JP2023061119A - 弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータ回転時の摩擦抵抗を抑制することで、弁体の駆動効率を向上させることができる弁装置を得ることを目的とする。【解決手段】弁装置１の駆動部５は、キャン５０と、駆動軸としての雄ねじ５５と、雄ねじ５５に螺合する雌ねじ部材５６と、キャン５０に対して移動不能に設けられて雌ねじ部材５６を進退ガイドするガイド部材５４と、キャン５０内部に設けられ雄ねじ５５を回転支持する軸受け部材５３と、を有している。雄ねじ５５の両端部には、円柱状の第一軸部５５ｂおよび第二軸部５５ｃ（軸部）がそれぞれ設けられ、ガイド部材５４および軸受け部材５３には、雄ねじ５５の軸芯位置に第一軸受孔５３ｃ１および第二軸受孔５４ａ（有底の凹孔）がそれぞれ設けられ、第一軸受孔５３ｃ１に第一軸部５５ｂが嵌挿され、第二軸受孔５４ａに第二軸部５５ｃが嵌挿され、雄ねじ５５が回転支持されている。【選択図】図１

Description

本発明は、弁装置に関する。

従来、冷凍サイクルなどに用いられる弁装置として、筒状の弁本体と、弁本体内部にスライド自在に設けられた弁体と、弁本体に設けられて弁ポートを有する弁座部と、弁体を軸線方向にスライド駆動する駆動部と、を備えた弁装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の弁装置では、駆動部は、ステッピングモータと、ステッピングモータのロータを支持する支持軸と、支持軸の上端部を挿通させて回転支持する支持部材と、ロータの上部に固定されたロータ支持部材と、支持軸の下端部を挿通させて回転支持する出力軸と、ロータと出力軸との間に設けられた減速機構と、を有し、ロータの回転を減速機構により減速させて出力軸を回転させ、出力軸の回転を直動変換することで、弁体を進退駆動するように構成されている。

特開２０１９－１９９９２１号公報

しかしながら、上述の弁装置では、駆動部において支持軸の軸線方向への移動が、ロータ支持部材と支持部材との面接触によって規制されているため、ロータ回転時の摩擦抵抗が大きくなり、ステッピングモータによる弁体の駆動効率が低下してしまうという問題がある。

本発明の目的は、ロータ回転時の摩擦抵抗を小さくすることで、弁体の駆動効率を向上させることができる弁装置を得ることにある。

本発明の弁装置は、中空筒状の弁本体と、前記弁本体に設けられて弁ポートを有する弁座部と、前記弁本体の内部にて軸線方向にスライド自在に設けられる弁体と、前記弁体をスライド駆動する駆動部と、を備えた弁装置であって、前記駆動部は、回転可能なロータを有するモータ部と、前記弁本体に固定されて前記ロータを内蔵する有底筒状のケースと、前記ロータに固定されて軸線方向に延びる雄ねじと、前記雄ねじに螺合して前記雄ねじの回転に伴って軸線方向に進退可能な雌ねじ部材と、前記ケースに対して移動不能に設けられて前記雌ねじ部材を進退ガイドするガイド部材と、前記ケースの底側の内部に設けられて前記雄ねじを回転支持する軸受け部材と、を有し、前記雄ねじの両端部には、それぞれ円柱状の軸部が設けられ、前記ガイド部材および前記軸受け部材には、それぞれ前記雄ねじの軸芯位置に有底の凹孔が設けられ、前記凹孔の各々に前記雄ねじの両端部の前記軸部がそれぞれ嵌挿されて前記雄ねじが回転支持されていることを特徴とする。

このような本発明によれば、ロータに固定されて軸線方向に延びる雄ねじの両端部には、それぞれ円柱状の軸部が設けられている。各軸部は、ガイド部材および軸受け部材に形成された有底の凹孔に嵌挿され、これによって雄ねじが回転支持されている。このように、雄ねじ両端の円柱状軸部が有底の凹孔に支持されることで、軸部と凹孔における摩擦抵抗を小さくしつつ雄ねじおよびロータを回転自在に支持することができる。そして、ロータ回転時の摩擦抵抗を小さくすることで、モータ部の出力の減衰が抑制されるので、弁体の駆動効率を向上させることができる弁装置を得ることができる。また、この構成によれば、軸線方向に移動する雌ねじ部材に螺合する雄ねじは、軸受け部材とガイド部材に支持されて軸線交差方向への移動が規制されるので、外部から衝撃や振動が加わっても、雄ねじ、雌ねじ部材、および弁体の振れを抑制することができ、ロータがケースに接触することなどによる弁体の作動への影響を抑えることができる。また、各凹孔の底部により、雄ねじの軸線方向への移動を規制することができる。

この際、前記軸受け部材の外周には、径方向に突出する少なくとも３個の凸部が設けられ、前記凸部が前記ケースの内面に当接可能に構成されていることが好ましい。この構成によれば、軸受け部材をケースに挿入する際に、軸受け部材の全周でなく、少なくとも３個の凸部を接触させて挿入できるので、軸受け部材をケースに低荷重で挿入するとともに、ケースと軸受け部材の同心を確保することができる。

また、前記凹孔の内径は、前記軸部の外径よりも大きく形成され、前記凹孔の底部には、円錐状のテーパ面が形成されていることが好ましい。この構成によれば、凹孔の底部に円錐状のテーパ面が形成されていることで、雄ねじの軸部は、テーパ面によって求心される。また、凹孔の内径が軸部の外径よりも大きく形成されていることで、軸部と凹孔とが接触し難くなり、雄ねじをよりスムーズに回転させ、軸受け部材およびガイド部材の凹孔内における軸部の摩擦抵抗を抑制することができる。

また、前記雄ねじの両端のうち少なくとも一方の前記軸部先端には、球面が設けられていることが好ましい。この構成によれば、雄ねじは、軸部先端に設けられた球面を介して凹孔の底部に接することができるので凹孔の底部との接触面積を更に小さくすることができ、これによって雄ねじを低トルクでスムーズに回転させることができる。

また、前記雄ねじの前記軸部両先端間の長さは、一方の前記凹孔の底部から他方の前記凹孔の底部までの長さよりも小さく、少なくとも一方の前記軸部先端と前記凹孔の底部との間に隙間が設けられていることが好ましい。この構成によれば、雄ねじの軸部の少なくとも一方の先端と凹孔の底部との間には隙間が設けられているので、各凹孔の底部によって雄ねじの軸部が押さえ付けられることを抑制し、雄ねじをスムーズに回転させることができる。

また、前記ケースの底部と前記軸受け部材との間には、前記軸受け部材を前記ガイド部材に向かって付勢する付勢部材が設けられていてもよい。この構成によれば、付勢部材によって軸受け部材と雄ねじがガイド部材側に付勢されることで、軸受け部材と雄ねじの軸部がガイド部材側に押し付けられ、一方の凹孔の底部から他方の凹孔の底部までの長さが縮まることとなる。これにより、凹孔の底部と雄ねじの軸部との間の隙間をなくすことができる。このため、凹孔と雄ねじの軸部との間でガタをなくすことができる。

さらに、前記ガイド部材は、前記雌ねじ部材を軸線回りに回転不能に支持することが好ましい。この構成によれば、ガイド部材によって雌ねじ部材を回転不能かつ進退可能に支持することができる。これにより、ガイド部材、雌ねじ部材、および雄ねじによって、ロータの回転運動を軸線方向への運動に変換する直動機構を構成することができる。

そして、前記弁体は、軸線方向に長い長円形状の椀状凹部を有して形成され、前記椀状凹部の開口縁部がシール部とされ、このシール部が前記弁座部のシール面に摺接可能とされ、前記弁座部には、前記シール面に開口した複数の前記弁ポートが設けられていてもよい。この構成によれば、椀状凹部を有する弁体と、複数の弁ポートと、を備える弁装置であるスライド式切換弁などにおいて、摩擦抵抗を小さくしつつ雄ねじおよびロータを回転自在に支持するとともに、雄ねじ、雌ねじ部材、および弁体の振れを抑制することができ、弁体の作動への影響を抑えることができる。

本発明によれば、ロータ回転時の摩擦抵抗を小さくすることで、弁体の駆動効率を向上させることができる弁装置を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る弁装置の断面図。 駆動部の拡大断面図。 （Ａ）は雄ねじの軸部と軸受け部材の拡大断面図であり、（Ｂ）は雄ねじの軸部とガイド部材の拡大断面図。 図１のＡ―Ａ線矢視断面図。 軸受け部材の斜視図。 第一変形例における雄ねじと軸受け部材の拡大断面図。 第二変形例における雄ねじとガイド部材の拡大断面図。

以下、本発明の実施形態を図１～５に基づいて説明する。本実施形態に係る弁装置１は、冷凍サイクルなどにおいて圧縮機、蒸発器、凝縮器と接続され、これらの機器に流れる冷媒の流路を切り換えるスライド式切換弁である。弁装置１は、中空筒状の弁本体２と、弁本体２に設けられて複数の弁ポートを有する弁座部３と、弁本体２の内部に軸線Ｌ方向にスライド自在に設けられる弁体４と、弁体４をスライド駆動する駆動部５と、を備えている。なお、本実施形態では、図１～３における上下方向を弁装置１における上下方向とする。すなわち、弁装置１における軸線Ｌ方向の一方側を上側とし、他方側を下側とする。これは、あくまでも説明の便宜のためであり、必ずしも弁装置１の実際の使用状態における上下方向と一致するとは限らず、弁装置１の実際の使用状態における上下方向を限定するものではない。

弁本体２は、先端部が上側に延びるように、樹脂製の材料を用いて有底筒状に形成され、その内部が弁室２ａを構成している。弁本体２の底壁には、弁室２ａの内外に連通する入口ポートＡが形成されている。入口ポートＡは、軸線Ｌ方向に延びる入口接続流路２０を介して不図示の圧縮機の吐出口と連通するポートである。この入口ポートＡは、圧縮機から送られる高圧の冷媒が弁室２ａに流入する際の入口を構成している。弁本体２の側壁には、弁室２ａの内外に連通する複数の円筒状の流路として、第１接続流路２１、出口接続流路２２、第２接続流路２３が、上側からこの順に軸線Ｌ方向に沿ってそれぞれ形成されている。第１接続流路２１は、後述する第１ポート３０と連通する流路である。この第１接続流路２１は、凝縮器（または蒸発器）と接続されて凝縮器（または蒸発器）と弁室２ａとの間に流れる流体の流路を構成している。

出口接続流路２２は、後述する出口ポート３１と連通する流路である。この出口接続流路２２は、圧縮機の吸入口に接続されるようになっており、第１接続流路２１（または第２接続流路２３）を通って弁室２ａに戻ってきた低圧の冷媒が圧縮機に送られる際の流路を構成している。第２接続流路２３は、後述する第２ポート３２と連通する流路である。この第２接続流路２３は、蒸発器（または凝縮器）と接続されて蒸発器（または凝縮器）と弁室２ａとの間に流れる流体の流路を構成している。弁本体２の上側の端部には、金属製の筒状の下蓋２４が弁本体２とのインサート成形にて固定され、下蓋２４の上側の端部には、上側に底壁を有する金属製の有底筒状の上蓋２５が固定されている。

上蓋２５は、その底壁の中央部に軸線Ｌ方向で上側に延びた小径部２５ａを有している。小径部２５ａの中央部には、軸線Ｌ方向に貫通する貫通孔２５ｂが形成されており、この貫通孔２５ｂ内には、後述するガイド部材５４が配置されるようになっている。このように構成された弁本体２、下蓋２４、および上蓋２５は、不図示のハウジングに収容されている。なお、図１に示す符号Ｇは、弁本体２の外周壁およびハウジングの内周壁のいずれかに、所定間隔で軸線Ｌ方向の複数の位置形成された溝部であり、符号２６は、溝部Ｇに配置されたＯリングである。このＯリング２６により、弁本体２とハウジングとの間はシールされている。なお、本実施形態で弁本体２は、材質をポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂としたが、この他真鍮、鉄、アルミニウム、ステンレス等の金属等、適宜な材質で構成してもよい。

弁座部３は、弁本体２の側壁のうち、第１接続流路２１、出口接続流路２２、第２接続流路２３が形成された側壁に設置される部分であり、複数の弁ポートを有するように構成されている。この弁座部３は、薄型金属板で形成され、インサート成形や接着、溶着等により弁本体２の側壁に固定されている。弁座部３の板面には、第１接続流路２１に連通する第１ポート３０、出口接続流路２２に連通する出口ポート３１、第２接続流路２３に連通する第２ポート３２がそれぞれ形成されている。各ポート３０、３１、３２は、第１接続流路２１、出口接続流路２２、第２接続流路２３よりも内径の寸法が小さい円筒状に形成され、軸線Ｌ方向に所定の間隔を空けて配置されている。弁座部３における各接続流路２１、２２、２３のある側と反対側の面は、後述する弁体４のシール部Ｓと摺接するシール面３３を構成している。このため、複数の弁ポート３０、３１、３２は、シール面３３に開口していることとなる。

弁体４は、主にポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂製であり、弁本体２の内部に軸線Ｌ方向にスライド自在に設けられている。この弁体４は、弁座部３に着座して入口ポートＡ、第１ポート３０、出口ポート３１、第２ポート３２、の各々を連通または遮断する椀状の弁体本体４０を備えて構成されている。この弁体本体４０は、弁座部３のシール面３３と対向するように設けられた軸線Ｌ方向に長い長円形状の開口縁部４０ａと、開口縁部４０ａから弁座部３のある側と反対側に突出する椀状部４０ｂと、を備えて構成され、その内部は流体の流路となる椀状凹部４０ｃを構成している。椀状凹部４０ｃにおける開口縁部４０ａの軸線Ｌ方向の寸法は、第１ポート３０、出口ポート３１、第２ポート３２のうち隣り合う２つ分のポートを覆える長さに設定されている。また、開口縁部４０ａの軸線Ｌ方向に交差する幅方向の寸法は、第１ポート３０、出口ポート３１、第２ポート３２のうち、１つ分のポートを覆える長さに設定されている。

椀状凹部４０ｃは、その開口縁部４０ａが上述のシール面３３に摺接可能なシール部Ｓを構成しており、シール部Ｓがシール面３３に当接すると、例えば、第１ポート３０と出口ポート３１とが椀状凹部４０ｃに囲まれて他のポートＡ、３２と遮断される。この結果、第１ポート３０と出口ポート３１とが連通されるとともに、入口ポートＡと第２ポート３２とが連通されることとなる。そして、シール部Ｓがシール面３３上を滑りながら下側にスライド移動すると、出口ポート３１と第２ポート３２とが椀状凹部４０ｃに囲まれて他のポートＡ、３０と遮断される。この結果、出口ポート３１と第２ポート３２とが連通されるとともに、入口ポートＡと第１ポート３０とが連通されることとなる。すなわち、弁体本体４０がスライド移動し、シール部Ｓがシール面３３に摺接することで、各ポートＡ、３０、３１、３２同士の連通および遮断が切り換えられるようになっている。

椀状凹部４０ｃの幅方向の両端部に位置する側壁には、台座４１がそれぞれ形成されている。台座４１には、軸線Ｌ方向に長い嵌合溝４１ａがそれぞれ形成されている。そして、椀状凹部４０ｃ内には、一方の嵌合溝４１ａから他方の嵌合溝４１ａに亘って嵌め込まれるように、補強部材６が配置されている。補強部材６は、高圧の弁室２ａ内と低圧の椀状凹部４０ｃ内との圧力差によって、椀状凹部４０ｃの側壁が変形するのを抑制する部材である。補強部材６は、椀状凹部４０ｃの幅方向両側壁の内側に、両側壁に亘って設けられている。補強部材６は、軸線Ｌ方向かつ幅方向に沿った長方形状の平面部６０と、平面部６０の幅方向両端縁から立ち上がる一対の立上面部６１と、を備えて構成されている。平面部６０と立上面部６１とは金属製の板部材を用いてプレス成形等の方法で一体に形成されている。図１に示すように、平面部６０は、その底面がシール面３３に対向しつつ、シール面３３と対向方向に所定のクリアランスを有するようにするように配置されている。一対の立上面部６１は、それぞれが、椀状凹部４０ｃの幅方向両側壁の内面に沿って設けられている。立上面部６１は、上述の嵌合溝４１ａに嵌まるように軸線Ｌ方向に長い長方形状に形成されている。この立上面部６１が嵌合溝４１ａに嵌合すると、補強部材６が椀状凹部４０ｃに位置決めされるようになっている。

弁体本体４０の椀状部４０ｂにおける頂部には、弁体本体４０を弁座部３側に付勢するばね部材４２が設置されている。このばね部材４２は、一端部が弁本体２の内周壁に当接し、他端部が弁体本体４０の頂部に当接するように構成されており、弁本体２と弁体本体４０の間に介在している。弁体本体４０の下側の端部には、下側に向けて軸線Ｌ方向に突出するストッパ４３が形成されている。このストッパ４３は、弁体４のスライド移動を規制するための突起であり、その突出端部が弁本体２の底壁における弁室２ａ側の面と当接することで弁体４の下側への移動が規制されるようになっている。すなわち、ストッパ４３と弁本体２の底壁における弁室２ａ側の面は、下側へ移動する弁体４の移動できる限界の位置を規定している。

弁体本体４０の上側の端部には、上側に突出する接続部４４が形成されている。接続部４４は、その上側の端部が弁座部３のある側から弁座部３のある側の反対側に向けて軸線Ｌに交差する軸線交差方向に延びる薄板状の薄板部４４ａを構成している。薄板部４４ａには、弁座部３がある側と反対側に開口する切欠き４４ｂが形成されており、これによって薄板部４４ａはフック状になっている。薄板部４４ａの幅方向両端面は、後述する雌ねじ部材５６の２本の連結腕部５６ｂで幅方向から挟まれ、この状態で切欠き４４ｂに内に配置される固定ピン５９と、連結腕部５６ｂおよび薄板部４４ａを周方向に囲んで同方向に締め付ける金属製のホースバンド４５と、によって雌ねじ部材５６に接続されるようになっている。

駆動部５は、弁体４をスライド駆動する部分であり、回転可能なロータを有する電動モータとしてのステッピングモータ５ａ（モータ部）と、ステッピングモータ５ａの回転を直線運動に変換して弁体４に伝達する直動機構５ｂと、を備えている。図１に示すように、ステッピングモータ５ａは、上蓋２５の小径部２５ａに固定され、駆動部５内を密閉する金属製の有底筒状のキャン５０（有底筒状のケース）と、キャン５０に内蔵されるマグネットロータ５１（ロータ）と、キャン５０を挟んでマグネットロータ５１の外周を軸線Ｌ回りに囲むように配置されるステータコイル５２と、を備えている。キャン５０は、薄板状の金属材料から有底筒状に形成されており、底壁が上側に配置され、先端部が上述の上蓋２５の小径部２５ａの上側縁部に溶接等で固定されている。すなわち、キャン５０は、上蓋２５を介して弁本体２に固定されている。そして、このようにキャン５１が上蓋２５に固定されることによって、キャン５０と後述するガイド部材５４とは中心軸が弁本体２の軸線Ｌと同軸になるように配置されることとなる。直動機構５ｂは、キャン５０の底側（上側）の内部に配置される軸受け部材５３と、上蓋２５に固定されるガイド部材５４と、マグネットロータ５１の中心に固定部材５５ａを介して固定されたロータ軸としての雄ねじ５５と、雄ねじ５５の外周面に形成された雄ねじ部５５ｄに螺合する雌ねじ部５６ａ１を有する雌ねじ部材５６と、を備えている。すなわち、直動機構５ｂは、互いに螺合する雄ねじ部５５ｄおよび雌ねじ部５６ａ１を有したねじ送り機構として構成されている。

軸受け部材５３は、雄ねじ５５を軸線Ｌ回りに回転可能に支持する部材であり、円柱状の大径部５３ａと、大径部５３ａの中央部から上側に突出する円柱状の第一小径部５３ｂと、大径部５３ａの中央部から下側に突出する円柱状の第二小径部５３ｃと、を備えている。大径部５３ａ、第一小径部５３ｂ、および第二小径部５３ｃは、一体に成形され、中心軸が軸線Ｌと同軸になるようにキャン５０内に配置されている。図４に示すように、大径部５３ａは、その直径の寸法がキャン５０の内径の寸法よりも僅かに小さくなるように形成されている。図５に示すように、大径部５３ａの外周壁には、径方向外方に突出する凸部５３ａ１が周方向に間隔を空けて複数（本実施形態では３つ）形成されている。凸部５３ａ１は、キャン５０の内壁面に当接可能な部分であり、大径部５３ａの中心から凸部５３ａ１の先端までの径方向の寸法は、キャン５０の中心から内壁部までの径方向の寸法と略同じかやや大きくなるように設定されている。この構成により、図４に示すように、大径部５３ａをキャン５０内に挿入することで、大径部５３ａのうち凸部５３ａ１の先端がキャン５０の内壁を押圧し、大径部５３ａの外周壁とキャン５０の内壁とが径方向に隙間を空け、軸受け部材５３がキャン５０内に固定されるようになっている。

第一小径部５３ｂは、軸受け部材５３が上側に移動するのを規制する部分であり、大径部５３ａの直径より小さな直径で形成されている。図１に示すように、第一小径部５３ｂは、軸受け部材５３がキャン５０内に挿入された状態で、上側の端部がキャン５０の底壁内面に当接し、位置決めされている。軸受け部材５３において雄ねじ５５の軸心位置である中心には、下側に向けて開口する第一軸受孔５３ｃ１が形成されている。第一軸受孔５３ｃ１は、後述する第一軸部５５ｂを挿入可能に設けられた有底の凹孔であり、第二小径部５３ｃの下端面に開口し、大径部５３ａを通って第一小径部５３ｂ内まで軸線Ｌ方向に延びている。第一軸受孔５３ｃ１は、内周壁が円筒状に形成され、底部が上側に向かって傾斜した円錐状の第一テーパ面５３ｃ２を構成している。図３（Ａ）に示すように第一軸受孔５３ｃ１の内径の寸法は、第一軸部５５ｂの直径（外径）の寸法よりも大きく形成されている。

ガイド部材５４は、有底円筒状の部材であり、底部が下側に位置し、先端部が上側に位置するように上述の上蓋２５の貫通孔２５ｂ内に配置されている。ガイド部材５４は、軸線Ｌ方向略中央部にインサート成形により一体に設けられた固定リング５７を有し、この固定リング５７を上蓋２５の小径部２５ａの上側縁部に溶接することで上蓋２５に固定されている。すなわち、ガイド部材５４は、キャン５０に対して移動不能に設けられている。ガイド部材５４は、中心軸が弁本体２の軸線Ｌと同軸になるように配置されており、この配置によって、上述のキャン５０、軸受け部材５３、およびガイド部材５４は、いずれも中心軸が弁本体２の軸線Ｌと同軸になるように配置されることとなる。

ガイド部材５４において雄ねじ５５の軸心位置である中心には、上側に向けて開口する第二軸受孔５４ａが形成されている。第二軸受孔５４ａは、後述する第二軸部５５ｃを挿入可能に設けられた有底の凹孔であり、ガイド部材５４の底壁内面に開口し、軸線Ｌ方向に延びている。第二軸受孔５４ａは、内周壁が円筒状に形成され、底部が下側に向かって傾斜した円錐状の第二テーパ面５４ａ１を構成している。図３（Ｂ）に示すように、第二軸受孔５４ａの内径の寸法は、第二軸部５５ｃの直径（外径）の寸法よりもやや大きく形成されている。そして、図２に示すように、ガイド部材５４の底壁には、第二軸受孔５４ａの径方向外方の部分に、後述する雌ねじ部材５６の連結腕部５６ｂを軸線Ｌ方向に進退可能に挿通させる一対のガイド孔５４ｂが形成されている。このガイド孔５４ｂは、第二軸受孔５４ａを挟んで径方向に対向して形成されている。ガイド孔５４ｂの縁部は、連結腕部５６ｂの外壁面に沿う形状を有している。そして、連結腕部５６ｂは、軸線Ｌ方向に進退する際に軸線Ｌ回りに回転しようとしても、その外壁面がガイド孔５４ｂの縁部に当接することで回転できないようになっている。すなわち、ガイド部材５４は、雌ねじ部材５６を軸線Ｌ回りに回転不能かつ軸線Ｌ方向に進退ガイドするように構成されている。

雄ねじ５５は、固定部材５５ａを用いてマグネットロータ５１の中心部に固定され、軸線Ｌ方向に延び、マグネットロータ５１と一体に軸線Ｌ回りに回転するように構成されている。雄ねじ５５の上側の端部は円柱状の第一軸部５５ｂ（軸部）を構成し、雄ねじ５５の下側の端部は円柱状の第二軸部５５ｃ（軸部）を構成し、第一軸部５５ｂと第二軸部５５ｃとの間の部分の外周面には雄ねじ部５５ｄが形成されている。そして、第一軸部５５ｂは第一軸受孔５３ｃ１に嵌挿され、第二軸部５５ｃは第二軸受孔５４ａに嵌挿され、これによって、雄ねじ５５は、軸線Ｌ回りに回転できるように第一軸受孔５３ｃ１および第二軸受孔５４ａに中心軸が軸線Ｌと同軸になるように支持されている。第一軸部５５ｂの先端から第二軸部５５ｃの先端までの長さである軸部両先端間の長さは、第一軸受孔５３ｃ１の第一テーパ面５３ｃ２（すなわち、第一軸受孔５３ｃ１の底部）から第二軸受孔５４ａの第二テーパ面５４ａ１（すなわち、第二軸受孔５４ａの底部）までの長さよりも小さく形成されている。これにより、図３（Ａ）に示すように、第一軸部５５ｂの先端と第一テーパ面５３ｃ２との間には、軸線Ｌ方向の隙間Ｓが設けられている。この隙間Ｓは、軸受け部材５３の上側端部が底壁内面に当接したキャン５０を、ガイド部材５４が固定された上蓋２５に固定した際に、第一軸受孔５３ｃ１と第二軸受孔５４ａの底部によって第一軸部５５ｂと第二軸部５５ｃが軸線Ｌ方向に押さえ付けられることを抑制し、これによって雄ねじ５５をスムーズに回転させることができるようにするための空間である。ただし、あまり大きな隙間Ｓを設けると雄ねじ５５の軸線Ｌ方向への移動量が大きくなり、弁体４の位置に影響が出ることや、弁体４の作動に外部からの振動や衝撃による影響を受ける可能性があるので、隙間Ｓの寸法は、約０．１ｍｍ～０．７ｍｍ程度の範囲に設定することが好ましい。なお、隙間Ｓは、必ずしも、第一軸部５５ｂの先端と第一テーパ面５３ｃ２との間に設ける必要はなく、図３（Ｂ）に示した、第二軸部５５ｃの先端部と第二テーパ面５４ａ１との間に設けてもよい。

雌ねじ部材５６は、ガイド部材５４内に収容されてその外周壁がガイド部材５４の内周壁に摺接する円柱状の基端部５６ａと、基端部５６ａから下側に向けて軸線Ｌ方向に延び、上述のガイド孔５４ｂを通って、弁室２ａ内に延びる２本の連結腕部５６ｂと、を備えて構成されている。基端部５６ａは、中心軸がガイド部材５４の中心軸と同軸になるように形成されている。雌ねじ部材５６の中心には、軸線Ｌに沿って雌ねじ部５６ａ１が形成されている。この雌ねじ部５６ａ１は、雄ねじ部５５ｄに螺合するように構成されている。この構成により、雌ねじ部材５６は、雄ねじ５５の回転に伴って中心軸と同軸で軸線Ｌ方向に進退可能となっている。連結腕部５６ｂは、駆動部５と弁体４とを接続するための部分である。図２に示すように、この連結腕部５６ｂは、基端部５６ａの周縁部の一部から軸線Ｌ方向に延びる円弧状の曲板部５６ｂ１と、曲板部５６ｂ１の円弧の端部同士を結ぶ平面部５６ｂ２と、を備え、それぞれ断面半円状に形成されている。各連結腕部５６ｂの平面部５６ｂ２は、基端部５６ａの径方向に対向するようになっており、その下端部には、軸線Ｌ方向に交差する軸線交差方向に貫通する貫通孔５６ｂ３がそれぞれ形成されている。この貫通孔５６ｂ３には、軸状の固定ピン５９が挿通されて固定されている。

このような構成の弁装置１において、弁体４は、軸線Ｌ方向にスライドして冷媒の流路を切り換える。先ず、駆動部５を駆動し、弁体４を下側にスライドさせて弁体本体４０で第２ポート３２と出口ポート３１を覆う。これにより、第２ポート３２と出口ポート３１とが連通される。また、入口ポートＡと第１ポート３０とが連通される。この際、入口接続流路２０および入口ポートＡを介して高圧の冷媒が弁室２ａ内に流入し、当該高圧の冷媒は、第１ポート３０および第１接続流路２１を通って凝縮器に送られる。一方、蒸発器から送られた低圧の冷媒が、第２ポート３２および第２接続流路２３を介して椀状凹部４０ｃに流入し、当該低圧の冷媒は、出口ポート３１および出口接続流路２２を介して圧縮機の吸入口に送られる。次に、弁体４を上側にスライドさせて弁体本体４０で出口ポート３１と第１ポート３０を覆う。これにより、出口ポート３１と第１ポート３０とが連通される。また、入口ポートＡと第２ポート３２とが連通される。この際、入口接続流路２０および入口ポートＡを介して高圧の冷媒が弁室内に流入し、当該高圧の冷媒は、第２ポート３２および第２接続流路２３を通って蒸発器に送られる。一方、凝縮器から送られた低圧の冷媒が、第１ポート３０および第１接続流路２１を介して椀状凹部４０ｃに流入し、当該低圧の冷媒は、出口ポート３１および出口接続流路２２を介して圧縮機の吸入口に送られる。

以上の実施形態によれば、弁装置１は、中空筒状の弁本体２と、弁本体２に設けられて弁ポート３０、３１、３２を有する弁座部３と、弁本体２の内部にて軸線Ｌ方向にスライド自在に設けられる弁体４と、弁体４をスライド駆動する駆動部５と、を備えた弁装置１であって、駆動部５は、回転可能なマグネットロータ５１（ロータ）を有するステッピングモータ５ａ（モータ部）と、弁本体２に固定されてマグネットロータ５１を内蔵する有底筒状のキャン５０（ケース）と、マグネットロータ５１に固定されて軸線Ｌ方向に延びる雄ねじ５５と、雄ねじ５５に螺合して雄ねじ５５の回転に伴って軸線Ｌ方向に進退可能な雌ねじ部材５６と、キャン５０に対して移動不能に設けられて雌ねじ部材５６を進退ガイドするガイド部材５４と、キャン５０の底側の内部に設けられて雄ねじ５５を回転支持する軸受け部材５３と、を有し、雄ねじ５５の両端部には、それぞれ円柱状の第一軸部５５ｂおよび第二軸部５５ｃ（軸部）が設けられ、ガイド部材５４および軸受け部材５３には、それぞれ雄ねじ５５の軸芯位置に第一軸受孔５３ｃ１および第二軸受孔５４ａ（有底の凹孔）が設けられ、第一軸受孔５３ｃ１に第一軸部５５ｂが嵌挿され、第二軸受孔５４ａに第二軸部５５ｃが嵌挿され、雄ねじ５５が回転支持されている。

このような本発明によれば、マグネットロータ５１に固定されて軸線Ｌ方向に延びる雄ねじ５５の両端部には、それぞれ円柱状の第一軸部５５ｂおよび第二軸部５５ｃが設けられている。そして、第一軸部５５ｂは軸線Ｌと同軸に配置された第一軸受孔５３ｃ１に嵌挿され、第二軸部５５ｃは軸線Ｌと同軸に配置された第二軸受孔５４ａにそれぞれ嵌挿され、これによって雄ねじ５５が軸線Ｌに同軸で回転支持されている。このように、雄ねじ５５が回転支持されることで、第一軸部５５ｂが第一軸受孔５３ｃ１に、または第二軸部５５ｃが第二軸受孔５４ａに傾いて接触することを抑制して、各軸部５５ｂ、５５ｃと各軸受孔５３ｃ１、５４ａにおける摩擦抵抗を小さくしつつ雄ねじ５５およびマグネットロータ５１を回転自在に支持することができる。そして、マグネットロータ５１回転時の摩擦抵抗を小さくすることで、ステッピングモータ５ａの出力の減衰が抑制されるので、弁体４の駆動効率を向上させることができる弁装置１を得ることができる。また、この構成によれば、軸線Ｌ方向に移動する雌ねじ部材５６に螺合する雄ねじ５５は、軸受け部材５３とガイド部材５４に支持されて軸線Ｌに交差する軸線交差方向への移動が規制されるので、外部から衝撃や振動が加わっても、雄ねじ５５、雌ねじ部材５６、および弁体４の振れを抑制することができ、マグネットロータ５１がキャン５０に接触することなどによる弁体４の作動への影響を抑えることができる。また、第一軸受孔５３ｃ１の底部および第二軸受孔５４ａの底部により、雄ねじ５５の軸線Ｌ方向への移動を規制することができる。

また、本実施形態の構成によれば、軸受け部材５３の外周には、径方向に突出する少なくとも３個の凸部５３ａ１が設けられ、凸部５３ａ１がキャン５０の内面に当接可能に構成されているので、軸受け部材５３をキャン５０に挿入する際に、軸受け部材５３の全周でなく、凸部５３ａ１を接触させて挿入できるので、軸受け部材５３をキャン５０に低荷重で挿入するとともに、キャン５０と軸受け部材５３の同心を確保することができる。また、第一軸受孔５３ｃ１および第二軸受孔５４ａの内径は第一軸部５５ｂおよび第二軸部５５ｃの外径よりも大きく形成され、第一軸部５５ｂの底部には円錐状の第一テーパ面５３ｃ２が、第二軸部５５ｃの底部には円錐状の第二テーパ面５４ａ１が形成されている。このため、第一軸部５５ｂおよび第二軸部５５ｃは、各テーパ面５３ｃ２、５４ａ１によって求心される。また、第一軸部５５ｂ及び第二軸部５５ｃの内径が第一軸部５５ｂおよび第二軸部５５ｃの外径よりも大きく形成されていることで、雄ねじ５５をよりスムーズに回転させ、第一軸受孔５３ｃ１および第二軸受孔５４ａ内における第一軸部５５ｂおよび第二軸部５５ｃの摩擦抵抗を抑制することができる。

また、本実施形態の構成によれば、第一軸部５５ｂと第二軸部５５ｃの両先端間の長さである軸部両先端間の長さは、第一軸受孔５３ｃ１の第一テーパ面５３ｃ２（第一軸受孔５３ｃ１の底部）から第二軸受孔５４ａの第二テーパ面５４ａ１（第２軸受孔５４ａの底部）までの長さよりも小さく設定されており、第一軸部５５ｂの先端と第一テーパ面５３ｃ２の底部との間に隙間Ｓが設けられている。このため、第一軸受孔５３ｃ１と第二軸受孔５４ａの底部によって第一軸部５５ｂと第二軸部５５ｃが軸線Ｌ方向に押さえ付けられることを抑制し、雄ねじ５５をスムーズに回転させることができる。また、本実施形態の構成によれば、ガイド部材５４は、雌ねじ部材５６を軸線Ｌ回りに回転不能かつ軸線Ｌ方向に進退可能に支持しているので、ガイド部材５４、雌ねじ部材５６、および雄ねじ４４によって、マグネットロータ５１の回転運動を軸線Ｌ方向への運動に変換する直動機構５ｂを構成することができる。

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例も本発明に含まれる。図６は、第一変形例における雄ねじ５５と軸受け部材５３の断面図である。この第一変形例の第一軸部５５ｂ１は、先端部の形状が上述の実施形態における第一軸部５５ｂと異なり、上側に突出するように湾曲している。また、第一変形例では、前記実施形態と異なり、軸受け部材５３の第一小径部５３ｂは、軸受け部材５３がキャン５０内に挿入された状態で上側の端部がキャン５０の底壁内面に当接していない。すなわち、軸受け部材５３がキャン５０内に挿入された状態で、第一小径部５３ｂの上側の端部とキャン５０の底壁内面との間には、軸線Ｌ方向の隙間が形成されるようになっている。そして、第一小径部５３ｂの外周には、圧縮ばねＡ（付勢部材）が配置されている。

圧縮ばねＡは、軸線Ｌ方向一端部がキャン５０の底壁内面に当接し、軸線Ｌ方向他端部が大径部５３ａの上側の壁面と当接するようにしてキャン５０と軸受け部材５３との間に介在しており、軸受け部材５３を下側、すなわちガイド部材５４側に付勢している。この構成によれば、圧縮ばねＡによって軸受け部材５３と雄ねじ５５がガイド部材５４側に付勢されることで、軸受け部材５３と第一軸部５５ｂおよび第二軸部５５ｃがガイド部材５４側に押し付けられるので、第一軸受孔５３ｃ１の第一テーパ面５３ｃ２から第二軸受孔５４ａの第二テーパ面５４ａ１までの長さが縮まることとなる。これにより、上述の隙間Ｓをなくすことができる。このため、第一軸受孔５３ｃ１および第二軸受孔５４ａと、第一軸部５５ｂ１および第二軸部５５ｃとの間でガタをなくすことができる。なお、圧縮ばねＡの付勢荷重は、可動部品である軸受け部材５３、雄ねじ５５、雌ねじ部材５６、弁体４が、外部からの振動で振れない程度の荷重に設定されることが好ましい。

図７は、第二変形例における雄ねじ５５とガイド部材５４の拡大断面図である。この第二変形例では、第二軸部５５ｃ１の先端部に金属製の材料で球状に形成したボール部材Ｂが溶接によって接続されている。すなわち、第二軸部５５ｃ１の先端部には、球面が設けられている。この構成によれば、雄ねじ５５は、第二軸部５５ｃ１先端に設けられた球面を介して第二軸受孔５４ａの底部に接することができるので第二軸受孔５４ａの底部との接触面積を小さくすることができ、これによって雄ねじ５５を低トルクでスムーズに回転させることができる。

なお、上述の実施形態では、隙間Ｓは、第一軸部５５ｂの先端と第一テーパ面５３ｃ２との間、および第二軸部５５ｃと第二テーパ面５４ａ１との間のいずれかに設けられていた。しかし、これに限らず、第一軸部５５ｂの先端と第一テーパ面５３ｃ２との間、および第二軸部５５ｃと第二テーパ面５４ａ１との間のいずれにも隙間Ｓを設けてよい。また、本実施形態では、第一軸部５５ｂおよび第二軸部５５ｃの先端部の形状が平面状に形成され、第一変形例では、第一軸部５５ｂの先端部の形状が上側に突出するように湾曲して形成され、第二変形例では、第二軸部５５ｃ１の先端部に金属製の材料で球状に形成したボール部材Ｂが溶接によって接続されていた。しかしながら、第一軸部５５ｂおよび第二軸部５５ｃの形状は、各実施形態および変形例ごとに限定されるものでなく、第一変形例のように全体的に上側に突出するように湾曲でなく外径部をＲ面取り加工させてもよいし、第一テーパ面５３ｃ２および第二テーパ面５４ａ１のテーパ角度よりも鋭角の円錐形状としてもよいし、これらいずれかの形状、またはこれらを組み合わせた形状を、上述の実施形態および変形例において採用することができる。

さらに、第一変形例では、圧縮ばねＡをキャン５０と軸受け部材５３との間に介在するように配置し、軸受け部材５３をガイド部材５４側に付勢することとしたが、必ずしも圧縮ばねＡを用いる必要はなく、皿ばねやゴム製の円筒状の弾性部材等、軸受け部材５３をガイド部材５４側に付勢できる付勢部材であればよい。

また、前記実施形態、第一変形例、および第二変形例では、有底筒状に形成されたキャン５０は、先端部を上蓋２５の小径部２５ａの上側縁部に溶接等で固定するようにし、上蓋２５を介して弁本体２に固定する構成とした。しかし、キャン５０の固定の構成は、これに限られない。例えば、ガイド部材５４の固定リング５７の外径を上蓋２５の小径部２５ａの外径と略同じに設定し、この固定リング５７とキャン５０とを接続した状態で上蓋２５に溶接等で固定してもよい。また、弁本体２、下蓋２４、および上蓋２５を一体に形成し、この全体を弁本体２としてキャン５０を固定することで、弁本体２に直接キャン５０が固定されるような構成としてもよい。本発明において、「弁本体２に固定されてマグネットロータ５１（ロータ）を内蔵する有底筒状のキャン５０（ケース）」、の「弁本体２に固定」とは、弁本体２に直接固定、および弁本体２に他の部材（上蓋２５や固定リング５７など）を介して固定、の両方の意味を含むものであり、上述したようなキャン５０に対して移動不能に設けられたガイド部材５４とともに弁本体２や軸受け部材５３との同心を保持し、かつ軸受け部材５３およびガイド部材５４と雄ねじ５５の両端部との隙間寸法を保持できるように、弁本体２に対して相対変位不能に接続される構成の全てを含んでよい。

そして、本実施形態の弁装置１は、弁体４が軸線Ｌ方向に長い長円形状の椀状凹部４０ｃを有して形成され、椀状凹部４０ｃの開口縁部４０ａがシール部Ｓとされ、このシール部Ｓが弁座部３のシール面３３に摺接可能とされ、弁座部３には、シール面３３に開口した複数の弁ポート３０、３１、３２が設けられ、冷凍サイクルなどにおいて冷媒の流路を切り換えるスライド式切換弁として説明したが、弁装置１はこのスライド式切換弁に限られない。例えば、弁座部３に３つ以上の複数のポートが開口し、複数の弁体４を備えるスライド式切換弁にも本発明を適用することができる。また、弁体４が椀状凹部４０ｃを有さず、複数のポートの連通および遮断の切り換えを行わず、軸線Ｌ方向に開口するポートの弁座部３に弁本体２の内部にて軸線Ｌ方向にスライド自在に着座又は離座するニードル状の弁体４を備えた電動弁にも、本発明を適用することはできる。同様に、弁体４が椀状凹部４０ｃを有さず、複数のポートの連通および遮断の切換を行わず、軸線Ｌ方向に開口するポートの弁座部３に弁本体２の内部にて軸線Ｌ方向にスライド自在に近接又は離間し、ポートの開度を調整するニードル状の弁体４を備えた電動弁にも本発明を適用することができる。

以上、本発明の実施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 弁装置
２ 弁本体
３ 弁座部
４ 弁体
５ 駆動部
５ａ ステッピングモータ（モータ部）
５０ キャン（有底筒状のケース）
５１ マグネットロータ（ロータ）
５３ 軸受け部材
５３ｃ１ 第一軸受孔（有底の凹孔）
５４ ガイド部材
５４ａ 第二軸受孔（有底の凹孔）
５５ 雄ねじ
５５ｂ 第一軸部
５５ｃ 第二軸部
５６ 雌ねじ部材
Ｌ 軸線

Claims (8)

1. 中空筒状の弁本体と、前記弁本体に設けられて弁ポートを有する弁座部と、前記弁本体の内部にて軸線方向にスライド自在に設けられる弁体と、前記弁体をスライド駆動する駆動部と、を備えた弁装置であって、
   前記駆動部は、回転可能なロータを有するモータ部と、前記弁本体に固定されて前記ロータを内蔵する有底筒状のケースと、前記ロータに固定されて軸線方向に延びる雄ねじと、前記雄ねじに螺合して前記雄ねじの回転に伴って軸線方向に進退可能な雌ねじ部材と、前記ケースに対して移動不能に設けられて前記雌ねじ部材を進退ガイドするガイド部材と、前記ケースの底側の内部に設けられて前記雄ねじを回転支持する軸受け部材と、を有し、
   前記雄ねじの両端部には、それぞれ円柱状の軸部が設けられ、
   前記ガイド部材および前記軸受け部材には、それぞれ前記雄ねじの軸芯位置に有底の凹孔が設けられ、前記凹孔の各々に前記雄ねじの両端部の前記軸部がそれぞれ嵌挿されて前記雄ねじが回転支持されていることを特徴とする弁装置。
2. 前記軸受け部材の外周には、径方向に突出する少なくとも３個の凸部が設けられ、前記凸部が前記ケースの内面に当接可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の弁装置。
3. 前記凹孔の内径は、前記軸部の外径よりも大きく形成され、前記凹孔の底部には、円錐状のテーパ面が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の弁装置。
4. 前記雄ねじの両端のうち少なくとも一方の前記軸部先端には、球面が設けられていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の弁装置。
5. 前記雄ねじの前記軸部両先端間の長さは、一方の前記凹孔の底部から他方の前記凹孔の底部までの長さよりも小さく、少なくとも一方の前記軸部先端と前記凹孔の底部との間に隙間が設けられてい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弁装置。
6. 前記ケースの底部と前記軸受け部材との間には、前記軸受け部材を前記ガイド部材に向かって付勢する付勢部材が設けられてい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弁装置。
7. 前記ガイド部材は、前記雌ねじ部材を軸線回りに回転不能に支持することを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の弁装置。
8. 前記弁体は、軸線方向に長い長円形状の椀状凹部を有して形成され、前記椀状凹部の開口縁部がシール部とされ、このシール部が前記弁座部のシール面に摺接可能とされ、前記弁座部には、前記シール面に開口した複数の前記弁ポートが設けられていることを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載の弁装置。

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