばね受けを備え、ねじ軸３３の先端部には、拡径部３３Ｃが形成され、拡径部３３Ｃよりも上方には保持部材３４が固定され、拡径部３３Ｃと保持部材３４との間に転がり軸受７が保持されている。転がり軸受７は、図９に示すように、内輪７１、外輪７２および鋼球７３を有したラジアルベアリングであり、内輪７１がねじ軸３３の先端部に保持され、外輪７２が後述する弁ホルダ８の一部である第１ばね受けとしての駆動側ばね受け部８Ａに保持されている。

弁ホルダ８は、弁体２の基端部とねじ軸３３の先端部とを接続するものであって、図９に示すように、弁体２を弁閉方向に向かって付勢するための圧縮ばね６と、ねじ軸３３の先端部の転がり軸受７に接続されて圧縮ばね６の一端部（上端部）に当接する第１ばね受けとしての駆動側ばね受け８Ａと、弁体２の基端部に接続されて圧縮ばね６の他端部（下端部）に当接する第２ばね受けとしての弁体側ばね受け８Ｂと、を備えている。圧縮ばね６は、ねじりコイルばねであって、駆動側ばね受け８Ａと弁体側ばね受け８Ｂとの間に圧縮状態で介装されている。

駆動側ばね受け８Ａは、第１ばね受け部材８１と、第１ばね受け部材８１の内周側に設けられて転がり軸受７の外輪７２を挟持するリング部材８２と、が互いに溶接固定されて一体に構成されている。第１ばね受け部材８１は、その上端部にて径方向外側に延びて圧縮ばね６の一端部に当接する第１外鍔部８１Ａと、第１外鍔部８１Ａに連続して軸線Ｌ方向下方に延びる筒状に形成された第１筒状案内部８１Ｂと、第１筒状案内部８１Ｂの下端部から内方に延びる第１規制部８１Ｃと、を有して形成されている。リング部材８２は、第１ばね受け部材８１の上側から第１筒状案内部８１Ｂの内周面に沿って挿入され、第１筒状案内部８１Ｂの段差部との間に転がり軸受７の外輪７２を挟持した状態で、第１ばね受け部材８１の上端縁に対して溶接固定されている。

弁体側ばね受け８Ｂは、第２ばね受け部材８３と、第２ばね受け部材８３の内周側に設けられる環状のフランジ８４と、フランジ８４の内周側に設けられて弁体２の基端部に接続される接続リング８５と、が互いに固定されて一体に構成されている。第２ばね受け部材８３は、その下端部にて径方向外側に延びて圧縮ばね６の他端部に当接する第２外鍔部８３Ａと、第２外鍔部８３Ａに連続して軸線Ｌ方向上方に延びる筒状に形成された第２筒状案内部８３Ｂと、を有して形成されている。接続リング８５は、ニードル部２１の縮径部２１の外周を囲む下側筒状部８５Ａと、下側筒状部８５Ａに連続して上方に延びてナット２２の外周を囲む上側筒状部８５Ｂと、上側筒状部８５Ｂの上端部から外方に延びる第２規制部８５Ｃと、を有して形成されている。第２ばね受け部材８３とフランジ８４とは、互いに圧入固定され、フランジ８４と接続リング８５とは互いに溶接固定されている。なお、第１ばね受け８Ａおよび第２ばね受け８Ｂは、一方が他方に挿入されて軸線Ｌ方向に摺動自在な第１筒状案内部８１Ｂおよび第２筒状案内部８３Ｂの互いに離れる方向への移動が、第１規制部８１Ｃおよび第２規制部８５Ｃによって規制されている。

以上のことから、図９に示すように、変形例４に係る電動弁１０Ａの弁ホルダ８は、図１～３に示す弁ホルダ５のホルダ本体５Ａの外周に円筒部５１を備えておらず、また、弁ホルダ８は圧縮ばね６を内蔵しておらず、圧縮ばね６を外挿している。このことから、変形例４に係る電動弁１０Ａの弁ホルダ８は、弁本体１の蓋部材１Ｂと摺動しないことから、駆動力伝達効率をさらに高めつつ軸方向寸法の大型化を抑制することができる。なお、図示しないが、変形例４においても弁体２側に転がり軸受７を設け、転がり軸受７を圧縮ばね６の両端部よりも内側かつ内径側に位置して設けるようにしてもよいことは言うまでもない。

次に、本発明の冷凍サイクルシステムを図１０に基づいて説明する。図１０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は前記実施形態の電動弁１０，１０Ａを用いた膨張弁であり、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。膨張弁１００、室外熱交換器２００、室内熱交換器３００、流路切換弁４００、および圧縮機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膨張弁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、膨張弁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。膨張弁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。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。例えば、前記実施形態では、家庭用エアコン等の空気調和機に用いられる電動弁１０，１０Ａを例示したが、本発明の電動弁は、家庭用エアコンに限らず、業務用エアコンであってもよいし、空気調和機に限らず、各種の冷凍機等にも適用可能である。

また、前記実施形態の電動弁１０では、弁体２のニードル部２１とフランジ部２３とが軸方向及び径方向に遊びをもって接続されていたが、これに限らず、遊びを持たずに接続されてもよいし、軸方向のみに遊びをもって接続されてもよいし、径方向のみに遊びをもって接続されてもよい。さらに、電動弁１０では、ねじ軸３３および転がり軸受７と弁ホルダ５とが軸方向及び径方向に遊びをもって接続されていたが、これに限らず、遊びを持たずに接続されてもよいし、軸方向のみに遊びをもって接続されてもよいし、径方向のみに遊びをもって接続されてもよい。

また、前記実施形態の電動弁１０では、転がり軸受７が内輪７１、外輪７２及び鋼球７３を有したラジアルベアリングであったが、転がり軸受としては、ラジアルベアリングに限らず、各種形態の軸受けが利用可能である。また、電動弁１０では、弁ホルダ５がホルダ本体５Ａ及びばね受け部材５Ｂを有し、ホルダ本体５Ａにばね受け部材５Ｂが圧入固定されていたが、これに限らず、ばね受け部材５Ｂがホルダ本体５Ａに対して軸方向に移動自在に支持されていてもよい。

また、前記実施形態の電動弁１０では、弁ホルダ５は、ホルダ本体５Ａの外周面が蓋部材１Ｂの内周面によって軸線Ｌ方向に案内される構成であったが、これに限らず、弁ホルダは、蓋部材とは別体の案内部材等によって軸方向に案内される構成であってもよい。また、電動弁１０では、弁体２のニードル部２１を軸線Ｌ方向に案内する案内部材１５が設けられていたが、この案内部材１５は省略可能である。また、変形例４の電動弁１０Ａで示した弁ホルダ８のように、外周部に円筒部を設けない構成として、駆動伝達効率を高めるようにしてもよい。

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 弁ハウジング
１Ａ 弁本体
１Ｂ 蓋部材
１Ｃ 弁室
１Ｄ 第１ポート
１Ｅ 第２ポート
１Ｆ 弁座部
２ 弁体
３ 駆動部
４ ねじ送り機構
５，８ 弁ホルダ
５Ａ ホルダ本体
５Ｂ ばね受け部材
５Ｃ 押さえ部材
６ 圧縮ばね
７ 転がり軸受
８Ａ 駆動側ばね受け（第１ばね受け）
８Ｂ 弁体側ばね受け（第２ばね受け）
１５ 案内部材
２１ ニードル部
２３ フランジ部
３３ ねじ軸（ロータ軸）
５１ 円筒部
５２ 挿通孔
５３ 上底部
５４ 止め輪（規制部）
５５ 保持部
６１ 筒部
６２ 外鍔部
６３ 内鍔部
６６ 内筒部
６７ 内鍔部
６７ 内鍔部
７１ 内輪
７２ 外輪
７３ 鋼球
８１ 第１ばね受け部材
８１Ｂ 第１筒状案内部
８２ リング部材
８３ 第２ばね受け部材
８３Ｂ 第２筒状案内部
８５ 接続リング
Ｒ 均圧流路
１００ 膨張弁（電動弁）
２００ 室外熱交換器（凝縮器又は蒸発器）
３００ 室内熱交換器（蒸発器又は凝縮器）
４００ 流路切換弁
５００ 圧縮機

Claims (9)

1. 第１ポート、第２ポート、弁室および弁座部を構成する弁本体と、
   ロータ軸を回転駆動する駆動部と、
   前記ロータ軸の回転に伴って前記ロータ軸を軸線方向に進退させるねじ送り機構と、
   前記ロータ軸の進退に伴って前記弁座部に着座または離座可能な弁体と、
   前記ロータ軸と前記弁体とを接続する弁ホルダと、
   前記弁ホルダに内蔵または外挿されて前記弁体を弁閉方向に付勢する圧縮ばねと、
   前記ロータ軸または前記弁体と前記弁ホルダとを回転自在に接続する転がり軸受と、を備え、
   前記転がり軸受は、前記圧縮ばねの両端部よりも内側かつ内径側に位置して設けられていることを特徴とする電動弁。
2. 前記転がり軸受は、内輪、外輪および鋼球を有したラジアルベアリングであり、前記内輪が前記ロータ軸の先端部に保持され、前記外輪が前記弁ホルダに保持されていることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
3. 前記転がり軸受は、内輪、外輪および鋼球を有したラジアルベアリングであり、前記内輪が前記弁体の基端部に保持され、前記外輪が前記弁ホルダに保持されていることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
4. 前記弁ホルダは、全体略円筒状のホルダ本体と、前記ホルダ本体の内部における前記弁体の反対側に設けられるばね受け部材と、を備え、
   前記ばね受け部材は、前記圧縮ばねと前記転がり軸受との間を軸線方向に延びる筒部と、前記筒部の一端側から径方向外側に延びて前記圧縮ばねの一端側に当接する外鍔部と、前記筒部の他端側から径方向内側に延びて前記転がり軸受の外輪に当接する内鍔部と、を有して構成されていることを特徴とする請求項２に記載の電動弁。
5. 前記ホルダ本体は、前記圧縮ばねの外径側を覆う円筒部と、前記円筒部の一端側に設けられて前記ロータ軸を挿通させる挿通孔を有した上底部と、前記円筒部の他端側に設けられて前記弁体の弁閉方向への移動を規制する規制部と、を有し、
   前記上底部には、前記挿通孔の周囲にて前記弁ホルダの内方に延びて前記内鍔部との間に前記転がり軸受の外輪を保持する保持部が設けられ、前記保持部の外周面に前記ばね受け部材が圧入固定されていることを特徴とする請求項４に記載の電動弁。
6. 前記弁ホルダは、全体略円筒状のホルダ本体と、前記ホルダ本体に固定されて前記転がり軸受の外輪に当接する押さえ部材と、を備え、
   前記ホルダ本体は、前記圧縮ばねの外径側を覆う円筒部と、前記円筒部の一端側から径方向内側に延びる上底部と、前記上底部に連続して前記圧縮ばねと前記転がり軸受との間を軸線方向に延びる内筒部と、前記内筒部の他端側から径方向内側に延びて前記転がり軸受の外輪に当接する内鍔部と、を有し、
   前記押さえ部材は、前記ホルダ本体の前記上底部および前記内筒部に固定され、前記押さえ部材と前記内鍔部との間に前記転がり軸受が設けられ、前記上底部の内面に前記圧縮ばねの一端側が当接して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。
7. 前記弁体は、軸線方向に延びて前記弁座部に着座可能なニードル部と、前記ニードル部の基端部を回転自在に保持する円板状のフランジ部と、を有し、
   前記フランジ部が前記弁ホルダに内蔵されるとともに軸線方向に移動自在に支持され、前記圧縮ばねの他端側が前記フランジ部に当接していることを特徴とする請求項１、２、４、５のいずれか一項に記載の電動弁。
8. 前記弁ホルダは、第１ばね受けおよび第２ばね受けを備え、
   前記ロータ軸の先端部には、前記圧縮ばねの一端部に当接する前記第１ばね受けが接続され、前記弁体の基端部には、前記圧縮ばねの他端部に当接する前記第２ばね受けが接続され、前記第１ばね受けと前記第２ばね受けとの間に前記圧縮ばねが圧縮状態で介装され、
   前記第１ばね受けおよび前記第２ばね受けは、一方が他方に挿入されて軸線方向に摺動自在な第１筒状案内部および第２筒状案内部を有し、
   前記第１筒状案内部および前記第２筒状案内部がともに軸線方向に延びる筒状に形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の電動弁。
9. 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１～８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。

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