JP7440107B2

JP7440107B2 - 電動弁

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Publication number: JP7440107B2
Application number: JP2022006318A
Authority: JP
Inventors: 将志矢沢; 威菅沼
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2022-01-19
Filing date: 2022-01-19
Publication date: 2024-02-28
Anticipated expiration: 2042-01-19
Also published as: JP2023105470A; CN116464788A; EP4215781A1

Description

本発明は、電動弁に関する。

特許文献１は、従来の電動弁の一例を開示している。このような電動弁は、エアコンなどが有する冷凍サイクルに組み込まれる。電動弁は、弁本体と、弁体と、弁体を移動させるためのステッピングモーターと、を有している。ステッピングモーターは、ローターとステーターとを有している。ステッピングモーターにパルスが入力されるとローターが回転する。ローターの回転に応じて弁体が移動し、弁本体の弁口の開度が変化する。ローターが一方向に回転されると、弁体が弁口に近づき、弁口の開度が小さくなる。ローターが他方向に回転されると、弁体が弁口から離れ、弁口の開度が大きくなる。ローターが基準位置にあるとき、ローターに取り付けられた可動ストッパが弁本体に取り付けられた固定ストッパに当接して、ローターの一方向への回転が規制される。

電動弁は、電動弁制御装置によって制御される。電動弁制御装置は、初期化動作において、ステッピングモーターにパルスを入力してローターを一方向に回転させ、ローターを基準位置に位置付ける。次に、電動弁制御装置は、ステッピングモーターにパルスを入力してローターを他方向に回転させ、ローターを開弁位置に位置付ける。ローターが開弁位置に位置付けられると、弁口を流れる流体の流量が最小絞り流量になる。

特開２０１１－２０８７１６号公報

図１４に、従来の電動弁が有する弁体の一例を示す。図１４に示す弁体９３０は、着座部９３５と、先端部９３７と、を有している。着座部９３５は、上端から下端に向かうにしたがって外径が小さくなるテーパー形状を有している。先端部９３７は、着座部９３５の下端に連設されている。先端部９３７は、上端から下端に向かうにしたがって外径が小さくなるテーパー形状を有している。弁口９１７は、一定の内径を有するオリフィス部９１７ａを有している。

電動弁のローターが基準位置にあるとき、着座部９３５が弁座９１８に接しており、先端部９３７が弁口９１７に配置されている。このとき、弁口９１７に流体は流れない。次に、ステッピングモーターにパルスが入力されてローターが基準位置から開弁位置まで回転されると、着座部９３５が弁座９１８から離れ、先端部９３７とオリフィス部９１７ａとの間に最小絞り通路９３８が形成される。具体的には、ローターが基準位置から開弁位置の直前の位置までの間にあるときは、図１５に示すように、着座部９３５が弁座９１８に接している。そして、ローターが開弁位置の直前の位置にあるときに１個のパルスがステッピングモーターに入力されると、ローターが開弁位置に位置付けられ、図１６に示すように、着座部９３５が弁座９１８から離れる。最小絞り通路９３８が形成されると、弁口９１７を流れる流体の流量が最小絞り流量になる。そして、ローターが開弁位置から他方向にさらに回転されると、弁体９３０が弁口９１７から離れ、弁口９１７を流れる流体の流量が線形的に増加する。図１７は、従来の電動弁におけるステッピングモーターに入力されたパルス数と弁口９１７を流れる流体の流量との関係の一例を示すグラフである。図１７において、一点鎖線の円内にグラフ上の各点における弁口９１７と弁体９３０との位置関係を示す。図１５は、図１７の符号ＸＶを付した円内の一部を拡大した図である。図１６は、図１７の符号ＸＶＩを付した円内の一部を拡大した図である。

複数の電動弁は、ステッピングモーターに同じ数のパルスが入力されたとき、各電動弁において弁口９１７を流れる流体の流量が同じになるように製造される。しかしながら、部品精度または組立精度によって、複数の電動弁において弁口９１７を流れる流体の流量がばらつくことがある。また、ローターが基準位置から開弁位置まで回転されるときにステッピングモーターに入力されるパルス数（開弁パルス数Ｃ）もばらつくことがある。図１８は、ステッピングモーターに入力されたパルス数に対する弁口９１７を流れる流体の流量の公差範囲の一例を示すグラフである。図１８に示すグラフは、電動弁のローターが開弁位置またはその付近にあるときのステッピングモーターに入力されたパルス数に対する弁口９１７を流れる流体の流量との関係を示す。図１８において、下限数Ｎａ～上限数Ｎｂは、開弁パルス数Ｃの公差範囲の一例である。

しかしながら、ローターが開弁位置から他方向にさらに回転されると弁口９１７を流れる流体の流量が線形的に増加するので、最小絞り流量のばらつき幅（下限値Ｆａ～上限値Ｆｂ）が大きくなってしまう。

そこで、本発明は、最小絞り流量のばらつき幅を小さくすることができる電動弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る電動弁は、弁口および弁座を有する弁本体と、ローターを有するステッピングモーターと、前記ローターが一方向に回転されると前記弁口に近づきかつ前記ローターが他方向に回転されると前記弁口から離れる弁体と、前記ローターが基準位置にあるときに前記ローターの前記一方向への回転を規制するストッパ機構と、を有する電動弁であって、前記弁口が、一定の内径を有するオリフィス部を有し、前記弁座が、前記オリフィス部の一端を囲んでおり、前記弁体が、着座部と、中間部と、先端部と、を有し、前記中間部の一端が、前記着座部に連設され、前記中間部の他端が、前記先端部に連設され、前記中間部の他端の外径が、前記先端部の外径より大きく、前記ローターが前記基準位置にあるとき、前記着座部が前記弁座に接し、前記中間部の他端が前記弁口に配置され、前記ローターが前記他方向に回転されて前記着座部が前記弁座から離れたときの前記ローターの位置が開弁位置であり、前記ローターが前記開弁位置にあるとき、前記中間部の他端と前記オリフィス部との間に最小絞り通路が形成され、前記ローターが前記基準位置から前記開弁位置まで回転されるときに前記ステッピングモーターに入力されるパルス数の公差範囲の大きさをＤとしたとき、前記着座部が前記弁座に接しているときの前記中間部の他端から前記オリフィス部の一端までの距離（以下、「最小絞り通路距離」という。）が、Ｄ＋１個のパルスに対応する前記弁体の移動距離以上であることを特徴とする。

本発明において、前記最小絞り通路距離が、前記ローターが前記基準位置から前記弁体が前記弁口から最も離れる全開位置まで回転されるときに前記ステッピングモーターに入力されるパルス数の１～１５％のパルスに対応する前記弁体の移動距離である、ことが好ましい。

本発明において、前記中間部が、一定の外径を有する円柱形状の部分を少なくとも１つ含む、ことが好ましい。

本発明において、前記中間部が、外周面に形成された環状の溝を少なくとも１つ含む、ことが好ましい。

本発明によれば、弁口が、一定の内径を有するオリフィス部を有する。弁座が、オリフィス部の一端を囲んでいる。弁体が、着座部と、中間部と、先端部と、を有する。中間部の一端が、着座部に連設され、中間部の他端が、先端部に連設されている。中間部の他端の外径が、先端部の外径より大きい。ローターが基準位置にあるとき、着座部が弁座に接し、中間部の他端が弁口に配置される。ローターが他方向に回転されて着座部が弁座から離れたときのローターの位置が開弁位置である。ローターが開弁位置にあるとき、中間部の他端とオリフィス部との間に最小絞り通路が形成される。ローターが基準位置から開弁位置まで回転されるときにステッピングモーターに入力されるパルス数（以下、「開弁パルス数」という。）の公差範囲の大きさをＤとしたとき、最小絞り通路距離が、Ｄ＋１個のパルスに対応する弁体の移動距離以上である。

このようにしたことから、開弁パルス数が公差範囲の上限数Ｎｂである電動弁において、ローターが基準位置にあるときにＮｂ～Ｎｂ＋Ｄ個のパルスが入力されると、最小絞り通路が形成される。開弁パルス数が公差範囲の下限数Ｎａである電動弁において、ローターが基準位置にあるときにＮａ～Ｎａ＋Ｄ個のパルスが入力されると、最小絞り通路が形成される。公差範囲の大きさはＤ（Ｄ＝Ｎｂ－Ｎａ）であることから、Ｎａ＋Ｄ＝Ｎｂである。そのため、複数の電動弁の初期化動作において、開弁パルス数として上限数Ｎｂを用いることで、いずれの電動弁においても弁口を流れる流体の流量を最小絞り流量にすることができる。したがって、複数の電動弁において、最小絞り流量のばらつき幅を小さくすることができる。

本発明の一実施例に係る電動弁の断面図である。図１の電動弁が有する弁本体アセンブリの断面図である。図１の電動弁が有する弁軸ホルダー、ストッパ部材、ローターおよびステーターの平面図である。図１の電動弁が有するステッピングモーターを説明する図である。図１の電動弁が有する弁体およびその近傍を示す断面図である。図１の電動弁が有する弁体およびその近傍を拡大した断面図である（弁体の着座部が弁座に接した状態）図１の電動弁が有する弁体およびその近傍を拡大した断面図である（弁体の着座部が弁座から離れた直後の状態）。図１の電動弁が有する弁体およびその近傍を拡大した断面図である（弁体の中間部の下端が弁口のオリフィス部の上端と軸線方向について同じ位置にある状態）。図１の電動弁におけるステッピングモーターに入力されたパルス数と弁口を流れる流体の流量との関係の一例を示すグラフである。図１の電動弁におけるステッピングモーターに入力されたパルス数に対する弁口を流れる流体の流量の公差範囲の一例を示すグラフである。図５の弁体の第１変形例を示す断面図である。図５の弁体の第２変形例を示す断面図である。図５の弁体の第３変形例を示す断面図である。従来の電動弁が有する弁体およびその近傍を示す断面図である。図１４の弁体およびその近傍を拡大した断面図である（弁体の着座部が弁座に接した状態）。図１４の弁体およびその近傍を拡大した断面図である（弁体の着座部が弁座から離れた直後の状態）。従来の電動弁におけるステッピングモーターに入力されたパルス数と弁口を流れる流体の流量との関係の一例を示すグラフである。従来の電動弁におけるステッピングモーターに入力されたパルス数に対する弁口を流れる流体の流量の公差範囲の一例を示すグラフである。

以下、本発明の一実施例に係る電動弁について、図１～図１３を参照して説明する。本実施例に係る電動弁は、例えば、エアコンの冷凍サイクルにおいて冷媒流量を制御する流量制御弁として使用される。

図１は、本発明の一実施例に係る電動弁の断面図である。図２は、図１の電動弁が有する弁本体アセンブリの断面図である。図３は、図１の電動弁が有する弁軸ホルダー、ストッパ部材、ローターおよびステーターの平面図である。図３において、ステーターを模式的に示している。また、図３において、ローターの磁極を模式的に示している。図４は、図１の電動弁が有するステッピングモーターを説明する図である。図４Ａは、ローターとステーターのコイルとを模式的に示している。図４Ｂは、パルスとステーターに供給される駆動電流との対応の一例を示す。図５は、図１の電動弁が有する弁体およびその近傍を示す断面図である。図６～図８は、図１の電動弁が有する弁体およびその近傍を拡大した断面図である。図６は、弁体の着座部が弁座に接した状態を示す。図７は、弁体の着座部が弁座から離れた直後の状態（ローターが開弁位置にある状態）を示す。図８は、弁体の中間部の下端が弁口のオリフィス部の上端と軸線方向について同じ位置にある状態を示す。図９は、図１の電動弁におけるステッピングモーターに入力されたパルス数と弁口を流れる流体の流量との関係の一例を示すグラフである。図１０は、図１の電動弁におけるステッピングモーターに入力されたパルス数に対する弁口を流れる流体の流量の公差範囲の一例を示すグラフである。図１１は、図５の弁体の第１変形例を示す断面図である。図１２は、図５の弁体の第２変形例を示す断面図である。図１３は、図５の弁体の第３変形例を示す断面図である。図２、図５～図８、図１１～図１３において、弁体は正面から見た状態で示されている。

図１に示すように、本実施例に係る電動弁１は、弁本体アセンブリ５と、ステーターユニット７と、を有している。

図２に示すように、弁本体アセンブリ５は、弁本体１０と、キャン２０と、取付板２３と、弁体３０と、駆動機構４０と、を有している。

弁本体１０は、本体部材１１と、接続部材１３と、を有している。本体部材１１は、円柱形状を有している。本体部材１１は、弁室１４を有している。本体部材１１には、第１導管１５および第２導管１６が接合されている。第１導管１５は、軸線Ｌと直交する方向（図２の左右方向）に沿って配置され、弁室１４に接続されている。第２導管１６は、軸線Ｌ方向（図２の上下方向）に沿って配置され、弁口１７を介して弁室１４に接続されている。弁口１７は、弁室１４において円環テーパー形状の弁座１８に囲まれている。本体部材１１の上端面には、円形の嵌合穴１１ａが形成されている。嵌合穴１１ａの内周面は、図２において左方を向く平面１１ｄを有している。嵌合穴１１ａの底面には、弁室１４に通じる軸孔１１ｂが形成されている。接続部材１３は、円環板形状を有している。接続部材１３の内周縁は、本体部材１１の上部に接合されている。本体部材１１および接続部材１３は、アルミニウム合金、ステンレスまたは真ちゅうなどの金属製である。

図５に示すように、弁口１７は、オリフィス部１７ａと、導流部１７ｂと、を有している。オリフィス部１７ａの上端１７ａ１（一端）は、弁座１８の内縁に連設されている。オリフィス部１７ａの上端１７ａ１は、弁座１８に囲まれている。オリフィス部１７ａは、軸線Ｌ方向全体にわたって一定の内径を有している。導流部１７ｂの上端は、オリフィス部１７ａの下端に連設されている。導流部１７ｂは、上端から下端に向かうにしたがって内径が大きくなるテーパー形状を有している。導流部１７ｂは、オリフィス部１７ａの流体を第２導管１６に導き、第２導管１６の流体をオリフィス部１７ａに導く。

図２に示すように、キャン２０は、ステンレスなどの金属製である。キャン２０は、下端が開口しかつ上端が塞がれた円筒形状を有している。キャン２０の下端は、接続部材１３の外周縁に接合されている。

取付板２３は、円弧形状を有している。取付板２３の内縁は接続部材１３の外周縁に連設されている。接続部材１３と取付板２３とは１つの部品を構成している。取付板２３の円弧中心および接続部材１３の中心を軸線Ｌが通る。取付板２３は、接続部材１３から径方向外方に突出している。取付板２３は、孔２４を有している。孔２４は、円形であり、取付板２３を貫通している。

弁体３０は、第１軸部３１と、第２軸部３２と、弁部３３と、を有している。第１軸部３１と第２軸部３２とは、円柱形状を有している。第２軸部３２の径は、第１軸部３１の径より小さい。第２軸部３２は、第１軸部３１の上端に同軸に連設されている。第１軸部３１と第２軸部３２との連設部分に、上方を向く円環状の平面である段部３４が形成されている。弁部３３は、第１軸部３１の下端に同軸に連設されている。弁部３３は、弁座１８と向かい合って配置される。弁部３３は、閉弁状態において弁座１８に接する。

図５に示すように、弁部３３は、着座部３５と、中間部３６と、先端部３７と、を有している。着座部３５と中間部３６と先端部３７とは、軸線Ｌ方向に沿って順に配置されている。

着座部３５は、上端から下端に向かうにしたがって外径が小さくなるテーパー形状を有している。着座部３５の上端は、第１軸部３１の下端に同軸に連設されている。

中間部３６は、軸線Ｌ方向全体にわたって一定の外径を有する円柱形状を有している。中間部３６の上端３６ａ（一端）は、着座部３５の下端に同軸に連設されている。中間部３６の外径は、オリフィス部１７ａの内径よりわずかに小さい。中間部３６の軸線Ｌ方向の長さは、オリフィス部１７ａの軸線Ｌ方向の長さより短い。中間部３６の下端３６ｂ（他端）の外径は、中間部３６の下端３６ｂ以外の部分の外径以上である。

先端部３７は、上端から下端に向かうにしたがって外径が小さくなるテーパー形状を有している。本実施例において、先端部３７は、テーパー角度が小さい部分とテーパー角度が大きい部分とを有する２段テーパー形状を有している。なお、先端部３７は、上端から下端に向かうにしたがって外径が小さくなる半楕円球形状を有していてもよい。先端部３７の上端は、中間部３６の下端３６ｂに同軸に連設されている。先端部３７のいずれの箇所の外径も、中間部３６の下端３６ｂの外径より小さい。

駆動機構４０は、弁体３０を軸線Ｌ方向に移動させる。弁体３０の移動によって弁口１７が開閉する。図２、図３に示すように、駆動機構４０は、ローター４１と、弁軸ホルダー４２と、ガイドブッシュ４３と、ストッパ部材４４と、固定具４５と、を有している。

ローター４１は、円筒形状を有している。ローター４１の外径は、キャン２０の内径より若干小さい。ローター４１は、キャン２０の内側に配置される。ローター４１は、弁本体１０に対して回転可能である。ローター４１の外周面には、複数のＮ極および複数のＳ極が形成されている。複数のＮ極および複数のＳ極は、軸線Ｌ方向に延在している。複数のＮ極および複数のＳ極は、周方向に等角度間隔で交互に配置されている。本実施例において、ローター４１は、Ｎ極を１２個有し、Ｓ極を１２個有している。互いに隣り合うＮ極とＳ極との間の角度は、１５度である。

弁軸ホルダー４２は、下端が開口しかつ上端が塞がれた円筒形状を有している。弁軸ホルダー４２はローター４１の嵌合孔４１ａに嵌合されている。弁軸ホルダー４２は、ローター４１と共に回転する。弁軸ホルダー４２は、可動ストッパ４２ｓを有している。可動ストッパ４２ｓは、弁軸ホルダー４２の外周面の下部から径方向外方に突出している。弁軸ホルダー４２の上壁部４２ａには、軸孔４２ｂが形成されている。軸孔４２ｂには、弁体３０の第２軸部３２が軸線Ｌ方向に移動可能に配置される。弁軸ホルダー４２の上壁部４２ａの下面にはワッシャー４６が配置される。ワッシャー４６と弁体３０の段部３４との間には閉弁ばね４７が配置される。閉弁ばね４７は、コイルばねであり、弁体３０を弁座１８に向けて押す。弁軸ホルダー４２の内周面には、雌ねじ４２ｃが形成されている。可動ストッパ４２ｓは、ローター４１に対して固定されている。

ガイドブッシュ４３は、基部４３ａと、支持部４３ｂと、を有している。基部４３ａと支持部４３ｂとは、円筒形状を有している。基部４３ａの外周面は、平面４３ｄを有している。基部４３ａは本体部材１１の嵌合穴１１ａに圧入され、平面４３ｄが嵌合穴１１ａの平面１１ｄと接する。これにより、本体部材１１の中心軸とガイドブッシュ４３の中心軸とが軸線Ｌ上で一致するとともに、ガイドブッシュ４３が本体部材１１に対して軸線Ｌ周りに正しく位置付けられる。支持部４３ｂの外径は、基部４３ａの外径より小さい。支持部４３ｂの内径は、基部４３ａの内径と同じである。支持部４３ｂは、基部４３ａの上端に同軸に連設されている。支持部４３ｂの外周面には、雄ねじ４３ｃが形成されている。雄ねじ４３ｃは、弁軸ホルダー４２の雌ねじ４２ｃと螺合される。ガイドブッシュ４３の内側には、弁体３０の第１軸部３１が配置される。ガイドブッシュ４３は、弁体３０を軸線Ｌ方向に移動可能に支持する。

ストッパ部材４４は、ストッパ本体４４ａを有している。ストッパ本体４４ａは、円筒形状を有している。ストッパ本体４４ａの内周面には、雌ねじ４４ｃが形成されている。ストッパ本体４４ａは、固定ストッパ４４ｓを有している。固定ストッパ４４ｓは、ストッパ本体４４ａの外周面から径方向外方に突出している。雌ねじ４４ｃは、ストッパ本体４４ａがガイドブッシュ４３の基部４３ａに当接するまで雄ねじ４３ｃに螺合されている。これにより、ストッパ部材４４は、ガイドブッシュ４３に固定される。固定ストッパ４４ｓは、弁本体１０に対して固定されている。

固定具４５は、固定部４５ａと、フランジ部４５ｂと、を有している。固定部４５ａは、段付きの円筒形状を有している。固定部４５ａの内側には、弁体３０の第２軸部３２が配置される。固定部４５ａは、第２軸部３２に接合される。フランジ部４５ｂは、固定部４５ａの下端に連設されている。固定具４５の外側には、復帰ばね４８が配置される。復帰ばね４８は、コイルばねである。

図１に示すように、ステーターユニット７は、ステーター６０と、ハウジング７０と、取付片８０と、を有している。

ステーター６０は、円筒形状を有している。ステーター６０は、Ａ相ステーター６１と、Ｂ相ステーター６２と、を有している。

Ａ相ステーター６１は、複数のクローポール型の極歯６１ａ、６１ｂを内周に有している。極歯６１ａの先端は下方に向いており、極歯６１ｂの先端は上方に向いている。極歯６１ａと極歯６１ｂとは、周方向に等角度間隔で交互に配置されている。本実施例において、Ａ相ステーター６１は、極歯６１ａを１２個有し、極歯６１ｂを１２個有している。互いに隣り合う極歯６１ａと極歯６１ｂとの間の角度は、１５度である。Ａ相ステーター６１のコイル６１ｃが通電されると、極歯６１ａと極歯６１ｂとは互いに異なる極性の磁極となる。

Ｂ相ステーター６２は、複数のクローポール型の極歯６２ａ、６２ｂを内周に有している。極歯６２ａの先端は下方に向いており、極歯６２ｂの先端は上方に向いている。極歯６２ａと極歯６２ｂとは、周方向に等角度間隔で交互に配置されている。本実施例において、Ｂ相ステーター６２は、極歯６２ａを１２個有し、極歯６２ｂを１２個有している。互いに隣り合う極歯６２ａと極歯６２ｂとの間の角度は、１５度である。Ｂ相ステーター６２のコイル６２ｃが通電されると、極歯６２ａと極歯６２ｂとは互いに異なる極性の磁極となる。

Ａ相ステーター６１は、Ｂ相ステーター６２の上に同軸に配置されている。軸線Ｌ方向から見たときに互いに隣り合うＡ相ステーター６１の極歯６１ａとＢ相ステーター６２の極歯６２ａとの間の角度は、７．５度である。つまり、Ｂ相ステーター６２は、極歯６１ａと極歯６２ａとが軸線Ｌ方向に並ぶ位置からＡ相ステーター６１に対して軸線Ｌ周りに７．５度回転した位置にある。図４Ａに示すように、Ａ相ステーター６１のコイル６１ｃは、端子Ａ１、Ａ２を有している。Ｂ相ステーター６２のコイル６２ｃは、端子Ｂ１、Ｂ２を有している。端子Ａ１、Ａ２および端子Ｂ１、Ｂ２は、図示しないモータードライバに接続されている。

ステーター６０の内側には、キャン２０が配置される。ステーター６０は、キャン２０の内側に配置されたローター４１とともにステッピングモーター６６を構成する。本実施例において、ステッピングモーター６６の励磁モードは、１－２相励磁である。ステッピングモーター６６のステップ角θは、３．７５度である。ステップ角θは、ステッピングモーター６６における１パルスあたりの回転角度である。

ステッピングモーター６６にパルスＰ（Ｐ１～Ｐ８）が入力されることによりローター４１が回転する。具体的には、ステッピングモーター６６のステーター６０にパルスＰに応じた駆動電流が供給されることによりローター４１が回転する。本明細書において、「ステッピングモーター６６にパルスＰが入力されること」は、「ステッピングモーター６６のステーター６０にパルスＰに応じた駆動電流が供給されること」と同義である。図４Ｂに、パルスＰ１～Ｐ８とステーター６０に供給される駆動電流の状態（以下、「励磁パターン」という。）との対応の一例を示す。図４Ｂにおいて、（＋）は、端子Ａ１から端子Ａ２への駆動電流、または、端子Ｂ１から端子Ｂ２への駆動電流を供給することを示し、（－）は、端子Ａ２から端子Ａ１への駆動電流、または、端子Ｂ２から端子Ｂ１への駆動電流を供給することを示し、（０）は、駆動電流を供給しないことを示す。本実施例において、励磁パターンの数Ｍは８である。ステッピングモーター６６には、図４Ｂに示すパルスＰ１～Ｐ８が順番に入力される。

ローター４１を一方向（図３において時計方向）に回転させる場合、ステッピングモーター６６にパルスＰを降順（パルスＰ８～Ｐ１の順番）で循環的に入力する。ローター４１が一方向に回転すると、弁軸ホルダー４２の雌ねじ４２ｃとガイドブッシュ４３の雄ねじ４３ｃとのねじ送り作用によってローター４１が下方に移動する。ローター４１が、閉弁ばね４７を介して弁体３０を下方に押す。弁体３０が下方に移動して弁部３３が弁座１８に接する。このときのローター４１の位置は、閉弁位置Ｒｃである。この状態からローター４１を一方向にさらに回転させると、閉弁ばね４７が圧縮されてローター４１が下方にさらに移動する。弁体３０は下方に移動しない。そして、弁軸ホルダー４２の可動ストッパ４２ｓがストッパ部材４４の固定ストッパ４４ｓに接すると、ローター４１の一方向への回転が規制される。このときのローター４１の位置は、基準位置Ｒｘである。

ローター４１を一方向と反対の他方向（図３において反時計方向）に回転させる場合、ステッピングモーター６６にパルスＰを昇順（パルスＰ１～Ｐ８の順番）で循環的に入力する。ローター４１が他方向に回転すると、弁軸ホルダー４２の雌ねじ４２ｃとガイドブッシュ４３の雄ねじ４３ｃとのねじ送り作用によってローター４１が上方に移動する。ローター４１と共に弁軸ホルダー４２が上方に移動して、弁軸ホルダー４２が固定具４５を上方に押す。固定具４５とともに弁体３０が上方に移動して、弁体３０が弁座１８から離れる。

図９のグラフは、電動弁１におけるステッピングモーター６６に入力されたパルス数と弁口１７を流れる流体の流量との関係を示す。図９において、一点鎖線の円内にグラフ上の各点における弁口１７と弁体３０との位置関係を示す。図９において、所定の流量測定環境でローター４１が全開位置Ｒｚにあるときに弁口１７を流れる流量（例えば、Ｃｖ値）を流量１００％としている。電動弁１の通常使用において、ローター４１は、基準位置Ｒｘから全開位置Ｒｚの間に位置付けられる。ローター４１が基準位置Ｒｘにあるとき、弁体３０の着座部３５が弁座１８に接する。ローター４１が全開位置Ｒｚにあるとき、弁体３０が弁口１７から最も離れる。ローター４１が基準位置Ｒｘから全開位置Ｒｚまで回転されるときにステッピングモーター６６に入力されるパルス数が、全開パルス数Ｃｚである。

電動弁１において、ローター４１を基準位置Ｒｘから他方向に回転させ、弁体３０の着座部３５が弁座１８から離れたときのローター４１の位置が開弁位置Ｒｏである。ローター４１が開弁位置Ｒｏに位置付けられると、弁口１７のオリフィス部１７ａと弁体３０の中間部３６の下端３６ｂとの間に最小絞り通路３８が形成される。最小絞り通路３８が形成されると、弁口１７を流れる流体の流量が最小絞り流量となる。最小絞り流量は、オリフィス部１７ａの内径と中間部３６の下端３６ｂの外径とによって決定される。

ハウジング７０は、合成樹脂製である。ハウジング７０は、射出成形されている。ハウジング７０は、ステーター６０を収容している。ハウジング７０は、周壁部７１と、上壁部７２と、を有している。

周壁部７１は、円筒形状を有している。周壁部７１には、ステーター６０が埋め込まれている。上壁部７２は、周壁部７１の上端に連設されている。周壁部７１の内周面、上壁部７２の内面およびステーター６０の内周面は、ステーターユニット７の内側空間７４を形成している。内側空間７４にはキャン２０が配置される。

取付片８０は、長方形の金属板をクランク形状に折り曲げたものである。取付片８０の一端部は、周壁部７１の下部に埋め込まれた導通部材７６にかしめられている。取付片８０は、導通部材７６に溶接されていてもよい。導通部材７６は、Ｂ相ステーター６２のヨークに電気的に接続されている。取付片８０の他端部には、上方に突出する１つの凸部８１が形成されている。凸部８１は、取付板２３の下面に押し付けられる。

凸部８１は、取付板２３の孔２４に配置される。凸部８１の先端が孔２４に嵌まる。凸部８１の先端が孔２４に嵌まると凸部８１が孔２４に留まり、ステーターユニット７が弁本体アセンブリ５に対して位置決めされる。

電動弁１において、弁本体１０（本体部材１１、接続部材１３）、弁口１７、キャン２０、弁体３０、ローター４１、弁軸ホルダー４２、ガイドブッシュ４３、ステーター６０（Ａ相ステーター６１、Ｂ相ステーター６２）は、それぞれの中心軸が軸線Ｌに一致する。また、取付板２３の円弧中心も軸線Ｌに一致する。

複数の電動弁１は、ステッピングモーター６６に同じ数のパルスＰが入力されたとき、各電動弁１において弁口１７を流れる流体の流量が同じになるように製造される。しかしながら、部品精度または組立精度によって、複数の電動弁１において弁口１７を流れる流体の流量がばらつくことがある。また、ローター４１が基準位置Ｒｘから開弁位置Ｒｏまで回転されるときにステッピングモーター６６に入力されるパルス数（開弁パルス数Ｃ）もばらつくことがある。図１０は、ステッピングモーター６６に入力されたパルス数に対する弁口１７を流れる流体の流量の公差範囲を示すグラフである。図１０において、下限数Ｎａ～上限数Ｎｂは、開弁パルス数Ｃの公差範囲である。

電動弁１において、開弁パルス数Ｃの公差範囲の大きさ（公差範囲の上限数Ｎｂと下限数Ｎａとの差分数）をＤとしたとき、着座部３５が弁座１８に接しているときの中間部３６の下端３６ｂからオリフィス部１７ａの上端１７ａ１までの距離（以下、「最小絞り通路距離Ｅ」という。）は、Ｄ＋１個のパルスＰに対応する弁体３０の移動距離と同じである。本明細書において、ｎ個のパルスＰに対応する弁体３０の移動距離とは、ｎ個のパルスＰがステッピングモーター６６に入力されたときに弁体３０が移動される距離のことである。つまり、最小絞り通路距離Ｅは、Ｄ＋１個のパルスＰがステッピングモーター６６に入力されたときに弁体３０が移動される距離と同じである。例えば、開弁パルス数Ｃの公差範囲の大きさが１２である場合、最小絞り通路距離Ｅは、１３個のパルスＰに対応する弁体３０の移動距離と同じである。なお、最小絞り通路距離Ｅは、Ｄ＋１個のパルスＰに対応する弁体３０の移動距離以上であればよい。

また、最小絞り通路距離Ｅは、全開パルス数Ｃｚの１～１５％のパルスＰに対応する弁体３０の移動距離であることが好ましく、全開パルス数Ｃｚの５～１５％のパルスＰに対応する弁体３０の移動距離であることがより好ましい。本実施例において、全開パルス数Ｃｚは５００である。最小絞り通路距離Ｅが全開パルス数Ｃｚの１％のパルスＰに対応する弁体３０の移動距離より短い場合、開弁パルス数Ｃの公差範囲を小さくする必要がある。そのため、電動弁１の歩留まりが低下する。最小絞り通路距離Ｅが全開パルス数Ｃｚの５％のパルスＰに対応する弁体３０の移動距離以上であると、電動弁１の歩留まりをより向上できる。最小絞り通路距離Ｅが全開パルス数Ｃｚの１５％のパルスＰに対応する弁体３０の移動距離より長い場合、ステッピングモーター６６に入力されたパルス数に応じて弁口１７を流れる流体の流量が変化する区間（図９におけるＮ１～Ｎ２の区間）が小さくなる。そのため、１パルスあたりの流量の変化量が大きくなり、流量の細かい制御ができなくなる。

次に、電動弁１の初期化動作の一例について、図６～図８を参照して説明する。

電動弁１は、図示しない電動弁制御装置によって制御される。電動弁制御装置は、電動弁１の初期化動作において、ステッピングモーター６６にパルスＰ１～Ｐ８を降順に入力してローター４１を一方向に回転させ、ローター４１を基準位置Ｒｘに位置付ける。

続いて、電動弁制御装置は、ステッピングモーター６６にパルスＰ１～Ｐ８を昇順で入力してローター４１を他方向に回転させる。

電動弁１の開弁パルス数をＣとし、開弁パルス数の公差範囲の下限数をＮａとし、上限数をＮｂとし、公差範囲の大きさをＤ（Ｄ＝Ｎｂ－Ｎａ）とする。電動弁１において、ステッピングモーター６６にＣ個のパルスＰが入力されるとローター４１が開弁位置Ｒｏに位置付けられる。具体的には、ステッピングモーター６６に入力されたパルス数が「０」から「Ｃ－１」までは、図６に示すように、着座部３５が弁座１８に接している。そして、ステッピングモーター６６に入力されたパルス数が「Ｃ」になると、図７に示すように、着座部３５が弁座１８から離れる。このとき、オリフィス部１７ａと中間部３６の下端３６ｂとの間に最小絞り通路３８が形成され、弁口１７を流れる流体の流量が最小絞り流量になる。図６は、図９の符号ＶＩを付した円内の一部を拡大した図である。図７は、図９の符号ＶＩＩを付した円内の一部を拡大した図である。

そして、ステッピングモーター６６に入力されたパルス数が「Ｃ」から「Ｃ＋Ｄ」までは、最小絞り通路３８が形成された状態が続く。ステッピングモーター６６に入力されたパルス数が「Ｃ＋Ｄ」になると、図８に示すように、中間部３６の下端３６ｂがオリフィス部１７ａの上端１７ａ１と軸線Ｌ方向について同じ位置になる。図８は、図９の符号ＶＩＩＩを付した円内の一部を拡大した図である。

換言すると、ステッピングモーター６６に入力されたパルス数が「Ｃ－１」のとき着座部３５が弁座１８に接している。さらにステッピングモーター６６にＤ＋１個のパルスＰが入力されると、弁体３０が最小絞り通路距離Ｅだけ上方に移動して、中間部３６の下端３６ｂがオリフィス部１７ａの上端１７ａ１と軸線Ｌ方向について同じ位置になる。この時点でのステッピングモーター６６に入力されたパルス数は「Ｃ－１＋Ｄ＋１＝Ｃ＋Ｄ」である。

そして、ステッピングモーター６６に入力されたパルス数が「Ｃ＋Ｄ」より大きくなると、先端部３７とオリフィス部１７ａとの間に最小絞り通路３８より通路面積の大きい通路が形成され、弁口１７を流れる流体の流量が最小絞り流量より大きくなる。

例えば、図１０のＧ１線で示されるパルス数と弁口１７を流れる流量との関係を有する電動弁１（前者の電動弁１）では、開弁パルス数Ｃが上限数Ｎｂである。そして、この電動弁１において、ローター４１が基準位置ＲｘにあるときにＮｂ～Ｎｂ＋Ｄ個のパルスＰがステッピングモーター６６に入力されると最小絞り通路３８が形成される。このとき、弁口１７を流れる流体の流量は最小絞り流量（下限値Ｆａ）である。

例えば、図１０のＧ２線で示されるパルス数と弁口１７を流れる流量との関係を有する電動弁１（後者の電動弁１）では、開弁パルス数Ｃが下限数Ｎａである。そして、この電動弁１において、ローター４１が基準位置ＲｘにあるときにＮａ～Ｎａ＋Ｄ個のパルスＰがステッピングモーター６６に入力されると最小絞り通路３８が形成される。このとき、弁口１７を流れる流体の流量は最小絞り流量（上限値Ｆｂ）である。

前者の電動弁１では、最小絞り通路３８が形成されるパルス数がＮｂ～Ｎｂ＋Ｄ個である。後者の電動弁１では、最小絞り通路３８が形成されるパルス数がＮａ～Ｎａ＋Ｄ個である。Ｄは開弁パルス数Ｃの公差範囲の大きさ（Ｄ＝Ｎｂ－Ｎａ）である。そのため、後者の電動弁１では、最小絞り通路３８が形成されるパルス数がＮａ～Ｎｂ個である。

このことから、開弁パルス数Ｃが公差範囲（下限数Ｎａ～上限数Ｎｂ）にあるいずれの電動弁１においても、初期化動作において上限数ＮｂのパルスＰがステッピングモーター６６に入力されたとき、弁口１７に最小絞り通路３８が形成され、弁口１７を流れる流体の流量が最小絞り流量（下限値Ｆａ～上限値Ｆｂ）になる。そのため、開弁パルス数Ｃの公差の最小絞り流量のばらつきへの影響を排除でき、最小絞り流量のばらつきの要因を、弁口１７（オリフィス部１７ａ）および弁体３０（中間部３６の下端３６ｂ）の寸法に限定することができる。

以上説明したように、本実施例に係る電動弁１は、弁口１７および弁座１８を有する弁本体１０と、ローター４１を有するステッピングモーター６６と、ローター４１が一方向に回転されると弁口１７に近づきかつローター４１が他方向に回転されると弁口１７から離れる弁体３０と、ローター４１が基準位置Ｒｘにあるときにローター４１の一方向への回転を規制するストッパ機構４９と、を有する。弁口１７が、一定の内径を有するオリフィス部１７ａを有する。弁座１８が、オリフィス部１７ａの上端１７ａ１を囲んでいる。弁体３０が、着座部３５と、中間部３６と、先端部３７と、を有する。中間部３６の上端３６ａが、着座部３５に連設されている。中間部３６の下端３６ｂが、先端部３７に連設されている。中間部３６の下端３６ｂの外径が、先端部３７の外径より大きい。ローター４１が基準位置Ｒｘにあるとき、着座部３５が弁座１８に接し、中間部３６の下端３６ｂが弁口１７に配置される。ローター４１が他方向に回転されて着座部３５が弁座１８から離れたときのローター４１の位置が開弁位置Ｒｏである。ローター４１が開弁位置Ｒｏにあるとき、中間部３６の下端３６ｂとオリフィス部１７ａとの間に最小絞り通路３８が形成される。開弁パルス数Ｃの公差範囲の大きさをＤとしたとき、着座部３５が弁座１８に接しているときの中間部３６の下端３６ｂからオリフィス部１７ａの上端１７ａ１までの距離（最小絞り通路距離Ｅ）が、Ｄ＋１個のパルスＰに対応する弁体３０の移動距離と同じである。

このようにしたことから、開弁パルス数Ｃが公差範囲の上限数Ｎｂである電動弁１において、ローター４１が基準位置ＲｘにあるときにＮｂ～Ｎｂ＋Ｄ個のパルスＰが入力されたとき、最小絞り通路３８が形成される。開弁パルス数Ｃが公差範囲の下限数Ｎａである電動弁１において、ローター４１が基準位置ＲｘにあるときにＮａ～Ｎａ＋Ｄ個のパルスＰが入力されたとき、最小絞り通路３８が形成される。Ｄは公差範囲の大きさ（Ｄ＝Ｎｂ－Ｎａ）であることから、Ｎａ＋Ｄ＝Ｎｂである。そのため、複数の電動弁１の初期化動作において、開弁パルス数Ｃとして公差範囲の上限数Ｎｂを用いることで、いずれの電動弁１においても弁口１７を流れる流体の流量を最小絞り流量にすることができる。したがって、複数の電動弁１において、最小絞り流量のばらつき幅を小さくすることができる。

電動弁１において、弁体３０の中間部３６は一定の外径を有する円柱形状を有している。中間部３６の形状はこのような形状に限定されない。図１１に示すように、弁体３０は、外周面に断面Ｕ字状の環状の溝を有する中間部３６Ａを有していてもよい。環状の溝は、中間部３６Ａの外周面の周方向全体にわたって形成されている。環状の溝は、断面Ｖ字状であってもよい。または、図１２に示すように、弁体３０は、一定の外径を有する円柱形状の部分３６ｃと外周面に環状の溝が形成された部分３６ｄとを有する中間部３６Ｂを有していてもよい。弁体３０は、複数の円柱形状の部分と環状の溝が形成された部分とが軸線Ｌ方向に交互に配置された中間部を有していてもよい。または、図１３に示すように、弁体３０が、一定の外径を有する円柱形状の部分３６ｅと上端から下端に向かうにしたがって外径が大きくなるテーパー形状の部分３６ｆとを有する中間部３６Ｃを有していてもよい。図１３の弁体３０は、着座部３５が弁座１８に接している状態において、着座部３５の下端が弁口１７に配置されている。

電動弁１において、中間部３６が、一定の外径を有する円柱形状の部分を少なくとも１つ含むことが好ましい。また、電動弁１において、中間部３６が、外周面に形成された環状の溝を少なくとも１つ含むことが好ましい。このようにすることで、中間部３６が比較的簡易な形状になる。

本明細書において、「円筒」や「円柱」等の部材の形状を示す各用語は、実質的にその用語の形状を有する部材にも用いられている。例えば、「円筒形状の部材」は、円筒形状の部材と実質的に円筒形状の部材とを含む。

上記に本発明の実施例を説明したが、本発明は実施例に限定されるものではない。前述の実施例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施例の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の趣旨に反しない限り、本発明の範囲に含まれる。

１…電動弁、５…弁本体アセンブリ、７…ステーターユニット、１０…弁本体、１１…本体部材、１１ａ…嵌合穴、１１ｂ…軸孔、１１ｄ…平面、１３…接続部材、１４…弁室、１５…第１導管、１６…第２導管、１７…弁口、１７ａ…オリフィス部、１７ａ１…上端、１７ｂ…導流部、１８…弁座、２０…キャン、２３…取付板、２４…孔、３０…弁体、３１…第１軸部、３２…第２軸部、３３…弁部、３４…段部、３５…着座部、３６…中間部、３６ａ…上端、３６ｂ…下端、３７…先端部、３８…最小絞り通路、４０…駆動機構、４１…ローター、４１ａ…嵌合孔、４２…弁軸ホルダー、４２ａ…上壁部、４２ｂ…軸孔、４２ｃ…雌ねじ、４２ｓ…可動ストッパ、４３…ガイドブッシュ、４３ａ…基部、４３ｂ…支持部、４３ｃ…雄ねじ、４３ｄ…平面、４４…ストッパ部材、４４ａ…ストッパ本体、４４ｃ…雌ねじ、４４ｓ…固定ストッパ、４５…固定具、４５ａ…固定部、４５ｂ…フランジ部、４６…ワッシャー、４７…閉弁ばね、４８…復帰ばね、４９…ストッパ機構、６０…ステーター、６１…Ａ相ステーター、６１ａ…極歯、６１ｂ…極歯、６１ｃ…コイル、６２…Ｂ相ステーター、６２ａ…極歯、６２ｂ…極歯、６２ｃ…コイル、６６…ステッピングモーター、７０…ハウジング、７１…周壁部、７２…上壁部、７４…内側空間、７６…導通部材、８０…取付片、８１…凸部、Ａ１…端子、Ａ２…端子、Ｂ１…端子、Ｂ２…端子、Ｃ…開弁パルス数、Ｃｚ…全開パルス数、Ｌ…軸線、Ｐ…パルス、Ｒｃ…閉弁位置、Ｒｏ…開弁位置、Ｒｘ…基準位置、Ｒｚ…全開位置、Ｅ…最小絞り通路距離、Ｎａ…下限数、Ｎｂ…上限数、Ｆａ…下限値、Ｆｂ…上限値

Claims

弁口および弁座を有する弁本体と、ローターを有するステッピングモーターと、前記ローターが一方向に回転されると前記弁口に近づきかつ前記ローターが他方向に回転されると前記弁口から離れる弁体と、前記ローターが基準位置にあるときに前記ローターの前記一方向への回転を規制するストッパ機構と、を有する電動弁であって、
前記弁口が、一定の内径を有するオリフィス部を有し、
前記弁座が、前記オリフィス部の一端を囲んでおり、
前記弁体が、着座部と、中間部と、先端部と、を有し、
前記中間部の一端が、前記着座部に連設され、
前記中間部の他端が、前記先端部に連設され、
前記中間部の他端の外径が、前記先端部の外径より大きく、
前記ローターが前記基準位置にあるとき、前記着座部が前記弁座に接し、前記中間部の他端が前記弁口に配置され、
前記ローターが前記他方向に回転されて前記着座部が前記弁座から離れたときの前記ローターの位置が開弁位置であり、
前記ローターが前記開弁位置にあるとき、前記中間部の他端と前記オリフィス部との間に最小絞り通路が形成され、
前記ローターが前記基準位置から前記開弁位置まで回転されるときに前記ステッピングモーターに入力されるパルス数の公差範囲の大きさをＤとしたとき、前記着座部が前記弁座に接しているときの前記中間部の他端から前記オリフィス部の一端までの距離（以下、「最小絞り通路距離」という。）が、Ｄ＋１個のパルスに対応する前記弁体の移動距離以上であることを特徴とする電動弁。
前記最小絞り通路距離が、前記ローターが前記基準位置から前記弁体が前記弁口から最も離れる全開位置まで回転されるときに前記ステッピングモーターに入力されるパルス数の１～１５％のパルスに対応する前記弁体の移動距離である、請求項１に記載の電動弁。
前記中間部が、一定の外径を有する円柱形状の部分を少なくとも１つ含む、請求項１または請求項２に記載の電動弁。
前記中間部が、外周面に形成された環状の溝を少なくとも１つ含む、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の電動弁。