JP7150345B2 - 電動弁 - Google Patents

Description

本発明は、電動弁に関する。

従来から、例えば流体の配管系統の途中に介在させて、流体の流路の開閉や流量制御を行う機器として電動弁が使用されている。このような電動弁においては、流量制御を正確に行わせるために、弁本体に装着されたステッピングモータなどの駆動源により弁体を駆動させている。

特許文献１には、正方向においては小流量の流体を流し、また逆方向においては大流量の流体を流すことが可能な電動弁において、可動弁座体をフロート型の逆止弁体としても機能させる技術が開示されている。

特開２０１３－２４１９５８号公報

ここで、特許文献１の電動弁ではその構成上、同じ方向に流れる流体について、小流量の流体制御と大流量の流体制御を行うことができないという問題がある。

また、特に小流量の流体制御を高精度に行うには、弁軸の位置決めが重要となるが、特許文献１の電動弁では、部品の製造誤差と組み付け誤差の影響が大きく、位置決め調整に手間がかかるという問題もある。また、液体とガスが混合した冷媒の流体制御を行う電動弁において、異音を抑制したいという要請もある。

本発明は、同じ方向に流れる流体について、小流量の流体制御と大流量の流体制御を行うことが可能であり、弁軸の位置決め調整が容易な電動弁を提供することを目的とする。

本発明にかかる電動弁は、
第１弁室及び大径弁口を備えた弁本体と、
前記第１弁室に挿通され、流路調整部と係合部と段差部とが設けられた弁軸と、
前記弁軸を前記大径弁口に接離する方向に変位させることによって、リフト量を変化させることが可能な弁軸駆動部と、
前記第１弁室内で前記弁軸の変位方向に移動可能に配置され、第２弁室および前記第２弁室につながる小径弁口を備えた移動弁座体と、を有し、
前記弁軸の前記リフト量の変化する範囲に、前記移動弁座体が前記大径弁口に着座した状態で前記流路調整部と前記小径弁口との間の流路断面積を変化させる第１の範囲と、前記移動弁座体が前記係合部に係止された状態で前記移動弁座体と前記大径弁口との間の流路断面積を変化させる第２の範囲と、を有するように構成され、
前記第１の範囲内において前記流路調整部が最も前記小径弁口側に移動した下端位置のとき、前記流路調整部と前記小径弁口との間に所定の隙間を有し、
前記第１弁室には流体供給用の配管が接続されており、
前記第１弁室と前記第２弁室とを連通する連通孔が、前記配管の内周上端よりも上方に設けられていることを特徴とする。

本発明の電動弁によれば、同じ方向に流れる流体について、小流量の流体制御と大流量の流体制御を行うことが可能であり、弁軸の位置決め調整が容易な電動弁を提供することができる。

図１は、参考例１の電動弁を示す縦断面図である。 図２は、参考例１の電動弁の流量測定を示す図であり、横軸に、ロータ３０を回転させるために印加される制御パルス数をとり、縦軸に供給側円管Ｔ１から排出側円管Ｔ２へと流れる冷媒の量をとって示している。 図３は、図１に示す電動弁の弁室の周辺を示す拡大断面図であり、図２の点Ａに対応する位置に弁軸が位置する状態を示している。 図４は、弁部の周辺を拡大して示す図であり、図２の点Ａに対応する位置に弁軸が位置する状態を示している。 図５は、図１に示す電動弁の弁室の周辺を示す拡大断面図であり、図２の点Ｂに対応する位置に弁軸が位置する状態を示している。 図６は、弁部の周辺を拡大して示す図であり、図２の点Ｂに対応する位置に弁軸が位置する状態を示している。 図７は、図１に示す電動弁の弁室の周辺を示す拡大断面図であり、図２の点Ｃに対応する位置に弁軸が位置する状態を示している。 図８は、弁部の周辺を拡大して示す図であり、図２の点Ｃに対応する位置に弁軸が位置する状態を示している。 図９は、図１に示す電動弁の弁室の周辺を示す拡大断面図であり、図２の点Ｄに対応する位置に弁軸が位置する状態を示している。 図１０は、参考例２の電動弁における弁室の周辺を示す拡大断面図であり、図２の点Ａ’に対応する位置に弁軸が位置する状態を示している。 図１１は、第１実施形態の電動弁を示す縦断面図である。 図１２は、図１１に示す電動弁の弁室の周辺を示す拡大断面図である。 図１３は、第２実施形態の電動弁を示す縦断面図である。 図１４は、図１３に示す電動弁の弁室の周辺を示す拡大断面図である。 図１５は、第３実施形態の電動弁を示す縦断面図である。 図１６は、図１５に示す電動弁の弁室の周辺を示す拡大断面図である。 図１７は、第４実施形態の電動弁の弁室の周辺を示す拡大断面図である。

以下、本発明に係る電動弁の参考例及び実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書では、ロータから弁座に向かう方向を下方とし、その逆方向を上方とする。電動弁は、下方を重力方向として使用されることが望ましい。

［参考例１］
図１は、参考例１の電動弁１０を示す縦断面図である。自動車等の冷凍サイクル等における冷媒（流体）の流量制御を行う電動弁１０は、弁座部材６０と、弁座部材６０を取り付けた弁本体２０と、弁本体２０に取り付けられて弁軸２４を駆動させるロータ３０を内蔵するキャン４０と、キャン４０に外嵌されロータ３０を回転駆動するステータ５０とを備えている。電動弁１０の軸線をＬとする。

キャン４０の円筒状部分の外周には、それぞれ一対のボビン５２とステータコイル５３およびこれらを囲うヨーク５１が配置され、その外周を樹脂モールドカバー５６によって覆うことによりステータ５０が形成されている。参考例１では、樹脂モールドカバー５６は、キャン４０の上部を含めて覆っているが、ヨーク５１の周囲のみを覆うようにしてもよい。ロータ３０とステータ５０とによりステッピングモータを構成している。

ステータコイル５３は、基板ＣＢ及びコネクタＣＮを介して、外部の電源回路（不図示）に接続されている。

キャン４０はステンレスなどの非磁性の金属から形成され、有底円筒状をしている。キャン４０の開放した下端は、後述するように弁本体２０の上端に溶接されて固着されている。

略円筒状の弁軸２４は、ステンレス又は真鍮などから形成され、上端側の第１軸部２４ａと、第１軸部２４ａより大径の第２軸部２４ｂと、第２軸部２４ｂより小径の第３軸部２４ｃと、第３軸部２４ｃより小径の第４軸部２４ｄと、下端側の弁部２４ｅとを同軸に連設してなる。流路調整部としての弁部２４ｅは、先端側に向かうにつれて小径となるテーパ形状を有している。第２軸部２４ｂと第３軸部２４ｃとの間に、上方段部（段差部）２４ｆが形成され、第３軸部２４ｃと第４軸部２４ｄとの間に、下方段部２４ｇが形成されている。

略円筒状の弁軸ホルダ３２は、キャン４０内において、弁軸２４の上端側を収容するように配置されている。弁軸ホルダ３２の上端は、弁軸２４の第１軸部２４ａの上端が圧入固定されたプッシュナット３３により接合されている。

プッシュナット３３の外周に沿って、圧縮コイルばねで構成される復帰ばね３５を取付けている。復帰ばね３５は、詳細を後述するガイドブッシュ２６の固定ねじ部２５と弁軸ホルダ３２の移動ねじ部３１との螺合が外れたときに、キャン４０の頂部内面に当接して固定ねじ部２５と移動ねじ部３１との螺合を復帰させるように付勢する機能を有する。

キャン４０に対して隙間を開けて配置されたロータ３０と、弁軸ホルダ３２とは、支持リング３６を介して結合されている。より具体的に支持リング３６は、ロータ３０の成形時にインサートされた黄銅製の金属リングで構成されており、支持リング３６の内周孔部に弁軸ホルダ３２の上部突部が嵌合し、上部突部の外周をかしめ固定してロータ３０、支持リング３６及び弁軸ホルダ３２を結合している。

弁軸ホルダ３２の外周には、ストッパ機構の一方を構成する上ストッパ体３７が固着されている。上ストッパ体３７はリング状の樹脂より構成され、下方に向けて板状の上ストッパ片３７ａが突設されている。

円筒状のガイドブッシュ２６が、弁軸ホルダ３２と弁軸２４との間に配置されている。ガイドブッシュ２６の下端は、後述するホルダ２２０の内周に圧入により嵌合している。ガイドブッシュ２６の外周には、ストッパ機構の他方を構成する下ストッパ体２７が固着されている。下ストッパ体２７はリング状の樹脂より構成され、上方に板状の下ストッパ片２７ａが突設されており、上記した上ストッパ片３７ａと係合可能となっている。

下ストッパ体２７はガイドブッシュ２６の外周に形成された螺旋溝部分２６ａに射出成形により固着され、上ストッパ体３７は弁軸ホルダ３２の外周に形成された螺旋溝部分３２ｂに射出成形により固着されている。

弁軸ホルダ３２の内面に移動ねじ部３１が形成されており、ガイドブッシュ２６の外周に形成された固定ねじ部２５と螺合している。移動ねじ部３１と固定ねじ部２５により構成されるねじ送り機構と、ロータ３０とにより、弁軸２４を軸線Ｌ方向に進退動させる弁軸駆動部を構成する。

弁軸２４は、弁軸ホルダ３２の軸線Ｌに沿って上下動可能に嵌挿されており、弁軸ホルダ３２内に縮装された圧縮コイルばね３４によって下方に付勢されている。ガイドブッシュ２６の側面には、弁室２１とキャン４０内の圧力均衡を図る均圧孔３２ａが形成されている。

弁本体２０は、肉厚や外径が均一な金属製の直線パイプから形成される筒状本体２１０と、筒状本体２１０の上端側内周に圧入されるホルダ２２０と、弁座部材６０とを有する。ガイド部であるホルダ２２０は、中空円筒部２２１と、中空円筒部２２１の内周中間に形成された仕切り壁２２２とを有する。中空円筒部２２１は、上端近傍に拡径した拡径部２２３を有する。拡径部２２３が、筒状本体２１０の上端に形成された薄肉部２１２に嵌合することで、筒状本体２１０とホルダ２２０との軸線Ｌ方向の位置決めが行われる。また、拡径部２２３は筒状本体２１０に嵌合した状態で、その上端が突出しており、後述するキャン４０との接合の際に接合ガイドとして機能する。

中空円筒部２２１の内周に、仕切り壁２２２に下端を突き当てるようにして、ガイドブッシュ２６が圧入されている。仕切り壁２２２の中央には、円形穴２２５が形成されている。

筒状本体２１０の下端には、弁座部材６０がロウ付けにより固着されている。弁座部材６０の下端には、筒状本体２１０の内径より大きい外径を有する鍔部６４が形成されており、鍔部６４を筒状本体２１０の下端に突き当てることで、筒状本体２１０に対して軸線Ｌ方向における弁座部材６０の位置決めを行える。

中空円筒形状を有する弁座部材６０は、その上端に縮径した薄肉円筒部６１を有し、また薄肉円筒部６１の上端内周側に、上方に向かうにつれて拡径したテーパ状の弁座（大径弁口）６２を有している。弁座部材６０の内周中間には環状に突出した突出部６３を形成している。突出部６３の下面に上端を突き当てるようにして、排出側円管Ｔ２が弁座部材６０の内周に嵌合しロウ付けにより固着されている。薄肉円筒部６１の内径を、排出側円管Ｔ２の内径より大きくすることで、通過する冷媒の最大量を増大させることができる。

筒状本体２１０の外周には円孔２１１が形成され、また円孔２１１に供給側円管Ｔ１が挿通されている。中心線Ｏを持つ供給側円管Ｔ１の先端が、弁座部材６０の薄肉円筒部６１の外周に当接するようにして位置決めされ、かかる状態で供給側円管Ｔ１が筒状本体２１０にロウ付けされている。弁室２１に連通する供給側円管Ｔ１内が第１流路を構成し、弁室２１に連通する排出側円管Ｔ２内が第２流路を構成する。なお、供給側円管Ｔ１の中心線Ｏは軸線Ｌに直交している。

筒状本体２１０内において、ホルダ２２０と弁座部材６０との間の空間を弁室２１とする。弁室２１には、移動弁座体７０が軸線Ｌ方向に沿って変位可能に配置されている。移動弁座体７０は、有頂円筒状のスリーブ７１と、スリーブ７１の下端に接合された円盤状のシート７２とを有する。

スリーブ７１は、供給側円管Ｔ１に対向する高さ位置に、４つの横穴（連通孔ともいう）７１ａを周方向に等間隔に備え、また頂壁（隔壁ともいう）７１ｂの中央に円形開口７１ｃを形成している。

後述する図３を参照して、シート７２は、円盤部７２ａと、それより小径の短円筒部７２ｂとを連設しており、円盤部７２ａの上面に突き当てるようにして、短円筒部７２ｂの外周にスリーブ７１の下端が圧入により挿入されている。

シート７２の円盤部７２ａの下面外周には、下方に向うにつれて縮径するテーパ状のシート面７２ｃが形成されており、弁座部材６０の弁座６２に着座可能となっている。シート７２の中央には、後述する図４を参照して、上端側の円筒孔（小径弁口）７２ｄと下端側のテーパ孔７２ｅとを連設してなる連通穴７２ｆが形成されている。円筒孔７２ｄに続いて漸次拡径するテーパ孔７２ｅを設けることで、ここを通過する冷媒の通過音を減少させ、電動弁１０の静穏化を図れる。ここでは、円筒孔７２ｄが弁口を構成する。

スリーブ７１の外径は、シート面７２ｃの最小内径より小さいと好ましく、それにより弁室２１の容積を大きく確保できる。また、比較的小径の円筒孔７２ｄを採用することで、スリーブ７１の内径を小さく抑えることができ、スリーブ７１の容積や開口断面積の低減を図り、また部品の軽量化を図ることができる。

後述する図３を参照して、弁室２１内に挿通された弁軸２４は、第２軸部２４ｂがホルダ２２０の円形穴２２５に挿通され、第３軸部２４ｃがスリーブ７１の円形開口７１ｃに挿通される。スリーブ７１内において、第３軸部２４ｃと第４軸部２４ｄとの間の下方段部２４ｇに突き当てるようにして、係合部である環状部材７３が圧入により取り付けられている。なお、第４軸部２４ｄの上端部分（下方段部２４ｇ側の部分）は、それ以外の第４軸部２４ｄより直径が大きく形成され、環状部材７３が圧入できるようになっている。

図１において、弁本体２０の筒状本体２１０の外周に、ステンレス板（ＳＵＳ板）をプレスにより成形して円筒状に形成した筒部２４０の端部を溶接またはロウ付けにより固着している。筒部２４０をステータ５０側から延在させた板ばね２４１に係合させることで、ステータ５０に対して弁本体２０の回り止めを行っている。

（弁本体の組付）
まず、弁座部材６０を、筒状本体２１０の下端に鍔部６４が突き当たるまで挿入し、排出側円管Ｔ２を弁座部材６０の下端側開口に挿入する。一方、供給側円管Ｔ１を筒状本体２１０の円孔２１１に、その先端が弁座部材６０に突き当たるまで挿通する。その後、ロウ付けにより、弁座部材６０、供給側円管Ｔ１及び排出側円管Ｔ２が筒状本体２１０と一体になるように固着する。
その後、弁軸２４にスリーブ７１を接近させ、弁軸２４が円形開口７１ｃを貫通するようにして、スリーブ７１をホルダ２２０内に挿入する。

次いで、第４軸部２４ｄに環状部材７３を圧入して、下方段部２４ｇに突き当てる。かかる状態で、スリーブ７１の下端にシート７２の短円筒部７２ｂを圧入する。こうして組み立てた、スリーブ７１、弁軸２４、環状部材７３および短円筒部７２ｂからなるスリーブ組立体を、パイプ製の筒状本体２１０に挿入する。ホルダ２２０に対してスリーブ７１は摺動可能となっている。その後、スリーブ組立体の弁軸２４を、筒状本体２１０の円形穴２２５に挿入した状態で、筒状本体２１０内にホルダ２２０を圧入する。このとき、ホルダ２２０の外径を一部縮径することで、圧入する際に印加する荷重を減少させることができる。さらにガイドブッシュ２６をホルダ２２０内に圧入し、下ストッパ体２７ａを取り付ける。また、ガイドブッシュ２６から突出した弁軸２４に圧縮コイルばね３４、弁軸ホルダ３２、下ストッパ体２７、ロータ３０およびプッシュナット３３等を組み付ける。

更に、キャン４０の下端を、筒状本体２１０の上端から突き出したホルダ２２０の拡径部２２３に嵌合させた状態で、突き合わせたキャン４０の下端と筒状本体２１０の上端とに対し、全周にわたってレーザ溶接を行って溶接部Ｗを形成する。これにより、キャン４０と筒状本体２２０との同軸性を確保しつつ、キャン４０とホルダ２２０と筒状本体２１０とが１か所で接合される。ホルダ２２０は外部に対して露出しないため、経年劣化などに対して有利である。また、別工程で予め組み立てておいたステータ５０をキャン４０の外周に装着する。以上で、電動弁１０の組み付けが完了する。

参考例１によれば、スリーブ７１が、ホルダ２２０の中空円筒部２２１の内周でガイドされる構造であるため、筒状本体２１０の内周をガイドとして用いる必要がなくなり、筒状本体２１０を安価なパイプ等を用いて形成することができる。また、スリーブ７１の外径を中空円筒部２２１の内径に合わせて比較的小径とすることができるため、スリーブ７１と筒状本体２１０との間に、比較的大きな弁室２１を形成でき、それにより電動弁１０としての性能を向上させることができる。

（電動弁の動作）
図２は、参考例１の電動弁１０の流量測定を示す図であり、横軸に、ロータ３０を回転させるために印加される制御パルス数をとり、縦軸に供給側円管Ｔ１から排出側円管Ｔ２へと流れる冷媒の量をとって示している。制御パルス数は、弁軸２４の相対変位量（リフト量）に相当する。図２において、点Ａから点Ｃまでの制御パルス数の範囲を、小流量の制御範囲（移動弁座体７０のシート面７２ｃが弁座６２に着座した状態で第４軸部２４ｄと円筒孔７２ｄの間の流路断面積を変化させる第１の範囲）とし、点Ｃから点Ｄを、大流量の制御範囲（移動弁座体７０が環状部材７３に係止された状態で移動弁座体７０のシート面７２ｃと弁座６２との間の流路断面積を変化させる第２の範囲）とする。

参考例１にかかる電動弁１０の動作について説明する。以下、弁軸２４と円筒孔７２ｄとの間の隙間（第１の隙間）により形成される流路断面積をＳ１とし、シート面７２ｃと弁座６２との間の隙間（第２の隙間）により形成される流路断面積をＳ２とする。
図１において、外部からコネクタＣＮおよび基板ＣＢを介して給電することにより、ステータ５０のステータコイル５３に通電を行って励磁すると、発生した磁力によりロータ３０に回転力が生じるため、弁本体２０に固着されたガイドブッシュ２６に対しロータ３０及び弁軸ホルダ３２が回転駆動される。

これにより、ガイドブッシュ２６の固定ねじ部２５と、弁軸ホルダ３２の移動ねじ部３１とのねじ送り機構により、弁軸ホルダ３２がその軸線Ｌ方向に変位する。ステータコイル５３への通電により、弁軸ホルダ３２が下方に変位すると、重力に従い環状部材７３に係止された状態の移動弁座体７０は弁軸ホルダ３２とともに下方に変位する。さらに弁軸ホルダ３２を下方に変位させると、移動弁座体７０のシート面７２ｃが、弁座部材６０の弁座６２に着座する。この状態からさらに弁軸ホルダ３２を下方に変位させると環状部材７３と頂壁７１ｂが離れ、その後、弁軸２４の上方段部２４ｆがスリーブ７１の頂壁７１ｂの上面に突き当たり、シート面７２ｃをコイルばね３４の弾性力により弁座６２に押し当て、シート面７２ｃと弁座６２との間の冷媒の流れを遮断する。

一方、図３，４に示すように、弁軸２４の上方段部２４ｆがスリーブ７１の頂壁７１ｂの上面に突き当たった状態で、第４軸部２４ｄの下端（弁部２４ｅの上端）が移動弁座体７０の円筒孔７２ｄの範囲内に位置する。ここでは、第４軸部２４ｄと円筒孔７２ｄとの軸線Ｌ方向の重なり量をδとする。なお、δ＝０ｍｍである場合も含む。このように、第１の範囲内において第４軸部２４ｄが最も円筒孔７２ｄ側に移動した下端位置のとき、第４軸部２４ｄと円筒孔７２ｄとの間に所定の隙間Ｓ３（０ｍｍを除く）が形成される。

このとき、第４軸部２４ｄと円筒孔７２ｄとの隙間Ｓ３により形成される流路断面積Ｓ１が最小となるので、その流路断面積Ｓ１に応じた流量で冷媒が通過する。換言すれば、第４軸部２４ｄと円筒孔７２ｄとの隙間は完全に閉じることがなく、その間を最小流量の冷媒が流れることとなる。より具体的には、供給側円管Ｔ１から弁室２１に供給された冷媒は、スリーブ７１の横穴７１ａを介してスリーブ７１内部へと進入し、さらに第４軸部２４ｄと円筒孔７２ｄとの間を介して弁座部材６０の内部へと流れ、排出側円管Ｔ２を介して排出される。

参考例１によれば、弁軸２４の上方段部２４ｆをスリーブ７１の頂壁７１ｂの上面に突き当てることで、円筒孔７２ｄに対する弁部２４ｅの軸線Ｌ方向の位置を定めることができ、これにより流量制御を精度よく行える。すなわち、弁部２４ｅの設計位置に対する実際の位置のばらつきは、各部品の製造誤差と組み付け誤差に応じて増大するため、例えばストッパなどを用いて弁部２４ｅの位置決めを行う構成では関連する部品が多くなり、実際の位置が大きくばらつくおそれがある。これに対し参考例１では、円筒孔７２ｄを形成したシート７２と上方段部２４ｆとの間にはスリーブ７１しか介在しないので、ばらつきの要因を極力排除して、円筒孔７２ｄに対する弁部２４ｅの位置決めを精度よく行うことができる。

なお、弁軸２４の上方段部２４ｆがスリーブ７１の頂壁７１ｂの上面に突き当たった状態では、上ストッパ体３７は未だ下ストッパ体２７に当接しておらず、弁軸２４とスリーブ７１と共に、ロータ３０及び弁軸ホルダ３２はさらに回転下降する。このときは弁軸２４に対する弁軸ホルダ３２の相対的な下降変位は、圧縮コイルばね３４が圧縮されることにより吸収される。

その後、ロータ３０が更に回転して弁軸ホルダ３２が下降して、上ストッパ体３７の上ストッパ片３７ａが下ストッパ体２７の下ストッパ片２７ａに当接する。これらのストッパ片２７ａ、３７ａ同士の当接によって、ステータ５０への通電が継続されても、弁軸ホルダ３２の下降は強制的に停止される。

上ストッパ体３７と下ストッパ体２７とから構成されるストッパ機構は、ロータ３０の軸方向の全長内に配置されているため、ストッパ機構が機能しているときでもロータ３０や弁軸ホルダ３２が大きく傾いたりすることが少なく作動が安定し、次にロータ３０を逆転するときでも円滑に行うことができる。

次に、ステータ５０に逆方向の通電を行うと、ガイドブッシュ２６に対しロータ３０及び弁軸ホルダ３２が上記と逆方向に回転され、上記のねじ送り機構により、弁軸ホルダ３２が上方に変位する。このとき、弁室２１内の冷媒圧が、排出側円管Ｔ２内の冷媒圧より高いため、その差圧により移動弁座体７０が下方に付勢され、シート７２のシート面７２ｃが、弁座部材６０の弁座６２に着座したままとなる。

したがって、シート面７２ｃと弁座６２との間に隙間は生じず、冷媒は専ら第４軸部２４ｄと円筒孔７２ｄとの間を通過することとなる。このため図５，６に示すように、弁軸２４の第４軸部２４ｄの下端が円筒孔７２ｄの上端に到達するまでは、流路断面積Ｓ１は最小のままであるため流量は変化しない。このとき、制御パルス数と流量との関係は、図２の点Ａから点Ｂまでの実線により表される。

図５，６に示す位置よりさらに、弁軸２４の弁部２４ｅが円筒孔７２ｄの上端から上方へと変位すると、テーパ状である弁部２４ｅと円筒孔７２ｄとの間の隙間が変化し、流路断面積Ｓ１（図８参照）が増大する。すなわち、流路断面積Ｓ１を通過する冷媒の流量は、移動弁座体７０と弁軸２４の相対変位量に応じて変化するため、小流量の流体制御を行うことができる。このとき、制御パルス数と流量との関係は、図２の点Ｂから点Ｃまでの実線により表される。

更に続けてステータ５０に逆方向の通電を行うと、図７，８に示すように、環状部材７３がスリーブ７１の頂壁７１ｂの下面に当接し、それ以降、移動弁座体７０は弁軸２４に引き上げられる形で、上方に共に変位する。このため、図９に示すように、移動弁座体７０のシート面７２ｃが弁座部材６０の弁座６２から離間して、シート面７２ｃと弁座６２との間の隙間により比較的大きな流路断面積Ｓ２が形成される。

さらに、逆方向への通電を続行すると、弁軸２４の変位量に応じてシート面７２ｃと弁座６２との間の流路断面積Ｓ２が拡大するので、その流路断面積Ｓ２に応じた大流量の冷媒が流れることとなる。

かかる状態で、流路断面積Ｓ１と流路断面積Ｓ２を合計した流路を介して供給側円管Ｔ１から排出側円管Ｔ２へと冷媒が流れることとなるが、弁部２４ｅと円筒孔７２ｄとの間で相対変位は生じないため、流路断面積Ｓ１（図８）は一定であるのに対し、流路断面積Ｓ２は、弁軸２４の変位量に応じて変化する。このため、大流量の流体制御を精度よく行うことができる。弁軸２４が最大位置まで変位すると、それ以上、流路断面積Ｓ２は拡大しないため、流路断面積Ｓ１と流路断面積Ｓ２の双方が一定となり、供給側円管Ｔ１から排出側円管Ｔ２へと流れる冷媒の量は一定となる。このとき、制御パルス数と流量との関係は、図２の点Ｃから点Ｄまでの実線により表される。

このようにロータ３０の回転量によって弁軸２４を軸線方向に変位させることで、同じ方向に流れる冷媒の通過量を調整できる。ロータ３０の回転量は、パルスモータへの入力パルス数にて規制されるため、小流量及び大流量のいずれであっても、冷媒通過量の正確な調整が可能である。

［参考例２］
図１０は、参考例２の電動弁における弁室の周辺を示す拡大断面図である。参考例２においては、参考例１に対して弁軸の弁部及び弁口の形状が異なる。また、弁軸２４Ａには上方段部２４ｆに相当する構成が形成されていない。それ以外の参考例１と同様な構成は、同じ符号を付して重複説明を省略する。

弁軸２４Ａの弁部２４Ａｅは、図１０に示すように２段テーパ形状となっており、より具体的には、弁部２４Ａｅは、第４軸部２４Ａｄに隣接する第１弁部２４Ａｅ１と、第１弁部２４Ａｅ１に隣接する第２弁部２４Ａｅ２とを有する。ここで、軸線Ｌを通る平面で弁軸２４Ａを切断した断面において、軸線Ｌを中心に対向する第１弁部２４Ａｅ１の両側の外形直線により挟む角をテーパ角θ１とし、軸線Ｌを中心に対向する第２弁部２４Ａｅ２の両側の外形直線により挟む角をテーパ角θ２とする。参考例２では、テーパ角θ１はテーパ角θ２よりも大きくなっている。

また、弁口となるシート７２Ａの連通穴７２Ａｆは、小テーパ部７２Ａｇと、小テーパ部７２Ａｇに隣接する円筒孔７２Ａｄと、円筒孔７２Ａｄに隣接するテーパ孔７２Ａｅとを有する。

参考例２によれば、ステータコイル５３（図１参照）への通電により、弁軸２４Ａが下方に変位すると、図１０に示すように、第１弁部２４Ａｅ１が小テーパ部７２Ａｇに着座するため、弁部２４Ａｅと連通穴７２Ａｆとの間に隙間がなくなり、その間を冷媒が通過しなくなる。また、図３を参照して、シート７２Ａのシート面７２ｃが弁座部材６０の
弁座６２に着座している限り、両者間を冷媒が通過しないので、供給側円管Ｔ１から排出側円管Ｔ２への冷媒の流れは遮断される。

これに対し、逆方向への通電により、弁軸２４Ａが上方に変位すると、その変位量に応じて弁部２４Ａｅと連通穴７２Ａｆとの間に隙間が生じるため、その流路断面積に応じた小流量の冷媒が流れることとなる。このとき、制御パルス数と流量との関係は、図２の点Ａ’から点Ｂまで点線、及び点Ｂから点Ｃまでの実線により表される。

さらに、逆方向への通電を続行すると、図９を参照して、環状部材７３がスリーブ７１の頂壁７１ｂの下面に当接して移動弁座体７０が弁軸２４Ａに引き上げられるため、移動弁座体７０のシート面７２ｃと弁座部材６０の弁座６２との間に隙間が生じる。それ以降、弁軸２４Ａの変位量に応じて、シート面７２ｃと弁座６２との間の隙間が変化するので、その流路断面積に応じた大流量の冷媒が流れることとなる。このとき、制御パルス数と流量との関係は、参考例１と同様に、図２の点Ｃから点Ｄまでの実線により表される。

なお、図１０に図示していないが、電動弁の小テーパ部７２Ａｇに流れ方向に沿った方向の溝（ノッチ）を形成することもできる。それにより、第１弁部２４Ａｅ１を小テーパ部７２Ａｇに着座させた状態で、所定の微小流量流を確保することができる。なお、溝（ノッチ）は複数形成すると好ましい。

［第１実施形態］
図１１は、第１実施形態の電動弁１０Ｂを示す縦断面図である。図１２は、図１１の電動弁１０Ｂにおける弁室の周辺を示す拡大断面図である。本実施形態においては、参考例１に対して、移動弁座体７０Ｂのスリーブ７１Ｂの形状が異なるが、シート７２は参考例１と同様である。参考例１と同様な構成は、それぞれ同じ符号を付して重複説明を省略する。

より具体的には、スリーブ７１Ｂの横穴（連通孔）７１Ｂａは、参考例１のものよりも上方にシフトして、ホルダ２２０の下端近傍に配置されている。本実施形態では、横穴７１Ｂａの内周下端は、供給側円管（流体供給用の配管）Ｔ１の内周上端より上方に位置すると好ましいが、横穴７１Ｂａの内周上端が供給側円管Ｔ１の内周上端より若干下方に位置していてもよい。
なお、具体的には、本実施形態の横穴７１Ｂａの内周下端７１Ｂ１は、図１２に示すように、供給側円管Ｔ１の内周上端から軸線Ｌに直交且つ中心線Ｏに平行な延長線Ａよりも上方（図１２では反重力方向）に位置している。

また、筒状本体２１０とスリーブ７１Ｂとの間の空間を第１弁室ＶＳ１とし、スリーブ７１Ｂ内の隔壁７１ｂより下方の空間を第２弁室ＶＳ２とする。横穴７１Ｂａは、第１弁室ＶＳ１と第２弁室ＶＳ２とを連通している。

本実施形態によれば、ステータコイル５３への通電により、弁軸ホルダ３２が下方に変位すると、重力に従い環状部材７３に係止された状態の移動弁座体７０は弁軸ホルダ３２とともに下方に変位する。さらに弁軸ホルダ３２を下方に変位させると、移動弁座体７０のシート面７２ｃが、弁座部材６０の弁座６２に着座する。この状態からさらに弁軸ホルダ３２を下方に変位させると環状部材７３と頂壁７１Ｂｂが離れ、その後、弁軸２４の上方段部２４ｆがスリーブ７１の頂壁７１Ｂｂの上面に突き当たり、シート面７２ｃをコイルばね３４の弾性力により弁座６２に押し当て、シート面７２ｃと弁座６２との間の冷媒の流れを遮断する。

一方、弁軸２４の上方段部２４ｆがスリーブ７１Ｂの頂壁７１Ｂｂの上面に突き当たった状態で、第４軸部２４ｄと円筒孔７２ｄとの間に隙間が生じるため、その隙間に応じた流量で冷媒が通過する。

これに対し、逆方向への通電により、弁軸２４が上方に変位すると、その変位量に応じて第４軸部２４ｄと円筒孔７２ｄとの間に隙間が生じるため、その流路断面積に応じた小流量の冷媒が流れることとなる。

ところで、供給側円管Ｔ１から、液体とガスが混合された冷媒（混合冷媒）が第１弁室ＶＳ１に供給されたとき、かかる混合冷媒が、流路断面積が最も小さい小径弁口を通過する際に、液体とガスとが交互に通過することにより異音を発生させる場合がある。

本実施形態によれば、供給側円管Ｔ１から混合冷媒が第１弁室ＶＳ１に供給されたとき、比較的比重が重い液体はシート７２側に留まるが、比較的比重が軽いガス（気体）はスリーブ７１Ｂの上部側へと移動し、横穴７１Ｂａを介して第２弁室ＶＳ２へと移動し、第２弁室ＶＳ２の上部に貯留される。このため、第２弁室ＶＳ２から小径弁口を通過する冷媒は気体のみとなり、冷媒通過時の異音の発生を抑制することができる。

［第２実施形態］
図１３は、第２実施形態の電動弁１０Ｃを示す縦断面図である。図１４は、図１３の電動弁１０Ｃにおける弁室の周辺を示す拡大断面図である。本実施形態においては、参考例１に対して、弁本体２０Ｃ、弁軸２４Ｃ、移動弁座体７０Ｃの構成が異なる。また、シート７２は参考例１と同様な構成を有するが、供給側配管Ｔ１との相対位置関係が異なる。参考例１と同様な構成は、それぞれ同じ符号を付して重複説明を省略する。

図１３，１４に示すように、ホルダ２２０Ｃには、中空円筒部２２１Ｃの下部外周に縮径部２２６が形成されている。縮径部２２６の上端は、仕切り壁２２２Ｃの下面位置とほぼ同じ高さである。筒状本体２１０Ｃの円孔２１１に挿通された供給側円管（流体供給用の配管）Ｔ１は、その先端が縮径部２２６の下端に当接することにより、筒状本体２１０Ｃに対して位置決めされている。かかる状態で、供給側円管Ｔ１は筒状本体２１０Ｃにロウ付けされる。

筒状本体２１０Ｃ内で軸線Ｌ方向に変位可能な移動弁座体７０Ｃは、図１４において、中空円筒部２２１Ｃの下端内周に摺動可能に嵌合する円筒状のスリーブ７１Ｃと、スリーブ７１Ｃの下端に接合された円盤状のシート７２とを有する。スリーブ７１Ｃは、円筒周壁７１Ｃａと、円筒周壁７１Ｃａの軸線方向中間に形成された隔壁７１Ｃｂとを有する。隔壁７１Ｃｂの中央に、円形開口７１Ｃｃが形成されている。円形開口７１Ｃｃの周囲には、溝（ノッチ）７６が形成されている。弁軸２４Ｃの段部２４Ｃｆが隔壁７１Ｃｂに当接した状態でも、溝（ノッチ）７６を介して冷媒の移動が可能である。

図１３に示すように、弁軸２４Ｃは、第１軸部２４Ｃａと、第２軸部２４Ｃｂと、第３軸部２４Ｃｃと、第４軸部２４Ｃｄと、弁部２４Ｃｅとを同軸に連設してなるが、参考例１に対し、第２軸部２４Ｃｂの長さが長くなっている。

筒状本体２１０Ｃとスリーブ７１Ｃとの間の空間を第１弁室ＶＳ１とし、スリーブ７１Ｃ内の隔壁７１Ｃｂより下方の空間を第２弁室ＶＳ２とする。

さらに本実施形態では、ホルダ２２０Ｃと、ホルダ２２０Ｃに嵌合するスリーブ７１Ｃ（隔壁７１Ｃｂの上方）との間に第３弁室ＶＳ３を形成している。第１弁室ＶＳ１と第３弁室ＶＳ３とは、供給側円管Ｔ１から上方に離間して縮径部２２６に設けた貫通開口（貫通穴）２２７を介して連通しており、第３弁室ＶＳ３と第２弁室ＶＳ２とは、弁軸２４Ｃと円形穴２２５Ｃとの隙間（溝７６を含む）を介して連通している。

シート７２が着座する弁座部材６０Ｃは、参考例１に対して上端側の薄肉円筒部６１Ｃを上方に延長した点のみが異なる。本実施形態においては、供給側円管Ｔ１は薄肉円筒部６１Ｃに接しておらず、それから上方に離間している。第１弁室ＶＳ１の一部であって、弁座部材６０Ｃと、供給側円管Ｔ１の内周最下端との間（シート７２および薄肉円筒部６１Ｃの周囲）、すなわち弁本体２０Ｂの底部に液だまり空間ＬＳを形成している。薄肉円筒部６１Ｃを上方に延長することにより、液だまり空間ＬＳの容積を増大させることができる。

本実施形態においても、供給側円管Ｔ１から混合冷媒が第１弁室ＶＳ１に供給されたとき、比較的比重が重い液体はシート７２側へと移動して液だまり空間ＬＳ内に滞留する。一方、比較的比重が軽いガスはスリーブ７１Ｃの上部側へと移動して、筒状本体部２１０Ｃと縮径部２２６との間を通り、貫通開口２２７を介して第３弁室ＶＳ３へと移動し、第３弁室ＶＳ３に貯留される。このため、第２弁室ＶＳ２から小径弁口を通過する冷媒は気体のみとなり、冷媒通過時の異音の発生を抑制することができる。

［第３実施形態］
図１５は、第３実施形態の電動弁１０Ｄを示す縦断面図である。図１６は、図１５の電動弁１０Ｄにおける弁室の周辺を示す拡大断面図である。本実施形態においては、第２実施形態に対して、移動弁座体７０Ｄのスリーブ７１Ｄの形状が異なるが、シート７２は第２実施形態と同様である。第２実施形態と同様な構成は、同じ符号を付して重複説明を省略する。

本実施形態において、スリーブ７１Ｄは、隔壁７１Ｄｂに溝（ノッチ）を設ける代わりに、段部２４Ｃｆの径方向外側に、１つ又は複数の鉛直孔７７を有している。

本実施形態においても、供給側円管Ｔ１から混合冷媒が第１弁室ＶＳ１に供給されたとき、比較的比重が重い液体はシート７２側へと移動して液だまり空間ＬＳ内に滞留する。一方、比較的比重が軽いガスはスリーブ７１Ｄの上部側へと移動して、貫通開口２２７を介して第３弁室ＶＳ３へと移動し、第３弁室ＶＳ３に貯留される。また、第３弁室ＶＳ３に液体が進入した場合、かかる液体は鉛直孔７７を介して第２弁室ＶＳ２へと移動する。このため、第２弁室ＶＳ２から小径弁口を通過する冷媒は気体のみとなり、冷媒通過時の異音の発生を抑制することができる。

［第４実施形態］
図１７は、第４実施形態の電動弁における弁室の周辺を示す拡大断面図である。本実施形態においては、第３実施形態に対して弁軸２４Ｅと，移動弁座体７０Ｅのシート７２Ｅの形状が異なる。ただし、スリーブ７１は第１実施形態と同様である。また、弁軸２４Ｅには上方段部２４ｆに相当する構成が形成されていない。第１実施形態と同様な構成は、同じ符号を付して重複説明を省略する。

弁軸２４Ｅの弁部２４Ｅｅは、図１７に示すように２段テーパ形状となっており、より具体的には、弁部２４Ｅｅは、第４軸部２４Ｅｄに隣接する第１弁部２４Ｅｅ１と、第１弁部２４Ｅｅ１に隣接する第２弁部２４Ｅｅ２とを有する。第１実施形態と同様に、第１弁部２４Ｅｅ１のテーパ角は、第２弁部２４Ｅｅ２のテーパ角よりも大きくなっている。

また、弁口となるシート７２Ｅの連通穴７２Ｅｆは、小テーパ部７２Ｅｇと、小テーパ部７２Ｅｇに隣接する円筒孔７２Ｅｄと、円筒孔７２Ｅｄに隣接するテーパ孔７２Ｅｅとを有する。

本実施形態によれば、ステータコイル５３（図１参照）への通電により、弁軸２４Ｅが下方に変位すると、第１弁部２４Ｅｅ１が小テーパ部７２Ｅｇに着座するため、弁部２４Ｅｅと連通穴７２Ｅｆとの間に隙間がなくなり、その間を冷媒が通過しなくなる。また、シート７２Ｅのシート面７２ｃが弁座部材６０の弁座６２に着座している限り、両者間を冷媒が通過しないので、供給側円管Ｔ１から排出側円管Ｔ２への冷媒の流れは遮断される。

これに対し、逆方向への通電により、弁軸２４Ｅが上方に変位すると、その変位量に応じて弁部２４Ｅｅと連通穴７２Ｅｆとの間に隙間が生じるため、その流路断面積に応じた小流量の冷媒が流れることとなる。

さらに、逆方向への通電を続行すると、図１１を参照して、環状部材７３がスリーブ７１の頂壁７１ｂの下面に当接して移動弁座体７０Ｅが弁軸２４Ｅに引き上げられるため、移動弁座体７０Ｅのシート面７２ｃと弁座部材６０の弁座６２との間に隙間が生じる。それ以降、弁軸２４Ｅの変位量に応じて、シート面７２ｃと弁座６２との間の隙間が変化するので、その流路断面積に応じた大流量の冷媒が流れることとなる。

また、電動弁の小テーパ部７２Ｅｇに流れ方向に沿った方向の溝（ノッチ）不図示を形成すれば、第１弁部２４Ｅｅ１を小テーパ部７２Ｅｇに着座させた状態（図２の制御パルス数０から点Ａ’までの範囲）で、所定の微小流量流（図２の点Ａと同等の流量）にすることができる。なお、かかる溝（ノッチ）は複数形成すると好ましい。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されない。本発明の範囲内において、上述の実施形態の任意の構成要素の変形が可能である。また、上述の実施形態において任意の構成要素の追加または省略が可能である。

１０，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ 電動弁
２０，２０Ｂ，２０Ｃ 弁本体
２１ 弁室
２４，２４Ａ，２４Ｃ，２４Ｅ 弁軸
２５ 固定ねじ部（雄ねじ部）
２６ ガイドブッシュ
２７ 下ストッパ体
３０ ロータ
３１ 移動ねじ部（雌ねじ部）
３２ 弁軸ホルダ
３３ プッシュナット
３４ 圧縮コイルばね
３５ 復帰ばね
３６ 支持リング
３７ 上ストッパ体
４０ キャン
４１ 環状板
５０ ステータ
６０，６０Ｃ 弁座部材
７０，７０Ｂ，７０Ｃ，７０Ｄ，７０Ｅ 移動弁座体
ＶＳ１ 第１弁室
ＶＳ２ 第２弁室
ＶＳ３ 第３弁室

Claims (11)

1. 第１弁室及び大径弁口を備えた弁本体と、
   前記第１弁室に挿通され、流路調整部と係合部と段差部とが設けられた弁軸と、
   前記弁軸を前記大径弁口に接離する方向に変位させることによって、リフト量を変化させることが可能な弁軸駆動部と、
   前記第１弁室内で前記弁軸の変位方向に移動可能に配置され、第２弁室および前記第２弁室につながる小径弁口を備えた移動弁座体と、を有し、
   前記弁軸の前記リフト量の変化する範囲に、前記移動弁座体が前記大径弁口に着座した状態で前記流路調整部と前記小径弁口との間の流路断面積を変化させる第１の範囲と、前記移動弁座体が前記係合部に係止された状態で前記移動弁座体と前記大径弁口との間の流路断面積を変化させる第２の範囲と、を有するように構成され、
   前記第１の範囲内において前記流路調整部が最も前記小径弁口側に移動した下端位置のとき、前記流路調整部と前記小径弁口との間に所定の隙間を有し、
   前記第１弁室には流体供給用の配管が接続されており、
   前記第１弁室と前記第２弁室とを連通する連通孔が、前記配管の内周上端よりも上方に設けられている、
   ことを特徴とする電動弁。
2. 前記弁軸の前記段差部が前記移動弁座体に当接したときに、前記流路調整部が前記下端位置になる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
3. 前記流路調整部は、テーパ部である、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動弁。
4. 前記移動弁座体は、前記小径弁口を備え前記大径弁口に当接するシートと、前記シートに連結され隔壁を備えたスリーブとを有し、前記スリーブの隔壁に形成された開口を介して、前記弁軸が前記第2弁室に挿通されている、
   ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の電動弁。
5. 前記スリーブの周壁に、前記連通孔を有する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の電動弁。
6. 前記隔壁を挟んで前記弁軸の一方の側に前記段差部が配設され、前記弁軸の他方の側に前記係合部が配設されている、
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の電動弁。
7. 前記流体供給用の配管は、前記シートに対して上方に離間している、
   ことを特徴とする請求項４～６のいずれか一項に記載の電動弁。
8. 前記弁本体は、パイプ材から形成された本体と、前記本体の内側に配設され前記移動弁座体を案内するガイド部とを有し、前記ガイド部に前記連通孔を有する、
   ことを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載の電動弁。
9. 前記ガイド部と前記移動弁座体との間に第３弁室が形成され、前記連通孔を介して、前記第１弁室と前記第３弁室とが連通する、
   ことを特徴とする請求項８に記載の電動弁。
10. 前記弁本体内において前記流体供給用の配管の下方に液だまり空間を有する、
    ことを特徴とする請求項８又は９に記載の電動弁。
11. 前記流体供給用の配管は、前記ガイド部に当接することにより位置決めされる、
    ことを特徴とする請求項８～１０のいずれか一項に記載の電動弁。

Images