JP2018189175A - バルブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】、弁体の位置にばらつきがあっても弁体に形成した貫通孔の穴径に応じた流量で流体を流すことができ、且つ、貫通孔の位置の自由度が高いバルブ装置を提供すること。
【解決手段】バルブ装置１は、弁体駆動部材５０の回転に基づき、支軸２９を中心として弁体２０を回転させて、弁座４０に形成された流出口４４と連通する貫通孔２１を切り換えて流量を調節する。貫通孔２１は、弁体２０に形成された流路確保溝２７の底面に開口する。流路確保溝２７は、弁体２０の移動方向である第１方向Ｘ（周方向）の幅Ｘ１が、第１方向Ｘと直交する第２方向Ｙ（径方向）の幅Ｙ１よりも小さい長穴形状である。従って、真円形の流路確保溝を形成する場合よりも流出口４４との重なり領域が大きく、真円形の流路確保溝を形成する場合よりも、弁体２０の下端面２０１のスペースを有効利用できる。
【選択図】図６

Description

本発明は、流体の流量を調節するためのバルブ装置に関する。

特許文献１には、冷蔵庫の庫内冷却用の冷媒の供給量を調節するための冷媒バルブ装置が記載されている。特許文献１の冷媒バルブ装置は、冷媒入口および冷媒出口が開口する弁座面を備える基台と、基台に被せられたカバーとの間にバルブ室が形成されている。バルブ室には、冷媒出口に重なるように弁体が配置されている。弁体は、ステッピングモータによって回転する出力歯車の回転に基づき、弁座面と直交する軸線回りに回転する。弁体には、貫通孔（オリフィス）が形成されている。オリフィスは、流体が通過する細管部を備える。弁座面に形成された冷媒出口とオリフィスとが重なる回転位置に弁体を位置決めすると、オリフィスを経由して流体が流れる。また、冷媒出口とオリフィスとが重ならない回転位置に弁体を位置決めして、弁体に形成された流路溝を経由する経路で流体が流れるようにすることもできる。

特許第５６１９９３号公報

特許文献１の冷媒バルブ装置は、ステッピングモータの駆動ステップ数により弁体の回転位置を制御する。このため、弁体の回転位置には、部品公差に起因するばらつきが生じる。例えば、ステッピングモータのマグネットの着磁ばらつき等に起因して、弁体の回転位置のばらつきが生じる。そこで、弁体の回転位置にばらつきがあってもオリフィスの穴径に応じた流量で流体を流すことができるようにするため、弁体には、オリフィスを中心とする円形の凹部が形成されている。凹部の内径はオリフィスよりも大径である。従って、弁体の回転位置のばらつきが生じ、その結果、オリフィスの位置が冷媒出口とずれてしまっても、凹部と冷媒出口との重なりがオリフィスの断面積以上であれば、オリフィスの細管径に応じた流量で流体を流通させることができる。

しかしながら、特許文献１のように、弁体に貫通孔（オリフィス）を中心とする真円形の凹部を形成する場合、弁体に貫通孔の位置を中心とした円形のスペースを確保しなければならない。従って、貫通孔を形成する位置の自由度が低いという問題がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、弁体の位置にばらつきがあっても弁体に形成した貫通孔の穴径に応じた流量で流体を流すことができ、且つ、貫通孔の位置の自由度が高いバルブ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のバルブ装置は、流体が供給されるバルブ室と、前記バルブ室の内側に設けられた弁座面と、前記弁座面に設けられた開口部と重なる位置に載置される弁体と、前記弁体を前記弁座面に沿って移動させる弁体駆動部材と、前記弁体駆動部材を駆動する駆動源と、を有し、前記弁体は、前記弁座面に当接する当接面に設けられた凹部と、前記凹部の底面に開口する貫通孔を備え、前記凹部は、前記弁体駆動部材による弁体の移動方向である第１方向の幅が、前記第１方向と直交する第２方向の幅より小さいことを特徴とする。

本発明によれば、弁体を移動させることにより、弁体に形成された貫通孔と弁座面に形成した開口部とを連通させることができる。弁体には貫通孔の穴径より大きい凹部が形成され、貫通孔は凹部の底面に開口する。従って、弁体の位置にばらつきがあっても、凹部の大きさがばらつきに対応する大きさであれば、貫通孔の穴径に応じた流量で流体を流すことができる。また、凹部の形状は、弁体の移動方向である第１方向の幅が、第１方向と直交する第２方向の幅より小さい形状である。このように、凹部を真円形でなく弁体の移動方向と直交する方向に長い形状にすれば、第１方向の幅が小さい形状でありながら、弁座側の開口部と重なる部分の面積を確保することができる。従って、真円形の凹部を設ける場合よりも第１方向の幅を小さくすることができる。よって、弁体は、第１方向のスペースに余裕を大きく取れるので、凹部の位置の自由度を高めることができ、凹部内に形成される貫通孔の位置の自由度を高めることができる。

本発明において、前記凹部の縁は、前記貫通孔の前記第１方向の両側に位置する直線部を備えることが望ましい。このようにすると、弁座側の開口部と凹部とが部分的に重なるとき、重なり部分は、直線によって切り取られる形状となる。これに対し、凹部が円形である場合の重なり部分は円弧によって切り取られる形状となるので、直線部を備える形状の凹部の方が、大きな重なり面積を確保できる。つまり、凹部の第１方向の幅を小さくしても大きな重なり面積を確保することができる。従って、凹部および貫通孔の位置の自由度を高めることができる。

本発明において、前記弁体駆動部材は、前記弁座面に対して垂直な回転軸線を中心として前記弁体を回転させ、前記回転軸線を中心として前記弁体が回転したときの前記貫通孔の移動軌跡上に前記開口部が位置する。従って、弁体の回転によって開口部と貫通孔とが連通する状態と連通しない状態を切り換えることができる。このような構成において、前記第１方向は、前記回転軸線を中心とした周方向であり、前記第２方向は、前記回転軸線を中心とした径方向であり、前記凹部は、前記周方向の幅が前記径方向の幅より小さい長穴形状であることが望ましい。これにより、弁体の回転位置にばらつきがあっても貫通孔の穴径に応じた流量で流体を流すことができる。また、凹部の周方向の幅が小さい形状でありながら、弁座側の開口部と重なる部分の面積を確保することができる。よって、凹部の位置の自由度を高めることができ、凹部内に形成される貫通孔の位置の自由度を高めることができる。

本発明において、前記弁体の外形は前記回転軸線を中心とする円形であり、前記貫通孔は円形であることが望ましい。弁体が円形で、貫通孔が円形である場合、貫通孔は弁体の周方向のどの位置に設けてもよい。従って、貫通孔の位置の自由度が高い。

本発明において、前記凹部の前記径方向の中央は、前記弁体の外周縁より前記弁体の回転中心に近いことが望ましい。このように、凹部を弁体の回転中心寄りの位置に形成することにより、弁体の中心側のスペースを有効活用することができる。また、本発明は凹部の周方向の幅を小さくすることができるので、弁体の中心側のスペースに凹部を配置することができる。

本発明において、前記弁体には複数の前記貫通孔が形成され、前記複数の前記貫通孔は、少なくとも一部の穴径が異なっており、前記当接面には、前記複数の前記貫通孔に対応する複数の前記凹部が互いに離間した位置に形成されている。また、前記弁体が前記弁座面に対して垂直な回転軸線を中心として回転する場合には、前記貫通孔は、前記回転軸線を中心として前記周方向に複数配列され、前記複数の前記貫通孔は、少なくとも一部の穴径が互いに異なっており、前記当接面には、前記複数の前記貫通孔に対応する複数の前記凹部が前記周方向に互いに離間した位置に形成されている。このようにすると、弁体を移
動（回転）させることにより、弁座側の開口部と連通する貫通孔の穴径を切り換えることができる。従って、流体の流量を調節できる。また、弁体には貫通孔の穴径に応じた凹部が設けられているので、弁体の回転位置がずれたとしても、貫通孔の穴径に応じた流量の流体を流すことができる。従って、流量調節の精度を高めることができる。

本発明において、前記弁体は、前記当接面の反対側を向く反対面に形成された流路溝を備え、前記流路溝の底面に前記貫通孔が開口することが望ましい。このようにすると、バルブ室側流路溝を経由して貫通孔とバルブ室とを連通させることができ、貫通孔を弁体の厚さ方向に短くすることができる。

本発明において、前記反対面は前記弁体駆動部材と対向しており、前記反対面は、前記弁体駆動部材と当接する支持面が設けられていることが望ましい。このようにすると、支持面によって弁体の傾きを規制できるため、弁体の封止性能を高めることができる。

本発明において、前記弁体には、前記弁体駆動部材と嵌合する嵌合凹部が形成され、前記嵌合凹部は、前記流路溝と繋がっている。このように、嵌合凹部と流路溝とが連続して形成されていれば、嵌合凹部と流路溝を形成する際のスペース効率が良い。従って、嵌合凹部と流路溝を形成する位置の自由度を高めることができ、流路溝の底面に開口する貫通部の位置の自由度を高めることができる。

本発明において、前記凹部の深さは、前記貫通孔の穴径より深いことが望ましい。このようにすると、凹部内の流路の深さを確保できるため、凹部を通過する際に流量が制限されることを回避できる。従って、貫通孔の穴径に応じた流量で流体を流通させることができる。

本発明において、前記当接面には、前記凹部と離間した位置に切欠部が形成され、前記切欠部は、前記第１方向の幅が前記開口部の前記第１方向の幅より大きく、且つ、前記弁体の外周面に開口することが望ましい。このようにすると、弁座側の開口部の開口径によって決まる流量で流体を流通させることができる。

本発明において、前記駆動源はステッピングモータであり、前記弁体駆動部材は、その外周面に歯部が形成された歯車部材であり、前記駆動源の駆動力は、前記弁体駆動部材に減速されて伝達されることが望ましい。このようにすると、ステッピングモータの制御では解消できない弁体の位置のばらつきがあっても貫通孔の穴径に応じた流量で流体を流すことができる。

本発明によれば、弁体を移動させることにより、弁体に形成された貫通孔と弁座面に形成した開口部とを連通させることができる。弁体には貫通孔の穴径より大きい凹部が形成され、貫通孔は凹部の底面に開口しているので、弁体の位置にばらつきがあっても貫通孔の穴径に応じた流量で流体を流すことができる。また、凹部の形状は、弁体の移動方向である第１方向の幅が、第１方向と直交する第２方向の幅より小さい形状である。これにより、第１方向の幅が小さい形状でありながら、弁座側の開口部と重なる部分の面積を確保することができる。従って、真円形の凹部を設ける場合よりも第１方向の幅を小さくすることができる。よって、弁体は、第１方向のスペースに余裕を大きく取れるので、凹部の位置の自由度を高めることができ、凹部内に形成される貫通孔の位置の自由度を高めることができる。

本発明を適用したバルブ装置の斜視図である。 図１のバルブ装置の底面図である。 図１のバルブ装置の断面図（図２のＸ−Ｘ断面図）である。 流量調節機構の要部を示す斜視図である。 弁体駆動部材、弁体、および弁座の分解斜視図である。 弁体の上面図および底面図である。 貫通部および流路確保溝の説明図である。 流路確保溝と流出口との重なりを示す説明図である。 流量調節機構の動作を示す断面図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用したバルブ装置の実施形態を説明する。本形態のバルブ装置は、本発明を冷蔵庫内の冷媒流路における圧縮器と冷却器の間に設けられ、冷媒の流量を調節するために用いられる冷媒バルブ装置である。なお、本発明のバルブ装置の用途は冷媒流量の調節には限られず、他の用途のバルブ装置にも適用可能である。

（全体構成）
図１は本発明を適用したバルブ装置の斜視図である。図１（ａ）はバルブ本体の側から見た斜視図であり、図１（ｂ）は流入管および流出管の側から見た斜視図である。図２は図１のバルブ装置の底面図である。バルブ装置１は、バルブ本体２と、バルブ本体２から平行に延びる流入管３および流出管４を有する。バルブ本体２は、外部の制御装置と電気的に接続するためのコネクタ５と、バルブ装置１を冷蔵庫内に取り付けるための取付プレート６を備える。なお、以下の説明では、便宜上、流入管３および流出管４の延設方向を上下方向とし、バルブ本体２を上側、流入管３および流出管４を下側として説明する。

図３はバルブ装置１の断面図（図２のＡ−Ａ線で切断した断面図）である。バルブ本体２は、取付プレート６の上側に被せられる外装ケース９を備える。外装ケース９の内側には、円盤形状の基台１０に上方から被せられたカップ状の密閉カバー１１が配置される。密閉カバー１１は、取付プレート６に形成された円形の開口部７に下側から嵌め込まれている。基台１０はバルブ装置１の底面に露出している。

基台１０の中心には、後述するステッピングモータ６０のロータ支軸６２を回転可能に支持する軸孔１３が形成されている。また、基台１０の外周寄りの位置には、流入管３を接続するための冷媒入口１２が形成されており、軸孔１３を挟んで冷媒入口１２と反対側には、円形の開口部である弁座装着孔１４が形成されている。弁座装着孔１４には、円形の弁座４０が嵌合されている。弁座４０はバルブ装置１の底面に露出しており、流出管４は、弁座４０に形成された冷媒出口４３に接続される。また、基台１０の外周縁には、基台１０の中央部より板厚が薄い基台側フランジ１６（図３参照）が形成されている。

密閉カバー１１は、非磁性のステンレスの板材をプレス加工して形成されている。図３に示すように、密閉カバー１１は、上方から下方に向かって、円形の底部１１１と、底部１１１の外周縁から下方に延びる小径筒部１１２と、小径筒部１１２よりも大径の大径筒部１１３と、大径筒部１１３の下端縁（開口縁）から径方向外側に広がるカバー側フランジ１１４とを備える。小径筒部１１２と大径筒部１１３は、基台１０の中心を通る軸線Ｌ０に対して垂直な環状部１１５を介して繋がっている。密閉カバー１１は、カバー側フランジ１１４を基台側フランジ１６に当接させた状態で基台１０と固定されている。密閉カバー１１と基台１０との間には、冷媒が貯留される流路であるバルブ室３０が形成されている。

バルブ装置１は、バルブ室３０から流出管４へ流れる流体（冷媒）の流量を調節する流量調節機構８を備える。流量調節機構８は、駆動源であるステッピングモータ６０を備え
る。ステッピングモータ６０は、密閉カバー１１の内側に配置されるロータ６１と、密閉カバー１１と外装ケース９の間に構成されるステータ６４を備える。ロータ６１はその外周面に配置される永久磁石６３を備えており、ロータ支軸６２に回転可能に支持される。ロータ支軸６２は、上端が密閉カバー１１の底部１１１に固定されており、下端が基台１０の中心に固定されている。ロータ支軸６２の軸線は、基台１０の中心を通る軸線Ｌ０と一致しており、後述する弁体駆動部材５０および弁体２０を回転可能に支持する支軸２９の軸線Ｌと平行に延びている。ロータ６１の下端にはロータ６１と一体に回転するピニオン６６が形成されている。ピニオン６６はバルブ室３０に配置されている。

ステータ６４は、密閉カバー１１の環状部１１５に下側から支持され、密閉カバー１１の小径筒部１１２の外周側に配置されている。ステータ６４はコイル６５を備えており、コイル６５は密閉カバー１１の小径筒部１１２を介してロータ６１の永久磁石６３と対向する。コイル６５はコネクタ５と電気的に接続されている。ステッピングモータ６０は、コネクタ５を介して接続された外部の制御装置によってその動作が制御される。

（流量調節機構）
図４は流量調節機構８の要部を示す斜視図である。図５は弁体駆動部材５０、弁体２０、および弁座４０の分解斜視図であり、図５（ａ）は上側から見た斜視図であり、図５（ｂ）は下側から見た斜視図である。流量調節機構８は、駆動源であるステッピングモータ６０、弁体駆動部材５０、弁体２０、および弁座４０を備える。弁体駆動部材５０、弁体２０、および弁座４０は、ステッピングモータ６０の軸線Ｌ０と平行な軸線Ｌに沿って上下方向に延びる支軸２９を中心として、上から下へこの順に並べて配置されている。弁座４０は円形であり、弁座４０の中心には、支軸２９が固定される軸孔４１が形成されている。弁体駆動部材５０および弁体２０は、支軸２９に回転可能に支持される。

弁体駆動部材５０は、外周面に歯部５１が形成された歯車部材であり、歯部５１はステッピングモータ６０のピニオン６６と噛合している。ステッピングモータ６０の回転は、ピニオン６６と歯部５１を介して減速されて弁体駆動部材５０に伝達される。本実施形態の弁体駆動部材５０は、それ自体が歯部５１を備えた歯車部材である。従って、減速機構を構成するための部品を設ける必要がないので、流量調節機構の部品点数が抑えられている。そのため、バルブ装置１の小型化に有利である。

図５（ａ）に示すように、弁体駆動部材５０には、弁体駆動部材５０の周方向の一部から、その径方向外側に突出した腕部５２が形成されている。腕部５２は、弁体駆動部材５０が回転して所定の角度位置に達したときに、ロータ６１が備える回転規制部（図示省略）に対して軸線Ｌ回りの一方側あるいは他方側から当接して、弁体駆動部材５０および弁体２０の回転角度を所定の範囲に制限する。

図５（ｂ）に示すように、弁体駆動部材５０は、支軸２９の軸線Ｌと直交する平坦な下端面５０１を備える。下端面５０１は弁体２０と対向する。下端面５０１には、弁体２０側に突出した嵌合部である凸部５５１、５５２、５５３が形成されている。凸部５５１、５５２、５５３は、弁体駆動部材５０の周方向に沿って不等間隔に配置される。以下、これら３つの凸部を総称して「凸部５５」という。弁体２０の端面のうち、弁体駆動部材５０と対向する上端面２０２には、弁体駆動部材５０の凸部５５と対応する位置に、これら凸部５５が嵌入される嵌合部である凹部２５１、２５２、２５３が形成されている。以下、これら３つの凹部を総称して「凹部２５」という。これら複数組の嵌合部（凸部５５と凹部２５）が嵌合することで、弁体２０は弁体駆動部材５０と一体になって周方向に回転する。また、これら複数組の嵌合部が、弁体駆動部材５０および弁体２０の周方向に沿って不等間隔に配置されていることにより、弁体駆動部材５０および弁体２０の誤組み付けが防止される。なお、凸部５５と凹部２５の凹凸を逆にしてもよい。すなわち、弁体駆動
部材５０に凹部を形成し、弁体２０に弁体駆動部材５０の凹部と嵌合する凸部を形成してもよい。

弁体２０の外形は軸線Ｌを中心とする円形である。弁体２０は、支軸２９の軸線Ｌと直交する平坦な下端面２０１を備える。下端面２０１は弁座４０と対向する。下端面２０１には、弁体２０の外周面から径方向内側に切り欠かれた切欠部２２が形成されている。切欠部２２は、後述する流路確保溝２７と周方向に離間した位置に形成されている。弁体２０に形成された凹部２５のうち、凹部２５１は切欠部２２側に貫通した貫通穴である。そして、凹部２５１に嵌合された凸部５５１は、その先端部が切欠部２２側に露出しており、凸部５５１の先端部は切欠部２２側でかしめられている。これにより、弁体２０は、弁体駆動部材５０の下端面５０１にガタつきなく固定される。従って、弁体駆動部材５０が弁体２０の角度位置を高い精度で制御することができる。

弁座４０は弁体２０の下方に配置されており、基台１０に形成された弁座装着孔１４に嵌合されている。弁座４０は、略円柱形状の部材であり、その上面には弁座面４２が設けられている。弁座面４２は軸線Ｌと直交する円形の平面である。弁座４０には、軸線Ｌから径方向外側に外れた位置で弁座４０を貫通する冷媒出口４３が形成されている。冷媒出口４３の上端は、弁座面４２に設けられた開口部である流出口４４となっている。

弁体２０は円板形状の部材であり、弁座４０に載置されている。弁体２０の下端面２０１は、弁座面４２と当接する当接面である。また、弁体２０の上端面２０２は、当接面である下端面２０１の反対側を向く反対面である。弁体駆動部材５０がステッピングモータ６０の駆動力により回転すると、弁体２０は弁体駆動部材５０と一体に回転し、弁体２０の下端面２０１（当接面）は、弁座面４２と摺動しながら弁座面４２に対して相対回転する。これにより、弁座面４２に形成された流出口４４が弁体２０の下端面２０１の平面部によって閉塞された状態と、流出口４４がバルブ室３０と連通された状態とが切り換えられる。

弁体２０の下端面２０１および弁座４０の弁座面４２は平坦に研磨加工されている。これにより、弁体２０の下端面２０１と弁座面４２の封止性能が高められ、弁体２０と弁座面４２との接触面の隙間から冷媒が漏出することが防止される。さらに、弁体駆動部材５０と弁体２０とを固定するにあたり、凸部５５１の先端部は切欠部２２でかしめられているため、研磨加工された弁体２０の下端面２０１にかしめ作業による擦傷や変形が生じることが防止される。なお、本形態においては、弁体２０の下端面２０１および弁座４０の弁座面４２の両方が研磨加工されているが、いずれか一方のみを研磨加工しても相応の漏出防止効果は認められる。

（弁体）
図６（ａ）は弁体２０の上面図であり、図６（ａ）は弁体２０の底面図である。弁体２０には、弁体２０を軸線Ｌ方向に貫通する５つの貫通孔２１１、２１２、２１３、２１４、２１５が形成されている。以下、これら５つの貫通孔を総称して「貫通孔２１」という（図６（ｂ）参照）。貫通孔２１は、弁座面４２に形成された流出口４４より小径である。５つの貫通孔２１の穴径は、貫通孔２１１の穴径が最も小さく、貫通孔２１５の穴径が最も大きくなるように、段階的に穴径が増大している。本形態の弁体２０は、穴径の異なる複数の貫通孔２１を備えている。従って、弁体２０を回転させることにより、弁座面４２に形成された流出口４４と連通する貫通孔２１を切り換えて流量の調節を行うことができる。なお、貫通孔２１１、２１２、２１３、２１４、２１５の穴径は、バルブ装置１の使用方法に応じて適宜変更することができる。例えば、貫通孔２１１、２１２、２１３、２１４、２１５の穴径の順番を上記と異なる順番に入れ替えても良い。

弁体２０の下端面２０１には、上方に窪む切欠部２２が形成されている。切欠部２２は、冷媒が流れる冷媒流路である。切欠部２２は、弁体２０が所定の角度位置になったときに、弁座面４２の流出口４４の全体を露出可能な大きさである。すなわち、切欠部２２は、流出口４４より周方向の幅が大きく、弁体２０が所定の角度位置になったときに、弁体２０の下端面２０１が流出口４４と接触しないように構成されている。流出口４４の全体が切欠部２２内に露出したとき、冷媒の流量が最大流量となる。

弁体２０の上端面２０２（反対面）には、弁体２０の外周面から径方向内側に切り欠かれた流路溝２４１、２４２、２４３、２４４、２４５が形成されている。以下、これら５つの溝部を総称して「流路溝２４」という。流路溝２４は、貫通孔２１につながる冷媒の流路である。弁体２０の上端面２０２において、凹部２５２は、流路溝２４１と流路溝２４２との間に形成されており、流路溝２４１および流路溝２４２と周方向に連通している。同様に、凹部２５３は、流路溝２４４と流路溝２４４との間に形成されており、流路溝２４４および流路溝２４５と周方向に連通している。このように、凹部２５２、２５３がその両側の流路溝と周方向に連続していることにより、貫通孔２１を設置するスペースが広く確保される。

弁体２０の上端面２０２において、凹部２５２、２５３の径方向外側には、弁体駆動部材５０の下端面５０１と当接する支持面２６２、２６３が設けられている。支持面２６２、２６３は、弁体２０の中心から最も離れた外周部に設けられている。支持面２６２、２６３は、弁体２０の上端面２０２の他の部分と同一面上に位置する。支持面２６２、２６３は、弁体駆動部材５０の下端面５０１と当接して弁体２０の傾きを規制する。

５つの貫通孔２１は、弁体２０の径方向の中心を基準とする同一径の円弧上に配置される。弁体２０が軸線Ｌを中心として回転したときの貫通孔２１の移動軌跡Ｃ（図６（ｂ）参照）は、弁座面４２に形成された流出口４４の中心を通る。また、５つの貫通孔２１は、弁体２０の径方向の中心と弁体２０の外周縁との略中間に位置する。従って、貫通孔２１の径方向外側および径方向内側のスペースに余裕があるので、貫通孔２１の径方向の両側で弁体２０と弁座面４２との間の封止性能を高めることができる。また、弁体２０と弁体駆動部材５０との間では、凹部２５２、２５３の径方向外側のスペースに余裕があるので、凹部２５２、２５３の径方向外側に支持面２６２、２６３を設けることができる。従って、弁体２０の傾きを防止でき、封止性能を高めることができる。

弁体２０はポリフェニレンサルファイド樹脂により形成され、弁体駆動部材５０はナイロン樹脂により形成されている。ポリフェニレンサルファイド樹脂は、成形性が高く耐摩耗性にも優れている。弁体駆動部材５０は弁体２０ほどの成形精度は要求されないため、安価なナイロン樹脂を用いることにより、コストの増大を抑制することができる。

（流路確保溝）
弁体２０は、弁体駆動部材５０の回転に基づき、支軸２９を中心として回転する。すなわち、支軸２９の中心を通る軸線Ｌは、弁体２０の回転軸線である。また、軸線Ｌを中心とする周方向は、弁座面４２に対する弁体２０の移動方向（回転方向）である。以下、軸線Ｌを中心とする周方向を第１方向Ｘと呼ぶ。また、軸線Ｌを中心とする径方向を第２方向Ｙと呼ぶ。本形態では、バルブ室３０の冷媒を流出管４へ流出させるために、基台１０に嵌合した弁座４０には弁座４０を軸線Ｌ方向に貫通する冷媒出口４３が形成され、冷媒出口４３の下端には流出管４が接続される。弁座４０の上端面である弁座面４２は軸線Ｌと直交する平面であり、バルブ室３０の内側に露出する。弁座面４２には、冷媒出口４３の上端に設けられた開口部である流出口４４が形成されている。なお、本形態のバルブ装置１は、流入管３と流出管４のうち、流出管４が接続される箇所に弁座４０が取り付けられているが、流入側と流出側を逆転させてもよい。すなわち、流入管３が接続される箇所
に弁座４０を取り付けて、流出口４４を流入口として用いてもよい。

流量調節機構８は、弁体駆動部材５０を駆動して弁体２０の回転位置を制御することにより、流出口４４と連通する貫通孔２１を切り換えて流体（冷媒）の流量を調節する。また、弁体２０の回転位置を制御することにより、流出口４４が貫通孔２１のいずれかと連通する流量調節モードと、貫通孔２１を経由せずにバルブ室３０と流出口４４とが連通する最大流量モードと、流出口４４が弁体２０によって閉塞される供給停止モードとを切り換える。

弁体２０の下端面２０１は、流出口４４が形成された弁座面４２と軸線Ｌ方向に当接する当接面である。下端面２０１には、上述した５箇所の貫通孔２１の下端が開口する。本形態では、弁体２０の回転位置にばらつきがあっても貫通孔２１と流出口４４とを連通させることができるように、弁体２０の下端面２０１に貫通孔２１の穴径より大きい凹部である流路確保溝２７１、２７２、２７３、２７４、２７５が形成されている。流路確保溝２７１、２７２、２７３、２７４、２７５は、下端面２０１から上方に窪んだ凹部である。流路確保溝２７１、２７２、２７３、２７４、２７５の底面には、１箇所ずつ貫通孔２１が開口する。以下、これら５つの流路確保溝を総称して「流路確保溝２７」という（図６（ｂ）参照）。

図７は貫通孔２１および流路確保溝２７の説明図である。図７に示すように、貫通孔２１は、流路確保溝２７の第１方向Ｘ（周方向）の中央に配置され、且つ、流路確保溝２７の第２方向（径方向）の中央に配置されている。流路確保溝２７は、第１方向Ｘの幅Ｘ１および第２方向Ｙの幅Ｙ１が貫通孔２１の穴径より大きい。また、流路確保溝２７は、弁体２０の移動方向である第１方向Ｘの幅Ｘ１が、第１方向Ｘと直交する第２方向Ｙの幅Ｙ１よりも小さい。すなわち、流路確保溝２７は、弁体２０の移動方向と直交する方向（径方向）に細長く伸びた長穴形状である。

流路確保溝２７の縁は、貫通孔２１の第１方向Ｘの両側（すなわち、貫通孔２１の周方向の両側）に位置する直線部２７Ａを備える。直線部２７Ａは第２方向Ｙに延在する。このため、流路確保溝２７は、径方向外側に向かうに従って周方向の幅が増大する形状となっている。また、流路確保溝２７の径方向外側の縁、および径方向内側の縁は、弁体２０の回転中心に位置する軸線Ｌを中心とする円弧状である。

このように、貫通孔２１を貫通孔２１の穴径より大きい流路確保溝２７の底部に形成したことにより、弁体２０の回転位置のずれに起因する流量の減少が抑制される。すなわち、弁体２０の回転位置が部品公差等により設計上の位置からずれてしまい、貫通孔２１が流出口４４と部分的に重なっているか、あるいは、流出口４４と全く重なっていないとしても、貫通孔２１と連通する流路確保溝２７と流出口４４との重なり面積が貫通孔２１の断面積より大きければ、貫通孔２１の穴径に応じた流量の冷媒を流すことができる。従って、貫通孔２１による流量調節の精度を高めることができる。

流路確保溝２７の深さは、対応する貫通孔２１の穴径よりも深い。従って、流路確保溝２７を通過する流量が貫通孔２１を通過する流量より少なくなることはないので、流路確保溝２７によって貫通孔２１の流量が制限されることはない。なお、本形態では、流路確保溝２７の穴径が一定であるが、穴径は一定でなくてもよい。流路確保溝２７の内周面は貫通孔２１から離れるに従って穴径が拡大する形状であってもよい。例えば、流路確保溝２７の内周面をテーパ状にすることができる。

図８（ａ）、図８（ｂ）は流路確保溝２７と流出口４４との重なりを示す説明図である。図８（ａ）、図８（ｂ）には、本形態の流路確保溝２７の形状と、第１方向Ｘの幅が流
路確保溝２７と同一である円形の流路確保溝２７６の形状を模式的に図示している。本形態の流路確保溝２７は、第１方向Ｘと直交する第２方向Ｙの幅が第１方向Ｘの寸法より長い長穴形状であるため、第１方向Ｘの両側の縁が直線状となっている。なお、流路確保溝２７の第１方向Ｘの両側の縁は、直線状でなくてもよい。例えば、円形の流路確保溝２７６の縁よりも直線に近い形状であればよく、曲線であってもよい。例えば、流路確保溝２７は第２方向Ｙに長い楕円形であってもよい。このように、第１方向Ｘの縁が直線状あるいは円弧より直線に近い場合、流路確保溝２７と流出口４４との重なり領域は、図８（ａ）においてハッチングで図示した重なり領域２７７を含む。一方、円形の流路確保溝２７６と流出口４４との重なり面積は、図８においてハッチングで図示した重なり領域２７７を含まない。つまり、本形態の流路確保溝２７は、流出口４４との回転位置のずれが同一である場合に、円形の流路確保溝２７６よりも流出口４４との重なり領域が大きい。

このように、本形態の流路確保溝２７は、貫通孔２１の断面積と同じ重なり面積を確保できる形状でありながら、円形の流路確保溝２７６よりも第１方向Ｘ（周方向）の幅が小さい。従って、円形の流路確保溝２７６を形成する場合よりも、弁体２０の下端面２０１のスペースを有効利用でき、流路確保溝２７および貫通孔２１の配置の自由度を高めることができる。よって、弁体２０の下端面２０１に形成可能な流路確保溝２７および貫通孔２１の数を最大化することができる。具体的には、周方向に余裕を持って流路確保溝２７を配置することができるので、周方向に配列可能な流路確保溝２７および貫通孔２１の数を最大化することができる。また、流路確保溝２７を周方向に離して配置することもできる。従って、隣り合う流路確保溝２７間の封止性能を向上させることもできる。

図８（ｂ）に示す円弧２７６Ａ、２７６Ｂは、軸線Ｌを中心として弁体２０が回転した場合の円形の流路確保溝２７６の移動軌跡である。本発明を適用した流路確保溝は、軸線Ｌを中心とする径方向の直線（直線部２７Ａと重なる直線）と、円形の流路確保溝２７６の外形と、円形の流路確保溝２７６の移動軌跡を示す円弧２７６Ａ、２７６Ｂによって区画される領域２９９（図８（ｂ）においてハッチングで示した領域）の一部を、流出口４４との重なり領域として含み、且つ、第２方向Ｙの幅が第１方向Ｘの幅よりも大きい形状であればよい。このような形状であれば、流出口４４との回転位置のずれが同一である場合に、流出口４４との重なりを円形の流路確保溝２７６よりも大きくすることができる。従って、本形態の流路確保溝２７と同様の作用効果を得ることができる。

本形態の場合、部品公差等による弁体２０の回転位置のずれは、ステッピングモータ６０の駆動ステップ数に換算するとおおむね８ステップ程度におさまる。そこで、直径が８ｍｍの弁体２０を想定し、弁体２０の回転位置が８ステップずれた場合の流路確保溝２７と流出口４４との重なり面積をシミュレーションした結果、円形の流路確保溝２７６では、流路確保溝２７６の第１方向Ｘの幅を０．３６ｍｍにした場合に、流出口４４と流路確保溝２７６との重なり面積を貫通孔２１の断面積と同一にすることができた。これに対し、本形態の流路確保溝２７の形状を採用した場合、流路確保溝２７の第１方向Ｘの幅を０．２６ｍｍにした場合に、流出口４４と流路確保溝２７６との重なり面積を貫通孔２１の断面積と同一にすることができた。つまり、本形態の流路確保溝２７の方が、第１方向Ｘ（周方向）の幅を小さくできるという結果が得られた。

なお、本形態では、５つの流路確保溝２７の第１方向Ｘ（周方向）の幅を全て同一にしている。具体的には、最大の穴径の流路確保溝２７に合わせて流路確保溝２７の形状を決定した。ここで、流路確保溝２７の第１方向Ｘ（周方向）の幅を、対応する貫通孔２１の穴径に応じた幅にすることもできる。つまり、穴径の小さな貫通孔２１を周方向の幅が小さい流路確保溝２７に形成し、穴径の大きな貫通孔２１を周方向の幅が大きい流路確保溝２７に形成することができる。このようにすると、弁体２０の下端面２０１のスペースを有効利用でき、下端面２０１に形成可能な流路確保溝２７の数を最大化することができる
。

また、本形態では、流路確保溝２７の第２方向Ｙの中央は、弁体２０の径方向の中央付近に位置するが、流路確保溝２７の第２方向Ｙの中央が弁体２０の外周縁より弁体２０の中心に近い位置に流路確保溝２７を形成してもよい。流路確保溝２７を弁体２０の中心寄りに配置した場合、弁体２０の中心寄りのスペースを有効活用することができる。

本形態では、５つの貫通孔２１が設けられているが、貫通孔２１の数は１以上の任意の数とすることができる。また、複数の貫通孔２１を設ける場合、それらの穴径は全て異なっていてもよいし、一部のみ穴径が異なっていてもよい。

（バルブ装置の動作）
図９は流量調節機構８の動作を示す断面図である。図９（ａ）は貫通孔２１を通って冷媒が流れる流量調節モードの状態を示す。また、図９（ｂ）は貫通孔２１を通らずに最大流量の冷媒が流れる最大流量モードの状態を示す。外部の制御装置によりステッピングモータ６０が駆動されると、その駆動力がピニオン６６と弁体駆動部材５０の歯部５１を介して弁体駆動部材５０に伝達される。そして、弁体駆動部材５０が周方向へ回転すると、弁体２０は、弁座面４２上で弁体駆動部材５０と同方向に回転する。

流量調節機構８は、弁体２０の切欠部２２が弁座面４２の流出口４４と軸線Ｌ方向に重なる回転位置、および、弁体２０の貫通孔２１が流出口４４と軸線Ｌ方向に重なる回転位置に弁体２０を回転させる。本形態では、貫通孔２１が５箇所に設けられているため、貫通孔２１が流出口４４と軸線Ｌ方向に重なる回転位置は５つ存在する。

図９（ａ）に示す流量調節モードでは、弁体２０の下端面２０１に形成された流路確保溝２７および貫通孔２１が流出口４４と軸線Ｌ方向に重なっている。従って、バルブ室３０から順に、流路溝２４、貫通孔２１、そして流路確保溝２７を経由して流出口４４に連通する第１流路Ａ１が形成される。流量調節モードでは、貫通孔２１の穴径に応じて冷媒の流量が決定される。従って、流量調節モードのモード数は、貫通孔２１の穴数に応じたモード数となる。本形態では５つの貫通孔２１が形成されているため、流量調節機構８は、５段階の流量調節モードを備えており、５段階に流量を調節することができる。

図９（ｂ）に示す最大流量モードでは、弁体２０の切欠部２２と流出口４４とが軸線Ｌ方向に重なると、バルブ室３０から切欠部２２を経て流出口４４に至る第２流路Ａ２が形成される。本形態の切欠部２２は流出口４４の全体をバルブ室３０内に露出させるため、第２流路Ａ２は、バルブ装置１による最大流量で冷媒を流出させる。

バルブ装置１は、ステッピングモータ６０の駆動ステップ数を制御することにより、弁体２０の回転位置を制御する。弁体２０の原点位置は、弁体駆動部材５０の腕部５２がロータ６１の回転規制部に当接する位置である。このため、原点位置にある弁体２０は、回転規制部側への回転が規制されている。弁体２０が原点位置にあるとき、弁体２０の下端面２０１における切欠部２２や流路確保溝２７が形成されていない領域である平面部が、弁座面４２に形成された流出口４４を閉塞している。つまり、冷媒の供給が停止された供給停止モードとなっている。

弁体２０が原点位置にある状態から、ステッピングモータ６０が正回転方向に所定ステップ駆動されると、弁体２０は、貫通孔２１１が流出口４４と軸線Ｌ方向に重なる位置に移動する。これにより、図９（ａ）に示す流量調節モードとなり、第１流路Ａ１が形成される。本形態では、弁体２０が備える貫通孔２１のうち、貫通孔２１１は穴径の最も小さな貫通部である。従って、流量は最小流量となる。

流量調節モードでは、ステッピングモータ６０が正回転方向に所定ステップ駆動される毎に、貫通孔２１１、２１２、２１３、２１４、２１５が順次、流出口４４と軸線Ｌ方向に重なる角度に移動する。これにより、流量調節モードが切り換わる。貫通孔２１１、２１２、２１３、２１４、２１５はこの順で穴径が大きくなってゆくので、流量が多いモードに順次切り換わってゆく。

最も径が大きい貫通孔２１５が流出口４４と軸線Ｌ方向に重なる状態から、ステッピングモータ６０が正回転方向にさらに規定ステップ駆動されると、弁体２０は、切欠部２２が流出口４４と軸線Ｌ方向に重なる位置に移動する。これにより、図９（ｂ）に示す最大流量モードとなり、第２流路Ａ２が形成される。この状態から、更にステッピングモータ６０を駆動すると、弁体駆動部材５０の腕部５２がロータ６１の回転規制部に原点位置とは逆の側から当接し、弁体２０はそれ以上の回転が規制される。この位置においても、流出口４４には弁体２０の切欠部２２が軸線Ｌ方向に重なっている。従って、流量は最大流量である。

（他の実施形態）
上記形態は、弁体２０の移動方向は軸線Ｌを中心とする回転方向であったが、弁体２０を所定の方向にスライドさせて流量を調節する構造とすることもできる。

１…バルブ装置、２…バルブ本体、３…流入管、４…流出管、５…コネクタ、６…取付プレート、７…開口部、８…流量調節機構、９…外装ケース、１０…基台、１１…密閉カバー、１２…冷媒入口、１３…軸孔、１４…弁座装着孔、１６…基台側フランジ、２０…弁体、２１、２１１、２１２、２１３、２１４、２１５…貫通孔、２２…切欠部、２４、２４１、２４２、２４３、２４４、２４５…流路溝、２５、２５１、２５２、２５３…凹部（嵌合凹部）、２７、２７１、２７２、２７３、２７４，２７５…流路確保溝（凹部）、２７Ａ…直線部、２９…支軸、３０…バルブ室、４０…弁座、４１…軸孔、４２…弁座面、４３…冷媒出口、４４…流出口（開口部）、５０…弁体駆動部材、５１…歯部、５２…腕部、５５、５５１、５５２、５５３…凸部、６０…ステッピングモータ（駆動源）、６１…ロータ、６２…ロータ支軸、６３…永久磁石、６４…ステータ、６５…コイル、６６…ピニオン、１１１…底部、１１２…小径筒部、１１３…大径筒部、１１４…カバー側フランジ、１１５…環状部、２０１…弁体の下端面（当接面）、２０２…弁体の上端面（反対面）、２６２、２６３…支持面、２７６…円形の流路確保溝、２７６Ａ、２７６Ｂ…円形の流路確保溝の移動軌跡、２７７…重なり領域、２７９…領域、５０１…弁体駆動部材の下端面、Ａ１…第１流路、Ａ２…第２流路、Ｃ…移動軌跡、Ｌ…軸線、Ｌ０…軸線、Ｘ…第１方向、Ｙ…第２方向

Claims (13)

1. 流体が供給されるバルブ室と、前記バルブ室の内側に設けられた弁座面と、前記弁座面に設けられた開口部と重なる位置に載置される弁体と、前記弁体を前記弁座面に沿って移動させる弁体駆動部材と、前記弁体駆動部材を駆動する駆動源と、を有し、
   前記弁体は、前記弁座面に当接する当接面に設けられた凹部と、前記凹部の底面に開口する貫通孔を備え、
   前記凹部は、前記弁体駆動部材による弁体の移動方向である第１方向の幅が、前記第１方向と直交する第２方向の幅より小さいことを特徴とするバルブ装置。
2. 前記凹部の縁は、前記貫通孔の前記第１方向の両側に位置する直線部を備えることを特徴とする請求項１に記載のバルブ装置。
3. 前記弁体駆動部材は、前記弁座面に対して垂直な回転軸線を中心として前記弁体を回転させ、前記回転軸線を中心として前記弁体が回転したときの前記貫通孔の移動軌跡上に前記開口部が位置し、
   前記第１方向は、前記回転軸線を中心とした周方向であり、
   前記第２方向は、前記回転軸線を中心とした径方向であり、
   前記凹部は、前記周方向の幅が前記径方向の幅より小さい長穴形状であることを特徴とする請求項１または２に記載のバルブ装置。
4. 前記弁体の外形は前記回転軸線を中心とする円形であり、前記貫通孔は円形であることを特徴とする請求項３に記載のバルブ装置。
5. 前記凹部の前記径方向の中央は、前記弁体の外周縁より前記弁体の回転中心に近いことを特徴とする請求項４に記載のバルブ装置。
6. 前記弁体には複数の前記貫通孔が形成され、前記複数の前記貫通孔は、少なくとも一部の穴径が異なっており、
   前記当接面には、前記複数の前記貫通孔に対応する複数の前記凹部が互いに離間した位置に形成されていることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載のバルブ装置。
7. 前記貫通孔は、前記回転軸線を中心として周方向に複数配列され、
   前記複数の前記貫通孔は、少なくとも一部の穴径が互いに異なっており、
   前記当接面には、前記複数の前記貫通孔に対応する形状の複数の前記凹部が前記周方向に互いに離間した位置に形成されていることを特徴とする請求項３から５の何れか一項に記載のバルブ装置。
8. 前記弁体は、前記当接面の反対側を向く反対面に形成された流路溝を備え、前記流路溝の底面に前記貫通孔が開口することを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載のバルブ装置。
9. 前記反対面は前記弁体駆動部材と対向しており、
   前記反対面は、前記弁体駆動部材と当接する支持面を備えることを特徴とする請求項８に記載のバルブ装置。
10. 前記弁体には、前記弁体駆動部材と嵌合する嵌合凹部が形成され、
    前記嵌合凹部は、前記流路溝と繋がっていることを特徴とする請求項８または９に記載のバルブ装置。
11. 前記凹部の深さは、前記貫通孔の穴径より深いことを特徴とする請求項１から１０の何れか一項に記載のバルブ装置。
12. 前記当接面には、前記凹部と離間した位置に切欠部が形成され、
    前記切欠部は、前記第１方向の幅が前記開口部の前記第１方向の幅より大きく、且つ、前記弁体の外周面に開口することを特徴とする請求項１から１１の何れか一項に記載のバルブ装置。
13. 前記駆動源はステッピングモータであり、
    前記弁体駆動部材は、その外周面に歯部が形成された歯車部材であり、
    前記駆動源の駆動力は、前記弁体駆動部材に減速されて伝達されることを特徴とする請求項１から１２の何れか一項に記載のバルブ装置。

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