(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒および冷凍機油を流体とする冷凍サイクル用流体制御弁であって、流入路と流出路を有する前後方向に分割可能なハウジングと、後側のハウジングに外付けされた駆動源と、前記流路を通過する流体の流量を制御する針状の弁体を有する弁軸と、流体のハウジング外部への流出を防ぐため前記弁軸に配置されたシール材とを備え、前記弁軸は、前記弁体を有する前部側のシャフトと、後部が前記駆動源に連結された後部側のシャフトとからなり、前記前部側のシャフトは前記後部側のシャフトに対し軸方向に移動自在に連結され、前記前部側のシャフトにおいて、前記駆動源からの回転駆動を水平駆動に変換するねじ形成部が設けられ、前記後部側のシャフトに装着された前記シール部材は、前記ねじ形成部よりも後部側にあるシール溝であって、前側のハウジングの後端面側に形成されたシール溝に設置され、前記シール材は少なくとも水素化ニトリルゴムを主成分とされ、流体の圧力が最大３０ｋｇ／ｃｍ２であることを特徴とする流体制御弁。
【請求項２】
代替冷媒および冷凍機油を流体とする冷凍サイクル用流体制御弁であって、流入路と流出路を有する前後方向に分割可能なハウジングと、後側のハウジングに外付けされた駆動源と、前記流路を通過する流体の流量を制御する針状の弁体を有する弁軸と、流体のハウジング外部への流出を防ぐため前記弁軸に配置されたシール材とを備え、前記弁軸は、前記弁体を有する前部側のシャフトと、後部が前記駆動源に連結された後部側のシャフトとからなり、前記前部側のシャフトは前記後部側のシャフトに対し軸方向に移動自在に連結され、前記前部側のシャフトにおいて、前記駆動源からの回転駆動を水平駆動に変換するねじ形成部が設けられ、前記後部側のシャフトに装着された前記シール部材は、前記ねじ形成部よりも後部側にあるシール溝であって、前側のハウジングの後端面側に形成されたシール溝に設置され、前記シール材は少なくとも水素化ニトリルゴムを主成分として、有機過酸化物を架橋させたものであり、前記流体の圧力が最大４５ｋｇ／ｃｍ２であることを特徴とする流体制御弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体、気体等の流体が流れる通路（流路）の流路抵抗を制御することで、前記流路を流れる流体の流量を調整したり、前記流路の方向切換えに用いられる流体制御弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、液体、気体等の流体が流路を流れるとき、その流量を調整するために種々の流体制御弁が用いられてきた。
【０００３】
特開平３−２６０４８２号公報に開示された従来例を図１０に示す。図１０には非磁性体からなるケース１００の外周部に固定したモータ１０１の固定子コイル１０１ａへの通電により、弁軸１０２と一体的に形成したモータの回転子１０３を回転させ、この回転を推進軸受１０４により弁軸の直線運動に変換させて、弁体１０６の上下動により、弁座１０５の開口度を制御する電動弁が開示されている。
【０００４】
特開平９−７９４０９号公報に開示された従来例を図１１に示す。本開示例では、絞り弁の機能を有す電動弁と四方切換弁を複合化した制御弁が開示されている。（四方切換弁部については、説明を略する。）ここには、弁体２５１を移動させ、弁口２０８の開口度を調整することで、開口部２１８と開口部２２０を流通する冷媒の流量調整を行う制御弁であり、前記弁体２５１の上部に設けられたチャンバー２６２と下部の開口部２２０とを連通する均圧孔２５６を弁体２５１の内部に設け、弁体２５１の上下の圧力を概ね一致させることで、弁体２５１の作動力を軽減するものである。弁体２５１には、チャンバー２６２、均圧孔２５６及び開口部２２０の圧力と、開口部２１８の圧力とを隔てるための、パッキン２６１が設置してある。
【０００５】
特開平８−９３９３３号公報に開示された従来例を図１２に示す。本開示例では、給湯器用の制御弁として、流出路３００と複数の流入路３０１、３０２を有するハウジング３０３と、前記ハウジング内部に回動可能に設けられた略円筒形の側面に複数の入口孔３０４（他は省略されている。）および、端面に出口部３０５を有し、シリンダ部３０６と摺動する円筒部３０７の直径よりも細い直径の軸シール部３０８を有する弁体３０９と、弁体の出口部の端面と対向して形成された弁座３１０、前記弁体を回転駆動するモータ３１１を設けた制御弁が開示されている。
【０００６】
特開平９−２５７１４７号公報に開示された従来例を図１３に示す。本開示例では、オリフィス４１４を開閉する弁部材４５２を取付けたステム（弁軸）４５０が弁ホルダ４２０内部で摺動自在に設置されてなり、前記ステム４５０の外周にＯ−リング４６４が取付けられており、ステム４５０はドライバ４７０を介してステッピングモータ４８０に連動される構成の電動弁が開示されている。
【０００７】
実開昭６２−９８８７２号公報に開示された従来例を図１４に示す。本開示例では、高圧導入口５０１、低圧導入口５０２およびこの低圧導入口の両側にそれぞれ隣接された導口５０３、５０４を形成した弁本体５００と、前記弁本体５００内部に摺動自在に設けられ選択的に前記高圧導入口５０１と前記５０３、５０４のいずれか一方の導口とを連通させるとともに低圧導出口５０２と他方の導口とを連通させる弁体５０５とを具備し、さらに別の電磁弁５１０と弁本体５００とを金属細管５２１〜５２３を用いて接続し、電磁弁をＯＮ／ＯＦＦすることで、前記弁体５０５を作動させるパイロット駆動方式の四方切換弁が開示されている。
【０００８】
特開平９−１４４９２６号公報に開示された従来例を図１５に示す。本開示例では、モータ６０１を内臓した上部カバー６０２の下部に駆動マグネット６０４をモータ軸６０３に固設し、その下部に従動マグネット６０４ａ、減速装置６０８および弁体６０９を内蔵し、前記減速装置６０８の底面に複数の導管６１１、６１２、６１３、６１４（６１４は不図示）を設置した密封式方向制御弁（四方弁）が開示されている。
【０００９】
この例では、弁座６１０と導管６１１〜６１４のロウ付け作業の際の水没時に、モータ６０１内部への水の進入を防ぐために上部カバー６０２と下部カバー６０６が着脱自在に構成されている。しかしながら着脱自在であり、かつ冷媒の漏れを防止する必要性から、シャフト（モータ軸）６０３とシャフト（弁軸）６０７は下部カバー６０６を挟んで分離されており、それぞれの先端に固設された駆動マグネット６０４と従動マグネット６０４ａを磁気的に連動させることで、弁体６０９を回転駆動している。
【００１０】
特開平８−２８５１０１号公報に開示された従来例を図１６に示す。ここでは、円筒状のハウジング７１０と、前記ハウジングの内側に回動自在に挿入される弁体７５０を有し、ハウジング７１０には、Ａ−Ａ断面上に９０度毎に配設される４個のポート７２１、７２２、７２３、７２４（７２１、７２３、７２４は不図示）と、Ｂ−Ｂ断面上に９０度毎に配設される４個のポート７３１、７３２、７３３、７３４（７３１、７３３、７３４は不図示）を有し、弁体７５０は円柱部７５２と前記円柱部の上下に形成される平板部７５４、７５６有し、ステッピングモータ７７０で９０度毎に回動される。前記ステッピングモータ７７０はハウジング７１０に対してナット７７６を介して取付けられ、その出力軸７７２と弁体７５０が先端の駆動部７７３で連動する構成の四方切換弁が開示されている。７１２は弁座であり、ハウジング７１０の下部にＯ−リング７６４等で固定シールされている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ルームエアコンやパッケージエアコン等の空調機の場合、冷凍サイクルから冷媒の漏れが生じると、空調機の性能低下を引き起こし、故障の原因にもなる。したがって、冷凍サイクル外への冷媒の漏れを極力防止するために、シール構造は極めて信頼性の高いものが要求され、特開平３−２６０４８２号公報に開示のシール構造が採られている。この開示例では、非磁性体のケースを弁ボディと溶接等で固定することによってシールし、流体が弁装置外部へ漏れることを防止している。
【００１２】
しかしながら、回転子はケース内部に設けられており、固定子はケース外部に設けられているため、弁装置専用の極めて特殊な構造のモータとなっている。そのためモータの形状が大きくなり配管スペースに無駄が生じる、製造工程が複雑であり大型であるためコストが高くなる、と言う問題点があった。
【００１３】
また、回転子をはじめとしてケース内部に設けられた部品が常に流体（冷媒と冷凍機油）の中に浸かっており、その部分で流体は圧力が３〜３０ｋｇ／ｃｍ2、温度が−２０〜＋８０℃の範囲で変化するので、回転子の経時変化、コンプレッサの摺動により発生し、冷媒中に存在する摺動粉等の汚染物（以下コンタミネーションと称す。）、あるいは潤滑油に存在する不純物等の影響等による回転子の作動性の悪化の問題、回転子と固定子がケースを間に挟んで設置されているため両者の距離が離れており、その結果モータの消費電流が大きくなり、空調機の運転コストを高くした、等の問題点があった。
【００１４】
特開平９−７９４０９号公報に開示された従来例の制御弁では、パッキン２６１のシール性が悪く漏れが生じる場合、開口部２１８とチャンバー２６２とがシールの漏れ部分により連通し、開口部２１８→弁口２０８→開口部２２０のルート以外に、開口部２１８→シール漏れ部→チャンバー２６２→均圧口２５６→開口部２２０のルートにも冷媒が流れ、弁部の絞り性能を悪化させる。さらに、シールが不能になると絞り弁の機能を全く果たせなくなる。したがってシール材には、極めてシール性、信頼性の高い材料が要求される。
【００１５】
特開平８−９３９３３号公報に開示された従来例の制御弁では、駆動源としてハウジング３０３外部からモータ３１１を装着し、弁軸の軸シール部３０８の周囲に環状の軸シール材３１２を設置することで流体と外部の軸シールを行っている。
【００１６】
特開平９−２５７１４７号公報に開示された従来例の電動弁も、駆動源として弁ホルダ４２０の外部からモータ４８０を装着し、ステム（弁軸）４５０の周囲に環状のＯ−リング４６４を設置することで流体と外部との軸シールを行っている。
【００１７】
これら特開平８−９３９３３号公報ならびに特開平９−２５７１４７号公報の開示例によれば、流体は軸シール部でシールされ、モータ内部の回転子等が直接流体と接することはない。
【００１８】
しかしながら、上記特開平８−９３９３３号公報ならびに特開平９−２５７１４７号公報の開示例における制御弁あるいは電動弁を空調機等の冷媒を流体とする冷凍サイクル等で用いようとすると次のような問題点が生ずる。
【００１９】
制御弁あるいは電動弁の軸シール（摺動部）にゴムシールを用いようとする場合、信頼性が低くシール材が早期に劣化するようであれば冷媒の漏れが生じ、空調機の性能低下を引き起こすばかりでなく、空調機の致命的な故障となることもある。
【００２０】
また仮に、定期的なメンテナンスによって劣化前にシール材の交換を行うことを想定しても、冷凍サイクルを一度開けてしまうと、冷媒の漏れが必ず生じるので、空調機の性能低下を引き起こす。
【００２１】
特に、近年のインバータ制御の導入により、冷媒の流量調整を極め細やかにする必要があり、弁軸を何回転も回転しながら、弁座の開口度を徐々に調整する制御弁が多く用いられている。このような用途の制御弁では、弁軸の回転摺動や軸方向摺動が頻繁にあり、摺動による軸シール材と弁軸の摩擦によって軸シール材の摩耗が生じ、冷媒の漏れが予測され、これまで空調機の制御弁の摺動部にゴムシール材が用いられた例はない。
【００２２】
実開昭６２−９８８７２号公報に開示された従来例の四方弁では、弁体５０５を駆動するのに大きな駆動力を必要したので、別の電磁弁５１０と弁本体５００とを金属細管５２１〜５２３を用いて接続し、電磁弁をＯＮ／ＯＦＦすることで、弁体を作動させるパイロット方式を用いていた。
【００２３】
例えば、高圧導入口５０１から弁本体５００内部に流入した冷媒圧は最大で３０ｋｇ／ｃｍ2程度である。図示した状態の場合、導口５０３と低圧導入口５０２での冷媒圧は５ｋｇ／ｃｍ2程度であるため、弁体５０５は差圧２５ｋｇ／ｃｍ2で弁座５０３に押圧される。この場合に、弁体５０５の摺動に必要な駆動力は７．５ｋｇｆ程度になる。これに対し、電磁弁５１０の場合、金属細管の径をφ２ｍｍ、間隔を２ｍｍとし、２本分の移動（６ｍｍ）を考慮すると、ソレノイドの巻数：１０００ターン、駆動電流：１Ａの場合で発生力は、０．２２ｋｇｆとなる。このように非常に小さいため、弁体を直接駆動することが出来ない。
【００２４】
したがって、冷媒の漏れを極力防止するために、金属細管と弁本体あるいは電磁弁との接続部分は溶接、ロウ付け等で強固にシールされ、また電磁弁の鉄心部分５１１も金属ケース５１２等で覆う必要があった。また、パイロット構造のため弁本体５００以外に電磁弁５１０や金属細管５２１〜５２３が必要となるために、形状が大きくなり配管スペースに無駄が生じる、製造工程が複雑であり大型であるためコストが高くなると言う問題点があった。さらに、弁体５０５の位置を保持するために電磁弁５１０に常時通電する必要があり、空調機の運転コストを高くした等の問題点があった。
【００２５】
特開平９−１４４９２６号公報に開示された従来例の四方弁では、下部カバー６０６内部の冷媒をシールする必要性から、シャフト（モータ軸）６０３またはシャフト（弁軸）６０７が下部カバー６０６を貫通できず、分離された複雑な構成となっている。また両者を磁気的に連動するために、マグネット６０４、６０４ａを用いているので、製造工程が多く、コストも高いと言う問題点があった。
【００２６】
特開平８−２８５１０１号公報に開示された従来例の四方弁では、ハウジング７１０とステッピングモータ７７０を、ナット７７６を介して取付けているので、ナットのねじ部７７７を伝わって冷媒が漏れるため、シール性が極めて悪い。また、出力軸７７２の周囲から、ステッピングモータ７７０内部に冷媒が容易に浸入し、ステッピングモータ７７０の性能を低下させると言う問題点があった。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明の流体制御弁は、上述の課題を解決するために、水素化ニトリルゴム（以下、水素化ＮＢＲ）を主成分とする軸シール材でシールを行っている。さらに、水素化ＮＢＲの化学構造は、ＮＢＲと基本的には同種の化学構造であるが、これはモノマーのランダム共重合体であり、ＮＢＲの２重結合の一部が水素添加によって高度に飽和化されたエラストマであるため、薬品中での分解がＮＢＲ等に比べ極めて少なく、さらに耐熱性、耐摩耗性、耐油性、摺動性、強度等を併せ持つことで他のゴム材料（ＮＢＲ、ＣＲ）より優れている。さらに、上述の課題を解決するために、特に水素化ＮＢＲを主成分とするゴム材料の中でも有機過酸化物を架橋させた種類のものを軸シール材として用いることを特徴としている。有機過酸化物としては、ジクミルパーオキサイド、ジ第３ブチルパーオキサイド、第３ブチルクミルパーオキサイド、および前記パーオキサイドとヘキサン、ベンゼン、イソプロピルカーボネート、バレレート等の化合物がある。
【００２８】
また、流体制御弁は、代替冷媒で用いられることを特徴としている。水素化ＮＢＲでは全酸化量が他のゴム材料に比べ極めて少ないので、冷凍機油の加水分解が極めて少なく、潤滑性を落とさない作用がある。特に、代替冷媒で用いられる冷凍機油（ＰＯＥ）の加水分解が極めて少ない。
【００２９】
そして、弁内部には、前記弁軸と一体的に形成された針状弁体を有し、弁外部においては、駆動源を弁軸に連動させて設置している。
【００３０】
上述の構成によれば、本流体制御弁の制御対象となる流体（冷媒等）は、前記軸シール材でシールされる。駆動源の回転に伴う弁軸の回転が、ねじ形成部で直進運動に変換され、前記針状弁体が軸方向に駆動される。針状弁体は軸方向の駆動により弁座の開口度を制御し、流体の流量を調整する。
【００３１】
また、流体制御弁は、上述の課題を解決するために、図７に示すように、弁内部には摺動弁体を有し、弁外部においては、駆動源を弁軸に連動させて設置している。前記摺動弁体は、複数の導口の内少なくとも２つを連通させるように摺動するよう構成されている。
【００３２】
上述の構成によれば、本流体制御弁の制御対象となる流体（冷媒等）は、前記軸シール材でシールされる。駆動源の回転に伴う弁軸の回転により、前記摺動弁体が軸方向に摺動される。これによって、流入した流体の流出方向を切換えることが可能である。
【００３３】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
本発明の第１の実施の形態について図１（ａ）、（ｂ）、図２、３、６、表１、２を用いて説明する。
本実施の形態に係る流体制御弁を、図１（ａ）に示す。針状弁体１を有する弁軸２の回転が、弁軸２に形成したおねじと推進軸受１２に形成しためねじにより構成されるねじ形成部１０で直進運動に変換され、軸方向に可動することによって、前記針状弁体１が弁座３の開口度を制御する流体制御弁である。
【００３４】
弁軸２には水素化ニトリルゴムを主成分とするＯ−リングからなる軸シール材５が装着されてなり、前記軸シール材５より大気側に突出した弁軸２の後部には、図１（ｂ）（図１（ａ）のＡ矢視図）に示すスリット状の溝２ａを設け、前記溝２ａにモータ９の出力軸９ａが挿入され、弁軸２が出力軸９ａに対し、移動自在に挿入される形態で連動するよう構成されている。図２、３に示す様に、モータ９の出力軸９ａの回転とともに弁軸２も同方向に回転すると、ねじ形成部１０で直線運動に変換されることにより、例えばモータ９が正回転であれば弁軸２は紙面左方向に移動し針状弁体１が弁座３の開口度を狭め、モータ９が逆回転であれば弁軸２は紙面右方向に移動し針状弁体１が弁座３の開口度を広げることより流量を制御する。軸シール材５の形状は、Ｏ−リングに限るものではなく、他の形状であっても良い。
【００３５】
バルブ筐体４には、弁座３と推進軸受１２が圧入あるいは螺合されてなり、バルブ筐体４は円筒部６とビス８で固定され、モータ９はビス７で円筒部６と外付け固定される。ここで、針状弁体１を含む弁軸２ならびに、弁座３はステンレスで、推進軸受１２は青銅系軸受材、バルブ筐体４、円筒部６は真鍮で構成されているが、これに限るものではない。
【００３６】
前記推進軸受１２の後端面側には、軸シール材５を設置するシール溝１３が形成されており、軸シール材５は前記シール溝１３と円筒部６と弁軸２で囲まれる環状の領域で変形し、流体が外部に漏れることを防止する。
【００３７】
図６に示すように、水素化ＮＢＲ２２は、ＮＢＲ２１と基本的には同種の構造であり、すなわちモノマーのランダム共重合体であるが、ＮＢＲの２重結合２３ａ、２３ｂの一部分が水素添加によって高度に飽和化されたエラストマであるため、耐薬品性に優れ、フロン等の冷媒中でも分解が少なく、シール材として劣化が少ない。
【００３８】
図２、３に示すように、弁軸２は軸シール材５に対し、正・逆の回転と軸方向に摺動するので、軸シール材５の摺動面が劣化し難いことがシール性を向上する１つの要素になる。ここで表１に水素化ＮＢＲ、ＮＢＲ、及びＣＲのアクロン摩耗試験結果を示す。
【００３９】
【表１】
0004015769.tif 000002
【００４０】
水素化ＮＢＲはＮＢＲやＣＲに比べ摩耗指数が大きく、極めて摩耗し難い結果となっており、軸シール材として摺動が頻繁に生ずる用途で用いた場合でもシール面の摩耗が少なくシール性が良い。
【００４１】
また、水素化ＮＢＲを主成分とするゴム材料は他のゴム材料に比べて摺動性が良いので、摺動部でのトルク、推力等のロスが極めて少ない。
【００４２】
また、冷媒に対する耐性ならびに高圧に対する強度、寿命等の点で軸シールが概ね完全に行えることから、駆動源は市販のステッピングモータ等を外付けできる。ステッピングモータは、低消費電流で小型サイズのものが利用出来る。
【００４３】
表２にステッピングモータの比較を示す。
【００４４】
【表２】
0004015769.tif 000003
【００４５】
本実施の形態で用いたステッピングモータは図１０に示すような従来例のモータ部分と比べて、消費電流が格段に低減されサイズも小型化している。しかも、図１０の従来例に比べ、消費電流が小さい割に、プルイントルクが大きいので駆動源として有利である。また、モータ内部の回転子や他の部品類が冷媒や冷凍機油に直接浸かることがなくなり、モータの劣化によるバルブ装置の作動性の低下、流量特性の経時変化が防止でき長寿命となる。
【００４６】
〔実施の形態２〕
本発明の第２の実施形態について表３、４を用いて説明する。
基本的な構造は実施の形態１と同様なので、構造については図１（ａ）、（ｂ）を引用する。
【００４７】
水素化ＮＢＲを主成分とするゴム材料の中でも特に有機過酸化物を架橋させた種類のものは、強度、耐油性においても優れている。ここで、有機過酸化物としては、ジクミルパーオキサイド、ジ第３ブチルパーオキサイド、第３ブチルクミルパーオキサイド、および前記パーオキサイドとヘキサン、ベンゼン、イソプロピルカーボネート、バレレート等の化合物があるがこれに限るものではない。
【００４８】
表３に水素化ＮＢＲの引張強度をＮＢＲ及びＣＲのゴム材料と比較して示す。
【００４９】
【表３】
0004015769.tif 000004
【００５０】
表３より、他のゴム材料に比べ引張強度が大きいことから、高圧による変形に対しても永久歪みが少なく、冷媒圧に対するシール性が良い。特に、代替冷媒（Ｒ４１０Ａ，Ｂ等）では運転時の圧力が現行冷媒の約１．５倍（４５ｋｇ／ｃｍ２）と高圧であり、このような高圧で使用される冷媒用のシール材としても特に有効となる。
【００５１】
冷媒圧に対するシール性が良いことは、他のゴム材料に比べ線形が細いシール材であっても、良好なシール性を有することができ、シール材の体積が小さくなるので、シール材からの冷媒ガスの透過が格段に少なくなる。
【００５２】
また、表４に水素化ＮＢＲのスプリング強度（Ｈｓ）をＮＢＲ及びＣＲのゴム材料と比較して示す。
【００５３】
【表４】
0004015769.tif 000005
【００５４】
この結果より、スプリング強度が大きいことから、他のゴム材料を用いる場合よりも、低圧側すなわち、弁軸２と円筒部６の間のクリアランス部分１３ａへの軸シール材５のはみ出しが少なく、冷媒圧に対するシール寿命が良い。特に高圧で使用される冷媒に対し顕著である。したがって、前記の代替冷媒に対しても長寿命の軸シール材として特に有効となる。
【００５５】
シールの寿命が長いことは、他のゴム材料に比べ線形が細いシール材であっても、長期に渡って良好なシール性を有することができ、シール材の体積が小さくなるので、シール材からの冷媒ガスの透過が格段に少なくなる。
【００５６】
〔実施の形態３〕
本発明の第３の実施形態について表５を用いて説明する。
表５は、水素化ＮＢＲの冷凍機油に対する全酸化量（ｍｇＫＯＨ／ｇ）を示している。
【００５７】
【表５】
0004015769.tif 000006
【００５８】
冷媒には代替冷媒Ｒ４０７Ｃ、冷凍機油には前記代替冷媒用候補であるＰＯＥを用い、この全酸化量は、加水分解による酸の量をＫＯＨを標準として中和滴定し、消費したＫＯＨ量で表わしている。水素化ＮＢＲでは全酸化量が他のゴム材料に比べ極めて少ないので、冷凍機油の加水分解が極めて少ないと考えられる。すなわち、冷凍機油の粘度低下が少なく、潤滑性を落とさないので、コンプレッサの摩耗や、針状弁体１と弁座３の接触時の摩耗、ねじ形成部１０の摩耗等が極めて少なくなり、これらの部品、部分の寿命を向上させる。  また、冷媒中のコンタミネーションが少なくなるので弁体１、弁座３間の閉塞、ねじ形成部１０の閉塞が極めて減少する。
【００５９】
代替冷媒としては他に、Ｒ４１０Ａ，Ｂ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ５０７Ｃ等があり、これらに用いられる冷凍機油候補であるＰＯＥ、ポリビニルエーテル（ＰＶＥ）等に対しても特に有効である。
【００６０】
冷凍機油の粘度低下が少なく、潤滑性を落とさないので、上述のようにコンプレッサや他の部分の摩耗が極めて少なくなり、冷媒中のコンタミネーションが少なくなる。
【００６１】
さらに有機過酸化物を架橋させた水素化ＮＢＲからなるシール材を用いることで、シール材が小さくできる分、さらに加水分解が少なく、冷凍機油の粘度低下を抑制でき、コンプレッサの寿命を向上させる。また、流体制御弁の弁部がコンタミネーションにより閉塞されることも少なくなり、空調機としての寿命を向上できる。
【００６２】
〔実施の形態４〕
本発明の第４の実施の形態について図４にて説明する。尚、実施の形態１で説明した部分と同種の部分には同じ符号を用い説明を省略する。
本実施の形態に係る流体制御弁は、図４に示すように、推進軸受１２とねじ形成部１０が、軸シール材５に対し後方に設置されている点で実施の形態１と異なる。駆動原理は実施の形態１と同様である。軸シール材５には、水素化ＮＢＲを主成分とする、あるいは実施の形態２で説明した材料からなるＯ−リングが用いられる。軸シール材５の形状は、Ｏ−リングに限るものではなく、他の形状であっても良い。
【００６３】
バルブ筐体４には、弁座３と推進軸受１２が圧入あるいは螺合されてなり、バルブ筐体４は円筒部６とビス８で固定され、モータ９はビス７で円筒部６と外付け固定される。ここで、針状弁体１を含む弁軸２ならびに、弁座３はステンレスで、推進軸受１２は青銅系軸受材、バルブ筐体４、円筒部６は真鍮で構成されているが、これに限るものではない。
【００６４】
〔実施の形態５〕
本発明の第５の実施の形態について図５にて説明する。尚、実施の形態１で説明した部分と同種の部分には同じ符号を用い説明を省略する。
本実施の形態に係る流体制御弁は、図５に示すように、弁軸１４は、針状弁体１を有するシャフト１４ａと、軸シール材５が設置されるシャフト１４ｂからなり、シャフト１４ａはシャフト１４ｂに対し、移動自在に連結されてなる。また、前記軸シール材５より外側に突出したシャフト１４ｂの後部にはスリット状の溝２ａを設け、前記溝２ａはモータ９の出力軸９ａが連結するよう構成されている。
【００６５】
シャフト１４ａとシャフト１４ｂからなる弁軸１４が回転し、シャフト１４ａに形成されたおねじと推進軸受１２に形成されためねじとで構成されるねじ形成部１０の回転が、推進軸受１２により直進運動に変換され、軸方向に可動することによって、弁座３の開口度を制御する流体制御弁である。
【００６６】
軸シール材５は水素化ニトリルゴムを主成分とするＯ−リングを用いているが、Ｏ−リングに限るものではなく、他の形状であっても良い。
【００６７】
円筒部６ａの後端面側には、軸シール材５を設置するシール溝１３が形成されており、軸シール材５は前記シール溝１３と円筒部６ｂと弁軸１４で囲まれる環状の領域で変形し、流体が外部に漏れることを防止する。軸シール部分では、弁軸１４の回転摺動が生じる。
【００６８】
バルブ筐体４には、弁座３と推進軸受１２が圧入あるいは螺合されてなり、バルブ筐体４は円筒部６ａ、６ｂとビス８で固定され、モータ９はビス７で円筒部６ｂと外付け固定される。ここで、弁軸１４（すなわちシャフト１４ａと、シャフト１４ｂ）弁座３はステンレスで、推進軸受１２は青銅系軸受材、バルブ筐体４、円筒部６ａ、６ｂは真鍮で構成されているが、これに限るものではない。
【００６９】
〔実施の形態６〕
本発明の第６の実施の形態について図７で説明する。
本実施の形態に係る流体制御弁は、図７に示すように、流入口４０と、流出口４１、ならびに前記流出口４１の両側に軸方向に隣接して第１通口４２、第２通口４３を開口し、前記流出口４１と第１通口４２、第２通口４３のいずれか一方とを選択的に連通させる弁体３１を、弁座３２面上を摺動自在に設置した流体制御弁であり、前記弁体３１の内部にはめねじ（不図示）を形成し、おねじ３７を形成した弁軸３３に螺合することで、弁軸３３の回転を、弁体３１の直進運動に変換する。
【００７０】
前記弁軸３３には水素化ＮＢＲを主成分とするＯ−リングからなる軸シール材３５が装着されてなり、前記軸シール材３５より外側に突出した弁軸３３の後部にはモータ３９の出力軸３９ａが固定されている。
【００７１】
モータ３９の出力軸３９ａの回転とともに弁軸３３も同方向に回転すると、弁体３１は直線運動に変換され、弁座３２面上を摺動する。例えばモータ３９が正回転であれば弁体３１は紙面左方向に移動し、弁体３１が前記流出口４１と第１通口４２とを選択的に連通させ、前記流入口４０と第２通口４３が連通する（図７記載の状態）。モータ３９が逆回転であれば弁体３１は紙面右方向に移動し、弁体３１が前記流出口４１と第２通口４３とを選択的に連通させ、前記流入口４０と第１通口４２が連通する。
【００７２】
流入口４０からバルブ筐体４４内部に流入した冷媒圧は最大で３０ｋｇ／ｃｍ2程度である。図示した状態の場合、第１通口４２と流出口４１での冷媒圧は５ｋｇ／ｃｍ2程度であるため、弁体３１は差圧２５ｋｇ／ｃｍ2で弁座に押圧される。第１通口４２と流出口４１の直径を８ｍｍとし、弁体・弁座間の摩擦係数を０．３とすると、弁体３１の摺動に必要な駆動力は７．５ｋｇｆである。モータ３９のトルクを３５０ｇｆ・ｃｍ、ねじ部の伝達効率を４０％、ねじピッチを０．５とすると、軸シール部でのトルクロスを５０ｇｆ・ｃｍとすると、直線運動に変換される推力は、１５．１ｋｇｆとなり、弁体３１を充分駆動できる。
【００７３】
バルブ筐体４４は、ベース４６と圧入、溶接、ロウ付け等の方法で接合され、円筒部４９はベース４６にビス４８等で、モータ３９はビス４７等で円筒部４９に外付け固定される。
【００７４】
軸受部４５の後端面側には、軸シール材３５を設置するシール溝３８が形成されており、軸シール材３５は前記シール溝３８と円筒部４９と弁軸３３で囲まれる環状の領域で変形し、流体が外部に漏れることを防止する。ここで、前記軸シール材３５は、実施の形態１、２で用いたシール材料で構成されるので詳細な説明は省略する。軸シール材３５の形状は、Ｏ−リングに限るものではなく、他の形状であっても良い。ここで、弁体３１はＰＰＳ（樹脂）、弁軸３３ならびに、弁座３２はステンレスで、ベース４６、円筒部４９は真鍮で、軸受部４５は青銅系軸受材で、バルブ筐体４４は銅製パイプ材で構成されているが、これに限るものではない。
【００７５】
〔実施の形態７〕
本発明の第７の実施の形態について図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を用いて説明する。
図８（ａ）は概略断面図、（ｂ）、（ｃ）はＡ−Ａ断面図を示す。本実施の形態に係る流体制御弁は、図８（ａ）に示すように、流入口６０、流出口６１、第１通口６２、第２通口６３が同心円上に隣接して開口された弁座５２と、前記流出口と第１通口６２、第２通口６３のいずれか一方とを選択的に連通させる弁体５１を、弁座５２面上を回転摺動自在に設置した流体制御弁である。
【００７６】
前記弁体５１には弁軸５３が固設され、前記弁軸には水素化ニトリルゴムを主成分とするＯ−リングからなる軸シール材５５が装着されてなり、前記軸シール材５５より外側に突出した弁軸５３の後部にはモータ５９の出力軸５９ａが固定されており、モータ５９の出力軸５９ａの回転とともに弁軸５３も同方向に回転すると、弁体５１は弁座５２面上を回転摺動する。
【００７７】
図８（ｂ）、（ｃ）を加えて説明すれば、例えばモータ５９が正回転であれば弁体５１は（ｂ）で示す位置に移動し、流出口６１と第１通口６２とを選択的に連通させ、流入口６０と第２通口６３はバルブ筐体５４内部で連通する。モータ５９を逆回転に換えると弁体５１は（ｃ）で示す位置に移動し、流出口６１と第２通口６３とを選択的に連通させ、前記流入口６０と第１通口６２はバルブ筐体５４内部で連通する。この時、流入口６０はコンプレッサ（不図示）の吐出口に、流出口６１はサクションに接続されるので、バルブ筐体５４の内部５６は流入口６０から流入した高圧冷媒により常に高圧状態に、弁体５１の内部５７は常に低圧状態となり、弁体５１が上記（ｂ）、（ｃ）のいずれの位置にあっても、弁体５１はバルブ筐体５４の内部５６と弁体５１の内部５７の差圧により弁座５２に押圧されるので、弁体と弁座の間の冷媒の流通を防止する。
【００７８】
バルブ筐体５４は、ベース５８と圧入、溶接、ロウ付け等の方法で接合され、モータ５９は円筒部６５にビス６６で、円筒部６５はベース６８にビス６７等で外付け固定される。
【００７９】
軸受部６８の下面側には、軸シール材５５を設置するシール溝６４が形成されており、軸シール材５５は前記シール溝６４と軸受部６８と弁軸５３で囲まれる環状の領域で変形し、冷媒が外部に漏れることを防止する。ここで、前記軸シール材５５は、実施の形態１、２で用いたシール材料で構成されるので詳細な説明は省略する。軸シール材５５の形状は、Ｏ−リングに限るものではなく、他の形状であっても良い。ここで、弁体５１はＰＰＳ（樹脂）、弁軸５３ならびに、弁座５２はステンレスで、ベース５８、円筒部６５は真鍮で、軸受部６８は青銅系軸受材で、バルブ筐体５４は銅製パイプ材で構成されているがこれに限るものではない。
【００８０】
尚、実施の形態１〜６で用いたモータは、ステッピングモータが好ましいが、これに限るものではなく、ＤＣモータでもかまわない。
【００８１】
〔実施の形態８〕
本実施の形態では、本発明で用いる軸シール材の形状について説明する。
軸シール材の形状は、Ｏ−リングに限るものではなく、他の形状であっても良い。
【００８２】
いくつかの例を図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を用いて示す。
図９（ａ）は、断面がＵ型形状のＵパッキン８０の装着例を、図９（ｂ）は、断面がＹ型形状のＹパッキン８１を装着した例である。図９（ｃ）は、Ｙパッキン８１と断面がＬ型のバッファリング８２を装着した例である。冷凍サイクル中に含まれるコンタミネーションや冷凍機油中に含まれる不純物が、軸シール材すなわちＹパッキン８１と弁軸２の間に流れ込み、軸シール材を損傷し、シール漏れが生ずる可能性があるため、前記バッファリング８２部分で、コンタミネーションや不純物を塞き止める。図９（ｄ）に示す軸シール材９０は、軸シール用のリップ８３とバッファリップ８４、ダストリップ８５、ならびにはめあい部８６を有するゴム部と、補強環８７、ガータばね８８から構成されている。
【００８３】
シールの外周部は前記はめあい部８６のはめあい力により、シール溝１３の内面に軸シール材９０を固定すると共に、外周部からの漏れを防ぐことができる。またリップ８３は、弁軸１４に対する締めしろと、ガータばね８８の緊迫力で、弁軸１４に接触し、漏れを防止することが可能である。さらに、バッファリップ８４は冷凍サイクル中に含まれるコンタミネーションや冷凍機油中に含まれる不純物が、軸シール材と弁軸の間に流れ込むことで、リップ８３を損傷することを防止することができ、ダストリップ８５は大気中のちり等が冷凍サイクル中に侵入するのを防ぐことができる。
【００８４】
【発明の効果】
本発明の流体制御弁は、以上のように、水素化ＮＢＲを主成分とする軸シール材を有することにより、冷媒の漏れを防止でき、しかも長期に渡って良好なシール性を持続できるので、極めて簡易なシール構造で、空調機の冷凍サイクル用流体制御弁として利用可能となり、かつモータ等の駆動源を外付けできるので、モータ内部への冷媒の浸入を防ぎ、簡単な構造とすることができると共に、作動性の低下、流量特性の経時変化が極めて低減できる効果と、駆動源の低コスト化、低消費電力化が可能となる効果がある。
【００８５】
流体制御弁は、水素化ＮＢＲを主成分とするゴム材料の中でも有機過酸化物を架橋させた種類のものを軸シール材としている。それゆえ、高圧による変形に対しても永久歪みが少ないので高圧冷媒に対するシール性が良く、高圧時でも低圧側のはみ出しが極めて少なく、高圧に対するシール寿命が良いという効果がある。特に代替冷媒（Ｒ４１０Ａ、Ｂ等）は運転時の圧力が現行冷媒の約１．５倍（４５ｋｇ／ｃｍ2）であり、このような高圧で使用される次世代冷媒に対するシール材として特に有効となる。
【００８６】
さらに、高圧に対するシール性、シール寿命が良いことは、他のゴム材料に比べ線形が細いシール材であっても、良好なシール性ならびにシール寿命を有することができ、シール材の体積が小さくできるので、シール材からの冷媒ガスの透過が格段に少なくなる効果がある。
【００８７】
流体制御弁は、代替冷媒用冷凍機油の粘度低下が少なく、潤滑性を落とさないので、コンプレッサの摩耗が極めて少なくなり、冷媒中のコンタミネーションも少なくなる。このように次世代冷凍機油に対し特に有効である。
【００８８】
以上によれば、シール性、シール寿命の向上以外にも、シール材が小さくできる分、さらに加水分解が少なく、冷凍機油の粘度低下を抑制でき、コンプレッサの寿命を向上させる。また、流体制御弁の弁部がコンタミネーションにより閉塞されることも少なくなり、空調機全体としての寿命を向上できる等の効果がある。
【００８９】
流体制御弁は、モータ等の駆動源を外付けできるので、モータ内部への冷媒の浸入を防ぎ、弁全体を簡単な構造とすることができ、極めて簡易な構造で、冷媒の流量調整ができる流体制御弁を得る。それに加えて、作動性の低下、流量特性の経時変化が極めて低減でき、駆動源の低コスト化、低消費電力化が可能となる効果がある。
【００９０】
パイロット構造が不要な流体制御弁（四方弁）を得るので、弁本体以外に電磁弁や金属細管が不要となり、小型化、低コスト化が可能となる。さらに、摺動弁体の位置保持のために従来技術で行っていた常時通電が不要となり、運転コストを安く抑えることができる効果がある。また、他の実施形態によれば、モータの出力軸と弁軸が直接連動できるので、特開平９−１４４９２６号公報の開示例のようにマグネットを用いる必要がなく、簡単な構造とすることができ、小型化、低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る流体制御弁の概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る流体制御弁の駆動状態を表わす図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る流体制御弁の駆動状態を表わす図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係る流体制御弁の概略構成図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態に係る流体制御弁の概略構成図である。
【図６】本発明の軸シールに用いる水素化ＮＢＲの化学構造を示す図及びＮＢＲの化学構造を示す図である。
【図７】本発明の第６の実施の形態に係る流体制御弁の概略構成図である。
【図８】本発明の第７の実施の形態に係る流体制御弁の概略構成図および駆動状態を表わす図である。
【図９】本発明の第８の実施の形態に係る軸シール材の概略図である。
【図１０】従来技術を表わす略断面図である。
【図１１】従来技術を表わす略断面図である。
【図１２】従来技術を表わす略断面図である。
【図１３】従来技術を表わす略断面図である。
【図１４】従来技術を表わす略断面図である。
【図１５】従来技術を表わす略断面図である。
【図１６】従来技術を表わす略断面図である。
【符号の説明】
１  針状弁体
２、３３、５３  弁軸
２ａ  スリット状溝
３、３２、５２  弁座
４、４４、５４  バルブ筐体
５、３５、５５、９０  軸シール材
６、４９、６５  円筒部
９、３９、５９  モータ
９ａ、３９ａ  出力軸
ｌ０  ねじ形成部
１２  推進軸受
２１  ＮＢＲ  ２２  水素化ＮＢＲ
２３ａ、２３ｂ  二重結合
３１、５１  弁体
３７  おねじ
３８、６４  シール溝
４０、６０  流入口
４１、６１  流出口
４２、４３  通口
４５、６８  軸受部
４６、５８  ベース
６２、６３  導口
８０、８１  パッキン
８２  バッファリング
８３  リップ
８４  バッファリップ
８５  ダストリップ
８６  はめあい部
８７  補強環
８８  ガータばね
【図１】
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【図２】
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【図３】
0004015769.tif 000009
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004015769.tif 000013
【図８】
0004015769.tif 000014
【図９】
0004015769.tif 000015
【図１０】
0004015769.tif 000016
【図１１】
0004015769.tif 000017
【図１２】
0004015769.tif 000018
【図１３】
0004015769.tif 000019
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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