JP6753789B2 - 電動弁及び冷凍サイクルシステム - Google Patents

Description

本発明は、冷凍サイクルシステムなどに使用する電動弁及び冷凍サイクルシステムに関する。

従来、この種の電動弁として、ステッピングモータのマグネットロータ及びロータ軸の回転によりねじ送り機構を介してロータ軸と弁部材を作動し、弁部材で弁ポートを開閉するものがある。また、ロータ軸を支持する支持部材を備えたものがある。このような電動弁は例えば特許第５３９５７７５号公報（特許文献１）に開示されている。

また、この従来の電動弁では、流体の流路を密閉する必要があり、弁本体と共に密閉構造をなす円筒形状の密閉ケース（キャン）内に、モータ部のマグネットロータを収容している。そして、この弁本体と密閉ケースとは溶接等により密閉固着されている。また、ステッピングモータのロータ軸に雄ねじ部が形成され、雄ねじ部を支持部材の雌ねじ部に螺合させることにより、ロータ軸が支持部材に支持されている。そして、支持部材と密閉ケースは弁ハウジング（弁本体）の上部に組み付けられている。

特許第５３９５７７５号公報

上述した特許文献１の技術では、支持部材と密閉ケースを弁ハウジングに組み付ける際に、まず、支持部材を弁ハウジングの開口端部に嵌合して固定金具と弁ハウジングの開口端部の周辺とを溶接により固着する。次に、密閉ケースを弁ハウジングの開口端部に対して溶接により固着する。

このように、従来の技術では、弁ハウジングの開口端部の同じ端面に対して、支持部材と密閉ケースとを一般に溶接で固定しているので、以下のような問題がある。支持部材の固定金具は弁ハウジングの開口端部の端面に先に溶接されるので、密閉ケースを組み付ける際に、固定金具の溶接による溶融凝固部（ビード部）が弁ハウジングの開口端部の端面に形成されている。このため、密閉ケースと溶融凝固部とが干渉することがあり、密閉ケースが位置ずれしたり、溶接不良が生じることがある。

本発明は、弁本体に対して、ロータ軸を軸線上に支持する支持部材とマグネットロータを収容する密閉ケースとを組み付けてなる電動弁において、支持部材の固定金具と密閉ケースとを、弁本体に対して溶接不良がなく確実に溶接された電動弁を提供することを課題とする。

請求項１の電動弁は、モータ部のマグネットロータ及びロータ軸の回転により作動する弁部材を内蔵した円筒形状で金属製の弁本体に対して、前記ロータ軸を軸線上に支持する支持部材と、前記マグネットロータを収容する円筒形状で金属製の密閉ケースとを組み付けてなる電動弁であって、前記支持部材は、前記軸線回りの外周に該軸線と直交する方向に突出する突出面を成す固定金具を有し、前記弁本体は、前記支持部材を嵌合する開口端部の前記軸線回りに、前記軸線と直交する面内にそれぞれ位置する内側の第１の環状面を有し、前記軸線回りの全周に前記弁本体の円筒状の外周面の前記開口端部側の端部から内側へと面一に延設された外側の第２の環状面を有するとともに、該第１の環状面と該第２の環状面とは前記軸線方向の位置が異なるように段差部を構成しており、前記弁本体の前記第１の環状面と前記支持部材の前記固定金具の当接部分が溶接されるとともに、前記弁本体の前記第２の環状面と前記密閉ケースの開口端部との当接部分が溶接され、前記固定金具は、表裏面のうちの一方の面側の外径端部にダレ面部を有し、該ダレ面部の裏面側の外径端部であってバリの発生箇所を含むバリ面部が前記第１の環状面に当接された状態で前記当接部分が溶接されたものであり、前記第１の環状面の幅と前記第２の環状面の幅との合計が、前記弁本体の前記軸線回りに延在する周壁の厚みと一致し、前記第１の環状面の外縁と前記第２の環状面の内縁とを前記軸線方向に繋ぐ立面が、前記固定金具の外縁で当該固定金具の厚み方向に延在する端面及び前記密閉ケースの内面のうちの一方の面と、当該一方の面との間に間隙を開けて対面していることを特徴とする。

また、電動弁において、前記固定金具は、前記バリを除去するバリ処理が施されてバリなしの面となった前記バリ面部が前記第１の環状面に当接されて前記当接部分が溶接されていることを特徴とする。

請求項２の電動弁は、請求項１に記載の電動弁であって、前記固定金具は、前記軸線と直交する面に対して非対称な形状である
ことを特徴とする。

請求項３の電動弁は、請求項２に記載の電動弁であって、前記支持部材は、前記弁本体の前記開口端部内に圧入される樹脂製の基部を有し、前記固定金具は、前記軸線を中心とする円筒状のリムと、前記リムの外周に軸線Ｌと直交する方向に突出する突出面を成すフランジ部とを有して構成され、前記固定金具は、前記基部内において、前記リムが前記弁本体の内側となるように配置されて前記基部と共にインサート成形されていることを特徴とする。

請求項４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、請求項１乃至３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。

請求項１乃至３の電動弁によれば、弁本体に対して、支持部材と密閉ケースとを組み付ける際に、固定金具を溶接する第１の環状面の位置と密閉ケースを溶接するための第２の環状面との軸線方向の位置が異なるので、密閉ケースの溶接時に、溶融凝固部が密閉ケースと干渉することなく、この密閉ケースを確実に溶接することができる。

また、請求項１の電動弁によれば、固定金具は、バリ面部において弁本体の第１の環状面に当接させて溶接されるので、溶接時に、ダレ面部と当接した時の様な隙間が無いため、溶接時の溶け分れや強度不足を無くした、安定した溶接性が得られる。

請求項２の電動弁によれば、固定金具が軸線と直交する面に対して非対称な形状であるので、支持部材のインサート成形時に固定金具が裏返しで入らない金型構造とすることで、バリ面が弁本体の第１環状面に必ず当接するため、安定した溶接性が得られる共に裏表の選別作業が不要となり、組立性が向上する。

請求項３の電動弁によれば、固定金具のリムが支持部材における基部内で弁本体の内側となるように配置されているので、支持部材の基部を弁本体の開口端部に圧入したときに基部に対して応力が生じても、リムの補強作用により基部の内径面の変形を防止でき、基部の内径面と摺動する弁ホルダの動きが悪化せず、弁作動性の悪化を防止できる。

請求項４の冷凍サイクルシステムによれば、請求項１乃至３と同様な効果が得られる。

本発明の第１実施形態の電動弁の縦断面図である。 第１実施形態の電動弁における固定金具の断面図及び一部拡大断面図である。 第１実施形態の電動弁における弁ハウジング、支持部材及び密閉ケースの組み付け部分の断面図である。 第２実施形態の電動弁における弁ハウジング、支持部材及び密閉ケースの組み付け部分の断面図である。 実施形態の冷凍サイクルシステムを示す図である。

次に、本発明の電動弁及び冷凍サイクルシステムの実施形態を図面を参照して説明する。図１は第１実施形態の電動弁の縦断面図、図２は第１実施形態の電動弁における固定金具の断面図及び一部拡大断面図、図３は第１実施形態の電動弁における弁ハウジング、支持部材及び密閉ケースの組み付け部分の断面図である。なお、以下の説明における「上下」の概念は図１の図面における上下に対応する。

この電動弁１００は、「弁本体」としての弁ハウジング１と、支持部材２と、密閉ケース３と、弁ホルダ４と、「弁部材」としてのニードル弁５と、「モータ部」としてのステッピングモータ６と、を備えている。

弁ハウジング１はステンレス等で略円筒形状に形成されており、その内側に弁室１Ｒを有している。弁ハウジング１の外周片側には弁室１Ｒに導通される第１継手管１０１が接続されるとともに、下端から下方に延びる筒状部に第２継手管１０２が接続されている。また、第２継手管１０２の弁室１Ｒ側には弁座リング１０３が嵌合されている。弁座リング１０３の内側は弁ポート１０３ａとなっており、第２継手管１０２は弁ポート１０３ａを介して弁室１Ｒに導通される。なお、第１継手管１０１、第２継手管１０２及び弁座リング１０３は、弁ハウジング１に対してろう付け等により固着されている。

支持部材２は中央のホルダ部２１とこのホルダ部２１の外周の厚手の基部２２と、後述の固定金具２３とを有しており、固定金具２３はインサート成形によりホルダ部２１及び基部２２と共に一体に設けられている。これにより、固定金具２３は、支持部材２の軸線Ｌ回りの外周に突出して設けられている。そして、後述のように支持部材２は固定金具２３を介して弁ハウジング１の上端部に溶接により固定されている。ホルダ部２１の中心には、軸線Ｌと同軸の雌ねじ部２１ａとそのねじ孔が形成されるとともに、雌ねじ部２１ａのねじ孔よりも径の大きな円筒形状のガイド孔２１ｂが形成されている。

密閉ケース３は、上端部が塞がれた略円筒形状に形成されており、後述のように、弁ハウジング１の上端に溶接によって気密に固定されている。密閉ケース３内の上部には、ガイド３１が設けられるとともに、ガイド３１の外周には回転ストッパ機構３２が設けられている。

弁ホルダ４は円筒状の部材であり、支持部材２のガイド孔２１ｂ内に嵌合されて軸線Ｌ方向に摺動可能に配設されている。そして、弁ホルダ４の下端部にニードル弁５が固着されている。弁ホルダ４内には、バネ受け４１が軸線Ｌ方向に移動可能に設けられ、バネ受け４１とニードル弁５との間に圧縮コイルバネ４２が所定の荷重を与えられた状態で取り付けられている。

ステッピングモータ６は、ロータ軸６１と、密閉ケース３の内部に回転可能に配設されたマグネットロータ６２と、密閉ケース３の外周においてマグネットロータ６２に対して対向配置されたステータコイル６３と、その他、図示しないヨークや外装部材等により構成されている。ロータ軸６１はマグネットロータ６２の中心に取り付けられ、このロータ軸６１は支持部材２側に延設されている。ロータ軸６１の支持部材２側の外周には雄ねじ部６１ａが形成されており、この雄ねじ部６１ａが支持部材２の雌ねじ部２１ａに螺合されている。そして、支持部材２のガイド孔２１ｂ内で、弁ホルダ４の上端部がロータ軸６１の下端部に係合され、弁ホルダ４及びニードル弁５はロータ軸６１によって回転可能に吊り下げた状態で支持されている。また、ロータ軸６１は上端部が密閉ケース３内のガイド３１内に回動自在に嵌め込まれている。

以上の構成により、ステッピングモータ６の駆動により、マグネットロータ６２及びロータ軸６１が回転し、ロータ軸６１の雄ねじ部６１ａと支持部材２の雌ねじ部２１ａとのねじ送り機構により、ロータ軸６１が軸線Ｌ方向に移動する。そして、弁部材５が軸線Ｌ方向に移動して弁座リング１０３に対して近接又は離間する。これにより、弁ポート１０３ａが開閉され、第１継手管１０１から第２継手管１０２へ、あるいは第２継手管１０２から第１継手管１０１へ流れる冷媒の流量が制御される。なお、マグネットロータ６２の上下の回転位置は回転ストッパ機構３２により規制される。

このように電動弁１００は、ステータモータ６（モータ部）のマグネットロータ６２及びロータ軸６１の回転により作動するニードル弁５（弁部材）を内蔵した円筒形状の金属製の弁ハウジング１（弁本体）に対して、ロータ軸６１を軸線Ｌ上に支持する支持部材２と、マグネットロータ６２を収容する円筒形状で金属製の密閉ケース３とを組み付けてなる電動弁である。

図２に示すように、固定金具２３はステンレス製の板金のプレス加工により形成されており、軸線Ｌを中心とする円筒状のリム２３１と、リム２３１の外周に軸線Ｌと直交する方向に突出する突出面を成すフランジ部２３２とを一体に有している。図２の一点鎖線の円で囲った一部拡大図に示すように、フランジ部２３２の外周でリム２３１と反対側の端部には、プレス加工によるダレ面部Ａが形成されている。また、この固定金具２３の溶接前の状態では、ダレ面部Ａと反対側の端部には、プレス加工によるバリ面部Ｂが形成されている。プレス加工によるバリ面部Ｂは、プレス加工後にバリ処理を施している為、このバリ面部Ｂにバリは無い。なお、固定金具２３は、バリ面部Ｂの部分で溶接される。

図１及び図３に示すように、支持部材２はその基部２２を弁ハウジング１の上端の開口端部に圧入して嵌合されている。固定金具２３は、支持部材２の基部２２内において、リム２３１が弁ハウジング１の弁室１Ｒ側となるように配置しされてこの基部２２と共にインサート成形されている。また、弁ハウジング１は、支持部材２の基部２２を嵌合する開口端部に段差部１１を有している。この段差部１１は、軸線Ｌ回りの全周に軸線Ｌと直交する面内にそれぞれ位置する内側の第１の環状面１１ａと外側の第２の環状面１１ｂとを有している。この第１の環状面１１ａと第２の環状面１１ｂとは軸線Ｌ方向の位置が異なっている。この第１実施形態では、第２の環状面１１ｂが第１の環状面１１ａよりも軸線Ｌ方向の低い位置に形成されている。なお、図１及び図３では弁ハウジング１及び密閉ケース３の縦断面が図示されているが、この弁ハウジング１は第１継手管１０１を嵌合する孔を除いては、軸線Ｌ回りの回転対称な形状である。また、密閉ケース３は弁ハウジング１側の円筒部が軸線Ｌ回りの回転対称な形状である。

支持部材２の固定金具２３は第２の環状面１１ｂの内側に配置され、第１の環状面１１ａに固定金具２３のフランジ部２３２が当接されている。そして、この第１の環状面１１ａとフランジ部２３２との当接部分の全周が溶接され、その全周において溶融凝固部Ｐが形成されている。これにより、支持部材２が弁ハウジング１に固着されている。また、密閉ケース３の下端の開口端部は第２の環状面１１ｂに当接されている。そして、この第２の環状面１１ｂと密閉ケース３の開口端部との当接部分の全周が溶接され、その全周において溶融凝固部Ｑが形成されている。これにより、密閉ケース３が弁ハウジング１に固着されている。

このように、弁ハウジング１（弁本体）に対して、支持部材２と密閉ケース３とを組み付ける際に、固定金具２３（フランジ部２３２）を溶接する位置が第２の環状面１１ｂよりも軸線Ｌ方向の高い位置となる。したがって、密閉ケース３の溶接時に、溶融凝固部Ｐが密閉ケース３と干渉することなく、この密閉ケース３を確実に溶接することができる。

また、固定金具２３はフランジ部２３２の前記バリ面部Ｂを弁ハウジング１の第１の環状面１１ａに当接させて溶接されている。仮にダレ面を当接させて溶接をしようとすると、隙間ができて溶接性が安定しないため、溶接不良が生じ易い。しかし、実施形態ではフランジ部２３２のバリ面部Ｂが第１の環状面１１aに当接し、ダレ面部Aと当接した時の様な隙間が無く、被溶接形状が安定する。したがって、当接した線上を狙って溶接すれば良いため、溶接時の溶け分れや強度不足を無くした、安定した溶接性が得られる。

また、固定金具２３は、片側のみにリム２３１を有している。すなわち、固定金具は板金のプレス加工によるダレ面部Ａを有し、軸線Ｌと直交する面に対して非対称な形状である。したがって、支持部材２のインサート成形時に固定金具２３が裏返しで入らない金型構造とすることで、バリ面が弁本体の第１環状面に必ず当接するため、安定した溶接性が得られる共に裏表の選別作業が不要となり、組立性が向上する。

また、固定金具２３のリム２３１が支持部材２における基部２２内で弁ハウジング１の弁室１Ｒ側に位置しているので、基部２２を弁ハウジング１の開口端部に圧入しても、この圧入により、弁ハウジング１の開口端部から軸線Ｌの半径方向（内向き）に応力が生じても、リム２３１の補強作用により基部２２の内径面の変形を防止できる。したがって、基部２２の内径面と摺動する弁ホルダ４の動きが悪化せず、弁作動性の悪化を防止できる。

図４は第２実施形態の電動弁における弁ハウジング、支持部材及び密閉ケースの組み付け部分の断面図である。この第２実施形態と第１実施形態との違いは、弁ハウジングの開口端部、固定金具の外径、及び密閉ケースの高さである。その他の構造は図１と同様であり、第１実施形態と同様な要素及び対応する要素には図１乃至図３と同符号を付記して重複する説明及び全体構造の図示は省略する。

この第２実施形態における弁ハウジング１′は、基部２２を嵌合する開口端部に段差部１２を有している。この段差部１２は、軸線Ｌ回りの全周に軸線Ｌと直交する面内にそれぞれ位置する内側の第１の環状面１２ａと外側の第２の環状面１２ｂとを有している。この第１の環状面１２ａと第２の環状面１２ｂとは軸線Ｌ方向の位置が異なっている。この第２実施形態では、第２の環状面１２ｂが第１の環状面１２ａよりも軸線Ｌ方向の高い位置に形成されている。この第２実施形態における弁ハウジング１′及び密閉ケース３′、第１実施形態と同様のその要部は軸線Ｌ回りの回転対称な形状である。

支持部材２の固定金具２３′は第２の環状面１２ｂの内側に配置され、第１の環状面１２ａに固定金具２３′のフランジ部２３２′が当接されている。そして、この第１の環状面１２ａとフランジ部２３２′との当接部分の全周が溶接され、その全周において溶融凝固部Ｐ′が形成されている。これにより、支持部材２が弁ハウジング１′に固着されている。また、密閉ケース３′の下端の開口端部は第２の環状面１２ｂに当接されている。そして、この第２の環状面１２ｂと密閉ケース３′の開口端部との当接部分の全周が溶接され、その全周において溶融凝固部Ｑ′が形成されている。これにより、密閉ケース３′が弁ハウジング１′に固着されている。

このように、第２実施形態でも、弁ハウジング１（弁本体）に対して、支持部材２と密閉ケース３とを組み付ける際に、固定金具２３′（フランジ部２３２′）を溶接する位置が第２の環状面１２ｂよりも軸線Ｌ方向の低い位置となる。したがって、密閉ケース３′の溶接時に、溶融凝固部Ｐ′が密閉ケース３′と干渉することなく、この密閉ケース３′を確実に溶接することができる。

図５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は膨張弁を構成する本発明の実施形態の電動弁、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、及び圧縮機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電動弁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、電動弁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。電動弁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。

本発明の実施形態の説明において、固定金具と本体の前記環状面との溶接は、全周溶接としていたが、全周溶接とは限らず、部分溶接でも良い。

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。

１ 弁ハウジング（弁本体）
１１ 段差部
１１ａ 第１の環状面
１１ｂ 第２の環状面
１０１ 第１継手管
１０２ 第２継手管
１０３ 弁座リング
１０３ａ 弁ポート
２ 支持部材
２１ ホルダ部
２１ａ 雌ねじ部
２２ 基部
２３ 固定金具
２３１ リム
２３２ フランジ部
Ａ ダレ面部
Ｂ バリ面部
３ 密閉ケース
４ 弁ホルダ
５ ニードル弁（弁部材）
６ ステッピングモータ（モータ部）
６１ ロータ軸
６１ａ 雄ねじ部
６２ マグネットロータ
６３ ステータコイル
Ｐ 溶融凝固部
Ｑ 溶融凝固部
１′ 弁ハウジング（弁本体）
１２ 段差部
１２ａ 第１の環状面
１２ｂ 第２の環状面
２３′ 固定金具
２３２′ フランジ部
３′ 密閉ケース
Ｐ′ 溶融凝固部
Ｑ′ 溶融凝固部
Ｌ 軸線
１００ 電動弁（膨張弁）
２００ 室外熱交換器
３００ 室内熱交換器
４００ 流路切換弁
５００ 圧縮機

Claims (4)

1. モータ部のマグネットロータ及びロータ軸の回転により作動する弁部材を内蔵した円筒形状で金属製の弁本体に対して、前記ロータ軸を軸線上に支持する支持部材と、前記マグネットロータを収容する円筒形状で金属製の密閉ケースとを組み付けてなる電動弁であって、
   前記支持部材は、前記軸線回りの外周に該軸線と直交する方向に突出する突出面を成す固定金具を有し、
   前記弁本体は、前記支持部材を嵌合する開口端部の前記軸線回りに、前記軸線と直交する面内にそれぞれ位置する内側の第１の環状面を有し、前記軸線回りの全周に前記弁本体の円筒状の外周面の前記開口端部側の端部から内側へと面一に延設された外側の第２の環状面を有するとともに、該第１の環状面と該第２の環状面とは前記軸線方向の位置が異なるように段差部を構成しており、
   前記弁本体の前記第１の環状面と前記支持部材の前記固定金具の当接部分が溶接されるとともに、前記弁本体の前記第２の環状面と前記密閉ケースの開口端部との当接部分が溶接され、前記固定金具は、表裏面のうちの一方の面側の外径端部にダレ面部を有し、該ダレ面部の裏面側の外径端部であってバリの発生箇所を含むバリ面部が前記第１の環状面に当接された状態で前記当接部分が溶接されたものであり、
   前記第１の環状面の幅と前記第２の環状面の幅との合計が、前記弁本体の前記軸線回りに延在する周壁の厚みと一致し、
   前記第１の環状面の外縁と前記第２の環状面の内縁とを前記軸線方向に繋ぐ立面が、前記固定金具の外縁で当該固定金具の厚み方向に延在する端面及び前記密閉ケースの内面のうちの一方の面と、当該一方の面との間に間隙を開けて対面している
   ことを特徴とする電動弁。
2. 前記固定金具は、前記軸線と直交する面に対して非対称な形状である
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
3. 前記支持部材は、前記弁本体の前記開口端部内に圧入される樹脂製の基部を有し、前記固定金具は、前記軸線を中心とする円筒状のリムと、前記リムの外周に軸線Ｌと直交する方向に突出する突出面を成すフランジ部とを有して構成され、
   前記固定金具は、前記基部内において、前記リムが前記弁本体の内側となるように配置されて前記基部と共にインサート成形されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の電動弁。
4. 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乃至３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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