JP2024007886A - 電動弁 - Google Patents
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Abstract
【課題】組立性を確保しつつ騒音を抑制することができる電動弁を提供する。【解決手段】電動弁1において、主弁体4の筒部41の外側から連通路411を覆う位置に、第1の消音部材7が設けられていることで、組立性を確保することができる。また、第1の消音部材7の外側に、主弁室2Rから第1の消音部材7に流れ込む流体の流量を制限する流量制限部10が設けられていることで、流体の流速上昇を抑制することができ、気泡の破裂を抑制し、騒音を抑制することができる。【選択図】図2
Description
本発明は、電動弁に関する。
一般に、主弁体及び副弁体を備え、小流量制御及び大流量制御の二段階の制御が可能な電動弁が知られている。このような電動弁として、小流量通路を流れる流体中の気泡を細分化する消音部材を設けた流量調整弁が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載された流量調整弁では、消音部材を設けることにより、流体通過時の騒音の低減を図っている。
しかしながら、特許文献1に記載の流量調整弁では、消音部材が弁体の連動部材の凹部に嵌め込まれ、連動部材の内側に配置されるようになっており、組立性が低いという不都合があった。一方、消音部材を弁体の外側に配置すると、消音効果が充分に得られない可能性があった。このように、組立性と消音効果とを両立させることは困難であった。
本発明の目的は、組立性を確保しつつ騒音を抑制することができる電動弁を提供することである。
本発明の電動弁は、主弁室および主弁ポートを構成する弁本体と、前記主弁ポートの主弁座との間の開口面積を調節する主弁体と、前記主弁体内に形成された副弁室において軸線方向に移動可能に設けられるとともに、前記主弁体に設けられた副弁ポートの副弁座との間の開口面積を調節する副弁体と、を備えた電動弁であって、前記主弁体は、前記主弁室と前記副弁室とを連通する連通路が形成された筒部を有し、前記筒部の外側から前記連通路を覆う位置に、消音部材が設けられており、前記消音部材の外側に、前記主弁室から前記消音部材に流れ込む流体の流量を制限する流量制限部が設けられていることを特徴とする。
以上のような本発明によれば、消音部材が主弁体の筒部の外側に設けられていることで、組立性を確保することができる。流体が消音部材を通過する際、流量が絞られることにより、消音部材の出口側(下流側)圧力が入口側(上流側)圧力よりも低くなり、この圧力差によって流速が上昇しようとする。消音部材に流れ込む流体の流量が大きいほど、上記のような流速上昇は大きくなる。従って、消音部材の外側(即ち上流側)に流量制限部が設けられていることで、流体の流速上昇を抑制することができ、気泡の破裂を抑制し、騒音を抑制することができる。
この際、本発明の電動弁では、前記主弁体を前記軸線方向に案内するガイド部材を備え、前記流量制限部は、前記ガイド部材に形成されていることが好ましい。このような構成によれば、部品点数の増加を抑制しつつ流量制限部を設けることができる。
また、本発明の電動弁では、前記主弁体を前記軸線方向の弁閉側に付勢する付勢部材を備え、前記主弁体は、前記筒部よりも大径且つ前記弁閉側に形成された大径部と、前記筒部と大径部との間に形成された段差部と、を有し、前記消音部材が前記段差部に配置されるとともに、当該消音部材を介して前記付勢部材の付勢力が前記主弁体に作用することが好ましい。このような構成によれば、付勢部材が、主弁体を付勢する機能と、消音部材を筒部の外側に保持するための機能と、の両方を有する。即ち、消音部材を筒部の外側に保持するための追加部品が必要なく、部品点数を削減することができる。
本発明の電動弁によれば、組立性を確保しつつ騒音を抑制することができる。
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態の電動弁1は、例えばパッケージエアコンやルームエアコン等の空気調和機の冷凍サイクルシステムに用いられるものであって、図1に示すように、弁本体2と、ガイド部材3と、主弁体4と、副弁体5と、駆動部6と、第1の消音部材7と、第2の消音部材8と、付勢ばね9と、を備える。主弁体4及び副弁体5は所定の軸線方向に沿って移動するように設けられており、以下では、この軸線方向をZ方向とし、Z方向に直交する2方向をX方向及びY方向とし、Z方向における上下は図1を基準とする。また、Z方向の下側が弁閉側となり、上側が弁開側となる。
弁本体2は、例えば黄銅やステンレス等により略円筒形状に形成された弁ハウジングであって、その内側に主弁室2Rを有している。弁本体2は、その側面においてX方向の一方側に開口した第1ポート21と、Z方向下側に開口した第2ポート22と、を有する。第1ポート21には、X方向に沿って延びる第1継手管11が接続され、第2ポート22には、Z方向に沿って延びる第2継手管12が接続され、第1継手管11及び第2継手管12は主弁室2Rに連通する。第1継手管11及び第2継手管12は、例えばろう付け等によって弁本体2に対して固着されればよい。
弁本体2の下端部には、Z方向を軸線方向として主弁室2R側に(上側に向かって)突出した円筒状の主弁座23が形成され、この主弁座23の内側が主弁ポート23aとなっており、主弁ポート23aと第2ポート22とが連通する。即ち、第2継手管12が主弁ポート23aを介して主弁室2Rに導通される。本実施形態では、電動弁1は、第1ポート21を一次側とするとともに第2ポート22を二次側とし、第1継手管11から主弁室2Rに流入した流体(冷媒)が第2継手管12から流出するように使用されるものとするが、電動弁1は、双方向に流体が流れ得るサイクルに組み込まれてもよい。
ガイド部材3は、弁本体2の上端の開口部に取り付けられるものであって、弁本体2の内周面内に圧入される圧入部31と、圧入部31の内側に位置する略円柱状のガイド部32と、ガイド部32の上部に延設されたホルダ部33と、ホルダ部33の上方に設けられたストッパ部34と、ガイド部32の外周に位置するリング状のフランジ部35と、を有している。圧入部31、ガイド部32、ホルダ部33及びストッパ部34は樹脂製の一体品として構成されている。また、フランジ部35は、例えば、黄銅やステンレス等により構成された金属板であり、このフランジ部35は、インサート成形により樹脂製の圧入部31及びホルダ部33と共に一体に設けられている。
ガイド部材3は、弁本体2に組み付けられ、フランジ部35において弁本体2の上端部に溶接等により固定されている。また、ガイド部材3には、Z方向を軸線方向とし主弁ポート23aと同軸に設けられた円筒形状のガイド孔32a,32bがガイド部32に形成され、ガイド孔32a,32bと同軸の挿通孔33aがホルダ部33の中心に形成されている。また、ストッパ部34の中心には、ガイド孔32a,32b及び挿通孔33aと同軸の雌ねじ部(ねじ孔)34aが形成されている。
図2にも示すように、ガイド部32は、フランジ部35よりも弁開側に形成された第1のガイド孔32aと、フランジ部35よりも弁閉側に形成された第2のガイド孔32bと、を有する。第1のガイド孔32aは、凹状に形成されたものであり、後述する筒部41をガイドする。第2のガイド孔32bは、ガイド部材3の樹脂部分と一体に形成されるとともにフランジ部35から弁閉側に向かって延びる突出筒部321の内側に形成される。突出筒部321の内径(即ち第2のガイド孔32bの内径)は、第1のガイド孔32aの内径よりも大きく、第2のガイド孔32bは、後述する大径部42をガイドする。ガイド部32は、第1のガイド孔32aに対して弁閉側に連続する位置に、弁閉側を向いた面であるばね受け部32Aを有する。付勢ばね9の上端部はばね受け部32Aに当接する。これにより、付勢ばね9の上端部はばね受け部32Aに支持される。
主弁体4は、主弁ポート23aの主弁座23との間の開口面積を調節するものである。主弁体4は、ガイド部32のガイド孔32a,32b内に配置されることでZ方向に沿ってガイドされるものであって、全体がZ方向を軸線方向とする円筒状に形成されている。主弁体4は、第1のガイド孔32aによってガイドされる筒部41と、第2のガイド孔32bによってガイドされる筒状の大径部42と、筒部41と大径部42との間に配置される円板部43と、大径部42の下端部に設けられた主弁部44と、を一体に有する。
筒部41は、その内側に副弁室4Rを形成するものであって、貫通孔である連通路411が形成されており、連通路411が主弁室2Rと副弁室4Rとを連通している。本実施形態では、周方向に等間隔で並んだ8個の連通路411が形成されており、各々の連通路411は、XY平面に沿った方向に延びる。筒部41の外径は、第1のガイド孔32aの内径と等しいか又は若干小さい。筒部41の弁開側の端部には、リング状のリテーナ45が嵌合または溶接等により固着されている。筒部41は、その内側に、後述する弁軸51に固着されたガイド用ボス部53が挿通されることにより、ニードルガイドとしても機能する。
大径部42は、筒部41の弁閉側に連続するとともに、筒部41よりも大径に形成されている。筒部41と大径部42との間には、段差部46が形成されている。大径部42の外径は、第2のガイド孔32bの内径と同等であるか又は若干小さい。
円板部43は、筒部41にとっての底部であるとともに、大径部42にとっての底部でもある。また、円板部43の中央部には、貫通孔状の副弁ポート431が形成されている。
主弁部44は、大径部42の筒の下端部が拡径されることで形成され、全閉状態において主弁座23に対して着座(当接)するように設けられている。
副弁体5は、ニードル弁であって、後述するロータ軸61の下端部に設けられており、ロータ軸61側に連なる弁軸51と、弁軸51の下端に連なるニードル部52と、を一体に有している。副弁体5は、弁軸51に固着されたガイド用ボス部53をさらに有している。ガイド用ボス部53は弁軸51と別体として固着されているが、ガイド用ボス部53は弁軸51と一体に形成されたものであってもよい。ガイド用ボス部53は、筒部41によって形成されるニードルガイド孔内に摺動可能に挿通されている。
駆動部6は、弁本体2の上端に固定されたケース24の内外に設けられたものであって、ステッピングモータ6Aと、ステッピングモータ6Aの回転により副弁体5を進退させるねじ送り機構6Bと、ステッピングモータ6Aの回転を規制するストッパ機構6Cと、を有する。ケース24は、弁本体2に対して例えば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6Aは、ロータ軸61と、ケース24の内部に回転可能に配設されたマグネットロータ62と、ケース24の外周においてマグネットロータ62に対して対向配置されたステータコイル63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61はブッシュを介してマグネットロータ62の中心に取り付けられ、このロータ軸61におけるガイド部材3側の外周には雄ねじ部61aが形成されている。この雄ねじ部61aはガイド部材3の雌ねじ部34aに螺合されており、これにより、ガイド部材3はロータ軸61をZ方向に沿った軸線上に支持している。そして、ガイド部材3の雌ねじ部34aとロータ軸61の雄ねじ部61aとが、ねじ送り機構6Bを構成している。
第1の消音部材7は、Z方向に沿って延びる円筒状に形成され、筒部41の外側から連通路411を覆う位置に配置される。第1の消音部材7の内周面は、筒部41の外周面のうち連通路411を除く部分に接触する。第1の消音部材7の弁閉側端部は、主弁体4の段差部46のうち弁開側を向いた面に当接する。第1の消音部材7の弁開側端部には、付勢ばね9の下端部が当接する。これにより、付勢ばね9の下端部(弁閉側端部)により、第1の消音部材7が段差部46のうち弁開側を向いた面に付勢されている。このように、付勢ばね9は、ガイド部材3と、第1の消音部材7及び主弁体4と、の間に配置され、付勢ばね9の付勢力は、第1の消音部材7を介して主弁体4に作用するようになっている。また、付勢ばね9の付勢力によって、第1の消音部材7が主弁体4に組み付けられ且つ保持されるようになっている。尚、第1の消音部材7の保持構造は、上記のように付勢ばね9と段差部46とに直接的に接触しつつ挟み込まれるものであってもよいし、これらの間に他の部材が設けられていてもよい。
第1の消音部材7は、例えば線状部材がランダムに屈曲されることで三次元的なメッシュ状に形成されたフィルタであり、より具体的にはデミスターが例示される。このようにメッシュ状に形成された第1の消音部材7は、流路を細分化するように機能し、流体(冷媒)は、細分化されつつ第1の消音部材7を通過する。即ち、気液混合状態の流体が第1の消音部材7を通過すると、気泡が細分化される。このとき、第1の消音部材7は、線状部材がランダムに屈曲されていることから、流体が通過可能な通過部として様々な大きさの通過可能面積のものを有する。また、流体が第1の消音部材7内を所定の通過方向に沿って通過する際、通過方向位置によって通過可能面積が変化する。これにより、様々な大きさの気泡が細分化されるようになっている。
第2の消音部材8は、筒状の大径部42の内側に配置される。これにより、第2の消音部材8は、副弁ポート431から主弁ポート23aまでの流路に配置され、第1ポート21を一次側とした場合に第1の消音部材7よりも下流側に配置される。第2の消音部材8は、第1の消音部材7と同様に、例えば線状部材がランダムに屈曲されることで三次元的なメッシュ状に形成されたフィルタであればよく、より具体的にはデミスターが例示される。第1の消音部材7の方が、第2の消音部材8よりも高い密度を有していることが好ましいが、これに限定されず、両者の密度が同等であってもよいし、第2の消音部材8の方が第1の消音部材7よりも高い密度を有していてもよい。ここで、密度とは、体積当たりの質量であり、密度が高いほど気泡を細分化する性能が高くなる。
第2の消音部材8は、大径部42の内側に嵌合する(隙間なく埋められる)ように配置されていることで、Z方向において副弁ポート431に対向している。これにより、副弁ポート431を通過した流体が主弁ポート23aに流れ込む際には、必ず第2の消音部材8を通過するようになっている。第2の消音部材8は、例えばリング状の部材を介し、大径部42の下端部によって加締められて固定されればよい。
ここで、電動弁1における主弁体4及び副弁体5の開閉動作の詳細について説明する。ステッピングモータ6Aの駆動によってマグネットロータ62及びロータ軸61が回転すると、ロータ軸61の雄ねじ部61aとガイド部材3の雌ねじ部34aとのねじ送り機構6Bにより、ロータ軸61がZ方向に沿って移動する。これにより、副弁体5がZ方向に進退移動して副弁ポート431に対して接近又は離隔し、副弁ポート431の弁開度が制御される(小流量制御)。また、副弁体5のガイド用ボス部53がリテーナ45に係合し、主弁体4は副弁体5と共に移動して、主弁座23に対して接近又は離隔する(大流量制御)。これにより、第1継手管11から第2継手管12に向かって流れる冷媒の流量が制御される。なお、本実施形態では、副弁体5がZ方向に進退移動して副弁ポート431を有する副弁座部に最も接近した状態においても、副弁体5が副弁座部には当接(着座)せず、副弁体5と副弁座部との間に間隙が形成されて副弁ポート431を流体が通過可能となっているが、副弁体5が副弁座部に着座する構成であってもよい。
ガイド部材3のストッパ部34の外周面には、雄ねじ状のガイド溝34bが形成され、このガイド溝34bには、スライダ64が設けられている。スライダ64は、マグネットロータ62に当接し、マグネットロータ62の回転に伴ってガイド溝34bに沿って回転かつ上下動する。そして、スライダ64は、ガイド溝34bの上端または下端に当接することで、マグネットロータ62の回転を規制するストッパ機構6Cを構成している。このストッパ機構6Cにより、ロータ軸61およびマグネットロータ62の最下端位置および最上端位置が規制される。
次に、ガイド部材3、主弁体4及び第1の消音部材7の形状及び位置関係の詳細について説明する。以下の説明は、特に注釈がない限り、小流量制御時における各部の位置関係に関するものである。ガイド部材3の突出筒部321は、大径部42に重なる位置にまで延びており、その下端部には、図3にも示すように切り欠き部322が形成されている。切り欠き部322は、径方向において突出筒部321を貫通するとともに、弁閉側に開放されており、切り欠き部322の弁開側の端部は、径方向から見て半円状となっている。本実施形態では、4個の切り欠き部322が周方向に等間隔に並んでいる。
切り欠き部322と、大径部42の外周面(特に弁開側の端縁)と、によって、流体が通過可能な開口が形成される。流体がこの開口を通過することで、主弁室2Rから第1の消音部材7に流れ込む流体の流量が制限され、この開口が流量制限部10となる。流量制限部10は、第1の消音部材7の外側に設けられている。4個の流量制限部10の合計の通過可能面積(流体の通過方向との直交面における断面積)は、8個の連通路411の合計の通過可能面積よりも大きいことが好ましい(すなわち、8個の連通路411の合計の通過可能面積は4個の流量制限部10の合計の通過可能面積よりも小さいことが好ましい)。具体的には、流量制限部10の合計の通過可能面積は、連通路411の合計の通過可能面積の例えば1.5~2.5倍であることが好ましい。このような開口面積の関係とすれば、(4個の)流量制限部10により、流速を減速させたあと、(8個の)連通路411によってさらに流速をより効果的に減速させることができる。すなわち、流量制限部10と連通路411とで、流体の流速を徐々に減速させることができる。したがって、流体が主弁室2Rから副弁室4Rに流れ込む際に、流速に急激な変化が生じることをより一層抑制することができる。
尚、連通路411及び流量制限部10の数は上記(それぞれ8個及び4個)に限定されず、適宜に設定されればよい。連通路411及び流量制限部10の数が上記と異なる場合であっても、流量制限部10の合計の通過可能面積が連通路411の合計の通過可能面積よりも大きい場合には、上記同様の効果が得られる。また、流量制限部10の合計の通過可能面積は、連通路411の合計の通過可能面積以下であってもよい。
流体が第1の消音部材7を通過する際、流量が絞られることにより、第1の消音部材7の出口側圧力が入口側圧力よりも低くなり、この圧力差によって流速が上昇しようとする。このとき、流量制限部10を通過して流量が制限された流体が第1の消音部材7に流れ込むことにより、上記のような流速の上昇が抑制され、第1の消音部材7内において気泡の破裂が抑制される。
流体が第1の消音部材7を通過することで、気泡が細分化され、この流体はさらに連通路411を通過する。そして、この流体は副弁ポート431を通過して流れが絞られた後、第2の消音部材8を通過して主弁ポート23aに向かう。このとき、第2の消音部材8の方が第1の消音部材7より密度が低い場合には、流体が第2の消音部材8において滞留しにくくなる。
以上の本実施形態によれば、第1の消音部材7が主弁体4の筒部41の外側に設けられていることで、組立性を確保することができる。また、第1の消音部材7の外側に流量制限部10が設けられていることで、流体の流速上昇を抑制することができ、気泡の破裂を抑制し、騒音を抑制することができる。
また、流量制限部10が、ガイド部材3の切り欠き部322によって形成されることで、専用部品を追加して流量制限部を設ける構成と比較して、部品点数の増加を抑制することができる。
また、第1の消音部材7が段差部46に配置されるとともに、第1の消音部材7を介して付勢ばね9の付勢力が主弁体4に作用することで、付勢ばね9は、主弁体4を付勢する機能と、第1の消音部材7を筒部41の外側に保持するための機能と、の両方を有する。即ち、第1の消音部材7を筒部41の外側に保持するための追加部品が必要なく、部品点数を削減することができる。
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等も本発明に含まれる。例えば、前記実施形態では、ガイド部材3の切り欠き部322によって流量制限部10が形成されるものとしたが、流量制限部を形成するための構成はこれに限定されず、以下に例示する変形例1~3のような形態であってもよい。
図4に示す変形例1では、突出筒部321に形成される切り欠き部323が、径方向から見て矩形状となっており、前記実施形態と同様に弁閉側が開口されている。このような切り欠き部323によって、流量制限部が形成される。
図5に示す変形例2では、突出筒部321に貫通孔324が形成されている。即ち、貫通孔324は弁閉側に開放されていない。貫通孔324は円状に形成されており、小流量制御時において大径部42に重ならないように配置されていればよい。
図6に示す変形例3では、突出筒部321に貫通孔325が形成されている。即ち、貫通孔325は弁閉側に開放されていない。貫通孔325は矩形状(特に正方形状)に形成されており、小流量制御時において大径部42に重ならないように配置されていればよい。
また、ガイド部材に流量制限部が形成されていなくてもよく、即ちガイド部材とは別体の部品によって流量制限部を形成してもよい。このような構成によれば、従来形状の電動弁に流量制限部を設けることでき、設計を流用しやすくすることができる。また、流量制限部の配置の自由度を向上させることができる。
また、前記実施形態では、第1の消音部材7が段差部46に配置されるとともに、第1の消音部材7を介して付勢ばね9の付勢力が主弁体4に作用するものとしたが、消音部材を保持するための形態はこれに限定されない。例えば図7に示すように、主弁体4Bにおいて連通路411の外側に凹部47を形成しておき、この凹部47に第1の消音部材7を嵌合させることで、第1の消音部材7を保持してもよい。このとき、主弁体4Bを弁閉側に向けて付勢するための付勢部材を、主弁体4Bに対して直接的又は間接的に当接させてもよいし、付勢部材を設けなくてもよい。
尚、図7に示す形態では、連通路411が副弁ポートを兼ねているが、前記実施形態と同様に連通路と副弁ポートとが別に形成されていてもよい。また、流量制限部10を形成するための構成は、切り欠き部322に限定されない。
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…電動弁、2…弁本体、23…主弁座、23a…主弁ポート、2R…主弁室、3…ガイド部材、4…主弁体、41…筒部、411…連通路、42…大径部、46…段差部、42a…副弁ポート、4R…副弁室、5…副弁体、7…第1の消音部材、9…付勢ばね(付勢部材)、10…流量制限部
Claims (3)
- 主弁室および主弁ポートを構成する弁本体と、前記主弁ポートの主弁座との間の開口面積を調節する主弁体と、前記主弁体内に形成された副弁室において軸線方向に移動可能に設けられるとともに、前記主弁体に設けられた副弁ポートの副弁座との間の開口面積を調節する副弁体と、を備えた電動弁であって、
前記主弁体は、前記主弁室と前記副弁室とを連通する連通路が形成された筒部を有し、
前記筒部の外側から前記連通路を覆う位置に、消音部材が設けられており、
前記消音部材の外側に、前記主弁室から前記消音部材に流れ込む流体の流量を制限する流量制限部が設けられていることを特徴とする電動弁。 - 前記主弁体を前記軸線方向に案内するガイド部材を備え、
前記流量制限部は、前記ガイド部材に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電動弁。 - 前記主弁体を前記軸線方向の弁閉側に付勢する付勢部材を備え、
前記主弁体は、前記筒部よりも大径且つ前記弁閉側に形成された大径部と、前記筒部と大径部との間に形成された段差部と、を有し、
前記消音部材が前記段差部に配置されるとともに、当該消音部材を介して前記付勢部材の付勢力が前記主弁体に作用することを特徴とする請求項1又は2に記載の電動弁。
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JP2022109268A JP2024007886A (ja) | 2022-07-06 | 2022-07-06 | 電動弁 |
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Family Applications (1)
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- 2022-07-06 JP JP2022109268A patent/JP2024007886A/ja active Pending
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2023
- 2023-06-26 CN CN202310759225.4A patent/CN117366325A/zh active Pending
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Publication number | Publication date |
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CN117366325A (zh) | 2024-01-09 |
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