JP7575367B2 - 電動弁および冷凍サイクルシステム - Google Patents

Description

本発明は、電動弁および冷凍サイクルシステムに関する。

従来、電動弁として、弁本体と、ステッピングモータと、ねじ軸と、弁ホルダと、を備え、弁本体に支持された雌ねじ部材にねじ軸が螺合され、ステッピングモータがねじ軸を回転させることで、ねじ軸および弁体が進退駆動されるものが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１に記載の電動弁では、金属製のねじ軸（ロータ軸）と樹脂製の雌ねじ部材とが螺合し、ねじ軸の回転に伴って互いのねじ部同士が摺動する。また、特許文献１および特許文献２の電動弁では、金属製の弁ホルダ（円筒部材）に樹脂製のばね受け部材が内蔵され、弁ホルダの内周面とばね受け部材の外周面とが摺動する。

特開２００３－１４８６４３号公報 特開２０１３－１０８５３５号広報

ところで、従来の電動弁では、金属部材（ねじ軸や弁ホルダ）と樹脂部材（雌ねじ部材やばね受け部材）とが摺動するが、樹脂部材として、作動性や耐久性の向上を目的に、強化繊維を充填した樹脂材料が用いられることがある。このような強化繊維を含む樹脂部材と金属部材とが摺動すると、強化繊維が金属部材を傷つけることで摩耗紛が発生し、作動性や耐久性の低下を招く可能性がある。

本発明の目的は、強化繊維による金属部材の傷つきを抑え、摩耗紛の発生を抑制することで、作動性や耐久性の向上を図ることができる電動弁を提供することにある。

前記課題を解決し目的を達成するために、請求項１に記載された発明は、弁室および弁座部を構成する弁本体と、ねじ軸を回転駆動する駆動部と、前記ねじ軸の回転に伴って該ねじ軸を軸線方向に進退させるねじ送り機構と、前記ねじ軸の進退に伴って前記弁座部に近接または離間可能な弁体と、前記ねじ軸と前記弁体とを接続する接続体と、を備えた電動弁であって、前記ねじ送り機構は、前記弁本体に支持された雌ねじ部材を有し、前記ねじ軸の雄ねじ部と前記雌ねじ部材の雌ねじ部とが螺合され、前記雌ねじ部材は、強化繊維を含む樹脂製であり、前記ねじ軸は、他の部材（前記ねじ軸を除く）と摺動する金属製の摺動部材と比較して、最も高い硬度を有する金属部材で構成されていることを特徴とする。

このような本発明によれば、強化繊維を含む樹脂で構成された雌ねじ部材の雌ねじ部に螺合する雄ねじ部を備えるねじ軸は、他の部材と摺動する金属製の摺動部材と比較して、最も高い硬度を有する金属部材で構成されている。ここで、雌ねじ部と雄ねじ部とが摺動する際には、先ず雌ねじ部の樹脂が摩耗して強化繊維が露出する。そして、露出した強化繊維により雄ねじ部が削られて摩耗粉が生じる。そして、雌ねじ部材のねじ山の摺動面には、当該摺動面に交差する配向方向の強化繊維が含まれており、この配向によって露出した強化繊維が摺動する雄ねじ部に引っかかりやすいので特に雄ねじ部では、他の部材と摺動する金属製の摺動部材と比較して摩耗粉が生じやすい。さらに、雄ねじ部および雌ねじ部が配置される部分は、電動弁の中でも冷媒の流れのない部分であることが多く、当該部分は冷媒に洗われることがない部分であり、他の部材と摺動する金属製の摺動部材が配置される部分と比較して摩耗紛の発生の影響を受けやすい。このため、電動弁の作動性の悪化、耐久性の悪化を生じやすい。しかしながら、本発明の構成によれば、ねじ軸は、他の部材と摺動する金属製の摺動部材と比較して、最も高い硬度を有する金属部材で構成されているので、雄ねじ部と雌ねじ部とが摺動した場合でも、強化繊維による金属部材の傷つきを抑え、摩耗紛の発生を抑制することで、作動性や耐久性の向上を図ることができる。

この際、前記他の部材は、強化繊維を含む樹脂部材であり、前記樹脂部材と摺動する金属製の摺動部材を含み、前記ねじ軸の硬度は、前記樹脂部材と摺動する金属製の摺動部材よりも高いことが好ましい。また、前記樹脂部材と、前記樹脂部材と摺動する金属製の摺動部材と、が前記接続体に含まれ、前記ねじ軸の硬度は、前記樹脂部材と摺動する金属製の摺動部材よりも高いことが好ましい。また、前記接続体は、ボールベアリングを含み、前記ねじ軸の硬度は、前記ボールベアリングを除く前記樹脂部材と摺動する金属製の摺動部材よりも高いことが好ましい。また、前記接続体は、前記ねじ軸に対して前記弁体を前記軸線方向に付勢する圧縮ばねを含み、前記ねじ軸の硬度は、前記圧縮ばねを除く前記樹脂部材と摺動する金属製の摺動部材よりも高いことが好ましい。また、前記他の部材は、強化繊維を含む樹脂部材であり、前記樹脂部材と軸線方向に摺動する金属製の摺動部材を含み、前記ねじ軸の硬度は、前記樹脂部材と軸線方向に摺動する金属製の摺動部材よりも高いことが好ましい。また、前記樹脂部材と、前記樹脂部材と軸線方向に摺動する金属製の摺動部材と、が前記接続体に含まれ、前記ねじ軸の硬度は、前記樹脂部材と軸線方向に摺動する金属製の摺動部材よりも高いことが好ましい。また、前記雌ねじ部材の摺動面における強化繊維の配向方向は、少なくとも前記摺動面に交差する方向を含む。また、前記接続体は、前記ねじ軸に対して前記弁体を前記軸線方向に付勢する圧縮ばねと、前記圧縮ばねの付勢力を伝達するばね受け部材と、前記ばね受け部材と摺動する金属製の円筒部材と、を含み、前記ねじ軸の硬度は、前記ばね受け部材と摺動する金属製の円筒部材よりも高いことが好ましい。また、前記ばね受け部材は、強化繊維を含む樹脂製であり、前記ばね受け部材の摺動面における強化繊維の配向方向は、前記摺動面に沿う方向に合っていることが好ましい。

このような構成によれば、本発明の電動弁には、強化繊維を含む樹脂部材としてのばね受け部材と、ばね受け部材に摺動する金属製の摺動部材としての円筒部材と、が設けられている。ここで、上述の通り雌ねじ部材の摺動面における強化繊維の配向方向は、少なくとも摺動面に交差する方向を含むのに対し、ばね受け部材の摺動面における強化繊維の配向方向は、摺動面に沿う方向に合っている。この配向によれば、上述のように強化繊維が露出してもばね受け部材に摺動する円筒部材に強化繊維が引っ掛かりにくく、摩耗紛が生じにくい。そして、ねじ軸の硬度は、ボールベアリングや圧縮ばねを除く、円筒部材などの他の金属製の摺動部材よりも高い硬度となっている。すなわち、配向方向が摺動面に沿う方向に合っており上述のように露出しても摺動に対して影響の少ない強化繊維を有する樹脂部材（ばね受け部材）に対して摺動する金属製の摺動部材（円筒部材）の硬度よりも、少なくとも摺動面に交差する方向に配向するものを含み上述のように露出すると摺動に対して影響の多い強化繊維を有する樹脂部材（雌ねじ部材）に対して摺動する金属製の摺動部材（ねじ軸）の硬度の方が高くなるようにしている。このため、強化繊維による金属部材の傷つきを抑え、摩耗紛の発生を抑制することができる。

また、前記ばね受け部材は、前記軸線方向に沿って前記円筒部材の内周面または外周面と摺動することが好ましい。さらに、前記ねじ送り機構は、前記雌ねじ部材を前記弁本体に支持する金属製の固定部材を有し、前記固定部材は、前記雌ねじ部材を内蔵する円筒部と、前記弁本体に固定される鍔部と、を有することが好ましい。このような構成によれば、強化繊維を含んだ雌ねじ部材を固定部材に内蔵し、固定部材の鍔部を用いて弁本体に固定することができるので、強度の高い雌ねじ部材を安価に形成できる。

そして、本発明における冷凍サイクルシステムは、圧縮機と、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、上記いずれかに記載の電動弁が、前記膨張弁として用いられていることを特徴とする。このような構成によれば、強化繊維による金属部材の傷つきを抑え、摩耗紛の発生を抑制する電動弁を用いて、冷凍サイクルシステムを構成することができる。

本発明によれば、強化繊維による金属部材の傷つきを抑え、摩耗紛の発生を抑制することで、作動性や耐久性の向上を図ることができる電動弁を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る電動弁の弁開状態を示す縦断面図である。 前記電動弁の弁閉状態を示す縦断面図である。 図２の領域Ｐ１における、部分拡大図である。 図２の領域Ｐ２における、部分拡大図である。 本発明の冷凍サイクルシステムを示す図である。

以下、本発明の一実施の形態を図１～図５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５３を有した接続体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、有底筒状の弁本体１Ａと、弁本体１Ａの上端部に接続される筒状の接続部材１Ｂと、接続部材１Ｂの上端部に接続されるケース１Ｃと、を備えて構成されている。弁本体１Ａは、切削加工されたＳＵＳ（ステンレス鋼）や黄銅等の金属製の部材であって、その内部は円筒状の弁室１Ｄを構成している。弁本体１Ａの側壁には、弁室１Ｄの内外に連通する第１ポート１Ｅが形成され、弁本体１Ａの底壁には弁室１Ｄの内外に連通する第２ポート１Ｆが形成されている。第１ポート１Ｅには、弁室１Ｄに連通して冷媒が流入または流出される第１継手管１１が取り付けられ、第２ポート１Ｆには、弁室１Ｄに連通して冷媒が流入または流出される第２継手管１２が取り付けられている。

第２ポート１Ｆの弁室１Ｄ側の周縁部は、弁体２が近接または離間する弁座部１Ｇを構成している。接続部材１Ｂは、ＳＵＳ製の金属板材からプレス加工や円筒状の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の上端部にカシメ固定及びロウ付け固定されている。ケース１Ｃは、軸線Ｌ方向に延びる上側凸のカップ形状に形成されている。このケース１Ｃは、円環状の下端部が接続部材１Ｂの上端部を周方向に囲むように配置され、当該接続部材１Ｂの上端部に溶接固定されている。弁ハウジング１内の弁本体１Ａと接続部材１Ｂとの境界部分には、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１３が設置されている。ガイド部材１３の中央部には、軸線Ｌを中心とするガイド孔１３ａが形成されている。

弁体２は、後述するねじ軸３３の進退に伴って弁座部１Ｇに近接または離間可能に設けられている。この弁体２は、軸線Ｌ方向に延びる円柱状に形成されたニードル部２１と、ニードル部２１の上端部に設けられたフランジ部２２と、を備えている。ニードル部２１の下端側は、テーパ形状の先端部２１Ａを構成している。ニードル部２１の上端側は、下端側よりも直径の小さい縮径部２１Ｂを構成している。ニードル部２１は、ガイド部材１３のガイド孔１３ａに微小な隙間（クリアランス）をもって挿通され、軸線Ｌ方向に進退案内されるようになっている。フランジ部２２は、接続体５と弁体２とを接続する際にニードル部２１が接続体５から抜け落ちるのを抑制する抜け止めであり、縮径部２１Ｂよりも大きな直径を有するように形成されている。

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、を備えている。ステッピングモータ３Ａは、ケース１Ｃの外周に設置されるステータコイル３１と、ケース１Ｃを挟んでステータコイル３１の内周に設置され軸線Ｌの周方向に回転するマグネットロータ３２と、マグネットロータ３２と一体に回転駆動される駆動軸としてのねじ軸３３と、を備えている。マグネットロータ３２の上端部には、上方に突出する延長軸３２Ａが設けられている。ねじ軸３３は、その上端部が固定部材３３Ａを介してマグネットロータ３２の中央部に固定されている。このねじ軸３３は、ＳＵＳ３０３やＳＵＳ３０４よりも硬度の高いステンレス材を用いて構成されている。具体的には、ＳＵＳ３０３やＳＵＳ３０４の硬度は、ビッカーズ硬さすなわちＨｖ換算で、約２００（Ｈｖ約２００とは、１５０～２４０Ｈｖのことである。）以下であるが、本実施形態のねじ軸３３は、Ｈｖ約３００（Ｈｖ約３００とは、２５０～３４０Ｈｖのことである。）以上の硬度を備える金属部材で構成されている。一般的にＳＵＳ３０４の硬度はＨｖ約２００以下であることから、本実施形態のねじ軸３３は、ＳＵＳ３０４製の駆動軸と比較して、約３０パーセント以上硬度が高いこととなる。ねじ軸３３の軸線Ｌ方向中央部には、雄ねじ部３３Ｂが形成され、この雄ねじ部３３Ｂはねじ送り機構４の一部を構成している。ねじ軸３３の下端部は、ねじ軸３３の他の部分よりも直径が大きく形成され、拡径部３３Ｃを構成している。そして、ねじ軸３３における雄ねじ部３３Ｂと拡径部３３Ｃとの間には、ねじ軸３３の外周を周方向に覆う保持部材３４が取り付けられている。

ストッパ機構３Ｂは、ケース１Ｃの天井部から垂下されるガイド３５と、ガイド３５の外周に螺旋状に巻き付くガイド線体３６と、ガイド線体３６に案内されて上下方向に可動する可動スライダ３７と、を備えている。ガイド３５は、中心軸がねじ軸３３の中心軸と同軸となるように配置され、軸線Ｌ方向に延びている。可動スライダ３７は、ガイド線体３６の螺旋の溝に嵌りながら巻き付くように配置されている。この可動スライダ３７は、ガイド３５の径方向外方に突出する爪部３７Ａを備えている。この爪部３７Ａは、マグネットロータ３２に設けられた上述の延長軸３２Ａと、互いに軸線Ｌの周方向に当接するようになっている。この構成により、マグネットロータ３２の回転に伴って可動スライダ３７がガイド線体３６の溝に沿ってガイド３５の周方向に連れ回され、これにより可動スライダ３７が上下方向に可動するようになっている。

ガイド線体３６の上端部と、下端部には、可動スライダの爪部３７Ａに当接する上端ストッパ３６Ａと、下端ストッパ３６Ｂと、が形成されている。上端ストッパ３６Ａおよび下端ストッパ３６Ｂは、自身に当接する爪部３７Ａの回転を規制するように設けられている。この構成によれば、上端ストッパ３６Ａに当接した可動スライダ３７Ａはそれ以上回転できない。そして、可動スライダ３７の回転が規制されると、可動スライダ３７を連れ回すマグネットロータ３２の回転が規制される。すなわち、上端ストッパ３６Ａは、マグネットロータ３２の最上位位置を規定するストッパとして機能する。同様に、下端ストッパ３６Ｂに爪部３７Ａが当接すると、可動スライダ３７の回転が規制され、マグネットロータ３２の回転が規制される。すなわち、下端ストッパ３６Ｂは、マグネットロータ３２の最下端位置を規定するストッパとして機能する。

ねじ送り機構４は、ステッピングモータ３Ａの駆動によるねじ軸３３の回転にともなって、ねじ軸３３を軸線Ｌ方向に進退させるものである。このねじ送り機構４は、弁ハウジング１における接続部材１Ｂの上端部に固定される金属製の固定部材４１と、固定部材４１を介して弁本体１Ａに支持される雌ねじ部材４２と、雌ねじ部材４２の雌ねじ部４２Ａに螺合する上述の雄ねじ部３３Ｂと、を備えている。固定部材４１は、雌ねじ部材４２を弁本体１Ａに支持する部材であり、軸線Ｌ方向に延びる円筒部４１Ａと、円筒部４１Ａの下端部から径方向外方に突出する鍔部４１Ｂと、を備えている。円筒部４１Ａは、雌ねじ部材４２を内蔵するように設けられている。鍔部４１Ｂは、接続部材１Ｂの上端部にカシメ及び溶接されることで接続部材１Ｂを介して弁本体１Ａに固定されている。雌ねじ部材４２は、円筒部４１Ａの内周にインサート成形により成形されて固定されている。この雌ねじ部材４２は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）を主成分とした樹脂で構成されており、ＣＦ（炭素繊維）やＧＦ（ガラス繊維）等の強化繊維Ｆや、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂が充填されている。雌ねじ部材４２の中央部には、中心軸がねじ軸３３の中心軸と同軸の雌ねじ部４２Ａが形成されている。

雌ねじ部４２Ａは、上述のインサート成形の際に併せて成形するか、インサート成形後に切削加工することにより形成されている。なお、いずれの方法で形成した場合も、図３に示すように、強化繊維Ｆの配向方向は、ランダムに様々な方向を向くこととなる。ここで、雌ねじ部４２Ａのねじ山の上下面は、雌ねじ部４２Ａに対してねじ送りされる雄ねじ部３３Ｂが摺動する摺動面となっているが、上述のように強化繊維Ｆの配向方向はランダムであるため、雌ねじ部材４２には、摺動面に対して交差する配向方向の強化繊維Ｆが多く含まれることとなる。すなわち、雌ねじ部材４２の摺動面における強化繊維Ｆの配向方向は、少なくとも摺動面に交差する方向を含んでいる。これは、インサート成形の場合、雌ねじ部４２Ａの凹凸に複雑に樹脂が流れ込むからである。また、切削加工の場合、雌ねじ部４２Ａを形成前の段階では、強化繊維Ｆを摺動面に沿う方向に配向するように誘導するような構成がないからである。雄ねじ部３３Ｂは、上述のように硬度の高いＳＵＳで構成され、雌ねじ部４２Ａに螺合し、そのねじ山の上下面に沿って周方向に摺動しながらねじ送りされるようになっている。すなわち、マグネットロータ３２が回転すると、ねじ軸３３が回転することで雄ねじ部３３Ｂがねじ送りされ、これによって、ねじ軸３３が弁ハウジング１内で進退移動するようになっている。

接続体５は、ねじ軸３３と弁体２とを接続する部材であり、ねじ軸３３側に配置される金属製の円筒部材５１（金属製の摺動部材）と、弁体２側に配置される樹脂製のばね受け部材５２（樹脂部材）と、円筒部材５１とばね受け部材５２の間に介在する金属製の圧縮ばね５３と、を備えている。円筒部材５１は、ばね受け部材５２の後述する筒状案内部５２Ａに挿入されてばね受け部材５２と軸線Ｌ方向に沿って摺動する金属製の摺動部材である。この円筒部材５１は、ねじ軸よりも硬度の低いＳＵＳ３０３やＳＵＳ３０４等のステンレス鋼で構成され、軸線Ｌ方向に延びる筒状摺動部５１Ａと、筒状摺動部５１Ａの上端部から径方向外方に突出するねじ軸側フランジ部５１Ｂと、を備えて構成されている。筒状摺動部５１Ａは、ねじ軸３３と径方向に所定の隙間を空けて配置されている。ねじ軸側フランジ部５１Ｂは、圧縮ばね５３の上端部を当接させるように構成されている。

筒状摺動部５１Ａの内周壁における軸線Ｌ方向中央部には、径方向内方に突出する段部５１Ａ１が形成され、この段部５１Ａ１には、転がり軸受５４（ボールベアリング）が設置されている。転がり軸受５４は、ねじ軸３３と円筒部材５１とを相対回転可能に接続する軸受であり、内輪５４Ａ、鋼球５４Ｂ、外輪５４Ｃ、を備えて構成されている。内輪５４Ａは、上述の保持部材３４の下端部から拡径部３３Ｃの直前までの部分に亘ってねじ軸３３の外周を覆うように配置されている。外輪５４Ｃは、段部５１Ａ１に載置された状態で、筒状摺動部５１Ａの内周面における軸線Ｌ方向上端部に圧入される止め輪５５によって筒状摺動部５１Ａに固定されている。これにより、ねじ軸３３と円筒部材５１とが転がり軸受５４を介して接続されることとなる。筒状摺動部５１Ａの底壁中央部には、中心軸がねじ軸３３の軸線Ｌと同軸の接続孔５１Ａ２が、貫通形成されている。この接続孔５１Ａ２は、後述する接続筒部５６が挿入される孔である。

ばね受け部材５２は、圧縮ばね５３の付勢力を軸線Ｌ方向に伝達する部材であり、軸線Ｌ方向に延びる筒状案内部５２Ａと、筒状案内部５２Ａの下端部から周方向外方に突出する弁体側フランジ部５２Ｂと、を備えている。筒状案内部５２Ａは、上述の筒状摺動部５１Ａの直径の寸法よりも大きな寸法の内径を有し、筒状摺動部５１Ａを挿入可能に設けられている。この構成により、ばね受け部材５２の内周面は摺動面を構成し、軸線Ｌ方向に沿って筒状摺動部５１Ａの外周面と摺動するようになっている。弁体側フランジ部５２Ｂは、圧縮ばね５３の下端部を当接させるように構成されている。筒状案内部５２Ａおよび弁体側フランジ部５２Ｂは、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）を主成分とした樹脂で構成されており、ＣＦ（炭素繊維）やＧＦ（ガラス繊維）等の強化繊維や、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂が充填されている。

筒状案内部５２Ａおよび弁体側フランジ部５２Ｂは、射出成形で成形するか、樹脂製の材料を切削加工することにより形成されている。図４に示すように、いずれの方法で形成した場合も、筒状案内部５２Ａの強化繊維Ｆの配向方向は、ばね受け部材５２の摺動面に沿う方向（軸線Ｌ方向）が多くなっている。すなわち、ばね受け部材５２の摺動面における強化繊維の配向方向は、摺動面に沿う方向に合っている。これは、射出成形の場合、ゲートを軸線Ｌの上方または下方に設けているためである。また、切削加工の場合、予め強化繊維Ｆの配向を軸線Ｌ方向に揃えた樹脂材料を用意し、その後に、加工を行うからである。

筒状案内部５２Ａの底壁中央部には、中心線がねじ軸３３の軸線Ｌと同軸の貫通孔５２Ａ１が形成され、貫通孔５２Ａ１には、接続筒部５６が挿入されている。接続筒部５６は、円筒部材５１とばね受け部材５２とを接続するとともに、ばね受け部材５２と弁体２とを接続する部材であり、筒状案内部５２Ａの内外に亘って軸線Ｌ方向に延びている。接続筒部５６の側壁下端部における筒状案内部５２Ａの外側の部分には、径方向内方に凹む溝部５６Ａが形成されている。溝部５６Ａには、Ｃ型に形成された固定リング５７が径方向から嵌め込まれている。この固定リング５７は、筒状案内部５２Ａの底壁の下端面に形成され入口ポートＡ側に開口する凹部５２Ａ２に対して駆動部５側に向けて嵌め込まれるように構成されている。そして、固定リング５７が凹部５２Ａ２に嵌め込まれる際にばね受け部材５２を介して駆動部５側に押圧された圧縮ばね５３の反発力によって、接続筒部５６がばね受け部材５２に接続されるようになっている。接続筒部５６の上端部には、上端フランジ５６Ｂが形成されており、この上端フランジ５６Ｂが上述の接続孔５１Ａ２の縁部に引っかかることでばね受け部材５２と円筒部材５１とが接続されるようになっている。なお、図示はしないが、接続筒部５６の側壁は、一部が上端部から下端部まで切り欠かれており、この切り欠きによって接続筒部５６の筒内に連通する開口部が形成されている。

接続筒部５６の内径の寸法は、上述のニードル部２１における縮径部２１Ｂの直径よりも大きく、フランジ部２２の直径よりも小さく設定されている。また、接続筒部５６の軸線Ｌ方向の寸法は、縮径部２１Ｂの軸線Ｌ方向の寸法と略同じに形成されている。また、筒状接続部５６の側壁の上述の開口部の軸線Ｌ方向に交差する幅方向の寸法は、縮径部２１Ｂの直径と略同じに形成されている。そして、接続筒部５６内には、開口部を介して径方向から縮径部２１Ｂが挿入されるようになっている。この構成により、縮径部２１Ｂは、接続筒部５６に径方向の隙間を空けて挿入され、フランジ部２２が抜け止めとなり、弁体２が接続筒部５６の下方に抜け落ちることが抑制されるので、弁体２とばね受け部材５２とが接続される。

圧縮ばね５３は、ねじ軸３３に対して、弁体２を軸線Ｌ方向に付勢するものである。この圧縮ばね５３は、金属製の部材で構成されており、円筒部材５１とばね受け部材５２との間に軸線Ｌ方向に亘って介在している。圧縮ばね５３の上端部は、ねじ軸側フランジ部５１Ｂに当接し、圧縮ばね５３の下端部は、弁体側フランジ部５２Ｂに当接している。

ここで、ねじ軸３３の硬度について、改めて説明する。上述の通り、本実施形態のねじ軸３３は、Ｈｖ約３００以上の硬度を備える金属部材で構成されている。このねじ軸３３の硬度は、本実施形態における金属製の摺動部材としての円筒部材５１のように、他の部材と摺動する金属製の摺動部材と比較して、高い硬度を有している。なお、本実施形態における転がり軸受５４や圧縮ばね５３の硬度については、ねじ軸３３の硬度よりも高い硬度になる場合はある。よって、ねじ軸３３の硬度は、転がり軸受５４や圧縮ばね５３を除く、円筒部材５１などの他の金属製の摺動部材よりも高く設定することが好ましい。

以上の、電動弁１０の動作としては、先ず、図１に示す弁開状態において、弁体２は、フランジ部２２が抜け止めとなることで、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、ニードル部２１のテーパ形状の先端部２１Ａが弁座部１Ｇに近接する。そして、この状態からさらに、ねじ軸３３を下降させると、圧縮ばね５３が軸線Ｌ方向に圧縮されることで下方に付勢力が働き、この付勢力が作用することで、ニードル部２１の先端部が弁座部１Ｇ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１Ｇが圧縮ばね５３の付勢力で軸線Ｌ方向に押圧されていることで、例えば、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ときは、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。

以上の本実施形態によれば、電動弁１０は、弁室１Ｄおよび弁座部１Ｇを構成する弁本体１Ａと、ねじ軸３３を回転駆動する駆動部３と、ねじ軸３３の回転に伴ってねじ軸３３を軸線Ｌ方向に進退させるねじ送り機構４と、ねじ軸３３の進退に伴って弁座部１Ｇに近接または離間可能な弁体２と、ねじ軸３３と弁体２とを接続する接続体５と、を備えた電動弁１０であって、ねじ送り機構４は、弁本体１Ａに支持された雌ねじ部材４２を有し、ねじ軸３３の雄ねじ部３３Ｂと雌ねじ部材４２の雌ねじ部４２Ａとが螺合され、雌ねじ部材４２は、強化繊維Ｆを含む樹脂製であり、ねじ軸３３は、他の部材と摺動する金属製の摺動部材と比較して、最も高い硬度を有する金属部材で構成されていることを特徴とする。

このような本発明によれば、強化繊維Ｆを含む樹脂で構成された雌ねじ部材４２の雌ねじ部４２Ａに螺合する雄ねじ部３３Ｂを備えるねじ軸３３は、他の部材と摺動する金属製の摺動部材（例えば、弁体２や円筒部材５１、圧縮ばね５３等）と比較して、最も高い硬度を有する金属部材で構成されている。ここで、雌ねじ部４２Ａと雄ねじ部３３Ｂとが摺動する際には、先ず雌ねじ部４２Ａの樹脂のうち特に柔らかいＰＴＦＥなどの成分で構成される部分が摩耗して強化繊維Ｆが露出する。そして、露出した強化繊維Ｆにより雄ねじ部３３Ｂが削られて摩耗粉が生じる。そして、上述の通り、雌ねじ部材４２の摺動面には、当該摺動面に交差する配向方向の強化繊維Ｆが含まれており、この配向によって露出した強化繊維Ｆが摺動する雄ねじ部３３Ｂに引っかかりやすいので特に雄ねじ部３３Ｂでは、他の部材と摺動する金属製の摺動部材と比較して摩耗粉が生じやすい。さらに、雄ねじ部３３Ｂおよび雌ねじ部４２Ａが配置される部分は、電動弁１０の中でも冷媒の流れのない部分であり、当該部分は、冷媒に洗われることがない部分である。すなわち、雄ねじ部３３Ｂおよび雌ねじ部４２Ａが配置される部分は、他の部材と摺動する金属製の摺動部材が配置される部分と比較して摩耗紛の発生の影響を受けやすい。このため、作動性の悪化、耐久性の悪化を生じやすい。しかしながら、本発明の構成によれば、ねじ軸３３は、他の部材と摺動する金属製の摺動部材と比較して、最も高い硬度を有する金属部材で構成されている。このため、雄ねじ部３３Ｂと雌ねじ部４２Ａとが摺動した場合でも、強化繊維Ｆによる金属部材の傷つきを抑え、摩耗紛の発生を抑制することで、作動性や耐久性の向上を図ることができる。

また、本実施形態によれば、本発明の電動弁１０には、強化繊維Ｆを含む樹脂部材としてのばね受け部材５２と、ばね受け部材５２に摺動する金属製の摺動部材としての筒部材５１と、が設けられている。ここで、雌ねじ部材４２の摺動面における強化繊維Ｆの配向方向は、少なくとも摺動面に交差する方向を含んでいるのに対し、ばね受け部材５２の摺動面における強化繊維Ｆの配向方向は、ばね受け部材５２の摺動面に沿う方向（軸線Ｌ方向）に合っている。この配向によれば、上述のように強化繊維Ｆが露出してもばね受け部材５２に摺動する円筒部材５１に強化繊維Ｆが引っ掛かりにくく、摩耗紛が生じにくい。そして、ねじ軸３３の硬度は、円筒部材５１など、転がり軸受５４および圧縮ばね５３を除く他の金属製の摺動部材よりも高い硬度となっている。すなわち、配向方向が摺動面に沿う方向に合っており上述のように露出しても摺動に対して影響の少ない強化繊維Ｆを有する樹脂部材（ばね受け部材５２）に対して摺動する金属製の摺動部材（円筒部材５１）の硬度よりも、少なくとも摺動面に交差する方向に配向するものを含み上述のように露出すると摺動に対して影響の多い強化繊維Ｆを有する樹脂部材（雌ねじ部材４２）に対して摺動する金属製の摺動部材（ねじ軸３３）の硬度の方が高くなるようにしている。このため、強化繊維Ｆによる金属部材の傷つきを抑え、摩耗紛の発生を抑制することで、作動性や耐久性の向上を図ることができる。

また、本実施形態によれば、ねじ送り機構４は、強化繊維Ｆを含んだ雌ねじ部材４２を固定部材４１に内蔵し、固定部材４１の鍔部４１Ｂを用いて弁本体１Ａに固定することができるので、強度の高い雌ねじ部材４２を安価に形成することができる。

次に、本発明の冷凍サイクルシステムを、図５に基づいて説明する。図５は、実施形態の冷凍サイクルシステムを示す図である。図５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５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５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側から流入する液冷媒、または暖房時に室内熱交換器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。

このような構成によれば、強化繊維Ｆによる金属部材の傷つきを抑え、摩耗紛の発生を抑制することで、作動性や耐久性の向上を図ることができる電動弁１０を用いて、冷凍サイクルシステムを構成することができる。

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例も本発明に含まれる。例えば、本実施形態では、ばね受け部材５２の筒状案内部５２Ａに円筒部材５１の筒状摺動部５１Ａを挿入し、これによって、ばね受け部材５２が、軸線Ｌ方向に沿って円筒部材５１の外周面と摺動することとした。しかしながら、筒状摺動部５１Ａの内径の寸法を筒状案内部５２Ａの直径の寸法よりも大きく設定して、ばね受け部材５２が、軸線Ｌ方向に沿って円筒部材５１の内周面と摺動することとしてもよい。また、本実施形態では、円筒部材５１を金属部材で構成し、ばね受け部材５２を強化繊維Ｆを含む樹脂部材で構成したが、この関係を逆にしてもよい。すなわち、円筒部材５１を強化繊維Ｆを含む樹脂部材で構成し、ばね受け部材５２をねじ軸３３よりも硬度の低い金属部材で構成してもよい。

なお、本実施形態において「硬度」について説明してきた部分は、当該硬度を「強度」と言い換えることもできる。また、本実施形態では、弁体２が弁座部１Ｇに押し付けられる電動弁１０、すなわち、弁体２が弁座部１Ｇに着座または離座するタイプの電動弁１０について説明した。しかしながら、弁体２が弁座部１Ｇに着座または離座せず、単に近接または離間する電動弁においても、本発明を適用することは可能である。さらに、上記の実施形態では、図１、２のような構造の電動弁について説明してきたが、この構造に限定するものではなく、例えば特許文献１、２のような構造の電動弁等に本発明を適用してもよい。特許文献１の場合、例えば、樹脂部材は、ばね受けであり、樹脂部材と摺動する金属製の摺動部材は弁ホルダである、また、特許文献２の場合、例えば、摺動部材はニードルガイドである。このように特許文献１、２に記載されたような上記摺動部材をねじ軸３３の硬度に対する比較対象として適用することができる。

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。

１Ａ 弁本体
１Ｇ 弁座部
２ 弁体
３ 駆動部
３３ ねじ軸
３３Ｂ 雄ねじ部
４ ねじ送り機構
４２ 雌ねじ部材
４２Ａ 雌ねじ部
５ 接続体
５１ 円筒部材（金属製の摺動部材）
５２ ばね受け部材（樹脂部材）
１０ 電動弁
Ｆ 強化繊維
Ｌ 軸線

Claims (13)

1. 弁室および弁座部を構成する弁本体と、ねじ軸を回転駆動する駆動部と、前記ねじ軸の回転に伴って該ねじ軸を軸線方向に進退させるねじ送り機構と、前記ねじ軸の進退に伴って前記弁座部に近接または離間可能な弁体と、前記ねじ軸と前記弁体とを接続する接続体と、を備えた電動弁であって、
   前記ねじ送り機構は、前記弁本体に支持された雌ねじ部材を有し、前記ねじ軸の雄ねじ部と前記雌ねじ部材の雌ねじ部とが螺合され、前記雌ねじ部材は、強化繊維を含む樹脂製であり、
   前記ねじ軸は、他の部材（前記ねじ軸を除く）と摺動する金属製の摺動部材と比較して、最も高い硬度を有する金属部材で構成されていることを特徴とする電動弁。
2. 前記他の部材は、強化繊維を含む樹脂部材であり、
   前記樹脂部材と摺動する金属製の摺動部材を含み、
   前記ねじ軸の硬度は、前記樹脂部材と摺動する金属製の摺動部材よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
3. 前記樹脂部材と、前記樹脂部材と摺動する金属製の摺動部材と、が前記接続体に含まれ、
   前記ねじ軸の硬度は、前記樹脂部材と摺動する金属製の摺動部材よりも高いことを特徴とする請求項２に記載の電動弁。
4. 前記接続体は、ボールベアリングを含み、
   前記ねじ軸の硬度は、前記ボールベアリングを除く前記樹脂部材と摺動する金属製の摺動部材よりも高いことを特徴とする請求項２または３に記載の電動弁。
5. 前記接続体は、前記ねじ軸に対して前記弁体を前記軸線方向に付勢する圧縮ばねを含み、
   前記ねじ軸の硬度は、前記圧縮ばねを除く前記樹脂部材と摺動する金属製の摺動部材よりも高いことを特徴とする請求項２または３に記載の電動弁。
6. 前記他の部材は、強化繊維を含む樹脂部材であり、
   前記樹脂部材と軸線方向に摺動する金属製の摺動部材を含み、
   前記ねじ軸の硬度は、前記樹脂部材と軸線方向に摺動する金属製の摺動部材よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
7. 前記樹脂部材と、前記樹脂部材と軸線方向に摺動する金属製の摺動部材と、が前記接続体に含まれ、
   前記ねじ軸の硬度は、前記樹脂部材と軸線方向に摺動する金属製の摺動部材よりも高いことを特徴とする請求項６に記載の電動弁。
8. 前記雌ねじ部材の摺動面における強化繊維の配向方向は、少なくとも前記摺動面に交差する方向を含むことを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載の電動弁。
9. 前記接続体は、前記ねじ軸に対して前記弁体を前記軸線方向に付勢する圧縮ばねと、前記圧縮ばねの付勢力を伝達するばね受け部材と、前記ばね受け部材と摺動する金属製の円筒部材と、を含み、
   前記ねじ軸の硬度は、前記ばね受け部材と摺動する金属製の円筒部材よりも高いことを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載の電動弁。
10. 前記ばね受け部材は、強化繊維を含む樹脂製であり、
    前記ばね受け部材の摺動面における強化繊維の配向方向は、前記摺動面に沿う方向に合っていることを特徴とする請求項９に記載の電動弁。
11. 前記ばね受け部材は、前記軸線方向に沿って前記円筒部材の内周面または外周面と摺動することを特徴とする請求項９または１０に記載の電動弁。
12. 前記ねじ送り機構は、前記雌ねじ部材を前記弁本体に支持する金属製の固定部材を有し、前記固定部材は、前記雌ねじ部材を内蔵する円筒部と、前記弁本体に固定される鍔部と、を有することを特徴とする請求項１～１１のいずれか一項に記載の電動弁。
13. 圧縮機と、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１～１２のいずれか一項に記載の電動弁が、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。

Images