JP2022158913A - 電気式膨張弁 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍サイクルにて冷媒流量を調整する電気式膨張弁に関し、搭載に際しての姿勢の自由度を向上させた電気式膨張弁を提供する。【解決手段】電気式膨張弁１は、本体部４０と、弁本体３０と、駆動モータ１０と、収容部５０と、を有している。本体部４０は、弁室４１及び弁座４２を有する。収容部５０は、本体部４０の一面側に配置され、駆動モータ１０のロータ１１を含む駆動機構を収容する。弁本体３０は、ねじ軸３１と、弁体３３と、を有している。更に、本体部４０は、連通穴２６ａと、流入部４３と、流出部４４と、を有している。連通穴２６ａは、収容部５０と弁室４１とを連通すると共に、弁本体３０が挿通されるように構成されている。流入部４３は、冷媒の流れに関して、弁室４１における弁座４２よりも上流側となる位置に接続されている。【選択図】図１

Description

本開示は、冷凍サイクルにて冷媒流量を調整する電気式膨張弁に関する。

従来、冷凍サイクルにて冷媒流量を調整する電気式膨張弁に関する技術として、特許文献１に記載された技術が知られている。特許文献１に記載された技術では、気密容器内に減速歯車装置を有しており、減速歯車装置を介して、マグネットロータの回転動作を伝達して、ねじ機構により弁体を弁座に対して進退させるように構成されている。

特許５０２２９６０号公報

ここで、特許文献１記載の電気式膨張弁では、設置する際の姿勢が問題となる場合がある。例えば、電動式膨張弁における駆動モータ等が弁座よりも下方に位置する逆姿勢で設置された場合、冷凍機油を含む粘性を有する冷媒によって、気密容器の内部が満たされる。又、駆動モータ等が弁座と同じレベルに位置する横姿勢においても、冷凍機油を含む粘性を有する冷媒によって、気密容器の内部が満たされる場合がある。

この場合、気密容器の内部に配置されている駆動モータや減速歯車装置が作動する際、冷媒の粘性によるトルク損失が過大となり、電気式膨張弁として作動不能となる場合が想定される。逆姿勢や横姿勢での搭載が不適切となる為、特許文献１の電気式膨張弁には、車両等への搭載性に制限があると考えられる。

本開示は、上記点に鑑み、冷凍サイクルにて冷媒流量を調整する電気式膨張弁に関し、搭載に際しての姿勢の自由度を向上させた電気式膨張弁を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る電気式膨張弁は、本体部（４０）と、弁本体（３０）と、駆動モータ（１０）と、収容部（５０）と、を有している。本体部は、冷凍サイクルの冷媒が流通する弁室（４１）及び弁室の内部に配置された弁座（４２）を有する。弁本体は、弁室の内部にて弁座の開口を開閉可能に配置されている。駆動モータは、電力の供給を受けて弁本体を動作させる。収容部は、本体部の一面側に配置され、駆動モータのロータ（１１）を含む駆動機構を収容する。

そして、弁本体は、ねじ軸（３１）と、弁体（３３）と、を有している。ねじ軸は、駆動モータを構成するロータの回転動作に伴って、弁本体を弁座に対して進退させる為の部位である。弁本体は、ねじ軸による進退動作に伴って、弁室の内部において弁座の開口を開閉する。

更に、本体部は、連通穴（２６ａ）と、流入部（４３）と、流出部（４４）と、を有している。連通穴は、収容部と弁室とを連通すると共に、弁本体が挿通されるように構成されている。流入部は、弁室に対して冷媒を流入させるように構成されている。流出部は、弁室から冷媒を流出させるように構成されている。

そして、流入部は、冷媒の流れに関して、弁室における弁座よりも上流側となる位置に接続されており、流出部は、冷媒の流れに関して、弁室における弁座よりも下流側となる位置に接続されている。

電気式膨張弁によれば、弁本体は、ねじ軸と、弁体とを有している為、弁座の開口を開く開動作及び弁座の開口を閉じる閉動作の何れの場合であっても、駆動モータの動作による軸力を弁本体に発生させることができる。

又、電気式膨張弁の本体部には、連通穴と、流入部と、流出部が形成されている。流入部は、冷媒の流れに関して、弁室における弁座よりも上流側となる位置に接続されている為、電気式膨張弁の姿勢変更に伴って、連通穴を介して収容部の内部に冷媒が流入する場合でも、減圧される前の高圧冷媒を流入させることができる。つまり、収容部の内部に流入する冷媒の状態を高温高圧で低粘度の状態にすることができる為、電気式膨張弁は、収容部の内部に流入した冷媒に起因するトルク損失を低減して、駆動機構の円滑な動作を担保することができる。そして、連通穴を介して収容部の内部に冷媒を流入させた場合でも弁本体の円滑な動作を担保できるので、電気式膨張弁は、連通穴を介して収容部の内部に冷媒が流入し易い姿勢（例えば、逆姿勢や横姿勢）での配置を許容し、搭載性の自由度を高めることができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態に係る電気式膨張弁の構成図である。 第１実施形態に係る電気式膨張弁の弁本体を示す拡大図である。 電気式膨張弁のモータ制御に関するフローチャートである。 電気式膨張弁のモータ制御に関するタイムチャートである。 第２実施形態に係る電気式膨張弁の弁本体を示す説明図である。 第３実施形態に係る電気式膨張弁の弁本体を示す説明図である。

以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各実施形態において、先行する実施形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の実施形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
図１～図４を用いて、本開示の第１実施形態を説明する。第１実施形態に係る電気式膨張弁１は、小型で大出力かつ高分解能の電動膨張弁であり、車両用空調装置における冷凍サイクルの構成機器の一つとして配置されている。電気式膨張弁１は、駆動源としての駆動モータ１０で電磁力によって生じた駆動力を伝達し、弁体を移動させることによって、冷媒の流量を調整すると共に、冷媒を減圧させる。

図示は省略するが、以下の実施形態において、冷凍サイクルは、電気式膨張弁１に加えて、少なくとも、圧縮機、凝縮器、蒸発器を有している。そして、電気式膨張弁１は、冷凍サイクルにて凝縮器と蒸発器の間に配置されており、凝縮器から流出した冷媒を減圧させ、蒸発器へ向かって流出させる。又、車両用空調装置は、空調制御装置を有しており、
電気式膨張弁１における減圧量（即ち、絞り開度）は、空調制御装置からの制御信号によって制御される。

先ず、第１実施形態に係る電気式膨張弁１の概略構成について、図１、図２を参照して説明する。図１に示すように、第１実施形態に係る電気式膨張弁１は、弁室４１等が形成された本体部４０と、駆動源としても駆動モータ１０等を収容する収容部５０とを有している。電気式膨張弁１は、車両に縦置き配置されている。縦置き配置とは、弁本体３０の軸方向が車両上下方向と略平行となり、かつ収容部５０が本体部４０に対して車両上方側になるような配置のことであり、標準姿勢ということもできる。

収容部５０の内部には、駆動モータ１０が配置されている。駆動モータ１０は、ロータ１１、シャフト１２及びステータ１３を有しており三相モータにより構成されている。シャフト１２は、収容部５０を構成するモーターケース５３の内部において軸支され、ロータ１１と一体に回転する。モーターケース５３は、本体部４０の上面に対して接合されており、その内部に駆動モータ１０のロータ１１及びシャフト１２と共に、減速機構部２０を収容している。モーターケース５３の内部は、収容部５０の内、駆動機構を収容する機構収容部５１を構成する。

駆動モータ１０を構成するステータ１３は、ケーシング５４の内側において、モーターケース５３を介して、ロータ１１を外側から囲むように配置され、モーターケース５３とケーシング５４の間に固定されている。ステータ１３は、円筒状に構成されており、ステータコイルを有している。ステータ１３は、駆動回路部６０を介して、ステータコイルに三相交流電流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を通電させることによって、ステータコアの内側に回転磁界を発生させる。

ロータ１１は、モーターケース５３の内部において、円筒状に構成されたステータ１３の内部に位置するように配置されている。ロータ１１は、Ｎ極およびＳ極からなる一対の磁石が円周方向に沿って複数組配置されている。

図１に示すように、収容部５０は、ケーシング５４を有している。ケーシング５４は、モーターケース５３及びステータ１３を内部に収容するように、本体部４０の一面側である上面に対して接合されている。更に、モーターケース５３の外側であって、ケーシング５４の内部には、駆動回路部６０及び位置センサ６１が配置されている。ケーシング５４の内部の内、モーターケース５３の外側にあたる部分は、駆動回路部６０等を収容する回路収容部５２を構成する。つまり、ケーシング５４内部で構成される収容部５０は、モーターケース５３によって、機構収容部５１と、回路収容部５２に区画されている。

上述したように、モーターケース５３の内部には、ロータ１１及びシャフト１２と共に、減速機構部２０が配置されている。減速機構部２０は、ロータ１１の下方に配置されており、ロータ１１で出力される角速度を、予め定められた減速比で減速して出力する機構である。

第１実施形態に係る減速機構部２０は、遊星歯車機構によって構成され、太陽ギヤ２１と、複数の遊星ギヤ２２と、固定ギヤ２３と、キャリヤ２４とを有している。太陽ギヤ２１は、駆動モータ１０のシャフト１２の下端部に取り付けられており、リングギヤである固定ギヤ２３の内部において、ロータ１１の回転と同期して回転する。固定ギヤ２３は、モーターケース５３の内側に固定されており、リング状の固定ギヤ２３の内側には、予め定められた歯数の内歯が形成されている。

キャリヤ２４は、複数（本実施形態では３つ）の遊星ギヤ２２を回転可能に支持してい
る。各遊星ギヤ２２は、太陽ギヤ２１の外歯と固定ギヤ２３の内歯の間に位置し、太陽ギヤ２１の外歯と、固定ギヤ２３の内歯と夫々噛み合うように、キャリヤ２４によって支持されている。

キャリヤ２４の下面には、出力軸２４ａが形成されている。図１に示すように、出力軸２４ａは、本体部４０の上面に配置された出力軸受２５によって支持されている。従って、キャリヤ２４は、モーターケース５３の内部において回転可能に支持されている。このように構成することで、減速機構部２０では、ロータ１１及び太陽ギヤ２１の回転が、予め定められた減速比で減速されてキャリヤ２４に伝達され、出力軸２４ａを中心として回転する。

出力軸２４ａの下端には、噛合溝が形成されている。出力軸２４ａの噛合溝には、弁本体３０の上端に形成された突出片が噛み合っている。従って、出力軸２４ａの回転は、噛合溝及び突出片を介して、弁本体３０に伝達される。

ここで、図１に示すように、本体部４０の上面には、シャフトケース２６が取り付けられている。シャフトケース２６は、本体部４０の上方に形成された開口に対して取り付けられており、弁本体３０が挿通される連通穴２６ａを有している。連通穴２６ａは、駆動モータ１０のシャフト１２、出力軸２４ａと同軸上になるように形成されている。従って、弁本体３０は、連通穴２６ａによって、シャフト１２や出力軸２４ａと同軸上を移動することができる。

第１実施形態における電気式膨張弁１において、本体部４０は、弁室４１と、弁座４２と、流入部４３と、流出部４４とを有している。弁室４１は、本体部４０において、冷凍サイクルの冷媒が流通する部分であると同時に、弁本体３０の弁体３３が移動する空間を構成する。図２に示すように、弁室４１の内部には弁座４２が形成されている。弁室４１における上方に位置する開口に対して、シャフトケース２６が取り付けられる為、弁室４１は、連通穴２６ａを介して、収容部５０の機構収容部５１と連通している。

又、弁室４１には、本体部４０内部に形成された冷媒流路としての流入部４３及び流出部４４が接続される。流入部４３は、冷凍サイクルにおける凝縮器の流出口から流出した冷媒が流れる冷媒流路を構成している。

冷媒流路である流入部４３の弁室４１側の端部は、弁室４１における冷媒の流れに関して弁座４２よりも上流側の位置になるように接続されている。本体部４０の外部に配置された流入部４３の端部には、車両用空調装置の冷凍サイクルにおいて、凝縮器の流出口から伸びる冷媒配管が、例えばロウ付けによって接合されている。

一方、流出部４４は、弁室４１から流出した冷媒が冷凍サイクルにおける蒸発器の流入口へ向かって流れる冷媒流路を構成している。冷媒流路である流出部４４における弁室４１側の端部は、弁室４１における冷媒の流れに関して弁座４２よりも下流側の位置になるように接続されている。又、本体部４０の外部に配置された流出部４４の端部には、車両用空調装置の冷凍サイクルにおいて、蒸発器の流入口へ伸びる冷媒配管が、例えばロウ付けによって接合されている。従って、電気式膨張弁１では、弁室４１内において、弁体３３が弁座４２から離れることにより、冷媒が流入部４３から流出部４４へ流れて減圧膨張する。

図２に示すように、第１実施形態に係る弁本体３０は、ねじ軸３１、弁棒３２、弁体３３をこの順に一体的に備える棒状に形成されている。弁本体３０におけるねじ軸３１側の端部には、上述した噛合溝に噛み合う突出片が形成されている。弁本体３０におけるねじ
軸３１の外周面には、雄ねじが形成されている。ねじ軸３１の雄ねじは、連通穴２６ａの一部に形成された雌ねじ部２６ｂに螺合している。

弁本体３０を構成するねじ軸３１の雄ねじと、連通穴２６ａにおける雌ねじ部２６ｂとによって、ねじ機構部３６が構成されている。そして、ねじ機構部３６によって、出力軸２４ａを介して伝達された弁本体３０の回転動作は、連通穴２６ａの内部において軸方向に沿って進退する進退動作に変換される。

弁本体３０のねじ軸３１における突出片と逆側の端部には、弁棒３２が形成されている。弁棒３２は、ねじ機構部３６により変換された進退動作を、弁室４１の内部に配置された弁体３３に伝達する。又、弁棒３２は、シャフトケース２６の連通穴２６ａと協働することで、弁本体３０における弁体３３の動作を、弁座４２に対する進退方向になるように案内する。

そして、弁棒３２の端部には、弁体３３が配置されている。弁体３３は、弁本体３０の進退動作に伴って、弁室４１の内部に形成された弁座４２に対して当接したり弁座４２から離れたりする。これにより、弁体３３は、弁座４２における開口を開閉する。弁体３３によって弁座４２の開度を調整することで、電気式膨張弁１における減圧量及び電気式膨張弁１を流通する冷媒流量を調整することができる。

そして、弁室４１の上面を構成するシャフトケース２６の下端と、弁本体３０の弁体３３の間には、コイルスプリング３４が配置されている。コイルスプリング３４は、弁本体３０の弁棒３２によって挿通された状態で取り付けられている。コイルスプリング３４は、弁体３３を弁座４２に近づける方向に、弁本体３０を付勢している。コイルスプリング３４は付勢部材の一例である。

これにより、コイルスプリング３４の付勢力によって、弁本体３０のねじ軸３１及びシャフトケース２６の雌ねじ部２６ｂにおけるバックラッシュをキャンセルすることができ、電気式膨張弁１における冷媒の流量特性を均一にすることができる。

図２に示すように、コイルスプリング３４の下端部と、弁体３３の上部との間には、摺動部材３５が取り付けられている。摺動部材３５は、環状を為す平板状に形成されており、ねじ機構部３６による弁本体３０の回転に際して、コイルスプリング３４と弁本体３０の間で摺動する。これにより、摺動部材３５は、コイルスプリング３４と収容部５０の間に生じるトルク損失を低減することができる。

このように構成された第１実施形態に係る電気式膨張弁１の動作について、図面を参照して説明する。第１実施形態に係る電気式膨張弁１では、駆動モータ１０において、電磁力によってロータ１１を回転させると、減速機構部２０の太陽ギヤ２１が回転する。減速機構部２０では、太陽ギヤ２１、複数の遊星ギヤ２２、固定ギヤ２３の作動によって、ロータ１１の回転力が所定の減速比で減速され、出力軸２４ａを介して、弁本体３０に伝達される。

出力軸２４ａから伝達された回転力により、弁本体３０が回転すると、弁本体３０の回転動作が、弁本体３０のねじ軸３１及びシャフトケース２６の雌ねじ部２６ｂにより、弁本体３０の軸方向への進退動作に変換される。

ねじ機構部３６により弁本体３０の回転動作が進退動作に変換される為、弁本体３０の回転方向を切り替えることで、弁本体３０の軸方向への動作を変更することができる。例えば、ロータ１１の回転方向を所定方向に回転させた場合、弁体３３を弁座４２に近づけ
ることができる。この場合において、ロータ１１の回転方向を、所定方向とは逆方向に回転させることで、弁体３３を弁座４２から遠ざけることができる。

これにより、弁本体３０の端部に配置された弁体３３は、弁室４１内において弁座４２に接近又は離間する為、弁座４２の開口に関する開度を調整することができる。第１実施形態に係る電気式膨張弁１は、このように各構成を動作させることで、電気式膨張弁１における減圧量及び電気式膨張弁１を通過する冷媒の流量を調整することができる。

ここで、第１実施形態に係る電気式膨張弁１が標準姿勢ではなく、逆姿勢又は横姿勢で配置された場合の動作について検討する。逆姿勢とは、弁本体３０の軸方向が車両上下方向と略平行であるが、収容部５０が本体部４０に対して車両下方側になる姿勢を意味している。又、横姿勢とは、弁本体３０の軸方向が車両上下方向に交差しており、収容部５０が本体部４０と同じ高さになる姿勢のことである。

上述したように、電気式膨張弁１では、収容部５０の機構収容部５１は、連通穴２６ａを介して、弁室４１と連通している。従って、電気式膨張弁１を逆姿勢又は横姿勢となるように配置した場合、弁室４１内に流入した冷媒が、連通穴２６ａを介して、機構収容部５１内に進入することが想定される。

冷凍サイクルの冷媒には、冷凍サイクルを構成する圧縮機を潤滑するための冷凍機油が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環している。従って、冷媒の状態によっては、高い粘性を示す場合がある。高い粘性を示す冷媒が機構収容部５１内に流入すると、冷媒の粘性によるトルク損失が過大となり、駆動モータ１０のロータ１１の動作や、減速機構部２０の各構成の動作を妨げることが考えられる。

この点、第１実施形態に係る電気式膨張弁１においては、流入部４３は、弁室４１における冷媒の流れに関して、弁座４２よりも上流側に接続されている。冷凍サイクルの凝縮器から流出した高温高圧で粘性の引く冷媒が、流入部４３から弁室４１へ流入して、連通穴２６ａを介して、機構収容部５１内に流入する。

つまり、第１実施形態に係る電気式膨張弁１では、逆姿勢や横姿勢にして機構収容部５１に流入してしまう状態にしても、機構収容部５１に流入する冷媒を粘性が低い状態にしておくことができるので、トルク損失の増大を抑制することができる。換言すると、高い粘性を示す冷媒によって、ロータ１１等の動作が妨げられることがない為、電気式膨張弁１は、逆姿勢や横姿勢のような、連通穴２６ａを介して機構収容部５１に冷媒が流入する姿勢での配置を許容して、搭載性の自由度を高めることができる。

ここで、収容部５０の回路収容部５２に収容されている駆動回路部６０について、図面を参照して説明する。上述したように、収容部５０は、モーターケース５３によって、機構収容部５１と、回路収容部５２とに区画されている。

回路収容部５２には、駆動モータ１０のステータ１３と、駆動回路部６０と、位置センサ６１が収容されている。従って、連通穴２６ａを介して、機構収容部５１に冷媒が流入した場合であっても、回路収容部５２には冷媒が流入することはなく、駆動回路部６０や位置センサ６１は冷媒の影響を受けない。

第１実施形態における駆動回路部６０は、駆動モータ１０である三相モータを制御する為の複数の電子部品を搭載した回路基板を有している。駆動回路部６０には、駆動モータ１０である三相モータに加えて、図示しないバッテリが電気的に接続されている。バッテリは、車両の各種電気機器に電力を供給するもので、例えば、充放電可能な二次電池（本
実施形態では、リチウムイオン電池）が採用される。駆動回路部６０は、バッテリからの入力電力の供給を受けて、三相モータを駆動する為の駆動電流を出力する。

そして、駆動回路部６０は、電子部品として、電気式膨張弁１の動作を制御する為のＥＣＵ等の電子部品を有しており、電気式膨張弁１の動作に関する制御部として働く。具体的に、駆動回路部６０は、図３のフローチャートに示すモータ制御プログラムを実行することによって、駆動モータ１０に対する電流制御を行い、弁本体３０に生じる軸力の大きさを調整する。モータ制御プログラムの詳細については後述する。

又、第１実施形態に係る駆動回路部６０には、位置センサ６１が接続されている。上述したように、ロータ１１には、Ｎ極及びＳ極からなる一対の磁石が円周方向に沿って複数組配置されている。位置センサ６１は、ロータ１１に配置された複数の磁石を検出することで、ロータ１１の回転位置を特定し、特定した回転位置に基づいて、電気式膨張弁１における弁本体３０の位置を検出する。位置センサ６１は検出センサの一例である。

続いて、第１実施形態に係る電気式膨張弁１におけるモータ制御の内容について、図３を参照して説明する。上述したように、電気式膨張弁１は、車両に搭載された車両用空調装置における冷凍サイクルの構成機器として搭載されている。電気式膨張弁１の絞り開度は、車両用空調装置の空調制御装置からの制御信号によって制御される。駆動回路部６０は、空調制御装置からの制御信号に基づいて、駆動モータ１０に供給する駆動電流を制御する。従って、モータ制御は、車両用空調装置が起動された時点で、駆動回路部６０によって実行される。

先ず、ステップＳ１では、空調制御装置からの制御信号として、電気式膨張弁１の弁開度を０にする閉弁指示を受信しているか否かが判定される。閉弁指示を受信している場合、ステップＳ２に処理を進める。一方、受信した制御信号が閉弁指示ではない場合、ステップＳ７に処理を進める。

尚、受信した制御信号が閉弁指示ではない場合とは、例えば、電気式膨張弁１の弁開度を、空調制御装置によって定められた目標開度Ａｔにあわせる通常作動を行う場合や、電気式膨張弁１の弁開度を０から開く開弁作動を行う場合を含んでいる。

ステップＳ２に移行する場合、空調制御装置からの閉弁指示に基づいて、電気式膨張弁１の弁開度を０にする閉弁作動が開始される。具体的に、ステップＳ２では、駆動モータ１０に対して駆動電流が供給される。ステップＳ２で供給される駆動電流の大きさは、例えば、駆動モータ１０の定格電流よりも大きい第１駆動電流Ｃｈである。駆動モータ１０に第１駆動電流Ｃｈを供給することで、駆動モータ１０が作動する為、電気式膨張弁１の弁開度は小さくなっていく。

ステップＳ３においては、電気式膨張弁１の弁開度が予め定められた基準開度Ａａになったか否かが判断される。ここで、基準開度Ａａは、電気式膨張弁１の閉弁を適切に行う為の準備段階として定められた弁開度の基準値である。電気式膨張弁１の弁開度が基準開度Ａａ以下になっている場合、ステップＳ４に処理を進める。一方、電気式膨張弁１の弁開度が基準開度Ａａよりも大きい場合は、ステップＳ２に処理を戻して、駆動モータ１０に対する第１駆動電流Ｃｈの供給を継続する。

ステップＳ４では、駆動モータ１０に供給する駆動電流の大きさを、第１駆動電流Ｃｈから第２駆動電流Ｃｌに変更する。第２駆動電流Ｃｌは、第１駆動電流Ｃｈよりも小さな電流値を示しており、例えば、駆動モータ１０の定格電流である。駆動モータ１０に供給する駆動電流の大きさを第２駆動電流Ｃｌに変更した後、ステップＳ５に進める。

ステップＳ５に移行すると、位置センサ６１の検出信号がない状態になっているか否かが判断される。上述したように、位置センサ６１は、ロータ１１に配置された複数組の磁石の磁力を検出する。従って、位置センサ６１の検出信号からロータ１１の回転量を特定すると同時に、弁本体３０の位置を特定することができる。

ステップＳ５において、位置センサ６１の検出信号がない状態とは、ロータ１１の回転が停止している状態を意味しており、弁本体３０の動きが停止している状態であるということができる。換言すると、位置センサ６１の検出信号がない状態には、電気式膨張弁１における閉弁作動が完了して、弁開度が０になっている状態が含まれている。位置センサ６１の検出信号がない状態である場合には、ステップＳ６に処理を進める。一方、位置センサ６１の検出信号がある場合には、ステップＳ４に処理を戻し、駆動モータ１０に対する第２駆動電流Ｃｌの供給を継続する。

ステップＳ６においては、駆動モータ１０に対する駆動電流の供給を停止し、駆動モータ１０の作動を停止する。ステップＳ５から移行した場合は、位置センサ６１の検出信号に基づいて、電気式膨張弁１における閉弁が完了して、駆動モータ１０の脱量又はモータロックが生じていると考えられる為、駆動モータ１０の停止により閉弁作動を終了する。

ここで、電気式膨張弁１の通常作動や開弁作動の場合におけるモータ制御について、ステップＳ７からの処理を参照して説明する。通常作動や開弁作動に係る制御信号を受信してステップＳ７に移行すると、空調制御装置からの制御信号に基づいて、電気式膨張弁１の通常作動又は開弁作動が開始される。

具体的に、ステップＳ７では、空調制御信号からの制御信号に基づいて、駆動モータ１０に対して駆動電流が供給される。ステップＳ７で供給される駆動電流の大きさは、閉弁作動の際と同様に、第１駆動電流Ｃｈである。

ステップＳ８に移行すると、電気式膨張弁１の弁開度が制御信号にて定められた目標開度Ａｔに到達したか否かが判断される。通常作動の場合の目標開度Ａｔは、車両用空調装置の運転態様に応じて定められた電気式膨張弁１の弁開度である。開弁作動の場合の目標開度Ａｔは、閉弁作動から通常作動へ円滑に移行できるように定められた電気式膨張弁１の弁開度を意味する。

電気式膨張弁１の弁開度が目標開度Ａｔに到達した場合、ステップＳ６に進み、駆動モータ１０への駆動電流の供給を停止して、通常作動又は開弁作動を終了する。一方、電気式膨張弁１の弁開度が目標開度Ａｔに到達していない場合、ステップＳ７に処理を戻し、駆動モータ１０に対する第１駆動電流Ｃｈの供給を継続する。

次に、上述したモータ制御による動作の一例について、図４に示すタイムチャートを参照して説明する。図４に示すタイムチャートは、閉弁作動を行った後、開弁動作を行う際の状態を示している。

上述したように、電気式膨張弁１における閉弁動作に際して、駆動モータ１０に対する駆動電流として、第１駆動電流Ｃｈが供給される。これにより、駆動モータ１０のロータ１１が回転する為、位置センサ６１からのセンサ出力信号が検出される。

又、ロータ１１の回転力が、減速機構部２０を介して弁本体３０に伝達され、ねじ機構部３６によって変換される為、弁本体３０が弁座４２へ向かって移動する。従って、電気式膨張弁１の弁開度は、徐々に小さくなっていく。

電気式膨張弁１の弁開度が基準開度Ａａに到達すると、駆動モータ１０に対する駆動電流は、第１駆動電流Ｃｈから第２駆動電流Ｃｌに変更される。この場合も、駆動モータ１０のロータ１１は回転している為、位置センサ６１からのセンサ出力信号は検出される。又、ロータ１１の回転に伴って、弁本体３０の移動も継続される為、電気式膨張弁１の弁開度も、基準開度Ａａを下回っても、徐々に小さくなっていく。

ここで、閉弁作動時において、電気式膨張弁１の弁開度が基準開度Ａａから０になるまでの期間を閉弁実行期間Ｔｃという。閉弁実行期間Ｔｃにおいては、駆動モータ１０に供給される駆動電流が第１駆動電流Ｃｈから第２駆動電流Ｃｌに変更される為、弁本体３０に作用する軸力は小さくなる。

電気式膨張弁１の弁開度が０になった時点で、電気式膨張弁１は閉弁状態Ｔａになる。閉弁状態Ｔａに移行した時点で、位置センサ６１による検出信号がなくなるが、駆動モータ１０に対して、第２駆動電流Ｃｌが供給された状態である。位置センサ６１の検出信号がない状態が所定時間のあいだ継続した時点で、駆動モータ１０に対する駆動電流の供給を停止する。

電気式膨張弁１によれば、弁本体３０の弁体３３が弁座４２に接触した時点から所定時間を経過すると、駆動モータ１０に対する駆動電流の供給が停止される為、弁本体３０に作用する軸力も０になる。これにより、電気式膨張弁１の閉弁時に弁本体３０に作用する荷重を低減することができるので、弁体３３の摩耗や変形を抑制でき、電気式膨張弁１の寿命の長期化を図ることができる。

そして、閉弁状態Ｔａの電気式膨張弁１から開弁作動が行われる。この開弁作動が行われる期間を開弁作動期間Ｔｏという。開弁作動期間Ｔｏでは、駆動モータ１０に対する駆動電流として、第１駆動電流Ｃｈが供給される。これにより、駆動モータ１０のロータ１１が回転する為、位置センサ６１からのセンサ出力信号が検出される。

又、ロータ１１の回転力が、減速機構部２０を介して弁本体３０に伝達され、ねじ機構部３６によって変換される為、弁本体３０が弁座４２から離れる方向へ移動する。従って、電気式膨張弁１の弁開度は、０の状態から徐々に大きくなっていく。そして、駆動モータ１０の駆動電力として、第１駆動電流Ｃｈが供給される為、弁本体３０に作用する軸力は、閉弁実行期間Ｔｃにて弁本体３０に作用する軸力よりも大きい。

このように構成された電気式膨張弁１について、電気式膨張弁１を逆姿勢又は横姿勢で配置した場合の動作について検討する。上述した容易、逆姿勢又は横姿勢で配置した場合において、冷凍機油を含む冷媒の粘性が上がり、駆動モータ１０や減速機構部２０の動作に関するトルク損失が過大となる場合がある。

この点、図４に示すように、第１実施形態に係る電気式膨張弁１では、閉弁作動の開始時や開弁作動、通常作動において、駆動モータ１０の駆動電流として、定格電流よりも大きな第１駆動電流Ｃｈが供給される。

これにより、駆動モータ１０及び減速機構部２０を、より大きな出力で作動させることができるので、冷媒等に起因するトルク損失に抗して作動させることができる。この為、電気式膨張弁１は、駆動モータ１０の制御の観点においても、逆姿勢及び横姿勢での配置に対応することができる。

以上説明したように、第１実施形態に係る電気式膨張弁１によれば、弁本体３０は、ねじ軸３１と、弁体３３とを有している為、開弁作動及び閉弁作動の何れの場合でも、駆動モータ１０の動作による軸力を弁本体３０に発生させることができる。

又、電気式膨張弁１の本体部４０には、連通穴２６ａと、流入部４３と、流出部４４とが形成されている。流入部４３は、冷媒の流れに関して、弁室４１における弁座４２よりも上流側となる位置に接続されている為、弁室４１の内部には、減圧される前の高圧冷媒を流入させることができる。つまり、電気式膨張弁１において、連通穴２６ａを介して機構収容部５１に冷媒が流入した場合であったとしても、流入する冷媒を高温高圧で粘性が低い状態にすることができる。この結果、収容部５０内に流入した冷媒に起因するトルク損失を低減して、駆動モータ１０の円滑な動作を担保できるので、電気式膨張弁１は、収容部５０の内部に冷媒が流入し易い姿勢（例えば、逆姿勢や横姿勢）での配置を許容し、搭載性の自由度を向上できる。

図１に示すように、収容部５０における機構収容部５１の内部には、遊星歯車機構により構成された減速機構部２０が収容されている。上述したように、連通穴２６ａを介して機構収容部５１に流入する冷媒は、高温高圧で粘度の低い状態である為、電気式膨張弁１は、減速機構部２０の円滑な動作を担保することができる。つまり、電気式膨張弁１は、減速機構部２０の動作という観点においても、電気式膨張弁１の搭載性の自由度を向上させることができる。

更に、図２に示すように、弁室４１の上面と弁本体３０の間には、弁本体３０を弁座４２側に向かって付勢する付勢部材として、コイルスプリング３４が配置されている。コイルスプリング３４の付勢力によって、弁本体３０のねじ軸３１及びシャフトケース２６の雌ねじ部２６ｂにおけるバックラッシュをキャンセルすることができる為、電気式膨張弁１における冷媒の流量特性を均一にすることができる。

そして、コイルスプリング３４の下端部と、弁体３３の上部との間には、摺動部材３５が取り付けられている。摺動部材３５は、環状を為す平板状に形成されており、ねじ機構部３６による弁本体３０の回転に際して、コイルスプリング３４と弁本体３０の間に生じるトルク損失を低減することができる。

又、電気式膨張弁１の収容部５０には、駆動モータ１０に供給する駆動電流を制御する駆動回路部６０が収容されている。駆動回路部６０によって、駆動モータ１０の動作を制御することで、電気式膨張弁１における弁本体３０の動作を、円滑かつ適確に実現させることができる。

更に、電気式膨張弁１は、検出センサとして、位置センサ６１が配置されており、駆動回路部６０は、位置センサ６１の検出信号を用いて、ロータ１１の回転位置を特定し、ロータ１１の回転位置から弁本体３０の位置を特定している。従って、電気式膨張弁１によれば、検出センサの検出信号を利用して、駆動モータの作動制御を適切に行うことができる。

又、駆動回路部６０による駆動モータ１０の制御に関して、図３、図４に示すように、閉弁作動時に駆動モータ１０に供給される第２駆動電流Ｃｌが、通常作動や開弁作動の際に供給される第１駆動電流Ｃｈよりも小さくなるように制御される。つまり、通常作動や開弁作動時には、閉弁作動時よりも大きな駆動電流が供給される為、通常作動時等における駆動モータ１０の出力を高め、冷媒に起因するトルク損失に抗して、通常作動や開弁作動を行うことができる。

これにより、電気式膨張弁１は、駆動モータ１０の作動制御の観点においても、逆姿勢や横姿勢での電気式膨張弁１の搭載を許容することができ、電気式膨張弁１の搭載性の自由度を向上させることができる。

そして、図３、図４に示すように、閉弁作動時において、位置センサ６１の検出信号を用いて、駆動モータ１０の脱調やモータロックが検出された場合、駆動モータ１０に対する駆動電流の供給を停止する。

これにより、弁体３３が弁座４２に接触した状態で、弁本体３０に加えられる閉弁荷重を低減することができるので、弁本体３０における弁体３３の摩耗や変形を抑制することができ、電気式膨張弁１の寿命の長期化を図ることができる。

（第２実施形態）
次に、上述した実施形態と異なる第２実施形態について、図５を参照して説明する。第２実施形態では、弁本体３０の構成が上述した実施形態と相違している。その他の電気式膨張弁１の基本的構成等については、上述した実施形態と同様である為、再度の説明を省略する。

図５に示すように、第２実施形態に係る電気式膨張弁１において、弁本体３０は、第１弁部材３７ａと、第２弁部材３７ｂを、継手部３８によって一体化して構成されている。第１実施形態における弁本体３０は、一つの材料（例えば、金属材料や樹脂等）によって一つの部材として構成されているのに対して、第２実施形態では、２つの部材を組み合わせて構成している点が相違している。

第２実施形態に係る第１弁部材３７ａは、主にねじ軸３１を有して構成されている。ねじ軸３１の構成及び機能については、第１実施形態と同様である。第１弁部材３７ａの上端には、第１実施形態と同様に、突出片が形成されている。そして、第１弁部材３７ａの下端には、継手部３８を構成する突状部３８ａが形成されている。

そして、第２実施形態に係る第２弁部材３７ｂは、弁棒３２及び弁体３３を有して構成されている。弁棒３２及び弁体３３の構成及び機能は、第１実施形態と同様である。第２弁部材３７ｂの上端には、継手部３８を構成する接続凹部３８ｂが形成されている。

ここで、継手部３８は、第１弁部材３７ａの突状部３８ａを、第２弁部材３７ｂの接続凹部３８ｂに嵌め合わせることによって構成される。これにより、ねじ機構部３６による第１弁部材３７ａの弁座４２に近づく方向への移動と、弁座４２から離れる方向の何れに対しても、第１弁部材３７ａに対して、第２弁部材３７ｂを追従させることができる。

従って、第２実施形態に係る電気式膨張弁１によれば、弁本体３０を第１弁部材３７ａ及び第２弁部材３７ｂで構成した場合であっても、第１実施形態と同様の作動を実現することができる。

以上説明したように、第２実施形態に係る電気式膨張弁１によれば、電気式膨張弁１における弁本体３０の構成を変更した場合であっても、上述した実施形態と同様の構成から、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
続いて、上述した実施形態と異なる第３実施形態について、図６を参照して説明する。第３実施形態では、弁本体３０の構成が上述した実施形態と相違している。その他の電気式膨張弁１の基本的構成等については、上述した実施形態と同様である為、再度の説明を省略する。

図６に示すように、第３実施形態に係る電気式膨張弁１において、弁本体３０は、第２実施形態と同様に、複数の部材を継手部３８で一体化して構成されている。第３実施形態に係る弁本体３０は、ねじ軸３１及び弁棒３２を有する第１弁部材３７ａと、主に弁体３３で構成される第２弁部材３７ｂにより構成されている。

第３実施形態においても、第１弁部材３７ａの上端には、突出片が形成されており、弁棒３２の下部にあたる第１弁部材３７ａの下端には、継手部３８を構成する突状部３８ａが形成されている。そして、第２弁部材である弁体３３の上面には、継手部３８を構成する接続凹部３８ｂが形成されている。

この場合においても、ねじ機構部３６による第１弁部材３７ａの弁座４２に近づく方向への移動と、弁座４２から離れる方向の何れに対しても、第１弁部材３７ａに対して、第２弁部材３７ｂを追従させることができる。

従って、第３実施形態に係る電気式膨張弁１によれば、第１弁部材３７ａ及び第２弁部材３７ｂの構成を変更した場合であっても、上述した実施形態と同様の作動を実現することができる。

以上説明したように、第３実施形態に係る電気式膨張弁１によれば、弁本体３０を為す第１弁部材３７ａ、第２弁部材３７ｂの構成を変更した場合であっても、上述した実施形態と同様の構成から、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。

（ａ）上述した実施形態では、駆動モータ１０の電流制御に際し、閉弁作動で弁開度が基準開度Ａａである場合、通常作動時、開弁作動時では、第１駆動電流Ｃｈを供給し、閉弁作動にて弁開度が基準開度Ａａよりも小さい場合、第２駆動電流Ｃｌを供給していた。

しかしながら、駆動モータ１０の電流制御の態様は、上述した実施形態に限定されることなく、様々に変更することが可能である。閉弁作動にて弁開度が基準開度Ａａよりも小さい場合の駆動電流が小さくなっていれば良く、閉弁作動で弁開度が基準開度Ａａである場合、通常作動時、開弁作動時の内で、駆動電流の大小があっても良い。

（ｂ）又、駆動モータ１０の電流制御に際し、基準開度Ａａよりも大きな開度の場合、第１駆動電流Ｃｈを供給し、基準開度Ａａよりも小さな開度の場合、第２駆動電流Ｃｌを供給しているが、この態様に限定されるものではない。基準開度Ａａよりも小さな開度の場合に駆動モータ１０に供給される駆動電流は、基準開度Ａａよりも大きな開度の場合の駆動電流である第１駆動電流Ｃｈよりも低い範囲であれば、駆動電流の大きさに変動があっても良い。

（ｃ）そして、上述した実施形態においては、位置センサ６１の検出信号を用いて、ロータ１１の回転位置を特定し、ロータ１１の回転位置から弁本体３０の位置を特定している。そして、特定された弁本体３０の位置に従って、駆動電流の制御を行っている。

しかしながら、駆動回路部６０による駆動電流の制御は、この態様に限定されるものではない。弁本体３０の位置を特定することができればよく、種々の方法で特定された弁本体３０の位置に基づいて、駆動電流の制御を行うことができる。弁本体３０の位置の特定手法としては、ロータ１１の回転位置に限られず、他の構成部材の移動量をセンサで検出する方法であっても良い。又、センサ等による検出に限られず、他の物理量から弁本体３０の位置を推定する構成を採用することもできる。

（ｄ）又、第２実施形態、第３実施形態における継手部３８として、突状部３８ａ及び接続凹部３８ｂを挙げていたが、この態様に限定されるものではない。ねじ軸３１を有する第１弁部材３７ａの移動の内、弁座４２に近づく移動及び弁座４２から離れる移動に関して、第２弁部材３７ｂを追従させることができれば、種々の形状を採用することができる。又、継手部３８によって、第１弁部材３７ａに対して第２弁部材３７ｂを回転可能に接続した構成であっても良い。

（ｅ）そして、上述の実施形態では、本開示に係る電気式膨張弁を、車両に搭載される車両用空調装置の冷凍サイクルの構成機器としていたが、この態様に限定されるものではない。冷凍サイクルの構成機器であれば、本開示に係る電気式膨張弁を採用することができ、冷凍サイクルが適用される装置や機器であれば、家庭用空調装置等に適用することも可能である。

１ 電気式膨張弁
１０ 駆動モータ
２６ａ 連通穴
３０ 弁本体
３１ ねじ軸
３３ 弁体
４０ 本体部
４１ 弁室
４３ 流入部
５０ 収容部

Claims (8)

1. 冷凍サイクルの冷媒が流通する弁室（４１）及び弁室の内部に配置された弁座（４２）を有する本体部（４０）と、
   前記弁室の内部にて前記弁座の開口を開閉可能に配置された弁本体（３０）と、
   電力の供給を受けて前記弁本体を動作させる駆動モータ（１０）と、
   前記本体部の一面側に配置され、前記駆動モータのロータ（１１）を含む駆動機構を収容する収容部（５０）と、を有し、
   前記弁本体は、
   前記駆動モータを構成する前記ロータの回転動作に伴って、前記弁本体を前記弁座に対して進退させる為のねじ軸（３１）と、
   前記ねじ軸による進退動作に伴って、前記弁室の内部において前記弁座の開口を開閉する弁体（３３）と、を有し、
   前記本体部は、
   前記収容部と前記弁室とを連通すると共に、前記弁本体が挿通される連通穴（２６ａ）と、
   前記弁室に対して前記冷媒を流入させる為の流入部（４３）と、
   前記弁室から前記冷媒を流出させる流出部（４４）と、を有し、
   前記流入部は、前記冷媒の流れに関して、前記弁室における前記弁座よりも上流側となる位置に接続されており、
   前記流出部は、前記冷媒の流れに関して、前記弁室における前記弁座よりも下流側となる位置に接続されている電気式膨張弁。
2. 前記駆動機構は、前記駆動モータにおける前記ロータで出力される角速度を、予め定められた減速比で減速して、前記弁本体の前記ねじ軸の角速度とする減速機構部（２０）を含んでいる請求項１に記載の電気式膨張弁。
3. 前記弁室の内部には、前記弁座の開口を閉じる方向に作用する付勢力を前記弁本体に作用させる付勢部材（３４）が配置されている請求項１又は２に記載の電気式膨張弁。
4. 前記弁室の内部には、前記弁本体の動作に際して、前記弁本体と前記付勢部材の間を摺動する摺動部材（３５）が配置されている請求項３に記載の電気式膨張弁。
5. 前記駆動モータに供給する電力を調整して、前記駆動モータの動作を制御する為の駆動回路部（６０）を有している請求項１ないし４の何れか１つに記載の電気式膨張弁。
6. 前記駆動回路部は、前記弁体の位置に基づいて、前記駆動モータに対して供給する電力を調整して、前記駆動モータの動作を制御する請求項５に記載の電気式膨張弁。
7. 前記駆動回路部は、前記弁本体に関する動作を行う際に前記駆動モータに対して供給する電力に関して、前記弁本体による前記弁座の開度に関して、予め定められた第１開度にする場合に前記駆動モータに対して供給する第１電力が、前記第１開度よりも大きな第２開度にする場合に前記駆動モータに対して供給する第２電力よりも小さくなるように制御する請求項５又は６に記載の電気式膨張弁。
8. 前記駆動回路部は、前記弁体により前記弁座の開口を閉じた状態における前記駆動モータの脱調又はモータロックを検出した場合、前記駆動モータに対する電力の供給を停止して、前記駆動モータの動作を停止する請求項５ないし７の何れか１つに記載の電気式膨張弁。

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