JP2023170378A - 電気的駆動弁 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒の押圧力や誤組付による開弁ばねの主弁座面への噛込みを防ぐ。【解決手段】主弁室１４及びパイロット弁室２２を内部に有すると共に主弁室に冷媒を流入させる流入口１５及び主弁室から冷媒を流出させる流出口１６を有し流出口の主弁室側端部に設けた主弁座１７を備える弁本体１３と、主弁座に対し進退動して流出口を開閉する主弁体１８と、主弁体を開弁方向に付勢する開弁ばね２１と、主弁体を貫通しパイロット弁室と流出口とを選択的に連通させるパイロット通路１９と、主弁室とパイロット弁室とを連通させる均圧路２０と、パイロット通路のパイロット弁室側の端部に形成したパイロット弁座２３と、パイロット弁座に対し進退動してパイロット通路を開閉するパイロット弁体２４と、パイロット弁体を駆動する電気的駆動装置３１を備えた電気的駆動弁１１で、開弁ばねの主弁体に近い側の端部を主弁体に固定した（例えば溝４１を形成し嵌め込む）。【選択図】図１

Description

本発明は、電気的駆動弁に係り、特に、パイロット式駆動弁の主弁に備えられる開弁ばねの弁座部への巻き込みを防ぐ弁構造に関する。

ソレノイドや電動機のような電気的な駆動装置を使用して弁の開閉を行う電気的駆動弁が空気調和機や冷蔵装置、冷凍装置など冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置に用いられている。

またこのような電気的駆動弁として、駆動装置によりパイロット弁を開閉駆動し、このパイロット弁の開閉に応動して主弁を開閉するようにしたパイロット式駆動弁がある。パイロット式駆動弁では、一般にゼロ差圧でも主弁を確実に開弁させるため、主弁体を開弁方向に付勢するコイルばね（開弁ばね）が主弁室内に備えられる。

また、このような開弁ばねを備えたパイロット式駆動弁を開示するものとして下記特許文献がある。

特開２０１９－７５７２号公報

ところで、図５に示すように上記のような従来の駆動弁５１では、主弁室１４に流れ込む冷媒（符号Ｒ１参照）の流体力によって押された開弁ばね２１が主弁座面に巻き込まれ、開弁ばね２１の噛み込み（主弁体１８と主弁座１７との間に開弁ばね２１が挟み込まれること）が生じることがある。

特に、ヒートポンプサイクル装置では、駆動弁には気液二層の冷媒が流れるため、装置起動時などに冷媒の液相によって開弁ばねが押圧されて噛み込みが生じやすく、このような噛み込みは駆動弁の動作不良や弁漏れの原因となることからその解決が望まれる。

また、上記のような噛み込みの発生は、弁製造時の組立作業に起因する場合もある。すなわち、主弁室１４に設置される開弁ばね２１は動作上の必要性から或る程度の遊び（弁本体１３との間の隙間）がある。このため、図６に示すように弁本体１３に開弁ばね２１と主弁体１８を挿入するときに弁本体１３の内部で開弁ばね２１が横方向に位置ずれする可能性があり（図６では開弁ばね２１が右方へずれて設置された状態を示し、符号Ｃ１は弁本体１３の中心軸線を示し、符号Ｃ２は開弁ばねの中心軸線を示している）、横ずれした状態で開弁ばね２１が組み付けられると噛み込みが生じやすくなる。

したがって、本発明の目的は、冷媒の押圧力や誤組付けによる開弁ばねの噛み込みを防ぎ、駆動弁の動作不良や弁漏れが生じることを防止する点にある。

前記課題を解決し目的を達成するため、本発明に係る電気的駆動弁は、主弁室およびパイロット弁室を内部に有するとともに主弁室に冷媒を流入させる流入口および主弁室から冷媒を流出させる流出口を有し流出口の主弁室側の端部に設けられた主弁座を備える弁本体と、流出口の主弁室側の端部に形成した主弁座と、主弁座に対して進退動することにより流出口を開閉する主弁体と、主弁体を開弁方向に付勢する開弁ばねと、主弁体を貫通してパイロット弁室と流出口とを選択的に連通させるパイロット通路と、主弁室とパイロット弁室とを連通させる均圧路と、パイロット通路のパイロット弁室側の端部に形成したパイロット弁座と、パイロット弁座に対して進退動することによりパイロット通路を開閉するパイロット弁体と、パイロット弁体を駆動する電気的駆動装置とを備えた電気的駆動弁であって、開弁ばねの主弁体に近い側の端部を主弁体に固定した。

本発明の電気的駆動弁（本願では単に「駆動弁」と言うことがある）では、開弁ばねの主弁体に近い側の端部を主弁体に固定した。このため、開弁ばねが主弁体と主弁座の間に巻き込まれることがなく、開弁ばねの噛み込みを防いで駆動弁の動作不良や弁漏れを防止することが出来る。

また、開弁ばねと主弁体を弁本体に組み込む製造時に、開弁ばねを予め主弁体に固定して一体化した後にこれらを弁本体に挿入することが可能となるから、開弁ばねが主弁体によって位置決めされ、横ずれした状態で主弁室内に設置されることがなくなる。したがって、誤組付け（開弁ばねの不正確な設置）を防ぐことができ、この点からも開弁ばねの噛み込みの発生を防止することが出来る。

主弁体への開弁ばねの固定は、例えば、主弁体の主弁座に近い側の端部の外周面に周方向に延びる嵌合溝を形成し、この嵌合溝に開弁ばねの端部を嵌合させることにより行えば良い。

また、上記嵌合溝を螺子状（螺旋状）の溝としても良い。このような構造によれば、主弁体の端部に開弁ばねをねじ込む（或いは開弁ばねの端部に主弁体をねじ込む）簡便な操作で開弁ばねを主弁体に固定することが出来るとともに、主弁体への開弁ばねの固定強度を高めることが可能となる。

さらに本発明の典型的な態様では、流入口が主弁室の側面部に開口するように形成され、流出口が主弁室の底面部に開口するように形成され、開弁ばねがコイルばねからなり、上端部が主弁体の下端部を取り囲み且つ下端部が流出口の上端部を取り囲むように設置されている。

本発明に係る電気的駆動弁によれば、冷媒の押圧力や誤組付けによる開弁ばねの噛み込みを防ぎ、駆動弁の動作不良や弁漏れが生じることを防止することが出来る。

本発明の他の目的、特徴および利点は、図面に基いて述べる以下の本発明の実施の形態の説明により明らかにする。なお、各図中、同一の符号は、同一又は相当部分を示す。

図１は、本発明の一実施形態に係る電気的駆動弁（電磁弁）の閉弁状態を示す縦断面図である。 図２は、前記実施形態に係る電磁弁の主弁体下部および開弁ばねを拡大して示す縦断面図（図１のＡ部分の拡大図）である。 図３は、前記実施形態に係る電磁弁の開弁状態を示す縦断面図である。 図４は、前記実施形態に係る電磁弁の変形例を前記図２と同様に拡大して示す縦断面図である。 図５は、従来の電磁弁の開弁状態（開弁ばねの噛み込みが発生した状態）を示す縦断面図である。 図６は、従来の電磁弁において弁本体に開弁ばねと主弁体を組み込む工程（誤組付けがなされた状態）を示す縦断面図である。

図１から図３に示すように、本発明の一実施形態に係る電気的駆動弁１１は、冷媒の流路を開閉する弁部１２と、弁部１２を駆動する電磁アクチュエータ（電気的駆動装置）３１とを備え、冷媒流路の開閉を行う主弁をパイロット弁で制御するパイロット式電磁弁である。また当該電磁弁１１は、冷媒の流入路と流出路を備えたハウジング部材（図示せず）に装着することによりヒートポンプ式冷暖房システムのような冷凍サイクル装置に組み込むことが可能な所謂カートリッジ式の電磁弁で、非通電時は閉弁状態となるノーマルクローズタイプ（常時閉型）の弁である。

なお、本発明はカートリッジ式の弁に限定されるものではない。また本発明は、ノーマルクローズタイプに限られるものではなく、ノーマルオープンタイプ（常時開型）の弁に対しても同様に適用することが可能である。さらに、各図には上下および左右方向を表す互いに直交する二次元座標を適宜表示してこれらの方向に基いて以下の説明を行うが、本発明並びに本実施形態の電磁弁は様々な向きで使用することが可能であり、各方向は説明の便宜上のものであって本発明の各部構成について何ら限定を加えるものではない。

本実施形態に係る電磁弁は、弁部１２（主弁）として、内部に主弁室１４を備えた弁本体１３と、主弁室１４内に上下動可能に配置した主弁体１８と、主弁室１４に冷媒を流入させることが可能なように弁本体１３の側面（周面）に穿設した流入口１５と、主弁室１４から冷媒を流出させることが可能なように弁本体１３の底部１３ｂを上下方向に貫通するとともに垂直上方に起立して主弁室１４内へ突出した上端部を有する流出口１６と、流出口１６の上端に形成した主弁座１７と、主弁座１７に対して進退動（上下動）することにより流出口１６を開閉する主弁体１８と、主弁体１８を開弁方向（上方）へ付勢する開弁ばね２１と、電磁アクチュエータ３１を弁本体１３に連結する連結部材３８とを有する。

弁本体１３は、上面と下面が開放された（開口となった）円筒状の部材で、上面の開口は上記連結部材３８によって閉塞され、下面の開口は前記流出口１６となっている。また、本実施形態の電磁弁１１は前述のようにハウジング部材に装着して使用されるが、弁本体１３をハウジング部材の弁装着穴に嵌挿すると、弁本体１３の底面の流出口がハウジング部材の弁装着穴の底面に開口した流出路に連通し、これにより当該流出路を通じて主弁室１４内の冷媒を流出させることが可能となる。

一方、弁本体１３は、上記流入口１５として利用可能な複数（本実施形態の場合４つ）の開孔２５を周面に備えており、これら４つの開孔２５のうちの１つが上記流入口１５とされる。具体的には、弁本体１３をハウジング部材の弁装着穴に嵌挿すると、４つの開孔２５のうちの１つがハウジング部材の弁装着穴の内周面に開口した流入路に連通し、これにより当該開孔２５（当該開孔２５が流入口１５となる）を通じて当該流入路から主弁室１４内に冷媒を流入させることが可能となる。

なお、他の３つの開孔２５は、ハウジング部材（弁装着穴）の内周面と弁本体１３の外周面との間（各開孔２５より上部の弁本体外周面および各開孔２５より下部の弁本体外周面）に備えたシール部材（Ｏリング／図示せず）によって密閉され、当該他の３つの開孔２５からハウジング部材（弁装着穴）の外部や流出路に冷媒が漏れ出すことはない。

主弁体１８はその上部を、弁本体１３の上端部に形成したシリンダ部１３ａによって上下方向に摺動可能に支持されている。また、主弁室１４の底面と主弁体１８との間には、主弁体１８を開弁方向（上方）に付勢する開弁ばね２１を備える。この開弁ばね２１は、主弁体１８の下端部および流出口１６の上端部を取り囲むように、主弁室１４の底面（弁本体底部１３ｂの上面）と主弁体１８の下端部との間に圧縮状態で設置される圧縮コイルばねである。

さらに、周方向に延びる嵌合溝４１を主弁体１８の下部外周面に形成し、この嵌合溝４１内に開弁ばね２１の上端部を嵌め込んで固定してある。開弁ばね２１の主弁座面への噛み込み、ならびに、開弁ばね２１の誤組付けを防ぐためである。

すなわち、このように開弁ばね２１の上端部を主弁体１８の下端部に固定しておけば、流入口１５から主弁室１４内に流入する冷媒（図３の符号Ｒ１参照）に押されて開弁ばね２１が変形（例えば前記図５に示すように開弁ばね２１の上部が横方向に変位）し、主弁体１８と主弁座１７との間に挟み込まれることを防ぐことが出来る。また製造時に、予め主弁体１８に開弁ばね２１を固定して一体化した後に、これらを弁本体１３（主弁室１４内）に組み込むことが出来るから、開弁ばね２１が正確に位置決めされることとなり（開弁ばね２１が固定されている主弁体１８は、弁本体１３のシリンダ部１３ａに嵌挿されることで横方向にずれることはない）、開弁ばね２１が誤って横ずれした状態で主弁室１４内に設置されることを防ぐことが出来る。

主弁体１８は、その中心部を上下方向に貫通して主弁室１４とパイロット弁室２２（後述する）とを連通させるパイロット通路１９と、同じく主弁体１８を上下方向に貫通して主弁室１４とパイロット弁室２２とを連通させるがパイロット通路１９より径が小さい均圧路２０とを有する。なお、主弁室１４は、主弁体１８と主弁座１７の間の空間および流入口１５に面した空間であり、パイロット弁室２２は、主弁体１８の上側に形成されるシリンダ部１３ａ内の空間である。

パイロット弁室２２内には、パイロット弁としてパイロット弁座２３とパイロット弁体２４を備える。具体的には、パイロット弁室２２に開口する前記パイロット通路１９の上端（主弁体１８の上面中心部）にパイロット弁座２３を形成し、このパイロット弁座２３に対して接離（当接及び離脱）可能にパイロット弁体２４を備える。パイロット弁体２４は、プランジャ３５（後述する）の下端に固定してあり、プランジャ３５と一緒に上下動することによりパイロット通路１９を開閉する。

また、主弁体１８の上面周縁部を上方へ突出させ、主弁体１８が上昇したときに当該周縁部が連結部材３８の下面に当接することにより主弁体１８が停止するようにしてある。なお、この停止状態（主弁体１８が連結部材３８の下面に当接した状態）となる開弁（全開）状態では、プランジャ３５は吸引子３４に吸い付けられた最上位置にあり、プランジャ３５の下端のパイロット弁体２４と、主弁体１８の上面中心部のパイロット弁座２３との間には一定の隙間が形成され、パイロット通路１９は開放されている。

パイロット弁を駆動する電磁アクチュエータ３１は、ボビン３２に巻線を施したコイル３３と、コイル３３の内側に配置した吸引子３４と、コイル３３により発生される磁力によって吸引子３４に引き付けられるプランジャ３５とを有する。ボビン３２は、中心部に筒状部を備え、この筒状部内に、吸引子３４とプランジャ３５をスリーブ３７に収容された状態で配置してある。スリーブ３７は、無底無蓋の（上面及び下面が開放された）筒状部材で、スリーブ３７の上面を塞ぐように吸引子３４を備え、スリーブ３７の下部に収容されたプランジャ３５と吸引子３４との間にはプランジャ３５を下方へ付勢する閉弁ばね（圧縮コイルばね）３６を備えてパイロット弁体２４を閉弁方向へ付勢している。

上記電磁アクチュエータ３１は、スリーブ３７および前記連結部材３８を介して弁本体１３に固定される。より詳しくは、弁本体１３の上面開口（シリンダ部１３ａの上面）を閉塞しパイロット弁室２２の天井面を形成する連結部材３８は中心孔を有し、この中心孔にスリーブ３７の下端部を嵌入し固定してある。

本実施形態に係る電磁弁１１の動作を説明すれば次のとおりである。

図１に示す閉弁状態では、パイロット弁体２４がパイロット弁座２３に着座してパイロット通路１９が閉鎖されているため、均圧路２０を介して主弁室１４と連通しているパイロット弁室２２の内部圧力が主弁室１４内の圧力と等しくなる一方、主弁室１４よりも流出口１６内の圧力が低くなっており、この圧力差（正確には、パイロット弁室２２と流出口１６内の空間との差圧）によって主弁体１８が主弁座１７に着座し、閉弁状態が維持されている。

ここで、電磁アクチュエータ３１内のコイル３３に通電するとプランジャ３５が吸引子３４に吸引されることにより閉弁ばね３６の付勢力に抗して上昇し、パイロット弁体２４がパイロット弁座２３から離れてパイロット通路１９が開放される。これにより、均圧路２０を通じてパイロット弁室２２に導入される冷媒がパイロット通路１９を通じて流出口１６へ放出され、パイロット弁室２２内の圧力が低下する。また、均圧路２０よりもパイロット通路１９の断面積が大きく、パイロット通路１９を通じてパイロット弁室２２から流出口１６に放出される冷媒量の方が均圧路２０を通じて主弁室１４からパイロット弁室２２内に流入する冷媒量より多いことから、パイロット弁室２２内の圧力は主弁室１４内の圧力より低く、主弁体１８を上方へ引き上げる差圧が主弁体１８の上下面に生じる。加えて、開弁ばね２１は主弁体１８を上方へ引き上げる付勢力を有する。すると、主弁体１８が押し上げられて流出口１６が開放された開弁状態となり（図３参照）、流入口１５から主弁室１４内に流れ込んだ冷媒（符号Ｒ１参照）は、流出口１６を通って排出されることとなる（符号Ｒ２参照）。なお、押し上げられた主弁体１８は、連結部材３８の下面に突き当たって停止されるため、主弁体１８の上面中心部のパイロット弁座２３がパイロット弁体２４の下面に当接してパイロット弁が閉じられることはなく、パイロット通路１９は開放されたままで、開弁状態が維持される。

また、上記開弁時に、流入口１５から主弁室１４内に流入する冷媒（符号Ｒ１参照）によって開弁ばね２１が押圧されることがあっても、本実施形態の電磁弁１１では開弁ばね２１の上端部を主弁体１８に固定してあるから、開弁ばね２１の上部が横方向（特に図３では右方）へ変位することがなく、主弁体１８と主弁座１７との間に開弁ばね２１が挟み込まれるような事態が生じることを防ぐことが出来る。特に、本発明ないし本実施形態では、主弁座に近く噛み込まれやすい、開弁ばね２１の上端部を主弁体の下端部（主弁座に近い端部）に固定しているから、開弁ばねの噛み込みを効果的に防ぐことが出来る。

一方、この開弁状態からコイル３３への通電を停止すると、吸引子３４の吸引力が消失してプランジャ３５が吸引子３４から解放されるから、プランジャ３５は閉弁ばね３６によって下方に押し戻され、パイロット弁体２４がパイロット弁座２３に着座してパイロット通路１９が閉鎖される。すると、均圧路２０を通じてパイロット弁室２２内に流入する冷媒がパイロット弁室２２内に蓄積されてパイロット弁室２２内の圧力が高まり、この圧力（正確には、パイロット弁室２２と流入口１５に面した主弁室１４との差圧）によって開弁ばね２１の付勢力に抗して主弁体１８が押し下げられ、主弁座１７に着座して流出口１６が閉鎖された閉弁状態（図３参照）となる。

図４は本実施形態の変形例を示すもので、同図に示すように本実施形態では、開弁ばね２１を固定するため主弁体１８の下端部に形成する前記嵌合溝を螺子状（螺旋状）の溝４２としても良い。このような構造によれば、開弁ばね２１に主弁体１８の下端部をねじ込むだけの簡便な操作で開弁ばね２１を主弁体１８に固定することが出来る。また、主弁体１８への開弁ばね２１の固定強度を高めることも可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で種々の変更を行うことができることは当業者に明らかである。

例えば、本発明は電磁弁に限定されるものではなく、例えばモータを用いて弁体を移動させるアクチュエータを備えた電動弁等の電気的駆動弁にも本発明を適用することが出来る。

Ｃ１ 弁本体の中心軸線
Ｃ２ 開弁ばねの中心軸線
１１，５１ 電気的駆動弁（パイロット型電磁弁）
１２ 弁部
１３ 弁本体
１３ａ シリンダ部
１３ｂ 弁本体底部
１４ 主弁室
１５ 流入口
１６ 流出口
１７ 主弁座
１８ 主弁体
１９ パイロット通路
２０ 均圧路
２１ 開弁ばね
２２ パイロット弁室
２３ パイロット弁座
２４ パイロット弁体
２５ 開孔
３１ 電磁アクチュエータ
３２ ボビン
３３ コイル
３４ 吸引子
３５ プランジャ
３６ 閉弁ばね
３７ スリーブ
３８ 連結部材
４１ 嵌合溝
４２ 螺子状の溝

Claims (4)

1. 主弁室およびパイロット弁室を内部に有するとともに、前記主弁室に冷媒を流入させる流入口および前記主弁室から前記冷媒を流出させる流出口を有し、前記流出口の主弁室側の端部に設けられた主弁座を備える、弁本体と、
   前記主弁座に対して進退動することにより前記流出口を開閉する主弁体と、
   前記主弁体を開弁方向に付勢する開弁ばねと、
   前記主弁体を貫通して前記パイロット弁室と前記流出口とを選択的に連通させるパイロット通路と、
   前記主弁室と前記パイロット弁室とを連通させる均圧路と、
   前記パイロット通路のパイロット弁室側の端部に形成したパイロット弁座と、
   前記パイロット弁座に対して進退動することにより前記パイロット通路を開閉するパイロット弁体と、
   前記パイロット弁体を駆動する電気的駆動装置と
   を備えた電気的駆動弁であって、
   前記開弁ばねの主弁体に近い側の端部を前記主弁体に固定した
   ことを特徴とする電気的駆動弁。
2. 前記主弁体の主弁座に近い側の端部の外周面に周方向に延びる嵌合溝を形成し、
   当該嵌合溝に前記開弁ばねの端部を嵌合させた
   請求項１に記載の電気的駆動弁。
3. 前記嵌合溝は、螺子状の溝である
   請求項２に記載の電気的駆動弁。
4. 前記流入口は、前記主弁室の側面部に開口するように形成され、
   前記流出口は、前記主弁室の底面部に開口するように形成され、
   前記開弁ばねは、
   コイルばねからなり、
   上端部が前記主弁体の下端部を取り囲み且つ下端部が前記流出口の上端部を取り囲むように設置されている
   請求項１から３のいずれか一項に記載の電気的駆動弁。

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