JP7332191B2 - 電動弁 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機、冷凍機等の冷凍サイクルに流量制御弁等として組み込まれて使用される電動弁に係り、特に、弁体が最下降位置（通常なら全閉状態となる）にあるときでも、弁シート部との間に所定の大きさの間隙が形成される閉弁レスタイプの電動弁に関する。

この種の電動弁として、例えば、弁軸と、該弁軸が内挿される円筒部を有するガイドステムと、前記弁軸の下端部に保持固定されて前記ガイドステムに内挿された円筒状の弁ホルダと、該弁ホルダに、前記弁軸に対して軸方向の相対移動及び相対回転可能な状態で内挿され、かつ、前記弁軸との間に縮装されたコイルばねにより下方に付勢されるとともに、前記弁ホルダにより抜け止め係止された弁体と、該弁体が接離する弁シート部を有し、前記ガイドステムが取付固定される弁本体と、該弁本体に接合されたキャンと、該キャンの内周に配在されたロータと、前記弁軸の上端部に外嵌固定された結合部材を介して前記ロータと前記弁軸とを連結するロータホルダと、前記ロータに設けられた係合部が嵌合するべく前記ロータホルダに形成された凹部と、前記ロータを回転駆動すべく前記キャンの外周に配置されたステータと、前記ガイドステムの円筒部内周に配在される雌ねじ部材と、該雌ねじ部材の内周に形成された固定ねじ部と前記弁軸の外周に形成された可動ねじ部とからなる、前記弁体を前記弁シート部に接離させるためのねじ送り機構と、前記ガイドステムの円筒部の外周に配在されて前記ロータの回転上下動規制を行うストッパ機構と、を備え、前記ストッパ機構は、上側係止部及び下側係止部を有する螺旋状の固定ストッパと、前記上側係止部に接当して係止される第１接当部及び前記下側係止部に接当して係止される第２接当部が設けられて、前記固定ストッパの螺旋部分に組み込まれるリング状ないし螺旋状のスライダとからなり、前記スライダは、前記ロータが回転するとき、該ロータに設けられた押動部により前記第１接当部が押動されて、前記第１接当部が前記上側係止部に、また、前記第２接当部が前記下側係止部に接当するまで回転しながら上下動するようにされ、前記スライダの第２接当部が前記下側係止部に接当して停止せしめられた原点位置では、前記弁体と前記弁シート部との間に所定の大きさの間隙が形成されているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

前記した如くの構成を有する電動弁では、弁体が最下降位置（通常なら全閉状態となる）にあるときでも、弁シート部との間に所定の大きさの間隙が形成されるため、通常の閉弁タイプの電動弁と比べて、弁シート部への弁体の喰いつきが確実に防止でき、当該電動弁を空調機に使用する場合、コンプレッサの焼き付きによる運転不具合を防げる利点がある。

特許第５１６４５７９号公報

ところで、前記した如くの従来の閉弁レスタイプの電動弁では、弁本体の弁室の一側部に冷媒入出用の第１導管が、また、弁室の下部に冷媒入出用の第２導管がそれぞれろう付け等により連結固定され、流体（冷媒）が、第１導管から弁室を介して第２導管に向かう一方向（正方向）と、第２導管から弁室を介して第１導管に向かう他方向（逆方向）との双方向に流されるようになっているが、ねじ送り機構（を構成する固定ねじ部と可動ねじ部との間）にはバックラッシ（ねじガタ）が必然的に存在するため、流体（冷媒）の流れ方向が正方向から逆方向、あるいは、逆方向から正方向に変化すると、その流体の圧力によって弁体が付勢され、当該弁体が弁シート部に対して前記バックラッシ（ねじガタ）分だけ上下動してしまう（図７（Ａ）、（Ｂ）参照）。

また、上記従来の電動弁では、通常、弁口オリフィスを流れる流体の通過流量を制御する弁体が逆円錐台面ないしは逆円錐面（テーパ面）で構成されている。そのため、上述のように流体の流れ方向の変化に応じて弁体が弁シート部に対して上下動してしまうと、弁体が原点位置（最下降位置ともいい、モータに対する供給パルス数が０パルスとされる位置）にあるときに、その流体の流れ方向の変化前後で、弁口オリフィスを流れる流体の通過流量（０パルス流量ともいう）が変化してしまうといった課題が生じる（図８参照）。

また、上記従来の電動弁では、通常、組立時の弁体の原点位置出しにおいて、弁体のテーパ面を弁シート部に当接させて基準位置を形成し、その基準位置から弁体を弁シート部に対してリフトさせて弁体の原点位置出しを行っている。すなわち、弁体のテーパ面が弁体の原点位置出しの基準面とされている（詳細は、特許文献１等参照）。そのため、原点位置における弁体と弁シート部との間の前記間隙の寸法精度が、弁体のテーパ面の部品精度（加工精度）に依存することとなり、概して前記間隙の寸法ばらつきが大きくなって、流量特性（例えば、中間開度での流量の変曲点）がばらつく可能性がある。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、弁体が最下降位置にあるときの、流体（冷媒）の流れ方向の変化に伴う流量変化を抑えることのできる電動弁を提供することにある。

また、本発明の他の目的とするところは、原点位置における弁体と弁シート部との間に形成される間隙の寸法ばらつき、ひいては、流量特性のばらつきを抑えることのできる電動弁を提供することにある。

上記する課題を解決するために、本発明に係る電動弁は、弁軸の先端に設けられた弁体と、前記弁軸の回転下動規制を行うための下部ストッパ機構と、前記弁体が接離又は近接離間する弁シート部を有する弁口オリフィスが設けられた弁本体と、を有し、ロータの回転運動を、雄ネジ部材と雌ネジ部材とのネジ螺合により直線運動に変換し、この直線運動に基づいて前記弁本体に対して前記弁体を軸方向に移動させ、前記下部ストッパ機構により前記弁体が最下降位置にあるときに、前記弁シート部と前記弁体との間に間隙が昇降方向に形成される電動弁であって、前記弁体は、前記弁口オリフィスに挿入した場合に前記弁口オリフィスの内周面との間に微小な隙間を形成し、前記弁口オリフィスの軸線と平行な外周面を有する弁体側ストレート部と、前記弁体側ストレート部の先端と連続して形成されたテーパ状の外周面を有するテーパ面部とを備え、前記弁軸は、前記弁体側ストレート部および前記弁口オリフィスよりも大径であり、前記弁体側ストレート部は、前記弁軸と前記テーパ面部との間に形成され、かつ前記弁軸よりも小径であり、前記弁体側ストレート部の軸方向の長さは、前記弁体側ストレート部の直径よりも短く、前記弁体が前記最下降位置にあるとき、前記弁口オリフィスに挿入された前記弁体側ストレート部の軸方向の長さは、前記ネジ螺合時のネジガタ分の軸方向の長さよりも長く形成されることを特徴としている。

好ましい態様では、前記弁口オリフィスは、前記弁体側ストレート部の前記外周面と内周面が平行である弁シート側ストレート部を有する。

更に好ましい態様では、前記弁シート側ストレート部の軸方向の長さは、前記弁体側ストレート部の軸方向の長さよりも短い。

更に好ましい態様では、前記弁体を前記ロータと反対方向に最大限移動させた場合における前記弁体側ストレート部と前記テーパ面部の境界の軸方向の位置が、前記弁シート側ストレート部の前記内周面の高さの範囲内に位置する。

別の好ましい態様では、前記弁体を前記弁口オリフィスの方向に付勢する付勢部材を備える。

本発明によれば、弁体が最下降位置にあるときに、弁体に設けられた弁体側ストレート部の少なくとも一部と弁シート部に設けられた弁シート側ストレート部の少なくとも一部とが昇降方向で重なるように、各部の寸法形状が設定されている。より詳細には、弁体が最下降位置にあるときにおいて弁体が弁シート部から最も離れるときに（流体が逆方向に流されるときに）、弁体側ストレート部の少なくとも一部と弁シート側ストレート部の少なくとも一部とが昇降方向で重なるようにされている。そのため、弁体が最下降位置にあるときに、流体の流れ方向の変化に応じて弁体が弁シート部に対して上下動しても、弁口オリフィスを流れる流体の通過流量（０パルス流量）が連続的に変化するようになり、例えば弁口オリフィスを流れる流体（冷媒）の通過流量を制御する弁体がテーパ面で構成される従来の電動弁と比べて、弁体が最下降位置にあるときの、流体（冷媒）の流れ方向の変化に伴う流量変化を確実に抑えることができる。

また、弁体における弁体側ストレート部の上側に、昇降方向に対して垂直な面を有する弁体側当接部が設けられており、組立時の弁体の原点位置出しにおいて前記弁体が前記最下降位置より下降せしめられたときに、前記弁体の当接部が弁本体に当接せしめられるようにされている。すなわち、弁体における弁体側ストレート部の上側に設けられた当接部（昇降方向に対して垂直な面）が弁体の原点位置出しの基準面とされ、原点位置における弁体と弁シート部との間の間隙の寸法精度が、基本的に弁体の当接部の部品精度（加工精度）に依存することとなる。そのため、例えば弁体のテーパ面が弁体の原点位置出しの基準面とされる従来の電動弁と比べて、前記間隙の寸法ばらつき、ひいては、流量特性（例えば、中間開度での流量の変曲点）のばらつきを効果的に抑えることができる。また、前記した弁体側ストレート部（の昇降方向における長さ）は、当接部（基準面）を基準として決められるので、前記弁体側ストレート部の寸法精度を確保でき、この点からも、流量特性（例えば、中間開度での流量の変曲点）のばらつきをより効果的に抑えることができる。

本発明に係る電動弁の一実施形態を示す縦断面図。 図１に示される電動弁の要部を拡大して示す要部拡大縦断面図であり、（Ａ）は正方向流れ状態を示す図、（Ｂ）は逆方向流れ状態を示す図。 図１に示される電動弁の流量特性の一例を示す図。 図１に示される電動弁の流量特性の他例を示す図。 図１に示される電動弁の他例の要部を拡大して示す要部拡大縦断面図。 図１に示される電動弁の組立工程における、弁体の原点位置（最下降位置）出し工程において、下部ストッパをガイドブッシュに対して回転させる工程の説明に供される上面図及び部分拡大縦断面図。 従来の電動弁の要部を拡大して示す要部拡大縦断面図であり、（Ａ）は正方向流れ状態を示す図、（Ｂ）は逆方向流れ状態を示す図。 従来の電動弁の流量特性を示す図。

以下、本発明に係る電動弁及びその組立方法の実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、各図において、部材間に形成される隙間や部材間の離隔距離等は、発明の理解を容易にするため、また、作図上の便宜を図るため、誇張して描かれている場合がある。また、本明細書において、上下、左右等の位置、方向を表わす記述は、図１の方向矢印表示を基準としており、実際の使用状態での位置、方向を指すものではない。

また、本明細書では、弁本体における弁室の側方に連結された第１導管から、弁室及び該弁室の底部に形成された縦向きの弁口オリフィスを介して弁室の下方に連結された第２導管に向かう方向を「正方向」とし、第２導管から、弁口オリフィス及び弁室を介して第１導管に向かう方向を「逆方向」としている。

＜電動弁の構成及び動作＞
図１は、本発明に係る電動弁の一実施形態を示す縦断面図である。

図示実施形態の電動弁１は、主に、弁軸１０と、ガイドブッシュ２０と、弁軸ホルダ３０と、弁本体４０と、キャン５５と、ロータ５１とステータ５２とからなるステッピングモータ５０と、圧縮コイルばね（付勢部材）６０と、抜け止め係止部材７０と、ねじ送り機構２８と、下部ストッパ機構２９とを備える。

前記弁軸１０は、上側から、上部小径部１１と、中間大径部１２と、下部小径部１３とを有し、その下部小径部１３の下端部に、弁口オリフィス４６を流れる流体（冷媒）の通過流量を制御するための弁体１４が一体的に形成されている。

前記弁体１４は、図１とともに図２を参照すればよく分かるように、上側（弁室４０ａ側）から、弁軸１０の下部小径部１３より若干小径の円筒面（昇降方向で外径が一定）からなるストレート部（弁体側ストレート部）１４ｓと、逆円錐台面からなる上側テーパ面部１４ｔと、上側テーパ面部１４ｔより制御角（弁体１４の中心軸線Ｏと平行な線との交差角）が大きい逆円錐台面からなる下側テーパ面部１４ｕとを有している。

前記ストレート部１４ｓの昇降方向（上下方向）における長さは、ねじ送り機構２８（を構成する固定ねじ部２３と可動ねじ部３３との間）のバックラッシ（ねじガタ）分以上に設計されている（詳細は後述）。

また、弁体１４におけるストレート部１４ｓの上側には（当該ストレート部１４ｓに連接して）、弁軸１０の下部小径部１３と弁体１４（のストレート部１４ｓ）との間に形成された段丘面で構成される環状平坦面（水平面）（弁体側当接部）１４ｆが設けられている。この環状平坦面１４ｆは、昇降方向に対して垂直な面とされており、当該電動弁１の組立時の弁体１４の原点位置（最下降位置）出しにおいて当該弁体１４が最下降位置より下降せしめられたときに、弁本体４０（詳細には、弁本体４０の底部壁４５の上面に形成された弁本体側当接部としての環状平坦面４５ｆ）に当接せしめられる基準面とされる（詳細は後述）。

前記ガイドブッシュ２０は、前記弁軸１０（の中間大径部１２）が軸線Ｏ方向に相対移動（摺動）可能及び軸線Ｏ回りに相対回転可能な状態で内挿される円筒部２１と、該円筒部２１の上端部から上方に延びており、該円筒部２１よりも内径が大きく、前記弁軸１０の中間大径部１２の上端側と上部小径部１１の下端側とが内挿される延設部２２とを有している。前記ガイドブッシュ２０の円筒部２１の外周には、ロータ５１の回転駆動に応じて前記弁軸１０の弁体１４を弁本体４０の弁シート部４６ａに対して昇降させるねじ送り機構２８の一方を構成する固定ねじ部（雄ねじ部）２３が形成されている。また、前記円筒部２１の下部（固定ねじ部２３より下側の部分）は、大径とされ、弁本体４０の嵌合穴４４への嵌合部２７とされる。前記固定ねじ部２３（における弁軸ホルダ３０より下側）には、下部ストッパ２５が、嵌合部２７の上面２７ａと所定の隙間ｈをあけて螺着されて固定されており、その下部ストッパ２５の外周には、弁軸ホルダ３０（すなわち、弁軸ホルダ３０に連結された弁軸１０）の回転下動規制を行う下部ストッパ機構２９の一方を構成する固定ストッパ体２４が一体的に突設されている。なお、後で詳述するように、本実施形態では、嵌合部２７の上面２７ａは、下部ストッパ２５の下動規制を行う（言い換えれば、下部ストッパ２５の下動限界位置もしくは最下動位置を規定する）ストッパ部とされる。

前記弁軸ホルダ３０は、前記ガイドブッシュ２０が内挿される円筒部３１と前記弁軸１０（の上部小径部１１）の上端部が挿通される挿通穴３２ａが貫設された天井部３２とを有している。前記弁軸ホルダ３０の円筒部３１の内周には、前記ガイドブッシュ２０の固定ねじ部２３と螺合して前記ねじ送り機構２８を構成する可動ねじ部（雌ねじ部）３３が形成されると共に、その円筒部３１の外周下端には、前記下部ストッパ機構２９の他方を構成する可動ストッパ体３４が一体的に突設されている。

また、前記弁軸１０の上部小径部１１と中間大径部１２との間に形成された段丘面と前記弁軸ホルダ３０の天井部３２の下面との間には、弁軸１０の上部小径部１１に外挿されるように、前記弁軸１０と前記弁軸ホルダ３０とが昇降方向（軸線Ｏ方向）で離れる方向に付勢する、言い換えれば前記弁軸１０（弁体１４）を常時下方（閉弁方向）に付勢する圧縮コイルばね（付勢部材）６０が縮装されている。

前記弁本体４０は、例えば真鍮やＳＵＳ等の金属製円筒体から構成されている。この弁本体４０は、内部に流体が導入導出される弁室４０ａを有し、該弁室４０ａの側部に設けられた横向きの第１開口４１に第１導管４１ａがろう付け等により連結固定され、該弁室４０ａの天井部に前記弁軸１０（の中間大径部１２）が軸線Ｏ方向に相対移動（摺動）可能及び軸線Ｏ回りに相対回転可能な状態で挿通される挿通穴４３及び前記ガイドブッシュ２０の下部（嵌合部２７）が嵌合されて取付固定される嵌合穴４４が形成され、該弁室４０ａの下部に設けられた縦向きの第２開口４２に第２導管４２ａがろう付け等により連結固定されている。また、前記弁室４０ａと前記第２開口４２との間に設けられた底部壁４５に、前記弁体１４が接離又は近接離間する弁シート部４６ａを有する略円錐台状の弁口オリフィス４６が形成されるとともに、その弁シート部４６ａには、円筒面（昇降方向で内径が一定）からなるストレート部（弁シート側ストレート部）４６ｓが設けられている（図２参照）。

前記ストレート部４６ｓ（の内径）は、前記弁体１４のストレート部１４ｓより若干大径、かつ、前記弁軸１０の下部小径部１３より小径に設計されている。

また、弁本体４０の底部壁４５の上面における弁口オリフィス４６（弁シート部４６ａ）周りは、環状平坦面（水平面）（弁本体側当接部）４５ｆとされており、当該環状平坦面４５ｆが、当該電動弁１の組立時の弁体１４の原点位置（最下降位置）出しにおいて弁体１４側の環状平坦面１４ｆと平面で当接せしめられる当接面（基準面）とされる（詳細は後述）。

一方、前記弁本体４０の上端部には鍔状板４７がかしめ等により固着されると共に、該鍔状板４７の外周に設けられた段差部に、天井付き円筒状のキャン５５の下端部が突き合わせ溶接により密封接合されている。

前記キャン５５の内側かつ前記ガイドブッシュ２０及び前記弁軸ホルダ３０の外側には、ロータ５１が回転自在に配在され、前記キャン５５の外側に、前記ロータ５１を回転駆動すべく、ヨーク５２ａ、ボビン５２ｂ、ステータコイル５２ｃ、及び樹脂モールドカバー５２ｄ等からなるステータ５２が配置されている。ステータコイル５２ｃには、複数のリード端子５２ｅが接続され、これらのリード端子５２ｅには、基板５２ｆを介して複数のリード線５２ｇが接続され、ステータコイル５２ｃへの通電励磁によってキャン５５内に配在されたロータ５１が軸線Ｏ回りで回転するようになっている。

キャン５５内に配在された前記ロータ５１は、前記弁軸ホルダ３０に係合支持されており、当該弁軸ホルダ３０は前記ロータ５１とともに（一体に）回転するようになっている。

詳細には、前記ロータ５１は、内筒５１ａ、外筒５１ｂ、及び内筒５１ａと外筒５１ｂとを軸線Ｏ回りの所定の角度位置で接続する接続部５１ｃからなる二重管構成とされ、内筒５１ａの内周に、（例えば、軸線Ｏ回りで１２０度の角度間隔で）軸線Ｏ方向（上下方向）に延びる縦溝５１ｄが形成されている。

一方、前記弁軸ホルダ３０の外周（の上半部分）には、（例えば、軸線Ｏ回りで１２０度の角度間隔で）上下方向に延びる突条３０ａが突設され、その突条３０ａの下部両側には、前記ロータ５１を支持する上向きの係止面（不図示）が形成されている。

ロータ５１の内筒５１ａの縦溝５１ｄと弁軸ホルダ３０の突条３０ａとが係合し、かつロータ５１の内筒５１ａの下面と弁軸ホルダ３０の係止面とが当接することにより、ロータ５１が弁軸ホルダ３０に対して位置合わせされた状態で支持固定され、前記弁軸ホルダ３０は、前記ロータ５１を前記キャン５５内で支持しながら当該ロータ５１と共に回転される。

前記ロータ５１及び弁軸ホルダ３０の上側には、弁軸ホルダ３０とロータ５１との昇降方向における相対移動を防止する（言い換えれば、弁軸ホルダ３０に対してロータ５１を下方に押し付ける）と共に弁軸１０と弁軸ホルダ３０とを連結すべく、前記弁軸１０（の上部小径部１１）の上端部に圧入・溶接等により外嵌固定されたプッシュナット７１と、該プッシュナット７１とロータ５１との間に介在され、弁軸１０の上端部が挿通される挿通穴７２ａが中央に形成された円板状部材からなるロータ押さえ７２とから構成される抜け止め係止部材７０が配在されている。すなわち、前記ロータ５１は、圧縮コイルばね６０の付勢力により上方に付勢される弁軸ホルダ３０と前記ロータ押さえ７２との間で挟持されている。なお、弁軸ホルダ３０の上端から係止面までの（上下方向の）高さは、ロータ５１の内筒５１ａの（上下方向の）高さと同じであり、弁軸ホルダ３０（の天井部３２）の上面は、前記ロータ押さえ７２の下面（平坦面）と当接している。

また、前記弁軸１０の上端部に固定された前記プッシュナット７１には、動作時にガイドブッシュ２０に対して弁軸ホルダ３０が上方に移動し過ぎて、ガイドブッシュ２０の固定ねじ部２３と弁軸ホルダ３０の可動ねじ部３３との螺合が外れるのを防止すべく、弁軸ホルダ３０をガイドブッシュ２０側に付勢するコイルばねからなる復帰ばね７５が外装されている。

そして、当該電動弁１では、例えば弁シート部４６ａへの弁体１４の喰いつきを防止すると共に、低流量域での制御性を確保すべく、弁体１４が最下降位置（原点位置）にあるときに、弁体１４と弁シート部４６ａとの間に所定の大きさの間隙が形成されるようになっている。本例では、弁体１４のストレート部１４ｓと弁本体４０の底部壁４５のストレート部４６ｓとの間、及び、ストレート部１４ｓに連接する環状平坦面１４ｆとストレート部４６ｓに連接する環状平坦面４５ｆとの間に、所定の大きさの間隙が形成されるようになっている。

かかる構成の電動弁１では、ステータ５２（のステータコイル５２ｃ）への通電励磁によってロータ５１が回転せしめられると、それと一体に弁軸ホルダ３０及び弁軸１０が回転せしめられる。このとき、ガイドブッシュ２０の固定ねじ部２３と弁軸ホルダ３０の可動ねじ部３３とからなるねじ送り機構２８により、弁軸１０が弁体１４を伴って昇降せしめられ、これによって、弁体１４と弁シート部４６ａとの間の間隙（リフト量、弁開度）が増減されて、冷媒等の流体の通過流量が調整される。また、弁軸ホルダ３０の可動ストッパ体３４とガイドブッシュ２０に固定された下部ストッパ２５の固定ストッパ体２４とが当接し、弁体１４が最下降位置にあるときでも、弁体１４と弁シート部４６ａとの間に間隙（閉弁時要求リフト量）が形成されるため、所定量の通過流量が確保される（図３参照）。

ところで、本実施形態の電動弁１では、流体（冷媒）が、双方向、具体的には、第１導管４１ａ（第１開口４１）から弁室４０ａ及び弁口オリフィス４６を介して第２導管４２ａ（第２開口４２）に向かう方向（つまり、横→下方向）（以下、この状態を正方向流れ状態という）と、第２導管４２ａ（第２開口４２）から弁口オリフィス４６及び弁室４０ａを介して第１導管４１ａ（第１開口４１）に向かう方向（つまり、下→横方向）（以下、この状態を逆方向流れ状態という）との双方向に流されるようになっており、その流体の圧力によって、前記正方向流れ状態では、弁体１４が下方に付勢され、前記逆方向流れ状態では、弁体１４が上方に付勢される。そして、弁体１４を弁シート部４６ａに対して昇降させるねじ送り機構２８では、弁体１４（弁軸１０）が連結される弁軸ホルダ３０の可動ねじ部３３と、弁本体４０に連結固定されるガイドブッシュ２０の固定ねじ部２３との間に、バックラッシ（ねじガタ）が存在する。そのため、前記正方向流れ状態では、弁体１４が（弁軸ホルダ３０の可動ねじ部３３の下面側とガイドブッシュ２０の固定ねじ部２３の上面側とが接触するまで）下方に移動せしめられ（図２（Ａ）に示される状態）、前記逆方向流れ状態では、弁体１４が（弁軸ホルダ３０の可動ねじ部３３の上面側とガイドブッシュ２０の固定ねじ部２３の下面側とが接触するまで）上方に移動せしめられる（図２（Ｂ）に示される状態）。すなわち、流体（冷媒）の流れ方向が正方向から逆方向、あるいは、逆方向から正方向に変化すると、弁体１４が弁シート部４６ａに対して前記バックラッシ分だけ上下動する。

ここで、本実施形態では、弁体１４が最下降位置にあるときに、弁体１４側のストレート部１４ｓの少なくとも一部と弁シート部４６ａ側のストレート部４６ｓの少なくとも一部とが昇降方向（上下方向）で重なる（ラップする）ように、各部の寸法形状が設定されている。より詳細には、ストレート部１４ｓの昇降方向（上下方向）における長さが、ねじ送り機構２８（を構成する固定ねじ部２３と可動ねじ部３３との間）のバックラッシ分以上に設計され、弁体１４が最下降位置にあるときにおいて弁体１４が弁シート部４６ａから最も離されるときに（逆方向流れ状態）、弁体１４側のストレート部１４ｓの下側部分と弁シート４６ａ側のストレート部４６ｓの上側部分とが、昇降方向で重なり量（ラップ量）Ｌｍｉｎだけ重なるようにされている（図２（Ｂ）に示される状態）。

また、この場合、正方向流れ状態では、弁体１４側のストレート部１４ｓと弁シート部４６ａ側のストレート部４６ｓとの昇降方向での重なり量Ｌｍａｘは、前記重なり量Ｌｍｉｎにねじ送り機構２８のバックラッシ分を足した量となっている（図２（Ａ）に示される状態）。

そのため、図３に示される如くに、弁体１４が最下降位置にあるときに、正方向から逆方向、あるいは、逆方向から正方向に流体の流れ方向が変化して弁体１４が弁シート部４６ａに対して上下動しても、弁口オリフィス４６を流れる流体の通過流量（０パルス流量）が連続的に変化するようになり、例えば弁口オリフィスを流れる流体（冷媒）の通過流量を制御する弁体がテーパ面で構成される従来の電動弁と比べて、弁体１４が最下降位置にあるときの、流体（冷媒）の流れ方向の変化に伴う流量変化を確実に抑えることができる。

また、本実施形態では、弁体１４におけるストレート部１４ｓの上側に、昇降方向に対して垂直な面を有する環状平坦面（弁体側当接部）１４ｆが設けられると共に、弁本体４０の底部壁４５の上面における弁口オリフィス４６（弁シート部４６ａ）周りに環状平坦面（弁本体側当接部）４５ｆが設けられており、組立時の弁体１４の原点位置（最下降位置）出しにおいて前記弁体１４が前記最下降位置より下降せしめられたときに、弁体１４側の環状平坦面１４ｆが弁本体４０側の環状平坦面４５ｆに当接せしめられるようにされている。すなわち、弁体１４におけるストレート部１４ｓの上側に設けられた環状平坦面１４ｆ及び弁本体４０の環状平坦面４５ｆが弁体１４の原点位置出しの基準面とされ、原点位置における弁体１４と弁シート部４６ａとの間の間隙の寸法精度が、基本的に弁体１４の環状平坦面１４ｆの部品精度（加工精度）に依存することとなる（後で詳述）。そのため、例えば弁体のテーパ面が弁体の原点位置出しの基準面とされる従来の電動弁と比べて、前記間隙の寸法ばらつき、ひいては、流量特性（例えば、中間開度での流量の変曲点）のばらつきを効果的に抑えることができる。また、前記した弁体１４側のストレート部１４ｓの昇降方向における長さは、環状平坦面１４ｆ（基準面）を基準として決められるので、前記弁体１４側のストレート部１４ｓの寸法精度を確保でき、この点からも、流量特性（例えば、中間開度での流量の変曲点）のばらつきをより効果的に抑えることができる。

なお、図３に示される例では、弁体１４が上方に付勢される逆方向流れ状態において、弁体１４側のストレート部１４ｓの下側部分と弁シート部４６ａ側のストレート部４６ｓの上側部分とが昇降方向で所定の重なり量Ｌｍｉｎだけ重なるようにされているが、例えば、図４に示される如くに、前記逆方向流れ状態において、弁体１４側のストレート部１４ｓの下端部と弁シート部４６ａ側のストレート部４６ｓの上端部とが一致する（つまり、昇降方向での重なり量Ｌｍｉｎを０とする）ように、各部の寸法形状を設定してもよい。この場合、正方向流れ状態では、弁体１４側のストレート部１４ｓと弁シート部４６ａ側のストレート部４６ｓとの昇降方向での重なり量Ｌｍａｘは、ねじ送り機構２８のバックラッシ分となる。

また、上記実施形態では、弁体１４側の環状平坦面１４ｆと弁本体４０側の環状平坦面４５ｆとが面で当接する構成としたが、面以外で当接する構成でもよく、例えば、弁体１４側の環状平坦面１４ｆ及び弁本体４０側の環状平坦面４５ｆの一方又は双方を断面突起状としてもよい。

また、上記実施形態では、弁本体４０の底部壁４５に、ストレート部４６ｓが設けられた弁シート部４６ａを有する弁口オリフィス４６が形成されているが、例えば、図５に示される如くに、ストレート部４６ｓが設けられた弁シート部４６ａを有する弁口オリフィス４６が形成されたシート部材４８を切削加工等により作製し、そのシート部材４８を弁本体４０の底部壁４５に設けられた嵌挿穴４９に内挿固定してもよい。この場合、シート部材４８の上面における弁口オリフィス４６（弁シート部４６ａ）周りが、環状平坦面（水平面）（弁本体側当接部）４８ｆとされ、当該電動弁１の組立時の弁体１４の原点位置（最下降位置）出しにおいて弁体１４側の環状平坦面１４ｆと平面で当接せしめられる当接面（基準面）とされる。

図５に示される如くに、弁本体４０とは別部品のシート部材４８を使用することにより、シート部材４８の部品精度、特に、ストレート部４６ｓや環状平坦面４８ｆの寸法精度等を高められるので、流量特性のばらつきを更に効果的に抑えることができる。

＜電動弁の組立方法＞
前述の電動弁１の組立工程の一例、特に、弁体１４の原点位置（最下降位置）出し工程の一例を、図１及び図２を参照しながら概説すると、まず、弁軸１０、ガイドブッシュ２０、下部ストッパ２５、圧縮コイルばね６０、弁軸ホルダ３０、ロータ５１、弁本体４０等を組み付ける。このとき、下部ストッパ２５は、ガイドブッシュ２０に対して相対回転可能に螺合させておく。なお、下部ストッパ２５は、この段階で、ガイドブッシュ２０のストッパ部２７ａと当接させて配置してもよいし、そのストッパ部２７ａと間隔をあけて配置してもよい。次いで、弁軸１０の下端部に設けられた弁体１４が弁シート部４６ａに当接し（すなわち、弁体１４の環状平坦面１４ｆが弁本体４０の環状平坦面４５ｆに当接し）、圧縮コイルばね６０が若干圧縮され、弁軸ホルダ３０の可動ストッパ体３４と下部ストッパ２５の固定ストッパ体２４とが当接し、かつ、下部ストッパ２５（の下面）がガイドブッシュ２０のストッパ部２７ａと当接するまで、ガイドブッシュ２０の固定ねじ部２３と弁軸ホルダ３０の可動ねじ部３３とからなるねじ送り機構２８を利用して、前記弁軸ホルダ３０、ロータ５１、及び弁軸１０を回転させながら下降させる。そして、このように弁軸ホルダ３０が最下動位置に位置せしめられ、かつ、弁体１４が最下降位置より下降せしめられてその環状平坦面１４ｆが弁本体４０の環状平坦面４５ｆに当接された状態で、弁軸１０の上端部に、ロータ押さえ７２を嵌め込むと共にプッシュナット７１を圧入・溶接等により外嵌固定する。

次に、上記状態から、弁軸１０、弁軸ホルダ３０、ロータ５１、抜け止め係止部材７０（プッシュナット７１とロータ押さえ７２）等が一体とされた組立体を、前記ねじ送り機構２８を利用して回転させながら上昇させてガイドブッシュ２０から取り外した後、下部ストッパ２５をガイドブッシュ２０に対して開弁方向（図示例では、平面視で反時計回り）に所定回転角度だけ回転させる。そして、その下部ストッパ２５を、ガイドブッシュ２０（の固定ねじ部２３）に溶接・溶着・接着等により相対回転不能に連結固定した後、再びねじ送り機構２８を利用して前記組立体をガイドブッシュ２０に組み付ける。これにより、下部ストッパ２５の固定ストッパ体２４のガイドブッシュ２０に対する位置が変わるので、弁軸ホルダ３０の可動ストッパ体３４と下部ストッパ２５の固定ストッパ体２４とが当接して、弁軸ホルダ３０が最下動位置にあるとき（つまり、弁体１４が最下降位置にあるとき）でも、弁体１４と弁シート部４６ａとの間に所定の大きさの間隙（正方向流れ状態での昇降方向における寸法がＨの間隙）が形成される（図２（Ａ）参照）。このとき、弁体１４側のストレート部１４ｓと弁シート部４６ａ側のストレート部４６ｓとの昇降方向での重なり量Ｌｍａｘは、例えば、ねじ送り機構２８のバックラッシ分とされる。なお、前記組立体を上昇させてガイドブッシュ２０から取り外した後、下部ストッパ２５をガイドブッシュ２０に対して開弁方向に所定回転角度だけ回転させ、その下部ストッパ２５をガイドブッシュ２０に溶接・溶着・接着等により相対回転不能に連結固定するものとして説明したが、前記組立体をガイドブッシュ２０に対して上昇させるだけで、下部ストッパ２５をガイドブッシュ２０に対して開弁方向に所定回転角度だけ回転させることができ、かつ下部ストッパ２５をガイドブッシュ２０に溶接・溶着・接着等により相対回転不能に連結固定することができる程度の隙間を形成することができれば、前記組立体をガイドブッシュ２０から取り外す必要はない。

なお、下部ストッパ２５の雌ねじ部２６やガイドブッシュ２０の固定ねじ部（雄ねじ部）２３にバックラッシレス（ノンバックラッシ）タイプのねじ部を採用する場合には、弁体１４と弁シート部４６ａとの間に形成される間隙の昇降方向における寸法Ｈは、下部ストッパ２５（の下面）とガイドブッシュ２０のストッパ部２７ａとの隙間ｈと一致もしくは略一致する。しかし、一般に、ねじ部にはバックラッシ（遊び又はガタ）が設けられている。そのため、上記実施形態のように下部ストッパ２５をガイドブッシュ２０のストッパ部２７ａと当接させて締め込んだ後に開弁方向に回転させて（緩めて）弁体１４の原点位置出しを行う場合、前記下部ストッパ２５は、回転当初の段階では、ガイドブッシュ２０のストッパ部２７ａに当接したまま（すなわち、上昇せずに）回転するため、前記寸法Ｈは前記隙間ｈと必ずしも一致しない。

具体的には、図６を参照すればよく理解されるように、下部ストッパ２５の雌ねじ部２６とガイドブッシュ２０の固定ねじ部２３との間のバックラッシ分の回転角度をθｂ[°]（図示例では、約１８０°）とした場合、上記した原点位置出し工程において、下部ストッパ２５をガイドブッシュ２０のストッパ部２７ａと当接させて締め込んだ状態（この状態では、下部ストッパ２５の雌ねじ部２６の上面側とガイドブッシュ２０の固定ねじ部２３の下面側とが接触）から、当該下部ストッパ２５を開弁方向に回転させる（緩める）と、バックラッシ分の回転角度θｂ[°]の範囲内では、自重により下部ストッパ２５（の下面）はガイドブッシュ２０のストッパ部２７ａと当接し続ける（図６の（１）～（３））。ただし、下部ストッパ２５自体は回転するため、当該下部ストッパ２５に設けられた固定ストッパ体２４の回転位置は変化する。

仮に、このバックラッシ分の回転角度θｂ[°]の範囲内で下部ストッパ２５をガイドブッシュ２０に固定し、ねじ送り機構２８を利用して弁軸ホルダ３０を回転させながら下降させ、弁軸ホルダ３０の可動ストッパ体３４と下部ストッパ２５の固定ストッパ体２４とを当接させると、弁軸ホルダ３０の最下動位置は、下部ストッパ２５の回転量に応じて次第に上昇することとなる。例えば、バックラッシ相殺時点での弁軸ホルダ３０の最下降位置の上昇量Ｈｂは、下部ストッパ２５の雌ねじ部２６のねじピッチ（ねじ山同士の間隔）をｐとしたとき、ｐ×θｂ／３６０で規定される（図６の（３））。

バックラッシが相殺された後（下部ストッパ２５の回転角度がバックラッシ分の回転角度θｂ[°]に到達した後）（この状態では、下部ストッパ２５の雌ねじ部２６の下面側とガイドブッシュ２０の固定ねじ部２３の上面側とが接触）、下部ストッパ２５を開弁方向に更に回転させると、下部ストッパ２５は回転しながら上昇し始め、下部ストッパ２５とガイドブッシュ２０のストッパ部２７ａとの間に隙間ｈが形成される。

最終的に、下部ストッパ２５をガイドブッシュ２０のストッパ部２７ａと当接させて締め込んだ状態から回転角度θ[°]だけ開弁方向に回転させてガイドブッシュ２０に固定したとすると、弁軸ホルダ３０の最下降位置は、ｐ×θ／３６０で規定される上昇量Ｈだけ上昇するため、弁軸ホルダ３０が最下動位置にあるとき（つまり、弁体１４が最下降位置にあるとき）に、弁体１４と弁シート部４６ａとの間に、（正方向流れ状態での）昇降方向における所定の寸法Ｈの間隙が形成される（図２（Ａ）参照）。一方で、下部ストッパ２５とガイドブッシュ２０のストッパ部２７ａとの間には、前記上昇量Ｈからバックラッシ分を差し引いた隙間ｈ、すなわち、ｐ×（θ－θｂ）／３６０で規定される隙間ｈが形成される。

なお、図示実施形態では、下部ストッパ２５をバックラッシ分の回転角度θｂ[°]を超えて回転させることで、下部ストッパ２５とガイドブッシュ２０のストッパ部２７ａとの間に隙間ｈが形成されているが、弁体１４と弁シート部４６ａとの間に形成される間隙の昇降方向における寸法が上記Ｈｂ以下に設定される場合には、下部ストッパ２５はバックラッシの回転角度θｂ[°]の範囲内で回転すればよいので、下部ストッパ２５とガイドブッシュ２０のストッパ部２７ａとの間に隙間は形成されず、下部ストッパ２５（の下面）はガイドブッシュ２０のストッパ部２７ａと当接したままとなる。

また、上記の実施形態では、下部ストッパ２５をガイドブッシュ２０のストッパ部２７ａと当接させて締め込んだ状態を、下部ストッパ２５の開弁方向への回転の基準状態としたが、その基準状態における下部ストッパ２５の締結状態や上下方向における位置は、図示実施形態に限定されないことは当然である。例えば、下部ストッパ２５は、図６の（１）～（３）に示すバックラッシ分の回転角度の範囲内における如何なる状態を基準状態としてもよい。また、当該下部ストッパ２５は、その基準状態においてガイドブッシュ２０のストッパ部２７ａと当接している必要はなく、例えば図６の（４）に示すような、ガイドブッシュ２０（の固定ねじ部２３）における如何なる位置を基準状態としてもよい。なお、下部ストッパ２５がガイドブッシュ２０のストッパ部２７ａと離間している（当接していない）状態を前記基準状態とする場合、上記バックラッシは存在しなくなり、組立完了後において、弁体１４と弁シート部４６ａとの間に形成される間隙の昇降方向における寸法Ｈは、下部ストッパ２５（の下面）とガイドブッシュ２０のストッパ部２７ａとの隙間ｈより小さくなる（言い換えれば、下部ストッパ２５とガイドブッシュ２０のストッパ部２７ａの昇降方向における隙間ｈが、前記寸法Ｈより大きくなる）。

かかる組立方法により組み立てられた電動弁１では、上述したように、ステータ５２（のステータコイル５２ｃ）への通電励磁によってロータ５１が回転せしめられると、それと一体に弁軸ホルダ３０及び弁軸１０が回転せしめられる。このとき、ガイドブッシュ２０の固定ねじ部２３と弁軸ホルダ３０の可動ねじ部３３とからなるねじ送り機構２８により、弁軸１０が弁体１４を伴って昇降せしめられ、これによって、弁体１４と弁シート部４６ａとの間の間隙（リフト量、弁開度）が増減されて、冷媒等の流体の通過流量が調整される。また、弁軸ホルダ３０の可動ストッパ体３４とガイドブッシュ２０に固定された下部ストッパ２５の固定ストッパ体２４とが当接し、弁体１４が最下降位置にあるときでも、弁体１４と弁シート部４６ａとの間に間隙（閉弁時要求リフト量）が形成されるため、所定量の通過流量が確保される（図３参照）。

本実施形態の電動弁１においては、ねじピッチｐの雌ねじ部２６を持つ下部ストッパ２５がガイドブッシュ２０の所定位置に相対回転可能に螺合され、下部ストッパ機構２９により弁軸ホルダ３０が最下動位置に位置せしめられるとともに、弁体１４を最下降位置より下降せしめて弁体１４の環状平坦面１４ｆを弁本体４０の環状平坦面４５ｆに当接させ、その後、弁体１４の環状平坦面１４ｆが弁本体４０の環状平坦面４５ｆに当接した位置を基準として、前記所定位置にある下部ストッパ２５をガイドブッシュ２０に対して開弁方向に所定回転角度θだけ回転させて該ガイドブッシュ２５に相対回転不能に連結すると、下部ストッパ機構２９により弁軸ホルダ３０が最下動位置にあるときに、弁体１４と弁シート部４６ａとの間（具体的には、環状平坦面１４ｆと環状平坦面４５ｆとの間）に、正方向流れ状態での昇降方向における寸法Ｈがｐ×θ／３６０で規定される間隙が形成されるとともに、弁体１４におけるストレート部１４ｓの少なくとも一部と弁シート部４６ａにおけるストレート部４６ｓの少なくとも一部とが昇降方向で重なるようになっている。つまり、下部ストッパ２５がガイドブッシュ２０に対して開弁方向に回転された後に当該ガイドブッシュ２０に相対回転不能に連結されることにより、正方向流れ状態での弁体１４の最下降位置、言い換えれば弁体１４が最下降位置にあるときの弁体１４と弁シート部４６ａとの間の昇降方向における間隙が規定される。すなわち、原点位置における弁体１４と弁シート部４６ａとの間の間隙の寸法精度が、基本的に下部ストッパ機構２９を構成する下部ストッパ２５の雌ねじ部２６とガイドブッシュ２０の固定ねじ部２３の寸法精度に依存することとなるため、前記間隙の寸法ばらつきを抑えることができ、もって、低流量域における流体（冷媒）流量の制御性を向上させることができる。さらに、弁体１４におけるストレート部１４ｓの上側に設けられた環状平坦面１４ｆ及び弁本体４０の環状平坦面４５ｆを弁体１４の組立時の原点位置出しの基準面としたことで、原点位置における弁体１４と弁シート部４６ａとの間の間隙の寸法精度が、基本的に弁体１４の環状平坦面１４ｆの部品精度（加工精度）に依存することとなり、前記間隙の寸法ばらつき、ひいては、流量特性（例えば、中間開度での流量の変曲点）のばらつきを効果的に抑えることができる。

１ 電動弁
１０ 弁軸
１４ 弁体
１４ｆ 環状平坦面（弁体側当接部）
１４ｓ 弁体側ストレート部
２０ ガイドブッシュ
２１ 円筒部
２３ 固定ねじ部（雄ねじ部）
２８ ねじ送り機構
２９ 下部ストッパ機構
３０ 弁軸ホルダ
３３ 可動ねじ部（雌ねじ部）
４０ 弁本体
４０ａ 弁室
４１ 第１開口
４１ａ 第１導管
４２ 第２開口
４２ａ 第２導管
４５ 底部壁
４５ｆ 環状平坦面（本体側当接部）
４６ 弁口オリフィス
４６ａ 弁シート部
４６ｓ 弁シート側ストレート部
４７ 鍔状部
４８ シート部材
５０ ステッピングモータ
５１ ロータ
５２ ステータ
５５ キャン
６０ 圧縮コイルばね
７０ 抜け止め係止部材
Ｏ 軸線

Claims (5)

1. 弁軸の先端に設けられた弁体と、前記弁軸の回転下動規制を行うための下部ストッパ機構と、前記弁体が接離又は近接離間する弁シート部を有する弁口オリフィスが設けられた弁本体と、を有し、
   ロータの回転運動を、雄ネジ部材と雌ネジ部材とのネジ螺合により直線運動に変換し、この直線運動に基づいて前記弁本体に対して前記弁体を軸方向に移動させ、
   前記下部ストッパ機構により前記弁体が最下降位置にあるときに、前記弁シート部と前記弁体との間に間隙が昇降方向に形成される電動弁であって、
   前記弁体は、前記弁口オリフィスに挿入した場合に前記弁口オリフィスの内周面との間に微小な隙間を形成し、前記弁口オリフィスの軸線と平行な外周面を有する弁体側ストレート部と、前記弁体側ストレート部の先端と連続して形成されたテーパ状の外周面を有するテーパ面部とを備え、
   前記弁軸は、前記弁体側ストレート部および前記弁口オリフィスよりも大径であり、
   前記弁体側ストレート部は、前記弁軸と前記テーパ面部との間に形成され、かつ前記弁軸よりも小径であり、
   前記弁体側ストレート部の軸方向の長さは、前記弁体側ストレート部の直径よりも短く、
   前記弁体が前記最下降位置にあるとき、前記弁口オリフィスに挿入された前記弁体側ストレート部の軸方向の長さは、前記ネジ螺合時のネジガタ分の軸方向の長さよりも長く形成されることを特徴とする電動弁。
2. 前記弁口オリフィスは、前記弁体側ストレート部の前記外周面と内周面が平行である弁シート側ストレート部を有することを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
3. 前記弁シート側ストレート部の軸方向の長さは、前記弁体側ストレート部の軸方向の長さよりも短いことを特徴とする請求項２に記載の電動弁。
4. 前記弁体を前記ロータと反対方向に最大限移動させた場合における前記弁体側ストレート部と前記テーパ面部の境界の軸方向の位置が、前記弁シート側ストレート部の前記内周面の高さの範囲内に位置することを特徴とする請求項２又は３に記載の電動弁。
5. 前記弁体を前記弁口オリフィスの方向に付勢する付勢部材を備えることを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の電動弁。

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