JP2017180569A - 電動弁 - Google Patents

Abstract

【課題】最大流量の個体差が小さな電動弁を提供する。【解決手段】ロータの回転運動を、雄ネジ部材と雌ネジ部材とのネジ結合により直線運動に変換し、この直線運動に基づいて弁本体内に収容された弁体１７を軸方向に移動させるとともに、前記弁体の上方側に背圧室を設け、前記背圧室に弁ポート１６内の圧力を導入する電動弁であって、前記弁体との間に形成されるクリアランス８０の流量を決定する特性面３１を有する弁座を備え、前記弁体の下端外周縁と前記特性面との最短距離を結ぶ直線を側面に含み、前記弁体と前記弁座の間に形成される円錐台９２を仮定した場合において、前記弁ポートの最小流路面積Ｓａが、前記弁体の全開状態時の前記円錐台の前記側面の面積Ｓｔよりも小さく形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍サイクルなどに使用される電動弁に関する。

従来より、パッケージエアコンや冷凍機に用いられる流量制御弁が知られている（たとえば、特許文献１参照）。この流量制御弁においては、流量制御用として複数使用されていた電動弁を１つにまとめるなどの制御機器合理化等の背景から、大口径かつ高圧力差が生じた際にも良好な作動性を発揮できる性能が望まれるが、比較的大口径の流量制御は、マグネットのトルクにより発生するねじの推力に対し差圧によって発生する弁体への負荷が大きく、弁体を作動させるために大きな駆動力が必要となる。

そこで、かかる弁体の作動性を向上させるべく、以下に説明するような構造が採用されている。たとえば、図１０に示す流量制御弁１０１では、筒状保持部材１１４の内周面に摺接する弁体１２０にシール部材１３７を装着して弁室１０７の上方側に背圧室１２９を画成するとともに、弁ポート１１９内の圧力を弁体１２０に設けられた導通路１２４を介して背圧室１２９内に導入し、背圧室１２９内の圧力（背圧）を利用することで、閉弁状態における弁体１２０に作用する押し下げ力（閉弁方向に作用する力）と押し上げ力（開弁方向に作用する力）との差圧力をキャンセルし、弁体１２０に対する負荷を小さくしている。

特開２０１４−３５００６号公報

ところで、上述の発明においては、個々の流量制御弁１０１ごとに構成部品の加工精度や組み付け精度にばらつきがあると、弁体１２０が弁座１４０の着座部１４０ａから上昇し始めるのに必要なパルスの印加量（以下、弁開点という。）にもばらつきが生じ得る。この場合、図１１（ａ）に示すように、弁体１２０の開度が最大となる所定のパルス量が印加された状態（以下、全開状態という。）において、弁体１２０と特性面１４０ｂ（弁座１４０において、弁体１２０との間でクリアランス１４２の流量を決定する面。）との間に形成されるクリアランス１４２の大きさにも流量制御弁１０１ごとにばらつきが生じることとなる。

図１１（ｂ）は、弁開点の異なる流量制御弁１０１ａ、流量制御弁１０１ｂ、流量制御弁１０１ｃの３つの流量制御弁１０１のそれぞれの流量特性（パルスの印加量に対する流量の変化の関係）のイメージを表すグラフである。図１１（ｂ）において、グラフの横軸は、ステッピングモータに印加するパルスの印加量を表し、グラフの縦軸は、流量を表している。また、グラフの原点は、ステッピングモータにパルスを印加しない状態で着座部１４０ａに弁座１４０を着座させた完全弁閉状態を表している。

ここで、流量制御弁１０１ａ、流量制御弁１０１ｂ、流量制御弁１０１ｃのそれぞれのステッピングモータに対してパルスが印加されると、まず、流量制御弁１０１ａの印加量が弁開点に達して弁体１２０が上昇し始め、これに続いて流量制御弁１０１ｂの弁体１２０、流量制御弁１０１ｃの弁体１２０が上昇し始める。さらにパルスを印加し続け、印加量が弁体１２０の開度を最大にする所定のパルス数になると、個々の流量制御弁１０１の弁開点が異なっているため、全開状態におけるクリアランス１４２の大きさにもばらつきが生じ、円Ｍ内に示すように、最大流量についてもそれぞれの流量制御弁１０１にばらつきが生じる。

なお、図１２（ａ）に示すように、パルス数に対する流量の増加の割合を途中で変化させるべく、特性面１４０ｂの角度を途中で変化させて最上部を大きく外側に傾斜させた場合には、図１２（ｂ）の円Ｎ内に示すように、全開状態におけるクリアランス１４２の大きさがより大きくばらつき、流量制御弁１０１ごとの最大流量の個体差はさらに大きくなる。
本発明の目的は、最大流量の個体差が小さな電動弁を提供することである。

上記目的を達成するための本発明の電動弁は、
ロータの回転運動を、雄ネジ部材と雌ネジ部材とのネジ結合により直線運動に変換し、この直線運動に基づいて弁本体内に収容された弁体を軸方向に移動させるとともに、前記弁体の上方側に背圧室を設け、前記背圧室に弁ポート内の圧力を導入する電動弁であって、
前記弁体との間に形成されるクリアランスの流量を決定する特性面を有する弁座を備え、
前記弁体の下端外周縁と前記特性面との最短距離を結ぶ直線を側面に含み、前記弁体と前記弁座の間に形成される錐台を仮定した場合において、
前記弁ポートの最小流路面積が、前記弁体の全開状態時の前記錐台の前記側面の面積よりも小さく形成されていることを特徴とする。

これにより、全開状態における弁体と特性面との間に形成されるクリアランスの大きさのばらつきによる影響を低減し、最大流量についての個体差が生じないようにすることができる。

また、本発明の電動弁は、
ロータの回転運動を、雄ネジ部材と雌ネジ部材とのネジ結合により直線運動に変換し、この直線運動に基づいて弁本体内に収容された弁体を軸方向に移動させるとともに、前記弁体の上方側に背圧室を設け、前記背圧室に弁ポート内の圧力を導入する電動弁であって、
前記弁体との間に形成されるクリアランスの流量を決定する特性面、および弁閉状態における前記弁体の下端を囲繞する内周壁を有する弁座を備え、
前記弁体の下端外周縁と前記特性面との最短距離を結ぶ直線を側面に含み、前記弁体と前記弁座の間に形成される錐台を仮定した場合において、
前記弁ポートの最小流路面積が、前記弁体の全開状態時の前記錐台の前記側面の面積よりも大きく形成され、
前記弁体の外周壁面と前記弁座の内周壁との間に形成される円環状の平面の最小流路面積が、前記全開状態における前記錐台の前記側面の面積よりも小さく形成されていることを特徴とする。

これにより、全開状態における弁体と特性面との間に形成されるクリアランスの大きさのばらつきによる影響を低減し、最大流量についての個体差が生じないようにすることができる。

また、本発明の電動弁は、
前記弁座内の空間の内周面は、上方に向かって内側に傾斜していないことを特徴とする。

本発明に係る電動弁によれば、最大流量の個体差を小さくすることができる。

実施の形態に係る電動弁の断面図である。 図１に示した電動弁の要部拡大断面図である。 実施の形態に係る電動弁において、弁体と弁座部材の特性面との間に形成される円錐台を示す斜視図である。 実施例１に係る電動弁の要部拡大断面図、および３つの電動弁の流量特性を比較した結果を示すグラフである。 実施例１の変形例に係る電動弁の要部拡大断面図、および３つの電動弁の流量特性を比較した結果を示すグラフである。 実施例２に係る電動弁の要部拡大断面図、および３つの電動弁の流量特性を比較した結果を示すグラフである。 実施例２の変形例に係る電動弁の要部拡大断面図、および３つの電動弁の流量特性を比較した結果を示すグラフである。 実施例３に係る電動弁の要部拡大断面図、および３つの電動弁の流量特性を比較した結果を示すグラフである。 実施例３の変形例に係る電動弁の要部拡大断面図、および３つの電動弁の流量特性を比較した結果を示すグラフである。 特開２０１４−３５００６号公報に開示されている従来の流量制御弁の断面図である。 図１０に示す従来の流量制御弁の要部拡大断面図、および３つの従来の流量制御弁の流量特性を比較した場合のイメージを示すグラフである。 図１０の変形例に係る従来の流量制御弁の要部拡大断面図、および３つの流量制御弁の流量特性を比較した場合のイメージを示すグラフである。

以下、図面を参照して、実施の形態に係る電動弁について説明する。図１は、実施の形態に係る電動弁２を示した断面図である。なお、本明細書において、「上」あるいは「下」とは図１の状態で規定したものである。すなわち、ロータ４は弁体１７より上方に位置している。

この電動弁２では、非磁性体製で筒状のカップ形状をなすケース６０の開口側の下方に、弁本体３０が溶接などにより一体的に接続されている。
ここで、弁本体３０は、ステンレス鋼板のプレス加工により製作されたプレス成型品であり、内部に弁室１１を有している。また、弁本体３０には、弁室１１に直接連通するステンレス製や銅製の第１の管継手１２が固定装着されている。さらに、弁本体３０の下方内側には、断面円形の弁ポート１６が形成された弁座部材３０Ａが組み込まれている。弁座部材３０Ａには、弁ポート１６を介して弁室１１に連通するステンレス製や銅製の第２の管継手１５が固定装着されている。

ケース６０の内周には、回転可能なロータ４が収容され、ロータ４の軸芯部分には、ブッシュ部材３３を介して弁軸４１が配置されている。ブッシュ部材３３で結合されたこの弁軸４１とロータ４とは、回転しながら上下方向に一体的に移動する。なお、この弁軸４１の中間部付近の外周面には雄ネジ４１ａが形成されている。本実施例では、弁軸４１が雄ネジ部材として機能している。

ケース６０の外周には、図示しないヨーク、ボビン、およびコイルなどからなるステータが配置され、ロータ４とステータとでステッピングモータが構成されている。
ケース６０の天井面にはガイド支持体５２が固定されている。ガイド支持体５２は、円筒部５３と、円筒部５３の上端側に形成された傘状部５４とを有し、全体をプレス加工により一体成型されている。傘状部５４はケース６０の頂部内側と略同形状に成型されている。

ガイド支持体５２の円筒部５３内には、弁軸４１のガイドを兼ねる筒部材６５が嵌合されている。筒部材６５は、金属あるいは合成樹脂による潤滑材入り素材あるいは表面処理を施された部品により構成され、弁軸４１を回転可能に保持している。

弁軸４１のブッシュ部材３３より下方には、後述するように弁軸４１との間でネジ結合Ａを構成するとともに弁軸４１の傾きを抑制する機能を有する弁軸ホルダ６が、弁本体３０に対して相対的に回転不能に固定されている。

弁軸ホルダ６は、上部側の筒状小径部６ａと下部側の筒状大径部６ｂと弁本体３０の内周部側に収容される嵌合部６ｃとリング状のフランジ部６ｆとからなる。そして、弁軸ホルダ６のフランジ部６ｆは、弁体案内部材７２のフランジ部７２ｃの上面とケース６０との間に溶接などで固定されている。また、弁軸ホルダ６の内部には、後述する弁ガイド１８を収容する収容室６ｈが形成されている。

また、この弁軸ホルダ６の筒状小径部６ａの上部開口部６ｇから所定の深さまで下方に向かって雌ネジ６ｄが形成されている。
そして、弁軸４１の外周に形成された雄ネジ４１ａと、弁軸ホルダ６の筒状小径部６ａの内周に形成された雌ネジ６ｄとにより、ネジ結合Ａが構成されている。

さらに、弁軸ホルダ６の筒状大径部６ｂの側面には、均圧孔５１が穿設され、この均圧孔５１により、筒状大径部６ｂ内の弁軸ホルダ室８３と、ロータ収容室６７（第２の背圧室）との間が連通している。このように均圧孔５１を設けることにより、ケース６０のロータ４を収容する空間と、弁軸ホルダ６内の空間とを連通することにより、弁軸ホルダ６の移動動作をスムーズに行うことができる。

また、弁軸４１の下方には、筒状の弁ガイド１８が弁軸ホルダ６の収容室６ｈに対して摺動可能に配置されている。この弁ガイド１８は天井部２１側がプレス成型により略直角に折り曲げられている。そして、この天井部２１には貫通孔１８ａが形成されている。また、弁軸４１の下方には、さらに鍔部４１ｂが形成されている。

ここで、弁軸４１は、弁ガイド１８に対して回転可能、かつ径方向に変位可能となるように弁ガイド１８の貫通孔１８ａに遊貫状態で挿入されており、鍔部４１ｂは、弁ガイド１８に対して回転可能、かつ、径方向に変位可能となるように弁ガイド１８内に配置されている。また、弁軸４１は貫通孔１８ａを挿通し、鍔部４１ｂの上面４１ｃが、弁ガイド１８の天井部２１に対向するように配置されている。なお、鍔部４１ｂが弁ガイド１８の貫通孔１８ａより大径であることにより、弁軸４１の抜け止めがなされている。

弁軸４１と弁ガイド１８とが互いに径方向に移動可能であることにより、弁軸ホルダ６および弁軸４１の配置位置に関して、さほど高度な同芯取付精度を求められることなく、弁ガイド１８および弁体１７との同芯性が得られる。

弁ガイド１８の天井部２１と弁軸４１の鍔部４１ｂとの間には、中央部には貫通孔が形成されたワッシャ７０が設置されている。ワッシャ７０は、高滑性表面の金属製ワッシャ、フッ素樹脂等の高滑性樹脂ワッシャあるいは高滑性樹脂コーティングの金属製ワッシャなどであることが好ましい。
さらに、弁ガイド１８内には、圧縮された弁バネ２７とバネ受け３５とが収容されている。

また、弁本体３０の内側には、弁体１７の軸方向への移動を案内する弁体案内部材７２が配置され、弁体１７と弁体案内部材７２との間には、シール部材４８が介装されている。

ここで、弁体１７内には、縦方向の孔部１７ｂと横方向の導通孔１７ｃが均圧路として形成されている。弁ポート１６（第２の管継手１５内）の圧力は、均圧路である孔部１７ｂ、導通孔１７ｃを介して背圧室２８に導かれる。

弁体案内部材７２は、内部が貫通した筒体であり、最上位に位置するフランジ部７２ｃと、その下方の大径部７２ａと、その下方の小径部７２ｂとを有したもので、プレス成形によって形成されている。また、弁体案内部材７２の大径部７２ａの外周面側の直径は、弁本体３０の内周面側の直径より若干大きく形成されている。すなわち、このように寸法を設定することにより、弁体案内部材７２を弁本体３０に組み合わせた場合に、シール部材４８を弁体案内部材７２の内周面に密に係止させることができる。

シール部材４８は、断面Ｌ字状の環状パッキン４８ａの間に環状の補強板４８ｂを挟んで形成された環状の部材である。なお、シール部材４８においては、上方に配置された環状パッキン４８ａの上側、および下方に配置された環状パッキン４８ａの下側に、それぞれ環状パッキン４８ａを常に外側に付勢する板バネが配置されるのが好ましい。

次に、実施の形態における電動弁２の要部について説明する。図２は、実施の形態に係る電動弁２の要部を拡大した断面図である。図２に示すように、弁座部材３０Ａの内周壁面において、弁ポート１６の上方には、弁体１７との間でクリアランス８０の流量を決定する面である特性面３１が形成されている。特性面３１は弁ポート１６から弁体１７に向かって外側に傾斜するすり鉢形状を有している。また、弁ポート１６の最小流路面積Ｓａは、弁体１７の下端の外径内側の断面積Ｓｎよりも大きく形成されている。

ここで、特性面３１から弁体１７の下端の外周縁に垂線ｐを引いたとする。この垂線ｐは、弁体１７の下端の外周と特性面３１との最短距離を結ぶ直線である。この場合において、弁体１７の下端と弁座部材３０Ａとの間には、図３に示すように、垂線ｐを側面に含んだ空間である円錐台９２が形成される。円錐台９２の側面積Ｓｔは、弁体１７を上下に移動させることによって変化する。また、弁体１７の開度が最大となる所定のパルス数を印加し、弁体１７と特性面３１との間に形成されたクリアランス８０の大きさが最大になる位置に弁体１７を位置させたときの円錐台９２の側面積をＳｔｍａｘ（以下、全開状態時の円錐台側面積Ｓｔｍａｘという。）と規定する。

以下、図面を参照して、本実施の形態の電動弁２を用いて流量の個体差を解消する実験を行った場合の実施例について説明する。

（実施例１）
図４（ａ）は、実施例１における電動弁２の要部の概要を示す断面図である。図４（ａ）に示すように、特性面３１は、弁ポート１６から弁体１７に向かって外側に一定の傾斜角度で傾斜している。また、弁ポート１６の最小流路面積Ｓａは、全開状態時の円錐台側面積Ｓｔｍａｘよりも小さくなるように形成されている（Ｓａ＜Ｓｔｍａｘ）。このように、Ｓａ＜Ｓｔｍａｘとすることにより、弁体１７側から流体を導入して弁ポート１６から流体を導出する場合においても、また弁ポート１６側から流体を導入して弁体１７側から流体を導出する場合においても、全開状態時の流量が、弁ポート１６の最小流路面積Ｓａに依存するようになる。したがって、Ｓａ＜Ｓｔｍａｘとなるように電動弁２を設計することにより、全開状態時の流量が弁ポート１６の最小流路面積Ｓａのみに支配され、その他の要因（たとえば、電動弁２を構成する部材の加工精度のばらつきや、電動弁２の組み付け精度のばらつきなど）の影響を受けなくなる。

次に、弁開点が異なる３つの電動弁２を用いてクリアランス８０を通過する流量を比較する。図４（ｂ）は、電動弁２ａ、電動弁２ｂ、電動弁２ｃの流量特性を比較した状況を示すグラフである。ここで、グラフの横軸は、弁体１７を開弁する過程でステッピングモータに印加するパルスの印加量を表し、グラフの縦軸は、流量を示している。また、グラフの原点は、ステッピングモータにパルスを印加しない状態において着座部３１ａに弁体１７を着座させた完全弁閉状態を示している。

図４（ｂ）に示すように、電動弁２ａ、電動弁２ｂ、電動弁２ｃのそれぞれのステッピングモータに対してパルスが印加されると、まず、電動弁２ａの印加量が弁開点に達して弁体１７が上昇し始め、これに続いて電動弁２ｂの弁体１７、電動弁２ｃの弁体１７が上昇し始める。さらにステッピングモータに対してパルスを印加し続けると、まず、電動弁２ａが全開状態となり、電動弁２ａの流量が最大となる。ここで、上述したように、電動弁２ａの弁ポート１６の最小流路面積Ｓａは、全開状態時の円錐台側面積Ｓｔｍａｘよりも小さくなるように設計されている（Ｓａ＜Ｓｔｍａｘ）。このため、さらにパルスを印加して弁体１７を上昇させたとしても、全開状態時の流量（最大の流量）は、弁ポート１６の最小流路面積Ｓａに応じた流量にしかならない。

次に、電動弁２ｂが全開状態となり、さらに電動弁２ｃが全開状態となる。電動弁２ｂ、電動弁２ｃにおいても、電動弁２ａの場合と同様に、さらにパルスを印加して弁体１７を上昇させても流量は増加せず、弁ポート１６の最小流路面積Ｓａに応じた流量にしかならない。

実施例１に係る電動弁２によれば、弁ポート１６の最小流路面積Ｓａを、全開状態時の円錐台側面積Ｓｔｍａｘよりも小さくなるように形成することにより（Ｓａ＜Ｓｔｍａｘ）、全開状態における流量のばらつきを低減し、最大流量に電動弁ごとの個体差が生じないようにすることができる。また、多くの部品の寸法を調整する必要はなく、弁ポート１６の最小流路面積Ｓａを、全開状態時の円錐台側面積Ｓｔｍａｘよりも小さくなるように形成するだけで、容易に個体差の問題を解決することができる。

なお、実施例１に係る電動弁２において、図５（ａ）に示すように、パルス数に対する流量の増加の割合を途中で変化させるべく、特性面３１の角度を途中で変化させて最上部を大きく外側に傾斜させてもよい。このように、特性面３１を大きく外側に傾斜させた場合、従来であれば、図１２（ｂ）に示すように、流量制御弁ごとの流量の個体差がさらに大きくなることが考えられる。しかしながら、弁ポート１６の最小流路面積Ｓａを、全開状態時の円錐台側面積Ｓｔｍａｘよりも小さくなるように形成することにより（Ｓａ＜Ｓｔｍａｘ）、図５（ｂ）に示すように、弁開点が異なる電動弁２ｅ、電動弁２ｆ、電動弁２ｇの全開状態における流量のばらつきを低減し、電動弁の最大流量に個体差が生じないようにすることができる。

（実施例２）
図６（ａ）は、実施例２における電動弁２の要部の概要を示す断面図である。ここで、実施例２は実施例１の変形例であるため、実施例１と同様の構成については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。図６（ａ）に示すように、弁座部材３０Ａの特性面３１は、弁ポート１６から弁体１７に向かって外側に一定の傾斜角度で傾斜している。また、弁座部材３０Ａには、特性面３１の上端から上方に立ち上がり、弁閉状態において弁体１７の下端を囲繞する内周壁３２が形成されている。

ここで、実施例２の電動弁２は、全開状態時の円錐台側面積Ｓｔｍａｘが、弁ポート１６の最小流路面積Ｓａよりも小さくなるように設計されているため（Ｓｔｍａｘ＜Ｓａ）、全開状態時の流量は、弁ポート１６の最小流路面積Ｓａに支配されない。

また、実施例２の電動弁２は、弁体１７の外周壁面と内周壁３２との間に形成される円環状の平面の最小流路面積Ｓｓが、全開状態時の円錐台側面積Ｓｔｍａｘよりも小さくなるように設計されている（Ｓｓ＜Ｓｔｍａｘ）。なお、最小流路面積Ｓｓは、内周壁３２内に形成される平面の面積Ｓｂから弁体１７の外径の断面積Ｓｎを差し引いた面積である（Ｓｓ＝Ｓｂ−Ｓｎ）。

このように、Ｓｓ＜Ｓｔｍａｘとすることにより、弁体１７側から流体を導入して弁ポート１６から流体を導出する場合においても、また弁ポート１６側から流体を導入して弁体１７側から流体を導出する場合においても、全開状態時の流量が、弁体１７の外周壁面と内周壁３２との間に形成される円環状の平面の最小流路面積Ｓｓに依存するようになる。したがって、Ｓｓ＜Ｓｔｍａｘとなるように電動弁２を設計することにより、全開状態時の流量が弁ポート１６の最小流路面積Ｓｓのみに支配され、その他の要因の影響を受けなくなる。

次に、弁開点の異なる３つの電動弁２を用いてクリアランス８０を通過する流量を比較する。図６（ｂ）は、電動弁２ｉ、電動弁２ｊ、電動弁２ｋの流量特性を比較した状況を示すグラフである。図６（ｂ）に示すように、電動弁２ｉ、電動弁２ｊ、電動弁２ｋのそれぞれのステッピングモータに対してパルスが印加されると、まず、電動弁２ｉ、電動弁２ｊ、電動弁２ｋの順に印加量が弁開点に達して弁体１７が上昇し始める。この間、円錐台９２の側面積Ｓｔは、特性面３１の傾斜角度に応じて一定の増加率で増加する。

さらにステッピングモータに対してパルスが印加されて弁体１７が上昇すると、内周壁３２によって円錐台９２の側面積Ｓｔが広がることが制限され、円錐台９２の側面積Ｓｔが増加しなくなる。ここで、上述したように、弁体１７の外周壁面と内周壁３２との間に形成される円環状の平面の最小流路面積Ｓｓは、全開状態時の円錐台側面積Ｓｔｍａｘよりも小さくなるように設計されている（Ｓｓ＜Ｓｔｍａｘ）。このため、全開状態時の流量は、弁体１７の寸法と内周壁３２の寸法に依存し、最小流路面積Ｓｓのみに支配されることから、その他の要因の影響を受けなくなる。よって、さらにパルスを印加して弁体１７を上昇させても、全開状態時の流量（最大の流量）は、弁ポート１６の最小流路面積Ｓｓに応じた流量にしかならない。

具体的には、まず、電動弁２ｉの円錐台９２の側面積Ｓｔが全開状態時の円錐台側面積Ｓｔｍａｘとなり、電動弁２ｉの流量が最大となる。続けて、電動弁２ｊの円錐台９２の側面積Ｓｔが全開状態時の円錐台側面積Ｓｔｍａｘとなり、電動弁２ｊの流量が最大となる。さらに、電動弁２ｋの円錐台の全開状態時の円錐台側面積Ｓｔｍａｘとなり、電動弁２ｋの流量が最大となる。

実施例２に係る電動弁２によれば、弁体１７の外周壁面と内周壁３２との間に形成される円環状の平面の最小流路面積Ｓｓを、全開状態時の円錐台側面積Ｓｔｍａｘよりも小さくなるように形成し（Ｓｓ＜Ｓｔｍａｘ）、クリアランス８０の大きさのばらつきを低減することにより、最大流量についての個体差が生じないようにすることができる。また、多くの部品の寸法を調整する必要はなく、弁体１７と内周壁３２の寸法を調整するだけで、容易に個体差の問題を解決することができる。

なお、実施例２に係る電動弁２において、図７（ａ）に示すように、パルス数に対する流量の増加の割合を途中で変化させるべく、特性面３１の角度を途中で変化させてもよい。この場合においても、弁体１７の外周壁面と内周壁３２との間に形成される円環状の平面の最小流路面積Ｓｓを、全開状態時の円錐台側面積Ｓｔｍａｘよりも小さくなるように形成することにより（Ｓｓ＜Ｓｔｍａｘ）、図７（ｂ）に示すように、弁開点の異なる電動弁２ｌ、電動弁２ｍ、電動弁２ｎのクリアランス８０の大きさのばらつきを低減し、電動弁の最大流量に個体差が生じないようにすることができる。

（実施例３）
図８（ａ）は、実施例３における電動弁２の要部の概要を示す断面図である。図８（ａ）に示すように、電動弁２は、実施例２における電動弁２において、弁座部材３０Ａの内周壁３２を上方に向かって若干外側に傾斜させたものである。このため、図８（ａ）に示す内周壁３２を下方に延長させた場合に、左右の内周壁３２の延長線は、所定の角度θｓをもって交差することになる（θｓ＞０°）。なお、実施例３は実施例２の変形例であるため、実施例２と同様の構成については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

図８（ｂ）は、弁開点の異なる電動弁２ｑ、電動弁２ｒ、電動弁２ｓの流量特性を比較した状況を示すグラフである。図８（ｂ）に示すように、ステッピングモータに対してパルスが印加されて、電動弁２ｑ、電動弁２ｒ、電動弁２ｓの順に印加量が弁開点に達して弁体１７が上昇すると、内周壁３２によって円錐台９２の側面積Ｓｔが広がることが制限され、円錐台９２の側面積Ｓｔが増加しなくなる。ここで、弁体１７の外周壁面と内周壁３２との間に形成される円環状の平面の最小流路面積Ｓｓは、全開状態時の円錐台側面積Ｓｔｍａｘよりも小さくなるように設計されている（Ｓｓ＜Ｓｔｍａｘ）。このため、全開状態時の流量は、弁体１７の寸法と内周壁３２の寸法に依存し、最小流路面積Ｓｓのみに支配され、その他の要因の影響を受けなくなる。よって、さらにパルスを印加して弁体１７を上昇させても、全開状態時の流量（最大の流量）は、弁ポート１６の最小流路面積Ｓｓに応じた流量にしかならない。

ここで、実施例３においては、弁座部材３０Ａの内周壁３２が若干傾斜し、最小流路面積Ｓｓが一定でないため、実施例２で説明したように、円錐台９２の側面積Ｓｔの増加を完全に制限することはできないものの、側面積Ｓｔの増加を大幅に抑制することができるため、クリアランス８０の大きさのばらつきを低減することができる。

実施例３に係る電動弁２によれば、弁体１７の外周壁面と内周壁３２との間に形成される円環状の断面の最小流路面積Ｓｓを、全開状態時の円錐台側面積Ｓｔｍａｘよりも小さくなるように形成し（Ｓｓ＜Ｓｔｍａｘ）、クリアランス８０の大きさのばらつきを低減することにより、最大流量についての個体差を小さくすることができる。また、弁座部材３０Ａの内周壁３２を上方に向かって若干外側に傾斜させることにより、流量の個体差を低減しつつ、弁座部材３０Ａを射出成型し易くすることができる。

なお、実施例３に係る電動弁２において、図９（ａ）に示すように、パルス数に対する流量の増加の割合を途中で変化させるべく、特性面３１の角度を途中で変化させてもよい。この場合においても、弁体１７の外周壁面と内周壁３２との間に形成される円環状の断面の最小流路面積Ｓｓを、全開状態時の円錐台側面積Ｓｔｍａｘよりも小さくなるように形成することにより（Ｓｓ＜Ｓｔｍａｘ）、図９（ｂ）に示すように、弁開点の異なる電動弁２ｔ、電動弁２ｕ、電動弁２ｖのクリアランス８０の大きさのばらつきを低減し、電動弁の最大流量の個体差を小さくすることができる。

また、上述の実施の形態においては、均圧路として孔部１７ｂ、導通孔１７ｃを弁体１７内に設けた場合を例に説明しているが、必ずしも弁体１７内に均圧路を設けなくてもよい。たとえば、弁体１７内に均圧路を設けることに代えて、別途、弁ポート１６の圧力を背圧室２８に導く配管部材を配置してもよい。

さらに、上述の実施の形態においては、弁体１７と弁体案内部材７２との間にシール部材４８を介装し、弁ポート１６の圧力を均圧路によって背圧室２８に導くことで弁体１７に作用する圧力による力を打ち消す構造を備えた電動弁２を例に説明しているが、このような構造を備えない電動弁であってもよい。
なお、上述の実施の形態において、弁体１７の下端と特性面３１との間に形成される錐台は厳密な円錐台でなくてもよい。

２ 電動弁
１６ 弁ポート
１７ 弁体
３０Ａ 弁座部材
３１ 特性面
３２ 内周壁
４１ 弁軸
８０ クリアランス
９２ 円錐台
ｐ 垂線
Ｓａ 最小流路面積
Ｓｎ 断面積
Ｓｓ 最小流路面積
Ｓｔ 円錐台の側面積
Ｓｔｍａｘ 全開状態時の円錐台側面積

ここで、弁軸４１は、弁ガイド１８に対して回転可能、かつ径方向に変位可能となるように弁ガイド１８の貫通孔１８ａに遊貫状態で挿入されており、鍔部４１ｂは、弁ガイド１８に対して回転可能、かつ、径方向に変位可能となるように弁ガイド１８内に配置されている。また、弁軸４１は貫通孔１８ａを挿通し、鍔部４１ｂの上面が、弁ガイド１８の天井部２１に対向するように配置されている。なお、鍔部４１ｂが弁ガイド１８の貫通孔１８ａより大径であることにより、弁軸４１の抜け止めがなされている。

次に、実施の形態における電動弁２の要部について説明する。図２は、実施の形態に係る電動弁２の要部を拡大した断面図である。図２に示すように、弁座部材３０Ａの内周壁面において、弁ポート１６の上方には、弁体１７との間でクリアランス８０の流量を決定する面である特性面３１が形成されている。特性面３１は弁ポート１６から弁体１７に向かって外側に傾斜するすり鉢形状を有している。また、弁ポート１６の最小流路面積Ｓａは、弁体１７の下端の外径内側の断面積Ｓｎよりも小さく形成されている。

Claims (3)

1. ロータの回転運動を、雄ネジ部材と雌ネジ部材とのネジ結合により直線運動に変換し、この直線運動に基づいて弁本体内に収容された弁体を軸方向に移動させるとともに、前記弁体の上方側に背圧室を設け、前記背圧室に弁ポート内の圧力を導入する電動弁であって、
   前記弁体との間に形成されるクリアランスの流量を決定する特性面を有する弁座を備え、
   前記弁体の下端外周縁と前記特性面との最短距離を結ぶ直線を側面に含み、前記弁体と前記弁座の間に形成される錐台を仮定した場合において、
   前記弁ポートの最小流路面積が、前記弁体の全開状態時の前記錐台の前記側面の面積よりも小さく形成されていることを特徴とする電動弁。
2. ロータの回転運動を、雄ネジ部材と雌ネジ部材とのネジ結合により直線運動に変換し、この直線運動に基づいて弁本体内に収容された弁体を軸方向に移動させるとともに、前記弁体の上方側に背圧室を設け、前記背圧室に弁ポート内の圧力を導入する電動弁であって、
   前記弁体との間に形成されるクリアランスの流量を決定する特性面、および弁閉状態における前記弁体の下端を囲繞する内周壁を有する弁座を備え、
   前記弁体の下端外周縁と前記特性面との最短距離を結ぶ直線を側面に含み、前記弁体と前記弁座の間に形成される錐台を仮定した場合において、
   前記弁ポートの最小流路面積が、前記弁体の全開状態時の前記錐台の前記側面の面積よりも大きく形成され、
   前記弁体の外周壁面と前記弁座の内周壁との間に形成される円環状の平面の最小流路面積が、前記全開状態における前記錐台の前記側面の面積よりも小さく形成されていることを特徴とする電動弁。
3. 前記弁座内の空間の内周面は、上方に向かって内側に傾斜していないことを特徴とする請求項２記載の電動弁。

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