JP2005180592A - バルブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 弁体を動作させて各種流体の流路の開閉を行うバルブ装置において、簡易な構成で弁体駆動手段を構成するモータ駆動部の必要トルクの変動、増加を最小限に抑えて、安定した開閉制御が可能となる弁体開閉機構を提供すること。
【解決手段】 バルブ装置１は、流入パイプ２と流出パイプ３とが接続された本体ケース４と、流出パイプ３へ連通する流出開口部４２ｂを開閉するため本体ケース４の内側に配置された弁体５と、モータ駆動部６を有して弁体５を開閉駆動する弁体駆動手段８とを備える。弁体５は、弁体駆動手段８との間に構成された磁気駆動手段により流出開口部４２ｂの開閉を行うように構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、弁体を動作させて各種流体の流路の開閉を行うバルブ装置に関するものである。さらに詳しくは、バルブ装置の弁体開閉機構に関するものである。

冷蔵庫や空調機の冷媒等の各種流体の流路を開閉して、流路に通じる室等の温度制御を行うバルブ装置として、流体を流入させる流入パイプと流体を流出させる流出パイプとが接続され、流入パイプから流入した流体を流出パイプへ導く流体流路が内部に形成された本体ケースと、流出パイプへ連通する本体ケースの流出開口部を開閉するため本体ケースの内側に配置された弁体と、モータ駆動部を有して弁体を開閉駆動する弁体駆動手段とを備えたバルブ装置が知られている。

この種のバルブ装置においては、ギアを介したモータ駆動部の回転トルクを利用して、所定の摺動面を有するディスク状の弁体を、流出開口部が設けられた本体ケース（弁座プレート）上で摺接させながら回転駆動させる弁体駆動手段により、本体ケースに設けられた流出開口部の開閉を行ういわゆるディスクタイプの弁体開閉機構が用いられている（例えば、特許文献１参照）。また、流出開口部上に圧接された球状の弁体を、モータ駆動される回転部材に設けられたカムによって移動させる弁体駆動手段により、流出開口部の開閉を行ういわゆるボールタイプの弁体開閉機構も用いられている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−２１２５４号公報 特開２００２−３４９７４１号公報

しかしながら、ディスクタイプの弁体開閉機構においては、一般にディスク状の弁体が樹脂で形成されるとともに弁座プレートがステンレス鋼等の金属で形成され、弁体と弁座プレートの間に摺動面が構成されている。そのため、摺動面の面粗度や平面度等の影響で弁体と弁座プレートとの摺動抵抗が変動し、起動時、開閉動作時のモータ駆動部の必要トルクが変動してしまう。また、摺動面の経年変化により摺動抵抗が増加し、起動時、開閉動作時のモータ駆動部の必要トルクが増加してしまう。従って、安定した弁体の開閉制御が困難になる。

また、ボールタイプの弁体開閉機構においては、球状の弁体が流体の圧力により流出開口部に圧接されているため、カムが弁体に接触して弁体を移動させる際には、流体の圧力に抗するだけの回転トルクがモータ駆動部に要求される。そのため、流体の圧力が変動するとカムと弁体との接触抵抗が変動しモータ駆動部の必要トルクが変動してしまう。特に流体圧が高いとモータ駆動部の必要トルクが増加してしまい、大きな回転トルクを有するモータ駆動部を使用しないと安定した弁体の開閉制御が困難となる。

そこで、本発明の課題は、弁体を動作させて各種流体の流路の開閉を行うバルブ装置において、簡易な構成により、モータ駆動部の必要トルクの変動を抑え、弁体の安定した開閉動作を実現可能な構成を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明では、流体を流入させる流入パイプと流体を流出させる流出パイプとが接続され、前記流入パイプから流入した流体を前記流出パイプへ導く流体流路が内部に形成された本体ケースと、前記流出パイプへ連通する前記本体ケースの流出開口部を開閉するため前記本体ケースの内側に配置された弁体と、前記弁体を開閉駆動するためのモータ駆動部を備えた弁体駆動手段とを有するバルブ装置において、前記弁体駆動手段は、永久磁石同士が発生させる磁気的な吸引力および反発力のうちの少なくとも一方を利用して前記弁体を開方向および閉方向のうちの少なくとも一方に変位する方向の付勢力を発生させる磁気駆動手段を備えていることを特徴とする。

本発明では、磁気駆動手段により弁体に開方向あるいは閉方向の付勢力を作用させるため、弁体と弁体駆動手段のモータ駆動部との機構的な接続を絶った状態で弁体に流出開口部の開閉を行わせることができる。そのため、弁体に加わる摺動抵抗や流体圧などの負荷が変動した場合でも、モータ駆動部における必要トルクが一定である。それ故、過大なトルクを発生させるモータ駆動部を用いなくても、安定した弁体の開閉制御が可能である。

本発明において、前記弁体駆動手段は、前記磁気駆動手段で発生する力を吸引力と反発力とに切り替えることにより前記付勢力の方向を反転させて、前記弁体に対する開方向への駆動、および前記弁体に対する閉方向への駆動を行うことが好ましい。

本発明において、前記弁体駆動手段は、例えば、前記弁体に対向する回転部材を備え、前記磁気駆動手段は、前記永久磁石として、前記回転部材側の異なる角度位置にＮ極およびＳ極を備えた回転側磁石部と、前記弁体側の弁体側磁石部とから構成され、前記磁気駆動手段は、前記回転部材の回転により前記回転側磁石部と前記弁体側磁石部との間に生じる力を吸引力と反発力とに切り替えることにより、前記弁体の開方向への駆動、および前記弁体の閉方向への駆動を行う。このように構成すると、弁体と回転部材との間で機構的な接続を絶った状態で、弁体に開方向および閉方向の変位を行わせることができる。そのため、弁体に加わる摺動抵抗や流体圧などの負荷が変動した場合でも、モータ駆動部における必要トルクが一定である。それ故、過大なトルクを発生させるモータ駆動部を用いなくても、安定した弁体の開閉制御が可能である。

本発明において、前記弁体は、前記流出開口部から浮き上がる開方向、および前記流出開口部を塞ぐ閉方向に変位可能に配置されていることが好ましい。このように構成すると、弁体は、摺動せずに流体開口部の開閉を行うため、摺動面の面粗度、平面度、経時劣化等の影響を受けることがない。従って、安定した弁体の開閉制御が可能になる。また、回転部材と弁体は磁気的に結合するが、機構的には分離しているので、弁体に大きな流体圧が加わっているときでも、モータ駆動部の必要トルクへの影響を抑制することができる。

本発明において、前記弁体駆動手段は、前記回転側磁石部と前記弁体側磁石部との反発力で前記弁体を閉方向に駆動し、前記回転側磁石部と前記弁体側磁石部との吸引力で前記弁体を開方向に駆動することが好ましい。

本発明において、前記回転部材は、少なくとも閉状態にある前記弁体に係合して当該弁体が開位置に向けて変位する契機をつくるカムを備えていることが好ましい。このように構成すると、流体圧が高い場合でも、弁体の開動作を円滑に行うことができる。また、カムは弁体に開動作の契機を与えるにすぎないことから、カムによるモータ駆動部の必要トルクへの影響はほとんど無視することができる。

本発明において、前記流出開口部が形成された前記本体ケースの開口面と前記弁体との間には弾性部材からなるシール部材が配置されていることが好ましい。

本発明では、磁気駆動手段により弁体に開方向あるいは閉方向の付勢力を作用させるため、弁体と弁体駆動手段のモータ駆動部との機構的な接続を絶った状態で弁体に流出開口部の開閉を行わせることができる。そのため、弁体に加わる摺動抵抗や流体圧などの負荷が変動した場合でも、モータ駆動部における必要トルクが一定である。それ故、過大なトルクを発生させるモータ駆動部を用いなくても、安定した弁体の開閉制御が可能である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

［全体構成］
図１は、本発明の一実施形態に係るバルブ装置を示す縦断面図であり、弁体が開位置にある状態を示してある。図２は、図１に示すバルブ装置の主要部分の分解斜視図である。

本発明を適用したバルブ装置１は、例えば冷蔵庫の冷媒の流路を開閉して流路に通じる冷蔵室等の温度制御を行うものであり、冷媒を流入させる１本の流入パイプ２と冷媒を流出させる２本の流出パイプ３とが接続され、流入パイプ２から流入した冷媒を流出パイプ３へ導く流体流路４３が内部に形成された本体ケース４と、流出パイプ３へ連通する本体ケース４の流出開口部４２ｂを開閉するため本体ケース４の内側に配置された弁体５と、弁体５を開閉駆動するためのモータ駆動部６を備えた弁体駆動手段８とを備えている。また、本体ケース４の内部には、流出開口部４２ｂに対応する位置に弁体５を保持するとともに弁体５を開閉方向に案内する保持部材９と、本体ケース４の内部から流出パイプ３への冷媒の流出を防止するために、流出開口部４２ｂが形成された本体ケース４の開口面４２ａと弁体５との間に配置された弾性部材からなるシール部材１０が設けられている。尚、本形態においては、流入パイプ２が１本であり、流出パイプ３が２本であるが、各パイプの数はこれに限定されるものではない。

本体ケース４は、ステンレス鋼板をプレス絞り加工して形成した略カップ状の第１ケース部材４１と第２ケース部材４２とから構成されている。第１ケース部材４１と第２ケース部材４２とは連結部４ａにおいて、それぞれに設けられたフランジ部が突き合わされた状態でＴＩＧ（タングステンイナートガス）溶接により密着状態で連結されており、その内部に流体流路４３となる冷媒収納空間が形成されている。

第１ケース部材４１は、底面側に形成された小径部４１ａと、開口側に小径部４１ａより大径に形成された大径部４１ｂとを備え、小径部４１ａと大径部４１ｂとの間には段部４１ｃが形成されている。また、底面部分には弁体駆動手段８を構成するシャフト１４を支持する凹部４１ｄが形成されている。

第２ケース部材４２は、その底面部分が開口面４２ａとなっている略カップ形状を有している。開口面４２ａには、流出パイプ３へ連通する流出開口部４２ｂと、流入パイプ２へ連通する流入開口部４２ｃと、シール部材１０を位置決めする位置決めピン４２ｄと、弁体駆動手段８を構成するシャフト１４の取付孔４２ｅとが形成されている（図２参照）。本形態において、流出開口部４２ｂは２箇所に形成され、流入開口部４２ｃは１箇所に形成されている。流出開口部４２ｂには、第２ケース部材４２の裏面に向かって延在して流出パイプ３が外挿される筒状部４２ｆが形成されている（図１参照）。また、流入開口部４２ｃには第２ケース部材４２の裏面に向かって延在して流入パイプ２が内挿される筒状部４２ｇが形成されている（図１参照）。

弁体駆動手段８は、モータ駆動部６と、回転部材１２と、シャフト１４とを備えている。モータ駆動部６はステッピングモータを構成しており、第１ケース部材４１の小径部４１ａの外周面に嵌め込まれたステータ部１７と、小径部４１ａの内周側に回転自在に配置されたロータ部１８とから構成される。ステータ部１７は、コア１９、コイルボビン２０、およびコイルボビン２０に巻回されたコイル２１からなるステータ組を２段に重ねて構成されており、図示を省略するホルダーに固定されている。ロータ部１８は、筒状のロータ磁石２２と、このロータ磁石２２をインサート成形によって保持する樹脂成形材料で形成された筒状の磁石保持部材２３とから構成されている。そして、ステータ部１７のコア１９とロータ部１８のロータ磁石２２とが第１ケース部材４１の小径部４１ａを介して対向配置されている。

ロータ部１８は、磁石保持部材２３の内周面がシャフト１４に挿通され、シャフト１４に対して回転自在になっている。また、ロータ部１８は、ステータ部１７に対向する所定の位置で回転するように、第１ケース部材４１の内部の底面側に配置された付勢部材１５により第２ケース部材４２側に常に付勢されている。シャフト１４は、一端が第１ケース部材４１の凹部４１ｄで支持され、他端が第２ケース部材４２の取付孔４２ｅで支持されている。

回転部材１２は、略円筒形状に形成され、その一端側が磁石保持部材２３に固定されるとともに、その軸孔にシャフト１４に挿通され、ロータ部１８と一体でシャフト１４に対して回転自在となっている。また、回転部材１２は、磁石保持部材２３を介して付勢部材１５により第２ケース部材４２側に付勢されており、磁石保持部材２３に固定された一端側に対する他端側が座金１６を介して第２ケース部材４２の開口面４２ａに当接している。回転部材１２の詳細な構成については後述する。

保持部材９は、樹脂成形材料により、円筒形状の筒部９ａと、円盤形状の中間底部９ｂとを有する縦断面略Ｈ形状に形成されている。筒部９ａには外側に延びる位置決め用の鍔部９ｃが複数形成されており、鍔部９ｃの先端が第１ケース部材４１の大径部４１ｂの内周面あるいは第２ケース部材４２の内周面に当接されることで保持部材９は径方向に位置決めされている。また、保持部材９は、筒部９ａの図示上端が第１ケース部材４１の段部４１ｃ圧接され、下端が第２ケース部材４２の開口面４２ａにシール部材１０を介して圧接されることで軸方向に位置決めされている。

中間底部９ｂには、流出開口部４２ｂに対応する位置の各々に弁体５を保持するとともに弁体５を開閉方向に案内する２つの弁体保持孔９ｄと、流入パイプ２の一端が固定される１つの固定孔９ｅと、シャフト１４に挿通された回転部材１２を挿通する挿通孔９ｆとが形成されている。固定孔９ｅの図示上面側の開口部周辺には、流入パイプ２からの冷媒の流入を円滑する流路を確保するため、段部９ｇが形成されている。また、中間底部９ｂの図示上面側には、回転部材１２の回転方向の基準位置を決める凸状の位置決め部９ｈが形成されている。

シール部材１０は、ゴム材料や樹脂材料等の弾性部材により円盤状に形成されている。本実施形態におけるシール部材１０は、冷媒に対する耐薬品性を考慮して水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）等から形成されている。シール部材１０には、第２ケース部材４２の流出開口部４２ｂに対応する位置に設けられた２つの流出開口孔１０ａと、流入開口部４２ｃに対応する位置に設けられた１つの流入開口孔１０ｂと、位置決めピン４２ｄが挿通される位置決め孔１０ｃと、シャフト１４に挿通された回転部材１２を挿通する挿通孔１０ｄとが形成され、２つの流出開口孔１０ａは、いずれもシール部材１０によって周りを囲まれた状態にある。また、シール部材１０は、外端縁部分が筒部９ａの下端と開口面４２ａとにより押圧されることで、流出開口孔１０ａからのみ冷媒が流出するように構成されている（図１参照）。

［弁体駆動手段８の磁気駆動手段およびカムの構成］
図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ図１に示すバルブ装置の回転部材を示す縦断面図、Ｘ−Ｘ断面を示す断面図、及び矢視Ｙ方向から見た部分側面図である。

本形態において、弁体駆動手段８は、以下に説明する磁気駆動手段とカムとを備えている。まず、回転部材１２は、樹脂成形材料から形成されるとともに、径方向に張り出して弁体５の開閉方向で弁体５と対向する張出部１２ａを備えている。また、回転部材１２において、張出部１２ａの図示下方位置には、閉状態にある弁体５と接触して弁体５に開動作の契機を与えるカム１２ｂが形成されている。ここで、回転部材１２は、その軸線周りに回転によって、張出部１２ａが中間底部９ｂより上側における保持部材９の内周側で回転し、カム１２ｂが中間底部９ｂより下側における保持部材９の内周側で回転するように構成されている。

張出部１２ａには磁石保持孔１２ｃが形成されており、本形態において、磁石保持孔１２ｃは円周方向に沿ってほぼ等角度で４箇所に形成されている。また、張出部１２ａには、保持部材９に形成された位置決め部９ｈに突き当たって、回転部材１２の回転方向の基準位置を決める度当り用の位置決め突起１２ｄが円周方向外方に張り出すように形成されている。

カム１２ｂは、所定の角度範囲において回転部材１２の径方向外側に張り出す鍔状に形成されており、平坦面１２ｆと、平坦面１２ｆの周方向における両側で所定の傾斜角度を備えた傾斜面１２ｅとから構成されている。カム１２ｂは円周方向に約１８０°の角度範囲にわたって形成されている。

磁石保持孔１２ｃには、円柱形状の回転側磁石２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄが嵌め込み固定されており、これらの回転側磁石２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄによって、張出部１２ａには、図示下方の面、即ち、弁体５との対向面に、周方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に配置された回転側磁石部が構成されている。本形態では、回転側磁石２５ａ、２５ｂは、図示下方側すなわち弁体５側がＮ極に着磁されているのに対して、回転側磁石２５ｃ、２５ｄは、図示下方側すなわち弁体５側がＳ極に着磁されている。

弁体５は、樹脂成形材料により有底円筒形状に形成されており、鍔部５ａを備えている。弁体５は、流出開口部４２ｂに対応する位置で、中間底部９ｂより下側における保持部材９の内周側に２個配置され、保持部材９の弁体保持孔９ｄに沿って図示上下方向に直線的に変位可能となっている。本形態では、２個の弁体５は、シャフト１４を中心に互いに９０°をなすように配置されている。弁体５の内側には張出部１２ａとの対向面に単極を有する円柱形状の弁体側磁石２６ａ、２６ｂが嵌め込み固定されており、これらの弁体側磁石２６ａ、２６ｂによって、弁体側磁石部が構成されている。本形態においては、２つの弁体側磁石２６ａ、２６ｂはいずれも、張出部１２ａとの対向面側がともにＳ極に着磁されている。

このようにして、本形態では、回転部材１２の側に配置された回転側磁石２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄと、弁体５の側に配置された弁体側磁石２６ａ、２６ｂとによって、永久磁石同士が発生させる磁気的な吸引力および反発力で弁体５を開方向および閉方向に変位する方向の付勢力を発生させる磁気駆動手段が構成されている。

［弁体の開閉動作］
図４は、図１に示すバルブ装置の、弁体が閉位置にあるときの状態を示す縦断面図である。図５は、回転部材の回転に伴う２つの弁体の開閉状態を模式的に示した弁体の開閉動作説明図であり、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）はそれぞれ回転部材が原点位置から０ステップ、４ステップ、２８ステップ、５２ステップ、７６ステップ、８７ステップ回転したときの２つの弁体の開閉状態を模式的に示した弁体の開閉動作説明図である。図６は、回転部材の回転に伴う２つの弁体の開閉状態を示すタイミングチャートである。

本形態におけるバルブ装置１では、２つの弁体５が各々、流出開口部４２ｂから浮き上がるように軸方向に沿って直線的に上下動することで流出開口部４２ｂの開閉が行われる。すなわち、弁体５の鍔部５ａの図示上面と保持部材９の中間底部９ｂの図示下面とが当接する位置が開位置となる（図１参照）。このとき、カム１２ｂの平坦面１２ｆと鍔部５ａとが軸方向において重なる状態となるが、図１に示すように鍔部５ａの図示下面と平坦面１２ｆとの間には軸方向に隙間が確保されており、鍔部５ａの図示下面と平坦面１２ｆとは非接触の状態になっている。

また、弁体５の図示下端面とシール部材１０とが当接する位置が閉位置となる（図４参照）。弁体５の開閉動作は、回転側磁石部を構成する回転側磁石２５ａ〜２５ｄと弁体側磁石部を構成する弁体側磁石２６ａまたは２６ｂとの間に生じる磁気的な吸引力と反発力とが回転部材１８の回転で切り替わることにより、弁体５が開位置と閉位置との間を軸方向に略直線的に移動することで行われる。また、回転部材１８に設けられたカム１２ｂの傾斜面１２ｅおよび平坦面１２ｆが、閉状態にある弁体５の鍔部５ａと接触して弁体５に開動作の契機を与える。

以下、図５及び図６を用いて具体的に弁体５の開閉動作を説明する。本形態においては、ステッピングモータを構成するモータ駆動部６により、回転部材１２は８７ステップで１回転をして弁体５の開閉動作を制御する。尚、説明の便宜のため、図５においては位置決め部９ｈに対して反時計周りの方向９０°の位置に配置された弁体５を第１の弁体５１、反時計周りの方向１８０°の位置に配置された弁体５を第２の弁体５２とし、各モードは以下に示す状態
「閉−閉モード」：第１の弁体５１が閉、第２の弁体５２が閉
「開−閉モード」：第１の弁体５１が開、第２の弁体５２が閉
「開−開モード」：第１の弁体５１が開、第２の弁体５２が開
「閉−開モード」：第１の弁体５１が閉、第２の弁体５２が開
に対応する。また、各磁石にかっこ書きしたＮ極とＳ極は各々、回転側磁石２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、および弁体側磁石２６ａ、２６ｂの互いに対向する側の面の磁極である。

（原点位置）
図５（Ａ）および図６に示すように、原点位置（０ステップ）においては、保持部材９の位置決め部９ｈに対して回転部材１２の位置決め突起１２ｄが時計周りの方向で当接しており、回転側磁石２５ａ（Ｎ極）と弁体側磁石２６ａ（Ｓ極）とが近接している。従って、回転側磁石２５ａと弁体側磁石２６ａとの間に磁気的な吸引力が発生し、第１の弁体５１の鍔部５ａと中間底部９ｂとが当接する開位置となって流出開口部４２ｂが開状態となっている（図１参照）。このとき、カム１２ｂの平坦面１２ｆと鍔部５ａとが軸方向において完全に重なる状態になるが、図１に示すように鍔部５ａの図示下面と平坦面１２ｆとの間には軸方向に隙間があり、鍔部５ａの図示下面と平坦面１２ｆとは非接触状態にある。以下においても同様に、弁体５１、５２が開状態にあるときは、鍔部５ａの図示下面と平坦面１２ｆとは非接触の状態になっている。

第２の弁体５２側では、回転側磁石２５ｄ（Ｓ極）と弁体側磁石２６ｂ（Ｓ極）とが近接している。従って、回転側磁石２５ｄと弁体側磁石２６ｂとの間に磁気的な反発力が発生し、弁体５２の図示下端面とシール部材１０とが当接する閉位置となって流出開口部４２ｂが閉状態となっている（図４参照）。尚、弁体５１または５２が閉位置にあるとき、冷媒によって弁体５１または５２には流出開口部４２ｂへ押し付ける方向の圧力が作用している。

（開−閉モード）
図５（Ｂ）および図６に示すように、回転部材１２が、原点位置から反時計周りの方向へ４ステップ分回転したときには、第１の弁体５１の側では、回転側磁石２５ａ（Ｎ極）と弁体側磁石２６ａ（Ｓ極）が軸方向で完全に重なり、両磁石間には磁気的な吸引力が発生しているため、第１の弁体５１側は開位置にある。

第２の弁体５２の側では、回転側磁石２５ｄ（Ｓ極）と弁体側磁石２６ｂ（Ｓ極）が軸方向で完全に重なり、両磁石間には磁気的な反発力が発生しているため、第２の弁体５２は閉位置となる。

（開−閉モードから開−開モードへの移行）
図６において、回転部材１２が、原点位置から反時計周りの方向へ１９ステップ分回転したとき、第１の弁体５１の側では、回転側磁石２５ｂ（Ｎ極）と弁体側磁石２６ａ（Ｓ極）が近接し、磁気的な吸引力が発生する。従って、引き続き、第１の弁体５１は開状態となる。

第２の弁体５２側では、回転側磁石２５ａ（Ｎ極）と弁体側磁石２６ｂ（Ｓ極）が近接し、磁気的な吸引力が発生する。従って、回転側磁石２５ａと弁体側磁石２６ｂとの間の磁気的な吸引力により、弁体５２の鍔部５ａと中間底部９ｂとが当接する開位置に弁体５２が略直線的に移動する開動作をして流出開口部４２ｂが開状態となる。その際には、カム１２ｂの傾斜面１２ｅが、弁体５２の鍔部５ａと接触して弁体５２に対して図示上方向の力を付与して弁体５２をわずかに浮き上がらせて開動作の契機を与える。但し、第２の弁体５２は、回転側磁石２５ａと弁体側磁石２６ｂとは磁気的な吸引力によって開位置に移動するため、回転部材１２が更に回転を続けても傾斜面１２ｅと鍔部５ａとが摺接することはない。

（開−開モード）
図５（Ｃ）および図６に示すように、回転部材１２が、原点位置から反時計周りの方向へ２８ステップ分回転したときには、第１の弁体５１の側では、回転側磁石２５ｂ（Ｎ極）と弁体側磁石２６ａ（Ｓ極）が軸方向で完全に重なり、両磁石間には磁気的な吸引力が発生しているため、弁体５１側は開状態となる。

第２の弁体５２の側では、回転側磁石２５ａと弁体側磁石２６ｂとの中心が軸方向で完全に重なり、両磁石間には磁気的な吸引力が発生しているため、弁体５２側は開状態となる。

（開−開モードから閉−開モードへの移行）
図６において、回転部材１２が、原点位置から反時計周りの方向へ３７ステップ分回転したとき、第１の弁体５１側では、回転側磁石２５ｃ（Ｓ極）と弁体側磁石２６ａ（Ｓ極）が近接し、磁気的な反発力が発生する。従って、弁体５１の図示下端面とシール部材１０とが当接する閉位置に弁体５１が略直線的に移動する閉動作が行われ、流出開口部４２ｂが閉状態となる。その際、カム１２ｂと鍔部５ａとは軸方向で重ならないように構成されているため、カム１２ｂが弁体５１の閉動作の妨げとなることはない。

第２の弁体５２側では、回転側磁石２５ｂ（Ｎ極）と弁体側磁石２６ｂ（Ｓ極）が近接し、磁気的な吸引力が発生する。従って、引き続き、弁体５２側は開状態となる。

（閉−開モード）
図５（Ｄ）および図６に示すように、回転部材１２が原点位置から反時計周りの方向へ５２ステップ分回転したときには、第１の弁体５１の側では、回転側磁石２５ｃ（Ｓ極）と弁体側磁石２６ａ（Ｓ極）が軸方向で完全に重なり、両磁石間には磁気的な反発力が発生しているため、弁体５１側は閉状態となる。

第２の弁体５２の側では、回転側磁石２５ｂ（Ｎ極）と弁体側磁石２６ｂ（Ｓ極）が軸方向で完全に重なり両磁石間には磁気的な吸引力が発生しているため、弁体５２側は開状態となる。

（閉−開モードから閉−閉モードへの移行）
図６において、回転部材１２が、原点位置から反時計周りの方向へ６１ステップ分回転したとき、第１の弁体５１側では、回転側磁石２５ｄ（Ｓ極）と弁体側磁石２６ａ（Ｓ極）が近接し、磁気的な反発力が発生する位置で対向する。従って、引き続き、弁体５１側は閉状態となる。

第２の弁体５２の側では、回転側磁石２５ｃ（Ｓ極）と弁体側磁石２６ｂ（Ｎ極）が近接し、磁気的な反発力により、弁体５２の図示下端面とシール部材１０とが当接する閉位置に弁体５２が略直線的に移動する閉動作が行われ、流出開口部４２ｂが閉状態となる。尚、この場合においても上記と同様に、カム１２ｂが弁体５２の閉動作の妨げとなることはない。

（閉−閉モード）
図５（Ｅ）および図６に示すように、回転部材１２が、原点位置から反時計周りの方向に７６ステップ分回転したときには、第１の弁体５１の側では、回転側磁石２５ｄ（Ｓ極）と弁体側磁石２６ａ（Ｓ極）が軸方向で完全に重なり、両磁石間には磁気的な反発力が発生しているため、弁体５１側は閉状態となる。

第２の弁体５２の側では、回転側磁石２５ｃ（Ｓ極）と弁体側磁石２６ｂ（Ｓ極）が軸方向で完全に重なり、両磁石間には磁気的な反発力が発生しているため、弁体５２側は閉状態となる。

（終点位置）
図５（Ｆ）および図６に示すように、回転部材１２が、原点位置から反時計周りの方向に８７ステップ分回転したとき、すなわち、回転部材１２が1回転し終えときにも第１の弁体５１、及び第２の弁体５２の側では閉状態となる。

（反転動作）
また、この状態から回転部材１２が時計周りの方向に回転したときは、上記と反対に弁体５１閉・弁体５２閉（閉−閉モード）→弁体５１閉・弁体５２開（閉−開モード）→弁体５１開・弁体５２開（開−開モード）→弁体５１開・弁体５２閉（開−閉モード）の流れで弁体５１、５２の開閉動作が行われる。また、回転部材１２は、途中位置で反転した場合も、モードの切り替えが可逆的に行われる。

（本実施形態の効果）
以上説明したように、本形態におけるバルブ装置１では、弁体駆動手段８に構成された磁気駆動手段、すなわち、回転側磁石部を構成する回転側磁石２５ａ〜２５ｄと弁体側磁石部を構成する弁体側磁石２６ａ、２６ｂとにより、流出開口部４２ｂの開閉を行っている。そのため、弁体５と、回転部材１２やモータ駆動部６とを非接触の状態に保ちつつ弁体５の開閉動作ができる。その結果、従来のバルブ開閉装置で生じていた弁体の摺動抵抗あるいは弁体と弁体駆動手段との接触抵抗の変動といったモータ駆動部６の必要トルクの変動要因を排除することができ、弁体５の開閉動作に伴うモータ駆動部６の必要トルクの変動を抑制することができる。

特に本形態では、弁体駆動手段８は、径方向に張り出して弁体５の開閉方向で弁体５と対向する張出部１２ａを有する回転部材１２を備えるとともに、張出部１２ａは、弁体５との対向面に２つのＮ極と２つのＳ極との４極を有する回転側磁石部（回転側磁石２５ａ〜２５ｄ）を備えている。また、弁体５は、張出部１２ａとの対向面にＳ極を有する弁体側磁石部（弁体側磁石２６ａまたは２６ｂ）を備えている。さらに、弁体５は、回転側磁石部を構成する回転側磁石２５ａ〜２５ｄと弁体側磁石部を構成する弁体側磁石２６ａまたは２６ｂとの間に生じる磁気的な吸引力と反発力とが回転部材１８の回転で切り替わることにより、開位置と閉位置との間を略直線的に移動して流出開口部４２ｂの開閉を行っている。そのため、弁体５の開閉動作にモータ駆動部６の回転トルクが直接利用されなくなる。従って、弁体５の開閉動作に伴うモータ駆動部６の必要トルクへの影響を抑制することができ、安定した弁体５の開閉制御が可能になる。

また、本形態では、弁体５は、回転側磁石部を構成する回転側磁石２５ａ〜２５ｄと弁体側磁石部を構成する弁体側磁石２６ａまたは２６ｂとの反発力で流出開口部４２ｂを閉状態にするとともに回転側磁石部と弁体側磁石部との吸引力で流体開口部４２ｂを開状態にしている。そのため、回転部材１２に設けられた回転側磁石部と弁体５に設けられた弁体側磁石部を対向配置するという簡易な構成で、上述の効果を有しながら弁体５の開閉動作を行うことができる。

ここで、弁体５が閉位置にあるとき、冷媒によって弁体５には流出開口部４２ｂへ押し付ける方向の圧力が作用している。そのため、回転側磁石２５ａ〜２５ｄと弁体側磁石２６ａまたは２６ｂとの間の磁気的な吸引力だけでは、開動作が確実に行われない可能性もある。しかるに本形態では、回転部材１２は、弁体５と接触して弁体５に開閉動作の契機を与えるカム１２ｂを備えている。すなわち、カム１２ｂの傾斜面１２ｅが、弁体５の鍔部５ａと接触して弁体５に対して図示上方向の力を付与して弁体５に開動作の契機を与える。そのため、弁体５の開閉動作を円滑に行うことができる。また、本形態では、開動作の契機を与えられた弁体５は、回転側磁石２５ａ〜２５ｄと弁体側磁石２６ａまたは２６ｂとの磁気的な吸引力によって開位置に移動するため、回転部材１２が更に回転を続けても傾斜面１２ｅと鍔部５ａとが摺接することはない。従って、カム５によるモータ駆動部６の必要トルクへの影響はほとんど無視することができる。

さらに、本形態では、流出開口部４２ｂが形成された第２ケース部材４２の開口面４２ａと弁体５との間には弾性部材からなる円盤状のシール部材１０が設けられている。そのため、弁体５が閉位置にあるときには、冷媒の圧力及び回転側磁石２５ａ〜２５ｄと弁体側磁石２６ａまたは２６ｂとの磁気的な反発力で弁体５とシール部材１０とが軸方向に圧接されるという簡易な構成で、本体ケース４内の気密性が確保される。従って、弁体５やシール部材１０の部品精度が不要となり、製品コストを下げることができる。特に本形態では、弁体５は軸方向に直線的に移動して開閉動作することから、弾性部材からなるシール部材１０を設けても、弁体５の開閉動作に伴うモータ駆動部６の必要トルクへの影響を排除することができる。

［他の実施の形態］
上述した形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形可能である。例えば、上述した形態では、張出部１２ａの磁石保持孔１２ｃに、円柱形状の回転側磁石２５ａ〜２５ｄが嵌め込まれて、回転側磁石部が構成されているが、図７に示すように円周方向に例えば２つのＮ極と２つのＳ極との４極を有するリング状磁石からなる回転側磁石２５を張出部１２ａに固定することで回転側磁石部を構成してもよい。また、回転側磁石部は、弁体５との対向面に少なくともＮ極とＳ極との２極を備えていればよく、弁体５の数量や配置位置によって回転側磁石部の極数を変更することは可能である。

また、上述した形態では、回転部材１２にはカム１２ｂが形成されていたが、冷媒の圧力との関係によっては、カム１２ｂを用いずに回転側磁石部と弁体側磁石部との吸引力のみで弁体５の開動作を行うこともできる。さらに、回転側磁石２５ａ〜２５ｄの配置やカム１２ｂの形状を変えることで、弁体５の開閉順序や、開閉時の原点位置からのステップ数は自由に設定することができる。

さらに、上記形態では、磁気駆動手段によって弁体５の開閉動作を行ったが、磁気駆動手段が発生する付勢力を弁体５の開閉動作の補助力として用いることにより、モータ駆動部６の必要トルクの変動を抑制するように構成してもよい。

また、上述した形態では、バルブ装置１を、冷蔵庫の冷媒の流路を開閉して流路に通じる冷蔵室等の温度制御を行うために用いたが、空調機等の他の機器に用いることも可能である。また、流体は冷媒には限定されず、種々の流体に対して本発明に係るバルブ装置を適用することができる。

本発明の一実施形態に係るバルブ装置を示す縦断面図である。 図１に示すバルブ装置の主要部分の分解斜視図である。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ図１に示すバルブ装置の回転部材を示す縦断面図、Ｘ−Ｘ断面を示す断面図及び矢視Ｙ方向から見た部分側面図である。 図１に示すバルブ装置の、弁体が閉位置にあるときの状態を示す縦断面図である。 図１に示すバルブ装置において、回転部材の回転に伴う２つの弁体の開閉状態を模式的に示した弁体の開閉動作説明図であり、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）はそれぞれ回転部材が原点位置から０ステップ、４ステップ、２８ステップ、５２ステップ、７６ステップ、８７ステップ回転したときの２つの弁体の開閉状態を模式的に示した弁体の開閉動作説明図である。 図１に示すバルブ装置において、回転部材の回転に伴う２つの弁体の開閉状態を示すタイミングチャートである。 図１に示すバルブ装置において、回転側磁石部の他の形態を示す平面図である。

符号の説明

１ バルブ装置
２ 流入パイプ
３ 流出パイプ
４ 本体ケース
５ 弁体
６ モータ駆動部
８ 弁体駆動手段
１０ シール部材
１２ 回転部材
１２ａ 張出部
１２ｂ カム
２５（２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ） 回転側磁石（回転側磁石部）
２６（２６ａ、２６ｂ） 弁体側磁石（弁体側磁石部）
４１ 第１ケース部材
４２ 第２ケース部材
４２ａ 開口面
４２ｂ 流出開口部
４３ 流体流路

Claims (7)

1. 流体を流入させる流入パイプと流体を流出させる流出パイプとが接続され、前記流入パイプから流入した流体を前記流出パイプへ導く流体流路が内部に形成された本体ケースと、前記流出パイプへ連通する前記本体ケースの流出開口部を開閉するため前記本体ケースの内側に配置された弁体と、前記弁体を開閉駆動するためのモータ駆動部を備えた弁体駆動手段とを有するバルブ装置において、
   前記弁体駆動手段は、永久磁石同士が発生させる磁気的な吸引力および反発力のうちの少なくとも一方を利用して前記弁体を開方向および閉方向のうちの少なくとも一方に変位する方向の付勢力を発生させる磁気駆動手段を備えていることを特徴とするバルブ装置。
2. 請求項１において、前記弁体駆動手段は、前記磁気駆動手段で発生する力を吸引力と反発力とに切り替えることにより前記付勢力の方向を反転させて、前記弁体に対する開方向への駆動、および前記弁体に対する閉方向への駆動を行うことを特徴とするバルブ装置。
3. 請求項２において、前記弁体駆動手段は、前記弁体に対向する回転部材を備え、
   前記磁気駆動手段は、前記永久磁石として、前記回転部材側の異なる角度位置にＮ極およびＳ極を備えた回転側磁石部と、前記弁体側の弁体側磁石部とから構成され、
   前記磁気駆動手段は、前記回転部材の回転により前記回転側磁石部と前記弁体側磁石部との間に生じる力を吸引力と反発力とに切り替えることにより、前記弁体の開方向への駆動、および前記弁体の閉方向への駆動を行うことを特徴とするバルブ装置。
4. 請求項３において、前記弁体は、前記流出開口部から浮き上がる開方向、および前記流出開口部を塞ぐ閉方向に変位可能に配置されていることを特徴とするバルブ装置。
5. 請求項４において、前記弁体駆動手段は、前記回転側磁石部と前記弁体側磁石部との反発力で前記弁体を閉方向に駆動し、前記回転側磁石部と前記弁体側磁石部との吸引力で前記弁体を開方向に駆動することを特徴とするバルブ装置。
6. 請求項４または５において、前記回転部材は、少なくとも閉状態にある前記弁体に係合して当該弁体が開位置に向けて変位する契機をつくるカムを備えていることを特徴とするバルブ装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかにおいて、前記流出開口部が形成された前記本体ケースの開口面と前記弁体との間には弾性部材からなるシール部材が配置されていることを特徴とするバルブ装置。

Images