JP7048109B2 - 電気的駆動弁およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気的駆動弁およびその製造方法に関する。

従来の電気的駆動弁としての電磁弁が特許文献１に開示されている。特許文献１の電磁弁は、一端が塞がれた円筒状の弁本体と、弁本体の他端に接合されたシート部材と、弁本体に収容され、シート部材の弁座と接離される弁体と、を有する。

特開２０１３－１８５６０３号公報

特許文献１の電磁弁は、真ちゅう材を切削加工することによって形成された柱状の弁体を有している。そのため、材料費や加工費がかさみ、電磁弁の製造コストの上昇をまねいていた。

そこで、本発明は、弁体の材料費および加工費を抑えて、製造コストを低減できる電気的駆動弁およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る電気的駆動弁は、弁室および弁口を有する弁本体と、前記弁本体に取り付けられた円筒状のケースと、前記ケースの内側に軸方向に移動可能に配置されたプランジャーと、前記プランジャーによって前記弁口に対して進退される弁体と、を有する電気的駆動弁であって、前記弁体が、金属プレス加工によって形成されており、円筒状の本体部と、前記本体部の一端に連設された円環板状または円板状の弁部と、を有し、前記プランジャーが、前記ケースに外周面が接する円筒状のプランジャー本体と、前記プランジャー本体の一端に連設された前記プランジャー本体より小径の円柱状の弁体取付部と、を有し、前記弁体取付部が、前記弁体の前記本体部の他端に挿入されていることを特徴とする。

本発明によれば、弁体が金属プレス加工によって形成されている。このようにしたことから、弁体が切削加工によって形成された構成の電気的駆動弁に比べて、材料費および加工費を抑えることができる。そのため、弁体の材料費および加工費を抑えて、電気的駆動弁の製造コストを低減できる。また、プランジャーの弁体取付部が弁体の本体部の他端に挿入されている。これにより、弁体をプランジャーに容易に取り付けることができる。

本発明において、前記弁体が、前記本体部の他端に連設された径方向外方に突出する突部をさらに有し、前記突部が、前記プランジャーの前記プランジャー本体と前記弁体取付部との間に設けられた弁体推進面に当接され、前記電気的駆動弁が、前記弁本体と前記突部との間に配置され、前記弁体を前記弁口から離れる方向に押す圧縮コイルばねを有している。このようにすることで、圧縮コイルばねが弁体をプランジャーに押し付ける。そのため、溶接やかしめなどによって弁体をプランジャーに固定する必要がなくなるので、製造コストをさらに低減することができる。
本発明において、前記電気的駆動弁が、電磁コイルを有し、前記弁本体が、前記弁口を囲むように配置された弁座を有し、前記電磁コイルに通電していない状態において、前記プランジャーおよび前記弁体が前記圧縮コイルばねに押されて前記弁座から離れる方向に移動し、前記弁部が前記弁座から離れて開弁状態になり、前記電磁コイルに通電している状態において、前記プランジャーおよび前記弁体が前記圧縮コイルばねに抗して前記弁座に近づく方向に移動し、前記弁部が前記弁座に接して閉弁状態になり、前記弁体取付部の前記軸方向の長さが、前記弁体の開弁状態の位置から閉弁状態の位置までの距離より長いことが好ましい。

本発明において、前記弁口が閉じられた閉弁状態において前記弁本体の弁室から前記弁体の内側を通過して前記弁口に流体が流れるように、前記弁体に流通孔が設けられ、前記弁体の内側には、通過する流体の流量を制限する流量制限部材が設けられていることが好ましい。このようにすることで、閉弁状態において弁体の内側を通じて少量の流体を流動させることができる。これにより、電気的駆動弁は、弁口を囲む弁座にブリード溝を設けた構成に比べて、弁座の摩耗による流量の変化を防止できる。

上記目的を達成するために、本発明の他の一態様に係る電気的駆動弁の製造方法は、弁室および弁口を有する弁本体と、前記弁本体に取り付けられた円筒状のケースと、前記ケースの内側に軸方向に移動可能に配置されたプランジャーと、前記プランジャーによって前記弁口に対して進退される弁体と、を有する電気的駆動弁の製造方法であって、金属材料を金属プレス加工して、円筒状の本体部と、前記本体部の一端に連設された円環板状または円板状の弁部と、前記本体部の他端に連設された径方向外方に突出する突部と、を有する前記弁体を形成し、金属材料を切削加工して、前記ケースに外周面が接する円筒状のプランジャー本体と、前記プランジャー本体の一端に連設された前記プランジャー本体より小径の円柱状の弁体取付部と、前記プランジャー本体と前記弁体取付部との間に設けられた弁体推進面と、を有する前記プランジャーを形成し、前記ケースの内側において前記弁本体に一端が当接するように圧縮コイルばねを配置し、前記圧縮コイルばねに前記弁体の前記本体部を挿入して、当該圧縮コイルばねを前記弁本体と前記弁体の前記突部との間に配置し、前記弁体取付部を前記弁体の前記本体部の他端に挿入して、前記弁体の前記突部を前記プランジャーの前記弁体推進面に当接させることを特徴とする。

本発明の電気的駆動弁では、弁体が金属プレス加工によって形成されている。このようにしたことから、本発明の電気的駆動弁は、弁体が切削加工によって形成された構成の電気的駆動弁に比べて、材料費および加工費を抑えることができる。そのため、弁体の材料費および加工費を抑えて、電気的駆動弁の製造コストを低減できる。また、本発明の電気的駆動弁は、プランジャーの弁体取付部を弁体の本体部の他端に挿入している。これにより、弁体をプランジャーに容易に取り付けることができる。

本発明によれば、弁体の材料費および加工費を抑えて、電気的駆動弁の製造コストを低減できる。

本発明の電気的駆動弁の一実施例に係る電磁弁の断面図である。 図１の電磁弁の拡大断面図である。 図１の電磁弁の変形例の構成を示す拡大断面図である。

以下、本発明の電気的駆動弁の一実施例に係る電磁弁の構成について、図１～図３を参照して説明する。本明細書で説明する電磁弁は、閉弁状態において少量の冷媒（流体）が流動する構成を有する。本発明は、閉弁状態において冷媒の流動を完全に止める電磁弁にも適用できる。

図１は、本発明の電気的駆動弁の一実施例に係る電磁弁の軸方向に沿う断面図である。図２は、図１の電磁弁の拡大断面図である。図３は、図１の電磁弁の変形例の構成を示す拡大断面図である。図２、図３において、電磁コイルの記載を省略している。

本実施例に係る電磁弁１は、磁気力により弁体を駆動する電磁弁であって、例えば、空気調和機の除湿運転時に冷媒流量を絞る除湿弁として使用される。

図１に示すように、電磁弁１は、弁本体１０と、ケース２０と、プランジャー３０と、キャップ４０と、弁体５０と、流量制限部材６０と、電磁コイル７０と、を有している。

弁本体１０は、例えば、真ちゅう材やアルミニウム材などを切削加工することにより作製される。弁本体１０は、略円柱状に形成されている。弁本体１０は、弁室１１と、弁室１１に開口する弁口１２と、弁口１２を囲むように配置された弁座１３と、を有している。弁座１３は、径方向内方を向き上方から下方に向かうにしたがって徐々に径が小さくなる円すい状のテーパー面である。弁本体１０の上面１０ａには、弁室１１に通じるケース取付穴１４が設けられている。ケース取付穴１４の内周面には、径方向内方に突出する円環状のばね受け部１５が設けられている。弁本体１０には、第１導管１８と、第２導管１９と、がろう付け等によって接合されている。第１導管１８は、軸線Ｌと直交する方向に延びるように配置されている。第１導管１８は、弁室１１に接続されている。第２導管１９は、軸線Ｌ方向に延びるように配置されている。第２導管１９は、弁口１２に接続されている。

ケース２０は、例えば、非磁性（磁場に置いても磁化しない性質）のステンレス製の円形管を切断加工することにより作製される。ケース２０は、円筒状に形成されている。ケース２０の下端２１は、弁本体１０のケース取付穴１４に挿入されている。ケース２０の下端２１は、弁本体１０のばね受け部１５に当接されている。ケース２０は、弁本体１０にろう付け等によって接合されている。

プランジャー３０は、可動鉄心である。プランジャー３０は、例えば、常磁性（磁場に置くと磁化され、磁場を取り去ると磁化が解消される性質）の鉄材やステンレス材などの金属材料を切削加工することにより作製される。プランジャー３０は、プランジャー本体３１と、弁体取付部３２と、を一体的に有している。プランジャー本体３１は、外径がケース２０の内径よりわずかに小さい円筒状に形成されている。弁体取付部３２は、プランジャー本体３１の外径より小径の円柱状に形成されている。弁体取付部３２は、プランジャー本体３１の下端（一端）に連設されている。プランジャー本体３１と弁体取付部３２との間には、下方を向く円環平面である弁体推進面３３が設けられている。プランジャー本体３１の内側には、非磁性である樹脂製等のスペーサー３４が配置されている。スペーサー３４は、円環板状に形成されている。プランジャー３０は、ケース２０の内側に軸線Ｌ方向に移動可能に配置されている。プランジャー３０は、プランジャー本体３１の外周面がケース２０の内周面に接しながら軸線Ｌ方向に移動する。

キャップ４０は、固定鉄心である。キャップ４０は、常磁性を有する鉄材やステンレス材を切削加工することにより作製される。キャップ４０は、円柱状の大径部４１と、大径部の下端に同軸に連設された円柱状の小径部４２と、を一体的に有している。大径部４１は、ケース２０の上端２２を塞ぐように配置されている。小径部４２の外径は、大径部４１の外径より小さい。小径部４２は、プランジャー本体３１の内側に挿入されている。キャップ４０は、ケース２０に溶接によって接合されている。プランジャー３０とキャップ４０との間には隙間が設けられている。

弁体５０は、例えば、非磁性のステンレス材などの金属材料を金属プレス加工することにより作製される。弁体５０は、本体部５１と、弁部５２と、円環状の突部５３と、を一体的に有している。本体部５１は、内径が弁体取付部３２の外径と略同一の円筒状に形成されている。本体部５１は、流通孔５１ａを有している。弁部５２は、円環板状に形成されている。弁部５２の外周縁は、本体部５１の下端（一端）に連設されている。弁部５２には、着座面５４が設けられている。着座面５４は、径方向外方に向き上方から下方に向かうにしたがって徐々に径が小さくなる円すい状のテーパー面である。着座面５４は、閉弁状態において弁座１３に接する。すなわち、閉弁状態において、弁座１３の内側に配置された弁口１２が弁体５０によって閉じられる。弁部５２の内周縁の内側は、流通孔５２ａである。突部５３は、本体部５１の上端（他端）に径方向外方に突出するように連設されている。突部５３は、プランジャー３０の弁体推進面３３に当接されている。弁体５０は、プランジャー３０によって弁口１２に対して進退される。

弁本体１０のばね受け部１５と弁体５０の突部５３との間に、圧縮コイルばねである開弁用ばね５５が配置されている。開弁用ばね５５の内側には、弁体５０の本体部５１が配置されている。開弁用ばね５５は、弁体５０を上方に押している。

流量制限部材６０は、弁体５０の内側に配置されている。流量制限部材６０は、上方から下方に順に積層された保持部材６１、フィルター６２、流量制限板６３およびフィルター６４を有している。保持部材６１は、外径が弁体５０の本体部５１の内径と略同一の円筒状に形成されている。保持部材６１は、弁部５２との間にフィルター６２、流量制限板６３およびフィルター６４を挟んでいる。保持部材６１は、本体部５１の内側に固定されている。フィルター６２、６４は、例えば、微細径の金属ワイヤーからなるメッシュ材を密に積層して構成されている。フィルター６２、６４は、金属焼結により作製した多孔質材で構成されていてもよい。フィルター６２は、流通孔５１ａに隣接して配置されている。フィルター６４は、流通孔５２ａに隣接して配置されている。流量制限板６３は、弁体５０の内側の空間を軸線Ｌ方向に区画するように配置されている。流量制限板６３は、少量の冷媒を流動可能とする小径の貫通孔を有している。

電磁弁１では、閉弁状態において、冷媒が、弁室１１から流通孔５１ａを通って弁体５０の内側に流入し、弁体５０の内側を通過して流通孔５２ａから弁口１２に流出する。そして、冷媒が弁体５０の内側を通過する際、流量制限部材６０によって通過する流量が制限される。

電磁コイル７０は、ハウジング７１と、ハウジング７１に収容されたボビン７２と、ボビン７２に巻回された電線で構成されたコイル７３と、を有している。電磁コイル７０は、略円筒状に形成されており、内側にケース２０が嵌められている。電磁コイル７０は、ボルト７４によってキャップ４０に固定されている。

電磁弁１は、弁本体１０（弁口１２、弁座１３）、ケース２０、プランジャー３０（プランジャー本体３１、弁体取付部３２）、キャップ４０（大径部４１、小径部４２）および弁体５０（本体部５１、弁部５２、突部５３）のそれぞれの軸が軸線Ｌに一致するように配置されている。すなわち、これらは全て同軸に配置されている。軸線Ｌ方向は各図の上下方向に一致する。

次に、本実施例に係る電磁弁１の製造方法の一例について説明する。

真ちゅう材やアルミニウム材などの金属製の材料を切削加工して、弁本体１０を形成する。

ステンレス製の円形管を切断加工して、ケース２０を形成する。

ステンレス材を切削加工して、円筒状のプランジャー本体３１と、プランジャー本体３１の下端に連設された円柱状の弁体取付部３２と、を有するプランジャー３０を形成する。

ステンレス製の板材を金属プレス加工して、円筒状の本体部５１と、本体部５１の下端に連設された弁部５２と、本体部５１の上端に連設された突部５３と、を有する弁体５０を形成する。

弁本体１０に、第１導管１８、第２導管１９およびケース２０をろう付けする。

ケース２０の内側に、下端がばね受け部１５に当接するように開弁用ばね５５を配置する。開弁用ばね５５に弁体５０の本体部５１を挿入して、弁本体１０のばね受け部１５と弁体５０の突部５３との間に開弁用ばね５５を配置する。プランジャー３０の弁体取付部３２を弁体５０の本体部５１の他端に挿入する。プランジャー本体３１の内側にスペーサー３４を配置する。

キャップ４０の小径部４２をプランジャー本体３１の内側に配置するとともに、キャップ４０の大径部４１をケース２０の上端２２に溶接する。

そして、電磁コイル７０の内側にケース２０を嵌める。電磁コイル７０をボルト７４でキャップ４０に締結する。このようにして電磁弁１が完成する。

次に、上述した電磁弁１の動作の一例について説明する。

電磁弁１のコイル７３に通電していない状態（非通電時）では、プランジャー３０および弁体５０は、開弁用ばね５５により押されて上方に移動する。プランジャー３０は、スペーサー３４を介してキャップ４０の小径部４２に突き当たる。弁体５０の弁部５２の着座面５４が弁座１３から離れて開弁状態となる。開弁状態では、弁口１２が開いており、冷媒が弁室１１および弁口１２を通じて第１導管１８と第２導管１９との間を自由に流動することができる。

電磁弁１のコイル７３に通電している状態（通電時）では、コイル７３が生じる磁界によってプランジャー３０およびキャップ４０が磁化される。これにより、プランジャー３０および弁体５０が、開弁用ばね５５に抗して下方に移動する。そして、弁体５０の弁部５２の着座面５４が弁座１３に接して閉弁状態となる。閉弁状態では、弁口１２が閉じられており、少量の冷媒が弁体５０の内側を通過して弁室１１から弁口１２に流れる。閉弁状態では、第１導管１８と第２導管１９との間の冷媒の流動が制限される。

以上より、本実施例の電磁弁１は、弁体５０が金属プレス加工によって形成されている。このようにしたことから、電磁弁１は、弁体が切削加工によって形成された構成の電磁弁に比べて、材料費および加工費を抑えることができる。そのため、弁体５０の材料費および加工費を抑えて、電磁弁１の製造コストを低減できる。また、電磁弁１は、プランジャー３０の弁体取付部３２を弁体５０の本体部５１の上端に挿入している。これにより、弁体５０をプランジャー３０に容易に取り付けることができる。

また、弁体５０が、本体部５１の上端に連設された径方向外方に突出する突部５３を有している。突部５３が、プランジャー３０の弁体推進面３３に当接されている。そして、電磁弁１は、弁本体１０のばね受け部１５と弁体５０の突部５３との間に配置され、弁体５０を弁口１２から離れるように上方に押す開弁用ばね５５を有している。このようにすることで、電磁弁１では、開弁用ばね５５によって弁体５０をプランジャー３０に押し付けることができる。そのため、電磁弁１では、溶接やかしめなどによって弁体５０をプランジャー３０に固定する必要がなくなるので、製造コストをさらに低減することができる。

また、弁口１２が閉じられた閉弁状態において弁本体１０の弁室１１から弁体５０の内側を通過して弁口１２に流体が流れるように、弁体５０に流通孔５１ａ、５２ａが設けられている。そして、弁体５０の内側には、通過する流体の流量を制限する流量制限部材６０が設けられている。このようにすることで、閉弁状態において弁体５０の内側を通じて少量の流体を流動させることができるので、弁座１３にブリード溝を設けた構成に比べて、弁座１３の摩耗による冷媒流量の変化を防止できる。

また、電磁弁１は、プランジャー３０の弁体取付部３２の軸線Ｌ方向の長さＬ１（すなわちプランジャー３０の下端から弁体推進面３３までの軸線Ｌ方向の長さ）が、弁体５０の開弁状態の位置から閉弁状態の位置までの距離Ｌ２より長い。このようにすることで、何らかの原因により弁体５０が弁座１３に接した状態のままとなりプランジャー３０だけが上方に移動してしまった場合でも、弁体５０の本体部５１がプランジャー３０の弁体取付部３２から脱落してしまうことを抑制できる。

上述した電磁弁１では、弁体５０の本体部５１の他端にプランジャー３０の弁体取付部３２が挿入されているだけであって、弁体５０とプランジャー３０とは固定されていない。電磁弁１において、弁体５０とプランジャー３０とを溶接などにより接合した構成を採用してもよい。この場合、突部５３を省略して、開弁用ばね５５を、ばね受け部１５とプランジャー３０の弁体推進面３３との間に配置してもよい。

また、上述した電磁弁１では、閉弁状態において、少量の冷媒が弁体５０の内側を通過する構成であった。これ以外にも、例えば、図３に示す電磁弁１Ａのように、閉弁状態において、弁座１３に設けた複数のブリード溝１３ａを通じて少量の冷媒を流動させるようにしてもよい。電磁弁１Ａは、流量制限部材６０を有していない。電磁弁１Ａの弁体５０は、円環板状の弁部５２に代えて、円板状の弁部５２Ａを有している。電磁弁１Ａの弁本体１０は、ばね受け部１５に代えて、径方向内方に突出する円環状の支持部１６および支持部１６に支持されたガイド１７を有している。ガイド１７は、円環板状のばね受け部１７ａとばね受け部１７ａの内周縁に連設された円筒状のガイド部１７ｂとを、一体的に有している。ばね受け部１７ａは、支持部１６とケース２０の下端２１とに挟まれている。ばね受け部１７ａには、開弁用ばね５５の下端が当接されている。ガイド部１７ｂの内径は、弁体５０の本体部５１の外径より僅かに大きい。ガイド部１７ｂには、弁体５０の本体部５１が挿通されている。

上記に本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。前述の実施例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施例の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の趣旨に反しない限り、本発明の範囲に含まれる。

１、１Ａ…電磁弁、１０…弁本体、１１…弁室、１２…弁口、１３…弁座、１３ａ…ブリード溝、１４…ケース取付穴、１５…ばね受け部、１６…支持部、１７…ガイド、１７ａ…ばね受け部、１７ｂ…ガイド部、１８…第１導管、１９…第２導管、２０…ケース、２１…下端、２２…上端、３０…プランジャー、３１…プランジャー本体、３２…弁体取付部、３３…弁体推進面、３４…スペーサー、４０…キャップ、４１…大径部、４２…小径部、５０…弁体、５１…本体部、５１ａ…流通孔、５２、５２Ａ…弁部、５２ａ…流通孔、５３…突部、５４…着座面、５５…開弁用ばね、６０…流量制限部材、６１…保持部材、６２、６４…フィルター、６３…流量制限板、７０…電磁コイル、７１…ハウジング、７２…ボビン、７３…コイル、７４…ボルト

Claims (4)

1. 弁室および弁口を有する弁本体と、前記弁本体に取り付けられた円筒状のケースと、前記ケースの内側に軸方向に移動可能に配置されたプランジャーと、前記プランジャーによって前記弁口に対して進退される弁体と、圧縮コイルばねと、を有する電気的駆動弁であって、
   前記弁体が、金属プレス加工によって形成されており、円筒状の本体部と、前記本体部の一端に連設された円環板状または円板状の弁部と、前記本体部の他端に連設された径方向外方に突出する突部と、を有し、
   前記プランジャーが、前記ケースに外周面が接する円筒状のプランジャー本体と、前記プランジャー本体の一端に連設された前記プランジャー本体より小径の円柱状の弁体取付部と、を有し、
   前記弁体取付部が、前記弁体の前記本体部の他端に挿入され、
   前記突部が、前記プランジャーの前記プランジャー本体と前記弁体取付部との間に設けられた弁体推進面に当接され、
   前記圧縮コイルばねが、前記弁本体と前記突部との間に配置され、前記弁体を前記弁口から離れる方向に押すことを特徴とする電気的駆動弁。
2. 前記電気的駆動弁が、電磁コイルを有し、
   前記弁本体が、前記弁口を囲むように配置された弁座を有し、
   前記電磁コイルに通電していない状態において、前記プランジャーおよび前記弁体が前記圧縮コイルばねに押されて前記弁座から離れる方向に移動し、前記弁部が前記弁座から離れて開弁状態になり、
   前記電磁コイルに通電している状態において、前記プランジャーおよび前記弁体が前記圧縮コイルばねに抗して前記弁座に近づく方向に移動し、前記弁部が前記弁座に接して閉弁状態になり、
   前記弁体取付部の前記軸方向の長さが、前記弁体の開弁状態の位置から閉弁状態の位置までの距離より長い、請求項１に記載の電気的駆動弁。
3. 前記弁口が閉じられた閉弁状態において前記弁本体の弁室から前記弁体の内側を通過して前記弁口に流体が流れるように、前記弁体に流通孔が設けられ、
   前記弁体の内側には、通過する流体の流量を制限する流量制限部材が設けられている、請求項１または請求項２に記載の電気的駆動弁。
4. 弁室および弁口を有する弁本体と、前記弁本体に取り付けられた円筒状のケースと、前記ケースの内側に軸方向に移動可能に配置されたプランジャーと、前記プランジャーによって前記弁口に対して進退される弁体と、を有する電気的駆動弁の製造方法であって、
   金属材料を金属プレス加工して、円筒状の本体部と、前記本体部の一端に連設された円環板状または円板状の弁部と、前記本体部の他端に連設された径方向外方に突出する突部と、を有する前記弁体を形成し、
   金属材料を切削加工して、前記ケースに外周面が接する円筒状のプランジャー本体と、前記プランジャー本体の一端に連設された前記プランジャー本体より小径の円柱状の弁体取付部と、前記プランジャー本体と前記弁体取付部との間に設けられた弁体推進面と、を有する前記プランジャーを形成し、
   前記ケースの内側において前記弁本体に一端が当接するように圧縮コイルばねを配置し、
   前記圧縮コイルばねに前記弁体の前記本体部を挿入して、当該圧縮コイルばねを前記弁本体と前記弁体の前記突部との間に配置し、
   前記弁体取付部を前記弁体の前記本体部の他端に挿入して、前記弁体の前記突部を前記プランジャーの前記弁体推進面に当接させることを特徴とする電気的駆動弁の製造方法。

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