电动阀以及冷冻循环系统的制作方法

1.本发明涉及电动阀以及冷冻循环系统。


背景技术：

2.现今，作为设于空调机的冷冻循环的电动阀，已知一种电动阀，该电动阀 具备：阀壳(阀主体)，其在内部具有阀室，且与一次及二次的接头连接；电 动马达(驱动部)，其具有由来自线圈的电磁力驱动而旋转的磁性转子及转子 轴(驱动轴)；螺纹进给机构，其使由电动马达驱动而旋转的转子轴沿轴线方 向进退移动；以及阀芯，其通过转子轴的进退移动而沿轴线方向进退驱动(例 如，参照专利文献1)。在该电动阀中，在阀主体固定有导向部件(支撑部件)， 转子轴的外螺纹部与该导向部件的内螺纹部螺纹结合，并且阀芯的阀架被导向 部件的导向孔导向，由电动马达驱动而沿轴线方向进退的阀芯的针阀(阀部) 开闭阀室的阀口。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2019-190496号公报


技术实现要素：

6.发明所要解决的课题
7.然而，在专利文献1所记载的那样的现有的电动阀中，成为阀架被设于导 向部件的导向孔导向的结构，该导向部件设于阀主体的远离阀口的位置，从而 有难以提高阀芯相对于轴线的引导精度这样的问题。并且，导向部件由树脂成 形品构成，有时经由金属制的固定部件而焊接固定于阀主体，但在经由金属制 的固定部件而焊接固定于阀主体的情况下，若成形精度、固定时的位置精度较 低，则有可能导向孔相对于轴线偏心或倾斜，从而阀芯的引导精度降低。若像 这样产生导向孔的偏心、倾斜，则有可能阀部在从阀口的中心偏离或相对于轴 线倾斜的状态下落座，有可能尽管闭阀但也产生制冷剂泄漏的阀泄漏，并且有 可能引起偏向阀部与阀座部的抵接部分的应力集中，产生局部变形、磨损而耐 久性降低。
8.本发明的目的在于提供能够通过抑制阀部相对于阀口的偏心、倾斜来提高 密封性、耐久性的电动阀以及冷冻循环系统。
9.用于解决课题的方案
10.本发明的电动阀具备：阀主体，其具有阀口；阀芯，其开闭上述阀口；驱 动部，其驱动驱动轴使之旋转；以及螺纹进给机构，其伴随上述驱动轴的旋转 而使该驱动轴沿轴线方向进退移动，上述电动阀的特征在于，上述阀芯构成为 具有：阀部，其伴随上述驱动轴的进退移动而相对于上述阀口接近或远离；筒 状的阀架，其遍及上述驱动轴的前端部和上述阀部的基端部而设置；以及弹簧 部件，其内置于上述阀架且向闭阀方向对上述阀部进行施力，上述螺纹进给机 构构成为具有：支撑部件，其固定于上述阀主体；第一螺纹部，其设于
上述支 撑部件且与上述驱动轴螺纹结合；以及第二螺纹部，其设于上述驱动轴且与上 述第一螺纹部螺纹结合，在上述阀主体设有引导部，该引导部位于比上述支撑 部件更靠上述阀口侧且沿轴线方向引导上述阀架。
11.根据这样的本发明，阀芯构成为具有阀部、阀架以及弹簧部件，螺纹进给 机构由支撑部件的第一螺纹部和驱动轴的第二螺纹部构成，利用位于比支撑部 件更靠阀口侧的引导部沿轴线方向引导阀架，从而能够提高阀架相对于轴线的 引导精度，能够抑制阀部相对于阀口的偏心、倾斜。因此，通过使阀部相对于 阀口不偏心、不倾斜地落座，能够抑制闭阀时的阀泄漏的产生，并且能够抑制 阀部与阀口之间的抵接部分的局部变形、磨损来提高耐久性。
12.此时，优选为，上述引导部由固定于上述阀主体的筒状的导向部件构成， 或者由与上述阀主体一体形成的引导面构成。根据该结构，在由与阀主体分体 的导向部件构成引导部的情况下，作为导向部件，能够选择材质、成形方法与 阀主体不同的部件。另一方面，在由与阀主体一体形成的引导面构成引导部的 情况下，能够削减部件件数，并且提高阀口与引导面的位置精度，从而能够提 高阀架的引导精度。此外，引导面既可以隔着阀室而设于阀口的相反侧(驱动 部侧)，也可以由从构成阀口的阀座部起沿轴线方向延伸的筒状的部位的内表 面构成。
13.并且，优选为，上述支撑部件具有筒状部，该筒状部设于比上述第一螺纹 部更靠上述阀口侧且覆盖上述阀架的外周面，上述引导部的内周面与上述阀架 的外周面的间隙尺寸s2比上述筒状部的内周面与上述阀架的外周面的间隙尺 寸s1小。根据该结构，和支撑部件的筒状部的内周面与阀架的外周面的间隙 尺寸s1相比，引导部的内周面与阀架的外周面的间隙尺寸s2较小(s1＞s2)， 从而即使在支撑部件的筒状部相对于轴线偏心或倾斜的情况下，筒状部也难以 与阀架干涉，能够不损害阀芯的引导精度。
14.并且，优选为，上述引导部中的沿轴线方向引导上述阀架的部分的长度尺 寸l1比上述阀架的外径尺寸l2大。根据该结构，由引导部引导阀架的部分 的长度尺寸l1比阀架的外径尺寸l2大(l1＞l2)，从而能够确保阀架的引导 长度，能够抑制阀架的倾斜。
15.并且，优选为，在上述阀芯位于全开位置时，上述阀架的前端部设为比上 述引导部的前端部更向上述阀口侧突出。根据该结构，位于全开位置的阀芯的 阀架比引导部的前端部更突出，从而能够使阀室内的流体的流动稳定。即，若 在全开时阀架没入在引导部的内部，则成为引导部的前端部向阀室开口的状 态，该开口周边的形状变得复杂而流体的流动有可能紊乱。
16.本发明的冷冻循环系统包括压缩机、冷凝器、膨胀阀以及蒸发器，其特征 在于，使用上述任一电动阀作为上述膨胀阀。
17.发明的效果如下。
18.根据本发明的电动阀以及冷冻循环系统，通过抑制阀部相对于阀口的偏 心、倾斜，能够提高密封性、耐久性。
附图说明
19.图1是示出本发明的一个实施方式的电动阀的纵剖视图。
20.图2是放大地示出上述电动阀的闭阀状态下的主要部分的纵剖视图。
21.图3是示出上述电动阀的主要部分的横剖视图，是图1、2中a-a线所示 的位置的剖视图。
22.图4是放大地示出上述电动阀的开阀状态下的主要部分的纵剖视图。
23.图5是示出上述电动阀的变形例的纵剖视图。
24.图6是示出本发明的冷冻循环系统的图。
25.图中：
26.1—阀主体，1a—阀室，2—阀芯，2a—阀部，2b—阀架，2d—压缩弹簧， 3—驱动部，4—螺纹进给机构，4a—支撑部件，5—引导部件(引导部)，13— 阀口，17—引导面(引导部)，22—基端部，32—丝杠轴(驱动轴)，32b—外 螺纹部(第二螺纹部)，41a—内螺纹部(第一螺纹部)，100—膨胀阀(电动阀)， 200—室外换热器(冷凝器或蒸发器)，300—室内换热器(蒸发器或冷凝器)， 400—流路切换阀，500—压缩机。
具体实施方式
27.基于图1～图4对本发明的一个实施方式的电动阀进行说明。如图1所示， 本实施方式的电动阀10具备阀主体1、阀芯2、驱动部3、螺纹进给机构4以 及引导部件5。此外，以下的说明中的“上下”的概念与图1的附图中的上下 对应。
28.阀主体1是切削加工后的sus、黄铜等金属制的部件，在其内部形成有圆 筒状的阀室1a，在侧面形成有第一端口1b，在底面形成有第二端口1c，且 在第二端口1c的上侧形成有阀座部1d。在阀主体1的第一端口1b安装有与 阀室1a连通来供制冷剂流入或流出的第一接头管11，在第二端口1c安装有 与阀室1a连通来供制冷剂流出或流入的第二接头管12。在阀座部1d形成有 截面呈圆形的阀口13。并且，在阀主体1形成有比阀室1a更向轴线l方向的 上侧延伸且收纳下述的引导部件5的第一筒部14、以及向第一筒部14的上侧 延伸且内径比第一筒部14的内径大的第二筒部15。在第二筒部15的上端缘 固定有构成驱动部3的外壳的壳体16。
29.如图2所示，阀芯2构成为具有：阀部2a，其具有相对于阀座部1d接 近或远离来开闭阀口13的针状部21；圆筒状的阀架2b，其保持阀部2a的基 端部22；弹簧座2c，其内置于阀架2b，且与下述的丝杠轴32前端的扩径部 32c抵接；作为弹簧部件的压缩弹簧2d，其以压缩状态夹装在阀部2a的基端 部22与弹簧座2c之间；以及推力垫圈2e，其夹装在丝杠轴32的扩径部32c 与阀架2b的上壁部之间。阀部2a、阀架2b、弹簧座2c、压缩弹簧2d以及 推力垫圈2e配设于以轴线l为中心的同轴上，阀芯2由驱动部3驱动而沿轴 线l方向进退。阀部2a具有从基端部22向上方(驱动部3侧)突出的突起 部23，该突起部23插入在压缩弹簧2d中。在阀架2b的上壁部形成有供丝 杠轴32插通的插通孔24，丝杠轴32的扩径部32c经由推力垫圈2e而与阀架 2b的上壁部卡合。推力垫圈2e能够与丝杠轴32的扩径部32c及阀架2b的 上壁部抵接，其抵接面彼此的摩擦力变得极小，由此丝杠轴32的旋转难以传 递至阀架2b。
30.驱动部3具备作为电动马达的步进马达3a和限制步进马达3a的旋转的 限位机构3b。步进马达3a具备：外周部被磁化成多极的磁性转子31；配设 于壳体16的外周的未图示的定子线圈；以及固定于磁性转子31的作为驱动轴 的丝杠轴32。丝杠轴32经由固定部件32a固定于磁性转子31，并且沿轴线l 延伸，其上端部插入在限位机构3b的导向件33中。在丝杠轴32的中间部， 一体形成有作为第二螺纹部的外螺纹部32b，该外螺纹部32b与支撑部
件4a 的内螺纹部41a螺纹结合。在丝杠轴32的前端部形成有与阀芯2的阀架2b 卡合的扩径部32c。
31.限位机构3b具备：从壳体16的顶部垂下的圆筒状的导向件33；固定于 导向件33的外周的导向件线体34；以及被导向件线体34导向而能够一边旋 转一边上下移动的可动滑块35。在可动滑块35设有向径向外侧突出的爪部 35a，磁性转子31旋转来按压爪部35a，从而可动滑块35沿导向件线体34一 边旋转一边上下移动。在导向件33形成有规定磁性转子31的最上端位置的上 端限位器33a，在导向件线体34形成有规定磁性转子31的最下端位置的下端 限位器34a。通过使可动滑块35的爪部35a与上述上端限位器33a及下端限位 器34a抵接，来使可动滑块35的旋转停止，由此限制磁性转子31的旋转，也 使阀体2的上升或下降停止。
32.螺纹进给机构4通过使利用步进马达3a旋转的丝杠轴32沿轴线l方向 进退移动来使阀芯2进退，具备支撑部件4a。支撑部件4a具备作为树脂成 形品的支撑部件主体41和镶嵌成形于支撑部件主体41的金属制的固定部42， 固定部42焊接固定于阀主体1的第二筒部15的上端缘。支撑部件主体41形 成为具有与丝杠轴32的外螺纹部32b螺纹结合的作为第一螺纹部的内螺纹部 41a、以及设于比内螺纹部41a更靠阀口13侧且覆盖阀架2b的外周面的筒状 部41b。在筒状部41b的周向的多个部位设有沿径向贯通而使筒状部41b内部 与壳体16的内部(转子室)连通的均压孔41c。并且，在固定部42的周向的 多个部位设有沿轴向贯通而使阀主体1的第二筒部15内部与壳体16的内部 (转子室)连通的均压孔42a。在螺纹进给机构4中，丝杠轴32的外螺纹部 32b与支撑部件4a的内螺纹部41a螺纹结合，并且由磁性转子31驱动丝杠轴 32使之旋转，从而使磁性转子31及丝杠轴32沿轴线l方向进退移动，与此 相伴随地阀芯2也沿轴线l上升或下降。
33.引导部件5例如由sus、黄铜等金属制成，或者由pps(聚苯硫醚)等树 脂制成，是整体呈圆筒状的部件，设为位于比支撑部件4a更靠阀口13侧(即， 在引导部件5的上端部与支撑部件4a的下端部之间设置有间隙)，插入在阀 主体1的第一筒部14中，并且铆接固定于第一筒部14的上端部的铆接部14a。 引导部件5具有：铆接固定于铆接部14a的圆环状的凸边部51；与凸边部51 的下侧连续且被压入到第一筒部14的压入部52；以及与压入部52的下侧连 续且形成为壁厚比压入部52的壁厚薄的圆筒部53。凸边部51、压入部52以 及圆筒部53的内周面成为具有同一内径且连续的圆柱状的引导面5a，引导面 5a与阀架2b的外周面经由微小的间隙对置，构成沿轴线l方向引导阀架2b 的引导部。并且，也如图3所示，作为将阀室1a与第二筒部15的内部空间 连通的连通路的d形切割部54在凸边部51及压入部52的外周侧设于两处， 阀室1a与第二筒部15的内部空间经由上述d形切割部54连通。
34.如图2所示，引导部件5的高度尺寸即引导面5a的沿着轴线方向的长度 尺寸l1形成为比阀架2b的外径尺寸l2大(l1＞l2)，引导面5a的长度尺 寸l1优选为阀架2b的外径尺寸l2的1.5倍以上。在引导部件5的引导面5a 与阀架2b的外周面之间形成有间隙，引导面5a与阀架2b的外周面之间的间 隙尺寸s2设定为比支撑部件4a的筒状部41b的内周面与阀架2b的外周面之 间的间隙尺寸s1小。并且，在图2所示的闭阀时，在丝杠轴32的扩径部32c 上表面与推力垫圈2e的下表面之间形成有间隔尺寸s3的间隙，在图4所示 的开阀时，在丝杠轴32的扩径部32c前端面与弹簧座2c的上表面之间形成 有间隔尺寸s3的间隙。即，在开阀时，阀架2b经由推力垫圈2e而悬挂支撑 于丝杠轴32的扩径部32c，压缩弹簧2d的作用力不
会从丝杠轴32作用于阀 芯2。并且，在图4所示的开阀时(全开时)，阀架2b的前端部设为比引导部 件5的前端部更向阀口13侧突出。
35.接下来，对电动阀10的动作进行说明。若从图4所示的开阀状态起驱动 步进马达3a使丝杠轴32旋转，则丝杠轴32通过螺纹进给机构4而下降，与 此相伴随地阀芯2也下降，从而针状部21被插入到阀口13中。若进一步使丝 杠轴32旋转而下降，则成为阀芯2与阀座部1d抵接的状态，即，针状部21 的基端部的锥面21a落座于阀座部1d的上表面角部，但在落座的瞬间，丝杠 轴32的扩径部32c前端未与弹簧座2c抵接，从而压缩弹簧2d的作用力未作 用于阀芯2，其结果，不会在针状部21与阀座部1d之间产生滑动旋转的摩擦 力。若更进一步使丝杠轴32旋转而下降，则如图2所示，丝杠轴32的扩径部 32c前端与弹簧座2c抵接，下压弹簧座2c，从而压缩弹簧2d的作用力作用 于阀芯2，针状部21被按压至阀座部1d而维持闭阀状态。
36.此外，作为本实施方式的电动阀，不限定于图1～图4所示的电动阀10， 也可以具备图5所示的构造。图5所示的电动阀10a与电动阀10的不同点在 于：由与阀主体1一体形成的引导面17构成引导部。引导面17以将阀室1a 与第二筒部15的内部连通的方式上下贯通阀主体1，且形成为以轴线l为中 心的圆柱面。该引导面17与阀架2b的外周面的间隙尺寸s2设定为比支撑部 件4a的筒状部41b的内周面与阀架2b的外周面的间隙尺寸s1小。并且，引 导面17的沿着轴线l方向的长度尺寸l1设定为比阀架2b的外径尺寸l2大。 再者，在引导面17的周围，设有一个或多个作为将阀室1a与第二筒部15的 内部连通的连通路的连通孔18。
37.根据以上的本实施方式，在螺纹进给机构4的比支撑部件4a更靠阀口13 侧的位置设有引导部件5，由该引导部件5沿轴线l方向引导阀架2b，从而 能够提高阀架2b相对于轴线l的引导精度，能够抑制针状部21相对于阀口 13的偏心、倾斜。因此，通过相对于阀口13不偏心、不倾斜地使针状部21 落座于阀座部1d，能够抑制闭阀时的阀泄漏的产生，并且能够抑制针状部21 与阀座部1d之间的抵接部分的局部变形、磨损来提高耐久性。
38.并且，将与阀主体1分体的引导部件5固定于阀主体1，并利用该引导部 件5的引导面5a来引导阀架2b，从而作为引导部件5，能够选择材质、成形 方法与阀主体1不同的部件。另一方面，如图5所示，若采用利用与阀主体1 一体形成的引导面17引导阀架2b的结构，则能够削减部件件数，并且提高 阀口13与引导面17的位置精度，从而能够提高阀架2b的引导精度。
39.并且，和支撑部件4a的筒状部41b的内周面与阀架2b的外周面之间的 间隙尺寸s1相比，引导部件5的引导面5a或阀主体1的引导面17与阀架2b 的外周面之间的间隙尺寸s2较小(s1＞s2)，从而即使在支撑部件4a的筒状 部41b相对于轴线偏心或倾斜的情况下，筒状部41b也难以与阀架2b干涉， 能够不损害阀芯2的引导精度。
40.并且，利用引导部件5的引导面5a或阀主体1的引导面17引导阀架2b 的部分的长度尺寸l1比阀架2b的外径尺寸l2大(l1＞l2)，从而能够确保 阀架2b的引导长度，能够抑制阀架2b的倾斜。
41.并且，位于全开位置的阀芯2的阀架2b比引导面5a、17的前端部更向 阀口13侧突出，从而能够使阀室1a内的流体的流动稳定。
42.并且，在开阀时，压缩弹簧2d的作用力不从丝杠轴32作用于阀芯2，并 且在落座的瞬间，压缩弹簧2d的作用力也不作用于阀芯2，因此不会在针状 部21与阀座部1d之间产生
滑动旋转的摩擦力，从而能够抑制针状部21与阀 座部1d之间的抵接部分的局部变形、磨损，进而能够进一步提高耐久性。
43.并且，设有将阀室1a与第二筒部15的内部连通的连通路(d形切割部 54、变形例中的连通孔18)，经由该连通路(d形切割部54、连通孔18)使 阀室1a与阀主体1的第二筒部15的内部空间连通，并且在引导部的上端部 (引导部件5的上端部、变形例中的引导面17的上端部)与支撑部件4a的 下端部之间设有间隙，从而能够容易地使阀室1a与壳体16的内部空间(转 子室)变成均压。即，阀主体1的第二筒部15经由引导部(引导部件5、变 形例中的引导面17的上端部)与支撑部件4a的间隙、支撑部件主体41的筒 状部41b的内部以及均压孔41c而与转子室连通，并且经由支撑部件4a的固 定部42的均压孔42a而与转子室连通，经由这两种路径来实现阀室1a与转 子室的均压。
44.接下来，基于图6对本发明的冷冻循环系统进行说明。图6是示出实施方 式的冷冻循环系统的图。附图中，符号100是使用了上述各实施方式的电动阀 10、10a的膨胀阀，200是搭载于室外单元的室外换热器，300是搭载于室内 单元的室内换热器，400是构成四通阀的流路切换阀，500是压缩机。膨胀阀 100、室外换热器200、室内换热器300、流路切换阀400以及压缩机500分别 通过导管如图示那样连接，从而构成热泵式的冷冻循环。此外，省略了储存器、 压力传感器、温度传感器等的图示。
45.冷冻循环的流路由流路切换阀400切换为制冷运转时的流路和制热运转 时的流路这两种。在制冷运转时，如图中实线箭头所示，由压缩机500压缩后 的制冷剂从流路切换阀400向室外换热器200流入，该室外换热器200作为冷 凝器发挥功能，从室外换热器200流出的液体制冷剂经由膨胀阀100向室内换 热器300侧流动，该室内换热器300作为蒸发器发挥功能。
46.另一方面，在制热运转时，如图中虚线箭头所示，由压缩机500压缩后的 制冷剂从流路切换阀400起按照室内换热器300、膨胀阀100、室外换热器200、 流路切换阀400以及压缩机500的顺序循环，室内换热器300作为冷凝器发挥 功能，室外换热器200作为蒸发器发挥功能。膨胀阀100对在制冷运转时从室 外换热器200流入的液体制冷剂、或者在制热运转时从室内换热器300侧流入 的液体制冷剂分别进行减压膨胀，进而控制该制冷剂的流量。
47.此外，本发明并不限定于上述实施方式，包括能够实现本发明的目的的其 它结构等，以下所示的变形等也包括在本发明中。例如，在上述实施方式中， 例示出在家庭用空调器等空调机中使用的电动阀10、10a，但本发明的电动阀 不限定于家庭用空调器，也可以是商用空调器，并且不限定于空调机，也能够 应用于各种冷冻机等。
48.并且，在上述实施方式中，驱动部3构成为具备步进马达3a和限位机构 3b，但不限定于这样的结构，作为驱动部，能够经由驱动轴而沿轴线方向驱 动阀芯即可。再者，在上述实施方式中，通过使驱动部3的丝杠轴32的外螺 纹部32b与支撑部件4a的内螺纹部41a螺纹结合来构成螺纹进给机构4，但 并不限定于此，也可以在驱动轴的一侧形成内螺纹(第二螺纹部)，且在支撑 部件的一侧形成外螺纹(第一螺纹部)，通过使上述外螺纹与内螺纹螺纹结合 来构成螺纹进给机构。
49.并且，在上述实施方式中构成为，阀芯2的阀部2a的前端部设为尖细形 状的针状部21，该针状部21向阀口13插入而落座，但不限定于此，也可以 构成为，阀部2a的前端形成为平板状，以覆盖阀口的方式落座。再者，在上 述实施方式中构成为，阀部2a与阀架2b分体
形成并固定，但不限定于此， 阀部2a与阀架2b也可以能够相对旋转地连接。而且，在上述实施方式中构 成为，压缩弹簧2d直接抵接于阀部2a的基端部22，但也可以在阀部2a的 基端部22与压缩弹簧2d之间夹装有与推力垫圈2e相同的使摩擦力减轻的部 件。另外，在采用阀部2a与阀架2b能够相对旋转地连接的结构的情况下， 丝杠轴32的前端部与阀架2b也可以无法相对旋转地固定。
50.并且，在上述实施方式中，相对于阀主体1的阀口13以隔着阀室1a的 方式设有引导部件5、引导面17(即，在引导部件5的下端、引导面17的下 端与阀口13之间设有阀室1a)，但并不限定于此，也可以构成为，设置与阀 口连续的筒状的引导部并由该引导部引导阀架。此时，在与阀口连续的筒状的 引导部中，在侧面设置连通孔来使第一端口与引导部的内部连通即可，并且筒 状的引导部的内部空间作为阀室发挥功能即可。此时，筒状的引导部可以与阀 主体一体形成，也可以与阀主体分体形成并固定于阀主体。另外，在阀主体与 阀座部件分体形成的情况下，也可以在阀座部件一体地设置筒状的引导部。
51.以上，参照附图对本发明的实施方式进行了详细说明，但具体的结构并不 限定于上述实施方式，不脱离本发明的主旨的范围的设计变更等也包括在本发 明中。