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JP-2026077665-A - 電動弁

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Abstract

【課題】小型・軽量化を確保しつつ、冷媒の還流を抑制して温調効率を向上させることができる電動弁を提供する。 【解決手段】電動弁は、冷媒が導入される第１流路、冷媒を流出させる第２流路、冷媒を通過させる第３流路、及び前記第１流路と前記第２流路との間に形成された弁座を備えた弁本体と、前記弁座に対して着座可能な弁体部を備えた弁軸ユニットと、前記弁本体に配設されたモータと、前記モータのロータの回転を直線移動に変換して、前記弁軸ユニットに伝達する変換機構と、を有し、前記弁座は、前記第３流路を挟んで前記モータに対して反対側に配置され、前記電動弁は、前記モータのロータ、前記モータのロータの回転を減速する減速機構、前記減速機構により減速された回転を直線移動に変換する前記変換機構、および少なくとも前記減速機構を収容するキャンを有し、前記キャンの内部は、前記スリーブと前記弁軸ユニットの間を通して、前記第２流路に連通している。 【選択図】図１

Inventors

  • 吉田 竜也
  • 荒井 裕介
  • 早川 潤哉
  • 松原 悠太

Assignees

  • 株式会社不二工機

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20260205
Priority Date
20240322

Claims (10)

  1. 冷媒が導入される第１流路、冷媒を流出させる第２流路、冷媒を通過させる第３流路、及び前記第１流路と前記第２流路との間に形成された弁座を備えた弁本体と、 前記弁座に対して着座可能な弁体部を備えた弁軸ユニットと、 前記弁本体に配設されたモータと、 前記モータのロータの回転を直線移動に変換して、前記弁軸ユニットに伝達する変換機構と、を有し、 前記弁本体は、前記第２流路と前記第３流路とをつなぎ、前記弁軸ユニットを挿通する挿入孔を有し、 前記挿入孔に筒状のスリーブを配置することにより、前記第３流路と前記第２流路との連通が遮断され、 前記スリーブの内側に、前記弁軸ユニットが軸線方向に変位可能に配置された電動弁であって、 前記弁座は、前記第３流路を挟んで前記モータに対して反対側に配置され、 前記電動弁は、前記モータのロータ、前記モータのロータの回転を減速する減速機構、前記減速機構により減速された回転を直線移動に変換する前記変換機構、および少なくとも前記減速機構を収容するキャンを有し、 前記キャンの内部は、前記スリーブと前記弁軸ユニットの間を通して、前記第２流路に連通している、 ことを特徴とする電動弁。
  2. 前記スリーブの内周面に沿って、前記弁軸ユニットが摺動可能であり、 前記スリーブの内周面及び前記弁軸ユニットの外周面のいずれか一方に、冷媒が通過可能な溝又は凹凸を形成した、 ことを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
  3. 前記スリーブの一端側は、前記挿入孔に圧入されており、 前記スリーブの他端側は、貫通孔に圧入され、前記貫通孔は前記モータを取り付けるための凹部と前記第３流路とをつなぐ、 ことを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
  4. 前記スリーブの他端側に、前記一端側に向かうにつれて縮径するテーパ面を形成し、前記スリーブを前記一端側に向かって押圧することにより、前記テーパ面が前記貫通孔の内周に食い込む、 ことを特徴とする請求項３に記載の電動弁。
  5. 前記スリーブの一端側の内径は、前記スリーブの他端側の内径より大きい、 ことを特徴とする請求項４に記載の電動弁。
  6. 前記スリーブの一端側に形成された第１周溝に配置されたシール部材により、前記スリーブと前記挿入孔との間がシールされ、 前記スリーブの他端側に形成された第２周溝に配置されたシール部材により、前記スリーブと貫通孔との間がシールされ、前記貫通孔は前記モータを取り付けるための凹部と前記第３流路とをつなぐ、 ことを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
  7. 前記電動弁は、前記キャンを前記弁本体に固定するホルダ、及び前記ホルダと前記スリーブとの間に配置された弾性体を有し、 前記弾性体は、前記スリーブを前記ホルダから離間する方向に付勢する、 ことを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
  8. 前記スリーブの一端側は、前記挿入孔に圧入されており、 前記スリーブの他端側は、貫通孔に圧入され、前記貫通孔は前記モータを取り付けるための凹部と前記第３流路とをつなぐ、 ことを特徴とする請求項７に記載の電動弁。
  9. 前記電動弁は、前記キャンを前記弁本体に固定するホルダを有し、 前記スリーブは、前記ホルダと前記弁本体との間に挟持される、 ことを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
  10. 前記スリーブの一端側は、前記挿入孔に圧入されており、 前記スリーブの他端側は、貫通孔に圧入され、前記貫通孔は前記モータを取り付けるための凹部と前記第３流路とをつなぐ、 ことを特徴とする請求項９に記載の電動弁。

Description

本発明は、電動弁に関する。 例えば自動車に搭載される空調装置に用いる冷凍サイクルにおいては、冷媒の通過量を温度に応じて調整する感温式の温度膨張弁が使用されている。このような温度膨張弁において、従来は、封入した作動ガスの圧力で弁体を駆動するパワーエレメントが採用されている。 一般的に、パワーエレメントは、簡素な機械的構造で冷媒の温度を感知して膨張弁の開閉弁制御を行うことができる点で有用だが、最近の冷凍サイクルにおいては、より自由度の高い開閉弁制御が望まれており、例えば冷媒の温度に関わらず強制閉弁動作が必要とされることもある。そこで、冷凍サイクル中に電磁弁と膨張弁を直列に配置して、電磁弁のシャットオフ動作により、膨張弁を通過する冷媒の流れを遮断する構成もすでに実用化されているが、２つの弁装置を使用することにより構造の大型化を招いている。 これに対し、特許文献１には、バルブユニットと通路ボディとから組み合わされ、バルブユニットのステッピングモータを用いて開閉弁動作を行える電動弁が開示されている。かかる電動弁は、冷凍サイクルの膨張弁として使用することができ、外部装置と通信を行うことで、冷媒の温度に関わらずステッピングモータを動作させて、通路ボディの弁座に対して弁体を任意に接離させることができる。 特開２０２３－５３７０８号公報 図１は、第１の実施形態における電動弁の縦断面図である。図２は、スリーブの縦断面図である。図３は、図１のＡ部を拡大して示す図である。図４は、モータユニットの周辺を示す縦断面図である。図５は、第２の実施形態における電動弁の縦断面図である。図６は、第３の実施形態にかかる電動弁の縦断面図である。図７は、図６のＢ－Ｂ断面を平面視した図である。図８は、第４の実施形態にかかる電動弁の縦断面図である。図９は、第５の実施形態にかかる電動弁の縦断面図である。 以下、図面を参照して、本発明にかかる実施形態について説明する。 （方向の定義） 本明細書において、弁座２０からモータユニット１００に向かう方向を「上方向」と定義し、逆にモータユニット１００から弁座２０に向かう方向を「下方向」と定義する。電動弁１の軸線をＬとする。 （第１の実施形態） 図１は、本実施形態における電動弁１の縦断面図であり、閉弁状態で示す。図２は、スリーブの縦断面図である。図３は、図１のＡ部を拡大して示す図である。 図１において、電動弁１は、弁本体２と、弁軸ユニット３と、略円筒状のスリーブ１０と、モータユニット１００を具備する。 弁本体２は、第１流路２１と、第２流路２２と、第１接続路２１ａと、オリフィス路２１ｂと、第２接続路２２ａと、戻り流路（第３流路）２３とを備える。第１流路２１と第１接続路２１ａは、それぞれ軸線Ｌに直交して延在し、第１流路２１の内径は、第１接続路２１ａの内径より大きい。また第２流路２２と第２接続路２２ａは、第１流路２１に対して弁本体２の反対側にて、それぞれ軸線Ｌに直交して延在し、第２流路２２の内径は、第２接続路２２ａの内径より大きい。 オリフィス路２１ｂは、軸線Ｌに沿って延在し、その下端を第１接続路２１ａの先端近傍にて連通させ、その上端を第２接続路２２ａの先端近傍にて連通させている。第２接続路２２ａ内が弁室ＶＣを構成し、オリフィス路２１ｂの上端が弁座２０を構成する。戻り流路２３は、モータユニット１００と第２流路２２との間で、軸線Ｌに交差する方向に延在する。弁本体２の上端には、凹部２ａが形成され、凹部２ａの底部に形成された円筒状の貫通孔２ｃが戻り流路２３と連通する。凹部２ａは、モータを含むロータアッセンブリを取り付けるための凹部である。 第１流路２１は、冷凍サイクルのコンデンサ（不図示）につながる供給側流路であり、オリフィス路２１ｂには、供給側流路を介して高圧の冷媒が供給される。第２流路２２は排出側流路であり、弁室ＶＣ内の流体は、排出側流路を介して電動弁外のエバポレータ（不図示）に排出される。戻り流路２３には、エバポレータを通過した冷媒が導入される。 弁本体２において、弁軸挿通孔２８は、軸線Ｌに沿って第２接続路２２ａから上方に向かい、弁軸ユニット３を摺動可能に係合させており、弁軸ユニット３をガイドする機能を有する。換言すれば、弁軸挿通孔２８の内周面と、弁軸ユニット３の下部弁軸３１の外周面との間には、摺動を可能とする程度の隙間（通路）が形成される。 また、弁軸挿通孔２８の上方に形成され戻り流路２３につながる環状孔部（挿入孔）２７は、弁軸挿通孔２８より大径であって、コイルばね４を収容する機能を有する。戻り流路２３と交差する環状孔部２７の内周には、嵌合部２７ａが形成されている。嵌合部２７ａの内径は、それ以外の環状孔部２７の内径より大きいと好ましい。また戻り流路２３は、貫通孔２ｃと嵌合部２７ａの近傍で、その内径が絞られると好ましい。 以上より、第２接続路２２ａと環状孔部２７とは、弁軸挿通孔２８と下部弁軸３１との間の隙間を介して、冷媒が移動可能に連通することとなる。 弁軸ユニット３は、軸線Ｌに沿って配置された下部弁軸３１と上部弁軸３２とを有し、電動弁１の開閉弁時に、下部弁軸３１と上部弁軸３２は一体で上下方向に移動する。下部弁軸３１は、弁室ＶＣと弁軸挿通孔２８とを貫通し、環状孔部２７内に上端を配置する。下部弁軸３１の下端には、下方に向かうにしたがって縮径する円錐形状の弁体部３１ａが形成される。 図１に示すように弁体部３１ａが弁本体２の弁座２０に着座しているとき、オリフィス路２１ｂの冷媒の流れが制限される。この状態を非連通状態という。ただし、弁体部３１ａが弁座２０に着座した場合でも、制限された量の冷媒を流すこともある。一方、弁体部３１ａが弁座２０から離間しているとき、オリフィス路２１ｂを通過する冷媒の流れが増大する。この状態を連通状態という。 下部弁軸３１は、環状孔部２７内において、周溝３１ｂを有する。周溝３１ｂには、軸線Ｌ方向に見てＣ字形状の板材（止め輪という）４３が嵌合配置されている。止め輪４３と、環状孔部２７の底壁との間に配置されたコイルばね４が、止め輪４３を介して下部弁軸３１を上方に向かって付勢している。 上部弁軸３２は、大径部３２ａと小径部３２ｂとを連接してなり、小径部３２ｂの下端に形成された球面部が、下部弁軸３１の上端に形成されたテーパ面に当接している。下方に向かうにつれて縮径するテーパ面と球面部とを当接させることで、軸心合わせを行える。上部弁軸３２の大径部３２ａが、スリーブ１０の内周に摺動可能に嵌合し、小径部３２ｂは、スリーブ１０の下端から突出している。スリーブ１０は、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の膨潤しにくく熱伝導性が低い樹脂から形成されると好ましいが、金属製であってもよい。 図２において、スリーブ１０の外周には、円筒状の上部大径部１０ａと、上部大径部１０ａより小径の中径部１０ｂと、中径部１０ｂより小径である円筒状の小径部１０ｃと、小径部１０ｃより大径であり中径部１０ｂより小径である円筒状の下部大径部１０ｄが形成されている。 図３に示すように、中径部１０ｂは、下方に向かうにつれて縮径する第１外周面１０ｅと、第１外周面１０ｅの下端に接続された円筒状の第２外周面１０ｆとを有する。 図２において、スリーブ１０の内周には、円筒状の第１内周面１０ｇと、第１内周面１０ｇの下端に接続された円筒状の第２内周面１０ｈとが形成されている。第１内周面１０ｇと、上部弁軸３２とが摺動可能に嵌合する。換言すれば、第１内周面１０ｇと上部弁軸３２の外周面との間には、摺動を可能とする程度の隙間（通路）が形成される。この隙間を介して、環状孔部２７とホルダ１１の内部とが、冷媒が移動可能に連通することとなる。 （モータユニットの構成） 図４は、モータユニット１００の周辺を示す縦断面図である。モータユニット１００について、図４を参照して説明する。モータユニット１００は、円筒状のホルダ１１を介して弁本体２に固着される有頂円筒形状のキャン５０と、キャン５０に外挿されるステータ５５と、キャン５０の内部に装備されるロータ５７と、ステータ５５の周囲を覆う略有頂筒状のカバー９と、ロータ５７の回転数を減速して伝達するギヤ式の減速機構６と、減速機構６の出力ギヤの回転移動をねじ送り機構５４を介して直線移動に変換して弁軸ユニット３に伝達するねじ駆動部材（駆動部材ともいう）５８と、ねじ駆動部材の下端に溶接されたボール１５とから構成される。 なお、キャン５０は電動弁１の弁本体２側に内部が密閉されるように取り付けられた筒状部を有する部材（キャン５０は有底の筒状部を有する）をいうものとする。キャン５０は、ロータ５７、減速機構６、およびねじ送り機構５４等を収容する。より正確には、ねじ送り機構５４の一部がキャン５０に収容され、ねじ送り機構５４の全体はキャン５０とホルダ１１の連結体に収容されている。 ステッピングモータ５は、キャン５０の内部にキャン５０に対して回転自在に配置され、ロータ支持部材５６がその上部内側に固着されたロータ５７を有している。ここで、ステッピングモータ５はロータ５７のみからなり、ステータ５５は含まないものとする。ヨーク５１、ボビン５２、コイル５３等からなるステータ５５は、キャン５０の外側に嵌合固定され、樹脂製のカバー９により覆われている。カバー９は、コネクタ部９ａを有する。コネクタ部９ａは、戻り流路２３の軸線に沿って形成され、その内部にステッピングモータ駆動用回路基板（不図示）に接続される端子Ｔが配置される。 図１において、ホルダ１１は、筒状の本体１１ａと、本体１１ａの上端から径方向外側に延在しキャン５０の下端に接合されたフランジ部１１ｂと、を連設してなる。本体１１ａの下部外周に雄ねじ１１ｃが形成されている。雄ねじ１１ｃを、弁本体２の凹部２ａの内周に形成された雌ねじ２ｂに螺合させることで、ホルダ１１を介してキャン５０が弁本体２に固定される。本体１１ａと凹部２ａとの間は、Ｏ－リングＯＲ１によりシールされる。このため、キャン５０とホルダ１１の連結体の内部は、弁本体２の貫通孔２ｃを介してのみ連結体外と連通可能となる。 ホルダ１１の上部内周に、ねじ軸受部材１３が圧入により嵌合している。ねじ軸受部材１３は、軸線Ｌに沿って延在する貫通孔１３ａと、ねじ軸受部材１３の下端から軸線Ｌに平行に延在し外周にて開口する連通孔１３ｂを有する。連通孔１３ｂは、貫通孔２ｃを介してねじ軸受部材１３の下方に流入する冷媒を、キャン５０内へと導入する機能を有する。ねじ軸受部材１３の上端外周に、薄肉筒状体６６が固着されている。また、ねじ軸受部材１３の貫通孔１３ａの上部には、段付き円筒形状の出力軸部２９が回転可能に嵌合している。 図４において、減速機構６は、ロータ５７の内周側において、ロータ支持部材５６に一体に形成された太陽歯車６１と、薄肉筒状体６６を介して弁本体２に固定された固定リング歯車６２と、太陽歯車６１と固定リング歯車６２との間に配置されてそれぞれに歯合する遊星歯車６３と、遊星歯車６３を回転自在に支持するキャリア６４と、遊星歯車６３に歯合する歯を内周に備えた有底筒状の出力歯車部材６５とを有し、これらにより不思議遊星歯車減速機構を構成する。固定リング歯車６２の歯数は、出力歯車部材６５の歯数とは異なるように設定されている。 軸部材８は、ロータ支持部材５６及び太陽歯車６１を貫通して、これらを回転可能に保持しており、その軸部材８の上端は、キャン５０の頂部内側に配置された支持部材８１により支持されている。 出力歯車部材６５の底部中央開口には、出力軸部２９の上部が圧入され、この出力軸部２９の上部開口には、軸部材８の下端が回転可能に嵌合している。 ねじ軸受部材１３の貫通孔１３ａの下部に形成された雌ねじ部１３ｃには、ねじ駆動部材５８の下部に形成された雄ねじ部５８ａが螺合されている。出力歯車部材６５の回転移