電動弁
【課題】主弁体の開弁直後のチャタリングを防止し、主弁を開閉制御する制御時間を短縮でき、細かい流量制御が可能な電動弁を提供する。
【解決手段】弁ハウジング４と、弁ハウジング４に移動可能に支持されメインポートの弁座部５ｄを開閉する主弁２の主弁体２０と、弁ハウジング４に移動可能に支持され主弁体に形成されたパイロットポートの弁座部２１ａを開閉するパイロット弁３のパイロット弁体１３ａとを有し、パイロット弁体と、主弁体とを開閉駆動する電動モータＭを備える電動弁１は、電動モータの回転をパイロット弁体１３ａに伝達するパイロット弁ねじ送り機構１４と、電動モータの回転を主弁体２０に伝達する主弁ねじ送り機構１７と、を備え、パイロット弁ねじ送り機構のロータの１回転当たりの移動量を、主弁ねじ送り機構のロータの１回転当たりの移動量より大きく設定している。
【解決手段】弁ハウジング４と、弁ハウジング４に移動可能に支持されメインポートの弁座部５ｄを開閉する主弁２の主弁体２０と、弁ハウジング４に移動可能に支持され主弁体に形成されたパイロットポートの弁座部２１ａを開閉するパイロット弁３のパイロット弁体１３ａとを有し、パイロット弁体と、主弁体とを開閉駆動する電動モータＭを備える電動弁１は、電動モータの回転をパイロット弁体１３ａに伝達するパイロット弁ねじ送り機構１４と、電動モータの回転を主弁体２０に伝達する主弁ねじ送り機構１７と、を備え、パイロット弁ねじ送り機構のロータの１回転当たりの移動量を、主弁ねじ送り機構のロータの１回転当たりの移動量より大きく設定している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調機等の冷凍サイクルに使用するのに好適な電動弁に係り、例えば、弁開度（開口面積）を任意に、かつきめ細かく調整することができるパイロット弁体を備える電動弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電動弁としてパイロット弁体を備えるパイロット型制御弁としては、主弁と電動式パイロット弁とを備え、主弁は、流体が導入導出される弁室が形成された弁本体と、該弁本体内に摺動自在に嵌挿されて弁本体に設けられた主弁口を開閉する大径部と小径部とを有する断面逆凸字状のピストン型の主弁体と、を有し、電動式パイロット弁は、弁本体の上面開口を塞ぐように取り付けられて主弁体との間に背圧室を画成する画成部材と、主弁体に設けられたパイロット弁口を開閉するパイロット弁体と、を有し、主弁には、弁室と背圧室とを連通する均圧通路が設けられるとともに、主弁体が圧縮コイルばねにより常時開弁方向に付勢されており、かつ、パイロット弁体の開弁方向の移動に追従するように、主弁体が開弁方向に移動するようにされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来の一般的な主弁とパイロット弁とを有する電動流量制御弁では、ステッピングモータに順位相の駆動パルスを供給すると、供給パルス数に比例して弁体のリフト量が増え、弁体と弁座との間隔を増加させることで通過流量を増やすことができ、反対に逆位相の駆動パルスを供給することで弁体のリフト量を減らし、弁体と弁座との間隔の通過流量を減少させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−６４３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記構造のパイロット型制御弁は、主弁が全閉のとき、主弁はパイロット弁により閉方向に押さえ付けられており、主弁逆圧はパイロット部ばねに依存する構造となっている。また、主弁開弁点では、１次側の圧力に依存しており、主弁動作はパイロット部に依存している。このため、開弁直後に圧力バランスが崩れ、主弁が振動するチャタリングが発生する場合がある。
【０００６】
さらに、従来の主弁とパイロット弁とを有する電動流量制御弁では、１つの制御パターンとして弁開度とリフト量の勾配が大きい場合には均圧時間が短くなり、制御時間を短くすることができるが、流量制御の分解能が落ちることになり、きめ細かい制御ができない。また、もう１つのパターンとして弁開度とリフト量の勾配を小さくすると、流量制御の分解能を高めることができるが、均圧時間が長くなり、制御時間も非常に長くなるという問題点がある。
【０００７】
本発明は、このような問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、主弁の開弁直後のチャタリングを防止することができる電動弁を提供することにある。また、主弁を開閉制御する制御時間を短縮することができると共に、分解能を上げた流量制御が可能な電動弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成すべく、本発明に係る電動弁は、基本的には、弁ハウジングと、該弁ハウジングに移動可能に支持され該弁ハウジングのメインポートを開閉する主弁体と、前記弁ハウジングに対して移動可能に支持され前記主弁体に形成されたパイロットポートを開閉するパイロット弁体とを有し、前記パイロット弁体と、前記主弁体とを開閉駆動する電動モータを備える。そして、前記電動モータのロータの回転を前記パイロット弁体に伝達するパイロット弁駆動機構と、前記電動モータの回転を前記主弁体に伝達する主弁駆動機構と、を備え、前記パイロット弁駆動機構の前記電動モータのロータの１回転当たりの移動量を、前記主弁駆動機構の前記電動モータのロータの１回転当たりの移動量より大きく設定したことを特徴としている。
【０００９】
前記のごとく構成された本発明の電動弁は、電動モータで主弁体及びパイロット弁体を制御するとき、パイロット弁駆動機構の移動量が主弁駆動機構の移動量より大きく設定されているため、電動モータを駆動すると、先ずパイロット弁体がパイロットポートを離れて圧力を開放する。そして、主弁体前後の差圧が小さくなった状態で該主弁体が電動モータにより強制的にメインポートから離脱されて流量を調整するため、主弁体の開弁が該主弁体の前後の圧力差に依存しない。これにより、主弁体のチャタリングを防止することができる。また、主弁体の移動量はパイロット弁体の移動量より小さく設定されているため、主弁体前後の圧力差を小さくするまでの時間（すなわち主弁体の開弁に要する時間）を短縮できると共に、分解能の高い流量制御が可能となる。
【００１０】
また、本発明に係る電動弁の好ましい具体的な態様としては、前記主弁駆動機構と前記パイロット弁駆動機構とは、前記電動モータの回転を直線運動に変換するねじ送り機構であり、前記パイロット弁駆動機構のねじ送りピッチを、前記主弁駆動機構のねじ送りピッチより大きく設定したことを特徴としている。この構成によれば、パイロット弁ねじ送り機構の大きいねじ送りピッチでパイロット弁体が先に開弁し、主弁ねじ送り機構の小さいねじ送りピッチで主弁体が後から開弁するため、主弁体の開弁時に差圧が小さくなり、主弁体のチャタリングを防止することができる。また、主弁体のねじ送り量が小さいため、きめ細かい制御が可能となる。
【００１１】
さらに、本発明に係る電動弁の好ましい具体的な他の態様としては、前記主弁駆動機構は、前記ロータに連結されたロータ軸体と、該ロータ軸体に追従して移動する前記主弁体とから構成され、前記主弁体は、前記ロータ軸体に遊び空隙を有して連結されていることを特徴としている。この構成によれば、パイロット弁体が先に開弁して差圧を小さくし、主弁体は、遊び空隙を有して連結されているロータ軸体によりパイロット弁体より遅れて移動するため、主弁体のチャタリングを確実に防止することができる。
【００１２】
また、本発明に係る電動弁の好ましい具体的なさらに他の態様としては、前記パイロット弁駆動機構は、前記ロータの内周側にロータ軸方向に形成した溝部と、前記パイロット弁体をロータ軸方向に移動させる弁ホルダとを備えており、前記弁ホルダから延出する連動アームが前記溝部に係合することを特徴としている。この構成によれば、簡単な構成でロータと弁ホルダとを連動させることができ、動作を安定させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電動弁は、パイロット弁体と主弁体の双方を１つの電動モータによる２つの駆動機構で駆動し、パイロット弁体の移動量を主弁体の移動量より大きく設定しているので、最初にパイロット弁体を開き、次いで主弁体を開くため、パイロット弁体で主弁前後の圧力差を低減した状態で主弁を制御することができる。これにより、主弁体開弁時の圧力変動によるチャタリング現象を防止することができ、また当該電動弁の駆動用モータとして低トルクのものを使用することができる。さらに、パイロット弁体の移動量を大きくしているため均圧時間を短くでき、制御時間を短縮できる。さらにまた、主弁体の移動量が小さいため、きめ細かい流量制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る電動弁の一実施形態を示し、パイロット弁が閉状態で主弁も閉状態を示す縦断面図。
【図２】図１に示す電動弁のＡ−Ａ線に沿う横断面図。
【図３】図１に示す電動弁の、パイロット弁が開状態で主弁が閉状態を示す縦断面図。
【図４】図１に示す電動弁の、パイロット弁が開状態で主弁が開状態を示す縦断面図。
【図５】図１〜４に示す電動弁の動作説明に供されるグラフであり、ロータ１１、パイロット弁体１３ａ及び主弁体２０のリフト量と弁開度（パルス数）との関係を示すもの。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る電動弁の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る電動弁の、パイロット弁が閉状態で主弁も閉状態の主要部縦断面図、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う水平方向断面図、図３はパイロット弁が開状態で主弁は閉状態の主要部縦断面図、図４は、パイロット弁が開状態で主弁も開状態の主要部縦断面図、図５は図１〜４の電動弁の動作説明に供されるグラフであり、ロータ１１、パイロット弁体１３ａ及び主弁体２０のリフト量と弁開度（パルス数）との関係を示すものである。
【００１６】
図１〜５において、電動弁１は、例えばマルチエアコン等の空調機において、室外機と室内機との間に配在するのに好適なもので、型式としては電動式パイロット型とされ、主弁２と該主弁２の上側に設けられた電動式パイロット弁３とからなっている。電動弁１は、弁ハウジング本体５と、弁ハウジング本体５の上部に溶接等で連結された筒状部材６と、筒状部材６の上部開口を塞ぐべく溶接等で連結された蓋状部材７とからなる弁ハウジング４を有している。
【００１７】
筒状部材６は、ステンレス等の非磁性の金属板を素材としており、弁ハウジング本体５と蓋状部材７に密封接合されている。弁ハウジング本体５には、内部に弁室８が形成され、側部には弁室８に連通する入口ポート９が接続され、底部には弁室８に連通する出口ポート１０が接続されている。入口ポート９から導入された冷媒を主弁２と、パイロット弁３で流量を制御して出口ポート１０から導出する構成である。
【００１８】
弁ハウジング４を構成する弁ハウジング本体５と、筒状部材６と、蓋状部材７の上部内部空間、すなわち筒状部材６に囲まれた空間には、電動モータＭを構成するロータ１１が回転軸線Ｏ回りに回転可能であると共に上下動可能に配置されている。ロータ１１は上部が開口する有底円筒状に形成され、ロータの底面にはロータ軸体１２が嵌合固着され、ロータ１１とロータ軸体１２とは連結されている。ロータ１１には、その外周筒状部に多数の磁極が形成されている。
【００１９】
ロータ軸体１２は下部が開口する有底円筒状に形成され、ロータ軸体１２の上部にはパイロット弁３のパイロット弁体１３ａを下端に有する弁軸１３が弁ハウジング４に対して上下動可能であると共に回転可能に配置されている。電動モータＭは、弁ハウジング４を構成する筒状部材６の外周側に装着されるステータ（図示せず）と、弁ハウジング４の内部に回転自在に位置するロータ１１とから構成されるステッピングモータであり、電源回路（図示せず）から供給される駆動パルスにより回転させるものが使用されており、駆動パルス数により回転角度が設定される。
【００２０】
ロータ軸体１２は弁ハウジング本体５の上部を貫通する駆動孔５ａに回転可能に、上下に摺動可能に嵌合している。この駆動孔５ａには、内周面の下半分の部位に雌ねじ５ｂが形成され、ロータ軸体１２の外周面の下半分の部位に形成された雄ねじ１２ａが噛み合っている。したがって、図示していない電動モータＭのステータに通電してロータ１１を回転させると、ロータ１１と一体的に固着されたロータ軸体１２も回転し、噛み合っている雌ねじ５ｂと雄ねじ１２ａによりロータ軸体１２とロータ１１は上下方向に移動できる構成となっている。弁ハウジング本体５の固定側の雌ねじ５ｂと、ロータ軸体１２の移動側の雄ねじ１２ａにより主弁駆動機構として主弁ねじ送り機構１７が構成される。
【００２１】
弁ハウジング４の上部に固着された蓋状部材７は下面に凹部７ａが形成され、この凹部に下方が開口する有底円筒状の弁送り筒体１５が溶接等で固着されている。この弁送り筒体１５の内周面にはパイロット弁３の弁軸１３を移動させる機構を構成する雌ねじ１５ａが形成されている。弁送り筒体１５の内部には下方が開口する有底円筒状の弁ホルダ１６が位置しており、この弁ホルダ１６の外周面に形成された雄ねじ１６ａが弁送り筒体１５の内周面の雌ねじ１５ａと噛み合っている。弁ホルダ１６の移動側の雄ねじ１６ａと、弁送り筒体１５の固定側の雌ねじ１５ａによりパイロット弁駆動機構としてパイロット弁ねじ送り機構１４が構成される。
【００２２】
弁ホルダ１６は上面の中心に貫通孔が形成され、この貫通孔にパイロット弁３を構成する弁軸１３が回転可能に嵌合し、弁軸１３の上端にはプッシュナット１８が圧入固定され、弁軸１３と弁ホルダ１６を連結している。弁軸１３の上方の段差部と弁ホルダ１６の上部内面との間には圧縮コイルばね１９が縮装され、弁軸１３を下方に付勢している。弁ホルダ１６は下端部より外周側に連動アーム１６ｂが突出形成され、この連動アーム１６ｂの先端はロータ１１の内周面に上下方向に延在形成されたキー溝１１ａ内に延出している。この構成により、ロータ１１が弁軸１３（回転軸線Ｏ）を中心として回転すると、弁ホルダ１６は連動アーム１６ｂによりロータ１１に追従して回転され、弁ホルダ１６の外周の雄ねじ１６ａと弁送り筒体１５の内周の雌ねじ１５ａにより弁ホルダ１６は上下に移動可能な構成となっている。
【００２３】
ロータ１１の下面には移動側の上ストッパ体１１ｂが突出形成されており、弁ハウジング本体５の上面から上方に突出形成された固定側の下ストッパ体５ｃと当接可能に同一円周状に配置されている。ロータ１１が回転して上下に移動され、ロータ１１の上ストッパ体１１ｂが弁ハウジング本体５の下ストッパ体５ｃに当接することでロータ１１の下方への移動が制限され、電動モータＭに駆動パルスが供給されていてもロータ１１の回転が強制的に停止される構成となっている。また、ストッパ体同士が当接した状態から、ロータ１１が１回転すると上ストッパ体１１ｂは下ストッパ体５ｃから離れるようにストッパ体同士の高さが設定されている。
【００２４】
弁ハウジング本体５の内部の弁室８には、主弁２を構成する主弁体２０が、回転軸線Ｏに沿って上下に摺動可能に配置されている。主弁体２０は中心を上下方向に貫通するパイロット通路２１が形成された中心軸部２０Ａと、中心軸部２０Ａの下端部から円盤状に延出形成された主弁部２０Ｂと、中心軸部２０Ａの上端部から水平方向に延出形成された連動鍔部２０Ｃと、中心軸部２０Ａの中央部から水平方向に延出形成された中央鍔部２０Ｄとを備えている。
【００２５】
主弁体２０の下端の主弁部２０Ｂが弁ハウジング本体５の弁座部５ｄ（メインポート）に当接することで主弁２を閉じ、主弁体２０が上方に移動して弁座部５ｄとの間隙を変化させることで流量を調整するように構成されている。主弁体２０の中心軸部２０Ａを貫通するパイロット通路２１は中間部で上方が大径部となるように、例えば４５度程度の傾斜面で段差部が形成され、この段差部はパイロット弁３の弁軸１３の下端（すなわちパイロット弁体１３ａ）が接離する弁座部２１ａ（パイロットポート）として機能する。主弁体２０の上端の連動鍔部２０Ｃと、中間の中央鍔部２０Ｄとの間の中心軸部２０Ａには水平方向に貫通する連通孔２２が形成され、パイロット通路２１と連通している。
【００２６】
主弁体２０の上端の連動鍔部２０Ｃはロータ軸体１２の下方開口の内部空間に位置しており、図１に示すように主弁２が閉じている状態において、鍔部２０Ｃの下方に遊び空隙Ｃを有して対向する連動リング２３がロータ軸体１２の下端部に圧入状態に嵌合している。この遊び空隙Ｃは主弁ねじ送り機構１７の送り量を伝達する経路中に設けられた主弁の移動を遅らせる機能を有しており、主弁体２０は遊び空隙Ｃを有してロータ軸体１２に連結されている。連動リング２３の内周は主弁体２０の中心軸部２０Ａと僅かな間隙があり、連動リング２３に対して主弁体２０は回転可能であると共に、上下に摺動可能となっている。主弁体２０の上端面とロータ軸体１２の上面との間に圧縮コイルばね２４が縮装され、主弁体２０を下方に付勢している。
【００２７】
主弁体２０が位置する弁室８の上部は弁室８に対して小径に形成され、この小径の上部空間の内周面に主弁体２０の中央鍔部２０Ｄが僅かな間隙を有して対向している。弁室８の上部空間を中央鍔部２０Ｄが分断して背圧室２５を画成している。すなわち、図１に示すように主弁２が閉じているときは、主弁体２０の下端の主弁部２０Ｂと中央鍔部２０Ｄとで弁室８を画成し、主弁体２０の上端の連動鍔部２０Ｃと中央鍔部２０Ｄとで背圧室２５を画成している。主弁体２０の中央鍔部２０Ｄには上下方向に均圧孔２６が貫通され、弁室８と背圧室２５とを連通している。また、主弁体２０の中心軸部２０Ａに水平方向に貫通する連通孔２２は、背圧室２５内の冷媒等の流体をパイロット弁３の開弁時にパイロット通路２１に導入する機能を有している。
【００２８】
本発明の一実施形態の電動弁１においては、主弁２とパイロット弁３とは１つの電動モータＭにより駆動される。主弁２はロータ軸体１２の雄ねじ１２ａと、弁ハウジング本体５の雌ねじ５ｂからなる主弁ねじ送り機構（主弁駆動機構）１７で主弁体２０を駆動する。また、パイロット弁３は、弁ホルダ１６の外周の雄ねじ１６ａと、弁送り筒体１５の内周の雌ねじ１５ａとからなるパイロット弁ねじ送り機構（パイロット弁駆動機構）１４でパイロット弁体１３ａを有する弁軸１３を駆動する。
【００２９】
そして、パイロット弁ねじ送り機構１４のねじ送りピッチが、主弁ねじ送り機構１７のねじ送りピッチより大きくなるように設定されている。本実施の形態では、パイロット弁ねじ送り機構１４のねじ送りピッチは０．８ｍｍに設定され、主弁ねじ送り機構１７のねじ送りピッチは０．６ｍｍに設定されている。このため、電動モータＭの１回転でパイロット弁３の弁軸１３は０．８ｍｍ上昇、下降し、主弁２の主弁体２０は０．６ｍｍ上昇、下降するように構成され、主弁２の移動量に対してパイロット弁３に移動量が大きくなるように構成されている。このように、ロータ１１の１回転当たりのパイロット弁体１３ａの上下方向の移動量は、主弁体２０の上下方向の移動量より大きく設定されている。
【００３０】
前記の如く構成された本実施形態の電動弁１の動作について以下に説明する。図１は主弁２とパイロット弁３とが閉じた状態であり、主弁体２０は弁ハウジング本体５の弁座部５ｄに接触しており、入口ポート９から導入された冷媒等の流体は弁室８内に入り、出口ポート１０へ導出されず、パイロット弁３のパイロット弁体１３ａが弁座部２１ａに接触して閉じた状態となっている。また、ロータ１１の上ストッパ体１１ｂと弁ハウジング本体５の下ストッパ体５ｃとが当接してロータ１１が機械的にロックされた状態となっている。
【００３１】
この状態について詳細に説明すると、主弁２とパイロット弁３とが閉じた状態であり、主弁２の主弁部２０Ｂは弁座部５ｄ（メインポート）に接触して閉じた状態であり、パイロット弁３のパイロット弁体１３ａは主弁体２０の中心に位置するパイロット通路２１の弁座部（パイロットポート）２１ａに接触しており、閉じた状態となっている。そして、弁室８内の高圧の冷媒は均圧孔２６を通して背圧室２５に入り、背圧室２５（及び弁室８）と出口ポート１０との差圧（主弁体２０の前後の差圧）、並びに圧縮コイルばね２４の弾発力で主弁２を弁座部５ｄに押し付けている。
【００３２】
先ず、図１の上ストッパ体１１ｂと下ストッパ体５ｃとが当接した状態に至る前状態のストッパ体同士が当接する前の状態からの動作について説明する。主弁２及びパイロット弁３が共に閉じ、上ストッパ体１１ｂと下ストッパ体５ｃとが当接していない状態から、電動モータＭに例えば順位相でパルス供給を行って、ロータ１１を弁ハウジング本体５に対して一方向に回転させると、パイロット弁ねじ送り機構１４と、主弁ねじ送り機構１７によりロータ軸体１２と弁ホルダ１６が下降する。すなわち、弁送り筒体１５の固定側の雌ねじ１５ａと、弁ホルダ１６の移動側の雄ねじ１６ａとのねじ送りにより、弁ホルダ１６が下方に移動して圧縮コイルばね１９を圧縮する。また、弁ハウジング本体５の固定側の雌ねじ５ｂと、ロータ軸体１２の移動側の雄ねじ１２ａとのねじ送りにより、ロータ軸体１２が下方に移動して圧縮コイルばね２４を圧縮する。
【００３３】
この時点では、移動側の上ストッパ体１１ｂは未だ固定側の下ストッパ体５ｃに当接しておらず、パイロット弁３の弁体１３ａがパイロット弁座部２１ａに着座したまま弁ホルダ１６はさらに回転下降する。このときは、パイロット弁３の弁軸１３に対して弁ホルダ１６が下降するため、緩衝用の圧縮コイルばね１９が圧縮せしめられることにより弁ホルダ１６の下降力は吸収される。圧縮コイルばね１９が圧縮されると、弁軸１３の上端に固定されたプッシュナット１８と弁ホルダ１６との間に間隙が形成される。また、主弁２のロータ軸体１２も弁ハウジング本体５に対して下降するため、圧縮コイルばね２４も圧縮されて下降力は吸収される。
【００３４】
その後、ロータ１１がさらに回転して弁ホルダ１６が下降すると、移動側の上ストッパ体１１ｂが固定側の下ストッパ体５ｃに衝接し、電動モータＭのステータコイルに対するパルス供給が続行されても弁ホルダ１６の下降は強制的に停止される。図１は、この状態を示しており、主弁体２０の主弁部２０Ｂは圧縮コイルばね２４により弁座部（メインポート）５ｄに圧接しており、パイロット弁３の弁軸１３は圧縮コイルばね１９により弁座部（パイロットポート）２１ａに圧接している。
【００３５】
主弁２及びパイロット弁３が閉状態（図１に示される状態）にあり、ストッパ体５ｃ、１１ｂ同士が当接した状態にあるとき（“０”パルスの状態）から、電動モータＭに、逆位相でパルス供給を行って、ロータ１１を前記とは逆方向に回転させると、ロータ１１の回転はパイロット弁ねじ送り機構１４と主弁ねじ送り機構１７に伝達される。すなわち、ロータ１１の回転はキー溝１１ａ内に位置している弁ホルダ１６の連動アーム１６ｂを介して弁ホルダ１６を回転させ、パイロット弁ねじ送り機構１４を構成する弁ホルダ１６の外周の雄ねじ１６ａと、弁送り筒体１５の雌ねじ１５ａによって弁ホルダ１６は上昇する。このときの弁ホルダ１６の上昇量はロータ１１の１回転に対してパイロット弁ねじ送り機構１４のねじピッチ０．８ｍｍとなっている。ロータ１１が１回転すると上ストッパ体１１ｂは下ストッパ体５ｃから離れ、ロータ１１の機械的な移動制限は解除される。
【００３６】
弁ホルダ１６が弁送り筒体１５の雌ねじ１５ａに沿って上昇して弁ホルダ１６がプッシュナット１８に当接すると、弁ホルダ１６の中心に連結されている弁軸１３はプッシュナット１８と共に上昇し、弁軸１３の下端のパイロット弁体１３ａがパイロットポート２１ａを離れてパイロット弁３が開く。パイロット弁３が開くと、背圧室２５内の高圧の冷媒は主弁体２０の連通孔２２を通り、パイロット通路２１を通過して微量の冷媒が出口ポート１０に導出される。
【００３７】
また、ロータ１１の回転はロータ軸体１２に伝達され、主弁ねじ送り機構１７を構成するロータ軸体１２の雄ねじ１２ａと、弁ハウジング本体５の雌ねじ５ｂによってロータ軸体１２は上昇する。このときのロータ軸体１２の上昇量はロータ１１の１回転に対して主弁ねじ送り機構１７のねじピッチ０．６ｍｍとなっている。しかしながら、ロータ軸体１２は上昇しても、ロータ軸体１２に嵌合している連動リング２３と主弁体２０の連動鍔部２０Ｃとの間には遊び空隙Ｃがあるため、主弁体２０は移動することはない。このため、弁座部５ｄと主弁体２０の下端の主弁部２０Ｂとは接触したままの状態が継続し、主弁２のメインポートは閉じた状態が継続する。
【００３８】
すなわち、主弁ねじ送り機構１７で、ロータ１１の回転を直線変換して直線移動量を主弁体２０に伝達する経路中で、ロータ軸体１２の移動量が主弁体２０に伝達されず主弁体の移動が中断される。ロータ軸体１２が所定量上昇すると連動リング２３と連動鍔部２０Ｃとが接触し、更なるロータ１１の回転でロータ軸体１２と共に主弁体２０は上昇して主弁部２０Ｂと弁座部５ｄとが開き、入口ポート９内の高圧の冷媒は弁座部（メインポート）５ｄを通過して出口ポート１０に流通する。
【００３９】
ロータ１１の回転が主弁ねじ送り機構１７の小さいねじ送りピッチによってロータ軸体１２を上昇させ、パイロット弁ねじ送り機構１４の大きいねじ送りピッチによってパイロット弁３の弁軸１３を上昇させ、図３及び図５に示される如くに、パルス数（弁開度）がＴａ（例えば３２パルス）となったとき、弁ホルダ１６の上方移動に伴ってパイロット弁３のパイロット弁部である弁軸１３下端のパイロット弁体１３ａがパイロットポート２１ａから離れ始めてパイロット弁３が開き始め、図５に示される如くに、パルス数がＴｂ（例えば１６０パルス）になるまで、当該パイロット弁３における弁開度が徐々に微増して、背圧室２５の冷媒がパイロット通路２１を通じて出口ポート１０に流出し、背圧室２５の圧力が徐々に減圧される。このＴｂのときに主弁体２０が開弁可能な小さな圧力差となる。
【００４０】
このように、パイロット弁３が開き、主弁２が閉じた状態では、背圧室２５の冷媒はパイロットポート２１ａからパイロット通路２１に抜け背圧室２５内は低圧となり、背圧室２５と出口ポート１０との間の圧力差が小さくなる。
【００４１】
そして、パルス数（弁開度）がＴｂとなり、背圧室２５と出口ポート１０との間の圧力差が小さくなると、図３に示される如くに、パイロット弁３のパイロット弁体１３ａがパイロット弁座部２１ａから所定距離αだけ離れ、以降パイロット弁３とパイロットポートとの距離は増加する。また、主弁２は、主弁体２０の連動鍔部２０Ｃと連動リング２３との遊び空隙Ｃが０となり、電動モータＭのロータ１１の回転がロータ軸体１２を介して主弁体２０に伝達される。このため、遊び空隙Ｃが０となった後の駆動パルスにより主弁体２０は主弁ねじ送り機構１７によって０．６ｍｍのピッチで上昇し、弁座部５ｄから離れて開き始める。
【００４２】
この主弁２の開弁時には、予め開いているパイロット弁３により主弁体２０の前後差圧（背圧室２５及び出口ポート１０の間の差圧）が小さくなっており、この状態で主弁体２０は強制的に引き上げられる。このため、従来の制御弁のように、主弁がパイロット弁による差圧でリフト制御されることがなく、主弁体２０は主弁ねじ送り機構１７により電動モータＭにより駆動されるため、主弁２の主弁体２０に圧力変動が作用せず、チャタリング現象が解消される。この結果、電動弁１のチャタリング現象による異音発生や振動を防止することができる。
【００４３】
続いて、電動モータＭへの供給パルス数をさらに増加させていくと、パルス数がＴｃ（例えば４８０パルス）になるまで、パイロット弁３はパイロット弁ねじ送り機構１４により上昇移動され、主弁体２０も図４に示される如くに、主弁ねじ送り機構１７により上昇移動される。詳細には、パイロット弁３の弁軸１３はパイロット弁ねじ送り機構１４により、０．８ｍｍのピッチで上昇し、主弁２は主弁ねじ送り機構１７により、０．６ｍｍのピッチで上昇する。すなわち、パイロット弁３は主弁２に先行して上昇する。つまり、電動式パイロット弁３は大きな移動量で移動するので主弁体２０を上昇可能とするまでの時間が短く、その一方で、主弁２は小さな移動量で上昇するため、きめ細かい流量制御が可能となる。
【００４４】
これにより、図５に示される如くに、パルス数（弁開度）がＴｂからＴｃの間は、当該電動弁１における主弁体２０のリフト量がパルス数に応じて緩やかな一定の勾配をもって滑らかに増加していく。すなわち、本実施形態では、パルス数がＴｂからＴｃになるまでは、主弁体２０は主弁ねじ送り機構１７のねじ送りピッチ（０．６ｍｍ）で上昇され、主弁体２０がパルス数（回転量）に対して同距離ずつ上昇するように、各部の寸法仕様等が設定されている。なお、主弁体２０が小さい送りピッチ（０．６ｍｍ）で上昇している間に、パイロット弁３の弁軸１３は大きいねじ送りピッチ（０．８ｍｍ）で上昇するが、パイロットポートの間隔が増えるだけで主弁体２０の流量制御には影響を与えることはほとんどない。
【００４５】
そして、パルス数がＴｃになると、図４に示される如くに、主弁体２０は最大上昇位置βに到達し、主弁体２０と弁座部５ｄとの隙間から最大流量の冷媒が本実施形態の電動弁１を通過することができる。このように、主弁体２０の位置は駆動パルス数によって決定され、従来の制御弁のように圧力には依存しないため、主弁体２０の位置は安定し、しかも主弁体２０は小さいねじ送りピッチ（０．６ｍｍ）で移動されるため分解能の高い流量制御が可能となる。また、主弁体２０の主弁部２０Ｂは大口径であり、小さい移動量で大流量の冷媒を通過させることができる。さらに、図５より明らかなように、パイロット弁体１３ａは大きな速度で引き上げられるので、主弁体２０の前後の差圧が速やかに低減されて該主弁体２０が駆動されるまでの時間が短縮され、その一方、主弁体２０は、パイロット弁体１３ａよりも遅い速度で引き上げられるので、該主弁体２０による流量制御を精緻に行うことができる。
【００４６】
なお、図示してはいないが、弁ホルダ１６を固定しているプッシュナット１８が弁送り筒体１５の面に当接してストッパとして機能するように構成してもよい。このようにパイロット弁３の上昇限度を機械的に制限するように構成すれば、電動モータＭに供給するパルスを制限しなくても主弁の開口面積は主弁最大開度よりは大きくならず、このときの開度（最大開度）を維持することになる。また圧縮コイルばね２４は省略することが可能である。
【００４７】
以上のように、本実施形態の電動弁１では、１つの電動モータＭでパイロット弁３と主弁２を駆動し、パイロット弁３の駆動機構１４の送り量を主弁２の駆動機構１７の送り量より大きく設定しているので、電動モータＭに供給するパルス数に応じて弁開度（開口面積）を滑らかに変化させることができるとともに、均圧時間を早くすることができる。そのため、弁開度（開口面積）を任意に、かつきめ細かく調整することができるとともに、騒音の発生を効果的に抑えることができ、さらに、優れた応答性、動作安定性、制御特性等が得られる。また、主弁体２０前後の差圧を小さくした状態で該主弁体２０を引き上げるので、電動モータとして低トルクのものを採用することができる。換言すれば、大流量を制御することが可能となる。
【００４８】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、主弁の送り量を０．６ｍｍとし、パイロット弁の送り量を０．８ｍｍとしたが、これに限られるものでなく、主弁の送り量よりパイロット弁の送り量が大きければ任意に設定することができる。
【００４９】
また、主弁駆動機構やパイロット弁駆動機構としてねじ送り機構の例を示したが、回転運動を直線運動に変換する機構であれば、他の機構を用いることができる。さらに、パイロット弁ねじ送り機構の移動量を、主弁ねじ送り機構の移動量より大きく設定することで、主弁よりパイロット弁を先に開弁することができ圧力差を速やかに低減させることができるため、主弁ねじ送り機構の送り量を伝達する経路中に、主弁体の移動を中断させる遊び空隙がなくても主弁体のチャタリングを抑制することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１ 電動弁
２ 主弁
３ パイロット弁
４ 弁ハウジング
５ 弁ハウジング本体
５ａ 駆動孔
５ｂ 雌ねじ
５ｃ 下ストッパ体
５ｄ 弁座部（メインポート）
６ 筒状部材
７ 蓋状部材
８ 弁室
９ 入口ポート
１０ 出口ポート
１１ ロータ
１１ａ キー溝
１１ｂ 上ストッパ体
１２ ロータ軸体
１２ａ 雄ねじ
１３ 弁軸
１３ａ パイロット弁体
１４ パイロット弁ねじ送り機構（パイロット弁駆動機構）
１５ 弁送り筒体
１５ａ 雌ねじ
１６ 弁ホルダ
１６ａ 雄ねじ
１６ｂ 連動アーム
１７ 主弁ねじ送り機構（主弁駆動機構）
１８ プッシュナット
１９ 圧縮コイルばね
２０ 主弁体
２０Ａ 中心軸部
２０Ｂ 主弁部
２０Ｃ 連動鍔部
２０Ｄ 中央鍔部
２１ パイロット通路
２１ａ 弁座部（パイロットポート）
２２ 連通孔
２３ 連動リング
２４ 圧縮コイルばね
２５ 背圧室
２６ 均圧孔
Ｍ 電動モータ
Ｃ 遊び空隙
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調機等の冷凍サイクルに使用するのに好適な電動弁に係り、例えば、弁開度（開口面積）を任意に、かつきめ細かく調整することができるパイロット弁体を備える電動弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電動弁としてパイロット弁体を備えるパイロット型制御弁としては、主弁と電動式パイロット弁とを備え、主弁は、流体が導入導出される弁室が形成された弁本体と、該弁本体内に摺動自在に嵌挿されて弁本体に設けられた主弁口を開閉する大径部と小径部とを有する断面逆凸字状のピストン型の主弁体と、を有し、電動式パイロット弁は、弁本体の上面開口を塞ぐように取り付けられて主弁体との間に背圧室を画成する画成部材と、主弁体に設けられたパイロット弁口を開閉するパイロット弁体と、を有し、主弁には、弁室と背圧室とを連通する均圧通路が設けられるとともに、主弁体が圧縮コイルばねにより常時開弁方向に付勢されており、かつ、パイロット弁体の開弁方向の移動に追従するように、主弁体が開弁方向に移動するようにされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来の一般的な主弁とパイロット弁とを有する電動流量制御弁では、ステッピングモータに順位相の駆動パルスを供給すると、供給パルス数に比例して弁体のリフト量が増え、弁体と弁座との間隔を増加させることで通過流量を増やすことができ、反対に逆位相の駆動パルスを供給することで弁体のリフト量を減らし、弁体と弁座との間隔の通過流量を減少させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−６４３０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記構造のパイロット型制御弁は、主弁が全閉のとき、主弁はパイロット弁により閉方向に押さえ付けられており、主弁逆圧はパイロット部ばねに依存する構造となっている。また、主弁開弁点では、１次側の圧力に依存しており、主弁動作はパイロット部に依存している。このため、開弁直後に圧力バランスが崩れ、主弁が振動するチャタリングが発生する場合がある。
【０００６】
さらに、従来の主弁とパイロット弁とを有する電動流量制御弁では、１つの制御パターンとして弁開度とリフト量の勾配が大きい場合には均圧時間が短くなり、制御時間を短くすることができるが、流量制御の分解能が落ちることになり、きめ細かい制御ができない。また、もう１つのパターンとして弁開度とリフト量の勾配を小さくすると、流量制御の分解能を高めることができるが、均圧時間が長くなり、制御時間も非常に長くなるという問題点がある。
【０００７】
本発明は、このような問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、主弁の開弁直後のチャタリングを防止することができる電動弁を提供することにある。また、主弁を開閉制御する制御時間を短縮することができると共に、分解能を上げた流量制御が可能な電動弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成すべく、本発明に係る電動弁は、基本的には、弁ハウジングと、該弁ハウジングに移動可能に支持され該弁ハウジングのメインポートを開閉する主弁体と、前記弁ハウジングに対して移動可能に支持され前記主弁体に形成されたパイロットポートを開閉するパイロット弁体とを有し、前記パイロット弁体と、前記主弁体とを開閉駆動する電動モータを備える。そして、前記電動モータのロータの回転を前記パイロット弁体に伝達するパイロット弁駆動機構と、前記電動モータの回転を前記主弁体に伝達する主弁駆動機構と、を備え、前記パイロット弁駆動機構の前記電動モータのロータの１回転当たりの移動量を、前記主弁駆動機構の前記電動モータのロータの１回転当たりの移動量より大きく設定したことを特徴としている。
【０００９】
前記のごとく構成された本発明の電動弁は、電動モータで主弁体及びパイロット弁体を制御するとき、パイロット弁駆動機構の移動量が主弁駆動機構の移動量より大きく設定されているため、電動モータを駆動すると、先ずパイロット弁体がパイロットポートを離れて圧力を開放する。そして、主弁体前後の差圧が小さくなった状態で該主弁体が電動モータにより強制的にメインポートから離脱されて流量を調整するため、主弁体の開弁が該主弁体の前後の圧力差に依存しない。これにより、主弁体のチャタリングを防止することができる。また、主弁体の移動量はパイロット弁体の移動量より小さく設定されているため、主弁体前後の圧力差を小さくするまでの時間（すなわち主弁体の開弁に要する時間）を短縮できると共に、分解能の高い流量制御が可能となる。
【００１０】
また、本発明に係る電動弁の好ましい具体的な態様としては、前記主弁駆動機構と前記パイロット弁駆動機構とは、前記電動モータの回転を直線運動に変換するねじ送り機構であり、前記パイロット弁駆動機構のねじ送りピッチを、前記主弁駆動機構のねじ送りピッチより大きく設定したことを特徴としている。この構成によれば、パイロット弁ねじ送り機構の大きいねじ送りピッチでパイロット弁体が先に開弁し、主弁ねじ送り機構の小さいねじ送りピッチで主弁体が後から開弁するため、主弁体の開弁時に差圧が小さくなり、主弁体のチャタリングを防止することができる。また、主弁体のねじ送り量が小さいため、きめ細かい制御が可能となる。
【００１１】
さらに、本発明に係る電動弁の好ましい具体的な他の態様としては、前記主弁駆動機構は、前記ロータに連結されたロータ軸体と、該ロータ軸体に追従して移動する前記主弁体とから構成され、前記主弁体は、前記ロータ軸体に遊び空隙を有して連結されていることを特徴としている。この構成によれば、パイロット弁体が先に開弁して差圧を小さくし、主弁体は、遊び空隙を有して連結されているロータ軸体によりパイロット弁体より遅れて移動するため、主弁体のチャタリングを確実に防止することができる。
【００１２】
また、本発明に係る電動弁の好ましい具体的なさらに他の態様としては、前記パイロット弁駆動機構は、前記ロータの内周側にロータ軸方向に形成した溝部と、前記パイロット弁体をロータ軸方向に移動させる弁ホルダとを備えており、前記弁ホルダから延出する連動アームが前記溝部に係合することを特徴としている。この構成によれば、簡単な構成でロータと弁ホルダとを連動させることができ、動作を安定させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電動弁は、パイロット弁体と主弁体の双方を１つの電動モータによる２つの駆動機構で駆動し、パイロット弁体の移動量を主弁体の移動量より大きく設定しているので、最初にパイロット弁体を開き、次いで主弁体を開くため、パイロット弁体で主弁前後の圧力差を低減した状態で主弁を制御することができる。これにより、主弁体開弁時の圧力変動によるチャタリング現象を防止することができ、また当該電動弁の駆動用モータとして低トルクのものを使用することができる。さらに、パイロット弁体の移動量を大きくしているため均圧時間を短くでき、制御時間を短縮できる。さらにまた、主弁体の移動量が小さいため、きめ細かい流量制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る電動弁の一実施形態を示し、パイロット弁が閉状態で主弁も閉状態を示す縦断面図。
【図２】図１に示す電動弁のＡ−Ａ線に沿う横断面図。
【図３】図１に示す電動弁の、パイロット弁が開状態で主弁が閉状態を示す縦断面図。
【図４】図１に示す電動弁の、パイロット弁が開状態で主弁が開状態を示す縦断面図。
【図５】図１〜４に示す電動弁の動作説明に供されるグラフであり、ロータ１１、パイロット弁体１３ａ及び主弁体２０のリフト量と弁開度（パルス数）との関係を示すもの。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る電動弁の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る電動弁の、パイロット弁が閉状態で主弁も閉状態の主要部縦断面図、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う水平方向断面図、図３はパイロット弁が開状態で主弁は閉状態の主要部縦断面図、図４は、パイロット弁が開状態で主弁も開状態の主要部縦断面図、図５は図１〜４の電動弁の動作説明に供されるグラフであり、ロータ１１、パイロット弁体１３ａ及び主弁体２０のリフト量と弁開度（パルス数）との関係を示すものである。
【００１６】
図１〜５において、電動弁１は、例えばマルチエアコン等の空調機において、室外機と室内機との間に配在するのに好適なもので、型式としては電動式パイロット型とされ、主弁２と該主弁２の上側に設けられた電動式パイロット弁３とからなっている。電動弁１は、弁ハウジング本体５と、弁ハウジング本体５の上部に溶接等で連結された筒状部材６と、筒状部材６の上部開口を塞ぐべく溶接等で連結された蓋状部材７とからなる弁ハウジング４を有している。
【００１７】
筒状部材６は、ステンレス等の非磁性の金属板を素材としており、弁ハウジング本体５と蓋状部材７に密封接合されている。弁ハウジング本体５には、内部に弁室８が形成され、側部には弁室８に連通する入口ポート９が接続され、底部には弁室８に連通する出口ポート１０が接続されている。入口ポート９から導入された冷媒を主弁２と、パイロット弁３で流量を制御して出口ポート１０から導出する構成である。
【００１８】
弁ハウジング４を構成する弁ハウジング本体５と、筒状部材６と、蓋状部材７の上部内部空間、すなわち筒状部材６に囲まれた空間には、電動モータＭを構成するロータ１１が回転軸線Ｏ回りに回転可能であると共に上下動可能に配置されている。ロータ１１は上部が開口する有底円筒状に形成され、ロータの底面にはロータ軸体１２が嵌合固着され、ロータ１１とロータ軸体１２とは連結されている。ロータ１１には、その外周筒状部に多数の磁極が形成されている。
【００１９】
ロータ軸体１２は下部が開口する有底円筒状に形成され、ロータ軸体１２の上部にはパイロット弁３のパイロット弁体１３ａを下端に有する弁軸１３が弁ハウジング４に対して上下動可能であると共に回転可能に配置されている。電動モータＭは、弁ハウジング４を構成する筒状部材６の外周側に装着されるステータ（図示せず）と、弁ハウジング４の内部に回転自在に位置するロータ１１とから構成されるステッピングモータであり、電源回路（図示せず）から供給される駆動パルスにより回転させるものが使用されており、駆動パルス数により回転角度が設定される。
【００２０】
ロータ軸体１２は弁ハウジング本体５の上部を貫通する駆動孔５ａに回転可能に、上下に摺動可能に嵌合している。この駆動孔５ａには、内周面の下半分の部位に雌ねじ５ｂが形成され、ロータ軸体１２の外周面の下半分の部位に形成された雄ねじ１２ａが噛み合っている。したがって、図示していない電動モータＭのステータに通電してロータ１１を回転させると、ロータ１１と一体的に固着されたロータ軸体１２も回転し、噛み合っている雌ねじ５ｂと雄ねじ１２ａによりロータ軸体１２とロータ１１は上下方向に移動できる構成となっている。弁ハウジング本体５の固定側の雌ねじ５ｂと、ロータ軸体１２の移動側の雄ねじ１２ａにより主弁駆動機構として主弁ねじ送り機構１７が構成される。
【００２１】
弁ハウジング４の上部に固着された蓋状部材７は下面に凹部７ａが形成され、この凹部に下方が開口する有底円筒状の弁送り筒体１５が溶接等で固着されている。この弁送り筒体１５の内周面にはパイロット弁３の弁軸１３を移動させる機構を構成する雌ねじ１５ａが形成されている。弁送り筒体１５の内部には下方が開口する有底円筒状の弁ホルダ１６が位置しており、この弁ホルダ１６の外周面に形成された雄ねじ１６ａが弁送り筒体１５の内周面の雌ねじ１５ａと噛み合っている。弁ホルダ１６の移動側の雄ねじ１６ａと、弁送り筒体１５の固定側の雌ねじ１５ａによりパイロット弁駆動機構としてパイロット弁ねじ送り機構１４が構成される。
【００２２】
弁ホルダ１６は上面の中心に貫通孔が形成され、この貫通孔にパイロット弁３を構成する弁軸１３が回転可能に嵌合し、弁軸１３の上端にはプッシュナット１８が圧入固定され、弁軸１３と弁ホルダ１６を連結している。弁軸１３の上方の段差部と弁ホルダ１６の上部内面との間には圧縮コイルばね１９が縮装され、弁軸１３を下方に付勢している。弁ホルダ１６は下端部より外周側に連動アーム１６ｂが突出形成され、この連動アーム１６ｂの先端はロータ１１の内周面に上下方向に延在形成されたキー溝１１ａ内に延出している。この構成により、ロータ１１が弁軸１３（回転軸線Ｏ）を中心として回転すると、弁ホルダ１６は連動アーム１６ｂによりロータ１１に追従して回転され、弁ホルダ１６の外周の雄ねじ１６ａと弁送り筒体１５の内周の雌ねじ１５ａにより弁ホルダ１６は上下に移動可能な構成となっている。
【００２３】
ロータ１１の下面には移動側の上ストッパ体１１ｂが突出形成されており、弁ハウジング本体５の上面から上方に突出形成された固定側の下ストッパ体５ｃと当接可能に同一円周状に配置されている。ロータ１１が回転して上下に移動され、ロータ１１の上ストッパ体１１ｂが弁ハウジング本体５の下ストッパ体５ｃに当接することでロータ１１の下方への移動が制限され、電動モータＭに駆動パルスが供給されていてもロータ１１の回転が強制的に停止される構成となっている。また、ストッパ体同士が当接した状態から、ロータ１１が１回転すると上ストッパ体１１ｂは下ストッパ体５ｃから離れるようにストッパ体同士の高さが設定されている。
【００２４】
弁ハウジング本体５の内部の弁室８には、主弁２を構成する主弁体２０が、回転軸線Ｏに沿って上下に摺動可能に配置されている。主弁体２０は中心を上下方向に貫通するパイロット通路２１が形成された中心軸部２０Ａと、中心軸部２０Ａの下端部から円盤状に延出形成された主弁部２０Ｂと、中心軸部２０Ａの上端部から水平方向に延出形成された連動鍔部２０Ｃと、中心軸部２０Ａの中央部から水平方向に延出形成された中央鍔部２０Ｄとを備えている。
【００２５】
主弁体２０の下端の主弁部２０Ｂが弁ハウジング本体５の弁座部５ｄ（メインポート）に当接することで主弁２を閉じ、主弁体２０が上方に移動して弁座部５ｄとの間隙を変化させることで流量を調整するように構成されている。主弁体２０の中心軸部２０Ａを貫通するパイロット通路２１は中間部で上方が大径部となるように、例えば４５度程度の傾斜面で段差部が形成され、この段差部はパイロット弁３の弁軸１３の下端（すなわちパイロット弁体１３ａ）が接離する弁座部２１ａ（パイロットポート）として機能する。主弁体２０の上端の連動鍔部２０Ｃと、中間の中央鍔部２０Ｄとの間の中心軸部２０Ａには水平方向に貫通する連通孔２２が形成され、パイロット通路２１と連通している。
【００２６】
主弁体２０の上端の連動鍔部２０Ｃはロータ軸体１２の下方開口の内部空間に位置しており、図１に示すように主弁２が閉じている状態において、鍔部２０Ｃの下方に遊び空隙Ｃを有して対向する連動リング２３がロータ軸体１２の下端部に圧入状態に嵌合している。この遊び空隙Ｃは主弁ねじ送り機構１７の送り量を伝達する経路中に設けられた主弁の移動を遅らせる機能を有しており、主弁体２０は遊び空隙Ｃを有してロータ軸体１２に連結されている。連動リング２３の内周は主弁体２０の中心軸部２０Ａと僅かな間隙があり、連動リング２３に対して主弁体２０は回転可能であると共に、上下に摺動可能となっている。主弁体２０の上端面とロータ軸体１２の上面との間に圧縮コイルばね２４が縮装され、主弁体２０を下方に付勢している。
【００２７】
主弁体２０が位置する弁室８の上部は弁室８に対して小径に形成され、この小径の上部空間の内周面に主弁体２０の中央鍔部２０Ｄが僅かな間隙を有して対向している。弁室８の上部空間を中央鍔部２０Ｄが分断して背圧室２５を画成している。すなわち、図１に示すように主弁２が閉じているときは、主弁体２０の下端の主弁部２０Ｂと中央鍔部２０Ｄとで弁室８を画成し、主弁体２０の上端の連動鍔部２０Ｃと中央鍔部２０Ｄとで背圧室２５を画成している。主弁体２０の中央鍔部２０Ｄには上下方向に均圧孔２６が貫通され、弁室８と背圧室２５とを連通している。また、主弁体２０の中心軸部２０Ａに水平方向に貫通する連通孔２２は、背圧室２５内の冷媒等の流体をパイロット弁３の開弁時にパイロット通路２１に導入する機能を有している。
【００２８】
本発明の一実施形態の電動弁１においては、主弁２とパイロット弁３とは１つの電動モータＭにより駆動される。主弁２はロータ軸体１２の雄ねじ１２ａと、弁ハウジング本体５の雌ねじ５ｂからなる主弁ねじ送り機構（主弁駆動機構）１７で主弁体２０を駆動する。また、パイロット弁３は、弁ホルダ１６の外周の雄ねじ１６ａと、弁送り筒体１５の内周の雌ねじ１５ａとからなるパイロット弁ねじ送り機構（パイロット弁駆動機構）１４でパイロット弁体１３ａを有する弁軸１３を駆動する。
【００２９】
そして、パイロット弁ねじ送り機構１４のねじ送りピッチが、主弁ねじ送り機構１７のねじ送りピッチより大きくなるように設定されている。本実施の形態では、パイロット弁ねじ送り機構１４のねじ送りピッチは０．８ｍｍに設定され、主弁ねじ送り機構１７のねじ送りピッチは０．６ｍｍに設定されている。このため、電動モータＭの１回転でパイロット弁３の弁軸１３は０．８ｍｍ上昇、下降し、主弁２の主弁体２０は０．６ｍｍ上昇、下降するように構成され、主弁２の移動量に対してパイロット弁３に移動量が大きくなるように構成されている。このように、ロータ１１の１回転当たりのパイロット弁体１３ａの上下方向の移動量は、主弁体２０の上下方向の移動量より大きく設定されている。
【００３０】
前記の如く構成された本実施形態の電動弁１の動作について以下に説明する。図１は主弁２とパイロット弁３とが閉じた状態であり、主弁体２０は弁ハウジング本体５の弁座部５ｄに接触しており、入口ポート９から導入された冷媒等の流体は弁室８内に入り、出口ポート１０へ導出されず、パイロット弁３のパイロット弁体１３ａが弁座部２１ａに接触して閉じた状態となっている。また、ロータ１１の上ストッパ体１１ｂと弁ハウジング本体５の下ストッパ体５ｃとが当接してロータ１１が機械的にロックされた状態となっている。
【００３１】
この状態について詳細に説明すると、主弁２とパイロット弁３とが閉じた状態であり、主弁２の主弁部２０Ｂは弁座部５ｄ（メインポート）に接触して閉じた状態であり、パイロット弁３のパイロット弁体１３ａは主弁体２０の中心に位置するパイロット通路２１の弁座部（パイロットポート）２１ａに接触しており、閉じた状態となっている。そして、弁室８内の高圧の冷媒は均圧孔２６を通して背圧室２５に入り、背圧室２５（及び弁室８）と出口ポート１０との差圧（主弁体２０の前後の差圧）、並びに圧縮コイルばね２４の弾発力で主弁２を弁座部５ｄに押し付けている。
【００３２】
先ず、図１の上ストッパ体１１ｂと下ストッパ体５ｃとが当接した状態に至る前状態のストッパ体同士が当接する前の状態からの動作について説明する。主弁２及びパイロット弁３が共に閉じ、上ストッパ体１１ｂと下ストッパ体５ｃとが当接していない状態から、電動モータＭに例えば順位相でパルス供給を行って、ロータ１１を弁ハウジング本体５に対して一方向に回転させると、パイロット弁ねじ送り機構１４と、主弁ねじ送り機構１７によりロータ軸体１２と弁ホルダ１６が下降する。すなわち、弁送り筒体１５の固定側の雌ねじ１５ａと、弁ホルダ１６の移動側の雄ねじ１６ａとのねじ送りにより、弁ホルダ１６が下方に移動して圧縮コイルばね１９を圧縮する。また、弁ハウジング本体５の固定側の雌ねじ５ｂと、ロータ軸体１２の移動側の雄ねじ１２ａとのねじ送りにより、ロータ軸体１２が下方に移動して圧縮コイルばね２４を圧縮する。
【００３３】
この時点では、移動側の上ストッパ体１１ｂは未だ固定側の下ストッパ体５ｃに当接しておらず、パイロット弁３の弁体１３ａがパイロット弁座部２１ａに着座したまま弁ホルダ１６はさらに回転下降する。このときは、パイロット弁３の弁軸１３に対して弁ホルダ１６が下降するため、緩衝用の圧縮コイルばね１９が圧縮せしめられることにより弁ホルダ１６の下降力は吸収される。圧縮コイルばね１９が圧縮されると、弁軸１３の上端に固定されたプッシュナット１８と弁ホルダ１６との間に間隙が形成される。また、主弁２のロータ軸体１２も弁ハウジング本体５に対して下降するため、圧縮コイルばね２４も圧縮されて下降力は吸収される。
【００３４】
その後、ロータ１１がさらに回転して弁ホルダ１６が下降すると、移動側の上ストッパ体１１ｂが固定側の下ストッパ体５ｃに衝接し、電動モータＭのステータコイルに対するパルス供給が続行されても弁ホルダ１６の下降は強制的に停止される。図１は、この状態を示しており、主弁体２０の主弁部２０Ｂは圧縮コイルばね２４により弁座部（メインポート）５ｄに圧接しており、パイロット弁３の弁軸１３は圧縮コイルばね１９により弁座部（パイロットポート）２１ａに圧接している。
【００３５】
主弁２及びパイロット弁３が閉状態（図１に示される状態）にあり、ストッパ体５ｃ、１１ｂ同士が当接した状態にあるとき（“０”パルスの状態）から、電動モータＭに、逆位相でパルス供給を行って、ロータ１１を前記とは逆方向に回転させると、ロータ１１の回転はパイロット弁ねじ送り機構１４と主弁ねじ送り機構１７に伝達される。すなわち、ロータ１１の回転はキー溝１１ａ内に位置している弁ホルダ１６の連動アーム１６ｂを介して弁ホルダ１６を回転させ、パイロット弁ねじ送り機構１４を構成する弁ホルダ１６の外周の雄ねじ１６ａと、弁送り筒体１５の雌ねじ１５ａによって弁ホルダ１６は上昇する。このときの弁ホルダ１６の上昇量はロータ１１の１回転に対してパイロット弁ねじ送り機構１４のねじピッチ０．８ｍｍとなっている。ロータ１１が１回転すると上ストッパ体１１ｂは下ストッパ体５ｃから離れ、ロータ１１の機械的な移動制限は解除される。
【００３６】
弁ホルダ１６が弁送り筒体１５の雌ねじ１５ａに沿って上昇して弁ホルダ１６がプッシュナット１８に当接すると、弁ホルダ１６の中心に連結されている弁軸１３はプッシュナット１８と共に上昇し、弁軸１３の下端のパイロット弁体１３ａがパイロットポート２１ａを離れてパイロット弁３が開く。パイロット弁３が開くと、背圧室２５内の高圧の冷媒は主弁体２０の連通孔２２を通り、パイロット通路２１を通過して微量の冷媒が出口ポート１０に導出される。
【００３７】
また、ロータ１１の回転はロータ軸体１２に伝達され、主弁ねじ送り機構１７を構成するロータ軸体１２の雄ねじ１２ａと、弁ハウジング本体５の雌ねじ５ｂによってロータ軸体１２は上昇する。このときのロータ軸体１２の上昇量はロータ１１の１回転に対して主弁ねじ送り機構１７のねじピッチ０．６ｍｍとなっている。しかしながら、ロータ軸体１２は上昇しても、ロータ軸体１２に嵌合している連動リング２３と主弁体２０の連動鍔部２０Ｃとの間には遊び空隙Ｃがあるため、主弁体２０は移動することはない。このため、弁座部５ｄと主弁体２０の下端の主弁部２０Ｂとは接触したままの状態が継続し、主弁２のメインポートは閉じた状態が継続する。
【００３８】
すなわち、主弁ねじ送り機構１７で、ロータ１１の回転を直線変換して直線移動量を主弁体２０に伝達する経路中で、ロータ軸体１２の移動量が主弁体２０に伝達されず主弁体の移動が中断される。ロータ軸体１２が所定量上昇すると連動リング２３と連動鍔部２０Ｃとが接触し、更なるロータ１１の回転でロータ軸体１２と共に主弁体２０は上昇して主弁部２０Ｂと弁座部５ｄとが開き、入口ポート９内の高圧の冷媒は弁座部（メインポート）５ｄを通過して出口ポート１０に流通する。
【００３９】
ロータ１１の回転が主弁ねじ送り機構１７の小さいねじ送りピッチによってロータ軸体１２を上昇させ、パイロット弁ねじ送り機構１４の大きいねじ送りピッチによってパイロット弁３の弁軸１３を上昇させ、図３及び図５に示される如くに、パルス数（弁開度）がＴａ（例えば３２パルス）となったとき、弁ホルダ１６の上方移動に伴ってパイロット弁３のパイロット弁部である弁軸１３下端のパイロット弁体１３ａがパイロットポート２１ａから離れ始めてパイロット弁３が開き始め、図５に示される如くに、パルス数がＴｂ（例えば１６０パルス）になるまで、当該パイロット弁３における弁開度が徐々に微増して、背圧室２５の冷媒がパイロット通路２１を通じて出口ポート１０に流出し、背圧室２５の圧力が徐々に減圧される。このＴｂのときに主弁体２０が開弁可能な小さな圧力差となる。
【００４０】
このように、パイロット弁３が開き、主弁２が閉じた状態では、背圧室２５の冷媒はパイロットポート２１ａからパイロット通路２１に抜け背圧室２５内は低圧となり、背圧室２５と出口ポート１０との間の圧力差が小さくなる。
【００４１】
そして、パルス数（弁開度）がＴｂとなり、背圧室２５と出口ポート１０との間の圧力差が小さくなると、図３に示される如くに、パイロット弁３のパイロット弁体１３ａがパイロット弁座部２１ａから所定距離αだけ離れ、以降パイロット弁３とパイロットポートとの距離は増加する。また、主弁２は、主弁体２０の連動鍔部２０Ｃと連動リング２３との遊び空隙Ｃが０となり、電動モータＭのロータ１１の回転がロータ軸体１２を介して主弁体２０に伝達される。このため、遊び空隙Ｃが０となった後の駆動パルスにより主弁体２０は主弁ねじ送り機構１７によって０．６ｍｍのピッチで上昇し、弁座部５ｄから離れて開き始める。
【００４２】
この主弁２の開弁時には、予め開いているパイロット弁３により主弁体２０の前後差圧（背圧室２５及び出口ポート１０の間の差圧）が小さくなっており、この状態で主弁体２０は強制的に引き上げられる。このため、従来の制御弁のように、主弁がパイロット弁による差圧でリフト制御されることがなく、主弁体２０は主弁ねじ送り機構１７により電動モータＭにより駆動されるため、主弁２の主弁体２０に圧力変動が作用せず、チャタリング現象が解消される。この結果、電動弁１のチャタリング現象による異音発生や振動を防止することができる。
【００４３】
続いて、電動モータＭへの供給パルス数をさらに増加させていくと、パルス数がＴｃ（例えば４８０パルス）になるまで、パイロット弁３はパイロット弁ねじ送り機構１４により上昇移動され、主弁体２０も図４に示される如くに、主弁ねじ送り機構１７により上昇移動される。詳細には、パイロット弁３の弁軸１３はパイロット弁ねじ送り機構１４により、０．８ｍｍのピッチで上昇し、主弁２は主弁ねじ送り機構１７により、０．６ｍｍのピッチで上昇する。すなわち、パイロット弁３は主弁２に先行して上昇する。つまり、電動式パイロット弁３は大きな移動量で移動するので主弁体２０を上昇可能とするまでの時間が短く、その一方で、主弁２は小さな移動量で上昇するため、きめ細かい流量制御が可能となる。
【００４４】
これにより、図５に示される如くに、パルス数（弁開度）がＴｂからＴｃの間は、当該電動弁１における主弁体２０のリフト量がパルス数に応じて緩やかな一定の勾配をもって滑らかに増加していく。すなわち、本実施形態では、パルス数がＴｂからＴｃになるまでは、主弁体２０は主弁ねじ送り機構１７のねじ送りピッチ（０．６ｍｍ）で上昇され、主弁体２０がパルス数（回転量）に対して同距離ずつ上昇するように、各部の寸法仕様等が設定されている。なお、主弁体２０が小さい送りピッチ（０．６ｍｍ）で上昇している間に、パイロット弁３の弁軸１３は大きいねじ送りピッチ（０．８ｍｍ）で上昇するが、パイロットポートの間隔が増えるだけで主弁体２０の流量制御には影響を与えることはほとんどない。
【００４５】
そして、パルス数がＴｃになると、図４に示される如くに、主弁体２０は最大上昇位置βに到達し、主弁体２０と弁座部５ｄとの隙間から最大流量の冷媒が本実施形態の電動弁１を通過することができる。このように、主弁体２０の位置は駆動パルス数によって決定され、従来の制御弁のように圧力には依存しないため、主弁体２０の位置は安定し、しかも主弁体２０は小さいねじ送りピッチ（０．６ｍｍ）で移動されるため分解能の高い流量制御が可能となる。また、主弁体２０の主弁部２０Ｂは大口径であり、小さい移動量で大流量の冷媒を通過させることができる。さらに、図５より明らかなように、パイロット弁体１３ａは大きな速度で引き上げられるので、主弁体２０の前後の差圧が速やかに低減されて該主弁体２０が駆動されるまでの時間が短縮され、その一方、主弁体２０は、パイロット弁体１３ａよりも遅い速度で引き上げられるので、該主弁体２０による流量制御を精緻に行うことができる。
【００４６】
なお、図示してはいないが、弁ホルダ１６を固定しているプッシュナット１８が弁送り筒体１５の面に当接してストッパとして機能するように構成してもよい。このようにパイロット弁３の上昇限度を機械的に制限するように構成すれば、電動モータＭに供給するパルスを制限しなくても主弁の開口面積は主弁最大開度よりは大きくならず、このときの開度（最大開度）を維持することになる。また圧縮コイルばね２４は省略することが可能である。
【００４７】
以上のように、本実施形態の電動弁１では、１つの電動モータＭでパイロット弁３と主弁２を駆動し、パイロット弁３の駆動機構１４の送り量を主弁２の駆動機構１７の送り量より大きく設定しているので、電動モータＭに供給するパルス数に応じて弁開度（開口面積）を滑らかに変化させることができるとともに、均圧時間を早くすることができる。そのため、弁開度（開口面積）を任意に、かつきめ細かく調整することができるとともに、騒音の発生を効果的に抑えることができ、さらに、優れた応答性、動作安定性、制御特性等が得られる。また、主弁体２０前後の差圧を小さくした状態で該主弁体２０を引き上げるので、電動モータとして低トルクのものを採用することができる。換言すれば、大流量を制御することが可能となる。
【００４８】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、主弁の送り量を０．６ｍｍとし、パイロット弁の送り量を０．８ｍｍとしたが、これに限られるものでなく、主弁の送り量よりパイロット弁の送り量が大きければ任意に設定することができる。
【００４９】
また、主弁駆動機構やパイロット弁駆動機構としてねじ送り機構の例を示したが、回転運動を直線運動に変換する機構であれば、他の機構を用いることができる。さらに、パイロット弁ねじ送り機構の移動量を、主弁ねじ送り機構の移動量より大きく設定することで、主弁よりパイロット弁を先に開弁することができ圧力差を速やかに低減させることができるため、主弁ねじ送り機構の送り量を伝達する経路中に、主弁体の移動を中断させる遊び空隙がなくても主弁体のチャタリングを抑制することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１ 電動弁
２ 主弁
３ パイロット弁
４ 弁ハウジング
５ 弁ハウジング本体
５ａ 駆動孔
５ｂ 雌ねじ
５ｃ 下ストッパ体
５ｄ 弁座部（メインポート）
６ 筒状部材
７ 蓋状部材
８ 弁室
９ 入口ポート
１０ 出口ポート
１１ ロータ
１１ａ キー溝
１１ｂ 上ストッパ体
１２ ロータ軸体
１２ａ 雄ねじ
１３ 弁軸
１３ａ パイロット弁体
１４ パイロット弁ねじ送り機構（パイロット弁駆動機構）
１５ 弁送り筒体
１５ａ 雌ねじ
１６ 弁ホルダ
１６ａ 雄ねじ
１６ｂ 連動アーム
１７ 主弁ねじ送り機構（主弁駆動機構）
１８ プッシュナット
１９ 圧縮コイルばね
２０ 主弁体
２０Ａ 中心軸部
２０Ｂ 主弁部
２０Ｃ 連動鍔部
２０Ｄ 中央鍔部
２１ パイロット通路
２１ａ 弁座部（パイロットポート）
２２ 連通孔
２３ 連動リング
２４ 圧縮コイルばね
２５ 背圧室
２６ 均圧孔
Ｍ 電動モータ
Ｃ 遊び空隙
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁ハウジングと、該弁ハウジングに移動可能に支持され該弁ハウジングのメインポートを開閉する主弁体と、前記弁ハウジングに対して移動可能に支持され前記主弁体に形成されたパイロットポートを開閉するパイロット弁体とを有し、前記パイロット弁体と、前記主弁体とを開閉駆動する電動モータを備える電動弁であって、
前記電動モータのロータの回転を前記パイロット弁体に伝達するパイロット弁駆動機構と、前記電動モータの回転を前記主弁体に伝達する主弁駆動機構と、を備え、
前記パイロット弁駆動機構の前記電動モータのロータの１回転当たりの移動量を、前記主弁駆動機構の前記電動モータのロータの１回転当たりの移動量より大きく設定したことを特徴とする電動弁。
【請求項２】
前記主弁駆動機構と前記パイロット弁駆動機構とは、前記電動モータの回転を直線運動に変換するねじ送り機構であり、
前記パイロット弁駆動機構のねじ送りピッチを、前記主弁駆動機構のねじ送りピッチより大きく設定したことを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
【請求項３】
前記主弁駆動機構は、前記ロータに連結されたロータ軸体と、該ロータ軸体に追従して移動する前記主弁体とから構成され、
前記主弁体は、前記ロータ軸体に遊び空隙を有して連結されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動弁。
【請求項４】
前記パイロット弁駆動機構は、前記ロータの内周側にロータ軸方向に形成した溝部と、前記パイロット弁体をロータ軸方向に移動させる弁ホルダとを備えており、
前記弁ホルダから延出する連動アームが前記溝部に係合する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。
【請求項１】
弁ハウジングと、該弁ハウジングに移動可能に支持され該弁ハウジングのメインポートを開閉する主弁体と、前記弁ハウジングに対して移動可能に支持され前記主弁体に形成されたパイロットポートを開閉するパイロット弁体とを有し、前記パイロット弁体と、前記主弁体とを開閉駆動する電動モータを備える電動弁であって、
前記電動モータのロータの回転を前記パイロット弁体に伝達するパイロット弁駆動機構と、前記電動モータの回転を前記主弁体に伝達する主弁駆動機構と、を備え、
前記パイロット弁駆動機構の前記電動モータのロータの１回転当たりの移動量を、前記主弁駆動機構の前記電動モータのロータの１回転当たりの移動量より大きく設定したことを特徴とする電動弁。
【請求項２】
前記主弁駆動機構と前記パイロット弁駆動機構とは、前記電動モータの回転を直線運動に変換するねじ送り機構であり、
前記パイロット弁駆動機構のねじ送りピッチを、前記主弁駆動機構のねじ送りピッチより大きく設定したことを特徴とする請求項１に記載の電動弁。
【請求項３】
前記主弁駆動機構は、前記ロータに連結されたロータ軸体と、該ロータ軸体に追従して移動する前記主弁体とから構成され、
前記主弁体は、前記ロータ軸体に遊び空隙を有して連結されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動弁。
【請求項４】
前記パイロット弁駆動機構は、前記ロータの内周側にロータ軸方向に形成した溝部と、前記パイロット弁体をロータ軸方向に移動させる弁ホルダとを備えており、
前記弁ホルダから延出する連動アームが前記溝部に係合する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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−８７７９５（Ｐ２０１３−８７７９５Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２６１０４（Ｐ２０１１−２２６１０４）
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【出願人】（３９１００２１６６）株式会社不二工機 (451)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【出願人】（３９１００２１６６）株式会社不二工機 (451)
【Ｆターム（参考）】
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