JP3817071B2 - 電動式コントロールバルブ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動式コントロールバルブに関し、特に、冷凍・冷蔵サイクル装置の電動式膨張弁等として使用される電動式コントロールバルブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動式膨張弁等として使用される電動式コントロールバルブには、ステッピングモータを駆動源とし、ステッピングモータのロータの回転をねじ構造により弁リフト方向の直線運動に変換し、当該直線運動によって弁体を開閉駆動し、前記弁体が弁シート部に当接することにより弁が閉じる型式のものがある。
【０００３】
従来、上述のような電動式コントロールバルブでは、完全な閉弁状態を確実に得ることと、摩耗等による弁シート部位置の経時的な変化を吸収するために、弁体が弁シート部に当接してもロータの回転を続行させ、ロータをストッパに当てることによってロータの回転を停止させることが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のような従来の電動式コントロールバルブでは、弁体が弁シート部に当接した後に、ロータの回転を所定量だけ許す構造の特別なストッパ機構等が必要であり、構造を複雑化させている。
【０００５】
また、ストッパの寸法管理、耐久性について問題が生じ、このストッパ機構が電動式コントロールバルブの信頼性、製作性を低下させ、またコスト高の原因になっている。
【０００６】
この発明は、従来の電動式コントロールバルブにおける上述の如き問題点を解消するためになされたもので、特別なストッパ機構を必要することなく、完全な閉弁状態を確実に得ることと、弁シート部位置の経時的な変動を吸収することができ、信頼性、製作性に優れた電動式コントロールバルブを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１に記載の発明による電動式コントロールバルブは、ステッピングモータのロータの回転をねじ構造により弁リフト方向の直線運動に変換し、当該直線運動によって弁体を開閉駆動し、前記弁体が弁シート部に当接することにより弁が閉じる電動式コントロールバルブにおいて、前記ねじ構造に、前記ステッピングモータの励磁相の少なくとも１周期分に相当する大きさのバックラッシュが付与され、前記弁体を閉弁側へ付勢する付勢手段が設けられ、前記弁体が前記弁シート部に当接した状態より前記バックラッシュ分だけ前記ロータが閉弁方向に回転可能であるものである。
【０００８】
請求項２に記載の発明による電動式コントロールバルブは、前記弁体と前記ロータとは連結され、前記ねじ構造は雄ねじとこの雄ねじに螺合する雌ねじを有しており、前記ロータに前記雄ねじ及び前記雌ねじのうちいずれか一方が形成され、前記弁シート部と一体の弁ハウジングに前記雄ねじ及び前記雌ねじのうちいずれか他方が形成され、前記雄ねじと前記雌ねじとの間に前記バックラッシュを付与されているものである。
【０００９】
請求項３に記載の発明による電動式コントロールバルブは、ステッピングモータのロータの回転をねじ構造により弁リフト方向の直線運動に変換し、当該直線運動によって弁体を開閉駆動し、前記弁体が弁シート部に当接することにより弁が閉じる電動式コントロールバルブにおいて、前記ロータと前記弁体との間に、前記ステッピングモータの励磁相の少なくとも１周期分に相当する大きさの弁リフト方向の遊びが付与され、前記弁体を閉弁側へ付勢する付勢手段が設けられ、前記弁体が前記弁シート部に当接した状態より前記遊び分だけ前記ロータが閉弁方向に回転可能であるものである。
【００１０】
請求項４に記載の発明による電動式コントロールバルブは、前記弁体と前記ロータとは前記遊びに相当する量だけ弁リフト方向に相対変位可能に、且つ相対回転変位可能に連結され、前記ねじ構造は雄ねじとこの雄ねじに螺合する雌ねじを有しており、前記ロータに前記雄ねじ及び前記雌ねじのうちいずれか一方が形成され、前記弁シート部と一体の弁ハウジングに前記雄ねじ及び前記雌ねじのうちいずれか他方が形成されているものである。
【００１１】
請求項５に記載の発明による電動式コントロールバルブは、前記付勢手段が前記弁体を閉弁側へ付勢する力は、弁ハウシング内を流れる流体が前記弁体に及ぼす開弁方向の力より大きいものである。
【００１２】
請求項６に記載の発明による電動式コントロールバルブは、前記ステッピングモータのロータの閉弁側の停止時の励磁相が弁体着座後の一つの相に設定され、停止時の励磁相によって一つの原点位置を定められているものである。
【００１３】
請求項１に記載の発明による電動式コントロールバルブによれば、ねじ構造にステッピングモータの励磁相の少なくとも１周期分に相当する大きさのバックラッシュが付与され、弁体が付勢手段によって閉弁側へ付勢されているから、弁体が弁シート部に当接した状態よりバックラッシュ分だけ更にロータが閉弁方向に回転可能に構成できる。
【００１４】
請求項２に記載の発明による電動式コントロールバルブによれば、弁体と一体のロータに形成された雄ねじ及び雌ねじのいずれか一方と、弁ハウジングに形成された雄ねじ及び雌ねじのいずれか他方との間にバックラッシュが付与されており、弁体が弁シート部に当接した状態よりバックラッシュ分だけ更にロータが閉弁方向に回転可能に構成できる。
【００１５】
請求項３に記載の発明による電動式コントロールバルブによれば、ロータと弁体との間に、前記ステッピングモータの励磁相の少なくとも１周期分に相当する大きさの弁リフト方向の遊びが付与され、弁体が付勢手段によって閉弁側へ付勢されているから、弁体が弁シート部に当接した状態より遊び分だけ更にロータが閉弁方向に回転可能に構成できる。
【００１６】
請求項４に記載の発明による電動式コントロールバルブによれば、弁体とロータとが遊びに相当する量だけ弁リフト方向に相対変位可能に、且つ相対回転変位可能に連結され、ロータに雄ねじ及び雌ねじのいずれか一方が形成され、弁ハウジングに雄ねじ及び雌ねじのいずれか他方が形成されているから、弁体が弁シート部に当接した状態より遊び分だけ更にロータが閉弁方向に回転可能に構成できる。
【００１７】
請求項５に記載の発明による電動式コントロールバルブによれば、付勢手段が弁体を閉弁側へ付勢する力が、弁ハウシング内を流れる流体が弁体に及ぼす開弁方向の力より大きいから、弁ハウシング内を流れる流体の圧力が弁体に開弁方向に作用しても弁位置が開弁側へ変動することがない。
【００１８】
請求項６に記載の発明による電動式コントロールバルブによれば、ステッピングモータのロータの閉弁側の停止時の励磁相が弁体着座後の一つの相に設定され、停止時の励磁相によって一つの原点位置を定められているから、弁シート部の摩耗などによる弁シート部位置の経時変化に左右されず、弁体が弁シート部に着座して付勢手段の付勢力により閉弁力が与えられた状態でロータが必ず停止することになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１はこの発明による電動式コントロールバルブの実施の形態１を示す断面図である。電動式コントロールバルブは、弁ハウジング１に、Ａ継手ポート３と、Ｂ継手ポート５と、Ａ継手ポート３とＢ継手ポート５との間に位置する弁室７および弁ポート９とを有し、弁ポート９の周りに弁シート部１１が形成されている。
【００２１】
弁室７には弁体１３が弁リフト方向（図１中上下方向）に移動可能に配置されている。弁体１３は、弁シート部１１と共働して弁リフト量に応じて開弁量を定量的に設定するニードル弁部１３ａと、棒状の弁ステム部１３ｂとを有しており、ニードル弁部１３ａが弁シート部１１に当接することにより弁が閉じる。
【００２２】
弁ステム部１３ｂにはステッピングモータ１５のロータ１７が装着（連結）されている。ロータ１７の軸状部１７ａには雄ねじ１９が形成され、弁ハウジング１には雄ねじ１９とねじ係合する雌ねじ２１が形成されている。ロータ１７の回転は雄ねじ１９と雌ねじ２１とのねじ係合によって弁リフト方向の直線運動に変換され、この直線運動によって弁体１３が開閉駆動（図１中上下駆動）される。すなわち、雄ねじ１９と雌ねじ２１とが、ロータ１７の回転を弁リフト方向の直線運動に変換するねじ構造をなしている。
【００２３】
ステッピングモータ１５は、ロータ１７に挿入されたマグネット（永久磁石）２３と、弁ハウジング１に取り付けられたキャップ状のカバー２５に固定されたコイル部２７とを有しており、コイル部２７の相励磁によりロータ１７が分割回転駆動される。
【００２４】
なお、弁ハウジング１に対するコイル部２７の位置は位置決めピン２９により位置決めされ、弁ハウジング１に対してコイル部２７が固定される。
【００２５】
雄ねじ１９と雌ねじ２１との間にはステッピングモータ１５の励磁相の１周期分に相当する大きさのバックラッシュＬｂ（図２〜図４参照）が付与されている。
【００２６】
尚、ステッピングモータ１５が１−２相励磁で、１回転８０パルスの仕様で、雄ねじ１９と雌ねじ２１とによるねじ構造のリード長が１．５ｍｍとすると、１−２相励磁の１周期は８パルスで、バックラッシュＬｂは、１．５ｍｍ×８／８０＝０．１５ｍｍとなる。このバックラッシュＬｂは雄ねじ１９と雌ねじ２１の片方あるいは双方のねじ設計により適正値に設定することができる。
【００２７】
雄ねじ１９、雌ねじ２１のねじ加工は、通常のねじ加工によって比較的高精度に行うことが可能であるから、通常のねじ加工によってバックラッシュＬｂの設定を比較的高精度に行うことができる。
【００２８】
なお、雄ねじ１９と雌ねじ２１のねじリード角は、弁体１３が弁シート部１１に当接した後に、更に閉弁方向に回転されてもねじの喰い込みを発生しない値に設定する。
【００２９】
弁体１３の弁ステム部１３ｂの先端には、弁ステム部１３ｂの回転を許す形態で、ばね受け部材３１が取り付けられており、このばね受け部材３１とカバー２５の天井面２５ａとの間に一つの付勢手段である圧縮コイルばね３３が取り付けられている。圧縮コイルばね３３は弁体１３を閉弁側（下方）へ常に付勢しており、このばね力は、弁ハウシング１内を流れる流体（Ｂ継手ポート５よりの流体圧）が弁体１３に及ぼす開弁方向の力より大きい値に設定されている。
【００３０】
これにより、Ｂ継手ポート５よりの流体圧が弁体１３に開弁方向に作用しても弁位置が開弁側へ変動することがない。
【００３１】
ばね受け部材３１の上面３１ａはカバー２５の天井面２５ａと対向しており、ばね受け部材３１の上面３１ａがカバー２５の天井面２５ａに当接することにより、最大全開位置が設定される。なお、図にて、符号Ｌｏは全閉位置から最大全開位置に至る最大リフト量を示している。
【００３２】
次に、図２〜図４を参照して電動式コントロールバルブの動作について説明する。
【００３３】
図２（ａ）は中間開弁状態における電動式コントロールバルブの断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）中のねじ係合部の拡大断面図である。中間開弁状態では、圧縮コイルばね３３のばね力により弁体１３、ロータ１７が閉弁側へ付勢され、雄ねじ１９は雌ねじ２１の上面に接触し、バックラッシュＬｂは雄ねじ１９の上側に偏在する。
【００３４】
上述のような中間開弁状態よりステッピングモータ１５によってロータ１７が閉弁側に回転駆動されると、ロータ１７が閉弁側に回転し、その回転が雄ねじ１９と雌ねじ２１とのねじ係合によって弁リフト方向の直線運動に変換され、ロータ１７、弁体１３が閉弁方向へ移動し、図３（ａ）に断面図で、図３（ｂ）に拡大断面図で各々示されているように、弁体１３のニードル弁部１３ａが弁シート部１１に着座する。
【００３５】
ニードル弁部１３ａが弁シート部１１に着座すると、圧縮コイルばね３３のばね力の受け止め面は雌ねじ２１の上面から弁シート部１１に移行し、確実な閉弁状態を確保すべく作用する。
【００３６】
これにより更に、ロータ１７が閉弁側に回転駆動されると、圧縮コイルばね３３のばね力が弁シート部１１に作用した状態のまま、ロータ１７はバックラッシュＬｂに相応する分だけ回転することができ、この回転により、バックラッシュＬｂは、図４（ａ）に断面図で、図４（ｂ）に拡大断面図で各々示されているように、雄ねじ１９の下側に移行するようになる。
【００３７】
これは、ニードル弁部１３ａが弁シート部１１に着座したのちも、最大で、バックラッシュＬｂに相応する分だけロータ１７が閉弁方向に回転できることを意味し、バックラッシュＬｂはステッピングモータ１５の励磁相の１周期分に相当する大きさであるから、ニードル弁部１３ａが弁シート部１１に着座したのちも、ステッピングモータ１５は、バックラッシュＬｂを有効に利用して、最大で、励磁相の１周期分、閉弁方向に駆動することができる。
【００３８】
これにより、ステッピングモータ１５のロータ１７が閉弁側で停止している時の励磁相が、ニードル弁部１３ａの弁シート部１１への着座後の一つの相に設定され、一つの原点位置を定められていれば、弁シート部１１の摩耗などによる弁シート部位置の経時変化に関係なく、特別なストッパ機構を必要とすることなく、ニードル弁部１３ａが弁シート部１１に着座して圧縮コイルばね３３のばね力により閉弁力が与えられた状態で、ロータ１７が必ず停止することになる。
【００３９】
この結果、雄ねじ１９と雌ねじ２１との間のバックラッシュＬｂに相当する精度（励磁相の１周期分以下に相当する精度）で、弁開度の再現性が得られ、弁開度安定性が得られることになる。
【００４０】
図５は上述のような構成による電動式コントロールバルブにおけるステッピングモータ１５のパルス数と弁リフト量との関係を示している。
【００４１】
即ち、図５に引用符号Ａを付した実線で示す、ステッピングモータ１５のパルス数に対する弁体１３の設計上の理想的なリフト量の特性と、図５に引用符号Ｂを付した破線で示す、ステッピングモータ１５のパルス数に対する弁体１３の実リフト量の特性とを比較しても明らかなように、弁体１３をあるリフト量に到達させるためには、バックラッシュＬｂによるシフト量が最大となった場合だと、丁度ステッピングモータ１５の励磁相における１周期のパルス数Ｐcyc 分だけ、理想特性上でのパルス数より多い数のパルスでステッピングモータ１５を励磁させることになる。
【００４２】
これを換言すると、ステッピングモータ１５は、ニードル弁部１３ａが弁シート部１１に着座したのちも、最大で励磁相の１周期分だけ閉弁方向に駆動することができるというわけである。
【００４３】
（実施の形態２）
図６はこの発明による電動式コントロールバルブの実施の形態２を示している。なお、図６において、図１に示されているもの同等あるいは同一の構成要件には、図１に付けた符号と同一の符号を付けてその説明を省略する。
【００４４】
この実施の形態２では、ロータ１７と弁体１３との間に、ステッピングモータ１５の励磁相の１周期分に相当する大きさの弁リフト方向の遊びＬｂ´（図７、図９参照）が付与されている。
【００４５】
この遊びＬｂ´は、弁体１３の弁ステム部１３ｂの中間部に形成されたフランジ部１３ｃがロータ１７に形成された段差端面部１７ｂとロータ１７に固定された固定スリーブ部材３５の端面３５ａとの間に弁リフト方向の間隙（遊び）Ｌｂ´を与えた状態で収容されることにより、ロータ１７と弁体１３との間に付与され、これにより、弁体１３とロータ１７とが遊びＬｂ´に相当する量だけ弁リフト方向に相対変位可能に、且つ相対回転変位可能に連結されている。
【００４６】
ステッピングモータ１５が１−２相励磁で、１回転８０パルスの仕様で、雄ねじ１９と雌ねじ２１とによるねじ構造のリード長が１．５ｍｍとすると、１−２相励磁の１周期は８パルスで、遊びＬｂ´は、１．５ｍｍ×８／８０＝０．１５ｍｍとなる。遊びＬｂ´は、フランジ部１３ｃの厚さＷｖと、段差端面部１７ｂと端面３５ａとの間隔Ｗｒとの差により設定される。なお、遊びＬｂ´は、雄ねじ１９と雌ねじ２１とのリード長により設定することができる。
【００４７】
この実施の形態でも、ロータ１７の軸状部１７ａに雄ねじ１９が形成され、弁ハウジング１には雄ねじ１９とねじ係合する雌ねじ２１が形成され、ロータ１７の回転が雄ねじ１９と雌ねじ２１とのねじ係合によって弁リフト方向の直線運動に変換され、この直線運動によって弁体１３が開閉駆動（図６中上下駆動）される。
【００４８】
また、ばね受け部材３１とカバー２５の天井面２５ａとの間には一つの付勢手段である圧縮コイルばね３３が取り付けられている。圧縮コイルばね３３は弁体１３を閉弁側（図６中下方）へ常に付勢しており、このばね力は、弁ハウシング１内を流れる流体（Ｂ継手ポート５よりの流体圧）が弁体１３に及ぼす開弁方向の力より大きい値に設定されている。
【００４９】
次に、図７〜図９を参照して電動式コントロールバルブの動作について説明する。なお。各図における丸囲み部分は遊び付与部を拡大して示している。
【００５０】
図７（ａ）は中間開弁状態における電動式コントロールバルブの断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）中のねじ係合部の拡大断面図である。中間開弁状態では、圧縮コイルばね３３のばね力により弁体１３、ロータ１７が閉弁側へ付勢され、フランジ部１３ｃは段差端面部１７ｂに接触し、遊びＬｂ´はフランジ部１３ｃの上側に偏在する。
【００５１】
上述のような中間開弁状態よりステッピングモータ１５によってロータ１７が閉弁側に回転駆動されると、ロータ１７が閉弁側に回転し、その回転が雄ねじ１９と雌ねじ２１とのねじ係合によって弁リフト方向の直線運動に変換され、ロータ１７、弁体１３が閉弁方向へ移動し、図８（ａ）に断面図で、図８（ｂ）に拡大断面図で各々示されているように、弁体１３のニードル弁部１３ａが弁シート部１１に着座する。
【００５２】
ニードル弁部１３ａが弁シート部１１に着座すると、圧縮コイルばね３３のばね力の受け止め面は段差端面部１７ｂから弁シート部１１に移行し、確実な閉弁状態を確保すべく作用する。
【００５３】
これにより更に、ロータ１７が閉弁側に回転駆動されると、圧縮コイルばね３３のばね力が弁シート部１１に作用した状態のまま、ロータ１７は遊びＬｂ´に相応する分だけ回転することができ、この回転により、遊びＬｂ´は、図９（ａ）に断面図で、図９（ｂ）に拡大断面図で各々示されているように、フランジ部１３ｃの下側に移行するようになる。
【００５４】
これは、ニードル弁部１３ａが弁シート部１１に着座したのちも、最大で、遊びＬｂ´に相応する分だけロータ１７が閉弁方向に回転できることを意味し、遊びＬｂ´はステッピングモータ１５の励磁相の１周期分に相当する大きさであるから、ニードル弁部１３ａが弁シート部１１に着座したのちも、ステッピングモータ１５は、遊びＬｂ´を有効に利用して、最大で、励磁相の１周期分、閉弁方向に駆動することができる。
【００５５】
これにより、ステッピングモータ１５のロータ１７の閉弁側の停止時の励磁相がニードル弁部着座後の一つの相に設定され、一つの原点位置を定められていれば、弁シート部１１の摩耗などによる弁シート部位置の経時変化が遊びＬｂ´の範囲内であれば、特別なストッパ機構を必要とすることなく、ニードル弁部１３ａが弁シート部１１に着座して圧縮コイルばね３３のばね力により閉弁力が与えられた状態で、ロータ１７が必ず停止することになる。
【００５６】
この結果、この実施の形態でも、励磁相の１周期分以下に相当する精度で、弁開度の再現性が得られ、弁開度安定性が得られることになる。
【００５７】
なお、この実施の形態２では、ニードル弁部１３ａが弁シート部１１に着座するまでは、弁体１３はロータ１７と共に回転するが、ニードル弁部１３ａが弁シート部１１に着座した後の引き続きのロータ１７の回転においては、フランジ部１３ｃが段差端面部１７ｂより離間することで、弁体１３はロータ１７と共には回転しなくなる。これにより、弁シート部１１、ニードル弁部１３ａの耐久性が向上し、また完全閉弁の気密性も向上する。
【００５８】
ちなみに、実施の形態２の電動式コントロールバルブにおけるステッピングモータのパルス数と弁リフト量との関係は、図５中に引用符号Ｂを付した破線で示されている実施の形態１のものと同様になる。
【００５９】
上述のような構成による実施の形態１，２の各電動式コントロールバルブは、図１０に示されているような冷凍サイクルの電動式膨張弁１００として使用することができる。なお、図１０において、１０２は圧縮機を、１０４は室外熱交換器を、１０６は室内熱交換器を、１０８は冷房・暖房モード切換用の四方弁を各々示している。
【００６０】
そして、図１、図６、及び、図１０中、実線の矢印は図１０の冷凍サイクルの冷房運転時における冷媒の流れ方向を示し、破線の矢印は、図１０の冷凍サイクルの暖房運転時における冷媒の流れ方向を示す。
【００６１】
なお、上述した実施の形態１，２ではいずれも、ロータ１７の軸状部１７ａに雄ねじ１９が形成され、この雄ねじ１９とねじ係合する雌ねじ２１が弁ハウジング１に形成されるものとしたが、ロータ１７の軸状部１７ａに雌ねじ２１が形成され、弁ハウジング１に雄ねじ１９が形成されるものとしてもよいのは勿論のことである。
【００６２】
また、上述した実施の形態１では、雄ねじ１９と雌ねじ２１との間に付与されるバックラッシュＬｂを、ステッピングモータ１５の励磁相の１周期分に相当する大きさとし、上述した実施の形態２ではロータ１７と弁体１３との間に付与される弁リフト方向の遊びＬｂ´を、ステッピングモータ１５の励磁相の１周期分に相当する大きさとしたが、これらバックラッシュＬｂや遊びＬｂ´の大きさは、ステッピングモータ１５の励磁相の少なくとも１周期分に相当する大きさであればよく、例えば、励磁相の２周期分に相当する大きさ等であってもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、請求項１に記載の発明による電動式コントロールバルブによれば、ステッピングモータのロータの回転をねじ構造により弁リフト方向の直線運動に変換し、当該直線運動によって弁体を開閉駆動し、前記弁体が弁シート部に当接することにより弁が閉じる電動式コントロールバルブにおいて、前記ねじ構造に、前記ステッピングモータの励磁相の少なくとも１周期分に相当する大きさのバックラッシュが付与され、前記弁体を閉弁側へ付勢する付勢手段が設けられ、前記弁体が前記弁シート部に当接した状態より前記バックラッシュ分だけ前記ロータが閉弁方向に回転可能であるものとした。
【００６４】
これにより、ねじ構造にステッピングモータの励磁相の少なくとも１周期分に相当する大きさのバックラッシュが付与され、弁体が付勢手段によって閉弁側へ付勢されて弁体が弁シート部に当接した状態よりバックラッシュ分だけ更にロータが閉弁方向に回転可能に構成できるから、特別なストッパ機構を必要とすることなく、完全な閉弁状態が確実に得られ、またシート位置の経時的な変動に関係なく、構造簡単にして高い信頼性と製作性が得られ、低コスト化も図られる。
【００６５】
なお、ねじ加工は、通常のねじ加工によって比較的高精度に行うことが可能であるから、通常のねじ加工によってバックラッシュの設定を比較的高精度に行うことができる。
【００６６】
請求項２に記載の発明による電動式コントロールバルブによれば、前記弁体と前記ロータとは連結され、前記ねじ構造は雄ねじとこの雄ねじに螺合する雌ねじを有しており、前記ロータに前記雄ねじ及び前記雌ねじのうちいずれか一方が形成され、前記弁シート部と一体の弁ハウジングに前記雄ねじ及び前記雌ねじのうちいずれか他方が形成され、前記雄ねじと前記雌ねじとの間に前記バックラッシュを付与されているものとした。
【００６７】
これにより、弁体と一体のロータに形成された雄ねじ及び雌ねじのいずれか一方と、弁ハウジングに形成された雄ねじ及び雌ねじのいずれか他方との間にバックラッシュが付与されており、弁体が弁シート部に当接した状態よりバックラッシュ分だけ更にロータが閉弁方向に回転可能に構成できるから、特別なストッパ機構を必要とすることなく、完全な閉弁状態が確実に得られ、またシート位置の経時的な変動を吸収することができ、構造簡単にして高い信頼性と製作性が得られ、低コスト化も図られる。
【００６８】
請求項３に記載の発明による電動式コントロールバルブによれば、ステッピングモータのロータの回転をねじ構造により弁リフト方向の直線運動に変換し、当該直線運動によって弁体を開閉駆動し、前記弁体が弁シート部に当接することにより弁が閉じる電動式コントロールバルブにおいて、前記ロータと前記弁体との間に、前記ステッピングモータの励磁相の少なくとも１周期分に相当する大きさの弁リフト方向の遊びが付与され、前記弁体を閉弁側へ付勢する付勢手段が設けられ、前記弁体が前記弁シート部に当接した状態より前記遊び分だけ前記ロータが閉弁方向に回転可能であるものとした。
【００６９】
これにより、ロータと弁体との間に、前記ステッピングモータの励磁の少なくとも１周期分に相当する大きさの弁リフト方向の遊びが付与され、弁体が付勢手段によって閉弁側へ付勢されて弁体が弁シート部に当接した状態より遊び分だけ更にロータが閉弁方向に回転可能に構成できるから、特別なストッパ機構を必要とすることなく、完全な閉弁状態が確実に得られ、またシート位置の経時的な変動を吸収することができ、構造簡単にして高い信頼性と製作性が得られ、低コスト化も図られる。
【００７０】
請求項４に記載の発明による電動式コントロールバルブによれば、前記弁体と前記ロータとは前記遊びに相当する量だけ弁リフト方向に相対変位可能に、且つ相対回転変位可能に連結され、前記ねじ構造は雄ねじとこの雄ねじに螺合する雌ねじを有しており、前記ロータに前記雄ねじ及び前記雌ねじのうちいずれか一方が形成され、前記弁シート部と一体の弁ハウジングに前記雄ねじ及び前記雌ねじのうちいずれか他方が形成されているものとした。
【００７１】
これにより、弁体とロータとが遊びに相当する量だけ弁リフト方向に相対変位可能に、且つ相対回転変位可能に連結され、ロータに雄ねじが形成され、弁ハウジングに雌ねじが形成されているから、弁体が弁シート部に当接した状態より遊び分だけ更にロータが閉弁方向に回転可能に構成できるから、特別なストッパ機構を必要とすることなく、完全な閉弁状態が確実に得られ、またシート位置の経時的な変動に関係なく、構造簡単にして高い信頼性と製作性が得られる。
【００７２】
また、弁体が弁シート部に着座した後の引き続きのロータの回転においては、弁体はロータと共には回転しなくなるから、弁シート部、ニードル弁部の耐久性が向上し、完全閉弁の気密性も向上する。
【００７３】
請求項５に記載の発明による電動式コントロールバルブによれば、前記付勢手段が前記弁体を閉弁側へ付勢する力は、弁ハウシング内を流れる流体が前記弁体に及ぼす開弁方向の力より大きいものとした。
【００７４】
これにより、付勢手段が弁体を閉弁側へ付勢する力が、弁ハウシング内を流れる流体が弁体に及ぼす開弁方向の力より大きいから、弁ハウシング内を流れる流体の圧力が弁体に開弁方向に作用しても弁位置が開弁側へ変動することがない。
【００７５】
請求項６に記載の発明による電動式コントロールバルブによれば、前記ステッピングモータのロータの閉弁側の停止時の励磁相が弁体着座後の一つの相に設定され、停止時の励磁相によって一つの原点位置を定められているものとした。
【００７６】
これにより、ステッピングモータのロータの閉弁側の停止時の励磁相が弁体着座後の一つの相に設定され、停止時の励磁相によって一つの原点位置を定められているから、弁シート部の摩耗などによる弁シート部位置の経時変化に関係なく、弁体が弁シート部に着座して付勢手段の付勢力により閉弁力が与えられた状態でロータが必ず停止することになり、励磁相の１周期分以下に相当する精度で、弁開度の再現性が得られ、弁開度安定性が得られることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による電動式コントロールバルブの実施の形態１を示す断面図である。
【図２】（ａ）は実施の形態１の電動式コントロールバルブの中間開弁状態における断面図、（ｂ）は（ａ）中のねじ係合部の拡大断面図である。
【図３】（ａ）は実施の形態１の電動式コントロールバルブの閉弁状態における断面図、（ｂ）は（ａ）中のねじ係合部の拡大断面図である。
【図４】（ａ）は実施の形態１の電動式コントロールバルブの閉弁、且つバックラッシュ解消状態における断面図、（ｂ）は（ａ）中のねじ係合部の拡大断面図である。
【図５】実施の形態１，２の電動式コントロールバルブにおけるステッピングモータのパルス数と弁リフト量との関係を示すグラフである。
【図６】この発明による電動式コントロールバルブの実施の形態２を示す断面図である。
【図７】（ａ）は実施の形態２の電動式コントロールバルブの中間開弁状態における断面図、（ｂ）は（ａ）中のねじ係合部の拡大断面図である。
【図８】（ａ）は実施の形態２の電動式コントロールバルブの閉弁状態における断面図、（ｂ）は（ａ）中のねじ係合部の拡大断面図である。
【図９】（ａ）は実施の形態２の電動式コントロールバルブの閉弁、且つバックラッシュ解消状態における断面図、（ｂ）は（ａ）中のねじ係合部の拡大断面図である。
【図１０】この発明による電動式コントロールバルブを電動式膨張弁として使用する冷凍サイクルを示すブロック線図である。
【符号の説明】
１ 弁ハウジング
３ Ａ継手ポート
５ Ｂ継手ポート
７ 弁室
９ 弁ポート
１１ 弁シート部
１３ 弁体
１３ａ ニードル弁部
１３ｂ 弁ステム部
１３ｃ フランジ部
１５ ステッピングモータ
１７ ロータ
１９ 雄ねじ
２１ 雌ねじ
２３ マグネット
２５ カバー
２７ コイル部
２９ 位置決めピン
３１ ばね受け部材
３３ 圧縮コイルばね
３５ 固定スリーブ部材
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動式コントロールバルブに関し、特に、冷凍・冷蔵サイクル装置の電動式膨張弁等として使用される電動式コントロールバルブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動式膨張弁等として使用される電動式コントロールバルブには、ステッピングモータを駆動源とし、ステッピングモータのロータの回転をねじ構造により弁リフト方向の直線運動に変換し、当該直線運動によって弁体を開閉駆動し、前記弁体が弁シート部に当接することにより弁が閉じる型式のものがある。
【０００３】
従来、上述のような電動式コントロールバルブでは、完全な閉弁状態を確実に得ることと、摩耗等による弁シート部位置の経時的な変化を吸収するために、弁体が弁シート部に当接してもロータの回転を続行させ、ロータをストッパに当てることによってロータの回転を停止させることが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のような従来の電動式コントロールバルブでは、弁体が弁シート部に当接した後に、ロータの回転を所定量だけ許す構造の特別なストッパ機構等が必要であり、構造を複雑化させている。
【０００５】
また、ストッパの寸法管理、耐久性について問題が生じ、このストッパ機構が電動式コントロールバルブの信頼性、製作性を低下させ、またコスト高の原因になっている。
【０００６】
この発明は、従来の電動式コントロールバルブにおける上述の如き問題点を解消するためになされたもので、特別なストッパ機構を必要することなく、完全な閉弁状態を確実に得ることと、弁シート部位置の経時的な変動を吸収することができ、信頼性、製作性に優れた電動式コントロールバルブを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１に記載の発明による電動式コントロールバルブは、ステッピングモータのロータの回転をねじ構造により弁リフト方向の直線運動に変換し、当該直線運動によって弁体を開閉駆動し、前記弁体が弁シート部に当接することにより弁が閉じる電動式コントロールバルブにおいて、前記ねじ構造に、前記ステッピングモータの励磁相の少なくとも１周期分に相当する大きさのバックラッシュが付与され、前記弁体を閉弁側へ付勢する付勢手段が設けられ、前記弁体が前記弁シート部に当接した状態より前記バックラッシュ分だけ前記ロータが閉弁方向に回転可能であるものである。
【０００８】
請求項２に記載の発明による電動式コントロールバルブは、前記弁体と前記ロータとは連結され、前記ねじ構造は雄ねじとこの雄ねじに螺合する雌ねじを有しており、前記ロータに前記雄ねじ及び前記雌ねじのうちいずれか一方が形成され、前記弁シート部と一体の弁ハウジングに前記雄ねじ及び前記雌ねじのうちいずれか他方が形成され、前記雄ねじと前記雌ねじとの間に前記バックラッシュを付与されているものである。
【０００９】
請求項３に記載の発明による電動式コントロールバルブは、ステッピングモータのロータの回転をねじ構造により弁リフト方向の直線運動に変換し、当該直線運動によって弁体を開閉駆動し、前記弁体が弁シート部に当接することにより弁が閉じる電動式コントロールバルブにおいて、前記ロータと前記弁体との間に、前記ステッピングモータの励磁相の少なくとも１周期分に相当する大きさの弁リフト方向の遊びが付与され、前記弁体を閉弁側へ付勢する付勢手段が設けられ、前記弁体が前記弁シート部に当接した状態より前記遊び分だけ前記ロータが閉弁方向に回転可能であるものである。
【００１０】
請求項４に記載の発明による電動式コントロールバルブは、前記弁体と前記ロータとは前記遊びに相当する量だけ弁リフト方向に相対変位可能に、且つ相対回転変位可能に連結され、前記ねじ構造は雄ねじとこの雄ねじに螺合する雌ねじを有しており、前記ロータに前記雄ねじ及び前記雌ねじのうちいずれか一方が形成され、前記弁シート部と一体の弁ハウジングに前記雄ねじ及び前記雌ねじのうちいずれか他方が形成されているものである。
【００１１】
請求項５に記載の発明による電動式コントロールバルブは、前記付勢手段が前記弁体を閉弁側へ付勢する力は、弁ハウシング内を流れる流体が前記弁体に及ぼす開弁方向の力より大きいものである。
【００１２】
請求項６に記載の発明による電動式コントロールバルブは、前記ステッピングモータのロータの閉弁側の停止時の励磁相が弁体着座後の一つの相に設定され、停止時の励磁相によって一つの原点位置を定められているものである。
【００１３】
請求項１に記載の発明による電動式コントロールバルブによれば、ねじ構造にステッピングモータの励磁相の少なくとも１周期分に相当する大きさのバックラッシュが付与され、弁体が付勢手段によって閉弁側へ付勢されているから、弁体が弁シート部に当接した状態よりバックラッシュ分だけ更にロータが閉弁方向に回転可能に構成できる。
【００１４】
請求項２に記載の発明による電動式コントロールバルブによれば、弁体と一体のロータに形成された雄ねじ及び雌ねじのいずれか一方と、弁ハウジングに形成された雄ねじ及び雌ねじのいずれか他方との間にバックラッシュが付与されており、弁体が弁シート部に当接した状態よりバックラッシュ分だけ更にロータが閉弁方向に回転可能に構成できる。
【００１５】
請求項３に記載の発明による電動式コントロールバルブによれば、ロータと弁体との間に、前記ステッピングモータの励磁相の少なくとも１周期分に相当する大きさの弁リフト方向の遊びが付与され、弁体が付勢手段によって閉弁側へ付勢されているから、弁体が弁シート部に当接した状態より遊び分だけ更にロータが閉弁方向に回転可能に構成できる。
【００１６】
請求項４に記載の発明による電動式コントロールバルブによれば、弁体とロータとが遊びに相当する量だけ弁リフト方向に相対変位可能に、且つ相対回転変位可能に連結され、ロータに雄ねじ及び雌ねじのいずれか一方が形成され、弁ハウジングに雄ねじ及び雌ねじのいずれか他方が形成されているから、弁体が弁シート部に当接した状態より遊び分だけ更にロータが閉弁方向に回転可能に構成できる。
【００１７】
請求項５に記載の発明による電動式コントロールバルブによれば、付勢手段が弁体を閉弁側へ付勢する力が、弁ハウシング内を流れる流体が弁体に及ぼす開弁方向の力より大きいから、弁ハウシング内を流れる流体の圧力が弁体に開弁方向に作用しても弁位置が開弁側へ変動することがない。
【００１８】
請求項６に記載の発明による電動式コントロールバルブによれば、ステッピングモータのロータの閉弁側の停止時の励磁相が弁体着座後の一つの相に設定され、停止時の励磁相によって一つの原点位置を定められているから、弁シート部の摩耗などによる弁シート部位置の経時変化に左右されず、弁体が弁シート部に着座して付勢手段の付勢力により閉弁力が与えられた状態でロータが必ず停止することになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１はこの発明による電動式コントロールバルブの実施の形態１を示す断面図である。電動式コントロールバルブは、弁ハウジング１に、Ａ継手ポート３と、Ｂ継手ポート５と、Ａ継手ポート３とＢ継手ポート５との間に位置する弁室７および弁ポート９とを有し、弁ポート９の周りに弁シート部１１が形成されている。
【００２１】
弁室７には弁体１３が弁リフト方向（図１中上下方向）に移動可能に配置されている。弁体１３は、弁シート部１１と共働して弁リフト量に応じて開弁量を定量的に設定するニードル弁部１３ａと、棒状の弁ステム部１３ｂとを有しており、ニードル弁部１３ａが弁シート部１１に当接することにより弁が閉じる。
【００２２】
弁ステム部１３ｂにはステッピングモータ１５のロータ１７が装着（連結）されている。ロータ１７の軸状部１７ａには雄ねじ１９が形成され、弁ハウジング１には雄ねじ１９とねじ係合する雌ねじ２１が形成されている。ロータ１７の回転は雄ねじ１９と雌ねじ２１とのねじ係合によって弁リフト方向の直線運動に変換され、この直線運動によって弁体１３が開閉駆動（図１中上下駆動）される。すなわち、雄ねじ１９と雌ねじ２１とが、ロータ１７の回転を弁リフト方向の直線運動に変換するねじ構造をなしている。
【００２３】
ステッピングモータ１５は、ロータ１７に挿入されたマグネット（永久磁石）２３と、弁ハウジング１に取り付けられたキャップ状のカバー２５に固定されたコイル部２７とを有しており、コイル部２７の相励磁によりロータ１７が分割回転駆動される。
【００２４】
なお、弁ハウジング１に対するコイル部２７の位置は位置決めピン２９により位置決めされ、弁ハウジング１に対してコイル部２７が固定される。
【００２５】
雄ねじ１９と雌ねじ２１との間にはステッピングモータ１５の励磁相の１周期分に相当する大きさのバックラッシュＬｂ（図２〜図４参照）が付与されている。
【００２６】
尚、ステッピングモータ１５が１−２相励磁で、１回転８０パルスの仕様で、雄ねじ１９と雌ねじ２１とによるねじ構造のリード長が１．５ｍｍとすると、１−２相励磁の１周期は８パルスで、バックラッシュＬｂは、１．５ｍｍ×８／８０＝０．１５ｍｍとなる。このバックラッシュＬｂは雄ねじ１９と雌ねじ２１の片方あるいは双方のねじ設計により適正値に設定することができる。
【００２７】
雄ねじ１９、雌ねじ２１のねじ加工は、通常のねじ加工によって比較的高精度に行うことが可能であるから、通常のねじ加工によってバックラッシュＬｂの設定を比較的高精度に行うことができる。
【００２８】
なお、雄ねじ１９と雌ねじ２１のねじリード角は、弁体１３が弁シート部１１に当接した後に、更に閉弁方向に回転されてもねじの喰い込みを発生しない値に設定する。
【００２９】
弁体１３の弁ステム部１３ｂの先端には、弁ステム部１３ｂの回転を許す形態で、ばね受け部材３１が取り付けられており、このばね受け部材３１とカバー２５の天井面２５ａとの間に一つの付勢手段である圧縮コイルばね３３が取り付けられている。圧縮コイルばね３３は弁体１３を閉弁側（下方）へ常に付勢しており、このばね力は、弁ハウシング１内を流れる流体（Ｂ継手ポート５よりの流体圧）が弁体１３に及ぼす開弁方向の力より大きい値に設定されている。
【００３０】
これにより、Ｂ継手ポート５よりの流体圧が弁体１３に開弁方向に作用しても弁位置が開弁側へ変動することがない。
【００３１】
ばね受け部材３１の上面３１ａはカバー２５の天井面２５ａと対向しており、ばね受け部材３１の上面３１ａがカバー２５の天井面２５ａに当接することにより、最大全開位置が設定される。なお、図にて、符号Ｌｏは全閉位置から最大全開位置に至る最大リフト量を示している。
【００３２】
次に、図２〜図４を参照して電動式コントロールバルブの動作について説明する。
【００３３】
図２（ａ）は中間開弁状態における電動式コントロールバルブの断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）中のねじ係合部の拡大断面図である。中間開弁状態では、圧縮コイルばね３３のばね力により弁体１３、ロータ１７が閉弁側へ付勢され、雄ねじ１９は雌ねじ２１の上面に接触し、バックラッシュＬｂは雄ねじ１９の上側に偏在する。
【００３４】
上述のような中間開弁状態よりステッピングモータ１５によってロータ１７が閉弁側に回転駆動されると、ロータ１７が閉弁側に回転し、その回転が雄ねじ１９と雌ねじ２１とのねじ係合によって弁リフト方向の直線運動に変換され、ロータ１７、弁体１３が閉弁方向へ移動し、図３（ａ）に断面図で、図３（ｂ）に拡大断面図で各々示されているように、弁体１３のニードル弁部１３ａが弁シート部１１に着座する。
【００３５】
ニードル弁部１３ａが弁シート部１１に着座すると、圧縮コイルばね３３のばね力の受け止め面は雌ねじ２１の上面から弁シート部１１に移行し、確実な閉弁状態を確保すべく作用する。
【００３６】
これにより更に、ロータ１７が閉弁側に回転駆動されると、圧縮コイルばね３３のばね力が弁シート部１１に作用した状態のまま、ロータ１７はバックラッシュＬｂに相応する分だけ回転することができ、この回転により、バックラッシュＬｂは、図４（ａ）に断面図で、図４（ｂ）に拡大断面図で各々示されているように、雄ねじ１９の下側に移行するようになる。
【００３７】
これは、ニードル弁部１３ａが弁シート部１１に着座したのちも、最大で、バックラッシュＬｂに相応する分だけロータ１７が閉弁方向に回転できることを意味し、バックラッシュＬｂはステッピングモータ１５の励磁相の１周期分に相当する大きさであるから、ニードル弁部１３ａが弁シート部１１に着座したのちも、ステッピングモータ１５は、バックラッシュＬｂを有効に利用して、最大で、励磁相の１周期分、閉弁方向に駆動することができる。
【００３８】
これにより、ステッピングモータ１５のロータ１７が閉弁側で停止している時の励磁相が、ニードル弁部１３ａの弁シート部１１への着座後の一つの相に設定され、一つの原点位置を定められていれば、弁シート部１１の摩耗などによる弁シート部位置の経時変化に関係なく、特別なストッパ機構を必要とすることなく、ニードル弁部１３ａが弁シート部１１に着座して圧縮コイルばね３３のばね力により閉弁力が与えられた状態で、ロータ１７が必ず停止することになる。
【００３９】
この結果、雄ねじ１９と雌ねじ２１との間のバックラッシュＬｂに相当する精度（励磁相の１周期分以下に相当する精度）で、弁開度の再現性が得られ、弁開度安定性が得られることになる。
【００４０】
図５は上述のような構成による電動式コントロールバルブにおけるステッピングモータ１５のパルス数と弁リフト量との関係を示している。
【００４１】
即ち、図５に引用符号Ａを付した実線で示す、ステッピングモータ１５のパルス数に対する弁体１３の設計上の理想的なリフト量の特性と、図５に引用符号Ｂを付した破線で示す、ステッピングモータ１５のパルス数に対する弁体１３の実リフト量の特性とを比較しても明らかなように、弁体１３をあるリフト量に到達させるためには、バックラッシュＬｂによるシフト量が最大となった場合だと、丁度ステッピングモータ１５の励磁相における１周期のパルス数Ｐcyc 分だけ、理想特性上でのパルス数より多い数のパルスでステッピングモータ１５を励磁させることになる。
【００４２】
これを換言すると、ステッピングモータ１５は、ニードル弁部１３ａが弁シート部１１に着座したのちも、最大で励磁相の１周期分だけ閉弁方向に駆動することができるというわけである。
【００４３】
（実施の形態２）
図６はこの発明による電動式コントロールバルブの実施の形態２を示している。なお、図６において、図１に示されているもの同等あるいは同一の構成要件には、図１に付けた符号と同一の符号を付けてその説明を省略する。
【００４４】
この実施の形態２では、ロータ１７と弁体１３との間に、ステッピングモータ１５の励磁相の１周期分に相当する大きさの弁リフト方向の遊びＬｂ´（図７、図９参照）が付与されている。
【００４５】
この遊びＬｂ´は、弁体１３の弁ステム部１３ｂの中間部に形成されたフランジ部１３ｃがロータ１７に形成された段差端面部１７ｂとロータ１７に固定された固定スリーブ部材３５の端面３５ａとの間に弁リフト方向の間隙（遊び）Ｌｂ´を与えた状態で収容されることにより、ロータ１７と弁体１３との間に付与され、これにより、弁体１３とロータ１７とが遊びＬｂ´に相当する量だけ弁リフト方向に相対変位可能に、且つ相対回転変位可能に連結されている。
【００４６】
ステッピングモータ１５が１−２相励磁で、１回転８０パルスの仕様で、雄ねじ１９と雌ねじ２１とによるねじ構造のリード長が１．５ｍｍとすると、１−２相励磁の１周期は８パルスで、遊びＬｂ´は、１．５ｍｍ×８／８０＝０．１５ｍｍとなる。遊びＬｂ´は、フランジ部１３ｃの厚さＷｖと、段差端面部１７ｂと端面３５ａとの間隔Ｗｒとの差により設定される。なお、遊びＬｂ´は、雄ねじ１９と雌ねじ２１とのリード長により設定することができる。
【００４７】
この実施の形態でも、ロータ１７の軸状部１７ａに雄ねじ１９が形成され、弁ハウジング１には雄ねじ１９とねじ係合する雌ねじ２１が形成され、ロータ１７の回転が雄ねじ１９と雌ねじ２１とのねじ係合によって弁リフト方向の直線運動に変換され、この直線運動によって弁体１３が開閉駆動（図６中上下駆動）される。
【００４８】
また、ばね受け部材３１とカバー２５の天井面２５ａとの間には一つの付勢手段である圧縮コイルばね３３が取り付けられている。圧縮コイルばね３３は弁体１３を閉弁側（図６中下方）へ常に付勢しており、このばね力は、弁ハウシング１内を流れる流体（Ｂ継手ポート５よりの流体圧）が弁体１３に及ぼす開弁方向の力より大きい値に設定されている。
【００４９】
次に、図７〜図９を参照して電動式コントロールバルブの動作について説明する。なお。各図における丸囲み部分は遊び付与部を拡大して示している。
【００５０】
図７（ａ）は中間開弁状態における電動式コントロールバルブの断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）中のねじ係合部の拡大断面図である。中間開弁状態では、圧縮コイルばね３３のばね力により弁体１３、ロータ１７が閉弁側へ付勢され、フランジ部１３ｃは段差端面部１７ｂに接触し、遊びＬｂ´はフランジ部１３ｃの上側に偏在する。
【００５１】
上述のような中間開弁状態よりステッピングモータ１５によってロータ１７が閉弁側に回転駆動されると、ロータ１７が閉弁側に回転し、その回転が雄ねじ１９と雌ねじ２１とのねじ係合によって弁リフト方向の直線運動に変換され、ロータ１７、弁体１３が閉弁方向へ移動し、図８（ａ）に断面図で、図８（ｂ）に拡大断面図で各々示されているように、弁体１３のニードル弁部１３ａが弁シート部１１に着座する。
【００５２】
ニードル弁部１３ａが弁シート部１１に着座すると、圧縮コイルばね３３のばね力の受け止め面は段差端面部１７ｂから弁シート部１１に移行し、確実な閉弁状態を確保すべく作用する。
【００５３】
これにより更に、ロータ１７が閉弁側に回転駆動されると、圧縮コイルばね３３のばね力が弁シート部１１に作用した状態のまま、ロータ１７は遊びＬｂ´に相応する分だけ回転することができ、この回転により、遊びＬｂ´は、図９（ａ）に断面図で、図９（ｂ）に拡大断面図で各々示されているように、フランジ部１３ｃの下側に移行するようになる。
【００５４】
これは、ニードル弁部１３ａが弁シート部１１に着座したのちも、最大で、遊びＬｂ´に相応する分だけロータ１７が閉弁方向に回転できることを意味し、遊びＬｂ´はステッピングモータ１５の励磁相の１周期分に相当する大きさであるから、ニードル弁部１３ａが弁シート部１１に着座したのちも、ステッピングモータ１５は、遊びＬｂ´を有効に利用して、最大で、励磁相の１周期分、閉弁方向に駆動することができる。
【００５５】
これにより、ステッピングモータ１５のロータ１７の閉弁側の停止時の励磁相がニードル弁部着座後の一つの相に設定され、一つの原点位置を定められていれば、弁シート部１１の摩耗などによる弁シート部位置の経時変化が遊びＬｂ´の範囲内であれば、特別なストッパ機構を必要とすることなく、ニードル弁部１３ａが弁シート部１１に着座して圧縮コイルばね３３のばね力により閉弁力が与えられた状態で、ロータ１７が必ず停止することになる。
【００５６】
この結果、この実施の形態でも、励磁相の１周期分以下に相当する精度で、弁開度の再現性が得られ、弁開度安定性が得られることになる。
【００５７】
なお、この実施の形態２では、ニードル弁部１３ａが弁シート部１１に着座するまでは、弁体１３はロータ１７と共に回転するが、ニードル弁部１３ａが弁シート部１１に着座した後の引き続きのロータ１７の回転においては、フランジ部１３ｃが段差端面部１７ｂより離間することで、弁体１３はロータ１７と共には回転しなくなる。これにより、弁シート部１１、ニードル弁部１３ａの耐久性が向上し、また完全閉弁の気密性も向上する。
【００５８】
ちなみに、実施の形態２の電動式コントロールバルブにおけるステッピングモータのパルス数と弁リフト量との関係は、図５中に引用符号Ｂを付した破線で示されている実施の形態１のものと同様になる。
【００５９】
上述のような構成による実施の形態１，２の各電動式コントロールバルブは、図１０に示されているような冷凍サイクルの電動式膨張弁１００として使用することができる。なお、図１０において、１０２は圧縮機を、１０４は室外熱交換器を、１０６は室内熱交換器を、１０８は冷房・暖房モード切換用の四方弁を各々示している。
【００６０】
そして、図１、図６、及び、図１０中、実線の矢印は図１０の冷凍サイクルの冷房運転時における冷媒の流れ方向を示し、破線の矢印は、図１０の冷凍サイクルの暖房運転時における冷媒の流れ方向を示す。
【００６１】
なお、上述した実施の形態１，２ではいずれも、ロータ１７の軸状部１７ａに雄ねじ１９が形成され、この雄ねじ１９とねじ係合する雌ねじ２１が弁ハウジング１に形成されるものとしたが、ロータ１７の軸状部１７ａに雌ねじ２１が形成され、弁ハウジング１に雄ねじ１９が形成されるものとしてもよいのは勿論のことである。
【００６２】
また、上述した実施の形態１では、雄ねじ１９と雌ねじ２１との間に付与されるバックラッシュＬｂを、ステッピングモータ１５の励磁相の１周期分に相当する大きさとし、上述した実施の形態２ではロータ１７と弁体１３との間に付与される弁リフト方向の遊びＬｂ´を、ステッピングモータ１５の励磁相の１周期分に相当する大きさとしたが、これらバックラッシュＬｂや遊びＬｂ´の大きさは、ステッピングモータ１５の励磁相の少なくとも１周期分に相当する大きさであればよく、例えば、励磁相の２周期分に相当する大きさ等であってもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、請求項１に記載の発明による電動式コントロールバルブによれば、ステッピングモータのロータの回転をねじ構造により弁リフト方向の直線運動に変換し、当該直線運動によって弁体を開閉駆動し、前記弁体が弁シート部に当接することにより弁が閉じる電動式コントロールバルブにおいて、前記ねじ構造に、前記ステッピングモータの励磁相の少なくとも１周期分に相当する大きさのバックラッシュが付与され、前記弁体を閉弁側へ付勢する付勢手段が設けられ、前記弁体が前記弁シート部に当接した状態より前記バックラッシュ分だけ前記ロータが閉弁方向に回転可能であるものとした。
【００６４】
これにより、ねじ構造にステッピングモータの励磁相の少なくとも１周期分に相当する大きさのバックラッシュが付与され、弁体が付勢手段によって閉弁側へ付勢されて弁体が弁シート部に当接した状態よりバックラッシュ分だけ更にロータが閉弁方向に回転可能に構成できるから、特別なストッパ機構を必要とすることなく、完全な閉弁状態が確実に得られ、またシート位置の経時的な変動に関係なく、構造簡単にして高い信頼性と製作性が得られ、低コスト化も図られる。
【００６５】
なお、ねじ加工は、通常のねじ加工によって比較的高精度に行うことが可能であるから、通常のねじ加工によってバックラッシュの設定を比較的高精度に行うことができる。
【００６６】
請求項２に記載の発明による電動式コントロールバルブによれば、前記弁体と前記ロータとは連結され、前記ねじ構造は雄ねじとこの雄ねじに螺合する雌ねじを有しており、前記ロータに前記雄ねじ及び前記雌ねじのうちいずれか一方が形成され、前記弁シート部と一体の弁ハウジングに前記雄ねじ及び前記雌ねじのうちいずれか他方が形成され、前記雄ねじと前記雌ねじとの間に前記バックラッシュを付与されているものとした。
【００６７】
これにより、弁体と一体のロータに形成された雄ねじ及び雌ねじのいずれか一方と、弁ハウジングに形成された雄ねじ及び雌ねじのいずれか他方との間にバックラッシュが付与されており、弁体が弁シート部に当接した状態よりバックラッシュ分だけ更にロータが閉弁方向に回転可能に構成できるから、特別なストッパ機構を必要とすることなく、完全な閉弁状態が確実に得られ、またシート位置の経時的な変動を吸収することができ、構造簡単にして高い信頼性と製作性が得られ、低コスト化も図られる。
【００６８】
請求項３に記載の発明による電動式コントロールバルブによれば、ステッピングモータのロータの回転をねじ構造により弁リフト方向の直線運動に変換し、当該直線運動によって弁体を開閉駆動し、前記弁体が弁シート部に当接することにより弁が閉じる電動式コントロールバルブにおいて、前記ロータと前記弁体との間に、前記ステッピングモータの励磁相の少なくとも１周期分に相当する大きさの弁リフト方向の遊びが付与され、前記弁体を閉弁側へ付勢する付勢手段が設けられ、前記弁体が前記弁シート部に当接した状態より前記遊び分だけ前記ロータが閉弁方向に回転可能であるものとした。
【００６９】
これにより、ロータと弁体との間に、前記ステッピングモータの励磁の少なくとも１周期分に相当する大きさの弁リフト方向の遊びが付与され、弁体が付勢手段によって閉弁側へ付勢されて弁体が弁シート部に当接した状態より遊び分だけ更にロータが閉弁方向に回転可能に構成できるから、特別なストッパ機構を必要とすることなく、完全な閉弁状態が確実に得られ、またシート位置の経時的な変動を吸収することができ、構造簡単にして高い信頼性と製作性が得られ、低コスト化も図られる。
【００７０】
請求項４に記載の発明による電動式コントロールバルブによれば、前記弁体と前記ロータとは前記遊びに相当する量だけ弁リフト方向に相対変位可能に、且つ相対回転変位可能に連結され、前記ねじ構造は雄ねじとこの雄ねじに螺合する雌ねじを有しており、前記ロータに前記雄ねじ及び前記雌ねじのうちいずれか一方が形成され、前記弁シート部と一体の弁ハウジングに前記雄ねじ及び前記雌ねじのうちいずれか他方が形成されているものとした。
【００７１】
これにより、弁体とロータとが遊びに相当する量だけ弁リフト方向に相対変位可能に、且つ相対回転変位可能に連結され、ロータに雄ねじが形成され、弁ハウジングに雌ねじが形成されているから、弁体が弁シート部に当接した状態より遊び分だけ更にロータが閉弁方向に回転可能に構成できるから、特別なストッパ機構を必要とすることなく、完全な閉弁状態が確実に得られ、またシート位置の経時的な変動に関係なく、構造簡単にして高い信頼性と製作性が得られる。
【００７２】
また、弁体が弁シート部に着座した後の引き続きのロータの回転においては、弁体はロータと共には回転しなくなるから、弁シート部、ニードル弁部の耐久性が向上し、完全閉弁の気密性も向上する。
【００７３】
請求項５に記載の発明による電動式コントロールバルブによれば、前記付勢手段が前記弁体を閉弁側へ付勢する力は、弁ハウシング内を流れる流体が前記弁体に及ぼす開弁方向の力より大きいものとした。
【００７４】
これにより、付勢手段が弁体を閉弁側へ付勢する力が、弁ハウシング内を流れる流体が弁体に及ぼす開弁方向の力より大きいから、弁ハウシング内を流れる流体の圧力が弁体に開弁方向に作用しても弁位置が開弁側へ変動することがない。
【００７５】
請求項６に記載の発明による電動式コントロールバルブによれば、前記ステッピングモータのロータの閉弁側の停止時の励磁相が弁体着座後の一つの相に設定され、停止時の励磁相によって一つの原点位置を定められているものとした。
【００７６】
これにより、ステッピングモータのロータの閉弁側の停止時の励磁相が弁体着座後の一つの相に設定され、停止時の励磁相によって一つの原点位置を定められているから、弁シート部の摩耗などによる弁シート部位置の経時変化に関係なく、弁体が弁シート部に着座して付勢手段の付勢力により閉弁力が与えられた状態でロータが必ず停止することになり、励磁相の１周期分以下に相当する精度で、弁開度の再現性が得られ、弁開度安定性が得られることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による電動式コントロールバルブの実施の形態１を示す断面図である。
【図２】（ａ）は実施の形態１の電動式コントロールバルブの中間開弁状態における断面図、（ｂ）は（ａ）中のねじ係合部の拡大断面図である。
【図３】（ａ）は実施の形態１の電動式コントロールバルブの閉弁状態における断面図、（ｂ）は（ａ）中のねじ係合部の拡大断面図である。
【図４】（ａ）は実施の形態１の電動式コントロールバルブの閉弁、且つバックラッシュ解消状態における断面図、（ｂ）は（ａ）中のねじ係合部の拡大断面図である。
【図５】実施の形態１，２の電動式コントロールバルブにおけるステッピングモータのパルス数と弁リフト量との関係を示すグラフである。
【図６】この発明による電動式コントロールバルブの実施の形態２を示す断面図である。
【図７】（ａ）は実施の形態２の電動式コントロールバルブの中間開弁状態における断面図、（ｂ）は（ａ）中のねじ係合部の拡大断面図である。
【図８】（ａ）は実施の形態２の電動式コントロールバルブの閉弁状態における断面図、（ｂ）は（ａ）中のねじ係合部の拡大断面図である。
【図９】（ａ）は実施の形態２の電動式コントロールバルブの閉弁、且つバックラッシュ解消状態における断面図、（ｂ）は（ａ）中のねじ係合部の拡大断面図である。
【図１０】この発明による電動式コントロールバルブを電動式膨張弁として使用する冷凍サイクルを示すブロック線図である。
【符号の説明】
１ 弁ハウジング
３ Ａ継手ポート
５ Ｂ継手ポート
７ 弁室
９ 弁ポート
１１ 弁シート部
１３ 弁体
１３ａ ニードル弁部
１３ｂ 弁ステム部
１３ｃ フランジ部
１５ ステッピングモータ
１７ ロータ
１９ 雄ねじ
２１ 雌ねじ
２３ マグネット
２５ カバー
２７ コイル部
２９ 位置決めピン
３１ ばね受け部材
３３ 圧縮コイルばね
３５ 固定スリーブ部材
Claims (6)
- ステッピングモータのロータの回転をねじ構造により弁リフト方向の直線運動に変換し、当該直線運動によって弁体を開閉駆動し、前記弁体が弁シート部に当接することにより弁が閉じる電動式コントロールバルブにおいて、
前記ねじ構造に、前記ステッピングモータの励磁相の少なくとも１周期分に相当する大きさのバックラッシュが付与され、
前記弁体を閉弁側へ付勢する付勢手段が設けられ、
前記弁体が前記弁シート部に当接した状態より前記バックラッシュ分だけ前記ロータが閉弁方向に回転可能である、
ことを特徴とする電動式コントロールバルブ。 - 前記弁体と前記ロータとは連結され、前記ねじ構造は雄ねじとこの雄ねじに螺合する雌ねじを有しており、前記ロータに前記雄ねじ及び前記雌ねじのうちいずれか一方が形成され、前記弁シート部と一体の弁ハウジングに前記雄ねじ及び前記雌ねじのうちいずれか他方が形成され、前記雄ねじと前記雌ねじとの間に前記バックラッシュを付与されていることを特徴とする請求項１記載の電動式コントロールバルブ。
- ステッピングモータのロータの回転をねじ構造により弁リフト方向の直線運動に変換し、当該直線運動によって弁体を開閉駆動し、前記弁体が弁シート部に当接することにより弁が閉じる電動式コントロールバルブにおいて、
前記ロータと前記弁体との間に、前記ステッピングモータの励磁相の少なくとも１周期分に相当する大きさの弁リフト方向の遊びが付与され、
前記弁体を閉弁側へ付勢する付勢手段が設けられ、
前記弁体が前記弁シート部に当接した状態より前記遊び分だけ前記ロータが閉弁方向に回転可能である、
ことを特徴とする電動式コントロールバルブ。 - 前記弁体と前記ロータとは前記遊びに相当する量だけ弁リフト方向に相対変位可能に、且つ相対回転変位可能に連結され、前記ねじ構造は雄ねじとこの雄ねじに螺合する雌ねじを有しており、前記ロータに前記雄ねじ及び前記雌ねじのうちいずれか一方が形成され、前記弁シート部と一体の弁ハウジングに前記雄ねじ及び前記雌ねじのうちいずれか他方が形成されていることを特徴とする請求項３記載の電動式コントロールバルブ。
- 前記付勢手段が前記弁体を閉弁側へ付勢する力は、弁ハウシング内を流れる流体が前記弁体に及ぼす開弁方向の力より大きいことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の電動式コントロールバルブ。
- 前記ステッピングモータのロータの閉弁側の停止時の励磁相が弁体着座後の一つの相に設定され、停止時の励磁相によって一つの原点位置を定められていることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の電動式コントロールバルブ。
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