JPWO2020012827A1

JPWO2020012827A1 - 電動弁

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Publication number: JPWO2020012827A1
Application number: JP2019563634A
Authority: JP
Inventors: 将志矢沢
Original assignee: Fujikoki Corp
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Filing date: 2019-06-03
Publication date: 2020-07-27
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Abstract

何れの流れ方向に対しても大流量制御と小流量制御が可能な電動弁を提供する。弁室２ａを有する弁本体２と、弁本体２に接続され弁室２ａを介して連通する複数のポート３，４と、先端が弁室２ａ内に挿入された弁棒９を有する。第１の弁体６は、大オリフィス５の開口部を開閉する。小オリフィス７は第１の弁体６に設けられ、弁室２ａと大オリフィス５が設けられた第１のポート３とを連通し、大オリフィス５よりも小さい開口部を有する。第２の弁体８は弁棒９に設けられ、弁棒９の軸方向の往復動に伴い小オリフィス７を開閉する。係合部１９，２０は、第２の弁体８が小オリフィス７を開放した状態において、弁棒９と第１の弁体６とを係合させる。

Description

本発明は、空気調和機、冷凍機等の冷凍サイクルに使用される電動弁に関する。

空気調和機、冷凍機等においては、目的とする機能に応じて内部を流れる流体の向きや流量を変化させる冷凍サイクルが採用される。冷凍サイクルによっては、電動弁は、小流量流通時における制御性と、大流量流通時における圧力損失の低減との両立や正・逆の双方向の流体流れに対応することが求められる。

例えば、正方向に対して小流量を流し、逆方向に対しては大流量を流す場合では、フロート型の逆止弁としても機能する可動弁座体を用いた電動弁が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１３−２４１９５８号公報

上述の可動弁座体を用いた電動弁は、第１ポートと第２ポートとを弁室を介して繋ぐ構成となっており、流体が正方向に対して流れる場合には、可動弁座体に形成された小オリフィスを通過する冷媒の流量を弁体の進退動によって制御する。

一方、弁室の弁口（大オリフィス）には、可動弁座体の側周面が摺動可能に差し込まれている。可動弁座体の側周面には、小オリフィスよりも大径な流入口が設けられており、可動弁座体が摺動することにより、流入口を介して第２ポートと弁室とを間の流路を開閉させる。これにより、圧力損失が生じないように逆方向に流体を流すことができる。

しかしながら、上記の電動弁は、正方向に大流量を流通させることには不向きである。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたもので、流体の流れ方向が正流れ（弁室内を冷媒が弁口に向かう流れ方向）の場合に、小流量制御と低圧損の大流量流通のいずれも可能な電動弁を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る電動弁は、次のような構成を有する。
（１）弁棒を軸方向に往復動させて流量を制御する電動弁であって、弁室を有する弁本体と、前記弁本体に接続され前記弁室を介して連通する複数のポートと、先端が前記弁室内に挿入された弁棒。
（２）前記弁室と前記ポートの一つの間に設けられる大オリフィス。
（３）前記大オリフィスの開口部を開閉する第１の弁体。
（４）前記第１の弁体に設けられ、前記弁室と前記大オリフィスが設けられたポートとを連通し、前記大オリフィスよりも小さい開口部を有する小オリフィス。
（５）前記弁棒に設けられ、前記弁棒の軸方向の往復動に伴い前記小オリフィスに接離する第２の弁体。
（６）前記第２の弁体が前記小オリフィスを開放した状態において、前記弁棒と前記第１の弁体とを係合させる係合部。
（７）前記弁棒が前記第２の弁体が小オリフィスを開放した状態よりも更に小オリフィスの開放方向に移動した状態において、前記弁棒と前記第１の弁体が前記係合部と係合して、前記第１の弁体は大オリフィスを開放する。

本発明において、次のような構成を採用することができる。
（１）前記第１の弁体が、前記大オリフィスの内周に嵌め込まれ、前記大オリフィスの内周面に案内されて前記弁棒の移動方向に往復動する。
（２）前記第１の弁体が前記弁棒と同軸の筒状部材から構成され、前記筒状部材の側面には、前記第１の弁体の開放時において、前記大オリフィスと弁室とを連通する開口部が設けられる。
（３）前記第１の弁体が前記弁棒と同軸の筒状部材と、前記筒状部材と一体に設けられたスリーブから構成され、前記筒状部材の一方の開口部に前記弁棒に設けられた前記第２の弁体が接触する弁座が設けられ、前記スリーブに前記弁棒と係合する前記係合部が設けられ、側面部に前記小オリフィスと前記弁室を連通する開口部が設けられる。
（４）前記第１の弁体が、前記弁室の内周に嵌め込まれ、前記弁室の内周面に案内されて前記弁棒の移動方向に往復動する。
（５）前記第１の弁体が前記弁棒と同軸の筒状部材から構成され、前記筒状部材の大オリフィス側に前記弁棒に設けられた前記第２の弁体が接触する弁座が設けられ、前記筒状部材の大オリフィスとは反対側に前記弁棒と係合する前記係合部が設けられ、前記筒状部材の側面部に前記小オリフィスと前記弁室を連通する開口部が設けられる。

本発明によれば、小流量と大流量の流れが同一方向のときに、小流量制御と低圧損の大流量流通のいずれも可能な電動弁を提供できる。

第１の実施形態の電動弁の構成を示す断面図である。第１の実施形態の電動弁の構成を示す拡大断面図であり、弁本体が小オリフィスの最奥まで差し込まれた状態を示す。第１の実施形態の電動弁の構成を示す拡大断面図であり、開口部により、リングとの天板とが接触した状態を示す。第１の実施形態の電動弁の構成を示す拡大断面図であり、大オリフィスを介して弁室と第１ポートとが連通した状態を示す。第２の実施形態の電動弁の構成を示す断面図である。第２の実施形態の電動弁の構成を示す拡大断面図であり、弁本体が小オリフィスの最奥まで差し込まれた状態を示す。第２の実施形態の電動弁の構成を示す拡大断面図であり、開口部により、リングとの天板とが接触した状態を示す。第２の実施形態の電動弁の構成を示す拡大断面図であり、大オリフィスを介して弁室と第１ポートとが連通した状態を示す。本発明の実施形態に係る電動弁の流量特性を示す。小オリフィスが完全に閉じない電動弁を示す。本発明の実施形態に係り、小オリフィスが完全に閉じない電動弁の流量特性を示す。第３の実施形態の電動弁の構成を示す断面図である。第３の実施形態の電動弁の構成を示す拡大断面図であり、弁本体が小オリフィスの最奥まで差し込まれた状態を示す。第３の実施形態の電動弁の構成を示す拡大断面図であり、開口部により、リングとの天板とが接触した状態を示す。第３の実施形態の電動弁の構成を示す拡大断面図であり、大オリフィスを介して弁室と第１ポートとが連通した状態を示す。

［１．第１の実施形態］
以下、本発明に係る電動弁の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る電動弁の構成を示す断面図である。但し、円筒部材１より外側に設けられるステッピングモータのステータ及びコイル等は省略している。図１において、円筒部材１の中心軸において、弁本体２側を上方向、第１ポート３側を下方向とする。

［１−１．概略構成］
図１、図２に示すように、本実施形態の電動弁では、冷媒等の流体の経路である第１ポート３と第２ポート４の各々が弁室２ａに接続され、弁室２ａを介して第１ポート３と第２ポート４とが連通している。弁室２ａの底には大オリフィス５が設置されている。大オリフィス５は開口の形状が円の孔であり、開口から孔の深さ方向へ遷移した場合にも、孔の半径は開口部分と不変である。大オリフィス５には、第１の弁体６が摺動可能に挿入される。第１の弁体６には、小オリフィス７が設けられる。

弁室２ａには第２の弁体８が収容されている。第２の弁体８は、軸方向に移動可能な弁棒９の先端に形成されている。第２の弁体８は、小オリフィス７の内径に向かって先細りし、先端からの高さによって胴囲が異なる。弁棒９は、ステッピングモータを駆動源とし、ねじ送り機構によって小オリフィス７に向けて、または小オリフィス７から離れるように、軸方向移動する。これにより第２の弁体８の小オリフィス７への差込量が可変となり、差込量に応じて第１ポート３と第２ポート４の間の流量が制御される。

このような電動弁は、円筒部材１と弁本体２とを重ね合わせて構成される。円筒部材１は、キャンとも称され、例えばステンレス等の非磁性の金属板を素材とし、一端面が半球状に閉じたカップ型形状を有する。弁本体２は、バルブボディとも称され、内部空間を有する概略円筒であり、一端面には開口が設けられている。円筒部材１と弁本体２とは、円筒部材１の開口と弁本体２の開口とを合わせて重ねられている。この円筒部材１は、ねじ送り機構を含む、弁棒９の移動機構を収容する気密容器である。

第１ポート３は、円筒部材１に向く弁本体２の開口とは反対の端面に接続されて弁室２ａに通じ、円筒部材１の中心軸と同軸に延びる。第２ポート４は、弁本体２の側周面に接続されて弁室２ａに通じ、第１ポート３の延び方向と直交して延びる。大オリフィス５は、第１ポート３の開口端面に設置されている。

弁棒９は、円筒部材１の中心軸と同軸に配置され、棒形状を有する。弁棒９は、円筒部材１の開口と弁本体２の開口を通って、円筒部材１内から弁室２ａ内に突出する。円筒部材１の開口と弁本体２の開口には、案内部材２ｂが配置される。弁棒９は、案内部材２ｂの案内孔により径方向の移動を規制されるとともに、上下方向に案内される。弁棒９は、先端が第１の弁体６に設けられる小オリフィス７に接離する方向に移動する。第２の弁体８は、小オリフィス７に達した弁棒９の先端に形成されている。この第２の弁体８は、この弁棒９を先端に向けて縮径させて形成される。

弁棒９は、両端域を除き、円筒部材１に配置されたガイドブッシュ１１によって回転かつ昇降可能に支持されている。ガイドブッシュ１１は、弁棒９の周面を軸方向に沿って支持している。ガイドブッシュ１１の外周には、雄ねじである固定ねじ１１ａが形成されている。ガイドブッシュ１１の外周には、円筒部材１内に配置された弁棒ホルダ１２が螺合している。即ち、弁棒ホルダ１２は、円筒部材１の有底側の端面に穴空きの天井部１２ａを有する円筒体であり、弁棒ホルダ１２の内周には、雌ねじである可動ねじ１０が形成されている。そして、ガイドブッシュ１１の固定ねじ１１ａと弁棒ホルダ１２の可動ねじ１０とをねじ合わせすることで、ねじ送り機構を構成している。

弁棒ホルダ１２の外周には、ステッピングモータのロータ１３が同軸に設けられる。ロータ１３は、例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系等の希土類プラスチックマグネットを素材とし、所定の磁極が形成された円筒形状を有し、内周面に、弁棒ホルダ１２を支持する支持体１４が延設されている。この支持体１４によって、ロータ１３と弁棒ホルダ１２とを固定する。

円筒部材１の有底部に向かう弁棒９の後端は、弁棒ホルダ１２の天井部１２ａの開口から突出している。その突出部分には、プッシュナット１５が圧入や溶接などの手段で固定されている。弁棒９は、弁棒ホルダ１２内に配置された部分から後端まで一段細径となって段部９ａが形成されており、この段部９ａと弁棒ホルダ１２の天井部１２ａとの間に、弁棒９に嵌め込まれた圧縮コイルばね１６が設置されている。

圧縮コイルばね１６は、弁棒ホルダ１２の先端側を第１ポート３側へ付勢する。そのため、圧縮コイルばね１６とプッシュナット１５とによって弁棒ホルダ１２の天井部１２ａが弾力的に挟み込まれ、ロータ１３に固定された弁棒ホルダ１２、プッシュナット１５及び弁棒９がロータ１３と一体に移動する。

プッシュナット１５の外周には復帰ばね１７が嵌め込まれている。この復帰ばね１７は、弁棒９が円筒部材１の有底部側に移動した場合において、復帰ばね１７が円筒部材１の有底部に接触し圧縮され、弁棒９と一体となった弁棒ホルダ１２の可動ねじ１０とガイドブッシュ１１の固定ねじ１１ａとが噛み合う方向に付勢する。

ガイドブッシュ１１における弁棒ホルダ１２がはめ込まれた部分の下方には、下部ストッパ１８が固定される。下部ストッパ１８は、例えばインサート成形や固定ねじ１１ａへのねじ込み等により、ガイドブッシュ１１に固定される。弁棒ホルダ１２の下部には、ストッパ９ｃ（上部ストッパ）が一体に設けられる。ストッパ９ｃは、弁棒ホルダ１２が最下降位置に達した場合に下部ストッパ１８に当接し、弁棒ホルダ１２のそれ以上の回転と下降を規制する。

このような電動弁では、外部からのパルス信号がステッピングモータに入力されてロータ１３が回転する。ロータ１３の回転量は、パルス数に比例する。圧縮コイルばね１６とプッシュナット１５とを用いた構造により、ロータ１３の回転と共に、弁棒ホルダ１２もガイドブッシュ１１の周りを軸回転する。これにより、弁棒９もガイドブッシュ１１に支持されながら軸方向に移動する。

［１−２．弁部の構成］
図２は、本実施形態の弁部の構成を示す拡大断面図である。本実施形態において、弁室２ａと第１のポート３との間に大オリフィス５が設けられる。大オリフィス５には、その開口部を開閉する第１の弁体６が設けられる。第１の弁体６は弁棒９と同軸の筒状部材６２と、筒状部材６２と一体に設けられたスリーブ６３から構成される。筒状部材６２の側面には、第１の弁体６の開放時において、大オリフィス５と弁室２ａとを連通する開口部６２ａが設けられる。筒状部材６２は、大オリフィス５の内周に嵌め込まれ、大オリフィス５の内周面に案内されて上下方向（軸方向）に進退動する。

第１の弁体６には、大オリフィス５が設けられた第１のポート３と弁室２ａとを連通し、大オリフィス５よりも小さい開口部を有する小オリフィス７が設けられる。弁棒９には、弁棒９の軸方向の往復動に伴い小オリフィス７に接離する方向に進退動する第２の弁体８が設けられる。第１の弁体６に設けられた小オリフィス７のスリーブ６３側には、弁棒９に設けられた第２の弁体８が接触する弁座が設けられる。一方、第１の弁体６におけるスリーブ６３の側面部には、小オリフィス７と弁室２ａを連通する開口部６３ａが設けられる。

弁棒９と第１の弁体６には、第２の弁体８が小オリフィス７を開放した状態において両者を係合させる係合部が設けられる。この係合部は、一例として、弁棒９の周囲に固定されたリング１９と、第１の弁体６のスリーブ６３に設けられた突起２０である。

本実施形態において、第１の弁体６、第２の弁体８及び係合部の位置関係は次のように構成される。すなわち、第２の弁体８が小オリフィス７を閉鎖した状態において、第１の弁体６は大オリフィス５を閉鎖する。冷媒の流れ方向が正方向の場合は、第２の弁体８が小オリフィス７を閉鎖していない状態でも、流体の差圧によって第１の弁体６が大オリフィス５の弁座に押し付けられる。一方、弁棒９の第２の弁体８を小オリフィス７の開放方向に移動させ、弁棒９のリング１９が第１の弁体６の突起２０に係合した位置よりもさらに開放方向に移動させると、第１の弁体６が大オリフィス５から離間し、大オリフィス５が開放される。

［１−３．作用］
以上のような構成を有する電動弁においては、弁棒９をその軸方向に往復動させることにより、流量制御を行う。以下では、図２〜４を参照して本実施形態における流量制御についての説明を行う。

小流量制御時には、第２の弁体８が小オリフィス７を塞ぐ位置（図２）から、弁棒９のリング１９がスリーブ６３の突起２０に接触する位置までの間（図３）で、弁棒９を上下動させる。すなわち、弁棒９が最下位にある場合には、第２の弁体８は小オリフィス７の最奥まで差し込まれる。これにより、第２の弁体８と小オリフィス７との間の隙間がなくなり、流体が小オリフィス７を通り抜けることは無い。なお、第２の弁体８の下端位置において、小オリフィスを完全には閉じない位置、すなわち、微小な正方向の流量を確保するように設定してもよい。小オリフィス７を通る流体の量を増やす場合には、弁棒９を図中の上方向（第２の弁体８が小オリフィス７から離間する方向）へ移動させる。第２の弁体８の上方向への移動量に伴って、第２の弁体８と小オリフィス７との間の隙間は大きくなる。つまり、流量を増加させたい場合には、弁棒９を上方向に移動させる。例えば、小流量制御の制御範囲において、最大の流量を得たい場合には、図３のように、弁棒９のリング１９がスリーブ６３の突起２０に接触するまで弁棒９を上昇させる。一方、流量を減少させたい場合には弁棒９を下方向に移動させる。

一方、大流量制御時には、図４に示すように、第１の弁体６に設けた開口部６２ａが大オリフィス５の内周面により塞がれない位置まで図中上方に移動させる。すなわち、弁棒９が図３に示す位置から図４に示す位置に移動する際に、弁棒９の上昇に伴いリング１９とスリーブ６３の突起２０が係合し、第１の弁体６が上方向に移動する。この際、第１の弁体６の筒状部材６２は大オリフィス５の内周に案内されて垂直方向にがたつきなく移動する。弁棒９が最上部まで移動した位置（上端位置）では、筒状部材６２に設けられる開口部６２ａは、大オリフィス５の外、すなわち弁室２ａ内部に位置する。流体は、開口部６２ａを経由して弁室２ａと大オリフィス５の間を流れる。なお、弁棒９の上端位置において、筒状部材６２の一部は、大オリフィス５内に配置されている。

弁棒９が開弁方向に移動する際、下端位置からリング１９が突起２０を係止するまでの範囲が小流量の流量制御範囲（冷媒が小オリフィス７のみを通過する範囲）であり、リング１９が突起２０を係止した位置から上端位置までが大流量の流量制御範囲（冷媒が小オリフィス７と大オリフィス５を通過する範囲）である。ここで、電動弁の弁棒９の軸方向の移動範囲（下端位置から上端位置までの移動範囲）をステッピングモータの制御パルス数で表すと、本実施形態の電動弁は、弁棒９の移動範囲が０〜５００パルスである。このうち、小流量の流量制御範囲は０〜１５０（±５０）パルスの範囲であり、１５０（±５０）〜５００パルスの範囲が大流量の流量制御範囲になるように設定されている。換言すれば、小流量と大流量の流量制御範囲の軸方向の長さの比率は２：８〜４：６とされている。なお、大流量の流量制御範囲の冷媒の最大通過量は、小流量の流量制御範囲での冷媒の最大通過量の１０倍以上である。

［１−４．効果］
本実施形態の電動弁は、以下の効果を奏することができる。

（１）弁室２ａと第１のポート３の間に大オリフィス５と、より小径の小オリフィス７を設けて、これらを第１の弁体６と第２の弁体８によってそれぞれ開閉することができるので、大流量及び小流量の流量制御を行うことができる。

（２）第１のポート３から第２のポート４に流体を流す場合、大オリフィス５を開閉する第１の弁体６を、弁棒９に設けられた第２の弁体８によって押圧することで第１のポート３から流入する流体の圧力に逆らって大オリフィス５を閉鎖できる。逆に、第２のポート４から第１のポート３に流体を流す場合、リング１９と突起２０を係合させることにより、大オリフィス５を開閉する第１の弁体６を弁棒９によって大オリフィス５内から引き上げることができる。その結果、第２のポート４から流入する流体の圧力に逆らって大オリフィス５を開放できる。その結果、何れの方向に流れる流体についても大流量制御と小流量制御が可能となる。

（３）第１の弁体６（の筒状部材６２）が大オリフィス５の内周に摺動自在に嵌め込まれているので、第１の弁体６が弁棒９に連動して上下動する際にがたつきがなく、第１の弁体６の開閉動作を精度良く行うことが可能となる。

（４）第１の弁体６が弁棒９と同軸の筒状部材６２と、前記筒状部材６２と一体に設けられたスリーブ６３から構成されているので、これらの内部を流路及び弁棒９の配置箇所として利用することができ、軽量で小型化された電動弁を得ることができる。

（５）本実施形態では、弁棒９と第１の弁体６の係合部として、スリーブ６３にリング１９と接触する突起２０を設けた。これにより、比較的容易な加工により電動弁を作製することができると共に、強度が高い係合部を作成することが可能となる。なお、係合部は、リングや突起以外の他の部材とすることもできる。例えば、弁棒９の外周面の少なくとも一部を軸方向に対して垂直に拡大させてなる段差部であっても良い。これにより、簡易な加工により弁開閉部を作製することが可能となる。

［２．第２の実施形態］
［２−１．構成］
図５〜図１１に従って、第２の実施形態を説明する。第２実施形態では、第１の弁体６Ａは、上部が天板で、下部が底板で塞がれた１つの筒状部材から構成される。この筒状部材は、上部が大径で下部が小径になっており、大径部分の外周が弁室２ａの内周面に案内されて、弁棒９と共に弁室２ａ内を往復動する。小径部分の外周と弁室２ａの内周面との隙間は大オリフィス５と弁室２ａ及び第２のポート４を連通する流路となっている。

第１の弁体６Ａの底板に設けられた小オリフィス７には、弁棒９に設けられた第２の弁体８が接触する弁座６４が設けられる。第１の弁体６Ａの天板には弁棒９のリング１９と係合する突起２０が設けられる。第１の弁体６Ａの小径部分の側面部には、小オリフィス７と弁室２ａを連通させる開口部６３ａが設けられる。

［２−２．作用］
図６は、本実施形態の弁部の構成を示す拡大断面図である。図６において、弁棒９は、最も下方に位置している。すなわち、小オリフィス７に対して第２の弁体８が最奥まで差し込まれ、第２の弁体８により小オリフィス７が閉じられる。これにより、流体は、第２の弁体８と小オリフィス７との間を流れることができない。また、大オリフィス５の弁室２ａ側の開口部を第１の弁体６の小径部で塞いでいるため、流体は大オリフィス５と第１の弁体６の間を流れることができない。なお、第２の弁体８の下端位置において、小オリフィスを完全には閉じない位置、すなわち、微小な正方向の流量を確保するように設定してもよい。

小流量制御時には、弁棒９を第２の弁体８が小オリフィス７を塞ぐ位置（図６）から、弁棒９のリング１９が第１の弁体６の天板部分に接触するまでの間（図７）で上下動させる。この流量制御における第２の弁体８と小オリフィス７の関係は第１実施形態と同様である。

図８に示すように、大流量制御時には、弁棒９を小オリフィス７が開放した位置よりも更に図中上方に移動させる。すると、弁棒９の上昇に伴いリング１９と突起２０が係合し、弁棒９によって第１の弁体６が引き上げられ、第１の弁体６と大オリフィス５との間に隙間が生じ、大オリフィス５が開放される。

図９に、以上の作用によって達成される本電動弁の流量特性を示す。図９のグラフ上にプロットされた状態Ａは、電動弁が図９の左下及び図６に示す状態にあり、弁棒９が下端位置にある状態である。図９のグラフ上にプロットされた状態Ｂは、電動弁が図９の中下及び図７に示す状態にあり、リング１９が突起２０に接触した状態である。図９のグラフ上にプロットされた状態Ｃは、電動弁が図９の右下及び図８に示す状態にあり、弁棒９が上端位置にある状態である。

図９に示すように、弁棒９が開弁方向に移動する際、弁棒９が下端位置から開弁方向に移動してリング１９が突起２０に接触するまで、即ち状態Ａから状態Ｂまでの範囲が小流量の流量制御範囲である。小流量の流量制御範囲では冷媒が小オリフィス７のみを通過する。また、弁棒９が開弁方向に移動する際、リング１９が突起２０に接触してから弁棒９が上端位置にあるまで、即ち状態Ｂから状態Ｃまでの範囲が大流量の流量制御範囲である。大流量の流量制御範囲では冷媒が小オリフィス７と大オリフィス５を通過する。

電動弁の弁棒９が軸方向に沿って状態Ａの下端位置から状態Ｂを経て状態Ｃの上端位置に到るまでの移動範囲を、ステッピングモータの制御パルス数で表すと、本実施形態の電動弁では、弁棒９の移動範囲が０〜５００パルスである。このうち、状態Ａから状態Ｂまでの小流量の流量制御範囲は０〜１５０（±５０）パルスの範囲であり、状態Ｂから状態Ｃまでの大流量の流量制御範囲は１５０（±５０）〜５００パルスの範囲になるように設定されている。換言すれば、小流量と大流量の流量制御範囲の軸方向の長さの比率は２：８〜４：６とされている。なお、大流量の流量制御範囲の冷媒の最大通過量は、小流量の流量制御範囲での冷媒の最大通過量の１０倍以上である。

本実施形態の電動弁においても、下端位置に第２の弁体８がある状態で小オリフィス７が完全に閉じない、即ち、微小な正方向の流量を確保するように設定することもできる。図１０は、小オリフィス７が完全に閉じない電動弁を示し、第２の弁体８を中心にした部分拡大図である。図１０に示すように、第２の弁体８Ａは、上側から下側へ、径が変わらない円筒部８ｃの次に、徐々に直径が小さくなるテーパ部８ｄが連なる形状を有する。また、小オリフィス７Ａの弁口の内周形状は径が変わらない円筒部７ｃとなっている。そして、小オリフィス７Ａの円筒部７ｃの内径は、第２の弁体８Ａの円筒部８ｃの外径よりも大きい。

この第２の弁体８Ａと小オリフィス７Ａを有する電動弁について、その流量特性を図１１に示す。図１１に示すように、図１１の左下に示される弁棒９が下端位置にある状態Ａでは、小オリフィス７Ａの円筒部７ｃ内に第２の弁体８Ａの円筒部８ｃの下部が位置し、第２の弁体８Ａの円筒部８ｃの上部は、小オリフィス７Ａの円筒部７ｃから露出している。従って、第２の弁体８Ａと小オリフィス７Ａとの間にわずかな隙間が形成されている。そのため、状態Ａにおいてもその隙間に応じた流量が流れる。

また、状態Ａから状態Ｂの間には第２の弁体８Ａの円筒部８ｃとテーパ部８ｄとの境界位置に対応した第２の弁体８Ａの位置（制御パルス数）に変曲点が生じる。すなわち、状態Ａから弁棒９を上昇させていくと、状態Ａから第２の弁体８Ａの円筒部８ｃの下端（テーパ部８ｄの上端）が小オリフィス７Ａの弁口の円筒部７ｃの上端位置までは流量は一定であり、そこからさらに上昇させると、テーパ部８ｄの拡径に伴い隙間が広がるため状態Ｂまで徐々に流量が増大していく。状態Ｂから状態Ｃでは図９と同様の流量特性を有している。

［２−３．効果］
第２実施形態の電動弁も、弁棒９により第１の弁体６を開放方向と閉鎖方向の両方向に駆動することができる。その結果、第１実施形態と同様に流体の流れの方向に関係なく、大流量及び小流量の流量制御を行うことができる。また、第１実施形態と比較して、少ない距離の弁棒９の移動によって大オリフィス５の開口部の開閉を行うことが可能となる。また、弁棒９の移動の際に、第１の弁体６が弁室２ａの内周面に摺動する。これにより、第１の弁体６の移動を精度良く行うことが可能となると共に、大オリフィス５の軸方向の長さを短くすることができ、電動弁の小型化が可能となる。

［３．第３の実施形態］
［３−１．構成］
図１２〜図１５に従って、第３の実施形態を説明する。尚、第３の実施形態において、第１の実施形態又は第２の実施形態と同一の構成については同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図１２に示すように、第３の実施形態の電動弁において、弁本体２Ａはホルダ２ｃ、パイプ２ｄ及びシート部材２ｅを一体に組み合わせて構成されている。また、第１の弁体６Ｂは、底板部材６２Ａとスリーブ６３とを一体に組み合わせて構成される。尚、図１及び図５においては省略したが、第１乃至第３の実施形態の電動弁では、円筒部材１より外側に、設けられるステッピングモータのステータ及びコイル等を有するステータユニット６５が外挿入され、弁本体２Ａの側面にピン６６で固定されている。

弁本体２Ａのホルダ２ｃは、ホルダ２ｃの円縁が円筒部材１と溶接されることで、円筒部材１と連接している。ホルダ２ｃの上部開口にはガイドブッシュ１１が圧入されている。ホルダ２ｃの下端側内周径は、第１の弁体６Ｂのスリーブ６３の外周径と同一か若干大きくなっており、ホルダ２ｃの内周面２ｆによってスリーブ６３の外周部分が案内される。これによって、スリーブ６３を有する第１の弁体６Ｂは、弁棒９の軸に沿って上下動可能であり、一方で弁棒９の軸の半径方向に対しては移動が規制されている。

パイプ２ｄは、ホルダ２ｃの下端が当該パイプ２ｄ内に嵌め込まれて溶接されることにより、ホルダ２ｃと連接している。パイプ２ｄの側周面には第２ポート４が接続されている。このパイプ２ｄを弁本体２Ａの一部に使用することで、弁本体２Ａのコストを低減させることができる。

シート部材２ｅは、上部がパイプ２ｄの下端に嵌め込まれ、ロウ付けされることにより、パイプ２ｄと連接している。シート部材２ｅの下端には、第１ポート３がロウ付けにより接続されている。シート部材２ｅの内径は２段の多段形状である。即ち、シート部材２ｅの上端開口が第１の弁体６Ｂに対する弁座となり、シート部材２ｅの上端開口縁から大オリフィス５が延びる。大オリフィス５の内径は第１ポート３の開口径より大きくなっている。そして、この大オリフィス５の下に、第１ポート３の内径と同一内径となる段部が軸中心に向けて膨出する。この段部に第１ポート３の端部が突き当てられてロウ付けにより接続される。

第１の弁体６Ｂの底板部材６２Ａは、内部に小オリフィス７を有する。この底板部材６２Ａは上端部がスリーブ６３に圧入されて一体となっている。底板部材６２Ａの第１ポート３側の端面には、小オリフィス７に至る弁口６２ｂが形成されている。弁口６２ｂは、第１ポート３側に拡径されてテーパ形状を有する。

このような電動弁では、第１ポート３、第２ポート４、パイプ２ｄ及びシート部材２ｅをロウ付けする。一方、弁軸９をスリーブ６３に挿入し、リング１９を弁軸９に圧入して固定し、スリーブ６３に底板部材６２Ａを圧入しておく。次に、ホルダ２ｃにガイドブッシュ１１を圧入し、第１の弁体６Ｂが連結された弁軸９をホルダ２ｃ及びガイドブッシュ１１に挿入し、ロータ１３や弁棒ホルダ１２を組み付ける。そして、ホルダ２ｃとパイプ２ｄを溶接する。最後に、スタータユニット６５を円筒部材１に外挿する。これにより、電動弁が組み立てられる。

［３−２．作用］
図１３は、本実施形態の弁部の構成を示す拡大断面図である。図１３において、弁棒９は、最も下方に位置している。すなわち、小オリフィス７に対して第２の弁体８が最奥まで差し込まれ、第２の弁体８により小オリフィス７が閉じられる。これにより、流体は、第２の弁体８と小オリフィス７との間を流れることができない。また、大オリフィス５の弁室２ａ側の開口部を第１の弁体６Ｂの底板部材６２Ａで塞いでいるため、流体は大オリフィス５と第１の弁体６Ｂの間を流れることができない。なお、第２の弁体８の下端位置において、小オリフィス７を完全には閉じない位置、すなわち、微小な正方向の流量を確保するように設定してもよい。

小流量制御時には、弁棒９を第２の弁体８が小オリフィス７を塞ぐ位置（図１３）から、弁棒９のリング１９が第１の弁体６Ｂの突起２０に接触するまでの間（図１４）で上下動させる。この流量制御における第２の弁体８と小オリフィス７の関係は第１及び第２実施形態と同様である。但し、この小流量制御時において、流体はテーパ形状の弁口６２ｂを通過するので、流体が通過する際の音は低減されている。

図１５に示すように、大流量制御時には、弁棒９を小オリフィス７が開放した位置よりも更に図中上方に移動させる。すると、弁棒９の上昇に伴いリング１９と突起２０が係合し、弁棒９によって第１の弁体６Ｂが引き上げられ、第１の弁体６Ｂと大オリフィス５との間に隙間が生じ、大オリフィス５が開放される。このとき、シート部材２ｅが２段の多段形状となることにより大オリフィス５の内径は第１ポート３の開口径よりも大きいので、流体の最大流量の増大が図られている。

［３−３．効果］
第３実施形態の電動弁も、弁棒９により第１の弁体６Ｂを開放方向と閉鎖方向の両方向に駆動することができる。その結果、第１及び第２実施形態と同様に流体の流れの方向に関係なく、大流量及び小流量の流量制御を行うことができる。また、この第３実施形態の電動弁では、第１に、弁本体２Ａが一部がパイプ２ｄで構成されているので、製造コストが低減している。また、第２に、小オリフィス７に至る弁口６２ｂはテーパ形状となっているため、流体の通過音が低減しており、電動弁が静音化されている。また、第３に、大オリフィス５の内径を第１ポート３の開口径よりも大きくなっていることにより、最大流量が増大している。

以上のように本発明の実施形態を説明したが、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。そして、この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…円筒部材
２、２Ａ…弁本体
２ａ…弁室
２ｂ…案内部材
２ｃ…ホルダ
２ｄ…パイプ
２ｅ…シート部材
２ｆ…内周面
３…第１ポート
４…第２ポート
５…大オリフィス
６、６Ａ、６Ｂ…第１の弁体
７、７Ａ…小オリフィス
７ｃ…円筒部
８、８Ａ…第２の弁体
８ｃ…円筒部
８ｄ…テーパ部
９…弁棒
９ａ…段部
９ｃ…ストッパ
１０…可動ねじ
１１…ガイドブッシュ
１２…弁棒ホルダ
１２ａ…天井部
１３…ロータ
１４…支持体
１５…プッシュナット
１８…下部ストッパ
１９…リング（係合部）
２０…突起
６２…筒状部材
６２Ａ…底板部材
６２ａ…開口部
６２ｂ…弁口
６３…スリーブ
６３ａ…開口部
６４…弁座
６５…ステータユニット
６６…ピン

Claims

弁棒を軸方向に往復動させて流量を制御する電動弁であって、
弁室を有する弁本体と、前記弁本体に接続され前記弁室を介して連通する複数のポートと、先端が前記弁室内に挿入された弁棒と、
前記弁室と前記ポートの一つの間に設けられる大オリフィスと、
前記大オリフィスの開口部を開閉する第１の弁体と、
前記第１の弁体に設けられ、前記弁室と前記大オリフィスが設けられたポートとを連通し、前記大オリフィスよりも小さい開口部を有する小オリフィスと、
前記弁棒に設けられ、前記弁棒の軸方向の往復動に伴い前記小オリフィスに接離する方向に移動する第２の弁体と、
前記第２の弁体が前記小オリフィスを開放した状態において、前記弁棒と前記第１の弁体とを係合させる係合部と、
前記弁棒が前記第２の弁体が小オリフィスを開放した状態よりも更に小オリフィスの開放方向に移動した状態において、前記弁棒と前記第１の弁体が前記係合部と係合して、前記第１の弁体は大オリフィスを開放することを特徴とする電動弁。
前記第１の弁体が、前記大オリフィスの内周に嵌め込まれ、前記大オリフィスの内周面に案内されて前記弁棒の移動方向に往復動する請求項１に記載の電動弁。
前記第１の弁体が前記弁棒と同軸の筒状部材から構成され、前記筒状部材の側面には、前記第１の弁体の開放時において、前記大オリフィスと弁室とを連通する開口部が設けられる請求項２に記載の電動弁。
前記第１の弁体が前記弁棒と同軸の筒状部材と、前記筒状部材と一体に設けられたスリーブから構成され、前記筒状部材の一方の開口部に前記弁棒に設けられた前記第２の弁体が接触する弁座が設けられ、前記スリーブに前記弁棒と係合する前記係合部が設けられ、側面部に前記小オリフィスと前記弁室を連通する開口部が設けられる請求項２に記載の電動弁。
前記第１の弁体が、前記弁室の内周に嵌め込まれ、前記弁室の内周面に案内されて前記弁棒の移動方向に往復動する請求項１に記載の電動弁。
前記第１の弁体が前記弁棒と同軸の筒状部材から構成され、前記筒状部材の大オリフィス側に前記弁棒に設けられた前記第２の弁体が接触する弁座が設けられ、前記筒状部材の大オリフィスとは反対側に前記弁棒と係合する前記係合部が設けられ、前記筒状部材の側面部に前記小オリフィスと前記弁室を連通する開口部が設けられる請求項５に記載の電動弁。
前記弁本体の一部がパイプによって構成されている請求項１乃至５の何れかに記載の電動弁。