JP5342951B2 - 電動弁 - Google Patents

Description

この発明は、冷凍サイクルにおいて膨張弁として組み込まれる電動弁に関する。

従来、空気調和機、冷凍機等の冷凍サイクルに組み込まれて使用される電動弁は、冷媒等の流体の流量を調整する機器であり、通常、弁室及び弁座を備えた弁本体と、鍔状部を介して前記弁本体の上部に固着された有底円筒状のキャンとを備えており、該キャンの内側にはロータが内蔵され、前記キャンの外部には中央部に挿通孔を有するステータが外嵌されているものである。

そうした電動弁の一例として、特許文献１に開示されているものがある。特許文献１に開示されている流量制御弁は、冷媒の流通過程において、断面積の変化を少なくすることにより、冷媒等の流体の乱流等による渦の発生を抑え、冷媒の剥離等に基づく圧力変動を生じ難くして、冷房時に起こる高周波の耳障りな騒音を低減することを図っている。

図３は、従来の電動弁Ｂを、ステッピングモータのステータ（励磁コイル装置）を取り除いた状態で示した縦断面図である。電動弁Ｂにおいて、弁本体２の内部には弁室２１が形成されているとともに、弁本体２はガイドブッシュ固定部２２と、キャン受板２３とを備えている。弁本体２には、弁室２１に繋がって冷媒等の流体が出入する流体流入管２４及び流体流出管２５が接続されている。弁室２１には、弁軸３の先端に形成されたニードル弁状の弁体３１が接離する弁座２６が設けられている。ステッピングモータのステータ（図示せず）の駆動によって、後述するねじ送り機構を介して弁軸３が昇降されることにより、弁体３１の弁座２６に対する開度に応じて、流体流入管２４と流体流出管２５とを通じる冷媒の流量が制御される。

ガイドブッシュ固定部２２は弁室２１の上方に位置しており、ガイドブッシュ４は、ガイドブッシュ固定部２２に圧入されることにより弁本体２に固定されている。ガイドブッシュ４の外周には雄ねじ部４１が形成され、雄ねじ部４１には弁軸ホルダ５の内周に形成された雌ねじ部５１が螺合されている。雄ねじ部４１と雌ねじ部５１とにより、ねじ送り機構が構成されている。弁軸ホルダ５内には、下端部に弁体３１を形成している弁軸３が摺動可能に嵌挿されている。弁軸３は、弁軸ホルダ内５に縮装された圧縮コイルばね３２によって常時下方に付勢されている。

キャン受板２３は、弁本体２の上端に対して内周面をかしめ固定されるとともに下端面を溶接により接合されているリング状金属板で構成されている。キャン１は、その下端部がキャン受板２３の外周部に溶接されることにより、弁本体２に固定されている。弁軸３とロータ７とは、支持リング６を介して結合されている。支持リング６は、ロータ７の成形時にインサートされた黄銅製の金属リングで構成されている。支持リング６の内周孔部に弁軸ホルダ５の上部突部が嵌合し、この突部をかしめ固定することによって、ロータ７、支持シング６及び弁軸ホルダ５が結合されている。弁軸３の上端にはプッシュナット３３が圧入固定されており、プッシュナット３３の外周には、円筒状の圧縮コイルばね３４が緩く嵌合又は外周に弾接して取り付けられている。圧縮コイルばね３４は、ガイドブッシュ４の雄ねじ部４１と弁軸ホルダ５の雌ねじ部５１との螺合が外れた場合に、その螺合に復帰させる力を与える。また、弁軸３及びロータ７の上方移動の最上限は、ロータ７の上部に設けられているばね３４とキャン１の内面との接触によって与えられる。弁軸ホルダ５に固定される上ストッパ体８とガイドブッシュ４に固定される下ストッパ体９とにより、弁軸３の上下方向の行程を制限するストッパ機構が構成されている。

キャン１の内部にはロータ７が内蔵され、キャン１の外部には図示しないステータ（励磁コイル装置）が外嵌されている。ステータの内部に格納されているステータコイルに通電することにより、同じくステータの内部に格納されているヨークが励磁されてロータ７を回転させ、ねじ送り機構により弁軸ホルダ５と弁軸３を相対移動させることにより、弁体３１を開閉作動させて冷媒の流量の調整が行われる。
弁軸３の先端に設けられている弁体３１によって弁本体２に形成された弁座２６を開閉する（開口面積を変化させる）ことにより流量を制御する。

ところで、前記した従来の電動弁Ｂにおいては、ねじ送り機構を構成する雄ねじ部４１を有するガイドブッシュ４が弁本体２のガイドブッシュ固定部２２に直接に圧入されている。そのため、ガイドブッシュ固定部２２は段部構造となっており、弁室２１は当該段部構造に続く小さな内径の筒状空間として形成せざるを得ず、弁室２１の容積が狭いものとなっている。

特開平１１−３７３０６号公報

弁室の容積が狭いと、例えば、冷媒が流体流入管から弁室に向かって横方向から流入し、流れの向きを下方に向けて流体流出管から流出する場合、弁室に流入した冷媒は弁室内で十分に広がることができない。その結果、流体流入管から弁室に流入する際の横方向の速度成分が弁体と弁座との間に形成されているオリフィスを通過する流れに影響し、当該オリフィスを通過する流れに偏りが生じ、そうした偏りのある流れが変動して安定しない。かかる不安定な冷媒の流れに起因して、電動弁には耳障りな冷媒通過音が発生する。

弁本体の側方から接続される流体流入管の弁本体の側壁に突き当てる構造を維持するために弁本体の側壁を十分確保する必要があるところ、従来構造のまま弁室容積を単純に拡大するのでは、弁本体が大型化せざるを得ず、また、送りねじ機構に備わるガイドブッシュも大径化し、弁本体の切削やリセス加工が困難になり、ガイドブッシュの容易な圧入構造、即ち、電動弁の容易な組立構造が得られなくなる。

そこで、弁本体やガイドブッシュを大型化することなく、弁室の大容積化を可能にする点に解決すべき課題がある。
この発明の目的は、上記課題を解決することであり、弁装置外形を大きくすることなく弁室の大容積化を図って冷媒通過音を効果的に低減させることができる電動弁を提供することである。

上記の課題を解決するため、この発明による電動弁は、冷媒が導入される弁室及び弁座を有する弁本体と、前記弁座に対向する弁棒と、駆動モータの回転運動を直線運動に変換して前記弁棒に伝達する送りねじ機構とを備え、前記送りねじ機構は、前記弁本体に固定されているとともに前記弁棒の移動を案内し且つねじ送りを行うねじ部を有するガイドブッシュと、前記弁棒と連結され前記モータによって回転され前記ねじ部と螺合するねじ部を有するロータとを備える電動弁であって、前記ガイドブッシュを、当該ガイドブッシュを取り囲むスペーサを介して前記弁本体に固定することにより、前記弁室の容積を拡大したことを特徴としている。

本電動弁によれば、弁室の容積が従来品と比較して拡大されているので、流体流入管から弁室に流入した冷媒は、拡大された弁室に広がり、流体流入管からの流入横方向の速度成分が緩和される。したがって、弁棒の先端に設けられている弁体と弁室の底部に設けられている弁座との間を流れる冷媒の流れは、弁体の周りにおいて偏りなく且つ安定した流れになる。

本発明による電動弁は、上記のように構成されているので、弁棒の先端に設けられている弁体と弁室の底部に設けられている弁座との間を流れる冷媒の流れは、弁体の周りにおいて偏りなく且つ安定した流れになり、弁体と弁座との間を流れる冷媒に通過音が発生し難くなり、電動弁の外形を大型化することなく静音化することができる。

本発明による電動弁の一実施例を示す縦断面図である。 本発明による電動弁の冷媒通過音の周波数特性を、従来品の場合と比較して示すグラフである。 従来の電動弁の一例を示す縦断面図である。

以下、添付した図面に基づいて、この発明による電動弁の実施例を説明する。図１に本発明による電動弁の一実施例を示す。なお、図１に示す電動弁の各構成要素及び部位のうち、図３に示した電動弁の対応する要素及び部位については、それらに付された符号と同じ符号を付すことで、再度の説明を省略する。

図１に示す電動弁Ａにおいて、弁本体２には、上下方向に延びる軸線を中心として一定の内径を有する筒状スペースを有するストレートな穴１０が形成されている。穴１０の底部１１には、弁軸３の先端部に設けられる弁体３１によって開閉（開度）が制御される弁座２６が形成されている。弁本体２の上端には穴１０が開口端１２として開いている。穴１０の開口側にはスペーサ１５が装着される。

弁軸３を弁体３１の開閉方向に案内するガイドブッシュ４は、弁本体２に対して、筒状のスペーサ１５を介して固定される。スペーサ１５は、ガイドブッシュ４が嵌合する筒状本体１６を備えた筒状スペーサである。筒状本体１６の外側端部には穴１０の開口部１２に突き当たる外周フランジ部１７を有しており、外周フランジ部１７が開口部１２に突き当たることで、スペーサ１５の弁本体２（穴１０）への装着位置が決められる。また、筒状本体１６の底部１１側の端部には、ガイドブッシュ４の端部が突き当たる内周フランジ部１８を有している。ガイドブッシュ４に案内される弁軸３は、内周フランジ部１８の中央孔を貫通して延びている。穴１０において、スペーサ１５の内周フランジ部１８よりも底部１１側には、弁室２０が形成されている。

ガイドブッシュ４を、当該ガイドブッシュ４を取り囲むスペーサ１５を介して弁本体２に固定することにより、弁室２０の容積を拡大することができる。即ち、弁軸３やガイドブッシュ４は従来部品を踏襲しつつ、スペーサ１５を介して弁本体２に固定することにより、弁本体２の外径を大きくすることなく弁本体２の周囲壁の薄肉化を図り、その分、弁室２０の容積を大きくすることができる。スペーサ１５は、弁本体２に圧入にて固定され、ガイドブッシュ４はスペーサ１５に対して圧入により固定される。なお、弁本体２における弁室２０については、製作精度上、鍛造ではなく切削によって形成される。しかしながら、壁部が十分均肉化しているので、精密プレス作業で製作するのも可能であり、その場合には量産性を高めることができる。

弁本体２には、弁室２０に繋がって冷媒等の流体が出入する流体流入管２４と流体流出管２５とが接続されている。スペーサ１５の内周フランジ部１８の先端部は流体流入管２４のためのストッパ１９として兼用されているので、流体流入管２４を弁本体２に接続するときに、流体流入管２４の端部２４ａがストッパ１９に突き当たって位置決めされる。従来は、流体流入管２４の端部２４ａが弁本体２に接続部として形成された段部に突き当たることで流体流入管２４の位置決めを行っていたので、弁本体２に当該段部を位置精度良く形成する手間が必要であった。本実施例では、弁本体２に流体流入管２４を差し込む（その後、溶接される）ために、弁室２０に達する貫通孔１３を形成するだけで良く、スペーサ１５によって流体流入管２４の位置決めを行うことができる。

弁室２０の容積を少しでも大きく確保するために、底部１１の位置を従来のものよりも下げて、弁体３１が着座する弁座２６の位置を少し下げている。弁室２０に達する貫通孔１３を形成することに対応して、弁室２０においては流体流入管２４の端部２４ａの端縁全体が入り込んで開口しており、その分、弁室２０の容積が増大されている。

流れ解析等によれば、従来の電動弁Ｂのように弁室２１の容積が小さいと、弁棒３の周りで冷媒流れの流速に偏りが生じて速度分布がいびつになる。即ち、弁棒３の周りで流速が速い領域と遅い領域が生じて、流れの速度に偏りが生じる。こうした速度分布の乱れは渦の発生、即ち、通過音の発生の原因となる。これに対して、本実施例のように、弁室２０の容積を大きくした場合には、流体流入管２４から弁室２０内に流入する冷媒流れは弁室２０内で十分に広がって、弁室２０内へ流入する際の冷媒流れの速度成分が弁体３１と弁座２６との間に形成されるオリフィスを通過する冷媒流れに及ぼす影響は少なくなる。したがって、弁棒３の周りにおいて冷媒流れに偏りがなく、また時間的にも変動が少なく安定する。流体流出管２５を通じて冷媒が流れ出る出口側での速度分布についても、軸対称となって且つ十分安定していることが判明している。その結果、冷媒通過音を低減させることができる。

本発明による電動弁の冷媒通過音の周波数特性を示すグラフ（実線）が、従来品の場合（破線）と比較して、図２に示されている。特に、高周波域（２．５〜５ｋＨｚの周波数領域であって、エアコンの使用状態としては通常の冷房運転時に現れる周波数領域）で、従来品と比較して、冷媒通過音が効果的に低減されていることが、図２から理解される。
このように、本発明によれば、電動弁の外形サイズを大型化することなく弁室２０の容積を拡大することが図れ、冷媒通過音の軽減を図ることができる。

１ 電動弁 ２ 弁本体
３ 弁軸 ４ ガイドブッシュ
１０ 穴 １１ 底部
１２ 開口端 １３ 貫通孔
１５ スペーサ １６ 筒状本体
１７ 外周フランジ部 １８ 内周フランジ部
１９ ストッパ ２０ 弁室
２４ 流体流入管 ２４ａ 端部
２５ 流体流出管 ２６ 弁座
３１ 弁体

Claims (4)

1. 冷媒が導入される弁室及び弁座を有する弁本体と、前記弁座に対向する弁棒と、駆動モータの回転運動を直線運動に変換して前記弁棒に伝達する送りねじ機構とを備え、前記送りねじ機構は、前記弁本体に固定されているとともに前記弁棒の移動を案内し且つねじ送りを行うねじ部を有するガイドブッシュと、前記弁棒と連結され前記モータによって回転され前記ねじ部と螺合するねじ部を有するロータとを備える電動弁において、
   前記弁本体には、前記弁室に繋がって冷媒等の流体が出入する流体流入管と流体流出管とが接続されており、
   前記ガイドブッシュを、当該ガイドブッシュを取り囲むスペーサを介して前記弁本体に固定することにより、前記弁室の容積を拡大し、
   前記スペーサは、前記弁本体に接続される前記流体流入管の端部が突き当たるストッパを兼ねていることを特徴とする電動弁。
2. 前記弁本体には、一定の内径を有し且つ開口側で前記スペーサが装着されるストレートな穴が形成されており、前記穴の前記スペーサよりも底部側に前記弁室が形成されていることを特徴とする請求項１記載の電動弁。
3. 前記スペーサは前記ガイドブッシュが嵌合する筒状本体を備えた筒状スペーサであり、前記筒状本体の外側端部には前記穴の開口部に突き当たる外周フランジ部を有するとともに、前記筒状本体の前記弁室側端部には前記ガイドブッシュの端部が突き当たる内周フランジ部を有していることを特徴とする請求項１記載の電動弁。
4. 前記弁室は、前記流体流入管の前記端部の端縁全体が入り込んで開口する広さに形成されていることを特徴とする請求項１記載の電動弁。

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