JP6293047B2

JP6293047B2 - 電動弁

Info

Publication number: JP6293047B2
Application number: JP2014257016A
Authority: JP
Inventors: 和之浅野; 治高見
Original assignee: Pacific Industrial Co Ltd
Current assignee: Pacific Industrial Co Ltd
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2018-03-14
Anticipated expiration: 2034-12-19
Also published as: JP2016118223A

Description

本発明は、弁体を直動させて弁口を開閉する電動弁に関する。

従来、この種の電動弁として、弁体を閉弁側にバネで付勢し、モータで弁体を開弁側に移動する構造のものが知られている。そのような電動弁のなかには、弁体に貫通孔を形成して閉弁状態でその貫通孔をシャフトにて閉塞し、開弁する際にシャフトを後退させて貫通孔を開放してから、シャフトに備えたフランジを弁体の一部に当接させて弁体も後退させ、弁口を開くものもある（例えば、特許文献１参照）。

実開平６−０２４２８２号公報（段落［００１６］，［００１７］,及び図１）

しかしながら、従来の電動弁の構造では、流体圧力に打ち勝って弁体を駆動する必要があるので、弁口の口径が大きいと、その分、大きな駆動力が必要になる。また、弁体に貫通孔が形成されている電動弁では、貫通孔の開放により弁体にかかる流体圧力が下がるものの、貫通孔の口径が小さいと流体圧力は僅かしか下がらず、逆に貫通孔の口径が大きいと、貫通孔を閉塞する第２の弁体としてのシャフトにかかる流体圧力が大きくなり、結局は、大きな駆動力が必要になる。このため、従来の電動弁では、弁口の口径の大型化に伴い、消費電力が増加することが問題になっていた。また、弁口の口径が大きくなくても、現状より消費電力を抑えたいという要望もある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、従来より消費電力を抑えることが可能な電動弁の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明は、ベース部材（１１）と、前記ベース部材（１１）に形成され、第１弁口（２４）を挟んで対向する第１部屋（２１）と第２部屋（２２）と、前記ベース部材（１１）に形成され、前記第２部屋（２２）に対して第２弁口（２５）を挟んで前記第１部屋（２１）とは反対側から対向する第３部屋（２３）と、前記第１部屋（２１）のうち前記第１弁口（２４）との対向面に形成された支持凹部（１３Ｋ）と、前記支持凹部（１３Ｋ）に直動可能に嵌合した第１弁体（１４）と、前記第１弁体（１４）に設けられ、前記第１弁口（２４）の開口縁の弁座（２４Ｚ）に接離する環状当接部（１４Ｂ）と、前記第１弁体（１４）のうち前記環状当接部（１４Ｂ）の内側部分を貫通して前記支持凹部（１３Ｋ）の内外を連通する第１弁体貫通孔（１４Ｃ）と、前記第１弁体貫通孔（１４Ｃ）を除き、前記支持凹部（１３Ｋ）の内部を密閉するシール部材（１３Ｅ）と、前記第２弁口（２５）を貫通し、前記第２部屋側から前記第１弁体（１４）に対して前進して当接する一方、後退して前記第１弁体（１４）から離間する直動シャフト（１７）と、前記直動シャフト（１７）を前進及び後退させる駆動源（５０，６０）と、前記環状当接部（１４Ｂ）が前記弁座（２４Ｚ）に当接するように前記第１弁体（１４）を付勢する弾性部材（１５）と、前記直動シャフト（１７）の軸方向の中間部を縮径してなる第２弁体（１８）と、前記第１部屋（２１）に連通した第１流路（３１）と、前記第２部屋（２２）に連通し、前記環状当接部（１４Ｂ）が前記弁座（２４Ｚ）に当接した閉弁状態で前記第１流路（３１）から遮断される第２流路（３２）と、前記第３部屋（２３）に連通した第３流路（３３）と、を有し、前記第２流路（３２）は、前記第１流路（３１）及び第３流路（３３）より上流に配置され、前記直動シャフト（１７）が前記第１弁体（１４）に接触している間は、前記直動シャフト（１７）と前記第２弁口（２５）との間の隙間が一定に維持されると共に、前記直動シャフト（１７）が前記第１弁体（１４）から離間していくときに前記直動シャフト（１７）と前記第２弁口（２５）との隙間が拡がるように前記第２弁体（１８）が配置されている電動弁（１０，１０Ｗ）である。

請求項２の発明は、ベース部材（１１）と、前記ベース部材（１１）に形成され、第１弁口（２４）を挟んで対向する第１部屋（２１）と第２部屋（２２）と、前記ベース部材（１１）に形成され、前記第２部屋（２２）に対して第２弁口（２５）を挟んで前記第１部屋（２１）とは反対側から対向する第３部屋（２３）と、前記第１部屋（２１）のうち前記第１弁口（２４）との対向面に形成された支持凹部（１３Ｋ）と、前記支持凹部（１３Ｋ）に直動可能に嵌合した第１弁体（１４）と、前記第１弁体（１４）に設けられ、前記第１弁口（２４）の開口縁の弁座（２４Ｚ）に接離する環状当接部（１４Ｂ）と、前記第１弁体（１４）のうち前記環状当接部（１４Ｂ）の内側部分を貫通して前記支持凹部（１３Ｋ）の内外を連通する第１弁体貫通孔（１４Ｃ）と、前記第１弁体貫通孔（１４Ｃ）を除き、前記支持凹部（１３Ｋ）の内部を密閉するシール部材（１３Ｅ）と、前記第２弁口（２５）を貫通し、前記第２部屋側から前記第１弁体（１４）に対して前進して当接する一方、後退して前記第１弁体（１４）から離間する直動シャフト（１７）と、前記直動シャフト（１７）を前進及び後退させる駆動源（５０，６０）と、前記環状当接部（１４Ｂ）が前記弁座（２４Ｚ）に当接するように前記第１弁体（１４）を付勢する弾性部材（１５）と、前記直動シャフト（１７）の軸方向の中間部を縮径してなる第２弁体（１８）と、前記第１部屋（２１）に連通した第１流路（３１）と、前記第２部屋（２２）に連通し、前記環状当接部（１４Ｂ）が前記弁座（２４Ｚ）に当接した閉弁状態で前記第１流路（３１）から遮断される第２流路（３２）と、前記第１流路（３１）と前記第３部屋（２３）とを常時連絡した連絡流路（５３）と、を有し、前記第１流路（３１）は、前記第２流路（３２）より上流に配置され、前記直動シャフト（１７）が前記第１弁体（１４）に接触している間は、前記直動シャフト（１７）と前記第２弁口（２５）との間の隙間が一定に維持されると共に、前記直動シャフト（１７）が前記第１弁体（１４）から離間していくときに前記直動シャフト（１７）と前記第２弁口（２５）との隙間が拡がるように前記第２弁体（１８）が配置されている電動弁（１０Ｖ，１０Ｘ）である。

請求項３の発明は、前記第２部屋（２２）を、前記第１部屋（２１）側のメイン第２部屋（２２Ａ）と、前記第３部屋（２３）側のサブ第２部屋（２２Ｂ）とに区画して、それらメイン第２部屋（２２Ａ）とサブ第２部屋（２２Ｂ）との間の流体の移動を規制する部屋区画壁（１２Ｈ）を備え、前記第２流路（３２）は、前記メイン第２部屋（２２Ａ）に連通しているメイン第２流路（３２Ａ）と、前記サブ第２部屋（２２Ｂ）に連通しているサブ第２流路（３２Ｂ）とからなる請求項２に記載の電動弁（１０Ｖ，１０Ｘ）である。

請求項４の発明は、前記第１弁口（２４）の内径と前記支持凹部（１３Ｋ）の内径とが略同一である請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載の電動弁（１０，１０Ｖ，１０Ｗ，１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚ，１００Ｖ）である。

請求項５の発明は、前記第１弁体（１４）には、前記第２弁体（１８）側に向かってテーパー状に縮径した前記環状当接部としての第１テーパー面（１４Ｂ）が形成され、前記第２弁体（１８）には、前記第１弁体（１４）側に向かってテーパー状に縮径し、前記直動シャフト（１７）が前記第１弁体（１４）から離間していくときに前記第２弁口（２５）から徐々に離間していく第２テーパー面（１８Ａ）が形成され、前記直動シャフト（１７）を位置制御可能な前記駆動源（５０）としてのモータ（５０）を備えた請求項１乃至４の何れか１の請求項に記載の電動弁（１０，１０Ｖ）である。

本発明の電動弁（１０，１０Ｖ，１０Ｗ，１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚ，１００Ｖ）では、第１弁体（１４）が支持凹部（１３Ｋ）に直動可能に支持され、その第１弁体（１４）のうち第１弁口（２４）の弁座（２４Ｚ）に当接する環状当接部（１４Ｂ）より内側に第１弁体貫通孔（１４Ｃ）が形成されている。そして、第１弁体貫通孔（１４Ｃ）を除き支持凹部（１３Ｋ）の内部が密閉されているので、第１弁体（１４）が第１弁口（２４）を閉弁した状態になると、第１弁体（１４）が位置する第１部屋（２１）とは第１弁口（２４）を挟んで反対側の第２部屋（２２）の内圧と支持凹部（１３Ｋ）の内圧とが同じになる。これにより、第２部屋（２２）の内圧により第１弁体（１４）が第１部屋（２１）側に押される負荷の少なくとも一部と、支持凹部（１３Ｋ）の内圧により第１弁体（１４）が第２部屋（２２）側に押される負荷とが相殺される。即ち、本発明によれば、第１弁口（２４）の口径を大きくしても、閉弁状態で第１弁体（１４）にかかる流体圧力による負荷が抑えられ、従来より電動弁の消費電力を抑えることが可能になる。ここで、第１弁口（２４）の内径と支持凹部（１３Ｋ）の内径とが異なっていてもよいが、請求項４の構成のように、第１弁口（２４）の内径と支持凹部（１３Ｋ）の内径とを略同一にすれば、閉弁状態で第１弁体（１４）が流体圧力によって受ける負荷が略０になり、従来より大幅に電動弁の消費電力を抑えることが可能になる。

請求項１の構成によれば、直動シャフト（１７）が前進すると、第１弁体（１４）が直動シャフト（１７）に押圧されて第１弁口（２４）が開き、第２流路（３２）から第１流路（３１）へと流体が流れる。一方、直動シャフト（１７）が後退すると、弾性部材（１５）によって第１弁体（１４）が直動シャフト（１７）側に押し戻されて第１弁口（２４）が閉塞されると共に、直動シャフト（１７）の中間部の第２弁体（１８）と第２弁口（２５）との間が開いて、第２流路（３２）から第３流路（３３）へと流体が流れる。即ち、第１弁口（２４）及び第２弁口（２５）の異なる２つの弁口を使用して大流量と小流量とに分けて弁口の開閉を行うことができる。

請求項２の構成によれば、直動シャフト（１７）が前進すると、第１弁体（１４）が直動シャフト（１７）に押圧されて第１弁口（２４）が開き、第１流路（３１）から第２流路（３２）へと流体が流れる。一方、直動シャフト（１７）が後退すると、弾性部材（１５）によって第１弁体（１４）が直動シャフト（１７）側に押し戻されて第１弁口（２４）が閉塞されると共に、直動シャフト（１７）の中間部の第２弁体（１８）と第２弁口（２５）との間が開き、第１流路（３１）から連絡流路（５３）、第３部屋（２３）、さらには、第２部屋（２２）を経て第２流路（３２）へと流体が流れる。即ち、第１弁口（２４）及び第２弁口（２５）の異なる２つの弁口を使用して大流量と小流量とに分けて弁口の開閉を行うことができる。この場合、請求項３のように、第２部屋（２２）をメイン第２部屋（２２Ａ）とサブ第２部屋（２２Ｂ）とに区画し、第２流路（３２）をメイン第２部屋（２２Ａ）に連通するメイン第２流路（３２Ａ）とサブ第２部屋（２２Ｂ）に連通するサブ第２流路（３２Ｂ）とに分け、直動シャフト（１７）が前進して第１弁口（２４）を開くことで第１流路（３１）からメイン第２流路（３２Ａ）に流体を流し、直動シャフト（１７）を後退させて第２弁口（２５）を開くことで第１流路（３１）からサブ第２流路（３２Ｂ）に流体を流してもよい。

請求項５の電動弁（１０，１０Ｖ）によれば、モータ（５０）で直動シャフト（１７）の位置を制御して第１弁口（２４）及び第２弁口（２５）の開度をそれぞれ徐々に変更し、流量を細かく制御することが可能になる。

本発明の第１実施形態に係る電動弁の側断面図電動弁の第１弁口と第２弁口とが閉じた状態の側断面図電動弁の第１弁口が閉じ、第２弁口が開いた状態の側断面図直動シャフトの位置と流量との関係を示したグラフ第２実施形態の電動弁の側断面図電動弁の第１弁口と第２弁口とが閉じた状態の側断面図電動弁の第１弁口が閉じ、第２弁口が開いた状態の側断面図第３実施形態の電動弁の側断面図第４実施形態の電動弁の側断面図第５実施形態の電動弁の側断面図第６実施形態の電動弁の側断面図第７実施形態の電動弁の一部側断面図直動シャフトの位置と流量との関係を示したグラフ

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態の電動弁１０は、ベース部材１１の内部に第１と第２の弁口２４，２５を有し、それらの弁開度を第１と第２の弁体１４，１８にて変更して第２流路３２から第１又は第３の流路３１，３３に流れる流体の流量を制御するものである。

ベース部材１１は、例えば直方体状のベース本体１１Ｈが有するセンター孔１２に下端詰栓１３と駆動源ベース１６とを組み付けてなる。センター孔１２は、ベース本体１１Ｈを上下に貫通し、下端側から順番に並んだ下端螺子孔部１２Ａ、下側大径孔部１２Ｂ、中央小径孔部１２Ｃ、上側中径孔部１２Ｄ、上側大径孔部１２Ｅ及び上端螺子孔部１２Ｆに分かれていて、中央小径孔部１２Ｃの内径が最も小さく、そこから上側及び下側に向かって内径が段階的に大きくなっている。そして、センター孔１２の下端側に下端詰栓１３が組み付けられる一方、上端側に駆動源ベース１６が組み付けられている。

下端詰栓１３は、上端開放、下端有底の筒形構造をなし、その下端部の外周面が段付き状に拡径され、そこに雄螺子部１３Ｎが形成されている。そして、雄螺子部１３Ｎがセンター孔１２の下端螺子孔部１２Ａに締め付けられると共に、雄螺子部１３Ｎの上端側の段差面が、センター孔１２における下端螺子孔部１２Ａと下側大径孔部１２Ｂとの段差面に押し当てられて位置決めされている。また、下端詰栓１３の上端面は下側大径孔部１２Ｂにおける軸方向の中間に位置し、下側大径孔部１２Ｂの内側部分のうち下端詰栓１３より上側が本発明に係る第１部屋２１になっている。さらに、中央小径孔部１２Ｃの内側は、本発明に係る第２部屋２２になっていて、第１部屋２１内に臨んだ第２部屋２２の開口が、本発明に係る第１弁口２４をなし、第１弁口２４における開口縁のエッジ部分が本発明に係る弁座２４Ｚになっている。

下端詰栓１３は、その筒形構造部分における上下方向の中間位置で上側の上端スリーブ１３Ｂと下側の詰栓本体１３Ａとに分割されている。詰栓本体１３Ａに残された筒形構造部分は、上端部が段付き状に縮径された小径軸部１３Ｆになっている。これに対し、上端スリーブ１３Ｂは、筒体の下端部の内径を拡径して大径孔部１３Ｇとした構造をなし、その大径孔部１３Ｇが詰栓本体１３Ａの小径軸部１３Ｆの外側に嵌合されている。また、上端スリーブ１３Ｂの上端部の内周面と小径軸部１３Ｆの内周面とが面一になると共に、上端スリーブ１３Ｂの外周面と、詰栓本体１３Ａにおける前述の雄螺子部１３Ｎ及び後述のＯリング溝１３Ｃを除いた部分の外周面とが面一になっている。

詰栓本体１３Ａの外周面のうち雄螺子部１３Ｎと上端スリーブ１３Ｂとの間には、Ｏリング溝１３Ｃが形成され、そこに装着されたＯリング１３Ｄが下側大径孔部１２Ｂの内周面に密着している。また、上端スリーブ１３Ｂと小径軸部１３Ｆとの間には、シート状のシール部材１３Ｅが挟持され、下端詰栓１３の筒形構造部分の内周面から突出している（図には表れず）。

一方、駆動源ベース１６は、後述する駆動源ユニット４０の構成部品にもなっていて、下方に向かって段階的に外径が小さくなった円柱構造をなしている。そして、駆動源ベース１６の上端側の大径部分に雄螺子部１６Ｎが形成され、雄螺子部１６Ｎがセンター孔１２の上端螺子孔部１２Ｆに締め付けられると共に、下端面をセンター孔１２における上側中径孔部１２Ｄと中央小径孔部１２Ｃとの段差面に押し当てて位置決めされている。

駆動源ベース１６の外周面のうち雄螺子部１６Ｎより下側には、大径軸部１６Ａ、小径軸部１６Ｂ及びテーパー軸部１６Ｃが順番に備えられている。そして、大径軸部１６Ａと小径軸部１６Ｂとの段差面が、センター孔１２の上側大径孔部１２Ｅの中間位置に配置されて、小径軸部１６Ｂの周囲に環状空間２６が形成されている。なお、テーパー軸部１６Ｃは、センター孔１２の上側大径孔部１２Ｅと上側中径孔部１２Ｄとの段差角部に突き合わされ、テーパー軸部１６Ｃと上側中径孔部１２Ｄとの間にＯリング１６Ｄが設けられている。

駆動源ベース１６の中心には貫通孔１６Ｈが形成され、その貫通孔１６Ｈの下端部が段付き状に絞られて本発明に係る第２弁口２５になっている。また、第２弁口２５の内面は均一径をなして所定長（後述する第１弁体１４のストローク分）だけ延びている。さらに、貫通孔１６Ｈの上端寄り位置にはシャフト支持スリーブ１６Ｆが嵌合されている。そして、貫通孔１６Ｈのうちシャフト支持スリーブ１６Ｆと第２弁口２５との間が、本発明に係る第３部屋２３になっている。また、駆動源ベース１６の下端寄り位置には、貫通孔１６Ｈと直交するように連通路１６Ｇが形成されて、第３部屋２３と環状空間２６とを連絡している。

ベース部材１１には、第１部屋２１に一端部が連通した第１流路３１と、第２部屋２２に一端部が連通した第２流路３２と、第３部屋２３に一端部が連通した第３流路３３とが形成され、それら第１〜第３の各流路３１，３２，３３の他端部がベース部材１１の外側面に開口している。そして、第１流路３１と第２流路３２との間に第１弁口２４が位置し、その第１弁口２４を開閉するための第１弁体１４が第１部屋２１に収容されている。

第１弁体１４は、下端開放、上端有底の筒形構造をなして、第１弁体１４の軸方向の中間部より下側が、下端詰栓１３の筒形構造部分の内側に直動可能に嵌合されている。ここで、下端詰栓１３の筒形構造部分の内側は、本発明に係る支持凹部１３Ｋになっていて、支持凹部１３Ｋの内径は第１弁口２４の内径（即ち、中央小径孔部１２Ｃの内径）と略同一になっている。また、第１弁体１４の内側には本発明に係る「弾性部材」としての圧縮コイルバネ１５が収容され、その下端部が第１弁体１４より下方に突出して支持凹部１３Ｋ内の底面に当接している。そして、圧縮コイルバネ１５の弾発力によって第１弁体１４が第１弁口２４側に付勢されている。

第１弁体１４の外側面の上端部からは鍔部１４Ａが側方に突出していて、鍔部１４Ａの上面側は、テーパー面１４Ｂ（本発明の「第１テーパー面」及び「環状当接部」に相当する）になっている。テーパー面１４Ｂは、上方に向かって縮径していて、そのテーパー面１４Ｂの上端部の外径は第１弁口２４の内径より小さく、下端部の外径は第１弁口２４の内径より大きくなっている。そして、テーパー面１４Ｂが第１弁口２４の開口縁のエッジ部分である弁座２４Ｚに当接する。

第１弁体１４の上端部には、テーパー面１４Ｂより内側部分を上下方向に貫通する複数の第１弁体貫通孔１４Ｃが設けられている。また、第１弁体１４の外周面と支持凹部１３Ｋの内周面とは、前述のシール部材１３Ｅによって密閉されている。これにより、支持凹部１３Ｋ内は第１弁体貫通孔１４Ｃを介してのみ外部に連通し、第１弁体１４が第１弁口２４を閉じた閉弁状態になると、支持凹部１３Ｋ内と第２部屋２２内の内圧が同じになる。

第１弁体１４は、第２部屋２２側から直動シャフト１７に押圧されて開弁側に移動する。直動シャフト１７は、駆動源ベース１６と同様に駆動源ユニット４０の構成部品であり、その駆動源ユニット４０は以下のように構成されている。即ち、駆動源ユニット４０には、駆動源ベース１６に固定された筒形ケース４１が備えられている。筒形ケース４１は、薄肉の円筒管４１Ａの上端部を上蓋部材４１Ｂで閉塞してなり、上蓋部材４１Ｂが貫通孔１６Ｈの上端部を拡径してなるケース嵌合部１６Ｌに嵌合されかつ溶接されている。なお、この筒形ケース４１により、駆動源ベース１６の貫通孔１６Ｈのうちシャフト支持スリーブ１６Ｆより上側部分が密閉されている。

筒形ケース４１の外側にはリング状の界磁巻線ユニット４６が嵌合される一方、筒形ケース４１の内側には、ロータ４９が回転可能に収容されて、これら界磁巻線ユニット４６とロータ４９とを主要部としたステッピングモータ５０（本発明の「駆動源」に相当する）が構成されている。なお、界磁巻線ユニット４６は、コネクタを介してコントローラに接続可能になっている。

ロータ４９を回転可能に支持するために、筒形ケース４１の下端部が内側に直角曲げされて台座部４１Ｆが形成され、その台座部４１Ｆに固定されて上方に起立した筒形ブラケット４２の内側に支持スリーブ４３が固定されている。これに対し、ロータ４９は、上端有底、下端開放の筒形界磁部４５の上部中心にロッド部４４を貫通状態に固定した構造をなしている。そして、ロッド部４４のうち筒形界磁部４５内に位置している部分の上端部が、支持スリーブ４３内の上端部に直動可能かつ回転可能に支持され、ロッド部４４の下端部に形成された雄螺子部４４Ｂが、支持スリーブ４３の下端部に形成された雌螺子部４３Ｎに螺合している。また、筒形界磁部４５は、支持スリーブ４３を外側から覆った状態で筒形ケース４１の内面に隣接している。そして、界磁巻線ユニット４６と筒形界磁部４５との間の磁力によってロータ４９が回転駆動されながら上下動する。

なお、ロッド部４４のうち筒形界磁部４５より上側部分には、線材を螺旋状に巻き付けた螺旋ガイド４６Ｇが備えられ、その螺旋ガイド４６Ｇに係合しているストッパリング４７のアーム部４７Ａが、筒形ケース４１の上蓋部材４１Ｂから垂下されたストッパシャフト４８に当接している。そして、ロータ４９が回転すると、ストッパリング４７が螺旋ガイド４６Ｇに対して相対回転して上下動し、螺旋ガイド４６Ｇの上端部又は下端部まで移動したときに回動不能となってロータ４９の回転を規制する。

また、ロッド部４４の下端部は下端開放の筒部４４Ｃになっていて、その筒部４４Ｃ内に圧縮コイルバネ５１が収容され、その下方に直動シャフト１７の上端部が直動可能に収容されている。また、直動シャフト１７の上端に備えたフランジ１７Ｆが、筒部４４Ｃの下端部に嵌合固定されたブッシュ４４Ｔに上方から当接して筒部４４Ｃ内に抜け止めされている。そして、直動シャフト１７がロータ４９と共に上下動する。

直動シャフト１７は、フランジ１７Ｆから第２弁口２５の近傍位置まで均一外径をなし、第２弁口２５の近傍位置でテーパー状に縮径され、そこからさらに先端まで均一外径をなしている。そして、その直動シャフト１７のテーパー状に縮径した部分が本発明に係る第２弁体１８になっている。また、直動シャフト１７のうち第２弁体１８より基端側のシャフト基端部１９Ａは、シャフト支持スリーブ１６Ｆに直動可能に支持されている。また、シャフト基端部１９Ａの外径は、第２弁口２５の内径より僅かに小さいが、図１には、シャフト基端部１９Ａと第２弁口２５との間の隙間が強調して示されている。

直動シャフト１７の先端は平坦面になっていて、第１弁体１４の上面中央に対向している。これに対し、第１弁体１４の上面中央からは中央突部１４Ｄが突出し、その先端面は外縁部が上方に迫り上がり、外縁部以外の全体が平坦面になっている。そして、直動シャフト１７が下方に前進すると、図１に示すように、直動シャフト１７の先端面が中央突部１４Ｄの先端の平坦部分に面当接して第１弁体１４を下方に押し下げ、直動シャフト１７が上方に後退すると、図３に示すように第１弁体１４から離間する。

第１弁体１４に直動シャフト１７の先端面が当接しかつ第１弁体１４によって第１弁口２４が閉弁されている状態では、図２に示すように、第２弁体１８におけるシャフト基端部１９Ａとの境界部分（以下、「第２弁体１８の上端境界部」という）が第２弁口２５内の上端に位置する。また、直動シャフト１７が第１弁体１４をその可動範囲の最も下端となる位置まで押し下げた状態では、図１に示すように、第２弁体１８の上端境界部が、第２弁口２５内の下端寄り位置に位置する。そして、図３に示すように、直動シャフト１７が第１弁体１４から離間すると、第２弁体１８の上端境界部が、第２弁口２５の上方にずれて第２弁体１８のテーパー面１８Ａ（本発明の「第２テーパー面」に相当する）の途中部分に第２弁口２５の上面側の開口縁のエッジ部が対向し、直動シャフト１７が上方に移動するに従って第２弁口２５と第２弁体１８との隙間が徐々に大きくなる。

即ち、直動シャフト１７が第１弁体１４に接触しているだけの状態では、第１弁口２４と第２弁口２５とが共に閉弁状態となり、そこから直動シャフト１７が前進して第１弁体１４を押し下げるに従い第１弁口２４の開度が大きくなり、その間、第２弁口２５は第２弁体１８によって閉弁状態に維持される一方、直動シャフト１７が第１弁体１４に接触しているだけの状態から直動シャフト１７が後退していくと第２弁口２５の開度が大きくなっていき、その間、第１弁口２４は第１弁体１４によって閉弁状態に維持される。

本実施形態の電動弁１０の構造に関する説明は以上である。次に、この電動弁１０の作用効果について説明する。本実施形態の電動弁１０は、流体回路の途中に取り付けられ、第２流路３２が第１流路３１及び第３流路３３より上流側に配置される。そして、直動シャフト１７の直動位置をステッピングモータ５０にて制御することで第２流路３２から第１流路３１又は第３流路３３に流れる流体の流量が制御される。

ここで、図４には、直動シャフト１７を最も前進（図１において降下）させた位置を原点として、そこから徐々に直動シャフト１７を後退させたときに、直動シャフト１７の直動位置と第２流路３２を通過する流量との関係が示されている。直動シャフト１７を最も前進させたときには、第１弁口２４の開度が最大になり、第１弁口２４を通して第２流路３２から第１流路３１に流れる流量が最大になる。そこから直動シャフト１７を後退させていくと第１弁口２４の開度が徐々に小さくなり、それに伴って、第２流路３２から第１流路３１に流れる流量が減少していき、やがて第１弁口２４の開度及び流量が共に０になる。そして、さらに直動シャフト１７を後退させると、今度は第２弁口２５の開度が徐々に大きくなって第２流路３２から第３流路３３に流れる流量が増加していく。本実施形態の電動弁１０では、このように第１弁口２４と第２弁口２５との２つの異なる弁口で流量を制御することができる。また、図４に示すように、第１弁口２４を通して流体が流れるときと、第２弁口２５を通して流体が流れるときとでは、直動シャフト１７の移動距離に対して第２流路３２を流れる流量の変化量が異なるので、このことを利用した流量制御が可能になる。

ところで、大流量が流れ得る第１弁口２４が第１弁体１４によって閉じられた状態から第１弁体１４を開弁側に移動する際には、従来では、大きな駆動力が必要であったが、本実施形態の電動弁１０では、小さな駆動力で第１弁体１４を開弁側に移動することができる。即ち、本実施形態の電動弁１０では、第１弁体１４が支持凹部１３Ｋに直動可能に支持され、その第１弁体１４のうち第１弁口２４の弁座２４Ｚに当接するテーパー面１４Ｂより内側に第１弁体貫通孔１４Ｃが形成されている。そして、第１弁体貫通孔１４Ｃを除き支持凹部１３Ｋの内部が密閉されているので、第１弁体１４が第１弁口２４を閉弁した状態になると、第１弁体１４が位置する第１部屋２１とは第１弁口２４を挟んで反対側の第２部屋２２の内圧と支持凹部１３Ｋの内圧とが同じになる。しかも、第１弁口２４の内径と支持凹部１３Ｋの内径とが略同一になっているので、第１弁口２４が閉弁状態で第１弁体１４が第２部屋２２側から流体圧力によって押される力と支持凹部１３Ｋ側から流体圧力によって押される力とが同じになって相殺される。また、第１部屋２１内の流体圧力も、第１弁体１４の縁部１４Ａに対して上下両方からかかる流体圧力が相殺し合う。これにより、第１弁体１４が、直動方向で流体圧力によって受ける負荷は０になる。つまり、本実施形態の電動弁１０では、第１弁口２４の口径を大きくしても、閉弁状態で第１弁体１４にかかる流体圧力による負荷を小さく抑えることができ、従来より電動弁の消費電力を抑えることが可能になる。

［第２実施形態］
本実施形態の電動弁１０Ｖは、図５〜図７に示されている。以下、第１実施形態の電動弁１０と異なる構成に関してのみ説明する。この電動弁１０Ｖでは、前記第１実施形態の第２部屋２２が、ベース部材１１に設けられた部屋区画壁１２Ｈによって第１部屋２１側のメイン第２部屋２２Ａと、第３部屋２３側のサブ第２部屋２２Ｂとに区画されている。そして、第１実施形態の第２流路３２が、メイン第２部屋２２Ａに連通しているメイン第２流路３２Ａと、サブ第２部屋２２Ｂに連通しているサブ第２流路３２Ｂとに分かれている。また、部屋区画壁１２Ｈに貫通孔１２Ｇが形成され、そこに直動シャフト１７における第２弁体１８より先端側の小径部分が貫通している。そして、部屋区画壁１２Ｈ及び直動シャフト１７によりメイン第２部屋２２Ａとサブ第２部屋２２Ｂとの間で流体の移動が規制されている。さらに、ベース部材１１には、第１流路３１と第３部屋２３との間を連絡する連絡流路５３が設けられている。そして、この電動弁１０Ｖでは、第１流路３１がメイン第２流路３２Ａ及びサブ第２部屋２２Ｂより上流側に接続される。

この構成により、本実施形態の電動弁１０Ｖでは、直動シャフト１７が前進して第１弁体１４が押圧され、第１弁口２４が開くと、図５に示すように、第１流路３１から第１部屋２１、第１弁口２４、メイン第２部屋２２Ａを経てメイン第２流路３２Ａへと流体が流れる。そして、図６に示すように、直動シャフト１７が後退して第１弁体１４が第１弁口２４を閉弁し、その第１弁体１４に直動シャフト１７が接触した状態になると、流体が流れなくなり、そこから更に直動シャフト１７が後退して第１弁体１４から離間すると、図７に示すように、直動シャフト１７の第２弁体１８と第２弁口２５との間が開き、第１流路３１から連絡流路５３、環状空間２６、第３部屋２３、第２弁口２５、さらには、サブ第２部屋２２Ｂを経てサブ第２流路３２Ｂへと流体が流れる。この構成によっても第１実施形態の電動弁１０と同様の作用効果を奏する。

［第３実施形態］
本実施形態の電動弁１０Ｗは、図８に示されており、前記第１実施形態の電動弁１０のステッピングモータ５０に代えて、ソレノイド６０を備えた構造になっている。ソレノイド６０は、筒形ケース５５の上端部にその筒形ケース５５と同じ外径の円柱状のヨーク５７を連結した芯部材６０Ａを備えて、その芯部材６０Ａの筒形ケース５５が前記第１実施形態の筒形ケース４１の代わりに駆動源ベース１６に固定されている。そして、その芯部材６０Ａの外側にコイル５６が嵌合されると共に、筒形ケース５５内にプランジャ５８が直動可能に収容され、さらにそのプランジャ５８とヨーク５７との間に圧縮コイルバネ５９が備えられている。そして、プランジャ５８に前記した第１実施形態の直動シャフト１７が固定され、コイル５６を励磁するとプランジャ５８がヨーク５７側に移動して直動シャフト１７が後退し、コイル５６を消磁すると圧縮コイルバネ５９の弾発力によってプランジャ５８が下方に移動して直動シャフト１７が前進する。この構成によっても第１実施形態の電動弁１０と同様の作用効果を奏する。

［第４実施形態］
本実施形態の電動弁１０Ｘは、図９に示されており、前記第２実施形態の電動弁１０Ｖのステッピングモータ５０に代えて、前記第３実施形態のソレノイド６０を備えた構造になっている。この構成によっても第２実施形態の電動弁１０Ｖと同様の作用効果を奏する。

［第５実施形態］
本実施形態の電動弁１０Ｙは、図１０に示されており、前記第１実施形態の電動弁１０から第３部屋２３、第２弁口２５、第３流路３３を排除した構造になっている。このような構造でも、従来の電動弁に比べて消費電力を抑えることが可能になる。また、第１流路３１と第２流路３２の何れを上流側に配置しても使用することができる。なお、第１弁体１４が収容されている第１部屋２１側を上流側に配置する方が好ましい。

［第６実施形態］
本実施形態の電動弁１０Ｚは、図１１に示されている。この電動弁１０Ｚでは、駆動源ベース１６の下端部を、前記第１実施形態の下端詰栓１３と同様の筒形構造にして、駆動源ベース１６の下端部に本発明に係る支持凹部１３Ｋを形成し、そこに前記第１実施形態と同様に第１弁体１４Ｘが直動可能に収容されている。そして、第１弁体１４Ｘの中心部に形成された貫通孔１４Ｙに直動シャフト１７Ｚの下端部が通されて下端フランジ１７Ｘにて抜け止めされている。このような構造でも、第５実施形態と同様に、従来の電動弁に比べて消費電力を抑えることが可能になる。

［第７実施形態］
本実施形態の電動弁１００Ｖは、図１２に示されている。この電動弁１００Ｖの直動シャフト１７Ｖは、シャフト支持スリーブ１６Ｆに支持された部分より先端側から第２弁口２５の近傍付近までがシャフト基端部１９Ａより外径の小さいシャフト中間部１９Ｂになっている。そして、第２弁口２５の近傍付近でテーパー状に拡径した第２弁体１８Ｖをなし、そこからさらに先端までが均一外径をなしている。なお、本実施形態では、第１弁体１４の中央突部１４Ｄ全体が平坦面になっている。

第１弁体１４に直動シャフト１７Ｖの先端面が当接しかつ第１弁体１４によって第１弁口２４が閉弁されている状態では、図１２に示すように、第２弁体１８Ｖにおけるシャフト中間部１９Ｂとの境界部分（以下、「第２弁体１８Ｖの上端境界部」という）が第２弁口２５内の下端に位置する。そして、直動シャフト１７Ｖが第１弁体１４から離間すると、第２弁体１８Ｖの上端境界部が第２弁口２５内にずれて、第２弁体１８Ｖのテーパー面の途中に第２弁口２５の下面側の開口縁のエッジが対向し、直動シャフト１７Ｖが上方に移動するに従って第２弁口２５と第２弁体１８Ｖとの隙間が徐々に小さくなる。

ここで、図４と同様に、本実施形態における直動シャフト１７Ｖの位置と第２流路３２を通過する流量との関係を図１３に示す。本実施形態の電動弁１００Ｖでは、直動シャフト１７Ｖを最も前進させたときから直動シャフト１７Ｖを後退させて第２弁体１８Ｖの上端境界部が第２弁体２５内の下端に位置するときまでの間は、第２弁口２５の開度及び流量が一定に保たれた状態で、第１弁口２４の開度が徐々に小さくなって第２流路３２から第１流路３１に流れる流量が減少していく。そして、さらに直動シャフト１７Ｖを後退させると、第２弁口２５の開度が徐々に小さくなって第２流路３２から第３流路３３に流れる流量が減少していく。このように、本実施形態の電動弁１００Ｖにおいても、直動シャフト１７Ｖの移動距離に対して第２流路３２を流れる流量を変化させることができ、このことを利用した流量制御が可能になる。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）前記第１〜第７の実施形態では、第１弁口２４の内径と支持凹部１３Ｋの内径とが略同一であったが、それらが異なっていてもよい。

（２）前記第１実施形態の第１流路３１と第３流路３３とを１つに纏めた構造にしてもよいし、それと同様に、第２実施形態のメイン第２部屋２２Ａとサブ第２部屋２２Ｂ、及び、メイン第２流路３２Ａとサブ第２流路３２Ｂを１つに纏めた構造にしてもよい。

１０〜１０Ｚ，１００Ｖ電動弁
１１ベース部材
１２Ｈ部屋区画壁
１３Ｅシール部材
１３Ｋ支持凹部
１４，１４Ｘ第１弁体
１４Ｂテーパー面（環状当接部，第１テーパー面）
１４Ｃ第１弁体貫通孔
１５圧縮コイルバネ（弾性部材）
１７，１７Ｖ，１７Ｚ直動シャフト
１８，１８Ｖ第２弁体
１８Ａテーパー面（第２テーパー面）
１９Ａシャフト基端部
１９Ｂシャフト中間部
２１第１部屋
２２第２部屋
２２Ａメイン第２部屋
２２Ｂサブ第２部屋
２３第３部屋
２４第１弁口
２４Ｚ弁座
２５第２弁口
３１第１流路
３２第２流路
３２Ａメイン第２流路
３２Ｂサブ第２流路
３３第３流路
５０ステッピングモータ（駆動源）
５３連絡流路
６０ソレノイド（駆動源）

Claims

ベース部材（１１）と、
前記ベース部材（１１）に形成され、第１弁口（２４）を挟んで対向する第１部屋（２１）と第２部屋（２２）と、
前記ベース部材（１１）に形成され、前記第２部屋（２２）に対して第２弁口（２５）を挟んで前記第１部屋（２１）とは反対側から対向する第３部屋（２３）と、
前記第１部屋（２１）のうち前記第１弁口（２４）との対向面に形成された支持凹部（１３Ｋ）と、
前記支持凹部（１３Ｋ）に直動可能に嵌合した第１弁体（１４）と、
前記第１弁体（１４）に設けられ、前記第１弁口（２４）の開口縁の弁座（２４Ｚ）に接離する環状当接部（１４Ｂ）と、
前記第１弁体（１４）のうち前記環状当接部（１４Ｂ）の内側部分を貫通して前記支持凹部（１３Ｋ）の内外を連通する第１弁体貫通孔（１４Ｃ）と、
前記第１弁体貫通孔（１４Ｃ）を除き、前記支持凹部（１３Ｋ）の内部を密閉するシール部材（１３Ｅ）と、
前記第２弁口（２５）を貫通し、前記第２部屋側から前記第１弁体（１４）に対して前進して当接する一方、後退して前記第１弁体（１４）から離間する直動シャフト（１７）と、
前記直動シャフト（１７）を前進及び後退させる駆動源（５０，６０）と、
前記環状当接部（１４Ｂ）が前記弁座（２４Ｚ）に当接するように前記第１弁体（１４）を付勢する弾性部材（１５）と、
前記直動シャフト（１７）の軸方向の中間部を縮径してなる第２弁体（１８）と、
前記第１部屋（２１）に連通した第１流路（３１）と、
前記第２部屋（２２）に連通し、前記環状当接部（１４Ｂ）が前記弁座（２４Ｚ）に当接した閉弁状態で前記第１流路（３１）から遮断される第２流路（３２）と、
前記第３部屋（２３）に連通した第３流路（３３）と、を有し、
前記第２流路（３２）は、前記第１流路（３１）及び第３流路（３３）より上流に配置され、
前記直動シャフト（１７）が前記第１弁体（１４）に接触している間は、前記直動シャフト（１７）と前記第２弁口（２５）との間の隙間が一定に維持されると共に、前記直動シャフト（１７）が前記第１弁体（１４）から離間していくときに前記直動シャフト（１７）と前記第２弁口（２５）との隙間が拡がるように前記第２弁体（１８）が配置されている電動弁（１０，１０Ｗ）。
ベース部材（１１）と、
前記ベース部材（１１）に形成され、第１弁口（２４）を挟んで対向する第１部屋（２１）と第２部屋（２２）と、
前記ベース部材（１１）に形成され、前記第２部屋（２２）に対して第２弁口（２５）を挟んで前記第１部屋（２１）とは反対側から対向する第３部屋（２３）と、
前記第１部屋（２１）のうち前記第１弁口（２４）との対向面に形成された支持凹部（１３Ｋ）と、
前記支持凹部（１３Ｋ）に直動可能に嵌合した第１弁体（１４）と、
前記第１弁体（１４）に設けられ、前記第１弁口（２４）の開口縁の弁座（２４Ｚ）に接離する環状当接部（１４Ｂ）と、
前記第１弁体（１４）のうち前記環状当接部（１４Ｂ）の内側部分を貫通して前記支持凹部（１３Ｋ）の内外を連通する第１弁体貫通孔（１４Ｃ）と、
前記第１弁体貫通孔（１４Ｃ）を除き、前記支持凹部（１３Ｋ）の内部を密閉するシール部材（１３Ｅ）と、
前記第２弁口（２５）を貫通し、前記第２部屋側から前記第１弁体（１４）に対して前進して当接する一方、後退して前記第１弁体（１４）から離間する直動シャフト（１７）と、
前記直動シャフト（１７）を前進及び後退させる駆動源（５０，６０）と、
前記環状当接部（１４Ｂ）が前記弁座（２４Ｚ）に当接するように前記第１弁体（１４）を付勢する弾性部材（１５）と、
前記直動シャフト（１７）の軸方向の中間部を縮径してなる第２弁体（１８）と、
前記第１部屋（２１）に連通した第１流路（３１）と、
前記第２部屋（２２）に連通し、前記環状当接部（１４Ｂ）が前記弁座（２４Ｚ）に当接した閉弁状態で前記第１流路（３１）から遮断される第２流路（３２）と、
前記第１流路（３１）と前記第３部屋（２３）とを常時連絡した連絡流路（５３）と、を有し、
前記第１流路（３１）は、前記第２流路（３２）より上流に配置され、
前記直動シャフト（１７）が前記第１弁体（１４）に接触している間は、前記直動シャフト（１７）と前記第２弁口（２５）との間の隙間が一定に維持されると共に、前記直動シャフト（１７）が前記第１弁体（１４）から離間していくときに前記直動シャフト（１７）と前記第２弁口（２５）との隙間が拡がるように前記第２弁体（１８）が配置されている電動弁（１０Ｖ，１０Ｘ）。
前記第２部屋（２２）を、前記第１部屋（２１）側のメイン第２部屋（２２Ａ）と、前記第３部屋（２３）側のサブ第２部屋（２２Ｂ）とに区画して、それらメイン第２部屋（２２Ａ）とサブ第２部屋（２２Ｂ）との間の流体の移動を規制する部屋区画壁（１２Ｈ）を備え、
前記第２流路（３２）は、前記メイン第２部屋（２２Ａ）に連通しているメイン第２流路（３２Ａ）と、前記サブ第２部屋（２２Ｂ）に連通しているサブ第２流路（３２Ｂ）とからなる請求項２に記載の電動弁（１０Ｖ，１０Ｘ）。
前記第１弁口（２４）の内径と前記支持凹部（１３Ｋ）の内径とが略同一である請求項１乃至３の何れか１の請求項に記載の電動弁（１０，１０Ｖ，１０Ｗ，１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚ，１００Ｖ）。
前記第１弁体（１４）には、前記第２弁体（１８）側に向かってテーパー状に縮径した前記環状当接部としての第１テーパー面（１４Ｂ）が形成され、
前記第２弁体（１８）には、前記第１弁体（１４）側に向かってテーパー状に縮径し、前記直動シャフト（１７）が前記第１弁体（１４）から離間していくときに前記第２弁口（２５）から徐々に離間していく第２テーパー面（１８Ａ）が形成され、
前記直動シャフト（１７）を位置制御可能な前記駆動源（５０）としてのモータ（５０）を備えた請求項１乃至４の何れか１の請求項に記載の電動弁（１０，１０Ｖ）。