(57)【要約】【課題】圧力バランス型の電動弁において、弁部材に対する背空間と二次側ポートとを導通する均圧路を通路断面積の大きなものとする。【解決手段】弁本体１の弁室１Ａ内に円筒形状の弁ガイド２を配置する。弁ガイド２内に弁部材３を摺動可能に配置する。弁部材３を蓋部材５と雄ネジ軸５１を貫通する連結棒４で保持する。連結棒４をステッピングモータ６のマグネットロータ６２に連結する。マグネットロータ６２に固着される雌ネジ部材６３を雄ネジ軸５１に螺合する。弁部材３の弁体３１を弁ガイド２のガイド面２ａ内で摺動可能な円筒形状とし、ニードル部を無くす。弁ポート２１ａを画定する弁座部２１にテーパ状の着座面２１ｂを形成する。弁ガイド２１に一次側ポート１１ａを画定する円環状の結合部２２を形成する。結合部２２にて弁ガイド２を弁本体１に一体に固着する。弁室１Ａの弁ガイド２の周囲の部分を背空間１Ａ１に導通する均圧路１Ａ２とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁室が形成された弁本体と、前記弁本体内に配設された円筒形状の弁ガイドと、前記弁ガイド内に摺動可能に配設されるとともに弁座により画定される弁ポートを開閉する弁部材と、前記弁本体に取り付けられた電動モータと、前記弁部材を保持するとともに前記電動モータに連結された弁棒とを備え、電動モータにより前記弁棒と前記弁部材を軸線方向に移動して前記弁部材で前記弁ポートを開閉するとともに、弁部材に設けられたシール部材により、前記弁室の前記弁部材に対する背空間の流体圧力と弁ポートの流体圧力との圧力バランスをとるようにした電動弁において、
前記弁ガイドの軸線に対する側部に一次側ポートを画定する円環状の結合部が形成されるとともに、該弁ガイドの二次側ポートに対向する開口端部に弁ポートを画定する弁座部が形成され、該弁座部は前記弁ポートの周囲で該弁ガイドの内側に向くテーパ形状の着座面を有し、前記弁部材の前記弁ガイドに摺接触される弁体が、該弁ガイドの前記弁座部と反対側から該弁ガイドのガイド面内に挿通可能で外周端部が前記着座面に当接可能な円筒状の弁体であり、前記弁本体の前記弁室内に前記弁ガイドが配置されるとともに、該弁本体に設けられた一次側継手管に前記一次側ポートを導通するようにして、前記結合部を介して前記弁ガイドが弁本体と一体に形成されていることを特徴とする電動弁。
【請求項２】
前記弁ガイドと前記弁本体とが、前記結合部にてろう付けまたはＭＩＭ（Metal Injection Molding）により一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクルなどに使用する電動弁に関し、詳細には圧力バランス型の電動弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電動弁として、例えば特開２０００−３２０７１１号公報（特許文献１）及び特許第３６７２３８０号公報（特許文献２）に開示されたものがある。図５は特許文献２と同等な従来の電動弁の縦断面図である。この従来の電動弁は、弁本体ａとステッピングモータｂを備えている。弁本体ａには一次側ポートａ１、二次側ポートａ２、弁室ａ３、ガイド取付孔ａ４がそれぞれ形成されている。ガイド取付孔ａ４には円筒状の弁ガイドｃが嵌合され、弁ガイドｃ内には弁部材ｄの弁体ｄ１が摺動自在に配設されている。一次側ポートａ１には一次側継手管ｅ１が連通され。二次側ポート（弁ポート）ａ２には二次側継手管ｅ２が連通されている。弁部材ｄは連結棒ｆに保持され、連結棒ｆはステッピングモータｂのマグネットロータｂ１に連結されている。
【０００３】
弁ガイドｃは、円筒状のガイド部ｃ１と蓋部ｃ２を一体に形成したものであり、蓋部ｃ２には、連結棒ｆが貫通する雄ネジ軸ｃ３が固着されている。そして、雄ネジ軸ｃ３にはステッピングモータｂのマグネットロータｂ１に固着された雌ネジ部材ｂ２が螺合されており、ステッピングモータｂの駆動により、連結棒ｆと弁部材ｄが上下動し、二次側ポートａ２の周囲の弁座部ａ５に対して弁部材ｄが離座／着座する。弁部材ｄは略円筒状の弁体ｄ１と、弁ガイドｃに摺接する椀型パッキンｄ２を備えている。弁体ｄ１の弁座部ａ５側端部にはテーパ面ｄ１１を有するニードル部ｄ１２を備えている。
【０００４】
また、弁ガイドｃ内の弁部材ｄと蓋部ｃ２との間の空間は背空間ａ３１とされ、この背空間ａ３１は弁部材ｄの内部を介して二次側ポートａ２に導通されている。これにより、弁部材ｄの正面に作用する流体圧力と背空間ａ３１の流体圧力との圧力バランスがとれ、弁部材ｄを上下動させるときのステッピングモータｂの駆動力を軽減するようにしている。
【０００５】
図６は上記従来の電動弁の組み付け工程の要部を示す図である。まず、図６(A) のように弁部材ｄと連結棒ｆとからなる組み付け品を形成する。次に、図６(B) のように、弁ガイドｃの内部からこの弁ガイドｃと一体となる蓋部ｃ２に連結棒ｆを挿通し、弁部材ｄを弁ガイドｃ内に挿通する。そして、図３(C) のように弁ガイドｃを弁本体ａのガイド取付孔ａ４内に嵌合し、蓋部ｃ２を弁本体ａにねじ込む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３２０７１１号公報
【特許文献２】特許第３６７２３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の電動弁では、弁座部ａ５に着座する弁体ｄ１のニードル部ｄ１２にテーパ面ｄ１１を形成するとともに。圧力バランスをとるために、弁座部ｄの二次側ポートａ２の内径と、椀型パッキンｄ２が摺接する弁ガイドｃのガイド面ｃ１の内径とをほぼ同寸にしている。このため、弁体ｄ１のニードル部ｄ１２の外径をガイド面ｃ１の内径より大きくし、かつ、弁本体ａのガイド取付孔ａ４の内径をニードル部ｄ１２の外径より大きくする必要がある。
【０００８】
したがって、弁本体ａに均圧路を設けるのが困難となっている。また、弁部材ｄに対する背空間ａ３１は弁ガイドｃで覆われているため、この背空間ａ３１と二次側ポートａ２とを導通する均圧路を弁部材ｄの内側に設ける必要がある。このため、通路面積の小さな均圧路となってしまう。均圧路の通路面積が小さいと圧力バランスが崩れやすいという問題がある。また、二次側から一次側へのウォーターハンマーが発生したときに弁部材ｄが浮きやすくなるという問題がある。
【０００９】
本発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたものであり、圧力バランス型の電動弁において、弁部材に対する背空間と二次側ポートとを導通する均圧路を通路断面積の大きなものとすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の電動弁は、弁室が形成された弁本体と、前記弁本体内に配設された円筒形状の弁ガイドと、前記弁ガイド内に摺動可能に配設されるとともに弁座により画定される弁ポートを開閉する弁部材と、前記弁本体に取り付けられた電動モータと、前記弁部材を保持するとともに前記電動モータに連結された弁棒とを備え、電動モータにより前記弁棒と前記弁部材を軸線方向に移動して前記弁部材で前記弁ポートを開閉するとともに、弁部材に設けられたシール部材により、前記弁室の前記弁部材に対する背空間の流体圧力と弁ポートの流体圧力との圧力バランスをとるようにした電動弁において、前記弁ガイドの軸線に対する側部に一次側ポートを画定する円環状の結合部が形成されるとともに、該弁ガイドの二次側ポートに対向する開口端部に弁ポートを画定する弁座部が形成され、該弁座部は前記弁ポートの周囲で該弁ガイドの内側に向くテーパ形状の着座面を有し、前記弁部材の前記弁ガイドに摺接触される弁体が、該弁ガイドの前記弁座部と反対側から該弁ガイドのガイド面内に挿通可能で外周端部が前記着座面に当接可能な円筒状の弁体であり、前記弁本体の前記弁室内に前記弁ガイドが配置されるとともに、該弁本体に設けられた一次側継手管に前記一次側ポートを導通するようにして、前記結合部を介して前記弁ガイドが弁本体と一体に形成されていることを特徴とする電動弁。
【００１１】
請求項２の電動弁は、請求項１に記載の電動弁であって、前記弁ガイドと前記弁本体とが、前記結合部にてろう付けまたはＭＩＭ（Metal Injection Molding）により一体に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の電動弁によれば、弁室内で、弁ガイドが結合部にて一次側ポートを介して一次側継手管に連通するように弁本体に対して一体に固着されているので、弁ガイドの背空間に固定用のネジ等の余分な部材がないので、弁室を利用して背空間に連通する通路面積が大きな均圧路を構成することができる。
【００１３】
請求項２の電動弁によれば、請求項１の効果に加えて、弁ガイドと弁本体とを容易に一体化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態の電動弁の弁閉状態の縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態の電動弁の要部拡大断面図である。
【図３】本発明の実施形態の電動弁の組み付け工程の一部を示す図である。
【図４】本発明の実施形態の電動弁における弁座の摩耗時の作用を従来例と比較して説明する図である。
【図５】従来の電動弁の一例を示す縦断面図である。
【図６】従来の電動弁の組み付け工程の一部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明の電動弁の実施形態を図面を参照して説明する。図１は実施形態の電動弁の弁閉状態の縦断面図、図２は同電動弁の要部断面図である。なお、以下の説明における「上下」の概念は図１及び図２の図面における上下に対応する。この実施形態の電動弁は、円筒形状の弁本体１を有しており、弁本体１には円筒シリンダ状の弁室１Ａが形成されている。弁室１Ａ内には中空円筒状の弁ガイド２が配設されている。弁ガイド２には一次側ポート１１ａが形成され、この一次側ポート１１ａは弁本体１の側面を貫通する一次側継手管１１に連通している。また、弁室１Ａの軸線Ｌ方向の下端部には二次側ポート１ａが形成され、この二次側ポート１ａは二次側継手管１２に連通している。
【００１６】
弁ガイド２の二次側継手管１２側の端部には弁座部２１が形成され、この弁座部２１は、弁ガイド２内と弁室１Ａとを導通する円形の弁ポート２１ａを画定している。弁ポート２１ａの開口周にはテーパ状の着座面２１ｂとされ、この着座面２１ｂに後述の弁体３１が着座する。また、弁ガイド２は一次側ポート１１ａの外周をなす円環状の結合部２２を有している。そして、この弁ガイド２は、結合部２２を継手管１１に嵌合するとともに弁室１Ａの下部内壁に当接させた状態で、弁本体１に対してろう付けにより一体に固着されている。なお、弁本体１と弁ガイド２は、例えばＭＩＭ（Metal Injection Molding ）などで、一体に成形したものでもよい。
【００１７】
弁ガイド２内には弁部材３が摺動可能に配設されている。弁部材３は弁ガイド２の内周のガイド面２ａに摺接し、弁ガイド２に対して軸線Ｌ方向に摺動可能となっている。弁部材３は中空円筒形状の弁体３１を有し、この弁体３１は弁ガイド２のガイド面２ａに摺接する外周面３１ａを有している。また、弁体３１内には軸受３２を備えている。弁体３１は軸受３２を介して連結棒４によって保持される。軸受３２の内輪は、ある程度の遊びを有する状態で連結棒４に装着され、外輪もある程度の遊びを有する状態で弁体３１に装着される。
【００１８】
また、弁体３１の内部において、軸受３２の外輪と弁体３１の内壁に形成されたばね受け３３ａとの間には、第１のコイルばね３３が装着され、弁体３１を弁座部２１の方向に付勢している。また、軸受３２の内輪と連結棒４の間には、上方ばね受け３４ａと、連結棒４の下端部に取り付けられた下方ばね受け３４ｂとを介して、第２のコイルばね３４が装着され、連結棒４を軸受３２の内輪の方向に付勢している。また、弁体３１の上部円筒部３１ａには、弁体３１の周面と弁ガイド２のガイド面２ａとの間をシールするシール部材である椀型パッキン３５が装着されており、弁ガイド２内を弁部材３が移動する際に、弁ガイド２内を摺動する。
【００１９】
連結棒４は、弁本体１の上部を蓋する蓋部材５と、この蓋部材５に固着された雄ネジ軸５１を貫通して「電動モータ」としてのステッピングモータ６まで延設されている。なお、蓋部材５には複数の導通孔５ａが形成され、この導通孔５ａを通じて冷媒等の流体が弁室１Ａからステッピングモータ６内に流入することができる。連結棒４は、断面円形の棒状に形成されている。雄ネジ軸５１は外周に雄ネジ部５１ａを有するとともに軸線Ｌ上に貫通孔５１ｂを有しており、連結棒４は貫通穴５１ｂ内を軸線Ｌ方向に摺動可能となっている。また、連結棒４の最上部には、第３のコイルばね４３を受けるばね受け４３ａが取り付けられている。
【００２０】
弁本体１の上端には、固定部材１３を介してステッピングモータ６のケース６１が溶接等によって気密に固定されている。ケース６１内には外周に着磁部６２ａを備えたマグネットロータ６２が回転可能に設けられている。また、マグネットロータ６２と前記ばね受け４３ａとの間には、コイルばね４３が装着され、連結棒４を雌ねじ部材６３側に付勢している。また、ケース６１の外周には、ステータコイル６４が配設されており、ステッピングモータ６は、ステータコイル６４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６２を回転させる。なお、なお、ケース６１の天井部には、螺旋ガイド線体７１と、マグネットロータ６２の竿６２ｂにより蹴り回される可動ストッパ部材７２による回転ストッパ機構７がが設けられている。
【００２１】
以上の構成により、ステッピングモータ６の駆動により、雄ネジ軸５１と雌ねじ部材６３のネジ送り機構により連結棒４と弁部材３が軸線Ｌ方向に上下動し、弁体３１が弁ガイド２にガイドされ、弁ガイド２に形成された前記弁座部２１に対して離座／着座する。これにより、弁ポート２１ａが開閉される。また、弁体３１が弁座部２１に着座したとき、弁体３１の外周面３１ａの弁座部２１側の端部が着座面２１ｂに当接する。
【００２２】
弁室１Ａにおいて、弁部材３の蓋部材５側の空間は弁部材３に対する背空間１Ａ１となっている。また、弁室１Ａ内において、弁ガイド２の周囲は通路面積の大きな均圧路１Ａ２となっている。これにより、二次側ポート１ａ及び弁ポート２１ａにおける流体の圧力と、背空間１Ａ１における流体の圧力は、均圧路１Ａ２により常時均圧される。また、二次側ポート１ａ及び弁ポート２１ａにおける流体の圧力の変化は、瞬時に背空間における流体の圧力として伝達される。
【００２３】
また、弁体３１の外径Ｄ１と椀型パッキン３５が摺接触する弁ガイド２の内径Ｄ２はほぼ同寸となっている。したがって、弁部材３の正面に作用する流体圧力と背空間１Ａ１の流体圧力との圧力バランスがとれ、ステッピングモータ６の駆動力を軽減することができる。そして、均圧路１Ａ２は通路面積が大きいので、圧力バランスが取りやすくなっている。
【００２４】
図３は実施形態の電動弁の組み付け工程の要部を示す図である。まず、図３(A) のように弁部材３と連結棒４とからなる組み付け品を形成する。次に、図３(B) のように、弁部材３の部分を、弁本体１と一体となった弁ガイド２の弁座部２１と反対側からガイド孔２ａ内に挿通する。そして、図３(B) のように雄ネジ軸５１に連結棒４を挿通し、蓋部材５を弁本体１にねじ込む。
【００２５】
このように、弁室１Ａ内で、弁ガイド２が、一次側ポート１１ａを介して一次側継手管１１に連通するように弁本体１に対して一体に固着されているので、従来のように弁ガイド２の蓋部材５側を固定する必要がない。すなわち、弁ガイド２と蓋部材５との間に従来のネジ部材のような余分な部材がない。したがって、弁ガイド２の周囲の弁室１Ａを利用して、背空間１Ａ１に連通する通路面積が大きな均圧路１Ａ２を構成することができる。
【００２６】
弁体３１は従来のようなニードル部を持たない円筒形状となり、弁座２１側にテーパ状の着座面２１ａが形成されている。これにより、弁座２１の摩耗時でも圧力バランスを安定化することができる。３１は例えばステンレス製、弁座２１（弁ガイド２）は例えば真鍮製であり、当該電動弁の長期使用により弁座２１が摩耗することがある。図４(A) に示すように、弁座２１の摩耗前では、弁体３１の着座時の弁体３１と弁座２１の接触部分の径すなわちシール径Ｄ１は前記弁体３１の外径Ｄ１そのものである、また、弁座２１の摩耗時であってもシール径Ｄ１は摩耗前と同じであり、弁座２１のが摩耗しても圧力バランスが変化することがない。
【００２７】
一方、図４(B) に示すように、従来の弁座ａ５の摩耗前ではシール径Ｄ２であるが、弁座ａ５の摩耗時にはシール径Ｄ２′に変化してしまう。少なくとも弁座ａ５とニードル部ｄ１２との接触部はｘの範囲内で不定となり、圧力バランスに変化が生じてしまう。このような圧力バランスの変化は、実施形態の弁体３１では生じない。
【符号の説明】
【００２８】
１      弁本体
１Ａ    弁室
１Ａ１  背空間
１Ａ２  均圧路
２      弁ガイド
２ａ    ガイド面
２１    弁座部
２１ａ  弁ポート
２１ｂ  着座面
３      弁部材
３１    弁体
４      連結棒
５      蓋部材
５１    雄ネジ軸
６      ステッピングモータ（電動モータ）
６２    マグネットロータ
６３    雌ネジ部材
Ｌ      軸線
【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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