(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下端部に弁体が設けられた弁軸と、前記弁体が接離又は近接離間する弁座部を有する弁口オリフィスが形成された弁座を備えるとともに、流体が導入導出される弁室が形成された弁本体と、該弁本体に接合されたキャンと、該キャンの内側に配在されたロータと、該ロータを回転駆動すべく前記キャンの外側に配置されたステータと、前記ロータの回転を利用して前記弁体を前記弁座部に対して昇降させる昇降駆動機構と、を備え、流体が前記弁室から前記弁口オリフィスに向かう正方向と前記弁口オリフィスから前記弁室に向かう逆方向とに流されるようにされている電動弁であって、
前記弁口オリフィスは、前記弁座部から下流側に向かって連接する円筒面からなる最狭部と、下流側に行くに従ってテーパ状に拡径して前記弁座の下流側端面に連接する円錐面部と、前記最狭部と前記円錐面部との間に設けられ、前記最狭部との成す角が９０度以下である気泡細分化部とで構成されていることを特徴とする電動弁。
【請求項２】
前記気泡細分化部は、少なくとも前記最狭部との成す角が９０度である環状平坦面部を有することを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
【請求項３】
前記気泡細分化部は、少なくとも、前記最狭部との成す角が９０度よりも小さい逆円錐面部と、該逆円錐面部の外側に設けられ、前記最狭部との成す角が９０度である環状平坦面部とを有することを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
【請求項４】
前記円錐面部の下流端周りに、前記弁座の下流側端面からなる別途の環状平坦面が備えられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電動弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機、冷凍機等の冷凍サイクルに流量制御弁等として組み込まれて使用される電動弁に係り、特に、気液二相流による騒音を低減し得るようにされた電動弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電動弁の従来例を図５に示す。図示の電動弁１’は、上部小径部２５ａと中間大径部２５ｂと下部中径部２５ｃとからなる弁軸２５の下端部に設けられた段付き逆円錐状の弁体２４と、流体（冷媒）入出口となる流体導入管（継手）６１及び流体導出管（継手）６２が連結されるとともに、前記弁体２４により開閉される弁口オリフィス２２が形成された弁座２９及び弁室２１を有する弁本体２０とを備え、前記弁座２９に対する弁体２４のリフト量を制御することにより冷媒等の流体の通過流量を調整するようになっている。前記弁本体２０の鍔状部材２３（に形成された段差部）には、天井部４０ａを有する下方開口の円筒状のキャン４０の下端部が突き合わせ溶接により密封接合されている。
【０００３】
前記キャン４０の内周には、所定の間隙αをあけてロータ３０が配在され、該ロータ３０を回転駆動すべく前記キャン４０の円筒状部分の外周には、ヨーク５１、ボビン５２、ステータコイル５３、及び樹脂モールドカバー５６等からなるステータ５０が外嵌されており、前記ロータ３０とステータ５０とでステッピングモータが構成される。
【０００４】
そして、ロータ３０と弁軸２５との間には、ロータ３０の回転を利用して前記弁体２４を前記弁座２９に接離又は近接離間させる駆動機構が設けられている。この駆動機構は、弁本体２０にその下端部２６ａが圧入固定されるとともに、弁軸２５（の中間大径部２５ｂ）が摺動自在に内挿された筒状のガイドブッシュ２６の外周に形成された固定ねじ部（雄ねじ部）２８と、前記弁軸２５及びガイドブッシュ２６の外周に配在された下方開口の筒状の弁軸ホルダ３２の内周に形成されて前記固定ねじ部２８に螺合せしめられた移動ねじ部（雌ねじ部）３８とからなるねじ送り機構で構成されている。
【０００５】
前記弁軸ホルダ３２とロータ３０とは支持リング３６を介して結合されるとともに、その支持リング３６に弁軸ホルダ３２の上部突部がかしめ固定され、これにより、ロータ３０、支持リング３６及び弁軸ホルダ３２が一体的に連結されている。
【０００６】
前記ガイドブッシュ２６には、ストッパ機構の一方を構成する下ストッパ体（固定ストッパ）２７が固着され、弁軸ホルダ３２にはストッパ機構の他方を構成する上ストッパ体（移動ストッパ）３７が固着されている。
【０００７】
また、前記ガイドブッシュ２６の上部小径部２６ｂが弁軸ホルダ３２の上部に内挿されるとともに、弁軸ホルダ３２の天井部３２ａ中央に形成された挿通穴３２ｂに、弁軸２５の上部小径部２５ａが挿通せしめられている。弁軸２５の上部小径部２５ａの上端部（挿通穴３２ｂから突出した部分）には、プッシュナット３３が固着（圧入固定）されている。上ストッパ体３７が下ストッパ体２７に当接しておらず、かつ弁体２４が弁座２９に当接していないときには、後述する圧縮コイルばね３４の弾発力により、弁軸ホルダ３２の天井部３２ａはプッシュナット３３の底面に押し付けられている。
【０００８】
さらに、前記弁軸２５は、該弁軸２５の上部小径部２５ａに外挿され、かつ、弁軸ホルダ３２の天井部３２ａと弁軸２５における中間大径部２５ｂの上端段丘面との間に縮装された弁締め切り兼緩衝用の圧縮コイルばね３４によって、常時下方（閉弁方向）に付勢されている。この場合、前記圧縮コイルばね３４は、その上端部がワッシャ等のばね受け部材３９を介して前記弁軸ホルダ３２の天井部３２ａ下面に係止されている。なお、弁軸ホルダ３２の天井部３２ａ上には、コイルばねからなる復帰ばね３５が配在されている。この復帰ばね３５は、駆動機構によりロータ３０が上昇して移動ねじ部（雌ねじ部）３８と固定ねじ部（雄ねじ部）２８との螺合が外れた後、ロータ３０の下降によって、再度、移動ねじ部３８を固定ねじ部２８に螺合させるために設けられている。
【０００９】
このような構成とされた電動弁１’にあっては、ステータコイル５３に対する通電（パルス供給）制御を行うことにより、弁本体２０に固定されたガイドブッシュ２６に対し、ロータ３０及び弁軸ホルダ３２が一体に回転せしめられ、ガイドブッシュ２６の固定ねじ部２８と弁軸ホルダ３２の移動ねじ部３８とのねじ送りにより、弁軸２５（弁体２４）が昇降して、弁口オリフィス２２が開閉される。したがって、かかる電動弁１’にあっては、ロータ３０の回転量により弁体２４のリフト量（弁開度）、すなわち流体の通過流量を調整することができ、ロータ３０の回転量は供給パルス数により制御されるため、流体通過流量を高精度に調整することができる。
【００１０】
次に、上記従来の電動弁１’の弁座２９周りの詳細構成を図６を参照しながら説明すると、前記弁座２９に形成された弁口オリフィス２２は、弁室２１側（上流側）から下流側に向かって順次、逆円錐面部２２ａ、円筒面部（最狭部）２２ｂ、及び円錐面部２２ｃで構成されており、この弁口オリフィス２２における円筒面部２２ｂの上流端（弁座部２９ａ）に前記逆円錐状の弁体２４が接離又は近接離間するようになっている。
【００１１】
上記従来の電動弁１’では、流体（冷媒）が流体導入管６１から弁室２１に流入し、さらに弁体２４により開閉される弁口オリフィス２２を介して流体導出管６２に流されるとき（正方向の流れ状態）に、弁口オリフィス２２の下流部分を円錐面部２２ｃで構成することにより、該弁口オリフィス２２を通過する流体の速度が下がり、これに伴い流体圧力が上がるので、キャビテーションが発生し難くなり、その結果、騒音が低減される（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１０−１９４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、前記した如くの電動弁は、通常、上記した正方向の流れ状態と、流体が流体導出管から弁口オリフィスを介して弁室に流入し、さらに弁本体における弁室の側部に形成された流入口を介して流体導入管に流される逆方向の流れ状態との双方向で使用されるが、前記した逆方向の流れ状態、特に気液二相流における逆方向の流れ状態においては、依然として、耳障りな騒音が発生するという問題があった。
【００１４】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、正方向の流れ状態におけるキャビテーションによる騒音と逆方向の流れ状態における気液二相流による騒音を効果的に低減す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】
【００１５】
本発明は、弁口オリフィスの形状等に種々の変更を施して数値解析と試行実験を繰り返して得られた知見及びそれに基づく考察に立脚してなされたものである。
【００１６】
すなわち、本発明に係る電動弁は、基本的に、下端部に弁体が設けられた弁軸と、前記弁体が接離又は近接離間する弁座部を有する弁口オリフィスが形成された弁座を備えるとともに、流体が導入導出される弁室が形成された弁本体と、該弁本体に接合されたキャンと、該キャンの内側に配在されたロータと、該ロータを回転駆動すべく前記キャンの外側に配置されたステータと、前記ロータの回転を利用して前記弁体を前記弁座部に対して昇降させる昇降駆動機構と、を備え、流体が前記弁室から前記弁口オリフィスに向かう正方向と前記弁口オリフィスから前記弁室に向かう逆方向とに流されるようにされている電動弁であって、前記弁口オリフィスは、前記弁座部から下流側に向かって連接する円筒面からなる最狭部と、下流側に行くに従ってテーパ状に拡径して前記弁座の下流側端面に連接する円錐面部と、前記最狭部と前記円錐面部との間に設けられ、前記最狭部との成す角が９０度以下である気泡細分化部とで構成されていることを特徴としている。
【００１７】
好ましい形態では、前記気泡細分化部は、少なくとも前記最狭部との成す角が９０度である環状平坦面部を有する。
【００１８】
別の好ましい形態では、前記気泡細分化部は、少なくとも、前記最狭部との成す角が９０度よりも小さい逆円錐面部と、該逆円錐面部の外側に設けられ、前記最狭部との成す角が９０度である環状平坦面部とを有する。
【００１９】
別の好ましい形態では、前記円錐面部の下流端周りに、前記弁座の下流側端面からなる別途の環状平坦面が備えられている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の電動弁によれば、弁口オリフィスが、前記弁座部から下流側に向かって連接する円筒面からなる最狭部と、前記弁座の下流側端面に連接する円錐面部と、前記最狭部と前記円錐面部との間に設けられ、前記最狭部との成す角が９０度以下である気泡細分化部とで構成されることにより、正方向の流れ状態においては、弁座の下流側端面に連接する円錐面部により、上記従来の電動弁と同様に、キャビテーションが発生し難くなり、その結果、騒音が低減されるとともに、逆方向の流れ状態においては、流体（冷媒）中に含まれる気泡が気泡細分化部に衝突して破壊もしくは細分化されるので、気液二相流による騒音を効果的に低減することができる。
【００２１】
また、前記気泡細分化部が、少なくとも前記最狭部との成す角が９０度である環状平坦面部を有することにより、逆方向流れ状態において流体（冷媒）中に含まれる気泡がより一層破壊もしくは細分化され易くなるので、気液二相流による騒音をより効果的に低減することができる。
【００２２】
また、前記気泡細分化部が、少なくとも、前記最狭部との成す角が９０度よりも小さい逆円錐面部と、該逆円錐面部の外側に設けられ、前記最狭部との成す角が９０度である環状平坦面部とを有することにより、逆方向の流れ状態において流体（冷媒）中に含まれる気泡が、逆円錐面部により最狭部に侵入し難くなるとともに当該逆円錐面部とその外側に設けられた環状平坦面部とに衝突し易くなって破壊もしくは細分化され易くなるので、気液二相流による騒音を更に効果的に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る電動弁の第１実施形態を示す縦断面図。
【図２】図１に示される電動弁の弁本体部分の要部拡大断面図。
【図３】本発明に係る電動弁の第２実施形態を示す縦断面図。
【図４】図３に示される電動弁の弁本体部分の要部拡大断面図。
【図５】従来の電動弁の一例を示す縦断面図。
【図６】図５に示される電動弁の要部拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る電動弁の実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、各図において、部材間に形成される隙間や部材間の離隔距離等は、発明の理解を容易にするため、また、作図上の便宜を図るため、誇張して描かれている場合がある。また、本明細書において、上下、左右等の位置、方向を表わす記述は、図１及び図３の方向矢印表示を基準としており、実際の使用状態での位置、方向を指すものではない。
【００２５】
また、以下に示される第１及び第２実施形態の電動弁１、１Ａについては、前述した図５、図６に示される従来例の電動弁１’の各部に対応する部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略し、以下においては、相異点を重点的に説明する。
【００２６】
また、本明細書では、弁本体における弁室の側方に連結された流体導入管側を上流側、弁室の下方に連結された流体導出管側を下流側とし、流体導入管から、弁本体における弁室の側部に形成された流入口、弁室、及び弁座に形成された縦向きの弁口オリフィスを介して流体導出管に向かう方向を「正方向」とし、流体導出管から、弁口オリフィス、弁室、及び流入口を介して流体導入管に向かう方向を「逆方向」としている。
【００２７】
［第１実施形態］
図１は、本発明に係る電動弁の第１実施形態を示す縦断面図、図２は、その要部（弁座回り）の拡大断面図である。
【００２８】
本第１実施形態の電動弁１では、前記弁座２９に形成された弁口オリフィス２２は、弁室２１側（上流側）から下流側に向かって順次、逆円錐面部２２ａ、円筒面部（最狭部）２２ｂ、環状平坦面部（気泡細分化部）２２ｄ、及び円錐面部２２ｃで構成されており、この弁口オリフィス２２における最狭部２２ｂの上流端（弁座部２９ａ）に段付き逆円錐状の弁体２４が接離又は近接離間するようになっている。なお、弁軸２５の下端部に設けられた段付き逆円錐状の弁体２４は、上側から、逆円錐面状の上部弁体部２４ａと中間挿通部２４ｂと下部先端部２４ｃとで構成されており、各部のテーパ角が、中間挿通部２４ｂ、上部弁体部２４ａ、下部先端部２４ｃの順に大きくされ、その上部弁体部２４ａの下端付近が最狭部２２ｂの上流端に接離又は近接離間するようになっている。なお、本明細書において、テーパ角とは、上部弁体部２４ａ、中間挿通部２４ｂ、下部先端部２４ｃ等の各部を横方向から視たときにその側辺同士が成す角を意味している。
【００２９】
詳細には、前記弁口オリフィス２２を構成する逆円錐面部２２ａは、そのテーパ角が前記弁体２４の上部弁体部２４ａのテーパ角より僅かに大きく設定されている。また、前記最狭部２２ｂは、前記弁座部２９ａ（言い換えれば、前記逆円錐面部２２ａの下流端）から下流側（下方）に向かって該弁座部２９ａに連接するとともに前記弁軸２５と同心配置された円筒面から構成されている。また、前記環状平坦面部２２ｄは、その最狭部２２ｂの下流端（下端）から所定の幅だけ横方向（最狭部２２ｂに対して垂直な方向）に延びていて（すなわち、前記最狭部２２ｂと９０度の角度を成していて）、前記円錐面部２２ｃは、前記環状平坦面部２２ｄの外端から下方に行くに従ってテーパ状に拡径するように前記弁座２９の下流側端面２９ｂまで延びている。
【００３０】
弁口オリフィス２２の円錐面部２２ｃの下流端（下端）開口の口径φｃは、流体導出管６２の先端部内径φｂより小さく設定され、円錐面部２２ｃの下流端開口周りに、弁座２９の下流側端面２９ｂからなる別途の環状平坦面部２９ｃが備えられている。
【００３１】
また、この例においては、弁体２４の上部弁体部２４ａが最狭部２２ｂの上流端に当接又は最も近接した状態において、下部先端部２４ｃの下端が弁座２９の下流側端面２９ｂ付近まで到達するとともに、中間挿通部２４ｂの下端が最狭部２２ｂの下端もしくは環状平坦面部２２ｄより下方に位置するように、弁体２４（の中間挿通部２４ｂと下部先端部２４ｃ）及び弁座２９（の最狭部２２ｂと円錐面部２２ｃ）の上下方向の高さが設定されている。
【００３２】
また、ここでは、前記流体導入管６１の先端部内径、弁本体２０における弁室２１の側部に形成され、流体導入管６１の先端面がその外側面に当接せしめられる円形の流入口６３の口径、及び弁室２１の内径が、同じ（φａ）に設定されている（図１参照）。
【００３３】
このように、本実施形態の電動弁１では、弁口オリフィス２２が、弁座部２９ａから下流側に向かって該弁座部２９ａに連接する円筒面からなる最狭部２２ｂと、弁座２９の下流側端面２９ｂに連接する円錐面部２２ｃと、前記最狭部２２ｂと前記円錐面部２２ｃとの間に設けられ、前記最狭部２２ｂとの成す角θｄが９０度である環状平坦面部２２ｄからなる気泡細分化部とで構成されることにより、正方向の流れ状態においては、弁座２９の下流側端面２９ｂに連接する円錐面部２２ｃ及びその内側の環状平坦面部２２ｄにより、上記従来の電動弁と同様に、キャビテーションが発生し難くなり、その結果、騒音が低減されるとともに、逆方向の流れ状態においては、流体（冷媒）中に含まれる気泡が環状平坦面部２２ｄに衝突して破壊もしくは細分化されるので、気液二相流による騒音を効果的に低減することができる。
【００３４】
また、円錐面部２２ｃの下流端周りに、弁座２９の下流側端面２９ｂからなる別途の環状平坦面部２９ｃが備えられていることにより、その円錐面部２２ｃの下流端周りにろう付け等により連結固定される流体導出管６２（の先端部）の連結強度を確保することもできる。
【００３５】
［第２実施形態］
図３は、本発明に係る電動弁の第２実施形態を示す縦断面図、図４は、その要部（弁座回り）の拡大断面図である。
【００３６】
本第２実施形態の電動弁１Ａでは、前記弁座２９Ａに形成された弁口オリフィス２２Ａは、弁室２１Ａ側（上流側）から下流側に向かって順次、逆円錐面部２２ａＡ、円筒面部（最狭部）２２ｂＡ、逆円錐面部２２ｅＡ、環状平坦面部２２ｄＡ、及び円錐面部２２ｃＡで構成されており、この弁口オリフィス２２Ａにおける最狭部２２ｂＡの上流端（弁座部２９ａＡ）に段付き逆円錐状の弁体２４Ａが接離又は近接離間するようになっている。そして、前記逆円錐面部２２ｅＡと環状平坦面部２２ｄＡとが気泡細分化部を構成している。
【００３７】
なお、最狭部２２ｂＡと逆円錐面部２２ｅＡとの間には、製造ばらつきを考慮して、所定の幅の環状平坦面部２２ｆＡが備えられている。
【００３８】
また、ここでは、前記最狭部２２ｂＡとの成す角θｅＡが９０度より小さい前記逆円錐面部２２ｅＡのテーパ角は、弁室２１Ａ側（上流側）の逆円錐面部２２ａＡのテーパ角より大きく、かつ下流側の円錐面部２２ｃＡのテーパ角と同等に設定されている。また、上記第１実施形態の電動弁１と比較して、最狭部２２ｂＡの上流端から下流端までの長さ（上下方向の高さ）が、逆円錐面部２２ｅＡの上下方向の高さ分だけ長く設定されているとともに、逆円錐面部２２ｅＡの外側の環状平坦面部２２ｄＡの幅が、僅かに小さく設定されている。
【００３９】
なお、本第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様、弁体２４Ａの上部弁体部２４ａＡが最狭部２２ｂＡの上流端に当接又は最も近接した状態において、下部先端部２４ｃＡの下端が弁座２９Ａの下流側端面２９ｂＡ付近まで到達するとともに、中間挿通部２４ｂＡの下端が最狭部２２ｂＡの下端より下方に位置するように、弁体２４Ａ（の中間挿通部２４ｂＡと下部先端部２４ｃＡ）及び弁座２９Ａ（の最狭部２２ｂＡと逆円錐面部２２ｅＡと円錐面部２２ｃＡ）の上下方向の高さが設定されている。
【００４０】
このように、本実施形態の電動弁１Ａでは、弁口オリフィス２２Ａが、最狭部２２ｂＡと、円錐面部２２ｃＡと、前記最狭部２２ｂＡと前記円錐面部２２ｃＡとの間に設けられ、前記最狭部２２ｂＡとの成す角θｅＡが９０度よりも小さい逆円錐面部２２ｅＡと、該逆円錐面部２２ｅＡの外側に設けられ、前記最狭部２２ｂＡとの成す角θｄＡが９０度である環状平坦面部２２ｄＡとからなる気泡細分化部とで構成されている。すなわち、上記第１実施形態の電動弁１に対して、最狭部２２ｂＡと環状平坦面部２２ｄＡとの間に、最狭部２２ｂＡとの成す角θｅＡが９０度よりも小さい逆円錐面部２２ｅＡが介設されている。これにより、逆方向の流れ状態において流体（冷媒）中に含まれる気泡が、逆円錐面部２２ｅＡにより最狭部２２ｂＡに侵入し難くなるとともに当該逆円錐面部２２ｅＡとその外側に設けられた環状平坦面部２２ｄＡとに衝突し易くなって破壊もしくは細分化され易くなるので、気液二相流による騒音を更に効果的に低減することができる。
【００４１】
なお、本発明は、様々なタイプの電動弁に採用し得ることは言うまでも無い。その一例としては、例えば、弁体が最下降位置にあるときに、弁体が弁座部に接当（着座）して流体の流れが遮断される閉弁タイプの電動弁や、弁体が弁座部に接当（着座）しつつ、弁体に設けられた連通穴や弁座部に設けられたブリード溝等を介して所定量の通過流量が確保されるタイプの電動弁（いずれも弁体が弁座部に接離する電動弁）、弁体が最下降位置（通常なら全閉状態となる）にあるときに、弁体と弁座部との間に所定の大きさの間隙が形成されて所定量の通過流量が確保される閉弁レスタイプの電動弁（弁体が弁座部に近接離間する電動弁）などが挙げられる。
【符号の説明】
【００４２】
１      電動弁
２０    弁本体
２１    弁室
２２    弁口オリフィス
２２ａ  逆円錐面部
２２ｂ  最狭部
２２ｃ  円錐面部
２２ｄ  環状平坦面部（気泡細分化部）
２３    鍔状部材
２４    弁体
２５    弁軸
２９    弁座
２９ａ  弁座部
３０    ロータ
４０    キャン
５０    ステータ
６１    流体導入管
６２    流体導出管
６３    流入口
【図１】
0006555895.tif 000002
【図２】
0006555895.tif 000003
【図３】
0006555895.tif 000004
【図４】
0006555895.tif 000005
【図５】
0006555895.tif 000006
【図６】
0006555895.tif 000007