JP3997077B2 - 電動弁 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動弁に関し、特に、空気調和装置等の冷凍サイクル装置の２段式電動膨張弁等として使用される電動弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
２段式電動膨張弁は、主弁体の内部に副弁体を有する二重構造になっており、弁ハウジングに形成された大口径の主弁ポートを主弁体の軸線方向移動によって開閉し、主弁体に形成された小口径の副弁ポートを副弁体の軸線方向移動によって開閉する。このような２段式電動膨張弁では、主弁体と副弁体とが所定量のみ弁リフト方向に相対変位可能に接続され、電動モータの回転を送りねじによって弁リフト方向の線形運動に変換して副弁体を弁リフト方向（軸線方向）に移動させるようになっている。
【０００３】
この種の２段式電動膨張弁は、特公平６−６５９１５号公報、特許第２８９８９０６号公報等に示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の２段式電動膨張弁は、主弁体が弁閉ばねによって弁閉方向に付勢され、弁締切は弁閉ばねのばね力によって行われる。このため、冷媒流の方向が主弁体を開く方向に作用する状態において、主弁体を締め切って副弁体により小流量制御を行う場合、大径の主弁体が冷媒流によって押し開かれないようにするために、弁閉ばねのばね荷重をそれに打ち勝つよう相当大きくする必要が生じる。
【０００５】
弁閉ばねのばね荷重を大きくすると、それに伴い、主弁体を開弁させるのに必要な駆動力が大きくなり、出力の大きい電動モータを使わなくてはならなくなる。
【０００６】
このため、従来の２段式電動膨張弁では、安定した双方向の小流量制御（絞り）を行うことが困難であるか、あるいは大出力の電動モータの使用を強いられ、消費電力の増大、装置の大型化を招くことになる。
【０００７】
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、大出力の電動モータを必要とすることなく安定した双方向の小流量制御を行うことができ、省電力化、小型化設計を行うことができ、２段式電動膨張弁等として使用される電動弁を提供することを目的としている。
【０００８】
【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、この発明による電動弁は、第１の入出口ポート、第２の入出口ポート、前記第１の入出口ポートと常時連通している主弁室、及び、前記主弁室と前記第２の入出口ポートとの間に設けられた主弁ポートを各々画定する弁ハウジングと、前記主弁室内に設けられて軸線方向移動により前記主弁ポートを開閉する主弁部を有し、内部に前記主弁室と常時連通の副弁室を画定すると共に、当該副弁室を前記主弁ポートに向けて開放する副弁ポートを該主弁ポートの口径に対して小さい口径によって形成された主弁体と、前記主弁体に設けられ、軸線方向移動により前記副弁ポートを開閉する副弁部を有する副弁体と、前記弁ハウジングに取り付けられた弁開閉駆動用の電動モータとを有する電動弁であって、前記主弁体は、前記弁ハウジングに形成された第１のねじ部とねじ係合し、自身の中心軸線周りの回転によって軸線方向に移動し、前記副弁体は前記電動モータのロータ軸と駆動連結され、前記ロータ軸は、固定側に形成された第２のねじ部とねじ係合し、ロータの回転により軸線方向に移動し、前記ロータ軸と前記主弁体とが所定の回転角度範囲のみ相対的に回転変位可能にトルク伝達関係で連結されているものである。
【０００９】
この発明による電動弁によれば、全閉状態において、ロータ軸が弁開方向に所定の回転角度回転（正回転）するまでは、ロータによるロータ軸の正回転により第２のねじ部のねじ係合によって副弁体だけが全閉位置より開弁移動する。ロータ軸が所定の回転角度以上弁開方向に回転すると、ロータ軸と主弁体とがトルク伝達関係で連結され、主弁体がロータ軸と共に正回転し、主弁体の正回転により第１のねじ部のねじ係合によって主弁体が全閉位置より弁開移動する。
【００１０】
回転方向逆転時には、逆回転開始位置よりロータ軸が弁閉方向に所定の回転角度回転（逆回転）するまでは、ロータによるロータ軸の逆回転により第２のねじ部のねじ係合によって副弁体だけが弁閉移動する。逆回転開始位置よりロータ軸が弁閉方向に所定の回転角度回転（逆回転）すると、副弁体は全閉する。これより更にロータ軸が逆回転すると、ロータ軸と主弁体とがトルク伝達関係で連結され、主弁体がロータ軸と共に逆回転し、主弁体の逆回転により第１のねじ部のねじ係合によって主弁体が弁閉移動する。
【００１１】
そして、主弁体は第１のねじ部によって弁ハウジングとねじ係合し、ばね付勢でないから、主弁体が冷媒流等による流体圧によって弁開位置を変動することがない。
【００１２】
この発明による電動弁は、前記主弁体に突出ピンが固定され、前記ロータ軸にトルク伝達部材が固定され、前記ロータ軸の正逆回転によって回転する前記トルク伝達部材が前記突出ピンに衝突することにより、前記ロータ軸と前記主弁体とが略１回転のみ相対的に回転変位可能で、連れ廻し式に前記主弁体を回転させるものである。
【００１３】
この発明による電動弁によれば、ロータ軸の略１回転によって副弁体の開閉（全閉−全開）が行われる。
【００１４】
この発明による電動弁は、前記主弁体に突出ピンが固定され、前記ロータ軸にトルク伝達部材が固定され、前記ロータ軸に中間部材が回転可能に取り付けられ、前記ロータ軸の正逆回転によって回転する前記トルク伝達部材が前記中間部材に衝突し、更に当該トルク伝達部材と共に回転する前記中間部材が前記突出ピンに衝突することにより、前記ロータ軸と前記主弁体とが略２回転のみ相対的に回転変位可能で、連れ廻し式に前記主弁体を回転させるものである。
【００１５】
この発明による電動弁によれば、ロータ軸の略２回転によって副弁体の開閉（全閉−全開）が行われる。
【００１６】
この発明による電動弁は、前記第２のねじ部のリードが前記第１のねじ部のリードより小さいものである。
【００１７】
この発明による電動弁によれば、第２のねじ部のリードが第１のねじ部のリードより小さいことにより、副弁体のロータ１回転についての弁リフト量（軸線方向移動量）が主弁体のそれより小さくなる。
【００１８】
また、この発明による電動弁では、前記副弁体は、バッファ的な動作を行う圧縮コイルばねを内蔵した弁ホルダを介して前記電動モータのロータ軸と駆動連結され、当該副弁体が前記圧縮コイルばねにより弁閉方向に付勢されている構造にすることができる。
【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。
図１〜図５はこの発明による電動弁の実施の形態１を示している。なお、図１は全閉状態を、図２は副弁全開状態を、図３は主弁全開状態を各々示している。
【００２０】
電動弁１０は弁ハウジング１１を有している。弁ハウジング１１は、第１の入出口ポート１２と、第２の入出口ポート１３と、第１の入出口ポート１２と常時直接連通している主弁室１４と、主弁室１４と第２の入出口ポート１３との間に設けられた大口径の主弁ポート１５とを画定している。主弁ポート１５の主弁室１４の側の開口端周りには主弁座部１６が画定されている。
【００２１】
主弁室１４には比較的大径の主弁体１７が、軸線方向、すなわち図にて上下方向（弁リフト方向）に移動可能に設けられている。主弁体１７は、外周面部に形成された雄ねじ部１７Ａにて主弁室１４の内周面部に形成された雌ねじ部１８とねじ係合し、先端外周面（主弁部）１７Ｂにて主弁ポート１５の周りに画定されている主弁座部１６に着座して主弁ポート１５を閉じる弁閉位置と、主弁座部１６より離れて主弁ポート１５の連通を確立する弁開位置との間に移動可能になっている。主弁体１７は、雄ねじ部１７Ａと雌ねじ部１８（第１のねじ部）とのねじ係合により、自身の中心軸線周りの回転によって上下方向（弁リフト方向）に移動する。
【００２２】
主弁体１７は、カップ形状をしていて内部に連通路１９によって主弁室１４と常時連通の副弁室２０を画定しており、底部に副弁室２０を主弁ポート１５に向けて開放する小口径の副弁ポート２１が開口している。副弁ポート２１の副弁室２０の側の開口端周りには副弁座部２２が画定されている。
【００２３】
副弁室２０には副弁ポート２１を開閉するニードル部（副弁部）２３Ａを有する副弁体２３が軸線方向（上下方向）に移動可能に設けられており、副弁体２３は軸線方向移動により副弁ポート２１を開閉する。
【００２４】
副弁体２３は、主弁体１７に軸線方向に移動可能に嵌合した弁ホルダ２４より保持され、弁ホルダ２４と弁ホルダ２４に固着されたプラグ部材２５との間に設けられた内部ばね（圧縮コイルばね）２６によって副弁ポート２１の側に付勢されている。
【００２５】
弁ハウジング１１にはステッピングモータ３０が取り付けられている。ステッピングモータ３０は、弁ハウジング１１に固定装着されたキャップ形状のロータケース３１と、ロータケース３１内に回転可能に且つ軸線方向に移動可能に設けられた永久磁石付き（図示省略）のロータ３２と、ロータ３２の中心部に固定連結されたロータ軸３３と、ロータケース３１の外側に配置されたステータコイルユニット３４とを有している。ステータコイルユニット３４には位置決め片３９が取り付けられており、位置決め片３９と弁ハウジング１１に固定された位置決めピン２９との係合によってステータコイルユニット３４の位置決めがなされる。
【００２６】
ロータ軸３３は下端部３３Ａにてプラグ部材２５に固定連結されている。ロータ軸３３の上端部には雄ねじ部３３Ｂが設けられている。ロータケース３１の内部中央には雌ねじ部材３５がロータケース３１の上部中央より垂下された状態で固定されており、雌ねじ部材３５の雌ねじ部３５Ａにロータ軸３３の雄ねじ部３３Ｂがねじ係合している。
【００２７】
ロータ軸３３は、雄ねじ部３３Ｂと雌ねじ部３５Ａ（第２のねじ部）とのねじ係合により、ロータ３２の回転によって上下方向（弁リフト方向）に移動する。雄ねじ部３３Ｂと雌ねじ部３５Ａのリード（ねじピッチ）は主弁体１７の雄ねじ部１７Ａと雌ねじ部１８のリードより小さい。
【００２８】
ロータ軸３３には二面取り部３３Ｃが形成されており、二面取り部３３Ｃには径方向に延びたアーム状のトルク伝達部材３６がトルク伝達関係で固定されている。
【００２９】
主弁体１７の上面部には突出ピン２８が固定されており、ロータ軸３３の正逆回転によって回転するトルク伝達部材３６が突出ピン２８の側面に衝突（図５参照）することにより、ロータ軸３３と主弁体１７とが略１回転のみ相対的に回転変位可能な態様で、連れ廻し式に主弁体１７が回転駆動される。
【００３０】
主弁体１７、副弁体２３、弁ホルダ２４、プラグ部材２５、内部ばね２６、ロータ軸３３、トルク伝達部材３６の組み付けについて、図４を参照して説明する。まず、トルク伝達部材３６の二面取り孔３６Ａをロータ軸３３の二面取り部３３Ｃに挿入▲１▼し、つぎに、ロータ軸３３の下端部３３Ａをプラグ部材２５の嵌合孔２５Ａに圧入▲２▼する。弁ホルダ２４内に副弁体２３、内部ばね２６を詰め込み、プラグ部材２５を弁ホルダ２４に圧入▲３▼する。そして、弁ホルダ２４を主弁体１７の副弁室２０に挿入▲４▼する。
【００３１】
雌ねじ部材３５の外周には螺旋ガイド線体３７が固定されており、螺旋ガイド線体３７にはスライダ３８が旋回可能に係合している。スライダ３８は、ロータ３２に形成された突条部３２Ａに係合し、ロータ３２の回転によって旋回駆動され、螺旋ガイド線体３７に案内されて上下動（軸線方向移動）し、全閉ストッパ部３７Ａに当接することにより全閉位置を設定し、全開ストッパ部３７Ｂに当接することにより全開位置を設定する。
【００３２】
つぎに、上述の構成による電動弁１０（実施の形態１）の開閉動作について説明する。
【００３３】
全閉状態時（図６のＡ点）は、図１に示されているように、主弁体１７が最降下位置にあって主弁体１７の先端外周面１７Ｂが主弁座部１６に着座して主弁ポート１５を閉じ、副弁体２３のニードル部２３Ａが副弁座部２２に着座して副弁ポート２１を閉じている。弁開方向の回転（正回転）を図５で見て反時計廻り方向とすると、この全閉状態時には、トルク伝達部材３６は図５に実線によって示されているように、突出ピン２８の一方の側面２８Ａに当接する初期位置にある。
【００３４】
上述したような全閉状態において、ステッピングモータ３０によってロータ軸３３が弁開方向に正回転を開始すると、雄ねじ部３３Ｂと雌ねじ部３５Ａとのねじ係合により、ロータ３２と共に、ロータ軸３３、プラグ部材２５、弁ホルダ２４、副弁体２３が弁リフト方向に上昇移動する。この上昇移動により、副弁体２３のニードル部２３Ａが副弁座部２２より離間し、副弁ポート２１を開く。
【００３５】
ロータ軸３３が正回転開始位置より略１回転するまでは（トルク伝達部材３６が図５に仮想線によって示されているように、突出ピン２８の他方の側面２８Ｂに当接するまでは）、ロータ軸３３の正回転が主弁体１７に伝えられることがなく、主弁体１７は全閉位置に位置している状態を維持し、副弁体２３だけが開弁移動する。
【００３６】
ロータ軸３３が正回転開始位置より略１回転すると、図５に仮想線によって示されているように、トルク伝達部材３６が突出ピン２８の他方の側面２８Ｂに当接し、副弁体２３は、図２に示されているように、全開状態になる（図６のＢ点）。
【００３７】
これにより、ロータ軸３３が正回転開始位置より略１回転するまでは、流量は、副弁体２３の弁リフト量により決まる副弁ポート２１の開度（副弁体制御域）によって比較的小流量に決定される。
【００３８】
これより更に、ロータ軸３３が正回転すると、トルク伝達部材３６が突出ピン２８を押すことにより、ロータ軸３３と主弁体１７とがトルク伝達関係で連結され、主弁体１７がロータ軸３３と共に連れ廻し式に正回転する。このように主弁体１７が正回転することにより、雄ねじ部１７Ａと雌ねじ部１８とのねじ係合によって弁体１７が弁リフト方向に上昇移動する。この上昇移動により、主弁体１７の先端外周面１７Ｂが主弁座部１６より離間し、主弁ポート１５が開かれる。
【００３９】
この状態では、流量は、主弁体１７の弁リフト量により決まる主弁ポート１５の開度（主弁体制御域）によって比較的大流量に決定され、ロータ軸３３が所定量正回転（数回転）すると、主弁体１７は、図３に示されているように、全開状態になる（図６のＣ点）。
【００４０】
上述した主弁体１７の開弁過程では、雄ねじ部３３Ｂと雌ねじ部３５Ａのねじピッチが、雄ねじ部１７Ａと雌ねじ部１８のねじピッチより小さいことにより、主弁体１７と弁ホルダ２４および副弁体２３とで軸線方向（弁開閉方向）の相対変位が生じ、主弁体１７の開弁が進行することに伴って副弁体２３は閉弁する。なお、主弁体１７の開弁に伴って副弁体２３が閉弁しても、このときには、主弁ポート１５によって流量制御されるから、副弁体２３の閉弁によって流量が低減することはない。
【００４１】
つぎに、全開状態よりの弁閉動作を図７（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。なお、図７（ａ）は全開状態（図３と同じ）を、図７（ｂ）は全開位置より逆回転方向に略１回転した状態を、図７（ｃ）は全開位置より逆回転方向に略１回転した状態より全閉状態との間の中間状態を、図７（ｄ）は全閉状態（図１と同じ）を各々示している。
【００４２】
図７（ａ）に示されている全開状態下にて、ロータ軸３３が弁閉方向に逆回転すると、その逆回転開始位置より略１回転するまでは（トルク伝達部材３６が図５に実線によって示されているように、突出ピン２８の一方の側面２８Ａに当接するまでは）、ロータ軸３３の逆回転が主弁体１７に伝えられることがなく、主弁体１７は全開位置のままで、副弁体２３は閉弁（全閉位置）にあることから、それ以上、閉弁側に移動できず、弁ホルダ２４だけが内部ばね２６を撓ませつつ閉弁側に移動する（図７（ｂ）参照）。なお、この区間（図６のＣ点→Ｄ点）では、主弁体１７が動かず、流量が変化することはない。
【００４３】
ロータ軸３３が逆回転開始位置より略１回転すると、図５に実線によって示されているように、トルク伝達部材３６が突出ピン２８の一方の側面２８Ａに当接する状態に戻り、これより更に、ロータ軸３３が逆回転すると、トルク伝達部材４０が突出ピン２８を逆方向から押すことにより、ロータ軸３３と主弁体１７とがトルク伝達関係で連結され、主弁体１７がロータ軸３３と共に連れ廻し式に逆回転する。このように主弁体１７が逆回転することにより、雄ねじ部１７Ａと雌ねじ部１８とのねじ係合によって主弁体１７が、図７（ｃ）に示されているように、弁リフト方向に降下移動し、主弁体１７の開度が減少する。
【００４４】
ロータ軸３３が所定量逆回転（数回転）すると、図７（ｄ）に示されているように、主弁体１７の先端外周面１７Ｂが主弁座部１６に着座し、主弁ポート１５が閉じられ、全閉状態になる（図６のＡ点）。
【００４５】
雄ねじ部３３Ｂと雌ねじ部３５Ａのねじピッチは、雄ねじ部１７Ａと雌ねじ部１８のねじピッチより小さいから、主弁体１７の弁閉が進むに従って副弁体２３は閉弁した状態のまま、内部ばね２６が伸長し、元の状態になる。
【００４６】
主弁体１７ならびに副弁体２３は上述したように開閉し、主弁体１７は雄ねじ部１７Ａと雌ねじ部１８とによって弁ハウジング１１とねじ係合しているから、第１の入出口ポート１２から第２の入出口ポート１３へ流体が流れ、その流体圧が弁閉方向に作用しても、また、これとは逆に、第２の入出口ポート１３から第１の入出口ポート１２へ流体が流れ、その流体圧が弁開方向に作用しても、流体圧によって主弁体１７の開閉位置が変動することがなく、双方向性が得られる。
【００４７】
これにより、副弁体２３だけが弁開する小流量制御域において、主弁体１７の締め切り（弁閉位置維持）が流体圧の影響を受けることなく確実に行われ、双方向での安定した小流量制御が可能になる。また、雄ねじ部３３Ｂと雌ねじ部３５Ａのリードは、雄ねじ部１７Ａと雌ねじ部１８のリードより小さいことにより、副弁体２３のロータ１回転についての弁リフト量（軸線方向移動量）が主弁体１７のそれより小さくなり、副弁体２３による流量制御が高精度に行われる。
【００４８】
図８〜図１３はこの発明による電動弁の実施の形態２を示している。なお、図８〜図１３において、図１〜図５に対応する部分は、図１〜図５に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。また、図８〜図１１において、図８は全閉状態を、図９は副弁中開状態を、図１０は副弁全開状態を、図１１は主弁全開状態を各々示している。
【００４９】
この実施の形態では、ロータ軸３３の二面取り部３３Ｃにドック形状のトルク伝達部材４０がトルク伝達関係で固定され、ロータ軸３３の下端部３３Ａに径方向に延びたアーム状の中間部材４１が回転可能に嵌合装着されている。
【００５０】
この実施の形態でも、主弁体１７の上面部には突出ピン２８が固定されており、ロータ軸３３の正逆回転によって回転するトルク伝達部材４０が中間部材４１の側面に衝突し、更にトルク伝達部材４０と共に回転する中間部材４１が突出ピン２８の側面に衝突（図１３参照）することにより、ロータ軸３３と主弁体１７とが略２回転のみ相対的に回転変位可能な態様で、連れ廻し式に主弁体１７が回転駆動される。
【００５１】
主弁体１７、副弁体２３、弁ホルダ２４、プラグ部材２５、内部ばね２６、ロータ軸３３、トルク伝達部材４０、中間部材４１の組み付けについて、図１２を参照して説明する。まず、トルク伝達部材４０の二面取り孔４０Ａをロータ軸３３の二面取り部３３Ｃに、中間部材４１の丸孔４１Ａをロータ軸３３の下端部３３Ａに各々挿入▲１▼し、つぎに、ロータ軸３３の下端部３３Ａをプラグ部材２５の嵌合孔２５Ａに圧入▲２▼する。弁ホルダ２４内に副弁体２３、内部ばね２６を詰め込み、プラグ部材２５を弁ホルダ２４に圧入▲３▼する。そして、弁ホルダ２４を主弁体１７の副弁室２０に挿入▲４▼する。
【００５２】
つぎに、上述の構成による電動弁１０（実施の形態２）の開閉動作について説明する。
【００５３】
全閉状態時（図１４のＥ点）は、図８に示されているように、主弁体１７が最降下位置にあって主弁体１７の先端外周面１７Ｂが主弁座部１６に着座して主弁ポート１５を閉じ、副弁体２３のニードル部２３Ａが副弁座部２２に着座して副弁ポート２１を閉じている。弁開方向の回転（正回転）を図１３で見て反時計廻り方向とすると、この全閉状態時には、図１３に示されているように、トルク伝達部材４０は中間部材４１の一方の側面４１Ａに当接し、中間部材４１が突出ピン２８の一方の側面２８Ａに当接する初期位置にある。
【００５４】
上述したような全閉状態において、ステッピングモータ３０によってロータ軸３３が弁開方向に正回転を開始すると、雄ねじ部３３Ｂと雌ねじ部３５Ａとのねじ係合により、ロータ３２と共に、ロータ軸３３、プラグ部材２５、弁ホルダ２４、副弁体２３が弁リフト方向に上昇移動する。この上昇移動により、副弁体２３のニードル部２３Ａが副弁座部２２より離間し、副弁ポート２１を開く。
【００５５】
ロータ軸３３が正回転開始位置より略２回転するまでは、ロータ軸３３の正回転が主弁体１７に伝えられることがなく、主弁体１７は全閉位置に位置している状態を維持し、副弁体２３だけが開弁移動する。
【００５６】
ロータ軸３３が正回転開始位置より略１回転すると、トルク伝達部材４０が中間部材４１の他方の側面４１Ｂに当接し、副弁体２３は、図９に示されているように、中開状態になる（図１４のＦ点）。
【００５７】
ロータ軸３３がさらに正回転し、ロータ軸３３が正回転開始位置より略２回転すると、トルク伝達部材４０が中間部材４１の他方の側面４１Ｂに当接した状態のまま中間部材４１が突出ピン２８の他方の側面２８Ｂに当接し、副弁体２３は、図１０に示されているように、全開状態になる（図１４のＧ点）。
【００５８】
これにより、ロータ軸３３が正回転開始位置より略２回転するまでは、流量は副弁体２３の弁リフト量により決まる副弁ポート２１の開度（副弁体制御域）によって比較的小流量に決定される。
【００５９】
これより更に、ロータ軸３３が正回転すると、トルク伝達部材４０が中間部材４１を介して突出ピン２８を押すことにより、ロータ軸３３と主弁体１７とがトルク伝達関係で連結され、主弁体１７がロータ軸３３と共に連れ廻し式に正回転する。このように主弁体１７が正回転することにより、雄ねじ部１７Ａと雌ねじ部１８とのねじ係合により、弁体１７が弁リフト方向に上昇移動する。この上昇移動により、主弁体１７の先端外周面１７Ｂが主弁座部１６より離間し、主弁ポート１５を開く。
【００６０】
この状態では、流量は主弁体１７の弁リフト量により決まる主弁ポート１５の開度（主弁体制御域）によって比較的大流量に決定され、ロータ軸３３が所定量正回転すると、主弁体１７は、図１１に示されているように、全開状態になる（図１４のＨ点）。
【００６１】
上述した主弁体１７の開弁過程でも、雄ねじ部３３Ｂと雌ねじ部３５Ａのねじピッチが、雄ねじ部１７Ａと雌ねじ部１８のねじピッチより小さいことにより、主弁体１７と弁ホルダ２４および副弁体２３とで軸線方向（弁開閉方向）の相対変位が生じ、主弁体１７の開弁が進行することに伴って副弁体２３は閉弁する。なお、主弁体１７の開弁に伴って副弁体２３が閉弁しても、このときには、主弁ポート１５によって流量制御されるから、この場合も、副弁体２３の閉弁によって流量が低減することはない。
【００６２】
全開状態下にて、ロータ軸３３が弁閉方向に逆回転すると、その逆回転開始位置より略２回転するまでは、ロータ軸３３の逆回転が主弁体１７に伝えられることがなく、主弁体１７は全開位置のままで、副弁体２３は閉弁（全閉位置）にあることから、それ以上、閉弁側に移動できず、弁ホルダ２４だけが内部ばね２６を撓ませつつ閉弁側に移動する（図７（ｂ）に示されている状態と同等の状態）。なお、この区間（図１４のＨ点→Ｉ点）では、主弁体１７が動かず、流量が変化することはない。
【００６３】
ロータ軸３３が逆回転開始位置より略２回転すると、図１３に示されているように、中間部材４１が突出ピン２８の一方の側面２８Ａに当接する状態に戻り、これより更に、ロータ軸３３が逆回転すると、トルク伝達部材４０が突出ピン２８を逆方向から押すことにより、ロータ軸３３と主弁体１７とがトルク伝達関係で連結され、主弁体１７がロータ軸３３と共に連れ廻し式に逆回転する。このように主弁体１７が逆回転することにより、雄ねじ部１７Ａと雌ねじ部１８とのねじ係合によって主弁体１７が弁リフト方向に降下移動し、主弁体１７の開度が減少する。
【００６４】
ロータ軸３３が所定量逆回転（数回転）すると、主弁体１７の先端外周面１７Ｂが主弁座部１６に着座し、主弁ポート１５が閉じられ、全閉状態になる（図１４のＥ点）。
【００６５】
なお、この場合も、雄ねじ部３３Ｂと雌ねじ部３５Ａのねじピッチは、雄ねじ部１７Ａと雌ねじ部１８のねじピッチより小さいから、主弁体１７の弁閉が進むに従って副弁体２３は閉弁した状態のまま、内部ばね２６が伸長し、元の状態になる。
【００６６】
この実施の形態でも、主弁体１７ならびに副弁体２３は上述したように開閉し、主弁体１７は雄ねじ部１７Ａと雌ねじ部１８とによって弁ハウジング１１とねじ係合しているから、第１の入出口ポート１２から第２の入出口ポート１３へ流体が流れ、その流体圧が弁閉方向に作用しても、また、これとは逆に、第２の入出口ポート１３から第１の入出口ポート１２へ流体が流れ、その流体圧が弁開方向に作用しても、流体圧によって主弁体１７の開閉位置が変動することがなく、双方向性が得られる。
【００６７】
これにより、この実施の形態でも、副弁体２３だけが弁開する小流量制御域において、主弁体１７の締め切り（弁閉位置維持）が流体圧の影響を受けることなく確実に行われ、双方向での安定した小流量制御が可能になる。
【００６８】
実施の形態１と実施の形態２との相違点は、ロータ軸３３の略１回転で副弁体２３が全開閉するか、ロータ軸３３の略２回転で副弁体２３が全開閉するかであり、ロータ回転角に関する副弁体２３の開弁量を異なったものに設定できることを示している。なお、中間部材４１を２段、３段…にすることにより、副弁体２３が全開閉をロータ軸３３の略３回転、略４回転…にすることができ、この段数が多いほど、副弁体制御域での分解能がよくなる。
【００６９】
図１５はこの発明による電動弁１０を２段式電動膨張弁として空気調和装置に適用した例を示している。
【００７０】
この空気調和機は、圧縮機５０と、室外熱交換器５１と、第１の室内熱交換器５２と、第２の室内熱交換器５３と、室外熱交換器５１と第１の室内熱交換器５２との間の冷媒通路（５７〜５８）に設けられた膨張弁５４と、これらをループ接続する冷媒通路５５〜６１と、冷房モードと暖房モードとの切換のためにループ接続された冷媒通路５５〜６１における冷媒の流れ方向を反転する四方弁６２とを有している。
【００７１】
第１の室内熱交換器５２と第２の室内熱交換器５３との間の冷媒通路５９に、２段式電動膨張弁（サイクルドライ弁）として、電動弁１０が接続されている。
【００７２】
電動弁１０は、通常の冷房運転時、暖房運転時には、実質的な絞り作用を行わない全開状態になり、除湿運転時に副弁体２３だけが弁開する小流量制御になり、膨張弁として機能する。電動弁１０は、小流量制御において双方向性を有し、双方向での安定した小流量制御が可能であるから、冷房除湿運転、暖房除湿運転が共に適切に行われ得るようになる。
【００７３】
なお、電動弁１０が全開状態になる冷房運転あるいは暖房運転状態より除湿運転を行う場合には、電動弁１０を一旦全閉状態にし、その後にステッピングモータ３０を正回転させることにより、副弁体２３だけが弁開する小流量制御状態が得られる。
【００７４】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明による電動弁によれば、主弁体は弁ハウジングとねじ係合し、ばね付勢でないから、主弁体が冷媒流等の流体圧によって弁開位置が変動することがなく、副弁体だけが弁開する小流量制御域において、主弁体の弁閉位置維持が流体圧の影響を受けることなく確実に行われ、双方向での小流量制御が可能になる。これにより、大出力の電動モータを必要とすることなく安定した双方向の小流量制御を行うことができ、電動弁の省電力化、小型化設計を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による電動弁の実施の形態１を全閉状態について示す縦断面図である。
【図２】この発明による電動弁の実施の形態１を副弁全開状態について示す縦断面図である。
【図３】この発明による電動弁の実施の形態１を主弁全開状態について示す縦断面図である。
【図４】この発明による電動弁の実施の形態１の弁体部分の組み付け手順を示す部品図である。
【図５】この発明による電動弁の実施の形態１の主弁体に対するトルク伝達構造部を示す平面図である。
【図６】この発明による電動弁の実施の形態１の弁リフト量−流量特性を示すグラフである。
【図７】（ａ）〜（ｄ）はこの発明による電動弁の実施の形態１の閉弁動作を示す要部のの断面図である。
【図８】この発明による電動弁の実施の形態２を全閉状態について示す縦断面図である。
【図９】この発明による電動弁の実施の形態２を副弁中開状態について示す縦断面図である。
【図１０】この発明による電動弁の実施の形態２を副弁全開状態について示す縦断面図である。
【図１１】この発明による電動弁の実施の形態２を主弁全開状態について示す縦断面図である。
【図１２】この発明による電動弁の実施の形態２の弁体部分の組み付け手順を示す部品図である。
【図１３】この発明による電動弁の実施の形態２の主弁体に対するトルク伝達構造部を示す平面図である。
【図１４】この発明による電動弁の実施の形態２の弁リフト量−流量特性を示すグラフである。
【図１５】この発明による電動弁を２段式電動膨張弁として空気調和装置に適用した例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ 電動弁
１１ 弁ハウジング
１２ 第１の入出口ポート
１３ 第２の入出口ポート
１４ 主弁室
１５ 主弁ポート
１７ 主弁体
１７Ａ 雄ねじ部
１８ 雌ねじ部
２０ 副弁室
２１ 副弁ポート
２３ 副弁体
２４ 弁ホルダ
３０ ステッピングモータ
３２ ロータ
３３ ロータ軸
３３Ｂ 雄ねじ部
３４ ステータコイルユニット
３５ 雌ねじ部材
３５Ａ 雌ねじ部
３６ トルク伝達部材
２８ 突出ピン
４０ トルク伝達部材
４１ 中間部材
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動弁に関し、特に、空気調和装置等の冷凍サイクル装置の２段式電動膨張弁等として使用される電動弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
２段式電動膨張弁は、主弁体の内部に副弁体を有する二重構造になっており、弁ハウジングに形成された大口径の主弁ポートを主弁体の軸線方向移動によって開閉し、主弁体に形成された小口径の副弁ポートを副弁体の軸線方向移動によって開閉する。このような２段式電動膨張弁では、主弁体と副弁体とが所定量のみ弁リフト方向に相対変位可能に接続され、電動モータの回転を送りねじによって弁リフト方向の線形運動に変換して副弁体を弁リフト方向（軸線方向）に移動させるようになっている。
【０００３】
この種の２段式電動膨張弁は、特公平６−６５９１５号公報、特許第２８９８９０６号公報等に示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の２段式電動膨張弁は、主弁体が弁閉ばねによって弁閉方向に付勢され、弁締切は弁閉ばねのばね力によって行われる。このため、冷媒流の方向が主弁体を開く方向に作用する状態において、主弁体を締め切って副弁体により小流量制御を行う場合、大径の主弁体が冷媒流によって押し開かれないようにするために、弁閉ばねのばね荷重をそれに打ち勝つよう相当大きくする必要が生じる。
【０００５】
弁閉ばねのばね荷重を大きくすると、それに伴い、主弁体を開弁させるのに必要な駆動力が大きくなり、出力の大きい電動モータを使わなくてはならなくなる。
【０００６】
このため、従来の２段式電動膨張弁では、安定した双方向の小流量制御（絞り）を行うことが困難であるか、あるいは大出力の電動モータの使用を強いられ、消費電力の増大、装置の大型化を招くことになる。
【０００７】
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、大出力の電動モータを必要とすることなく安定した双方向の小流量制御を行うことができ、省電力化、小型化設計を行うことができ、２段式電動膨張弁等として使用される電動弁を提供することを目的としている。
【０００８】
【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、この発明による電動弁は、第１の入出口ポート、第２の入出口ポート、前記第１の入出口ポートと常時連通している主弁室、及び、前記主弁室と前記第２の入出口ポートとの間に設けられた主弁ポートを各々画定する弁ハウジングと、前記主弁室内に設けられて軸線方向移動により前記主弁ポートを開閉する主弁部を有し、内部に前記主弁室と常時連通の副弁室を画定すると共に、当該副弁室を前記主弁ポートに向けて開放する副弁ポートを該主弁ポートの口径に対して小さい口径によって形成された主弁体と、前記主弁体に設けられ、軸線方向移動により前記副弁ポートを開閉する副弁部を有する副弁体と、前記弁ハウジングに取り付けられた弁開閉駆動用の電動モータとを有する電動弁であって、前記主弁体は、前記弁ハウジングに形成された第１のねじ部とねじ係合し、自身の中心軸線周りの回転によって軸線方向に移動し、前記副弁体は前記電動モータのロータ軸と駆動連結され、前記ロータ軸は、固定側に形成された第２のねじ部とねじ係合し、ロータの回転により軸線方向に移動し、前記ロータ軸と前記主弁体とが所定の回転角度範囲のみ相対的に回転変位可能にトルク伝達関係で連結されているものである。
【０００９】
この発明による電動弁によれば、全閉状態において、ロータ軸が弁開方向に所定の回転角度回転（正回転）するまでは、ロータによるロータ軸の正回転により第２のねじ部のねじ係合によって副弁体だけが全閉位置より開弁移動する。ロータ軸が所定の回転角度以上弁開方向に回転すると、ロータ軸と主弁体とがトルク伝達関係で連結され、主弁体がロータ軸と共に正回転し、主弁体の正回転により第１のねじ部のねじ係合によって主弁体が全閉位置より弁開移動する。
【００１０】
回転方向逆転時には、逆回転開始位置よりロータ軸が弁閉方向に所定の回転角度回転（逆回転）するまでは、ロータによるロータ軸の逆回転により第２のねじ部のねじ係合によって副弁体だけが弁閉移動する。逆回転開始位置よりロータ軸が弁閉方向に所定の回転角度回転（逆回転）すると、副弁体は全閉する。これより更にロータ軸が逆回転すると、ロータ軸と主弁体とがトルク伝達関係で連結され、主弁体がロータ軸と共に逆回転し、主弁体の逆回転により第１のねじ部のねじ係合によって主弁体が弁閉移動する。
【００１１】
そして、主弁体は第１のねじ部によって弁ハウジングとねじ係合し、ばね付勢でないから、主弁体が冷媒流等による流体圧によって弁開位置を変動することがない。
【００１２】
この発明による電動弁は、前記主弁体に突出ピンが固定され、前記ロータ軸にトルク伝達部材が固定され、前記ロータ軸の正逆回転によって回転する前記トルク伝達部材が前記突出ピンに衝突することにより、前記ロータ軸と前記主弁体とが略１回転のみ相対的に回転変位可能で、連れ廻し式に前記主弁体を回転させるものである。
【００１３】
この発明による電動弁によれば、ロータ軸の略１回転によって副弁体の開閉（全閉−全開）が行われる。
【００１４】
この発明による電動弁は、前記主弁体に突出ピンが固定され、前記ロータ軸にトルク伝達部材が固定され、前記ロータ軸に中間部材が回転可能に取り付けられ、前記ロータ軸の正逆回転によって回転する前記トルク伝達部材が前記中間部材に衝突し、更に当該トルク伝達部材と共に回転する前記中間部材が前記突出ピンに衝突することにより、前記ロータ軸と前記主弁体とが略２回転のみ相対的に回転変位可能で、連れ廻し式に前記主弁体を回転させるものである。
【００１５】
この発明による電動弁によれば、ロータ軸の略２回転によって副弁体の開閉（全閉−全開）が行われる。
【００１６】
この発明による電動弁は、前記第２のねじ部のリードが前記第１のねじ部のリードより小さいものである。
【００１７】
この発明による電動弁によれば、第２のねじ部のリードが第１のねじ部のリードより小さいことにより、副弁体のロータ１回転についての弁リフト量（軸線方向移動量）が主弁体のそれより小さくなる。
【００１８】
また、この発明による電動弁では、前記副弁体は、バッファ的な動作を行う圧縮コイルばねを内蔵した弁ホルダを介して前記電動モータのロータ軸と駆動連結され、当該副弁体が前記圧縮コイルばねにより弁閉方向に付勢されている構造にすることができる。
【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。
図１〜図５はこの発明による電動弁の実施の形態１を示している。なお、図１は全閉状態を、図２は副弁全開状態を、図３は主弁全開状態を各々示している。
【００２０】
電動弁１０は弁ハウジング１１を有している。弁ハウジング１１は、第１の入出口ポート１２と、第２の入出口ポート１３と、第１の入出口ポート１２と常時直接連通している主弁室１４と、主弁室１４と第２の入出口ポート１３との間に設けられた大口径の主弁ポート１５とを画定している。主弁ポート１５の主弁室１４の側の開口端周りには主弁座部１６が画定されている。
【００２１】
主弁室１４には比較的大径の主弁体１７が、軸線方向、すなわち図にて上下方向（弁リフト方向）に移動可能に設けられている。主弁体１７は、外周面部に形成された雄ねじ部１７Ａにて主弁室１４の内周面部に形成された雌ねじ部１８とねじ係合し、先端外周面（主弁部）１７Ｂにて主弁ポート１５の周りに画定されている主弁座部１６に着座して主弁ポート１５を閉じる弁閉位置と、主弁座部１６より離れて主弁ポート１５の連通を確立する弁開位置との間に移動可能になっている。主弁体１７は、雄ねじ部１７Ａと雌ねじ部１８（第１のねじ部）とのねじ係合により、自身の中心軸線周りの回転によって上下方向（弁リフト方向）に移動する。
【００２２】
主弁体１７は、カップ形状をしていて内部に連通路１９によって主弁室１４と常時連通の副弁室２０を画定しており、底部に副弁室２０を主弁ポート１５に向けて開放する小口径の副弁ポート２１が開口している。副弁ポート２１の副弁室２０の側の開口端周りには副弁座部２２が画定されている。
【００２３】
副弁室２０には副弁ポート２１を開閉するニードル部（副弁部）２３Ａを有する副弁体２３が軸線方向（上下方向）に移動可能に設けられており、副弁体２３は軸線方向移動により副弁ポート２１を開閉する。
【００２４】
副弁体２３は、主弁体１７に軸線方向に移動可能に嵌合した弁ホルダ２４より保持され、弁ホルダ２４と弁ホルダ２４に固着されたプラグ部材２５との間に設けられた内部ばね（圧縮コイルばね）２６によって副弁ポート２１の側に付勢されている。
【００２５】
弁ハウジング１１にはステッピングモータ３０が取り付けられている。ステッピングモータ３０は、弁ハウジング１１に固定装着されたキャップ形状のロータケース３１と、ロータケース３１内に回転可能に且つ軸線方向に移動可能に設けられた永久磁石付き（図示省略）のロータ３２と、ロータ３２の中心部に固定連結されたロータ軸３３と、ロータケース３１の外側に配置されたステータコイルユニット３４とを有している。ステータコイルユニット３４には位置決め片３９が取り付けられており、位置決め片３９と弁ハウジング１１に固定された位置決めピン２９との係合によってステータコイルユニット３４の位置決めがなされる。
【００２６】
ロータ軸３３は下端部３３Ａにてプラグ部材２５に固定連結されている。ロータ軸３３の上端部には雄ねじ部３３Ｂが設けられている。ロータケース３１の内部中央には雌ねじ部材３５がロータケース３１の上部中央より垂下された状態で固定されており、雌ねじ部材３５の雌ねじ部３５Ａにロータ軸３３の雄ねじ部３３Ｂがねじ係合している。
【００２７】
ロータ軸３３は、雄ねじ部３３Ｂと雌ねじ部３５Ａ（第２のねじ部）とのねじ係合により、ロータ３２の回転によって上下方向（弁リフト方向）に移動する。雄ねじ部３３Ｂと雌ねじ部３５Ａのリード（ねじピッチ）は主弁体１７の雄ねじ部１７Ａと雌ねじ部１８のリードより小さい。
【００２８】
ロータ軸３３には二面取り部３３Ｃが形成されており、二面取り部３３Ｃには径方向に延びたアーム状のトルク伝達部材３６がトルク伝達関係で固定されている。
【００２９】
主弁体１７の上面部には突出ピン２８が固定されており、ロータ軸３３の正逆回転によって回転するトルク伝達部材３６が突出ピン２８の側面に衝突（図５参照）することにより、ロータ軸３３と主弁体１７とが略１回転のみ相対的に回転変位可能な態様で、連れ廻し式に主弁体１７が回転駆動される。
【００３０】
主弁体１７、副弁体２３、弁ホルダ２４、プラグ部材２５、内部ばね２６、ロータ軸３３、トルク伝達部材３６の組み付けについて、図４を参照して説明する。まず、トルク伝達部材３６の二面取り孔３６Ａをロータ軸３３の二面取り部３３Ｃに挿入▲１▼し、つぎに、ロータ軸３３の下端部３３Ａをプラグ部材２５の嵌合孔２５Ａに圧入▲２▼する。弁ホルダ２４内に副弁体２３、内部ばね２６を詰め込み、プラグ部材２５を弁ホルダ２４に圧入▲３▼する。そして、弁ホルダ２４を主弁体１７の副弁室２０に挿入▲４▼する。
【００３１】
雌ねじ部材３５の外周には螺旋ガイド線体３７が固定されており、螺旋ガイド線体３７にはスライダ３８が旋回可能に係合している。スライダ３８は、ロータ３２に形成された突条部３２Ａに係合し、ロータ３２の回転によって旋回駆動され、螺旋ガイド線体３７に案内されて上下動（軸線方向移動）し、全閉ストッパ部３７Ａに当接することにより全閉位置を設定し、全開ストッパ部３７Ｂに当接することにより全開位置を設定する。
【００３２】
つぎに、上述の構成による電動弁１０（実施の形態１）の開閉動作について説明する。
【００３３】
全閉状態時（図６のＡ点）は、図１に示されているように、主弁体１７が最降下位置にあって主弁体１７の先端外周面１７Ｂが主弁座部１６に着座して主弁ポート１５を閉じ、副弁体２３のニードル部２３Ａが副弁座部２２に着座して副弁ポート２１を閉じている。弁開方向の回転（正回転）を図５で見て反時計廻り方向とすると、この全閉状態時には、トルク伝達部材３６は図５に実線によって示されているように、突出ピン２８の一方の側面２８Ａに当接する初期位置にある。
【００３４】
上述したような全閉状態において、ステッピングモータ３０によってロータ軸３３が弁開方向に正回転を開始すると、雄ねじ部３３Ｂと雌ねじ部３５Ａとのねじ係合により、ロータ３２と共に、ロータ軸３３、プラグ部材２５、弁ホルダ２４、副弁体２３が弁リフト方向に上昇移動する。この上昇移動により、副弁体２３のニードル部２３Ａが副弁座部２２より離間し、副弁ポート２１を開く。
【００３５】
ロータ軸３３が正回転開始位置より略１回転するまでは（トルク伝達部材３６が図５に仮想線によって示されているように、突出ピン２８の他方の側面２８Ｂに当接するまでは）、ロータ軸３３の正回転が主弁体１７に伝えられることがなく、主弁体１７は全閉位置に位置している状態を維持し、副弁体２３だけが開弁移動する。
【００３６】
ロータ軸３３が正回転開始位置より略１回転すると、図５に仮想線によって示されているように、トルク伝達部材３６が突出ピン２８の他方の側面２８Ｂに当接し、副弁体２３は、図２に示されているように、全開状態になる（図６のＢ点）。
【００３７】
これにより、ロータ軸３３が正回転開始位置より略１回転するまでは、流量は、副弁体２３の弁リフト量により決まる副弁ポート２１の開度（副弁体制御域）によって比較的小流量に決定される。
【００３８】
これより更に、ロータ軸３３が正回転すると、トルク伝達部材３６が突出ピン２８を押すことにより、ロータ軸３３と主弁体１７とがトルク伝達関係で連結され、主弁体１７がロータ軸３３と共に連れ廻し式に正回転する。このように主弁体１７が正回転することにより、雄ねじ部１７Ａと雌ねじ部１８とのねじ係合によって弁体１７が弁リフト方向に上昇移動する。この上昇移動により、主弁体１７の先端外周面１７Ｂが主弁座部１６より離間し、主弁ポート１５が開かれる。
【００３９】
この状態では、流量は、主弁体１７の弁リフト量により決まる主弁ポート１５の開度（主弁体制御域）によって比較的大流量に決定され、ロータ軸３３が所定量正回転（数回転）すると、主弁体１７は、図３に示されているように、全開状態になる（図６のＣ点）。
【００４０】
上述した主弁体１７の開弁過程では、雄ねじ部３３Ｂと雌ねじ部３５Ａのねじピッチが、雄ねじ部１７Ａと雌ねじ部１８のねじピッチより小さいことにより、主弁体１７と弁ホルダ２４および副弁体２３とで軸線方向（弁開閉方向）の相対変位が生じ、主弁体１７の開弁が進行することに伴って副弁体２３は閉弁する。なお、主弁体１７の開弁に伴って副弁体２３が閉弁しても、このときには、主弁ポート１５によって流量制御されるから、副弁体２３の閉弁によって流量が低減することはない。
【００４１】
つぎに、全開状態よりの弁閉動作を図７（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。なお、図７（ａ）は全開状態（図３と同じ）を、図７（ｂ）は全開位置より逆回転方向に略１回転した状態を、図７（ｃ）は全開位置より逆回転方向に略１回転した状態より全閉状態との間の中間状態を、図７（ｄ）は全閉状態（図１と同じ）を各々示している。
【００４２】
図７（ａ）に示されている全開状態下にて、ロータ軸３３が弁閉方向に逆回転すると、その逆回転開始位置より略１回転するまでは（トルク伝達部材３６が図５に実線によって示されているように、突出ピン２８の一方の側面２８Ａに当接するまでは）、ロータ軸３３の逆回転が主弁体１７に伝えられることがなく、主弁体１７は全開位置のままで、副弁体２３は閉弁（全閉位置）にあることから、それ以上、閉弁側に移動できず、弁ホルダ２４だけが内部ばね２６を撓ませつつ閉弁側に移動する（図７（ｂ）参照）。なお、この区間（図６のＣ点→Ｄ点）では、主弁体１７が動かず、流量が変化することはない。
【００４３】
ロータ軸３３が逆回転開始位置より略１回転すると、図５に実線によって示されているように、トルク伝達部材３６が突出ピン２８の一方の側面２８Ａに当接する状態に戻り、これより更に、ロータ軸３３が逆回転すると、トルク伝達部材４０が突出ピン２８を逆方向から押すことにより、ロータ軸３３と主弁体１７とがトルク伝達関係で連結され、主弁体１７がロータ軸３３と共に連れ廻し式に逆回転する。このように主弁体１７が逆回転することにより、雄ねじ部１７Ａと雌ねじ部１８とのねじ係合によって主弁体１７が、図７（ｃ）に示されているように、弁リフト方向に降下移動し、主弁体１７の開度が減少する。
【００４４】
ロータ軸３３が所定量逆回転（数回転）すると、図７（ｄ）に示されているように、主弁体１７の先端外周面１７Ｂが主弁座部１６に着座し、主弁ポート１５が閉じられ、全閉状態になる（図６のＡ点）。
【００４５】
雄ねじ部３３Ｂと雌ねじ部３５Ａのねじピッチは、雄ねじ部１７Ａと雌ねじ部１８のねじピッチより小さいから、主弁体１７の弁閉が進むに従って副弁体２３は閉弁した状態のまま、内部ばね２６が伸長し、元の状態になる。
【００４６】
主弁体１７ならびに副弁体２３は上述したように開閉し、主弁体１７は雄ねじ部１７Ａと雌ねじ部１８とによって弁ハウジング１１とねじ係合しているから、第１の入出口ポート１２から第２の入出口ポート１３へ流体が流れ、その流体圧が弁閉方向に作用しても、また、これとは逆に、第２の入出口ポート１３から第１の入出口ポート１２へ流体が流れ、その流体圧が弁開方向に作用しても、流体圧によって主弁体１７の開閉位置が変動することがなく、双方向性が得られる。
【００４７】
これにより、副弁体２３だけが弁開する小流量制御域において、主弁体１７の締め切り（弁閉位置維持）が流体圧の影響を受けることなく確実に行われ、双方向での安定した小流量制御が可能になる。また、雄ねじ部３３Ｂと雌ねじ部３５Ａのリードは、雄ねじ部１７Ａと雌ねじ部１８のリードより小さいことにより、副弁体２３のロータ１回転についての弁リフト量（軸線方向移動量）が主弁体１７のそれより小さくなり、副弁体２３による流量制御が高精度に行われる。
【００４８】
図８〜図１３はこの発明による電動弁の実施の形態２を示している。なお、図８〜図１３において、図１〜図５に対応する部分は、図１〜図５に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。また、図８〜図１１において、図８は全閉状態を、図９は副弁中開状態を、図１０は副弁全開状態を、図１１は主弁全開状態を各々示している。
【００４９】
この実施の形態では、ロータ軸３３の二面取り部３３Ｃにドック形状のトルク伝達部材４０がトルク伝達関係で固定され、ロータ軸３３の下端部３３Ａに径方向に延びたアーム状の中間部材４１が回転可能に嵌合装着されている。
【００５０】
この実施の形態でも、主弁体１７の上面部には突出ピン２８が固定されており、ロータ軸３３の正逆回転によって回転するトルク伝達部材４０が中間部材４１の側面に衝突し、更にトルク伝達部材４０と共に回転する中間部材４１が突出ピン２８の側面に衝突（図１３参照）することにより、ロータ軸３３と主弁体１７とが略２回転のみ相対的に回転変位可能な態様で、連れ廻し式に主弁体１７が回転駆動される。
【００５１】
主弁体１７、副弁体２３、弁ホルダ２４、プラグ部材２５、内部ばね２６、ロータ軸３３、トルク伝達部材４０、中間部材４１の組み付けについて、図１２を参照して説明する。まず、トルク伝達部材４０の二面取り孔４０Ａをロータ軸３３の二面取り部３３Ｃに、中間部材４１の丸孔４１Ａをロータ軸３３の下端部３３Ａに各々挿入▲１▼し、つぎに、ロータ軸３３の下端部３３Ａをプラグ部材２５の嵌合孔２５Ａに圧入▲２▼する。弁ホルダ２４内に副弁体２３、内部ばね２６を詰め込み、プラグ部材２５を弁ホルダ２４に圧入▲３▼する。そして、弁ホルダ２４を主弁体１７の副弁室２０に挿入▲４▼する。
【００５２】
つぎに、上述の構成による電動弁１０（実施の形態２）の開閉動作について説明する。
【００５３】
全閉状態時（図１４のＥ点）は、図８に示されているように、主弁体１７が最降下位置にあって主弁体１７の先端外周面１７Ｂが主弁座部１６に着座して主弁ポート１５を閉じ、副弁体２３のニードル部２３Ａが副弁座部２２に着座して副弁ポート２１を閉じている。弁開方向の回転（正回転）を図１３で見て反時計廻り方向とすると、この全閉状態時には、図１３に示されているように、トルク伝達部材４０は中間部材４１の一方の側面４１Ａに当接し、中間部材４１が突出ピン２８の一方の側面２８Ａに当接する初期位置にある。
【００５４】
上述したような全閉状態において、ステッピングモータ３０によってロータ軸３３が弁開方向に正回転を開始すると、雄ねじ部３３Ｂと雌ねじ部３５Ａとのねじ係合により、ロータ３２と共に、ロータ軸３３、プラグ部材２５、弁ホルダ２４、副弁体２３が弁リフト方向に上昇移動する。この上昇移動により、副弁体２３のニードル部２３Ａが副弁座部２２より離間し、副弁ポート２１を開く。
【００５５】
ロータ軸３３が正回転開始位置より略２回転するまでは、ロータ軸３３の正回転が主弁体１７に伝えられることがなく、主弁体１７は全閉位置に位置している状態を維持し、副弁体２３だけが開弁移動する。
【００５６】
ロータ軸３３が正回転開始位置より略１回転すると、トルク伝達部材４０が中間部材４１の他方の側面４１Ｂに当接し、副弁体２３は、図９に示されているように、中開状態になる（図１４のＦ点）。
【００５７】
ロータ軸３３がさらに正回転し、ロータ軸３３が正回転開始位置より略２回転すると、トルク伝達部材４０が中間部材４１の他方の側面４１Ｂに当接した状態のまま中間部材４１が突出ピン２８の他方の側面２８Ｂに当接し、副弁体２３は、図１０に示されているように、全開状態になる（図１４のＧ点）。
【００５８】
これにより、ロータ軸３３が正回転開始位置より略２回転するまでは、流量は副弁体２３の弁リフト量により決まる副弁ポート２１の開度（副弁体制御域）によって比較的小流量に決定される。
【００５９】
これより更に、ロータ軸３３が正回転すると、トルク伝達部材４０が中間部材４１を介して突出ピン２８を押すことにより、ロータ軸３３と主弁体１７とがトルク伝達関係で連結され、主弁体１７がロータ軸３３と共に連れ廻し式に正回転する。このように主弁体１７が正回転することにより、雄ねじ部１７Ａと雌ねじ部１８とのねじ係合により、弁体１７が弁リフト方向に上昇移動する。この上昇移動により、主弁体１７の先端外周面１７Ｂが主弁座部１６より離間し、主弁ポート１５を開く。
【００６０】
この状態では、流量は主弁体１７の弁リフト量により決まる主弁ポート１５の開度（主弁体制御域）によって比較的大流量に決定され、ロータ軸３３が所定量正回転すると、主弁体１７は、図１１に示されているように、全開状態になる（図１４のＨ点）。
【００６１】
上述した主弁体１７の開弁過程でも、雄ねじ部３３Ｂと雌ねじ部３５Ａのねじピッチが、雄ねじ部１７Ａと雌ねじ部１８のねじピッチより小さいことにより、主弁体１７と弁ホルダ２４および副弁体２３とで軸線方向（弁開閉方向）の相対変位が生じ、主弁体１７の開弁が進行することに伴って副弁体２３は閉弁する。なお、主弁体１７の開弁に伴って副弁体２３が閉弁しても、このときには、主弁ポート１５によって流量制御されるから、この場合も、副弁体２３の閉弁によって流量が低減することはない。
【００６２】
全開状態下にて、ロータ軸３３が弁閉方向に逆回転すると、その逆回転開始位置より略２回転するまでは、ロータ軸３３の逆回転が主弁体１７に伝えられることがなく、主弁体１７は全開位置のままで、副弁体２３は閉弁（全閉位置）にあることから、それ以上、閉弁側に移動できず、弁ホルダ２４だけが内部ばね２６を撓ませつつ閉弁側に移動する（図７（ｂ）に示されている状態と同等の状態）。なお、この区間（図１４のＨ点→Ｉ点）では、主弁体１７が動かず、流量が変化することはない。
【００６３】
ロータ軸３３が逆回転開始位置より略２回転すると、図１３に示されているように、中間部材４１が突出ピン２８の一方の側面２８Ａに当接する状態に戻り、これより更に、ロータ軸３３が逆回転すると、トルク伝達部材４０が突出ピン２８を逆方向から押すことにより、ロータ軸３３と主弁体１７とがトルク伝達関係で連結され、主弁体１７がロータ軸３３と共に連れ廻し式に逆回転する。このように主弁体１７が逆回転することにより、雄ねじ部１７Ａと雌ねじ部１８とのねじ係合によって主弁体１７が弁リフト方向に降下移動し、主弁体１７の開度が減少する。
【００６４】
ロータ軸３３が所定量逆回転（数回転）すると、主弁体１７の先端外周面１７Ｂが主弁座部１６に着座し、主弁ポート１５が閉じられ、全閉状態になる（図１４のＥ点）。
【００６５】
なお、この場合も、雄ねじ部３３Ｂと雌ねじ部３５Ａのねじピッチは、雄ねじ部１７Ａと雌ねじ部１８のねじピッチより小さいから、主弁体１７の弁閉が進むに従って副弁体２３は閉弁した状態のまま、内部ばね２６が伸長し、元の状態になる。
【００６６】
この実施の形態でも、主弁体１７ならびに副弁体２３は上述したように開閉し、主弁体１７は雄ねじ部１７Ａと雌ねじ部１８とによって弁ハウジング１１とねじ係合しているから、第１の入出口ポート１２から第２の入出口ポート１３へ流体が流れ、その流体圧が弁閉方向に作用しても、また、これとは逆に、第２の入出口ポート１３から第１の入出口ポート１２へ流体が流れ、その流体圧が弁開方向に作用しても、流体圧によって主弁体１７の開閉位置が変動することがなく、双方向性が得られる。
【００６７】
これにより、この実施の形態でも、副弁体２３だけが弁開する小流量制御域において、主弁体１７の締め切り（弁閉位置維持）が流体圧の影響を受けることなく確実に行われ、双方向での安定した小流量制御が可能になる。
【００６８】
実施の形態１と実施の形態２との相違点は、ロータ軸３３の略１回転で副弁体２３が全開閉するか、ロータ軸３３の略２回転で副弁体２３が全開閉するかであり、ロータ回転角に関する副弁体２３の開弁量を異なったものに設定できることを示している。なお、中間部材４１を２段、３段…にすることにより、副弁体２３が全開閉をロータ軸３３の略３回転、略４回転…にすることができ、この段数が多いほど、副弁体制御域での分解能がよくなる。
【００６９】
図１５はこの発明による電動弁１０を２段式電動膨張弁として空気調和装置に適用した例を示している。
【００７０】
この空気調和機は、圧縮機５０と、室外熱交換器５１と、第１の室内熱交換器５２と、第２の室内熱交換器５３と、室外熱交換器５１と第１の室内熱交換器５２との間の冷媒通路（５７〜５８）に設けられた膨張弁５４と、これらをループ接続する冷媒通路５５〜６１と、冷房モードと暖房モードとの切換のためにループ接続された冷媒通路５５〜６１における冷媒の流れ方向を反転する四方弁６２とを有している。
【００７１】
第１の室内熱交換器５２と第２の室内熱交換器５３との間の冷媒通路５９に、２段式電動膨張弁（サイクルドライ弁）として、電動弁１０が接続されている。
【００７２】
電動弁１０は、通常の冷房運転時、暖房運転時には、実質的な絞り作用を行わない全開状態になり、除湿運転時に副弁体２３だけが弁開する小流量制御になり、膨張弁として機能する。電動弁１０は、小流量制御において双方向性を有し、双方向での安定した小流量制御が可能であるから、冷房除湿運転、暖房除湿運転が共に適切に行われ得るようになる。
【００７３】
なお、電動弁１０が全開状態になる冷房運転あるいは暖房運転状態より除湿運転を行う場合には、電動弁１０を一旦全閉状態にし、その後にステッピングモータ３０を正回転させることにより、副弁体２３だけが弁開する小流量制御状態が得られる。
【００７４】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明による電動弁によれば、主弁体は弁ハウジングとねじ係合し、ばね付勢でないから、主弁体が冷媒流等の流体圧によって弁開位置が変動することがなく、副弁体だけが弁開する小流量制御域において、主弁体の弁閉位置維持が流体圧の影響を受けることなく確実に行われ、双方向での小流量制御が可能になる。これにより、大出力の電動モータを必要とすることなく安定した双方向の小流量制御を行うことができ、電動弁の省電力化、小型化設計を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による電動弁の実施の形態１を全閉状態について示す縦断面図である。
【図２】この発明による電動弁の実施の形態１を副弁全開状態について示す縦断面図である。
【図３】この発明による電動弁の実施の形態１を主弁全開状態について示す縦断面図である。
【図４】この発明による電動弁の実施の形態１の弁体部分の組み付け手順を示す部品図である。
【図５】この発明による電動弁の実施の形態１の主弁体に対するトルク伝達構造部を示す平面図である。
【図６】この発明による電動弁の実施の形態１の弁リフト量−流量特性を示すグラフである。
【図７】（ａ）〜（ｄ）はこの発明による電動弁の実施の形態１の閉弁動作を示す要部のの断面図である。
【図８】この発明による電動弁の実施の形態２を全閉状態について示す縦断面図である。
【図９】この発明による電動弁の実施の形態２を副弁中開状態について示す縦断面図である。
【図１０】この発明による電動弁の実施の形態２を副弁全開状態について示す縦断面図である。
【図１１】この発明による電動弁の実施の形態２を主弁全開状態について示す縦断面図である。
【図１２】この発明による電動弁の実施の形態２の弁体部分の組み付け手順を示す部品図である。
【図１３】この発明による電動弁の実施の形態２の主弁体に対するトルク伝達構造部を示す平面図である。
【図１４】この発明による電動弁の実施の形態２の弁リフト量−流量特性を示すグラフである。
【図１５】この発明による電動弁を２段式電動膨張弁として空気調和装置に適用した例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ 電動弁
１１ 弁ハウジング
１２ 第１の入出口ポート
１３ 第２の入出口ポート
１４ 主弁室
１５ 主弁ポート
１７ 主弁体
１７Ａ 雄ねじ部
１８ 雌ねじ部
２０ 副弁室
２１ 副弁ポート
２３ 副弁体
２４ 弁ホルダ
３０ ステッピングモータ
３２ ロータ
３３ ロータ軸
３３Ｂ 雄ねじ部
３４ ステータコイルユニット
３５ 雌ねじ部材
３５Ａ 雌ねじ部
３６ トルク伝達部材
２８ 突出ピン
４０ トルク伝達部材
４１ 中間部材
Claims (5)
- 第１の入出口ポート、第２の入出口ポート、前記第１の入出口ポートと常時連通している主弁室、及び、前記主弁室と前記第２の入出口ポートとの間に設けられた主弁ポートを各々画定する弁ハウジングと、
前記主弁室内に設けられて軸線方向移動により前記主弁ポートを開閉する主弁部を有し、内部に前記主弁室と常時連通の副弁室を画定すると共に、当該副弁室を前記主弁ポートに向けて開放する副弁ポートを該主弁ポートの口径に対して小さい口径によって形成された主弁体と、
前記主弁体に設けられ、軸線方向移動により前記副弁ポートを開閉する副弁部を有する副弁体と、
前記弁ハウジングに取り付けられた弁開閉駆動用の電動モータとを有する電動弁であって、
前記主弁体は、前記弁ハウジングに形成された第１のねじ部とねじ係合し、自身の中心軸線周りの回転によって軸線方向に移動し、
前記副弁体は前記電動モータのロータ軸と駆動連結され、
前記ロータ軸は、固定側に形成された第２のねじ部とねじ係合し、ロータの回転により軸線方向に移動し、前記ロータ軸と前記主弁体とが所定の回転角度範囲のみ相対的に回転変位可能にトルク伝達関係で連結されていることを特徴とする電動弁。 - 前記主弁体に突出ピンが固定され、前記ロータ軸にトルク伝達部材が固定され、前記ロータ軸の正逆回転によって回転する前記トルク伝達部材が前記突出ピンに衝突することにより、前記ロータ軸と前記主弁体とが略１回転のみ相対的に回転変位可能で、連れ廻し式に前記主弁体を回転させることを特徴とする請求項１記載の電動弁。
- 前記主弁体に突出ピンが固定され、前記ロータ軸にトルク伝達部材が固定され、前記ロータ軸に中間部材が回転可能に取り付けられ、前記ロータ軸の正逆回転によって回転する前記トルク伝達部材が前記中間部材に衝突し、更に当該トルク伝達部材と共に回転する前記中間部材が前記突出ピンに衝突することにより、前記ロータ軸と前記主弁体とが略２回転のみ相対的に回転変位可能で、連れ廻し式に前記主弁体を回転させることを特徴とする請求項１記載の電動弁。
- 前記第２のねじ部のリードが前記第１のねじ部のリードより小さいことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の電動弁。
- 前記副弁体は、圧縮コイルばねを内蔵した弁ホルダを介して前記電動モータのロータ軸と駆動連結され、前記圧縮コイルばねにより弁閉方向に付勢されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の電動弁。
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