(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁室、該弁室に開口する横向きの第１入出口、前記弁室に開口する縦向きの弁口、及び該弁口に連なる第２入出口を有する弁本体と、前記弁口を開閉すべく前記弁室に昇降可能に配在された弁体と、該弁体を昇降させ前記弁口を開閉して前記第１入出口からの流体の流れと前記第２入出口からの流体の流れを制御するための電動モータを有する昇降駆動手段と、前記弁体を開弁方向に付勢する開弁ばねと、を備え、前記弁口の口径と前記弁体の上方に画成される背圧室の室径とが略同一に設定されている電動弁であって、
前記弁体内に、前記弁口ないし第２入出口と前記背圧室とを連通させるべく直線状の均圧通路が設けられ、該均圧通路を下方に延長するように細径の均圧導管が下向きに突設され、該均圧導管は下端が閉じられるとともに、前記背圧室に前記弁口ないし第２入出口から実質的に静圧のみを導入するように前記第２入出口の流体の流れ方向と直交する側面に開口が形成されていることを特徴とする電動弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ式冷暖房システム等に使用するのに好適な電動弁に係り、特に、流体が双方向（第１の方向とその逆の第２の方向）に流され、かつ、少なくとも一方向には大流量が流される流路に対応した電動弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電動弁として、従来、例えば、弁室、該弁室に開口する横向きの第１入出口、前記弁室に開口する縦向きの弁口、及び該弁口に連なる第２入出口を有する弁本体と、前記弁口を開閉すべく前記弁室に昇降可能に配在された弁体と、該弁体を昇降させるための電動モータを有する昇降駆動手段と、前記弁体を開弁方向に付勢する開弁ばねと、を備えたものが考えられている。
【０００３】
また、かかる電動弁において、前記弁口の口径と前記弁体の上方に画成される背圧室の室径とを略同一に設定するとともに、弁口ないし第２入出口と前記背圧室とを連通させるべく、前記弁体を上下に貫通するように均圧通路を設け、弁口ないし第２入出口の圧力を前記均圧通路を介して背圧室に導入することにより、閉弁状態において弁体に作用する押し下げ力（閉弁方向に働く力）と押し上げ力（開弁方向に働く力）とをバランス（差圧をキャンセル）させ、もって、より小さなばね荷重の開弁ばねを使用できるようにして、電動弁の小型化、大容量化、省電力化等を図ろうとしたものも考えられている（例えば特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2000-320711号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１に所載の電動弁のように、弁口の口径と背圧室の室径とを略同一に設定するとともに、差圧をキャンセルすべく弁体を上下に貫通するように均圧通路を設けたものにおいては、流体が第１の方向（第１入出口→第２入出口）に流される場合は、開弁時において弁体を押し下げる力よりも弁体を押し上げる力が上回り、弁体には上方向荷重が発生し、流体が第２の方向（第２入出口→第１入出口）に流される場合は、開弁時に均圧通路を介して背圧室に大きな動圧が印加されるので、開弁時において弁体を押し上げる力よりも弁体を押し下げる力が上回り、弁体に下方向荷重が発生し、流体が第１の方向に流されるときと第２の方向に流されるときとでは、開弁時に弁体に作用する荷重の方向が変化する。この場合、下方向荷重は、弁体を閉弁方向に押し下げる力となるので、より小さなばね荷重の開弁ばねを使用できるようにするには、流体が第２の方向に流されるときにおいても、上方向荷重（開弁方向に働く力）が発生するようになすことが望まれる。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、流体が第１の方向のみならず第２の方向に流されるときにおいても、上方向荷重（開弁方向に働く力）が発生するようにし得、もって、より小さなばね荷重の開弁ばねを使用できるようにして、小型化、大容量化、省電力化等を図ることのできる電動弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成すべく、本発明に係る電動弁は、基本的には、弁室、該弁室に開口する横向きの第１入出口、前記弁室に開口する縦向きの弁口、及び該弁口に連なる第２入出口を有する弁本体と、前記弁口を開閉すべく前記弁室に昇降可能に配在された弁体と、該弁体を昇降させ前記弁口を開閉して前記第１入出口からの流体の流れと前記第２入出口からの流体の流れを制御するための電動モータを有する昇降駆動手段と、前記弁体を開弁方向に付勢する開弁ばねと、を備え、前記弁口の口径と前記弁体の上方に画成される背圧室の室径とが略同一に設定され、前記弁体内に、前記弁口ないし第２入出口と前記背圧室とを連通させるべく直線状の均圧通路が設けられ、該均圧通路を下方に延長するように細径の均圧導管が下向きに突設され、該均圧導管は下端が閉じられるとともに、前記背圧室に前記弁口ないし第２入出口から実質的に静圧のみを導入するように前記第２入出口の流体の流れ方向と直交する側面に開口が形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る電動弁では、流体が例えば第１の方向に流される場合は、従来のものと同様に、開弁時において弁体を押し下げる力よりも弁体を押し上げる力が上回り、弁体には上方向荷重が発生する。
【００１１】
それに対し、流体が、第２の方向に流される場合は、開弁時において背圧室には弁口ないし第２入出口に開口する側面開口から取り込まれる静圧のみが印加され、動圧は印加されないので、この第２の方向流れ時においても、開弁時において弁体を押し下げる力よりも弁体を押し上げる力が上回り、弁体には、第１の方向流れ時よりも小さいが上方向荷重が発生する。
【００１２】
このように、第１の流れ方向時だけでなく、第２の流れ方向時においても、弁体に上方向荷重が発生するようにされることにより、より小さなばね荷重の開弁ばねを使用できるようになり、その結果、小型化、大容量化、省電力化等を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る電動弁の第１実施例の閉弁状態を示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ部の拡大詳細図。
【図２】図１に示される第１実施例の開弁状態を示す縦断面図。
【図３】本発明に係る電動弁の参考例の閉弁状態を示す縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る電動弁の第１実施例の閉弁状態を示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ部の拡大詳細図、図２は、図１に示される第１実施例の電動弁の開弁状態を示す縦断面図である。
【００１５】
図示の電動弁１は、例えばヒートポンプ式冷暖房システムにおいて膨張弁として使用するのに好適なもので、流体（冷媒）が双方向（第１の方向とその逆の第２の方向）に流され、かつ、少なくとも一方向には大流量が流される流路に対応した双方向流通型の電動弁である。
【００１６】
図において、電動弁１は、板金製の筒状基体６を有する弁本体５と、この弁本体５内に昇降可能に配在された弁体２０と、この弁体２０を昇降させるべく、弁本体５の上側に取り付けられたステッピングモータ５０とを備える。
【００１７】
弁本体５の筒状基体６には、弁室７が形成されるとともに、この弁室７に開口する横向きの第１入出口（導管継手）１１が取り付けられ、さらに、その底部には下側から弁室７に開口する縦向きの弁口９が形成された弁座部材８が固着され、この弁座部材８には、前記弁口９に連なる第２入出口（導管継手）１２が取り付けられている。
【００１８】
筒状基体６の上面開口部には、段付き筒状基台１３が取着され、この基台１３の上端部には、モータ５０の一部を構成するキャン５８の下端部が溶接等により接合されている。筒状基台１３の内周側には隔壁１４ｃ付き筒状保持部材１４が圧入等により固定され、この筒状保持部材１４の上部には、下部内周にめねじ１５ｉが設けられためねじ付き軸受部材１５がかしめ係止固定されている。筒状保持部材１４の隔壁１４ｃの直上は、圧縮コイルばねからなる開弁ばね２５が収納されるばね室１４ａとされている。
【００１９】
また、前記弁体２０は、前記弁座部材８に接離して弁口９を開閉する逆円錐台状の弁体部２０ａと、中間小径部２０ｂと、大径上部２０ｃとを有し、大径上部２０ｃは、上記筒状保持部材１４における隔壁１４ｃより下側の弁体ガイド穴１４ｂに摺動自在に嵌挿されている。
【００２０】
一方、ステッピングモータ５０は、ヨーク５１、ボビン５２、コイル５３、樹脂モールドカバー５４等からなる、キャン５８に外嵌固定されたステータ５５と、キャン５８内に回転自在に配在され、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とを有している。また、ロータ５７の内周側には、ロータ支持部材５６に一体的に設けられた太陽歯車４１、筒状保持部材１４に固着された筒状体の先端に固定された固定リング歯車４７、前記太陽歯車４１及び固定リング歯車４７に歯合する遊星歯車４２、該遊星歯車４２を回転自在に支持するキャリア４４、前記遊星歯車４２に歯合するリング状の出力歯車４５、該出力歯車４５に固着された出力軸４６等からなる不思議遊星歯車式減速機構４０が付設されている。前記固定リング歯車４７の歯数は、前記出力歯車４５の歯数とは異なるようにされている。
【００２１】
前記出力歯車４５には出力軸４６が固着されている。この出力軸４６の上部に設けられた穴に支持軸４９の下部が挿通されており、該支持軸４９に前記キャリア４４、太陽歯車４１（ロータ支持部材５６）が挿通されている。
【００２２】
支持部材４８はキャン５８の内径とほぼ同一径を有しており、キャン５８内部において、該キャン５８の上部とロータ支持部材５６との配置されている。そして前記支持軸４９の上部は、前記支持部材４８の中心部に設けられた穴に挿通されている。
【００２３】
前記減速機構４０の出力軸４６は、前記めねじ付き軸受部材１５の上部に回転自在に嵌挿され、この出力軸４６の回転が、前記軸受部材１５に設けられためねじ１５ｉに螺合するおねじ１７ｅが設けられたおねじ付き回転昇降軸１７に伝達される。出力軸４６の下部にはスリット状嵌合部４６ａが設けられ、回転昇降軸１７には前記スリット状嵌合部４６ａに摺動自在に嵌合する板状部１７ａが突設されており、出力軸４６が回転すると、前記めねじ１５ｉとおねじ１７ｅによるねじ送りにより回転昇降軸１７が回転しながら昇降せしめられる。
【００２４】
回転昇降軸１７の下方には、該回転昇降軸１７の下方への推力がボール１８、ボール受座１９を介して伝達される段付き筒状の推力伝達部材２３が配在されている。なお、ボール１８を介在させていることにより、回転昇降軸１７が回転しながら下降しても、回転昇降軸１７から推力伝達部材２３へは下方への推力のみが伝達され、回転力は伝達されない。
【００２５】
推力伝達部材２３は、上から順に、内周に前記ボール受座１９が嵌め込まれた大径上部２３ａ、前記筒状保持部材１４の隔壁１４ｃに摺動自在に挿通せしめられた中間胴部２３ｂ、該中間胴部２３ｂより小径の小径下部２３ｃからなっており、その内部には、後述する均圧通路３２の上部を構成する貫通孔３２ｄ及び後述する背圧室３０に開口する複数個の横孔３２ｅが設けられている。なお、貫通孔３２ｄの上端開口はボール受座１９により閉塞されている。
【００２６】
推力伝達部材２３の小径下部２３ｃは、弁体２０の上部嵌合穴２０ｄに圧入等により嵌合固定されており、弁体２０と推力伝達部材２３は一体に昇降せしめられる。弁体２０の上端面と推力伝達部材２３の中間胴部２３ｂの下端段差部との間には、前記小径下部２３ｃ圧入時において押さえ部材２４が挟み込まれて固定されており、この押さえ部材２４と弁体２０の上端部に設けられた環状溝と前記弁体ガイド穴１４ｂとの間にはＯリング等のシール部材３８が装着されている。
【００２７】
また、筒状保持部材１４の隔壁１４ｃより上側のばね室１４ａには、圧縮コイルばねからなる開弁ばね２５がその下端を隔壁１４ｃに当接させた状態で配在されるとともに、この開弁ばね２５の付勢力（引き上げ力）を推力伝達部材２３を介して弁体２０に伝達すべく、上下に鍔状引っ掛け部２８ａ、２８ｂを有する引き上げばね受け体２８が配在されている。引き上げばね受け体２８の上引っ掛け部２８ａは、開弁ばね２５の上に乗せられ、下引っ掛け部２８ｂは推力伝達部材２３の大径上部２３ａの下端段差部を掛止するようになっている。
【００２８】
したがって、モータ５０（ロータ５７）が一方向に回転せしめられるときには、前記めねじ１５ｉとおねじ１７ｅによるねじ送りにより回転昇降軸１７が回転しながら例えば下降せしめられ、回転昇降軸１７の推力により、推力伝達部材２３及び弁体２０が開弁ばね２５の付勢力に抗して押し下げられ、最終的には弁体２０の弁体部２０ａが弁座締切部８ａに着座して弁口９が閉じられる。それに対し、モータ５０（ロータ５７）が他方向に回転せしめられるときには、前記めねじ１５ｉとおねじ１７ｅによるねじ送りにより回転昇降軸１７が回転しながら例えば上昇せしめられ、それに伴い推力伝達部材２３及び弁体２０が開弁ばね２５の付勢力によって引き上げられて、弁体部２０ａが弁座締切部８ａからリフトして弁口９を開く。
【００２９】
前記弁体２０の上方で押さえ部材２４と筒状保持部材１４の隔壁１４ｃとの間には、背圧室３０が画成されている。ここでは、閉弁状態において弁体に作用する押し下げ力（閉弁方向に働く力）と弁体に作用する押し上げ力（開弁方向に働く力）とをバランス（差圧をキャンセル）させるべく、背圧室３０の室径と弁口９の口径とは略同一に設定されている。また、第２入出口１２と背圧室３０とを連通させるべく、弁体２０内に均圧通路３２の一部を構成する貫通孔３２ｃが設けられている。
【００３０】
また、前記弁体２０の弁体部２０ａには、前記均圧通路３２の一部（最下部）を構成する細径の均圧導管２２の直管部２２ａ上部が圧入等により固定されている。均圧導管２２は、弁体部２０ａの最下面２０ｅより下方に突出せしめられており、その直管部２２ａの下端面開口が逆円錐状栓部材２２ｂで閉じられるとともに、直管部２２ａの下端周壁部に複数個の側面開口３２ａ、３２ａが形成されて側方のみが開口せしめられている。
【００３１】
したがって、本実施例では、第２入出口１２と背圧室３０とを連通させる均圧通路３２は、下から順に、均圧導管２２の下端周壁に設けられた側面開口３２ａ、３２ａ、均圧導管２２の内部通路３２ｂ、弁体２０内部の貫通孔３２ｃ（弁体２０の上部嵌合穴２０ｄの下部を含む）、推力伝達部材２３内の貫通孔３２ｄ、及び背圧室３０に開口する複数個の横孔３２ｅで構成される。
【００３２】
上記のように第１実施例の電動弁１では、閉弁状態において弁体２０に作用する押し下げ力（閉弁方向に働く力）と押し上げ力（開弁方向に働く力）とをバランス（差圧をキャンセル）させるべく、背圧室３０の室径と弁口９の口径とが略同一に設定されるとともに、弁体２０内に第２入出口１２と背圧室３０とを連通させるべく直線状の均圧通路３２（３２ｃ）が設けられるとともに、該均圧通路３２を下方に延長するように細径の均圧導管２２が下向きに突設され、該均圧導管２２（直管部２２ａ）の下端開口が閉じられて側方のみが開口せしめられているので、開弁時において背圧室３０には側面開口３２ａ、３２ａから取り込まれる静圧のみが印加され、動圧は印加されない。すなわち開弁時には、弁の先端には全圧（静圧と動圧）が加わるが、背圧室内には静圧のみが加わることになるため、次のような作用効果が得られる。
【００３３】
流体（冷媒）が図の実線矢印で示される如くに第１の方向（第１入出口１１→第２入出口１２）に流される場合は、従来のものと同様に、開弁時において弁体２０を押し下げる力よりも弁体２０を押し上げる力が上回り、弁体２０には上方向荷重が発生する。
【００３４】
それに対し、流体（冷媒）が図の破線矢印で示される如くに、第２の方向（第２入出口１２→第１入出口１１）に流される場合は、開弁時において背圧室３０には側面開口３２ａ、３２ａから取り込まれる静圧のみが印加され、動圧は印加されないので、この第２の方向流れ時においても、開弁時において弁体２０を押し下げる力よりも弁体２０を押し上げる力が上回り、弁体２０には、第１の方向流れ時よりも小さいが上方向荷重が発生する。
【００３５】
このように、第１の流れ方向時だけでなく、第２の流れ方向時においても、弁体に上方向荷重が発生するようにされることにより、より小さなばね荷重の開弁ばね２５を使用できるようになり、その結果、小型化、大容量化、省電力化等を図ることができる。
【００３６】
図３は、本発明に係る電動弁の参考例の閉弁状態を示す。この参考例の電動弁２においては、第１実施例の電動弁１の各部に対応する部分には共通の符号を付してそれらの重複説明を省略し、相違点を重点的に説明する。
【００３７】
この参考例の電動弁２では、弁体２０に第１実施例のような均圧通路３２が設けられておらず、弁体２０及び弁室７（弁本体５）外に均圧通路３３が設けられている。この均圧通路３３は、第２入出口１２の周壁部分に横向きに開口する横孔３３ａと、大部分が外部に配在され、その上辺部が筒状基体６を挿通せしめられて筒状保持部材１４の隔壁１４ｃより下側に挿入固定された例えばコ字状の導管３４の内部通路３３ｃと、この内部通路３３ｃ及び背圧室３０に連なる、筒状保持部材１４の隔壁１４ｃより下側に設けられた横孔３３ｂとからなっている。
【００３８】
かかる均圧通路３３が設けられていることにより、背圧室３０には静圧しか印加されないので、本参考例の電動弁２においても、第１実施例のものと同様に、第１の流れ方向時だけでなく、第２の流れ方向時においても、弁体２０に上方向荷重が発生するようにされ、そのため、より小さなばね荷重の開弁ばね２５を使用できるようになり、その結果、小型化、大容量化、省電力化等を図ることができる。
【００３９】
なお、前記均圧通路３３は特にコ字状である必要はなく、第２入出口１２あるいは弁口９の側面と背圧室３０とが連通すれば良い。
【００４０】
また、前述の説明においては、モータと弁体との間には遊星歯車機構が配置されるものとしたが、該機構を配置することなく、モータの出力をねじ機構を介して弁軸に直接伝達させるようにしても良い。
【００４１】
さらに、弁体を駆動するアクチュエータはステッピングモータであるものとしたが、他の形態のモータでも良いことは当然である。
【００４２】
さらにまた、本発明の電動弁は、ヒートポンプ式冷暖房システムに適用されるだけではなく、他のシステムにも適用できることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４３】
１、２  電動弁
５      弁本体
７      弁室
８      弁座部材
９      弁口
１１    第１入出口
１２    第２入出口
２０    弁体
２０ａ  弁体部
２５    開弁ばね
２８    引き上げばね受け体
３０    背圧室
３２    均圧通路
３２ａ  側面開口
３３    均圧通路
３４    導管
３３ａ  横孔
５０    ステッピングモータ
５５    ステータ
５７    ロータ
【図１】
0005911706.tif 000002
【図２】
0005911706.tif 000003
【図３】
0005911706.tif 000004