JP6963426B2 - 電動弁 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍サイクルシステムなどに使用する電動弁に関する。

従来、この種の電動弁として、ステッピングモータのマグネットロータ及びロータ軸の回転によりねじ送り機構を介してロータ軸と弁部材を作動し、弁部材で弁ポートを開閉するものがある。このような電動弁は例えば特許第４１１９７３３号公報（特許文献１）に開示されている。

特許第４１１９７３３号公報

上述した電動弁では、ニードル弁が着座したとき、ニードル弁が弁座に食い込むのを防止するために、ニードル弁が弁座に着座した後に、雌ねじ部材の下端面を弁室底面に当接させ、さらにロータを弁閉方向に回転させることにより、ロータと雄ねじ部材の連結体を上昇させ、固定側ストッパ部と雄ねじ部材のフランジ部を滑りワッシャを介して軸線方向に当接させている。しかし、このような軸線方向へのストッパ当接作用では、ねじ送り機構の雄ねじと雌ねじのねじ山面に大きな荷重がかかり、開閉を繰り返す場合、摩耗やねじの食いつきにより耐久性に問題を生ずる。

本発明は、モータ部のロータの回転運動を支持部材と作動軸とのねじ送り機構により弁部材を弁座に対して進退させる電動弁において、ロータの軸線方向の移動距離を抑えることで、ロータをステータの高さ内に位置させて磁力的に有利とするとともに弁全体の長さをコンパクトなものとし、且つ、弁閉時にねじ送り機構のねじ山に大きな荷重がかからないようにすることを課題とする。

請求項１の電動弁は、モータ部のロータの回転運動を、ロータ側ねじ部と弁体側ねじ部とのねじ送り機構により、弁体の前記ロータの回転軸の軸線方向の直線運動に変換し、該弁体を弁ポートを有する弁座に対して進退させる電動弁において、前記弁体を支持するとともに前記弁体側ねじ部を有する弁体支持部材と、前記ロータを含むとともに前記弁体側ねじ部に螺合する前記ロータ側ねじ部を有するロータ部材と、を備え、前記ロータ部材は、前記軸線方向に移動可能かつ軸線回りに回転可能に支持され、前記弁体支持部材は、前記軸線方向に移動可能かつ前記軸線回りの回動が規制されるように設けられ、前記弁体が前記弁座から離間している範囲では前記ロータが前記軸線方向の位置を定位置として回転して前記ねじ送り機構により前記弁体支持部材を軸線方向に移動し、前記ロータが弁閉方向に回転して前記弁体が前記弁座に当接した後さらに前記ロータが同方向に回転すると、前記ねじ送り機構により前記ロータ部材が軸線方向で前記弁ポートから離間する方向に移動し、該ロータ部材が軸線方向の所定の位置でストッパ機構により停止するよう構成され、前記ストッパ機構は、前記ロータ部材に一体的に設けられ該ロータ部材とともに前記軸線方向に移動しかつ軸線回りに回転する全閉回転ストッパと、前記全閉回転ストッパと軸線回りに回転方向に直接的又は間接的に当接する全閉固定ストッパと、を備え、前記弁体が前記弁座に当接した状態で前記弁ポートから離間する方向に移動した前記全閉回転ストッパと前記全閉固定ストッパとが直接的又は間接的に当接することで、前記ロータ部材の前記軸線方向への移動が規制されることを特徴とする。

請求項２の電動弁は、請求項１に記載の電動弁であって、前記ロータ側ねじ部が雄ねじ、前記弁体側ねじ部が雌ねじであることを特徴とする。

請求項３の電動弁は、請求項１に記載の電動弁であって、前記ロータ側ねじ部が雌ねじ、前記弁体側ねじ部が雄ねじであることを特徴とする。

請求項４の電動弁は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電動弁であって、前記弁体が前記弁座に着座して全閉状態となって前記ストッパ機構により前記ロータが回転を停止する際には、前記弁体と前記弁座の当接面に所定の荷重がかかるように、ロータ軸上端部にばね受け座を介して、前記弁体を弁閉方向に付勢するばねを備えることを特徴とする。

請求項１乃至３の電動弁によれば、弁体が弁座から離間している範囲ではロータが軸線方向の位置を定位置として回転し、ねじ送り機構により弁体支持部材を軸線方向に移動して、弁開度が制御される。そして、ロータが弁閉方向に回転して弁体が弁座に当接（着座）した後、さらにロータが同方向に回転すると、ねじ送り機構によりロータ部材が軸線方向で弁ポートから離間する方向に移動し、ロータ部材が軸線方向の所定の位置でストッパ機構により、軸線回りに回転方向に当接して停止する。したがって、全開から全閉に亘るロータの軸線方向移動が、全開から全閉に亘ってロータが一方向にしか変位できない構造と比較して少なくて済み、ステータコイルとの高さ方向の相対的な位置ずれも大きく無く、磁力的に優位となるとともに、弁全体の全長もコンパクト化されコスト的に優位となり、且つ、ストッパが回転方向で当接することから、ねじ送り機構のねじ山に大きな荷重が掛からず、ねじ山の摩耗や食いつきが防止され、耐久性が向上する。又、弁閉時に弁体に所定の荷重が掛かるように弁閉方向への付勢ばねを設けたことにより、安定した流体の弁漏れ特性が得られるとともに、弁体の弁座への食い込みが防止され、弁体、弁座の耐久性が向上する。

本発明の第１実施形態の電動弁の弁開度制御状態の縦断面図である。 第１実施形態の電動弁の弁座着座時の縦断面図である。 第１実施形態の電動弁のストッパ機構への接触状態の縦断面図である。 第１実施形態の電動弁の全閉時のロータ回転停止状態の縦断面図である。 第１実施形態の電動弁の弁体支持部材及び基板の上面図である。 第１実施形態の電動弁の全閉可動ストッパとマグネットロータにおける全閉回転ストッパの係合部との動作の詳細を示す図である。 本発明の第２実施形態の電動弁の全閉時のロータ回転停止状態の縦断面図及び弁体支持部材及びガイド部材の上面図である。 本発明の第３実施形態の電動弁の弁開度制御状態の縦断面図である。 第３実施形態の電動弁の弁開度制御状態のストッパ通過状態を示す縦断面図である。 第３実施形態の電動弁の弁座着座時の縦断面図である。 第３実施形態の電動弁の全閉時のロータ回転停止状態の縦断面図である。 本発明の第４実施形態の電動弁の全開状態の縦断面図である。 第４実施形態の電動弁の弁開度制御状態の縦断面図である。 第４実施形態の電動弁の弁ポート着座時の縦断面図である。 第４実施形態の電動弁の全閉時のロータ回転停止状態の縦断面図である。 本発明の第５実施形態の電動弁の全開状態の縦断面図である。 第５実施形態の電動弁の弁開度制御状態の縦断面図である。 第５実施形態の電動弁の弁座着座時の縦断面図である。 第５実施形態の電動弁の全閉時のロータ回転停止状態の縦断面図である。

次に、本発明の電動弁の実施形態を図面を参照して説明する。図１は第１実施形態の電動弁の弁開度制御状態の縦断面図、図２は第１実施形態の電動弁の弁座着座時の縦断面図、図３は第１実施形態の電動弁のストッパ機構への接触状態の縦断面図、図４は第１実施形態の電動弁の全閉時のロータ回転停止状態の縦断面図、図５は第１実施形態の電動弁の弁体支持部材及び基板の上面図である。なお、以下の説明における「上下」の概念は図１の図面における上下に対応する。また、「右回り（時計回り）」及び「左回り（反時計回り）」の表現は、電動弁を上から見た状態での回転方向を示す。

この電動弁は、弁体支持部材１と、ロータ部材２と、ストッパ機構３と、弁ハウジング１０と、「弁体」としてのニードル弁２０と、基板３０と、軸受部４０と、密閉ケース５０と、ステータコイル６０とを備えている。なお、符号「Ｌ」はロータ部材２の回転中心となる軸線を示す。

弁ハウジング１０はステンレス等で略円筒形状に形成されており、その内側に弁室１０Ｒを有している。弁ハウジング１０の外周片側には弁室１０Ｒに導通される第１継手管１０１が接続されるとともに、下端から下方に延びる筒状部に第２継手管１０２が接続されている。また、第２継手管１０２の弁室１０Ｒ側には弁座リング１０３が嵌合されている。弁座リング１０３の内側は弁ポート１０３ａとなっており、第２継手管１０２は弁ポート１０３ａを介して弁室１０Ｒに導通される。さらに、弁座リング１０３のニードル弁２０との当接部に弁座１０３ｂが形成されている。また、弁ハウジング１０の中程には、円筒部１０４ａを有するガイド部材１０４が配設されている。

ニードル弁２０は、ステンレスや真鍮等の金属部材により形成され、下側先端の円錐形状のニードル部２０１と円柱棒状のロッド部２０２とを有している。

基板３０は厚手の円盤形状をしており、弁体支持部材１の両脇に対応する一対のスリット溝３０１，３０１が形成されるとともに、このスリット溝３０１，３０１のそれぞれの両脇に、二対のガイドフレーム３０２，３０２，３０２，３０２が軸線Ｌ方向に立設されている（図５参照）。そして、基板３０は、弁ハウジング１０の上端部に溶接により固定されている。

軸受部４０は後述のロータ部材２の上端を軸支するようにして密閉ケース５０の天井部に設けられ、密閉ケース５０は軸受部４０とロータ部材２を収容した状態で、下端部が基板３０の外周に嵌合されて、弁ハウジング１０の上端部に溶接により固定されている。また、密閉ケース５０の外周には、ステータコイル６０が配設されており、このステータコイル６０とロータ部材２とにより「モータ部」としてのステッピングモータが構成されている。

弁体支持部材１は、略円柱状の雌ねじ部材１１と縦断面形状が矩形Ｕ字状の支持枠１２とで構成されている。雌ねじ部材１１は、図５に示すように、円柱状のボス部１１ａの両側に直方体状の耳部１１ｂ，１１ｂを有しており、ボス部１１ａの中心には「弁体側ねじ部」としての雌ねじ部１１ｃが形成されている。支持枠１２は板金の曲げ加工により形成され、一対の垂直板１２ａ，１２ａと垂直板１２ａ，１２ａの下部を繋ぐ水平板１２ｂとを有している。垂直板１２ａ，１２ａは、基板３０のスリット溝３０１，３０１に挿通されるとともに、雌ねじ部材１１のボス部１１ａの嵌合溝１１ａ１，１１ａ１に嵌合され、その端部がかしめられ、支持枠１２は雌ねじ部材１１に固着されている。

また、水平板１２ｂの中央にニードル弁２０のロッド部２０２の上端が固定されている。これにより、弁体支持部材１はニードル弁２０を支持するとともに、中央に「弁体側ねじ部」としての雌ねじ部１１ｃを有している。また、ニードル弁２０のロッド部２０２はガイド部材１０４の円筒部１０４ａ内に挿通され、このニードル弁２０は軸線Ｌ方向にガイドされる。さらに、雌ねじ部材１１の一対の耳部１１ｂ，１１ｂは、それぞれが基板３０の一対のガイドフレーム３０２，３０２と、他方の一対のガイドフレーム３０２，３０２との間に嵌合されている。これにより、弁体支持部材１は、軸線Ｌ方向に移動可能とされるとともに、軸線Ｌ回りの回動が規制される。

ロータ部材２は、軸線Ｌを中心とするロータ軸２１と「ロータ」としてのマグネットロータ２２とにより構成され、マグネットロータ２２は、中央のボス部２２ａにおいてロータ軸２１に取り付けられている。ロータ軸２１の下部は弁体支持部材１の雌ねじ部材１１内に挿通されるとともに、下端部は基板３０の中央の軸受穴３０３内に挿通されている。ロータ軸２１の弁体支持部材１側の外周には「ロータ側ねじ部」としての雄ねじ部２１ａが形成されており、この雄ねじ部２１ａが弁体支持部材１の雌ねじ部１１ｃに螺合されている。なお、雄ねじ部２１ａ及び雌ねじ部１１ｃは右ネジである。また、ロータ軸２１の上部側は後述のストッパ機構３を介して軸受部４０側に延設されている。

軸受部４０は略円柱状の形状で、大径部４０ａと小径部４０ｂとを有している。大径部４０ａには、円筒状のばね収容部４０１が形成され、大径部４０ａと小径部４０ｂとには、ばね収容部４０１から下端部まで貫通する軸受穴４０２が形成されている。ばね収容部４０１内にはばね受け座４０３と付勢ばね４０４が配設され、付勢ばね４０４は密閉ケース５０とばね受け座４０３との間で圧縮された状態で配設されている。また、ロータ軸２１の上端部は軸受穴４０２に挿通されて、ばね受け座４０３に当接可能となっている。これにより、ロータ軸２１（及びロータ部材２）は、図１の弁開度制御状態では、基板３０の軸受穴３０３による支持と、軸受部４０の軸受穴４０２及びばね受け座４０３との摺動により、軸線Ｌ方向の位置を定位置に保たれる。また、ロータ軸２１（及びロータ部材２）は、上昇するときは付勢ばね４０４の付勢力に抗して上昇する。

ストッパ機構３は、軸受部４０の小径部４０ｂに軸線Ｌ回りに回転可能に設けられた全閉可動ストッパ３１と、小径部４０ｂの下端に固定された全閉固定ストッパ３２と、小径部４０ｂの周囲に配設された圧縮ねじりコイルばね３３とを備えている。また、マグネットロータ２２のボス部２２ａの上面には、全閉回転ストッパ２２ｂが形成されており、この全閉回転ストッパ２２ｂの軸線Ｌと平行で軸線Ｌ回りの端部となる端面は主係合面２２ｃとなっている。そして、後述のように、全閉可動ストッパ３１は、全閉回転ストッパ２２ｂの主係合面２２ｃに係合可能となっている。

全閉可動ストッパ３１は軸線Ｌ回りの一箇所に軸線Ｌ方向に立設する縦壁部３１ａを有している。この縦壁部３１ａの端部には三角突起３１ｂを有し、この三角突起３１ｂの軸線Ｌと平行な端面は被係合面３１ｃとなっている。また、縦壁部３１ａの軸線Ｌ回りの両側の側面は、軸線Ｌと平行な第１ストッパ面３１ｄ及び第２ストッパ面３１ｅとなっている。さらに、縦壁部３１ａの第１ストッパ面３１ｄの内側端部から屈曲した面は、軸線Ｌを中心とする螺旋状の摺動面３１ｆとなっている。また、全閉可動ストッパ３１の側部一箇所には圧縮ねじりコイルばね３３の端部を係止する係止溝３１ｇが形成されている。なお、軸受部４０の一部にも圧縮ねじりコイルばね３３の端部を係止する係止溝４０ｃが形成されている。そして、以上の全閉可動ストッパ３１は、軸受部４０の小径部４０ｂに対して回転可能となっている。

全閉固定ストッパ３２は外周の一部に切り欠き部３２ａを有している。切り欠き部３２ａの両側の軸線Ｌと平行な対向面は第１ストッパ面３２ｄと第２ストッパ面３２ｅとなっている。また、第１ストッパ面３２ｄの内側端部から屈曲した面は、軸線Ｌを中心とする螺旋状のガイド面３２ｆとなっている。

圧縮ねじりコイルばね３３は、その端部が全閉可動ストッパ３１の係止溝３１ｇと軸受部４０の係止溝４０ｃとに係止されており、この圧縮ねじりコイルばね３３は、軸受部４０を基準にして、全閉可動ストッパ３１を上から見て右回りに常時付勢している。また、圧縮ねじりコイルばね３３は、軸受部４０を基準にして、全閉可動ストッパ３１を軸線Ｌ方向で全閉固定ストッパ３２側に常時付勢している。これにより、図１の弁開度制御状態では、全閉可動ストッパ３１の第１ストッパ面３１ｄが全閉固定ストッパ３２の第１ストッパ面３２ｄに当接されるとともに、全閉可動ストッパ３１の摺動面３１ｆが全閉固定ストッパ３２のガイド面３２ｆに当接されている。

以上の構成により実施形態の電動弁は以下のように動作する。まず、図１の弁開度制御状態で、ステッピングモータの駆動により、マグネットロータ２２及びロータ軸２１が回転し、ロータ軸２１の雄ねじ部２１ａと雌ねじ部材１１の雌ねじ部１１ｃとのねじ送り機構により、雌ねじ部材１１（弁体支持部材１）が軸線Ｌ方向に移動する。そして、ニードル弁２０が軸線Ｌ方向に移動して弁座リング１０３に対して近接又は離間する。これにより、弁ポート１０３ａの開度が調整され、第１継手管１０１から第２継手管１０２へ、あるいは第２継手管１０２から第１継手管１０１へ流れる冷媒の流量が制御される。このように、ニードル弁２０が弁座１０３ｂから離間している範囲ではマグネットロータ２２が軸線Ｌ方向の位置を定位置として回転し、ねじ送り機構により弁体支持部材１を軸線Ｌ方向に移動する。

一方、マグネットロータ２２が左回転（図１の矢印の方向の回転）を続けると、図２に示すように、ニードル弁２０が弁座１０３ｂに着座して全閉状態となる。その後、マグネットロータ２２が左回転を続けると、図３及び図４に示すように、上記のねじ送り機構により雌ねじ部材１１（弁体支持部材１）に対してロータ軸２１（ロータ部材２）が軸線Ｌ方向に上昇し、後述のように、ストッパ機構３により、軸線Ｌ方向の所定の位置で停止する。

図６は全閉可動ストッパ３１とマグネットロータ２２における全閉回転ストッパ２２ｂとの動作の詳細を示す図である。なお、図６では主に要部の面だけに符号を付記してある。図６（Ａ）は例えば図１の弁開度制御状態であり、マグネットロータ２２の回転により、全閉回転ストッパ２２ｂが全閉可動ストッパ３１の三角突起３１ｂに対して自由に移動できる。

そして、図２のようにニードル弁２０が着座し、さらにマグネットロータ２２が左回転すると、図６（Ｂ）のように、全閉回転ストッパ２２ｂが全閉可動ストッパ３１の三角突起３１ｂに接近し、図６（Ｃ）のように、全閉回転ストッパ２２ｂの主係合面２２ｃが全閉可動ストッパ３１の被係合面３１ｃに当接し、全閉回転ストッパ２２ｂと全閉可動ストッパ３１とが係合する。このまま全閉回転ストッパ２２ｂ（マグネットロータ２２）がさらに回転すると、図６（Ｄ）のように、全閉可動ストッパ３１の摺動面３１ｆが全閉固定ストッパ３２のガイド面３２ｆに沿って摺動しながら、全閉可動ストッパ３１が全閉回転ストッパ２２ｂによって連れ回される。このとき摺動面３１ｆとガイド面３２ｆの螺旋形状により、全閉可動ストッパ３１はマグネットロータ２２のボス部２２ａに近づくように変位し、図６（Ｅ）のように全閉可動ストッパ３１の第２ストッパ面３１ｅが全閉固定ストッパ３２の第２ストッパ面３２ｅに当接し、全閉可動ストッパ３１の回転が規制される。これにより、マグネットロータ２２の回転が停止される。

以上のように、ストッパ機構３は、軸受部４０に軸線Ｌ回りに回転可能に設けられた全閉可動ストッパ３１と、軸受部４０と固定関係にあり全閉可動ストッパ３１の回転を所定の位置で規制する全閉固定ストッパ３２と、マグネットロータ２２に設けられ、マグネットロータ２２が停止位置に到るまでの間に全閉可動ストッパ３１に係合して、全閉可動ストッパ３１を所定の位置まで連れ回す全閉回転ストッパ２２ｂと、全閉可動ストッパ３１がマグネットロータ２２の全閉回転ストッパ２２ｂにより連れ回される間に全閉可動ストッパ３１を軸線Ｌ方向でマグネットロータ２２に近づくように変位させる摺動面３１ｆ及びガイド面３２ｆとで構成されている。

そして、ストッパ機構３において、マグネットロータ２２が停止位置に到るまでの間に、全閉回転ストッパ２２ｂが全閉可動ストッパ３１に係合して、全閉可動ストッパ３１を停止位置まで連れ回し、その間に全閉可動ストッパ３１は摺動面３１ｆ及びガイド面３２ｆにより、軸線Ｌ方向でマグネットロータ２２に近づくように変位されるので、停止位置での全閉可動ストッパ３１の被係合面３１ｃと全閉回転ストッパ２２ｂの主係合面２２ｃとの接触面の軸方向接触長さ（高さ）が大きくなる。

なお、ニードル弁２０が弁座１０３ｂに着座後、ロータ軸２１が上昇すると、ロータ軸２１の上端部は、ばね受け座４０３を押し上げ、全閉時に付勢ばね４０４によりニードル弁２０と弁座１０３ｂの当接面に所定の荷重を付与する。

図７は本発明の第２実施形態の電動弁の全閉時のロータ回転停止状態の縦断面図（図７（Ａ））及び弁体支持部材及びガイド部材の上面図（図７（Ｂ））である。以下の各実施形態において、同じ要素には対応する実施形態と同符号を付記し、対応する実施形態と重複する説明は省略する。

この第２実施形態の電動弁は、弁体支持部材４と、ロータ部材５とを備えている。ストッパ機構３、弁ハウジング１０、ニードル弁２０、軸受部４０、密閉ケース５０、ステータコイル６０は第１実施形態と同様である。なお、この第２実施形態では、符号「Ｌ」はロータ部材５の回転中心となる軸線を示し、ステータコイル６０とロータ部材５とにより「モータ部」としてのステッピングモータが構成されている。また、弁ハウジング１０内のガイド部材１０４には、スリット溝１０４ｂ，１０４ｂが形成されている。

弁体支持部材４は、ロッド状の雄ねじ部材４１と縦断面形状が矩形Ｕ字状の支持枠４２とで構成されている。雄ねじ部材４１の外周には「弁体側ねじ部」としての雄ねじ部４１ａが形成されており、この雄ねじ部４１ａが後述のロータ部材５の雌ねじ部５３ａに螺合されている。支持枠４２は板金の曲げ加工により形成され、一対の垂直板４２ａ，４２ａと垂直板４２ａ，４２ａの上部を繋ぐ水平板４２ｂとを有している。垂直板４２ａ，４２ａは、ガイド部材１０４のスリット溝１０４ｂ，１０４ｂ内に挿通されている。そして、水平板４２ｂの中央にニードル弁２０のロッド部２０２の上端が固定されている。こにれより、弁体支持部材４はニードル弁２０を支持するとともに、「弁体側ねじ部」としての雄ねじ部４１ａを有している。また、支持枠４２の一対の垂直板４２ａ，４２ａのそれぞれが、ガイド部材１０４の一対のスリット溝１０４ｂ，１０４ｂに挿通されることにより、弁体支持部材４は、軸線Ｌ方向に移動可能とされるとともに、軸線Ｌ回りの回動が規制される。

ロータ部材５は、軸線Ｌを中心とするロータ軸５１と「ロータ」としてのマグネットロータ５２とにより構成され、マグネットロータ５２は、中央のボス部５２ａにおいてロータ軸５１に取り付けられている。また、マグネットロータ５２のボス部５２ａと反対側には、雌ねじ部材５３が取り付けられている。雌ねじ部材５３の中央には「ロータ側ねじ部」としての雌ねじ部５３ａが形成されており、この雌ねじ部５３ａが弁体支持部材４の雄ねじ部４１ａに螺合されている。なお、雄ねじ部４１ａ及び雌ねじ部５３ａは右ネジである。

この第２実施形態では、ロータ軸５１の上部側は第１実施形態と同様にストッパ機構３を介して軸受部４０側に延設されているが、このロータ軸５１の上端にはボス部５１ｂを有している。そして、このボス部５１ｂがばね受け座４０３とばね収容部４０１の底部との間に支持され、これにより、ロータ軸５１（及びロータ部材５）は、弁開度制御状態では、ボス部５１ｂとばね収容部４０１の底部及びばね受け座４０３との摺動により、軸線Ｌ方向の位置を定位置に保たれる。また、ロータ軸５１（及びロータ部材５）は、上昇するときは付勢ばね４０４の付勢力に抗して上昇する。

この第２実施形態でも、第１実施形態と同様に、ステッピングモータの駆動により、マグネットロータ５２及びロータ軸５１が回転し、マグネットロータ５２側の雌ねじ部５３ａと弁体支持部材４側の雄ねじ部４１ａとのねじ送り機構により、雄ねじ部材４１（弁体支持部材４）が軸線Ｌ方向に移動する。これにより、第１実施形態と同様にニードル弁２０が移動して冷媒の流量が制御される。そして、ニードル弁２０が弁座１０３ｂから離間している範囲ではマグネットロータ５２が軸線Ｌ方向の位置を定位置として回転し、ねじ送り機構により弁体支持部材４を軸線Ｌ方向に移動する。

一方、ニードル弁２０が弁座１０３ｂに着座して全閉状態となった後、マグネットロータ５２が左回転を続けると、ねじ送り機構により雄ねじ部材４１（弁体支持部材４）に対してマグネットロータ５２（ロータ部材５）が軸線Ｌ方向に上昇し、ストッパ機構３により、軸線Ｌ方向の所定の位置で停止する。このストッパ機構３の構成は第１実施形態と同様である。

図８は本発明の第３実施形態の電動弁の弁開度制御状態の縦断面図、図９は第３実施形態の電動弁の弁開度制御状態のストッパ通過状態を示す縦断面図、図１０は第３実施形態の電動弁の弁座着座時の縦断面図、図１１は第３実施形態の電動弁の全閉時のロータ回転停止状態の縦断面図である。

この第３実施形態の電動弁は、弁体支持部材１′と、ロータ部材６と、軸受部４０′とを備えている。弁ハウジング１０、ニードル弁２０、基板３０、密閉ケース５０、ステータコイル６０は第１実施形態と同様である。なお、この第３実施形態では、符号「Ｌ」はロータ部材６の回転中心となる軸線を示し、ステータコイル６０とロータ部材６とにより「モータ部」としてのステッピングモータが構成されている。また、基板３０にけるガイドフレーム３０２′は第１実施形態におけるガイドフレーム３０２よりも長さが長くなっている。

弁体支持部材１′は、第１実施形態と同様な雌ねじ部材１１と、縦断面形状が矩形Ｕ字状の支持枠１２′と、全開ストッパ１３とで構成されている。雌ねじ部材１１は第１実施形態と同様に、ボス部１１ａと両側の耳部１１ｂ，１１ｂを有しており、ボス部１１ａの中心には雌ねじ部１１ｃが形成されている。支持枠１２′は板金の曲げ加工により形成され、一対の垂直板１２ａ′，１２ａ′と垂直板１２ａ′，１２ａ′の下部を繋ぐ水平板１２ｂとを有している。垂直板１２ａ′，１２ａ′は、基板３０のスリット溝３０１，３０１に挿通されるとともに、雌ねじ部材１１のボス部１１ａの嵌合溝１１ａ１，１１ａ１に嵌合され、その端部がかしめられ、支持枠１２は雌ねじ部材１１に固着されている。全開ストッパ１３はニードル弁２０の上端に固定されており、弁体支持部材１′が上昇したとき、基板３０に当接することで全開ストッパ機能を果たす。

この第３実施形態における弁体支持部材１′と第１実施形態における弁体支持部材１との違いは、垂直板１２ａ′，１２ａ′が第１実施形態の垂直板１２ａ，１２ａより長くなっている点、全開ストッパ１３を有している点である。すなわち、弁体支持部材１′はニードル弁２０を支持するとともに、中央に「弁体側ねじ部」としての雌ねじ部１１ｃを有している。また、雌ねじ部材１１の一対の耳部１１ｂ，１１ｂば基板３０の一対のガイドフレーム３０２′，３０２′の間に嵌合されることにより、弁体支持部材１′は、軸線Ｌ方向に移動可能とされるとともに、軸線Ｌ回りの回動が規制される。

ロータ部材６は、軸線Ｌを中心とするロータ軸６１と「ロータ」としてのマグネットロータ６２とにより構成され、マグネットロータ６２は、中央のボス部６２ａにおいてロータ軸６１に取り付けられている。また、ボス部６２ａの上面には、全閉回転ストッパ６２ｂが形成されており、この全閉回転ストッパ６２ｂの軸線Ｌと平行で軸線Ｌ回りの端部となる端面は主係合面６２ｃとなっている。さらに、ロータ軸６１の下部は弁体支持部材１′の雌ねじ部材１１内に挿通されるとともに、下端部は基板３０の中央の軸受穴３０３内に挿通されている。ロータ軸６１の弁体支持部材１′側の外周には「ロータ側ねじ部」としての雄ねじ部６１ａが形成されており、この雄ねじ部６１ａが弁体支持部材１′の雌ねじ部１１ｃに螺合されている。なお、雄ねじ部６１ａ及び雌ねじ部１１ｃは右ネジである。また、ロータ軸６１の上部側は軸受部４０′側に延設されている。

この第３実施形態における軸受部４０′は下端部に全閉固定ストッパ４０ｄを有している。そして、全閉固定ストッパ４０ｄの軸線Ｌと平行な面はストッパ面４０ｅとなっており、ロータ部材６側の全閉回転ストッパ６２ｂの主係合面６２ｃがストッパ面４０ｅに当接し、全閉時のロータ部材６の回転停止のストッパ機能を果たす。なお、軸受部４０′のその他の構成は第１実施形態と同様である。

以上の構成により、ロータ軸６１（及びロータ部材６）は、図８の弁開度制御状態では、基板３０の軸受穴３０３による支持と、ばね受け座４０３との摺動により、軸線Ｌ方向の位置を定位置に保たれる。また、ロータ軸６１（及びロータ部材６）は、上昇するときは付勢ばね４０４の付勢力に抗して上昇する。

この第３実施形態でも、第１実施形態と同様に、ステッピングモータの駆動により、マグネットロータ６２及びロータ軸６１が回転し、ロータ軸６１の雄ねじ部６１ａと弁体支持部材１′側の雌ねじ部１１ｃとのねじ送り機構により、雌ねじ部材１１（弁体支持部材１′）が軸線Ｌ方向に移動する。これにより、第１実施形態と同様にニードル弁２０が移動して冷媒の流量が制御される。そして、ニードル弁２０が弁座１０３ｂから離間している範囲ではマグネットロータ６２が軸線Ｌ方向の位置を定位置として回転し、ねじ送り機構により弁体支持部材１′を軸線Ｌ方向に移動する。

一方、マグネットロータ６２が左回転（図８の矢印の方向の回転）を続けると、図９に示すように、全閉回転ストッパ６２ｂがストッパ面４０ｅの下を通過し、さらに、回転を続けると、図１０に示すように、ニードル弁２０が弁座１０３ｂに着座して全閉状態となる。その後、マグネットロータ６２が左回転を続けると、図１１に示すように全閉回転ストッパ６２ｂが全閉固定ストッパ４０ｄに当接し、ロータ部材６が軸線Ｌ方向の所定の位置で停止する。

図１２は本発明の第４実施形態の電動弁の全開状態の縦断面図、図１３は第４実施形態の電動弁の弁開度制御状態の縦断面図、図１４は第４実施形態の電動弁の弁座着座時の縦断面図、図１５は第４実施形態の電動弁の全閉時のロータ回転停止状態の縦断面図である。

この第４実施形態の電動弁は、弁体支持部材１″と、ロータ部材７と、軸受部４０″とを備えている。弁ハウジング１０、ニードル弁２０、基板３０、密閉ケース５０、ステータコイル６０は第１実施形態及び第３実施形態と同様である。なお、この第４実施形態では、符号「Ｌ」はロータ部材７の回転中心となる軸線を示し、ステータコイル６０とロータ部材７とにより「モータ部」としてのステッピングモータが構成されている。また、基板３０にけるガイドフレーム３０２″は第３実施形態におけるガイドフレーム３０２′よりも長さが長くなっている。

弁体支持部材１″は、第３実施形態と同様な雌ねじ部材１１′と、縦断面形状が矩形Ｕ字状の支持枠１２″と、全開ストッパ１３とで構成されている。雌ねじ部材１１′は第１実施形態と同様に、ボス部１１ａと両側の耳部１１ｂ，１１ｂを有しており、ボス部１１ａの中心には雌ねじ部１１ｃが形成されている。支持枠１２″は板金の曲げ加工により形成され、一対の垂直板１２ａ″，１２ａ″と垂直板１２ａ″，１２ａ″の下部を繋ぐ水平板１２ｂとを有している。この第４実施形態における雌ねじ部材１１′は、貫通しない嵌合溝１１ａ１′，１１ａ１′を有しており、垂直板１２ａ″，１２ａ″は、基板３０のスリット溝３０１，３０１に挿通されるとともに、雌ねじ部材１１′の嵌合溝１１ａ１′，１１ａ１′に圧入されて固定されている。これにより、支持枠１２″は雌ねじ部材１１′に固着されている。全開ストッパ１３は第３実施形態と同様にニードル弁２０の上端に固定され、弁体支持部材１″が上昇したとき、基板３０に当接することで全開ストッパ機能を果たす。

この第４実施形態における弁体支持部材１″と第３実施形態における弁体支持部材１′との違いは、垂直板１２ａ″，１２ａ″が第３実施形態の垂直板１２ａ′，１２ａ′より長くなっている点である。すなわち、弁体支持部材１″はニードル弁２０を支持するとともに、中央に「弁体側ねじ部」としての雌ねじ部１１ｃを有している。また、雌ねじ部材１１の一対の耳部１１ｂ，１１ｂば基板３０の一対のガイドフレーム３０２″，３０２″の間に嵌合されることにより、弁体支持部材１′は、軸線Ｌ方向に移動可能とされるとともに、軸線Ｌ回りの回動が規制される。

ロータ部材７は、軸線Ｌを中心とするロータ軸７１と「ロータ」としてのマグネットロータ７２とにより構成され、マグネットロータ７２は、中央のボス部７２ａにおいてロータ軸７１に取り付けられている。さらに、ロータ軸７１の下部は弁体支持部材１″の雌ねじ部材１１′内に挿通されるとともに、下端部は基板３０の中央の軸受穴３０３内に挿通されている。ロータ軸７１の弁体支持部材１″側の外周には「ロータ側ねじ部」としての雄ねじ部７１ａが形成されており、この雄ねじ部７１ａが弁体支持部材１″の雌ねじ部１１ｃに螺合されている。なお、雄ねじ部７１ａ及び雌ねじ部１１ｃは右ネジである。また、ロータ軸７１の上部側は軸受部４０″側に延設されている。この第４実施形態における軸受部４０″は全閉固定ストッパ４０ｄを有していない点以外は第３実施形態の軸受部４０′と同様である。

この第４実施形態では、ロータ軸７１の、雌ねじ部材１１′と基板３０との間に全閉回転ストッパ７３を備えるとともに、雌ねじ部材１１′の基板３０側に全閉固定ストッパ１４を備えている。全閉固定ストッパ１４は軸線Ｌ回りの所定の円周上の一箇所に設けられ、全閉回転ストッパ７３は全閉固定ストッパ１４に対応する円周上に係合部７３ａを有している。そして、後述のように、ニードル弁２０が着座した状態で、マグネットロータ７２が左回転して上昇すると、全閉回転ストッパ７３の係合部７３ａが全閉固定ストッパ１４に当接し、全閉時のロータ部材７の回転停止のストッパ機能を果たす。

以上の構成により、ロータ軸７１（及びロータ部材７）は、図１３の弁開度制御状態では、基板３０の軸受穴３０３による支持と、ばね受け座４０３との摺動により、軸線Ｌ方向の位置を定位置に保たれる。また、ロータ軸７１（及びロータ部材７）は、上昇するときは付勢ばね４０４の付勢力に抗して上昇する。

この第４実施形態でも、第１実施形態と同様に、ステッピングモータの駆動により、マグネットロータ７２及びロータ軸７１が回転し、ロータ軸７１の雄ねじ部７１ａと弁体支持部材１″側の雌ねじ部１１ｃとのねじ送り機構により、雌ねじ部材１１′（弁体支持部材１″）が軸線Ｌ方向に移動する。これにより、第１実施形態と同様にニードル弁２０が移動して冷媒の流量が制御される。そして、ニードル弁２０が弁座１０３ｂから離間している範囲ではマグネットロータ７２が軸線Ｌ方向の位置を定位置として回転し、ねじ送り機構により弁体支持部材１″を軸線Ｌ方向に移動する。

一方、マグネットロータ７２が左回転（図１３の矢印の方向の回転）を続けると、図１４に示すように、ニードル弁２０が弁座１０３ｂに着座して全閉状態となる。その後、マグネットロータ７２が左回転を続けると、図１５に示すように、全閉可動ストッパ７３の係合部７３ａが全閉固定ストッパ１４に当接し、ロータ部材７が軸線Ｌ方向の所定の位置で停止する。

図１６は本発明の第５実施形態の電動弁の全開状態の縦断面図、図１７は第５実施形態の電動弁の弁開度制御状態の縦断面図、図１８は第５実施形態の電動弁の弁座着座時の縦断面図、図１９は第５実施形態の電動弁の全閉時のロータ回転停止状態の縦断面図である。

この第５実施形態と第４実施形態の違いは、第４実施形態における全開ストッパ１３を無くし、ロータ軸７１に全開回転ストッパ７４を設けるとともに、雌ねじ部材１１′に全開固定ストッパ１５を設けた点である。その他の構造は第４実施形態と同一である。全開ストッパ７４は全開固定ストッパ１５に対応する円周上に係合部７４ａを有している。そして、弁開度制御状態においてマグネットロータ７２が右回転して、弁体支持部材１″（及びニードル弁２０）が上昇したとき、全開回転ストッパ７４の係合部７４ａが全開固定ストッパ１５に当接することで、ニードル弁２０に対する全開ストッパ機能を果たす。この第５実施形態のその他の動作は第４実施形態と同様である。

以上の各実施形態において、ロータ部材は、軸線方向に移動可能かつ軸線回りに回転可能に支持されている。また、弁体支持部材は、軸線方向に移動可能かつ軸線回りの回動が規制されるように設けられている。これにより、ニードル弁（弁体）が弁座から離間している範囲ではマグネットロータ（ロータ）が軸線方向の位置を定位置として回転し、ねじ送り機構により弁体支持部材を軸線方向に移動して、弁開度が制御される。そして、マグネットロータが弁閉方向に回転してニードル弁が弁座に当接（着座）した後、さらにマグネットロータが同方向に回転すると、ねじ送り機構によりロータ部材が軸線方向で弁ポートから離間する方向に移動し、ロータ部材が軸線方向の所定の位置でストッパ機構により、軸線回りに回転方向に当接して停止する。したがって、全開から全閉に亘り、ロータの軸線方向移動が少なくて済み、ステータコイルとの高さ方向の相対的な位置ずれも大きく無く、磁力的に優位となるとともに、弁全体の全長もコンパクト化されコスト的に優位となり、且つ、ストッパが回転方向で当接することから、ねじ送り機構のねじ山に大きな荷重が掛からず、ねじ山の摩耗や食いつきが防止され、耐久性が向上する。さらに、弁閉時に弁体に所定の荷重が掛かるように弁閉方向への付勢ばねを設けたことにより、安定した流体の弁漏れ特性が得られるとともに、弁体の弁座への食い込みが防止され、弁体、弁座の耐久性が向上する。

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。

１ 弁体支持部材
１１ 雌ねじ部材
１１ｃ 雌ねじ部（弁体側ねじ部）
１２ 支持枠
２ ロータ部材
２１ ロータ軸
２１ａ 雄ねじ部（ロータ側ねじ部）
２２ マグネットロータ（ロータ）
３ ストッパ機構
３１ 全閉可動ストッパ
３２ 全閉固定ストッパ
３３ 圧縮ねじりコイルばね
１０ 弁ハウジング
１０Ｒ 弁室
１０１ 第１継手管
１０２ 第２継手管
１０３ 弁座リング
１０３ａ 弁ポート
１０３ｂ 弁座
２０ ニードル弁（弁体）
３０ 基板
３０１ スリット溝
３０２ ガイドフレーム
３０３ 軸受穴
４０ 軸受部
４０１ ばね収容部
４０２ 軸受穴
４０３ ばね受け座
４０４ 付勢ばね
５０ 密閉ケース
６０ ステータコイル
Ｌ 軸線
４ 弁体支持部材
４１ 雄ねじ部材
４１ａ 雄ねじ部（弁体側ねじ部）
４２ 支持枠
５ ロータ部材
５１ ロータ軸
５１ｂ ボス部
５２ マグネットロータ（ロータ）
５２ａ ボス部
５３ 雌ねじ部材
５３ａ 雌ねじ部（ロータ側ねじ部）
１′ 弁体支持部材
６ ロータ部材
４０′ 軸受部
３０２′ ガイドフレーム
１２′ 支持枠
１３ 全開ストッパ
１２ａ′ 垂直板
６１ ロータ軸
６２ マグネットロータ（ロータ）
６１ａ 雄ねじ部（ロータ側ねじ部）
４０′ 軸受部
４０ｄ 全閉固定ストッパ
４０ｅ ストッパ面
１″ 弁体支持部材
１２″ 支持枠
１２ａ″ 垂直板
１４ 全閉固定ストッパ
４０″ 軸受部
７ ロータ部材
７１ ロータ軸
７１ａ 雄ねじ部（ロータ側ねじ部）
７２ マグネットロータ（ロータ）
７２ａ ボス部
７３ 全閉回転ストッパ
７３ａ 係合部
３０２″ ガイドフレーム
１５ 全開固定ストッパ
７４ 全開回転ストッパ
７４ａ 係合部
４０３′ ばね受け座
４０３ａ′ ボス部

Claims (4)

1. モータ部のロータの回転運動を、ロータ側ねじ部と弁体側ねじ部とのねじ送り機構により、弁体の前記ロータの回転軸の軸線方向の直線運動に変換し、該弁体を弁ポートを有する弁座に対して進退させる電動弁において、
   前記弁体を支持するとともに前記弁体側ねじ部を有する弁体支持部材と、
   前記ロータを含むとともに前記弁体側ねじ部に螺合する前記ロータ側ねじ部を有するロータ部材と、を備え、
   前記ロータ部材は、前記軸線方向に移動可能かつ軸線回りに回転可能に支持され、
   前記弁体支持部材は、前記軸線方向に移動可能かつ前記軸線回りの回動が規制されるように設けられ、
   前記弁体が前記弁座から離間している範囲では前記ロータが前記軸線方向の位置を定位置として回転して前記ねじ送り機構により前記弁体支持部材を軸線方向に移動し、
   前記ロータが弁閉方向に回転して前記弁体が前記弁座に当接した後さらに前記ロータが同方向に回転すると、前記ねじ送り機構により前記ロータ部材が軸線方向で前記弁ポートから離間する方向に移動し、該ロータ部材が軸線方向の所定の位置でストッパ機構により停止するよう構成され、
   前記ストッパ機構は、前記ロータ部材に一体的に設けられ該ロータ部材とともに前記軸線方向に移動しかつ軸線回りに回転する全閉回転ストッパと、前記全閉回転ストッパと軸線回りに回転方向に直接的又は間接的に当接する全閉固定ストッパと、を備え、
   前記弁体が前記弁座に当接した状態で前記弁ポートから離間する方向に移動した前記全閉回転ストッパと前記全閉固定ストッパとが直接的又は間接的に当接することで、前記ロータ部材の前記軸線方向への移動が規制されることを特徴とする電動弁。
2. 前記ロータ側ねじ部が雄ねじ、前記弁体側ねじ部が雌ねじであることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
3. 前記ロータ側ねじ部が雌ねじ、前記弁体側ねじ部が雄ねじであることを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
4. 前記弁体が前記弁座に着座して全閉状態となって前記ストッパ機構により前記ロータが回転を停止する際には、前記弁体と前記弁座の当接面に所定の荷重がかかるように、ロータ軸上端部にばね受け座を介して、前記弁体を弁閉方向に付勢するばねを備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電動弁。

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