JP7686278B2

JP7686278B2 - 電動弁

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Publication number: JP7686278B2
Application number: JP2021162909A
Authority: JP
Inventors: 亮介志水
Original assignee: TGK Co Ltd
Current assignee: TGK Co Ltd
Priority date: 2021-10-01
Filing date: 2021-10-01
Publication date: 2025-06-02
Anticipated expiration: 2041-10-01
Also published as: JP2023053708A

Description

本発明は電動弁に関し、特に電動弁のシール構造に関する。

自動車用空調装置は、一般に、圧縮機、凝縮器、膨張装置、蒸発器等を冷凍サイクルに配置して構成される。冷凍サイクルには、膨張装置としての膨張弁など、冷媒の流れを制御するために各種制御弁が設けられている。近年の電気自動車等の普及に伴い、駆動部としてモータを備える電動弁が広く採用されつつある。

蒸発器等の熱交換器に電動弁を設置する場合、熱交換器に固定される配管ボディに対してバルブユニットを組み付ける（特許文献１参照）。バルブユニットは、弁部を内包するロータユニットと、ステータを内包するステータユニットとを同軸状に組み付けて構成される。配管ボディには冷媒の通路が設けられ、その通路と連通するように取付孔が設けられている。

ロータユニットを構成するバルブボディが取付孔に挿入される態様でバルブユニットが配管ボディに組み付けられる。バルブボディの外周面には雄ねじ部が設けられ、取付孔の内周面には雌ねじ部が設けられている。これらのねじ部を螺合させることで、バルブボディが配管ボディに対して締結される。

特開２０２１－３２２９５号公報

このような電動弁においてもシール性能は重要である。特許文献１の形態では、バルブボディの外周面に複数のシールリングが嵌着される。バルブボディの外周面と取付孔の内周面との間に第１シールリングが介装されることで、配管ボディの内部から外部への冷媒の漏れを規制する第１シール構造が実現される。また、バルブボディの外周面とステータユニットの内周面との間に第２シールリングが介装されることで、外部からステータユニットの内部への外気の侵入を規制する第２シール構造が実現される。

しかしながら、特許文献１の形態では、ねじ部と第１シール構造とが軸線方向に隣接しており、第１シール構造が適用される取付孔の内径（つまりシール面の内径）と雄ねじ部の外径との寸法差が小さい。このため、バルブボディを取付孔に挿入する際に、雄ねじ部が取付孔に接触してシール面を傷つけ、第１シール構造の性能を低下させる虞があった。

本発明の目的の一つは、電動弁におけるシール性能を確保することにある。

本発明のある態様は、流体通路が形成された通路ボディとバルブユニットとを組み付けて構成され、バルブユニットがロータユニットとステータユニットとを含む電動弁である。通路ボディは、流体通路と連通する取付孔を有する。ロータユニットは、取付孔に挿入されつつ通路ボディに組み付けられるバルブボディと、バルブボディに設けられる弁部の開度を調整する弁体と、弁体を弁部の開閉方向に駆動するためのロータと、バルブボディに同軸状に固定され、ロータを内包する筒状部材であって、流体の圧力が作用する内部空間と作用しない外部空間とを画定するキャンと、を含む。ステータユニットは、キャンに同軸状に外挿されるステータと、ステータを内包するケースと、を含む。

通路ボディは、取付孔の内周面に雌ねじ部を有する。バルブボディは、取付孔に挿通される小径部と、取付孔の外部に露出しつつケースに挿通される大径部とを有し、小径部の外周面に雌ねじ部と螺合する雄ねじ部が設けられる。小径部の取付孔への螺入により大径部が通路ボディに軸線方向に当接することにより、バルブボディの取付孔への挿入量が規制される。この電動弁は、大径部と通路ボディとの軸線方向の対向面間に介装される第１シールリングにより、通路ボディの内部から外部への流体の漏れを規制する第１シール構造と、大径部の外周面とケースの内周面との間に介装される第２シールリングにより、外部からステータユニットの内部への外気の侵入を規制する第２シール構造と、を備える。

この態様によると、第１シール構造および第２シール構造により、電動弁におけるシール性能が確保される。第１シールリングを取付孔の外部に配設するため、第１シールリングの対向面（シール面）が雄ねじ部によって傷つけられることもなく、第１シール構造の性能を良好に維持できる。

本発明によれば、電動弁におけるシール性能を確保できる。

実施形態に係る電動弁の構造を表す断面図である。バルブユニットの構造を表す断面図である。ハウジング部材の構造を詳細に表す図である。電動弁の組立方法を表す図である。電動弁の組立方法を表す図である。ロータユニットの通路ボディへの組付過程詳細を表す図である。図２のＢ部拡大図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を表現することがある。また、以下の実施形態およびその変形例について、ほぼ同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。

図１は、実施形態に係る電動弁の構造を表す断面図である。
電動弁１は、図示しない自動車用空調装置の冷凍サイクルに適用される。この冷凍サイクルには、循環する冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器、凝縮された冷媒を絞り膨張させて霧状に送出する膨張弁、霧状の冷媒を蒸発させてその蒸発潜熱により車室内の空気を冷却する蒸発器等が設けられている。電動弁１は、その膨張弁として機能する。

電動弁１は、バルブユニット１００と通路ボディ２００とを組み付けて構成される。バルブユニット１００は、ロータユニット９０とステータユニット９２とを含む。詳細については後述するが、ロータユニット９０とステータユニット９２のそれぞれが、通路ボディ２００に固定される。ステータユニット９２は、接続部材１０１を介して通路ボディ２００に固定される。接続部材１０１は、ステータユニット９２に固着される金属プレート１０３と、金属プレート１０３を通路ボディ２００に固定するためのねじ１０５を含む。

通路ボディ２００は、例えばアルミニウム合金などの金属からなり、概略角柱形状をなしている。通路ボディ２００の側部には、導入ポート２０２、導出ポート２０４、導入ポート２０６および導出ポート２０８が設けられている。導入ポート２０２には凝縮器側から延びる配管が接続され、導出ポート２０４には蒸発器の入口につながる配管が接続される。導入ポート２０６には蒸発器の出口につながる配管が接続され、導出ポート２０８には圧縮機側へ延びる配管が接続される。

通路ボディ２００には、導入ポート２０２と導出ポート２０４とをつなぐ第１通路２１０と、導入ポート２０６と導出ポート２０８とをつなぐ第２通路２１２が形成されている。第１通路２１０および第２通路２１２は「流体通路」として機能する。第１通路２１０と第２通路２１２は、隔壁２１４により上下に離隔されている。通路ボディ２００の上部には、取付孔２１６が上方に向けて開口している。取付孔２１６は、第１通路２１０と連通している。取付孔２１６の開口端近傍には、雌ねじ部２１８が形成されている。

バルブユニット１００は、弁部を収容するバルブボディ５を有する。バルブボディ５の外周面には、雌ねじ部２１８と螺合可能な雄ねじ部１０が形成されている。バルブユニット１００を通路ボディ２００に組み付ける際には、シールリング２０（Ｏリング）を取り付けたバルブボディ５を取付孔２１６に挿入する。雄ねじ部１０と雌ねじ部２１８とを螺合させ、バルブボディ５を通路ボディ２００に締結させる。

通路ボディ２００の上面には、取付孔２１６をとり囲むように環状のシール収容部２２２（環状溝）が設けられており、シールリング２２０（Ｏリング）が嵌着されている。バルブボディ５を通路ボディ２００に締結させたとき、通路ボディ２００の上面とバルブボディ５との間にシールリング２２０が介装される。シールリング２２０は「第１シールリング」として機能し、通路ボディ２００の内部から外部への冷媒の漏れを規制する「第１シール構造」を構成する。シールリング２０は、弁部の上流側通路と下流側通路との間をシールする。

図２は、バルブユニット１００の構造を表す断面図である。
バルブユニット１００は、ロータユニット９０とステータユニット９２とを同軸状に組み付けて構成される。ロータユニット９０とステータユニット９２とは直接的には固定されておらず、それぞれが通路ボディ２００に固定されることで間接的に固定される（詳細後述）。

ロータユニット９０がバルブボディ５を有する。バルブボディ５は、ハウジング部材６とバルブシート部材８とを同軸状に組み付けて構成される。ハウジング部材６およびバルブシート部材８は、ともにステンレス鋼（以下「ＳＵＳ」と表記する）からなる。バルブシート部材８には弁座２４が設けられるため、耐摩耗性に優れた材質が選定されている。ハウジング部材６はバルブシート部材８よりも溶接性に優れ、バルブシート部材８はハウジング部材６よりも加工性に優れている。

ハウジング部材６は、大径部７と小径部９を一体に有し、外径が下方に向けて小さくなる段付円筒状をなす。小径部９は、大径部７よりも軸線方向に短い。大径部７の上端部の外径がやや縮径され、段差による係止部５２が構成されている。大径部７の外周面には、環状溝からなるシール収容部８０が形成され、シールリング８２（Ｏリング）が嵌着されている。小径部９の外周面に雄ねじ部１０が形成されている。図１にも示したように、小径部９の取付孔２１６への螺入により大径部７が通路ボディ２００に軸線方向に当接することにより、バルブボディ５の取付孔２１６への挿入量が規制される。

ハウジング部材６の下部（小径部９の内方）には、円穴状の凹状嵌合部１６が設けられている。バルブシート部材８は有底円筒状をなし、その上部が凹状嵌合部１６に挿通されている。すなわち、バルブシート部材８は、小径部９に対して内挿される挿通部１１と、小径部９から露出する露出部１３とを有する。露出部１３の外径は、雄ねじ部１０の外径よりも小さい。

本実施形態では、挿通部１１の外径と露出部１３の外径とが等しくされており、露出部１３における挿通部１１との境界近傍の外周面に環状の凹部１５が設けられている。そして、小径部９の先端部が凹部１５に向けて半径方向内向きに加締められることでバルブシート部材８がハウジング部材６に固定されている。

バルブシート部材８の下部外周面には環状溝からなるシール収容部１８が形成され、シールリング２０が嵌着されている。バルブシート部材８の底部を軸線方向に貫通するように弁孔２２が設けられ、その弁孔２２の上端開口部に弁座２４が形成されている。

バルブシート部材８の側部に入口ポート２６が設けられ、下部に出口ポート２８が設けられている。入口ポート２６が導入ポート２０２に連通し、出口ポート２８が導出ポート２０４に連通する（図１参照）。バルブシート部材８には入口ポート２６と出口ポート２８とを連通させる内部通路が形成されている。ハウジング部材６およびバルブシート部材８の内方に弁室３０が形成されている。入口ポート２６と出口ポート２８とは、弁室３０を介して連通している。

バルブボディ５の内方には、ロータユニット９０のロータ６０から延びる作動ロッド３２が挿通されている。作動ロッド３２は、弁室３０を貫通する。作動ロッド３２は、非磁性金属からなる棒材を切削加工して得られ、その下部にニードル状の弁体３４が一体に設けられている。弁体３４が弁室３０側から弁座２４に着脱して弁部を開閉する。

ハウジング部材６の上部中央には、ガイド部材３６が立設されている。ガイド部材３６は、非磁性金属からなる管材を段付円筒状に切削加工して得られ、その軸線方向中央部の外周面に雄ねじ３８が形成されている。ハウジング部材６の上部（大径部７の内方）には、円穴状の凹状嵌合部３５が設けられている。ガイド部材３６の下端部が大径となっており、その大径部４０が凹状嵌合部３５の上部中央に挿入され、加締め接合により同軸状に固定されている。ガイド部材３６は、その内周面により作動ロッド３２を軸線方向に摺動可能に支持する一方、その外周面によりロータ６０の回転軸６２を回転摺動可能に支持する。回転軸６２は非磁性金属からなる。

ガイド部材３６とバルブシート部材８は、それぞれハウジング部材６に同軸状に挿通され、ハウジング部材６に形成された半径方向内向きのフランジ部３３を間に挟んで軸線方向に対向する。フランジ部３３の厚み（軸線方向長さ）は、ガイド部材３６のハウジング部材６への挿通長さよりも小さく、またバルブシート部材８のハウジング部材６への挿通長さよりも小さい。

ロータユニット９０のロータ６０と、ステータユニット９２のステータ６４とは、二相ステッピングモータを構成する。ロータユニット９０は、有底円筒状のキャン６６を有し、そのキャン６６の内方にロータ６０を配置する。キャン６６の外方にステータ６４が配置されている。キャン６６は、弁体３４およびその駆動機構が配置される空間を覆うとともにロータ６０を内包する有底円筒状の部材であり、冷媒の圧力が作用する内方の圧力空間（内部空間）と作用しない外方の非圧力空間（外部空間）とを画定する。

キャン６６は、非磁性金属（例えばＳＵＳ）からなり、その下部がハウジング部材６の上端部に外挿されるようにして同軸状に組み付けられている。キャン６６は、その下端が係止部５２に係止されることによりその挿入量が規制される。キャン６６の下端とハウジング部材６との境界に沿って溶接（全周溶接）が施されることにより（図示略）、バルブボディ５とキャン６６との固定および気密性（シール）が実現されている。バルブボディ５とキャン６６とに囲まれた空間が、上記圧力空間を形成している。

ステータ６４は、コイル６８が巻回されたボビン７０を、複数の極歯を有するヨーク７２に組み付けて構成される。ステータ６４は、ケース７６に内包されている。ケース７６は、耐食性を有する樹脂材の射出成形（「インサート成形」又は「モールド成形」ともいう）により得られる。ステータ６４は、その射出成形によるモールド樹脂によって被覆されている。ケース７６は、そのモールド樹脂からなる。ステータユニット９２は、ステータ６４とケース７６との一体部品（本実施形態ではモールド成形品）である。

ステータユニット９２は、中空構造を有し、ステータ６４がキャン６６を同軸状に挿通しつつロータユニット９０に組み付けられている。ハウジング部材６における係止部５２のやや下方の外周面にシール収容部８０が形成され、シールリング８２が嵌着されている。大径部７の外周面とケース７６の内周面との間にシールリング８２が介装される。シールリング８２は「第２シールリング」として機能し、外部からステータユニット９２の内部への外気の侵入を規制する「第２シール構造」を構成する。

キャン６６は、大径部７の上端部、つまり小径部９とは反対側に組み付けられている。そして、キャン６６と大径部７との溶接部が、ケース７６の内方においてシールリング８２に対して小径部９とは反対側に位置する。すなわち、その溶接部が第２シール構造よりもケース７６の軸線方向内方に位置するため、外部から侵入する水分に触れることもなく、その腐食が防止される。

本実施形態では、大径部７の外径をキャン６６の外径と等しくしているが、キャン６６の外径より小さくしてもよい。大径部７におけるシール収容部８０よりも小径部９側の軸線方向長さが、キャン６６の軸線方向長さよりも十分に小さい。このため、シールリング８２をロータユニット９０に取り付ける際には、シールリング８２を小径部９側からバルブボディ５に外挿して組み付けることとなる。なお、大径部７におけるシール収容部８０のやや下方には、いわゆるＤカットによる一対の凹部８４が設けられているが、これについては後述する。

ロータ６０は、回転軸６２に組み付けられた円筒状のロータコア１０２と、ロータコア１０２の外周面に設けられたロータマグネット１０４と、ロータコア１０２の上端面に設けられたセンサマグネット１０６を備える。センサマグネット１０６は円環状をなし、ロータコア１０２に同軸状に組み付けられている。ロータマグネット１０４は、その周方向に複数極に磁化（着磁）されている。センサマグネット１０６も複数極に磁化（着磁）されている。

回転軸６２は、有底円筒状の円筒軸であり、その開口端を下にしてガイド部材３６に外挿されている。回転軸６２の下部内周面に雌ねじ１０８が形成され、ガイド部材３６の雄ねじ３８と噛合している。これらのねじ部によるねじ送り機構１０９によって、ロータ６０の回転運動が作動ロッド３２の軸線運動に変換される。それにより弁体３４が軸線方向、つまり弁部の開閉方向に移動（昇降）する。

作動ロッド３２の上部が縮径され、その縮径部１１０が回転軸６２の底部１１２を貫通している。縮径部１１０の先端部には環状のストッパ１１４が固定されている。一方、縮径部１１０の基端と底部１１２との間には、作動ロッド３２を下方（つまり閉弁方向）に付勢するスプリング１１６が介装されている。このような構成により、開弁時には、ストッパ１１４が底部１１２に係止される態様で作動ロッド３２がロータ６０と一体変位する。一方、閉弁時には、弁体３４が弁座２４から受ける反力によりスプリング１１６が押し縮められる。このときのスプリング１１６の弾性反力により弁体３４を弁座２４に押し付けることができ、弁体３４の着座性能（弁閉性能）を高められる。

ステータユニット９２は、キャン６６の外側に回路基板１１８を有する。回路基板１１８は、ケース７６の内方に固定されている。回路基板１１８の下面に制御部や通信部として機能する各種回路が実装されている。具体的には、モータを駆動するための駆動回路、駆動回路に制御信号を出力する制御回路（マイクロコンピュータ）、制御回路が外部装置と通信するための通信回路、各回路およびモータ（コイル）に電力を供給するための電源回路等が実装されている。ケース７６の上端は、樹脂製の蓋体７７により閉止されている。ケース７６における蓋体７７の下方の空間に回路基板１１８が配設されている。

回路基板１１８におけるセンサマグネット１０６との対向面には、磁気センサ１１９が設けられている。磁気センサ１１９は、キャン６６の底部端壁を介してセンサマグネット１０６と軸線方向に対向する。ロータ６０の回転に伴ってセンサマグネット１０６による磁束が変化する。磁気センサ１１９は、この磁束の変化を捉えることでロータ６０の変位量（本実施形態ではロータ６０の回転角度）を検出する。制御部は、そのロータ６０の変位量に基づいて弁体３４の軸線方向位置ひいては弁開度を算出する。

ボビン７０からはコイル６８につながる端子１２０が延出し、回路基板１１８に接続されている。回路基板１１８からは電源端子、グランド端子および通信端子（これらを総称して「接続端子１２２」ともいう）が延出し、それぞれケース７６の側壁を貫通して外部に引き出されている。ケース７６の側部にコネクタ部１２４が一体に設けられ、そのコネクタ部１２４の内方に接続端子１２２が配置されている。

次に、本実施形態のシール性能を実現するための構造について詳細に説明する。
図３は、ハウジング部材６の構造を詳細に表す図である。（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は平面図、（Ｄ）は側面図である。（Ｅ）は（Ｂ）のＣ－Ｃ矢視断面図であり、（Ｆ）は（Ｃ）のＤ－Ｄ矢視断面図である。

ハウジング部材６は、段付円筒状をなし、軸線Ｌに対して対称な構造を有する。シール収容部８０は、円形の環状溝である。一対の凹部８４は、いわゆるＤカットにより互いに平行な面を有する。所定の工具で一対の凹部８４を挟むようにしてハウジング部材６を把持し、軸線Ｌを中心に回転させることができる。なお、変形例においては、ハウジング部材６に横孔をあけ、その横孔に所定の工具を挿通させてもよい。それにより、工具とともにハウジング部材６を回転させてもよい。また、Ｄカットなどの凹部を設けることなく、工具によりハウジング部材６を把持して回転させてもよい。

図４および図５は、電動弁１の組立方法を表す図である。各図（Ａ），（Ｂ）はその組付過程を示す。
電動弁１の組立に際しては、通路ボディ２００、ロータユニット９０およびステータユニット９２のそれぞれを個別に作製する。そして、ロータユニット９０とステータユニット９２のそれぞれを通路ボディ２００に固定する。

図４（Ａ）に示すように、まず通路ボディ２００のシール収容部２２２にシールリング２２０を嵌着する。ロータユニット９０には、シールリング２０，８２を嵌着しておく。続いて、図４（Ｂ）に示すように、ロータユニット９０をバルブボディ５の先端側から取付孔２１６に挿入する。このとき、雄ねじ部１０を雌ねじ部２１８に螺合させ、ロータユニット９０を回転させながら通路ボディ２００に組み付ける。

図５（Ａ）に示すように、ロータユニット９０を通路ボディ２００に締結することで、シールリング２２０が適度に押し潰され、第１シール構造が有効に機能するようになる。また、シールリング２０によるシール機能も有効に発揮される。そして、ステータユニット９２をキャン６６に同軸状に外挿させつつロータユニット９０に組み付ける。なお、この組み付けに先立って、ステータユニット９２のケース７６には、金属プレート１０３が溶着等により固定されている。

図５（Ｂ）に示すように、ねじ１０５により金属プレート１０３を通路ボディ２００に締結することで、ステータユニット９２が通路ボディ２００に固定される。その結果、ロータユニット９０とステータユニット９２も間接的に固定される。このとき、シールリング８２がバルブボディ５の外周面とケース７６の内周面との間で適度に押し潰されることで、第２シール構造も有効に機能するようになる。

図６は、ロータユニット９０の通路ボディ２００への組付過程詳細を表す図である。図６（Ａ）～（Ｃ）は、図４（Ｂ）および図５（Ａ）のＥ部拡大に対応する。
図６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、バルブボディ５が取付孔２１６に挿入される過程において、バルブボディ５は通路ボディ２００に締結される直前までシールリング２２０には干渉しない。図６（Ｃ）に示すように、バルブボディ５が通路ボディ２００に締結される直前からその締結が完了する僅かな間において、シールリング２２０がバルブボディ５により軸線方向に押し潰されることとなる。

このため、ロータユニット９０が通路ボディ２００に組み付けられる過程において、シールリング２２０の反力がねじ部に作用することは実質的にない。すなわち、シールリング２２０の反力により雄ねじ部１０と雌ねじ部２１８との摩擦を大きくすることがないため、ねじ部の摩耗を抑制できる。その結果、ねじ部の摩耗によるコンタミの発生ひいてはそのコンタミによる弁閉性能の低下を防止できる。

図７は、図２のＢ部拡大図である。
本実施形態では、ステータユニット９２のケース７６内に回路基板１１８を簡易に固定する構造を採用する。

図２にも示したように、ケース７６の上部の特定位置には、軸線と平行に延びる挿通孔９４が設けられている。この挿通孔９４に収容したコイルスプリング９６を利用し、回路基板１１８のグランドライン（図示略）とステータ６４とを導通させることで、電動弁１による電磁干渉を低減している。このグランドラインは、グランド端子に接続されている。コイルスプリング９６は、導電性を有するステンレス鋼（ばね鋼）からなり、「導電部材」および「弾性部材」として機能する。

具体的には、回路基板１１８の下面に形成されたグランドラインとヨーク７２の上端面とがコイルスプリング９６を介して導通する。コイルスプリング９６は、回路基板１１８およびヨーク７２のそれぞれに対して弾性的に接触する。このため、導電部材の倒れ等が生じることもなく、その導通状態を安定に維持できる。

このような構成において、回路基板１１８が、蓋体７７とコイルスプリング９６との間に挟まれるようにして安定に固定される。すなわち、図７（Ａ）に示すように、回路基板１１８は、ケース７６内のリブ７９に載置されるところ、蓋体７７を組み付ける前はコイルスプリング９６の付勢力により、リブ７９から若干浮いた状態となる。この状態から蓋体７７をケース７６に対して上方から組み付ける。

蓋体７７の下面の周縁部近傍には、ケース７６の上端開口部と嵌合するリブ８３が下方に突設されている。リブ８３の下面において回路基板１１８を挟んでコイルスプリング９６と対向する位置には、微小な突起８５が設けられている。突起８５は尖頭形状を有する。蓋体７７をケース７６に嵌合させたとき、蓋体７７の周縁部は図示のように、ケース７６の上面から若干浮いた状態となる。

この状態から蓋体７７をコイルスプリング９６の付勢力に抗してケース７６に押し付け、蓋体７７とケース７６との周縁部（当接部）に沿って上方からレーザを照射することで両者を溶着させる。このとき、図７（Ｂ）に示すように、突起８５の先端が若干押し潰される態様で、回路基板１１８がリブ７９とリブ８３との間に挟持され、安定に固定される。すなわち、本実施形態では、加締めやねじ止め等の固定手段を要することなく、蓋体７７のケース７６への固定を利用して回路基板１１８を固定できる。

以上のように構成された電動弁１は、ロータユニット９０の駆動制御によってその弁開度を調整可能な電動膨張弁として機能する（図１，図２参照）。すなわち、図示しない外部装置からの指令に基づき、制御部は、目標開度を実現するための制御量（モータの駆動ステップ数）を設定し、これを実現するための駆動信号を駆動回路に出力する。駆動回路は、各コイル６８に設定されたタイミングで二相の駆動電流（駆動パルス）を供給する。それにより、ロータ６０が高分解能にて回転する。このとき、弁体３４が弁座２４から離間した開弁状態であれば、スプリング１１６の付勢力によりストッパ１１４が回転軸６２に当接し、作動ロッド３２ひいては弁体３４が、ロータ６０と一体に動作する。

ロータ６０は、ガイド部材３６との間のねじ送り機構１０９により上下方向に動作する。弁体３４が弁部の開閉方向に並進し、弁部の開度が設定開度に調整される。このねじ送り機構１０９は、ロータ６０の軸線周りの回転運動を作動ロッド３２の軸線運動（直進運動）に変換し、弁体３４を弁部の開閉方向に駆動する。電動弁１が膨張弁として機能するとき、弁部は小開度に制御される。制御部は、磁気センサ１１９の検出信号に基づいてセンサマグネット１０６の回転角度（ロータ６０の回転角度）を検出し、弁開度を算出できる。

以上説明したように、本実施形態では、シールリング２２０による第１シール構造と、シールリング８２による第２シール構造により、電動弁１におけるシール性能が確保される。シールリング２２０を取付孔２１６の外部に配設したため、シールリング２２０の対向面（シール面）が雄ねじ部１０によって傷つけられることもなく、第１シール構造の性能を確保できる。また、バルブボディ５とキャン６６との溶接部は水分によって腐食し易いところ、その溶接部をシールリング８２よりもケース７６の内方に配置したことで第２シール構造が有効に機能し、その腐食を防止できる。

また、第１シール構造を取付孔２１６の外部に設けたことで、小径部９にシールリングを組み付ける必要がなくなり、その軸線方向の長さを小さくできる。すなわち、バルブボディ５を軸線方向にコンパクトに構成でき、材料コストの低減につながる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。

上記実施形態では、ロータユニット９０およびステータユニット９２のそれぞれを通路ボディ２００に組み付けることで、両者を間接的に固定する構成を例示した。変形例においては、ロータユニットをステータユニットに直接固定してバルブユニットとし、そのバルブユニットを通路ボディに組み付けてもよい。ロータユニットとステータユニットとを接続部材を介するなどして固定してもよい。その場合にも、上記実施形態と同様の第１シール構造および第２シール構造が確保される。

上記実施形態では、取付孔２１６の開口端近傍に雌ねじ部２１８を設けたが、その開口端から離隔した位置に設けてもよい。取付孔２１６の開口端部に段差を設け、その段差部に雌ねじ部を設けてもよい。ただし、バルブボディ５の小型化の観点からは、雌ねじ部２１８を取付孔２１６の開口端近傍に設けるのが好ましい。

上記実施形態では、ハウジング部材６とバルブシート部材８とを同軸状に組み付けてバルブボディ５を構成する例を示した。変形例においては、単一部材を切削加工するなどしてバルブボディを成形してもよい。

上記実施形態では、バルブシート部材８において挿通部１１と露出部１３の外径を等しくする構成を例示した。変形例においては、挿通部１１の外径を露出部１３の外径より小さくしてもよい。それにより、ハウジング部材６における小径部９の厚みを確保し、雄ねじ部１０の強度を確保してもよい。あるいは、雄ねじ部１０の強度が十分であることを前提に小径部９の外径をさらに小さくしてもよい。

上記実施形態では、ハウジング部材６とバルブシート部材８とを加締め接合する構成を例示した。変形例においては、ハウジング部材６の凹状嵌合部１６にバルブシート部材８の挿通部１１を圧入して両者を固定してもよい。

上記実施形態では、電動弁１として、弁体３４が弁座２４に着脱して弁部を開閉する構成を例示した。変形例においては、弁体が弁孔に挿抜されて弁部を開閉するスプール弁としてもよい。弁体は、弁孔に接離して弁部を開閉し、また弁部の開度を調整するものでよい。ここで、「接離」とは接近又は離間することを意味し、弁座に着脱する場合と弁孔に挿抜される場合の双方を含む。スプール弁とする場合、閉弁状態においても流体の漏洩を許容する所定のクリアランスが形成されるものでもよい。

上記実施形態では、極歯を有するヨークを含むステータとした。変形例においては、積層コアを含むステータなどでもよい。

上記実施形態では、ステータユニット９２を二相ステッピングモータとしたが、三相ステッピングモータとして構成してもよい。

上記実施形態では、上記電動弁を膨張弁として構成したが、膨張機能を有しない開閉弁として構成してもよい。

上記実施形態の電動弁は、冷媒として代替フロン（ＨＦＣ－１３４ａ）など使用する冷凍サイクルに好適に適用されるが、二酸化炭素のように作動圧力が高い冷媒を用いる冷凍サイクルに適用することも可能である。その場合には、冷凍サイクルにコンデンサに代わってガスクーラなどの外部熱交換器が配置される。

上記実施形態では、上記電動弁を自動車用空調装置の冷凍サイクルに適用する例を示したが、車両用に限らず電動膨張弁を搭載する空調装置に適用可能である。また、給湯装置の湯水や油圧制御装置の作動液（作動油）など冷媒以外の流体の流れを制御する電動弁として構成してもよい。

なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

１電動弁、５バルブボディ、６ハウジング部材、７大径部、８バルブシート部材、９小径部、１０雄ねじ部、１１挿通部、１３露出部、１５凹部、１６凹状嵌合部、１８シール収容部、２０シールリング、２２弁孔、２４弁座、２６入口ポート、２８出口ポート、３０弁室、３２作動ロッド、３３フランジ部、３４弁体、３５凹状嵌合部、３６ガイド部材、６０ロータ、６２回転軸、６４ステータ、６６キャン、６８コイル、７０ボビン、７２ヨーク、７６ケース、７７蓋体、７９リブ、８０シール収容部、８２シールリング、８３リブ、８４凹部、８５突起、９０ロータユニット、９２ステータユニット、９４挿通孔、９６コイルスプリング、１００バルブユニット、１０１接続部材、１０６センサマグネット、１０９ねじ送り機構、１１８回路基板、１１９磁気センサ、２００通路ボディ、２０２導入ポート、２０４導出ポート、２０６導入ポート、２０８導出ポート、２１０第１通路、２１２第２通路、２１６取付孔、２１８雌ねじ部、２２０シールリング、２２２シール収容部。

Claims

流体通路が形成された通路ボディとバルブユニットとを組み付けて構成され、前記バルブユニットがロータユニットとステータユニットとを含む電動弁であって、
前記通路ボディは、前記流体通路と連通する取付孔を有し、
前記ロータユニットは、
前記取付孔に挿入されつつ前記通路ボディに組み付けられるバルブボディと、
前記バルブボディに設けられる弁部の開度を調整する弁体と、
前記弁体を前記弁部の開閉方向に駆動するためのロータと、
前記バルブボディに同軸状に固定され、前記ロータを内包する筒状部材であって、流体の圧力が作用する内部空間と作用しない外部空間とを画定するキャンと、
を含み、
前記ステータユニットは、
前記キャンに同軸状に外挿されるステータと、
前記ステータを内包するケースと、
を含み、
前記通路ボディは、前記取付孔の内周面に雌ねじ部を有し、
前記バルブボディは、前記取付孔に挿通される小径部と、前記取付孔の外部に露出しつつ前記ケースに挿通される大径部とを有し、前記小径部の外周面に前記雌ねじ部と螺合する雄ねじ部が設けられ、
前記小径部の前記取付孔への螺入により前記大径部が前記通路ボディに軸線方向に当接することにより、前記バルブボディの前記取付孔への挿入量が規制され、
前記大径部と前記通路ボディとの軸線方向の対向面間に介装される第１シールリングにより、前記通路ボディの内部から外部への流体の漏れを規制する第１シール構造と、
前記大径部の外周面と前記ケースの内周面との間に介装される第２シールリングにより、外部から前記ステータユニットの内部への外気の侵入を規制する第２シール構造と、
を備え、前記第１シールリングの内径が前記雄ねじ部の外径よりも大きいことを特徴とする電動弁。
前記大径部の外周面に設けられたシール収容部に前記第２シールリングが嵌着され、
前記大径部の前記小径部とは反対側に前記キャンが組み付けられ、
前記大径部の外径が、前記キャンの外径以下であり、
前記大径部における前記シール収容部よりも前記小径部側の軸線方向長さが、前記キャンの軸線方向長さより小さいことを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
前記キャンが前記大径部に対して溶接により気密に固定され、
前記キャンと前記大径部との溶接部が、前記ケースの内方において前記第２シールリングに対して前記小径部とは反対側に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動弁。
前記ロータユニットと前記ステータユニットのそれぞれが前記通路ボディに固定され、
前記ロータユニットは、前記ステータユニットに直接には固定されていないことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の電動弁。
前記バルブボディが、ハウジング部材とバルブシート部材とを同軸状に含み、
前記ハウジング部材は、前記大径部と前記小径部を一体に有する段付円筒状をなし、
前記バルブシート部材は、前記流体通路の上流側に開口する入口ポートと、前記流体通路の下流側に開口する出口ポートと、前記入口ポートと前記出口ポートとを連通させる内部通路に設けられた弁孔と、を有することを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の電動弁。
流体通路が形成された通路ボディとバルブユニットとを組み付けて構成され、前記バルブユニットがロータユニットとステータユニットとを含む電動弁であって、
前記通路ボディは、前記流体通路と連通する取付孔を有し、
前記ロータユニットは、
前記取付孔に挿入されつつ前記通路ボディに組み付けられるバルブボディと、
前記バルブボディに設けられる弁部の開度を調整する弁体と、
前記弁体を前記弁部の開閉方向に駆動するためのロータと、
前記バルブボディに同軸状に固定され、前記ロータを内包する筒状部材であって、流体の圧力が作用する内部空間と作用しない外部空間とを画定するキャンと、
を含み、
前記ステータユニットは、
前記キャンに同軸状に外挿されるステータと、
前記ステータを内包するケースと、
を含み、
前記通路ボディは、前記取付孔の内周面に雌ねじ部を有し、
前記バルブボディは、前記取付孔に挿通される小径部と、前記取付孔の外部に露出しつつ前記ケースに挿通される大径部とを有し、前記小径部の外周面に前記雌ねじ部と螺合する雄ねじ部が設けられ、
前記小径部の前記取付孔への螺入により前記大径部が前記通路ボディに軸線方向に当接することにより、前記バルブボディの前記取付孔への挿入量が規制され、
前記大径部と前記通路ボディとの軸線方向の対向面間に介装される第１シールリングにより、前記通路ボディの内部から外部への流体の漏れを規制する第１シール構造と、
前記大径部の外周面と前記ケースの内周面との間に介装される第２シールリングにより、外部から前記ステータユニットの内部への外気の侵入を規制する第２シール構造と、
を備え、
前記バルブボディが、ハウジング部材とバルブシート部材とを同軸状に含み、
前記ハウジング部材は、前記大径部と前記小径部を一体に有する段付円筒状をなし、
前記バルブシート部材は、前記流体通路の上流側に開口する入口ポートと、前記流体通路の下流側に開口する出口ポートと、前記入口ポートと前記出口ポートとを連通させる内部通路に設けられた弁孔と、前記小径部に対して内挿される挿通部と、前記小径部から露出する露出部とを有し、
前記挿通部の外径が前記露出部の外径以下であり、前記露出部の外径が前記雄ねじ部の外径よりも小さいことを特徴とする電動弁。
前記露出部における前記挿通部との境界近傍の外周面に凹部が設けられ、
前記小径部の先端部が前記凹部に向けて加締められることで前記バルブシート部材が前記ハウジング部材に固定されていることを特徴とする請求項６に記載の電動弁。
流体通路が形成された通路ボディとバルブユニットとを組み付けて構成され、前記バルブユニットがロータユニットとステータユニットとを含む電動弁であって、
前記通路ボディは、前記流体通路と連通する取付孔を有し、
前記ロータユニットは、
前記取付孔に挿入されつつ前記通路ボディに組み付けられるバルブボディと、
前記バルブボディに設けられる弁部の開度を調整する弁体と、
前記弁体を前記弁部の開閉方向に駆動するためのロータと、
前記バルブボディに同軸状に固定され、前記ロータを内包する筒状部材であって、流体の圧力が作用する内部空間と作用しない外部空間とを画定するキャンと、
を含み、
前記ステータユニットは、
前記キャンに同軸状に外挿されるステータと、
前記ステータを内包するケースと、
を含み、
前記通路ボディは、前記取付孔の内周面に雌ねじ部を有し、
前記バルブボディは、前記取付孔に挿通される小径部と、前記取付孔の外部に露出しつつ前記ケースに挿通される大径部とを有し、前記小径部の外周面に前記雌ねじ部と螺合する雄ねじ部が設けられ、
前記小径部の前記取付孔への螺入により前記大径部が前記通路ボディに軸線方向に当接することにより、前記バルブボディの前記取付孔への挿入量が規制され、
前記大径部と前記通路ボディとの軸線方向の対向面間に介装される第１シールリングにより、前記通路ボディの内部から外部への流体の漏れを規制する第１シール構造と、
前記大径部の外周面と前記ケースの内周面との間に介装される第２シールリングにより、外部から前記ステータユニットの内部への外気の侵入を規制する第２シール構造と、
を備え、
前記バルブボディが、ハウジング部材とバルブシート部材とを同軸状に含み、
前記ハウジング部材は、前記大径部と前記小径部を一体に有する段付円筒状をなし、
前記バルブシート部材は、前記流体通路の上流側に開口する入口ポートと、前記流体通路の下流側に開口する出口ポートと、前記入口ポートと前記出口ポートとを連通させる内部通路に設けられた弁孔と、を有し、
前記ロータユニットは、
先端部に前記弁体を有し、前記ロータにより駆動される作動ロッドと、
前記ハウジング部材に同軸状に組み付けられ、前記作動ロッドを軸線方向に摺動可能に支持するガイド部材と、
をさらに含み、
前記ガイド部材と前記バルブシート部材が、それぞれ前記ハウジング部材に同軸状に挿通され、前記ハウジング部材に形成された半径方向内向きのフランジ部を間に挟んで軸線方向に対向し、
前記フランジ部は、前記ガイド部材の前記ハウジング部材への挿通長さおよび前記バルブシート部材の前記ハウジング部材への挿通長さのいずれよりも軸線方向に小さいことを特徴とする電動弁。