JP2021148215A - 電動弁および冷凍サイクルシステム - Google Patents

Abstract

【課題】装置の小型化を図りつつ弁体の推力を高めるとともに耐久性を高めることができる電動弁および冷凍サイクルシステムを提供する。【解決手段】電動弁１０Ａは、弁本体１Ａと、弁体２と、駆動軸３２を有した駆動部３と、弁体２および駆動軸３２を支持する支持部４と、を備える。駆動部３は、駆動軸３２を軸線Ｌ回りに回転駆動するステッピングモータ３Ａと、その回転力を軸線Ｌ方向に沿った推力に変換して駆動軸３２を進退させる推力変換部５と、を有する。推力変換部５は、支持部４に設けられた第１ねじ部５１と、駆動軸３２と一体移動可能に設けられた第２ねじ部５２と、第１ねじ部５１と第２ねじ部５２との間に転動可能に設けられた複数の球体５３と、を有するボールねじによって構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、電動弁および冷凍サイクルシステムに関する。

従来、空気調和機の冷凍サイクルに設けられる電動弁として、内部に弁室を有して一次および二次の継手が接続される弁ハウジング（弁本体）と、コイルからの電磁力によって回転駆動されるマグネットロータおよびロータ軸（駆動軸）を有した電動モータ（駆動部）と、電動モータにより軸線方向に進退駆動される弁体と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この電動弁では、電動モータによって弁体が進退駆動されることによって、弁体のニードル弁（弁部）が弁室の弁ポートを開閉する。

特許文献１に記載されたような従来の電動弁は、一次継手および二次継手が接続された弁本体と、駆動部のマグネットロータに固定された駆動軸と、駆動軸に接続されて軸線方向に進退駆動される弁体と、弁本体に固定されて弁体を軸線方向に移動可能に支持する支持部と、を備える。弁本体は、その内部に弁室を有し、弁室の二次継手側に弁座部が設けられ、この弁座部に弁ポート（弁口）が形成されている。弁体は、その先端部に設けられて弁ポートを開閉するニードル弁（弁部）と、駆動軸の先端部に係合するとともにニードル弁が固定される円筒状の弁ホルダ（弁ホルダ部）と、弁ホルダに収容されて駆動軸に対してニードル弁を弁閉方向に付勢する弁ばねと、駆動軸の先端部と弁ホルダとの間に介装されるスラストワッシャ（摺動部材）と、を有して構成されている。

また、従来の電動弁における駆動部は、ステッピングモータのマグネットロータが磁力により回転駆動され、マグネットロータに固定された駆動軸が軸線回りに回転されるとともに、駆動軸の雄ねじが支持部の雌ねじに案内されることで、駆動軸が軸線方向に進退移動する送りねじ機構を備えている。駆動部により駆動軸が正回転されて下降すると、その先端部が当接するばね受と弁ばねを介してニードル弁が下向きに付勢されるとともに、ニードル弁に固定された弁ホルダが支持部に案内されつつ下降し、ニードル弁の先端が弁座部に着座して弁ポートが弁閉される。一方、駆動部により駆動軸が逆回転されて上昇すると、その先端部がスラストワッシャを介して弁ホルダに係合して引き上げ、弁ホルダが支持部に案内されつつ上昇し、ニードル弁の先端が弁座部から離座して弁ポートが弁開される。

特開２０１８−１１５７４３号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたような従来の電動弁では、駆動軸を進退させるための送りねじ機構が雄ねじと雌ねじとの螺合によって構成されているため、駆動時の摩擦抵抗が大きく、駆動部の駆動力が弁体に伝達されるまでに減衰されることから、弁体の推力を高めるためには駆動部が大型化するという問題がある。また、従来の電動弁では、弁開時に摺動部材を介して弁ホルダおよび弁体を引き上げるが、摺動部材と駆動軸の先端部や弁ホルダとの間に摺動抵抗が作用し、この摺動抵抗によっても駆動力が減衰される。さらに、摩擦抵抗が作用する送りねじ機構や摺動抵抗が作用する摺動部材は、反復動作による部材の摩耗が生じることから、耐久性を高めにくいという問題がある。

本発明の目的は、装置の小型化を図りつつ弁体の推力を高めるとともに耐久性を高めることができる電動弁および冷凍サイクルシステムを提供することである。

本発明の電動弁は、弁室および弁ポートを有する弁本体と、前記弁ポートを開閉する弁体と、前記弁体を軸線方向に沿って駆動する駆動軸を有した駆動部と、前記弁本体に対して前記弁体および前記駆動軸を支持する支持部と、を備えた電動弁であって、前記駆動部は、前記駆動軸を軸線回りに回転駆動する回転駆動部と、前記回転駆動部の回転力を軸線方向に沿った推力に変換して前記駆動軸を進退させる推力変換部と、を有し、前記弁体は、前記駆動軸の進退移動に伴い前記弁ポートに対して接離する弁部と、前記弁部を弁閉方向に付勢する弁ばねと、前記駆動軸の先端部と前記弁部とを相対回転可能に接続する転がり軸受と、を有し、前記推力変換部は、前記支持部に設けられた第１ねじ部と、前記駆動軸と一体移動可能に設けられた第２ねじ部と、前記第１ねじ部と前記第２ねじ部との間に転動可能に設けられた複数の球体と、を有するボールねじによって構成されていることを特徴とする。

このような本発明によれば、駆動部は、第１ねじ部、第２ねじ部および複数の球体を有するボールねじによって構成される推力変換部を有し、推力変換部における駆動力の変換効率が送りねじ機構よりも優れていることで、弁体に伝達される推力が減衰されにくい。また、駆動軸の先端部と弁部とが転がり軸受によって相対回転可能に接続されているので、転がり軸受における回転抵抗を低減させることができ、弁体に伝達される推力の減衰をさらに抑制することができる。従って、駆動部の駆動力が弁体に伝達されるまでの減衰が抑制されるので、駆動部を大型化して駆動力を必要以上に高めなくても弁体の推力を確保することができ、装置の小型化を図りつつ弁体の推力を高めることができる。さらに、推力変換部がボールねじによって構成されるとともに、駆動軸の先端部と弁部とが転がり軸受によって接続されているので、反復動作による摩耗が生じにくくなり、部材の耐久性を向上させることができる。

この際、前記第１ねじ部は、前記支持部の円筒状の内周面に設けられた雌ねじ部で構成され、前記第２ねじ部は、前記駆動軸の外周面に設けられた雄ねじ部で構成されていることが好ましい。

さらに、前記雌ねじ部には、こま方式、プレート方式、パイプ方式、又は、エンドデフレクタ方式によって前記複数の球体を循環させる循環手段が設けられていてもよい。また、前記雌ねじ部は、同一形状の複数の雌ねじ部材を積層して構成されていてもよい。

また、前記第１ねじ部は、前記支持部の円柱状の外周面に設けられた雄ねじ部で構成され、前記駆動部は、前記駆動軸と一体移動するマグネットロータを有し、前記第２ねじ部は、前記マグネットロータの内周面に設けられた雌ねじ部で構成されていてもよい。

また、前記弁体を進退駆動させる際の駆動力を補助する駆動力補助手段が設けられていてもよい。このような駆動力補助手段が設けられていれば、弁体の推力を高めるために大型の駆動部を用いる必要がなくなり、装置の小型化を図りつつ弁体の推力を高めることができる。

本発明の冷凍サイクルシステムは、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、を含む冷凍サイクルシステムであって、前記いずれかの電動弁が、前記膨張弁として用いられていることを特徴とする。

本発明の電動弁および冷凍サイクルシステムによれば、装置の小型化を図りつつ弁体の推力を高めるとともに耐久性を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係る電動弁を示す縦断面図である。 前記第１実施形態の電動弁の変形例を示す縦断面図である。 前記第１実施形態の電動弁の他の変形例を示す縦断面図である。 前記第１実施形態の電動弁のさらに他の変形例を示す縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係る電動弁を示す縦断面図である。 本発明の第３実施形態に係る電動弁を示す縦断面図である。 前記第３実施形態の電動弁の変形例を示す縦断面図である。 前記第３実施形態の電動弁の他の変形例を示す縦断面図である。 前記第３実施形態の電動弁のさらに他の変形例を示す縦断面図である。 前記第３実施形態の電動弁のさらに他の変形例を示す縦断面図である。 前記電動弁の要部を示す斜視図および分解斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る電動弁を示す縦断面図である。 本発明の冷凍サイクルシステムを示す図である。

本発明の第１実施形態に係る電動弁を図１に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態の電動弁１０Ａは、弁本体としての弁ハウジング１と、弁体２と、駆動部３と、弁体２を支持する支持部４と、駆動部３の駆動力を弁体２に伝達する推力変換部５と、を備えている。なお、以下の説明における「上下」の概念は図１の図面における上下に対応する。また、後述する第２実施形態以降において、第１実施形態と共通する部材や部位については、共通の符号を付すとともに、説明を省略または簡略することがある。

弁ハウジング１は、筒状の弁本体１Ａを有し、弁本体１Ａは、その内部に円筒状の弁室１Ｂが形成されている。弁本体１Ａには、側面側から弁室１Ｂに連通する第１継手管１１が取り付けられ、底面側から弁室１Ｂに連通する第２継手管１２が取り付けられている。さらに、弁本体１Ａには、弁室１Ｂと第２継手管１２とを連通する位置に弁座部１３が設けられ、この弁座部１３に断面円形状の弁ポート１４が形成されている。支持部４は、金属製の固定部１５によって弁本体１Ａに溶接固定されている。支持部４は、弁座部１３側に設けられて円筒状の弁ガイド部１６と、駆動部４側に設けられて内周面に雌ねじが形成された円筒状の雌ねじ部１７と、を有して形成されている。弁本体１Ａの上端部には、ケース１８が溶接等によって気密に固定されている。

弁体２は、弁座部１３に対して接離して着座及び離座するニードル部２１を有する弁部２Ａと、弁部２Ａに連続する円筒状の弁ホルダ部２Ｂと、弁ホルダ部２Ｂに圧縮状態で収容される弁ばね２Ｃと、後述する駆動軸３２の先端部と弁ホルダ部２Ｂとを相対回転可能に接続する転がり軸受２Ｄと、を有して構成される。弁部２Ａ、弁ホルダ部２Ｂ、弁ばね２Ｃおよび転がり軸受２Ｄは、軸線Ｌを中心とする同軸上に配設され、弁体２は、駆動部３および推力変換部５によって軸線Ｌ方向に沿って進退駆動される。弁ホルダ部２Ｂの上壁部には、駆動軸３２を挿通させる挿通孔２２が形成され、駆動軸３２の先端部は、転がり軸受２Ｄを介して弁ホルダ部２Ｂの上壁部に係合している。

転がり軸受２Ｄは、内リングと、外リングと、これらの間に設けられる複数の鋼球と、を備えたベアリングであって、内リングが駆動軸３２の先端部に係合され、外リングが弁ホルダ部２Ｂの内周面に沿って摺動可能、かつ弁ホルダ部２Ｂの上壁部に当接可能になっている。この転がり軸受２Ｄによって、駆動軸３２の回転が弁ホルダ部２Ｂに伝達されず、駆動軸３２と弁ホルダ部２Ｂとが相対回転可能に接続されている。弁ばね２Ｃは、転がり軸受２Ｄの外リングと弁部２Ａの上面部２３との間に圧縮状態で介装され、駆動軸３２に対して弁閉方向に弁体２を付勢している。

駆動部３は、回転駆動部としての電動モータであるステッピングモータ３Ａを備え、ステッピングモータ３Ａは、外周部が多極に着磁されたマグネットロータ３１と、ケース１８の外周に配設された図示しないステータコイルと、マグネットロータ３１に固定された駆動軸３２と、を備えている。駆動軸３２は、軸線Ｌに沿って延び、その中間部には雄ねじ部３３が形成されている。雄ねじ部３３と、支持部４の雌ねじ部１７と、は同一のねじピッチを有した螺旋状の溝を有し、互いの溝が対向して設けられている。

推力変換部５は、支持部４に設けられた第１ねじ部５１と、駆動軸３２に設けられた第２ねじ部５２と、第１ねじ部５１と第２ねじ部５２との間に転動可能に設けられた複数の球体５３と、を有するボールねじによって構成されている。第１ねじ部５１は、雌ねじ部１７によって構成され、第２ねじ部５２は、雄ねじ部３３によって構成されている。この推力変換部５は、マグネットロータ３１および駆動軸３２が回転すると、複数の球体５３が雌ねじ部１７と雄ねじ部３３との間を転動することで、マグネットロータ３１および駆動軸３２が軸線Ｌ方向に進退移動し、これに伴って弁体２も軸線Ｌに沿って上昇または下降する。すなわち、推力変換部５は、ステッピングモータ３Ａの回転力を軸線Ｌ方向に沿った推力に変換して駆動軸３２および弁体２を進退させる。

先ず、弁体２のニードル部２１が弁座部１３に着座していない弁開状態から弁体２を下降させる際には、ステッピングモータ３Ａがマグネットロータ３１および駆動軸３２を正回転させ、推力変換部５によって駆動軸３２に下向きの推力を付与し、転がり軸受２Ｄを介して弁ばね２Ｃを押圧することで、弁体２が下降する。ステッピングモータ３Ａの正回転を継続し、ニードル部２１が弁座部１３に着座して弁ポート１４が閉じられると、弁ばね２Ｃの圧縮によりニードル部２１が弁座部１３に押圧され、ステッピングモータ３Ａが停止して弁閉状態となる。一方、弁閉状態から弁体２を上昇させる際には、ステッピングモータ３Ａがマグネットロータ３１および駆動軸３２を逆回転させ、推力変換部５によって駆動軸３２に上向きの推力を付与する。ステッピングモータ３Ａの逆回転を継続し、駆動軸３２の先端部の転がり軸受２Ｄが弁ホルダ部２Ｂの上壁部に係合し、弁ホルダ部２Ｂを引き上げることで、ニードル部２１が弁座部１３から離座して弁ポート１４が開かれ、弁開状態となる。

なお、本実施形態の電動弁１０Ａは、図１に示したものに限らず、図２〜図４に示すような駆動力補助手段６を備えたものであってもよい。図２〜図４は、それぞれ第１実施形態の電動弁１０Ａの変形例を示す縦断面図である。

図２に示す電動弁１０Ａの駆動力補助手段６は、弁閉時における弁室１Ｂ内部と第２継手管１２側との圧力差をキャンセルすることで、弁閉状態から弁体２を上昇させる弁開抵抗を低減させるものである。この駆動力補助手段６は、弁体２の弁部２Ａを軸線Ｌ方向に貫通する第１連通孔６１と、駆動軸３２の先端部に設けられる第２連通孔６２と、支持部４の弁ガイド部１６と弁ホルダ部２Ｂの外周面との間をシールするパッキン６３と、を備えている。第１連通孔６１は、弁閉時に第２継手管１２側と弁ホルダ部２Ｂの内部とを連通し、第２連通孔６２は、弁ホルダ部２Ｂの内部と弁体２の背面側（支持部４の雌ねじ部１７側の内部空間）とを連通し、これにより第２継手管１２側と弁体２の背面側とが均圧状態となり、弁開抵抗が低減されることで、弁体２を弁開方向に駆動するための駆動力が補助されるようになっている。

図３に示す電動弁１０Ａの駆動力補助手段６は、ステッピングモータ３Ａの回転数を減速させて駆動軸３２に伝達することで、推力変換部５よりも前段階で回転力（トルク）を増幅させるものである。この駆動力補助手段６は、マグネットロータ３１と駆動軸３２とを接続するギア減速機６４によって構成されている。ギア減速機６４としては、複数の歯車を組み合わせた歯車減速機や、遊星歯車と太陽歯車を有する遊星歯車減速など、任意の減速機を採用することができる。このようなギア減速機６４によってステッピングモータ３Ａの回転数を減速させて駆動軸３２に伝達することで、弁体２を進退駆動するための駆動力が補助されるようになっている。

図４に示す電動弁１０Ａの駆動力補助手段６は、弁閉状態から弁開する際に、第２継手管１２側の流体を弁ホルダ部２Ｂの内部および弁体２の背面側に導入し、弁体２前後の圧力差をキャンセルすることで、弁閉状態から弁体２を上昇させる弁開抵抗を低減させるものである。この駆動力補助手段６は、弁体２の弁部２Ａを軸線Ｌ方向に貫通する連通孔６５と、駆動軸３２の先端部が延長されて連通孔６５を開閉するパイロット弁６６と、を備えている。連通孔６５は、弁閉時に第２継手管１２側と弁ホルダ部２Ｂの内部とを連通し、パイロット弁６６は、弁閉時には連通孔６５を閉じ、弁開する際に駆動軸３２が上昇することで連通孔６５を開くように動作する。これにより弁開する際には、第２継手管１２側と弁体２の背面側とが均圧状態となり、弁開抵抗が低減されることで、弁体２を弁開方向に駆動するための駆動力が補助されるようになっている。

以上の本実施形態によれば、駆動部３は、第１ねじ部５１、第２ねじ部５２および複数の球体５３を有するボールねじによって構成される推力変換部５を有し、推力変換部５における駆動力の変換効率が送りねじ機構よりも優れていることで、弁体２に伝達される推力が減衰されにくい。また、駆動軸３２の先端部と弁ホルダ部２Ｂとが転がり軸受２Ｄによって相対回転可能に接続されているので、転がり軸受２Ｄにおける回転抵抗を低減させることができ、弁体２に伝達される推力の減衰をさらに抑制することができる。

従って、駆動部３の駆動力が弁体２に伝達されるまでの減衰が抑制されるので、駆動部３を大型化して駆動力を必要以上に高めなくても弁体２の推力を確保することができ、装置の小型化を図りつつ弁体２の推力を高めることができる。さらに、推力変換部５がボールねじによって構成されるとともに、駆動軸３２の先端部と弁ホルダ部２Ｂとが転がり軸受２Ｄによって接続されているので、反復動作による摩耗が生じにくくなり、部材の耐久性を向上させることができる。

また、図２〜図４に示すような駆動力補助手段６を備えることで、弁体２の推力を高めるために大型の駆動部３を用いる必要がなくなり、装置の小型化を図りつつ弁体２の推力を高めることができる。

次に、図５に基づき、本発明の第２実施形態に係る電動弁１０Ｂについて説明する。本実施形態の電動弁１０Ｂは、第１実施形態の電動弁１０Ａと同様に、弁ハウジング１と、弁体２と、駆動部３と、支持部４と、推力変換部５と、を備えている。一方、電動弁１０Ｂは、推力変換部５の一部構成が電動弁１０Ａと相違している。以下、相違点について詳しく説明する。

本実施形態の電動弁１０Ｂの推力変換部５は、第１ねじ部５１と第２ねじ部５２との間に複数の球体５３が所定の周回数（例えば、５周）連続して設けられ、これらの球体５３がステッピングモータ３Ａの回転方向に伴う一方方向のみに転動する非リターン式のボールねじによって構成されている。この推力変換部５は、支持部４の雌ねじ部３３の上下端部にストッパ５４が設けられており、転動した球体５３がストッパ５４に当接することで、駆動軸３２の回転および進退移動が停止するように構成されている。すなわち、ステッピングモータ３Ａの正回転に伴って、駆動軸３２が下降するとともに複数の球体５３が螺旋状に下方に移動し、球体５３が下側のストッパ５４に当接することで、駆動軸３２の下降が停止される。一方、ステッピングモータ３Ａの逆回転に伴って、駆動軸３２が上昇するとともに複数の球体５３が螺旋状に上方に移動し、球体５３が上側のストッパ５４に当接することで、駆動軸３２の上昇が停止される。

以上の本実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の効果に加えて、非リターン式のボールねじによって推力変換部５が構成されていることで、推力変換部５の構造を簡単化することができる。また、推力変換部５が球体５３の転動を止めるストッパ５４を備えることで、駆動軸３２の回転または進退移動を停止させるための停止機構を別途に設ける必要がなくなり、装置構成を一層簡単化することができる。

次に、図６〜図１１に基づき、本発明の第３実施形態に係る電動弁１０Ｃについて説明する。本実施形態の電動弁１０Ｃは、第１，２実施形態の電動弁１０Ａ，１０Ｂと同様に、弁ハウジング１と、弁体２と、駆動部３と、支持部４と、推力変換部５と、を備えている。一方、電動弁１０Ｃは、推力変換部５の一部構成が電動弁１０Ａ，１０Ｂと相違し、本実施形態の電動弁１０Ｃの推力変換部５は、複数の球体５３を循環させる循環手段が設けられたリターン式のボールねじによって構成されている。以下、相違点について詳しく説明する。

図６に示す電動弁１０Ｃの推力変換部５は、複数の球体５３が１周回（１リード）で循環されるコマ方式のリターン式ボールねじである。この推力変換部５は、支持部４の雌ねじ部１７に設けられた循環手段としてのコマ部材５５を備え、コマ部材５５には、３箇所の循環部５５ａが設けられ、推力変換部５では、３リード分の球体５３がそれぞれ循環可能に設けられている。

図７に示す電動弁１０Ｃの推力変換部５は、複数の球体５３が循環されるプレート方式のリターン式ボールねじである。この推力変換部５は、支持部４の雌ねじ部１７に設けられた循環手段としてのプレート５６を備え、プレート５６には、所定の周回数分（例えば、５周分）の上下間を連続させる循環路５６ａが設けられている。推力変換部５では、第１ねじ部５１および第２ねじ部５２間を球体５３が５周回転動し、上端または下端で球体５３が循環路５６ａにすくい上げられ、循環路５６ａを通って下端または上端に戻されるようにして球体５３が循環可能に構成されている。

図８に示す電動弁１０Ｃの推力変換部５は、複数の球体５３が循環されるパイプ方式のリターン式ボールねじである。この推力変換部５は、支持部４の雌ねじ部１７に設けられた循環手段としてのパイプ５７を備え、パイプ５７には、所定の周回数分（例えば、５周分）の上下間を連続させる循環路５７ａが設けられている。推力変換部５では、第１ねじ部５１および第２ねじ部５２間を球体５３が５周回転動し、上端または下端で球体５３が循環路５７ａにすくい上げられ、循環路５７ａを通って下端または上端に戻されるようにして球体５３が循環可能に構成されている。

図９に示す電動弁１０Ｃの推力変換部５は、複数の球体５３が循環されるエンドデフレクタ方式のリターン式ボールねじである。この推力変換部５は、支持部４の雌ねじ部１７の上下に設けられた循環手段としてのエンドデフレクタ５８と、上下のエンドデフレクタ５８間を連続させる循環路５８ａと、を備えている。エンドデフレクタ５８は、第１ねじ部５１および第２ねじ部５２間から球体５３をすくい上げるか、または、第１ねじ部５１および第２ねじ部５２間に球体５３を戻すように機能する。推力変換部５では、第１ねじ部５１および第２ねじ部５２間を球体５３が５周回転動し、上端または下端のエンドデフレクタ５８で球体５３が循環路５８ａにすくい上げられ、循環路５８ａを通って下端または上端のエンドデフレクタ５８から第１ねじ部５１および第２ねじ部５２間に戻されるようにして球体５３が循環可能に構成されている。

図１０、図１１に示す電動弁１０Ｃの推力変換部５は、図６に示すものと同様に、複数の球体５３が１周回（１リード）で循環されるボールねじである。この推力変換部５は、支持部４の雌ねじ部１７が同一形状の複数の雌ねじ部材５９を積層して構成されている。上下の雌ねじ部材５９間に第１ねじ部５１と循環部５９ａとが設けられ、推力変換部５では、３リード分の球体５３がそれぞれ循環可能に設けられている。このように同一形状の複数の雌ねじ部材５９を積層して推力変換部５を構成すれば、雌ねじ部材５９の加工が容易に行えることから、図６に示すように支持部４およびコマ部材５５の内部に雌ねじ部１７（第１ねじ部５１）および循環部５５ａを形成する場合と比較して、製造工程を簡略化できるとともに、雌ねじ部材５９の積層段数を適宜に設定することで、球体５３の周回数（リード数）を任意に選択することができる。

以上の本実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の効果に加えて、各種リターン式のボールねじによって推力変換部５が構成されていることで、駆動軸３２の進退移動距離（弁体２の弁閉から全開までの弁開距離）に関わらず、推力変換部５の構造を共通化することができる。従って、弁開距離が異なる各種の電動弁１０Ｃにおいて、それぞれ個別の推力変換部５を設計する必要がなくなり、設計や製造に係る手間を削減することができる。

次に、図１２に基づき、本発明の第４実施形態に係る電動弁１０Ｄについて説明する。本実施形態の電動弁１０Ｄは、第１〜３実施形態の電動弁１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃと同様に、弁ハウジング１と、弁体２と、駆動部３と、支持部４と、推力変換部５と、を備えている。一方、電動弁１０Ｄは、推力変換部５の構成が電動弁１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃと相違している。以下、相違点について詳しく説明する。

図１２に示すように、本実施形態の電動弁１０Ｄにおいて、駆動軸３２と一体移動するマグネットロータ３１の内面に雌ねじ部３４が形成され、支持部４の円柱状の外周面に雄ねじ部３５が形成されている。推力変換部５は、支持部４の雄ねじ部３５によって第１ねじ部５１が構成され、駆動部３の雌ねじ部３４によって第２ねじ部５２が構成され、これらの第１ねじ部５１と第２ねじ部５２との間に複数の球体５３が転動可能に設けられている。以上の本実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

なお、図１〜図１２に示した各実施形態においては、弁体２の構造として、弁ホルダ部２Ｂと弁部２Ａとを一体とし、弁ばね２Ｃを弁ホルダ部２Ｂの内部に配置したものを例示したが、この構造に限らず、駆動軸と弁部との連結構造は、駆動軸と弁部とが相対回転可能に接続されていればよく、例えば、弁ホルダ部２Ｂが省略された構造であってもよい。

次に、本発明の冷凍サイクルシステムを図１３に基づいて説明する。図１３は、実施形態の冷凍サイクルシステムを示す図である。図において、符号１００は前記各実施形態の電動弁１０Ａ〜１０Ｄを用いた膨張弁であり、２００は室外ユニットに搭載された室外熱交換器、３００は室内ユニットに搭載された室内熱交換器、４００は四方弁を構成する流路切換弁、５００は圧縮機である。電動弁１００、室外熱交換器２００、室内熱交換器３００、流路切換弁４００、および圧縮機５００は、それぞれ導管によって図示のように接続され、ヒートポンプ式の冷凍サイクルを構成している。なお、アキュムレータ、圧力センサ、温度センサ等は図示を省略してある。

冷凍サイクルの流路は、流路切換弁４００により冷房運転時の流路と暖房運転時の流路の２通りに切換えられる。冷房運転時には、図に実線の矢印で示したように、圧縮機５００で圧縮された冷媒は流路切換弁４００から室外熱交換器２００に流入され、この室外熱交換器２００は凝縮器として機能し、室外熱交換器２００から流出された液冷媒は膨張弁１００を介して室内熱交換器３００に流入され、この室内熱交換器３００は蒸発器として機能する。

一方、暖房運転時には、図に破線の矢印で示したように、圧縮機５００で圧縮された冷媒は流路切換弁４００から室内熱交換器３００、膨張弁１００、室外熱交換器２００、流路切換弁４００、そして、圧縮機５００の順に循環され、室内熱交換器３００が凝縮器として機能し、室外熱交換器２００が蒸発器として機能する。膨張弁１００は、冷房運転時に室外熱交換器２００から流入する液冷媒、または暖房運転時に室内熱交換器３００から流入する液冷媒を、それぞれ減圧膨張し、さらにその冷媒の流量を制御する。

なお、図１３においては、冷房運転時に室外熱交換器２００から液冷媒が膨張弁１００の第１継手管１０１（第１継手管１１）に流入し、暖房運転時には、室内熱交換器３００からの液冷媒が膨張弁１００の第２継手管１０２（第２継手管１２）に流入するように冷凍サイクルに膨張弁１００を設けているが、これに限らず、冷房運転時に室外熱交換器２００からの液冷媒が膨張弁１００の第２継手管１０２に流入し、暖房運転時には室内熱交換器３００からの液冷媒が膨張弁１００の第１継手管１０１に流入するように膨張弁１００を冷凍サイクルに設けてもよい。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。例えば、前記実施形態では、家庭用エアコン等の空気調和機に用いられる電動弁１０Ａ〜１０Ｄを例示したが、本発明の電動弁は、家庭用エアコンに限らず、業務用エアコンであってもよいし、空気調和機に限らず、各種の冷凍機やヒートポンプ給湯器等にも適用可能である。また、前記実施形態では、第１継手管１１から冷媒が流入し、第２継手管１２から流出する旨を記載しているが、この一方向流れに限定されるものではなく、逆流しとして、第２継手管１２から冷媒が流入し、第１継手管１１から流出する場合にも適用可能である。

また、前記実施形態では、駆動部３がステッピングモータ３Ａを備えて構成されていたが、このような構成に限らず、駆動部としては、駆動軸を回転駆動できるものであればよい。また、前記実施形態では、弁体２の弁部２Ａの先端部が先細形状のニードル部２１とされ、このニードル部２１が弁ポート１４に挿入されて着座する構成であったが、これに限らず、弁部２Ａの先端が平板状に形成され、弁ポートを覆うように着座する構成であってもよい。また、前記実施形態では、弁部２Ａが弁ホルダ部２Ｂと一体に形成されていたが、これに限らず、弁部２Ａが弁ホルダ部２Ｂと別体に形成されて固定されるか、あるいは弁部２Ａが弁ホルダ部２Ｂに回転可能に支持される構成であってもよい。また、前記実施形態では、弁ホルダ部２Ｂと駆動部３の先端部とを接続する転がり軸受２Ｄがベアリングで構成されていたが、これに限らず、適宜な転動部材を有した軸受けであればよい。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

１Ａ 弁本体
１Ｂ 弁室
２ 弁体
２Ａ 弁部
２Ｂ 弁ホルダ部
２Ｃ 弁ばね
２Ｄ 転がり軸受
３ 駆動部
３Ａ ステッピングモータ（回転駆動部）
４ 支持部
５ 推力変換部（ボールねじ）
６ 駆動力補助手段
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ 電動弁
１４ 弁ポート
１７ 雌ねじ部
３２ 駆動軸
３３ 雄ねじ部
３４ 雌ねじ部
３５ 雄ねじ部
５１ 第１ねじ部
５２ 第２ねじ部
５３ 球体
５５ コマ部材（循環手段）
５６ プレート（循環手段）
５７ パイプ（循環手段）
５８ エンドデフレクタ（循環手段）
５９ 雌ねじ部材
１００ 膨張弁
２００ 室外熱交換器（凝縮器または蒸発器）
３００ 室内熱交換器（蒸発器または凝縮器）
５００ 圧縮機

Claims (7)

1. 弁室および弁ポートを有する弁本体と、前記弁ポートを開閉する弁体と、前記弁体を軸線方向に沿って駆動する駆動軸を有した駆動部と、前記弁本体に対して前記弁体および前記駆動軸を支持する支持部と、を備えた電動弁であって、
   前記駆動部は、
   前記駆動軸を軸線回りに回転駆動する回転駆動部と、
   前記回転駆動部の回転力を軸線方向に沿った推力に変換して前記駆動軸を進退させる推力変換部と、を有し、
   前記弁体は、
   前記駆動軸の進退移動に伴い前記弁ポートに対して接離する弁部と、
   前記弁部を弁閉方向に付勢する弁ばねと、
   前記駆動軸の先端部と前記弁部とを相対回転可能に接続する転がり軸受と、を有し、
   前記推力変換部は、
   前記支持部に設けられた第１ねじ部と、
   前記駆動軸と一体移動可能に設けられた第２ねじ部と、
   前記第１ねじ部と前記第２ねじ部との間に転動可能に設けられた複数の球体と、
   を有するボールねじによって構成されていることを特徴とする電動弁。
2. 前記第１ねじ部は、前記支持部の円筒状の内周面に設けられた雌ねじ部で構成され、
   前記第２ねじ部は、前記駆動軸の外周面に設けられた雄ねじ部で構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。
3. 前記雌ねじ部には、こま方式、プレート方式、パイプ方式、又は、エンドデフレクタ方式によって前記複数の球体を循環させる循環手段が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電動弁。
4. 前記雌ねじ部は、同一形状の複数の雌ねじ部材を積層して構成されていることを特徴とする請求項２に記載の電動弁。
5. 前記第１ねじ部は、前記支持部の円柱状の外周面に設けられた雄ねじ部で構成され、
   前記駆動部は、前記駆動軸と一体移動するマグネットロータを有し、
   前記第２ねじ部は、前記マグネットロータの内周面に設けられた雌ねじ部で構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。
6. 前記弁体を進退駆動させる際の駆動力を補助する駆動力補助手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電動弁。
7. 圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、を含む冷凍サイクルシステムであって、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電動弁が、前記膨張弁として用いられていることを特徴とする冷凍サイクルシステム。

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