JP4442788B2 - 電動弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷蔵庫、エアコン、冷凍機などの冷凍サイクルに組み込まれ、冷媒流量制御や流路の開閉用として使用される電動弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ヒートポンプ式エアコンや冷凍機あるいは冷蔵庫などにおける、冷凍・冷蔵・空調サイクルにおいては、その冷媒流路中に、冷媒流量制御や流路切換用として電動弁が組み込まれて使用されている。このうち例えばヒートポンプ式エアコンにおいて、特に電動式膨張弁は、室内の温度制御を適切に行うため頻繁に作動している。従来のこの種の弁は作動音が大きいため、室内に設置することは好ましくなく、室外熱交換器を設けた室外機側に設置していた。そのため、室内の温度を制御するための冷媒流量を制御する膨張弁を、室内から離れた室外に置かなければならず、応答性等の制御性が悪いほか、冷房運転時において膨張弁で膨張して低温になった冷媒が室外機から室内機に至るまで高温の室外に配管しなければならず、この部分を断熱配管するにも関わらず、多くの熱量が外気に逃げるため、熱効率の低下の大きな原因となっていた。
【０００３】
更に、上記のようなエアコンのほか、例えば冷蔵庫に関してみると、近年の大型冷蔵庫の普及、あるいは氷温室、野菜室の厳密な温度管理の必要性等により、従来の安価なキヤピラリチューブ等を用いた冷媒流量制御から、高価ではあるが精密な制御を行うことができる電動式膨張弁を使用することが多くなっている。このような冷蔵庫は室内に設置して使用するため、電動式膨張弁等の電動弁も室内に設けることとなり、これらの電動弁からの作動音の発生を極力減少させたものが望まれている。
【０００４】
上記のような目的を達成するため、例えば図９に示すような、ステッピングモータで駆動されるニードル弁を用いた電動式の膨張弁（以下「電動弁」という）が知られている。
【０００５】
この電動弁を、図９により説明すると、図９において、弁本体２０１には一次口２０２と二次口２０３とが設けられている。更に、一次口２０２と二次口２０３との間には弁室２０４が形成されていて、弁室２０４内に、ニードル弁２０５が、弁座２０９に対して進退自在に、つまり図９において上下動自在に配置されている。ニードル弁２０５は弁体２０６に取り付けられている。弁体２０６には左右２本の連結部２１４が上方に向かって設けられており、連結部２１４は弁本体２０１の上方に延びる弁体支持部２０７で上下動自在に支持されている。
【０００６】
連結部２１４の上方には雌ねじ部材２４０が設けられており、この雌ねじ部材２４０の雌ねじ２４０ａに螺合する雄ねじ２１６がシャフト２１８に形成されている。シャフト２１８に、マグネットからなるロータ２１７が固定されている。シャフト２１８の下端は軸受２０８が形成された中心孔２０８ａに回転可能に支持されている。軸受２０８は平面視長方形に形成されており、その短辺側の両端面を弁本体２０１に固定されている。
更に、軸受２０８の下面に板ばね２００が、ニードル弁２０５の上面に対向するように取り付けられている。
【０００７】
弁本体２０１の上部には、下蓋２２１がろう付けされて固定されており、この下蓋２２１で下方が閉塞されるように、また、内部にロータ２１７が近接して回転するように、ケース２２０が下蓋２２１に対して溶接等で気密に接合し固定されている。このケース２２０の外周には、コイルを巻回されたステータ２２３が固定されている。ケース２２０の頂壁部２２４の中心は外側に突出形成されて内部に対して凹部２２５が形成されており、この凹部２２５にばね受け２４５の上端突部が嵌合されている。ばね受け２４５にロ−タ２１７を下方に押圧するコイルばね２４４の上端が係止されている。
【０００８】
図９は電動弁の調整時における基準位置としてのイニシヤライズ位置（全開位置）を示している。この弁全開状態から、コイルに対し弁閉方向のパルスを供給すると、そのパルス数に応じてロータ２１７が回転し、ロータ２１７と一体化したシャフト２１８が回転する。弁体２０６は、連結部２１４がその両側に形成された凸部が弁本体側のガイド凹部に嵌合して回り止めがなされているので、回転することなく、シャフト２１８に形成した雄ねじ２１６と螺合する雌ねじ２４０ａの螺合により下方に移動し、ニードル弁２０５は弁座２０９に接近する方向に移動する。
【０００９】
更にコイルに対して閉弁方向のパルスを供給すると、弁体２０６はさらに下降し、ニードル弁２０５が弁座２０９との間の開口面積を減少させ、弁閉作動を行う。このときのシャフト２１８の雄ねじ２１６と弁体２０６の雌ねじ２４０ａとの関係は、弁体２０６の自重により雌ねじ２４０が雄ねじ２１６に吊り下げられている状態となっており、この状態で降下する。更にコイルに対して弁閉方向のパルスを供給すると、弁体２０６は降下を続け、ニードル弁２０５が弁座２０９に当接して停止する。この間弁体２０６は回転することなく降下しているので、ニードル弁２０５も回転することがなく弁座２０９に当接する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の電動弁は、機密を保つための弁本体２０１に真鍮が用いられており、冷凍サイクルシステムに弁本体２０１を接続するための銅製の一次口２０２と二次口２０３とを弁本体２０１へ取り付けるために、フラックスを使用するろう付で行っている。このフラックスを使用するために、作業環境の管理にコストが掛かることに加え、多量に使用することで自然環境へ悪影響を及ぼす可能性もある。
【００１１】
このほか、銅合金は熱伝導性が高いために、電動弁の本体に真鍮を使用することにより、システムの熱交換器以外の箇所でも流体の熱の出入り量が多くなり、冷凍サイクルの効率が低下するばかりか、真鍮の部品を使用するとき部品点数、工程数、及び重量が増加する原因となる。
【００１２】
更に、薄肉の部品は真鍮では強度的に不可能であるので、ケースを、ステンレス鋼で薄肉部品に形成したとしても、これを弁本体に結合させるためには、ステンレス鋼製の蓋を弁本体にろう付けしなければならず、上記のような不具合がある。
本発明は、上記のような従来の電動弁の課題を解決するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来の電動弁の弁本体の真鍮部品が有する気密、弁体のガイド、流路の確保という機能を保持しながら、弁本体をステンレス鋼部品に置き換え、また、従来の電動弁において組み立て工程の都合上、分割していた部品を一体化したり、弁本体をプレス加工で形成したりして製作コストの低減化を図り、課題解決の手段としている。
【００１４】
したがって、本発明では、ステンレス鋼製の弁本体と銅製の継ぎ手（一次口と二次口）とのろう付けの場合、フラックスを使用する必要がなく、また、部品点数と組み立て工程の削減とが可能となる。その結果、ろう付け工程での管理項目を削減し、かつ製造工程上の環境負担物の発生を抑制できるようになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。
図１乃至図４は第１実施形態を示すもので、図１はその弁全開時の側断面、図２は同弁全閉時の正面断面図、図３は図２のＡ−Ａ矢視断面図、図４は図２のＢ矢視図である。
図５乃至図８は第２実施形態を示すもので、図５はその弁全開時の側断面、図６は弁全閉時の同正断面図、図７は図６のＣ−Ｃ矢視断面図、図８は図６のＤ矢視図である。
【００１６】
はじめに、第１実施形態について説明する。
この第１実施形態の電動弁１０も、ステッピングモータとステッピングモータで駆動されるニードル弁が用いられており、弁本体７はその主体部をステンレス鋼をプレス加工で円筒形に形成されている。このステンレス鋼製の弁本体７には、銅製の一次口１２と二次口１３とがろう付けされている。更に、一次口１２と二次口１３との間には、弁室１５が形成されていて、弁室１５内に、ニードル弁５３が、弁座（オリフィス）１６に対して進退自在に、つまり図１、図２において上下動自在に配置されている。弁体５はニードル弁５３と連結部材５２とからなり、ニードル弁５３は連結部材５２の下端部に取り付けられている。連結部材５２の中間部は、左右２本の上方に向かう部分５２ａ，５２ｂに分かれている。連結部材５２は軸受体１４により回り止めがなされ、回転することなく上下動自在に移動可能である。
【００１７】
連結部材５２の上方部には、雌ねじ部材５１が取り付けられており、この雌ねじ部材５１の雌ねじ５１ａに螺合する雄ねじ３２ａが回転軸３２に形成されている。回転軸３２に、マグネット３１を備えたマグネット組立て部品（ロータ）３が固定されている。回転軸３２の下端に、軸受体１４に形成された中心孔１４ａに挿入されて回転軸３２を回転可能に支持する細径の凸部３２ｂが形成されている。
【００１８】
軸受体１４は平面視長方形に形成されており、その短辺側の両端面を、図３、図４に示すように、弁本体７に軸受け押え９を介して固定されている。更に、軸受体１４の下面に板ばね１１が、ニードル弁５３の上面に対向するように取り付けられている。
【００１９】
弁本体７の上部にはステンレス鋼製の下蓋６が溶接されており、この下蓋６で下方が閉塞されるように、また、内部にロータ３が近接して回転するように、ステンレス鋼のケース８が下蓋６に対して溶接で固定されていてケース８の内部の気密を保持できるようになっている。このケース８の外周には、ステータ４が固定されている。ケース８の頂壁部８１の中心は外側に突出形成されて内部に対して凹部８２が形成されており、この凹部８２にばね受け１の上端突部が嵌合されている。ばね受け１にロ−タ３を下方に押圧するコイルばね２の上端が係止されている。符号１９はステンレス鋼製の弁本体７の位置決め用ブラケットを示している。
【００２０】
ステンレス鋼製の弁本体７の上部とステンレス鋼製の下蓋６との溶接、軸受け押え９と弁本体７の内面との溶接及びステンレス鋼製のケース８と下蓋６との溶接は、この実施形態では、いずれもＴＩＧ溶接により行っている。なお、これらの部分の溶接は、ＴＩＧ溶接のほか、レ−ザ溶接や電子ビ−ム溶接などの通常の溶接方式で行ってもよい。
【００２１】
この第１実施形態の電動弁１０の作動は、上記の従来の電動弁と同じである。すなわち、図１の弁全開状態において、コイルに弁閉パルスが加えられると、ロ−タ３が回転してニードル弁５３が下降し、最終的には、図２に示す弁全閉状態に至る。この弁全開状態から弁全閉状態に至る間に、弁座（オリフィス）１６の開口面積が変化し、流体流量の制御が行われる。弁全閉状態から弁全開方向への移動は、コイルに弁開パルスを加えて、ロ−タ３を上記と逆方向に回転させることにより行われることはいうまでもなく、この間においても、弁座（オリフィス）１６の開口面積が変化し、流体流量の制御が行われる。
【００２２】
上述の通り、この第１実施形態では、弁本体７、下蓋６、ケース８及び軸受け押え９をいずれもステンレス鋼製として、従来の電動弁の真鍮部品を、気密、弁体のガイド、流路の確保といった機能を保持しながら、ステンレス鋼部品に置き換えた構成としたことにより、また、従来の電動弁の本体などを真鍮製としたことによる不都合、即ち、冷凍システムの熱交換器以外の箇所でも流体の熱の出入り量が多くなり、冷凍サイクルの効率が低下するばかりか、部品点数、工程数、及び重量が増加するなどの不都合を解決することができる。このほか、弁本体をプレス加工で形成することが可能となって、製作コストの低減化を図ることができる。
【００２３】
また、ステンレス鋼製の部材同志の溶接、およびステンレス鋼製の弁本体７と銅製の一次口１２および二次口１３とのろう付けを、フラックスを使用しないで行うことが可能となるので、自然環境へ悪影響を及ぼす可能性が低減し、作業環境の管理のコストの削減も可能となる。
【００２４】
次に、図５乃至図８により、第２実施形態を説明する。
この第２実施形態の電動弁２０は、上述の第１実施形態の電動弁１０における底蓋６が、弁本体７をステンレス鋼板をプレス成形加工する時に、弁本体７と一体構造に成形されている。そして、この外の構成は、第１実施形態の電動弁１０と同じ構成となっている。また、電動弁としての作動も同じである。
【００２５】
この第２実施形態の電動弁２０は、第１実施形態の電動弁１０上述の作用・効果のほか、部品点数の削減化、弁本体７の上部と下蓋６との溶接の省略化が可能となって、製作コストを削減することができる、という作用・効果を有する。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によればつぎのような効果が得られる。
（１）従来の電動弁の真鍮部品を、気密、弁体のガイド、流路の確保という機能を保持しながら、ステンレス鋼部品に置き換えた構成としたことにより、従来の電動弁の不都合、すなわち冷凍システムの熱交換器以外の箇所でも流体の熱の出入り量が多くなり、冷凍サイクルの効率が低下するばかりか部品点数、工程数、および重量が増加するなどの不都合を解決することができる。
（２）弁本体をプレス加工で形成することが可能となって、製作コストの低減化を図ることが可能となる。
（３）ステンレス鋼製の部材同志の溶接、およびステンレス鋼製の弁本体と銅製の一次口及び二次口とのろう付けを、フラックスを使用しないで行うことが可能となるので、自然環境へ悪影響を及ぼす可能性が低減し、作業環境の管理のコストの削減も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態としての電動弁の弁全開時の側断面である。
【図２】同弁全閉時の正断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図４】図２のＢ矢視図である。
【図５】本発明の第２実施形態としての電動弁の弁全開時の側断面である。
【図６】同弁全閉時の正断面図である。
【図７】図６のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図８】図６のＤ矢視図である。
【図９】従来の電動弁の弁全開時の側断面である。
【符号の説明】
１：ばね受け
２：コイルばね
３：ロ−タ
４：ステータ
６：下蓋
７：弁本体
８：ケース
９：軸受け押え
１０：電動弁
１１：板ばね
１２：一次口
１３：二次口
１４：軸受体
１５：弁室
１６：弁座
２０：電動弁
３１：マグネット
３２：回転軸
３２ａ：雄ねじ
５１：雌ねじ部材
５１ａ：雌ねじ
５２：連結部材
５３：ニードル弁

Claims (7)

1. 弁体と、該弁体の駆動用モータとを備え、前記弁体が前記モータにより弁軸方向に移動して弁座としてのオリフィスの開口面積を変化させて流体流量を制御するように構成されている電動弁において、
   主体部を円筒体であってプレス加工で形成された弁本体と、該弁本体に取り付けられた銅製の一次口及び二次口と、前記弁本体の内部で前記一次口と二次口との間に形成された弁室と、前記弁本体に形成された弁座に対向するように前記弁室内に配設された前記弁体としてのニードル弁と、前記モータのロータを上端部に取り付けるとともに外周に雄ねじが形成された回転軸と、前記雄ねじに螺合可能な雌ねじを備え下端部に前記ニードル弁が取り付けられた連結部材と、前記ニードル弁の上面に対向する位置で前記弁本体に取り付けられ前記回転軸の下端部を回転可能に支持する軸受けと、前記弁本体に取り付けられた下蓋により下方を気密に閉塞されかつ内部に前記ロータを内蔵するケースとを備え、前記のケース、下蓋及び弁本体がいずれもステンレス鋼製であることを特徴とする電動弁。
2. 前記モータがステッピングモータで構成され、該ステッピングモータのロータの回転を前記ニードル弁の軸方向移動に変換する機構が設けられている請求項１に記載の電動弁。
3. 前記下蓋とケース及び下蓋と弁本体とが、溶接により気密に接合されている請求項１又は請求項２に記載の電動弁。
4. 前記下蓋と弁本体とが一体構造体に形成されている請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電動弁。
5. 前記弁本体と一体構造の下蓋と前記ケースとが溶接により気密に接合されている請求項４に記載の電動弁。
6. 前記連結部材の中間部は、左右２本の上方に向かう部分に分かれており、前記連結部材は軸受体により回り止めがなされ、回転することなく上下動自在に移動可能である請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の電動弁。
7. 前記軸受体は、平面視長方形に形成されており、その短辺側の両端面を弁本体に軸受け押えを介して固定され、前記軸受体の下面に板ばねが、ニードル弁の上面に対向するように取り付けられている請求項６に記載の電動弁。

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