(57)【要約】  電子膨張弁を提供する。電子膨張弁の弁室には、弁棒（２４）が設けられている。弁棒（２４）は、電子膨張弁の弁座に設けられた弁開口（２５１）を開閉するために、弁座の軸方向貫通孔に沿って軸方向に移動可能である。弁棒（２４）には、弁開口（２５１）と連通する軸方向貫通孔が設けられいる。弁座の軸方向貫通孔の側壁は、弁棒（２４）と密着している。弁棒（２４）の端面は、弁座に設けられた弁開口（２５１）に位置する端面と密接する密封面を備える。この密封面は、一方の接続ポートにおける冷媒の作用力を受ける第１密封面と、他方の接続ポートにおける冷媒の作用力を受ける第２密封面とを含み、第１密封面の有効圧力面積と第２密封面の有効圧力面積とは等しい。弁棒（２４）に与えられた作用力は、第１密封面に与えられた作用力および第２密封面に与えられた作用力の合計のみであり且つ２つの密封面の有効圧力面積が等しいため、冷媒がいずれの接続ポートから供給されても、弁棒（２４）に与えられた作用力が同様である。よって、弁の開閉性能のバランスをとることができる。さらに、弁座と線接触することによって密封する電子膨張弁を提供する。一方の接続ポートにおける冷媒が弁棒（２４）の上面および下面に各々圧力を与え、上面の有効圧力面積が下面の有効圧力面積に等しく、他方の接続ポートにおける冷媒が弁棒（２４）の上面および下面に各々圧力を与え、上面の有効圧力面積が下面の有効圧力面積に等しい。
2016505777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子膨張弁であって、前記電子膨張弁の弁室には、弁棒（２４）が設けられており、前記弁棒（２４）は、前記電子膨張弁の弁座の軸方向貫通孔において軸方向に沿って移動可能であり、前記弁座に設けられた弁開口（２５１）を開閉することによって、前記電子膨張弁に設けられた２つの接続ポートを導通または遮断するように構成され、
前記弁棒（２４）には、前記弁開口と連通する軸方向貫通孔が設けられており、
前記弁座の軸方向貫通孔の側壁は、前記弁棒（２４）と密着しており、
前記弁棒（２４）の端面は、前記弁座の前記弁開口（２５１）に位置する端面と密接する密封面を備え、
前記密封面は、一方の接続ポートにおける冷媒の作用力を受けるように構成された第１密封面と、他方の接続ポートにおける冷媒の作用力を受けるように構成された第２密封面とを含み、第１密封面の有効圧力面積と第２密封面の有効圧力面積とは等しい、電子膨張弁。
【請求項２】
前記弁棒（２４）は、円筒状の部材であり、
前記弁棒（２４）は、小径円筒部（２４ａ）と、前記弁開口（２５１）に近い大径円筒部（２４ｂ）とを含み、
前記大径円筒部（２４ｂ）の端面は、第１密封面と第２密封面とを含む、請求項１に記載の電子膨張弁。
【請求項３】
前記大径円筒部（２４ｂ）の端面の外環直径は、前記弁開口における密封面の外環直径以上であり、前記大径円筒部の端面の内環直径は、前記弁開口における密封面の内環直径よりも小さく、
前記小径円筒部の外径Ｄ１と、前記弁開口に位置する密封面の外環直径Ｄ３と、前記弁開口に位置する密封面の内環直径Ｄ４とは、関係式Ｄ１≒（Ｄ３＋Ｄ４）／２を満たす、請求項２に記載の電子膨張弁。
【請求項４】
前記弁開口に位置する前記密封面の前記外環直径と前記内環直径とは、関係式０．４ｍｍ≦Ｄ３−Ｄ４≦４ｍｍを満たす、請求項３に記載の電子膨張弁。
【請求項５】
前記大径円筒部（２４ｂ）の端部および／または前記弁開口（２５１）が設けられた前記弁座の一端は、面取りされている、請求項３に記載の電子膨張弁。
【請求項６】
前記弁座は、弁座芯部（２６）と弁座基体（２５）とを含み、
前記２つの接続ポートおよび前記弁開口（２５１）は、前記弁座基体（２５）に開設されており、
前記弁座芯部（２６）は、前記弁座基体（２５）内に挿設されており、
前記軸方向貫通孔は、前記弁座芯部（２６）に設けられている、請求項１から５のいずれか１項に記載の電子膨張弁。
【請求項７】
前記弁座芯部（２６）には、前記２つの接続ポートの一方と連通している側孔（２６２）が開設されており、
前記側孔（２６２）の幅は、前記弁開口から遠ざかる方向に連れて増加し、
前記弁棒（２４）が軸線方向に沿って移動し、前記弁開口（２５１）から離れた場合、前記側孔（２６２）と連通している前記２つの接続ポートの前記一方は、側孔（２６２）を介して前記弁開口（２５１）と連通し、
他方の接続ポートは、前記弁開口（２５１）と連通している、請求項６に記載の電子膨張弁。
【請求項８】
前記弁座の前記軸方向貫通孔の内側壁と前記弁棒（２４）の外側壁の一方には、取付溝が設けられており、
前記取付溝の内部には、密封リング（２７１）が設けられている、請求項１から５のいずれか１項に記載の電子膨張弁。
【請求項９】
前記弁座は、弁座芯部（２６）と弁座基体（２５）とを含み、
前記弁座芯部（２６）は、前記弁座基体（２５）内に挿設されており、
前記軸方向貫通孔は、前記弁座芯部（２６）に設けられおり、
前記弁座芯部（２６）の前記軸方向貫通孔は、段差付き孔であり、
前記段差付き孔は、前記電子膨張弁の弁ハウジング（２１）に面する環状段差面（２６１）を形成し、
前記電子膨張弁は、位置規制スリーブ（２９）をさらに備え、
前記位置規制スリーブ（２９）は、前記段差付き孔に挿設されており、
前記位置規制スリーブ（２９）の一端は、環状の径方向突起を有しており、
前記環状の径方向突起は、前記弁ハウジング（２１）に面する前記弁座芯部（２６）の端面と重畳しており、
前記弁座芯部（２６）の内側壁と、前記弁開口（２５１）に面する前記位置規制スリーブ（２９）の端面と、前記環状段差面（２６１）とは、前記取付溝を形成する、請求項８に記載の電子膨張弁。
【請求項１０】
前記密封リング（２７１）と前記環状段差面（２６１）との間には、抜け止めリング（２８）が設けられており、前記弁座芯部（２６）の前記段差付き孔の小径部側壁と前記弁棒（２４）との間には、組立隙間が存在しており、
前記抜け止めリング（２８）は、前記弁棒（２４）と隙間嵌めしている、請求項９に記載の電子膨張弁。
【請求項１１】
前記電子膨張弁は、前記弁棒（２４）を軸方向に駆動する歯車装置（２３）をさらに備え、
前記歯車装置（２３）は、前記弁棒（２４）の周方向回転を規制する位置規制ロッド（２３２）を含み、
前記位置規制ロッド（２３２）は、前記位置規制スリーブ（２９）を前記弁座芯部（２６）の上面に密接に押付ける、請求項９に記載の電子膨張弁。
【請求項１２】
前記電子膨張弁は、前記取付溝の内部に設けられた環状の滑動支援シート（２７２）をさらに備え、
前記滑動支援シート（２７２）は、前記弁棒（２４）の外側壁に接触しており、
前記密封リング（２７１）は、前記滑動支援シート（２７２）と前記弁座芯部（２６）の内側壁との間に設けられている、請求項９に記載の電子膨張弁。
【請求項１３】
前記滑動支援シート（２７２）の断面は、Ｃ字形であり、
前記Ｃ字形は、前記密封リング（２７１）に向かって開口する、請求項１２に記載の電子膨張弁。
【請求項１４】
前記滑動支援シート（２７２）は、０．２ｍｍ〜０．６ｍｍの間の厚さを有する、請求項１２に記載の電子膨張弁。
【請求項１５】
前記滑動支援シート（２７２）の構成材料は、ポリテトラフルオロエチレンを含む、請求項１２に記載の電子膨張弁。
【請求項１６】
電子膨張弁であって、弁室を備え、前記弁室には、弁棒（２４）が設けられており、前記弁棒（２４）は、前記電子膨張弁の弁座の軸方向貫通孔において軸方向に沿って移動可能であり、前記弁座に設けられた弁開口（２５１）を開閉することによって、前記電子膨張弁に設けられた２つの接続ポートを導通または遮断するように構成され、
前記弁棒（２４）には、前記弁開口と連通する軸方向貫通孔が設けられており、
前記弁棒（２４）は、前記弁棒（２４）が前記弁開口を閉じたときに、前記弁座と線接触しており、
前記２つの接続ポートのうち、一方の接続ポートにおける冷媒が弁棒（２４）の上面および下面に各々圧力を与え、前記上面の有効圧力面積が前記下面の有効圧力面積に等しく、他方の接続ポートにおける冷媒が弁棒（２４）の上面および下面に各々圧力を与え、前記上面の有効圧力面積が前記下面の有効圧力面積に等しい、電子膨張弁。
【請求項１７】
前記弁棒は、円筒状の部材であり、
前記弁棒（２４）は、小径円筒部と、前記弁開口（２５１）に近い大径円筒部とを含み、
前記大径円筒部は、円錐形端部を有し、前記円錐形端部は、前記弁座と線接触することができ、
前記円錐形端部が前記弁座と線接触することによって形成された密封環状線の直径は、前記小径円筒部の直径と等しい、請求項１６に記載の電子膨張弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１２年１２月１１日に中国専利局に提出された中国特許出願第２０１２１０５３７７１１．３号、発明の名称「電子膨張弁」および同日付に中国専利局に提出された中国特許出願第２０１２１０５３８８３４．９号、発明の名称「電子膨張弁」に基づく優先権を主張し、その開示全体が引用により本明細書中に援用される。
【０００２】
技術分野
本発明は、機械工学の技術分野に関し、特に電子膨張弁に関する。
【背景技術】
【０００３】
背景技術
図１および２を参照して、図１は、代表的な電子膨張弁の構成を示す概略図であり、図２は、図１の弁座と弁棒との協働構成を示す概略図である。
【０００４】
電子膨張弁は、弁ハウジング１００と弁座部材１０とを含む。弁ハウジング１００および弁座部材１０を取付けることによって、弁室を形成する。弁室の内部には、弁棒２０４が設けられている。弁ハウジング１００の内部には、モータ１０４および歯車装置１０６が設けられている。歯車装置１０６は、モータ１０４により駆動され、回転する。歯車装置１０６は、弁棒２０４と協働して、弁棒２０４を駆動して軸方向に沿って上下移動する。
【０００５】
弁座部材１０には、弁開口２０２、第１接続ポート３４および第２接続ポート３６が開設されている。弁開口２０２の開閉は、第１接続ポート３４および第２接続ポート３６の連通または遮断を制御する。図１に示すように、弁棒２０４の下端は、円錐形端部４２に形成される。弁棒２０４が下方へ移動して弁開口２０２を閉じた場合、第１接続ポート３４と第２接続ポート３６との連通が遮断され、弁棒２０４が弁開口２０２から離れて上方へ移動した場合、第１界面３４と第２接続ポート３６とは連通する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常、弁棒２０４は、小さい上部および大きい下部を有する構成に加工される。このような構成の弁棒２０４の組立を確実にするために、弁座部材１０は、弁座基体１０２と弁座スリーブ１６とを備える分離構造に形成される。弁座スリーブ１６には、軸方向貫通孔が設けられている。弁棒２０４は、軸方向貫通孔において軸方向に沿って移動することができる。弁座スリーブ１６の下端は、弁座基体１０２の上端に圧接している。弁座スリーブ１６と弁座基体１０２との間の圧接を信頼できるように確保するために、弁座スリーブ１６と弁座基体１０２との間の圧接箇所に、位置決めスリーブ２０をさらに設ける。
【０００７】
図２に示すように、電子膨張弁の性能を改善するために、弁棒２０４には、側孔２０５が設けられている。側孔２０４が上方に設けられ、すなわち弁棒の円錐形端部４２の上部に設けられた場合、高圧の冷媒が第２接続ポート３６を介して流入すると、弁開口２０２の開放が容易になり、閉鎖が困難となる一方、高圧の冷媒が第１接続ポート３４を介して流入すると、弁開口２０２の閉鎖が容易になり、開放が困難となる。側孔２０４が下方に設けられた場合、弁開口の開閉は、上記と逆である。したがって、このような構成を有する膨張弁は、第１接続ポート３４および第２接続ポート３６を介してそれぞれ冷媒を供給する場合、開弁時の抵抗が同等ではなく、バランスをとることが困難である。
【０００８】
さらに、弁棒２０４を組立てるために、弁座部材１０を分離構造に設計しなければならず、構造が複雑になる。また、組立てられた弁座部材１０が輸送時の振動または設備自身からの振動によって緩む傾向があるため、膨張弁内の冷媒が漏れてしまい、冷凍上の障害または環境上の汚染を引き起こす可能性がある。したがって、密封を実現するために、椀状プラスチックシート１０４が設けられている。図１に示すように、椀状のプラスチックシート１０４は、弁棒２０４の周囲に配置され、弁ハウジング１００の方向に向かって開口する。
【０００９】
しかしながら、椀状のプラスチックシート１０４は、高圧冷媒が開口を介して流入する（すなわち、高圧冷媒が第１接続ポート３４を介して流入する）場合に、一方向の密封を実現することができるが、高圧冷媒が上記の開口と逆側の開口を介して流入する（すなわち、高圧冷媒が第２接続ポート３６を介して流入する）場合、椀状のプラスチックシート１０４は、圧力を受けて収縮するため、依然として冷媒の漏洩を引き起こす。
【００１０】
したがって、電子膨張弁の構造を改善して、弁の開閉性能のバランスをとることは、当業者によって解決すべき技術的課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明の概要
上記の技術的課題を解決するために、本発明は、弁の開閉性能のバランスをとることができる電子膨張弁を提供する。
【００１２】
本発明に係る電子膨張弁は、弁室を備え、弁室の内部には、弁棒が設けられている。弁棒は、電子膨張弁の弁座の軸方向貫通孔において軸方向に沿って移動可能であり、弁座に設けられた弁開口を開閉することによって、電子膨張弁に設けられた２つの接続ポートを導通または遮断するように構成されている。弁棒には、弁開口と連通する軸方向貫通孔が設けられている。弁座の軸方向貫通孔の側壁は、弁棒と密着している。弁棒の端面は、弁座の弁開口に位置する端面と密接する密封面を備え、密封面は、一方の接続ポートにおける冷媒の順方向作用力を受けるように構成された第１密封面と、他方の接続ポートにおける冷媒の逆方向作用力をを受けるように構成された第２密封面とを含み、第１密封面の有効圧力面積と第２密封面の有効圧力面積とは等しい。
【００１３】
本発明の電子膨張弁において、弁棒の密封面のうち、第１密封面は一方の接続ポートにおける冷媒の作用力のみを受けるように構成され、第２密封面は他方の接続ポートにおける冷媒の作用力のみを受けるように構成されており、且つ、第１密封面の有効圧力面積と第２密封面の有効圧力面積とは等しいため、冷媒からの作用力は、弁開口の密封面からの反力によって相殺される。弁棒に与えられた作用力は、第１密封面に与えられた作用力と第２密封面に与えられた作用力の合計のみである。入口の冷媒の圧力をＰ１、出口の冷媒の圧力をＰ２、一方の接続ポートにおける冷媒の作用力を受けるように構成された弁棒の第１密封面の有効圧力面積をＳ１、他方の接続ポートにおける冷媒の作用力を受けるように構成された弁棒の第２密封面の有効圧力面積をＳ２として仮定し、一方の接続ポートを冷媒の入口とし、他方の接続ポートを冷媒の出口とする場合に、弁棒に与えられた作用力Ｆ１がＦ１＝Ｐ１Ｓ１＋Ｐ２Ｓ２という関係式を満たし、他方の接続ポートを冷媒の入口とし、一方の接続ポートを冷媒の出口とする場合に、弁棒に与えられた作用力Ｆ２がＦ２＝Ｐ１Ｓ２＋Ｐ２Ｓ１という関係式を満たす。Ｓ１＝Ｓ２であるため、Ｆ１＝Ｆ２となり、したがって、同一圧力の冷媒がいずれの接続ポートを介して流入しても、弁棒に与えられた作用力は、等しく且つ常に下方に向いている。したがって、このような構造を有する電子膨張弁では、冷媒がどの接続ポートを流れるかに関係なく、弁棒に与えられた開弁抵抗は等しく、同様に閉弁抵抗も等しい。よって、弁の開閉性能のバランスをとることができる。また、弁棒が閉じているときに、冷媒の流動方向に関係なく、弁棒が下方向きの抵抗を受けているため、弁開口の密封性を向上させ、第１接続ポートと第２接続ポートとの間の連通を遮断することを容易にし、冷媒の漏洩を確実に回避する。
【００１４】
好ましくは、弁棒は、円筒状の部材であり、小径円筒部と、弁開口に近い大径円筒部とを含み、大径部筒の端面は、第１密封面と第２密封面とを含む。
【００１５】
好ましくは、大径円筒部の端面の外環直径は、弁開口に位置する密封面の外環直径の以上であり、大径円筒部の端面の内環直径は、弁開口に位置する密封面の内環直径よりも小さく、小径円筒部の外径Ｄ１と、弁開口に位置する密封面の外環直径Ｄ３と、弁開口に位置する密封面の内環直径Ｄ４とは、関係式Ｄ１≒（Ｄ３＋Ｄ４）／２を満たす。
【００１６】
好ましくは、弁開口に位置する密封面の外環直径と内環直径とは、関係式０．４ｍｍ≦Ｄ３−Ｄ４≦４ｍｍを満たす。
【００１７】
好ましくは、大径円筒部の端部および／または弁開口が設けられた弁座の一端は、面取りされている。
【００１８】
好ましくは、弁座は、弁座芯部と弁座基体とを含み、２つの接続ポートおよび弁開口はすべて、弁座基体に開設されており、弁座芯部は、弁座基体内に挿設されており、軸方向貫通孔は、弁座芯部に開設されている。
【００１９】
好ましくは、弁座芯部には、２つの接続ポートの一方と連通している側孔が開設されており、側孔の幅は、弁開口から遠ざかる方向に連れて増加する。２つの接続ポートの他方は、弁開口と連通しており、弁棒が軸線方向に沿って移動し、弁開口から離れた場合、側孔と連通している接続ポートは、側孔を介して弁開口と連通する。
【００２０】
好ましくは、弁座の軸方向貫通孔の内側壁と弁棒の外側壁の一方には、取付溝が設けられており、取付溝の内部には、密封リングが設けられている。
【００２１】
好ましくは、弁座は、弁座芯部と弁座基体とを含み、弁座芯部は、弁座基体内に挿設されており、軸方向貫通孔は、弁座芯部に設けられおり、弁座芯部の軸方向貫通孔は、段差付き孔であり、段差付き孔は、電子膨張弁の弁ハウジングに面する環状段差面を形成し、電子膨張弁は、位置規制スリーブをさらに備え、位置規制スリーブは、段差付き孔に挿設されており、位置規制スリーブの一端は、環状の径方向突起を設けており、環状の径方向突起は、弁ハウジングに面する弁座芯部の端面と重畳しており、弁座芯部の内側壁と弁開口に面する位置規制スリーブの端面と環状段差面とは、取付溝を形成し、取付溝の内部には、密封リングが設けられている。
【００２２】
好ましくは、密封リングと環状段差面との間には、抜け止めリングが設けられており、弁座芯部の段差付き孔の小径部側壁と弁棒との間には、組立隙間が存在しており、抜け止めリングは、弁棒と隙間嵌めしている。
【００２３】
好ましくは、電子膨張弁は、弁棒を軸方向に駆動する歯車装置をさらに備え、歯車装置は、弁棒の周方向回転を規制する位置規制ロッドを含み、位置規制ロッドは、位置規制スリーブを弁座芯部の上面に密接に押付ける。
【００２４】
好ましくは、電子膨張弁は、取付溝の内部に設けられた環状の滑動支援シートをさらに備え、滑動支援シートは、弁棒の側壁に接触しており、密封リングは、滑動支援シートと弁座芯部との間に設けられている。
【００２５】
好ましくは、滑動支援シートの断面は、Ｃ字形であり、Ｃ字形は、密封リングに向かって開口する。
【００２６】
好ましくは、滑動支援シートは、０．２ｍｍ〜０．６ｍｍの間の厚さを有する。
好ましくは、滑動支援シートの構成材料は、ポリテトラフルオロエチレンを含む。
【００２７】
本発明はさらに、電子膨張弁を提供する。電子膨張弁は、弁室を備え、弁室には、弁棒が設けられている。弁棒は、電子膨張弁の弁座の軸方向貫通孔において軸方向に沿って移動可能であり、弁座に設けられた弁開口を開閉することによって、電子膨張弁に設けられた２つの接続ポートを導通または遮断するように構成されている。弁棒には、弁開口と連通する軸方向貫通孔が設けられている。弁棒は、弁開口を閉じたときに、弁座と線接触している。２つの接続ポートのうち、一方の接続ポートにおける冷媒が弁棒の上面および下面に各々圧力を与え、上面の有効圧力面積が下面の有効圧力面積に等しく、他方の接続ポートにおける冷媒が弁棒の上面および下面に各々圧力を与え、上面の有効圧力面積が下面の有効圧力面積に等しい。
【００２８】
本発明の電子膨張弁において、弁棒が移動して弁開口を閉じたときに、弁座と線接触することになり、且つ、一方の接続ポートにおける冷媒が弁棒の上面および下面に各々圧力を与え、上面の有効圧力面積が下面の有効圧力面積に等しく、他方の接続ポートにおける冷媒が弁棒の上面および下面に各々圧力を与え、上面の有効圧力面積が下面の有効圧力面積に等しい。すなわち、冷媒の流動方向に関係なく、第１接続ポートにおける冷媒によって弁棒に加えられた作用力と第２接続ポートにおける冷媒によって弁棒に加えられた作用力とは相殺するため、弁棒に加えられた合力はゼロとなり、したがって、異なる方向に冷媒が流れる場合に、開弁時の抵抗を相殺することができる。
【００２９】
好ましくは、弁棒は、円筒状の部材であり、小径円筒部と弁開口（２５１）に近い大径円筒部とを含み、大径円筒部は、円錐形端部を有し、円錐形端部は、弁座と線接触することができ、円錐形端部が弁座と線接触することによって形成された密封環状線の直径は、小径円筒部の直径と等しい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】代表的な電子膨張弁の構成を示す概略図である。
【図２】図１の弁座と弁棒との協働構成を示す概略図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る電子膨張弁の構成を示す概略図である。
【図４】図３の電子膨張弁に弁棒をまだ設置していないときの構成を示す概略図である。
【図５】図３の弁棒の構成を示す概略図である。
【図６】図３のＢ部分の部分拡大図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る電子膨張弁の構成を示す概略図である。
【図８】図３のＣ部分の部分拡大図である。
【図９】図１の弁座芯部の構成を示す概略図である。
【図１０】図３の弁棒および位置規制スリーブの組立を示す概略図である。
【図１１】図１０の各部材が組立された後の構成を示す概略図である。
【図１２】図３のＡ部分の部分拡大図である。
【図１３】図３の歯車装置の構成を示す概略図である。
【図１４】図３の弁棒の構成を示す概略図である。
【図１５】図３の歯車装置と弁棒との協働構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
詳細な説明
当業者に本発明の技術的な解決策をより理解させるために、以下、添付図面および具体的な実施形態に関連して、本発明を詳細に説明する。
【００３２】
図３および４を参照して、図３は、本発明の第１実施形態に係る電子膨張弁の構成を示す概略図であり、図４は、図３の電子膨張弁に弁棒をまだ設置していないときの構成を示す概略図である。
【００３３】
本願は、電子膨張弁を提供する。電子膨張弁の弁室の内部には、弁棒２４が設けられている。弁棒２４は、電子膨張弁の弁座の軸方向貫通孔において軸方向に沿って移動可能であり、弁座に設けられた弁開口２５１を開閉することによって、電子膨張弁に設けられた２つの接続ポートを導通または遮断するように構成されている。図３および図４は、第１接続ポートに接続された第１接続管３１および第２接続ポートに接続された第２接続管３２を示している。
【００３４】
また、本実施形態において、図３に示すように、弁棒２４には、弁開口２５１と連通する軸方向貫通孔が設けられており、弁開口２５１は、第２接続ポートと常時連通しているため、第２接続ポートは、弁棒２４の軸方向貫通孔と連通する。よって、第２接続管３２内の冷媒は、弁棒２４の軸方向貫通孔を介して、弁棒２４の上部空腔（弁室の一部）に流入することができる。明らかに、密閉性を確保するためには、弁座の軸方向貫通孔の側壁は、弁棒２４に対して密接する必要がある。本明細書の密封は、弁座の軸方向貫通孔の側壁の全体が弁棒２４に対して密接するとは限定されず、弁棒２４の上部空腔および第１接続ポートが弁棒２４と弁座の軸方向貫通孔の側壁との間に存在する隙間を介して互いに連通せず、第１接続ポートと第２接続ポートとが弁開口２５１を開放した場合に限って連通することを保証できれば、部分的に密接してもよい。
【００３５】
弁棒２４の端面は、弁座の弁開口２５１に位置する端面と密接することができる。両者の接触している端面部分は、各々の密封面である。図３は、開放状態の弁開口２５１を示している。弁棒２４が下方に移動して、弁棒２４の密封面が弁開口２５１に位置する密封面と密接することになり、弁開口２５１が閉じられる。
【００３６】
本実施形態において、弁棒２４の密封面は、第１密封面と第２密封面とを含む。第１密封面は、一方の接続ポートにおける冷媒の作用力のみを受けるように構成され、第２密封面は、他方の接続ポートにおける冷媒の作用力のみを受けるように構成されている。冷媒の作用力は、弁開口２５１に位置する密封面の反力によって相殺される。第１密封面の有効圧力面積と第２密封面の有効圧力面積とは等しい。本明細書において、有効圧力面積とは、冷媒からの圧力方向に垂直な面への投影面積を意味する。弁棒２４の密封面の面積が弁棒２４の端面の面積よりも小さい場合、冷媒からの下向きの作用力の一部が上向きの作用力の一部によって相殺され、弁棒２４に与えられた作用力の合力は、第１密封面および第２密封面に与えられた作用力の和のみである。
【００３７】
入口の冷媒の圧力をＰ１、出口の冷媒の圧力をＰ２、一方の接続ポートにおける冷媒の作用力を受けるように構成された弁棒２４の第１密封面の有効圧力面積をＳ１、他方の接続ポートにおける冷媒の作用力を受けるように構成された弁棒２４の第２密封面の有効圧力面積をＳ２として仮定し、第１接続ポートを冷媒の入口とし、第２接続ポートを冷媒の出口とする場合に、弁棒２４に与えられた作用力Ｆ１がＦ１＝Ｐ１Ｓ１＋Ｐ２Ｓ２という関係式を満たし、第２接続ポートを冷媒の入口とし、第１接続ポートを冷媒の出口とする場合に、弁棒に与えられた作用力Ｆ２がＦ２＝Ｐ１Ｓ２＋Ｐ２Ｓ１という関係式を満たす。Ｓ１がＳ２に等しいため、Ｆ１＝Ｆ２となり、したがって、同一圧力の冷媒がいずれの接続ポートを介して流入しても、弁棒２４に与えられた作用力が等しく且つ常に図３の下方に向いている。
【００３８】
したがって、このような構成を有する電子膨張弁では、冷媒の流動方向に関係なく、弁棒２４に与えられた開弁抵抗または閉弁抵抗は等しくなる。よって、弁の開閉性能のバランスをとることができる。また、弁棒２４が閉じているときに、冷媒の流動方向に関係なく、弁棒２４が下方向きの抵抗を受けているため、弁開口２５１の密封性を向上させ、第１接続ポートと第２接続ポートとの間の連通を遮断することを容易にし、冷媒の漏洩を確実に回避する。当然ながら、Ｓ１（およびＳ２）を適切に設計することによって、開弁時の抵抗と閉弁時の駆動力との間のバランスをとることができる。
【００３９】
なお、第１密封面の有効圧力面積と第２密封面の有効圧力面積とが等しいということは、ほぼ等しいであるように理解すべきである。有効圧力面積の間に若干の偏差があっても、開弁および閉弁時の力のバランスをとることもできる。実際に、加工誤差によって、第１密封面の有効圧力面積と第２密封面の有効圧力面積とを全く同一であるようにすることは、困難である。
【００４０】
具体的には、弁棒２４は、円筒状の部材であってもよい。弁棒２４は、小径円筒部２４ａと、弁開口２５１に近い大径円筒部２４ｂとを含む。図５に示すように、小径円筒部２４ａと弁座とは、密着しており、大径円筒部２４ｂの端面と弁開口２５１の端面とは、密接している。図５は、図３の弁棒の構成を示す模式図である。
【００４１】
次に、図６を参照する。図６は、図３のＢ部分の部分拡大図である。図６は、閉鎖状態の弁開口２５１を示している。図６において、冷媒が第１接続ポートを介して流入し、第１接続ポートにおける冷媒の圧力がＰ１であり、第２接続ポートにおける冷媒の圧力がＰ２である。冷媒が上記と逆の方向を介して流入した場合、２つの接続ポートにおける冷媒の圧力は、図６に標記された圧力と逆になる。
【００４２】
大径円筒部２４ｂの端面の外環直径Ｄ２が弁開口２５１に位置する密封面の外環直径Ｄ３以上であり、大径円筒部２４ｂの端面の内環直径が弁開口に位置する密封面の内環直径Ｄ４よりも小さい場合には、Ｄ１、Ｄ３およびＤ４は、関係式Ｄ１≒（Ｄ３＋Ｄ４）／２を満たす。
【００４３】
この時、弁開口２５１に位置する端面の全体は、密封面である。第１接続ポートにおける冷媒の作用力を受けるように構成された第１密封面の面積Ｓ１は、関係式Ｓ１＝π×（Ｄ３２−Ｄ１２）／４を満たし、第２接続ポートにおける冷媒の作用力を受けるように構成された第２密封面の面積Ｓ２は、関係式Ｓ２＝π×（Ｄ１２−Ｄ４２）／４を満たす。Ｄ１がＤ１＝（Ｄ３＋Ｄ４）／２を満たす場合、Ｓ１はＳ２に等しい。上述したように、Ｓ１およびＳ２がＳ１≒Ｓ２を満たす場合には、バランス要件を満たすこともできる。加工誤差により、Ｓ１とＳ２との間には若干の偏差が許容される。図６に示すように、弁棒２４の密封面が弁開口２５１に位置する密封面と密接する端面の境界を点線で示しており、点線左側の第１密封面は、第１接続ポートにおける冷媒の作用力を受け（冷媒によって大径円筒部２４ｂおよび小径円筒部２４ａによって形成された段差面に与えられる力が第１密封面に伝達される）、点線右側の第２密封面は、第２接続ポートにおける冷媒の作用力（弁棒２４の上部空腔内の冷媒から弁棒２４に与えられる部分力）を受ける。冷媒によって弁棒２４の端面の非封止面に与えられた上下方向の作用力は、互いに相殺される。このような設計によって、異なる接続ポートにおける冷媒の作用力を受ける密封面の面積を簡単に等しくすることができる。
【００４４】
また、弁開口２５１に位置する密封面の外環直径と内環直径とは、関係式０．４ｍｍ≦Ｄ３−Ｄ４≦４ｍｍを満たす。
【００４５】
本実施形態において、弁開口２５１に位置する端面は、密封面である。すなわち、弁棒２４の端面は、弁開口２５１の端面を覆うことができる。Ｄ３とＤ４とが近似すればするほど、弁開口２５１に位置する密封面の環状面積が小さくなり、冷媒から弁棒２４に与えられた下向きの作用力が小さくなり、したがって、弁棒２４の軸方向移動に対する抵抗が小さくなる。密封面の応力強度および密封効果を総合的に考慮すると、より好ましくは、弁開口２５１に位置する密封面の内環直径Ｄ４との外径Ｄ３との差は、関係式０．４ｍｍ≦Ｄ４−Ｄ３≦３ｍｍを満たす。このような設計によって、弁棒２４に作用する抵抗がより小さくなり、冷媒漏れを回避することができる。
【００４６】
図６において、弁棒２４の端面が冷媒からの圧力の方向に対して垂直な平坦面であるため、第１密封面の面積および第２密封面の面積は、有効圧力面積である。したがって、第１密封面の面積と第２密封面の面積とが等しい場合には、第１密封面の有効圧力面積と第２密封面の有効圧力面積とが等しくなる。当然ながら、第１密封面および第２密封面は、図６の平面に限定されるものではなく、第１密封面の傾斜角度と第２密封面の傾斜角度とが同一であれば、弁棒２４の端面を斜面にしてもよい。
【００４７】
上記実施形態において、機械加工を容易にし且つ設計精度を向上させるために、弁棒を分離構造にしてもよい。
【００４８】
上記の実施例を除いて、他の方法を用いて、冷媒が異なる方向で流れる場合でも開弁時の抵抗のバランスをとることができる。図７および図８に示すように、図７は、本発明の第２実施形態に係る電子膨張弁の構成を示す模式図であり、図８は、図７のＣ部を示す部分拡大模式図である。
【００４９】
本実施形態において、弁棒２４は、電子膨張弁の弁室の内部に設けられている。弁棒２４には、弁開口２５１と連通する軸方向貫通孔が設けられているため、上部空腔内の冷媒の作用力を弁棒２４に与えることができる。弁棒２４を用いて開口２５１を閉じるときに、弁棒２４が弁座と線接触する。一方の接続ポートにおける冷媒が弁棒２４のの上面および下面に各々圧力を与え、上面の有効圧力面積が下面の有効圧力面積に等しく、他方の接続ポートにおける冷媒が弁棒２４のの上面および下面に各々圧力を与え、上面の有効圧力面積が下面の有効圧力面積に等しい。同様に、有効圧力面積とは、冷媒からの圧力方向に垂直な面への投影面積を意味する。すなわち、第１接続ポートおよび第２接続ポートにおける冷媒によって弁棒２４に与えられた作用力が相殺される。したがって、冷媒の流動方向に関係なく、弁棒２４に与えられた作用力がゼロであり、冷媒が異なる方向で流動するときの開弁の抵抗が相殺される。
【００５０】
本実施形態において、上記の円筒状弁棒２４の実施形態と同様に、弁棒２４を円筒にすることができる。具体的には、弁棒２４は、小径円筒部２４ａと、弁開口２５１に近い大径円筒部２４ｂとを含むことができる。その上、本実施形態において、大径円筒部２４ｂは、円錐形端部を有し、この円錐形端部と弁座とは、線接触により密封することができる。弁座と円錐形端部とが線接触することによって密封線が形成され、密封線の直径は、小径円筒部２４ａの直径と等しくなり、すなわちＤ１＝Ｄ５。Ｄ１は、小径円筒部２４ａの外径であり、Ｄ５は、密封環状線の直径である。明らかに、破線左側の上方有効圧力面積が下方有効圧力面積とは等しく、破線右側の上方有効圧力面積が下方有効圧力面積とは等しい。
【００５１】
上記の実施形態において、大口径円筒部２４ｂの端部と、弁開口２５１が配置された弁座の一端との両方は、面取りされている。図６および８に示すように、このような設計は、冷媒の流れを十分に安定させることができる。
【００５２】
留意すべきことは、本実施形態において「弁座が円錐状の端部と線接触している」ことは、理想状態であり、実際に使用される構造には、小さな面接触になる可能性があり、よって、接続ポートにおける冷媒による作用力を受ける弁棒の上方有効受圧面および上方有効受圧面の面積にわずかな偏差が生じることである。また、機械加工の誤差も存在するため、このようなわずかな偏差が回避することは、実際に困難である。理解すべきことは、接続ポートにおける冷媒による作用力を受ける弁棒の上方有効受圧面および上方有効受圧面の面積が実質的に等しいであれば、弁の開閉性能のバランスをとることができ、上記の要件を満たす弁は、本発明の保護範囲に含まれる。
【００５３】
上記の実施形態において、図４に示すように、弁座は、具体的に、弁座芯部２６および弁座基体２５を含むことができ、２つの接続ポート（すなわち、第１接続ポートおよび第２接続ポート）および弁開口２５１はすべて、弁座基体２５に開設されており、弁座芯部２６は、弁座台２５に挿設されており、軸方向貫通孔は、弁座芯部２６に配置されている。弁座が弁座基体２５および弁座芯部２６を含む分離構造に配置されているため、弁棒２４の取付けを容易することができる。特に、弁棒２４を上端が小さく下端が大きくなる段差付き構成に機械加工する場合に、上記の促進効果が明らかである。
【００５４】
図９は、図３の弁座芯部の構成を示す概略図である。図９に示すように、具体的には、弁座芯部には、２つの接続ポートのうち１つと連通する側孔２６２を開設してもよい。
【００５５】
図３および４から分かるように、側孔２６２は、第１接続ポートと連通している。側孔２６２の幅は、弁開口２５１から遠ざかる方向に連れて増加する。弁棒２４が軸線方向に沿って移動し、弁開口２５１から離れた場合、第１接続ポートは、側孔２６２を介して弁開口２５１に連通することができる。弁棒２４が徐々に上方に移動することに連れて、冷媒を流通させるための側孔２６２の面積が徐々に増加する。したがって、弁棒２４を軸方向に移動させることによって、冷媒の流量を調整することができる。
【００５６】
上記の実施形態において、弁座の軸方向貫通孔の内側壁と弁棒２４の外側壁の一方に、取付溝を設けることができ、取付溝の内部には、密封リング２７１を設けることができる。密封リング２７１は、弁座と弁棒２４との間に良好な密閉性能を与えることができ、背景技術で説明した椀状プラスチックシートを用いた密封方法に比べて、本実施形態の密封リング２７１は、二方向の密封を実現することができ、冷媒の流れ方向に関係なく良好な密封効果を確保することができる。
【００５７】
弁座が弁座芯部２６および弁座基体２５を含み、弁開口２５１が弁座基体２５に開設されており、弁座芯部２６が弁座台２５に挿設されており、軸方向貫通孔が弁座芯部２６に設けられている場合、図４に示すように、弁座芯部２６の軸方向貫通孔を段差付き孔に配置することができ、段付き孔は、弁ハウジング２１に面する環状段差面２６１を形成する。
【００５８】
電子膨張弁は、位置規制スリーブ２９をさらに備えることができ、位置規制スリーブ２９は、段差付き孔に挿設される。図３に示すように、位置規制スリーブ２９の一端には、環状の径方向突起が設けられている。位置規制スリーブの具体的な構成は、図１０および１１を参照して理解することができる。図１０は、図３の弁棒および位置規制スリーブの組立を示す概略図であり、図１１は、図１０の各部材が組立された後の構成を示す概略図である。
【００５９】
位置規制スリーブ２９の環状の径方向突起は、弁ハウジング２１に面する弁座芯部２６の端面（図３の上端面）と重畳している。図３のＡ部分の部分拡大図である図１２に示すように、弁座芯部２６の内側壁（段差付き孔の内側壁）と、弁開口２５１に面する位置規制スリーブ２９の端面と、環状段差面２６１とは、取付溝を形成する。また、位置規制スリーブ２９と弁座芯部２６とを組立てることによって、取付溝を形成し、密封リング２７１をこの取付溝の内部に配置してもよい。このような構成は、密封リング２７１の組立を容易にする。たとえば、まず、弁棒２４を弁座芯部２６の内部に設置し、次に、密封リング２７１および位置規制スリーブ２９を順番に組立てる。または、図１１に示すように、密封リング２７１と位置規制スリーブ２９と弁棒２４を一体に組立て、一体として弁座芯部２６の内部に配置してもよい。当然ながら、取付溝は、弁棒２４に設けられてよいが、弁棒２４の強度および設計要件を考慮して、取付溝は、好ましくは、弁座に設けられる。
【００６０】
さらに、密封リング２７１と環状段差面２６１との間に、抜け止めリング２８を設けることができ、弁座芯部２６の小径孔の内側壁と弁棒２４との間に、組立隙間δを設けてもよい。弁棒２４が機械加工によって小さい上部と大きい下部との構成に形成された場合、この組立隙間δは、弁棒２４の大径の下端部が通過することを可能にする。たとえば、弁棒２４が大径円筒部２４ｂと小径円筒部２４ａを含む場合、この組立隙間δは、２つの円筒部の直径の差よりも大きく、組立てを容易にする。抜け止めリング２８と弁棒２４とは、小さな隙間をもって嵌められてもよい。抜け止めリング２８の設置は、弁棒２４が往復運動する時に、密封リング２７１が組立隙間δの存在によって取付溝から外れることを防止することができる。
【００６１】
位置規制スリーブ２９と弁座芯部２６とを組立てることによって、取付溝を形成する場合に、組立てられた位置規制スリーブ２９および弁座芯部２６を相対的に固定する必要があり、溶接またはねじ接続などによって達成してもよい。実施形態において、電子膨張弁の位置規制スリーブ２９および弁座芯部２６は、歯車装置２３を介して固定される。
【００６２】
図１３〜１５に示すように、図１３は、図３の歯車装置の構成を示す模式図であり、図１４は、図３の弁棒の構成を示す模式図であり、図１５は、図３の歯車装置と弁棒との協働構成を示す模式図である。
【００６３】
電子膨張弁は、弁棒２４を軸方向に駆動する歯車装置２３をさらに備えることができる。歯車装置２３は、歯車２３１およびねじ山付きロッド２３３を含む。電子膨張弁のモータ２２は、歯車装置２３の歯車２３１を回転するように駆動する。歯車装置２３が回転すると、ねじ山付きロッド２３３も回転する。ねじ山付きロッド２３３は、ネジ山を介して弁棒２４と噛合する。図３および図１１に示すように、弁棒２４が周方向に位置決めされたとき、ねじ山付き２３３の回転は、弁棒２４を駆動して軸方向に移動することができる。弁棒２４を周方向に位置決めするために、図１５に示すように、歯車装置２３は、弁棒２４の周方向回転を規制するように構成された位置規制ロッド２３２を含み、弁棒２４の上端には、バックル２４１が設けられ、バックル２４１の突起２４１ａが２つの位置規制ロッド２３２の間に挿設されている。位置規制ロッド２３２の位置が固定されているため、バックル２４１が回転することができず、弁棒２４の周方向の回転が規制され、よって、弁棒２４が軸方向のみに移動する。
【００６４】
図３に示すように、歯車装置２３の位置規制ロッド２３２は、位置規制スリーブ２９を弁座芯部２６の上側端面に密接に押付けてもよい。このように、本願発明は、歯車装置２３の位置規制ロッド２３２を用いて位置規制スリーブ２９を密接に押付けることによって、位置規制スリーブ２９および弁座芯部２６の固定を達成する。したがって、構成が簡単になり、組立および分解を容易にし、位置規制スリーブ２９および密封リング２７１などの構成要素の交換が簡便になる。
【００６５】
好ましくは、電子膨張弁は、取付溝の内部に配置された環状の滑動支援シート２７２をさらに備えることができる。再び図１０および１２を参照して、滑動支援シート２７２は、弁棒２４の外側壁に接触しており、密封リング２７１は、滑動支援シート２７２と弁座芯部２６の内側壁との間に設けられている。第１接続ポートと第２接続ポートとの間に圧力差が存在する場合に、圧力が密封リング２７１に作用し、密封リング２７１を変形させる。滑動支援シート２７２は、密封リング２７１に与えられた作用力に応じて、弁棒２４の円滑な外壁に密接する。したがって、高圧冷媒が第１接続ポートから供給されるかまたは第２接続ポートから供給されるかに関係なく、冷媒の漏洩を回避することができる。密封リング２７１が弁棒２４に直接接触している場合に比べて、滑動支援シート２７２は、弁棒２４の軸方向の移動に対する摩擦抵抗を大きく低減する。その結果、摺動補助シート２７２は、密閉性能および摺動性能の両方に寄与する。
【００６６】
滑動支援シート２７２の断面をＣ字形にし且つＣ字形が密封リング２７１に面して開口するようにしてもよい。Ｃ字形の滑動支援シート２７２が密封リング２７１の表面と嵌合することによって、組立時に滑動支援シート２７２と密封リング２７１との相対滑動を回避することができる。したがって、Ｃ字形の滑動支援シート２７２の反りは、弁棒２４の組立および案内を容易にすることができる。そして、このような設計によって、滑動支援シート２７２は、密封リング２７１の変形量を感知し易くなる。また、滑動支援シート２７２と弁棒２４との接触面積が比較的に小さいため、弁棒２４が軸方向移動時の摩擦抵抗を一層減少する。
【００６７】
滑動支援シート２７２の厚さを０．２ｍｍ〜０．６ｍｍの間にすることができる。このような厚さを有する滑動支援シート２７２は、密封リング２７１の変形量をより感知し易くなり、弁棒２４に密接し、密閉性を保証する。摩擦係数をさらに減少するために、滑動支援シート２７２の構成材料は、ポリテトラフルオロエチレンを含んでもよい。当然ながら、滑動支援シート２７２は、一般的なプラスチック材料から作ることができる。
【００６８】
以上、本発明に係る電子膨張弁を詳細に説明した。本明細書において、具体的な実施例を用いて、本発明の原理および実施形態を詳細に説明した。なお、上記実施例の説明は、本発明の方法および思想に対する理解を支援することを意図しており、当業者なら、本願の原理から逸脱することなく本発明に改良および変更を加えることができ、改良および変更は、本発明の保護範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６９】
１００  弁ハウジング、１０４  モータ、１０６  歯車装置、１０  弁座部材、２０４  弁棒、４２  弁棒の円錐形端部、２０５  側孔、３４  第１接続ポート、３６  第２接続ポート、２０２  弁開口、１６  弁座スリーブ、２０  位置決めスリーブ、１０２  弁座基体、１０４  椀状プラスチックシート、２１  弁ハウジング、２２  モータ、２３  歯車装置、２３１  歯車、２３２  位置規制ロッド、２３３  ねじ山付きロッド、２４  弁棒、２４ｂ  大径円筒部、２４ａ  小径円筒部、２４１  バックル、２４１ａ  突起、２５  弁座基体、２５１  弁開口、２６  弁座芯部、２６１  環状段差面、２６２  側孔、２７１  密封リング、２７２  滑動支援シート、２８  抜け止めリング、２９  位置規制スリーブ、３１  第１接続ポート、３２  第２接続ポート
【図１】
2016505777.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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