JP7405781B2 - 流量制御弁および冷凍サイクルシステム - Google Patents

Description

本発明は、流量制御弁および冷凍サイクルシステムに関する。

従来、流量制御弁として、入口管路（第１ポート）、出口管路（第２ポート）、弁室および弁座を構成する弁本体と、駆動ロッド（駆動軸）を進退駆動するモータアクチュエータ（駆動部）と、弁座のポートを開閉する主弁（弁体）と、駆動ロッドと主弁との間に介装される圧縮コイルばねと、を備えた流量制御弁が知られている（例えば、特許文献１参照）。従来の流量制御弁は、駆動ロッドの下降に伴って主弁が弁座に着座し、さらに駆動ロッドが下降することで圧縮コイルばねの付勢力によって主弁を弁座に押し付けるように構成されている。

特開平１０－２４６３４６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたような従来の流量制御弁では、駆動軸に固定された止めリングがばね受け板に当接し、このばね受け板が圧縮ばねを押し縮めることで、弁体に付勢力を作用させる構成であるため、圧縮ばねの付勢力が弁体および弁座に対して均等に作用しにくい。すなわち、圧縮ばねは製造時に歪みが生じることがあり、歪みのある圧縮ばねをばね受け板で押圧すると、圧縮ばねの付勢力が軸線方向と平行にならず、軸線に対して偏心したり傾斜した付勢力が弁体に作用することになる。さらに、ばね受け板および弁体は、それらの挿通孔に駆動軸が挿通されているだけで、駆動軸に対してばね受け板および弁体が傾斜しやすいため、弁体が弁座に対して偏心したり傾斜したりした状態で着座してしまう可能性がある。以上のことから、従来の流量制御弁では、弁体と弁座との当接部分や弁体と駆動ロッドとの摺動部などに偏った応力集中が起きやすく、これにより摺動抵抗が増大して作動性が低下するとともに、局所的な変形や摩耗が進展して耐久性が低下する可能性がある。

本発明の目的は、圧縮ばねの付勢力を均等に作用させて弁体の偏心や傾きを抑制することで作動性や耐久性を高めることができる流量制御弁および冷凍サイクルシステムを提供することである。

本発明の流量制御弁は、第１ポート、第２ポート、弁室および弁座部を構成する弁本体と、回転駆動される駆動軸と、前記駆動軸の回転に伴って該駆動軸を軸線方向に進退させるねじ送り機構と、前記駆動軸の進退に伴って弁座部に近接または離隔可能な弁体と、前記弁体を弁閉方向に向かって付勢するための圧縮ばねと、を備えた流量制御弁であって、前記駆動軸の先端部には、前記圧縮ばねの一端部に当接する第１ばね受けが接続され、前記弁体の基端部には、前記圧縮ばねの他端部に当接する第２ばね受けが接続され、前記第１ばね受けと前記第２ばね受けとの間に前記圧縮ばねが圧縮状態で介装され、前記第１ばね受けおよび前記第２ばね受けは、一方が他方に挿入されて軸線方向に摺動自在な第１筒状案内部および第２筒状案内部を有し、前記第１筒状案内部および前記第２筒状案内部がともに軸線方向に延びる筒状に形成され、前記第２ばね受けは、前記圧縮ばねの他端部に当接する第２ばね受け本体と、前記第２ばね受け本体と前記弁体の基端部とを接続する接続リングと、を有し、前記接続リングは、前記弁体の基端部を軸線方向に挿通させる挿通部を有し、前記弁体の基端部が前記接続リングによって軸線方向に係止されることを特徴とする。

このような本発明によれば、流量制御弁は、駆動軸に接続される第１ばね受けと、弁体に接続される第２ばね受けと、第１ばね受けと第２ばね受けとの間に介装される圧縮ばねと、を備え、第１筒状案内部および第２筒状案内部は、それぞれ軸線方向に延びる筒状に形成されるとともに、一方が他方に挿入されて軸線方向に摺動自在に構成されていることで、第１ばね受けと第２ばね受けとの軸線方向に沿った案内長さを大きくすることができる。従って、圧縮ばねに歪みがあったとしても、第１ばね受けおよび第２ばね受けが軸線に対して偏心したり傾斜したりすることが抑制でき、これにより圧縮ばねの付勢力を弁体および弁座部に対して均等に作用させることができる。そして、弁座部に対して偏心や傾きなく弁体を着座させることで、弁体の摺動抵抗を抑制して、また第１ばね受けと第２ばね受けとの軸線方向に沿った案内長さを大きくしたことにより案内部における傾きを抑制して作動性を良好にできるとともに、弁体と弁座部との当接部分の局所的な変形や摩耗を抑制して耐久性を向上させることができる。

この際、前記第１ばね受けおよび前記第２ばね受けは、互いに離れる方向への移動を規制する第１規制部および第２規制部を有していることが好ましい。この構成によれば、第１ばね受けおよび第２ばね受けは、第１規制部および第２規制部によって互いに離れる方向への移動が規制されていることで、圧縮状態で介装される圧縮ばねの付勢力を第１、第２ばね受けで互いに受け止めて保持することができる。

また、前記第１ばね受けの前記第１規制部は、前記第１筒状案内部から径方向内側に突出して形成され、前記第２ばね受けの前記第２規制部は、前記第１規制部の内側に挿入された先端部から径方向外側に突出して形成され、その外径が前記第１筒状案内部の内径よりも小さいことが好ましい。この構成によれば、第２ばね受けの第２規制部の外径が第１筒状案内部の内径よりも小さいことで、第１ばね受けに対して第２ばね受けの第２規制部を組付ける際に、第２規制部を第１筒状案内部に容易に挿通させることができ、製造効率を向上させることができる。

また、前記弁体の基端部と前記第２ばね受けとは、互いに回転自在かつ軸線方向および径方向に所定の遊びをもって接続されていることが好ましい。この構成によれば、弁体が弁座部に対して偏心あるいは傾斜して着座しようとした場合であっても、第２ばね受けとの遊びによって軸方向や径方向に弁体を逃がして調心することができ、弁座部との摩擦抵抗を低減することができる。

さらに、前記弁本体には、前記弁体を進退案内するガイド部材が設けられ、前記弁体と前記ガイド部材との径方向のクリアランスは、前記弁体と前記第２ばね受けとの径方向の遊びよりも小さいことが好ましい。この構成によれば、弁体と第２ばね受けとの径方向の遊びよりも、弁体とガイド部材との径方向のクリアランスが小さいことで、ガイド部材において弁体が偏心したり傾斜したりした場合でも、弁体と第２ばね受けとの遊びによって、弁体の偏心や傾斜を吸収し弁体を軸線に沿って案内することができる。

また、前記接続リングは、前記挿通部に連続して径方向に開口した開口部を有し、前記開口部を通って前記挿通部に挿通された前記弁体の基端部が前記接続リングによって軸線方向に係止されることが好ましい。この構成によれば、接続リングの開口部を通して弁体の基端部を挿通部に挿通させ、接続リングの挿通部に挿通した弁体の基端部が接続リングによって軸線方向に係止されることで、第２ばね受けの組み立て性を向上させることができる。

さらに、前記第１ばね受けおよび前記第２ばね受けは、互いに離れる方向への移動を規制する第１規制部および第２規制部を有し、前記第２規制部は、前記接続リングに設けられ、前記接続リングは、前記第２ばね受け本体に対して前記接続リングを抜け止めする抜け止め部材を有し、前記抜け止め部材は、径方向に開口して前記弁体の基端部および前記接続リングを径方向に挿通させる抜け止め開口部を有し、前記接続リングは、前記抜け止め開口部の内縁に係合する凹溝を有し、前記凹溝に前記抜け止め開口部の内縁が係合した状態で前記圧縮ばねの付勢力によって、前記第２ばね受け本体に前記抜け止め部材が押圧されて固定されることが好ましい。この構成によれば、抜け止め開口部の内縁を凹溝に係合させ、圧縮ばねの付勢力によって、第２ばね受け本体に抜け止め部材が押圧されて固定されることで、第２ばね受けの組み立て性をさらに向上させることができる。

また、前記駆動軸の先端部には、転がり軸受が設けられ、前記転がり軸受の内輪が前記駆動軸に固定され、前記転がり軸受の外輪が前記第１ばね受けに保持されていることが好ましい。この構成によれば、駆動軸の先端部と第１ばね受けとが転がり軸受によって回転自在に接続されることで、駆動軸の回転抵抗を低減して駆動力伝達効率を高めることができるとともに、着座の際に弁体が弁座部に摺れ回りすることが防止でき、弁体および弁座部の摩耗を抑制することができる。

本発明の冷凍サイクルシステムは、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、を含む冷凍サイクルシステムであって、前記いずれかの流量制御弁が、前記膨張弁として用いられていることを特徴とする。

本発明の流量制御弁および冷凍サイクルシステムによれば、圧縮ばねの付勢力を均等に作用させて弁体の偏心や傾きを抑制することで作動性や耐久性を高めることができる。

本発明の一実施形態に係る流量制御弁の弁開状態を示す縦断面図である。 前記流量制御弁の弁閉状態を示す縦断面図である。 前記流量制御弁の弁開状態における要部を拡大して示す縦断面図である。 前記流量制御弁の要部を分解して示す分解断面図である。 前記流量制御弁の弁体が着座後に駆動軸を弁閉方向に所定量下降させた状態の要部を拡大して示す縦断面図である。 図５の状態から前記流量制御弁の駆動軸を弁閉方向に所定量下降させた状態の要部を拡大して示す縦断面図である。 図６の状態から前記流量制御弁の駆動軸を弁閉方向に所定量下降させた状態の要部を拡大して示す縦断面図である。 前記流量制御弁の変形例１における要部を拡大して示す縦断面図である。 前記流量制御弁の変形例２における要部を拡大して示す縦断面図である。 前記流量制御弁の変形例３における要部を拡大して示す縦断面図である。 変形例３の流量制御弁の第２ばね受けの一部を示す斜視図である。 変形例３の流量制御弁の第２ばね受けの組み立て手順を説明する図である。 本発明の冷凍サイクルシステムを示す図である。

本発明の一実施形態に係る流量制御弁としての電動弁を図１～図７に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態の電動弁１０は、弁ハウジング１と、弁体２と、駆動部３と、ねじ送り機構４と、圧縮ばね５Ａを有した弁接続体５と、を備えている。なお、以下の説明における「上下」の概念は図１の図面における上下に対応する。

弁ハウジング１は、筒状の弁本体１Ａと、弁本体１Ａの上部に固定される蓋部材１Ｂと、を有している。弁本体１Ａは、切削加工されたＳＵＳや黄銅等の金属製の部材であって、その内部に円筒状の弁室１Ｃが形成され、側面に第１ポート１Ｄが形成され、底面に第２ポート１Ｅが形成され、第２ポート１Ｅの上側に弁座部１Ｆが形成されている。弁本体１Ａの第１ポート１Ｄには、弁室１Ｃに連通して冷媒が流入又は流出される第１継手管１１が取り付けられ、第２ポート１Ｅには、弁室１Ｃに連通して冷媒が流出又は流入される第２継手管１２が取り付けられている。弁座部１Ｆには、断面円形状の弁ポート１３が形成されている。蓋部材１Ｂは、ＳＵＳ製の金属板材からプレス加工や円筒部材からの切削加工により筒状に形成された部材であって、弁本体１Ａの上部にカシメ固定されるとともにろう付け固定されている。また、蓋部材１Ｂの上側には、駆動部３を覆うケース１４が固定されている。また、蓋部材１Ｂと弁本体１Ａの境界部には、弁体２のニードル部２１を軸線Ｌ方向に案内するガイド部材１５が固定されている。

弁体２は、図３にも示すように、弁座部１Ｆに対して近接または離隔するニードル部２１と、ニードル部２１の基端部に螺合されるナット２２と、を有して構成され、ニードル部２１の基端側（上側）には、後述する弁接続体５の一部である第２ばね受けとしての弁体側ばね受け部５Ｃが回転自在に接続されている。ニードル部２１は、全体円柱状のＳＵＳ製部材であって、軸線Ｌ方向に延びる軸部２１Ａと、軸部２１Ａの基端側（上側）にて縮径された縮径部２１Ｂと、さらに基端側にてナット２２が螺合する雄ねじ部２１Ｃと、を有して形成されている。ガイド部材１５は、弁本体１Ａの上部に圧入後、かしめ固定されており、その中央に軸線Ｌを中心とするガイド孔１５Ａが形成されている。ガイド孔１５Ａには、ニードル部２１の軸部２１Ａが微小な隙間（クリアランス）をもって挿通され、ニードル部２１が軸線Ｌ方向に進退案内される。

駆動部３は、電動モータとしてのステッピングモータ３Ａと、ステッピングモータ３Ａの回転を規制するストッパ機構３Ｂと、を備える。ステッピングモータ３Ａは、外周部が多極に着磁されたマグネットロータ３１と、ケース１４の外周に配設されたステータコイル３２と、マグネットロータ３１に固定された駆動軸としてのねじ軸３３と、を備えている。ねじ軸３３は、固定部材３３Ａを介してマグネットロータ３１の中心に固定されるとともに、軸線Ｌに沿って延びて設けられている。ねじ軸３３の中間部には雄ねじ部３３Ｂが一体に形成され、この雄ねじ部３３Ｂがねじ送り機構４の一方を構成している。ねじ軸３３の先端部には、拡径部３３Ｃが形成され、拡径部３３Ｃよりも上方には保持部材３４が固定され、拡径部３３Ｃと保持部材３４との間に転がり軸受３５が保持されている。転がり軸受３５は、図３に示すように、内輪３５Ａ、外輪３５Ｂおよび鋼球３５Ｃを有したラジアルベアリングであり、内輪３５Ａがねじ軸３３の先端部に保持され、外輪３５Ｂが後述する弁接続体５の一部である第１ばね受けとしての駆動側ばね受け部５Ｂに保持されている。

ストッパ機構３Ｂは、ケース１４の天井部から垂下された円柱状のガイド３６と、ガイド３６の外周に固定されたガイド線体３７と、ガイド線体３７にガイドされて回転かつ上下動可能な可動スライダ３８と、を備えている。可動スライダ３８には、径方向外側に突出した爪部３８Ａ，３８Ｂが設けられ、回転するマグネットロータ３１の延長軸３１Ａが爪部３８Ｂを押すことで、可動スライダ３８がガイド線体３７に倣って回転かつ上下するようになっている。ガイド線体３７には、マグネットロータ３１の最上端位置を規定する上端ストッパ３７Ａと、マグネットロータ３１の最下端位置を規定する下端ストッパ３７Ｂと、が形成されている。これらの上端ストッパ３７Ａおよび下端ストッパ３７Ｂに可動スライダ３８の爪部３８Ａ，３８Ｂが当接することで、可動スライダ３８の回転が停止され、これによりマグネットロータ３１の回転が規制され、弁体２の上昇または下降も停止される。

ねじ送り機構４は、ステッピングモータ３Ａの回転により弁体２を進退させるものであって、蓋部材１Ｂの上端部に固定される支持部材４Ａと、支持部材４Ａの内部に設けられる雌ねじ部材４Ｂと、を備えている。支持部材４Ａは、全体略円筒状に形成されたＳＵＳ製の部材であって、その下端部から径方向外側に延びるフランジ部４１を有し、フランジ部４１の外縁上端部が蓋部材１Ｂに溶接固定されている。フランジ部４１には、周方向の複数個所に導通孔４２が設けられている。雌ねじ部材４Ｂは、全体円筒状の樹脂製部材であって、その内周面にねじ送り機構４の他方を構成する雌ねじ部４３が形成されている。ねじ送り機構４は、ねじ軸３３の雄ねじ部３３Ｂと雌ねじ部材４Ｂの雌ねじ部４３とが螺合することで構成され、ステッピングモータ３Ａによりマグネットロータ３１及びねじ軸３３が回転駆動されると、雄ねじ部３３Ｂが雌ねじ部４３に案内されてねじ軸３３が軸線Ｌ方向に進退移動し、これに伴って弁体２も軸線Ｌに沿って上昇または下降する。

弁接続体５は、弁体２の基端部とねじ軸３３の先端部とを接続するものであって、図３に示すように、弁体２を弁閉方向に向かって付勢するための圧縮ばね５Ａと、ねじ軸３３の先端部の転がり軸受３５に接続されて圧縮ばね５Ａの一端部（上端部）に当接する第１ばね受けとしての駆動側ばね受け５Ｂと、弁体２の基端部に接続されて圧縮ばね５Ａの他端部（下端部）に当接する第２ばね受けとしての弁体側ばね受け５Ｃと、を備えている。圧縮ばね５Ａは、ねじりコイルばねであって、駆動側ばね受け５Ｂと弁体側ばね受け５Ｃとの間に圧縮状態で介装されている。

駆動側ばね受け５Ｂは、第１ばね受け部材５１と、第１ばね受け部材５１の内周側に設けられて転がり軸受３５の外輪３５Ｂを挟持するリング部材５２と、が互いに溶接固定されて一体に構成されている。第１ばね受け部材５１は、その上端部にて径方向外側に延びて圧縮ばね５Ａの一端部に当接する第１外鍔部５１Ａと、第１外鍔部５１Ａに連続して軸線Ｌ方向下方に延びる筒状に形成された第１筒状案内部５１Ｂと、第１筒状案内部５１Ｂの下端部から内方に延びる第１規制部５１Ｃと、を有して形成されている。リング部材５２は、第１ばね受け部材５１の上側から第１筒状案内部５１Ｂの内周面に沿って挿入され、第１筒状案内部５１Ｂの段差部との間に転がり軸受３５の外輪３５Ｂを挟持した状態で、第１ばね受け部材５１の上端縁に対して溶接固定されている。

弁体側ばね受け５Ｃは、第２ばね受け部材５３と、第２ばね受け部材５３の内周側に設けられる環状のフランジ５４と、フランジ５４の内周側に設けられて弁体２の基端部に接続される接続リング５５と、が互いに固定されて一体に構成されている。第２ばね受け部材５３は、その下端部にて径方向外側に延びて圧縮ばね５Ａの他端部に当接する第２外鍔部５３Ａと、第２外鍔部５３Ａに連続して軸線Ｌ方向上方に延びる筒状に形成された第２筒状案内部５３Ｂと、を有して形成されている。接続リング５５は、ニードル部２１の縮径部２１の外周を囲む下側筒状部５５Ａと、下側筒状部５５Ａに連続して上方に延びてナット２２の外周を囲む上側筒状部５５Ｂと、上側筒状部５５Ｂの上端部から外方に延びる第２規制部５５Ｃと、を有して形成されている。第２ばね受け部材５３とフランジ５４とは、互いに挿入されて圧縮ばね５Ａの付勢力により固定され、フランジ５４と接続リング５５とは互いに溶接固定されている。

なお、本実施形態では、フランジ５４と接続リング５５の下側筒状部５５Ａを固定する際、フランジ５４の上面を下側筒状部５５Ａの段差部に係止させて固定している。しかしながら、下側筒状部５５Ａに前述のような段差部を設けずに、下側筒状部５５Ａの側面形状をフランジ５４の内径に沿った円筒状として、フランジ５４の上面が下側筒状部５５Ａに係止しない形態としてもよい。この場合は、フランジ５４と接続リング５５とを溶接固定する際に、フランジ５４の下側筒状部５５Ａに対する挿入量の調整により、圧縮ばね５Ａの圧縮量を任意に調整可能なので、第１規制部５１Ｃと第２規制部５５Ｃとが係止した状態における圧縮ばね５Ａの圧縮荷重、すなわち弁体２に作用する弁閉荷重のばらつきを抑えることができる。

次に、弁接続体５の動作および各部寸法について、図４も参照して説明する。駆動側ばね受け５Ｂの第１筒状案内部５１Ｂは、弁体側ばね受け５Ｃの第２筒状案内部５３Ｂに挿入され、互いに軸線Ｌ方向に摺動自在に接続されている。また、第１規制部５１Ｃと第２規制部５５Ｃとは互いに係止し合い、これにより駆動側ばね受け５Ｂと弁体側ばね受け５Ｃとは、互いに離れる方向への移動が規制され、圧縮ばね５Ａの付勢力が支持されている。従って、弁接続体５に対して駆動側ばね受け５Ｂと弁体側ばね受け５Ｃとを互いに近づける方向の外力が作用した場合には、第１筒状案内部５１Ｂと第２筒状案内部５３Ｂとが軸線Ｌに沿って摺動することで、互いの傾きを抑制しつつ圧縮ばね５Ａを均等に押し縮めるように動作する。

第１ばね受け部材５１の第１筒状案内部５１Ｂの内径寸法Ｌ１と、第１規制部５１Ｃの内径寸法Ｌ２とは、Ｌ１＞Ｌ２の関係になっている。第１規制部５１Ｃの内径寸法Ｌ２と、接続リング５５の第２規制部５５Ｃの外径寸法Ｌ３とは、Ｌ２＜Ｌ３の関係になっており、第１規制部５１Ｃと第２規制部５５Ｃとは互いに係止し合う。第１筒状案内部５１Ｂの内径寸法Ｌ１と、第２規制部５５Ｃの外径寸法Ｌ３とは、Ｌ１＞Ｌ３の関係になっており、接続リング５５は、フランジ５４を固定する前の単体であれば、第１ばね受け部材５１に上方から挿入できるようになっている。接続リング５５の下側筒状部５５Ａの内径寸法Ｌ４と、ニードル部２１の縮径部２１Ｂの外径寸法Ｌ５とは、Ｌ４＞Ｌ５の関係になっており、弁体２の基端部である縮径部２１Ｂは、径方向の隙間を介して下側筒状部５５Ａに挿入されるようになっている。接続リング５５の下側筒状部５５Ａの高さ寸法Ｌ６と、ニードル部２１の軸部２１Ａと縮径部２１Ｂとの段差部からナット２２の下面までの高さ寸法Ｌ７とは、Ｌ６＜Ｌ７の関係になっており、弁体２の基端部は、軸線Ｌ方向の隙間を
介して下側筒状部５５Ａに支持されるようになっている。従って、弁体２は、弁体側ばね受け５Ｃに対して回転自在かつ軸線Ｌ方向および径方向に所定の遊びをもって接続されている。なお、縮径部２１Ｂの外周面と下側筒状部５５Ａの内周面との隙間は、ガイド部材１５のガイド孔１５Ａとニードル部２１の軸部２１Ａとのクリアランスよりも大きく設定されている。

以上の弁接続体５を有した電動弁１０の動作としては、先ず、図１、３に示す弁開状態において、弁体２は、ナット２２が弁体側ばね受け５Ｃの下側筒状部５５Ａ上面に支持されることで、弁接続体５を介してねじ軸３３に吊り下げられた状態となる。このとき図３に示すように、ニードル部２１の軸部２１Ａと縮径部２１Ｂとの段差部と、下側筒状部５５Ａの下面と、の間には隙間Ｓ１が形成されている。このような弁開状態から駆動部３のステッピングモータ３Ａを回転駆動させ、ねじ軸３３を弁閉方向に下降させていくと、弁体２のニードル部２１先端が弁座部１Ｆに当接（着座）する。さらに、ねじ軸３３が下降すると、図５に示すように、隙間Ｓ１が小さくなるとともに、ナット２２の下面と下側筒状部５５Ａの上面との間に隙間Ｓ２が形成される。さらにねじ軸３３を弁閉方向に下降させていくと、図６に示すように、下側筒状部５５Ａの下面がニードル部２１の軸部２１Ａ上面に当接して隙間Ｓ１がなくなり、隙間Ｓ２が最大となる。このとき圧縮ばね５Ａの付勢力は弁体２には作用していない。この図６の状態からねじ軸３３を弁閉方向に下降させていくと弁体２に圧縮ばね５の付勢力が作用し始め、さらにねじ軸３３を弁閉方向に下降させていくと、図７に示すように、第１規制部５１Ｃと第２規制部５５Ｃとの間に隙間Ｓ３が形成され、正規の圧縮ばね５Ａの付勢力が弁体２に作用する状態となり、圧縮ばね５Ａの付勢力によってニードル部２１の先端部が弁座部１Ｆに押し付けられ、図２に示す弁閉状態となる。この弁閉状態では、ニードル部２１および弁座部１Ｆを圧縮ばね５Ａの付勢力で押圧することで、第２継手管１２側から冷媒の高い圧力がニードル部２１に作用した場合でも、ニードル部２１の浮き上がりを防止して弁閉状態が維持できるようになっている。以上、図にて本実施形態の弁開から弁閉の状態について順番に説明したが、この逆の弁閉から弁開の時は、この逆の順番で同様の作動となることは言うまでもない。

なお、本実施形態では、駆動側ばね受け５Ｂおよび弁体側ばね受け５Ｃに、それぞれ第１規制部５１Ｃおよび第２規制部５５Ｃを設けている。しかし、例えば、第１ばね受け部材５１と圧縮ばね５Ａ、および第２ばね受け部材５３と圧縮ばね５Ａとがそれぞれ溶接等で固着され、さらにねじ軸３３の弁開方向への移動により弁体２が所定量弁開した状態で、圧縮ばね５Ａの自由長が短く、ニードル部２１の軸部２１Ａと縮径部２１Ｂとの段差部と、下側筒状部５５Ａの下面と、の間に隙間Ｓ１が形成されるように構成することで、第１規制部５１Ｃと第２規制部５５Ｃを省略することができる。

また、本実施形態の電動弁１０では、弁接続体５は、上述した構成に限らず、図８、図９に示す構成を採用してもよい。図８、図９は、それぞれ電動弁の変形例１、２における要部（弁接続体５の周辺部）を拡大して示す縦断面図である。図８に示す変形例１の弁接続体５は、駆動側ばね受け５Ｂおよび弁体側ばね受け５Ｃの形状が前述のものと相違している。具体的には、第１ばね受け部材５１の第１筒状案内部５１Ｂが径方向外側に位置し、第２ばね受け部材５３の第２筒状案内部５３Ｂが第１筒状案内部５１Ｂに挿入され、第１筒状案内部５１Ｂおよび第２筒状案内部５３Ｂが軸線Ｌ方向に摺動自在に設けられている。また、第１ばね受け部材５１の第１規制部５１Ｃが転がり軸受３５近傍に設けられ、接続リング５５の上側筒状部５５Ｂが上方に長く伸びて形成されるとともに、その上端部に第２規制部５５Ｃが設けられている。なお、以上の実施形態では、ねじ軸３３が回転しても弁接続体５は回転しないので、仮にねじ軸３３に対して弁接続体５が偏心して組付けられたとしても、弁接続体５が径方向に振られないので、曲げモーメントがねじ軸３３に作用しにくくなっている。

図９に示す変形例２の弁接続体５は、転がり軸受３５が設けられる位置と弁体側ばね受け５Ｃの構成が前述のものと相違している。具体的には、弁体２の基端部と弁体側ばね受け５Ｃとを接続するように転がり軸受３５が設けられ、ねじ軸３３の先端部と駆動側ばね受け５Ｂとが互いに固定されている。駆動側ばね受け５Ｂのリング部材５２は、内方に延びる内鍔部５２Ａを有して形成され、この内鍔部５２Ａがねじ軸３３の拡径部３３Ｃと保持部材３４との間に保持されている。従って、弁接続体５の圧縮ばね５Ａ、駆動側ばね受け５Ｂおよび弁体側ばね受け５Ｃは、ねじ軸３３とともに回転するように構成されている。弁体側ばね受け５Ｃは、前述と同様の第２ばね受け部材５３と、第２ばね受け部材５３の内周側に設けられる接続環状体５６と、を有し、接続環状体５６が転がり軸受３５を介して弁体２の基端部に接続されている。接続環状体５６は、転がり軸受３５の外輪３５Ｂの外側および上側に位置する第１環状部材５６Ａと、第１環状部材５６Ａの上辺内端縁に溶接固定される第２環状部材５６Ｂと、を有している。第２環状部材５６Ｂの上端部には、外方に延びて第１規制部５１Ｃと係止する第２規制部５６Ｃが設けられ、第１環状部材５６Ａの下端部には、転がり軸受３５の外輪３５Ｂを保持するための止め輪５６Ｄが固定されている。

図９に示す弁接続体５では、転がり軸受３５は、弁体側ばね受け５Ｃの接続環状体５６に外輪３５Ｂが保持されるとともに、内輪３５Ａは、弁体２の基端部に対して軸線Ｌ方向および径方向に所定の遊びをもって接続されている。すなわち、ニードル部２１の軸部２１Ａと縮径部２１Ｂとの段差部からナット２２の下面までの高さ寸法（図４に示す高さ寸法Ｌ７）は、内輪３５Ａの高さ寸法よりも大きく設定され、内輪３５Ａと軸部２１Ａの上端面またはナット２２の下面との間には隙間が形成されている。また、ニードル部２１の縮径部２１Ｂの外径寸法（図４に示す外径寸法Ｌ５）は、内輪３５Ａの内径寸法よりも小さく設定され、縮径部２１Ｂの外周面と内輪３５Ａの内周面との間には隙間が形成されている。この縮径部２１Ｂの外周面と内輪３５Ａの内周面との隙間は、ガイド部材１５のガイド孔１５Ａとニードル部２１の軸部２１Ａとのクリアランスよりも大きく設定されている。

また、本実施形態の電動弁１０では、弁接続体５は、上述した構成に限らず、図１０～図１２に示す構成を採用してもよい。図１０は、電動弁の変形例３における要部（弁接続体５の周辺部）を拡大して示す縦断面図である。図１１は、変形例３の流量制御弁の第２ばね受けの一部を示す斜視図である。図１２は、変形例３の流量制御弁の第２ばね受けの組み立て手順を説明する図であり、（Ａ）は抜け止め部材の平面図、（Ｂ）は抜け止め部材の断面図、（Ｃ）は抜け止め部材を組み付ける前の弁接続体５を示している。

図１０に示す変形例３の弁接続体５は、前述した図１～図９の弁接続体５と同様に、弁体２の基端部とねじ軸３３の先端部とを接続するものであって、圧縮ばね５Ａと、第１ばね受けとしての駆動側ばね受け５Ｂと、第２ばね受けとしての弁体側ばね受け５Ｃと、を備えている。駆動側ばね受け５Ｂは、図３、５～９に示すものと同様に、第１ばね受け部材５１と、リング部材５２と、を有し、第１ばね受け部材５１の上部がかしめられることでリング部材５２が固定されている。弁体２のニードル部２１は、図３、５～９に示すものと同様に、軸部２１Ａと、縮径部２１Ｂと、を有するものの雄ねじ部２１Ｃを有さず、縮径部２１Ｂよりも拡径された拡径部２１Ｄを一体に有して形成されている。

弁体側ばね受け５Ｃは、図３、５～８に示すものと同様に、第２ばね受け本体としての第２ばね受け部材５３と、第２ばね受け部材５３と弁体２のニードル部２１とを接続する接続リング５５と、を有して構成されている。接続リング５５は、第２ばね受け部材５３に対して接続リング５５を抜け止めする抜け止め部材５７を有し、接続リング５５とフランジ５４とが溶接固定されていない点が前述のものと相違している。図１１、１２にも示すように、抜け止め部材５７は、円板状の抜け止め部材本体５７Ａと、抜け止め部材本体５７Ａの中心部から径方向に向かって矩形状に切り欠かれて開口した抜け止め開口部５７Ｂと、を有し、抜け止め開口部５７Ｂの一対の内縁５７Ｃが直線状に形成されている。接続リング５５は、下側筒状部５５Ａと、上側筒状部５５Ｂと、第２規制部５５Ｃと、を有し、ニードル部２１の縮径部２１Ｂを軸線Ｌ方向に挿通させる挿通部５５Ｄと、挿通部５５Ｄに連続して径方向に開口した開口部５５Ｅと、を有して形成されている。さらに、接続リング５５には、下側筒状部５５Ａの外周を切り欠いて開口部５５Ｅと平行に径方向に延びる一対の凹溝５５Ｆが形成されている。

変形例３の弁接続体５の組み立て手順としては、先ず、弁体２のニードル部２１の縮径部２１Ｂを径方向に沿って接続リング５５の開口部５５Ｅに通し、縮径部２１Ｂを挿通部５５Ｄに挿通させる。これにより、ニードル部２１の拡径部２１Ｄおよび軸部２１Ａが接続リング５５の上下面によって軸線方向に係止される。このように組み合わせたニードル部２１および接続リング５５を、第１ばね受け部材５１に対して軸線Ｌ方向の上方から、ニードル部２１の先端部を下向きにして、第１ばね受け部材５１に挿通させる。次に、第１ばね受け部材５１に転がり軸受３５およびねじ軸３３の先端部を挿入し、リング部材５２を第１ばね受け部材５１に挿入してから、第１ばね受け部材５１の上部をかしめて固定する。次に、ニードル部２１の先端側から圧縮ばね５Ａおよび第２ばね受け部材５３を第１ばね受け部材５１に挿通させる。

次に、図１２（Ｃ）に示すように、圧縮ばね５Ａを圧縮して第１ばね受け部材５１と第２ばね受け部材５３とを接近させ、接続リング５５の凹溝５５Ｆを第２ばね受け部材５３の第２外鍔部５３Ａ底面よりも突出させた状態で、抜け止め部材５７を径方向に沿って移動させ、抜け止め開口部５７Ｂの一対の内縁５７Ｃを接続リング５５の凹溝５５Ｆに係合させる。ここで、第１ばね受け部材５１と第２ばね受け部材５３とを接近させる外力を開放すると、圧縮ばね５Ａの圧縮力が第２ばね受け部材５３を下方に付勢し、第１ばね受け部材５１の第１規制部５１Ｃと第２ばね受けの一部をなす接続リング５５の第２規制部５５Ｃとが係止した状態における圧縮ばね５Ａの付勢力によって第２ばね受け部材５３が抜け止め部材５７を押圧することで、抜け止め部材５７が第２ばね受け部材５３の底部に形成された凹部に嵌合し、第２ばね受け部材５３と接続リング５５の凹溝５５Ｆとの間に挟持されて固定される。このように、抜け止め部材５７は、第２ばね受け部材５３の凹部に嵌合して、圧縮ばね５Ａの付勢力によって固定されるので、より確実に接続リング５５を軸線Ｌ上に保持することができる。

このような変形例３の弁接続体５によれば、接続リング５５の開口部５５Ｅを通してニードル部２１の縮径部２１Ｂを挿通部５５Ｄに挿通させ、挿通部５５Ｄに挿通したニードル部２１が接続リング５５によって軸線Ｌ方向に係止されることで、図３～９のようにナット２２を螺合させる場合と比較して、弁接続体５の組み立て性を向上させることができる。さらに、抜け止め開口部５７Ｂの内縁５７Ｃを接続リング５５の凹溝５５Ｆに係合させ、圧縮ばね５Ａの付勢力によって、第２ばね受け部材５３に抜け止め部材５７が押圧されて固定されることで、図３～８のようにフランジ５４を溶接する場合と比較して、弁接続体５の組み立て性をさらに向上させることができる。なお、本実施形態においても、前述の図４で説明したのと同様に、接続リング５５の挿通部５５Ｄの内径寸法Ｌ４と、ニードル部２１の縮径部２１の外径寸法Ｌ５とは、Ｌ４＞Ｌ５の関係となっており、また接続リング５５の軸線Ｌ方向に沿った全長（高さ寸法）Ｌ６と、ニードル部２１の縮径部２１の軸線Ｌ方向の長さ（高さ寸法）Ｌ７とは、Ｌ６＜Ｌ７の関係になっており、前記の実施例同様に弁体２の偏心や傾斜を吸収し弁体２を軸線Ｌに沿って案内することができる。

以上の本実施形態によれば、弁接続体５は、ねじ軸３３に接続される駆動側ばね受け５Ｂと、弁体２に接続される弁体側ばね受け５Ｃと、駆動側ばね受け５Ｂと弁体側ばね受け５Ｃとの間に介装される圧縮ばね５Ａと、を備え、第１筒状案内部５１Ｂおよび第２筒状案内部５３Ｂは、それぞれ軸線Ｌ方向に延びる筒状に形成されるとともに、一方が他方に挿入されて軸線Ｌ方向に摺動自在に構成されていることで、駆動側ばね受け５Ｂと弁体側ばね受け５Ｃとの軸線Ｌ方向に沿った案内長さを大きくすることができる。従って、圧縮ばね５Ａに歪みがあったとしても、駆動側ばね受け５Ｂおよび弁体側ばね受け５Ｃが軸線Ｌに対して偏心したり傾斜したりすることが抑制でき、これにより圧縮ばね５Ａの付勢力を弁体２および弁座部１Ｆに対して均等に作用させることができる。そして、弁座部１Ｆに対して偏心や傾きなくニードル部２１を着座させることで、ニードル部２１の摺動抵抗を抑制して、また駆動側ばね受け５Ｂと弁体側ばね受け５Ｃとの軸線Ｌ方向に沿った案内長さを大きくしたことにより案内部５３Ｂにおける傾きを抑制して作動性を良好にできるとともに、ニードル部２１と弁座部１Ｆとの当接部分の局所的な変形や摩耗を抑制して耐久性を向上させることができる。

また、弁体２の基端部と弁体側ばね受け５Ｃとが互いに回転自在かつ軸線Ｌ方向および径方向に所定の遊びをもって接続されていることで、弁体２のニードル部２１が弁座部１Ｆに対して偏心あるいは傾斜して着座しようとした場合であっても、弁体側ばね受け５Ｃとの遊びによって軸方向や径方向に弁体２を逃がして調心することができ、弁座部１Ｆとの摩擦抵抗を低減することができるとともに、弁漏れ性能を向上させることができる。

また、弁本体１にガイド部材１５が設けられ、弁体２のニードル部２１とガイド孔１５Ａとの径方向のクリアランスは、弁体２と弁体側ばね受け５Ｃとの径方向の遊びよりも小さく設定されていることで、ねじ軸３３や弁接続体５が軸線Ｌに対して偏心したり傾斜したりした場合でも、ガイド部材１５によって弁体２のニードル部２１を軸線Ｌに沿って案内することができ、弁漏れ性能を向上させることができる。

また、ねじ軸３３の先端部と駆動側ばね受け５Ｂとが転がり軸受３５によって回転自在に接続されることで、ねじ軸３３の回転抵抗を低減して駆動力伝達効率を高めることができるとともに、着座の際に弁体２のニードル部２１が弁座部１Ｆに摺れ回りすることが防止でき、弁体２および弁座部１Ｆの摩耗を抑制することができる。

また、弁体側ばね受け５Ｃの接続リング５５の第２規制部５５Ｃの外径寸法Ｌ３が第１ばね受け部材５１の第１筒状案内部５１Ｂの内径寸法Ｌ１よりも小さいことで、第１ばね受け部材５１に対して接続リング５５を組付ける際に、第２規制部５５Ｃを第１ばね受け部材５１に容易に挿通させることができ、製造効率を向上させることができる。

次に、本発明の冷凍サイクルシステムを図１３に基づいて説明する。図１３は、実施形態の冷凍サイクルシステムを示す図である。図において、符号１００は前記実施形態の電動弁１０を用いた膨張弁であり、２００は室外ユニットに搭載された室外熱交換器、３００は室内ユニットに搭載された室内熱交換器、４００は四方弁を構成する流路切換弁、５００は圧縮機である。膨張弁１００、室外熱交換器２００、室内熱交換器３００、流路切換弁４００、および圧縮機５００は、それぞれ導管によって図示のように接続され、ヒートポンプ式の冷凍サイクルを構成している。なお、アキュムレータ、圧力センサ、温度センサ等は図示を省略してある。

冷凍サイクルの流路は、流路切換弁４００により冷房運転時の流路と暖房運転時の流路の２通りに切換えられる。冷房運転時には、図に実線の矢印で示したように、圧縮機５００で圧縮された冷媒は流路切換弁４００から室外熱交換器２００に流入され、この室外熱交換器２００は凝縮器として機能し、室外熱交換器２００から流出された液冷媒は膨張弁１００を介して室内熱交換器３００側に流され、この室内熱交換器３００は蒸発器として機能する。

一方、暖房運転時には、図に破線の矢印で示したように、圧縮機５００で圧縮された冷媒は流路切換弁４００から室内熱交換器３００、膨張弁１００、室外熱交換器２００、流路切換弁４００、そして、圧縮機５００の順に循環され、室内熱交換器３００が凝縮器として機能し、室外熱交換器２００が蒸発器として機能する。膨張弁１００は、冷房運転時に室外熱交換器２００から流入する液冷媒、または暖房運転時に室内熱交換器３００側から流入する液冷媒を、それぞれ減圧膨張し、さらにその冷媒の流量を制御する。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。例えば、前記実施形態では、流量制御弁として、家庭用エアコン等の空気調和機に用いられる電動弁１０を例示したが、本発明の流量制御弁は、家庭用エアコンに限らず、業務用エアコンであってもよいし、空気調和機に限らず、各種の冷凍機等にも適用可能である。さらに、本発明の流量制御弁は、電動弁に限らず、手動や他の動力で駆動軸が回転駆動されるものでもよい。

また、前記実施形態の電動弁１０では、弁体２のニードル部２１と弁体側ばね受け５Ｃとが軸方向及び径方向に遊びをもって接続されていたが、これに限らず、遊びを持たずに接続されてもよいし、軸方向のみに遊びをもって接続されてもよいし、径方向のみに遊びをもって接続されてもよい。さらに、電動弁１０では、ねじ軸３３の先端部に転がり軸受３５の内輪３５Ａが固定され、転がり軸受３５の外輪３５Ｂと駆動側ばね受け５Ｂとが接続されていたが、転がり軸受３５の外輪３５Ｂと駆動側ばね受け５Ｂとが軸線Ｌ方向および径方向に遊びをもって接続されてもよい。この場合にも前述したように、例えば、第１ばね受け部材５１と圧縮ばね５Ａ、および第２ばね受け部材５３と圧縮ばね５Ａとがそれぞれ溶接等で固着され、さらにねじ軸３３の弁開方向への移動により弁体２が所定量弁開した状態で、圧縮ばね５Ａの自由長が短く、転がり軸受３５の外輪３５Ｂの下面と第１ばね受け部材５１の段差部との間に隙間が形成されるように構成することで、第１規制部５１Ｃと第２規制部５５Ｃを省略することができる。また、電動弁１０では、ねじ軸３３の先端部に転がり軸受３５が固定され、転がり軸受３５と駆動側ばね受け５Ｂとが接続されていたが、転がり軸受３５に代えて、スラストワッシャ等で駆動軸と弁接続体５とが接続されてもよい。また、駆動軸の先端部と弁接続体とが軸方向及び径方向に遊びをもって接続されてもよいし、軸方向のみに遊びをもって接続されてもよいし、径方向のみに遊びをもって接続されてもよい。

また、前記実施形態の電動弁１０では、転がり軸受３５が内輪３５Ａ、外輪３５Ｂおよび鋼球３５Ｃを有したラジアルベアリングであったが、転がり軸受としては、ラジアルベアリングに限らず、各種形態の軸受けが利用可能である。また、前記実施形態の弁接続体５では、駆動側ばね受け５Ｂの第１筒状案内部５１Ｂおよび弁体側ばね受け５Ｃの第２筒状案内部５３Ｂの外周側に圧縮ばね５Ａが配設されていたが、これに限らず、第１筒状案内部および第２筒状案内部の内部に圧縮ばねが配設されていてもよい。また、電動弁１０では、弁体２のニードル部２１を軸線Ｌ方向に案内するガイド部材１５が設けられていたが、このガイド部材１５は省略可能である。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

１ 弁ハウジング
１Ａ 弁本体
１Ｂ 蓋部材
１Ｃ 弁室
１Ｄ 第１ポート
１Ｅ 第２ポート
１Ｆ 弁座部
２ 弁体
３ 駆動部
４ ねじ送り機構
５ 弁接続体
５Ａ 圧縮ばね
５Ｂ 駆動側ばね受け（第１ばね受け）
５Ｃ 弁体側ばね受け（第２ばね受け）
１５ ガイド部材
３３ ねじ軸（駆動軸）
３５ 転がり軸受
３５Ａ 内輪
３５Ｂ 外輪
５１Ｂ 第１筒状案内部
５１Ｃ 第１規制部
５３Ｂ 第２筒状案内部
５４ フランジ
５５ 接続リング
５５Ｃ 第２規制部
５５Ｄ 挿通部
５５Ｅ 開口部
５５Ｆ 凹溝
５６Ｃ 第２規制部
５７ 抜け止め部材
５７Ｂ 抜け止め開口部
５７Ｃ 内縁
１００ 膨張弁（電動弁）
２００ 室外熱交換器（凝縮器又は蒸発器）
３００ 室内熱交換器（蒸発器又は凝縮器）
４００ 流路切換弁
５００ 圧縮機

Claims (9)

1. 第１ポート、第２ポート、弁室および弁座部を構成する弁本体と、回転駆動される駆動軸と、前記駆動軸の回転に伴って該駆動軸を軸線方向に進退させるねじ送り機構と、前記駆動軸の進退に伴って弁座部に近接または離隔可能な弁体と、前記弁体を弁閉方向に向かって付勢するための圧縮ばねと、を備えた流量制御弁であって、
   前記駆動軸の先端部には、前記圧縮ばねの一端部に当接する第１ばね受けが接続され、前記弁体の基端部には、前記圧縮ばねの他端部に当接する第２ばね受けが接続され、前記第１ばね受けと前記第２ばね受けとの間に前記圧縮ばねが圧縮状態で介装され、
   前記第１ばね受けおよび前記第２ばね受けは、一方が他方に挿入されて軸線方向に摺動自在な第１筒状案内部および第２筒状案内部を有し、前記第１筒状案内部および前記第２筒状案内部がともに軸線方向に延びる筒状に形成され、
   前記第２ばね受けは、前記圧縮ばねの他端部に当接する第２ばね受け本体と、前記第２ばね受け本体と前記弁体の基端部とを接続する接続リングと、を有し、
   前記接続リングは、前記弁体の基端部を軸線方向に挿通させる挿通部を有し、
   前記弁体の基端部が前記接続リングによって軸線方向に係止されることを特徴とする流量制御弁。
2. 前記第１ばね受けおよび前記第２ばね受けは、互いに離れる方向への移動を規制する第１規制部および第２規制部を有していることを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。
3. 前記第１ばね受けの前記第１規制部は、前記第１筒状案内部から径方向内側に突出して形成され、
   前記第２ばね受けの前記第２規制部は、前記第１規制部の内側に挿入された先端部から径方向外側に突出して形成され、その外径が前記第１筒状案内部の内径よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の流量制御弁。
4. 前記弁体の基端部と前記第２ばね受けとは、互いに回転自在かつ軸線方向および径方向に所定の遊びをもって接続されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の流量制御弁。
5. 前記弁本体には、前記弁体を進退案内するガイド部材が設けられ、
   前記弁体と前記ガイド部材との径方向のクリアランスは、前記弁体と前記第２ばね受けとの径方向の遊びよりも小さいことを特徴とする請求項４に記載の流量制御弁。
6. 前記接続リングは、前記挿通部に連続して径方向に開口した開口部を有し、
   前記開口部を通って前記挿通部に挿通された前記弁体の基端部が前記接続リングによって軸線方向に係止されることを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。
7. 前記第１ばね受けおよび前記第２ばね受けは、互いに離れる方向への移動を規制する第１規制部および第２規制部を有し、前記第２規制部は、前記接続リングに設けられ、
   前記接続リングは、前記第２ばね受け本体に対して前記接続リングを抜け止めする抜け止め部材を有し、
   前記抜け止め部材は、径方向に開口して前記弁体の基端部および前記接続リングを径方向に挿通させる抜け止め開口部を有し、前記接続リングは、前記抜け止め開口部の内縁に係合する凹溝を有し、
   前記凹溝に前記抜け止め開口部の内縁が係合した状態で前記圧縮ばねの付勢力によって、前記第２ばね受け本体に前記抜け止め部材が押圧されて固定されることを特徴とする請求項６に記載の流量制御弁。
8. 前記駆動軸の先端部には、転がり軸受が設けられ、前記転がり軸受の内輪が前記駆動軸に固定され、前記転がり軸受の外輪が前記第１ばね受けに保持されていることを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載の流量制御弁。
9. 圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、を含む冷凍サイクルシステムであって、請求項１～８のいずれか一項に記載の流量制御弁が、前記膨張弁として用いられていることを特徴とする冷凍サイクルシステム。

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