(57)【要約】【課題】全体のサイズを大きくすることなく簡単な構造で弁室の容積を増加させることができ、製造コストの上昇を抑えつつ、ノイズの発生を抑制することを可能にする流量制御弁を提供する。【解決手段】流量制御弁１０は、弁室２１及びその内部に形成された弁座２２を有する弁本体２０と、弁座２２に接離して流体の通過流量を調整する弁体２３と、ロータ３０とステータ５０とから成る駆動部と、ロータ３０の回転を弁体２３の弁座２２に対する接離動作に変換する変換機構とを備えている。弁本体２０には、弁室２１に連通する室を有する消音部材６０が別部材として取り付けられているので、サイズを大きくすることなく、弁室の容積を増大させたのと同じ機能を奏することができる。過渡運転時のように弁室内での流体割合の変化が大きくなることに起因するノイズの発生を抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁室及びその内部に形成された弁座を有する弁本体と、前記弁座に接離して流体の通過流量を調整する弁体と、ロータ及び該ロータを回転駆動するステータを有する駆動部と、前記ロータの回転を前記弁体の前記弁座に対する接離動作に変換する変換機構とを備え、前記弁室に連通する室を有する消音部材を前記弁本体に設けたことを特徴とする流量制御弁。
【請求項２】
前記弁本体は、前記流体を前記弁室内に流入させるためのパイプを備えており、該パイプを介して前記弁室内に流入した流体が前記消音部材の内面で反射して前記弁室内に戻る波と、前記パイプを介して前記弁室内に流入する流体の波とが互いに打ち消し合うように構成されたことを特徴とする請求項１記載の流量制御弁。
【請求項３】
前記弁本体には、二本のパイプが前記弁体の接離方向に前記弁座を挟んで隔置され且つそれらの軸線が前記接離方向と交差する方向に向いた状態で前記弁本体に取り付けられていると共に、前記二本のパイプがそれぞれ個別に接続され且つ前記弁体が前記弁座に接離することにより連通可能な二つのスペースが形成されており、前記流体の流れ方向に応じて、一方の前記パイプが対応する前記スペースを前記弁室として前記流体を流入させるための流入用パイプとなり、他方の前記パイプが前記弁座を通過した流体を流出するための流出用パイプとなることを特徴とする請求項１又は２記載の流量制御弁。
【請求項４】
前記消音部材が前記弁室を挟んで前記パイプと対向して配置されており、前記弁室の中心から前記消音部材の最奥内端までの距離が前記パイプに生じる定常波の半波長に設定されていることを特徴とする請求項２記載の流量制御弁。
【請求項５】
前記消音部材は、前記ステータに取り付けられている回り止め部材と係合して前記ステータの回転を阻止する係合部材を兼ねていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の流量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、空気調和機、冷凍機等に組み込まれて冷媒の流量を制御するのに用いられる流量制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は、従来のこの種の流量制御弁の一例を示す縦断面図である。流量制御弁２００は、弁室２１及びその内部に形成された弁座２２を有する弁本体２０と、弁座２２に接離して弁座２２の開口部を開閉する弁体２３と、弁本体２０に固着されたキャン４０とを備えている。キャン４０にはロータ３０が内蔵されているとともに、ロータ３０を回転駆動するステータ５０がキャン４０に外嵌されている。弁本体２０には、底面から下方に延出したパイプ２０ａと、側面から水平方向に延出したパイプ２０ｂとが設けられており、これらのパイプ２０ａ，２０ｂによって弁室２１内に冷媒が導入され、弁室２１内の冷媒が外部に導出される。
【０００３】
キャン４０は非磁性の金属から形成されて有頂円筒状を呈しており、弁本体２０の上部に固着された鍔状板４７に溶接等により固着され、内部は気密状態に保たれている。ステータ５０は、磁性材より構成されるヨーク５１と、このヨーク５１にボビン５２を介して巻回された上下のステータコイル５３，５３とから構成され、キャン４０に外嵌する嵌合孔５０ａを有している。
【０００４】
弁体２３は弁軸２４の下端に形成されており、ニードル弁としての構造を有している。ロータ３０の回転は変換機構によって弁体２３の弁座２２に接離する動作に変換される。この変換機構は、弁本体２０に固定されており且つロータ３０の方向に突出するとともに固定ねじ部２５が形成された筒状のガイドブッシュ２６と、該ガイドブッシュ２６の固定ねじ部２５に螺合する移動ねじ部３１を有する弁軸ホルダ３２とから構成されるねじ送り機構である。固定ねじ部２５は、ガイドブッシュ２６の外周に形成された雄ねじとして構成されている。また、移動ねじ部３１は、弁軸ホルダ３２の内周に形成された雌ねじとして構成されている。
【０００５】
弁軸ホルダ３２は、ガイドブッシュ２６の外側に位置し且つ下方に開口した有頂円筒形状を呈しており、その頂壁の中心に弁軸２４の上部縮径部が嵌合してプッシュナット３３により連結されている。弁軸２４は、弁軸ホルダ３２の中心に上下動可能に嵌挿されており、弁軸ホルダ３２内に縮装された圧縮コイルばね３４によって常時下方に付勢されている。ガイドブッシュ２６の側壁には、弁室２１とキャン４０内との均圧を図る均圧孔２６ｂが形成されている。
【０００６】
弁軸２４の上端に圧入固定されたプッシュナット３３の外周には、円筒状の圧縮コイルばねで構成される復帰ばね３５が取り付けられている。ガイドブッシュ２６の固定ねじ部２５と弁軸ホルダ３２の移動ねじ部３１との螺合が外れたときに、復帰ばね３５がキャン４０の内面に当接して両ねじ部２５，３１の螺合を復帰させるように付勢する。
【０００７】
弁軸ホルダ３２とロータ３０とは支持リング３６を介して結合されている。支持リング３６の内周孔部に弁軸ホルダ３２の上部突部が嵌合し、この上部突部の外周をかしめることにより、ロータ３０、支持リング３６及び弁軸ホルダ３２が結合されている。
【０００８】
ガイドブッシュ２６にはリング状の下ストッパ体２７が固着されており、その上部に板状の下ストッパ片２７ａが突設されている。また、弁軸ホルダ３２にはリング状の上ストッパ体３７が固着されており、その下部には板状の上ストッパ片３７ａが突設され下ストッパ片２７ａと係合可能となっている。
【０００９】
ステータ５０は、ステータコイル５３，５３に接続された複数のリード端子５４を有しており、リード端子５４に複数のリード線５５が接続されたコネクタ５６が連結されている。そして、コネクタ５６を覆うカバー５７がステータ５０に溶着され、カバー５７内はエポキシ樹脂等の充填材５８で充填されている。
【００１０】
ステータ５０の嵌合孔５０ａにはキャン４０が嵌合し、ステータ５０の外装部の下面に溶着された回り止め部材５９により弁本体２０及びキャン４０に対する回転が阻止されている。回り止め部材５９は、ステンレススチール等の弾性を有する金属板から構成されており、図８（ａ）に示すように、水平な頂壁１００と、頂壁１００の両側縁より下方に延出する２つの腕部１０１，１０１とを有している。頂壁１００には、その一端から上方に突出する位置決め部１０２が形成されている。頂壁１００に形成された取付け孔１００ａにステータ５０の下面から突出した突起５０ｂを挿入してこの突起を超音波ウェルダにより押し潰すことにより、回り止め部材５９はステータ５０に固定される。ステータ５０はその嵌合孔５０ａをキャン４０に嵌合させて弁本体２０方向に押し込むことにより、回り止め部材５９の２つの腕部１０１，１０１が水平方向のパイプ２０ｂを弾性的な復元力で挟み込んで抱持した状態となるので、ステータ５０は弁本体２０及びキャン４０に極めて容易に、しかも確実に固定することができる。
【００１１】
大型の流量制御弁の場合などには、例えば、図８（ｂ）の斜視図として示されているような別の形態の回り止め部材が用いられる（特許文献２参照）。この回り止め部材７９はステンレススチール等の弾性を有する金属板にて形成され、下方に延出する２つの腕部１１２ａ，１１２ｂを有するクリップ状の把持部１１３と、把持部１１３と連結部１１４を介して連接された平板状の基部１１５とからなっている。基部１１５は把持部１１３の頂壁に対して平行であり、前記頂壁より左右に長く延出している。また、基部１１５は連結部１１４と反対側の縁部の中央部が凹んで円弧形状部１１７に形成されている。２つの腕部１１２ａ，１１２ｂは、水平方向のパイプ２０ｂの外径と同等の曲率半径で形成されている湾曲部１１９ａ，１１９ｂを有している。連結部１１４には、取付け孔１１６が設けられ、基部１１５の左右の延出部には取付け１１８ａ，１１８ｂが設けられている。
【００１２】
このように構成された回り止め部材７９によれば、円弧形状部１１７をキャンの外面に沿わせる態様でステータにキャンを嵌合させて、その状態で、図８（ａ）に示す回り止め部材５９の場合と同様にステータを弁本体方向に押し込むことにより、回り止め部材７９の腕部１１２ａ，１１２ｂの湾曲部１１９ａ，１１９ｂが水平方向のパイプ２０ｂを径方向に挟み込んで保持した状態となり、ステータが弁本体に固定される。回り止め部材７９は、その取付け孔１１８ａ，１１８ｂ，１１６をステータの下面の嵌合孔の周囲に所定間隔をもって形成された複数の突起のうち３個にそれぞれ嵌合し、突起の突出部分を例えば超音波ウェルダにより押し潰すことにより固定される。
【００１３】
図７では、リード線５５の位置が回り止め部材５９により保持されるパイプ（図示せず）に対して１８０°離れた位置にあるが、リード線５５を他の位置にしたい場合もある。そうした場合には、回り止め部材７９を用いて、取付け孔１１８ａ，１１８ｂ，１１６を嵌合させる突起を変更することで、回り止め部材７９のステータ５０に対する取付け位置を４５°の間隔でずらすことができる。
【００１４】
かかる流量制御弁が冷凍サイクルに適用される場合、圧縮機から送り出される冷媒は通常、液化状態であるが、吐出される冷媒には脈動、即ち、圧力変動が伴っており、パイプを通じて送られてくる冷媒が流量制御弁を通過する際に、時にその入口側では、断続的な圧縮に起因した脈動音が発生する。一方、流量制御弁は小型化が進められており、弁本体内に形成される弁室の容積が小さくなってくると、過渡運転時のように流量の変化が大きい運転状態では、流量の変化に応じて弁室内で流体が占める割合の変化が相対的に大きくなる。こうした現象は流量制御弁が発するノイズの原因となっている。こうしたノイズの抑制には弁室の容積の拡大が有効であることが経験的に知られているが、弁室を単純に大きくしようとすると、弁本体を製造するために使用される金属材料量が増加して流量制御弁の製造コスト上昇の原因になるとともに、流量制御弁の小型化の要請に応えることができなくなる。
【特許文献１】開２００１−５０４１５号公報（段落［００２２］〜［００３８］、図１］
【特許文献２】特開２００３−１８５３０２号公報（段落［００３６］〜［００３８］、図６〜図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、全体のサイズを大きくすることなく、簡単な構造で弁室の容積を増加させることができ、しかも、製造コストの上昇を抑えつつ、過渡運転時においても弁室内での流体割合の変化が大きくなることに起因するノイズの発生を抑制することを可能にする流量制御弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決するため、この発明による流量制御弁は、弁室及びその内部に形成された弁座を有する弁本体と、前記弁座に接離して流体の通過流量を調整する弁体と、ロータ及び該ロータを回転駆動するステータを有する駆動部と、前記ロータの回転を前記弁体の前記弁座に対する接離動作に変換する変換機構とを備え、前記弁室に連通する室を有する消音部材を前記弁本体に設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
この流量制御弁によれば、弁全体のサイズを大きくすることなく、弁室の容積を拡大することができる。したがって、過渡運転時においても弁室の容積に対する流体存在割合の変化が大きくなりにくく、脈動音を含む弁作動音の発生が抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面に基づいて、本発明による流量制御弁の実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明による流量制御弁（電動弁）の一実施例の全体構造を示す縦断面図である。全体を符号１０で示す流量制御弁は、基本的な構造については図７に示した従来の流量制御弁２００の構造と同じであってよいので、同一又は類似の部位には従来の流量制御弁２００について付した符号と同じ符号を付すことで、再度の詳細な説明を省略する。
【００１９】
この流量制御弁１０においては、弁室２１に連通する室６４を有する有底筒状体の消音部材６０が弁本体２０に取り付けられている。弁本体２０はステンレススチール材等で構成されるが、壁部を貫通して弁室２１に通じる取付け孔２０ｄが形成されており、消音部材６０は、胴部６１の一端側である開口端部６２が取付け孔２０ｄ内に嵌め込まれた状態で側方に向けて突出するように弁本体２０に取り付けられる。胴部６１の他端側は、有底端部６３で閉じられている。消音部材６０は、例えば、銅パイプ又はステンレスの深絞りで形成することができる。消音部材６０は、開口端部６２が取付け孔２０ｄの奥端部に形成されている段差部分２０ｅに付き当てられ、その状態で弁本体２０にロウ付けされている。ロウ付けは、流量制御弁１０の組み立て時の他のロウ付け部分と同時に行うことが好ましい。
【００２０】
消音部材６０は、弁全体のサイズを大きくすることなく、弁室２１の容積を追加的に増大させる働きを奏する。消音部材６０は、弁室２１に対して弁体２３の接離方向と交差する方向、好ましくは直交する方向（即ち、弁体２３の径方向）に開口する態様で取り付けられている。図２は、図１Ａ−Ａ線断面図である。図２に示すように、この流量制御弁１０においては、一つの消音部材６０が、弁室２１を間にして流入用パイプ２０ａと対向配管となる態様で配置されている。即ち、流入用パイプ２０ａの軸線Ｂ−Ｂと消音部材６０の軸線Ｃ−Ｃとが同一直線上にあって、流入用パイプ２０ａの開口端部６５と消音部材６０の開口端部６２とが、間に弁室２１を挟んで互いに対向している。弁本体２０には、パイプ２０ａとの接続のために、弁室２１に対して弁体２３の接離方向と直交する方向に接続孔２０ｃが形成されている。取付け孔２０ｄを接続孔２０ｃと同一直線上に形成することにより、弁本体２０の加工が容易になるので、流量制御弁１０の製造コストの上昇を抑制することができる。また、消音部材６０は、上記した配置によって、弁本体２０に取り付けられた状態ではその周囲で他の部品等との干渉を回避することができる。
【００２１】
弁室２１の中心２１ｃから消音部材６０の最奥内端までの距離Ｍが流入用パイプ２０ａに生じる定常波の波長Ｌの半波長に設定されている（即ち、Ｍ＝Ｌ／２）。
【００２２】
消音部材６０についてこのような配置と寸法に設定することにより、流入用パイプ２０ａに生じる定常波が弁室２１内に及ぶときに、定常波が消音部材６０に侵入した後に反射して弁室２１に戻る反射波と定常波との位相が逆転しているために、両波がキャンセリング、即ち、互いに打ち消し合う。したがって、流量制御弁１０の脈動音を消すことができる。なお、距離Ｍの設定の際には、開口端部６２について開口端補正のような補正を行って両波の相殺作用を最大限に発揮させることが好ましい。
【００２３】
図３は、本発明による流量制御弁において消音部材の個数と配置とを変更した実施例を示す横断面図である。弁室２１の容積を増大させるだけであれば、流入用パイプ２０ａと対向した位置に各消音部材を配置させる必要はない。例えば、二つの消音部材を配置させる場合には、図３（ａ）に示すように、消音部材６０ａ，６０ｂが流入用パイプ２０ａの位置を起点にして角度θ（１２０度）だけ離れた位置にそれぞれ消音部材６０ｄ，６０ｅを配置することができる。内部の室６４ａ及び６４ｂの容積だけ、弁室２１の容積が追加的に増加されている。また、図３（ｂ）には、三つの消音部材を配置させる場合の例が示されている。この例では、消音部材６０ｃ，６０ｄ，６０ｅが流入用パイプ２０ａと対向した位置と、それに直交する二つの位置（弁本体２０の周方向に互いに９０度ごとに隔置した位置）に配置されており、それぞれ、弁本体２０の外側に、弁室２１の中心２１ｃから見て放射状に揃えて配列されている。内部の室６４ｃ，６４ｄ及び６４ｅの容積だけ、弁室２１の容積が追加的に増大されている。
【００２４】
消音部材６０の具体的な形状としては、有底筒状体に限ることはないが、パイプと同様の材料である銅又はステンレススチールの加工片を絞り加工によって製造することができるので、製造コストを低く抑えられる点で有利である。しかしながら、有底筒状体に代えて図４に示す形状を備えるものを採用することもできる。図４（ａ）は球殻の一部としての弁室２１に連通する室６７を内部に有するドーム体６５の例であり、図４（ｂ）は弁室２１に連通する室６９を内部に有する角柱状等の任意の形状の筒状体６８の例である。この例では、周壁６８ａと底壁６８ｂとが別部材で形成されている。
【００２５】
図５は、この発明による流量制御弁の別の実施例を示す縦断面図である。図５に示す流量制御弁１１において、図１に示す流量制御弁１０と同等の部品や部位については同じ符号を付すことで再度の詳細な説明を省略する。この流量制御弁１１において、消音部材７０は、ステータ５０の回転を防止するため、ステータ５０に取り付けられている回り止め部材７９が係合される係合部材として兼用されている。回り止め部材７９は、例えば、図８（ｂ）に示す構造のものであって、再度の説明を省略する。消音部材７０が取り付けられる弁本体２０は固定側であるので、回り止め部材７９及び消音部材７０を介して、ステータ５０の回り止めが得られる。
【００２６】
図５に示す実施例は、流入用パイプ２０ａの外径が消音部材７０の外径と異なる場合の例であるが、仮に、消音部材７０として流入用パイプ２０ａの外径と同じ外径を持つ筒部材を用いた場合には、流入用パイプ２０ａに係合させていた既存の回り止め部材をそのまま、消音部材７０に係合させることができる。この場合には、回り止め部材について別仕様のものを用いる必要がなくなり、部品コストを軽減するとともに部品管理を簡単化することができる。
【００２７】
図６は、この発明による流量制御弁の別の実施例を示す縦断面図である。図６に示す流量制御弁１２において、図１に示す流量制御弁１０と同等の部品や部位については同じ符号を付すことで再度の詳細な説明を省略する。この流量制御弁１２において、弁本体８２には、二本のパイプ９０ａ，９０ｂが、弁体２３の接離方向に弁座２２を挟んで隔置し且つパイプの軸線が接離方向と交差する方向に向いた状態で取り付けられている。図示の例ではパイプ９０ａ，９０ｂが平行に配置されているとして描かれているが、弁体２３の接離方向の軸線回りに角度的にずれていてもよい。
【００２８】
弁本体８２には、パイプ９０ａ，９０ｂがそれぞれ個別に接続され且つ弁体２３が弁座２２に接離することに応じて連通可能な二つのスペース９１ａ，９１ｂが形成されている。図示されている矢印のように流体が流れている場合、一方のパイプ９０ａが対応するスペース９１ａを弁室として流体を流入させるための流入用パイプであり、他方のパイプ９０ｂが弁体２３のリフト量に応じて弁座２２の通過流量が調整された流体を流出するための流出用パイプである。空調調和機が冷房運転から暖房運転に切り換えられた場合のように、流量制御弁１２の内部を流れる流体の流れ方向が逆になったときには、パイプ９０ｂが流入用パイプとなり、パイプ９０ａが流出用パイプとなる。
【００２９】
パイプ９０ａが流入用パイプであるとき、スペース９１ａが弁室となり、スペース９１ａに通じる消音部材９２ａ内の室９４ａが弁室の容積を増大させる。また、パイプ９０ｂが流入用パイプであるときは、スペース９１ｂが弁室となり、スペース９１ｂに通じる消音部材９２ｂ内の室９４ｂが弁室の容積を増大させることになる。
【００３０】
以上、図面を参照して本発明による流量制御弁の実施例を説明したが、本発明による流量制御弁の構造は、これらの実施例に限ることなく、本発明の特許請求の範囲で定められる技術的範囲内で種々の変更が可能である。例えば、変換機構としては、遊星歯車減速機構や直列歯車減速機構のような減速機構を備えるものであってよい。そのようにすれば、モータの回転量に対する弁体のリフト量の分解能を高めることができ、調整流量を高精度に制御することができる。また、上記実施形態では本発明を電動弁に適用した場合について説明したが、本発明は電磁弁にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による流量制御弁の一実施例の全体構造を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す流量制御弁のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明による流量制御弁に用いられる消音部材の他の配置例を示す横断面図である。
【図４】本発明による流量制御弁に用いられる消音部材の他の例を示す断面図である。
【図５】本発明による流量制御弁の別の実施例の全体構造を示す縦断面図である。
【図６】本発明による流量制御弁の更に別の実施例の全体構造を示す縦断面図である。
【図７】従来の流量制御弁の一例を示す縦断面図である。
【図８】ステータの回りを防止する回り止め部材の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０，１１，１２  流量制御弁            ２０  弁本体
２０ａ  流入用パイプ                  ２０ｂ  流出用パイプ
２０ｃ  接続孔
２０ｄ  取付け孔                      ２０ｅ  段差部分
２１  弁室                            ２１ｃ  弁室２１の中心
２２  弁座                              ２３  弁体
３０  ロータ
５０  ステータ                        ５０ｂ  凸部
６０；６０ａ，６０ｂ，６０ｃ；６０ｄ，６０ｅ  消音部材
６１  胴部                              ６２  開口端部
６３  有底端部
６４；６４ａ，６４ｂ，６４ｃ；６４ｄ，６４ｅ  室
６６  ドーム体                          ６７  室
６８  筒状体                            ６９  室
７９  回り止め部材                      ８２  弁本体
９０ａ，９０ｂ  パイプ                ９１ａ，９１ｂ  スペース（弁室）
９２ａ，９２ｂ  消音部材              ９４ａ，９４ｂ  室（増容積）
Ｍ  距離                              Ｌ  定常波の波長
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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