JP6680578B2 - 電動弁 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍サイクルなどに使用される電動弁に関する。

従来より、大型のパッケージエアコンや冷凍機に用いられる流量制御弁が知られている（たとえば、特許文献１参照）。この流量制御弁においては、流量制御用として複数使用されていた電動弁を１つにまとめるなどの制御機器合理化等の背景から、大口径かつ高圧力差が生じた際にも良好な作動性を発揮できる性能が望まれるが、比較的大口径の流量制御は、マグネットのトルクにより発生するねじの推力に対し差圧によって発生する弁体への負荷が大きく、弁体を作動させるために大きな駆動力が必要となる。

そこで、かかる弁体の作動性を向上させるべく、以下に説明するような構造が採用されている。たとえば、図７に示す流量制御弁１０１では、筒状保持部材１１４の内周面に摺接する弁部材１２０にシール部材１３７を装着して弁室１０７の上方側に背圧室１２９を画成するとともに、弁ポート１１９内の圧力を弁部材１２０に設けられた導通路１２４を介して背圧室１２９内に導入し、背圧室１２９内の圧力（背圧）を利用することで、閉弁状態における弁部材１２０に作用する押し下げ力（閉弁方向に作用する力）と押し上げ力（開弁方向に作用する力）との差圧力をキャンセルし、弁部材１２０に対する負荷を小さくしている。

特開２０１４−８８８８８号公報

ところで、上述の流量制御弁においては、図８に示すように、弁部材１２０が弁体１４２、シール部材１３７、皿ばね受け１３８、皿ばね１３９、および連結金具１４４によって構成されている。また、シール部材１３７は、連結金具１４４のフランジ部１４５と弁体１４２の上端部の間に挟持されることによって弁部材１２０に組み込まれている。

弁部材１２０がこのような構造を有する場合、弁部材１２０を組み立てる際にフランジ部１４５と皿ばね受け１３８に挟まれてシール部材１３７が潰されるが、シール部材１３７の潰し量に応じてシール部材１３７の形状が変化し、シール性能に影響が及ぶという問題がある。たとえば、潰し量が過多の場合にはシール部材１３７の張力が増加したりシール部材１３７が破れるなどの問題が想定され、潰し量が過少の場合には十分にシールができずに流量制御弁１０１内において圧力漏れが発生するなどの問題が想定される。

ここで、適度な潰し量を確保する手段としては、弁体１４２内に連結金具１４４を組み付ける際の挿入量を調整したり、挿入する際に生じるシール部材１３７からの反力（挿入する際の荷重）を利用してシール部材１３７の潰し量コントロールする方法が考えられるが、流量制御弁１０１ごとのシール部材１３７の潰し量のばらつきを抑えることは困難である。また、シール部材１３７の潰し量にばらつきが生じた場合には、気密性や摺動性などシール部材のシール性能にもばらつきが生じることになる。
本発明の目的は、シール部材が一定の潰し量で潰されたシール性能のよい電動弁を提供することである。

上記目的を達成するための本発明の電動弁は、
ロータの回転運動を、雄ネジ部材と雌ネジ部材とのネジ結合により直線運動に変換し、この直線運動に基づいて弁本体内に収容された弁部材を軸方向に移動させる電動弁であって、
前記弁部材が、
略円筒状の弁体部と、
前記弁体部の略円柱状の空間に挿入される連結部、および前記連結部の上方に配置され、前記連結部の最大外径よりその最大外径が大きなフランジ面を備える弁体保持部と、
前記弁体部の上端面と前記弁体保持部の前記フランジ面とによって挟持される環状のシール部材と
を備え、
前記弁体部に前記弁体保持部を装着した場合において、前記弁体部の上端面と前記弁体保持部の前記フランジ面との間に形成される溝の幅が前記シール部材の厚さよりも狭くなるように前記連結部の挿入深さを規定する規定部が前記弁体部および前記弁体保持部の少なくとも一方に形成されていることを特徴とする。

このように、弁体部の略円筒状の空間に挿入される連結部の挿入深さを規定することにより、一定の潰し量でシール部材を潰すことができるため、電動弁ごとにシール部材の潰し量にばらつきが生じることを防止することができる。また、弁体部と弁体保持部との間に形成される溝の幅がシール部材の厚さよりも狭くなるように前記連結部の挿入深さを規定することにより、適度な応力でシール部材を潰すことができる。

また、本発明の電動弁は、
前記規定部が、
前記弁体部の略円柱状の前記空間の内周壁面に形成された第１の段差部分、および前記連結部の外周壁面に形成された第２の段差部分の少なくとも一つを含むことを特徴とする。

また、本発明の電動弁は、
前記規定部が、
前記弁体部の上端面に形成され、前記弁体部の略円柱状の前記空間を囲む周壁を含むことを特徴とする。

本発明に係る発明によれば、シール部材が一定の潰し量で潰されたシール性能のよい電動弁を提供することができる。

実施の形態に係る電動弁の断面図である。 実施の形態に係る弁部材を組み立てる過程を示す図である。 他の実施の形態に係る弁部材を組み立てる過程を示す図である。 他の実施の形態に係る弁部材を組み立てる過程を示す図である。 他の実施の形態に係る弁部材を組み立てる過程を示す図である。 他の実施の形態に係る弁部材の固定方法を示す図である。 特開２０１４−８８８８８号公報に開示されている従来の流量制御弁の断面図である。 特開２０１４−８８８８８号公報に開示されている従来の流量制御弁の弁部材を示す断面図である。

以下、図面を参照して、実施の形態に係る電動弁について説明する。図１は、実施の形態に係る電動弁２を示した断面図である。なお、本明細書において、「上」あるいは「下」とは図１の状態で規定したものである。すなわち、ロータ４は弁部材１７より上方に位置している。

この電動弁２では、非磁性体製で筒状のカップ形状をなすケース６０の開口側の下方に、弁本体３０が溶接などにより一体的に接続されている。
ここで、弁本体３０は、ステンレス鋼板のプレス加工により製作されたプレス成型品であり、内部に弁室１１を有している。また、弁本体３０には、弁室１１に直接連通するステンレス製や銅製の第１の管継手１２が固定装着されている。さらに、弁本体３０の下方内側には、弁ポート１６が形成された弁座部材３０Ａが組み込まれている。弁座部材３０Ａには、弁ポート１６を介して弁室１１に連通するステンレス製や銅製の第２の管継手１５が固定装着されている。

ケース６０の内周には、回転可能なロータ４が収容され、ロータ４の軸芯部分には、ブッシュ部材３３を介して弁軸４１が配置されている。ブッシュ部材３３で結合されたこの弁軸４１とロータ４とは、回転しながら上下方向に一体的に移動する。なお、この弁軸４１の中間部付近の外周面には雄ネジ４１ａが形成されている。本実施例では、弁軸４１が雄ネジ部材として機能している。

ケース６０の外周には、図示しないヨーク、ボビン、およびコイルなどからなるステータが配置され、ロータ４とステータとでステッピングモータが構成されている。
ケース６０の天井面にはガイド支持体５２が固定されている。ガイド支持体５２は、円筒部５３と、円筒部５３の上端側に形成された傘状部５４とを有し、全体をプレス加工により一体成型されている。傘状部５４はケース６０の頂部内側と略同形状に成型されている。

ガイド支持体５２の円筒部５３内には、弁軸４１のガイドを兼ねる筒部材６５が嵌合されている。筒部材６５は、金属あるいは合成樹脂による潤滑材入り素材あるいは表面処理を施された部品により構成され、弁軸４１を回転可能に保持している。

弁軸４１のブッシュ部材３３より下方には、後述するように弁軸４１との間でネジ結合Ｎを構成するとともに弁軸４１の傾きを抑制する機能を有する弁軸ホルダ６が、弁本体３０に対して相対的に回転不能に固定されている。

弁軸ホルダ６は、上部側の筒状小径部６ａと下部側の筒状大径部６ｂと弁本体３０の内周部側に収容される嵌合部６ｃとリング状のフランジ部６ｆとからなる。そして、弁軸ホルダ６のフランジ部６ｆは、弁体案内部材７２のフランジ部７２ｃの上面とケース６０との間に溶接などで固定されている。また、弁軸ホルダ６の内部には、貫通孔６ｈが形成されている。

また、この弁軸ホルダ６の筒状小径部６ａの上部開口部６ｇから所定の深さまで下方に向かって雌ネジ６ｄが形成されている。
そして、弁軸４１の外周に形成された雄ネジ４１ａと、弁軸ホルダ６の筒状小径部６ａの内周に形成された雌ネジ６ｄとにより、ネジ結合Ｎが構成されている。

さらに、弁軸ホルダ６の筒状大径部６ｂの側面には、均圧孔５１が穿設され、この均圧孔５１により、筒状大径部６ｂ内の弁軸ホルダ室８３と、ロータ収容室６７（第２の背圧室）との間が連通している。このように均圧孔５１を設けることにより、ケース６０のロータ４を収容する空間と、弁軸ホルダ６内の空間とを連通することにより、弁軸ホルダ６の移動動作をスムーズに行うことができる。

また、弁軸４１の下端側には、筒状の弁ガイド１８が弁軸ホルダ６の貫通孔６ｈに対して摺動可能に配置されている。この弁ガイド１８は天井部２１側がプレス成型により略直角に折り曲げられている。そして、この天井部２１には貫通孔１８ａが形成されている。また、弁軸４１の下方には、さらに鍔部４１ｂが形成されている。

ここで、弁軸４１は、弁ガイド１８に対して回転可能、かつ径方向に変位可能となるように弁ガイド１８の貫通孔１８ａに遊貫状態で挿入されており、鍔部４１ｂは、弁ガイド１８に対して回転可能、かつ、径方向に変位可能となるように弁ガイド１８内に配置されている。また、弁軸４１は貫通孔１８ａを挿通し、鍔部４１ｂの上面４１ｃが、弁ガイド１８の天井部２１に対向するように配置されている。なお、鍔部４１ｂが弁ガイド１８の貫通孔１８ａより大径であることにより、弁軸４１の抜け止めがなされている。

弁ガイド１８の天井部２１と弁軸４１の鍔部４１ｂとの間にはワッシャ７０が設置されている。ワッシャ７０は、高滑性表面の金属製ワッシャ、フッ素樹脂等の高滑性樹脂ワッシャあるいは高滑性樹脂コーティングの金属製ワッシャなどであることが好ましい。ワッシャ７０の中央部には貫通孔が形成されている。
さらに、弁ガイド１８内には、圧縮された弁バネ２７とバネ受け３５とが収容されている。

また、弁本体３０の内側には、弁部材１７の軸方向への移動を案内する弁体案内部材７２が配置されている。弁体案内部材７２は、内部が貫通した筒体であり、最上位に位置するフランジ部７２ｃと、その下方の大径部７２ａと、その下方の小径部７２ｂとを有したもので、プレス成形によって形成されている。また、弁体案内部材７２の大径部７２ａの外周面側の直径は、弁本体３０の内周面側の直径より若干大きく形成されている。

弁部材１７は、略円柱状に形成された部材であり、弁体案内部材７２内において電動弁２の軸方向に摺動可能な状態で収容されている。この弁部材１７が弁体案内部材７２内に収容されることにより、弁体案内部材７２内の空間が区画され、弁体案内部材７２内に背圧室２８が形成される。

以下、本発明における電動弁２の要部である弁部材１７について詳細に説明する。図２（ａ）は、弁部材１７を組み立てる過程を示す分解図であり、図２（ｂ）は、組み立てられた弁部材１７を示す図である。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、弁部材１７は、弁体部１７Ａ、弁体保持部１７Ｂ、及びシール部材４８によって構成され、その軸心が電動弁２の軸心と重なるように配置されている。

弁体部１７Ａは、内部に略円柱状の空間１７ａを有する略円筒状の部材である。空間１７ａは、内周壁面に形成された段差部分１７ｘによって区画され、段差部分１７ｘの上方の内径が段差部分１７ｘの下方の内径よりも大きくなるように形成されている。なお、段差部分１７ｘは、円環状の平面によって構成されている。

弁体保持部１７Ｂは、内部に縦方向の孔部１７ｂが均圧路として形成された連結部１７Ｂ１と、連結部１７Ｂ１の上方に配置され内部に横方向の導通孔１７ｃが均圧路として形成された頭部１７Ｂ２を備えている。このため、図１に示す弁ポート１６（第２の管継手１５内）の圧力は、均圧路である孔部１７ｂ、導通孔１７ｃを介して背圧室２８に導かれる。また、連結部１７Ｂ１の外周壁面には、円環状の平面を有する段差部分１７ｙが形成され、頭部１７Ｂ２の下端には、連結部１７Ｂ１よりも最大外径の大きな環状のフランジ面１７ｆが形成されている。ここで、段差部分１７ｘと段差部分１７ｙは、後述するように連結部１７Ｂ１を弁体部１７Ａの空間１７ａに挿入した場合に弁体保持部１７Ｂの挿入深さを規定する規定部として機能する。

シール部材４８は、断面Ｌ字状の環状パッキン４８ａの間に環状の補強板４８ｂを挟んで形成された環状の部材である。なお、上方に配置された環状パッキン４８ａの上側および下方に配置された環状パッキン４８ａの下側には、環状パッキン４８ａを常に外側に付勢する板バネが配置されるのが好ましい。これにより、環状パッキン４８ａを弁体案内部材７２の内周面に密に係止させることができる。

次に、図２を参照しながら、弁部材１７を組み立てる過程について説明する。まず、弁体保持部１７Ｂの連結部１７Ｂ１にシール部材４８が嵌め込まれ、図２（ａ）に示すように、シール部材４８がフランジ面１７ｆと接触するように装着される。

次に、弁体部１７Ａの空間１７ａに弁体保持部１７Ｂの連結部１７Ｂ１が挿入され、弁体保持部１７Ｂが下方に移動すると、シール部材４８が弁体部１７Ａの上端面１７ｅに当接する。さらに弁体保持部１７Ｂが下方に移動させると、シール部材４８が弁体保持部１７Ｂのフランジ面１７ｆと弁体部１７Ａの上端面１７ｅとの間に挟まれて徐々に押し潰される。次に、弁体保持部１７Ｂの段差部分１７ｙと弁体部１７Ａの段差部分１７ｘとが当接すると、段差部分１７ｘと段差部分１７ｙが係合し、弁体保持部１７Ｂがそれ以上下方に移動しなくなる。

なお、図２（ｂ）に示すように、段差部分１７ｘと段差部分１７ｙとを当接させた状態において、弁体保持部１７Ｂのフランジ面１７ｆと弁体部１７Ａの上端面１７ｅとの間に形成される断面略Ｃ字状の溝の幅Ｂは、シール部材４８の厚さＡよりも狭くなるように形成されている。このため、弁体保持部１７Ｂのフランジ面１７ｆと弁体部１７Ａの上端面１７ｅとによって挟持されたシール部材４８の潰し量が過多や過少になることが防止され、シール部材４８を適度な潰し量で潰すことができる。
次に、連結部１７Ｂ１の下端部１７ｍと弁体部１７Ａの空間１７ａの下端部１７ｎが溶接されて弁体保持部１７Ｂが弁体部１７Ａに固定され、弁部材１７が完成する。

この実施の形態に係る電動弁によれば、段差部分１７ｘと段差部分１７ｙとを係合させて弁体保持部１７Ｂを弁体部１７Ａに固定することにより、一定の潰し量でシール部材４８を潰すことができるため、電動弁２ごとにシール部材４８の潰し量にばらつきが生じることを防止することができる。これにより、電動弁２ごとのシール性能のばらつきを低減することができる。

また、溝の幅Ｂをシール部材４８の厚さＡよりも狭くなるように形成することにより、適度な応力でシール部材４８を潰すことができるため、潰し量が過多となってシール部材４８が破れたり、潰し量が過少となって十分にシールができずに電動弁２内で圧力漏れが発生するなどの問題を改善することができ、気密性や摺動性などのシール性能に優れた弁部材１７を提供することができる。

なお、上述の実施の形態においては、弁体保持部１７Ｂの挿入深さを規定する規定部として、弁体部１７Ａと弁体保持部１７Ｂの双方に段差部分が形成されている場合を例に説明しているが、弁体部１７Ａまたは弁体保持部１７Ｂのいずれか一方のみに段差部分が形成されていてもよい。たとえば、図３（ａ）に示すように、段差部分１７ｘが弁体部１７Ａ側のみに形成され、弁体保持部１７Ｂの連結部１７Ｂ１の長さを短めに形成するようにしてもよい。この場合、図３（ｂ）に示すように、弁体部１７Ａの空間１７ａに弁体保持部１７Ｂの連結部１７Ｂ１を挿入すると、連結部１７Ｂ１の下端部１７ｍが弁体部１７Ａの段差部分１７ｘと当接し、弁体保持部１７Ｂがそれ以上下方に移動しなくなる。

また、図４（ａ）に示すように、段差部分１７ｙが弁体保持部１７Ｂ側のみに形成されていてもよい。ここで、段差部分１７ｙからフランジ面１７ｆまでの高さＣは、弁体保持部１７Ｂを弁体部１７Ａに固定した際に、適度にシール部材４８が押し潰されるように、シール部材４８の厚さＡよりも若干低くなるように形成される。この場合、図４（ｂ）に示すように、弁体部１７Ａの空間１７ａに弁体保持部１７Ｂの連結部１７Ｂ１を挿入すると、連結部１７Ｂ１の段差部分１７ｙが弁体部１７Ａの上端面１７ｅと当接し、弁体保持部１７Ｂがそれ以上下方に移動しなくなる。

また、上述の実施の形態において、弁体部１７Ａと弁体保持部１７Ｂのいずれにも段差部分を設けずに弁体保持部１７Ｂの高さを固定できるようにしてもよい。たとえば、図５（ａ）に示すように、弁体保持部１７Ｂの連結部１７Ｂ１の外径を一定にする。また、弁体部１７Ａにおいて空間１７ａを上方に延長すべく、弁体部１７Ａの上端面１７ｅに空間１７ａを囲む円筒状の周壁１７ｐを形成する。なお、周壁１７ｐの高さＤは、弁体保持部１７Ｂを弁体部１７Ａに固定した際に、適度にシール部材４８が押し潰されるように、シール部材４８の厚さＡよりも低くなるように形成される。

この場合、まず、シール部材４８が周壁１７ｐに嵌め込まれ、シール部材４８と弁体部１７Ａの上端面１７ｅとが接触する。次に、弁体部１７Ａの空間１７ａに弁体保持部１７Ｂの連結部１７Ｂ１が挿入され、弁体保持部１７Ｂが下方に移動すると、弁体保持部１７Ｂのフランジ面１７ｆがシール部材４８に当接する。さらに弁体保持部１７Ｂが下方に移動すると、シール部材４８が弁体保持部１７Ｂのフランジ面１７ｆと弁体部１７Ａの上端面１７ｅとの間に挟まれて徐々に押し潰される。次に、弁体保持部１７Ｂの頭部１７Ｂ２の下端面が弁体部１７Ａの周壁１７ｐの上端面１７ｐ１と当接すると、図５（ｂ）に示すように、弁体保持部１７Ｂがそれ以上下方に移動しなくなる。

また、上述の実施の形態においては、弁体保持部１７Ｂを弁体部１７Ａに固定する手段として、図２（ｂ）に示すように、連結部１７Ｂ１の下端部１７ｍと弁体部１７Ａの空間１７ａの下端部１７ｎとを溶接する場合を例に説明しているが、固定方法は必ずしもこの方法に限定されない。たとえば、図６（ａ）に示すように、連結部１７Ｂ１の下端に爪状の係止部分１７ｒを設け、係止部分１７ｒで弁体部１７Ａの空間１７ａの下端部１７ｎをかしめて弁体保持部１７Ｂを弁体部１７Ａに固定してもよい。また、図６（ｂ）に示すように、弁体部１７Ａの空間１７ａに弁体保持部１７Ｂの連結部１７Ｂ１を圧入したときに生じる摩擦力を利用して弁体保持部１７Ｂを弁体部１７Ａに固定してもよい。なお、摩擦力を利用する場合には、上述した溶接を併用して弁体保持部１７Ｂを弁体部１７Ａに固定してもよく、係止部分１７ｒでかしめる方法を併用して弁体保持部１７Ｂを弁体部１７Ａに固定してもよい。

さらに、連結部１７Ｂ１と空間１７ａに雄ネジと雌ネジを設けて螺合することにより弁体保持部１７Ｂを弁体部１７Ａに固定してもよく、接着剤を用いて弁体保持部１７Ｂを弁体部１７Ａに固定してもよい。

また、上述の実施の形態においては、シール部材４８が弁体保持部１７Ｂのフランジ面１７ｆと弁体部１７Ａの上端面１７ｅとによって直接挟持される場合を例に説明しているが、必ずしも直接挟持される必要はなく、他の部品を介して挟持されてもよい。たとえば、図８に示す従来の技術のように、シール部材がフランジ部と皿ばね受けによって挟持されてもよい。

また、上述の実施の形態においては、均圧路として孔部１７ｂ、導通孔１７ｃを弁部材１７内に設けた場合を例に説明しているが、必ずしも弁部材１７内に均圧路を設けなくてもよい。たとえば、弁部材１７内に均圧路を設けることに代えて、別途、弁ポート１６の圧力を背圧室２８に導く配管部材を配置してもよい。

２ 電動弁
１７ 弁部材
１７Ａ 弁体部
１７Ｂ 弁体保持部
１７Ｂ１ 連結部
１７Ｂ２ 頭部
１７ａ 空間
１７ｂ 孔部
１７ｃ 導通孔
１７ｅ 上端面
１７ｆ フランジ面
１７ｐ 周壁
１７ｘ 段差部分
１７ｙ 段差部分

Claims (3)

1. ロータの回転運動を、雄ネジ部材と雌ネジ部材とのネジ結合により直線運動に変換し、この直線運動に基づいて弁本体内に収容された弁部材を軸方向に移動させる電動弁であって、
   前記弁部材は、
   略円筒状の弁体部と、
   前記弁体部の略円柱状の空間に挿入される連結部、および前記連結部の上方に配置され、前記連結部の最大外径よりその最大外径が大きなフランジ面を備える弁体保持部と、
   前記弁体部の上端面と前記弁体保持部の前記フランジ面とによって挟持される環状のシール部材と
   を備え、
   前記弁体部に前記弁体保持部を装着した場合において、前記弁体部の上端面と前記弁体保持部の前記フランジ面との間に形成される溝の幅が前記シール部材の厚さよりも狭くなるように前記連結部の挿入深さを規定する規定部が前記弁体部および前記弁体保持部の少なくとも一方に形成されていることを特徴とする電動弁。
2. 前記規定部は、
   前記弁体部の略円柱状の前記空間の内周壁面に形成された第１の段差部分、および前記連結部の外周壁面に形成された第２の段差部分の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１記載の電動弁。
3. 前記規定部は、
   前記弁体部の上端面に形成され、前記弁体部の略円柱状の前記空間を囲む周壁を含むことを特徴とする請求項１記載の電動弁。

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