JP6945504B2 - 電動弁および冷凍サイクルシステム - Google Patents

Description

本発明は、電動弁および該電動弁を用いた冷凍サイクルシステムに関する。

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体制御弁が知られている。この流体制御弁においては、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圧力差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圧力バランス機構が採用されている（たとえば、特許文献１参照）。たとえば、図８に示す電動弁１０１では、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内の圧力を弁体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、弁閉状態における弁体１２０に作用する押し下げ力（弁閉方向に作用する力）と押し上げ力（弁開方向に作用する力）との圧力差による力を無くし、弁体１２０に対する負荷を小さくしている。

この圧力バランス機構を採用した電動弁１０１においては、背圧室１２９と弁室１０７の間を気密に分離するために、弁体１２０にシール部材１３７が装着される。また、良好な作動性とシール性を両立させるために、弁体１２０の芯ずれや傾きを抑制する弁体案内部１７２が設けられる。ここで、シール部材１３７は、弁体案内部１７２の内周面に摺接している。

特開２０１８−０１３１４０号公報

ここで、図９（ａ）は、上述の電動弁１０１において、弁体１２０が弁座部１１６から離間した弁開状態を示す図であり、図９（ｂ）は、上述の電動弁１０１において、弁体１２０が弁座部１１６に着座した弁閉状態を示す図である。図９（ａ）、（ｂ）に示すように、弁体案内部１７２の下方の内周面には、弁体と摺接する摺接領域１７２ａ（斜線部分）が形成されている。

この摺接領域１７２ａは、図９（ａ）に示す離間状態においては弁体１２０の外周面のみと摺接するが、図９（ｂ）に示す着座状態においてはシール部材１３７の外周面とも摺接する。すなわち、摺接領域１７２ａは、弁体１２０との摺接面としての機能とシール部材１３７の摺接面としての機能との双方を有している。

この場合、弁体１２０が中心軸Ｌ方向に昇降し、弁体案内部１７２の摺接領域１７２ａと弁体１２０の外周面が中心軸Ｌ方向に互いに摺動を繰り返すことで摺接領域１７２ａに摺動痕が発生する場合がある。さらに、弁体１２０と摺接領域１７２aの間に異物等が入り込むことで、摺接領域１７２ａに傷ができる場合がある。

この状態で、図９（ｂ）に示すように、摺接領域１７２ａがシール部材１３７に差し掛かると、摺接領域１７２ａにできた摺動痕や傷により、背圧室１２９と弁室１０７との間で流体の漏れが発生し、圧力バランス機構の効果が十分に発揮されなくなる可能性がある。

本発明の目的は、シール部材のシール性を維持すると共に、圧力バランス機構を長期間にわたって安定して維持することができる電動弁、および該電動弁を用いた冷凍サイクルシステムを提供することである。

［１］本発明の電動弁は、
ケースの内部に収容されたロータの回転運動を、雄ネジ部材と雌ネジ部材とのネジ螺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体を前記弁本体の中心軸方向に移動させるとともに、前記弁体の上方側に背圧室を設け、前記中心軸方向において前記弁体の直下に設けられた弁ポート内の圧力を前記背圧室に導入する電動弁であって、
前記弁体の外周面を摺動させて、前記中心軸方向への移動を案内する弁体案内部と、
前記弁本体の内部において前記弁体の外側に形成された空間である弁室と、
前記弁体案内部と前記弁体との間に介装され、前記背圧室と前記弁室との間を気密に分離するシール部材とを備え、
前記弁体または前記弁体案内部は、
前記シール部材と摺接する円筒面上の領域であるシール摺接面と、
前記弁体および前記弁体案内部のうちで前記シール摺接面が形成されている部材に形成され、前記弁体および前記弁体案内部のうちで相手方となる部材と摺接する円筒面上の領域である弁摺接面とを有し、
かつ前記シール摺接面と前記弁摺接面とが前記中心軸方向に重複せず、
前記中心軸方向の前記シール摺接面を構成する位置における前記弁体と前記弁体案内部との間隙が、前記中心軸方向の前記弁摺接面を構成する位置における前記弁体と前記弁体案内部との間隙よりも大きいことを特徴とする。

このように、シール摺接面と弁摺接面とが中心軸方向に重複しないようにすることにより、仮に弁摺接面に摺動痕や傷があったとしても、弁摺接面がシール部材と摺動することがないため、弁摺接面の摺動痕や傷によってシール部材によって気密に分離された背圧室と弁室との間に流体の漏れが発生するおそれが低減される。したがって、シール部材のシール性を維持すると共に、圧力バランス機構を長期間にわたって安定して維持することができる。

［２］また、本発明の電動弁は、
前記シール摺接面の径の大きさと前記弁摺接面の径の大きさが異なることを特徴とする。
これにより、シール摺接面と弁摺接面とを明確かつ確実に区分し、シール摺接面と弁摺接面とが中心軸方向に重複しないようにすることができる。

［３］また、本発明の電動弁は、
前記弁ポートが内部に貫通して形成された筒状の弁座部を備え、
前記弁体の外周面の下端には、前記弁ポート側に向かって径を小さくするテーパー部が形成され、
前記テーパー部が、前記弁ポートの前記ロータ側に形成された開口部分と当接することを特徴とする。
これにより、弁体がテーパー部を着座面として弁座部に着座するため、着座面におけるシール性を向上させることができる。

［４］また、本発明の電動弁は、
前記シール摺接面の径と前記弁摺接面の径のうち、いずれか前記弁ポートに近い一方の径が、他方の径より大きいことを特徴とする。

このように、弁ポートに近い一方の径を他方の径より大きくし、かつ弁体の外周面下端のテーパー部を着座面として弁座部に着座させることにより、容易にシール摺接面の径を弁体着座径と同径にすることができる。このため、圧力バランス構造を有する電動弁において、的確に差圧力を無くすことができる。

［５］また、本発明の電動弁は、
前記弁摺接面は前記シール摺接面よりも前記弁ポート側に配置され、
前記弁摺接面の径が前記シール摺接面の径よりも大きいことを特徴とする。

この場合においても、容易にシール摺接面の径を弁体着座径と同径にすることができる。このため、圧力バランス構造を有する電動弁において、的確に差圧力を無くすことができる。

［６］また、本発明の電動弁は、
前記テーパー部が前記弁ポートの前記ロータ側に形成された開口部分と当接することで前記開口部分の径が弁体着座径とされるとともに、前記シール摺接面の径と、前記弁体着座径が同径であることを特徴とする。
これにより、シール摺接面における流体の受圧面積と着座部分における流体の受圧面積を同一にすることができ、さらに背圧室と弁ポートの圧力も同一であることから、より正確に差圧力を無くすことが可能となる。

［７］また、本発明の電動弁は、
前記シール部材が前記弁体案内部に配置され、
前記シール摺接面および前記弁摺接面は、前記弁体の外周面に形成されていることを特徴とする。

このように、シール部材が弁体案内部に配置された内シール構造において、シール摺接面と弁摺接面とが中心軸方向に重複しないようにすることにより、シール部材のシール性を維持することができる。

［８］また、本発明の電動弁は、
前記シール部材が前記弁体に配置され、
前記シール摺接面および前記弁摺接面は、前記弁体案内部の内周面に形成されていることを特徴とする。

このように、シール部材が弁体に配置された外シール構造において、シール摺接面と弁摺接面とが中心軸方向に重複しないようにすることにより、シール部材のシール性を維持することができる。

［９］また、本発明の電動弁は、
前記シール部材が、断面Ｌ字状のＬ字環状パッキンを用いて形成されていることを特徴とする。

このように、断面Ｌ字状の環状パッキンを用いてシール部材を形成し、かつ環状パッキンを弁体の外周面や弁体案内部の内周面と摺接させることより、的確に背圧室と弁室との間を気密に分離することができる。

［１０］また、本発明の電動弁は、
前記シール部材が、Ｏリングにより、またはＯリングと断面Ｃ字状の環状部材を組み合わせて形成されていることを特徴とする。
このように、Ｏリングを用いた場合においても、的確に背圧室と弁室との間を気密に分離することができる。

［１１］また、本発明の冷凍サイクルシステムは、
圧縮機、凝縮器、膨張弁、および蒸発器を含む冷凍サイクルシステムであって、上述の電動弁を前記膨張弁として用いることを特徴とする。

このような電動弁であれば、制御弁として、確実に弁の開度を調整し、流量を制御することが出来るため、冷凍サイクルシステムとして好適である。

本発明によれば、シール部材のシール性を維持すると共に、圧力バランス機構を長期間にわたって安定して維持することができる電動弁、および該電動弁を用いた冷凍サイクルシステムを提供することができる。

実施の形態に係る電動弁の概略断面図である。 実施の形態に係る電動弁の要部拡大図である。 他の実施の形態に係る電動弁において、弁摺接面の外径をシール摺接面の外径よりも小径とした場合を示す図である。 他の実施の形態に係る電動弁において、弁体の摺動筒部の下端にテーパー部を設けない場合との比較を示す図である。 実施の形態に係る電動弁において、シール部材を弁体側に設け外シール構造とした場合を示す図である。 実施の形態に係る電動弁において、シール部材にＯリングやスリッパーシール材を用いた場合を示す図である。 実施の形態に係る電動弁において、弁ガイド部をシール部材の上方に配置した場合を示す図である。 従来の電動弁の概略断面図である。 従来の電動弁の要部拡大図である。

以下、図面を参照して、本発明の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を示した概略断面図である。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は弁体１７より上方に位置している。

この電動弁２では、金属により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、たとえばステンレス等の金属から成り、内部において弁体１７の外側に形成された空間である弁室１１を有している。また、弁本体３０の側面には、弁室１１に直接連通するたとえばステンレス製や銅製の第１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、断面円形の弁ポート１６ａが内部に貫通して形成された弁座部１６が組み込まれている。弁ポート１６ａは、弁体１７の直下において弁体１７と同軸方向に設けられている。弁座部１６には、弁ポート１６ａ、弁室１１を介して第１管継手１２に連通するたとえばステンレス製や銅製の第２管継手１５が固定装着されている。

ケース６０の内部には、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。なお、ロータ４は、磁性粉を含有する樹脂材料等の磁性を有する素材で形成されている。ブッシュ部材３３と弁軸４１は、共にたとえばステンレス等の金属で形成されており、ブッシュ部材３３で結合された弁軸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。本実施の形態では、弁軸４１が雄ネジ部材として機能している。また、弁体１７は弁ポート１６ａに対して近接又は離間可能となっている。

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形されている。傘状部５４はケース６０の頂部内側と略同形状に成形されている。

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、合成樹脂、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との間でネジ送り機構Ａ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。

この弁軸ホルダ６は、上部側の筒状小径部６ａ、下部側の筒状大径部６ｂ、後述する弁体案内部７２の内周面に嵌合される嵌合部６ｃ、リング状のフランジ部６ｆ、および嵌合部６ｃの下方に延設された延設部６ｋから成る。そして、弁軸ホルダ６の内部には、後述する弁ガイド１８を収容する収容室６ｈが形成されている。なお、弁軸ホルダ６は、金属のフランジ部６ｆ以外が樹脂材料で形成されている。

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。このため、本実施の形態では、弁軸ホルダ６が雌ネジ部材として機能している。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、ネジ送り機構Ａ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内の収容室６ｈと、ロータ収容室６６（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内の空間とが連通され、弁体１７の移動動作をスムーズに行うことができる。

また、弁軸４１の下方には、筒状の弁ガイド１８が弁軸ホルダ６の収容室６ｈに対して摺動可能に配置されている。また、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。バネ受け３５の上端部は、弁軸４１の突出部４１ｃと接触している。

弁ガイド１８は天井部２１側がプレス成形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。

弁軸４１と弁ガイド１８とが互いに径方向に移動可能であることにより、弁軸ホルダ６および弁軸４１の配置位置に関して、さほど高度な同芯取付精度を求められることなく、弁ガイド１８および弁体１７との同芯性が得られる。

弁ガイド１８の天井部２１と弁軸４１の鍔部４１ｂとの間には、中央部に貫通孔が形成されたワッシャ７０が設置されている。
また、弁本体３０の内側には、弁体１７、および弁本体３０の中心軸Ｍ方向への弁体１７の移動を案内する弁体案内部７２が配置されている。また、弁体１７（後述する均圧路を介して背圧室２８と弁ポート１６ａとを連通）と弁体案内部７２との間には、両者間の円筒状の隙間をシールすることで背圧室２８と弁室１１との間を気密に分離するシール部材４８が介装されている。

弁体１７は、たとえばステンレス等の金属で形成された部品であり、音叉形の断面形状を有している。弁体１７は、環状の固定具３６を介して弁ガイド１８に固定される略円柱状の頭部１７ａ、内部に柱状の空間１７ｄが形成された円筒状の摺動筒部１７ｂ、および頭部１７ａと摺動筒部１７ｂを一体的に接続する接続部１７ｃから構成されている。さらに、頭部１７ａの内部には、縦方向の孔部１７ｋ、および横方向の導通孔１７ｌが均圧路として形成されている。このため、弁ポート１６ａ（第２管継手１５内）の圧力は、空間１７ｄ、孔部１７ｋ、および導通孔１７ｌを介して背圧室２８に導かれる。

弁体案内部７２は、内部が貫通した筒体であり、中心軸Ｍ方向に延びる円筒状の側壁７２ａ、シール部材４８を固定する固定部７２ｂ、シール部材４８を固定すると共に弁体１７の外周面を摺動させて中心軸Ｍ方向に案内する弁ガイド部７２ｃを備えている。また、側壁７２ａは、最上位に位置するフランジ部７２ｊと、その下方の中間筒部７２ｋと、さらにその下方の下端部７２ｌとを有したもので、切削加工などによって形成されている。

この弁体案内部７２は、弁軸ホルダ６のフランジ部６ｆおよびケース６０の下端部と弁本体３０の上端部との間にフランジ部７２ｊを固定することで、弁本体３０内の所定の位置に配置されている。ここで、弁体案内部７２のフランジ部７２ｊとケース６０の下端部、および弁体案内部７２のフランジ部７２ｊと弁本体３０の上端部との間は、溶接、ろう付け、接着などの固着手段により全周に亘って密閉した状態に一体化されている。

また、下端部７２ｌの内周側には、シール部材４８が配置されている。シール部材４８は、中心軸Ｍ方向に配置された二つの断面Ｌ字状のＬ字環状パッキン４８ａの間に環状の補強板４８ｂを挟んで環状に形成され、弁体１７の外周面と摺接している。これにより、的確に背圧室２８と弁室１１との間を気密に分離することができる。なお、Ｌ字環状パッキン４８ａは、たとえば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等やＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等のフッ素系樹脂材料で形成されており、補強板４８ｂは、たとえば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂材料や真鍮、黄銅等の金属材料で形成されている。

また、シール部材４８は、中心軸Ｍ方向において固定部７２ｂと弁ガイド部７２ｃの間に挟まれて固定され、潰し量が一定になるように保持されている。固定部７２ｂと弁ガイド部７２ｃは、たとえばステンレス等の金属でそれぞれ形成されている。

また、弁体１７の接続部１７ｃの外周には、円錐台型の筒体であるバネ受け金具２９が配置されている。バネ受け金具２９は、下端部において外径側に延びる環状平面であるフランジ２９ａを有している。このフランジ２９ａと弁軸ホルダ６の嵌合部６ｃとの間には、圧縮された付勢バネ３２が配置されている。これにより、弁体１７が下方に押し下げられて雄ネジ４１ａと雌ネジ６ｄのネジ山の接触面を一定に保つことができる。このため、弁体１７が弁閉状態から弁開状態または、弁開状態から弁閉状態に作動方向を切り替えた場合においてネジガタが生じることがなく、弁体１７の作動方向が切り替わる際に流量特性にヒステリシスが生じることを防止できる。また、内径の大きな付勢バネ３２で弁体１７を付勢するため、弁体１７の傾斜を抑制することができる。

次に、実施の形態に係る電動弁２の要部について説明する。図２（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係る電動弁２の要部を拡大した図である。ここで、図２（ａ）は、弁体１７が弁座部１６に着座した弁閉状態を示しており、図２（ｂ）は、弁体１７が弁座部１６から離間した弁開状態を示している。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、弁体１７の摺動筒部１７ｂの外周面には、シール部材４８と摺接する円筒面上の領域であるシール摺接面１７ｅ、および弁体案内部７２の弁ガイド部７２ｃの内周面と摺接する円筒面上の領域である弁摺接面１７ｆが形成されている。また、弁体１７の摺動筒部１７ｂの外周面の下端には、下方（弁ポート１６ａ側）に向かって径を小さくするテーパー部１７ｊが形成されている。

上述のシール摺接面１７ｅと弁摺接面１７ｆは中心軸Ｍ方向に重複することはなく、同じ弁体１７の摺動筒部１７ｂの外周面において互いに外径が異なる状態に形成されている。また、シール摺接面１７ｅの径の大きさと弁摺接面１７ｆの径の大きさは異なるように形成され、シール摺接面１７ｅと弁摺接面１７ｆの間には段差１７ｇが形成されている。

また、シール摺接面１７ｅよりも弁ポート１６ａに近い弁摺接面１７ｆの外径Ｘは、シール摺接面１７ｅの外径（シール径）Ｙよりも大径となるように形成され（Ｘ＞Ｙ）、シール摺接面１７ｅの外径Ｙが弁体着座径Ｚと同径となるように形成されている（Ｙ＝Ｚ）。ここで、弁体着座径Ｚは、弁体１７が弁座部１６に着座した場合において、テーパー部１７ｊと当接する開口部分１６ｂの径である。なお、開口部分１６ｂとは、弁ポート１６ａの上方（ロータ４側）に形成された弁ポート１６ａと弁座上面１６ｃの境界を成す部分である。

ここで、図２（ａ）に示すように、弁閉状態において、シール摺接面１７ｅは、シール部材４８の中心軸Ｍ方向に配置された二つのＬ字環状パッキン４８ａの内周面と摺接し、弁摺接面１７ｆは、弁ガイド部７２ｃの内周面に摺接している。また、弁体１７は、テーパー部１７ｊを着座面として弁座部１６に着座している。

この弁閉状態において、ロータ４を回転させ、弁体１７を上昇させると、シール摺接面１７ｅはＬ字環状パッキン４８ａの内周面を、弁摺接面１７ｆは弁ガイド部７２ｃの内周面を、それぞれ中心軸Ｍ方向に摺動し、図２（ｂ）に示すように、弁開状態となる。

この実施の形態に係る電動弁２によれば、シール部材４８と摺動するシール摺接面１７ｅと弁ガイド部７２ｃの内周面と摺動する弁摺接面１７ｆが互いに外径が異なる状態に形成されている。このため、仮に弁摺接面１７ｆに摺動痕や傷があったとしても、弁摺接面１７ｆがシール部材４８と摺動することはなく、弁摺接面１７ｆの摺動痕や傷によってシール部材４８によって気密に分離された背圧室２８と弁室１１との間に漏れが発生するおそれが低減される。したがって、シール部材４８のシール性を維持すると共に、圧力バランス機構を長期間にわたって安定して維持することができる。

また、弁体１７は、テーパー部１７ｊを開口部分１６ｂに当接させて弁座部１６に着座し、さらに、シール摺接面１７ｅよりも弁ポート１６ａに近い弁摺接面１７ｆの外径Ｘをシール摺接面１７ｅの外径Ｙよりも大径としているため（Ｘ＞Ｙ）、容易にシール摺接面１７ｅの外径Ｙを弁体着座径Ｚと同径にすることができる（Ｙ＝Ｚ）。このため、シール摺接面１７ｅにおける流体の受圧面積と着座部分における流体の受圧面積を同一にすることができ、さらに背圧室２８と弁ポート１６ａの圧力も同一であることから、正確に差圧力を無くすことが可能となる。

なお、図３（ａ）に示すように、弁摺接面１７ｆの外径Ｘをシール摺接面１７ｅの外径Ｙよりも小径とすることも考えられ得る（Ｘ＜Ｙ）。この場合でも、シール摺接面１７ｅにおける摺動痕や傷の発生を抑制し、シール部材４８のシール性を長期難にわたって維持できるが、弁体着座径Ｚａがシール摺接面１７ｅの外径Ｙよりも小さくなるため（Ｚａ＜Ｙ）、シール摺接面１７ｅの外径Ｙが弁体着座径Ｚと同径でなくなる。ここで、弁体着座径をシール摺接面１７ｅの外径Ｙと同径にするためには、図３（ｂ）に示すように、弁体１７の下端を外径側に張り出し、テーパー部１７ｊを着座面として弁座部１６に着座させる必要がある。しかし、このようにした場合、組み立て時に弁体案内部７２と弁体１７の組み立てができなくなるため、図３（ｂ）のように弁体１７を分割するなどの手立てが必要となる。かかる組立性を考慮すると、弁体１７および弁体案内部７２は、図２（ａ）、（ｂ）に示すような形態とするのが好ましい。

また、実施の形態に係る電動弁２によれば、弁体１７がテーパー部１７ｊを弁体着座面として弁座部１６に着座するため、弁体着座面におけるシール性を向上させることができる。一方、図４（ａ）に示すように、弁体１７の摺動筒部１７ｂの下端にテーパー部１７ｊを設けない場合、角部１７ｍが弁座部１６に着座することになる。この場合、角部１７ｍに加工時のバリや傷が生じるおそれがあり、漏れ性に影響する可能性がある。また、図４（ｂ）に示すように外径が一定の弁体１７にテーパー部１７ｊを設けた場合、弁座部１６に着座する弁体着座径Ｚ２がシール径Ｚ１よりも小さくなるため、シール摺接面のシール部分における受圧面積と着座部分における受圧面積とが異なることになり、差圧力を完全に無くすことが困難になる。この点、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、シール摺接面１７ｅと弁摺接面１７ｆのうちで弁ポート１６ａに近い方の径を他方の径よりも大径化することで、シール摺接面１７ｅの外径（シール径）Ｙを弁体着座径Ｚと同径にできるため、確実に差圧力を無くす構造にすることができる。

なお、上述の実施の形態においては、シール部材４８が弁体案内部７２側に設けられ、弁体１７と当接する内シール構造の場合を例に説明したが、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、シール部材４８が弁体６７側に設けられ、弁体案内部９２の内周面と当接する外シール構造であってもよい。以下、外シール構造の電動弁について、内シール構造の電動弁２と同様の構成についての説明は省略し、異なる部分について説明する。

この外シール構造の電動弁においては、シール部材４８が摺動する円筒面上の領域であるシール摺接面９２ｅ、および弁体６７の外周面が摺接する円筒面上の領域である弁摺接面９２ｆが共に弁体案内部９２の内周面に形成される。弁体案内部９２は、弁摺接面９２ｆの位置する範囲の壁厚がシール摺接面９２ｅの位置する範囲の壁厚よりも薄く形成されており、シール摺接面９２ｅと弁摺接面９２ｆの間に段差９２ｇが設けられている。

また、図５（ａ）、（ｂ）に示す弁体６７は、弁ガイド１８に固定される略円柱状の弁体保持部６７ａと筒体である弁筒部６７ｂとから構成されている。弁体保持部６７ａは、内部に縦方向の孔部６７ｘが均圧路として形成された連結部６７ｄと、内部に横方向の導通孔６７ｙが均圧路として形成された頭部６７ｅを備えている。また、弁筒部６７ｂは、連結部６７ｄを縦方向に受け入れる受入空間６７ｈを備えると共に、下半の外径が上半の外径よりも大径となるように形成され、中央部に段差６７ｇを備えている。

シール部材４８は、弁体保持部６７ａと弁筒部６７ｂの間に挟まれて固定され、潰し量が一定になるように保持されている。
また、弁摺接面９２ｆの内径Ｘ´は、シール摺接面９２ｅの内径（シール径）Ｙ´よりも大径となるように形成され（Ｘ´＞Ｙ´）、シール摺接面９２ｅの内径Ｙ´は、弁ポート１６ａの弁体着座径Ｚ´と同径となるように形成されている（Ｙ´＝Ｚ´）。また、弁体１７の摺動筒部１７ｂの外周面の下端には、下方に向かって径を小さくするテーパー部６７ｊが形成されている。

ここで、図５（ａ）に示す弁閉状態において、シール摺接面９２ｅは、シール部材４８のＬ字環状パッキン４８ａの外周面と摺接し、弁摺接面９２ｆは、弁体６７の外周面に摺接している。また、弁体６７の弁筒部６７ｂの外周面は、テーパー部６７ｊを着座面として弁座部１６に着座している。

この弁閉状態において、ロータ４を回転させ、弁体６７を上昇させると、中心軸Ｍ方向に配置された二つのＬ字環状パッキン４８ａは、シール摺接面９２ｅを、弁筒部６７ｂの下半の外周面６７ｋは、弁摺接面９２ｆを、それぞれ中心軸Ｍ方向に摺動し、図５（ｂ）に示すように、弁開状態となる。

このように、外シール構造の電動弁においても、シール摺接面９２ｅと弁摺接面９２ｆが中心軸Ｍ方向において重複しないように、互いに内径が異なる状態に形成することにより、シール部材４８のシール性を長期間にわたって維持することができる。すなわち、弁筒部６７ｂの下半の外周面６７ｋと弁体案内部９２の弁摺接面９２ｆが互いに摺動を繰り返し、弁摺接面９２ｆに摺動痕や傷ができたとしても、弁摺接面９２ｆがシール部材４８と摺動することはないため、弁摺接面９２ｆの摺動痕や傷によって、シール部材４８で気密に分離された背圧室２８と弁室１１との間に漏れが発生するおそれが低減される。

また、弁摺接面９２ｆの内径Ｘ´をシール摺接面９２ｅの内径Ｙ´よりも大径とし、弁体１７の下端外周にテーパー部６７ｊを設けることにより（Ｘ´＞Ｙ´）、テーパー部６７ｊを着座面として弁体６７が弁座部１６に着座し、容易にシール摺接面９２ｅの内径Ｙ´を弁体着座径Ｚ´と同径にすることができる（Ｙ´＝Ｚ´）。このため、圧力バランス構造を有する電動弁２において、的確に差圧力を無くすことができる。

また、上述の形態に係るシール部材４８においては、上方に配置されたＬ字環状パッキン４８ａの上側、および下方に配置されたＬ字環状パッキン４８ａの下側に、それぞれ環状パッキンを弁体１７側に付勢する板バネ４８ｃを必要に応じて配置してもよい。板バネ４８ｃは、たとえばステンレス等の金属材料で形成されている。

また、シール部材４８には、図６（ａ）に示すように、断面略円形状を有する環状パッキン（いわゆるＯリング）４８ｄのみから成るものを採用してもよいし、図６（ｂ）に示すように、シール部材４８として、環状パッキン（Ｏリング）４８ｄと断面Ｃ字状を有する環状部材４８ｆを組み合わせた複合型のシール部材４８を採用してもよい。ここで、環状パッキン（Ｏリング）４８ｄは、ＮＢＲ（ニトリルゴム）やＨ−ＮＢＲ（水素添加ニトリルゴム）等のゴム材料で形成されており、環状部材４８ｆは、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂材料で形成されている。

なお、図５に示すような外シール構造の電動弁においても、シール部材４８には、必ずしもＬ字環状パッキン４８ａを用いる必要はなく、図６（ａ）、（ｂ）に示すシール構造を採用してもよい。

また、上述の実施の形態において、図７に示すように、弁体１７を中心軸Ｍ方向に案内する弁ガイド部７２ｃがシール部材４８の上方に位置するようにしてもよい。すなわち、弁摺接面９２ｆがシール摺接面９２ｅよりも上方に位置するような構造を採用してもよい。この場合、シール摺接面１７ｅの外径Ｙが弁摺接面１７ｆの外径Ｘよりも大径となるように形成することにより（Ｙ＞Ｘ）、弁摺接面１７ｆの外径Ｘを弁体着座径Ｚと同径となるように形成することが容易となる（Ｘ＝Ｚ）。

また、上述の実施の形態の電動弁２は、たとえば、圧縮機、凝縮器、膨張弁、および蒸発器等から成る冷凍サイクルシステムにおいて、凝縮器と蒸発器との間に設けられる膨張弁や流路の流量制御弁等として用いられる。

２ 電動弁
４ ロータ
６ 弁軸ホルダ
６ａ 筒状小径部
６ｂ 筒状大径部
６ｃ 嵌合部
６ｄ 雌ネジ
６ｆ フランジ部
６ｇ 上部開口部
６ｈ 収容室
６ｋ 延設部
１１ 弁室
１２ 第１管継手
１５ 第２管継手
１６ 弁座部
１６ａ 弁ポート
１６ｂ 開口部分
１６ｃ 弁座上面
１７ 弁体
１７ａ 頭部
１７ｂ 摺動筒部
１７ｃ 接続部
１７ｄ 空間
１７ｅ シール摺接面
１７ｆ 弁摺接面
１７ｇ 段差
１７ｊ テーパー部
１７ｋ 孔部
１７ｌ 導通孔
１７ｍ 角部
１８ 弁ガイド
１８ａ 貫通孔
２１ 天井部
２７ 弁バネ
２８ 背圧室
２９ バネ受け金具
２９ａ フランジ
３０ 弁本体
３２ 付勢バネ
３３ ブッシュ部材
３６ 固定具
４１ 弁軸
４１ａ 雄ネジ
４１ｂ 鍔部
４１ｃ 突出部
４８ シール部材
４８ａ Ｌ字環状パッキン
４８ｂ 補強板
４８ｃ 板バネ
４８ｄ 環状パッキン
４８ｆ 環状部材
５１ 均圧孔
５２ ガイド支持体
５３ 円筒部
５４ 傘状部
６０ ケース
６５ 筒部材
６６ ロータ収容室
６７ 弁体
６７ａ 弁体保持部
６７ｂ 弁筒部
６７ｄ 連結部
６７ｅ 頭部
６７ｇ 段差
６７ｈ 受入空間
６７ｊ テーパー部
６７ｋ 弁筒部の下半の外周面
６７ｘ 孔部
６７ｙ 導通孔
７０ ワッシャ
７２ 弁体案内部
７２ａ 側壁
７２ｂ 固定部
７２ｃ 弁ガイド部
７２ｊ フランジ部
７２ｋ 中間筒部
７２ｌ 下端部
９２ 弁体案内部
９２ｅ シール摺接面
９２ｆ 弁摺接面
９２ｇ 段差
１０１ 電動弁
１０７ 弁室
１１６ 弁座部
１１９ 弁ポート
１２０ 弁体
１２４ 導通路
１２９ 背圧室
１３７ シール部材
１７２ 弁体案内部
１７２ａ 摺接領域
Ｍ 中心軸
Ｘ 弁摺接面の内径または外径
Ｘ´ 弁摺接面の内径
Ｙ シール摺接面の内径または外径（シール径）
Ｙ´ シール摺接面の内径（シール径）
Ｚ 弁体着座径
Ｚ´ 弁体着座径
Ｚａ 弁体着座径
Ｚ１ シール径
Ｚ２ 弁体着座径

Claims (11)

1. ケースの内部に収容されたロータの回転運動を、雄ネジ部材と雌ネジ部材とのネジ螺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体を前記弁本体の中心軸方向に移動させるとともに、前記弁体の上方側に背圧室を設け、前記中心軸方向において前記弁体の直下に設けられた弁ポート内の圧力を前記背圧室に導入する電動弁であって、
   前記弁体の外周面を摺動させて、前記中心軸方向への移動を案内する弁体案内部と、
   前記弁本体の内部において前記弁体の外側に形成された空間である弁室と、
   前記弁体案内部と前記弁体との間に介装され、前記背圧室と前記弁室との間を気密に分離するシール部材と
   を備え、
   前記弁体または前記弁体案内部は、
   前記シール部材と摺接する円筒面上の領域であるシール摺接面と、
   前記弁体および前記弁体案内部のうちで前記シール摺接面が形成されている部材に形成され、前記弁体および前記弁体案内部のうちで相手方となる部材と摺接する円筒面上の領域である弁摺接面と
   を有し、
   かつ前記シール摺接面と前記弁摺接面とが前記中心軸方向に重複せず、
   前記中心軸方向の前記シール摺接面を構成する位置における前記弁体と前記弁体案内部との間隙が、前記中心軸方向の前記弁摺接面を構成する位置における前記弁体と前記弁体案内部との間隙よりも大きいことを特徴とする電動弁。
2. 前記シール摺接面の径の大きさと前記弁摺接面の径の大きさが異なることを特徴とする請求項１記載の電動弁。
3. 前記弁ポートが内部に貫通して形成された筒状の弁座部を備え、
   前記弁体の外周面の下端には、前記弁ポート側に向かって径を小さくするテーパー部が形成され、
   前記テーパー部が、前記弁ポートの前記ロータ側に形成された開口部分と当接することを特徴とする請求項１または２記載の電動弁。
4. 前記シール摺接面の径と前記弁摺接面の径のうち、いずれか前記弁ポートに近い一方の径が、他方の径より大きいことを特徴とする請求項２または３記載の電動弁。
5. 前記弁摺接面は前記シール摺接面よりも前記弁ポート側に配置され、
   前記弁摺接面の径が前記シール摺接面の径よりも大きいことを特徴とする請求項４記載の電動弁。
6. 前記テーパー部が前記弁ポートの前記ロータ側に形成された開口部分と当接することで前記開口部分の径が弁体着座径とされるとともに、前記シール摺接面の径と、前記弁体着座径が同径であることを特徴とする請求項３記載の電動弁。
7. 前記シール部材が前記弁体案内部に配置され、
   前記シール摺接面および前記弁摺接面は、前記弁体の外周面に形成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の電動弁。
8. 前記シール部材が前記弁体に配置され、
   前記シール摺接面および前記弁摺接面は、前記弁体案内部の内周面に形成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の電動弁。
9. 前記シール部材は、断面Ｌ字状のＬ字環状パッキンを用いて形成されていることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の電動弁。
10. 前記シール部材は、Ｏリングにより、またはＯリングと断面Ｃ字状の環状部材を組み合わせて形成されていることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の電動弁。
11. 圧縮機、凝縮器、膨張弁、および蒸発器を含む冷凍サイクルシステムであって、請求項１〜１０の何れか一項に記載の電動弁を前記膨張弁として用いることを特徴とする冷凍サイクルシステム。

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