JP7841787B2 - 電動弁 - Google Patents

Description

本発明は、電動弁に係り、特に、異物を捕捉するストレーナを備えた電動弁に関する。

ステッピングモータ等の電動機を使用して弁の開度を制御する電動弁が空気調和機や冷蔵装置、冷凍装置など冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置に従来から使用されている。

また上記のような冷凍サイクル装置では、カートリッジ式の電動弁が使用されることがある。これは、冷媒の流入路や流出路を備えたハウジングの弁装着穴に電動弁（弁本体）をカートリッジのように差し込むだけで冷凍サイクル装置に電動弁を組み込むことを可能とするものである。

カートリッジ式の弁によれば、例えば、電動弁の製造者が顧客である冷凍サイクル装置の製造者に対して製品を提供するような場合に、弁本体の外形サイズや各流路孔の位置等の仕様を弁製造者と顧客の双方で予め共有しておき、顧客側がハウジングを冷凍サイクル装置の一部として作製しておけば、当該ハウジングに差し込むだけの簡便な操作で電動弁を冷凍サイクル装置に組み込み完成させることが可能となる。したがって、顧客は効率良く冷凍サイクル装置を製造することが出来る。また、メンテナンス時に電動弁の交換が必要となった場合にも、同様の簡便な操作で交換作業を行うことが出来る。

また、このような電動弁を開示する文献として下記特許文献１がある。

特許文献１：特開２０１８－１７３１０２号公報

ところで、かかる電動弁では、流路内にストレーナを備えることが望ましい。製造時に生じたバリなどの金属片が経年使用により流体中に混入することがあるからである。混入した異物は、例えば閉弁動作時に弁体と弁座の間に噛み込まれ、弁体や弁座が損傷を受けることで弁漏れの原因となることがある。

またストレーナを備える場合、流体の流通を妨げないようにするため、ストレーナ（メッシュ）の開口面積を一定以上確保する必要あり、ストレーナが或る程度の大きさ以上にならざるを得ない。このため特に、ハウジングの弁装着穴に差し込めるように弁本体がコンパクトに構成されたカートリッジ式電動弁では、設置スペースの点からストレーナを備えることは容易ではなく、弁本体の大型化を招くおそれがある。

したがって、本発明の目的は、流体中の異物を除去して弁漏れが生じることを防ぐことにあり、さらに、弁本体を大型化することなくカートリッジ式電動弁にストレーナを組み込むことにある。

前記課題を解決し目的を達成するため、本発明に係る電動弁は、弁室を内部に有するとともに弁室に連通する第１流路孔を底部に有し弁室に連通する第２流路孔を有する弁本体と、第１流路孔の弁室側端部に形成された弁座に対して進退動可能に備えられた弁体と、弁体を駆動する電動機の構成部品であるロータと、ロータの回転を直線運動に変換して弁体に伝達する伝達機構とを備えた電動弁であって、当該電動弁は、流体が通過可能な網状のストレーナ本体部とストレーナ本体部を支持する支持部とを有するストレーナをさらに備え、第１流路孔を通過する流体がストレーナ本体部を通過するように支持部が弁本体に固定されている。

本発明の電動弁では、流体中の異物を捕捉するストレーナを弁本体の第１流路孔側に備える。ここで、当該ストレーナは、網状のストレーナ本体部とこれを支持するための支持部とを有する。そして、第１流路孔を通過する流体がストレーナ本体部を通過するように支持部を弁本体に固定するとともに、支持部を第１流路孔が形成されている弁本体の底部に固定する。これにより、流体中の異物を除去して弁漏れが生じることを防ぐことが出来る。なお、支持部について上記「支持部が弁本体に固定されている」とは、支持部が弁本体に直接固定されている場合に限定されるものではなく、例えば他の部材を介して固定されているような間接的に固定されている状態をも含む概念である。

また、本発明に係る電動弁では、上記支持部を弁本体の底部に被せるように当該底部の外周面に固定することがある。これは、電動弁（弁本体）が大型化することを避けるためである。より具体的には、上記のような固定構造によれば、ストレーナの径が大きくなり（例えば第１流路孔の内部にストレーナを設置した場合と比較して）、ストレーナの表面積を大きくすることが出来る。したがってその分、ストレーナの高さを低くする（軸線方向の長さ、即ち流路に沿った長さを短くする）ことができ、ストレーナを組み込むために弁本体が大型化することを避けることが出来る。

また、上記のように支持部を弁本体の外周面に固定するようにすれば、異物の捕捉とは直接関係のないストレーナの固定箇所（支持部）を流路外に逃がすことが出来るから、支持部が流体の流れを乱すような事態が生じることを回避することも可能となる。

また、本発明の一態様に係る電動弁は、弁装着穴と、弁装着穴の底面に開口した第１流路と、弁装着穴の内周面に開口した第２流路と、を備えたハウジングの弁装着穴に挿入することにより当該ハウジングに装着可能な電動弁であって、前記第２流路孔は弁本体の外周面に開口し、弁本体を弁装着穴に挿入したときに第１流路孔が第１流路に連通し、第２流路孔が第２流路に連通する。

さらに、上記一態様に係る電動弁では、弁本体を弁装着穴に挿入したときにストレーナ本体部がハウジングの流入路内に突出するように備えられている。

本発明によれば、流体中の異物を除去して弁漏れが生じることを防ぐことができ、さらに、弁本体を大型化することなくカートリッジ式電動弁にストレーナを組み込むことが出来る。

本発明の他の目的、特徴および利点は、図面に基いて述べる以下の本発明の実施の形態の説明により明らかにする。なお、各図中、同一の符号は、同一又は相当部分を示す。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る電動弁（閉弁状態）を示す縦断面図である。 図２は、前記第１実施形態に係る電動弁（開弁状態）を示す図である。 図３は、本発明の第２の実施形態に係る電動弁（閉弁状態）を示す縦断面図である。

〔第１実施形態〕
図１から図２を参照して本発明の第１の実施形態に係る電動弁について説明する。なお、各図には上下方向および左右方向を表す互いに直交する二次元座標を適宜表示し、以下の説明はこれらの方向に基いて行う。ただし、本発明および本実施形態（後述の第２実施形態も同様）の電動弁は様々な向きで使用することが可能であり、各方向は説明の便宜上のものであって本発明の各部構成はこれらの方向によって何ら限定されるものではない。

図１から図２に示すように、本発明の実施形態に係る電動弁１１は、例えばヒートポンプ式冷暖房システムのような冷凍サイクル装置に備えられたハウジング５１の弁装着穴５１ａにねじ込むことにより当該冷凍サイクル装置に組み込むことが可能なカートリッジ式の電動弁である。

そして当該電動弁１１は、弁室１３を内部に有するとともに弁室１３に連通する流入孔（本発明の第１流路孔に相当する）１４および流出孔（本発明の第２流路孔に相当する）１５を有する弁本体１２と、流入孔１４の弁室側端部に形成された弁座１６に対して進退動（上下動）可能に備えられた弁体１７と、弁体１７を駆動する電動機２１と、電動機２１の回転を減速する減速機構３０と、減速機構３０によって減速された回転を直線運動に変換して弁体に伝達する伝達機構３４と、弁本体１２の上部に密閉空間を形成するキャン（密閉容器）２８と、弁本体１２とキャン２８を接続する接続部材３５と、冷媒中の異物を捕捉するストレーナ１９とを備えている。

ハウジング５１は、冷媒を流入させる流入路（本発明の第１流路に相当する）５２と、冷媒を流出させる流出路（本発明の第２流路孔に相当する）５３とを有する。流入路５２は、ハウジング５１の底面から垂直上方に延びて弁装着穴５１ａの底面に開口する。流出路５３は、ハウジング５１の側面から水平に延びて弁装着穴５１ａの内周面に開口している。

一方、弁本体１２の流入孔１４は、弁本体１２の下端部分である底部（「弁本体底部」とも言う）１２ａを垂直（上下方向）に貫通し、弁本体１２の底面に開口している。また当該底部１２ａは、電動弁１１をハウジング５１に装着したとき（弁本体１２を弁装着穴５１ａ内に配置したとき）にハウジング５１の流入路５２の上端部に差し込まれる。また弁本体底部１２ａの下端外周面には、後に述べるストレーナ１９の支持部１９ｂを装着するための段部１２ｂを形成してある。

他方、弁本体１２の流出孔１５は、本実施形態では、左側面と右側面と前側面と後側面（前後方向は図１の紙面に直交する方向である）においてそれぞれ弁本体１２の周壁を水平に貫通する４つの貫通孔からなる。また、これら４つの貫通孔（流出孔）１５の上部位置（弁本体１２の上部外周面）と下部位置（弁本体底部１２ａの外周面）には、弁本体１２を取り囲むように水平に延び且つ弁装着穴５１ａまたは流入路５２の内周面と弁本体１２との間に介在されるようにシール材（Ｏリング）１８を備え、これらのシール材１８によって挟まれたリング状の流路空間が、ハウジング５１（弁装着穴５１ａの内周面）と弁本体１２（弁本体１２の外周面）との間に形成されるようにしてある。

したがって、電動弁１１をハウジング５１に装着する（弁本体１２を弁装着穴５１ａ内に設置する）と、流入孔１４が流入路５２に連通し、流出孔１５が上記リング状の流路空間を介して流出路５３に連通することとなる。なお、弁本体１２をハウジング５１に固定するため、弁装着穴５１ａの上部内周面には雌ねじを形成し、この雌ねじに螺合する雄ねじを弁本体１２の上部外周面に形成してある。

弁本体底部１２ａには、前記ストレーナ１９を設置する。ストレーナ１９は、冷媒を通過させるが異物を捕捉することが可能なメッシュ（網目）状のストレーナ本体部１９ａと、ストレーナ本体部１９ａを支持するリング状の支持部１９ｂとを有し、ストレーナ本体部１９ａは、平坦な底面を有する深皿状（浅いカップ状）の形状を有する。そして、当該ストレーナ１９は、弁本体底部１２ａの段部１２ｂに支持部１９ｂを被せるようにすることにより、別の表現をすれば、支持部１９ｂを弁本体底部１２ａの段部１２ｂの外側に（外周面に）嵌める（逆の言い方をすれば、弁本体底部１２ａの段部１２ｂが支持部１９ｂの内側に嵌め込まれるようにする）ことにより、弁本体底部１２ａに固定する。

ストレーナ１９を上記のような固定構造としたのは、ストレーナ１９を備えるために弁本体１２が大型化することを避けるためである。つまり、上記のような固定構造によれば、ストレーナ１９の径が大きくなるから、ストレーナ本体部１９ａの表面積を大きくすることが出来る。したがってその分、ストレーナ本体部１９ａの高さ寸法（上下方向の寸法）ｈを小さく抑えることが可能となり、ストレーナ１９を収容するための空間を新たに設ける必要性（例えば弁本体１２の底部１２ａを下方へ延長してストレーナ１９の収容空間を形成するなど）が生じることを避けることが出来る。

弁体１７を駆動する電動機２１は、本実施形態ではステッピングモータにより構成する。このステッピングモータ２１は、接続部材３５の上面を覆うように接続部材３５に固定した無底有蓋（底面が開放され天面が閉塞された）の円筒状のキャン２８の外側（外周）に設置したステータ２２と、キャン２８の内側（内周）に回転可能に設置したロータ２３とからなる。なお、キャン２８は、接続部材３５の上端部外周面にリング状のベースプレート２９を介して接合されている。

ステータ２２は、ヨーク２４と、ボビン２５に巻線を巻装したコイル２６と、ヨーク２４とコイル２６を覆う樹脂モールドカバー２７とを有する。一方、ロータ２３の内側には、前記減速機構３０として、高い減速率を有し小型化に有利な不思議遊星歯車機構を備える。ロータ２３の回転は、当該減速機構３０により減速され、ロータ２３の下面中心部に備えた出力軸３１に伝達されて当該出力軸３１から出力される。

ロータ２３の下部には筒状の軸受部材３２を配置し、この軸受部材３２によって出力軸３１を回転可能に支持する。軸受部材３２は、接続部材３５に固定されている。

接続部材３５は、弁本体１２の上面部に電動機２１を備えるために弁本体１２とキャン２８とを接続する部材であるが、当該接続部材３５は、後に述べる下側ばね受け部材４０とともに弁本体１２の上面に形成されている接続開口１２ｃにねじ込まれ、これにより弁室１３の上面開口である接続開口１２ｃが閉塞される。

また、接続部材３５は、互いに連通する貫通孔である大径孔３５ａと小径孔３５ｂを有する筒状部材である。大径孔３５ａは、接続部材３５の上部中心部を貫通し、軸受部材３２を上方から嵌挿できるように径が大きい。小径孔３５ｂは、接続部材３５の下部中心部を貫通して径が小さい。前記軸受部材３２は、接続部材上部の大径孔３５ａに嵌挿され、かしめることにより固定されている。

軸受部材３２の上面中心部には嵌挿穴３２ａを形成し、この嵌挿穴３２ａに前記出力軸３１を回転可能に挿入してある。一方、軸受部材３２の中心部下部には雌ねじ部３２ｂを形成し、この雌ねじ部３２ｂにねじ駆動部材３３の外周面に形成した雄ねじ部３３ｂを螺合させてある。これら軸受部材３２（雌ねじ部３２ｂ）とねじ駆動部材３３（雄ねじ部３３ｂ）は、送りねじ機構３４を形成し、減速機構３０を介してステッピングモータ２１から供給される回転運動を上下方向への直線運動に変換して弁体１７に伝達する前記伝達機構３４を構成するものである。

ここで、ロータ２３と出力軸３１は上下方向の一定位置で上下動せずに回転運動しており、出力軸３１の下端部に設けたスリット状の嵌合溝３１ａにねじ駆動部材３３の上端部に設けた平ドライバ形状の板状部３３ａを挿入してロータ２３（出力軸３１）の回転運動をねじ駆動部材３３側に伝達する。ねじ駆動部材３３に設けた板状部３３ａが出力軸３１の嵌合溝３１ａ内で上下方向に摺動することにより、ロータ２３が回転すれば出力軸３１は上下方向に移動しないにも拘らず、ねじ駆動部材３３は前記ねじ送り機構３４によって上下方向に直線運動する。

このねじ駆動部材３３の直線運動は、ボール３６およびボール受座３７からなるボール状継手３８と、上側ばね受け部材３９とを介して弁体１７に伝達される。弁体１７は、弁座１６に接離する（当接及び離間する）弁体本体部１７ａと、弁体本体部１７ａの上面中心部から上方に立ち上がる段付き円柱状の弁体基部１７ｂとからなる。そして、上側ばね受け部材３９の下面中心部に形成した嵌合穴（下面嵌合穴）３９ａに弁体基部１７ｂの上端部を嵌挿させて上側ばね受け部材３９と弁体１７（弁体基部１７ｂ）とを連結してある。また、上側ばね受け部材３９の上面中心部にも嵌合穴（上面嵌合穴）３９ｂを設け、この上面嵌合穴３９ｂにボール受座３７を嵌め込んである。さらに、上側ばね受け部材３９は、接続部材３５の前記小径孔３５ｂ内に上下動自在に嵌挿してある。

また、弁本体１２の接続開口１２ｃには、下側ばね受け部材４０と接続部材３５を順にねじ込むことにより固定してあるが、弁室１３の上部に固定した下側ばね受け部材４０にはその中心部に、弁体基部１７ｂを上下摺動可能に貫通させるとともに圧縮コイルばね４１を設置する段付き貫通孔を形成してある。そして当該貫通孔上部の段部と、前記上側ばね受け部材３９との間に圧縮コイルばね４１を備える。この圧縮コイルばね４１は、弁体１７を上方（開弁方向）に付勢するもので、開弁操作時に電動機２１の駆動力に加えて当該コイルばね４１の付勢力を弁体１７に付与することによってより確実に開弁動作を行わせる。

また前述した、弁本体１２、流入孔１４、弁座１６、弁体１７およびボール状継手３８の中心軸線Ａ、ならびに、ねじ駆動部材３３、出力軸３１およびロータ２３の中心軸線（回転軸）Ａは、互いに一致している。

本実施形態に係る電動弁１１の動作について述べれば次のとおりである。

図１に示す閉弁状態からロータ２３が一方向に回転するようにステータ２２（コイル２６）に電流が供給されると、ロータ２３の回転が減速機構３０により減速された後、送りねじ機構３４によって直線運動に変換され、ねじ駆動部材３３が上方へ引き上げられる。これに伴い、圧縮コイルばね４１の付勢力によって上側ばね受け部材３９およびボール状継手３８を介してねじ駆動部材３３の下面に押し付けられている弁体１７（弁体基部１７ｂ）が上方に引き上げられて弁体１７（弁体本体部１７ａ）が弁座１６から離れ、流入路５２および流入孔１４を通って流入した冷媒が弁室１３および流出孔１５を通って流出路５３から流出する開弁状態となる（図２の矢印Ｆ参照）。なお、この開弁状態における冷媒の通過量（冷媒流量）は、ロータ２３の回転量（弁座１６と弁体１７との間の距離）によって調整することが出来る。

また上記開弁状態では、流入する冷媒中に含まれる異物は、弁本体底部１２ａに備えたストレーナ１９によって捕捉され、弁内（流入孔１４や弁室１３の中）に異物が入り込むことが阻止される。さらに、ストレーナ１９の支持部１９ｂが弁本体底部１２ａの外周面に（即ち流路外に）配置されているから、支持部１９ｂによって冷媒の流れが乱されることが無い。また、弁座１６に近い部分にストレーナ１９を配置し、冷媒中に含まれ上流から流れて来る気泡をストレーナ１９で破砕することが出来るから、大きな気泡が弁座１６と弁体１７との間を通過するときに破裂して異音を生じさせることを防ぐことができ、これにより電動弁１１を静音化することも出来る。

一方、当該開弁状態から上記一方向とは逆方向にロータ２３が回転するようにステータ２２（コイル２６）に電流が供給されると、ロータ２３の回転が送りねじ機構３４によって直線運動に変換され、ねじ駆動部材３３が下方へ移動する。この下降動作に伴い、弁体１７は下方へ移動し、弁体１７（弁体本体部１７ａ）が弁座１６に当接すると流入孔１４と流出孔１５と間の流路が遮断され、閉弁状態（図１参照）となる。

また、本実施形態の電動弁１１では前述のようにストレーナ１９によって弁内への異物の侵入が阻止されるから、上記閉弁動作時に弁体１７と弁座１６との間に異物が噛み込まれ、弁体１７や弁座１６が損傷を受けて弁漏れが生じることを防ぐことが出来る。

〔第２実施形態〕
図３を参照して本発明の第２の実施形態に係る電動弁について説明する。

図３に示すように本実施形態の電動弁６１は、第１実施形態と同様に網目状のストレーナ本体部１９ｃと、リング状の支持部１９ｂとを有するストレーナ１９を備えたものであるが、ストレーナ本体部１９ｃは、第１実施形態と異なり、下方へ突出した半球状の形状を有する。

また、ストレーナ１９は、弁本体底部１２ａの内側に固定する。そのため、第１実施形態のように弁本体底部１２ａの外周面に段部１２ｂを形成する代わりに、流入孔１４の下端部に内径を広げた拡径部１２ｄを形成し、この拡径部１２ｄに支持部１９ｂを嵌め込むことによりストレーナ１９を弁本体底部１２ａに固定する。

上述したストレーナ１９と弁本体底部１２ａの形状以外の部分については、第１実施形態の電動弁１１と同様であるから、第１実施形態の電動弁１１と同一または相当する構成に同一の符号を付して重複する説明を省略する。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で種々の変更を行うことができることは当業者に明らかである。

例えば、上述の各実施形態では、開弁状態では、冷媒は流入路（第１流路）５２および流入孔（第１流路孔）１４を順に通って弁室１３に流入し、流出孔（第２流路孔）１５を通って流出路（第２流路）５３から流出することとしたが、冷媒が流出路（第２流路）５３および流出孔（第２流路孔）１５を順に通って弁室１３に流入し、流入孔（第１流路孔）１４を通って流入路（第１流路）５２から流出する使い方をしても良い。その場合は、弁本体１２に対する支持部１９ｂの固定をより強固にすることが望ましい。

また、本発明に言うストレーナ（ストレーナ本体部）は、板状のストレーナ、すなわち、板材に細かい孔を開けたパンチングメタルのようなストレーナであっても良い。さらに、上述の各実施形態では、減速機構で減速したロータの回転を送りねじ機構によって直線運動に変換して弁体に伝達する電動弁として説明したが、減速機構を備えない直動式の電動弁にも本発明を適用することが出来る。なお、直動式の電動弁とは、例えば、減速機構を介さずにロータの回転を送りねじ機構で直線運動に変換して弁体に伝達する電動弁である。

Ａ 中心軸線
Ｆ 冷媒の流れ
１１，６１ 電動弁
１２ 弁本体
１２ａ 弁本体底部
１２ｂ 段部
１２ｃ 接続開口
１２ｄ 拡径部
１３ 弁室
１４ 流入孔（第１流路孔）
１５ 流出孔（貫通孔）（第２流路孔）
１６ 弁座
１７ 弁体
１７ａ 弁体本体部
１７ｂ 弁体基部
１８ シール材
１９ ストレーナ
１９ａ，１９ｃ ストレーナ本体部
１９ｂ 支持部
２１ 電動機（ステッピングモータ）
２２ ステータ
２３ ロータ
２４ ヨーク
２５ ボビン
２６ コイル
２７ 樹脂モールドカバー
２８ キャン
２９ ベースプレート
３０ 減速機構（不思議遊星歯車機構）
３１ 出力軸
３１ａ 嵌合溝
３２ 軸受部材
３２ａ 嵌挿穴
３２ｂ 雌ねじ部
３３ ねじ駆動部材
３３ａ 板状部
３３ｂ 雄ねじ部
３４ 伝達機構（送りねじ機構）
３５ 接続部材
３５ａ 大径孔
３５ｂ 小径孔
３６ ボール
３７ ボール受座
３８ ボール状継手
３９ 上側ばね受け部材
３９ａ 嵌合穴（下面嵌合穴）
３９ｂ 嵌合穴（上面嵌合穴）
４０ 下側ばね受け部材
４１ 圧縮コイルばね
５１ ハウジング
５１ａ 弁装着穴
５２ 流入路（第１流路）
５３ 流出路（第２流路）

Claims (3)

1. 弁室を内部に有するとともに、当該弁室に連通する第１流路孔を底部に有し、当該弁室に連通する第２流路孔を有する、弁本体と、
   前記第１流路孔の弁室側端部に形成された弁座に対して進退動可能に備えられた弁体と、
   前記弁体を駆動する電動機の構成部品であるロータと、
   前記ロータの回転を直線運動に変換して前記弁体に伝達する伝達機構と、
   を備えた電動弁であって、
   前記電動弁は、流体が通過可能な網状のストレーナ本体部と、当該ストレーナ本体部を支持する支持部とを有する、ストレーナをさらに備え、
   前記第１流路孔を通過する前記流体が前記ストレーナ本体部を通過するように前記支持部が前記弁本体に固定されており、
   前記支持部は、前記第１流路孔が形成されている前記弁本体の底部に固定されている
   ことを特徴とする電動弁。
2. 前記支持部は、前記弁本体の底部に被せるように当該底部の外周面に固定されている
   請求項１に記載の電動弁。
3. 弁装着穴と、前記弁装着穴の底面に開口した第１流路と、前記弁装着穴の内周面に開口した第２流路と、を備えたハウジングの前記弁装着穴に挿入することにより当該ハウジングに装着可能な電動弁であって、
   前記第２流路孔は、前記弁本体の外周面に開口し、
   前記弁本体を前記弁装着穴に挿入したときに、前記第１流路孔が前記第１流路に連通し、前記第２流路孔が前記第２流路に連通し、
   前記ストレーナ本体部は、前記弁本体を前記弁装着穴に挿入したときに、前記第１流路内に突出するように備えられている
   請求項１または２に記載の電動弁。