特開 2024-86817 弁装置

(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】P2024086817

(43)【公開日】2024-06-28

(54)【発明の名称】弁装置

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/04 20060101AFI20240621BHJP

【ＦＩ】

F16K31/04 A

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024062259

(22)【出願日】2024-04-08

(62)【分割の表示】P 2023523427の分割

【原出願日】2022-05-18

(31)【優先権主張番号】P 2021086715

(32)【優先日】2021-05-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】391002166

【氏名又は名称】株式会社不二工機

(74)【代理人】

【識別番号】100100365

【弁理士】

【氏名又は名称】増子 尚道

(72)【発明者】

【氏名】神尾 猛

(72)【発明者】

【氏名】原田 貴雄

(72)【発明者】

【氏名】山下 将司

(72)【発明者】

【氏名】早川 潤哉

(57)【要約】

【課題】動作が速く弁漏れが少なく横幅が小さい弁装置（特にボール弁）を得る。
【解決手段】内部に弁室１３を有する弁本体１２と、内部に流路空間２２を有すると共に弁室内で回転駆動され流体の流量を変更する弁体２１と、弁本体に形成され流路空間に連通して流体の通過を許容する第１流路孔１４と、弁本体に形成され弁体の回転変位位置によって流路空間との連通状態が変更され流路空間に連通したときに流体の通過を許容する第２流路孔１５と、弁体を回転させる駆動力を弁体に伝達する弁体駆動シャフト３１を含む伝達機構とを備えた弁装置１１で、弁体の回転軸と弁体駆動シャフトの回転軸とが互いに交差している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に弁室を有する弁本体と、
内部に流路空間を有するとともに回転軸部により前記弁室内に回転可能に支持され且つ前記弁室内で回転駆動されることにより流体の流量を変更する弁体と、
前記弁本体に形成され前記流路空間に連通して前記流体の通過を許容する第１流路孔と、
前記弁本体に形成され、前記弁体の回転変位位置によって前記流路空間との連通状態が変更され、前記流路空間に連通したときに前記流体の通過を許容する、第２流路孔と、
前記弁体を回転させる駆動力を前記弁体に伝達する弁体駆動シャフトを含む伝達機構と
を備えた弁装置であって、
前記弁体駆動シャフトの回転軸の側面方向から見て、前記弁体の回転軸と前記弁体駆動シャフトの回転軸とが互いに交差している
ことを特徴とする弁装置。

【請求項2】

前記弁本体は、
前記弁本体の側面部に前記第１流路孔を有するとともに、
前記第１流路孔の軸線周りのいずれかの周方向位置に前記第２流路孔を有し、
前記弁体は、
前記第１流路孔と前記流路空間とを連通させる第１開口部と、
開弁時に前記第２流路孔と前記流路空間とを連通させる第２開口部と、
閉弁時に前記第２流路孔を閉塞する殻壁部とを有し、
前記第２開口部を介して前記第２流路孔と前記流路空間とが連通した開弁状態と、前記殻壁部により前記第２流路孔が閉塞された閉弁状態との間で、前記第１流路孔の軸線周りに回転可能に支持され、
前記伝達機構は、
前記第１流路孔の軸線方向に延び、前記弁体駆動シャフトから伝達される駆動力を受けて前記第１流路孔の軸線周りに回転して当該回転を前記弁体に伝達する弁体従動シャフトと、
前記弁体駆動シャフトの回転を前記弁体従動シャフトに伝達する係合手段と
をさらに有し、
前記弁体駆動シャフトの回転軸は、前記第１流路孔の軸線に直交する
請求項１に記載の弁装置。

【請求項3】

前記弁体は、球状の形状を有し、
前記弁室は、円形の横断面形状を有し、
前記第２流路孔は、弁室側の端縁部に弁座口を有し、
前記弁体は、当該弁座口に接触しつつ回転摺動する
請求項２に記載の弁装置。

【請求項4】

前記第１開口部は、前記第１流路孔に対向するように形成され、前記弁体のいずれの回転位置においても前記流路空間に連通して前記流体の通過を許容する一方、
前記第２開口部は、開弁状態において前記弁座口と重なり合うことにより前記第２流路孔と前記流路空間とを連通させ、
前記弁体は、前記第２開口部と前記弁座口との重なり合いが最大となる弁の全開状態と、前記第２開口部が前記弁座口から外れて前記殻壁部によって前記弁座口が閉塞される弁の全閉状態との間で回転可能に支持されている
請求項３に記載の弁装置。

【請求項5】

前記弁体駆動シャフトは、前記弁体の垂直方向に延びる中心軸線に沿って延び、
前記弁体従動シャフトは、
前記弁体の水平方向に延びる中心軸線に沿って延び、
前記弁体の、前記第１開口部とは反対側の側部殻壁に基端部が固定され、
前記係合手段は、前記弁体駆動シャフトの先端部と前記弁体従動シャフトの先端部とに備えられている
請求項４に記載の弁装置。

【請求項6】

前記係合手段は、
前記弁体駆動シャフトに備えられた駆動側傘歯車と、
前記弁体従動シャフトに備えられて前記駆動側傘歯車と噛み合う従動側傘歯車と
を含む
請求項５に記載の弁装置。

【請求項7】

前記従動側傘歯車の歯数が前記駆動側傘歯車の歯数より多い
請求項６に記載の弁装置。

【請求項8】

前記弁体駆動シャフトは、前記弁本体の上部から前記弁本体の内部を下方に延び前記弁体の上部殻壁を貫通して前記流路空間に達し、
前記弁体は、
前記弁体駆動シャフトが貫通する前記上部殻壁に、前記第１流路孔の軸線周りの回転を可能とする開口部を備え、
当該開口部は、
弁の全開状態において前記弁体駆動シャフトの側面に当接して前記弁体の回転を停止させる第１ストッパ部と、
弁の全閉状態において前記弁体駆動シャフトの反対側の側面に当接して前記弁体の回転を停止させる第２ストッパ部と
を有する
請求項４に記載の弁装置。

【請求項9】

前記開口部は、
前記第１流路孔の軸線に直交する面に対して平行に前記弁体の殻壁に沿って円弧状に延び、且つ前記第１流路孔の軸線周りの前記弁体の回転を許容する一方、前記弁体駆動シャフトの側面に摺動可能に当接することにより前記第１流路孔の軸線方向の前記弁体の移動を規制する
案内溝であり、
当該案内溝の一端部に前記第１ストッパ部を備えるとともに、
当該案内溝の他端部に前記第２ストッパ部を備える
請求項８に記載の弁装置。

【請求項10】

弁装置を受け入れ可能な弁装着穴と、当該弁装着穴の内周面に開口し且つ前記流体の流入路および流出路のうちのいずれか一方となる第１流路と、当該弁装着穴の底面に開口し且つ前記流体の流入路および流出路のうちの他方となる第２流路とを備えたハウジング部材の前記弁装着穴にねじ込むことにより当該ハウジング部材に装着可能な弁装置であって、
前記第２流路孔は、前記弁本体の底面部に形成され、
前記弁装着穴の内周面には、雌ねじが備えられ、
前記弁本体は、
円筒状の形状を有するとともに、
前記雌ねじに螺合する雄ねじを外周面に備え、
前記雄ねじを前記雌ねじに螺合させつつ前記第２流路孔が備えられた底面部側から前記弁装置を前記弁装着穴にねじ込んで前記ハウジング部材に装着したときに、前記第１流路孔が前記ハウジング部材の第１流路に連通し、前記第２流路孔が前記ハウジング部材の第２流路に連通する
請求項１から９のいずれか一項に記載の弁装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、弁装置に係り、特に冷媒の流量を調整するため空調機などの冷凍サイクル装置に備えられるボール弁に関する。

【背景技術】

【0002】

カーエアコンのような冷凍サイクル装置では、冷媒の流量を調整するためにニードル弁やボール弁が備えられる。図１０から図１１はこのようなボール弁の一例を示すものである。これらの図に示すように従来のボール弁は、ボックス状の弁本体１の内部（弁室２）に球状の弁体３を配置し、この弁体３を回転させることにより冷媒の流量を変更する。

【0003】

より具体的には、弁本体１は、冷媒を流入させる流入孔１４を側面に有し、冷媒を流出させる流出孔１５を底面に有する。弁室２内には、弁体３を支持するため、水平方向に一定の間隔を隔てて互いに対向する一対の弁体支持部材４，５が備えられ、これら一対の弁体支持部材４，５の間に弁体３が回転可能に支持される。また、流入孔側の弁体支持部材４には、流入孔１４の弁室側の端部開口となる弁座口１４ａが備えられる。弁体３は、この弁座口１４ａに当接しつつ水平に、つまり弁座口１４ａに接触しながら垂直方向に延びる中心軸Ａ１の周りに摺動回転し（符号Ｒ３参照）、後に述べるように弁体３の当該回転状態によって通過する冷媒の流量（冷媒の流れを符号Ｆで示す）が変更される。

【0004】

なお、弁体３の回転は、弁本体１の上面部に備えられる駆動装置（図示せず）により行われ、当該駆動装置の駆動力を弁体３に伝えるため、上方から弁体３の上部殻壁に駆動シャフト（図示せず）が接続される（図１０中の符号６は当該シャフトを嵌入させる穴を示している）。

【0005】

弁体３は、冷媒が流通可能な流路空間２２を内部に備えた中空の球体で、流入孔１４を通じて流入する冷媒を当該流路空間２２に導入する流入口２３を側部に有するとともに、流路空間２２から冷媒を排出する流出口２４を底部に有する。

【0006】

ここで、弁体底部の流出口２４は、弁本体底面の流出孔１５に常に対向（正対）して連通状態にあるのに対し、上記弁体３の回転により弁体側部の流入口２３は、弁座口１４ａとの間の相対位置が変更される。すなわち弁体３の流入口２３は、弁の全開状態では弁座口１４ａに正対し、流入孔１４を開放する（弁体３の流路空間２２と弁本体側面の流入孔１４とが完全な連通状態となる）。

【0007】

一方、当該全開状態から弁体３が水平に９０°回転した弁の全閉状態では、弁体３の流入口２３が弁座口１４ａから外れ（流入口２３と弁座口１４ａが重なることがなくなり）、弁体３の殻壁（外壁面）によって弁座口１４ａが閉塞される。また、これら全開状態と全閉状態との間の状態では、流入口２３と弁座口１４ａの重なり合いの程度によって流路面積が変わり、これにより冷媒の通過流量が決定される。

【0008】

また、流路を切り替えるバルブではあるが、当該流路の切り替えをロータシールを回転させることにより行うバルブを開示する文献として下記特許文献１がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１１－１６９６１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

ところで、前記従来のボール弁には、弁の外形サイズ、ならびに製造時の加工性の点で改良の余地がある。

【0011】

具体的には、従来のボール弁では弁体３を横回転させるため、弁体３を両側面から挟むように支持し、弁座口１４ａを側面に形成する必要がある。このため、弁本体１の幅（弁の水平方向のサイズ）が大きくなってしまう面がある。

【0012】

また、従来のボール弁は、弁本体１の内部（弁体３が設置される弁室２）が方形の形状を有しているが、例えばステンレスや真鍮等の硬質の金属体からなる弁本体１を刳り抜くように切削し、方形の弁室空間を精度良く短時間で形成することは必ずしも容易ではない。例えば、弁室２として円筒形の空間を形成する場合と比べれば方形の空間を形成することは難しく、加工効率は格段に低下する。

【0013】

一方、円錐形の弁体を弁座口に対して直線的に進退動させることにより冷媒の流路面積を変更するニードル弁を使用すれば上記のような問題が生じることはない。ところが、ニードル弁はボール弁と比べ一般に動作速度が遅く、また、弁体が傾いて弁漏れが生じやすい難がある。

【0014】

なお、このような問題は、前記特許文献１に記載の発明によっても解決することは出来ない。

【0015】

したがって、本発明の目的は、動作速度が速く、弁漏れ量が少なく、水平方向のサイズを小さくすることが可能な新たな弁装置の構造を得る点にある。また本発明の更なる目的は、弁装置の加工性を向上させる点にある。

【課題を解決するための手段】

【0016】

前記課題を解決し目的を達成するため、本発明に係る弁装置は、内部に弁室を有する弁本体と、内部に流路空間を有するとともに回転軸部により弁室内に回転可能に支持され且つ弁室内で回転駆動されることにより流体の流量を変更する弁体と、弁本体に形成され前記流路空間に連通して流体の通過を許容する第１流路孔と、弁本体に形成され弁体の回転変位位置によって前記流路空間との連通状態が変更され前記流路空間に連通したときに流体の通過を許容する第２流路孔と、弁体を回転させる駆動力を弁体に伝達する弁体駆動シャフト（以下単に「駆動シャフト」と言うことがある）を含む伝達機構とを備え、弁体駆動シャフトの回転軸の側面方向から見て、弁体の回転軸と弁体駆動シャフトの回転軸とが互いに交差している。

【0017】

本発明の弁装置では、弁体が横回転する（弁体を駆動するシャフトの回転軸周りに弁体が回転する）従来のボール弁と異なり、弁体を縦方向に（弁体駆動シャフトの回転軸に交差する軸線周りに）回転させる。このため本発明では、従来のように第１流路孔と第２流路孔を共に弁本体の側面部に形成する必要はなく、第１流路孔を弁本体の側面部に形成し、第２流路孔（弁体と協働して流量を変更する弁座口）を側面以外（例えば弁本体の底面）に配置することができ、弁装置の水平方向の寸法を小さくすることが可能となる。

【0018】

特に近年、車内空調だけでなく同時に他の機器（例えばバッテリ）を冷却するニーズがあり、複数の機器に冷媒を供給するため複数の弁本体を横方向に配列して接続したり、弁本体に複数の弁体を横に並べて組み込むことがある。したがってこのような場合に、弁装置（弁本体）の横幅寸法を小さくすることが出来れば、狭いスペースに複数の弁装置（弁本体）を設置することができ、そのようなニーズに応えやすくなる。

【0019】

本発明の弁装置は、典型的には次の各態様（１）～（９）のうちの１以上を備える。

【0020】

（１）弁本体が、当該弁本体の側面部に第１流路孔を有し、第１流路孔の軸線周りのいずれかの周方向位置に第２流路孔を有する。弁体が、第１流路孔と流路空間とを連通させる第１開口部と、開弁時に第２流路孔と流路空間とを連通させる第２開口部と、閉弁時に第２流路孔を閉塞する殻壁部とを有する。また弁体は、第２開口部を介して第２流路孔と流路空間とが連通した開弁状態と、殻壁部により第２流路孔が閉塞された閉弁状態との間で、第１流路孔の軸線周りに回転可能に支持されている。さらに伝達機構が、弁体従動シャフト（以下単に「従動シャフト」と言うことがある）と係合手段とを有する。弁体駆動シャフトは、第１流路孔の軸線方向に延び、弁体駆動シャフトから伝達される駆動力を受けて第１流路孔の軸線周りに回転して当該回転を弁体に伝達する。係合手段は、弁体駆動シャフトの回転を弁体従動シャフトに伝達する。弁体駆動シャフトの回転軸は、第１流路孔の軸線に直交する。

【0021】

（２）弁体が球状の形状を有し、弁室が円形の横断面形状を有し、第２流路孔の弁室側の端縁部に弁座口を備え、弁体は当該弁座口に接触しつつ回転摺動する。

【0022】

このような態様（２）によれば、ニードル弁と異なり弁体が傾き難くなる（傾いても弁座口との間に隙間が出来難くなる）から、閉弁時の弁漏れを防止ないし抑制することが出来る。なお、「球状」とは、完全な球体である必要はなく、例えば一部に平坦な面や孔、凸部、凹部などを備えていても良い。

【0023】

また、弁室が円形の横断面形状、つまり円筒の内部空間のような形状を有することから、弁室の加工（弁本体を例えば切削加工により刳り抜いて弁室を形成する加工）も容易となる。なお、弁室の横断面積は一定である必要はなく、弁室の内周面には段差や突起等があっても良い。

【0024】

（３）上記態様（２）において、第１開口部が、第１流路孔に対向するように形成され、弁体のいずれの回転位置においても流路空間に連通して流体の通過を許容する。一方、第２開口部は、開弁状態において弁座口と重なり合うことにより第２流路孔と流路空間とを連通させる。弁体は、第２開口部と弁座口との重なり合いが最大となる弁の全開状態と、第２開口部が弁座口から外れて殻壁部によって弁座口が閉塞される弁の全閉状態との間で回転可能に支持されている。

【0025】

上記態様（２）～（３）では、弁体は弁座口に接触しつつ回転摺動されるが、この回転により、弁体の第２開口部と弁座口とが重なり合った部分、すなわち弁座口の開口面積（流路面積）が変更され、第１流路孔、弁体内部の流路空間および第２流路孔を通って流れる流体の流量が変更される。

【0026】

より詳しく述べれば、第２開口部が弁座口に正対した（真正面に向き合った）状態では、弁座口の開口面積は最大となり、弁は全開状態となる。この全開状態から弁体が回転すると、弁座口の開口面積は次第に小さくなり、第２開口部が弁座口と重なることが無くなると弁座口の開口面積は零となり、弁は閉弁状態となる。この閉弁状態では、弁体の殻壁部（外壁面）によって弁座口が閉塞され、弁体内部の流路空間と第２流路孔との連通状態は解消され、弁体の流路空間（第１流路孔）と第２流路孔との間の流体の流通は遮断される。

【0027】

なお、本発明に係る弁装置（後述の実施形態のボール弁も同様）では、第１流路孔から流体を流入させて当該流体を第２流路孔から流出させても良いし、逆に、第２流路孔から流体を流入させて当該流体を第１流路孔から流出させるようにしても構わない。

【0028】

また、本発明ないし上記態様に係る弁装置では、弁座口を弁本体の側面ではなく底面に備えることが出来るから、弁の横幅方向のサイズを小さくすることが出来る。さらに、ニードル弁では一般に弁体を弁座口に対して進退動させるために弁体を多数回（複数回）回転させる必要があるのに対し、本発明に係る弁装置では弁体の回転は、弁体の第２開口部が弁座口に正対した開弁（全開）状態と、当該第２開口部が弁座口から外れた（重なることが無くなった）閉弁（全閉）状態との間で行うだけで済む（１回転未満、例えば９０°程度すなわち４分の１回転程度回転させるだけで済む）から、迅速な開閉動作が可能である。

【0029】

（４）弁体駆動シャフトが、弁体の垂直方向に延びる中心軸線に沿って延びている。弁体従動シャフトは、弁体の水平方向に延びる中心軸線に沿って延び、弁体の、第１開口部とは反対側の側部殻壁に基端部が固定されている。前記係合手段は、弁体駆動シャフトの先端部と弁体従動シャフトの先端部とに備えられている。

【0030】

（５）前記係合手段が、弁体駆動シャフトに備えられた駆動側傘歯車と、弁体従動シャフトに備えられて駆動側傘歯車と噛み合う従動側傘歯車とを含む。

【0031】

（６）従動側傘歯車の歯数を駆動側傘歯車の歯数より多くする。回転出力の比較的小さな駆動装置でも弁体を確実に駆動することを可能とするためである。

【0032】

（７）弁体駆動シャフトが、弁本体の上部から弁本体の内部を下方に延び弁体の上部殻壁を貫通して流路空間に達し、弁体が、弁体駆動シャフトが貫通する上部殻壁に、第１流路孔の軸線周りの回転を可能とする開口部を備え、当該開口部が、弁の全開状態において弁体駆動シャフトの側面に当接して弁体の回転を停止させる第１ストッパ部と、弁の全閉状態において弁体駆動シャフトの反対側の側面に当接して弁体の回転を停止させる第２ストッパ部を有する。

【0033】

このような態様（７）によれば、全開と全閉の各位置で弁体の回転をより確実に停止させることが出来る。

【0034】

（８）上記開口部が、第１流路孔の軸線に直交する面に対して平行に弁体の殻壁に沿って円弧状に延び、且つ第１流路孔の軸線周りの弁体の回転を許容する一方、弁体駆動シャフトの側面に摺動可能に当接することにより第１流路孔の軸線方向の弁体の移動を規制する案内溝であり、当該案内溝の一端部に上記第１ストッパ部を備え、当該案内溝の他端部に上記第２ストッパ部を備える。

【0035】

このような態様（８）によれば、全開と全閉の各位置で弁体を確実に停止させるだけでなく、回転中に第１流路孔の軸線方向へ弁体が位置ずれすることを防ぎ、第１流路孔の軸線周りに弁体を精度良く回転動作させることが可能となる。

【0036】

（９）前記弁装置が、弁装置を受け入れ可能な弁装着穴と、弁装着穴の内周面に開口し且つ流体の流入路および流出路のうちのいずれか一方となる第１流路と、弁装着穴の底面に開口し且つ流体の流入路および流出路のうちの他方となる第２流路とを備えたハウジング部材の弁装着穴にねじ込むことにより当該ハウジング部材に装着可能な弁装置であり、第２流路孔が弁本体の底面部に形成され、弁装着穴の内周面には雌ねじが備えられ、弁本体は、円筒状の形状を有するとともに、前記雌ねじに螺合する雄ねじを外周面に備え、前記雄ねじを前記雌ねじに螺合させつつ第２流路孔が備えられた底面部側から弁装置を弁装着穴にねじ込んでハウジング部材に装着したときに、第１流路孔がハウジング部材の第１流路に連通し、第２流路孔がハウジング部材の第２流路に連通する。

【0037】

このような態様（９）によれば、例えば、弁装置の製造者が顧客である冷凍サイクル装置の製造者に対して弁装置を提供するような場合に、弁本体の外形サイズや第１流路孔および第２流路孔の位置等の仕様をバルブ製造者と顧客の双方で予め共有しておき、顧客側が上記ハウジング部材を冷凍サイクル装置の一部として作製しておけば、当該ハウジング部材にねじ込むだけの簡便な操作で弁装置を組み込んで冷凍サイクル装置を完成させることが可能となり、顧客は効率良く冷凍サイクル装置を製造することが出来るようになる。また、冷凍サイクル装置のメンテナンス時に弁装置の交換が必要となった場合にも、同様の簡便な操作で交換作業を行うことが出来る。

【発明の効果】

【0038】

本発明によれば、動作速度が速く、弁漏れ量が少なく、横幅サイズが小さい弁装置を提供することが出来る。また本発明の典型的な態様によれば、弁装置の加工性を向上させることが出来る。

【0039】

本発明の他の目的、特徴および利点は、図面に基いて述べる以下の本発明の実施の形態の説明により明らかにする。なお、各図中、同一の符号は、同一又は相当部分を示す。

【図面の簡単な説明】

【0040】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る弁装置（閉弁状態）の全体構成を示す縦断面図である。

【図2】図２は、前記実施形態に係る弁装置（駆動装置、第２軸受部材、第１軸受部材の上部および弁体駆動シャフトの上部等を除く要部）の内部構造を示す一部切欠斜視図である。

【図3】図３は、前記実施形態に係る弁装置の弁体の動作（開弁状態）を透視状態で示す斜視図である。

【図4】図４は、前記実施形態に係る弁装置の弁体の動作（開弁状態／図３のＸ１－Ｘ１断面）を示す縦断面図である。

【図5】図５は、前記実施形態に係る弁装置の弁体の動作（閉弁状態）を透視状態で示す斜視図である。

【図6】図６は、前記実施形態に係る弁装置の弁体の動作（閉弁状態／図５のＸ２－Ｘ２断面）を示す縦断面図である。

【図7】図７は、前記実施形態に係る弁装置の要部（閉弁状態）を示す平面図である。

【図8】図８は、前記実施形態に係る弁装置の要部（閉弁状態）を示す底面図である。

【図9】図９は、前記実施形態に係る弁装置の要部（閉弁状態／図７のＸ３－Ｘ３断面）を示す縦断面図である。

【図10】図１０は、従来の弁装置（ボール弁）の内部構造を示す平面図である。

【図11】図１１は、前記従来の弁装置（ボール弁）の内部構造（図１０のＸ４－Ｘ４断面）を示す縦断面図である

【発明を実施するための形態】

【0041】

図１から図９に示すように、本発明の一実施形態に係る弁装置１１は、例えばヒートポンプ式冷暖房システムのような冷凍サイクル装置に備えられたハウジング部材６１に装着することにより当該冷凍サイクル装置に組み込んで冷媒の流量を調整する所謂カートリッジタイプのボール弁である。

【0042】

なお、各図には前後方向、左右方向および上下方向を表す互いに直交する二次元または三次元座標を示し、以下、これらの方向に基いて説明を行う。また各図（特に図２以降）は、本発明に特有の構成である弁体や弁座、弁本体、伝達機構の下部を中心に図示し、弁本体より上部、すなわち駆動装置や第２軸受部材、第１軸受部材の上部、弁体駆動シャフトの上部等は適宜図示を省略している。

【0043】

ハウジング部材６１は、ボール弁１１を装着可能な弁装着穴６２と、弁装着穴６２の内周面に開口して冷媒の流入路となる第１流路６３と、弁装着穴６２の底面に開口して冷媒の流出路となる第２流路６４とを備え、弁装着穴６２の内周面には当該弁装着穴６２内にボール弁１１を固定するための雌ねじ６５を形成してある。

【0044】

一方、ハウジング部材６１に装着されるボール弁１１は、内部に弁室１３を備えるとともに上面が開口となった円筒状の弁本体１２と、弁本体１２の上面開口に嵌挿される円筒状の第１軸受部材３７と、第１軸受部材３７の上面開口に嵌挿される円筒状の第２軸受部材３８と、これら第１軸受部材３７および第２軸受部材３８を含む弁本体１２の上面部を覆って弁本体１２とともに密閉空間を形成するキャン３５と、弁室１３内に回転可能に支持することにより冷媒の通過流量を制御する球状の弁体２１と、弁体２１を駆動するため弁本体１２の上面部に備えた駆動装置と、駆動装置の駆動力を弁体２１に伝達する伝達機構とを有する。

【0045】

なお、キャン３５は、無底有蓋の（底面が開放され天面が閉塞された）円筒状の部材で、第１軸受部材３７の上部に被せるように設置し、リング状のベースプレート３６を介して第１軸受部材３７に接合する。また、弁本体１２の上部外周面にはハウジング部材６１の前記雌ねじ６５に螺合する雄ねじ１９を形成してある。

【0046】

さらに弁本体１２は、弁室１３内に冷媒を流入させる流入孔（第１流路孔）１４を側面部（本実施形態では右側部）に有し、冷媒を流出させる流出孔（第２流路孔）１５を底面部（下面部）に有する。流出孔１５の上面（上縁）には、弁体２１が回転摺動可能に当接するリング状の弁座（弁座口）１６を備える。弁体２１は、この弁座１６と、弁座１６に対向するように弁座１６から上方に一定の距離を隔てて弁室内壁面に形成した弁体支持部１７とにより回転摺動可能に、すなわち流入孔１４の軸線（および後述の流入口２３の軸線）Ａ２周りに回転可能に挟持する。

【0047】

また、ボール弁１１をハウジング部材６１に装着すると、弁本体１２の流入孔１４がハウジング部材６１の第１流路６３に連通し、弁本体１２の流出孔１５が弁体２１によって開閉可能にハウジング部材６１の第２流路６４に連通することとなる。なお、ハウジング部材６１へのボール弁１１の装着は、弁本体上部のフランジ部１８がハウジング部材６１の上面に当接するまで弁本体１２をハウジング部材６１の弁装着穴６２にねじ込む（弁本体周面の雄ねじ１９をハウジング部材６１の雌ねじ６５に螺合させつつ弁本体１２を弁装着穴６２に嵌入させる）ことにより行う。

【0048】

弁体２１は、内部が空洞（流路空間２２）となった中空の球体で、当該流路空間２２に冷媒を流入させる流入口２３を右側部に備えるとともに、流路空間２２から冷媒を流出させる流出口２４を下部（底部）に備える。弁体２１は冷媒流量を調節するために回転駆動されるが、弁体２１の流入口２３は
弁本体１２の流入孔１４に対向（正対）するように配置され、弁体２１の回転状態（回転変位位置）に拘らず流入孔１４と流入口２３（弁体内部の流路空間２２）とは常に連通状態にある。

【0049】

一方、弁体２１の流出口２４は、弁体２１の回転により弁本体１２の流出孔１５（弁座１６）との相対位置が変わり、弁座１６との重なり合いが最大となる弁の全開状態では弁座１６（流出孔１５）に正対して弁体２１の流出口２４（流路空間２２）と弁本体１２の流出孔１５が連通状態となる。他方、この全開状態から略９０°回転（４分の１回転）すると、弁座１６と重なり合うことがなくなり、弁座１６（流出孔１５）が弁体２１の殻壁（弁体の外壁面）２１ａによって閉塞され、弁は全閉状態となる。

【0050】

またこれら全開状態と全閉状態との中間の状態では、弁体２１の流出口２４と弁座１６との重なり合いが大きくなれば流路断面積が大きくなって冷媒の通過流量が多くなり、当該重なり合いが小さくなれば流路断面積が小さくなって冷媒の通過流量が少なくなり、このようにして冷媒の通過流量が調節される。なお、このような弁体２１の動作および機能は、水平な軸線Ａ２周りの形状が円形であれば実現可能であるから、弁体２１は完全な球体でなくても「球状」であれば良く、当該「球状」には長球（回転楕円体）や円筒形などの形状も含まれる。

【0051】

弁体２１に駆動力を伝達する伝達機構は、後述する駆動装置の出力軸３９に上端部が連結されるとともに第２軸受部材３８の中心部を通って第１軸受部材３７および弁体２１の上部殻壁を貫通し弁体内部の流路空間２２の上部まで垂直下方に延びる弁体駆動シャフト３１と、弁体２１の流路空間２２内において左右方向（流入孔１４の軸線Ａ２方向）に水平に延び、弁体駆動シャフト３１を介して駆動装置から伝達される回転駆動力（上下方向の中心軸Ａ１周りの回転力）Ｒ１を受けて流入孔１４の軸線Ａ２周りに回転する（符号Ｒ２参照）弁体従動シャフト３３とを含む。

【0052】

また、駆動シャフト３１による垂直軸Ａ１周りの回転を水平軸Ａ２周りの回転に変換して従動シャフト３３に伝達するため、駆動シャフト３１の下端に傘歯車（駆動側傘歯車）３２を備えるとともに、従動シャフト３３の先端（右端）に駆動側傘歯車３２と噛み合う傘歯車（従動側傘歯車）３４を備える。これら傘歯車３２，３４の歯数は、従動側傘歯車３４の歯数を駆動側傘歯車３２の歯数より多くする。出力の比較的小さな駆動装置でも弁体２１を確実に回転駆動することを可能とするためである。なお、図面の各図では各歯車３２，３４の歯は表していない。

【0053】

従動シャフト３３は、その基端部（左端部）３３ａを弁体２１の殻壁（左側の壁面）に固定してある。より具体的には、弁体２１の殻壁（左側の壁面）を貫通する貫通孔を穿設し、この貫通孔に弁体２１の内部（流路空間２２）側から基端部３３ａを嵌入させることにより従動シャフト３３を弁体２１に固着する。なお、次に述べる回転軸部３３ｂを弁体２１の外側から当該貫通孔に差し込むことが出来るように従動シャフト３３の基端部３３ａは当該貫通孔より短くしてある。したがって、弁体２１は従動シャフト３３と一緒に回転する。

【0054】

また、弁体２１は、回転軸部３３ｂによって弁本体１２に回転可能に支持されている。すなわち回転軸部３３ｂは、一端側（左側端部）が弁室１３（弁本体１２の左側壁面）に固定され、他端側が弁体２１の殻壁に穿設した上記貫通孔に弁体２１の外部側（弁室１３側）から差し込まれて、弁体２１を回転可能に支持する。したがって、弁体２１は、駆動シャフト３１からの回転駆動力を受けると、回転軸部３３ｂの周りに摺動回転する。

【0055】

なお、回転軸部３３ｂは、本実施形態では別部材（１つの独立した部材）として構成したが、他の部材と一体に（他の部材の一部として）形成することも可能である。例えば、弁本体１２の一部として弁本体１２の壁面を突出させることにより回転軸部３３ｂを形成しても良い。また例えば、上記貫通孔を貫通して弁体２１の外まで延びるように従動シャフト３３の基端部３３ａを延長し、この延長した基端部３３ａを弁室１３の内壁に形成した凹部（例えば穴）に回転可能に嵌め込むようにしても良い。

【0056】

さらに駆動シャフト３１が貫通している弁体２１の回転を可能とするとともに弁体２１の横ずれ（回転方向に交差する方向への位置ずれ）を防ぐため、スリット状の開口となった案内溝２５を弁体２１に形成する。この案内溝２５は、弁体２１の殻壁に沿って円弧状に前後方向に延びる。したがって弁体２１は、駆動シャフト３１が貫通されているにも拘らず流入孔１４の軸線Ａ２周りに回転することが可能である。

【0057】

また、案内溝２５の両端部、つまり前側の端部２５ａと後側の端部２５ｂは弁体２１の回転を停止させるストッパ部となっている。すなわち、開弁（全開）時には案内溝２５の前側の端部２５ａが駆動シャフト３１の側面に当接し、閉弁時には案内溝２５の後側の端部２５ｂが駆動シャフト３１の反対側の側面に当接してそれぞれ弁体２１の回転を確実に止める。

【0058】

さらに、案内溝２５はその幅が駆動シャフト３１の外径と略等しく、当該案内溝２５を形成する一対の対向内壁面が、弁体２１の回転摺動を許容しつつ駆動シャフト３１の両側面（左側面および右側面）に接触している。つまり、駆動シャフト３１を左右両側から挟み込む案内溝２５に沿って弁体２１が回転する。したがって、回転時に弁体２１が横ずれしたり傾くことを防ぐことができ、弁体２１の安定した回転に基づく確実な弁の開閉動作を実現することが出来る。

【0059】

駆動装置は、本実施形態ではキャン３５の外周（外側）に備えたステータとなるモールド組立体４２およびキャン３５の内周（内側）に回転自在に設置したロータ４７からなるステッピングモータ４１と、ステッピングモータ４１の回転を減速する減速機構（不思議遊星歯車減速機構）５６とからなる。

【0060】

ステータ（モールド組立体）４２は、ヨーク４３、ボビン４４、コイル４５、樹脂モールドカバー４６を含む。また、ロータ４７は、磁性材料で作製された円筒状のロータ部材４７ａと、樹脂材料で作製した太陽ギヤ部材４８とを一体に連結して構成する。太陽ギヤ部材４８の中心部にはシャフト４９を挿入し、シャフト４９の上部はキャン３５の頂部内側に配置した支持部材５０により支持する。

【0061】

太陽ギヤ部材４８の太陽ギヤ４８ａは、出力ギヤ５５の底面上に載置したキャリア５４に設けたシャフト５２に回転自在に支持させた複数の遊星ギヤ５１に噛み合っている。遊星ギヤ５１の上部は、弁本体１２の上部に固定した円筒部材４０の上部に取り付けた環状のリングギヤ（内歯固定ギヤ）５７に噛み合い、遊星ギヤ５１の下部は、環状の出力ギヤ５５の内歯ギヤ５３に噛み合っている。リングギヤ５７の歯数と出力ギヤ５５の内歯ギヤ５３の歯数とは僅かに異なる歯数としてあり、これにより、太陽ギヤ４８ａの回転数が大きな減速比で減速されて出力ギヤ５５に伝達される。なお、これらの歯車機構（太陽ギヤ４８ａ、遊星ギヤ５１、リングギヤ５７および出力ギヤ５５）は、前述したステッピングモータ４１の回転を減速する減速機構（不思議遊星歯車減速機構）５６を構成するものである。

【0062】

出力ギヤ５５は、第２軸受部材３８の上面に回転摺動可能に接触している。また、出力ギヤ５５の底部中央には段付き円筒状の出力軸３１の上部を圧入することにより連結し、出力軸３９の下部は第２軸受部材３８の中心部上面部に形成した嵌挿穴３８ａに回転可能に挿入する。また、出力軸３９の上部には、シャフト４９の下端部を相対回転可能に嵌め込んである。

【0063】

さらに、出力ギヤ５５に連結した出力軸３９の下端部にはスリット状の嵌合溝３９ａを形成する一方、弁体駆動シャフト３１の上端部には当該嵌合溝３９ａに嵌入可能なマイナスドライバ形状の板状部３１ａを形成する。そして、板状部３１ａを嵌合溝３９ａに嵌入することにより駆動シャフト３１と出力軸３９とを連結し、出力軸３９を介して出力ギヤ５５の回転運動を駆動シャフト３１に伝達できるようにする。

【0064】

このように構成した本実施形態のボール弁１１では、ステッピングモータ４１による回転駆動力は、減速機構５６ならびに伝達機構（駆動シャフト３１および従動シャフト３３）を介して弁体２１に伝達され、既に述べたように弁体２１の回転変位量（回転変位位置）を変えることにより冷媒流量を調整することが出来る。また、本実施形態のボール弁１１によれば、冷凍サイクル装置の組立時、あるいはボール弁１１の交換時に、ハウジング部材６１の弁装着穴６２にボール弁１１をねじ込むだけの簡単な操作でボール弁１１を冷凍サイクル装置に組み込むことが出来るから、作業性良く冷凍サイクル装置を構築しあるいはメンテナンス作業を行うことが出来る。

【0065】

さらに本実施形態のボール弁１１では、弁体２１を挟持する弁座１６と弁体支持部１７を上下に配置するから水平方向の弁の外形サイズを小さくすることが出来る。また、弁体２１が球状で案内溝２５によって左右方向の位置ずれが規制されるから弁体２１の横ずれや傾きが生じ難く、弁漏れ量を低減することが出来る。

【0066】

また、案内溝２５の両端部（前側端部２５ａおよび後側端部２５ｂ）に当接させることで弁体２１の回転を確実に停止させて全開および全閉の状態を維持することが出来る。さらに、全開と全閉の間でも弁体２１を４分の１回転させるだけで良いから、迅速な開閉や流量調整が可能である。また、駆動装置としてステッピングモータ４１を使用するから、弁体２１の回転角度を正確に決定することが可能で、精度の高い流量制御を行うことが出来る。

【0067】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で種々の変更を行うことができることは当業者に明らかである。

【0068】

例えば、弁体駆動シャフト３１の回転を弁体従動シャフト３３に伝達する係合手段として傘歯車３２，３４を用いたが、例えばウォームギヤのような他の係合手段を使用することも可能である。また、弁体２１の垂直軸Ａ１回りの回転を抑えるように、弁体支持部１７、弁座１６もしくは弁体２１を構成すれば回転軸部３３ｂを備えない構成であっても従動シャフト３３の軸回りに弁体２１を回転させることは可能である。このような構成として例えば、弁座や弁体支持部の形状を変更し、ボール弁として円筒形状の弁体（中心軸が水平軸Ａ２と略平行な円筒弁体）を配置する構成が考えられる。

【0069】

また、本発明のボール弁は、典型的にはエアコン（空気調和機）や冷凍庫・冷蔵庫など冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置に好ましく使用することが出来るものであるが、使用用途は必ずしもこれらに限られるものではなく、他にも様々な用途に本発明や各態様に係るボール弁を用いることが可能である。したがって、本発明および各態様に言う「流体」には熱媒体（冷媒や熱媒）のほか、各種の液体や気体（ガス）が含まれる。

【符号の説明】

【0070】

Ａ１ 上下方向の中心軸（垂直軸）
Ａ２ 流入孔（流入口）の軸線（水平軸）
Ａ３ 前後方向の軸線
Ｆ 冷媒の流れ
Ｒ１，Ｒ３ 上下方向の中心軸Ａ１周りの回転
Ｒ２ 流入孔の軸線Ａ２周りの回転
１，１２ 弁本体
２，１３ 弁室
３，２１ 弁体
４，５ 弁体支持部材
６ 駆動シャフト嵌入穴
１１ 弁装置（ボール弁）
１４ 流入孔（第１流路孔）
１４ａ，１６ 弁座（弁座口）
１５ 流出孔（第２流路孔）
１７ 弁体支持部
１８ フランジ部
１９ 雄ねじ
２１ａ 弁体の殻壁
２２ 流路空間
２３ 流入口
２４ 流出口
２５ 案内溝
２５ａ 案内溝の前側の端部（ストッパ部）
２５ｂ 案内溝の後側の端部（ストッパ部）
３１ 弁体駆動シャフト
３１ａ 板状部
３２ 駆動側傘歯車
３３ 従動シャフト
３３ａ 従動シャフトの基端部
３３ｂ 回転軸部
３４ 従動側傘歯車
３５ キャン
３６ ベースプレート
３７ 第１軸受部材
３８ 第２軸受部材
３９ 出力軸
３９ａ 嵌合溝
４０ 円筒部材
４１ ステッピングモータ
４２ ステータ（モールド組立体）
４３ ヨーク
４４ ボビン
４５ コイル
４６ 樹脂モールドカバー
４７ ロータ
４７ａ ロータ部材
４８ 太陽ギヤ部材
４８ａ 太陽ギヤ
４９，５２ シャフト
５０ 支持部材
５１ 遊星ギヤ
５３ 内歯ギヤ
５４ キャリア
５５ 出力ギヤ
５６ 減速機構（不思議遊星歯車減速機構）
５７ リングギヤ
６１ ハウジング部材
６２ 弁装着穴
６３ 第１流路（流入路）
６４ 第２流路（流出路）
６５ 雌ねじ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】