JP2019128022A - 電動弁 - Google Patents

Abstract

【課題】摩耗劣化を抑えることができ、閉弁力の変動を抑止することができ、耐久性能を向上させることのできる電動弁を提供する。【解決手段】弁ホルダ２３とワッシャ２７との回転摺動面、或いは、ワッシャ２７と弁体２５又は弁軸２１との回転摺動面のうち、少なくとも一つの回転摺動面に、耐摩耗性コーティングが施される。【選択図】図５

Description

本発明は、冷凍サイクル等に組み込まれて冷媒等の流体の流量制御に使用されるモータ駆動型の電動弁に関する。

例えば、流量制御弁等として使用されるモータ駆動型の電動弁は、モータのロータ軸（弁軸）の雄ねじ部が弁ハウジング（弁本体）に固定された雌ねじ部材の雌ねじ孔にねじ係合し、当該ねじ係合によって前記ロータ軸を軸線方向に変位させ、ロータ軸の軸線方向変位によって弁体を開閉駆動している。

また、この種の電動弁として、弁体の弁座への喰い込みを防止するために、弁軸に直結された弁ホルダに弁体を軸線方向に変位可能に設け、または、弁体が装着された弁ホルダと弁軸とを相対回転可能に接続し、弁ホルダ内に設けられたばねによって弁体を弁座側に付勢した緩衝ばね内蔵型のものが知られている。

この種の電動弁においては、弁ホルダと弁体とのスラスト面間、または、弁ホルダと弁軸とのスラスト面間に、スラストベアリングとして、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製ワッシャ、あるいは高滑性樹脂コーティングのワッシャが挟まれており、このスラストベアリング（ワッシャ）によって低摩擦抵抗で相対的に滑り回転できるようになっている（例えば、下記特許文献１参照）。

しかし、上記した如くの電動弁におけるスラスト面は、動作中に常に滑動ないし摺動する箇所であるため、摩耗が激しく、その摩耗対策として、下記特許文献２には、樹脂製のワッシャ形状を変更することにより、ワッシャが摩耗しても、ワッシャとの間に生じる摩擦トルクを低減させ、小さな駆動力かつ低電力で作動させ得るようにしたものが提案されている。

特開２００３−１４８６４３号公報 特開２０１７−１６１０５２号公報

しかし、上記特許文献１、２に所載の如くに、摩耗劣化が生じた場合、ばねセット長が長くなり、ばねによる閉弁力（付勢力）が小さくなる不具合を生じるおそれがある。また、例えば、上記特許文献２に所載の従来技術においては、ワッシャ形状が複雑になり、部品コストが高騰するとともに、摩耗が激しい場合には、スラスト面（摺動面）の抵抗力が大きくなり、小さな駆動力で作動し得なくなる可能性がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、摩耗劣化を抑えることができ、閉弁力の変動を抑止することができ、耐久性能を向上させることのできる電動弁を提供することにある。

前記の目的を達成すべく、本発明に係る電動弁は、基本的には、弁体と、雄ねじ部を持つ弁軸と、前記弁体と前記弁軸との間に縮装された弁体付勢ばねと、前記弁軸の雄ねじ部が螺合する雌ねじ部を持つガイドステム及び前記弁体が接離する弁座が設けられた弁本体と、前記弁軸を前記ガイドステムに対して回転させながら昇降させるためのロータ及びステータを有するモータと、前記弁軸に対して前記弁体を昇降方向に相対移動可能及び相対回転可能かつ昇降方向に抜け止め係止した状態で保持する弁ホルダと、前記弁ホルダと前記弁体又は前記弁軸との間に配在されたワッシャと、を備え、前記弁ホルダと前記ワッシャとの回転摺動面、或いは、前記ワッシャと前記弁体又は前記弁軸との回転摺動面のうち、少なくとも一つの回転摺動面に、耐摩耗性コーティングが施されていることを特徴としている。

好ましい態様では、前記弁軸に前記弁ホルダが連結固定され、前記弁ホルダに、前記弁体が昇降方向の相対移動可能及び相対回転可能に内挿されて抜け止め係止されており、前記弁ホルダと前記弁体との間に前記ワッシャが配在される。

更に好ましい態様では、開弁時に前記弁体への前記弁体付勢ばねの付勢力の伝達が阻止されるようにされる。

更に好ましい態様では、前記弁体付勢ばねと前記弁体との間にばね受け部材が配設され、前記弁ホルダに、前記弁体付勢ばねの付勢力による前記ばね受け部材の前記弁体側への移動を制限するストッパが設けられる。

別の好ましい態様では、前記弁ホルダに前記弁体が連結固定され、前記弁軸に、前記弁ホルダが昇降方向の相対移動可能及び相対回転可能に外挿されて抜け止め係止されており、前記弁ホルダと前記弁軸との間に前記ワッシャが配在される。

更に好ましい態様では、開弁時に前記弁軸への前記弁体付勢ばねの付勢力の伝達が阻止されるようにされる。

更に好ましい態様では、前記弁体付勢ばねと前記弁軸との間にばね受け部材が配設され、前記弁ホルダに、前記弁体付勢ばねの付勢力による前記ばね受け部材の前記弁軸側への移動を制限するストッパが設けられる。

他の好ましい態様では、前記弁体の上下に背圧室と前記弁座付きの弁口を持つ弁室とを画成するガイド部材に、間にシール部材を挟んで前記弁体が挿通されるとともに、前記背圧室と前記弁口とが常時連通せしめられる。

他の好ましい態様では、前記弁体は、回転せずに昇降せしめられるようにされる。

更に好ましい態様では、前記ステータは、前記弁本体に接合された筒状のキャンに外嵌され、前記ロータは、前記キャンの内側に配置されて前記弁軸に一体回動可能に連結固定される。

本発明によれば、回転摺動面に施された耐摩耗性コーティングによって、回転摺動面（スラスト面）の耐摩耗性能が向上するので、摩耗劣化を抑えることができ、閉弁力の変動を抑止することができ、耐久性能を向上させることができる。

本発明に係る電動弁の第１実施形態の全閉状態を示す縦断面図。 本発明に係る電動弁の第１実施形態の全開状態を示す縦断面図。 図１の要部拡大縦断面図。 図１及び図２の中間状態（リフト量：Ｌａ）の要部拡大縦断面図。 図１及び図２の中間状態（リフト量：Ｌｂ）の要部拡大縦断面図。 図２の要部拡大縦断面図。 本発明に係る電動弁の第２実施形態の全閉状態を示す縦断面図。 本発明に係る電動弁の第２実施形態の全開状態を示す縦断面図。 図７の要部拡大縦断面図。 図７及び図８の中間状態（リフト量：Ｌａ）の要部拡大縦断面図。 図７及び図８の中間状態（リフト量：Ｌｂ）の要部拡大縦断面図。 図８の要部拡大断面図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

［第１実施形態］
図１及び図２は、本発明に係る電動弁の第１実施形態を示す縦断面図であり、図１は全閉状態、図２は全開状態を示している。

なお、本明細書において、上下、左右、前後等の位置、方向を表わす記述は、説明が煩瑣になるのを避けるために図面に従って便宜上付けたものであり、実際の使用状態での位置、方向を指すとは限らない。

また、各図において、部材間に形成される隙間や部材間の離隔距離等は、発明の理解を容易にするため、また、作図上の便宜を図るため、各構成部材の寸法に比べて大きくあるいは小さく描かれている場合がある。

図示実施形態の電動弁１は、例えば冷凍サイクル等において冷媒流量を調整するために使用されるものであり、上面が開口した有底円筒状の弁本体１０、該弁本体１０（の外筒部材５）の上端面部外周側にその下端部が溶接等により密封接合されたキャン４５、弁本体１０（の外筒部材５）の上端面部内周側に溶接等により固定された鍔状円板１８付きのガイドステム１５、該ガイドステム１５の小径上部１５ｂに形成された雌ねじ部１５ｉに、その軸状部２１ａ外周に形成された雄ねじ部２１ｅが螺合せしめられた弁軸２１、前記キャン４５の内側に配置されて前記弁軸２１に一体回動可能に連結固定されたロータ３０、及び該ロータ３０を回転駆動すべく前記キャン４５の外周に外嵌されたステータ５０を備えている。

ここでは、ロータ３０とステータ５０とでステッピングモータが構成され、また、ガイドステム１５の雌ねじ部１５ｉと弁軸２１の雄ねじ部２１ｅとでねじ送り機構が構成され、前記ステッピングモータとねじ送り機構とで弁軸２１を回転させながら昇降させるための昇降駆動装置が構成されている。

前記弁本体１０は、本例では、有底円筒状の基体部材９と、該基体部材９の外側に配在された、例えば金属を素材として作製された外筒部材５とを有する。基体部材９の上部開口には、後述する弁体２５の胴部２５ｂが挿通する弁体ガイド穴８ａが中央に形成された厚肉円筒状のガイド部材８が嵌合固定されており（図示例では、かしめ部９ａによるかしめ固定）、基体部材９の内部に円筒状空所からなる弁室１２が画成されている。また、基体部材９の底部９ｂには、弁座１１ａ付きの弁口１１ｂが（縦向きに）形成されている。

前記弁口１１ｂの形状は、図示例に限られる訳ではないが、本例では、軸線Ｏ方向（昇降方向）に沿う円筒面からなる円筒状部（ストレート部ともいう）とそれに連なる円錐台状部とで構成される弁口部を複数段有し、前記弁室１２から離れるに従って口径（弁口部の円筒状部の口径）が複数段階（図示例では、３段階）で順次大きくされた多段弁口で形成されている。

前記基体部材９の弁室１２の一側方には、管継手からなる第１入出口６がろう付け等により接合され、基体部材９の底部９ｂ（の弁口１１ｂの下側）には、管継手からなる第２入出口７がろう付け等により接合されている。

一方、外筒部材５は、上下の両端が開口した断面一定（内径及び外径が一定）の筒状部材で構成されており、基体部材９の円筒部９ｃより若干大径に形成されている。前記基体部材９の底部９ｂの下半部は若干大径とされており、その大径部分の外周に設けられた鍔状部９ｄに、外筒部材５の下端部が突き合わせ溶接等により接合されることで、当該外筒部材５は、基体部材９の外周（つまり、弁室１２の外周）に若干の隙間（円筒状の隙間）をあけて固定配置されている。また、外筒部材５の上部にはガイドステム１５の下部が挿入されている。

また、本例では、前記基体部材９の底部９ｂの上半部を横方向（軸線Ｏ方向に対して垂直方向）に直線状に貫通する横穴からなる貫通穴９ｅが設けられている。この貫通穴９ｅは、内端側が前記弁口１１ｂを構成する円筒状部（特に、そのうち弁座１１ａに最も近接した円筒状部（つまり、弁座１１ａの直下の円筒状部））に開口せしめられ、外端側が前記基体部材９と外筒部材５との間に形成された隙間からなる連通空間４に開口せしめられている。

前記弁軸２１は、前記ロータ３０の連結体３２が外嵌せしめられる上部小径部２１ｂ、ガイドステム１５の雌ねじ部１５ｉに螺合する雄ねじ部２１ｅを有する軸状部２１ａ、及び、該軸状部２１ａ（雄ねじ部２１ｅ）より下側の鍔状部２１ｄ付きの厚肉円板状の下部大径連結部２１ｃを有する。該弁軸２１の下端部には、その下部大径連結部２１ｃの外周上部に設けられた鍔状部２１ｄにその天井穴部分が連結固定されるとともに（図示例では、かしめ部２３ｃによるかしめ固定）、ガイドステム１５の大径円筒状胴部１５ａに摺動自在に嵌挿された円筒状の弁ホルダ２３が保持されている。つまり、本例では、円筒状の弁ホルダ２３の天井穴は、弁軸２１の下部大径連結部２１ｃにより閉塞されるとともに、当該弁ホルダ２３は、弁軸２１と一体に回転しながら昇降せしめられる。この弁ホルダ２３の円筒部２３ａ下部には、前記弁体２５の上部が上下方向（昇降方向）に摺動自在に挿入（内挿）されて保持されている。

弁体２５は、本例では、例えばＳＵＳ等の金属を素材として上下方向（軸線Ｏ方向）に沿って配置された段付き軸状部材から作製されており、逆円錐台面部を有する弁座１１ａ（弁口１１ｂ）内にその下部が挿入されて着座する弁体部２５ａ、該弁体部２５ａの上部に連なる円柱状の胴部２５ｂ、及び、胴部２５ｂの上部に連なる大径頭部２５ｃを有する。

前記胴部２５ｂは、前記基体部材９に固定されたガイド部材８の弁体ガイド穴８ａに摺動自在に挿通されている。本例では、弁体２５の胴部２５ｂとガイド部材８の弁体ガイド穴８ａとの間（具体的には、弁体ガイド穴８ａに設けられた環状溝）に、シール部材としてのＯリング８ｂが装着されるとともに、該Ｏリング８ｂの内側に、ガイド部材８（の弁体ガイド穴８ａ）に対する弁体２５の摺動抵抗を低減すべく、テフロン（登録商標）等からなるリング状のパッキン（キャップシールともいう）８ｃが装着されている。

なお、前記Ｏリング８ｂやパッキン８ｃは、弁体２５の胴部２５ｂの外周に設けられた環状溝に装着してもよい。この場合、シール部材としてのＯリング８ｂの外側にリング状のパッキン８ｃが装着される。

前記弁体２５の先端形状（つまり、弁体部２５ａの形状）は、図示例に限られる訳ではないが、当該弁体２５は中実部材で作製されるので、例えば、前記弁座１１ａに着座する着座面部と、該着座面部の下側に連なる、流量特性としてイコールパーセント特性あるいはそれに近似する特性を得られるように設計された曲面部とを有するものとすることができる。そのようなリフト量に応じて弁口１１ｂを流れる流体の流量を変化させる曲面部としては、楕球面部、あるいは、曲率ないし制御角が先端に近づくに従って連続的又は段階的に大きくされた複数段の円錐テーパ面部等で構成することができる。

弁ホルダ２３（の円筒部２３ａ）の下端部には、前記弁体２５（の大径頭部２５ｃ）を、間に薄肉の環状円板（例えば、ＳＵＳ等の金属製又は樹脂製）からなるワッシャ２７を挟んで抜け止め係止するとともに、前記弁体２５の胴部２５ｂ（の上部に形成された縮径上部２５ｆ）を（若干の隙間をあけて）挿通する通し穴を画成する内鍔状掛止部（下端側内鍔状掛止部）２３ｂが内向きに突設されている。弁ホルダ２３が弁本体１０に対して上方向に移動せしめられるとき、前記弁体２５の大径頭部２５ｃ（の下面）の外周部分（言い換えれば、胴部２５ｂと大径頭部２５ｃとの間の下向きの円環状の段丘面）からなる外鍔状係止部２５ｄに弁ホルダ２３の内鍔状掛止部２３ｂに配置されたワッシャ２７が引っ掛けられて抜け止め係止されるようになっている。なお、弁ホルダ２３（の内鍔状掛止部２３ｂ）と弁体２５（の外鍔状係止部２５ｄ）との間に介装される前記ワッシャ２７は、弁ホルダ２３と弁体２５との間の回転摺動抵抗を低減する（言い換えれば、前記昇降駆動装置による弁ホルダ２３の回転運動が弁体２５に伝達するのを防止する）ために設けられている。

一方、弁体２５の上面には、断面外形がハット形のばね受け部材２６が載せられ、このばね受け部材２６の鍔状部２６ａと弁軸２１の下部大径連結部２１ｃとの間には弁体押圧兼緩衝用の円筒状の圧縮コイルばねからなる弁体付勢ばね２４が縮装されており、弁体２５は（間にばね受け部材２６を挟んで）弁体付勢ばね２４（の付勢力）により下向き（閉弁方向）に付勢される。

本例では、弁体２５（の上面）とばね受け部材２６（の下面）との接触面積（回転摺動抵抗）を低減すべく、弁体２５（の大径頭部２５ｃ）の上面中央に、上面が平坦な凸面２５ｅが設けられている。

また、弁ホルダ２３の下部内周には、前記ばね受け部材２６の鍔状部２６ａに係合せしめられる大きさのストッパとしての内周段差部２３ｄが形成されている。弁ホルダ２３が弁本体１０に対して上方向に移動せしめられて開弁するとき、弁ホルダ２３の内周段差部（上向きの円環状の段丘面）２３ｄにより、弁体付勢ばね２４（の付勢力）により下向きに付勢されたばね受け部材２６の鍔状部２６ａが引っ掛けられて掛止されるようになっている。これにより、弁ホルダ２３内において弁体付勢ばね２４（の付勢力）によるばね受け部材２６の弁体２５側への移動が制限（阻止）され、開弁時に、弁体付勢ばね２４の付勢力が弁体２５に伝達されないようになっている。

詳しくは、図１及び図３に示される如くの閉弁状態（弁ホルダ２３、及び弁体２５が最下降位置にある状態であって、弁体付勢ばね２４（の付勢力）により弁体２５の弁体部２５ａが弁座１１ａに押し付けられた状態）においては、ばね受け部材２６の鍔状部２６ａ（の下面）と弁ホルダ２３の内周段差部２３ｄ（上向きの段丘面）とは（上下方向で）所定の距離Ｌａだけ離隔し、弁体２５の大径頭部２５ｃ（の外周下面）と弁ホルダ２３の内鍔状掛止部２３ｂに配置されたワッシャ２７（の上面）とは（上下方向で）所定の距離Ｌｂだけ離隔しており、Ｌｂ＞Ｌａの関係となるように各離隔距離が設定されている（図３参照）。これにより、昇降駆動装置による弁ホルダ２３の上方向への移動に伴って、ばね受け部材２６の鍔状部２６ａ（の下面）が弁ホルダ２３の内周段差部２３ｄ（上向きの段丘面）に係合せしめられ、その後は、ばね受け部材２６が弁ホルダ２３とともに（一体となって）上方向へ移動せしめられ、弁体２５の大径頭部２５ｃとばね受け部材２６との間に間隙が形成されるようになっている（後で詳述）。

また、弁ホルダ２３の内側と外側（つまり、基体部材９と外筒部材５との間の連通空間４）とは、ガイドステム１５の大径円筒状胴部１５ａと弁ホルダ２３の円筒部２３ａとの摺動面隙間２８等を介して常時連通せしめられるとともに、弁口１１ｂと弁体２５の上側（背面）に形成される背圧室２０とは、前記基体部材９に形成された連通穴９ｅ、前記連通空間４、前記摺動面隙間２８等で構成される均圧通路３を通して常時連通せしめられている。

なお、本例では、基体部材９（弁室１２）の外周の全体を均圧通路３を構成する連通空間（円筒状の隙間）４としたが、例えば、基体部材９の外周の所定位置にＤカット面を形成する、基体部材９の外周（外壁）や外筒部材５の内周（内壁）を多角形状に形成する等して、基体部材９（弁室１２）の外周の一部を前記連通空間４としてもよい。

上記した弁軸２１、弁ホルダ２３、弁体付勢ばね２４、及びばね受け部材２６は、弁体２５が弁座１１ａから離隔している状態（開弁状態）においては実質的に一体的に回転しながら昇降せしめられるが、前記Ｏリング８ｂが外装されており、前記弁ホルダ２３に上下方向（昇降方向）の相対移動可能及び相対回転可能に内挿保持されている弁体２５は、実質的に回転せずに昇降せしめられる（後で詳述）。

また、ロータ３０及び弁軸２１の原点位置を設定すべく、ガイドステム１５の小径上部１５ｂの上面には、所定の幅、高さ、奥行きを持つ断面矩形の閉弁方向用固定ストッパ５５が上向きに突設され、ガイドステム１５の大径円筒状胴部１５ａの上部には所定の幅、高さ、奥行きを持つ断面矩形の開弁方向用固定ストッパ５６が下向きに突設されている。

弁軸２１における雄ねじ部２１ｅの上端部には、閉弁方向用可動ストッパ３５が螺合せしめられてロータ３０の円板状天井部に抜け止め係止されている。この閉弁方向用可動ストッパ３５は、雄ねじ部２１ｅに螺合する平面視外形が六角形でその一辺が円弧状とされたナット部３５ａとこのナット部３５ａから下向きに突設された所定の幅、高さ、奥行きを持つ断面矩形のストッパ部３５ｓとからなっている。

また、弁軸２１の雄ねじ部２１ｅの下端部には、前記開弁方向用固定ストッパ５６に接当係止される開弁方向用可動ストッパ３６が螺合せしめられて前記弁軸２１の下部大径連結部２１ｃに抜け止め係止されている。この開弁方向用可動ストッパ３６は、雄ねじ部２１ｅに螺合するナット部３６ａとこのナット部３６ａから上向きに突設された所定の幅、高さ、奥行きを持つ断面矩形のストッパ部３６ｓとからなっている。

前記ロータ３０は、天井付き円筒状のマグネット３１とこの天井部に一体結合された連結体３２とからなり、連結体３２は、弁軸２１における上部小径部２１ｂに外嵌されるとともに、前記閉弁方向用可動ストッパ３５上に載せられて前記上部小径部２１ｂに溶接固定されている。

ここで、前記ロータ３０の天井部の下面側には、両端部が平面視でＤ字状に形成されたＤカット部を備えた凹部３３が設けられ、この凹部３３に形成されたＤカット部以外の円弧状とされた部分に前記閉弁方向用可動ストッパ３５のナット部３５ａの円弧状とされた一辺が接当した状態で嵌め込まれ、Ｄカット部に前記ナット部３５ａの他の２辺が接当した状態で嵌め込まれており、これにより、ロータ３０と閉弁方向用可動ストッパ３５と弁軸２１とは、一体的に回転しながら昇降せしめられる。

一方、前記弁本体１０（の外筒部材５）の上端部（上端面）外周には、有底円筒状のキャン４５の下端部が溶接等により密封接合されており、そのキャン４５の外周には、ヨーク５１、ボビン５２、コイル５３、樹脂モールド５４等からなるステータ５０が外嵌されている。このステータ５０は、その底部に設けられた位置決め固定具５９により、弁本体１０に対して所定の位置に位置決め固定されている。

これにより、ロータ３０が回転せしめられると、それと一体に弁軸２１が回転せしめられ、このとき、前記ねじ送り機構により弁軸２１とともに弁ホルダ２３が弁体２５を伴って昇降せしめられ、これによって、冷媒の通過流量が調整される。

上記構成とされた電動弁１の動作（特に、その開弁動作）を、図１及び図２とともに図３〜図６を参照しながらより具体的に説明する。なお、電動弁１の閉弁動作は、以下の動作と逆の動作となる。

なお、本実施形態の電動弁１では、流体（冷媒）は、双方向（第１入出口６から第２入出口７に向かう方向（横→下）と、第２入出口７から第１入出口６に向かう方向（下→横）との双方向）に流されるようになっているが、電動弁１の動作自体は流体（冷媒）の流れ方向で基本的にほぼ同じであるので、以下では、横→下流れの場合を代表して説明する。よって、以下の動作中では、第１入出口６が流入口（高圧側）、第２入出口７が流出口（低圧側）となっている。

図１及び図３に示される如くの全閉状態では、可動ストッパ３５が固定ストッパ５５に接当して係止され、ロータ３０、弁軸２１、及び弁ホルダ２３が最下降位置にある。このとき、ばね受け部材２６の鍔状部２６ａ（の下面）と弁ホルダ２３の内周段差部２３ｄ（上向きの段丘面）とは（上下方向で）所定の距離Ｌａだけ離隔し、弁体２５の大径頭部２５ｃ（の外周下面）と弁ホルダ２３の内鍔状掛止部２３ｂに配置されたワッシャ２７（の上面）とは（上下方向で）所定の距離Ｌｂ（＞Ｌａ）だけ離隔しており、弁体付勢ばね２４（の付勢力）によって弁体２５（の弁体部２５ａ）が弁座１１ａに着座（圧接）して弁口１１ｂが閉じられている。

図１及び図３に示される全閉状態からステータ５０に開弁方向用駆動パターンとなるパルスを供給すると、ロータ３０及び弁軸２１が回転せしめられ、雌ねじ部１５ｉと雄ねじ部２１ｅからなるねじ送り機構により、ロータ３０、弁軸２１、弁ホルダ２３及び開弁方向用可動ストッパ３６が回転しながら上昇する。そのリフト量がＬａに達するまで（図４に示される状態まで）は、弁ホルダ２３の内周段差部２３ｄにばね受け部材２６の鍔状部２６ａは掛止されず、弁体付勢ばね２４（の付勢力）によって、弁口１１ｂが閉じられた状態（図１及び図３と同様の閉弁状態）が保持される。このとき、弁体付勢ばね２４の圧縮量は次第に減少して、その全長は次第に長くなる（つまり、弁体２５に対する押圧力は弱められる）。

ロータ３０、弁軸２１、弁ホルダ２３及び開弁方向用可動ストッパ３６がさらに回転しながら上昇せしめられ、そのリフト量がＬａに達すると、図４に示される如くに、（弁体付勢ばね２４の付勢力によって）ばね受け部材２６の鍔状部２６ａが弁ホルダ２３の内周段差部２３ｄと係合する。そのリフト量がＬａを超えてＬｂに達するまで（図５に示される状態まで）は、弁体２５の上下の圧力差によって、弁体２５（の弁体部２５ａ）が弁座１１ａに押し付けられたまま（つまり、弁体２５が弁口１１ｂを閉じたまま）となる。一方、弁体付勢ばね２４と弁体２５との間に配設されたばね受け部材２６は、前記鍔状部２６ａと前記内周段差部２３ｄとの係合によって、弁ホルダ２３とともに（一体に）移動（上昇）せしめられ、弁体２５から離され、弁体付勢ばね２４の付勢力は弁体２５には伝達されなくなる。なお、リフト量がＬａを超えると、鍔状部２６ａが内周段差部２３ｄと係合するため、弁体付勢ばね２４の全長は変化しない。

前記のように鍔状部２６ａと内周段差部２３ｄとが係合せしめられた後、ロータ３０、弁軸２１、弁ホルダ２３及び開弁方向用可動ストッパ３６がさらに回転しながら上昇せしめられ、そのリフト量がＬｂ（＞Ｌａ）に達すると、図５に示される如くに、弁体２５の大径頭部２５ｃが弁ホルダ２３の内鍔状掛止部２３ｂに配置されたワッシャ２７と係合する。そして、そのリフト量がＬｂを超えると、図２及び図６に示される如くに、弁体２５は、前記大径頭部２５ｃと前記内鍔状掛止部２３ｂに配置されたワッシャ２７との係合によって、弁ホルダ２３とともに移動（上昇）せしめられ、弁体２５（の弁体部２５ａ）が弁座１１ａから離れて弁口１１ｂが開口せしめられる。第１入出口（流入口）６から弁室１２に流れ込んだ流体は、弁口１１ｂに流れ込み、当該弁口１１ｂに流れ込む流体（つまり、第２入出口（流出口）７へ流れ出る流体）の流量は、弁ホルダ２３及び弁体２５の上昇（リフト量）に伴って次第に大きくなる。この状態において、弁体２５の上下、つまり、弁口１１ｂと弁体２５の上側の背圧室２０とは前記均圧通路３（貫通穴９ｅ、連通空間４、摺動面隙間２８等）を介して常時連通せしめられるので、弁体２５に作用する押し下げ力（閉弁方向に働く力）と押し上げ力（開弁方向に働く力）とがバランス（差圧がキャンセル）されることになる。

このように、ステータ５０への供給パルス数に応じて弁体２５のリフト量（弁開度＝流量）が定まり、さらに前記パルス供給を続けると、最終的には、可動ストッパ３６が開弁方向用固定ストッパ５６に接当係止され、これにより、ロータ３０、弁軸２１、及び弁ホルダ２３の回転及び上昇が強制的に停止せしめられる。

上記した如くに、本実施形態の電動弁１では、弁体２５が実質的に（軸線Ｏ周りで）回転せずに昇降せしめられるので、図１及び図３に示される全閉状態から図４に示される状態までの間に、ばね受け部材２６の下面と弁体２５の大径頭部２５ｃ（の凸面２５ｅ）の上面が（軸線Ｏ周りで）相対的に回転摺動せしめられ、図５に示される状態から図２及び図６に示される全閉状態にわたって（すなわち、開弁時にわたって）、弁ホルダ２３の内鍔状掛止部２３ｂの上面とワッシャ２７の下面、及び、ワッシャ２７の上面と弁体２５の大径頭部２５ｃの下面が（軸線Ｏ周りで）相対的に回転摺動せしめられる。

そのため、本実施形態の電動弁１では、前記動作時の回転摺動による摩耗を防止すべく、次のような対策が講じられている。

すなわち、本実施形態では、開弁時に摺動する弁ホルダ２３、ワッシャ２７、及び弁体２５の回転摺動面に対し、耐摩耗性コーティングが施されている。また、前記ばね受け部材２６及び弁体２５の回転摺動面に対しても同様に耐摩耗性コーティングを施してもよい。なお、耐摩耗性コーティングは、前記回転摺動面の全面に形成してもよいし、その一部のみに形成してもよい。

前記耐摩耗性コーティングとしては、例えば、エポキシ系樹脂にＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を配合し、常温又は加熱乾燥させた潤滑塗膜、ポリアミドイミド系樹脂にＰＴＦＥ又は二硫化モリブデン又はグラファイトを配合し、常温又は加熱乾燥させた潤滑塗膜、無電解Ｎｉ−Ｐめっき、無電解Ｎｉ−Ｂめっき、無電解Ｎｉ−Ｐ／ＰＴＦＥめっき等の無電解Ｎｉめっき、電気めっき（例えば、ＨＶ２００以上）などを採用できる。

このように、本実施形態の電動弁１では、回転摺動面に施された耐摩耗性コーティングによって、回転摺動面（スラスト面）の耐摩耗性能が向上するので、摩耗劣化を抑えることができ、閉弁力の変動を抑止することができ、耐久性能を向上させることができる。

また、本実施形態の電動弁１では、弁ホルダ２３に設けられた内周段差部２３ｄによって、開弁時に弁体２５への弁体付勢ばね２４の付勢力の伝達が阻止されるとともに、均圧通路３によって、弁体２５に作用する押し下げ力と押し上げ力とがバランス（差圧がキャンセル）されるので、これによっても、回転摺動面（スラスト面）の摩耗劣化を抑えることができる。

［第２実施形態］
図７及び図８は、本発明に係る電動弁の第２実施形態を示す縦断面図であり、図７は全閉状態、図８は全開状態を示している。

本第２実施形態の電動弁２は、上記第１実施形態の電動弁１に対し、主に、弁軸２１に対して弁体２５を昇降方向に相対移動可能及び相対回転可能かつ昇降方向へ抜け止め係止した状態で保持するための構成が相違しており、その他の構成は略同じである。したがって、第１実施形態の各部に対応する部分には共通の符号を付して重複説明を省略し、以下では、相違点を重点的に説明する。

本実施形態では、ねじ送り機構の一方を構成する弁軸２１の（軸状部２１ａ（雄ねじ部２１ｅ）より下側の）下部大径連結部２１ｃが、小径上部２１ｆと大径下部２１ｈとからなる段付きで形成されている。

一方、弁軸２１の下方に配置される弁体２５の大径頭部２５ｃの外周下部に鍔状部２５ｇが設けられており、弁体２５の上端部に、その大径頭部２５ｃの外周下部に設けられた鍔状部２５ｇにその底穴部分が連結固定されるとともに（図示例では、かしめ部２３ｃによるかしめ固定）、ガイドステム１５の大径円筒状胴部１５ａに摺動自在に嵌挿される円筒状の弁ホルダ２３が保持されている。つまり、本例では、円筒状の弁ホルダ２３の底穴は、弁体２５の大径頭部２５ｃにより閉塞されるとともに、当該弁ホルダ２３は、弁体２５と一体に（回転せずに）昇降せしめられる。この弁ホルダ２３の円筒部２３ａ上部には、前記弁軸２１の下部が上下方向（昇降方向）に摺動自在に挿入（内挿）されている。

前記弁軸２１に外挿された弁ホルダ２３（の円筒部２３ａ）の上端部には、前記弁軸２１（の下部大径連結部２１ｃ）を、間に薄肉の環状円板（例えば、ＳＵＳ等の金属製又は樹脂製）からなるワッシャ２９を挟んで抜け止め係止するとともに、前記弁軸２１の下部大径連結部２１ｃ（の上部に形成された小径上部２１ｆ）を（若干の隙間をあけて）挿通する通し穴を画成する内鍔状掛止部（上端側内鍔状掛止部）２３ｅが内向きに突設されている。弁軸２１が弁本体１０に対して上方向に移動せしめられるとき、前記弁軸２１の下部大径連結部２１ｃの大径下部２１ｈ（の上面）の外周部分（言い換えれば、小径上部２１ｆと大径下部２１ｈとの間の上向きの円環状の段丘面）からなる外鍔状係止部２１ｇに配置されたワッシャ２９に弁ホルダ２３の内鍔状掛止部２３ｅが引っ掛けられて抜け止め係止されるようになっている。なお、弁ホルダ２３（の内鍔状掛止部２３ｅ）と弁軸２１（の外鍔状係止部２１ｇ）との間に介装される前記ワッシャ２９は、弁軸２１と弁ホルダ２３との間の回転摺動抵抗を低減する（言い換えれば、前記昇降駆動装置による弁軸２１の回転運動が弁ホルダ２３に伝達するのを防止する）ために設けられている。

一方、弁軸２１の下面には、断面外形が逆ハット形のばね受け部材２６が配置され、このばね受け部材２６の鍔状部２６ａと弁体２５の大径頭部２５ｃとの間には弁体押圧兼緩衝用の円筒状の圧縮コイルばねからなる弁体付勢ばね２４が縮装されており、弁体２５は弁体付勢ばね２４（の付勢力）により下向き（閉弁方向）に付勢される。

本例では、弁軸２１（の下面）とばね受け部材２６（の上面）との接触面積（回転摺動抵抗）を低減すべく、弁軸２１（の下部大径連結部２１ｃ）の下面中央に、下面が平坦な凸面２１ｉが設けられている。

また、弁ホルダ２３の上部内周には、前記ばね受け部材２６の鍔状部２６ａに係合せしめられる大きさのストッパとしての内周段差部２３ｆが形成されている。弁軸２１が弁本体１０に対して上方向に移動せしめられて開弁するとき、弁ホルダ２３の内周段差部（下向きの円環状の段丘面）２３ｆにより、弁体付勢ばね２４（の付勢力）により上向きに付勢されたばね受け部材２６の鍔状部２６ａが引っ掛けられて掛止されるようになっている。これにより、弁ホルダ２３内において弁体付勢ばね２４（の付勢力）によるばね受け部材２６の弁軸２１側への移動が制限（阻止）され、開弁時に、弁体付勢ばね２４の付勢力が弁軸２１に伝達されないようになっている。

詳しくは、図７及び図９に示される如くの閉弁状態（弁ホルダ２３、及び弁体２５が最下降位置にある状態であって、弁体付勢ばね２４（の付勢力）により弁体２５の弁体部２５ａが弁座１１ａに押し付けられた状態）においては、ばね受け部材２６の鍔状部２６ａ（の上面）と弁ホルダ２３の内周段差部２３ｆ（下向きの段丘面）とは（上下方向で）所定の距離Ｌａだけ離隔し、弁軸２１の下部大径連結部２１ｃに配置されたワッシャ２９（の上面）と弁ホルダ２３の内鍔状掛止部２３ｅ（の下面）とは（上下方向で）所定の距離Ｌｂだけ離隔しており、Ｌｂ＞Ｌａの関係となるように各離隔距離が設定されている（図９参照）。これにより、昇降駆動装置による弁軸２１の上方向への移動に伴って、ばね受け部材２６の鍔状部２６ａ（の上面）が弁ホルダ２３の内周段差部２３ｆ（下向きの段丘面）に係合せしめられ、その後は、ばね受け部材２６が弁ホルダ２３と一体となって上方向への移動が阻止され、弁軸２１の下部大径連結部２１ｃとばね受け部材２６との間に間隙が形成されるようになっている（後で詳述）。

本例では、上記第１実施形態とは異なり、上記した弁軸２１は、弁体２５が弁座１１ａから離隔している状態（開弁状態）においては回転しながら昇降せしめられるが、前記弁軸２１に上下方向（昇降方向）の相対移動可能及び相対回転可能に外挿保持された弁ホルダ２３、弁体２５、弁体付勢ばね２４、及びばね受け部材２６は、実質的に一体となって回転せずに昇降せしめられる（後で詳述）。

上記構成とされた電動弁２の動作（特に、その開弁動作）を、図７及び図８とともに図９〜図１２を参照しながらより具体的に説明する。なお、電動弁２の閉弁動作は、以下の動作と逆の動作となる。

なお、本実施形態の電動弁２でも、上記第１実施形態と同様、流体（冷媒）は、双方向（第１入出口６から第２入出口７に向かう方向（横→下）と、第２入出口７から第１入出口６に向かう方向（下→横）との双方向）に流されるようになっているが、電動弁２の動作自体は流体（冷媒）の流れ方向で基本的にほぼ同じであるので、以下では、横→下流れの場合を代表して説明する。よって、以下の動作中では、第１入出口６が流入口（高圧側）、第２入出口７が流出口（低圧側）となっている。

図７及び図９に示される如くの全閉状態では、可動ストッパ３５が固定ストッパ５５に接当して係止され、ロータ３０、弁軸２１、及び弁ホルダ２３が最下降位置にある。このとき、ばね受け部材２６の鍔状部２６ａ（の上面）と弁ホルダ２３の内周段差部２３ｆ（下向きの段丘面）とは（上下方向で）所定の距離Ｌａだけ離隔し、弁軸２１の下部大径連結部２１ｃに配置されたワッシャ２９（の上面）と弁ホルダ２３の内鍔状掛止部２３ｅ（の下面）とは（上下方向で）所定の距離Ｌｂ（＞Ｌａ）だけ離隔しており、弁体付勢ばね２４（の付勢力）によって弁体２５（の弁体部２５ａ）が弁座１１ａに着座（圧接）して弁口１１ｂが閉じられている。

図７及び図９に示される全閉状態からステータ５０に開弁方向用駆動パターンとなるパルスを供給すると、ロータ３０及び弁軸２１が回転せしめられ、雌ねじ部１５ｉと雄ねじ部２１ｅからなるねじ送り機構により、ロータ３０、弁軸２１及び開弁方向用可動ストッパ３６が回転しながら上昇する。そのリフト量がＬａに達するまで（図１０に示される状態まで）は、弁ホルダ２３の内周段差部２３ｆにばね受け部材２６の鍔状部２６ａは掛止されず、弁体付勢ばね２４（の付勢力）によって、弁口１１ｂが閉じられた状態（図７及び図９と同様の閉弁状態）が保持される。このとき、弁体付勢ばね２４の圧縮量は次第に減少して、その全長は次第に長くなる（つまり、弁体２５に対する押圧力は弱められる）。

ロータ３０、弁軸２１及び開弁方向用可動ストッパ３６がさらに回転しながら上昇せしめられ、そのリフト量がＬａに達すると、図１０に示される如くに、（弁体付勢ばね２４の付勢力によって）ばね受け部材２６の鍔状部２６ａが弁ホルダ２３の内周段差部２３ｆと係合する。そのリフト量がＬａを超えてＬｂに達するまで（図１１に示される状態まで）は、弁体２５の上下の圧力差及び弁体付勢ばね２４の付勢力によって、弁体２５（の弁体部２５ａ）が弁座１１ａに押し付けられたまま（つまり、弁体２５が弁口１１ｂを閉じたまま）となる。このとき、弁体付勢ばね２４と弁軸２１との間に配設されたばね受け部材２６は、前記鍔状部２６ａと前記内周段差部２３ｆとの係合によって、弁ホルダ２３と一体となってその上方移動が停止され、弁軸２１から離され、弁体付勢ばね２４の付勢力は弁軸２１には伝達されなくなる。なお、リフト量がＬａを超えると、鍔状部２６ａが内周段差部２３ｆと係合するため、弁体付勢ばね２４の全長は変化せず、弁体２５に対する押圧力は変化しない。

前記のように鍔状部２６ａと内周段差部２３ｆとが係合せしめられた後、ロータ３０、弁軸２１及び開弁方向用可動ストッパ３６がさらに回転しながら上昇せしめられ、そのリフト量がＬｂ（＞Ｌａ）に達すると、図１１に示される如くに、弁軸２１の下部大径連結部２１ｃに配置されたワッシャ２９が弁ホルダ２３の内鍔状掛止部２３ｅと係合する。そして、そのリフト量がＬｂを超えると、図８及び図１２に示される如くに、弁ホルダ２３並びに該弁ホルダ２３に連結固定された弁体２５は、前記下部大径連結部２１ｃに配置されたワッシャ２９と前記内鍔状掛止部２３ｅとの係合によって、弁軸２１とともに移動（上昇）せしめられ、弁体２５（の弁体部２５ａ）が弁座１１ａから離れて弁口１１ｂが開口せしめられる。第１入出口（流入口）６から弁室１２に流れ込んだ流体は、弁口１１ｂに流れ込み、当該弁口１１ｂに流れ込む流体（つまり、第２入出口（流出口）７へ流れ出る流体）の流量は、弁ホルダ２３及び弁体２５の上昇（リフト量）に伴って次第に大きくなる。この状態において、弁体２５の上下、つまり、弁口１１ｂと弁体２５の上側の背圧室２０とは前記均圧通路３（貫通穴９ｅ、連通空間４、摺動面隙間２８等）を介して常時連通せしめられるので、弁体２５に作用する押し下げ力（閉弁方向に働く力）と押し上げ力（開弁方向に働く力）とがバランス（差圧がキャンセル）されることになる。

このように、ステータ５０への供給パルス数に応じて弁体２５のリフト量（弁開度＝流量）が定まり、さらに前記パルス供給を続けると、最終的には、可動ストッパ３６が開弁方向用固定ストッパ５６に接当係止され、これにより、ロータ３０、弁軸２１、及び弁ホルダ２３の回転及び上昇が強制的に停止せしめられる。

上記した如くに、本実施形態の電動弁２でも、弁体２５（及び、弁体２５に連結固定される弁ホルダ２３）が実質的に（軸線Ｏ周りで）回転せずに昇降せしめられるので、図７及び図９に示される全閉状態から図１０に示される状態までの間に、弁軸２１の下部大径連結部２１ｃ（の凸面２１ｉ）の下面とばね受け部材２６の上面が（軸線Ｏ周りで）相対的に回転摺動せしめられ、図１１に示される状態から図８及び図１２に示される全閉状態にわたって（すなわち、開弁時にわたって）、弁軸２１の下部大径連結部２１ｃの上面とワッシャ２９の下面、及び、ワッシャ２９の上面と弁ホルダ２３の内鍔状掛止部２３ｅの下面が（軸線Ｏ周りで）相対的に回転摺動せしめられる。

そのため、本実施形態の電動弁２でも、上記第１実施形態の電動弁１と同様、前記動作時の回転摺動による摩耗を防止すべく、開弁時に摺動する弁軸２１、ワッシャ２９、及び弁ホルダ２３の回転摺動面や、弁軸２１及びばね受け部材２６の回転摺動面に対し、耐摩耗性コーティングが施されている。なお、耐摩耗性コーティングは、前記回転摺動面の全面に形成してもよいし、その一部のみに形成してもよい。

このような構成とすることにより、上記第１実施形態の電動弁１と同様の作用効果が得られることは勿論である。

１ 電動弁（第１実施形態）
２ 電動弁（第２実施形態）
３ 均圧通路
４ 連通空間
５ 外筒部材
６ 第１入出口（流入口）
７ 第２入出口（流出口）
８ ガイド部材
９ 基体部材
９ｅ 貫通穴
１０ 弁本体
１１ａ 弁座
１１ｂ 弁口
１２ 弁室
１５ ガイドステム
１５ｉ 雌ねじ部
２０ 背圧室
２１ 弁軸
２１ａ 軸状部
２１ｂ 上部小径部
２１ｃ 下部大径連結部
２１ｅ 雄ねじ部
２１ｇ 外鍔状係止部（第２実施形態）
２１ｉ 凸面（第２実施形態）
２３ 弁ホルダ
２３ａ 円筒部
２３ｂ 内鍔状掛止部（第１実施形態）
２３ｄ 内周段差部（ストッパ）（第１実施形態）
２３ｅ 内鍔状掛止部（第２実施形態）
２３ｆ 内周段差部（ストッパ）（第２実施形態）
２４ 弁体付勢ばね
２５ 弁体
２５ａ 弁体部
２５ｂ 胴部
２５ｃ 大径頭部
２５ｄ 外鍔状係止部（第１実施形態）
２５ｅ 凸面（第１実施形態）
２６ ばね受け部材
２６ａ 鍔状部
２７ ワッシャ（第１実施形態）
２８ 摺動面隙間
２９ ワッシャ（第２実施形態）
３０ ロータ
３５ 閉弁方向用可動ストッパ
３６ 開弁方向用可動ストッパ
４５ キャン
５０ ステータ
５５ 閉弁方向用固定ストッパ
５６ 開弁方向用固定ストッパ

Claims (10)

1. 弁体と、
   雄ねじ部を持つ弁軸と、
   前記弁体と前記弁軸との間に縮装された弁体付勢ばねと、
   前記弁軸の雄ねじ部が螺合する雌ねじ部を持つガイドステム及び前記弁体が接離する弁座が設けられた弁本体と、
   前記弁軸を前記ガイドステムに対して回転させながら昇降させるためのロータ及びステータを有するモータと、
   前記弁軸に対して前記弁体を昇降方向に相対移動可能及び相対回転可能かつ昇降方向に抜け止め係止した状態で保持する弁ホルダと、
   前記弁ホルダと前記弁体又は前記弁軸との間に配在されたワッシャと、を備える電動弁であって、
   前記弁ホルダと前記ワッシャとの回転摺動面、或いは、前記ワッシャと前記弁体又は前記弁軸との回転摺動面のうち、少なくとも一つの回転摺動面に、耐摩耗性コーティングが施されていることを特徴とする電動弁。
2. 前記弁軸に前記弁ホルダが連結固定され、前記弁ホルダに、前記弁体が昇降方向の相対移動可能及び相対回転可能に内挿されて抜け止め係止されており、
   前記弁ホルダと前記弁体との間に前記ワッシャが配在されていることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
3. 開弁時に前記弁体への前記弁体付勢ばねの付勢力の伝達が阻止されるようにされていることを特徴とする請求項２に記載の電動弁。
4. 前記弁体付勢ばねと前記弁体との間にばね受け部材が配設され、
   前記弁ホルダに、前記弁体付勢ばねの付勢力による前記ばね受け部材の前記弁体側への移動を制限するストッパが設けられていることを特徴とする請求項３に記載の電動弁。
5. 前記弁ホルダに前記弁体が連結固定され、前記弁軸に、前記弁ホルダが昇降方向の相対移動可能及び相対回転可能に外挿されて抜け止め係止されており、
   前記弁ホルダと前記弁軸との間に前記ワッシャが配在されていることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
6. 開弁時に前記弁軸への前記弁体付勢ばねの付勢力の伝達が阻止されるようにされていることを特徴とする請求項５に記載の電動弁。
7. 前記弁体付勢ばねと前記弁軸との間にばね受け部材が配設され、
   前記弁ホルダに、前記弁体付勢ばねの付勢力による前記ばね受け部材の前記弁軸側への移動を制限するストッパが設けられていることを特徴とする請求項６に記載の電動弁。
8. 前記弁体の上下に背圧室と前記弁座付きの弁口を持つ弁室とを画成するガイド部材に、間にシール部材を挟んで前記弁体が挿通されるとともに、前記背圧室と前記弁口とが常時連通せしめられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の電動弁。
9. 前記弁体は、回転せずに昇降せしめられるようにされていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の電動弁。
10. 前記ステータは、前記弁本体に接合された筒状のキャンに外嵌され、前記ロータは、前記キャンの内側に配置されて前記弁軸に一体回動可能に連結固定されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の電動弁。

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