JP6860988B2 - 電動弁 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍サイクルなどに使用される電動弁に関する。

従来より、大型のパッケージエアコンや冷凍機に用いられる流体制御弁が知られている（たとえば、特許文献１参照）。この流体制御弁においては、流量制御用として複数使用されていた電動弁を１つにまとめるなどの制御機器合理化等の背景から、大口径かつ高圧力差が生じた際にも良好な作動性を発揮できる性能が望まれるが、比較的大口径の流量制御は、マグネットのトルクにより発生するねじの推力に対し圧力差によって発生する弁体への負荷が大きく、弁体を作動させるために大きな駆動力が必要となる。

そこで、かかる弁体の作動性を向上させるべく、以下に説明するような圧力バランス機構が採用されている。たとえば、図８に示す流体制御弁１０１では、弁体案内部材１７２の内周面に摺接する弁体１２０にシール部材１３７を装着して弁室１０７の上方側に背圧室１２９を画成するとともに、弁ポート１１９内の圧力を弁体１２０に設けられた導通路１２４を介して背圧室１２９内に導入し、背圧室１２９内の圧力（背圧）を利用することで、弁閉状態における弁体１２０に作用する押し下げ力（弁閉方向に作用する力）と押し上げ力（弁開方向に作用する力）との圧力差による力をキャンセルし、弁体１２０に対する負荷を小さくしている。

特開２０１６−８０１１５号公報

ところで、上述のように圧力バランス機構を採用した流体制御弁１０１においては、弁軸１３２に形成された雄ネジ１３２ａと弁ホルダ１３４に形成された雌ネジ１３４ａとの間のネジガタ（図９参照）が流量特性においてヒステリシス（図１０参照）として表れるという問題が存在した。以下、このヒステリシスについて具体的に説明する。

たとえば、圧力バランス機構を採用しない流体制御弁（図示せず）であれば、弁体と連結された弁軸は常に差圧により一方向に押し付けられる。このため、弁軸に形成された雄ネジと、弁ホルダに形成された雌ネジのネジ山の接触面は常に一定しており、弁体の作動方向が弁開方向から弁閉方向、またはその反対に切り替わったとしてもネジガタが生じることはない。よって、弁体の作動方向が切り替わる際に流量特性にヒステリシスは生じない。

しかしながら、圧力バランス機構を採用した流体制御弁１０１の場合、弁体１２０に作用する圧力による力が圧力バランス機構により打ち消されるため、雄ネジ１３２ａと雌ネジ１３４ａとの間にネジガタが発生する。たとえば、弁体１２０を弁閉方向に移動させた場合には、図９（ａ）に示すように、雄ネジ１３２ａのネジ山の上面が雌ネジ１３４ａのネジ山の下面と接触し、弁体１２０を弁開方向に移動させた場合には、図９（ｂ）に示すように、雄ネジ１３２ａのネジ山の下面が雌ネジ１３４ａのネジ山の上面と接触する。

図１０は、流体制御弁１０１の流量特性（パルスの印加量に対する流量の変化の関係）を示すグラフである。図１０において、グラフの横軸は、ステッピングモータに印加するパルスの印加量を表し、グラフの縦軸は、流量を表している。

図１０に示すように、弁開状態から弁閉状態に切り替えるには、まずパルスの印加量を低下させて弁軸１３２をネジガタｈ分上方に移動させ、雄ネジ１３２ａのネジ山の上面が雌ネジ１３４ａのネジ山の下面と接触するようにネジ山の接触面を切り替える必要がある（図９（ａ）参照）。しかし、この間弁軸１３２は回転しても弁体１２０は移動しないことから流体の流量は変化することなく、流量特性にネジガタｈ分のヒステリシスが生じてしまう。このため、従来の流体制御弁１０１においては、弁体１２０の移動方向を切り替えた後に、目標とする流量と実際の流量との間にズレが生じるという問題があった。
本発明の目的は、高精度の流量制御性を有する電動弁を提供することである。

上記目的を達成するための本発明の電動弁は、
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弁本体内に収容された弁体を軸方向に移動させるとともに、前記弁体の上方側に背圧室を設け、前記背圧室に弁ポート内の圧力を導入する電動弁であって、
前記ロータの軸芯部に配置されたブッシュ部材と、
前記雄ネジ部材を付勢する付勢バネと、
前記ロータの回転運動による前記雄ネジ部材の回転を前記付勢バネに伝達させない仲介部材と、
前記弁体の軸方向への移動を案内する弁体案内部材と、
前記弁体案内部材と前記弁体との間に介装されたシール部材と
を備え、
前記弁ポートは、前記弁本体に組み込まれ、前記弁体の直下において前記弁体が着座する弁座部材に設けられ、
前記雄ネジ部材と前記弁体が弁バネによって離間する方向に付勢されると共に、前記弁体が前記仲介部材を介して前記雄ネジ部材に対して抜け止めされ、
前記ブッシュ部材は、前記ロータと前記雄ネジ部材とを結合し、
前記雌ネジ部材は、前記弁本体に対して相対的に回転不能に固定され、
前記付勢バネが前記弁体と前記雌ネジ部材との間に配置されると共に、前記仲介部材の外周側に前記付勢バネが配置され、かつ前記仲介部材の内周側に前記弁バネが配置された構造を有し、
前記付勢バネは、上端を前記雌ネジ部材に対して付勢させると共に下端を前記弁体に対して付勢させることで軸方向において前記雌ネジ部材と前記弁体とによって支持され、
前記雄ネジ部材の付勢は、前記付勢バネによって前記弁体が前記弁ポート側に付勢された際に、前記弁体に固定された前記仲介部材の前記抜け止めされた部分を介して前記雄ネジ部材が前記弁ポート側に付勢されるものであり、
前記付勢バネによって付勢された前記雄ネジ部材に形成されたネジ山の一方の側の面が、前記雌ネジ部材に形成されたネジ山の他方の側の面と当接する構成を有し、
かつ前記付勢バネのバネ荷重は、前記シール部材と前記弁体案内部材の内周面との間に生じるシール摺動抵抗よりも大きいことを特徴とする。

これにより、弁体の作動方向を切り替えた場合にネジガタが生じることがなくなり、弁体の作動方向が切り替わる際に流量特性にヒステリシスが生じることを防止することができるため、高精度の流量制御性を有する電動弁を提供することができる。また、雄ネジのネジ山の下面が雌ネジのネジ山の上面に押し当てられ、弁体の作動方向が切り替わった場合において、流量特性にネジガタ分のヒステリシスが生じることを的確に防止することができる。

また、本発明の電動弁は、
前記付勢バネが、前記雄ネジ部材を前記弁体の弁閉方向に付勢し、
前記付勢バネによって付勢された前記雄ネジ部材に形成されたネジ山の前記弁ポート側の面が、前記雌ネジ部材に形成されたネジ山の前記弁ポートと反対側の面と当接する構成を有することを特徴とする。
これにより、雄ネジのネジ山の下面が雌ネジのネジ山の上面に押し当てられてネジガタが生じることが防止される。

また、本発明の電動弁は、
前記弁体の弁閉時における前記付勢バネのバネ荷重が、前記シール摺動抵抗と前記弁体に作用する流体による力の和よりも大きいことを特徴とする。
これにより、的確に雄ネジのネジ山の下面を雌ネジのネジ山の上面に押し当てることができる。

また、本発明の電動弁は、
前記弁体の全開時における前記付勢バネのバネ荷重が、前記ロータの回転運動によって前記雄ネジ部材を駆動する駆動推力よりも小さいことを特徴とする。

これにより、付勢バネが縮められて押し下げ力が最も強くなった場合においても、ステッピングモータの駆動力を変更することなく、雄ネジと雌ネジのネジ山の接触面を一定に保つことができる。

また、本発明の電動弁は、
前記付勢バネが、一方の端部が前記弁体に当接し他方の端部が前記雌ネジ部材に当接する位置に配置されていることを特徴とする。
この場合、付勢バネによって弁体を弁閉方向に付勢することにより、弁体に固定された弁ガイドを介して雄ネジ部材を下方に押し付けることができる。

また、本発明の電動弁は、
前記弁体に固定され、かつ前記雄ネジ部材を遊貫状態で挿入する貫通孔を有する弁ガイドを前記仲介部材として備え、
前記付勢バネは、一方の端部が前記弁ガイドに当接し他方の端部が前記雌ネジ部材に当接する位置に配置されていることを特徴とする。
この場合、弁体に弁ガイドを取り付けるためのフランジを設けることなく雄ネジ部材を下方に押し付けることができる。

また、本発明の電動弁は、
前記シール部材は、断面Ｌ字状の環状パッキンを用いて形成されていることを特徴とする。
また、本発明の電動弁は、
前記シール部材は、Ｏリングと断面Ｃ字状の環状パッキンを組み合わせて形成されていることを特徴とする。

本発明に係る発明によれば、高精度の流量制御性を有する電動弁を提供することができる。

実施の形態に係る電動弁の断面図である。 実施の形態に係る電動弁のネジ螺合部分の拡大図である。 実施の形態に係る電動弁の流量特性を示すグラフである。 実施の形態に係る電動弁において、付勢バネを弁軸ホルダの貫通孔内に配置した場合の断面図である。 実施の形態に係る電動弁において、付勢バネを円筒部内に配置した場合の断面図である。 実施の形態に係る電動弁において、シール部材に複合シール材を用いた場合の断面図である。 実施の形態に係る電動弁において、Ｏリングの内側に環状パッキンを配置する構成を採用した複合シール材を用いた場合の断面図である。 従来の流体制御弁の断面図である。 従来の流体制御弁のネジ螺合部分の拡大図である。 従来の流体制御弁の流量特性を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る電動弁について説明する。図１は、実施の形態に係る電動弁２を示した断面図である。なお、本明細書において、「上」あるいは「下」とは図１の状態で規定したものである。すなわち、ロータ４は弁体１７より上方に位置している。

この電動弁２では、非磁性体製で筒状のカップ形状をなすケース６０の開口側の下方に、弁本体３０が溶接などにより一体的に接続されている。
ここで、弁本体３０は、ステンレス鋼板等の金属材料をプレス加工して製作されたプレス成型品であり、内部に弁室１１を有している。また、弁本体３０には、弁室１１に直接連通するステンレス製や銅製の第１の管継手１２が固定装着されている。さらに、弁本体３０の下方内側には、断面円形の弁ポート１６が形成された弁座部材３０Ａが組み込まれている。弁座部材３０Ａには、弁ポート１６を介して弁室１１に連通するステンレス製や銅製の第２の管継手１５が固定装着されている。

ケース６０の内周には、回転可能なロータ４が収容され、ロータ４の軸芯部分には、ブッシュ部材３３を介して弁軸４１が配置されている。ブッシュ部材３３で結合されたこの弁軸４１とロータ４とは、回転しながら上下方向に一体的に移動する。なお、この弁軸４１の中間部付近の外周面には雄ネジ４１ａが形成されている。本実施の形態では、弁軸４１が雄ネジ部材として機能している。

ケース６０の外周には、図示しないヨーク、ボビン、およびコイルなどからなるステータが配置され、ロータ４とステータとでステッピングモータが構成されている。
ケース６０の天井面にはガイド支持体５２が固定されている。ガイド支持体５２は、円筒部５３と、円筒部５３の上端側に形成された傘状部５４とを有し、全体をプレス加工により一体成型されている。傘状部５４はケース６０の頂部内側と略同形状に成型されている。

ガイド支持体５２の円筒部５３内には、弁軸４１のガイドを兼ねる筒部材６５が嵌合されている。筒部材６５は、金属あるいは合成樹脂による潤滑材入り素材あるいは表面処理を施された部材により構成され、弁軸４１を回転可能に保持している。

弁軸４１のブッシュ部材３３より下方には、後述するように弁軸４１との間でネジ螺合Ａを構成するとともに弁軸４１の傾きを抑制する機能を有する弁軸ホルダ６が、弁本体３０に対して相対的に回転不能に固定されている。

弁軸ホルダ６は、上部側の筒状小径部６ａと下部側の筒状大径部６ｂと弁本体３０の内周部側に収容される嵌合部６ｃと嵌合部６ｃから張り出したフランジ部６ｆとからなる部材である。そして、弁軸ホルダ６のフランジ部６ｆは、弁体案内部材７２のフランジ部７２ｃの上面とケース６０との間に溶接などで固定されている。また、弁軸ホルダ６の内部には、貫通孔６ｈが形成されている。また、弁軸ホルダ６の内周面において、筒状大径部６ｂの下端と嵌合部６ｃの上端との間には、後述する付勢バネ７の上端と当接する円環状の段差６ｊが形成されている。この段差６ｊにより、筒状大径部６ｂの内周径の方が嵌合部６ｃの内周径よりも小さくなる。

また、この弁軸ホルダ６の筒状小径部６ａの上部開口部６ｇから所定の深さまで下方に向かって雌ネジ６ｄが形成されている。このため、本実施の形態では、弁軸ホルダ６が雌ネジ部材として機能している。なお、弁軸４１の外周に形成された雄ネジ４１ａと、弁軸ホルダ６の筒状小径部６ａの内周に形成された雌ネジ６ｄとにより、図１に示すネジ螺合Ａが構成されている。

また、弁軸ホルダ６の筒状大径部６ｂの側面には、均圧孔５１が穿設され、この均圧孔５１により、図１に示すように、筒状大径部６ｂ内の弁軸ホルダ室８３と、ロータ収容室６７（第２の背圧室）との間が連通している。このように均圧孔５１を設けることにより、ケース６０のロータ４を収容する空間と、弁軸ホルダ６内の空間とを連通することにより、弁ガイド１８の移動動作をスムーズに行うことができる。

また、弁軸４１の下方には、筒状の弁ガイド１８が弁軸ホルダ６の貫通孔６ｈに対して摺動可能に配置されている。この弁ガイド１８は天井部２１側がプレス成型により略直角に折り曲げられている。そして、この天井部２１には貫通孔１８ａが形成されている。また、弁軸４１の下方には、さらに鍔部４１ｂが形成されている。

ここで、弁軸４１は、弁ガイド１８に対して回転可能、かつ径方向に変位可能となるように弁ガイド１８の貫通孔１８ａに遊貫状態で挿入されており、鍔部４１ｂは、弁ガイド１８に対して回転可能、かつ、径方向に変位可能となるように弁ガイド１８内に配置されている。また、弁軸４１は貫通孔１８ａを挿通し、鍔部４１ｂの上面４１ｃが、弁ガイド１８の天井部２１に対向するように配置されている。なお、鍔部４１ｂが弁ガイド１８の貫通孔１８ａより大径であることにより、弁軸４１の抜け止めがなされている。

弁軸４１と弁ガイド１８とが互いに径方向に移動可能であることにより、弁軸ホルダ６および弁軸４１の配置位置に関して、さほど高度な同芯取付精度を求められることなく、弁ガイド１８および弁体１７との同芯性が得られる。

弁ガイド１８の天井部２１と弁軸４１の鍔部４１ｂとの間には、中央部には貫通孔が形成されたワッシャ７０が設置されている。ワッシャ７０は、高滑性表面の金属製ワッシャ、フッ素樹脂等の高滑性樹脂ワッシャあるいは高滑性樹脂コーティングの金属製ワッシャなどであることが好ましい。
さらに、弁ガイド１８内には、圧縮された弁バネ２７とバネ受け３５とが収容されている。

また、弁本体３０の内側には、弁体１７の軸方向への移動を案内する弁体案内部材７２が配置され、弁体１７と弁体案内部材７２との間には、シール部材４８が介装されている。

ここで、弁体１７内には、縦方向の孔部１７ｂと横方向の導通孔１７ｃが均圧路として形成されている。弁ポート１６（第２の管継手１５内）の圧力は、均圧路である孔部１７ｂ、導通孔１７ｃを介して背圧室２８に導かれる。

弁体案内部材７２は、内部が貫通した筒体であり、最上位に位置するフランジ部７２ｃと、その下方の大径部７２ａと、その下方の小径部７２ｂとを有したもので、ステンレス鋼板等の金属材料をプレス成形することによって形成されている。また、弁体案内部材７２の大径部７２ａの外周面側の直径は、弁本体３０の内周面側の直径より若干大きく形成されている。このため、弁体案内部材７２を弁本体３０に圧入すると、弁体案内部材７２の大径部７２ａを弁本体３０の内周面に密に係止させることができ、弁体案内部材７２が弁本体３０に対して移動しないようにすることができる。

弁体１７は、弁体部１７Ａ、弁体保持部１７Ｂ、及びシール部材４８によって構成され、その軸心が電動弁２の軸心と重なるように配置されている。
弁体部１７Ａは、内部に略円柱状の空間１７ａを有する略円筒状の部材であり、弁閉状態において、下端部分１７Ａ１が弁座部材３０Ａに着座する。

弁体保持部１７Ｂには、付勢バネ７の下端と当接し、付勢バネ７を支持するフランジ１７ｆ、および弁ガイド１８の下端を支持する環状突起面１７ｇが形成されている。ここで、弁ガイド１８の下端は、溶接によって環状突起面１７ｇに固定されている。また、弁体保持部１７Ｂの内部には、縦方向の孔部１７ｂ、および横方向の導通孔１７ｃがそれぞれ均圧路として形成されており、弁ポート１６（第２の管継手１５内）の圧力が、均圧路である孔部１７ｂ、導通孔１７ｃを介して背圧室２８に導かれる。

シール部材４８は、断面Ｌ字状の環状パッキン４８ａの間に環状の補強板４８ｂを挟んで形成された環状の部材である。なお、シール部材４８においては、上方に配置された環状パッキン４８ａの上側、および下方に配置された環状パッキン４８ａの下側に、それぞれ環状パッキン４８ａを常に外側に付勢する板バネが配置されるのが好ましい。

付勢バネ７は、弁ガイド１８・弁体１７と弁軸ホルダ６・弁体案内部材７２との間に形成された略円筒状の隙間に配置されており、弁軸ホルダ６の内周面に形成された段差６ｊと弁体１７に形成されたフランジ１７ｆとによって支持されている。この付勢バネ７は、いわゆる圧縮バネとして機能し、弁軸ホルダ６と弁体１７を離間させる方向、すなわち、弁体１７を弁ポート１６側に押し下げる弁閉方向に付勢している。

このため、弁体１７がフランジ１７ｆを介して弁ポート１６側に押し下げられると、環状突起面１７ｇに固定された弁ガイド１８が下方に引っ張られる。次に、弁軸４１の鍔部４１ｂがワッシャ７０を介して天井部２１によって押し下げられ、弁軸４１全体が下方に押し下げられる。これにより、ネジ螺合Ａにおいて、図２に示すように、弁軸４１の外周面に形成された雄ネジ４１ａのネジ山の下面（弁ポート１６側の面）が、弁軸ホルダ６の筒状小径部６ａの内周に形成された雌ネジ６ｄのネジ山の上面（弁ポート１６と反対側の面）に押し当てられる。なお、上述したように、弁軸４１は弁ガイド１８に対して回転可能に配置されている。このため、弁ガイド１８が弁軸４１の回転を付勢バネ７に伝達させないための仲介部材として機能し、付勢バネ７が捩れることはない。

ここで、図３は、電動弁２の流量特性（パルスの印加量に対する流量の変化の関係）を示すグラフである。図３において、グラフの横軸は、ステッピングモータに印加するパルスの印加量を表し、グラフの縦軸は流量を表している。上述したように、雄ネジ４１ａのネジ山の下面が、雌ネジ６ｄのネジ山の上面に押し当てられる場合、弁体１７の作動方向を切り替えた場合においても、ネジガタが生じることはない。よって、流量特性にヒステリシス（図９参照）は生じなくなり、図３に示すように、弁体１７を弁閉方向に作動させた場合の流量特性と弁体１７を弁開方向に作動させた場合の流量特性が一致するようになる。

なお、電動弁２においては、弁閉状態におけるバネ荷重（Ｆ ｋｓｅｔ）、および完全弁開状態におけるバネ荷重（Ｆ ｋｍａｘ）が以下の数式１、および数式２を満たすように設計されている。

Ｆ ｋｓｅｔ ＞ ｆ＋ΔＳ×│Ｐ２−Ｐ１│ … 数式１
Ｆ ｋｍａｘ ＜ Ｆ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ … 数式２
ここで、式１において、ｆは、シール部材４８と弁体案内部材７２の内周面との間のシール摺動抵抗を示している。また、ΔＳは、シール部材４８の外径であるシール径Ｘ（図１参照）を輪郭とする円環状の平面（図示せず）と弁体１７の下端部分１７Ａ１の外径である着座径Ｙ（図１参照）を輪郭とする円環状の平面（図示せず）との面積差を示している。また、Ｐ１は、弁閉状態における入口側の流体の圧力を示し、Ｐ２は、弁閉状態における出口側の流体の圧力を示している。よって、ΔＳ×│Ｐ２−Ｐ１│は、弁体１７に作用する流体による力を示している。

なお、入口側の流体の圧力（Ｐ１）とは、第１の管継手１２から流体を導入して第２の管継手１５に排出する場合（以下、正方向という。）であれば、第１の管継手１２内および弁室１１内の圧力を示し、第２の管継手１５から流体を導入して第１の管継手１２に排出する場合（以下、逆方向という。）であれば、弁ポート１６内および背圧室２８内の圧力を示す。ここで、弁ポート１６内と背圧室２８内とは、弁体１７内に設けられた均圧路である孔部１７ｂ、導通孔１７ｃを介して連通している。

一方、出口側の流体の圧力（Ｐ２）とは、流体を正方向に流す場合であれば、弁ポート１６内および背圧室２８内の圧力を示し、流体を逆方向に流す場合であれば、第１の管継手１２内および弁室１１内の圧力を示す。

このように、弁閉状態におけるバネ荷重（Ｆ ｋｓｅｔ）が、弁閉状態におけるシール部材４８と弁体案内部材７２との間のシール摺動抵抗と弁体１７に作用する流体による力の和よりも大きくなるようにすることにより、雄ネジ４１ａのネジ山の下面を雌ネジ６ｄのネジ山の上面に押し当てることができる。よって、弁体１７の作動方向が切り替わった場合において、流量特性にネジガタ分のヒステリシスが生じることを的確に防止することができる。

なお、電動弁２は、式１の右辺全体に１．０５〜１．２程度の定数を乗じて右辺全体に重み付けをし、弁閉状態におけるバネ荷重（Ｆ ｋｓｅｔ）が大きめになるように余裕をもって設計するのが好ましい。

たとえば、
Ｆ ｋｓｅｔ ＞ （１．０５〜１．２）×[ｆ＋ΔＳ×│Ｐ２−Ｐ１│] … 数式１´
のようにするのが好ましい。これにより、より確実に雄ネジ４１ａのネジ山の下面を雌ネジ６ｄのネジ山の上面に押し当てることができる。

また、式２において、Ｆ ｏｐｅｒａｔｉｏｎは、ロータ４の回転運動によって弁軸４１（雄ネジ部材）を駆動する場合の駆動推力を示している。また、完全弁開状態におけるバネ荷重（Ｆ ｋｍａｘ）は、付勢バネ７が縮められて押し下げ力が最も強くなった場合のバネ荷重である。本来、付勢バネ７のバネ荷重が大きすぎる場合には、ロータ４のマグネットを強力なものにするなど、ステッピングモータの駆動力（すなわち弁体１７の駆動力）を大きくする必要がある。しかし、式２のように完全弁開状態におけるバネ荷重（Ｆ ｋｍａｘ）を弁軸４１の駆動推力よりも小さくすることにより、ステッピングモータの駆動力を変更することなく、常に雄ネジ４１ａと雌ネジ６ｄのネジ山の接触面を一定に保つことができる。

この実施の形態に係る発明によれば、付勢バネ７によって弁体１７を下方に押し下げることにより、雄ネジ４１ａと雌ネジ６ｄのネジ山の接触面を一定に保つことができる。このため、弁体１７の作動方向を切り替えた場合においてネジガタが生じることがなく、弁体１７の作動方向が切り替わる際に流量特性にヒステリシスが生じることを防止でき、高精度の流量制御性を有する電動弁を提供することができる。また、付勢バネ７によって弁体１７を下方に押し下げることにより、弁閉状態において確実に弁体１７を弁座部材３０Ａに着座させることができ、的確に弁漏れを防止することができる。また、弁軸４１の回転が付勢バネ７に伝達されて付勢バネ７が捩れることがないため、流量特性にヒステリシスを生じさせずに正確に弁体１７を作動させることができる。

なお、上述の実施の形態において、付勢バネ７が配置される位置は、ネジ山の接触面を一定の面に維持することができ、かつ弁軸４１の回転が付勢バネ７に伝達されない位置であれば、必ずしも図１に示す位置に配置される必要はない。たとえば、図４に示すように、付勢バネ７を貫通孔６ｈ内に配置してもよい。この場合、付勢バネ７の上端は、弁軸ホルダ６の筒状小径部６ａの底面に当接し、付勢バネ７の下端は、弁ガイド１８（仲介部材）の天井部２１と当接する。

また、図５に示すように、付勢バネ７を円筒部５３内に配置し、円筒部５３内において、付勢バネ７と弁軸４１の上端部との間にバネ受け９３を配置してもよい。この場合、付勢バネ７の上端は、傘状部５４の天面に当接し、付勢バネ７の下端は、バネ受け９３と当接する。なおこの場合、バネ受け９３が、弁軸４１の回転を付勢バネ７に伝達させないための仲介部材として機能する。

また、上述の実施の形態において、シール部材４８には、図６、７に示すように、断面略円形状を有する環状パッキン（いわゆるＯリング）４８ｄとＰＴＦＥ等の高潤滑性樹脂材料からなる断面Ｃ字状を有する環状パッキン４８ｆを組み合わせた複合シール材を採用してもよい。ここで、図６に示すように、弁体１７にシール部材４８を固定し、かつＯリング４８ｄの外側に環状パッキン４８ｆを配置する構成を採用した場合、環状パッキン４８ｆの外径がシール径Ｘとなり、環状パッキン４８ｆの外周が弁体案内部材７２の内周側を摺動することとなる。

一方、図７に示すように、弁体１７にシール部材４８を固定せず、Ｏリング４８ｄの内側に環状パッキン４８ｆを配置する構成を採用した場合、環状パッキン４８ｆの内側を弁体１７が摺動することとなる。この場合、環状パッキン４８ｆの内径、すなわち、弁体１７の外径がシール径Ｘとなるため、上述のシール径Ｘと着座径Ｙとによって決定される面積差ΔＳの誤差を低減することができ、電動弁２内に生じる差圧力の公差を小さくすることができる。

また、上述の実施の形態のように、断面Ｌ字状の環状パッキン４８ａの間に環状の補強板４８ｂを挟んで形成されたシール部材４８を用いた場合においても、環状パッキン４８ａの内側を弁体１７が摺動する場合には、面積差ΔＳの誤差を低減することができる。

また、上述の実施の形態の数式１においては、面積差を考慮し、この面積差により生じる弁体１７に作用する流体による力をΔＳ×│Ｐ２−Ｐ１│として弁閉状態におけるバネ荷重（Ｆ ｋｓｅｔ）を大きめに表現しているが、面積差が「ゼロ」である場合、すなわち弁体１７に作用する流体による力を打ち消し合う構成としても雄ネジ４１ａと雌ネジ６ｄのネジ山の接触面を一定に保つことができる。具体的には、数式１´´に示すように、弁閉状態におけるバネ荷重（Ｆ ｋｓｅｔ）は、最低限シール摺動抵抗（ｆ）よりも大きければ足りる。
Ｆ ｋｓｅｔ ＞ ｆ … 数式１´´

また、上述の実施の形態においては、付勢バネ７が弁軸４１を弁閉方向に付勢する場合を例に説明しているが、付勢バネ７が弁軸４１を弁開方向に付勢するようにしてもよい。この場合、例えば、図１において、弁体部１７Ａの外周に円環状のフランジ（図示せず）を設け、このフランジと弁座部材３０Ａとの間に付勢バネ７の位置を移動させる。この場合、付勢バネ７の上端がフランジとの下面と当接し、かつ付勢バネ７の下端が弁座部材３０Ａの上面と当接することにより、弁体１７が上方に押し上げられ、弁軸４１が弁開方向に付勢される。そして、雄ネジ４１ａのネジ山の上面（弁ポート１６と反対側の面）が、弁軸ホルダ６の筒状小径部６ａの内周に形成された雌ネジ６ｄのネジ山の下面（弁ポート１６側の面）に押し当てられる。

この場合においても、弁体１７の作動方向を切り替えた場合においてネジガタが生じることがなく、弁体１７の作動方向が切り替わる際に流量特性にヒステリシスが生じることを防止することができる。

また、上述の実施の形態においては、付勢バネ７がいわゆる圧縮バネとして機能する場合を例に説明しているが、付勢バネ７がいわゆる引張バネとして機能するようにしてもよい。この場合、付勢バネ７は、弁軸ホルダ６と弁体１７を引き寄せる弁開方向に作用し、弁体１７を円筒部５３側（弁ポート１６と反対側）に押し上げる。

弁体１７に連動して弁ガイド１８が上方に持ち上げられると、弁軸４１全体が上方に移動し、雄ネジ４１ａのネジ山の上面が、弁軸ホルダ６の筒状小径部６ａの内周に形成された雌ネジ６ｄのネジ山の下面に押し当てられる。なお、この場合、電動弁２の構造を、弁ガイド１８に連動して弁軸４１を上方に移動させることができる構成にしておく必要がある。
この場合においても、ネジガタを低減し、流量特性にヒステリシスが生じることを防止することができる。

２ 電動弁
４ ロータ
６ 弁軸ホルダ
６ｄ 雌ネジ
６ｈ 貫通孔
６ｊ 段差
７ 付勢バネ
１１ 弁室
１６ 弁ポート
１７ 弁体
１７Ａ 弁体部
１７Ｂ 弁体保持部
１７ｆ フランジ
１７ｇ 環状突起面
１８ 弁ガイド
１８ａ 貫通孔
２１ 天井部
２８ 背圧室
４１ 弁軸
４１ａ 雄ネジ
４８ シール部材
７２ 弁体案内部材

Claims (7)

1. 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弁本体内に収容された弁体を軸方向に移動させるとともに、前記弁体の上方側に背圧室を設け、前記背圧室に弁ポート内の圧力を導入する電動弁であって、
   前記ロータの軸芯部に配置されたブッシュ部材と、
   前記雄ネジ部材を付勢する付勢バネと、
   前記ロータの回転運動による前記雄ネジ部材の回転を前記付勢バネに伝達させない仲介部材と、
   前記弁体の軸方向への移動を案内する弁体案内部材と、
   前記弁体案内部材と前記弁体との間に介装されたシール部材と
   を備え、
   前記弁ポートは、前記弁本体に組み込まれ、前記弁体の直下において前記弁体が着座する弁座部材に設けられ、
   前記雄ネジ部材と前記弁体が弁バネによって離間する方向に付勢されると共に、前記弁体が前記仲介部材を介して前記雄ネジ部材に対して抜け止めされ、
   前記ブッシュ部材は、前記ロータと前記雄ネジ部材とを結合し、
   前記雌ネジ部材は、前記弁本体に対して相対的に回転不能に固定され、
   前記付勢バネが前記弁体と前記雌ネジ部材との間に配置されると共に、前記仲介部材の外周側に前記付勢バネが配置され、かつ前記仲介部材の内周側に前記弁バネが配置された構造を有し、
   前記付勢バネは、上端を前記雌ネジ部材に対して付勢させると共に下端を前記弁体に対して付勢させることで軸方向において前記雌ネジ部材と前記弁体とによって支持され、
   前記雄ネジ部材の付勢は、前記付勢バネによって前記弁体が前記弁ポート側に付勢された際に、前記弁体に固定された前記仲介部材の前記抜け止めされた部分を介して前記雄ネジ部材が前記弁ポート側に付勢されるものであり、
   前記付勢バネによって付勢された前記雄ネジ部材に形成されたネジ山の一方の側の面が、前記雌ネジ部材に形成されたネジ山の他方の側の面と当接する構成を有し、
   かつ前記付勢バネのバネ荷重は、前記シール部材と前記弁体案内部材の内周面との間に生じるシール摺動抵抗よりも大きいことを特徴とする電動弁。
2. 前記付勢バネは、前記雄ネジ部材を前記弁体の弁閉方向に付勢し、
   前記付勢バネによって付勢された前記雄ネジ部材に形成されたネジ山の前記弁ポート側の面が、前記雌ネジ部材に形成されたネジ山の前記弁ポートと反対側の面と当接する構成を有することを特徴とする請求項１記載の電動弁。
3. 前記弁体の弁閉時における前記付勢バネのバネ荷重が、前記シール摺動抵抗と前記弁体に作用する流体による力の和よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の電動弁。
4. 前記シール部材は、断面Ｌ字状の環状パッキンを用いて形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の電動弁。
5. 前記シール部材は、Ｏリングと断面Ｃ字状の環状パッキンを組み合わせて形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の電動弁。
6. 前記弁体の全開時における前記付勢バネのバネ荷重は、前記ロータの回転運動によって前記雄ネジ部材を駆動する駆動推力よりも小さいことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の電動弁。
7. 前記付勢バネは、一方の端部が前記弁体に当接し他方の端部が前記雌ネジ部材に当接する位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の電動弁。

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