(57)【要約】【課題】弁ポート１１の開口周囲の弁シート部１Ｂにニードル弁５のショルダー部５２を着座させて弁閉とする電動弁において、ショルダー部５２で弁シート部１Ｂを確実に弁閉させて、作動性能を確保する。【解決手段】ショルダー部５２が着座する弁シート部１Ｂに、軸線Ｘを中心として弁ポート１１から弁室１Ａ側にかけて径が拡大するすり鉢状のシート面１２を形成する。ショルダー５２に、軸線Ｘを中心としてニードル部５１側にかけて径が縮径する円錐台側面形状のシールテーパ面５２ａを形成する。シールテーパ面５２ａのテーパ角θ１と、シート面１２のテーパ角θ２との関係を、θ１＜θ２またはθ１＞θ２とする。ショルダー部５２とシート面１２とを線接触させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁室と、前記弁室に開口する弁ポートと、前記弁室側から前記弁ポートに対して進退可能に設けられた弁体とを備え、前記弁体は、前記弁ポート内に挿通されるニードル部と、前記弁ポートの前記弁室側開口周囲の弁シート部に着座するショルダー部とを有し、前記弁体を前記弁ポートの軸線方向に進退させて前記弁ポートの開口面積を増減させる電動弁であって、
前記ショルダー部が着座する前記弁シート部に、前記軸線を中心として前記弁ポートから前記弁室側にかけて径が拡大するすり鉢状のシート面が形成され、前記弁体の前記ショルダー部は前記軸線を中心として前記ニードル部側にかけて径が縮径する円錐台側面形状のシールテーパ面を有し、
前記シールテーパ面の開き角度であるテーパ角θ１と、前記シート面の開き角度であるテーパ角θ２とが、
θ１＜θ２
または
θ１＞θ２
の関係とされるとともに、
前記シート面の前記軸線方向の面取り寸法Ｌが、
Ｌ≦０．１ｍｍ
とされ、
前記弁体の前記ショルダー部と前記弁シート部の前記シート面とが線接触となるよう構成されている
ことを特徴とする電動弁。
【請求項２】
前記テーパ角θ１と前記テーパ角θ２とが、
θ１＋０．５°＜θ２−０．５°
または
θ１−０．５°＞θ２＋０．５°
となっている
ことを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
【請求項３】
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または２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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機等において冷媒の流量を制御する電動弁に関し、特に、ニードル弁等の弁体と弁シート部の形状を改良した電動弁及び冷凍サイクルシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電動弁には、流量の制御を行うために多彩な特性や弁閉機能が要求される。また、近年、空気調和機は様々な環境で使用されるため、良好な作動性能を確保することが必要とされる。例えば、特許第４８３１８０８号公報（特許文献１）には、電動弁において、ニードル弁（弁体）のショルダー部の傾斜角と、このショルダー部が着座するシート面の傾斜角を改良することで、絞り通路にて発生する騒音を低減するようにしたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４８３１８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の電動弁では、弁体（ニードル弁）のショルダー部のテーパ角と弁座（弁シート部）のシート面のテーパ角とを同角度にし、弁体のショルダー部と弁座のシート面とを面接触させている。しかし、面接触させているため、弁体及び弁座の加工公差により電動弁の各製品間で弁体と弁座との実際の接触位置が不確定となり、製品毎に受圧径もばらつき、作動性能にもばらつきが生じるという問題がある。
【０００５】
本発明は、弁ポートの開口周囲の弁シート部に弁体のショルダー部を着座させて弁閉とする電動弁において、ショルダー部で弁シート部を確実に弁閉させて、作動性能を確保できる電動弁を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の電動弁は、弁室と、前記弁室に開口する弁ポートと、前記弁室側から前記弁ポートに対して進退可能に設けられた弁体とを備え、前記弁体は、前記弁ポート内に挿通されるニードル部と、前記弁ポートの前記弁室側開口周囲の弁シート部に着座するショルダー部とを有し、前記弁体を前記弁ポートの軸線方向に進退させて前記弁ポートの開口面積を増減させる電動弁であって、前記ショルダー部が着座する前記弁シート部に、前記軸線を中心として前記弁ポートから前記弁室側にかけて径が拡大するすり鉢状のシート面が形成され、前記弁体の前記ショルダー部は前記軸線を中心として前記ニードル部側にかけて径が縮径する円錐台側面形状のシールテーパ面を有し、前記シールテーパ面の開き角度であるテーパ角θ１と、前記シート面の開き角度であるテーパ角θ２とが、
θ１＜θ２
または
θ１＞θ２
の関係とされるとともに、
前記シート面の前記軸線方向の面取り寸法Ｌが、
Ｌ≦０．１ｍｍ
とされ、前記弁体の前記ショルダー部と前記弁シート部の前記シート面とが線接触となるよう構成されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の電動弁は、請求項１に記載の電動弁であって、前記テーパ角θ１と前記テーパ角θ２とが、
θ１＋０．５°＜θ２−０．５°
または
θ１−０．５°＞θ２＋０．５°
となっていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３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、請求項１または２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。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１または２の電動弁によれば、弁体のショルダー部が弁シート部に着座したとき、シールテーパがシート面に線接触により当接するので、着座時の弁受圧径にもばらつきが生じることがなく、一定の安定した作動性が得られる。
【００１０】
請求項３の冷凍サイクルシステムによれば、請求項１または２と同様な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態の電動弁の縦断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の電動弁における弁シート部近傍の要部拡大縦断面図である。
【図３】本発明の実施形態の電動弁を用いた空気調和機の一例を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態の電動弁における弁シート部近傍の要部拡大縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の電動弁の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は第１実施形態の電動弁の縦断面図、図２は第１実施形態の電動弁における弁シート部近傍の要部拡大縦断面図、図３は実施形態の電動弁を用いた空気調和機の一例を示す図である。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。
【００１３】
まず、図３に基づいて実施形態に係る空気調和機について説明する。空気調和機は、膨張弁としての実施形態の電動弁１０、室外ユニット１００に搭載された室外熱交換器２０、室内ユニット２００に搭載された室内熱交換器３０、流路切換弁４０、圧縮機５０を有しており、これらの各要素は、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システムを構成している。この冷凍サイクルシステムは本発明の電動弁を適用する冷凍サイクルシステムの一例であり、本発明の電動弁は、ビル用のマルチエアコン等の室内機側の絞り装置等、他のシステムにも適用することができる。
【００１４】
冷凍サイクルシステムの流路は流路切換弁４０により暖房モードおよび冷房モードの２通りの流路に切換えられ、暖房モードでは実線の矢印で示すように、圧縮機５０で圧縮された冷媒が流路切換弁４０から室内熱交換器３０に流入され、室内熱交換器３０から流出する冷媒が、管路６０を通って電動弁１０に流入される。そして、この電動弁１０で冷媒が膨張され、室外熱交換器２０、流路切換弁４０、圧縮機５０の順に循環される。冷房モードでは、破線の矢印で示すように、圧縮機５０で圧縮された冷媒が流路切換弁４０から室外熱交換器２０に流入され、室外熱交換器２０から流出する冷媒が電動弁１０で膨張され、管路６０を流れて室内熱交換器３０に流入される。この室内熱交換器３０に流入された冷媒は、流路切換弁４０を介して圧縮機５０に流入される。なお、この図３に示す例では、暖房モード時に、冷媒を電動弁１０の一次継手管２１から二次継手管２２へ流す構成となっているが、配管の接続を逆にして、暖房モード時に、冷媒を二次継手管２２から一次継手管２１へ流す構成としてもよい。
【００１５】
電動弁１０は、冷媒の流量を制御する膨張弁（絞り装置）として働き、暖房モードでは、室外熱交換器２０が蒸発器として機能し、室内熱交換器３０が凝縮器として機能し、室内の暖房がなされる。また、冷房モードでは、室外熱交換器２０が凝縮器として機能し、室内熱交換器３０が蒸発器として機能し、室内の冷房がなされる。
【００１６】
次に、図１及び図２に基づいて第１実施形態の電動弁１０について説明する。この電動弁１０は、ステンレスや真鍮等の金属部材の切削加工等により形成された弁ハウジング１を有しており、弁ハウジング１には弁室１Ａと、軸線Ｘを中心として弁室１Ａに開口する円筒形状の弁ポート１１とが形成されている。また、弁ポート１１の弁室１Ａ側開口周囲は弁シート部１Ｂとなっており、このシート部１Ｂには、軸線Ｘを中心として弁ポート１１から弁室１Ａ側にかけて径が拡大するすり鉢状のシート面１２が形成されている。なお、この実施形態では、弁ポート１１は下方に拡径するテーパ部１３とストレート部１４を介して弁ハウジング１の下方に開口している。さらに、弁ハウジング１には、側面側から弁室１Ａに連通する一次継手管２１が取り付けられるとともに、軸線Ｘ方向の下方端部にストレート部１４、テーパ部１３及び弁ポート１１に連通する二次継手管２２が取り付けられている。これにより、弁室１Ａと二次継手管２２とが導通可能となっている。
【００１７】
弁ハウジング１には、上部から弁室１Ａ内に挿通されるように弁ガイド部材２３が圧入及びかしめにより取り付けられており、この弁ガイド部材２３の中心には弁ガイド孔２３ａが形成されている。また、弁ハウジング１の上端部には弁ガイド部材２３の上端外周部を囲うようにリム１ａが形成されており、弁ハウジング１には、リム１ａの外周に嵌合するように円筒状のケース２４が組み付けられている。このケース２４は、リム１ａをかしめるとともに、底部外周をろう付けすることにより弁ハウジング１に固着されている。さらに、ケース２４の上端開口部には固定金具３１を介して支持部材３が取り付けられている。
【００１８】
支持部材３の中心には、弁ポート１１の軸線Ｘと同軸の雌ねじ部３ａとそのネジ孔が形成されるとともに、雌ねじ部３ａのネジ孔の外周よりも径の大きな円筒状のスライド孔３ｂが形成されている。そして、スライド孔３ｂには弁ホルダ４が軸線Ｘ方向に摺動可能に嵌合されており、この弁ホルダ４は下部に「弁体」としてのニードル弁５を保持している。
【００１９】
弁ホルダ４は、筒状の円筒部４１の下端にボス部４２が固着されるとともに、円筒部４１内にバネ受け４３と圧縮コイルバネ４４とワッシャ４５とスペーサ４６とを備えている。ニードル弁５は、ステンレスや真鍮等の金属部材により形成され、下側先端の半楕円体形状のニードル部５１と、このニードル部５１から軸線Ｘ方向に拡径された円錐台形状のショルダー部５２と、ショルダー部５２からストレートに伸びる円柱棒状のロッド部５３と、ロッド部５３の上端に形成されたフランジ部５４とを有している。また、ショルダー部５２は、その表面に軸線Ｘを中心としてニードル部５１側にかけて径が縮径する円錐台側面形状のシールテーパ面５２ａを有している。そして、ニードル弁５は、弁ホルダ４のボス部４２の挿通孔４２ａ内に挿通されるとともに、フランジ部５４をボス部４２に当接させて弁ホルダ４に取り付けられている。また、ニードル弁５のロッド部５３は弁ガイド部材２３の弁ガイド孔２３ａ内に挿通されている。
【００２０】
ケース２４の上端にはキャン２５が溶接等によって気密に固定され、キャン２５内には、外周部を多極に着磁されたマグネットロータ６１と、その中心に固着されたロータ軸６２とが設けられている。ロータ軸６２の上端部は、キャン２５の天井部に設けられた円筒状のガイド２６内に回転可能に嵌合されている。また、ロータ軸６２には雄ねじ部６２ａが形成されており、この雄ねじ部６２ａは支持部材３に形成された雌ねじ部３ａに螺合している。キャン２５の外周にはステータコイル６３が配設されており、マグネットロータ６１、ロータ軸６２及びステータコイル６３はステッピングモータ６を構成している。そして、ステータコイル６３にパルス信号が与えられることにより、そのパルス数に応じてマグネットロータ６１が回転されてロータ軸６２が回転する。なお、ガイド２６の外周にはマグネットロータ６１に対する回転ストッパ機構２７が設けられている。
【００２１】
弁ホルダ４において、圧縮コイルバネ４４はバネ受け４３とニードル弁５のフランジ部５４との間には所定の荷重を与えられた状態で取り付けられており、弁ホルダ４は、バネ受け４３をスペーサ４６の下端部に当接するとともに、円筒部４１の上端部でワッシャ４５を介してスペーサ４６上端部を押さえつけている。そして、ロータ軸６２のフランジ部６２ｂは、ワッシャ４５とスペーサ４６との間に係合されて、ワッシャ４５により抜け止めがなされている。これにより、ニードル弁５は弁ホルダ４を介してロータ軸６２に連結されるとともに、ロッド部５３がガイドされて軸線Ｘ方向に移動可能となっている。
【００２２】
以上の構成により、ステッピングモータ６が駆動されると、マグネットロータ６１及びロータ軸６２が回転し、ロータ軸６２の雄ねじ部６２ａと支持部材３の雌ねじ部３ａとのねじ送り機構により、ロータ軸６２は軸線Ｘ方向に移動する。この回転に伴うロータ軸６２の軸線Ｘ方向移動によって弁ホルダ４と共にニードル弁５が軸線Ｘ方向に移動する。
【００２３】
以上のように、ニードル弁５は、ニードル部５１を弁ポート１１内に挿通させた状態で弁ポート１１の軸線Ｘ方向に進退させて弁ポート１１の開口面積を増減させる。そして、一次継手管２１から二次継手管２２へ、あるいは二次継手管２２から一次継手管２１へ流れる冷媒の流量が制御される。また、ショルダー部５２は、弁閉時に弁シート部１Ｂに着座して、シールテーパ面５２ａがすり鉢状のシート面１２に当接する。
【００２４】
図２に示すように、弁ポート１１の弁室１Ａ側の開口部の前記シート面１２は、軸線Ｘを中心とするすり鉢状のテーパ面である。また、ニードル弁５のショルダー部５２の外周面である前記シールテーパ面５２ａは、軸線Ｘを中心とする円錐台側面形状のテーパ面である。そして、シート面１２の開き角度であるテーパ角θ２と、シールテーパ面５２ａの開き角度であるテーパ角θ１は、
θ２＞θ１…（１）
の関係となっている。また、
θ１＋０．５°＜θ２−０．５°…（２）
の関係となっている。さらに、シート面１２の軸線Ｘ方向の面取り寸法Ｌは、
Ｌ≦０．１ｍｍ…（３）
となっている。
【００２５】
このように、（１）の条件により、ニードル弁５のショルダー部５２が弁シート部１Ｂに着座したとき、シールテーパ面５２ａはシート面１２に線接触により当接する。この実施形態では、弁ポート１１とシート面１２との境界部分がシールテーパ面５２ａに線接触する。したがって、着座時の弁受圧径Ｄにもばらつきが生じることがなく、一定の安定した作動性が得られる。
【００２６】
なお、シート面１２のテーパ角θ２と、シールテーパ面５２ａのテーパ角θ１は、前記（１）の条件で、かつ、以下の（３）及び（４）の条件を満たす場合が好適である。
４５°＜θ１≦９０°…（３）
４５°≦θ２＜９０°…（４）
【００２７】
図４は第２実施形態の電動弁における弁シート部近傍の要部拡大縦断面図であり、第１実施形態と同様な要素には図１及び図２と同符号を付記して重複する説明は適宜省略する。また、この第２実施形態における電動弁の全体構成は第１実施形態と同様であり、図３の空気調和機の冷凍サイクルシステムに用いられるものである。この第２実施形態と第１実施形態との違いは、シート面１２のテーパ角θ２と、シールテーパ面５２ａ′のテーパ角θ１の関係である。この第２実施形態では、シート面１２のテーパ角θ２と、シールテーパ面５２ａ′のテーパ角θ１は、
θ１＞θ２…（５）
の関係となっている。また、
θ１−０．５°＞θ２＋０．５°…（６）
の関係となっている。
【００２８】
このように、（５）の条件により、ニードル弁５のショルダー部５２が弁シート部１Ｂに着座したとき、シールテーパ面５２ａ′はシート面１２に線接触により当接する。この実施形態では、シート面１２の弁室１Ａ側の端部がシールテーパ面５２ａ′に線接触する。したがって、着座時の弁受圧径Ｄにもにもばらつきが生じることがなく、一定の安定した作動性が得られる。
【００２９】
なお、シート面１２のテーパ角θ２と、シールテーパ面５２ａ′のテーパ角θ１は、前記（５）の条件で、かつ、以下の（７）及び（８）の条件を満たす場合が好適である。
４５°＜θ２≦９０°…（７）
４５°≦θ１＜９０°…（８）
【００３０】
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。
【符号の説明】
【００３１】
１        弁ハウジング
１Ａ      弁室
１Ｂ      弁シート部
１１      弁ポート
１２      シート面
Ｘ        軸線
２１      一次継手管
２２      二次継手管
２３      弁ガイド部材
２３ａ    弁ガイド孔
２４      ケース
３        支持部材
３ａ      雌ねじ部
３ｂ      スライド孔
４        弁ホルダ
５        ニードル弁（弁体）
５１      ニードル部
５２      ショルダー部
５２ａ    シールテーパ面
５３      ロッド部
５４      フランジ部
５２ａ′  シールテーパ面
６        ステッピングモータ
６１      マグネットロータ
６２      ロータ軸
２６      ガイド
６２ａ    雄ねじ部
６３      ステータコイル
１０      電動弁
２０      室外熱交換器
３０      室内熱交換器
４０      流路切換弁
５０      圧縮機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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