特開 2018-71783 電動弁および冷凍サイクルシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2018-71783(P2018-71783A)

(43)【公開日】2018年5月10日

(54)【発明の名称】電動弁および冷凍サイクルシステム

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/50 20060101AFI20180406BHJP

   F16K 31/04 20060101ALI20180406BHJP

   F25B 41/06 20060101ALI20180406BHJP

【ＦＩ】

   F16K31/50 A

   F16K31/04 A

   F25B41/06 U

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2017-164244(P2017-164244)

(22)【出願日】2017年8月29日

(31)【優先権主張番号】特願2016-208060(P2016-208060)

(32)【優先日】2016年10月24日

(33)【優先権主張国】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000143949

【氏名又は名称】株式会社鷺宮製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001070

【氏名又は名称】特許業務法人ＳＳＩＮＰＡＴ

(72)【発明者】

【氏名】中川 大樹

(72)【発明者】

【氏名】石黒 元康

(72)【発明者】

【氏名】田邊 珠実

【テーマコード（参考）】

3H062

3H063

【Ｆターム（参考）】

3H062AA02

3H062BB33

3H062CC01

3H062DD01

3H062EE06

3H062HH04

3H062HH09

3H063AA01

3H063BB36

3H063DA14

3H063DB02

3H063DB08

3H063GG03

3H063GG14

(57)【要約】      （修正有）

【課題】ネジ部材を樹脂製にした場合においても優れた作動性と耐久性を維持することが可能な電動弁を提供する。
【解決手段】雌ネジ部材が、樹脂材によって形成され、内周面に雌ネジが形成された部分を含む筒状の第１の側壁６ａと、前記第１の側壁と連続して形成され、内周面に前記雌ネジが形成されていない第２の側壁６ｂとを備え、前記第１の側壁の前記雌ネジ６ｄのネジ谷から前記第１の側壁の外周面までの径方向の距離によって規定される第１の壁厚Ｗ１が、前記第２の側壁の内周面から外周面までの径方向の距離によって規定される第２の壁厚Ｗ２よりも薄く形成され、前記第１の側壁の前記雌ネジが形成された部分において、前記雌ネジのネジ谷によって形成される直径で規定される第１の内径よりも、前記第２の側壁の内周面の直径によって規定される第２の内径が大きく形成され、かつ前記第１の壁厚が等肉化されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロータの回転運動を、雄ネジ部材と雌ネジ部材とのネジ螺合により直線運動に変換し、この直線運動に基づいて弁本体内に収容された弁体を軸方向に移動させる電動弁であって、
前記雌ネジ部材は、
樹脂材によって形成され、
内周面に雌ネジが形成された部分を含む筒状の第１の側壁と、
前記第１の側壁と連続して形成され、内周面に前記雌ネジが形成されていない第２の側壁とを備え、
前記第１の側壁の前記雌ネジのネジ谷から前記第１の側壁の外周面までの径方向の距離によって規定される第１の壁厚が、前記第２の側壁の内周面から外周面までの径方向の距離によって規定される第２の壁厚よりも薄く形成され、
前記第１の側壁の前記雌ネジが形成された部分において、前記雌ネジのネジ谷によって形成される直径で規定される第１の内径よりも、前記第２の側壁の内周面の直径によって規定される第２の内径が大きく形成され、
かつ、前記第１の壁厚が等肉化されていることを特徴とする電動弁。

【請求項2】

前記第１の側壁において前記雌ネジが形成された部分の外周の表面が平坦状であることを特徴とする請求項１記載の電動弁。

【請求項3】

前記第１の壁厚は、前記第１の内径よりも薄いことを特徴とする請求項１または２記載の電動弁。

【請求項4】

前記第１の側壁は、前記第２の側壁の側に向けて軸方向に延長された延長部分を備え、
前記延長部分の内周面から外周面までの径方向の距離によって規定される第３の壁厚が前記第１の壁厚よりも薄く、
前記延長部分の内周面の直径によって規定される第３の内径が前記第１の内径よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の電動弁。

【請求項5】

圧縮機、凝縮器、膨張弁、および蒸発器を少なくとも含む冷凍サイクルシステムであって、請求項１〜４の何れか一項に記載の電動弁を前記膨張弁として用いることを特徴とする冷凍サイクルシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動弁、および該電動弁を用いた冷凍サイクルシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

パッケージエアコン、ルームエアコン、冷凍機などに用いられる電動弁が知られている（例えば、特許文献１）。この電動弁１００においては、図６に示すように、ステッピングモータが駆動してロータ１０３が回転すると、雌ネジ１３１ａと雄ネジ１２１ａのネジ送り作用により、弁体１１４が中心軸Ｌ´方向に移動する。これにより、弁ポート１２１を開閉する調整がなされ、管継手１１１から流入して管継手１１２から流出する冷媒の流量が制御される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】ＣＮ１０５５８７９０６Ａ号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、従来の電動弁においては、ネジを構成するネジ部材は金属製が主流を占めていた。
しかし、切削や転造等で製作された金属製のネジには、比較的高い寸法精度を得ることができるというメリットがある一方で、部品点数が多く電動弁を小型化し難いことや、摩擦係数が高く耐久性の向上に限界があるなどの問題があった。そこで、近年このような問題を解消する観点から、上述したような構造の電動弁において、摩擦係数が低く、耐久性に優れる樹脂製のネジ部材を採用した電動弁が増えている。

【0005】

ただし、樹脂製のネジ部材は、基本的に射出成形によって製造されるため、樹脂製のネジ部材を採用した電動弁を使用する場合には、樹脂成形特有のヒケや返り等の寸法変化に十分留意しなければならない。

【0006】

図７（ａ）は、雌ネジ部材１３１の要部（図６の円内）を拡大した図である。図７（ａ）に示すように、上述の電動弁１００の雌ネジ部材１３１においては、内周に雌ネジ１３１ａが形成された側壁１４０の壁厚が上下で異なっている。

【0007】

側壁１４０の壁厚が異なる場合、射出成形後に壁厚の厚い部分１４０ａと壁厚の薄い部分１４０ｂとでヒケや反りの量に差が生じる。これは、壁厚が厚い部分１４０ａの方が薄い部分１４０ｂよりも樹脂が硬化する際の収縮量が大きいことに起因する。このため、実際には、射出成形後の雌ネジ部材１３１の形状は理想的な図７（ａ）のようにはならず、たとえば、図７（ｂ）の円内に示すように、樹脂の硬化が進むにつれて壁厚の厚い部分１４０ａに、下端側の内径が次第に狭くなる内側の反り等が生じ、雌ネジ１３１ａを形成した部分が変形してしまうことがある。

【0008】

このように、雌ネジ部材１３１の寸法が変化した場合、雌ネジ１３１ａと雄ネジ１２１ａ（図６参照）との接触部分が不均一となるため、ネジの面圧負荷を一定に保つことができなくなり、ネジの作動性や耐久性を安定して維持することが困難となる。

【0009】

本発明の目的は、ネジ部材を樹脂製にした場合においても優れた作動性と耐久性を維持することが可能な電動弁、および該電動弁を用いた冷凍サイクルシステムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の電動弁は、
ロータの回転運動を、雄ネジ部材と雌ネジ部材とのネジ螺合により直線運動に変換し、この直線運動に基づいて弁本体内に収容された弁体を軸方向に移動させる電動弁であって、
前記雌ネジ部材が、
樹脂材によって形成され、
内周面に雌ネジが形成された部分を含む筒状の第１の側壁と、
前記第１の側壁と連続して形成され、内周面に前記雌ネジが形成されていない第２の側壁とを備え、
前記第１の側壁の前記雌ネジのネジ谷から前記第１の側壁の外周面までの径方向の距離によって規定される第１の壁厚が、前記第２の側壁の内周面から外周面までの径方向の距離によって規定される第２の壁厚よりも薄く形成され、
前記第１の側壁の前記雌ネジが形成された部分において、前記雌ネジのネジ谷によって形成される直径で規定される第１の内径よりも、前記第２の側壁の内周面の直径によって規定される第２の内径が大きく形成され、
かつ、前記第１の壁厚が等肉化されていることを特徴とする。

【0011】

このように、内周面に雌ネジが形成されておらず壁厚が厚い第２の側壁の内径を、壁厚が薄い第１の側壁の雌ネジが形成された部分の内径よりも大きくすることにより、樹脂が硬化する際に壁厚の厚い第２の側壁に内側の反り等が生じた場合でも、雌ネジの寸法変化を抑制することができる。このため、雌ネジ部材を樹脂で成形した場合であっても、優れた作動性と耐久性を維持することができる。また、第１の側壁の雌ネジが形成された部分の壁厚を等肉化にすることにより、第１の側壁の雌ネジが形成された部分に寸法変化が生じることを抑制することができる。

【0012】

また、本発明の電動弁は、
前記第１の側壁において前記雌ネジが形成された部分の外周の表面が平坦状であることを特徴とする。
これにより、第１の側壁の内周壁面に形成された雌ネジの寸法変化を抑制する効果を高めることができる。

【0013】

また、本発明の電動弁は、
前記第１の壁厚が、前記第１の内径よりも薄いことを特徴とする。
これにより、第１の側壁の前記雌ネジが形成された部分にボイドやヒケが生じないようにすることができる。

【0014】

また、本発明の電動弁は、
前記第１の側壁が、前記第２の側壁の側に向けて軸方向に延長された延長部分を備え、
前記延長部分の内周面から外周面までの径方向の距離によって規定される第３の壁厚が前記第１の壁厚よりも薄く、
前記延長部分の内周面の直径によって規定される第３の内径が前記第１の内径よりも大きいことを特徴とする。
これにより、第２の側壁に内側の反り等が生じた場合でも、その影響が第１の側壁に及ばないようにすることができる。

【0015】

また、本発明の冷凍サイクルシステムは、
圧縮機、凝縮器、膨張弁、および蒸発器を少なくとも含む冷凍サイクルシステムであって、上述の電動弁を前記膨張弁として用いることを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明に係る発明によれば、ネジ部材を樹脂製にした場合においても優れた作動性と耐久性を維持することが可能な電動弁、および該電動弁を用いた冷凍サイクルシステムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施の形態に係る電動弁の断面図である。

【図2】実施の形態に係る電動弁に組み込まれた雌ネジ部材の要部拡大断面図である。

【図3】実施の形態に係る電動弁に組み込まれた雌ネジ部材の変形例の要部拡大断面図である。

【図4】他の実施の形態に係る電動弁の断面図である。

【図5】他の実施の形態に係る電動弁に組み込まれた雌ネジ部材の要部拡大断面図である。

【図6】従来の電動弁の断面図である。

【図7】従来の電動弁に組み込まれた雌ネジ部材の要部拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る電動弁について説明する。図１は、実施の形態に係る電動弁２を示した断面図である。なお、本明細書において、「上」あるいは「下」とは図１の状態で規定したものである。すなわち、ロータ４は弁部材１７より上方に位置している。

【0019】

この電動弁２では、非磁性体製で筒状のカップ形状をなすケース６０の開口側の下方に、弁本体３０が溶接などにより一体的に接続されている。
ここで、弁本体３０は、ステンレス等の金属から成り、内部に弁室１１を有している。また、弁本体３０には、弁室１１に直接連通する第１の管継手１２、および後述する弁ポート１６ａを介して弁室１１に連通する第２の管継手１５が固定装着されている。第１の管継手１２と第２の管継手１５は、いずれもステンレスや銅等の金属で形成されている。

【0020】

さらに、弁本体３０の内側には、弁本体３０と第２の管継手１５に固定装着された弁座部材１６が設けられている。弁座部材１６の上方には、弁部材１７を案内する筒状の案内部１６ｂが形成され、下方には、断面円形の弁ポート１６ａが形成されている。

【0021】

ケース６０の内周には、回転可能なロータ４が収容され、ロータ４の軸芯部分には、ブッシュ部材３３を介して弁軸４１が配置されている。ブッシュ部材３３で結合されたこの弁軸４１とロータ４とは、回転しながら上下方向に一体的に移動する。なお、この弁軸４１の中間部付近の外周面には雄ネジ４１ａが形成されている。本実施の形態では、弁軸４１が雄ネジ部材として機能している。

【0022】

ケース６０の外周には、図示しないヨーク、ボビン、およびコイルなどからなるステータが配置され、ロータ４とステータとでステッピングモータが構成されている。
弁軸４１には、後述するように弁軸４１との間でネジ螺合Ａを構成するとともに弁軸４１の傾きを抑制する機能を有する弁軸ホルダ６が、弁本体３０に対して相対的に回転不能に固定されている。

【0023】

また、弁軸４１の下端には、略筒状のブロッカーリング２４が溶接されている。このブロッカーリング２４の上方には、外側に張り出した鍔部２４ａが形成されており、後述する弁バネ２７の上部と当接している。

【0024】

弁軸ホルダ６は、第１の側壁６ａ、第２の側壁６ｂ、弁体収容部６ｃ、およびフランジ部６ｆから成る部材である。ここで、第１の側壁６ａは、内周面の中心軸Ｌ方向において所定の範囲に雌ネジ６ｄが形成された部分（以下、雌ネジ６ｄが形成された部分という。）を含む筒状の側壁である。また、第２の側壁６ｂは、外側に張り出した段差を構成し第１の側壁６ａと連続する筒状の側壁である。また、弁体収容部６ｃは、第２の側壁６ｂから延設され内部に後述する弁部材１７を収容する筒状の側壁である。さらに、フランジ部６ｆは、弁体収容部６ｃから外側に向かって張り出した部材である。

【0025】

なお、本実施の形態では、弁軸ホルダ６が雌ネジ部材として機能しており、弁軸４１の外周に形成された雄ネジ４１ａと、弁軸ホルダ６の第１の側壁６ａの内周に形成された雌ネジ６ｄとにより、図１に示すネジ螺合Ａが構成されている。

【0026】

また、第１の側壁６ａ、第２の側壁６ｂ、および弁体収容部６ｃは、たとえばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂等の樹脂材料で形成されており、フランジ部６ｆは、ステンレス等の金属で形成されている。弁軸ホルダ６の要部の構成については後に詳しく説明する。

【0027】

弁体収容部６ｃの内側には、弁座部材１６の筒状の案内部１６ｂの外周が密接するようにして配置され、さらに筒状の案内部１６ｂの内側には弁部材１７が配置されている。
弁部材１７は、ステンレスや真鍮等により形成され、弁ポート１６ａを開閉する弁体１７ａと、弁体１７ａの上方に形成された筒状の弁ガイド１７ｂとによって構成されている。ここで、弁ガイド１７ｂ内には、圧縮された弁バネ２７とバネ受け３５とが収容されている。また、弁ガイド１７ｂの上端部には、弁ガイド１７ｂよりも内径が小さい筒状の弁ブッシュ２５が溶接されている。

【0028】

ここで、弁軸４１は、弁ガイド１７ｂに対して回転可能、かつ径方向に変位可能となるように遊貫状態で挿入されており、ブロッカーリング２４は、弁ガイド１７ｂに対して回転可能、かつ、径方向に変位可能となるように弁ガイド１７ｂ内に配置されている。また、弁軸４１は弁ブッシュ２５を挿通し、ブロッカーリング２４の鍔部２４ａの上面が、弁ブッシュ２５の下面に対向するように配置されている。なお、鍔部２４ａの外径が弁ブッシュ２５の内径より大きいことにより、弁軸４１の抜け止めがなされている。

【0029】

弁軸４１と弁ガイド１７ｂとが互いに径方向に移動可能であることにより、弁軸ホルダ６および弁軸４１の配置位置に関して、さほど高度な同芯取付精度を求められることなく、弁部材１７との同芯性が得られる。

【0030】

次に、実施の形態における弁軸ホルダ６の要部について説明する。図２は、弁軸ホルダ６の要部である図１の円内に示された部分を拡大した断面図である。図２に示すように、本実施の形態において、第１の側壁６ａとは、中心軸Ｌ方向において弁軸ホルダ６の上端から段差の上端７ａに至るまでの範囲の側壁を指している。また、第２の側壁６ｂとは、段差の上端７ａから段差の下端７ｂに至るまでの段差そのものによって構成される側壁を指している。

【0031】

また、第１の側壁６ａの雌ネジ６ｄが形成された部分の壁厚Ｗ１は、雌ネジ６ｄのネジ谷から第１の側壁６ａの外周面までの径方向の距離によって規定される。第２の側壁６ｂの壁厚Ｗ２は、第２の側壁６ｂの内周面から外周面までの径方向の距離によって規定される。

【0032】

なお、壁厚Ｗ１は、第２の側壁６ｂの壁厚Ｗ２よりも薄く形成されている（Ｗ１＜Ｗ２）ため、射出成形を行った後、壁厚の薄い第１の側壁６ａが先に硬化し、壁厚の厚い第２の側壁６ｂはそれよりも遅く硬化する。

【0033】

また、第１の側壁６ａの雌ネジ６ｄが形成された部分の内径Ｄ１は、雌ネジ６ｄのネジ谷によって形成される直径によって規定される。第２の側壁６ｂの内径Ｄ２は、第２の側壁６ｂの内周面の直径によって規定される。そして、内径Ｄ２は、内径Ｄ１よりも大きく形成されている（Ｄ１＜Ｄ２）。これにより、弁軸ホルダ６を射出成形した後、樹脂の硬化が進むにつれて壁厚の厚い第２の側壁６ｂに内側の反り等が生じたとしても（図７（ｂ）参照）、雌ネジ６ｄが形成された部分の内径Ｄ１が局所的に小さくなるなど、雌ネジ６ｄが形成されている部分の内径Ｄ１が不均一になることを抑制することができる。

【0034】

また、第１の側壁６ａの雌ネジ６ｄが形成された部分の壁厚Ｗ１は等肉化されており、壁厚Ｗ１は一定になるように形成されている。なお、ここで等肉とは、壁厚Ｗ１が寸分違わずに一定であることを意味するものではなく、たとえば、第１の側壁６ａに段差や溝などが意図的に形成されていないことを意味している。また、厳密には、第１の側壁６ａには、射出成形後の片抜きを行う際に必要な抜きテーパーが必要であるが、抜きテーパーによって生じる程度の壁厚の差については、等肉の範囲内に含まれるものとして解釈する。

【0035】

このように、壁厚を等肉化にすることにより、成形後においても第１の側壁６ａの雌ネジ６ｄが形成された部分の壁厚Ｗ１のバラツキを良好な範囲内に収めることができ、第１の側壁６ａの雌ネジ６ｄが形成された部分に寸法変化が生じることを抑制することができる。

【0036】

また、本実施の形態においては、雌ネジ６ｄが形成された部分の中心軸Ｌ方向の長さが３ｍｍ〜１０ｍｍ程度、壁厚Ｗ１が１ｍｍ〜３ｍｍ程度である場合を想定している。内径Ｄ１については、日本工業規格（以下、ＪＩＳと呼ぶ。）で定められたＪＩＳ Ｂ ０２０５、またはＪＩＳ Ｂ ０２０９の呼び径Ｍ２．０〜Ｍ７．０に概ね相当する大きさを想定している。

【0037】

また、第１の側壁６ａの雌ネジ６ｄが形成された部分の外周の表面は平坦状に形成され、雌ネジ６ｄの寸法変化を抑制する効果を高めている。なお、ここで平坦とは、表面に全くキズ等が無いことを意味するのではなく、表面に起伏や凹凸がなく滑らかであることを意味している。

【0038】

また、第１の側壁６ａの雌ネジ６ｄが形成された部分の壁厚Ｗ１は、第１の側壁６ａの雌ネジ６ｄが形成された部分の内径Ｄ１よりも薄くなるように形成されている（Ｗ１＜Ｄ１）。これにより、第１の側壁６ａにボイドやヒケが生じることを抑制することができる。

【0039】

この実施の形態に係る発明によれば、弁軸ホルダ６の要部を上述した構造にすることにより、弁軸ホルダ６を樹脂で成形した場合であっても、ネジ螺合Ａのクリアランスが低下するなどの摺動性の悪化を防止することができ、優れた作動性と耐久性を維持することができる。また、雌ネジ６ｄの寸法変化が抑制されるため、寸法管理や製造管理を容易に行うことが可能となる。

【0040】

なお、上述の実施の形態において、弁軸ホルダ６の要部を変形してもよい。たとえば、図３に示すように、第１の側壁６ａの第２の側壁６ｂの側を中心軸Ｌ方向に延長すると共に、第２の側壁６ｂの段差の上端７ａと下端７ｂとの間の中心軸Ｌ方向の距離を短くする。ここで、第１の側壁６ａの延長部分６ｋの壁厚Ｗ３は、延長部分６ｋの内周面から外周面までの径方向の距離によって規定される。延長部分６ｋの内周面には雌ネジ６ｄが形成されておらず、延長部分６ｋの壁厚Ｗ３は、第１の側壁６ａの雌ネジ６ｄが形成された部分の壁厚Ｗ１よりも薄い（Ｗ３＜Ｗ１）。

【0041】

また、延長部分６ｋの内径は、延長部分６ｋの内周面の直径によって規定される。なお、図３においては、延長部分６ｋの内径が第２の側壁６ｂの内径Ｄ２と同じである場合を示しているが、延長部分６ｋの内径は、第１の側壁６ａの雌ネジ６ｄが形成された部分の内径Ｄ１よりも大きければよい。

【0042】

このように、第１の側壁６ａに延長部分６ｋを形成した場合、射出成形後に、壁厚の薄い延長部分６ｋが第２の側壁６ｂよりも先に硬化するため、第２の側壁６ｂに内側の反り等が生じた場合でも、その影響が第１の側壁６ａに及ばないようにすることができる。したがって、第１の側壁６ａの雌ネジ６ｄが形成されている部分の変形をさらに抑制することができる。

【0043】

また、上述の実施の形態の弁軸ホルダ６においては、第２の側壁６ｂと弁体収容部６ｃが第１の側壁６ａの下方に形成されている場合を例に説明しているが、たとえば、図４に示すように、第１の側壁６ａの上方に第２の側壁６ｂが位置し、さらにその上方に弁体収容部６ｃが配置された、逆さ状の弁軸ホルダ６´を電動弁２００に組み込んでもよい。ここで、第１の側壁６ａの雌ネジ６ｄが形成された部分の上方に第２の側壁６ｂが形成されている。この場合においても、図５の弁軸ホルダ６´の要部拡大図に示すように、第１の側壁６ａの雌ネジ６ｄが形成された部分の壁厚Ｗ１を第２の側壁６ｂの壁厚Ｗ２よりも薄く形成し（Ｗ１＜Ｗ２）、第１の側壁６ａの雌ネジ６ｄが形成された部分の内径Ｄ１よりも第２の側壁６ｂの内径Ｄ２を大きく形成することにより（Ｄ１＜Ｄ２）、雌ネジ６ｄの寸法変化を抑制することができる。
また、壁厚Ｗ１が内径Ｄ１よりも薄くなるように形成されていればさらに好ましく（Ｗ１＜Ｄ１）、第１の側壁６ａにボイドやヒケが生じることを抑制することができる。

【0044】

なお、本実施の形態の電動弁２、２００は、たとえば、圧縮機、凝縮器、膨張弁、および蒸発器等から成る冷凍サイクルシステムにおいて、凝縮器と蒸発器との間に設けられる膨張弁として用いられる。

【符号の説明】

【0045】

２、２００ 電動弁
６、６´ 弁軸ホルダ（雌ネジ部材）
６ａ 第１の側壁
６ｂ 第２の側壁
６ｄ 雌ネジ
６ｋ 延長部分
１７ 弁部材
１７ａ 弁体
１７ｂ 弁ガイド
３０ 弁本体
４１ 弁軸
４１ａ 雄ネジ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】