JP4065648B2

JP4065648B2 - 電動弁

Info

Publication number: JP4065648B2
Application number: JP2000145052A
Authority: JP
Inventors: 和之浅野; 聡藤本
Original assignee: Pacific Industrial Co Ltd
Current assignee: Pacific Industrial Co Ltd
Priority date: 2000-05-17
Filing date: 2000-05-17
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2020-05-17
Also published as: JP2001324043A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ルームエアコンや冷凍機などの冷凍サイクル中に用いられる電子制御膨張弁、又は一般の産業分野でマイコンと組合せて使用される比例制御弁として利用される電動弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気的駆動機構と弁を組み合わせてマイコンにより制御する電動弁は、その一例として図７に示すような構成のものが実用化されている。その構成を以下に説明する。
従来の電動弁は、上方より嵌着部６０ａとおねじ６０ｂとシャフト部６０ｃと下端のおねじ６０ｄに形成した弁軸６０を電気的駆動機構６３により回転させ、この回転をめねじを切った推進軸受５９により直進回転運動に変換するバルブであって、
上部を電気的駆動機構６３に接続した本体Ｉ５１と、出入口パイプ５３、５４を有する本体II５２は、樹脂製シール材５５ａを装着したシールガイド５５を介して適宜な手段で結合されている。
また、前記本体Ｉ５１の中心部には、室Ｉ６４を形成すると共に、出入口パイプ５３につながる本体II５２の下方に室II６５を形成し、前記室Ｉ６４内には上下に摺動可能で径をφd₂とする均圧部５６ａを設けた弁体５６を装着し、該弁体５６の穴５６ｂには軸受５７の外周リング５７ａをカラー５８により固着すると共に内周リング５７ｂの内面には前記弁軸６０下端のシャフト部６０ｃを内挿し、前記弁軸６０のおねじ６０ｂと軸受５７の上面との間にはスプリング６１を配置すると共にシャフト下端のおねじ６０ｂを調整ねじ６２にて固着し、前記本体II５２下端部の弁口径φd₁を前記弁体均圧部５６ａの径φd₂と同一径に形成すると共に弁体の穴５６ｂと室Ｉ６４とを連通させ、閉弁時にはスプリング６１を介して弁体５６を押し下げ、開弁時には調整ねじ６２にて弁体５６に固着された軸受５７を持上げるようにして、弁体５６の下端テーパ部５６ｃと前記本体II５２下端部の弁口との隙間を変化させ流量制御し、いずれの冷媒の出入口５３，５４から冷媒が流入しても弁体５６には上下方向の力が作用しないようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように構成された従来品においては、電動弁の弁口が１つであるために大きな流量を得るためには大型化する必要があり、また、チャタリング対策として装着されている樹脂製シール材５５ａには、四フッ化エチレン樹脂を使用しているため高価なものとなる問題点があった。
【０００４】
さらに、冷凍サイクル中に取り付けられた電動弁が故障、あるいはマイコンの故障等により電動弁が作動しなくなった場合には、電動弁の取替えまたは、マイコンの修理が完了するまでその冷凍サイクルが制御されないという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、電気的駆動機構と弁を組み合わせてマイコンにより制御する電動弁において、弁軸に対して弁体を間接的に接続すると共に、前記本体内の隔壁に形成される第一弁口と第二弁口を略同径でかつ略同軸にすると共に、閉弁時に前記のそれぞれの弁口の流出側を均圧にするための室を形成し、流体の圧力によって弁体に作用する上下方向の力を相殺させることにより、２つの弁口によって大きな流量を得ることができ、また、電動弁が故障、あるいはマイコンの故障等により電動弁が作動しなくなった場合に手動にて弁口を開閉させる手動開閉装置によって暫定的な冷凍サイクルの運転を可能とし、さらに、弁体内を摺動させるロッドのチャタリングを防ぐために摺動抵抗の小さいテフロンパッキンを使用することにより、小型で廉価であると共に故障したとしても手動開閉装置によって冷媒制御可能なバルブを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明に係る電動弁は、非磁性体からなる円筒状ケース２の外周部に固定したモータの固定子２６への通電により、ケース２内に収納したおねじ１３ｂを有する弁軸１３と一体的に形成したモータの回転子１４を回転させ、この回転をめねじを切った推進軸受１１により弁軸１３の直進運動に変換する電動弁であって、本体１の中心部にコの字状の隔壁１ａを設けて該隔壁内に室 I ３３を形成させると共に隔壁の上方部分と下方部分にそれぞれ室 II ａ３４と室 II ｂ３５を設け、前記隔壁の下方部分には第一弁口３６を、また上方部分には第二弁口３７を設けるに際して第一弁口３６の径よりも第二弁口３７の径を少し大径に形成し、これらの弁口３６、３７部分には、前記の第一弁口径よりも大径に形成された第一弁部５ｂと第二弁部５ｃとを備えた弁体５を、前記室 II ａ３４、室Ｉ３３、 II ｂ３５を連通して上下に摺動可能に装着し、該弁体５の穴５ａには軸受８の外周リング８ａをカラー９により圧入固着すると共に内周リング８ｂの内面には前記弁軸１３下部のシャフト１３ｄを内装し、前記弁軸１３のおねじ１３ｂと軸受８の上面との間にスプリング１７を配置すると共にシャフト下端のおねじ１３ｅを調整ねじ１８にて固着し、閉弁時にはスプリング１７を介して弁体５を回転させることなく押し下げ、開弁時には調整ねじ１８にて弁体５に固着された軸受８を持ち上げるようにし、いずれの冷媒の出入口３、４から冷媒が流入しても弁体５には上下方向の力が作用しないようにし、よって作動には大きな動力を必要とすることなく、かつ、第一弁口３６と第二弁口３７の２つの弁口により大きな流量を得られるようにし、前記本体１の下方部分にメタルシールにて気密的に固着したロッドガイド２１と、該ロッドガイド２１の内面に羅合させると共にＯリング２４にて気密保持されるロッド２２と、前記ロッド２２の下端部に圧入固定された六角棒２３とにより手動開閉装置３２を構成させ、本体１下部に気密的に固着されたボディプラグ２５を外した後、前記の六角棒２３を手動にて回動させることにより前記ロッド２２を上下に直進回転運動させ、該ロッド２２を上方向に回動させた場合は、ロッド２２のテーパ面２２ａが弁体５の下端部に接触し、次に前記スプリング１７が縮むことにより弁体５を押し上げて開弁し、またロッド２２を下方向に回動させた場合は、ロッド２２のテーパ面２２ａが弁体５の下端部より離れて該スプリング１７が伸びることにより弁体５を押し下げて閉弁させるようにした手動開閉装置３２を取り付けたことを特徴とするものである。
【０００７】
また、第２の発明に係る電動弁は、弁体のチャタリング対策として、ロッドの上方部分が摺動する弁体５の穴５ａには、カラー７を介してテフロンパッキン６を装着し、ロッド２２の外面を前記弁体５がロッド２２に対して上下方向にスムーズに摺動できるようにしたことを特徴とする請求項１記載のものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電動弁の具体的な実施例を図を参照しつつ説明する。
図１は本発明の電動弁の縦断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図であり、図３は図１のＢ−Ｂ断面図であり、図４は手動開閉装置部の拡大縦断面図であり、図５は図１のテフロンパッキン部の拡大縦断面であり、図６は図１の流量制御部分を示す拡大縦断面図である。
【００１２】
電気駆動機構３１は、モータの固定子２６への通電により非磁性体からなる円筒状ケース２内のモータの回転子１４を回転させるようになっている。なお、回転子１４の左右方向への回転数を制御するために、前記ケース２上端部の蓋１９の裏面には、中心より離れた位置にストッパー２０を垂下状に設け、一方、回転子１４と一体的に形成した弁軸１３の上部には、シャフト１３ｃを延長して設け、該シャフト１３ｃには、中央部が螺旋状に形成されると共に上下端にそれぞれ突起片１６ａ、１６ｂを備えたガイド線１６を外挿し、前記上方の突起片１６ａはシャフト１３ｃ上端部に固着すると共に下方の突起片１６ｂには下方に折り曲げた係合部１６ｃを設け、前記ガイド線１６の螺旋状の溝には、螺旋に沿ってほぼ１回転させたリング部１５ａと前記ストッパー２０と当接させるごとくリング部１５ａの上方を外周方向に延長した腕１５ｂとからなるリング状のガイドピン１５を設け、前記リング状のガイドピン１５がガイド線１６の螺旋溝に沿って上方に移動したときにはガイドピン１５のリング部１５ａの上端部がガイド線１６の突起片１６ａと当接し、また、ガイドピン１５がガイド線１６の螺旋溝に沿って下方に移動したときにはガイドピン１５の腕１５ａが下方の突起片１６ｂに形成した係合部１６ｃと当接するようになっている。
【００１３】
また、前記モータの回転子１４に固着された弁軸１３は、上方より電気的駆動機構３１のモータの回転子１４に接続する嵌着部１３ａとおねじ１３ｂと上部のシャフト部１３ｃと下部のシャフト部１３ｄと下端のおねじ１３ｅとにより形成されている。
【００１４】
本体１は、側部に対称にそれぞれ出入口パイプ３、４を設けると共に出入口パイプ３につながる部分、すなわち、本体１内の中心部にコの字状の隔壁１ａを設けて該隔壁内に室I ３３を形成させると共に隔壁の上方部分と下方部分にそれぞれ室IIａ３４と室IIｂ３５を設けている。また、該室Ｉ３３と該室IIｂ３５をつなぐ第一弁口３６と、該室Ｉ３３と該室IIａ３４をつなぐ第二弁口３７は、略同径でかつ略同軸に配置されている。
【００１５】
前記の弁体５は、前記の第一弁口径よりも大径に形成された鍔状の第一弁部５ｂと三角錐所の第二弁部５ｃとを備えており、鍔状の第一弁部５ｂは第一弁口３６に当接し、三角錐所の第二弁部５ｃは第二弁口３７に当接する。
【００１６】
弁体ガイド１０は、中心部にめねじを形成してこの部分を推進軸受１１とすると共に下部を開口して弁体５の上部が挿入される室IIｃ３８を形成し、弁体ガイド１０の下方に弁体５の左右方向への回転を防ぐため、ピン１２が圧入によって固着され、弁体５の上部に上下方向に形成された溝５ｄによって弁体５が上下方向にスライドする。
【００１７】
そして、前記弁体ガイド１０は、本体１の上部より弁体５が内部に挿入された状態で圧入により結合されている。弁体ガイド１０に弁体５を挿入した前記室IIｃ３８は、該推進軸受１１横に形成された均圧孔Ｉ１０ａ及び、弁体ガイド１０の中心より離れた位置に形成された均圧孔II１０ｂに連通して、本体１内の室IIａ３４と同一の圧力となる。
【００１８】
また、前記弁体５は、前記の室IIａ側から下方に向けて装着されるものであり、該弁体５の上方部分は前記弁体ガイド１０の下部の開口部に収納され、弁体５の下方部分は第一弁口３６及び、第二弁口３７を通して室IIｄ３９に装着され、前記の室IIａ３４と室Ｉ３３と室IIｂ３５内を上下に摺動可能に装着されている。
【００１９】
前記弁体５の下方部分が装着される室IIｄ３９は、弁体５下部側面の上下方向に形成された溝５ｅによって、本体１内の室IIｂ３５と連通し同一の圧力となる。
【００２０】
また、弁体５の穴５ａには、外周リング８ａと内周リング８ｂを備えた軸受８が内挿されていて、該外周リング８ａはその上端をカラー９により圧入によって押し付けられ弁体５に固定される。
また、前記内周リング８ｂには弁軸１３下部のシャフト１３ｄが挿入されており、該シャフト部下端のおねじ１３ｅには調整ねじ１８がねじ止めされ、この調整ねじ１８の上面にて軸受８を支持できるようになっている。また、前記弁軸１３のおねじ１３ｂ下端部と軸受８の上面との間にはスプリング１７が取り付けられている。
また、前記弁体５の穴５ａの下部には、弁体のチャタリング対策としてのテフロンパッキン６をカラー７によって装着し、弁体５がロッド２２のシャフト部２２ｂに対して上下に摺動可能となっている。
【００２１】
手動開閉装置３２は、本体１の下方部分にメタルシールにて気密的に固着したロッドガイド２１と、該ロッドガイド２１の内面に羅合させると共にＯリング２４にて気密保持されるロッド２２と、前記ロッド２２の下端部に圧入固定された六角棒２３とにより構成させている。
【００２２】
次に、前記の手動開閉装置３２の使用方法を説明する。
はじめに、本体１下部に気密的に固着されたボディプラグ２５を外す。その後、前記の六角棒２３を手動にて回動させることにより前記ロッド２２を上下に直進回転運動させ、該ロッド２２を上方向に回動させた場合は、ロッド２２のテーパ面２２ａが弁体５の下端部に接触し、次に前記スプリング１７が縮むことにより弁体５を押し上げて開弁し、またロッド２２を下方向に回動させた場合は、ロッド２２のテーパ面２２ａが弁体５の下端部より離れて該スプリング１７が伸びることにより弁体５を押し下げて閉弁させるものである。
【００２３】
次に作動について説明する。
弁軸１３が推進軸受１１のめねじと螺合して下方向に移動するときには、その動力は弁軸１３からスプリング１７、軸受８を経て弁体５に伝達され、また、上方向に移動するときには、その動力は調整ねじ１８から軸受８を経て弁体５に伝達され、第一弁口３６と弁体５の鍔５ｂとの開口面積Ｓ_１と第二弁口３７と該弁体５の鍔５ｃとの開口面積Ｓ_２を合せた面積Ｓ（Ｓ＝Ｓ_１＋Ｓ_２）を変化させ流量制御を行う。（図５参照）
つまり、弁体５は、モータの回転子１４に固着された弁軸１３と一体的に回転するのではなく、軸受８を使用しているので直進運動のみ行うようになっており、また、弁体５の下方へ押し下げはスプリング１７により行われているため、弁体５の鍔が弁口に当接したときに、弁軸１３のおねじ１３ｂと推進軸受１１のめねじが食込みにくくなっている。
【００２４】
また、本体１の下部に取り付けられた手動開閉装置３２の使用時は、まず、本体１下部に気密的に固着されたボディプラグ２５を外す。その後、前記の六角棒２３を手動にて回動させることにより前記ロッド２２を上下に直進回転運動させ、該ロッド２２を上方向に回動させた場合は、ロッド２２のテーパ面２２ａが弁体５の下端部に接触し、次に前記スプリング１７が縮むことにより弁体５を押し上げて開弁し、またロッド２２を下方向に回動させた場合は、ロッド２２のテーパ面２２ａが弁体５の下端部より離れて該スプリング１７が伸びることにより弁体５を押し下げて閉弁させる。
【００２５】
【発明の作用】
本発明の電動弁は、本体１内の室Ｉ３３の下端部に位置する第一弁口３６と上端部に位置する第二弁口３７とが略同径となっているため、流体の圧力Ｐ_１、Ｐ_２による弁体５へ作用する上下方向の力が相殺し合う。これを理論的に説明すると、側方の出入口パイプ３から弁体５に作用する力Ｐ_１は、室Ｉ３３の圧力Ｐ_１がとなり、
上向きにＦ_１＝１／４πｄ_２ ^２Ｐ_１
下向きにＦ_２＝１／４πｄ_１ ^２Ｐ_１
また、もう一方の側方の出入口パイプ４から弁体５に作用する力Ｐ_２は、連通する室IIａ３４および、室IIｂ３５の圧力がＰ_２となり、
上向きにＦ_３＝１／４πｄ_１ ^２Ｐ_２
下向きにＦ_４＝１／４πｄ_２ ^２Ｐ_２
となる。弁体５に作用する力Ｆをまとめると（上向きに作用する力をプラス、下向きに作用する力をマイナスとする。）

ここで、第一弁口３６径φｄ_１と第二弁口３７径φｄ_２が略同径であることにより、
ｄ_１≒ｄ_２となる。よって、Ｆ＝０となる。
出入口パイプ３の圧力をＰ_１（＝室Ｉの圧力）
出入口パイプ４の圧力をＰ_２（＝室IIの圧力）
第一弁口径φｄ_１
第二弁口径φｄ_２
よってモータ出力は、弁体５の穴５ａに装着されたテフロンパッキン６と手動開閉装置３２上部のロッド２２のシャフト部２２ｂとの摺動抵抗よりやや大きな大きな力でよいこととなる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明は電気的駆動機構と弁を組み合わせてマイコンにより制御する電動弁において、流体の圧力により弁体５の上下方向に作用する力が、本体１の第一弁口３６と第二弁口３７の径を略同径に形成することにより互いに相殺するようにしてあるので、大きな動力を必要とすることなく、また弁口を２つ設けることで従来に対して大型化することなく大きな流量を得ることができる。
【００２７】
また、冷凍サイクル中に取り付けられた電動弁が故障、あるいはマイコンの故障等により電動弁が作動しなくなった場合、従来は電動弁の取替えまたは、マイコンの修理が完了するまでその冷凍サイクルが制御されないという問題点があったが、電動弁に手動開閉装置３２を取り付けることにより、故障時の緊急冷媒制御が可能になる。
【００２８】
さらに、チャタリング対策としての摺動抵抗としてテフロンパッキン６を弁体５内でロッド２２との間で使用することにより、従来使用されていた樹脂製シール材５５ａの四フッ化エチレン樹脂に対して廉価なものになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電動弁の開弁状態を示す縦断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図。
【図４】図１のテフロンパッキン部の拡大縦断面図。
【図５】図１の手動開閉装置部の拡大縦断面図。
【図６】図１の流量制御部分を示す拡大縦断面図。
【図７】従来の電動弁の閉弁状態を示す縦断面図。
【符号の説明】
１本体２ケース３出入口パイプ
４出入口パイプ５弁体５ａ穴
５ｂ鍔５ｃ鍔５ｄ溝
６テフロンパッキン７カラー８軸受
８ａ外周リング８ｂ内周リング９カラー
１０弁体ガイド１０ａ均圧孔Ｉ１０ｂ均圧孔II
１１推進軸受１２ピン１３弁軸
１３ａ嵌着部１３ｂおねじ１３ｃシャフト部
１３ｄシャフト部１３ｅおねじ１４モータの回転子
１５ガイドピン１５ａリング部１５ｂ腕
１６ガイド線１６ａ突起片１６ｂ突起片
１６ｃ係合部１７スプリング１８調整ねじ
１９蓋２０ストッパー２１ロッドガイド
２２ロッド２２ａテーパ面２２ｂシャフト部
２３六角棒２４Ｏリング２５ボディプラグ
２６モータの固定子３１電気的駆動機構３２手動開閉装置
３３室Ｉ３４室IIａ３５室IIｂ
３６第一弁口３７第二弁口３８室IIｃ
３９室IIｄ

Claims

非磁性体からなる円筒状ケース２の外周部に固定したモータの固定子２６への通電により、ケース２内に収納したおねじ１３ｂを有する弁軸１３と一体的に形成したモータの回転子１４を回転させ、この回転をめねじを切った推進軸受１１により弁軸１３の直進運動に変換する電動弁であって、本体１の中心部にコの字状の隔壁１ａを設けて該隔壁内に室 I ３３を形成させると共に隔壁の上方部分と下方部分にそれぞれ室 II ａ３４と室 II ｂ３５を設け、前記隔壁の下方部分には第一弁口３６を、また上方部分には第二弁口３７を設けるに際して第一弁口３６の径よりも第二弁口３７の径を少し大径に形成し、これらの弁口３６、３７部分には、前記の第一弁口径よりも大径に形成された第一弁部５ｂと第二弁部５ｃとを備えた弁体５を、前記室 II ａ３４、室Ｉ３３、 II ｂ３５を連通して上下に摺動可能に装着し、該弁体５の穴５ａには軸受８の外周リング８ａをカラー９により圧入固着すると共に内周リング８ｂの内面には前記弁軸１３下部のシャフト１３ｄを内装し、前記弁軸１３のおねじ１３ｂと軸受８の上面との間にスプリング１７を配置すると共にシャフト下端のおねじ１３ｅを調整ねじ１８にて固着し、閉弁時にはスプリング１７を介して弁体５を回転させることなく押し下げ、開弁時には調整ねじ１８にて弁体５に固着された軸受８を持ち上げるようにし、いずれの冷媒の出入口３、４から冷媒が流入しても弁体５には上下方向の力が作用しないようにし、よって作動には大きな動力を必要とすることなく、かつ、第一弁口３６と第二弁口３７の２つの弁口により大きな流量を得られるようにし、前記本体１の下方部分にメタルシールにて気密的に固着したロッドガイド２１と、該ロッドガイド２１の内面に羅合させると共にＯリング２４にて気密保持されるロッド２２と、前記ロッド２２の下端部に圧入固定された六角棒２３とにより手動開閉装置３２を構成させ、本体１下部に気密的に固着されたボディプラグ２５を外した後、前記の六角棒２３を手動にて回動させることにより前記ロッド２２を上下に直進回転運動させ、該ロッド２２を上方向に回動させた場合は、ロッド２２のテーパ面２２ａが弁体５の下端部に接触し、次に前記スプリング１７が縮むことにより弁体５を押し上げて開弁し、またロッド２２を下方向に回動させた場合は、ロッド２２のテーパ面２２ａが弁体５の下端部より離れて該スプリング１７が伸びることにより弁体５を押し下げて閉弁させるようにした手動開閉装置３２を取り付けたことを特徴とする電動弁。
弁体のチャタリング対策として、ロッドの上方部分が摺動する弁体５の穴５ａには、カラー７を介してテフロン（登録商標）パッキン６を装着し、ロッド２２の外面を前記弁体５がロッド２２に対して上下方向にスムーズに摺動できるようにしたことを特徴とする請求項１記載の電動弁。