JP2000227165A - 電動式コントロールバルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可動部に封止手段を組み込む必要をなくして
構造を簡単にし、大容量高圧回路でも主弁体の開閉を小
型のモータにより低トルクで行えるようにする。 【解決手段】 主弁ポート７より上流側に位置する弁室
５内に弁座部６に選択的に着座して主弁ポート７を開閉
する主弁体９を設ける。主弁体９は弁ハウジング３に設
けられたシリンダ孔１２に摺動可能に嵌合して背面側に
背圧室１４を画定し、背圧室１４を出口ポート８に連通
させるパイロットポート１６を弁本体１０に設ける。主
弁体９に対して弁リフト方向に所定量のみ移動可能に連
結された弁棒状のパイロット弁体２０の先端部２３によ
りパイロットポート１６を開閉するようにし、ステッピ
ングモータ２６のロータ３０の回転をねじ式の回転−直
線移動変換手段（３２，３３）によって主弁体９の弁リ
フト方向の運動に変換し、パイロット弁体２０を主弁体
９の弁リフト方向に移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電動式コントロ
ールバルブに関し、特に、冷凍機のガス回路における流
量制御や、大容量の電動膨張弁などとして使用されるパ
イロット式の電動式コントロールバルブに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】電動式コントロールバルブ、たとえば電
動膨張弁（２段式電動膨張弁）の従来技術として、特公
平６−６５９１５号公報に示されているようなものがあ
る。

【０００３】この電動膨張弁は、入口ポート、弁室、弁
座部、主弁ポート、出口ポートを有する弁ハウジング
と、前記主弁ポートより上流側に位置する前記弁室内に
配置され、前記弁座部に選択的に着座して前記主弁ポー
トを開閉し、背面側に背圧室を画定し、且つ前記入口ポ
ートと前記出口ポートとを連通させる副弁ポート（通
路）を有するピストン形状の主弁体と、前記主弁体に対
して弁リフト方向に所定量のみ移動可能に連結され、前
記主弁体に対する弁リフト方向の移動により前記副弁ポ
ートを開閉する弁棒状の副弁体と、前記弁ハウジングに
取り付けられたモータと、前記モータのロータと前記副
弁体との間に設けられ、前記ロータの回転を前記主弁体
の弁リフト方向の運動に変換し、前記副弁体を前記主弁
体の弁リフト方向に移動させる回転−直線移動変換手段
とを有し、第１段階として副弁体による副弁ポートの開
閉より少流量の流量制御を行い、第２段階として主弁体
による主弁ポートの開閉より少流量の流量制御を行うよ
うになっている。

【０００４】上述の電動膨張弁では、主弁体に、背圧室
と主弁ポートより下流側の出口ポートとを連通させて出
口ポート側の圧力を背圧室に導く均圧路が形成され、主
弁体の背圧室の端面と主弁ポート側の端面とに出口ポー
ト側の圧力が均等に作用することで、大容量の高圧回路
でも主弁体の開閉が低トルクで行われる得るようにし、
モータの小型化が図られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の電
動式コントロールバルブは、大容量の高圧回路でも主弁
体の開閉が低トルクで行われる得るようにすると云うこ
とについては、満足できるものであるが、しかし、常時
開状態の均圧路によって背圧室に下流側の圧力が常時導
入されているから、上流側の圧力が背圧室、均圧路を経
て下流側に漏洩しないように、換言すれば、上流側に対
する背圧室の気密性を保ち、全閉時の弁漏れをなくため
に、主弁体や副弁体の可動部にパッキン等の封止手段を
組み込む必要が生じる。

【０００６】このため、構造が複雑になり、部品点数、
組み付け工数が増え、またパッキン交換等のメンテナン
ス作業も必要になる。

【０００７】この発明は、上述の如き問題点を解消する
ためになされたもので、可動部にパッキン等の封止手段
を組み込む必要がなく、構造が簡単で、大容量の高圧回
路でも主弁体の開閉を低トルクで行うことができ、モー
タの小型化を図ることができる電動式コントロールバル
ブを提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明による電動式コントロール
バルブは、入口ポート及び出口ポートを有し、該入口ポ
ートに連なる弁室と、該弁室と前記出口ポートを連通さ
せる主弁ポートとが内部に形成されたハウジングと、前
記弁室内に配置されて前記弁ハウジングのシリンダ孔に
摺動可能に嵌合し、該シリンダ孔に対する摺動により前
記主弁ポートの弁座部に選択的に着座して前記主弁ポー
トを開閉すると共に、前記シリンダ孔の内部に背圧室を
画定し、且つ、前記主弁ポートを閉じた状態で前記背圧
室と前記出口ポートとを連通させるパイロットポートが
内部に貫設されたピストン形状の主弁体と、前記主弁体
に対して弁リフト方向に所定量のみ移動可能に連結さ
れ、前記主弁体に対する弁リフト方向の移動により前記
パイロットポートを開閉する弁棒状のパイロット弁体
と、前記弁ハウジングに取り付けられたモータと、前記
モータのロータと前記パイロット弁体との間に設けら
れ、前記ロータの回転を前記主弁体の弁リフト方向の運
動に変換し、前記パイロット弁体を前記主弁体の弁リフ
ト方向に移動させる回転−直線移動変換手段とを有して
いるものである。

【０００９】請求項２に記載の発明による電動式コント
ロールバルブは、前記背圧室における前記主弁体の受圧
面積と前記主弁ポートの開口面積がほぼ等しいものであ
る。

【００１０】請求項３に記載の発明による電動式コント
ロールバルブは、前記回転−直線移動変換手段と前記パ
イロット弁体との間にばねが組み込まれ、全閉状態にお
いて前記ばねのばね力が前記パイロット弁体を介して前
記主弁体を前記弁座部に押し付けるように作用するもの
である。

【００１１】請求項１に記載の発明による電動式コント
ロールバルブでは、この電動式コントロールバルブの全
閉状態においては、主弁体が弁座部に着座して主弁ポー
トを閉じ、パイロット弁体がパイロットポートを閉じて
いる。この状態下では、背圧室には、主弁体とシリンダ
孔との間の存在する間隙を通って上流側の圧力が入り、
背圧室内圧は弁室内圧と等しい圧力になっており、この
圧力の漏洩はパイロット弁体がパイロットポートを閉じ
ていることにより生じない。

【００１２】電動式コントロールバルブが全閉状態より
開弁する際には、モータのロータの回転が回転−直線移
動変換手段によって主弁体の弁リフト方向の運動に変換
され、パイロット弁体が主弁体の弁リフト方向（開弁方
向）に移動し、まず、パイロットポートが開かれる。こ
れにより、下流側の圧力がパイロットポートを通って背
圧室に入り、背圧室内圧が下流側の圧力と等しくなる。
これより更にパイロット弁体が主弁体の弁リフト方向
（開弁方向）に移動すると、パイロット弁体によって主
弁体が弁リフト方向（開弁方向）に移動し、主弁体が弁
座部より離れて主弁ポートを開く。この時には主弁体の
背圧室の端面と主弁ポート側の端面とに下流側の圧力が
作用しているから、大きい開弁力を必要としない。

【００１３】請求項２に記載の発明による電動式コント
ロールバルブでは、背圧室における主弁体の受圧面積と
弁ポートの開口面積がほぼ等しいから、パイロットポー
トが開いて背圧室に下流側の圧力が入ると、主弁体の両
端に下流側の圧力が均等に作用し、主弁体に作用する回
路中の圧力がほぼ完全に相殺される。

【００１４】請求項３に記載の発明による電動式コント
ロールバルブでは、この電動式コントロールバルブの全
閉状態においては、ばねのばね力によってパイロット弁
体を介して主弁体が弁座部に押し付けるから、パイロッ
トポートならびに主弁ポートの閉鎖が確実に行われ、全
閉性が向上する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に添付の図を参照してこの発
明の実施の形態を詳細に説明する。

【００１６】電動式コントロールバルブは、弁ハウジン
グ本体１と弁ハウジング本体１にねじ止めされたキャッ
プ部材２とによる弁ハウジング３を有している。弁ハウ
ジング本体１には、入口ポート４、弁室５、弁座部６、
主弁ポート７、出口ポート８が形成されている。

【００１７】弁室５は主弁ポート７より上流側（入口ポ
ート４側）にあり、弁室５内にはピストン形状の主弁体
９が配置されている。主弁体９は、弁座部６に選択的に
着座して主弁ポート７を開閉する弁本体１０と、弁本体
１０と固定連結されたピストン部材１１との組立体によ
り構成されている。

【００１８】弁ハウジング本体１の弁室５側には、シリ
ンダ孔１２を画定するスリーブ部材１３が固定されてい
る。シリンダ孔１２には主弁体９のピストン部材１１が
摺動可能に嵌合しており、キャップ部材２と共働して主
弁体９がその背面側に背圧室１４を画定している。

【００１９】シリンダ孔１２の口径Ａと主弁ポート７の
口径Ｂはほぼ等しい寸法に設定されている。これによ
り、背圧室１４における主弁体９の受圧面積と主弁ポー
ト７の開口面積がほぼ等しくなる。

【００２０】なお、キャップ部材２とスリーブ部材１３
との接合面にはＯリングのようなシール部材１５が設け
られている。

【００２１】弁本体１０にはパイロットポート１６が形
成されている。パイロットポート１６は、一方におい
て、ピストン部材１１の中空孔１７、イコライザ孔１８
を経て背圧室１４に通じ、他方において、弁本体１０の
中空孔１９を経て主弁ポート７より下流側の出口ポート
８に連通している。

【００２２】主弁体９には弁棒状のパイロット弁体２０
が係合している。パイロット弁体２０は、先端近傍にＣ
リング２１によって係止されたスラストベアリングによ
るストッパ２２を有し、ストッパ２２とピストン部材１
１の内端面との間隙ΔＬのみ主弁体９に対して弁リフト
方向（上下方向）に移動可能に連結され、この主弁体９
に対する弁リフト方向の移動により、パイロット弁体２
０の先端部２３にてパイロットポート１６を開閉する。

【００２３】Ｃリング２１により止められたもう一つの
スラストベアリングによるばねリテーナ２４と主弁体９
との間には、パイロット弁体２０を開弁方向へ、主弁体
９を閉弁方向へ相対的に付勢する圧縮コイルばね２５が
設けられている。

【００２４】弁ハウジング３のキャップ部材２にはステ
ッピングモータ２６が取り付けられている。ステッピン
グモータ２６は、キャップ部材２に固着されたマウント
部材２７、マウント部材２７に固定されたドーム状のロ
ータケース２８、ロータケース２８の外側に固定された
ステータコイル２９、ロータケース２８内に回転可能に
設けられた円筒状のロータ３０を有し、ロータ３０を回
転駆動する。

【００２５】ロータ３０にはスリーブ部材３１によって
円筒状の雌ねじ部材３２が固定されており、キャップ部
材２には雌ねじ部材３２とねじ係合する中空軸状の雄ね
じ部材３３が固定されている。雌ねじ部材３２と雄ねじ
部材３３とが回転−直線移動変換手段をなしており、こ
の両者のねじ係合により、ロータ３０の回転が主弁体９
の弁リフト方向の運動に変換され、ロータ３０と共にス
リーブ部材３１と雌ねじ部材３２が弁リフト方向に移動
する。

【００２６】パイロット弁体２０は、キャップ部材２、
雄ねじ部材３３の中空部を貫通してロータ３０の内部に
延在しており、その延在端がナット３４、連結金具３５
によってスリーブ部材３１および雌ねじ部材３２に連結
されている。

【００２７】パイロット弁体２０と連結金具３５との間
には、圧縮コイルばね３６が設けられている。圧縮コイ
ルばね３６はパイロット弁体２０を閉弁方向に付勢して
おり、全閉時にパイロット弁体２０を介して主弁体９を
弁座部６に押し付ける。

【００２８】ロータ３０の上端部にはピン３７が固定さ
れ、ロータケース２８内には固定ロッド３８が天井部よ
り垂下された態様で固定されている。固定ロッド３８の
外周には螺旋ガイド部材３９が取り付けられており、螺
旋ガイド部材３９には可動ストッパ部材４０が係合して
いる。可動ストッパ部材４０は、ロータ３０の回転によ
りピン３７によって蹴られ、螺旋ガイド部材３９に案内
されて螺旋移動し、端部４０ａにて下端側のストッパ部
４１に当接することによって下限位置を規定し、反対側
の端部４０ｂにて上端側のストッパ部４２に当接するこ
とによって上限位置を規定する。

【００２９】つぎに、上述の構成による電動式コントロ
ールバルブの動作について説明する。

【００３０】図示されているような全閉時には、主弁体
９が弁座部６に着座して主弁ポート７を閉じ、パイロッ
ト弁体２０がパイロットポート１６を閉じている。この
状態下では、背圧室１４には、主弁体９とシリンダ孔１
２との間の存在する間隙を通って上流側の圧力が入り、
背圧室１４の内圧は弁室５の内圧と等しい圧力になって
おり、背圧室１４の圧力はパイロット弁体２０の先端部
２３がパイロットポート１６を閉じていることにより下
流側に漏洩することがない。

【００３１】上述のような全閉時には、主弁体９が弁座
部６に当接し、この状態より更にステッピングモータ２
６のロータ３１を回転させることによってパイロット弁
体２０が圧縮コイルばね２５を撓ませて主弁体９に対し
て閉弁方向へ移動し、パイロット弁体２０が主弁体９に
当接してパイロットポート１６を閉じ、更にステッピン
グモータ２６のロータ３１を回転させることにより、雌
ねじ部材３２が閉弁方向へ駆動され、圧縮コイルばね３
６が撓んだ状態になる。

【００３２】これにより、全閉時には、圧縮コイルばね
３６のばね力がパイロット弁体２０を主弁体９に押し付
けてパイロットポート１６を閉じ、更にパイロット弁体
２０を介して主弁体９を弁座部６に押し付けるように作
用するようになり、パイロットポート１６ならびに主弁
ポート７の閉鎖が確実に行われ、全閉性が向上する。

【００３３】上述のような全閉状態より開弁する際に
は、ステッピングモータ２６のロータ３１を閉弁時とは
逆方向に回転させる。ロータ３１の回転は、雌ねじ部材
３２と雄ねじ３３とのねじ係合により、雌ねじ部材３２
が主弁体９の弁リフト方向に移動する。これによりパイ
ロット弁体２０が持ち上げられる状態で主弁体９に対し
て開弁方向に移動し、圧縮コイルばね２５のばね力も手
伝って、まず、パイロットポート１６が開かれる。

【００３４】イコライザ孔１８、中空孔１７、パイロッ
トポート１６、中空孔１９の通路面積は主弁体９とシリ
ンダ孔１２との間の存在する間隙の面積より十分に大き
いことにより、パイロットポート１６が開かれると、下
流側の圧力がパイロットポート１６を通って背圧室１４
に入り、背圧室１４の内圧が下流側の圧力と等しくな
る。これにより、主弁体９の背圧室１４の端面と主弁ポ
ート７側の端面、すなわち主弁体９の両端面に下流側の
圧力が作用するようになる。

【００３５】シリンダ孔１２の口径Ａと主弁ポート７の
口径Ｂはほぼ等しい寸法に設定され、背圧室１４におけ
る主弁体９の受圧面積と主弁ポート７の開口面積がほぼ
等しいから、主弁体９の両端には下流側の圧力が均等に
作用し、主弁体９に作用する回路中の圧力がほぼ完全に
相殺された状態になる。

【００３６】これより更に、ステッピングモータ２６の
ロータ３１が閉弁時とは逆方向に回転し、パイロット弁
体２０が開弁方向に移動すると、ストッパ２２とピスト
ン部材１１の内端面との間隙ΔＬが消滅し、ストッパ２
２がピストン部材１１の内端面に当接し、パイロット弁
体２０によって主弁体９が開弁方向に移動する。これに
より、主弁体９が、弁座部６より離れ、主弁ポート７を
開く。

【００３７】この時には、上述のように、主弁体９の背
圧室１４の端面と主弁ポート７側の端面とに下流側の圧
力が等しく作用しているから、上流側の圧力と下流側の
圧力差が大きくても、また、主弁ポート７の口径が大き
い大容量型のものであっても、大きい開弁力を必要とし
ない。

【００３８】このことにより、主弁体９の開閉を低トル
クで行うことができ、ステッピングモータ２６の小型化
を図ることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上の説明から理解される如く、請求項
１に記載の発明による電動式コントロールバルブによれ
ば、入口ポート及び出口ポートを有し、該入口ポートに
連なる弁室と、該弁室と前記出口ポートを連通させる主
弁ポートとが内部に形成されたハウジングと、前記弁室
内に配置されて前記弁ハウジングのシリンダ孔に摺動可
能に嵌合し、該シリンダ孔に対する摺動により前記主弁
ポートの弁座部に選択的に着座して前記主弁ポートを開
閉すると共に、前記シリンダ孔の内部に背圧室を画定
し、且つ、前記主弁ポートを閉じた状態で前記背圧室と
前記出口ポートとを連通させるパイロットポートが内部
に貫設されたピストン形状の主弁体と、前記主弁体に対
して弁リフト方向に所定量のみ移動可能に連結され、前
記主弁体に対する弁リフト方向の移動により前記パイロ
ットポートを開閉する弁棒状のパイロット弁体と、前記
弁ハウジングに取り付けられたモータと、前記モータの
ロータと前記パイロット弁体との間に設けられ、前記ロ
ータの回転を前記主弁体の弁リフト方向の運動に変換
し、前記パイロット弁体を前記主弁体の弁リフト方向に
移動させる回転−直線移動変換手段とを有しているもの
とした。

【００４０】このため、電動式コントロールバルブの全
閉状態においては、主弁体が弁座部に着座して主弁ポー
トを閉じ、パイロット弁体がパイロットポートを閉じて
おり、背圧室には、主弁体とシリンダ孔との間の存在す
る間隙を通って上流側の圧力が入り、背圧室内圧は弁室
内圧と等しい圧力になっており、この圧力はパイロット
弁体がパイロットポートを閉じていることにより下流側
に漏洩することがない。これにより、主弁体の摺動部な
どにパッキン等の封止手段を組み込む必要がなくなり、
部品点数、組み付け工数の増加を防げ、またパッキン交
換等のメンテナンス作業も不必要になる。

【００４１】電動式コントロールバルブが全閉状態より
開弁する際には、モータのロータの回転が回転−直線移
動変換手段によって主弁体の弁リフト方向の運動に変換
され、パイロット弁体が開弁方向に移動し、まず、パイ
ロットポートが開かれ、下流側の圧力がパイロットポー
トを通って背圧室に入り、背圧室内圧が下流側の圧力と
等しくなり、この後に主弁体が開弁方向に移動し、主弁
体が弁座部より離れて主弁ポートを開くから、大きい開
弁力を必要することがなく、弁体の開閉を低トルクで行
うことができ、モータの小型化を図ることができる。

【００４２】請求項２に記載の発明による電動式コント
ロールバルブによれば、前記背圧室における前記主弁体
の受圧面積と前記主弁ポートの開口面積がほぼ等しいも
のとした。

【００４３】このため、パイロットポートが開いて背圧
室に下流側の圧力が入ると、主弁体の両端に下流側の圧
力が均等に作用し、主弁体に作用する回路中の圧力がほ
ぼ完全に相殺される。これにより、大きい開弁力を必要
することがなく、弁体の開閉を低トルクで行うことがで
き、モータの小型化を図ることができる。

【００４４】請求項３に記載の発明による電動式コント
ロールバルブによれば、前記回転−直線移動変換手段と
前記パイロット弁体との間にばねが組み込まれ、全閉状
態において前記ばねのばね力が前記パイロット弁体を介
して前記主弁体を前記弁座部に押し付けるように作用す
るものとした。

【００４５】このため、電動式コントロールバルブの全
閉状態においては、ばねのばね力によってパイロット弁
体を介して主弁体が弁座部に押し付けられ、パイロット
ポートならびに主弁ポートの閉鎖が確実に行われ、全閉
性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による電動式コントロールバルブの一
つの実施の形態を示す断面図である。

【符号の説明】

３ 弁ハウジング ４ 入口ポート ５ 弁室 ６ 弁座部 ７ 主弁ポート ８ 出口ポート ９ 主弁体 １２ シリンダ孔 １３ スリーブ部材 １４ 背圧室 １６ パイロットポート ２０ パイロット弁体 ２１ Ｃリング ２２ ストッパ ２６ ステッピングモータ ２９ ステータコイル ３０ ロータ ３２ 雌ねじ部材 ３３ 雄ねじ部材 ３６ 圧縮コイルばね

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入口ポート及び出口ポートを有し、該入
   口ポートに連なる弁室と、該弁室と前記出口ポートを連
   通させる主弁ポートとが内部に形成されたハウジング
   と、 前記弁室内に配置されて前記弁ハウジングのシリンダ孔
   に摺動可能に嵌合し、該シリンダ孔に対する摺動により
   前記主弁ポートの弁座部に選択的に着座して前記主弁ポ
   ートを開閉すると共に、前記シリンダ孔の内部に背圧室
   を画定し、且つ、前記主弁ポートを閉じた状態で前記背
   圧室と前記出口ポートとを連通させるパイロットポート
   が内部に貫設されたピストン形状の主弁体と、 前記主弁体に対して弁リフト方向に所定量のみ移動可能
   に連結され、前記主弁体に対する弁リフト方向の移動に
   より前記パイロットポートを開閉する弁棒状のパイロッ
   ト弁体と、 前記弁ハウジングに取り付けられたモータと、 前記モータのロータと前記パイロット弁体との間に設け
   られ、前記ロータの回転を前記主弁体の弁リフト方向の
   運動に変換し、前記パイロット弁体を前記主弁体の弁リ
   フト方向に移動させる回転−直線移動変換手段と、 を有していることを特徴する電動式コントロールバル
   ブ。
2. 【請求項２】 前記背圧室における前記主弁体の受圧面
   積と前記主弁ポートの開口面積がほぼ等しいことを特徴
   とする請求項１に記載の電動式コントロールバルブ。
3. 【請求項３】 前記回転−直線移動変換手段と前記パイ
   ロット弁体との間にばねが組み込まれ、全閉状態におい
   て前記ばねのばね力が前記パイロット弁体を介して前記
   主弁体を前記弁座部に押し付けるように作用することを
   特徴とする請求項１または２に記載の電動式コントロー
   ルバルブ。