JP2018115743A - 電動弁及び冷凍サイクルシステム - Google Patents

Abstract

【課題】電動弁１００において、マグネットロータ２とロータ軸１との固定位置の位置精度を高める。【解決手段】ロータ軸１に、第１軸部１１と、第１軸部１１より大径の第２軸部１２を形成し、その境界部にてロータ軸１の軸線側から大径方向に延びる段差面部１３を設ける。マグネットロータ２の固定部材２３にロータ軸１の第１軸部１１を挿通させる挿通孔２３ａを設け、この挿通孔２３ａの内周面よりも大径方向に延びる当接面部２３ｂを、ロータ軸１の段差面部１３に当接させる。ロータ軸１における第１軸部１１と段差面部１３とが成す入隅部に、マグネットロータＢにおける挿通孔２３ａの内周面と当接面部２３ｂとが成す出隅部から後退した水平Ｖ溝１４を後退部として設ける。マグネットロータ２側の当接面部２３ｂをロータ軸１の段差面部１３に確実に当接させる。【選択図】図３

Description

本発明は、冷凍サイクル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の回転によりネジ送り機構を介して作動軸を直動させ、この作動軸に連結された弁部材で弁ポートを開閉するものがある。このような電動弁は例えば特開２０１６−８９８７０号公報（特許文献１）に開示されている。

この特許文献１の電動弁は、マグネットロータと弁軸とを固定する構造として、マグネットロータの軸芯部分に設けたブッシュ部材（固定部材）に弁軸を挿通して固定するようにしている。その際に、弁軸に形成された段差部に対してブッシュ部材の挿通孔の開口端部を当接させるようにしている。

特開２０１６−８９８７０号公報

上述した特許文献１の技術では、図９に示すように、マグネットロータａの軸芯部分にブッシュ部材ｂ（固定部材）が設けられ、このブッシュ部材ｂを介して弁軸ｃが貫通して固定されている。また、ブッシュ部材ｂは弁軸ｃの段差部ｃ１に固定されている。しかしながら、例えば図１０に示すように、弁軸ｃの加工時の加工精度上、弁軸ｃの段差部ｃ１の入隅にＲ部Ｘができてしまうことがある。このＲ部Ｘがあるとブッシュ部材ｂと段差部ｃ１との当接位置がバラつき、マグネットロータａが弁軸ｃに対して傾斜して固定されたり、弁軸ｃの軸方向に位置ずれが生じた状態で固定されてしまう可能性がある。なお、弁軸に対してマグネットロータが傾斜すると、マグネットロータを収容する密閉ケース（キャン）とマグネットロータとが接触し、耐久性や作動性に問題が生じる。

本発明は、モータ部がマグネットロータ及びロータ軸を回転させて、ロータ軸の回転に伴う弁部材の進退移動によって弁ポートを開閉させる電動弁において、マグネットロータとロータ軸との固定位置の位置精度を高めることを課題とする。

請求項１の電動弁は、モータ部がマグネットロータ及びロータ軸を回転させるとともに、前記ロータ軸の回転に伴う弁部材の進退移動によって弁ポートを開閉させる電動弁において、前記ロータ軸は、第１軸部と、前記第１軸部よりも大径な第２軸部と、前記第１軸部と前記第２軸部との境界部にて前記ロータ軸の軸線側から大径方向に延びる段差面部と、を有して形成され、前記マグネットロータは、前記ロータ軸の前記第１軸部を挿通させる挿通孔と、前記挿通孔の内周面よりも大径方向に延びて前記段差面部と当接可能な当接面部と、を有して形成され、前記ロータ軸における前記第１軸部と前記段差面部とが成す入隅部と、前記マグネットロータにおける前記挿通孔の内周面と前記当接面部とが成す出隅部と、の少なくとも一方には、他方から後退した後退部が設けられ、前記マグネットロータの前記当接面部が前記ロータ軸の前記段差面部に当接されて、当該マグネットロータとロータ軸とが固定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、前記後退部は、前記ロータ軸における前記入隅部において、前記第１軸部の外面よりも径方向内側に凹んだ凹部、または、前記段差面部よりも前記軸方向に沿って前記第２軸部側に凹んだ凹部によって構成されることを特徴とする。

請求項３の電動弁は、請求項１に記載の電動弁であって、前記後退部は、前記マグネットロータにおける前記出隅部において、前記挿通孔の内周面および前記当接面部に交差する面取部によって構成されることを特徴とする。

請求項４の電動弁は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電動弁であって、前記マグネットロータは、磁性を有したマグネット本体と、前記マグネット本体と一体成形された固定部材と、を有し、前記固定部材に前記挿通孔および前記当接面部が設けられていることを特徴とする。

請求項５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４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４の電動弁によれば、ロータ軸における第１軸部と段差面部とが成す入隅部と、マグネットロータにおける挿通孔の内周面と当接面部とが成す出隅部と、の少なくとも一方に、他方から後退した後退部が設けられているので、この入隅部と出隅部とが干渉することがない。したがって、ロータ軸の段差面部とマグネットロータの当接面部とが確実に当接し、マグネットロータとロータ軸との固定位置の位置精度が高まる。

請求項５の冷凍サイクルシステムによれば、請求項１乃至４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マグネットロータ及びロータ軸の要部拡大断面図である。 図２の一部拡大図である。 第１実施形態におけるロータ軸の入隅部とマグネットロータの出隅部とを説明する要部拡大断面図である。 第１実施形態におけるロータ軸側の凹部の変形例１、変形例２及び変形例３を示す要部拡大断面図である。 第２実施形態の電動弁におけるマグネットロータ及びロータ軸の要部拡大断面図である。 図６の一部拡大図である。 実施形態の冷凍サイクルシステムを示す図である。 従来の電動弁の要部拡大図である。 従来の電動弁における問題点の一例を説明する図である。

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マグネットロータ及びロータ軸の要部拡大断面図、図３は図２の一点鎖線の円で示す部分の一部拡大図である。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、「モータ部」としてのステッピングモータ１０と、弁ハウジング４０と、弁機構部５０と、非磁性体からなる密閉ケース６０とを備えている。

密閉ケース６０は、上端部が塞がれた略円筒形状に形成されており、弁ハウジング４０の上端に溶接等によって気密に固定されている。ステッピングモータ１０は、ロータ軸１と、密閉ケース６０の内部に回転可能に配設されたマグネットロータ２と、密閉ケース６０の外周においてマグネットロータ２に対して対向配置されたステータコイル３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１はマグネットロータ２の中心に取り付けられ、このロータ軸１は弁機構部５０側に延設されている。

弁ハウジング４０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４０Ｒを有している。弁ハウジング４０の外周片側には弁室４０Ｒに導通される第１継手管４１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４２が接続されている。また、第２継手管４２の弁室４０Ｒ側には弁座リング４３が嵌合されている。弁座リング４３の内側は弁ポート４３ａとなっており、第２継手管４２は弁ポート４３ａを介して弁室４０Ｒに導通される。なお、第１継手管４１、第２継手管４２及び弁座リング４３は、弁ハウジング４０に対して蝋付け等により固着されている。

弁機構部５０は、支持部材５１と、弁ホルダ５２と、「弁部材」としてのニードル弁５３とを有している。支持部材５１は例えば合成樹脂製で略円柱形状に形成されており、その外周にはインサート成形により一体に設けられたステンレス製のフランジ部５１１を介して弁ハウジング４０の上端部に溶接等により固定されている。支持部材５１の中心には、ロータ軸１の軸線Ｌと同軸の雌ねじ部５１ａとそのねじ孔が形成されるとともに、雌ねじ部５１ａのねじ孔よりも径の大きな円筒状のガイド孔５１ｂが形成されている。

弁ホルダ５２は円筒状の部材であり、ガイド孔５１ｂ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５２の下端部にニードル弁５３が固着されている。弁ホルダ５２内には、バネ受け５２ａが軸線Ｌ方向に移動可能に設けられ、バネ受け５２ａとニードル弁５３との間に圧縮コイルバネ５２ｂが所定の荷重を与えられた状態で取り付けられている。

ロータ軸１の支持部材５１側の外周には雄ねじ部１ａが形成されており、この雄ねじ部１ａが支持部材５１の雌ねじ部５１ａに螺合されている。そして、支持部材５１のガイド孔５１ｂ内で、弁ホルダ５２の上端部がロータ軸１の下端部に係合され、弁ホルダ５２及びニードル弁５３はロータ軸１によって回転可能に吊り下げた状態で支持されている。

密閉ケース６０内の上部には、ガイド保持筒６１が嵌合され、このガイド保持筒６１の中央の円筒部６１ａ内にガイド６２が嵌め込まれている。ガイド６２は中央にガイド孔６２ａを有しており、このガイド孔６２ａ内にロータ軸１の上端部が回動自在に嵌め込まれている。円筒部６１ａの外周には、螺旋ガイド線体６３が装着されるとともに螺旋ガイド線体６３に螺合した可動ストッパ部材６４が設けられている。

以上の構成により、ステッピングモータ１０の駆動により、マグネットロータ２及びロータ軸１が回転し、ロータ軸１の雄ねじ部１ａと支持部材５１の雌ねじ部５１ａとのねじ送り機構により、ロータ軸１が軸線Ｌ方向に移動する。そして、弁部材５３が軸線Ｌ方向に移動して弁座リング４３に対して近接又は離間する。これにより、弁ポート４３ａが開閉され、第１継手管４１から第２継手管４２へ、あるいは第２継手管４２から第１継手管４１へ流れる冷媒の流量が制御される。

また、マグネットロータ２には突起部２４が形成されており、マグネットロータ２の回転に伴って突起部２４が可動ストッパ部材６４を蹴り回すことにより、可動ストッパ部材６４が螺旋ガイド線体６３との螺合によって旋回しながら上下動する。そして、可動ストッパ部材６４が、螺旋ガイド線体６３の下端ストッパ６３ａに当接することによって、ロータ軸１の最下端位置での回転ストッパ作用が得られる。また、可動ストッパ部材６４が、ガイド保持筒６１の上端ストッパ６１ｂに当接することによって、ロータ軸１の最上端位置での回転ストッパ作用が得られる。

このように電動弁１００は、ステッピングモータ１０（モータ部）がマグネットロータ２及びロータ軸１を回転させるとともに、ロータ軸１の回転に伴う弁部材５３の進退移動によって弁ポート４３ａを開閉させる電動弁である。

ロータ軸１はステンレス製のロッド部材を加工して形成されており、支持部材５１よりも上方に位置する第１軸部１１と、この第１軸部１１よりも径が大きい第２軸部１２とを有している。なお、第２軸部１２の支持部材５１に挿通される部分には前記雄ねじ部１ａが形成されている。また、第１軸部１１と第２軸部１２との径の違いにより、第１軸部１１と第２軸部１２との境界部には、ロータ軸１の軸線Ｌ側から第２軸部１２の外径方向に延びてロータ軸１の軸線Ｌに対して直角な面となる段差面部１３を有している。

マグネットロータ２は、外周部を多極に着磁された円筒状のマグネット部２１と、その内部の軸線Ｌ方向の略中央部に延在する円盤部２２と、円盤部２２の中央のボス部２２ａ内に設けられたハブの機能を果たす固定部材２３と、突起部２４とを有している。マグネット部２１と円盤部２２と突起部２４とはＰＰＳ等からなる一体成形部材として「マグネット本体」を構成しており、そのマグネット部２１はＰＰＳ等を母材として磁性粉を混入して成形されている。また、固定部材２３はステンレス等の金属製であり、この固定部材２３はマグネット部２１及び円盤部２２（そのボス部２２ａ）と共に、インサート成形により一体に成形されている。

マグネットロータ２の一部である固定部材２３は、上端部に円筒部を有する略円柱状の形状をしており、その中央にロータ軸１の第１軸部１１を挿通させる円柱状の挿通孔２３ａを有している。また、固定部材２３は、支持部材５１側の面が、挿通孔２３ａの内周面よりも軸線Ｌから外方に（大径方向に）延びる面となっており、この面は、ロータ軸１の段差面部１３と当接可能な当接面部２３ｂとなっている。

図４はロータ軸１に対してマグネットロータ２を組み付ける途中の状態を示している。図示のように、ロータ軸１において、段差面部１３は第１軸部１１の外周面の延長面と交差するように、この第１軸部１１の外周面と段差面部１３とは直角となって入隅部Ａ（一点鎖線で囲った部分）を成している。また、マグネットロータ２において、挿通孔２３ａの内周面と当接面部２３ｂとは直角となって出隅部Ｂ（一点鎖線で囲った部分）を成している。なお、この入隅部Ａ及び出隅部Ｂについては、後述の変形例及び第２実施形態においても同様であり、変形例及び第２実施形態の説明でも図４を援用する。

この第１実施形態では、ロータ軸１の第１軸部１１の径が段差面部１３側に向かうにしたがって縮径されており、この段差面部１３を中心側に延長するようにして「後退部」としての円環状の水平Ｖ溝１４が形成されている。なお、図３では片側の断面形状だけを示しているが、水平Ｖ溝１４は軸線Ｌ回りの全周に形成された円環状の構造となっている。すなわち、この水平Ｖ溝１４は、ロータ軸１の入隅部Ａにおいてマグネットロータ２側の出隅部Ｂから中心側に後退するように設けられている。これにより、図３に示すように、ロータ軸１にマグネットロータ２を組み付けた状態で、マグネットロータ２の当接面部２３ｂがロータ軸１の段差面部１３に当接されている。なお、マグネットロータ２とロータ軸１とは、固定部材２３の部分において溶接等により固定されている。

以上のように、ロータ軸１の「後退部」としての円環状の水平Ｖ溝１４により、マグネットロータ２側の当接面部２３ｂを、入隅部Ａと干渉することなくロータ軸１の段差面部１３に確実に当接させることができるので、マグネットロータ２とロータ軸１との固定位置の位置精度が高くなる。

図５は第１実施形態における「後退部」の変形例１乃至３を示す図である。以下の各変形例及び第２実施形態において、第１実施形態と同様な要素には図１乃至図４と同符号を付記して重複する説明は適宜省略する。なお、図では片側の断面形状だけを示しているが、以下の垂直Ｖ溝１５、水平角溝１６、垂直角溝１７は前記軸線Ｌ回りの全周に形成された円環状の構造となっている。

図５（Ａ）の変形例１は、ロータ軸１の第１軸部１１を軸方向に延長するようにして「後退部」としての円環状の垂直Ｖ溝１５を形成したものである。すなわち、この垂直Ｖ溝１５は、ロータ軸１の入隅部Ａ（図４参照）においてマグネットロータ２側の出隅部Ｂ（図４参照）から軸方向に後退するように設けられている。

図５（Ｂ）の変形例２は、ロータ軸１の段差面部１３を中心側に延長するようにして「後退部」としての円環状の水平角溝１６を形成したものである。すなわち、この水平角溝１６は、ロータ軸１の入隅部Ａ（図４参照）においてマグネットロータ２側の出隅部Ｂ（図４参照）から中心側に後退するように設けられている。

図５（Ｃ）の変形例３は、ロータ軸１の第１軸部１１を軸方向に延長するようにして「後退部」としての円環状の垂直角溝１７を形成したものである。すなわち、この垂直角溝１７は、ロータ軸１の入隅部Ａ（図４参照）においてマグネットロータ２側の出隅部Ｂ（図４参照）から軸方向に後退するように設けられている。

以上の変形例１乃至３においても、垂直Ｖ溝１５、水平角溝１６、垂直角溝１７により、マグネットロータ２側の当接面部２３ｂがロータ軸１の段差面部１３に確実に当接させることができるので、マグネットロータ２とロータ軸１との固定位置の位置精度が高くなる。

図６は第２実施形態の電動弁におけるマグネットロータ２及びロータ軸１の要部拡大断面図、図７は図６の一点鎖線の円で示す部分の一部拡大図である。この第２実施形態では、固定部材２３の挿通孔２３ａの下方開口部の周囲に「後退部」としての円環状の面取部２３ｃを形成したものである。すなわち、面取部２３ｃは、挿通孔２３ａの内周面と当接面部２３ｂとにそれぞれ交差する面であり、この面取部２３ｃは、マグネットロータ２（固定部材２３）の出隅部Ｂ（図４参照）においてロータ軸１側の入隅部Ａ（図４参照）から外側に後退するように設けられている。これにより、図７に示すように、ロータ軸１の入隅部ＡにＲ部Ｘが形成されていても、マグネットロータ２側の当接面部２３ｂをロータ軸１の段差面部１３に確実に当接させることができ、マグネットロータ２とロータ軸１との固定位置の位置精度が高くなる。

図８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。

以上の例では、ロータ軸１の段差面部１３とマグネットロータ２の当接面部２３ｂとが、軸線Ｌに対して直角な面となっているが、軸線Ｌに対して略直角な面でもよい。また、直角、略直角な面とは限らず、軸線Ｌ側から外方向（大径方向）に延びる傾斜を有している面でもよい。

以上の実施形態では、マグネットロータ２がマグネット部２１と円盤部２２とを一体にした「マグネット本体」に対して、固定部材２３をインサート成形して構成されている場合について説明したが、この固定部材２３は無くてもよい。すなわち、マグネットロータが一部材で構成されていて、そのハブの機能を果たす部位と、ロータ軸との取り付け構造に本発明を適用してもよい。

また、マグネットロータ２とロータ軸１とは溶接等によって互いに固定する例について説明したが、この固定方法は例えば接着材等の他の方法でもよい。

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。

１ ロータ軸
１ａ 雄ねじ部
１１ 第１軸部
１２ 第２軸部
１３ 段差面部
１４ 水平Ｖ溝（後退部）
１５ 垂直Ｖ溝（後退部）
１６ 水平角溝（後退部）
１７ 垂直角溝（後退部）
Ａ 入隅部
２ マグネットロータ
２１ マグネット部（マグネット本体）
２２ 円盤部（マグネット本体）
２２ａ ボス部
２３ 固定部材
２３ａ 挿通孔
２３ｂ 当接面部
２３ｃ 面取部（後退部）
Ｂ 出隅部
３ ステータコイル
１０ ステッピングモータ（モータ部）
４０ 弁ハウジング
４１ 第１継手管
４２ 第２継手管
４３ 弁座リング
４３ａ 弁ポート
５０ 弁機構部
５１ 支持部材
５２ 弁ホルダ
５３ ニードル弁（弁部材）
５１ａ 雌ねじ部
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
Ｌ 軸線

Claims (5)

1. モータ部がマグネットロータ及びロータ軸を回転させるとともに、前記ロータ軸の回転に伴う弁部材の進退移動によって弁ポートを開閉させる電動弁において、
   前記ロータ軸は、第１軸部と、前記第１軸部よりも大径な第２軸部と、前記第１軸部と前記第２軸部との境界部にて前記ロータ軸の軸線側から大径方向に延びる段差面部と、を有して形成され、
   前記マグネットロータは、前記ロータ軸の前記第１軸部を挿通させる挿通孔と、前記挿通孔の内周面よりも大径方向に延びて前記段差面部と当接可能な当接面部と、を有して形成され、
   前記ロータ軸における前記第１軸部と前記段差面部とが成す入隅部と、前記マグネットロータにおける前記挿通孔の内周面と前記当接面部とが成す出隅部と、の少なくとも一方には、他方から後退した後退部が設けられ、前記マグネットロータの前記当接面部が前記ロータ軸の前記段差面部に当接されて、当該マグネットロータとロータ軸とが固定されている
   ことを特徴とする電動弁。
2. 前記後退部は、前記ロータ軸における前記入隅部において、前記第１軸部の外面よりも径方向内側に凹んだ凹部、または、前記段差面部よりも前記軸方向に沿って前記第２軸部側に凹んだ凹部によって構成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
3. 前記後退部は、前記マグネットロータにおける前記出隅部において、前記挿通孔の内周面および前記当接面部にそれぞれ交差する面取部によって構成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
4. 前記マグネットロータは、磁性を有したマグネット本体と、前記マグネット本体と一体成形された固定部材と、を有し、前記固定部材に前記挿通孔および前記当接面部が設けられている
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電動弁。
5. 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４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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