JP2002130507A

JP2002130507A - 流体制御弁

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Publication number: JP2002130507A
Application number: JP2000319673A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Niimi; 康彦新美; Hiromi Ota; 宏巳太田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-10-19
Filing date: 2000-10-19
Publication date: 2002-05-09

Abstract

(57)【要約】【課題】ケース部材内外の圧力差によるケース部材の
伸縮が大きい場合にも、弁体の開閉動作を保証できるス
トッパー機構を提供する。【解決手段】流体通路１１〜１３を開閉する弁体１４
と、弁体１４を駆動するステップモータ１６のロータ１
７と、ロータ１７を収納するとともに、流体通路１１〜
１３の圧力が作用するケース部材２３とを備え、ケース
部材２３はその内外の圧力差により変形可能であり、ロ
ータ１７とケース部材２３との間にロータ１７の移動を
所定位置に規制するストッパー部材としてコイルばね２
８を配置し、このコイルばね２８は、ロータ１７による
力が加わるときの弾性変形量に比較してケース部材２３
の収縮による力が加わるときの弾性変形量を大きくす
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、弁体の駆動部の位
置を所定位置に規制するストッパー機構を有する流体制
御弁に関するもので、冷凍サイクル装置における減圧装
置（電気膨張弁）に用いて好適である。

【０００２】

【従来の技術】従来、冷凍サイクル装置における減圧装
置として電気的に弁開度を調整できる流体制御弁が知ら
れている。この流体制御弁の従来構造は、例えば、図５
に示すような構造であり、弁本体１０に形成された冷媒
入口１１と冷媒出口１２との間に絞り通路１３を設け、
この絞り通路１３の開度を弁棒１５と一体の弁体１４に
より調整する。

【０００３】弁棒１５はステップモータ１６のロータ１
７の回転運動により軸方向に往復動する。すなわち、ロ
ータ１７は円筒状のスリーブ１８とこのスリーブ１８の
外周側に固定された円筒状の永久磁石１９とを有してい
る。そして、ステップモータ１６の励磁コイル２４の発
生する回転磁界に磁石１９を持つロータ１７が追従し
て、ロータ１７が回転する。

【０００４】一方、弁本体１０に固定した円筒状の送り
ねじ部材２５の雄ねじにスリーブ１８内周の雌ねじ１８
ｅをかみ合わせている。これにより、ロータ１７は回転
しながら送りねじ部材２５に対して軸方向に移動するの
で、弁棒１５がロータ１７とともに軸方向に変位し、こ
れにより、弁体１４が絞り通路１３の開度を調整でき
る。

【０００５】ところで、弁体１４および弁棒１５の駆動
部となるロータ１７の軸方向変位の両端位置を規制する
２つのストッパー機構、すなわち、弁体全閉側のロータ
位置を規制する第１ストッパー機構と、弁体全開側のロ
ータ位置を規制する第２ストッパー機構とを備えてい
る。

【０００６】第１ストッパー機構は、スリーブ１８の下
端部に固定され弁本体１０側へ突出するピン状のストッ
パー部材２６と、弁本体１０に固定され、ストッパー部
材２６側へ突出するピン状のストッパー部材２７とによ
り構成される。ロータ１７の下側への軸方向変位により
弁体１４が絞り通路１３の弁座部１０ａに接触して、弁
体１４が全閉状態になると、これ以後、弁体１４および
弁棒１５は閉弁方向（図５の下側方向）へ移動しない。

【０００７】その後、ロータ１７が更に回転して下側へ
の軸方向変位を続行すると、ばね２２が圧縮されること
により、弁体１４が弁座部１０ａに必要以上に強く押し
付けられることを防止する。そして、ばね２２が圧縮さ
れた後に、ロータ１７が更に回転して下側へ軸方向変位
すると、ロータ１７側のストッパー部材２６が弁本体１
０側のストッパー部材２７に回転方向から接触して、ロ
ータ１７の回転が阻止される。従って、これ以後、ロー
タ１７が下側へ軸方向変位することがない。

【０００８】一方、第２ストッパー機構は、スリーブ１
８の上端部に固定されケース部材２３の上端部側へ向か
って突出するピン状のストッパー部材５０とケース部材
２３の上端部に固定され、ストッパー部材２６側へ突出
する板状のストッパー部材５１とにより構成される。

【０００９】ロータ１７の上側への軸方向変位により弁
体１４が絞り通路１３の弁座部１０ａから離れる方向に
移動して、弁体１４の開度が増加していく。そして、弁
体１４が全開してからロータ１７が更に上側へ軸方向変
位すると、ロータ１７が開弁方向へ行き過ぎることにな
る。

【００１０】そこで、弁体１４が全開状態に到達した
後、ロータ１７が上側へ所定量、軸方向変位すると、ロ
ータ１７側のストッパー部材５０がケース部材２３側の
ストッパー部材５１に回転方向から接触して、ロータ１
７の回転が阻止される。従って、これ以後、ロータ１７
が上側へ軸方向変位することがないので、ロータ１７の
開弁方向への行き過ぎを防止できる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者ら
は、冷媒としてＣＯ₂（２酸化炭素）を用いた超臨界冷
凍サイクルからなるヒートポンプ装置を加熱源として用
いる給湯器システムを開発中である。この超臨界冷凍サ
イクルでは、高圧側圧力が通常、冷媒の臨界圧力よりも
高い圧力で使用され、高圧側冷媒温度が高いので、高圧
側冷媒ガス（圧縮機吐出ガス）の放熱を行う高圧側熱交
換器での放熱量がフロン系の冷媒（ＨＦＣ１３４ａ等）
に比較して増加する利点がある。

【００１２】しかし、その反面、超臨界冷凍サイクルで
は高圧側圧力がフロン系冷媒の場合よりはるかに高い１
０倍程度の圧力（具体的には、１５ＭＰａ程度）である
ため、減圧装置として図５の流体制御弁を用いた場合
に、ケース部材２３内外の圧力差増大に起因して、ロー
タ１７の回転不能（ロック）という問題が生じることが
判明した。

【００１３】以下このロータ１７の回転不能の発生原因
について詳述すると、ケース部材２３はロータ１７の永
久磁石１９と励磁コイル２４との間に介在される非磁性
部材であって、永久磁石１９と励磁コイル２４との間
隔、つまり、ケース部材２３の板厚を小さくするほど、
励磁コイル２４はケース部材２３内部のロータ１７に大
きな回転トルクを与えることができ、励磁コイル２４を
小型化できる。このため、ケース部材２３の設計に際し
ては、耐圧上許容される範囲内で板厚を小さく設計する
傾向にある。ケース部材２３の板厚は例えば、０．８５
ｍｍ程度である。

【００１４】一方、ケース部材２３はサイクル内高圧側
流路（冷媒入口１１側の流路）に連通しているので、ケ
ース部材２３内部には高圧側圧力が作用することにな
る。ケース部材２３の外側は大気圧であるから、ケース
部材２３の内外で大きな圧力差が発生する。特に、ＣＯ
₂ を用いた超臨界冷凍サイクルでは、サイクル運転時の
高圧側圧力が高いので、大きな圧力差が発生して、ケー
ス部材２３が膨張する。

【００１５】これに対し、サイクル停止時には高圧側と
低圧側で圧力が均一化する均圧状態となり、高圧側圧
力、つまり、ケース部材２３内部の圧力が低下するの
で、サイクル運転時に膨張したケース部材２３の収縮が
起こる。そして、このサイクル停止時におけるケース部
材２３の収縮によって、ロータ１７の回転不能（ロッ
ク）が生じる。

【００１６】つまり、サイクル運転時に、弁体１４が全
開状態に到達した後、ロータ１７側のストッパー部材５
０がケース部材２３側のストッパー部材５１に接触した
状態にて、サイクルが停止されると、高圧側圧力と低圧
側圧力の均一化によりケース部材２３内外の圧力差が減
少してケース部材２３の収縮が起こり、ケース部材２３
側のストッパー部材５１がロータ１７側のストッパー部
材５０に近づく方向に変位する。

【００１７】この結果、両ストッパー部材５０、５１の
軸方向のラップ長さが増加するので、次回のサイクル起
動時（高圧側圧力が定常レベルまで上昇していないと
き）にロータ１７を閉弁方向に回転させる際に、ロータ
１７が１回転して、ロータ１７が下側へ軸方向変位して
も、その１回転後になおロータ１７側のストッパー部材
５０がケース部材２３側のストッパー部材５１に接触し
て、ロータ１７の回転を妨げるという事態が起きる。

【００１８】換言すると、ケース部材２３の上記収縮は
通常想定していないので、両ストッパー部材５０、５１
が接触した状態でサイクルが停止されても、本来なら、
ロータ１７の閉弁方向への１回転による下側への軸方向
変位量（ねじピッチ分の変位量）によって、その１回転
後にはロータ１７側のストッパー部材５０がケース部材
２３側のストッパー部材５１に接触しない位置まで遠ざ
かるのであるが、ケース部材２３の上記収縮が起こる
と、両ストッパー部材５０、５１の軸方向のラップ長さ
が過度に増加して、ロータ１７の回転不能状態が発生す
る。

【００１９】なお、ケース部材２３の板厚を大きくし
て、ケース部材２３の剛性を高くすれば、ケース部材２
３の内外の圧力差による伸縮量を低減でき、上記のロー
タ１７の回転不能を防止できるが、この対策は永久磁石
１９と励磁コイル２４との間隔を増加させ、励磁コイル
２４の大型化を招くので、実用的でない。

【００２０】また、実開昭６２−４３２７８号公報に
は、ロータの軸方向に変位するストッパー部材を設け
て、ロータの閉弁方向及び開弁方向の両端位置を規制す
るストッパー機構が記載されているが、この従来技術に
おいても、内外の圧力差によるケース部材の伸縮に起因
するロータ回転不能への対応については何ら開示してい
ない。

【００２１】上記公報の従来技術によると、サイクルの
停止時に、ケース部材の収縮による力がそのままストッ
パー機構を経てねじ結合部に加わるので、ねじ結合部に
大きな締め付け力（固着力）が発生する。そのため、次
回のサイクル起動時（高圧側圧力が定常レベルまで上昇
していないとき）にロータ１７を閉弁方向に回転させる
ためには、ケース部材の収縮によるねじ結合部の大きな
締め付け力に打ち勝つだけの力を励磁コイル２４に発生
させる必要があり、励磁コイル２４の大型化を招くとい
う不具合が生じる。

【００２２】本発明は上記点に鑑みて、ケース部材内外
の圧力差によるケース部材の伸縮が大きい場合にも、弁
体の開閉動作を保証できるストッパー機構を提供するこ
とを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、流体通路（１１〜１
３）を開閉する弁体（１４）と、弁体（１４）を駆動す
る駆動部（１７）と、駆動部（１７）を収納するととも
に、流体通路（１１〜１３）の圧力が作用するケース部
材（２３）とを備え、ケース部材（２３）はその内外の
圧力差により変形可能であり、駆動部（１７）とケース
部材（２３）との間に駆動部（１７）の移動を所定位置
に規制するストッパー機構（２８、４０、４１、４２）
を配置し、ストッパー機構（２８、４０、４１、４２）
は、駆動部（１７）による力が加わるときの弾性変形量
に比較してケース部材（２３）の収縮による力が加わる
ときの弾性変形量を大きくする弾性材を包含しているこ
とを特徴とする。

【００２４】これにより、駆動部（１７）による力が加
わるときはストッパー機構の弾性変形量を僅少に抑え
て、駆動部（１７）の移動を所定位置に規制するストッ
パー機能を良好に発揮できる。一方、ケース部材（２
３）の収縮による力が加わるときはストッパー機構の弾
性変形量を増加して、ケース部材（２３）の収縮力を吸
収できる。そのため、ケース部材（２３）の収縮力に起
因する弁作動不良を回避できる。

【００２５】請求項２に記載の発明のように、ストッパ
ー機構に、上記両変形量を満足するばね定数のコイルば
ね（２８）を用いることにより、請求項１の作用効果を
良好に達成できる。

【００２６】請求項３に記載の発明のように、ストッパ
ー機構に、両変形量を満足するばね定数の皿ばね（４
０）を用いてもよい。

【００２７】請求項４に記載の発明のように、ストッパ
ー機構に、両変形量を満足するばね定数の屈曲形状から
なるストッパー片（４２ｂ）を用いてもよい。

【００２８】請求項５に記載の発明のように、より具体
的にはストッパー機構は、弁体（１４）の全開側におけ
る駆動部（１７）の位置を規制するものとして用いる。

【００２９】請求項６に記載の発明のように、弁体（１
４）は弁棒（１５）と一体に構成されており、駆動部
（１７）の回転がねじ手段（２５）とのかみ合いにより
直線運動に変換され、直線運動により弁棒（１５）が軸
方向に移動するようになっている流体制御弁において
は、上記ケース部材（２３）の収縮力を吸収することに
よって、駆動部（１７）とねじ手段（２５）との間に作
用する締め付け力を比較的小さくできる。

【００３０】請求項７に記載の発明のように、冷媒とし
てＣＯ₂ を用いた超臨界冷凍サイクルにおける減圧装置
として流体制御弁を用いる場合には、ケース部材（２
３）内外の圧力差が特に増大するので、本発明の流体制
御弁による効果を一層効果的に発揮できる。

【００３１】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。

【００３２】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１は第１実施
形態による流体制御弁であり、後述の図２に示す冷凍サ
イクル装置の減圧装置（電気膨張弁）として使用される
ものである。弁本体１０はステンレス（例えば、ＳＵＳ
３０４）等の金属で形成され、冷凍サイクル装置の高圧
冷媒が流入する冷媒入口１１と、減圧後の低圧冷媒が流
出する冷媒出口１２を有する。

【００３３】本例では、冷媒入口１１と冷媒出口１２が
直交状に配置され、この冷媒入口１１と冷媒出口１２と
の間に絞り通路１３を設け、この絞り通路１３の開度を
弁体１４により調整する。図１は弁体１４の全閉時の状
態を示しており、弁本体１０には全閉時に弁体１４が着
座（当接）する弁座部１０ａが形成されている。弁体１
４は弁棒１５の先端部に円錐状部を持つ形状で一体に構
成されている。弁棒１５はステンレス（例えば、ＳＵＳ
３０３）等の金属で形成されている。

【００３４】この弁体１４と弁棒１５はステップモータ
１６のロータ１７の回転運動により軸方向に直線運動
（往復動）するようになっている。すなわち、ロータ１
７は非磁性材で形成された円筒状のスリーブ１８とこの
スリーブ１８の外周側に固定された円筒状の永久磁石１
９とを有している。永久磁石１９の円周方向に磁極（Ｎ
極、Ｓ極）が着磁されている。スリーブ１８の具体的材
質は例えば、ステンレス（例えば、ＳＵＳ３０３）等の
非磁性金属であり、永久磁石１９は本例では接着等の固
定手段でスリーブ１８の外周面に固定している。

【００３５】スリーブ１８の反弁体側（図１の上側）部
分に内周突出部１８ａを形成し、この内周突出部１８ａ
の中心穴部１８ｂに弁棒１５の小径部１５ａが回転可能
に嵌合している。また、弁棒１５にはスリーブ１８の反
弁体側端面１８ｃに接触する円筒状のカラー２０が一体
に固定してあり、このカラー２０の部位にてスリーブ１
８と弁棒１５が互いに離脱可能に係止される。カラー２
０は弁棒１５の小径部先端部に挿入後、この先端部の穴
部１５ｂを拡大することにより弁棒先端部に固定してあ
る。

【００３６】そして、スリーブ１８内側の円形空間部１
８ｄの天井部（内周突出部１８ａの内側端面）に接触す
る平座金２１が弁棒１５の小径部１５ａに摺動可能に嵌
合しており、この平座金２１と弁棒１５の段部１５ｃと
の間にばね手段として圧縮コイルばね２２を配置してい
る。このばね２２の上側の一端部が平座金２１を介して
内周突出部１８ａに支持されるので、ばね２２の押圧力
により弁棒１５は常に下側方向（閉弁方向）へ押圧付勢
される。

【００３７】そして、このばね２２の押圧力により、弁
棒１５のカラー２０がスリーブ１８の端面１８ｃに接触
した状態で、弁棒１５が軸方向にはスリーブ１８と一体
に移動可能になっている。

【００３８】ロータ１７はケース部材２３内に回転可能
に収納されている。このケース部材２３は、ステンレス
（例えば、ＳＵＳ３０５）のような非磁性金属の板材
（例えば、板厚＝０．８５ｍｍ程度）から構成されてい
る。このケース部材２３は反弁体側の端部（上端部）２
３ａが半球状の形状で閉じられた円筒状の部材であり、
その他端部（下端の開口端部）は弁本体１０に気密に固
定されている。従って、ケース部材２３によりロータ１
７周辺の空間を外部から密封することができる。

【００３９】なお、ケース部材２３の内側空間（ロータ
１７周辺の空間）は、弁棒１５の外周面と弁本体１０の
穴部１０ｂとの嵌合部の隙間を通して冷媒入口１１に連
通しているので、冷凍サイクル装置の運転時にはケース
部材２３の内側空間にサイクル高圧圧力が作用する。

【００４０】ステップモータ１６はケース部材２３の外
周側にてロータ１７の永久磁石１９に対向するように配
置された励磁コイル２４を有し、そして、ステップモー
タ１６の励磁コイル２４の発生する回転磁界に磁石１９
を持つロータ１７が追従して回転する。

【００４１】一方、円筒状の送りねじ部材２５を弁棒１
５の外周側に所定の間隙を介して配置している。この送
りねじ部材２５は円筒外周面に雄ねじを形成したもの
で、送りねじ部材２５の一端部（図示の下側端部）を弁
本体１０に固定している。スリーブ１８の内周部には雌
ねじ１８ｅを直接形成して、この雌ねじ１８ｅと送りね
じ部材２５の雄ねじとをかみ合わせている。これによ
り、ロータ１７は回転しながら送りねじ部材２５に対し
て軸方向に移動する。

【００４２】すなわち、送りねじ部材２５とロータ１７
とのねじ結合部によりロータ１７の回転は軸方向（直線
方向）の変位に変換されるので、弁棒１５がロータ１７
とともに軸方向に直線運動（図１の上下方向に往復動）
する。これにより、弁体１４が絞り通路１３の開度を調
整できる。ここで、ロータ１７の回転量（回転角）は励
磁コイル２１、２２への入力パルス数（ステップ数）に
より決定されるので、このロータ１７の回転量により弁
体１４の軸方向変位量（絞り通路開度）を調整できる。

【００４３】ところで、弁体１４（弁棒１５）の駆動部
となるロータ１７の軸方向変位の両端位置を規制する２
つのストッパー機構、すなわち、弁体全閉側のロータ位
置を規制する第１ストッパー機構と、弁体全開側のロー
タ位置を規制する第２ストッパー機構とを備えている。

【００４４】第１ストッパー機構は、スリーブ１８の弁
体側の端部（図示下端部）に固定され弁本体１０側へ突
出するピン状のストッパー部材２６と、弁本体１０に固
定され、ストッパー部材２６側へ突出するピン状のスト
ッパー部材２７とにより構成される。一方、第２ストッ
パー機構は、スリーブ１８の反弁体側（図示上側）の端
面１８ｃとケース部材２３の半球状の端部（図示上端
部）２３ａとの間に配置した金属ばね材からなるコイル
ばね２８により構成される。

【００４５】このコイルばね２８は、ロータ１７（スリ
ーブ１８）による力が加わるときの弾性圧縮量を実質
上、零に近い微小量とし、一方、ケース部材２３の収縮
による力が加わるときの圧縮量をロータ１７による力が
加わるときに比してはるかに大きくする特性のものであ
る。この特性を満足するために、コイルばね２８のばね
定数（＝荷重／弾性変形量）は、ケース部材２３の弁棒
軸方向におけるばね定数より十分小さくしてある。な
お、ロータ１７による力とは、励磁コイル２４への印加
電圧が通常の使用電圧であるときに、励磁コイル２４の
電磁力と永久磁石１９とにより発生し得る力である。

【００４６】図１は、弁体１４の全閉状態を示してお
り、コイルばね２８の自由長Ｌ１は、弁体１４の全閉状
態におけるスリーブ１８の端面１８ｃと、ケース部材２
３の上端部２３ａの天井部との間隔Ｌ２より小さくして
ある。そのため、図１ではコイルばね２８の上端部とケ
ース部材２３の上端部２３ａの天井部との間に所定の隙
間が存在する。

【００４７】そして、弁体１４が設計上の全開状態以上
となる位置までロータ１７が全開方向（図１の上側方
向）に移動したときに、少なくとも、ロータ１７の磁石
１９がケース部材２３に接触する前に、コイルばね２８
の上端部がケース部材２３の上端部２３ａの天井部に接
触するようになっている。コイルばね２８の下端部を弁
棒１５のカラー２０の回りに圧入することにより、コイ
ルばね２８をカラー２０部に保持できる。

【００４８】次に、図２は第１実施形態による流体制御
弁を電気膨張弁として適用した冷凍サイクル装置Ｒを示
すもので、冷媒としてＣＯ₂ （２酸化炭素）を用いた超
臨界冷凍サイクルからなるヒートポンプ装置として構成
されている。

【００４９】３０は冷媒を圧縮し、吐出する圧縮機、３
１は圧縮機３０からの吐出高圧冷媒の放熱を行う高圧側
熱交換器（放熱器）、３２は図１で説明した流体制御弁
からなる電気膨張弁で、高圧側熱交換器３１通過後の高
圧冷媒を所定の低圧圧力まで減圧するものである。

【００５０】この電気膨張弁３２は、その弁体駆動用の
ステップモータ１６の励磁コイル２４への入力パルス数
を制御装置３３により制御するようになっている。ここ
で、制御装置３３はマイクロコンピュータとその周辺回
路から構成されるもので、冷凍サイクル装置Ｒの高圧側
冷媒の状態に応じて電気膨張弁３２の開度を制御する。

【００５１】３４は低圧側熱交換器で、電気膨張弁３２
通過後の低圧冷媒をファン３５により送風される外気と
熱交換させて蒸発させる。３６はアキュームレータで、
低圧側熱交換器３４通過後の低圧冷媒の気液を分離して
ガス冷媒を圧縮機３０に吸入させる。

【００５２】高圧側熱交換器３１は、給湯器システムの
温水タンク３７から温水ポンプ３８により温水通路３９
を循環する温水と熱交換して温水を加熱する。

【００５３】次に、第１実施形態による流体制御弁の作
動を説明する。流体制御弁の開度制御に際して、実際の
弁開度を検出し、実際の弁開度が目標開度となるように
弁開度を制御することが考えられるが、このような制御
方式によると、実際の弁開度を把握するために、ポテン
ショメータ等の開度検出手段が必要となるので、開度検
出手段設置の分だけコストアップとなる。そこで、一般
には、次のように開度検出手段を設けない開度制御が採
用される。

【００５４】すなわち、電気制御弁の開度制御の実施前
に予め、ステップモータ１６の励磁コイル２４に、弁体
１４の全開位置から全閉位置までの変位に要する入力パ
ルス数以上の入力パルスを加えて、弁体１４を一旦全閉
状態に駆動して弁体１４の位置の初期化を行う。そし
て、この初期化した弁体１４の位置を全閉位置として制
御装置（ＥＣＵ）３３の記憶手段（メモリー）内に記憶
しておく。その後は、弁体１４の開度制御に際して、励
磁コイル２４へのその時々の入力パルス数をカウントす
ることにより、予め記憶されている弁体全閉位置からの
開度を推定している。

【００５５】上記の弁体全閉位置への初期化を行うとき
に、ロータ１７の下側への軸方向変位により弁体１４が
弁本体１０の弁座部１０ａに接触して、弁体１４が全閉
状態になると、これ以後、弁体１４および弁棒１５は閉
弁方向（図１０の下側方向）へ移動しない。

【００５６】しかし、弁体全閉位置への初期化時には弁
体全閉に必要な入力パルス数以上の入力パルスを加える
ので、ロータ１７が更に回転して下側への軸方向変位を
続行することになるが、ロータ１７の下側への軸方向変
位をばね２２が圧縮変形することにより吸収するので、
弁体１４が弁座部１０ａに必要以上に強く押し付けられ
ることを防止できる。

【００５７】そして、ばね２２が圧縮された後に、ロー
タ１７が更に回転して下側へ軸方向変位すると、ロータ
１７側のストッパー部材２６が弁本体１０側のストッパ
ー部材２７に回転方向から接触して、ロータ１７の回転
が阻止される。従って、これ以後、ロータ１７が下側へ
軸方向変位することがない。

【００５８】以上のように、第１ストッパー機構（２
６、２７）によりロータ１７の弁体全閉側の位置を規制
できるとともに、ロータ１７と弁棒１５との間にばね２
２を介在することにより、弁体１４が弁座部１０ａに強
く食い込んで弁体１４と弁座部１０ａとが固着する現
象、送りねじ部材２５のねじ結合部の過度な締め込みに
よる固着、弁座部１０ａの表面の損傷等の不具合を防止
できる。

【００５９】一方、第２ストッパー機構をなすコイルば
ね２８は、前述のようにＬ１＜Ｌ２の関係に設定してあ
るため、図１のように弁体１４が全閉状態にあるときお
よび弁体１４が設計上の全開状態以上となる位置まで
は、コイルばね２８の上端部がケース部材２３の上端部
２３ａの天井部に接触しない。

【００６０】しかし、次の理由から弁体１４が設計上の
全開状態以上となる位置まで全開側の方向へ変位するこ
とがあり、その場合には、コイルばね２８がロータ１７
の位置を所定位置に規制するストッパー作用を果たす。

【００６１】すなわち、弁体全閉状態への初期化操作を
した後における励磁コイル２４への入力パルス数に基づ
いて弁体位置を推定する方式の場合、励磁コイル２４の
発生する回転磁界に磁石１９を持つロータ１７の回転が
正規に追従しているときは、制御上問題が生じないが、
何らかの原因で励磁コイル２４側の回転磁界にロータ１
７側が追従しない状態が発生すると、制御上の弁開度
（制御装置３３が把握する弁開度）と実際の弁開度とに
ずれ（脱調）が発生する。

【００６２】この実際の弁開度のずれによって、弁体１
４が設計上の全開状態以上となる位置まで全開側の方向
へ変位する事態が発生するのであり、これにより、コイ
ルばね２８の上端部がケース部材２３の上端部２３ａの
天井部に接触して、ロータ１７の位置を所定位置に規制
するストッパー作用を果たす。

【００６３】このとき、コイルばね２８にはロータ１７
から開弁方向（圧縮方向）の力が加わるが、コイルばね
２８のばね定数をロータ１７からの力ではほとんど圧縮
変形を起こさないレベルに設定してあるので、コイルば
ね２８の圧縮変形量は僅少量である。従って、コイルば
ね２８の自由長Ｌ１により決まる所定位置にロータ１７
を保持できるので、ロータ１７の永久磁石１９がケース
部材２３に接触するという不具合を確実に回避できる。

【００６４】一方、図２に示す冷媒としてＣＯ₂ （２酸
化炭素）を用いた超臨界冷凍サイクルからなる冷凍サイ
クル装置（ヒートポンプ装置）Ｒにおいては、前述のよ
うにサイクル運転時におけるサイクル高圧圧力の上昇か
ら板状のケース部材２３が膨張変形を起こす。

【００６５】これに反し、サイクル停止時には高低圧の
均圧現象によりケース部材２３内外の圧力差が減少し
て、ケース部材２３が内側方向（コイルばね２８の圧縮
方向）に収縮を起こす。しかし、ケース部材２３の収縮
による力はロータ１７からの力に比較して十分大きいた
め、この収縮による力でコイルばね２８が十分大きな圧
縮変形を起こす。

【００６６】これにより、ケース部材２３の収縮による
力をコイルばね２８にて吸収することができ、その結
果、ロータ１７のスリーブ１８と送りねじ部材２５との
ねじ結合部（噛み合い面）にケース部材２３の収縮によ
る大きな力が加わることを防止できる。故に、コイルば
ね２８がケース部材２３に接触して、ロータ１７の位置
を所定位置に規制するストッパー作用を果たしている状
態で、冷凍サイクル装置Ｒが停止しても、上記ねじ結合
部（噛み合い面）の締め付け力を比較的小さい状態に維
持することができる。

【００６７】従って、次回のサイクル起動時に弁体開度
の初期化のために、弁体１４を全閉させる際に、ステッ
プモータ１６の励磁コイル２４の回転磁界による回転力
にて、上記ねじ結合部（噛み合い面）の締め付け状態か
ら十分脱出でき、ロータ１７を弁体１４の全閉方向に変
位させることができる。

【００６８】（第２実施形態）図３は第２実施形態であ
り、第１実施形態に対して、永久磁石１９の固定構造お
よび第２ストッパー機構を変更している。

【００６９】まず、永久磁石１９の固定構造を説明する
と、スリーブ１８の弁体側の端部にリング状の突出部１
８ｆ（図１参照）を形成し、スリーブ１８の反弁体側の
端部に溝部１８ｇを形成する。そして、突出部１８ｆ上
に永久磁石１９の一端部を接触させ、永久磁石１９の他
端部側に金属ばね材からなるリング板状の皿ばね４０を
配置する。さらに、スリーブ１８の溝部１８ｇ内にＣ状
の止め輪４１を挿入して皿ばね４０を永久磁石１９の押
圧方向に圧縮変形させる。これにより、皿ばね４０のば
ね力により永久磁石１９をスリーブ１８の外周側に弾性
的に固定できる。

【００７０】そして、金属又は樹脂製の剛体である円筒
状のストッパー部材４２を止め輪４１上に配置してい
る。このストッパー部材４２の高さＬ３は、第１実施形
態のコイルばね２８の自由長Ｌ１と同様の考え方で決め
てあり、弁体１４が設計上の全開状態以上となる位置ま
で全開側の方向へ変位した場合のみに、ストッパー部材
４２がケース部材２３に接触するように高さＬ３を決め
ている。

【００７１】従って、弁体１４が設計上の全開状態以上
となる位置まで全開側の方向へ変位していない場合は図
３（ａ）のごとくストッパー部材４２がケース部材２３
から離れた状態を維持する。この場合、ストッパー部材
４２はスリーブ１８の反弁体側の端面１８ｃの外周部に
僅小な圧入力で保持されるようになっている。

【００７２】そして、皿ばね４０のばね常数も、コイル
ばね２８と同様に、ロータ１７（スリーブ１８）による
力が加わるときの弾性圧縮量を実質上、零に近い微小量
とし、一方、ケース部材２３の収縮による力が加わると
きの弾性圧縮量をロータ１７による力が加わるときに比
してはるかに大きくするように設定する。

【００７３】従って、第２実施形態によると、ロータ１
７による力でストッパー部材４２がケース部材２３に接
触するときには、皿ばね４０の弾性圧縮量が零に近い微
小量となって、ストッパー部材４２によりロータ１７の
位置を所定位置に確実に規制できる。

【００７４】一方、サイクル停止時に、ケース部材２３
の収縮による力がストッパー部材４２を経て皿ばね４０
に加わるときは図３（ｂ）のように皿ばね４０の弾性圧
縮量が増加して、ケース部材収縮による力を吸収でき、
第１実施形態と同様の作用効果を発揮できる。

【００７５】（第３実施形態）図４は第３実施形態であ
り、第２実施形態に対して、ストッパー部材４２の形
状、材質を変更して、ストッパー部材４２自身にケース
部材２３の収縮による力を吸収するばね特性を持たせる
ものである。

【００７６】第３実施形態では、ストッパー部材４２を
金属ばね材によりリング状の支持板部４２ａと、この支
持板部４２ａから立ち上がる細長板状の屈曲形状のスト
ッパー片４２ｂとを一体に形成している。支持板部４２
ａは弁棒１５のカラー２０とスリーブ１８の反弁体側の
端面１８ｃとの間に挟み込んで支持される。

【００７７】また、ストッパー片４２ｂの高さＬ４は、
第１実施形態のコイルばね２８の自由長Ｌ１、第２実施
形態のストッパー部材４２の高さＬ３と同様の考え方で
決めてある。従って、弁体１４が設計上の全開状態以上
となる位置まで全開側の方向へ変位していない場合は図
４（ａ）のごとくストッパー片４２ｂがケース部材２３
から離れた状態を維持する。

【００７８】そして、ストッパー片４２ｂの屈曲形状に
よるばね定数も、ロータ１７（スリーブ１８）による力
が加わるときの弾性圧縮量を実質上、零に近い微小量と
し、一方、ケース部材２３の収縮による力が加わるとき
（図４（ｂ）参照）の弾性圧縮量をロータ１７による力
が加わるときに比してはるかに大きくするように設定す
る。

【００７９】これにより、第３実施形態においても、第
１、第２実施形態と同様に、ケース部材２３の収縮によ
る力を吸収できるストッパー機構を構成できる。

【００８０】（他の実施形態）なお、上記の各実施形態
はいずれも金属ばね材のばね特性により、ケース部材２
３の収縮による力を吸収できるストッパー機構を構成し
ているが、ゴムのような弾性材をストッパー部材に適用
して、上記の各実施形態と同様な作用効果を発揮するス
トッパー機構を構成することができる。

【００８１】また、上記の各実施形態では上記ストッパ
ー機構をスリーブ１８に設けているが、上記ストッパー
機構をケース部材２３に設けてもよい。

【００８２】また、上記の各実施形態はいずれも弁体１
４の全開側の位置規制を行う第２ストッパー機構に、ケ
ース部材２３の収縮による力を吸収できる機構を設定し
ているが、弁体１４の全閉側の位置規制を行う第１スト
ッパー機構にケース部材２３の収縮による力が加わる場
合には、この第１ストッパー機構に本発明の考え方を適
用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の流体制御弁を示す縦断
面図である。

【図２】第１実施形態の流体制御弁を適用した冷凍サイ
クル図である。

【図３】第２実施形態の流体制御弁を示す要部の縦断面
図である。

【図４】第３実施形態の流体制御弁を示す要部の縦断面
図である。

【図５】従来の流体制御弁を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１１…冷媒入口、１２…冷媒出口、１３…絞り通路、１
４…弁体、１５…弁棒、１６…ステップモータ、１７…
ロータ（駆動部）、２３…ケース部材、２８…コイルば
ね（ストッパー部材）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体通路（１１〜１３）を開閉する弁体
（１４）と、前記弁体（１４）を駆動する駆動部（１
７）と、前記駆動部（１７）を収納するとともに、前記
流体通路（１１〜１３）の圧力が作用するケース部材
（２３）とを備え、前記ケース部材（２３）はその内外の圧力差により変形
可能であり、前記駆動部（１７）と前記ケース部材（２３）との間に
前記駆動部（１７）の移動を所定位置に規制するストッ
パー機構（２８、４０、４１、４２）を配置し、前記ストッパー機構は、前記駆動部（１７）による力が
加わるときの弾性変形量に比較して前記ケース部材（２
３）の収縮による力が加わるときの弾性変形量を大きく
する弾性材を包含していることを特徴とする流体制御
弁。
【請求項２】前記ストッパー機構は、前記両変形量を
満足するばね定数のコイルばね（２８）を包含している
ことを特徴とする請求項１に記載の流体制御弁。
【請求項３】前記ストッパー機構は、前記両変形量を
満足するばね定数の皿ばね（４０）を包含していること
を特徴とする請求項１に記載の流体制御弁。
【請求項４】前記ストッパー機構は、前記両変形量を
満足するばね定数の屈曲形状からなるストッパー片（４
２ｂ）を包含していることを特徴とする請求項１に記載
の流体制御弁。
【請求項５】前記ストッパー機構は、前記弁体（１
４）の全開側における前記駆動部（１７）の位置を規制
するものであることを特徴とする請求項１ないし４のい
ずれか１つに記載の流体制御弁。
【請求項６】前記弁体（１４）は弁棒（１５）と一体
に構成されており、前記駆動部（１７）の回転がねじ手段（２５）とのかみ
合いにより直線運動に変換され、前記直線運動により前
記弁棒（１５）が軸方向に移動するようになっているこ
とを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載
の流体制御弁。
【請求項７】冷媒としてＣＯ₂ を用いた超臨界冷凍サ
イクルにおける減圧装置として用いることを特徴とする
請求項１ないし６のいずれか１つに記載の流体制御弁。