JPH116577A

JPH116577A - 電動弁

Info

Publication number: JPH116577A
Application number: JP16084797A
Authority: JP
Inventors: Tomoari Oouchi; 共存大内; Shinichi Nemoto; 伸一根本; Atsuki Inoue; 敦希井上
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 1997-06-18
Filing date: 1997-06-18
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】より高い作動圧力の冷媒を使用する冷凍サイ
クルの電動弁にあって、冷媒が導入される圧力容器であ
るキャンの全高を押えて、小型の電動弁を提供する。【解決手段】電動弁のキャン２００は、円筒状の胴部
２１０を有する容器であって、内部にモータのロータ
と、ロータと一体の弁体が収容される。キャン２００の
外側にはモータのステータ部材がキャンの頭部側から装
着される。キャン２００の内部には、圧力Ｐを有する冷
媒が導入される。この圧力Ｐの内圧を受けてキャン頭部
２３０には応力が発生する。この応力に耐えつつ、頭部
２３０の高さ寸法をできるだけ低くするために、頭部を
小さな曲率半径ｒをもつ第１の湾曲部２３２と、大きな
曲率半径Ｒをもつ第２の湾曲部２３４で形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は冷凍サイクルに用い
られる冷媒のような流体の流量制御に使用する電動弁に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】冷凍サイクルに使用される電動弁は、例
えばステッピングモータの回転運動をねじ機構によって
弁体の直線運動に変換し、弁体と弁本体のオリフィスと
の間の流路面積を制御する構成を有する。具体的には、
弁本体に雌ねじ部を有するガイドブッシュをとりつけ、
ステッピングモータのロータと一体の弁体又は弁体を支
持する弁ホルダに雄ねじ部を設け、両ねじ部を螺合す
る。この種、電動弁として、本願出願人が特願平７−２
１８０９号として出願した電動弁の全体構成の縦断面図
を示す説明図を図５に示す。全体を符号１で示す電動弁
は、円筒状のキャン１０と、キャン１０の外周部に嵌装
されるステータ部材２０を有する。ステータ部材２０は
樹脂を成形したもので、内部にステータヨーク２１と、
ボビン２４と、ボビン２４に巻かれるマグネットワイヤ
２２とを備える。このマグネットワイヤ２２は、リード
線２３を介してステータ部材２０にとりつけられるハウ
ジング３０の内部のコネクタ３４に接続される。コネク
タ３４はリード線３６を介して制御装置に連結される。
ボビン３０内にはエポキシ樹脂３２が充填される。

【０００３】このステータ部材２０は、キャン１０の外
周部に軸方向に対して着脱自在に嵌装され、ステータ部
材２０に対してビス２６によりとりつけたストッパ２８
により固定される。キャン１０の外周部には、このスト
ッパ２８を受け入れる凹部１１が形成される。キャン１
０の開口部には、蓋部材１２が溶接等の手段によりとり
つけられ、蓋部材１２の開口部に弁本体４０がとりつけ
られる。弁本体４０は例えば銅合金によりつくられ、弁
室４２と、入口４３、出口４４を有する。出口４４は弁
の流量を制御するオリフィスを形成する。

【０００４】弁本体４０の入口４３には、入口側のパイ
プ５０が連通され、オリフィスである出口４４には出口
側のパイプ５２が連通される。弁本体４０の内径部には
ガイドブッシュ９０が挿入される。ガイドブッシュ９０
は内径部に雌ねじ部９２を有し、この雌ねじ部９２に螺
合する雄ねじ部７４を有する弁ホルダ７０がとりつけら
れる。この弁ホルダ７０は筒状のもので、下部には弁体
８０が摺動自在に挿入される。弁体８０は弁ホルダ７０
の中空部に挿入したコイルスプリング７２によって、常
時外側へ押し出される方向に付勢されており、弁ホルダ
の入口部に圧入されるカラー８２によって弁本体の突出
位置が規制される。

【０００５】弁ホルダ７０の上部にはシャフト６４が配
設される。シャフト６４と弁ホルダ７０の外周部にはプ
ラスチックスリーブ６０が一体成形され、このプラスチ
ックスリーブ６０の外周部にボンド磁石６２が成形され
る。このボンド磁石６２はモータのロータとして機能す
る。シャフト６４の上端部は、キャン１０の頂部の裏面
に配設される軸受部材１４により支持される。シャフト
６４に設けられたコイルスプリング６６は、ロータが回
転して、弁ホルダ７０とともに上昇して、ねじ部の螺合
が外されたときに、弁ホルダ７０をガイドブッシュ９０
側に押圧するためのものである。ガイドブッシュ９０の
上部にとりつけるストッパ部材７７はロータの下端位置
を規制し、樹脂材により成形されており、スリーブ６０
のストッパ部分７８が当接するのである。

【０００６】弁本体４０の弁室４２は、通路４６を介し
てキャン１０内部に連通し、キャン１０の内部と弁ホル
ダの中空部は穴７３を介して連通する。したがって、弁
室４２内に流入する冷媒は、キャン１０の内部に導入さ
れ、ガイドブッシュ９０の雌ねじ部９２と弁ホルダ７０
の雄ねじ部７４の螺合部も冷媒が流入する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、自然環
境に与える影響を考慮し、従来のフロンＲ２２に代わり
Ｒ４１０ａ等の代替冷媒が使用されつつある。この代替
冷媒の種類によっては、作動圧力をフロンＲ２２に比べ
て、１．５倍程度まで高く設定する必要がある。冷凍サ
イクルに使用される電動弁は、小型、軽量化が望まれ、
また、使用する冷媒の量もできるだけ少ないことが望ま
れる。電動弁のロータを収容するキャンは、ステンレス
スチールをプレス成型によって円筒のカップ状に加工し
たものである。内部に充填される冷媒の圧力に対抗する
ためには、キャンの底部（電動弁においては、頭部に相
当する）を半球形状に形成することが有利である。

【０００８】しかしながら、この底部を半球形状とする
と、電動弁の全高寸法が大きくなり、小型化に反する。
さらに、キャンの全高を高くすると、モータ部分を取り
付け、取り外す際に、他の機器と干渉する場合も起こ
る。また、キャンの板厚寸法を大きくすれば、それ自身
のコストアップとなる他、ロータとの適当なクリアラン
スを確保するためキャン直径を大きくする必要があり、
したがって、モータの出力及びトルクを確保するためモ
ータが大型化するという結果を招く。また、キャン頭部
を高くすると、軸受部材１４も大型化してしまう不具合
がある。本発明はこの種の問題を解決する電動弁を提供
するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の電動弁は、弁本
体と、弁本体にとりつけられる円筒状のキャンと、上記
キャン内部に配置されたロータの回体により弁体を上記
弁本体に形成されたオリフィスに接離させる弁作動機構
とからなり、上記キャンの頭部は互いに異なった曲率半
径を有する連続した湾曲部にて形成されていることを特
徴とする。さらに、本発明の電動弁は、弁室とオリフィ
スを有する弁本体と、弁本体にとりつけられる円筒状の
キャンと、キャンの外側に配設されるステータ部材およ
びキャンの内側に配設されるロータ部材とからなるモー
タと、このモータに連動してオリフィスに接離する弁体
により作動流体のオリフィスにおける流量を制御し、キ
ャン内に作動流体が導入される構成を有する。そして、
キャンは円筒状の胴部と、胴部を封止する頭部とを有
し、頭部は胴部に連続する第１の曲率半径を有する第１
の湾曲部と、第１の湾曲部に連続する第２の曲率半径を
有する第２の湾曲部により形成されることを特徴として
いる。

【００１０】具体的には、キャンの肉厚寸法をｔ、キャ
ンの胴部の内径寸法をＤ、第１の曲率半径をｒ、第２の
曲率半径をＲ、としたとき、ｒ＞３ｔ０．５Ｄ＜Ｒ＜１．５Ｄの関係を有する。さらにまた、キャンの開口縁部は、外
側に拡張された段付部を有するものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の電動弁の一実施
形態を示す１部断面図であり、キャン２００を除いて図
５に示す従来の電動弁と構成及び作用は同一であり、図
５と同一符号は、同一又は均等部分を示す。図２は図１
の本実施形態の電動弁に装備されるキャン２００の断面
図、図３は図２のキャン頭部の拡大断面図、図４はその
キャン頭部の高さ寸法と最大応力との関係を示す説明図
である。以下、本実施形態を図２〜図４を用いて説明す
る。

【００１２】全体を符号２００で示すキャンは、板厚が
例えば０．５ｍｍの金属板をプレス加工により深絞り成
形加工したものであって、円筒状の胴部２１０と、開口
部の縁部を外側に拡張した段付部２２０と、曲率半径を
有する底部（電動弁の構成においては頭部となる部分）
２３０を有する。この段付部２２０は、ステータ部材２
０をキャン２００の頭部２３０方向から軸方向に嵌装し
たときに、ステータ部材２０を受ける機能を有する。

【００１３】キャン２００に対するステータ部材２０の
位置決めは、ステータ部材２０に対してビス２６により
取り付けられるストッパ２８と、このストッパ２８を受
け入れるために、キャン２００の外側に形成される凹部
（図２，図３では図示が省略されており、図１に示す凹
部１１と同様のもの）により規定される。

【００１４】キャンの頭部２３０は、胴部２１０から連
続する第１の曲率半径ｒを有する第１の湾曲部２３２
と、第１の湾曲部２３２に連続する第２の曲率半径Ｒを
有する第２の湾曲部２３４により形成される。電動弁１
を冷凍サイクルに組み込んだ際には、キャン２００の内
部には圧力Ｐを有する冷媒が導入される。この内圧Ｐに
よりキャン２００全体に外側へ膨張しようとする力が作
用し、キャンの各部には応力が発生する。

【００１５】キャン２００は、一種の圧力容器であるの
で、最大応力はキャン頭部で発生する。そこで、本発明
では、肉厚を変えずに頭部の形状を変更したときに、最
大応力を受けてキャン頭部が破損するまでの耐久性を種
々の数値解析と実験により確認することによって、頭部
の高さ寸法をできるだけ小さくする電動弁を得ることが
できたものである。

【００１６】図３は、キャン頭部の高さ寸法を種々に変
化させたときのキャン頭部の断面形状を示す。例えば、
符号２３０ａは、キャン頭部を平坦面で形成し、胴部２
１０との間を曲率半径ｒのコーナー部で連結したもので
ある。一方、符号２３０ｂは、キャンキャン頭部を胴部
２１０の内壁の直径寸法Ｄの半分の半径Ｒをもつ半球状
に形成したものである。

【００１７】この頭部形状にあっては、図４（縦軸に応
力Ｓ、横軸に高さｈをそれぞれ定める）に示すように頭
部に作用する最大応力Ｓは小さくなるが、全高ｈ₄は最
大となる。この全高ｈ₄をもつキャンにあっては、電動
弁のステータ部材２０をエアコンの筐体内で着脱しよう
とすると、他の機器等に干渉して着脱ができない場合も
発生し、また、キャン内部に装備する軸受部材１４も大
型化して、軸受の位置精度も劣化する。そこで、キャン
頭部の中央部を平坦面で形成した頭部２３０ａは、頭部
の高さ寸法ｈ₀は最小となり、キャン頭部上方のスペー
スＥを有効に利用することができる。しかしながら、こ
の頭部形状にあっては、図４に示すように最大応力Ｓは
許容最大応力Ｓ₁を超えてしまう。そこで、本発明の電
動弁に装備されるキャン２００の頭部２３０を、２つの
異なる曲率半径の部分２３２，２３４で形成したもので
ある。

【００１８】図３の符号ｈ₂は、この２つの曲率半径で
形成される頭部の最小高さ寸法を示し、このときの頭部
形状が許容最大応力Ｓ₁を受けるものとする。実用上、
この許容最大応力Ｓ₁を発生させる高さ寸法ｈ₂より高い
高さ寸法ｈ₃を有するキャンを使用する。この高さ寸法
ｈ₃を有する頭部２３０を構成する第１の湾曲部２３２
と、第２の湾曲部２３４の組み合わせは種々に設定でき
る。

【００１９】本発明にあっては、第１の曲率半径ｒは、
肉厚寸法をｔとしたときに、ｒ＞３ｔとし、好ましくは
ｒ＞５ｔの領域に設定する。

【００２０】また、第２の曲率半径Ｒは、大きな値とす
ることで全高を低くする点では有効となるが、最大応力
の点では不利となる。そこで、Ｒをキャン胴部の内径寸
法Ｄに対して、０．５Ｄ＜Ｒ＜１．５Ｄ好ましくは、ＲをＤに近い寸法に設定する。

【００２１】実験によれば、（例１）Ｄ＝２０ｍｍｔ＝０．５ｍｍＲ＝１６ｍｍｒ＝５ｍｍ（例２）Ｄ＝２７ｍｍｔ＝０．５ｍｍＲ＝２４ｍｍｒ＝５ｍｍのキャンは、従来の冷媒圧力の１．５倍の冷媒圧力を受
ける電動弁において、耐圧性能が損なわれることがな
い。

【００２２】上述の如く構成された本実施形態の電動弁
は、キャン頭部を曲率半径の異なる二種類の湾曲部にて
形成し、このキャン頭部によって、Ｒ４１０Ａ等の代替
冷媒の流量を制御する場合でも圧力負荷上昇に充分耐え
ることができ、いわゆるキャン頭部の疲労破壊を防止す
ることができる。そして、上記キャン頭部によりキャン
の全高寸法の増加を少なくすることができ、電動弁の大
型化を防止できる。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明の電動弁は電動弁の円筒容器であるキャンを曲率の異
なる複数の湾曲部にて形成するので、いわゆる代替冷媒
を扱う場合であっても、充分な耐圧を確保でき、疲労破
壊を防止できる。さらに、従来より高い作動圧力で使用
される代替冷媒を取扱う場合にあっても、キャンの全高
寸法を必要最小限の増加に抑制することができるので、
従来の電動弁に替えて、本発明の電動弁をエアコンの筐
体内に装備したときにも、必要なスペースを確保し易く
することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する電動弁の全体構成を示す１部
断面図。

【図２】本発明のキャンの断面図。

【図３】キャン頭部の高さ形状の変化を示す説明図。

【図４】キャン頭部の高さ寸法と応力の関係を示す説明
図。

【図５】従来の電動弁の構成を示す断面図。

【符号の説明】

１電動弁１４軸受部材２０ステータ部材４０弁本体６４シャフト８０弁体２００キャン２１０キャン胴部２３０キャン頭部２３２第１の湾曲２３４第２の湾曲

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弁本体と、弁本体にとりつけられる円筒
状のキャンと、上記キャン内部に配置されたロータの回
体により弁体を上記弁本体に形成されたオリフィスに接
離させる弁作動機構とからなり、上記キャンの頭部は互
いに異なった曲率半径を有する連続した湾曲部にて形成
されていることを特徴とする電動弁。
【請求項２】弁室とオリフィスを有する弁本体と、弁
本体にとりつけられる円筒状のキャンと、キャンの外側
に配設されるステータ部材およびキャンの内側に配設さ
れるロータ部材とからなるモータと、このモータに連動
してオリフィスに接離する弁体により作動流体のオリフ
ィスにおける流量を制御し、キャン内に作動流体が導入
される電動弁において、キャンは円筒状の胴部と、胴部を封止する頭部とを有
し、頭部は胴部に連続する第１の曲率半径を有する第１
の湾曲部と、第１の湾曲部に連続する第２の曲率半径を
有する第２の湾曲部により形成される電動弁。
【請求項３】上記キャンの肉厚寸法をｔ、キャンの胴部の内径寸法をＤ、上記第１の曲率半径をｒ、上記第２の曲率半径をＲ、としたとき、ｒ＞３ｔ０．５Ｄ＜Ｒ＜１．５Ｄであることを特徴とする請求項１又は２記載の電動弁。
【請求項４】上記キャンの開口縁部は、外側に拡張さ
れた段付部を有する請求項１又は２記載の電動弁。