JP2021148280A - 電動弁 - Google Patents

Abstract

【課題】長期間使用しても閉弁時の通過流量の変化を抑制でき、さらには異音の発生を抑制できる電動弁を提供する。【解決手段】弁体２０と、弁座８ａおよび前記弁座につながる弁口９を備えた弁座部８と、前記弁座部と連結され弁室ＶＣが形成された弁本体部５と、前記弁本体部に接合されたキャン５８と、前記キャンの内側に配在されたロータ５７と、前記ロータの回転に応じて、前記弁体を前記弁座に対して近接又は離間する方向に移動させる弁体駆動部と、を有する電動弁１は、前記弁本体部の弁口と、前記弁体の少なくとも一部を挟んで前記弁口とは反対側に画成された背圧室３０とを連通する均圧通路ＡＰが設けられ、前記弁室に流体が流入する流入管ＩＴの軸線方向Ｏに見たときに、前記弁室と前記背圧室とを連通する連通穴１４ｆが、前記流入管の軸線より前記弁口とは反対側に形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、電動弁に関する。

従来から、電動弁は、例えば流体の配管系統の途中に組み付けられて、流体の流路の開閉や流量制御を行うために使用されている（例えば、特許文献１参照）。このような電動弁においては、弁本体に装着されたステッピングモータなどの駆動源により弁体を駆動させ、精度良い流量制御を実現している。

特許第６５１６９６０号公報

ところで、この種の電動弁において、閉弁時にも少量の流体を通過させることが要求される場合がある。かかる場合、ステッピングモータなどを用いた電動弁であれば、弁体を弁座からわずかな量だけ離間させる制御も本来的には可能であるが、オリフィス径が大きいと弁体が弁座から離間した直後に多量の流体が流出してしまうため、一般的には流量制御が難しいとされる。そこで、円形の弁座に機械加工で小溝を設けることで、弁体が弁座に着座した状態でも、所定量の流体を小溝を通して通過させるなどの工夫がされている。

しかしながら、弁座に小溝を形成した場合、繰り返し弁体が弁座に着座することで、小溝の周囲に塑性変形や摩耗が生じ、通過する流体の量を変動させるおそれがある。また、さらに、流体が小溝を通過する際に、異音が生じやすいという問題もある。かかる異音の問題は、流体が気液二相流となる冷媒である場合に特に顕著になる。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであって、長期間使用しても閉弁時の通過流量の変化を抑制でき、さらには異音の発生を抑制できる電動弁を提供することを目的とする。

本発明の電動弁は、
弁体と、
弁座および前記弁座につながる弁口を備えた弁座部と、
前記弁座部と連結され弁室が形成された弁本体部と、
前記弁本体部に接合されたキャンと、
前記キャンの内側に配在されたロータと、
前記ロータの回転に応じて、前記弁体を前記弁座に対して近接又は離間する方向に移動させる弁体駆動部と、を有し、
前記弁本体部の弁口と、前記弁体の少なくとも一部を挟んで前記弁口とは反対側に画成された背圧室とを連通する均圧通路が設けられ、
前記弁室に流体が流入する流入管の軸線方向に見たときに、前記弁室と前記背圧室とを連通する連通穴が、前記流入管の軸線より前記弁口とは反対側に形成されている、
ことを特徴とする。

本発明によれば、長期間使用しても閉弁時の通過流量の変化を抑制でき、さらには異音の発生を抑制できる電動弁を提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る電動弁の閉弁状態を示す縦断面図である。 図２は、比較例に係る電動弁の閉弁状態を示す縦断面図である。 図３は、比較例にかかる電動弁の弁座部材の斜視図である。 図４は、第１変形例に係る電動弁の閉弁状態を示す縦断面図である。 図５は、第２変形例に係る電動弁の閉弁状態を示す縦断面図である。 図６は、第３変形例に係る電動弁の閉弁状態を示す縦断面図である。 図７は、本発明の第２の実施形態に係る電動弁の閉弁状態を示す縦断面図である。 図８は、本発明の第３の実施形態に係る電動弁の閉弁状態を示す縦断面図である。

以下、本発明に係る電動弁の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、本明細書では、特に示さない限り、図面の上方を重力方向上方（以下、単に上方という）とし、図面の下方を重力方向下方（以下、単に下方という）とする。また、本明細書では、弁本体における弁室の側方に連結された流体導入管側を上流側、弁室の下方に連結された流体導出管側を下流側とする流れ方向の場合を記載するが、逆方向に流れる用途に本発明の電動弁が使用できることはもちろんである。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電動弁の閉弁状態を示す縦断面図である。本実施形態の電動弁１は、例えば冷凍サイクルにおいて冷媒流量を調整するために用いられる。電動弁１の軸線をＬとする。

電動弁１は、主として、ステンレス等の金属製の筒状体６を有する弁本体部５と、弁本体部５に固着されたキャン５８と、弁本体部５及びキャン５８によって画成された内部空間で弁本体部５に固定配置された支持部材１９と、支持部材１９により支持されて前記内部空間に昇降可能に配置された弁体２０と、弁体２０を昇降させるべく弁本体部５の上方に取り付けられたステッピングモータ５０と、を備えている。

筒状体６には、その内部に弁室ＶＣが画成されると共に、その側部に弁室ＶＣに開口する横向きの第１開口６ａが形成され、その底部に弁室ＶＣに開口する縦向きの第２開口６ｂが形成されている。第２開口６ｂには、ほぼ等しい肉厚の小径円筒と大径円筒と同軸に連設してなる形状を備えた弁座部材８が取り付けられている。弁座部材８は、上端に弁座８ａを備え、下端に嵌合部８ｃを備えており、嵌合部８ｃが第２開口６ｂに嵌合している。また、弁座部材８は、軸線Ｌを中心軸線とし、弁室ＶＣに開口する弁口９と、弁口９に接続するとともにそれより大径であり、外部に開口する接続口１２とを有する。

第１開口６ａには、流入管ＩＴの端部が挿入されてロウ付けにより接合され、接続口１２には、流出管ＯＴの端部が挿入されてロウ付けにより接合されている。

また、弁座部材８の上端部には、弁座８ａに連接する傾斜面８ｂが形成され、この傾斜面８ｂの上端部は、流入管ＩＴの軸線Ｏより下方に位置している。

筒状体６の開口した上端には、小径円筒と大径円筒と同軸に連設してなる形状を備えた筒状基部１３が取り付けられている。筒状基部１３の上端部には、有頂円筒状のキャン５８の下端部が溶接等によって接合されている。

筒状基部１３とキャン５８の内側には、支持部材１９が配置されている。支持部材１９は、保持筒１４と、軸受部材１５とを有する。保持筒１４は、薄肉筒状の円管部１４ｅと、円管部１４ｅの内周から径方向内側に延在する隔壁１４ｃとを連設してなる。中空の軸受部材１５は、大径円筒部１５ｂと、その下方に配置された小径円筒部１５ａとを同軸に連設してなる形状を備え、小径円筒部１５ａの内周に雌ねじ１５ｉを備えている。

筒状基部１３の内周段部に当接するようにして、保持筒１４が圧入等により固定され、軸線方向に位置決めされている。また、保持筒１４の上端側の内周に軸受部材１５が挿入されて、保持筒１４の上端をかしめることにより、保持筒１４と軸受部材１５とが連結固定されている。

保持筒１４の隔壁１４ｃと軸受部材１５との間にばね室ＳＣが画成され、ばね室ＳＣに弁体２０を開弁方向に付勢する開弁ばね２５が収納されている。

弁体２０の上部は、保持筒１４における隔壁１４ｃよりも下側に形成された弁体ガイド穴１４ｂに摺動自在に嵌挿されている。弁体２０内には、下端が弁座部材８の弁口９に向かってテーパ状に開口した太径通路部３２ｂと、太径通路部３２ｂに接続され上端が開口した細径通路部３２ｃとが形成されている。

細径通路部３２ｃには、推力伝達部材２３の小径下部２３ｃが嵌合固定される。弁体２０の下端部には、弁座部材８の弁座８ａに対して接離して弁口９を開閉する略円錐台状の弁体部２０ａが形成されている。

ここで、太径通路部３２ｂの内径は、側面視で見て細径通路部３２ｃの下端から弁座部材８の弁口９に向かって直線的に増加しているが、例えば弁座部材８の弁口９に向かって曲線的（例えば、上方もしくは下方に向かって凸となる放物線等からなる曲線状）に増加してもよい。

ステッピングモータ５０は、ヨーク５１、ボビン５２、コイル５３、樹脂モールドカバー５４等からなるステータ５５と、キャン５８の内部にキャン５８に対して回転自在に配置され、ロータ支持部材５６がその上部内側に固着されたロータ５７と、を有している。

ステータ５５は、キャン５８の外側に嵌合固定されている。また、ロータ５７の内周側には、ロータ支持部材５６に一体に形成された太陽歯車４１、保持筒１４の上部に固着された薄肉筒状体４３の上端に固定された固定リング歯車４７、太陽歯車４１と固定リング歯車４７との間に配置されてそれぞれに歯合する遊星歯車４２、遊星歯車４２を回転自在に支持するキャリア４４、遊星歯車４２に外側から歯合する有底リング状の出力歯車４５、出力歯車４５の底部に形成された孔にその上部が圧入等によって固着された出力軸４６等からなる不思議遊星歯車式減速機構（減速機構）４０が設けられている。ここで、固定リング歯車４７の歯数は、出力歯車４５の歯数とは異なるように設定されている。不思議遊星歯車式減速機構４０とステッピングモータ５０とで駆動機構を構成する。

出力軸４６の上部の中心部には孔が形成され、該孔には太陽歯車４１（ロータ支持部材５６）とキャリア４４の中心部を挿通した支持軸４９の下部が挿通されている。この支持軸４９の上部は、キャン５８の内径と略同一の外径を有し、ロータ支持部材５６の上側でキャン５８に内接して配置される支持部材４８の中心孔に挿通されている。ロータ５７自体は、支持部材４８等によってキャン５８の内部で上下動しないように保持されており、キャン５８に外嵌固定されたステータ５５との位置関係が常に一定に維持されている。

減速機構４０の出力軸４６の下部は、軸受部材１５の上部に回転自在に嵌挿され、出力軸４６の下部には、軸線Ｌに沿って延びるスリット状の嵌合部４６ａが形成されている。軸受部材１５の雌ねじ１５ｉと螺合する雄ねじ１７ａが螺設された回転昇降軸１７の上端には板状部１７ｃが突設され、板状部１７ｃが嵌合部４６ａに摺動自在に嵌合されている。出力軸４６がロータ５７の回転と共に回転し、その回転力が回転昇降軸１７に伝達されると、軸受部材１５の雌ねじ１５ｉと回転昇降軸１７の雄ねじ１７ａの螺合によるねじ送り運動によって、回転昇降軸１７が回転しながら昇降することとなる。

回転昇降軸１７の下方には、該回転昇降軸１７の下方への推力がボール１８、ボール受座１６を介して伝達される段付き筒状の推力伝達部材２３が配置されている。なお、回転昇降軸１７と推力伝達部材２３との間にボール１８を介在させることにより、例えば回転昇降軸１７が回転しながら下降しても、回転昇降軸１７から推力伝達部材２３へ下方への推力のみが伝達され、回転力は伝達されない。

推力伝達部材２３は、上方から、内周に前記ボール受座１６が嵌め込まれる大径上部２３ａ、保持筒１４の隔壁１４ｃに形成された孔に摺動自在に挿通される中間胴部２３ｂ、中間胴部２３ｂよりも小径の小径下部２３ｃと、を連設してなる。推力伝達部材２３の内部には、軸線Ｌを中心軸線とする貫通孔３２ｄと、貫通孔３２ｄに直交して背圧室３０（後述）に連通する横孔３２ｅが形成されている。ただし、貫通孔３２ｄの上端開口はボール受座１６によって閉塞されている。貫通孔３２ｄと、横孔３２ｅと、弁体２０の太径通路部３２ｂおよび細径通路部３２ｃにより、均圧通路ＡＰが構成される。

推力伝達部材２３の小径下部２３ｃは、上記したように、弁体２０の細径通路部３２ｃ内に圧入等により嵌合固定されており、弁体２０と推力伝達部材２３は一体的に昇降可能である。なお、弁体２０の上端面と推力伝達部材２３の中間胴部２３ｂの下端段差部との間には、小径下部２３ｃの圧入時において環状の押さえ部材２４が挟み込まれて固定されている。この押さえ部材２４と弁体２０の上端部により形成された環状溝内にＯ−リングＯＲが配置され、弁体ガイド穴１４ｂとの間を密封している。

また、保持筒１４の隔壁１４ｃよりも上側のばね室ＳＣには、上記したように、圧縮コイルばねからなる開弁ばね２５が、その下端を隔壁１４ｃに支持されるようにして配置されている。また、推力伝達部材２３の上端周囲に、上下に鍔状の引っ掛け部２８ａ、２８ｂを有するばね受け体２８が配在されている。ばね受け体２８の上側の引っ掛け部２８ａは開弁ばね２５の上部に載置され、下側の引っ掛け部２８ｂは推力伝達部材２３の大径上部２３ａの下端段差部に掛止され、これにより開弁ばね２５の付勢力（引き上げ力）を、推力伝達部材２３を介して弁体２０に伝達することが可能になる。

また、保持筒１４には、ばね室ＳＣとキャン５８の内部を連通し、その差圧をキャンセルする連通孔１４ｄが形成され、さらに背圧室３０と弁室ＶＣとを連通する円筒孔状の連通穴１４ｆが形成されている。連通穴１４ｆは、側面視で流入管ＩＴの軸線Ｏ（好ましくは、流入管ＩＴの内周上端Ｅ）よりも上方（軸線Ｏを挟んで弁口９と反対側）に配置されている。連通穴１４ｆの径は、閉弁時に流出管ＯＴに流す冷媒の量に応じて任意に設定されるが、後述する均圧通路ＡＰの最小断面積よりも小さい断面積を有することが望ましい。

（電動弁の動作）
ステッピングモータ５０のロータ５７を一方向に回転駆動させると、減速機構４０の出力軸４６を介してロータ５７の回転が回転昇降軸１７に減速されて伝達され、軸受部材１５の雌ねじ１５ｉと回転昇降軸１７の雄ねじ１７ａの螺合によるねじ送り運動によって回転昇降軸１７が回転しながら下降される。この回転昇降軸１７の推力により推力伝達部材２３及び弁体２０が開弁ばね２５の付勢力に抗して押し下げられ、最終的には弁体２０のスカート部２０ｃの下端部からなる弁体部２０ａが弁座８ａに着座して弁口９が閉じられる。

これに対し、ステッピングモータ５０のロータ５７を他方向に回転駆動させると、減速機構４０の出力軸４６を介してロータ５７の回転が回転昇降軸１７に減速されて伝達され、雌ねじ１５ｉと雄ねじ１７ａの螺合によるねじ送り運動によって回転昇降軸１７が回転しながら上昇する。これに伴い推力伝達部材２３及び弁体２０が開弁ばね２５の付勢力によって引き上げられ、弁体部２０ａが弁座８ａから離間して弁口９が開かれる。

なお、ロータ５７の回転に応じて、弁体部２０ａを弁座８ａに対して近接又は離間する方向に移動させる構成を弁体駆動部とする。ここで本実施形態の弁体駆動部は、ロータ５７、減速機構４０、軸受部材１５（雌ねじ１５ｉ）、回転昇降軸１７（雄ねじ１７ａ）および開弁ばね２５を有しているが、後述するように、ロータと雄ねじ又は雌ねじを固着し、減速機構４０や開弁ばねを用いないものでもよい。

本実施形態によれば、前記弁体２０の上方で押さえ部材２４と、保持筒１４の隔壁１４ｃとの間に背圧室３０が画成されている。また、細径通路部３２ｃが、推力伝達部材２３の貫通孔３２ｄ及び横孔３２ｅを介して背圧室３０に連通している。このため、閉弁状態において弁体２０に作用する押し下げ力（閉弁方向に働く力）と弁体２０に作用する押し上げ力（開弁方向に働く力）とを釣り合わせる（差圧をキャンセルする）べく、背圧室３０の室径と弁口９の口径とは略同一に設定されている。

本実施形態の電動弁１においては、弁口９の開弁時に、流入管ＩＴから流入した冷媒（流体）が、弁室ＶＣを通り弁座部材８の弁口９を介して流出管ＯＴへ向かう。このとき、流入管ＩＴの軸線Ｏの近傍に沿って流れる比較的流速の早い冷媒は、弁体２０に当たることで流速が低下し、その後、弁体部２０ａと弁座８ａとの間を通過するので、通過音を有効に低減できる。

一方、弁口９の閉弁時には、弁体部２０ａが弁座８ａに着座することで、この間を冷媒が通過できなくなる。しかしながら本実施形態においては、弁室ＶＣと背圧室３０とを連通する連通穴１４ｆが設けられているので、連通穴１４ｆの径により制限された冷媒を、弁室ＶＣから連通穴１４ｆを介して背圧室３０へと流入させ、さらに背圧室３０から横孔３２ｅと貫通孔３２ｄを含む均圧通路ＡＰへと流出させて、弁口９へと流すことができる。

このとき、気液二相流となって弁室ＶＣに流入した冷媒は、弁室ＶＣ内で重力に従い、弁室ＶＣの下部に流れる液相と、弁室ＶＣの上部に流れる気相とに分かれることとなる。連通穴１４ｆは流入管ＩＴの軸線Ｏより上方（軸線Ｏを挟んで弁口９と反対側）に配置されているため、弁室ＶＣの上部に流れた気相を背圧室３０に流入させることができる。背圧室３０に流入した気相は、横孔３２ｅおよび貫通孔３２ｄを含む均圧通路ＡＰに流れ、弁口９を通って流出管ＯＴ側へと流れる。流出管ＯＴに流れた気相は加圧されることで液相に変化し、冷凍システム内を循環することで、冷媒内に含まれたオイルにより各部の潤滑を行うことができる。

［比較例］
図２は、比較例に係る電動弁１’の閉弁状態を示す縦断面図である。図３は、比較例にかかる電動弁１’の弁座部材８’の斜視図である。比較例の電動弁１’は、上記実施形態の電動弁１に対して、保持筒１４’と弁座部材８’の構成のみが異なる。それ以外の構成は、上記実施形態と同様であるため、同じ符号を付して重複説明を省略する。

保持筒１４’は、連通穴を有しない以外、上記実施形態の保持筒１４と同様な構成を有する。

弁座部材８’は、図３に示すように、弁座８ａに交差するようにして、４つのノッチＮＣを周方向に等間隔に形成している。ノッチＮＣは、刃物治具を弁座８ａに強く押圧することで小溝状に形成できる。このため弁体部２０ａが弁座８ａに着座した状態で、ノッチＮＣを介して少量の冷媒を弁口９に流すことができる。

しかし、刃物治具を弁座８ａに押圧することで、ノッチＮＣの周囲に塑性変形や摩耗が生じ、弁体部２０ａが弁座８ａに着座した際の密着性の悪化やノッチＮＣの断面形状の変化により、意図せぬ冷媒漏れや冷媒通過量の変化を生じる恐れがある。

また、冷媒が気液二相流である場合に、小さな断面形状のノッチＮＣを通過する際に、比較的大きな通過音を発生させるおそれがある。

これに対し本実施形態によれば、図１に示すように保持筒１４に連通穴１４ｆを設けることで、弁室ＶＣと背圧室３０とを連通させているため、ノッチＮＣを設けないことで弁座８ａの不均一な塑性変形や摩耗を抑えられるほか、長期間使用しても、あるいは冷媒中に異物が混入していた場合でも、連通穴１４ｆを通過する冷媒の量は変化しないため、閉弁時に弁口９に流れる冷媒量を常に一定とすることができる。

また、本実施形態によれば、弁室ＶＣに気液二相流である冷媒が流入してきた際に、弁室ＶＣの上部に気相が流れることで、気相のみを連通穴１４ｆを通過させることができるため、通過音を小さく抑えることができる。

［第１変形例］
図４は、本実施形態の変形例を示す電動弁１の閉弁状態を示す縦断面図である。本変形例は、図１に示す電動弁１を、軸線Ｌが水平方向に延在するように（弁体の移動方向と重力方向とが直交するように）設置した例であり、構成自体は第1の実施形態と同様である。

本変形例のように、電動弁１を横向きに設置しても、連通穴１４ｆは流入管ＩＴの軸線Ｏ（好ましくは、流入管ＩＴの内周上端Ｅ）より上方であって軸線Ｏを挟んで弁口９と反対側に配置されているため、第１実施形態と同様に動作する。なお、連通穴１４ｆの位置が外からわかるように、マークなどを筒状体６に連通穴１４ｆに応じて付与してもよい。

図４は、電動弁１を流入管ＩＴの軸線Ｏが水平になる姿勢としているが、軸線Ｌの回りに電動弁１を回転させてもよい。その場合、連通穴１４ｆは、電動弁の軸線Ｌに沿った方向から見たときに、軸線Ｌを含む水平面（重力方向に直交する面）より重力方向上方に位置している。このため、流入管ＩＴから弁室に流入した液体状態の冷媒は弁室の底に溜まり、閉弁状態では気体の冷媒が連通穴１４ｆを通過する。なお、図４では連通穴１４ｆは保持筒１４の最も重力方向上方の位置に形成されている。

［第２変形例］
図５は、本発明の第２変形例に係る電動弁１Ａの閉弁状態を示す縦断面図である。本実施形態の電動弁１Ａは、上記実施形態の電動弁１に対して、Ｏ−リングＯＲを設ける位置が異なっている。それ以外の構成は、上記実施形態と同様であるため、同じ符号を付して重複説明を省略する。

本実施形態においては、弁体２０Ａの上端に段差を設けない代わりに、弁体２０Ａの上端外周に対向して、保持筒１４Ａの内周溝１４ｇを形成している。内周溝１４ｇ内にＯ−リングＯＲを配置し、保持筒１４Ａと弁体２０Ａとの間を密封している。

図１に示す実施形態において、連通穴１４ｆが保持筒１４側に設けられている。したがって、弁体２０が保持筒１４に対して相対移動する際には、Ｏ−リングＯＲが連通穴１４ｆと干渉しないようにすることが望ましく、それにより電動弁１の軸線Ｌ方向の寸法の長尺化を招くことがある。

これに対し本実施形態によれば、Ｏ−リングＯＲを保持筒１４Ａ側に設けることで、Ｏ−リングＯＲが連通穴１４ｆと干渉するおそれはなくなり、電動弁１Ａの軸線Ｌ方向の寸法の短縮化を図ることができる。

［第３変形例］
図６は、本発明の第３変形例に係る電動弁１Ｂの閉弁状態を示す縦断面図である。本実施形態の電動弁１Ｂは、第１の実施形態の電動弁１に対して、連通穴を設ける位置が異なっている。それ以外の構成は、上記実施形態と同様であるため、同じ符号を付して重複説明を省略する。

本実施形態において、保持筒１４Ｂには連通穴が設けられておらず、代わりに弁体２０Ｂに連通穴２０ｂを形成し、連通穴２０ｂを介して弁室ＶＣと均圧通路ＡＰとを連通させている。連通穴２０ｂは、均圧通路ＡＰの最小断面積よりも小さい断面積を有することが望ましい。

本実施形態の連通穴２０ｂも、流入管ＩＴの軸線Ｏ（好ましくは、流入管ＩＴの内周上端Ｅ）よりも上方（軸線Ｏを挟んで弁口９と反対側）に位置する。したがって、弁室ＶＣに気液二相流である冷媒が流入してきた際に、弁室ＶＣの上部に気相が流れることで、気相のみを連通穴２０ｂを通過させることができるため、通過音を小さく抑えることができる。

［第２の実施形態］
図７は、本発明の第２の実施形態に係る電動弁１Ｃの閉弁状態を示す縦断面図である。本実施形態の電動弁１Ｃは、不思議遊星式歯車減速機構を有しておらず、弁体を直動する方式の電動弁である。本実施形態において、ステッピングモータ５０は、上述した実施形態と同様であるため、同じ符号を付して重複説明を省略する。

電動弁１Ｃは、弁座部材１２３と、弁座部材１２３を取り付けた弁本体部１２０と、弁本体部１２０に取り付けられて弁軸１２４を駆動させるロータ５７を内蔵するキャン１４０と、キャン１４０に外嵌されロータ５７を回転駆動するステータ５５とを備えている。ロータ５７とステータ５５とにより、駆動機構としてのステッピングモータを構成している。

キャン１４０はステンレスなどの非磁性の金属から形成され、有頂円筒状をしている。キャン１４０の開放した下端は、弁本体部１２０に固着されている。弁本体部１２０は、基体１２１と、弁座部材１２３を嵌合保持するパイプ状の筒部材１２２と、からなる。キャン１４０の下端と、基体１２１の外周と、筒部材１２２の上端が同時に溶接されると好ましい。

略円筒状の弁軸１２４は、ステンレス又は真鍮などから形成され、上端側の小径軸部１２４ａと、小径軸部１２４ａより大径の中径軸部１２４ｂと、中径軸部１２４ｂより大径の大径軸部１２４ｃと、下端側の弁体部（弁体）１２４ｄとを同軸に連設してなる。大径軸部１２４ｃの下端には、拡径した環状部１２４ｅが形成されている。

略円筒状の弁軸ホルダ１３２は、キャン１４０内において、弁軸１２４の上端側を収容するように配置されている。弁軸ホルダ１３２の上端は、弁軸１２４の小径軸部１２４ａの上端が圧入固定されたプッシュナット１３３により当接している。

プッシュナット１３３の外周に沿って、圧縮コイルばねで構成される復帰ばね１３５を取付けている。復帰ばね１３５は、詳細を後述するガイドブッシュ１２６の固定ねじ部１２５と弁軸ホルダ１３２の移動ねじ部１３１との螺合が外れたときに、キャン１４０の頂部内面に当接して固定ねじ部１２５と移動ねじ部１３１との螺合を復帰させるように付勢する機能を有する。

キャン１４０に対して隙間を開けて配置されたロータ５７と、弁軸ホルダ１３２とは、支持リング１３６を介して結合されている。より具体的に支持リング１３６は、ロータ５７の成形時にインサートされた黄銅製の金属リングで構成されており、支持リング１３６の内周孔部に弁軸ホルダ１３２の上部突部が嵌合し、上部突部の外周をかしめ固定してロータ５７、支持リング１３６及び弁軸ホルダ１３２を結合している。

弁軸ホルダ１３２の外周には、ストッパ機構の一方を構成する上ストッパ体１３７が固着されている。上ストッパ体１３７はリング状の樹脂より構成され、下方に向けて板状の上ストッパ片１３７ａが突設されている。

円筒状のガイドブッシュ１２６が、弁軸ホルダ１３２と弁軸１２４との間に配置されている。ガイドブッシュ１２６の下端は、基体１２１の中央開口１２１ａに圧入により嵌合している。ガイドブッシュ１２６の外周には、ストッパ機構の他方を構成する下ストッパ体１２７が固着されている。下ストッパ体１２７はリング状の樹脂より構成され、上方に板状の下ストッパ片１２７ａが突設されており、前記した上ストッパ片１３７ａと係合可能となっている。

下ストッパ体１２７はガイドブッシュ１２６の外周に形成された螺旋溝部分１２６ａに射出成形により固着され、上ストッパ体１３７は弁軸ホルダ１３２の外周に形成された螺旋溝部分１３２ｂに射出成形により固着されている。

弁軸ホルダ１３２の内面に移動ねじ部１３１が形成されており、ガイドブッシュ１２６の外周に形成された固定ねじ部１２５と螺合している。

弁軸１２４は、弁軸ホルダ１３２の軸線Ｌに沿って上下動可能に嵌挿されており、弁軸ホルダ１３２内に縮装された圧縮コイルばね１３４によって下方に付勢されている。ガイドブッシュ１２６の側面には、弁室ＶＣとキャン１４０内の圧力均衡を図る均圧孔１３２ａが形成されている。

本実施形態の弁体駆動部は、ロータ５７、弁軸ホルダ１３２（移動ねじ部１３１）、ガイドブッシュ１２６（固定ねじ部１２５）および圧縮コイルばね１３４を有している。

基体１２１は、中央開口１２１ａを備えた大径部１２１ｂと、小径部１２１ｃとを同軸に連設してなる。大径部１２１ｂは、その外周近傍において上下に延在する貫通開口１２１ｄを有する。小径部１２１ｃは、弁軸１２４の中径軸部１２４ｂと大径軸部１２４ｃとの境界を収容する中央開口１２１ｅと、中央開口１２１ｅから外部へと連通する上方均圧孔１２１ｆとを備えている。中央開口１２１ｅと中径軸部１２４ｂとの間が背圧室１７０となる。貫通開口１２１ｄを介して背圧室１７０の内圧とキャン１４０の内圧との差圧がキャンセルされ、弁軸１２４の動作をスムーズに行える。

小径部１２１ｃの下端内周には、周溝１２１ｇが形成されており、その内部にはＯ−リングＯＲが配置されて大径軸部１２４ｃに接しており、小径部１２１ｃと弁軸１２４との間を密封している。

小径部１２１ｃの下端側は、弁座部材１２３の上方段部に嵌合している。弁座部材１２３の下端外周は、筒部材１２２の下端にロウ付け等によって接合されている。弁座部材１２３は、弁軸１２４の大径軸部１２４ｃを収容する中心開口１２３ａを有する。中心開口１２３ａの内周に対して、環状部１２４ｅの外周が摺動可能に嵌合している。中心開口１２３ａと大径軸部１２４ｃとの間が弁室ＶＣとなる。

弁座部材１２３は、中心開口１２３ａの下端に弁座１２３ｂを備え、弁座１２３ｂの下方に弁口１２３ｃを備え、弁口１２３ｃの下方に嵌合部１２３ｄを備えている。嵌合部１２３ｄには、流出管ＯＴの端部がロウ付け等により接合されている。

弁座部材１２３の外周には、軸線Ｌに沿った方向に延在する直線溝１２３ｆが形成されている。直線溝１２３ｆは、これを覆う筒部材１２２の内周とともに縦通路ＶＰを形成する。また弁座部材１２３は、弁口１２３ｃと直線溝１２３ｆの溝底とを連通する下方均圧孔１２３ｇと、中央開口１２１ａと直線溝１２３ｆの溝底とを連通する連通穴１２３ｈとを有する。連通穴１２３ｈは、均圧通路ＡＰの最小断面積よりも小さい断面積を有することが望ましい。

弁口１２３ｃと弁室ＶＣは、下方均圧孔１２３ｇと、縦通路ＶＰと、連通穴１２３ｈからなる均圧通路ＡＰを介して連通している。また、弁座部材１２３の上端が、基体１２１の大径部１２１ｂと離間しているため、弁口１２３ｃと背圧室１７０は、下方均圧孔１２３ｇと、縦通路ＶＰと、上方均圧孔１２１ｆとを介して連通している。このため、弁口１２３ｃ内の圧力を、背圧室１７０と弁室ＶＣの圧力に釣り合わせることができ、弁軸１２４の動作を精度良く行わせることができる。

また、背圧室１７０は、キャン１４０の内部空間と、上方均圧孔１２１ｆおよび貫通開口１２１ｄを介して連通している。このため、大径軸部１２４ｃの移動により背圧室１７０の容積が変化した場合でも、背圧室１７０の圧力変動を抑制できる。

流入管ＩＴの端部は、筒部材１２２の横穴１２２ａと弁座部材１２３の横穴１２３ｉに挿通され、ロウ付け等により接合されている。

（電動弁の動作）
以上のように構成された電動弁１Ｃの動作について説明する。図１において、外部から給電することにより、ステータ５５のコイル５３に通電を行い励磁すると、それにより発生した磁力によりロータ５７に回転力が生じるため、弁本体部１２０に固着されたガイドブッシュ１２６に対しロータ５７及び弁軸ホルダ１３２が回転駆動される。

これにより、ガイドブッシュ１２６の固定ねじ部１２５と、弁軸ホルダ１３２の移動ねじ部１３１とのねじ送り機構（ねじ送り部ともいう）により、弁軸ホルダ１３２がその軸線Ｌ方向に変位する。通電方向に応じて、弁軸ホルダ１３２が、例えば下方に移動して弁軸１２４の弁体部１２４ｄが弁座１２３ｂに着座又は離脱する。

弁体部１２４ｄが着座した時点（閉弁状態）では、上ストッパ体１３７は未だ下ストッパ体１２７に当接しておらず、弁体部１２４ｄが着座したままロータ５７及び弁軸ホルダ１３２はさらに回転下降する。このときは弁軸１２４に対する弁軸ホルダ１３２の相対的な下降変位は、圧縮コイルばね１３４が圧縮されることにより吸収される。

その後、ロータ５７が更に回転して弁軸ホルダ１３２が下降して、上ストッパ体１３７の上ストッパ片１３７ａが下ストッパ体１２７の下ストッパ片１２７ａに当接する。これらのストッパ片１２７ａ、１３７ａ同士の当接によって、ステータ５５への通電が継続されても、弁軸ホルダ１３２の下降は強制的に停止される。

上ストッパ体１３７と下ストッパ体１２７とから構成されるストッパ機構は、ロータ５７の軸方向の全長内に配置されているため、ストッパ機構が機能しているときでもロータ５７や弁軸ホルダ１３２が大きく傾いたりすることが少なく作動が安定し、次にロータ５７を逆転するときでも円滑に行うことができる。

ステータ５５に逆特性の給電を行うと、ガイドブッシュ１２６に対しロータ５７及び弁軸ホルダ１３２が上記と逆方向に回転され、上記のねじ送り機構により、弁軸ホルダ１３２が上方に移動して弁軸１２４の下端の弁体部１２４ｄが弁座１２３ｂから離れ（開弁状態）、冷媒が通過可能となる。ロータ５７の回転量によって弁開度を変更することで、冷媒の通過量が調整される。ロータ５７の回転量は、パルスモータへの入力パルス数にて規制されるため、冷媒通過量の正確な調整が可能である。

気液二相流となって流入管ＩＴから弁室ＶＣに流入した冷媒が、弁室ＶＣ内で重力に従い、弁室ＶＣの下部に流れる液相と、弁室ＶＣの上部に流れる気相とに分かれる。本実施形態によれば、連通穴１２３ｈが側面視で流入管ＩＴの軸線Ｏ（好ましくは、流入管ＩＴの内周上端Ｅ）より上方（軸線Ｏを挟んで弁口１２３ｃと反対側）に配置されているため、閉弁時に、弁室ＶＣの上部に流れた気相を、連通穴１２３ｈから縦通路ＶＰに流入させることができる。縦通路ＶＰに流入した気相の一部は、上方均圧孔１２１ｆを介して背圧室１７０に流入し、縦通路ＶＰに流入した気相の残りは、下方均圧孔１２３ｇを介して弁口１２３ｃに流れる。これにより、閉弁時に通過する冷媒の量を一定に制御でき、また冷媒通過音の低減を図ることができる。

［第３の実施形態］
図８は、本発明の第３の実施形態に係る電動弁１Ｄの閉弁状態を示す縦断面図である。本実施形態の電動弁１Ｄも、不思議遊星式歯車減速機構を有しておらず、弁体を直動する方式の電動弁である。図８においては、ステッピングモータのステータを省略している。

電動弁１Ｄは、有頂円筒状のキャン３４０の開口端に、弁本体部３２０が溶接などにより接合されている。弁本体部３２０は、内部に弁室ＶＣを有している。また、弁本体部３２０には、弁室ＶＣに連通する横孔に流入管ＩＴがロウ付け等により接合されている。さらに、弁本体部３２０の下端内周には、弁座３１０と弁口３０９が形成された弁座部材３０８が接合されている。弁座部材３０８には、弁口３０９に接続するようにして流出管ＯＴがロウ付け等によって接合されている。

キャン３４０の内側には、ロータ３５７が相対回転可能に収容され、ロータ３５７の中央には、弁軸３２４を挿通したブッシュ部材３３３が配置されている。ブッシュ部材３３３により支持されて、弁軸３２４とロータ３５７とは、回転しつつ上下方向に一体的に移動する。弁軸３２４の中間部付近の外周面には雄ネジ３２４ａが形成されている。

キャン３４０の上部外周には、不図示のステータが配置され、ロータ３５７とステータとでステッピングモータが構成される。

キャン３４０の頂部内側にはガイド支持体３５２が固定されている。ガイド支持体３５２は、円筒部３５３と、円筒部３５３の上端側に形成された傘状部３５４とを有している。傘状部３５４はキャン３４０の頂部内側と略同形状に成形されている。

円筒部３５３内には、弁軸３２４のガイドをする筒部材３６５が嵌合されている。筒部材３６５は、弁軸３２４を回転可能に保持している。

弁軸３２４のブッシュ部材３３３より下方には、弁軸ホルダ３０６が、弁本体部３２０に対して相対回転不能に固定されている。

弁軸ホルダ３０６に設けたフランジ部３０７は、キャン３４０の下端が接合された弁体案内部材３７２の上部フランジ部の上面に対して固着されている。また、弁軸ホルダ３０６の内部には、貫通孔３０６ｈが形成されている。

弁軸ホルダ３０６の上側開口内には、弁軸３２４の外周に形成された雄ネジ３２４ａと螺合する雌ネジ３０６ｄが形成されている。

弁軸ホルダ３０６の側面には、均圧孔３０６ａが穿設され、この均圧孔３０６ａにより、弁軸ホルダ３０６内の弁軸ホルダ室３８３と、ロータ収容室３６７（第２の背圧室）との間が連通している。これにより、弁軸ホルダ３０６の円滑な移動を確保できる。

また、弁軸３２４の下方には、筒状の弁ガイド３１８が弁軸ホルダ３０６の貫通孔３０６ｈに対して摺動可能に配置されている。この弁ガイド３１８は、上端が内側に折り曲げられて鍔部３１８ａを形成しており、弁軸３２４の下端に形成された鍔部３２４ｂとの間で、ワッシャ３７０を挟持している。

弁軸３２４の下端の鍔部３２４ｂは、弁ガイド３１８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３１８の鍔部３１８ａの下方に配置されている。

また、弁軸３２４の下端部には、鍔部３２４ｂの下方に突出し、後述するバネ受け３３５と点接触する突出部３２４ｃが形成されている。この突出部３２４ｃは、弁部材３１７が揺動する場合の支点となる。

さらに、弁ガイド３１８内には、圧縮された弁バネ３２７とバネ受け３３５とが収容されている。バネ受け３３５の上端凹部は、上述したように弁軸３２４の突出部３２４ｃと点接触している。

本実施形態の弁体駆動部は、ロータ３５７、ブッシュ部材３３３、弁軸３２４（雄ネジ３２４ａ）、弁軸ホルダ３０６（雌ネジ３０６ｄ）、バネ受け３３５及び弁バネ３２７を有している。

弁本体部３２０の内側には、弁部材３１７と、弁部材３１７の軸線方向への移動を案内する弁体案内部材３７２が配置され、弁部材３１７と弁体案内部材３７２との間には、Ｏ―リングＯＲが配置されている。弁体案内部材３７２の大径の上端は、弁軸ホルダ３０６の下端外周と弁本体部３２０の上端内周との間で保持され、弁体案内部材３７２の小径の下端は、弁部材３１７の外周に取り付けられている。さらに弁体案内部材３７２は、流入管ＩＴの軸線Ｏ（好ましくは流入管ＩＴの内周上端Ｅ）より上方（軸線Ｏを挟んで弁口３０９と反対側）に、弁室ＶＣと背圧室３２８とを連通する連通穴３７２ｆを有している。連通穴３７２ｆは、均圧通路ＡＰの最小断面積よりも小さい断面積を有することが望ましい。

弁部材３１７は、弁体保持部３１７ａと、中空円筒状の弁体部３１７ｂと、両者間に配置された間座３１７ｅとから構成されている。弁体保持部３１７ａは、横孔３１７ｃを形成した大円筒と、下方に突出して弁体部３１７ｂに嵌合し、横孔３１７ｃに交差する縦孔３１７ｄを備えた小円筒とを連設してなる。弁口３０９は、縦孔３１７ｄと横孔３１７ｃとからなる均圧通路ＡＰを介して、弁体案内部材３７２の内部に設けた背圧室３２８に連通する。

以下に、電動弁１Ｄの動作について説明する。ステッピングモータに電力が供給されることによりロータ３５７が回転し、これに伴い弁軸３２４が回転し、弁軸３２４の雄ネジ３２４ａと雌ネジ３０６ｄとの相対螺動により、弁軸３２４が回転しつつ軸線方向に移動する。これにより弁部材３１７が上下移動して、弁座部材３０８の弁座３１０に着座し、もしくは離間する。

気液二相流となって流入管ＩＴから弁室ＶＣに流入した冷媒が、弁室ＶＣ内で重力に従い、弁室ＶＣの下部に流れる液相と、弁室ＶＣの上部に流れる気相とに分かれる。本実施形態によれば、連通穴３７２ｆが側面視で流入管ＩＴの軸線Ｏ（好ましくは、流入管ＩＴの内周上端Ｅ）より上方（軸線Ｏを挟んで弁口３０９と反対側）に配置されているため、閉弁時に、弁室ＶＣの上部に流れた気相を、連通穴３７２ｆから背圧室３２８に流入させることができる。

背圧室３２８に流入した気相は、横孔３１７ｃおよび縦孔３１７ｄを介して弁口３０９に流れ、流出管ＯＴ側へと流れる。流出管ＯＴに流れた気相は加圧されることで液相に変化し、冷凍システム内を循環することで、冷媒内に含まれたオイルにより各部の潤滑を行うことができる。

また、本実施形態によれば、弁室ＶＣに気液二相流である冷媒が流入してきた際に、弁室ＶＣの上部に気相が流れることで、気相のみを連通穴３７２ｆを通過させることができるため、通過音を小さく抑えることができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されない。本発明の範囲内において、上述の実施形態の任意の構成要素の変形が可能である。また、上述の実施形態において任意の構成要素の追加または省略が可能である。また、冷媒を逆流れ状態でも使用できることはもちろんであり、逆流れ状態では、冷媒が流出管ＯＴから弁室に流入し、流入管ＩＴから流出する。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ 電動弁
５、１２０、３２０ 弁本体部
８、１２３、３０８ 弁座部材
９、１２３ｃ、３０９ 弁口
２０、２０Ａ、２０Ｂ 弁体
１２４、３２４ 弁軸
３０、１７０、３２８ 背圧室
１４ｆ、２０ｂ、１２３ｈ、３７２ｆ 連通穴
４０ 不思議遊星歯車式減速機構
５０ ステッピングモータ
５５ ステータ
５７ ロータ
５８、１４０、３４０ キャン
ＡＰ 均圧通路
ＶＣ 弁室
ＩＴ 流入管
ＯＴ 流出管

Claims (7)

1. 弁体と、
   弁座および前記弁座につながる弁口を備えた弁座部と、
   前記弁座部と連結され弁室が形成された弁本体部と、
   前記弁本体部に接合されたキャンと、
   前記キャンの内側に配在されたロータと、
   前記ロータの回転に応じて、前記弁体を前記弁座に対して近接又は離間する方向に移動させる弁体駆動部と、を有し、
   前記弁本体部の弁口と、前記弁体の少なくとも一部を挟んで前記弁口とは反対側に画成された背圧室とを連通する均圧通路が設けられ、
   前記弁室に流体が流入する流入管の軸線方向に見たときに、前記弁室と前記背圧室とを連通する連通穴が、前記流入管の軸線より前記弁口とは反対側に形成されている、
   ことを特徴とする電動弁。
2. 当該電動弁を、前記キャンが反重力方向、前記弁口が重力方向に向くように配置した際に、
   前記連通穴は、前記軸線方向に見たときに、前記流入管の内周上端より重力方向上方に位置するように形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
3. 当該電動弁を、前記弁体の移動方向と重力方向とが直交するように配置した際に、
   前記連通穴は、当該電動弁の軸線方向から見たときに、前記電動弁の軸線を含む水平面より重力方向上方に位置するように形成されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動弁。
4. 前記連通穴の断面積は、前記均圧通路の最小断面積よりも小さい、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動弁。
5. 前記ロータを回転駆動すべく前記キャンの外側に配置されたステータを有する、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動弁。
6. 前記弁体駆動部は、前記ロータの回転を減速させて前記弁体に伝達する減速機構を有する、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電動弁。
7. 前記弁体駆動部は、前記ロータの回転を減速機構を介さず前記弁体に伝達する、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電動弁。
   
   

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