JP6851642B2 - 電動弁及びそれを用いた熱交換器 - Google Patents

電動弁及びそれを用いた熱交換器 Download PDF

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Description

本発明は、カーエアコン等に組み込まれて使用される電動弁に係り、例えば、熱交換器等に設けられた弁本体への組み付けが容易とされた電動弁及びそれを用いた熱交換器に関する。
この種の電動弁として、受け部材と、該受け部材との間で所定の空間を画定するキャンと、前記空間内に配置された弁軸と、該弁軸を回転するロータと、該ロータの回転を弁座に対する前記弁軸の進退動に変換する駆動機構と、前記キャンに外嵌されたステータと、を備え、前記弁軸の下端部に設けられた弁体の弁座に対するリフト量を制御することにより、冷媒等の流体の通過流量を調整するようになっているものが知られている。
また、受け部材を収容する内挿穴と該内挿穴に連通する流入口及び流出口とを備えた弁本体に対する前記した電動弁の組付方法として、例えば、弁軸、ロータ等を組み付けた受け部材にキャンの下端部を溶接して固定した後、その受け部材を内挿穴に上から落とし込むように挿入し、続いて、ステータをキャンに上から落とし込むように外嵌し、そのステータのモールドカバーをねじ止めにより弁本体に締め付け固定する方法(例えば、特許文献1参照)や、内挿穴の内周面に雌ねじ部を形成し、受け部材の外周面に雄ねじ部を形成しておき、前記受け部材の雄ねじ部を前記内挿穴の雌ねじ部に螺合させる方法(例えば、特許文献2参照)等が知られている。
特開2012−062952号公報 特許第5550362号公報
ところで、特許文献1に所載の従来の電動弁では、弁軸、ロータ、キャン等が組み付けられた受け部材を弁本体の内挿穴に挿入した後に、当該電動弁を構成するステータをキャンに外嵌し、そのステータのモールドカバーを本体部に固定する必要があるので、弁本体に対する電動弁の組付工程が煩雑となるといった問題があった。
また、特許文献2に所載の電動弁では、例えば、弁軸、ロータ、キャン、ステータ等が組み付けられた受け部材を、その雄ねじ部を内挿穴の雌ねじ部に螺合させて弁本体に固定する必要があるので、弁本体に対する受け部材やステータ(のリード端子やリード線)の回転角度位置を精緻に決めることが難しいといった問題があった。
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、熱交換器等に設けられた弁本体に対して容易にかつ精緻に組み付けることのできる電動弁及びそれを用いた熱交換器を提供することにある。
上記する課題を解決するために、本発明に係る電動弁は、上部大径部及び該上部大径部より大径の中間拡径部を有する段付き円筒状の受け部材と、天井部を有する下方開口の円筒状であり、下端が前記上部大径部に溶接されたキャンと、該キャンの外側に配置されたステータと、前記キャンの内側に配置されて前記ステータによって回転駆動されるロータと、前記ロータと一体的に回転する弁軸と、前記ロータの回転を前記受け部材に設けられた弁座に対する前記弁軸の進退動に変換する駆動機構と、前記ステータのモールドカバーと、前記モールドカバーと別体に形成され、前記受け部材の外周に前記キャンの溶接部を別部材を介さずに覆うように配置された状態で、他部品に固定されるフランジ部材と、を備えることを特徴としている。好ましい態様では、前記フランジ部材は、前記上部大径部の外周に当接して固定される。また、本発明に係る電動弁は、上部大径部及び該上部大径部より大径の中間拡径部を有する段付き円筒状の受け部材と、天井部を有する下方開口の円筒状であり、下端が前記上部大径部に溶接されたキャンと、該キャンの外側に配置されたステータと、前記キャンの内側に配置されて前記ステータによって回転駆動されるロータと、前記ロータと一体的に回転する弁軸と、前記ロータの回転を前記受け部材に設けられた弁座に対する前記弁軸の進退動に変換する駆動機構と、前記ステータのモールドカバーと、前記モールドカバーと別体に形成され、前記受け部材の外周に前記キャンの溶接部を覆うように配置された状態で、他部品に固定されるフランジ部材と、を備え、前記フランジ部材は、前記受け部材の前記上部大径部の外周に当接して固定されていることを特徴としている。好ましい態様では、前記フランジ部材の下端部は、前記上部大径部と前記中間拡径部とで形成される段差部に当接している。
好ましい態様では、前記フランジ部材は、前記電動弁を前記他部品に固定するためのフランジと、前記上部大径部が嵌入される嵌合穴と、を有する。
他の好ましい態様では、前記フランジ部材の板厚は、前記上部大径部の上下方向の高さよりも大きい。
他の好ましい態様では、前記フランジ部材には、前記ステータの前記モールドカバーの下面側が固定される。
また、本発明に係る熱交換器は、前記電動弁と、該電動弁の前記受け部材を収容する内挿穴、及び該内挿穴に連通する流入口及び流出口を備えた弁本体とを具備し、前記電動弁が、前記フランジ部材を介して前記弁本体に固定されていることを特徴としている。
本発明によれば、受け部材の外周に当該電動弁を他部品に固定するためのフランジが設けられていることにより、弁軸、ロータ、キャン、ステータ等が受け部材に予め組み付けられた電動弁を、受け部材の外周に設けられたフランジを介して弁本体等の他部品に固定できるので、弁本体等の他部品に対して当該電動弁を容易にかつ精緻に組み付けることができる。
また、受け部材の外周に設けられたフランジが、弁軸の軸線方向で視てステータより外側まで延びていることにより、弁軸、ロータ、キャン、ステータ等が受け部材に予め組み付けられた場合でも、前記フランジを弁本体等の他部品に簡便に固定できるので、弁本体等の他部品に対する当該電動弁の組付が更に容易となる。
また、前記ステータのモールドカバーが前記フランジに固定されていることにより、当該電動弁に対するステータの組付工程を簡素化することができる。
さらに、前記モールドカバーが該モールドカバーの下面側で前記フランジに固定されていることにより、当該電動弁を弁本体等の他部品に組み付けた際にステータの固定箇所が見え難くなり、当該電動弁の外観(意匠性)を良くすることもできる。
本発明に係る電動弁の第1実施形態を示し、(A)は平面図、(B)は正面図、(C)は下面図、(D)は左側面図。 図1(A)のA−A矢視線に従う拡大断面図。 図1(A)のB−B矢視線に従う拡大断面図。 図1に示される電動弁が組み付けられた熱交換器を示す斜視図。 本発明に係る電動弁の第2実施形態を示す正面図。 図5に示される電動弁を、図1(A)のB−B矢視線と同様の矢視線に従って破断した拡大断面図。
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
[第1実施形態]
図1は、本発明に係る電動弁の第1実施形態を示し、図1(A)は平面図、図1(B)は正面図、図1(C)は下面図、図1(D)は左側面図である。また、図2は、図1(A)のA−A矢視線に従う拡大断面図、図3は、図1(A)のB−B矢視線に従う拡大断面図である。なお、図2及び図3では、後述する熱交換器の弁本体部分を併せて示している。
図示第1実施形態の電動弁1は、基本的には、受け部材16との間で所定の空間を画定するための、天井部40aを有する下方開口の円筒状のキャン40と、このキャン40の内周に所定の間隙αをあけて配在されたロータ30と、キャン40に外嵌されたステータ50と、段付き逆円錐状の弁体24がその下端部に設けられ、前記ロータ30と一体的に回転する弁軸25と、キャン40の下端部を受ける弁座(弁口)20付きの受け部材16と、ロータ30と弁軸25との間に配在され、ロータ30の回転を利用して弁軸25に設けられた弁体24を前記弁座20に進退動(接離)させる駆動機構としてのねじ送り機構23とを備え、弁座20に対する弁体24のリフト量を制御することにより、冷媒等の流体の通過流量を調整するようになっている。ステータ50によるロータ30の回転を弁座20に対する弁軸25(弁体24)の進退動に変換するねじ送り機構23は、筒状のガイドブッシュ21の外周に形成された雄ねじ部と、下方開口の筒状の弁軸ホルダ22の内周に形成されて前記雄ねじ部と螺合せしめられた雌ねじ部とで構成されている。
なお、受け部材16とキャン40とで画定される前記空間内の内部構成は、上記した特許文献1、2に所載の電動弁とほぼ同じであるため、その詳細説明については特許文献1、2を参照されたい。以下では、主に、本発明の特徴部分である、受け部材16とキャン40の外側に配置されたステータ50の構成についてのみ具体的に説明する。
前記ステータ50は、ヨーク51、ボビン52、コイル53,53、及びそれらを囲包む樹脂製のモールドカバー54等からなり、このステータ50とロータ30とでステッピングモータが構成される。コイル52には、基板56を介して複数のリード線55が接続されている。
前記モールドカバー54は、断面外形が凸字状を呈し、キャン40の天井部40aを含む上部に外嵌される天井部54aと、ヨーク51、ボビン52、コイル53,53等のステータ50の主要部を囲包む円筒状胴部54bとを有する。前記天井部54aの下面中央(弁軸25の軸線O上)には、キャン40の天井部40aを下方に押圧すべく、下方に向けて凸部54cが形成されている。
一方、受け部材16は、基本的に、上部大径部16aと中間中径部16bと下部小径部16cからなる段付き円筒状とされ、その上部大径部16aの上部外周端縁に形成された段丘部にキャン40の下端部が溶接されている(溶接部41)。なお、受け部材16の上部に形成された嵌合凹部16dには、ガイドブッシュ21の大径下部21aが圧入固定されている。また、前記受け部材16の下部小径部16cの内部に、縦向きの開口からなる弁座(弁口)20が形成されるとともに、その弁座20の上流側(上側)に弁室14に開口する横孔20aが形成され、弁座20の下流側(下側)に縦孔20bが形成されている。
前記受け部材16の中間中径部16b(の下端より若干上側)の外周に形成された環状凹溝16eには、弁室14と外部空間との間を気密的にシールすべく、シール部材としてのOリング31が装着され、前記受け部材16の下部小径部16c(の下端より若干上側)の外周に形成された環状凹溝16fは、弁室14と流出口12との間を気密的にシールすべく、シール部材としてのOリング32が装着されている。
また、前記受け部材16の上部大径部16aの外周左右には、当該電動弁1を後述する弁本体15に固定するためのフランジ17、17が一体的に形成されている。図示例では、各フランジ17は、上部大径部16aの下面(言い換えれば、中間中径部16bの上面)と面一となるように、かつ平面視でステータ50(のモールドカバー54)より外側まで延びている。各フランジ17の端部付近には、ボルト60を通す通し穴17aが貫設されている。なお、この通し穴17aは、より具体的には、ボルト60の頭部が平面視でステータ50(のモールドカバー54)より外側に位置するように形成される。また、前記上部大径部16aの外周前後には、当該電動弁1を弁本体15に固定した際に当該電動弁1の姿勢を安定させるべく、比較的小さいフランジ18、18が一体的に形成されている。図示例では、各フランジ18は、上部大径部16aの下面と面一となるように、かつ平面視でキャン40より外側であってステータ50(のモールドカバー54)より内側まで延びている。
さらに、左右方向に延びるフランジ17、17と前後方向に延びるフランジ18、18とで画定される4箇所の角部には、前記ステータ50(のモールドカバー54)を受け部材16に固定するための固定部19が一体的に形成されている。この固定部19は、フランジ17、17やフランジ18、18より板厚の小さい平面視矩形状の平板から構成され、その上面がフランジ17やフランジ18の上面と面一となるように延設されており、その略中央に通し穴19aが貫設されている。ステータ50のモールドカバー54の下面から下方に向けて突設された固定ピン54dがこの通し穴19aに通された後、通し穴19aから突出した固定ピン54dの下端が固定部19に溶着されることにより、前記ステータ50(のモールドカバー54)が受け部材16に固定される。
次に、図2及び図3に加えて、図4を参照しながら、上記した電動弁1を膨張弁として使用した熱交換器10への当該電動弁1の組立構成について詳述する。図4は、図1に示される電動弁が組み付けられた熱交換器を示す斜視図である。
熱交換器10は例えばエバポレータ(蒸発器)であり、これに設けられた弁本体15は、その上部中央に、前記電動弁1の受け部材16の一部(中間中径部16bと下部小径部16c)が挿入係止される段付きの内挿穴13が設けられている。この内挿穴13は、弁本体15の上面に開口する上部大径穴13aと、該上部大径穴13aより小径の下部小径穴13bとからなっている。
内挿穴13における上部大径穴13a及び下部小径穴13bには、受け部材16の中間中径部16b及び下部小径部16cがそれぞれ嵌挿され、上部大径穴13aにおける受け部材16の中間中径部16bの下面より下方の空間が弁室14とされている。
また、前記弁本体15には、前記弁室14に連なる流入口11が(前側に向けて)開口せしめられるとともに、前記下部小径穴13bに連なる流出口12が(右側に向けて)開口せしめられている。ここで、流出口12の開口面積は、流入口11の開口面積より大きくされている。
上記構成とされた電動弁1を熱交換器10に組み立てる際には、例えば、まず、受け部材16に、ねじ送り機構23の一方を構成するガイドブッシュ21を圧入固定し、これに、弁軸25、弁軸ホルダ22、ロータ30等を組み付け、しかる後、キャン40の下端部を受け部材16(の上部外周端縁に形成された段丘部)に溶接する。続いて、ステータ50をキャン40に上から落とし込むように外嵌しながら、ステータ50のモールドカバー54の下面に突設した固定ピン54dを固定部19の通し穴19aに通し、その通し穴19aから突出した固定ピン54dの下端を固定部19に溶着して固定し、さらに、各環状凹溝16e、16fにOリング31、32をそれぞれ装着して、上記電動弁1を得る。
次に、電動弁1(の受け部材16)を弁本体15の内挿穴13に上から落とし込むように挿入する。これにより、受け部材16の中間中径部16b及び下部小径部16cが内挿穴13の上部大径穴13a及び下部小径穴13bにそれぞれ嵌挿されるとともに、その上部大径部16aに設けられた各フランジ17、17、18、18が弁本体15の上面に当接して配置される。
そして、2本のボルト60をそれぞれ、受け部材16に一体に形成されたフランジ17に設けられた通し穴17aを介して弁本体15の上部に形成された雌ねじ部15aに上方からねじ込んで、各フランジ17を弁本体15の上面に締め付け固定する。これにより、上記構成の電動弁1付き熱交換器10が組み立てられる。
なお、前記ボルト60を弛めれば、熱交換器10の弁本体15から電動弁1自体を分離して取り外すことができる。
このように、本実施形態の電動弁1では、受け部材16の外周に当該電動弁1を他部品(熱交換器10の弁本体15)に固定するためのフランジ17が設けられていることにより、弁軸25、ロータ30、キャン40、ステータ50等が受け部材16に予め組み付けられた電動弁1を、前記フランジ17を介して他部品に固定できるので、他部品に対して当該電動弁1を容易にかつ精緻に組み付けることができる。
また、受け部材16の外周に設けられたフランジ17が、弁軸25の軸線O方向で視てステータ50より外側まで延びていることにより、弁軸25、ロータ30、キャン40、ステータ50等が受け部材16に予め組み付けられた場合でも、前記フランジ17を弁本体15等の他部品に簡便に固定できるので、他部品に対する当該電動弁1の組付が更に容易となる。
また、前記ステータ50のモールドカバー54が前記受け部材16又は前記フランジ17に固定されていることにより、当該電動弁1に対するステータ50の組付工程を簡素化することができる。
さらに、前記モールドカバー54が該モールドカバー54の下面側で前記受け部材16又は前記フランジ17に固定されていることにより、当該電動弁1を弁本体等の他部品に組み付けた際にステータ50の固定箇所が見え難くなり、当該電動弁1の外観(意匠性)を良くすることもできる。
さらにまた、前記受け部材16と前記フランジ17とが一体に形成されていることにより、当該電動弁1における部品点数の増加を抑制することもできる。
[第2実施形態]
図5は、本発明に係る電動弁の第2実施形態を示す正面図であり、図6は、図5に示される電動弁を、図1(A)のB−B矢視線と同様の矢視線に従って破断した拡大断面図である。
本第2実施形態の電動弁2は、上記第1実施形態の電動弁1に対し、主に、受け部材とフランジの構成のみが相違している。そのため、以下では、主に受け部材とフランジの構成についてのみ詳述し、図1〜図4に示した電動弁1と同じ構成については、同様の符号を付してその詳細な説明を省略する。
図示第2実施形態の電動弁2における受け部材26は、基本的に、上部大径部26aと(上部大径部26aより大径の)中間拡径部26bと下部小径部26cからなる段付き円筒状とされ、その上部大径部26aの上部外周端縁に形成された段丘部にキャン40の下端部が溶接されるとともに(溶接部41)、その上部大径部26aの外周に、前記受け部材26と別体に形成されたフランジ部材26Aが(前記溶接部41を覆うように)取付固定されている。
前記フランジ部材26Aは、上部大径部26aと略同径に形成された嵌合穴26gを介して前記上部大径部26aに圧入固定されており、その左右の部分に、当該電動弁2を弁本体15に固定するためのフランジ27、27が一体的に形成され、その前後の部分に、当該電動弁2を弁本体15に固定した際に当該電動弁2の姿勢を安定させるための、比較的小さいフランジ28、28が一体的に形成されている。なお、本実施形態でも、各フランジ27は、平面視でステータ50(のモールドカバー54)より外側まで延びており、各フランジ27の端部付近に、ボルト60を通す通し穴27aが貫設されている。
また、本実施形態では、フランジ部材26A(フランジ27、28)の板厚が受け部材26の上部大径部26aの上下方向高さよりも大きくされており、受け部材26とフランジ部材26Aとステータ50とを組み立てたときに、フランジ部材26A(フランジ27、28)の上面がステータ50のモールドカバー54の下面と当接するようにされている。
上記構成の電動弁2を組み立てるにあたっては、まず、受け部材26に、ねじ送り機構23の一方を構成するガイドブッシュ21を圧入固定し、これに、弁軸25、弁軸ホルダ22、ロータ30等を組み付け、しかる後、キャン40の下端部を受け部材26(の上部外周端縁に形成された段丘部)に溶接する。続いて、フランジ部材26Aを、キャン40に挿通させながら受け部材26(の上部大径部26a)に圧入により固定し、しかる後、ステータ50をキャン40に上から落とし込むように外嵌しながら、ステータ50のモールドカバー54の下面に突設した固定ピン54dをフランジ部材26Aに一体に形成した固定部29の通し穴29aに通し、その通し穴29aから突出した固定ピン54dの下端を固定部29に溶着して固定し、さらに、各環状凹溝26e、26fにOリング31、32をそれぞれ装着する。
また、上記構成とされた電動弁2を熱交換器10に組み立てる際には、上記第1実施形態と同様、電動弁2(の受け部材26)を弁本体15の内挿穴13に上から落とし込むように挿入し、2本のボルト60をそれぞれ、受け部材26に別体に形成された(フランジ部材26Aの)フランジ27に設けられた通し穴27aを介して弁本体15の上部に形成された雌ねじ部15aに上方からねじ込んで、各フランジ27を弁本体15の上面に締め付け固定する。
かかる構成の電動弁2では、上記第1実施形態の電動弁1と同様の作用効果が得られると共に、受け部材26とフランジ27(フランジ部材26A)とが別体に形成されているので、フランジ27の設計自由度を高めることができ、例えば受け部材26の構成を変更することなく、様々な形態の弁本体15に対して当該電動弁2を簡便に組み付けることができる。
なお、上記した実施形態では、ステータ(のモールドカバー)をフランジ又は受け部材(の固定部)に溶着により固定し、電動弁(のフランジ)を弁本体にねじ止めにより固定しているが、ステータのフランジ又は受け部材に対する固定方法や電動弁の弁本体に対する固定方法は、適宜に変更できることは言うまでも無い。例えば、ステータをフランジ又は受け部材にねじ止め等により固定しても良い。また、弁本体に予めスタッドボルトを植立しておき、該スタッドボルトをフランジの通し穴に挿通し、その後、該スタッドボルトにナットを螺合させることにより、電動弁を弁本体に固定しても良い。
また、上記した実施形態では、弁本体15の前側に向けて形成された開口を流入口11とし、その右側に向けて形成された開口を流入口12としているが、流入口11と流出口12とを逆にしても良い。
さらに、上記した実施形態では、弁座20が受け部材16に一体的に形成されているが、例えば、弁座(弁口)を有する弁座部材(受け部材とは別体に形成された弁座部材)を受け部材に、かしめ、圧入、溶接等により固着しても良いことは当然である。
1 第1実施形態の電動弁
2 第2実施形態の電動弁
10 熱交換器
11 流入口
12 流出口
13 内挿穴
14 弁室
15 弁本体
16、26 受け部材
17、27 フランジ
18、28 フランジ
19、29 固定部
20 弁座
23 ねじ送り機構(駆動機構)
24 弁体
25 弁軸
26A フランジ部材
30 ロータ
40 キャン
40a 天井部
50 ステータ
54 モールドカバー
60 ボルト

Claims (8)

  1. 上部大径部及び該上部大径部より大径の中間拡径部を有する段付き円筒状の受け部材と、
    天井部を有する下方開口の円筒状であり、下端が前記上部大径部に溶接されたキャンと、
    該キャンの外側に配置されたステータと、
    前記キャンの内側に配置されて前記ステータによって回転駆動されるロータと、
    前記ロータと一体的に回転する弁軸と、
    前記ロータの回転を前記受け部材に設けられた弁座に対する前記弁軸の進退動に変換する駆動機構と、
    前記ステータのモールドカバーと、
    前記モールドカバーと別体に形成され、前記受け部材の外周に前記キャンの溶接部を別部材を介さずに覆うように配置された状態で、他部品に固定されるフランジ部材と、を備えることを特徴とする電動弁。
  2. 前記フランジ部材は、前記上部大径部の外周に当接して固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. 上部大径部及び該上部大径部より大径の中間拡径部を有する段付き円筒状の受け部材と、
    天井部を有する下方開口の円筒状であり、下端が前記上部大径部に溶接されたキャンと、
    該キャンの外側に配置されたステータと、
    前記キャンの内側に配置されて前記ステータによって回転駆動されるロータと、
    前記ロータと一体的に回転する弁軸と、
    前記ロータの回転を前記受け部材に設けられた弁座に対する前記弁軸の進退動に変換する駆動機構と、
    前記ステータのモールドカバーと、
    前記モールドカバーと別体に形成され、前記受け部材の外周に前記キャンの溶接部を覆うように配置された状態で、他部品に固定されるフランジ部材と、を備え
    前記フランジ部材は、前記受け部材の前記上部大径部の外周に当接して固定されていることを特徴とする電動弁。
  4. 前記フランジ部材の下端部は、前記上部大径部と前記中間拡径部とで形成される段差部に当接していることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の電動弁。
  5. 前記フランジ部材は、前記電動弁を前記他部品に固定するためのフランジと、前記上部大径部が嵌入される嵌合穴と、を有することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の電動弁。
  6. 前記フランジ部材の板厚は、前記上部大径部の上下方向の高さよりも大きいことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の電動弁。
  7. 前記フランジ部材には、前記ステータの前記モールドカバーの下面側が固定されていることを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載の電動弁。
  8. 請求項1からのいずれか一項に記載の電動弁と、該電動弁の前記受け部材を収容する内挿穴、及び該内挿穴に連通する流入口及び流出口を備えた弁本体とを具備し、
    前記電動弁が、前記フランジ部材を介して前記弁本体に固定されていることを特徴とする熱交換器。
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