JP4695501B2 - 電動弁 - Google Patents

Description

本発明は、電動弁に関し、特に、弁漏れの少ない電動弁に関する。

電動弁は、電磁コイルにより弁体（ベン）を弁シート（弁座部）に接離させることにより弁の開閉を行う弁である。弁体にはその流入側と流出側に連通する流路がそれぞれ設けられ、電磁コイルの駆動力により弁体と弁座部との間の間隙を調整することにより、流路の開閉や開度を調整するものである。

弁体に連通する流路内の流体（一般的には、冷媒）への異物の混入は避けられない。従来の動力の大きい電動弁は、この異物を弁体と弁座部との間に挟み込む（噛む）ことにより発生する弁シートのキズ（傷）により、漏れ（弁漏れ）が発生する場合があった。

より具体的に説明すると、図６（ａ）に示すように、電動弁２００の弁体２０１と弁シート２０２とは、弁体２０１の円周上でほぼ線接触する。
ここで、弁体２０１と弁シート２０２との間に異物２０４を挟み込んだ場合、図６（ｂ）に領域２０３を拡大して示すように、動力の大きい電動弁２００に関しては、異物２０４を弁シート２０２に押し付けるため、異物２０４自体が流体をシールして弁漏れを防止できる。さらに、異物２０４の硬度が真鍮等から形成された弁シート２０２の硬度よりも高い場合には、異物２０４が弁シート２０２に埋め込まれてしまう。異物２０４が弁シート２０２に埋め込まれている間も、その状態が維持されて、弁漏れが防止される。

しかし、電動弁２００が駆動されているうちに、弁シート２０２から異物２０４が外れてしまい、図６（ｃ）に示すように、弁シート２０２の弁体２０１との接触部分にキズ２０５ができると、このキズ２０５による間隙を介して、漏れ（弁漏れ）が発生してしまう。

このような問題を防止するため、流路にフィルタ（ストレーナ）を配置することにより、流体中の異物を除去する技術も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
実開平６−８７７９２号公報

しかし、制御対象の流体から異物を完全に取り除くことは困難であり、従来の技術では、弁漏れの発生を完全に防止することは困難である。

この発明は上記実情に鑑みて成されたものであり、弁漏れが発生しにくい電動弁を提供することを目的とする。
また、この発明は、制御対象の流体に含まれる異物の影響を受けにくい電動弁を提供することを他の目的とする。

上記目的を達成するための、この発明の電動弁は、
弁体と、
流体の流入口と流出口を画成し、弁体が離接触する弁シートと、
弁シートの流入口と流出口に繋がる流路と、
流入口に繋がれた流路に配置され、最大通過径がＬ１のフィルタと、
弁体を駆動する電動駆動部と、を備え、
弁体とシート部材との流体の流路方向の接触領域の長さＬ２は、フィルタの最大通過径Ｌ１より大きく形成されている、
ことを特徴とする。

例えば、弁体と弁シートとは、接触領域で面接触するように、テーパ形状に形成されており、テーパ部の流路方向の長さがＬ２に設定されている。

例えば、弁体と弁シートとの流路方向の接触領域の長さＬ２は、フィルタの最大通過径Ｌ１の１．５倍から３倍に形成される。

この発明は、弁シートの硬度が、弁体の硬度よりも小さい場合に特に有効である。

上記構成において、フィルタを通過する異物の最大径はＬ１であり、流体に含まれる異物の最大径もＬ１である。このため、弁体と弁シートとの間にフィルタを通過した異物を挟み込んだ場合、最大で長さＬ１程度のキズが弁シートに形成される可能性がある。この発明においては、弁体とシート部材との流路方向の接触領域の長さＬ２は、フィルタの最大通過径Ｌ１より大きく形成されている。従って、電動弁が全閉の状態で、弁シートに形成されたキズが弁体と弁シートとの接触領域を貫通することがなく、接触領域の少なくとも一部で流体をシールする。従って、弁漏れの発生を防止できる。

以下、この発明の実施の形態に係る電動弁について図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施の形態の電動弁１００は、弁本体１０１内に弁シート（弁座）１０２を有する。弁シート１０２の弁体１１１との接触する領域は、図２を参照して後述するようにテーパ形状に形成されている。弁シート１０２は真ちゅうから構成されている。

弁シート１０２により画成される一方の開口部（流入口）１０３に流入パイプ１３０が取付けられ、側方に形成された他方の開口部（流出口）１０４に流出パイプ１４０が取付けられる。

弁シート１０２に対向して弁体１１１が配置され、該弁体１１１は、弁軸１１２に連結されている。弁体１１１は、先端がテーパー状に形成されている。弁体１１１は、鋼鉄などから構成されている。

弁軸１１２は、アクチュエータ１２０に連結されている。アクチュエータ１２０は、電磁コイルを備えるステータと、ロータとを備え、電磁コイルへの通電・非通電によるロータへの駆動力により弁軸１１２を介して弁体１１１を弁シート１０２に対して所定圧力で押圧する閉状態と、弁体１１１を弁シート１０２から離間させる開状態とに切り換える。なお、アクチュエータ１２０の構成自体は任意であり、モータなどから構成することも可能である。

流入パイプ１３０には、フィルタ１３１が配置されており、制御対象流体、例えば、冷媒中の異物が弁本体１０１に流入することを防いでいる。フィルタ１３１は、メッシュ径がＬ１のストレーナから構成されている。冷媒に混入する異物としては、例えば、冷媒の配管内に残存していた鉄粉、銅粉などが予想される。

流出パイプ１４０には、フィルタ１４１が配置されており、制御対象流体中の異物が弁本体１０１からパイプシステム内に流入することを防いでいる。フィルタ１４１も、メッシュ径がＬ１のストレーナから構成されている。

図２は、弁体１１１と弁シート１０２とを拡大して示す図であり、（ａ）は、全開状態、（ｂ）は全閉状態を示す。
図示するように、弁体１１１は、その先端部、即ち、弁シート１０２と離接する部分がテーパ状に形成されている。弁シート１０２の弁体１１１と離間接触する部分は、弁体１１１のテーパ形状に合致するようにテーパが形成されている。
従って、弁体１１１と弁シート１０２とは、電動弁１００の全閉状態で、弁体１１１の円周全体で、流路方向に幅を持った面領域（接触領域）で弁シート１０２と接触する。

図２（ｂ）の円１５０部分の拡大図を図３に示す。図示するように、弁体１１１と弁シート１０２との接触領域１６０の、流体の流路方向の長さはＬ２に設定されている。ここで、流路方向とは、流入パイプ１３０→流入口１０３→弁室１１３→流出口１０４→流出パイプ１４０に至る方向である。この長さＬ２は、フィルタ１３１，１４１を構成するストレーナのメッシュの最大径（例えば、メッシュが円の場合には直径、メッシュが楕円の場合には長径、メッシュが矩形の場合には対角線の長さ）、即ち、流体に混入する異物の最大径よりも大きく設定されている。

このような構成によれば、図４（ａ）に示すように、仮に、流体に混入する異物１７０が弁シート１０２と弁体１１１との間に挟まれて、弁体１１１からの圧力により弁シート１０２に埋め込まれたとしても、異物１７０の流路方向のサイズは、接触領域１６０のサイズよりも小さいので、接触領域１６０の流路方向の一端又は両端には、異物が埋め込まれていない領域が残る。

従って、この異物１７０が外れ、弁シート１０２に、図４（ｂ）に示すように、キズ１７１が残ったとしても、このキズ１７１の長さがＬ２より大きくなって、接触領域１６０の長さ方向全体に延在し、弁室１１３と流入口１０３とを短絡するような事態は起こらない。即ち、弁体１１１と弁シート１０２の間に形成された間隙（キズ１７１）の流路方向の前後一方又は両方には、弁体１１１と弁シート１０２とが密着した領域Ｌ３が存在しており、間隙が存在しても、弁漏れは発生しない。

以上説明したように、本実施の形態の電動弁１００によれば、フィルタ１３１の最大通過径Ｌ１よりも、弁体１１１と弁シート１０２との流路方向の接触領域１６０の長さＬ２が大きく形成されている。このため、流体に混入する異物１７０が弁シート１０２と弁体１１１との間に挟まれて、弁シート１０２に異物１７０のサイズに対応するキズ１７１が形成された場合でも、キズ１７１の前後に弁シート１０２と弁体１１１との密着した領域が配置され、機密状態が維持され、弁漏れを防止できる。

なお、接触領域１６０の長さＬ２が大きすぎると、弁体１１１と弁シート１０２の加工ムラ・加工誤差、弁体１１１と弁シート１０２との接触領域１６０での単位面積当たりの押圧力の低下などの理由により、弁閉時の気密が維持しにくくなる。このため、接触領域１６０の流路方向の長さＬ２は、フィルタ１３１、１４１を構成するストレーナのメッシュの最大径の１．５倍〜３倍程度に設定されることが望ましい。

この発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。
例えば、弁体１１１と弁シート１０２の形状や配置は上記実施の形態に限定されるものではない。

図５は、弁室１１３内に円筒状のスリーブ１１４を形成し、このスリーブ１１４の先端部分に弁体１１１の先端部のテーパに対応するテーパを弁シートに形成した構成例を示す。このように、弁シート１０２をスリーブ１１４の先端に配置することによって、弁シート１０２の表面又はその周辺で異物を滞留しづらくする効果を奏する。このような構成でも、弁漏れ防止という本願発明の効果は達成可能である。

上記実施の形態においては、弁体１１１を鋼、弁シート１０２を真ちゅうで形成したが、各部材の材質は任意である。ただし、本願発明は、弁体１１１の硬度が弁シート１０２の硬度よりも高く、アクチュエータ１２０により弁体１１１が弁シート１０２に押圧される結果、高硬度の異物が弁シート１０２に埋め込まれて弁シート１０２を傷付ける場合に特に有効であり、（弁体１１１の硬度及び／又は混入が予想される異物の硬度）＞弁シートの硬度の場合に、特に有効である。

流体を濾過し、異物を除去するためのフィルタ１３１、１４１として、ストレーナを使用したが、フィルタの構成は任意である。また、弁本体１０１に対して流体の流入パイプ１３０と流出パイプ１４０との両方にフィルタ１３１と１４１を配置したが、いずれか一方だけでも構わない（流入側に配置することが望ましい）。

また、適当なサイズの接触領域が得られるならば、弁体１１１と弁シート１０２とは必ずしもテーパ形状に形成されていなくてもよい。

本発明の実施の形態に係わる電動弁の構成を示す図である。 図１に示す電動弁の弁室部分の構成を示す図であり、（ａ）弁開状態、（ｂ）は弁閉状態を示す。 図２（ｂ）の一部拡大図である。 弁体と弁シートとの間に異物が挟まれた場合を説明するための図であり、（ａ）は異物が挟まった状態を、（ｂ）は挟まった異物がとれた状態を示す図である。 本発明の電動弁の他の構成例を示す図である。 従来の電動弁とその課題を説明するための図である。

符号の説明

１００ 電動弁
１０１ 弁本体
１０２ 弁シート（弁座）
１０３ 流入口
１０４ 流出口
１１１ 弁体
１１２ 弁軸
１１３ 弁室
１１４ スリーブ
１２０ アクチュエータ
１３０ 流入パイプ
１３１ フィルタ
１４０ 流出パイプ
１４１ フィルタ
１６０ 接触領域
１７０ 異物
１７１ 異物により形成されたキズ

Claims (4)

1. 弁体と、
   流体の流入口と流出口を画成し、前記弁体が離接触する弁シートと、
   前記弁シートの流入口と流出口に繋がる流路と、
   前記流入口に繋がれた流路に配置され、最大通過径がＬ１のフィルタと、
   前記弁体を駆動する電動駆動部と、を備え、
   前記弁体とシート部材との流体の流路方向の接触領域の長さＬ２は、前記フィルタの最大通過径Ｌ１より大きく形成されている、
   ことを特徴とする電動弁。
2. 前記弁体と弁シートとは、接触領域で面接触するように、テーパ形状に形成されており、テーパ部の流路方向の長さがＬ２に設定されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
3. 前記弁体と弁シートとの流路方向の接触領域の長さＬ２は、前記フィルタの最大通過径Ｌ１の１．５倍から３倍に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動弁。
4. 前記シート部材の硬度は、前記弁体の硬度よりも小さい、
   ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の電動弁。
   

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