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技術 電動弁

出願人 株式会社鷺宮製作所
発明者 中川大樹
出願日 2016年6月22日 (3年8ヶ月経過) 出願番号 2016-123750
公開日 2017年12月28日 (2年2ヶ月経過) 公開番号 2017-227265
状態 特許登録済
技術分野 リフト弁 弁の操作手段一般;電気駆動弁
主要キーワード 雄ネジ軸 固定側ストッパ 可動側ストッパ 中間部側 本体ガイド 固定関係 ロータガイド 微小流量域
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年12月28日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

電動弁において、弁口13への異物噛み込みの際にニードル弁3とガイド孔14,21cとの摩擦抵抗を抑制し、ニードル弁3の拘束を防止して進退移動を円滑に行わせる。

解決手段

弁本体1の内部に弁室1Aと弁口13を設ける。弁口13に対して棒状のニードル弁3の先端のニードル部31を挿入させる。弁本体1の本体ガイド孔14と支持部材2の駆動部ガイド孔21cによりニードル弁3の円柱部33を挿通させてガイドする。ニードル弁3をステッピングモータ5の駆動により、雄ネジ部21aと雌ネジ部521aのネジ送り機構によりニードル弁3を進退駆動する。弁口13とニードル弁3のニードル部31とのクリアランスよりも、本体ガイド孔14と駆動部ガイド孔21cとニードル弁3の円柱部33とのクリアランスを大きく設定する。

概要

背景

従来、空気調和機冷凍機などの冷凍回路に用いられる電動弁として、例えば、特開2013−204613号公報(特許文献1)及び特開2011−174587号公報(特許文献2)に開示されたものがある。

特許文献1の電動弁は、ステッピングモータケース内マグネットロータを配設し、マグネットロータに固着した雄ネジ軸の中心に、下部にニードル部(弁体部)を有するニードル弁が嵌挿されている。また、雄ネジ軸は弁本体側支持部材雌ネジとともにネジ送り機構を構成している。そして、マグネットロータの回転とネジ送り機構によりニードル弁を進退駆動し、弁口弁ポート)の開度を制御する。特許文献2の電動弁では、弁体はニードル弁ではないが、マグネットロータの回転とネジ送り機構により弁体を進退駆動するよう構成されている。

概要

電動弁において、弁口13への異物噛み込みの際にニードル弁3とガイド孔14,21cとの摩擦抵抗を抑制し、ニードル弁3の拘束を防止して進退移動を円滑に行わせる。弁本体1の内部に弁室1Aと弁口13を設ける。弁口13に対して棒状のニードル弁3の先端のニードル部31を挿入させる。弁本体1の本体ガイド孔14と支持部材2の駆動部ガイド孔21cによりニードル弁3の円柱部33を挿通させてガイドする。ニードル弁3をステッピングモータ5の駆動により、雄ネジ部21aと雌ネジ部521aのネジ送り機構によりニードル弁3を進退駆動する。弁口13とニードル弁3のニードル部31とのクリアランスよりも、本体ガイド孔14と駆動部ガイド孔21cとニードル弁3の円柱部33とのクリアランスを大きく設定する。

目的

本発明は、電動弁において、弁口への異物噛み込みの際にニードル弁とガイド孔との摩擦抵抗を抑制し、ニードル弁の拘束を防止して進退移動を円滑に行わせることを課題とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

弁本体の内部に設けられるとともに弁口を有する弁室と、前記弁口に対して先端のニードル部が挿入される棒状のニードル弁と、前記ニードル弁の中間部を挿通させてガイドするガイド孔と、前記ニードル弁を進退駆動する駆動部と、を備えた電動弁であって、前記弁口と前記ニードル弁の前記ニードル部とのクリアランスよりも、前記ガイド孔と前記ニードル弁の前記中間部とのクリアランスが大きく設定されていることを特徴とする電動弁。

請求項2

前記ガイド孔は、前記弁本体の一部に設けられた本体ガイド孔と、前記駆動部の一部に形成された駆動部ガイド孔と、で構成され、前記本体ガイド孔と前記ニードル弁の前記中間部とのクリアランスよりも前記駆動部ガイド孔と前記ニードル弁の前記中間部とのクリアランスが大きく設定されていることを特徴とする請求項1に記載の電動弁。

請求項3

前記ガイド孔は、前記弁本体の一部に設けられた本体ガイド孔と、前記駆動部の一部に形成された駆動部ガイド孔と、で構成され、前記駆動部ガイド孔と前記ニードル弁の前記中間部とのクリアランスよりも前記本体ガイド孔と前記ニードル弁の前記中間部とのクリアランスが大きく設定されていることを特徴とする請求項1に記載の電動弁。

請求項4

前記ニードル弁の前記ニードル部は、前記中間部側の端部に前記弁口とのクリアランスを最少にするストレート部を備え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。

技術分野

0001

本発明は、空気調和機冷凍機などの冷凍回路膨張弁など冷媒等の流体の流量を制御する電動弁に関する。

背景技術

0002

従来、空気調和機や冷凍機などの冷凍回路に用いられる電動弁として、例えば、特開2013−204613号公報(特許文献1)及び特開2011−174587号公報(特許文献2)に開示されたものがある。

0003

特許文献1の電動弁は、ステッピングモータケース内マグネットロータを配設し、マグネットロータに固着した雄ネジ軸の中心に、下部にニードル部(弁体部)を有するニードル弁が嵌挿されている。また、雄ネジ軸は弁本体側支持部材雌ネジとともにネジ送り機構を構成している。そして、マグネットロータの回転とネジ送り機構によりニードル弁を進退駆動し、弁口弁ポート)の開度を制御する。特許文献2の電動弁では、弁体はニードル弁ではないが、マグネットロータの回転とネジ送り機構により弁体を進退駆動するよう構成されている。

先行技術

0004

特開2013−204613号公報
特開2011−174587号公報

発明が解決しようとする課題

0005

近年、空気調和機や冷凍機には省エネ性の向上が盛んに検討されており、その冷凍回路に使用される電動弁にも同様の性能が求められている。例えば、省エネ性を向上するために圧縮機を低周波数運転し、冷凍サイクルの冷媒の循環量を少なくすることが行われる。この場合、この循環量に併せて電動弁の弁開度を極めて小さくして流量を絞る必要があり、電動弁にはこの微小流量域での高い制御性が要求される。

0006

しかしながら、弁開度を極めて小さくすると、弁口とニードル弁の先端部(ニードル部)との間に異物が噛み込むことがあり、このニードル弁をガイドするガイド部(孔等)との摩擦抵抗が増大し、ニードル弁の動きが悪くなったり、ニードル弁が拘束され、動作不良につながるという問題がある。特に、低流量の場合、ニードル弁のストレート部(又は、ニードル部)と弁口との隙間を細かく制御するため異物の影響が大きくなる。

0007

本発明は、電動弁において、弁口への異物噛み込みの際にニードル弁とガイド孔との摩擦抵抗を抑制し、ニードル弁の拘束を防止して進退移動を円滑に行わせることを課題とする。

課題を解決するための手段

0008

請求項1の電動弁は、弁本体の内部に設けられるとともに弁口を有する弁室と、前記弁口に対して先端のニードル部が挿入される棒状のニードル弁と、前記ニードル弁の中間部を挿通させてガイドするガイド孔と、前記ニードル弁を進退駆動する駆動部と、を備えた電動弁であって、前記弁口と前記ニードル弁の前記ニードル部とのクリアランスよりも、前記ガイド孔と前記ニードル弁の前記中間部とのクリアランスが大きく設定されていることを特徴とする。なお、ニードル弁の中間部あるいはガイド孔が多少テーパ状になっている場合もあり得るが、ガイド孔とニードル弁の中間部とのクリアランスとは、このガイド孔と中間部との間における最少のクリアランスのことである。

0009

請求項2の電動弁は、請求項1に記載の電動弁であって、前記ガイド孔は、前記弁本体の一部に設けられた本体ガイド孔と、前記駆動部の一部に形成された駆動部ガイド孔と、で構成され、前記本体ガイド孔と前記ニードル弁の前記中間部とのクリアランスよりも前記駆動部ガイド孔と前記ニードル弁の前記中間部とのクリアランスが大きく設定されていることを特徴とする。

0010

請求項3の電動弁は、請求項1に記載の電動弁であって、前記ガイド孔は、前記弁本体の一部に設けられた本体ガイド孔と、前記駆動部の一部に形成された駆動部ガイド孔と、で構成され、前記駆動部ガイド孔と前記ニードル弁の前記中間部とのクリアランスよりも前記本体ガイド孔と前記ニードル弁の前記中間部とのクリアランスが大きく設定されていることを特徴とする。

0011

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、前記ニードル弁の前記ニードル部は、前記中間部側の端部に前記弁口とのクリアランスを最少にするストレート部を備えていることを特徴とする。

発明の効果

0012

請求項1の電動弁によれば、弁口とニードル部との間への異物の噛み込みの際にも、ニードル弁の中間部とガイド孔との摩擦抵抗を抑制してニードル弁の拘束を防止し、ニードル弁の進退移動を円滑に行うことができる。すなわち、弁口とニードル部とのクリアランスが、ガイド孔とニードル弁の中間部とのクリアランスより大きいと、弁口とニードル部との間に異物の噛み込みが生じた場合、ニードル弁はガイド孔によって拘束されてしまうが、本発明ではこれを防止できる。

0013

請求項2の電動弁によれば、請求項1の効果に加えて、本体ガイド孔とニードル弁の中間部とのクリアランスよりも、駆動部ガイド孔とニードル弁の中間部とのクリアランスの方が大きく設定されているので、本体ガイド孔でのシール性を高めながら、かつ、中間部と駆動部ガイド孔との摺動抵抗を抑制することができる。

0014

請求項3の電動弁によれば、請求項1の効果に加えて、駆動部ガイド孔とニードル弁の中間部とのクリアランスよりも、本体ガイド孔とニードル弁3の中間部とのクリアランスの方が大きく設定されているので、組立て時の弁本体に対する例えば支持部材の圧入時に同心バラツキが生じても、この同心バラツキを吸収することができる。

0015

請求項4の電動弁によれば、請求項1乃至3のいずれか一項の効果に加えて、ストレート部が弁口内にある範囲では、ニードル弁の進退位置が変動しても、最少の微小流量域を一定に確保することができる。

図面の簡単な説明

0016

本発明の実施形態の電動弁の縦断面図である。
実施形態におけるニードル部と弁口の近傍の拡大図である。
実施形態における円柱部とガイド孔の部分の拡大図である。

実施例

0017

次に、本発明の電動弁の実施形態を図面を参照して説明する。図1は実施形態の電動弁の縦断面図である。なお、以下の説明における「上下」の概念図1の図面における上下に対応する。

0018

この電動弁は、ステンレス真鍮等で金属部材切削加工により形成された弁本体1を有しており、弁本体1はその内部に弁室1Aを有している。弁本体1の外周片側には弁室1Aに導通される第1継手管11が接続されている。また、弁本体1の下端には第2継手管12が接続されるとともに、弁本体1の内底面には弁口13が形成されており、第2継手管12は弁口13を介して弁室1Aに導通される。なお、第1継手管11及び第2継手管12は、弁本体1に対してろう付け等により固着されている。弁本体1の弁口13と反対側には上端に開口する「ガイド孔」の一部としての本体ガイド孔14と、取り付け孔15が形成されており、取り付け孔15には支持部材2が圧入により取り付けられている。

0019

支持部材2は「駆動部」の一部を構成しており、略円柱状のホルダ部21と、このホルダ部21の弁本体1寄りに形成されたフランジ部22と、固定側ストッパ部23とを有している。ホルダ部21の外周には雄ネジ部21aが形成されており、この雄ネジ部21aより上部には後述のマグネットロータ52をガイドする円筒状のロータガイド21bが形成されている。さらに、支持部材2の中心には、弁口13の軸線Xと同軸の「ガイド孔」の一部としての駆動部ガイド孔21cが形成されており、この駆動部ガイド孔21c内にニードル弁3が挿通されている。

0020

ニードル弁3はステンレスや真鍮等の金属部材により形成され、下側の先端のニードル部31と、円錐台形状のテーパ部32とを有している。また、ニードル弁3は、弁本体1の本体ガイド孔14と支持部材2の駆動部ガイド孔21cとに挿通される「中間部」としての円柱部33と、円柱部33より径が小さい棒状のロッド部34とを有している。ロッド部34の周囲には円柱部33の段部33aとマグネットロータ52との間に付勢バネ4が圧縮した状態で配置されている。これにより、ニードル弁3は、マグネットロータ52に対して常時、弁口13側に付勢されている。

0021

弁本体1の上端には蓋16が取り付けられ、この蓋16に「駆動部」の一部を構成するステッピングモータ5のケース51が溶接等によって気密に固定されている。ケース51内には外周部を多極着磁されたマグネットロータ52が回転可能に設けられている。また、ケース51の外周には、ステータコイル53が配設されており、このステッピングモータ5は、ステータコイル53にパルス信号が与えられることにより、そのパルス数に応じてマグネットロータ52を回転させる。マグネットロータ52はロータ本体521とその外周に固着されたマグネット522とから構成されている。

0022

ロータ本体521の中心下方には、弁口13の軸線Xと同軸の雌ネジ部521aとそのネジ孔が形成されるとともに、ロータ本体521の中央には雌ネジ部521aのネジ孔の内周よりも径の小さな円筒状のスライド孔521bが形成されている。さらに、スライド孔521bの上方中心には、ニードル弁挿通孔521cが形成されている。また、マグネット522の下部一箇所には下に突出する可動側ストッパ52aが形成されている。

0023

ニードル弁3の円柱部33は、弁本体1の本体ガイド孔14と支持部材2の駆動部ガイド孔21cとに挿通されるとともに、ロータ本体521のニードル弁挿通孔521cにニードル弁3の端部3a(ロッド部34の端部)が挿通されている。また、マグネットロータ52は、スライド孔521bに支持部材2のロータガイド21bを挿通されるとともに、このマグネットロータ52側の雌ネジ部521aが支持部材2側の雄ネジ部21aに螺合されている。そして、ニードル弁3の端部3aに、固定部材6が圧入され、溶接により(ニードル弁3と固定部材6が)一体に固着されている。

0024

なお、雄ネジ部21aと雌ネジ部521aはネジ送り機構であるが、この実施形態では、雄ネジ部21aと雌ネジ部521aは右ネジである。また、ケース51とマグネットロータ52との間には、マグネットロータ52を弁閉方向に付勢する圧縮バネ54が配設されているが、雄ネジ部21aと雌ネジ部521aとのバックラッシュを除去することで、マグネットロータ52の作動音を低減する役割をする。

0025

以上の構成により、マグネットロータ52が回転すると、雌ネジ部521aと雄ネジ部21aのネジ送り作用により、マグネットロータ52が軸線X方向(上下)に移動する。また、ニードル弁3の上端の固定部材6は付勢バネ4の付勢力によりマグネットロータ52に当接しており、ニードル弁3がマグネットロータ52と共に移動し、ニードル弁3のニードル部31が弁口13に対して進退する。これにより、弁口13の開度を変化させ、第1継手管11から第2継手管12へ流れる冷媒の流量、または第2継手管12から第1継手管11へ流れる冷媒の流量が制御される。

0026

また、ニードル部31は、テーパ部32側の端部に円柱状のストレート部31aを有しており、このストレート部31aと弁口13とのクリアランスは微小であり、このストレート部31aが弁口13内に位置するときに、微小流量域での制御を行う。なお、マグネットロータ52の下端位置は固定側ストッパ部23により規制される。すなわち、マグネットロータ52は、回転して下降するときは可動側ストッパ52aは固定側ストッパ部23の上を通過し、可動側ストッパ52aが固定側ストッパ部23に当接すると、回転が規制される。

0027

図2はニードル部31と弁口13の近傍の拡大図、図3は円柱部33とガイド孔の部分の拡大図である。図2に示すように、弁口13の径をD1、ニードル部31のストレート部31aの径をD2とすると、径D2は径D1より僅かに小さく、
D1−D2=CL1
が、弁口13とニードル部31(ストレート部31a)とのクリアランスとなっている。

0028

また、図3に示すように、本体ガイド孔14の径をD3、駆動部ガイド孔21cの径をD4、ニードル弁3の円柱部33の径をD5とすると、D3及びD4はD5より僅かに大きく、かつ、
D3<D4
となっている。そして、
D3−D5=CL2
が、本体ガイド孔14と円柱部33とのクリアランスであり、
D4−D5=CL3
が、駆動部ガイド孔21cと円柱部33とのクリアランスとなっている。したがって、
CL2<CL3
となっている。

0029

さらに、この実施形態では、
CL1<CL2<CL3
となっている。すなわち、弁口13とニードル弁3の先端のニードル部31とのクリアランス(CL1)よりも、本体ガイド孔14及び駆動部ガイド孔21c(ガイド孔)と円柱部33(中間部)とのクリアランス(CL2及びCL3)が大きく設定されている。

0030

これにより、弁口13とニードル部31との間への異物の噛み込みの際にも、ニードル弁3の円柱部33と、本体ガイド孔14及び駆動部ガイド孔21cとの摩擦抵抗を抑制してニードル弁3の拘束を防止し、このニードル弁3の進退移動を円滑に行うことができる。すなわち、弁口13とニードル部とのクリアランスが、ガイド孔とニードル弁3の円柱部33とのクリアランスより大きいと、弁口13とニードル部3との間に異物の噛み込みが生じた場合、ニードル弁3はガイド孔によって拘束されてしまうが、このようなことが防止できる。

0031

また、本体ガイド孔14とニードル弁3の円柱部33(中間部)とのクリアランス(CL2)よりも、駆動部ガイド孔21cとニードル弁3の円柱部33(中間部)とのクリアランス(CL3)の方が大きく設定されている。したがって、本体ガイド孔14でのシール性を高めながら、かつ、円柱部33と駆動部ガイド孔21cとの摺動抵抗を抑制することができる。

0032

上記の実施形態とは逆に、駆動部ガイド孔21cとニードル弁3の円柱部33(中間部)とのクリアランス(CL3)よりも、本体ガイド孔14とニードル弁3の円柱部33(中間部)とのクリアランス(CL2)の方が大きく設定されていてもよい。この場合は、円柱部33は本体ガイド孔14に実質的に接触しないので、組立て時の弁本体1に対する支持部材2の圧入時に同心バラツキが生じても、この同心バラツキを吸収することができる。

0033

以上の実施形態の電動弁は、ネジ送り機構を構成する雄ネジ部21aと雌ネジ部521aとの関係は、雄ネジ部21aが弁本体1側に固定され、雌ネジ部521aがマグネットロータ52側に固定されているが、逆の構成でもよい。すなわち、本発明は、例えば特許文献1のように、マグネットロータに対して固定関係にある雄ネジ部を、弁本体に対して固定関係にある雌ネジ部に螺合させてネジ送り機構を構成するように電動弁にも適用できる。

0034

また、以上の実施形態では、駆動部はネジ送り機能によりニードル弁を進退駆動するものであるが、駆動部はニードル弁を進退駆動するものであれば、他の構成でもよい。

0035

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。

0036

1 弁本体
1A弁室
11 第1継手管
12 第2継手管
13弁口
14本体ガイド孔(ガイド孔)
2支持部材(駆動部)
21ホルダ部
21a雄ネジ部
21bロータガイド
21c 駆動部ガイド孔(ガイド孔)
3ニードル弁
31ニードル部
31aストレート部
32テーパ部
33円柱部(中間部)
34ロッド部
4付勢バネ
5ステッピングモータ(駆動部)
51ケース
52マグネットロータ
521a雌ネジ部
53ステータコイル
X 軸線

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