JP4476775B2

JP4476775B2 - 電動式コントロールバルブおよび冷凍サイクル装置

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Publication number: JP4476775B2
Application number: JP2004315700A
Authority: JP
Inventors: 総一郎富岡; 誠一中野
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2024-10-29
Also published as: JP2006125751A

Description

この発明は、電動式コントロールバルブおよび冷凍サイクル装置に関し、特に、冷凍サイクル装置の膨張弁等として用いられる電動式コントロールバルブおよび冷凍サイクル装置に関するものである。

冷凍サイクル装置の膨張弁等として用いられる電動式コントロールバルブとして、雄ねじ部材と雌ねじ部材とのねじ係合による送りねじ機構を含み、送りねじ機構を電動モータによって回転駆動し、送りねじ機構によって回転運動を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弁リフト方向に移動させて流量制御を行う電動式コントロールバルブが知られている（例えば、特許文献１、２、３）。

冷凍サイクル装置の膨張弁は、断熱膨張作用によって冷媒の減圧を行う絞り弁であるから、膨張弁として用いられる電動式コントロールバルブは、冷媒の流量を完全に遮断する全閉状態を取らないよう設計されているか、又は、全閉状態を取る全閉位置があっても、それは最小流量を設定する弁リフト位置側に設定されている。

このため、従来の電動式コントロールバルブは、比例流量制御を行えるとは言っても、全閉状態と全開状態とをオン・オフ的にとるとなると特別な制御が必要となるので、全閉直前に弁体を全開位置に位置させて大流量流によって弁部の異物を排除するセルフクリーニングを行うことは、容易ではなかった。

また、たとえば、一台の共通室外機に対して複数台の室内機が並列に接続されているようなマルチタイプの空気調和装置や冷凍・冷蔵ショーケース等において、一部の室内機の運転を休止させるような場合には、その室内機の冷媒の流れを完全に止めるべく、電磁開閉弁を膨張弁の高圧側に直列に接続する必要が生じる。

この電磁開閉弁は、膨張弁が機械式のものである場合は勿論必要となるが、全閉位置から全開位置までを弁リフトの可変範囲に含む電動式コントロールバルブを膨張弁として利用する場合にも、電動式コントロールバルブには電磁開閉弁並みの弁閉能力がないので、一部の室内機の運転を休止させる場合のある冷凍・冷蔵ショーケース等においては、電動式コントロールバルブによる膨張弁の高圧側に、電磁開閉弁を設ける必要がある。

しかし、膨張弁の高圧側に電磁開閉弁を新たに設けるとなると、電磁開閉弁の設置スペースと動作用の電力を必要とすることから、昨今の「省スペース」、「省エネルギー」の流れに逆行してしまうことになり、また、電磁開閉弁の開閉動作がその下流側にある膨張弁におけるウォータハンマ現象の発生要因となって、騒音や故障を誘引する原因になりかねない。
特許第２６１５０２１号公報特開２００１−２７１９５６号公報特開２００３−１４８６４３号公報

この発明が解決しようとする課題は、定量的な流量制御を行う電動式コントロールバルブにおいて、比例流量制御に加えて、全閉位置と全開位置の２位置の開閉弁的な弁動作も行え、弁部の異物を排除するセルフクリーニングを容易に行うことができるなど、弁動作の多様化を図ることである。

この発明による電動式コントロールバルブは、雄ねじ部材と雌ねじ部材とのねじ係合による送りねじ機構を含み、前記送りねじ機構を電動モータによって回転駆動し、送りねじ機構によって回転運動を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流量制御弁体を弁リフト方向に移動させる電動式コントロールバルブにおいて、前記流量制御弁体は、弁ハウジングに形成されている弁ポートの実効開口面積を弁リフト方向の移動によって増減することにより定量的な流量制御を行う流量制御部と、前記弁ポートの周りに画定された全閉用の弁座部に着座することにより前記弁ポートを閉じる全閉部とを有し、前記流量制御部は、前記流量制御弁体の弁リフト方向の移動により、最小流量を設定する弁リフト位置と最大流量を設定する弁リフト位置とを設定されるとともに、その両弁リフト位置間に定量的な流量制御を行う流量制御域を設定され、前記全閉部は、前記流量制御弁体が前記流量制御域より最大流量を設定する前記弁リフト位置を超えて弁開方向に移動することにより全閉状態になる全閉位置を設定されている。

また、この発明による電動式コントロールバルブは、電動モータと、前記電動モータによって回転駆動され、回転運動を直線運動に変換する送りねじ機構と、弁ポートを具備した弁ハウジングと、前記送りねじ機構の直線運動によって弁リフト方向に駆動され、前記弁ポートの実効開口面積を増減することにより最小流量を設定する弁リフト位置と最大流量を設定する弁リフト位置との間で定量的な流量制御を行う流量制御弁体と、前記弁ポートの周りに画定された全閉用の弁座部に着座することにより前記弁ポートを閉じる開閉弁体とを有し、前記開閉弁体は、前記流量制御弁体が最小流量を設定する弁リフト位置と最大流量を設定する弁リフト位置との間の流量制御域にある状態では当該流量制御弁体によって前記弁座部より離れた位置に保持されて前記弁座部に着座することを禁止され、前記流量制御弁体が前記流量制御域より最大流量を設定する前記弁リフト位置を超えて弁開方向に移動することにより前記弁座部に着座し得る状態になる。

この発明による電動式コントロールバルブは、更に、前記流量制御弁体が、前記流量制御域より最小流量を設定する前記弁リフト位置を超えて弁リフト方向に移動することにより、前記弁ポートの周りに画定されたもう一つの全閉用の弁座部に着座して全閉状態を成立する。

また、この発明による電動式コントロールバルブは、電動モータと、前記電動モータによって回転駆動され、回転運動を直線運動に変換する送りねじ機構と、流量制御用弁ポートと全閉用弁座部を画定する全閉用弁ポートとを直列の関係で具備した弁ハウジングと、前記送りねじ機構の直線運動によって弁リフト方向に駆動され、前記流量制御用弁ポートの実効開口面積を増減することにより最小流量を設定する弁リフト位置と最大流量を設定する弁リフト位置との間で定量的な流量制御を行う流量制御弁体と、前記全閉用弁ポートによって画定された前記弁座部に着座することにより当該全閉用弁ポートを閉じる開閉弁体とを有し、前記開閉弁体は、前記流量制御弁体が最小流量を設定する弁リフト位置と最大流量を設定する弁リフト位置との間の流量制御域にある状態では当該流量制御弁体によって前記弁座部より離れた位置に保持されて前記全閉用弁座部に着座することを禁止され、前記流量制御弁体が前記流量制御域より最大流量を設定する前記弁リフト位置を超えて弁開方向に移動することにより前記弁座部に着座し得る状態になる。

この発明による電動式コントロールバルブは、好ましくは、前記開閉弁体は前記弁ポートの前後差圧を前記弁座部に着座する方向に及ぼされる。

この発明による電動式コントロールバルブは、好ましくは、更に、前記弁座部に着座する弁閉方向に前記開閉弁体を付勢するばねを有する。

この発明による冷凍サイクル装置は、一台の共通室外機に対して複数台の室内機が並列に接続されているマルチタイプの冷凍サイクル装置等において、上述の発明による電動式コントロールバルブを膨張弁として冷媒回路中に有する。

この発明による電動式コントロールバルブは、流量制御弁体が流量制御域より最大流量を設定する弁リフト位置（全開位置）を超えて弁開方向に移動することにより、全閉状態になる。これにより、この発明による電動式コントロールバルブは、定量的な流量制御を行う比例流量制御弁に加えて、全閉位置と全開位置の２位置の開閉弁的な弁動作も行い、全閉位置と全開位置の２位置の電磁開閉弁としても機能し、弁部の異物を排除するセルフクリーニングを容易に行うことができるなど、弁動作の多様化を図ることができる。

この発明による電動式コントロールバルブの一つの実施形態を、図１を参照して説明する。

この実施形態による電動式コントロールバルブは、カップ状の弁ハウジング１０を有する。弁ハウジング１０は、弁室１１と、弁室１１の下底部に開口形成された弁ポート１２と、下継手１３を接続され弁ポート１２を経て弁室１１に連通する第１の入出ポート１４と、横継手１５を接続され弁室１１に直接連通する第２の入出ポート１６とを有する。

弁室１１には流量制御弁体１７が配置されている。流量制御弁体１７は、下側が小径の切頭円錐形をした流量制御部（ニードル弁部）１８を有する。流量制御弁体１７には上部フランジ部１７Ａによって円筒状の弁支持筒体１９が固定連結されている。

弁ハウジング１０の上部には取付板２０によって固定支持部材（雌ねじ部材）２１が固定されている。弁支持筒体１９は、固定支持部材２１に形成されたガイド孔２２に軸線方向（上下方向）、つまり弁リフト方向に摺動可能に嵌合し、流量制御弁体１７を弁ハウジング１０側の固定支持部材２１より弁リフト方向に移動可能に支持する役割を果たしている。

この支持構造により、流量制御弁体１７は、弁リフト方向への移動によって流量制御部１８が弁ポート１２に出入可能に進入することにより、弁リフト方向の移動によって弁ポート１２の実効開口面積を増減し、最小流量を設定する弁リフト位置（降下位置）と最大流量を設定する弁リフト位置（上昇位置）との間で定量的な流量制御を行う。

図示されている弁リフト位置は、最小流量を設定する弁リフト位置（最小流量設定位置）であり、流量制御部１８の大径部１８Ａが弁ポート１２内に入り、大径部１８Ａの外周面と弁ポート１２の内周面との間隙により最小流量を設定する。

この最小流量設定位置より流量制御弁体１７が弁リフト方向に上昇移動し、流量制御部１８の大径部１８Ａが弁ポート１２より抜け出して流量制御部１８の小径部１８Ｂだけが弁ポート１２内に位置する弁リフト位置で、小径部１８Ｂの外周面と弁ポート１２の内周面との間隙により最大流量を設定する。この弁リフト位置が最大流量（全開流量）を設定する弁リフト位置（最大流量設定位置）である。

弁支持筒体１９は、雄ねじ軸２３の下フランジ部２３Ａを、弁支持筒体１９の上部円環リップ部１９Ａと、弁支持筒体１９内に配置されて圧縮コイルばね２５によって付勢された押圧部材２６とで、高滑性ワッシャ２４を介してスラスト方向（弁リフト方向）に挟み込み、雄ねじ軸２３と相対回転可能に連結され、雄ねじ軸２３と共に弁リフト方向に移動する。

雄ねじ軸２３は雄ねじ部２７を有し、雄ねじ部２７は固定支持部材２１に形成された雌ねじ部２８にねじ係合している。このねじ係合により、雄ねじ軸２３は、回転に伴って軸線方向、つまり、弁リフト方向に移動する。

この雄ねじ部２７と雌ねじ部２８とのねじ係合によって送りねじ機構が構成され、送りねじ機構は、雄ねじ軸２３の回転運動を同部材の弁リフト方向に直線運動に変換する。

弁ハウジング１０の上部にはステッピングモータ３０のキャン状のロータケース３１が溶接等によって気密に固定されている。ロータケース３１内には、外周面部３２Ａを多極着磁されたロータ３２が回転可能に設けられている。ロータ３２には雄ねじ軸２３の上端部２３Ｂが固定連結されている。

密閉ロータケース３１の外側には、ステータコイルユニット３３が差し込み装着されている。ステータコイルユニット３３は、詳細を図示されていないが、ステッピングモータ用のものとして、内部に、磁極歯、巻線部、電気配線部を有する周知の気密モールド構造のものである。

ロータケース３１内には、ロータケース３１の天井部より垂下固定されたガイド支持軸３４、ガイド支持軸３４の外周部に装着された螺旋ガイド線体３５、ガイド支持軸３４の上端部に形成された固定ストッパ部３６、螺旋ガイド線体３５に螺合した可動ストッパ部材３７、可動ストッパ部材３７と係合してこれを蹴り回すロータ３２の突起部３８があり、これらによって、弁開あるいは弁閉のストッパが構成されている。

ステッピングモータ３０は、ロータ３２によって雄ねじ軸２３を回転駆動し、回転に伴う雄ねじ軸２３の軸線方向移動によって弁支持筒体１９と共に流量制御弁体１７を弁リフト方向に移動させる。

弁ポート１２の外側の下継手１３には弁ホルダ４１が固定装着されている。弁ホルダ４１内には開閉弁体をなすボール弁４２が設けられている。ボール弁４２は弁ポート１２の下継手１３側の周りに画定された全閉用の弁座部２９に着座することにより弁ポート１２を閉じる。

弁ホルダ４１の下部連通孔４１Ａの周りのばね受け部４１Ｂとボール弁４２との間には圧縮コイルばね４３が設けられている。圧縮コイルばね４３は、弁座部２９に着座する弁閉方向にボール弁４２を付勢している。

ボール弁４２は、流量制御弁体１７の先端部１７Ｂに当接し、流量制御弁体１７が最小流量を設定する弁リフト位置と最大流量を設定する弁リフト位置との間の流量制御域にある状態では、図示されているように、流量制御弁体１７によって圧縮コイルばね４３のばね力に抗して押し下げられて弁座部２９より離れた位置に保持され、弁座部２９に着座することを禁止され、弁開状態を保つ。

これに対し、ボール弁４２は、流量制御弁体１７が流量制御域より最大流量を設定する弁リフト位置を超えて弁開方向に移動（上昇移動）することにより、弁座部２９に着座し得る状態になり、圧縮コイルばね４３のばね力によって弁座部２９に着座し、弁閉状態、つまり、弁ポート１２を遮蔽する全閉状態になる。

この実施形態による電動式コントロールバルブの流量制御特性は、図２に示されているようになる。図２に示されている流量制御特性では、流量制御弁体１７の形状によってステッピングモータ３０の０パルス側に所定パルス数範囲で最小流量域が設定され、ステッピングモータ３０のパルス数の増大に応じて流量制御弁体１７が上昇移動することにより、流量が比例的に増大し、あるパルス数で全開流量（最大流量）となる。最小流量を設定する弁リフト位置（降下位置）と最大流量を設定する弁リフト位置（上昇位置）との間が定量的な流量制御を行う流量制御域である。全開流量（最大流量）の状態も、流量制御弁体１７の形状によって所定パルス数範囲に亘って保たれる。これが全開域である。

この全開域を超えてステッピングモータ３０のパルス数が増大し、最大パルスでボール弁４２が圧縮コイルばね４３のばね力によって弁座部２９に着座し、弁ポート１２を遮蔽する全閉状態になる。

この全閉状態時には、流量制御弁体１７の先端部１７Ｂは、上昇移動によってボール弁４２より離れていてもよく、ボール弁４２は圧縮コイルばね４３のばね力によって弁座部２９に着座して逆止弁的に弁ポート１２を遮蔽する。したがって、全閉状態時に、雄ねじ部２７と雌ねじ部２８とのねじ係合に弁閉スラスト力が作用することがなく、ねじ係合部に大きい荷重が作用することがない。このことは、ねじ係合部の摩耗軽減、噛み込み（ロック）防止に寄与する。

なお、下継手１３より横継手１５へ流体が流れる場合、弁ポート１２の前後差圧がボール弁４２に対して弁座部２９に着座する方向に作用し、この差圧によってもボール弁４２が弁座部２９に着座する全閉状態が得られる。この場合には、圧縮コイルばね４３を省略することが可能である。

このように、この実施形態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３０による駆動によって流量制御弁体１７が流量制御域より最大流量を設定する弁リフト位置（全開域）を超えて弁開方向に移動（上昇移動）することにより、ボール弁４２が弁座部２９に着座して全閉状態になるから、定量的な流量制御を行う比例流量御制弁として機能することに加えて、全開側で、全開位置と全閉位置の２位置を取る開閉弁的な弁動作も行い、全閉位置と全開位置の２位置の電磁開閉弁としても機能する。

しかも、ステッピングモータ３０によるロータ３２の回転を雄ねじ軸２３と固定支持部材２１との送りねじ機構により直線移動に変換して流量制御弁体１７を全開位置と全閉位置との間で移動させる、この実施形態による電動式コントロールバルブの動作は、電磁ソレノイドによるプランジャの直線移動により弁体を全開位置と全閉位置との間で移動させる電磁弁に比べて遅いので、この実施形態による電動式コントロールバルブは徐動電磁開閉弁とも言える働きをする。

また、この実施形態でも、全閉直前に全開状態になるから、大流量流によって弁部の異物を排除するセルフクリーニングの制御を容易に行うことができる。

弁ポート１２の完全遮蔽は、開閉弁体がボール弁４２であることが有利であるが、開閉弁体は、図３に示されているように、ボール弁４２に代えて板状のフラット弁４４によって構成することも可能である。

この発明による電動式コントロールバルブの他の実施形態を、図４を参照して説明する。なお、図４において、図１に対応する部分は、図１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。

この実施形態による電動式コントロールバルブは、弁ハウジング５０を有する。弁ハウジング５０は、弁室５１と、弁室５１の上部に開口形成された弁ポート５２と、下横継手５３を接続され弁室５１に直接連通する第１の入出ポート５４と、上横継手５５を接続され弁ポート５２を経て弁室５１に連通する第２の入出ポート５６とを有する。

流量制御弁体１７は、弁ハウジング５０に形成されたガイド孔５７に軸線方向（上下方向）、つまり弁リフト方向に摺動可能に嵌合し、弁ハウジング１０より弁リフト方向に移動可能に支持されている。

流量制御弁体１７は、上端部１７Ｃにて雄ねじ軸２３の先端部２３Ｃに当接し、雄ねじ軸２３の軸線方向移動によって軸線方向（弁リフト方向）に直接駆動される。

弁ハウジング１０の上部には雌ねじ部材５８が固定装着されており、雌ねじ部材５８に形成された雌ねじ部２８に雄ねじ軸２３の雄ねじ部２７がねじ係合し、送りねじ機構が構成されている。この送りねじ機構も、雄ねじ軸２３の回転運動を同部材の弁リフト方向に直線運動に変換する。

この実施形態でも、流量制御弁体１７は、弁リフト方向の移動によって流量制御部１８が弁ポート５２に出入可能に進入することにより、前述の実施形態と同様に、弁リフト方向の移動によって弁ポート５２の実効開口面積を増減し、最小流量を設定する弁リフト位置（降下位置）と最大流量を設定する弁リフト位置（上昇位置）との間で定量的な流量制御を行う。

弁室５１内には開閉弁体をなすボール弁４２が設けられている。ボール弁４２は弁室５１の内周面に摺接するスライドガイドホルダ６３に保持されて弁室５１内における開閉方向（上下方向）移動を案内され、弁ポート５２の弁室５１側の周りに画定された全閉用の弁座部５９に着座することにより弁ポート５２を閉じる。

ボール弁４２に係合しているボール弁受け形状のばねリテーナ６０と弁ハウジング５０に固定されたばねリテーナ６１との間に圧縮コイルばね４３が設けられており、圧縮コイルばね４３は、前述の実施形態と同様に、ボール弁４２を弁座部５９に着座する弁閉方向に付勢している。

この実施形態でも、ボール弁４２は、流量制御弁体１７の先端部１７Ｂに当接し、流量制御弁体１７が最小流量を設定する弁リフト位置と最大流量を設定する弁リフト位置との間の流量制御域にある状態では、図示されているように、流量制御弁体１７によって圧縮コイルばね４３のばね力に抗して押し下げられて弁座部５９より離れた位置に保持され、弁座部５９に着座することを禁止され、弁開状態を保つ。

これに対し、ボール弁４２は、流量制御弁体１７が流量制御域より最大流量を設定する弁リフト位置を超えて弁開方向に移動（上昇移動）することにより、弁座部５９に着座し得る状態になり、圧縮コイルばね４３のばね力によって弁座部５９に着座し、弁閉状態、つまり、弁ポート５２を遮蔽する全閉状態になる。

この実施形態でも、全閉状態時には、流量制御弁体１７の先端部１７Ｂは、上昇移動によってボール弁４２より離れていてもよく、ボール弁４２は圧縮コイルばね４３のばね力によって弁座部５９に着座して逆止弁的に弁ポート５２を遮蔽する。したがって、全閉状態時に、雄ねじ部２７と雌ねじ部２８とのねじ係合に弁閉スラスト力が作用することがなく、ねじ係合部に大きい荷重が作用することがない。このことは、ねじ係合部の摩耗軽減、噛み込み（ロック）防止に寄与する。

この実施形態による電動式コントロールバルブでも、ステッピングモータ３０による駆動によって流量制御弁体１７が流量制御域より最大流量を設定する弁リフト位置（全開域）を超えて弁開方向に移動（上昇移動）することにより、ボール弁４２が弁座部５９に着座して全閉状態になるから、定量的な流量制御を行う比例流量御制弁として機能することに加えて、全開側で、全開位置と全閉位置の２位置を取る開閉弁的な弁動作も行い、全閉位置と全開位置の２位置の電磁開閉弁としても機能する。

この発明による電動式コントロールバルブの他の実施形態を、図５を参照して説明する。なお、図５において、図１、図４に対応する部分は、図１、図４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。

この実施形態では、ステッピングモータ３０のロータ３２と一体の雄ねじ軸２３の両軸端２３Ｄ、２３Ｅが、弁ハウジング５０に取り付けられた軸受部材６２とロータケース３１に取り付けられた軸受部材３９によって軸線方向移動を拘束された状態で、回転可能に支持されている。雄ねじ軸２３の雄ねじ部２７には雌ねじ部材５８の雌ねじ部２８がねじ係合している。

雌ねじ部材５８には弁ハウジング５０に形成された貫通孔６９に軸線方向（弁リフト方向）に移動可能に嵌合した駆動棒６４の上端部６４Ａが固定連結されている。これにより、雌ねじ部材５８は、軸線方向（弁リフト方向）に移動可能で、回り止めされる。なお、駆動棒６４は、図では１本しか表されていないが、実際には１２０度の回転角ピッチで、３本設けられている。ちなみに、駆動棒６４の本数、回転角ピッチは、設計次第で、３本、１２０度以外となってもよい。

駆動棒６４は、下端部６４Ｂにてスライドガイドホルダ６３に当接し、雌ねじ部材５８の弁リフト方向の移動をスライドガイドホルダ６３、ボール弁４２に伝達する。

これにより、雌ねじ部材５８の弁リフト方向の移動が、駆動棒６４、スライドガイドホルダ６３、ボール弁４２を経て流量制御弁体１７に伝達される。

この実施形態でも、ボール弁４２は、流量制御弁体１７が最小流量を設定する弁リフト位置と最大流量を設定する弁リフト位置との間の流量制御域にある状態では、図示されているように、圧縮コイルばね４３のばね力に抗して押し下げられて弁座部５９より離れた位置に保持され、弁座部５９に着座することを禁止され、弁開状態を保ち、流量制御弁体１７が流量制御域より最大流量を設定する弁リフト位置を超えて弁開方向に移動（上昇移動）すると、圧縮コイルばね４３のばね力によって弁座部５９に着座し、弁閉状態、つまり、弁ポート５２を遮蔽する全閉状態になる。

この発明による電動式コントロールバルブの他の実施形態を、図６、図７を参照して説明する。なお、図６、図７においても、図１、図４に対応する部分は、図１、図４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。

図６に示されているように、この実施形態では、流量制御弁体１７と雄ねじ軸２３とが一体部品として構成されている。雄ねじ軸２３の上端部２３Ｂには、スプライン軸状部６５Ａを有するスプライン継手部材６５が固定連結されている。

ステッピングモータ３０のロータ３２にはハブ部材６６が固定装着されている。ハブ部材６６はガイド支持軸３４によって吊り下げ式に回転可能に支持されている。

図７に示されているように、ハブ部材６６にはスプライン孔６７が形成されており、スプライン孔６７にはスプライン継手部材６５のスプライン軸状部６５Ａが軸線方向にスライド可能に係合している。図６に示されているように、ハブ部材６６とスプライン継手部材６５との間には円錐コイルばね６８が取り付けられている。この円錐コイルばね６８は、ロータ３２のダンピングを減衰させるために設けたものであるが、ロータ３２のダンピングの状況次第では省略してもよい。

この構造では、ステッピングモータ３０のロータ３２の回転が、ハブ部材６６のスプライン孔６７とスプライン継手部材６５のスプライン軸状部６５Ａとのスプライン係合部を介して雄ねじ軸２３に伝達され、雄ねじ軸２３が回転駆動される。

ハブ部材６６のスプライン孔６７とスプライン継手部材６５のスプライン軸状部６５Ａとのスプライン係合部には、図７に示されているように、ロータ回転方向のクリアランスＣが設けられている。

これにより、ステッピングモータ３０の励磁相の変遷時に、ロータ３２が回転方向に振動しても、つまり、ロータ３２が微少角による往復回転を繰り返しても、クリアランスＣの範囲で、ロータ３２だけが回転（空転）し、ロータ３２の微少角による往復回転（ダンピング）が雄ねじ軸２３に伝わることがない。

この結果、ロータ３２の多極着磁の種類、大きさ、重さ、相励磁速度の如何に拘わらず、雄ねじ部２７と雌ねじ部２８とのねじ係合部の摺動音を音源とする騒音（動作音）が低減する。

このクリアランスＣの設定は、図８に示されているように、雄ねじ軸２３に取り付けられた一文字部材９１のキー部９２と、ハブ部材６６に形成されたキー溝９３との滑りキー係合によって同様に設定することができる。

この実施形態では、下継手１３より横継手１５へ流体が流れる場合、弁ポート１２の前後差圧がボール弁４２に対して弁座部２９に着座する方向に作用することにより、ボール弁４２は、流量制御弁体１７の先端部１７Ｂに当接し、流量制御弁体１７が最小流量を設定する弁リフト位置と最大流量を設定する弁リフト位置との間の流量制御域にある状態では、図示されているように、流量制御弁体１７によって押し下げられて弁座部２９より離れた位置に保持され、弁座部２９に着座することを禁止され、弁開状態を保つ。

これに対し、ボール弁４２は、流量制御弁体１７が流量制御域より最大流量を設定する弁リフト位置を超えて弁開方向に移動（上昇移動）することにより、弁座部２９に着座し得る状態になり、ボール弁４２に作用する弁ポート１２の前後差圧によって弁座部２９に着座し、弁閉状態、つまり、弁ポート１２を遮蔽する全閉状態になる。

この実施形態では、全閉状態時には、流量制御弁体１７の先端部１７Ｂは、上昇移動によってボール弁４２より離れていてもよく、ボール弁４２は弁ポート１２の前後差圧によって弁座部２９に着座して逆止弁的に弁ポート１２を遮蔽する。したがって、全閉状態時に、雄ねじ部２７と雌ねじ部２８とのねじ係合に弁閉スラスト力が作用することがなく、ねじ係合部に大きい荷重が作用することがない。このことは、ねじ係合部の摩耗軽減、噛み込み（ロック）防止に寄与する。

この実施形態による電動式コントロールバルブでも、ステッピングモータ３０による駆動によって流量制御弁体１７が流量制御域より最大流量を設定する弁リフト位置（全開域）を超えて弁開方向に移動（上昇移動）することにより、ボール弁４２が弁座部２９に着座して全閉状態になるから、定量的な流量制御を行う比例流量制御弁として機能することに加えて、全開側で、全開位置と全閉位置の２位置を取る開閉弁的な弁動作も行い、全閉位置と全開位置の２位置の電磁開閉弁としても機能する。

なお、この実施形態では、弁座部２９の周囲がボール弁４２を受け入れるテーパ孔形状になっているが、弁座部２９の周囲は、図９に示されているようなフラット形状のものでもよい。また、図６の弁座部２９の位置を、弁ポート１２の周縁でなくその周囲のフラット形状部２９ａや、さらにその周囲のテーパ面部２９ｂに設定してもよい。

この発明による電動式コントロールバルブの他の実施形態を、図１０を参照して説明する。なお、図１０において、図１、図６に対応する部分は、図１、図６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。

この実施形態では、ステッピングモータ３０と雄ねじ軸２３との間に、遊星歯車式減速装置７０が組み込まれている。遊星歯車式減速装置７０は、固定配置のリングギア７１と、ロータ３２と一体構造のロータ軸９４に固定されたサンギア７２と、軸７４によってキャリア７３より回転可能に支持され、リングギア７１とサンギア７２とに噛合するプラネタリピニオン７５とを有する。

キャリア７３にはスプライン孔６７が形成されており、スプライン孔６７にスプライン継手部材６５のスプライン軸状部６５Ａが、クリアランス付きで、軸線方向にスライド可能に係合している。

この実施形態では、ステッピングモータ３０の回転が遊星歯車式減速装置７０によって減速されて雄ねじ軸２３に伝達される。

また、遊星歯車式減速装置７０には、固定側のストッパ部材７７とプラネタリピニオン７５に形成された可動側のストッパ部７８とによる全閉設定あるいは全開設定のストッパ機構が組み込まれている。

なお、このストッパ機構についての詳細な説明が必要ならば、本願出願人と同一の出願人による特願２００４−２６９２８０号の明細書、図面を参照されたい。

また、この実施形態では、ブロック形状の開閉弁体８１が設けられている。開閉弁体８１は、その外周面から径方向に突設されて下継手１３の内周面に摺接するガイド羽根８２に案内されて、下継手１３内を弁リフト方向に移動し、弁座部２９に着座することにより、弁ポート１２を閉じる。

この実施形態では、下継手１３より横継手１５へ流体が流れる場合、弁ポート１２の前後差圧が開閉弁体８１に対して弁座部２９に着座する方向に作用することにより、開閉弁体８１は流量制御弁体１７の先端部１７Ｂに当接し、流量制御弁体１７が最小流量を設定する弁リフト位置と最大流量を設定する弁リフト位置との間の流量制御域にある状態では、図示されているように、流量制御弁体１７によって押し下げられて弁座部２９より離れた位置に保持され、弁座部２９に着座することを禁止され、弁開状態を保つ。

これに対し、開閉弁体８１は、流量制御弁体１７が流量制御域より最大流量を設定する弁リフト位置を超えて弁開方向に移動（上昇移動）することにより、弁座部２９に着座し得る状態になり、開閉弁体８１に作用する弁ポート１２の前後差圧によって弁座部２９に着座し、弁閉状態、つまり、弁ポート１２を遮蔽する全閉状態になる。

この実施形態では、全閉状態時には、流量制御弁体１７の先端部１７Ｂは、上昇移動によって開閉弁体８１より離れていてもよく、開閉弁体８１は弁ポート１２の前後差圧によって弁座部２９に着座して逆止弁的に弁ポート１２を遮蔽する。したがって、全閉状態時に、雄ねじ部２７と雌ねじ部２８とのねじ係合に弁閉スラスト力が作用することがなく、ねじ係合部に大きい荷重が作用することがない。このことは、ねじ係合部の摩耗軽減、噛み込み（ロック）防止に寄与する。

この実施形態による電動式コントロールバルブでも、ステッピングモータ３０による駆動によって流量制御弁体１７が流量制御域より最大流量を設定する弁リフト位置（全開域）を超えて弁開方向に移動（上昇移動）することにより、開閉弁体８１が弁座部２９に着座して全閉状態になるから、定量的な流量制御を行う比例流量制御弁として機能することに加えて、全開側で、全開位置と全閉位置の２位置を取る開閉弁的な弁動作も行い、全閉位置と全開位置の２位置の電磁開閉弁としても機能する。

この発明による電動式コントロールバルブの他の実施形態を、図１１を参照して説明する。なお、図１１において、図１、図１０に対応する部分は、図１、図１０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。

この実施形態では、流量制御用弁ポートである弁ポート１２と直列の関係で、下継手１３内に全閉用弁座部８４を画定する全閉用弁ポート部材８３が固定装着されている。

開閉弁体８１は、弁ポート１２と全閉用弁座部８４との間にあって流量制御弁体１７の先端頸部１７Ｄと係合している。流量制御弁体１７の流量制御部（ニードル弁部）１８は図１等に示されている実施形態とは反対に、上側が小径の切頭円錐形をしている。

流量制御弁体１７が最小流量を設定する弁リフト位置と最大流量を設定する弁リフト位置との間の流量制御域にある状態では、開閉弁体８１は、図示されているように、流量制御弁体１７によって持ち上げられて全閉用弁座部８４より離れた位置に保持され、全閉用弁座部８４に着座することを禁止され、弁開状態を保つ。

これに対し、開閉弁体８１は、流量制御弁体１７が流量制御域より最大流量を設定する弁リフト位置を超えて弁開方向に移動（降下移動）することにより、全閉用弁座部８４に着座し得る状態になり、開閉弁体８１に作用する全閉用弁ポート部材８３の前後差圧（横継手１５より下継手１３へ流体が流れる場合の差圧）によって全閉用弁座部８４に着座し、弁閉状態、つまり、全閉用弁ポート部材８３を遮蔽する全閉状態になる。

したがって、この実施形態による電動式コントロールバルブでも、ステッピングモータ３０による駆動によって流量制御弁体１７が流量制御域より最大流量を設定する弁リフト位置（全開域）を超えて弁開方向に移動（降下移動）することにより、開閉弁体８１が全閉用弁座部８４に着座して全閉状態になるから、定量的な流量制御を行う比例流量制御弁として機能することに加えて、全開側で、全開位置と全閉位置の２位置を取る開閉弁的な弁動作も行い、全閉位置と全開位置の２位置の電磁開閉弁としても機能する。

この発明による電動式コントロールバルブの他の実施形態を、図１２を参照して説明する。なお、図１２において、図１に対応する部分は、図１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。

この実施形態では、流量制御弁体１７は、弁ポート１２の実効開口面積を弁リフト方向の移動によって増減することにより定量的な流量制御を行う流量制御部１８と、弁ポート１２の弁室１１側の周りに画定された全閉用の弁座部２９に着座することにより弁ポート１２を閉じる全閉部としてのパッキング部材８５を有する。

流量制御弁体１７の流量制御部１８が最小流量を設定する弁リフト位置と最大流量を設定する弁リフト位置との間の流量制御域にある状態では、パッキング部材８５は、弁座部２９より離れた位置にあって弁開状態を保つ。

これに対し、流量制御弁体１７が流量制御域より最大流量を設定する弁リフト位置を超えて弁リフト方向に移動（降下移動）すると、パッキング部材８５が弁座部２９に着座し、弁ポート１２を遮蔽する全閉状態になる。

したがって、この実施形態による電動式コントロールバルブでも、ステッピングモータ３０による駆動によって流量制御弁体１７が流量制御域より最大流量を設定する弁リフト位置（全開域）を超えて弁開方向に移動（降下移動）することにより、パッキング部材８５が弁座部２９に着座して全閉状態になるから、定量的な流量制御を行う比例流量制御弁として機能することに加えて、全開側で、全開位置と全閉位置の２位置を取る開閉弁的な弁動作も行い、全閉位置と全開位置の２位置の電磁開閉弁としても機能する。

この発明による電動式コントロールバルブの他の実施形態を、図１３を参照して説明する。なお、図１３において、図１に対応する部分は、図１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。

この実施形態では、最降下位置にて流量制御弁体１７の流量制御部１８の大径部１８Ａが弁ポート１２に形成されたもう一つの全閉用の弁座部８６に着座する構成になっている。

これにより、この実施形態では、流量制御域より最小流量を設定する弁リフト位置を超えて弁閉方向に移動（降下移動）することによっても、流量制御弁体１７の流量制御部１８の大径部１８Ａが弁座部８６に着座することにより、全閉状態になる。この場合の制御特性は、図１４に示されているようになる。

次に、この発明による冷凍サイクル装置の一つの実施形態を、図１５を参照して説明する。

この実施形態による冷凍サイクル装置は、マルチタイプシステムのものであり、一つの共通室外機１００と、共通室外機１００に対して互いに並列に接続された複数台の室内機１１０とを有する。

共通室外機１００には、圧縮機１０１と、四方弁１０２と、室外熱交換器１０３と、室外機膨張弁１０４とが設けられている。

室内機１１０には、室内熱交換器１１１と、各室内熱交換器１１１毎の室内機膨張弁１１２とが設けられている。

この冷凍サイクル装置は、空気調和装置や冷凍・冷蔵庫等で使用される。空気調和装置での使用では、実線矢印が冷房時の冷媒流れであり、破線矢印が暖房時の冷媒流れである。

室外機膨張弁１０４、室内機膨張弁１１２としては、上述したこの発明による電動式コントロールバルブが用いられる。

マルチタイプシステムでは、冷房運転時のサーモオフ（運転休止）の室内機１１０については、その室内機１１０の室内機膨張弁１１２を全閉状態にすることにより、サーモオフ（運転休止）で、ファン停止の室内機１１０を冷媒が流れることが完全に禁止される。

これにより、ファン停止の室内機１１０を冷媒が漏れ流れることにより、室内熱交換器１１１や配管が過冷却されることがなく、結露や結露水の凍結が回避される。さらに、弁閉動作は徐動であり、電磁開閉弁のような急激な弁閉、弁開動作とは異なるので、ウォータハンマの発生防止にも効果がある。

この発明による電動式コントロールバルブの一つの実施形態を示す断面図である。この実施形態による電動式コントロールバルブの制御特性を示すグラフである。この発明による電動式コントロールバルブの他の実施形態を示す断面図である。この発明による電動式コントロールバルブの他の実施形態を示す断面図である。この発明による電動式コントロールバルブの他の実施形態を示す断面図である。この発明による電動式コントロールバルブの他の実施形態を示す断面図である。図６の線Ａ−Ａに沿った断面図である。図６の線Ａ−Ａに沿った他の実施形態を示す断面図である。この発明による電動式コントロールバルブの他の実施形態を示す断面図である。この発明による電動式コントロールバルブの他の実施形態を示す断面図である。この発明による電動式コントロールバルブの他の実施形態を示す断面図である。この発明による電動式コントロールバルブの他の実施形態を示す断面図である。この発明による電動式コントロールバルブの他の実施形態を示す断面図である。他の実施形態による電動式コントロールバルブの制御特性を示すグラフである。この発明による冷凍サイクル装置の一つの実施形態を示す冷媒回路図である。

符号の説明

１０、５０弁ハウジング
１１、５１弁室
１２、５２弁ポート
１３下継手
１４、５４第１の入出ポート
１５横継手
１６、５６第２の入出ポート
１７流量制御弁体
１８流量制御部
１９弁支持筒体
２０取付板
２１固定支持部材（雌ねじ部材）
２２、５７ガイド孔
２３雄ねじ軸
２４高滑性ワッシャ
２５圧縮コイルばね
２６押圧部材
２７雄ねじ部
２８雌ねじ部
２９、５９弁座部
３０ステッピングモータ
３１ロータケース
３２ロータ
３３ステータコイルユニット
３４ガイド支持軸
３５螺旋ガイド線体
３６固定ストッパ部
３７可動ストッパ部材
３８突起部
３９、６２軸受部材
４１弁ホルダ
４２ボール弁
４３圧縮コイルばね
４４フラット弁
５３下横継手
５５上横継手
５８雌ねじ部材
６０、６１ばねリテーナ
６３スライドガイドホルダ
６４駆動棒
６５スプライン継手部材
６６ハブ部材
６７スプライン孔
６８円錐コイルばね
６９貫通孔
７０遊星歯車式減速装置
７１リングギア
７２サンギア
７３キャリア
７４軸
７５プラネタリピニオン
７７ストッパ部材
７８ストッパ部
８１開閉弁体
８２ガイド羽根
８３全閉用弁ポート部材
８４全閉用弁座部
８５パッキング部材（全閉部）
８６弁座部
９１一文字部材
９２キー部
９３キー溝
９４ロータ軸
１００共通室外機
１０１圧縮機
１０２四方弁
１０３室外熱交換器
１０４室外機膨張弁
１１０室内機
１１１室内熱交換器
１１２室内機膨張弁

Claims

雄ねじ部材と雌ねじ部材とのねじ係合による送りねじ機構を含み、前記送りねじ機構を電動モータによって回転駆動し、送りねじ機構によって回転運動を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流量制御弁体を弁リフト方向に移動させる電動式コントロールバルブにおいて、
前記流量制御弁体は、弁ハウジングに形成されている弁ポートの実効開口面積を弁リフト方向の移動によって増減することにより定量的な流量制御を行う流量制御部と、前記弁ポートの周りに画定された全閉用の弁座部に着座することにより前記弁ポートを閉じる全閉部とを有し、
前記流量制御部は、前記流量制御弁体の弁リフト方向の移動により、最小流量を設定する弁リフト位置と最大流量を設定する弁リフト位置とを設定されるとともに、その両弁リフト位置間に定量的な流量制御を行う流量制御域を設定され、
前記全閉部は、前記流量制御弁体が前記流量制御域より最大流量を設定する前記弁リフト位置を超えて弁開方向に移動することにより全閉状態になる全閉位置を設定されている電動式コントロールバルブ。
電動モータと、
前記電動モータによって回転駆動され、回転運動を直線運動に変換する送りねじ機構と、
弁ポートを具備した弁ハウジングと、
前記送りねじ機構の直線運動によって弁リフト方向に駆動され、前記弁ポートの実効開口面積を増減することにより最小流量を設定する弁リフト位置と最大流量を設定する弁リフト位置との間で定量的な流量制御を行う流量制御弁体と、
前記弁ポートの周りに画定された全閉用の弁座部に着座することにより前記弁ポートを閉じる開閉弁体とを有し、
前記開閉弁体は、前記流量制御弁体が最小流量を設定する弁リフト位置と最大流量を設定する弁リフト位置との間の流量制御域にある状態では当該流量制御弁体によって前記弁座部より離れた位置に保持されて前記弁座部に着座することを禁止され、前記流量制御弁体が前記流量制御域より最大流量を設定する前記弁リフト位置を超えて弁開方向に移動することにより前記弁座部に着座し得る状態になる電動式コントロールバルブ。
前記流量制御弁体は、前記流量制御域より最小流量を設定する前記弁リフト位置を超えて弁リフト方向に移動することにより、前記弁ポートの周りに画定されたもう一つの全閉用の弁座部に着座して全閉状態を成立する請求項２記載の電動式コントロールバルブ。
電動モータと、
前記電動モータによって回転駆動され、回転運動を直線運動に変換する送りねじ機構と、
流量制御用弁ポートと全閉用弁座部を画定する全閉用弁ポートとを直列の関係で具備した弁ハウジングと、
前記送りねじ機構の直線運動によって弁リフト方向に駆動され、前記流量制御用弁ポートの実効開口面積を増減することにより最小流量を設定する弁リフト位置と最大流量を設定する弁リフト位置との間で定量的な流量制御を行う流量制御弁体と、
前記全閉用弁ポートによって画定された前記弁座部に着座することにより当該全閉用弁ポートを閉じる開閉弁体とを有し、
前記開閉弁体は、前記流量制御弁体が最小流量を設定する弁リフト位置と最大流量を設定する弁リフト位置との間の流量制御域にある状態では当該流量制御弁体によって前記弁座部より離れた位置に保持されて前記全閉用弁座部に着座することを禁止され、前記流量制御弁体が前記流量制御域より最大流量を設定する前記弁リフト位置を超えて弁開方向に移動することにより前記弁座部に着座し得る状態になる電動式コントロールバルブ。
前記開閉弁体は前記弁ポートの前後差圧を前記弁座部に着座する方向に及ぼされる請求項２〜４の何れか１項記載の電動式コントロールバルブ。
前記弁座部に着座する弁閉方向に前記開閉弁体を付勢するばねを有する請求項２〜５の何れか１項記載の電動式コントロールバルブ。
請求項１〜６の何れか１項記載の電動式コントロールバルブを膨張弁として冷媒回路中に有する冷凍サイクル装置。
前記冷凍サイクル装置は、一台の共通室外機に対して複数台の室内機が並列に接続されているマルチタイプの冷凍サイクル装置である請求項７記載の冷凍サイクル装置。