JP6909740B2 - 電動弁及び冷凍サイクルシステム - Google Patents

Description

本発明は、電動弁及び冷凍サイクルシステムに関する。

従来、空気調和機の冷凍サイクルに設けられる電動弁として、電動モータにより副弁体が軸線方向に進退駆動され、主弁体の副弁ポートでの流量制御を行う小流量制御域と、弁室の主弁ポートを主弁体で開閉して流量制御を行う大流量制御域と、の二段の流量制御域を有するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の電動弁（電動流量制御弁）は、弁室の主弁ポート（大径弁口）を開閉する主弁体（第２弁体）と、主弁体を閉方向に付勢する主弁ばね（圧縮スプリング）と、主弁体に形成された副弁ポート（小径弁口）を開閉する副弁体（第１弁体）と、副弁体を閉方向に付勢する副弁ばね（閉弁緩衝ばね）と、副弁体を駆動する電動モータ（ステッピングモータ）を有した駆動部と、を備えている。この電動弁では、主弁ばねに付勢された主弁体が着座して主弁ポートを閉じるとともに、副弁ばねに付勢された副弁体が着座して副弁ポートを閉じることで、全閉状態となる。また、駆動部により副弁体が引き上げられることで副弁ポートが開き、これにより小流量制御が行われる。さらに、引き上げられた副弁体が主弁体に係合して主弁体が引き上げられることで主弁ポートが開き、これにより大流量制御が行われる。

特許第２８９８９０６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたような従来の電動弁では、主弁ポート及び副弁ポートの両方が閉じた全閉状態において、主弁体を付勢する主弁ばねと、副弁体を付勢する副弁ばねと、の両方のばねの付勢力が主弁体に作用し、このような複合的な付勢力によって主弁体が主弁ポートを閉じることになる。このため、従来の電動弁では、主弁ばね及び副弁ばねの２つのばねそれぞれの曲がりや傾き等の違いにより、複合的な付勢力の作用方向が軸線に対して傾斜した場合には、主弁体が主弁ポートに対して適切に着座せず、主弁の弁漏れが生じやすくなったり、弁漏れ量のばらつきが大きくなったりなどの不具合が生じる。このような主弁の弁漏れが生じてしまうと、副弁ポートを開いた小流量制御時の流量への影響が大きくなり、設定した小流量まで流量を絞れなくなるなど、小流量制御における流量が厳密に制御できなくなってしまう。

本発明の目的は、二段の流量制御域を有する電動弁において、小流量制御域での流量を適切に制御することができる電動弁及び冷凍サイクルシステムを提供することである。

本発明の電動弁は、弁室の主弁ポートを開閉する主弁体と、前記主弁体を閉方向に付勢する主弁ばねと、前記主弁体に設けられた副弁ポートの開度を変更する副弁体と、前記副弁体を閉方向に付勢する副弁ばねと、前記副弁体を軸線方向に進退駆動する駆動軸を有する駆動部と、を備え、前記副弁体が前記副弁ポートの開度を変更する小流量制御域と、前記主弁体が前記主弁ポートを開閉する大流量制御域と、の二段の流量制御域を有する電動弁であって、前記副弁体は、前記主弁体内に配設される円筒状の副弁筒体と、該副弁筒体から前記副弁ポート内に向けて突出する副弁部と、を備え、前記駆動軸の前記副弁ポート側の端部は前記副弁筒体内に配置され、前記副弁ばねは、前記副弁筒体内で前記駆動軸と前記副弁部との間に配設され、前記副弁体を前記駆動軸に対して首振り自在に支持し、前記小流量制御域において、前記副弁体は、前記副弁ポートに最も近づく第一位置と、前記駆動部の駆動力により前記副弁ポートから離れる開方向に移動されて前記主弁体に係合する第二位置と、の間を移動し、前記大流量制御域において、前記主弁体は、前記主弁ばねにより閉方向に付勢されることで前記主弁ポートに着座する閉位置と、前記駆動部の駆動力により前記第二位置に移動した前記副弁体と一体的に移動して前記主弁ポートを開放する開位置と、の間を移動し、前記第一位置において、前記副弁体が前記副弁ポートに着座せず、前記副弁ばねの付勢力が前記主弁体に作用しないことを特徴とする。

このような本発明によれば、第一位置において、副弁体は副弁ポートに着座せず、副弁ばねの付勢力が主弁体に作用しないように構成されていることで、閉位置にて主弁ポートに着座した主弁体に対し、主弁ばねの付勢力は作用するものの副弁ばねの付勢力が作用しないようにできる。従って、主弁ばね及び副弁ばねによる複合的な付勢力が主弁体に作用せず、主弁ばねのみの付勢力によって主弁体を主弁ポートに対して適切に着座させることができ、主弁の弁漏れが生じにくくできる。主弁の弁漏れが生じにくくなることで、副弁ポートを開いた小流量制御時の流量への影響を小さくして、小流量制御域での流量を適切に制御することができる。

この際、前記第一位置において、前記副弁体と前記副弁ポートとの間に流路が形成されることが好ましい。

この構成によれば、副弁体と副弁ポートとの間に流路が形成されることで、この流路によって常に流量が確保される弁開タイプの電動弁を構成することができる。このような弁開タイプの電動弁とすることで、家庭用エアコン等の除湿機能を有した空気調和機に好適に利用することができる。

さらに、前記流路は、前記副弁体の外周面と前記副弁ポートの内周面との隙間によって形成されることが好ましい。

さらに、前記副弁体は円柱部を有し、前記円柱部の外周面と前記副弁ポートの内周面との隙間によって前記流路が形成されることが好ましい。

この構成によれば、副弁体の外周面（特に、円柱部の外周面）と副弁ポートの内周面との隙間によって流路が形成されることで、この流路の開口面積を厳密に規定することができ、第一位置に副弁体があるときの小流量を適切に確保ことができる。

また、前記駆動部は、マグネットロータを有した電動モータと、前記マグネットロータの回転を規制するストッパ機構と、を備え、前記副弁体の前記第一位置は、前記ストッパ機構により規制される前記マグネットロータの最下端位置によって規定されていることが好ましい。

この構成によれば、副弁体の第一位置がマグネットロータの最下端位置によって規定され、この最下端位置にてマグネットロータの回転がストッパ機構によって規制されることで、副弁体を第一位置にて確実に停止させることができ、主弁体に余計な荷重が作用することを防止することができる。

本発明の冷凍サイクルシステムは、圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、を含む冷凍サイクルシステムであって、前記いずれかの電動弁が、前記膨張弁として用いられていることを特徴とする。

このような冷凍サイクルシステムによれば、前述の電動弁による効果と同様に、主弁の弁漏れが生じにくくできることから、副弁ポートを開いた小流量制御時の流量への影響を小さくして、膨張弁として電動弁を用いた冷凍サイクルにおける小流量制御域での流量を適切に制御することができる。

本発明の電動弁及び冷凍サイクルシステムによれば、二段の流量制御域を有する電動弁において、小流量制御域での流量を適切に制御することができる。

本発明の第１実施形態の電動弁における全閉状態を示す縦断面図である。 前記電動弁における全開状態を示す縦断面図である。 （Ａ），（Ｂ）は、前記電動弁の一部を拡大して示す縦断面図である。 （Ａ），（Ｂ）は、前記電動弁における弁開度と流量の関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態の電動弁における全閉状態を示す縦断面図である。 前記電動弁における全開状態を示す縦断面図である。 （Ａ），（Ｂ）は、前記電動弁の一部を拡大して示す縦断面図である。 本発明の冷凍サイクルシステムを示す概略構成図である。

本発明の第１実施形態に係る電動弁を図１〜４に基づいて説明する。図１、２に示すように、第１実施形態の電動弁１０（１０Ａ）は、弁ハウジング１と、主弁体２と、副弁体３と、駆動部４と、を備えている。なお、以下の説明における「上下」の概念は図１、２の図面における上下に対応する。

弁ハウジング１は、筒状の弁本体１ａと、弁本体１ａに固定される軸受部材１ｂと、を有している。弁本体１ａは、その内部に円筒状の弁室１Ａが形成され、弁本体１ａには、側面側から弁室１Ａに連通して冷媒が流入される一次継手管１１が取り付けられ、底面側から弁室１Ａに連通して冷媒が流出される二次継手管１２が取り付けられている。さらに、弁本体１ａには、弁室１Ａと二次継手管１２とを連通する位置に主弁座１ｃが形成されるとともに、この主弁座１ｃから二次継手管１２側に断面形状が円形の主弁ポート１ｄが形成されている。弁本体１ａの上部には略円筒状の嵌合部１ｅが設けられ、この嵌合部１ｅに軸受部材１ｂが嵌合され、嵌合部１ｅの上端部を内側に加締めることにより、弁本体１ａと軸受部材１ｂとが一体に固着されている。この弁ハウジング１（弁本体１ａ及び軸受部材１ｂ）は黄銅製（真鍮製）である。

弁本体１ａの内部は円筒状の主弁ガイド部１Ｂとされ、この主弁ガイド部１Ｂ内に主弁体２が配設されている。主弁体２は、主弁座１ｃに対して着座及び離座する主弁部２１を有する弁本体部２Ａと、ばね受け部２Ｂと、副弁座２Ｃと、を有している。弁本体部２Ａの上部は略円筒状の嵌合孔を構成する保持部２２とされ、この保持部２２内にばね受け部２Ｂが嵌合され、保持部２２の上端部２２ａを内側に加締めることにより、弁本体部２Ａとばね受け部２Ｂとが一体に固着されている。この主弁体２（弁本体部２Ａ、ばね受け部２Ｂ及び副弁座２Ｃ）は黄銅製（真鍮製）である。

弁本体部２Ａの内部には副弁室２３が形成されるとともに、軸線Ｌに沿って副弁座２Ｃの内部を貫通する副弁ポート２４が形成されている。副弁座２Ｃは、弁本体部２Ａの下端側の内部に固定されている。また、弁本体部２Ａは略円柱状であり、その側面２箇所には導通孔２５が形成され、副弁室２３は導通孔２５により主弁ガイド部１Ｂ内の弁室１Ａに導通されている。ばね受け部２Ｂには、軸線Ｌに沿った挿通孔２６が形成され、この挿通孔２６内には副弁体３が挿通されている。ばね受け部２Ｂの上面と軸受部材１ｂの下面との間には、主弁ばね２７が配設されており、この主弁ばね２７により主弁体２は主弁座１ｃ方向（閉方向）に付勢されている。

副弁体３は、円柱棒状の副弁軸３１と、Ｅリング３２と、スラストワッシャ３３と、副弁ばね３４と、で構成されている。この副弁体３の副弁軸３１及びＥリング３２はステンレス製であり、スラストワッシャ３３はりん青銅製である。副弁軸３１の下端近傍にはＥリング３２を嵌め込むための溝が形成され、副弁軸３１の上端側には副弁ばね３４に挿通される小径部３１ａが形成されている。副弁軸３１は、軸受部材１ｂのガイド孔１３及び主弁体２の挿通孔２６に挿通され、軸線Ｌに沿った上下方向に進退自在かつ軸線Ｌ回りに回転自在に支持されている。スラストワッシャ３３は、Ｅリング３２の上面及びばね受け部２Ｂの下面に当接可能になっており、その当接面同士の摩擦力が極めて小さくなるようになっている。副弁ばね３４は、駆動部４のロータ支持板４４ａと副弁軸３１の小径部３１ａの段差部との間に配設されており、この副弁ばね３４により副弁体３はマグネットロータ４４に対して副弁座２Ｃ方向（閉方向）に付勢されている。

弁ハウジング１の上端には固定部材１４が溶接等によって固定されており、この固定部材１４には、ケース１５が溶接等によって気密に固定されている。駆動部４は、電動モータとしてのステッピングモータ４１と、ステッピングモータ４１の回転により副弁体３を進退させるねじ送り機構４２と、ステッピングモータ４１の回転を規制するストッパ機構４３と、を備える。

駆動部４のステッピングモータ４１は、外周部が多極に着磁されたマグネットロータ４４と、ケース１５の外周に配設されたステータコイル４５と、を備えている。ステッピングモータ４１は、ステータコイル４５にパルス信号が与えられることにより、そのパルス数に応じてマグネットロータ４４が回転される。副弁軸３１の上端部には当接板３１ｂが溶接等により固定され、この当接板３１ｂがロータ支持板４４ａの上面に当接するようになっている。また、副弁軸３１の小径部３１ａには円筒状のスリーブ３１ｃが設けられ、このスリーブ３１ｃを介して副弁ばね３４の付勢力がロータ支持板４４ａと副弁軸３１との間に作用し、これによりスリーブ３１ｃと当接板３１ｂとでロータ支持板４４ａが挟持されるようになっている。

ねじ送り機構４２は、マグネットロータ４４の内周側にてロータ支持板４４ａに固定された円筒状の雌ねじ部材４７と、雌ねじ部材４７の内側に螺合して設けられて軸受部材１ｂの円筒凹部１ｂａに固定された雄ねじ部材４６と、を備えている。マグネットロータ４４が回転すると、雌ねじ部材４７が雄ねじ部材４６の周りを回りつつ、ねじピッチに応じて軸線Ｌ方向に雌ねじ部材４７が移動することで、マグネットロータ４４が軸線Ｌ方向に進退移動する。ここで、マグネットロータ４４は、その正回転に伴って下降し、この下降に伴って副弁体３も下降する。一方、マグネットロータ４４は、その逆回転に伴って上昇し、この上昇に伴ってロータ支持板４４ａに当接板３１ｂが押されることで副弁体３も上昇する。

以上のように、副弁体３が副弁ばね３４によって下方に付勢されることで、マグネットロータ４４に対し、スリーブ３１ｃと当接板３１ｂとの挟持部を支点として副弁体３が首振り自在に支持されている。そして、マグネットロータ４４の回転及びねじ送り機構４２によって副弁体３が上昇又は下降される際に、副弁体３と副弁ポート２４やガイド孔１３、挿通孔２６とが擦れた場合でも、副弁ばね３４による首振り機構により副弁体３を逃がすことで、擦れた箇所に摩擦力が作用しにくくできる。従って、駆動部４の駆動トルクを低減させるとともに、副弁体３や副弁ポート２４等の摩耗防止を図ることができる。

ストッパ機構４３は、ケース１５の天井部から垂下された円柱棒状のガイド４８と、ガイド４８の外周に固定されたガイド線体４９と、ガイド線体４９にガイドされて回転かつ上下動可能な可動スライダ５０と、を備えている。可動スライダ５０には、径方向外側に突出した爪部５１が設けられ、マグネットロータ４４には、上方に延びて爪部５１と当接する延長部４４ｂが設けられ、マグネットロータ４４が回転すると、延長部４４ｂが爪部５１を押すことで、可動スライダ５０がガイド線体４９に倣って回転かつ上下するようになっている。

ガイド線体４９には、マグネットロータ４４の最上端位置を規定する上端ストッパ４９ａと、マグネットロータ４４の最下端位置を規定する下端ストッパ４９ｂと、が形成されている。マグネットロータ４４の正回転に伴って下降した可動スライダ５０の爪部５１の端部とは反対側の端部が下端ストッパ４９ｂに当接すると、この当接した位置で可動スライダ５０が回転不能となり、これによりマグネットロータ４４の回転が規制され、副弁体３の下降も停止される。一方、マグネットロータ４４の逆回転に伴って上昇した可動スライダ５０の爪部５１が上端ストッパ４９ａに当接すると、この当接した位置で可動スライダ５０が回転不能となり、これによりマグネットロータ４４の回転が規制され、副弁体３の上昇も停止される。

次に、図３、４を参照して電動弁１０Ａの詳細構造、その動作について説明する。図３（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ電動弁１０Ａの一部を拡大して示す縦断面図であり、副弁体３の先端部及び副弁座２Ｃを拡大して示す縦断面図である。図４（Ａ），（Ｂ）は、電動弁１０Ａにおける弁開度と流量の関係を示すグラフである。

図３に示すように、副弁体３の副弁軸３１先端は、副弁軸３１の端部分よりも小径とされた円柱状の円柱部３５と、この円柱部３５よりも先端に向かって徐々に径が小さくなる円錐台状の円錐部３６と、を有して形成されている。円柱部３５の直径は、副弁座２Ｃの副弁ポート２４の内径よりも小さく形成され、円柱部３５の外周面３５ａと副弁ポート２４の内周面２４ａとの隙間によって冷媒が通過する流路Ｒが形成されている。図３（Ａ）は、マグネットロータ４４の最下端位置に対応して副弁ポート２４に最も近づいた位置（第一位置）にある副弁体３を示している。図３（Ｂ）は、マグネットロータ４４の回転により第一位置から副弁体３が上昇し、スラストワッシャ３３がばね受け部２Ｂの下面に当接した位置、すなわち主弁体２に係合した位置（第二位置）にある副弁体３を示している。

以上の電動弁１０Ａは、以下のように動作する。まず、図１及び図３（Ａ）の状態では、主弁体２の主弁部２１が主弁座１ｃに着座し、主弁ポート１ｄが閉じられた弁閉状態である。一方、副弁ポート２４に最も近づいた第一位置にある副弁体３は、副弁座２Ｃに着座せず、副弁体３の円柱部３５の外周面３５ａと副弁ポート２４の内周面２４ａとの隙間によって流路Ｒが形成されている。従って、一次継手管１１から弁室１Ａに流入し、さらに導通孔２５から副弁室２３に流入した冷媒は、流路Ｒから副弁ポート２４を通って主弁部２１の下方に流れ、主弁ポート１ｄから二次継手管１２に向かって流出する。すなわち、図４に示すように、弁開度がゼロであっても微少な流量が生じることとなる。

次に、駆動部４のステッピングモータ４１を駆動してマグネットロータ４４を逆回転させて副弁体３を上昇させることで、図３（Ｂ）に示すように、副弁体３の円柱部３５が副弁ポート２４から抜け出し、副弁体３の円錐部３６と副弁ポート２４の内周面２４ａとの隙間によって流路Ｒが形成される。ここで、円錐部３６は徐々に直径が小さくなることから副弁ポート２４の内周面２４ａとの隙間が大きくなり、流路Ｒが拡大されることとなり、図４に示すように、流量が徐々に増加する。この際、主弁体２の主弁部２１が主弁座１ｃに着座したままであるため、副弁体３が主弁体２に係合する第二位置までは、流量の増加は微少である。このように副弁体３を第一位置と第二位置との間で移動させて開度を変更する制御域が小流量制御域であって、この小流量制御域における副弁体３の開度（ステッピングモータ４１の回転量＝弁リフト量）に対する流量の変化は極微少である。

次に、第二位置まで上昇させて主弁体２に係合した副弁体３をさらに上昇させると、図２に示すように、副弁体３によって主弁体２が引き上げられ、主弁部２１が主弁座１ｃから離間して弁開する。このように主弁体２を着座位置（閉位置）から弁開位置（開位置）に向かって上昇させる制御域が大流量制御域であって、この大流量制御域における主弁体２の開度（ステッピングモータ４１の回転量＝弁リフト量）に対する流量の変化は大きなものとなる。そして、図２に示す弁開位置まで主弁体２を上昇させた全開状態において、流量は最大となる。ここで、全開状態における流量としては、一次継手管１１及び二次継手管１２の開口面積に対し、主弁部２１と主弁座１ｃの隙間の開口面積が同等以上となり、主弁部２１や主弁ポート１ｄによって流量が絞られない状態、すなわち電動弁１０Ａが単なる流路として機能するような開度に設定されている。

ここで、小流量制御域における副弁体３のリフト量は、ねじ送り機構４２の雌ねじ部材４７と雄ねじ部材４６とのねじピッチに対し、ねじ１ピッチ量（すなわち、ステッピングモータ４１におけるマグネットロータ４４の１回転＝８０パルス）以下で、第一位置から第二位置まで到達するように設定されていることが好ましい。ここで、ねじ１ピッチ量は、例えば、０．５ｍｍであることが好ましい。このような副弁体３のリフト量に設定することで、全制御範囲（小流量制御域＋大流量制御域）に対して、副弁制御範囲（小流量制御域）の割合を一定以下とすることができ、主弁部２１開放時の全開流量を確保することができる。ここで、副弁制御範囲（副弁体３のリフト量）は、全制御範囲（全リフト量）の２０％以下であることが好ましい。

すなわち、副弁体３のリフト量がねじ１ピッチ量を超える場合、図４（Ａ）に囲み部Ａで示すように、全開位置において、主弁部２１が主弁座１ｃから完全に抜けきらず、設定した全開流量が得られない可能性がある。これに対して、副弁体３のリフト量がねじ１ピッチ量以下に設定されていれば、図４（Ｂ）に囲み部Ｂで示すように、全開位置において、主弁部２１が主弁座１ｃから完全に抜けきり、所定の全開流量を得ることができるとともに、部品ごとの製作誤差や組立誤差等によって弁開の開始点にばらつきがあったとしても、主弁部２１が全開することで全開流量のばらつきを抑制することができる。

以上の本実施形態によれば、全閉状態の第一位置において、副弁体３は副弁ポート２４に着座せず、副弁ばね３４の付勢力が主弁体２に作用しないように構成されていることで、主弁ポート１ｄに着座した主弁体２に対し、主弁ばね２７の付勢力は作用するものの副弁ばね３４の付勢力が作用しないようにできる。従って、主弁ばね２７及び副弁ばね３４による複合的な付勢力が主弁体２に作用せず、主弁ばね２７のみの付勢力によって主弁体２を主弁ポート１ｄに対して適切に着座させることができ、主弁の弁漏れが生じにくくできる。主弁の弁漏れが生じにくくなることで、副弁ポート２４を開いた小流量制御時の流量への影響を小さくして、小流量制御域での流量を適切に制御することができる。この際、副弁ばね３４の付勢力は、副弁ポート２４に加わらないが、前述の通り、副弁ばね３４は、弁駆動トルクの低減や、副弁体３や副弁ポート２４等の摩耗防止に役立っている。

また、第一位置にある副弁体３の円柱部３５の外周面３５ａと副弁ポート２４の内周面２４ａとの隙間によって流路Ｒが形成されることで、この流路Ｒによって常に流量が確保される弁開タイプの電動弁１０を構成することができる。このような弁開タイプの電動弁１０とすることで、家庭用エアコン等の除湿機能を有した空気調和機に好適に利用することができる。さらに、円柱部３５の外周面３５ａと副弁ポート２４の内周面２４ａとの隙間によって流路Ｒが形成されることで、この流路Ｒの開口面積を厳密に規定することができ、第一位置に副弁体３があるときの小流量を適切に確保ことができる。

また、副弁体３の第一位置がマグネットロータ４４の最下端位置によって規定され、この最下端位置にてマグネットロータ４４の回転がストッパ機構４３によって規制されることで、副弁体３を第一位置にて確実に停止させることができ、主弁体２に余計な荷重が作用することを防止することができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る電動弁を図５〜７に基づいて説明する。図５、６に示すように、第２実施形態の電動弁１０（１０Ｂ）は、第１実施形態の電動弁１０Ａと同様に、弁ハウジング１と、主弁体２と、副弁体３と、駆動部４と、を備えている。以下、第１実施形態との相違点について詳しく説明し、第１実施形態と同一又は同様の構成については説明を省略又は簡略する。

弁ハウジング１は、筒状の弁本体１ａと、弁本体１ａの内部に固定される支持部材１６と、を有している。支持部材１６は、金属製の固定部１６ａによって弁本体１ａに溶接固定されている。支持部材１６は、樹脂成形品であって、主弁座１ｃ側に設けられて円筒状の主弁ガイド部１６ｂと、駆動部４側に設けられて内周面に雌ねじが形成された雌ねじ部１６ｃと、を有して形成されている。

主弁体２は、弁本体部２Ａと、ばね受け部２Ｂと、副弁座２Ｃと、を有している。弁本体部２Ａの内部には副弁室２３が形成されるとともに、軸線Ｌに沿って副弁座２Ｃの内部を貫通する副弁ポート２４が形成されている。弁本体部２Ａの側面２箇所には導通孔２５が形成され、副弁室２３は導通孔２５により弁室１Ａに導通されている。ばね受け部２Ｂは、円環状に形成され、その内部にロータ軸５２が挿通されている。ばね受け部２Ｂの上面と支持部材１６の天井面との間には、主弁ばね２７が配設されており、この主弁ばね２７により主弁体２は主弁座１ｃ方向（閉方向）に付勢されている。

副弁体３は、円筒状の副弁筒体３７と、副弁筒体３７から下方に突出する副弁部３８と、副弁筒体３７の上側に設けられたスラストワッシャ３３と、副弁筒体３７の内部に設けられた副弁ばね３４と、で構成されている。副弁筒体３７は、主弁体２の挿通孔２６に挿通され、軸線Ｌに沿った上下方向に進退自在かつ軸線Ｌ回りに回転自在に支持されている。スラストワッシャ３３は、副弁筒体３７の上面及びばね受け部２Ｂの下面に当接可能になっており、その当接面同士の摩擦力が極めて小さくなるようになっている。副弁筒体３７の上部には挿通孔が設けられてロータ軸５２が挿通され、ロータ軸５２の下端部に形成されたフランジ部５２ｃと副弁筒体３７の底面部に接合された副弁部３８の上端部３８ａとの間に副弁ばね３４が配設されている。この副弁ばね３４により副弁体３はロータ軸５２（マグネットロータ４４）に対して副弁座２Ｃ方向（閉方向）に付勢されている。

以上のように、副弁体３が副弁ばね３４によって下方に付勢されることで、マグネットロータ４４及びロータ軸５２に対し、ロータ軸５２のフランジ部５２ｃを支点として副弁筒体３７及び副弁体３が首振り自在に支持されている。そして、マグネットロータ４４の回転及びねじ送り機構４２によって副弁体３が上昇又は下降される際に、副弁体３と副弁ポート２４や挿通孔２６とが擦れた場合でも、副弁ばね３４による首振り機構により副弁体３を逃がすことで、擦れた箇所に摩擦力が作用しにくくできる。従って、駆動部４の駆動トルクを低減させるとともに、副弁体３や副弁ポート２４等の摩耗防止を図ることができる。

駆動部４は、電動モータとしてのステッピングモータ４１と、ステッピングモータ４１の回転により副弁体３を進退させるねじ送り機構４２と、ステッピングモータ４１の回転を規制するストッパ機構４３と、を備える。ステッピングモータ４１は、マグネットロータ４４と、ステータコイル４５と、マグネットロータ４４に固定されたロータ軸５２と、を備えている。ロータ軸５２は、固定部材５２ａを介してマグネットロータ４４に固定されるとともに、軸線Ｌに沿って延び、その上端部はストッパ機構４３のガイド４８に挿入されている。ロータ軸５２の中間部には雄ねじ部５２ｂが一体に形成され、この雄ねじ部５２ｂが支持部材１６の雌ねじ部１６ｃに螺合し、これによってねじ送り機構４２が構成されている。

次に、図７を参照して電動弁１０Ｂの詳細構造について説明する。図７（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ電動弁１０Ｂの一部を拡大して示す縦断面図であり、主弁体２及び副弁体３の先端部と主弁座１ｃ及び副弁座２Ｃを拡大して示す縦断面図である。

図７に示すように、副弁体３の副弁部３８先端は、円柱状の円柱部３５と、円錐台状の円錐部３６と、を有して形成され、円柱部３５の直径は、副弁座２Ｃの副弁ポート２４の内径よりも小さく形成され、円柱部３５の外周面３５ａと副弁ポート２４の内周面２４ａとの隙間によって冷媒が通過する流路Ｒが形成されている。図７（Ａ）は、マグネットロータ４４の最下端位置に対応して副弁ポート２４に最も近づいた位置（第一位置）にある副弁体３を示している。図７（Ｂ）は、マグネットロータ４４の回転により第一位置から副弁体３が上昇し、スラストワッシャ３３がばね受け部２Ｂの下面に当接した位置、すなわち主弁体２に係合した位置（第二位置）にある副弁体３を示している。

以上の本実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、全閉状態の第一位置において、副弁ばね３４の付勢力が主弁体２に作用しないことで、主弁ポート１ｄに着座した主弁体２に対し、主弁ばね２７及び副弁ばね３４による複合的な付勢力が作用せず、主弁ばね２７のみの付勢力によって主弁体２を主弁ポート１ｄに対して適切に着座させることができ、主弁の弁漏れが生じにくくできる。主弁の弁漏れが生じにくくなることで、副弁ポート２４を開いた小流量制御時の流量への影響を小さくして、小流量制御域での流量を適切に制御することができる。また、副弁ばね３４の付勢力は、副弁ポート２４に加わらないが、前述の通り、副弁ばね３４は、弁駆動トルクの低減や、副弁体３や副弁ポート２４等の摩耗防止に役立っている。

次に、図８に基づいて本発明の冷凍サイクルシステムについて説明する。冷凍サイクルシステム９０は、例えば、家庭用エアコン等の空気調和機に用いられる。前記第１、２実施形態の電動弁１０は、空気調和機の第１室内側熱交換器９１（除湿時冷却器として作動）と第２室内側熱交換器９２（除湿時加熱器として作動）との間に設けられており、圧縮機９３、四方弁９４、室外側熱交換器９５および電子膨張弁９６とともに、ヒ−トポンプ式冷凍サイクルを構成している。第１室内側熱交換器９１と第２室内側熱交換器９２及び電動弁１０は室内に設置され、圧縮機９３、四方弁９４、室外側熱交換器９５および電子膨張弁９６は室外に設置されていて冷暖房装置を構成している。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。例えば、前記実施形態では、家庭用エアコン等の空気調和機に用いられる電動弁１０を例示したが、本発明の電動弁は、家庭用エアコンに限らず、業務用エアコンであってもよいし、空気調和機に限らず、各種の冷凍機等にも適用可能である。

また、前記実施形態では、ねじ送り機構４２が雌ねじ部材４７と雄ねじ部材４６とで構成される（第１実施形態）か、ロータ軸５２の雄ねじ部５２ｂと支持部材１６の雌ねじ部１６ｃとで構成され（第２実施形態）ていたが、副弁体３を進退駆動するねじ送り機構の構成は前記実施形態のものに限らず、任意の構成が採用可能である。さらに、副弁体を進退駆動する機構としては、ねじ送り機構に限らず、適宜な機構が適用可能である。

また、前記実施形態では、ストッパ機構４３がケース１５の天井部に設けられたガイド４８、ガイド線体４９及び可動スライダ５０によって構成されていたが、ストッパ機構としては、マグネットロータ４４の回転を規制できるものであればよく、その配設位置や構造は特に限定されない。例えば、マグネットロータの内側や下側にストッパ機構が設けられていてもよい。また、前記実施形態では、一次継手管１１から冷媒が流入し、二次継手管１２から流出する旨を記載しているが、この一方向流れに限定されるものではなく、逆流しとして、二次継手管１２から冷媒が流入し、一次継手管１１から流出する場合にも適用可能であり、特に全開状態での逆流しを行うことがある。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

１０，１０Ａ，１０Ｂ 電動弁
１ｄ 主弁ポート
２ 主弁体
３ 副弁体
４ 駆動部
２４ 副弁ポート
２４ａ 内周面
２７ 主弁ばね
３４ 副弁ばね
３５ 円柱部
３５ａ 外周面
４１ ステッピングモータ（電動モータ）
４３ ストッパ機構
４４ マグネットロータ
９１ 第１室内側熱交換器
９２ 第２室内側熱交換器
９３ 圧縮機
９５ 室外側熱交換器
Ｒ 流路

Claims (6)

1. 弁室の主弁ポートを開閉する主弁体と、前記主弁体を閉方向に付勢する主弁ばねと、前記主弁体に設けられた副弁ポートの開度を変更する副弁体と、前記副弁体を閉方向に付勢する副弁ばねと、前記副弁体を軸線方向に進退駆動する駆動軸を有する駆動部と、を備え、前記副弁体が前記副弁ポートの開度を変更する小流量制御域と、前記主弁体が前記主弁ポートを開閉する大流量制御域と、の二段の流量制御域を有する電動弁であって、
   前記副弁体は、前記主弁体内に配設される円筒状の副弁筒体と、該副弁筒体から前記副弁ポート内に向けて突出する副弁部と、を備え、
   前記駆動軸の前記副弁ポート側の端部は前記副弁筒体内に配置され、
   前記副弁ばねは、前記副弁筒体内で前記駆動軸と前記副弁部との間に配設され、前記副弁体を前記駆動軸に対して首振り自在に支持し、
   前記小流量制御域において、前記副弁体は、前記副弁ポートに最も近づく第一位置と、前記駆動部の駆動力により前記副弁ポートから離れる開方向に移動されて前記主弁体に係合する第二位置と、の間を移動し、
   前記大流量制御域において、前記主弁体は、前記主弁ばねにより閉方向に付勢されることで前記主弁ポートに着座する閉位置と、前記駆動部の駆動力により前記第二位置に移動した前記副弁体と一体的に移動して前記主弁ポートを開放する開位置と、の間を移動し、
   前記第一位置において、前記副弁体が前記副弁ポートに着座せず、前記副弁ばねの付勢力が前記主弁体に作用しないことを特徴とする電動弁。
2. 前記第一位置において、前記副弁体と前記副弁ポートとの間に流路が形成されることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
3. 前記流路は、前記副弁体の外周面と前記副弁ポートの内周面との隙間によって形成されることを特徴とする請求項２に記載の電動弁。
4. 前記副弁体は円柱部を有し、前記円柱部の外周面と前記副弁ポートの内周面との隙間に
   よって前記流路が形成されることを特徴とする請求項３に記載の電動弁。
5. 前記駆動部は、マグネットロータを有した電動モータと、前記マグネットロータの回転を規制するストッパ機構と、を備え、
   前記副弁体の前記第一位置は、前記ストッパ機構により規制される前記マグネットロータの最下端位置によって規定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動弁。
6. 圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、を含む冷凍サイクルシステムであって、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の電動弁が、前記膨張弁として用いられていることを特徴とする冷凍サイクルシステム。

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